KR102263517B1 - 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치 - Google Patents

전기 구동 차량의 양방향 충전 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102263517B1
KR102263517B1 KR1020190123856A KR20190123856A KR102263517B1 KR 102263517 B1 KR102263517 B1 KR 102263517B1 KR 1020190123856 A KR1020190123856 A KR 1020190123856A KR 20190123856 A KR20190123856 A KR 20190123856A KR 102263517 B1 KR102263517 B1 KR 102263517B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
phase
battery
voltage
external device
Prior art date
Application number
KR1020190123856A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210041667A (ko
KR102263517B9 (ko
Inventor
김용은
손영욱
이재석
Original Assignee
한국자동차연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국자동차연구원 filed Critical 한국자동차연구원
Priority to KR1020190123856A priority Critical patent/KR102263517B1/ko
Publication of KR20210041667A publication Critical patent/KR20210041667A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102263517B1 publication Critical patent/KR102263517B1/ko
Publication of KR102263517B9 publication Critical patent/KR102263517B9/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/12—Buck converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/14—Boost converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

전기 구동 차량의 양방향 충전 장치가 개시된다. 본 발명의 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치는 배터리; 상기 배터리의 배터리 전압으로 모터를 구동시키거나, 외부기기의 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 배터리에 공급하거나, 또는 상기 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 외부 기기에 공급하는 인버터부; 상기 외부기기로부터 상기 배터리에 공급되는 상기 외부기기 전압 또는 상기 배터리로부터 상기 외부기기로 공급되는 상기 배터리 전압을 단속하는 외부단자 스위치; 상기 인버터부의 양단에 설치되어 동작 모드에 따라 상기 인버터부의 전류 경로를 변환하는 전류 경로 변환 스위치; 및 동작 모드에 따라 상기 외부단자 스위치 및 전류 경로 변환 스위치를 스위칭시키고, 상기 인버터부를 제어하여 상기 배터리 전압으로 모터를 구동시키거나, 상기 외부기기로부터 공급되는 상기 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 배터리에 공급하거나, 또는 상기 배터리로부터 상기 외부기기에 공급되는 상기 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 외부 기기에 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 구동 차량의 양방향 충전 장치{BIDIRECTIONAL CHARGING APPARATUS OF ELECTRIC DRIVING VEHICLE}
본 발명은 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 모터 구동용 인버터의 양단에 스위칭 소자를 설치하고 동작 모드에 따라 스위칭 소자를 제어하여 전류 경로를 변환시켜 양방향 승압 및 감압 충전이 이루어질 수 있도록 한, 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치에 관한 것이다.
최근, 친환경 대체 에너지를 사용하여 동력을 발생시키는 자동차에 대한 개발이 국내외에서 활발히 진행되고 있으며, 이러한 친환경 대체 에너지를 사용하는 자동차로는 순수 전기 자동차(EV: Electric Vehicle), 화석 연료와 전기 에너지를 겸용하는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 및 연료전지 전기 자동차(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle) 등이 있다. 나아가, 전기 자동차에 대한 개발은 1인용 초소형 전기 자동차, 전기 스쿠터, 및 전기 자전거 등 다양한 이동 수단으로 확장되는 추세에 있다.
