KR102371846B1 - 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치 - Google Patents

전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 관한 것으로, 입력 교류/직류 전원을 충전 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 배터리와, 상기 전력 변환기의 출력단에 연결되어, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 커패시터와, 상기 커패시터와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 커패시터 측으로부터 상기 배터리 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 커패시터 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제2 스위칭부와, 상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 캐패시터 측으로 전류의 흐름을 제한하는 전류 제한부와, 상기 전력 변환기의 구동을 제어하고, 상기 전력 변환기의 구동 여부에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온/오프 스위칭 되도록 제어하는 제어부를 포함함으로써, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING OVER-LOAD AT PRE-CHARGING OF BATTERY USING POWER CONVERTER}
본 발명은 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 관한 것이다.
최근 환경문제 특히 지구온난화와 기후변화에 대한 관심이 높아지고 다수의 국가가 이산화탄소 배출량 감축에 대한 기후변화협약을 이행하기 위한 논의를 진행되었으며, 이러한 논의에서 지구온난화의 원인은 이산화탄소 발생의 증가이며 이산화탄소의 증가는 자동차에서 내뿜는 탄소가 주범으로 지적된 바가 있다.
탄소배출 규제 정책에 따라 자동차 업계에 석유를 기반으로 한 자동차는 연료 효율을 높이고 탄소 배출 감소를 요구하게 되었으며, 이에 전기에 의해 자동차를 거동시키고, 배기가스를 발생시키지 않는 전기 자동차가 다양한 형태로 개발되고 있으며, 수요 또한 급속히 증가하고 있는 실정이다.
이러한 전기 자동차를 운행시키는 전기 모터는 주행 중에 전기 에너지를 과도하게 소모하므로, 배터리를 일회 충전시 주행할 수 있는 거리는 일반 자동차에 비해 짧은 문제점이 발생하므로, 전기 자동차의 배터리 충전 작업을 자주 해야 하는 불편함이 있다.
한편, 종래 기술의 전기 자동차에서 전력 변환기의 출력 측에 용량성 부하인 배터리가 결성되어 있을 경우에서의 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없거나 초기 충전 저항을 연결하여 전류 제한 구조를 갖는다.
하지만, 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없는 경우, 초기 과도한 전류의 유입으로 인해 전력 변환기의 회로에 과부하가 걸리게 되는 문제점이 있다.
또한, 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 있는 경우, 전류 제한 저항으로 인해 전력 변환기의 정상 동작시 효율의 저하가 생기는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 입력 교류/직류 전원을 충전 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환기; 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 배터리; 상기 전력 변환기의 출력단에 연결되어, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 커패시터; 상기 커패시터와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 커패시터 측으로부터 상기 배터리 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제1 스위칭부; 상기 제1 스위칭부와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 커패시터 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제2 스위칭부; 상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 캐패시터 측으로 전류의 흐름을 제한하는 전류 제한부; 및 상기 전력 변환기의 구동을 제어하고, 상기 전력 변환기의 구동 여부에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온/오프 스위칭 되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 제1 스위칭부는, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제1 스위칭 소자; 및 상기 제1 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제1 다이오드로 이루어지되, 상기 제1 다이오드의 애노드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결되며, 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자는 상기 커패시터의 일단에 연결됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 제2 스위칭부는, 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제2 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제2 다이오드로 이루어지되, 상기 제2 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 스위칭부에 연결되며, 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 전류 제한부는, 적어도 하나의 저항으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 제1 및 제2 스위칭부가 오프(OFF) 되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 전력 변환기의 정상 동작시 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 전력 변환기는 AC/DC 컨버터 또는 DC/DC 컨버터로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 배터리는, 전기 자동차의 모터 구동에 사용되는 고전압 배터리 또는 차량의 전장 부하들에 전력을 공급하는 저전압 배터리로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 따르면, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기 측으로 흐르는 전류가 제한되어 전력 변환기의 부담이 적어지며, 전력 변환기의 정상 동작시 스위칭부들의 도통으로 인해 정상 동작 손실이 감소됨과 아울러 효율이 증대되는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 충전 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 충전 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 충전 시스템은, 상용 전원 공급부(10)와, 브리지 다이오드 정류기(20)와, 저항기(NTH)와, 커패시터(C0)와, 배터리(40)에 입/출력되는 전압을 변환하는 전력 변환기(30) 등을 포함하여 이루어진다.
만약, 상용 전원 공급부(10)의 동작에 의해 상용 전원이 인가되면 브리지 다이오드 정류기(20)에서는 상용 전원이 직류로 변환되고, 이 직류 전압 인가시 커패시터(C0)의 충전이 필요하게 된다. 커패시터(C0)의 충전으로 인한 과도한 전류의 유입을 막기 위해 저항기(NTH)가 연결되어 있다.
