KR101330349B1

KR101330349B1 - 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 방법

Info

Publication number: KR101330349B1
Application number: KR1020120053020A
Authority: KR
Inventors: 최헌수; 권기현
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-11-15

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치는, 전기자동차의 배터리에 충전 전력을 공급하는 전력 변환 장치에 있어서, 전력 계통을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하거나, 직류-직류 변환부 또는 전력 저장부를 통해 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 교류-직류 변환부; 상기 교류-직류 변환부를 통해 변환된 직류 전원을 전력 저장부의 전압 범위에 대응하는 제 1 직류 전원으로 변환하거나, 상기 전력 저장부의 방전 전력을 상기 배터리의 전압 범위 또는 상기 전력 계통의 전압 범위에 대응하는 제 2 직류 전원으로 변환하는 직류-직류 변환부; 상기 교류-직류 변환부에 의해 변환된 직류 전원 또는 상기 직류-직류 변환부를 통해 변환된 제 1 직류 전원을 저장하는 전력 저장부; 및 상기 전력 변환 장치의 동작 상태를 결정하고, 상기 결정한 동작 상태에 의거하여 상기 교류-직류 변환부 및 직류-직류 변환부의 동작과 변환 전원의 경로를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 방법{Apparatus and method for power conversion}

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 특히 효율적인 전력 활용 및 용량별 충전 대응이 가능한 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 방법에 관한 것이다.

미래형 자동차 중 하나인 전기자동차는 일반가정에서 전원 플러그를 자동차에 연결하여 2차 전지에 충전하고 충전된 전기에너지를 이용하여 자동차를 구동하는 자동차이며, 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle)는 기본적으로 전원 플러그를 자동차에 연결하여 2차 전지에 충전하고 충전된 전기 에너지를 이용하여 자동차를 구동하며 충전된 전기에너지가 부족하면 일반 화석연료를 비상용으로 사용할 수 있는 자동차를 지칭한다. 상기 플러그인 하이브리드 자동차는 그리드 접속 하이브리드자동차(Grid-Connected Hybrid Electric Vehicle)로도 불린다.

이하, 상기와 같은 전기 자동차에 구비된 배터리를 충전시키기 위한 전력 변환 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 전력 변환 장치는 전력 계통(10)으로부터 교류 전원을 공급받고, 상기 공급받은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 전기 자동차에 구비된 배터리(30)를 충전시키는 교류-직류 변환부(AC-DC 변환부)(20)를 포함한다.

상기와 같은, 전력 변환 장치는 전기 자동차를 소유한 운전자의 요청(급속 충전 또는 완속 충전)에 따라 상기 전력 계통(10)으로부터 공급되는 교류 전원을 바이-패스하여 상기 배터리(30)로 공급하거나, 상기 전력 계통(10)으로부터 공급되는 교류 전원을 상기 배터리(30)의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환하여 출력한다.

그러나, 상기와 같은 전력 변환 장치는 단순히 운전자의 요청에 따라 직류 전원 또는 교류 전원을 상기 전기 자동차의 배터리로 공급할 뿐, 상기 전기 자동차 배터리의 용량에 따른 대응을 수행하지 못하는 문제가 있다.

또한, 상기와 같은 전력 변환 장치에 포함된 교류-직류 변환부(20)는 단방향으로만 동작하며, 그에 따라 상기 전기 자동차의 배터리(30)나 별도의 배터리(미도시)를 통해 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 전력 계통(10)으로 역 송전이 불가능한 문제가 있다.
(특허문헌 1) KR1020000083934 A1

본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 방식의 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 방법을 제공하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 스위치의 조합과 2 종류의 충전기 및 배터리 조합을 토대로 다양한 종류의 전기 충전 용량에 대응하고 역 송전도 가능하도록 하여 전력 변환 장치 및 이를 이용한 전력 변환 방법을 제공하도록 한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 방법은, 전력 변환 장치의 동작 상태를 결정하는 단계; 상기 결정된 동작 상태가 제 1 동작 상태이면, 전력 계통 및 내부 배터리의 전원 중 적어도 하나를 이용하여 전기 자동차의 배터리를 충전시키는 단계; 상기 결정된 동작 상태가 제 2 동작 상태이면, 상기 전력 계통의 전원을 이용하여 상기 내부 배터리를 충전시키는 단계; 및 상기 결정된 동작 상태가 제 3 동작 상태이면, 상기 내부 배터리에 저장된 전력을 상기 전력 계통으로 역 송전시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 전기 자동차에 구비된 배터리의 용량에 따라 복수의 경로를 통해 제공되는 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전함으로써, 효율적인 전력 활용이 가능할 뿐만 아니라, 배터리 용량별 충전 대응이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 야간이나 휴일 등 전력 여유가 있을 때, 별도의 배터리에 상기 전력을 저장해놓고, 추후 급속 충전 등 전력 수요가 있을 때 이를 활용하거나, 상기 배터리에 저장한 여유 전력을 계통으로 역 송전함으로써 효율적인 전력 활용이 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 제 1 동작 상태에서의 스위칭 동작을 설명하는 도면이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 제 2 동작 상태에서의 스위칭 동작을 설명하는 도면이다.
도 8 및 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 제 3 동작 상태에서의 스위칭 동작을 설명하는 도면이다.
도 10 내지 12는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 방법을 설명하는 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 실시 예에서는 야간이나 휴일 등 전력 여유가 있을 때, 별도의 배터리에 상기 전력을 저장해놓고, 추후 급속 충전 등의 전력 수요가 있을 때, 전기 자동차에 구비된 배터리의 용량에 따라 급속 충전 또는 기본 충전을 수행하거나, 상기 배터리에 저장한 여유 전력을 계통으로 역 송전함으로써, 배터리의 용량별 충전 동작을 수행함과 동시에 효율적으로 전력을 활용할 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 전력 변환 방법을 제공하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하거나, 배터리(140) 또는 직류-직류 변환부(130)를 통해 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 교류-직류 변환부(120)와, 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원을 상기 배터리(140)의 전압 범위에 따른 직류 전원으로 변환하거나, 상기 배터리(140)를 통해 공급되는 직류 전원을 전기 자동차(200)의 배터리나 전력 계통(110)의 전압 범위에 따른 직류 전원으로 변환하는 직류-직류 변환부(130)와, 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 공급되는 직류 전원 또는 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 공급되는 직류 전원을 저장하는 배터리(140)와, 상기 전력 변환 장치(100)의 동작 상태에 따라 전원 경로를 제공하는 복수의 스위치(150,160,170,180)와, 상기 전력 변환 장치(100)의 동작 상태에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하는 동작 제어부(190)를 포함한다.

