KR20220098523A - 전기 자동차 충전 컨트롤러 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 스위치; 제1단이 상기 스위치의 컬렉터 단자에 연결되고, 제2단이 제1 전원에 연결되는 제1 저항; 제1단이 상기 스위치의 컬렉터 단자에 연결되고, 제2단이 신호 출력 단자에 연결되는 제2 저항; 제1단이 제2 저항의 제2단에 연결되고, 제2단이 제1 접지 단자에 연결되는 제3 저항; 상기 스위치의 베이스 단자에 캐소드 단자가 전기적으로 연결되는 다이오드를 포함하고, 상기 스위치의 에미터 단자는 전원공급장치의 제2 접지 단자와 전기적으로 연결된다.

Description

전기 자동차 충전 컨트롤러{ELECTRIC VEHICLE CHARGING CONTROLLER}
실시 예는 전기 자동차 충전 컨트롤러에 관한 것이다.
전기 자동차(Electric Vehicle, EV) 또는 플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV)와 같은 친환경 자동차는 배터리 충전을 위하여 충전소에 설치된 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)를 이용한다.
이를 위하여, 전기 자동차 충전 장치(Electric Vehicle Charging Controller, EVCC)는 EV 내에 탑재되며, EV 및 EVSE와 통신하며, 전기 자동차의 충전을 제어한다.
예를 들어, EVCC가 전기 자동차로부터 충전 시작을 지시하는 신호를 수신하면, 충전을 시작하도록 제어할 수 있으며, 전기 자동차로부터 충전 종료를 지시하는 신호를 수신하면, 충전을 종료하도록 제어할 수 있다.
전기 자동차의 충전 방법은 충전 시간에 따라 급속 충전과 완속 충전으로 구분될 수 있다. 급속 충전의 경우에는, 충전기에서 공급되는 직류 전류에 의하여 배터리가 충전되고, 완속 충전의 경우에는 충전기에 공급되는 교류 전류에 의하여 배터리가 충전된다. 따라서 급속 충전에 사용되는 충전기를 급속 충전기 또는 직류 충전기라 칭하고, 완속 충전에 사용되는 충전기를 완속 충전기 또는 교류 충전기라 칭한다.
전기 자동차 충전 시스템은 고압의 전기를 통해 충전하므로 감전 등의 안전상 문제나 역전류 등에 의한 시스템 고장 문제가 야기될 수 있다. 이에 따라, 전기 자동차 충전 시스템은 충전 시 발생할 수 있는 다양한 문제 등을 미연에 방지하고자 다양한 시퀀스를 통해 충전 과정을 제어하며, 시스템의 안정성을 높이기 위한 다양한 구조를 제공하고 있다.
하지만, 현재 전기 자동차 충전 시스템은 배터리 충전 과정에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 모두 감지하거나 예방하지 못하고 있는바, 이를 해결하기 위한 해결책이 요구된다.
실시 예는 전기 자동차와 전기 자동차 전원공급장치 사이의 연결 상태를 정확히 검출할 수 있는 전기 자동차 충전 컨트롤러를 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 스위치; 제1단이 상기 스위치의 컬렉터 단자에 연결되고, 제2단이 제1 전원에 연결되는 제1 저항; 제1단이 상기 스위치의 컬렉터 단자에 연결되고, 제2단이 신호 출력 단자에 연결되는 제2 저항; 제1단이 제2 저항의 제2단에 연결되고, 제2단이 제1 접지 단자에 연결되는 제3 저항; 상기 스위치의 베이스 단자에 캐소드 단자가 전기적으로 연결되는 다이오드를 포함하고, 상기 스위치의 에미터 단자는 전원공급장치의 제2 접지 단자와 전기적으로 연결된다.
상기 스위치는, NPN 타입의 양극성 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다.
제1단이 상기 신호 출력 단자에 연결되고, 제2단이 상기 제1 접지 단자에 연결되는 캐패시터;를 더 포함할 수 있다 .
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트가 연결되면, 제어 신호에 따라 스위칭 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 스위칭 신호를 통해 상기 제2 포트의 일단에 연결된 스위치 소자를 턴온시키는 스위칭부; 상기 제2 포트와 전기적으로 연결된 복수의 저항에 의해 전기 자동차의 제1 전원에서 공급되는 전압을 분배하는 전압 분배부; 상기 복수의 저항에 의해 분배된 전압을 센싱하여 센싱 전압을 생성하는 센싱부; 및 상기 센싱 전압의 전압값에 따라 상기 전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태를 판단하는 판단부;를 포함한다.
상기 판단부는, 상기 센싱 전압의 전압값이 0이면 전원공급장치의 전원이 그라운드에 쇼트된 상태로 판단할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않은 상태로 판단할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결된 상태로 판단할 수 있다.
상기 전기 자동차가 배터리를 충전 진행중일 때 상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면, 상기 전기 자동차의 배터리가 쇼트된 상태로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 연결 상태 판단 방법에 있어서, 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트가 연결되면, 제어 신호에 따라 스위칭 신호를 생성하는 단계; 상기 스위칭 신호를 통해 상기 제2 포트의 일단에 연결된 스위치 소자를 턴온시키는 단계; 상기 제2 포트와 전기적으로 연결된 복수의 저항에 의해 전기 자동차의 제1 전원에서 공급되는 전압을 분배하는 단계; 상기 복수의 저항에 의해 분배된 전압을 센싱하여 센싱 전압을 생성하는 단계; 및 상기 센싱 전압의 전압값에 따라 상기 전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태를 판단하는 단계;를 포함한다.
상기 연결 상태를 판단하는 단계는, 상기 센싱 전압의 전압값이 0이면 전원공급장치의 전원이 그라운드에 쇼트된 상태로 판단할 수 있다.
상기 연결 상태를 판단하는 단계는, 상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않은 상태로 판단할 수 있다.
상기 연결 상태를 판단하는 단계는, 상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결된 상태로 판단할 수 있다.
