KR20210010699A - Electric power system for vehicle and method for controlling the same - Google Patents

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김지헌
우동균
장희숭
성현욱
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현대자동차주식회사
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Abstract

Disclosed is a power system for a vehicle which prevents degradation of an auxiliary battery. The power system for a vehicle comprises: a loadable charger which converts alternating current power into direct current power to generate charging power for charging a first battery, and includes a bidirectional direct current converter capable of bidirectionally supplying power between a first input/output terminal connected to the alternating current power side and a second input/output terminal connected to the battery; a low-voltage direct current converter to down-convert the voltage of the first battery to provide a down-converted voltage as a charging voltage of a second battery and a power voltage of an electronic load; and a controller controlling to electrically connect the first input/output terminal to the second battery and the electronic load and drive the bidirectional direct current converter if the low-voltage direct current converter malfunctions to convert the voltage of the first battery into a level corresponding to the voltage of the second battery to output the converted voltage to the first input/output terminal to supply the charging voltage of the second battery and the power voltage to the electronic load.

Description

차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법{ELECTRIC POWER SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}Vehicle power system and its control method {ELECTRIC POWER SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 배터리의 전압을 강압하여 전장부하에 공급하는 저전압 직류 컨버터의 고장 발생 시 차량 탑재 충전기 내 직류 컨버터를 활용하여 전장 부하로 강압된 전압을 공급할 수 있는 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle power system and a control method thereof, and more particularly, when a failure occurs in a low-voltage DC converter that is supplied to an electric load by stepping down the voltage of a high-voltage battery, it is stepped down to an electric load using a DC converter in a vehicle charger. The present invention relates to a vehicle power system capable of supplying a reduced voltage and a control method thereof.

전기 에너지를 이용하여 전기 회전 장치인 모터를 구동함으로써 동력을 생성하는 친환경 차량은, 모터에 공급되는 전기 에너지를 저장하는 고전압의 메인 배터리와 차량의 각종 전장부하에 전원 전압을 공급하기 위한 저전압의 보조 배터리 및 메인 배터리의 전압을 강압시켜 보조 배터리의 충전 전압으로 제공하는 저전압 직류 컨버터(LDC: Low voltage DC-DC Convert)를 구비한다.An eco-friendly vehicle that generates power by using electric energy to drive a motor, which is an electric rotating device, has a high-voltage main battery that stores electric energy supplied to the motor, and a low-voltage auxiliary to supply the power voltage to various electric loads of the vehicle. It includes a low voltage DC-DC converter (LDC) that steps down the voltage of the battery and the main battery to provide the charging voltage of the auxiliary battery.

차량의 주행 중 저전압 직류 컨버터에 고장이 발생하여 셧다운되는 경우, 차량 내 전장부하는 계속 전원을 소모하게 되나 보조 배터리로 충전 전압을 제공할 수 없으므로, 이러한 상태가 지속되는 경우 보조 배터리가 과방전 되어 전압이 감소하고 차량의 전장부하에 전원 전압을 제공할 수 없어 결국 차량 전체가 셧다운되고 보조 배터리는 열화가 심해져 교체하여야 하는 상황이 발생할 수 있다.If the low-voltage DC converter fails while the vehicle is running and shuts down, the electric load in the vehicle continues to consume power, but the auxiliary battery cannot provide the charging voltage.If this condition persists, the auxiliary battery is overdischarged. As the voltage decreases and the power supply voltage cannot be provided to the electric load of the vehicle, the entire vehicle is shut down, and the auxiliary battery is severely deteriorated, which may cause a situation to be replaced.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art are only for enhancing an understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.

KR 10-2014-0075087 AKR 10-2014-0075087 A KR 10-2016-0140308 AKR 10-2016-0140308 A

이에 본 발명은, 차량 주행 중 차량 내 고전압 배터리의 전압을 강압하여 전장 부하로 제공하는 저전압 직류 컨버터의 고장 발생 시 차량 탑재 충전기 내 직류 컨버터를 역방향으로 구동하여 고전압 배터리의 전압을 강압 후 전장 부하로 제공할 수 있는 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.Accordingly, in the present invention, when a failure occurs in a low-voltage DC converter that is provided as an electric load by stepping down the voltage of a high-voltage battery in a vehicle while driving a vehicle, the DC converter in the on-vehicle charger is driven in the reverse direction to reduce the voltage of the high-voltage battery to the electric load. It is a technical problem to be solved to provide a vehicle power system and a control method thereof that can be provided.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,The present invention as a means for solving the above technical problem,

교류전력을 직류전력으로 변환하여 제1 배터리를 충전하기 위한 충전 전력을 생성하며, 상기 교류전력 측에 연결된 제1 입출력단 및 상기 배터리에 연결된 제2 입출력단 사이에서 양방향의 전력 공급이 가능한 양방향 직류 컨버터를 포함하는 탑재형 충전기;A bidirectional DC capable of supplying power in both directions between the first input/output terminal connected to the AC power side and the second input/output terminal connected to the battery by converting AC power into DC power to generate charging power for charging the first battery. An on-board charger including a converter;

상기 제1 배터리의 전압을 하향 변환하여 제2 배터리의 충전 전압 및 전장부하의 전원 전압으로 제공하는 저전압 직류 컨버터; 및A low voltage DC converter for down-converting the voltage of the first battery and providing the charging voltage of the second battery and a power supply voltage of the electric load; And

상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우, 상기 제1 입출력단을 상기 제2 배터리 및 상기 전장부하에 전기적으로 연결하고 상기 양방향 직류 컨버터를 구동시켜 상기 제1 배터리의 전압을 상기 제2 배터리의 전압에 대응되는 크기로 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하게 함으로써 상기 제2 배터리의 충전 전압 및 상기 전장부하에 전원 전압이 공급되도록 제어하는 컨트롤러;When the low voltage DC converter fails, the first input/output terminal is electrically connected to the second battery and the electric load, and the bidirectional DC converter is driven so that the voltage of the first battery corresponds to the voltage of the second battery. A controller configured to convert a power supply voltage to a charging voltage of the second battery and a power supply voltage to the electric load by converting it into a size and outputting it to the first input/output terminal;

