KR101241221B1 - 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슈퍼커패시터의 충전전압이 배터리의 충전 전압보다 낮은 경우 배터리의 전압이 슈퍼커패시터로 급속 역충전되는 것을 방지하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 다른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치는 엔진; 상기 엔진에 연결되어 3상 교류 전력을 발생시키거나 상기 엔진을 시동시키는 복합 기동-발전기(ISG); 상기 ISG에서 발생된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나 직류 전력을 3상 교류 전력을 변환하여 상기 ISG에 전달하는 인버터; 상기 인버터로부터 직류 전력을 받아 충전되거나, 충전된 직류 전력을 상기 인버터에 전달하는 슈퍼커패시터; 상기 슈퍼커패시터와 함께 인버터에 연결되어 인버터로부터 직류 전력을 받아 전압을 강하하는 DC-DC 변환기; 상기 DC-DC 변환기로부터 직류 전력을 받아 충전되는 전장용 배터리; 그리고 상기 슈퍼커패시터와 전장용 배터리 사이의 경로에 장착되어 상기 전장용 배터리로부터 상기 슈퍼커패시터로 에너지가 흘러가는 것을 방지하기 위한 역충전 방지 장치;를 포함할 수 있다.

Description

마일드 하이브리드 차량용 충전 장치{CHARGING SYSTEM FOR MILD HYBRID VEHICLE}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슈퍼커패시터의 충전전압이 배터리의 충전 전압보다 낮은 경우 배터리의 전압이 슈퍼커패시터로 급속 역충전되는 것을 방지하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 관한 것이다.
최근에는 에너지 고갈과 환경 오염 문제로 하이브리드 자동차와 전기 자동차 같은 친환경 자동차가 주목 받고 있다. 하이브리드 자동차는 동력원으로 엔진을 가지고 있기 때문에 외부의 상용 전원을 이용하여 배터리를 충전할 필요가 없으나, 전기 자동차는 엔진을 가지고 있지 않으므로 외부의 상용 전원을 이용하여 주기적으로 배터리를 충전하여야 한다. 또한, 하이브리드 자동차는 그 충전 방식에 따라 마일드 하이브리드 자동차와 플러그-인 하이브리드 자동차로 크게 분류된다. 마일드 하이브리드 자동차는 내연 기관에서 발생된 에너지의 일부를 이용하여 배터리를 충전하는 하이브리드 자동차이고, 플러그-인 하이브리드 자동차는 외부의 상용 전원으로부터 에너지를 받아 배터리를 충전하는 하이브리드 자동차이다.
순수 전기 자동차나 플러그-인 하이브리드 자동차는 외부의 상용 전원으로부터 에너지를 받기 때문에 입력단 전압과 출력단 전압의 차이가 크다. 따라서, 도 9와 같이 변압기(transformer)를 사용한 절연 강압형 DC-DC 변환기(insulated buck type DC-DC converter)를 사용하게 된다.　 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 절연 강압형 DC-DC 변환기는 고압 배터리(102) 단자에 입력 커패시터(Ci)가 부착되고, 4개의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 전브리지(Full Bridge) 형태로 구성되는 스위칭 소자부(106)의 입력은 고압 배터리(102)에 연결되고 스위칭 소자부(106)의 출력은 변압기(108)의 1차측 단자에 연결된다. 상기 스위칭 소자부(106)의 4개 스위칭 소자를 한 쌍씩(Q1-Q2 및 Q3-Q4) 번갈아 턴-온 및 턴-오프 시키면서 고압 배터리(102)의 전압을 교류 전압으로 변환시키고, 이 교류 전압을 변압기(108)를 통하여 감압하여 2차측 권선들에 저전압이 걸리도록 한다.　 변압기(108)의 2차측 각 권선에발생되는 저전압을 정류 시킨 후 인덕터(L)-커패시터(Co)를 통하여 평활시켜 전장용 배터리(104)에 직류 전압이 충전되도록 한다. 상기 절연 강압형 DC-DC 변환기를 제어하는 제어하는 듀티비(D)는 다음과 같다.
Figure 112010080328635-pat00001
여기서, VHIGH는 고압 배터리(102)의 전압이고 VLOW는 전장용 배터리(104)의 전압이며, N1은 1차측 코일이 감긴 수이고, N2는 2차측 코일이 감긴 수이다.
