KR101191738B1 - 전력 변환 장치 - Google Patents

전력 변환 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101191738B1
KR101191738B1 KR1020100070953A KR20100070953A KR101191738B1 KR 101191738 B1 KR101191738 B1 KR 101191738B1 KR 1020100070953 A KR1020100070953 A KR 1020100070953A KR 20100070953 A KR20100070953 A KR 20100070953A KR 101191738 B1 KR101191738 B1 KR 101191738B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
relay
unit
battery
control signal
switch unit
Prior art date
Application number
KR1020100070953A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120010631A (ko
Inventor
김태원
박태준
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020100070953A priority Critical patent/KR101191738B1/ko
Publication of KR20120010631A publication Critical patent/KR20120010631A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101191738B1 publication Critical patent/KR101191738B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/16—Regulation of the charging current or voltage by variation of field
    • H02J7/24—Regulation of the charging current or voltage by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Abstract

인버터와 충전기의 기능을 통합한 전력 변환 장치가 개시된다. 전력 변환 장치는 배터리와 병렬로 연결되고 배터리로부터 제공된 전압 또는 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부; 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 전류 경로를 제어하는 스위치부; 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부; 계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부; 릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 스위치부와 부하를 연결하거나 스위치부와 정류부를 연결하는 릴레이; 및 부하를 구동하는 부하 구동 모드에서는 스위치부와 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고, 배터리를 충전하는 충전 모드에서는 스위치부와 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함하며, 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 릴레이는 일측이 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 부하 및 정류부에 연결된다. 따라서, 회로를 간단하게 구성할 수 있고 인버터와 충전기를 하나의 장치에 통합함으로써 전력 변환 장치의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERTER UNIT}
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 전기 자동차를 포함하는 전기 자동차에 적용될 수 있는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 전기 자동차를 포함하는 전기 자동차는 비교적 높은 전압의 직류 전력을 축적하는 배터리와, 상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 주행용 모터에 제공하고 차량의 외부에서 제공된 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리를 충전하기 위한 전력을 공급하는 전력 변환 장치(PCU: Power Converter Unit)를 포함하고, 전기 자동차용 배터리를 외부의 전원을 이용하여 충전하기 위해서는 상용 교류 전원(AC)을 직류 전원(DC)으로 변환하고 충전 전류량을 조절하는 온보드(onboard) 충전기를 전기 자동차 내부에 구비하여야 한다.
도 1은 일반적인 충전기의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 충전기는 계통 전원(11)에서 공급된 전원에 대해 전자파 간섭을 제거하는 전자파간섭(EMI: Electromagnetic Interference) 필터(13)와, 전자파간섭 필터(13)를 통과한 교류 전원을 직류로 변환하고 출력 전압의 역률을 보상하는 PFC(Power Factor Correction) 모듈(15)과, PFC 모듈(15)로부터 제공된 직류전원에 포함된 리플(ripple)을 감소시키는 평활 캐패시터(17)와, 평활된 직류 전원의 크기를 변환하여 배터리(21)에 제공하는 DC/DC 변환기(19)를 포함한다.
도 1에 도시한 바와 같이 종래의 일반적인 충전기는 역률 개선을 위한 PFC 모듈(15)과 DC/DC 변환기(19)의 2단 구성으로 되어 있기 때문에, 2단 변환에 따른 전력 손실이 크고 충전기로 인해 전체 전력 변환 장치의 부피가 커지는 단점이 있다.
도 2는 3상 모터 구동을 위한 인버터 회로를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 일반적인 인버터 회로는 배터리(21) 전압을 평활하는 평활 캐패시터(23)와, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 6개의 반도체 스위치 소자를 포함하고 제어부(미도시)에 의해 스위칭되어 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 3상 모터(27)에 제공하는 스위치 모듈(25)을 포함한다. 여기서, 배터리 전압은 스위치 모듈을 통해 PWM 형태의 공간벡터 전압으로 변환되어 3상 모터의 각 상에 공급된다.
도 3은 일반적인 스텝 업 충전기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전자파간섭 필터(13)를 통과한 교류 전원을 정류하는 브릿지 다이오드(15-1)와, 정류된 전원에 대해 고조파를 저감하고 역률을 개선하는 리액터(15-2)와, 제어신호에 기초하여 스위칭되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 스위치 모듈(15-3)과, 평활 캐패시터(17)를 포함한다.
도 3에 도시한 바와 같은 일반적인 스텝 업(Step up) 충전기 또는 PFC 회로는 계통전원으로 상용 교류 전원을 제공받고 배터리의 충전을 위한 직류 전원을 생성하는 AC/DC 변환기의 기능을 수행한다. 또한, 스텝 업 충전기는 역률보정기능을 포함하고 있기 때문에 PFC 회로라 지칭하기도 한다.
