KR20220095505A

KR20220095505A - 전기 차량의 온-보드 충전기 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR20220095505A
Application number: KR1020200187082A
Authority: KR
Inventors: 이명석; 노신영; 노성한; 권나래
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-07-07
Also published as: JP2022104864A; US20220203855A1; DE102021210891A1; US11845349B2; CN114683888A

Abstract

온-보드 충전기 및 이의 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기는 제어 파일럿 신호(CP: control pilot signal)를 감지하는 CP 수신 모듈; 근접 탐지 신호(PD: proximity detection signal)를 감지하는 PD 수신 모듈; 및 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압을 공급하는 저전력 실행 모드, 및 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 차단하는 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

전기 차량의 온-보드 충전기 및 이의 제어 방법 {APPARATUS OF CONTROLLING ON-BOARD CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전기 차량의 온보드 충전기의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 충전 스탠드와 전기 차량의 충전 커넥터가 체결되고 전기 차량의 시동이 오프된 상황에서 온보드 충전기의 전류 소모량을 최소화할 수 있는 전기 차량의 온보드 충전기의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

지구의 환경오염 문제가 날로 심각해지고 있는 요즈음 무공해 에너지의 사용은 날로 중요성을 더해가고 있다. 특히, 대도시의 대기오염 문제는 날로 심각해지고 있는데, 차량의 배기가스는 그 주요 원인 중의 하나이다.

이와 같은 상황에서 무공해 에너지인 전기를 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 연료전지 차량과 같은 전기 차량을 실용화하기 위한 연구가 근래 들어 활발하게 진행되고 있다.

전기 차량은 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 이를 배터리에 충전한 후, 배터리에 충전된 전압으로 차륜과 결합된 모터를 통해 기계적 에너지인 동력을 얻는다.

즉, 전기 차량은 배터리에 충전된 전압으로 모터를 구동시켜야 하기 때문에 대용량의 충전식 배터리를 사용하며, 이러한 대용량의 충전식 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전 장치를 구비하고 있다.

배터리를 충전하는 방법으로는 별치형 충전기를 이용하여 충전하는 급속 충전방식과 차량에 탑재된 충전기를 사용하여 충전하는 완속 충전 방식으로 구별할 수 있다.

급속 충전방식은 잠시 주차중인 상태에서 배터리의 충전상태를 단시간에 충전하는 것이고, 완속 충전방식은 주행 후 장시간에 걸쳐서 충전 상태를 100%로 충전하는 것이다. 완속 충전의 경우에는 온-보드 충전기(OBC: on-board charger)가 완속 충전 포트에 연결되어 교류전원을 직류로 변환하여 배터리를 충전하게 된다.

온-보드 충전기(200)는 외부 전원 공급 장치(EVSE: electric vehicle supply equipment)를 이용하여 전기를 공급받는다.

외부 전원 공급 장치를 통해 전기 차량을 충전할 때, 사용자가 원하는 시간에 차량을 충전하는 예약 충전을 수행할 수 있다. 예약 충전은 주로 전기 요금이 저렴한 심야 시간에 전기 차량을 충전하는 용도로 사용될 수 있다. 일반적으로, 예약 충전은 외부 전원 공급 장치(100)에서 설정하는 EVSE 예약 충전과 차량에서 설정하는 차량 예약 충전을 포함한다.

EVSE 예약 충전을 수행하면, 대기 시간 동안 CP 신호는 DC 9V를 유지하다가 사용자가 설정한 충전 시간에 도달하면, 외부 전원 공급 장치는 CP 신호를 PWM(pulse width modulation) 9V로 변환하여 충전 준비 상태가 된 후, 온-보드 충전기는 충전을 시작한다.

차량 예약 충전을 수행하면, 외부 전원 공급 장치는 전원 공급 상태를 유지하다가 사용자가 설정한 충전 시간에 도달하면, 외부 전원 공급 장치는 CP 신호를 PWM(pulse width modulation) 9V로 변환하여 충전 준비 상태가 된 후, 온-보드 충전기는 충전을 시작한다.

