KR102306582B1 - 저하된 충전 모드를 지니는, 3-상 회로망으로부터 배터리를 충전하는 기기 및 방법 - Google Patents

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Abstract

저하된 충전 모드를 지니는, 3-상 회로망으로부터 배터리를 충전하는 기기 및 방법이 개시되어 있다. 3-상 전력 공급 회로망으로부터 배터리, 특히 전기-구동 자동차의 배터리를 충전하는 이러한 기기는 상기 3-상 전력 공급 회로망에 연결되도록 구성된 제1 필터링 스테이지, 상기 필터링 스테이지에 연결된 전압 강하 스테이지(3), 상기 배터리에 연결되고 유도성 구성요소를 통해 상기 전압 강하 스테이지에 결합 되도록 구성된 전압 상승 스테이지(4), 및 상기 전압 강하 스테이지(3) 상에 그리고 상기 전압 상승 스테이지(4) 상에 주기적 스위칭 비율을 부여하도록 구성된 조정 유닛(CPU)을 포함한다. 상기 기기는 임계값과 상기 조정 유닛의 동작 온도를 비교하는 수단(CPU) 및 상기 조정 유닛의 동작 온도가 상기 임계값을 초과할 경우에 상기 3-상 전력 공급 회로망의 2개의 위상을 기반으로 하여 충전을 제어하는 수단을 포함한다.

Description

저하된 충전 모드를 지니는, 3-상 회로망으로부터 배터리를 충전하는 기기 및 방법{Device and method for charging a battery from a three-phase network, having a degraded charging mode}
본 발명은 3-상 전력 공급 회로망으로부터 고-전압 배터리, 특히 자동차용 구동 배터리를 충전하는 기기에 관한 것이다.
고-전압 배터리 충전 시스템들에서는, 상기 3-상 전력 공급 회로망으로부터의 전력이 2개의 변환기, 다시 말하면 강하용 변환기 및 상승용 변환기를 통해 잇달아 상기 배터리에 전달된다. 이러한 2개의 변환기는 이들의 출력 단자 및 이들의 입력 단자 간의 전압비가 원하는 출력 전압 및/또는 출력 전류에 따라 제어되는 빈도로 일련의 스위치들을 연속적으로 개방 및 폐쇄함으로써 각각 강하 및 상승되는 것을 허용한다.
그러한 충전 시스템들은 예를 들면 자동차 배터리가 3-상 또는 단상 회로로부터 충전되는 것을 허용하는, 자동차용 내장 충전 시스템에 관련이 있는 특허 출원 FR 2 943 188에 개시되어 있다. 상기 충전 회로는 전기 기계의 코일들을 합체하고 있으며 상기 전기 기계는 또한 전류 생성 또는 차량 추진과 같은 다른 기능들을 제공한다.
충전 기기의 전압 강하 회로 및 전압 상승 회로를 조정하는 기기로서, 기기 입력에서의 RLC 필터의 존재에도 불구하고 단상 전력 공급 회로망으로부터 취해진 전압 및 전류 간의 위상차가 낮게 유지되는 것을 허용하는 기기를 개시하고 있는 문헌 FR 2 974 253이 또한 참조될 수 있다.
더군다나, 배터리 충전기가 상대적으로 따뜻한 기후 조건들하에서 사용될 경우에, 배터리 충전기의 온도는 기기가 냉각될 수 있게 하도록 충전이 중단되는 결과를 초래하는 허용 가능한 값을 초과하여 증가하기 쉽다.
다양한 구성요소가 그러한 중단의 원인일 수 있다. 특히, 전압 강하 및 상승 회로들을 조정하기 위한 유닛의 마이크로컨트롤러는 많은 열을 발생시키기 쉽다.
그러한 중단은 상기 온도가 사전에 결정된 임계값 미만으로 복귀되고 이를 통해 충전이 재개될 때까지 유지된다. 이러한 프로세스는 상기 온도가 다시 상승할 경우에 반복되는데, 이는 기후 조건들이 변경되지 않는 경우인 것이 일반적이다. 그러므로 완전한 충전 동작이 궁극적으로는 매우 긴 시간을 소요할 수 있다.
