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KR20170019042A - 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치 - Google Patents

예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치 Download PDF

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KR20170019042A
KR20170019042A KR1020150112884A KR20150112884A KR20170019042A KR 20170019042 A KR20170019042 A KR 20170019042A KR 1020150112884 A KR1020150112884 A KR 1020150112884A KR 20150112884 A KR20150112884 A KR 20150112884A KR 20170019042 A KR20170019042 A KR 20170019042A
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KR
South Korea
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signal
unit
charging
control
circuit
Prior art date
Application number
KR1020150112884A
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English (en)
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이재원
이영국
이동준
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Publication date
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Priority to US14/964,845 priority patent/US20170043673A1/en
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Abstract

본 발명은 차량 외부의 전원으로부터 공급되는 전력에 의해 차량 내부의 배터리를 충전하는 차량용 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 외부의 전원공급장치(EVSE)와 연결시 인가되는 CP(Control Pilot) 신호의 속성에 따라 충전기(OBC)의 동작 제어를 위한 제1제어부(OBC CPU)의 전원을 온/오프 제어하는 회로를 내장하여 충전기(OBC)의 상시 소비 전류를 저감할 수 있는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
다시 말해, 본 발명에서는 CP(Control Pilot) 신호 검출 및 예약 충전 기능을 수행할 수 있는 회로를 충전기(OBC) 내에 구성하여, CP(Control Pilot) 신호의 속성에 따라 충전기(OBC) 단독으로 충전기 제어부(OBC CPU)의 전원을 온(On)/오프(Off) 제어하고 예약 충전 기능을 수행하여 상시 소비 전류를 감소시킬 수 있도록 한다.

Description

예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치 {Charging device for eco-friendly vehicle}
본 발명은 차량 외부의 전원으로부터 공급되는 전력에 의해 차량 내부의 배터리를 충전하는 차량용 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상시 소비 전류를 저감할 수 있는 예약 충전 기능을 구현하기 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차(EV) 및 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)와 같은 환경차량에는 구동모터의 전원으로 사용되는 배터리의 충전을 위하여 차량 외부의 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)의 전력을 이용하는 완속충전기(OBC, On Board Charger)가 탑재되고 있다.
통상 차량의 시동이 꺼진 상태에서 배터리 충전을 위해 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)의 커넥터를 연결하였을 때에는 완속충전기 내 제어회로의 전원이 켜져야 하는바, EVSE로부터 입력되는 CP(Control Pilot) 신호를 이용하여 제어 전원(제어회로의 전원)을 온(On)/오프(Off)하거나 예약 충전기능을 동작시킨다.
이를 위하여 종래에는 차량용 충전기(OBC, On Board Charger) 내부의 제어부(OBC CPU)가 상시 동작하여 CP 신호를 모니터링하고 자체적으로 제어회로의 전원을 조작하거나, 또는 외부 제어기에서 CP 신호의 상태에 따라 OBC를 제어해주게 된다.
첨부한 도 10 및 도 11을 참조하면, 종래기술에 따른 차량용 충전 장치(10,30)는 CP 신호 조건에 따른 충전기(OBC)의 온/오프 동작을 수행하기 위하여, 충전기 제어부(OBC CPU)가 상시 동작하거나 또는 다른 외부 제어기(20)가 CP 신호를 모니터링하여 충전기(OBC)의 전원을 온/오프 조작하게 된다.
구체적으로, 도 10에 보듯이, 상시 동작하는 충전기(OBC, 10)의 제어부 전원(11)은 CP 신호를 모니터링하여 충전기(OBC)의 제어부(CPU, 12)를 동작시키고, 상기 제어부(CPU, 12)는 제1전원(13)을 온(On) 동작시켜 충전 동작을 위한 내부회로(OBC 회로, 14)를 동작 가능하게 한다.
또는 도 11에 보듯이, 외부 제어기(20)가 CP 신호를 모니터링하여 충전기(OBC, 30)의 제어부(OBC CPU) 및 충전기(OBC)의 충전 동작을 위한 내부회로(OBC 회로)를 동작시키기 위한 OBC 전원(31)을 온(On) 동작시키면 상기 OBC 전원(31)은 CP 신호의 상태에 따라 충전기 제어부(OBC CPU) 및 내부회로(OBC 회로)를 동작 가능하게 한다.
이러한 제어를 위한 기술은 그 구현 방법은 간단할 수 있으나, 상시로 제어회로의 전원을 이용함에 의해 차량의 배터리를 상시로 소모하며, 이로 인한 배터리 충전 횟수의 증가는 전비(충전된 전기량 대비 주행 거리) 또는 연비의 감소를 발생시키는 단점이 있다.
