KR102010294B1 - 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 인버터 및 모터를 이용하여 전기 자동차를 구동하고, 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 구동용 인버터와, 인버터의 출력단에 승압 컨버터를 구비하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 모터 제어 장치에 포함된 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.An electric vehicle and a method of driving the same are disclosed. Embodiments of the present invention may drive an electric vehicle using a driving inverter and a motor, and the battery may be charged by including a driving inverter and a boost converter at an output terminal of the inverter without having a separate charging device. Embodiments of the present invention can charge the battery using the inverter included in the motor control device and the switching elements in the inverter.

Description

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

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로서, 특히 모터 구동을 위한 인버터를 이용하여 배터리를 충전하는 전기 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly, to an electric vehicle that charges a battery by using an inverter for driving a motor.

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 uses an electric battery and an electric motor without using petroleum fuel and an engine. Electric vehicles include electric vehicles that largely use only electric batteries, and hybrid electric vehicles that use other electric power sources such as gasoline and electric batteries together. Electric cars, driven by rotating motors with electricity stored in batteries, were built before gasoline cars in 1873. However, it has not been put to practical use due to problems such as heavy weight of a battery and time to charge. Recently, research on electric vehicles has been actively conducted 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 use brush-less DC motors or induction motors as driving motors, or they may be modified. In addition, the electric vehicle independently includes a driving inverter for driving a motor and an on-board charger (OBC) for charging a battery. When driving an electric vehicle, only an inverter for driving is used without using an OBC. On the other hand, when the electric vehicle is idle, only the drive inverter is used, not the OBC.

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.SUMMARY Embodiments of the present invention provide an electric vehicle and a driving method thereof capable of charging a battery using the same as a charging device while maintaining the function of an inverter included in a motor control apparatus.

본 발명의 실시 예들은 구동용 인버터와 삼상 모터 내의 코일을 이용하여 구동 및 충전을 수행할 수 있는 전기 자동차 및 이의 구동 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Embodiments of the present invention have another object to provide an electric vehicle and a driving method thereof capable of performing driving and charging using a coil in a driving inverter and a three-phase motor.

일 실시 예에 따른 전기 자동차는, 직류 전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리에 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터와, 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터를 거친 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터와, 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터와, 상기 직류 링크 커패시터와 상기 인버터의 사이에 구비되는 컨버터와, 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 직접 연결하고 상기 제어 신호를 이용하여 상기 삼상 모터를 구동하거나, 또는 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 상기 컨버터를 통해 연결하여 상기 배터리를 충전하는 제어 유닛을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 컨버터는, 상기 배터리의 충전 시, 상기 인버터의 출력 전압을 승압하고 역률을 개선한다.An electric vehicle according to an embodiment includes three inverter modules including a battery for supplying DC power, a DC link capacitor connected in parallel with the battery, and two switching units, and the DC link capacitor according to a control signal. An inverter for converting coarse DC power into a three-phase AC power, a three-phase motor having a three-phase coil and driven according to the three-phase AC power, a converter provided between the DC link capacitor and the inverter, the inverter, and the And a control unit for directly connecting a DC link capacitor and driving the three-phase motor using the control signal, or connecting the inverter and the DC link capacitor through the converter to charge the battery. Here, the converter, when charging the battery boosts the output voltage of the inverter and improves the power factor.

