KR20220114796A - 전기 자동차 충전 컨트롤러 - Google Patents

전기 자동차 충전 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 전기자동차 전원공급장치로부터 수신된 충전 시퀀스 신호에 기초하여 차량에 배치된 배터리를 충전하는 충전 시퀀스를 실행하는 제1 제어부; 상기 충전 시퀀스 신호에 기초하여 상기 제1 제어부를 웨이크업하는 제1 제어 신호를 생성하는 제2 제어부; 상기 제1 제어부에 의해 제어되고, 상기 제1 제어부에 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단하는 제1 스위치부; 및 상기 제2 제어부에 의해 제어되고, 상기 제2 제어부에 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단하는 제2 스위치부;를 포함한다.

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, 충전 시퀀스를 항시 확인해야 하는 전기 자동차는 이러한 확인 과정에서 배터리를 지속적으로 방전하게 되며, 이러한 과정은 배터리의 수명을 단축시키는 요인이 되는바, 이를 해결하기 위한 해결책이 요구된다.
실시 예는 전력 소비를 감소할 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 전기자동차 전원공급장치로부터 수신된 충전 시퀀스 신호에 기초하여 차량에 배치된 배터리를 충전하는 충전 시퀀스를 실행하는 제1 제어부; 상기 충전 시퀀스 신호에 기초하여 상기 제1 제어부를 웨이크업하는 제1 제어 신호를 생성하는 제2 제어부; 상기 제1 제어부에 의해 제어되고, 상기 제1 제어부에 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단하는 제1 스위치부; 및 상기 제2 제어부에 의해 제어되고, 상기 제2 제어부에 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단하는 제2 스위치부;를 포함한다.
상기 제1 제어부는, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제1 스위치부가 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 제어부는, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 상기 제1 스위치부를 턴온할 수 있다.
상기 제2 제어부는, 상기 제2 스위치부를 소정의 주기로 온/오프 제어하며, 상기 소정의 주기로 상기 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다.
상기 제2 제어부는, 상기 제2 스위치부가 턴온된 주기에 상기 충전 시퀀스 신호가 전송되면, 상기 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.
제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제2 전압값으로 변환하고, 상기 제2 전압값으로 변환된 상기 직류 전압을 상기 제2 제어부에 공급하는 제1 컨버터부를 더 포함할 수 있다.
제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환하고, 상기 제3 전압값으로 변환된 상기 직류 전압을 상기 제1 제어부에 공급하는 제2 컨버터부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 컨버터부는, 상기 전기 자동차의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제1 구동 신호 및 상기 전기자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제2 구동 신호 중 적어도 하나와 상기 제1 제어 신호에 기초하여 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환할 수 있다.
상기 제1 제어부는, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 제어 신호를 상기 제2 컨버터부로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 제1 마이크로컨트롤러; 제2 마이크로컨트롤러; 제2단이 상기 제1 마이크로컨트롤러의 제1 단자에 연결되는 제1 스위치; 제1단이 상기 제2 마이크로컨트롤러의 제1 단자에 연결되고, 제2단이 상기 제1 스위치의 제1단에 연결되는 제2 스위치;를 포함하며, 상기 제1 스위치의 제1단 및 상기 제2 스위치의 제2단은, 인렛의 신호 단자 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 단자가 상기 전기자동차의 배터리에 연결되고, 제2 단자가 상기 제2 마이크로컨트롤러의 전원공급단자에 연결되는 제1 컨버터;를 더 포함할 수 있다.
제1 단자가 상기 전기 자동차의 캔 트랜시버 또는 상기 전기자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버 중 하나에 연결되고, 제2 단자가 상기 제2 마이크로컨트롤러의 제2 단자에 연결되고, 제3 단자가 상기 제1 마이크로컨트롤러의 제2 단자에 연결되는 제2 컨버터;를 더 포함할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 전기 자동차 충전 제어 방법에 있어서, 전기 자동차 충전 제어 방법은 제2 제어부가, 제1 스위치부가 턴오프된 상태에서, 소정의 주기로 제2 스위치부의 턴온과 턴오프를 반복하는 단계; 상기 제2 제어부가, 상기 제2 스위치부의 턴온 상태에서, 충전 시퀀스 신호를 수신하는 단계; 상기 제2 제어부가, 상기 충전 시퀀스 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 제1 제어부가, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 구동 전력이 공급되면, 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환하는 단계; 상기 제1 제어부가, 제1 스위치부를 턴온하여 상기 충전 시퀀스 신호를 수신하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 전력 소비를 감소할 수 있는 전기 자동차 충전 컨트롤러를 제공하기 위한 것이다.
