KR20230015763A - 전기차량의 양방향 obc 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

전기차량의 양방향 obc 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 3상 AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인을 제외한 임의의 라인으로부터 전기차량의 실내 파워 아울렛에 전력을 공급하는 라인을 분기시키고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하며, 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어함으로써, 상기 전기차량이 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작중에도 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급할 수 있고, 아울러 실내 파워 아울렛의 소비전력과 실외 파워 아울렛의 소비전력을 모두 증대시킬 수 있는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 3상(L1,L2,L3) AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인(L1)을 제외한 임의의 라인을 통해 전력을 공급받는 실내 파워 아울렛; 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하는 센서; 및 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

전기차량의 양방향 OBC 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING BI-DIRECTIONAL ON BOARD CHARGER OF ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전기차량에 구비된 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 전기차량은 고전압 배터리로부터 전기모터의 구동 에너지를 얻는데, 이러한 고전압 배터리의 SOC(State Of Charge)가 기준치보다 낮아지면 양방향 EVSE(Eelectric Vehicle Service Equipment)를 통해 충전이 이루어져야 한다.
이러한 전기차량에 구비된 고전압 배터리는 ESS(Energy Storage System)로서 동작할 수 있으며, 이로 인해 전기차량은 고전압 배터리의 전력을 전력망(계통전원)에 공급하는 V2G(Vehicle to Grid) 모드와, 고전압 배터리의 전력을 각종 전자기기(일례로, 가정용 전자기기)에 공급하는 V2L(Vehicle to Load) 모드를 탑재할 수 있게 되었다. 이때, 가정용 전자기기는 노트북, 선풍기, 냉장고, 세탁기, TV, 전기히터, 전기밥솥, 전자레인지 등을 포함한다.
전기차량은 충전모드 또는 V2G 모드 또는 V2L 모드로 동작하기 위해 양방향 OBC를 필수적으로 구비해야 한다. 이러한 양방향 OBC는 양방향 EVSE로부터 3상 AC(Alternating Current) 또는 단상 AC를 입력받을 수 있다. 이때, 전기차량의 실내에 구비된 파워 아울렛(이하, 실내 파워 아울렛)에 고전압 배터리의 전력을 공급하는 라인은 상기 단상 AC를 입력받는 라인으로부터 분기된다. 따라서, 양방향 OBC는 실내 파워 아울렛의 요구전류를 측정할 수 없다.
이러한 전기차량의 양방향 OBC를 제어하는 종래의 기술은, 단상 AC 입력 라인이 사용중인 경우(단상 AC 입력 라인을 이용한 충전모드), 고전압 배터리의 충전전력과 실내 파워 아울렛의 요구전력의 합이 EVSE의 공급전력을 초과할 수 있기 때문에 실내 파워 아울렛으로의 전력공급을 차단해야 한다. 즉, 상기 종래의 기술은 단상 AV 입력 라인을 통한 충전모드로 동작 중에 실내 파워 아울렛에 전력을 공급하지 못하는 문제점이 있다. 이때, 전기차량의 요구전력이 EVSE의 공급전력을 초과하게 되면 EVSE는 동작을 정지하게 된다.
