KR20190072818A - Apparatus and Method for Wireless Battery Charging - Google Patents

Apparatus and Method for Wireless Battery Charging Download PDF

Info

Publication number
KR20190072818A
KR20190072818A KR1020170173894A KR20170173894A KR20190072818A KR 20190072818 A KR20190072818 A KR 20190072818A KR 1020170173894 A KR1020170173894 A KR 1020170173894A KR 20170173894 A KR20170173894 A KR 20170173894A KR 20190072818 A KR20190072818 A KR 20190072818A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
phase
diode
switch
parallel
Prior art date
Application number
KR1020170173894A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102155896B1 (en
Inventor
전성즙
Original Assignee
부경대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부경대학교 산학협력단 filed Critical 부경대학교 산학협력단
Priority to KR1020170173894A priority Critical patent/KR102155896B1/en
Publication of KR20190072818A publication Critical patent/KR20190072818A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102155896B1 publication Critical patent/KR102155896B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y02T90/122—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Disclosed are a battery charging device and a controlling method thereof. According to an embodiment of the present invention, the battery charging device includes: a pickup unit which includes a current collecting coil receiving a high frequency magnetic flux and a resonance capacitor of resonating with the current collecting coil, and generates an alternating current by an induced electromotive force generated in the current collecting coil; a conversion unit which includes a first diode, a second diode, a third diode, and a fourth diode connected in an H bridge shape, a first switch connected with the first diode in parallel, a second switch connected with the second diode in parallel, a third switch connected with the third diode in parallel, and a fourth switch connected with the fourth diode in parallel, and supplies the alternating current to a battery by rectifying the alternating current into a direct current and controlling an output, wherein the conversion unit is connected to both ends of the pickup unit; a control unit which outputs a switching signal to control the gate voltages of the first switch to the fourth switch; and a phase lag compensation unit which compensates the phase of a measured current signal to accurately control a time point where the polarity of the switching signal changes based on the time point when the polarity of the current changes. The present invention is able to resolve time delay.

Description

배터리 충전 장치 및 그 제어 방법{Apparatus and Method for Wireless Battery Charging}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery charging apparatus,

본 실시예는 배터리 충전 장치 및 그 제어 방법에 대한 것으로서, 특히 전기자동차의 배터리 충전에 사용되는 배터리 충전 장치 및 그 제어 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a battery charging apparatus and a control method thereof, and more particularly to a battery charging apparatus and a control method thereof used for charging a battery of an electric vehicle.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present invention and do not constitute the prior art.

무선 전력 전송은 전기에너지를 전자기파, 전자기 유도 또는 전자기 공진 형태로 전선 없이 전달하는 기술로서 현대 사회를 바꾼 무선 통신기술에 이어 미래 사회를 바꿀 주역으로 기대되는 기술이다. 소형 전자 제품에서는 스마트폰 등 무선 전력 전송을 이용한 물건들이 선을 보이고 있고, 전기자동차 등 대전력 무선 전력 전송 분야로도 많은 연구가 진행되고 있다.Wireless power transmission is a technology that delivers electric energy without electric wires in the form of electromagnetic wave, electromagnetic induction or electromagnetic resonance. In the case of small electronic products, products using wireless power transmission such as smart phones are being used, and many studies are being conducted in the field of high power wireless power transmission such as electric cars.

전기자동차를 예로 들면 무선 전력 전송 장치는 급전 트랙을 따라 움직이는 전기자동차에 무선으로 전력을 전송한다. 전기자동차의 배터리 충전 장치는 급전 트랙에서 발생하는 자속에 의해 유도기전력이 유기되는 집전 코일을 이용하여 무선으로 전송되는 전력을 수신한다. 집전 코일에 수신된 전류는 교류이므로 무선 전송 전력으로 전기자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 1) 교류를 직류로 정류하고 2) 출력 세기를 조절해 줄 필요가 있다. 따라서 전기자동차의 배터리 충전 장치는 일반적으로 전력을 수신하는 집전 코일, 교류를 직류로 정류하는 정류 장치 및 출력을 조절하는 레귤레이터를 포함한다.An example of an electric vehicle is a wireless power transmission device that wirelessly transmits power to an electric vehicle moving along a feed track. A battery charging device of an electric vehicle receives electric power wirelessly transmitted using a current collecting coil in which an induced electromotive force is induced by a magnetic flux generated in a feeding track. Since the current received by the current-collecting coil is AC, in order to charge the battery of the electric vehicle with the wireless transmission power, it is necessary to 1) rectify the AC to DC and 2) adjust the output intensity. Thus, a battery charging device of an electric vehicle generally includes a current collecting coil for receiving electric power, a rectifying device for rectifying the AC to direct current, and a regulator for regulating the output.

근래 이러한 자동차 무선 충전 시스템은 일정 주파수의 전원 시스템을 이용하는 경우가 많으며, 전력전달의 효율을 높이기 위하여 공진 회로를 포함하여 구성하고 있다. 또한, 배터리에 전송되는 전력 전달 효율을 높이기 위하여 집전부에 다이오드 및 다이오드 양단에 연결된 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자를 조절하는 방법이 이용된다. 이 경우 스위칭 소자의 스위칭 시점이 매우 중요하다. 스위칭 소자나 그의 게이트 구동회로에서의 시간지연으로 인한 스위칭 시점의 오류는 회로내의 손실을 증가시키는 문제점이 있다.2. Description of the Related Art [0002] In recent years, such an automobile wireless charging system often uses a power supply system having a constant frequency, and includes a resonance circuit to increase efficiency of power transmission. Further, in order to increase the power transfer efficiency to be transmitted to the battery, a diode and a switching element connected to both ends of the diode are provided at the current collector, and a method of adjusting the switching element is used. In this case, the switching point of the switching element is very important. The error of the switching time due to the time delay in the switching element or its gate driving circuit has a problem of increasing the loss in the circuit.

본 실시예는 무선 전송 전력 제어에 스위칭 소자를 이용하는 경우, 스위칭 신호에 발생할 수 있는 시간 지연을 보상할 수 있는 전류 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a current control method capable of compensating for a time delay that may occur in a switching signal when a switching element is used for radio transmission power control.

