KR101631085B1

KR101631085B1 - 전기 자동차 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR101631085B1
Application number: KR1020110042671A
Authority: KR
Inventors: 김정범; 최진하; 임준영; 정윤철; 유승희; 이동철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2016-06-16
Also published as: KR20120124815A

Abstract

전기 자동차 및 이의 구동 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 차량 구동용 인버터와, 공조기 구동용 인버터를 이용하고 리액터, 스위치 등 간단한 회로 소자를 추가하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 차량 구동용 인버터, 공조기 구동용 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들과, 구동 모터 내의 코일을 이용하여 배터리를 충전한다.

Description

전기 자동차 및 이의 구동 방법{ELECTRIC VEHICLE AND OPERATING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 차량 구동 유닛 및 공조기 구동 유닛을 이용하여 배터리를 충전하는 전기 자동차에 관한 것이다.

전기 자동차(Electric Vehicle; EV)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 전기 자동차는, 크게 전기 배터리만을 이용하는 전기 자동차와, 다른 동력원, 예를 들어 가솔린과 전기 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 전기 자동차를 포함한다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기 자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었다. 그러나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못했다. 최근 화석연료 등 에너지 자원의 부족, 가솔린 자동차에 의한 환경오염 등의 문제에 의해 전기 자동차에 대한 연구가 활발해지고 있다.

전기 자동차는 구동용 모터로 브러쉬리스 직류 모터(Blush-Less DC Motor)나 유도 모터(Induction Motor)를 사용하거나, 이들을 변형하여 사용한다. 또, 전기 자동차는 모터를 구동하기 위한 구동용 인버터와 배터리를 충전하기 위한 On-Board Charger (OBC)를 독립적으로 구비한다. 전기 자동차의 구동 시에는 OBC를 사용하지 않고 구동용 인버터만을 사용한다. 반면, 전기 자동차의 유휴 시에는 구동용 인버터는 사용하지 않고 OBC만을 사용한다.

본 발명의 실시 예들은 차량 구동 유닛 및 공조기 구동 유닛을 충전 장치로 이용하여 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차 및 이의 구동 방법을 제공함에 일 목적이 있다.

본 발명의 실시 예들은 차량 구동용 인버터와 공조기 구동용 인버터, 및 구동 모터 내의 코일을 이용하여 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차 및 이의 구동 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 전기 자동차는, 구동 전원을 공급하는 배터리와, 제1 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 구동 모터를 구동하는 차량 구동 유닛과, 제2 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 공조기 모터를 구동하는 공조기 구동 유닛과, 상기 차량 구동 유닛과 상기 공조기 구동 유닛을 상기 배터리에 각각 연결하고 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 출력하여 상기 구동 모터와 상기 공조기 모터를 제어하고, 충전용 전원을 상기 차량 구동 유닛과 상기 공조기 구동 유닛을 통해 상기 배터리에 연결하여 상기 배터리를 충전하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.

상기 목적들을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 방법은, 충전용 전원의 연결 여부를 감지하는 단계와, 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되지 아니하면, 상기 차량 구동 유닛 또는 상기 공조기 구동 유닛을 상기 배터리에 연결하여 상기 구동 모터 또는 상기 공조기 모터를 구동하는 단계와, 상기 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되면, 상기 충전용 전원을 상기 차량 구동 유닛과 상기 공조기 구동 유닛을 통해 상기 배터리에 연결하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시 예들은 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 차량 구동용 인버터와, 공조기 구동용 인버터를 이용하고 리액터, 스위치 등 간단한 회로 소자를 추가하여 배터리를 충전할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 차량 구동용 인버터, 공조기 구동용 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들과, 구동 모터 내의 코일을 이용하여 배터리를 충전함으로써 비용을 절감하고, 전기 자동차의 크기를 줄일 수 있으며, 각 장치들의 운용 효율을 제고한다.

도 1은 본 발명이 적용될 전기 자동차 내부의 일 예를 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 차량 구동 유닛의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 3은 도 2의 차량 구동 유닛의 세부 구성을 보인 회로도;
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차를 개략적으로 보인 회로도들;
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따라 배터리를 충전하는 동작을 설명하기 위한 회로도;
도 8 내지 도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차의 구동 방법을 개략적으로 보인 흐름도들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차는, 직류전원을 공급하는 배터리(100), 배터리(100)가 공급하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 회전력을 발생하는 동력 모듈(150), 동력 모듈(150)에 의해 회전되는 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520), 노면의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하는 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)를 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차는, 구동 모터(250)의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비할 수 있다.

