KR20150089647A - 전기 자동차용 충전 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

전기 자동차 내부 충전장치를 제어하는 전기 자동차용 충전 제어 장치가 개시된다. 보조 배터리는 직류 전력을 공급한다. 전원 공급 장치는 상기 직류 전력의 전압의 크기를 변환하여 전력을 공급한다. 전력 공급 제어 장치는 상기 전원 공급 장치에 대한 상기 직류 전력의 공급을 제어한다.

Description

전기 자동차용 충전 제어 장치{CONTROLLING DEVICE FOR ELECTRONIC VEHICLE CHARGER}
본 발명은 전기 자동차용 충전 제어 장치에 관한 것이다.
전기 자동차란, 전기를 사용하여 운행되는 자동차를 의미하는 것으로, 크게 순수 전기 자동차(Batttery Powered Electric Vehicle)와 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)로 구분될 수 있다. 여기서 순수 전기 자동차는, 화석 연료를 이용함 없이 전기만을 사용하여 주행하는 자동차로서, 일반적으로 전기 자동차라 명칭된다. 그리고 하이브리드 전기 자동차는 전기 및 화석 연료를 사용하여 주행하는 것을 의미한다. 그리고 이와 같은 전기 자동차는, 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리를 포함한다. 특히, 순수 전기 자동차 및 플러그인(Plug-in) 타입의 하이브리드 전기 자동차는, 외부의 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리를 충전하며, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 전기 모터를 구동한다. 따라서 전기 자동차의 구동을 위해 전기 자동차의 충전이 필요하다.
전기 자동차의 충전은 전기 자동차의 충전 스테이션과 자동차용 충전기를 통해 이루어진다. 충전 스테이션은 자동차용 충전기에 전력을 공급한다. 자동차용 충전기는 전력을 전기 자동차에 전달한다. 이때 전기 자동차는 충전을 위한 준비동작을 시작한다. 충전을 위한 준비 동작은 전원 공급부의 구동을 포함할 수 있다. 이때 전원 공급장치는 전기 자동차 내부의 보조 배터리로부터 직류 전력을 공급받아 전압의 크기를 조정하여 전기 자동차 내부 충전장치의 구동에 필요한 제어부와 기타 소자에 전력을 공급한다.
본 발명에서는 전기 자동차용 충전기에 전력을 공급하는 전원 공급장치의 구동을 제어하는 전기 자동차용 충전 제어 장치를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기 자동차용 충전기에 전력을 공급하는 전원 공급 장치의 구동을 제어하는 전기 자동차용 충전 제어 장치를 제공하는 것이다. 특히 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전원 공급 장치를 구동하지 않는 경우, 전력 소모를 최소화할 수 있는 전기 자동차용 충전 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차 내부 충전장치를 제어하는 전기 자동차용 충전 제어 장치는 직류 전력을 공급하는 보조 배터리; 상기 직류 전력의 전압의 크기를 변환하여 전력을 공급하는 전원 공급 장치; 및 상기 전원 공급 장치에 대한 상기 직류 전력의 공급을 제어하는 전력 공급 제어 장치를 포함한다.
전기 자동차용 충전기에 전력을 공급하는 전원 공급 장치의 구동을 제어하는 전기 자동차용 충전 제어 장치를 제공한다. 특히 전원 공급 장치를 구동하지 않는 경우, 전력 소모를 최소화할 수 있는 전기 자동차용 충전 제어 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 블록도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 회로도를 보여준다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 전기 자동차용 충전 시스템(100)은 충전 스테이션(110), 자동차용 충전기(130), 전기 자동차(150)를 포함한다.
충전 스테이션(110)은 자동차용 충전기(130)에 전력을 공급한다.
자동차용 충전기(130)는 전기 자동차(150)에 전력을 전달한다.
전기 자동차(150)는 전달 받은 전력으로 전기 자동차(150) 내부의 배터리를 충전한다. 이때 전기 자동차(150)는 충전을 위해 제어부 등의 장치를 구동해야 한다. 제어부 등의 장치를 구동하기 위해서는 전기 자동차(150)는 적절한 크기의 직류 전압을 제어부 등의 장치에 공급해야 한다. 이를 위해 전기 자동차(150)의 전기 자동차용 충전 제어 장치(200)는 전기 자동차(150) 내부의 보조 배터리로부터 공급받은 직류 전압의 크기를 조정하여 제어부 등의 장치에 공급하는 전원 공급 장치를 제어한다. 이때 보조 배터리는 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리와 다를 수 있다. 전기 자동차용 충전 제어 장치(200)에 대해서는 도 2 내지 도 5를 통하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 블록도를 보여준다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치(200)는 보조 배터리(210), 필터(230), 전원 공급 장치(250), 제어부(270), 기타소자(280) 및 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)를 포함한다.
