KR20220096497A - 배터리 충전 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터는 복수의 상측 스위치 및 복수의 하측 스위치를 포함하고, 배터리로 출력되는 출력전압이 제1 전압범위일 때, 하프 브릿지 모드로 동작하고, 상기 출력전압이 상기 제1 전압범위보다 큰 제2 전압범위일 때, 풀 브릿지 모드로 동작한다.

Description

배터리 충전 장치 및 제어 방법{Battery Charger and Control Methods}
본 발명은 배터리 충전 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
가속화되는 지구 온난화, 천연 자원의 감소, 증가하는 연료 가격 및 경제적인 문제들로 인해, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 배터리 전기 자동차 및 연료 전지 자동차 등의 전기 추진 자동차가 점진적으로 증가하고 있다.
이들 차량은 에너지원으로서 일반적으로 배터리가 필요하다. 그 중에서도 플러그인 하이브리드 전기 자동차 혹은 배터리 전기 자동차는 배터리가 차량의 주 에너지원이기 때문에 다른 차량에 비해 높은 용량과 더 큰 크기의 배터리 팩을 필요로 한다.
이러한 고에너지밀도 배터리 팩은 일반적으로 배터리 충전기로 명명된 AC/DC 컨버터를 통해 교류 전력망으로부터 충전된다. 교류 전력망에 대한 낮은 하모닉 및 높은 효율을 가지기 위해, 배터리 충전기의 대부분은 일반적으로 AC/DC 컨버터, 가변 커패시터 및 절연 DC/DC 컨버터로 연결된 구성으로 이루어져 있다. 일반적으로 AC/DC 컨버터는 2-레벨 방식의 AC/DC 컨버터를 사용하고 DC/DC 컨버터는 위상천이 풀 브릿지 컨버터를 사용하는데 이러한 구성의 배터리 충전기는 최대 전압에서만 고효율이 가능해 넓은 충전 전압 범위에서 고효율로 동작할 수 없는 문제가 있다.
본 실시예는 배터리 충전 전압 범위에서 고효율로 충전할 수 있는 배터리 충전 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터는 복수의 상측 스위치 및 복수의 하측 스위치를 포함하고, 배터리로 출력되는 출력전압이 제1 전압범위일 때, 하프 브릿지 모드로 동작하고, 상기 출력전압이 상기 제1 전압범위보다 큰 제2 전압범위일 때, 풀 브릿지 모드로 동작한다.
상기 제1 전압범위는 듀티 제어되는 제1-1 전압범위 및 주파수 제어되는 제1-2 전압범위를 포함하고, 상기 제2 전압범위는 듀티 제어되는 제2-1 전압범위 및 주파수 제어되는 제2-2 전압범위를 포함할 수 있다.
상기 제1-1 전압범위는 상기 제1-2 전압범위보다 작은 값을 갖고, 상기 제2-1 전압범위는 상기 제2-2 전압범위보다 작은 값을 가질 수 있다.
상기 배터리를 충전하는 제1 충전전압범위는 상기 제1-2 전압범위에 포함되고, 상기 배터리를 충전하는 상기 제1 충전전압범위보다 큰 제2 충전전압범위는 상기 제2-2 전압범위에 포함될 수 있다.
상기 LLC 공진 컨버터의 공진점은 상기 하프 브릿지 모드에서 상기 제1-2 전압범위의 최저 전압이 출력되도록 설계되는 값을 가질 수 있다.
상기 LLC 공진 컨버터의 공진점은 상기 풀 브릿지 모드에서 상기 제2-2 전압범위의 최저 전압이 출력되도록 설계되는 값을 가질 수 있다.
상기 제1-2 전압범위의 적어도 일부는 상기 제2-1 전압범위와 오버랩될 수 있다.
