KR20200129264A - Device for protecting component and distributing power of electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 내연기관 자동차를 전기자동차로 개조하는 경우, 전기자동차 내의 고전원 장치로 전력을 분배하고 고전원 장치의 부품을 보호하는 기능을 수행하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention are used to protect electric vehicle parts and power distribution devices that distribute power to a high power device in the electric vehicle and protect parts of the high power device when converting an internal combustion engine vehicle to an electric vehicle. About.
전기자동차(EV: Electric Vehicle)는 화석연료의 점차적인 고갈과 통상적인 내연기관 자동차의 배기가스로부터의 이산화탄소(CO2) 배출 때문에 그 수요가 계속 증가하고 있다. 전기자동차는 차량에 동력을 제공하기 위하여 배터리에 저장된 전기에너지로 작동되는 전기 구동 모터를 활용하고 있다. Electric vehicles (EVs) continue to grow in demand due to the gradual depletion of fossil fuels and the emission of carbon dioxide (CO2) from the exhaust gas of conventional internal combustion vehicles. Electric vehicles utilize electric drive motors operated by electric energy stored in batteries to provide power to the vehicle.
그러나, 전기자동차는 주행거리, 충전시간 등 기술적인 면이나 높은 차량 가격 등 비용적인 면에서 아직 부족한 점들이 존재하며 아직 대중적으로 널리 보급된 상황은 아니다.However, electric vehicles still have shortcomings in terms of technical aspects such as mileage and charging time, and in terms of cost such as high vehicle prices, and they have not yet been widely distributed to the public.
이로 인해, 일반적인 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환할 수 있는 기술에 대한 연구개발이 꾸준히 진행 중이다. 타던 차를 그대로 전기자동차로 변환하기 때문에 노후에 따른 차량 교체 비용 절감뿐만 아니라 친환경성과 경제성이 뛰어난 전기자동차의 장점까지 누릴 수 있고, 다량의 화석연료를 필요로 하는 내연기관 자동차를 깨끗하고 친환경적인 전기자동차로 바꾸는 것이 이산화탄소 배출량을 줄이는데 있어 효과가 있을 것으로 예측되기 때문이다. For this reason, research and development on technology that can convert a general internal combustion engine vehicle into an electric vehicle is steadily in progress. Since the old car is converted into an electric car, it is possible to enjoy the advantages of eco-friendly and economical electric cars as well as reducing vehicle replacement costs due to retirement, and clean and eco-friendly electric vehicles with internal combustion engines that require a large amount of fossil fuels. This is because switching to a car is expected to be effective in reducing carbon dioxide emissions.
한편, 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하는 일반적인 방법은 내연기관 자동차의 부품의 에어컨, 히터, 배터리 등과 같은 12v 전기 계통의 고전원 장치는 그대로 사용하고, 나머지 부품들은 탈거하며, 전기 모터, MCU, 배터리 팩 등의 전기자동차 부품을 장착함으로써 수행된다. 그러나, 종래의 일반적인 변환 방법의 경우 고전원 장치로의 전력 분배 및 고전원 장치의 부품의 보호가 미흡한 단점이 있다.On the other hand, the general method of converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle is to use the 12v electric power source devices such as air conditioners, heaters, batteries, etc. of the internal combustion engine vehicle components as they are, and remove the remaining components. It is carried out by mounting electric vehicle parts such as battery packs. However, in the case of the conventional general conversion method, there is a disadvantage in that power distribution to the high power device and protection of components of the high power device are insufficient.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 내연기관 자동차를 전기자동차로 개조하는 경우, 효율적으로 전기자동차 내의 고전원 장치로 전력을 분배하고 고전원 장치의 부품을 보호하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치를 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, in the present invention, when an internal combustion engine vehicle is converted into an electric vehicle, an electric vehicle that efficiently distributes power to a high power source device in the electric vehicle and protects the components of the high power source device. I would like to propose a component protection and power distribution device.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 상기 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치로서, 상기 전기자동차 부품을 물리적으로 보호하며, 내부에 빈 공간이 형성된 하우징 부재; 및 상기 하우징 부재를 관통하여 상기 전기자동차 부품과 전기적으로 연결되는 복수의 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치가 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, as a protection and power distribution device for the electric vehicle parts for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle, physically protecting the electric vehicle parts, and A housing member having an empty space formed therein; And a plurality of connectors which pass through the housing member and are electrically connected to the electric vehicle component. A device for protecting and distributing power to an electric vehicle component is provided.
상기 전기자동차 부품은 12v 전기 계통의 부품으로서, MCU(Motor Control Unit) 관련 부품, PTC(Positive temperature coefficient) 관련 부품, 에어컨 관련 부품, LDC(Low voltage DC-DC converter) 관련 부품, OBC(On-board charger) 관련 부품, 급속 충전 관련 부품, 양극 부스바(busbar) 및 음극 부스바를 포함하고, 상기 복수의 커넥터는, 상기 MCU 관련 부품을 위한 MCU 커넥터, 상기 에어컨 관련 부품과 상기 PTC 관련 부품을 위한 에어컨/PTC 커넥터, 상기 LDC 관련 부품과 상기 OBC 관련 부품을 위한 LDC/OBC 커넥터, 양극 부스바 및 음극 부스바와 전기적으로 연결되는 배터리 커넥터, 급속 충전 관련 부품을 위한 급속 충전 커넥터 및 상기 전기자동차 부품으로 동작 제어 신호를 전달하는 시그널 커넥터를 포함할 수 있다. The electric vehicle component is a 12v electrical system component, and includes MCU (Motor Control Unit) related parts, PTC (Positive temperature coefficient) related parts, air conditioner related parts, LDC(Low voltage DC-DC converter) related parts, OBC(On- board charger) related parts, fast charging related parts, a positive busbar and a negative busbar, and the plurality of connectors include an MCU connector for the MCU related parts, the air conditioner related parts and the PTC related parts. An air conditioner/PTC connector, an LDC/OBC connector for the LDC-related parts and the OBC-related parts, a battery connector electrically connected to the positive and negative busbars, a quick charge connector for fast charging-related parts, and the electric vehicle parts. It may include a signal connector for transmitting an operation control signal.