일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 방법은, 직류 전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리에 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터; 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터를 거친 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터; 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터; 및 상기 직류 링크 커패시터와 상기 인버터의 사이에 구비되는 컨버터;를 포함하는 전기 자동차를 구동하는 방법에 있어서, 상기 입력 교류 전원의 연결 여부를 감지하는 단계와, 감지 결과, 상기 입력 교류 전원이 연결되지 아니하면, 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 직접 연결하고, 상기 삼상 코일을 상기 인버터에 직접 연결하며, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 삼상 모터를 구동하는 단계와, 상기 감지 결과, 상기 입력 교류 전원이 연결되면, 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 상기 컨버터를 통해 연결하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하여 구성된다.According to an embodiment, a driving method of an electric vehicle includes a battery for supplying DC power; A direct current link capacitor connected to the battery in parallel; An inverter having three inverter modules composed of two switching units, and converting the DC power passed through the DC link capacitor into a three-phase AC power according to a control signal; A three phase motor having a three phase coil and driven according to the three phase AC power source; And a converter provided between the DC link capacitor and the inverter, the method comprising: detecting whether the input AC power is connected, and as a result, the input AC power is not connected. Otherwise, directly connecting the inverter and the DC link capacitor, directly connecting the three-phase coil to the inverter, and outputting the control signal to the inverter to drive the three-phase motor, and as a result of the detection, the input When an AC power source is connected, the inverter is connected to the DC link capacitor through the converter to charge the battery.

본 발명의 실시 예들은 구동용 인버터 및 모터를 이용하여 전기 자동차를 구동하고, 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 구동용 인버터와, 인버터의 출력단에 승압 컨버터를 구비하여 배터리를 충전할 수 있다.Embodiments of the present invention may drive an electric vehicle using a driving inverter and a motor, and the battery may be charged by including a driving inverter and a boost converter at an output terminal of the inverter without having 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 reduce the cost, reduce the size of the electric vehicle by using the inverter and the switching elements in the inverter included in the motor control device can reduce the size of the electric vehicle, and improve the operating efficiency of each device.

도 1은 본 발명이 적용될 전기 자동차 내부의 일 예를 개략적으로 보인 도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 모터 제어 장치의 구성을 개략적으로 보인 도;
도 3은 본 발명에 따라 전기 자동차를 구동하는 동작을 설명하기 위한 회로도;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구성을 개략적으로 보인 블록도;
도 5는 본 발명에 따라 전기 자동차를 충전하는 동작을 설명하기 위한 회로도; 및
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 방법을 개략적으로 보인 흐름도이다.1 is a view schematically showing an example of an interior of an electric vehicle to which the present invention is applied;
2 is a view schematically showing the configuration of a motor control apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
3 is a circuit diagram for explaining an operation of driving an electric vehicle according to the present invention;
4 is a block diagram schematically showing the configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
5 is a circuit diagram for explaining an operation of charging an electric vehicle according to the present invention; And
6 is a flowchart schematically illustrating a method of driving an electric vehicle according to an embodiment 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, the electric vehicle according to the present invention includes a battery 100 that supplies DC power, a power module 150 that converts DC power supplied by the battery 100 into AC power, and generates rotational power, and power. The front wheel 510 and the rear wheel 520 rotated by the module 150, the front wheel suspension 610 and rear wheel suspension 620 to block the vibration of the road surface to be transmitted to the vehicle body. In addition, the electric vehicle may be further provided with a drive 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 apparatus 200 that receives DC power from the battery 100, and a three-phase motor 300 that is driven by the motor control apparatus 200 to generate 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 set in which a plurality of unit cells are 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 configured as 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 apparatus 200 receives DC power from the battery 100. The motor control apparatus 200 converts DC power received from the battery 100 into AC power and supplies the same to the three-phase motor 300. In general, the motor control device 200 supplies a 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) that is fixed without rotation and a rotating rotor (not shown), and generates rotational force by receiving AC power supplied from the motor control apparatus 200. When AC power 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 having a permanent magnet, the rotor rotates due to the repulsion of the magnetic field generated by the stator and the magnetic field of the permanent magnet provided in the rotor. The rotational 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.One side of the three-phase motor 300 may be provided with a drive gear (not shown). The drive gear converts the rotational force of the three-phase motor 300 according to the gear ratio. The rotational force output from the drive gear is transmitted to the front wheel 510 and / or the rear wheel 520 to allow the vehicle 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 wheel suspension 610 and the rear wheel suspension 620 support the front wheel 510 and the rear wheel 520 with respect to the vehicle body, respectively. The front wheel suspension 610 and the rear wheel suspension 620 prevent the vibration of the road surface from touching 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 be further provided with 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 the direction intended by the driver.