일 예로, 동작 제어부(190)는 전기 자동차(200)가 연결됨에 따라 상기 전기 자동차(200)에 구비된 배터리의 용량(충전 용량)에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 전원 경로를 변경할 수 있다.

다른 예로, 동작 제어부(190)는 전력 수요에 여부에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 전원 경로를 변경할 수 있다.

또 다른 예로, 동작 제어부(190)는 여유 전력의 존재 여부에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 전원 경로를 변경할 수 있다.

또 다른 예로, 동작 제어부(190)는 야간이나 휴일 등과 같이 전력 수요가 없거나, 전력 단가가 싼 시간대에 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 전원 경로를 변경할 수 있다.

상기 전력 변환 장치(100)의 동작 상태에 따라 변경되는 전원 경로에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

교류-직류 변환부(120)는 양방향으로 동작하는 교류-직류 변환부(120)로써, 풀-브리지 또는 하프-브리지 등의 H-브리지 구조로 구현될 수 있다.

교류-직류 변환부(120)는 정방향 동작시, 계통 전원(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 직류-직류 변환부(130)로 출력하거나, 상기 전기 자동차(200)로 출력한다.

교류-직류 변환부(120)는 역방향 동작시, 배터리(140) 또는 직류-직류 변환부(130)를 통해 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 상기 전력 계통(110)으로 출력한다.

상기 교류-직류 변환부(120)는 적어도 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 전력 계통(110)으로부터 3상 리액터(미도시)를 통해 공급되는 교류 전원은 상기 각 쌍의 스위칭 소자의 중간점으로 입력된다.

이때, 상기 교류-직류 변환부(120)가 3상으로 구성된다고 설명하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 다른 일례에서는 단상 전원을 공급할 수도 있다.

이 경우, 상기 교류-직류 변환부(120)는 한 쌍의 스위칭 소자를 포함하고, 그 한 쌍의 스위칭 소자의 중간점으로 상기 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 입력받는다. 이때의 교류-직류 변환부(120)는 단상 교류-직류 변환부로 구현될 수 있다. 이러한 단상 및 3상 전원은 사용자에 의해 임의로 선택될 수 있다.

직류-직류 변환부(130)는 코일, 스위칭 소자 및 다이오드를 포함하여, 승압 또는 강압 직류-직류 변환부로 구현될 수 있다. 또한, 직류-직류 변환부(130)는 벅-부스트(Buck-Boost) 타입으로 구현될 수 있으며, 상기 직류-직류 변환부(130)가 벅-부스트 타입으로 구현되는 경우, 상기 직류-직류 변환부(130)는 정방향 동작시 승압 변환을 수행하고, 역방향 동작시 감압 변환을 수행할 수 있는 양방향 변환을 수행할 수 있다.

상기 직류-직류 변환부(130)는 교류-직류 변환부(120)에 의해 변환된 직류 전원을 상기 배터리(140)의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환한다. 또한, 직류-직류 변환부(130)는 상기 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원을 상기 전기 자동차(200)의 배터리나 상기 전력 계통(110)의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환한다.

즉, 직류-직류 변환부(130)는 정방향 동작시, 상기 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원을 상기 전기 자동차(200)의 배터리나 상기 전력 계통(110)의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환하여, 상기 전기 자동차(200)의 배터리로 출력하거나, 상기 교류-직류 변환부(120)로 출력한다.

또한, 직류-직류 변환부(130)는 역방향 동작시, 교류-직류 변환부(120)에 의해 변환된 직류 전원을 상기 배터리(140)의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환하여 상기 배터리(140)를 충전시킨다.

복수의 스위치(150,160,170,180)는 동작 제어부(190)의 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하여, 전원 경로를 제공한다.

상기 복수의 스위치(150,160,170,180)는 제 1 스위치(150), 제 2 스위치(160), 제 3 스위치(170) 및 제 4 스위치(180)를 포함한다.

제 1 스위치(150)는 상기 교류-직류 변환부(120)와 전기 자동차(200)(더욱 명확하게는, 상기 전기 자동차(200)의 배터리와 연결되는 플러그) 사이에 형성된다.

제 1 스위치(150)는 상기 교류-직류 변환부(120) 및 직류-직류 변환부(130)를 통해 변환된 직류 전원을 상기 전기 자동차(200)의 배터리로 출력하거나, 상기 전기 자동차(200)의 배터리(200)로 출력되는 상기 직류 전원을 차단한다.

제 2 스위치(160)는 상기 교류-직류 변환부(120)와 제 1 스위치(150)의 중간 접점과 상기 직류-직류 변환부(130) 사이에 형성된다. 상기 제 2 스위치(160)는 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원의 경로를 제어하여, 상기 직류 전원이 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 선택적으로 변환되도록 전원 경로를 제공한다.