스텝 업 충전기는 일종의 부스트(boost) 변환기로서 스텝 업 충전기의 출력전압인 배터리 전압이 스텝 업 충전기의 입력 전압인 상용전원의 피크(peak)값보다 높은 값을 가진다. 만약, 배터리의 정격전압이 상용전원의 피크값보다 낮은 경우에는 도 1에 도시한 바와 같이 DC/DC 변환기를 추가로 포함시켜 배터리의 정격전압에 상응하도록 전압을 낮추게 된다.
예를 들어, 스텝 업 충전기의 입력인 상용 전원이 220V AC 전원인 경우 스텝업 충전기는 300V DC 보다 높은 전압을 출력한다. 여기서, 배터리의 정격전압이 300V DC 보다 더 높은 경우에는 별도의 DC/DC 변환기를 포함할 필요가 없다.
종래의 전기 자동차용 전력 변환 장치는 도 2에 도시한 바와 같은 모터 구동을 위한 인버터 회로 및 도 1 또는 도 3에 도시한 바와 같은 배터리 충전을 위한 스텝 업 충전 회로를 별도로 구비하기 때문에 전력 손실이 커지고, 전체 전력 변환 장치의 부피와 부게가 증가하는 단점이 있다.
상기한 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 인버터와 충전기를 통합할 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전력 변환 장치는, 배터리와 병렬로 연결되고 상기 배터리로부터 제공된 전압 또는 상기 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부; 상기 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 부하 구동 모드에서는 모터를 구동하기 위한 인버터로 기능하며, 충전 모드에서는 상기 배터리를 충전하기 위한 부스트 컨버터로 기능하는 스위치부; 상기 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부; 계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부; 릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 스위치부와 부하를 연결하거나 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하는 릴레이; 및 상기 부하 구동 모드에서는 상기 스위치부와 상기 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고, 상기 충전 모드에서는 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함하며, 상기 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 상기 릴레이는 일측이 상기 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 상기 부하 및 상기 정류부에 연결되고, 상기 스위치부와 상기 릴레이 사이에 연결되고, 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전력 변환 장치는, 배터리와 병렬로 연결되고 상기 배터리로부터 제공된 전압 또는 상기 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부; 상기 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 부하 구동 모드에서는 모터를 구동하기 위한 인버터로 기능하며, 충전 모드에서는 상기 배터리를 충전하기 위한 부스트 컨버터로 기능하는 스위치부; 상기 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부; 계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부; 릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 스위치부와 부하를 연결하거나 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하는 릴레이; 및 상기 부하 구동 모드에서는 상기 스위치부와 상기 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고, 상기 충전 모드에서는 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함하며, 상기 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 상기 릴레이는 일측이 상기 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 상기 부하 및 상기 정류부에 연결되고, 상기 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되고 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전력 변환 장치는 상기 평활부와 상기 배터리 사이에 연결되고 상기 스위치부를 통해 제공된 전압을 강하하는 전압 변환기; 및 상기 충전모드에서 상기 릴레이 제어부의 제어 신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 평활부와 상기 전압 변환기를 연결하는 제2 릴레이를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 변환기는 입력단이 상기 제2 릴레이와 연결되고, 출력단이 상기 배터리의 양극과 연결될 수 있다.
상기 전압 변환기는 상기 부하 구동 모드에서는 상기 제2 릴레이의 릴레이 동작에 따라 전압 변환 기능을 수행하지 않는다.
상술한 바와 같은 전력 변환 장치에 따르면, 인버터 회로의 스위치 모듈을 배터리의 충전을 위한 충전기에 활용함으로써 전력 변환 장치의 전체 부품수를 줄일 수 있고, 회로를 간단하게 구성할 수 있기 때문에 오동작 및 전력 변환 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 인버터와 충전기를 하나의 장치에 통합함으로써 전력 변환 장치의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 충전기의 구성을 나타낸다.
도 2는 3상 모터 구동을 위한 인버터 회로를 나타낸다.
도 3은 일반적인 스텝 업 충전기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 전력 변환 장치는 평활부(110), 스위치부(120), 스위칭 제어부(130), 리액터부(140), 릴레이(150), 릴레이 제어부(160), 필터부(170) 및 정류부(180)를 포함할 수 있다.
평활부(110)는 배터리(21)와 병렬 연결된 캐패시터(111)로 구성될 수 있고, 배터리(21)로부터 제공된 전압에 포함된 노이즈를 제거한다.
스위치부(120)는 평활부(110)에 병렬 연결된 적어도 한 쌍의 스위치 소자를 포함하고, 각 스위치 소자는 스위칭 제어부(130)의 제어에 상응하여 온(ON) 또는 오프(OFF)되어 펄스폭이 변조된 신호를 출력한다.
도 4에서는 배터리(21)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 3상 모터에 제공하는 것으로 예를 들어 도시하였기 때문에 스위치부(120)가 평활부(110)에 병렬 연결된 세 쌍의 스위치를 포함하는 것으로 도시하였으나, 모터(27)가 단상으로 동작하는 경우에는 상기 스위치부(120)는 서로 직렬 연결된 한 쌍의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
