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KR101846682B1 - 전기차량의 충전제어방법 및 그 시스템 - Google Patents

전기차량의 충전제어방법 및 그 시스템 Download PDF

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KR101846682B1
KR101846682B1 KR1020160080844A KR20160080844A KR101846682B1 KR 101846682 B1 KR101846682 B1 KR 101846682B1 KR 1020160080844 A KR1020160080844 A KR 1020160080844A KR 20160080844 A KR20160080844 A KR 20160080844A KR 101846682 B1 KR101846682 B1 KR 101846682B1
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Abstract

역률보상회로와 DC/DC 컨버터를 포함하는 차량충전장치에 있어서, 역률보상회로 제어부에서 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신하는 단계; 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치로부터 상기 역률보상회로에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하는 단계; 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 적용하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계; 및 DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 이용하여 배터리를 충전하는 단계;를 포함하는 전기차량의 충전제어방법이 소개된다.

Description

전기차량의 충전제어방법 및 그 시스템{CHARGING CONTROL METHOD AND SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 과전류로 인한 충전장치의 고장을 방지하고 차량의 배터리 충전 효율성을 향상시킬 수 있는 전기차량의 충전제어방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근 친환경 기술의 발달로 전기차량에 관한 관심이 높아지고 있고, 그에 따라 전기차량에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전기차량은 엔진 없이 고전압배터리만으로 모터를 구동하여 차량을 운행하는바 배터리를 충전할 수 있는 전기만 공급될 수 있다면 환경오염의 걱정 없이 차량의 운행이 가능하다.
따라서 전기차량에서는 모터를 구동시킬 수 있는 고전압배터리의 충전이 가장 핵심적인 기술로 많은 연구가 진행되고 있다. 고전압배터리의 충전방식은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 하나는 전기차량 충전소에서 할 수 있는 급속충전이고, 다른 하나는 가정에서 흔히 사용하는 상용전원(220V 혹은 110V)을 이용하여 충전하는 완속충전이다.
완속충전의 경우 차량 내에 존재하는 OBC(On Board Charger)에 의하여 충전제어를 하게 되는데, 충전 시 배터리의 빠른 충전을 위하여 충전 허용 전류를 초과하는 경우에는 외부의 차량충전기가 정지하는 등의 문제가 발생한다.
따라서 이와 관련하여 JP2013-219867 A "충전 제어 장치"에서는 복수의 충전부를 가지는 경우에 있어서 충전기의 셧다운(Shut down) 문제를 해결하기 위해 충전 허용 전류를 제한하는 방법을 제시하고 있다.
그러나 이는 단순히 복수의 차량이 충전 중 차량 하나가 충전을 멈추는 경우 다른 차량에 과도한 전류가 흐르는 경우를 방지하기 위함일 뿐, 차량 한대가 충전을 하는데 있어서 충전 허용전류를 초과하는 것을 방지할 수 있는 방법을 제시한 것이 아니다.
따라서 차량 한대가 충전을 하더라도 충전기가 셧다운되는 일이 발생하지 않도록 외부 차량충전기에 흐르는 전류값을 충전 허용전류 이하가 되도록 제한해야할 것이며, 그와 동시에 배터리 충전의 효율성을 높이기 위해서는 고전압배터리 충전전류값이 충전 허용전류 내에서 최대한 높은 값을 가져야 할 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2013-219867 A
본 발명은 배터리를 충전하는 충전전류값을 제한함으로써 외부 충전장치의 고장을 방지함과 동시에 배터리의 충전 효율을 높일 수 있는 전기차량의 충전제어방법 및 그 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
역률보상회로와 DC/DC 컨버터를 포함하는 차량충전장치에 있어서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차량의 충전제어방법은 역률보상회로 제어부에서 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신하는 단계; 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치로부터 상기 역률보상회로에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하는 단계; 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 적용하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계; 및 DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 이용하여 배터리를 충전하는 단계;를 포함한다.
상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값 도출단계는, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하는 단계; 및 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 비례적분제어기의 출력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압값으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계;를 포함한다.