제 3 스위치(170)는 상기 직류-직류 변환부(130)와 상기 배터리(140) 사이에 형성된다. 상기 제 3 스위치(170)는 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 변환된 직류 전원이 선택적으로 상기 배터리(140)로 공급되도록 하거나, 상기 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원이 선택적으로 상기 직류-직류 변환부(130)로 공급되도록 전원 경로를 제공한다.

제 4 스위치(180)는 상기 교류-직류 변환부(120)와 제 1 스위치(150)의 중간 접점과 상기 배터리(140) 사이에 형성된다. 제 4 스위치(180)는 상기 직류-직류 변환부(130)의 동작 여부에 따라 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 교류 전원을 이용하여 상기 배터리(140)를 충전시키거나, 상기 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원을 직접 상기 교류-직류 변환부(120)로 공급할 때 단락되어 상기 직류 전원의 전원 경로를 제공한다.

동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)의 동작 상태에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다.

상기 동작 상태에는, 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 충전을 위한 제 1 동작 상태, 상기 전력 변환 장치(100)에 구비된 배터리(140)의 충전을 위한 제 2 동작 상태 및 상기 배터리(140)에 저장된 전력을 상기 전력 계통(110)으로 역 송전하기 위한 제 3 동작 상태를 포함한다.

동작 제어부(190)는 상기 제 1 동작 상태, 제 2 동작 상태 및 제 3 동작 상태에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 전원의 흐름 경로를 제어한다.

또한, 동작 제어부(190)는 각 동작 상태 내에서도 다양한 조건에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다.

예를 들어, 상기 동작 제어부(190)는 제 1 동작 상태 내에서 상기 전기 자동차(200)의 배터리의 용량에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다. 또한, 상기 동작 제어부(190)는 현재 전력 요금의 단가나 수요 현황에 따라 상기 제 1 동작 상태 내에서의 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다.

이하, 상기 각 동작 상태에서 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3 내지 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 제 1 동작 상태에서의 스위칭 동작을 설명하는 도면이다.

상기 제 1 동작 상태는, 전기 자동차(200)에 구비된 배터리의 충전을 위한 동작 상태를 의미한다.

전력 변환 장치(100)가 제 1 동작 상태에 진입하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원 및/또는 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 변환된 직류 전원에 의해 상기 전기 자동차(200)에 구비된 배터리의 충전이 이루어지도록 제어한다.

상기 제 1 동작 상태는, 상기 전력 변환 장치(100)에 전기 자동차(200)가 연결되었는지 여부에 의해 감지될 수 있다.

즉, 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)에 구비된 플러그(미도시)에 상기 전기 자동차(200), 명확하게는, 상기 전기 자동차(200)의 배터리가 연결된 경우에 상기 전력 변환 장치(100)가 제 1 동작 상태로 진입하도록 제어한다.

한편, 상기 동작 제어부(190)는 상기 제 1 동작 상태 내에서도 기설정된 충전 조건에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다.

상기 제 1 동작 상태 내에서의 충전 조건에는 제 1 충전 조건, 제 2 충전 조건 및 제 3 충전 조건이 포함된다.

상기 제 1 및 2 충전 조건은 상기 전력 변환 장치(100)에 연결된 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량에 따라 기본 충전을 수행하기 위한 조건이며, 상기 제 3 충전 조건은 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량에 따라 급속 충전을 수행하기 위한 조건이다.

즉, 제 1 및 2 충전 조건은 상기 내부 배터리의 용량이 작을 때 상기 기본 충전을 수행하기 위한 조건이며, 상기 제 3 충전 조건은 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량이 클 때, 급속 충전을 수행하기 위한 조건이다. 이때, 상기 용량은 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리를 완충하기 위한 충전 용량일 수 있다.

또한, 상기 제 1 및 2 충전 조건의 구분은 현 시점에서의 전력 요금 단가나, 전력 수요 현황에 의해 결정될 수 있다.

즉, 현 시점에서 상기 전력 계통(110)을 통해 공급되는 전력의 요금이 비싸거나, 상기 전력 계통(110)에서 공급되는 계통 전원의 수요 현황이 많을 때, 상기 동작 제어부(190)는 제 2 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로의 진입이 이루어지도록 제어한다.

또한, 상기 계통 전원의 전력 요금 단가가 일반적이거나, 상기 계통 전원의 수요 현황에 여유가 있는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 1 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로의 진입이 이루어지도록 제어한다.

또한, 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량이 클 때, 상기 제 3 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로의 진입이 이루어지도록 제어한다.

도 3을 참조하면, 상기 동작 제어부(190)는 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량이 작으며, 현 시점에서의 계통 전원의 전력 요금 및 수요 현황이 일반적일 때, 상기 제 1 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 제어한다.

이를 위해, 상기 동작 제어부(190)는 상기 제 1 스위치(150)를 단락시키고, 상기 제 2 내지 4 스위치(160, 170, 180)를 개방시킨다. 또한, 이때 배터리(140)는 개방되어 방전 동작을 수행하지 않는다.

이에 따라, 교류-직류 변환부(120)는 상기 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 그에 따라 상기 제 1 스위치(150)의 단락에 의해 형성된 전원 라인을 통해 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 1 전력을 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 공급한다.

이때, 상기 교류-직류 변환부(120)는 정방향 동작을 수행하며, 그에 따라 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력한다.

또한, 도 4를 참조하면, 상기 동작 제어부(190)는 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량이 작으며, 현 시점에서의 계통 전원의 전력 요금이 비싸거나, 상기 계통 전원의 수요 현황이 높을 때, 상기 제 2 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 제어한다.

