WO2023038190A1 - 초기 충전 컨버터 - Google Patents
초기 충전 컨버터 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023038190A1 WO2023038190A1 PCT/KR2021/014774 KR2021014774W WO2023038190A1 WO 2023038190 A1 WO2023038190 A1 WO 2023038190A1 KR 2021014774 W KR2021014774 W KR 2021014774W WO 2023038190 A1 WO2023038190 A1 WO 2023038190A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- switch
- supercapacitor
- power source
- turned
- converter
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
- B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Definitions
- the present invention relates to an initial charging converter, and more particularly, to an initial charging converter for charging a supercapacitor.
- Patent Document 001 relates to an electric vehicle power unit and an electric vehicle using a supercapacitor, in an electric vehicle power unit using a supercapacitor, a motor-generator driving a load and generating power through regenerative braking, external charging energy, and the motor-generator
- a supercapacitor that stores the energy generated by the supercapacitor, a battery that receives and stores power supplied from the supercapacitor and supplies driving power to the motor-generator, and when the charge amount (SoC) of the supercapacitor and the battery is less than the auxiliary power generation operating point
- an electric vehicle power unit using a supercapacitor including an engine driven by the engine and a generator that generates auxiliary power according to the driving of the engine and provides the generated energy to the supercapacitor.
- Patent Document 002 relates to a power management method of a hybrid electric vehicle using a battery and a supercapacitor in combination.
- an electric vehicle provided with a battery device and a supercapacitor After the supercapacitor storage amount check step of checking the amount of available power stored in the supercapacitor and the supercapacitor storage amount check step, if the amount of available power stored in the supercapacitor is sufficient, depending on the operating angle of the accelerator pedal operated by the driver stepping on the supercapacitor
- a power management method for a hybrid electric vehicle using a battery and a supercapacitor including an accelerator pedal angle measuring step for controlling power transmitted to a driving motor.
- Patent Document 003 relates to a power stabilization device of a battery management system using a supercapacitor, and in the power stabilization device of a battery management system using a supercapacitor used in a battery management system, a supercapacitor connected in parallel between a power source and a load end , A charging circuit connected between the power source and the supercapacitor and including a first switch, a second switch connected in parallel with the charging circuit between the power source and the supercapacitor, and a second switch connected between the supercapacitor and the load terminal.
- a power stabilization device for a battery management system using a supercapacitor including three switches and a control unit controlling operations of the first to third switches according to the output voltage of the supercapacitor.
- Patent Document 004 relates to an electric vehicle power supply device and a control method thereof, and in an electric vehicle power supply device having a supercapacitor, a bidirectional DC/DC converter, a battery, a motor, and a control unit, the motor generated when the electric vehicle is driven reading a load current value, a voltage value of the battery, a voltage value of the supercapacitor, and a corresponding current value of the supercapacitor, and storing the values in the control unit; Comparing the voltage value set to prevent overvoltage, in the control unit, after comparing the voltage value of the battery and the voltage value set to prevent the overvoltage of the battery, the voltage value of the supercapacitor and the supercapacitor Deriving a corresponding current value of the supercapacitor by comparing SOC (State Of Charge) voltage values; and comparing the load current value of the motor with the average load current value of the battery to derive a corresponding current value of the supercapacitor, thereby responding to a change in
- Patent Document 1 Korean Registered Patent Publication No. 10-2012-0131727 (published on 2012.12.05)
- Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2012-0078027 (published on July 10, 2012)
- Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 10-2019-0061955 (published on 2019.06.05)
- Patent Document 4 Korean Patent Publication No. 10-2015-0051149 (published on May 11, 2015)
- the present invention relates to an initial charge converter capable of responding to variations in input voltage by obtaining various outputs in charging a supercapacitor.
- the initial charge converter according to the present invention for solving the problems of the prior art is a power source 100, a supercapacitor 200, located between the power source 100 and the supercapacitor 200,
- the buck-boost converter 300 for charging the supercapacitor 200 by boosting or stepping down the input voltage and charging the supercapacitor 200, and the buck-boost converter according to the input voltage of the power source 100 and the voltage of the supercapacitor 200 Includes a control module 400 ( ) for controlling the switches included in 300, wherein the buck-boost converter 300 has a first switch S1 connected in series with the power source 100, both ends A second switch S2 connected to the first switch S1 and the power source 100, a third switch S3 connected in parallel to the second switch S2 and the supercapacitor 200 in series , and includes a fourth switch (S4), one end of which is connected to one end of the third switch (S3), and the inductor 310 has both ends of the first switch (S1) and
- the control module 400 when the value obtained by dividing the voltage Vout of the supercapacitor 200 by the input voltage Vin of the power source 100 is greater than or equal to 0 and less than 0.5, within a switching period
- the first switch (S1) and the second switch (S2) are controlled to be turned on and off alternately, the duty ratio of the first switch (S1) is controlled to be greater than or equal to 0 and less than 0.5, and the third switch (S3) is turned off, and the fourth switch (S4) is turned on.
- the control module 400 when a value obtained by dividing the voltage Vout of the supercapacitor 200 by the input voltage Vin of the power source 100 is 0.5, the first charge converter within the switching period.
- the switch S1 and the second switch S2 are controlled to be turned on and off alternately, the duty ratio of the first switch S1 is controlled to 0.5, and the third switch S3 is turned off.
- the fourth switch S4 is controlled to be turned on.
- the control module 400 if the value obtained by dividing the voltage Vout of the supercapacitor 200 by the input voltage Vin of the power source 100 exceeds 0.5, the first charge converter within the switching period.
- the switch S1 and the second switch S2 are controlled to be turned on and off alternately, the duty ratio of the first switch S1 is controlled to 0.5, and the third switch S3 and the third switch S3 are controlled within a switching period.
- the fourth switch S4 is controlled to be turned on and off alternately, and the third switch S3 is controlled to be turned on and off while the first switch S1 is turned on.