상기 절연 강압용 DC-DC 변환기의 경우, 변압기를 사용하기 때문에 코어손실로 인하여 효율이 다소 떨어지지만 고압측과 저압측 사이가 전기적으로 절연이 되는 장점을 가지게 된다. 또한, 만약 출력단이 입력단보다 높은 전압을 가진다 하더라도 역충전되는 현상은 일어나지 않는다.　
마일드 하이브리드 차량에서는 충전 장치의 입력단 전압과 출력단 전압의 차이가 크지 않으므로 변압기를 사용한 절연형 DC-DC 변환기를 사용하지 않고 도 10에 도시된 바와 같은 비절연 강압형 DC-DC 변환기가 사용된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 엔진에서 발생된 전압이 저장되는 슈퍼커패시터(120)와 전장용 배터리(122) 사이에는 비절연 강압형 DC-DC 변환기(124)가 배치되어 있다. 상기 비절연 강압형 DC-DC 변환기(124)는 스위칭 소자(128)와, 인덕터(L), 커패시터(C), 그리고 환류용 다이오드(free-wheeling diode)(130)로 구성된다.
비절연 강압형 DC-DC 변환기(124)는 원하는 출력전압을 얻기 위하여 입력인 슈퍼커패시터(120)의 양단 전압(VHIGH)과 전장용 배터리(122)의 양단 전압(VLOW)으로부터 듀티비(Duty Ratio)를 계산하여 상기 스위칭 소자(128)를 듀티비 제어한다.
듀티비 제어란 스위칭 주파수를 고정하고 한 주기 파형에서 턴-온의 비율을 제어하는 방법이다.　비절연 강압형 DC-DC 변환기(124)의 듀티비(D)는 다음과 같다.
Figure 112010080328635-pat00002
또한, 제어되는 듀티비의 최소값을 Dmin이라 하고, 부하의 등가임피던스를 ZL, 스위칭 소자(124)에 가해지는 주파수를 f, 출력전압 Vo, 맥동출력전압을 ΔVo라 하면, 회로에 적용되는 인덕터(132)의 최소크기 Lmin와 커패시터(C)의 최소크기 Cmin는 다음과 같다.
Figure 112010080328635-pat00003
Figure 112010080328635-pat00004
위의 식에서 알 수 있듯이, 인덕터(132)의 크기는 스위칭 주파수(f)에 반비례하고, 커패시터(134)의 크기는 스위칭 주파수(f)의 제곱에 반비례한다. 스위칭 주파수(f)가 크면 인덕터(132)와 커패시터(134)의 크기를 줄일 수 있으므로 변환기의 크기를 줄일 수 있다.
소형의 DC-DC 변환기를 제작하기 위하여 스위칭 주파수를 크게 해야 하므로 IGBT 보다는 MOSFET를 스위칭 소자로 많이 사용한다.　 그러나 MOSFET은 높은 스위칭 주파수를 적용할 수 있으나 고전압 및 고전류가 흐르는 회로에는 적합하지 않다.　 마일드 하이브리드 차량에 사용되는 DC-DC 변환기에서 슈퍼커패시터의 전압이 저전압(15V ~ 30V)이지만, 높은 전류가 흐른다. 따라서, 1개의 MOSFET으로 회로를 구성할 수 없기 때문에 도 11과 같이 2개 이상의 스위칭 소자(126)를 병렬로 접속시켜서 전류 용량을 분담하도록 회로를 구성한다.
마일드 하이브리드 차량의 충전 장치에 사용되는 슈퍼커패시터(120)는 자가방전회로를 가지고 있어 슈퍼커패시터(120)에 충전된 에너지는 느린 속도로 방전된다.　 방전된 슈퍼커패시터(120)는 차량이 시동된 후 발전 모드에서만 충전이 가능하므로 장시간 차량을 움직이지 않을 경우 슈퍼커패시터(120)의 충전전압이 지속적으로 떨어진다.　 슈퍼커패시터(120)의 충전전압이 전장배터리(122)의 전압보다 낮아질 경우 비절연 강압형 DC-DC 변환기(124)의 스위칭 소자(126)에 부착된 바디다이오드(128)를 통하여 전장배터리(122)에 충전된 에너지가 슈퍼커패시터(120)로 역충전되는 현상이 발생된다.