이를 위해, 동작 제어부(190)는 상기 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 단락시키고, 상기 제 4 스위치(180)를 개방시키며, 배터리(140)를 방전시킨다. 이때, 상기 전력 계통(110)을 통한 계통 전원은 공급되지 않는다. 이를 위해, 상기 전력 계통(110)과 교류-직류 변환부(120) 사이에 별도의 스위치(미도시)를 추가 형성하여, 상기 전력 계통(110)을 통해 공급되는 계통 전원을 선택적으로 차단할 수도 있다.

이에 따라, 상기 배터리(140)는 방전을 수행하여, 내부에 저장한 배터리 전원을 출력하며, 상기 직류-직류 변환부(130)는 상기 제 3 스위치(170)를 통해 상기 배터리 전원을 공급받아 이를 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환한다.

또한, 상기 직류-직류 변환부(130)에 의해 변환된 직류 전원에 따른 제 2 전력은 상기 제 2 스위치(160) 및 제 1 스위치(150)에 의해 형성된 전원 경로를 통해 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 공급된다.

이때, 상기 직류-직류 변환부(130)는 정방향 동작을 수행하여 상기 직류 전원의 변환 동작을 수행한다.

또한, 도 5를 참조하면, 상기 동작 제어부(190)는 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 용량이 큰 경우, 다시 말해서 급속 충전이 필요한 경우, 상기 제 3 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 제어한다.

이를 위해, 동작 제어부(190)는 상기 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 단락시키고, 상기 제 4 스위치(180)를 개방시키며, 배터리(140)를 방전시킨다. 이때, 상기 전력 계통(110)을 통한 계통 전원도 함께 공급된다.

또한, 이와 동시에 상기 배터리(140)는 방전을 수행하여, 내부에 저장한 배터리 전원을 출력하며, 상기 직류-직류 변환부(130)는 상기 제 3 스위치(170)를 통해 상기 배터리 전원을 공급받아 이를 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환한다.

다시 말해서, 상기 교류-직류 변환부(120)는 제 1 전력을 발생하고, 상기 직류-직류 변환부(130)는 제 2 전력을 발생하며, 상기 발생한 제 1 전력 및 제 2 전력이 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 공급된다.

결론적으로, 제 1 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태에서는 제 1 전력을 이용하여 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리를 충전시키고, 제 2 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태에서는 제 2 전력을 이용하여 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리를 충전시키며, 제 3 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태에서는 제 1 및 2 전력을 모두 이용하여 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리를 충전시킨다.

도 6 및 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 제 2 동작 상태에서의 스위칭 동작을 설명하는 도면이다.

상기 제 2 동작 상태는, 전력 변환 장치(100) 내부에 구비된 배터리(140)의 충전을 위한 동작 상태를 의미한다.

전력 변환 장치(100)가 제 2 동작 상태에 진입하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원 또는 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 변환된 직류 전원에 의해 상기 전력 변환 장치(100) 내부에 구비된 배터리(140)의 충전이 이루어지도록 제어한다.

상기 제 2 동작 상태는, 상기 전력 변환 장치(100)에 전기 자동차(200)가 연결되었는지 여부에 의해 감지될 수 있다.

즉, 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)에 구비된 플러그(미도시)에 상기 전기 자동차(200), 명확하게는, 상기 전기 자동차(200)의 배터리가 연결되지 않은 경우에 상기 전력 변환 장치(100)가 제 2 동작 상태로 진입하도록 제어한다.

또한, 이에 추가하여 동작 제어부(190)는 상기 전기 자동차(200)가 연결되어 있지 않고, 야간이나 휴일 등과 같이 전력 여유가 있는 조건에서 상기 제 2 동작 상태로 진입하도록 제어한다.

또한, 상기 배터리(140)에 저장된 충전 전력이 기설정된 기준치 미만인 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 충전 전력에 여유가 없다고 판단하며, 그에 따라 상기 제 2 동작 상태로의 진입을 제어한다.

한편, 상기 동작 제어부(190)는 상기 제 2 동작 상태 내에서도 기설정된 충전 조건에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다.

상기 제 2 동작 상태 내에서의 충전 조건에는 제 1 충전 조건 및 제 2 충전 조건이 포함된다.

상기 제 1 및 2 충전 조건은 상기 전력 변환 장치(100) 내부에 구비된 배터리(140)의 전압 범위에 의해 결정될 수 있다.

다시 말해서, 상기 배터리(140)의 전압 범위가 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환되는 제 1 전력의 전압 범위에 대응하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 1 충전 조건에 따른 제 2 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 한다.

또한, 이와 다르게 상기 배터리(140)의 전압 범위가 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 변환되는 제 2 전력의 전압 범위에 대응하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 2 충전 조건에 따른 제 2 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 한다.

또한, 도 6을 참조하면, 상기 동작 제어부(190)는 상기 배터리(140)의 전압 범위가 상기 제 1 전력에 대응하는 경우, 상기 제 1 충전 조건에 따른 제 2 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 제어한다.

이를 위해, 동작 제어부(190)는 상기 4 스위치(180)를 단락시키고, 상기 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 개방시킨다.

이에 따라, 교류-직류 변환부(120)는 상기 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 그에 따라 상기 제 4 스위치(180)의 단락에 의해 형성된 전원 라인을 통해 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 1 전력을 상기 배터리(140)로 공급한다.

이때, 상기 교류-직류 변환부(120)는 정방향 동작을 수행한다.

한편, 도 7을 참조하면, 상기 동작 제어부(190)는 상기 배터리(140)의 전압 범위가 상기 제 2 전력에 대응하는 경우, 상기 제 2 충전 조건에 따른 제 2 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 제어한다.

이를 위해, 동작 제어부(190)는 상기 2 및 3 스위치(160, 170)를 단락시키고, 상기 제 1 및 4 스위치(150, 180)를 개방시킨다.

