KR101649651B1 - Electric vehicle and operating method of the same - Google Patents

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Abstract

전기 자동차 및 이의 구동 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 구동용 인버터와 삼상 모터 내의 코일을 이용하여 전기 자동차를 구동하고, 구동용 인버터를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명은 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 리액터와 스위치 등 간단한 회로 소자를 이용하여 배터리를 충전한다.An electric vehicle and a driving method thereof are disclosed. Embodiments of the present invention can drive an electric vehicle using a drive inverter and a coil in a three-phase motor, and charge the battery using a drive inverter. The present invention does not have a separate charging device but uses a simple circuit element such as a reactor and a switch to charge the battery.

Description

전기 자동차 및 이의 구동 방법{ELECTRIC VEHICLE AND OPERATING METHOD OF THE SAME}[0001] ELECTRIC VEHICLE AND OPERATING METHOD OF THE SAME [0002]

본 발명은 전기 자동차 구동용 인버터를 이용하여 배터리를 충전하는 전기 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle for charging a battery using an inverter for driving an electric vehicle.

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.An electric vehicle (EV) refers to a vehicle that does not use petroleum fuels and engines, but uses electric batteries and electric motors. Electric vehicles include electric vehicles mainly using only electric batteries and hybrid electric vehicles using other power sources such as gasoline and electric batteries. An electric car that drives a car by rotating an electric motor that was stored in a battery was built before a gasoline car in 1873. However, it has not been put to practical use due to problems such as heavy weight of the battery and time required for charging. In recent years, research on electric vehicles has become active due to problems such as lack of energy resources such as fossil fuels, and environmental pollution caused by gasoline vehicles.

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.Electric vehicles are brushless DC motors or induction motors as driving motors, or they are modified and used. In addition, the electric vehicle independently includes a drive inverter for driving the motor and an on-board charger (OBC) for charging the battery. When driving an electric vehicle, only the drive inverter is used without using the OBC. On the other hand, when the electric vehicle is idle, only the OBC is used without using the drive inverter.

본 발명의 실시 예들은 모터 제어 장치에 포함된 인버터의 기능을 유지하면서 이를 충전 장치로 이용하여 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차 및 이의 구동 방법을 제공함에 일 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an electric vehicle and a driving method thereof, which can charge a battery by using the inverter as a charging device while maintaining the function of an inverter included in the motor control device.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 전기 자동차는, 직류 전원을 공급하는 배터리와, 상기 직류 전원을 평활화하는 직류 링크 커패시터와, 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터와, 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 구비되는 하나 이상의 리액터와, 상기 인버터와 상기 삼상 모터를 연결하여 상기 삼상 모터를 구동하거나, 또는 상기 인버터와 상기 하나 이상의 리액터를 연결하여 상기 배터리를 충전하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an electric vehicle including: a battery for supplying a DC power; a DC link capacitor for smoothing the DC power; and three inverter modules each including two switching units, An inverter for converting the DC power smoothed by the DC link capacitor into a three-phase AC power, a three-phase motor driven by the three-phase AC power supply, and a three- And a control unit for connecting the inverter and the three-phase motor to drive the three-phase motor or charging the battery by connecting the inverter and the at least one reactor.

상기 전기 자동차는 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 각각 구비하는 세 개의 리액터들을 포함한다. 여기서, 상기 배터리의 충전 시, 상기 세 개의 리액터들의 일 측들은 각각 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결되고, 상기 세 개의 리액터들 중 두 개의 리액터들의 타 측은 상기 충전용 전원에 연결되며, 나머지 하나의 리액터의 타 측은 상기 배터리에 연결되는 것을 특징으로 한다.The electric vehicle includes three reactors each provided between a charging power source and the three inverter modules. Here, when the battery is charged, one side of the three reactors is connected to each of the three inverter modules, the other side of the two reactors of the three reactors is connected to the charging power source, And the other side of the battery is connected to the battery.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 방법은, 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터; 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터; 및 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 구비되는 하나 이상의 리액터;를 포함하는 전기 자동차를 구동하는 방법에 있어서, 상기 충전용 전원의 연결 여부를 감지하는 단계와, 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되지 아니하면, 상기 삼상 코일을 상기 인버터 모듈에 연결하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 삼상 모터를 구동하는 단계와, 상기 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되면, 상기 하나 이상의 리액터를 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결하고, 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하여 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a driving method of an electric vehicle including an inverter having three inverter modules each including two switching units and converting an AC power source into a three-phase AC power source according to a control signal; A three-phase motor provided with a three-phase coil and driven according to the three-phase AC power; And at least one reactor disposed between the charging power source and the three inverter modules, the method comprising the steps of: detecting whether the charging power source is connected; Phase motor; connecting the three-phase coil to the inverter module and outputting the control signal to the inverter to drive the three-phase motor if the power source is not connected; and when the charging power source is connected, Connecting the reactor to the three inverter modules, and charging the battery.

본 발명의 실시 예들은 구동용 인버터를 이용하여 전기 자동차를 구동하고, 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 구동용 인버터와, 리액터, 스위치 등 간단한 회로 소자를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.Embodiments of the present invention can drive an electric vehicle using a drive inverter and charge the battery using a simple circuit element such as a drive inverter, a reactor, and a switch without a separate charging device.

본 발명의 실시 예들은 모터 제어 장치에 포함된 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들을 이용하여 배터리를 충전함으로써 비용을 절감하고, 전기 자동차의 크기를 줄일 수 있으며, 각 장치들의 운용 효율을 제고한다.Embodiments of the present invention can reduce the cost, reduce the size of the electric vehicle, and improve the operating efficiency of each device by charging the battery using the inverter and the switching elements in the inverter included in the motor control device.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 일 예를 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 3은 도 2에서 전기 자동차를 구동하는 동작을 설명하기 위한 회로도;
도 4는 도 2에서 전기 자동차를 충전하는 동작을 설명하기 위한 회로도;
도 5는 도 4의 등가 회로도;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 자동차에 있어서, 전기 자동차를 구동하는 동작을 설명하기 위한 회로도;
도 7은 도 6에서 전기 자동차를 충전하는 동작을 설명하기 위한 회로도;
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차의 구동 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.1 schematically shows an example of an electric vehicle according to the present invention;
2 is a schematic view showing a configuration of a motor control apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
Fig. 3 is a circuit diagram for explaining an operation of driving an electric vehicle in Fig. 2; Fig.
Fig. 4 is a circuit diagram for explaining an operation of charging an electric vehicle in Fig. 2; Fig.
5 is an equivalent circuit diagram of FIG. 4;
6 is a circuit diagram for explaining an operation of driving an electric vehicle in an electric vehicle according to another embodiment of the present invention;
Fig. 7 is a circuit diagram for explaining an operation of charging an electric vehicle in Fig. 6; Fig.
8 and 9 are flowcharts schematically illustrating a driving method of an electric vehicle according to embodiments of the present invention.