상기 비례적분제어기 인가단계는, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 기설정된 입력전류마진값을 합산하여 상기 비례적분제어기에 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 역률보상회로 제어부는 상기 입력전류마진값을 필터링하여 오버슛을 제거한 후 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 합산하는 것을 특징으로 한다.
상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값 도출단계는, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하여 도출하는 것을 특징으로 한다.
상기 전류 최대값 제한단계 이후에, 상기 역률보상회로 제어부가 상기 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신한 이후 경과시간이 기설정된 기준시간 이하인 경우, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 전압값을 승산하여 입력전력값을 도출하는 단계; 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 입력전력값에 기설정된 효율값을 승산하여 출력전력값을 도출하는 단계; 및 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 출력전력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계;를 포함한다.
상기 배터리 충전단계는, 상기 DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값과 DC/DC 컨버터 출력전류값을 전류제어기에 인가하는 단계; 및 상기 DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 전류제어기 출력되는 듀티비로 상기 DC/DC 컨버터를 제어하여 배터리를 충전하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 전기차량의 충전시스템은 충방전이 가능한 배터리; 상기 배터리에 충전전력을 공급하는 외부 충전장치; 차량충전장치로 인가되는 교류전원의 역률을 보상하는 역률보상회로; 상기 역률보상회로와 연결되어 상기 역률보상회로의 출력전압을 상기 배터리 충전전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터; 상기 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신하며, 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치로부터 상기 역률보상회로에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하고, 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 적용하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 역률보상회로 제어부; 및 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터 제어부;를 포함한다.
상기 역률보상회로 제어부는 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하며, 상기 비례적분제어기의 출력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압값으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
상기 역률보상회로 제어부는 상기 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신한 이후 경과시간이 기설정된 기준시간 이하인 경우, 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 전압값을 승산하여 입력전력값을 도출하고, 상기 입력전력값에 기설정된 효율값을 승산하여 출력전력값을 도출하며, 상기 출력전력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 차량충전장치로 입력되는 입력전류의 값이 외부 충전장치의 최대허용전류내로 제한되므로 외부 충전장치가 과전류로 인하여 셧다운되는 상황이 발생하지 않는다.
둘째, 차량충전장치에서 배터리를 충전시키는 출력전류의 값이 최대허용전류에 근접하도록 설정이 되므로 외부 충전장치가 셧다운되지 않는 한도내에서 최대한 충전시간을 단축시킬 수 있다.
셋째, 배터리를 충전하는 출력전류의 값을 도출하는 여러가지 로직을 각 로직의 응답시간에 따라 병렬적으로 연결하여 각 로직이 가지는 고유의 장점을 극대화하여 안정적으로 전기차량의 충전제어가 이루어질 수 있도록 하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차량 충전 시스템의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차량의 충전제어방법의 순서도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 출력전류지령값 도출방법의 흐름도
도4는 종래기술과 본기술의 충전제어방법 실시효과 비교 그래프
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 충전제어방법을 구체적으로 살펴보기에 앞서 상기 충전제어방법이 적용될 수 있는 충전 시스템을 살펴보면 도1과 같다. 도1을 통해 알 수 있듯이 외부 충전장치(20)는 외부전원(일반적으로 국내의 경우 220V 교류전원)과 연결되며, 상기 외부 충전장치(20)는 역률보상회로(32)와 DC/DC 컨버터(34)를 포함하는 차량충전장치(30)와 연결이 되고, 차량충전장치(30) 출력단은 배터리(10)와 연결이 된다. 여기에서 외부 충전장치(20)는 상용전원을 이용하여 차량을 충전하는 완속충전의 경우 사용되는 장치이다. 보통 EVSE(Electric Vehicle Service Equipment) 혹은 ICCB(In Cable Control Box)가 외부 충전장치(20)에 해당한다.
역률보상회로(32)와 DC/DC 컨버터(34)는 도1에서 도시한 바와 같이 역률보상회로(32)가 외부 충전장치(20)와 연결되도록 차량충전장치(30)의 전단에 구성되며, DC/DC 컨버터(34)는 배터리(10)와 연결되도록 차량충전장치(30)의 후단에 구성된다. 역률보상회로 제어부(40)와 DC/DC 컨버터 제어부(50)는 각각 역률보상회로(32)와 DC/DC 컨버터(34)를 제어하는 제어부로 역률보상회로(32) 또는 DC/DC 컨버터(34)에 입출력되는 전류,전압값을 이용하여 역률보상회로(32)와 DC/DC 컨버터(34)의 스위칭 소자등을 제어하는 역할을 할 것이다.