또한, 상기 종래의 기술은 EVSE로부터 공급되는 전압과 동일한 전압만을 실내 파워 아울렛에 공급할 수 있기 때문에, EVSE로부터 공급되는 전압(일례로 240V)이 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 정격전압(일례로 120V)과 상이한 경우, 상기 전자기기의 파손을 유발하는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래의 기술은 실내 파워 아울렛의 요구전류를 측정할 수 없기 때문에, 실내 파워 아울렛 및 실외 파워 아울렛 각각에 3.7kW의 전력을 공급할 수 있음에도 불구하고, 실내 파워 아울렛에 공급하는 전력과 실외 파워 아울렛에 공급하는 전력의 총합을 3.7kW로 제한할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
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.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 3상 AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인을 제외한 임의의 라인으로부터 전기차량의 실내 파워 아울렛에 전력을 공급하는 라인을 분기시키고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하며, 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어함으로써, 상기 전기차량이 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작중에도 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급할 수 있고, 아울러 실내 파워 아울렛의 소비전력과 실외 파워 아울렛의 소비전력을 모두 증대시킬 수 있는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치는, 3상(L1,L2,L3) AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인(L1)을 제외한 임의의 라인을 통해 전력을 공급받는 실내 파워 아울렛; 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하는 센서; 및 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양방향 OBC는, 스위치(Q1)와 스위치(Q4)가 제1 레그를 형성하고, 스위치(Q2)와 스위치(Q5)가 제2 레그를 형성하며, 스위치(Q3)와 스위치(Q6)가 제3 레그를 형성하고, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 레그와 연결되고, L2 라인은 상기 제2 레그와 연결되며, L3 라인은 상기 제3 레그와 연결되는 3상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 인가되는 전압의 위상과 동기를 맞춘 상태에서, 상기 제2 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양방향 OBC는, 스위치(Q1)와 스위치(Q4)가 제1 레그를 형성하고, 스위치(Q2)와 스위치(Q5)가 제2 레그를 형성하며, 스위치(Q3)와 스위치(Q6)가 제3 레그를 형성하고, 스위치(Q7)와 스위치(Q8)가 제4 레그를 형성하고, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 레그와 연결되고, L2 라인은 상기 제2 레그와 연결되며, L3 라인은 상기 제3 레그와 연결되며, N상 라인은 상기 제4 레그와 연결되는 3상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제2 레그의 스위치들 및 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제2 레그의 스위치들 및 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 레그의 스위치들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양방향 OBC는, 제1 단상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)와 제1 양방향 DC/DC 컨버터가 직렬로 연결된 제1 모듈, 제2 단상 양방향 PFC와 제2 양방향 DC/DC 컨버터가 직렬로 연결된 제2 모듈, 제3 단상 양방향 PFC와 제3 양방향 DC/DC 컨버터가 직렬로 연결된 제3 모듈을 구비하되, 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈 및 상기 제3 모듈은 병렬로 연결되며, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 모듈과 연결되고, L2 라인은 상기 제2 모듈과 연결되며, L3 라인은 상기 제3 모듈과 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 모듈을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 모듈을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 모듈을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 모듈을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 모듈을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 모듈을 제어할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법은, 실내 파워 아울렛이 3상(L1,L2,L3) AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인(L1)을 제외한 임의의 라인과 연결되는 단계; 센서가 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하는 단계; 및 제어부가 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하는 단계; 및 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치 및 그 방법은, 3상 AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인을 제외한 임의의 라인으로부터 전기차량의 실내 파워 아울렛에 전력을 공급하는 라인을 분기시키고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하며, 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어함으로써, 상기 전기차량이 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작중에도 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급할 수 있고, 아울러 실내 파워 아울렛의 소비전력과 실외 파워 아울렛의 소비전력을 모두 증대시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도,
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 회로도,
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 동작을 나타내는 일 예시도이고,
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 구비된 제어부의 동작을 나타내는 일 예시도,
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 동작을 나타내는 다른 예시도이고,
도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 구비된 제어부의 동작을 나타내는 다른 예시도,
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 성능을 나타내는 일 예시도,
도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 성능을 나타내는 다른 예시도,
도 6 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도,
도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도,
도 8 은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도,
도 9 는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도,
도 10 은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도,
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법에 대한 흐름도,
도 12 는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치는, 저장부(10), 양방향 OBC(20), 실외 파워 아울렛(30), 실내 파워 아울렛(40), 고전압 배터리(50), 및 제어부(Controller, 60)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 회로도이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 구성요소들에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
먼저 저장부(10)는 3상 AC 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인을 제외한 임의의 라인으로부터 전기차량의 실내 파워 아울렛에 전력을 공급하는 라인을 분기시키고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하며, 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.
저장부(10)는 기준 링크전압(Vlink,ref), dq 변환된 실외 파워 아울렛(30)의 기준전압(Vac1,dq,ref), dq 변환된 실내 파워 아울렛(40)의 기준전압(Vac2,dq,ref), 실외 파워 아울렛(30)에 공급하는 AC 전압의 기준주파수(fac1,ref)을 저장할 수 있다.
이러한 저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
양방향 OBC(20)는 교류를 직류로 변환하여 고전압 배터리(50)를 충전하는 기능 뿐만 아니라 고전압 배터리(50)의 직류전원을 교류전원(상용전원과 동일 전압과 동일 주파수)으로 변환하여 전력망(또는 양방향 EVSE)에 공급할 수 있다.