상기 제1 전압범위에서의 주파수 제어는, 상기 하프 브릿지 모드에서 출력전압이 최대가 되는 주파수 내지 상기 LLC 공진 컨버터의 공진 주파수 사이에서 주파수를 제어하고, 상기 제2 전압범위에서의 주파수 제어는, 상기 풀 브릿지 모드에서 출력전압이 최대가 되는 주파수 내지 상기 LLC 공진 컨버터의 공진 주파수 사이에서 주파수를 제어할 수 있다.
전원을 공급하는 AC전원; 상기 AC전원과 연결되는 AC/DC 컨버터; 상기 AC/DC 컨버터와 연결되고 상기 AC/DC 컨버터에 의해 전압이 가변되는 커패시터; 상기 커패시터와 연결되는 제1항의 LLC 공진 컨버터; 및 상기 LLC 공진 컨버터로부터 충전되는 배터리를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 충전 제어 방법은 배터리로 출력된 전압을 확인하는 단계; 및 상기 확인되는 전압이 제1 전압범위에 포함되는 경우 하프 브릿지 모드로 동작하고, 상기 확인되는 전압이 상기 제1 전압범위보다 큰 제2 전압범위에 포함되는 경우 풀 브릿지 모드로 동작하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 확인되는 전압이 상기 제1 전압범위에 포함되는 제1-1 전압범위에 포함되는 경우 듀티 제어로 동작하고 상기 제1-1 전압범위보다 큰 제1-2 전압범위에 포함되는 경우 주파수 제어로 동작할 수 있다.
상기 확인되는 전압이 상기 제2 전압범위에 포함되는 제2-1 전압범위에 포함되는 경우 듀티 제어로 동작하고 상기 제2-1 전압범위보다 큰 제2-2 전압범위에 포함되는 경우 주파수 제어로 동작할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 배터리의 주 충전범위에서 배터리 충전 장치의 효율을 높일 수 있는 방법으로 충전할 수 있고, 이에 따라 불필요한 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 충전 장치의 하프 브릿지 모드와 풀 브릿지 모드 제어 구간을 일부 오버랩하여 모드 변경에 따른 과부하를 방지할 수 있다.
또한, 넓은 충전 범위를 커버하면서도 각 충전범위에 따른 모드 및 제어 방법 변경을 통하여 최적의 효율로 동작할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 배터리 충전 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 배터리 충전 장치의 회로도를 도시한 것이다.
도 3은 내지 도 8은 본 실시예에 따른 배터리 충전 장치 및 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
이하에서는 배터리 충전 장치의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 배터리 충전 장치의 블록도를 도시한 것이고, 도 2는 배터리 충전 장치의 회로도를 도시한 것이다.
일반적으로 배터리 충전 장치(100)는 전원을 공급하는 AC 전원(110), AC 전원(110)과 연결되는 AC/DC 컨버터(120), AC/DC 컨버터(120)과 연결되고 AC/DC 컨버터(120)에 의해 전압이 가변되는 커패시터(130), 커패시터(130)과 연결되는 DC/DC 컨버터(140), DC/DC 컨버터(140)로부터 충전되는 배터리(150)를 포함한다.
AC/DC 컨버터(120)는 VBUS(130)의 전압을 가변하여 DC/DC 컨버터(140)의 최적 동작에 기여하도록한다. AC 전원(110)이 단상 입력인 경우 AC/DC 컨버터(120)는 Boost PFC(Power-Factor-Corrected) 컨버터일 수 있고, DC/DC 컨버터(140)는 위상 천이 풀 브릿지 컨버터(PSFB, Phase Shift Full Bridge Converter) 일 수 있다. AC 전원(110)이 삼상 입력인 경우 AC/DC 컨버터(120)는 3 level PFC 컨버터일 수 있고, DC/DC 컨버터(140)는 3 level PSFB일 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과하고, 다양한 컨버터 종류가 이용될 수 있음은 당연하다.