도 2를 참조하면, 실시 예들에 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, the electric vehicle according to the embodiments 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 supply, 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 predetermined DC voltage. A DC-DC converter has switching elements driven according to a control signal of a control unit, for example, an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). In addition, 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. 직류 링크 커패시터(210)는 삼상 모터(300)의 구동 시에는 배터리(100)로부터 출력되는 직류 전압의 리플(ripple)을 저감하는 기능을 수행한다.The DC link capacitor 210 is connected between the battery 100 and the inverter 230 to smooth and store the output DC voltage of the battery. The DC link capacitor 210 reduces the ripple of the DC voltage output from the battery 100 when the three-phase motor 300 is driven.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전기 자동차는, 직류 전원을 공급하는 배터리(100)와, 상기 배터리(100)에 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터(210)와, 인버터(230)와, 삼상 모터(300)와, 컨버터(400)와, 제어 유닛(250)을 포함하여 구성된다. 인버터(230)는, 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터(210)를 거친 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환한다. 삼상 모터(300)는, 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동된다. 제어 유닛(250)은, 상기 인버터(230)와 상기 직류 링크 커패시터(210)를 직접 연결하고 상기 제어 신호를 이용하여 상기 삼상 모터(300)를 구동하거나, 또는 상기 인버터(230)와 상기 직류 링크 커패시터(210)를 상기 컨버터(400)를 통해 연결하여 상기 배터리(100)를 충전한다.Referring to FIG. 4, an electric vehicle according to an embodiment includes a battery 100 for supplying DC power, a DC link capacitor 210 connected in parallel with the battery 100, an inverter 230, and a three phase. The motor 300, the converter 400, and the control unit 250 are comprised. The inverter 230 includes three inverter modules including two switching units, and converts the DC power passed through the DC link capacitor 210 into three-phase AC power according to a control signal. The three-phase motor 300 includes a three-phase coil and is driven in accordance with the three-phase AC power source. The control unit 250 directly connects the inverter 230 and the DC link capacitor 210 and drives the three-phase motor 300 by using the control signal, or the inverter 230 and the DC link. A capacitor 210 is connected to the converter 400 to charge the battery 100.

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 스위칭부는, 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자들과, 상기 스위칭 소자에 병렬로 연결되는 다이오드들로 구성된다. 스위칭 소자들은 모스펫(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 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 includes three inverter modules 231, 232, and 233 composed of two switching units. In addition, 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 unit includes switching elements driven according to a control signal and diodes connected in parallel to the switching elements. The switching devices are switching devices such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT). The switching elements receive a control signal from the control unit 250 and are turned on or off in accordance with the control signal. The control signal is a signal for controlling the duty ratio of the switching elements. The diodes are connected in parallel to each of the switching elements to form a current path when turned off by switching to perform the function of a freewheeling diode that consumes 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 includes three phase coils 310, 320, and 330 connected to the three inverter modules, and is driven according to the three phase AC power. 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, 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.