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 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구동예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 전기 자동차 충전 제어 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, INT), 정션 박스(100, junction box), 전기 자동차 충전 컨트롤러(200, Electric Vehicle Charging Controller, EVCC), 배터리(300), 배터리 관리 시스템(400, BATT 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(1000)는 제1 제어부(1100), 제2 제어부(1200), 제1 스위치부(1300), 제2 스위치부(1400), 제1 컨버터부(1500) 및 제2 컨버터부(1600)를 포함할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(1000)는 상기에서 설명한 전기 자동차 충전 컨트롤러일 수 있다.
우선, 제1 제어부(1100)는 전기 자동차 전원공급장치로부터 수신된 충전 시퀀스 신호에 기초하여 차량에 배치된 배터리를 충전하는 충전 시퀀스를 실행할 수 있다.
제1 제어부(1100)는 제1 스위치부(1300)를 제어할 수 있다. 제1 제어부(1100)는 제1 제어 신호에 기초하여 충전 시퀀스 신호를 전송하도록 제1 스위치부(1300)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 제어부(1100)는 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 제1 스위치부(1300)를 턴온할 수 있다. 여기서, 충전 시퀀스 신호는 전기 자동차의 배터리 충전을 위해 전기 자동차와 전기 자동차 전원공급장치 사이에 송수신되는 신호를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 충전 시퀀스 신호는 전기 자동차 측의 인렛과 전기 자동차 전원공급장치 측의 커플러의 근접(proximity) 여부를 검출하기 위한 신호일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따르면, 충전 시퀀스 신호는 전기 자동차 충전의 표준 규격에 따라 상이할 수 있다.
제1 제어부(1100)는 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 제어부(1100)는 제2 제어 신호를 제2 컨버터부(1600)로 전송할 수 있다. 제2 제어 신호는 제2 컨버터부(1600)의 구동을 위한 신호일 수 있다.
제1 제어부(1100)는 마이크로컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU)으로 구현될 수 있다.
제2 제어부(1200)는 충전 시퀀스 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 제어 신호는 제1 제어부(1100)를 웨이크업할 수 있다. 구체적으로, 제1 제어 신호는 제2 컨버터부(1600)의 구동을 위한 신호로서, 제1 제어 신호에 기초하여 제2 컨버터부(1600)가 구동됨으로써 제1 제어부(1100)를 웨이크업할 수 있다.
제2 제어부(1200)는 제2 스위치부(1400)를 제어할 수 있다. 제2 제어부(1200)는 제2 스위치부(1400)를 소정의 주기로 온/오프 제어할 수 있다. 제2 제어부(1200)는 제2 스위치부(1400)의 온/오프 제어에 기초하여 소정의 주기로 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다. 제2 제어부(1200)는 제2 스위치부(1400)가 턴온된 주기에 충전 시퀀스 신호가 전송되면, 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 한편, 소정의 주기는 충전 시퀀스 신호의 종류에 따라 다르게 설정될 수도 있다. 일 실시예로, 충전 시퀀스 신호가 언락 버튼의 활성에 관한 신호인 경우, 제2 스위치부(1400)는 118[ms] 동안 턴오프되고, 10[ms] 동안 턴온되는 동작이 반복될 수 있다. 다른 예로, 충전 시퀀스 신호가 근접 여부의 확인에 관한 신호인 경우, 제2 스위치부(1400)는 502[ms]동안 턴오프되고, 10[ms] 동안 턴온되는 동작이 반복될 수 있다.
제2 제어부(1200)는 마이크로컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU)으로 구현될 수 있다.
제1 스위치부(1300)는 제1 제어부(1100)에 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단할 수 있다. 제1 스위치부(1300)는 제1 제어부(1100)에 의해 제어될 수 있다.
제1 스위치부(1300)는 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)나 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)과 같은 스위치 소자로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 스위치부(1300)는 신호 등의 전송로나 회선을 개폐할 수 있는 스위치 소자로 구현될 수 있다.
제2 스위치부(1400)는 제2 제어부(1200)에 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단할 수 있다. 제2 스위치부(1400)는 제2 제어부(1200)에 의해 제어될 수 있다.
제2 스위치부(1400)는 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)나 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)과 같은 스위치 소자로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 스위치부(1400)는 신호 등의 전송로나 회선을 개폐할 수 있는 스위치 소자로 구현될 수 있다.