상기 MCU 관련 부품은 MCU 퓨즈를 포함하고, 에어컨 관련 부품은 에어컨 릴레이, 에어컨 퓨즈를 포함하고, 상기 PTC 관련 부품은 PTC 릴레이, PTC 퓨즈, PTC 프리 차징 레지스터를 포함하고, 상기 LDC 관련 부품은 LDC 퓨즈를 포함하고, 상기 OBC 관련 부품은 OBC 릴레이 및 OBC 퓨즈를 포함하고, 상기 급속 충전 관련 부품은 급속 충전 릴레이 및 급속 충전 퓨즈를 포함할 수 있다. The MCU-related component includes an MCU fuse, the air-conditioner-related component includes an air-conditioner relay and an air-conditioner fuse, the PTC-related component includes a PTC relay, a PTC fuse, and a PTC precharging register, and the LDC-related component is an LDC fuse. Including, the OBC-related component includes an OBC relay and an OBC fuse, and the fast charging-related component may include a fast charging relay and a fast charging fuse.
상기 양극 부스바 및 상기 음극 부스바는 상기 전기자동차 부품 및 상기 복수의 커넥터와 전기적으로 연결될 수 있다. The positive busbar and the negative busbar may be electrically connected to the electric vehicle component and the plurality of connectors.
상기 배터리 커넥터를 통해 배터리 팩에서 양극 및 음극의 전원이 상기 양극 부스바 및 상기 음극 부스바에 공급되는 경우, 상기 양극 및 음극의 전원은 PDU(Power Distribution Unit)로 공급되고, 상기 공급된 양극 및 음극의 전원은 상기 PDU를 통해 상기 전기자동차 부품으로 분배되며, 상기 시그널 커넥터를 통해 상기 동작 제어 신호가 상기 전기자동차 부품으로 전달되어 과전류가 방지될 수 있다. When the positive and negative power from the battery pack is supplied to the positive and negative busbars through the battery connector, the positive and negative power is supplied to a PDU (Power Distribution Unit), and the supplied positive and negative power The power of the electric vehicle is distributed to the electric vehicle part through the PDU, and the operation control signal is transmitted to the electric vehicle part through the signal connector to prevent overcurrent.
상기 양극 부스바 및 상기 음극 부스바는 상기 복수의 커텍터와 전기적으로 연결되고, 상기 PTC 릴레이, 상기 PTC 퓨즈 및 상기 PTC 프리 차징 레지스터는 초기 전원 인가 시 돌입 전압을 억제할 수 있다.The positive busbar and the negative busbar may be electrically connected to the plurality of connectors, and the PTC relay, the PTC fuse, and the PTC precharging resistor may suppress an inrush voltage when initial power is applied.
본 발명에 따르면, 내연기관 자동차를 전기자동차로 개조하는 경우, 효율적으로 전기자동차 내의 고전원 장치로 전력을 분배하고 고전원 장치의 부품을 보호할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, when an internal combustion engine vehicle is converted into an electric vehicle, there is an advantage of efficiently distributing power to a high power device in the electric vehicle and protecting parts of the high power device.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 방법에 따른 전기자동차의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 방법의 전기자동차 차량 설계 단계를 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치의 개략도.
도 5는 도 4에 도시된 전기자동차 부품의 개략도.1 is a diagram schematically showing the configuration of an electric vehicle according to a method for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart illustrating a method for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart for explaining the electric vehicle vehicle design step of the method for converting an internal combustion engine vehicle to an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of an electric vehicle component protection and power distribution device for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram of the electric vehicle component shown in Figure 4;
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. Other embodiments included within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but it will be said that this is also included within the scope of the inventive concept.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described with the same reference numerals.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 방법에 따른 전기자동차의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of an electric vehicle according to a method for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차는, VCU(Vehicle Control Unit), 배터리 팩(Battery Pack), EPT(Electric Power Train), 냉각 시스템 등을 포함한다.Referring to FIG. 1, an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a vehicle control unit (VCU), a battery pack, an electric power train (EPT), a cooling system, and the like.
VCU는 전기자동차의 전반적인 동작을 총괄 제어하는 상위 제어기로서, 전기자동차 운행상태 및 배터리 팩의 충전/교환 상태를 인식하여 통합 제어를 수행한다. VCU는 MCU(Motor Control Unit)와 소정의 방식으로 통신하여 전기자동차의 구동원인 모터의 토크와 속도 및 발전 토크량을 제어한다. The VCU is a host controller that controls the overall operation of the electric vehicle, and performs integrated control by recognizing the operation status of the electric vehicle and the charging/replacement status of the battery pack. The VCU communicates with the MCU (Motor Control Unit) in a predetermined manner to control the torque and speed of the motor, which is the driving source of the electric vehicle, and the amount of generated torque.