동력 모듈(150)은, 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는 차량 구동 유닛(200), 차량 구동 유닛(200)에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 구동 모터(250)를 포함한다.

배터리(100)는 동력 모듈(150)에 직류 전원을 공급한다. 배터리(100)는 일반적으로 복수 개의 단위 셀(cell)이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 집합을 형성한다. 복수 개의 단위 셀은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 일정한 전압을 유지하도록 관리된다. 즉, 배터리 관리 시스템은 상기 배터리(100)가 일정한 전압을 방출하도록 한다. 배터리(100)는 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리(100)로는 일반적으로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지 등이 사용된다.

차량 구동 유닛(200)은 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는다. 차량 구동 유닛(200)은 배터리(100)로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 구동 모터(250)에 공급한다. 일반적으로 차량 구동 유닛(200)은 모터에 삼상 교류 전원을 공급한다.

구동 모터(250)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성되며, 차량 구동 유닛(200)에서 공급되는 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 교류 전원이 구동 모터(250)에 인가되면, 모터(300)의 고정자가 교류 전원을 받아 자기장을 발생한다. 영구자석을 구비한 모터의 경우에는, 고정자에서 발생한 자기장과 회전자에 구비된 영구자석의 자기장이 반발하여 회전자가 회전한다. 회전자의 회전으로 회전력을 발생한다.

구동 모터(250)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 구동 모터(250)의 회전력을 기어비에 따라 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전력은 앞바퀴(510) 및/또는 뒷바퀴(520)에 전달되어 자동차가 움직이도록 한다.

전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 차체에 대하여 각각 앞바퀴(510) 및 뒷바퀴(520)를 지지한다. 전륜 현가장치(610) 및 후륜 현가장치(620)는 스프링 또는 감쇠기구에 의해 노면의 진동이 차체에 닿지 않도록 한다.

앞바퀴(510)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 자동차를 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(510)의 방향을 조절하는 장치이다.

도 2를 참조하면, 실시 예들에 따른 전기 자동차는, 배터리(100)와, 차량 구동 유닛(200)과, 구동 모터(250), 제어 유닛(400)을 포함하여 구성된다. 배터리(100)는 전기 자동차에 구동 전원을 공급한다. 차량 구동 유닛(200)은 구동 전원을 평활화하고 저장하는 제1 직류 링크 커패시터(210)와, 제1 인버터(230)를 포함한다.

상기 전기 자동차는 배터리(100)의 구동용 전원을 일정 직류 전압으로 변환하는 직류-직류 컨버터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)는 제어 유닛의 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자들, 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 'IGBT')를 구비한다. 또, 컨버터는 필요에 따라 리액터를 더 구비할 수 있다.

제1 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor, 210)는, 배터리(100)와 제1 인버터(230)의 사이에 연결되고, 배터리의 출력 직류 전압을 평활화하고, 저장한다.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전기 자동차는, 구동 전원을 공급하는 배터리(100)와, 제1 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 구동 모터(250)를 구동하는 차량 구동 유닛(200)과, 제2 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 공조기 모터(350)를 구동하는 공조기 구동 유닛(300)과, 제어 유닛(400)을 포함하여 구성된다. 제어 유닛(400)은 상기 차량 구동 유닛(200)과 상기 공조기 구동 유닛(300)을 상기 배터리(100)에 각각 연결한다. 또, 제어 유닛(400)은 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 출력하여 상기 구동 모터(250)와 상기 공조기 모터(350)를 제어한다. 또, 상기 제어 유닛(400)은 충전용 전원(10)을 상기 차량 구동 유닛(200)과 상기 공조기 구동 유닛(300)을 통해 상기 배터리(100)에 연결하여 상기 배터리(100)를 충전한다.