상기 연결 상태를 판단하는 단계는, 상기 전기 자동차가 배터리를 충전 진행중일 때 상기 센싱된 전압 값이 제1 참조값에 대응하면, 상기 전기 자동차의 배터리가 쇼트된 상태로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 전기 자동차의 제1 전원으로부터 인가된 전압에 기반하여 감지 신호를 출력하는 감지부; 상기 감지부와 전기 자동차 전원공급장치를 전기적으로 연결하거나 차단하며, 상기 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 상기 제1 포트에 대응하는 전기 자동차의 제2 포트 연결시 상기 전기 자동차 전원공급장치로부터 유입되는 전류를 차단하는 스위칭부; 및 상기 전기 자동차의 제2 전원을 이용하여 상기 스위칭부의 온오프를 제어하는 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 제어부;를 포함한다.
상기 스위칭부는, NPN 타입의 양극성 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 제1단이 상기 양극성 접합 트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되고 제2단이 상기 제1 전원에 연결되는 제1 저항; 제1단이 양극성 접합 트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되는 제2 저항; 및 제1단이 상기 제2 저항의 제2단에 연결되고 제2단이 상기 전기 자동차의 접지 단자에 연결되는 제3 저항;을 포함할 수 있다.
상기 감지 신호에 포함된 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부;를 더 포함할 수 있다.
상기 노이즈 제거부는, 제1단이 상기 제2 저항의 제2단 및 상기 제3 저항의 제1단에 연결되고 제2단이 상기 전기 자동차의 접지 단자에 연결되는 캐패시터;를 더 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 제2 저항의 제2단과 상기 제3 저항의 제1단이 연결되는 노드로부터 상기 감지 신호를 출력할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는, 제1단이 상기 양극성 접합 트랜지스터의 베이스 단자에 연결되는 제4 저항; 캐소드 단자가 상기 제4 저항의 제2단에 연결되는 다이오드 소자; 제1 단자가 상기 전기 자동차의 접지 단자에 연결되고, 제2 단자가 상기 제2 전원에 연결되고, 제3 단자가 상기 다이오드 소자의 애노드 단자에 연결되고, 제5 단자와 제6 단자가 연결되는 듀얼 바이어스 레지스터(dual bias resistor); 및 제1단이 상기 듀얼 바이어스 레지스터의 제4 단자에 연결되고 제2단이 상기 제2 전원에 연결되는 제5 저항;을 포함할 수 있다.
상기 감지 신호에 기초하여 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이의 연결 상태를 판단하는 판단부;를 더 포함할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위에 포함되면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 연결된 라인에 접지 측 단락(short to ground)이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위의 평균값보다 큰 평균값을 가지는 제2 전압 범위에 포함되면, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 연결된 것으로 판단할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 감지 신호의 크기가 제2 전압 범위의 평균값보다 큰 평균값을 가지는 제3 전압 범위에 포함되면, 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이의 연결이 끊어진 것으로 판단할 수 있다.
상기 판단부는, 상기 전기 자동차의 배터리 충전 중, 상기 감지 신호의 크기가 상기 제3 전압 범위에 포함되면, 배터리 측 단락(short to battery)이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
실시 예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치로부터 유입되는 역전류가 전기 자동차 측의 마이크로 프로세서 등에 유입되는 것을 차단함으로써 충전 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 충전 시퀀스 수행 중 발생할 수 있는 다양한 연결 상태를 판단할 수 있어 충전 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭부가 턴오프 상태일때의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭부가 턴온 상태일때의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 포트 상태 판단 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법의 순서도이다.
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, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 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 발명의 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 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 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 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 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 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 에너지를 동력으로 동작하는 전기 자동차의 배터리 충전을 위한 시스템을 의미할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 자동차 전원공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE, 10) 및 전기 자동차(Electric Vehicle, EV, 20)를 포함할 수 있다.
전기 자동차 전원공급장치(10)는 AC 또는 DC 전력을 공급하는 설비이며, 충전소에 배치되거나, 가정 내에 배치될 수 있으며, 휴대 가능하도록 구현될 수도 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 충전소(supply), AC 충전소(AC supply) 및 DC 충전소(DC supply) 등과 혼용될 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원 측으로부터 AC 또는 DC 전력을 공급받을 수 있다. 주전원은 전력 계통 등을 포함할 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 AC 또는 DC 전력을 변압하거나 변환하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다.
전기 자동차(20)는 탑재된 배터리로부터 에너지의 전부 혹은 일부를 공급받아 동작하는 자동차를 의미한다. 전기 자동차(20)는 배터리에 충전된 전기 에너지만으로 주행하는 전기 자동차뿐만 아니라, 화석 연료를 이용하는 엔진을 병행하여 주행하는 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함할 수 있다. 전기 자동차(20)에 구비된 배터리는 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 자동차 전원공급장치(10, Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE), 케이블(50, cable), 커넥터(51, connector), 인렛(53, inlet), 정션 박스(100, junction box), 전기 자동차 충전 컨트롤러(200, Electric Vehicle Charging Controller, EVCC), 배터리(300), 배터리 관리 시스템(400, Battery Management System, BMS) 및 통합 전력 제어 장치(500, Electric Power Control Unit, EPCU)을 포함할 수 있다. 전기 자동차 충전 시스템에 포함된 구성은 전기 자동차 전원공급장치(10) 측(EVSE side)의 구성과 전기 자동차(20) 측(EV side)의 구성으로 구분될 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10) 측의 구성은 전기 자동차 전원공급장치(10), 케이블(50) 및 커넥터(51)를 포함할 수 있다. 전기 자동차 측의 구성은 인렛(53), 정션 박스(100), 전기 자동차 충전 컨트롤러(200), 배터리(300), 배터리 관리 시스템(400) 및 통합 전력 제어 장치(500)를 포함할 수 있다. 이러한 구분은 설명의 편의를 위한 것으로서 한정되는 것은 아니다.
