KR101088693B1 - 직류 전원 공급 장치 및 방법 - Google Patents

직류 전원 공급 장치 및 방법 Download PDF

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임준영
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최진하
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Abstract

직류 전원 공급 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명은, 간단하고 소형인 절연 컨버터를 이용하여 배터리의 입력 전압을 보상하고, 부하에 대응하여 출력 전압을 공급한다. 본 발명은, 계통 연계형 시스템에 직류 전원을 발전하여 공급하는 배터리로부터의 강하 전압을 검출하거나, 또는 부하 요구 전력을 검출하고, 이에 대응하여 직류 전원을 보상할 수 있다. 본 발명은, 배터리로부터의 직류 전원을 그대로 부하에 공급하거나 컨버터를 이용하여 승압한 다음 부하에 공급하고, 발전할 수 있는 인버터를 구비하여 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리의 발전량을 줄인다.

Description

직류 전원 공급 장치 및 방법{APPARATUS FOR SUPPLYING DC POWER AND METHOD}
본 발명은 입력 전원을 보상하는 컨버터와 모터를 구동하고 발전할 수 있는 인버터를 구비한 직류 전원을 공급하는 장치에 관한 것이다.
석유 등의 석탄 연료의 고갈로 인해 재생 에너지에 관심이 높아지고 있다. 특히, 에너지원으로 풍력, 태양광, 연료전지 등에 관심이 높아지고 있는데, 이들을 이용하는 경우에 있어서, 각각의 독립적이고, 전용의 전력변환장치 및 이를 제어하는 장치를 제조 또는 사용한다.
예를 들어, 풍력을 이용하는 경우에는, 교류-직류 변환장치(AC-DC Converter, 컨버터)와 직류-교류 변환장치(DC-AC Converter, Inverter, 인버터)를 직렬로 연결하여 부하 또는 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 풍속과 터빈의 속도에 의하여 발생하는 최대전력을 추종하도록 하는 최대 출력점 추종제어를 사용한다.
한편, 연료전지 또는 태양광을 이용하는 경우에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 직류-직류 변환장치(DC-DC Converter 또는 DC-DC Booster, 20)와 직류-교류 변환장치(Inverter, 30)를 이용하여 부하(40) 또는 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 운전조건이나 태양광 일사 조건에 따라 얻을 수 있는 최대전력을 출력하기 위한 제어 알고리즘 및 이를 탑재한 제어장치를 사용한다.
전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말하는 것으로, 크게는 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차와, 다른 동력원, 예를 들어 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차를 포함한다. 전기 자동차용 전기 모터로는 직류 모터, 교류 모터를 모두 사용할 수 있으나, 최근에는 브러쉬리스 직류 모터(Blush-Less DC Motor)나 유도 모터(Induction Motor)를 사용하거나, 이들을 변형하여 주로 사용한다. 전기 자동차는 기존의 엔진을 이용한 자동차와 달리 모터와 인버터를 이용하여 구동된다. 전기 자동차의 발전에 있어서, 배터리, 모터의 개발과 아울러 모터를 제어하는 방법이나 장치에 대한 기술 개발이 필요한데, 전기 자동차의 모터를 제어하는 방법이나 장치에 있어서는 가속 시 가속 특성, 소음, 전류 제어 등을 고려해야 한다.
종래 기술에 따른 직류 전원 공급 장치는 직류-직류 변환장치의 용량이 시스템 용량의 100%를 감당하도록 구성된다. 또, 종래 기술에 따른 직류 전원 공급 장치는 부하의 입장에서 직류 전원 발전 장치와 직류-직류 변환장치가 병렬 구성됨으로써 시스템의 크기 및 비용이 증대되고, 시스템의 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단하고 소형인 절연 직류-직류 변환장치(이하, '컨버터')를 이용하여 부하 전체 영역에 걸쳐 고효율로 계통 연계형 시스템에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급 장치 및 방법을 제공함에 일 목적이 있다.
