説明

電気自動車の電源供給システム及びその制御方法

【課題】本発明は、外部から供給される交流電源を変換して、高圧直流電圧と低圧直流電圧を選択的に供給できる電気自動車の電源供給システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明による電気自動車の電源供給システムは、複数のバッテリセルで構成され、連結モータの駆動電圧を発生する高圧バッテリ(110)と電装負荷の駆動電圧を発生する低圧バッテリ(120)、外部から供給されるAC電源を利用して、低圧バッテリの出力電圧レベルに応じて高圧バッテリまたは低圧バッテリを選択的に充電する搭載型充電器(130)を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気自動車の電源供給システム及びその制御方法に関し、より詳細には外部交流電源を利用して高圧バッテリと低圧バッテリを選択的に充電できる電気自動車の電源供給システム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
大気汚染、二酸化炭素排出量の増加等の問題を解決するために、駆動モータを駆動源にして排出ガスが全くない電気を用いる純粋電気自動車(Electric Vehicle、EV)やエンジンと駆動モータを駆動源にするハイブリッド自動車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)等の電気自動車の開発に関心が寄せられている。
【0003】
一般に、電気自動車の電源システムは、駆動モータの駆動電力を供給するメインバッテリ(高圧バッテリ)、バッテリ管理システムであるBMS(Battery Management System)、その他車両電装品の駆動電力を提供する補助バッテリ(低圧バッテリ)及び多数の電気装置で構成される。インバータは、メインバッテリ(高圧バッテリ)から発生する高電圧の直流電圧を交流信号に変換して、モータ駆動を制御する。低電圧DC−DCコンバータ(Low Voltage DC−DC Converter、LDC)は、メインバッテリ(高圧バッテリ)から発生する高電圧を変換して低電圧を出力して、補助バッテリ(低圧バッテリ)を充電する役割を果たす。
【0004】
一方、メインバッテリの充電は充電所に備えられる充電プラグを電気自動車に接続して行える。充電プラグの接続によって外部からAC電源が供給されると、車両内部に備えられるOBC(On−Board Charger)がAC電源を高圧の直流電圧に変換してメインバッテリを充電する。
【0005】
ところが、OBCは、補助バッテリから駆動電力の提供を受ける電装品のうちの一つであるため、補助バッテリが放電される場合には、正常に駆動できなくなる。従って、補助バッテリが放電されると、OBCが動作できないため、充電プラグを介してAC電源が供給されても、メインバッテリを充電できず、そのため電気自動車に駆動電力を供給できなくなって、電気自動車の運行不可となる問題がある。
【0006】
また、従来のOBCは、AC電源を利用してメインバッテリのみを充電できて、補助バッテリは充電できないため、放電された補助バッテリを充電するためにはユーザが別途の充電装備を備えなければならないため、ユーザの不便が大きくなる問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上述の問題を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、外部から供給される交流電源を変換して、高圧直流電圧と低圧直流電圧を選択的に供給できる電気自動車の電源供給システム及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る一実施形態の電気自動車の電源供給システムは、複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリを含み、外部から供給される交流電源を利用して、前記低圧バッテリの出力電圧レベルに応じて前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリを選択的に充電する搭載型充電器(On−Board Charger)を含む。
【0009】
本発明に係る一実施形態によると、前記搭載型充電器は、前記交流電源を第1直流電圧に変換して前記高圧バッテリの充電電源として提供する高圧変換部、前記交流電源を第2直流電圧に変換して前記低圧バッテリの充電電源及び前記電装負荷の駆動電源として提供する低圧変換部、及び前記低圧バッテリの出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較して、前記高圧変換部または前記低圧変換部を選択的に駆動させる制御部を含んで構成されてもよい。
【0010】
本発明に係る一実施形態によると、前記制御部は、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記低圧変換部を駆動させることを特徴とする。
【0011】
本発明に係る一実施形態によると、前記制御部は、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記高圧変換部を駆動させることを特徴とする。
【0012】
本発明に係る一実施形態によると、前記制御部は、第1端子が前記低圧バッテリと固定接続され、第2端子が前記低圧変換部または前記高圧変換部に選択的に接続されるスイッチを含むことを特徴とする。
【0013】
本発明に係る一実施形態によると、前記スイッチは、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記第2端子が前記低圧変換部に接続され、前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記第2端子が前記高圧変換部に接続されることを特徴とする。
【0014】
本発明に係る一実施形態によると、前記搭載型充電器は、外部から交流電源が供給される場合に駆動されることを特徴とする。
【0015】
本発明に係る一実施形態によると、前記高圧バッテリから発生する高電圧を低電圧に変換して前記低圧バッテリを充電する低電圧DC−DCコンバータをさらに含み、前記低電圧DC−DCコンバータは、前記搭載型充電器が前記高圧バッテリを充電する場合に駆動されて前記低圧バッテリを充電することを特徴とする。
【0016】
本発明に係る一実施形態によると、前記高圧バッテリは、前記複数のバッテリセルが直列方式、または、直列及び並列方式で連結されていることを特徴とする。
【0017】
本発明に係る他の実施形態である電気自動車の電源供給システムの制御方法は、複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリと、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する搭載型充電器を含んで構成される電気自動車の電源供給システムの制御方法において、前記搭載型充電器の制御部が、前記低圧バッテリの出力電圧を所定の基準電圧と比較する段階及び比較結果に応じて前記制御部が前記搭載型充電器の高圧変換部または低圧変換部を選択的に駆動させて前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階を含む。
【0018】
本発明に係る他の実施形態によると、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階は、前記低圧バッテリの出力電圧が所定の基準電圧以下の場合、前記制御部が前記低圧変換部を駆動させて、前記低圧変換部の出力電圧を前記低圧バッテリの充電電源として提供することを特徴とする。
【0019】
本発明に係る他の実施形態によると、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階は、前記低圧バッテリの出力電圧が所定の基準電圧より大きい場合、前記制御部が前記高圧変換部を駆動させて、前記高圧変換部の出力電圧を前記高圧バッテリの充電電源として提供することを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明により、電気自動車に備えられる搭載型充電器の駆動電源として外部の交流電源を利用するため、低圧バッテリの充電状態に影響されることなく搭載型充電器が安定的に駆動され、外部から供給される交流電源を利用して高圧バッテリと低圧バッテリを選択的に充電できるため、別途の充電装備を備えなくても低圧バッテリを充電できるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムを説明するためのブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムに備えられる搭載型充電器を説明するための一例示図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係る電気自動車の電源供給システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本明細書に使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は、文脈上明白に異ならない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
【0023】
以下、本発明に係る移動端末について添付図を参照してより詳細に説明する。図面上で同一符号は、同じ要素を示す。以下の説明で使われる構成要素に対する接尾語「モジュール」及び「部」は、明細書作成の容易性のみを考慮して付与されたり混用されるもので、それ自体が互いに区別される意味または役割を有するものではない。
【0024】
図1は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムを説明するためのブロック図である。
【0025】
図1を参照すると、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムは、高電圧の駆動電源を提供するための高圧バッテリ110、電気自動車の低電圧電装置負荷の駆動電源を提供する低圧バッテリ120、搭載型充電器(On−Board Charger、以下、「OBC」という)130、低圧バッテリを充電する低電圧DC−DCコンバータ(Low Voltage DC−DC Converter、以下、「LDC」という)140、その他電装負荷150を含む。図1に示した構成要素は、本発明を説明するために必要な構成要素であり、電気自動車の電源供給システムがそれより多数の構成要素を有してもよいことは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に自明である。
【0026】
高圧バッテリ110は、電気自動車のモータ、インバータ等高電圧係部品を駆動するための駆動電源として高電圧を提供する。高圧バッテリ110は、高電圧(例えば、300V)をモータ、インバータ等に供給するために直列または直列及び並列方式で連結された複数のバッテリセルで構成できる。複数のバッテリセルは、各々数ボルトから数十ボルトの電圧を出力することが一般的である。
【0027】
低圧バッテリ120は、電気自動車に備えられる種々の電装負荷の駆動電源を供給する。電気自動車の電装負荷は、例えば、電気自動車の種類によって12V、24V等の低電圧において駆動されることが一般的であるため、電気自動車にはモータの駆動電源を提供するメインバッテリである高圧バッテリ110とは別に備えられる補助バッテリとして低圧バッテリ120が備えられる。
【0028】
OBC130は、外部から供給される交流電源を直流電圧に変換して、低圧バッテリ120の出力電圧レベルに応じて高圧バッテリ110または低圧バッテリ120を選択的に充電する。即ち、OBC130は外部の交流電源を電圧レベルが互いに異なる第1直流電圧と第2直流電圧に変換して出力できるが、低圧バッテリ120の出力電圧レベルに応じて選択的に第1直流電圧または第2直流電圧を出力する。ここで、第1直流電圧は、高圧バッテリ110を充電するための充電電源として数百ボルトの電圧レベルを有し、第2直流電圧は低圧バッテリ120を充電するための充電電源として数十ボルトの電圧レベルを有することができる。一方、第2直流電圧は、低圧バッテリ120の充電電源として供給されると共に、LDC140、電装負荷150の駆動電源として供給されてもよい。OBC130の選択的な充電電源供給については図2でより一層詳細に説明する。
【0029】
一方、OBC130は、外部から供給される交流電源から駆動電源の供給を受けることになるため、電気自動車が充電所等に停車または、駐車してバッテリ充電のための交流電源を供給される場合に駆動される。このように本発明ではOBC130が外部の交流電源から駆動電源の供給を受けられるため、低圧バッテリ120から駆動電源の供給を受ける既存のOBCとは異なって、低圧バッテリ120の放電可否と関係なく正常に駆動され、交流電源が印加されると安定的に高圧バッテリ110及び低圧バッテリ120を充電することができる。
【0030】
LDC140は、高圧バッテリ110で発生される高電圧を利用して、低圧バッテリ120を充電する。LDC140による低圧バッテリ120の充電は、OBC130による低圧バッテリ120の充電とは区別されるが、OBC130による低圧バッテリ120の充電は、電気自動車に外部の交流電源が印加される場合に行われ、LDC140による低圧バッテリ120の充電は電気自動車が運行中に行われる。LDC140は、高圧バッテリ110から高電圧の入力を受けて数十ボルトの低電圧に変換し、変換された低電圧を低圧バッテリ120の充電のための充電電源として提供する。LDC140は、数十ボルトの電圧を出力することが一般的であり、例えば低圧バッテリ120が12Vの出力電圧を提供する場合には、LDC140は12Vより数ボルトほど高いレベルの電圧を出力するように設定されてもよい。
【0031】
電装負荷150とは、電気自動車に備えられる各種電子部品のことであり、低圧バッテリ130から低電圧(例えば、12V、24V)の駆動電源の提供を受ける。
【0032】
図2は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電源供給システムに備えられるOBCを説明するための一例示図である。
【0033】
図2を参照すると、OBC130は、制御部131、高圧変換部133、及び低圧変換部135を含む。
【0034】
制御部131は、外部から交流電源が供給されると、低圧バッテリ120の出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較する。ここで、所定の基準電圧レベルは、低圧バッテリ120が放電されなかった状態で出力する電圧レベルを基準として、設定できる。例えば、低圧バッテリ120の正常な出力電圧レベルが12Vの場合、所定の基準電圧レベルは、約12Vと設定される。制御部131は、一種のスイッチを備えられ、スイッチの第1端子は、交流電源と固定的に接続され、第2端子は、比較結果に応じて高圧変換部133または低圧変換部135と選択的に接続されるように設定できる。
【0035】
比較の結果、低圧バッテリ120の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高い場合には、スイッチの第2端子は高圧変換部133と接続され、高圧変換部133を駆動させて、高圧バッテリ110の充電電源を提供するようにする。低圧バッテリ120の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高い場合は、低圧バッテリ120が放電されなかった場合であるため、OBC130は低圧バッテリ120を充電せず高圧バッテリ110を充電することになる。
【0036】
比較の結果、低圧バッテリ120の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベル以下の場合には、スイッチの第2端子は低圧変換部135と接続され、低圧変換部135を駆動させて、低圧バッテリ120の充電電源を提供するようにする。低圧バッテリ120の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベル以下の場合は、低圧バッテリ120が放電されなかった場合であるため、OBC130は低圧バッテリ120を充電することになる。制御部131は、低圧バッテリ120の出力電圧レベルを持続的または周期的に判断して、低圧バッテリ120の出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高くなると、低圧変換部135の駆動を止めて、高圧変換部133を駆動させて、高圧バッテリ110の充電を開始させる。
【0037】
高圧変換部133は、外部から供給される交流電源を数百ボルトの第1直流電圧に変換して、高圧バッテリ110の充電電源として提供する。高圧変換部133は、整流器(rectifier)を備えて交流電源を直流電圧に変換し、DC−DCコンバータを備えて整流器で変換された直流電圧の電圧レベルを変化させることができる。
【0038】
低圧変換部135は、外部から供給される交流電源を数十ボルトの第2直流電圧に変換して、低圧バッテリ120の充電電源及び電装負荷150の駆動電源として提供する。低圧変換部135も高圧変換部133同様に、交流電源を直流電圧に変換するための整流器(rectifier)と直流電圧の電圧レベルを設定できるDC−DCコンバータを備えてもよい。
【0039】
このような構成を有するOBC130は、外部から交流電源が印加されると駆動を開始するため、低圧バッテリ120の充電状態に関係なく安定的に駆動できる。また、外部から供給される交流電源を利用して高圧バッテリ110だけでなく低圧バッテリ120も充電できるため、別途の充電装備を備えなくても低圧バッテリ120を充電することができる。
【0040】
図3は、本発明の他の実施形態に係る電気自動車の電源供給システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。
【0041】
電気自動車のバッテリを充電するために外部から電気自動車へ交流電源が印加されると(S31)、電気自動車に備えられるOBCが駆動を開始する。
【0042】
OBCの制御部は、まず低圧バッテリの出力電圧レベルを判断する。低圧バッテリの出力電圧レベルに応じて高圧変換部または低圧変換部のうちいずれか一つを駆動させるためである。制御部は、低圧バッテリの出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較する(S32)。
【0043】
S32段階の比較結果、低圧バッテリの出力電圧レベルが所定の基準電圧レベルより高い場合、高圧変換部を駆動させて、交流電源を数百ボルトの第1直流電圧に変換して、第1直流電圧を高圧バッテリの充電電源として提供する(S33、S34)。
【0044】
S32段階の比較結果、低圧バッテリの出力電圧レベルが所定の基準電圧レベル以下の場合、低圧変換部を駆動させて、交流電源を数十ボルトの第2直流電圧に変換して、第2直流電圧を低圧バッテリの充電電源として提供する(S35、S36)。
【0045】
以上から代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解しなければならない。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物等によって定まるべきである。
【符号の説明】
【0046】
110 高圧バッテリ
120 低圧バッテリ
130 搭載型充電器(OBC)
131 制御部
133 高圧変換部
135 低圧変換部
140 LDC
150 電装負荷

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリを含んで構成される電気自動車の電源供給システムにおいて、
外部から供給される交流電源を利用して、前記低圧バッテリの出力電圧レベルに応じて前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリを選択的に充電する搭載型充電器(On−Board Charger)を含むことを特徴とする、電気自動車の電源供給システム。
【請求項2】
前記搭載型充電器は、
前記交流電源を第1直流電圧に変換して、前記高圧バッテリの充電電源として提供する高圧変換部、
前記交流電源を第2直流電圧に変換して、前記低圧バッテリの充電電源及び前記電装負荷の駆動電源として提供する低圧変換部、及び
前記低圧バッテリの出力電圧レベルを所定の基準電圧レベルと比較して、前記高圧変換部または前記低圧変換部を選択的に駆動させる制御部を含んで構成されることを特徴とする、請求項1に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項3】
前記制御部は、
前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記低圧変換部を駆動させることを特徴とする請求項2に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項4】
前記制御部は、
前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記高圧変換部を駆動させることを特徴とする、請求項2に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項5】
前記制御部は、
第1端子が前記低圧バッテリと固定接続され、第2端子が前記低圧変換部または前記高圧変換部に選択的に接続されるスイッチを含むことを特徴とする、請求項2に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項6】
前記スイッチは、
前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベル以下の場合、前記第2端子が前記低圧変換部に接続され、
前記低圧バッテリの出力電圧レベルが前記基準電圧レベルより高い場合、前記第2端子が前記高圧変換部に接続されることを特徴とする、請求項5に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項7】
前記搭載型充電器は、
外部から交流電源が供給される場合に駆動されることを特徴とする、請求項1に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項8】
前記高圧バッテリから発生する高電圧を低電圧に変換して、前記低圧バッテリを充電する低電圧DC−DCコンバータをさらに含み、
前記低電圧DC−DCコンバータは、
前記搭載型充電器が前記高圧バッテリを充電する場合に駆動されて、前記低圧バッテリを充電することを特徴とする、請求項1に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項9】
前記高圧バッテリは、
前記複数のバッテリセルが直列方式、または直列及び並列方式で連結されていることを特徴とする、請求項1に記載の電気自動車の電源供給システム。
【請求項10】
複数のバッテリセルで構成され、モータの駆動電源を発生する高圧バッテリと電装負荷の駆動電源を発生する低圧バッテリと、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する搭載型充電器を含んで構成される電気自動車の電源供給システムの制御方法において、
前記搭載型充電器の制御部が、前記低圧バッテリの出力電圧を所定の基準電圧と比較する段階、及び
比較結果に応じて前記制御部が前記搭載型充電器の高圧変換部または低圧変換部を選択的に駆動させて、前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階を含むことを特徴とする、電気自動車の電源供給システムの制御方法。
【請求項11】
前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階は、
前記低圧バッテリの出力電圧が所定の基準電圧以下の場合、前記制御部が前記低圧変換部を駆動させて、前記低圧変換部の出力電圧を前記低圧バッテリの充電電源として提供することを特徴とする、請求項10に記載の電気自動車の電源供給システムの制御方法。
【請求項12】
前記高圧バッテリまたは前記低圧バッテリの充電電源を提供する段階は、
前記低圧バッテリの出力電圧が所定の基準電圧より大きい場合、前記制御部が前記高圧変換部を駆動させて、前記高圧変換部の出力電圧を前記高圧バッテリの充電電源として提供することを特徴とする、請求項10に記載の電気自動車の電源供給システムの制御方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2013−116042(P2013−116042A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−243293(P2012−243293)
【出願日】平成24年11月5日(2012.11.5)
【出願人】(593121379)エルエス産電株式会社 (221)
【氏名又は名称原語表記】LSIS CO., LTD
【Fターム(参考)】