이와 관련하여, 문헌 CN 203415961에는 임계값보다 높은 상기 충전기의 내부 구성요소들의 온도가 증가하는 경우에 중단이 이루어지는 배터리 충전기가 개시되어 있다.
또한, 문헌들 US 2007069690 및 US 2014084859로부터 충전기가 받고 있는 열 응력(thermal stress)들에 따라 충전기의 전력을 조정하는 것이 공지되어 있다.
지금까지 입증되어 왔던 점은 충전기가 3-상 전력 공급 회로망으로부터 배터리를 충전할 경우에 선행기술에서 구현되는 충전의 중단을 기반으로 하는 전략들이 적용될 수 없다는 점이다.
특히, 상기 온도가 감소하도록 충전 전력을 감소시키고 전력이 제로(zero)에 이르게 될 때 충전 전력을 감소시키는 것으로 이루어진 전략은 상기 충전기가 3-상 전력 공급 회로망에 연결될 경우에 적합하지 않다. 실제로 지금까지 입증되어 왔던 점은 상기 마이크로컨트롤러(CPU)의 가열이 상기 마이크로컨트롤러(CPU)의 사용 레벨에 비례하고 그럼으로써 상기 마이크로컨트롤러(CPU)의 온도가 상기 마이크로컨트롤러(CPU)의 CPU 부하, 다시 말하면 상기 마이크로컨트롤러(CPU)의 CPU 부하에 의해 구현되는 산출 전력에 주로 의존하게 된다는 점이다. 따라서, 상기 배터리의 충전을 제한하는 것은 상기 마이크로컨트롤러의 산출 전력이 감소되지 않는 경우에 상기 마이크로컨트롤러의 온도가 낮아지는 것을 허용하지 않는다.
상기 마이크로컨트롤러의 온도가 임계값을 초과하는 경우에, 상기 마이크로컨트롤러의 온도를 감소하게 하는 유일한 방법은 상기 마이크로컨트롤러의 온도를 동작으로부터 끌어내는 것이다.
위의 내용에 비추어 볼 때, 본 발명은 조정 유닛의 온도가 증가할 때 저하된 충전 모드의 구현을 통해 충전 차단들의 회피 및 바람직하지 않은 기후 조건들 하에서의 배터리 충전 시간의 최적화를 제안한다.
그러므로 본 발명의 한 주제는 제1 실시형태에 의하면 3-상 전력 공급 회로망으로부터 배터리, 특히 전기-구동 자동차용 배터리를 충전하는 기기이며, 이러한 기기는 상기 3-상 전력 공급 회로망에 연결되도록 구성된 필터링 스테이지, 상기 필터링 스테이지에 연결된 전압 강하 스테이지, 상기 배터리에 연결되고 유도성 구성요소를 통해 상기 전압 강하 스테이지에 결합 되도록 구성된 전압 상승 스테이지, 및 상기 전압 강하 스테이지 상에 그리고 상기 전압 상승 스테이지 상에 초핑 듀티 사이클들을 부여하도록 설계된 적어도 하나의 조정 유닛을 포함한다.
이러한 기기는 상기 조정 유닛의 동작 온도를 제1 임계값과 비교하는 수단 및 상기 조정 유닛의 동작 온도가 상기 임계값을 초과할 경우에 충전 동작이 상기 3-상 전력 공급 회로망의 단지 2개의 위상만을 통해 이루어지도록 충전 동작을 제어하는 수단을 추가로 포함한다.
따라서, 저하된 동작 모드는 상기 3-상 전력 공급 회로망으로부터 충전하는 것으로 이루어지지만 단상 전력 공급 회로망으로부터 충전하는 것과 유사한 저하된 모드를 사용하여 3-상 전력 공급 회로망의 단지 2개의 위상만으로부터 충전하는 것으로 이루어지고, 그럼으로써 상기 조정 유닛의 마이크로컨트롤러의 낮은 수준의 사용이 요구된다.
한 실시 예에서, 상기 기기는 상기 조정 유닛의 동작 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값을 상회할 경우에 상기 3-상 전력 공급 회로망의 3개의 위상을 통해 충전 동작이 이루어지도록 충전 동작을 제어하는 수단을 포함한다.
