WO2024072197A1 - 전기자동차의 전력 제어 장치 - Google Patents

전기자동차의 전력 제어 장치 Download PDF

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WO2024072197A1
WO2024072197A1 PCT/KR2023/095056 KR2023095056W WO2024072197A1 WO 2024072197 A1 WO2024072197 A1 WO 2024072197A1 KR 2023095056 W KR2023095056 W KR 2023095056W WO 2024072197 A1 WO2024072197 A1 WO 2024072197A1
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control unit
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PCT/KR2023/095056
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윤태봉
구득진
임인섭
변창섭
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주식회사 미래엠에스
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Definitions

  • the present invention relates to a power control device for an electric vehicle, and more specifically, to a power control device for performing efficient power control depending on the state of the battery.
  • the power control unit (PCU) of an electric vehicle includes a low voltage DC-DC converter (LDC), a charger (OBC, On Board Charger), and a power distribution unit (PDU). It refers to a device that effectively controls the charging and discharging of electric vehicles, including.
  • LDC low voltage DC-DC converter
  • OBC On Board Charger
  • PDU power distribution unit
  • OBC is also called a slow charging circuit.
  • AC commercial power is converted to direct current to charge the battery, and the voltage charged to the battery is the high-voltage direct current supplied to the motor to drive the electric vehicle.
  • the LDC (Low voltage DC-DC Converter) circuit a power conversion circuit, is a circuit that converts high voltage to low voltage. It converts the high voltage direct current output from the OBC circuit and used to drive the motor into low voltage 14V, which is used in the vehicle's electrical components. Supply low voltage of 14V to be used.
  • vehicle battery charging systems generally use on-board chargers (OBC) and LDC for vehicle operation.
  • OBC on-board chargers
  • the Power Distribution Unit controls and efficiently distributes the power applied to the components of the main power system for driving electric vehicles.
  • Registered Patent No. 10-1903121 (registered on September 20, 2018, circuit for charging and power conversion for electric vehicles) describes a circuit that can simplify the circuit configuration using an isolated power factor correction converter.
  • vehicle-mounted chargers, power distribution devices, and power conversion devices are each composed of individual devices, each occupying individual space, and each device is connected with a connector using a harness cable, making installation of the device difficult and costly. As this increased, there was a problem of difficulty securing installation space.
  • the problem to be solved by the present invention in consideration of the above problems is to provide a power control device for an electric vehicle that integrates components.
  • the present invention can increase space utilization inside the vehicle by integrating and modularizing the vehicle-mounted charger (OBC), power conversion device (LDC), and power distribution unit (PDU), and cools the internal heat using water cooling to cool the components.
  • OBC vehicle-mounted charger
  • LDC power conversion device
  • PDU power distribution unit
  • the aim is to provide a power control device for electric vehicles that can improve the lifespan and stability of the electric vehicle.
  • the power control device for an electric vehicle of the present invention to solve the above technical problems includes a vehicle-mounted charger, a power distribution device, and a power conversion device accommodated in one case, and the vehicle-mounted charger uses a can driver. It receives status information of the battery pack from the battery management system and outputs a variable DC output voltage according to the status information of the battery pack, and the power distribution device connects the relay contact under the control of the vehicle-mounted charger. Converts and distributes power, and the power conversion device takes the direct current output voltage of the vehicle-mounted charger as input, converts it to the charging voltage of the low-voltage battery, and receives variable information of the direct current output voltage to provide a constant low-voltage battery. can be converted to a charging voltage of
  • the vehicle-mounted charger, power distribution device, and power conversion device may be cooled by a single cooling pipe.
  • the vehicle-mounted charger receives status information of the battery pack through the can driver, controls the PFC switch unit and the DC-DC switch unit sequentially arranged between the primary rectifier and the transformer to generate direct current. It may include a first control unit that varies the output voltage.