이와 같이, 예약 충전을 위한 대기 시간 동안 외부 전원 공급 장치로부터 CP 신호가 온-보드 충전기로 입력되기 때문에, 온-보드 충전기는 대기 시간 동안 CP 신호를 계속하여 감지해야 한다. 이로 인해, 온-보드 충전기에 지속적으로 전원이 인가되어 전압을 소모하게 되고, 극단적으로 전기 차량의 배터리가 방전되는 문제가 발생하게 된다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 예약 충전을 위한 대기 시간 동안 온-보드 충전기에서 소모되는 전압을 최소화할 수 있는 전기 차량의 온-보드 충전기 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기는 제어 파일럿 신호(CP: control pilot signal)를 감지하는 CP 수신 모듈; 근접 탐지 신호(PD: proximity detection signal)를 감지하는 PD 수신 모듈; 및 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압을 공급하는 저전력 실행 모드, 및 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 차단하는 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다.

상기 저전력 실행 모드의 실행 주기는 상기 저전력 중단 모드의 실행 주기보다 짧게 설정될 수 있다.

상기 저전력 실행 모드에서 수행되는 복수의 태스크 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행 시간이 상기 저전력 실행 모드의 실행 주기로 설정될 수 있다.

상기 저전력 중단 모드의 실행 주기는 외부 제어기에서 송신된 체크 신호에 대한 응답 신호를 전송해야 하는 이상 체크 시간보다 짧게 설정될 수 있다.

상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제1 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면, 상기 프로세서는 상기 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단할 수 있다.

상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제3 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면, 상기 프로세서는 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기는 전원 모듈; 상기 전원 모듈로부터 통신 모듈을 포함하는 주변 모듈로 공급되는 전압을 선택적으로 차단하는 제1 스위치; 제어 파일럿 신호(CP: control pilot signal)를 감지하는 CP 수신 모듈과 근접 탐지 신호(PD: proximity detection signal)를 감지하는 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 선택적으로 차단하는 제2 스위치; 및 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 통해 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 프로세서;를 포함하고, 상기 저전력 실행 모드에서 상기 프로세서는 상기 제1 스위치를 오프하여 상기 주변 모듈로 공급되는 전압을 차단하고 상기 제2 스위치를 온하여 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압을 공급하여 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈을 활성화시키고, 상기 저전력 중단 모드에서 상기 프로세서는 상기 제1 스위치를 오프하여 상기 주변 모듈로 공급되는 전압을 차단하고 상기 제2 스위치를 오프하여 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 차단할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법은 프로세서에 의해, PD(proximity detection) 신호와 CP(control pilot) 신호를 통해 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 프로세서에 의해, 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서, 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 단계를 포함하고, 상기 저전력 실행 모드에서 전원 모듈에서 주변 모듈로 공급되는 전압은 차단되고, 상기 전원 모듈에서 상기 CP 신호를 감지하는 CP 수신 모듈과 상기 PD 신호를 감지하는 PD 수신 모듈로 전압이 공급되며, 상기 저전력 중단 모드에서 상기 전원 모듈에서 상기 주변 모듈로 공급되는 전압은 차단되고, 상기 전원 모듈에서 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압이 차단될 수 있다.

상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제1 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면, 상기 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단될 수 있다.

상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제3 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면, 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 온-보드 충전기 및 이의 제어 방법에 의하면, 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전이 완료된 상태에서 온-보드 충전기가 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드가 주기적으로 반복되어 수행됨으로써, 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전이 완료된 상태에서 소모되는 소비 전류를 최소화할 수 있다.

그리고 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전이 완료된 상태에서 소모되는 소비 전류가 최소화됨에 따라 차량의 배터리가 방전되는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

또한, 별도의 보조 프로세서 또는 보조 전원 등을 사용하지 않고, 온-보드 충전기의 저전력 모드를 구현함으로써, 차량의 제조 원가를 절감할 수 있고, 온-보드 충전기의 부품 절감 및 사이즈의 축소를 구현할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량과 외부 전원 공급 장치의 연결 관계를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량과 외부 전원 공급 장치의 연결 관계를 도시한 블록도이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 온-보드 충전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 CP 신호를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 따른 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 저전력 모드에서의 소비 전류를 도시한 그래프이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량과 외부 전원 공급 장치의 연결 관계를 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량과 외부 전원 공급 장치의 연결 관계를 도시한 블록도이다. 그리고 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 온-보드 충전기의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기(200)가 적용되는 전기 차량은 외부 전원 공급 장치(100)로부터 전압을 공급받아 전기 차량의 고전압 배터리(400)를 충전한다.