우선, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 전기 자동차의 배터리(300)를 충전하기 위한 전력을 공급한다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원(예를 들어, 전력 계통)으로부터 공급받은 전력을 전기 자동차(20)로 전달할 수 있다. 이때, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 전력을 감압하거나 변환하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)가 AC 전력을 전기 자동차(20)에 공급하는 경우, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 AC 전력을 변압하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다. 다른 실시예로, 전기 자동차 전원공급장치(10)가 DC 전력을 전기 자동차(20)에 공급하는 경우, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다. 전력의 변압이나 변환을 위하여, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 전력 변환 장치를 구비할 수 있다. 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 정류기(rectifier), 절연 변압기(isolation transformer), 인버터(inverter), 컨버터(converter) 등을 포함할 수 있다.
전기 자동차 전원공급장치(10)는 전기 자동차(20)의 배터리(300)를 충전하는데 필요한 다양한 제어 신호를 송수신하고 배터리 충전 프로세스를 제어하기 위한 충전 제어장치를 포함할 수 있다. 충전 제어장치는 전기 자동차(20)와 제어 신호를 송수신하며 배터리 충전 프로세스를 수행할 수 있다. 제어 신호는 충전 준비, 충전 종료, 근접 검출 등의 정보를 포함할 수 있다. 충전 제어장치는 전기 자동차(20)와 통신하기 위한 통신장치를 포함할 수 있다. 통신장치는 전력선 통신(power line communication, PLC), 계측 제어기 통신망(controller area network, CAN) 등을 이용하여 전기 자동차(20)와 통신할 수 있다. 통신장치는 충전 제어장치에 포함될 수도 있고, 별도로 분리되어 구성될 수도 있다.
다음으로, 케이블(50), 커넥터(51) 및 인렛(53)은 전기 자동차 전원공급장치(10)와 전기 자동차를 전기적으로 연결한다.
케이블(50)은 전기 자동차 전원공급장치(10)와 전기 자동차(20) 사이에서 전력 및 신호를 전달한다. 케이블(50)은 전력을 전달하는 전력선, 충전에 관련한 제어 신호를 전달하는 신호선, 접지를 연결하는 접지선 등을 포함할 수 있다.
케이블(50)은 전기 자동차 전원공급장치(10)와 연결된다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)와 케이블(50)은 별도의 연결 구성 없이 직접 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)와 케이블(50)은 전기 자동차 전원공급장치(10)에 구비된 소켓-아웃렛(socket-outlet)과 케이블(50)에 구비된 플러그(plug)의 결합을 통해 연결될 수 있다.
커넥터(51)는 케이블(50)에 연결될 수 있으며, 인렛(53)은 전기 자동차(20)에 구비될 수 있다. 커넥터(51)와 인렛(53)을 묶어 커플러(coupler)로 명명할 수 있다. 커넥터(51)와 인렛(53)은 서로 결합 가능한 구조로서, 커넥터(51)와 인렛(53)의 결합을 통해 전기 자동차(20)와 전기 자동차 전원공급장치(10)가 전기적으로 연결될 수 있다. 인렛(53)과 커넥터(51)는 직접 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 어댑터(adaptor, 52)를 통해 연결될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 어댑터(52)는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 규격과 전기 자동차(20) 사이의 충전 규격이 상이하여 커넥터(51)와 인렛(53)이 직접 연결될 수 없을 때 이용될 수 있다. 예를 들어, CHAdeMO 표준 스펙에 따른 전기 자동차 전원공급장치(10)의 커넥터(51)와 chaoji 표준 스펙에 따른 전기 자동차(20)의 인렛(53)을 연결하기 위하여, 어댑터(52)가 이용될 수 있다.
커넥터(51)와 인렛(53)은 서로 결합될 수 있는 복수의 핀(pin)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 복수의 핀 중 하나는 전기 자동차 전원공급장치(10)와 전기 자동차 충전 컨트롤러(200) 사이에 CP(Control Pilot) 신호가 전송되는 CP 포트용 핀일 수 있고, 다른 하나는 커넥터(51)와 인렛(53)의 근접 여부를 감지하는 PD(Proximity Detection) 포트용 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 보호 접지와 연결되는 보호 접지(Protective Earth, PE) 포트용 핀일 수 있다. 복수의 핀 중 또 다른 하나는 주유구 플랩(flap)을 열기 위한 모터를 구동시키기 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 모터를 센싱하기 위한 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 온도 센싱을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 엘이디 센싱을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 캔(CAN) 통신을 위한 핀일 수 있다. 복수의 핀 중 하나는 전기 자동차(20) 내 충돌 감지 센서로부터 인가되는 전압 라인용 핀일 수 있고, 다른 하나는 전기 자동차(20)에 충전 전력을 공급하는 배터리 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 고전압 보호용 핀일 수 있다. 그러나, 핀의 개수 및 기능은 이로 제한되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
정션 박스(100)는 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 공급된 전력을 배터리(300)에 전달한다. 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 공급되는 전력은 고전압으로서 이를 배터리(300)에 직접 공급하게 되면 돌입 전류로 인하여 배터리(300)가 손상될 수 있다. 정션 박스(100)는 돌입 전류에 의한 배터리 손상을 방지하기 위하여 적어도 하나의 릴레이(relay)를 포함할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)의 배터리 충전에 관한 프로세스의 일부 또는 전부를 제어할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 통신 컨트롤러(Electric Vehicle Communication Controller, EVCC)로 명명될 수도 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 전원공급장치(10)와 통신할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 송수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 전원공급장치(10)에 구비된 충전 제어 장치와 통신할 수 있으며, 충전 제어 장치로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 송수신할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)와 통신할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)의 배터리 관리 시스템(400)과 통신할 수 있으며, 배터리 관리 시스템(400)으로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 수신할 수도 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)의 통합 전력 제어 장치(500)와 통신할 수 있으며, 통합 전력 제어 장치(500)로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 수신할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 상기의 기능을 수행하기 위하여 마이크로 컨트롤러(micro controller unit, MCU), 통신 장치, 릴레이 장치 등을 구비할 수 있다.