한국등록특허 10-1449169 한국등록특허 10-1509752 한국등록특허 10-1481243
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량 외부의 전원공급장치(EVSE)와 연결시 인가되는 CP(Control Pilot) 신호의 속성에 따라 충전기(OBC)의 동작 제어를 위한 제1제어부(OBC CPU)의 전원을 온/오프 제어하는 회로를 내장하여 충전기(OBC)의 상시 소비 전류를 저감할 수 있는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
다시 말해, 본 발명에서는 CP(Control Pilot) 신호 검출 및 예약 충전 기능을 수행할 수 있는 회로를 충전기(OBC) 내에 구성하여, CP(Control Pilot) 신호의 속성에 따라 충전기(OBC) 단독으로 충전기 제어부(OBC CPU)의 전원을 온(On)/오프(Off) 제어하고 예약 충전 기능을 수행하여 상시 소비 전류를 감소시킬 수 있도록 한다.
이에 본 발명에서는, 차량 외부의 전원공급장치로부터 전력을 공급받아 차량에 탑재된 배터리를 충전시키는 차량용 충전 장치에 있어서, 상기 전원공급장치로부터 CP(Control Pilot) 신호가 입력됨과 동시에 온(On) 동작하는 제2전원; 상기 제2전원으로부터 전력을 공급받아 동작하고, 하기 제1전원의 온/오프 동작을 제어하는 제2제어부; 상기 제2제어부에 의해 온(On) 동작하여 하기 제1제어부를 온(On) 동작시키는 제1전원; 상기 제1전원에 의해 온(On) 동작하고, 상기 제2제어부로 제1전원의 온/오프 제어에 관련된 제어신호를 출력하는 제1제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제2제어부는, 전원공급장치로부터 입력되는 CP 신호의 속성을 검출하여 제1전원의 온/오프 제어에 관련된 신호를 출력하는 예약충전로직부; 제1제어부의 제어신호를 입력받아 하기 신호전환부의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호와 제1전원의 온/오프 제어에 관련된 신호를 출력하는 메모리성 회로부; 상기 예약충전로직부와 메모리성 회로부의 출력 신호를 입력받아 제1전원의 온/오프를 위한 신호를 출력하는 신호전환부;로 구성된다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 메모리성 회로부는, 제1제어부의 제어신호를 입력받아 신호전환부의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 제1명령전달회로부와, 제1제어부의 제어신호를 입력받아 제1전원의 온/오프 동작 제어를 위한 신호를 출력하는 제2명령전달회로부로 구성된다.
여기서, 상기 메모리성 회로부는 초기 동작시 제1명령전달회로부 및 제2명령전달회로부가 신호전환부로 하이 신호를 출력하도록 셋팅되어서 신호전환부가 제1전원을 온(On) 동작시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제1제어부는 제1전원이 설정된 일정시간 이상 온(On) 상태를 유지하면, 신호전환부가 예약충전로직부의 출력신호를 선택하도록 하기 위한 제어신호를 제2명령전달회로부에 입력하고, 예약충전로직부는 CP 신호의 속성에 의해 로우 신호를 출력한다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 신호전환부가 예약충전로직부에 연결된 상태에서, CP 신호가 구형파의 속성을 갖고 인가되어 예약충전로직부가 하이 신호를 출력하면, 상기 신호전환부가 하이 신호를 출력하게 되어 제1전원이 온(On) 되게 된다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 예약충전로직부는 CP 신호의 입력시 서로 다른 상태의 신호를 검출하는 하이신호검출부와 로우신호검출부를 이용하여 상기 CP 신호가 구형파일 때만 하이 신호를 출력할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 예약충전로직부는 CP 신호의 하이(HIGH) 신호가 입력될 때에만 하이(HIGH) 출력을 내보내는 하이신호검출부와 CP 신호의 로우(LOW) 신호가 입력될 때에만 하이(HIGH) 출력을 내보내는 로우신호검출부 및 상기 하이신호검출부와 로우신호검출부의 출력이 모두 하이(HIGH)일 때만 하이(HIGH) 신호를 출력하는 앤드게이트로 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 신호전환부는 제1명령전달회로부로부터 입력되는 신호에 의해 제2명령전달회로부의 출력 신호와 예약충전로직부의 출력 신호 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택한 출력 신호에 의해 제1전원의 온/오프 동작을 위한 신호를 출력하도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 차량 내 탑재된 충전기(OBC)의 내부에 장착된 제1제어부의 상시 동작이나 외부 제어기의 적용 없이, 외부의 전원공급장치(EVSE)로부터 CP 신호가 입력되면 상기 신호의 속성에 따라 충전기(OBC) 단독으로 제1제어부의 전원을 온/오프 제어하고 예약 충전 모드를 수행하게 되며, 이로써 