외부 전원 공급 장치(100)는 가정 또는 외부의 충전소에 구비된 EVSE(electric vehicle supply equipment)일 수 있다. 온-보드 충전기(200)는 전기 차량에 탑재되어 외부 전원 공급 장치(100)로부터 전압을 공급받아 차량에 구비된 고전압 배터리(400)를 충전한다.

외부 전원 공급 장치(100)의 충전 커넥터(101)와 전기 차량의 인렛(201)이 체결되면, 외부 전원 공급 장치(100)와 온-보드 충전기(200)는 전압이 공급되는 전압 라인, 제어 파일럿(CP: control pilot) 신호가 전송되는 CP 라인, 및 근접 탐지(PD: proximity detection) 신호가 전송되는 PD 라인이 연결된다.

CP 신호는 전기 차량의 상태에 따라 외부 전원 공급 장치(100)로부터 온-보드 충전기(200)로 신호가 전송된다. 외부 전원 공급 장치(100)와 차량의 상태에 따라 CP 신호는 서로 다른 값을 갖는다. 이때, 외부 전원 공급 장치(100)와 차량의 상태는 A, B1, B2, C, 및 E의 5개 상태로 구분될 수 있다.

A 상태는 충전 커넥터(101)가 인렛(201)에 체결되지 않은 상태를 의미하고, 이때, 외부 전원 공급 장치(100)에서 전송되는 CP 신호는 DC 12V의 전압을 갖는다. 그러나 전기 차량의 입장에서는 충전 커넥터(101)와 인렛(201)이 체결되지 않은 상태이기 때문에, 온-보드 충전기(200)로 입력되는 CP 신호는 0V이다.

B1 상태는 충전 커넥터(101)가 인렛(201)에 체결된 상태이지만 외부 전원 공급 장치(100)는 전압을 공급하지 않는 준비 상태를 의미한다. 이때, CP 신호는 DC 9V의 전압을 갖는다.

B2 상태는 충전 커넥터(101)가 인렛(201)에 체결된 상태에서 외부 전원 공급 장치(100)가 전압을 공급할 준비가 된 상태를 의미한다. 이때, 외부 전원 공급 장치(100)는 9V의 PWM(pulse width modulation) CP 신호를 출력한다. 따라서, 차량의 온-보드 충전기(200)는 외부 전원 공급 장치(100)가 충전 준비가 완료되었음을 알 수 있다.

C 상태는 온-보드 충전기(200)가 고전압 배터리(400)의 충전을 시작한 상태를 의미하고, 이때, CP 신호는 6V의 PWM 신호를 갖는다.

E 상태는 외부 전원 공급 장치(100)가 CP 신호를 생성하지 않은 상태, 또는 CP 신호를 생성하였으나 온-보드 충전기(200)로 송신하지 않은 상태를 의미한다.

외부 전원 공급 장치(100)와 차량의 상태에 따른 CP 신호를 정리하면 아래의 표와 같다.

상태	EVSE	차량	비고
A 상태	12.0V	0V	DC
B1 상태	9.0	9.0	DC
B2 상태	9.0	9.0	PWM
C 상태	6.0	6.0	PWM
E 상태	0	0	DC

PD 신호는 외부 전원 공급 장치(100)의 충전 커넥터(101)와 전기 차량의 인렛(201)의 체결 여부를 감지할 수 있는 정보를 제공한다. 충전 커넥터(101)와 인렛(201)의 체결 상태에 따라 PD 신호의 레벨이 변경된다. 예를 들어, 충전 커넥터(101)와 인렛(201)이 체결되지 않으면, PD 신호는 4.46V의 공칭 전압(nominal voltage)를 갖는다. 충전 커넥터(101)와 인렛(201)이 체결되고 래치가 해제되면, PD 신호는 1.53V의 공칭 전압(nominal voltage)를 갖는다. 그리고 충전 커넥터(101)와 인렛(201)이 체결되고 래치가 결합되면, PD 신호는 2.7V의 공칭 전압(nominal voltage)를 갖는다.

