KR101299109B1 - 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자동차용 충전기에 관한 것으로, 전기 자동차용 전원 공급 장치(Electric Vehicle Supply Equipment)를 통해 전원을 공급받아 전기 자동차에 탑재된 차량 구동용 제1 배터리를 충전시키는 충전기의 충전 동작을 제어하기 위한 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템에 있어서, 상기 전원 공급 장치를 상기 전기 자동차에 접속하기 위한 커넥터; 상기 커넥터에 의한 상기 전원 공급 장치의 접속 및 상기 충전기의 충전 준비 상태에 따라 정전압 또는 펄스 형태의 제어 파일럿 신호를 생성하는 상기 전원 공급 장치의 제어 전자 장치; 및 상기 전기 자동차 내에 설치된 상기 충전기를 포함하는 온-보드 충전 장치(On-board Battery Charger) 내에 구비되고, 상기 제어 전자 장치로부터 상기 생성된 제어 파일럿 신호를 수신하여 상기 전기 자동차에 탑재된 상기 충전기의 충전 동작을 제어하는 충전 제어기를 포함하며, 상기 충전 제어기는, 상기 커넥터에 의한 상기 전원 공급 장치의 접속이 감지되면, 차량용 제2 배터리로부터 직접 연결되는 전원 공급 라인에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어한다.

Description

전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR CONTROLLING A BATTERY CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 전기 자동차용 충전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차용 표준 충전 규격에 맞게 충전할 수 있도록 충전기를 제어하기 위한 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 그 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 이른바 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 충전장치를 구비하고 있다.
배터리 충전장치는 충전시간에 따라 급속 충전기와 완속 충전기로 구분할 수 있으며, 차량 탑재 여부에 따라 탑재형 및 거치형으로 구분될 수 있다. 급속 충전기는 주유소와 같이 주행 중 긴급하게 충전하기 위한 장소에 설치되고 충전시간은 약 20분 정도 소요된다. 반면, 완속 충전기는 주차장이나 쇼핑몰 등 장시간 주차가 예상되는 장소에 설치되고 충전시간은 약 5시간 정도 소요된다.
한편, 최근 전기 자동차(Electric Vehicle; EV) 및 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)의 개발과 보급이 가속화되면서, EV/PHEV용 배터리 충전에 관한 국제 표준(SAEJ 1772, IEC 61851-1 등) 및 국내 표준(K 61851-1 등)이 공시되고 있다.
그러나, 아직 공시된 국제 또는 국내 표준을 만족하는 충전기의 제어 시스템이 개발되지 않은 상태이며, 상기 국제 또는 국내 표준을 만족하면서 효과적으로 충전기를 제어할 수 있는 방법의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제2012-0113084호
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 커넥터에 의해 전원 공급 장치를 전기 자동차에 접속할 때, 충전 제어기에서 상기 커넥터에 의한 상기 전원 공급 장치의 접속을 감지하고, 차량의 각 장비로 전원을 공급하는 차량용 배터리로부터 직접 연결되는 전원 공급 라인에 의해 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어하는 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량용 배터리로부터 직접 연결되는 전원 공급 라인에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원을 공급하고, 설정된 시간이 경과한 후, 상기 차량용 배터리와 연결된 IG(Ignition) 3 라인을 통해 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어하는 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 제어 전자 장치로부터 충전 준비 완료 신호를 수신하고, 설정된 시간 이후 상기 제어 전자 장치 및 상기 충전 제어기 사이에 병렬 연결된 적어도 2개의 저항 사이에 설치된 스위치를 온 시킴으로써 상기 충전기의 충전을 개시하는 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템은, 전기 자동차용 전원 공급 장치(Electric Vehicle Supply Equipment)를 통해 전원을 공급받아 전기 자동차에 탑재된 차량 구동용 제1 배터리를 충전시키는 충전기의 충전 동작을 제어하기 위한 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템에 있어서, 상기 전원 공급 장치를 상기 전기 자동차에 접속하기 위한 커넥터; 상기 커넥터에 의한 상기 전원 공급 장치의 접속 및 상기 충전기의 충전 준비 상태에 따라 정전압 또는 펄스 형태의 제어 파일럿 신호를 생성하는 상기 전원 공급 장치의 제어 전자 장치; 및 상기 전기 자동차 내에 설치된 상기 충전기를 포함하는 온-보드 충전 장치(On-board Battery Charger) 내에 구비되고, 상기 제어 전자 장치로부터 상기 생성된 제어 파일럿 신호를 수신하여 상기 전기 자동차에 탑재된 상기 충전기의 충전 동작을 제어하는 충전 제어기를 포함하며, 상기 충전 제어기는, 상기 전원공급장치와 상기 온-보드 충전장치가 상기 커넥터로 연결될 때, 차량용 제2 배터리와 연결된 전원 공급 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하고, 설정된 제1 시간이 경과한 후, 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG(Ignition) 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어한다.
