KR102008751B1 - Vehicle power control device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 전력 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는, 배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부, 상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부, 상기 3상 전동기의 중성점과 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부, 정류부 및 제2 보조 인덕터와 제1 보조 스위칭 소자 및 제2 보조 스위칭 소자 사이에 연결되는 충전 릴레이부 및 전력 제어 모드에 따라서 상기 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a power control device for a vehicle. In accordance with an embodiment of the present invention, a vehicle power control apparatus includes an inverter unit connected between a battery and a three-phase electric motor, a first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery, and the third unit. An inductor relay unit, a rectifier unit connected between the neutral point of the phase motor and the battery, a charge relay unit connected between the second auxiliary inductor and the first auxiliary switching element and the second auxiliary switching element, and the main relay unit according to a power control mode And a controller for controlling an on / off state of the inductor relay unit and the charging relay unit.

Figure R1020170116861
Figure R1020170116861

Description

차량용 전력 제어 장치{VEHICLE POWER CONTROL DEVICE}Automotive power control device {VEHICLE POWER CONTROL DEVICE}

본 발명은 차량용 전력 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 차량용 모터를 구동하는 인버터를 사용하여 차량용 배터리를 충전하는 전력 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle power control apparatus, and more particularly, to a power control apparatus for charging a vehicle battery using an inverter for driving a vehicle motor.

최근 각국의 환경 규제가 강화되면서 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)와 전기 자동차(EV) 등 다양한 친환경 자동차들이 주목받고 있다. 특히 배터리 충전을 통해 배터리와 엔진을 동시에 사용하는 플러그인 하이브리드 자동차와 전기 에너지만을 사용하는 순수 전기 자동차의 성장세가 두드러진다.Recently, various environmentally friendly vehicles such as hybrid vehicles (HEVs), plug-in hybrid vehicles (PHEVs) and electric vehicles (EVs) are attracting attention as the environmental regulations of each country are strengthened. In particular, the growth of plug-in hybrid cars using both battery and engine at the same time and pure electric vehicles using only electric energy are noticeable.

플러그인 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진과 배터리의 전기동력을 동시에 이용하는 자동차이다. 플러그인 하이브리드 자동차는 가정용 전기나 외부 전기콘센트에 플러그를 꽂아 충전한 배터리의 전력을 사용하여 주행하다가, 배터리 충전 전력이 모두 소진되면 가솔린 엔진을 통해 주행할 수 있다. 따라서 일반 내연기관 엔진만을 사용하는 자동차에 비하여 높은 연비를 갖는다.Plug-in hybrid cars are cars that use both the internal combustion engine and the electric power of the battery. Plug-in hybrid cars can run on the power of a battery that is plugged into a home or an external electrical outlet, and then run on a gasoline engine when the battery is depleted. Therefore, it has higher fuel economy than a vehicle using only an internal combustion engine.

전기 자동차(EV)는 플러그인 하이브리드 자동차와 달리, 오로지 배터리의 전력만을 이용하는 자동차이다. 전기 자동차는 가정용 전기나 외부 전기콘센트에 플러그를 꽂아 충전한 배터리의 전력을 사용하여 주행할 수 있으며, 내연기관 엔진을 전혀 사용하지 않기 때문에 진정한 의미의 친환경 차량으로 불린다. An electric vehicle (EV), unlike a plug-in hybrid vehicle, is a vehicle that uses only battery power. Electric vehicles can be driven using the power of a battery charged by plugging them into household electricity or an external electrical outlet, and they are called true eco-friendly vehicles because they use no internal combustion engine.

이처럼 플러그인 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리에 충전된 전력을 사용하여 모터를 구동하며, 배터리 충전을 위한 별도의 충전기가 필요하다. As such, plug-in hybrid cars or electric cars use a battery-powered electric power to drive the motor and require a separate charger to charge the battery.

대부분의 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차는 가정용 전원플러그가 있다면 어디에서든지 배터리를 충전할 수 있도록 탑재형 완속 충전기(On-Board Charger, OBC)를 탑재하고 있다. OBC는 상용전원인 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 차량 내부 배터리를 충전하는 기능을 한다.Most electric and plug-in hybrid cars have an on-board charger (OCC) to charge the battery wherever there is a home power plug. OBC converts AC, a commercial power source, into direct current (DC) to charge the vehicle's internal battery.

도 1은 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 배터리 충전 시스템의 구조를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the structure of a battery charging system of a conventional eco-friendly vehicle using OBC.

도 1을 참조하면, 기존의 차량용 배터리 충전 시스템은 OBC(10)에 포함된 PFC(Power Factor Corrector) 컨버터(101) 및 DC/DC 컨버터(102)를 통해 외부 교류 전원(12)의 전력을 배터리(14)에 충전할 수 있다.Referring to FIG. 1, a conventional vehicle battery charging system uses a power factor corrector (PFC) converter 101 and a DC / DC converter 102 included in the OBC 10 to charge power of an external AC power supply 12. 14 can be charged.

OBC(10)에 포함된 PFC 컨버터(101)는 일반적으로 전압 승압이 가능한 부스트(Boost) 컨버터를 사용한다. PFC 컨버터(101)는 브릿지 다이오드와 같은 정류 장치를 통해 정류된 외부 교류 전원(12)의 직류 전력의 전압을 승압시킬 수 있으며, 역률의 개선을 통해 에너지 효율을 높여주는 기능을 한다.  The PFC converter 101 included in the OBC 10 generally uses a boost converter capable of voltage boosting. The PFC converter 101 can boost a DC power voltage of the rectified external AC power supply 12 through a rectifier such as a bridge diode, and improve energy efficiency by improving the power factor.

DC/DC 컨버터(102)는 PFC 컨버터(101)에 의해 승압된 직류 전력의 전압을 소정의 충전 전압값으로 변환하고, 소정의 충전 전압값으로 변환된 직류 전력을 안정적으로 배터리(14)에 공급할 수 있다. The DC / DC converter 102 converts the voltage of the DC power boosted by the PFC converter 101 into a predetermined charging voltage value, and stably supplies the DC power converted into the predetermined charging voltage value to the battery 14. Can be.

