KR20150104044A - 차량의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법 - Google Patents

차량의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충전된 고전압 트랙션 배터리(32)를 구비한 공급 차량(10)에 의해 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)를 구비한 수급 차량(28)의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법에 관한 것이다. 인버터(16)로부터 공급 차량(10)의 전기 구동장치(12)로의 전류 경로(24)가 분리된다. 수급 차량(28)의 외부 시동 과정(36)을 위해, 상기 공급 차량(10)의 인버터(16)가 출력 측에서 수급 차량(28)의 전기 구동장치(30)와 연결되고, 상기 공급 차량(10)의 인버터(16)가 가상 주행 작동 모드로 작동되며, 상기 수급 차량(28)의 상기 전기 구동장치(30)가 시동된다. 외부 충전 과정(46)에서, 상기 공급 차량(10)의 인버터(16)가 출력 측에서 상기 수급 차량(28)의 인버터(34)와 연결되고, 가상 주행 작동 모드로 작동되는 한편, 수급 차량(28)의 인버터(34)가 가상 회복 작동 모드로 작동되고, 상기 수급 차량(28)의 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)가 충전된다.

Description

차량의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법{METHOD FOR IMPLEMENTATION OF EXTERIOR STARTING PROCEDURE OR EXTERIOR CHARGING PROCEDURE OF VEHICLE}
본 발명은 충전된 고전압 트랙션 배터리를 구비한 공급 차량에 의해 방전된 고전압 트랙션 배터리를 구비한 수급 차량의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법에 관한 것이다.
바람직하지 않은 상황에 의해, 고전압 네트워크를 통해 내연기관의 시동을 수행하는 하이브리드 차의 어큐뮬레이터가 비거나, 또는 더 주행하는 것이 불가능할 정도로 낮은 충전 상태에 있는 경우가 생길 수 있다. 하이브리드 차들은 일반적으로 종래의 12 V 전기 시스템으로 작동될 수 없는 스타터를 포함한다. 이 경우, 상기 차량을 다음 충전소까지 끌고 가야 한다. 동일한 경우가 전기로 구동되는 차량에서 어큐뮬레이터, 즉 고전압 트랙션 배터리가 비거나 또는 더 이상의 주행이 불가능할 정도로 낮은 충전 상태를 가질 때 나타날 수 있다.
WO 2011/026721 A2는 시동 보조 방법 및 이 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 방법 및 장치는 전기 구동장치를 구비한 차량에서 시동 보조에 관한 것이다. 하나의 차량은 방전된 배터리를 갖고, 다른 차량은 시동 보조를 수행한다. 2개의 차량은 그들의 각각의 배터리를 공중 파워 네트워크로 충전하기 위해 각각 하나의 정류기 및 하나의 직류/직류 변환기를 포함한다. 시동 보조를 수행하기 위해, 케이블을 통해 2개의 차량의 직류 네트워크가 서로 접속된다. 이 경우, 필요한 전압 조정 및 파워 제어는 시동 보조될 차량의 직류/직류 변환기에 의해 이루어진다. 또한, 시동 보조 과정을 모니터링하기 위해, 시동 보조 케이블을 통해 2개의 차량의 제어 장치들 사이의 접속이 형성되는 것이 개시되어 있다. WO 2011/026721 A2는 2개의 관련 차량들의 제어 장치들 사이의 접속이 형성되는 시동 보조 방법을 개시한다.
DE 10 2004 008 817 A1은 2 전압 시스템으로 배터리를 충전하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 시동 보조 케이블을 통해 차량의 고전압 배터리가 충전된다. 차량은 2개의 직류 네트워크, 즉 스타터/제너레이터를 구동하기 위한 42 볼트 네트워크, 및 조명 장치 및 그 밖의 전기 또는 전자 시스템을 작동시키기 위한 12 볼트 네트워크를 포함한다. 스타터/제너레이터는 차량의 모터를 시동하기 위해 사용된다. 상기 차량이 시동 보조를 수신해야 하면, 12 볼트 배터리는 시동 보조 케이블과 접속된다. 직류/직류 변환기를 통해 차량의 고전압 배터리가 충전될 수 있다.
US 2008/0100259 A1은 시동 보조 장치를 개시한다. 상기 시동 보조 장치는 차량의 고전압 배터리 및 배터리 관리 시스템과 접속된다. 장치는 충전에 필요한 전기 에너지를 공중 파워 네트워크로부터 또는 다른 소스, 예를 들면 12 볼트 소스로부터 끌어내기 위해 변환기를 포함한다.
