KR101442901B1 - 전기 자동차의 충전 시스템 및 이의 고조파 제거 방법 - Google Patents

전기 자동차의 충전 시스템 및 이의 고조파 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은 계통으로부터 3상 교류 전력을 공급받고, 상기 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급하는 제 1 충전기; 및 상기 계통으로부터 3상 교류 전력을 공급받고, 상기 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급하는 적어도 하나의 제 2 충전기를 포함하며, 상기 제 1 충전기는, 상기 제 1 충전기에서 상기 계통으로 유입되는 전류 파형 및 상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 상기 계통으로 유입되는 전류 파형에 포함된 고조파 성분을 제거한다.

Description

전기 자동차의 충전 시스템 및 이의 고조파 제거 방법{Charging system for electronic vehicle and method for removing harmonic thereof}
본 발명은 전기 자동차의 충전 시스템에 관한 것으로, 특히 복수의 충전기에서 계통으로 유입되는 고조파 성분 파형을 효율적으로 제거할 수 있는 전기 자동차의 충전 시스템 및 이의 고조파 제거 방법을 제공하도록 한다.
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.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 외부로부터 입력되는 3상 교류 전력에 각각 연결되고, 그에 따라 상기 연결된 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차를 충전하는 복수의 충전기(10a, 10b, 10c)를 포함한다.
복수의 충전기(10a, 10b, 10c)에는 전기 자동차의 배터리와 연결된 콘센트가 삽입되며, 그에 따라 상기 복수의 충전기(10a, 10b, 10c)는 상기 플러그를 통해 상기 연결된 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급한다.
상기와 같이 구성된 충전 시스템은, 복수의 충전기(10a, 10b, 10c)에서 발생한 고조파로 인하여, 상기 계통으로 상기 고조파가 포함된 성분이 유입되게 되며, 이에 따라 계통에 설치된 역률 개선용 콘덴서가 과전류 유입으로 소손되거나, 계통 역률 미달 현상과 같은 문제가 발생한다.
이를 위해, 상기와 같은 종래의 복수의 충전기 각각에는 상기 고조파를 제거하기 위한 필터가 구비되어 있으며, 이에 따라 상기 필터를 이용하여 상기 고조파를 제거하였다.
그러나, 상기와 같이 상기 고조파를 제거하기 위해서는 각각의 충전기에 상기 필터를 모두 내장해야 하며, 상기 필터 내장에 따른 시스템 구축 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 간단한 회로 구성으로 비용 측면에서 유리한 고조파 보상 기능이 구비된 충전 시스템을 제공하기로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 고조파 보상 기능이 구비된 하나의 충전기를 이용하여 다른 충전기에서 발생하는 고조파를 제거할 수 있는 충전 시스템을 제공하기로 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.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은 계통으로부터 3상 교류 전력을 공급받고, 상기 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급하는 제 1 충전기; 및 상기 계통으로부터 3상 교류 전력을 공급받고, 상기 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급하는 적어도 하나의 제 2 충전기를 포함하며, 상기 제 1 충전기는, 상기 제 1 충전기에서 상기 계통으로 유입되는 전류 파형 및 상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 상기 계통으로 유입되는 전류 파형에 포함된 고조파 성분을 제거한다.
또한, 상기 제 1 충전기는, 상기 계통과 연결되며, 상기 3상 교류 전력에 포함된 고조파 성분을 제거하는 입력 필터와, 상기 입력 필터를 통해 전달되는 교류 전력을 제 1 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환부와, 상기 교류-직류 변환부를 통해 변환된 제 1 직류 전력을 부하에 필요한 제 2 직류 전력으로 변환하는 제 1 직류-직류 변환부와, 상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 전류 파형에 포함된 고조파 성분을 감지하고, 상기 감지한 고조파 성분을 제거하기 위한 전류 파형이 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입되도록 하는 고조파 보상부를 포함한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제 2 충전기 각각은, 상기 계통과 연결되며, 상기 3상 교류 전력을 정류하여 출력하는 정류부와, 상기 정류부를 통해 정류된 직류 전력을 부하에 필요한 직류 전력으로 변환하는 제 2 직류-직류 변환부를 포함한다.
또한, 상기 고조파 보상부는, 기본 파형에 대응하는 제 1 파형을 기준으로, 상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 제 2 파형에서 상기 고조파 성분에 대응하는 제 3 파형을 분리하고, 상기 분리한 제 3 파형을 이용하여, 상기 제 2 파형에서 상기 제 3 파형을 제거하기 위한 제 4 파형을 결정한다.
또한, 상기 제 4 파형은 상기 제 3 파형과 역상 관계에 있다.
또한, 상기 고조파 보상부는, N대의 제 2 충전기에서 상기 계통으로 제 2 파형이 유입되는 경우, 상기 N에 따라 상기 제 4 파형을 재결정하며, 상기 재결정되는 제 4 파형은, 상기 초기 결정된 제4 파형의 N배 레벨을 갖는다.
또한, 상기 고조파 보상부는, 상기 제 4 파형이 결정되면, 상기 결정된 제 4 파형을 기준으로 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입되는 제 5 파형을 결정한다.
또한, 상기 제 5 파형은, 상기 제 1 충전기에서 상기 계통으로 유입되는 제 1 파형에 상기 결정된 제 4 파형을 합성한 파형이다.
한편, 제 1 충전기 및 적어도 하나의 제 2 충전기를 포함하는 충전 시스템의 고조파 제거 방법은 상기 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 전류 파형을 감지하는 단계; 상기 감지한 전류 파형을 기본 파형과 고조파 파형으로 분리하는 단계; 상기 분리된 고조파 파형과 역상 관계에 있는 보상 파형을 결정하는 단계; 및 상기 기본 파형에 상기 보상 파형을 합성한 합성 파형을 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 보상 파형을 결정하는 단계는, 현재 충전 동작을 수행하는 제 2 충전기의 수를 파악하는 단계와, 상기 파악한 수에 대응하는 배수로 상기 결정된 보상 파형을 증폭시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 충전기는 고조파 보상 기능이 구비된 충전기이고, 상기 적어도 하나의 제 2 충전기는 상기 고조파 보상 기능이 구비되지 않은 충전기이다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 특정 충전기에 고조파 보상기를 두고, 상기 고조파 보상기를 이용하여 상기 특정 충전기뿐만 아니라 다른 충전기에서 계통으로 유입되는 고조파를 제거해줌으로써, 상기 고조파 보상을 위한 하드웨어 비용을 줄이면서 효율적으로 상기 고조파를 제거할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 고조파 보상 충전기(110)를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 일반 충전기(120, 130)를 설명하는 도면이다.
도 5 내지 10은 본 발명에 따른 실시 예에서 발생하는 파형을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 고조파 제거 방법을 단계별로 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.
이하에서는, 하나의 특정 충전기에 고조파 보상기를 두고, 상기 고조파 보상기를 이용하여 상기 특정 충전기뿐만 아니라 다른 충전기에서 계통으로 유입되는 고조파를 제거해줌으로써, 상기 고조파 보상을 위한 하드웨어 비용을 줄이면서 효율적으로 상기 고조파를 제거할 수 있는 충전 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 충전 시스템은 고조파 보상 기능이 구비된 충전기(110, 이하, '고조파 보상 충전기'라 칭함)와, 복수의 일반 충전기(120, 130)를 포함한다.
고조파 보상 충전기(110)는 3상 전력 입력부(140)를 통해 입력되는 3상 교류 전력을 수신하고, 상기 수신한 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급한다.
이때, 고조파 보상 충전기(110)는 3상 전력 입력부(140)로 고조파 파형이 포함된 파형이 유입되는 것을 방지하기 위해, 상기 고조파를 제거하기 위한 기능을 구비하고 있다.
즉, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 3상 교류 전력에 포함된 고조파를 제거하고, 상기 고조파가 제거된 교류 전력을 이용하여 상기 배터리로 공급될 충전 전력을 발생한다.
이에 따라, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형은 상기 고조파의 영향을 받지 않은 기본 파형, 즉 사인파형의 전류이다.
일반 충전기(120, 130)는 상기 3상 전력 입력부(140)를 통해 공급되는 3상 교류 전력을 수신하고, 상기 수신한 교류 전력을 이용하여 해당 충전기에 연결된 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급한다.
이때, 일반 충전기(120, 130) 내에는 상기 고조파 제거를 위한 구성요소가 포함되어 있지 않다.
이에 따라, 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형은 고조파 성분이 포함된 파형이 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입된다.
따라서, 상기 고조파 보상 충전기(110)는 상기 일반 충전기(120, 130)가 동작하는 중에는 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 파형에 포함된 고조파 성분을 제거하여, 상기 고조파 성분이 제거된 기본 파형이 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되도록 한다.
이를 위해, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 일반 충전기(120, 130)의 동작 여부를 확인하고, 그에 따라 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 파형을 감지한다.
이때, 상기 감지 파형은 기본 파형에 고조파 파형이 합성된 고조파 성분 합성 파형이다.
이에 따라, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 파형을 기본 파형과 고조파 파형으로 분리한다.
즉, 상기 감지 파형에는 기본 파형과 고조파 파형이 포함되어 있으며, 그에 따라 상기 감지 파형에서 상기 기본 파형을 제거하면 상기 고조파 파형을 얻을 수 있다.
고조파 보상 충전기(110)는 상기 감지 파형에서 고조파 파형을 분리하였다면, 상기 분리한 고조파 파형을 토대로 상기 감지 파형에서 상기 고조파 파형을 제거하기 위한 보상 파형을 결정한다.
즉, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 고조파 파형을 제거하기 위해, 상기 고조파 파형과 역상 관계에 있는(대칭 관계에 있는) 보상 파형을 결정한다.
상기 기본 파형, 보상 파형, 상기 고조파 파형 및 상기 감지 파형의 관계는 다음과 같다.
상기 기본 파형은 사인파형을 가지며, 3상 전력 입력부(140)를 통해 공급되는 일반적인 전류 파형을 의미한다.
상기 감지 파형은 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 파형이다.
상기 고조파 파형은 상기 감지 파형에 포함된 고조파 성분의 파형을 의미하며, 이는 감지 파형에서 상기 기본 파형을 분리했을 때 남는 파형을 의미한다.
상기 보상 파형은 상기 감지 파형을 기본 파형으로 만들기 위한 파형을 의미하며, 이는 상기 고조파 파형과 역상 관계에 있다.
즉, 상기 감지 파형과 상기 보상 파형을 합성하면, 파형의 중첩 원리에 의해 상기 감지 파형과 보상 파형의 합성 파형은 상기 기본 파형이 된다.
고조파 보상 충전기(110)는 상기 보상 파형을 이용하여, 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 고조파 성분 합성 파형에서 상기 고조파 성분 파형을 제거하기 위한 최종 보상 파형을 발생한다.
즉, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서도 상기 3상 전력 입력부(140)로 전류 파형이 유입되는데, 이때 상기 유입되는 전류 파형은 기본 파형이다.
이때, 최종적으로 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 파형은 상기 고조파 보상 충전기(110) 및 일반 충전기(120, 130)에서 발생하는 파형의 합성 파형이다.
이에 따라, 상기 고조파 보상 충전기(110)는 상기 기본 파형과 상기 고조파 성분 합성 파형이 합성하는 경우, 상기 기본 파형과 고조파 성분 합성 파형의 합성에서 상기 기본 파형이 나오도록, 상기 최종 보상 파형을 발생한다.
이때, 상기 최종 보상 파형은 상기 기본 파형에 상기 확인된 보상 파형을 합성한 합성 파형이다.
즉, 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 고조파 성분 합성 파형은 고조파 파형과 기본 파형의 합성 파형이다.
이때, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 상기 일반 충전기(120, 130)에서 발생하는 고조파 파형을 제거하기 위해, 상기 고조파 파형과 역상 관계에 있는 보상 파형을 상기 기본 파형과 합성하고, 그에 따라 상기 합성한 최종 보상 파형을 출력한다.
즉, 상기 고조파 성분 합성 파형은 고조파 파형과 기본 파형으로 이루어지고, 상기 최종 보상 파형은 기본 파형과 상기 보상 파형으로 이루어진다. 이때, 상기 고조파 성분 합성 파형과 상기 최종 보상 파형을 합성하는 경우, 상기 고조파 파형과 보상 파형은 상호 역상 관계에 있으므로 상호 제거되며 이에 따라 기본 파형만이 남게 된다.
이에 따라, 상기 3상 전력 입력부(140)로는 상기 고조파 보상 충전기(110)의 보상 기능에 의해 발생한 최종 보상 파형에 의해 기본 파형에 대응하는 전류가 유입되게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기 충전 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 고조파 보상 충전기(110)를 설명하는 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 일반 충전기(120, 130)를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 고조파 보상 충전기(110)는 입력 필터(112), 교류-직류 변환부(114), 직류-직류 변환부(116) 및 고조파 보상부(118)를 포함한다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 고조파 보상 충전기(110)의 입력단에는 상기 3상 교류 전력을 입력받는 교류 전력 입력부(도시하지 않음)가 형성될 수 있다.
입력 필터(112)는 상기 교류 전력 입력부(도시하지 않음)를 통해 입력된 3상 교류 전력을 전달받고, 상기 전달받은 교류 전력에 포함된 잡음을 제거한다. 이때, 입력 필터(112)는 3상 교류 전력에 연결되는 3개의 인덕터로 구현될 수 있다. 특히, 입력 필터(112)는 상기 3상 교류 전력에 포함된 고조파를 제거한다.
교류-직류 변환부(114)는 상기 입력 필터(112)를 통해 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다.
직류-직류 변환부(116)는 상기 교류-직류 변환부(114)를 통해 변환된 직류 전력을 이용하여 부하에 필요한 직류 전력을 발생한다.
상기 직류-직류 변환부(116)의 출력단에는 충전 케이블(도시하지 않음)이 연결될 수 있으며, 그에 따라 상기 직류-직류 변환부(116)는 상기 충전 케이블을 통해 상기 변환한 직류 전력을 출력한다.
고조파 보상부(118)는 일반 충전기(120, 130)에서 발생하는 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 고조파 성분 합성 파형을 감지하고, 그에 따라 상기 고조파 합성 파형에서 고조파 파형을 제거하기 위한 일련의 동작을 수행한다.
상기 고조파 파형 제거를 위한 고조파 보상부(118)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 일반 충전기(120, 130)는 정류부(122) 및 직류-직류 변환부(124)를 포함한다.
정류부(122)는 상기 3상 교류 전력을 수신하고, 그에 따라 상기 3상 교류 전력을 정류하고, 상기 정류에 따라 발생하는 직류 전력을 출력한다.
이때, 정류부(122)는 상기 3상에 각각 연결되는 브리지 다이오드이다.
직류-직류 변환부(124)는 상기 정류부(122)를 통해 출력되는 직류 전력을 이용하여 부하에 필요한 직류 전력을 발생한다.
상기 직류-직류 변환부(124)의 출력단에는 충전 케이블(도시하지 않음)이 연결될 수 있으며, 그에 따라 상기 직류-직류 변환부(124)는 상기 충전 케이블을 통해 상기 변환한 직류 전력을 출력한다.
상기 고조파 보상 충전기(110)와 일반 충전기(120, 130)의 가장 큰 차이라 할 수 있는 것은, 상기 고조파 보상 충전기(110)에는 고조파 제거를 위한 입력 필터(112)가 구비되어 있지만, 상기 일반 충전기(120, 130)에는 구비되어 있지 않다는 점이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기 고조파 보상부(118)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5 내지 10은 본 발명에 따른 실시 예에서 발생하는 파형을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면 3상 전력 입력부(140)에서 고조파 보상 충전기(110) 및 일반 충전기(120, 130)로는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같은 파형의 전류가 공급된다. 도 5의 (A)도면은 상기 (a) 도면에 도시된 파형을 단순화한 파형이다. 도 5의 (A) 및 (a)에 도시된 파형은 기본 파형이며, 이하에서는 상기 기본 파형을 제 1 파형이라 칭하여 설명하기로 한다.
이때, 상기 일반 충전기(120, 130)에서 다이오드를 사용하여 교류 전력의 정류가 이루어지면, 도 5의 (b)의 같은 파형의 전류가 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되게 된다.
도 5의 (B)는 상기 (b)에 도시된 파형을 단순화한 파형이다. 도 5의 (b) 및 (B)에 도시된 파형은 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 고주파 성분 합성 파형이며, 이하에서는 이를 제 2 파형이라 칭하여 설명하기로 한다.
즉, 도 5의 (b) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 일반 충전기(120, 130)에는 고조파 제거 기능이 구비되어 있지 않음으로써, 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형은 고조파 성분을 포함하는 제 2 파형이 입력되게 된다.
이때, 상기 제 2 파형을 분석하면, 상기 제 2 파형은 복수의 파형이 합성되어 있으며, 이에 따라 상기 제 2 파형은 복수의 파형으로 분리될 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 제 2 파형은 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 제 1 파형과, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 고조파 파형의 합성 파형이다. 이하, 도 6의 (c)에 도시된 고조파 파형을 제 3 파형이라 한다.
즉, 제 1 파형은 기본 파형이고, 그에 따라 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 파형은 상기 제 1 파형에 상기 제 3 파형이 합성된 제 2 파형이다. 이와 같은 원리에 따라 상기 고조파 보상부(118)는 상기 일반 충전기(120, 130)에서 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 제 2 파형을 감지하고, 그에 따라 상기 감지된 제 2 파형을 제 1 파형과 제 3 파형으로 분리한다.
또한, 상기 고조파 보상부(118)는 상기 제 2 파형에서 상기 제 3 파형을 제거하기 위한 보상 파형을 확인한다. 이때, 상기 보상 파형은 상기 제 1 파형에 포함된 제 3 파형에 의해 결정된다.
즉, 고조파 보상부(118)는 도 7(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 상기 제 3 파형의 역상 관계에 있는 보상 파형을 확인한다. 이하, 도 7의 (b)에 도시된 보상 파형을 제 4 파형이라 한다.
고조파 보상 충전기(110)는 상기 제 3 파형을 분석하고, 그에 따라 상기 제 3 파형과 역상 관계에 있는, 다시 말해서 상기 제 3 파형과 대칭이 되는 제 4 파형을 확인한다.
즉, 상기 제 2 파형에 제 4 파형이 합성되면, 상기 제 2 파형에 합성된 제 3 파형과 상기 제 4 파형이 상호 중첩되어 제거되며, 그에 따라 제 1 파형만이 남게 된다.
이와 같은 원리로, 상기 고조파 보상부(118)는 상기 제 4 파형을 확인한다.
한편, 상기 제 4 파형은 상기 일반 충전기(120, 130) 중 어느 하나의 일반 충전기만이 동작하였을 경우에 나타나는 보상 파형이다.
이때, 상기 일반 충전기(120, 130)가 모두 동작하였을 경우, 상기 보상 파형은 상기 제 4 파형의 2배가 되는 파형이 될 것이다.
즉, 상기 일반 충전기(120, 130)(예를 들어, 2대)가 동작하는 경우, 상기 각각의 일반 충전기를 통해 상기 3상 전력 입력부(140)로 고조파 파형(제 3 파형)이 유입되기 때문에, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 각각의 고조파 파형을 제거하기 위해서는 상기 제 3 파형과 역상 관계에 있으면서, 상기 제 3 파형의 2배가 되는 보상 파형이 필요하게 된다.
이와 같이, 상기 고조파 보상부(118)는 복수의 일반 충전기 중 실제 동작하는 충전기를 확인하고, 그에 따라 최종적인 상기 제 4 파형을 결정한다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 파형에 제 4 파형이 합성되면, 파형 중첩 원리에 의해 제 1 파형이 발생하게 된다.
즉, 제 2 파형에는 제 1 파형과 제 3 파형이 포함되어 있으며, 이때, 상기 제 4 파형은 상기 제 3 파형과 역상 관계에 있기 때문에, 상기 제 2 파형과 제 4 파형을 합성하면, 상기 제 3 파형과 제 4 파형이 상호 제거되면서 제 1 파형만이 발생하게 된다.
고조파 보상부(118)는 상기 제 4 파형이 결정되면, 상기 결정된 제 4 파형을 이용하여 최종적으로 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형을 결정한다.
도 10을 참조하면, 고조파 보상 충전기(110)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형은 상기 설명한 기본 파형인 제 1 파형이다.
이때, 고조파 보상부(118)는 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형과, 상기 일반 충전기(120, 130)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 제 2 파형이 합성될 시 상기 기본 파형에 대응하는 제 1 파형이 나타나도록 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형을 결정한다.
이때, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형은 상기 제 4 파형에 의해 결정될 수 있다.
즉, 상기 제 2 파형에서 제 3 파형을 제거하기 위해서는, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 전류 파형에 상기 제 3 파형과 역상 관계에 있는 제 4 파형이 포함되어야 한다.
이에 따라, 도 10에 도시된 바와 같이 고조파 보상부(118)는 상기 제 1 파형과 제 4 파형을 합성하고, 그에 따라 상기 합성된 파형이 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 3상 전력 입력부(140)로 유입되도록 한다. 이하, 상기 제 1 파형과 제 4 파형의 합성 파형을 제 5 파형이라 한다.
상기 고조파 보상부(118)는 상기 5 파형에 대응하는 전류가 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되도록 상기 교류-직류 변환부(114) 및 직류-직류 변환부(116)의 스위칭 동작을 제어한다.
또한, 고조파 보상부(118)는 상기 제 5 파형에 대응하는 전류를 발생하고, 그에 따라 상기 전류가 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되도록 한다.
이에 따라, 상기 3상 전력 입력부(140)에는 상기 일반 충전기(120, 130)에서 유입되는 제 2 파형과, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 유입되는 제 5 파형의 합성 파형인 제 1 파형이 유입되게 된다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 특정 충전기에 고조파 보상기를 두고, 상기 고조파 보상기를 이용하여 상기 특정 충전기뿐만 아니라 다른 충전기에서 계통으로 유입되는 고조파를 제거해줌으로써, 상기 고조파 보상을 위한 하드웨어 비용을 줄이면서 효율적으로 상기 고조파를 제거할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 고조파 제거 방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 고조파 보상 충전기(110)는 일반 충전기(120, 130)에서 계통(3상 전력 입력부(140))로 유입되는 전류 파형인 제 2 파형을 감지한다(101단계).
이후, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 감지한 제 2 파형을 분석하여, 상기 제 2 파형에 포함된 고조파 파형, 즉 제 3 파형을 확인한다(102단계).
고조파 보상 충전기(110)는 상기 제 3 파형이 확인되면, 상기 확인된 제 3 파형의 역상 파형에 대응하는 보상 파형, 즉 제 4 파형을 결정한다(103단계).
이후, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 결정한 제 4 파형과, 상기 고조파 보상 충전기(110)에서 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되는 제 1 파형을 합성한 제 5 파형을 확인한다(104단계).
상기 제 5 파형이 확인되면, 고조파 보상 충전기(110)는 상기 제 5 파형이 상기 3상 전력 입력부(140)로 유입되도록 한다(105단계).
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 특정 충전기에 고조파 보상기를 두고, 상기 고조파 보상기를 이용하여 상기 특정 충전기뿐만 아니라 다른 충전기에서 계통으로 유입되는 고조파를 제거해줌으로써, 상기 고조파 보상을 위한 하드웨어 비용을 줄이면서 효율적으로 상기 고조파를 제거할 수 있다.
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.
110: 고조파 보상 충전기
112: 입력 필터 114: 교류-직류 변환부
116: 직류-직류 변환부 118: 고조파 보상부
120,130: 일반 충전기
122: 정류부 124: 직류-직류 변환부
140: 3상 전력 입력부

Claims (11)

  1. 계통으로부터 3상 교류 전력을 공급받고, 상기 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급하는 제 1 충전기; 및
    상기 계통으로부터 3상 교류 전력을 공급받고, 상기 3상 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리로 충전 전력을 공급하는 적어도 하나의 제 2 충전기를 포함하며,
    상기 제 1 충전기는,
    상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 전류 파형에 포함된 고조파 성분을 감지하고, 상기 감지한 고조파 성분을 제거하기 위한 전류 파형이 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입되도록 하며,
    상기 제 1 충전기는
    고조파 보상 기능이 구비된 충전기이고,
    상기 적어도 하나의 제 2 충전기는
    상기 고조파 보상 기능이 구비되지 않은 충전기인 전기 자동차의 충전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 충전기는,
    상기 계통과 연결되며, 상기 3상 교류 전력에 포함된 고조파 성분을 제거하는 입력 필터와,
    상기 입력 필터를 통해 전달되는 교류 전력을 제 1 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환부와,
    상기 교류-직류 변환부를 통해 변환된 제 1 직류 전력을 부하에 필요한 제 2 직류 전력으로 변환하는 제 1 직류-직류 변환부와,
    상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 전류 파형에 포함된 고조파 성분을 감지하고, 상기 감지한 고조파 성분을 제거하기 위한 전류 파형이 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입되도록 하는 고조파 보상부를 포함하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 충전기 각각은,
    상기 계통과 연결되며, 상기 3상 교류 전력을 정류하여 출력하는 정류부와,
    상기 정류부를 통해 정류된 직류 전력을 부하에 필요한 직류 전력으로 변환하는 제 2 직류-직류 변환부를 포함하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 고조파 보상부는,
    기본 파형에 대응하는 제 1 파형을 기준으로, 상기 적어도 하나의 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 제 2 파형에서 상기 고조파 성분에 대응하는 제 3 파형을 분리하고,
    상기 분리한 제 3 파형을 이용하여, 상기 제 2 파형에서 상기 제 3 파형을 제거하기 위한 제 4 파형을 결정하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 4 파형은 상기 제 3 파형과 역상 관계에 있는 전기 자동차의 충전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 고조파 보상부는,
    N대의 제 2 충전기에서 상기 계통으로 제 2 파형이 유입되는 경우, 상기 N에 따라 상기 제 4 파형을 재결정하며,
    상기 재결정되는 제 4 파형은,
    이전에 결정된 제4 파형의 N배 레벨을 갖는 전기 자동차의 충전 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 고조파 보상부는,
    상기 제 4 파형이 결정되면, 상기 결정된 제 4 파형을 기준으로 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입되는 제 5 파형을 결정하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 5 파형은,
    상기 제 1 충전기에서 상기 계통으로 유입되는 제 1 파형에 상기 결정된 제 4 파형을 합성한 파형인 전기 자동차의 충전 시스템.
  9. 제 1 충전기 및 적어도 하나의 제 2 충전기를 포함하는 충전 시스템의 고조파 제거 방법에 있어서,
    상기 제 2 충전기에서 계통으로 유입되는 전류 파형을 감지하는 단계;
    상기 감지한 전류 파형을 기본 파형과 고조파 파형으로 분리하는 단계;
    상기 분리된 고조파 파형과 역상 관계에 있는 보상 파형을 결정하는 단계; 및
    상기 기본 파형에 상기 보상 파형을 합성한 합성 파형을 상기 제 1 충전기에서 계통으로 유입시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 충전기는,
    고조파 보상 기능이 구비된 충전기이고,
    상기 적어도 하나의 제 2 충전기는,
    상기 고조파 보상 기능이 구비되지 않은 충전기인 고조파 제거 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 보상 파형을 결정하는 단계는,
    현재 충전 동작을 수행하는 제 2 충전기의 수를 파악하는 단계와,
    상기 파악한 수에 대응하는 배수로 상기 결정된 보상 파형을 증폭시키는 단계를 포함하는 고조파 제거 방법.
  11. 삭제
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