를 포함하는 차량용 전력 시스템.Vehicle power system comprising a.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 탑재형 충전기는, 상기 제1 입출력단과 상기 보조 배터리 및 상기 전장부하 사이의 전기적 연결관계를 결정하는 릴레이를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우 상기 릴레이를 단락 시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, the on-board charger further includes a relay for determining an electrical connection relationship between the first input/output terminal and the auxiliary battery and the electric load, and the controller includes a failure of the low voltage DC converter. In case, the relay can be shorted.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 양방향 직류 컨버터는, 상기 제1 입출력단에 연결에 연결된 제1 브릿지 회로; 상기 제1 브릿지 회로에 연결되며 공진 주파수를 생성하도록 공진 인덕터와 공진 커패시터를 포함하는 공진 탱크; 상기 공진 탱크에 1차 코일이 연결된 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 2차 코일과 상기 제2 입출력단 사이에 연결된 제2 브릿지 회로를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bidirectional DC converter includes: a first bridge circuit connected to the first input/output terminal; A resonance tank connected to the first bridge circuit and including a resonance inductor and a resonance capacitor to generate a resonance frequency; A transformer having a primary coil connected to the resonance tank; A second bridge circuit connected between the secondary coil of the transformer and the second input/output terminal may be included.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어하고 상기 제1 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자를 오프 시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the low voltage DC converter fails, the controller controls the switching frequency of the switching element included in the second bridge circuit and turns off the switching element included in the first bridge circuit. have.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 상기 공진 탱크에 의해 결정되는 공진 주파수 보다 낮은 영역에서 결정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller may determine the switching frequency of the switching element included in the second bridge circuit in a region lower than the resonance frequency determined by the resonance tank.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 브릿지 회로는, 상기 제1 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 상기 제1 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 공진 탱크의 상기 공진 인덕터와 공진 커패시터의 직렬 연결 구조에 연결되고 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 트랜스포머의 1차 권선의 일단에 연결될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first bridge circuit includes a first switching element and a second switching element connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the first input/output terminal, and the positive terminal of the first input/output terminal. And a third switching element and a fourth switching element connected in series between the negative terminals, and a connection node of the first switching element and the second switching element is connected to a series connection structure of the resonance inductor and the resonance capacitor of the resonance tank. And a connection node of the third switching element and the fourth switching element may be connected to one end of the primary winding of the transformer.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 브릿지 회로는, 상기 제2 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제5 스위칭 소자 및 제6 스위칭 소자, 상기 제2 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제7 스위칭 소자 및 제8 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 트랜스포머의 2차 권선의 일단에 연결되고 상기 제7 스위칭 소자 및 상기 제8 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 트랜스포머의 2차 권선의 타단에 연결될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second bridge circuit includes a fifth switching element and a sixth switching element connected in series between the positive and negative terminals of the second input/output terminal, and both terminals of the second input/output terminal and And a seventh switching element and an eighth switching element connected in series between the negative terminals, and a connection node of the fifth switching element and the sixth switching element is connected to one end of the secondary winding of the transformer and the seventh switching The element and the connection node of the eighth switching element may be connected to the other end of the secondary winding of the transformer.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 애노드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 양단자에 캐소드가 연결된 제1 역방향 다이오드를 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 캐소드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 음단자에 애노드가 연결된 제2 역방향 다이오드를 포함하고, 상기 제3 스위칭 소자는, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 애노드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 양단자에 캐소드가 연결된 제3 역방향 다이오드를 포함하고, 상기 제4 스위칭 소자는, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 캐노드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 음단자에 애노드가 연결된 제4 역방향 다이오드를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first switching element is a first reverse diode having an anode connected to a connection node between the first switching element and the second switching element and a cathode connected to both terminals of the first input/output terminal. Including, wherein the second switching element, the cathode is connected to the connection node of the first switching element and the second switching element and the anode is connected to the negative terminal of the first input and output terminal comprises a second reverse diode, The third switching element includes a third reverse diode having an anode connected to a connection node of the third switching element and the fourth switching element, and a cathode connected to both terminals of the first input/output terminal, and the fourth switching The device may include a fourth reverse diode having a cathode connected to a connection node of the third switching device and the fourth switching device, and an anode connected to a negative terminal of the first input/output terminal.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 상기 제5 스위칭 소자 내지 제8 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어하고 상기 제1 브릿지 회로에 포함된 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자를 오프 시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the low-voltage DC converter fails, the controller controls the switching frequencies of the fifth to eighth switching elements included in the second bridge circuit, and the first bridge circuit The included first to fourth switching elements may be turned off.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제5 스위칭 소자 내지 제8 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 상기 공진 탱크에 의해 결정된 공진 주파수 보다 낮은 영역에서 결정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the controller may determine the switching frequencies of the fifth to eighth switching elements in a region lower than the resonance frequency determined by the resonance tank.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,As another means for solving the above technical problem, the present invention,

전술한 차량용 전력 시스템을 제어하는 방법에 있어서,In the above-described method for controlling a vehicle power system,

차량 주행 중 상기 저전압 직류 컨버터의 고장 발생을 여부를 판단하는 단계;Determining whether a failure of the low voltage DC converter occurs while the vehicle is driving;

상기 저전압 직류 컨버터에 고장이 발생한 경우 상기 제1 입출력단과 상기 보조 배터리 및 상기 전장부하 사이에 전기적 연결을 형성하는 단계; 및Forming an electrical connection between the first input/output terminal and the auxiliary battery and the electric load when a failure occurs in the low voltage DC converter; And

상기 제2 입출력단의 전압을 상기 제1 입출력단으로 강압하여 출력하도록 상기 양방향 직류 컨버터를 역방향으로 작동시키는 단계;Operating the bidirectional DC converter in a reverse direction so that the voltage of the second input/output terminal is reduced to the first input/output terminal and output;

를 포함하는 차량용 전력 시스템의 제어 방법을 제공한다.It provides a control method of a vehicle power system comprising a.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 탑재형 충전기는 상기 제1 입출력단과 상기 보조 배터리 및 상기 전장부하 사이의 전기적 연결관계를 결정하는 릴레이를 더 포함하며, 상기 전기적 연결을 형성하는 단계는 상기 릴레이를 단락 시키는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the on-board charger further includes a relay for determining an electrical connection relationship between the first input/output terminal and the auxiliary battery and the electric load, and the forming of the electrical connection comprises: It may be a step of shorting.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 양방향 직류 컨버터는, 상기 제1 입출력단에 연결에 연결된 제1 브릿지 회로와, 상기 제1 브릿지 회로에 연결되며 공진 주파수를 생성하도록 공진 인덕터와 공진 커패시터를 포함하는 공진 탱크와 상기 공진 탱크에 1차 코일이 연결된 트랜스포머와 상기 트랜스포머의 2차 코일과 상기 제2 입출력단 사이에 연결된 제2 브릿지 회로를 포함하는 LLC 컨버터이며, 상기 역방향으로 작동시키는 단계는, 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어하고 상기 제1 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자를 오프 시키는 단계일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bidirectional DC converter includes a first bridge circuit connected to the first input/output terminal, and a resonance inductor and a resonance capacitor connected to the first bridge circuit to generate a resonance frequency. It is an LLC converter comprising a resonant tank and a transformer having a primary coil connected to the resonant tank, and a second bridge circuit connected between the secondary coil of the transformer and the second input/output terminal, and the step of operating in the reverse direction comprises: 2 It may be a step of controlling a switching frequency of a switching element included in a bridge circuit and turning off a switching element included in the first bridge circuit.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 역방향으로 작동시키는 단계는, 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 상기 공진 탱크에 의해 결정되는 공진 주파수 보다 낮은 영역에서 결정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step of operating in the reverse direction, the switching frequency of the switching element included in the second bridge circuit may be determined in a region lower than the resonance frequency determined by the resonance tank.

상기 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 차량 주행 중 저전압 직류 컨버터에 고장이 발생하는 경우 탑재형 충전기 내 구비된 직류 컨버터를 역방향으로 구동함으로써 저전압 직류 컨버터가 셧다운 되는 경우에도 차량 운전 성능을 양호하게 확보할 수 있다.According to the vehicle power system and its control method, when a failure occurs in the low voltage DC converter while driving the vehicle, the DC converter provided in the on-board charger is driven in the reverse direction, thereby improving vehicle driving performance even when the low voltage DC converter is shut down. Can be secured.