예약 충전 모드시(혹은 충전 대기 상태시) 충전기(OBC)의 암전류를 감소시키는 효과가 있으며, 이에 따라 차량의 연비 및 전비를 향상시키는 효과가 있고, 또한 빠른 반응 속도와 안정적인 동작 특성으로 충전기(OBC)의 동작 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 별도의 외부 제어기를 사용하지 않으므로 외부 제어기의 이상 발생으로 인한 불안정한 동작을 근본적으로 제거할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 장치를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 장치 내에 입력되는 CP 신호와 CP 신호의 속성에 따른 제1전원의 온/오프 동작 및 제1제어부의 출력 신호와 피드백 신호의 상태를 나타낸 개략도
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 장치의 제2제어부 구성을 나타낸 도면
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 제1제어부의 출력 신호와 피드백 신호를 나타낸 도면
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 장치의 예약충전로직부 회로구성을 나타낸 예시도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 충전 장치의 제1 및 제2플립플랍에 적용되는 펑션테이블
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 메모리성 회로부를 구성하는 명령전달회로부의 회로구성을 나타낸 예시도
도 9는 본 발명에 따른 차량용 충전 장치의 제1 및 제2플립플랍에 적용가능한 펑션테이블
도 10 및 도 11은 종래기술에 따른 차량용 충전 장치를 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 차량용 충전 장치는 차량용 구동모터의 전원으로 사용되는 배터리의 충전을 위해 차량 내부에 탑재된 충전기로서 통상 완속충전기(OBC)라고도 하며, 차량의 시동 오프 상태에서 배터리 충전을 위해 차량 외부의 전원공급장치(예를 들어, EVSE)가 커넥터를 통해 전기적으로 연결되어 상기 전원공급장치로부터 CP(Control Pilot) 신호가 인가될 때 인가되는 CP 신호의 속성에 따라 충전기(OBC)의 동작 제어를 위한 제1제어부(OBC CPU)의 전원을 온/오프 제어하여 상시 소비 전류를 감소시킬 수 있도록 한다.
이를 위하여, 도 1 및 도 2에 보이듯, 본 발명에 따른 차량용 충전 장치(100)는 제2전원(110)과 제2제어부(120)와 제1전원(130)과 제1제어부(140)를 포함한다.
상기 제2전원(110)은 외부의 전원공급장치(200)로부터 CP 신호가 입력됨과 동시에 온(On) 동작하는 것으로, 충전기(OBC) 내에 구성되는 제2제어부(120)에 전원을 공급하는 역할을 한다.
상기 제2제어부(120)는 제2전원(110)으로부터 전력을 공급받아 동작을 시작하고, 초기 동작시 제1전원(130)을 온(On) 동작시켜 제1제어부(140)에 전원이 공급되게 한다.
즉, 상기 제1전원(130)은 제1제어부(140)의 온/오프를 위한 전원으로, 온(On) 동작시 제1제어부(140)에 전원을 공급하여 제1제어부(140)를 온 동작시킨다.
상기 제1제어부(140)는 차량의 시동 오프시 외부의 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)(200)를 통해 전력을 공급받아 차량 내에 탑재된 배터리를 충전시키는 충전기(OBC)의 충전 동작을 제어하기 위한 제어회로(CPU)이고, 상기 제2제어부(120)는 CP 신호 및 제1제어부(140)의 명령신호에 따라 제1전원(130)의 온/오프 동작을 제어하는 회로로서 여기서는 충전기(OBC) 내에 제1제어부(140)와 구분하기 위하여 제2제어부라고 칭한다.
상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 충전 장치(100)는, 도 2 및 도 3에 보이듯, 외부의 전원공급장치(EVSE, 200)와 커넥터를 통해 체결된 후 CP 신호가 일정시간 이상 직류(DC)로 입력될 시 예약 충전 모드(혹은 충전 대기 모드)로 진입하여 충전 모드에 진입하기 전까지 대기상태를 유지하게 되고, 전원공급장치(EVSE, 200) 측에 설정된 대기시간이 경과하여 충전 예약 시각에 도달하면 전원공급장치(EVSE, 200)에서 구형파(PWM 신호)의 속성을 갖는 CP 신호를 인가받음에 의해 배터리 충전을 위한 충전 모드에 진입하게 된다.
다시 말해, 외부의 전원공급장치(EVSE, 200)로부터 입력되는 CP 신호가 설정된 일정시간 이상 직류로 입력되면, 제1제어부(140)는 충전기(OBC)가 즉시 충전 모드에 진입하지 않고(즉, 즉시 배터리 충전을 시작하지 않고) 예약 충전 모드에 진입하는 것으로 판단하여 제1전원(130)을 오프시키기 위한 명령신호(즉, 예약 충전 모드 진입을 지령하는 신호)를 출력하고, 충전기(OBC)는 예약 충전 모드에 진입하게 된다. 이후 CP 신호가 구형파의 속성을 갖고 인가되어 제1전원(130)이 다시 온 되고 충전기(OBC)가 충전 모드에 진입하게 된다.
