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KR101509752B1 - 차량용 충전 장치 및 충전 방법 - Google Patents

차량용 충전 장치 및 충전 방법 Download PDF

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KR101509752B1
KR101509752B1 KR20130161722A KR20130161722A KR101509752B1 KR 101509752 B1 KR101509752 B1 KR 101509752B1 KR 20130161722 A KR20130161722 A KR 20130161722A KR 20130161722 A KR20130161722 A KR 20130161722A KR 101509752 B1 KR101509752 B1 KR 101509752B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pilot signal
control pilot
charging
vehicle
battery
Prior art date
Application number
KR20130161722A
Other languages
English (en)
Inventor
김지헌
최규영
이창덕
Original Assignee
현대자동차 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US14/460,752 priority patent/US20150175020A1/en
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 방법은 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하는 단계, 제어 파일럿 신호를 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하는 단계, 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하는 단계, 보상된 제어 파일럿 신호가 소정 범위 내인지 판단하는 단계 및 보상된 제어 파일럿 신호가 소정 범위 내인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.

Description

차량용 충전 장치 및 충전 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING THE BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 차량용 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 충전 장치에서 제어 파일럿 신호의 노이즈를 감소시켜 차량용 배터리를 효율적으로 충전할 수 있는 차량용 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것이다.
지구의 환경오염 문제가 날로 심각해지고 있는 요즈음 무공해 에너지의 사용은 날로 중요성을 더해가고 있다. 특히, 대도시의 대기오염 문제는 날로 심각해지고 있는데, 차량의 배기가스는 그 주요원인 중의 하나이다.
이와 같은 상황에서 무공해 에너지인 전기를 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 연료전지 차량과 같은 전기 차량을 실용화하기 위한 연구가 근래 들어 활발하게 진행되고 있다. 전기 차량은 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 이를 배터리에 충전한 후, 배터리에 충전된 전압으로 차륜과 결합된 모터를 통해 기계적 에너지인 동력을 얻는다.
즉, 전기 차량은 배터리에 충전된 전압으로 모터를 구동시켜야 하기 때문에 대용량의 충전식 배터리를 사용하며, 이러한 대용량의 충전식 배터리를 충전하기 위한 배터리 충전 장치를 구비하고 있다.
배터리를 충전하는 방법으로는 별치형 충전기를 이용하여 충전하는 급속 충전방식과 차량에 탑재된 충전기를 사용하여 충전하는 완속 충전 방식으로 구별할 수 있다.
삭제
급속 충전방식은 잠시 주차중인 상태에서 배터리의 충전상태를 단시간에 충전하는 것이고, 완속 충전방식은 주행 후 장시간에 걸쳐서 충전 상태를 100%로 충전하는 것이다.
완속 충전의 경우에는 온-보드 충전 장치(OBC, on-board charger)가 완속 충전 포트에 연결되어 교류전원을 직류로 변환하여 배터리를 충전하게 된다. 온-보드 충전 장치는 외부 전원 공급 장치(EVSE, electric vehicle supply equipment)를 이용하여 전기를 공급받는데, 전기를 공급받을 때 외부 전원 공급 장치는 제어 파일럿(CP, control pilot) 신호의 전압 레벨을 체크하여 충전 여부를 결정한다.
그런데, 제어 파일럿 신호에 노이즈가 발생하여 전압 레벨 값이 변하는 경우에도 노이즈가 발생될 때의 값을 센싱하여, 충전이 제대로 이뤄지지 않는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제2010-0059641호 (2010.06.04. 공개)
본 발명은 전술한 필요성을 충족하기 위해 제안되는 것으로서, 외부 전원 공급 장치로부터 수신되는 제어 파일럿 신호의 노이즈로 인한 오진단을 감소시키는 차량용 충전 장치 및 충전 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 관련된 차량용 충전 방법는 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하는 단계, 제어 파일럿 신호를 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하는 단계, 제어 파일럿 신호의 듀티 비의 역수를 평활된 제어 파일럿 신호에 승산한 값으로 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하는 단계, 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인지 판단하는 단계 및 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압을 초과하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 것으로 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 관련된 온-보드 충전 장치는 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 제어 파일럿 신호를 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하는 평활부, 제어 파일럿 신호의 듀티 비의 역수를 평활된 제어 파일럿 신호에 승산한 값으로 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하는 보상부 및 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인지 판단하고, 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 충전 제어부를 포함한다.
충전 제어부는 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압을 초과하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 것으로 결정한다.
본 발명의 일 실시 예에 관련된 차량용 충전 장치는 차량용 배터리, 차량용 배터리의 상태를 검출하는 배터리 관리 시스템 및 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿 신호 및 충전 전력을 수신하고, 제어 파일럿 신호를 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하고, 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하고, 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인지 판단하고, 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 온-보드 충전 장치를 포함하고, 온-보드 충전 장치는 제어 파일럿 신호의 듀티 비의 역수를 평활된 제어 파일럿 신호에 승산한 값으로 평활된 제어 파일럿 신호를 보상한다.
