KR102018952B1 - 자동차용 전기 네트워크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차(10)용 전기 네트워크에 관한 것이며, 이 자동차용 전기 네트워크는 전기기계(14)가 연결된 고전압 서브 네트워크(24), 및 적어도 하나의 저전압 부품(34, 36)이 연결되는 저전압 서브 네트워크(32)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 저전압 부품(34, 36)은 전기에너지원 및/또는 전기부하로서 설계되며, 상기 고전압 서브 네트워크(24) 및 상기 저전압 서브 네트워크(32)는 DC 전압 변환기(30)를 통해 전기적으로 서로 연결되고, 또한 상기 DC 전압 변환기(30)는 상기 전압 서브 네트워크들(24, 32) 사이에 두 반대방향(38)으로 전기에너지를 교환하도록 형성된다.

Description

자동차용 전기 네트워크{ELECTRICAL NETWORK FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 전기기계에 연결된 고전압 서브 네트워크, 및 적어도 하나의 저전압 부품이 연결되는 저전압 서브 네트워크를 포함하며, 상기 적어도 하나의 저전압 부품은 전기에너지원 및/또는 전기 부하로서 설계되며, 상기 고전압 서브 네트워크 및 상기 저전압 서브 네트워크는 DC 전압 변환기를 통해 전기적으로 서로 연결되는, 자동차용 전기 네트워크에 관한 것이다.
본 발명은 또한 저전압 전력공급부와 고전압 전력공급부를 포함하는 전기 네트워크를 구비한 자동차에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전기기계에 연결된 고전압 서브 네트워크, 및 적어도 하나의 저전압 부품이 연결되는 저전압 서브 네트워크를 구비하며, 상기 적어도 하나의 저전압 부품은 전기에너지원 및/또는 전기 부하로서 설계되며, 따라서 상기 전압 서브 네트워크들은 DC 전압 변환기를 통해 서로 연결되는 자동차용 전기 네트워크에, 전기에너지를 배분하는 방법에 관한 것이다.
자동차의 전기 시스템 구조는 통상, 상이한 전기 전압을 제공하고 서로 다른 전기 부품들이 전기 소스 및/또는 전기 싱크로서 통합되는 서로 다른 두 개의 서브 네트워크를 가진다. 전기 시스템 구조의 저전압 서브 네트워크는 통상 12 V의 전기 시스템 전압을 가지며 또한 상기 저전압 서브 네트워크에는 고전압 전기 시스템으로부터 DC 전압 변환기를 통해 전기에너지 및 대응하는 높은 전기 전압이 공급된다.
대응하는 전기 시스템을 갖는 자동차가 예를 들면 US 8,437,910 B2에 보여진다.
그러나, 최근 자동차들에서는 12 V 전압공급이외에 48 V 전압공급이 요구되는데, 그 목적을 위해 일반적으로 추가적인 DC 전압 변환기 및 추가적인 전기에너지 저장장치가 제3 전압 서브 네트워크를 발생시키기 위해서 전기 시스템에 통합된다. 이 경우에 전기 시스템에서의 전압공급은 추가 부품들로 인해 기술적으로 복잡하고 고비용과 관련된다는 점이 단점이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 자동차의 전기부하들에 추가적인 전압값의 전압을 제공하기 위하여 기술적으로 적은 노력과 적은 비용으로 자동차용 전기 네트워크를 제공하고 또한 자동차에 전기에너지를 배분하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 DC 전압 변환기가 전압 서브 네트워크들 사이에서 전기에너지를 두개의 반대방향으로 교환하도록 설계된다는 점에서 상술한 전기 네트워크에서 달성된다.
본 목적은 또한 본 발명에 따른 전기 네트워크에 의해 상기 차량들에서도 달성된다.
본 목적은 마지막으로, 전기에너지 변환기가 전압 서브 네트워크들 중 하나에서의 전압의 함수로서 전기에너지를 제1 또는 제2 방향으로 이동시킨다는 점에서 상기 방법에서 달성된다.