일반적으로 전기 자동차는 3상 모터를 구동시키기 위한 전력이 충전되어 있는 배터리와, 배터리에 충전되어 있는 전력으로 구동되어 전기 자동차를 주행시키는 3상 모터와, 3상 모터를 구동시키기 위한 인버터를 구비하고 있다. 이때, 배터리에 남아있는 전력이 소정량 이하로 떨어지는 경우에는 더 이상 3상 모터를 구동시킬 수 없기 때문에 배터리를 충전시킬 필요가 있으며, 이를 위해 종래에는 그리드(grid)로부터의 상용 220V 교류 전압을 정류하여 배터리를 충전하거나, 별도의 충전기를 이용하여 배터리를 충전하였다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2013-0078106호(2013.07.10)의 '전기자동차 충전장치'에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은 모터 구동용 인버터의 양단에 스위칭 소자를 설치하고 동작 모드에 따라 스위칭 소자를 제어하여 전류 경로를 변환시켜 양방향 승압 및 감압 충전이 이루어질 수 있도록 한, 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치는 배터리; 상기 배터리의 배터리 전압으로 모터를 구동시키거나, 외부기기의 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 배터리에 공급하거나, 또는 상기 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 외부 기기에 공급하는 인버터부; 상기 외부기기로부터 상기 배터리에 공급되는 상기 외부기기 전압 또는 상기 배터리로부터 상기 외부기기로 공급되는 상기 배터리 전압을 단속하는 외부단자 스위치; 상기 인버터부의 양단에 설치되어 동작 모드에 따라 상기 인버터부의 전류 경로를 변환하는 전류 경로 변환 스위치; 및 동작 모드에 따라 상기 외부단자 스위치 및 전류 경로 변환 스위치를 스위칭시키고, 상기 인버터부를 제어하여 상기 배터리 전압으로 모터를 구동시키거나, 상기 외부기기로부터 공급되는 상기 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 배터리에 공급하거나, 또는 상기 배터리로부터 상기 외부기기에 공급되는 상기 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 외부 기기에 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모터는, 상기 동작 모드가 정상 모드이면 상기 인버터부로부터 출력되는 U상 내지 W상 교류 전류가 각각 인가되는 U상 내지 W상 인덕터를 포함하는 3상 모터이고, 상기 인버터부는, 상기 정상 모드에서 상기 U상 교류 전류가 출력되는 U상 노드에서 직렬 접속되는 U상 상단 스위치와 U상 하단 스위치, 상기 V상 교류 전류가 출력되는 V상 노드에서 직렬 접속되는 V상 상단 스위치와 V상 하단 스위치, 및 상기 W상 교류 전류가 출력되는 W상 노드에서 직렬 접속되는 W상 상단 스위치와 W상 하단 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 경로 변환 스위치는 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 2접점 스위치이고, 상기 제1 스위치는 가동접점이 상기 배터리에 연결되고, 제1 고정접점이 상기 U상 상단 스위치, 상기 V상 상단 스위치 및 상기 W상 상단 스위치의 콜렉터단과 상기 제2 스위치의 제1 고정접점에 공통으로 연결되며, 제2 고정접점이 상기 U상 노드에 연결되며, 상기 제2 스위치는 고정접점이 상기 외부단자 스위치와 연결되고, 제1 고정접점이 상기 U상 상단 스위치, 상기 V상 상단 스위치 및 상기 W상 상단 스위치의 콜렉터단과 상기 제2 스위치의 제1 고정접점에 공통으로 연결되며, 제2 고정접점이 상기 W상 노드에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 동작 모드가 정상모드이면 상기 제1 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결시키며, 상기 외부단자 스위치를 턴오프시키고, 상기 모터를 구동시키기 위해 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 동작 모드가 충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 낮으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 U상 하단 스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 상기 외부기기 전압을 승압시켜 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 동작 모드가 충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 높으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 V상 상단 스위치를 PWM 제어하여 상기 외부기기 전압을 감압시켜 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 동작 모드가 역충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 낮으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 V상 상단 스위치를 PWM 제어하여 상기 배터리 전압을 감압시켜 상기 외부단자 스위치를 통해 외부기기에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 동작 모드가 역충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 높으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 W상 하단 스위치를 PWM 제어하여 상기 배터리 전압을 승압시켜 상기 외부단자 스위치를 통해 외부기기에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치는 모터 구동용 인버터의 양단에 스위칭 소자를 설치하고 동작 모드에 따라 스위칭 소자를 제어하여 전류 경로를 변환시켜 양방향 승압 및 감압 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치의 회로도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 모드시의 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮은 경우 배터리에 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높은 경우 배터리에 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮은 경우 외부 기기로 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높은 경우 외부 기기로 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치의 회로도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치는 배터리(10), 인버터부(20), 모터(30), 전류 경로 변환 스위치부(40), 외부단자(50), 외부단자 스위치(60), 제어부(70) 및 표시부(80)를 포함한다.