본 발명에 따른 충전제어방법이 적용되는 시스템이 도1과 같이 구성된다고 가정하고 본격적으로 본 발명에 따른 충전제어방법을 살펴보면 도2에서 도시하고 있는 바와 같이 역률보상회로 제어부(40)에서 외부 충전장치(20)로부터 충전신호를 수신하는 충전신호 수신단계(S10)와 상기 역률보상회로 제어부(40)에서 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치(20)로부터 상기 역률보상회로(32)에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하는 전류 최대값 제한단계(S20)를 수행하게 된다.
본 발명에서 전류 최대값 제한단계(S20)와 같이 전류 최대값을 제한하는 이유는 외부 충전장치(20)의 셧다운(shut-down)을 방지하기 위함이다. 왜냐하면 외부 충전장치(20)로부터 차량충전장치(30)로 인가되는 전류값이 외부 충전장치(20)의 한계전류에 해당하는 허용전류값을 초과하게 되면 외부 충전장치(20)의 셧다운이 발생하기 때문이다. 따라서 외부 충전장치(20)로부터 차량충전장치(30)로 무턱대고 전류를 인가하기 이전에 이러한 요인을 고려하여야 하는데, 본 발명에서는 이를 위한 해결방법으로 충전신호 수신단계(S10)와 전류 최대값 제한단계(S20)를 수행하고 있는 것이다.
여기서의 충전신호라 함은 외부 충전장치(20)에서 차량의 충전준비를 위하여 차량충전장치(30)에 전송하는 신호를 의미하는데 CP(Control Pilot)신호라고도 불리우며, 이 신호에는 외부 충전장치(20)의 허용전류값 및 외부 충전장치(20)에 연결되어 있는 입력전압등 다양한 정보가 포함되어 있다. 따라서 역률보상회로 제어부(40)는 수신받은 충전신호를 분석하여 도출된 허용전류값을 이용해 역률보상회로(32)에 인가되는 전류의 최대값을 제한할 수 있게 되는 것이다.
역률보상회로 제어부(40)가 역률보상회로(32)로 인가되는 전류의 최대값을 제한하는 방법은 다양한 방법이 있을 수 있을 것이다. 그 중 가장 대표적인 방법은 허용전류값을 리미트값으로 하는 리미트 블록을 이용하여 외부 충전장치(20)로부터 차량충전장치(30)로 인가되는 전류값이 허용전류값을 초과하지 않게 하는 것일 것이다.
따라서 위와 같은 방식을 이용하면 외부 충전장치(20)에서 차량충전장치(30)로 인가되는 전류의 최대값이 허용전류값을 초과할 수 없게 되므로 외부 충전장치(20)의 셧다운이 방지될 수 있다. 그러나 외부 충전장치(20)의 셧다운이 방지 될 수 있음은 별론 역률보상회로(32)로 인가되는 전류값이 낮아짐으로써 배터리(10) 충전 효율이 낮아질 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 도2에서 도시하고 있는 바와 같이 전류 최대값 제한단계(S20)를 끝으로 제어가 종료되는 것이 아니라, 별도의 제어방법을 추가하여 배터리(10)의 충전 효율을 최대한 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고 있는 것이다.
여기서 별도의 제어방법은 도2에서 전류 최대값 제한단계(S20) 이후의 단계에 해당하는 비례적분제어기 인가단계(S30)와 출력전류지령값 도출단계(S40)로써 상기 비례적분제어기 인가단계(S30)에서는 역률보상회로 제어부(40)에서 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값과 역률보상회로(32)의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하며, 출력전류지령값 도출단계(S40)에서는 역률보상회로 제어부(40)에서 비례적분제어기의 출력값을 DC/DC 컨버터(34)의 출력전압값으로 제산하여 DC/DC 컨버터(34) 출력전류지령값을 도출한다.