상기 조정 유닛은 상기 전압 강하 스테이지 상에 부여되는 초핑 듀티 사이클에 따라 상기 전압 강하 스테이지의 2개의 브랜치 사이에 상기 전압 강하 스테이지를 통해 흐르는 전류를 분배하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우에, 상기 조정 유닛은 하나의 전류 흐름 브랜치를 통해 제어되는 단일 스위치를 사용하는 전압 강하 스테이지의 조정을 구현하기 위한 수단을 포함하다.
상기 충전 기기의 다른 한 특징에 의하면, 상기 조정 유닛은 상기 전압 상승 스테이지 상에 초핑 듀티 사이클들을 부여하기 위한 수단 및 상기 3-상 전력 공급 회로망의 2개의 위상으로부터 충전함에 기인하여 초래되는, 상기 전압 강하 스테이지의 출력 전압 증가를 보상하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 한 주제는, 제2 실시형태에 의하면 3-상 전력 공급 회로망으로부터 배터리, 특히 전기-구동 자동차용 구동 배터리를 충전하는 방법이며, 상기 방법에서는, 상기 3-상 전력 공급 회로망에 의해 공급되는 입력 전압이 필터링되고, 전력이 전압 강하 스테이지 및 전압 상승 스테이지를 통해 상기 3-상 전력 공급 회로망으로부터 상기 배터리로 전달되며, 상기 전압 강하 스테이지 및 상기 전압 상승 스테이지가 유도성 구성요소를 통해 결합되고, 상기 방법에서는 상기 전압 강하 및 상승 스테이지를 조정하기 위한 조정 유닛의 동작 온도가 제1 임계값과 비교되며 상기 배터리는 상기 동작 온도가 상기 제1 임계값을 초과할 경우에 상기 3-상 전력 공급 회로망의 단지 2개의 위상만으로부터 충전된다.
한 구현 모드에서는, 일단 상기 동작 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값 미만으로 복귀된 경우에 배터리 충전 동작이 상기 3-상 전력 공급 회로망의 3개의 위상을 통해 이루어지도록 배터리 충전 동작이 제어된다.
바람직하게는, 초핑 듀티 사이클이 상기 전압 강하 스테이지에 대하여 그리고 상기 전압 상승 스테이지에 대하여 계산되고, 상기 전압 강하 스테이지를 통해 흐르는 전류는 상기 전압 강하 스테이지 상에 부여되는 초핑 듀티 사이클을 따라 상기 전압 강하 스테이지의 2개의 브랜치 사이에 분배된다.
바람직하게는, 상기 2개의 위상의 제1 브랜치에 연결된 위상의 전압이 상기 2개의 위상의 제2 브랜치에 연결된 위상의 전압보다 높을 경우에, 상기 제2 브랜치의 다이오드와 직렬을 이루는 스위치가 닫히고 상기 초핑 듀티 사이클이 상기 제1 브랜치에 부여되며, 상기 2개의 위상의 제1 브랜치에 연결된 위상의 전압이 상기 2개의 위상의 제2 브랜치에 연결된 위상의 전압보다 높지 않을 경우에, 상기 제1 브랜치의 다이오드와 직렬을 이루는 스위치가 닫히고 상기 초핑 듀티 사이클이 상기 제2 브랜치에 부여된다.
마찬가지로, 상기 전압 강하 스테이지의 제3 브랜치는 상기 3-상 전력 공급 회로망의 상기 2개의 위상으로부터 충전하는 동작 중에 개방 상태로 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 단지 비-제한적인 예로 그리고 첨부도면들을 참조하여 제공되는 이하의 내용을 이해하면 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 충전 기기를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 충전 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른, 3-상 전력 공급 회로망으로부터 전기-구동 자동차의 배터리를 충전하는 기기를 개략적으로 보여준다.
상기 충전 기기(1)는 필터링 스테이지(2), 상기 필터링 스테이지(2)에 결합된 전압 강하 정류기 스테이지(3) 및 여기서 상기 전기-구동 자동차의 전기 구동 모터에 의해 형성되는 전기 기계(5)를 통해 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)에 결합된 전압 상승 스테이지(4)를 포함한다.
입력에서는, 상기 충전 기기(1)가 상기 3-상 전력 공급 회로망에 결합 될 수 있는 3개의 단자(B1, B2, B3)를 포함한다.