  • the power conversion device includes a second control unit that communicates with the first control unit to receive variable information on the direct current output voltage, and variably controls the converter according to the control of the second control unit to generate low voltage. It may include a converter driver that converts and controls the charging voltage of the battery.
  • the present invention can increase space utilization inside a vehicle by integrating elements for power control, and has the effect of improving the lifespan and stability of parts by cooling internal heat through water cooling.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power control device for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed block diagram of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of one implementation of the power distribution device in the present invention.
  • Power control device 110 Vehicle-mounted charger
  • EMC filter 112 Primary rectifier
  • Transformer 116 Secondary rectifier
  • first filter 132 converter
  • Second filter 134 Converter driving unit
  • Second control unit 136 Power control unit
  • FIG. 1 is a block diagram of a power control device for an electric vehicle according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the power control device 100 of the present invention is mounted on a vehicle to communicate with a battery management system (BMS, 200) to convert an external alternating current voltage into a high voltage direct current voltage required for charging the battery pack 300.
  • BMS battery management system
  • type charger 110, a power conversion device 130 for charging the low-voltage battery 400, and a direct current output voltage of the vehicle-mounted charger 110 is supplied to the battery pack 300 or the power conversion device ( It is configured to include a power distribution device 120 that distributes power to 130).
  • the case is made of an insulating material with excellent heat resistance and strength, and the overall size of the power control device 100 can be reduced by sharing a water cooling pipe.
  • Heat dissipation fins may be formed on the surface of the case.
  • the battery pack 300 is a high-voltage battery that supplies power to the motor when driving an electric vehicle, and can also supply power to an air conditioner, steering, air pump, heater, etc.
  • Power supply at this time can be achieved using a separate power distribution device.
  • the charging state and discharging state (power supply state) of the battery pack 300 are monitored by the battery management system 200.
  • the battery management system 200 detects various information about the battery pack 300, such as a charging voltage supplied to the battery pack 300 and a discharge voltage being discharged.
  • the power control device 100 of the present invention receives information from the battery management system 200 and CAN communication, and performs charging and discharging control according to the received information on the battery pack 300.
  • FIG. 2 is a detailed block diagram of the power control device 100 of the present invention.
  • the power control device 100 includes the can driver 118 and receives information about whether the charging or discharging voltage is overvoltage from the battery pack 300 and performs control accordingly.
  • Information received through the can driver 118 is provided to the first control unit 117 of the vehicle-mounted charger 110 through the transceiver 117b.
  • the first control unit 117 may use CPU or DSP.
  • the first control unit 117 operates by power supplied through the lower power supply unit 117a.
  • the vehicle-mounted charger 110 When external AC power (for example, AC 220V) is supplied, the vehicle-mounted charger 110 generates a direct current voltage of 72 to 100.8V through the primary rectifier 112, transformer 115, and secondary rectifier 116. Convert.
  • AC 220V AC 220V
  • the first control unit 117 can adjust the output voltage using the PFC switch unit 113 and the DC-DC switch unit 114 arranged in series between the primary rectifier 112 and the transformer 115. .
  • the PFC switch unit 113 controls the power factor, and the DC-DC switch unit 114 functions as a switching regulator to quickly stabilize the voltage.
  • the first control unit 117 checks the status information of the battery pack 300 through CAN communication, and adjusts the output DC voltage through the PFC switch unit 113 and the DC-DC switch unit 114 when overvoltage occurs. do.
  • the vehicle-mounted charger 110 applies an EMC filter 111 at the front of the primary rectifier 112 to remove noise included in the AC power supply.
  • an insulated filter can be used to remove noise.
  • the power control device 100 of the present invention integrates and disposes a vehicle-mounted charger 110, a power conversion device 130, and a power distribution device 120 in one case, and uses one can driver 118. , By connecting the can driver 118 and the battery management system 200 with a communication line, voltage control according to the state of the battery pack 300 is possible.
  • the output voltage of the vehicle-mounted charger 110 is input to the power distribution device 120.
  • the power distribution device 120 is configured to have a plurality of relays (switches) and a control unit that controls them.