이와 같은 기존의 차량용 배터리 충전 시스템의 OBC(10)는 충전소 또는 차량 내 다른 장치와 통신을 수행하거나 OBC(10) 자체의 동작을 제어할 수 있는 OBC 제어부(103)를 더 포함할 수 있다. The OBC 10 of the conventional vehicle battery charging system may further include an OBC control unit 103 that communicates with a charging station or another device in the vehicle or controls the operation of the OBC 10 itself.

도 1에 도시되지 않았으나, 기존의 차량용 배터리 충전 시스템의 OBC(10)는 PFC 컨버터(101) 및 DC/DC 컨버터(102) 이외에도 각 컨버터의 구동 전력을 제공하기 위한 PFC 컨버터 파워부 및 DC/DC 컨버터 파워부를 더 포함할 수 있다. Although not shown in FIG. 1, the OBC 10 of the conventional vehicle battery charging system includes a PFC converter power unit and a DC / DC unit for providing driving power of each converter in addition to the PFC converter 101 and the DC / DC converter 102. The converter may further include a power unit.

도 2는 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 모터 구동 시스템의 구조를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the structure of a motor drive system of a conventional eco-friendly vehicle using OBC.

도 2를 참조하면, OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량은 배터리(14)를 사용하여 3상 전동기(16)를 구동하기 위해 별도의 MCU(20)를 사용한다. 이때 MCU(20)에 포함된 인버터(201)는 배터리(14)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(16)에 전달할 수 있다. 즉, MCU(20)는 배터리(14)가 모두 방전될 때까지 배터리(14)의 직류 전력을 통해 3상 전동기(16)의 구동을 제어할 수 있다. 이와 같은 MCU(20)는 인버터(201) 이외에 MCU(20)의 제어를 위한 MCU 제어부(202)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the existing eco-friendly vehicle using the OBC uses a separate MCU 20 to drive the three-phase electric motor 16 using the battery 14. In this case, the inverter 201 included in the MCU 20 may convert the DC power of the battery 14 into AC power and transmit the same to the three-phase electric motor 16. That is, the MCU 20 may control the driving of the three-phase electric motor 16 through the DC power of the battery 14 until all of the batteries 14 are discharged. The MCU 20 may further include an MCU controller 202 for controlling the MCU 20 in addition to the inverter 201.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 기존의 친환경 차량은 배터리를 충전하기 위한 OBC와 모터를 구동하기 위한 모터 구동용 MCU를 모두 구비하고 있다. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a typical conventional eco-friendly vehicle includes both an OBC for charging a battery and a motor driving MCU for driving a motor.

그러나 OBC는 차량의 구동 및 주행과는 관계가 없는 부품이며, 오로지 배터리의 충전에만 사용되는 부품이다. 이처럼 배터리의 충전 중에만 사용되는 OBC를 별도로 구성하여 차량에 장착하는 것은 차량의 중량을 증가시킴과 동시에 차량의 구동 연비를 하락시킬 수 있어 문제된다. However, OBC is a part that is not related to driving and driving a vehicle, and is used only for charging a battery. As described above, separately configuring the OBC used only during charging of the battery and mounting the vehicle on the vehicle may increase the weight of the vehicle and reduce driving fuel efficiency of the vehicle.

또한 OBC는 고가의 부품으로 구성되는 것이 일반적이며, 특히 OBC의 생산은 대략 10배의 출력 용량을 가지는 구동 인버터의 생산에 필요한 비용과 비슷한 생산 비용을 필요로 한다. 따라서 OBC를 사용하는 배터리 충전 시스템의 사용은 재료비의 과다 상승으로 인한 전체적인 차량의 원가 상승으로 이어질 수밖에 없다.In addition, OBC is generally composed of expensive components, and in particular, the production of OBC requires a production cost similar to that required for the production of a drive inverter having an output capacity of approximately 10 times. As a result, the use of battery charging systems using OBC can lead to higher vehicle costs due to excessive material costs.

본 발명은 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승을 가능하게 하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a power control device for a vehicle that enables the weight reduction of the vehicle and the increase in vehicle driving fuel efficiency by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit. .

또한 본 발명은 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention by using the components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or an inverter, by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery, it is possible to reduce the vehicle production cost An object of the present invention is to provide a power control device for a vehicle.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and more clearly by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부, 상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부, 상기 3상 전동기의 중성점과 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부, 정류부 및 제2 보조 인덕터와 제1 보조 스위칭 소자 및 제2 보조 스위칭 소자 사이에 연결되는 충전 릴레이부 및 전력 제어 모드에 따라서 상기 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 전력 제어 장치를 제공할 수 있다.One aspect of the present invention for achieving this object is an inverter unit connected between a battery and a three-phase electric motor, a first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery, the three phase The main relay unit according to a charge control unit and a power control mode connected between an inductor relay unit, a rectifier unit, and a second auxiliary inductor, a first auxiliary switching element, and a second auxiliary switching element connected between a neutral point of the motor and the battery; The vehicle power control apparatus may include a controller configured to control an on / off state of the inductor relay unit and the charging relay unit.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 구동 모드이면 상기 제어부는 상기 제1 메인 릴레이부 및 상기 제2 메인 릴레이부를 온 하고, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 오프 할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, when the power control mode is a driving mode, the controller may turn on the first main relay unit and the second main relay unit, and may turn off the inductor relay unit and the charging relay unit.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 제어부는 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 온 하고, 상기 제1 메인 릴레이부를 오프 할 수 있다. In an embodiment of the present disclosure, when the power control mode is a charging mode, the controller may turn on the second main relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit, and turn off the first main relay unit.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 3상 전동기의 제1 인덕터, 상기 3상 전동기의 제2 인덕터, 상기 3상 전동기의 제3 인덕터, 상기 인버터부의 제1 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제2 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제3 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제4 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제5 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제6 스위칭 소자는 강압 컨버터를 구성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the power control mode is the charging mode, the first inductor of the three-phase motor, the second inductor of the three-phase motor, the third inductor of the three-phase motor, the first switching device of the inverter unit The second switching device of the inverter part, the third switching device of the inverter part, the fourth switching device of the inverter part, the fifth switching device of the inverter part, and the sixth switching device of the inverter part may constitute a step-down converter.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강압 컨버터는 제1 보조 커패시터 및 제1 보조 인덕터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step-down converter may further include at least one of a first auxiliary capacitor and a first auxiliary inductor.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 제1 보조 스위칭 소자, 상기 제2 보조 스위칭 소자 및 상기 제2 보조 인덕터는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, if the power control mode is a charging mode, the first auxiliary switching device, the second auxiliary switching device and the second auxiliary inductor may constitute a boost converter.