- the control module 400 determines the on-time of the third switch S3 when the voltage Vout of the supercapacitor 200 and the input voltage Vin of the power source 100 are the same. increases, so that while the first switch S1 and the third switch S3 are turned on, the second switch S2 and the fourth switch S4 are turned off, and the first switch S1 and the third switch S4 are turned off. While the third switch S3 is turned off, the second switch S2 and the fourth switch S4 are controlled to be turned off.
- the control module 400 if the value obtained by dividing the voltage Vout of the supercapacitor 200 by the input voltage Vin of the power supply 100 exceeds 1, the control module 400 performs the first charge operation within the switching period. 1 Controls the duty ratio of switch S1 to be greater than 0.5.
- the power source 100 is a fuel cell.
- the initial charging converter charges the supercapacitor 200 when starting the FCEV.
- control module controls the buck-boost converter in different modes according to the voltage of the supercapacitor and the power supply, and increases the period in which the output current of the buck-boost converter flows in the form of continuous current to charge the supercapacitor. It has the effect of reducing the time taken.
- FIG. 1 is a circuit diagram of an initial charging converter according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic diagram of a switching signal applied to each of the first to fourth switches in a first operation mode by a control module of an initial charging converter according to an embodiment of the present invention
- FIG. 3 is a schematic diagram of a switching signal applied to each of first to fourth switches in a second operation mode by a control module of an initial charging converter according to an embodiment of the present invention
- FIG. 4 is a schematic diagram of a switching signal applied to each of first to fourth switches in a third operation mode by a control module of an initial charging converter according to an embodiment of the present invention
- FIG. 5 is a schematic diagram of a switching signal applied to each of the first to fourth switches in a fourth operation mode by a control module of an initial charging converter according to an embodiment of the present invention
- FIG. 6 is a schematic diagram of a switching signal applied to each of first to fourth switches in a fifth operation mode by a control module of an initial charging converter according to an embodiment of the present invention.
- the initial charging converter of the present invention is located between a power source 100, a supercapacitor 200, the power source 100 and the supercapacitor 200, and the input voltage of the power source 100
- the buck-boost converter 300 for charging the supercapacitor 200 by boosting or stepping the output and charging the supercapacitor 200, and the buck-boost converter 300 according to the input voltage of the power source 100 and the voltage of the supercapacitor 200
- the power source 100 may be a fuel cell.
- a resistor is connected between a fuel cell and a supercapacitor of a conventional hydrogen electric vehicle, and the supercapacitor is charged in the fuel cell.
- the charging current decreases as the supercapacitor voltage rises, the charging time becomes longer.
- the present invention includes a first switch (S1), a second switch (S2), a third switch (S3), a fourth switch (S4) and an inductor 310 buck-boost converter (300) is placed between the fuel cell power source 100 and the supercapacitor 200, and the control module controls the buck-boost converter 300 in various modes according to the voltage of the power source 100 and the supercapacitor 200 can do.
- the control module 400 converts the voltage Vout of the supercapacitor 200 into the input voltage Vin of the power source 100.
- the first switch S1 and the second switch S2 are alternately turned on and off within a switching period, and the duty ratio of the first switch S1 is set to 0. It is controlled to be less than 0.5, the third switch (S3) is turned off, and the fourth switch (S4) is turned on.
- the output voltage of the buck-boost converter 300 is interlocked with the voltage of the supercapacitor 200. Therefore, Vout described below is equal to the output voltage of the buck-boost converter 300 and the voltage of the supercapacitor 200.
- the first switch S1 and the second switch S2 are alternately turned on. and turn off are repeated, the third switch (S3) is turned off, and the fourth switch (S4) is turned on.
- the relationship between the input voltage and the output voltage can be expressed mathematically as follows by determining the magnitude of the voltage applied across the inductor 310 and the voltage application time.
- the formula below is a duty ratio value obtained by dividing the time when the first switch S1 is turned on by Ts (switching period).
- Ts switching period
- D is the duty ratio of the first switch S1
- 1-D has a value greater than or equal to 0.5. Therefore, the output voltage of the buck-boost converter 300 has a value less than 0.5 times the input voltage Vin of the power supply 100 at 0V.
- the control module 400 converts the voltage Vout of the supercapacitor 200 into the input voltage Vin of the power source 100.
- the first switch (S1) and the second switch (S2) are controlled to be turned on and off alternately within a switching period, and the duty ratio of the first switch (S1) is controlled to be 0.5.
- the third switch (S3) is turned off, and the fourth switch (S4) is controlled to be turned on.
- the duty ratio D of the first switch S1 is 0.5
- the duty ratio of the second switch S2 is also reduced correspondingly and set to 0.5.
- the output voltage of the buck-boost converter 300 is obtained by multiplying the input voltage of the power source 100 by 0.5, which is half the input voltage.
- the buck-boost converter 300 operates as a buck-converter.
- the third switch S3 maintains a turned off state. Maintaining and turning on the fourth switch S4 is to maintain the shape of the output current of the buck-boost converter 300 in a continuous form.
- Equation 2 above is when the duty ratio of the first switch S1 is fixed to 0.5, and the control method of this embodiment can be said to be the control method of the final point where the switch control method of the above-described embodiments 1-2 is maintained. .
- the control module 400 converts the voltage Vout of the supercapacitor 200 into the input voltage Vin of the power source 100. If the divided value exceeds 0.5, the first switch (S1) and the second switch (S2) are controlled to be turned on and off alternately within a switching period, and the duty ratio of the first switch (S1) is controlled to be 0.5. And, within the switching period, the third switch (S3) and the fourth switch (S4) are controlled to be turned on and off alternately, and the third switch (S3) is the first switch (S1) is turned on while on and off.