  • the power distribution device 120 supplies the output voltage of the vehicle-mounted charger 110 to the battery pack 300 to charge it, or supplies it to the power conversion device 130.
  • the discharge power of the battery pack 300 can be received and distributed to other loads such as the driving motor 310, the PCT heater 320, and the air conditioner 330.
  • the power conversion device 130 serves to convert the relatively high voltage output voltage of the vehicle-mounted charger 110 into low voltage direct current voltage for charging the low voltage battery 400.
  • the power conversion device 130 converts high voltage direct current voltage into low voltage direct current voltage using the first filter 131, converter 132, and second filter 133.
  • the direct current output voltage of the vehicle-mounted charger 110 is output variable depending on the state of the battery pack 300, so the converter 132 uses a variable converter to provide a constant voltage despite changes in the input voltage. must be converted to
  • the power conversion device 130 further includes a second control unit 135, a converter driver 134, and a power control unit 136.
  • the second control unit 135 receives information about the magnitude of the direct current voltage output from the vehicle-mounted charger 110 using wired communication such as RS232 with the first control unit 117 of the vehicle-mounted charger 110. can do.
  • the output voltage of the vehicle-mounted charger 110 varies depending on the state of the battery pack 300, and at this time, the power conversion device 130, which uses the varied output voltage as input, stably supplies a direct current voltage of 14V.
  • the converter driver 134 can be controlled according to the variable voltage information to output a voltage of DC 14V regardless of the input voltage.
  • the power control unit 136 provides information about the output voltage to the second control unit 135 to check whether the output voltage is DC 14V. If it is not DC 14V, the power control unit 136 controls the converter driver 134 again to control the low-voltage battery 400. It can be adjusted to output the exact voltage needed for charging.
  • Figure 3 is a block diagram of the power distribution device 120.
  • the power distribution device 120 includes a positive bus bar 121 and a negative bus bar 122, respectively.
  • the anode bus bar 121 includes a plurality of branch bus bars 121b to 121f branched from the main bus bar 121a, and each branch bus bar 121b to 121f has first to fifth fuses F1 to F1. F5) are each connected in series.
  • a main fuse (F0) is connected in series to the main bus bar (121a).
  • Both ends of the main bus bar 121a of the positive bus bar 121 are connected to the inverter connection terminal 124 and the BDU connection terminal 127 of the battery pack 300, respectively.
  • the inverter connection terminal 124 is essentially two connection terminals, each for connecting the battery pack 300 and the driving motor 310, and the relay for selecting and controlling the battery pack 300 is the power distribution device 120. It may be located between the battery pack 300 and will be omitted and described in the present invention.
  • the first to fourth fuses (F1 to F4) have one end connected to the branch bus bars (121b to 121e), respectively, and the other ends to the first to fourth relays (RL1 to RL4), respectively.
  • the contact switching of the first to fourth relays RL1 to RL4 is controlled by a controller connected to the communication terminal 125.
  • the controller for contact control may use the first control unit 117 described above.
  • the first control unit 117 is a control unit of the vehicle-mounted charger 110 described above. It receives information about the battery pack 300 through CAN communication, outputs a variable output voltage, and operates the power distribution device 120. It can be configured to perform contact control.
  • the present invention has the feature of being able to simultaneously control the vehicle-mounted charger 110 and the power distribution device 120 using one control unit.
  • the first relay RL1 may serve to supply or cut off power to the air conditioner 330, PTC heater 320, etc. connected to the anode bus bar 121 according to the control of the first control unit 117.
  • the second relay RL2 may supply output power from the vehicle-mounted charger 110 to the power conversion device 130.
  • control of the second relay RL2 is also performed according to the control of the first control unit 117.
  • each relay above is illustrative and allows power to be selectively supplied to each of the distribution target devices 60 as needed.
  • the power control device 100 of the present invention consists of the vehicle-mounted charger 110, the power distribution device 120, and the power conversion device 130 as a single module, enabling easy installation and space for installation. efficiency can be increased.