구체적으로, 본 실시예는 배터리 충전 시스템에서, PWM 방식, 동기 정류 방식, integral cycle 제어 방식을 적용하는 경우에 발생하는 시간 지연을 해결할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Specifically, it is an object of the present invention to provide a method for solving a time delay occurring when a PWM system, a synchronous rectification system and an integral cycle control system are applied in a battery charging system.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 배터리 충전 장치에 있어서, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부; H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드, 제2 다이오드, 제3 다이오드 및 제4 다이오드와, 상기 제1 다이오드와 병렬로 연결된 제1 스위치, 상기 제2 다이오드와 병렬로 연결된 제2 스위치, 상기 제3 다이오드와 병렬로 연결된 제3 스위치 및 상기 제4 다이오드와 병렬로 연결된 제4 스위치를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부, 상기 변환부는 상기 픽업부의 양단과 연결되어 있음; 상기 제1 스위치 내지 제4 스위치의 게이트 전압을 제어하도록 하는 스위칭 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 픽업부의 전류의 극성이 변화하는 시점을 기준으로 상기 스위칭 신호의 극성이 변화하는 시점을 정확히 조절하도록 측정된 전류 신호의 위상을 보상하는 위상지연보상부를 포함하는 배터리 충전 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery charging apparatus comprising: a pickup unit including a current collecting coil for receiving a high frequency magnetic flux and a resonant capacitor for resonating with the current collecting coil and generating an alternating current by an induced electromotive force generated in the current collecting coil, ; A first switch connected in parallel with the first diode, a second switch connected in parallel with the second diode, a second switch connected in parallel with the first diode, the second diode connected in parallel with the first diode, And a fourth switch connected in parallel with the fourth diode, the rectifier rectifying the alternating current into a direct current and regulating the output to supply the alternating current to the battery, wherein the converting unit is connected to both ends of the pickup unit, ; A control unit for outputting a switching signal for controlling gate voltages of the first to fourth switches; And a phase delay compensation unit for compensating a phase of the measured current signal so as to accurately control a time point at which the polarity of the switching signal changes based on a time point at which the polarity of the current of the pick-up unit changes.

본 실시예에 따른 배터리 충전 장치는 다음과 같은 특징을 더 포함할 수 있다. 상기 장치에서, 상기 위상지연보상부는, 전역 통과 필터(All-pass filter)를 이용하여 상기 위상을 제어하도록 구성될 수 있다.The battery charging apparatus according to the present embodiment may further include the following features. In the above apparatus, the phase delay compensation unit may be configured to control the phase using an all-pass filter.

또한, 상기 전역 통과 필터는, 상기 스위칭 신호의 위상이 상기 픽업부 전류의 위상과 0

Figure pat00001
또는 360
Figure pat00002
의 정수배 차이가 나도록 상기 스위칭 신호의 위상을 보상할 수 있다.In addition, in the case where the phase of the switching signal is smaller than the phase of the pickup current and 0
Figure pat00001
Or 360
Figure pat00002
The phase of the switching signal can be compensated for.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 고주파 자속을 수신하는 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부를 포함하되, 상기 변환부는 H 브리지 형태로 연결된 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치와, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결된 제1 다이오드, 상기 제2 스위치와 병렬로 연결된 제2 다이오드, 상기 제3 스위치와 병렬로 연결된 제3 다이오드 및 상기 제4 스위치와 병렬로 연결된 제4 다이오드를 포함하는 배터리 충전 장치의 제어 방법에 있어서, 픽업부의 전류와 스위칭 신호를 비교하고 오차를 계산하는 과정; 상기 오차를 이용하여 상기 스위칭 신호가 갖는 위상 지연의 크기를 결정하고, 상기 위상 지연의 크기만큼 스위칭 신호의 위상을 조절하도록 제어하는 과정; 및 위상이 조절된 스위칭 신호를 스위칭 소자의 게이트에 인가하는 과정을 포함하는 제어 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an electric motor, comprising: a pickup unit for generating an alternating current by an induced electromotive force generated in a current collecting coil for receiving a high frequency magnetic flux; a converting unit for rectifying the alternating current into direct current, The converter includes a first switch connected in parallel to the first switch, a second diode connected in parallel with the second switch, a second diode connected in parallel with the first switch, A third diode connected in parallel with the third switch, and a fourth diode connected in parallel with the fourth switch, the method comprising the steps of: comparing a current of the pickup with a switching signal and calculating an error; Determining the magnitude of the phase delay of the switching signal using the error and controlling the phase of the switching signal by the magnitude of the phase delay; And applying a phase-controlled switching signal to the gate of the switching element.

본 실시예에 의하면 무선 전송 전력 제어에 스위칭 소자를 이용하는 경우, 스위칭 소자의 스위칭 시점에 따라 발생할 수 있는 게이트 구동 신호의 시간 지연을 보상하고 배터리에 전달되는 전력 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the present embodiment, when the switching element is used for the radio transmission power control, the time delay of the gate driving signal, which may occur according to the switching time point of the switching element, is compensated and the power efficiency delivered to the battery is increased.

또한, 본 실시예에 의하면 배터리 충전 시스템에서, PWM 방식, 동기 정류 방식, integral cycle 제어 방식을 적용하는 경우에 발생하는 시간 지연 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present embodiment, there is an effect of solving a time delay problem that occurs when a PWM system, a synchronous rectification system, and an integral cycle control system are applied in a battery charging system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템에서, PWM 방식, 동기 정류 방식, integral cycle 제어 방식을 적용하는 경우의 공급 전압 및 픽업부 전류를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 정류 제어 방법을 적용하는 경우 발생할 수 있는 게이트 신호 지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상지연보상부의 동작을 설명하기 위해 배터리 충전 장치의 구성을 간략히 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a supply voltage and a pickup current when a PWM system, a synchronous rectification system, and an integral cycle control system are applied in a battery charging system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a gate signal delay that may occur when the synchronous rectification control method according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 4 is a view illustrating a configuration of a battery charging apparatus for explaining an operation of a phase delay compensator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

이하 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되어 있더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in the drawings, like reference numerals are used to denote like elements in the drawings, even though they are shown in different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명의 일 실시예의 구성요소를 설명함에 있어서 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 등이 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 해당 부분이 다른 구성요소를 부가하는 것을 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. '~부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 '하드웨어', '소프트웨어' 또는 '하드웨어와 소프트웨어의 결합'으로 구현될 수 있다.In describing the constituent elements of an embodiment of the present invention, the first, second, i), ii), a), b) and the like can be used. Such a code is intended to distinguish the constituent element from another constituent element, but the nature of the constituent element, the order, the order, and the like are not limited by the code. It is to be understood that when a component is referred to as being "comprising" or "comprising," it should be understood that this section does not exclude the presence of other components, And the like. The term 'module' refers to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as 'hardware', 'software', or 'combination of hardware and software'.

기존의 배터리 충전 장치는 정류 장치와 레귤레이터가 별도의 모듈로 구성되어 있었으나, 특허 제10-1383556호 '정류 및 전압 제어 방법 및 장치'는 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 배터리 충전 장치를 개시하고 있이다. 본 발명자가 개시한 배터리 충전 장치는 정류부와 전압 조절부를 구분하지 않고 일체형으로 구현함으로써 누설 인덕턴스가 큰 경우에도 출력의 크기를 제어하여 안정적으로 직류를 얻을 수 있다. 본 실시예는 특허 제10-1383556호에 개시된 정류 장치와 레귤레이터를 일체화한 배터리 충전 장치에 적용될 수 있다.In the conventional battery charging device, the rectifying device and the regulator are configured as separate modules, but the patent No. 10-1383556 entitled " rectifying and voltage controlling method and device " discloses a battery charging device in which a rectifying device and a regulator are integrated . The battery charging apparatus disclosed by the present inventor can realize a stable direct current by controlling the size of the output even when the leakage inductance is large by integrating the rectifying unit and the voltage regulating unit without distinguishing them from each other. The present embodiment can be applied to a battery charging apparatus integrating a rectifier and a regulator disclosed in Japanese Patent No. 10-1383556.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치를 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention.