온-보드 충전기(200)는 CP 신호와 PD 신호를 기초로 외부 전원 공급 장치(100)로부터의 예약 충전 조건 및/또는 충전 완료 조건을 판단하고, 예약 충전을 위한 충전 대기 상태 및 충전 완료 상태에서 저전력 모드를 실행한다.

이를 위해, 도 3를 참조하면, 온-보드 충전기(200)는 전원 모듈(210), 제1 스위치(230), 제2 스위치(250), CP 수신 모듈(260), PD 수신 모듈(270), 통신 모듈 및 프로세서(220)를 포함할 수 있다.

전원 모듈(210)은 차량의 배터리(400)로부터 상시 전압(B+)을 공급받아 프로세서(220)에 제1 전압(Vcc)을 공급하고, 제1 스위치(230)의 온/오프에 따라 통신 모듈, 센싱 모듈, 및 인렛 액츄에이터 제어 모듈을 포함하는 주변 모듈(240)에 제2 전압(VN)을 공급하며, 제2 스위치(250)의 온/오프에 따라 CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)에 제3 전압(VL)을 공급한다. 즉, 제1 스위치(230)는 전원 모듈(210)로부터 통신 모듈을 포함하는 주변 모듈(240)로 공급되는 전압을 선택적으로 차단하고, 제2 스위치(250)는 전원 모듈(210)로부터 CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)로 공급되는 전압을 선택적으로 차단할 수 있다.

통신 모듈은 온-보드 충전기(200)와 외부 제어기(300)와 CAN(car area network) 통신을 위한 CAN 통신 모듈을 포함할 수 있다. 센싱 모듈은 인렛(201)의 온도를 감지하는 인렛(201) 온도 센싱 모듈을 포함할 수 있다. 그리고 인렛(201) 액츄에이터 제어 모듈은 인렛(201)과 충전 커넥터(101)가 체결되었을 때, 인렛(201)과 충전 커넥터(101)가 이탈되는 것을 방지하기 위해 인렛(201)과 충전 커넥터(101)를 잠그는 잠금 장치를 동작시킨다.

CP 수신 모듈(260)은 외부 전원 공급 장치(100)로부터 전송되는 CP 신호를 감지하고, 수신된 CP 신호를 프로세서(220)로 전송한다. 그리고 PD 수신 모듈(270)은 외부 전원 공급 장치(100)의 커넥터와 차량의 인렛(201)의 체결 상태를 감지하고, 감지된 PD 신호는 프로세서(220)로 전송한다.

배터리(400)로부터 전압이 공급되어 전원 모듈(210)이 온 되면, 전원 모듈(210)에서 프로세서(220)에 지속적으로 제1 전압(Vcc)이 공급된다.

프로세서(220)는 CP 신호와 PD 신호를 기초로 차량의 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전의 완료 상태를 판단하고, 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전의 완료 상태에서 저전력 모드를 수행한다.

이를 위해, 프로세서(220)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서(220)로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기(200)의 제어방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.

제1 스위치(230)는 온-보드 충전기(200)가 정상적으로 동작할 때, 프로세서(220)의 활성화 신호(VN_enable)에 의해 온 되고, 제1 스위치(230)가 온 되면 통신 모듈, 센싱 모듈, 및 인렛(201) 액츄에이터 제어 모듈로 제2 전압(VN)이 공급된다.

제2 스위치(250)는 온-보드 충전기(200)가 저전력 모드로 동작할 때, 마이크로프로세의 활성화 신호(VL_enable)에 의해 온 되고, 제2 스위치(250)가 온 되면, CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)로 제3 전압(VL)이 공급된다.

사용자가 예약 충전을 실행하면, 예약 충전을 위한 대기 시간 동안 소모되는 전압을 최소화하기 위해 온-보드 충전기(200)는 저전력 모드를 실행한다.

