KR101463784B1 - 엔진발전 전기자동차용 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진발전 전기자동차의 모터제어기와 발전기제어기에 이용되는 통합형 인버터 장치에 관한 것으로, 엔진발전 전기자동차용 인버터는, 복수의 전력용 반도체를 구비하는 전력용 반도체 모듈의 전력용 반도체 플레이트, 전력용 반도체 플레이트의 일면에 일체로 배치되는 방열핀, 방열핀을 포위하며 금속판 상에 부착되는 하우징, 및 방열핀과 하우징 사이의 냉매유동유로를 포함한다.

Description

엔진발전 전기자동차용 인버터{Inverter for Range-Extended Electric Vehicle}

본 발명은 엔진발전 전기자동차용 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 엔진발전 전기자동차의 모터제어기와 발전기제어기에 이용되는 통합형 인버터 장치에 관한 것이다.

전기자동차는 고전압 배터리 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 영구자석형 동기전동기나 유도 전동기 등의 3상 교류전동기를 구동시키고, 전동기 축과 감속기 등을 통해 연결된 바퀴를 구동시켜 차량을 움직인다. 또한 전기자동차는 주행 중 감속모드에서 교류전동기를 통해 발전모드인 회생발전(re-generation)을 통해 차량의 관성에너지를 전기에너지로 변환하여 고전압배터리로 재충전하여 에너지 재활용률을 높인다.

그러나 전기자동차는 교류전동기를 구동하기 위해 고전압 배터리를 장착하지만, 순수 배터리만으로 구동하기엔 주행거리가 짧고 충전시간이 오래 걸려 제품으로 보급되는데 한계성을 가진다.

이를 해결하기 위해 발전 전용 엔진에 발전기를 직결시키고, 엔진의 동작에 의해 발전기에서 생성된 교류전력을 배터리 혹은 모터가 필요한 레벨의 직류전력으로 변환해주는 발전기 제어기를 통해 고전압 배터리의 부족한 에너지를 보충하면서 주행거리를 연장하는 주행거리 확장용 전기자동차(range extended electric vehicle:RE-EV)가 현재 연구 개발 중이다.

주행거리 확장용 전기자동차(RE-EV)에는 주동력 모터를 구동시키는 모터제어기와 엔진발전에 의해 생성된 에너지로 고전압배터리를 충전하거나 혹은 모터에 전력을 공급하는 발전기제어기를 위한 두 개의 인버터가 필요하다.

각 인버터에는 주 전력부 구성요소로 전력용 반도체와 직류링크 커패시터(DC Link Capacitor)가 구비되며, 또한 스위칭 소자 등에서 발생하는 열을 방열하기 위한 냉각부, 고전압 배터리나 모터, 발전기 혹은 전력분배기(Power Distribute Unit) 등과 연결하기 위한 부스바와 커넥터, 스위칭 소자를 제어하기 위한 제어보드, 게이트보드 등이 구비된다.

종래의 인버터장치의 일례를 도 1에 나타내었다.

도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 전력용 반도체(Q1 ~ Q6)를 구비하는 인버터장치는 고전압 배터리(B)에서 배터리 메인 스위치(SW1)를 통해 직류(DC) 입력단에 인가되는 직류 전원을 3차 교류 전원으로 변환하여 모터(M)에 공급한다. 여기서, DC 입력단에는 직류링크 커패시터(Ci)가 연결되어 인버터 기동 시에 기설정 전하로 초기 충전됨으로써 인버터에 큰 서지형 펄스 전류가 흐르는 것을 방지한다.

상술한 바와 같이, 종래의 인버터장치는 직류링크 커패시터의 초기 충전 전류가 과충전되는 것을 방지하기 위한 과충전 방지 저항과 직류링크 커패시터의 방전을 위한 방전용 저항을 구비해야 한다. 또한, 인버터장치는 직류링크 커패시터나 모터의 동작 모드에 따라 과충전 방지 저항을 선택적으로 작동시키기 위하여 과충전 방지 저항과 병렬 연결되는 인버터 주전원 접촉기를 구비하고, 방전용 저항 회로를 선택적으로 활성화하거나 비활성화하기 위하여 방전용 저항과 직렬 연결되는 방전용 릴레이를 더 구비한다.