본 발명은 계통 연계형 시스템에 직류 전원을 발전하여 공급하는 배터리로부터의 강하 전압을 검출하거나, 또는 부하 요구 전력을 검출하고, 이에 대응하여 직류 전원을 보상하여 공급하는 직류 전원 공급 장치 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명은 배터리로부터의 직류 전원을 그대로 부하에 공급하거나 컨버터를 이용하여 승압한 다음 부하에 공급할 수 있고, 발전할 수 있는 인버터를 구비하여 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리의 발전량을 줄일 수 있는 직류 전원 공급 장치 및 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터와, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터와, 제1 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 입력 전압이 부하에 공급되도록 하는 제1 스위치와, 제2 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 제2 스위치를 구비한 스위칭 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치에 있어서, 상기 컨버터는, 1차 측에 연결된 상기 배터리와 전기적으로 절연하고, 상기 1차 측에 입력되는 상기 입력 전압을 변압하여 2차 측에 상기 보상 전압을 공급하는 변압부와, 스위치와 프리휠링 다이오드로 구성되고, 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 2차 측에 상기 보상 전압이 공급되도록 하는 스위칭부와, 상기 보상 전압을 저장하는 보상 커패시터를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 상기 컨버터와 상기 인버터 사이의 전류 패스를 형성하는 제1 다이오드를 더 포함하여 구성된다. 또, 상기 컨버터는, 상기 변압부와 상기 보상 커패시터의 사이에 연결되는 제2 다이오드를 더 포함하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 하나의 다이오드로 형성된다.
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압을 평활화하는 평활 커패시터를 더 포함하고, 상기 보상 커패시터와 상기 평활 커패시터는 하나의 커패시터로 형성된다.
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압에 따라 상기 컨버터를 구동하거나, 상기 입력 전압 및 상기 인버터로 공급되는 전압에 따라 상기 제1 스위칭 신호 또는 상기 제2 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동하는 제어 유닛을 더 포함하여 구성된다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터와, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터와, 상기 입력 전압이 부하에 공급되도록 하는 제1 스위치와, 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 제2 스위치를 구비한 스위칭 유닛과, 직류 전원 공급 장치를 구동 모드, 보상 모드 및 재생 모드 중 하나의 운전 모드로 설정하고, 상기 설정된 운전 모드에 따라 상기 컨버터, 상기 인버터 및 상기 스위칭 유닛을 구동하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 입력 전압이 미리 설정된 입력 기준 전압 이하이면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 컨버터가 상기 보상 전압을 발생하도록 하는 상기 보상 모드로 설정하고, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 상기 구동 모드로 설정한다. 또, 상기 제어 유닛은, 상기 인버터로의 공급 전압이 미리 설정된 인버터 기준 전압 이상이면,상기 직류 전원 공급 장치를 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 상기 재생 모드로 설정한다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 전원 공급 방법은, 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터와, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터를 구비하는 직류 전원 공급 장치에 있어서, 입력 전압을 검출하는 제1 검출단계와, 상기 입력 전압과 미리 설정된 입력 기준 전압을 비교하는 제1 비교단계와, 상기 제1 비교단계의 비교 결과에 따라 상기 컨버터를 구동하여 보상 전압을 발생하는 컨버터 구동단계와, 상기 인버터로 공급되는 전압을 검출하는 제2 검출단계와, 상기 인버터로의 공급 전압과 미리 설정된 인버터 기준 전압을 비교하는 제2 비교단계와, 상기 제2 비교단계의 비교 결과에 따라 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 재생단계를 포함하여 구성된다.
또, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 방법은, 상기 제1 비교단계의 비교 결과, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압 이하이면, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 합산하여 상기 인버터에 공급하는 보상단계와, 상기 제1 비교단계의 비교 결과, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 구동단계를 더 포함하여 구성된다.
본 발명은, 간단하고 소형인 절연 컨버터를 이용하여 배터리의 입력 전압을 보상하고, 부하에 대응하여 출력 전압을 공급함으로써 전 부하 영역에 걸쳐 매우 큰 고효율을 내는 효과가 있다.
본 발명은, 계통 연계형 시스템에 직류 전원을 발전하여 공급하는 배터리로부터의 강하 전압을 검출하거나, 또는 부하 요구 전력을 검출하고, 이에 대응하여 직류 전원을 보상할 수 있고, 본 발명에 따른 컨버터는 필요에 따라 직렬 또는 병렬 연결하여 출력 용량을 증대할 수 있음으로써, 시스템의 안정성을 제고한다.