보조 배터리(210)는 직류 전력을 저장한다. 또한 전기 자동차(150)가 직류 전력을 필요로 하는 경우, 보조 배터리(210)는 방전하여 직류 전력을 공급한다. 이때 보조 배터리(210)는 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리와 다를 수 있다.
필터(230)는 직류 전력의 노이즈를 필터링한다.
전원 공급 장치(250)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 변환하여 직류 전력을 공급한다. 이때 변환되는 직류 전력 전압의 크기는 직류 전력을 공급 받는 제어부(270)와 기타 소자(280)의 구동에 필요한 직류 전압의 크기이다. 이때 전원 공급 장치는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS)일 수 있다. 전원 공급 장치(250)는 충전 시작 신호를 턴 온 신호 입력 단자로 수신하여 구동을 시작할 수 있다.
제어부(270)는 전기 자동차(150) 내부 충전 장치의 동작을 제어한다.
기타 소자(280)는 전기 자동차(150) 내부 충전 장치의 동작에 필요한 소자들을 포함한다.
전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)는 충전 시작 조건에 따라 전원 공급 장치(250)를 제어하는 신호를 생성한다. 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)는 교류 감지부(291), CAN 통신부(293), 연결 감지부(295) 및 파일럿(pilot) 제어 신호 수신부(297) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 교류 감지부(291)는 자동차용 충전기(130)로부터 교류 전압을 공급을 감지한다. 교류 전압의 공급을 감지한 경우, 교류 감지부(291)는 논리합게이트에 제어 신호를 입력한다. 따라서 자동차용 충전기(130)로부터 교류 전압을 공급 받은 경우, 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)는 전원 공급 장치(250)를 턴 온하는 충전 시작 신호를 생성할 수 있다. CAN 통신부(293)는 자동차용 충전기(130)로부터 계측제어통신망(Controller Area Network, CAN) 신호를 수신한다. 이때 CAN은 자동차의 각종 계측 제어 장비들 간에 디지털 직렬 통신을 제공하기 위한 차량용 네트워크 시스템이다. CAN 신호는 자동차용 충전기(130)가 전기 자동차(150) 내부 충전 장치의 동작을 제어하는 신호이다. CAN 신호를 수신하는 경우, CAN 통신부(293)는 논리합게이트에 제어 신호를 입력한다. 따라서 자동차용 충전기(130)로부터 CAN 신호를 수신하는 경우, 신호 전원 공급 장치 제어 생성부(290)는 전원 공급 장치(250)를 턴 온하는 충전 시작 신호를 생성할 수 있다. 연결 감지부(295)는 자동차용 충전기(130)의 연결을 감지한다. 이때 연결 감지부(295)는 자동차용 충전기(130)의 연결 감지는 접근 저항을 이용하여 감지될 수 있다. 구체적으로 연결 감지부(295)는 접근 저항에 인가되는 전압의 크기의 변화에 기초하여 감지할 수 있다. 자동차용 충전기(130)가 연결되는 경우, 접근 저항에 자동차용 충전기(130)에 포함된 저항이 병렬 연결되어 접근 저항의 크기 보다 작은 합성저항을 갖게 된다. 따라서 이때 접근 저항에 인가되는 전압의 크기는 자동차용 충전기(130) 연결전보다 작아진다. 그러므로 접근 저항에 인가되는 전압이 기준 전압보다 작은 경우, 연결 감지부(295)는 자동차용 충전기(130)의 연결을 감지할 수 있다. 자동차용 충전기(130)의 연결을 감지하는 경우, 연결 감지부(295)는 논립합 게이트에 제어 신호를 입력한다. 따라서 자동차용 충전기(130)의 연결을 감지하는 경우, 전원 공급 장치 제어 생성부(290)는 전원 공급 장치(250)를 턴 온하는 충전 시작 신호를 생성할 수 있다. 파일럿 제어 신호 수신부(297)는 파일럿(pilot) 제어 신호를 수신한다. 이때 파일럿 신호는 전기 자동차(150) 내부의 충전과정을 감시하고 제어하는 전기 자동차(150) 내부의 제어 신호이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 동작 흐름도이다.
보조 배터리(210)는 방전하여 직류 전력을 공급한다(S101).
필터(230)는 직류 전력의 노이즈를 필터링한다(S103). 필터(230)는 직류 전력의 노이즈를 필터링함으로써 직류 전력 공급의 효율을 높일 수 있다.
전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)는 충전 시작 조건이 만족되는지 판단한다(S105). 구체적으로 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)는 교류 감지부(291)를 통하여 자동차용 충전기(130)로부터 교류 전압의 공급을 감지하는지, CAN 통신부(293)를 통하여 CAN 신호를 수신하는지, 연결 감지부(295)를 통하여 자동차용 충전기(130)의 연결을 감지하는지 및 파일럿 제어 신호 수신부(297)를 통하여 파일럿 제어 신호를 수신하는지 중 적어도 어느 하나에 해당하는지 판단할 수 있다.