온-보드 충전 장치는 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압을 초과하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 것으로 결정한다.
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본 발명에 따른 차량용 충전 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 제어 파일럿 신호의 노이즈로 인한 오진단을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치를 포함하는 차량을 나타낸 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치 및 외부 외부 전원 공급 장치를 나타내는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치가 차량을 충전하는 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치(100)를 포함하는 차량(10)을 나타낸 블록 구성도(block diagram)이다.
도시된 바와 같이, 차량(10)은 외부 AC 전원(예컨대, 110V, 220V 등)에 연결되어 차량 내에 탑재된 차량용 배터리(130)를 충전하는 전력을 공급받을 수 있다.
이때, 차량(10) 내의 온-보드 충전 장치(110)(OBC, on-board charger)는 외부 AC 전원을 공급하는 외부 전원 공급 장치(EVSE, electric vehicle supply equipment)로부터 제어 파일럿 신호(control pilot signal)를 수신하여, 외부 AC 전원으로 공급되는 전력으로 차량용 배터리(130)를 충전할 수 있다.
제어 파일럿 신호는 12V 또는 9V의 정전압 신호로 생성되거나, +9V/-12V 또는 +6V/-12V의 PWM 신호로 생성될 수 있으며, 이하에서는 PWM 신호로 생성되는 것으로 가정한다.
여기서, 외부 전원 공급 장치는 가정에 구비된 충전 설비이거나 주유소와 같은 자동차 충전소에 구비된 충전 스탠드일 수 있다. 따라서 본 명세서 및 특허청구범위에서 외부 전원 공급 장치란 하이브리드 자동차나 전기 자동차를 충전할 수 있는 충전 스탠드로써, ICCB(In Cable Control Box) 또는 CCID(Charging Circuit Interrupt Devive) 등을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
차량용 배터리(130)는 하이브리드 차량이나 전기자동차에 장착되어 구동 모터에 전원을 공급한다. 차량용 배터리(130)는 배터리의 필요 용량에 따라 셀(Cell)을 직렬로 연결하여 하나의 팩(Pack) 형태로 구성되는 배터리 팩일 수 있다. 따라서 본 명세서 및 특허청구범위의 차량용 배터리(130)란 하이브리드 자동차 또는 전기자동차에서 사용되는 배터리 팩을 포함한 모든 배터리를 의미하는 것으로 이해하여야 할 것이다.
그리고, 배터리 관리 시스템(120)(BMS, battery management system)은 온-보드 충전 장치(110) 및/또는 차량용 배터리(130)와 통신함으로써 제어 정보를 송수신하며, 차량용 배터리(130)의 상태를 모니터링할 수 있다. 구체적으로 배터리 관리 시스템(120)은 차량용 배터리(130)의 OCV, 온도, 충전 상태(SOC, state of charge)를 측정하거나 산출할 수 있다.
그러면, 차량에 탑재되는 모터는 인버터(140)를 통해 변환된 차량용 배터리(130)에 충전된 전력을 공급받을 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여, 차량의 충전을 제어하는 온-보드 충전 장치(110)가 외부 AC 전원을 공급하는 외부 외부 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿 신호를 수신하여, 차량용 배터리(130)를 충전하는 차량용 충전 장치(100)에 대해 설명한다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치(100) 및 외부 외부 전원 공급 장치를 나타내는 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 충전 장치(100)가 차량을 충전하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량용 충전 장치(100)와 외부 외부 전원 공급 장치는 커넥터(300)를 통해 연결될 수 있다. 그리고, 차량용 충전 장치(100)는 온-보드 충전 장치(110), 배터리 관리 시스템(120) 및 차량용 배터리(130)를 포함할 수 있다. 또한, 외부 외부 전원 공급 장치는 제어 신호부(200) 및 전원 공급부(210)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 차량용 충전 장치(100) 및 외부 외부 전원 공급 장치가 구현될 수도 있다.
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
온-보드 충전 장치(110)는 평활부(112), 보상부(114), 충전 제어부(116) 및 충전기를 포함할 수 있다. 온-보드 충전 장치(110)는 커넥터(300)를 통해 외부 외부 전원 공급 장치의 제어 파일럿 신호를 수신(S100)한다. 이때, 온-보드 충전 장치(110)는 커넥터(300)로부터 차량을 충전하기 위한 전력을 수신할 수 있다.
평활부(112)는 커넥터(300)를 통해 외부 외부 전원 공급 장치의 제어 신호부(200)로부터 제어 파일럿 신호를 수신하여 평활(S110)한다. 이때, 평활부(112)는 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)만큼 제어 파일럿 신호를 평활할 수 있다. 그러면, 제어 파일럿 신호는 평활부(112)를 통해 노이즈 리플이 제거되어 보상부로 출력될 수 있다.
보상부(114)는 평활된 제어 파일럿 신호를 보상(S120)한다. 제어 파일럿 신호는 평활부(112)의 평활에 따라 듀티 비만큼 그 값이 작아질 수 있으므로, 보상부(114)는 제어 파일럿 신호의 값을 보상한다. 보상부(114)는 평활된 제어 파일럿 신호에 듀티 비의 역수를 승산한 값으로 제어 파일럿 신호의 값을 보상할 수 있다.
충전 제어부(116)는 보상부(114)에서 출력된 제어 파일럿 신호를 이용하여 충전기의 충전을 제어할 수 있다. 구체적으로, 충전 제어부(116)는 보상부(114)에서 보상된 제어 파일럿 신호의 값이 기준 전압 이하인지 판단(S130)한다.
제어 파일럿 신호의 값이 기준 전압 이하로 판단된 경우, 충전 제어부(116)는 충전기를 제어하여 외부 충전 전력을 공급받도록 신호를 생성(S140)하고, 이를 충전기로 출력할 수 있다. 그러면, 충전기는 상기 신호의 입력에 따라 외부 충전 전력을 이용하여 차량용 배터리(130)를 충전할 수 있다.
한편, 제어 파일럿 신호의 값이 기준 전압을 초과하는 것으로 판단된 경우, 충전 제어부(116)는 외부 외부 전원 공급 장치 또는 커넥터(300)에 고장이 발생한 것으로 결정(S150)한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 차량용 충전 장치 110: 온-보드 충전 장치
112: 평활부 114: 보상부
116: 충전 제어부 118: 충전기
120: BMS 130: 차량용 배터리
140: 인버터 150: 모터
200: 제어 신호부 210: 전원 공급부