배터리 관리 시스템(400)은 전기 자동차(20) 내 배터리(300)의 에너지 상태를 관리한다. 배터리 관리 시스템(400)은 배터리(300)의 사용 현황을 모니터링하고 효율적인 에너지 분배를 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(400)은 에너지의 효율적인 사용을 위해 전기 자동차(20)의 가용 전력 상황을 차량 통합 제어기 및 인버터 등에 전송할 수 있다. 다른 예로, 배터리 관리 시스템(400)은 배터리(300)의 각 셀 당 전압 편차를 보정하거나 배터리(300)를 적정 온도로 유지하기 위하여 냉각팬을 구동할 수 있다.
통합 전력 제어 장치(500)는 모터의 제어를 포함하여 전기 자동차의 전반적인 움직임을 제어하는 장치이다. 통합 전력 제어 장치(500)는 모터 제어 장치(Motor Control Unit, MCU), 저전압 직류 변환 장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC), 차량 통합 제어기(Vehicle Control Unit, VCU)를 포함할 수 있다. 모터 제어 장치는 인버터(Inverter)로 명명될 수 있다. 모터 제어 장치는 배터리로부터 직류 전원을 수신하여 3상 교류 전원으로 변환시킬 수 있으며, 차량 통합 제어기의 명령에 따라 모터를 제어할 수 있다. 저전압 직류 변환 장치는 고전압 전원을 저전압(예를 들어, 12[V]) 전원으로 변환하여 전기 자동차(20)의 각 부품에 공급할 수 있다. 차량 통합 제어기는 전기 자동차(20) 전반에 관한 시스템의 성능을 유지하는 역할을 한다. 차량 통합 제어기는 모터 제어 장치, 배터리 관리 시스템(400) 등 다양한 장치들과 함께 충전, 주행 등 다양한 기능을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 감지부(210), 스위칭부(220) 및 스위칭 제어부(230)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 노이즈 제거부(240) 및 판단부(250)를 더 포함할 수 있다.
감지부(210)는 전기 자동차의 제1 전원으로부터 인가된 전압에 기반하여 감지 신호를 출력할 수 있다.
스위칭부(220)는 감지부(210)와 전기 자동차 전원공급장치를 전기적으로 연결하거나 차단하며, 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 제1 포트에 대응하는 전기 자동차의 제2 포트 연결시 전기 자동차 전원공급장치로부터 유입되는 전류를 차단할 수 있다. 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트는 근접 검출(connector proximity detection)을 위한 포트일 수 있다. 즉, 제1 포트와 제2 포트의 전기적 연결에 기초하여 전기 자동차(또는 전기 자동차 전원공급장치)는 인렛과 커넥터가 서로 연결되었는지를 판단할 수 있다. 스위칭부(220)는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 스위칭 소자는 NPN 타입의 양극성 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다.
스위칭 제어부(230)는 전기 자동차의 제어 신호 및 제2 전원을 이용하여 스위칭부(220)의 온오프를 제어하는 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 제어 신호는 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)에 포함된 마이크로컨트롤러에 의해 생성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제어 신호는 전기 자동차의 배터리 관리 시스템(BMS)에 포함된 마이크로컨트롤러에 의해 생성될 수 도 있다. 제2 전원은 5[V]의 직류 전압원일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 제1 전원과 동일한 전압원일 수도 있다.
노이즈 제거부(240)는 감지 신호에 포함된 노이즈 신호를 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 노이즈 제거부(240)는 로우 패스 필터(low pass filter)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
판단부(250)는 감지 신호에 기초하여 제1 포트와 제2 포트 사이의 연결 상태를 판단할 수 있다. 판단부(250)는 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위에 포함되면 제1 포트와 제2 포트가 연결된 라인에 접지 측 단락(short to ground)이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 판단부(250)는 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위의 평균값보다 큰 평균값을 가지는 제2 전압 범위에 포함되면, 제1 포트와 상기 제2 포트가 연결된 것으로 판단할 수 있다. 판단부(250)는 감지 신호의 크기가 제2 전압 범위의 평균값보다 큰 평균값을 가지는 제3 전압 범위에 포함되면, 제1 포트와 제2 포트 사이의 연결이 끊어진 것으로 판단할 수 있다. 판단부(250)는 전기 자동차의 배터리 충전 중, 감지 신호의 크기가 제3 전압 범위에 포함되면, 배터리에 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
판단부(250)는 마이크로컨트롤러 및 메모리 등을 포함하여 구현될 수 있다. 판단부(250)는 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)에 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 판단부(250)는 전기 자동차의 배터리 관리 시스템(BMS)에 포함된 마이크로컨트롤러에 의해 구현될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 감지부(210), 스위칭부(220), 스위칭 제어부(230), 노이즈 제거부(240) 및 판단부(250)를 포함할 수 있다.
감지부(210)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)을 포함할 수 있다.
제1 저항(R1)은 제1단이 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)은 제1단이 제2 저항(R2)의 제1단에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)의 제1단은 제2 저항(R2)의 제1단 및 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)와 동일한 노드에 연결될 수 있다.
제1 저항(R1)은 제2단이 제1 전원(V1)에 연결될 수 있다. 제1 전원(V1)은 전기 자동차의 배터리에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 전원(V1)은 12[V] 크기의 직류 전압원일 수 있다.
제1 저항(R1)은 복수의 저항이 직렬 결합됨으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 저항(R1)은 제1-1 저항 및 제1-2 저항이 직렬 연결된 구성으로 구현될 수 있다. 제1-1 저항의 제1단은 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)에 연결되고, 제1-1 저항의 제2단은 제1-2 저항의 제1단에 연결되고, 제1-2 저항의 제2단은 제1 전원(V1)에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)을 제1-1 저항 및 제1-2 저항의 직렬 연결 구성으로 구현할 경우, 어느 하나의 저항이 파손되더라도 전기적 충격을 완충할 수 있는 장점이 있다.
제2 저항(R2)은 제1단이 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)은 제1단이 제1 저항(R1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)의 제1단은 제1 저항(R1)의 제1단 및 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)와 동일한 노드에 연결될 수 있다.