본 발명에 의하면, 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit, there is an advantage that the weight of the vehicle and the fuel efficiency of the vehicle can be increased.

또한 본 발명에 의하면, 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감이 가능한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, by reducing the production cost of the vehicle by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery using components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or an inverter There are possible advantages.

도 1은 OBC를 사용하는 차량용 배터리 충전 장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 인버터를 사용하는 차량용 배터리 충전 장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다.1 illustrates a structure of a vehicle battery charging device using an OBC.
2 illustrates a structure of a vehicle battery charging device using an inverter.
3 illustrates a structure of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 schematically shows a circuit structure in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 schematically illustrates a circuit structure in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above objects, features, and advantages will be described in detail with reference to the accompanying drawings, whereby those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구조를 나타낸 것이다.3 illustrates a structure of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 인버터부(304), 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention includes an inverter unit 304, a first main relay unit 306, a second main relay unit 307, an inductor relay unit 310, and The charging relay unit 314 may be included.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드에 따라서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 온/오프 상태를 제어하는 제어부(301)를 포함할 수 있다. In addition, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310 and the charging relay unit 314 according to the power control mode. It may include a control unit 301 for controlling the on / off state of the).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 후술할 승압 컨버터를 구현하기 위해 제2 보조 인덕터(333), 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352)를 더 포함할 수 있다. In addition, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention further includes a second auxiliary inductor 333, a first auxiliary switching element 351, and a second auxiliary switching element 352 to implement a boost converter which will be described later. It may include.

본 발명에서, 인버터부(304) 및 3상 전동기(300)는 배터리(302)의 충전 동작을 수행하는 컨버터의 구현에 사용된다. 이하에서는 본 발명의 인버터부(304) 및 3상 전동기(300)와 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 연결 방법에 대해 상세히 설명한다. In the present invention, the inverter unit 304 and the three-phase electric motor 300 are used to implement a converter that performs the charging operation of the battery 302. Hereinafter, the inverter unit 304 and the three-phase motor 300, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 of the present invention will be described. The connection method is explained in full detail.

도 3을 참조하면, 인버터부(304)는 배터리(302)와 3상 전동기(300) 사이에 연결된다.Referring to FIG. 3, the inverter unit 304 is connected between the battery 302 and the three-phase electric motor 300.

인버터부(304)는 직류 전원이 공급하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 즉, 인버터부(304)는 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급함으로써 3상 전동기(300)의 구동을 제어할 수 있다.The inverter unit 304 may convert DC power supplied by DC power into AC power. That is, the inverter unit 304 may control the driving of the three-phase electric motor 300 by converting the DC power of the battery 302 into AC power and supplying the three-phase electric motor 300.

도 3에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에서 3상 전동기(300)의 회전축은 3상 전동기(300)의 회전 속도에 따라 차량 바퀴의 회전 속도를 조절하기 위한 감속기와 연결될 수 있다. 즉, 3상 전동기(300)는 차량의 주행을 위해 감속기를 통해 차량 바퀴에 동력을 전달할 수 있다. Although not shown in FIG. 3, in one embodiment of the present invention, the rotating shaft of the three-phase electric motor 300 may be connected to a speed reducer for adjusting the rotation speed of the vehicle wheel according to the rotating speed of the three-phase electric motor 300. That is, the three-phase electric motor 300 may transmit power to the wheels of the vehicle through a reducer to drive the vehicle.

본 발명의 일 실시예에서, 인버터부(304)는 제1 스위칭 소자(321), 제2 스위칭 소자(322), 제3 스위칭 소자(323), 제4 스위칭 소자(324), 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the inverter unit 304 may include a first switching element 321, a second switching element 322, a third switching element 323, a fourth switching element 324, and a fifth switching element. 325 and the sixth switching element 326.

이와 같은 스위칭 소자의 예로는 BJT, JFET, MOSFET, IGBT 또는 MOS 트랜지스터 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of such switching elements include, but are not limited to, BJT, JFET, MOSFET, IGBT, or MOS transistor.

제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)는 인버터부(304)와 배터리(302) 사이에 연결된다.The first main relay unit 306 and the second main relay unit 307 are connected between the inverter unit 304 and the battery 302.

도 3을 참조하면, 제1 메인 릴레이부(306)는 배터리(302)의 일단 및 인버터부(304)의 일단 사이에 연결된다. 제2 메인 릴레이부(307)는 배터리(302)의 타단 및 인버터부(304)의 타단 사이에 연결된다. 따라서, 각 메인 릴레이부가 모두 온 될 경우 배터리(302)에 충전된 직류 전력은 인버터부(304)에 전달될 수 있다. Referring to FIG. 3, the first main relay unit 306 is connected between one end of the battery 302 and one end of the inverter unit 304. The second main relay unit 307 is connected between the other end of the battery 302 and the other end of the inverter unit 304. Therefore, when each main relay unit is turned on, the DC power charged in the battery 302 may be transferred to the inverter unit 304.

인덕터 릴레이부(310)는 3상 전동기(300)의 중성점(340)과 배터리(302) 사이에 연결된다.The inductor relay unit 310 is connected between the neutral point 340 of the three-phase electric motor 300 and the battery 302.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)는 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the three-phase motor 300 may include a first inductor 341, a second inductor 342 and a third inductor 343.