  • the present invention relates to a technology for integrating power control device elements mounted on electric vehicles using natural laws, and has industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 전력 제어 장치에 관한 것으로, 하나의 케이스에 수용되는 차량 탑재형 충전기, 전력분배장치 및 전력변환장치를 포함하되, 상기 차량 탑재형 충전기는 캔 드라이버를 통해 배터리 관리 시스템으로부터 배터리팩의 상태 정보를 수신하고, 배터리팩의 상태 정보에 따라 직류 출력전압의 값을 가변하여 출력하며, 상기 전력분배장치는 상기 차량 탑재형 충전기의 제어에 따라, 릴레이 접점을 변환하여 전력을 분배하고, 상기 전력변환장치는 상기 차량 탑재형 충전기의 직류 출력전압을 입력으로 하여, 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환하여 출력하되, 직류 출력전압의 가변 정보를 수신하여, 일정한 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환할 수 있다.

Description

전기자동차의 전력 제어 장치
본 발명은 전기자동차의 전력 제어 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 배터리의 상태에 따라 효율적인 전력 제어를 수행하기 위한 전력 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 아래의 국가연구개발사업의 결과물로서 출원됨.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호]1415177166
[과제번호]P0018921
[부처명]산업통상자원부
[과제관리(전문)기관명]한국산업기술진흥원
[연구사업명]양산성능평가 지원사업
[연구과제명]초소형 전기특장차용 PCU(Power Control Unit)의 내외부 충격저감 및 진단기능을 통한 양산성능 개선
[기여율]1/1
[과제수행기관명](주)미래엠에스
[연구기간]2021.10.01 ~ 2022.09.30
일반적으로, 전기자동차의 전력 제어 장치(PCU, Power Control Unit)는 직류변환장치(LDC, Low Voltage DC-DC Converter), 충전기(OBC, On Board Charger), 전력분배장치(PDU, Power Distribution Unit)을 포함하여, 전기자동차의 충전, 방전을 효과적으로 제어하는 장치를 뜻한다.
OBC는 완속충전회로로도 불리며, OBC회로에서는 교류인 상용전원을 직류로 변환하여 배터리에 충전하며, 배터리에 충전되는 전압은 전기자동차를 구동하기 위한 모터에 공급되는 고전압의 직류이다.
전력변환회로인 LDC(Low voltage DC-DC Converter)회로는 고전압을 저전압으로 변환하여 주는 회로로서 OBC회로에서 출력되어 모터구동에 사용되는 고전압의 직류를 저전압인 14V로 변환하여 차량의 전장부품들에서 사용하는 14V의 저전압을 공급한다.
이처럼 차량용 배터리충전시스템은 일반적으로 차량의 운행을 위해 차량탑재형충전기(OBC)와 LDC를 필수적으로 사용하고 있다.
전력분배장치(Power Distribution Unit)는 전기차 구동을 위한 메인 전력 계통의 부품들에 인가되는 전력을 제어하여 효율적으로 분배시켜 줄 수 있게 한다.
등록특허 10-1903121호(2018년 9월 20일 등록, 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로)에는 절연형 역률보상컨버터를 사용하여 회로 구성을 간단히 할 ㅅ-수 있는 회로에 대하여 기재되어 있다.
그러나 차량 탑재형 충전기, 전력분배장치, 전력변환장치는 각각 개별 장치로 구성되며, 각각이 개별 공간을 차지하고 있으며, 각 장치별 하네스 케이블을 이용한 커넥터로 연결하기 때문에 장치의 설치가 용이하지 않으며, 비용이 증가하고, 설치 공간 확보에 어려움이 있는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 구성요소들을 통합한 전기자동차의 전력 제어 장치를 제공함에 있다.