VCU는 BMS(Battery Management System)와 소정의 방식으로 통신하여 BMS와 PRA를 통한 배터리 팩의 제어와 PDU(Power Distribution Unit)을 통한 전기 모터로의 전력 분배 제어를 수행한다.The VCU communicates with the BMS (Battery Management System) in a predetermined manner to control the battery pack through the BMS and the PRA and control the power distribution to the electric motor through the PDU (Power Distribution Unit).
VCU는 BMS로부터 배터리 팩의 온도를 전달받아, 전기자동차 냉각 시스템 제어를 통해 배터리 팩의 온도를 최적의 상태로 유지함으로써 내구 수명을 연장하는 기능을 수행한다. The VCU performs the function of extending the durability life by receiving the temperature of the battery pack from the BMS and maintaining the optimal temperature of the battery pack through the control of the electric vehicle cooling system.
또한, VCU는 EVP, EWP, Radiator FAN, Backup Lamp 등 전장품을 더 제어할 수 있으며, 차량 구동에 쓰이는 EPT 역시 VCU가 제어 한다. 따라서 전기자동차 제어를 하는 신호를 VCU가 총괄하여 제어한다. 이러한 신호는 CAN Network를 통해서 BMS, MCU, 냉각 시스템 등의 제어 대상에게 전달된다.In addition, the VCU can further control electronic components such as EVP, EWP, radiator fan, and backup lamp, and the EPT used to drive the vehicle is also controlled by the VCU. Therefore, the VCU controls the signals that control the electric vehicle. These signals are transmitted to control targets such as BMS, MCU, and cooling system through CAN network.
배터리 팩(Battery Pack)은 전기자동차의 모터를 구동하기 위한 전력을 공급하는 에너지 저장장치로, 일반적으로 정격 360V의 고전압에 전기에너지 사용량이 큰 고용량 배터리 팩이 적용되나 용량에 한정되는 것은 아니다. 고용량의 배터리 팩이 요구되므로 배터리 셀이 수십 개에서 많게는 수천 개까지 필요하며, 전기자동차의 종류에 따라 구성이 조금씩 차이가 있으나, 수 많은 배터리 셀을 안전하게 그리고 효율적으로 관리하기 위해 배터리 팩의 형태로 전기자동차에 장착한다. 즉, 배터리 셀을 여러 개 묶어서 배터리 모듈을 만들고, 배터리 모듈을 여러 개 묶어서 배터리 팩의 형태로 전기자동차에 장착한다.A battery pack is an energy storage device that supplies power to drive a motor of an electric vehicle. In general, a high-capacity battery pack that uses a large amount of electric energy at a high voltage of 360V is applied, but is not limited to capacity. Since high-capacity battery packs are required, battery cells are required from dozens to as many as thousands, and configurations vary slightly depending on the type of electric vehicle, but in order to safely and efficiently manage a large number of battery cells, it is in the form of a battery pack. It is installed on an electric vehicle. In other words, several battery cells are bundled to form a battery module, and several battery modules are bundled and installed in an electric vehicle in the form of a battery pack.
배터리 팩에는 전기자동차의 운용을 위해 BMS(Battery Management System), LDC(Low voltage DC-DC converter), PRA(Power Relay Assembly), OBC(On-board charger)가 추가로 포함된다.The battery pack additionally includes a battery management system (BMS), a low voltage DC-DC converter (LDC), a power relay assembly (PRA), and an on-board charger (OBC) for the operation of an electric vehicle.
BMS(Battery Management System)는 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등 전반적인 상태를 감지하여 SOC(State of Charge)의 추정, 실시간 가용 출력의 연산, 셀 밸런싱(Cell Balancing), 릴레이 ON/OFF 등의 제어를 수행한다. 배터리 팩을 하나의 BMS가 관리할 수도 있으며, 배터리 모듈 당 Sub. BMS를 두고 최상위 Master BMS로 구성되기도 한다.BMS (Battery Management System) detects the overall state of battery cells such as voltage, current, temperature, etc. to estimate SOC (State of Charge), calculate real-time available outputs, control cell balancing, and relay ON/OFF. Perform. One BMS can manage the battery pack, and sub. It is also composed of the highest Master BMS with BMS.
BMS는 SOC 및 온도에 따른 배터리 팩의 가용 출력을 연산하여 VCU 및 PDU에 전달함으로써 최적의 동력 분배가 가능하도록 한다. BMS calculates the usable output of the battery pack according to SOC and temperature and transfers it to the VCU and PDU to enable optimal power distribution.
한편, 배터리 팩 내부에 직렬/병렬 연결된 여러 개의 배터리 셀은 내부 저항 및 열화 속도의 차이로 의해 배터리 셀 별로 미세한 전압 차이가 발생하는데, BMS는 그 차이를 감지하여 셀 밸런싱(Cell Balancing) 기능을 통해 배터리 셀의 전압 차이를 최소화시켜 배터리 팩이 안정적으로 동작할 수 있도록 한다. On the other hand, several battery cells connected in series/parallel inside the battery pack have a slight voltage difference for each battery cell due to the difference in internal resistance and deterioration rate, and the BMS detects the difference and uses the Cell Balancing function. By minimizing the voltage difference between the battery cells, the battery pack can operate stably.
또한, BMS는 배터리 팩의 온도를 감지하여 VCU에 전달함으로써 전기자동차 냉각시스템 제어를 통해 배터리 팩의 온도를 최적의 상태로 유지함으로써 내구 수명을 연장하는 기능을 수행하며, 고전압 안전성을 확보하기 위해 PRA(Power Relay Assembly) 제어를 통해 절연을 확보할 수 있다.In addition, BMS detects the temperature of the battery pack and transmits it to the VCU, thereby maintaining the optimum temperature of the battery pack through the control of the electric vehicle cooling system, thereby extending the durability life. Insulation can be secured through (Power Relay Assembly) control.