그러므로, 종래의 인버터장치를 이용하는 주행거리 확장용 전기자동차에서는 발전기제어기용 인버터와 모터제어기용 인버터로 이루어진 두 개의 전력변환장치를 채용해야 하므로, 방열부의 무게 및 부피가 증가하고, 두 개의 전력변환장치를 위한 부품 수가 많아지는 문제가 있다. 즉, 이러한 전기자동차는 연비가 저하되는 단점이 있다.

특히, 다수의 전력용 반도체를 구비한 종래의 인버터장치는 통상 여러 단으로 적층된 금속판을 거쳐 방열하는 구조를 가지므로 냉각 성능이 떨어지는 단점이 있다. 예컨대, 종래의 인버터장치는 복수의 전력용 반도체가 실장된 인쇄회로기판의 일면에 부착되는 금속판과, 금속판 일면에 부착되는 금속성 인버터 하우징과, 인버터 하우징 일면에 부착되며 인버터 하우징과의 사이에 냉매유동유로를 구비하는 금속성 커버를 구비한다. 이와 같이, 종래의 인버터장치는 전력용 반도체 등에서 발생한 열을 여러 단으로 적층된 금속판을 통해 외부로 방출하기 때문에 냉각 성능이 떨어지는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0053556호(2008.06.16)

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력용 반도체인 IGBT의 냉각 성능을 높이고, 소형화, 경량화, 고전력밀도를 가지는 전력변환장치를 통해 전기자동차의 주행거리를 늘리고 연비를 개선할 수 있는 엔진발전 전기자동차용 인버터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진발전 전기자동차용 인버터는, 복수의 전력용 반도체를 구비하는 전력용 반도체 모듈의 전력용 반도체 플레이트, 전력용 반도체 플레이트의 일면에 일체로 배치되는 방열핀, 방열핀을 포위하며 금속판 상에 부착되는 하우징, 및 방열핀과 하우징 사이의 냉매유동유로를 포함한다.

일 실시예에서, 인버터 회로부는, 직류(DC)를 3상 교류로 변환하는 복수의 전력용 반도체와, 복수의 전력용 반도체의 DC 입력단에 연결되는 직류링크 커패시터와, 제2 단자가 직류링크 커패시터의 제1 단자에 연결되는 주전원 스위치와, 주전원 스위치와 병렬 연결되는 릴레이-저항부를 포함한다. 여기서, 릴레이-저항부의 릴레이의 제1 단자는 주전원 스위치의 제1 단자에 연결되고 제2 단자는 릴레이-저항부의 저항의 제1 단자에 연결되고 제3 단자는 직류링크 커패시터의 제2 단자에 연결된다. 그리고, 저항의 제2 단자는 주전원 스위치의 제2 단자 및 직류링크 커패시터의 제1 단자에 공통 연결된다.

일 실시예에서, 인버터 회로부는 발전기의 3상 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 인버터 및 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 제2 인버터를 포함한다. 여기서, 직류링크 커패시터는 제1 인버터 및 제2 인버터의 공통 DC 입력단에 연결된다.

일 실시예에서, 릴레이는 직류링크 커패시터의 초기충전을 위한 제1 단자 접속 모드와 직류링크 커패시터의 방전을 위한 제2 단자 접속 모드로 동작한다.

일 실시예에서, 릴레이는 제1 인버터와 제2 인버터가 탑재된 통합형 인버터 내에 탑재되거나 외부에서 통합형 인버터에 연결되는 전력 분배 장치(Power Distribute Unit, PDU)에 탑재되거나, 고전압 배터리에 탑재된다.