구체적으로, 본 발명은 차량 탑재형 충전기(OBC), 전력변환장치(LDC), 전력분배장치(PDU)를 통합 모듈화하여, 차량 내부의 공간 활용도를 높일 수 있으며, 수냉식으로 내부 열을 냉각시켜 부품의 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 전력 제어 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 전기자동차의 전력 제어 장치는, 하나의 케이스에 수용되는 차량 탑재형 충전기, 전력분배장치 및 전력변환장치를 포함하되, 상기 차량 탑재형 충전기는 캔 드라이버를 통해 배터리 관리 시스템으로부터 배터리팩의 상태 정보를 수신하고, 배터리팩의 상태 정보에 따라 직류 출력전압의 값을 가변하여 출력하며, 상기 전력분배장치는 상기 차량 탑재형 충전기의 제어에 따라, 릴레이 접점을 변환하여 전력을 분배하고, 상기 전력변환장치는 상기 차량 탑재형 충전기의 직류 출력전압을 입력으로 하여, 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환하여 출력하되, 직류 출력전압의 가변 정보를 수신하여, 일정한 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 차량 탑재형 충전기, 전력분배장치 및 전력변환장치는, 단일한 냉각관에 의해 냉각될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 차량 탑재형 충전기는, 상기 캔 드라이버를 통해 배터리팩의 상태 정보를 수신하여, 1차정류기와 트랜스포머 사이에 순차배치되는 PFC 스위치부와 DC-DC 스위치부를 제어하여 직류 출력전압을 가변하는 제1제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전력변환장치는, 상기 제1제어부와 통신을 수행하여 직류 출력전압의 가변 정보를 수신하는 제2제어부와, 상기 제2제어부의 제어에 따라 컨버터를 가변 제어하여 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환 제어하는 컨버터 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명은 전력제어를 위한 요소들을 통합하여 차량 내부의 공간 활용도를 높일 수 있으며, 수냉식으로 내부 열을 냉각시켜 부품의 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차의 전력 제어 장치의 블록 연결도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 상세 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 전력분배장치의 일실시 블록 구성도이다.
- 부호의 설명 -
100:전력 제어 장치 110:차량 탑재형 충전기
111:EMC 필터 112:1차정류부
113:PFC 스위치부 114:DC-DC 스위치부
115:트랜스포머 116:2차정류부
117:제1제어부 118:캔드라이버
120:전력분배장치 130:전력변환장치
131:제1필터 132:컨버터
133:제2필터 134:컨버터 구동부
135:제2제어부 136:전력제어부
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차의 전력 제어 장치의 블록 연결도이다.
도 1을 참조하면 본 발명 전력 제어 장치(100)는, 배터리 관리 시스템(BMS, 200)과 통신을 수행하여 외부의 교류전압을 배터리팩(300)의 충전에 필요한 고전압 직류 전압으로 변환하는 차량 탑재형 충전기(110)와, 저압배터리(400)를 충전하는 전력변환장치(130)와, 상기 차량 탑재형 충전기(110)의 직류 출력 전압을 상기 배터리팩(300)에 공급하거나 상기 전력변환장치(130)로 분배하는 전력분배장치(120)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 전력 제어 장치(100)를 구성하는 차량 탑재형 충전기(110), 전력변환장치(130), 전력분배장치(120)는 하나의 케이스에 수용된다.
케이스는 내열성 및 강도가 우수한 절연 소재로 이루어져, 수냉관을 공유하여 전력 제어 장치(100)의 전체 크기를 줄일 수 있다.
케이스의 표면에는 방열 핀이 형성된 것일 수 있다.
배터리팩(300)은 고압배터리로서, 전기자동차의 주행시 모터에 전력을 공급하며, 에어컨, 스티어링, 에어펌프, 히터 등에도 전력을 공급할 수 있다.
이때의 전력 공급은 별도의 전력분배장치를 사용하여 이루어질 수 있다.
상기 배터리팩(300)의 충전상태, 방전상태(전력공급상태)는 배터리 관리 시스템(200)에서 모니터링 된다.