- the control module 400 maintains the duty ratio of the first switch S1 and the second switch S2 at 0.5, respectively, and the third switch S3 and the second switch S3 in the above-described embodiments 1-3. 4Change the duty ratio of the switch (S4). More specifically, the duty cycle of the third switch S3 is controlled to be greater than or equal to 0 and less than 0.5, but the time when the third switch S3 is turned on and off is located within the time point when the first switch S1 is turned on. The third switch (S3) is switched to do so, and the fourth switch (S4) is controlled to be turned on and off alternately with the third switch (S3).
- D is the duty ratio of the third switch S3, and since the duty ratio of the third switch S3 is greater than or equal to 0 and less than 0.5, 1-D has a value greater than or equal to 0.5. Therefore, the output voltage of the buck-boost converter 300 has a value of 0.5 times or more and less than Vin of the input voltage Vin of the power supply 100. That is, the step-down level of this embodiment is smaller than that of Embodiment 1-3, but the output voltage has continuity with Embodiment 1-3.
- the control module 400 includes the voltage Vout of the supercapacitor 200 and the input voltage Vin of the power source 100. If is the same, the on-time of the third switch S3 is increased so that the second switch S2 and the fourth switch S4 are turned on while the first switch S1 and the third switch S3 are turned on. ) is turned off, and the second switch S2 and the fourth switch S4 are turned off while the first switch S1 and the third switch S3 are turned off.
- the duty ratios of the first switch S1, the second switch S2, the third switch S3, and the fourth switch S4 are fixed to 0.5.
- the output of the buck-booster converter 300 becomes the same as the input voltage Vin of the power supply 100. More specifically, when the switch operates as shown in FIG. 5, [Equation 4] is derived through the following process.
- Equation 4 This embodiment described by Equation 4 above is the final point where the switch control method shown in FIG. 4 is maintained.
- the control module 400 converts the voltage Vout of the supercapacitor 200 to the input voltage Vin of the power source 100. If the value divided by is greater than 1, the duty ratio of the first switch S1 is controlled to be greater than 0.5 within the switching period.
- the third switch S3 may be controlled to be included in the on/off section of the first switch S1.
- the duty ratio of each of the third switch S3 and the fourth switch S4 may be fixed to 0.5.
- D is the duty ratio of the first switch S1
- 1 ⁇ D has a value less than 0.5. Therefore, the output voltage of the buck-boost converter 300 has a value greater than or equal to 1 times and less than 2 times the input voltage Vin of the power supply 100 .
- the present invention described above depends on the relationship between the voltage of the power source 100, that is, the input voltage Vin, and the voltage Vout of the supercapacitor 200 (Example 1-2) to (Example 1-6) Any one of the embodiments can be selected and operated. This is because the input voltage Vin of the power source 100, which is a fuel cell, cannot be controlled, and the voltage varies depending on the magnitude of the current output from the fuel cell due to the nature of the fuel cell.
- the voltage of the power source 100 decreases This is because the relationship between the input voltage Vin of the power source 100, which is a fuel cell, and the voltage Vout of the supercapacitor 200 changes frequently.
- the present invention controls the buck-boost converter 300 by selecting any one of the above-described (Examples 1-2) to (Examples 1-6) to determine the state of the power supply 100 and the supercapacitor 200 Accordingly, the supercapacitor 200 can be charged while continuously maintaining the output current even while maintaining the desired output voltage of the buck-boost converter 300 from the control point of view.
- Embodiment 2-1 In the initial charging converter of the present invention, in Embodiment 1-1, the control module 400 controls the supercapacitor according to the characteristics of the inrush current applied to the motor when the hydrogen electric vehicle is started. The charging condition of (200) is changed.
- the control module 400 may change the charging condition of the supercapacitor 200 according to the characteristics of the inrush current applied to the motor when starting the FCEV.
- the control module 400 determines the charging condition of the supercapacitor 200 using data sets such as the inrush current applied to the motor when the hydrogen electric vehicle is started, the state of the fuel cell ( ), and the voltage of the supercapacitor 200 at this time. learning, and the charging condition of the supercapacitor 200 may be changed according to the learned elements.
- the charging condition may be the output voltage of the buck-boost converter 300.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
본 발명은 슈퍼커패시터의 충전에 있어서, 다양한 출력을 얻을 수 있어 입력전압의 변동에 대응할 수 있는 초기 충전 컨버터에 관한 것으로, 전원(100), 슈퍼커패시터(200), 상기 전원(100)과 상기 슈퍼커패시터(200) 사이에 위치하고, 상기 전원(100)의 입력전압을 승압 또는 강압하여 출력해 상기 슈퍼커패시터(200)을 충전시키는 벅-부스트 컨버터(300) 및 상기 전원(100)의 입력전압과 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압에 따라 상기 벅-부스트 컨버터(300)에 포함되는 스위치들을 제어하는 제어모듈(400)을 포함하되, 상기 벅-부스트 컨버터(300)는, 상기 전원(100)과 직렬로 연결되는 제1스위치(S1), 양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 전원(100)에 연결되는 제2스위치(S2), 상기 제2스위치(S2)와 병렬로 연결되는 제3스위치(S3) 및 상기 슈퍼커패시터(200)과 직렬로 연결되고, 일단은 상기 제3스위치(S3)의 일단과 연결되는 제4스위치(S4)를 포함한다.
Description
본 발명은 초기 충전 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세히는 슈퍼 커패시터를 충전하는 초기 충전 컨버터에 관한 것이다.
특허문헌 001은 슈퍼커패시터를 이용한 전기차 동력장치 및 전기차량에 관한 것으로, 슈퍼커패시터를 이용한 전기차 동력장치에 있어서, 부하를 구동시키고 회생제동을 통해 발전하는 모터-발전기, 외부 충전 에너지 및 상기 모터-발전기에 의해 발전된 에너지를 축전하는 슈퍼커패시터, 상기 슈퍼커패시터로부터 전원을 공급받아 저장하고 상기 모터-발전기로 구동전력을 공급하는 배터리, 상기 슈퍼커패시터 및 배터리의 충전량(SoC)이 보조발전 동작점보다 적은 경우에 구동하는 엔진 및 상기 엔진 구동에 따라 보조발전하고 발전된 에너지를 상기 슈퍼커패시터로 제공하는 발전기를 포함하는 슈퍼커패시터를 이용한 전기차 동력장치를 개시하고 있다.