더하여, 상기 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 저전압 직류 컨버터가 셧다운되어 보조 배터리의 충전이 불가함으로써 보조 배터리가 과방전되는 문제를 해소하여 보조 배터리의 열화를 방지하고 보조 배터리 교체에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.In addition, according to the vehicle power system and its control method, the low voltage DC converter is shut down and the auxiliary battery cannot be charged, thereby solving the problem of over-discharging the auxiliary battery to prevent deterioration of the auxiliary battery and the cost of replacing the auxiliary battery. Can be saved.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법에서 차량 탑재 충전기 내 LLC 컨버터의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.1 is a circuit diagram of a vehicle power system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a method for controlling a vehicle power system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an operation area of an LLC converter in a vehicle-mounted charger in a vehicle power system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a vehicle power system and a control method thereof according to various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a vehicle power system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템은, 외부 충전 설비(EVSE: Electric Vehicle Service Equipment)(20)에서 공급되는 외부 충전 전력을 메인 배터리(고전압 배터리)(10)의 충전 전압으로 변환하여 공급하는 차량 탑재형 충전기(OBC: On-Board Charger)(30)와, 메인 배터리(10)의 전압을 강압하여 전장부하(50) 및 보조 배터리(60)로 제공하는 저전압 직류 컨버터(LDC: Low Voltage DC-DC Converter)(40) 및 저전압 직류 컨버터(40)의 고장 발생 시 메인 배터리(10)의 전압을 강압시켜 전장부하(50) 및 보조 배터리(60)로 제공하도록 탑재형 충전기(30) 내의 컨버터를 역방향 구동시키는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, in the vehicle power system according to an embodiment of the present invention, external charging power supplied from an external charging facility (EVSE: Electric Vehicle Service Equipment) 20 is transferred to the main battery (high voltage battery) 10. An on-board charger (OBC) 30 that converts and supplies a charging voltage, and a low-voltage direct current supplied to the electric load 50 and the auxiliary battery 60 by stepping down the voltage of the main battery 10 In case of failure of the converter (LDC: Low Voltage DC-DC Converter) 40 and the Low Voltage DC Converter 40, the voltage of the main battery 10 is stepped down and provided to the electric load 50 and the auxiliary battery 60. It may be configured to include a controller 100 for driving the converter in the type charger 30 in the reverse direction.

차량 탑재형 충전기(30)는 메인 배터리(10) 충전 시, 외부의 충전 설비(20)에서 제공되는 교류의 충전 전력을 직류로 변환하고 메인 배터리(10)를 충전할 수 있는 직류 전압을 생성하여 메인 배터리(10)에 인가함으로써 메인 배터리(10)를 충전하기 위한 장치이다.When charging the main battery 10, the vehicle-mounted charger 30 converts the charging power of AC provided from the external charging facility 20 to DC and generates a DC voltage capable of charging the main battery 10. It is a device for charging the main battery 10 by applying it to the main battery 10.

차량 탑재형 충전기(30)는 외부의 충전 설비(20)에서 제공되는 교류 전력을 정류하기 위해 다이오드로 구성되는 정류 회로(31)와, 정류 회로(31)의 출력을 직류로 변환하되 입력된 교류 전력의 역률을 보상하기 위해 부스트 컨버터 회로의 토폴로지를 적용한 역률 보상 회로(32)와 역률 보상 회로(32)에 의해 역률이 보상된 직류 전력의 전압을 메인 배터리(10) 충전에 요구되는 크기의 직류 전압으로 변환하는 직류 컨버터(33)를 포함하여 구성될 수 있다.The vehicle-mounted charger 30 converts the rectifier circuit 31 composed of a diode and the output of the rectifier circuit 31 into direct current to rectify the AC power provided from the external charging facility 20, In order to compensate the power factor of the power, the power factor compensation circuit 32 applying the topology of the boost converter circuit and the DC power voltage whose power factor is compensated by the power factor compensation circuit 32 are converted to a DC voltage of the size required for charging the main battery 10. It may be configured to include a DC converter 33 that converts into a voltage.

본 발명의 일 실시형태에서, 직류 컨버터(33)는 교류 전력측, 즉 역률 보상 회로(32)에 연결되는 제1 입출력단(331p, 331n)과, 메인 배터리(10)에 연결되는 제2 입출력단(332p, 332n)과, 제1 입출력단(331p, 331n)에 연결되고 복수의 스위칭 소자(S2-S5)를 포함하는 제1 브릿지 회로(333)와 제1 브릿지 회로(333) 내의 복수의 스위칭 소자(S2-S5)의 스위칭에 의해 공진 전류를 생성하는 공진 탱크(334)와, 공진 탱크(334)에 1차 권선이 연결된 트랜스포머(335)와 트랜스포머의 2차 권선에 연결되고 제2 입출력단에 연결된 복수의 스위칭 소자(S6-S9)를 포함하는 제2 브릿지 회로(336)을 포함하는 LLC 공진 컨버터로 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the DC converter 33 includes first input/output terminals 331p and 331n connected to the AC power side, that is, the power factor compensation circuit 32, and a second input/output connected to the main battery 10. The terminals 332p and 332n and the first bridge circuit 333 connected to the first input/output terminals 331p and 331n and including a plurality of switching elements S2-S5 and a plurality of the first bridge circuits 333 A resonant tank 334 that generates a resonant current by switching of the switching elements S2-S5, a transformer 335 having a primary winding connected to the resonant tank 334, and a second input/output connected to the secondary winding of the transformer It may be implemented as an LLC resonant converter including a second bridge circuit 336 including a plurality of switching elements S6-S9 connected to the terminal.

제1 브릿지 회로(33)는 제1 입출력단(331p, 331n)의 양단자(331p)와 음단자(331n) 사이에 서로 직렬 연결된 제1 스위칭 소자(S2) 및 제2 스위칭 소자(S3), 제1 입출력단(331p, 331n)의 양단자(331p)와 음단자(331n) 사이에 서로 직렬 연결된 제3 스위칭 소자(S4) 및 제4 스위칭 소자(S5)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 스위칭 소자(S2) 및 제2 스위칭 소자(S3)의 연결 노드는 공진 탱크(334)를 구성하는 인덕터(Lr)와 커패시터(Cr)의 직렬 연결 구조에 제3 스위칭 소자(S4) 및 제4 스위칭 소자(S5)의 연결 노드는 트랜스포머(335)의 1차 권선의 일단에 연결될 수 있다.The first bridge circuit 33 includes a first switching element S2 and a second switching element S3 connected in series between the positive terminals 331p and the negative terminals 331n of the first input/output terminals 331p and 331n, A third switching element S4 and a fourth switching element S5 connected in series may be included between the positive terminal 331p and the negative terminal 331n of the first input/output terminals 331p and 331n. Here, the connection node of the first switching element S2 and the second switching element S3 is a third switching element S4 in a series connection structure of the inductor Lr constituting the resonance tank 334 and the capacitor Cr. And a connection node of the fourth switching element S5 may be connected to one end of the primary winding of the transformer 335.