저전력 모드는 저전력 실행 모드(low power run mode)와 저전력 중단 모드(low power stop mode)를 포함하고, 예약 충전을 위한 대기 시간 동안 프로세서(220)는 저전력 실행 모드(low power run mode)와 저전력 중단 모드(low power stop mode)를 주기적으로 반복한다. 즉, 본 발명의 명세서에서, 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드가 주기적으로 반복 실행되는 모드를 저전력 모드(low power mode)라 한다.

프로세서(220)는 CP 신호와 PD 신호로부터 예약 충전 상태, 예약 충전을 위한 대기 상태, 및 예약 충전이 완료된 상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 PD 신호가 설정 전압(예를 들어, 2.7V)을 가지면, 충전 커넥터(101)와 인렛(201)이 체결된 것으로 판단할 수 있다.

도 4을 참조하면, 프로세서(220)는 CP 신호가 앞에서 설명한 A 상태에서 B1 상태로 전환되어, 외부 전원 공급 장치(100)로부터 DC 9V가 출력되면, 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단할 수 있다. 즉, PD 신호가 설정 전압을 갖고, CP 신호가 DC 0V에서 DC 9V로 전환되어, DC 9V가 출력되면, 프로세서(220)는 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단할 수 있다.

CP 신호가 B1 상태에서 B2 상태로 전환되어, 외부 전원 공급 장치(100)로부터 PWM 9V가 출력되면, 프로세서(220)는 외부 전원 공급 장치(100)가 전압을 공급할 준비가 된 상태인 것으로 판단한다.

그리고 온-보드 충전기(200)가 외부 전원 공급 장치(100)로부터 전압을 공급받을 준비가 되면, 온-보드 충전기(200)의 프로세서(220)는 응답 신호를 외부 전원 공급 장치(100)로 전송하고, 이에 대응하여 외부 전원 공급 장치(100)는 PWM 6V의 CP 신호를 전송하여 B2 상태에서 C 상태로 전환된다. 이에 따라, 외부 전원 공급 장치(100)로부터 차량으로 전압이 공급되어 차량의 배터리(400)의 충전을 개시한다.

이와 같이, PD 신호가 설정된 전압을 갖고 CP 신호가 A 상태(0V, 제1 설정 전압)에서 B1 상태(DC 9V, 제2 설정 전압)로 전환되면, 프로세서(220)는 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 PD 신호가 설정된 전압을 갖고 CP 신호가 B2 상태(PWM 9V)를 유지하면, 프로세서(220)는 대기 상태가 종료되고 충전 준비 상태인 것으로 판단할 수 있다. 또한, PD 신호가 설정된 전압을 갖고 CP 신호가 C 상태(PWM 6V)를 유지하면, 프로세서(220)는 충전이 개시된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 배터리(400)의 충전이 완료되면, CP 신호는 C 상태(PWM 6V, 제3 설정 전압)에서 B1 상태 (DC 9V, 제2 설정 전압)로 전환된다. 이를 통해, 프로세서(220)는 예약 충전의 완료 상태를 판단할 수 있다. 즉, PD 신호가 설정 전압을 갖고, CP 신호가 PWM 6V에서 DC 9V로 전환되어, DC 9V가 출력되면, 프로세서(220)는 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단할 수 있다.

저전력 실행 모드에서, 프로세서(220)는 CP 수신 모듈(260)을 통해 CP 신호를 지속적으로 감지하고, PD 수신 모듈(270)을 통해 PD 신호를 지속적으로 감지한다. 즉, 프로세서(220)는 제2 스위치(250)를 온 시켜, 전원 모듈(210)로부터 제2 스위치(250)를 통해 CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)로 제3 전압(VL)을 공급하여, CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)을 활성화시킨다.

저전력 실행 모드에서 온-보드 충전기(200)의 마이크로프로세스는 CP 신호를 감지하는 제1 태스크, PD 신호를 감지하는 제2 태스크, 전기 차량의 시동이 온 또는 오프 상황을 제공하는 IG3 신호를 감지하는 제3 태스크, 및 사용자에 의해 차량의 도어가 잠금 상태 또는 해제 상태를 제공하는 웨이크업 신호를 감지하는 제4 태스크를 수행할 수 있다.