배터리 관리 시스템(200)은 배터리팩(300)에 공급되는 충전전압, 방전되는 방전전압 등 배터리팩(300)에 대한 다양한 정보를 검출한다.
본 발명 전력 제어 장치(100)는 배터리 관리 시스템(200)과 캔(CAN) 통신을 통해 정보를 수신하고, 수신된 배터리팩(300)의 정보에 따라 충전 및 방전 제어를 수행하게 된다.
도 2는 본 발명 전력 제어 장치(100)의 구체적인 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전력 제어 장치(100)는 캔드라이버(118)를 포함하여 배터리팩(300)으로부터 충전 또는 방전 전압의 과전압 여부 등에 대한 정보를 수신하고, 그에 따른 제어를 수행하게 된다.
캔드라이버(118)를 통해 수신된 정보는 트랜시버(117b)를 통해 차량 탑재형 충전기(110)의 제1제어부(117)로 제공된다. 제1제어부(117)는 CPU 또는 DSP를 사용할 수 있다.
제1제어부(117)는 하위전원공급부(117a)를 통해 공급되는 전원에 의해 동작한다.
차량 탑재형 충전기(110)는 외부의 교류전력(예를 들어 AC 220V)이 공급되면 1차정류부(112), 트랜스포머(115), 2차정류부(116)를 통해 72 내지 100.8V의 직류 전압으로 변환한다.
이때 제1제어부(117)는 상기 1차정류부(112)와 트랜스포머(115) 사이에 직렬로 배치되는 PFC 스위치부(113)와 DC-DC 스위치부(114)를 이용하여 출력 전압을 조정할 수 있다.
PFC 스위치부(113)는 역률의 제어, DC-DC 스위치부(114)는 스위칭 레귤레이터로서 전압을 빠르게 안정화하는 역할을 한다.
즉, 제1제어부(117)는 CAN 통신을 통해 상기 배터리팩(300)의 상태 정보를 확인하고, 과전압 발생시 PFC 스위치부(113)와 DC-DC 스위치부(114)를 통해 출력 직류전압을 조정한다.
또한, 차량 탑재형 충전기(110)는 1차정류부(112)의 전단에서 EMC 필터(111)를 적용하여, AC 전원에 포함된 노이즈를 제거하며, 이때 노이즈의 제거는 절연형 필터를 사용할 수 있다.
본 발명 전력 제어 장치(100)는 하나의 케이스 내에 차량 탑재형 충전기(110), 전력 변환 장치(130) 및 전력분배장치(120)가 통합되어 배치되며, 하나의 캔드라이버(118)를 사용하고, 캔드라이버(118)와 배터리 관리 시스템(200)을 통신선으로 연결하는 것으로, 배터리팩(300)의 상태에 따른 전압 제어가 가능하게 된다.
상기 차량 탑재형 충전기(110)의 출력전압은 전력분배장치(120)로 입력된다.
전력분배장치(120)는 다수의 릴레이(스위치)와 이를 제어하는 제어부의 구성을 가지는 것으로 한다.
본 발명의 실시 예에서 상기 릴레이를 이용하여 전력분배장치(120)는 차량 탑재형 충전기(110)의 출력전압을 배터리팩(300)에 공급하여 충전하거나, 전력변환장치(130)로 공급하는 것으로 설명하지만, 상기 배터리팩(300)의 방전전력을 입력받아 구동모터(310), PCT 히터(320), 에어컨(330) 등의 다른 부하에 분배할 수 있다.
전력변환장치(130)는 상대적으로 고전압인 차량 탑재형 충전기(110)의 출력전압을 저전압 배터리(400)에 충전하기 위하여 저전압의 직류 전압으로 변환하는 역할을 한다.
전력변환장치(130)는 제1필터(131), 컨버터(132), 제2필터(133)를 이용하여 고전압의 직류 전압을 저전압의 직류 전압으로 변환한다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서 차량 탑재형 충전기(110)의 직류 출력 전압은 배터리팩(300)의 상태에 따라 가변되어 출력되기 때문에 컨버터(132)는 가변 컨버터를 사용하여 입력 전압의 변화에도 일정한 전압으로 변환해야 한다.