도 3을 참조하면, 제1 인버터(230)는 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 제1 인버터 모듈(231, 232, 233)을 구비한다. 또, 제1 인버터(230)는 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 직류 링크 커패시터(210)가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환한다. 상기 스위칭부(231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b)는, 제1 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 다이오드로 구성된다. 스위칭 소자들은 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터), IGBT 등의 스위칭 소자이다. 스위칭 소자들은 제어 유닛(400)으로부터 제어 신호를 입력받고, 제어 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프된다. 상기 제1 제어 신호는 스위칭 소자들의 듀티비(Duty Ratio)를 제어하는 신호이다. 다이오드들은 상기 스위칭 소자들 각각에 병렬 연결되어 스위칭에 의해 턴-온에서 턴-오프될 때 전류 패스를 형성하여 잔류 전류를 소모하는 프리휠링 다이오드의 기능을 수행한다.

구동 모터(250)는 상기 세 개의 제1 인버터 모듈에 연결된 삼상 코일(251, 252, 253)을 구비하고, 삼상 교류 전원에 따라 구동된다. 제어 유닛(400)은 제1 제어 신호를 생성하고 상기 제1 인버터(230)에 출력하여 상기 세 개의 제1 인버터 모듈을 구동한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 전기 자동차의 구동 시, 즉 구동 모터의 구동 시에는 삼상 코일(251, 252, 253)은 하나의 중성점(254)으로 연결된다.

공조기 구동 유닛(300)은 배터리로부터의 구동 전원을 평활화하고 저장하는 제2 직류 링크 커패시터(310)와, 제2 인버터(330)를 포함한다. 공조기 구동 유닛(300)은 제2 인버터(330)를 이용하여 공조기(Heating, Ventilating, and Air Conditioning; HVAC) 내의 공조기 모터를 구동한다.

제2 인버터(330)는 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 제2 인버터 모듈(331, 332, 333)을 구비한다. 또, 제2 인버터(230)는 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 직류 링크 커패시터(310)가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환한다. 상기 스위칭부는, 제2 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자와 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 다이오드로 구성된다. 스위칭 소자들은 모스펫, IGBT 등의 스위칭 소자이다.

공조기 모터(350)는 상기 세 개의 제2 인버터 모듈에 연결된 삼상 코일(351, 352, 353)을 구비하고, 삼상 교류 전원에 따라 구동된다. 제어 유닛(400)은 제2 제어 신호를 생성하고 상기 제2 인버터(330)에 출력하여 상기 세 개의 제2 인버터 모듈을 구동한다. 공조기의 구동 시에는 삼상 코일(351, 352, 353)은 하나의 중성점(354)으로 연결된다.

제어 유닛(400)은 모터 구동 전류를 동기 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와, 토크 지령과 자속 지령을 입력받고, 상기 좌표 변환부를 통해 변환된 모터 구동 전류를 입력받아 전압 지령을 출력하는 전류 제어부를 포함하여 구성된다. 제어 유닛(400)은 상기 전압 지령에 따라 인버터를 구동하는 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(230)에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부를 더 포함할 수 있다.

전류 제어부는 전류 지령과 모터 구동 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력한다. 전류 제어부는 d축 전류 지령 (i^e ^*ds)과 q축 전류 지령 (i^e ^*qs)를 입력받는다. 전류 제어부는, 상기 q축 전류 지령(i^e ^*qs)을 비례 적분하고, 필터링하여 q축 동기좌표계 전압 지령(V^e ^*q)을 출력한다. 즉, 전류 제어부는 상기 q축 전류 지령(i^e ^*qs)과 모터 구동 전류를 좌표 변환부가 좌표 변환한 상기 q축 출력 전류(i^eq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 q축 전압 지령(V^e ^*q)을 출력한다. 한편, 전류 제어부는 상기 d축 전류지령(i^e ^*ds)을 역시 비례 적분하고 필터링하여 d축 동기좌표계 전압 지령(V^e ^*d)을 출력한다. 즉, 전류 제어부는 상기 d축 전류지령(i^e*ds)과 모터 구동 전류를 좌표 변환한 상기 d축 출력 전류(i^ed)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 d축 전압 지령(V^e ^*d)을 PWM 제어부에 출력한다. 여기서, e는 동기좌표계를 나타낸다.

PWM 제어부는 제어주기(Ts) 동안 상기 인버터(230)에서 출력 가능한 유효 전압 벡터들을 합성하여 상기 전압지령을 추종하도록 상기 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(230)로 출력한다. 제어 신호는 IGBT의 게이트에 입력되는 게이트 입력 신호(Gating signal)가 된다.

