KR20220005347A - 차량의 배터리 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로, 차량에서 별도의 승압 컨버터를 사용하지 않고도 충전 전압이 서로 다른 복수의 외부 충전기에 대응할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 차량용 충전 장치는, 제 1 배터리와 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단과; 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부를 선택적으로 충전하기 위해 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단의 온/오프를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 배터리 충전 장치 및 방법{BATTERY CHARGING APPARATUS AND METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량에 관한 것으로, 차량의 배터리를 충전하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
친환경 차량(전기 차량 또는 하이브리드 차량 등)의 발전이 가속됨에 따라 친환경 차량의 주행 거리도 증가하고 있다.
1회 완전 충전으로 수백 km 이상을 주행하기 위해 배터리의 용량도 크게 증가하였다. 이와 같이 용량이 증가된 배터리를 더 짧은 시간 내에 충전하기 위해 배터리의 전압 또한 400V급에서 800V급으로 개발되고 있는 추세이다. 그러나, 현재 보급되어 있는 급속 충전기는 대부분 400V급 배터리에 대응할 뿐 800V급 배터리에는 대응하지 못하는 경우가 많다. 800V급 급속 충전기의 보급이 증가하는 추세이기는 하지만 여전히 400V급 급속 충전기가 대부분이다.
이로 인해 800V급 배터리가 적용된 친환경 차량은 400V급 급속 충전기와 800V급 급속 충전기에서 모두 충전이 가능해야 한다. 이를 위해 일반적으로 400V급 충전기의 전압을 차량 내부에서 승압하여 800V급 배터리를 충전하고 있다.
400V급 충전기의 전압을 차량 내부에서 승압하기 위해서는 차량에 승압 컨버터를 구비해야 하는데, 이 경우 승압 과정에서 노이즈가 발생할 수 있다. 승압 과정에서 발생하는 노이즈는 충전 장애를 유발할 수 있다. 또한, 노이즈 차단을 위한 필터를 구비하는 경우 차량의 가격 상승의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량에서 별도의 승압 컨버터를 사용하지 않고도 충전 전압이 서로 다른 복수의 외부 충전기에 대응할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량용 충전 장치는, 제 1 배터리와 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단과; 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부를 선택적으로 충전하기 위해 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단의 온/오프를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제 1 배터리와 상기 제 1 배터리 각각의 충전량이 서로 균등해지도록 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 각각으로 공급되는 상기 충전 전류의 크기를 가변 조절한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 1 트랜지스터를 포함하고; 상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 2 트랜지스터를 포함한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 1 릴레이를 더 포함하고; 상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 2 릴레이를 더 포함한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제 3 스위칭 수단을 턴 온 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 하나의 단일 배터리로서 충전되도록 제어한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 온 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 각각 독립적으로 충전되도록 제어한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제어부는, 상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단 가운데 어느 하나를 턴 온 시키고 다른 하나를 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 가운데 어느 하나만이 단독으로 충전되도록 제어한다.
상술한 차량용 충전 장치에서, 상기 제어부는, 상기 충전 전류를 공급하는 외부 충전기의 충전 용량에 대응하여 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부가 선택적으로 충전되도록 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단을 제어한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량용 충전 장치의 제어 방법은, 제 1 배터리와 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단을 포함하는 차량용 충전 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 충전 전류를 공급하는 외부 충전기의 충전 용량을 확인하는 단계와; 상기 외부 충전기의 충전 용량에 대응하여 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부가 선택적으로 충전되도록 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단을 제어하는 단계를 포함한다.
상술한 차량용 충전 장치의 제어 방법에서, 상기 제 1 배터리와 상기 제 1 배터리 각각의 충전량이 서로 균등해지도록 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 각각으로 공급되는 상기 충전 전류의 크기를 가변 조절한다.
상술한 차량용 충전 장치의 제어 방법에서, 상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 1 트랜지스터를 포함하고; 상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 2 트랜지스터를 포함한다.
상술한 차량용 충전 장치의 제어 방법에서, 상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 1 릴레이를 더 포함하고; 상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 2 릴레이를 더 포함한다.
