KR20220070798A - 전기 자동차 충전 컨트롤러 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 전기 자동차에 포함된 제1 전원으로부터 제1 전압을 입력받아 전기 자동차 전원공급장치로 상기 제1 전압을 공급하는 제1 모드 및 상기 전기 자동차 전원공급장치에 포함된 제2 전원으로부터 제2 전압을 입력받는 제2 모드 중 어느 하나에 따라 구동하는 신호부; 상기 제1 모드에서 제1 감지 지점으로부터 제1 감지 신호를 측정하는 제1 감지부; 상기 제2 모드에서 제2 감지 지점에서 제2 감지 신호를 측정하는 제2 감지부; 및 상기 제1 감지 지점과 상기 제2 감지 지점 사이에 배치되며, 기 설정된 전기 자동차 충전 시퀀스에 따라 턴온 또는 턴오프되는 스위칭부;를 포함한다.
Description
실시 예는 전기 자동차 충전 컨트롤러에 관한 것이다.
전기 자동차(Electric Vehicle, EV) 또는 플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV)와 같은 친환경 자동차는 배터리 충전을 위하여 충전소에 설치된 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)를 이용한다.
이를 위하여, 전기 자동차 충전 장치(Electric Vehicle Charging Controller, EVCC)는 EV 내에 탑재되며, EV 및 EVSE와 통신하며, 전기 자동차의 충전을 제어한다.
예를 들어, EVCC가 전기 자동차로부터 충전 시작을 지시하는 신호를 수신하면, 충전을 시작하도록 제어할 수 있으며, 전기 자동차로부터 충전 종료를 지시하는 신호를 수신하면, 충전을 종료하도록 제어할 수 있다.
전기 자동차의 충전 방법은 충전 시간에 따라 급속 충전과 완속 충전으로 구분될 수 있다. 급속 충전의 경우에는, 충전기에서 공급되는 직류 전류에 의하여 배터리가 충전되고, 완속 충전의 경우에는 충전기에 공급되는 교류 전류에 의하여 배터리가 충전된다. 따라서 급속 충전에 사용되는 충전기를 급속 충전기 또는 직류 충전기라 칭하고, 완속 충전에 사용되는 충전기를 완속 충전기 또는 교류 충전기라 칭한다.
전기 자동차 충전 시스템은 충전 방법에 따른 구분뿐만 아니라 다양한 표준 규격으로 구분될 수 있다. 예를 들어, CHAdeMO, GB/T, chaoji와 같은 명칭의 다양한 표준 규격이 존재한다. 하지만, 이러한 표준 규격들은 서로 통일되지 못하고 각각이 다른 하드웨어와 충전 프로세스를 채택하고 있어, 호환이 어렵다는 문제점이 있다.
실시 예는 서로 다른 표준 규격의 전기 자동차 충전 시스템에 호환이 가능한 전기 자동차 충전 컨트롤러를 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러는 전기 자동차에 포함된 제1 전원으로부터 제1 전압을 입력받아 전기 자동차 전원공급장치로 상기 제1 전압을 공급하는 제1 모드 및 상기 전기 자동차 전원공급장치에 포함된 제2 전원으로부터 제2 전압을 입력받는 제2 모드 중 어느 하나에 따라 구동하는 신호부; 상기 제1 모드에서 제1 감지 지점으로부터 제1 감지 신호를 측정하는 제1 감지부; 상기 제2 모드에서 제2 감지 지점에서 제2 감지 신호를 측정하는 제2 감지부; 및 상기 제1 감지 지점과 상기 제2 감지 지점 사이에 배치되며, 기 설정된 전기 자동차 충전 시퀀스에 따라 턴온 또는 턴오프되는 스위칭부;를 포함한다.
상기 제1 감지 지점은, 상기 스위칭부와 상기 제1 전원 사이에 배치되고, 상기 제2 감지 지점은, 상기 스위칭부와 상기 신호부 사이에 배치될 수 있다.
상기 신호부는, 상기 스위칭부가 턴온되면, 상기 제1 모드에 따라 구동되고, 상기 스위칭부가 턴오프되면, 상기 제2 모드에 따라 구동될 수 있다.
상기 신호부는, 제1 기생 다이오드를 포함하는 제1 스위칭 소자; 및 제2 기생 다이오드를 포함하는 제2 스위칭 소자;를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위칭 소자는, 소스 단자가 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되며, 상기 제1 기생 다이오드는, 애노드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결될 수 있다.
상기 제2 스위칭 소자는, 드레인 단자가 상기 스위칭부와 연결되고, 소스 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되며, 상기 제2 기생 다이오드는, 애노드 단자가 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결될 수 있다.
상기 신호부는, 상기 제1 모드로 구동시, 상기 제1 전원에 의해 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 턴온되고, 상기 제2 모드로 구동시, 상기 제2 전원에 의해 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 턴온될 수 있다.
상기 제1 스위칭 소자는, 상기 제1 모드로 구동시, 드레인 단자가 상기 전기 자동차 전원공급장치의 제2 접지 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 스위칭 소자는, 상기 제2 모드로 구동시, 드레인 단자가 상기 전기 자동차 전원공급장치의 제2 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 신호부는, 캐소드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되고, 애노드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자 및 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되는 다이오드 소자를 포함할 수 있다.
상기 신호부는, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자와 상기 전기 자동차의 제1 접지 단자 사이에 배치되고, 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드로 구동시 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자를 상기 제1 접지 단자와 연결시키는 스위치 회로를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용할 경우 전기 자동차 전원공급장치와 전기 자동차의 충전 표준 규격이 상이하더라도 충전 시퀀스를 수행할 수 있어 높은 호환성을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템의 간략한 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 모드에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 일부를 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 모드에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 9은 도 8의 일부를 확대한 도면이다.