JP 2009-154847 A는 하이브리드 구동장치를 구비한 차량용 제어 장치에 관한 것이다. 이 차량은 고전압 배터리 및 보조 배터리를 포함한다. 고전압 배터리를 보조 배터리를 이용해서 충전하기에 적합한 장치가 제공된다. 충전 과정은 제어 장치에 의해 모니터링된다.
하이브리드 차 또는 전기 차의 경우, 작동 준비된 배터리를 구비한 차량에서 상기 배터리의 에너지의 일부가 작동 준비되지 않은 차량으로 송출될 수 있어서, 다음 충전소까지 상기 차량의 추가 주행이 가능하다. 이때 나타나는 문제는 상이하게 충전된 배터리들이 상이한 최대 전압과 직접 연결될 수 없는 상황인데, 그 이유는 전압 차이로부터 나타나는 전류가 2개의 차량 사이의 연결부의 저항에 의해서만 제한되기 때문이다. 이러한 이유 때문에, 나타나는 전류가 너무 크거나 또는 배터리들 사이의 상이한 전위에 의해 불가능하다.
본 발명의 과제는 하이브리드 차 또는 전기 차에 장착된 부품들이 외부 충전 과정 또는 외부 시동 과정을 형성하기 위해 사용될 수 있게 하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 충전된 고전압 트랙션 배터리를 구비한 공급 차량에 의해 방전된 고전압 트랙션 배터리를 구비한 수급 차량의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법으로서,
a) 인버터로부터 공급 차량의 전기 구동장치로의 전류 경로를 분리하는 단계,
b) 그 후에, 공급 차량의 인버터를 출력 측에서 수급 차량의 전기 구동장치와 연결하고, 공급 차량의 인버터를 가상 주행 작동 모드로 작동하며, 수급 차량의 전기 구동장치를 시동하는 단계 또는 외부 시동 과정에서
c) 공급 차량의 인버터를 출력 측에서 수급 차량의 인버터와 연결하고, 공급 차량의 인버터를 가상 주행 모드로 작동하고, 그리고 방전된 고전압 트랙션 배터리를 충전하기 위해 가상 회복 작동 모드로 수급 차량의 인버터를 작동하는 단계를 포함하는 방법에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 해결책은 바람직하게 하이브리드 차 또는 전기 차에 이미 제공된 부품의 사용을 가능하게 하므로, 추가 비용이 방지되거나 또는 반드시 필요한 것으로 최소화될 수 있다. 하이브리드 차 또는 전기 차의 인버터에서 설정될 수 있는 가상 주행 작동 모드를 통해, 소정 충전 전류가 미리 정해질 수 있고, 짧은 시간 내에 매우 많은 에너지량이 차량들 간에 전달될 수 있다.
본 발명에 기초가 되는 해결책의 다른 실시예에서, 단계 a)에 따라 공급 차량의 인버터와 전기 구동장치 사이의 전류 경로의 분리는 플러그, 접촉기 또는 스위치 박스에 의해 이루어진다.
또한, 본 발명에 기초가 되는 사상의 바람직한 실시예에서 공급 차량 및 수급 차량은 충전 접속부를 통해 서로 접속된다. 충전 접속부는 예를 들면 다심 케이블로서 형성되고, 상기 케이블에서 추가의 심선들은 공급 차량과 수급 차량 사이의 통신을 형성하기 위해 제공된다. 충전 케이블은 바람직하게는 저옴으로 설계되고, 인버터에서 설정되는 충전 전류를, 충전 케이블의 허용되지 않는 높은 가열 없이, 수급 차량으로 전송할 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 따라, 외부 충전 과정 또는 외부 시동 과정에 관련된 하이브리드 차 또는 전기 차의 인버터는, 고전압 트랙션 배터리로부터 나온 직류 전압이 전기 구동장치에 공급을 위한 교류 전압으로 변환됨으로써 가상 주행 자동 모드로 작동될 수 있다. 인버터들은 양방향성으로 작동될 수 있고, 회복 작동 모드에서, 전기 구동장치가 제너레이터 모드에서 발생시키는 교류 전압을 직류 전압으로 변환키고, 상기 직류 전압으로 고전압 트랙션 배터리가 충전될 수 있다.
공급 차량과 수급 차량 사이의 통신은 예를 들면 충전 접속부를 통해, 바람직하게는 예를 들면 충전 전류의 변조를 통해 이루어질 수 있다. 대안으로서, 공급 차량과 수급 차량 사이의 통신은 무선 접속을 통해 이루어질 수 있다.