LDC(Low voltage DC-DC converter)는 전기자동차 배터리 팩의 고전압 직류 전압을 전장품에 적합한 저전압으로 강압하는 강합형 저전압 DC-DC 컨버터로서, LDC는 고전압 전원체계와 저전압 전원체계가 서로 안정적으로 운용되고 안전성이 확보되도록 절연(Isolation)된 전기적 구조를 가진다.LDC (Low voltage DC-DC converter) is a robust low voltage DC-DC converter that steps down the high voltage DC voltage of an electric vehicle battery pack to a low voltage suitable for electronic equipment. LDC is a high voltage power supply system and a low voltage power supply system operating stably with each other. It has an isolated electrical structure to ensure safety.
OBC(On Board Charger)는 전기자동차의 배터리 팩에 탑재된 충전기로서, 외부 에너지원으로부터 전기에너지를 공급받아 차량 내 배터리를 충전하기 위한 것으로서, 공급받은 교류 전력을 배터리 팩을 충전하기 위해 직류로 변환할 수 있다.OBC (On Board Charger) is a charger installed in the battery pack of an electric vehicle. It receives electric energy from an external energy source to charge the battery in the vehicle, and converts the supplied AC power to DC to charge the battery pack. can do.
OBC는 직류 고전압 출력 특성을 지니고 있으며, 안정적으로 배터리를 충전하기 위한 전류제어 기능을 포함하고, 정전류(CC, Constant current) 충전과 정전압(CV, Constant voltage) 충전이 가능하다.OBC has DC high voltage output characteristics, includes a current control function for stably charging the battery, and can charge a constant current (CC) and a constant voltage (CV).
PRA(Power Relay Assembly)는 고전압 부품을 보호하기 위하여 메인 릴레이, 프리 차징(Pre-charging) 릴레이, 저항, 전류 센서로 구성되고, 차량 Key On/Off Sequence 제어를 통한 부품들을 보호하며, 배터리 고장 등 비상 시 릴레이 Off를 통하여 안전을 확보할 수 있다.PRA (Power Relay Assembly) is composed of main relay, pre-charging relay, resistance, and current sensor to protect high voltage parts, and protects parts through vehicle Key On/Off sequence control, and battery failure, etc. Safety can be secured through relay off in case of emergency.
PRA는 배터리 팩과 연결된 부품들 간의 전기적 절연 확보, Key Off 및 비상 상황 시 전기적 안정성 확보, 사고 발생 시 고전압에 의한 전기적인 감전 화재 등 중대한 2차 사고의 발생을 방지하고, 고전압 배터리의 암 전류를 차단함으로써 배터리 팩의 심방전 방지 기능을 수행한다. PRA secures electrical insulation between battery pack and connected parts, secures electrical stability in case of Key Off and emergency situations, prevents the occurrence of serious secondary accidents such as electric shock and fire caused by high voltage in case of an accident, and reduces the dark current of high voltage batteries. By blocking, it performs a function of preventing deep discharge of the battery pack.
EPT(Electric Power Train)는 전기자동차를 구동하기 위한 모터(Motor), 모터를 제어하기 위한 MCU(Motor Control Unit), 동력 분배를 위한 PDU(Power Distribution Unit), 감속을 위한 Reduction Gear를 포함한다.EPT (Electric Power Train) includes a motor for driving an electric vehicle, a motor control unit (MCU) for controlling the motor, a power distribution unit (PDU) for power distribution, and a reduction gear for deceleration.
모터(Motor)는 전기자동차를 구동하기 위한 것으로서 일반적으로 AC 모터 또는 DC 모터로 구분되며, 일반적으로 AC 모터를 사용한다. AC 모터는 배터리 팩에서 얻어진 직류 전원(DC)을 인버터를 통해 교류 전류(AC)로 변환시켜 구동된다. 따라서, MCU를 통한 정밀 제어가 요구되나, DC 모터에 비하여 크기가 작고, 경량이며 효율이 높고 브러쉬가 없어 회전수를 높일 수 있는 장점이 있다. A motor is for driving an electric vehicle and is generally classified as an AC motor or a DC motor, and an AC motor is generally used. The AC motor is driven by converting DC power (DC) obtained from the battery pack into AC current (AC) through an inverter. Therefore, although precise control through the MCU is required, compared to DC motors, the size is smaller, lighter, and more efficient, and there is no brush, so that the number of rotations can be increased.
MCU(Motor Control Unit)는 모터를 제어하는 역할을 수행한다. MCU는 VCU로부터 모터 제어 신호를 전달받아 모터의 토크와 속도 및 발전 토크량을 제어한다. 또한 PDU로부터 전력 분배 제어 신호를 전달받아 모터의 전력 분배 제어를 수행한다.The MCU (Motor Control Unit) plays a role of controlling the motor. The MCU receives the motor control signal from the VCU and controls the torque and speed of the motor and the amount of generated torque. In addition, it receives a power distribution control signal from the PDU and performs power distribution control of the motor.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 방법의 전기자동차 차량 설계 단계를 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flow chart illustrating a method for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a method for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. This is a flow chart for explaining the stages of designing an electric vehicle vehicle.