특허문헌 002는 배터리와 슈퍼커패시터를 병용하는 하이브리드형 전기자동차의 전력 운용방법에 관한 것으로, 차량을 주행시키는 동력을 제공하는 구동모터에 전력을 전달하는 배터리 장치와 슈퍼커패시터가 마련된 전기자동차에 있어서, 슈퍼커패시터에 저장된 가용전력의 양을 확인하는 슈퍼커패시터 저장량 확인단계 및 상기 슈퍼커패시터 저장량 확인단계 후 슈퍼커패시터에 저장된 가용전력의 양이 충분하면 운전자가 밟아 조작하는 가속패달의 조작 각도에 따라 슈퍼커패시터에서 구동모터로 전달되는 전력을 단속하는 가속패달 각도 측정단계 를 포함하는 배터리와 슈퍼커패시터를 병용하는 하이브리드형 전기자동차의 전력 운용방법을 개시하고 있다.
특허문헌 003은 슈퍼커패시터를 이용한 배터리관리시스템의 전원 안정화 장치에 관한 것으로, 배터리관리시스템에 사용되는 슈퍼커패시터를 이용한 배터리관리시스템의 전원 안정화 장치에 있어서, 전원과 부하단 사이에 병렬로 연결된 슈퍼커패시터, 상기 전원과 슈퍼커패시터 사이에 연결되고, 제1스위치를 포함하는 충전회로, 상기 전원과 슈퍼커패시터 사이에 상기 충전회로와 병렬로 연결되는 제2스위치, 상기 슈퍼커패시터와 부하단 사이에 연결되는 제3스위치 및 상기 슈퍼커패시터의 출력전압에 따라 상기 제1 내지 제3스위치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 슈퍼커패시터를 이용한 배터리관리시스템의 전원 안정화 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 004는 전기 자동차 전원장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 슈퍼 커패시터, 양방향 DC/DC 컨버터, 배터리, 모터 및 제어부를 구비한 전기 자동차 전원 장치에 있어서, 상기 전기 자동차 구동시 발생되는 상기 모터의 부하 전류값, 상기 배터리의 전압값, 상기 슈퍼 커패시터의 전압값, 상기 슈퍼 커패시터의 대응 전류값을 읽고, 상기 값들을 상기 제어부에 저장하는 단계, 상기 제어부에서, 상기 배터리의 전압값과 상기 배터리의 과전압을 방지하기 위해 설정된 전압값을 비교하는 단계, 상기 제어부에서, 상기 배터리의 전압값과 상기 배터리의 과전압을 방지하기 위해 설정된 전압값을 비교하는 단계이후, 상기 슈퍼 커패시터의 전압값과 상기 슈퍼 커패시터의 SOC(State Of Charge) 전압값을 비교하여 상기 슈퍼 커패시터의 대응 전류값을 도출하는 단계; 와 상기 모터의 부하 전류값을 상기 배터리의 평균 부하 전류값과 비교하여 상기 슈퍼 커패시터의 대응 전류값을 도출하는 단계를 구비하여 상기 모터의 부하 전류 변화에 대한 대응과 상기 배터리를 보호 해주는 전기 자동차 전원장치의 제어방법을 개시하고 있다.
(특허문헌 1) 한국 등록특허공보 10-2012-0131727(공개일 2012.12.05)
(특허문헌 2) 한국 공개특허공보 10-2012-0078027(공개일 2012.07.10)
(특허문헌 3) 한국 공개특허공보 10-2019-0061955(공개일 2019.06.05)
(특허문헌 4) 한국 공개특허공보 10-2015-0051149(공개일 2015.05.11)
본 발명은 슈퍼커패시터의 충전에 있어서, 다양한 출력을 얻을 수 있어 입력전압의 변동에 대응할 수 있는 초기 충전 컨버터에 관한 것이다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 초기 충전 컨버터는, 전원(100), 슈퍼커패시터(200), 상기 전원(100)과 상기 슈퍼커패시터(200) 사이에 위치하고, 상기 전원(100)의 입력전압을 승압 또는 강압하여 출력해 상기 슈퍼커패시터(200)을 충전시키는 벅-부스트 컨버터(300) 및 상기 전원(100)의 입력전압과 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압에 따라 상기 벅-부스트 컨버터(300)에 포함되는 스위치들을 제어하는 제어모듈(400)()을 포함하되, 상기 벅-부스트 컨버터(300)는, 상기 전원(100)과 직렬로 연결되는 제1스위치(S1), 양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 전원(100)에 연결되는 제2스위치(S2), 상기 제2스위치(S2)와 병렬로 연결되는 제3스위치(S3) 및 상기 슈퍼커패시터(200)과 직렬로 연결되고, 일단은 상기 제3스위치(S3)의 일단과 연결되는 제4스위치(S4)를 포함하고, 상기 인덕터(310)은 양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)가 연결된 노드와 상기 제3스위치(S3)와 상기 제4스위치(S4)가 연결된 노드에 각각 연결된다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0 이상 0.5 미만일 때, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0 이상 0.5 미만으로 제어하고, 상기 제3스위치(S3)는 오프시키며, 상기 제4스위치(S4)는 온 시킨다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0.5일 때, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 제어하고, 상기 제3스위치(S3)는 오프시키며, 상기 제4스위치(S4)는 온 되도록 제어한다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0.5 초과하면, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 제어하고, 스위칭 주기 내에서 상기 제3스위치(S3)와 상기 제4스위치(S4)를 교번하여 온 및 오프되도록 제어하되, 상기 제3스위치(S3)가 상기 제1스위치(S1)가 온 되어 있는 동안, 온 및 오프되도록 제어한다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout와 상기 전원(100)의 입력전압 Vin이 동일하면, 상기 제3스위치(S3)의 온 시간을 증가시켜 상기 제1스위치(S1)와 상기 제3스위치(S3)가 온 될 동안 상기 제2스위치(S2)와 상기 제4스위치(S4)가 오프되고, 상기 제1스위치(S1) 및 상기 제3스위치(S3)가 오프될 동안 상기 제2스위치(S2)와 상기 제4스위치(S4)가 오프되도록 제어한다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin로 나눈 값이 1을 초과하면, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5보다 크게 제어한다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 전원(100)은 연료 전지이다.