수급 차량의 방전된 고전압 트랙션 배터리가 수급 차량 내에 제공되어 회복 모드로 작동되는 인버터를 통해 충전되는 외부 충전 과정에서, 수급 차량의 전기 구동장치는 각각의 인터버로부터 분리된다.
본 발명에 따라 제시되는 방법은 바람직하게는 하이브리드 전기차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기차(PHEV) 또는 전기차(EV)의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하기 위해 사용된다.
본 발명에 따른 해결책의 장점은 각각의 하이브리드차 또는 전기차에 설치된 부품들이 외부 충전 과정 또는 외부 시동 과정을 형성하기 위해 사용될 수 있다는 것이다. 이로 인해, 추가 비용이 제한되고, 특히 외부 충전 과정을 위해 필요한 부품들이 각각의 전기차의 표준 장비에 포함될 수 있다. 가상 주행 작동 모드가 공급 차량의 인버터에 어떤 방식으로 설정되는지에 따라, 충전 전류가 거의 임의의 높이로 설정되므로, 매우 많은 에너지량이 매우 짧은 시간 내에 매우 짧은 시간 내에 공급 차량과 수급 차량 간에 전달될 수 있고, 외부 충전 과정 및 외부 시동 과정을 위한 추가의 인프라구조가 필요 없다.
이하, 본 발명이 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 충전 접속부를 통해 서로 접속된 공급 차량과 수급 차량의 개략도.
도 2는 "외부 시동 과정" 모드에서 공급 차량과 수급 차량의 관련 부품들을 나타낸 개략도.
도 3은 "외부 충전 과정" 모드에서 공급 차량과 수급 차량 사이의 관련 부품 및 접속을 나타낸 개략도.
도 1에는 공급 차량과 수급 차량의 개략적인 접속이 나타난다.
도 1의 개략도에 따른 공급 차량(10)과 수급 차량(28)은 종래의 내연기관 및 고전압 트랙션 배터리를 구비한 전기 구동 장치를 포함하는 하이브리드 차, 및 전기로만 구동되며 고전압 트랙션 배터리를 포함하는 전기 차일 수 있다. 하이브리드 차는 일반적으로, 12 볼트 차량 전기 시스템에 의해 작동되는, 내연기관의 시동을 위한 스타터를 구비하지 않는다.
도 1은 충전된 고전압 트랙션 배터리(14) 및 출력 소켓(18)을 포함하는 공급 차량(10)을 도시한다. 출력 소켓(18)에는 예를 들면 다심 충전 케이블의 형태인 충전 접속부(20)가 접속되고, 상기 충전 케이블은 수급 차량(28)의 대응하는 입력 소켓(26)으로 연장된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수급 차량(28)은 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)를 포함한다.
도 2에는 공급 차량과 수급 차량의 부품들, 및 외부 시동 과정 동안 상기 부품들 사이에 나타나는 전류 경로가 도시된다.
도 2에 따른 공급 차량(10)은 충전된 고전압 트랙션 배터리(14), 양방향 모드로 작동하는 인버터(16), 및 전기 구동 장치(12)를 포함한다. 공급 차량(10)의 인버터(16)는 양방향으로 동작한다. 즉, 상기 인버터는 회복 모드에서 고전압 트랙션 배터리(14)를 직류 전압으로 충전하고, 주행 작동 모드에서 전기 구동 장치(12)에 교류 전압을 공급한다.
도 2에 따라 공급 차량(10)은 충전 접속부(20)를 통해 수급 차량(28)과 접속된다. 수급 차량(28)은 방전된 고전압 트랙션 배터리(32), 인버터(34), 및 전기 구동 장치(30)를 포함한다.
공급 차량(10)과 수급 차량(28)은 충전 접속부(20)를 통해 접속되고, 상기 충전 접속부(20)는 다심 충전 케이블 등일 수 있다. 충전 접속부(20)는 공급 차량(10)의 출력 소켓(18) 및 수급 차량(28)의 입력 소켓(26)에 접속된다. 도 2에 도시된, 외부 시동 과정(36)의 모드에서 전류 경로(24)가 주어진다. 상기 전류 경로는 거의 완전히 충전된 고전압 트랙션 배터리(14)로부터 인버터(16)로 연장된다. 공급 차량(10)의 인버터(16)와 전기 구동장치(12) 사이에서 접속은 분리부(22)에 의해 차단된다; 전류 경로(24)는 출력 측에서 공급 차량(10)의 인버터(16)로부터 출력 소켓(18) 및 충전 접속부(20)를 통해 수급 차량(28)의 입력 소켓(26)으로 그리고 거기서부터 수급 차량(28)의 전기 구동장치(30)로 연장된다. 공급 차량(10)의 인버터(16)가 가상 주행 작동 모드로 작동되면, 인버터는 - 접속의 분리부(22)로 인해 - 공급 차량(10)의 전기 구동장치(12)에 공급하지 않고, 충전 접속부(20)를 통해 직접 수급 차량(28)의 전기 구동장치(30)에 공급한다. 이는 도면 부호 24로 표시된 전류 경로에 의해 도시된다.
