KR102380739B1 - 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 - Google Patents

3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24); 상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25); 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11); 상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치를 제안한다.

Description

3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치{Electric Vehicle Fast Charging Apparatus with 3-Phase 4-Wire Filter}
본 발명은 대용량 전기자동차 급속충전장치에서 입력단 노이즈를 저감시키기 위한 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 관한 것이다. 특히 수십 kW급 내지 수백 kW으로 전기자동차 배터리에 전력을 공급하는 급속충전장치에서 입력단 노이즈는 역률(Power Factor)의 저감, 효율(Efficiency)의 감소, 전자파 및 소음의 증가하는 문제점을 지니며 이를 개선하기 위한 전기자동차 급속충전장치에 관한 것이다.
전기자동차의 급속충전과 관련된 필요성이 증가하고 있으며, 이를 위하여 50kW 내지 400kW 급의 충전을 수행하는 전기자동차 급속충전장치 개발의 필요성이 증가하고 있다.
관련된 선행문헌으로 대한민국 등록특허공보 제10-2099759호(공고일 2020. 04. 10.)(이하 [특허문헌1]이라함)에서는 전기자동차용 전자동 초급속충전장치를 제안하였다. 상기 [특허문헌1]에서는 충전모듈이 장착된 본체프레임; 방향전환수단; 회전프레임; 상기 회전프레임에 구비되어 충전케이블이 거치되고, 상기 충전케이블의 인출 및 인입을 위한 케이블이송부로 구성되는 충전케이블 인입출수단; 상기 인입출수단이 결합되고 구동체인에 연결되는 스프라켓이 구비되어 상기 충전모듈로부터 인출된 상기 충전케이블을 감거나, 느슨하게 푸는 회전드럼을 포함하여 이루어진 전기자동차용 전자동 초급속충전장치를 공개하였다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-2099343호(공고일 2020. 04. 16.)(이하 [특허문헌2]이라함)에서는 전기자동차 충전 장치의 폭발 방지 시스템 및 그 제어 방법을 제안하였다. 상기 [특허문헌2]에서는 전기자동차와 접속 가능한 충전단자가 결합된 하우징부; 상기 하우징부 내부에서 발생되는 아크를 감지하여 아크 발생 신호를 생성하는 아크 센서부 및 상기 하우징부 내부의 습도를 측정하는 내부 습도 센서부를 포함하는 커넥터; 상기 충전단자로 공급하는 전력 공급부; 아크 지속시간 및 상기 내부 습도에 따라 상기 충전단자로의 전력 공급을 차단하는 제어부를 포함하는 전기자동차 충전 장치의 폭발 방지 시스템을 공개하였다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0119718호(공개일 2021. 10. 06.) (이하 [특허문헌3]이라함)에서는 전기자동차 충전 제어 방법, 이를 이용한 충전 제어 장치 및 전기자동차를 제안하였다. 상기 [특허문헌3]에서는 충전기로부터 전송되는 PLC 통신 메시지의 타임아웃(timeout)으로 인해 충전을 중단하면, 상기 충전기의 식별 정보와 충전중단 전류값을 저장하는 단계; 재충전시, 상기 충전기의 식별 정보를 이용하여 상기 충전 중단시와 동일한 충전기를 통해 재충전이 진행되는지를 확인하는 단계; 및 상기 충전 중단시와 동일한 충전기를 통해 재충전이 진행되는 경우, 상기 충전기의 충전중단 전류값을 기초로하여 상기 충전기의 충전전류를 조절하는 단계를 포함하는 전기자동차 충전 제어 방법을 공개하였다.
상기 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]은 전기자동차 급속충전장치에 관한 기술을 공개하였다.
특허문헌1 : 대한민국 등록특허공보 제10-2099759호(공고일 2020. 04. 10.) 특허문헌2 : 대한민국 등록특허공보 제10-2099343호(공고일 2020. 04. 16.) 특허문헌3 : 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0119718호(공개일 2021. 10. 06.)
본 발명에서는 전기자동차 급속충전기에서 입력단 노이즈를 저감시키기 위한 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치를 제안하고자 한다. 이를 통하여 입력단 노이즈를 저감시킴을 통하여 역률(Power Factor)의 향상, 효율(Efficiency)의 향상, 전기자동차 급속충전에서 발생하는 전자파 및 소음의 감소를 시킬 수 있으며, 무게가 상당히 무거운 전기자동차 급속충전장치를 용이하게 이동시키는 것이 가은한 전기자동차 급속충전장치를 해결하고자 하는 과제로 한다.
이상의 목적 및 다른 추가적인 목적들이, 첨부되는 청구항들에 의해 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 당업자들에게 명백히 인식될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24); 상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25); 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11); 를 포함하며, 상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 AC 3상 변압기(24)의 출력을 전기자동차 배터리의 충전포트와 연결하기 위한 AC 3상 출력부(14); 및 상기 전력변환장치(11)의 출력을 전기자동차 배터리의 충전포트와 연결하기 위한 DC 콤보 출력부(15) 또는 DC 차데모 출력부(16); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25); 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11); 를 포함하며, 상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전력변환장치(11)의 출력을 전기자동차 배터리의 충전포트와 연결하기 위한 제1,2 DC 콤보 출력부(15-1,15-2); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 전력변환장치(11)는 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 교류 3상4선식 전원부(51)에서 AC 3상 변압기(24)에 전원공급을 결정하는 AC 제어 스위치(17-1); 상기 AC 3상 변압기(24)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 AC 3상 출력 공급을 결정하는 AC 3상 출력 릴레이부(60); 상기 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2); 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56); 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2); 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59); 상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61); 상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 3상4선식 필터(25); 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24); 및 상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25); 를 포함하며, 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제4 측면에 따르는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2); 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56); 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2); 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59); 상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61); 상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 3상4선식 필터(25); 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 및 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25); 를 포함하며, 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 제어는 입력단 전류검출부(55)의 전류정보, 입력단 전압검출부(54)의 전압정보 및 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)을 바탕으로 제어하며; 상기 뱅크 커패시터 전압(Vc)과 뱅크 커패시터 기준전압(Vcref)를 비교하고 제어기 이득(Gc)를 곱하여 출력하는 PI 제어부(70-2)를 통하여 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 제1 노이즈 저감 릴레이부(63)에 의해서 연결되며; 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 접속점과 제2 노이즈 저감 릴레이부(64)에 의해서 연결되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1,2 노이즈 저감 릴레이부(63,64)는 입력단 전류검출부(55)에 검출된 전류를 바탕으로 역률에 가장 우수하도록 온(on) 또는 오프(off) 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 3상4선식 필터(25)는 제3, 5, 7, 9, 11차 등의 홀수차 고조파 성분을 저감하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제5 측면에 따르는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 교류 3상4선식 전원부(51)에서 입력단 역률개선을 위한 입력단 3상 인덕터(56) 및 상기 3상 역률개선 컨버터(57); 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24); 상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치되고, 상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 상기 3상4선식 필터(25); 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11); 를 포함하며, 상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 3상4선식 필터(25)의 제2 레그(212)는 S상에서 제2 레그 제1 코일(212-1) - T상에서 제2 레그 제2 코일(212-2) - S상에서 제2 레그 제3 코일(212-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 3상4선식 필터(25)의 제3 레그(213)는 T상에서 제3 레그 제1 코일(213-1) - S상에서 제3 레그 제2 코일(213-2) - T상에서 제3 레그 제3코일(213-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제6 측면에 따르는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치는, 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서, 교류 3상4선식 전원부(51)에서 입력단 역률개선을 위한 입력단 3상 인덕터(56) 및 상기 3상 역률개선 컨버터(57); 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21); 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22); 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치되고, 상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 상기 3상4선식 필터(25); 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11); 를 포함하며, 상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 3상4선식 필터(25)의 제2 레그(212)는 S상에서 제2 레그 제1 코일(212-1) - T상에서 제2 레그 제2 코일(212-2) - S상에서 제2 레그 제3 코일(212-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 3상4선식 필터(25)의 제3 레그(213)는 T상에서 제3 레그 제1 코일(213-1) - S상에서 제3 레그 제2 코일(213-2) - T상에서 제3 레그 제3코일(213-3)이 적층(積層)으로 배치되며; 상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 제1 노이즈 저감 릴레이부(63)에 의해서 연결되며; 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 접속점과 제2 노이즈 저감 릴레이부(64)에 의해서 연결되며; 상기 제1,2 노이즈 저감 릴레이부(63,64)는 입력단 전류검출부(55)에 검출된 전류를 바탕으로 역률에 가장 우수하도록 온(on) 또는 오프(off) 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 전기자동차 급속충전장치는 첫째, 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 저감시키며, 둘째, 입력단 역률을 0.99와 가깝게 개선시키며, 셋째, 무효전력을 감소로 효율을 개선시키며, 넷째, 고조파 노이즈가 저감시킴을 통해서 중성선에 흐르는 불평형 전류가 감소되며, 다섯째, 고조파 노이즈의 저감을 통하여 전기자동차 급속충전시 발생하는 소음 및 전자파를 감소시키며, 여섯째, 상당히 무게가 무거운 전기자동차 급속충전장치를 지게차를 이용하여 용이하게 이동시키는 특별히 상승된 효과가 있다.
한편, 본 발명의 추가적인 특징 및 장점들은 이하의 설명을 통해 더욱 명확히 될 것이다.
도 1은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1 실시예의 전면(前面)도.
도 2는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2 실시예의 전면(前面)도.
도 3은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1 실시예의 후면(後面)도.
도 4는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2 실시예의 후면(後面)도.
도 5는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1-1 실시예의 회로도.
도 6은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1-2 실시예의 회로도.
도 7은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2-1 실시예의 회로도.
도 8은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2-2 실시예의 회로도.
도 9는 3상4선식 필터의 구조도.
도 10은 3상4선식 필터의 벡터도.
도 11은 3상4선식 필터가 없는 경우, 불평형으로 인하여 교류 3상4선식 전원부(51)의 R상, S상, T상 및 중성점(N상)에 흐르는 전류 파형.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정하여 해석되어서는 안 되며, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1 실시예의 전면(前面)도를 나타낸다. 상기 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치의 제1 실시예의 전면(全面)도에서는 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21), 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22), 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)가 배치된다.
특히 전기자동차 급속충전장치는 상당히 무겁기 때문에 지게차를 이용하여 안정적으로 이동할 수 있는 특징이 있다.
상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 AC 계량기(18-1), DC 계량기(18-2) 및 전기접속부(19)가 배치되어 있으며, 상기 AC 계량기(18-1)의 상측(上側)에 AC 제어 스위치(17-1)이 배치되며, 상기 DC 계량기(18-2) 상측에 DC 제어 스위치(17-2)가 배치되어 있다.
그 상측(上側)에는 상기 전기자동차 급속충전장치를 제어하는 제1,2 제어부(12,13)가 배치되어 있으며, 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 전력변환장치(11)가 배치되어 있으며, 상기 전력변환장치(11)는 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)가 병렬로 연결되며, 상기 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)의 출력전력은 25kW 내지 30kW인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제어부(12)의 일측(一側)에는 AC 3상 출력부(14)가 배치되며, 상기 제1 제어부(12)의 타측(他側)에는 DC 콤보 출력부(15) 및 DC 차데모 출력부(16)가 배치된다.
도 2는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2 실시예의 전면(前面)도를 나타낸다. 상기 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치의 제2 실시예의 전면(全面)도에서는 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21), 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22), 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)가 배치된다.
특히 전기자동차 급속충전장치는 상당히 무겁기 때문에 지게차를 이용하여 안정적으로 이동할 수 있는 특징이 있다.
상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 AC 계량기(18-1), DC 계량기(18-2) 및 전기접속부(19)가 배치되어 있으며, 상기 AC 계량기(18-1)의 상측(上側)에 AC 제어 스위치(17-1)이 배치되며, 상기 DC 계량기(18-2) 상측에 DC 제어 스위치(17-2)가 배치되어 있다.
그 상측(上側)에는 상기 전기자동차 급속충전장치를 제어하는 제1,2 제어부(12,13)가 배치되어 있으며, 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 전력변환장치(11)가 배치되어 있으며, 상기 전력변환장치(11)는 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)가 병렬로 연결되며, 상기 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)의 출력전력은 25kW 내지 30kW인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제어부(12)의 일측(一側)에는 제1 DC 콤보 출력부(15-1)가 배치되며, 상기 제1 제어부(12)의 타측(他側)에는 제2 DC 콤보 출력부(15-2)가 배치된다.
도 3은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1 실시예의 후면(後面)도를 나타낸다. 상기 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치의 제1 실시예의 후면(後面)도에서는 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21), 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22), 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)가 배치된다.
특히 전기자동차 급속충전장치는 상당히 무겁기 때문에 지게차를 이용하여 안정적으로 이동할 수 있는 특징이 있다
상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25), 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13), 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11)가 배치되어 있으며, 상기 전력변환장치(11)는 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)가 병렬로 연결되며, 상기 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)의 출력전력은 25kW 내지 30kW인 것을 특징으로 한다.
상기 전력변환장치(11)의 상측(上側)에 배치되며 상기 전기자동차 급속충전장치를 들어올리기 위한 상기 케이스(9)와 연결된 제1,2 고리(10-1,10-2)가 배치되어 있다.
상기 제1 제어부(12)의 일측(一側)에는 AC 3상 출력부(14)가 배치되며, 상기 제1 제어부(12)의 타측(他側)에는 DC 콤보 출력부(15) 및 DC 차데모 출력부(16)가 배치된다.
도 4는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2 실시예의 후면(後面)도를 나타낸다. 상기 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치의 제2 실시예의 후면(後面)도에서는 상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21), 상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22), 상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)가 배치된다.
특히 전기자동차 급속충전장치는 상당히 무겁기 때문에 지게차를 이용하여 안정적으로 이동할 수 있는 특징이 있다
상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25), 상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13), 상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11)가 배치되어 있으며, 상기 전력변환장치(11)는 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)가 병렬로 연결되며, 상기 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)의 출력전력은 25kW 내지 30kW인 것을 특징으로 한다.
상기 전력변환장치(11)의 상측(上側)에 배치되며 상기 전기자동차 급속충전장치를 들어올리기 위한 상기 케이스(9)와 연결된 제1,2 고리(10-1,10-2)가 배치되어 있다.
상기 제1 제어부(12)의 일측(一側)에는 제1 DC 콤보 출력부(15-1)가 배치되며, 상기 제1 제어부(12)의 타측(他側)에는 제2 DC 콤보 출력부(15-2)가 배치된다.
도 5는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1-1 실시예의 회로도를 나타낸다. 교류 3상4선식 전원부(51)에서 AC 3상 변압기(24)에 전원공급을 결정하는 AC 제어 스위치(17-1), 상기 AC 3상 변압기(24)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 AC 3상 출력 공급을 결정하는 AC 3상 출력 릴레이부(60)가 구성된다.
상기 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2), 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59), 상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61), 상기 입력단 3상 인덕터(56) 전단(前端)에서 입력단 전압을 검출하는 입력단 전압검출부(54)의 전압정보 및 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55) 및 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)을 바탕으로 제어한다. 상기 입력단 전압검출부(54)의 전압정보는 정현파를 생성하는 정현파 생성부(70-1), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)과 뱅크 커패시터 기준전압(Vcref)를 비교하고 제어기 이득(Gc)를 곱하여 출력하는 PI 제어부(70-2), 상기 정현파 생성부(70-1)와 상기 PI 제어부(70-2)의 출력을 곱하는 곱셈부(70-3), 상기 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55)를 바탕으로 3상 기준 전류를 생성하는 3상 전류생성부(71), 상기 3상 전류생성부(71)의 출력 및 상기 곱셈부(70-3)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 게이트 신호를 발생시키는 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72), 상기 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)는 제어된다. 하지만, 이러한 제어에도 불구하고 입력단 불평형으로 인하여 중성점 N상(52)에는 중성점 불평형 전류(izn)가 흐른다. 특히 상기 중성점 불평형 전류(izn)는 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 증가시킴으로 인하여 역률(Power Factor)의 저감, 효율(Efficiency)의 감소, 전자파 및 소음의 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 상기 교류 3상4선식 전원부(51)의 R상, S상, T상과 중성점 N상(52)에 3상4선식 필터(25)를 연결하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 6은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제1-2 실시예의 회로도를 나타낸다. 교류 3상4선식 전원부(51)에서 AC 3상 변압기(24)에 전원공급을 결정하는 AC 제어 스위치(17-1), 상기 AC 3상 변압기(24)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 AC 3상 출력 공급을 결정하는 AC 3상 출력 릴레이부(60)가 구성된다.
상기 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2), 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59), 상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61), 상기 입력단 3상 인덕터(56) 전단(前端)에서 입력단 전압을 검출하는 입력단 전압검출부(54)의 전압정보 및 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55) 및 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)을 바탕으로 제어한다. 상기 입력단 전압검출부(54)의 전압정보는 정현파를 생성하는 정현파 생성부(70-1), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)과 뱅크 커패시터 기준전압(Vcref)를 비교하고 제어기 이득(Gc)를 곱하여 출력하는 PI 제어부(70-2), 상기 정현파 생성부(70-1)와 상기 PI 제어부(70-2)의 출력을 곱하는 곱셈부(70-3), 상기 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55)를 바탕으로 3상 기준 전류를 생성하는 3상 전류생성부(71), 상기 3상 전류생성부(71)의 출력 및 상기 곱셈부(70-3)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 게이트 신호를 발생시키는 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72), 상기 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)는 제어된다.
하지만, 이러한 제어에도 불구하고 입력단 불평형으로 인하여 중성점 N상(52)에는 중성점 불평형 전류(izn)가 흐른다. 특히 상기 중성점 불평형 전류(izn)는 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 증가시킴으로 인하여 역률(Power Factor)의 저감, 효율(Efficiency)의 감소, 전자파 및 소음의 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 상기 교류 3상4선식 전원부(51)의 R상, S상, T상에 3상4선식 필터(25)를 연결한다. 더불어 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 제1 노이즈 저감 릴레이부(63)에 의해서 연결되며, 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 접속점과 제2 노이즈 저감 릴레이부(64)에 의해서 연결된다.
특히 본 발명에서는 상기 제1,2 노이즈 저감 릴레이부(63,64)는 입력단 전류검출부(55)에 검출된 전류를 바탕으로 역률에 가장 우수하도록 온(on) 또는 오프(off) 제어되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
도 7은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2-1 실시예의 회로도를 나타낸다. 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2), 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59), 상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61), 상기 입력단 3상 인덕터(56) 전단(前端)에서 입력단 전압을 검출하는 입력단 전압검출부(54)의 전압정보 및 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55) 및 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)을 바탕으로 제어한다. 상기 입력단 전압검출부(54)의 전압정보는 정현파를 생성하는 정현파 생성부(70-1), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)과 뱅크 커패시터 기준전압(Vcref)를 비교하고 제어기 이득(Gc)를 곱하여 출력하는 PI 제어부(70-2), 상기 정현파 생성부(70-1)와 상기 PI 제어부(70-2)의 출력을 곱하는 곱셈부(70-3), 상기 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55)를 바탕으로 3상 기준 전류를 생성하는 3상 전류생성부(71), 상기 3상 전류생성부(71)의 출력 및 상기 곱셈부(70-3)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 게이트 신호를 발생시키는 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72), 상기 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)는 제어된다. 하지만, 이러한 제어에도 불구하고 입력단 불평형으로 인하여 중성점 N상(52)에는 중성점 불평형 전류(izn)가 흐른다. 특히 상기 중성점 불평형 전류(izn)는 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 증가시킴으로 인하여 역률(Power Factor)의 저감, 효율(Efficiency)의 감소, 전자파 및 소음의 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 상기 교류 3상4선식 전원부(51)의 R상, S상, T상과 중성점 N상(52)에 3상4선식 필터(25)를 연결하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 8은 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치 제2-2 실시예의 회로도를 나타낸다. 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2), 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59), 상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61), 상기 입력단 3상 인덕터(56) 전단(前端)에서 입력단 전압을 검출하는 입력단 전압검출부(54)의 전압정보 및 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55) 및 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)을 바탕으로 제어한다. 상기 입력단 전압검출부(54)의 전압정보는 정현파를 생성하는 정현파 생성부(70-1), 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)과 뱅크 커패시터 기준전압(Vcref)를 비교하고 제어기 이득(Gc)를 곱하여 출력하는 PI 제어부(70-2), 상기 정현파 생성부(70-1)와 상기 PI 제어부(70-2)의 출력을 곱하는 곱셈부(70-3), 상기 입력단 전류를 검출하는 입력단 전류검출부(55)를 바탕으로 3상 기준 전류를 생성하는 3상 전류생성부(71), 상기 3상 전류생성부(71)의 출력 및 상기 곱셈부(70-3)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 게이트 신호를 발생시키는 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72), 상기 펄스폭변조(PWM) 신호발생부(72)의 출력을 바탕으로 상기 3상 역률개선 컨버터(57)는 제어된다.
하지만, 이러한 제어에도 불구하고 입력단 불평형으로 인하여 중성점 N상(52)에는 중성점 불평형 전류(izn)가 흐른다. 특히 상기 중성점 불평형 전류(izn)는 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 증가시킴으로 인하여 역률(Power Factor)의 저감, 효율(Efficiency)의 감소, 전자파 및 소음의 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 상기 교류 3상4선식 전원부(51)의 R상, S상, T상에 3상4선식 필터(25)를 연결한다. 더불어 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 제1 노이즈 저감 릴레이부(63)에 의해서 연결되며, 상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 접속점과 제2 노이즈 저감 릴레이부(64)에 의해서 연결된다.
특히 본 발명에서는 상기 제1,2 노이즈 저감 릴레이부(63,64)는 입력단 전류검출부(55)에 검출된 전류를 바탕으로 역률에 가장 우수하도록 온(on) 또는 오프(off) 제어되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
도 9는 3상4선식 필터의 구조도를 나타내며, 도 10은 3상4선식 필터의 벡터도를 나타낸다. 상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치된다. 상기 3상4선식 필터(25)의 제2 레그(212)는 S상에서 제2 레그 제1 코일(212-1) - T상에서 제2 레그 제2 코일(212-2) - S상에서 제2 레그 제3 코일(212-3)이 적층(積層)으로 배치된다. 상기 3상4선식 필터(25)의 제3 레그(213)는 T상에서 제3 레그 제1 코일(213-1) - S상에서 제3 레그 제2 코일(213-2) - T상에서 제3 레그 제3코일(213-3)이 적층(積層)으로 배치된다.
상기 도 10의 3상4선식 필터의 벡터도를 통해서 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 저감시킴을 통하여 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)에 중성점 불평형 전류(izn)가 저감되는 기술적 특징이 있다.
도 11은 3상4선식 필터가 없는 경우, 불평형으로 인하여 교류 3상4선식 전원부(51)의 R상, S상, T상 및 중성점(N상)에 흐르는 전류 파형을 나타낸다.
특히 불평형 전류는 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)에 중성점 불평형 전류(izn)가 발생하며, 입력단의 제3, 5, 7, 9, 11차의 고조파 노이즈를 생성시키는 주된 원인이 된다. 하지만, 3상4선식 필터(25)는 상기 고조파 노이즈를 저감시키며, 입력단 역률을 0.99와 가깝게 개선시키며, 무효전력을 감소로 효율을 개선시키며, 고조파 노이즈가 저감시킴을 통해서 중성선에 흐르는 불평형 전류가 감소되어, 고조파 노이즈의 저감을 통하여 전기자동차 급속충전시 발생하는 소음 및 전자파를 감소시키는 향상된 효과를 나타낸다.
이상, 본 발명을 일 실시예로서 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고 여러가지 변형이 가능할 것이다. 즉, 이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
9 : 급속충전장치 케이스
10-1 : 제1 고리
10-2 : 제2 고리
11 : 전력변환장치
11-1 : 제1 전력변환장치
11-2 : 제2 전력변환장치
11-3 : 제3 전력변환장치
11-4 : 제4 전력변환장치
12 : 제1 제어부
13 : 제2 제어부
14 : AC 3상 출력부
15 : DC 콤보 촐력부
15-1 : 제1 DC 콤보 출력부
15-2 : 제2 DC 콤보 출력부
16 : DC 차데모 출력부
17-1 : AC 제어 스위치
17-2 : DC 제어 스위치
18-1 : AC 계량기
18-2 : DC 계량기
19 : 전기접속부
20-1 : 제1 지게차 포크(Fork) 투입부
20-2 : 제2 지게차 포크(Fork) 투입부
21 : 제1 바닥부
22 : 제2 바닥부
23 : 바퀴
24 : AC 3상 변압기
25 : 3상4선식 필터
26-1 : 제1 변압기의 수직 지지부
26-2 : 제2 변압기의 수직 지지부
27-1 : 제1 3상4선식 필터의 수직 지지부
27-2 : 제2 3상4선식 필터의 수직 지지부
28-1 : 제1 3상4선식 필터의 수평 지지부
28-2 : 제2 3상4선식 필터의 수평 지지부
51 : 교류 3상4선식 전원부(AC 220/380V)
52 : 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)
53 : 3상4선식 필터
54 : 입력단 전압검출부
55 : 입력단 전류검출부
56 : 입력단 3상 인덕터
57 : 3상 역률개선 컨버터
58-1 : 제1 뱅크 커패시터
58-2 : 제2 뱅크 커패시터
59 : DC-DC 컨버터
60 : AC 3상 출력 릴레이부
61 : DC 출력 릴레이부
62 : 제1 및 제2 뱅크 커패시터의 접속점
63 : 제1 노이즈 저감 릴레이부
64 : 제2 노이즈 저감 릴레이부
70: 역률개선 컨버터 제어부
70-1 : 정현파 생성부
70-2 : PI 제어부
70-3 : 곱셈부
71 : 3상 전류생성부
72 : 펄스폭변조(PWM) 신호발생부
210 : 3상4선식 필터의 코일부
211 : 제1 레그
211-1 : 3상4선식 필터의 R상에서 제1 레그 제1 코일(또는 이로 인한 벡터)
211-2 : 3상4선식 필터의 S상에서 제1 레그 제2 코일(또는 이로 인한 벡터)
211-3 : 3상4선식 필터의 R상에서 제1 레그 제3 코일(또는 이로 인한 벡터)
212 : 제2 레그
212-1 : 3상4선식 필터의 S상에서 제2 레그 제1 코일(또는 이로 인한 벡터)
212-2 : 3상4선식 필터의 T상에서 제2 레그 제2 코일(또는 이로 인한 벡터)
212-3 : 3상4선식 필터의 S상에서 제2 레그 제3 코일(또는 이로 인한 벡터)
213 : 제3 레그
213-1 : 3상4선식 필터의 T상에서 제3레그 제1 코일(또는 이로 인한 벡터)
213-2 : 3상4선식 필터의 R상에서 제3레그 제2 코일(또는 이로 인한 벡터)
213-3 : 3상4선식 필터의 T상에서 제3레그 제3코일(또는 이로 인한 벡터)
AC_R : 급속충전기 커넥터의 교류출력 R상 단자
AC_S : 급속충전기 커넥터의 교류출력 S상 단자
AC_T : 급속충전기 커넥터의 교류출력 T상 단자
DC+ : 급속충전기 커넥터의 직류출력 (+)단자
DC- : 급속충전기 커넥터의 직류출력 (-)단자
izn : 중성점 불평형 전류
N : 교류 3상4선식 전원부의 중성점(52)
R : 교류 3상4선식 전원부의 R상
S : 교류 3상4선식 전원부의 S상
T : 교류 3상4선식 전원부의 T상
Vc : 뱅크 커패시터 전압
Vcref : 뱅크 커패시터 기준전압
Gc : 제어기 이득

Claims (15)

  1. 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서,
    상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21);
    상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22);
    상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2);
    상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24);
    상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25);
    상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및
    상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11);
    를 포함하며,
    상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  2. 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서,
    상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21);
    상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22);
    상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2);
    상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25);
    상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및
    상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11);
    를 포함하며,
    상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  3. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 AC 3상 변압기(24)의 출력을 전기자동차 배터리의 충전포트와 연결하기 위한 AC 3상 출력부(14); 및
    상기 전력변환장치(11)의 출력을 전기자동차 배터리의 충전포트와 연결하기 위한 DC 콤보 출력부(15) 또는 DC 차데모 출력부(16);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  4. 청구항 제2항에 있어서,
    상기 전력변환장치(11)의 출력을 전기자동차 배터리의 충전포트와 연결하기 위한 제1,2 DC 콤보 출력부(15-1,15-2);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  5. 청구항 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전력변환장치(11)는 제1 내지 제4 전력변환장치(11-1 내지 11-4)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  6. 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서,
    교류 3상4선식 전원부(51)에서 AC 3상 변압기(24)에 전원공급을 결정하는 AC 제어 스위치(17-1);
    상기 AC 3상 변압기(24)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 AC 3상 출력 공급을 결정하는 AC 3상 출력 릴레이부(60);
    상기 교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2);
    상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56):
    상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2);
    상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59);
    상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61);
    상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 3상4선식 필터(25);
    상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21);
    상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22);
    상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2);
    상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24); 및
    상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25);
    를 포함하며,
    상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  7. 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서,
    교류 3상4선식 전원부(51)에서 3상 역률개선 컨버터(57)의 전원공급을 결정하는 DC 제어 스위치(17-2);
    상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 전단(前端)에 배치되며 전류파형을 정현파로 만들기 위한 입력단 3상 인덕터(56):
    상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)에 배치되어 리플저감을 위한 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2);
    상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 전압을 공급받아 DC 출력을 생성하는 DC-DC 컨버터(59);
    상기 DC-DC 컨버터(59)의 출력을 공급받아 전기자동차의 급속 DC 출력 공급을 결정하는 DC 출력 릴레이부(61);
    상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 3상4선식 필터(25);
    상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21);
    상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22);
    상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2); 및
    상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치된 상기 3상4선식 필터(25);
    를 포함하며,
    상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  8. 청구항 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 제어는 입력단 전류검출부(55)의 전류정보, 입력단 전압검출부(54)의 전압정보 및 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 후단(後端)의 뱅크 커패시터 전압(Vc)을 바탕으로 제어하며;
    상기 뱅크 커패시터 전압(Vc)과 뱅크 커패시터 기준전압(Vcref)를 비교하고 제어기 이득(Gc)를 곱하여 출력하는 PI 제어부(70-2)를 통하여 상기 3상 역률개선 컨버터(57)의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  9. 청구항 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 연결되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  10. 청구항 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 제1 노이즈 저감 릴레이부(63)에 의해서 연결되며;
    상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 접속점과 제2 노이즈 저감 릴레이부(64)에 의해서 연결되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  11. 청구항 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 3상4선식 필터(25)는 제3, 5, 7, 9, 11차 등의 홀수차 고조파 성분을 저감하는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  12. 청구항 제10항에 있어서,
    상기 제1,2 노이즈 저감 릴레이부(63,64)는 입력단 전류검출부(55)에 검출된 전류를 바탕으로 역률에 가장 우수하도록 온(on) 또는 오프(off) 제어되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  13. 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서,
    교류 3상4선식 전원부(51)에서 입력단 역률개선을 위한 입력단 3상 인덕터(56) 및 상기 3상 역률개선 컨버터(57);
    상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21);
    상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22);
    상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2);
    상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 변압기의 수직 지지부(26-1,26-2)에 의해서 배치된 상기 AC 3상 변압기(24);
    상기 AC 3상 변압기(24)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수직 지지부(27-1,27-2)에 의해서 배치되고, 상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 상기 3상4선식 필터(25);
    상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및
    상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11);
    를 포함하며,
    상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 3상4선식 필터(25)의 제2 레그(212)는 S상에서 제2 레그 제1 코일(212-1) - T상에서 제2 레그 제2 코일(212-2) - S상에서 제2 레그 제3 코일(212-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 3상4선식 필터(25)의 제3 레그(213)는 T상에서 제3 레그 제1 코일(213-1) - S상에서 제3 레그 제2 코일(213-2) - T상에서 제3 레그 제3코일(213-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 AC 3상 변압기(24) 및 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  14. 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치에 있어서,
    교류 3상4선식 전원부(51)에서 입력단 역률개선을 위한 입력단 3상 인덕터(56) 및 상기 3상 역률개선 컨버터(57);
    상기 전기자동차 급속충전장치를 전체적으로 지지하기 위하여 바퀴(23)가 배치된 제1 바닥부(21);
    상기 제1 바닥부(21)의 상측(上側)에 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)를 지지하기 위한 제2 바닥부(22);
    상기 제2 바닥부(22)의 상측(上側)에 지게차를 이용하여 상기 전기자동차 급속충전장치를 이동하기 위한 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2);
    상기 제1,2 지게차 포크(Fork) 투입부(20-1,20-2)의 상측(上側)에 제1,2 3상4선식 필터의 수평 지지부(28-1,28-2)에 의해서 배치되고, 상기 교류 3상4선식 전원부(51)와 전기적으로 연결된 상기 3상4선식 필터(25);
    상기 3상4선식 필터(25)의 상측(上側)에 배치된 상기 전기자동차 급속충전장치의 제1,2 제어부(12,13); 및
    상기 제1,2 제어부(12,13)의 상측(上側)에 배치된 전력변환장치(11);
    를 포함하며,
    상기 3상4선식 필터(25)의 제1 레그(211)는 R상에서 제1 레그 제1 코일(211-1) - S상에서 제1 레그 제2 코일(211-2) - R상에서 제1 레그 제3 코일(211-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 3상4선식 필터(25)의 제2 레그(212)는 S상에서 제2 레그 제1 코일(212-1) - T상에서 제2 레그 제2 코일(212-2) - S상에서 제2 레그 제3 코일(212-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 3상4선식 필터(25)의 제3 레그(213)는 T상에서 제3 레그 제1 코일(213-1) - S상에서 제3 레그 제2 코일(213-2) - T상에서 제3 레그 제3코일(213-3)이 적층(積層)으로 배치되며;
    상기 전기자동차 급속충전장치 케이스(9)의 내부(內部)에 상기 3상4선식 필터(25)가 배치되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
  15. 청구항 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 교류 3상4선식 전원부의 중성점(N)과 제1 노이즈 저감 릴레이부(63)에 의해서 연결되며;
    상기 3상4선식 필터(25)의 중성점은 상기 제1 및 제2 뱅크 커패시터(58-1,58-2)의 접속점과 제2 노이즈 저감 릴레이부(64)에 의해서 연결되며;
    상기 제1,2 노이즈 저감 릴레이부(63,64)는 입력단 전류검출부(55)에 검출된 전류를 바탕으로 역률에 가장 우수하도록 온(on) 또는 오프(off) 제어되는 것을 특징으로 하는 3상4선식 필터를 적용한 전기자동차 급속충전장치.
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