이에 따라, 교류-직류 변환부(120)는 상기 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 그에 따라 상기 제 2 스위치(160)의 단락에 의해 형성된 전원 경로를 통해 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 1 전력을 상기 직류-직류 변환부(130)로 출력한다.

상기 직류-직류 변환부(130)는 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 공급되는 제 1 전력을 상기 배터리(140)의 전압 범위에 대응하는 제 2 전력으로 변환하고, 상기 변환한 제 2 전력을 상기 제 3 스위치(170)의 단락에 의해 형성된 전원 경로를 통해 상기 배터리(140)로 공급한다.

이때, 상기 교류-직류 변환부(120)는 정방향 동작을 수행하고, 직류-직류 변환부(130)는 역방향 동작을 수행한다.

도 8 및 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 제 3 동작 상태에서의 스위칭 동작을 설명하는 도면이다.

상기 제 3 동작 상태는, 상기 배터리(140)에 충전된 전력을 상기 전력 계통(110)으로 역 송전하기 위한 동작 상태를 의미한다.

상기 전력 변환 장치(100)가 제 3 동작 상태에 진입하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어하여 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 교류 전원이 상기 전력 계통(110)으로 역 송전되도록 한다.

상기 제 3 동작 상태는, 상기 전력 변환 장치(100)에 구비된 배터리(140)에 저장된 전력에 여유가 있는지 여부에 의해 감지될 수 있다.

또한, 상기 배터리(140)에 저장된 충전 전력이 기설정된 기준치 이상인 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 충전 전력에 여유가 있다고 판단하며, 그에 따라 상기 제 3 동작 상태로의 진입을 제어한다.

한편, 상기 동작 제어부(190)는 상기 제 3 동작 상태 내에서도 기설정된 역 송전 조건에 따라 상기 복수의 스위치(150,160,170,180)의 스위칭 동작을 제어한다.

상기 제 3 동작 상태 내에서의 역 송전 조건에는 제1 역 송전 조건 및 제2 역 송전 조건이 포함된다.

상기 제 1 및 2 역 송전 조건은 상기 전력 변환 장치(100) 내부에 구비된 배터리(140)의 전압 범위와, 상기 전력 계통(110)의 전압 범위에 의해 결정될 수 있다.

다시 말해서, 상기 교류-직류 변환부(120)만을 이용하여 배터리(140)에 저장된 전력을 교류 전원으로 변환하였을 때, 상기 변환한 교류 전원의 전압 범위가 상기 전력 계통(110)의 전압 범위에 대응하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 1 역 송전 조건에 따른 제 3 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 한다.

또한, 이와 다르게 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 추가적인 전력 변환이 수행되어야 하는 경우, 다시 말해서, 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 1차 전력 변환이 수행되고, 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 2차 전력 변환을 수행해야 상기 전력 계통(110)의 전압 범위에 대응하는 교류 전원을 얻을 수 있는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 2 역 송전 조건에 따른 제 3 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 한다.

즉, 도 8을 참조하면, 상기 제 1 역 송전 조건에 따른 제 3 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 4 스위치(180)를 단락시키고, 상기 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 개방시킨다.

이에 따라, 교류-직류 변환부(120)는 상기 제 4 스위치(180)의 단락에 의해 상기 배터리(140)에 저장된 직류 전원을 공급받고, 역방향 동작을 수행하여 상기 공급받은 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다.

상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 교류 전원은 상기 전력 계통(110)으로 역 송전 된다.

또한, 도 9를 참조하면, 상기 제 2 역 송전 조건에 따른 제 3 동작 상태로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하는 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 2 및 3 스위치(160, 170)를 단락시키고, 상기 제 1 및 4 스위치(150, 180)를 개방시킨다.

이에 따라, 상기 직류-직류 변환부(130)는 상기 제 3 스위치(170)의 단락에 의해 형성된 전원 경로를 통해 상기 배터리(140)에 저장된 직류 전원을 공급받고, 상기 공급받은 직류 전원의 1차 전력 변환을 수행한다.

상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 1차적으로 변환된 직류 전원은 상기 제 2 스위치(160)를 통해 상기 교류-직류 변환부(120)로 전달된다.

상기 교류-직류 변환부(120)는 상기 1차 전력 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환한 교류 전원을 상기 전력 계통으로 역 송전한다.

도 10 내지 12는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 전력 변환 방법을 설명하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 먼저 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)의 상태를 감지하고, 상기 감지한 상태에 따라 제 1 동작 상태로의 진입을 제어한다(101단계). 상기 제 1 동작 상태로의 진입은 상기 설명한 바와 같이 상기 전력 변환 장치(100)에 전기 자동차(200)가 연결된 경우에 수행될 수 있다.

다음으로, 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)에 연결된 전기 자동차(200)의 배터리 용량을 확인하고, 그에 따라 상기 배터리 용량이 큼에 따라 급속 충전이 필요한지 여부를 판단한다(102단계).

상기 판단 결과(102단계), 상기 전기 자동차(200)의 급속 충전이 필요한 경우, 상기 동작 제어부(190)는 상기 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 단락시키고, 상기 제 4 스위치(180)를 개방시키며, 내부 배터리(140)를 방전시킨다(103단계).

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 교류-직류 변환부(120)는 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 1 전력을 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 출력한다.

이와 동시에, 직류-직류 변환부(130)는 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원을 상기 전기 자동차(200)의 배터리 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 2 전력을 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 출력한다(104단계).

한편, 상기 판단 결과(102단계), 상기 전기 자동차(200)의 급속 충전이 불필요한 경우, 상기 동작 제어부(190)는 현 시점에서의 전력 요금 단가나 전력 수요 현황에 따라 제 1 충전 조건 및 제 2 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로의 진입을 제어한다.

상기 제 1 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로 진입한 경우, 동작 제어부(190)는 제 1 스위치(150)를 단락시키고, 상기 제 2 내지 4 스위치(160, 170, 180)를 개방시키며, 상기 내부 배터리(140)를 개방시킨다(105단계).

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 교류-직류 변환부(120)는 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 1 전력을 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 출력한다(106단계).

또한, 상기 제 2 충전 조건에 따른 제 1 동작 상태로 진입한 경우, 동작 제어부(190)는 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 단락시키고, 상기 제 4 스위치(180)를 개방시키며, 상기 내부 배터리(140)를 방전시킨다(107단계). 이때, 전력 계통(110)을 통해 공급되는 직류 전원은 차단된다.

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 직류-직류 변환부(130)는 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원을 상기 전기 자동차(200)의 배터리 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환한 직류 전원에 따른 제 2 전력을 상기 전기 자동차(200)의 내부 배터리로 출력한다(108단계).

다음으로, 도 11을 참조하면, 먼저 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)의 상태를 감지하고, 상기 감지한 상태에 따라 제 2 동작 상태로의 진입을 제어한다(201단계). 상기 제 2 동작 상태로의 진입은 상기 설명한 바와 같이 상기 전력 변환 장치(100)에 전기 자동차(200)가 미연결된 경우에 수행될 수 있다.

다음으로, 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100) 내부에 구비된 배터리(140)의 전압 범위를 확인한다(202단계).

이후, 동작 제어부(190)는 상기 확인한 전압 범위에 따라 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원이 상기 전압 범위에 대응하는지, 아니면 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 추가적인 전력 변환이 수행되어야 하는지 여부에 따라 제 1 충전 조건으로의 진입 및 제 2 충전 조건으로의 진입 여부를 판단한다(203단계).

상기 판단결과(203단계), 제 1 충전 조건으로 진입한 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 4 스위치(180)를 단락시키고, 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 개방시킨다(204단계).

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 교류-직류 변환부(120)는 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한다(205단계).

그리고, 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원은 배터리(140)로 공급되어 상기 배터리(140)를 충전시킨다(206단계).

한편, 상기 판단결과(203단계), 제 2 충전 조건으로 진입한 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 2 및 3 스위치(160, 170)를 단락시키고, 제 1 및 4 스위치(150, 180)를 개방시킨다(207단계).

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 교류-직류 변환부(120)는 전력 계통(110)을 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류-직류 변환부(130)는 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원을 상기 배터리(140)의 전압 범위에 대응하는 직류 전원으로 변환한다(208단계).

다음으로, 도 12를 참조하면, 먼저 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100)의 상태를 감지하고, 상기 감지한 상태에 따라 제 3 동작 상태로의 진입을 제어한다(301단계). 상기 제 2 동작 상태로의 진입은 상기 설명한 바와 같이 상기 전력 변환 장치(100)에 전기 자동차(200)가 미연결되고, 배터리(140)에 저장된 전력에 여유가 있는 경우에 수행될 수 있다.

다음으로, 동작 제어부(190)는 상기 전력 변환 장치(100) 내부에 구비된 배터리(140)의 전압 범위와, 상기 전력 계통(110)의 따른 계통 전원의 전압 범위를 확인한다(302단계).

이후, 동작 제어부(190)는 상기 확인한 전압 범위를 토대로 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 직류 전원이 상기 전압 범위에 대응하는지, 아니면 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 추가적인 전력 변환이 수행되어야 하는지 여부를 판단한다. 즉, 동작 제어부(190)는 제 1 역 송전 조건으로의 진입 및 제 2 역 송전 조건으로의 진입 여부를 판단한다(303단계).

상기 판단결과(303단계), 제 1 역 송전 조건으로 진입한 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 4 스위치(180)를 단락시키고, 제 1 내지 3 스위치(150, 160, 170)를 개방시키며, 상기 배터리(140)를 방전시킨다(304단계).

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 상기 내부 배터리(140)는 방전을 수행하며, 그에 따라 교류-직류 변환부(120)는 상기 배터리(140)를 통해 방전되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다(305단계).

그리고, 상기 교류-직류 변환부(120)를 통해 변환된 교류 전원은 전력 계통(110)으로 역 송전 된다(306단계).

한편, 상기 판단결과(303단계), 제 2 역 송전 조건으로 진입한 경우, 상기 동작 제어부(190)는 제 2 및 3 스위치(160, 170)를 단락시키고, 제 1 및 4 스위치(150, 180)를 개방시키며, 상기 배터리(140)를 방전시킨다(307단계).

상기와 같은 복수의 스위치(150,160,170,180)의 동작에 의해, 직류-직류 변환부(130)는 상기 배터리(140)의 방전에 의해 출력되는 직류 전원을 1차적으로 변환하고, 교류-직류 변환부(120)는 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 1차 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 2차 변환한다(308단계).