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, 삼상 모터(300)의 회전속도를 기어비에 따라 변환하는 구동기어(미도시)가 추가적으로 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1, an electric vehicle according to the present invention includes a battery 100 for supplying DC power, a power module 150 for converting a DC power supplied from the battery 100 to an AC power to generate a rotational force, A front wheel suspension 510 and a rear wheel 520 rotated by the module 150 and a front suspension suspension 610 and a rear suspension suspension 620 that block the vibration of the road surface from being transmitted to the vehicle body. In addition, the electric vehicle may further include a driving gear (not shown) for converting the rotational speed of the three-phase motor 300 according to the gear ratio.

동력 모듈(150)은, 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는 모터 제어 장치(200), 모터 제어 장치(200)에 의해 구동되어 회전력을 발생하는 삼상 모터(300)를 포함한다.The power module 150 includes a motor control device 200 that receives DC power from the battery 100 and a three phase motor 300 that is driven by the motor control device 200 and generates a rotational force.

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.The battery 100 supplies DC power to the power module 150. The battery 100 generally forms a plurality of unit cells connected in series and / or in parallel. The plurality of unit cells are managed to maintain a constant voltage by a battery management system (BMS). That is, the battery management system causes the battery 100 to emit a constant voltage. The battery 100 is preferably a secondary battery capable of charging and discharging, but is not limited thereto. As the battery 100, a nickel metal hydride (Ni-MH) battery or a lithium ion (Li-ion) battery is generally used.

모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 직류 전원을 공급받는다. 모터 제어 장치(200)는 배터리(100)로부터 받는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 삼상 모터(300)에 공급한다. 일반적으로 모터 제어 장치(200)는 모터에 삼상 교류 전원을 공급한다.The motor control device 200 receives DC power from the battery 100. The motor control apparatus 200 converts the DC power received from the battery 100 into an AC power and supplies the AC power to the three-phase motor 300. Generally, the motor control device 200 supplies three-phase AC power to the motor.

삼상 모터(300)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)로 구성되며, 모터 제어 장치(200)에서 공급되는 교류 전원을 공급받아 회전력을 발생한다. 교류 전원이 삼상 모터(300)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.The three-phase motor 300 is composed of a stator (not shown) and a rotating rotor (not shown) that are fixed without rotating. The three-phase motor 300 generates rotational force by receiving AC power supplied from the motor control device 200. When an AC power source is applied to the three-phase motor 300, the stator of the motor 300 receives the AC power to generate a magnetic field. In the case of a motor provided with permanent magnets, the magnetic field generated by the stator and the magnetic field of the permanent magnet provided on the rotor repel each other and the rotor rotates. A rotating force is generated by the rotation of the rotor.

삼상 모터(300)의 일측에는 구동기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동기어는 삼상 모터(300)의 회전력을 기어비에 따라 변환시킨다. 구동기어에서 출력되는 회전력은 앞바퀴(510) 및/또는 뒷바퀴(520)에 전달되어 자동차가 움직이도록 한다.A driving gear (not shown) may be provided on one side of the three-phase motor 300. The driving gear converts the rotational force of the three-phase motor 300 according to the gear ratio. The rotational force output from the driving gear is transmitted to the front wheel 510 and / or the rear wheel 520 to allow the automobile to move.

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.The front suspension unit 610 and the rear suspension unit 620 support the front wheel 510 and the rear wheel 520 with respect to the vehicle body, respectively. The front suspension unit 610 and the rear suspension unit 620 prevent the vibration of the road surface from contacting the vehicle body by a spring or a damping mechanism.

앞바퀴(510)에는 조향장치(미도시)가 더 구비될 수 있다. 조향장치는 자동차를 운전자가 의도하는 방향으로 주행시키기 위하여 앞바퀴(510)의 방향을 조절하는 장치이다.The front wheel 510 may further include a steering device (not shown). The steering device is a device for adjusting the direction of the front wheel 510 to drive the vehicle in a direction intended by the driver.

도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전기 자동차는, 배터리(100)와, 모터 제어 장치(200)와, 삼상 모터(300)를 포함하여 구성된다. 배터리(100)는 전기 자동차에 직류 전원을 공급한다. 모터 제어 장치(200)는, 상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 직류 링크 커패시터(210)와, 인버터(230)와, 제어 유닛(250)을 포함한다.Referring to FIG. 2, an electric vehicle according to an embodiment includes a battery 100, a motor control device 200, and a three-phase motor 300. The battery 100 supplies DC power to the electric vehicle. The motor control apparatus 200 includes a DC link capacitor 210 for smoothing and storing the DC power, an inverter 230, and a control unit 250.

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.The electric vehicle may further include a DC-DC converter (not shown) for converting the driving power of the battery 100 into a constant DC voltage. The DC-DC converter includes switching elements, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) which are driven according to a control signal of a control unit. The converter may further include a reactor as necessary.

직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor, 210)는, 배터리(100)와 인버터(230)의 사이에 연결되고, 배터리의 출력 직류 전압을 평활화하고, 저장한다.A DC link capacitor (DC link capacitor) 210 is connected between the battery 100 and the inverter 230, and smoothes and stores the output DC voltage of the battery.

도 3을 참조하면, 인버터(230)는 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈(231, 232, 233)을 구비한다. 또, 인버터(230)는 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터(210)가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환한다. 상기 스위칭부(231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b)는, 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자(S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b)와 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 다이오드(D1a, D1b, D2a, D2b, D3a, D3b)로 구성된다. 스위칭 소자들은 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터), IGBT 등의 스위칭 소자이다. 스위칭 소자들은 제어 유닛(250)으로부터 제어 신호를 입력받고, 제어 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프된다. 상기 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.Referring to FIG. 3, the inverter 230 includes three inverter modules 231, 232, and 233 each including two switching units. The inverter 230 converts the DC power smoothed by the DC link capacitor 210 into a three-phase AC power according to a control signal. The switching units 231a, 231b, 232a, 232b, 233a and 233b include switching elements S1a, S1b, S2a, S2b, S3a and S3b driven in accordance with a control signal and a diode D1a, D1b, D2a, D2b, D3a, D3b. The switching elements are switching elements such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and an IGBT. The switching elements receive the control signal from the control unit 250 and are turned on or off according to the control signal. The control signal is a signal for controlling the duty ratio of the switching elements. The diodes perform the function of a freewheeling diode that is connected in parallel to each of the switching elements and forms a current path when it is turned off at the turn-on by switching to consume the residual current.