제어 유닛(400)은 동기좌표계 전압 지령을 정지좌표계 전압 지령으로 변환하는 동기좌표 역변환부를 더 포함할 수 있다. 동기좌표 역변환부는 전류 제어부와 PWM 제어부의 사이에 배치되고, 동기좌표계 전압 지령(V^e ^*d, V^e ^*q)을 정지좌표계 전압 지령(V^s*)인 (V^s ^*d, V^s ^*q)으로 변환한다. 여기서, e는 동기좌표계를, s는 정지좌표계를 나타낸다. PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 구동하고자 하는 모터 형태에 맞게 변환하여 출력한다. PWM 제어부는 상기 정지좌표계의 전압 지령을 3상의 전압 지령(Va^*, Vb^*, Vc^*)으로 변환하여 상기 구동 모터(250)에 출력한다. 동기좌표 역변환부는 상기 PWM 제어부에 포함될 수 있다. 상기 PWM 제어부는 각 상에 대한 전압 지령을 근거로 제어 신호를 생성하고, 상기 제어신호를 인버터에 출력하여 상기 인버터 내의 스위칭 소자들을 개폐한다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 실시 예들에 따른 전기 자동차는, 상기 배터리와 상기 세 개의 제2 인버터 모듈 중 하나의 제2 인버터 모듈의 두 개의 제2 스위칭부의 사이에 구비되는 리액터(500)를 더 포함하여 구성된다. 상기 배터리(100)의 충전 시, 상기 배터리는 상기 리액터(500)를 통해 상기 제2 인버터(330)와 연결된다. 상기 제2 인버터(330) 중 두 개의 인버터 모듈(332, 333)은 연결되지 아니하고, 하나의 인버터 모듈(331) 만이 상기 리액터(500)를 통해 배터리에 연결된다. 상기 리액터(500)와, 상기 리액터에 연결된 하나의 제2 인버터 모듈(331)은 벅-컨버터(Buck Converter)를 형성한다. 상기 리액터(500)는 상기 제2 인버터 모듈(331)과 직접 연결될 수도 있고, 공조기 모터 내의 코일과 직렬 연결된 다음 상기 제2 인버터 모듈(331)에 연결될 수도 있다. 상기 구동 모터(250)와 상기 제1 인버터(230)는 3상 교호 승압 컨버터(3P Interleaved Boost Converter)를 형성한다. 상기 충전용 전원은 직접 (또는 정류 유닛이나 인덕터를 거친 후) 제1 인버터(230)에 연결될 수도 있다. 이 경우에는 단순히 승압 컨버터를 형성한다. 상기 3상 교호 승압 컨버터 또는 승압 컨버터는 제1 인버터 모듈들의 스위칭에 따라 역률을 보상할 수 있다.

도 5를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 전기 자동차는, 구동 전원을 공급하는 배터리(100)와, 제1 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 구동 모터(250)를 구동하는 차량 구동 유닛(200)과, 제2 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 공조기 모터(350)를 구동하는 공조기 구동 유닛(300)과, 제어 유닛(400)과, 리액터(500)와, 정류 유닛(600)을 포함하여 구성된다. 정류 유닛(600)은 충전용 전원(10)에 연결되어 상기 충전용 전원을 정류한다. 상기 정류 유닛(600)은 하나의 다이오드일 수 있으나, 도 5에 도시한 바와 같이 풀-브리지 다이오드(Full-Bridge Diode)일 수 있다. 여기서, 상기 배터리(100)의 충전 시, 상기 정류 유닛(600)은 상기 구동 모터(250)에 연결된다.