상술한 차량용 충전 장치의 제어 방법에서, 상기 제 3 스위칭 수단을 턴 온 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 하나의 단일 배터리로서 충전되도록 제어한다.
상술한 차량용 충전 장치의 제어 방법에서, 상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 온 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 각각 독립적으로 충전되도록 제어한다.
상술한 차량용 충전 장치의 제어 방법에서, 상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단 가운데 어느 하나를 턴 온 시키고 다른 하나를 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 가운데 어느 하나만이 단독으로 충전되도록 제어한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량은, 제 1 배터리 및 제 2 배터리와; 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단과; 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부를 선택적으로 충전하기 위해 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단의 온/오프를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량 제어 방법은, 제 1 배터리 및 제 2 배터리와, 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단을 포함하는 차량의 제어 방법에 있어서, 상기 충전 전류를 공급하는 외부 충전기의 충전 용량을 확인하는 단계와; 상기 외부 충전기의 충전 용량에 대응하여 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부가 선택적으로 충전되도록 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량에서 별도의 승압 컨버터를 사용하지 않고도 충전 전압이 서로 다른 복수의 외부 충전기에 대응할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치에서 400V급 외부 급속 충전기에 대응하기 위한 충전 제어를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치에서 800V급 외부 급속 충전기에 대응하기 위한 충전 제어를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 방법을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에서, 참조 부호 102는 차량의 외부에 마련되는 외부 급속 충전기이다. 충전 케이블의 플러그 인에 의해 외부 급속 충전기(102)가 고전압 릴레이 어셈블리(120)를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치에 전기적으로 연결된다. 고전압 릴레이 어셈블리(120)는 외부 급속 충전기(102)의 (+) 단자와 (-) 단자 각각에 연결되는 두 개의 고전압 릴레이(RL4)(RL5)와 (+) 단자를 통해 흐르는 전류의 크기를 검출하기 위한 전류 센서(110)를 포함한다. 외부 급속 충전기(102)와 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전기가 충전 케이블의 플러그 인에 의해 연결되면 고전압 릴레이 어셈블리(102)의 두 개의 고전압 릴레이(RL4)(RL5)가 턴 온 되어 전류가 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치는 차량에 마련되는 고전압 배터리(104)(106)를 충전하도록 마련된다. 도 1에 나타낸 고전압 배터리(104)(106)는 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)로 구성된다. 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)의 사이 즉 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106) 사이에는 제 3 스위칭 수단인 제 3 고전압 릴레이(RL3)가 마련된다. 따라서 제 3 고전압 릴레이(RL3)가 턴 오프 되면 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)가 서로 전기적으로 분리되어 별개의 400V급 배터리로 동작한다. 반대로 제 3 고전압 릴레이(RL3)가 턴 온 되면 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)가 서로 전기적으로 연결되어 800V급 배터리로 동작한다.
제 1 고전압 배터리(104)는 제 1 스위칭 수단을 구성하는 제 1 고전압 릴레이(RL1) 및 제 1 트랜지스터(IGBT1)를 통해 단독으로 충전될 수 있다. 즉, 제 3 고전압 릴레이(RL3)와 제 2 고전압 릴레이(RL2), 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 턴 오프 되어 있는 상태에서 제 1 고전압 릴레이(RL1) 및 제 1 트랜지스터(IGBT1)가 턴 온 되면 제 1 고전압 배터리(104)의 단독 충전이 이루어진다. 제 1 스위칭 수단은 제 1 고전압 릴레이(RL1) 및 제 1 트랜지스터(IGBT1)의 조합으로 구성하거나, 또는 제 1 트랜지스터(IGBT1) 단독으로 구성할 수도 있다.
제 2 고전압 배터리(106) 역시 제 2 스위칭 수단을 구성하는 제 2 고전압 릴레이(RL2) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)를 통해 단독으로 충전될 수 있다. 즉, 제 3 고전압 릴레이(RL3)와 제 1 고전압 릴레이(RL1), 제 1 트랜지스터(IGBT1)가 턴 오프 되어 있는 상태에서 제 2 고전압 릴레이(RL2) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 턴 온 되면 제 2 고전압 배터리(106)의 단독 충전이 이루어진다. 제 2 스위칭 수단은 제 2 고전압 릴레이(RL2) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)의 조합으로 구성하거나, 또는 제 2 트랜지스터(IGBT2) 단독으로 구성할 수도 있다.