본 발명에 의한 초기 충전 컨버터에서 상기 초기 충전 컨버터는 수소전기 자동차의 시동시 상기 슈퍼커패시터(200)을 충전시킨다.
본 발명은 제어모듈이 슈퍼커패시터와 전원의 전압에 따라 벅-부스트 컨버터를 서로 다른 모드로 제어하여, 벅-부스트 컨버터의 출력 전류가 연속 전류 형태로 흐르는 구간을 증가시켜 슈퍼커패시터를 충전시키는 데 소요되는 시간을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초기 충전 컨버터의 회로도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 초기 충전 컨버터의 제어모듈이 제1동작모드에서 제1 내지 4스위치 각각에 인가되는 스위칭 신호의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 초기 충전 컨버터의 제어모듈이 제2동작모드에서 제1 내지 4스위치 각각에 인가되는 스위칭 신호의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 초기 충전 컨버터의 제어모듈이 제3동작모드에서 제1 내지 4스위치 각각에 인가되는 스위칭 신호의 개략도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 초기 충전 컨버터의 제어모듈이 제4동작모드에서 제1 내지 4스위치 각각에 인가되는 스위칭 신호의 개략도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 초기 충전 컨버터의 제어모듈이 제5동작모드에서 제1 내지 4스위치 각각에 인가되는 스위칭 신호의 개략도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 본 발명인 초기 충전 컨버터는, 전원(100), 슈퍼커패시터(200), 상기 전원(100)과 상기 슈퍼커패시터(200) 사이에 위치하고, 상기 전원(100)의 입력전압을 승압 또는 강압하여 출력해 상기 슈퍼커패시터(200)을 충전시키는 벅-부스트 컨버터(300) 및 상기 전원(100)의 입력전압과 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압에 따라 상기 벅-부스트 컨버터(300)에 포함되는 스위치들을 제어하는 제어모듈(400)을 포함하되, 상기 벅-부스트 컨버터(300)는, 상기 전원(100)과 직렬로 연결되는 제1스위치(S1), 양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 전원(100)에 연결되는 제2스위치(S2), 상기 제2스위치(S2)와 병렬로 연결되는 제3스위치(S3) 및 상기 슈퍼커패시터(200)와 직렬로 연결되고, 일단은 상기 제3스위치(S3)의 일단과 연결되는 제4스위치(S4)를 포함하고, 상기 인덕터(310)는 양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)가 연결된 노드와 상기 제3스위치(S3)와 상기 제4스위치(S4)가 연결된 노드에 각각 연결된다.
본 발명인 초기 충전 컨버터는 다양한 시스템에 적용될 수 있으며, 본 실시예에서는 수소전기자동차에 적용되는 것에 대해서 설명한다. 즉, 본 실시예에서 전원(100)은 연료 전지(fuel cell)일 수 있다. 종래 수소전기자동차의 연료전지와 슈퍼커패시터 사이에는 저항이 연결되어, 연료전지에서 슈퍼커패시터를 충전했다. 단, 충전 전류가 슈퍼커패시터 전압의 상승에 따라 감소하는 특성을 가지므로 충전 소요 시간이 길어진다. 또한 저항 소자에서의 도통 손실이 크게 발생하는 어려움이 있다. 본 발명은 이를 극복하기 위해, 제1스위치(S1), 제2스위치(S2), 제3스위치(S3), 제4스위치(S4) 및 인덕터(310)을 포함하는 벅-부스트 컨버터(300)을 연료전지인 전원(100)과 슈퍼커패시터(200) 사이에 배치하고, 제어모듈에서 전원(100)의 전압과 슈퍼커패시터(200)의 전압에 따라 벅-부스트 컨버터(300)을 다양한 모드로 제어할 수 있다.
(실시예 1-2) 본 발명인 초기 충전 컨버터는, 실시예 1-1에 있어서, 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0 이상 0.5 미만일 때, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0 이상 0.5 미만으로 제어하고, 상기 제3스위치(S3)는 오프시키며, 상기 제4스위치(S4)는 온 시킨다.
본 발명에서 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압은 슈퍼커패시터(200)의 전압과 연동된다. 따라서 이하 설명하는 Vout은 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압과 슈퍼커패시터(200)의 전압과 동일하다. 본 실시예에서는 전원(100)의 입력전압인 Vin이 슈퍼커패시터(200)의 전압인 Vout보다 2배를 초과하여 클 때, 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)를 교번하여 턴 온과 턴 오프를 반복하고, 제3스위치(S3)는 오프시키며, 제4스위치(S4)는 온 시킨다.
본 실시예에서 인덕터(310) 양단에 가해지는 전압의 크기와 전압 인가 시간을 파악함으로써 입력 전압과 출력 전압의 관계를 아래와 같이 수식적으로 표현할 수 있다. 아래 수식은 제1스위치(S1)가 ON되는 시간을 Ts(스위칭 주기)로 나눈 시비율 값이다. 도 2와 같이 스위치가 동작하면 하기의 과정을 통해 [수식 1]이 도출된다.