삼상 모터(300)는 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결된 삼상 코일(310, 320, 330)을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동된다. 제어 유닛(250)은 상기 제어 신호를 생성하고 상기 인버터(230)에 출력하여 상기 세 개의 인버터 모듈을 구동한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 전기 자동차의 구동 시, 즉 삼상 모터의 구동 시에는 삼상 코일(310, 320, 330)이 하나의 중성점(340)으로 연결된다.The three-phase motor 300 has three-phase coils 310, 320 and 330 coupled to the three inverter modules, and is driven according to the three-phase AC power source. The control unit 250 generates the control signal and outputs the control signal to the inverter 230 to drive the three inverter modules. As shown in FIG. 3, the three-phase coils 310, 320, and 330 are connected to one neutral point 340 when the electric vehicle is driven, that is, when the three-phase motor is driven.

상기 전기 자동차는 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 구비되는 하나 이상의 리액터를 더 포함한다. 제어 유닛(250)은 상기 인버터(230)와 상기 하나 이상의 리액터를 연결하여 상기 배터리(100)를 충전한다.The electric vehicle further includes a charging power source and at least one reactor provided between the three inverter modules. The control unit 250 connects the inverter 230 and the one or more reactors to charge the battery 100.

도 4를 참조하면, 상기 하나 이상의 리액터는 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 각각 구비되는 세 개의 리액터들(410, 420, 430)일 수 있다. 여기서, 상기 배터리의 충전 시, 상기 세 개의 리액터들의 일 측들은 각각 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결된다. 또, 상기 세 개의 리액터들 중 두 개의 리액터들(420, 430)의 타 측은 상기 충전용 전원(10)에 연결되며, 나머지 하나의 리액터(410)의 타 측은 상기 배터리(100)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 충전용 전원(10)에 연결된 리액터들(420, 430)은 일반적으로 노이즈 제거용으로 사용된다. 이때, 상기 전기 자동차는 두 개의 리액터들이 아닌 하나의 리액터만(420)을 포함할 수 있고, 배터리 충전 시에 하나만 충전용 전원(10)에 연결될 수도 있다. 반면, 배터리(100)에 연결된 리액터(410)는 인버터 모듈(231)과 함께 컨버터를 형성한다.Referring to FIG. 4, the one or more reactors may be three reactors 410, 420, and 430, respectively, provided between the charging power source and the three inverter modules. Here, at the time of charging the battery, one side of each of the three reactors is connected to each of the three inverter modules. The other side of the three reactors 420 and 430 is connected to the charging power source 10 and the other side of the reactor 410 is connected to the battery 100 . Reactors 420 and 430 connected to the charging power supply 10 are generally used for noise removal. At this time, the electric vehicle may include only one reactor 420, not two reactors, and may be connected to only one charging power source 10 at the time of battery charging. On the other hand, the reactor 410 connected to the battery 100 forms a converter together with the inverter module 231.

상기 전기 자동차는 상기 인버터(230)와 상기 삼상 모터(300)를 연결하거나, 또는 상기 인버터(230)와 상기 리액터를 연결하는 절환 유닛을 더 포함할 수 있다. 절환 유닛은 제어 유닛(250)으로부터의 절환 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치이다. 도 4를 참조하면, 절환 유닛들(510, 520, 530)은, 배터리(100)의 충전 시, 제어 유닛(250)의 절환 신호에 따라 상기 세 개의 리액터(410, 420, 430)를 각각 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결한다. 반면, 상기 절환 유닛은, 전기 자동차의 구동 시, 상기 세 개의 인버터 모듈을 각각 삼상 모터의 삼상 코일(310, 320, 330)에 연결한다.The electric vehicle may further include a switching unit that connects the inverter 230 and the three-phase motor 300 or connects the inverter 230 to the reactor. The switching unit is an electrical or mechanical switch which is turned on / off in response to a switching signal from the control unit 250. 4, when the battery 100 is charged, the switching units 510, 520, and 530 switch the three reactors 410, 420, and 430, respectively, according to a switching signal of the control unit 250, Connect to three inverter modules. On the other hand, when the electric vehicle is driven, the switching unit connects the three inverter modules to the three-phase coils 310, 320, and 330 of the three-phase motor, respectively.

도 4를 참조하면, 상기 전기 자동차는, 상기 배터리와 상기 직류 링크 커패시터의 사이에 한 쌍의 개폐 유닛(270a, 270b)을 더 구비한다. 한 쌍의 개폐 유닛(270a, 270b)은, 삼상 모터의 구동 시, 배터리와 직류 링크 커패시터를 연결하는 반면, 배터리(100)의 충전 시, 배터리와 직류 링크 커패시터 사이의 연결을 분리한다. 한 쌍의 개폐 유닛은 개폐 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치이다. 여기서, 상기 제어 유닛(250)은 상기 삼상 모터(300)에 충전용 전원(10)이 연결되면, 상기 배터리(100)와 상기 직류 링크 커패시터(210) 사이의 연결을 분리하는 개폐 신호를 상기 한 쌍의 개폐 유닛에 출력한다.Referring to FIG. 4, the electric vehicle further includes a pair of switching units 270a and 270b between the battery and the DC link capacitor. The pair of opening / closing units 270a and 270b connects the battery and the DC link capacitor when the three-phase motor is driven, while disconnecting the connection between the battery and the DC link capacitor when the battery 100 is charged. The pair of switching units are electrical and mechanical switches that are turned on and off in response to the switching signals. When the charging power supply 10 is connected to the three-phase motor 300, the control unit 250 outputs an open / close signal for disconnecting the connection between the battery 100 and the DC link capacitor 210, And outputs it to the opening / closing unit of the pair.

