JP2021175363A - モーター駆動システムを用いた充電システム及び方法 - Google Patents

モーター駆動システムを用いた充電システム及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】車両バッテリーを充電するモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法を提供する。【解決手段】直流連結端１２１ｐ、１２１ｎと交流連結端（モーター連結端１２１ａ〜１２１ｃ）との間に連結されたスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６を含み、スイッチング素子のオン／オフ状態を調整して直流連結端と交流連結端との間の電力変換を遂行するインバーター１２０と、交流連結端に連結された複数のコイルを含むモーター１３０と、一端が直流連結端に連結され、他端が充電電力入力端に連結された第１リレーＲ１１，Ｒ１２及び一端がモーターの中性点Ｎに連結され、他端が充電電力入力端に連結された第２リレーＲ１３と、バッテリー１１０の電圧検出値と充電電力入力端に充電設備が提供する充電電圧の最大値を比較した結果に基づいて第１リレー及び第２リレーの状態を制御して充電設備からの充電電力をバッテリーに提供するコントローラー１５０とを含む。【選択図】図１

Description

本発明はモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法に係り、より詳しくは、車両に備えられたモーター駆動システムを活用し、多様な電圧の充電設備を用いて車両バッテリーを充電することができ、さらに車両バッテリーの状態によって充電効率を一層向上させることができるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法に関する。
一般に、電気自動車又はプラグインハイブリッド自動車は、外部の充電設備から提供される電力を受けて車両内のバッテリーを充電し、充電されたバッテリーに貯蔵された電気エネルギーでモーターを駆動することによって車両の動力を生成することができる。
車両内のバッテリーを充電する方式は、大別して、外部の交流充電電力を受け、バッテリー充電に適した大きさの直流充電電力に変換する車両搭載型充電器を用いてバッテリーを比較的遅い速度で充電する緩速充電方式、及び外部の直流充電電力を直接バッテリーに提供して速かにバッテリーを充電する急速充電方式の２種の充電方式が適用されている。
急速充電方式の場合、充電設備から車両のバッテリーを充電することができる大きさの電圧を提供することができない場合、充電ができなくなり得る。例えば、急速充電のための充電設備は４００Ｖの単一電圧規格を出力するように製作されたが、車両内に使われるバッテリーは、効率及び走行可能距離の向上のために、８００Ｖ又はそれ以上の電圧を有するようにバッテリーが設計され得る。このような場合、急速充電設備は依然として４００Ｖの充電電圧を提供しているが、車両内に使われるバッテリーは８００Ｖ以上の電圧仕様を有するので、急速充電設備を車両に直接連結してバッテリーを充電することができず、充電のためには外部の充電設備から提供された電圧を昇圧するための昇圧コンバーターが別に要求される。
しかし、４００Ｖの電圧を８００Ｖ以上に昇圧するための大容量の昇圧コンバーターは重さ及び嵩が非常に大きいだけでなく、価格も高価であり、車両内に備えにくいだけでなく、車両内に備えると言っても車両の価格を大きく上昇させる原因になり得る。
そこで、当該技術分野では、既存のインフラとして構築されている相対的に低い電圧の充電電圧を提供する充電設備の電圧を受け、追加の装置及び追加の費用上昇なしに、高電圧に昇圧してバッテリーに提供することができる新しい充電技術として、モーターの中性点に受けた外部の充電電力をインバーターを用いて変換した後、バッテリーに提供してバッテリーを充電する新しい技術が提案された（韓国特許公開第１０−２０１９−０１１９７７８号公報）。
既に提案されたモーター駆動システムを用いた充電技法は、モーターに備えられた３相コイルとインバーターのスイッチング素子の連結構造をコンバーターになるように制御することにより、３相コイルが互いに連結された中性点に入力された充電電圧を昇圧し、インバーターに連結されたバッテリーに印加する方式を適用している。
このような従来のモーター駆動システムを用いた充電技法は、単純にバッテリーの電圧仕様によって充電設備から提供された直流電圧を直接バッテリーに印加するか、又はモーターの中性点に直流電圧を受け、モーター駆動システムを用いて昇圧してバッテリーに提供する２モードのうち一つを選択して適用している。
しかし、従来の方式はバッテリーの実際電圧に基づいて充電方式を決定しないので、直流電圧をバッテリーに直接印加することができる状況でもモーター駆動システムの電圧変換過程を経てバッテリーを充電する場合が発生することがあるため、スイッチング損失又は充電パワーの減少による効率低下及び充電時間増加の問題が発生し得る。
韓国特許公開第１０−２０１９−０１１９７７８号公報
したがって、本発明は、車両に備えられたモーター駆動システムを活用し、多様な電圧の充電設備を用いて車両バッテリーを充電することができ、さらに車両バッテリーの実際電圧状態によって充電方式を選択的に決定することによって充電効率を一層向上させることができるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法を提供することを技術的課題とする。