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 may include a coordinate converter which converts a motor driving current into a synchronous coordinate system, a current controller that receives a torque command and a magnetic flux command, receives a motor drive current converted through the coordinate converter, and outputs a voltage command. It is configured to include. The control unit 250 may further include a pulse width modulation controller configured to generate a control signal for driving the inverter according to the voltage command and output the generated 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 controller receives a current command and a motor driving current and outputs a voltage command. The current controller receives the d-axis current command (i e * ds) and the q-axis current command (i e * qs). The current control unit proportionally integrates the q-axis current command i e * qs, filters, and outputs the q-axis synchronous coordinate system voltage command V e * q. That is, the current controller compares the q-axis current command (i e * qs) and the q-axis output current (i e q) in which the coordinate converter converts the motor driving current into coordinates, and proportionally integrates the difference, that is, the current error. Filter to output the q-axis voltage command (V e * q). Meanwhile, the current controller outputs the d-axis synchronous coordinate system voltage command (V e * d) by proportionally integrating and filtering the d-axis current command (i e * ds). That is, the current controller compares the d-axis current command (i e * ds) and the d-axis output current (i e d), which is the coordinate conversion of the motor driving current, and proportionally integrates and filters the difference, that is, the current error. Outputs the 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 generates and outputs the control signal to the inverter 230 so as to follow the voltage command by synthesizing the valid voltage vectors output from the inverter 230 during the control period Ts. 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 inverse converting unit that converts the synchronous coordinate system voltage command into a stationary coordinate system voltage command. The synchronous coordinate inverse converter is disposed between the current control unit and the PWM control unit, and the synchronous coordinate system voltage command (V e * d, V e * q) is (V s * d, V s * ), which is the static coordinate system voltage command (V s * ). to q). Here, e represents a synchronous coordinate system and s represents a static coordinate system. The PWM controller converts and outputs the voltage command of the stationary coordinate system according to the type of motor to be driven. The PWM controller converts the voltage command of the stationary coordinate system into three-phase voltage commands Va * , Vb * , and Vc * and outputs the same to the three-phase motor 300. The synchronous inverse transform unit may be included in the PWM controller. The PWM control unit generates a control signal based on the voltage command for each phase, and outputs the control signal to the inverter to open and close the switching elements in the inverter.

상기 컨버터(400)는, 상기 직류 링크 커패시터(210)와 상기 인버터(230)의 사이에 구비된다. 컨버터(400)는, 상기 배터리(100)의 충전 시, 상기 인버터(230)의 출력 전압을 승압하고 역률을 개선한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 컨버터(400)는, 스위칭 신호에 따라 스위칭하여 상기 인버터의 출력 전압을 승압하는 스위칭 유닛(410)과, 상기 스위칭 유닛(410)을 통과한 전류의 경로를 형성하는 다이오드(420)를 포함하여 구성된다. 여기서, 스위칭 유닛(410)로는 인버터의 스위칭 소자들과 마찬가지로 MOSFET, IGBT가 사용될 수 있다. 스위칭 유닛(410)에는 병렬로 연결되는 프리휠링 다이오드가 더 포함될 수 있다.The converter 400 is provided between the DC link capacitor 210 and the inverter 230. The converter 400 boosts the output voltage of the inverter 230 and improves the power factor when the battery 100 is charged. As illustrated in FIG. 5, the converter 400 forms a switching unit 410 for switching in response to a switching signal to boost the output voltage of the inverter, and a path of a current passing through the switching unit 410. It is configured to include a diode 420. Here, as the switching unit 410, MOSFETs and IGBTs may be used as in the switching elements of the inverter. The switching unit 410 may further include a freewheeling diode connected in parallel.

제어 유닛(250)은, 상기 삼상 모터(300)와 입력 교류 전원(10)의 사이를 연결하거나, 또는 연결을 분리하는 제1 개폐 신호를 발생한다. 즉, 제어 유닛(250)은, 상기 배터리(100)의 충전 시에는 삼상 모터(300) 내의 코일들과 입력 교류 전원(10)의 사이를 연결하는 제1 개폐 신호를 발생하고, 상기 삼상 모터(300)의 구동시에는 삼상 모터(300)와 입력 교류 전원(10) 사이의 연결을 분리하는 제1 개폐 신호를 발생한다.The control unit 250 generates a first open / close signal that connects or disconnects the connection between the three-phase motor 300 and the input AC power supply 10. That is, the control unit 250, when charging the battery 100 generates a first opening and closing signal for connecting between the coils in the three-phase motor 300 and the input AC power source 10, the three-phase motor ( When driving the 300, a first open / close signal is generated to disconnect the connection between the three-phase motor 300 and the input AC power source 10.