또한, 제1 내지 제4 스위칭 소자(S2-S5)는 각각 역방향 다이오드(D2-D5)를 포함할 수 있다. 제1 스위칭 소자(S2)의 역방향 다이오드(D2)는 제1 스위칭 소자(S2)와 제2 스위칭 소자(S3)의 연결 노드에 애노드가 연결되고 제1 입출력단의 양단자(331p)에 캐소드가 연결될 수 있으며, 제2 스위칭 소자(S3)의 역방향 다이오드(D3)는 제1 스위칭 소자(S2)와 제2 스위칭 소자(S3)의 연결 노드에 캐소드가 연결되고 제1 입출력단의 음단자(331n)에 애노드가 연결될 수 있다. 유사하게, 제3 스위칭 소자(S4)의 역방향 다이오드(D4)는 제3 스위칭 소자(S4)와 제4 스위칭 소자(S5)의 연결 노드에 애노드가 연결되고 제1 입출력단의 양단자(331p)에 캐소드가 연결될 수 있으며, 제4 스위칭 소자(S5)의 역방향 다이오드(D5)는 제3 스위칭 소자(S4)와 제4 스위칭 소자(S5)의 연결 노드에 캐노드가 연결되고 제1 입출력단의 음단자(331n)에 애노드가 연결될 수 있다.In addition, each of the first to fourth switching elements S2-S5 may include reverse diodes D2-D5. In the reverse diode D2 of the first switching element S2, the anode is connected to the connecting node of the first switching element S2 and the second switching element S3, and the cathode is connected to both terminals 331p of the first input/output terminal. The reverse diode D3 of the second switching element S3 has a cathode connected to a connection node of the first switching element S2 and the second switching element S3, and a negative terminal 331n of the first input/output terminal. ) Can be connected to the anode. Similarly, the reverse diode D4 of the third switching element S4 has an anode connected to the connection node of the third switching element S4 and the fourth switching element S5, and both terminals 331p of the first input/output terminal The cathode may be connected to, and the reverse diode D5 of the fourth switching element S5 has a cathode connected to the connection node of the third switching element S4 and the fourth switching element S5, and the first input/output terminal An anode may be connected to the negative terminal 331n.

공진 탱크(33)는 공진 인덕터(Lr)과 공진 커패시터(Cr)가 직렬 연결된 구조를 가질 수 있으며 이 직렬 연결 구조의 일단은 제1 스위칭 소자(S2)와 제2 스위칭 소자(S3)의 연결 노드에 연결되고 직렬 연결 구조의 타단은 트랜스포머(335)의 1차 권선의 일단에 연결될 수 있다. 트랜스포머(335)는 1차 권선에 자화 인덕턴스(Lm)를 가질 수 있다. The resonance tank 33 may have a structure in which the resonance inductor Lr and the resonance capacitor Cr are connected in series, and one end of the series connection structure is a connection node between the first switching element S2 and the second switching element S3. And the other end of the series connection structure may be connected to one end of the primary winding of the transformer 335. The transformer 335 may have a magnetizing inductance Lm in the primary winding.

제2 브릿지 회로(336)는 제2 입출력단(332p, 332n)의 양단자(332p)와 음단자(332n) 사이에 서로 직렬 연결된 제5 스위칭 소자(S6) 및 제6 스위칭 소자(S7), 제2 입출력단(332p, 332n)의 양단자(332p)와 음단자(332n) 사이에 서로 직렬 연결된 제7 스위칭 소자(S8) 및 제8 스위칭 소자(S9)를 포함할 수 있다. 여기서, 제5 스위칭 소자(S6) 및 제6 스위칭 소자(S7)의 연결 노드는 트랜스포머(335)의 2차 권선의 일단에 연결되고 제7 스위칭 소자(S8) 및 제8 스위칭 소자(S9)의 연결 노드는 트랜스포머(335)의 2차 권선의 타단에 연결될 수 있다.The second bridge circuit 336 includes a fifth switching element S6 and a sixth switching element S7 connected in series between the positive terminals 332p and the negative terminals 332n of the second input/output terminals 332p and 332n, A seventh switching element S8 and an eighth switching element S9 connected in series may be included between the positive terminal 332p and the negative terminal 332n of the second input/output terminals 332p and 332n. Here, the connection node of the fifth switching element S6 and the sixth switching element S7 is connected to one end of the secondary winding of the transformer 335 and the seventh switching element S8 and the eighth switching element S9 The connection node may be connected to the other end of the secondary winding of the transformer 335.

제1 브릿지 회로와 유사하게, 제2 브릿지 회로(336) 내의 제5 내지 제8 스위칭 소자(S6-S9)는 각각 역방향 다이오드(D6-D9)를 포함할 수 있다. 제5 스위칭 소자(S6)의 역방향 다이오드(D6)는 제5 스위칭 소자(S6)와 제6 스위칭 소자(S7)의 연결 노드에 애노드가 연결되고 제2 입출력단의 양단자(332p)에 캐소드가 연결될 수 있으며, 제6 스위칭 소자(S7)의 역방향 다이오드(D7)는 제5 스위칭 소자(S6)와 제6 스위칭 소자(S7)의 연결 노드에 캐소드가 연결되고 제2 입출력단의 음단자(332n)에 애노드가 연결될 수 있다. 유사하게, 제7 스위칭 소자(S8)의 역방향 다이오드(D8)는 제7 스위칭 소자(S8)와 제8 스위칭 소자(S9)의 연결 노드에 애노드가 연결되고 제2 입출력단의 양단자(332p)에 캐소드가 연결될 수 있으며, 제8 스위칭 소자(S9)의 역방향 다이오드(D9)는 제7 스위칭 소자(S8)와 제8 스위칭 소자(S9)의 연결 노드에 캐노드가 연결되고 제2 입출력단의 음단자(332n)에 애노드가 연결될 수 있다.Similar to the first bridge circuit, the fifth to eighth switching elements S6-S9 in the second bridge circuit 336 may each include a reverse diode D6-D9. In the reverse diode D6 of the fifth switching element S6, the anode is connected to the connecting node of the fifth switching element S6 and the sixth switching element S7, and the cathode is connected to both terminals 332p of the second input/output terminal. The reverse diode D7 of the sixth switching element S7 has a cathode connected to the connection node of the fifth switching element S6 and the sixth switching element S7, and the negative terminal 332n of the second input/output terminal ) Can be connected to the anode. Similarly, the reverse diode D8 of the seventh switching element S8 has an anode connected to the connection node of the seventh switching element S8 and the eighth switching element S9, and both terminals 332p of the second input/output terminal The cathode may be connected to, and the reverse diode D9 of the eighth switching element S9 is connected to the connection node of the seventh switching element S8 and the eighth switching element S9, and the cathode is connected to the second input/output terminal. An anode may be connected to the negative terminal 332n.

또한, 탑재형 충전기(30)는 제1 입출력단(331p)과 역률 보상 회로(32) 사이의 전기적 연결관계를 결정하는 제1 릴레이(R1)와, 제1 입출력단(331p)와 전장부하(50) 및 보조 배터리(60) 사이의 전기적 연결 관계를 형성하기 위한 제2 릴레이(R2)를 더 포함할 수 있다.In addition, the on-board charger 30 includes a first relay R1 determining an electrical connection relationship between the first input/output terminal 331p and the power factor compensation circuit 32, the first input/output terminal 331p, and an electric load ( 50) and the auxiliary battery 60 may further include a second relay R2 for forming an electrical connection relationship.