상기한 식에서 D는 제1스위치(S1)이 듀티비로 제1스위치(S1)의 듀티비는 0 이상 0.5 미만의 값이 되므로, 1-D는 0.5 이상의 값을 가지게 된다. 따라서 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압은 0V에서 전원(100)의 입력전압 Vin의 0.5배 미만의 값을 가지게 된다.
(실시예 1-3) 본 발명인 초기 충전 컨버터는, 실시예 1-1에 있어서, 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0.5일 때, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 제어하고, 상기 제3스위치(S3)는 오프시키며, 상기 제4스위치(S4)는 온 되도록 제어한다.
본 실시예는 앞서 설명한 실시예 1-2와 비교했을 때, 제1스위치(S1)의 듀티비 D가 0.5이고, 제2스위치(S2)의 듀티비 또한 이에 대응해 감소하여 0.5로 설정된 것을 제외하면 서로 동일하다. 이때 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압은 전원(100)의 입력전압에 0.5를 곱한 것으로, 입력전압의 절반이 된다. 본 실시예 또한 앞서 설명한 실시예 1-2와 마찬가지로 벅-부스트 컨버터(300)이 벅-컨버터로 동작한다. 본 발명의 실시예 1-1과 실시예 1-2에서 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2) 각각을 교번하여 턴 온 및 턴 오프시키면서, 제3스위치(S3)는 턴 오프상태를 유지하고, 제4스위치(S4)는 턴 온시키는 것은 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전류의 형태를 연속적인 형태로 유지시키기 위한 것이다.
도 3과 같이 스위치가 동작하면 하기의 과정을 통해 [수식 2]가 도출된다.
상기한 수식 2는 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 고정했을 때이며, 본 실시예의 제어방식은 앞서 설명한 실시예 1-2의 스위치 제어방식이 유지되는 최종 지점의 제어방식이라고 할 수 있다.
(실시예 1-4) 본 발명인 초기 충전 컨버터는, 실시예 1-1에 있어서, 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0.5 초과하면, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 제어하고, 스위칭 주기 내에서 상기 제3스위치(S3)와 상기 제4스위치(S4)를 교번하여 온 및 오프되도록 제어하되, 상기 제3스위치(S3)가 상기 제1스위치(S1)가 온 되어 있는 동안, 온 및 오프되도록 제어한다.
본 실시예에서 제어모듈(400)은 앞서 설명한 실시예 1-3에서, 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)의 듀티비는 각각 0.5로 유지하고, 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 듀티비를 변경한다. 보다 구체적으로, 제3스위치(S3)의 듀티비를 0 이상 0.5 미만으로 제어하되, 제3스위치(S3)가 턴 온되고 턴 오프되는 시점이 제1스위치(S1)가 턴 온되는 시점 내에 위치하도록 제3스위치(S3)를 스위칭하며, 제4스위치(S4)는 제3스위치(S3)와 교번되어 온 및 오프되도록 제어한다.
도 4과 같이 스위치가 동작하면 하기의 과정을 통해 [수식 3]이 도출된다.
상기한 식에서 D는 제3스위치(S3)의 듀티비로, 제3스위치(S3)의 듀티비는 0 이상 0.5 미만의 값이 되므로, 1-D는 0.5 이상의 값을 가지게 된다. 따라서 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압은 전원(100)의 입력전압 Vin의 0.5배 이상 Vin 미만의 값을 가지게 된다. 즉, 본 실시예는 강압되는 정도가 실시예 1-3보다 작으나 출력 전압이 실시예 1-3과 연속성을 갖는다.
(실시예 1-5) 본 발명은 초기 충전 컨버터는, 실시예 1-4에 있어서, 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout와 상기 전원(100)의 입력전압 Vin이 동일하면, 상기 제3스위치(S3)의 온 시간을 증가시켜 상기 제1스위치(S1)와 상기 제3스위치(S3)가 온 될 동안 상기 제2스위치(S2)와 상기 제4스위치(S4)가 오프되고, 상기 제1스위치(S1) 및 상기 제3스위치(S3)가 오프될 동안 상기 제2스위치(S2)와 상기 제4스위치(S4)가 오프되도록 제어한다.
즉, 본 실시예에서는 제1스위치(S1), 제2스위치(S2), 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)의 듀티비는 0.5로 고정된다. 이 경우 벅-부스터 컨버터(300)의 출력은 전원(100)의 입력전압 Vin과 동일해진다. 보다 구체적으로, 도 5와 같이 스위치가 동작하면 하기의 과정을 통해 [수식 4]가 도출된다.
상기한 수식 4로 설명되는 본 실시예는, 도 4에 도시된 스위치 제어 방식이 유지되는 최종 지점이다.
(실시예 1-6) 본 발명은 초기 충전 컨버터는, 실시예 1-4에 있어서, 상기 제어모듈(400)은, 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin로 나눈 값이 1을 초과하면, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5보다 크게 제어한다.
단, 이 때 제3스위치(S3)가 온 및 오프되는 구간이 제1스위치(S1)가 온 되는 구간에 포함되도록 제어할 수 있다. 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4) 각각의 듀티비는 0.5로 고정될 수 있다. 도 6과 같이 스위치가 동작하면 하기의 과정을 통해 [수식 5]가 도출된다.
상기한 식에서 D는 제1스위치(S1)의 듀티비로, 제1스위치(S1)의 듀티비는 0.5 이상 1 미만의 값이 되므로, 1-D는 0.5 미만의 값을 가지게 된다. 따라서 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압은 전원(100)의 입력전압 Vin의 1배 이상 2배 미만의 값을 가지게 된다.