수급 차량(28)이 내연기관(29)을 가진 하이브리드 차량인 경우:
수급 차량(28)의 전기 구동장치(30)가 공급 차량(10)을 통해 공급받으면, 상기 전기 구동장치를 통해 하이브리드 차량 내에 존재하는 내연기관(29)이 시동된다. 수급 차량(28) 내의 인버터(34)는 이 경우 수동적인 역할만을 하고, 예를 들면 시동 과정의 모니터링을 위해 사용되거나, 또는 시동 과정이 종료될 때까지 인액티브하다.
도 3은 충전 접속부를 통해 서로 접속된 공급 차량 및 수급 차량이 "외부 충전 과정" 모드에 있는 것을 도시한다.
도 3에는 여기서도 공급 차량(10)이 충전된 고전압 트랙션 배터리(14), 양방향으로 작용하는 인버터(16) 및 전기 구동장치(12)를 포함하는 것이 나타난다. 수급 차량(28)은 거의 방전된 고전압 트랙션 배터리(32), 양방향으로 작용하는 인버터(34) 및 전기 구동장치(30)를 포함한다.
도 3에는 외부 충전 과정(46) 시에 공급 차량(10)의 인버터(16)와 전기 구동장치(12) 사이의 연결의 분리부(22), 그리고 수급 차량(28)의 인버터(34)와 전기 구동장치(30) 사이의 연결의 분리부(44)가 주어지는 것이 나타난다. 2개의 차량, 즉 공급 차량(10) 및 수급 차량(28)이 도 3에 도시된 상태에서 충전 접속부(20)를 통해 접속된다. 충전 접속부(20)는 공급 차량(10)의 인버터(16)의 출력 측과 수급 차량(28)의 인버터(34)의 출력 측(42) 사이의 직접적인 연결을 형성한다. 예를 들면 충전 접속부(20)로서 사용되는 다심 충전 케이블을 통해 충전 전류가 공급 차량(10)으로부터 수급 차량(28)으로 전달될 수 있다. 충전 접속부(20)는 바람직하게 저옴으로 형성되므로, 접촉 안전성을 갖는다.
외부 충전 과정(46)에서, 거의 완전히 충전된 고전압 트랙션 배터리(14)로부터 직류 전압이 공급 차량(10)의 인버터(16)로 전달되므로, 상기 직류 전압은 출력 측에서 교류 전압으로 변환되고, 상기 교류 전압은 수급 차량(28)의 양방향성으로 동작하는 인버터(34)로 전송된다. 수급 차량(28)의 인버터(34)가 연결 분리부(44)에 의해 수급 차량(28)의 전기 구동장치(30)로부터 분리되기 때문에, 공급 차량(10)의 인버터(16)로부터 전송되는 교류 전압은 수급 차량(28)의 인버터(34)에서 직류 전압으로 변환되고, 수급 차량(28)의 거의 완전히 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)가 상기 직류 전압으로 다시 충전된다. 수급 차량(28)의 이전에 거의 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)가 부분적으로 충전되면, 공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 충전 접속부(20)의 분리 후에 출력 소켓(18) 또는 입력 소켓(26)에서 직류 전압이 수급 차량(28)의 인버터(34)를 통해 그것의 전기 구동장치(30)로 전송될 수 있다. 수급 차량(28)의 입력 소켓(26)과 그 인버터(34) 사이에 버스바 형태의 전기 접속부(40)가 연장된다. 수급 차량(28)은 외부 충전 과정(46)의 실시 후에 다시 주행 가능하다.
공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 통신 접속은 무선 접속을 통해 이루어질 수 있다; 이 경우 공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 충전 접속부(20)와는 무관하다. 또한, 공급 차량(10)으로부터 수급 차량(28)으로 흐르는 충전 전류의 변조를 통해 공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 통신 접속을 형성할 수 있는 가능성이 있다. 이와 더불어, 공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 충전 접속부(20)의 다심 형성시, 충전 접속부(20)의 일심 또는 다심을 공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 통신을 형성하는데 사용할 수 있는 가능성도 있다.