제1 컨버터부(1500)는 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제2 전압값으로 변환할 수 있다. 제2 전압값으로 변환된 직류 전압을 제2 제어부(1200)에 공급할 수 있다.
제1 컨버터부(1500)는 DC/DC 컨버터(converter)로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 컨버터부(1500)는 고효율 DC/DC 컨버터(High Effciency DC/DC converter)로 구현될 수 있다.
제2 컨버터부(1600)는 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환할 수 있다. 제2 컨버터부(1600)는 전기 자동차의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제1 구동 신호 및 전기 자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제2 구동 신호 중 적어도 하나와 제1 제어 신호에 기초하여 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환할 수 있다. 제2 컨버터부(1600)는 제3 전압값으로 변환된 직류 전압을 제1 제어부(1100)에 공급할 수 있다.
제2 컨버터부(1600)는 DC/DC 컨버터(converter)로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 컨버터부(1600)는 고효율 DC/DC 컨버터(High Effciency DC/DC converter)로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(1000)는 제1 마이크로컨트롤러(MCU1), 제2 마이크로컨트롤러(MCU2), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제1 컨버터(CONV1), 제2 컨버터(CONV2) 및 캔 트랜시버(TRAN)를 포함할 수 있다.
제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제1단자(P1), 제2단자(P2) 및 제3단자(PWR1)를 포함할 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제1단자(P1), 제2단자(P2) 및 제3단자(PWR1)를 제2 컨버터(CONV2) 및 인렛(INT) 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 제1 마이크로컨트롤러는 제1단자(P1)가 제1 스위치(SW1)에 연결될 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제1 스위치(SW1)의 턴온 시 제1단자(P1)를 통해 전기 자동차 전원공급장치의 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다.
제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제2단자(P2)가 제2 컨버터(CONV2)에 연결될 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제2단자(P2)를 통해 제2 컨버터(CONV2)로 제2 제어 신호를 전송할 수 있다.
제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제3단자(PWR1)가 제2 컨버터(CONV2)에 연결될 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 제3단자(PWR1)를 통해 제2 컨버터(CONV2)로부터 구동 전력(V3)을 공급받을 수 있다.
제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제1단자(P3), 제2단자(P4) 및 제3단자(PWR2)를 포함할 수 있다. 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제1단자(P3), 제2단자(P4) 및 제3단자(PWR2)를 제1 컨버터(CONV1), 제2 컨버터(CONV2) 및 인렛(INT) 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제1단자(P3)가 제2 스위치(SW2)에 연결될 수 있다. 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제2 스위치(SW2)의 턴온 시 제1단자(P3)를 통해 전기 자동차 전원공급장치의 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다.
제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제2단자(P4)가 제2 컨버터(CONV2)에 연결될 수 있다. 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제2단자(P4)를 통해 제2 컨버터(CONV2)로 제1 제어 신호를 전송할 수 있다.
제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제3단자(PWR2)가 제1 컨버터(CONV1)에 연결될 수 있다. 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제3단자(PWR2)를 통해 제1 컨버터(CONV1)로부터 구동 전력(V2)을 공급받을 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)와 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 서로 데이터를 송수신하거나 제어 신호를 송수신하기 위한 복수의 단자를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)와 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 리셋 신호의 송수신을 위한 단자, 인터럽트(interrupt) 신호의 송수신을 위한 단자, UART(Universal asynchronous receiver/transmitter) 신호의 송수신을 위한 단자, UART 활성화 신호의 송수신을 위한 단자 등을 더 포함할 수 있다. 복수의 단자들은 대응하는 단자에 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제1 마이크로컨트롤러(MCU1), 제2 스위치(SW2) 및 인렛(INT)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 제1단이 제2 스위치(SW2)의 제2단에 연결될 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 제1단이 인렛(INT)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 제2단이 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 제1단자(P1)에 연결될 수 있다. 한편, 제1 스위치(SW1)의 일단에는 풀업(pull-up) 저항이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)의 제1단과 인렛(INT) 사이에는 풀업 저항이 배치될 수 있으며, 저항의 크기는 전기 자동차 충전 시스템 등을 고려하여 당업자에 의해 설계변경이 가능하다.