DC 전압 변환기는 전기에너지를 두 반대 방향으로 전달할 수 있으며 대응적으로 DC 전압 변환기의 양측의 전압을 조정할 수 있기 때문에, 저전압 서브 네트워크가 고전압 서브 네트워크로부터 직접적으로 그리고 분리되어 제공될 수 있으며, 따라서 추가적인 제어유닛 및 추가적인 저전압 저장부 없이도 저전압 서브 네트워크의 부하에 필요한 전압이 제공될 수 있다. 결과적으로 추가적인 전기에너지 저장장치를 없앨 수 있게 되며 그에 따라 자동차의 전기 네트워크에 대한 기술적 복잡성 및 비용이 감소될 수 있다.
따라서 본 발명의 목적이 완전하게 달성된다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 변환기는 전압 서브 네트워크들 중 하나의 전압의 함수로서 서브 네트워크들 사이에서 전기에너지 흐름 방향을 변경한다.
그 결과, 서브 네트워크들 사이의 에너지 교환이 서브 네트워크들의 현재 제공된 전압의 함수로서 적은 기술적 노력으로 가능하게 된다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 변환기는 에너지 흐름 방향을 저전압 서브 네트워크에서의 전압의 함수로서 변경한다.
그 결과, 저전압 서브 네트워크로부터의 전기에너지가 기술적으로 적은 노력으로 고전압 서브 네트워크에 공급될 수 있으며 또한 자동차의 구동에 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 변환기는 저전압 서브 네트워크에서의 전압이 임계값을 초과하는 경우에는 전기에너지 흐름을 고전압 서브 네트워크의 방향으로 조정한다.
그 결과, 저전압 서브 네트워크에서의 상승된 전압은 적은 기술적 노력으로 강하될 수 있다.
바람직한 실시예에서, DC 전압 변환기는 저전압 서브 네트워크에서의 전압이 임계값 아래로 떨어지는 경우에는 에너지 흐름 방향을 저전압 서브 네트워크의 방향으로 제공한다.
따라서, 저전압 서브 네트워크에서의 전압강하가 기술적으로 적은 노력으로 방지될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 고전압 서브 네트워크는 전기에너지 저장부를 갖는다.
따라서, 자동차를 구동하기 위한 전기에너지가 고전압 서브 네트워크에 저장될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 고전압 서브 네트워크는 100 V 보다 큰 전압값을 갖는다.
그 결과, 차량을 구동하기 위한 전기기계는 필요한 견인력을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 저전압 서브 네트워크는 60 V 보다 작은 전압, 특히 36 내지 59 V의 전압을 갖는다.
그 결과, 자동차의 다수의 전기부하들에 전기에너지가 공급될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 저전압 서브 네트워크는 어떠한 전기에너지 저장부도 구비하지 않는다.
그 결과, 전기 네트워크의 기술적 노력이 일반적으로 감소될 수 있다.
전반적으로, 전기 네트워크 및 저전압 서브 네트워크로의 DC전압의 개별적인 제공을 통하여 자동차에서의 개별적인 전압 공급이 제공될 수 있으며, 그에 따라 자동차 전기 시스템에서 또 하나의 별개의 서브-네트워크가 없애질 수 있으며 그리고 따라서 추가적인 에너지 저장장치 및 추가적인 제어장치가 생략될 수 있다. 그 결과, 기술적으로 낮은 복잡성 및 적은 비용으로 추가 전압 값이 자동차에서 제공될 수 있다.
상술한 특징들 및 여전히 아래에서 설명될 특징들은 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 특정의 결합에서 뿐만 아니라 다른 결합들 또는 단독 설정에서도 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예들이 도면에 보여지며 또한 하기 설명에서 더 자세히 설명된다.
도1은 두개의 서로 다른 서브 네트워크들을 갖는 전기 네트워크를 구비한 자동차의 개략도이다.
도1에서 자동차는 개략적으로 보여지며 또한 전체적으로 (10)으로 지칭된다. 자동차(10)는 구동 트레인(12)를 구비하며 본 경우에 구동 트레인은 구동력을 제공하기 위한 전기기계(14)를 포함한다. 구동 트레인(12)는 자동차(10)의 피동 바퀴들(16L, 16R)을 구동하는데 사용된다.