여기서, CP 신호를 감지하는 제1 태스크에 소요되는 시간은 제3 전압이 CP 수신 모듈(260)로 인가되어 CP 수신 모듈(260)이 활성화되는 시간과 CP 신호의 라이징 타임(rising time)의 합이고, PD 신호를 감지하는 제2 태스크에 소요되는 시간은 제3 전압이 PD 수신 모듈(270)로 인가되어 PD 수신 모듈(270)이 활성화되는 시간과 PD 신호의 라이징 타임(rising time)의 합이며, IG3 신호를 감지하는 제3 태스크에 소요되는 시간은 IG3 신호의 라이징 타임(rising time)이고, 웨이크업 신호를 감지하는 제4 태스크 소요되는 시간은 웨이크업 신호의 라이징 타임(rising time)이다.

이때, 제1 태스크 내지 제4 태스크 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행 시간을 저전력 실행 모드의 실행 주기로 설정할 수 있다. 즉, 저전력 실행 모드에서 수행되는 복수의 태스크 중 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행 시간이 저전력 실행 모드의 실행 주기로 설정될 수 있다.

저전력 실행 모드에서 IG3 신호 또는 웨이크업 신호가 입력되면, 온-보드 충전기(200)의 마이프로프로세서(220)는 배터리(400)의 충전에 관여하는 외부 제어기(300)들과 CAN 통신을 통해 배터리(400)의 충전을 위한 조건이 충족되었는지 여부를 확인하는 정상 실행 모드(normal run mode)를 수행한다. 여기서, 외부 제어기(300)는 배터리 관리 시스템(310)(BMS: battery management system), 모터 제어 유닛(320) (MCU: motor control unit) 및 차량 제어 유닛(330)(VCU: vehicle control unit)을 포함할 수 있다.

정상 실행 모드(normal run mode)에서 외부 제어기(300)와의 통신을 통해 배터리(400)를 충전하기 위한 조건이 충족되면, 프로세서(220)는 외부 전원 공급 장치(100)로 응답 신호를 전송하고, 외부 전원 공급 장치(100)는 PWM 6V의 CP 신호를 전송하여 C 상태로 전환된다.

저전력 중단 모드에서는 프로세서(220)의 클락(CLK)를 제외한 모든 기능이 비활성화되고, 프로세서(220)는 CP 신호와 PD 신호를 감지하지 않는다. 즉, 프로세서(220)는 제2 스위치(250)를 오프시켜, 전원 모듈(210)로부터 제2 스위치(250)를 통해 CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)로 제3 전압(VL)이 공급되지 않는다. 또한, 제1 스위치(230)도 오프되어, 통신 모듈과 센싱 모듈 등에 제2 전압(VN)이 공급되지 않는다.

저전력 모드가 실행 중인 동안, IG3 신호 또는 웨이크업 신호가 입력되면, 프로세서(220)는 정상 실행 모드로 전환된다. 이때, 프로세서(220)는 외부 제어기(300)들과 CAN 통신을 수행한다. 이때, 외부 제어기(300)는 온-보드 충전기(200)의 이상 여부를 확인하기 위해 체크 신호를 송신한다. 만약, 온-보드 충전기(200)가 설정된 시간(예를 들어, 500ms)동안 응답 신호를 전송하지 않으면, 외부 제어기(300)는 온-보드 충전기(200)에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서 외부 제어기(300)가 온-보드 충전기(200)로 체크 신호를 송신하여 온-보드 충전기(200)가 외부 제어기(300)로 응답 신호를 전송해야 하는 최대 시간을 이상 체크 시간이라고 한다.

그러나 IG3 신호 또는 웨이크업 신호가 저전력 중단 모드가 실행 중인 동안 입력되면, 저전력 중단 모드에서는 제1 스위치(230)가 오프되어 통신 모듈이 활성화되지 않기 때문에, 외부 제어기(300)로 응답 신호를 전송할 수 있다.

즉, 저전력 중단 모드의 실행 주기가 이상 체크 시간보다 길면, 온-보드 충전기(200)가 IG3 신호 또는 웨이크업 신호를 감지하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 저전력 중단 모드의 실행 주기는 이상 체크 시간보다 짧게 설정될 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기(200)의 제어 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 따른 전기 차량의 온-보드 충전기(200)의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 온-보드 충전기(200)의 전원 모듈(210)에 전원(Vcc)이 공급되면, 프로세서(220)는 PD 신호와 CP 신호를 통해 차량이 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전의 완료 상태인지 여부를 판단한다(S10).

차량이 예약 충전을 위한 대기 상태이거나, 또는 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단되면, 온-보드 충전기(200)의 프로세서(220)는 저전력 모드를 실행한다(S20). 저전력 모드에서는 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드가 주기적으로 반복 실행된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 저전력 실행 모드가 수행되는 동안에는 CP 신호와 PD 신호를 감지하기 위해 제1 스위치(230)는 오프되고 제2 스위치(250)는 온 되어, CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)로 전압(VL)이 공급된다. 그리고 저전력 중단 모드가 수행되는 동안에는 제1 스위치(230)와 제2 스위치(250)가 모두 오프된다.

저전력 실행 모드에서 프로세서(220), CP 수신 모듈(260), 그리고 PD 수신 모듈(270)로만 전압이 공급되기 때문에, 종래의 기술과 비교하여 저전력 모드에서 소모되는 소비 전류를 최소화할 수 있다.

그리고 저전력 중단 모드에서는 프로세서(220)의 클락을 제외한 대부분의 기능이 비활성화되고, 제1 스위치(230)가 오프되어 통신 모듈을 포함하는 주변 모듈(240)로 공급되는 전압(VN)이 차단되며, 제2 스위치(250)가 오프되어 CP 수신 모듈(260)과 PD 수신 모듈(270)로 공급되는 전압(VL)이 차단된다.

즉, 저전력 중단 모드가 수행되는 동안에는 온-보드 충전기(200)의 대부분의 모듈로 공급되는 전압이 차단되기 때문에, 차량이 예약 충전을 위한 대기 상태이거나, 또는 예약 충전의 완료 상태일 때 저전력 중단 모드의 실행 주기가 가능한 한 길게 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에서, 저전력 실행 모드의 실행 주기는 저전력 중단 모드의 실행 주기보다 짧게 설정된다. 도 6를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서, 저전력 중단 모드의 실행 주기는 500ms보다 짧게 설정(예를 들어, 450ms)될 수 있다. 저전력 실행 모드의 실행 주기는 저전력 실행 모드에서 수행되는 복수의 태스크 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행시간과 같이 설정될 수 있다. 예를 들어, 저전력 실행 모드의 실행 주기는 CP 신호를 감지하는 태스크의 수행 시간(예를 들어, 50ms)과 같이 설정될 수 있다.

저전력 모드가 실행되는 동안, CP 신호가 PWM 9V로 전환되면(S30), 프로세서(220)는 예약 충전을 위한 대기 시간이 종료되고 외부 전원 공급 장치(100)로부터 전압이 공급될 수 있는 상태인 것으로 판단하고, 외부 제어기(300)와 통신 모듈을 통해 통신을 수행한다(S40).

외부 제어기(300)와의 통신을 통해 배터리(400)를 충전할 수 있는 충전 조건이 만족되면(S50), 프로세서(220)는 외부 전원 공급 장치(100)로 응답 신호를 전송(S60)하고, 외부 전원 공급 장치(100)는 응답 신호에 대응하여 PWM 6V의 CP 신호를 전송하여, 배터리(400)의 충전을 개시한다(S70).

배터리(400)의 충전이 완료되면, CP 신호는 PWM 6V(C 상태)에서 DC 9V(B1 상태)로 전환되고, 프로세서(220)는 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단할 수 있다(S80).

이 경우, 앞에서 설명한 예약 충전의 대기 상태에서와 같이, 프로세서(220)는 저전력 모드를 수행한다(S90).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 차량의 온-보드 충전기 및 이의 제어 방법에 의하면, 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전이 완료된 상태에서 온-보드 충전기가 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드가 주기적으로 반복되어 수행됨으로써, 예약 충전을 위한 대기 상태 또는 예약 충전이 완료된 상태에서 소모되는 소비 전류를 최소화할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 외부 전원 공급 장치
101: 충전 커넥터
200: 온-보드 충전기
201: 인렛
210: 전원 모듈
220: 프로세서
230: 제1 스위치
240: 주변 모듈
250: 제2 스위치
260: CP 수신 모듈
270: PD 수신 모듈
300: 외부 제어기
310: BMS
320: MCU
330: VCU
400: 배터리

Claims

제어 파일럿 신호(CP: control pilot signal)를 감지하는 CP 수신 모듈;
근접 탐지 신호(PD: proximity detection signal)를 감지하는 PD 수신 모듈; 및
예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압을 공급하는 저전력 실행 모드, 및 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 차단하는 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 프로세서;
를 포함하는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 저전력 실행 모드의 실행 주기는 상기 저전력 중단 모드의 실행 주기보다 짧게 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 저전력 실행 모드에서 수행되는 복수의 태스크 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행 시간이 상기 저전력 실행 모드의 실행 주기로 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 저전력 중단 모드의 실행 주기는 외부 제어기에서 송신된 체크 신호에 대한 응답 신호를 전송해야 하는 이상 체크 시간보다 짧게 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제1 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면,
상기 프로세서는 상기 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단하는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제3 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면,
상기 프로세서는 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단하는 전기 차량의 온-보드 충전기.
전원 모듈;
상기 전원 모듈로부터 통신 모듈을 포함하는 주변 모듈로 공급되는 전압을 선택적으로 차단하는 제1 스위치;
제어 파일럿 신호(CP: control pilot signal)를 감지하는 CP 수신 모듈과 근접 탐지 신호(PD: proximity detection signal)를 감지하는 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 선택적으로 차단하는 제2 스위치; 및
예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 통해 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 프로세서;
를 포함하고,
상기 저전력 실행 모드에서 상기 프로세서는 상기 제1 스위치를 오프하여 상기 주변 모듈로 공급되는 전압을 차단하고 상기 제2 스위치를 온하여 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압을 공급하여 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈을 활성화시키고,
상기 저전력 중단 모드에서 상기 프로세서는 상기 제1 스위치를 오프하여 상기 주변 모듈로 공급되는 전압을 차단하고 상기 제2 스위치를 오프하여 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 공급되는 전압을 차단하는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제7항에 있어서,
상기 저전력 실행 모드의 실행 주기는 상기 저전력 중단 모드의 실행 주기보다 짧게 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제7항에 있어서,
상기 저전력 실행 모드에서 수행되는 복수의 태스크 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행 시간이 상기 저전력 실행 모드의 실행 주기로 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제7항에 있어서,
상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제1 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면,
상기 프로세서는 상기 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단하는 전기 차량의 온-보드 충전기.
제7항에 있어서,
상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제3 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면,
상기 프로세서는 예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단하는 전기 차량의 온-보드 충전기.
프로세서에 의해, PD(proximity detection) 신호와 CP(control pilot) 신호를 통해 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 프로세서에 의해, 예약 충전을 위한 대기 상태 및 예약 충전의 완료 상태에서, 저전력 실행 모드와 저전력 중단 모드를 설정된 주기로 반복 실행하는 단계;
를 포함하고,
상기 저전력 실행 모드에서 전원 모듈에서 주변 모듈로 공급되는 전압은 차단되고, 상기 전원 모듈에서 상기 CP 신호를 감지하는 CP 수신 모듈과 상기 PD 신호를 감지하는 PD 수신 모듈로 전압이 공급되며,
상기 저전력 중단 모드에서 상기 전원 모듈에서 상기 주변 모듈로 공급되는 전압은 차단되고, 상기 전원 모듈에서 상기 CP 수신 모듈과 상기 PD 수신 모듈로 전압이 차단되는 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 저전력 실행 모드의 실행 주기는 상기 저전력 중단 모드의 실행 주기보다 짧게 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 저전력 실행 모드에서 수행되는 복수의 태스크 중에서 가장 긴 시간이 소요되는 태스크의 수행 시간이 상기 저전력 실행 모드의 실행 주기로 설정되는 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제1 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면,
상기 예약 충전을 위한 대기 상태인 것으로 판단되는 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 PD 신호가 설정 전압을 갖고, 상기 CP 신호가 제3 설정 전압에서 제2 설정 전압으로 전환되면,
예약 충전의 완료 상태인 것으로 판단되는 전기 차량의 온-보드 충전기의 제어 방법.