도 5를 참조하면, 상기 세 개의 인버터 모듈(231, 232, 233) 중 두 개의 인버터 모듈(232, 233)은, 배터리의 충전 시, 상기 충전용 전원(10)을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 컨버터를 형성한다. 여기서, 상기 교류-직류 컨버터는, 상기 두 개의 인버터 모듈 내에 포함된 스위칭 소자들의 개폐에 따라 역률 보상 컨버터(Power Factor Correction Converter)로 동작한다. 역률 보상 컨버터는 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하고, 역률을 보상하여 직류 링크 커패시터(210)에 공급한다. 예를 들어, 충전용 전원이 상용 AC 220V일 때, 역률 보상 컨버터는 320V 정도로 정류하고 역률 보상한 다음, 600 내지 700V 정도로 승압하여 직류 링크 커패시터에 공급한다. 또, 상기 세 개의 인버터 모듈 중 나머지 하나의 인버터 모듈(231)은 상기 배터리(100)에 연결되는 리액터(410)와 함께 벅-부스트 컨버터(Buck-Boost Converter)를 형성한다. 벅-부스트 컨버터는 직류 링크 커패시터와 연결되고, 전류 제어에 의해 배터리 허용 전압에 맞게 변환되어 배터리에 공급된다.5, the two inverter modules 232 and 233 of the three inverter modules 231, 232 and 233 are connected to an AC-to-DC converter for converting the charging power source 10 into a DC power source when the battery is charged, DC converter. Here, the AC-DC converter operates as a power factor correction converter according to opening and closing of the switching elements included in the two inverter modules. The power factor compensation converter converts the charging power source to DC power, compensates the power factor, and supplies the DC power to the DC link capacitor 210. For example, when the charging power source is the commercial AC 220V, the power factor compensation converter rectifies to about 320V, performs power factor compensation, and then boosts the voltage to about 600 to 700V to supply the DC link capacitor. The other inverter module 231 of the three inverter modules forms a buck-boost converter together with the reactor 410 connected to the battery 100. The buck-boost converter is connected to the DC link capacitor and is converted to the allowable battery voltage by current control and supplied to the battery.

제어 유닛(250)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(250)은 상기 전압 지령에 따라 인버터를 구동하는 제어 신호를 생성하여 상기 인버터(230)에 출력하는 펄스 폭 변조 제어부를 더 포함할 수 있다.The control unit 250 includes a coordinate converter for converting a motor driving current into a synchronous coordinate system, a current controller for receiving a torque command and a magnetic flux command, receiving a motor driving current converted through the coordinate converter, and outputting a voltage command . The control unit 250 may further include a pulse width modulation controller for generating a control signal for driving the inverter according to the voltage command and outputting the control signal to the inverter 230.

전류 제어부는 전류 지령과 모터 구동 전류를 입력받고, 전압 지령을 출력한다. 전류 제어부는 d축 전류 지령 (ie *ds)과 q축 전류 지령 (ie *qs)를 입력받는다. 전류 제어부는, 상기 q축 전류 지령(ie *qs)을 비례 적분하고, 필터링하여 q축 동기좌표계 전압 지령(Ve *q)을 출력한다. 즉, 전류 제어부는 상기 q축 전류 지령(ie *qs)과 모터 구동 전류를 좌표 변환부가 좌표 변환한 상기 q축 출력 전류(ieq)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 q축 전압 지령(Ve *q)을 출력한다. 한편, 전류 제어부는 상기 d축 전류지령(ie *ds)을 역시 비례 적분하고 필터링하여 d축 동기좌표계 전압 지령(Ve *d)을 출력한다. 즉, 전류 제어부는 상기 d축 전류지령(ie*ds)과 모터 구동 전류를 좌표 변환한 상기 d축 출력 전류(ied)를 비교하고, 이의 차, 즉 전류 오차를 비례 적분하고 필터링하여 d축 전압 지령(Ve *d)을 PWM 제어부에 출력한다. 여기서, e는 동기좌표계를 나타낸다.The current control section receives the current command and the motor drive current, and outputs a voltage command. The current control unit receives the d-axis current command (i e * ds) and the q-axis current command (i e * qs). The current control unit proportionally integrates and filters the q-axis current command (i e * qs) to output a q-axis synchronous coordinate system voltage command (V e * q). That is, the current control unit compares the q-axis current command (i e * qs) with the q-axis output current (i e q) obtained by coordinate conversion of the motor drive current by the coordinate transformation unit, And outputs the q-axis voltage command (V e * q) by filtering. On the other hand, the current control unit also performs proportional integration and filtering on the d-axis current command (i e * ds) to output the d-axis synchronous coordinate system voltage command (V e * d). That is, the current control unit compares the d-axis current command (i e * ds) with the d-axis output current (i e d) obtained by coordinate conversion of the motor driving current and performs the proportional integration and filtering of the difference d-axis voltage command (V e * d) to the PWM control unit. Here, e represents a synchronous coordinate system.

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.The PWM controller combines the effective voltage vectors output from the inverter 230 during the control period Ts to generate the control signal to follow the voltage command, and outputs the control signal to the inverter 230. The control signal becomes a gate input signal (Gating signal) input to the gate of the IGBT.

제어 유닛(250)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(Ve *d, Ve *q)을 정지좌표계 전압 지령(Vs*)인 (Vs *d, Vs *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 삼상 모터(300)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.The control unit 250 may further include a synchronous coordinate inversion unit that converts the synchronous coordinate system voltage command to the stationary coordinate system voltage command. Synchronous coordinates inverse transformation unit is arranged between the current control and PWM control, the synchronous coordinate system, the voltage command (V e * d, V e * q) of (V s a stationary coordinate voltage command (V s *) * d, V s * q). Here, e represents a synchronous coordinate system and s represents a stationary coordinate system. The PWM control unit converts the voltage command of the stationary coordinate system according to the type of the motor to be driven and outputs the converted voltage command. The PWM control unit converts the voltage command of the stationary coordinate system into three-phase voltage commands (Va * , Vb * , Vc * ) and outputs it to the three-phase motor 300. The synchronous coordinate inverse transform unit may be included in the PWM control unit. The PWM control unit generates a control signal based on a voltage command for each phase, and outputs the control signal to the inverter to open / close the switching elements in the inverter.

도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 다른 실시 예에 따른 전기 자동차는, 일 실시예와 같이, 배터리(100)와, 모터 제어 장치(200)와, 삼상 모터(300)를 포함하여 구성된다. 배터리(100)는 전기 자동차에 직류 전원을 공급한다. 모터 제어 장치(200)는, 상기 직류 전원을 평활화하고 저장하는 직류 링크 커패시터(210)와, 인버터(230)와, 제어 유닛(250)을 포함한다. 상기 전기 자동차는 배터리(100)의 구동용 전원을 일정 직류 전압으로 변환하는 컨버터(미도시)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, an electric vehicle according to another embodiment includes a battery 100, a motor control device 200, and a three-phase motor 300, as in the embodiment. The battery 100 supplies DC power to the electric vehicle. The motor control apparatus 200 includes a DC link capacitor 210 for smoothing and storing the DC power, an inverter 230, and a control unit 250. The electric vehicle may further include a converter (not shown) for converting the driving power of the battery 100 into a constant DC voltage.