제2 저항(R2)은 제2단이 제3 저항(R3)의 제1단에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)은 제2단이 캐패시터(C1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)은 제2단이 판단부(250)에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)의 제2단, 제3 저항(R3)의 제1단, 캐패시터(C1)의 제1단 및 판단부(250)는 동일한 노드에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)의 제2단에서 검출된 감지 신호가 판단부(250)로 출력될 수 있다. 예를 들어, 판단부(250)가 마이크로 컨트롤러로 구현되는 경우, 제2 저항(R2)의 제2단은 마이크로 컨트롤러에 배치된 핀 중 어느 하나와 연결되며, 제2 저항(R2)의 제2단에서 검출된 감지 신호가 마이크로 컨트롤러에 배치된 핀 중 어느 하나로 출력될 수 있다.
제3 저항(R3)은 제1단이 제2 저항(R2)의 제2단에 연결될 수 있다. 제3 저항(R3)은 제1단이 캐패시터(C1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제3 저항(R3)은 제1단이 판단부(250)에 연결될 수 있다. 제3 저항(R3)의 제1단, 제2 저항(R2)의 제2단, 캐패시터(C1)의 제1단 및 판단부(250)는 동일한 노드에 연결될 수 있다. 제3 저항(R3)의 제1단에서 검출된 감지 신호가 판단부(250)로 출력될 수 있다. 예를 들어, 판단부(250)가 마이크로 컨트롤러로 구현되는 경우, 제3 저항(R3)의 제1단은 마이크로 컨트롤러에 배치된 핀 중 어느 하나와 연결되며, 제3 저항(R3)의 제1단에서 검출된 감지 신호가 마이크로 컨트롤러에 배치된 핀 중 어느 하나로 출력될 수 있다. 제3 저항(R3)의 제1단은 제2 저항(R2)의 제2단과 연결되므로, 판단부(250)로 출력되는 감지 신호는 동일한 신호일 수 있다.
제3 저항(R3)은 제2단이 전기 자동차의 접지 단자(GND1)에 연결될 수 있다.
스위칭부(220)는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 스위칭 소자는 에미터 단자(E), 컬렉터 단자(C) 및 베이스 단자(B)를 포함하는 양극성 접합 트랜지스터(Q1)일 수 있다.
양극성 접합 트랜지스터(Q1)는 에미터 단자(E)가 전기 자동차 전원공급장치에 연결될 수 있다. 예를 들어, 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자(E)는 전기 자동차 측의 인렛과 전기 자동차 충전 설비 측의 커넥터가 서로 연결됨으로써 전기 자동차 전원공급장치에 전기적으로 연결될 수 있다. 양극성 접합 트랜지스터(Q1)는 에미터 단자(E)가 전기 자동차 전원공급장치의 제6 저항(R6)의 제1단과 연결될 수 있다. 한편, 제6 저항(R6)은 제2단이 전기 자동차 전원공급장치의 접지 단자(GND2)에 연결될 수 있다.
양극성 접합 트랜지스터(Q1)는 컬렉터 단자(C)가 감지부(210)에 연결될 수 있다. 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)는 제1 저항(R1)의 제1단에 연결될 수 있다. 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)는 제2 저항(R2)의 제1단에 연결될 수 있다. 즉, 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자(C)는 제1 저항(R1)의 제1단 및 제2 저항(R2)의 제1단과 동일한 노드에 연결될 수 있다.
양극성 접합 트랜지스터(Q1)는 베이스 단자(B)가 스위칭 제어부(230)에 연결될 수 있다. 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)는 제4 저항(R4)의 제1단에 연결될 수 있다. 양극성 접합 트랜지스터(Q1)는 베이스 단자(B)를 통해 스위칭 제어부(230)로부터 스위칭 제어 신호를 수신할 수 있다.
스위칭 제어부(230)는 스위칭부(220)와 연결될 수 있다. 스위칭 제어부(230)는 제4 저항(R4), 다이오드(D1) 및 듀얼 바이어스 레지스터(U1)를 포함할 수 있다.
제4 저항(R4)은 제1단이 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)에 연결될 수 있다.
제4 저항(R4)은 제2단이 다이오드(D1)의 캐소드(cathod) 단자에 연결될 수 있다.
다이오드(D1)는 캐소드 단자가 제4 저항(R4)의 제2단에 연결될 수 있다.
다이오드(D1)는 애노드 단자(anode)가 듀얼 바이어스 레지스터(U1)의 제3 단자에 연결될 수 있다. 다이오드(D1) 소자의 캐소드 단자가 제4 저항(R4)의 제2단에 연결되고 애노드 단자가 듀얼 바이어스 레지스터(U1)에 연결됨으로써, 양극성 접합 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자(B)를 통해 듀얼 바이어스 레지스터(U1) 등에 인가될 수 있는 역전압이 차단될 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(dual bias resistor, U1)는 복수의 단자를 포함할 수 있다. 일례로, 듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 6개의 단자를 포함할 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제1 단자가 전기 자동차의 접지 단자(GND1)에 연결될 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제2 단자가 제2 전원(V2)에 연결될 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제3 단자가 다이오드(D1) 소자의 애노드 단자에 연결될 수 있다. 듀얼 바이어스 레지스터(U1)의 제3 단자를 통해 스위칭 제어 신호가 출력될 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제4 단자는 마이크로컨트롤러(MCU)에 연결될 수 있다. 듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제4 단자는 마이크로 컨트롤러에 배치된 핀 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 이때, 마이크로 컨트롤러는 판단부(250)의 마이크로컨트롤러와 동일할 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제5 단자와 제6 단자가 서로 연결될 수 있다.
듀얼 바이어스 레지스터(U1)는 제4 단자를 통해 입력된 제어 신호와 제2 단자를 통해 입력된 제2 전원(V2)의 전력을 통해 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 듀얼 바이어스 레지스터(U1)를 이용함에 따라, 제4 단자에 연결된 마이크로 컨트롤러 등에 인가될 수 있는 역전압을 차단할 수 있다. 즉, 다이오드(D1)와 듀얼 바이어스 레지스터(U1)를 통해 마이크로 컨트롤러에 대한 2단의 보호가 가능할 수 있다.