일 실시예에서, 직류링크 커패시터의 용량은 제1 인버터의 개별 이용시에 요구되는 제1 직류링크 커패시터의 제1 용량과 제2 인버터의 개별 이용시에 요구되는 제2 링크 커패시터의 제2 용량의 합보다 작다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 여러 단의 금속을 거치는 방열 구조를 단순하게 개선하여 전력용 반도체의 방열 효율을 높일 수 있는 엔진발전 전기자동차용 인버터를 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 무게 또는 부피가 큰 부품을 생략함으로써 장치의 무게와 부피를 작게 할 수 있는 엔진발전 전기자동차용 인버터를 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 효율적 방열 구조와 단순화된 회로를 통해 장치의 소형화, 경량화 및 고전력밀도의 전력변환장치를 통해 전기자동차의 주행거리를 늘리고 연비를 개선하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 인버터장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진발전 전기자동차용 인버터(이하, 간단히 인버터장치라 한다)의 단면도.
도 3은 도 2의 인버터장치의 부분 분해 단면도.
도 4는 도 2의 인버터장치를 탑재할 수 있는 인버터모듈의 평면도.
도 5는 도 4의 인버터모듈 상의 인버터장치의 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터장치의 인버터 회로부를 설명하기 위한 회로도.
도 7 내지 도 9는 도 6의 인버터 회로부의 작동 원리를 설명하기 위한 회로도들.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인버터장치를 적용할 수 있는 전기자동차의 전장 시스템의 블록도.
도 11은 도 10의 전장 시스템의 변형예의 블록도.
도 12는 도 10의 전장 시스템에 적용되는 인버터장치의 인버터 회로부를 설명하기 위한 회로도.
도 13 내지 도 19는 도 12의 인버터 회로부의 작동 원리를 설명하기 위한 회로도들.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

예컨대, 제1 구성요소 상의 제2 구성요소는 어떤 구성요소 상부에 다른 구성요소가 있다는 것으로, 어떤 구성요소와 다른 구성요소가 직접 접촉하는 형태를 가지거나 혹은 두 구성요소 사이에 제3의 구성요소를 사이에 두고 배치되는 구조를 지칭할 수도 있다. 아울러, 어떤 구성요소의 '상' 또는 '상부'에 대한 언급은 해당 구성요소를 포함하는 장치를 뒤집어 놓고 볼 때 어떤 구성요소의 '하부'를 지칭하는 것이 될 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 또한, 용어 "연결된다" 또는 이의 어미 변형 형태는 상술한 '상부'의 경우와 유사하게 두 구성요소가 직접 접하거나 혹은 중간에 다른 구성요소를 게재하고 결합하는 것을 지칭할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진발전 전기자동차용 인버터(이하, 간단히 인버터장치라 한다)의 단면도이다. 도 3은 도 2의 인버터장치의 부분 분해 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 인버터장치는, 전력용 반도체 모듈(100) 및 하우징(110)을 구비한다. 인버터장치는 직접 냉각 방식에 의해 방열 성능이 향상되어 있다.

전력용 반도체 모듈(100)은 복수의 전력용 반도체(101)와, 복수의 전력용 반도체의 설치와 방열을 위한 전력용 반도체 플레이트(102)를 구비한다. 또한 본 실시예에서, 전력용 반도체 모듈(100)은 전력용 반도체의 방열 성능을 증대시키기 위하여 전력용 반도체 플레이트(102)의 일면에 배열되는 방열핀(103)을 구비한다.

전력용 반도체(101)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 전력 스위치용 반도체 소자를 포함한다.

전력용 반도체 플레이트(l02)는 다수의 전력용 반도체(101)가 일면에 실장되는 금속판 또는 금속성 부재를 지칭한다. 또한, 전력용 반도체 플레이트(102)는 구현에 따라서 장치 작동시에 많은 열을 발생시키는 전력용 반도체 소자의 방열을 증대시키기 위하여 플레이트의 적어도 일부에 열전도성이 우수한 금속판이나 금속성 부재를 구비할 수 있다.

방열핀(103)은 전력용 반도체 플레이트(102)의 일면에 일체로 마련된다. 방열핀(103)은 전력용 반도체 플레이트(102)의 일면을 가공하여 그 가공면에 소정 패턴 형태나 배열 구조로 형성된다. 또한, 방열핀(13)은 구현에 따라서 별도의 요철 패턴이나 다수의 핀을 베이스 기재의 일면에 접합하는 공정이 통해 전력용 반도체 플레이트와 일체화된 형태로 구현될 수 있다.

하우징(110)은 인버터장치의 하우징으로서 베이스부재(111)와 베이스부재의 일면에 형성되는 오목부(112)를 구비한다. 베이스부재(111)의 재료로는 열전도를 고려하여 금속판이나 금속성 부재를 이용한다. 하우징(110)은 전력용 반도체 모듈(100)과의 밀착 시 오목부(112)와 전력용 반도체 플레이트(102)와의 사이에 냉매유동유로(113)를 형성한다.