배터리(10)는 전기 구동 차량의 동작을 위한 전력을 저장한다. 배터리(10)는 동작모드에 따라 외부기기로부터의 외부기기 전압을 공급받아 충전하거나, 배터리 전압을 외부기기로 공급한다. 배터리 전압은 통상적인 전기 구동 차량에 탑재되는 배터리와 같이 72V 이하의 직류 전압일 수 있다.
외부단자(50)는 전력을 공급하거나 공급받을 수 있는 각종 외부 기기와 연결된다. 외부 기기로는 배터리(10)에 외부기기 전압을 공급하거나, 또는 외부의 전기 구동 차량에 설치되어 배터리(10)의 배터리 전압을 공급받는 충전기 등이 포함될 수 있다. 외부 기기는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 배터리(10)에 전력을 공급하거나 배터리(10)로부터 전력을 외부에 공급할 수 있는 것이라면 모두 포함될 수 있다.
외부단자 스위치(60)는 일측이 외부단자(50)에 연결되고 타측이 후술하는 전류 경로 변환 스위치(40)의 제2 스위치(42)의 고정접점에 연결되어 외부단자(50)를 통해 배터리(10)로부터 외부 기기로 공급되는 배터리 전압이나 또는 외부 기기로부터 외부단자(50)를 통해 공급되는 외부기기 전압을 단속한다.
인버터부(20)는 동작모드가 정상 모드이면 배터리(10)로부터의 배터리 전압을 모터(30)에 공급하고, 충전모드이면 외부 기기로부터의 외부기기 전압을 감압 또는 승압하여 배터리(10)에 공급하며, 역충전모드이면 배터리(10)로부터의 배터리 전압을 감압 또는 승압하여 외부 기기에 공급한다.
즉, 정상 모드에서 인버터부(20)는 배터리(10)를 통해 공급되는 배터리 전압을 기반으로 후술할 제어부(70)로부터 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라 3상 교류 전류를 모터(30)로 출력하여 모터(30)를 구동시킨다.
충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮으면, 인버터부(20)는 외부기기 전압을 제어부(70)로부터 인가되는 PWM 제어신호에 따라 승압하여 배터리(10)에 공급한다.
충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높으면, 인버터부(20)는 외부기기 전압을 제어부(70)로부터 인가되는 PWM 제어신호에 따라 감압하여 배터리(10)에 공급한다.
역충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮으면, 인버터부(20)는 외부기기 전압을 제어부(70)로부터 인가되는 PWM 제어신호에 따라 승압하여 외부단자(50)를 통해 외부 기기에 공급한다.
역충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높으면, 인버터부(20)는 외부기기 전압을 제어부(70)로부터 인가되는 PWM 제어신호에 따라 감압하여 외부단자(50)를 통해 외부 기기에 공급한다.
이러한 인버터부(20)는 모터(30)가 구동되는 모터(30)가 구동되는 정상 모드에서 U상 교류 전류가 출력되는 U상 노드(UN)에서 직렬 접속되는 UN 상단 스위치(UH)와 U상 하단 스위치(UL), V상 교류 전류가 출력되는 V상 노드(VN)에서 직렬 접속되는 V상 상단 스위치(VH)와 V상 하단 스위치(VL), 및 W상 교류 전류가 출력되는 W상 노드(WN)에서 직렬 접속되는 W상 상단 스위치(WH)와 W상 하단 스위치(WL)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서 인버터부(20)부 의해 구동되는 모터(30)는 정상 모드에서 인버터부(20)로부터 출력되는 U상 내지 W상 교류 전류가 각각 인가되는 U상 내지 W상 인덕터(L1, L2, L3)를 포함하는 3상 모터로 구현될 수 있다.