前記技術的課題を解決するための手段として、本発明は、バッテリーが連結された直流連結端と交流連結端との間に連結されたスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を調整して前記直流連結端と前記交流連結端との間の電力変換を遂行するインバーターと、前記交流連結端に連結された複数のコイルを含むモーターと、一端が前記直流連結端に連結され、他端が充電電力入力端に連結された第１リレー、及び一端が前記モーターの中性点に連結され、他端が前記充電電力入力端に連結された第２リレーと、前記バッテリーの電圧検出値と前記充電電力入力端に充電設備が提供する充電電圧の最大値を比較した結果に基づいて前記第１リレー及び前記第２リレーの状態を制御して前記充電設備から提供される充電電力を前記バッテリーに提供するコントローラーとを含む、モーター駆動システムを用いた充電システムを提供する。
本発明の一実施形態で、前記コントローラーは、前記第１リレーを短絡させ、前記第２リレーを開放することで、前記充電電力を前記直流連結端に直接印加して前記バッテリーを充電する第１充電モードと、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードとのうち一つの充電モードを決定することができる。
本発明の一実施形態で、前記コントローラーは、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値より低い場合、前記第１充電モードで前記バッテリーを充電することができる。
本発明の一実施形態で、前記コントローラーは、前記バッテリーが前記充電電圧の最大値に対応する充電状態まで充電されるのにかかる残余充電時間を演算し、前記残余充電時間が事前に設定された基準時間より大きい場合は前記第１充電モードで前記バッテリーを充電し、前記残余充電時間が前記基準時間以下の場合は前記第２充電モードで前記バッテリーを充電することができる。
本発明の一実施形態で、前記コントローラーは、前記バッテリーの電圧又は充電状態と前記充電設備から提供される充電電流との間の関係による充電モード決定テーブルに前記バッテリーの電圧検出値及び前記充電設備から提供される充電電流を適用して前記第１充電モード及び前記第２充電モードのうち一つを決定することができる。
本発明の一実施形態で、前記充電モード決定テーブルは、前記バッテリーの電圧又は充電状態が低くて前記充電電流が低いほど前記第１充電モードを遂行し、前記バッテリーの電圧又は充電状態が高くて前記充電電流が高いほど前記第２充電モードを遂行するように決定されることができる。
本発明の一実施形態で、前記コントローラーは、前記第１充電モードを遂行しているうち前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記第２充電モードに充電方式を変更することができる。
本発明の一実施形態で、前記コントローラーは、前記第１充電モードを遂行しているうち前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記充電設備に充電電流指令を０として提供し、ついで前記充電設備から提供される電流が実質的に０になる場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させ、ついで前記充電電流指令を増加させることができる。
前記技術的課題を解決するための他の手段として、本発明は、バッテリーが連結された直流連結端と交流連結端との間に連結されたスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を調整して前記直流連結端と前記交流連結端との間の電力変換を遂行するインバーターと、前記交流連結端に連結された複数のコイルを含むモーターと、一端が前記直流連結端に連結され、他端が充電電力入力端に連結された第１リレー、及び一端が前記モーターの中性点に連結され、他端が前記充電電力入力端に連結された第２リレーと含むモーター駆動システムを用いた充電方法であって、充電が開始されれば、前記バッテリーの電圧検出値と前記充電電力入力端に充電設備が提供する充電電圧の最大値を比較するか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する前記バッテリーの充電状態と前記充電電圧の最大値に対応する充電状態を比較する段階と、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値より小さいか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する前記バッテリーの充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態より小さい場合、前記第１リレーを短絡させ、前記第２リレーを開放することで、充電電力を前記直流連結端に直接印加して前記バッテリーを充電する第１充電モードを遂行する段階とを含む、モーター駆動システムを用いた充電方法を提供する。
本発明の一実施形態で、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上であるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する前記バッテリーの充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上である場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードを遂行することができる。