상술한 구성에 의하면, 인버터장치 내의 전력용 반도체에서 발생한 열을 소자에 부착된 금속판 및 방열핀으로 효과적으로 전달할 수 있다. 그리고, 방열핀을 포위하며 냉매유동유로(113) 내를 유동하는 냉매(냉각수 등)를 통해 외부로 전달할 수 있다.

도 4는 도 2의 인버터장치를 탑재할 수 있는 인버터모듈의 평면도이다. 도 5는 도 4의 인버터모듈 상의 인버터장치의 사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 인버터모듈(300)은 그 일면 상에 인버터장치가 탑재되는 오목부(112)를 구비한다. 오목부(112)에 인버터장치(100)가 설치되면, 오목부(112)와 전력용 반도체 플레이트와의 사이에 냉매유동유로(도 2의 113 참조)가 형성된다. 그리고, 냉매유동유로를 통해 전력용 반도체 플레이트의 열을 냉각수를 통해 외부로 전달한다.

6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터장치의 인버터 회로부를 설명하기 위한 회로도이다.

도 6을 참조하면, 전력용 반도체 모듈 내의 인버터 회로부(100A)는, 제1 인버터(101), 직류링크 커패시터(Ci) 및 인버터 전원 제어부(105)를 구비한다. 인버터 회로부(100A)는 배터리 메인 스위치(SW1)를 통해 배터리(B)로부터 전력을 공급받는다.

인버터 회로부(100A)에 있어서, 제1 인버터(101)는 복수의 전력용 반도체(Q1 ~ Q6)를 통해 직류(DC)를 3상 교류로 변환한다. 본 실시예에서 전력용 반도체(Q1 ~ Q6)는 IGBT이다.

직류링크 커패시터(Ci)는 복수의 전력용 반도체의 DC 입력단에 연결된다. 직류링크 커패시터(Ci)는 인버터장치의 초기 동작 시 큰 서지형 펄스 전류가 유입되는 것을 방지한다.

인버터 전원 제어부(105)는 주전원 스위치(SW2)와 릴레이-저항부를 구비한다. 여기서, 릴레이-저항부는 릴레이(Relay)와 저항(R1)을 구비한다.

주전원 스위치(SW2)는 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고, 제2 단자가 직류링크 커패시터(Ci)의 제1 단자에 연결된다.

릴레이(Relay)는 제1 단자(제1 접점, a), 제2 단자(제2 접점, b) 및 제3 단자(제3 접점, c)를 구비하고, 제1 단자가 주전원 스위치(SW2)의 제1 단자에 연결되고 제2 단자는 저항(R1)의 제1 단자에 연결되고 제3 단자는 직류링크 커패시터(Ci)의 제2 단자에 연결된다. 그리고, 저항(R1)의 제2 단자는 주전원 스위치(SW2)의 제2 단자 및 직류링크 커패시터(Ci)의 제1 단자에 공통 연결된다.

상술한 실시예에 의하면, 주행거리 확장용 전기자동차에 있어서, 모터제어기와 발전기제어기에 사용되는 2개의 인버터에서 중복되는 부품을 생략할 수 있다. 즉, 두 인버터의 개별적인 직류링크 커패시터와 초기충전회로, 방전회로를 단일화함으로써 부품 수가 적은 통합형 인버터를 구성할 수 있다. 특히, 직류링크 커패시터는 전기적으로 기구적으로 무게나 부피가 큰 부품이다. 이러한 직류링크 커패시터를 단일화함으로써 장치 전체적으로 무게 및 부피를 크게 감소시킬 수 있다.

또한, 단일화된 직류링크 커패시터의 용량은 산술적으로 두 커패시터의 용량의 합이지만, 차량의 관점에서 두 인버터가 동시에 동작하지 않기 때문에 서로 공용으로 사용하더라도 두 용량의 합만큼의 용량을 가질 필요가 없다. 즉, 단일화된 직류링크 커패시터는 두 용량 중 큰 용량 이상에서 두 용량의 합보다 작은 값을 가질 수 있다.

또한, 두 인버터가 동시에 동작하더라도 직류링크 커패시터는 모터나 발전기의 순간적인 동작에 대응하기 때문에 단일화 이전의 두 용량의 합과 비슷하게 개발할 필요는 없다. 다만, 직류링크 커패시터는 커패시터의 특성상 전력용 반도체에 가깝게 설치한다.