노이즈 제거부(240)는 감지부(210)에 연결될 수 있다. 노이즈 제거부(240)는 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.
캐패시터(C1)는 제1단이 제2 저항(R2)의 제2단에 연결될 수 있다. 캐패시터(C1)는 제1단이 제3 저항(R3)의 제1단에 연결될 수 있다. 캐패시터(C1)는 제1단이 판단부(250)에 연결될 수 있다. 캐패시터(C1)의 제1단, 제3 저항(R3)의 제1단, 제2 저항(R2)의 제2단 및 판단부(250)는 동일한 노드에 연결될 수 있다. 캐패시터(C1)는 제3 저항(R3)의 제1단 및 제2 저항(R2)의 제2단에서 출력된 감지 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(C1)는 감지 신호에 포함된 고주파 신호를 제거함으로써 마이크로 컨트롤러로 구현된 판단부(250)를 보호할 수 있다.
캐패시터(C1)는 제2단이 전기 자동차의 접지 단자(GND1)에 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭부가 턴오프 상태일때의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 것처럼, 스위칭 소자가 턴오프되는 경우 에미터 단자(E)와 컬렉터 단자(C) 사이가 전기적으로 개방될 수 있다.
이에 따라, 제1 전원(V1)의 전력 공급에 의해 형성되는 전류(I1)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 제3 저항(R3) 및 캐패시터(C1)로 연결되는 폐회로를 흐르게 된다. 즉, 제1 전원(V1)의 전력 공급에 의해 형성되는 전류(I1)는 전기 자동차 전원공급장치로 흐르지 않을 수 있다. 또한, 스위칭 소자가 턴오프되는 경우 에미터 단자(E)와 컬렉터 단자(C) 사이가 전기적으로 개방되므로, 전기 자동차 전원공급장치에서 감지부(210) 측으로 전류(I2)가 흐르지 않을 수 있다. 이에 따라, 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트 사이는 전기적으로 절연될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭부가 턴온 상태일때의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 것처럼, 스위칭 소자가 턴온되는 경우, 에미터 단자(E)와 컬렉터 단자(C) 사이가 전기적으로 단락될 수 있다.
이에 따라, 제1 전원(V1)의 전력 공급에 의해 형성되는 전류는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 제3 저항(R3) 및 캐패시터(C1) 뿐만 아니라 전기 자동차 전원공급장치의 제6 저항(R6)을 포함하는 폐회로를 흐르게 된다. 이 경우, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)와 전기 자동차 전원공급장치 사이에 폐회로가 형성된 상태이므로, 이상 전류 등이 발생하여 전기 자동차 전원공급장치에서 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)로 역전류가 흐를 수 있다. 이는 제1 포트와 제2 포트 사이의 연결 상태에 대한 오판단을 일으킬 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭부(220)는 스위칭 소자가 NPN 타입의 양극성 접합 트랜지스터(Q1)로 구현되고, 에미터 단자(E)가 전기 자동차 전원공급장치에 연결되는 구조로 구현될 수 있으므로, 전기 자동차 전원공급장치에서 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)로 흐르는 역전류를 스위칭부(220)에서 효율적으로 차단할 수 있다. 이러한 NPN 타입의 양극성 접합 트랜지스터(Q1)로 구현된 스위칭부(220)의 역전압 차단은 옵토 커플러에 의한 전기적 절연과 유사한 효과를 가질 수 있으며, 옵토 커플러 대비 제조 비용을 감소시킬 수 있는 장점을 가진다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 포트 상태 판단 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
판단부(250)는 감지 신호에 기초하여 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 제1 포트에 대응하는 전기 자동차의 제2 포트 사이의 연결 상태를 판단할 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 판단부(250)는 감지부(210)로부터 감지 신호를 수신할 수 있다(S710). 실시예에 따르면, 감지 신호는 아날로그 신호일 수 있으며, 판단부(250)는 이를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)를 포함할 수 있다.
판단부(250)는 감지 신호와 기 설정된 전압 범위를 비교할 수 있다(S720). 실시예에 따르면, 판단부(250)는 디지털 신호로 변환된 감지 신호를 기 설정된 전압 범위와 비교할 수 있다. 기 설정된 전압 범위는 제1 전압 범위 내지 제3 전압 범위를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비교 결과, 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위에 포함되면, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트가 연결된 라인에 접지 측 단락(short to ground)이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S730). 실시예에 따르면, 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위에 포함되면, 판단부(250)는 전기 자동차 측의 제1 접지 단자와 전기 자동차 전원공급장치 측의 제2 접지 단자를 연결하는 라인이 개방된 것으로 판단할 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 전압 범위는 -0.2[V] 내지 0.2[V] 범위일 수 있다.
비교 결과, 감지 신호의 크기가 제1 전압 범위의 평균값보다 큰 평균값을 가지는 제2 전압 범위에 포함되면, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트가 연결된 것으로 판단할 수 있다(S740). 즉, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트가 정상적으로 연결되었다고 판단할 수 있다. 실시예에 따르면, 제2 전압 범위는 1.23[V] 내지 1.51[V] 범위일 수 있다.
비교 결과, 감지 신호의 크기가 제2 전압 범위의 평균값보다 큰 평균값을 가지는 데3 전압 범위에 포함되면, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트 사이의 연결이 끊어진 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 커넥터와 인렛 사이가 연결되지 않았거나 스위칭부(220)가 턴오프된 경우, 감지 신호의 크기가 제3 전압 범위에 포함될 수 있으며, 이 경우, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않았다고 판단할 수 있다. 실시예에 따르면, 제3 전압 범위는 4.14[V] 내지 5.08[V] 범위일 수 있다. 즉, 제1 전압 범위 내지 제3 전압 범위는 서로 겹치는 영역이 없을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 판단부(250)는 전기 자동차의 배터리 충전 중, 감지 신호의 크기가 제3 전압 범위에 포함되면, 배터리 측 단락(short to battery)이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 포트와 제2 포트가 정상 연결된 것으로 판단되어 배터리를 충전하는 중, 감지 신호의 크기가 제3 전압 범위에 포함되면, 판단부(250)는 배터리 측 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
아래의 표 1은 연결 상태에 따른 감지 신호의 크기를 나타낸 표이다.