여기서, 상기 충전기(OBC)는 충전 모드 진입시 제1제어부(140)의 제어에 의해 배터리 충전 동작을 수행하게 된다.
이러한 예약 충전 모드를 구현하기 위하여, 제2제어부(120)는 제1제어부(140)로부터 2개의 명령신호(제어신호)를 동시에 입력받게 되고, 입력된 제어신호에 따라 제1전원(130)만 오프할 것인지 아니면 제1전원(130)과 제2전원(110)을 모두 오프할 것인지에 대한 판단을 하게 된다.
이때 제1제어부(140)가 예약 충전 모드 진입 또는 충전 종료 모드 진입 등에 따른 제어신호(명령신호)를 제2제어부(120)에 입력하고, 제2제어부(120)는 제1제어부(140)의 제어신호를 고려하여 제1전원(130)의 온/오프 제어를 수행한다.
이하, 도 4a 내지 9를 참조하여 충전기(OBC)에 내장된 제2제어부(120)의 구성 및 작동을 좀더 상세히 설명하도록 한다.
도 4a에 보이듯, 제2제어부(120)는 예약충전로직부(122)와 메모리성 회로부(124) 및 신호전환부(126)를 포함하여 구성된다.
예약충전로직부(122)는 인가되는(입력되는) CP 신호의 속성을 검출하여 구형파(PWM 신호)의 속성을 갖는 CP 신호가 입력될 때에만 제1전원(130)을 동작시키기 위한 하이(HIGH) 신호(혹은 온(On) 신호)를 출력하는 것으로, CP 신호의 입력시 서로 다른 상태의 신호를 검출하는 2개의 신호검출부(122a,122b)를 이용하여 상기 CP 신호가 구형파의 속성을 가질 때만 하이 출력을 내보낼 수 있게 구성된다.
예를 들어, 도 4a에 보듯이, 예약충전로직부(122)는 CP 신호의 하이(HIGH) 신호가 입력될 때에만 하이(HIGH) 출력을 내보내는 하이신호검출부(122a)와 CP 신호의 로우(LOW) 신호가 입력될 때에만 하이(HIGH) 출력을 내보내는 로우신호검출부(122b) 및 상기 하이신호검출부(122a)와 로우신호검출부(122b)의 출력이 모두 하이(HIGH)일 때만 하이(HIGH) 신호를 출력하는 앤드게이트(122c)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 하이신호검출부(122a) 및 로우신호검출부(122b)는 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같은 회로구성을 갖는 검출회로로서 구성될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 본 출원인이 앞서 출원한 공개특허 10-2015-0047767호에서 언급한 바 있다.
도 4a 및 도 4b에 보듯이, 메모리성 회로부(124)는 제1제어부(140)의 제어신호(명령신호)를 입력받아 신호전환부(126)의 신호 선택(혹은 전환) 동작을 제어하는 신호와 제1전원(130)의 온/오프 제어를 위한 신호를 출력하는 것으로, 제1제어부(140)의 제1제어신호를 입력받아 제1전원(130)의 온/오프 동작 제어를 위한 신호를 출력하는 제1명령전달회로부(124-1)와 상기 제1제어부(140)의 제2제어신호를 입력받아 신호전환부(126)의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호(하이 또는 로우 신호)를 출력하는 제2명령전달회로부(124-2)로 구성된다.
여기서, 상기 제1명령전달회로부(124-1)와 제2명령전달회로부(124-2)는 각각 래치류나 플립플랍류의 로직 메모리성 소자를 이용하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1명령전달회로부(124-1)는 CP 신호의 초기 입력시 기동되어 무조건 하이 신호를 출력하도록 셋팅되고 이후 제1제어부(140)의 제1제어신호를 입력받아 동작하는 제1플립플랍(124a)으로 구성될 수 있다.
다시 말해, 제1명령전달회로부(124-1)는 CP 신호의 입력시 온(On) 동작하여 제1플립플랍(124a)을 기동시키는 레귤레이터(124c)와 제1제어부(140)의 제1제어신호(제1전원의 온/오프 동작을 지정하기 위한 신호)를 입력받아 신호전환부(126)의 출력(제1전원의 온/오프 제어를 위한 출력)을 지정하기 위한 신호(하이 또는 로우 신호)를 출력하는 제1플립플랍(124a)을 포함하여 구성될 수 있다.