게다가, 직류링크 커패시터는 전기적으로 정전용량적인 기능을 가지지만, 병렬로 연결되는 부분이 많아서 부스바(미도시)를 커패시터와 함께 케이스에 내장시키고 몰딩액으로 고형하여 일체형으로 제작하면, 불필요한 커넥터를 제거할 수 있는 이점도 있다.

더욱이, 본 실시예에 따른 인버터장치에서는 초기충전회로와 방전회로를 단일화할 뿐만 아니라 하나의 릴레이를 이용하여 초기충전과 방전을 겸용하여 수행할 수 있도록 함으로써 인버터 회로를 단순화한다.

도 7 내지 도 10은 도 6의 인버터 회로부의 작동 원리를 설명하기 위한 회로도들이다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 메인 스위치(SW1)가 턴온되고, 주전원 스위치(SW2)가 오프 상태이고, 릴레이의 a접점과 b접점이 연결되는 모드(제1 단자 접속 모드)에서, 직류링크 커패시터(Ci)는 제1 전류 패스(P1)를 통해 공급되는 외부 배터리(B)의 전원에 의해 초기 충전된다.

다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 메인 스위치(SW1)가 턴온되고, 주전원 스위치(SW2)가 턴온이면, 직류링크 커패시터(Ci)는 제2 전류 패스(P2)를 통해 공급되는 외부 배터리(B)의 전원에 의해 초기 충전된다.

다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 모터 정지 후 방전을 위하여 주전원 스위치(SW2)가 턴오프되고, 릴레이의 b접점과 c접점이 연결되는 모드(제2 단자 접속 모드)에서 직류링크 커패시터(Ci)에 저장된 전하는 제4 전류 패스(P4)를 통해 릴레이-저항부로 방전된다. 방전은 릴레이의 코일과 저항에 의해 수행된다.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인버터장치를 적용할 수 있는 전기자동차의 전장 시스템의 블록도이다. 도 11은 도 10의 전장 시스템의 변형예의 블록도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 인버터장치는 전기자동차의 전장 시스템에 탑재되는 통합형 인버터이다. 통합형 인버터는 전기자동차의 전동기 및 발전기의 동작 모드에 따라 유기적으로 동작하며, 초기충전-방전 릴레이 즉, 인버터 전원 제어부(105)를 내부에 구비한다.

여기서, 전기자동차의 전장 시스템은 엔진발전용 전기자동차이며, 고전압 배터리가 구동 모터를 제어하여 추진력을 발생시키는 순수 전기자동차와 엔진발전에 의해 생성된 전력으로 고전압배터리를 충전하고 모터에 전기에너지를 공급한다.

본 실시예에서 전기자동차는 MCU(Motor Control Unit)와 GCU(Generator Control Unit)가 통합된 통합형 인버터, 통합형 인버터 내의 초기충전-방전 릴레이, 배터리 셀(Batt. Cell), BMS & 릴레이, PDU(Power Distribute Unit), OBC(On-Board Charger), LVDC(Low Voltage DC/DC Converter)를 구비한다. 전기자동차의 일반적인 구성에 대하여는 이미 잘 알려져 있으므로 그에 대한 상세 설명은 생략한다.

상술한 실시예에서 초기충전-방전 릴레이는 통합형 인버터 내에 탑재된다, 하지만, 본 실시예에 따른 초기충전-방전 릴레이는 상술한 구성으로 한정되지 않고, 도 11에 도시한 바와 같이, 구현에 따라 전력 분배 유닛(PDU) 내에 탑재될 수도 있다.

도 12는 도 10의 전장 시스템에 적용되는 인버터장치의 인버터 회로부를 설명하기 위한 회로도이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 전력용 반도체 모듈 내의 인버터 회로부(100B)는, 제1 인버터(101A), 제2 인버터(101B), 직류링크 커패시터(Ci) 및 인버터 전원 제어부(105)를 구비한다. 인버터 회로부(100B)는 배터리 메인 스위치(SW1)를 통해 배터리(B)로부터 전력을 공급받는다.

인버터 회로부(100B)에 있어서, 제1 인버터(101A)는 복수의 전력용 반도체(Q1 ~ Q6)를 통해 직류(DC)를 3상 교류로 변환한다. 그리고, 제2 인버터(101B)는 복수의 전력용 반도체(T1 ~ T6)를 통해 직류(DC)를 3상 교류로 변환한다. 본 실시예에서 전력용 반도체(Q1 ~ Q6 및 T1 ~ T6)는 IGBT이다.