도 10은 신호부의 제3 스위칭 소자가 턴오프 된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템의 간략한 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 모드에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 일부를 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 모드에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 9은 도 8의 일부를 확대한 도면이다.
도 10은 신호부의 제3 스위칭 소자가 턴오프 된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 에너지를 동력으로 동작하는 전기 자동차의 배터리 충전을 위한 시스템을 의미할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 자동차 전원공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE, 10) 및 전기 자동차(Electric Vehicle, EV, 20)를 포함할 수 있다.
전기 자동차 전원공급장치(10)는 AC 또는 DC 전력을 공급하는 설비이며, 충전소에 배치되거나, 가정 내에 배치될 수 있으며, 휴대 가능하도록 구현될 수도 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 충전소(supply), AC 충전소(AC supply) 및 DC 충전소(DC supply) 등과 혼용될 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원 측으로부터 AC 또는 DC 전력을 공급받을 수 있다. 주전원은 전력 계통 등을 포함할 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 AC 또는 DC 전력을 변압하거나 변환하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다.
전기 자동차(20)는 탑재된 배터리로부터 에너지의 전부 혹은 일부를 공급받아 동작하는 자동차를 의미한다. 전기 자동차(20)는 배터리에 충전된 전기 에너지만으로 주행하는 전기 자동차뿐만 아니라, 화석 연료를 이용하는 엔진을 병행하여 주행하는 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함할 수 있다. 전기 자동차(20)에 구비된 배터리는 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 전기 자동차 전원공급장치(10, Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE), 케이블(50, cable), 커넥터(51, connector), 인렛(53, inlet), 정션 박스(100, junction box), 전기 자동차 충전 컨트롤러(200, Electric Vehicle Charging Controller, EVCC), 배터리(300), 배터리 관리 시스템(400, Battery Management System, BMS) 및 통합 전력 제어 장치(500, Electric Power Control Unit, EPCU)을 포함할 수 있다. 전기 자동차 충전 시스템에 포함된 구성은 전기 자동차 전원공급장치(10) 측(EVSE side)의 구성과 전기 자동차(20) 측(EV side)의 구성으로 구분될 수 있다. 전기 자동차 전원공급장치(10) 측의 구성은 전기 자동차 전원공급장치(10), 케이블(50) 및 커넥터(51)를 포함할 수 있다. 전기 자동차 측의 구성은 인렛(53), 정션 박스(100), 전기 자동차 충전 컨트롤러(200), 배터리(300), 배터리 관리 시스템(400) 및 통합 전력 제어 장치(500)를 포함할 수 있다. 이러한 구분은 설명의 편의를 위한 것으로서 한정되는 것은 아니다.
우선, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 전기 자동차의 배터리(300)를 충전하기 위한 전력을 공급한다. 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원(예를 들어, 전력 계통)으로부터 공급받은 전력을 전기 자동차(20)로 전달할 수 있다. 이때, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 전력을 감압하거나 변환하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)가 AC 전력을 전기 자동차(20)에 공급하는 경우, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 AC 전력을 변압하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다. 다른 실시예로, 전기 자동차 전원공급장치(10)가 DC 전력을 전기 자동차(20)에 공급하는 경우, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 주전원으로부터 공급받은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 전기 자동차(20)에 공급할 수 있다. 전력의 변압이나 변환을 위하여, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 전력 변환 장치를 구비할 수 있다. 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 정류기(rectifier), 절연 변압기(isolation transformer), 인버터(inverter), 컨버터(converter) 등을 포함할 수 있다.
전기 자동차 전원공급장치(10)는 전기 자동차(20)의 배터리(300)를 충전하는데 필요한 다양한 제어 신호를 송수신하고 배터리 충전 프로세스를 제어하기 위한 충전 제어장치를 포함할 수 있다. 충전 제어장치는 전기 자동차(20)와 제어 신호를 송수신하며 배터리 충전 프로세스를 수행할 수 있다. 제어 신호는 충전 준비, 충전 종료, 근접 검출 등의 정보를 포함할 수 있다. 충전 제어장치는 전기 자동차(20)와 통신하기 위한 통신장치를 포함할 수 있다. 통신장치는 전력선 통신(power line communication, PLC), 계측 제어기 통신망(controller area network, CAN) 등을 이용하여 전기 자동차(20)와 통신할 수 있다. 통신장치는 충전 제어장치에 포함될 수도 있고, 별도로 분리되어 구성될 수도 있다.
다음으로, 케이블(50), 커넥터(51) 및 인렛(53)은 전기 자동차 전원공급장치(10)와 전기 자동차를 전기적으로 연결한다.
케이블(50)은 전기 자동차 전원공급장치(10)와 전기 자동차(20) 사이에서 전력 및 신호를 전달한다. 케이블(50)은 전력을 전달하는 전력선, 충전에 관련한 제어 신호를 전달하는 신호선, 접지를 연결하는 접지선 등을 포함할 수 있다.
케이블(50)은 전기 자동차 전원공급장치(10)와 연결된다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)와 케이블(50)은 별도의 연결 구성 없이 직접 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전기 자동차 전원공급장치(10)와 케이블(50)은 전기 자동차 전원공급장치(10)에 구비된 소켓-아웃렛(socket-outlet)과 케이블(50)에 구비된 플러그(plug)의 결합을 통해 연결될 수 있다.
커넥터(51)는 케이블(50)에 연결될 수 있으며, 인렛(53)은 전기 자동차(20)에 구비될 수 있다. 커넥터(51)와 인렛(53)을 묶어 커플러(coupler)로 명명할 수 있다. 커넥터(51)와 인렛(53)은 서로 결합 가능한 구조로서, 커넥터(51)와 인렛(53)의 결합을 통해 전기 자동차(20)와 전기 자동차 전원공급장치(10)가 전기적으로 연결될 수 있다. 인렛(53)과 커넥터(51)는 직접 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 어댑터(adaptor, 52)를 통해 연결될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 어댑터(52)는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 규격과 전기 자동차(20) 사이의 충전 규격이 상이하여 커넥터(51)와 인렛(53)이 직접 연결될 수 없을 때 이용될 수 있다. 예를 들어, CHAdeMO 표준 스펙에 따른 전기 자동차 전원공급장치(10)의 커넥터(51)와 chaoji 표준 스펙에 따른 전기 자동차(20)의 인렛(53)을 연결하기 위하여, 어댑터(52)가 이용될 수 있다.