앞서 설명한 본 발명은 설명했듯 연료전지인 전원(100)의 전압, 즉 입력전압 Vin과 슈퍼커패시터(200)의 전압인 Vout의 관계에 따라 (실시예 1-2) ~ (실시예 1-6) 중 어느 하나의 실시예를 선택하여 동작할 수 있다. 이는 연료전지인 전원(100)의 입력전압 Vin은 제어할 수 없고, 연료전지의 특성상 연료전지에서 출력되는 전류의 크기에 따라 전압이 가변되기 때문이다. 보다 구체적으로는 연료전지인 전원(100)의 출력전압을 벅-부스트 컨버터(300)의 입력전압으로 활용하여 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전류가 높아지면 전원(100)의 전압이 하강하는 특성을 가져, 연료전지인 전원(100)의 입력전압 Vin과 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout의 관계가 수시로 변경되기 때문이다. 즉, 본 발명은 상술한 (실시예 1-2) ~ (실시예 1-6) 중 어느 하나를 선택해 벅-부스트 컨버터(300)를 제어하여, 전원(100)과 슈퍼커패시터(200)의 상태에 따라 제어 관점에서 원하는 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압을 유지하서도 출력전류를 연속적으로 유지시키면서, 슈퍼커패시터(200)를 충전시킬 수 있다.
(실시예 2-1) 본 발명인 초기 충전 컨버터는, 실시예 1-1에 있어서, 상기 제어모듈(400)은, 상기 수소전기 자동차의 시동시 모터에 인가되는 돌입전류의 특성에 따라 상기 슈퍼커패시터(200)의 충전조건을 변경한다.
수소전기자동차의 시동이 걸리는 상황에 대해서는 변수가 매우 적게 발생한다. 따라서 본 실시예에서 제어모듈(400)은 수소전기 자동차의 시동시 모터에 인가되는 돌입전류의 특성에 따라 슈퍼커패시터(200)의 충전조건을 변경할 수 있다. 제어모듈(400)은 수소전기 자동차의 시동시 모터에 인가되는 돌입전류와, 이때 연료전지()의 상태 및 슈퍼커패시터(200)의 전압과 같은 데이터셋을 이용해 슈퍼커패시터(200)의 충전조건을 학습하고, 학습된 요소들에 따라 슈퍼커패시터(200)의 충전조건을 변경할 수 있다. 여기서 충전조건이란 벅-부스트 컨버터(300)의 출력전압일 수 있다.
100 : 전원
200 : 슈퍼커패시터
300 : 벅-부스트 컨버터
310 : 인덕터
400 : 제어모듈
S1 : 제1스위치
S2 : 제2스위치
S3 : 제3스위치
S4 : 제4스위치
Claims (9)
- 전원(100);슈퍼커패시터(200);상기 전원(100)과 상기 슈퍼커패시터(200) 사이에 위치하고, 상기 전원(100)의 입력전압을 승압 또는 강압하여 출력해 상기 슈퍼커패시터(200)을 충전시키는 벅-부스트 컨버터(300); 및상기 전원(100)의 입력전압과 상기 슈퍼커패시터(200)의 전압에 따라 상기 벅-부스트 컨버터(300)에 포함되는 스위치들을 제어하는 제어모듈(400);을 포함하되,상기 벅-부스트 컨버터(300)는,상기 전원(100)과 직렬로 연결되는 제1스위치(S1);양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 전원(100)에 연결되는 제2스위치(S2);상기 제2스위치(S2)와 병렬로 연결되는 제3스위치(S3); 및상기 슈퍼커패시터(200)과 직렬로 연결되고, 일단은 상기 제3스위치(S3)의 일단과 연결되는 제4스위치(S4);를 포함하고,상기 인덕터(310)는 양단이 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)가 연결된 노드와 상기 제3스위치(S3)와 상기 제4스위치(S4)가 연결된 노드에 각각 연결되는 초기 충전 컨버터.
- 제1항에 있어서,상기 제어모듈(400)은,상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0 이상 0.5 미만일 때, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0 이상 0.5 미만으로 제어하고, 상기 제3스위치(S3)는 오프시키며, 상기 제4스위치(S4)는 온 시키는 초기 충전 컨버터.
- 제1항에 있어서,상기 제어모듈(400)은,상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0.5일 때, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 제어하고, 상기 제3스위치(S3)는 오프시키며, 상기 제4스위치(S4)는 온 되도록 제어하는 초기 충전 컨버터.
- 제1항에 있어서,상기 제어모듈(400)은,상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin으로 나눈 값이 0.5 초과하면, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)와 상기 제2스위치(S2)를 교번하여 온 및 오프 되도록 제어하되, 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5로 제어하고, 스위칭 주기 내에서 상기 제3스위치(S3)와 상기 제4스위치(S4)를 교번하여 온 및 오프되도록 제어하되, 상기 제3스위치(S3)가 상기 제1스위치(S1)가 온 되어 있는 동안, 온 및 오프되도록 제어하는 초기 충전 컨버터.
- 제4항에 있어서,상기 제어모듈(400)은,상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout와 상기 전원(100)의 입력전압 Vin이 동일하면, 상기 제3스위치(S3)의 온 시간을 증가시켜 상기 제1스위치(S1)와 상기 제3스위치(S3)가 온 될 동안 상기 제2스위치(S2)와 상기 제4스위치(S4)가 오프되고, 상기 제1스위치(S1) 및 상기 제3스위치(S3)가 오프될 동안 상기 제2스위치(S2)와 상기 제4스위치(S4)가 오프되도록 제어하는 초기 충전 컨버터.
- 제4항에 있어서,상기 제어모듈(400)은,상기 슈퍼커패시터(200)의 전압 Vout을 상기 전원(100)의 입력전압 Vin로 나눈 값이 1을 초과하면, 스위칭 주기 내에서 상기 제1스위치(S1)의 듀티비를 0.5보다 크게 제어하는 초기 충전 컨버터.
- 제1항에 있어서,상기 전원(100)은 연료 전지인 초기 충전 컨버터.