스위칭 제어부(130)는 스위치부(120)에 포함된 각각의 스위치 소자에 대한 온 또는 온프 동작을 제어함으로써 모터(27)에 3상 전원이 제공되도록 한다. 여기서 스위칭 제어부(130)는 3상 전원의 전기각이 120도의 위상차를 가지므로 스위치부(120)의 해당 스위치가 이에 상응하여 스위칭되도록 스위칭 제어 신호를 스위치부(120)에 제공한다.
또한, 전력 변환 장치가 배터리(21)의 충전을 위한 충전 모드로 동작하는 경우 스위칭 제어부(130)는 리액터부(140)로부터 제공된 전류가 평활부(110)의 캐패시터(111)에 제공되도록 스위칭 제어 신호를 스위치부(130)에 제공한다.
리액터부(140)는 스위치부(120)와 릴레이(150) 사이에 연결되고, 스위치부(120)로부터 제공되는 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화시키고, 고조파가 저감된 전원을 릴레이(150)에 제공한다.
릴레이(150)는 리액터부(150)와 모터(27) 사이 및 리액터부(140)와 정류부(180) 사이에 연결되고 릴레이 제어부(160)로부터 제공된 릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행함으로써 리액터부(140)와 모터(27)를 연결하거나 또는 리액터부(140)와 정류뷰(180)를 연결한다.
릴레이 제어부(160)는 전력 변환 장치의 동작 모드에 따라 릴레이 제어신호를 생성하고, 생성된 릴레이 제어신호를 릴레이(150)에 제공한다. 예를 들어, 전력 변환 장치의 동작 모드가 모터를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 모터 구동 모드인 경우 릴레이 제어부(160)는 리액터부(140)와 모터(27)를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 생성하고, 전력 변환 장치의 동작 모드가 충전 모드인 경우에는 정류부(180)와 리액터부(140)가 연결되도록 릴레이 제어신호를 생성한다.
필터부(170)는 계통 전원(11)에서 공급된 전원에 대해 전자파 간섭(EMI)을 제거하여 정류부(180)에 제공한다.
정류부(180)는 브릿지 다이오드(bridge diode)로 구성될 수 있고, 필터부(170)를 통해 전자파 간섭이 제거된 교류 전원을 정류하여 릴레이(150)에 제공한다.
이하, 도 4에 도시한 전력 변환 장치의 회로도를 참조하여 동작 모드에 따른 전력 변환 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우에는, 릴레이 제어부(160)는 정류부(180)와 리액터부(140)를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 릴레이(150)에 제공하고, 릴레이(150)는 이에 상응하여 릴레이 동작을 수행한다. 이에 따라 계통 전원(11)으로부터 공급된 교류 전원은 필터부(170)를 거쳐 전자파 간섭이 제거된 후 정류부(180)에서 정류되고, 정류된 전원은 리액터부(140)를 통해 고조파가 저감되고 역률이 개선된 후 스위치부(120)를 통해 평활부(110)에 제공된다. 그리고, 평활부(110)를 통해 리플이 제거된 직류 전원이 배터리(21)에 제공되어 배터리(21)를 충전하게 된다.
또는, 전력 변환 장치가 모터 구동 모드로 동작하는 경우에는 릴레이 제어부(160)는 리액터부(140)와 모터(27)를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 릴레이(150)에 제공하고 릴레이(150)는 이에 상응하여 릴레이 동작을 수행함으로써, 도 2에 도시한 인버터 회로의 기능을 수행하게 된다.
즉, 배터리(21)에서 제공된 교류 전원은 평활부(110)를 거치면서 노이즈가 제거된 후 스위부(120)를 통해 PWM 제어되고 PWM 제어된 전류는 리액터부(140)를 거쳐 고조파 및 역률이 개선된 후 모터(27)에 제공된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5에 도시한 전력 변환 장치는 도 4에 도시한 전력 변환 장치의 스위치부(120)와 릴레이(150) 사이에 연결된 리액터부(140)를 릴레이(150)와 정류부(180) 사이로 이동하여 구성한 것이다.
도 4에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 3상 모터의 구동을 위한 전력을 제공하고, 리액터부(140)가 스위치부(120)와 릴레이(150) 사이에 위치하기 때문에 리액터부(140)에 3개의 인덕터를 포함하는 것으로 예를 들어 도시하였으나, 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치에서는 리액터부(140)가 릴레이(150)와 정류부(180) 사이에 연결되기 때문에 리액터부(140)는 하나의 인덕터만 포함할 수 있다.
도 5에 도시한 전력 변환 장치가 모터 구동 모드로 동작하는 경우에는 스위치부(120)에서 PWM 제어되어 제공되는 전류는 리액터부(140)를 거치지 않고 모터(27)에 제공된다. 또는 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우에는 도 4에 도시한 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우와 동일하게 동작한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6에 도시한 전력 변환 장치는 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치에 DC/DC 변환기(190) 및 DC/DC 변환기(190)를 선택적으로 동작시키기 위한 제2 릴레이(155)가 더 포함된 회로 구성을 가진다.
즉, DC/DC 변환기(190)의 입력은 제2 릴레이(155)의 릴레이 동작에 따라 평활부(110)에 연결되거나 개방(open)되고, DC/DC 변환기(190)의 출력은 배터리(21)의 양극 단자에 연결된다. 또한, 제2 릴레이(155)는 릴레이 제어부(160)에서 제공된 릴레이 제어 신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 배터리(21)와 평활부(110)를 연결하거나 평활부(110)와 DC/DC 변환기(155)의 입력을 연결한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치는 배터리(21)의 정격전압이 상용 전원의 피크값보다 낮은 경우 DC/DC 변환기(155)가 평활부(110)에서 제공되는 DC 전압에 대해 추가적으로 스텝 다운(step down) 전압 변환을 수행하여 배터리(21)에 제공함으로써 배터리(21)가 정상적으로 충전되도록 한다.
상기한 스텝 다운 전압 변환 동작은 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우에만 수행되며, 이를 위해 릴레이 제어부(160)는 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우 평활부(110)와 DC/DC 변환기(155)의 입력이 서로 연결되도록 릴레이 제어 신호를 제2 릴레이(155)에 제공한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 평활부 120 : 스위치부
130 : 스위칭 제어부 140 : 리액터부
150 : 릴레이 155 : 제2 릴레이
160 : 릴레이 제어부 170 : 필터부
180 : 평활부 190 : DC/DC 변환기