커넥터(51)와 인렛(53)은 서로 결합될 수 있는 복수의 핀(pin)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 복수의 핀 중 하나는 전기 자동차 전원공급장치(10)와 전기 자동차 충전 컨트롤러(200) 사이에 CP(Control Pilot) 신호가 전송되는 CP 포트용 핀일 수 있고, 다른 하나는 커넥터(51)와 인렛(53)의 근접 여부를 감지하는 PD(Proximity Detection) 포트용 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 보호 접지와 연결되는 보호 접지(Protective Earth, PE) 포트용 핀일 수 있다. 복수의 핀 중 또 다른 하나는 주유구 플랩(flap)을 열기 위한 모터를 구동시키기 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 모터를 센싱하기 위한 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 온도 센싱을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 엘이디 센싱을 위한 핀일 수 있고, 또 다른 하나는 캔(CAN) 통신을 위한 핀일 수 있다. 복수의 핀 중 하나는 전기 자동차(20) 내 충돌 감지 센서로부터 인가되는 전압 라인용 핀일 수 있고, 다른 하나는 전기 자동차(20)에 충전 전력을 공급하는 배터리 핀일 수 있으며, 또 다른 하나는 고전압 보호용 핀일 수 있다. 그러나, 핀의 개수 및 기능은 이로 제한되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
정션 박스(100)는 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 공급된 전력을 배터리(300)에 전달한다. 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 공급되는 전력은 고전압으로서 이를 배터리(300)에 직접 공급하게 되면 돌입 전류로 인하여 배터리(300)가 손상될 수 있다. 정션 박스(100)는 돌입 전류에 의한 배터리 손상을 방지하기 위하여 적어도 하나의 릴레이(relay)를 포함할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)의 배터리 충전에 관한 프로세스의 일부 또는 전부를 제어할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 통신 컨트롤러(Electric Vehicle Communication Controller, EVCC)로 명명될 수도 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 전원공급장치(10)와 통신할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 전원공급장치(10)로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 송수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차 전원공급장치(10)에 구비된 충전 제어 장치와 통신할 수 있으며, 충전 제어 장치로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 송수신할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)와 통신할 수 있다. 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)의 배터리 관리 시스템(400)과 통신할 수 있으며, 배터리 관리 시스템(400)으로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 수신할 수도 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 전기 자동차(20)의 통합 전력 제어 장치(500)와 통신할 수 있으며, 통합 전력 제어 장치(500)로부터 배터리 충전 프로세스에 관한 제어 명령을 수신할 수 있다.
전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 상기의 기능을 수행하기 위하여 마이크로 컨트롤러(micro controller unit, MCU), 통신 장치, 릴레이 장치 등을 구비할 수 있다.
배터리 관리 시스템(400)은 전기 자동차(20) 내 배터리(300)의 에너지 상태를 관리한다. 배터리 관리 시스템(400)은 배터리(300)의 사용 현황을 모니터링하고 효율적인 에너지 분배를 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(400)은 에너지의 효율적인 사용을 위해 전기 자동차(20)의 가용 전력 상황을 차량 통합 제어기 및 인버터 등에 전송할 수 있다. 다른 예로, 배터리 관리 시스템(400)은 배터리(300)의 각 셀 당 전압 편차를 보정하거나 배터리(300)를 적정 온도로 유지하기 위하여 냉각팬을 구동할 수 있다.
통합 전력 제어 장치(500)는 모터의 제어를 포함하여 전기 자동차의 전반적인 움직임을 제어하는 장치이다. 통합 전력 제어 장치(500)는 모터 제어 장치(Motor Control Unit, MCU), 저전압 직류 변환 장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC), 차량 통합 제어기(Vehicle Control Unit, VCU)를 포함할 수 있다. 모터 제어 장치는 인버터(Inverter)로 명명될 수 있다. 모터 제어 장치는 배터리로부터 직류 전원을 수신하여 3상 교류 전원으로 변환시킬 수 있으며, 차량 통합 제어기의 명령에 따라 모터를 제어할 수 있다. 저전압 직류 변환 장치는 고전압 전원을 저전압(예를 들어, 12[V]) 전원으로 변환하여 전기 자동차(20)의 각 부품에 공급할 수 있다. 차량 통합 제어기는 전기 자동차(20) 전반에 관한 시스템의 성능을 유지하는 역할을 한다. 차량 통합 제어기는 모터 제어 장치, 배터리 관리 시스템(400) 등 다양한 장치들과 함께 충전, 주행 등 다양한 기능을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)는 신호부(210), 제1 감지부(220), 제2 감지부(230) 및 스위칭부(240)를 포함할 수 있다.
신호부(210), 제1 감지부(220), 제2 감지부(230) 및 스위칭부(240)는 인렛에 포함된 복수의 포트 중 어느 하나의 포트와 연결될 수 있다. 일 예로, 신호부(210), 제1 감지부(220), 제2 감지부(230) 및 스위칭부(240)는 인렛의 CC2 포트와 연결될 수 있다. 즉, 신호부(210), 제1 감지부(220), 제2 감지부(230) 및 스위칭부(240)는 인렛의 CC2 포트와 연결된 전기적 라인 상에 연결된 회로일 수 있다.