PSFB는 자연적으로 ZVS(zero-voltage-switching)가 달성되고, 출력 전류 리플(ripple)이 낮으며, 구조 및 제어가 간단하다는 장점이 있다. 그러나, PSFB는 최대 듀티를 사용할 때 가장 높은 효율을 가지며, 듀티가 작아질수록 순환전류문제로 효율이 낮아지는 문제가 있다. 구체적으로, PSFB는 넓은 작동 범위에 대하여 ZVS 범위가 좁아지고, 순환 전류가 커지며 정류단에 높은 전압 스트레스가 발생하여 전체적으로 효율이 낮아지는 문제가 있다.
현재 양산되는 전기차의 경우 층전 전압 범위는 300V~400V와 600V~850V 범위를 가장 많이 사용하고 있다. 전기차 충전기는 모든 출력 전압에서 고효율로 동작할 필요가 있으며, 특히 주 충전영역에서 효율이 중요하다.
본 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터를 통해 전기차 충전 전압 범위에서 고효율로 동작할 수 있으며 특히 주 충전 영역에서 효율을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 DC/DC 컨버터(140)는 LLC 공진 컨버터를 사용하여 동작하며 이에 대한 설명은 이하에서 자세히 하도록 한다.
이하에서는 본 실시예에 따른 LLC 공진 컨버터(140)의 구성 및 제어 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
LLC 공진 컨버터(140)는 복수의 상측 스위치 및 복수의 하측 스위치를 포함할 수 있다. 복수의 상측 스위치는 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)를 포함할 수 있고, 복수의 하측 스위치는 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)를 포함할 수 있다. 복수의 상측 스위치 및 복수의 하측 스위치 사이를 연결하는 브릿지 노드(단자 a와 b 사이) 상에는 복수의 수동 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3 스위치(S1, S3)와 제4 및 제2 스위치(S4, S2) 사이를 연결하는 노드에는 복수의 수동 소자를 포함할 수 있다. 단자 a와 b 사이에는 공진 커패시터(Cr), 공진 인덕터(Lr), 자화 인덕터(Lm)이 직렬 연결되고, 자화 인덕터(Lm)에 병렬 연결되는 1차측 권선(Np)을 포함할 수 있다. 이는 LLC 공진 컨버터의 일반적인 구성으로서 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, LLC 공진 컨버터(140)의 하프 브릿지 모드 동작은 S1과 S3의 상호 교번 스위치 동작함에 따라 단자 a와 b 사이에 입력 전압(Vin)의 1/2 크기의 전압이 인가된다. 즉, S1의 턴-온 및 S3의 턴-오프의 스위칭 상태에서 +1/2 Vin의 전압이 인가되고, S1의 턴-오프 및 S3의 턴-온의 스위칭 상태에서는 -1/2 Vin의 전압이 인가되어 각각 2차측 정류 출력부에 전달된다.
도 5를 참조하면, LLC 공진 컨버터(140)의 풀 브릿지 모드 동작은 S1과 S3 및 S4와 S2의 상호 교번 스위치 동작함에 따라 단자 a와 b 사이에 입력 전압(Vin)과 동일한 크기의 전압이 인가된다. 즉, S1과 S2의 턴-온 및 S3과 S4의 턴-오프의 스위칭 상태에서는 +Vin의 전압이 인가되고, S1과 S2의 턴-오프 및 S3과 S4의 턴-온의 스위칭 상태에서는 -Vin의 전압이 인가되어 2차측 정류 출력부에 전달된다.
<식 1>
Figure pat00001
Figure pat00002
<식 2>
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 식 1은 LLC 공진 컨버터의 하프 브릿지 모드에서의 입력 전압과 출력 전압에 대한 식이고, 상기 식 2는 풀 브릿지 모드에서의 입력 전압과 출력 전압에 대한 식이다. Vin은 LLC 공진 컨버터로 입력되는 입력 전압이고, Vo는 LLC 공진 컨버터에서 출력되는 출력 전압이고, Lr은 공진 인덕터의 인덕턴스이고, Cr은 공진 커패시터의 커패시턴스이고,
Figure pat00005
은 공진 주파수를 의미하고,
Figure pat00006
는 스위치 주파수를 의미한다.