특히, 마일드 하이브리드 차량의 전원 시스템을 초기 조립할 때 슈퍼커패시터(120)의 충전전압이 3V로 최저상태이므로 전장배터리(122)와 전압과 차이가 가장 크게 나타난다. 따라서, 전원 시스템을 초기 조립할 때 높은 전류가 흐르게 된다.　즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 방전된 슈퍼커패시터를 접속시키면 전장배터리의 전압이 낮아지고, 슈퍼커패시터의 충전전압이 상승한다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 슈퍼커패시터의 에너지를 전장배터리로 충전시키는 비절연 강압형 DC-DC 변환기에서 슈퍼커패시터의 방전으로 인해 전장배터리로부터 DC-DC 변환기를 통하여 슈퍼커패시터가 역충전되는 현상을 방지할 수 있는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 다른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치는 엔진; 상기 엔진에 연결되어 3상 교류 전력을 발생시키거나 상기 엔진을 시동시키는 복합 기동-발전기(ISG); 상기 ISG에서 발생된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나 직류 전력을 3상 교류 전력을 변환하여 상기 ISG에 전달하는 인버터; 상기 인버터로부터 직류 전력을 받아 충전되거나, 충전된 직류 전력을 상기 인버터에 전달하는 슈퍼커패시터; 상기 슈퍼커패시터와 함께 인버터에 연결되어 인버터로부터 직류 전력을 받아 전압을 강하하는 DC-DC 변환기; 상기 DC-DC 변환기로부터 직류 전력을 받아 충전되는 전장용 배터리; 그리고 상기 슈퍼커패시터와 전장용 배터리 사이의 경로에 장착되어 상기 전장용 배터리로부터 상기 슈퍼커패시터로 에너지가 흘러가는 것을 방지하기 위한 역충전 방지 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 DC-DC 변환기는 회로를 단속하는 스위칭 소자를 포함하며, 상기 역충전 방지 장치는 바디다이오드가 제거된 상기 스위칭 소자일 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 역충전 방지 장치는 회로 단속용 트랜지스터일 수 있다.
상기 회로 단속용 트랜지스터는 바디다이오드가 없는 IGBT 또는 전력용 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따르면, 상기 역충전 방지 장치는 릴레이일 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따르면, 상기 역충전 방지 장치는 상기 슈퍼커패시터에서 전장용 배터리를 향하여 순방향 바이어스 된 다이오드일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 바디다이오드가 없는 스위칭 소자를 사용하여 전장용 배터리에서 슈퍼커패시터로 순방향 바이어스되는 경로를 없애 마일드 하이브리드 차량에서 슈퍼커패시터의 자가방전으로 인해 전장배터리가 DC-DC 변환기의 바디다이오드를 통하여 역충전되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 바디다이오드가 없는 스위칭 소자를 슈퍼커패시터와 전장용 배터리 사이의 직렬경로에 삽입시켜 슈퍼커패시터와 전장용 배터리의 전압의 크기를 비교하여 스위칭 소자를 단속시킴으로써 슈퍼커패시터의 역충전 현상을 없앨 수 있다.
또한, 릴레이를 슈퍼커패시터와 전장용 배터리 사이 직렬경로에 삽입시켜 슈퍼커패시터와 전장용 배터리의 전압의 크기를 비교하여 상기 릴레이를 단속시킴으로써 슈퍼커패시터의 역충전 현상을 없앨 수 있다.
또한, 슈퍼커패시터와 전장용 배터리 사이에 직렬경로에 전류 차단용 다이오드를 부착하여 슈퍼커패시터 전압이 낮아지면 역방향 바이어스가 되어 슈퍼커패시터의 역충전 현상을 없앨 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에서 엔진 시동 시 에너지의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에서 배터리 충전 시 에너지의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제1실시예이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제2실시예이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제3실시예이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제4실시예이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에서 역충전을 방지하기 위한 장치를 장착하는 위치를 나타낸 개략도이다.
도 9는 절연 강압용 DC-DC 변환기를 사용한 종래의 충전 장치를 도시한 개략도이다.
도 10은 비절연 강압용 DC-DC 변환기를 사용한 종래의 충전 장치를 도시한 개략도이다.
도 11은 비절연 강압용 DC-DC 변환기를 사용한 종래의 충전 장치의 다른 예를 도시한 개략도이다.
도 12는 비절연 강압용 DC-DC 변환기를 사용한 종래의 충전 장치에서 역충전이 일어나는 경우의 배터리 전압, 슈퍼커패시터의 전압, 그리고 슈퍼커패시터의 전류를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에서 엔진 시동 시 에너지의 흐름을 도시한 개략도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에서 배터리 충전 시 에너지의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치는 엔진(10), 복합 기동-발전기(Integrated Starter and Generator; ISG)(20), PWM 인버터(30), 슈퍼커패시터(40), DC-DC 변환기(50), 그리고 전장용 배터리(60)를 포함한다.
엔진(10)은 자동차에 적용 가능한 모든 종류의 엔진이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 디젤 엔진, 가솔린 엔진, LPI 엔진 등이 사용될 수 있다.
상기 엔진(10)의 크랭크샤프트에는 메인 풀리(12)가 장착되어 크랭크샤프트와 함께 회전한다.
ISG(20)는 상기 엔진(10)과 동력 전달 수단으로 연결되어 있다. 본 명세서에서는 상기 동력 전달 수단으로 벨트를 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 목적을 위해, 상기 ISG(20)에는 보조 풀리(22)가 회전 가능하게 장착되며 상기 보조 풀리(22)는 상기 메인 풀리(12)와 벨트(14)를 통하여 작동적으로 연결되어 있다.
상기 ISG(20)는 엔진(10)이 시동될 때에는 시동 모터로서 작용하고 엔진(10)이 구동중인 때에는 발전기로 작용하여 전장용 배터리(60)를 충전한다. 상기 ISG(20)에서는 3상 교류 전압을 발생시킨다.
PWM 인버터(30)는 상기 ISG(20)와 전기적으로 연결되어 3상 교류 전압을 인가 받고 이 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 또한, 엔진(10)의 시동 시에는 슈퍼커패시터(40)에 저장된 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 상기 ISG(20)에 전달한다.
상기 PWM 인버터(30)의 직류단에는 슈퍼커패시터(40)와 DC-DC 변환기(50)가 동시에 연결되어 있다. 따라서, 전장용 배터리(60)의 충전 시에는 슈퍼커패시터(40)와 DC-DC 변환기(50)에 DC 전압이 인가된다.
DC-DC 변환기(50)로는 비절연형 강압형 DC-DC 변환기가 사용된다. DC-DC 변환기(50)의 일측 단자는 상기 PWM 인버터(30)에 전기적으로 연결되어 고전압이 걸리고, DC-DC 변환기(50)의 타측 단자는 전장용 배터리(60)와 전기적으로 연결되어 저전압이 형성된다.
마일드 하이브리드 자동차가 시동될 때에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 슈퍼커패시터(40)에 저장된 에너지가 PWM 인버터(30)를 통하여 ISG(20)에 전달된다. 그러면, ISG(20)는 시동 모터로 작동하여 엔진(10)을 크랭킹하게 된다. 이 때, DC-DC 변환기(50)는 전장용 배터리(60)에 에너지를 충전하지 않는다. 즉, DC-DC 변환기(50)와 3상 PWM 인버터(30)는 전자제어장치(ECU)에서 CAN 통신으로 명령값을 받아 시동을 위해 필요한 동작을 수행하게 된다.
엔진(10)에 의해 마일드 하이브리드 차량이 주행을 하면, 도 3에 도시된 바와 같이, ISG(20)는 발전을 하게 된다.　 ISG(20)에서 생성된 3상 교류 전력은 PWM 인버터(30)에 의해 직류 전력으로 변환된다.　 변환된 직류 전력은 슈퍼커패시터(40)에 에너지를 저장함과 동시에 DC-DC 변환기(50)에 입력된다.　 DC-DC 변환기(50)는 입력된 전압의 크기 VHIGH와 전장용 배터리(60) 전압에 따른 제어신호의 듀티비(Duty Ratio)를 계산하여 DC-DC 변환기(50) 내의 스위칭 소자에 가한다.
DC-DC 변환기(50) 내의 스위칭 소자의 주 기능은 제어신호에 따라 회로를 턴-온과 턴-오프 시키는 것이다.　 제어회로, 전압, 전류용량, 스위칭 주파수에 따라 사용되는 스위칭 소자의 종류가 다르지만 대표적으로 MOSFET와 IGBT가 스위칭 소자로 많이 사용한다.　 인덕터를 포함하는 회로에서 스위칭 소자를 턴-오프시켜 회로를 개방하면 전류가 순간적으로 0이 되기 때문에 인덕터 양단에 아주 높은 전압이 발생된다.　 이 고전압에 의해 인덕터를 비롯하여 다른 소자들이 소손되는 현상이 발생하므로, 스위칭 소자에 의해 회로가 개방되더라도 인덕터 부하가 가진 에너지를 소모하기 위한 경로를 확보하하여야 한다. 이러한 목적을 위해, 상기 스위칭 소자의 양단에 바디다이오드를 부착시키는 회로가 일반적으로 적용된다.　스위칭 소자와 바디다이오드는 별도로 제작되어 조립될 수 있으나, 스위칭 소자를 제작할 때 바디다이오드를 병렬로 부착시킨 제품이 출시되고 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 상기 바디다이오드에 의하여 전장 배터리(60)에 충전된 에너지가 슈퍼커패시터(40)로 역충전되는 경우가 발생한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 슈퍼커패시터(40)가 역충전되는 것을 방지한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제1실시예이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실싱예에 따른 비절연 강압형 DC-DC 변환기(50)는 스위칭 소자(51), 인덕터(L), 커패시터(C), 그리고 환류용 다이오드(52)를 포함한다. 이 때, 상기 스위칭 소자(51)는 바디다이오드가 제거되어 있다. 즉, 바디다이오드를 통하여 전장용 배터리(60)의 에너지가 슈퍼커패시터(40)로 전달되는 것을 방지한다. 따라서, 슈퍼커패시터(40)의 역충전이 방지된다. DC-DC 변환기(50)의 다른 구성요소에 대하여는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
스위칭 소자(51)로 많이 사용되는 MOSFET과 IGBT는 거의 대부분 바디다이오드가 내장되어 있다. 바디다이오드는 스위칭 소자(51)를 제작할 때 제조 공정상에서 부수적으로 생성되기도 하지만 공정에 따라 바디다이오드를 없앨 수도 있다.　 전장용 배터리(60)에서 슈퍼커패시터(40)로 순방향 경로를 형성하는 소자는 스위칭 소자(51) 양단에 부착된 바디다이오드뿐이므로 바디다이오드가 생성되지 않도록 스위칭 소자(51)를 제작하면 된다. MOSFET은 제조공정상에서 불순물의 양을 조절하면 바디다이오드가 형성되는 것을 방지하거나 바디다이오드의 저항성분을 크게 할 수 있다. IGBT는 MOSFET보다 바디다이오드를 없애는 공정이 간단하여 쉽게 바디다이오드를 제거시킬 수 있다.
IGBT보다 MOSFET의 스위칭 주파수가 훨씬 크기 때문에 높은 스위칭 주파수를 적용하는 회로에서는 MOSFET을 사용한다. MOSFET은 고전류를 흘릴 수 없기 때문에 IGBT 보다는 비교적 작은 용량에 적용되며, 전류용량을 증대시키기 위해 MOSFET을 병렬로 접속한 회로를 적용한다. MOSFET을 병렬로 많이 접속시킬수록 역충전 가능한 경로가 많아진다. 따라서 바디다이오드가 없는 MOSFET을 강압형 DC-DC 변환기(50)에 적용하면 전장용 배터리(60)에서 슈퍼커패시터(40) 방향으로 역충전되는 현상을 없앨 수 있다.