신호부(210)는 제1 모드 및 제2 모드 중 어느 하나의 모드에 따라 구동될 수 있다. 신호부(210)는 전기 자동차에 포함된 제1 전원으로부터 제1 전압을 입력받아 전기 자동차 전원공급장치로 제1 전압을 공급하는 제1 모드 및 전기 자동차 전원공급장치에 포함된 제2 전원으로부터 제2 전압을 입력받는 제2 모드 중 어느 하나에 따라 구동할 수 있다. 신호부(210)는, 스위칭부(240)가 턴온되면, 제1 모드에 따라 구동되고, 스위칭부(240)가 턴오프되면, 제2 모드에 따라 구동될 수 있다. 실시예에 따르면, 제1 모드 및 제2 모드는 다양한 전기 자동차 충전의 표준 규격에서 선택적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 충전 표준 규격에서 신호부와 연결된 포트가 전기 자동차로부터 공급된 전원을 통해 전기 자동차 전원공급장치로 전달하는 포트(즉, 출력 포트)로 이용될 경우에는 제1 모드에 따라 구동될 수 있고, 다른 충전 표준 규격에서 신호부와 연결된 포트가 전기 자동차 전원공급장치로부터 공급된 전원을 전기 자동차로 전달하는 포트(즉, 입력 포트)로 이용될 경우에는 제1 모드에 따라 구동될 수 있다. 이와 같이, 신호부(210)가 다양한 모드로 동작할 수 있음에 따라 서로 다른 충전 표준 규격에서도 어댑터로 인렛과 커넥터를 연결하기만 하면 충전 시퀀스 수행이 가능할 수 있다.
신호부(210)는 제1 모드 또는 제2 모드 중 어느 하나의 모드에 따라 구동하기 위하여 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자는 제1 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 제1 스위칭 소자는, 소스 단자가 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드는 애노드 단자가 제1 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자는 제1 모드로 구동시, 드레인 단자가 전기 자동차 전원공급장치의 제2 접지 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자는 제2 모드로 구동시, 드레인 단자가 전기 자동차 전원공급장치의 제2 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 스위칭 소자는 제2 기생 다이오드를 포함할 수 있다. 제2 스위칭 소자는, 드레인 단자가 스위칭부(240)와 연결되고, 소스 단자가 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드는, 애노드 단자가 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결될 수 있다.
신호부(210)는, 제1 모드로 구동시, 제1 전원에 의해 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 턴온되고, 제2 모드로 구동시, 제2 전원에 의해 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 턴온될 수 있다.
신호부(210)는 다이오드 소자를 더 포함할 수 있다. 다이오드 소자는, 캐소드 단자가 제1 스위칭 소자의 소스 단자 및 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되고, 애노드 단자가 제1 스위칭 소자의 게이트 단자 및 제2 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결될 수 있다. 다이오드 소자는 제너 다이오드일 수 있다.
신호부(210)는 스위치 회로를 더 포함할 수 있다. 스위치 회로는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자와 전기 자동차의 제2 접지 단자 사이에 배치되고, 제1 모드 또는 제2 모드로 구동시 제1 스위칭 소자의 게이트 단자와 제2 스위칭 소자의 게이트 단자를 제1 접지 단자와 연결시킬 수 있다.
제1 감지부(220)는 제1 모드에서 제1 감지 지점으로부터 제1 감지 신호를 측정할 수 있다. 제1 감지 지점은 스위칭부(240)와 제1 전원 사이에 배치될 수 있다.
제2 감지부(230)는 제2 모드에서 제2 감지 지점에서 제2 감지 신호를 측정할 수 있다. 제2 감지 지점은 스위칭부(240)와 신호부(210) 사이에 배치될 수 있다.
스위칭부(240)는 제1 감지 지점과 제2 감지 지점 사이에 배치되며, 기 설정된 전기 자동차 충전 시퀀스에 따라 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템의 간략한 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 전기 자동차(20) 충전 시스템의 일부 회로를 도시한 것이며, 도 4에 도시된 구성 이외에도 다양한 구성들이 전기 자동차(20) 충전 시스템에 포함될 수 있다.
도 4를 참조하면, 전기 자동차 충전 설비 측의 전기 자동차 전원공급장치(10)와 커넥터(51)는 5개의 라인을 포함할 수 있고, 커넥터(51)는 5개의 포트(1 내지 5)를 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 전기 자동차(20) 측의 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)와 인렛(53)은 3개의 라인을 포함할 수 있고, 인렛(53)은 3개의 포트(6 내지 8)를 포함할 수 있다. 커넥터(51)와 인렛(53)은 기능적으로 대응하는 포트의 개수가 서로 상이한바, 어댑터(52)를 통해 서로 연결될 수 있다. 한편, 도 4에서는 본 발명의 설명을 위하여 전기 자동차 전원공급장치(10) 및 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)의 라인과 커넥터(51) 및 인렛(53)의 포트의 개수를 한정하고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 도 4에서 도시된 라인 및 포트 이외에도 추가적인 라인 및 포트를 포함할 수 있다.
커넥터(51)의 제1 포트(1)는 인렛(53)의 제6 포트(6)와 어댑터(52)를 통해 연결될 수 있다. 커넥터(51)의 제1 포트(1)는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2)와 전기적으로 연결될 수 있다.
커넥터(51)의 제2 포트(2)는 인렛(53)의 제7 포트(7)와 어댑터(52)를 통해 연결될 수 있다. 커넥터(51)의 제2 포트(2)는 커넥터(51)의 제2 전원(V2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제2 전원(V2)으로부터 공급된 전력이 커넥터(51)의 제2 포트(2) 및 인렛(53)의 제7 포트(7)를 통해 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)의 회로부(CIRCUIT)로 전달될 수 있다. 커넥터(51)의 제2 포트(2)와 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2) 사이에는 제3 감지 지점(DP3)이 배치될 수 있다 제3 감지 지점(DP3)과 전기적으로 연결된 감지 회로(미도시)는 제3 감지 신호를 감지하고, 제3 감지 신호를 전기 자동차 전원공급장치(10)의 마이크로컨트롤러로 전송할 수 있다. 제3 감지 지점(DP3)과 제2 전원(V2) 사이에는 저항 소자가 배치될 수도 있으며, 저항 소자는 제3 감지 신호가 전기 자동차 충전 시퀀스에 따른 전압값으로 측정될 수 있도록 소정의 저항값을 가질 수 있다.