좀더 구체적으로, 상기 제1명령전달회로부(124-1)는 외부의 전원공급장치(EVSE, 200)로부터 CP 신호의 입력시 온(On) 동작하여 제1플립플랍(124a)을 기동시키기 위한 신호를 출력하는 레귤레이터(124c), 상기 레귤레이터(124c)의 온 동작시 제1플립플랍(124a)으로 입력되는 기동 신호의 입력을 지연시켜서 순간 제1플립플랍(124a)의 초기 출력이 셋팅값과 다르게 출력되는 것을 방지하기 위한 딜레이 회로부(124d), 제1제어부(140)의 제1제어신호를 입력받아 신호전환부(126)의 출력을 지정하기 위한 신호(하이 또는 로우 신호)를 출력하는 제1플립플랍(124a)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1플립플랍(124a)은 외부로부터 CP 신호가 인가되어 초기 동작시 하이 신호를 출력하도록 설정되고(도 6의 A' 참조), 이후 제1제어부(140)의 제1제어신호를 입력받아 신호전환부(126)의 출력을 지정하기 위한 신호를 출력하게 되며, 이때 제1제어부(140)의 부하를 저감하기 위하여 제1제어부(140)와 제1플립플랍(124a) 사이에 제1토글신호생성부(124e)가 장착 구성된다.
상기 제1토글신호생성부(124e)는 제1제어부(140)에서 1개의 신호를 입력받아 제1플립플랍(124a)의 동작을 위한 2개 또는 3개의 신호(J,K,CLK)를 생성하여 출력 전달하는 역할을 한다.
또한 예를 들어, 제2명령전달회로부(124-2)는 CP 신호의 초기 입력시 기동되어 무조건 하이 신호를 출력하도록 셋팅되고 이후 제1제어부(140)의 제2제어신호를 입력받아 동작하는 제2플립플랍(124b)으로 구성될 수 있다.
다시 말해, 제2명령전달회로부(124-2)는 외부의 전원공급장치(EVSE, 200)로부터 CP 신호의 입력시 온(On) 동작하여 제2플립플랍(124b)을 기동시키는 레귤레이터(124c)와 제1제어부(140)의 제2제어신호를 입력받아 신호전환부(126)의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호(하이 또는 로우 신호)를 출력하는 제2플립플랍(124b)을 포함하여 구성될 수 있다.
좀더 구체적으로, 상기 제2명령전달회로부(124-2)는 외부의 전원공급장치(EVSE, 200)로부터 CP 신호의 입력시 온(On) 동작하여 제2플립플랍(124b)을 기동시키기 위한 신호를 출력하는 레귤레이터(124c), 상기 레귤레이터(124c)의 온 동작시 제2플립플랍(124b)으로 입력되는 기동 신호의 입력을 지연시켜서 순간 제2플립플랍(124b)의 초기 출력이 셋팅값과 다르게 출력되는 것을 방지하기 위한 딜레이 회로부(124g), 제1제어부(140)의 제2제어신호를 입력받아 신호전환부(126)의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호(하이 또는 로우 신호)를 출력하는 제2플립플랍(124b)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1명령전달회로부(124-1)와 제2명령전달회로부(124-2)는 하나의 레귤레이터(124c)를 공유하여 사용하며, 결과적으로 상기 레귤레이터(124c)에 의헤 제2제어부(120)가 구동하게 된다.
상기 제2플립플랍(124b)은 외부로부터 CP 신호가 인가되어 초기 동작시 하이 신호를 출력하도록 설정되고(도 6의 A' 참조), 이후 제1제어부(140)의 제2제어신호를 입력받아 신호전환부(126)의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하게 되며, 이때 제1제어부(140)의 부하를 저감하기 위하여 제1제어부(140)와 제2플립플랍(124b) 사이에 제2토글신호생성부(124f)가 장착 구성된다.
상기 제2토글신호생성부(124f)는 제1제어부(140)에서 1개의 신호를 입력받아 제2플립플랍(124b)의 동작을 위한 2개 또는 3개의 신호(J,K,CLK)를 생성하여 출력 전달하는 역할을 한다.
이러한 제1명령전달회로부(124-1) 및 제2명령전달회로부(124-2)는 일례로 각각 도 7에 나타낸 바와 같은 회로구성으로 이루어지는 것도 가능하다. 첨부한 도 7에는 레귤레이터(124c')와 딜레이 회로부(124d')와 JK 플립플랍(124a') 및 토글신호생성부(124e')로 구성된 회로의 연결구조가 도시되어 있고, 이때 상기 딜레이 회로부(124d')에서는 도 6의 A'에 표시된 값(로우 및 하이)을 플립플랍(124a')에 입력되게 동작하고, 상기 토글신호생성부(124e')는 도 6의 B'에 표시된 값을 플립플랍(124a')에 입력되게 동작한다. 그 결과 상기 JK 플립플랍(124a')은 초기 동작시 항시 하이 신호를 출력하고 이후 동작시 제1제어부(140)의 제어신호를 토글링(Toggling)시켜 출력한다.