이에 대한 구체적은 흐름도는 도3을 통해 다시 한 번 확인할 수 있다. 도3을 살펴보면 알 수 있듯이 충전신호는 역률보상회로 제어부(40)에 의하여 분석되어 전류최대값 제한단계(S20)를 통해 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값을 제한할 수 있게 하며 이를 통한 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값은 역률보상회로(32)의 전압제어기 출력값과 함께 비례적분제어기에 인가된다.
여기에서 비례적분제어기는 다양한 형태의 비례적분제어기를 활용하는 것을 고려해 볼 수 있을 것이나 본 발명에서는 이에 대한 일례로써 안티 와인드업 구조를 가지는 PI(Proportional Integral Controller)제어기의 형태를 제시하고 있다. 상기 PI제어기는 기본적으로 피드백 제어기의 형태로 되어 있으며 제어하고자 하는 대상의 출력값을 측정하여 이를 원하는 설정값과 비교하여 오차를 계산하고 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 구조로 되어 있다.
그러나 비례적분제어기에 포화상태가 발생하는 경우, 오차의 적분값이 큰 값으로 누적되게 되어 출력값이 설정값에 가까워지게 되었을 때 제어값이 작아져야 함에도 계속 큰 값을 출력하게 되어 설정값에 도달하는데 오랜 시간이 걸리게 되는 경우가 발생할 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 안티 와인드업 구조를 가진 비례적분제어기를 이용하여 이와 같은 경우를 방지하고 안정적으로 출력값을 도출할 수 있도록 하고 있는 것이다.
또한 본 발명에서는 도3에서 도시하고 있는 바와 같이 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값 외에 역률보상회로(32)의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하도록 하고 있다. 여기서의 전압제어기는 일반적인 적분제어기의 형태를 의미하는 것으로 앞서 언급한 비례적분제어기를 활용할 수도 있을 것이다. 어떠한 형태의 제어기를 활용하던 상기 제어기에 인가되는 역률보상회로(32) 출력전압지령값과 역률보상회로(32) 출력전압값을 전압제어기에 인가하게 되는데, 여기서 역률보상회로(32) 출력전압값은 도1에서 기재하고 있는 바와 같이 차량충전장치(30)를 구성하고 있는 역률보상회로(32)의 출력단에 걸리는 전압을 의미하며, 역률보상회로(32) 출력전압지령값은 역률보상회로 제어부(40)에서 역률보상회로(32) 출력전압값의 목표로 설정한 값을 의미한다.
상기 전압제어기 혹은 적분제어기를 통해 도출된 값은 전압제어기의 형태에 따라 다양한 값을 가질 수 있을 것이나 도3의 흐름도를 고려해 볼 때 역률보상회로(32)로 인가되는 전류지령값이 될 것이며, 결국 역률보상회로(32)로 인가되는 전류지령값과 실제로 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값을 비례적분제어기에 인가하여 차량충전장치(30)의 출력전력값을 도출할 수 있게 될 것이다.
그리고 마지막으로 상기 비례적분제어기의 출력값을 도1에서 기재하고 있는 DC/DC 컨버터(34)의 출력전압값을 제산하여 최종적으로 배터리(10) 충전에 사용되는 전류의 지령값에 해당하는 출력전류지령값을 도출하게 되는 것이다.
이와 같은 방식으로 출력전류지령값이 도출되었다면 이후에는 도2에서 도시하고 있는바와 같이 배터리(10) 충전단계(S50)를 수행하게 된다. 배터리(10) 충전단계(S50)도 상기 도출된 출력전류지령값을 활용하여 다양한 방식으로 배터리(10) 충전이 가능하나, 본 발명에서는 이에 대한 대표적인 예로써 DC/DC 컨버터 제어부(50)에서 상기 DC/DC 컨버터(34) 출력전류지령값과 DC/DC 컨버터(34) 출력전류값을 전류제어기에 인가하고, 상기 전류제어기 출력되는 듀티비로 상기 DC/DC 컨버터(34)를 제어하여 배터리(10)를 충전하는 방법을 제시하고 있다. 여기서의 전류제어기 역시 앞서 언급한 전압제어기와 동일하게 적분제어기 등 다양한 제어기 형태를 활용할 수 있을 것이다.