저전압 직류 컨버터(40)는 메인 배터리(10)의 전압을 강압하기 위한 다양한 강압 컨버터 회로의 토폴로지가 적용될 수 있다. 도 1에 도시된 예는 트랜스포머(40)를 구비한 절연형 컨버터 구조로서, 메인 배터리(10) 측에 복수의 스위칭 소자(S10-S13)를 포함하는 브릿지 회로(41)가 마련되고, 브릿지 회로(41)의 스위칭에 의해 형성된 교류 형태의 전압이 트랜스포머(40)의 권선비에 의해 감소된 후 트랜스포머(40)의 2차 권선에 연결된 정류 회로(43)에 의해 직류로 변환되어 전장 부하(50) 및 보조 배터리(60)로 공급될 수 있다.The low voltage DC converter 40 may employ a topology of various step-down converter circuits for stepping down the voltage of the main battery 10. The example shown in FIG. 1 is an insulated converter structure including a transformer 40, and a bridge circuit 41 including a plurality of switching elements S10-S13 is provided on the main battery 10 side, and a bridge circuit After the voltage in the form of alternating current formed by the switching of 41 is reduced by the turns ratio of the transformer 40, it is converted to direct current by the rectifier circuit 43 connected to the secondary winding of the transformer 40, and the electric load 50 And it may be supplied to the auxiliary battery (60).

컨트롤러(100)는 충전시 탑재형 충전기(30) 내 마련되는 여러 스위칭 소자들(S1-S9)을 제어하여 메인 배터리(10)를 충전할 수 있는 적절한 크기의 직류 전압이 인가되게 할 수 있다. 또한, 컨트롤러(100)는 차량 주행 시 저전압 직류 컨버터(40)의 브릿지 회로(41) 내 스위칭 소자들(S10-S13)을 제어하여 전장 부하(50) 및 보조 배터리(60)로 적절한 전압이 공급되도록 메인 배터리(10)의 전압을 변환할 수 있다. 또한, 컨트롤러(100)는 차량 주행 시 저전압 직류 컨버터(40)에 고장이 발생한 경우, 탑재형 충전기(30) 내의 직류 컨버터(33)를 역방향으로 구동하여 전장부하(50) 및 보조 배터리(60)로 직류 전압이 공급되게 할 수 있다.The controller 100 may control various switching elements S1-S9 provided in the on-board charger 30 during charging to apply a DC voltage having an appropriate size for charging the main battery 10. In addition, the controller 100 controls the switching elements S10-S13 in the bridge circuit 41 of the low-voltage DC converter 40 when the vehicle is driven to supply an appropriate voltage to the electric load 50 and the auxiliary battery 60. The voltage of the main battery 10 may be converted as possible. In addition, the controller 100 drives the DC converter 33 in the on-board charger 30 in the reverse direction when a failure occurs in the low voltage DC converter 40 while driving the vehicle, so that the electric load 50 and the auxiliary battery 60 DC voltage can be supplied.

컨트롤러(100)가 탑재형 충전기(30)를 제어하는데 필요한 전압 정보를 검출하기 위해 탑재형 충전기(30)는 역률 보상 회로(32)와 직류 컨버터(33)의 연결노드, 즉 제1 입출력단의 양단자(331p)에 전압 센서(34)를 구비할 수 있다. 또한, 메인 배터리(10)의 전압을 검출하기 위해 메인 배터리(10)의 양단자, 즉 제2 입출력단의 양단자(332p)에 전압 센서(70)가 구비될 수 있다.In order for the controller 100 to detect voltage information required to control the on-board charger 30, the on-board charger 30 is a connection node between the power factor compensation circuit 32 and the DC converter 33, that is, the first input/output terminal. A voltage sensor 34 may be provided at both terminals 331p. In addition, a voltage sensor 70 may be provided at both terminals of the main battery 10, that is, both terminals 332p of the second input/output terminal to detect the voltage of the main battery 10.

컨트롤러(100)의 더욱 구체적인 제어 동작 및 그에 따른 효과는 후술하는 차량용 전력 시스템의 제어 방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.A more specific control operation of the controller 100 and an effect thereof may be more clearly understood through a description of a control method of the vehicle power system to be described later.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.2 is a flow chart showing a method for controlling a vehicle power system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템의 제어 방법은, 차량의 시동이 온 된 이후(S11) 컨트롤러(100)가 메인 배터리(10)의 충전 여부를 판단하는 단계(S12)로부터 시작될 수 있다. 차량의 시동이 온 된 상태에서, 탑재형 충전기(30) 내의 제1 릴레이(R1)와 제2 릴레이(R2)는 오프(개방)된 상태일 수 있다. Referring to FIG. 2, in the control method of the vehicle power system according to an embodiment of the present invention, after the vehicle is started (S11), the controller 100 determines whether the main battery 10 is charged ( S12) can be started. In a state in which the vehicle is started, the first relay R1 and the second relay R2 in the on-board charger 30 may be in an off (open) state.

단계(S12)에서 메인 배터리(10)를 충전을 진행하여야 하는 것으로 판단되면, 컨트롤러(100)가 제1 릴레이(R1)을 온(단락) 시키고(S51) 충전을 위해 탑재형 충전기 내 스위칭 소자(S1-S9)를 제어하도록 결정할 수 있다(S52). If it is determined in step S12 that the main battery 10 should be charged, the controller 100 turns on (shorts) the first relay R1 (S51) and a switching element in the on-board charger for charging ( S1-S9) can be determined to control (S52).

더욱 구체적으로, 컨트롤러(100)는 메인 배터리(10) 충전하기 위해 메인 배터리(고전압 배터리)(10)의 전압을 기반으로 하여 메인 배터리(10)를 충전할 수 있는 전압지령, 즉 직류 컨버터(33)의 제2 입출력단(332p, 332n)에 대한 전압 지령을 설정할 수 있다(S53).More specifically, the controller 100 uses a voltage command for charging the main battery 10 based on the voltage of the main battery (high voltage battery) 10 to charge the main battery 10, that is, a DC converter 33 A voltage command for the second input/output terminals 332p and 332n of) may be set (S53).

이어, 컨트롤러(100)는 전압지령과 전압 센서(70)에서 검출되는 메인 배터리(10)의 전압(VO1)의 차이를 기반으로 공진 LLC 컨버터인 직류 컨버터(33) 내 제1 브릿지 회로(333)의 스위칭 소자(S2-S5)의 스위칭 주파수를 가변 제어할 수 있다(S54). 이 때, 제2 브릿지 회로(336)의 스위칭 소자(S6-S9)는 오프되고 역방향 다이오드(D6-D9)가 형성하는 정류회로가 작동할 수 있다.Then, the controller 100 is based on the difference between the voltage command and the voltage V O1 of the main battery 10 detected by the voltage sensor 70, the first bridge circuit 333 in the DC converter 33, which is a resonance LLC converter. The switching frequency of the switching elements S2-S5 of) can be variably controlled (S54). At this time, the switching elements S6-S9 of the second bridge circuit 336 are turned off, and the rectifier circuit formed by the reverse diode D6-D9 may operate.