이러한 양방향 OBC(20)는 3상 양방향 PFC(Power Factor Corrector, 210), 양방향 DC/DC 컨버터(220), 제1 전압센서(230), 제2 전압센서(240), AC 고전압 커넥터(250), 입력필터(260)을 포함할 수 있다. 여기서, 3상 양방향 PFC(210)는 에너지 효율을 높이는 모듈로서, L1 라인의 인덕터전류를 측정하는 제1 전류센서(211), L2 라인의 인덕터전류를 측정하는 제2 전류센서(212), 링크전압을 측정하는 제3 전압센서(213)를 포함할 수 있다. 이때, 3상 양방향 PFC(210)는 AC/DC 전원의 변환과 역률 보정 및 무효전력의 최소화를 수행할 수 있다. 양방향 DC/DC 컨버터(220)는 고전압 배터리(50)의 전력을 전력망 또는 실외 파워 아울렛(30) 또는 실내 파워 아울렛(40)으로 안정적으로 공급하거나, EVSE(electric vehicle service equipment)로부터 공급되는 전력을 고전압 배터리(50)에 안정적으로 공급할 수 있다. 제1 전압센서(230)는 단상 충전시 단상 AC 충전용 라인(L1)의 전압을 측정할 수 있다. 제2 전압센서(240)는 3상 AC 입력 라인 중에서 L2 라인의 전압 또는 L3 라인의 전압을 측정할 수 있다. AC 고전압 커넥터(250)는 차량 충전구와 실내 파워 아울렛(40)을 양방향 OBC(20)에 연결할 수 있다. 입력필터(260)는 EVSE로부터 공급되는 AC 전원의 노이즈를 제거할 수 있다. N 라인은 N상(Neutral conductor) 라인을 의미한다.
실외 파워 아울렛(30)은 전기차량 충전구에 탈착될 수 있는 모듈로서, 고전압 배터리(50)가 충전중이 아닌 경우, 전자기기와 연결되어 전력을 전달할 수 있다.
실내 파워 아울렛(40)은 전기차량의 실내에 위치하며, 연결된 전자기기에 고전압 배터리(50)의 전력을 전달할 수 있다. 이때, 실내 파워 아울렛(40)에 전력을 공급하는 라인(L')은 L2 라인 또는 L3 라인으로부터 분기될 수 있다.
한편, 제어부(60)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(60)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(60)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제어부(60)는 3상 AC 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인을 제외한 임의의 라인으로부터 전기차량의 실내 파워 아울렛에 전력을 공급하는 라인을 분기시키고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하며, 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.
이하, 도 3a와 도 3b 및 도 4a와 도 4b를 참조하여 제어부(60)의 동작에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 동작을 나타내는 일 예시도이고, 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 구비된 제어부의 동작을 나타내는 일 예시도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 단상 충전모드로 동작시 EVSE로부터 공급되는 전력은 L1 라인을 통해 입력필터(260)를 통과하고, V2G 모드로 동작시 고전압 배터리(50)로부터 공급되는 전력은 L1 라인을 통해 입력필터(260)를 통과한다. 그리고 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작중에 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 공급되는 전력은 L2 라인을 통해 입력필터(260)를 통과한다. 이때, 제어부(60)는 L1 라인과 L2 라인을 연결하는 스위치를 오픈할 수 있고, AC 고전압 커넥터(250)와 입력필터(260) 사이의 L2 라인상에 위치한 스위치를 클로즈할 수 있다.
이렇게 단상 충전모드 또는 V2G 모드에서 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해, 제어부(60)는 도 3b에 도시된 바와 같은 동작을 수행할 수 있다.
제어부(60)는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q1, Q3, Q4, Q6)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q2, Q5)를 제어할 수 있다. 이때, Q3와 Q6는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해, 먼저 제어부(60)는 PLL(Phase-Locked Loop)을 기반으로, 제1 전압센서(230)에 의해 측정된 L1 전압(Vac1,sen)의 위상(θac1)을 추출한다(310).
이후, 제어부(60)는 제3 전압센서(213)에 의해 측정된 링크전압(Vlink,sen)이 저장부(10)에 저장되어 있는 기준 링크전압(Vlink,ref)을 추종하게 만드는 기준전류(Iac1.dq.ref)를 결정한다(311). 이때, 상기 기준전류(Iac1.dq.ref)는 dq 변환된 기준전류이다.