한편, 전력 변환기(30)의 출력단에 배터리(40)가 연결될 경우, 전력 변환기(30)가 동작하지 않는 중에도 배터리(40)에 전압이 충전되어 있다. 이때, 전력 변환기(30)의 초기 동작시 즉, 배터리(40)의 초기 충전시 전력 변환기(30)의 출력단에 구비된 커패시터(미도시)와 배터리(40)의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기(30)의 내부에 과전류가 흐를 수 있다.
그러나, 종래 기술에서는 전력 변환기(30)의 출력 측에 용량성 부하인 배터리(40)가 결성되어 있을 경우에서의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없거나 초기 충전 저항을 연결하는 데, 배터리(40)의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없는 경우, 초기 과도한 전류의 유입으로 인해 전력 변환기(30)의 회로에 과부하가 걸리게 되는 문제점이 있다.
또한, 배터리(40)의 초기 충전시 전류를 제한하는 경우, 전류 제한 저항으로 인해 전력 변환기(30)의 정상 동작시 효율의 저하가 생기는 문제점이 있다. 즉, 종래 기술에서는 배터리(40)의 초기 충전시 전력 변환기(30)의 과부하를 감수하거나, 전력 변환기(30)의 정상 동작시 효율의 저하를 감수해야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 배터리의 초기 충전시 전력 변환기의 출력단에 구비된 커패시터와 배터리의 상호 전압 차이로 인해 전력 변환기의 내부에 과전류가 흐르는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 하는 특징적인 기술이다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 적용하면, 전력 변환기의 출력 측에 용량성 부하인 배터리가 결성된 상태에서, 배터리의 초기 충전시 전류 제한 구조가 없는 경우, 초기 과도한 전류의 유입으로 인해 전력 변환기의 회로에 과부하가 걸리게 되는 문제점과, 배터리의 초기 충전시 전류를 제한하는 경우, 전류 제한 저항으로 인해 전력 변환기의 정상 동작시 효율의 저하가 생기는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리의 초기 충전시 전력 변환기 측으로 흐르는 전류가 제한되어 전력 변환기의 부담이 적어질 수 있으며, 전력 변환기의 정상 동작시 스위칭부들의 도통으로 인해 정상 동작 손실이 감소됨과 아울러 효율이 증대될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치는, 크게 전력 변환기(100), 배터리(200), 커패시터(300), 제1 스위칭부(400), 제2 스위칭부(500), 전류 제한부(600) 및 제어부(700) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 전력 변환기(100)는 외부의 전력공급부(미도시)로부터 공급되는 전력을 변환 및 변압하여 배터리(200)를 충전하는 기능을 수행하는 바, 외부로부터 입력되는 교류/직류(AC/DC) 전원을 배터리(200)에 충전되도록 직류(DC) 전원으로 변환하여 출력한다.
이때, 상기 전력공급부는, 일반적으로 전기를 생산 및 공급하는 전력공사와 같은 계통(Grid)과, 상기 계통 이외에 전기를 생산 및/또는 공급할 수 있는 수단을 포함하여 본 발명에 따른 전력 변환기(100)로 전기를 공급할 수 있는 모든 전력 공급원을 포함하는 의미로 사용된다.
예를 들어, 전력 변환기(100)은 계통, 상기 계통으로부터 생산된 전기를 공급받아 철도 또는 도시철도에 전기를 공급하는 사업자들 및 소수력(Small Hydropower), 태양광(PhotoVoltaic; PV), 태양열(Solar Thermal), 풍열(Wind Power), 폐기물 에너지(Waste Energy), 바이오 에너지(Bio Energy), 지열(Geo Thermal), 해양 에너지(Ocean Energy) 등과 같은 신재생에너지로부터 발생되는 전기를 공급하는 신재생 에너지 처리시스템 중 적어도 하나 이상이 포함된 전력공급부로부터 전기를 공급받을 수 있다.
이러한 전력 변환기(100)는 예컨대, AC/DC 컨버터(Converter) 또는 DC/DC 컨버터 등으로 이루어짐이 바람직하다. 상기 AC/DC 컨버터는 입력된 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 변환하는 바, 입력 교류 전압을 정류하는 정류부와, 적어도 하나의 인덕터(Inductor), 스위치, 다이오드(Diode) 및 커패시터(Capacitor) 등으로 구성된 LC 필터 등을 포함할 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터는 다수의 스위치의 위상을 조절하여, 전기 자동차의 메인 배터리인 고전압 배터리 또는 보조 배터리인 저전압 배터리를 충전하기 위한 충전 전압을 생성한다. 상기 DC/DC 컨버터에 의해 생성된 충전 전압은 고전압 배터리 또는 저전압 배터리로 전달된다.
