KR101684064B1 - 전기 자동차의 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 별도의 충전기를 설치하지 않고 전기 자동차에 기 장착된 모터 및 인버터를 토대로 구현되는 전기 자동차의 충전 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은 직류 전력을 저장하거나 출력하는 직류 전원, 전기 자동차를 구동하는 모터, 상기 모터를 구동시키는 인버터, 교류 전력을 출력하는 교류 전원, 상기 인버터가 출력하는 직류 전력을 상기 직류 전원으로 공급하기 위한 스위칭 동작을 하는 충전 릴레이 및 상기 교류 전원을 상기 인버터로 공급하기 위한 스위칭 동작을 하는 입력 릴레이를 포함한다.

Description

전기 자동차의 충전 시스템{CHARGING SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차의 충전 시스템에 관한 내용으로서, 구체적으로 외부 전원을 플러그인 방식으로 접속하여 배터리의 충전을 제공하는 충전 시스템에 관한 기술이다.
하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehecle, 이하, 'PHEV'라 통칭함) 또는 전기 자동차(Electric Vehecle, 이하, 'EV'라 통칭함)는 외부 교류(Analog Current, 이하, 'AC'라 통칭함) 전원으로부터 차량 내부에 장착된 완속 충전기(On-board Charger, 이하, 'OBC'라 통칭함)를 통해 주행에 필요한 전기 에너지를 배터리에 충전하여 주행한다.
이러한 OBC는 고전압 스위치, 인덕터, 커패시터, 절연형 트랜스포머, 릴레이, 제어 보드, 냉각 시스템과, 이를 구성하기 위한 별도의 패키징이 필요하기 때문에 사이즈, 중량 및 가격적으로 불리하다. 게다가 차량 주행 중에는 필요 없고, 충전 중에만 필요한 OBC를 별도로 구성하여 차에 장착해야만 한다. 따라서, 차량 중량 증가로 인하여 차량 구동 연비에 악영향을 준다는 문제가 있다.
또한, 종래에 배터리를 충전하기 위해서 인버터로 가정용 전원을 목표 전압으로 승압(Boost)시켜주고, 직류(Direct Current, 이하, 'DC'라 통칭함)-직류(DC) 컨버터는 스위칭 제어를 하지 않고 단순 전류 패스만 형성하는 구조가 제시되어 있다. 이러한 구조는 고전압 배터리 전압이 입력 받은 가정용 전압보다 높을 때는 상관이 없지만, 낮을 경우에는 부스트 PFC(Power Factor Corrector) 제어에 어려움이 있다.
또한, 종래에 모터 시스템 구성에 따라 HDC(High Voltage DC-DC Converter)가 없는 경우, 고전압 배터리 전압이 입력 전압보다 낮은 경우에 대해서는 제어가 되지 않는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서는 버크(Buck) 컨버터 역할을 해줄 수 있는 별도의 직류(DC)-직류(DC) 장치가 필요하다.
또한, 종래의 인버터 일체형 충전 시스템 구조는 양방향 DC-DC 컨버터를 포함하는 구조로서, 인버터를 통하여 부스트(Boost) 제어를 하여 입력 전압을 배터리 전압 이상으로 승압시킨다. 그리고 양방향 컨버터를 통해 버크(Buck) 제어를 하여 목표 배터리 전압으로 강압시킨다.
그런데 이러한 구조는 차량 자체적으로 양방향 컨버터가 포함된 구조에만 적용될 수 있다는 한계가 있다. 그리고 양방향 컨버터가 없는 경우, 외부 입력 전압 및 배터리 전압 범위에 따라 충전 불가 영역이 발생한다. 즉, 배터리 전압 범위가 낮을 경우 혹은 AC 정류 전압 > 배터리 전압인 경우, 배터리 저 SOC(State-of-charge) 영역에서 부스트 충전 제어 불가 영역이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 충전기를 설치하지 않고 전기 자동차에 기 장착된 모터 및 인버터를 토대로 구현되는 전기 자동차의 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은 직류 전력을 저장하거나 출력하는 직류 전원, 상기 전기 자동차를 구동하는 모터, 전류의 흐름에 따라 상기 모터를 구동시키는 인버터, 상기 직류 전원에 전력을 공급하는 교류 전원, 상기 인버터가 출력하는 직류 전력을 상기 직류 전원으로 공급하기 위한 스위칭 동작을 하는 충전 릴레이 및 상기 교류 전원을 상기 인버터로 공급하기 위한 스위칭 동작을 하는 입력 릴레이를 포함한다.
또한, 상기 입력 릴레이는 상기 교류 전원의 양단에 배치되는 2개의 입력 릴레이를 포함할 수 있다.
또한, 모터 구동 시 상기 모터에 상기 직류 전원에 차징된 직류 전원을 공급하는 2개의 메인 릴레이; 및 상기 직류 전원과 병렬로 연결되고, 상기 충전 릴레이 및 상기 메인 릴레이 사이에 배치되어 상기 직류 전원에 충전되는 전원을 저장하는 보조 커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 릴레이와 상기 인버터 사이에 배치되는 인덕터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 릴레이는 상기 직류 전원과 상기 인버터 사이에 구비되는 제1 충전 릴레이 및 상기 모터와 상기 입력 릴레이 사이에 구비되는 제2 충전 릴레이를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 충전 릴레이는 복수 개의 상기 제2 충전 릴레이가 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 인버터의 3상 스위치 중 2상에서는 부스트(Boost) 제어를 이용하여 배터리 전압 이상으로 승압되는 부스트 컨버터로 이용될 수 있다.
또한, 상기 인버터의 3상 스위치 중 1상에서는 버크(Buck) 제어를 이용하여 커패시터의 전압이 목표 배터리의 전압으로 강압되는 버크 컨버터로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기 자동차에서 기존에 구성되어있던 충전기(OBC)를 사용하지 않고, 기존 PE(Power Electronic) 부품 및 간단한 추가 장치를 사용하여 차량 시스템 구성에 상관없이 기 장착되어 있는 모터 및 인버터를 가지고 충전 시스템을 구현할 수 있다. 따라서, 모터 및 인버터를 사용하는 모든 시스템 예컨대 1모터, 2모터, HDC 포함 여부 관계없는 시스템에서 충전 동작을 구현할 수 있다. 그러므로 패키징 성능 향상, 차량 중량 저감, 충전기 대비 큰 원가절감이 가능하다.
이러한 충전기(OBC)가 삭제됨으로써 차량 패키징 및 중량 저감에 기여하여 차량 구동 효율을 상승시킬 수 있다. 그리고 충전기(OBC) 가격 대당 약 100만원(추정)에서 추가 장치 구성 시 드는 비용 약 20만원(추정)을 제외한 80만원 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 충전 시스템에 구비된 정류기를 사용하지 않음으로써 추가적인 패키징 성능 향상, 차량 중량 저감 및 원가 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 충전 시스템을 간략화한 도면이다.
도 3은 충전 동작 시 도 1의 충전 시스템을 간략화한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 문제 영역을 해결하는 상황을 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
여기서, 전기 자동차는 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehecle, 이하, 'PHEV'라 통칭함) 또는 전기 자동차(Electric Vehecle, 이하, 'EV'라 통칭함)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은 상용 전원인 외부 전원을 플러그인 방식으로 접속하여 배터리의 충전을 제공하는 충전 시스템이다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템의 블록도로서, 모터(motor) 시스템의 일체형 충전 시스템 구조를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 충전 시스템은 직류(Direct Current, 이하, 'DC'라 통칭함) 전원(101), 메인 릴레이1(103), 메인 릴레이2(105), 충전 릴레이1(107), 보조 커패시터(Buck)(111), DC 링크 커패시터(113), 인버터(115), 모터(117), 충전 릴레이2(119), 입력 릴레이(121) 및 교류(Analog Current, 이하, 'AC'라 통칭함) 전원(123)을 포함한다.
여기서, 직류 전원(101), 메인 릴레이1(103), 메인 릴레이2(105), 충전 릴레이1(107), 보조 캡(Buck)(111)은 배터리를 구성한다. 이러한 배터리는 인버터(115)로부터 직류 전력을 공급받아 직류 전원(101)에 저장한다. 그리고 직류 전원(101)에 충전된 직류 전력은 인버터(115)를 통해 모터(117)에 공급된다.
인버터(115)는 전류의 흐름 방향에 따라 전기 자동차의 모터(117)를 제어한다. 이러한 인버터(115)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
모터(117)는 인버터(115)에 연결되어 전기 자동차(미도시)를 구동한다. 배터리로부터 인버터(115)를 거쳐 공급된 교류를 이용하여 구동된다.
교류(AC) 전원(123)은 외부 전원으로서, 배터리에 전력을 공급한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 충전 릴레이1(107), 충전 릴레이2(119) 및 입력 릴레이(121)가 충전 시스템에 추가로 구성되는 부품이다.
또한, 도 1에 도시하였지만, 보조 커패시터(Buck)(111)는 충전 시스템에 선택적으로 추가되는 부품이다.
여기서, 보조 커패시터(buck)(111)는 인덕터(도 2의 109)에 흐르는 리플 전류를 흡수하여 직류 전압을 만들어 주는 용도로 사용되는 평활용 커패시터이다. 여기서는 배터리가 대용량 커패시터의 역할을 하므로 필요하지 않을 수 있으나 제어상 필요 시 추가될 수 있다.
메인 릴레이1(103) 및 메인 릴레이2(105)는 직류 전원(101)에 충전된 전원을 모터(119)로 공급하기 위한 스위칭 동작을 한다. 메인 릴레이1(103) 및 메인 릴레이2(105)는 직류 전원(101)의 양단에 연결되어 직류 전원(101)에 입출력되는 전압 및 전류를 단속한다.
충전 릴레이1(107), 충전 릴레이2(119) 및 입력 릴레이(121)는 교류(AC) 전원(123)에서 교류 전원을 배터리로 공급하여 충전하기 위한 스위칭 동작을 한다.
여기서, 도 1의 충전 시스템의 충전 동작을 설명하면, 하기와 같다.
도 2는 도 1의 충전 시스템을 간략화한 도면이고, 도 3은 충전 동작 시 도 1의 충전 시스템을 간략화한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 문제 영역을 해결하는 상황을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 충전 시에 하기 표 1과 같이 메인 릴레이1(103) 및 메인 릴레이2(105)와 충전 릴레이1(107), 충전 릴레이2(119), 입력 릴레이(121)를 이용하여 회로 결선을 바꾸고 인버터(115)의 스위치를 사용하여 부스트(Boost) 컨버터(A)와 버크(Buck) 컨버터(B)를 구성한다.
여기서, 추가되는 부품(107, 119, 121)은 인버터 스위칭 소자인 파워모듈 팩의 외부에 설치 가능하므로 기존 시스템 구성을 그대로 이용할 수 있게 된다.
항목 메인 릴레이1 메인 릴레이2 충전 릴레이1 충전 릴레이2 입력 릴레이
모터 구동 시 O O X O X
충전 동작 시 X O O X O
여기서, 모터 구동 시와 충전 시의 릴레이는 상기 표 1과 같이 동작하여 회로 결선을 만들어 준다.
이때, AC 외부 전원(123)을 인버터(115)의 3상 스위치 중 2상을 이용하여 부스트(Boost) 제어를 하여 배터리 전압 이상으로 승압시킨다. 그리고 승압된 전압은 DC 링크 커패시터(113)에 차징된다. 그리고 인버터(115)의 3상 스위치 중 1상을 이용하여 버크(Buck) 제어를 하여 DC 링크 커패시터(113)의 전압을 목표 배터리 전압으로 강압시킨다. 즉, 도 1은 간략하게 도 2로 바뀌게 됨을 알 수 있다. 여기서, 인버터(115)는 스위칭 소자가 3상으로 구성되어 있는데, 2상은 부스트 컨버터(A)로 쓰이고, 1상은 버크 컨버터(B)로 쓰인다.
여기서, 인버터의 2상은 부스트 컨버터(A)로 쓰이되, 병렬 연결된 제어 방법에 따라서 더 좋은 성능을 기대할 수 있다.
구체적으로, 부스트 컨버터(A)로 쓰이는 1상(C)은 교류 전원(123)이 양[+]일 때 부스트 스위칭 동작을 하고, 부스트 컨버터(A)로 쓰이는 1상(D)은 교류 전원(123)이 음[-]일 때 부스트 스위칭 동작을 함으로써, 별도의 정류기가 구비되지 않아도 부스트 스위칭 동작이 가능한 구조이다.
따라서, 도 1, 2 및 3에 도시한 충전 시스템은 DC-DC 양방향 컨버터가 없는 구조에서 인버터의 스위치만 가지고 부스트(Boost) 컨버터(A)와 버크(Buck) 컨버터(B)를 구성할 수 있으며, 별도의 정류기가 구비되지 않아도 부스트 스위칭 동작이 가능한 구조로 구성될 수 있다. 이렇게 하면, 도 4와 같이, 기존의 문제 영역을 해결할 수 있다.
즉, 종래 인버터 충전기의 구성에서는 모터의 인덕턴스와 인버터의 스위치 소자를 가지고 부스트 제어만 가능했다. 따라서, 교류 입력 전압이 고전압 배터리 보다 전압이 높은 구간(도 4의 전압 제어가 불가능한 영역)에서는 부스트 전압 제어가 되지 않는다.
따라서, 원하는 전압으로 제어를 할 수 없는 구간이 생기는 것이다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따르면, 별도의 버크 컨버터 또는 양방향 DC-DC 컨버터의 구성 없이 인버터의 스위칭 소자만으로 부스트 제어 및 버크 제어를 가능하게 한다. 따라서, 부스트 제어를 통해 DC-Link 전압을 항시 교류 입력 전압보다 높은 영역으로 승압하고, 버크 제어를 통해 DC-Link 전압을 다시 원하는 전압 즉 고전압 배터리의 목표 전압으로 강압시킬 수 있으므로 기존의 문제 영역과 관계없이 항상 제어 가능한 상태로 만들 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 충전 시스템 구성은 DC-DC 양방향 컨버터가 없는 구조에서 인버터(211)의 스위치만 가지고 부스트(Boost) 컨버터와 버크(Buck) 컨버터를 구성할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 충전 시스템 구성에서는 충전기(OBC)가 삭제됨으로써 차량 패키징 및 중량 저감에 기여하여 차량 구동 효율을 상승시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (8)

  1. 전기 자동차의 충전 시스템에 있어서,
    직류 전력을 저장하거나 출력하는 직류 전원;
    상기 전기 자동차를 구동하는 모터;
    전류의 흐름에 따라 상기 모터를 구동시키는 인버터;
    상기 직류 전원에 전력을 공급하는 교류 전원;
    상기 인버터가 출력하는 직류 전력을 상기 직류 전원으로 공급하기 위한 스위칭 동작을 하는 충전 릴레이; 및
    상기 교류 전원을 상기 인버터로 공급하기 위한 스위칭 동작을 하는 입력 릴레이를 포함하되, 상기 충전 릴레이는 상기 직류 전원과 상기 인버터 사이에 구비되는 제1 충전 릴레이 및 상기 모터와 상기 입력 릴레이 사이에 구비되며, 복수 개의 충전 릴레이가 직렬로 연결된 제2 충전 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력 릴레이는,
    상기 교류 전원의 양단에 배치되는 2개의 입력 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    모터 구동 시 상기 모터에 상기 직류 전원에 차징된 직류 전원을 공급하는 2개의 메인 릴레이; 및
    상기 직류 전원과 병렬로 연결되고, 상기 충전 릴레이 및 상기 메인 릴레이 사이에 배치되어 상기 직류 전원에 충전되는 전원을 저장하는 보조 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전 릴레이와 상기 인버터 사이에 배치되는 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터의 3상 스위치 중 2상에서는 부스트(Boost) 제어를 이용하여 배터리 전압 이상으로 승압되는 부스트 컨버터로 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터의 3상 스위치 중 1상에서는 버크(Buck) 제어를 이용하여 커패시터의 전압이 목표 배터리의 전압으로 강압되는 버크 컨버터로 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210127366A (ko) 2020-04-14 2021-10-22 현대자동차주식회사 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법
KR20230029012A (ko) * 2021-08-23 2023-03-03 단국대학교 산학협력단 인버터 및 단상계통 기반의 완속충전 방법 및 시스템
KR20230029047A (ko) * 2021-08-23 2023-03-03 단국대학교 산학협력단 인버터 및 단상계통을 이용한 완속충전 방법 및 시스템
KR102512192B1 (ko) * 2022-01-27 2023-03-20 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 멀티 충전 인버터 시스템 및 그 제어 방법
KR102511726B1 (ko) * 2022-01-27 2023-03-20 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 멀티 충전 인버터 시스템 및 그 제어 방법
KR102601769B1 (ko) * 2022-11-04 2023-11-16 서울과학기술대학교 산학협력단 멀티 포트 충전기

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9878635B1 (en) * 2013-02-13 2018-01-30 University Of Maryland Powertrain system in plug-in electric vehicles
EP3878683A1 (en) * 2016-10-05 2021-09-15 Voltu Motor, Inc. Fluid-cooled energy storage device having resin encapsulation
CN107042762B (zh) * 2016-11-29 2019-12-31 北京交通大学 一种轨道车辆的车载混合储能系统及其应用
GB2561588B (en) * 2017-04-19 2020-01-08 Sevcon Ltd DC-DC converter
KR102454222B1 (ko) * 2017-07-21 2022-10-17 현대자동차주식회사 전기 자동차
KR102008747B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008752B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008749B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008750B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008746B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008748B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008751B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-12 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102008753B1 (ko) * 2017-09-12 2019-08-09 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102063921B1 (ko) * 2017-12-13 2020-01-08 현대오트론 주식회사 차량용 전력 제어 장치
KR102524192B1 (ko) * 2018-03-21 2023-04-21 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
KR102523253B1 (ko) * 2018-03-21 2023-04-20 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
KR102542948B1 (ko) * 2018-04-13 2023-06-14 현대자동차주식회사 차량용 급속충전 시스템 및 방법
KR102463587B1 (ko) * 2018-07-05 2022-11-07 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
KR102526961B1 (ko) * 2018-07-16 2023-04-28 현대자동차주식회사 전기 자동차 및 전기 자동차의 충전 장치
JP2020058131A (ja) * 2018-10-01 2020-04-09 株式会社Ｓｏｋｅｎ 駆動システム
KR102643490B1 (ko) * 2018-12-04 2024-03-05 현대자동차주식회사 모터 구동 시스템을 이용한 충전 시스템
CN110422066A (zh) * 2019-08-15 2019-11-08 中国北方车辆研究所 一种车载充电装置
CN110562058B (zh) * 2019-09-11 2022-08-19 华为数字能源技术有限公司 一种充放电电路、系统和电动汽车
US11309881B2 (en) * 2020-01-24 2022-04-19 Ford Global Technologies, Llc Universal clamping circuit for automotive switch gate drives
US11170928B2 (en) * 2020-02-10 2021-11-09 Ford Global Technologies, Llc Automotive variable voltage converter with inductor having hidden air gap
KR20230131436A (ko) * 2020-03-06 2023-09-13 저장 한밍보 뉴 에너지 컴퍼니., 리미티드. 전기차 충전용 시스템 및 방법
US11398337B2 (en) * 2020-08-31 2022-07-26 Ford Global Technologies, Llc Automotive variable voltage converter with inductor having diagonal air gap
CN113147447B (zh) * 2021-03-17 2022-08-16 北京动力源科技股份有限公司 用于电动汽车的多功用车载充电电路
US11878600B2 (en) * 2021-03-31 2024-01-23 Lear Corporation Vehicle on-board charger with variable DC-link voltage
CN113043870B (zh) * 2021-04-30 2022-05-31 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种动力电池充电系统及电动汽车

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011010426A (ja) 2009-06-25 2011-01-13 Toyota Central R&D Labs Inc 電力制御装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5099186A (en) 1990-12-31 1992-03-24 General Motors Inc. Integrated motor drive and recharge system
JP4629016B2 (ja) 2006-10-27 2011-02-09 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法並びにパワーモジュール
WO2010030957A1 (en) 2008-09-11 2010-03-18 Eetrex Incorporated Bi-directional inverter-charger
DE102009019531A1 (de) * 2009-04-30 2009-12-24 Daimler Ag Elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug
KR101171908B1 (ko) * 2010-07-09 2012-08-07 현대자동차주식회사 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치
KR101189237B1 (ko) 2010-07-09 2012-10-09 현대자동차주식회사 하이브리드 자동차의 충전장치 및 방법
KR20120116722A (ko) * 2011-04-13 2012-10-23 엘지전자 주식회사 전기 자동차 및 이의 구동 방법
KR101649651B1 (ko) * 2011-04-26 2016-08-19 엘지전자 주식회사 전기 자동차 및 이의 구동 방법
KR101695693B1 (ko) * 2011-05-04 2017-01-12 엘지전자 주식회사 전기 자동차 및 이의 구동 방법
KR101284331B1 (ko) 2011-12-09 2013-07-08 성균관대학교산학협력단 친환경 차량의 충전장치 및 방법
KR101509709B1 (ko) 2013-10-15 2015-04-07 현대자동차 주식회사 전기 자동차의 충전 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011010426A (ja) 2009-06-25 2011-01-13 Toyota Central R&D Labs Inc 電力制御装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210127366A (ko) 2020-04-14 2021-10-22 현대자동차주식회사 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법
US11447026B2 (en) 2020-04-14 2022-09-20 Hyundai Motor Company Charging system for vehicle and battery charging stop method thereof
KR20230029012A (ko) * 2021-08-23 2023-03-03 단국대학교 산학협력단 인버터 및 단상계통 기반의 완속충전 방법 및 시스템
KR20230029047A (ko) * 2021-08-23 2023-03-03 단국대학교 산학협력단 인버터 및 단상계통을 이용한 완속충전 방법 및 시스템
KR102568218B1 (ko) * 2021-08-23 2023-08-17 단국대학교 산학협력단 인버터 및 단상계통 기반의 완속충전 방법 및 시스템
KR102568219B1 (ko) * 2021-08-23 2023-08-17 단국대학교 산학협력단 인버터 및 단상계통을 이용한 완속충전 방법 및 시스템
KR102512192B1 (ko) * 2022-01-27 2023-03-20 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 멀티 충전 인버터 시스템 및 그 제어 방법
KR102511726B1 (ko) * 2022-01-27 2023-03-20 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 멀티 충전 인버터 시스템 및 그 제어 방법
KR102601769B1 (ko) * 2022-11-04 2023-11-16 서울과학기술대학교 산학협력단 멀티 포트 충전기

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US10071639B2 (en) 2018-09-11

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