무선 전송된 전력으로 전기자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 무선 전송된 교류를 직류로 정류하고 배터리의 특성에 따라 출력을 조절하여야 하므로 배터리 충전 장치는 일반적으로 무선 전송 전력을 수신하는 집전 코일, 교류를 직류로 정류하는 정류 장치 및 출력을 조절하는 레귤레이터를 포함한다.In order to charge the battery of the electric vehicle with the wirelessly transmitted electric power, it is necessary to rectify the wirelessly transmitted AC to DC and adjust the output according to the characteristics of the battery, so that the battery charging device generally includes a current collecting coil for receiving wireless transmission power, And a regulator for regulating the output.

전기자동차의 배터리 충전 장치에서 무선 전력 전송 장치로부터 전송되는 전력을 수신하는 부분을 픽업부(110)라고 한다. 픽업부(110)는 유도 기전력(Induced Electromotive Force)을 형성하는 집전 코일과 공진(Resonance)하는 공진 소자를 포함한다. 집전 코일은 급전 트랙에서 발생하는 자속에 의해 유기되는 유도기전력을 이용하여 전력을 수신한다. 공진 소자는 동작 주파수에서 픽업부(110)의 인덕턴스를 상쇄시키는 역할을 한다. 픽업부(110)에서 집전 코일은 인덕터(Inductor)인 것이 바람직하고 공진소자는 커패시터(Capacitor)인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 소자로 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.The portion of the battery charging device of the electric vehicle that receives power transmitted from the wireless power transmission device is referred to as a pickup 110. [ The pickup 110 includes a resonant element that resonates with a current collecting coil that forms an induced electromotive force. The current collecting coil receives electric power using the induced electromotive force induced by the magnetic flux generated in the feeding track. The resonance element serves to cancel the inductance of the pickup 110 at the operating frequency. In the pickup 110, the current-collecting coil is preferably an inductor, and the resonance element is preferably a capacitor. However, the present invention is not limited thereto. And various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

즉, 도 1에 도시된 픽업부(110)는 큰 인덕턴스를 갖으며, 픽업부(110)의 외부에는 픽업부(110)로부터 전력을 공급받아 안정된 직류를 만드는 장치를 부착하는데 이러한, 장치는 다이오드와 스위칭부로 구성된 브릿지회로가 직결되는 것이 바람직하다. 이를 실시예에 적용하여 설명하자면, 변환부(120)와 제어부(미도시)가 될 수 있다. 이때, 공진 캐패시터는 동작 주파수에서 픽업부(110)의 인덕턴스를 상쇄시키는 역할을 한다. 또한, 이러한 픽업부(110)는 공진 캐패시터로 보상되어 있다. 이때, 출력전압은 입력에 비해서 높으며, 별도의 필터 인덕터(Filter Inductor)를 필요로 하지는 않는다.That is, the pickup 110 shown in FIG. 1 has a large inductance and a device for generating a stable DC by receiving electric power from the pickup 110 is attached to the outside of the pickup 110. And a bridge circuit composed of a switching unit are directly connected. This may be applied to the embodiment, and may be a conversion unit 120 and a control unit (not shown). At this time, the resonant capacitor serves to cancel the inductance of the pickup 110 at the operating frequency. In addition, the pickup 110 is compensated by a resonant capacitor. At this time, the output voltage is higher than the input, and a separate filter inductor is not required.

변환부(120)는 픽업부(110)의 양단과 연결된 장치로서 픽업부(110)에서 공급된 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급한다. 변환부(120)의 구조를 살펴 보면 변환부(120)는 제1 다이오드(131), 제2 다이오드(132), 제3 다이오드(133) 및 제4 다이오드(134)를 포함하며, 제1 내지 제4 다이오드(131, 132, 133, 134)는 H 브리지 형태로 연결되어 있다. 각 다이오드에는 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)가 병렬로 연결되어 있다.The converting unit 120 rectifies the alternating current supplied from the pickup unit 110 as a device connected to both ends of the pickup unit 110, regulates the output of the alternating current, and supplies the regulated output to the battery. The conversion unit 120 includes a first diode 131, a second diode 132, a third diode 133 and a fourth diode 134. The first diode 131, the second diode 132, The fourth diodes 131, 132, 133 and 134 are connected in the form of an H bridge. The first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 are connected in parallel to each diode.

변환부(120)의 스위치는 바람직하게는 MOSFET이나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 즉 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 스위치를 사용할 수 있을 것이다.The switch of the conversion unit 120 is preferably a MOSFET, but it is not necessarily limited to this. That is, those skilled in the art will be able to use various switches without departing from the essential characteristics of the present invention.

제어부(미도시)는 변환부(120)의 스위치를 선택적으로 턴 온(Turn-On) 또는 턴 오프(Turn-Off)시킴으로써 픽업부(110)에서 발생하는 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절한다. 변환부(120)에서 출력된 직류는 배터리에 공급된다.The control unit (not shown) selectively turns on or off the switch of the converting unit 120 to rectify the alternating current generated in the pick-up unit 110 to direct current and regulate the output . The DC output from the converter 120 is supplied to the battery.

제어부(미도시)는 스위치의 턴 온, 턴 오프, 스위칭 타이밍 등을 조절하여 픽업부(110)로부터 공급 받은 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리로 공급한다. 구체적으로 제어부(미도시)는 픽업부(110)의 양단이 단락되도록 변환부(120)를 제어하여 배터리로 흐르는 전류를 차단하거나 픽업부(110)에서 공급된 전류를 정류하여 배터리로 공급할 수 있다.The control unit (not shown) adjusts the turn-on, turn-off, switching timing, etc. of the switch, rectifies the AC supplied from the pickup unit 110 to DC, adjusts the output, Specifically, the control unit (not shown) may control the converting unit 120 so that the both ends of the pickup unit 110 are short-circuited to cut off the current flowing to the battery or rectify the current supplied from the pickup unit 110 to supply the battery .

제어부(미도시)는 복수의 스위칭 소자(121 내지 124)들의 게이트(Gate)에 인가하기 위한 게이트 스위칭 신호를 발생한다. 제어부(미도시)는 복수의 게이트 스위칭 신호들을 복수의 스위칭 소자(121 내지 124)들의 게이트로 전달한다.A control unit (not shown) generates a gate switching signal for applying to the gate of the plurality of switching elements 121 to 124. The control unit (not shown) transfers the plurality of gate switching signals to the gates of the plurality of switching elements 121 to 124.