이후, 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, 제1 전류센서(211)에 의해 측정된 인덕터전류(Iac1,sen)를 dq 변환하고, 제2 전류센서(212)에 의해 측정된 인덕터전류(Iac2,sen)를 dq 변환한다(330). 이때, 인덕터전류(Iac1,sen)가 dq 변환된 결과를 제1 전류(Iac1.dq.sen)라 칭하고, 인덕터전류(Iac2,sen)가 dq 변환된 결과를 제2 전류(Iac2.dq.sen)라 칭한다.
이후, 제어부(60)는 제1 전류(Iac1.dq.sen)가 상기 기준전류(Iac1.dq.ref)를 추종하게 만드는 d축 전류 제어신호(Ud1)와 q축 전류 제어신호(Uq1)를 결정한다(312).
이후, 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, d축 전류 제어신호(Ud1)와 q축 전류 제어신호(Uq1)를 역변환(dq to abc)하여 제어신호(UA1)를 출력한다(313).
이후, 제어부(60)는 제어신호(UA1)를 대상으로 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 PWM 신호를 출력하고(314), 상기 PWM 신호에 기초하여 3상 양방향 PFC(210)의 스위치(Q1, Q3, Q4, Q6)를 제어한다.
한편, 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작중에 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해, 먼저 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, 제2 전압센서(240)에 의해 측정된 L2 전압(Vac2,sen)을 dq 변환한다(320). 이때, dq 변환된 L2 전압(Vac2,sen)을 제2 전압(Vac2,dq,sen)이라 칭한다.
이후, 제어부(60)는 상기 제2 전압(Vac2,dq,sen)이 저장부(10)에 저장되어 있는 dq 변환된 실내 파워 아울렛(40)의 기준전압(Vac2,dq,ref)을 추종하게 만드는 기준전류(Iac2.dq.ref)를 결정한다(321). 이때, 상기 기준전류(Iac2.dq.ref)는 dq 변환된 기준전류이다.
이후, 제어부(60)는 제2 전류(Iac2.dq.sen)가 상기 기준전류(Iac2.dq.ref)를 추종하게 만드는 d축 전류 제어신호(Ud2)와 q축 전류 제어신호(Uq2)를 결정한다(322).
이후, 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, d축 전류 제어신호(Ud2)와 q축 전류 제어신호(Uq2)를 역변환(dq to abc)하여 제어신호(UA2)를 출력한다(323).
이후, 제어부(60)는 제어신호(UA2)를 대상으로 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 PWM 신호를 출력하고(324), 상기 PWM 신호에 기초하여 3상 양방향 PFC(210)의 스위치(Q2, Q5)를 제어한다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 동작을 나타내는 다른 예시도이고, 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 구비된 제어부의 동작을 나타내는 다른 예시도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 단상 충전모드나 V2G 모드로 동작하지 않는 경우, 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 공급되는 전력은 L1 라인을 통해 입력필터(260)를 통과하고, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 공급되는 전력은 L2 라인을 통해 입력필터(260)를 통과한다. 이때, 제어부(60)는 L1 라인과 L2 라인을 연결하는 스위치를 오픈할 수 있고, AC 고전압 커넥터(250)와 입력필터(260) 사이의 L2 라인상에 위치한 스위치를 클로즈할 수 있다.
이렇게 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기 및 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해, 제어부(60)는 도 4b에 도시된 바와 같은 동작을 수행할 수 있다.
제어부(60)는 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q1, Q3, Q4, Q6)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q2, Q5)를 제어할 수 있다. 이때, Q3와 Q6는 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해, 먼저 제어부(60)는 PLL(Phase-Locked Loop)을 기반으로, 실외 파워 아울렛(30)에 공급하는 AC 전압의 기준주파수(fac1,ref)로부터 위상(θac1)을 추출하고, 아울러 제1 전압센서(230)에 의해 측정된 L1 전압(Vac1,sen)을 dq 변환하여 제1 전압(Vac1,dq,sen)을 출력한다(410).
이후, 제어부(60)는 상기 제1 전압(Vac1,dq,sen)이 기준전압(Vac1,dq,ref)을 추종하게 만드는 기준전류(Iac1.dq.ref)를 결정한다(411). 이때, 상기 기준전류(Iac1.dq.ref)는 dq 변환된 기준전류이다.