지금까지 언급한 바와 같이 전기차량을 충전하게 되면 외부 충전장치(20)의 셧다운을 방지할 수 있으면서도 배터리(10) 충전효율을 극대화할 수 있게 될 것이다. 따라서 지금부터는 위의 방식을 기본형태로 하여 파생될 수 있는 다양한 실시예를 살펴보고자 한다.
가장 우선적으로 고려할 수 있는 것은 도3의 비례적분제어기에 인가되는 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값에 기설정된 입력전류마진값을 합산하는 방법이다. 외부 충전장치(20)의 허용전류값과 실제로 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값에는 차이가 있을 수 있고, 이러한 차이로 인하여 차량충전장치(30)가 출력가능한 최대전력으로 배터리(10)를 충전시키지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로 이를 보상하기 위하여 실제 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값에 입력전류마진값을 합산하는 것이다.
더불어 본 발명에서는 입력전류마진값을 적용함에 있어 입력전류마진값을 필터링하여 오버슛을 제거한 후 상기 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값에 합산하는 방법을 제시하고 있다. 왜냐하면 입력전류마진값을 합산함으로써 본 발명에서 본래 달성하고자 했던 외부 충전장치(20)의 셧다운 방지 효과를 상실할 수 있기 때문이다. 역률보상회로(32)에 인가되는 전류와 전압값은 직류가 아니라 교류이기 때문에 순간 정격 진폭값을 초과하는 오버슛(over shoot)이 발생할 수 있다. 그러므로 이러한 오버슛에 인하여 입력전류마진값이 합산된 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값이 허용전류값을 초과하는 경우가 발생할 수 있으므로 입력전류마진값에 필터링을 적용하여 오버슛을 제거하는 단계가 필요한 것이다. 필터링은 RLC 소자를 이용한 하드웨어 필터를 활용하는 방법도 있을 것이나 하드웨어 필터는 그 성능이 일정치 못하고 필터를 위치시킬 공간 확보가 필요하므로 역률보상회로 제어부(40)에서 소프트웨어 필터를 적용한 입력전류마진값을 필터링 하는 것이 바람직할 것이다.
이 외에 역률보상회로 제어부(40)에서 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값과 역률보상회로(32)의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하여 직접적으로 입력전류지령값을 도출하는 방법을 고려해 볼 수도 있다.
뿐만 아니라, 역률보상회로(32)가 외부 충전장치(20)로부터 충전신호를 수신받은 이후의 경과시간에 따라 제어방법을 달리할 수 있다. 일반적으로 적분제어기던 비례적분제어기던 적분제어기에는 기본적으로 커패시터 소자와 같은 리액턴스 성분을 포함하고 있기 때문에 응답성이 빠르지 않다.
따라서 적분제어기를 이용한 충전제어방법은 적분제어기가 정상응답을 하는데까지 소요되는 경과시간이 지난 후 활용하는 것이 바람직하다. 그러므로 본 발명에서는 역률보상회로 제어부(40)가 외부 충전장치(20)로부터 충전신호를 수신한 이후 경과시간이 기설정된 기준시간 이하인 경우, 즉 적분제어기가 정상응답을 하기 이전의 시간동안 적용될 수 있는 전기차량의 충전제어방법을 제시하고 있다.
구체적으로 상기 제어방법은 역률보상회로 제어부(40)에서 상기 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값과 전압값을 승산하여 입력전력값을 도출하고, 역률보상회로 제어부(40)에서 상기 입력전력값에 기설정된 효율값을 승산하여 출력전력값을 도출하며, 역률보상회로 제어부(40)에서 상기 출력전력값을 DC/DC 컨버터(34)의 출력전압으로 제산하여 DC/DC 컨버터(34) 출력전류지령값을 도출하여 상기 출력전류지령값을 이용하여 배터리(10)를 충전하게 된다.
따라서 위의 과정을 살펴보면 알 수 있듯이 상기 제어방법은 단순히 기설정된 효율값을 승산하여 도출된 출력전력값을 이용해 출력전류지령값을 도출하므로 출력전류지령값을 도출함에 있어 응답시간이 거의 소모되지 않는다. 그러므로 사용자가 차량충전장치(30)의 빠른 응답을 필요로 하는 경우에는 이와 같은 방법을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 다만, 배터리(10) 충전효율 측면에서는 적분제어기를 활용한 충전제어방법보다 바람직하지 못하다는 단점이 있으나, 이러한 측면도 상기 효율값을 적절하게 설정하여 최대한 보완할 수 있을 것이다.