인버터부(20)의 6개의 스위치(UN 상단 스위치(UH), U상 하단 스위치(UL), V상 상단 스위치(VH), V상 하단 스위치(VL), W상 상단 스위치(WH), W상 하단 스위치(WL)) 각각에 병렬로 접속되는 프리휠링 다이오드를 포함할 수 있다. 프리휠링 다이오드 각각은 병렬로 접속되는 각 스위치(UN 상단 스위치(UH), U상 하단 스위치(UL), V상 상단 스위치(VH), V상 하단 스위치(VL), W상 상단 스위치(WH), W상 하단 스위치(WL))가 오프될 때 전류 경로를 제공하는 프리휠링(FRRE WHEELING) 기능을 수행할 수 있다.
전류 경로 변환 스위치(40)는 상기한 정상 모드시에 배터리 전압을 인버터에 공급하고, 충전 모드 및 역충전 모드시에 전류 경로를 변환한다.
전류 경로 변환 스위치(40)는 제1 스위치(41) 및 제2 스위치(42)를 포함한다.
제1 스위치(41)는 2접점 스위치로서 동작 모드에 따라 스위칭되어 각 동작 모드에서의 전류 패스를 형성한다.
제1 스위치(41)는 가동접점(a)이 배터리(10)에 연결되고, 제1 고정접점(b1)이 UN 상단 스위치(UH)와 V상 상단 스위치(VH), W상 상단 스위치(WH) 각각의 콜렉터단, 및 제2 스위치(42)의 제1 고정접점(b1)에 공통으로 연결되며, 제2 고정접점(b2)이 UN 상단 스위치(UH)와 U상 하단 스위치(UL) 사이의 U상 노드(UN)에 연결된다.
제2 스위치(42)는 2접점 스위치로서 동작 모드에 따라 스위칭되어 각 동작 모드에서의 전류 패스를 형성한다.
제2 스위치(42)는 가동접점(a)이 외부단자 스위치(60)에 연결되고, 제1 고정접점(b1)이 UN 상단 스위치(UH)와 V상 상단 스위치(VH), W상 상단 스위치(WH) 각각의 콜렉터단, 및 제1 스위치(41)의 제1 고정접점(b1)에 공통으로 연결되며, 제2 고정접점(b2)이 W상 상단 스위치(WH)와 W상 하단 스위치(WL) 사이의 W상 노드(WN)에 연결된다.
표시부(80)는 제어부(70)의 제어신호에 따라 동작 모드나 충전 가능 여부 등을 표시한다. 표시부(80)는 상기한 동작모드나 충전 가능 여부 등을 LED(Light Emitting Diode)를 통해 표시하거나, 문자나 이미지 또는 음성 등을 통해 표시한다.
제어부(70)는 동작모드에 따라 상기한 전류 경로 변환 스위치(40), 외부단자 스위치(60) 및 인버터부(20)를 각각 제어하여 배터리 전압으로 모터(30)를 동작시키거나, 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 외부단자(50)를 통해 외부 기기에 공급하거나, 또는 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 배터리(10)에 공급한다.
이를 도 2 내지 도 6 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 모드시의 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 2 에는 정상 모드시의 스위칭 상태가 도시된다.
정상 모드는 배터리(10)로부터 배터리 전압을 공급받아 모터(30)를 구동시키는 동작 모드이다.
정상 모드시, 제어부(70)는 제1 스위치(41)의 가동접점(a)과 제1 고정접점(b1)을 연결하고, 제2 스위치(42)의 가동접점(a)을 제1 고정접점(b1)과 연결하며, 외부단자 스위치(60)를 오프시킨다. 또한 제어부(70)는 인버터부(20) 내부의 스위치(UN 상단 스위치(UH), U상 하단 스위치(UL), V상 상단 스위치(VH), V상 하단 스위치(VL), W상 상단 스위치(WH), W상 하단 스위치(WL))를 PWM 제어하여 모터(30)에 교류전류를 인가한다. 이에 따라 모터(30)가 구동한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮은 경우 배터리에 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
충전모드는 배터리(10)를 충전시키는 동작모드이다.
도 3 을 참조하면, 충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮으면, 제어부(70)는 외부 기기로부터 입력된 외부기기 전압을 승압시켜 배터리(10)에 공급한다.