도 2 및 도 3을 참고로 설명된 조치들에서, 즉 외부 시동 과정(36)의 실시 시에 그리고 외부 충전 과정(46) 시에, 하이브리드 차 또는 전기 차에 이미 설치된 부품들이 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 제안된 외부 충전 또는 외부 시동 방법을 실시하기 위한 변형 또는 개장 비용은 하위의 의미를 갖는다. 공급 차량(10) 또는 수급 차량(28)에 설치된 인버터(16 또는 34)의 변형 수용력과 관련한 범위에 따라 공급 차량(10)으로부터 수급 차량(28)으로 전달되는 충전 전류가 넓은 한계로 선택될 수 있다. 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)는 제한 팩터를 형성하는데, 그 이유는 최대 충전 전류가 최대 방전 전류보다 작기 때문이다. 전송되는 충전 전류가 클수록, 더 짧은 충전 시간이 주어진다. 공급 차량(10)과 수급 차량(28) 사이의 충전 접속부(20)에 의해 짧은 시간 내에 큰 에너지량이 전송될 수 있으므로, 정지된 차량, 본 경우 수급 차량(28)이 다음 충전소에 도달하는 것이 문제없게 된다.
본 발명은 설명된 실시예들 및 거기에 나타나는 양상으로 제한되지 않는다. 오히려, 청구범위들에 의해 제시된 범위 내에서 당업자의 통상의 지식을 벗어나지 않으면서 많은 변형이 가능하다.
10 공급 차량
12 전기 구동장치
14 고전압 트랙션 배터리
16 인버터
22 분리부
24 전류 경로
28 수급 차량
30 전기 구동장치
32 고전압 트랙션 배터리
34 인버터
46 외부 충전 과정

Claims (10)

  1. 충전된 고전압 트랙션 배터리(14)를 구비한 공급 차량(10)에 의해 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)를 구비한 수급 차량(28)의 외부 시동 과정 또는 외부 충전 과정을 실시하는 방법으로서,
    a) 인버터(16)로부터 공급 차량(10)의 전기 구동장치(12)로의 전류 경로(24)를 분리(22)하는 단계,
    b) 상기 공급 차량(10)의 인버터(16)를 출력 측에서 상기 수급 차량(28)의 전기 구동장치(30)와 연결하고, 상기 공급 차량(10)의 상기 인버터(16)를 가상 주행 작동 모드로 작동하며, 상기 수급 차량(28)의 상기 전기 구동장치(30)를 시동하는 단계 또는
    c) 상기 공급 차량(10)의 인버터(16)를 출력 측에서 상기 수급 차량(28)의 인버터(34)와 연결하고, 상기 공급 차량(10)의 상기 인버터(16)를 가상 주행 작동 모드로 작동하며, 방전된 고전압 트랙션 배터리(32)를 충전하기 위해 상기 수급 차량(28)의 상기 인버터(34)를 가상 회복 작동 모드로 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 a)에 따라 상기 공급 차량(10)의 상기 전기 구동장치(12)에 대한 전류 경로(24)의 분리(22)가 플러그, 접촉기, 릴레이 또는 스위치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 공급 차량(10) 및 상기 수급 차량(28)은 충전 접속부(20)를 통해 서로 연결되고, 상기 충전 접속부는 상기 공급 차량(10)과 상기 수급 차량(28) 사이의 통신을 형성하기 위한 추가의 심선을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터들(16, 34)은 주행 작동 모드에서 고전압 트랙션 배터리(14, 32)로부터 나온 직류 전압을 전기 구동장치(12, 30)용 교류 전압으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터(16, 34)의 직접 연결시, 직류 전압은 중간 전압으로, 특히 교류 전압으로 변환된 다음, 상기 교류 전압은 다른 직류 전압으로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터(16, 34)는 회복 작동 모드에서, 상기 전기 구동장치(12, 30)가 제너레이터 모드에서 발생시키는 교류 전압을 직류 전압으로 변환시키고, 상기 직류 전압으로 상기 고전압 트랙션 배터리들(14, 32)이 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 차량(10)과 상기 수급 차량(28) 사이의 통신이 충전 전류의 변조를 통해 상기 충전 접속부(20)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 차량(10)과 상기 수급 차량(28) 사이의 통신이 무선 접속을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 외부 충전 과정(46)에서 단계 c)에 따라 상기 공급 차량(10) 및 상기 수급 차량(28)의 전기 구동장치(12, 30)가 각각의 인버터(16, 34)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 하이브리드 전기차(HEV)(10, 28), 플러그-인 하이브리드 전기차(PHEV)(10, 28) 또는 전기차(EV)(10, 28)의 외부 시동 과정(36) 또는 외부 충전 과정(46)을 실시하기 위한 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
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