이후, 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, 제1 전류센서(211)에 의해 측정된 인덕터전류(Iac1,sen)를 dq 변환하고, 제2 전류센서(212)에 의해 측정된 인덕터전류(Iac2,sen)를 dq 변환한다(430). 이때, 인덕터전류(Iac1,sen)가 dq 변환된 결과를 제1 전류(Iac1.dq.sen)라 칭하고, 인덕터전류(Iac2,sen)가 dq 변환된 결과를 제2 전류(Iac2.dq.sen)라 칭한다.
이후, 제어부(60)는 제1 전류(Iac1.dq.sen)가 상기 기준전류(Iac1.dq.ref)를 추종하게 만드는 d축 전류 제어신호(Ud1)와 q축 전류 제어신호(Uq1)를 결정한다(412).
이후, 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, d축 전류 제어신호(Ud1)와 q축 전류 제어신호(Uq1)를 역변환(dq to abc)하여 제어신호(UA1)를 출력한다(413).
이후, 제어부(60)는 제어신호(UA1)를 대상으로 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 PWM 신호를 출력하고(414), 상기 PWM 신호에 기초하여 3상 양방향 PFC(210)의 스위치(Q1, Q3, Q4, Q6)를 제어한다. 이때, 제어부(60)는 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 최대 3.7kW의 전력을 공급할 수 있다.
한편, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해, 먼저 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, 제2 전압센서(240)에 의해 측정된 L2 전압(Vac2,sen)을 dq 변환한다(420). 이때, dq 변환된 L2 전압(Vac2,sen)을 제2 전압(Vac2,dq,sen)이라 칭한다.
이후, 제어부(60)는 상기 제2 전압(Vac2,dq,sen)이 저장부(10)에 저장되어 있는 dq 변환된 실내 파워 아울렛(40)의 기준전압(Vac2,dq,ref)을 추종하게 만드는 기준전류(Iac2.dq.ref)를 결정한다(421). 이때, 상기 기준전류(Iac2.dq.ref)는 dq 변환된 기준전류이다.
이후, 제어부(60)는 제2 전류(Iac2.dq.sen)가 상기 기준전류(Iac2.dq.ref)를 추종하게 만드는 d축 전류 제어신호(Ud2)와 q축 전류 제어신호(Uq2)를 결정한다(422).
이후, 제어부(60)는 상기 위상(θac1)과 동기를 맞춘 상태에서, d축 전류 제어신호(Ud2)와 q축 전류 제어신호(Uq2)를 역변환(dq to abc)하여 제어신호(UA2)를 출력한다(423).
이후, 제어부(60)는 제어신호(UA2)를 대상으로 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하여 PWM 신호를 출력하고(424), 상기 PWM 신호에 기초하여 3상 양방향 PFC(210)의 스위치(Q2, Q5)를 제어한다. 이때, 제어부(60)는 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 최대 3.7kW의 전력을 공급할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 성능을 나타내는 일 예시도로서, 단상 충전모드로 동작중에 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하는 상태를 나타낸다.
도 5a에서, '510'은 계통전압(일례로, 240V)을 나타내고, '520'은 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 공급되는 상용전압(일례로, 120V)를 나타내며, '511'은 계통전압(510)이 인가되는 L1 라인상의 인덕터전류를 나타내고, '521'은 상용전압(520)이 인가되는 L2 라인상의 인덕터전류를 나타내며, '512'는 계통전류를 나타내고, '522'는 상용전류를 나타낸다.
도 5a를 통해, 단상 충전모드로 동작중에도 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 안정적으로 전력을 공급할 수 있음을 알 수 있다.
도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치의 성능을 나타내는 다른 예시도로서, 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기와 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하는 상태를 나타낸다.
도 5b에서, '530'은 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 공급되는 전압(일례로, 240V)을 나타내고, '540'은 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 공급되는 전압(일례로, 120V)을 나타낸다. 또한, '550'은 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 공급되는 전압(530)이 인가되는 L1 라인상의 인덕터 전류, 및 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 공급되는 전압(540)을 나타낸다. 또한, '560'은 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 공급되는 전류, 및 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기로 공급되는 전류를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기본적은 구성은 제1 실시예와 동일하나, 3상 양방향 PFC(210)의 내부 구성이 상이하다. 즉, 제1 실시예는 6개의 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)가 3-leg(Q1과 Q4가 하나의 레그를 형성, Q2과 Q5가 하나의 레그를 형성, Q3과 Q6가 하나의 레그를 형성)를 형성하는 구조를 갖지만, 제2 실시예는 8개의 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8)가 4-leg(Q1과 Q4가 하나의 레그를 형성, Q2과 Q5가 하나의 레그를 형성, Q3과 Q6가 하나의 레그를 형성, Q7과 Q8이 하나의 레그를 형성)를 형성하는 구조를 갖는다.