커넥터(51)의 제3 포트(3)는 인렛(53)의 제8 포트(8)와 어댑터(52)를 통해 연결될 수 있다. 커넥터(51)의 제3 포트(3)는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 포트(3)와 제2 접지 단자(EARTH2) 사이에는 저항 소자가 배치될 수도 있다.
커넥터(51)의 제4 포트(4)는 인렛(53)의 제6 포트(6)와 어댑터(52)를 통해 연결될 수 있다. 커넥터(51)의 제4 포트(4)는 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 포트(4)와 제2 접지 단자(EARTH2) 사이에는 스위치 소자(D2)가 배치될 수 있다. 스위치 소자(D2)는 전기 자동차 충전 시퀀스에 따라 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
커넥터(51)의 제5 포트(5)는 인렛(53)의 제8 포트(8)와 어댑터(52)를 통해 연결될 수 있다. 커넥터(51)의 제5 포트(5)는 커넥터(51)의 제2 전원(V2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥터(51)의 제5 포트(5)와 제2 전원(V2) 사이에는 스위치 소자(D1)가 배치될 수 있다. 스위치 소자(D1)는 전기 자동차 충전 시퀀스에 따라 턴온 또는 턴오프될 수 있다.
인렛(53)의 제6 포트(6)는 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 제1 접지 단자(EARTH1)와 제2 접지 단자(EARTH2)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
인렛(53)의 제7 포트(7)는 전기 자동차(20)의 회로부와 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 자동차(20)의 회로부는 기 설정된 전기 자동차(20) 충전 시퀀스에 따라 온/오프 되는 스위치 소자를 포함할 수 있다.
인렛(53)의 제8 포트(8)는 전기 자동차(20)의 제1 전원(V1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 인렛(53)의 제8 포트(8)와 제1 전원(V1) 사이에는 신호부(210) 및 스위칭부(240)가 전기적으로 연결될 수 있다. 스위칭부(240)와 제1 전원(V1) 사이에는 제1 감지 지점(DP1)이 배치되고, 스위칭부(240)와 신호부(210) 사이에는 제2 감지 지점(DP2)이 배치될 수 있다. 제1 감지부(220)는 제1 감지 지점(DP1)과 전기적으로 연결되어 제1 감지 신호를 감지하고, 제1 감지 신호를 전기 자동차(20)의 마이크로 컨트롤러로 전송할 수 있다. 제2 감지부(230)는 제2 감지 지점(DP2)과 전기적으로 연결되어 제2 감지 신호를 감지하고, 제2 감지 신호를 전기 자동차(20)의 마이크로 컨트롤러로 전송할 수 있다. 제1 감지 지점(DP1)과 제1 전원(V1) 사이에는 저항 소자가 배치될 수 있으며, 저항 소자는 제1 감지 신호가 전기 자동차 충전 시퀀스에 따른 전압값으로 측정될 수 있도록 소정의 저항값을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 신호부(210)는 스위칭 소자, 다이오드 소자 및 저항 소자를 포함할 수 있다. 실시예에 따르면, 신호부(210)는 제1 내지 제3 스위칭 소자(SW1 내지 SW3), 제1 다이오드 소자(Z1), 제1 내지 제4 저항 소자(R1 내지 R4)를 포함할 수 있다. 제1 다이오드 소자(Z1)는 제너 다이오드(zener diode) 소자일 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)는 FET(field effect transistor)일 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)일 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 제1 기생 다이오드(PD1)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)는 드레인 단자(D)가 인렛(53)에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 드레인 단자(D)가 인렛(53)에 포함된 포트 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 소스 단자(S)가 제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 소스 단자(S)가 제1 다이오드 소자(Z1)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 소스 단자(S)가 제1 저항 소자(R1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 게이트 단자(G)가 제2 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자(G)에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 게이트 단자(G)가 제1 다이오드 소자(Z1)의 애노드 단자에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 소스 단자(S)가 제1 저항 소자(R1)의 제2단에 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)는 소스 단자(S)가 제2 저항 소자(R2)의 제1단에 연결될 수 있다.
제1 기생 다이오드(PD1)는 애노드 단자가 제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단자(D)에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 애노드 단자가 인렛(53)에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 애노드 단자가 인렛(53)에 포함된 포트 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 캐소드 단자가 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 캐소드 단자가 제1 다이오드 소자(Z1)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 캐소드 단자가 제1 저항 소자(R1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 캐소드 단자가 제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 제1 기생 다이오드(PD1)는 캐소드 단자가 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다.
제2 스위칭 소자(SW2)는 FET(field effect transistor)일 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)일 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 제2 기생 다이오드(PD2)를 포함할 수 있다.
제2 스위칭 소자(SW2)는 드레인 단자(D)가 스위칭부(240)에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 드레인 단자(D)가 제2 감지부(230)에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 드레인 단자(D)가 제2 감지 지점(DP2)에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 소스 단자(S)가 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 소스 단자(S)가 제1 다이오드 소자(Z1)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 소스 단자(S)가 제1 저항 소자(R1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 게이트 단자(G)가 제1 스위칭 소자(SW1)의 게이트 단자(G)에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 게이트 단자(G)가 제1 다이오드 소자(Z1)의 애노드 단자에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 소스 단자(S)가 제1 저항 소자(R1)의 제2단에 연결될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)는 소스 단자(S)가 제2 저항 소자(R2)의 제1단에 연결될 수 있다.