다시 도 3을 참조하면, 인덕터 릴레이부(310)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)가 공통으로 연결될 수 있는 3상 전동기(300)의 중성점(340)과 배터리(302)의 일단 사이에 연결된다. Referring to FIG. 3 again, the inductor relay unit 310 may include a three-phase motor to which the first inductor 341, the second inductor 342, and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 may be commonly connected. A neutral point 340 of 300 is connected between one end of the battery 302.

따라서, 인덕터 릴레이부(310)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)는 인버터부(304) 및 배터리(302) 사이에 연결되어 후술할 강압 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있다. Accordingly, when the inductor relay unit 310 is turned on, the first inductor 341, the second inductor 342, and the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 may include the inverter unit 304 and the battery 302. Connected therebetween can be used as an inductor of a step-down converter to be described later.

충전 릴레이부(314)는 정류부(312) 및 제2 보조 인덕터(333)와 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352) 사이에 연결된다.The charging relay unit 314 is connected between the rectifying unit 312 and the second auxiliary inductor 333 and the first auxiliary switching element 351 and the second auxiliary switching element 352.

도 3을 참조하면, 충전 릴레이부(314)는 정류부(312)의 일단과 연결된 제2 보조 인덕터(333)의 일단과 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352) 사이에 연결된다. 또한 충전 릴레이부(314)는 정류부(312)의 타단과 제2 보조 스위칭 소자(352)의 일단 사이에 연결된다. Referring to FIG. 3, the charging relay unit 314 may be disposed between one end of the second auxiliary inductor 333 connected to one end of the rectifying unit 312, and between the first auxiliary switching element 351 and the second auxiliary switching element 352. Connected. Also, the charging relay unit 314 is connected between the other end of the rectifying unit 312 and one end of the second auxiliary switching element 352.

충전 릴레이부(314)가 온 될 경우, 외부 교류 전원(316)의 교류 전력은 승압 컨버터에 전달될 수 있다. When the charging relay unit 314 is turned on, the AC power of the external AC power source 316 may be transmitted to the boost converter.

제어부(301)는 전력 제어 모드에 따라서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 온/오프 상태를 제어한다. The controller 301 controls the on / off states of the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 according to the power control mode.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 구동 모드이면 제어부(301)는 제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)를 온 하고, 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the power control mode is the driving mode, the controller 301 turns on the first main relay unit 306 and the second main relay unit 307, and the inductor relay unit 310 and the charge relay. The unit 314 may be turned off.

반대로 전력 제어 모드가 충전 모드이면, 제어부(301)는 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306)를 오프 할 수 있다.In contrast, if the power control mode is the charging mode, the controller 301 turns on the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314, and turns off the first main relay unit 306. can do.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 충전 모드이면 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 강압 컨버터를 구성할 수 있다. 이때, 강압 컨버터는 제1 보조 커패시터(332) 및 제1 보조 인덕터(334) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, if the power control mode is the charging mode, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the three-phase motor 300 Third inductor 343, first switching element 321 of inverter unit 304, second switching element 322 of inverter unit 304, third switching element 323 of inverter unit 304, inverter The fourth switching element 324 of the unit 304, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may constitute a step-down converter. In this case, the step-down converter may further include at least one of the first auxiliary capacitor 332 and the first auxiliary inductor 334.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 충전 모드이면 제1 보조 스위칭 소자(351), 제2 보조 스위칭 소자(352) 및 제2 보조 인덕터(333)는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.  In an embodiment of the present disclosure, when the power control mode is the charging mode, the first auxiliary switching element 351, the second auxiliary switching element 352, and the second auxiliary inductor 333 may constitute a boost converter.

이하에서는 도 4 내지 도 7을 통해 본 발명의 전력 제어 모드에 기초한 각 릴레이의 온/오프 동작 및 이에 따른 차량용 전력 제어 장치의 회로 결선 상태의 변화에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the on / off operation of each relay based on the power control mode of the present invention and the change in the circuit connection state of the vehicle power control device will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.4 schematically shows a circuit structure in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 외부 교류 전원(316)의 교류 전력은 정류부(312)를 통해 직류 전력으로 변환되며, 승압 컨버터(41)는 정류부(312)의 출력 전압을 배터리 전압 이상으로 승압시킬 수 있다. Referring to FIG. 4, the AC power of the external AC power source 316 is converted into DC power through the rectifier 312, and the boost converter 41 may boost the output voltage of the rectifier 312 above the battery voltage. .

이때 승압된 정류부(312)의 출력 전압은 DC 링크 커패시터(331)에 충전될 수 있다. 이후 강압 컨버터(42)는 DC 링크 커패시터(331)의 충전 전압을 목표 배터리 전압으로 강압시킬 수 있다.In this case, the output voltage of the boosted rectifier 312 may be charged in the DC link capacitor 331. The step-down converter 42 may then step down the charging voltage of the DC link capacitor 331 to the target battery voltage.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프를 통해 회로의 결선 상태를 제어함으로써, 3상 전동기(300) 및 인버터부(304)가 외부 교류 전원(316)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(302)를 충전하도록 할 수 있다. That is, in the vehicle power control apparatus of the present invention, by controlling the connection state of the circuit through the on / off of each relay in the charging mode, the three-phase electric motor 300 and the inverter unit 304 alternating current of the external AC power source 316 The power may be converted into direct current power to charge the battery 302.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. 5 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고로, 도 5에는 온 상태의 릴레이 및 릴레이의 온으로 인한 단락 상태 회로 결선만이 도시되었으며, 오프 상태의 릴레이는 도시되지 않았다.For reference, in FIG. 5, only the relay in the on state and the short circuit state due to the on of the relay are shown, and the relay in the off state is not shown.

전술한 것과 같이, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 충전 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306)를 오프할 수 있다.As described above, in the vehicle power control apparatus of the present invention, when the power control mode is the charging mode, the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charging relay unit 314 through the control unit 301. May be turned on and the first main relay unit 306 may be turned off.