本発明の一実施形態で、前記バッテリーが前記充電電圧の最大値に対応する充電状態まで充電されるのにかかる残余充電時間を演算し、前記残余充電時間が事前に設定された基準時間より大きい場合は前記第１充電モードを遂行し、前記残余充電時間が前記基準時間以下の場合は前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードを遂行する段階をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態で、前記バッテリーの電圧又は充電状態と前記充電設備から提供される充電電流との間の関係による充電モード決定テーブルに前記バッテリーの電圧検出値及び前記充電設備から提供される充電電流を適用して前記第１充電モード及び前記第２充電モードのうち一つを決定する段階をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態で、前記充電モード決定テーブルは、前記バッテリーの電圧又は充電状態が低くて前記充電電流が低いほど前記第１充電モードを遂行し、前記バッテリーの電圧又は充電状態が高くて前記充電電流が高いほど前記第２充電モードを遂行するように決定されることができる。
本発明の一実施形態で、前記第１充電モードを遂行しているうち、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードに充電方式を変更する段階をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態で、前記第１充電モードを遂行しているうち、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記充電設備に充電電流指令を０として提供し、次いで前記充電設備から提供される電流が実質的に０になる場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させ、次いで前記充電電流指令を増加させる段階をさらに含むことができる。
本発明のモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法によれば、バッテリーの仕様が外部の充電設備の提供する充電電圧最大値より大きい場合にも実際に測定されたバッテリーの電圧（すなわち、バッテリーの電圧検出値）が充電設備の提供する充電電圧最大値より小さい状態では、電圧大きさの変換なしに、外部の充電設備から提供される充電電力を直接バッテリーに印加することにより、バッテリー充電時間を減少させ、充電効率を向上させることができる。
本発明で得られる効果は以上で言及した効果に制限されず、言及しなかった他の効果は下記の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解可能であろう。
本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システムの構成図である。 本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法に適用される充電モード決定テーブルの概念を説明する図である。 本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法において充電モード転換段階をより詳細に示すフローチャートである。
以下、添付図面に基づいて多様な実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システムの構成図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による充電システムは、車両に備えられたバッテリー１１０、インバーター１２０、モーター１３０、複数のリレーＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びコントローラー１５０を含んでなることができる。
一般に、モーター１３０を駆動するためのシステムは、モーター１３０を駆動するための電力を貯蔵するエネルギー貯蔵装置であるバッテリー１１０と、バッテリー１１０に貯蔵された直流電力を３相の交流に変換してモーター１３０に提供するインバーター１２０とを含むことができる。インバーター１２０は、バッテリー１１０の両端にそれぞれ連結された正（＋）端子１２１ｐ及び負（−）端子１２１ｎを含む直流連結端と、直流連結端の間に互いに並列関係で連結される三つのレッグとを有し、各レッグには二つのスイッチング素子Ｑ１１とＱ１２、Ｑ１３とＱ１４、Ｑ１５とＱ１６が互いに直列で連結され、二つのスイッチング素子の連結ノードがそれぞれモーター１３０の各相に連結される複数のモーター連結端１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃとなる。
モーター駆動のために、モーター１３０の駆動によって得ようとするモーター１３０のトルクに相当する電流指令の分だけモーター１３０に電流を提供することができるようにインバーター１２０内のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のパルス幅変調制御を遂行することができる。このように、モーター１３０を駆動するためのエネルギーの流れは図１のバッテリー１１０からモーター１３０の方向になされる。