이 경우, 제어부(70)는 제1 스위치(41)의 가동접점(a)과 제1 고정접점(b1)을 연결하고 제2 스위치(42)의 가동접점(a)과 제1 고정접점(b1)을 연결하며, 외부단자 스위치(60)를 턴온시킨다.
이때, 제어부(70)는 U상 하단 스위치(UL)를 PWM 제어한다. U상 하단 스위치(UL)가 턴온되면, 외부 기기로부터 외부단자 스위치(60), 제2 스위치(42), W상 인덕터, U상 인덕터 및 V상 하단 스위치(VL)를 경유하는 전류 패스가 형성되어 W상 인덕터와 U상 인덕터가 충전된다.
U상 하단 스위치(UL)가 턴오프되면, W상 인덕터 및 U상 인덕터에 충전된 전력이 UN 상단 스위치(UH)의 다이오드에 의해 프리휠링되어 제1 스위치(41)를 통해 배터리(10)에 공급됨으로써, 배터리(10)가 충전된다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높은 경우 배터리에 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 4 를 참조하면, 충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높으면, 제어부(70)는 외부 기기로부터 입력된 외부기기 전압을 감압시켜 배터리(10)에 공급한다.
이 경우, 제어부(70)는 제1 스위치(41)의 가동접점(a)과 제2 고정접점(b2)을 연결하고 제2 스위치(42)의 가동접점(a)과 제1 고정접점(b1)을 연결하며, 외부단자 스위치(60)를 턴온시킨다.
이때, 제어부(70)는 V상 상단 스위치(VH)를 PWM 제어한다. V상 상단 스위치(VH)가 턴온되면, 외부 기기로부터 외부단자 스위치(60), 제2 스위치(42), V상 인덕터, U상 인덕터, 제1 스위치를 경유하는 전류 패스가 형성되어 V상 인덕터과 U상 인덕터에 의해 감압된 전압으로 배터리(10)가 충전된다. V상 상단 스위치(VH)가 턴오프되면, V상 하단 스위치(VL)의 다이오드에 의해 플리휠링된다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮은 경우 외부 기기로 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
역충전모드는 배터리 전압으로 외부기기 등을 충전시키는 동작모드이다.
도 5 를 참조하면, 역충전모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 낮으면, 제어부(70)는 배터리 전압을 감압시켜 외부 기기에 공급한다.
이 경우, 제어부(70)는 제1 스위치(41)의 가동접점(a)과 제1 고정접점(b1)을 연결하고 제2 스위치(42)의 가동접점(a)과 제2 고정접점(b2)을 연결하며, 외부단자 스위치(60)를 턴온시킨다.
이때, 제어부(70)는 V상 상단 스위치(VH)를 PWM 제어한다. V상 상단 스위치(VH)가 턴온되면, 배터리(10)로부터 제1 스위치(41), V상 상단 스위치(VH), V상 인덕터, W상 인덕터 및 제2 스위치(42)를 경유하는 전류 패스가 형성되어 외부 기기로 전력이 공급된다.
V상 상단 스위치(VH)를 턴오프되면, V상 하단 스위치(VL)의 다이오드에 의해 프리휠링된다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높은 경우 외부 기기로 전력을 공급하기 위한 스위칭 상태 및 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 6 을 참조하면, 외부 기기를 충전시키기 위한 역충전 모드시 외부기기 전압이 배터리 전압보다 높으면, 제어부(70)는 배터리 전압을 감압시켜 외부 기기에 공급한다.
이 경우, 제1 스위치(41)의 가동접점(a)과 V상 고정접점을 연결하고 제2 스위치(42)의 가동접점(a)과 U상 고정접점을 연결하며, 외부단자 스위치(60)를 턴온시킨다.
이때, 제어부(70)는 W상 하단 스위치(WL)를 PWM 제어한다. W상 하단 스위치(WL)가 턴온되면, 배터리(10)로부터 제1 스위치(41), U상 인덕터 및 W상 인덕터 및 W상 하단 스위치(WL)를 경유하는 전류 패스가 형성되어 U상 인덕터 및 W상 인덕터가 충전된다.
이후, 제어부(70)는 W상 하단 스위치(WL)를 턴오프시키고, 이에 따라 U상 인덕터 및 W상 인덕터가 충전된 전압은 W상 상단 스위치(WH)의 다이오드의 프리휠링에 의해 제2 스위치(42)와 외부단자 스위치(60)를 통해 외부 기기에 공급된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치는 모터 구동용 인버터의 양단에 스위칭 소자를 설치하고 동작 모드에 따라 스위칭 소자를 제어하여 전류 경로를 변환시켜 양방향 승압 및 강압 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 배터리 20: 인버터부
30: 모터 40: 전류 경로 변환 스위치부
41: 제1 스위치 42: 제2 스위치
50: 외부단자 60: 외부단자 스위치
80: 표시부 70: 제어부

Claims (8)

  1. 배터리;
    상기 배터리의 배터리 전압으로 모터를 구동시키거나, 외부기기의 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 배터리에 공급하거나, 또는 상기 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 외부 기기에 공급하는 인버터부;
    상기 외부기기로부터 상기 배터리에 공급되는 상기 외부기기 전압 또는 상기 배터리로부터 상기 외부기기로 공급되는 상기 배터리 전압을 단속하는 외부단자 스위치;
    상기 인버터부의 양단에 설치되어 동작 모드에 따라 상기 인버터부의 전류 경로를 변환하는 전류 경로 변환 스위치; 및
    동작 모드에 따라 상기 외부단자 스위치 및 전류 경로 변환 스위치를 스위칭시키고, 상기 인버터부를 제어하여 상기 배터리 전압으로 모터를 구동시키거나, 상기 외부기기로부터 공급되는 상기 외부기기 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 배터리에 공급하거나, 또는 상기 배터리로부터 상기 외부기기에 공급되는 상기 배터리 전압을 승압 또는 감압시켜 상기 외부 기기에 공급하는 제어부를 포함하고,
    상기 모터는, 상기 동작 모드가 정상 모드이면 상기 인버터부로부터 출력되는 U상 교류 전류와 V상 교류 전류 및 W상 교류 전류가 각각 인가되는 U상 V상 W상 인덕터를 포함하는 3상 모터이고, 상기 인버터부는, 상기 정상 모드에서 상기 U상 교류 전류가 출력되는 U상 노드에서 직렬 접속되는 U상 상단 스위치와 U상 하단 스위치, 상기 V상 교류 전류가 출력되는 V상 노드에서 직렬 접속되는 V상 상단 스위치와 V상 하단 스위치, 및 상기 W상 교류 전류가 출력되는 W상 노드에서 직렬 접속되는 W상 상단 스위치와 W상 하단 스위치를 포함하며,
    상기 전류 경로 변환 스위치는 제1 스위치와 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 2접점 스위치이고, 상기 제1 스위치는 가동접점이 상기 배터리에 연결되고, 제1 고정접점이 상기 U상 상단 스위치, 상기 V상 상단 스위치 및 상기 W상 상단 스위치의 콜렉터단과 상기 제2 스위치의 제1 고정접점에 공통으로 연결되며, 제2 고정접점이 상기 U상 노드에 연결되며, 상기 제2 스위치는 고정접점이 상기 외부단자 스위치와 연결되고, 제1 고정접점이 상기 U상 상단 스위치, 상기 V상 상단 스위치 및 상기 W상 상단 스위치의 콜렉터단과 상기 제2 스위치의 제1 고정접점에 공통으로 연결되며, 제2 고정접점이 상기 W상 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 동작 모드가 정상모드이면 상기 제1 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결시키며, 상기 외부단자 스위치를 턴오프시키고, 상기 모터를 구동시키기 위해 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 동작 모드가 충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 낮으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 U상 하단 스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 상기 외부기기 전압을 승압시켜 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 동작 모드가 충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 높으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 V상 상단 스위치를 PWM 제어하여 상기 외부기기 전압을 감압시켜 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 동작 모드가 역충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 낮으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 V상 상단 스위치를 PWM 제어하여 상기 배터리 전압을 감압시켜 상기 외부단자 스위치를 통해 외부기기에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 동작 모드가 역충전모드이고 상기 외부기기 전압이 상기 배터리 전압보다 높으면, 상기 제1 스위치의 가동접점과 제2 고정접점을 연결하고, 상기 제2 스위치의 가동접점과 제1 고정접점을 연결하며, 상기 외부단자 스위치를 턴온시키며, 상기 W상 하단 스위치를 PWM 제어하여 상기 배터리 전압을 승압시켜 상기 외부단자 스위치를 통해 외부기기에 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치.
KR1020190123856A 2019-10-07 2019-10-07 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치 KR102263517B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190123856A KR102263517B1 (ko) 2019-10-07 2019-10-07 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190123856A KR102263517B1 (ko) 2019-10-07 2019-10-07 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20210041667A KR20210041667A (ko) 2021-04-16
KR102263517B1 true KR102263517B1 (ko) 2021-06-11
KR102263517B9 KR102263517B9 (ko) 2022-04-11

Family

ID=75743536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190123856A KR102263517B1 (ko) 2019-10-07 2019-10-07 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102263517B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12095069B2 (en) 2022-07-13 2024-09-17 Hyundai Motor Company Power net apparatus of the fuel cell and control method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000152408A (ja) * 1998-11-10 2000-05-30 Meidensha Corp 電気自動車

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010030957A1 (en) * 2008-09-11 2010-03-18 Eetrex Incorporated Bi-directional inverter-charger
CN104249629B (zh) * 2013-06-28 2016-09-07 比亚迪股份有限公司 电动汽车、电动汽车的动力系统和动力电池的充电方法
KR20160140292A (ko) * 2015-05-29 2016-12-07 자동차부품연구원 전동기 권선을 활용한 충전기 내장형 전기 구동 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000152408A (ja) * 1998-11-10 2000-05-30 Meidensha Corp 電気自動車

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12095069B2 (en) 2022-07-13 2024-09-17 Hyundai Motor Company Power net apparatus of the fuel cell and control method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210041667A (ko) 2021-04-16
KR102263517B9 (ko) 2022-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10493976B2 (en) Recharge systems and methods
CN108725355B (zh) 与车辆电气系统集成的太阳能电池板功率点跟踪器
KR101171908B1 (ko) 플러그인 하이브리드 자동차의 충전장치
KR102478091B1 (ko) 차량용 배터리 충전 제어 시스템 및 방법
CN101712284B (zh) 用于将功率逆变器与变压器联接的汽车电气系统
KR102255749B1 (ko) 저전압 dc-dc 컨버터 일체형 충전 장치
WO2018088110A1 (ja) 駆動システム
US20140062183A1 (en) Power supply device for vehicle
US20120262096A1 (en) Electric vehicle and operating method of the same
JP2008312394A (ja) 電圧変換装置
JP2015233355A (ja) 充電システム、給電車両、充電車両、及び充電方法
CN113043869A (zh) 车辆用电池系统以及其的操作方法
JP2006288024A (ja) 電圧変換装置および電圧変換装置の制御方法
JP5248568B2 (ja) 車両充電システムおよび車両充電方法
KR102263517B1 (ko) 전기 구동 차량의 양방향 충전 장치
JP2007244034A (ja) 車両の電源装置
KR102008751B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
JP5808707B2 (ja) 電気自動車
KR102063921B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR102008752B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
KR102008750B1 (ko) 차량용 전력 제어 장치
JP5947528B2 (ja) 車両用駆動装置、車両及び非接触充電システム
KR101154297B1 (ko) 하이브리드 차량용 12ｖ 보조배터리의 충전 전압 제어 방법
KR20050057895A (ko) 연료 전지 하이브리드 전기 차량의 배터리 충전 제어장치및 방법
JP2013102590A (ja) 車両用電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]