전기기계(14)는 모터축(18)을 통해 변속기(20)에 연결되며, 여기서 전기기계(14)는 토크 t를 구동축(18)에 제공하며 구동축(18)은 조정가능한 회전속도 n으로 회전한다. 변속기(20)는 차동장치(22)을 통해 피동 바퀴들(16R, 16L)에 연결된다.
전기기계(14)를 구동시키거나 또는 전기기계(14)를 전류 공급하기 위하여, 전기기계(14)는 일반적으로 고전압 서브 네트워크(24)을 통해 전기에너지 저장부(26) 또는 고전압 견인 배터리(26)에 연결된다. 그 결과, 전기에너지 저장 유닛(26)은 전기 기계(14)를 구동시키기 위하여 또는 그것을 전류 공급하기 위하여 제어 유닛(28)을 통해 전기 기계(14)에 연결된다. 고전압 서브 네트워크(24)은 또한 DC 전압 변환기(30)를 통해 저전압 서브 네트워크(32)에 전기적으로 연결되거나 또는 연결될 수 있으며, 여기서 저전압 서브 네트워크(32)은 예를 들면 전기 롤 안정기(34) 또는 공조 프로세서(36)와 같은 저전압 전기 부품들(34, 36)에 일반적으로 연결된다. 저전압 전기부품들(34, 36)은 적용예에 따라서, 전기에너지원 및 전기에너지 리시버로서 설계될 수 있으며 또는 전기에너지를 흡수 및 방출할 수 있다.
DC 전압 변환기(30)는 화살표(38)로 표시된 바와 같이, 고전압 서브 네트워크(24)으로부터의 전기에너지를 저전압 서브 네트워크(32)로 공급하도록 그리고 저전압 서브 네트워크(32)으로부터의 전기에너지를 고전압 서브 네트워크(24)로 공급하도록 설계된다.
고전압 서브 네트워크(24)는 100 V 또는 800 V 보다 큰 전압을 가지며 그리고 고전압 서브 네트워크에는 회생에 의한 전기기계(14)에 의해 또는 전기에너지 저장부(26)에 의해 전압이 공급된다. 저전압 서브 네트워크(32)에는 DC 전압 변환기(30)를 통해 전기에너지가 공급되며 그리고 따라서 저전압 서브 네트워크(32)에서의 36 내지 59 V 및 전형적으로 48 V의 전기전압이 DC 전압 변환기(30)를 통해 설정된다. 그러므로, 쌍방향 DC 전압 변환기(30)에 의해 다른 통상적인 에너지 저장장치가 대체된다.
저전압 서브 네트워크(32)에서의 전압을 48 V로 설정할 수 있기 위해서는 DC 전압 변환기(30)은 화살표(38)로 표시된 바와 같이, 양 방향으로의 에너지 흐름을 허용하여야 한다. 또한 높은 과도 성능 요건들이 실행되어야 한다.
동작시, 저전압 서브 네트워크(32)에서의 전압은 연속적으로 검출되고 DC 전압 변환기(30)에 의해 48 V로 조정된다. 전기에너지가 저전압 부품들(34, 36)에 의해 흡수되고 저전압 서브 네트워크(32)에서의 전압이 강하한다면, DC 전압 변환기(30)는 따라서 고전압 서브 네트워크(24)로부터의 전기에너지의 공급을 통해 조정된다. 예를 들면 저전압 부품들(34, 36)을 통해 부가적인 전기에너지를 공급하여, 저전압 서브 네트워크(32)에서의 전압이 증가한다면, DC 전압 변환기(30)는 저전압 서브 네트워크(32)으로부터의 전기에너지를 고전압 서브 네트워크(24)로 공급하여 전압을 후조정한다.
따라서, 저전압 서브 네트워크(32)에서의 전압을 조정하기 위해, 전압의 상한은 저전압 서브 네트워크(32)에서의 임계값으로서 또는 최대 허용 전기 시스템 전압으로서, 또한 전압의 하한은 고전압 서브 네트워크(24)에서의 임계값으로서 또는 최소 허용 전기 시스템 전압으로서 정의되고, 어느 방향으로 DC 전압 변환기(30)가 전압 서브 네트워크들(24, 32) 사이의 전기에너지를 교환하는 지가 결정된다.
쌍방향 DC 전압 변환기(30)를 구비한 두 전압 서브 네트워크들(24, 32)의 본 사상을 사용하여, 저전압 서브 네트워크(32)에서 전기에너지 저장부 뿐만 아니라 제어 장치가 생략될 수 있다.

Claims (10)

  1. 자동차(10)용 전기 네트워크로서,
    - 전기기계(14)가 연결된 고전압 서브 네트워크(24),
    - 적어도 하나의 저전압 부품(34, 36)이 연결되는 저전압 서브 네트워크(32)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 저전압 부품(34, 36)은 전기에너지원 및/또는 전기부하로서 설계되며, 상기 고전압 서브 네트워크(24) 및 상기 저전압 서브 네트워크(32)는 DC 전압 변환기(30)를 통해 전기적으로 서로 연결되는 자동차(10)용 전기 네트워크에 있어서,
    상기 DC 전압 변환기(30)는 상기 전압 서브 네트워크들(24, 32) 사이에 두 반대방향(38)으로 전기에너지를 교환하도록 구성되고,
    상기 DC 전압 변환기(30)는 상기 저전압 서브 네트워크(32)의 전압의 함수로서 전기에너지 흐름방향(38)을 변경하여 적어도 두 개의 전압 레벨을 상기 저전압 서브 네트워크(32)에 제공하며,
    상기 저전압 서브 네트워크(32)는 어떠한 전기에너지 저장부도 가지지 않는 것을 특징으로 하는 자동차(10)용 전기 네트워크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저전압 서브 네트워크(32)의 전압이 임계값을 초과하는 경우에는 상기 DC 전압 변환기(30)는 상기 전기에너지 흐름(38)을 상기 고전압 서브 네트워크(24)의 방향으로 제공하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 네트워크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저전압 서브 네트워크(32)의 전압이 임계값 아래로 떨어지는 경우에는 상기 DC 전압 변환기(30)는 상기 전기에너지 흐름 방향(38)을 상기 저전압 서브 네트워크(32)의 방향으로 제공하는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 네트워크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 서브 네트워크(24)은 전기에너지 저장부(26)를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 네트워크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 서브 네트워크(24)은 100 V 보다 큰 전압값을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 네트워크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저전압 서브 네트워크(32)는 60 V 보다 작은 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 전기 네트워크.
  9. 삭제
  10. 자동차(10)용 전기 네트워크에 전기에너지를 분배하는 방법이며,
    - 전기기계(14)가 연결된 고전압 서브 네트워크(24),
    - 적어도 하나의 저전압 부품(34, 36)이 연결되는 저전압 서브 네트워크(32)를 구비하며, 상기 적어도 하나의 저전압 부품(34, 36)은 전기에너지원 및/또는 전기부하로서 설계되며, 따라서 상기 전압 서브 네트워크들은 DC 전압 변환기(30)를 통해 서로 연결되는, 자동차(10)용 전기 네트워크에 전기에너지를 분배하는 방법에 있어서,
    전기적 DC 전압 변환기(30)는 전기에너지를 상기 전압 서브 네트워크들(24, 32) 중 하나에서의 전압의 함수로서 제1 또는 제2 방향으로 전달하고,
    전기적 DC 전압 변환기(30)는 상기 저전압 서브 네트워크(32)의 전압의 함수로서 전기에너지 흐름방향(38)을 변경하여 적어도 두 개의 전압 레벨을 상기 저전압 서브 네트워크(32)에 제공하며,
    상기 저전압 서브 네트워크(32)는 어떠한 전기에너지 저장부도 가지지 않는 것을 특징으로 하는, 자동차(10)용 전기 네트워크에 전기에너지를 분배하는 방법.
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