한편, 변환부(120)에 포함된 복수의 스위칭 소자(121 내지 124)들 각각의 게이트에는 스위칭 신호의 발생 및 스위칭 전달을 담당하는 구동회로인 제어부(미도시)와 연결되어, 복수의 스위칭 소자(121 내지 124)들 각각 턴 온(Turn-On) 및 턴 오프(Turn-Off)시킨다. 여기서, 제어부(미도시)는 스위칭 신호의 발생 및 전달을 위해 복수의 스위칭 소자(121 내지 124)를 각각의 게이트마다 연결되는 각각의 구동회로 형태로 구현될 수 있으며, 도면에는 생략되어 있다. 한편, 변환부(120)는 두 개의 스위칭 소자가 쌍을 이루어 직렬 접속되고, 직렬 접속된 복수의 스위칭 소자가 플러스 전원단자 및 마이너스 전원단자 사이에 병렬 접속된다.Meanwhile, the gates of the plurality of switching elements 121 to 124 included in the conversion unit 120 are connected to a control unit (not shown), which is a driving circuit for generating and transmitting switching signals, (Turn-on and turn-off) of each of the switches 121 to 124, respectively. Here, the controller (not shown) may be implemented in the form of a driver circuit connected to each gate of the plurality of switching elements 121 to 124 for generation and transmission of switching signals, and is omitted in the figure. On the other hand, the conversion unit 120 is connected in series with two switching elements in a pair, and a plurality of switching elements connected in series are connected in parallel between the positive power supply terminal and the negative power supply terminal.

이하에서는 제어부(미도시)의 전류 제어 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, the current control method of the control unit (not shown) will be described.

제어부(미도시)에서 배터리로 공급되는 전류를 차단하는 과정에 대하여 설명한다.A process of cutting off a current supplied to the battery in a control unit (not shown) will be described.

픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제2 스위치(122) 또는 제3 스위치(123)를 턴 온시킨다.The control unit (not shown) turns on the second switch 122 or the third switch 123 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is positive.

픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제2 스위치(122)가 턴 온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 다이오드(131)와 제2 스위치(122)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.When the polarity of the current of the pickup 110 is positive, when the second switch 122 is turned on, the current generated in the pickup 110 is applied to the first diode 131 and the second switch 122 And then returns to the pickup 110. [ That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.

픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제3 스위치(123)가 턴 온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제3 스위치(123)와 제4 다이오드(134)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.When the third switch 123 is turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is positive, the current generated by the pickup 110 is applied to the third switch 123 and the fourth diode 134 And then returns to the pickup 110. [ That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.

픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제2 스위치(122) 또는 제3 스위치(123) 중 어느 것을 턴 온시켜도 무방하나, 스위치의 수명을 고려하면 제2 스위치(122)와 제3 스위치(123)를 번갈아가며 턴 온시키는 것이 바람직하다.Either the second switch 122 or the third switch 123 may be turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is positive. However, considering the life of the switch, And the third switch 123 alternately.

픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(121) 또는 제4 스위치(124)를 턴 온시킨다.The controller (not shown) turns on the first switch 121 or the fourth switch 124 when the polarity of the current of the pickup 110 is negative (-).

픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제1 스위치(121)가 턴 온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 다이오드(132)와 제1 스위치(121)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.When the first switch 121 is turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is negative, a current generated in the pickup 110 is applied to the second diode 132 and the first switch 121 And then returns to the pickup 110. [ That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.

픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제4 스위치(124)가 턴 온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제4 스위치(124)와 제3 다이오드(133)를 거쳐 픽업부(110)로 돌아간다. 즉 픽업부(110)가 단락되어 배터리로 흐르는 전류가 차단된다.When the fourth switch 124 is turned on when the polarity of the current of the pickup 110 is negative, the current generated by the pickup 110 is transmitted through the fourth switch 124 and the third diode 133 And then returns to the pickup 110. [ That is, the pickup 110 is short-circuited and the current flowing to the battery is cut off.

제1 스위치(121) 또는 제4 스위치(124) 중 어느 것을 턴 온시켜도 무방하나 스위치의 수명을 고려하면 제1 스위치(121)와 제4 스위치(124)를 번갈아가며 턴 온시키는 것이 바람직하다.The first switch 121 or the fourth switch 124 may be turned on, but it is preferable that the first switch 121 and the fourth switch 124 are turned on alternately in consideration of the lifetime of the switch.

다음으로 제어부(미도시)에서 배터리로 정류된 전류를 공급하는 과정에 대하여 설명한다.Next, a process of supplying a current rectified by the battery in a control unit (not shown) will be described.

픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 턴 오프시킨다.The control unit (not shown) turns off the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is positive.

픽업부(110)의 전류의 극성이 플러스(+)일 때 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)가 턴 오프되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 다이오드(131), 배터리 및 제4 다이오드(134)를 거쳐 흐른다.When the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 are turned off when the polarity of the current of the pickup 110 is positive, the current generated in the pickup 110 is applied to the first diode 131 ), A battery, and a fourth diode (134).

픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)를 턴 오프시킨다. The control unit (not shown) turns off the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 when the polarity of the current of the pickup unit 110 is negative (-).

픽업부(110)의 전류의 극성이 마이너스(-)일 때 제1 내지 제4 스위치(121, 122, 123, 124)가 턴 오프되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 다이오드(132), 배터리 및 제3 다이오드(133)를 거쳐 흐른다.When the first to fourth switches 121, 122, 123 and 124 are turned off when the polarity of the current of the pick-up unit 110 is negative (-), the current generated in the pick- ), A battery, and a third diode (133).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템에서, PWM 방식, 동기 정류 방식, integral cycle 제어 방식을 적용하는 경우의 공급 전압 및 픽업부 전류를 예시한 도면이다. 도 2의 (a)는 PWM 방식의 경우, (b)는 동기 정류 방식의 경우, (c)는 integral cycle 제어 방식의 경우를 각각 예시한 것이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a supply voltage and a pickup current when a PWM system, a synchronous rectification system, and an integral cycle control system are applied in a battery charging system according to an embodiment of the present invention. 2 (a), 2 (b) and 3 (c) illustrate the case of the PWM method, the synchronous rectification method and the integral cycle control method, respectively.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 충전 제어 방식은 픽업부로 전달되는 전류가 일정 주파수에서 동작한다. As shown in FIG. 2, in the battery charging control method according to an embodiment of the present invention, the current delivered to the pickup operates at a certain frequency.

도 1 및 도 2를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같은 PWM 제어의 경우, 배터리에 공급되는 전압은 다음과 같은 수학식 1을 만족한다.Referring to FIGS. 1 and 2, in the case of PWM control as shown in (a), the voltage supplied to the battery satisfies Equation (1).

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서,

Figure pat00004
는 도통각를 의미한다. 만일 좌변이 우변보다 크면 전류가 증가하고, 우변이 좌변보다 크면 전류가 감소한다. 이런 성질을 이용하여 제어기는 도통각
Figure pat00005
값을 이용해 충전전류를 조절한다.here,
Figure pat00004
Means the conduction angle. If the left side is larger than the right side, the current increases, and if the right side is larger than the left side, the current decreases. Using this property,
Figure pat00005
Use the value to adjust the charge current.