선택적으로, 전류 센서에 의해 검출된 전류값을 확인한 결과 메인 배터리(10)로 과전류가 공급되는 상황 등과 같은 디레이팅 조건이 성립하는 경우(S55) 메인 배터리(10)로 공급되는 전류를 제한하는 디레이팅 로직을 실행할 수 있다(S61).Optionally, when a derating condition such as a situation in which overcurrent is supplied to the main battery 10 as a result of checking the current value detected by the current sensor is satisfied (S55), the current supplied to the main battery 10 is limited. Rating logic can be executed (S61).

한편, 단계(S12)에서 메인 배터리(10)를 충전하여야 하는 상황이 아니고 차량 주행 중인 경우에, 컨트롤러(100)는 저전압 직류 컨버터(40)의 정상 동작 여부를 확인한 후(S21) 저전압 직류 컨버터(40)가 정상적으로 동작하면 저전압 직류 컨버터(40)의 제어기를 이용하여 저전압 직류 컨버터(40)를 구동하도록 결정할 수 있다(S41). 더욱 구체적으로, 저전압 직류 컨버터(40)의 2차측 전압에 해당하는 출력 전압(VO2)에 대한 전압 지령을 설정한 후(S42), 저전압 직류 컨버터(40) 내의 브릿지 회로(41) 내 스위칭 소자(S10-S13)의 듀티를 제어하여 전장부하(50) 또는 보조 배터리(60)로 전압 지령에 대응되는 전압을 출력하도록 저전압 직류 컨버터(40)를 제어할 수 있다(S43).On the other hand, in the case where the main battery 10 is not charged in step S12 and the vehicle is running, the controller 100 checks whether the low-voltage DC converter 40 operates normally (S21), and then the low-voltage DC converter ( If 40) operates normally, it may be determined to drive the low voltage DC converter 40 using the controller of the low voltage DC converter 40 (S41). More specifically, after setting the voltage command for the output voltage V O2 corresponding to the secondary voltage of the low voltage DC converter 40 (S42), the switching element in the bridge circuit 41 in the low voltage DC converter 40 The low voltage DC converter 40 may be controlled to output a voltage corresponding to the voltage command to the electric load 50 or the auxiliary battery 60 by controlling the duty of (S10-S13) (S43).

선택적으로, 전류 센서에 의해 보조 배터리(10)로 과전류가 공급되는 상황 등과 같은 디레이팅 조건이 성립하는 경우(S44) 메인 배터리(10)로 공급되는 전류를 제한하는 디레이팅 로직을 실행할 수 있다(S61).Optionally, when a derating condition such as a situation in which overcurrent is supplied to the auxiliary battery 10 by the current sensor is satisfied (S44), a derating logic for limiting the current supplied to the main battery 10 may be executed ( S61).

단계(S21)에서 차량의 주행 중에 저전압 직류 컨버터(40)가 고장이 발생하여 셧다운 된 경우, 컨트롤러(100)는 저전압 직류 컨버터(40)의 제어를 중단하고, 탑재형 충전기(30)를 웨이크 업 한 후 탑재형 충전기(30) 내 직류 컨버터(33)를 역방향 구동하여 전장부하(50)와 보조 배터리(60)로 목표 전압이 인가될 수 있게 한다. 이를 위해, 탑재형 충전기(30)는 제1 입출력단(331p)와 전장부하(50) 및 보조 배터리(60) 사이의 전기적 연결 관계를 형성하기 위한 제2 릴레이(R2)를 온(단락) 시키고(S31) 탑재형 충전기(30) 내의 양방향 직류 컨버터(33)를 역방향으로 구동할 수 있다(S32).In step S21, when the low voltage DC converter 40 is shut down due to a failure while the vehicle is running, the controller 100 stops controlling the low voltage DC converter 40 and wakes up the onboard charger 30. After that, the DC converter 33 in the on-board charger 30 is driven in a reverse direction so that the target voltage can be applied to the electric load 50 and the auxiliary battery 60. To this end, the on-board charger 30 turns on (shorts) the first input/output terminal 331p and the second relay R2 for forming an electrical connection relationship between the electric load 50 and the auxiliary battery 60 (S31) It is possible to drive the bidirectional DC converter 33 in the on-board charger 30 in the reverse direction (S32).

컨트롤러(100)는 전장부하(50) 및 보조 배터리(60)에 대응되는 제1 입출력단(331p, 331n)의 전압 지령을 설정하고(S33), 전압 지령과 전압 센서(34)에서 검출된 제1 입출력단(331p, 331n)의 전압의 차에 기반하여 양방향 직류 컨버터(33)의 제2 브릿지 회로(336)의 스위칭 소자(S6-S9)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다(S34).The controller 100 sets the voltage command of the first input/output terminals 331p and 331n corresponding to the electric load 50 and the auxiliary battery 60 (S33), and the voltage command and the voltage detected by the voltage sensor 34 are The switching frequency of the switching elements S6-S9 of the second bridge circuit 336 of the bidirectional DC converter 33 may be controlled based on the difference in voltage between the input/output terminals 331p and 331n (S34).

단계(S34)에서 컨트롤러(100)는 제1 브릿지 회로(331)의 스위칭 소자(S2-S7)를 모두 오프 시키고 스위칭 소자(S2-S7)에 구비된 역방향 다이오드(D2-D5)가 형성하는 정류회로가 작동하게 할 수 있다.In step S34, the controller 100 turns off all of the switching elements S2-S7 of the first bridge circuit 331, and the rectification formed by the reverse diodes D2-D5 provided in the switching elements S2-S7. You can make the circuit work.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템 및 그 제어 방법에서 차량 탑재 충전기 내 LLC 컨버터의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining an operation area of an LLC converter in a vehicle-mounted charger in a vehicle power system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention.

도 3에는 공진 탱크(334)의 공진 주파수를 기준으로 한 스위칭 주파수 별 전압 이득이 도시된다. 차량 탑재 충전기(30) 내 양방향 직류 컨버터(33)가 역방향으로 동작하는 경우 고전압의 메인 배터리(10)와 저전압의 보조 베터리(60) 사이의 전압차가 매우 크기 때문에 전압 이득은 매우 낮아야 한다.3 shows the voltage gain for each switching frequency based on the resonance frequency of the resonance tank 334. When the bidirectional DC converter 33 in the vehicle-mounted charger 30 operates in the reverse direction, the voltage gain must be very low because the voltage difference between the high voltage main battery 10 and the low voltage auxiliary battery 60 is very large.

도 3에 나타난 바와 같이, LLC 직류 컨버터에서 이득은 공진 탱크(334)에 의한 공진 주파수를 피크로 하여 공진 주파수 보다 낮은 주파수 영역 및 높은 주파수 영역으로 갈수록 전압 이득이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 낮은 전압 이득을 달성하기 위해서는 공진 주파수를 기준으로 스위칭 주파수를 감소시키거나 증가시켜야 하는데, 주파수를 향상시키는 것은 스위칭 소자의 스위칭을 제어하기 위한 마이컴의 한계로 인해 제약을 갖는다. 따라서, LLC 컨버터를 역방향으로 동작시켜 고전압의 메인 배터리(10) 전압을 저전압의 보조 배터리(60) 전압으로 강압하기 위해서는 제2 브릿지 회로(336) 내 스위칭 소자(S6-S9)의 스위칭 주파수를 공진 주파수보다 낮게 설정하여야 한다.As shown in FIG. 3, in the LLC DC converter, it can be seen that the voltage gain decreases toward a frequency region lower and a higher frequency region than the resonant frequency by peaking the resonant frequency by the resonant tank 334. Accordingly, in order to achieve a low voltage gain, the switching frequency must be decreased or increased based on the resonance frequency, but increasing the frequency is limited due to the limitation of the microcomputer for controlling the switching of the switching element. Therefore, in order to lower the voltage of the high voltage main battery 10 to the voltage of the low voltage auxiliary battery 60 by operating the LLC converter in the reverse direction, the switching frequency of the switching elements S6-S9 in the second bridge circuit 336 is resonated. It should be set lower than the frequency.