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 배터리와 병렬로 연결되고 상기 배터리로부터 제공된 전압 또는 상기 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부;
    상기 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 부하 구동 모드에서는 모터를 구동하기 위한 인버터로 기능하며, 충전 모드에서는 상기 배터리를 충전하기 위한 부스트 컨버터로 기능하는 스위치부;
    상기 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부;
    계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부;
    릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 스위치부와 부하를 연결하거나 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하는 릴레이; 및
    상기 부하 구동 모드에서는 상기 스위치부와 상기 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고, 상기 충전 모드에서는 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함하며,
    상기 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 상기 릴레이는 일측이 상기 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 상기 부하 및 상기 정류부에 연결되고,
    상기 스위치부와 상기 릴레이 사이에 연결되고, 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 배터리와 병렬로 연결되고 상기 배터리로부터 제공된 전압 또는 상기 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부;
    상기 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 부하 구동 모드에서는 모터를 구동하기 위한 인버터로 기능하며, 충전 모드에서는 상기 배터리를 충전하기 위한 부스트 컨버터로 기능하는 스위치부;
    상기 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부;
    계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부;
    릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 스위치부와 부하를 연결하거나 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하는 릴레이; 및
    상기 부하 구동 모드에서는 상기 스위치부와 상기 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고, 상기 충전 모드에서는 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함하며,
    상기 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 상기 릴레이는 일측이 상기 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 상기 부하 및 상기 정류부에 연결되고,
    상기 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되고 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 전력 변환 장치는
    상기 평활부와 상기 배터리 사이에 연결되고 상기 스위치부를 통해 제공된 전압을 강하하는 전압 변환기; 및
    상기 충전모드에서 상기 릴레이 제어부의 제어 신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 평활부와 상기 전압 변환기를 연결하는 제2 릴레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전압 변환기는
    입력단이 상기 제2 릴레이와 연결되고, 출력단이 상기 배터리의 양극과 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전압 변환기는
    상기 부하 구동 모드에서는 상기 제2 릴레이의 릴레이 동작에 따라 전압 변환 기능을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
KR1020100070953A 2010-07-22 2010-07-22 전력 변환 장치 KR101191738B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100070953A KR101191738B1 (ko) 2010-07-22 2010-07-22 전력 변환 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100070953A KR101191738B1 (ko) 2010-07-22 2010-07-22 전력 변환 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120010631A KR20120010631A (ko) 2012-02-06
KR101191738B1 true KR101191738B1 (ko) 2012-10-15