상기 입력 단자들(B1, B2, B3)은 상기 필터링 스테이지(2)의 3개의 대응하는 필터링 브랜치들에 결합되어 있다. 각각의 필터링 브랜지는 병렬로 이루어진 2개의 브랜치를 포함하고, 하나의 브랜치는 직렬을 이루고 있는, 인덕턴스 값이 L1인 인덕터 및 저항 값이 R인 저항기를 지니며 다른 하나의 브랜치는 인덕턴스 값이 L2인 인덕터를 지닌다.
상기 3개의 필터링 브랜치는 각각 출력에서 커패시턴스 값이 C인 커패시터에 결합되어 있다. 저항 값들이 R인 저항기들, 인덕턴스 값들이 L1 또는 L2인 인덕터들 및 커패시턴스 값이 C인 커패시터들은 함께 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 입력에서 RLC 타입의 필터를 형상한다.
상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)는 3개의 병렬 브랜치(6, 7, 8)를 포함하며, 각각의 브랜치는 조정 유닛(CPU)에 의해 제어되는, S1p 및 S1n, S2p 및 S2n, 및 S3p 및 S3n과 같은 2개의 스위치를 포함한다. 각각의 브랜치는 2개의 다이오드(D1p 및 D1n, D2p 및 D2n, 및 D3p 및 D3n)를 포함하며, 2개의 다이오드 각각은 상기 브랜치의 2개의 스위치 중 하나와 직렬로 연결되어 있다.
상기 전압 강하 정류기 스테이지의 각각의 입력은 브랜치(F1, F2, F3)를 통해 하나의 동일한 브랜치(6, 7, 8)의 S1p 및 S1n과 같은 2개의 스위치 간에 위치하게 되는 연결 지점에 연결되어 있다.
상기 브랜치들(6, 7, 8)의 2개의 공통 단부는 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 2개의 출력 단자를 형성한다. 상기 단자들 중 하나는 상기 배터리(9)의 "-" 단자에 그리고 상기 전압 상승 스테이지(4)의 제1 입력(10)에 연결되어 있다. 상기 단자들 중 나머지 하는 상기 전기 기계(5)의 제1 중립 단자에 연결되어 있으며 상기 전기 기계(5)의 나머지 하나는 상기 전압 상승 스테이지(4)의 제2의 3중 입력(11)에 연결되어 있다.
여기서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 전기 기계(5)는 여기서 병렬로 이루어진 3개의 브랜치(11, 12, 13)의 조합에 의해 형성되고, 각각의 브랜치는 저항기(R1d)와 직렬로 연결된 인덕터(L1d)를 포함한다.
상기 전압 상승 스테이지(4)는 병렬로 이루어진 3개의 브랜치(15, 16, 17)를 포함하고, 각각의 브랜치는 다이오드(D1, D2, D3)와 직렬로 이루어진 스위치(S3, S4, S5)를 포함한다.
상기 전기 기계의 3개의 브랜치(12, 13, 14)는 상기 3개의 브랜치(15, 16, 17)의 다이오드 및 상기 스위치 사이에 각각 연결되어 있다.
이러한 3개의 브랜치(15, 16, 17)는 상기 전압 상승 스테이지의 제1 입력(10)을 상기 배터리(9)의 "+" 단자에 연결시켜 준다.
마지막으로, 여기서 알 수 있는 점은 상기 배터리(9)의 단자들 양단 간의 전압을 비교적 안정하게 유지하도록 구성된 커패시터(20)가 상기 배터리(9)의 단자들에 연결되어 있다는 점이다. (도시되지 않은) 상기 배터리의 충전을 모니터링하는 충전 모니터링 모듈은 또한 상기 배터리의 충전 레벨에 따라 상기 배터리(9)의 "+" 단자를 통해 입력하게 될 최적 암페어 전류를 반영하는 설정값을 공급하도록 제공된다. 이러한 충전 모니터링 모듈은 상기 배터리의 전류 설정값을 상기 조정 유닛에 전달하도록 구성된다.