一方、モーター１３０の中性点からインバーター１２０の直流連結端１２１ｐ、１２１ｎの方向にパワーリングがなされる場合、インバーター１２０の一つのレッグに含まれた二つのスイッチング素子Ｑ１１とＱ１２又はＱ１３とＱ１４又はＱ１５とＱ１６と二つのスイッチング素子の連結ノードに一端が連結されたモーター１３０内のコイルは中性点電圧を昇圧してインバーターの直流連結端に提供することができる一つの直流コンバーター回路を構成することができる。
したがって、インバーター１２０とモーター１３０内のコイルの連結構造は合計３個のコンバーター回路が並列で連結されたもののようであり、これらの複数の並列連結された直流コンバーターを同時に又は選択的に作動させるかインターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）に作動するようにスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６を制御することにより、中性点Ｎの電圧を昇圧してバッテリー１１０に提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態は、外部の充電設備（例えば、ＥＶＳＥ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｕｐｐｌｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ））２００から車両の充電用入出力ポート１４０に提供される外部充電電力の最大電圧の大きさとバッテリーの現在電圧（すなわち、電圧検出値）に基づき、外部充電電力をバッテリー１１０に直接提供する第１充電モードと、外部充電電力をモーター１３０の中性点Ｎに提供した後、インバーター１２０のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の制御によって昇圧してバッテリー１１０に提供する第２充電モードとを選択的に使うように具現されることができる。
コントローラー１５０は、一般的に演算又は判断を遂行するアルゴリズムや命令が記憶されたメモリと、メモリに記憶されたアルゴリズムや命令を実行して判断及び決定を遂行するプロセッサとを含む構造を有することができる。本発明のいくつかの実施形態で、コントローラー１５０は、第１充電モード及び第２充電モードの選択、又は第１充電モードから第２充電モードへの転換可否を判断して決定することができる。コントローラー１５０は既存の車両に備えられた車両制御器、モーター制御器又はバッテリー管理システムなどの形態に具現されるか、別に車両に追加的に備えられることもできる。
コントローラー１５０の動作及び作用効果は後述する本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電方法についての説明によってより明確に理解可能であろう。
図２は本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電方法のフローチャートである。
図２を参照すると、車両充電入出力ポート１４０に外部の充電設備２００が電気的に連結され、充電プロセスが開始すれば、コントローラー１５０は、車両内のバッテリー１１０の電圧を検出した電圧検出値ＶＢＡＴと充電設備２００から充電設備２００が提供する充電電力の充電電圧最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘを受け、両値を比較することができる（Ｓ１１）。
次いで、コントローラー１５０は、段階（Ｓ１２）を選択的に遂行して充電モードを決定することができる。段階（Ｓ１２）は第１充電モードを遂行することが実質的な効果、すなわち充電時間を減少させることができる実質的な効果を有するかを判断するためのものである。
段階（Ｓ１２）は、バッテリー１１０が充電電圧最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘに対応する充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）まで充電されるのにかかる残余充電時間を演算し、残余充電時間と事前に設定された基準時間を比較することができる。一般に、バッテリーはＳＯＣによってその電圧が変更される。例えば、バッテリーのＳＯＣが高い場合、バッテリーの電圧は高くなり、バッテリーのＳＯＣが低い場合、バッテリーの電圧は低くなる。よって、バッテリーの電圧によってそれに対応するバッテリーのＳＯＣを把握することができる。
前述したように、第１充電モードはバッテリー１１０に直流の充電電力を変換過程なしに直接提供するモードであり、第２充電モードはモーター１３０とインバーター１２０によって具現される昇圧コンバーター回路のスイッチング素子のスイッチングによって電圧の大きさを変換し、バッテリー１１０に充電電力を提供するモードである。第１充電モードはバッテリー１１０の電圧検出値が充電設備２００の充電電圧最大値より小さい場合に行われるものであり、充電によってバッテリー１１０の電圧検出値が充電電圧最大値より大きくなる場合、第２充電モードに転換しなければならない。