도 5를 참조하면, 충전 모드에서 충전 릴레이부(314)는 온 되어 정류부(312) 및 제2 보조 인덕터(333)와 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352)를 전기적으로 연결할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the charging mode, the charging relay unit 314 is turned on to electrically connect the rectifying unit 312, the second auxiliary inductor 333, the first auxiliary switching element 351, and the second auxiliary switching element 352. Can be connected.

구체적으로, 충전 릴레이부(314)가 온 되면 정류부(312)의 일단과 연결된 제2 보조 인덕터(333)의 일단은 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 정류부(312)의 타단은 제2 보조 스위칭 소자(352)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.Specifically, when the charging relay unit 314 is turned on, one end of the second auxiliary inductor 333 connected to one end of the rectifying unit 312 may be electrically connected to the first auxiliary switching element 351 and the second auxiliary switching element 352. The other end of the rectifier 312 may be electrically connected to one end of the second auxiliary switching element 352.

이때, 제1 보조 스위칭 소자(351), 제2 보조 스위칭 소자(352) 및 제2 보조 인덕터(333)는 승압 컨버터(41)를 구성할 수 있다.In this case, the first auxiliary switching element 351, the second auxiliary switching element 352, and the second auxiliary inductor 333 may constitute a boost converter 41.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 보조 스위칭 소자(351), 제2 보조 스위칭 소자(352) 및 제2 보조 인덕터(333)가 구성하는 승압 컨버터(41)는 부스트 PFC 컨버터(Boost PFC Converter)일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the boost converter 41 constituted by the first auxiliary switching element 351, the second auxiliary switching element 352, and the second auxiliary inductor 333 may be a boost PFC converter. Can be.

PFC 컨버터는 역률을 개선하는 컨버터로써, 입력되는 교류 전류를 입력 교류 전압과 동위상이 되도록 제어함으로써 역률을 개선할 수 있는 변환기이다.The PFC converter is a converter that improves the power factor, and is a converter capable of improving the power factor by controlling the input AC current to be in phase with the input AC voltage.

부스트 컨버터는 입력 전압에 대해 출력 전압을 높여 사용하기 위한 변환기이다.Boost converters are intended for use with higher output voltages versus input voltages.

부스트 컨버터 동작의 예로, 부스트 컨버터에 포함된 스위칭 소자가 온 될 경우 부스트 컨버터에 포함된 입력 인덕터에 전류가 충전되며, 부스트 컨버터에 포함된 스위칭 소자가 오프 될 경우 부스트 컨버터에 포함된 입력 인덕터의 충전 전류는 방전됨과 동시에 입력 전압보다 큰 전압을 생성할 수 있다. 이때 부스트 컨버터에 포함된 출력 커패시터는 고주파를 흡수할 수 있다. As an example of the boost converter operation, when the switching element included in the boost converter is turned on, the current is charged to the input inductor included in the boost converter, and when the switching element included in the boost converter is turned off, the input inductor included in the boost converter is charged. As the current is discharged, it can generate a voltage greater than the input voltage. In this case, the output capacitor included in the boost converter may absorb high frequency.

다시 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 정류부(312)의 일단은 제2 보조 인덕터(333)를 통해 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352)와 전기적으로 연결될 수 있고, 정류부(312)의 타단은 제2 보조 스위칭 소자(352)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.  Referring back to FIG. 5, one end of the rectifier 312 may be electrically connected to the first auxiliary switching element 351 and the second auxiliary switching element 352 through the second auxiliary inductor 333 in the charging mode. The other end of the rectifier 312 may be electrically connected to one end of the second auxiliary switching element 352.

즉, 충전 모드에서 충전 릴레이부(314)가 온 됨에 따라 제2 보조 인덕터(333)는 부스트 컨버터의 입력 인덕터를 구성할 수 있다. That is, as the charging relay unit 314 is turned on in the charging mode, the second auxiliary inductor 333 may configure an input inductor of the boost converter.

따라서, 제1 보조 스위칭 소자(351), 제2 보조 스위칭 소자(352) 및 제2 보조 인덕터(333)는 부스트 PFC 컨버터를 구성할 수 있다.Accordingly, the first auxiliary switching element 351, the second auxiliary switching element 352, and the second auxiliary inductor 333 may constitute a boost PFC converter.

다시 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 인덕터 릴레이부(310)는 온 되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)를 인버터부(304) 및 배터리(302)에 연결시킴으로써 강압 컨버터(42)의 인덕터로 사용되도록 할 수 있다.Referring back to FIG. 5, in the charging mode, the inductor relay unit 310 is turned on so that the first inductor 341, the second inductor 342, and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 are connected to the inverter unit ( 304 and the battery 302 can be used as an inductor of the step-down converter 42.

구체적으로, 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)와 연결된 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단은 배터리(302)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.Specifically, when the inductor relay unit 310 is turned on, one end of the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 connected to the first switching element 321 and the second switching element 322 of the inverter unit 304. May be electrically connected to one end of the battery 302.

또한, 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324)와 연결된 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)의 일단은 배터리(302)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.In addition, when the inductor relay unit 310 is turned on, one end of the second inductor 342 of the three-phase motor 300 connected to the third switching element 323 and the fourth switching element 324 of the inverter unit 304 may be It may be electrically connected to one end of the battery 302.

마찬가지로, 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)와 연결된 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단은 배터리(302)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다. Similarly, when the inductor relay unit 310 is turned on, one end of the third inductor 343 of the three-phase motor 300 connected to the fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 is It may be electrically connected to one end of the battery 302.