또한, (b)에 도시된 바와 같은 동기 정류 방식의 경우, 배터리에 공급되는 전압은 다음과 같은 수학식 2를 만족한다.Further, in the case of the synchronous rectification method as shown in (b), the voltage supplied to the battery satisfies the following formula (2).

Figure pat00006
Figure pat00006

만일 좌변이 우변보다 크면 전류가 증가하고, 만일 우변이 좌변보다 크면 전류가 감소한다. 이런 성질을 이용하여 제어기는 급전 측을 통하여

Figure pat00007
를 조절하고, 충전전류를 조절한다If the left side is larger than the right side, the current increases. If the right side is larger than the left side, the current decreases. By using this property, the controller
Figure pat00007
And adjusts the charging current

또한, (c)에 도시된 바와 같은 integral cycle 제어 방식의 경우, 배터리에 공급되는 전압은 다음과 같은 수학식 3을 만족한다.Also, in the case of the integral cycle control method as shown in (c), the voltage supplied to the battery satisfies Equation (3).

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서, N은 제어주기를 동작 교류의 주기 회수로 나타낸 것이고, n은 제어주기 동안에 동기정류회로로 동작한 횟수이다. 만일 좌변이 우변보다 크면 전류가 증가하고, 우변이 좌변보다 크면 전류가 감소한다. 이런 성질을 이용하여 제어기는 n값을 이용하여 충전전류를 조절한다.Here, N represents the control period in terms of the number of cycles of the operation AC, and n represents the number of times that the synchronous rectification circuit operates during the control period. If the left side is larger than the right side, the current increases, and if the right side is larger than the left side, the current decreases. Using this property, the controller adjusts the charge current using the value of n.

이와 같이, 단자 A-B 간의 전압

Figure pat00009
는, 픽업부의 전류 및 전압과 동위상일 경우에 스위칭 손실이 최저가 되어 전력 전달이 최대가 된다. 따라서, 스위칭 신호에서 발생하는 시간 지연을 해결하여 전력 전달 효율을 높일 수 있다. 본 실시예에서는, 시간 지연을 위상 지연으로 해석하고, 실제 회로에서 발생하는 스위칭 신호의 위상 지연을 해결하여 전력 전달 효율을 높이고자 한다. 즉, 실제 배터리 충전 회로를 구성하는 요소들에서 실제적으로 발생하는 시간 지연을 검출하고, 이를 위상 지연으로 환산하고, 필터 등을 사용하여 전체 위상 지연을 0도 또는 360도의 정수배가 되도록 하여, 스위칭 신호가 픽업부의 전류 부호의 변화에 맞춰 동시에 스위치를 온 또는 오프 시킬 수 있도록 한다. 이러한 실시예의 적용을 위해, 시스템이 일정 주파수로 동작하고 공진 회로를 포함하여 구성된 경우에 시간 지연을 위상 지연으로 해석하거나 설계할 수 있음을 이용한다. 도 2에서 예시한 바와 같은 PWM 방식, 동기 정류 방식 및 integral cycle 제어 방식이 여기에 해당할 수 있으며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Thus, the voltage between the terminals AB
Figure pat00009
Is equal to the current and voltage of the pickup portion, the switching loss is minimized and the power transfer is maximized. Therefore, it is possible to solve the time delay occurring in the switching signal and to increase the power transmission efficiency. In this embodiment, the time delay is interpreted as a phase delay, and the phase delay of the switching signal generated in an actual circuit is solved to enhance the power transmission efficiency. That is, a time delay actually occurring in the elements constituting the actual battery charging circuit is detected, converted into a phase delay, and a filter or the like is used to make the total phase delay an integral multiple of 0 or 360 degrees, So that the switch can be turned on or off simultaneously with the change of the current code of the pickup section. For the application of this embodiment, it is utilized that the system can interpret or design the time delay as phase delay when it operates at a certain frequency and is configured with a resonant circuit. The PWM method, the synchronous rectification method, and the integral cycle control method as illustrated in FIG. 2 may be included, but the present invention is not limited thereto.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 정류 제어 방법을 적용하는 경우 발생할 수 있는 게이트 신호 지연을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a gate signal delay that may occur when the synchronous rectification control method according to an embodiment of the present invention is applied.

상술한 제어 방법에서 일부 스위치를 턴 온하여 동기 정류를 수행함으로써 다이오드 저항에 의한 전력 손실을 최소화할 수 있다. 동기 정류란 출력 다이오드의 온(ON) 동작에 따른 전력 손실을 최소화하기 위하여 다이오드가 온(ON)될 때 다이오드와 병렬로 연결되어 있는 스위치를 함께 온(ON)시키는 것이다. 도 2의 (a)는 이러한 동기 정류 제어를 위해 제어부(미도시)에서 출력하는 스위칭 신호의 이상적인 경우를 도시한 도면이고, 도 2의 (b)는 스위칭 신호에 시간 지연이 발생한 경우를 예시한 도면이다. 도면에서

Figure pat00010
의 시간 그래프는, 게이트에 인가되는 스위칭 신호에 대한 그래프를 나타낸다.In the above-described control method, power loss due to the diode resistance can be minimized by turning on some switches and performing synchronous rectification. Synchronous rectification is to turn ON the switch connected in parallel with the diode when the diode is ON to minimize the power loss due to the ON operation of the output diode. FIG. 2A is a diagram showing an ideal case of a switching signal output from a control unit (not shown) for such synchronous rectification control, and FIG. 2B is a diagram illustrating a case where a time delay occurs in a switching signal FIG. In the drawing
Figure pat00010
Shows a graph of the switching signal applied to the gate.

이하에서는, 제어부(미도시)에서 동기 정류 방식을 이용하여 배터리로 정류된 전류를 공급하는 과정에 대하여 설명한다.Hereinafter, a process of supplying a rectified current to the battery using a synchronous rectification method in a control unit (not shown) will be described.

픽업부(110)의 전류(

Figure pat00011
)의 극성이 플러스(+)인 경우 제어부(미도시)는 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)를 턴 온시킨다. 제1 스위치(121) 및 제4 스위치(124)가 턴 온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제1 스위치(121), 배터리 및 제4 스위치(124)를 거쳐 흐른다.The current of the pickup 110
Figure pat00011
The control unit (not shown) turns on the first switch 121 and the fourth switch 124. When the polarity of the first switch 121 and the fourth switch 124 is positive, When the first switch 121 and the fourth switch 124 are turned on, a current generated in the pickup 110 flows through the first switch 121, the battery, and the fourth switch 124.

픽업부(110)의 전류(

Figure pat00012
)의 극성이 마이너스(-)인 경우 제어부(미도시)는 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)를 턴 온시킨다. 제2 스위치(122) 및 제3 스위치(123)가 턴 온되면 픽업부(110)에서 발생하는 전류가 제2 스위치(122), 배터리 및 제3 스위치(123)를 거쳐 흐른다.The current of the pickup 110
Figure pat00012
The control unit (not shown) turns the second switch 122 and the third switch 123 on. When the second switch 122 and the third switch 123 are turned on, a current generated in the pickup 110 flows through the second switch 122, the battery, and the third switch 123.