상기 전기 자동차는, 상기 배터리의 충전 시, 상기 제1 개폐 신호에 따라 상기 삼상 모터와 상기 입력 교류 전원의 사이를 연결하는 제1 개폐 유닛(710)을 더 포함하여 구성된다. 제1 개폐 유닛(710)은 삼상 모터(300)의 구동 시, 삼상 모터와 입력 교류 전원 사이의 연결을 분리한다. 제1 개폐 유닛은 제1 개폐 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치, 예를 들어 릴레이(relay)다. The electric vehicle further includes a first opening / closing unit 710 for connecting the three-phase motor and the input AC power according to the first opening / closing signal when the battery is being charged. The first opening / closing unit 710 separates the connection between the three-phase motor and the input AC power when the three-phase motor 300 is driven. The first open / close unit is an electrical, mechanical switch, for example a relay, that is turned on / off in accordance with the first open / close signal.

제어 유닛(250)은, 상기 인버터(230)를 상기 직류 링크 커패시터(210)에 직접 연결하거나, 또는 상기 인버터(230)를 상기 컨버터(400)를 통해 상기 직류 링크 커패시터(210)에 연결하는 제2 개폐 신호를 발생한다. 즉, 제어 유닛(250)은, 상기 배터리(100)의 충전 시에는 인버터(230)와 컨버터(400)를 연결하고 컨버터(400)와 직류 링크 커패시터의 사이를 연결하는 제2 개폐 신호를 발생하고, 상기 삼상 모터(300)의 구동 시에는 인버터(230)와 컨버터(400), 컨버터(400)와 직류 링크 커패시터(210) 사이의 연결을 분리하고 인버터(230)와 직류 링크 커패시터(210)의 사이를 연결하는 제2 개폐 신호를 발생한다.The control unit 250 may be configured to directly connect the inverter 230 to the DC link capacitor 210 or to connect the inverter 230 to the DC link capacitor 210 through the converter 400. 2 Generates an open / close signal. That is, the control unit 250, when charging the battery 100 generates a second opening and closing signal for connecting the inverter 230 and the converter 400 and connecting between the converter 400 and the DC link capacitor. When the three-phase motor 300 is driven, the connection between the inverter 230 and the converter 400, the converter 400, and the DC link capacitor 210 is disconnected and the inverter 230 and the DC link capacitor 210 are disconnected. Generates a second open / close signal connecting the two.

상기 전기 자동차는, 상기 배터리의 충전 시, 상기 제2 개폐 신호에 따라 상기 인버터와 상기 컨버터의 사이를 연결하고, 상기 컨버터와 상기 직류 링크 커패시터의 사이를 연결하는 제2 개폐 유닛(720)을 더 포함하여 구성된다. 제2 개폐 유닛(720)은, 상기 삼상 모터(300)의 구동 시, 상기 제2 개폐 신호에 따라 상기 인버터(230)와 상기 직류 링크 커패시터(210)의 사이를 직접 연결한다. 제2 개폐 유닛(620)은 제어 유닛(250)으로부터의 개폐 신호에 따라 온/오프되는 전기적, 기계적 스위치이다.The electric vehicle further includes a second opening / closing unit 720 which connects between the inverter and the converter according to the second opening and closing signal when the battery is charged, and connects the converter and the DC link capacitor. It is configured to include. The second opening / closing unit 720 directly connects the inverter 230 and the DC link capacitor 210 according to the second opening / closing signal when the three-phase motor 300 is driven. The second opening / closing unit 620 is an electrical / mechanical switch that is turned on / off according to the opening / closing signal from the control unit 250.