이때, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 강압 컨버터(42)를 구성할 수 있다.At this time, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, and the inverter unit 304 The first switching element 321, the second switching element 322 of the inverter unit 304, the third switching element 323 of the inverter unit 304, the fourth switching element 324 of the inverter unit 304, The fifth switching element 325 of the inverter unit 304 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may constitute the step-down converter 42.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 인터리브드 벅 컨버터(Interleaved Buck Converter)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, The first switching element 321 of the inverter unit 304, the second switching element 322 of the inverter unit 304, the third switching element 323 of the inverter unit 304, and the fourth of the inverter unit 304. The step-down converter 42 constituted by the switching element 324, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 is an interleaved buck converter. May be).

벅 컨버터는 강압 DC/DC 변환기로써, 두 개의 스위칭 소자 및 한 개의 인덕터로 이루어질 수 있다. 이때 두 개의 스위칭 소자는 한 개의 인덕터와 직류 전원 사이를 연결하여, 인덕터에 에너지를 저장하는 단계와 인덕터의 에너지를 부하로 방전하는 단계 사이를 왕복함으로써 직류 전원의 전압을 낮출 수 있다.The buck converter is a step-down DC / DC converter, which may consist of two switching elements and one inductor. In this case, the two switching elements may be connected between one inductor and a direct current power source to reduce the voltage of the direct current power source by reciprocating between storing energy in the inductor and discharging the energy of the inductor to the load.

인터리브드 벅 컨버터는 기존의 벅 컨버터에 스위칭 소자와 인덕터를 병렬로 추가한 구조를 갖는다. 특히 3상 인터리브드 벅 컨버터는 세 쌍의 스위칭 소자를 병렬로 구성하고 각 쌍의 스위치의 PWM에 120도의 위상차를 인가하여 각 스위칭 소자를 제어하는 인터리브드 제어 기법을 사용한다.The interleaved buck converter has a structure in which a switching element and an inductor are added in parallel to a conventional buck converter. In particular, the three-phase interleaved buck converter uses an interleaved control technique in which three pairs of switching elements are configured in parallel and each switching element is controlled by applying a phase difference of 120 degrees to the PWM of each pair of switches.

이와 같은 인터리브드 제어 기법은 위상차 제어를 통해 분배 전류 간 상쇄 효과를 발생시켜 고주파 리플의 감소를 가능하게 하는 장점을 갖는다. Such an interleaved control technique has an advantage of reducing the high frequency ripple by generating a cancellation effect between distribution currents through phase difference control.

다시 도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)는 벅 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있으며, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)는 벅 컨버터의 한 쌍의 스위칭 소자로 사용될 수 있다.Referring back to FIG. 5, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 may be used as an inductor of the buck converter, and the first switching element 321 and the second switching element 322 of the inverter unit 304. ) Can be used as a pair of switching elements in a buck converter.

또한, 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)는 벅 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있으며, 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324)는 벅 컨버터의 한 쌍의 스위칭 소자로 사용될 수 있다.In addition, the second inductor 342 of the three-phase electric motor 300 may be used as an inductor of the buck converter, and the third switching element 323 and the fourth switching element 324 of the inverter unit 304 may include the buck converter. It can be used as a pair of switching elements.

마찬가지로, 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)는 벅 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있으며, 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)는 벅 컨버터의 한 쌍의 스위칭 소자로 사용될 수 있다.Similarly, the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 may be used as an inductor of the buck converter, and the fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may include the buck converter. It can be used as a pair of switching elements.

즉, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)는 온/오프 동작을 통해 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)에 흐르는 전류의 크기 및 방향을 제어할 수 있으며, 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324)는 온/오프 동작을 통해 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)에 흐르는 전류의 크기 및 방향을 제어할 수 있고, 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)는 온/오프 동작을 통해 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)에 흐르는 전류의 크기 및 방향을 제어할 수 있다.That is, the magnitude and direction of the current flowing in the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 through the on / off operation of the first switching element 321 and the second switching element 322 of the inverter unit 304. The third switching device 323 and the fourth switching device 324 of the inverter unit 304 may control the current flowing through the second inductor 342 of the three-phase motor 300 through an on / off operation. The size and the direction of the control, and the fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 through the on / off operation of the third inductor 343 of the three-phase motor 300 It is possible to control the magnitude and direction of the current flowing in the.

따라서, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 3상 인터리브드 벅 컨버터를 구성할 수 있다.Therefore, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, and the inverter unit 304 The first switching element 321, the second switching element 322 of the inverter unit 304, the third switching element 323 of the inverter unit 304, the fourth switching element 324 of the inverter unit 304, The fifth switching element 325 of the inverter unit 304 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may constitute a three-phase interleaved buck converter.

이처럼, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승을 가능하게 하는 장점을 갖는다. As described above, the vehicle power control apparatus of the present invention has an advantage of enabling the weight reduction of the vehicle and the increase in the fuel efficiency of the vehicle by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit.

또한, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 장점을 갖는다.In addition, the vehicle power control apparatus of the present invention by using the components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or inverter, by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery production vehicle It has the advantage of enabling cost reduction.

도 5에 도시되지 않았으나 충전 모드에서 제1 메인 릴레이부(306)는 오프 되어 배터리(302)의 양단과 인버터부(304)의 양단 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.Although not shown in FIG. 5, in the charging mode, the first main relay unit 306 may be turned off to cut off an electrical connection between both ends of the battery 302 and both ends of the inverter unit 304.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)가 온 될 경우 제1 보조 스위칭 소자(351), 제2 보조 스위칭 소자(352) 및 제2 보조 인덕터(333)는 승압 컨버터(41)를 구성함과 동시에 정류부(312)를 통해 외부 교류 전원(316)에 전기적으로 연결될 수 있다.4 and 5, when the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 are turned on in the charging mode of the vehicle power control apparatus of the present invention, the first auxiliary switching is performed. The element 351, the second auxiliary switching element 352, and the second auxiliary inductor 333 may configure the boost converter 41 and may be electrically connected to the external AC power source 316 through the rectifier 312. .