Status Detection
As is To-be(V)
Short to ground No detection 0
Connection High 1.37
No connection Low 4.61
Short to battery No detection 4.61
표 1에서는 종래 옵토 커플러를 이용하여 제1 포트와 제2 포트 사이의 연결 상태를 판단할 경우(As is)와 본 발명의 실시예에 따라 제1 포트와 제2 포트 사이의 연결 상태를 판단할 경우(To-be)를 비교한다. 종래에서와 같이 옵토 커플러를 이용할 경우, 판단부(250)는 옵토 커플러를 통해 수신하는 신호의 유무 등을 통해 연결 상태를 판단할 수 있다. 따라서, 옵토 커플러를 이용하는 경우, 판단부(250)는 감지 신호가 로우 레벨(Low)인 경우 제1 포트와 제2 포트가 미연결 상태(no connection)인 것으로 판단하고, 감지 신호가 하이 레벨(High)인 경우 제1 포트와 제2 포트가 연결 상태(connection)인 것으로 판단할 수 있다. 하지만, 접지 측 단락이나 배터리 측 단락 등의 기타 상태에 대한 판단은 불가하다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 감지 신호를 전압값으로 수신하게 되며, 전압의 크기에 따라 서로 다른 상태를 나타내게 된다. 실시예에 따르면, 감지 신호가 0[V]인 경우 제1 전압 범위인 -0.2[V] 내지 0.2[V] 범위에 포함되므로, 판단부(250)는 접지 측 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 감지 신호가 1.37[V]인 경우 제2 전압 범위인 1.23[V] 내지 1.51[V] 범위에 포함되므로, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트가 연결 상태(connection)인 것으로 판단할 수 있다. 감지 신호가 4.61[V]인 경우 제3 전압 범위인 4.14[V] 내지 5.08[V] 범위에 포함되므로, 판단부(250)는 제1 포트와 제2 포트가 미연결 상태(no connection)인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 배터리 충전 중 감지 신호가 4.61[V]로 검출된 경우, 제3 전압 범위인 4.14[V] 내지 5.08[V] 범위에 포함되므로, 판단부(250)는 배터리 측 단락이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 신호 생성부(2210), 스위칭부(2220), 전압 분배부(2230), 센싱부(2240) 및 판단부(2250)를 포함할 수 있다.
신호 생성부(2210)는 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트가 연결되면, 제어 신호에 따라 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 제1 포트는 전기 자동차 전원공급장치 측의 커넥터에 포함된 포트로서, 전기 자동차 전원공급장치 측의 근접 검출 포트를 의미할 수 있다. 제2 포트는 전기 자동차 측의 인렛에 포함된 포트로서, 전기 자동차 측의 근접 검출 포트를 의미할 수 있다. 제1 포트와 제2 포트는 커넥터와 인렛의 결합에 의해 기계적 및 전기적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위칭부(2220)는 전기 자동차 측에 내장된 마이크로컨트롤러로부터 제어 신호를 수신하면, 제어 신호 및 전원의 전력에 기초하여 스위칭 소자를 생성할 수 있다. 이때, 마이크로컨트롤러는 전기 자동차 충전 컨트롤러(200) 외부에 형성된 것일 수도 있다.
스위칭부(2220)는 스위칭 신호를 통해 제2 포트의 일단에 연결된 스위치 소자를 턴온시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위치가 양극성 접합 트랜지스터로 구성된 경우, 스위칭부(2220)는 베이스 단자로 스위칭 신호를 송출할 수 있다. 스위칭부(2220)는 스위치의 베이스 단자에 캐소드 단자가 연결된 다이오드를 포함할 수 있으며, 이를 통해 스위칭부(2220)에 인가되는 역전압(역전류)을 차단할 수 있다.
전압 분배부(2230)는 제2 포트와 전기적으로 연결된 복수의 저항에 의해 전기 자동차의 제1 전원의 전압을 분배할 수 있다. 이때, 제1 전원은 12[V] 크기의 직류 전압일 수 있다.
센싱부(2240)는 복수의 저항에 의해 분배된 전압을 센싱하여 센싱 전압을 생성할 수 있다. 센싱부(2240)는 분배된 전압을 센싱하는 과정에서 발생할 수 있는 노이즈 신호를 제거할 수 있다.
판단부(2250)는 센싱 전압의 전압값에 따라 전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태를 판단할 수 있다.
판단부(2250)는 센싱 전압의 전압값이 0이면 전원공급장치의 전원이 그라운드에 쇼트된 상태로 판단할 수 있다. 이때, 센싱 전압의 전압값이 반드시 0일 필요는 없으며, 판단부(2250)는 센싱 전압의 전압값이 0에 대응하는 값(예를 들어, 0[V]를 포함하는 소정의 범위 내의 값)인 경우 전원공급장치의 전원이 그라운드 쇼트된 상태인 것으로 판단할 수 있다.
판단부(2250)는 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면 제1 포트와 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않은 상태로 판단할 수 있다. 여기서, 제1 참조값에 대응한다 함은 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값을 포함하는 소정의 범위 내에 있음을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 참조값은 4.61[V[일 수 있고, 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응한다 함은 4.14 내지 5.08[V]의 범위 내에 센싱 전압의 전압값이 존재함을 의미할 수 있다.
판단부(2250)는 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이면 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결된 상태로 판단할 수 있다. 여기서, 제1 참조값 미만이라 함은 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값을 포함하는 소정의 범위 중 하한값보다 작음을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 참조값은 4.61[V[일 수 있고, 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이라 함은 센싱 전압의 전압값이 4.14 내지 5.08[V]의 범위에서 하한값인 4.14[V]보다 작음을 의미할 수 있다.
전기 자동차가 배터리를 충전 진행 중 일 때 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면, 연결 상태는 전기 자동차의 배터리가 쇼트된 상태로 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법의 순서도이다.