이 경우 제1제어부(140)에서 JK 플립플랍(124a', 즉 제1 또는 제2플립플랍)의 출력을 모니터링하고, 모니터링 결과 원하는 출력값이 아니어서 원하는 출력값으로 전환코자 할 때는, 제1제어부(140)에서 하이 신호(온 신호)를 1회 출력시켜 JK 플립플랍(124a')의 출력을 토글링시킨다.
또한, 제1명령전달회로부(124-1) 및 제2명령전달회로부(124-2)는 다른 예로 각각 도 8에 나타낸 바와 같은 회로구성으로 이루어지는 것도 가능하다. 첨부한 도 8에는 레귤레이터(124c")와 딜레이 회로부(124d")와 D 플립플랍(124a") 및 토글신호생성부(124e")로 구성된 회로의 연결구조가 도시되어 있고, 이때 상기 딜레이 회로부(124d")에서는 도 9의 C'에 표시된 값을 플립플랍(124a")에 입력되게 동작하고, 상기 토글신호생성부(124e")는 도 9의 D'에 표시된 값을 플립플랍(124a")에 입력되게 동작한다. 그 결과 상기 D 플립플랍(124a")은 초기 동작시 항시 하이 신호를 출력하고 이후 동작시 제1제어부(140)의 제어신호에 따른 하이 또는 로우 신호를 출력한다.
이 경우 제1제어부(140)에서 D 플립플랍(124a")의 출력을 모니터링할 필요가 없는 이점이 있다.
그리고, 신호전환부(126)는 상기 예약충전로직부(122)와 메모리성 회로부(124)에서 입력되는 신호에 따라 제1전원(130)의 온/오프 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하게 구성된다.
구체적으로, 상기 신호전환부(126)는 메모리성 회로부(124)에서 2개의 신호를 입력받고 예약충전로직부(122)에서 1개의 신호를 입력받는데, 제2명령전달회로부(124-2)에서 입력되는 신호에 의해 제1신호와 제2신호 중 선택된 하나의 신호를 출력하게 되며, 제1신호를 선택시 제1명령전달회로부(124-1)에서 입력되는 신호를 출력하여 제1전원(130)의 온/오프 동작을 제어하게 되고, 제2신호를 선택시 예약충전로직부(122)에서 입력되는 신호를 출력하여 제1전원(130)의 온/오프 동작을 제어하게 된다.
따라서, 제1명령전달회로부(124-1)에서 입력되는 신호는 제2명령전달회로부(124-2)가 하이 신호를 출력 시에 유효하고, 예약충전로직부(122)에서 입력되는 신호는 제2명령전달회로부(124-2)가 로우 신호를 출력 시에 유효하다.
아울러, 제1제어부(140)에서는 신호전환부(140)로 출력되는 제1 및 제2명령전달회로부(124-1,124-2)의 신호를 피드백하여(모니터링하여) 다음 동작 제어를 위한 판단기준으로 이용한다.
상기와 같이 구성되는 제2제어부(120)의 동작 방식을 크게 4단계로 구분하여 설명하면 다음과 같다.
<제1단계 : CP 신호 입력시>
외부의 전원공급장치(EVSE, 200)가 충전기(OBC, 100)와 연결되어 전원공급장치(EVSE)로부터 CP 신호의 입력시, 제2제어부(120)는 제2전원(110)으로부터 전력을 공급받아 동작을 개시하게 되고, 이때 메모리성 회로부(124)는 사전 셋팅된 바에 의해 제1 및 제2명령전달회로부(124-1,124-2)에서 각각 하이 신호를 출력하고 상기 하이 신호를 입력받은 신호전환부(126)는 제1전원(130)을 온(On) 동작시킨다.
좀더 설명하면, 메모리성 회로부(124)는 CP 신호를 입력받아 작동하는 레귤레이터(124c)에 의해 제1플립플랍(124a)과 제2플립플랍(124b)이 기동되어 각각 사전 셋팅된 하이 신호(도 6 또는 도 9의 출력값 Q 참조)를 출력하게 되며, 상기 하이 신호를 입력받은 신호전환부(126) 내에 아날로그 스위치가 제1명령전달회로부(124-1)와 예약충전로직부(122) 중 제1명령전달회로부(124-1)에 연결되어 제1명령전달회로부(124-1)의 출력(즉, 제1플립플랍의 출력)을 내보내 제1전원(130)을 온(On) 동작시킨다.