상기 식 1 및 식 2를 참조하면, LLC 공진 컨버터(140)는 풀 브릿지 모드로 동작하는 경우 하프 브릿지 모드로 동작할 때보다 2배의 전압이득을 가질 수 있다. 또한, 공진 인덕터(Lr)의 인덕턴스와 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스에 의해 공진 주파수(
Figure pat00007
)가 고정되고, 스위치 듀티 제어 또는 주파수 제어를 통해 추가적으로 출력 전압의 이득을 조절할 수 있다. 여기서, 듀티 제어는 LLC 공진 컨버터(140)의 스위치 온-오프되는 한 사이클에서 온되는 비율을 제어하는 것을 의미하고, 주파수 제어는 LLC 공진 컨버터(140)의 스위치 온-오프되는 한 사이클의 시간 또는 주기를 제어하는 것을 의미한다.
이하에서는, 도 7 및 도 8을 참조하여 배터리로 출력되는 출력 전압 범위에 따른 LLC 공진 컨버터의 충전 제어 방법에 대해 설명한다.
LLC 공진 컨버터(140)에 의해 배터리(150)로 출력되는 출력 전압은 제1 전압범위(H) 및 제2 전압범위(F)를 포함할 수 있다. 제1 전압범위(H)는 제2 전압범위(F)보다 작은 값을 가질 수 있다. 제1 전압범위(H)와 제2 전압범위(F)는 오버랩되지 않을 수 있다. 제1 전압범위(H)와 제2 전압범위(F)는 일부 오버랩될 수 있다. 제1 전압범위(H)와 제2 전압범위(F)는 전기차가 충전되는 충전전압인 150V~1000V에 포함될 수 있다. 제1 전압범위(H)는 150V에서 500V이고, 제2 전압범위(F)는 500V에서 1000V일 수 있다. 제1 전압범위(H)는 150V에서 600V이고, 제2 전압범위(F)는 400V에서 1000V일 수 있다.
배터리(150)로 출력되는 출력 전압이 제1 전압범위(H)의 값일 때, LLC 공진 컨버터(140)는 하프 브릿지 모드로 동작할 수 있다. 하프 브릿지 모드로 동작하는 제1 전압범위(H)는 듀티 제어되는 제1-1 전압범위(H1) 및 주파수 제어되는 제1-2 전압범위(H2)를 포함할 수 있다. 제1-1 전압범위(H1)는 제1-2 전압범위(H2)보다 작은 전압 값을 가질 수 있다. 제1-1 전압범위(H1)와 제1-2 전압범위(H2)는 오버랩되지 않을 수 있다. 제1-1 전압범위(H1)와 제1-2 전압범위(H2)는 일부 오버랩될 수 있다. 제1-1 전압범위(H1)는 150V에서 300V이고, 제1-2 전압범위(H2)는 300V에서 500V일 수 있다. 제1-1 전압범위(H1)는 150V에서 300V이고, 제1-2 전압범위(H2)는 300V에서 600V일 수 있다.