제2 기생 다이오드(PD2)는 애노드 단자가 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 애노드 단자가 스위칭부(240)에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 애노드 단자가 제2 감지부(230)에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 애노드 단자가 제2 감지 지점(DP2)에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 캐소드 단자가 제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 캐소드 단자가 제1 다이오드 소자(Z1)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 캐소드 단자가 제1 저항 소자(R1)의 제1단에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 캐소드 단자가 제1 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)에 연결될 수 있다. 제2 기생 다이오드(PD2)는 캐소드 단자가 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다.
제3 스위칭 소자(SW3)는 BJT(Bipolar Junction Transistor)일 수 있다. 제3 스위칭 소자(SW3)의 컬렉터 단자(C)는 제2 저항 소자(R2)의 제2단에 연결될 수 있다. 제3 스위칭 소자(SW3)의 베이스 단자(B)는 제3 저항 소자(R3)의 제1단에 연결될 수 있다. 제3 스위칭 소자(SW3)의 베이스 단자(B)는 제4 저항 소자(R4)의 제1단에 연결될 수 있다. 제3 스위칭 소자(SW3)의 에미터 단자(E)는 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1)와 연결될 수 있다. 제3 스위칭 소자(SW3)의 에미터 단자(E)는 제3 저항 소자(R3)의 제2단에 연결될 수 있다. 한편, 제4 저항 소자(R4)는 제2단이 마이크로 컨트롤러(MCU1)와 연결될 수 있다. 제3 스위칭 소자(SW3), 제2 내지 제4 저항 소자(R2 내지 R4)를 포함하여 스위치 회로로 불릴 수 있다. 스위치 회로는 신호부의 제어 기능을 가질 뿐만 아니라, 제어를 수행하는 마이크로 컨트롤러(MCU1)가 제1 전원(V1)이나 제2 전원(V2)에 의해 발생하는 돌입 전류 등에 의해 손상을 입는 경우를 방지할 수 있다.
제2 감지부(230)는 저항 소자, 캐패시터 소자 및 다이오드 소자를 포함할 수 있다. 제2 감지부(230)는 제5 저항 소자(R5), 제6 저항 소자(R6), 제1 캐패시터 소자(C) 및 제2 다이오드 소자(Z2)를 포함할 수 있다.
제5 저항 소자(R5)는 제1단이 신호부(210)에 연결될 수 있다. 제5 저항 소자(R5)는 제1단이 스위칭부(240)에 연결될 수 있다. 제5 저항 소자(R5)는 제1단이 제2 감지 지점(DP2)에 연결될 수 있다. 제5 저항 소자(R5)는 제2단이 제6 저항 소자(R6)의 제1단에 연결될 수 있다. 제5 저항 소자(R5)는 제2단이 제1 캐패시터 소자(C)의 제1단에 연결될 수 있다. 제5 저항 소자(R5)는 제2단이 제2 다이오드 소자(Z2)의 캐소드 단자에 연결될 수 있다. 제5 저항 소자(R5)는 제2단이 마이크로 컨트롤러(MCU1)에 연결될 수 있다.
제6 저항 소자(R6)의 제2단, 제1 캐패시터 소자(C)의 제2단 및 제2 다이오드 소자(Z2)의 애노드 단자는 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1)에 연결될 수 있다.
제1 감지부(220)의 회로는 제2 감지부(230)의 회로 구성과 동일할 수 있다. 제1 감지부(220)는 일단이 스위칭 소자에 연결될 수 있고 다른 일단이 마이크로 컨트롤러(MCU1)에 연결될 수 있다.
스위칭부(240)는 제1단이 제2 감지 지점(DP2)에 연결되고 제2단이 제1 감지 지점(DP1)에 연결될 수 있다. 스위칭부(240)가 턴온되면 제1 감지 지점(DP1)과 제2 감지 지점(DP2)이 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 스위칭부(240)가 턴오프되면 제1 감지 지점(DP1)과 제2 감지 지점(DP2)이 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
한편, 마이크로 컨트롤러(MCU1)는 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)에 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 마이크로 컨트롤러(MCU1)는 전기 자동차 충전 컨트롤러(200)의 외부에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 마이크로 컨트롤러(MCU1)는 전기 자동차(20)의 배터리 관리 시스템(BMS)에 배치될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 모드에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다. 도 7은 도 6의 일부를 확대한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 모드에서, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 스위치 D1 및 스위치 D2가 개방될 수 있다. 그리고, 스위칭부(240)는 턴온될 수 있다. 그러면, 전기 자동차(20)의 제1 전원(V1)과 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2) 사이에 폐회로가 형성될 수 있다. 즉, 전기 자동차(20)의 제1 전원(V1)에서 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2) 방향으로 전류(I1)가 형성될 수 있다. 이때, 제1 감지부(220)는 제1 감지 지점(DP1)을 계측하여 제1 감지 신호를 생성하여 마이크로 컨트롤러(MCU1)로 전송할 수 있다.
도 7을 참조하여, 제1 모드에서 신호부(210)의 동작을 구체적으로 살펴본다.
제1 모드 구동시, 마이크로 컨트롤러(MCU1)의 제어 신호에 의해 제3 스위칭 소자(SW3)가 턴온될 수 있다. 이를 통해, 제1 스위칭 소자(SW1) 의 게이트 단자(G) 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자(G)는 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 모드에서는 제1 전원(V1)에 의해 전압을 공급받으므로, 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)에는 제1 전원(V1)에 의해 공급된 전압이 인가될 수 있다. 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)는 제2 기생 다이오드(PD2)의 애노드 단자와 연결되고, 제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)는 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자와 연결되므로, 제2 기생 다이오드(PD2)에 순방향 바이어스로 전압이 인가될 수 있다. 제1 전원(V1)에 의해 공급된 전압에 의해 제2 기생 다이오드(PD2)는 애노드 단자에서 캐소드 단자로 전류가 흐르고, 제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)에는 제1 전원(V1)에 기초하여 전압이 인가될 수 있다. 이때, 제2 기생 다이오드(PD2)에 의해 제2 기생 다이오드(PD2)의 애노드 단자에 인가되는 전압이 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자에 인가되는 전압보다 클 수 있다.