이때 제2전원(110)은 하이신호검출부(122a)의 출력이 바로 피드백되어(모니터링되어) CP 신호가 충전기(OBC, 100)에 입력되는 조건에서는 무조건(항시) 온(On) 상태를 유지하게 된다. 다시 말해, 제2전원(110)은 하이신호검출부(122a)가 하이 신호를 출력하는 동안에는 온 상태를 유지하게 된다.
<제2단계 : 예약 충전 모드 진입시>
상기 제1단계에서 온(On) 동작된 제1전원(130)에 의해 제1제어부(140)가 구동되고, 구동된 제1제어부(140)는 충전기(OBC)의 예약 충전 모드로의 진입 여부를 판단한다.
상기 제1제어부(140)는 제1전원(130)이 기설정된 일정시간 이상 온(On) 상태로 유지됨을 인지함에 의해 일반 충전 상태(CP 신호 입력과 동시에 충전을 시작함)가 아니라 예약 충전 모드에 진입한 상태인 것임을 파악한다.
메모리성 회로부(124)는 제1제어부(140)로부터 제어신호가 입력되지 않으면 현재 상태(state)의 출력을 유지(제1전원(130)의 오프시에도 현재 상태의 출력을 유지함)하므로, 외부의 전원공급장치(EVSE, 200)가 충전기(OBC, 100)에 연결되고 CP 신호가 일정시간 이상 직류로 입력시 제2제어부(120)의 신호전환부(126)가 하이 상태로 출력을 유지하여 제1전원(130)의 온(On) 상태를 유지하게 되면, 제1제어부(140)는 충전기(OBC)의 예약 충전 모드 진입을 파악하게 된다.
상기 제1제어부(140)는 충전기(OBC)의 예약 충전 모드 진입을 파악하게 되면 신호전환부(126)의 신호 전환 동작을 위한 제2제어신호를 제2명령전달회로부(124-2)에 입력하고, 신호전환부(126)는 내부의 아날로그 스위치가 예약충전로직부(122)에 연결되어 예약충전로직부(122)의 출력 신호에 따라 제1전원(130)의 동작을 제어한다.
예약 충전 모드 상태에서 CP 신호는 직류의 속성을 가지기 때문에, 상기 예약충전로직부(122)는 로우 신호를 출력하게 되고, 따라서 신호전환부(126)는 로우(혹은 오프) 신호를 출력하게 되며, 제1전원(130)은 오프 상태로 전환된다.
<제3단계 : 예약 충전 해제 및 충전 모드 진입시>
외부의 전원공급장치(EVSE, 200)에 설정된 대기시간이 지나고 전원공급장치(EVSE)로부터 구형파(PWM 신호)의 속성을 갖는 CP 신호가 입력되면, 예약충전로직부(122)는 하이 신호를 출력하게 되고, 이때 신호전환부(126)는 내부의 아날로그 스위치가 예약충전로직부(122)에 연결된 상태이므로 하이 신호를 출력하게 되며, 따라서 제1전원(130)은 온 상태로 전환된다.
온 상태로 전환된 제1전원(130)은 제1제어부(140)를 다시 구동시키고, 구동된 제1제어부(140)는 충전기(OBC) 내부의 회로 중 실제 배터리 충전을 위한 동작을 수행하는 충전회로부(도 4b의 150 참조)를 동작시켜 배터리 충전이 수행되도록 한다.
<제4단계 : 충전 모드 종료시>
제1제어부(140)는 충전기(OBC) 내부에 구비된 충전회로부(150)의 배터리 충전 동작이 완료됨을 인지하게 되면 제2명령전달회로부(124-2)의 출력 신호를 피드백하여(혹은 모니터링하여) 제2명령전달회로부(124-2)의 출력이 하이 신호인지 확인한다. 만약 제2명령전달회로부(124-2)의 출력이 로우 신호이면 제1제어부(140)는 토글링을 수행하여 반전시킨 제2제어신호를 제2명령전달회로부(124-2)에 입력하여 제2명령전달회로부(124-2)가 하이 신호를 출력하게 한다.
다음, 상기 제1제어부(140)는 제1제어신호를 제1명령전달회로부(124-1)에 입력하여 제1명령전달회로부(124-1)의 제1플립플랍(124a)에서 로우 신호가 출력되게 한다.
그럼, 신호전환부(126)는 제1플립플랍(124a)의 출력에 따라 로우 신호를 출력하고, 제1전원(130)은 오프 상태로 전환된다.