본 발명은, 배터리로부터의 직류 전원을 그대로 부하에 공급하거나 컨버터를 이용하여 승압한 다음 부하에 공급하고, 발전할 수 있는 인버터를 구비하여 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리의 발전량을 줄임으로써 시스템의 효율 및 안정성을 제고한다.
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치 및 방법을 전기 자동차 등에 적용할 경우, 배터리의 효율이 증대되고, 전기 자동차의 안정성이 제고된다.
도 1은 일반적인 직류 전원 발전 장치를 포함하는 계통 연계형 시스템의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치를 설명하기 위해 개략적으로 보인 도;
도 4는 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치가 구동 모드로 설정된 상태에서의 동작을 설명하기 위한 도;
도 5는 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치가 보상 모드로 설정된 상태에서의 동작을 설명하기 위한 도;
도 6은 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치가 재생 모드로 설정된 상태에서의 동작을 설명하기 위한 도;
도 7은 본 발명에 따른 직류 전원 공급 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치 및 방법을 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터(200)와, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터(400)와, 제1 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 입력 전압이 부하에 공급되도록 하는 제1 스위치와, 제2 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 제2 스위치를 구비한 스위칭 유닛(300)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 컨버터(200)는, 절연되는 컨버터로서, 예를 들어 플라이-백 컨버터(Fly-Back Converter) 등을 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 컨버터(200)는, 1차 측에 연결된 상기 배터리와 전기적으로 절연하고, 상기 1차 측에 입력되는 상기 입력 전압을 변압하여 2차 측에 상기 보상 전압을 공급하는 변압부(L1)와, 스위치(S1)와 프리휠링 다이오드(D3)로 구성되고, 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 2차 측에 상기 보상 전압이 공급되도록 하는 스위칭부와, 상기 보상 전압을 저장하는 보상 커패시터(C2)를 포함하여 구성된다.
상기 변압부(L1)는, 상기 배터리(100)와 상기 컨버터(200)를 절연시키고, 인버터(300)가 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 합산하여 부하(400)에 공급하도록 한다.
상기 스위치(S1)는, MOSFET, IGBT 등의 스위칭 소자로서, 후술하는 제어 유닛(500)으로부터 스위칭 신호를 입력받고, 상기 스위칭 신호에 따라 턴온 또는 턴오프된다. 상기 스위칭 신호는 상기 스위치(S1)의 듀티비를 제어하는 신호이다. 즉, 상기 스위치(S1)가 턴온되면 상기 변압부(L1)을 구동하여 2차 측으로 보상 전압이 발생하도록 하고, 상기 스위치(S1)가 턴오프되면 보상 전류가 흐르지 않도록 한다. 여기서, 상기 프리휠링 다이오드(D3)는 상기 스위치(S1)에 병렬 연결되어 스위칭에 의해 턴온에서 턴오프될 때 전류 패스를 형성하여 잔류 전류를 소모한다.
상기 보상 커패시터(C2)는 상기 변압부(L1)의 2차 측에 연결되어 상기 보상 전압을 저장하고, 이를 인버터(300)에 전달한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 상기 컨버터와 상기 인버터 사이의 전류 패스를 형성하는 제1 다이오드(D1)를 더 포함하여 구성된다. 또, 상기 컨버터는, 상기 변압부와 상기 보상 커패시터의 사이에 연결되는 제2 다이오드를 더 포함한다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 하나의 다이오드로 형성된다(D1').
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압을 평활화하는 평활 커패시터(C1)를 더 포함하고, 상기 보상 커패시터(C2)와 상기 평활 커패시터(C1)는 하나의 커패시터로 형성된다. 이는 회로의 특성을 이용하여 용이하게 병합할 수 있다.
즉, 상기 도 3에서와 같이, 상기 절연 컨버터로 플라이-백 컨버터(Fly-Back Converter)를 이용하는 경우에 다이오드 D1과 D2는 중복되게 된다. 도 4 내지 도 6에서와 같이, 보상 커패시터를 평활 커패시터와 병합할 수 있도록 구성하면, 상기 다이오드들은 D1'로 병합될 수 있다. 이렇게 함으로써 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는 간단한 회로를 구성할 수 있고, 사용되는 소자들을 줄일 수 있다.