제2 스위치(SW2)는 제2 마이크로컨트롤러(MCU2), 제1 스위치(SW1) 및 인렛(INT)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 제1단이 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)의 제1단자(P3)에 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 제2단이 제1 스위치(SW1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 제2단이 인렛(INT)에 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 제2 스위치(SW2)의 일단에는 풀업(pull-up) 저항이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 스위치(SW2)의 제2단과 인렛(INT) 사이에는 풀업 저항이 배치될 수 있으며, 저항의 크기는 전기 자동차 충전 시스템 등을 고려하여 당업자에 의해 설계변경이 가능하다.
상기에서와 같이, 제1 스위치(SW1)의 제1단 및 제2 스위치(SW2)의 제2단은 인렛(INT)의 신호 단자(CS) 중 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 인렛(INT)을 통해 전송되는 충전 시퀀스 신호는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)로 전달될 수 있으며, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 온/오프 상태에 따라 제1 마이크로컨트롤러(MCU1) 또는 제2 마이크로컨트롤러(MCU2) 중 적어도 하나로 전송될 수 있다.
제1 컨버터(CONV1)는 제1단자(PI1) 및 제2단자(PO1)를 포함할 수 있다. 제1 컨버터(CONV1)는 제1단자(PI1) 및 제2단자(PO1)를 통해 배터리(BATT) 및 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 컨버터(CONV1)는 제1단자(PI1)가 전기 자동차의 배터리(BATT)에 연결될 수 있다. 제1 컨버터(CONV1)는 제1단자(PI1)를 통해 배터리(BATT)의 전력을 공급받을 수 있다. 제1 컨버터(CONV1)는 제2단자(PO1)가 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)의 제3단자(PWR2)에 연결될 수 있다. 제1 컨버터(CONV1)는 제2단자(PO1)를 통해 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)로 전력(V2)을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 컨버터(CONV1)는 배터리(BATT)로부터 공급된 전력의 직류 전압을 5[V] 크기의 직류 전압으로 변환하여 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)에 공급할 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제1단자(S1), 제2단자(S2), 제3단자(S3), 제4단자(PI2) 및 제5단자(PO2)를 포함할 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제1단자(S1), 제2단자(S2), 제3단자(S3), 제4단자(PI2) 및 제5단자(PO2)를 통해 배터리(BATT), 캔 트랜시버(TRAN), 제1 마이크로컨트롤러(MCU1) 및 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제1단자(S1)가 캔 트랜시버(TRAN)와 연결될 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제1단자(S1)가 캔 트랜시버(TRAN)의 INH 단자(INH)와 연결될 수 있다. 캔 트랜시버(TRAN)는 전기 자동차의 캔 트랜시버이거나 전기 자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버일 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버일 경우, 해당 캔 트랜시버는 전기 자동차 충전 컨트롤러에 포함되지 않을 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제2단자(S2)가 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)에 연결될 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제2단자(S2)가 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)의 제2단자(P4)에 연결될 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제3단자(S3)가 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)에 연결될 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제3단자(S3)가 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 제2단자(P2)에 연결될 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제4단자(PI2)가 배터리(BATT)에 연결될 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제5단자(PO2)가 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)에 연결될 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제5단자(PO2)가 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 제3단자(PWR1)에 연결될 수 있다.
제2 컨버터(CONV2)는 제5단자(PO2)를 통해 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)로 전력(V3)을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 컨버터(CONV1)는 배터리(BATT)로부터 공급된 전력(V1)의 직류 전압을 3.3[V] 크기의 직류 전압으로 변환하여 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)에 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(1000)는 도 4에 도시된 구성 이외에 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 다이오드(D1)는 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)와 제2 컨버터(CONV2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)와 제2 컨버터(CONV2)를 연결하는 라인상에 배치될 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 애노드 단자가 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)의 제2단자(P4)에 연결되고, 캐소드 단자가 제2 컨버터(CONV2)의 제2단자(S2)에 연결될 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 제2 컨버터(CONV2)에서 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)로 인가되는 역전압을 차단할 수 있다. 이를 통해, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)의 파손을 방지할 수 있다.
제2 다이오드(D2)는 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)와 제2 컨버터(CONV2) 사이에 배치될 수 있다. 제2 다이오드(D2)는 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)와 제2 컨버터(CONV2)를 연결하는 라인상에 배치될 수 있다. 제2 다이오드(D2)는 애노드 단자가 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 제2단자(P2)에 연결되고, 캐소드 단자가 제2 컨버터(CONV2)의 제3단자(S3)에 연결될 수 있다. 제2 다이오드(D2)는 제2 컨버터(CONV2)에서 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)로 인가되는 역전압을 차단할 수 있다. 이를 통해, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 파손을 방지할 수 있다.