도 7을 참조하면, 실시 예들에 따른 전기 자동차는, 상기 배터리(100)의 충전 시, 상기 세 개의 제2 인버터 모듈 중 상기 하나의 제2 인버터 모듈(331)과 상기 공조기 모터(350)와의 연결을 분리하고, 상기 하나의 제2 인버터 모듈을 상기 리액터를 통해 상기 배터리와 연결하는 제1 개폐 유닛(710)을 더 포함하여 구성된다. 상기 제1 개폐 유닛(710)은, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 스위치(711)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 개폐 유닛(710)은 상기 스위치(711)과 상기 제2 인버터 중 두 개의 인버터 모듈(332, 333)을 주 패스에서 분리하는 스위치(미도시)와, 공조기 모터 내의 코일들을 주 패스에서 분리하는 스위치(미도시)의 조합일 수 있다. 제1 개폐 유닛은 개폐 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치, 예를 들어 마그네틱 컨택터(Magnetic Contactor)이다. 제어 유닛(400)은 공조기 구동 시에 제2 인버터 모듈 중 하나를 제1 개폐 유닛을 통해 공조기 모터의 코일 쪽으로 연결하고, 배터리의 충전 시에 리액터(500) 쪽으로 연결한다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 실시 예들에 따른 전기 자동차는, 상기 배터리(100)와 상기 제1 직류 링크 커패시터(210)의 사이에 구비되는 제2 개폐 유닛(720)을 더 포함하여 구성된다. 제2 개폐 유닛(720)은, 상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리(100)와 상기 제1 직류 링크 커패시터(210) 사이의 연결을 분리한다. 또, 상기 전기 자동차는, 상기 배터리(100)와 상기 제2 직류 링크 커패시터(310)의 사이에 구비되는 제3 개폐 유닛(730)을 더 포함할 수 있다. 제3 개폐 유닛(730)은 상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리(100)와 상기 제2 직류 링크 커패시터(310) 사이의 연결을 분리한다. 제2 개폐 유닛, 제3 개폐 유닛은 개폐 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치이다. 제어 유닛(400)은 충전용 전원(10)이 연결되면, 상기 배터리(100)와 상기 제1 직류 링크 커패시터(210), 상기 배터리와 상기 제2 직류 링크 커패시터(310) 사이의 연결을 분리하는 개폐 신호를 상기 제2 개폐 유닛, 제3 개폐 유닛에 출력한다.

도 6을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 전기 자동차는, 상기 구성들 외에 상기 배터리의 충전 시, 상기 정류 유닛(600)에 연결되고 상기 정류 유닛을 통해 출력된 에너지를 저장하는 인덕터(800)를 더 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 방법은, 충전용 전원의 연결 여부를 감지하는 단계(S100)와, 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되지 아니하면, 상기 차량 구동 유닛 또는 상기 공조기 구동 유닛을 상기 배터리에 연결하여 상기 구동 모터 또는 상기 공조기 모터를 구동하는 단계(S200, S300)와, 상기 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되면, 상기 충전용 전원을 상기 차량 구동 유닛과 상기 공조기 구동 유닛을 통해 상기 배터리에 연결하여 상기 배터리를 충전하는 단계(S400)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 7을 참조한다.

도 9를 참조하면, 상기 배터리를 충전하는 단계(S400)는, 상기 충전용 전원이 연결되면, 상기 충전용 전원을 정류하는 과정(S410)을 포함하여 구성된다. 상기 전기 자동차는 충전용 전원에 연결되어 충전용 전원을 정류하는 정류 유닛을 포함할 수 있다. 정류 유닛은 하나의 다이오드나, 풀-브리지 다이오드(도 6 참조)로 구성될 수 ㅇ있다. 상기 배터리의 충전 시, 정류 유닛은 구동 모터에 연결된다.

또, 도 9를 참조하면, 상기 배터리를 충전하는 단계(S400)는, 상기 제2 인버터 내의 세 개의 제2 인버터 모듈 중 하나의 제2 인버터 모듈과 상기 공조기 모터와의 연결을 분리하는 과정(S420)과, 상기 하나의 제2 인버터 모듈을 리액터를 통해 상기 배터리와 연결하는 과정(S430)을 더 포함하여 구성된다. 상기 전기 자동차는, 배터리의 충전 시, 배터리를 리액터를 통해 제2 인버터와 연결한다. 여기서, 상기 제2 인버터 중 두 개의 인버터 모듈은 연결되지 아니하고, 하나의 인버터 모듈만이 상기 리액터를 통해 배터리에 연결된다. 리액터와, 상기 리액터에 연결된 하나의 제2 인버터 모듈은 벅-컨버터(Buck Converter)를 형성하고, 구동 모터와 제1 인버터는 3상 교호 승압 컨버터(3P Interleaved Boost Converter)를 형성한다.