이 경우, 제어부(60)는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q1, Q4, Q7, Q8)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q2, Q5, Q7, Q8)를 제어할 수 있다. 이때, Q7와 Q8은 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
제어부(60)는 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q1, Q4, Q7, Q8)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q2, Q5, Q7, Q8)를 제어할 수 있다. 이때, Q7와 Q8은 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기본적은 구성은 제2 실시예와 동일하나, 실내 파워 아울렛(40)으로 전력을 공급하는 라인(L')이 L3 라인으로부터 분기된다.
이 경우, 제어부(60)는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q1, Q2, Q4, Q5, Q7, Q8)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q3, Q6, Q7, Q8)를 제어할 수 있다. 이때, Q7와 Q8은 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
제어부(60)는 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q1, Q2, Q4, Q5, Q7, Q8)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 3상 양방향 PFC(210)의 특정 스위치(Q3, Q6, Q7, Q8)를 제어할 수 있다. 이때, Q7와 Q8은 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
도 8 은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치는, 단상 양방향 PFC(810)를 구비한다.
이 경우, 제어부(60)는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해 단상 양방향 PFC(810)의 특정 스위치(Q1, Q3, Q4, Q6)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 단상 양방향 PFC(810)의 특정 스위치(Q2, Q3, Q5, Q6)를 제어할 수 있다. 이때, Q3와 Q6은 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
제어부(60)는 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 단상 양방향 PFC(810)의 특정 스위치(Q1, Q3, Q4, Q6)를 제어하고, 이와 동기(AC 주파수와 동기)를 맞춰 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 단상 양방향 PFC(810)의 특정 스위치(Q2, Q3, Q5, Q6)를 제어할 수 있다. 이때, Q3와 Q6은 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하는 과정과, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하는 과정에서 공용으로 사용될 수 있다.
도 9 는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치는, 제1 모듈(910)과 제2 모듈(920) 및 제3 모듈(930)을 구비할 수 있다. 이때, 단상 양방향 PFC(911)와 양방향 DC/DC 컨버터(912)가 제1 모듈(910)을 구성하고, 단상 양방향 PFC(921)와 양방향 DC/DC 컨버터(922)가 제2 모듈(920)을 구성하며, 단상 양방향 PFC(931)와 양방향 DC/DC 컨버터(932)가 제3 모듈(930)을 구성한다.
이 경우, 제어부(60)는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해 제1 모듈(910)을 제어하고, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 제2 모듈(920)을 제어할 수 있다. 참고로, 제어부(60)는 3상 충전모드 시 제1 모듈(910)과 제2 모듈(920) 및 제3 모듈(930)을 모두 3상 충전에 이용할 수 있다.
제어부(60)는 정차중에 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 제1 모듈(910)을 제어하고, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 제2 모듈(920)을 제어할 수 있다.
도 10 은 본 발명의 제6 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 기본적은 구성은 제5 실시예와 동일하나, 실내 파워 아울렛(40)으로 전력을 공급하는 라인(L')이 L3 라인으로부터 분기된다.
이 경우, 제어부(60)는 단상 충전모드 또는 V2G 모드로 동작하기 위해 제1 모듈(910)과 제2 모듈(920)을 제어하고, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 제3 모듈(930)을 제어할 수 있다.
제어부(60)는 정차중에 실외 파워 아울렛(30)에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 제1 모듈(910)과 제2 모듈(920)을 제어하고, 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 제3 모듈(930)을 제어할 수 있다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 실내 파워 아울렛(40)이 3상(L1,L2,L3) AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인(L1)을 제외한 임의의 라인과 연결된다(1101).
이후, 센서(212)가 상기 실내 파워 아울렛(40)에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정한다(1102).
이후, 제어부(60)가 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어한다(1103).