- 제7항에 있어서,상기 초기 충전 컨버터는 수소전기 자동차의 시동시 상기 슈퍼커패시터(200)을 충전시키는 초기 충전 컨버터.
- 제8항에 있어서,상기 제어모듈(400)은, 상기 수소전기 자동차의 시동시 모터에 인가되는 돌입전류의 특성에 따라 상기 슈퍼커패시터(200)의 충전조건을 변경하는 초기 충전 컨버터.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2021-0121849 | 2021-09-13 | ||
KR1020210121849A KR102366967B1 (ko) | 2021-09-13 | 2021-09-13 | 초기 충전 컨버터 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023038190A1 true WO2023038190A1 (ko) | 2023-03-16 |
Family
ID=80474593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/KR2021/014774 WO2023038190A1 (ko) | 2021-09-13 | 2021-10-21 | 초기 충전 컨버터 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102366967B1 (ko) |
WO (1) | WO2023038190A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20240022247A (ko) | 2022-08-11 | 2024-02-20 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 차량, 이의 시동 제어 방법, 및 이 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090062334A (ko) * | 2007-12-13 | 2009-06-17 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 하이브리드 시스템 |
US20120218032A1 (en) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Rf Micro Devices, Inc. | High efficiency negative regulated charge-pump |
US20150069958A1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-12 | Apple Inc. | Battery charger with buck-boost operation |
KR20180136649A (ko) * | 2017-06-15 | 2018-12-26 | 한국과학기술원 | 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법 |
KR20200000231A (ko) * | 2018-06-22 | 2020-01-02 | (주) 다쓰테크 | 에너지 저장 시스템, 그리고 에너지 저장 시스템을 이용한 최대전력 추종 방법 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101372506B1 (ko) | 2010-12-31 | 2014-03-11 | 한국과학기술원 | 배터리와 슈퍼커패시터를 병용하는 하이브리드형 전기자동차의 전력 운용방법 |
KR20120131727A (ko) | 2011-05-26 | 2012-12-05 | 삼성전기주식회사 | 슈퍼커패시터를 이용한 전기차 동력장치 및 전기차량 |
KR101660009B1 (ko) | 2013-10-31 | 2016-09-28 | (주)엠피에스코리아 | 전기 자동차 전원장치의 제어방법 |
KR102243561B1 (ko) | 2017-11-28 | 2021-04-23 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 슈퍼커패시터를 이용한 배터리관리시스템의 전원 안정화 장치 |
-
2021
- 2021-09-13 KR KR1020210121849A patent/KR102366967B1/ko active IP Right Grant
- 2021-10-21 WO PCT/KR2021/014774 patent/WO2023038190A1/ko unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090062334A (ko) * | 2007-12-13 | 2009-06-17 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 하이브리드 시스템 |
US20120218032A1 (en) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Rf Micro Devices, Inc. | High efficiency negative regulated charge-pump |
US20150069958A1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-12 | Apple Inc. | Battery charger with buck-boost operation |
KR20180136649A (ko) * | 2017-06-15 | 2018-12-26 | 한국과학기술원 | 플라잉 커패시터를 이용한 승압/강압형 직류-직류 컨버터 및 이의 제어 방법 |
KR20200000231A (ko) * | 2018-06-22 | 2020-01-02 | (주) 다쓰테크 | 에너지 저장 시스템, 그리고 에너지 저장 시스템을 이용한 최대전력 추종 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102366967B1 (ko) | 2022-02-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8853888B2 (en) | Multiple-input DC-DC converter | |
CN105391108A (zh) | 一种蓄电池组和包含该蓄电池组的混合动力车辆 | |
KR20160117310A (ko) | 다중 소스 에너지 저장 시스템, 및 에너지 관리 및 제어 방법 | |
WO2018093217A1 (ko) | 전기 차량용 파워 릴레이 어셈블리 및 이의 구동방법 | |
WO2012141434A2 (ko) | 전기 차량용 배터리 충전 장치 | |
WO2023038190A1 (ko) | 초기 충전 컨버터 | |
WO2020091168A1 (ko) | 전력변환장치 | |
WO2022080692A1 (ko) | 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 연결 상태 진단 방법 | |
WO2017111500A1 (ko) | 상용차 배터리 전원장치 및 이를 이용한 배터리 충전방법 | |
WO2014182096A1 (ko) | 자동차용 충전 시스템 및 이를 포함하는 자동차 | |
WO2016064224A1 (ko) | 전류 제어 장치 및 방법 | |
CN113479076B (zh) | 燃料电池增程式混合电动汽车供电系统 | |
CN113765177A (zh) | 一种电池模块和充电系统 | |
WO2018079918A1 (ko) | 배터리 셀 밸런싱 장치 | |
WO2011099704A2 (ko) | 배터리 충전기능이 구비된 전기 자동차의 구동시스템 | |
WO2017155246A1 (ko) | 복동식 발전부가 구비되는 자동차용 하이브리드 발전기 시스템 | |
WO2022114464A1 (ko) | 직류/직류 컨버터 및 이의 제어 방법 | |
US11646599B2 (en) | Power supply system and method for controlling same | |
WO2022014953A1 (ko) | 배터리 관리 방법 및 그 방법을 제공하는 배터리 시스템 | |
KR102336964B1 (ko) | 마일드 하이브리드 자동차의 배터리 및 배터리 제어 방법 | |
CN111130175B (zh) | 基于退役动力电池的储能公交站点及其电源控制方法 | |
WO2015016427A1 (ko) | 선형 레귤레이터를 이용한 2차 전지 충전회로 | |
WO2022149780A1 (ko) | 배터리 장치 및 전압 공급 방법 | |
WO2023068519A1 (ko) | 배터리 랙 및 태양광 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템 및 에너지 저장 시스템 운영 방법 | |
WO2023008758A1 (ko) | 배터리 충방전을 위한 컨버터를 제어하는 컨트롤러 및 충방전기 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21956895 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |