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KR20210156107A - 차량용 배터리 충전 장치 및 방법 - Google Patents

차량용 배터리 충전 장치 및 방법 Download PDF

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KR20210156107A
KR20210156107A KR1020200073830A KR20200073830A KR20210156107A KR 20210156107 A KR20210156107 A KR 20210156107A KR 1020200073830 A KR1020200073830 A KR 1020200073830A KR 20200073830 A KR20200073830 A KR 20200073830A KR 20210156107 A KR20210156107 A KR 20210156107A
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KR
South Korea
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mosfet
power
charging
vehicle battery
link capacitor
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020200073830A
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English (en)
Inventor
여인용
최민성
양시훈
양진영
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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.)
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Publication date
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Priority to US17/091,809 priority patent/US11349386B2/en
Priority to CN202011362181.4A priority patent/CN113799629A/zh
Priority to DE102020131600.3A priority patent/DE102020131600A1/de
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Abstract

본 발명은 전기 자동차에 적용되는 차량용 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 차량용 배터리 충전 장치는, 차량용 배터리를 충전하는 배터리 충전모드에서 상용 교류 전원으로부터 인가되는 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부와 병렬 연결되어 상기 정류된 직류전력을 평활화하는 링크 커패시터를 포함하는 PFC 회로부, 상기 PFC 회로부로부터 인가된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부에서 변환된 교류 전력의 전압을 승압 또는 감압하는 변압기와, 상기 변압기로부터 인가된 교류전력을 직류전력으로 정류하여 상기 차량용 배터리를 충전하는 제2 스위칭부를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터, 그리고 상기 배터리 충전모드의 진입 전 상기 링크 커패시터의 전압이 소정의 기준전압 미만이면 상기 차량용 배터리에서 방전된 전력으로 상기 링크 커패시터가 충전되도록 상기 제2 스위칭부에 인가되는 PWM 신호의 위상을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량용 배터리 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차에 적용되는 차량용 배터리 충전 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양방향 OBC(on-board charger) 및 차량용 배터리를 충전하는 방법에 관한 것이다.
최근 환경 오염으로 인한 지구 온난화, 화석 연료의 고갈 등의 문제로 자동차 업계에서는 전기 자동차의 개발을 급속히 진행하고 있다. 현재 전세계 메이저 자동차 제작사들은 주요 개발 차량으로 전기 자동차를 만들기 위해 연구 개발 중이다.
전기 자동차(electric vehicle, EV)는 2차 전지인 배터리에 전기 에너지를 축적하고, 모터를 이용하여 축적된 전기 에너지를 동력 에너지로 전환함으로써 구동될 수 있다. 이때, 전기 에너지를 배터리에 축적하는 방식으로 직류 고전압의 전력(예를 들어, 약 50KW 이상)을 배터리에 직접 인가하는 급속 충전 방식과, 상용 교류 전압(예를 들어, 약 3~6KW)을 가진 교류 전력을 인가하는 완속 충전 방식이 이용되고 있다.
완속 충전 방식과 관련하여, 완속 충전기(on-board charger, OBC)는 인러시 커런트(Inrush Current; IR)의 존재로 다른 소자들의 소손 가능성이 있었고, 이를 예방하기 위해, 프리차지 릴레이(pre-charge Relay)를 입력 단에 배치하여 해결하였다. 즉, DC-DC 컨버터를 구동하여 배터리를 충전하기 전에 프리차지 릴레이의 스위칭을 제어하여 외부 전원으로부터 링크 커패시터(Link Capacitor)를 우선 충전함으로써, 완속 충전기(OBC)가 외부 전원과 연결될 때 발생하는 인러시 커런트(IR)의 발생을 줄였다.
도 9는 링크 커패시터의 초기 충전이 있는 경우와 없는 경우의 링크 커패시터의 전압 및 전류 변화를 보여주는 예시도이다. 도 9의 (A)는 전압 변화이고, 도 9의 (B)는 전류 변화를 보여준다.
도 9를 참고하면, 링크 커패시터를 초기 충전한 이후 완속 충전기(OBC)가 외부 전원과 연결되면 링크 커패시터의 전압(Vlink)은 완만하게 증가하고, 전류(Ilink) 또한 변동성이 작다. 반면, 링크 커패시터가 초기 충전되지 않은 상태에서 완속 충전기(OBC)가 외부 전원과 연결되면 링크 커패시터의 전압(Vlink_no) 및 전류(Ilink_no)의 급속한 증가로 다른 소자들의 소손 가능성이 발생하게 된다.
한편, 링크 커패시터의 초기 충전을 위한 프리차지 릴레이(pre-charge Relay)는 사이즈가 크고, 내구성 확보를 위한 설계가 필요하며, 특히, 3상 입력의 경우, 3개 이상의 프리차지 릴레이가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 종래 프리차지 릴레이는 온/오프 연속 동작에 따른 내구성 저하 가능성 문제까지 갖고 있다.
이에, 프리차지 릴레이의 문제를 해결하면서 링크 커패시터를 충전하기 위한 새로운 방안이 요구되고 있다.
본 발명은, 차량용 배터리에 연결된 풀 브리시 컨버터의 위상천이(Phase Shift) 제어로 고전압 차량용 배터리에서 방전된 전력으로 링크 커패시터를 초기 충전하는 차량용 배터리 충전 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 차량용 배터리 충전 장치는, 차량용 배터리를 충전하는 배터리 충전모드에서 상용 교류 전원으로부터 인가되는 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부와 병렬 연결되어 상기 정류된 직류전력을 평활화하는 링크 커패시터를 포함하는 PFC 회로부, 상기 PFC 회로부로부터 인가된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 제1 스위칭부(Full Bridge Circuit)와, 상기 제1 스위칭부에서 변환된 교류 전력의 전압을 승압 또는 감압하는 변압기와, 상기 변압기로부터 인가된 교류전력을 직류전력으로 정류하여 상기 차량용 배터리를 충전하는 제2 스위칭부를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터, 그리고 상기 배터리 충전모드의 진입 전 상기 링크 커패시터의 전압이 소정의 기준전압 미만이면 상기 차량용 배터리에서 방전된 전력으로 상기 링크 커패시터가 충전되도록 상기 제2 스위칭부에 인가되는 PWM 신호의 위상을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제2 스위칭부는, 상기 차량용 배터리의 일 전극과 타 전극 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET, 상기 제1 MOSFET의 일단과 상기 제2 MOSFET의 타단 사이에 직렬 연결된 제3 MOSFET 및 제4 MOSFET를 포함하고, 상기 제1 MOSFET과 상기 제2 MOSFET 사이의 제1 접점에 상기 변압기의 1차코일의 일단이 연결되고 제3 MOSFET과 상기 제4 MOSFET 사이의 제2 접점에 상기 1차코일의 타단이 연결될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 링크 커패시터가 상기 기준전압 이상으로 충전되기 위해 상기 링크 커패시터에 인가되어야 하는 충전전류의 크기를 계산하고, 상기 변압기에 상기 계산된 충전전류에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET 각각의 스위칭을 제어하는 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상을 천이시킬 수 있다.
상기 제어부는, 단위 시간당 상기 충전전류의 증가량을 계산하고, 상기 변압기에 상기 계산된 충전전류의 증가량에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 PWM 신호 및 상기 제4 PWM 신호의 위상을 천이시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 링크 커패시터의 전압이 상기 기준전압 이상으로 충전되면, 상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 온 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 오프 되고, 상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 오프 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 온 되도록 상기 제1 내지 제4 PWM 신호를 제어하고, 상용 교류 전원에서 인가되는 전력은, 상기 PFC 회로부, 상기 제1 스위칭부, 상기 변압기 및 상기 제1 내지 제4 MOSFET의 바디 다이오드를 포함하는 충전경로를 통해 상기 차량용 배터리에 인가될 수 있다.
상용 교류 전원의 교류전력을 직류전력으로 정류하는 PFC 회로부의 출력단에 연결되어 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부에서 변환된 교류 전력의 전압을 승압 또는 감압하는 변압기와, 상기 변압기로부터 인가된 교류전력을 직류전력으로 정류하여 상기 차량용 배터리를 충전하는 제2 스위칭부를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하여 차량용 배터리를 충전하는 방법으로서, 상기 차량용 배터리를 충전하는 충전모드 진입 시점에 동기되어 상기 PFC 회로부의 출력단에 병렬 연결된 링크 커패시터의 전압을 센싱하는 단계, 상기 센싱된 링크 커패시터의 전압이 소정의 기준전압 미만인지 판단하는 단계, 상기 판단결과 기준전압 미만이면, 상기 제2 스위칭부에 인가되는 PWM 신호의 위상을 제어하여 상기 차량용 배터리에서 방전된 전력으로 상기 링크 커패시터를 충전하는 단계, 그리고 상기 링크 커패시터의 전압이 상기 기준전압 이상으로 충전되면, 상용 교류 전원에서 인가되는 전력으로 상기 차량용 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기 제2 스위칭부는, 상기 차량용 배터리의 일 전극과 타 전극 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET, 상기 제1 MOSFET의 일단과 상기 제2 MOSFET의 타단 사이에 직렬 연결된 제3 MOSFET 및 제4 MOSFET를 포함하고, 상기 제1 MOSFET과 상기 제2 MOSFET 사이의 제1 접점에 상기 변압기의 1차코일의 일단이 연결되고 제3 MOSFET과 상기 제4 MOSFET 사이의 제2 접점에 상기 1차코일의 타단이 연결될 수 있다.
상기 링크 커패시터를 충전하는 단계는, 상기 링크 커패시터가 상기 기준전압 이상으로 충전되기 위해 상기 링크 커패시터에 인가되어야 하는 충전전류의 크기를 계산하는 단계, 그리고 상기 변압기에 상기 계산된 충전전류에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET 각각의 스위칭을 제어하는 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상을 천이시켜 상기 링크 커패시터를 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 충전전류의 크기를 계산하는 단계는, 단위 시간당 상기 충전전류의 증가량을 계산하고, 상기 링크 커패시터를 충전하는 단계는, 상기 변압기에 상기 계산된 충전전류의 증가량에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 PWM 신호 및 상기 제4 PWM 신호의 위상을 천이시켜 상기 링크 커패시터를 충전할 수 있다.
상기 차량용 배터리를 충전하는 단계는, 상기 링크 커패시터의 전압이 상기 기준전압 이상으로 충전되면, 상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 온 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 오프 되고, 상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 오프 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 온 되도록 상기 제1 내지 제4 PWM 신호를 제어하고, 상용 교류 전원에서 인가되는 전력은, 상기 PFC 회로부, 상기 제1 스위칭부, 상기 변압기 및 상기 제1 내지 제4 MOSFET의 바디 다이오드를 포함하는 충전경로를 통해 상기 차량용 배터리에 인가될 수 있다.
본 발명은, 링크 커패시터를 초기 충전하여 인러시 커런트의 발생을 막을 수 있고, 종래 링크 커패시터의 충전용 프리차지 릴레이를 제거하여 회로의 경량화와 프리차지 릴레이를 위한 별도의 제어 설계가 요구되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 차량용 배터리 충전 장치의 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4 내지 도 7은 도 2의 제2 스위칭부에 인가되는 제1 내지 제4 PWM 신호 및 그에 따른 변압기 전압을 설명하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 차량용 배터리의 방전 전력으로 초기 충전된 링크 커패시터의 전압 변화를 종래와 비교하여 설명하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따라 링크 커패시터의 초기 충전이 있는 경우와 없는 경우의 링크 커패시터의 전압 및 전류 변화를 보여주는 예시도이다.
차량용 배터리는 전기 자동차(Electric, Vehicle; EV)의 동력원으로서, 전기 에너지를 반복하여 충전 및 방전할 수 있는 2차 전지(예를 들어, 일반적으로 리튬-이온 전지)로 구현될 수 있다. 여기서, 전기 자동차는 HEV(hybrid electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등 전기 에너지를 축적할 수 있는 배터리를 포함하는 모든 종류의 차량을 포함할 수 있다. 차량용 배터리는, 예를 들어 그 내부에 셀이 직렬로 적층되어 구성되고, 충전 상태에 따라서 약 240~413V 범위의 내부 전압을 가질 수 있다.
차량용 배터리를 충전하기 위해 고전압의 직류 전력을 배터리에 직접 인가하여 충전하는 급속 충전 방식이 효율적일 수 있다. 다만, 현재 급속 충전 방식을 위한 인프라(infrastructure)가 제대로 구축되어 있지 못한 실정이며, 그에 따라 가정용 상용 교류 전압을 이용하여 차량을 충전하는 방식이 이용된다. 이를 위해, 전기 자동차는 교류 전압(또는 전류)을 직류 전압(또는 전류)으로 정류하고, 직류 전압(또는 전류)을 승압 또는 감압하여 차량용 배터리를 충전하는 차량 완속 충전기(on-borad charger, OBC)를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 장치를 설명하는 블록도이다.
도 1을 참고하면, 차량용 배터리 충전 장치(1)는 PFC(Power Factor Correction) 회로부(100), 양방향 DC-DC 컨버터(200), 그리고 제어부(300)를 포함한다. 차량용 배터리 충전 장치(1)는 입력 전원, 예를 들어, 상용 교류 전원(AC)으로 차량용 배터리(Battery; BT)를 충전하거나, 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력을 부하에 공급하는 양방향 완속 충전기(on-board charger, OBC)를 포함할 수 있다. 도 1에서는, 링크 커패시터(Clink)가 PFC 회로부(100)와 별개로 구성되는 것처럼 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, PFC 회로부(100)에 포함되어 구성될 수 있다.
PFC 회로부(100)는 입력 단에는 상용 교류 전원(AC)이 연결되고 출력 단에는 양방향 DC-DC 컨버터(200)가 연결된다. 차량용 배터리(Battery; BT)를 완속 충전하는 배터리 충전모드에서, PFC 회로부(100)는 상용 교류 전원(AC)로부터 인가되는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하여 양방향 DC-DC 컨버터(200)에 전달한다.
PFC 회로부(100)는 역률 개선 회로로서, 교류 전력을 직류 전력으로 바꾸는 과정에서 생기는 전력 손실을 줄이는 역할을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, PFC 회로부(100)는 출력 단과 양방향 DC-DC 컨버터(200) 사이에 병렬 연결되는 링크 커패시터(Clink)를 포함할 수 있다. 배터리 충전모드의 진입 전에 링크 커패시터(Clink)가 소정 기준전압(Vref)까지 충전(이하, 초기 충전)되면, 배터리 충전모드에 진입 직후 인러시 커런트(Inrush Current, IR)의 발생을 예방할 수 있다. 인러시 커런트(IR)는 다른 소자들의 열화, 성능 저하, 불량 등을 초래할 수 있다.
상용 교류 전원(AC)은 통상적으로 가정용 또는 상업용으로 사용될 수 있는 단상의 교류 전원일 수 있다. 대한민국에서 상용 전압은 단상 AC 220V인 것이 일반적이고, 국가에 따라서 사용 전압은 상이할 수는 있으나 85~265V의 범위 내에 있다. 또한, 주파수는 60Hz인 것이 일반적이며, 50Hz일 수도 있다. 이 상용 교류 전원(10)에 의하여 교류 전력이 생성되고, 차량용 배터리(BT)에 약 3~6kW의 전력이 공급될 수 있다. 예를 들어, 상용 교류 전원(AC)은 전기차 충전장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)일 수 있다.
차량용 배터리(BT)는 전기 자동차(electric vehicle, EV)의 동력원으로서, 전기 에너지를 반복하여 충방전할 수 있는 2차 전지, 예를 들어, 리튬-이온 전지로 구현될 수 있다. 차량용 배터리(BT)는 직렬/병렬 연결된 복수의 셀을 포함하고, 충전 상태에 따라서 약 240~413V 범위의 고전압 배터리일 수 있다.
양방향 DC-DC 컨버터(200)는 상용 교류 전원(AC)으로 차량용 배터리(BT)를 충전하는 배터리 충전모드에서, PFC 회로부(100)에서 출력되는 직류 전력의 전압을 승압 또는 감압하여 차량용 배터리(BT)를 충전한다. 양방향 DC-DC 컨버터(200)는 차량용 배터리(BT)의 충전 적정 전압, 예를 들어, 약 240~413V 범위의 전압으로 차량용 배터리(BT)를 충전할 수 있다.
양방향 DC-DC 컨버터(200)는 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력을 부하에 공급하는 배터리 방전모드에서, 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력의 전압을 승압 또는 감압하여 PFC 회로부(100)에 인가할 수 있다.
일 실시예에 따라, 배터리 충전모드에 진입하기 전 PFC 회로부(100)의 출력 단과 양방향 DC-DC 컨버터(200)의 입력 단 사이에 병렬 연결되는 링크 커패시터(Clink)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 낮으면, 양방향 DC-DC 컨버터(200)는 제어부(300)의 제어로 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력으로 링크 커패시터(Clink)를 초기 충전할 수 있다.
종래, 차량용 배터리 충전 장치(1)는 입력 단에 배치된 프리차지 릴레이(pre-charge Relay)(미도시)를 이용하여, 상용 교류 전원(AC)으로부터 인가된 전력으로 링크 커패시터(Clink)를 초기 충전하여 인러시 커런트(IR)의 발생을 예방하였다. 그러나, 프리차지 릴레이로 인해 회로 내에서 차지하는 공간이 필요하고, 온/오프 연속 동작에 따른 내구성 저하 등의 문제가 있었다. 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 장치(1)는, 양방향 DC-DC 컨버터(200)를 이용하여 링크 커패시터(Clink)를 초기 충전하여 프리차지 릴레이를 회로에서 제거할 수 있다.
제어부(300)는, 차량용 배터리 충전 장치(1)가 상용 교류 전원(AC), 예를 들어 전기차 충전장치(EVSE)와 연결되면, 차량용 배터리(BT)를 충전하기 전에, 링크 커패시터(Clink)의 전압이 기준 전압(Vref) 미만인지 판단한다. 판단결과 링크 커패시터(Clink)의 전압이 기준 전압(Vref) 미만이면, 제어부(300)는 먼저 기준 전압(Vref) 이상으로 링크 커패시터(Clink)가 충전되도록 양방향 DC-DC 컨버터(200)를 제어한다. 링크 커패시터(Clink)의 전압이 기준 전압(Vref) 이상으로 충전되면, 제어부(300)는 상용 교류 전원(AC)로부터 인가되는 전력으로 차량용 배터리(BT)를 충전한다.
도 2는 도 1의 차량용 배터리 충전 장치의 회로도이다.
도 2를 참고하면, PFC 회로부(100)는 배터리 충전모드에서 상용 교류 전원(AC)에서 인가되는 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부(110) 및 정류부(110)에서 정류된 직류전력을 평활화하는 링크 커패시터(Clink)(120)를 포함할 수 있다. 링크 커패시터(120)는 PFC 회로부(100)의 출력 단과 양방향 DC-DC 컨버터(200) 사이에 병렬 연결된다.
양방향 DC-DC 컨버터(200)는 제1 스위칭부(210), 변압기(220), 그리고 제2 스위칭부(230)를 포함한다.
제1 스위칭부(210)는, 배터리 충전모드에서 PFC 회로부(100)로부터 인가된 직류전력을 교류전력으로 변환한다. 제1 스위칭부(210)는 제어부(300)의 제어로 차량용 배터리(BT)와 링크 커패시터(120) 간의 전력 전달 방향 및 차량용 배터리(BT)에 인가되는 출력전류의 전류량을 제어한다.
제1 스위칭부(210)는, 제5 MOSFET(Q5), 제6 MOSFET(Q6), 제7 MOSFET(Q7), 및 제8 MOSFET(Q8)를 포함한다. 제5 내지 제8 MOSFET(Q5, Q6, Q7, Q8) 각각은 바디 다이오드를 포함할 수 있다.
제5 MOSFET(Q5) 및 제6 MOSFET(Q6)은, 링크 커패시터(120)의 일단과 타단 사이에서 직렬 연결된다. 제7 MOSFET(Q7) 및 제8 MOSFET(Q8)은, 제5 MOSFET(Q5)의 일단과 제6 MOSFET(Q6)의 타단 사이에서 직렬 연결된다. 이때, 변압기(220)의 2차코일(222)의 일단은 제5 MOSFET(Q5)과 제6 MOSFET(Q6) 사이의 제3 접점(C)에 연결되고, 2차코일(222)의 타단은 제7 MOSFET(Q7)과 제8 MOSFET(Q8) 사이의 제4 접점(D)에 연결된다.
변압기(220)는, 배터리 충전모드 또는 배터리 방전모드에서 전압을 승압 또는 감압한다. 변압기(220)는, 1차코일(221) 및 2차코일(222)을 포함한다.
예를 들어, 링크 커패시터(120)가 충전될 때, 변압기(220)는 제2 스위칭부(230)를 통해 인가되는 교류 전력의 전압을 승압 또는 강압하여 제1 스위칭부(210)에 전달한다. 다른 예를 들어, 차량용 배터리(BT)가 충전될 때, 변압기(220)는 제1 스위칭부(210)를 통해 인가되는 교류 전력의 전압을 승압 또는 강압하여 제2 스위칭부(230)에 전달한다.
제2 스위칭부(230)는 배터리 충전모드에서 변압기(220)로부터 인가된 교류전력을 직류전력으로 정류하여 차량용 배터리(BT)를 충전한다. 제2 스위칭부(230)는 제어부(300)의 제어로 차량용 배터리(BT)와 링크 커패시터(120) 간의 전력 전달 방향 및 링크 커패시터(120)에 인가되는 충전전류(Ilink)의 전류량을 제어한다.
제2 스위칭부(230)는 제1 MOSFET(Q1), 제2 MOSFET(Q2), 제3 MOSFET(Q3), 및 제4 MOSFET(Q4)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각은 바디 다이오드를 포함할 수 있다.
종래, 단방향 DC-DC 컨버터는 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각 대응되는 위치에 일방향 다이오드를 포함하여 차량용 배터리(BT)를 충전하는 기능만 수행할 수 있었다. 본 발명의 제2 스위칭부(230)는 각각 바디 다이오드를 포함하는 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)를 구비하여 양방향 DC-DC 컨버터로 동작할 수 있다. 즉, 제2 스위칭부(230)의 제어로 차량용 배터리(BT)가 충전되거나, 또는 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력이 링크 커패시터(120) 또는 부하에 공급될 수 있다.
제1 MOSFET(Q1) 및 제2 MOSFET(Q2)은, 차량용 배터리의 일 전극(+)과 타 전극(-) 사이에서 직렬 연결된다. 제3 MOSFET(Q3) 및 제4 MOSFET(Q4)은, 제1 MOSFET(Q1)의 일단과 제2 MOSFET(Q2)의 타단 사이에 직렬 연결된다. 이후 설명할 변압기(220)의 1차코일(221)의 일단은 제1 MOSFET(Q1)과 제2 MOSFET(Q2) 사이의 제1 접점(A)에 연결되고, 1차코일(221)의 타단은 제3 MOSFET과 제4 MOSFET 사이의 제2 접점(B)에 연결된다.
즉, 제1 MOSFET(Q1)의 드레인 단은 차량용 배터리(BT)의 일 전극(+)에 연결되고, 제1 MOSFET(Q1)의 소스 단과 제2 MOSFET(Q2)의 드레인 단은 직렬 연결된다. 제1 MOSFET(Q1)의 소스 단과 제2 MOSFET(Q2)의 드레인 단 사이의 제1 접점(A)에 1차코일(221)의 일단이 연결되고, 제2 MOSFET(Q2)의 소스 단은 차량용 배터리의 타 전극(-)과 연결된다. 또한, 제3 MOSFET(Q3)의 드레인 단은 차량용 배터리의 일 전극(+)에 연결되고 제3 MOSFET(Q3)의 소스 단과 제4 MOSFET(Q4)의 드레인 단은 직렬 연결된다. 제3 MOSFET(Q3)의 소스 단과 제4 MOSFET(Q4)의 드레인 단 사이의 제2 접점(B)에 1차코일(221)의 타단이 연결되고, 제4 MOSFET(Q4)의 소스 단은 차량용 배터리의 타 전극(-)과 연결된다.
배터리 충전모드에서, 제1 스위칭부(210)를 구성하는, 제5 MOSFET(Q5) 및 제8 MOSFET(Q8)이 턴 온 될 때 제6 MOSFET(Q6) 및 제7 MOSFET(Q7)는 턴 오프되고, 제5 MOSFET(Q5) 및 제8 MOSFET(Q8)이 턴 오프 될 때 제6 MOSFET(Q6) 및 제7 MOSFET(Q7)는 턴 온 되어, PFC 회로부(100)로부터 인가된 직류전력이 교류전력으로 변환된다. 이때, 제2 스위칭부(230)를 구성하는 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)은 턴 오프 된다. 제1 스위칭부(210)에서 변환된 교류전력은 변압기(220) 및 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)의 바디 다이오드를 포함하는 충전경로를 통해 출력단 커패시터(Cobc)를 충전한다. 이후, 출력단 커패시터(Cobc)에 충전된 전력은 방전되어 차량용 배터리(BT)가 충전될 수 있다.
배터리 방전모드에서, 제2 스위칭부(230)를 구성하는 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)이 턴 온 될 때 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)는 턴 오프되고, 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)이 턴 오프 될 때 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)은 턴 온 되어, 차량용 배터리(BT)에서 방전된 직류전력이 교류전력으로 변환된다. 이때, 제1 스위칭부(210)를 구성하는 제5 내지 제8 MOSFET(Q5, Q6, Q7, Q8)은 턴 오프 된다. 제2 스위칭부(230)에서 변환된 교류전력은 변압기(220) 및 제5 내지 제8 MOSFET(Q5, Q6, Q7, Q8)의 바디 다이오드를 포함하는 방전경로를 통해 링크 커패시터(120)에 인가된다. 이후, 링크 커패시터(120)에 충전된 전력은 방전되어 PFC 회로부(100)를 통해 상용 교류 전원(AC)으로 인가될 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 충전모드 진입 전, 링크 커패시터(120)의 전압이 기준 전압(Vref) 미만이면, 차량용 배터리 충전 장치(1)는 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력으로 링크 커패시터(120)의 전압을 기준 전압(Vref) 이상으로 충전할 수 있다. 즉, 차량용 배터리 충전 장치(1)는 링크 커패시터(120)의 전압이 기준 전압(Vref) 이상으로 충전된 이후, 상용 교류 전원(AC)로부터 인가되는 전력으로 차량용 배터리(BT)를 충전할 수 있다.
실시예에 따라, 제1 스위칭부(210) 및 제2 스위칭부(230)는 풀 브리지 컨버터(Full-bridge Converter)를 구성하고, 위상 천이(Phase Shift) 제어 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭부(210)는, 배터리 충전모드에서 제7 MOSFET(Q7) 및 제8 MOSFET(Q8)의 위상을 제어하면서 제5 MOSFET(Q5) 및 제8 MOSFET(Q8)이 동시에 온 되어 전류가 흐르는 시간과, 제6 MOSFET(Q6) 및 제7 MOSFET(Q7)이 동시에 온 되어 전류가 흐르는 시간이 조절 될 수 있다. 이때, 동시에 온 되는 시간이 증가할수록 변압기(220)로 전달되는 충전 전류량이 증가할 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 스위칭부(230)는, 배터리 방전모드 또는 링크 커패시터(120)를 충전하는 단계에서, 제3 MOSFET(Q3) 및 제4 MOSFET(Q4)의 위상을 제어하면서 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)이 동시에 온 되어 전류가 흐르는 시간과, 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)이 동시에 온 되어 전류가 흐르는 시간이 조절 될 수 있다. 이때, 동시에 온 되는 시간이 증가할수록 변압기(220)로 전달되는 방전 전류량이 증가할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 4 내지 도 7은 도 2의 제2 스위칭부에 인가되는 제1 내지 제4 PWM 신호 및 그에 따른 변압기 전압을 설명하는 도면이고, 도 8은 일 실시예에 따라 차량용 배터리의 방전 전력으로 초기 충전된 링크 커패시터의 전압 변화를 종래와 비교하여 설명하는 도면이다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참고하여, 일 실시예에 따른 차량용 배터리 충전 장치 및 차량용 배터리 충전 방법을 설명한다.
먼저, 제어부(300)는, 차량용 배터리(BT)를 충전하는 충전모드의 진입 시점에 동기되어 PFC 회로부(100)의 출력 단과 양방향 DC-DC 컨버터(200)의 입력 단 사이에 병렬 연결되는 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)을 센싱한다(S10, S20).
제어부(300)는 상용 교류 전원(AC), 예를 들어, 전기차 충전장치(EVSE)의 접속 여부를 센싱하는 센서(미도시)로부터 접속 연결 신호를 수신하면, 링크 커패시터(120)의 충전 상태를 확인할 수 있다.
다음으로, 제어부(300)는, 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 이상인지 판단한다(S30).
제어부(300)는, 전기차 충전장치(EVSE)와 차량용 배터리 충전 장치(1)가 물리적으로 연결되면, 차량용 배터리(BT)를 충전하기 전에 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 이상인지 판단한다.
다음으로, 판단결과 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 미만일 때(S30, No), 제어부(300)는 차량용 배터리(BT)에서 방전된 전력으로 링크 커패시터(120)를 초기 충전한다(S40).
링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 미만인 상태에서 차량용 배터리 충전 장치(1)가 상용 교류 전원(AC)과 전기적으로 연결되어 전력을 인가 받으면, 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink) 및 충전전류(Ilink)의 급속한 증가로 다른 소자들의 소손 가능성이 있다.
실시예에 따라, 제어부(300)의 제어로 양방향 DC-DC 컨버터(200)의 제2 스위칭부(230)를 통해 차량용 배터리(BT)에서 방전된 직류 전력은 교류 전력으로 변환되고, 변환된 교류 전력은 변압기(220) 및 제1 스위칭부(210)의 바디 다이오드를 통해 링크 커패시터(120)에 인가된다. 이후, 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 이상으로 충전된 후, 차량용 배터리 충전 장치(1)와 전기차 충전장치(EVSE)가 전기적으로 연결되면, 인러시 커런트(IR)의 발생을 막아 다른 소자의 소손 가능성을 줄일 수 있다.
S40 단계에서, 제어부(300)는, 링크 커패시터(Clink)의 전압(Vlink)을 기준 전압(Vref) 이상으로 충전하기 위해, 링크 커패시터(120)에 인가되어야 하는 충전전류(Ilink)의 크기 및 단위 시간당 충전전류(Ilink)의 증가량(ΔI)을 계산한다(S41).
예를 들어, 제어부(300)는, 링크 커패시터(120)가 기준 전압(Vref)에 대응되는 전압(Vlink)으로 충전되기 위해 링크 커패시터(120)에 인가되어야 하는 충전전류(Ilink)를 3A, 단위 시간당 충전전류(Ilink)의 증가량(ΔI)을 0.1A로 계산할 수 있다. 즉, 제어부(300)는, 충전전류(Ilink)가 OA에서 3A까지 0.1A, 0.2A, 0.3A, …, 2.9A, 3A로 순차적으로 증가하도록 제어할 수 있다.
다음으로, 제어부(300)는, 양방향 DC-DC 컨버터(200)에 인가되는 제1 내지 제8 PWM 신호를 제어하여 계산된 충전전류(Ilink)로 링크 커패시터(120)를 충전한다(S42).
배터리 방전모드에서, 제2 스위칭부(230)를 구성하는 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)이 턴 온 될 때 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)는 턴 오프되고, 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)이 턴 오프 될 때 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)은 턴 온 되어, 차량용 배터리(BT)에서 방전된 직류전력이 교류전력으로 변환된다. 이때, 제1 스위칭부(210)를 구성하는 제5 내지 제8 MOSFET(Q5, Q6, Q7, Q8)은 턴 오프 된다. 제2 스위칭부(230)에서 변환된 교류전력은 변압기(220) 및 제5 내지 제8 바디 다이오드를 포함하는 방전 경로를 통해 링크 커패시터(120)에 인가될 수 있다. 제5 내지 제8 바디 다이오드 각각은 제5 내지 제8 MOSFET(Q5, Q6, Q7, Q8) 각각에 병렬 연결될 수 있다.
예를 들어, 제어부(300)는, 최초 설정 시 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 이상임을 전제로 배터리 충전모드에 진입할 것을 가정하여, 충전경로를 통해 전력이 인가되도록 제1 내지 제4 PWM 신호를 초기 설정할 수 있다.
도 4를 참고하면, 제어부(300)는, 제1 PWM 신호 및 제3 PWM 신호는 듀티비(50%) 및 위상이 동일하고, 제2 PWM 신호 및 제4 PWM 신호는 제1 PWM 신호 및 제3 PWM 신호와 듀티비(50%)는 같고 180도 위상차를 갖도록 설정하여, 차량용 배터리(BT)의 전력이 충전경로의 역방향인 방전경로를 통해 변압기(220)에 인가되지 않도록 설정할 수 있다. 즉, 제2 스위칭부(230)에서 변압기(220) 방향으로 인가되는 교류 전력의 전압(VTF)은 0V일 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 제1 내지 제4 PWM 신호 각각이 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)에 인가되면, 제1 MOSFET(Q1) 및 제3 MOSFET(Q3)이 턴 온 될 때 2 MOSFET(Q2) 및 제4 MOSFET(Q4)이 턴 오프 되고, 제1 MOSFET(Q1) 및 제3 MOSFET(Q3)이 턴 오프 될 때 2 MOSFET(Q2) 및 제4 MOSFET(Q4)이 턴 온 되어 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)을 포함하는 방전경로를 통해 전력이 공급되지 않는다.
실시예에 따라, 제어부(300)는, 링크 커패시터(120)의 충전이 필요하면, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상 천이(Phase Shift) 제어로 제2 스위칭부(230)에서 변압기(220) 방향으로 인가되는 교류 전력의 전압(VTF)의 크기를 제어할 수 있다. 도 2, 도 5 및 도 6을 참고하면, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상 천이에 대응하여 차량용 배터리(BT)의 전력이 제2 스위칭부(230)를 통해 변압기(220)에 인가된다.
구체적으로, 도 5를 참고하면, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 PS1만큼 위상이 천이된 제1 시간(T1_1) 동안, 온 레벨의 제1 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)인가되어 턴 온 되고, 오프 레벨의 제2 PWM 신호 및 제3 PWM 신호가 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)인가되어 턴 오프 되어 차량용 배터리(BT)의 전력(VTF)(+)이 제2 스위칭부(230)를 통해 변압기(220)에 인가된다.
또한, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 PS1만큼 위상이 천이된 제3 시간(T1_3)동안, 오프 레벨의 제1 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 제1 MOSFET(Q1) 및 제4 MOSFET(Q4)인가되어 턴 오프 되고, 온 레벨의 제2 PWM 신호 및 제3 PWM 신호가 제2 MOSFET(Q2) 및 제3 MOSFET(Q3)인가되어 턴 온 되어 차량용 배터리(BT)의 전력(VTF)(-)이 제2 스위칭부(230)를 통해 변압기(220)에 인가된다.
도 6을 참고하면, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상 천이가 더 길어지면(PS1<PS2), 대응되는 시간만큼 차량용 배터리(BT)의 전력이 제2 스위칭부(230)를 통해 변압기(220)에 인가된다.
도 7을 참고하면, 제어부(300)는, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상 천이(Phase Shift) 제어로, 변압기(220)에 인가되는 전력의 크기를 제어하는 PWM 신호의 듀티비를 제어하는 것과 같은 효과를 낼 수 있다. 따라서, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상 천이(Phase Shift)가 길어질수록, 변압기(220)에 인가되는 전력의 평균값이 높아질 수 있고, 그에 대응하여 충전전류(Ilink)의 크기도 증가할 수 있다. 도 7의 (A), (B), (C) 각각은, 도 4 내지 도 6에 도시된 변압기(220)의 전력(VTF)의 크기를 보여주는 도면에 대응된다.
예를 들어, 링크 커패시터(120)를 충전하는 동안, 양방향 DC-DC 컨버터(200)는 PSFB(Phase Shift Full Bridge) 컨버터를 구성할 수 있다. 제2 스위칭부(230)의 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)는 1차측 풀 브리지 회로를 구성하고, 제1 스위칭부(210)의 제5 내지 제8 MOSFET(Q5, Q6, Q7, Q8)는 모두 턴 오프되고, 제5 내지 제8 바디 다이오드가 2차측 정파 정류회로를 구성할 수 있다.
PSFB 컨버터와 관련하여, 제어부(300)는, 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상을 제어하여 제1 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 동시에 턴 온 되는 시간 또는 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 동시에 턴 온 되는 시간을 제어할 수 있다. 제1 PWM 신호 및 제4 PWM 신호가 동시에 턴 온 되는 시간이 길어질수록 링크 커패시터(120)에 인가되는 충전전류(Ilink)의 크기가 증가할 수 있다.
다음으로, 제어부(300)는, 링크 커패시터(120)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 이상인지 판단한다(S43).
다음으로, 판단결과 링크 커패시터(Clink)의 전압(Vlink)이 기준 전압(Vref) 이상일 때(S30, Yes)(S43, Yes), 제어부(300)는 전기차 충전장치(EVSE)와 차량용 배터리 충전 장치(1)를 전기적으로 연결하여 차량용 배터리(BT)를 충전하는 배터리 충전모드에 진입할 수 있다(S50, S60).
배터리 충전모드에서, 제1 스위칭부(210)를 구성하는, 제5 MOSFET(Q5) 및 제8 MOSFET(Q8)이 턴 온 될 때 제6 MOSFET(Q6) 및 제7 MOSFET(Q7)는 턴 오프되고, 제5 MOSFET(Q5) 및 제8 MOSFET(Q8)이 턴 오프 될 때 제6 MOSFET(Q6) 및 제7 MOSFET(Q7)는 턴 온 되어, PFC 회로부(100)로부터 인가된 직류전력이 교류전력으로 변환된다. 이때, 제2 스위칭부(230)를 구성하는 제1 내지 제4 MOSFET(Q1, Q2, Q3, Q4)은 턴 오프 된다. 제1 스위칭부(210)에서 변환된 교류전력은 변압기(220) 및 제1 내지 제4 바디 다이오드를 포함하는 충전경로를 통해 출력단 커패시터(Cobc)를 충전한다. 이후, 출력단 커패시터(Cobc)에 충전된 전력은 방전되어 차량용 배터리(BT)를 충전할 수 있다.
도 8을 참고하면, 실시예에 따라 양방향 DC-DC 컨버터(200)를 통해 차량용 배터리의 방전 전력으로 링크 커패시터(Clink)를 초기 충전한 이후 전압 변화(B)가 종래 릴레이를 통해 링크 커패시터(Clink)를 충전한 후 전압변화(A)와 거의 유사함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 차량용 배터리를 충전하는 배터리 충전모드에서 상용 교류 전원으로부터 인가되는 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부와, 상기 정류부와 병렬 연결되어 상기 정류된 직류전력을 평활화하는 링크 커패시터를 포함하는 PFC 회로부,
    상기 PFC 회로부로부터 인가된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부에서 변환된 교류 전력의 전압을 승압 또는 감압하는 변압기와, 상기 변압기로부터 인가된 교류전력을 직류전력으로 정류하여 상기 차량용 배터리를 충전하는 제2 스위칭부를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터, 그리고
    상기 배터리 충전모드의 진입 전 상기 링크 커패시터의 전압이 소정의 기준전압 미만이면 상기 차량용 배터리에서 방전된 전력으로 상기 링크 커패시터가 충전되도록 상기 제2 스위칭부에 인가되는 PWM 신호의 위상을 제어하는 제어부를 포함하는, 차량용 배터리 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는,
    상기 차량용 배터리의 일 전극과 타 전극 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET, 상기 제1 MOSFET의 일단과 상기 제2 MOSFET의 타단 사이에 직렬 연결된 제3 MOSFET 및 제4 MOSFET를 포함하고,
    상기 제1 MOSFET과 상기 제2 MOSFET 사이의 제1 접점에 상기 변압기의 1차코일의 일단이 연결되고 제3 MOSFET과 상기 제4 MOSFET 사이의 제2 접점에 상기 1차코일의 타단이 연결되는, 차량용 배터리 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 링크 커패시터가 상기 기준전압 이상으로 충전되기 위해 상기 링크 커패시터에 인가되어야 하는 충전전류의 크기를 계산하고,
    상기 변압기에 상기 계산된 충전전류에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET 각각의 스위칭을 제어하는 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상을 천이시키는, 차량용 배터리 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    단위 시간당 상기 충전전류의 증가량을 계산하고,
    상기 변압기에 상기 계산된 충전전류의 증가량에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 PWM 신호 및 상기 제4 PWM 신호의 위상을 천이시키는, 차량용 배터리 충전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 링크 커패시터의 전압이 상기 기준전압 이상으로 충전되면,
    상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 온 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 오프 되고, 상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 오프 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 온 되도록 상기 제1 내지 제4 PWM 신호를 제어하고,
    상용 교류 전원에서 인가되는 전력은,
    상기 PFC 회로부, 상기 제1 스위칭부, 상기 변압기 및 상기 제1 내지 제4 MOSFET의 바디 다이오드를 포함하는 충전경로를 통해 상기 차량용 배터리에 인가되는, 차량용 배터리 충전 장치.
  6. 상용 교류 전원의 교류전력을 직류전력으로 정류하는 PFC 회로부의 출력단에 연결되어 상기 직류전력을 교류전력으로 변환하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부에서 변환된 교류 전력의 전압을 승압 또는 감압하는 변압기와, 상기 변압기로부터 인가된 교류전력을 직류전력으로 정류하여 상기 차량용 배터리를 충전하는 제2 스위칭부를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하여 차량용 배터리를 충전하는 방법으로서,
    상기 차량용 배터리를 충전하는 충전모드 진입 시점에 동기되어 상기 PFC 회로부의 출력단에 병렬 연결된 링크 커패시터의 전압을 센싱하는 단계,
    상기 센싱된 링크 커패시터의 전압이 소정의 기준전압 미만인지 판단하는 단계,
    상기 판단결과 기준전압 미만이면, 상기 제2 스위칭부에 인가되는 PWM 신호의 위상을 제어하여 상기 차량용 배터리에서 방전된 전력으로 상기 링크 커패시터를 충전하는 단계, 그리고
    상기 링크 커패시터의 전압이 상기 기준전압 이상으로 충전되면, 상용 교류 전원에서 인가되는 전력으로 상기 차량용 배터리를 충전하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 충전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는,
    상기 차량용 배터리의 일 전극과 타 전극 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET, 상기 제1 MOSFET의 일단과 상기 제2 MOSFET의 타단 사이에 직렬 연결된 제3 MOSFET 및 제4 MOSFET를 포함하고,
    상기 제1 MOSFET과 상기 제2 MOSFET 사이의 제1 접점에 상기 변압기의 1차코일의 일단이 연결되고 제3 MOSFET과 상기 제4 MOSFET 사이의 제2 접점에 상기 1차코일의 타단이 연결되는, 차량용 배터리 충전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 링크 커패시터를 충전하는 단계는,
    상기 링크 커패시터가 상기 기준전압 이상으로 충전되기 위해 상기 링크 커패시터에 인가되어야 하는 충전전류의 크기를 계산하는 단계, 그리고
    상기 변압기에 상기 계산된 충전전류에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET 각각의 스위칭을 제어하는 제3 PWM 신호 및 제4 PWM 신호의 위상을 천이시켜 상기 링크 커패시터를 충전하는 단계를 포함하는, 차량용 배터리 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전전류의 크기를 계산하는 단계는,
    단위 시간당 상기 충전전류의 증가량을 계산하고,
    상기 링크 커패시터를 충전하는 단계는,
    상기 변압기에 상기 계산된 충전전류의 증가량에 대응되는 전압이 인가되도록 상기 제3 PWM 신호 및 상기 제4 PWM 신호의 위상을 천이시켜 상기 링크 커패시터를 충전하는, 차량용 배터리 충전 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차량용 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 링크 커패시터의 전압이 상기 기준전압 이상으로 충전되면,
    상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 온 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 오프 되고, 상기 제1 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET이 턴 오프 될 때 상기 제2 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET가 턴 온 되도록 상기 제1 내지 제4 PWM 신호를 제어하고,
    상용 교류 전원에서 인가되는 전력은,
    상기 PFC 회로부, 상기 제1 스위칭부, 상기 변압기 및 상기 제1 내지 제4 MOSFET의 바디 다이오드를 포함하는 충전경로를 통해 상기 차량용 배터리에 인가되는, 차량용 배터리 충전 방법.
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