배터리(150)로 출력되는 출력 전압이 제2 전압범위(F)의 값일 때, LLC 공진 컨버터(140)는 풀 브릿지 모드로 동작할 수 있다. 풀 브릿지 모드로 동작하는 제2 전압범위(F)는 듀티 제어되는 제2-1 전압범위(F1) 및 주파수 제어되는 제2-2 전압범위(F2)를 포함할 수 있다. 제2-1 전압범위(F1)는 제2-2 전압범위(F2)보다 작은 전압 값을 가질 수 있다. 제2-1 전압범위(F1)와 제2-2 전압범위(F2)는 오버랩되지 않을 수 있다. 제2-1 전압범위(F1)와 제2-2 전압범위(F2)는 일부 오버랩될 수 있다. 제2-1 전압범위(F1)는 500V에서 600V이고, 제2-2 전압범위(F2)는 600V에서 1000V일 수 있다. 제2-1 전압범위(F1)는 400V에서 600V이고, 제2-2 전압범위(F2)는 600V에서 1000V일 수 있다. 풀 브릿지 모드에서 주파수 제어로 동작하는 제2-2 전압범위에서 듀티는 최대 50%로 고정될 수 있다. 주파수 제어되는 전압범위에서는 최대 듀티에서 최대 효율로 동작할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 충전 장치는 배터리에 출력되는 출력 전압 범위에 따라 LLC 공진 컨버터(140)의 동작 모드가 달라지고 이를 통해, 각 출력 전압 범위에서 최대 효율로 동작할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1-2 전압범위(H2)의 적어도 일부는 제2-1 전압범위(F1)와 오버랩될 수 있다. 이를 통해, 배터리로 출력되는 출력 전압 범위가 제1-2 전압범위(H2) 및 제2-1 전압범위(F1) 모두에 해당하는 경우, 모드 변경에 따른 과부하를 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 제1-2 전압범위(H2)와 제2-1 전압범위(F1)가 오버랩되지 않은 경우, 배터리에 출력되는 출력 전압범위가 400V~550V이면 출력 전압이 500V일 때 모드 변경이 발생하고 이에 따라 과부하가 발생할 수 있다. 반면, 도 8과 같이 제1-2 전압범위(H2)와 제2-1 전압범위(F1)가 오버랩되는 경우, 배터리에 출력되는 출력 전압범위가 400V~550V이면 모드 변경이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 도 8과 같이 제1-2 전압범위(H2)와 제2-1 전압범위(F1)가 오버랩되도록 제어 설계하여 모드 변경 발생의 가능성을 낮출 수 있다.
배터리를 충전하는 전압범위는 제1 충전전압범위(A) 및 제2 충전전압범위(B)를 포함할 수 있다. 제1 충전전압범위(A)는 제2 충전전압범위(B)보다 작은 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 현재 양산되는 전기차에 충전되는 주 충전전압범위는 300V~450V 및 600V~850V인 바, 제1 충전전압범위(A)는 300V~450V에 해당할 수 있고, 제2 충전전압범위(B)는 600V~850V에 해당할 수 있다. 이는 예시적인 수치사항에 해당하고 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리에 출력되는 전압은 배터리 충전 상태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 배터리가 미충전 상태인 경우 충전전압범위의 최대 전압으로 충전될 수 있고, 배터리가 과충전 상태인 경우 충전전압범위의 최소 전압으로 충전될 수 있다.
제1 충전전압범위(A)는 제1-2 전압범위(H2)에 포함되고, 제1 충전전압범위(A)보다 큰 제2 충전전압범위(B)는 제2-2 전압범위(F2)에 포함될 수 있다. 하프 브릿지 모드(H)에서 주파수 제어되는 제1-2 전압범위(H2)의 최저 전압은 제1 충전전압범위(A)의 최저 전압과 동일할 수 있다. 풀 브릿지 모드(F)에서 주파수 제어되는 제2-2 전압범위(F2)의 최저 전압은 제2 충전전압범위(B)의 최저 전압과 동일할 수 있다.
듀티 제어되는 제1-1 전압범위(H1) 및 제2-1 전압범위(F1)에서는 듀티가 증가함에 따라 출력되는 전압이 증가할 수 있다. 이때, 스위치 주파수는 고정될 수 있다. 예를 들어, 스위치 주파수는 공진 주파수로 고정될 수 있다. 듀티 제어 모드에서는 최대 듀티에서 최대 효율로 동작할 수 있다. 따라서, 제1-1 전압범위(H1)의 최대 전압 및 제2-1 전압범위(F1)의 최대 전압에서 최대 듀티로 동작하여 효율을 향상시킬 수 있다.