더군다나, 측정 모듈들은 상기 충전 기기의 특성 지점들에서 측정된 전류 및 전압 값들을 상기 조정 유닛에 전달하도록 상기 충전 기기에 제공되어 있다. 특히 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 충전 기기에는 상기 전기 기계를 통해 흐르는 전류(In)를 측정하기 위한 부재(21), 상기 RLC 필터의 입력에서 필터링된 전류(If)의 암페아 값을 측정하기 위한 부재(22) 및 상기 배터리의 전압 및 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 출력 전압(Vkn)으로부터 상기 3-상 전력 공급 회로망의 입력 공급 전압들(V1, V2, V3)의 값들을 측정하거나 계산하기 위한 부재들이 구비되어 있다.
마지막으로, 상기 조정 유닛(CPU)에는 온도를 측정하기 위한 수단(23)이 구비되어 있다. 예를 들면 상기 조정 유닛(CPU)에 내장되어 있거나 상기 전기-구동 자동차의 컴퓨터에 내장되어 있는 비교 수단은 상기 조정 유닛의 측정된 온도, 특히 상기 조정 유닛의 마이크로컨트롤러의 측정된 온도를 제1 임계값과 비교하고 상기 제1 임계값보다 크게 되면 저하된 모드에 따라 충전 동작이 이루어지게 된다.
이와 관련하여, 90° 및 100° 사이의 제1 임계값이 제공될 수 있다. 그러나, 다른 임계값들이 사용되는 타입의 구성요소에 따라 사용될 수 있다.
상기 조정 유닛의 마이크로컨트롤러의 온도가 상기 임계값을 초과하는 경우에, 상기 조정 유닛은 상기 전압 강하 스테이지(3)의 브랜지들(6, 7, 8) 중 하나의 스위치들의 개방을 개시하여 이러한 브랜치를 통해 모든 전류의 흐름을 방지한다. 이 경우에, 이것이 의미하는 것은 상기 제2 브랜치(7)의 스위치들(S2p, S2n)을 개방하여 상기 마이크로컨트롤러에 대한 산출 요구들이 낮아지게 하는 단상 회로망으로부터의 충전과 유사한 충전 모드가 채택되게 하는 것을 의미한다.
상기 조정 유닛은 상기 마이크로컨트롤러의 측정 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값 미만으로 복귀되었음을 검출할 경우에, 상기 조정 유닛은 3-상 충전으로의 복귀를 위해 2개의 스위치(S2p, S2n)의 재-폐쇄를 개시한다.
달리 언급하면, 지나치게 빈번한 충전 모드 변경들을 회피하기 위해 히스테리시스(hysteresis)가 제공된다.
통상적으로는, 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)가 충전 전력을 조정하는 기능을 수행한다. 상기 전압 상승 스테이지(4)는 그 측면에서 제1 스테이지로부터 상승하는 전류(In)를 조정한다.
저하된 충전 모드 중에 구현되는 전력 조정 동작은 단상 회로로부터의 충전시에 구현되는 전력 조정 동작과 유사하다. 그러나 저하된 모드에서의 충전시 사용되는 동등한 단상 회로망은 상대적으로 높은 전압을 공급한다. 특히, 3개의 위상일 경우에, 2개의 위상 간의 전압 값은
Figure 112017043820403-pct00001
, 다시 말하면 380 볼트(RMS)이다. 이 때문에, 전력을 조정하는데 전용되는 상기 조정 유닛의 전력 조정 스테이지(15a)는 피드백 루프의 사용을 통해 자신의 출력 전압(Vkn)을 보상한다.
상기 조정 유닛의 전력 조정 스테이지는 자신의 위상들 각각 간에 전류를 분배하도록 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 스위치들(S1p, S1n, S3p, S3n)에 대한 초핑 듀티 사이클을 부가적으로 계산한다.
상기 3-상 전력 공급 회로망으로부터 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 출력으로 흐르는 전류의 듀티 사이클이 50%일 경우에, 그리고 만약 중성 상(neutral phase)의 전류 값이 100A이라면, 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 입력에 걸린 전류는 50A이게 된다. 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 입력으로부터 상기 3-상 전력 공급 회로망으로 흐르는 전류의 듀티 사이클이 50%일 경우에, 그리고 만약 중성 상의 전류 값이 100A이라면, 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 입력에 걸리는 전류는 -50A이게 된다.