도 2를 참조하면, 본 발명의 내연기관 자동차를 전기자동차로 변화하기 위한 방법은, 내연기관 구성품을 탈거하는 단계(S100), 역 설계하는 단계(S200), 전기자동차 차량 설계 단계(S300), 장착 및 시운전하는 단계(S400)를 포함한다.Referring to Figure 2, the method for changing the internal combustion engine vehicle of the present invention to an electric vehicle, the step of removing the internal combustion engine components (S100), reverse designing step (S200), electric vehicle vehicle design step (S300), It includes a step (S400) of mounting and commissioning.
내연기관 구성품을 탈거하는 단계(S100)는 내연기관 자동차의 엔진 마운트(Engine Mount)에서 내연기관 부품을 탈거하는 단계이다.The step of removing the internal combustion engine component (S100) is a step of removing the internal combustion engine component from the engine mount of the internal combustion engine vehicle.
구체적으로 엔진, 미션(Misson), 공기 압축기(Air Compressor), 스타트 모터(Start Motor), 타이밍 벨트(Timing Belt) 및 발전기(Alternator) 중 적어도 하나를 포함하는 엔진 조립 장치를 탈거하는 단계, 엔진 조정 하니스(Engine Control Harness) 및 엔진 ECU(Electronic Control Unit)를 탈거하는 단계를 포함한다. 추가로 배기 부품과 연료 탱크도 탈거할 수 있다. 이중 엔진 마운트(Engine Mount)와 엔진 조정 하니스(Engine Control Harness)는 선택적으로 추후 단계서 재사용될 수 있다. Specifically, removing the engine assembly device including at least one of an engine, a mission, an air compressor, a start motor, a timing belt, and an alternator, engine adjustment And removing the harness (Engine Control Harness) and the engine Electronic Control Unit (ECU). In addition, exhaust components and fuel tanks can be removed. The dual engine mount and engine control harness can optionally be reused at a later stage.
역 설계하는 단계(S200)는 내연기관 구성품이 탈거된 상태에서 3D 스캐너를 이용하여 전기차 부품 장착 공간을 역 설계하는 단계이다.The reverse designing step (S200) is a step of reverse designing an electric vehicle component mounting space using a 3D scanner while the internal combustion engine components are removed.
구체적으로, 역 설계하는 단계(S200)는, 3D 스캐너를 이용하여 내연기관 부품이 탈거된 공간의 엔진룸, 차량 하부, 트렁크에 대한 3D 데이터를 획득하고, 획득된 3D 데이터를 이용하여 엔진룸, 차량 하부, 트렁크에 대한 3D 모델링을 수행하고, 3D 모델링에 기초하여 차량을 역 설계하며, 내연기관 부품의 탈거 전 전기자동차의 앞측 무게와 후측 무게를 측정하여 개조 후에도 무게 변동이 최소화하도록 무게의 배분을 수행한다. 또한, 신호 하니스(Signal Harness)와 고전압 케이블(High Voltage Cable)에 대한 3D 모델링을 추가적으로 수행하여 리스크를 감소시킬 수 있다.Specifically, in the reverse designing step (S200), 3D data on the engine room, the lower part of the vehicle, and the trunk of the space where the internal combustion engine parts were removed using a 3D scanner, and the engine room, using the obtained 3D data, Perform 3D modeling of the lower part of the vehicle and the trunk, reverse design the vehicle based on 3D modeling, measure the weight of the front and rear of the electric vehicle before removing the internal combustion engine parts, and distribute the weight to minimize weight fluctuations even after remodeling Perform. In addition, it is possible to reduce the risk by additionally performing 3D modeling for the signal harness and high voltage cable.
전기자동차 차량 설계 단계(S300)는 전기자동차 부품 조립을 위한 전기자동차 차량 및 부품에 대한 설계를 수행하는 단계이다.The electric vehicle vehicle design step (S300) is a step of designing an electric vehicle vehicle and parts for assembling electric vehicle parts.
보다 상세하게, 도 3을 참조하면, 전기자동차 차량 설계 단계(S300)는 마운트(Mount) 및 크래들(Cradle)을 설계하는 단계(S310), 파워 트레인(Power Train)을 설계 하는 단계(S320), 전기 배선을 설계하는 단계(S330)를 포함한다.In more detail, referring to FIG. 3, the electric vehicle vehicle design step (S300) includes designing a mount and a cradle (S310), designing a power train (S320), It includes a step (S330) of designing the electrical wiring.
마운트(Mount) 및 크래들(Cradle)을 설계하는 단계(S310)는 전기자동차의 엔진룸, 트렁크 및 배터리 팩에 대하여 3D 모델링을 수행하여 엔진룸, 트렁크 및 배터리 팩에 대하여 마운트(Mount) 및 크래들(Cradle)을 설계한다.In the step of designing a mount and cradle (S310), 3D modeling is performed on the engine room, trunk and battery pack of the electric vehicle, and mounts and cradles for the engine room, trunk and battery pack ( Cradle).
파워 트레인(Power Train)을 설계하는 단계(S320)는 PDU(Power Distribution Unit)을 이용하여 파워 트레인(Power Train)을 설계한다. 구체적으로, 1회 충전을 통해 주행 가능한 거리가 120km이고, 최고 속도가 120km/h, 최대 등산이 25% 이상을 만족하도록 설계하는 것이 바람직하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In the step of designing a power train (S320), a power train is designed using a power distribution unit (PDU). Specifically, it is preferable to design such that the distance that can be driven through a single charge is 120 km, the maximum speed is 120 km/h, and the maximum mountain climbing is 25% or more, but the present invention is not limited thereto.