만약, 제 3 고전압 릴레이(RL3)가 턴 오프 되어 있는 상태에서 제 1 고전압 릴레이(RL1)와 제 1 트랜지스터(IGBT1), 제 2 고전압 릴레이(RL2), 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 턴 온 되면, 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106) 모두 독립적으로 단독 충전될 수 있다.
제 1 고전압 릴레이(RL1)와 제 1 트랜지스터(IGBT1), 제 2 고전압 릴레이(RL2), 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 턴 오프 되어 있는 상태에서 제 3 고전압 릴레이(RL3)만이 홀로 턴 온 되면 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106)가 전기적으로 직렬 연결되어 하나의 800V급 배터리로서 충전될 수 있다.
제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)는 대전력용 스위치인 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)이다. 제 1 트랜지스터(IGBT1)는 제어부로서 동작하는 배터리 관리 시스템(112)의 제어에 의해 레귤레이터(114)를 통해 공급되는 게이트 전압(V1)에 의해 제어된다. 제 2 트랜지스터(IGBT2) 역시 배터리 관리 시스템(112)의 제어에 의해 또 다른 레귤레이터(116)를 통해 공급되는 게이트 전압(V2)에 의해 제어된다.
각각 제 1 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)의 동작 영역은 선형 영역과 포화 영역, 차단 영역으로 구분할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 게이트 전압(V1)(V2)의 크기를 통해 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2) 각각을 포화 영역과 차단 영역으로 동작시킴으로써 단순히 온/오프 스위치 역할을 수행하도록 하거나, 또는 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2) 각각을 선형 영역으로 동작시킴으로써 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2) 각각을 통해 흐르는 전류의 크기를 조절한다. 이와 같은 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2) 각각을 통한 전류의 크기의 조절은, 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106)로 흐르는 전류의 크기를 동일하게 제어함으로써 제 1 고전압 배터리(104) 및 제 2 고전압 배터리(106)를 균등하게(균일하게) 충전하기 위함이다.
도 1에서, 전류 센서(110)은 외부 급속 충전기(102)의 (+) 단자를 통해 공급되는 충전 전류(Icharge)의 크기를 측정한다. 또 다른 전류 센서(108)는 제 1 고전압 릴레이(RL1)와 제 2 고전압 배터리(106)의 (+) 전극 사이의 전류 경로를 흐르는 전류의 크기(도 2 및 도 3의 I2 참조)를 측정한다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치는, 800V급 고전압 배터리(104)(106)를 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)로서 단독 충전이 가능하도록 한다. 현재 보급되어 있는 외부 급속 충전기는 대부분 400V급 모델이며, 더 빠른 충전을 위해 800V급 외부 급속 충전기의 보급이 증가하는 추세이다. 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치는, 이와 같은 400V급 외부 급속 충전기는 물론 800V급 외부 급속 충전기에도 대응할 수 있도록 하기 위해 800V급 고전압 배터리(104)(106)를 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)로서 단독 충전이 가능하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량에서, 외부 급속 충전기(102)의 용량에 따른 충전 방식의 변경을 도 2 내지 도 4을 통해 자세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치에서 400V급 외부 급속 충전기에 대응하기 위한 충전 제어를 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 외부 급속 충전기(102)는 400V급 모델이다. 이 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치는 800V급 고전압 배터리(104)(106)를 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)로 전기적으로 분할하여 두 개의 400V급 고전압 배터리(104)(106)를 대상으로 독립적인 충전을 수행한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제 3 고전압 릴레이(RL3)가 턴 오프 되어 있는 상태에서 제 1 고전압 릴레이(RL1)와 제 1 트랜지스터(IGBT1), 제 2 고전압 릴레이(RL2), 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 턴 온 되어 있다. 이 제어를 통해 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106)은 각각 400V급 배터리로서 독립적으로 충전된다.