제3 다이오드(D3)는 캔 트랜시버(TRAN)와 제2 컨버터(CONV2) 사이에 배치될 수 있다. 제3 다이오드(D3)는 캔 트랜시버(TRAN)와 제2 컨버터(CONV2)를 연결하는 라인상에 배치될 수 있다. 제3 다이오드(D3)는 애노드 단자가 캔 트랜시버(TRAN)의 INH 단자(INH)에 연결되고, 캐소드 단자가 제2 컨버터(CONV2)의 제1단자(S1)에 연결될 수 있다. 제3 다이오드(D3)는 제2 컨버터(CONV2)에서 캔 트랜시버(TRAN)로 인가되는 역전압을 차단할 수 있다. 이를 통해, 캔 트랜시버(TRAN)의 파손을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구동예를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 4의 회로 구성을 예시로 설명하나, 도 5의 회로 구성에서도 동일하게 설명될 수 있다.
우선, 도 6a에 도시된 것처럼, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)가 슬립 모드에 있을 수 있다. 일 실시예로, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 슬립 모드는 전기 자동차의 배터리(BATT) 충전이 종료된 상태를 의미할 수 있다. 일 실시예로, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 슬립 모드는 배터리(BATT) 충전이 시작되기 전의 대기 상태를 의미할 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)가 슬립 모드인 경우, 제1 스위치(SW1)는 턴오프된 상태로 유지될 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 소정의 주기로 턴온 및 턴오프를 반복할 수 있다. 제2 스위치(SW2)의 턴온시 인렛(INT)을 통해 충전 시퀀스 신호(CSS)가 수신되면, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 충전 시퀀스 신호(CSS)를 수신할 수 있다. 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 제1 컨버터(CONV1)로부터 구동 전력(V2)을 공급받을 수 있다. 제1 컨버터(CONV1)는 배터리(BATT)로부터 전력(V1)을 공급받아 구동 전력(V2)으로 변환할 수 있다.
다음으로, 도 6b를 참조하면, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 충전 시퀀스 신호(CSS)에 기초하여 제1 제어 신호(CS1)를 생성할 수 있다. 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 생성된 제1 제어 신호(CS1)를 제2 컨버터(CONV2)로 전송할 수 있다. 이때, 제2 컨버터(CONV2)는 캔 트랜시버로부터 신호(CS3)를 수신할 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제1 제어 신호(CS1) 및 캔 트랜시버로부터 수신한 신호(CS3)를 통해 구동될 수 있다. 다음으로 제2 컨버터(CONV2)는 배터리(BATT)로부터 공급받은 전력(V1)을 변환하여 구동 전력(V3)을 생성할 수 있다.
다음으로, 도 6c를 참조하면, 제2 컨버터(CONV2)는 생성한 구동 전력(V3)을 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)로 전송할 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 구동 전력(V3)에 의해 작동될 수 있다. 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 구동 전력(V3)에 의해 웨이크업될 수 있다.
다음으로, 도 6d를 참조하면, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 웨이크업시 제1 스위치(SW1)를 턴온시킬 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 턴온되면, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 인렛(INT)을 통해 충전 시퀀스 신호(CSS)를 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 웨이크업시 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)를 슬립 모드로 전환시킬 수 있으며, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 슬립 모드 전환시 제2 스위치(SW2)를 턴오프 상태로 유지할 수 있다.
다음으로, 도 6e를 참조하면, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 충전 시퀀스 신호(CSS)에 기초하여 제2 제어 신호(CS2)를 생성할 수 있다. 그리고, 제2 제어 신호(CS2)는 제2 컨버터(CONV2)로 전송될 수 있다. 제2 컨버터(CONV2)는 제2 제어 신호(CS2) 및 캔 트랜시버(TRAN)로부터 수신한 신호(CS3)를 통해 구동될 수 있다.