삭제
바람직하게는, 상기 제1 시간은 3초 내지 10초 사이에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충전 제어기는 설정된 제2 시간 동안 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 충전 제어기는 상기 제어 전자 장치로부터 충전 준비 완료 신호를 수신하고, 설정된 제3 시간 이후 상기 제어 전자 장치 및 상기 충전 제어기 사이에 병렬 연결된 적어도 2개의 저항 사이에 설치된 스위치를 온 시킴으로써 상기 충전기의 충전을 개시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충전 제어기는 상기 충전기의 충전을 개시한 이후, 상기 전원 공급 장치로부터 공급되는 전력에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 전기 자동차용 충전기의 제어 방법은, 전기 자동차용 전원 공급 장치(Electric Vehicle Supply Equipment)를 통해 전원을 공급받아 전기 자동차에 탑재된 차량 구동용 제1 배터리를 충전시키는 충전기의 충전 동작을 제어하기 위한 전기 자동차용 충전기의 제어 방법에 있어서, 커넥터를 통해 상기 전원 공급 장치를 상기 전기 자동차에 접속시키는 단계; 상기 전기 자동차 내에 설치된 상기 충전기를 포함하는 온-보드 충전 장치(On-board Battery Charger) 내에 구비되어 상기 충전기의 충전 동작을 제어하는 충전 제어기에서 상기 전원 공급 장치 내의 제어 전자 장치로부터 생성된 제어 파일럿 신호를 수신하는 단계; 상기 전원공급장치와 상기 온-보드 충전장치가 상기 커넥터로 연결될 때, 상기 충전 제어기가 차량용 제2 배터리와 연결된 전원 공급 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하는 단계; 및 설정된 제1 시간이 경과한 후, 상기 충전 제어기가 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG(Ignition) 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하는 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 현재의 EV/PHEV용 배터리 충전에 관한 국제 표준(SAEJ 1772, IEC 61851-1 등) 및 국내 표준(K 61851-1 등)을 만족하면서, 효과적으로 충전기를 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 탑재형 완속 충전기를 통한 전기 자동차의 충전시, 온-보드 충전 장치(OBC)를 구동하기 위한 구동 전력을 차량용 배터리를 통해 우선적으로 공급함으로써 국제 기준에 부합함과 동시에 안전성과 편의성을 보장할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전원 공급 장치(EVSE) 및 탑재형 완속 충전기를 포함한 전기 자동차용 충전 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명이 적용되는 전기 자동차용 충전 시스템에서의 차량 결선을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명이 적용된 탑재형 완속 충전기의 연결 관계를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전기의 세부 구조를 나타내는 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 충전 제어기의 충전기 제어 절차를 나타내는 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(EVSE)와 충전 제어기 간의 제어 파일롯 회로를 나타내는 회로도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 6의 등가 회로를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 충전 제어기를 제어하기 위해 생성되는 신호들의 타이밍도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명은 커넥터에 의해 전원 공급 장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)를 전기 자동차(예컨대, EV, PHEV 등)에 접속할 때, 충전 제어기에서 상기 커넥터에 의한 상기 전원 공급 장치의 접속을 감지하고, 차량의 각 장비로 전원을 공급하는 차량용 배터리로부터 직접 연결되는 전원 공급 라인에 의해 온-보드 충전 장치(On-board Battery Charger; OBC)의 전원이 공급되도록 제어하는 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템 및 방법을 제안한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 차량용 배터리로부터 직접 연결되는 전원 공급 라인에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원을 공급하고, 설정된 시간이 경과한 후, 상기 차량용 배터리와 연결된 IG(Ignition) 3 라인을 통해 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어함으로써, 암전류를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 충전 제어기에서 제어 전자 장치로부터 충전 준비 완료 신호를 수신하고, 설정된 시간 이후 상기 제어 전자 장치 및 상기 충전 제어기 사이에 병렬 연결된 적어도 2개의 저항 사이에 설치된 스위치를 온 시킴으로써 상기 충전기의 충전을 개시하며, 상기 충전기의 충전을 개시한 이후, 상기 전원 공급 장치로부터 공급되는 전력에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명이 적용되는 전기 자동차용 충전 시스템의 구성 및 세부 결선 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전원 공급 장치 및 탑재형 완속 충전기를 포함한 전기 자동차용 충전 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 전원 공급 장치(100)는 커넥터(120)를 통해 자동차(110)와 연결된다. 한편, 상기 자동차(110)에는 충전기(112) 및 충전 제어기(113)로 구성된 온-보드 충전 장치(OBC)(111)가 탑재되고, 상기 충전기(112)를 통해 배터리(115)가 충전된다.