도 6을 참조하면, 상기 입력 교류 전원의 연결 여부를 감지하는 단계(S100)와, 감지 결과, 상기 입력 교류 전원이 연결되지 아니하면(S100의 아니오), 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 직접 연결하고, 상기 삼상 코일을 상기 인버터에 직접 연결하며, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 삼상 모터를 구동하는 단계(S200)와, 상기 감지 결과, 상기 입력 교류 전원이 연결되면(S100의 예), 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 상기 컨버터를 통해 연결하여 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)를 포함하여 구성된다. 이하 장치의 구성은 도 1 내지 도 5를 참조한다.Referring to FIG. 6, a step (S100) of detecting whether the input AC power is connected or not, if the input AC power is not connected (NO in S100), directly connects the inverter and the DC link capacitor. And connecting the three-phase coil directly to the inverter, driving the three-phase motor by outputting the control signal to the inverter (S200), and when the input AC power is connected as a result of the detection (Yes of S100). And charging the battery by connecting the inverter and the DC link capacitor through the converter (S300). Hereinafter, the configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

도 6을 참조하면, 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)는, 상기 삼상 코일을 상기 입력 교류 전원에 연결하는 과정(S310)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)는, 인버터와 컨버터를 연결하고, 컨버터와 직류 링크 커패시터를 연결하는 과정(S320, S340)을 더 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 6, the charging of the battery (S300) includes a step (S310) of connecting the three-phase coil to the input AC power. In addition, the step of charging the battery (S300) is configured to further include a step (S320, S340) of connecting the inverter and the converter, and the converter and the DC link capacitor.

또, 상기 배터리를 충전하는 단계(S300)는, 상기 인버터를 통과한 전압을 승압하는 과정(S330)을 더 포함하여 구성된다. 컨버터는 직류 링크 커패시터와 인버터의 사이에 구비되고 스위칭 신호에 따라 스위칭하여 인버터의 출력 전압을 승압하는 스위칭 유닛과 다이오드로 구성되어, 상기 배터리의 충전 시에 인버터의 출력 전압을 승압하고 역률을 개선한다(S330). 컨버터는 직류 링크 커패시터와 연결되고, 전류 제어에 의해 배터리 허용 전압에 맞게 승압하여 배터리를 충전한다(S350).In addition, the step of charging the battery (S300) is configured to further include a step (S330) for boosting the voltage passing through the inverter. The converter comprises a switching unit and a diode provided between the DC link capacitor and the inverter and switching according to a switching signal to boost the output voltage of the inverter, thereby boosting the output voltage of the inverter and improving the power factor when the battery is charged. (S330). The converter is connected to the DC link capacitor, and boosted to meet the battery allowable voltage by the current control to charge the battery (S350).

도 3 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 삼상 모터를 구동하는 단계(S200)는, 입력 교류 전원과 삼상 모터를 분리하는 과정(S210)과, 인버터와 직류 링크 커패시터를 직접 연결하는 과정(S220)과, 삼상 교류 전원을 삼상 코일에 인가하여 전기 자동차를 구동하는 과정(S250)을 포함한다. 또, 상기 삼상 모터를 구동하는 단계(S200)는 구동용 전원을 평활화하고 삼상 교류 전원으로 변환하는 과정(S230, S240)을 더 포함할 수 있다.3 and 6, the driving of the three-phase motor (S200) may include separating an input AC power and a three-phase motor (S210), and directly connecting an inverter and a DC link capacitor (S220). And applying the three-phase AC power to the three-phase coil to drive the electric vehicle (S250). In addition, the step of driving the three-phase motor (S200) may further comprise the step (S230, S240) of smoothing the driving power and converting to three-phase AC power.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 자동차 및 이의 구동 방법은 구동용 인버터 및 모터를 이용하여 전기 자동차를 구동하고, 별도의 충전 장치를 구비하지 아니하고 구동용 인버터와, 인버터의 출력단에 승압 컨버터를 구비하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 모터 제어 장치에 포함된 인버터 및 인버터 내의 스위칭 소자들을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.As described above, the electric vehicle and the driving method thereof according to the embodiments of the present invention drive the electric vehicle by using a driving inverter and a motor, and do not have a separate charging device to the driving inverter and the output terminal of the inverter. A boost converter may be provided to charge the battery. Embodiments of the present invention can charge the battery using the inverter included in the motor control device and the switching elements in the inverter.