만약, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2) 및 제1 스위치(SW1)가 없는 경우, 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)는 슬립 모드에 진입하더라도, 배터리(BATT)로부터 전력을 계속 공급받게 되며, 전력은 충전 시퀀스 신호(CSS)를 수신하기 위한 회로(인렛(INT)이나 기타 수신회로)에 의해 슬립 전류(sleep current)에 의해 계속 소비된다. 특히, 슬립 모드에서 커넥터와 인렛(INT)이 연결되어 있는 경우, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 전기 자동차 전원공급장치와 전기적인 연결이 유지되므로, 슬립 전류의 소모는 더욱 커지게 된다. 이는 전기 자동차의 배터리(BATT)의 지속적인 전력 방전을 유발하여 배터리(BATT)의 수명을 짧아지게 할 뿐만 아니라 배터리(BATT)의 방전으로 인해 시동을 걸 수 없는 상황이 발생시킬 수도 있다. 하지만, 본 발명은 슬립 모드에서 제1 스위치(SW1)가 턴오프된 상태이므로, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 충전 시퀀스 신호(CSS)를 수신하기 위한 회로나 전기 자동차 전원공급장치 등과 전기적으로 절연된다. 이에 따라 슬립 전류에 의한 배터리(BATT) 방전을 방지할 수 있다.
하지만, 슬립 모드가 계속 유지될 경우, 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)는 전기 자동차 전원공급장치로부터 충전 시퀀스 신호(CSS)를 수신할 수 없으므로, 배터리(BATT)의 충전 시퀀스를 수행할 수 없을 수 있다. 이에 본 발명은 제2 스위치(SW2)가 소정의 주기로 턴온 및 턴오프 반복하면서 전기 자동차 전원공급장치로부터 수신되는 충전 시퀀스 신호(CSS)를 감지하고, 이를 통해 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)가 제1 마이크로컨트롤러(MCU1)의 슬립 모드를 웨이크업 모드로 전환시킨다. 이를 통해 전기 자동차의 충전 시퀀스를 수행할 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 소정의 주기로 턴온 및 턴오프를 반복하므로 제2 마이크로컨트롤러(MCU2)에 의한 전류 소모가 적어 배터리(BATT)의 방전을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 전기 자동차 충전 제어 방법의 순서도이다.
우선, 제1 스위치부는 턴오프되고, 제2 스위치부는 제2 제어부의 제어에 의해 턴온과 턴오프가 소정의 주기로 반복될 수 있다(S710). 즉, 제2 제어부는 제1 스위치부가 턴오프된 상태에서, 소정의 주기로 제2 스위치부의 턴온과 턴오프를 반복할 수 있다. 이때, 제2 제어부는 제1 컨버터부로부터 구동을 위한 전력을 공급받을 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 컨버터부는 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제2 전압값으로 변환하고, 제2 전압값으로 변환된 직류 전압을 제2 제어부에 공급할 수 있다.
제2 스위치부 턴온되는 주기에서, 제2 제어부는 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다(S720). 즉, 제2 제어부는 제2 스위치부의 턴온 상태에서 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다.
그러면, 제2 제어부는 충전 시퀀스 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다(S730). 제1 제어 신호는 제2 컨버터부에 전송될 수 있다. 제1 제어 신호는 슬립 모드 상태의 제1 제어부를 웨이크업 모드로 전환하는데 이용될 수 있다.
제2 컨버터부는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 제어부에 구동 전력을 공급할 수 있다(S740). 실시예에 따르면, 제2 컨버터부는 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환하고, 제3 전압값으로 변환된 직류 전압을 제1 제어부에 공급할 수 있다. 구체적으로, 제2 컨버터부는 전기 자동차의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제1 구동 신호 및 전기 자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제2 구동 신호 중 적어도 하나와 제1 제어 신호에 기초하여 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환할 수 있다. 제2 컨버터부는 제3 전압값을 가지는 구동 전력을 제1 제어부에 공급할 수 있다. 제2 제어부는 구동 전력이 공급되면 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환될 수 있다.
S740 단계에서, 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 제1 제어부는 제1 스위치부를 턴온 제어하고 충전 시퀀스 신호를 전송받을 수 있다(S750). 즉, 제1 제어부는 제1 제어 신호에 기초하여 구동 전력이 공급되면, 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환하고, 제1 스위치부를 턴온하여 충전 시퀀스 신호를 수신할 수 있다.
그리고, 제1 제어부는 충전 시퀀스 신호에 기초하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다(S760). 제2 제어 신호는 제2 컨버터부로 전송될 수 있다.
제2 컨버터부는 제2 제어 신호에 기초하여 제1 제어부에 구동 전력을 공급할 수 있다(S770).
그러면, 제1 제어부는 전기 자동차 전원공급장치로부터 수신된 충전 시퀀스 신호에 기초하여 차량에 배치된 배터리를 충전하는 충전 시퀀스를 실행할 수 있다.
아래의 표 1 내지 표 8는 제2 제어부 측의 소비 전류를 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 표 1 내지 표 8은 슬립 모드(즉, 제1 스위치가 턴오프된 상태)에서의 시뮬레이션 결과이다.