도 12 는 본 발명의 각 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 12는 참조하면, 상술한 본 발명의 각 실시예에 따른 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 저장부
20: 양방향 OBC
30: 실외 파워 아울렛
40: 실내 파워 아울렛
50: 고전압 배터리

Claims (20)

  1. 3상(L1,L2,L3) AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인(L1)을 제외한 임의의 라인을 통해 전력을 공급받는 실내 파워 아울렛;
    상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하는 센서; 및
    상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 제어부
    를 포함하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양방향 OBC는,
    스위치(Q1)와 스위치(Q4)가 제1 레그를 형성하고, 스위치(Q2)와 스위치(Q5)가 제2 레그를 형성하며, 스위치(Q3)와 스위치(Q6)가 제3 레그를 형성하고, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 레그와 연결되고, L2 라인은 상기 제2 레그와 연결되며, L3 라인은 상기 제3 레그와 연결되는 3상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)를 구비한 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 인가되는 전압의 위상과 동기를 맞춘 상태에서, 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및
    상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양방향 OBC는,
    스위치(Q1)와 스위치(Q4)가 제1 레그를 형성하고, 스위치(Q2)와 스위치(Q5)가 제2 레그를 형성하며, 스위치(Q3)와 스위치(Q6)가 제3 레그를 형성하고, 스위치(Q7)와 스위치(Q8)가 제4 레그를 형성하고, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 레그와 연결되고, L2 라인은 상기 제2 레그와 연결되며, L3 라인은 상기 제3 레그와 연결되며, N상 라인은 상기 제4 레그와 연결되는 3상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)를 구비한 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 인가되는 전압의 위상과 동기를 맞춘 상태에서, 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및
    상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제2 레그의 스위치들 및 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 인가되는 전압의 위상과 동기를 맞춘 상태에서, 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및
    상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제2 레그의 스위치들 및 상기 제4 레그의 스위치들을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 양방향 OBC는,
    제1 단상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)와 제1 양방향 DC/DC 컨버터가 직렬로 연결된 제1 모듈, 제2 단상 양방향 PFC와 제2 양방향 DC/DC 컨버터가 직렬로 연결된 제2 모듈, 제3 단상 양방향 PFC와 제3 양방향 DC/DC 컨버터가 직렬로 연결된 제3 모듈을 구비하되, 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈 및 상기 제3 모듈은 병렬로 연결되며, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 모듈과 연결되고, L2 라인은 상기 제2 모듈과 연결되며, L3 라인은 상기 제3 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 모듈을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및
    상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 모듈을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈을 제어하고, 상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 단상 AC 충전용 라인을 통해 전력을 공급받는 실외 파워 아울렛; 및
    상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전력을 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L3 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 상기 실외 파워 아울렛에 연결된 전자기기로 전력을 공급하기 위해 상기 제1 모듈과 상기 제2 모듈을 제어하고, 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제3 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 장치.
  18. 실내 파워 아울렛이 3상(L1,L2,L3) AC(Alternating Current) 입력 라인 중에서 단상 AC 충전용 라인(L1)을 제외한 임의의 라인과 연결되는 단계;
    센서가 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기의 요구전류를 측정하는 단계; 및
    제어부가 상기 요구전류에 기초하여 양방향 OBC(On Board Charger)를 제어하는 단계
    를 포함하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 양방향 OBC는,
    스위치(Q1)와 스위치(Q4)가 제1 레그를 형성하고, 스위치(Q2)와 스위치(Q5)가 제2 레그를 형성하며, 스위치(Q3)와 스위치(Q6)가 제3 레그를 형성하고, 상기 단상 AC 충전용 라인은 상기 제1 레그와 연결되고, L2 라인은 상기 제2 레그와 연결되며, L3 라인은 상기 제3 레그와 연결되는 3상 양방향 PFC(Power Factor Corrector)를 구비하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 양방향 OBC를 제어하는 단계는,
    상기 실내 파워 아울렛이 상기 L2 라인을 통해 전력을 공급받는 경우, 단상 충전모드 또는 V2G(Vehicle to Grid) 모드로 동작하기 위해 상기 제1 레그의 스위치들과 상기 제3 레그의 스위치들을 제어하는 단계; 및
    상기 단상 충전모드 또는 상기 V2G 모드로 동작중에 상기 실내 파워 아울렛에 연결된 전자기기에 전력을 공급하기 위해 상기 제2 레그의 스위치들을 제어하는 단계
    를 포함하는 전기차량의 양방향 OBC 제어 방법.
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