또한, 도 3을 참조하면, 전기 배선을 설계하는 단계(S330)는 하니스(Harness)를 설계하는 단계(S331), 공조 시스템을 설계하는 단계(S332), EGS를 설계하는 단계(S333)를 포함한다.In addition, referring to FIG. 3, the step of designing an electrical wiring (S330) includes a step of designing a harness (S331), a step of designing an air conditioning system (S332), and a step of designing an EGS (S333). do.
하니스(Harness)를 설계하는 단계(S331)는 엔진 제어 하니스(Engine Control Harness)의 기능을 이용하여 하니스(Harness)를 설계한다.In the step of designing a harness (S331), a harness is designed using a function of an engine control harness.
구체적으로 VCU가 제어신호를 EVP, EWP, Radiator FAN, Backup Lamp, EPT 등에 보낼 수 있도록 설계한다. 추가적으로 기존 CAN Network 외에 BMS, MCU, PDU 등에 제어 신호를 보낼 수 있는 EV CAN Network를 추가로 설계한다. Specifically, it is designed so that the VCU can send control signals to EVP, EWP, Radiator FAN, Backup Lamp, EPT, etc. In addition to the existing CAN network, an EV CAN network that can send control signals to BMS, MCU, and PDU is additionally designed.
공조 시스템을 설계하는 단계(S332)는 공기 압축기(Air Compressor)와 고전압 히터(High Voltage Heater)를 기존 차량에 장착된 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning)와 연결하고, 라디에이터(Radiator)를 연결하여 장착하도록 공조 시스템을 설계한다.In the step of designing an air conditioning system (S332), an air compressor and a high voltage heater are connected with HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning) installed in an existing vehicle, and a radiator is connected. Design the air conditioning system to be installed.
EGS를 설계하는 단계(S333)는 기존 차량의 실내 센터 콘솔(Center Console)에 위치한 변속 레버(Gear Shift)를 제거하고 EGS(Electric Gear Switch)를 장착한다.In the step of designing the EGS (S333), the gear shift located on the interior center console of the existing vehicle is removed and the EGS (Electric Gear Switch) is installed.
장착 및 시운전하는 단계(S400)는 상기에서 설명한 설계를 기초로 전기자동차 부품을 장착 및 시운전한다.In the mounting and commissioning step (S400), an electric vehicle component is mounted and commissioned based on the design described above.
구체적으로 장착 및 시운전하는 단계(S400)는 차량에 엔진룸의 파워 트레인 부품을 장착하고, 트렁크에 배터리 팩을 장착하는 단계, 신호 하니스(Signal Harness)와 고전압 케이블을 장착하는 단계, 장착 완료 후 VCU(Vehicle Control Unit)를 통하여 차량을 튜닝하는 단계를 포함하되, 상기 고전압 케이블의 배터리 팩 케이블은 차량 하부의 기존 배기 부품이 장착된 곳을 활용한다.Specifically, the step of mounting and commissioning (S400) includes mounting the power train parts of the engine room in the vehicle, mounting the battery pack in the trunk, mounting the signal harness and high voltage cable, and then installing the VCU. Tuning the vehicle through a (Vehicle Control Unit), wherein the battery pack cable of the high-voltage cable utilizes a place where an existing exhaust part under the vehicle is mounted.
한편, 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환할 때, 내연기관 자동차의 부품의 에어컨, 히터 배터리 등과 같은 12v 전기 계통의 고전원 장치는 그대로 사용할 수 있는데, 종래 기술의 경우 고전원 장치로의 전력 분배 및 고전원 장치의 부품의 보호가 미흡한 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기한 단점을 해결하기 위한 장치를 제안한다. On the other hand, when converting an internal combustion engine vehicle to an electric vehicle, a 12v electric power source device such as an air conditioner and a heater battery of an internal combustion engine vehicle can be used as it is. In the case of the prior art, power distribution to the power source device and There is a disadvantage in that the protection of the components of the high power device is insufficient. Therefore, the present invention proposes an apparatus for solving the above-described disadvantages.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관 자동차를 전기자동차로 변환하기 위한 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 4 is a view showing a schematic configuration of an electric vehicle component protection and power distribution device for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 4을 참조하면, 상기한 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치(500)는 하우징 부재(510) 및 복수의 커넥터를 포함한다. Referring to FIG. 4, the
하우징 부재(510)는 전기자동차 부품, 특히 도 5에 도시된 기존에 탈거되지 않고 남아있는 12v 전기 계통의 고전원 장치를 물리적으로 보호한다. 이 때, 하우징 부재(510)의 내부에는 빈 공간이 형성되어 있으며, 빈 공간에 12v 전기 계통의 고전원 장치가 배치된다. The
본 발명의 일례로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기한 전기자동차 부품인 고전원 장치는 MCU(Motor Control Unit) 관련 부품, 에어컨(A/S) 관련 부품, PTC(Positive temperature coefficient) 관련 부품, LDC(Low voltage DC-DC converter) 관련 부품, OBC(On-board charger) 관련 부품, 급속 충전 관련 부품, 양극 부스바(busbar) 및 음극 부스바를 포함한다. As an example of the present invention, as shown in FIG. 5, the power source device, which is an electric vehicle component, is a component related to a motor control unit (MCU), a component related to an air conditioner (A/S), and a component related to a positive temperature coefficient (PTC). , LDC (low voltage DC-DC converter) related parts, OBC (On-board charger) related parts, fast charging related parts, positive busbar and negative busbar.