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 700 1 1,650 2,381
2 1,000 50 30 125 1 83 239
3 1,000 25 30 108 1 41 180
4 1,000 10 30 97 1 17 145
5 500 10 30 104 1 33 168
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 700 1,515 11,725 13,970
2 1,000 50 30 125 76 586 817
3 1,000 25 30 108 38 293 469
4 1,000 10 30 97 15 117 259
5 500 10 30 104 25 25 184
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 EVSE CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 SIGNAL3
[uA]		 SIGNAL4
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 30 700 1 1,650 1,000 1,000 4,411
2 1,000 50 30 30 125 1 83 50 50 369
3 1,000 25 30 30 108 1 41 25 25 260
4 1,000 10 30 30 97 1 17 10 10 195
5 500 10 30 30 104 1 33 20 20 238
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 EVSE CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 SIGNAL3
[uA]		 SIGNAL4
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 30 700 1,515 11,725 15,500 1,000 30,500
2 1,000 50 30 30 125 76 586 775 50 1,672
3 1,000 25 30 30 108 38 293 388 25 911
4 1,000 10 30 30 97 15 117 155 10 454
5 500 10 30 30 104 25 0 25 20 234
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 EVSE CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 SIGNAL3
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 30 700 1 1,650 1 2,412
2 1,000 50 30 30 125 1 83 1 270
3 1,000 25 30 30 108 1 41 1 211
4 1,000 10 30 30 97 1 17 1 176
5 500 10 30 30 104 1 33 1 199
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 EVSE CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 SIGNAL3
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 30 700 1,515 11,725 2,500 16,500
2 1,000 50 30 30 125 76 586 125 972
3 1,000 25 30 30 108 38 293 63 561
4 1,000 10 30 30 97 15 117 25 314
5 500 10 30 30 104 25 0 0 189
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 EVSE CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 SIGNAL3
[uA]		 SIGNAL4
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 30 700 1 1,650 1 1 2,413
2 1,000 50 30 30 125 1 83 1 1 271
3 1,000 25 30 30 108 1 41 1 1 212
4 1,000 10 30 30 97 1 17 1 1 177
5 500 10 30 30 104 1 33 1 1 200
No Sleep time
[ms]		 Operating time
[ms]		 Vehicle CAN IC
[uA]		 EVSE CAN IC
[uA]		 Other leakages
[uA]		 SIGNAL1
[uA]		 SIGNAL2
[uA]		 SIGNAL3
[uA]		 SIGNAL4
[uA]		 TOTAL
[uA]
1 0 FULL 30 30 700 1,515 11,725 1 4,167 18,168
2 1,000 50 30 30 125 76 586 1 208 1,056
3 1,000 25 30 30 108 38 293 1 104 604
4 1,000 10 30 30 97 15 117 1 42 332
5 500 10 30 30 104 25 0 1 0 190
표 1 및 표 2는 제1 타입의 충전 시스템의 플러그 오프 상태와 플러그 온 상태에서 전류 소모를 나타낸 것이고, 표 3 및 표 4는 제2 타입의 충전 시스템의 플러그 오프 상태와 플러그 온 상태에서 전류 소모를 나타낸 것이고, 표 5 및 표 6은 제3 타입의 충전 시스템의 플러그 오프 상태와 플러그 온 상태에서 전류 소모를 나타낸 것이고, 표 7 및 표 8은 제4 타입의 충전 시스템의 플러그 오프 상태와 플러그 온 상태에서 전류 소모를 나타낸 것이다. 각 타입의 충전 시스템은 서로 다른 개수의 충전 시퀀스 신호를 이용할 수 있다.
표 1 내지 표 8을 참조하면, CAN 통신을 위한 IC 회로 등 일부에서는 제2 스위치의 온/오프 동작과 무관하게 배터리로부터 구동을 위한 전력을 수신하게 되므로 제2 스위치부의 온/오프 동작과 무관하게 동일한 전류를 소모하게 된다.