상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압에 따라 상기 컨버터를 구동하거나, 상기 입력 전압 및 상기 인버터로 공급되는 전압에 따라 상기 제1 스위칭 신호 또는 상기 제2 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동하는 제어 유닛(500)을 더 포함하여 구성된다. 상기 제어 유닛(500)은 상기 인버터(300)에 제어 신호를 출력하여 상기 입력 전압과 상기 보상 전압의 합으로 된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 부하(400)에 공급되도록 한다. 여기서, 제어 신호로는 일반적으로 펄스 폭을 제어하는 PWM (Pulse Width Modulation) 신호를 사용한다.
상기 인버터(400)는 상기 제어 유닛(500)으로부터 출력된 제어 신호에 따라 상기 입력 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 상기 모터에 공급한다. 또, 상기 인버터(400)는 배터리(100)로부터 입력된 상기 입력 전압과 상기 컨버터(200)를 통해 보상된 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급한다. 상기 인버터(400)는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 즉, 상기 인버터(400)는 양방향으로 동작이 가능하다. 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 인버터와 상기 스위칭 유닛(300)의 사이에 전압이나 전류를 검출하는 센서를 더 구비할 수 있고, 상기 인버터는 상기 센서의 감지 전압 또는 감지 전류에 따라 역방향으로 상기 배터리(100)에 충전 전압을 공급할 수 있다.
상기 스위칭 유닛(300)은 상기 제어 유닛(500)의 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 입력 전압을 상기 인버터에 공급하도록 하거나, 반대로 배터리에 충전 전압을 공급하도록 한다. 도 3을 참조하면, 상기 스위칭 유닛(300)은 제1 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 입력 전압이 부하에 공급되도록 하는 제1 스위치(SW1)와, 제2 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 제2 스위치(SW2)를 구비한다. 상기 제1 스위치(SW1)과 상기 제2 스위치(SW2)는 각각 사이리스터(Thyristor) 등과 같은 스위칭 소자이다. 상기 제1 스위치(SW1)과 상기 제2 스위치(SW2)는 양방향 사이리스터로 구현될 수도 있다. 물론 다른 스위치와 같이 IGBT나 MOSFET 등을 사용할 수도 있다.
상기 제어 유닛(500)은 구동 모드, 보상 모드 및 재생 모드 중 하나의 운전 모드로 설정되어 상기 직류 전원 공급 장치가 상기 설정된 운전 모드에 따라 운전되도록 할 수 있다. 즉, 상기 제어 유닛(500)은 복수의 운전 모드 중 하나의 운전 모드에 따라 상기 컨버터(200), 상기 인버터(400) 및 상기 스위칭 유닛(300)을 구동한다.
도 4를 참조하면, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 입력 전압이 미리 설정된 입력 기준 전압 이하이면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 컨버터가 상기 보상 전압을 발생하도록 하는 상기 보상 모드로 설정한다. 이때, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 모두 턴-오프하는 제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호를 발생한다. 상기 컨버터는 직렬 보상 방법을 이용하는데, 이는 일반적으로 상기 배터리를 직접 인버터(300) 및 부하(400)에 연결한다. 상기 배터리로부터의 입력 전압이 강하될 때, 상기 컨버터(200)는 강하된 전압을 보상하고, 상기 입력 전압에 상기 보상 전압을 부가한다. 이때, 상기 제어 유닛(500)에는 일정 크기 또는 입력 전압의 일정 비율로 입력 기준 전압을 미리 설정된다.
상기 컨버터(200)로서 플라이백 컨버터와 같이 효율이 다소 낮은 컨버터를 사용할 경우에도, 컨버터에 의해 보상된 전력이 시스템 전력에 비해 작기 때문에, 시스템 효율은 급격하게 증대된다. 예를 들어, 상기 배터리(100)로부터의 입력 전압이 50% 강하되면, 이에 대해 50%만을 보상하면 되도록 설계된다. 이 경우에 비록 상기 컨버터의 효율이 예를 들어, 85%이라 할지라도 실제로는 50%의 85%의 비율로서 효율을 나타낼 수 있다. 따라서, 종래의 시스템에서는 컨버터의 용량을 상기 배터리(100)의 용량 100%에 근접하게 설계하여 사용하였으나, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치에서는 강하된 용량에 해당하는 부분만을 보상하도록 상기 컨버터의 용량을 설계할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 30%에 해당하는 컨버터 용량을 이용하여 전체 시스템 전력의 100%를 다룰 수 있게 되어 소형화, 소용량화가 가능하게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 제어 유닛(500)은 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 상기 구동 모드로 설정한다. 이때, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 제1 스위치(SW1)를 턴-온하는 제1 스위칭 신호를 발생하고, 상기 제2 스위치를 턴-오프하는 제2 스위칭 신호를 발생한다.