제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)와 게이트 단자(G) 사이에는 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)가 배치될 수 있으며, 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자에 인가된 전압과 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)에 의해 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시키는 구동 전압이 형성될 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)는 제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)와 연결되고, 제1 스위칭 소자(SW1)의 게이트 단자(G)는 제2 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자(G)와 연결되므로, 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자(즉, 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S))에는 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자에 인가되는 전압과 동일한 전압이 인가될 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)와 게이트 단자(G) 사이에는 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)가 배치될 수 있으며, 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자에 인가된 전압과 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)에 의해 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시키는 구동 전압이 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 도통되고 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 도통됨으로써 스위칭부(240)와 인렛(53)의 포트 사이는 전기적으로 연결되어 전류(I1)가 흐르게 된다.
제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S), 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 모두 도통되므로, 전기 자동차(20)의 제1 전원(V1)과 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 접지 단자(EARTH2) 사이에 폐회로가 형성되어 전류가 흐를 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 모드에서 전류 흐름을 나타낸 도면이다. 도 9은 도 8의 일부를 확대한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제2 모드에서, 전기 자동차 전원공급장치(10)는 스위치 D1이 단락될 수 있다. 그리고, 스위칭부(240)는 턴오프될 수 있다. 그러면, 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 전원(V2)과 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제1 접지 단자(EARTH1) 사이에 폐회로가 형성될 수 있다. 즉, 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 전원(V2)에서 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1) 방향으로 전류(I2)가 형성될 수 있다. 이때, 제2 감지부(230)는 제2 감지 지점(DP2)을 계측하여 제2 감지 신호를 생성하여 마이크로 컨트롤러(MCU1)로 전송할 수 있다.
도 9를 참조하여, 제2 모드에서 신호부(210)의 동작을 구체적으로 살펴본다.
제2 모드 구동시, 마이크로 컨트롤러(MCU1)의 제어 신호에 의해 제3 스위칭 소자(SW3)가 턴온될 수 있다. 이를 통해, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자(G)는 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 모드에서는 제2 전원(V2)에 의해 전압을 공급받으므로, 제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단자(D)에는 제2 전원(V2)에 의해 공급된 전압이 인가될 수 있다. 제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단자(D)는 제1 기생 다이오드(PD1)의 애노드 단자와 연결되고, 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)는 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자와 연결되므로, 제1 기생 다이오드(PD1)에 순방향 바이어스로 전압이 인가될 수 있다. 제2 전원(V2)에 의해 공급된 전압에 의해 제1 기생 다이오드(PD1)는 애노드 단자에서 캐소드 단자로 전류가 흐르고, 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)에는 제2 전원(V2)에 기초하여 전압이 인가될 수 있다. 이때, 제1 기생 다이오드(PD1)에 의해 제1 기생 다이오드(PD1)의 애노드 단자에 인가되는 전압이 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자에 인가되는 전압보다 클 수 있다.
제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)와 게이트 단자(G) 사이에는 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)가 배치될 수 있으며, 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자에 인가된 전압과 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)에 의해 제1 스위칭 소자(SW1)를 턴온시키는 구동 전압이 형성될 수 있다.
제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)는 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S)와 연결되고, 제2 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자(G)는 제1 스위칭 소자(SW1)의 게이트 단자(G)와 연결되므로, 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자(즉, 제1 스위칭 소자(SW1)의 소스 단자(S))에는 제1 기생 다이오드(PD1)의 캐소드 단자에 인가되는 전압과 동일한 전압이 인가될 수 있다.
제2 스위칭 소자(SW2)의 소스 단자(S)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자(G) 사이에는 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)가 배치될 수 있으며, 제2 기생 다이오드(PD2)의 캐소드 단자에 인가된 전압과 제1 다이오드 소자(Z1) 및 제1 저항 소자(R1)에 의해 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온시키는 구동 전압이 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 스위칭 소자(SW1)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 도통되고 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S)가 도통될 수 있다. 하지만, 제2 스위칭 소자(SW2)의 드레인 단자(D)와 연결된 스위칭부(240)가 턴오프된 상태이므로, 제2 전원(V2)에 기반하여 형성된 전류는 제3 스위칭 소자(SW3)를 통해 제1 접지 단자(EARTH1)로 흐르며, 제2 스위칭 단자로 전류가 흐르지 않을 수 있다. 즉, 전기 자동차 전원공급장치(10)의 제2 전원(V2)과 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1) 사이에 폐회로가 형성되어 전류(I2)가 흐를 수 있다. 이때, 제2 스위칭 소자(SW2)가 도통되어 있으므로, 제1 감지 지점(DP1)에서는 제2 기생 저항의 드레인 단자(D)에 걸린 전압이 감지될 수 있다.
도 10은 신호부의 제3 스위칭 소자가 턴오프 된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
제3 스위칭 소자(SW3)가 턴오프되면, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)는 전기 자동차(20)의 제1 접지 단자(EARTH1)와 전기적으로 연결되지 않는 상태에 놓이게 된다. 이 경우, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)에 제1 모드에 따라 제1 전원(V1)으로부터 전압이 인가되거나 제2 모드에 따라 제2 전원(V2)으로부터 전압이 인가되더라도 소스 단자(S)와 게이트 단자(G) 사이에는 동일한 전위가 형성되므로, 제1 스위칭 소자(SW1) 및 제2 스위칭 소자(SW2)를 턴온 시킬 수 있는 구동 전압이 형성되지 않을 수 있다.