이 때문에, 실제 이유로, 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 입력에 걸린 전류를 나타내는, 상기 중성 전류 x -1과 1 간의 부호 값들을 지니는 듀티 사이클들이 이러한 애플리케이션에서는 통상적으로 사용된다. 달리 언급하면, 상기 듀티 사이클이 양(+)일 경우에는, 전류가 제1 위상으로, 이 경우에 제1 브랜치(6)를 통해 도달되고, 제3 위상으로, 이 경우에 제3 브랜치(8)를 통해 출발된다.
이와는 반대로, 만약 상기 듀티 사이클이 음(-)이라면, 전류가 제3 위상으로 도달되고 제1 위상으로 출발된다.
상기 전압 상승 스테이지(4)를 조정하기 위한 스테이지(15b)는 또한 상기 스위치들(S3, S4, S5)을 개방하기 위한 듀티 사이클들을 부여한다. 상기 전압 상승 스테이지(4)를 조정하기 위한 스테이지(15b)는 특히 상기 제1 및 제3 브랜치들(6, 8)의 스위치들을 개방하기 위한 듀티 사이클들에 의해 부여되는 전압(Vkn)의 증가를 보상하도록 충전 전류의 값을 제어한다.
단상 조정이 전압과 동기화되는 듀티 사이클들을 생성하는 것으로 공지되어 있다.
따라서, 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 조정으로부터 생기는 듀티 사이클은 제1 위상의 전압이 제3 위상의 전압보다 클 경우에 양(+)이게 되고 그 반대의 경우에 음(-)이게 된다.
제1 및 제3 위상들 간에 전류를 분배하기 위해, 조정 커맨드(
Figure 112017043820403-pct00002
)로부터 출발하여 이하의 절차가 수행된다.
- 스위치들(S1n, S3n)은 영구 폐쇄된 상태로 유지되고 스위치들(S2p, S2n)은 영구 개방된 상태로 유지되고;
- 듀티 사이클(
Figure 112017043820403-pct00003
)의 절대값은 원하는 전류 및 중성 전류(In) 간의 비율을 기반으로 하여 계산되며;
- 듀티 사이클이 양(+)일 경우에, 이러한 듀티 사이클이 스위치(S1p)에 적용되고 스위치(S3p)가 영구 폐쇄되고;
- 듀티 사이클이 음(-)일 경우에, 이러한 듀티 사이클이 스위치(S3p)에 적용되고 스위치(S1p)가 영구 폐쇄된다.
따라서, 상기 듀티 사이클이 양(+)일 경우에, 상기 제1 위상을 통한 전압이 상기 제3 위상을 통한 전압보다 높고, 그럼으로써 전류는 상기 스위치(S3p)가 개방 상태에 있든 폐쇄 상태에 있든 관계없이, 상기 제1 위상으로 도달함으로써 그리고 상기 스위치(S1p)가 폐쇄될 경우에 상기 제3 위상으로 복귀됨으로써 흐르게 된다.
상기 스위치(S3p)가 폐쇄될 경우에, 상기 브랜치(8)의 다이오드(D3p)는 상기 스위치(S1p)가 개방될 경우 플라이백 다이오드의 기능을 수행한다.
듀티 사이클이 음(-)일 경우, 상기 제1 및 제3 위상들 간에는 동일한 추론이 적용된다. 다이오드(D1p)는 상기 스위치(S3p)가 개방될 경우에 플라이백 다이오드의 기능을 수행한다.
어떤 경우에도 플라이백 다이오드가 항상 존재하는데, 그 이유는 듀티 사이클의 부호가 바뀔 때 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)의 브랜치들 중 적어도 하나 상에 폐쇄된 스위치가 항상 존재하기 때문이다. 플라이백 전류가 흐르게 되는 경로는 하나의 동일한 브랜치의 다이오드들 양자 모두를 사용한다.
지금까지 입증되어 왔던 점은 조정 동작이 실제로 각각의 산출 단계에서 단지 하나의 스위치만을 제어하고, 그럼으로써 상기 마이크로컨트롤러 상의 산출 부하가 상당히 감소하게 되는 것을 허용하며 결과적으로는 상기 마이크로컨트롤러가 충전을 중단시키지 않고 냉각되는 것을 허용한다는 점이다. 5개의 스위치는 하나의 전체 기간에 걸쳐 영구 폐쇄되거나 영구 개방되고, 단지 하나의 스위치만이 실제로 제어된다.