이를 위하여 전력변환장치(130)에는 제2제어부(135)와 컨버터 구동부(134) 및 전력제어부(136)을 더 포함한다.
제2제어부(135)는 상기 차량 탑재형 충전기(110)의 제1제어부(117)와 RS232 등의 유선 통신을 이용하여 차량 탑재형 충전기(110)에서 출력되는 직류 전압의 크기에 대한 정보를 수신할 수 있다.
즉, 차량 탑재형 충전기(110)의 출력 전압은 배터리팩(300)의 상태에 따라 가변되며, 이때 가변된 출력 전압을 입력으로 하는 전력변환장치(130)는 14V의 직류전압을 안정적으로 공급하기 위하여 가변 전압의 정보에 따라 컨버터 구동부(134)를 제어하여 입력전압과 무관하게 DC 14V의 전압을 출력하도록 할 수 있다.
이때 전력제어부(136)는 출력전압에 대한 정보를 제2제어부(135)로 제공하여 출력전압이 DC 14V인지 확인하고, DC 14V가 아니면 다시 컨버터 구동부(134)를 제어하여 저전압 배터리(400)의 충전에 필요한 정확한 전압이 출력되도록 조정할 수 있다.
도 3은 상기 전력분배장치(120)의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 전력분배장치(120)는 각각 양극 버스바(121)와 음극 버스바(122)를 포함한다. 상기 양극 버스바(121)는 주버스바(121a)에서 분기되는 다수의 분기버스바(121b~121f)를 포함하며, 각 분기버스바(121b~121f)에는 제1 내지 제5퓨즈(F1~F5)가 각각 직렬로 연결된다.
상기 주버스바(121a)에는 메인 퓨즈(F0)가 직렬로 연결되어 있다.
상기 양극 버스바(121)의 주버스바(121a) 양단은 배터리팩(300)에 인버터 연결단자(124)와 BDU 연결단자(127)에 각각 연결된다.
인버터 연결단자(124)는 실질적으로 2개의 연결단자이며, 각각 배터리 팩(300)과 구동모터(310)의 연결을 위한 것이며, 배터리팩(300)을 선택 제어하는 릴레이는 전력분배장치(120)와 배터리팩(300)의 사이에 위치할 수 있으며, 본 발명에서는 이를 생략하고 설명한다.
상기 제1 내지 제4퓨즈(F1~F4)는 일단이 분기버스바(121b~121e)에 각각 연결되고, 타단은 제1 내지 제4릴레이(RL1~RL4)에 각각 연결된다.
상기 제1 내지 제4릴레이(RL1~RL4)는 통신단자(125)에 연결된 제어기에 의해 접점 전환이 제어된다. 이때 접점 제어를 위한 제어기는 앞서 설명한 제1제어부(117)를 사용할 수 있다.
제1제어부(117)는 앞서 설명한 차량 탑재형 충전기(110)의 제어부이며, CAN 통신을 통해 배터리팩(300)의 정보를 입력받아 출력전압을 가변하여 출력함과 아울러 전력분배장치(120)의 접점 제어를 수행하도록 구성할 수 있다.
따라서 본 발명은 하나의 제어부를 이용하여 차량 탑재형 충전기(110)와 전력분배장치(120)를 동시에 제어할 수 있는 특징이 있다.
상기 제1릴레이(RL1)는 상기 제1제어부(117)의 제어에 따라 양극 버스바(121)에 연결된 에어컨(330), PTC 히터(320) 등에 전원을 공급하거나 차단하는 역할을 할 수 있다.
또한, 제2릴레이(RL2)는 차량 탑재형 충전기(110)의 출력 전력을 상기 전력변환장치(130)로 공급할 수 있다.
이때 제2릴레이(RL2)의 제어 역시 제1제어부(117)의 제어에 따라 이루어진다.