또한 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 강압 컨버터(42)를 구성함과 동시에, 승압 컨버터(41) 및 배터리(302)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. In addition, when the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 are turned on in the charging mode of the vehicle power control apparatus of the present invention, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 is included. ), The second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, the first switching element 321 of the inverter unit 304, the inverter unit 304 of the The second switching element 322, the third switching element 323 of the inverter unit 304, the fourth switching element 324 of the inverter unit 304, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and The sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may configure the step-down converter 42 and may be electrically connected between the step-up converter 41 and the battery 302.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 충전 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306)를 오프 함으로써 인버터부(304)를 통해 외부 교류 전원(316)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(302)에 충전할 수 있다.That is, when the power control mode is the charging mode, the vehicle power control apparatus of the present invention turns on the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charging relay unit 314 through the control unit 301. By turning off the first main relay unit 306, the inverter unit 304 may convert the AC power of the external AC power source 316 into DC power to charge the battery 302.

이처럼, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기의 구조를 변경하지 않고 3상 전동기 및 인버터를 활용하여 충전 시스템을 구현함으로써, 기존 부품의 생산 시스템의 양산 신뢰성을 높일 수 있는 장점을 갖는다.As such, the vehicle power control apparatus of the present invention implements a charging system using a three-phase electric motor and an inverter without changing the structure of the three-phase electric motor, thereby increasing the mass production reliability of the production system of the existing parts.

본 발명의 일 실시예에서, 강압 컨버터(42)는 제1 보조 커패시터(332) 및 제1 보조 인덕터(334) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step-down converter 42 may further include at least one of the first auxiliary capacitor 332 and the first auxiliary inductor 334.

도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 제1 보조 커패시터(332)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, and the inverter unit The first switching element 321 of 304, the second switching element 322 of the inverter unit 304, the third switching element 323 of the inverter unit 304, and the fourth switching element of the inverter unit 304. The step-down converter 42 configured by the 324, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 further includes a first auxiliary capacitor 332. can do.

차량용 배터리의 충전 시, 리플 성분을 가지는 전류로 인해 배터리의 수명이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 제1 보조 커패시터(332)는 강압 컨버터(42)를 구성하는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 또는 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)에 흐르는 리플 성분의 전류를 흡수하여 배터리 충전 전압 리플을 감소시킴으로써 안정적인 배터리 충전에 도움을 줄 수 있다.When charging a vehicle battery, there is a problem that the life of the battery may be reduced due to the current having a ripple component. The first auxiliary capacitor 332 is a first inductor 341 of the three-phase motor 300 constituting the step-down converter 42, a second inductor 342 or three-phase motor 300 of the three-phase motor 300 By absorbing the current of the ripple component flowing in the third inductor 343 of the to reduce the battery charging voltage ripple can help to stabilize the battery charging.

다시 도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 제1 보조 인덕터(334)를 더 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, and the inverter The first switching element 321 of the unit 304, the second switching element 322 of the inverter unit 304, the third switching element 323 of the inverter unit 304, the fourth switching of the inverter unit 304 The step-down converter 42 constituted by the element 324, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 further includes the first auxiliary inductor 334. It may include.

강압 컨버터(42)에 포함된 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 인덕턴스 크기에 따라 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)에 흐르는 출력 전류 리플의 크기는 변할 수 있다. The first inductor 341 of the three-phase motor 300 included in the step-down converter 42, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, and the third inductor 343 of the three-phase motor 300. Output current ripple flowing to the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300 and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 according to the inductance size The size of can vary.

3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 인덕턴스 크기는 3상 전동기(300)의 설계값에 따라 고정되므로, 제1 보조 인덕터(334)를 3상 전동기(300)의 중성점(340)에서 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)와 연결시켜 입력 전류 리플의 크기를 제어할 수 있다. Inductance magnitudes of the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 are three-phase motors 300. The first auxiliary inductor 334 of the first inductor 341 and the three-phase motor 300 of the three-phase motor 300 at the neutral point 340 of the three-phase motor 300 is fixed. The magnitude of the input current ripple may be controlled by connecting to the third inductor 343 of the second inductor 342 and the three-phase motor 300.

이처럼 제1 보조 인덕터(334)는 입력 전류 리플의 크기를 제어하기 위해 강압 컨버터(42)에 선택적으로 추가될 수 있다.As such, the first auxiliary inductor 334 may be selectively added to the step-down converter 42 to control the magnitude of the input current ripple.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.6 schematically illustrates a circuit structure in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 구동모드에서 배터리(302)의 직류 전력을 인버터부(304)를 통해 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급할 수 있다. 이때 DC 링크 커패시터(331)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터부(304)의 출력 전압을 유지시켜 일정한 전원 공급을 가능하게 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention may convert the DC power of the battery 302 into AC power through the inverter unit 304 to supply the three-phase electric motor 300 in the driving mode. Can be. In this case, the DC link capacitor 331 may enable a constant power supply by maintaining the output voltage of the inverter unit 304 that converts DC power into AC power.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프를 통해 회로의 결선을 제어함으로써, 인버터부(304)가 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급하도록 할 수 있다. That is, in the vehicle power control apparatus of the present invention, by controlling the wiring of the circuit through the on / off of each relay in the drive mode, the inverter unit 304 converts the DC power of the battery 302 into AC power to the three-phase electric motor 300 may be supplied.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. 7 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고로, 도 7에는 온 상태의 릴레이 및 릴레이의 온으로 인한 단락 상태 회로 결선만이 도시되었으며, 오프 상태의 릴레이는 도시되지 않았다.For reference, FIG. 7 illustrates only the relay in the on state and the short circuit state due to the relay on, and the relay in the off state is not shown.

전술한 것과 같이, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 구동 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)를 온 하고, 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프할 수 있다.As described above, when the power control mode is the driving mode, the vehicle power control apparatus of the present invention turns on the first main relay unit 306 and the second main relay unit 307 through the control unit 301, and the inductor The relay unit 310 and the charging relay unit 314 may be turned off.