직류링크 커패시터(Ci)는 제1 인버터(101A)와 제2 인버터의 DC 입력단에 공통 연결된다. 직류링크 커패시터(Ci)는 인버터장치의 초기 동작 시 큰 서지형 펄스 전류가 유입되는 것을 방지한다.

직류링크 커패시터(Ci)의 용량은 제1 인버터의 개별 이용시에 요구되는 제1 직류링크 커패시터의 제1 용량과 제2 인버터의 개별 이용시에 요구되는 제2 링크 커패시터의 제2 용량의 합보다 작다. 그것은 두 전력변환기(MCU, GCU)가 동시 동작하더라도 대부분 정상 상태 운전이므로 커패시터의 과도 특성이 없어 개별 전력변환장치로서 가지는 용량의 합만큼 필요하지 않기 때문이다.

이러한 직류링크 커패시터(Ci)는 차량의 수명을 고려하여 수명이 비교적 긴 필름 커패시터를 적용할 수 있고, 필름 커패시터 적용시, 제품의 형상을 고려하여 MCU와 GCU의 스위칭 소자와 연결할 수 있는 부스바와 배터리(혹은 배전반)를 연결할 수 있는 부스바 일체형 인버터장치를 구현하는 것도 가능하다.

인버터 전원 제어부(105)는 주전원 스위치(SW2)와 릴레이-저항부를 구비한다. 여기서, 릴레이-저항부는 릴레이(Relay)와 저항(R1)을 구비한다. 주전원 스위치(SW2)는 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고, 제2 단자가 직류링크 커패시터(Ci)의 제1 단자에 연결된다. 릴레이(Relay)는 제1 단자(제1 접점, a), 제2 단자(제2 접점, b) 및 제3 단자(제3 접점, c)를 구비하고, 제1 단자가 주전원 스위치(SW2)의 제1 단자에 연결되고 제2 단자는 저항(R1)의 제1 단자에 연결되고 제3 단자는 직류링크 커패시터(Ci)의 제2 단자에 연결된다. 그리고, 저항(R1)의 제2 단자는 주전원 스위치(SW2)의 제2 단자 및 직류링크 커패시터(Ci)의 제1 단자에 공통 연결된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서 초기충전과 방전의 기능을 선택적으로 수행할 수 있는 릴레이-저항부는 제품(통합형 인버터장치) 내부에 장착될 수도 있고 제품 외부에 장착될 수 있다.

도 13 내지 도 19는 도 12의 인버터 회로부의 작동 원리를 설명하기 위한 회로도들이다.

먼저, 정상 충전 및 모터링 시 통합형 인버터는 도 13에 도시한 바와 같이 제1 전류 패스(P1)를 통해 배터리의 전력을 변환하여 모터에 제공한다.

모터의 회생 동작 시 통합형 인버터는 도 14에 도시한 바와 같이 제2 전류 패스(P2)를 통해 모터에서 생성된 전력을 변환하여 배터리에 충전한다.

발전기용 엔진 Idle 동작 시 통합형 인버터는 도 15에 도시한 바와 같이 제3 전류 패스(P3)를 통해 배터리의 전력을 발전기에 공급한다.

발전기 동작 시 통합형 인버터는 도 16에 도시한 바와 같이 제4 전류 패스(P4)를 통해 발전기에서 생성되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 고전압 배터리를 충전한다.

발전기 동작, 고전압 배터리 동작 및 저출력 모터링 시, 통합형 인버터는 도 17에 도시한 바와 같이 제5 전류 패스(P5)를 통해 발전기에서 생성한 교류 전력을 변환하여 전동기와 고전압 배터리에 전송하여 전달한다.

엔진 발전 및 고출력 모터링 시 통합형 인버터는 도 18에 도시한 바와 같이 제6 전류 패스(P6)를 통해 발전기에서 생성한 전력과 고전압 배터리의 전력을 전동기에 공급한다.

방전 모드 시, 통합형 인버터는 도 19에 도시한 바와 같이 주전원 스위치를 턴오프하고, 릴레이를 제2 단자 접속 모드로 제어한 후 제7 전류 패스(P7)를 통해 직류링크 커패시터의 충전 전하를 방전시킨다.