여기서, MCU 관련 부품은 MCU 퓨즈를 포함하고, 에어컨 관련 부품은 에어컨 릴레이, 에어컨 퓨즈를 포함하고, PTC 관련 부품은 PTC 릴레이, PTC 퓨즈, PTC 프리 차징 레지스터(Pre-Charging Resistor)를 포함하고, LDC 관련 부품은 LDC 퓨즈를 포함하고, OBC 관련 부품은 OBC 릴레이 및 OBC 퓨즈를 포함하고, 급속 충전 관련 부품은 급속 충전 릴레이 및 급속 충전 퓨즈를 포함할 수 있다. 각각의 릴레이 및 퓨즈는 각 전기자동차 부품을 전기적으로 보호하는데 사용된다.Here, the MCU-related parts include the MCU fuse, the air conditioner-related parts include the air conditioner relay and the air conditioner fuse, the PTC-related parts include the PTC relay, the PTC fuse, the PTC pre-charging resistor, and the LDC The related parts may include an LDC fuse, the OBC related parts may include an OBC relay and an OBC fuse, and the fast charging related parts may include a fast charging relay and a fast charging fuse. Each relay and fuse is used to electrically protect each electric vehicle component.
그리고, 양극 부스바 및 음극 부스바는 플레이트에 고정되어 있으며, 각 전기자동차의 부품과 전기적으로 연결되고, 하기에서 설명하는 복수의 커넥터와 전기적으로 연결된다. In addition, the anode busbar and the cathode busbar are fixed to the plate, are electrically connected to the components of each electric vehicle, and are electrically connected to a plurality of connectors described below.
복수의 커넥터는 하우징 부재(510)를 관통하여 상기한 전기자동차 부품과 전기적으로 연결된다. The plurality of connectors pass through the
본 발명의 일례로서, 복수의 커넥터는, MCU 관련 부품을 위한 MCU 커넥터, 에어컨 관련 부품과 PTC 관련 부품을 위한 에어컨/PTC 커넥터, LDC 관련 부품과 OBC 관련 부품을 위한 LDC/OBC 커넥터, 양극 부스바 및 음극 부스바와 전기적으로 연결되는 배터리 커넥터, 급속 충전 관련 부품을 위한 급속 충전 커넥터 및 상기 전기자동차 부품으로 동작 제어 신호를 전달하는 시그널 커넥터를 포함할 수 있다. As an example of the present invention, a plurality of connectors are MCU connectors for MCU-related parts, air conditioner/PTC connectors for air conditioner-related parts and PTC-related parts, LDC/OBC connectors for LDC-related parts and OBC-related parts, and positive busbars. And a battery connector electrically connected to the negative busbar, a fast charging connector for fast charging-related parts, and a signal connector for transmitting an operation control signal to the electric vehicle component.
이 때, 배터리 커넥터를 통해 배터리 팩에서 양극 및 음극의 전원이 양극 부스바 및 음극 부스바에 공급되는 경우, 양극 및 음극의 전원은 PDU(Power Distribution Unit)로 공급되고, 공급된 양극 및 음극의 전원은 PDU를 통해 상기한 전기자동차 부품으로 분배될 수 있다. 그리고, 시그널 커넥터를 통해 동작 제어 신호가 상기한 전기자동차 부품으로 전달되어 과전류가 방지될 수 있다. 그리고, PTC 릴레이, PTC 퓨즈 및 PTC 프리 차징 레지스터는 초기 전원 인가 시 돌입 전압을 억제할 수 있다. At this time, when the positive and negative power from the battery pack is supplied to the positive and negative busbars through the battery connector, the positive and negative power is supplied to the PDU (Power Distribution Unit), and the supplied positive and negative power May be distributed to the aforementioned electric vehicle parts through PDU. In addition, an operation control signal is transmitted to the electric vehicle component through the signal connector to prevent overcurrent. In addition, the PTC relay, the PTC fuse, and the PTC precharging resistor can suppress the inrush voltage when the initial power is applied.
요컨대, 본 발명의 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치(500)는 기존 내연기관 자동차의 12V 전기 계통은 그대로 사용하고, 구동, 에어컨, 히터, 배터리 등 고전원 장치를 보호하고 동작 관계에 있어 전원을 분배하며 유지 보수가 가능하도록 분리형 타입으로 제작되었다. 또한, 급속 및 완속 충전에 대해서 사람 및 차량을 보호할 수 있다. In short, the electric vehicle component protection and
그리고 배터리 팩에서 전원이 인가되면 MCU를 통해 전원이 인가되고, 과전류가 발생하는 경우 퓨즈에 의해 전기적으로 보호된다. 에어컨 및 PTC 동작 시 릴레이를 통해 동작하며 과전류가 발생하는 경우 퓨즈에 의해 전기적으로 보호된다. 양극 부스바를 통해 각 부품에 전원이 공급되며 음극 부스바를 통해 MCU에 연결된다. 급속충전 동작을 위해 릴레이 및 퓨즈가 적용되어 차량 및 운전자에 대해서 전기적으로 보호된다. In addition, when power is applied from the battery pack, power is applied through the MCU, and when overcurrent occurs, it is electrically protected by a fuse. It operates through a relay when the air conditioner and PTC are operated, and is electrically protected by a fuse when an overcurrent occurs. Power is supplied to each component through the positive busbar and connected to the MCU through the negative busbar. Relays and fuses are applied for quick charging operation to protect the vehicle and the driver electrically.