주파수 제어되는 제1-2 전압범위(H2) 및 제2-2 전압범위(F2)에서는 주파수가 감소함에 따라 출력되는 전압이 증가할 수 있다. 이때, 스위치 듀티는 최대 값인 50%로 고정될 수 있다.
구체적으로, LLC 공진 컨버터(140)의 공진점은 하프 브릿지 모드(H)에서 제1-2 전압범위(H2)의 최저 전압이 출력되도록 설계될 수 있다. LLC 공진 컨버터(140)의 공진점은 풀 브릿지 모드(F)에서 제2-2 전압범위(F2)의 최저 전압이 출력되도록 설계될 수 있다. 즉, LLC 공진 컨버터(140)의 공진 인덕터(Lr)의 인덕턴스 값 및 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스 값은 하프 브릿지 모드(H)에서 제1-2 전압범위(H2)의 최저 전압이 출력되는 공진주파수를 갖도록 설계될 수 있다. LLC 공진 컨버터(140)의 공진 인덕터(Lr)의 인덕턴스 값 및 공진 커패시터(Cr)의 커패시턴스 값은 풀 브릿지 모드(F)에서 제2-2 전압범위(F2)의 최저 전압이 출력되는 공진주파수를 갖도록 설계될 수 있다. 풀 브릿지 모드(F) 동작에 따른 출력 전압은 하프 브릿지 모드(H) 동작에 따른 출력 전압의 2배의 값을 가진다. 따라서, 풀 브릿지 모드(F)에서 주파수 제어되는 제2-2 전압범위(F2)의 최저 전압은 하프 브릿지 모드(H)에서 주파수 제어되는 제1-2 전압범위(H2)의 최저 전압의 2배의 값을 가질 수 있다.
제1 전압범위(H)에서의 주파수 제어는 하프 브릿지 모드에서 출력전압이 최대가 되는 주파수 내지 LLC 공진 컨버터(140)의 공진 주파수 사이에서 주파수를 제어한다. 예를 들어, 제1 전압범위(H)에서의 주파수 제어는 제1 주파수와 제2 주파수 사이에서 제어될 수 있다. 제1 주파수는 제2 주파수보다 큰 값을 가질 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 주파수는 오차범위 내의 값을 갖는 90kHz의 값을 가질 수 있고, 제2 주파수는 오차범위 내의 값을 갖는 60kHz의 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 전압범위(H)에서의 주파수 제어에서는 주파수를 감소시킴에 따라 출력전압이 증가할 수 있다.
제2 전압범위(F)에서의 주파수 제어는 풀 브릿지 모드에서 출력 전압이 최대가 되는 주파수 내지 LLC 공진 컨버터(140)의 공진 주파수 사이에서 주파수를 제어한다. 예를 들어, 제2 전압범위(F)에서의 주파수 제어는 제3 주파수와 제4 주파수 사이에서 제어될 수 있다. 제3 주파수는 제4 주파수보다 큰 값을 가질 수 있다. 도 6을 참조하면, 제3 주파수는 오차범위를 갖는 90kHz의 값을 가질 수 있고, 제4 주파수는 오차범위 내의 값을 갖는 60kHz의 값을 가질 수 있다. 즉, 제2 전압범위(F)에서의 주파수 제어에서는 주파수를 감소시킴에 따라 출력전압이 증가할 수 있다. 그리고, 풀 브릿지 모드(F)에서 주파수 제어되는 제2-2 전압범위(F2)의 최저 전압이 하프 브릿지 모드(H)에서 주파수 제어되는 제1-2 전압범위(H2)의 최저 전압의 2배의 값을 갖는 경우, 제1 주파수와 제3 주파수는 동일한 값을 가질 수 있다. 제1 주파수와 제3 주파수는 LLC 공진 컨버터(140)의 공진 주파수와 동일한 값을 가질 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 배터리 충전 장치 110: AC 전원
120: AC/DC 컨버터 130: 가변 커패시터
140: DC/DC 컨버터 150: 배터리

Claims (12)

  1. 복수의 상측 스위치 및 복수의 하측 스위치를 포함하고,