도 7을 참조하면, 구동 모드에서 제1 메인 릴레이부(306)는 온 되어 배터리(302)의 일단 및 인버터부(304)의 일단을 전기적으로 연결할 수 있고, 제2 메인 릴레이부(307)는 온 되어 배터리(302)의 타단 및 인버터부(304)의 타단을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서 배터리(302)에 충전된 직류 전력은 인버터부(304)에 전달될 수 있다.Referring to FIG. 7, in the driving mode, the first main relay unit 306 may be turned on to electrically connect one end of the battery 302 and one end of the inverter unit 304, and the second main relay unit 307 may be On, the other end of the battery 302 and the other end of the inverter unit 304 may be electrically connected. Therefore, the DC power charged in the battery 302 may be transferred to the inverter unit 304.

도 7에 도시되지 않았으나, 구동 모드에서 인덕터 릴레이부(310)는 오프 되어 3상 전동기(300)의 중성점(340)과 배터리(302) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다. Although not shown in FIG. 7, the inductor relay unit 310 may be turned off in the driving mode to block electrical connection between the neutral point 340 of the three-phase electric motor 300 and the battery 302.

또한, 도 7에 도시되지 않았으나 구동 모드에서 충전 릴레이부(314)는 오프 되어 정류부(312) 및 제2 보조 인덕터(333)와 제1 보조 스위칭 소자(351) 및 제2 보조 스위칭 소자(352) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 7, in the driving mode, the charging relay unit 314 is turned off, such that the rectifier 312, the second auxiliary inductor 333, the first auxiliary switching device 351, and the second auxiliary switching device 352 are turned off. You can break the electrical connection between them.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)가 온 될 경우, 인버터부(304)는 3상 전동기(300) 및 배터리(302)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 인버터부(304)는 제어부(301)의 스위칭 신호 인가에 따른 스위칭 동작을 통해서 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)를 구동할 수 있다. 6 and 7, when the first main relay unit 306 and the second main relay unit 307 are turned on in the driving mode of the vehicular power control device of the present invention, the inverter unit 304 is three-phase. It may be electrically connected to the electric motor 300 and the battery 302. Therefore, the inverter unit 304 may drive the three-phase electric motor 300 by converting the DC power of the battery 302 into AC power through a switching operation according to the application of the switching signal of the controller 301.

이처럼 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 구동 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)를 온 하고 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 함으로써 배터리(302)의 직류 전력을 인버터부(304)를 통해 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)의 구동을 제어할 수 있다.As such, when the power control mode is the driving mode, the vehicle power control apparatus of the present invention turns on the first main relay unit 306 and the second main relay unit 307 through the control unit 301 and the inductor relay unit 310. And by turning off the charging relay unit 314, the DC power of the battery 302 may be converted into AC power through the inverter unit 304 to control the driving of the three-phase electric motor 300.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 장점을 갖는다. That is, the vehicle power control apparatus of the present invention implements a vehicle by implementing a charging function of a battery mounted on the vehicle and a driving function of the vehicle using the battery using components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or an inverter. It has the advantage of enabling cost reduction.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by.

301: 제어부
304: 인버터부
306: 제1 메인 릴레이부
307: 제2 메인 릴레이부
310: 인덕터 릴레이부
314: 충전 릴레이부301: control unit
304: inverter unit
306: first main relay unit
307: second main relay unit
310: inductor relay
314: charging relay unit

Claims (6)

배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부;
상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부;
상기 3상 전동기의 중성점과 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부;
정류부 및 제2 보조 인덕터와 제1 보조 스위칭 소자 및 제2 보조 스위칭 소자 사이에 연결되는 충전 릴레이부; 및
전력 제어 모드에 따라서 상기 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면,
상기 3상 전동기의 제1 인덕터, 상기 3상 전동기의 제2 인덕터, 상기 3상 전동기의 제3 인덕터, 상기 인버터부의 제1 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제2 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제3 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제4 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제5 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제6 스위칭 소자는 강압 컨버터를 구성하는
차량용 전력 제어 장치.
An inverter unit connected between the battery and the three-phase electric motor;
A first main relay part and a second main relay part connected between the inverter part and the battery;
An inductor relay unit connected between the neutral point of the three-phase motor and the battery;
A charging relay unit connected between the rectifier and the second auxiliary inductor and the first auxiliary switching element and the second auxiliary switching element; And
A control unit controlling an on / off state of the main relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit according to a power control mode;
If the power control mode is a charging mode,
A first inductor of the three-phase motor, a second inductor of the three-phase motor, a third inductor of the three-phase motor, a first switching device of the inverter part, a second switching device of the inverter part, a third switching device of the inverter part The fourth switching device of the inverter unit, the fifth switching device of the inverter unit, and the sixth switching device of the inverter unit constitute a step-down converter.
Vehicle power control device.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 구동 모드이면, 상기 제어부는
상기 제1 메인 릴레이부 및 상기 제2 메인 릴레이부를 온 하고, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 오프 하는
차량용 전력 제어 장치.
The method of claim 1,
If the power control mode is a driving mode, the control unit
Turning on the first main relay unit and the second main relay unit, and turning off the inductor relay unit and the charging relay unit.
Vehicle power control device.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 상기 충전 모드이면, 상기 제어부는
상기 제2 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 온 하고, 상기 제1 메인 릴레이부를 오프 하는
차량용 전력 제어 장치.
The method of claim 1,
If the power control mode is the charging mode, the control unit
Turning on the second main relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit, and turning off the first main relay unit.
Vehicle power control device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 강압 컨버터는
제1 보조 커패시터 및 제1 보조 인덕터 중 적어도 하나를 더 포함하는
차량용 전력 제어 장치.
The method of claim 1,
The step-down converter
Further comprising at least one of a first auxiliary capacitor and a first auxiliary inductor
Vehicle power control device.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 상기 충전 모드이면,
상기 제1 보조 스위칭 소자, 상기 제2 보조 스위칭 소자 및 상기 제2 보조 인덕터는 승압 컨버터를 구성하는
차량용 전력 제어 장치.

The method of claim 1,
If the power control mode is the charging mode,
The first auxiliary switching element, the second auxiliary switching element and the second auxiliary inductor constitute a boost converter.
Vehicle power control device.

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