반면, 충전 시퀀스 신호와 관련한 소비 전력은 동작 주기에 따라 상이하다. 예를 들어, 슬립 타임이 0이고, 동작 타임이 FULL인 경우에 비해 소정의 간격으로 제2 스위치부를 온/오프 반복할 경우 플러그 오프 상태와 플러그 온 상태에서 모두 충전 시퀀스 신호와 관련된 전력의 소비가 크게 감소함을 알 수 있다. 만약, 제1 스위치, 제2 스위치 및 제2 제어부 등과 같은 구성이 없이, 충전 시퀀스 신호가 제1 제어부에 입력되도록 구현될 경우, 제1 제어부가 충전 시퀀스 신호와 관련하여 소비하는 전력은 슬립 타임이 0이고, 동작 타임이 FULL인 경우보다 클 것이다. 즉, 이와 같은 시뮬레이션 결과는 본 발명의 실시예에 따라 전기 자동차 충전 컨트롤러를 구현할 경우 슬립 모드에서의 소비 전력을 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있음을 보여준다.
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.
1000 : 전기 자동차 충전 컨트롤러
1100 : 제1 제어부
1200 : 제2 제어부
1300 : 제1 스위치부
1400 : 제2 스위치부

Claims (13)

  1. 전기자동차 전원공급장치로부터 수신된 충전 시퀀스 신호에 기초하여 차량에 배치된 배터리를 충전하는 충전 시퀀스를 실행하는 제1 제어부;
    상기 충전 시퀀스 신호에 기초하여 상기 제1 제어부를 웨이크업하는 제1 제어 신호를 생성하는 제2 제어부;
    상기 제1 제어부에 의해 제어되고, 상기 제1 제어부에 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단하는 제1 스위치부; 및
    상기 제2 제어부에 의해 제어되고, 상기 제2 제어부에 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하거나 전송을 차단하는 제2 스위치부;를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제1 스위치부가 상기 충전 시퀀스 신호를 전송하도록 제어하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 상기 제1 스위치부를 턴온하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 제2 스위치부를 소정의 주기로 온/오프 제어하며, 상기 소정의 주기로 상기 충전 시퀀스 신호를 수신하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 제2 스위치부가 턴온된 주기에 상기 충전 시퀀스 신호가 전송되면, 상기 제1 제어 신호를 생성하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제2 전압값으로 변환하고, 상기 제2 전압값으로 변환된 상기 직류 전압을 상기 제2 제어부에 공급하는 제1 컨버터부를 더 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환하고, 상기 제3 전압값으로 변환된 상기 직류 전압을 상기 제1 제어부에 공급하는 제2 컨버터부를 더 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 컨버터부는,
    상기 전기 자동차의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제1 구동 신호 및 상기 전기자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버로부터 출력되는 제2 구동 신호 중 적어도 하나와 상기 제1 제어 신호에 기초하여 제1 전압값을 가지는 배터리의 직류 전압을 제3 전압값으로 변환하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환되면, 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 제어 신호를 상기 제2 컨버터부로 전송하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  10. 제1 마이크로컨트롤러;
    제2 마이크로컨트롤러;
    제2단이 상기 제1 마이크로컨트롤러의 제1 단자에 연결되는 제1 스위치;
    제1단이 상기 제2 마이크로컨트롤러의 제1 단자에 연결되고, 제2단이 상기 제1 스위치의 제1단에 연결되는 제2 스위치;를 포함하며,
    상기 제1 스위치의 제1단 및 상기 제2 스위치의 제2단은,
    인렛의 신호 단자 중 하나에 전기적으로 연결되는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  11. 제10항에 있어서,
    제1 단자가 상기 전기자동차의 배터리에 연결되고, 제2 단자가 상기 제2 마이크로컨트롤러의 전원공급단자에 연결되는 제1 컨버터;를 더 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 단자가 상기 전기 자동차의 캔 트랜시버 또는 상기 전기자동차 전원공급장치의 캔 트랜시버 중 하나에 연결되고,
    제2 단자가 상기 제2 마이크로컨트롤러의 제2 단자에 연결되고,
    제3 단자가 상기 제1 마이크로컨트롤러의 제2 단자에 연결되는 제2 컨버터;를 더 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
  13. 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용한 전기 자동차 충전 제어 방법에 있어서,
    제2 제어부가, 제1 스위치부가 턴오프된 상태에서, 소정의 주기로 제2 스위치부의 턴온과 턴오프를 반복하는 단계;
    상기 제2 제어부가, 상기 제2 스위치부의 턴온 상태에서, 충전 시퀀스 신호를 수신하는 단계;
    상기 제2 제어부가, 상기 충전 시퀀스 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계;
    제1 제어부가, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 구동 전력이 공급되면, 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환하는 단계;
    상기 제1 제어부가, 제1 스위치부를 턴온하여 상기 충전 시퀀스 신호를 수신하는 단계;를 포함하는 전기 자동차 충전 제어 방법.
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