직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor, 210)는, 배터리(100)와 인버터(230)의 사이에 연결되고, 배터리의 출력 직류 전압을 평활화하고, 저장한다.A DC link capacitor (DC link capacitor) 210 is connected between the battery 100 and the inverter 230, and smoothes and stores the output DC voltage of the battery.

인버터(230)는 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈(231, 232, 233)을 구비한다. 또, 인버터(230)는 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터(210)가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환한다. 상기 스위칭부(231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b)는, 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자(S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b)와 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 다이오드(D1a, D1b, D2a, D2b, D3a, D3b)로 구성된다. 스위칭 소자들은 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터), IGBT 등의 스위칭 소자이다. 스위칭 소자들은 제어 유닛(250)으로부터 제어 신호를 입력받고, 제어 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프된다. 상기 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.The inverter 230 has three inverter modules 231, 232 and 233 each composed of two switching parts. The inverter 230 converts the DC power smoothed by the DC link capacitor 210 into a three-phase AC power according to a control signal. The switching units 231a, 231b, 232a, 232b, 233a and 233b include switching elements S1a, S1b, S2a, S2b, S3a and S3b driven in accordance with a control signal and a diode D1a, D1b, D2a, D2b, D3a, D3b. The switching elements are switching elements such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and an IGBT. The switching elements receive the control signal from the control unit 250 and are turned on or off according to the control signal. The control signal is a signal for controlling the duty ratio of the switching elements. The diodes perform the function of a freewheeling diode that is connected in parallel to each of the switching elements and forms a current path when it is turned off at the turn-on by switching to consume the residual current.

삼상 모터(300)는 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결된 삼상 코일(310, 320, 330)을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동된다. 제어 유닛(250)은 상기 제어 신호를 생성하고 상기 인버터(230)에 출력하여 상기 세 개의 인버터 모듈을 구동한다. 전기 자동차의 구동 시, 즉 삼상 모터의 구동 시에는 삼상 코일(310, 320, 330)이 하나의 중성점(340)으로 연결된다.The three-phase motor 300 has three-phase coils 310, 320 and 330 coupled to the three inverter modules, and is driven according to the three-phase AC power source. The control unit 250 generates the control signal and outputs the control signal to the inverter 230 to drive the three inverter modules. When the electric vehicle is driven, that is, when the three-phase motor is driven, the three-phase coils 310, 320 and 330 are connected to one neutral point 340.

상기 전기 자동차는 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 구비되는 하나 이상의 리액터를 더 포함한다. 제어 유닛(250)은 상기 인버터(230)와 상기 하나 이상의 리액터를 연결하여 상기 배터리(100)를 충전한다.The electric vehicle further includes a charging power source and at least one reactor provided between the three inverter modules. The control unit 250 connects the inverter 230 and the one or more reactors to charge the battery 100.

도 6 또는 도 7을 참조하면, 상기 하나 이상의 리액터는 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 각각 구비되는 세 개의 리액터들(410, 420, 430)일 수 있다. 여기서, 상기 배터리의 충전 시, 상기 세 개의 리액터들의 일 측들은 각각 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결된다. 또, 상기 세 개의 리액터들 중 두 개의 리액터들(420, 430)의 타 측은 상기 충전용 전원(10)에 연결되며, 나머지 하나의 리액터(410)의 타 측은 상기 배터리(100)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 충전용 전원(10)에 연결된 리액터들(420, 430)은 일반적으로 노이즈 제거용으로 사용된다. 이때, 상기 전기 자동차는 두 개의 리액터들이 아닌 하나의 리액터만(420)을 포함할 수 있고, 배터리 충전 시에 하나만 충전용 전원(10)에 연결될 수도 있다. 반면, 배터리(100)에 연결된 리액터(410)는 인버터 모듈(231)과 함께 컨버터를 형성한다.Referring to FIG. 6 or 7, the one or more reactors may be three reactors 410, 420, and 430 respectively provided between the charging power source and the three inverter modules. Here, at the time of charging the battery, one side of each of the three reactors is connected to each of the three inverter modules. The other side of the three reactors 420 and 430 is connected to the charging power source 10 and the other side of the reactor 410 is connected to the battery 100 . Reactors 420 and 430 connected to the charging power supply 10 are generally used for noise removal. At this time, the electric vehicle may include only one reactor 420, not two reactors, and may be connected to only one charging power source 10 at the time of battery charging. On the other hand, the reactor 410 connected to the battery 100 forms a converter together with the inverter module 231.

상기 전기 자동차는 상기 인버터(230)와 상기 삼상 모터(300)를 연결하거나, 또는 상기 인버터(230)와 상기 리액터를 연결하는 절환 유닛을 더 포함할 수 있다. 절환 유닛은 제어 유닛(250)으로부터의 절환 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치이다. 도 4를 참조하면, 절환 유닛들(510, 520, 530)은, 배터리(100)의 충전 시, 제어 유닛(250)의 절환 신호에 따라 상기 세 개의 리액터(410, 420, 430)를 각각 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결한다. 반면, 상기 절환 유닛은, 전기 자동차의 구동 시, 상기 세 개의 인버터 모듈을 각각 삼상 모터의 삼상 코일(310, 320, 330)에 연결한다.The electric vehicle may further include a switching unit that connects the inverter 230 and the three-phase motor 300 or connects the inverter 230 to the reactor. The switching unit is an electrical or mechanical switch which is turned on / off in response to a switching signal from the control unit 250. 4, when the battery 100 is charged, the switching units 510, 520, and 530 switch the three reactors 410, 420, and 430, respectively, according to a switching signal of the control unit 250, Connect to three inverter modules. On the other hand, when the electric vehicle is driven, the switching unit connects the three inverter modules to the three-phase coils 310, 320, and 330 of the three-phase motor, respectively.