Claims (9)

  1. 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하는 단계;
    상기 제어 파일럿 신호를 상기 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하는 단계;
    상기 제어 파일럿 신호의 듀티 비의 역수를 상기 평활된 제어 파일럿 신호에 승산한 값으로 상기 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하는 단계;
    상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인지 판단하는 단계; 및
    상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 상기 기준 전압 이하인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 단계;
    를 포함하는 차량용 충전 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 상기 기준 전압을 초과하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 것으로 결정하는 단계;
    를 더 포함하는 차량용 충전 방법.
  3. 삭제
  4. 전원 공급 장치로부터 제어 파일럿(control pilot) 신호를 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하는 평활부;
    상기 제어 파일럿 신호의 듀티 비의 역수를 상기 평활된 제어 파일럿 신호에 승산한 값으로 상기 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하는 보상부; 및
    상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인지 판단하고, 상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 상기 기준 전압 이하인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 충전 제어부;
    를 포함하는 온-보드 충전 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는 상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 상기 기준 전압을 초과하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 것으로 결정하는 온-보드 충전 장치.
  6. 삭제
  7. 차량용 배터리;
    상기 차량용 배터리의 상태를 검출하는 배터리 관리 시스템; 및
    전원 공급 장치로부터 제어 파일럿 신호 및 충전 전력을 수신하고, 상기 제어 파일럿 신호를 상기 제어 파일럿 신호의 듀티 비(duty ratio)를 이용하여 평활하고, 상기 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하고, 상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 기준 전압 이하인지 판단하고, 상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 상기 기준 전압 이하인 것으로 판단되면, 차량용 배터리를 충전하는 온-보드 충전 장치;
    를 포함하고,
    상기 온-보드 충전 장치는 상기 제어 파일럿 신호의 듀티 비의 역수를 상기 평활된 제어 파일럿 신호에 승산한 값으로 상기 평활된 제어 파일럿 신호를 보상하는 차량용 충전 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 온-보드 충전 장치는 상기 보상된 제어 파일럿 신호의 전압 값이 상기 기준 전압을 초과하는 것으로 판단되면, 고장이 발생된 것으로 결정하는 차량용 충전 장치.
  9. 삭제
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