우선, 전기 자동차 전원 공급 장치의 커넥터와 전기 자동차의 인렛이 연결됨에 따라 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트가 연결된다(S905).
그러면, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 제어 신호에 따라 스위칭 신호를 생성한다(S910).
전기 자동차 충전 컨트롤러는 스위칭 신호를 통해 제2 포트의 일단에 연결된 스위치 소자를 턴온시킨다(S915).
그러면, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 제2 포트와 전기적으로 연결된 복수의 저항에 의해 전기 자동차의 제1 전원의 전압을 분배한다(S920).
그리고, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 복수의 저항에 의해 분배된 전압을 센싱하여 센싱 전압을 생성한다(S925).
전기 자동차 충전 컨트롤러는 센싱 전압의 전압값과 참조값에 기초하여 전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태를 판단한다(S930).
전기 자동차 충전 컨트롤러는 센싱 전압의 전압값이 0이면 전원공급장치의 전원이 그라운드에 쇼트된 상태로 판단한다(S935).
전기 자동차 충전 컨트롤러는 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않은 상태로 판단한다(S940).
전기 자동차 충전 컨트롤러는 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결된 상태로 판단한다(S950).
전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태가 S935 또는 S940과 같다고 판단된 경우, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 충전 시퀀스를 중단시킨다(S950). 중단 사유, 즉, S935 또는 S940에 대한 판단 결과는 전기 자동차 전원공급장치로 전달될 수 있으며, 사용자가 인지할 수 있도록 경보 메시지의 형태로 송출할 수도 있다.
한편, S945 단계와 같이 판단된 경우, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 충전을 진행한다(S955). 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 충전 전 진행될 수 있는 타 충전 시퀀스를 계속하여 수행할 수 있으며, 모든 충전 시퀀스가 완료되면, 전기 자동차 전원공급장치는 전기 자동차의 배터리에 대한 충전을 시작할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러는 충전 진행 과정에서도 계속하여 센싱 전압의 전압값과 참조값을 비교할 수 있다(S960).
충전 진행 중, 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하지 않으면, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 충전 완료(또는 충전 중단 등) 될 때까지 계속하여 충전을 수행할 수 있다(S965).
반면, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 전기 자동차가 배터리를 충전 진행중일 때 센싱된 전압 값이 제1 참조값에 대응하면, 연결 상태는 배터리 쇼트된 상태로 판단한다(S970).
그러면, 전기 자동차 충전 컨트롤러는 충전 시퀀스를 중단시킨다(S950).
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 전기 자동차 충전 컨트롤러
210 : 감지부
220 : 스위칭부
230 : 스위칭 제어부
240 : 노이즈 제거부
250 : 판단부

Claims (13)

  1. 스위치;
    제1단이 상기 스위치의 컬렉터 단자에 연결되고, 제2단이 제1 전원에 연결되는 제1 저항;
    제1단이 상기 스위치의 컬렉터 단자에 연결되고, 제2단이 신호 출력 단자에 연결되는 제2 저항;
    제1단이 제2 저항의 제2단에 연결되고, 제2단이 제1 접지 단자에 연결되는 제3 저항;
    상기 스위치의 베이스 단자에 캐소드 단자가 전기적으로 연결되는 다이오드를 포함하고,
    상기 스위치의 에미터 단자는 전원공급장치의 제2 접지 단자와 전기적으로 연결되는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는,
    NPN 타입의 양극성 접합 트랜지스터를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  3. 제2항에 있어서,
    제1단이 상기 신호 출력 단자에 연결되고, 제2단이 상기 제1 접지 단자에 연결되는 캐패시터;를 더 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  4. 전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트가 연결되면, 제어 신호에 따라 스위칭 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 스위칭 신호를 통해 상기 제2 포트의 일단에 연결된 스위치 소자를 턴온시키는 스위칭부;
    상기 제2 포트와 전기적으로 연결된 복수의 저항에 의해 전기 자동차의 제1 전원에서 공급되는 전압을 분배하는 전압 분배부;
    상기 복수의 저항에 의해 분배된 전압을 센싱하여 센싱 전압을 생성하는 센싱부; 및
    상기 센싱 전압의 전압값에 따라 상기 전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태를 판단하는 판단부;를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 센싱 전압의 전압값이 0이면 전원공급장치의 전원이 그라운드에 쇼트된 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않은 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결된 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 전기 자동차가 배터리를 충전 진행중일 때 상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면, 상기 전기 자동차의 배터리가 쇼트된 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  9. 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 연결 상태 판단 방법에 있어서,
    전기 자동차 전원공급장치의 제1 포트와 전기 자동차의 제2 포트가 연결되면, 제어 신호에 따라 스위칭 신호를 생성하는 단계;
    상기 스위칭 신호를 통해 상기 제2 포트의 일단에 연결된 스위치 소자를 턴온시키는 단계;
    상기 제2 포트와 전기적으로 연결된 복수의 저항에 의해 전기 자동차의 제1 전원에서 공급되는 전압을 분배하는 단계;
    상기 복수의 저항에 의해 분배된 전압을 센싱하여 센싱 전압을 생성하는 단계; 및
    상기 센싱 전압의 전압값에 따라 상기 전기 자동차 전원공급장치와의 연결 상태를 판단하는 단계;를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연결 상태를 판단하는 단계는,
    상기 센싱 전압의 전압값이 0이면 전원공급장치의 전원이 그라운드에 쇼트된 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연결 상태를 판단하는 단계는,
    상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값에 대응하면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결되지 않은 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 연결 상태를 판단하는 단계는,
    상기 센싱 전압의 전압값이 제1 참조값 미만이면 상기 제1 포트와 상기 제2 포트가 전기적으로 연결된 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 연결 상태를 판단하는 단계는,
    상기 전기 자동차가 배터리를 충전 진행중일 때 상기 센싱된 전압 값이 제1 참조값에 대응하면, 상기 전기 자동차의 배터리가 쇼트된 상태로 판단하는 전기 자동차 충전 컨트롤러의 연결 상태 판단 방법.
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