도 6을 참조하면, 상기 전기 자동차는, 상기 배터리와 상기 직류 링크 커패시터의 사이에 한 쌍의 개폐 유닛(270a, 270b)을 더 구비한다. 한 쌍의 개폐 유닛(270a, 270b)은, 삼상 모터의 구동 시, 배터리와 직류 링크 커패시터를 연결하는 반면, 배터리(100)의 충전 시, 배터리와 직류 링크 커패시터 사이의 연결을 분리한다. 한 쌍의 개폐 유닛은 개폐 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치이다. 여기서, 상기 제어 유닛(250)은 상기 삼상 모터(300)에 충전용 전원(10)이 연결되면, 상기 배터리(100)와 상기 직류 링크 커패시터(210) 사이의 연결을 분리하는 개폐 신호를 상기 한 쌍의 개폐 유닛에 출력한다.Referring to FIG. 6, the electric vehicle further includes a pair of open / close units 270a and 270b between the battery and the DC link capacitor. The pair of opening / closing units 270a and 270b connects the battery and the DC link capacitor when the three-phase motor is driven, while disconnecting the connection between the battery and the DC link capacitor when the battery 100 is charged. The pair of switching units are electrical and mechanical switches that are turned on and off in response to the switching signals. When the charging power supply 10 is connected to the three-phase motor 300, the control unit 250 outputs an open / close signal for disconnecting the connection between the battery 100 and the DC link capacitor 210, And outputs it to the opening / closing unit of the pair.

도 7을 참조하면, 상기 세 개의 인버터 모듈(231, 232, 233) 중 두 개의 인버터 모듈(232, 233)은, 배터리의 충전 시, 상기 충전용 전원(10)을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 컨버터를 형성한다. 여기서, 상기 교류-직류 컨버터는, 상기 두 개의 인버터 모듈 내에 포함된 스위칭 소자들은 항상 개방된다. 즉, 상기 교류-직류 컨버터는 풀 브리지 다이오드(Full-Bridge Diode)를 형성하여 충전용 전원을 직류 전원으로 정류한다. 예를 들어, 충전용 전원이 상용 AC 220V일 때, 교류-직류 컨버터는 320V 정도로 정류하여 직류 링크 커패시터에 공급한다. 또, 상기 세 개의 인버터 모듈 중 나머지 하나의 인버터 모듈(231)은 상기 배터리(100)에 연결되는 리액터(410)와 함께 벅-부스트 컨버터(Buck-Boost Converter)를 형성한다. 벅-부스트 컨버터는 직류 링크 커패시터와 연결되고, 전류 제어에 의해 배터리 허용 전압에 맞게 변환되어 배터리에 공급된다.Referring to FIG. 7, two inverter modules 232 and 233 of the three inverter modules 231, 232, and 233 are connected to an AC-DC converter for converting the charging power source 10 into a DC power source, DC converter. Here, in the AC-DC converter, the switching elements included in the two inverter modules are always open. That is, the AC-DC converter forms a full-bridge diode to rectify the charging power source to the DC power source. For example, when the charging power source is a commercial AC 220V, the AC-DC converter rectifies to 320V and supplies it to the DC link capacitor. The other inverter module 231 of the three inverter modules forms a buck-boost converter together with the reactor 410 connected to the battery 100. The buck-boost converter is connected to the DC link capacitor and is converted to the allowable battery voltage by current control and supplied to the battery.

도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 실시 예들에 따른 전기 자동차의 구동 방법은, 충전용 전원의 연결 여부를 감지하는 단계(S100)와, 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되지 아니하면(S100의 아니오), 상기 삼상 코일을 하나의 중성점으로 연결하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 삼상 모터를 구동하는 단계(S200)를 포함하여 구성된다. 또, 상기 전기 자동차의 구동 방법은, 상기 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되면(S100의 예), 상기 삼상 코일 중 두 상의 코일은 상기 충전용 전원에 연결하고, 한 상의 코일은 상기 배터리에 연결하여 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)를 더 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 7을 참조한다.Referring to FIGS. 8 and 9, the driving method of the electric vehicle according to the embodiments may include a step S100 of detecting whether or not the charging power source is connected, and if the charging power source is not connected And connecting the three-phase coil with one neutral point and outputting the control signal to the inverter to drive the three-phase motor (S200). When the charging power source is connected (YES in step S100), the two-phase coil of the three-phase coil is connected to the charging power source, and the coil of one phase is connected to the battery And charging the battery (S300). The configuration of the apparatus will be described with reference to Figs.

도 8을 참조하면, 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)는, 상기 세 개의 리액터들의 일 측들을 각각 상기 세 개의 인버터 모듈에 연결하는 과정(S311)과, 상기 세 개의 리액터들 중 두 개의 리액터들의 타 측을 상기 충전용 전원에 연결하는 과정(S312)과, 나머지 하나의 리액터의 타 측을 상기 배터리에 연결하는 과정(S313)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 전기 자동차는 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 각각 구비되는 세 개의 리액터들을 포함한다.Referring to FIG. 8, the step S300 of charging the battery includes connecting S320 to one of the three inverter modules (S311) (S312) of connecting the other side to the charging power source, and connecting the other side of the other one of the reactors to the battery (S313). At this time, the electric vehicle includes three reactors respectively provided between the charging power source and the three inverter modules.

도 9를 참조하면, 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)는, 상기 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하는 과정(S320)과, 상기 직류 전원을 승압 또는 강압하여 상기 배터리에 공급하는 과정(S330)을 포함한다. 또, 도 8 또는 도 9를 참조하면, 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)는, 상기 배터리와 상기 직류 링크 커패시터의 연결을 분리하는 과정(S310)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the step S300 of charging the battery includes a step S320 of converting the charging power source to a DC power source, a step S330 of supplying the DC power source to the battery by stepping up or down the DC power source, . Referring to FIG. 8 or 9, the step S300 of charging the battery may further include a step of disconnecting the connection between the battery and the DC link capacitor (S310).

도 5, 도 8 및 도 9를 함께 참조하여 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 방법을 설명한다. 배터리의 충전 시(S300), 인버터 내의 세 개의 인버터 모듈 중 두 개의 인버터 모듈은 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 컨버터를 형성한다(S312). 여기서, 상기 교류-직류 컨버터는, 상기 두 개의 인버터 모듈 내에 포함된 스위칭 소자들의 개폐에 따라 역률 보상 컨버터로 동작한다. 역률 보상 컨버터는 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하고(S320), 역률을 보정하여 직류 링크 커패시터에 공급한다(S321). 예를 들어, 충전용 전원이 상용 AC 220V일 때, 역률 보상 컨버터는 320V 정도로 정류하고(S320), 역률 보상한 다음(S321), 600 내지 700V 정도로 승압하여 직류 링크 커패시터에 공급한다. 또, 상기 세 개의 인버터 모듈 중 나머지 하나의 인버터 모듈은 배터리에 연결되는 리액터(410)와 함께 벅-부스트 컨버터를 형성한다(S313). 벅-부스트 컨버터는 직류 링크 커패시터와 연결되고, 전류 제어에 의해 배터리 허용 전압에 맞게 승압 또는 강압하여(S330) 배터리를 충전한다(S331).The driving method of the electric vehicle according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 8, and 9. FIG. When the battery is charged (S300), two inverter modules among the three inverter modules in the inverter form an AC-DC converter for converting the charging power source to DC power (S312). Here, the AC-DC converter operates as a power factor correcting converter according to opening and closing of the switching elements included in the two inverter modules. The power factor compensation converter converts the charging power source to DC power (S320), corrects the power factor, and supplies the corrected power factor to the DC link capacitor (S321). For example, when the charging power source is a commercial AC 220V, the power factor compensating converter is rectified to about 320V (S320), compensates the power factor (S321), and then boosts the voltage to about 600 to 700V to supply the DC link capacitor. In addition, the inverter module of the other one of the three inverter modules forms a buck-boost converter together with the reactor 410 connected to the battery (S313). The buck-boost converter is connected to the DC link capacitor and is stepped up or stepped down according to the allowable voltage of the battery by current control (S330) to charge the battery (S331).