충전 시작 조건이 만족되는 경우, 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(290)는 전원 공급 장치(250)를 턴 온하는 충전 시작 신호를 생성하여 전송한다(S107).
전원 공급 장치(250)는 충전 시작 신호를 수신하여 구동을 시작한다(S109). 구체적으로 전원 공급 장치(250)는 충전 시작 신호를 턴 온 신호 입력 단자로 수신하여 구동을 시작할 수 있다.
전원 공급 장치(250)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 변환하여 공급한다(S111). 구체적으로 전원 공급 장치(250)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 제어부(270) 및 기타 소자가 필요한 직류 전력 전압의 크기로 변환하여 공급할 수 있다.
이때 전원 공급 장치(250)는 턴 온 되기 전부터 필터링된 전력을 공급받는다. 따라서 전원 공급 장치(250)는 턴 온 되기 전 대기 상태이더라도 직류 전력을 소모한다. 따라서 불필요한 전력 소모가 발생한다. 게다가 대부분의 자동차 업체에서는 전기 자동차(150) 내부 충전 장치의 누설전류 소모 기준을 100uA이하로 규정하고 있다. 특히 전원 공급 장치(250)는 대기 상태에서 약 200uA의 누설전류를 소모한다. 또한 대기상태에서 전력 소모량이 적은 전원 공급 장치(250)는 가격이 비싸다. 따라서 전원 공급 장치(250)의 전력 소모를 최소화할 수 있는 자동차용 충전 제어 장치(200)가 필요하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치(300)는 보조 배터리(310), 필터(330), 전력 공급 제어 장치(340), 전원 공급 장치(350), 제어부(370), 기타소자(380) 및 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)를 포함한다.
보조 배터리(310)는 직류 전력을 저장한다. 또한 전기 자동차(150)가 직류 전력을 필요로 하는 경우, 보조 배터리(310)는 방전하여 직류 전력을 공급한다. 이때 보조 배터리(310)는 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리와 다를 수 있다.
필터(330)는 직류 전력의 노이즈를 필터링한다.
전력 공급 제어 장치(340)는 필터링된 직류 전력의 공급을 제어한다. 이때 전력 공급 제어 장치(340)는 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)가 생성한 제어 신호에 기초하여 필터링된 직류 전력의 공급을 제어한다. 이때 전력 공급 제어 장치(340)는 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)가 생성한 제어 신호에 기초하여 턴 온여부를 결정하는 스위치일 수 있다.
전원 공급 장치(350)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 변환하여 직류 전력을 공급한다. 이때 변환되는 직류 전력 전압의 크기는 직류 전력을 공급 받는 제어부(370)와 기타 소자(380)의 구동에 필요한 직류 전압의 크기이다. 이때 전원 공급 장치는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS)일 수 있다. 도 2 내지 도 3의 실시예에와 달리 전원 공급 장치(350)는 별도의 신호 수신 없이 전력의 공급만으로 구동을 시작할 수 있다. 이를 위해 전원 공급 장치(350)는 턴 온 신호 입력 단자를 항상 턴 온으로 고정할 수 있다. 또는 도 2 내지 도 3의 실시예에서와 같이 전원 공급 장치(350)는 충전 시작 신호를 턴 온 신호 입력 단자로 수신하여 구동을 시작할 수 있다. 이때 도 4에서는 도시되지 않았으나 전원 공급 장치(350)의 턴 온 신호 입력 단자와 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)를 연결하는 신호선이 존재할 수 있다.
제어부(370)는 전기 자동차(350) 내부 충전 장치의 동작을 제어한다.
기타 소자(380)는 전기 자동차(350) 내부 충전 장치의 동작에 필요한 소자들을 포함한다.
전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 충전 시작 조건에 따라 전원 공급 장치(350)를 제어하는 신호를 생성한다. 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 교류 감지부(391), CAN 통신부(393), 연결 감지부(395) 및 파일럿(pilot) 제어 신호 수신부(397) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 교류 감지부(391), CAN 통신부(393), 연결 감지부(395) 및 파일럿(pilot) 제어 신호 수신부(397)의 동작은 도 2 내지 도 3의 실시예에서와 같다. 다만 신호 전원 공급 장치 제어 생성부(390)는 충전 시작 신호를 전력 제어 공급 장치(340)로 전송한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치(300)의 동작은 도 5를 통하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치의 회로도를 보여준다.
보조 배터리(310)는 방전하여 직류 전력을 공급한다(S301).