한편, 상기 전원 공급 장치(100)와 상기 자동차(110) 사이에 연결되는 커넥터(120)는 예컨대 5 개의 연결 라인을 포함할 수 있다. 이때, 제1 라인 및 제2 라인은 충전을 위한 전력이 공급되는 라인이며, 제3 라인은 접지(ground)를 위한 라인이다. 또한, 제4 라인 및 제5 라인은 제어 신호를 전송하기 위한 라인으로서, 제4 라인을 통해서는 제어 파일럿(control pilot) 신호가 전송되며, 제5 라인을 통해서는 근접 감지(proximity sensing)를 위한 신호가 전송된다. 즉, 상기 전원 공급 장치(100)가 상기 온-보드 충전 장치(111)에 연결될 때, 상기 전원 공급 장치(100)의 제어 전자 장치(103)는 상기 제4 라인 및 제5 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치(111)의 충전 제어기(113)로 제어 신호를 전송한다.
상기 제어 신호는 EV/PHEV용 배터리 충전에 관한 국제 표준(SAEJ 1772, IEC 61851-1 등)에 따라 정전압 또는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 구성될 수 있으며, 예컨대, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이 12V, 9V의 정전압 신호 또는 +9/-12V의 PWM 신호 또는 +6/-12V의 PWM 신호로 구성될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 충전 제어기(113)에서는 상기 제어 전자 장치(103)로부터 제어 신호를 제공받고, 수신된 제어 신호에 의해 판단된 각 상태(state)에 따라 따라 충전기(112)의 충전 동작을 제어하며, 온-보드 충전 장치(111)를 구동하기 위한 전력 공급을 제어한다.
이와 같이, 충전된 배터리(115)는 전기 자동차(110)의 모터를 구동하는 전력원으로 사용된다. 한편, 전원 공급 장치(100)에는 AC 지시자(AC Present Indication)(102)가 더 구비될 수 있으며, 이를 통해 전원 공급 장치(100)의 콘센트가 연결되어 AC 전류가 정상적으로 공급되는지 여부를 사용자가 확인할 수 있다.
또한, 전원 공급 장치(100)에 구비된 제어 전자 장치(Control Electronics)(103)는 전원 공급 장치(100)의 연결 상태 및 충전 준비 완료 여부에 따라 제1 스위치(S1)(105)의 동작에 의해 PWM 신호 또는 정전압(Constant Voltage) 신호(예컨대, 9V 또는 12V)를 출력하여, 커넥터(120) 및 버퍼(116)를 통해 자동차(110)의 충전 제어기(113)로 제공한다.
배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)(114)은 배터리(115)의 상태 정보를 수신하여 배터리를 관리하기 위한 각종 기능을 수행한다.