Family

ID=45835083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100070953A KR101191738B1 (ko) 2010-07-22 2010-07-22 전력 변환 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101191738B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160120611A (ko) 2015-04-08 2016-10-18 스마클(주) 통합형 모터 구동회로

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101553747B1 (ko) 2013-09-09 2015-09-16 엘에스산전 주식회사 전기 자동차용 인버터-충전기 통합장치
KR102579745B1 (ko) * 2018-01-04 2023-09-15 현대모비스 주식회사 고전압 인버터 시스템
CN110562058B (zh) * 2019-09-11 2022-08-19 华为数字能源技术有限公司 一种充放电电路、系统和电动汽车
KR20210053687A (ko) * 2019-11-04 2021-05-12 엘지전자 주식회사 복수 모터 구동장치 및 이를 구비하는 전기 기기

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008312394A (ja) 2007-06-15 2008-12-25 Toyota Industries Corp 電圧変換装置
JP2009077492A (ja) 2007-09-19 2009-04-09 Fuji Electric Systems Co Ltd 電力変換システム及び電気駆動車

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008312394A (ja) 2007-06-15 2008-12-25 Toyota Industries Corp 電圧変換装置
JP2009077492A (ja) 2007-09-19 2009-04-09 Fuji Electric Systems Co Ltd 電力変換システム及び電気駆動車

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160120611A (ko) 2015-04-08 2016-10-18 스마클(주) 통합형 모터 구동회로

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120010631A (ko) 2012-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6821294B2 (ja) 電気自動車の充電システム
KR101284331B1 (ko) 친환경 차량의 충전장치 및 방법
KR101509709B1 (ko) 전기 자동차의 충전 시스템
EP2104217B1 (en) Motor controller
US8912750B2 (en) Charger
US20170117731A1 (en) Power source device
KR101583881B1 (ko) 배터리용 충전 제어 장치 및 방법
CN102593928A (zh) 用于形成充电电路的方法及设备
KR20140053247A (ko) 전기 드라이브의 부품을 사용하여 전기 드라이브의 배터리를 충전하기 위한 방법 및 장치
US20120313572A1 (en) Integrated buck-boost converter of charging apparatus
US11552557B2 (en) System and method for enhanced single-stage onboard charger with integrated rectifier
US9270192B2 (en) Variable speed drive provided with a supercapacitor module
CN112041193B (zh) 用于传输电功率至车载电网的电储能器的方法和车载电网
KR101191738B1 (ko) 전력 변환 장치
US9780586B2 (en) Device and method for charging an electric energy store from a three-phase AC voltage source
US9231433B2 (en) Apparatus and method for charging an electrical energy store from an AC voltage source
US20120146406A1 (en) Electric vehicle control device
US11760218B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
KR102601772B1 (ko) 차량-측면 충전 디바이스
JP2012135173A (ja) バッテリの充電装置
JP6953634B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータを備える車両充電器
JP5569331B2 (ja) 電力供給装置
CN110014986B (zh) 分布式单级车载充电装置及其方法
EP3581429B1 (en) Traction converter with ac and dc operation modes
KR20200055860A (ko) 차량용 배터리 충전 제어기 및 그것의 동작 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141104

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee