KR101717082B1 - 변압기 직렬구성을 이용한 전기자동차용 양방향 충방전기 - Google Patents

변압기 직렬구성을 이용한 전기자동차용 양방향 충방전기 Download PDF

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양지훈
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Abstract

본 발명은 양방향 충방전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수 개의 변압기들의 1차측을 직렬로 구성하여 권선 수를 줄일 수 있으므로 소형 및 경량화를 달성할 수 있고, 2차측을 병렬로 구성하여 스위칭 소자들에 가해지는 전류 스트레스를 줄일 수 있으며, 스위칭손실을 최소화하여 전력변환의 효율을 향상시킬 수 있는 양방향 충방전기에 관한 것이다.

Description

변압기 직렬구성을 이용한 전기자동차용 양방향 충방전기{Bi-directional battery charger for an electric vehicle using cascaded transformers}
본 발명은 양방향 충방전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수 개의 변압기들의 1차측을 직렬로 구성하여 권선 수를 줄일 수 있으므로 소형 및 경량화를 달성할 수 있고, 2차측을 병렬로 구성하여 스위칭 소자들에 가해지는 전류 스트레스를 줄일 수 있으며, 스위칭손실을 최소화하여 전력변환의 효율을 향상시킬 수 있는 양방향 충방전기에 관한 것이다.
최근 내연기관 자동차의 주 연료인 석유자원의 고갈과 자동차 배기가스에 의한 지구 온난화 문제로 전 세계적으로 환경 규제가 강화되고 있는 실정이다.
이에 따라 기존의 내연기관 자동차를 대신하는 전기자동차의 관심이 증대되고 있는 추세이다.
전기자동차에 탑재되는 배터리는 고압 배터리(300~400V)뿐만 아니라 차량 내 전장시스템에 전력을 공급하는 보조적인 저압 배터리(12V)를 포함하는데 고압 배터리와 저압 배터리 사이에 전원을 승압 또는 강압하여 충전하기 위해서는 양방향 충방전기가 필수적이다.
더욱 자세하게는 양방향 충방전기는 차량 초기 구동 시 전기모터 구동에 필요한 전원을 저압 배터리로부터 공급하는 승압 동작(boost mode)과 고압 배터리로부터 자동차의 12V 배터리충전과 12V 자동차 전장 부품에 전원을 공급하는 강압 동작(buck mode)을 한다.
이러한 양방향 충방전기는 안정성과 높은 승·강압비로 인해 전기적 절연이 요구된다.
한편, 종래의 양방향 충방전기는 하나의 고주파 변압기를 사용하는데 이 경우 변압기의 권선비가 증가하여 소형화 및 경량화에 한계가 있는 문제점이 있고, 저압 배터리 측에 전류 스트레스가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 소형 및 경량화를 달성할 수 있는 양방향 충방전기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 입출력간의 임피던스 차이를 작게 하여 양방향 전력 수수의 동특성을 향상시킬 수 있는 양방향 충방전기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 스위칭 손실을 최소화하여 전력변환 효율을 향상시킬 수 있는 양방향 충방전기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고압 배터리와 저압 배터리 사이에 구비되어, 상기 고압 배터리의 전원을 상기 저압 배터리에 충전(벅 모드:buck mode)하거나 상기 저압 배터리의 전원을 상기 고압 배터리에 충전(부스트 모드:boost mode)하는 양방향 충방전기로서, 상기 고압 배터리에 연결되는 양방향 컨버터부; 상기 양방향 컨버터부의 전원을 교류로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부; 상기 브릿지 인버터의 출력전원을 변압하여 출력하는 변압기부; 및 상기 변압기부의 출력전원을 정류하여 상기 저압 배터리로 공급하는 정류부;를 포함하고, 상기 변압기부는 복수 개의 변압기를 포함하고, 상기 변압기들의 1차측 코일은 서로 직렬로 연결되고, 2차측 코일은 상기 정류부에 의해 상기 저압 배터리에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정류부는 상기 변압기들의 2차측 코일에 각각 연결되는 정류기를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 부스트 모드로 동작할 때, 상기 정류부는 푸쉬 풀 컨버터부로 기능하고, 상기 브릿지 인버터부는 전압 배압부로 기능한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 양방향 컨버터부:는, 일단이 상기 고압 배터리의 일단에 연결되는 제1 스위치; 일단이 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고 타단이 상기 고압 배터리의 타단에 연결되며, 상기 제1 스위치와 번갈아 온오프되는 제2 스위치; 일단이 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프 동작에 의해 에너지가 충전되거나 방전되는 인덕터; 및 일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 스위치의 타단에 연결되어 상기 양방향 컨버터부의 출력을 형성하는 제1 커패시터;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 브릿지 인버터부:는, 일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되는 제2 커패시터; 일단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되고 타단은 상기 제1 커패시터의 타단에 연결되어 상기 제2 커패시터와 함께 상기 제1 커패시터의 전압이 번갈아 인가되는 제3 커패시터; 일단이 상기 제2 커패시터의 일단에 연결되는 제3 스위치; 및 일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제3 커패시터의 타단에 연결되며, 상기 제3 스위치와 번갈아 온오프되는 제4 스위치;를 포함하고, 직렬로 연결된 상기 변압기들의 1차측 코일의 일단은 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터 사이에 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치 사이에 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 커패시터와 상기 제3 커패시터는 상기 변압기들의 1차측 코일의 누설 리액턴스와 공진회로를 구성하며, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching) 동작한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정류기들:은 각각, 일단이 상기 변압기의 2차측 코일의 일단에 연결되는 제5 스위치; 일단이 상기 변압기의 2차측 코일의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제5 스위치의 타단에 연결되는 제6 스위치;를 포함하고, 상기 정류기들의 스위치들의 타단은 각각 상기 저압 배터리의 일단에 연결되고, 상기 2차측 코일들의 탭은 각각 상기 저압 배터리의 타단에 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 부스트 모드로 동작할 때, 상기 변압기들의 2차측 코일의 누설 리액턴스와 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터는 공진회로를 이루며, 상기 제5 스위치 및 상기 제6 스위치는 영 전류 스위칭 동작한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고압 배터리와 상기 저압 배터리는 전기 자동차의 배터리이며 상기 양방향 충방전기는 전기자동차의 전력변환을 수행한다.
또한, 본 발명은 상기 양방향 충방전기; 상기 양방향 충방전기의 일측에 연결되는 고압 배터리; 및 상기 양방향 충방전기의 타측에 연결되는 저압 배터리;를 포함하는 전기 자동차를 더 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 양방향 충방전기에 의하면, 복수의 변압기들의 1차측을 서로 직렬로 연결하여 1차측으로 인가되는 전압을 변압기의 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 권선의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 양방향 충방전기에 의하면, 변압기들의 2차측을 서로 병렬로 연결함으로써 변압기의 개수에 비례하여 권선의 굵기와 전류의 크기를 줄일 수 있어 전류 스트레스를 줄어드는 장점이 있다.
이는 변압기 보빈의 권선면적이 감소하여 코어의 크기를 줄일 수 있으므로 소형화 및 경량화에 유리하며, 대 전류에 의한 발열 문제의 해결할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 양방향 충방전기에 의하면, 변압기들의 누설 리액턴스로 공진회로를 구성하여 스위칭 소자들이 영 전류 스위칭 동작을 수행하게 하여 스위칭 도통손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기의 모드 변경 특성을 설명하기 위한 시뮬레이션 파형,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기의 영 전류 스위칭 동작을 설명하기 위한 시뮬레이션 파형이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기(100)는 고압 배터리(10)와 저압 배터리(20) 사이에 구비되며, 상기 고압 배터리(10)의 전원을 상기 저압 배터리(20)로 공급하거나, 상기 저압 배터리(20)의 전원을 상기 고압 배터리(10)에 충전하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 양방향 충방전기(100)는 전기 자동차의 고압 배터리 및 저압 배터리 간의 충방전을 수행하는 양방향 충방전기일 수 있고, 전기 자동차에 포함되어 하나의 완성된 차량으로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기(100)는 상기 고압 배터리(10)에서 상기 저압 배터리(20)로 전원을 충전할 때는 강압모드인 벅 모드(buck mode)로 동작하고, 상기 저압 배터리(20)에서 상기 고압 배터리(10)로 전원을 충전할 때는 승압모드인 부스트 모드(boost mode)로 동작한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기(100)는 양방향 컨버터부(110), 브릿지 인버터부(120), 변압기부(130) 및 정류부(140)를 포함한다.
상기 양방향 컨버터부(110)는 상기 고압 배터리(10)에 연결되며, 벅 모드에서는 상기 고압 배터리(10)의 전압을 강압하여 출력하고, 승압 모드에서는 입력되는 전압을 승압하여 상기 고압 배터리(10)로 공급한다.
즉, 상기 양방향 컨버터부(110)는 양방향 파워제어를 수행하는 역할을 한다.
또한, 상기 양방향 컨버터부(110)는 일단이 상기 고압 배터리(10)의 일단에 연결되는 제1 스위치(111), 일단이 상기 제1 스위치(111)의 타단에 연결되고 타단이 상기 고압 배터리(10)의 타단에 연결되며, 상기 제1 스위치(111)와 번갈아 온오프되는 제2 스위치(112), 일단이 상기 제1 스위치(111)와 상기 제2 스위치(112) 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치(111) 및 상기 제2 스위치(112)의 온오프 동작에 의해 에너지가 충전되거나 방전되는 인덕터(113) 및 일단이 상기 인덕터(113)의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 스위치(112)의 타단에 연결되어 상기 양방향 컨버터부(110)의 출력을 형성하는 제1 커패시터(114)를 포함하여 이루어진다.
즉, 벅 모드에서는 상기 고압 배터리(10)의 전원이 상기 인덕터(113)와 상기 제1 커패시터(114)에 분압되므로 강압이 이루어지고, 부스트 모드에서는 상기 인덕터(113)와 상기 커패시터(113)의 전원이 함께 상기 고압 배터리(10)로 공급되므로 승압이 이루진다.
상기 브릿지 인버터부(120)는 상기 양방향 컨버터부(110)에서 출력되는 직류 전원을 교류로 변환하여 출력하는 인버터로써, 벅 모드에서는 인버터로 동작하고, 부스트 모드에서는 상기 제1 커패시터(114)에 전원을 승압하여 형성하기 위한 전압 배압부(Voltage Doubler)로 동작한다.
또한, 상기 브릿지 인버터부(120)는 일단이 상기 제1 커패시터(114)의 일단에 연결되는 제2 커패시터(121), 일단이 상기 제2 커패시터(121)의 타단에 연결되고 타단은 상기 제1 커패시터(114)의 타단에 연결되어 상기 제2 커패시터(121)와 함께 상기 제1 커패시터(114)의 전압이 번갈아 인가되는 제3 커패시터(122), 일단이 상기 제2 커패시터(121)의 일단에 연결되는 제3 스위치(123) 및 일단이 상기 제3 스위치(123)의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제3 커패시터(122)의 타단에 연결되며, 상기 제3 스위치(123)와 번갈아 온오프되는 제4 스위치(124)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 브릿지 인버터부(120)는 하프 브릿지 인버터로 구성되며, 상기 제2 커패시터(121)와 상기 제3 커패시터(122)의 전원을 번갈아 출력함으로써 교류전원을 출력한다.
또한, 상기 브릿지 인버터부(120)는 역으로 부스트 모드에서는 상기 제3 스위치(123)와 상기 제4 스위치(124)에 의해 상기 제2 커패시터(121)와 상기 제3 커패시터(122)에 전원이 충전되고 상기 제2 커패시터(121)와 상기 제3 커패시터(122)의 전원은 함께 상기 제1 커패시터(114)로 공급되므로 전압 배압의 기능을 수행한다.
상기 변압기부(130)는 상기 브릿지 인버터부(120)의 출력전원을 소정의 변압비로 변압하여 출력한다.
또한, 상기 변압기부(130)는 복수 개의 변압기(131)을 포함하여 이루어지며, 상기 변압기들(131)의 1차측 코일들(131a)은 서로 직렬로 연결된다.
또한, 직렬로 연결된 1차측 코일(131a)의 일단은 상기 제2 커패시터(121) 및 상기 제3 커패시터(122) 사이에 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치(123) 및 상기 제4 스위치(124) 사이에 연결된다.
즉, 상기 변압기부(130)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 1차측으로 인가되는 전압을 변압기들의 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 권선의 수를 줄일 수 있다.
도 1에서는 상기 변압기부(130)가 세 개의 변압기로 구성되는 것을 예시하였으므로 1차측으로 인가되는 전압을 1/3로 줄일 수 있어 권선의 수를 1/3로 줄일 수 있다.
또한, 상기 각 변압기(131)들의 1차측 코일(131a)에 흐르는 전류는 동일하므로 권선의 굵기는 줄일 수 없다 하더라도 각 변압기들(131) 간의 전류 균형은 유지할 수 있다.
또한, 상기 변압기들(131)의 1차측 코일의 누설 인덕턴스(Lpl,Lm)와 상기 제2 커패시터(121) 및 상기 제3 커패시터(122)가 공진회로를 이루며, 상기 제3 스위치(123)와 상기 제4 스위치(124)가 각각 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching) 동작을 한다.
따라서, 스위칭 손실이 줄어들어 전력변환의 효율을 증대할 수 있다.
또한, 상기 변압기들(131)의 2차측 코일들(131b)은 서로 병렬로 연결된다.
이는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 상기 2차측 코일들(131b)에 흐르는 전류를 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 전류 스트레스가 줄어들고, 스위칭 소자들의 도통손실을 줄일 수 있으며, 권선의 굵기 역시 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있다.
따라서, 변압기 보빈의 권선면적이 감소하여 코어의 크기를 줄일 수 있어 소형 및 경량화에 유리하며, 대 전류에 의한 발열 문제의 해결할 수 있다.
상기 정류부(140)는 상기 변압기부(130)의 출력을 정류하여 상기 저압 배터리(20)로 공급한다.
또한, 상기 정류부(140)는 상기 변압기부(130)의 변압기들(131)의 개수와 대응하는 개수로, 상기 변압기들(131)의 2차측 코일(131b)에 연결되는 복수 개의 정류기(141)를 포함한다.
또한, 상기 정류부(140)는 벅 모드에서 상기 변압기부(130)의 출력을 상기 저압 배터리(20)로 공급하지만 부스트 모드에서는 상기 저압 배터리(20)의 전원을 상기 변압기부(130)의 1차측 코일(131a)로 넘겨주기 위한 푸쉬 풀(Push-Pull) 컨버터부로 기능한다.
또한, 상기 정류기(141)는 일단이 상기 변압기(131)의 2차측 코일(131b)의 일단에 연결되는 제5 스위치(141a), 일단이 상기 변압기(131)의 2차측 코일(131b)의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제5 스위치(141a)의 타단에 연결되는 제6 스위치(141b)를 포함하며, 상기 정류기(141)의 스위치들(141a,141b)의 타단은 각각 상기 저압 배터리(20)의 일단에 연결되고, 상기 2차측 코일들(131b)의 탭은 각각 상기 저압 배터리(20)의 타단에 연결된다.
즉, 상기 정류기들(141)은 상기 변압기들(131)의 2차측이 상기 저압 배터리(20)에 서로 병렬로 연결되게 한다.
또한, 상기 변압기들(131)의 2차측 코일(131b)의 누설 리액턴스(Lsl)은 상기 제2 커패시터(121) 및 상기 제3 커패시터(122)와 공진 회로를 이루며, 상기 제5 스위치(141a) 및 상기 제6 스위치(141b)가 영 전류 스위칭 동작이 가능하게 한다.
도 2는 본 발명의 양방향 충방전기(100)의 모드 변경 특성을 확인하기 위한 시뮬레이션 결과 파형으로 상기 고압 배터리(10)의 전원은 300[V], 상기 저압 배터리(20)는 12[V]로 설정하였으며 부하 출력은 3[kW]로 설정하였다.
또한, 상기 변압기(131)는 세 개의 변압기를 1차 측은 직렬로 결선하고 2차측은 병렬로 결선하였으며, PSIM을 통해 시률레이션을 수행하였다.
도 2의 (a)는 모드에 따른 전류지령치 파형, (b)는 상기 인덕터(113) 전류, (c)는 부하 출력 전력, (d)는 상기 양방향 컨버터부(110)의 스위칭 신호, (e)는 상기 브릿지 인버터부(120)의 스위칭 신호, (f)는 상기 정류부(140)의 스위칭 신호를 보여주는 것으로 전류지령치는 15[A]로 설정하였고, 20[Hz]의 극성을 가지고 변화시켰다.
벅 모드(Buck Mode)에서는 전류지령치(I_ref*)변화에 따라 출력이 약간의 오버슈트를 가지며, 약 10[ms] 이후에 정상상태에 도달하였고 부스트 모드(Boost Mode)에서는 약 2[ms]이후에 정상상태에 도달하는 것을 확인하였다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 양방향 충방전기(100)의 스위칭 손실을 설명하기 위한 것으로 도 3은 상기 정류부(140)의 스위칭 손실을 설명하기 위한 시뮬레이션 파형, 도 4는 상기 브릿지 인버터부(120)의 스위칭 손실을 설명하기 위한 시뮬레이션 파형이다.
또한, 도 3의 (a)는 상기 정류부(140)의 제5 스위치(141a)의 스위칭 파형(PUSH_H_GATE)과 스위치 전압(V_SW_PUSH_H)을 보여주는 시뮬레이션 파형이고, (b)는 상기 정류부(140)의 제5 스위치(141a)의 스위칭 파형(PUSH_H_GATE)과 스위치 전류(I_SW_PUSH_H)을 보여주는 시뮬레이션 파형이고, (C)는 상기 정류부(140)의 제6 스위치(141b)의 스위칭 파형(PUSH_L_GATE)과 스위치 전압(V_SW_PUSH_L)을 보여주는 시뮬레이션 파형이고, (d)는 상기 정류부(140)의 제6 스위치(141b)의 스위칭 파형(PUSH_L_GATE)과 스위치 전류(I_SW_PUSH_L)을 보여주는 시뮬레이션 파형이다.
파형 (b) 및 (d)에서 알 수 있듯이 상기 정류부(140)의 각 스위치들은 턴 온 및 턴 오프시 영 전류 스위칭 동작(ZCS)이 수행되고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4의 (a)는 상기 브릿지 인버터부(120)의 제3 스위치(123)의 스위칭 파형(HB_H_GATE)과 스위치 전압(V_SW_HB_H)을 보여주는 시뮬레이션 파형이고, (b)는 상기 브릿지 인버터부(120)의 제4 스위치(124)의 스위칭 파형(HB_H_GATE)과 스위치 전류(I_SW_HB_H)을 보여주는 시뮬레이션 파형이고, (C)는 상기 브릿지 인버터부(120)의 제3 스위치(123)의 스위칭 파형(HB_L_GATE)과 스위치 전압(V_SW_HB_L)을 보여주는 시뮬레이션 파형이고, (d)는 상기 브릿지 인버터부(120)의 제4 스위치(124)의 스위칭 파형(HB_L_GATE)과 스위치 전류(I_SW_HB_L)을 보여주는 시뮬레이션 파형이다.
파형 (b) 및 (d)에서 알 수 있듯이 상기 브릿지 인버터부(120)의 각 스위치들은 턴 온 및 턴 오프시 영 전류 스위칭(ZCS) 동작이 수행되고 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충방전기(100)에 의하면 변압기의 누설 리액턴스를 이용하여 공진회로를 구성함으로써 별도의 공진용 인덕터가 필요없이 소프트 스위칭(Soft Switching)을 실현할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:양방향 충방전기 110:양방향 컨버터부
111:제1 스위치 112:제2 스위치
113:인덕터 114:제1 커패시터
120:브릿지 인버터부 121:제2 커패시터
122:제3 커패시터 123:제3 스위치
124:제4 스위치 130:변압기부
131:변압기 131a:1차측 코일
131b:2차측 코일 140:정류부
141:정류기 141a:제5 스위치
141b:제6 스위치

Claims (10)

  1. 고압 배터리와 저압 배터리 사이에 구비되어, 상기 고압 배터리의 전원을 상기 저압 배터리에 충전(벅 모드:buck mode)하거나 상기 저압 배터리의 전원을 상기 고압 배터리에 충전(부스트 모드:boost mode)하는 양방향 충방전기로서,
    상기 고압 배터리에 연결되는 양방향 컨버터부;
    상기 양방향 컨버터부의 전원을 교류로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부;
    상기 브릿지 인버터의 출력전원을 변압하여 출력하는 변압기부; 및
    상기 변압기부의 출력전원을 정류하여 상기 저압 배터리로 공급하는 정류부;를 포함하고,
    상기 변압기부는 복수 개의 변압기를 포함하고, 상기 변압기들의 1차측 코일은 서로 직렬로 연결되고, 2차측 코일은 상기 정류부에 의해 상기 저압 배터리에 병렬로 연결되며,
    상기 양방향 컨버터부:는,
    일단이 상기 고압 배터리의 일단에 연결되는 제1 스위치;
    일단이 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고 타단이 상기 고압 배터리의 타단에 연결되며, 상기 제1 스위치와 번갈아 온오프되는 제2 스위치;
    일단이 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프 동작에 의해 에너지가 충전되거나 방전되는 인덕터; 및
    일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고 타단은 상기 제2 스위치의 타단에 연결되어 상기 양방향 컨버터부의 출력을 형성하는 제1 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류부는 상기 변압기들의 2차측 코일에 각각 연결되는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부스트 모드로 동작할 때,
    상기 정류부는 푸쉬 풀 컨버터부로 기능하고, 상기 브릿지 인버터부는 전압 배압부로 기능하는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 브릿지 인버터부:는,
    일단이 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되는 제2 커패시터;
    일단이 상기 제2 커패시터의 타단에 연결되고 타단은 상기 제1 커패시터의 타단에 연결되어 상기 제2 커패시터와 함께 상기 제1 커패시터의 전압이 번갈아 인가되는 제3 커패시터;
    일단이 상기 제2 커패시터의 일단에 연결되는 제3 스위치; 및
    일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제3 커패시터의 타단에 연결되며, 상기 제3 스위치와 번갈아 온오프되는 제4 스위치;를 포함하고,
    직렬로 연결된 상기 변압기들의 1차측 코일의 일단은 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터 사이에 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 커패시터와 상기 제3 커패시터는 상기 변압기들의 1차측 코일의 누설 리액턴스와 공진회로를 구성하며, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 영 전류 스위칭(ZCS:Zero Current Switching) 동작하는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 정류기들:은 각각,
    일단이 상기 변압기의 2차측 코일의 일단에 연결되는 제5 스위치;
    일단이 상기 변압기의 2차측 코일의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제5 스위치의 타단에 연결되는 제6 스위치;를 포함하고,
    상기 정류기들의 스위치들의 타단은 각각 상기 저압 배터리의 일단에 연결되고, 상기 2차측 코일들의 탭은 각각 상기 저압 배터리의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부스트 모드로 동작할 때,
    상기 변압기들의 2차측 코일의 누설 리액턴스와 상기 제2 커패시터 및 상기 제3 커패시터는 공진회로를 이루며, 상기 제5 스위치 및 상기 제6 스위치는 영 전류 스위칭 동작하는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 배터리와 상기 저압 배터리는 전기 자동차의 배터리이며 상기 양방향 충방전기는 전기자동차의 전력변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 충방전기.
  10. 제 9 항의 양방향 충방전기;
    상기 양방향 충방전기의 일측에 연결되는 고압 배터리; 및
    상기 양방향 충방전기의 타측에 연결되는 저압 배터리;를 포함하는 전기 자동차.

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