한편, 상기 전원 공급 장치(100)가 커넥터(120)를 통해 자동차(110)와 연결되고 소정의 정해진 절차에 따라 충전 준비가 완료되면, 충전 제어기(113)는 제2 스위치(S2)(117)를 온(on) 시킴으로써 충전기(112)가 제공된 AC 전력에 의해 배터리(115)를 충전하도록 제어한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 전기 자동차용 충전 시스템에서의 차량 결선을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 온-보드 충전 장치(111)의 충전기(112)는 전원 공급 장치(EVSE)(100)로부터 상용 AC 전원을 공급받아 차량의 모터를 구동하기 위한 제1 배터리(115)(예컨대, 고전압 배터리)를 충전시킨다. 이때, 본 발명의 실시예에 따라 온-보드 충전 장치(111)의 충전 제어기(113)는 커넥터(120)를 통해 상기 전원 공급 장치(100)의 제어 전자 장치(103)로부터 제어 신호를 수신하여 충전기(112)의 충전을 제어하며, 온-보드 충전 장치(111)를 구동하기 위한 구동 전력의 공급을 제어한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 전원 공급 장치(100)가 온-보드 충전 장치(111)와 연결되기 전, 상기 온-보드 충전 장치(111)에는 전력이 공급되지 않아 구동이 되지 않는 상태이다. 이때, 상기 전원 공급 장치(100)가 커넥터(120)를 통해 온보드 충전 장치(111)와 연결되면, 충전 제어기(113)에서는 이를 감지하고, 온-보드 충전 장치(111)로 구동 전력이 공급되도록 제어한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따라 처음 커넥터(120)를 통해 전원 공급 장치(100)가 온-보드 충전 장치(111)에 연결되면, 충전 제어기(113)는 차량에 기본적으로 구비되어 차량 내의 각 장치로 전원을 공급하는 차량용 배터리(이하, '제2 배터리'라고 한다.)(210)(예컨대, 12V 배터리)로부터 온-보드 충전 장치(111)로 구동 전력을 제공하도록 제어한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라, 최초 접속시에는 상기 제2 배터리(210)로부터 온-보드 충전 장치(111)로 직접 연결되는 전원 공급 라인에 의해 구동 전력을 공급받도록 제어하며, 설정된 일정 시간(예컨대, 3초 내지 10초)이 경과하면, 상기 제2 배터리(210)와 연결된 IG(Ignition) 3 라인으로 핸드오버(handover) 하여, 상기 IG 3 라인을 통해 온-보드 충전 장치(111)의 구동 전력이 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제어함으로써 암전류 발생을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 IG 3 라인에 의해 전력이 공급된 후, 전원 공급 장치(100)에서 충전 준비가 완료되고, 상기 제어 파일럿의 듀티(duty) 발생 확인 후 후술하는 방법에 따라 제2 스위치(S2)가 온(on) 되면, 상기 전원 공급 장치(100)를 통해 제공되는 상용 AC 전원에 의해 온-보드 충전 장치(111)를 구동시킨다. 이때, 제1 릴레이(202) 또는 제2 릴레이(203)의 동작에 의해 상기 제2 배터리(210)로부터의 전원 공급이 제어될 수 있다.
상기 IG 키 스위치(201)는 사용자의 IG 키 작동에 의해 온/오프 될 수 있으며, 상기 제2 배터리(210)의 전력을 차량 내의 각종 제어기(204)들로 공급한다. 또한, IG 3 라인을 통해 상기 제2 배터리(210)의 전력은 배터리 관리 시스템(114)으로 공급될 수 있으며, 상기 배터리 관리 시스템(114)은 온-보드 충전 장치(111)와 CAN 통신 방법으로 데이터를 송수신할 수 있다.
상기 제1 배터리(115)에 충전된 전력은 인버터(inverter)(208)를 통해 자동차의 모터를 구동시키게 되며, 아울러 LDC(Low DC/DC Converter)(205), 에어컨(206), 히터(207) 등 차량 내의 각종 장치들에도 전원을 공급할 수 있다. 이때, 제3 릴레이(209)의 동작에 의해 상기 제1 배터리(115)의 전원 공급이 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명이 적용된 탑재형 완속 충전기의 연결 관계를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 전원 공급 장치(100)를 통해 가정용 AC 전원(예컨대, 110V, 220V 등) 등이 자동차(110) 내의 온-보드 충전 장치(OBC)(111)로 공급되면, 상기 온-보드 충전 장치(111)의 충전기(112)는 본 발명의 실시예에 따라 충전 제어기(113)를 통해 제어되어 제1 배터리(115)(예컨대, 고전압 250~450V DC 리튬-이온 배터리)를 충전시킨다. 상기 제1 배터리(115)에 충전된 전력은 인버터(208)를 통해 모터(300)를 구동시킴으로써 자동차(110)를 구동시킨다.