100: 배터리 200: 모터 제어 장치
210: 직류 링크 커패시터 230: 인버터
250: 제어 유닛 300: 모터
400: 컨버터 710: 제1 개폐 유닛
720: 제2 개폐 유닛100: battery 200: motor control unit
210: DC link capacitor 230: inverter
250: control unit 300: motor
400: converter 710: first opening and closing unit
720: second opening and closing unit

Claims (10)

직류 전원을 공급하는 배터리;
상기 배터리에 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터;
두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터를 거친 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터;
삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터;
상기 직류 링크 커패시터와 상기 인버터의 사이에 구비되는 컨버터; 및
상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 직접 연결하고 상기 제어 신호를 이용하여 상기 삼상 모터를 구동하거나, 또는 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 상기 컨버터를 통해 연결하여 상기 배터리를 충전하는 제어 유닛;을 포함하고,
상기 배터리의 충전 시 및 상기 삼상 모터의 구동 시에 따라 연결을 전환하는 제2 개폐 유닛;을 더 포함하되,
상기 제2 개폐 유닛은,
상기 배터리의 충전 시, 상기 제어 유닛에서 발생된 개폐 신호에 따라 상기 인버터와 상기 컨버터의 사이를 연결하고, 상기 컨버터와 상기 직류 링크 커패시터의 사이를 연결하고,
상기 삼상 모터의 구동 시, 상기 개폐 신호에 따라 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터의 사이를 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.A battery for supplying DC power;
A direct current link capacitor connected to the battery in parallel;
An inverter having three inverter modules composed of two switching units, and converting the DC power passed through the DC link capacitor into a three-phase AC power according to a control signal;
A three phase motor having a three phase coil and driven according to the three phase AC power source;
A converter provided between the DC link capacitor and the inverter; And
And a control unit which directly connects the inverter and the DC link capacitor and drives the three-phase motor using the control signal, or connects the inverter and the DC link capacitor through the converter to charge the battery. ,
And a second opening / closing unit for switching the connection according to the charging of the battery and the driving of the three-phase motor.
The second opening and closing unit,
When the battery is charged, the inverter is connected between the inverter and the converter according to the open / close signal generated by the control unit, and the converter is connected between the DC link capacitor,
And when the three-phase motor is driven, directly connecting the inverter and the DC link capacitor according to the open / close signal. 제1 항에 있어서, 상기 컨버터는,
상기 배터리의 충전 시, 상기 인버터의 출력 전압을 승압하고 역률을 개선하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.The method of claim 1, wherein the converter,
When charging the battery, boosts the output voltage of the inverter and improves the power factor. 제2 항에 있어서, 상기 컨버터는,
스위칭 신호에 따라 스위칭하여 상기 인버터의 출력 전압을 승압하는 스위칭 유닛; 및
상기 스위칭 유닛을 통과한 전류의 경로를 형성하는 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.The method of claim 2, wherein the converter,
A switching unit for switching according to a switching signal to boost the output voltage of the inverter; And
And a diode forming a path of the current passing through the switching unit. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
상기 삼상 모터와 입력 교류 전원의 사이를 연결하거나, 또는 연결을 분리하는 제1 개폐 신호를 발생하고,
상기 인버터를 상기 직류 링크 커패시터에 직접 연결하거나, 또는 상기 인버터를 상기 컨버터를 통해 상기 직류 링크 커패시터에 연결하는 제2 개폐 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.The control unit according to any one of claims 1 to 3, wherein
Generating a first open / close signal that connects or disconnects the connection between the three-phase motor and the input AC power,