즉, 제3 스위칭 소자(SW3)의 온오프 제어 만으로 전기 자동차 충전 프로세스를 일괄 중지시킬 수 있는바, 전기 자동차 충전 프로세스를 안정적으로 제어할 수 있다.
아래의 표 1은 전기 자동차 충전 프로세스에 따른 각 감지지점에서의 조건을 나타내고, 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용하였을 때 각 감지지점에서의 조건을 나타낸다. 각 감지 지점은 앞서 설명한 제1 내지 제3 감지 지점(DP1 내지 DP3)를 나타낸다.
CC2 포트구분 | Case | sequence | ||
DP1 | DP2 (voltage) |
DP3 (voltage) |
||
입력으로 사용 | not connected | 12V | 0V | 0V |
입력으로 사용 | connected | 12V | 12V | 0V |
출력으로 사용 | Sv close | 12V | 12V | 2V (spec : 2.77V) |
입력으로 사용 | Sv open --> D1 close | 12V | 12V | 4V |
입력으로 사용 | S2 --> R4c | 1.38V | 1.38V | 4V |
입력으로 사용 | D2 close | 1.38V | 1.38V | 2.4V (spec 1..74V) |
입력으로 사용 | S2 open (charging 완료) |
12V | 12V | 2.4V (spec 1..74V) |
입력으로 사용 | D1, D2 open | 12V | 12V | 0V |
CC2 포트구분 | case | simulation | ||||
DP1 | DP2 (voltage) |
DP3 (voltage) |
CC1 (ADC) |
CC2 (ADC) |
||
입력으로 사용 | not connected | 12V | 0V | 0V | 0V | 0V |
입력으로 사용 | connected | 11.95V | 11.79V | 0V | 2.787V | 0V |
출력으로 사용 | Sv close | 11.95V | 11.79V | 1.99V | 2.787V | 0.903V |
입력으로 사용 | Sv open --> D1 close | 11.95V | 11.79V | 3.94V | 2.787V | 1.535V |
입력으로 사용 | S2 --> R4c | 1.71V | 1.39V | 3.94V | 0.331V | 1.535V |
입력으로 사용 | D2 close | 1.71V | 1.39V | 2.38V | 0.331V | 0.926V |
입력으로 사용 | S2 open (charging 완료) |
11.95V | 11.79V | 2.38V | 2.78V | 0.926V |
입력으로 사용 | D1, D2 open | 11.95V | 11.79V | 0V | 2.78V | 0V |
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 컨트롤러를 이용하였을 경우에도 전기 자동차 충전 표준 규격에서 요구하는 시퀀스 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 전기 자동차 충전 컨트롤러
210 : 신호부
220 : 제1 감지부
230 : 제2 감지부
240 : 스위칭부
210 : 신호부
220 : 제1 감지부
230 : 제2 감지부
240 : 스위칭부
Claims (11)
- 전기 자동차에 포함된 제1 전원으로부터 제1 전압을 입력받아 전기 자동차 전원공급장치로 상기 제1 전압을 공급하는 제1 모드 및 상기 전기 자동차 전원공급장치에 포함된 제2 전원으로부터 제2 전압을 입력받는 제2 모드 중 어느 하나에 따라 구동하는 신호부;
상기 제1 모드에서 제1 감지 지점으로부터 제1 감지 신호를 측정하는 제1 감지부;
상기 제2 모드에서 제2 감지 지점에서 제2 감지 신호를 측정하는 제2 감지부; 및
상기 제1 감지 지점과 상기 제2 감지 지점 사이에 배치되며, 기 설정된 전기 자동차 충전 시퀀스에 따라 턴온 또는 턴오프되는 스위칭부;를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제1항에 있어서,
상기 제1 감지 지점은,
상기 스위칭부와 상기 제1 전원 사이에 배치되고,
상기 제2 감지 지점은,
상기 스위칭부와 상기 신호부 사이에 배치되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제1항에 있어서,
상기 신호부는,
상기 스위칭부가 턴온되면, 상기 제1 모드에 따라 구동되고,
상기 스위칭부가 턴오프되면, 상기 제2 모드에 따라 구동되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제3항에 있어서,
상기 신호부는,
제1 기생 다이오드를 포함하는 제1 스위칭 소자; 및
제2 기생 다이오드를 포함하는 제2 스위칭 소자;를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제4항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자는,
소스 단자가 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되며,
상기 제1 기생 다이오드는,
애노드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제5항에 있어서,
상기 제2 스위칭 소자는,
드레인 단자가 상기 스위칭부와 연결되고, 소스 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자와 연결되며,
상기 제2 기생 다이오드는,
애노드 단자가 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제6항에 있어서,
상기 신호부는,
상기 제1 모드로 구동시, 상기 제1 전원에 의해 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 턴온되고,
상기 제2 모드로 구동시, 상기 제2 전원에 의해 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자가 턴온되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제7항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자는,
상기 제1 모드로 구동시, 드레인 단자가 상기 전기 자동차 전원공급장치의 제2 접지 단자에 전기적으로 연결되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제8항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자는,
상기 제2 모드로 구동시, 드레인 단자가 상기 전기 자동차 전원공급장치의 제2 전원에 전기적으로 연결되는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제8항에 있어서,
상기 신호부는,
캐소드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자 및 상기 제2 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되고, 애노드 단자가 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자 및 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되는 다이오드 소자를 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러. - 제8항에 있어서,
상기 신호부는,
상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자와 상기 전기 자동차의 제1 접지 단자 사이에 배치되고, 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드로 구동시 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 게이트 단자를 상기 제1 접지 단자와 연결시키는 스위치 회로를 더 포함하는 전기 자동차 충전 컨트롤러.
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KR1020200157732A KR20220070798A (ko) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | 전기 자동차 충전 컨트롤러 |
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