도 6을 참조하면, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 인버터(400)로의 공급 전압이 미리 설정된 인버터 기준 전압 이상이면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 상기 재생 모드로 설정한다. 이때, 상기 제어 유닛(500)은, 상기 제1 스위치를 턴-오프하는 제1 스위칭 신호를 발생하고, 상기 제2 스위치를 턴-온하는 제2 스위칭 신호를 발생한다. 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 인버터(400)와 상기 스위칭 유닛(300)의 사이에 전압을 검출하는 센서(미도시)를 더 구비할 수 있고, 상기 센서의 감지 값에 따라 재생 모드로 설정되고, 상기 인버터가 역방향으로 상기 배터리(100)에 충전 전압을 공급할 수 있도록 한다.
상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출 유닛(610)을 더 포함하여 구성된다. 입력 전압 검출 유닛(610)은, 상기 배터리(100)에 직접 설치되거나, 도 2 또는 도 3의 경우에 평활 커패시터(C1)의 입력 측에 설치될 수 있다. 상기 입력 전압 검출 유닛(610)은, 전압 검출 신호를 상기 제어 유닛(600)에 송신한다. 이때, 상기 제어 유닛(600)은, 검출된 입력 전압과 미리 설정된 입력 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 스위칭 신호를 발생한다.
또한, 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 유닛(620)을 더 포함하여 구성된다. 출력 전압 검출 유닛(620)은 부하(400)에 설치되거나, 인버터(300)의 출력 측에 설치될 수 있다. 또한, 상기 출력 전압 검출 유닛(620)은, 도 6에서의 경우 병합된 커패시터(C1')에 저장된 전압을 검출함으로써 출력 전압을 검출할 수 있다. 상기 출력 전압 검출 유닛(620)도, 전압 검출 신호를 상기 제어 유닛(600)에 송신한다. 이때, 상기 제어 유닛(600)은, 검출된 출력 전압과 미리 설정된 출력 기준 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 스위칭 신호를 발생한다.
본 발명에 있어서, 상기 컨버터(200)는 복수 개로 구성될 수 있고, 상기 컨버터들이 직렬, 병렬, 또는 직병렬로 연결되어 확장될 수 있다. 또, 본 발명에 있어서, 소용량의 배터리(100)도 복수 개로 구성될 수 있고, 이에 대해 각각 하나 또는 복수 개의 컨버터(200)가 연결될 수 있다. 이렇게 함으로써 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치는 다양한 형태로 구성될 수 있고, 실제 현장에 대응하여 다양한 용량의 직류 전원을 안정적으로 공급할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 방법은, 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터와, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터를 구비하는 직류 전원 공급 장치에 있어서, 입력 전압을 검출하는 제1 검출단계(S110)와, 상기 입력 전압과 미리 설정된 입력 기준 전압을 비교하는 제1 비교단계(S120)와, 상기 제1 비교단계의 비교 결과에 따라 상기 컨버터를 구동하여 보상 전압을 발생하는 컨버터 구동단계(S210 내지 S320), 상기 인버터로 공급되는 전압을 검출하는 제2 검출단계(S410)와, 상기 인버터로의 공급 전압과 미리 설정된 인버터 기준 전압을 비교하는 제2 비교단계(S420)와, 상기 제2 비교단계의 비교 결과에 따라 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 재생단계(S500)를 포함하여 구성된다.
상기 직류 전원 공급 방법은, 상기 제1 비교단계의 비교 결과, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압 이하이면, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 합산하여 상기 인버터에 공급하는 보상단계(S310, S320)와, 상기 제1 비교단계의 비교 결과, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 구동단계(S210, S220)를 더 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 2 내지 도 6을 참조한다.