위의 각 릴레이의 기능은 예시적인 것이며, 필요에 따라 분배대상 기기(60)들 각각에 전력을 선택적으로 공급할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명 전력 제어 장치(100)는 차량 탑재형 충전기(110), 전력분배장치(120), 전력변환장치(130)를 단일한 모듈로 구성하여, 설치를 용이하게 할 수 있으며, 설치공간의 효율성을 높일 수 있다.
특히 배선을 단순화하고, 방열을 위한 수단을 공유하여 설계 및 설치 작업의 용이성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 자연법칙을 이용하여 전기자동차에 탑재되는 전력 제어장치 요소들을 통합하는 기술에 관한 것으로 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (4)

  1. 하나의 케이스에 수용되는 차량 탑재형 충전기, 전력분배장치 및 전력변환장치를 포함하되,
    상기 차량 탑재형 충전기는 캔 드라이버를 통해 배터리 관리 시스템으로부터 배터리팩의 상태 정보를 수신하고, 배터리팩의 상태 정보에 따라 직류 출력전압의 값을 가변하여 출력하며,
    상기 전력분배장치는 상기 차량 탑재형 충전기의 제어에 따라, 릴레이 접점을 변환하여 전력을 분배하고,
    상기 전력변환장치는 상기 차량 탑재형 충전기의 직류 출력전압을 입력으로 하여, 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환하여 출력하되, 직류 출력전압의 가변 정보를 수신하여, 일정한 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 탑재형 충전기, 전력분배장치 및 전력변환장치는,
    단일한 냉각관에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량 탑재형 충전기는,
    상기 캔 드라이버를 통해 배터리팩의 상태 정보를 수신하여, 1차정류기와 트랜스포머 사이에 순차배치되는 PFC 스위치부와 DC-DC 스위치부를 제어하여 직류 출력전압을 가변하는 제1제어부를 포함하는 전기자동차의 전력 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력변환장치는,
    상기 제1제어부와 통신을 수행하여 직류 출력전압의 가변 정보를 수신하는 제2제어부; 및
    상기 제2제어부의 제어에 따라 컨버터를 가변 제어하여 저전압 배터리의 충전 전압으로 변환 제어하는 컨버터 구동부를 포함하는 전기자동차의 전력 제어 장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140044018A (ko) * 2012-10-04 2014-04-14 현대모비스 주식회사 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템 및 이를 이용한 차량 배터리의 충전방법, 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템을 구비한 전기자동차
KR20160047807A (ko) * 2014-10-23 2016-05-03 현대모비스 주식회사 차량용 파워 컨트롤 유닛 모듈
KR102139572B1 (ko) * 2020-02-04 2020-07-30 주식회사 미래이앤아이 전기차 전력제어장치
KR20200136854A (ko) * 2019-05-28 2020-12-08 쌍용자동차 주식회사 전기차의 완속 충전시간 단축을 위한 충전 제어장치
KR102208523B1 (ko) * 2019-12-04 2021-01-27 주식회사 에이치에스해성 Ldc 및 obc 통합 모듈 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140044018A (ko) * 2012-10-04 2014-04-14 현대모비스 주식회사 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템 및 이를 이용한 차량 배터리의 충전방법, 차량 배터리의 충전을 위한 통신 인터페이스 시스템을 구비한 전기자동차
KR20160047807A (ko) * 2014-10-23 2016-05-03 현대모비스 주식회사 차량용 파워 컨트롤 유닛 모듈
KR20200136854A (ko) * 2019-05-28 2020-12-08 쌍용자동차 주식회사 전기차의 완속 충전시간 단축을 위한 충전 제어장치
KR102208523B1 (ko) * 2019-12-04 2021-01-27 주식회사 에이치에스해성 Ldc 및 obc 통합 모듈 장치
KR102139572B1 (ko) * 2020-02-04 2020-07-30 주식회사 미래이앤아이 전기차 전력제어장치

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