제 1 고전압 배터리(104) 및 제 2 고전압 배터리(106)의 충전은 외부 급속 충전기(102)로부터 공급되는 충전 전류(Icharge)에 의해 이루어진다. 도 2의 경우, 충전 전류(Icharge)가 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106)로 나뉘어 공급된다. 이상적으로는 제 1 고전압 배터리(104)로 공급되는 제 1 전류(I1)와 제 2 고전압 배터리(106)로 공급되는 제 2 전류(I2)는 서로 동일해야 하지만, 전류 경로의 물리적 특성 등의 이유로 제 1 전류(I1)와 제 2 전류(I2)가 서로 동일하지 않을 수 있다. 제 1 고전압 배터리(104)로 공급되는 제 1 전류(I1)와 제 2 고전압 배터리(106)로 공급되는 제 2 전류(I2)가 서로 동일하지 않으면, 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106)의 배터리 셀 간 불균형이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치에서는, 제 1 트랜지스터(IGBT1)와 제 2 트랜지스터(IGBT2) 각각의 게이트 전압(V1)(V2)의 조정을 통해 제 1 트랜지스터(IGBT1)와 제 2 트랜지스터(IGBT2) 각각을 통해 흐르는 전류의 크기를 조절함으로써 제 1 고전압 배터리(104)로 공급되는 제 1 전류(I1)와 제 2 고전압 배터리(106)로 공급되는 제 2 전류(I2)를 동일하게 제어한다. 이 때 게이트 전압(V1)(V2) 각각은 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)를 턴 온 시키기 위해 0V보다 크다. 단, 제 1 전류(I1) 및 제 2 전류(I2) 각각을 서로 동일한 크기(I1=I2)로 조정하기 위해 게이트 전압(V1)(V2) 각각은 0V보다 큰 서로 다른 전압 레벨일 수 있다. 만약 I1 > I2이면 V1 < V2가 되도록 게이트 전압(V1)(V2)의 크기를 조절함으로써 I1 = I2가 되도록 할 수 있다. 반대로, 만약 I1 < I2이면 V1 > V2가 되도록 게이트 전압(V1)(V2)의 크기를 조절함으로써 I1 = I2가 되도록 할 수 있다.
충전 전류(Icharge)와 제 1 전류(I1), 제 2 전류(I2)의 관계는 Icharge = I1 + I2로 나타낼 수 있다. 이로부터 제 2 전류(I2)는 I2 = Icharge - I1임을 알 수 있다. 따라서 두 개의 전류 센서(108)(110)만으로도 충전 전류(Icharge)와 제 1 전류(I1), 제 2 전류(I2)의 크기를 모두 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치에서 800V급 외부 급속 충전기에 대응하기 위한 충전 제어를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 외부 급속 충전기(102)는 800V급 모델이다. 이 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치는 800V급 고전압 배터리(104)(106)를 분할하지 않고 하나의 800V급 고전압 배터리(104)(106)로서 충전을 수행한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 고전압 릴레이(RL1)와 제 1 트랜지스터(IGBT1), 제 2 고전압 릴레이(RL2), 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 턴 오프 되어 있는 상태에서 제 3 고전압 릴레이(RL3)만이 홀로 턴 온 되면 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106)가 전기적으로 직렬 연결되어 하나의 800V급 배터리로서 충전될 수 있다.
제 1 트랜지스터(IGBT1)와 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 모두 턴 오프 되어 있기 때문에, 게이트 전압(V1)(V2)의 조정을 통한 전류 제어는 필요치 않다. 따라서 이 때의 게이트 전압(V1)(V2)은 모두 0V이다. 또한, 외부 고속 충전기(102)로부터 공급되는 충전 전류(Icharge)는 그대로 제 2 고전압 배터리(106)와 제 1 고전압 배터리(104)에 순차적으로 공급되어 제 1 고전압 배터리(104) 및 제 2 고전압 배터리(106)를 충전한다.
만약, 800V급 외부 급속 충전기(102)에 대응하여 도 3에 나타낸 것과 같은 방식으로 고전압 배터리(104)(106)를 충전하였으나, 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106) 사이의 충전 불균형이 발견되면, 앞서 도 1의 설명에서 언급한 것처럼, 제 1 고전압 릴레이(RL1) 및 제 1 트랜지스터(IGBT1)만을 턴 온 시켜서 제 1 배터리(104)만을 단독으로 충전하거나, 반대로 제 2 고전압 릴레이(RL2) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)만을 턴 온 시켜서 제 2 배터리(106)만을 단독으로 충전함으로써, 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106) 사이의 충전 불균형을 해소할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 방법을 나타낸 도면이다.
배터리 관리 시스템(112)은 플러그 인에 의해 외부 급속 충전기(102)가 차량에 전기적으로 연결되었는지를 확인한다(402).
플러그 인에 의해 외부 급속 충전기(102)가 차량에 전기적으로 연결되면, 배터리 관리 시스템(112)은 외부 급속 충전기(102)의 충전 전압이 400V인지 또는 800V인지를 확인한다(404).
외부 급속 충전기(102)의 충전 전압이 400V인 것으로 확인되면, 배터리 관리 시스템(112)은 다음과 같은 스위칭 제어를 통해 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106) 각각이 400V급 배터리로서 독립적으로 충전되도록 충전을 시작한다(412). 즉, 이 경우 배터리 관리 시스템(112)은, 앞서 도 2를 통해 설명한 것처럼, 제 1 고전압 릴레이(RL1) 및 제 2 고전압 릴레이(RL2)를 턴 온 시키고, 제 3 고전압 릴레이(RL3)를 턴 오프 시키며, 게이트 전압(V1)(V2) 각각을 0V보다 큰 값이 되도록 함으로써, 제 1 고전압 배터리(104)와 제 2 고전압 배터리(106) 각각이 400V급 배터리로서 독립적으로 충전되도록 한다.
만약 제 1 고전압 배터리(104)를 충전하는 제 1 전류(I1)와 제 2 고전압 배터리(106)를 충전하는 제 2 전류(I2)가 동일하면(414의 '예'), 배터리 관리 시스템(112)은 게이트 전압(V1)(V2) 각각을 0V보다 큰 값으로 계속 유지함으로써 제 1 고전압 배터리(104) 및 제 2 고전압 배터리(106)의 독립적인 충전이 계속 이루어지도록 한다(416).
만약, 제 1 고전압 배터리(104)를 충전하는 제 1 전류(I1)와 제 2 고전압 배터리(106)를 충전하는 제 2 전류(I2)가 동일하지 않으면(414의 '아니오'), 배터리 관리 시스템(112)은 게이트 전압(V1)(V2) 각각을 0V보다 큰 특정 값으로 조정(가변)함으로써 제 1 전류(I1)와 제 2 전류(I2)의 크기가 동일해지도록 한다. 이와 같은 제 1 전류(I1) 및 제 2 전류(I2)의 조정(가변)에 의해 제 1 고전압 배터리(104) 및 제 2 고전압 배터리(106)의 균일한 충전이 이루어지도록 한다(418).
단계 404에서, 외부 급속 충전기(102)의 충전 전압이 800V인 것으로 확인되면, 배터리 관리 시스템(112)은 다음과 같은 스위칭 제어를 통해 800V급 고전압 배터리(104)(106)를 분할하지 않고 하나의 800V급 고전압 배터리(104)(106)로서 충전되도록 충전을 시작한다(422). 즉, 이 경우 배터리 관리 시스템(112)은, 앞서 도 3을 통해 설명한 것처럼, 제 1 고전압 릴레이(RL1) 및 제 2 고전압 릴레이(RL2)를 턴 오프 시키고, 제 3 고전압 릴레이(RL3)를 턴 온 시키며, 게이트 전압(V1)(V2) 각각을 0V로 유지함으로써 제 1 트랜지스터(IGBT1) 및 제 2 트랜지스터(IGBT2)가 모두 턴 오프 되도록 한다(422).
이와 같은 충전을 통해 고전압 배터리(104)(106)의 목적하는 충전이 완료되면(430의 '예'), 배터리 관리 시스템(112)은 고전압 배터리(104)(106)의 충전을 완료한다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102 : 외부 급속 충전기
104 : 제 1 고전압 배터리
106 : 제 2 고전압 배터리
108, 110 : 전류 센서
112 : 배터리 관리 시스템
114 : 레귤레이터
116 : 레귤레이터
120 : 고전압 릴레이 어셈블리
RL1, RL2, RL3, RL4, RL5 : 고전압 릴레이
IGBT1, IGBT2 : 트랜지스터

Claims (17)

  1. 제 1 배터리와 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과;
    외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과;
    상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단과;
    상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부를 선택적으로 충전하기 위해 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단의 온/오프를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하는 차량용 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제 1 배터리와 상기 제 1 배터리 각각의 충전량이 서로 균등해지도록 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 각각으로 공급되는 상기 충전 전류의 크기를 가변 조절하는 차량용 충전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 1 트랜지스터를 포함하고;
    상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 2 트랜지스터를 포함하는 차량용 충전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 1 릴레이를 더 포함하고;
    상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 2 릴레이를 더 포함하는 차량용 충전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제 3 스위칭 수단을 턴 온 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 하나의 단일 배터리로서 충전되도록 제어하는 차량용 충전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 온 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 각각 독립적으로 충전되도록 제어하는 차량용 충전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단 가운데 어느 하나를 턴 온 시키고 다른 하나를 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 가운데 어느 하나만이 단독으로 충전되도록 제어하는 차량용 충전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 충전 전류를 공급하는 외부 충전기의 충전 용량에 대응하여 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부가 선택적으로 충전되도록 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단을 제어하는 차량용 충전 장치.
  9. 제 1 배터리와 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단을 포함하는 차량용 충전 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 충전 전류를 공급하는 외부 충전기의 충전 용량을 확인하는 단계와;
    상기 외부 충전기의 충전 용량에 대응하여 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부가 선택적으로 충전되도록 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단을 제어하는 단계를 포함하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 배터리와 상기 제 1 배터리 각각의 충전량이 서로 균등해지도록 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 각각으로 공급되는 상기 충전 전류의 크기를 가변 조절하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 1 트랜지스터를 포함하고;
    상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급량을 조절하기 위한 제 2 트랜지스터를 포함하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 1 릴레이를 더 포함하고;
    상기 제 2 스위칭 수단은, 상기 충전 전류의 공급 또는 차단을 제어하기 위한 제 2 릴레이를 더 포함하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 수단을 턴 온 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 하나의 단일 배터리로서 충전되도록 제어하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단 및 상기 제 2 스위칭 수단을 턴 온 시켜서, 상기 제 1 배터리 및 상기 제 2 배터리가 각각 독립적으로 충전되도록 제어하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 수단을 턴 오프 시키고, 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단 가운데 어느 하나를 턴 온 시키고 다른 하나를 턴 오프 시켜서, 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 가운데 어느 하나만이 단독으로 충전되도록 제어하는 차량용 충전 장치의 제어 방법.
  16. 제 1 배터리 및 제 2 배터리와;
    상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과;
    외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과;
    상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단과;
    상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부를 선택적으로 충전하기 위해 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단의 온/오프를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하는 차량.
  17. 제 1 배터리 및 제 2 배터리와, 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리 사이에 마련되어 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리를 전기적으로 연결하거나 또는 단절하도록 마련되는 제 3 스위칭 수단과; 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 1 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 1 스위칭 수단과; 상기 외부로부터 공급되는 충전 전류를 상기 제 2 배터리로 공급하거나 차단하도록 마련되는 제 2 스위칭 수단을 포함하는 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 충전 전류를 공급하는 외부 충전기의 충전 용량을 확인하는 단계와;
    상기 외부 충전기의 충전 용량에 대응하여 상기 제 1 배터리와 상기 제 2 배터리의 각각 또는 전부가 선택적으로 충전되도록 상기 제 1 스위칭 수단과 상기 제 2 스위칭 수단, 상기 제 3 스위칭 수단을 제어하는 단계를 포함하는 차량 제어 방법.
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