도 4를 참조하면, 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 입력 전압이 미리 설정된 입력 기준 전압 이하이면, 상기 컨버터가 상기 보상 전압을 발생하도록 하는 상기 보상 모드로 설정된다(S310). 이때, 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 모두 턴-오프된다. 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 배터리로부터의 입력 전압이 강하될 때, 상기 컨버터(200)를 통해 직렬 보상 방법으로 강하된 전압을 보상하고, 상기 입력 전압에 상기 보상 전압을 부가한다(S320). 이때, 상기 직류 전원 공급 장치에는 일정 크기 또는 입력 전압의 일정 비율로 입력 기준 전압을 미리 설정된다.
도 5를 참조하면, 상기 직류 전원 공급 장치는 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 상기 구동 모드로 설정된다(S210). 이때, 상기 제1 스위치(SW1)는 턴-온되고, 상기 제2 스위치(SW2)는 턴-오프되어 배터리로부터의 입력 전압을 부하에 공급한다(S220).
도 6을 참조하면, 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 인버터로의 공급 전압이 미리 설정된 인버터 기준 전압 이상이면, 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 상기 재생 모드로 설정된다(S510). 이때, 상기 제1 스위치(SW1)는 턴-오프되고, 상기 제2 스위치(SW2)는 턴-온된다. 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 인버터와 상기 스위칭 유닛의 사이에 전압을 검출하는 센서를 구비하여, 상기 센서의 감지 값에 따라 재생 모드로 설정되고(S510), 상기 인버터가 역방향으로 상기 배터리에 충전 전압을 공급한다(S520). 상기 직류 전원 공급 장치는, 상기 인버터로의 공급 전압이 미리 설정된 인버터 기준 전압보다 작으면, 상기 구동 모드 또는 상기 보상 모드에 따라 입력 전압 또는 입력 전압과 보상 전압을 부하에 공급한다(S600).
본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치 및 방법은 전기 자동차 등에 응용될 수 있다. 일반적으로 전기 자동차는, 직류 전원을 공급하는 배터리, 배터리가 공급하는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 회전력을 발생하는 동력 모듈, 동력 모듈에 의해 회전되는 앞바퀴 및 뒷바퀴, 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜 현가장치 및 후륜 현가장치를 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차는, 모터의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어가 추가적으로 구비할 수 있다. 여기서, 상기 직류 전원 공급 장치는 상기 전기 자동차에 구비되어 배터리로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터에 공급한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 전원 공급 장치 및 방법은, 간단하고 소형인 절연 컨버터를 이용하여 배터리의 입력 전압을 보상하고, 부하에 대응하여 출력 전압을 공급한다. 본 발명은, 계통 연계형 시스템에 직류 전원을 발전하여 공급하는 배터리로부터의 강하 전압을 검출하거나, 또는 부하 요구 전력을 검출하고, 이에 대응하여 직류 전원을 보상할 수 있다. 본 발명은, 배터리를 이용하는 전기 자동차 등에 있어서, 배터리로부터의 직류 전원을 그대로 부하에 공급하거나 컨버터를 이용하여 승압한 다음 부하에 공급하고, 발전할 수 있는 인버터를 구비하여 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리의 발전량을 줄인다.
100: 배터리 200: 컨버터
300: 스위칭 유닛 400: 인버터
500: 제어 유닛

Claims (16)

  1. 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터;
    상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터; 및
    제1 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 입력 전압이 부하에 공급되도록 하는 제1 스위치와, 제2 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 제2 스위치를 구비한 스위칭 유닛;을 포함하는 직류 전원 공급 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 컨버터는,
    1차 측에 연결된 상기 배터리와 전기적으로 절연하고, 상기 1차 측에 입력되는 상기 입력 전압을 변압하여 2차 측에 상기 보상 전압을 공급하는 변압부;
    스위치와 프리휠링 다이오드로 구성되고, 스위칭 신호에 따라 개폐되어 상기 2차 측에 상기 보상 전압이 공급되도록 하는 스위칭부; 및
    상기 보상 전압을 저장하는 보상 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 컨버터와 상기 인버터 사이의 전류 패스를 형성하는 제1 다이오드;를 더 포함하는 직류 전원 공급 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 컨버터는,
    상기 변압부와 상기 보상 커패시터의 사이에 연결되는 제2 다이오드;를 더 포함하고,
    상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 하나의 다이오드로 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 입력 전압을 평활화하는 평활 커패시터;를 더 포함하고,
    상기 보상 커패시터와 상기 평활 커패시터는 하나의 커패시터로 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 전압에 따라 상기 컨버터를 구동하거나, 상기 입력 전압 및 상기 인버터로 공급되는 전압에 따라 상기 제1 스위칭 신호 또는 상기 제2 스위칭 신호를 발생하여 상기 스위칭 유닛을 구동하는 제어 유닛;을 더 포함하는 직류 전원 공급 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출 유닛;을 더 포함하는 직류 전원 공급 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 인버터로 공급되는 전압을 검출하는 전압 검출 유닛;을 더 포함하는 직류 전원 공급 장치.
  9. 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터;
    상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터; 및
    상기 입력 전압이 부하에 공급되도록 하는 제1 스위치와, 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 제2 스위치를 구비한 스위칭 유닛; 및
    직류 전원 공급 장치를 구동 모드, 보상 모드 및 재생 모드 중 하나의 운전 모드로 설정하고, 상기 설정된 운전 모드에 따라 상기 컨버터, 상기 인버터 및 상기 스위칭 유닛을 구동하는 제어 유닛;을 포함하는 직류 전원 공급 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 입력 전압이 미리 설정된 입력 기준 전압 이하이면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 컨버터가 상기 보상 전압을 발생하도록 하는 상기 보상 모드로 설정하고,
    상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 상기 구동 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 운전 모드가 상기 보상 모드이면, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 모두 턴-오프하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 운전 모드가 상기 구동 모드이면, 상기 제1 스위치를 턴-온하고, 상기 제2 스위치를 턴-오프하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  13. 제9 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 인버터로의 공급 전압이 미리 설정된 인버터 기준 전압 이상이면, 상기 직류 전원 공급 장치를 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 상기 재생 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 운전 모드가 상기 재생 모드이면, 상기 제1 스위치를 턴-오프하고, 상기 제2 스위치를 턴-온하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 공급 장치.
  15. 직류 전원을 공급하는 배터리의 입력 전압을 보상하는 보상 전압을 발생하는 컨버터와, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 모터 구동 전압으로 변환하여 모터에 공급하거나, 또는 상기 모터의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 인버터를 구비하는 직류 전원 공급 장치에 있어서,
    입력 전압을 검출하는 제1 검출단계;
    상기 입력 전압과 미리 설정된 입력 기준 전압을 비교하는 제1 비교단계;
    상기 제1 비교단계의 비교 결과에 따라 상기 컨버터를 구동하여 보상 전압을 발생하는 컨버터 구동단계;
    상기 인버터로 공급되는 전압을 검출하는 제2 검출단계;
    상기 인버터로의 공급 전압과 미리 설정된 인버터 기준 전압을 비교하는 제2 비교단계; 및
    상기 제2 비교단계의 비교 결과에 따라 상기 인버터에서 변환된 상기 전기 에너지가 상기 배터리에 공급되도록 하는 재생단계;를 포함하는 직류 전원 공급 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 비교단계의 비교 결과, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압 이하이면, 상기 입력 전압과 상기 보상 전압을 합산하여 상기 인버터에 공급하는 보상단계; 및
    상기 제1 비교단계의 비교 결과, 상기 입력 전압이 상기 입력 기준 전압보다 크면, 상기 입력 전압을 그대로 상기 인버터에 공급하는 구동단계;를 더 포함하는 직류 전원 공급 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101832841B1 (ko) * 2015-04-08 2018-04-13 스마클(주) 통합형 모터 구동회로

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001268789A (ja) 2000-03-16 2001-09-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 平滑回路およびこれを有した直流電源装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001268789A (ja) 2000-03-16 2001-09-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 平滑回路およびこれを有した直流電源装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101406304B1 (ko) * 2009-12-30 2014-06-13 주식회사 엘지화학 자가 충전이 가능한 일체형 모터 배터리
KR101832841B1 (ko) * 2015-04-08 2018-04-13 스마클(주) 통합형 모터 구동회로

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