실제로, 통상적인 단상 충전 경우에 측정된 상기 마이크로컨트롤러 상의 부하 레벨보다 작은 상기 마이크로컨트롤러 상의 부하 레벨이 획득된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 충전 방법의 주요 단계들을 예시하는 도 2가 참조된다.
위에서 언급한 바와 같이, 충전기가 정상적으로 동작하고 있을 때, 다시 말하면 3-상 전력 공급 회로망으로부터의 충전시, 상기 3-상 전력 공급 회로망에 의해 공급되는 전압은 먼저 필터링되고, 그리고 나서 상기 3-상 전력 공급 회로망으로부터 발생하는 전력은 정류되도록 상기 전압 강하 정류기 스테이지(3)에 공급되며, 그리고 나서 유도성 코일들과 직렬을 이루고 있는 저항기들에 링크될 수 있는, 전기-구동 자동차의 전기 모터를 통과하여 전압 상승 스테이지(4)에 공급되고, 마지막으로 상기 배터리를 일정한 전류로 충전하도록 상기 배터리에 도달된다.
제1 단계 E1에서는, 상기 조정 유닛(CPU)의 온도, 특히 상기 마이크로컨트롤러의 온도가 측정되고, 다음에 오는 단계 E2에서는, 측정된 온도(T)가 제1 임계값(threshold1)보다 높은지를 결정하는 테스트가 수행된다.
측정된 온도(T)가 제1 임계값(threshold1)보다 높지 않을 경우에는 상기 방법이 이전의 단계 E1으로 복귀된다.
측정된 온도(T)가 제1 임계값(threshold1)보다 높을 경우에는 저하된 모드에서의 충전이 저하된 모드에서의 충전 단계를 통해 브랜치(7)를 개방 상태로 유지하지만 상기 제1 및 제3 위상들의 브랜치들 간에 상기 전압 강하 정류기 스테이지를 통해 흐르는 전류를 분배(단계 E3)함으로써 구현된다(단계 E3).
다음에 오는 단계 E4에서는, 상기 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값(threshold2) 미만으로 떨어졌는지를 검출하는 테스트가 수행된다.
상기 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값(threshold2) 미만으로 떨어진 경우에는, 저하된 모드에서의 충전 절차가 종료되고 3-상 모드에서의 충전, 다시 말하면 3-상 전력 공급 회로망의 3개의 위상들으로부터의 충전이 교시된다.
상기 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값(threshold2) 미만으로 떨어지지 않는 경우에는, 상기 방법이 이전의 단계 E1으로 복귀된다.
여기서 유념해야 할 점은 변형 예로서 본 발명에 따른 충전 기기가 다수의 조정 유닛들, 예를 들면 하나의 유닛으로서 상기 전압 상승 스테이지를 제어하기 위해 하나의 유닛으로부터 물리적으로 분리되어 있는 전압 강하 정류기 스테이지를 제어하기 위한 하나의 유닛을 사용한다는 점이다. 본 발명의 원리는 본 발명의 이러한 변형 실시 예에서 변경되지 않게 되고, 후자의 경우는 상기 구동 배터리를 충전하는데 필요한 산출 자원들을 일시적으로 제한하는 것을 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 3-상 전력 공급 회로망으로부터 전기-구동 자동차용 배터리를 충전하는 기기로서, 상기 3-상 전력 공급 회로망에 연결되도록 구성된 제1 필터링 스테이지; 상기 필터링 스테이지에 연결된 전압 강하 스테이지(3); 상기 배터리에 연결되고 상기 전기-구동 자동차의 전기 구동 모터에 의해 형성되는 전기 기계(5)의 고정자 코일들을 통해 상기 전압 강하 스테이지(3)에 결합되도록 구성된 전압 상승 스테이지(4) - 상기 고정자 코일들은 유도성 코일들과 직렬로 결합된 저항기들을 포함함 -; 및 상기 전압 강하 스테이지(3) 상에 초핑 듀티 사이클들을 부여하도록 설계된 적어도 하나의 조정 유닛(CPU);을 포함하는, 배터리 충전 기기에 있어서,
    상기 배터리 충전 기기는 상기 조정 유닛의 동작 온도를 제1 임계값과 비교하는 수단 및 상기 조정 유닛의 동작 온도가 상기 제1 임계값을 초과하는 경우에 충전 동작이 상기 3-상 전력 공급 회로망 중 단지 2개의 위상만을 통해 이루어지도록 상기 충전 동작을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전 기기는,