이와 같이 제어부(미도시)에서는 픽업부(110)의 전류(

Figure pat00013
)의 극성을 기초로 스위칭 신호를 발생시킨다. 이를 위해서 제어부(미도시)는 픽업부(100)의 전류(
Figure pat00014
)를 측정하는 과정을 거쳐 극성을 판단하고 게이트 구동 신호를 출력해야 하는데 이 과정에서 시간 지연이 발생한다. 즉, 제어부(미도시)로부터 게이트에 인가되는 스위칭 신호는 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이 픽업부(110)의 전류(
Figure pat00015
)의 극성 변화에 맞추어 정확하게 출력되는 것이 이상적이지만, 실제적으로는 게이트 구동 신호의 발생 과정에서 도 2의 (b)와 같이 시간 지연이 발생하게 된다.In this way, in the control unit (not shown), the current
Figure pat00013
To generate a switching signal. To this end, a control unit (not shown)
Figure pat00014
), It is necessary to determine the polarity and output a gate driving signal. In this process, a time delay occurs. That is, the switching signal applied to the gate from the control unit (not shown) is supplied to the gate of the pickup 110 as shown in FIG. 2 (a)
Figure pat00015
It is ideal to output correctly in accordance with the polarity change of the gate driving signal. Actually, however, a time delay occurs in the process of generating the gate driving signal as shown in FIG. 2 (b).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상지연보상부의 동작을 설명하기 위해 배터리 충전 장치의 구성을 간략히 예시한 도면이다.FIG. 4 is a view illustrating a configuration of a battery charging apparatus for explaining an operation of a phase delay compensator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치는 전류 검출부(410), 위상지연 보상부(420), 제어부(430) 및 스위칭 소자(440)를 포함하여 구성될 수 있다.3, a battery charging apparatus according to an embodiment of the present invention may include a current detector 410, a phase delay compensator 420, a controller 430, and a switching element 440. Referring to FIG.

전류 검출부(410)는 픽업부(도 1의 110)의 전류를 검출한다. 전류 검출부(410)는 픽업부의 전류를 측정하여 제어부에 전달하고, 제어부(430)는 픽업부의 전류의 극성에 따라 스위칭 신호를 제어한다.The current detection unit 410 detects the current of the pickup unit 110 (FIG. 1). The current detection unit 410 measures the current of the pickup unit and transmits the measured current to the control unit, and the control unit 430 controls the switching signal according to the polarity of the current of the pickup unit.

위상지연 보상부(420)는 스위칭 소자(440)의 스위칭 시점에 발생하는 시간 지연을 보상하기 위해, 제어부(430)의 스위칭 신호의 위상을 조절한다. 신호의 전달지연(전파지연)은 위상지연으로 표현할 수 있다. 위상지연 보상부(420)는 전류의 측정에서 게이트 구동회로 및 스위칭 소자의 온오프 지연까지 고려한 지연을 위상지연으로 표현하고, 그만큼 위상을 필터로 앞당긴다. The phase delay compensator 420 adjusts the phase of the switching signal of the controller 430 to compensate for the time delay occurring at the switching point of the switching element 440. The propagation delay (propagation delay) of a signal can be expressed as a phase delay. The phase delay compensator 420 expresses the delay in consideration of the on-off delay of the gate drive circuit and the switching element in the measurement of the current as the phase delay, and thereby advances the phase to the filter.

위상지연 보상부(420)는 스위칭 신호의 위상을 조절하기 위해 전역통과필터(All-pass filter)로 구성될 수 있다. 위상을 앞당기는데 쓰일 수 있는 필터로는 고역 통과(진상) 필터와 전역 통과 필터가 있는데 고역통과필터는 잡음을 증폭시키는 효과가 있어 적절하지 못하다. 따라서, 전역 통과 필터로 위상을 앞당겨 전체적으로 위상의 변화가 없는 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.The phase delay compensator 420 may be configured as an all-pass filter to adjust the phase of the switching signal. There are high-pass filters and high-pass filters that can be used to advance the phase. High-pass filters are not suitable because they amplify the noise. Therefore, it is desirable to construct a system in which the phase is advanced by the all-pass filter and there is no phase change as a whole.

전역통과필터는 신호처리 필터의 하나로서 모든 신호의 크기 변화 없이 단지 위상만을 변화시킨다. 간단한 수식의 변화로서 원하는 위상지연 값을 얻을 수 있다.The global pass filter is one of the signal processing filters, which changes only the phase without changing the size of all signals. A desired phase delay value can be obtained as a simple expression change.

위상지연 보상부(420)는 스위칭 신호를 검출하여 픽업부의 전류와 비교한 뒤 그 시간 오차를 위상 지연으로 나타내고 전역통과필터를 통해 보상한다. 구체적으로, 위상지연 보상부(420)는 스위칭 신호를 피드백받고, 이를 픽업부의 전류와 비교한 후 오차를 구한다. 위상지연 보상부(420)에서는 이 오차를 가지고 기준 정현파신호와 비교하여 위상지연 크기를 결정하고, 스위칭 신호에 대한 위상을 조절하여 픽업부의 전류의 극성에 따라 스위칭 소자가 적절하게 온오프될 수 있도록 신호의 위상을 보상한다. The phase delay compensator 420 detects the switching signal and compares it with the current of the pick-up unit, expresses the time error as a phase delay, and compensates through the global pass filter. Specifically, the phase delay compensator 420 receives the switching signal and compares it with the current of the pickup unit, and then obtains an error. The phase delay compensator 420 compares the error with the reference sinusoidal signal to determine the phase delay magnitude and adjusts the phase of the switching signal so that the switching element can be appropriately turned on and off according to the polarity of the current of the pick- Compensates the phase of the signal.

전류 검출부(410)의 검출 회로에서 발생하는 시간 지연을

Figure pat00016
, 제어부(430)에서 스위칭 신호를 생성하면서 발생하는 시간 지연을
Figure pat00017
, 스위칭 소자(440)의 온-오프 지연을
Figure pat00018
라 하였을 때, 위상지연 보상부(420)는
Figure pat00019
만큼의 위상 지연을 발생시킨다. 즉, 위상지연 보상부(420)는 제어부(430)의 스위칭 신호의 위상을
Figure pat00020
만큼 앞당겨 결과적으로 스위칭 소자(440)의 턴 온 및 턴 오프가 픽업부의 전류의 극성 변화에 따라 시간지연 없이 발생할 수 있도록 한다. 이러한
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
의 값은 배터리 충전 장치의 구현에 사용되는 회로 또는 소자에 따라 미리 알려진 값일 수 있다.The time delay occurring in the detection circuit of the current detection unit 410 is
Figure pat00016
, A time delay occurring when the control unit 430 generates the switching signal
Figure pat00017
The on-off delay of the switching element 440
Figure pat00018
, The phase delay compensation unit 420 calculates
Figure pat00019
Of the phase delay. That is, the phase delay compensator 420 compensates the phase of the switching signal of the controller 430
Figure pat00020
So that the turn-on and turn-off of the switching element 440 can occur without a time delay in accordance with the change in the polarity of the current of the pickup portion. Such
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
May be a value previously known according to the circuit or element used in the implementation of the battery charging apparatus.