여기서의 효율값은 차량충전장치(30)의 종류에 따라 결정되는 값으로 차량충전장치(30)의 입력단과 출력단에 전압을 인가하고 입출력 전류를 비교함으로써 간단히 도출할 수 있다. 장치의 종류에 따라 다른 값을 가질것이나 에너지 보존 법칙상 출력전력값이 입력전력값보다 클 수는 없으므로 효율값의 범위는 0에서 1사이가 될 것이다.
더불어, 앞선 효율값을 이용한 충전제어방법은 적분제어기의 응답성이 늦은 측면에서 기인한 것이므로 적분제어기를 이용한 충전제어방법과 통합하여 역률보상회로 제어부(40)가 외부 충전장치(20)로부터 충전신호를 수신한 이후 경과시간이 기설정된 기준시간 이하인 경우에는 효율값을 이용한 충전제어방법을 활용하고 기준시간을 초과하는 경우에는 적분제어기를 이용한 충전제어방법을 활용하는 방법도 고려해 볼 수 있을 것이다. 이와 같이 회로를 구성한다면 회로의 복잡성은 커지겠으나 양 방법의 장점을 모두 활용할 수 있으므로 차량충전장치(30)의 응답속도 및 배터리(10) 충전효율 모두를 향상시킬 수 있을 것이다. 덧붙여, 결국 이 경우의 기준시간은 적분제어기가 정상응답을 하는 데까지 소요되는 시간에 해당할 것이므로 적분제어기의 시정수값을 이용하여 기준시간을 도출할 수 있을 것이다.
이와 같은 방법을 통하여 배터리(10)를 충전할 수 있는 최적의 출력전류지령값을 도출할 수 있을 것이며 도4를 통해 본 기술에 따른 경우와 종래기술에 따른 경우 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값과 차량충전장치(30)의 출력전류값을 비교하여 본 발명에 따른 충전제어방법의 실시효과를 확인할 수 있다.
실제입력전류 그래프에서 점선으로 표시된 부분은 EVSE 허용전류값으로 본 발명에서 외부 충전장치(20)의 허용전류값을 의미하는데 종래기술에는 동그라미로 표시해 놓은 부분에서 입력전류값이 EVSE 허용전류값을 초과하는 경우가 발생함을 확인 할 수 있다. 따라서 종래기술에 의할 경우 EVSE, 즉 외부 충전장치(20)가 셧다운 되는 상황이 발생하였을 것이다. 그러나 본 기술에 따를 경우 실제입력전류값이 EVSE 허용전류값을 초과하는 경우가 발생하지 않으므로 차량 충전 중 외부 충전장치(20)가 셧다운되는 상황이 발생하지 않을 것이다.
다음으로 출력전류값을 확인해 보면 본 기술에 따를 경우 종래기술보다 출력전류값이 상승하였음을 확인할 수 있다. 출력전류값의 상승은 배터리(10)의 충전시간을 단축시키는 효과가 있는바, 결국 본 발명에 의하여 배터리(10)의 충전 효율을 향상시킬 수 있을 것이다. 따라서 도4의 그래프를 통해 본 발명이 외부 충전장치(20)의 셧다운 방지와 배터리(10) 충전 효율성 향상에 효과가 있음을 확인할 수 있다.