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 전력 변환 장치
110: 전력 계통 120: 교류-직류 변환부
130: 직류-직류 변환부 140: 배터리
150: 제 1 스위치 160: 제 2 스위치
170: 제 3 스위치 180: 제 4 스위치
190: 동작 제어부

Claims

전력 계통에 일단이 연결되고, 제 1 스위치의 일단에 타단이 연결되며, 정방향 동작시에 상기 일단을 통해 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 역방향 동작시에 상기 타단을 통해 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 제 1 전원 변환부;
상기 제 1 전원 변환부의 타단에 일단이 연결되고, 전기 자동차의 배터리에 타단이 연결된 제 1 스위치;
상기 제 1 전원 변환부의 타단 및 상기 제 1 스위치의 일단에 일단이 연결되고, 제 2 전원 변환부의 일단에 타단이 연결된 제 2 스위치;
상기 제 2 스위치의 타단에 일단이 연결되고, 제 3 스위치의 일단에 타단이 연결되며, 정방향 동작시에 상기 일단을 통해 입력되는 직류 전원을 제 1 직류 전원으로 변환하여 출력하고, 역방향 동작시에 상기 타단을 통해 입력되는 직류 전원을 제 2 직류 전원으로 변환하여 출력하는 제 2 전원 변환부;
상기 제 2 전원 변환부의 타단에 일단이 연결되고, 전력 저장부에 타단이 연결된 제 3 스위치;
상기 전력 저장부에 일단이 연결되고, 상기 제 1 전원 변환부의 타단 및 상기 제 1 스위치의 일단에 타단이 연결된 제 4 스위치;
상기 제 3 스위치의 타단 및 상기 제 4 스위치의 일단에 연결되어, 상기 제 1 전원 변환부를 통해 변환된 직류 전원 또는 상기 제 2 전원 변환부를 통해 변환된 제 1 직류 전원을 저장하는 전력 저장부; 및
기설정된 동작 상태에 따라 상기 제 1 내지 4 스위치의 스위칭 동작을 제어하고, 상기 제어된 제 1 내지 4 스위치의 스위칭 동작에 의거하여, 상기 제 1 전원 변환부 및 제 2 전원 변환부의 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함하는 전력 변환 장치.
제 1항에 있어서,
상기 동작 상태에는,
상기 배터리의 충전을 위한 제 1 동작 상태와,
상기 전력 저장부의 충전을 위한 제 2 동작 상태와,
상기 전력 계통으로의 전력 역 송전을 위한 제 3 동작 상태를 포함하는 전력 변환 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 내지 3 동작 상태는,
상기 전기 자동차에 구비된 배터리의 연결 여부 및 상기 전력 저장부에 저장된 전력의 여유 현황 중 적어도 하나의 조건에 의해 결정되는 전력 변환 장치.
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제 2항에 있어서,
상기 제 1 동작 상태는 제 1 충전 조건, 제 2 충전 조건 및 제 3 충전 조건를 포함하고,
상기 제 1 충전 조건에서는, 상기 전력 계통 연결, 상기 제 1 스위치의 단락, 제 2 내지 4 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 개방이 이루어지고,
상기 제 2 충전 조건에서는, 상기 전력 계통 차단, 상기 제 1 내지 3 스위치의 단락, 제 4 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 방전이 이루어지며,
상기 제 3 충전 조건에서는, 상기 전력 계통 연결, 상기 제 1 내지 3 스위치의 단락, 제 4 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 방전이 이루어지는 전력 변환 장치.
제 6항에 있어서,
상기 제 1 충전 조건에서는 상기 제 1 전원 변환부를 통해 변환된 직류 전원에 따른 제 1 충전 전력만이 상기 배터리로 공급되고,
상기 제 2 충전 조건에서는 상기 제 2 전원 변환부에 의해 변환된 제 2 직류 전원에 따른 제 2 충전 전력만이 상기 배터리로 공급되며,
상기 제 3 충전 조건에서는 상기 제 1 충전 전력 및 제 2 충전 전력이 모두 상기 배터리로 공급되며,
상기 제 1 내지 3 충전 조건은 상기 배터리의 연결 여부, 상기 배터리의 충전 용량, 상기 전력 계통의 전력 수요 현황 및 상기 전력 계통의 전력 요금 단가에 의해 결정되는 전력 변환 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 2 동작 상태는 제 1 충전 조건 및 제 2 충전 조건를 포함하고,
상기 제 1 충전 조건에서는 상기 제 4 스위치의 단락, 상기 제 1 내지 3 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 충전이 이루어지고,
상기 제 2 충전 조건에서는 상기 제 2 및 3 스위치의 단락, 제 1 및 4 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 충전이 이루어지는 전력 변환 장치.
제 8항에 있어서,
상기 제 1 충전 조건에서의 전력 저장부는 상기 제 1 전원 변환부를 통해 변환되는 직류 전원에 따른 충전 전력에 의해 충전이 이루어지고,
상기 제 2 충전 조건에서의 전력 저장부는 상기 제 2 전원 변환부를 통해 변환되는 제 1 직류 전원에 따른 충전 전력에 의해 충전이 이루어지며,
상기 제 1 및 2 충전 조건은, 상기 배터리의 연결 여부 및 상기 전력 저장부의 전압 범위에 의해 결정되는 전력 변환 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 3 동작 상태는, 제 1 역 송전 조건 및 제 2 역 송전 조건를 포함하고,
상기 제 1 역 송전 조건에서는, 상기 4 스위치의 단락, 제 1 내지 3 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 방전이 이루어지고,
상기 제 2 역 송전 조건에서는, 상기 제 2 및 3 스위치의 단락, 제 1 및 4 스위치의 개방 및 상기 전력 저장부의 방전이 이루어지는 전력 변환 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 역 송전 조건에서는, 상기 전력 저장부의 방전에 의해 출력되는 직류 전원이 상기 제 1 전원 변환부에 의해 교류 전원으로 변환되어 상기 전력 계통으로 역 송전 되고,