이때, 배터리 관리 시스템(BMS)(114)은 상기 온-보드 충전 장치(111) 및/또는 상기 제1 배터리(115)와 통신함으로써 제어 정보를 송수신하며, 제1 배터리(115)의 상태를 모니터링하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전기(112)의 세부 구조를 나타내는 회로도이다. 도 4를 참조하면, 온-보드 충전 장치(111) 내에 구비되는 충전기(112)는 본 발명의 실시예에 따라 필터 및 정류부(420), LLC 컨버터부(430) 및 부스트 컨버터부(440)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 LLC 컨버터부(430)는 1차 스위칭부(431), 절연부(431), 2차 스위칭부(433) 등으로 구성될 수 있다.
먼저 필터 및 정류부(420)는 입력된 220V AC 전류(410)를 필터링하고 정류하여 도시된 바와 같이 240V 120Hz의 전류를 출력시킨다. 1차 스위칭부(431)에서는 상기 필터 및 정뷰부(420)로부터 공급된 전류를 LLC에 의해 스위칭하여 100kHz의 펄스 신호로 변환시킨다. 절연부(432)에서는 트랜스포머에 의해 전력을 2차 스위칭부(433)로 전달하며, 2차 스위칭부(433)에서는 80V DC 링크(link) 전류를 생성한다. 마지막으로 부스트 및 전류 제어부(441)에서는 상기 DC 링크 전류를 부스팅하여 50kHz 전류로 출력시켜 배터리(115)를 충전시킨다.
한편, 상기 충전기(112)의 세부 구현 방법은 다양하게 구현하는 것이 가능하며, 본 발명이 상기 도 4에 도시된 회로로 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 충전 제어기의 충전 제어 절차 및 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 충전 제어기의 충전기 제어 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저 충전을 위해 전원 공급 장치(EVSE)(100)와 차량의 온-보드 충전 장치(111)를 커넥터(120)로 연결(S501)하면, 본 발명의 실시예에 따라 충전 제어기(113)의 제어에 의해 기설정된 제1 시간(예컨대, 3 내지 10초) 동안 차량용 배터리(즉, 제2 배터리)(210)로부터 전력(B+ 전력)을 온-보드 충전 장치(111)로 공급(S502)한다.
그런 다음, 전원 공급 장치(100)의 충전 준비가 완료(예컨대, 사용자의 결제 완료 등)되면, 온-보드 충전 장치(111)의 제어 파일럿 듀티 발생 확인 후, 제2 스위치(S2)를 온 시킴(S503)으로써 충전 절차를 진행한다.
이때, 전원 공급 장치(100)로부터 220V의 AC 전원이 공급(S504)되고, 상기 전원 공급에 따라 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 온(S505)되어 상기 AC 전원을 DC 전원(예컨대, 15V 전원)으로 변환하여 온-보드 충전 장치(111)의 구동 전력으로 공급하게 된다.
한편, 추가적으로 상기 온-보드 충전 장치(111)가 제2 배터리(210)와 연결되는 IG 3 라인의 릴레이가 온(S506) 될 수 있으며, 이에 따라 상기 온-보드 충전 장치(111)의 정상 여부를 검사할 수가 있게 된다.
이와 같이, IG 3 라인의 릴레이가 온 되면, 공급되는 AC 전원에 의한 충전(S507, S509) 절차가 진행된다. 이때, 상기 온-보드 충전 장치(111)에 오류가 발생할 경우(S508), 충전 절차를 중단하고, IG 3 라인의 릴레이를 오프시키고, 공급되는 220V 전원을 오프(S510)시킨다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치(EVSE)와 충전 제어기 간의 제어 파일롯 회로를 나타내는 회로도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 6의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 전원 공급 장치(100)로부터 생성된 PWM 신호가 제1 스위치(S1)(105)를 통해 R1으로 출력되고, 커넥터(120)의 제4 라인을 통해 자동차(110)의 다이오드(D) 및 버퍼(116) 등을 거쳐 충전 제어기(113)로 제공된다.