이를 통해, 고전원 전기 장치의 동작이 용이하며, 과전류에 대해서 보호할 수 있고, 고장 시 분리하여 수리할 수 있다. 각 부품의 퓨즈와 릴레이를 한 공간에 구성하여 연결 관계에서 용이하다. Through this, the operation of the high power electric device is easy, it is possible to protect against overcurrent, and in case of failure, it can be separated and repaired. It is easy to connect the fuse and relay of each component in one space.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention It will be apparent to those skilled in the art, and therefore, such changes or modifications are found to belong to the appended claims.
Claims (6)
상기 전기자동차 부품을 물리적으로 보호하며, 내부에 빈 공간이 형성된 하우징 부재; 및
상기 하우징 부재를 관통하여 상기 전기자동차 부품과 전기적으로 연결되는 복수의 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치.In the electric vehicle component protection and power distribution device for converting an internal combustion engine vehicle into an electric vehicle,
A housing member that physically protects the electric vehicle component and has an empty space therein; And
And a plurality of connectors which are electrically connected to the electric vehicle component through the housing member.
상기 전기자동차 부품은 12v 전기 계통의 부품으로서, MCU(Motor Control Unit) 관련 부품, PTC(Positive temperature coefficient) 관련 부품, 에어컨 관련 부품, LDC(Low voltage DC-DC converter) 관련 부품, OBC(On-board charger) 관련 부품, 급속 충전 관련 부품, 양극 부스바(busbar) 및 음극 부스바를 포함하고,
상기 복수의 커넥터는, 상기 MCU 관련 부품을 위한 MCU 커넥터, 상기 에어컨 관련 부품과 상기 PTC 관련 부품을 위한 에어컨/PTC 커넥터, 상기 LDC 관련 부품과 상기 OBC 관련 부품을 위한 LDC/OBC 커넥터, 양극 부스바 및 음극 부스바와 전기적으로 연결되는 배터리 커넥터, 급속 충전 관련 부품을 위한 급속 충전 커넥터 및 상기 전기자동차 부품으로 동작 제어 신호를 전달하는 시그널 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치.The method of claim 1,
The electric vehicle component is a 12v electrical system component, and includes MCU (Motor Control Unit) related parts, PTC (Positive temperature coefficient) related parts, air conditioner related parts, LDC(Low voltage DC-DC converter) related parts, OBC(On- board charger) related parts, fast charging related parts, positive busbar and negative busbar,
The plurality of connectors include an MCU connector for the MCU-related part, an air conditioner/PTC connector for the air conditioner-related part and the PTC-related part, an LDC/OBC connector for the LDC-related part and the OBC-related part, and a positive busbar. And a battery connector electrically connected to the negative busbar, a fast charging connector for fast charging-related parts, and a signal connector for transmitting an operation control signal to the electric vehicle part. .
상기 MCU 관련 부품은 MCU 퓨즈를 포함하고, 에어컨 관련 부품은 에어컨 릴레이, 에어컨 퓨즈를 포함하고, 상기 PTC 관련 부품은 PTC 릴레이, PTC 퓨즈, PTC 프리 차징 레지스터를 포함하고, 상기 LDC 관련 부품은 LDC 퓨즈를 포함하고, 상기 OBC 관련 부품은 OBC 릴레이 및 OBC 퓨즈를 포함하고, 상기 급속 충전 관련 부품은 급속 충전 릴레이 및 급속 충전 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치.The method of claim 2,
The MCU-related component includes an MCU fuse, the air-conditioner-related component includes an air-conditioner relay and an air-conditioner fuse, the PTC-related component includes a PTC relay, a PTC fuse, and a PTC precharging register, and the LDC-related component is an LDC fuse. Including, wherein the OBC-related component includes an OBC relay and an OBC fuse, and the fast charging-related component includes a fast charging relay and a fast charging fuse.
상기 양극 부스바 및 상기 음극 부스바는 상기 전기자동차 부품 및 상기 복수의 커넥터와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치.The method of claim 3,
The anode busbar and the cathode busbar are electrically connected to the electric vehicle component and the plurality of connectors.
상기 배터리 커넥터를 통해 배터리 팩에서 양극 및 음극의 전원이 상기 양극 부스바 및 상기 음극 부스바에 공급되는 경우, 상기 양극 및 음극의 전원은 PDU(Power Distribution Unit)로 공급되고, 상기 공급된 양극 및 음극의 전원은 상기 PDU를 통해 상기 전기자동차 부품으로 분배되며,
상기 시그널 커넥터를 통해 상기 동작 제어 신호가 상기 전기자동차 부품으로 전달되어 과전류가 방지되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치.The method of claim 4,
When the positive and negative power from the battery pack is supplied to the positive and negative busbars through the battery connector, the positive and negative power is supplied to a PDU (Power Distribution Unit), and the supplied positive and negative power Power is distributed to the electric vehicle parts through the PDU,
Protection and power distribution device for electric vehicle parts, characterized in that the operation control signal is transmitted to the electric vehicle component through the signal connector to prevent overcurrent.
상기 양극 부스바 및 상기 음극 부스바는 상기 복수의 커텍터와 전기적으로 연결되고, 상기 PTC 릴레이, 상기 PTC 퓨즈 및 상기 PTC 프리 차징 레지스터는 초기 전원 인가 시 돌입 전압을 억제하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 부품의 보호 및 전력 분배 장치.The method of claim 5,
The positive busbar and the negative busbar are electrically connected to the plurality of connectors, and the PTC relay, the PTC fuse, and the PTC pre-charging resistor suppress an inrush voltage when initial power is applied. Components protection and power distribution devices.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E601 | Decision to refuse application |