また、後述するように、充電モードの転換のために、リレーＲ１１、Ｒ１２の状態を変更するためには、充電設備２００から提供される充電電流を実質的に０に減少させる必要があり、充電を再開するためには充電電流を所望値に増加させなければならないが、充電電流の減少及び増加の際には一定の時間が必要となる。すなわち、充電モードを転換して持続的に充電するためには一定の時間が必要となる。よって、充電モードの転換にかかる時間が第１充電モードを適用して減少させることができる充電時間より大きい場合には、バッテリー１１０の電圧検出値ＶＢＡＴが充電電圧最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘより小さくても、第１充電モードを適用せずに充電開始時点から第２充電モードを適用することがより好ましい。
このような点を考慮して、段階（Ｓ１２）で、コントローラー１５０は、バッテリー１１０が充電電圧最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘに対応する充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）まで充電されるのにかかる残余充電時間を演算し、残余充電時間と事前に設定された基準時間を比較し、残余充電時間がより大きい場合に第１充電モードを実行し（Ｓ１３）、そうではない場合に第２充電モードを実行することができる（Ｓ１５）。ここで、基準時間は充電モードの転換にかかる時間に相応することができる。
他の例として、段階（Ｓ１２）では、バッテリー１１０のＳＯＣと充電設備２００から提供される充電電流の大きさによって第１充電モードの実行可否を決定することができる。
バッテリー１１０のＳＯＣが低い場合には、第１充電モードで充電する時間が長くなるので、第１充電モードを適用する効果が大きい。また、充電設備２００から提供される充電電流の大きさが充分に大きければ、第１充電モードを実行せずに第２充電モードのみ実行することが、充電モード転換なしに充電設備２００の充電電圧最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘより高い電圧までバッテリーを完全充電するのにもっと効率的であり得る。
図３は本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法に適用される充電モード決定テーブルの概念を説明する図である。
コントローラー１５０は、図３に示すように、バッテリー１１０のＳＯＣと充電電流の関係によって第１充電モードと第２充電モードの実行可否を事前に決定しておいたテーブルを前もって記憶し、これを活用して第１充電モード及び第２充電モードの実行可否を決定することができる。
コントローラー１５０は、段階（Ｓ１１）を遂行してから段階（Ｓ１２）を遂行して充電モードを決定するか、両段階（Ｓ１１、Ｓ１２）のうち一段階のみ遂行して充電モードを決定することもできる。
段階（Ｓ１１）及び／又は段階（Ｓ１２）の判断結果、第１充電モードの実行が決定されれば、コントローラー１５０は、第１リレーＲ１１と第３リレーＲ１３を短絡させ、第２リレーＲ１２を開放することで、充電入出力ポート１４０に提供される充電電力を変換過程なしに直接バッテリー１１０に提供してバッテリー１１０を充電することができる（Ｓ１３）。
次いで、コントローラー１５０は、第１充電モードを遂行しているうち（Ｓ１３）、バッテリー１１０の電圧検出値ＶＢＡＴが充電電圧の最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘ以上になるか、バッテリー１１０の電圧検出値ＶＢＡＴに対応するＳＯＣが充電電圧の最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘに対応するＳＯＣ以上になる場合（Ｓ１４）、第１リレーＲ１１を開放し、第２リレーＲ１２と第３リレーＲ１３を短絡させることで、第１充電モードから第２充電モードに充電方式を変更することができる（Ｓ１５）。
次いで、コントローラー１５０は、バッテリー１１０のＳＯＣが事前に設定された目標値に至るかバッテリー１１０が完全充電される場合に充電を終了すると判断し（Ｓ１６）、充電プロセスを終了することができる。
充電モードを転換する段階（Ｓ１４）で、コントローラー１５０は、外部の充電設備２００に充電電流指令を伝達し、充電設備２００から提供される充電電流の大きさを調整しながらリレーＲ１１、Ｒ１２の状態を制御することができる。
図４は本発明の一実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法において充電モード転換段階をより詳細に示すフローチャートである。
図４を参照すると、コントローラー１５０は、第１充電モードを遂行しているうちバッテリーの電圧検出値ＶＢＡＴが充電電圧の最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘ以上になるか前記バッテリーの電圧検出値ＶＢＡＴに対応する充電状態が充電電圧の最大値ＶＥＶＳＥ、ｍａｘに対応する充電状態以上になる場合、充電設備２００に充電電流指令を０として提供し（Ｓ１４１）、充電設備２００から提供される電流が実質的に０になったことを確認した後（Ｓ１４２）、第１リレーＲ１１を開放し、第２リレーＲ１２を短絡させることで、モーター１３０とインバーター１２０による電圧大きさ変換によって充電される第２充電モードを遂行するように回路構造を構成し（Ｓ１４３）、次いで電流指令を増加させて充電設備２００に提供することにより、充電設備２００から所望大きさの電流を提供することができる。
以上で説明したように、本発明のいくつかの実施形態によるモーター駆動システムを用いた充電システム及び方法は、バッテリーの仕様が外部の充電設備の提供する充電電圧最大値より大きい場合にも実際に測定されたバッテリーの電圧（すなわち、バッテリーの電圧検出値）が充電設備の提供する充電電圧最大値より小さい状態には、電圧大きさの変換なしに、外部の充電設備から提供される充電電力を直接バッテリーに印加することにより、バッテリー充電時間を減少させ、充電効率を向上させることができる。
以上において、本発明の特定の実施形態について示して説明したが、請求範囲の範疇内で、本発明が多様に改良及び変化可能であるというのは当該技術分野で通常の知識を有する者に明らかであろう。
１１０ バッテリー
１２０ インバーター
１２１ｐ、１２１ｎ 直流連結端
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ モーター連結端
１３０ モーター
１４０ 外部連結ポート
１５０ コントローラー
２００ 充電設備
Ｎ モーター中性点
Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４、Ｑ１５、Ｑ１６ インバータースイッチング素子
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３ リレー

Claims (15)

  1. バッテリーが連結された直流連結端と交流連結端との間に連結されたスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を調整して前記直流連結端と前記交流連結端との間の電力変換を遂行するインバーターと、
    前記交流連結端に連結された複数のコイルを含むモーターと、
    一端が前記直流連結端に連結され、他端が充電電力入力端に連結された第１リレー、及び一端が前記モーターの中性点に連結され、他端が前記充電電力入力端に連結された第２リレーと、
    前記バッテリーの電圧検出値と前記充電電力入力端に充電設備が提供する充電電圧の最大値を比較した結果に基づいて前記第１リレー及び前記第２リレーの状態を制御して前記充電設備から提供される充電電力を前記バッテリーに提供するコントローラーと、
    を含むことを特徴とする、モーター駆動システムを用いた充電システム。
  2. 前記コントローラーは、
    前記第１リレーを短絡させ、前記第２リレーを開放することで、前記充電電力を前記直流連結端に直接印加して前記バッテリーを充電する第１充電モードと、
    前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードとのうち一つの充電モードを決定することを特徴とする、請求項１に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  3. 前記コントローラーは、
    前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値より低い場合、前記第１充電モードで前記バッテリーを充電することを特徴とする、請求項２に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  4. 前記コントローラーは、
    前記バッテリーが前記充電電圧の最大値に対応する充電状態まで充電されるのにかかる残余充電時間を演算し、前記残余充電時間が事前に設定された基準時間より大きい場合は前記第１充電モードで前記バッテリーを充電し、前記残余充電時間が前記基準時間以下の場合は前記第２充電モードで前記バッテリーを充電することを特徴とする、請求項２又は３に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  5. 前記コントローラーは、
    前記バッテリーの電圧又は充電状態と前記充電設備から提供される充電電流との間の関係による充電モード決定テーブルに前記バッテリーの電圧検出値及び前記充電設備から提供される充電電流を適用して前記第１充電モード及び前記第２充電モードのうち一つを決定することを特徴とする、請求項２又は３に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  6. 前記充電モード決定テーブルは、
    前記バッテリーの電圧又は充電状態が低くて前記充電電流が低いほど前記第１充電モードを遂行し、前記バッテリーの電圧又は充電状態が高くて前記充電電流が高いほど前記第２充電モードを遂行するように決定されたことを特徴とする、請求項５に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  7. 前記コントローラーは、
    前記第１充電モードを遂行しているうち前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記第２充電モードに充電方式を変更することを特徴とする、請求項２に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  8. 前記コントローラーは、
    前記第１充電モードを遂行しているうち前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記充電設備に充電電流指令を０として提供し、ついで前記充電設備から提供される電流が実質的に０になる場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させ、ついで前記充電電流指令を増加させることを特徴とする、請求項７に記載のモーター駆動システムを用いた充電システム。
  9. バッテリーが連結された直流連結端と交流連結端との間に連結されたスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を調整して前記直流連結端と前記交流連結端との間の電力変換を遂行するインバーターと、前記交流連結端に連結された複数のコイルを含むモーターと、一端が前記直流連結端に連結され、他端が充電電力入力端に連結された第１リレー、及び一端が前記モーターの中性点に連結され、他端が前記充電電力入力端に連結された第２リレーとを含むモーター駆動システムを用いた充電方法であって、
    充電が開始されれば、前記バッテリーの電圧検出値と前記充電電力入力端に充電設備が提供する充電電圧の最大値を比較するか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する前記バッテリーの充電状態と前記充電電圧の最大値に対応する充電状態を比較する段階と、
    前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値より小さいか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する前記バッテリーの充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態より小さい場合、前記第１リレーを短絡させ、前記第２リレーを開放することで、充電電力を前記直流連結端に直接印加して前記バッテリーを充電する第１充電モードを遂行する段階と、
    を含むことを特徴とする、モーター駆動システムを用いた充電方法。
  10. 前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上であるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する前記バッテリーの充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上である場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードを遂行することを特徴とする、請求項９に記載のモーター駆動システムを用いた充電方法。
  11. 前記バッテリーが前記充電電圧の最大値に対応する充電状態まで充電されるのにかかる残余充電時間を演算し、前記残余充電時間が事前に設定された基準時間より大きい場合は前記第１充電モードを遂行し、前記残余充電時間が前記基準時間以下の場合は前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードを遂行する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のモーター駆動システムを用いた充電方法。
  12. 前記バッテリーの電圧又は充電状態と前記充電設備から提供される充電電流との間の関係による充電モード決定テーブルに前記バッテリーの電圧検出値及び前記充電設備から提供される充電電流を適用して前記第１充電モード及び前記第２充電モードのうち一つを決定する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のモーター駆動システムを用いた充電方法。
  13. 前記充電モード決定テーブルは、
    前記バッテリーの電圧又は充電状態が低くて前記充電電流が低いほど前記第１充電モードを遂行し、前記バッテリーの電圧又は充電状態が高くて前記充電電流が高いほど前記第２充電モードを遂行するように決定されたことを特徴とする、請求項１２に記載のモーター駆動システムを用いた充電方法。
  14. 前記第１充電モードを遂行しているうち、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させることで、前記モーターの中性点に前記充電電力を印加し、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を制御して前記モーターの中性点に印加された前記充電電力をその電圧の大きさを変換して前記直流連結端に出力することにより前記バッテリーを充電する第２充電モードに充電方式を変更する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のモーター駆動システムを用いた充電方法。
  15. 前記第１充電モードを遂行しているうち、前記バッテリーの電圧検出値が前記充電電圧の最大値以上になるか、又は前記バッテリーの電圧検出値に対応する充電状態が前記充電電圧の最大値に対応する充電状態以上になる場合、前記充電設備に充電電流指令を０として提供し、次いで前記充電設備から提供される電流が実質的に０になる場合、前記第１リレーを開放し、前記第２リレーを短絡させ、次いで前記充電電流指令を増加させる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のモーター駆動システムを用いた充電方法。
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