한편, 상기 제2 스위치(S2)(117)는 상술한 바와 같이 전원 공급 장치(100)의 충전 준비가 완료되면, 온(on) 상태가 되며, 상기 제2 스위치(S2)의 온 상태에 따라 R3 및 R2 의 병렬 저항에 의해 상기 충전 제어기(113)로 공급되는 PWM 신호의 전압이 도 8에 도시된 바와 같이 +9V에서 +6V로 낮아진다.
도 7은 상기 도 6에서 제1 스위치(S1)(105)가 제어 전자 장치(103)의 PWM 단자에 연결되고, 자동차(110)의 제2 스위치(S2)(117)가 온 될 경우의 등가 회로(equivalent circuit)를 나타낸다. 상기 도 7에서 C1은 Cc에 의한 케이블 용량을 제외한 EVSE의 모든 파일롯 라인의 용량을 나타낸다. 또한, C2는 자동차의 모든 파일롯 라인 용량을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 충전 제어기를 제어하기 위해 생성되는 신호들의 타이밍도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제어 파일럿(control pilot; C.P) 신호가 표준에 규정된 바와 같이 12V 또는 9V의 정전압 신호로 생성되거나, +9V/-12V 또는 +6V/-12V의 PWM 신호로 생성될 수 있다.
먼저, 제어 파일럿 신호는 12V 정전압 신호를 출력하다가, 커넥터(120)에 의해 전원 공급 장치(EVSE)(100)가 자동차(110)에 연결되면, 도 1에 도시된 회로 구성에 따라 9V의 정전압 신호로 내려간다. 이때, 상기 연결을 감지한 충전 제어기(113)는 본 발명의 실시예에 따라 제2 배터리로부터 직접 연결되는 라인에 의해 상기 제2 배터리로부터 전력을 공급받아 온-보드 충전 장치(111)를 구동시킨다.
이때, 설정된 시간(예컨대, 3초 내지 10초)이 경과하면, 암전류의 문제가 발생할 수 있기 때문에, IG 3 라인을 통해 전력을 공급받도록 충전 제어기(113)에서 핸드오버 시킨다. 이에 따라, 상기 제2 배터리로부터 상기 IG 3 라인을 통해 온-보드 충전 장치(111)로 구동 전력을 공급한다.
한편, 상기 온-보드 충전 장치(111)가 구동되어 제어 파일럿 신호를 인식하게 되면, 일정 시간이 경과한 후 충전 준비 완료를 위한 대기를 하게 되며, 상기 IG 3 라인을 통해 공급되는 전력은 상기 대기 기간 동안 구동 전력을 온-보드 충전 장치(111)로 공급한다. 상기 대기 기간 중 전원 공급 장치(100)의 충전 준비가 완료(예컨대, 사용자 결제 완료 등)되면, 상기 전원 공급 장치(100)의 제어 전자 장치(103)는 제1 스위치(105)를 +12V 단자에서 PWM 단자로 전환시킴으로써 +9V/-12V PWM 신호를 출력시킨다.
이때, 상기 PWM 신호가 출력되고, 온-보드 충전 장치(111)의 제어 파일럿 듀티(duty) 발생이 확인되면, 제2 스위치(S2)를 온 시키게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 상기 IG 3 라인을 통해 구동 전력을 공급받는 온-보드 충전 장치(111)는 공급되는 상용 AC 전원으로부터 구동 전력을 공급받도록 제어된다.