이때, 메모리성 회로부(124)는, 전원공급장치(EVSE, 200)로부터 CP 신호의 입력이 중단될(없어질) 때까지, 다시 말해 CP 신호의 입력이 중단되어 제2전원 및 제2제어부(120)의 동작이 중지될 때까지, 제2명령전달회로부(124-2)의 출력을 하이 상태로 유지하고 제1명령전달회로부(124-1)의 출력을 로우 상태로 유지하여 신호전환부(126)의 현재 출력(로우 출력)을 유지시키고, CP 신호의 미입력시 레귤레이터(124c)가 오프되어 제2명령전달회로부(124-2)가 로우 신호를 출력하고 신호전환부(126)가 예약충전로직부(122)의 출력(로우 출력)에 의해 제1전원(130)을 오프 상태로 유지시키고 제2전원(110)을 오프시킨다.
이와 같이 충전 모드 종료시 제1제어부(140)는, 제2제어신호에 의해 제2명령전달회로부(124-2)의 출력을 하이로 출력되게 하여 신호전환부(126)가 제1신호(제1명령전달회로부(124-1)의 출력)를 입력값으로 선택하게 하며, 제1제어신호에 의해 제1명령전달회로부(124-1)의 출력(신호전환부(126)에 입력되는 상기 제1신호)을 로우로 변경시킴으로써 즉시 제1전원(130)이 꺼지도록 할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100 : 충전 장치
110 : 제2전원
120 : 제2제어부
122 : 예약충전로직부
124 : 메모리성 회로부
126 : 신호전환부
130 : 제1전원
140 : 제1제어부
200 : 전원공급장치(EVSE)

Claims (9)

  1. 차량 외부의 전원공급장치로부터 전력을 공급받아 차량에 탑재된 배터리를 충전시키는 차량용 충전 장치에 있어서,
    상기 전원공급장치로부터 CP(Control Pilot) 신호가 입력됨과 동시에 온(On) 동작하는 제2전원;
    상기 제2전원으로부터 전력을 공급받아 동작하고, 하기 제1전원의 온/오프 동작을 제어하는 제2제어부;
    상기 제2제어부에 의해 온(On) 동작하여 하기 제1제어부를 온(On) 동작시키는 제1전원;
    상기 제1전원에 의해 온(On) 동작하고, 상기 제2제어부로 제1전원의 온/오프 제어에 관련된 제어신호를 출력하는 제1제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2제어부는,
    전원공급장치로부터 입력되는 CP 신호의 속성을 검출하여 제1전원의 온/오프 제어에 관련된 신호를 출력하는 예약충전로직부;
    제1제어부의 제어신호를 입력받아 하기 신호전환부의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호와 제1전원의 온/오프 제어에 관련된 신호를 출력하는 메모리성 회로부;
    상기 예약충전로직부와 메모리성 회로부의 출력 신호를 입력받아 제1전원의 온/오프를 위한 신호를 출력하는 신호전환부;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 메모리성 회로부는, 제1제어부의 제어신호를 입력받아 신호전환부의 신호 선택 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 제1명령전달회로부와, 제1제어부의 제어신호를 입력받아 제1전원의 온/오프 동작 제어를 위한 신호를 출력하는 제2명령전달회로부로 구성된 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 메모리성 회로부는 초기 동작시 제1명령전달회로부 및 제2명령전달회로부가 신호전환부로 하이 신호를 출력하도록 셋팅되어서 신호전환부가 제1전원을 온(On) 동작시킬 수 있게 된 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1제어부는 제1전원이 설정된 일정시간 이상 온(On) 상태를 유지하면, 신호전환부가 예약충전로직부의 출력신호를 선택하도록 하기 위한 제어신호를 제2명령전달회로부에 입력하고, 예약충전로직부는 CP 신호의 속성에 의해 로우 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 신호전환부가 예약충전로직부에 연결된 상태에서, CP 신호가 구형파의 속성을 갖고 인가되어 예약충전로직부가 하이 신호를 출력하면, 상기 신호전환부가 하이 신호를 출력하게 되어 제1전원이 온(On) 되는 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 예약충전로직부는 CP 신호의 입력시 서로 다른 상태의 신호를 검출하는 하이신호검출부와 로우신호검출부를 이용하여 상기 CP 신호가 구형파일 때만 하이 신호를 출력할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 예약충전로직부는 CP 신호의 하이(HIGH) 신호가 입력될 때에만 하이(HIGH) 출력을 내보내는 하이신호검출부와 CP 신호의 로우(LOW) 신호가 입력될 때에만 하이(HIGH) 출력을 내보내는 로우신호검출부 및 상기 하이신호검출부와 로우신호검출부의 출력이 모두 하이(HIGH)일 때만 하이(HIGH) 신호를 출력하는 앤드게이트로 구성된 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호전환부는 제1명령전달회로부로부터 입력되는 신호에 의해 제2명령전달회로부의 출력 신호와 예약충전로직부의 출력 신호 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택한 출력 신호에 의해 제1전원의 온/오프 동작을 위한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 예약 충전 기능 구현을 위한 내장 회로를 갖는 차량용 충전 장치.

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