    상기 조정 유닛의 동작 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값 미만일 경우에 상기 충전 동작이 상기 3-상 전력 공급 회로망의 3개의 위상을 통해 이루어지도록 상기 충전 동작을 제어하는 수단을 포함하는, 배터리 충전 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조정 유닛은 상기 전압 강하 스테이지(3) 상에 부여된 초핑 듀티 사이클에 따라 상기 전압 강하 스테이지(3)의 2개의 브랜치 사이에 상기 전압 강하 스테이지를 통해 흐르는 전류를 분배하는 수단을 포함하는, 배터리 충전 기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조정 유닛은 하나의 전류 흐름 브랜치를 통해 제어되는 단일 스위치를 사용하는 상기 전압 강하 스테이지의 조정을 구현하기 위한 수단을 포함하는, 배터리 충전 기기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조정 유닛(CPU)은 상기 전압 상승 스테이지 상에 초핑 듀티 사이클들을 부여하는 수단 및 상기 3-상 전력 공급 회로망의 2개의 위상으로부터 충전함으로 인해 초래되는, 상기 전압 강하 스테이지의 출력 전압 증가를 보상하는 수단을 포함하는, 배터리 충전 기기.
  6. 3-상 전력 공급 회로망으로부터 전기-구동 자동차용 구동 배터리를 충전하는 방법으로서, 상기 3-상 전력 공급 회로망에 의해 공급되는 입력 전압이 필터링되고, 전력이 상기 3-상 전력 공급 회로망으로부터 전압 강하 스테이지(3) 및 전압 상승 스테이지(4)를 통해 상기 배터리로 전달되며, 상기 전압 상승 스테이지(4)는 상기 배터리에 연결되고 상기 전기-구동 자동차의 전기 구동 모터에 의해 형성되는 전기 기계(5)의 고정자 코일들을 통해 상기 전압 강하 스테이지(3)에 결합되도록 구성되며, 상기 고정자 코일들은 유도성 코일들과 직렬로 결합된 저항기들을 포함하는, 배터리 충전 방법에 있어서,
    상기 전압 강하 스테이지를 조정하기 위한 조정 유닛(CPU)의 동작 온도는 제1 임계값과 비교되고 상기 배터리는 상기 동작 온도가 상기 제1 임계값을 초과할 경우에 상기 3-상 전력 공급 회로망의 단지 2개의 위상만으로부터 충전되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    측정된 동작 온도가 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값 미만일 경우에 배터리 충전 동작이 상기 3-상 전력 공급 회로망의 3개의 위상을 통해 이루어지도록 배터리 충전 동작이 제어되는, 배터리 충전 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    초핑 듀티 사이클은 상기 전압 강하 스테이지에 대해 그리고 상기 전압 상승 스테이지에 대해 계산되고, 상기 전압 강하 스테이지를 통해 흐르는 전류는 상기 전압 강하 스테이지 상에 부여되는 초핑 듀티 사이클에 따라 상기 전압 강하 스테이지의 2개의 브랜치 사이에 분배되는, 배터리 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 2개의 위상의 제1 브랜치에 연결된 위상의 전압이 상기 2개의 위상의 제2 브랜치에 연결된 위상의 전압보다 높은 경우에, 상기 제2 브랜치의 다이오드와 직렬을 이루는 스위치는 닫히고 상기 초핑 듀티 사이클은 상기 제1 브랜치에 부여되며, 상기 2개의 위상의 제1 브랜치에 연결된 위상의 전압이 상기 2개의 위상의 제2 브랜치에 연결된 위상의 전압보다 높지 않을 경우에, 상기 제1 브랜치의 다이오드와 직렬을 이루고 있는 다이오드는 닫히고 상기 초핑 듀티 사이클은 상기 제2 브랜치에 부여되는, 배터리 충전 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압 강하 스테이지의 제3 브랜치는 상기 3-상 전력 공급 회로망의 상기 2개의 위상으로부터 충전하는 동작 중에 개방 상태로 유지되는, 배터리 충전 방법.
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