전술한 통합형 인버터를 이용하면, 3개의 동작 그룹들이 각 동작 모드에 따라 유기적으로 동작할 수 있다. 몇 가지 동작 모드를 예를 들면 다음과 같다.

1. 배터리→MCU→모터 모드: 배터리에 충전된 전기에너지로 모터를 구동시켜 차량의 가속, 주행시킨다.

2. 엔진→발전기→GCU→배터리: 차량 정지시 엔진과 발전기에서 생성된 전력을 직류로 변환하여 배터리에 충전시킨다.

3. 배터리→MCU→모터 + 엔진→발전기→GCU→MCU→모터: 배터리 구동전력이 부족하여 엔진발전에 모터 동력을 이용한다.

4. 모터→MCU→배터리: 차량이 고속으로 주행하다가 감속시 차량(모터)의 관성에너지를 전기에너지로 변환시킨다.

5. 배터리→GCU→발전기→엔진: 초기 엔진 정지시 엔진 발전을 위해 Idle 상태로 만들기 위해 발전기를 모터링 동작시킨다.

6. 엔진→발전기→GCU→MCU→모터 + 배터리 충전: 엔진 발전에 의해 생성된 전력을 모터에 동력을 제공하고 일부는 배터리에 충전한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 전력용 반도체 모듈
101: 전력용 반도체
102: 전력용 반도체 플레이트
103: 방열핀
110: 하우징
111: 베이스부재
112: 오목부
113: 냉매유동유로

Claims (6)

1. 복수의 전력용 반도체를 구비하는 전력용 반도체 모듈의 전력용 인버터 플레이트;
   상기 전력용 인버터 플레이트의 일면에 일체로 배치되는 방열핀;
   상기 방열핀을 포위하며 상기 전력용 인버터 플레이트 상에 부착되는 하우징; 및 상기 방열핀과 상기 하우징 사이의 냉매유동유로;를 포함하되, 인버터 회로부는, 상기 전력용 인버터 플레이트 상에서 직류(DC)를 교류로 변환하는 복수의 전력용 반도체;
   상기 복수의 전력용 반도체의 DC 입력단에 연결되는 직류링크 커패시터;
   제2 단자가 상기 직류링크 커패시터의 제1 단자에 연결되는 주전원 스위치; 및 상기 주전원 스위치와 병렬 연결되는 릴레이-저항부; 를 포함하며,
   상기 릴레이-저항부의 릴레이의 제1 단자는 상기 주전원 스위치의 제1 단자에 연결되고 제2 단자는 상기 릴레이-저항부의 저항의 제1 단자에 연결되고 제3 단자는 상기 직류링크 커패시터의 제2 단자에 연결되며, 상기 저항의 제2 단자는 상기 주전원 스위치의 제2 단자 및 상기 직류링크 커패시터의 제1 단자에 공통 연결되는 것을 특징으로 한 엔진발전 전기자동차용 인버터.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 인버터 회로부는 발전기의 3상 전원을 직류 전원으로 변환하는 제1 인버터 및 직류 전원을 3상 전원으로 변환하여 전동기에 공급하는 제2 인버터를 포함하며,
   상기 직류링크 커패시터는 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터의 공통 DC 입력단에 연결되는 것을 특징으로 한 엔진발전 전기자동차용 인버터.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 릴레이는 상기 직류링크 커패시터의 초기충전을 위한 제1 단자 접속 모드와 상기 직류링크 커패시터의 방전을 위한 제2 단자 접속 모드를 구비하는 것을 특징으로 한 엔진발전 전기자동차용 인버터.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 릴레이는 상기 제1 인버터와 상기 제2 인버터가 탑재된 통합형 인버터 내에 탑재되거나, 외부에서 상기 통합형 인버터에 연결되는 전력 분배 장치(Power Distribute Unit, PDU)에 탑재되거나, 상기 통합형 인버터의 주전원용 고전압 배터리에 탑재되는 것을 특징으로 한 엔진발전 전기자동차용 인버터.
   
6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 직류링크 커패시터의 용량은 상기 제1 인버터의 개별 이용시에 요구되는 제1 직류링크 커패시터의 제1 용량과 상기 제2 인버터의 개별 이용시에 요구되는 제2 링크 커패시터의 제2 용량의 합보다 작은 것을 특징으로 한 엔진발전 전기자동차용 인버터.

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