    배터리로 출력되는 출력전압이 제1 전압범위일 때, 하프 브릿지 모드로 동작하고, 상기 출력전압이 상기 제1 전압범위보다 큰 제2 전압범위일 때, 풀 브릿지 모드로 동작하는 LLC 공진 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압범위는 듀티 제어되는 제1-1 전압범위 및 주파수 제어되는 제1-2 전압범위를 포함하고,
    상기 제2 전압범위는 듀티 제어되는 제2-1 전압범위 및 주파수 제어되는 제2-2 전압범위를 포함하는 LLC 공진 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1-1 전압범위는 상기 제1-2 전압범위보다 작은 값을 갖고,
    상기 제2-1 전압범위는 상기 제2-2 전압범위보다 작은 값을 갖는 LLC 공진 컨버터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배터리를 충전하는 제1 충전전압범위는 상기 제1-2 전압범위에 포함되고,
    상기 배터리를 충전하는 상기 제1 충전전압범위보다 큰 제2 충전전압범위는 상기 제2-2 전압범위에 포함되는 LLC 공진 컨버터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 LLC 공진 컨버터의 공진점은 상기 하프 브릿지 모드에서 상기 제1-2 전압범위의 최저 전압이 출력되도록 설계되는 값을 갖는 LLC 공진 컨버터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 LLC 공진 컨버터의 공진점은 상기 풀 브릿지 모드에서 상기 제2-2 전압범위의 최저 전압이 출력되도록 설계되는 값을 갖는 LLC 공진 컨버터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1-2 전압범위의 적어도 일부는 상기 제2-1 전압범위와 오버랩되는 LLC 공진 컨버터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전압범위에서의 주파수 제어는,
    상기 하프 브릿지 모드에서 출력전압이 최대가 되는 주파수 내지 상기 LLC 공진 컨버터의 공진 주파수 사이에서 주파수를 제어하고,
    상기 제2 전압범위에서의 주파수 제어는,
    상기 풀 브릿지 모드에서 출력전압이 최대가 되는 주파수 내지 상기 LLC 공진 컨버터의 공진 주파수 사이에서 주파수를 제어하는 LLC 공진 컨버터.
  9. 전원을 공급하는 AC전원;
    상기 AC전원과 연결되는 AC/DC 컨버터;
    상기 AC/DC 컨버터와 연결되고 상기 AC/DC 컨버터에 의해 전압이 가변되는 커패시터;
    상기 커패시터와 연결되는 제1항의 LLC 공진 컨버터; 및
    상기 LLC 공진 컨버터로부터 충전되는 배터리를 포함하는 배터리 충전 장치.
  10. 배터리로 출력된 전압을 확인하는 단계; 및
    상기 확인되는 전압이 제1 전압범위에 포함되는 경우 하프 브릿지 모드로 동작하고, 상기 확인되는 전압이 상기 제1 전압범위보다 큰 제2 전압범위에 포함되는 경우 풀 브릿지 모드로 동작하는 단계를 포함하는 배터리 충전 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 확인되는 전압이 상기 제1 전압범위에 포함되는 제1-1 전압범위에 포함되는 경우 듀티 제어로 동작하고 상기 제1-1 전압범위보다 큰 제1-2 전압범위에 포함되는 경우 주파수 제어로 동작하는 배터리 충전 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 확인되는 전압이 상기 제2 전압범위에 포함되는 제2-1 전압범위에 포함되는 경우 듀티 제어로 동작하고 상기 제2-1 전압범위보다 큰 제2-2 전압범위에 포함되는 경우 주파수 제어로 동작하는 배터리 충전 제어 방법.


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