도 9를 참조하면, 상기 구동 모터를 구동하는 단계(S200)는, 구동 전원을 평활화하고, 삼상 교류 전원으로 변환하는 과정(S210, S220)을 포함하여 구성된다. 구동 모터는 세 개의 제1 인버터 모듈에 연결된 삼상 코일을 구비한다. 상기 전기 자동차는 삼상 교류 전원을 구동 모터에 인가하고, 제어 신호를 발생하여 세 개의 제1 인버터 모듈을 구동함으로써 상기 구동 모터를 구동한다. 구동 모터의 구동 시, 삼상 코일은 하나의 중성점으로 연결된다. 한편, 공조기 모터는 세 개의 제2 인버터 모듈에 연결된 삼상 코일을 구비한다. 상기 전기 자동차는 제어 신호를 발생하여 세 개의 제2 인버터 모듈을 구동하고, 공조기 모터에 전원을 인가하여 공조기를 구동한다. 공조기의 구동 시, 삼상 코일은 하나의 중성점으로 연결된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차 및 이의 구동 방법은 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 차량 구동용 인버터와, 공조기 구동용 인버터를 이용하고 리액터, 스위치 등 간단한 회로 소자를 추가하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 차량 구동용 인버터, 공조기 구동용 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들과, 구동 모터 내의 코일을 이용하여 배터리를 충전한다.

100: 배터리 200: 차량 구동 유닛
300: 공조기 구동 유닛 400: 제어 유닛
250: 구동 모터 350: 공조기 모터
500: 리액터 600: 정류 유닛
710, 720, 730: 개폐 유닛 800: 인덕터

Claims

구동 전원을 공급하는 배터리;
제1 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 구동 모터를 구동하는 차량 구동 유닛;
제2 제어 신호를 근거로 상기 구동 전원을 이용하여 공조기 모터를 구동하는 공조기 구동 유닛;
상기 구동 전원을 평활화하는 제1 직류 링크 커패시터;
두 개의 제1 스위칭부로 구성된 세 개의 제1 인버터 모듈을 구비하고, 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제1 직류 링크 커패시터가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 제1 인버터;
상기 구동 전원을 평활화하는 제2 직류 링크 커패시터;
두 개의 제2 스위칭부로 구성된 세 개의 제2 인버터 모듈을 구비하고, 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 제2 직류 링크 커패시터가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 제2 인버터;
상기 배터리와 상기 세 개의 제2 인버터 모듈 중 하나의 제2 인버터 모듈의 두 개의 제2 스위칭부의 사이에 구비되는 리액터; 및
상기 차량 구동 유닛과 상기 공조기 구동 유닛을 상기 배터리에 각각 연결하고 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 출력하여 상기 구동 모터와 상기 공조기 모터를 제어하고, 충전용 전원을 상기 차량 구동 유닛과 상기 공조기 구동 유닛을 통해 상기 배터리에 연결하여 상기 배터리를 충전하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 리액터와, 상기 리액터에 연결된 하나의 제2 인버터 모듈은 벅-컨버터를 형성하고,
상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리는 상기 리액터를 통해 상기 제2 인버터와 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
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제1 항에 있어서,
상기 구동 모터와 상기 제1 인버터는 3상 교호 승압 컨버터를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제1 항에 있어서,
상기 충전용 전원에 연결되어 상기 충전용 전원을 정류하는 정류 유닛;을 더 포함하고,
상기 배터리의 충전 시, 상기 정류 유닛은 상기 구동 모터에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
제7 항에 있어서,
상기 배터리의 충전 시, 상기 세 개의 제2 인버터 모듈 중 상기 하나의 제2 인버터 모듈과 상기 공조기 모터와의 연결을 분리하고, 상기 하나의 제2 인버터 모듈을 상기 리액터를 통해 상기 배터리와 연결하는 제1 개폐 유닛;을 더 포함하는 전기 자동차.
제8 항에 있어서,
상기 배터리와 상기 제1 직류 링크 커패시터의 사이에 구비되고, 상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리와 상기 제1 직류 링크 커패시터 사이의 연결을 분리하는 제2 개폐 유닛;을 더 포함하는 전기 자동차.
제7 항에 있어서,
상기 배터리의 충전 시, 상기 정류 유닛에 연결되고 상기 정류 유닛을 통해 출력된 에너지를 저장하는 인덕터;를 더 포함하는 전기 자동차.
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