상기 제 2 역 송전 조건에서는, 상기 전력 저장부의 방전에 의해 출력되는 직류 전원이 상기 제 2 전원 변환부 및 제 1 전원 변환부에 의해 교류 전원으로 변환되어 상기 전력 계통으로 역 송전 되며,
상기 제 1 및 2 역 송전 조건은,
상기 전력 저장부에 저장된 상기 배터리의 연결 여부 및 상기 전력 저장부와 상기 전력 계통의 전압 범위에 의해 결정되는 전력 변환 장치.
전력 계통에 일단이 연결되고, 제 1 스위치의 일단에 타단이 연결되며, 정방향 동작시에 상기 일단을 통해 입력되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 역방향 동작시에 상기 타단을 통해 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 제 1 전원 변환부; 상기 제 1 전원 변환부의 타단에 일단이 연결되고, 전기 자동차의 배터리에 타단이 연결된 제 1 스위치; 상기 제 1 전원 변환부의 타단 및 상기 제 1 스위치의 일단에 일단이 연결되고, 제 2 전원 변환부의 일단에 타단이 연결된 제 2 스위치; 상기 제 2 스위치의 타단에 일단이 연결되고, 제 3 스위치의 일단에 타단이 연결되며, 정방향 동작시에 상기 일단을 통해 입력되는 직류 전원을 제 1 직류 전원으로 변환하여 출력하고, 역방향 동작시에 상기 타단을 통해 입력되는 직류 전원을 제 2 직류 전원으로 변환하여 출력하는 제 2 전원 변환부; 상기 제 2 전원 변환부의 타단에 일단이 연결되고, 전력 저장부에 타단이 연결된 제 3 스위치; 상기 전력 저장부에 일단이 연결되고, 상기 제 1 전원 변환부의 타단 및 상기 제 1 스위치의 일단에 타단이 연결된 제 4 스위치; 상기 제 3 스위치의 타단 및 상기 제 4 스위치의 일단에 연결되어, 상기 제 1 전원 변환부를 통해 변환된 직류 전원 또는 상기 제 2 전원 변환부를 통해 변환된 제 1 직류 전원을 저장하는 전력 저장부를 포함하는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법에 있어서,
전력 변환 장치의 동작 상태를 결정하는 단계;
상기 결정된 동작 상태에 따라 상기 제 1 내지 4 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 단계; 및
상기 제어된 제 1 내지 4 스위치의 스위칭 동작에 의해 형성된 전원 경로를 통해 상기 제 1 및/또는 2 전원 변환부를 통해 변환된 전원을 공급하는 단계를 포함하며,
상기 공급하는 단계는,
상기 결정된 동작 상태가 제 1 동작 상태이면, 전력 계통 및 상기 전력 저장부의 전원 중 적어도 하나를 이용하여 전기 자동차의 배터리를 충전시키는 단계;
상기 결정된 동작 상태가 제 2 동작 상태이면, 상기 전력 계통의 전원을 이용하여 상기 전력 저장부를 충전시키는 단계; 및
상기 결정된 동작 상태가 제 3 동작 상태이면, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 전력 계통으로 역 송전시키는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법.
제 12항에 있어서,
상기 동작 상태를 결정하는 단계는,
상기 전기 자동차의 배터리가 연결된 경우, 상기 동작 상태를 제 1 동작 상태로 결정하는 단계와,
상기 전기 자동차의 배터리가 미연결되고, 상기 전력 저장부의 충전 전력이 기준치 미만인 경우, 상기 동작 상태를 제 2 동작 상태로 결정하는 단계와,
상기 전기 자동차의 배터리가 미연결되고, 상기 전력 저장부의 충전 전력이 기준치 이상인 경우, 상기 동작 상태를 제 3 동작 상태로 결정하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법.
제 13항에 있어서,
상기 결정된 동작 상태가 제 1 동작 상태이면, 상기 전기 자동차의 배터리의 충전 용량을 이용하여 상기 제 1 동작 상태 내에서의 충전 조건을 결정하는 단계가 더 포함되는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법.
제 14항에 있어서,
상기 결정되는 충전 조건에는 제 1 충전 조건, 제 2 충전 조건 및 제 3 충전 조건을 포함하며,
상기 전기 자동차의 배터리를 충전시키는 단계는,
상기 결정된 충전 조건이 제 1 충전 조건이면, 상기 전력 계통의 전원을 이용하여 상기 전기 자동차의 배터리를 충전시키는 단계와,
상기 결정된 충전 조건이 제 2 충전 조건이면, 상기 전력 저장부의 전원을 이용하여 상기 전기 자동차의 배터리를 충전시키는 단계와,
상기 결정된 충전 조건이 제 3 충전 조건이면, 상기 전력 계통 및 전력 저장부의 전원을 모두 이용하여 상기 전기 자동차의 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법.
제 13항에 있어서,
상기 결정된 동작 상태가 제 2 동작 상태이면, 상기 전력 저장부의 전압 범위를 이용하여 상기 제 2 동작 상태 내에서의 충전 조건을 결정하는 단계가 더 포함되며,
상기 전력 저장부를 충전시키는 단계는,
상기 결정된 충전 조건에 따라 상기 전력 계통의 전원을 1차 변환한 직류 전원 또는 상기 1차 변환한 직류 전원을 2차 변환한 직류 전원 중 어느 하나의 직류 전원을 이용하여 상기 전력 저장부를 충전시키는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법.
제 13항에 있어서,
상기 결정된 동작 상태가 제 3 동작 상태이면, 상기 전력 계통의 전압 범위 및 상기 전력 저장부의 전압 범위를 이용하여 상기 제 3 동작 상태 내에서의 역 송전 조건를 결정하는 단계가 더 포함되며,
상기 역 송전시키는 단계는,
상기 결정된 역 송전 조건에 따라 상기 전력 저장부의 충전 전력을 1차 변환한 교류 전원 또는 상기 전력 저장부의 충전 전력을 직류 전원으로 1차 변환하고, 상기 변환한 직류 전원을 2차 변환한 교류 전원 중 어느 하나의 교류 전원을 역 송전시키는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 전력 변환 방법.