KR102375917B1 - 3-phase 4-wire battery charging/discharging device and Electric vehicle battery charging/discharging system - Google Patents

3-phase 4-wire battery charging/discharging device and Electric vehicle battery charging/discharging system Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a 3-phase 4-wire battery charging/discharging device and an electric vehicle battery charging/discharging system, which can be relatively made compact and can reduce manufacturing costs. The 3-phase 4-wire battery charging/discharging device comprises: a DC-link terminal including a first capacitor and a second capacitor connected in series, connected to a battery, and having connection points of the first capacitor and the second capacitor connected to the ground; a 3-level DC-DC converter for reducing the voltage of the DC-link terminal and outputting the same to the battery, or boosting the voltage of the battery and outputting the same to the DC-link terminal; a 3-level DC-AC converter for converting the AC of a system into DC and outputting the same to the DC-link terminal, or converting the DC of the DC-link terminal into AC and outputting the same to the system, and provided in a 3-phase 4-wire type; and a switching control unit for controlling switching of the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter.

Description

3상 4선식 배터리 충방전 장치 및 전기자동차 배터리 충방전 시스템{3-phase 4-wire battery charging/discharging device and Electric vehicle battery charging/discharging system}3-phase 4-wire battery charging/discharging device and Electric vehicle battery charging/discharging system}

본 발명은 3상 4선식 배터리 충방전 장치 및 전기자동차 배터리 충방전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a three-phase, four-wire battery charging/discharging device and an electric vehicle battery charging/discharging system.

일반적으로 전기자동차는 차량 탑재형 배터리 충전기(On-Board Battery Charger) 또는 외부의 급속충전기를 통해 배터리를 충전한다.In general, an electric vehicle charges a battery through an on-board battery charger or an external fast charger.

최근에는 스마트 그리드와 연결되어 V2G(Vehicle-to-Grid) 기능이 있는 전기자동차가 개발되고 있다. 이러한 V2G 기능이 있는 전기자동차는 배터리를 이용하여 잉여 전력을 계통으로 보내 전기 가격이 비싼 피크타임에 판매하고, 전기 가격이 저렴한 시간대에 배터리를 충전한다.Recently, an electric vehicle with a V2G (Vehicle-to-Grid) function connected to a smart grid is being developed. An electric vehicle with such a V2G function uses a battery to send surplus power to the grid, sells it during peak times when electricity prices are high, and recharges batteries during times when electricity prices are low.

일반적으로 사용자는 전기자동차를 외부충전기 근처에 주차한 후, 외부충전기를 전기자동차에 연결하여 전기자동차의 배터리를 충전하게 된다. 이때, 전기자동차측의 배터리의 절연이 파괴된 경우 사용자가 사고를 당하거나 외부충전기의 파손이 있을 수 있으므로, 외부충전기 또는 전기자동차는 배터리의 절연을 위한 장치를 별도로 마련할 필요가 있는데, 이는 외부충전기의 부피 및 제조비용 상승, 그리고 전력 변환 효율 저하의 요인이 되는 등의 문제가 있었다.In general, a user parks an electric vehicle near an external charger and then connects the external charger to the electric vehicle to charge the battery of the electric vehicle. At this time, when the insulation of the battery on the electric vehicle side is broken, the user may have an accident or the external charger may be damaged. There were problems such as an increase in the volume and manufacturing cost of the charger, and a decrease in power conversion efficiency.

한국 공개특허공보 제10-2017-0084960호("전기자동차용 충방전 장치", 공개일 2017.07.21.)Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0084960 (“Charging/discharging device for electric vehicle”, published on July 21, 2017)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치 및 전기자동차 배터리 충방전 시스템의 목적은 상대적으로 소형화되고 제조비용을 절감하고 젼력 변환 효율을 높일 수 있는 3상 4선식 배터리 충방전 장치 및 전기자동차 배터리 충방전 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the purpose of the three-phase, four-wire battery charging/discharging device and the electric vehicle battery charging/discharging system according to the present invention is relatively small size, reduced manufacturing cost, and power conversion. An object of the present invention is to provide a three-phase, four-wire battery charging/discharging device and an electric vehicle battery charging/discharging system capable of increasing efficiency.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치는, 직렬로 연결되는 제1커패시터와 제2커패시터를 포함하고, 배터리에 연결되며, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터의 연결점이 접지에 연결되는 DC-링크단, 상기 DC-링크단의 전압을 감압하여 배터리 측으로 출력하거나, 상기 배터리의 전압을 승압하여 상기 DC-링크단으로 출력하는 3레벨 DC-DC 컨버터, 계통의 교류를 직류로 변환하여 상기 DC-링크단으로 출력하거나, 상기 DC-링크단의 직류를 교류로 변환하여 상기 계통측으로 출력하되, 3상 4선식으로 구성되는 3레벨 DC-AC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to the present invention for solving the above problems includes a first capacitor and a second capacitor connected in series, is connected to a battery, and the first capacitor and the second capacitor are connected to the battery. A DC-link terminal where the connection point of the capacitor is connected to the ground, a 3-level DC-DC converter that reduces the voltage of the DC-link terminal and outputs it to the battery side, or boosts the voltage of the battery and outputs it to the DC-link terminal , a three-level DC-AC converter consisting of a three-phase, four-wire type, converting alternating current of the system to direct current and outputting it to the DC-link terminal, or converting the direct current of the DC-link terminal to alternating current and outputting it to the grid side; and and a switching control unit for controlling switching of the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter.

또한, 상기 3레벨 DC-AC 컨버터는, 서로 병렬 연결되고, 각각이 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하며, 두 개 스위치 사이의 노드가 상기 계통의 a상, b상, c상과 연결되는 제1 내지 3레그 및 서로 병렬 연결되고, 상기 제1 내지 3레그 각각에 포함되는 두 개의 스위치 사이의 노드와, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터 사이의 노드에 연결되며, 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하는 제1 내지 3스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the three-level DC-AC converter includes two switches that are connected in parallel to each other, each of which is connected in series, and a node between the two switches is a first that is connected to the a-phase, b-phase, and c-phase of the system. Two switches connected in parallel with the first to third legs, connected to a node between two switches included in each of the first to third legs, and a node between the first capacitor and the second capacitor, and connected in series It is characterized in that it includes the first to third switch parts comprising a.

또한, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터는, 상기 제1커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭 하는 제7스위치, 상기 제2커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭 하는 제10스위치, 상기 배터리가 방전되어 상기 제1커패시터를 충전하도록 스위칭 하는 제8스위치 및 상기 배터리가 방전되어 상기 제2커패시터를 충전하도록 스위칭 하는 제9스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the three-level DC-DC converter, a seventh switch for switching to charge the battery by the first capacitor, a tenth switch for switching to charge the battery by the second capacitor, the battery is discharged and an eighth switch for switching to charge the first capacitor and a ninth switch for switching to charge the second capacitor when the battery is discharged.

또한, 상기 제7 내지 10스위치 각각은 역방향 다이오드가 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, each of the seventh to ten switches is characterized in that a reverse diode is connected in parallel.

또한, 상기 3레벨 DC-AC 컨버터는, 서로 병렬 연결되고, 각각이 직렬 연결되는 두 개의 다이오드를 포함하며, 두 개 다이오드 사이의 노드가 상기 계통의 a상, b상, c상과 연결되는 제1 내지 3레그 및 서로 병렬 연결되고, 상기 제1 내지 3레그 각각에 포함되는 두 개의 다이오드 사이의 노드와, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터 사이의 노드에 연결되며, 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하는 제1 내지 3스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the three-level DC-AC converter includes two diodes connected in parallel and each connected in series, and a node between the two diodes is connected to the a-phase, b-phase, and c-phase of the system. Two switches connected in parallel with the first to third legs, connected to a node between two diodes included in each of the first to third legs, and a node between the first capacitor and the second capacitor, and connected in series It is characterized in that it includes the first to third switch parts comprising a.

또한, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터는, 상기 제1커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭하는 제7스위치, 상기 제7스위치와 직렬로 연결되는 제7다이오드, 상기 제7다이오드와 직렬로 연결되는 제8다이오드 및 상기 제8다이오드와 직렬로 연결되며, 상기 제2커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭하는 제10스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the three-level DC-DC converter includes a seventh switch for switching to charge the battery by the first capacitor, a seventh diode connected in series with the seventh switch, and a seventh diode connected in series with the seventh diode and an eighth diode and a tenth switch connected in series with the eighth diode and switched to charge the battery by the second capacitor.

또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터를 Sinusoidal PWM 방식으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the switching control unit, the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter is characterized in that it controls the sinusoidal PWM method.

또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터를 배터리 충전모드 또는 배터리 방전모드로 제어하고, 상기 3레벨 AC-DC 컨버터는, 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터를 밸런싱하며, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터는, 상기 배터리측 커패시터를 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.In addition, the switching control unit controls the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter in a battery charging mode or a battery discharging mode, and the 3-level AC-DC converter includes the first capacitor and the second capacitor. The two capacitors are balanced, and the three-level DC-DC converter is characterized in that the battery-side capacitor is balanced.

또한, 상기 배터리의 양극단자와 음극단자 사이에 직렬 연결된 제3커패시터; 및 제4커패시터를 더 포함하고, 상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터에 사이의 노드는 접지와 연결되며, 상기 3레벨 AC-DC 컨버터는, 상기 배터리의 충방전시 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터를 밸런싱하며, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터는, 상기 배터리의 충방전시 상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터를 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.In addition, a third capacitor connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery; and a fourth capacitor, wherein a node between the third capacitor and the fourth capacitor is connected to a ground, and the three-level AC-DC converter includes the first capacitor and the second capacitor during charging and discharging of the battery. The two capacitors are balanced, and the three-level DC-DC converter is characterized in that the third capacitor and the fourth capacitor are balanced during charging and discharging of the battery.

또한, 상기 배터리의 양극단자와 음극단자 사이에 직렬 연결된 제3커패시터; 및 제4커패시터를 더 포함하고, 상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터에 사이의 노드는 접지와 연결되며, 상기 배터리의 전압과 상기 제3커패시터 및 상기 제4커패시터의 전압을 비교하여, 상기 제3커패시터의 전압과 상기 제4커패시터의 전압이 상기 배터리의 전압의 반과 기준치 이상 다를 경우, 상기 배터리에 절연문제가 발생했다고 판단하는 고장 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a third capacitor connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery; and a fourth capacitor, wherein a node between the third capacitor and the fourth capacitor is connected to ground, and compares the voltage of the battery with the voltage of the third capacitor and the fourth capacitor, When the voltage of the third capacitor and the voltage of the fourth capacitor differ from half the voltage of the battery by more than a reference value, the battery may further include a failure determination unit determining that an insulation problem has occurred.

본 발명에 의한 전기자동차 배터리 충방전 시스템은, 상기 배터리 충방전 장치, 전기자동차의 샤시에 설치되는 배터리 및 상기 샤시의 전위와 상기 배터리의 양극단자의 전위 또는 음극단자의 전위와 기준 오차범위 이내로 유사할 경우, 상기 배터리의 양극단자 또는 음극단자가 상기 샤시와 쇼트된 것으로 판단하는 쇼트 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The electric vehicle battery charging/discharging system according to the present invention may be similar to the battery charging/discharging device, the battery installed in the chassis of the electric vehicle, and the potential of the chassis and the potential of the positive terminal or the potential of the negative terminal of the battery within a reference error range. In this case, it characterized in that it comprises a short-circuit determination unit for determining that the positive terminal or the negative terminal of the battery is short-circuited with the chassis.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치 및 전기자동차 배터리 충방전 시스템에 의하면, 3레벨 DC-AC 컨버터가 3상 4선식으로 구성되고, 배터리측에 위치하는 제3커패시터와 제4커패시터 각각의 전압과 배터리의 전압을 비교하여, 배터리 자체의 절연여부를 검출할 수 있고, 배터리 양단 전위를 반으로 낮출 수 있어 안전성은 높이며, 충전기의 절연 기능을 위한 별도의 장치가 필요하지 않아 부피 및 제조단가를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.According to the three-phase, four-wire battery charging/discharging device and the electric vehicle battery charging/discharging system according to the present invention as described above, the three-level DC-AC converter is configured as a three-phase, four-wire type, and a third capacitor located on the battery side and By comparing the voltage of each of the fourth capacitors and the voltage of the battery, it is possible to detect whether the battery itself is insulated, and the potential at both ends of the battery can be lowered in half, so safety is improved, and a separate device for the insulation function of the charger is not required. This has the effect of reducing the volume and manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치의 회로도를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전기자동차 배터리 충방전 시스템의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치의 회로도를 도시한 것이다.1 schematically shows a three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram of a three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of an electric vehicle battery charging/discharging system according to an embodiment of the present invention;
4 is a circuit diagram of a three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to another embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치의 회로도를 도시한 것이다.1 schematically shows a three-phase four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a three-phase four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention. will be.

본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치는 양방향 컨버터라고 할 수 있으며, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치는, 3레벨 DC-DC 컨버터(100), DC-링크단(200), 3레벨 DC-AC 컨버터(300) 및 스위칭 제어부(400)를 포함한다.A three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention can be called a bidirectional converter, and as shown in FIGS. 1 and 2 , a three-phase four-wire battery charging and discharging device according to an embodiment of the present invention The device includes a 3-level DC-DC converter 100 , a DC-link stage 200 , a 3-level DC-AC converter 300 , and a switching control unit 400 .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, DC-링크단(200)은 직렬로 연결되는 제1커패시터(C1)와 제2커패시터(C2)를 포함하고, 배터리(10)에 연결되며, 제1커패시터(C1) 및 제2커패시터(C2)의 연결점이 접지에 연결된다.1 and 2, the DC-link terminal 200 includes a first capacitor C1 and a second capacitor C2 connected in series, and is connected to the battery 10, and the first A connection point of the capacitor C1 and the second capacitor C2 is connected to the ground.

본 발명에 의한 배터리 충방전 장치를 전기자동차에 한정하는 것은 아니지만, 본 실시예에서 3레벨 DC-DC 컨버터(100)는 전기자동차에 장착되는 배터리(10)측에 연결될 수 있다. 3레벨 DC-DC 컨버터(100)는 배터리(10)측 및 DC-링크단(200) 중 어느 하나에서 다른 하나로 전압을 감압 또는 승압하여 출력한다. 보다 구체적으로, 3레벨 DC-DC 컨버터(100)는 계통(20)을 이용해 배터리(10)를 충전할 때에는 DC-링크단(200)의 전압을 감압하여 배터리(10)측으로 출력하고, 배터리(10)를 방전시킬 때에는 배터리(10)의 전압을 승압하여 DC-링크단(200)으로 출력한다. Although the battery charging/discharging device according to the present invention is not limited to the electric vehicle, in the present embodiment, the 3-level DC-DC converter 100 may be connected to the side of the battery 10 mounted in the electric vehicle. The 3-level DC-DC converter 100 reduces or boosts the voltage from any one of the battery 10 side and the DC-link terminal 200 to the other, and outputs it. More specifically, the 3-level DC-DC converter 100 reduces the voltage of the DC-link terminal 200 when charging the battery 10 using the system 20 and outputs it to the battery 10 side, and the battery ( When discharging 10), the voltage of the battery 10 is boosted and output to the DC-link terminal 200 .

3레벨 DC-AC 컨버터(300)는 계통(20)측에 설치될 수 있다. 3레벨 DC-AC 컨버터(300)는 배터리(10)를 충전할 때에는 계통(20)의 교류를 직류로 변환하여 DC-링크단(200)으로 출력하고, 배터리(10)를 방전할 때에는 DC-링크단(200)의 직류를 교류로 변환하여 계통(20)측으로 출력한다. 3레벨 DC-AC 컨버터(300)는 3상 4선식으로 구성될 수 있다. 3상 4선식은 계통(20)의 a상, b상, c상 각각이 Y결선되며, a상, b상, c상의 접점이 접지되는 형태를 의미한다. 3레벨 DC-AC 컨버터(300)가 3상 4선식으로 구성될 경우, 접지로부터 각 상의 전압은 동일하게 출력되며, 각 상끼리는 그보다 더 높게 출력된다. 예를 들어, 계통(20)이 220V라고 할 때, 접지로부터 a상, b상, c상의 전위는 220V로 측정되고, 각 상끼리의 전위는 380V로 측정된다.The 3-level DC-AC converter 300 may be installed on the side of the grid 20 . The 3-level DC-AC converter 300 converts the alternating current of the grid 20 into direct current when charging the battery 10 and outputs it to the DC-link terminal 200 , and when discharging the battery 10 , the DC- The direct current of the link stage 200 is converted into alternating current and output to the system 20 side. The 3-level DC-AC converter 300 may be configured as a 3-phase 4-wire type. The three-phase, four-wire system means that a phase, b phase, and c phase of the system 20 are Y-connected, and the contacts of a phase, b phase, and c phase are grounded. When the three-level DC-AC converter 300 is configured as a three-phase, four-wire type, the voltages of each phase from the ground are equally output, and each phase is output higher than that. For example, when the system 20 is 220V, the potentials of phases a, b, and c from the ground are measured to be 220V, and the potentials between the phases are measured to be 380V.

스위칭 제어부(400)는 3레벨 DC-DC 컨버터(100) 및 3레벨 DC-AC 컨버터(300)의 스위칭을 제어한다. 스위칭 제어부(400)는 일종의 마이크로칩과 같은 전자소자로 구성될 수 있으며, 3레벨 DC-DC 컨버터(100) 및 3레벨 DC-AC 컨버터(300)에 포함되는 스위치들의 스위칭을 위해 각 컨버터와 전기적으로 연결될 수 있다.The switching control unit 400 controls switching of the 3-level DC-DC converter 100 and the 3-level DC-AC converter 300 . The switching control unit 400 may be composed of an electronic device such as a kind of microchip, and for switching the switches included in the 3-level DC-DC converter 100 and the 3-level DC-AC converter 300 , each converter and electrical can be connected to

3레벨 DC-DC 컨버터(100), DC-링크단(200), 3레벨 DC-AC 컨버터(300) 각각은 접지에 연결될 수 있으며, 계통(20) 또한 3상 4선식으로 구성되어, 중성점이 접지에 연결된다. 이때 3레벨 DC-DC 컨버터(100), DC-링크단(200), 3레벨 DC-AC 컨버터(300) 각각이 연결되는 접지와 계통(20)의 접지는 서로 동일할 수 있다. 다만, 본 발명은 3레벨 DC-DC 컨버터(100), DC-링크단(200), 3레벨 DC-AC 컨버터(300) 각각과 계통(20)의 접지가 서로 동일한 것으로 한정하는 것은 아니며, 상기한 접지들 중, 적어도 두 개가 서로 다른 접지인 실시예가 있을 수 있다.Each of the three-level DC-DC converter 100 , the DC-link terminal 200 , and the three-level DC-AC converter 300 may be connected to the ground, and the grid 20 is also composed of a three-phase, four-wire type, so that the neutral point connected to ground. At this time, the ground to which each of the three-level DC-DC converter 100 , the DC-link terminal 200 , and the three-level DC-AC converter 300 are connected may be the same as the ground of the system 20 . However, the present invention is not limited to the three-level DC-DC converter 100, the DC-link terminal 200, the three-level DC-AC converter 300 and the ground of the system 20 being the same as each other, There may be an embodiment in which at least two of the groundings are different from each other.

이하, 앞서 설명한 DC-링크단(200), 3레벨 DC-DC 컨버터(100), 3레벨 DC-AC 컨버터(300) 및 스위칭 제어부(400) 각각의 구체적인 구성들에 관하여 설명한다.Hereinafter, detailed configurations of the aforementioned DC-link terminal 200 , the 3-level DC-DC converter 100 , the 3-level DC-AC converter 300 , and the switching control unit 400 will be described.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 3레벨 DC-AC 컨버터(300)는, 제1레그(310), 제2레그(320), 제3레그(330), 제1스위치부(301), 제2스위치부(302) 및 제3스위치부(303)를 포함한다.First, as shown in FIG. 2 , the three-level DC-AC converter 300 includes a first leg 310 , a second leg 320 , a third leg 330 , a first switch unit 301 , It includes a second switch unit 302 and a third switch unit 303 .

제1레그(310), 제2레그(320) 및 제3레그(330) 각각은 서로 병렬 연결되고, 각각이 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하며, 두 개 스위치 사이의 노드가 상기 계통의 a상, b상, c상과 연결된다. 제1레그(310)에 포함되되, 서로 직렬로 연결되는 스위치를 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2), 제2레그(320)에 포함되되, 서로 직렬로 연결되는 스위치를 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4), 제3레그(330)에 포함되되, 서로 직렬로 연결되는 스위치를 제5스위치(S5)와 제6스위치(S6)라 한다. 상술한 제1레그(310), 제2레그(320) 및 제3레그(330) 각각은 상술한 스위칭 제어부(400)에 의해 독립적으로 제어되어 계통(20)의 각 상의 전류를 제어해, DC-링크단(200)의 전압이 일정하도록 제어할 수 있다. 상술한 제1 내지 6스위치에는 다이오드가 병렬로 연결될 수 있다.Each of the first leg 310, the second leg 320, and the third leg 330 is connected in parallel to each other, and each includes two switches connected in series, and a node between the two switches is a phase, b phase and c phase are connected. The switch included in the first leg 310, the switches connected in series with each other are included in the first switch S1, the second switch S2, and the second leg 320, and the switches connected in series with each other are connected to the third switch. The switches S3 and the fourth switch S4 and the switches included in the third leg 330 and connected in series with each other are referred to as a fifth switch S5 and a sixth switch S6. Each of the above-described first leg 310, second leg 320, and third leg 330 is independently controlled by the above-described switching control unit 400 to control the current of each phase of the system 20, DC - It is possible to control the voltage of the link terminal 200 to be constant. Diodes may be connected in parallel to the first to sixth switches described above.

제1스위치부(301), 제2스위치부(302) 및 제3스위치부(303)는 서로 병렬 연결되고, 제1레그(310), 제2레그(320) 및 제3레그(330) 각각에 포함되는 두 개의 스위치 사이의 노드와, 제1커패시터(C1) 및 제2커패시터(C2) 사이의 노드에 연결되며, 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함한다. 제1스위치부(301), 제2스위치부(302) 및 제3스위치부(303)는 각각 계통(20)의 a상, b상, c상에 연결되어, 배터리(10)의 충전모드 또는 방전모드일 때, 전류의 방향을 제한한다. 이를 위해 제1스위치부(301), 제2스위치부(302) 및 제3스위치부(303) 각각에 포함되되, 직렬로 연결되는 두 개의 스위치에는 다이오드가 병렬로 연결될 수 있는데, 이때 다이오드의 방향은 서로 다를 수 있다. The first switch unit 301 , the second switch unit 302 , and the third switch unit 303 are connected in parallel to each other, and the first leg 310 , the second leg 320 and the third leg 330 are each connected in parallel. It is connected to a node between two switches included in and a node between the first capacitor C1 and the second capacitor C2, and includes two switches connected in series. The first switch unit 301 , the second switch unit 302 , and the third switch unit 303 are respectively connected to the a phase, b phase, and c phase of the system 20 , the charging mode of the battery 10 or In discharge mode, it limits the direction of current. To this end, the first switch unit 301, the second switch unit 302, and the third switch unit 303 are included in each of the two switches connected in series, a diode may be connected in parallel, in which case the direction of the diode may be different.

도 2에 도시된 바와 같이, 3레벨 DC-DC 컨버터(100)는, 제7스위치(S7), 제8스위치(S8), 제9스위치(S9) 및 제10스위치(S10)를 포함한다.As shown in FIG. 2 , the 3-level DC-DC converter 100 includes a seventh switch S7 , an eighth switch S8 , a ninth switch S9 , and a tenth switch S10 .

제7스위치(S7)는 제1커패시터(C1)에 의해 상기 배터리(10)를 충전하도록 스위칭 하며, 제10스위치(S10)는 상기 제2커패시터(C2)에 의해 상기 배터리(10)를 충전하도록 스위칭되며, 제9스위치(S9)는 상기 배터리(10)가 상기 제2커패시터(C2)로 방전하도록 스위칭되고, 제8스위치(S8)는 상기 배터리(10)가 상기 제1커패시터(C1)로 방전하도록 스위칭된다. 제7스위치(S7), 제8스위치(S8), 제9스위치(S9) 및 제10스위치(S10) 각각은 역방향 다이오드가 병렬 연결된다.The seventh switch S7 switches to charge the battery 10 by the first capacitor C1, and the tenth switch S10 charges the battery 10 by the second capacitor C2. is switched, the ninth switch S9 is switched so that the battery 10 is discharged to the second capacitor C2, and the eighth switch S8 is the battery 10 to the first capacitor C1. switched to discharge. A reverse diode is connected in parallel to each of the seventh switch S7, the eighth switch S8, the ninth switch S9, and the tenth switch S10.

본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치는 배터리(10)의 양극단자(B+)와 음극단자(B-) 사이에 직렬 연결된 제3커패시터(C3) 및 제4커패시터(C4)를 더 포함한다. 제3커패시터(C3)와 제4커패시터(C4) 사이의 노드는 접지와 연결된다. 본 발명은 제3커패시터(C3)와 제4커패시터(C4)를 통해, 배터리(10)의 중간전위가 중성점과 완전히 같지는 않지만 대략적으로 같아짐으로써 안전성이 향상될 수 있다. 예를 들어 배터리(10)의 전압이 400V라고 할 때, 양극단자(B+)의 전압은 +200V이고, 양극단자(B+)의 전압은 ??200V가 되므로 안전성이 향상된다.A three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention includes a third capacitor (C3) and a fourth capacitor (C4) connected in series between the positive terminal (B+) and the negative terminal (B-) of the battery 10 . ) is further included. A node between the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is connected to the ground. In the present invention, safety can be improved because the intermediate potential of the battery 10 is approximately equal to, but not completely equal to, the neutral point through the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4. For example, when the voltage of the battery 10 is 400V, the voltage at the positive terminal B+ is +200V and the voltage at the positive terminal B+ becomes ??200V, so safety is improved.

스위칭 제어부(400)는, 3레벨 DC-DC 컨버터(100) 및 3레벨 DC-AC 컨버터(300)를 Sinusoidal PWM 방식으로 제어한다. 본 발명은 스위칭 제어부(400)에서 3레벨 DC-DC 컨버터(100) 및 3레벨 DC-AC 컨버터(300)를 Sinusoidal PWM 방식으로 제어하기 때문에, DC-링크단(200)의 제1커패시터(C1)와 제2커패시터(C2) 사이의 연결점을 접지와 연결할 수 있어, 그라운드를 통한 누설전류가 작아지거나 없어져 종래 다른 배터리 충전장치보다 안전성을 향상시킬 수 있다.The switching control unit 400 controls the 3-level DC-DC converter 100 and the 3-level DC-AC converter 300 in a sinusoidal PWM method. In the present invention, since the switching control unit 400 controls the 3-level DC-DC converter 100 and the 3-level DC-AC converter 300 in a sinusoidal PWM method, the first capacitor C1 of the DC-link terminal 200 is ) and the second capacitor C2 can be connected to the ground, so that the leakage current through the ground becomes small or disappears, thereby improving safety compared to other conventional battery charging devices.

다른 제어 방식인 Space vector PWM의 경우 DC-AC 컨버터의 중성 전압과 계통의 접지를 연결할 수 없다. 따라서 계통의 3상 교류 전압이 불균형할 때 DC-AC 컨버터의 중간 전위가 0V가 되지 않아 접지와 전위차가 발생하고, 이로 인해 누설전류가 발생할 수 있다. 반면 Sinusoidal PWM 방식은 DC-AC 컨버터의 중성점이 접지와 연결되어 있고, 각 상별로 개별적으로 제어되어, 3상 교류 전압이 불균형하여도 누설전류가 발생하지 않는다.In the case of space vector PWM, which is another control method, the neutral voltage of the DC-AC converter and the ground of the system cannot be connected. Therefore, when the three-phase AC voltage of the system is unbalanced, the intermediate potential of the DC-AC converter does not become 0V, resulting in a potential difference with the ground, which may cause leakage current. On the other hand, in the sinusoidal PWM method, the neutral point of the DC-AC converter is connected to the ground, and each phase is individually controlled, so that no leakage current occurs even if the three-phase AC voltage is unbalanced.

스위칭 제어부(400)는, 3레벨 DC-DC 컨버터(100) 및 3레벨 DC-AC 컨버터(300)를 배터리 충전모드 또는 배터리 방전모드로 제어하고, 3레벨 DC-AC 컨버터(300)는, 제1커패시터(C1)와 제2커패시터(C2)를 밸런싱하며, 3레벨 DC-DC 컨버터(100)는, 배터리(10)측 커패시터를 밸런싱한다.The switching control unit 400 controls the 3-level DC-DC converter 100 and the 3-level DC-AC converter 300 in a battery charging mode or a battery discharging mode, and the 3-level DC-AC converter 300 is the first The first capacitor C1 and the second capacitor C2 are balanced, and the 3-level DC-DC converter 100 balances the battery 10 side capacitor.

본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치는, 고장 판단부를 더 포함할 수 있다.The three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention may further include a failure determination unit.

고장 판단부는 배터리(10)의 전압과 제3커패시터(C3) 및 제4커패시터(C4)의 전압을 비교하여, 제3커패시터(C3)의 전압과 제4커패시터(C4)의 전압이 배터리(10)의 전압의 반과 기준치 이상 다를 경우, 배터리(10)에 절연문제가 발생했다고 판단한다. 예를 들어 배터리(10)의 전압이 350V이라고 할 때, 이상적인 제3커패시터(C3) 및 제4커패시터(C4) 각각의 전압애 175V와 기준치 이상 차이가 날 경우, 배터리(10)의 절연에 문제가 있다고 판단할 수 있다. 이 기준치는 사용자에 의해 기설정될 수 있으며, 반복되는 실험적으로 결정될 수 있다. 일예로 기준치는 ㅁ5%일 수 있으며, 배터리(10)의 전압을 350V라고 할 때, 제3커패시터(C3)와 제4커패시터(C4)의 각각 정상범위는 166~184V일 수 있다. 본 발명은 고장 판단부의 동작을 위해, 배터리(10)의 전압을 측정하는 장치와 제3커패시터(C3) 및 제4커패시터(C4) 각각의 전압을 측정하는 장치를 더 포함할 수 있다.The failure determination unit compares the voltage of the battery 10 with the voltages of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4, and the voltage of the third capacitor C3 and the voltage of the fourth capacitor C4 is the battery 10 ), it is determined that an insulation problem has occurred in the battery 10 if it differs from half the voltage of the battery 10 by more than the reference value. For example, when the voltage of the battery 10 is 350V, if the voltage of each of the ideal third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 differs from 175V by more than a reference value, there is a problem with the insulation of the battery 10 It can be judged that there is This reference value may be preset by a user and may be determined repeatedly experimentally. For example, the reference value may be 5%, and when the voltage of the battery 10 is 350V, the normal ranges of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 may be 166 to 184V. The present invention may further include a device for measuring the voltage of the battery 10 and a device for measuring the voltage of each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 for the operation of the failure determination unit.

본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치는, 계통(20)과 3레벨 DC-AC 컨버터(300) 사이에 위치하는 LC필터를 더 포함할 수 있다. LC필터는 인덕터와 커패시터로 구성될 수 있으며, 인덕터는 3레벨 DC-AC 컨버터(300)와 계통(20) 사이에 a상, b상, c상 각각에 직렬로 연결될 수 있으며, 커패시터는 a상, b상, c상 각각에 병렬로 연결될 수 있다. 커패시터는 접지될 수 있다.The three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention may further include an LC filter positioned between the system 20 and the three-level DC-AC converter 300 . The LC filter may be composed of an inductor and a capacitor, and the inductor may be connected in series to each of a phase, b phase, and c phase between the 3-level DC-AC converter 300 and the grid 20, and the capacitor is a phase , b-phase, and c-phase can be connected in parallel to each. The capacitor may be grounded.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 전기자동차 배터리 충방전 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, an electric vehicle battery charging/discharging system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일실시예에 의한 전기자동차 배터리 충방전 시스템은, 앞서 설명한 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 충방전 장치(50), 배터리(10), 쇼트 판단부(60)를 포함할 수 있다.An electric vehicle battery charging/discharging system according to an embodiment of the present invention may include the battery charging/discharging device 50 , the battery 10 , and the short-circuit determining unit 60 according to the embodiment of the present invention described above. .

배터리 충방전 장치(50)는 앞서 설명했기 때문에, 별도의 설명은 생략한다.Since the battery charging/discharging device 50 has been described above, a separate description thereof will be omitted.

전기자동차(1)에 포함되는 배터리(10)는 고전압 배터리일 수 있으며, 일반적으로 전기자동차(1)의 모터(40)와 연결되어 전기자동차(1)의 주행에 사용될 수 있다. 전기자동차(1)에 포함되는 배터리(10)는 앞서 배터리 충방전 장치(50)를 설명할 때 언급했던 배터리(10)와 동일하다. 배터리(10)는 전기자동차의 샤시(30)에 설치된다.The battery 10 included in the electric vehicle 1 may be a high voltage battery, and is generally connected to the motor 40 of the electric vehicle 1 to be used for the driving of the electric vehicle 1 . The battery 10 included in the electric vehicle 1 is the same as the battery 10 mentioned above when describing the battery charging/discharging device 50 . The battery 10 is installed in the chassis 30 of the electric vehicle.

쇼트 판단부(60)는 샤시(30)의 전위와 배터리(10)의 양극단자(B+)의 전위 또는 음극단자(B-)의 전위와 기준 오차범위 이내로 유사할 경우, 배터리의 양극단자(B+) 또는 음극단자(B-)가 샤시(30)와 쇼트된 것으로 판단한다. 이는 본래 샤시(30)는 배터리(10)를 수용하지만 배터리(10)와의 전기적 연결은 없는 장치이나, 외부의 충격과 같은 사유로 인해 배터리(10)의 고정상태가 어긋날 경우 양극단자(B+) 또는 음극단자(B-)가 샤시(30)와 접촉하여 쇼트가 날 수 있기 때문이다. 쇼트 판단부(60)는 배터리(10)가 쇼트 되었다고 판단할 경우, 배터리(10)의 충전 중, 충전을 중단하거나, 배터리(10)의 충전을 하지 않도록 배터리 충방전 장치(50)를 제어한다. 또한 쇼트 판단부(60)는 배터리(10)가 쇼트되었다는 사실을 사용자에게 송신할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 의한 전기자동차 배터리 충방전 시스템은 샤시(30)의 전위를 측정할 수 있는 장치와, 쇼트 판단부(60)에서 사용자로 정보를 전송할 수 있는 일종의 통신모듈을 포함할 수 있다.When the potential of the chassis 30 and the potential of the positive terminal (B+) or the negative terminal (B-) of the battery 10 are similar to the potential of the chassis 30 within a reference error range, the short-circuit determination unit 60 determines the positive terminal (B+) of the battery. ) or the negative terminal (B-) is determined to be shorted with the chassis 30 . This is a device in which the chassis 30 accommodates the battery 10 but does not have an electrical connection with the battery 10, but if the fixed state of the battery 10 is out of order due to an external shock, the positive terminal (B+) or This is because the negative terminal B- may contact the chassis 30 and cause a short circuit. When it is determined that the battery 10 is short-circuited, the short-circuit determination unit 60 controls the battery charging/discharging device 50 to stop charging while the battery 10 is being charged, or not to charge the battery 10 . . In addition, the short-circuit determiner 60 may transmit the fact that the battery 10 is short-circuited to the user. To this end, the electric vehicle battery charging/discharging system according to the present invention may include a device capable of measuring the potential of the chassis 30 and a kind of communication module capable of transmitting information from the short determination unit 60 to the user. .

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치의 회로도를 도시한 것이다.4 is a circuit diagram of a three-phase, four-wire battery charging/discharging device according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치의 회로도는, 앞서 설명한 본 발명의 일실시예에 의한 3상 4선식 배터리 충방전 장치에서, 제1레그(310), 제2레그(320), 제3레그(330) 각각에 포함되는 스위치들이 다이오드로 변경되고, 3레벨 DC-DC 컨버터(100)에 포함되는 스위치들 중 일부가 다이오드로 변경된 것이다. 보다 구체적으로, 제1레그(310)는 서로 직렬로 연결되는 제1다이오드(D1)와 제2다이오드(D2)를 포함하고, 제2레그(320)는 서로 직렬로 연결되는 제3다이오드(D3)와 제4다이오드(D4)를 포함하며, 제3레그(330)는 서로 직렬로 연결되는 제5다이오드(D5)와 제6다이오드(D6)를 포함한다. 3레벨 DC-DC 컨버터(100)는, 앞서 설명했던 제8스위치(S8) 및 제9스위치(S9) 대신, 제7다이오드(D7) 및 제8다이오드(D8)를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같은 실시예는, 앞서 설명한 일실시예에서 배터리의 충전만 가능하고 방전은 안 될 때, 스위치들 중 일부를 다이오드로 대체하는 형태이다.The circuit diagram of a three-phase four-wire battery charging/discharging device according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is a first leg 310 in the three-phase four-wire battery charging/discharging device according to an embodiment of the present invention described above ), the switches included in each of the second leg 320 and the third leg 330 are changed to diodes, and some of the switches included in the 3-level DC-DC converter 100 are changed to diodes. More specifically, the first leg 310 includes a first diode D1 and a second diode D2 connected in series with each other, and the second leg 320 includes a third diode D3 connected in series with each other. ) and a fourth diode D4, and the third leg 330 includes a fifth diode D5 and a sixth diode D6 connected in series with each other. The 3-level DC-DC converter 100 includes a seventh diode D7 and an eighth diode D8 instead of the eighth switch S8 and the ninth switch S9 described above. In the embodiment as shown in Fig. 4, when only charging of the battery is possible and not discharging in the embodiment described above, some of the switches are replaced with diodes.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made at the level of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Accordingly, such improvements and modifications fall within the protection scope of the present invention as long as it is apparent to those skilled in the art.

1 : 전기자동차 10 : 배터리
20 : 계통 30 : 샤시
40 : 모터 50 : 배터리 충방전 장치
60 : 쇼트 판단부 100 : DC-링크단
200 : 3레벨 DC-DC 컨버터 300 : 3레벨 DC-AC 컨버터
301 : 제1스위치부 302 : 제2스위치부
303 : 제3스위치부 310 : 제1레그
320 : 제2레그 330 : 제3레그
400 : 스위칭 제어부 B+ : 양극단자
B- : 음극단자 C1 : 제1커패시터
C2 : 제2커패시터 C3 : 제3커패시터
C4 : 제4커패시터 S1 : 제1스위치
S2 : 제2스위치 S3 : 제3스위치
S4 : 제4스위치 S5 : 제5스위치
S6 : 제6스위치 S7 : 제7스위치
S8 : 제8스위치 S9 : 제9스위치
S10 : 제10스위치 D1 : 제1다이오드
D2 : 제2다이오드 D3 : 제3다이오드
D4 : 제4다이오드 D5 : 제5다이오드
D6 : 제6다이오드 D7 : 제7다이오드
D8 : 제8 다이오드1: electric vehicle 10: battery
20: system 30: chassis
40: motor 50: battery charging and discharging device
60: short judging unit 100: DC-link end
200: 3-level DC-DC converter 300: 3-level DC-AC converter
301: first switch unit 302: second switch unit
303: third switch unit 310: first leg
320: second leg 330: third leg
400: switching control unit B+: positive terminal
B-: negative terminal C1: first capacitor
C2: second capacitor C3: third capacitor
C4: fourth capacitor S1: first switch
S2: second switch S3: third switch
S4: 4th switch S5: 5th switch
S6: 6th switch S7: 7th switch
S8: the eighth switch S9: the ninth switch
S10: tenth switch D1: first diode
D2: second diode D3: third diode
D4: fourth diode D5: fifth diode
D6: sixth diode D7: seventh diode
D8: 8th diode

Claims (11)

직렬로 연결되는 제1커패시터와 제2커패시터를 포함하고, 배터리에 연결되며, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터의 연결점이 접지에 연결되는 DC-링크단;
상기 DC-링크단의 전압을 감압하여 배터리 측으로 출력하거나, 상기 배터리의 전압을 승압하여 상기 DC-링크단으로 출력하는 3레벨 DC-DC 컨버터;
계통의 교류를 직류로 변환하여 상기 DC-링크단으로 출력하거나, 상기 DC-링크단의 직류를 교류로 변환하여 상기 계통측으로 출력하되, 3상 4선식으로 구성되는 3레벨 DC-AC 컨버터;
상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부; 및
상기 배터리의 양극단자와 음극단자 사이에 직렬 연결된 제3커패시터; 및 제4커패시터;
를 포함하고,
상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터에 사이의 노드는 접지와 연결되며,
상기 3레벨 DC-AC 컨버터는, 상기 배터리의 충방전시 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터를 밸런싱하며,
상기 3레벨 DC-DC 컨버터는, 상기 배터리의 충방전시 상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터를 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
a DC-link terminal including a first capacitor and a second capacitor connected in series, connected to a battery, and a connection point of the first capacitor and the second capacitor connected to a ground;
a three-level DC-DC converter for reducing the voltage of the DC-link terminal and outputting it to the battery side, or boosting the voltage of the battery and outputting it to the DC-link terminal;
a three-level DC-AC converter that converts alternating current of the system into direct current and outputs it to the DC-link terminal, or converts the direct current of the DC-link terminal into alternating current to the grid and outputs a three-phase, four-wire type;
a switching control unit for controlling switching of the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter; and
a third capacitor connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery; and a fourth capacitor;
including,
A node between the third capacitor and the fourth capacitor is connected to the ground,
The three-level DC-AC converter balances the first capacitor and the second capacitor during charging and discharging of the battery,
The 3-level DC-DC converter is a 3-phase 4-wire battery charging/discharging device, characterized in that it balances the third capacitor and the fourth capacitor during charging and discharging of the battery.
 직렬로 연결되는 제1커패시터와 제2커패시터를 포함하고, 배터리에 연결되며, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터의 연결점이 접지에 연결되는 DC-링크단;
상기 DC-링크단의 전압을 감압하여 배터리 측으로 출력하거나, 상기 배터리의 전압을 승압하여 상기 DC-링크단으로 출력하는 3레벨 DC-DC 컨버터;
계통의 교류를 직류로 변환하여 상기 DC-링크단으로 출력하거나, 상기 DC-링크단의 직류를 교류로 변환하여 상기 계통측으로 출력하되, 3상 4선식으로 구성되는 3레벨 DC-AC 컨버터;
상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부; 및
상기 배터리의 양극단자와 음극단자 사이에 직렬 연결된 제3커패시터; 및 제4커패시터;
를 포함하고,
상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터에 사이의 노드는 접지와 연결되며,
상기 배터리의 전압과 상기 제3커패시터 및 상기 제4커패시터의 전압을 비교하여, 상기 제3커패시터의 전압과 상기 제4커패시터의 전압이 상기 배터리의 전압의 반과 기준치 이상 다를 경우, 상기 배터리에 절연문제가 발생했다고 판단하는 고장 판단부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
a DC-link terminal including a first capacitor and a second capacitor connected in series, connected to a battery, and a connection point of the first capacitor and the second capacitor connected to a ground;
a three-level DC-DC converter for reducing the voltage of the DC-link terminal and outputting it to the battery side, or boosting the voltage of the battery and outputting it to the DC-link terminal;
a three-level DC-AC converter that converts alternating current of the system into direct current and outputs it to the DC-link terminal, or converts the direct current of the DC-link terminal into alternating current to the grid and outputs a three-phase, four-wire type;
a switching control unit for controlling switching of the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter; and
a third capacitor connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery; and a fourth capacitor;
including,
A node between the third capacitor and the fourth capacitor is connected to the ground,
Comparing the voltage of the battery with the voltages of the third capacitor and the fourth capacitor, if the voltage of the third capacitor and the voltage of the fourth capacitor differ from half the voltage of the battery by more than a reference value, the battery may have an insulation problem A failure determination unit that determines that has occurred;
3-phase 4-wire battery charging and discharging device, characterized in that it further comprises.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 3레벨 DC-AC 컨버터는,
서로 병렬 연결되고, 각각이 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하며, 두 개 스위치 사이의 노드가 상기 계통의 a상, b상, c상과 연결되는 제1 내지 3레그; 및
서로 병렬 연결되고, 상기 제1 내지 3레그 각각에 포함되는 두 개의 스위치 사이의 노드와, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터 사이의 노드에 연결되며, 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하는 제1 내지 3스위치부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The three-level DC-AC converter,
1st to 3rd legs connected to each other in parallel, each including two switches connected in series, in which a node between the two switches is connected to a phase, b phase, and c phase of the system; and
A first first including two switches connected in parallel with each other, connected to a node between two switches included in each of the first to third legs, and a node between the first capacitor and the second capacitor, and connected in series to 3 switch units;
A 3-phase 4-wire battery charging/discharging device comprising a.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 3레벨 DC-DC 컨버터는,
상기 제1커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭하는 제7스위치;
상기 제2커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭하는 제10스위치;
상기 배터리가 방전되어 상기 제1커패시터를 충전하도록 스위칭하는 제8스위치; 및
상기 배터리가 방전되어 상기 제2커패시터를 충전하도록 스위칭하는 제9스위치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The three-level DC-DC converter,
a seventh switch for switching to charge the battery by the first capacitor;
a tenth switch for switching to charge the battery by the second capacitor;
an eighth switch for switching so that the battery is discharged to charge the first capacitor; and
a ninth switch for switching so that the battery is discharged to charge the second capacitor;
A 3-phase 4-wire battery charging/discharging device comprising a.
 제4항에 있어서,
상기 제7 내지 10스위치 각각은 역방향 다이오드가 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
5. The method of claim 4,
Each of the seventh to tenth switches is a three-phase, four-wire battery charging/discharging device, characterized in that a reverse diode is connected in parallel.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 3레벨 DC-AC 컨버터는,
서로 병렬 연결되고, 각각이 직렬 연결되는 두 개의 다이오드를 포함하며, 두 개 다이오드 사이의 노드가 상기 계통의 a상, b상, c상과 연결되는 제1 내지 3레그; 및
서로 병렬 연결되고, 상기 제1 내지 3레그 각각에 포함되는 두 개의 다이오드 사이의 노드와, 상기 제1커패시터 및 상기 제2커패시터 사이의 노드에 연결되며, 직렬 연결되는 두 개의 스위치를 포함하는 제1 내지 3스위치부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The three-level DC-AC converter,
first to third legs connected to each other in parallel, each including two diodes connected in series, wherein a node between the two diodes is connected to a phase, b phase, and c phase of the system; and
A first switch connected to each other in parallel, connected to a node between two diodes included in each of the first to third legs, and a node between the first capacitor and the second capacitor, and including two switches connected in series to 3 switch units;
A 3-phase 4-wire battery charging/discharging device comprising a.
 제1항 또는 제2항 있어서,
상기 3레벨 DC-DC 컨버터는,
상기 제1커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭하는 제7스위치;
상기 제7스위치와 직렬로 연결되는 제7다이오드;
상기 제7다이오드와 직렬로 연결되는 제8다이오드; 및
상기 제8다이오드와 직렬로 연결되며, 상기 제2커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 스위칭하는 제10스위치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The three-level DC-DC converter,
a seventh switch for switching to charge the battery by the first capacitor;
a seventh diode connected in series with the seventh switch;
an eighth diode connected in series with the seventh diode; and
a tenth switch connected in series with the eighth diode and switched to charge the battery by the second capacitor;
A 3-phase 4-wire battery charging/discharging device comprising a.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스위칭 제어부는,
상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터를 Sinusoidal PWM 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The switching control unit,
A 3-phase 4-wire battery charging/discharging device, characterized in that the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter are controlled by a sinusoidal PWM method.
 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스위칭 제어부는, 상기 3레벨 DC-DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC-AC 컨버터를 배터리 충전모드로 또는 배터리 방전모드로 제어하며,
상기 3레벨 DC-AC 컨버터는, 상기 제1커패시터와 상기 제2커패시터를 밸런싱하며,
상기 3레벨 DC-DC 컨버터는, 상기 제3커패시터와 상기 제4커패시터를 밸런싱하는 것을 특징으로 하는 3상 4선식 배터리 충방전 장치.
3. The method of claim 1 or 2,
The switching control unit controls the 3-level DC-DC converter and the 3-level DC-AC converter in a battery charging mode or a battery discharging mode,
The 3-level DC-AC converter balances the first capacitor and the second capacitor,
The three-level DC-DC converter is a three-phase four-wire battery charging/discharging device, characterized in that balancing the third capacitor and the fourth capacitor.
 삭제delete 제1항 또는 제2항의 배터리 충방전 장치;
전기자동차의 샤시에 설치되는 배터리; 및
상기 샤시의 전위와 상기 배터리의 양극단자의 전위 또는 음극단자의 전위와 기준 오차범위 이내로 유사할 경우, 상기 배터리의 양극단자 또는 음극단자가 상기 샤시와 쇼트된 것으로 판단하는 쇼트 판단부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 충방전 시스템.The battery charging/discharging device of claim 1 or 2;
Batteries installed in the chassis of electric vehicles; and
a short-circuit determination unit judging that the positive terminal or the negative terminal of the battery is short-circuited with the chassis when the potential of the chassis and the potential of the positive terminal or the negative terminal of the battery are similar within a reference error range;
Electric vehicle battery charging/discharging system comprising a.
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