한편, 스위칭 신호의 위상을 반드시

Figure pat00024
만큼 앞당기는 것이 아니더라도, 스위칭 신호의 위상을
Figure pat00025
(m은 정수)만큼 조절함으로써 위에서 설명한 것과 같은 결과를 제공할 수 있다.On the other hand, the phase of the switching signal
Figure pat00024
, The phase of the switching signal
Figure pat00025
(m is an integer) to provide the same result as described above.

제어부(430)는 스위칭 소자(440)의 턴 온, 턴 오프, 스위칭 타이밍 등을 조절하여 픽업부로부터 공급 받은 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리로 공급한다. 제어부(430)는 복수의 스위칭 소자(440)들의 게이트에 인가하기 위한 게이트 스위칭 신호를 발생한다. 제어부(430)는 복수의 게이트 스위칭 신호들을 복수의 스위칭 소자(440)들의 게이트로 전달한다.The controller 430 adjusts the turn-on, turn-off, switching timing, etc. of the switching device 440 to rectify the AC supplied from the pickup unit to DC, adjust the output, and supply the battery to the battery. The control unit 430 generates a gate switching signal for applying to the gates of the plurality of switching devices 440. The controller 430 transfers the plurality of gate switching signals to the gates of the plurality of switching elements 440.

스위칭 소자(440)는 배터리에 공급되는 전류를 정류하기 위해 제어부(430)의 게이트 스위칭 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프된다. The switching element 440 is turned on or off according to the gate switching signal of the controller 430 to rectify the current supplied to the battery.

본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be.

본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고 따라서 본 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등하거나 균등하다고 인정되는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The present invention is not limited to the technical idea of the present invention and is not intended to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas considered to be equivalent or equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

110: 픽업부 120: 변환부
121: 제1 스위치 122: 제2 스위치
123: 제3 스위치 124: 제4 스위치
131: 제1 다이오드 132: 제2 다이오드
133: 제3 다이오드 134: 제4 다이오드110: Pickup unit 120: Conversion unit
121: first switch 122: second switch
123: third switch 124: fourth switch
131: first diode 132: second diode
133: third diode 134: fourth diode

Claims (8)

배터리 충전 장치에 있어서,
고주파 자속을 수신하는 집전 코일 및 상기 집전 코일과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고, 상기 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부;
H 브리지 형태로 연결된 제1 다이오드, 제2 다이오드, 제3 다이오드 및 제4 다이오드와, 상기 제1 다이오드와 병렬로 연결된 제1 스위치, 상기 제2 다이오드와 병렬로 연결된 제2 스위치, 상기 제3 다이오드와 병렬로 연결된 제3 스위치 및 상기 제4 다이오드와 병렬로 연결된 제4 스위치를 포함하고, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부, 상기 변환부는 상기 픽업부의 양단과 연결되어 있음;
상기 제1 스위치 내지 제4 스위치의 게이트 전압을 제어하도록 하는 스위칭 신호를 출력하는 제어부; 및
상기 픽업부의 전류의 극성이 변화하는 시점을 기준으로 상기 스위칭 신호의 극성의 변화 시점을 원하는 시점으로 조절할 수 있도록 측정된 전류 신호의 위상을 보상하는 위상지연보상부
를 포함하는 배터리 충전 장치.In a battery charging device,
A pickup unit including a current collecting coil for receiving a high frequency magnetic flux and a resonant capacitor for resonating with the current collecting coil and generating an alternating current by an induced electromotive force generated in the current collecting coil;
A first switch connected in parallel with the first diode, a second switch connected in parallel with the second diode, a second switch connected in parallel with the first diode, the second diode connected in parallel with the first diode, And a fourth switch connected in parallel with the fourth diode, the rectifier rectifying the alternating current into a direct current and regulating the output to supply the alternating current to the battery, wherein the converting unit is connected to both ends of the pickup unit, ;
A control unit for outputting a switching signal for controlling gate voltages of the first to fourth switches; And
A phase delay compensator for compensating a phase of the measured current signal so as to adjust a change point of the polarity of the switching signal to a desired point based on a time point at which the polarity of the current of the pick-
And a battery charger. 제1항에 있어서,
상기 위상지연보상부는,
전역 통과 필터(All-pass filter)를 이용하여 상기 위상을 보상하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.The method according to claim 1,
Wherein the phase delay compensator comprises:
And compensates for the phase using an all-pass filter. 제2항에 있어서,
상기 전역 통과 필터는,
상기 제어부에 의한 위상 지연 및 상기 제1 스위치 내지 제4 스위치의 온-오프에 의한 위상 지연을 고려하여 상기 측정된 전류 신호의 위상을 조절하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the all-pass filter comprises:
Wherein the controller is designed to adjust the phase of the measured current signal in consideration of the phase delay by the controller and the phase delay due to the on-off of the first switch to the fourth switch. 제2항에 있어서,
상기 전역 통과 필터는,
상기 전류 신호의 측정에서부터 스위칭 소자의 온-오프에 이르는 시간 지연을 전기각으로 환산한 위상각이 0
Figure pat00026
또는 360
Figure pat00027
의 정수배가 되도록 상기 측정된 전류 신호의 위상을 보상하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the all-pass filter comprises:
The phase angle obtained by converting the time delay from the measurement of the current signal to the on-off of the switching element into the electric angle is 0
Figure pat00026
Or 360
Figure pat00027
And compensates the phase of the measured current signal so that the phase of the current signal becomes an integral multiple of the current signal. 고주파 자속을 수신하는 집전 코일에 발생하는 유도 기전력에 의하여 교류를 생성하는 픽업부, 상기 교류를 직류로 정류하고 출력을 조절하여 배터리에 공급하는 변환부를 포함하되, 상기 변환부는 H 브리지 형태로 연결된 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치와, 상기 제1 스위치와 병렬로 연결된 제1 다이오드, 상기 제2 스위치와 병렬로 연결된 제2 다이오드, 상기 제3 스위치와 병렬로 연결된 제3 다이오드 및 상기 제4 스위치와 병렬로 연결된 제4 다이오드를 포함하는 배터리 충전 장치의 제어 방법에 있어서,
픽업부의 전류와 스위칭 신호를 비교하고 오차를 계산하는 과정;
상기 오차를 이용하여 상기 스위칭 신호가 갖는 위상 지연의 크기를 결정하고, 상기 위상 지연의 크기만큼 상기 스위칭 신호의 위상이 조절되도록 측정된 전류 신호의 위상을 보상하는 과정; 및
위상이 조절된 스위칭 신호를 스위칭 소자의 게이트에 인가하는 과정
을 포함하는 제어 방법.A pickup unit for generating an AC by an induced electromotive force generated in a current collecting coil for receiving a high frequency magnetic flux; a converting unit for rectifying the AC into direct current and regulating the output to supply the battery to the battery, A first diode connected in parallel with the first switch, a second diode connected in parallel with the second switch, a third diode connected in parallel with the third switch, A diode and a fourth diode connected in parallel with the fourth switch, the method comprising:
A process of comparing the current of the pickup and the switching signal and calculating an error;
Determining a magnitude of a phase delay of the switching signal using the error and compensating a phase of the current signal so that the phase of the switching signal is adjusted by a magnitude of the phase delay; And
The process of applying the phase-regulated switching signal to the gate of the switching element
/ RTI > 제5항에 있어서,
상기 위상을 보상하는 과정은,
전역 통과 필터(All-pass filter)를 이용하여 상기 위상을 조절하도록 보상하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.6. The method of claim 5,
The step of compensating for the phase comprises:
And compensates for adjusting the phase by using an all-pass filter. 제5항에 있어서,
상기 위상을 보상하는 과정은,
상기 픽업부의 전류를 검출하는 과정에서 발생하는 위상 지연 및 제1 스위치 내지 제4 스위치의 온-오프에 의한 위상 지연을 고려하여 위상 지연의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.6. The method of claim 5,
The step of compensating for the phase comprises:
Wherein the magnitude of the phase delay is determined in consideration of the phase delay occurring in the process of detecting the current of the pick-up unit and the phase delay caused by on-off of the first switch to the fourth switch. 제6항에 있어서,
상기 위상을 보상하는 과정은,
상기 스위칭 신호의 위상이 상기 픽업부 전류의 위상과 0
Figure pat00028
또는 360
Figure pat00029
의 정수배 차이가 나도록 상기 스위칭 신호의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.The method according to claim 6,
The step of compensating for the phase comprises:
Wherein when the phase of the switching signal is less than the phase of the pick-
Figure pat00028
Or 360
Figure pat00029
Wherein the phase of the switching signal is controlled so that an integer multiple of the switching signal is generated.
KR1020170173894A 2017-12-18 2017-12-18 Apparatus and Method for Wireless Battery Charging KR102155896B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170173894A KR102155896B1 (en) 2017-12-18 2017-12-18 Apparatus and Method for Wireless Battery Charging