더불어 본 발명에 따른 전기차량의 충전시스템은 앞서 도1을 통해 살펴본 바와 같이 충방전이 가능한 배터리(10); 상기 배터리(10)에 충전전력을 공급하는 외부 충전장치(20); 차량충전장치(30)로 인가되는 교류전원의 역률을 보상하는 역률보상회로(32); 상기 역률보상회로(32)와 연결되어 상기 역률보상회로(32)의 출력전압을 상기 배터리(10) 충전전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터(34); 상기 외부 충전장치(20)로부터 충전신호를 수신하며, 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치(20)로부터 상기 역률보상회로(32)에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하고, 상기 역률보상회로(32)에 인가되는 전류값에 상기 역률보상회로(32)의 전압제어기 출력값을 적용하여 DC/DC 컨버터(34) 출력전류지령값을 도출하는 역률보상회로 제어부(40); 및 상기 DC/DC 컨버터(34) 출력전류지령값을 이용하여 상기 배터리(10)를 충전하는 DC/DC 컨버터 제어부(50);를 포함할 수 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S10: 충전신호 수신단계 S20: 전류 최대값 제한단계
S30: 비례적분제어기 인가단계 S40: 출력전류 지령값 도출단계
S50: 배터리 충전단계 10: 배터리
20: 외부 충전장치 30: 차량충전장치
40: 역률보상회로 제어부 50: DC/DC 컨버터 제어부

Claims (10)

  1. 역률보상회로와 DC/DC 컨버터를 포함하는 차량충전장치에 있어서,
    역률보상회로 제어부에서 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신하는 단계;
    상기 역률보상회로 제어부에서 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치로부터 상기 역률보상회로에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하는 단계;
    상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 적용하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계; 및
    DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 이용하여 배터리를 충전하는 단계;를 포함하며,
    상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값 도출단계는, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하여 도출하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 충전제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값 도출단계는,
    상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하는 단계; 및
    상기 역률보상회로 제어부에서 상기 비례적분제어기의 출력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압값으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계;를 포함하는 전기차량의 충전제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 비례적분제어기 인가단계는, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 기설정된 입력전류마진값을 합산하여 상기 비례적분제어기에 인가하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 충전제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 역률보상회로 제어부는 상기 입력전류마진값을 필터링하여 오버슛을 제거한 후 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 합산하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 충전제어방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 최대값 제한단계 이후에,
    상기 역률보상회로 제어부가 상기 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신한 이후 경과시간이 기설정된 기준시간 이하인 경우, 상기 역률보상회로 제어부에서 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 전압값을 승산하여 입력전력값을 도출하는 단계;
    상기 역률보상회로 제어부에서 상기 입력전력값에 기설정된 효율값을 승산하여 출력전력값을 도출하는 단계; 및
    상기 역률보상회로 제어부에서 상기 출력전력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 단계;를 포함하는 전기차량의 충전제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 충전단계는,
    상기 DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값과 DC/DC 컨버터 출력전류값을 전류제어기에 인가하는 단계; 및
    상기 DC/DC 컨버터 제어부에서 상기 전류제어기 출력되는 듀티비로 상기 DC/DC 컨버터를 제어하여 배터리를 충전하는 단계;를 포함하는 전기차량의 충전제어방법.
  8. 충방전이 가능한 배터리;
    상기 배터리에 충전전력을 공급하는 외부 충전장치;
    차량충전장치로 인가되는 교류전원의 역률을 보상하는 역률보상회로;
    상기 역률보상회로와 연결되어 상기 역률보상회로의 출력전압을 상기 배터리 충전전압으로 변환시키는 DC/DC 컨버터;
    상기 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신하며, 상기 충전신호를 분석하여 도출한 허용전류값을 상기 외부 충전장치로부터 상기 역률보상회로에 인가되는 전류의 최대값으로 제한하고, 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값에 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 적용하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 역률보상회로 제어부; 및
    상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터 제어부;를 포함하며,
    상기 역률보상회로 제어부는, 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하여 상기 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 충전시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 역률보상회로 제어부는 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 상기 역률보상회로의 전압제어기 출력값을 비례적분제어기에 인가하며, 상기 비례적분제어기의 출력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압값으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 충전시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 역률보상회로 제어부는 상기 외부 충전장치로부터 충전신호를 수신한 이후 경과시간이 기설정된 기준시간 이하인 경우, 상기 역률보상회로에 인가되는 전류값과 전압값을 승산하여 입력전력값을 도출하고, 상기 입력전력값에 기설정된 효율값을 승산하여 출력전력값을 도출하며, 상기 출력전력값을 상기 DC/DC 컨버터의 출력전압으로 제산하여 DC/DC 컨버터 출력전류지령값을 도출하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 충전시스템.
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