한편, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 전원 공급 장치(EVSE) 102 : AC 지시자
103 : 전자 제어 장치 104 : 전압 측정부
105 : 제1 스위치 110 : 자동차
111 : 온-보드 충전 장치(OBC) 112 : 충전기
113 : 충전 제어기 114 : BMS
115 : 제1 배터리 116 : 버퍼
117 : 제2 스위치 120 : 커넥터
201 : IG 키 스위치 202 : 제1 릴레이
203 : 제2 릴레이 204 : 제어기
205 : LDC 206 : 에어컨
207 : 히터 208 : 인버터
209 : 제3 릴레이 210 : 제2 배터리
300 : 모터 410 : AC 전원
420 : 필터 및 정류부 430 : LLC 컨버터부
431 : 1차 스위칭부 432 : 절연부
433 : 2차 스위칭부 440 : 부스트 컨버터부
441 : 부스트 및 전류 제어부

Claims (12)

  1. 전기 자동차용 전원 공급 장치(Electric Vehicle Supply Equipment)를 통해 전원을 공급받아 전기 자동차에 탑재된 차량 구동용 제1 배터리를 충전시키는 충전기의 충전 동작을 제어하기 위한 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템에 있어서,
    상기 전원 공급 장치를 상기 전기 자동차에 접속하기 위한 커넥터;
    상기 커넥터에 의한 상기 전원 공급 장치의 접속 및 상기 충전기의 충전 준비 상태에 따라 정전압 또는 펄스 형태의 제어 파일럿 신호를 생성하는 상기 전원 공급 장치의 제어 전자 장치; 및
    상기 전기 자동차 내에 설치된 상기 충전기를 포함하는 온-보드 충전 장치(On-board Battery Charger) 내에 구비되고, 상기 제어 전자 장치로부터 상기 생성된 제어 파일럿 신호를 수신하여 상기 전기 자동차에 탑재된 상기 충전기의 충전 동작을 제어하는 충전 제어기를 포함하며,
    상기 충전 제어기는,
    상기 전원공급장치와 상기 온-보드 충전장치가 상기 커넥터로 연결될 때, 차량용 제2 배터리와 연결된 전원 공급 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하고, 설정된 제1 시간이 경과한 후, 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG(Ignition) 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 시간은 3초 내지 10초 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 충전 제어기는,
    설정된 제2 시간 동안 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 충전 제어기는,
    상기 제어 전자 장치로부터 충전 준비 완료 신호를 수신하고, 설정된 제3 시간 이후 상기 제어 전자 장치 및 상기 충전 제어기 사이에 병렬 연결된 적어도 2개의 저항 사이에 설치된 스위치를 온 시킴으로써 상기 충전기의 충전을 개시하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 충전 제어기는,
    상기 충전기의 충전을 개시한 이후, 상기 전원 공급 장치로부터 공급되는 전력에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 시스템.
  7. 전기 자동차용 전원 공급 장치(Electric Vehicle Supply Equipment)를 통해 전원을 공급받아 전기 자동차에 탑재된 차량 구동용 제1 배터리를 충전시키는 충전기의 충전 동작을 제어하기 위한 전기 자동차용 충전기의 제어 방법에 있어서,
    커넥터를 통해 상기 전원 공급 장치를 상기 전기 자동차에 접속시키는 단계;
    상기 전기 자동차 내에 설치된 상기 충전기를 포함하는 온-보드 충전 장치(On-board Battery Charger) 내에 구비되어 상기 충전기의 충전 동작을 제어하는 충전 제어기에서 상기 전원 공급 장치 내의 제어 전자 장치로부터 생성된 제어 파일럿 신호를 수신하는 단계;
    상기 전원공급장치와 상기 온-보드 충전장치가 상기 커넥터로 연결될 때, 상기 충전 제어기가 차량용 제2 배터리와 연결된 전원 공급 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하는 단계; 및
    설정된 제1 시간이 경과한 후, 상기 충전 제어기가 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG(Ignition) 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치로 전원이 공급되도록 제어하는 단계;
    를 포함하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 제1 시간은 3초 내지 10초 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 IG 3 라인을 통해 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어하는 단계는,
    설정된 제2 시간 동안 상기 차량용 제2 배터리와 연결된 IG 3 라인을 통해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 IG 3 라인을 통해 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되도록 제어하는 단계 이후에,
    상기 충전 제어기가 상기 제어 전자 장치로부터 충전 준비 완료 신호를 수신하는 단계; 및
    설정된 제3 시간 이후 상기 제어 전자 장치 및 상기 충전 제어기 사이에 병렬 연결된 적어도 2개의 저항 사이에 설치된 스위치를 온 시킴으로써 상기 충전기의 충전을 개시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 충전을 개시하는 단계 이후에,
    상기 전원 공급 장치로부터 공급되는 전력에 의해 상기 온-보드 충전 장치의 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전기의 제어 방법.
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