도 7 내지 도 9를 함께 참조하여 다른 실시 예에 따른 구동 방법을 설명한다. 상기 세 개의 인버터 모듈 중 두 개의 인버터 모듈은, 배터리의 충전 시, 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 컨버터를 형성한다(S312). 여기서, 상기 교류-직류 컨버터는, 상기 두 개의 인버터 모듈 내에 포함된 스위칭 소자들은 항상 개방된다. 즉, 상기 교류-직류 컨버터는 풀 브리지 다이오드를 형성하여 충전용 전원을 직류 전원으로 정류한다(S320). 예를 들어, 충전용 전원이 상용 AC 220V일 때, 교류-직류 컨버터는 320V 정도로 정류하여 직류 링크 커패시터에 공급한다. 또, 세 개의 인버터 모듈 중 나머지 하나의 인버터 모듈은 배터리에 연결되는 리액터(410)와 함께 벅-부스트 컨버터를 형성하고(S313), 전류 제어에 의해 배터리 허용 전압에 맞게 승압 또는 강압하여 배터리를 충전한다(S331).7 to 9 together describe a driving method according to another embodiment. Two inverter modules of the three inverter modules form an AC-DC converter for converting charging power to DC power when charging the battery (S312). Here, in the AC-DC converter, the switching elements included in the two inverter modules are always open. That is, the AC-DC converter forms a full bridge diode and rectifies the charging power source to DC power (S320). For example, when the charging power source is a commercial AC 220V, the AC-DC converter rectifies to 320V and supplies it to the DC link capacitor. The other inverter module of the three inverter modules forms a buck-boost converter together with the reactor 410 connected to the battery (S313). The current is controlled to increase or decrease the voltage according to the allowable voltage of the battery to charge the battery (S331).

도 8 또는 도 9를 참조하면, 상기 삼상 모터를 구동하는 단계(S200)는, 상기 배터리와 상기 직류 링크 커패시터를 연결하는 과정(S210)과, 상기 삼상 교류 전원을 상기 삼상 코일에 인가하여 상기 전기 자동차를 구동하는 과정(S240)을 포함한다. 또, 상기 삼상 모터를 구동하는 단계(S200)는 구동용 전원을 평활화하고 삼상 교류 전원으로 변환하는 과정(S220, S230)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 or 9, the step of driving the three-phase motor (S200) includes the steps of connecting the battery and the DC link capacitor (S210), applying the three-phase AC power to the three- And driving the automobile (S240). In addition, the step of driving the three-phase motor (S200) may further include a step S220 and S230 of smoothing the driving power source and converting the power into three-phase AC power.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차 및 이의 구동 방법은 구동용 인버터를 이용하여 전기 자동차를 구동하고, 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 구동용 인버터와, 리액터, 스위치 등 간단한 회로 소자를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 모터 제어 장치에 포함된 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들을 이용하여 배터리를 충전함으로써 비용을 절감하고, 전기 자동차의 크기를 줄일 수 있으며, 각 장치들의 운용 효율을 제고한다.As described above, the electric vehicle and the driving method thereof according to the embodiments of the present invention include a driving inverter, a simple circuit such as a reactor, a switch, and the like, without driving the electric vehicle using a driving inverter, The device can be used to charge the battery. Embodiments of the present invention can reduce the cost, reduce the size of the electric vehicle, and improve the operating efficiency of each device by charging the battery using the inverter and the switching elements in the inverter included in the motor control device.

100: 배터리 200: 모터 제어 장치
210: 직류 링크 커패시터 230: 인버터
250: 제어 유닛 300: 모터
410, 420, 430: 리액터 510, 520, 530: 절환 유닛100: Battery 200: Motor control device
210: DC link capacitor 230: Inverter
250: control unit 300: motor
410, 420, 430: Reactors 510, 520, 530:

Claims (14)