IGBT는 MOSFET보다 쉽게 바디다이오드를 없앨 수 있으나 스위칭 주파수가 MOSFET 보다 낮기 때문에 소형의 제품을 만들기에 다소 어렵다.　 마일드 하이브리드 차량에 사용되는 DC-DC 변환기(50)는 소형이어야 하므로 스위칭 주파수가 높은 MOSFET을 사용해야 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제2실시예이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 DC-DC 변환기(50)는 바디다이오드(55)를 포함하는 스위칭 소자(51)를 사용한다. 그러나, 슈퍼커패시터(40)와 DC-DC 변환기(50) 사이에 바디다이오드가 없는 회로 단속용 트랜지스터(70)가 장착되어 있다. 상기 회로 단속용 트랜지스터(70)로는 바디다이오드가 없는 IGBT나 전력용 트랜지스터(Power BJT Transistor)가 사용될 수 있다. 이러한 회로 단속용 트랜지스터(70)를 사용하기 위해서는 전자제어장치(ECU)가 슈퍼커패시터(40)의 전압과 전장용 배터리(60)의 전압을 검출하고 전장용 배터리(60)의 전압이 슈퍼커패시터(40)의 전압보다 높으면 회로 단속용 트랜지스터(70)를 턴-오프한다. 따라서, 전장용 배터리(60)에서 슈퍼커패시터(40)로 에너지가 이동하는 경로가 끊어지게 되어 슈퍼커패시터(40)가 역충전되지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제3실시예이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 DC-DC 변환기(50)는 바디다이오드(55)를 포함하는 스위칭 소자(51)를 사용한다. 그러나, 슈퍼커패시터(40)와 DC-DC 변환기(50) 사이에 릴레이(80)가 장착되어 있다. 상기 릴레이(80)를 사용하기 위해서는 전자제어장치(ECU)가 슈퍼커패시터(40)의 전압과 전장용 배터리(60)의 전압을 검출하고 전장용 배터리(60)의 전압이 슈퍼커패시터(40)의 전압보다 높으면 상기 릴레이(80)를 턴-오프한다. 따라서, 전장용 배터리(60)에서 슈퍼커패시터(40)로 에너지가 이동하는 경로가 끊어지게 되어 슈퍼커패시터(40)가 역충전되지 않는다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에 사용되는 비절연 강압형 DC-DC 변환기의 제4실시예이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 DC-DC 변환기(50)는 바디다이오드(55)를 포함하는 스위칭 소자(51)를 사용한다. 그러나, 슈퍼커패시터(40)와 DC-DC 변환기(50) 사이에는 슈퍼커패시터(40)에서 전장용 배터리(60)를 향하여 순방향 바이어스 된 다이오드(90)가 장착되어 있다. 이 다이오드(90)에 의하여 슈퍼커패시터(40)에서 전장용 배터리(60)를 향하여 전류가 흘러가지만, 전장용 배터리(60)에서 슈퍼커패시터(40)를 향하여 전류는 흐르지 않는다. 따라서, 슈퍼커패시터(40)의 역충전이 방지된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치에서 역충전을 방지하기 위한 장치를 장착하는 위치를 나타낸 개략도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 역충전을 방지하기 위한 장치들(바디다이오드가 없는 스위칭 소자(51), 회로 단속용 트랜지스터(70), 릴레이(80), 그리고 다이오드(90))은 슈퍼커패시터(40)와 전장용 배터리(60)를 연결하는 어떠한 위치(19, 92, 93, 94, 95)에도 장착될 수 있다. 예를 들어, 역충전을 방지하기 위한 장치들은 슈퍼커패시터(40)와 DC-DC 변환기(50) 사이의 위치들(91, 92), DC-DC 변환기(50) 내의 위치(93), 또는 DC-DC 변환기(50)와 전장용 배터리(60) 사이의 위치들(94, 95)에 장착될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (6)

  1. 엔진;
    상기 엔진에 연결되어 3상 교류 전력을 발생시키거나 상기 엔진을 시동시키는 복합 기동-발전기(ISG);
    상기 ISG에서 발생된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나 직류 전력을 3상 교류 전력을 변환하여 상기 ISG에 전달하는 인버터;
    상기 인버터로부터 직류 전력을 받아 충전되거나, 충전된 직류 전력을 상기 인버터에 전달하는 슈퍼커패시터;
    상기 슈퍼커패시터와 함께 인버터에 연결되어 인버터로부터 직류 전력을 받아 전압을 강하하며, 스위칭 소자, 인덕터, 커패시터 및 환류용 다이오드를 포함하는 DC-DC 변환기;
    상기 DC-DC 변환기로부터 직류 전력을 받아 충전되는 전장용 배터리; 그리고
    상기 슈퍼커패시터와 전장용 배터리 사이의 경로에 장착되어 상기 스위칭 소자를 통해 상기 전장용 배터리로부터 상기 슈퍼커패시터로 에너지가 흘러가 슈퍼커패시터가 역충전되는 것을 방지하기 위한 역충전 방지 장치;
    를 포함하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역충전 방지 장치는 바디다이오드가 제거된 상기 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 역충전 방지 장치는 회로 단속용 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회로 단속용 트랜지스터는 바디다이오드가 없는 IGBT 또는 전력용 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 역충전 방지 장치는 릴레이인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 역충전 방지 장치는 상기 슈퍼커패시터에서 전장용 배터리를 향하여 순방향 바이어스 된 다이오드인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량용 충전 장치.
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