And generate a second open / close signal connecting said inverter directly to said DC link capacitor or connecting said inverter to said DC link capacitor via said converter. 제4 항에 있어서,
상기 배터리의 충전 시, 상기 제1 개폐 신호에 따라 상기 삼상 모터와 상기 입력 교류 전원의 사이를 연결하는 제1 개폐 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.The method of claim 4, wherein
And a first opening / closing unit connecting the three-phase motor and the input AC power according to the first opening / closing signal when the battery is being charged. 삭제delete 삭제delete 직류 전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리에 병렬 연결되는 직류 링크 커패시터; 두 개의 스위칭부로 구성된 세 개의 인버터 모듈을 구비하고, 제어 신호에 따라 상기 직류 링크 커패시터를 거친 직류 전원을 삼상 교류 전원으로 변환하는 인버터; 삼상 코일을 구비하고, 상기 삼상 교류 전원에 따라 구동되는 삼상 모터; 상기 직류 링크 커패시터와 상기 인버터의 사이에 구비되는 컨버터; 및 상기 삼상 모터의 구동 시 및 상기 배터리의 충전 시에 따라 연결을 전환하는 제2 개폐 유닛;을 포함하는 전기 자동차를 구동하는 방법에 있어서,
입력 교류 전원의 연결 여부를 감지하는 단계;
감지 결과, 상기 입력 교류 전원이 연결되지 아니하면, 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 직접 연결하고, 상기 삼상 코일을 상기 인버터에 직접 연결하며, 상기 제어 신호를 상기 인버터에 출력하여 상기 삼상 모터를 구동하는 단계; 및
상기 감지 결과, 상기 입력 교류 전원이 연결되면, 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터를 상기 컨버터를 통해 연결하여 상기 배터리를 충전하는 단계;를 포함하고,
상기 제2 개폐 유닛은,
상기 삼상 모터를 구동하는 단계에서, 상기 삼상 모터의 제어 유닛에서 발생된 개폐 신호에 따라 상기 인버터와 상기 직류 링크 커패시터의 사이를 직접 연결하고,
상기 배터리를 충전하는 단계에서, 상기 개폐 신호에 따라 상기 인버터와 상기 컨버터의 사이를 연결하고, 상기 컨버터와 상기 직류 링크 커패시터의 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 방법.A battery for supplying DC power; A direct current link capacitor connected to the battery in parallel; An inverter having three inverter modules composed of two switching units, and converting the DC power passed through the DC link capacitor into a three-phase AC power according to a control signal; A three phase motor having a three phase coil and driven according to the three phase AC power source; A converter provided between the DC link capacitor and the inverter; And a second opening / closing unit for switching the connection according to the driving of the three-phase motor and the charging of the battery.
Detecting whether an input AC power source is connected;
When the input AC power is not connected, the inverter directly connects the inverter and the DC link capacitor, directly connects the three-phase coil to the inverter, and outputs the control signal to the inverter to drive the three-phase motor. Doing; And
And when the input AC power is connected as a result of the sensing, connecting the inverter and the DC link capacitor through the converter to charge the battery.
The second opening and closing unit,
In the step of driving the three-phase motor, the direct connection between the inverter and the DC link capacitor in accordance with the opening and closing signal generated by the control unit of the three-phase motor,
In the step of charging the battery, the drive between the inverter and the converter in accordance with the open and close signal, and between the converter and the DC link capacitor driving method of an electric vehicle. 제8 항에 있어서, 상기 배터리를 충전하는 단계는,
상기 삼상 코일을 상기 입력 교류 전원에 연결하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 방법.The method of claim 8, wherein the charging of the battery comprises:
Connecting the three-phase coil to the input AC power source. 제9 항에 있어서, 상기 배터리를 충전하는 단계는,
상기 인버터를 통과한 전압을 승압하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 방법.The method of claim 9, wherein charging the battery comprises:
And boosting the voltage passing through the inverter.
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