선택적으로, 제1 입출력단(331p)에 설치된 전류 센서에 의해 검출된 전류값을 확인한 결과, 전장 부하(50) 및 보조 배터리(60)로 과전류가 공급되는 상황 등과 같은 디레이팅 조건이 성립하는 경우(S35) 제1 입출력단(331p)에서 출력되는 전류를 제한하는 디레이팅 로직을 실행할 수 있다(S61).Optionally, as a result of checking the current value detected by the current sensor installed in the first input/output terminal 331p, a derating condition such as a situation in which overcurrent is supplied to the electric load 50 and the auxiliary battery 60 is established. (S35) Derating logic for limiting the current output from the first input/output terminal 331p may be executed (S61).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 전력 시스템은, 차량 주행 중 저전압 직류 컨버터에 고장이 발생하는 경우 탑재형 충전기 내 구비된 직류 컨버터를 역방향으로 구동함으로써 저전압 직류 컨버터가 셧다운 되는 경우에도 차량 운전 성능을 양호하게 확보할 수 있다.As described above, in the vehicle power system according to various embodiments of the present invention, when a failure occurs in the low voltage DC converter while driving the vehicle, the low voltage DC converter is shut down by driving the DC converter provided in the on-board charger in the reverse direction. Even in the case, it is possible to ensure good vehicle driving performance.

더하여, 저전압 직류 컨버터가 셧다운되어 보조 배터리의 충전이 불가함으로써 보조 배터리가 과방전되는 문제를 해소하여 보조 배터리의 열화를 방지하고 보조 배터리 교체에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.In addition, since the low-voltage DC converter is shut down and the auxiliary battery cannot be charged, the problem of overdischarging the auxiliary battery is solved, thereby preventing deterioration of the auxiliary battery and reducing the cost required for replacing the auxiliary battery.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although shown and described in connection with specific embodiments of the present invention above, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the present invention can be variously improved and changed within the scope of the claims. .

10: 메인 배터리(고전압 배터리) 20: 충전설비(EVSE)
30: 차량 탑재형 충전기(OBC) 31: 정류 회로
32: 역률 보상 회로 33: 양방향 LLC 직류 컨버터
331p, 331n: 제1 입출력단 332p, 332n: 제2 입출력단
333: 제1 브릿지 회로 334: 공진 탱크
335: 트랜스포머 336: 제2 브릿지 회로
40: 저전압 직류 컨버터 41: 브릿지 회로
42: 트랜스포머 43: 정류회로
50: 전장부하 60: 보조 배터리(저전압 배터리)
34, 70: 전압 센서10: main battery (high voltage battery) 20: charging facility (EVSE)
30: vehicle-mounted charger (OBC) 31: rectifier circuit
32: power factor compensation circuit 33: bidirectional LLC DC converter
331p, 331n: first input/output terminal 332p, 332n: second input/output terminal
333: first bridge circuit 334: resonance tank
335: transformer 336: second bridge circuit
40: low voltage DC converter 41: bridge circuit
42: transformer 43: rectifier circuit
50: electric load 60: auxiliary battery (low voltage battery)
34, 70: voltage sensor

Claims (14)

교류전력을 직류전력으로 변환하여 제1 배터리를 충전하기 위한 충전 전력을 생성하며, 상기 교류전력 측에 연결된 제1 입출력단 및 상기 배터리에 연결된 제2 입출력단 사이에서 양방향의 전력 공급이 가능한 양방향 직류 컨버터를 포함하는 탑재형 충전기;
상기 제1 배터리의 전압을 하향 변환하여 제2 배터리의 충전 전압 및 전장부하의 전원 전압으로 제공하는 저전압 직류 컨버터; 및
상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우, 상기 제1 입출력단을 상기 제2 배터리 및 상기 전장부하에 전기적으로 연결하고 상기 양방향 직류 컨버터를 구동시켜 상기 제1 배터리의 전압을 상기 제2 배터리의 전압에 대응되는 크기로 변환하여 상기 제1 입출력단으로 출력하게 함으로써 상기 제2 배터리의 충전 전압 및 상기 전장부하에 전원 전압이 공급되도록 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 전력 시스템.A bidirectional DC capable of supplying power in both directions between the first input/output terminal connected to the AC power side and the second input/output terminal connected to the battery by converting AC power into DC power to generate charging power for charging the first battery. An on-board charger including a converter;
A low voltage DC converter for down-converting the voltage of the first battery and providing the charging voltage of the second battery and a power supply voltage of the electric load; And
When the low voltage DC converter fails, the first input/output terminal is electrically connected to the second battery and the electric load, and the bidirectional DC converter is driven so that the voltage of the first battery corresponds to the voltage of the second battery. A controller configured to control the charging voltage of the second battery and the power supply voltage to be supplied to the electric load by converting the size to a size and outputting it to the first input/output terminal;
Vehicle power system comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 탑재형 충전기는,
상기 제1 입출력단과 상기 보조 배터리 및 상기 전장부하 사이의 전기적 연결관계를 결정하는 릴레이를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우 상기 릴레이를 단락 시키는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method according to claim 1, wherein the on-board charger,
And a relay for determining an electrical connection relationship between the first input/output terminal and the auxiliary battery and the electric load, wherein the controller shorts the relay when the low voltage DC converter fails. 청구항 1에 있어서, 상기 양방향 직류 컨버터는,
상기 제1 입출력단에 연결에 연결된 제1 브릿지 회로;
상기 제1 브릿지 회로에 연결되며 공진 주파수를 생성하도록 공진 인덕터와 공진 커패시터를 포함하는 공진 탱크;
상기 공진 탱크에 1차 코일이 연결된 트랜스포머;
상기 트랜스포머의 2차 코일과 상기 제2 입출력단 사이에 연결된 제2 브릿지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method according to claim 1, wherein the bi-directional DC converter,
A first bridge circuit connected to the first input/output terminal;
A resonance tank connected to the first bridge circuit and including a resonance inductor and a resonance capacitor to generate a resonance frequency;
A transformer having a primary coil connected to the resonance tank;
And a second bridge circuit connected between the secondary coil of the transformer and the second input/output terminal. 청구항 3에 있어서,
상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어하고 상기 제1 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 3,
When the low voltage DC converter fails, the controller controls a switching frequency of a switching element included in the second bridge circuit and turns off a switching element included in the first bridge circuit. 청구항 4에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 상기 공진 탱크에 의해 결정되는 공진 주파수 보다 낮은 영역에서 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 4,
Wherein the controller determines the switching frequency of the switching element included in the second bridge circuit in a region lower than the resonance frequency determined by the resonance tank. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 브릿지 회로는,
상기 제1 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 상기 제1 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하며,
상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 공진 탱크의 상기 공진 인덕터와 공진 커패시터의 직렬 연결 구조에 연결되고 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 트랜스포머의 1차 권선의 일단에 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 3, wherein the first bridge circuit,
A first switching element and a second switching element connected in series between the positive and negative terminals of the first input/output terminal, and a third switching element and a fourth switching connected in series between the positive and negative terminals of the first input/output terminal It includes an element,
A connection node between the first switching element and the second switching element is connected to a series connection structure between the resonance inductor and the resonance capacitor of the resonance tank, and the connection node of the third switching element and the fourth switching element is of the transformer. Vehicle power system, characterized in that connected to one end of the primary winding. 청구항 6에 있어서, 상기 제2 브릿지 회로는,
상기 제2 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제5 스위칭 소자 및 제6 스위칭 소자, 상기 제2 입출력단의 양단자와 음단자 사이에 서로 직렬 연결된 제7 스위칭 소자 및 제8 스위칭 소자를 포함하며,
상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 트랜스포머의 2차 권선의 일단에 연결되고 상기 제7 스위칭 소자 및 상기 제8 스위칭 소자의 연결 노드는 상기 트랜스포머의 2차 권선의 타단에 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 6, wherein the second bridge circuit,
A fifth switching element and a sixth switching element connected in series between the positive and negative terminals of the second input/output terminal, and a seventh and eighth switching element connected in series between the positive and negative terminals of the second input/output terminal It includes an element,
The fifth switching element and the connection node of the sixth switching element are connected to one end of the secondary winding of the transformer, and the connection node of the seventh switching element and the eighth switching element is connected to the other end of the secondary winding of the transformer. Vehicle power system, characterized in that connected. 청구항 7에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 애노드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 양단자에 캐소드가 연결된 제1 역방향 다이오드를 포함하고,
상기 제2 스위칭 소자는, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 캐소드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 음단자에 애노드가 연결된 제2 역방향 다이오드를 포함하고,
상기 제3 스위칭 소자는, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 애노드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 양단자에 캐소드가 연결된 제3 역방향 다이오드를 포함하고,
상기 제4 스위칭 소자는, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 캐노드가 연결되고 상기 제1 입출력단의 음단자에 애노드가 연결된 제4 역방향 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 7,
The first switching element includes a first reverse diode having an anode connected to a connection node of the first switching element and the second switching element and a cathode connected to both terminals of the first input/output terminal,
The second switching element includes a second reverse diode having a cathode connected to a connection node of the first switching element and the second switching element, and an anode connected to a negative terminal of the first input/output terminal,
The third switching element includes a third reverse diode having an anode connected to a connection node of the third switching element and the fourth switching element and a cathode connected to both terminals of the first input/output terminal,
The fourth switching element includes a fourth reverse diode having a cathode connected to a connection node of the third switching device and the fourth switching device, and an anode connected to a negative terminal of the first input/output terminal. Vehicle power system. 청구항 8에 있어서,
상기 저전압 직류 컨버터가 고장인 경우, 상기 컨트롤러는 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 상기 제5 스위칭 소자 내지 제8 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어하고 상기 제1 브릿지 회로에 포함된 상기 제1 스위칭 소자 내지 제4 스위칭 소자를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 8,
When the low-voltage DC converter fails, the controller controls the switching frequencies of the fifth to eighth switching elements included in the second bridge circuit, and the first switching elements included in the first bridge circuit A power system for a vehicle, characterized in that the fourth switching element is turned off. 청구항 9에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제5 스위칭 소자 내지 제8 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 상기 공진 탱크에 의해 결정된 공진 주파수 보다 낮은 영역에서 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템.The method of claim 9,
Wherein the controller determines a switching frequency of the fifth to eighth switching elements in a region lower than the resonance frequency determined by the resonance tank. 청구항 1의 차량용 전력 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
차량 주행 중 상기 저전압 직류 컨버터의 고장 발생을 여부를 판단하는 단계;
상기 저전압 직류 컨버터에 고장이 발생한 경우 상기 제1 입출력단과 상기 보조 배터리 및 상기 전장부하 사이에 전기적 연결을 형성하는 단계; 및
상기 제2 입출력단의 전압을 상기 제1 입출력단으로 강압하여 출력하도록 상기 양방향 직류 컨버터를 역방향으로 작동시키는 단계;
를 포함하는 차량용 전력 시스템의 제어 방법.In the method for controlling the vehicle power system of claim 1,
Determining whether a failure of the low voltage DC converter occurs while the vehicle is driving;
Forming an electrical connection between the first input/output terminal and the auxiliary battery and the electric load when a failure occurs in the low voltage DC converter; And
Operating the bidirectional DC converter in a reverse direction so that the voltage of the second input/output terminal is reduced to the first input/output terminal and output;
Control method of a vehicle power system comprising a. 청구항 11에 있어서,
상기 탑재형 충전기는 상기 제1 입출력단과 상기 보조 배터리 및 상기 전장부하 사이의 전기적 연결관계를 결정하는 릴레이를 더 포함하며,
상기 전기적 연결을 형성하는 단계는 상기 릴레이를 단락 시키는 단계인 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템의 제어 방법.The method of claim 11,
The on-board charger further includes a relay for determining an electrical connection relationship between the first input/output terminal and the auxiliary battery and the electric load,
The forming of the electrical connection is a method of controlling a vehicle power system, characterized in that the step of shorting the relay. 청구항 11에 있어서,
상기 양방향 직류 컨버터는, 상기 제1 입출력단에 연결에 연결된 제1 브릿지 회로와, 상기 제1 브릿지 회로에 연결되며 공진 주파수를 생성하도록 공진 인덕터와 공진 커패시터를 포함하는 공진 탱크와 상기 공진 탱크에 1차 코일이 연결된 트랜스포머와 상기 트랜스포머의 2차 코일과 상기 제2 입출력단 사이에 연결된 제2 브릿지 회로를 포함하는 LLC 컨버터이며,
상기 역방향으로 작동시키는 단계는, 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 제어하고 상기 제1 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자를 오프 시키는 단계인 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템의 제어 방법.The method of claim 11,
The bidirectional DC converter includes a first bridge circuit connected to the first input/output terminal, a resonance tank connected to the first bridge circuit and including a resonance inductor and a resonance capacitor to generate a resonance frequency, and 1 in the resonance tank. It is an LLC converter including a transformer to which a secondary coil is connected and a second bridge circuit connected between the secondary coil of the transformer and the second input/output terminal,
The operating in the reverse direction comprises controlling a switching frequency of a switching element included in the second bridge circuit and turning off a switching element included in the first bridge circuit. 청구항 13에 있어서,
상기 역방향으로 작동시키는 단계는, 상기 제2 브릿지 회로에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 상기 공진 탱크에 의해 결정되는 공진 주파수 보다 낮은 영역에서 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 시스템의 제어 방법.
The method of claim 13,
The operating in the reverse direction comprises determining a switching frequency of the switching element included in the second bridge circuit in a region lower than the resonance frequency determined by the resonance tank.
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