필터(330)는 직류 전력의 노이즈를 필터링한다(S303). 필터(330)는 직류 전력의 노이즈를 필터링함으로써 직류 전력 공급의 효율을 높일 수 있다.
전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 충전 시작 조건이 만족되는지 판단한다(S305). 구체적으로 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 교류 감지부(391)를 통하여 자동차용 충전기(330)로부터 교류 전압의 공급을 감지하는지, CAN 통신부(393)를 통하여 CAN 신호를 수신하는지, 연결 감지부(395)를 통하여 자동차용 충전기(330)의 연결을 감지하는지 및 파일럿 제어 신호 수신부(397)를 통하여 파일럿 제어 신호를 수신하는지 중 적어도 어느 하나에 해당하는지 판단할 수 있다.
충전 시작 조건이 만족되는 경우, 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 충전 시작 신호를 생성하여 전송한다(S307).
전력 공급 제어 장치(340)는 충전 시작 신호를 수신하여 필터링된 직류 전력을 전달한다(S309).
전원 공급 장치(350)는 필터링된 직류 전력을 공급 받아 구동을 시작한다(S311). 이때 직류 전력을 공급 받는 경우 바로 작동할 수 있도록, 전원 공급 장치(350)는 턴 온 신호 입력 단자를 항상 턴 온으로 고정할 수 있다. 또 다른 실시예에서 전원 공급 장치(350)는 충전 시작 신호를 수신하여 구동을 시작할 수 있다. 이때 전원 공급 장치(350)의 턴 온 신호 입력 단자와 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)를 연결하는 신호선이 존재할 수 있다. 또한 충전 시작 신호가 전력 공급 제어 장치(340) 보다 전원 공급 장치(350)에 먼저 전달되는 경우, 전원 공급 장치(350)가 구동을 시작하지 않을 수 있므로 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 충전 시작 신호를 순차적으로 전송하여야 한다. 구체적으로 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 전력 공급 제어 장치(340)에 충전 시작 신호를 전송한 후에 전원 공급 장치(350) 에 충전 시작 신호 전송할 수 있다.
전원 공급 장치(350)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 변환하여 공급한다(S313).
전원 공급 장치(350)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 변환하여 공급한다(S315). 구체적으로 전원 공급 장치(350)는 필터링된 직류 전력 전압의 크기를 제어부(370) 및 기타 소자가 필요한 직류 전력 전압의 크기로 변환하여 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차용 충전 제어 장치(300)는 전원 공급 장치(350)가 동작하지 않는 경우 전력 공급을 차단하므로 대기 시 누설 전력을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 전원 공급 장치(350)의 턴 온 신호 입력 단자를 턴 온으로 고정하는 경우 전력이 공급되자마자 전원 공급 장치(350) 구동을 시작할 수 있다. 전원 공급 장치(350)의 턴 온 신호 입력 단자를 턴 온으로 고정하면 전원 공급 장치 제어 신호 생성부(390)는 충전 시작 신호를 전력 공급 제어 장치(340)와 전원 공급 장치(350)에 순차적으로 전송하기 위한 별도의 타이밍 제어를 필요로 하지 않는 효과가 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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.

Claims (5)

  1. 전기 자동차 내부 충전장치를 제어하는 전기 자동차용 충전 제어 장치에 있어서,
    직류 전력을 공급하는 보조 배터리;
    상기 직류 전력의 전압의 크기를 변환하여 전력을 공급하는 전원 공급 장치; 및
    상기 전원 공급 장치에 대한 상기 직류 전력의 공급을 제어하는 전력 공급 제어 장치를 포함하는
    전기 자동차용 충전 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 턴 온 신호를 수신하는 턴 온 수신단자가 턴 온으로 고정되어있는
    전기 자동차용 충전 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    충전 시작 조건이 만족 되는 경우, 상기 전력 공급 제어 장치에 충전 시작 신호를 전송하는 전원 공급 장치 제어 신호 생성부를 더 포함하고,
    상기 충전 시작 조건이 만족되는 경우는 전원 공급 장치 제어 신호 생성부가 자동차용 충전기로부터 교류 전압의 공급을 감지하는 경우, 계측제어통신망(Controller Area Network, CAN) 신호를 수신하는 경우, 상기 자동차용 충전기와의 연결이 감지하는 경우 및 파일럿 제어 신호를 수신하는 경우 중 적어도 어느 하나에 해당하는 경우인,
    전기 자동차용 충전 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 공급 제어 장치는 스위치를 포함하고, 상기 충전 시작 신호에 기초하여 상기 스위치를 턴 온하는
    전기 자동차용 충전 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치 제어 신호 생성부는
    상기 전력 공급 제어 장치에 상기 충전 시작 신호를 전송한 후에 상기 전원 공급 장치에 상기 충전 시작 신호 전송하는
    전기 자동차용 충전 제어 장치.
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