한편, 상기 DC/DC 컨버터는, 고전압 배터리에 입/출력되는 전압을 변환하는 양방향 고전압 DC/DC 컨버터(Bi-directional High Voltage DC/DC Converter, BHDC) 또는 저전압 배터리에 충전함과 아울러 차량의 각종 전장 부하들(예컨대, 헤드 램프, 와이퍼 및 블로워 등)에 전력을 전달하는 저전압 DC/DC 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter) 등으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 저전압 DC/DC 컨버터(LDC)는 일반 직류(DC)를 스위칭(Switching)시켜 교류(AC)로 만들고 이 교류(AC)를 코일(Coil), 트랜스(Transformer), 커패시턴스(Capacitance) 등을 이용하여 강압시킨 다음, 다시 정류시켜 직류(DC)로 만들어, 각종 전장 부하들에서 사용되는 전압에 맞게 전기를 공급하는 역할을 한다.
또한, 상기 저전압 DC/DC 컨버터(LDC)는, 통상적으로 변환 제어가 간단하고 적은 소자로 구현될 수 있다는 장점 때문에, ZVS(Zero Voltage Switching) 풀 브리지(full-bridge) PWM(Pulse Width Modulation) 회로로 구성될 수 있다.
배터리(200)는 전력 변환기(100)로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
이러한 배터리(200)는 전기 자동차의 모터 구동에 사용되는 고전압 배터리(High Voltage Battery) 또는 차량의 각종 전장 부하들에 전력을 공급하는 저전압 배터리(Low Voltage Battery)로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 각종 전자 장치에서 통상적으로 전기 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 수단으로 이루어질 수도 있다.
커패시터(300)는 전력 변환기(100)의 출력단에 연결되어 있으며, 전력 변환기(100)로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 기능을 수행한다.
제1 스위칭부(400)는 커패시터(300)와 배터리(200) 사이에 위치되어 있으며, 전력 변환기(100)의 정상 동작 전 즉, 배터리(200)의 초기 충전시 커패시터(300) 측으로부터 배터리(200) 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭(switching)하는 기능을 수행한다.
이러한 제1 스위칭부(400)는 제어부(700)의 제어 신호에 따라 구동되는 제1 스위칭 소자(Q1)와, 제1 스위칭 소자(Q1)에 병렬로 연결되는 제1 다이오드(D1)로 이루어짐이 바람직하며, 제1 다이오드(D1)의 애노드(Anode) 단자는 배터리(200)의 양극(+) 또는 음극(-) 단자에 연결됨과 아울러 제1 다이오드(D1)의 캐소드(Cathode) 단자는 커패시터(300)의 일단에 연결됨이 바람직하다.
이때, 제1 스위칭 소자(Q1)는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET), SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 다이오드(D1)는 커패시터(300)의 출력 측으로부터 배터리(200) 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드로 이루어짐이 바람직하며, 제1 스위칭 소자(Q1)의 스위칭에 의해 턴-온에서 턴-오프 될 때 전류 패스를 형성하여 잔류 전류를 소모하는 프리휠링(Free-wheeling) 다이오드의 기능을 수행할 수 있다.
제2 스위칭부(500)는 제1 스위칭부(400)와 배터리(200) 사이에 위치되어 있으며, 배터리(200)의 초기 충전시 배터리(200) 측으로부터 커패시터(300) 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 기능을 수행한다.
이러한 제2 스위칭부(500)는 제어부(700)의 제어 신호에 따라 구동되는 제2 스위칭 소자(Q2)와, 제2 스위칭 소자(Q2)에 병렬로 연결되는 제2 다이오드(D2)로 이루어짐이 바람직하며, 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자는 제2 스위칭부(500)에 연결됨과 아울러 제2 다이오드(D2)의 캐소드 단자는 배터리(200)의 양극(+) 또는 음극(-) 단자에 연결됨이 바람직하다.
이때, 제2 스위칭 소자(Q2)는 게이트(Gate) 제어에 의해 턴-온 또는 턴-오프 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대, MOSFET, SCR, IGBT 등으로 구성될 수 있다.
그리고, 제2 다이오드(D2)는 배터리(200)의 출력 측으로부터 커패시터(300) 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드로 이루어짐이 바람직하며, 제2 스위칭 소자(Q2)의 스위칭에 의해 턴-온에서 턴-오프 될 때 전류 패스를 형성하여 잔류 전류를 소모하는 프리휠링 다이오드의 기능을 수행할 수 있다.
전류 제한부(600)는 제2 스위칭부(500)와 병렬로 연결되어 있으며, 배터리(200)의 초기 충전시 배터리(200) 측으로부터 캐패시터(300) 측으로 전류의 흐름을 제한하는 기능을 수행한다.
이러한 전류 제한부(600)는 적어도 하나의 저항(R)으로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 전류를 제한할 수 있는 반도체 소자라면 어느 것이든 가능하다.
제어부(700)는 전력 변환기(100)의 전체적인 구동을 제어하고, 전력 변환기(100)의 구동 여부에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 온/오프(ON/OFF) 스위칭 되도록 제어하는 기능을 수행한다.
또한, 제어부(700)는 배터리(200)의 초기 충전시 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 오프(OFF) 되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(700)는 전력 변환기(100)의 정상 동작시 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 온(ON) 되도록 제어할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하며, 전력 변환기(100)의 정상 동작 전 즉, 배터리(200)의 초기 충전시 제어부(700)의 제어에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 오프(OFF)시킨다.
이와 같이 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 오프(OFF) 된 상태에서, 배터리(200)의 전압이 전력 변환기(100)의 출력 측에 구비된 커패시터(300)의 전압보다 클 경우, 전류는 제2 스위칭 소자(Q2)에 병렬로 연결된 전류 제한부(600) 즉, 저항(R)을 따라 제1 스위칭부(400)의 제1 다이오드(D1)를 거쳐 커패시터(300)로 흐르게 되며, 이 저항(R)으로 인해 초기 전류가 제한된다. 그리고, 커패시터(300)의 전압은 배터리(200)의 전압과 같아질 때까지 상승한다.
도 3b를 참조하면, 전력 변환기(100)의 정상 동작 전 즉, 배터리(200)의 초기 충전시 제어부(700)의 제어에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 오프(OFF)시킨다.
이와 같이 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)가 오프(OFF) 된 상태에서, 배터리(200)의 전압이 전력 변환기(100)의 출력 측에 구비된 커패시터(300)의 전압보다 작을 경우, 전류는 제1 스위칭 소자(Q1)의 오프(OFF)와 제1 다이오드(D1)로 인해 배터리(200) 측으로 흐르지 않는다. 그리고, 제1 스위칭부(400)에 구비된 소자의 에너지 저장 특성으로 인해 커패시터(300)의 전압은 배터리(200)의 전압과 같아질 때까지 감소한다.
도 3c를 참조하면, 전력 변환기(100)의 정상 동작시 제어부(700)의 제어에 따라 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 온(ON)시킨다. 이에 따라, 전력 변환기(100)에서 출력되는 전류는 제1 및 제2 스위칭부(400 및 500)의 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1 및 Q2)를 지나 배터리(200)로 흘러 충전하게 된다.
전술한 본 발명에 따른 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 전력 변환기, 200 : 배터리,
300 : 커패시터, 400 : 제1 스위칭부,
500 : 제2 스위칭부, 600 : 전류 제한부,
700 : 제어부

Claims (8)

  1. 입력 교류/직류 전원을 충전 전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환기;
    상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원에 따라 충전되고, 구동 전원을 공급하는 배터리;
    상기 전력 변환기의 출력단에 연결되어, 상기 전력 변환기로부터 출력된 충전 전원을 저장하는 커패시터;
    상기 커패시터와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 커패시터 측으로부터 상기 배터리 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제1 스위칭부;
    상기 제1 스위칭부와 상기 배터리 사이에 위치하고, 상기 배터리 측으로부터 상기 커패시터 측으로 전류의 흐름을 차단하도록 스위칭하는 제2 스위칭부;
    상기 제2 스위칭부와 병렬로 연결되고, 상기 배터리의 초기 충전시 상기 배터리 측으로부터 상기 캐패시터 측으로 전류의 흐름을 제한하는 전류 제한부; 및
    상기 전력 변환기의 구동을 제어하고, 상기 전력 변환기의 구동 여부에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온/오프 스위칭 되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 전력 변환기의 정상 동작 전에 상기 제1 및 제2 스위칭부가 오프(OFF) 되도록 제어하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부는,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제1 스위칭 소자; 및
    상기 제1 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제1 다이오드로 이루어지되,
    상기 제1 다이오드의 애노드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결되며, 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자는 상기 커패시터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동되는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 제2 다이오드로 이루어지되,
    상기 제2 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 스위칭부에 연결되며, 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자는 상기 배터리의 양극 또는 음극 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제한부는, 적어도 하나의 저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전력 변환기의 정상 동작시 상기 제1 및 제2 스위칭부가 온(ON) 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 AC/DC 컨버터 또는 DC/DC 컨버터로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리는, 전기 자동차의 모터 구동에 사용되는 고전압 배터리 또는 차량의 전장 부하들에 전력을 공급하는 저전압 배터리로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력 변환기를 이용한 배터리의 초기 충전시 과부하 방지 장치.
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