직류 전원을 공급하는 배터리;
상기 배터리와 하기 인버터 사이에 연결되고, 상기 배터리의 직류 전원을 평활화하는 직류 링크 커패시터;
두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터가 평활화한 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터;
삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터;
충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 구비되는 세 개의 리액터;
상기 인버터와 상기 삼상 모터를 연결하여 상기 삼상 모터를 구동하거나, 또는 상기 인버터와 상기 세 개의 리액터를 연결하여 상기 배터리를 충전하는 제어 유닛; 및
상기 배터리와 상기 직류 링크 커패시터의 사이에 구비되고, 상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리의 양단과 상기 직류 링크 커패시터 사이의 연결을 분리하는 한 쌍의 개폐 유닛;을 포함하고,
상기 삼상 모터의 구동시, 상기 세 개의 인버터 모듈은 상기 삼상 모터의 삼상 코인에 각각 연결되고,
상기 배터리의 충전시, 상기 세 개의 리액터의 일 측은 상기 세 개의 인버터 모듈에 각각 연결되고, 상기 세 개의 리액터 중 두 개의 리액터의 타 측은 충전용 전원에 나머지 하나의 리액터의 타 측은 상기 배터리에 각각 연결되고, 상기 세 개의 인버터 모듈과 함께 상기 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 제1컨버터와 상기 변환된 직류 전원을 상기 배터리의 허용 전압에 맞게 변환하는 제2컨버터를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.A battery for supplying DC power;
A DC link capacitor connected between the battery and the inverter and smoothing the DC power of the battery;
An inverter having three inverter modules each composed of two switching units and converting a DC power smoothed by the DC link capacitor into a three-phase AC power according to a control signal;
A three-phase motor provided with a three-phase coil and driven according to the three-phase AC power;
Three reactors provided between the charging power source and the three inverter modules;
A control unit connecting the inverter and the three-phase motor to drive the three-phase motor, or connecting the inverter and the three reactors to charge the battery; And
And a pair of switching units provided between the battery and the DC link capacitor for separating a connection between both ends of the battery and the DC link capacitor upon charging of the battery,
When the three-phase motor is driven, the three inverter modules are respectively connected to three-phase coils of the three-phase motor,
One of the three reactors is connected to the three inverter modules, the other one of the three reactors is connected to the charging power source, and the other one of the three reactors is connected to the battery A first converter for converting the charging power source into a direct current power source together with the three inverter modules, and a second converter for converting the converted direct current power source into an allowable voltage of the battery. car. 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리의 양단과 상기 직류 링크 커패시터 사이의 연결을 분리하는 개폐 신호를 상기 한 쌍의 개폐 유닛에 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.The apparatus according to claim 1,
And outputs an opening / closing signal for disconnecting the connection between the both ends of the battery and the DC link capacitor to the pair of opening / closing units when the battery is charged. 제1 항에 있어서,
상기 인버터와 상기 삼상 모터를 연결하거나, 또는 상기 인버터와 상기 리액터를 연결하는 절환 유닛;을 더 포함하는 전기 자동차.The method according to claim 1,
And a switching unit that connects the inverter and the three-phase motor, or connects the inverter and the reactor. 제5 항에 있어서, 상기 절환 유닛은,
상기 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자; 및
상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 다이오드;를 포함하는 전기 자동차.6. The apparatus according to claim 5,
A switching device driven according to the control signal; And
And a diode connected in parallel to the switching element. 제6 항에 있어서,
상기 배터리의 충전 시, 상기 제1 컨버터는 상기 세 개의 인버터 모듈 중 두 개의 인버터 모듈에 의해 형성되고, 상기 충전용 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 컨버터인 것을 특징으로 하는 전기 자동차.The method according to claim 6,
Wherein the first converter is formed by two inverter modules among the three inverter modules at the time of charging the battery and is an AC-DC converter for converting the charging power source into a DC power source. 제7 항에 있어서,
상기 교류-직류 컨버터는, 상기 두 개의 인버터 모듈 내에 포함된 스위칭 소자들의 개폐에 따라 역률 보상 컨버터로 동작하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.8. The method of claim 7,
Wherein the AC-DC converter operates as a power factor correcting converter according to opening and closing of switching elements included in the two inverter modules. 제7 항에 있어서,
상기 배터리의 충전 시, 상기 제2 컨버터는 상기 세 개의 인버터 모듈 중 나머지 하나의 인버터 모듈과 상기 배터리에 연결된 하나의 리액터에 의해 형성된 벅-부스트 컨버터인 것을 특징으로 하는 전기 자동차.8. The method of claim 7,
Wherein the second converter is a buck-boost converter formed by an inverter module of the other one of the three inverter modules and one reactor connected to the battery upon charging of the battery. 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 직류 전원을 공급하는 배터리, 제어 신호에 따라 상기 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터; 상기 배터리와 상기 인버터 사이에 연결되어 상기 배터리의 직류전원을 평활화하는 직류 링크 커패시터; 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터; 및 충전용 전원과 상기 세 개의 인버터 모듈의 사이에 구비되는 세 개의 리액터; 및 상기 배터리와 상기 직류 링크 커패시터의 사이에 구비되고, 상기 배터리의 충전 시, 상기 배터리의 양단과 상기 직류 링크 커패시터 사이의 연결을 분리하는 한 쌍의 개폐 유닛을 포함하는 전기 자동차를 구동하는 방법에 있어서,
상기 충전용 전원의 연결 여부를 감지하는 단계;
감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되지 아니하면, 상기 삼상 코일을 상기 인버터 모듈에 연결하고, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 삼상 모터를 구동하는 단계; 및
상기 감지 결과, 상기 충전용 전원이 연결되면, 상기 한 쌍의 개폐 유닛을 구동하여 상기 배터리의 양단과 상기 직류 링크 커패시터의 연결을 분리하고, 상기 세 개의 리액터의 일 측은 상기 세 개의 인버터 모듈에 각각 연결하고, 상기 세 개의 리액터 중 두 개의 리액터의 타 측은 상기 충전용 전원에 나머지 하나의 리액터의 타 측은 상기 배터리에 각각 연결하여, 상기 충전용 전원을 직류 전원으로 변환한 다음 역률을 보상하고, 변환된 직류 전원을 상기 배터리의 허용 전압에 맞게 변환하여 공급함으로써, 상기 배터리를 충전하는 단계;를 포함하는 전기 자동차의 구동 방법.A battery for supplying DC power; an inverter for converting the DC power into a three-phase AC power according to a control signal; A DC link capacitor connected between the battery and the inverter for smoothing the DC power of the battery; A three-phase motor provided with a three-phase coil and driven according to the three-phase AC power; And three reactors provided between the charging power source and the three inverter modules; And a pair of switching units provided between the battery and the DC link capacitor for separating a connection between both ends of the battery and the DC link capacitor when charging the battery, As a result,
Detecting whether the charging power source is connected or not;
If the charging power source is not connected, connecting the three-phase coil to the inverter module and outputting the control signal to the inverter to drive the three-phase motor; And
When the charging power source is connected as a result of detection, both ends of the battery and the connection of the DC link capacitor are disconnected by driving the pair of switching units, and one side of the three reactors is connected to the three inverter modules The other side of the two reactors of the three reactors is connected to the charging power source and the other side of the other one of the reactors is connected to the battery to convert the charging power source to DC power source, And charging the battery by converting the supplied DC power into an allowable voltage of the battery. 삭제delete 제10 항에 있어서, 상기 배터리를 충전하는 단계는,
상기 변환된 직류 전원을 상기 배터리의 허용 전압에 맞게 승압 또는 강압하여 상기 배터리에 공급하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 방법.11. The method of claim 10,
And supplying the converted DC power to the battery by increasing or decreasing the DC power according to an allowable voltage of the battery. 삭제delete 제10 항에 있어서, 상기 삼상 모터를 구동하는 단계는,
상기 배터리의 양단과 상기 직류 링크 커패시터를 연결하는 과정; 및
상기 삼상 교류 전원을 상기 삼상 코일에 인가하여 상기 전기 자동차를 구동하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 방법.11. The method of claim 10, wherein driving the three-
Connecting both ends of the battery and the DC link capacitor; And
And applying the three-phase AC power to the three-phase coil to drive the electric vehicle.
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