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170173894A KR102155896B1 (en) 2017-12-18 2017-12-18 Apparatus and Method for Wireless Battery Charging

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190072818A true KR20190072818A (en) 2019-06-26
KR102155896B1 KR102155896B1 (en) 2020-09-14

Family

ID=67105106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170173894A KR102155896B1 (en) 2017-12-18 2017-12-18 Apparatus and Method for Wireless Battery Charging

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102155896B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021096327A1 (en) * 2019-11-14 2021-05-20 삼성전자 주식회사 Wireless power receiver and control method for wireless power receiver
KR102277873B1 (en) * 2020-02-07 2021-07-19 한국철도기술연구원 Train Power Receiving Apparatus for Wiress Powwer Transmission System
KR102284445B1 (en) * 2020-02-07 2021-08-03 한국철도기술연구원 Wireless Power Collecting System for Vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012143135A (en) * 2010-12-15 2012-07-26 Central Japan Railway Co Power reception apparatus and method of receiving power
KR101383556B1 (en) * 2011-08-18 2014-04-10 한국과학기술원 Method And Apparatus for Controlling Rectification And Regulation
KR20140092627A (en) * 2013-01-16 2014-07-24 김상명 Method and Apparatus for realizing a Generalized Electrical Dynamic Absorber
KR101537896B1 (en) * 2014-03-14 2015-07-20 성균관대학교산학협력단 Active rectifier for reducing reverse leakage current and wireless power receiver using the same
JP2015208150A (en) * 2014-04-22 2015-11-19 株式会社日本自動車部品総合研究所 Non-contact power transmission/reception system
KR20170000901A (en) * 2015-06-24 2017-01-04 삼성전기주식회사 Synchronous rectifier and circuit for controlling the same
WO2017050290A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 The Hong Kong University Of Science And Technology Wireless charging receiver

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012143135A (en) * 2010-12-15 2012-07-26 Central Japan Railway Co Power reception apparatus and method of receiving power
KR101383556B1 (en) * 2011-08-18 2014-04-10 한국과학기술원 Method And Apparatus for Controlling Rectification And Regulation
KR20140092627A (en) * 2013-01-16 2014-07-24 김상명 Method and Apparatus for realizing a Generalized Electrical Dynamic Absorber
KR101537896B1 (en) * 2014-03-14 2015-07-20 성균관대학교산학협력단 Active rectifier for reducing reverse leakage current and wireless power receiver using the same
JP2015208150A (en) * 2014-04-22 2015-11-19 株式会社日本自動車部品総合研究所 Non-contact power transmission/reception system
KR20170000901A (en) * 2015-06-24 2017-01-04 삼성전기주식회사 Synchronous rectifier and circuit for controlling the same
WO2017050290A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 The Hong Kong University Of Science And Technology Wireless charging receiver

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021096327A1 (en) * 2019-11-14 2021-05-20 삼성전자 주식회사 Wireless power receiver and control method for wireless power receiver
KR102277873B1 (en) * 2020-02-07 2021-07-19 한국철도기술연구원 Train Power Receiving Apparatus for Wiress Powwer Transmission System
KR102284445B1 (en) * 2020-02-07 2021-08-03 한국철도기술연구원 Wireless Power Collecting System for Vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
KR102155896B1 (en) 2020-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10097012B2 (en) Power supplying device and wireless power-supplying system
CN107222039B (en) Wireless power transmission system
US10862314B2 (en) Wireless power transmitting device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system
JP6103445B2 (en) Non-contact charging device power supply device
JP6136025B2 (en) Non-contact charging device power supply device
US20170072807A1 (en) Charging device for electric vehicle
US10148128B2 (en) Power-supplying device, and wireless power-supplying system
US10277082B2 (en) Power-transmitting device and wireless power-supplying system
EP2899847A1 (en) Power receiving device and contactless power transmission device
US20130334893A1 (en) Power transmission system and power transmitting apparatus
US9634636B2 (en) Non-contact power transmission device
JP6187384B2 (en) Power transmission equipment
KR20190072818A (en) Apparatus and Method for Wireless Battery Charging
US11088573B2 (en) Metallic foreign object detector, wireless power transmitting device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system
JP2017060328A (en) Non-contact power reception device and power transmission system
WO2014045873A1 (en) Power receiving device and contactless power transmitting equipment
JP6350818B2 (en) Non-contact power transmission device
US20180219415A1 (en) Inductive power transmitter and method of power flow control
WO2017078543A1 (en) Inductive power receiver
JP2018113778A (en) Non-contact power supply system and non-contact power supply method
WO2017105256A1 (en) Inductive power receiver
WO2020152999A1 (en) Non-contact power supply device and power transmission device
JP2020174453A (en) Non-contact power supply system
EP4064540B1 (en) Control circuit, control method and power converter
KR101996316B1 (en) Apparatus and Method for Wireless Battery Charging

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant