KR102442378B1 - 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법 - Google Patents

전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법 Download PDF

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박정욱
김이삭
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법은, 전기 자동차(xEV)용 탑재형 충전기(on board charger, OBC), 저전압 배터리 충전기(low voltage DC/DC converter, LDC) 및 트랙션 컨버터(traction converter, TC)를 통합하여 전력을 변환함으로써, 종래의 전력 변환 시스템이 수행해야 하는 기능들을 모두 수행할 수 있으면서, 스위치의 개수를 감소시켜 전력 밀도를 높일 수 있고, 스위치뿐만 아니라 제어기의 개수도 줄여서 경제성을 향상할 수 있다.

Description

전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법{Integrated power conversion apparatus for xEV and integrated power conversion method thereof}
본 발명은 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차(xEV)의 전력을 변환하는, 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 차량 탑재형 배터리 충전기(on board charger, OBC)는 그리드로부터의 전력을 역률 보상 회로(PFC 컨버터)를 통해 역률을 상승시킨 후, 이 회로의 출력 전압을 DC/DC 컨버터를 통해 고전압 배터리에 맞게 변환하며 동작한다. 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 저전압 배터리 충전기(low voltage DC/DC converter, LDC)는 고전압 배터리의 전압을 DC/DC 컨버터를 통해 저전압 배터리의 낮은 전압으로 강압을 시키며 동작한다. 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 트랙션 컨버터(traction converter, TC)는 고전압 DC/DC 컨버터(HDC)를 통해 고전압 배터리의 전압을 승압시키고, 인버터의 입력 전압을 조정해주며, 이 전압을 이용하여 트랙션 인버터(TC)가 모터를 구동한다.
즉, 전기 자동차(xEV)에 내장된 종래의 분리형 전력 변환 시스템은 차량 탑재형 배터리 충전기(OBC)를 통해 고전압 배터리를 충전하고, 고전압 배터리를 이용하여 저전압 배터리 충전기(LDC)를 통해 보조 배터리를 충전한다. 또한, 고전압 배터리를 입력으로 하여 트랙션 컨버터(TC)를 통해 모터를 구동한다. 즉, 2개의 전력 변환 장치가 배터리 충전 시스템을 구성하고, 트랙션 컨버터(TC)가 모터를 구동하는 역할을 한다. 이러한 방식은 스위치와 소자의 개수를 증가시켜 충전 시스템 및 트랙션 컨버터(TC)의 부피가 커지고, 가격이 높아진다는 문제가 발생한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같은 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 경우, 사용하는 소자의 개수가 많고, 하나의 부하를 위한 컨버터가 각각 존재하여 시스템의 전체 부피가 커지고, 이에 따라 필요한 전력 용량을 키우는 데 한계가 있을 수 있다는 단점이 있다. 또한, 필요한 소자의 개수가 많고, 그에 따른 제어기도 필요하기 때문에 시스템을 구성하는데 필요한 가격 또한 높다는 단점이 있다.
도 3은 종래의 OBC/LDC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 종래의 OBC/TC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
현재 이러한 문제점들을 개선시키기 위해 고전압 배터리와 저전압 배터리를 충전시키는 충전 시스템을 통합하는, 즉 도 3에 도시된 바와 같이 차량 탑재형 배터리 충전기(OBC)와 저전압 배터리 충전기(LDC)를 통합하여 하나의 회로로 2개의 배터리를 충전시키는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 차량 탑재형 배터리 충전기(OBC)의 DC/DC 컨버터와 트랙션 컨버터(TC)의 DC/DC 컨버터를 통합하고, 차량 탑재형 배터리 충전기(OBC)의 PFC 컨버터와 트랙션 인버터(TC)를 통합하는 형태로 차량 탑재형 배터리 충전기(OBC)와 트랙션 컨버터(TC)를 통합하는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
즉, 종래에는 각 모드별 1개의 부하에 대해 동작하는 통합 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 기존의 동작을 모두 수행하면서 부피 및 가격을 가장 낮춰줄 수 있는 통합 방식, 즉, 동시에 2개의 부하에 대해 동작하며 차량 탑재형 배터리 충전기(OBC), 저전압 배터리 충전기(LDC), 및 트랙션 컨버터(TC)인 3개의 전력 변환 장치를 모두 통합한 통합형 전력 변환 시스템에 대한 방식은 현재 연구되고 있지 않다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 전기 자동차(xEV)용 탑재형 충전기(on board charger, OBC), 저전압 배터리 충전기(low voltage DC/DC converter, LDC) 및 트랙션 컨버터(traction converter, TC)를 통합하여 전력을 변환하는, 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치는, 모터를 포함하는 구동부 및 외부 장치 중 하나와 선택적으로 연결되는 제1 컨버터부; 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고, 고전압 배터리 및 저전압 배터리를 포함하는 전력 저장부와 타단이 연결되는 제2 컨버터부; 및 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하는 제1 전력 변환 모드, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 외부 장치로 공급하는 제2 전력 변환 모드, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 공급하고 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 제3 전력 변환 모드, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리와 상기 저전압 배터리를 충전하는 제4 전력 변환 모드, 및 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 제5 전력 변환 모드 중 하나의 전력 변환 모드로 동작되도록, 상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부를 제어하는 전력 변환 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 제2 컨버터부는, 상기 고전압 배터리와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제1 회로; 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제2 회로; 및 상기 저전압 배터리와 일단이 연결되고, 강압형 컨버터를 포함하는 제3 회로;를 포함하며, 상기 제1 컨버터부는, 상기 제2 회로와 일단이 연결되고, 상기 모터 및 상기 외부 장치 중 하나와 타단이 연결되며, 3 leg 컨버터를 포함하는 제4 회로;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 회로는, 제1 스위칭 소자, 제2 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자, 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하며, 상기 제2 회로는, 제5 스위칭 소자, 제6 스위칭 소자, 제7 스위칭 소자, 및 제8 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하고, 상기 제3 회로는, 제9 스위칭 소자, 및 제10 스위칭 소자를 포함하는 강압형 컨버터를 포함하며, 상기 제4 회로는, 제11 스위칭 소자, 제12 스위칭 소자, 제13 스위칭 소자, 제14 스위칭 소자, 제15 스위칭 소자, 및 제16 스위칭 소자를 포함하는 3 leg 컨버터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 상기 제1 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 상기 제3 회로의 상기 제9 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 전력 변환 시스템에서 분리되도록 제어하며, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 동기 전류기로 동작되도록 제어하여, 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제1 회로의 제1 권선인 권선비를 기반으로 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 상기 제2 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 동기 전류기로 동작되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 단상 인버터로 동작되도록 제어하며, 상기 제3 회로의 상기 제9 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 전력 변환 시스템에서 분리되도록 제어하여, 상기 제1 회로의 제1 권선 대 상기 제2 회로의 제2 권선인 권선비를 기반으로 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 외부 장치로 공급할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 상기 제3 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 컨버터부가 상기 모터와 연결되도록 제어하며, 상기 모터의 구동에 필요한 DC-링크 전압 유지를 위해 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, DC-링크 전압을 기반으로 상기 모터를 구동하기 위해 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 3상 인버터로 동작되도록 제어하여, 상기 제1 회로 및 상기 제2 회로로 이루어지는 PSFB 컨버터가 위상 천이 제어와 상기 제1 회로의 제1 권선 대 상기 제2 회로의 권선인 권선비를 기반으로 3상 인버터의 입력 전압인 DC-링크 전압을 조정하고 상기 고전압 배터리의 전압을 승압하도록 제어하는 것을 통해 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 공급하고, 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 상기 제1 회로의 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하며 전력 전달(power delivery) 동작 및 프리윌링(freewheeling) 동작을 하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 상기 제1 회로에 걸리는 전압을 상기 제1 회로의 제1 권선 대 상기 제3 회로의 제3 권선인 권선비 및 상기 제3 회로의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 상기 제4 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하며, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 동기 전류기로 동작되도록 제어하여, 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제1 회로의 제1 권선인 권선비를 기반으로 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하고, 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 상기 제2 회로의 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하며 전력 전달(power delivery) 동작 및 프리윌링(freewheeling) 동작을 하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 상기 제2 회로에 걸리는 전압을 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제3 회로의 제3 권선인 권선비 및 상기 제3 회로의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 상기 제5 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 고정 듀티(duty)를 갖는 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하며, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 오프(off)되도록 제어하고, 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 상기 제2 회로의 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 상기 제2 회로에 걸리는 전압을 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제3 회로의 제3 권선인 권선비 및 상기 제3 회로의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제1 스위칭 모듈; 일단이 상기 모터와 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제2 스위칭 모듈; 및 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제3 스위칭 모듈;을 포함하며, 상기 하나의 전력 변환 모드에 따라, 상기 제2 스위칭 모듈이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 외부 장치와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하거나, 상기 제2 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 모터와 연결되도록 제어할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 방법은, 모터를 포함하는 구동부 및 외부 장치 중 하나와 선택적으로 연결되는 제1 컨버터부, 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고 고전압 배터리 및 저전압 배터리를 포함하는 전력 저장부와 타단이 연결되는 제2 컨버터부, 및 상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부를 제어하는 전력 변환 제어부를 포함하는 통합 전력 변환 장치의 통합 전력 변환 방법으로서, 상기 전력 변환 제어부가, 제1 전력 변환 모드, 제2 전력 변환 모드, 제3 전력 변환 모드, 제4 전력 변환 모드, 및 제5 전력 변환 모드 중 하나의 전력 변환 모드에 따라 상기 제1 컨버터부를 상기 모터 및 상기 외부 장치 중 하나와 연결하는 단계; 및 상기 전력 변환 제어부가, 상기 하나의 전력 변환 모드에 따라 상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부의 동작을 제어하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 전력 변환 모드는, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이고, 상기 제2 전력 변환 모드는, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 외부 장치로 공급하는 전력 변환 모드이며, 상기 제3 전력 변환 모드는, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 공급하고 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이고, 상기 제4 전력 변환 모드는, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리와 상기 저전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이며, 상기 제5 전력 변환 모드는, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이다.
여기서, 상기 제2 컨버터부는, 상기 고전압 배터리와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제1 회로; 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제2 회로; 및 상기 저전압 배터리와 일단이 연결되고, 강압형 컨버터를 포함하는 제3 회로;를 포함하며, 상기 제1 컨버터부는, 상기 제2 회로와 일단이 연결되고, 상기 모터 및 상기 외부 장치 중 하나와 타단이 연결되며, 3 leg 컨버터를 포함하는 제4 회로;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 회로는, 제1 스위칭 소자, 제2 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자, 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하며, 상기 제2 회로는, 제5 스위칭 소자, 제6 스위칭 소자, 제7 스위칭 소자, 및 제8 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하고, 상기 제3 회로는, 제9 스위칭 소자, 및 제10 스위칭 소자를 포함하는 강압형 컨버터를 포함하며, 상기 제4 회로는, 제11 스위칭 소자, 제12 스위칭 소자, 제13 스위칭 소자, 제14 스위칭 소자, 제15 스위칭 소자, 및 제16 스위칭 소자를 포함하는 3 leg 컨버터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전력 변환 제어부는, 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제1 스위칭 모듈; 일단이 상기 모터와 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제2 스위칭 모듈; 및 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제3 스위칭 모듈;을 포함하며, 상기 제1 컨버터부 연결 단계는, 상기 전력 변환 제어부가, 상기 하나의 전력 변환 모드에 따라, 상기 제2 스위칭 모듈이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 외부 장치와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하거나, 상기 제2 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 모터와 연결되도록 제어하는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법에 의하면, 전기 자동차(xEV)용 탑재형 충전기(on board charger, OBC), 저전압 배터리 충전기(low voltage DC/DC converter, LDC) 및 트랙션 컨버터(traction converter, TC)를 통합하여 전력을 변환함으로써, 종래의 전력 변환 시스템이 수행해야 하는 기능들을 모두 수행할 수 있으면서, 스위치의 개수를 감소시켜 전력 밀도를 높일 수 있고, 스위치뿐만 아니라 제어기의 개수도 줄여서 경제성을 향상할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 종래의 분리형 전력 변환 시스템의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 OBC/LDC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 OBC/TC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시한 통합 전력 변환 장치의 구현 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시한 통합 전력 변환 장치의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제3 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제4 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제5 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 6은 도 5에 도시한 통합 전력 변환 장치의 구현 일례를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 5에 도시한 통합 전력 변환 장치의 토폴로지(topology)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치(이하 '통합 전력 변환 장치'라 한다)(100)는 전기 자동차(xEV)용 탑재형 충전기(on board charger, OBC), 저전압 배터리 충전기(low voltage DC/DC converter, LDC) 및 트랙션 컨버터(traction converter, TC)를 통합하여 전력을 변환한다.
여기서, 본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100)는 아래의 5개의 기능을 전부 수행할 수 있다.
- G2V(grid to vehicle) 기능 : 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)를 충전하는 기능
- 계통에 전력을 공급하는 V2G(vehicle to grid) 기능 : 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 외부 장치(200)로 공급하는 기능
- 주행 중 저전압 배터리(142)를 충전하는 LDC/TC 기능 : 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 모터(151)로 공급하고 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전하는 기능
- 하이브리드 충전 기능 : 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)와 저전압 배터리(142)를 충전하는 기능
- 저전압 배터리 충전 기능 : 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전하는 기능
이를 위해, 통합 전력 변환 장치(100)는 제1 컨버터부(110), 제2 컨버터부(120), 전력 변환 제어부(130), 고전압 배터리(141)와 저전압 배터리(142)를 포함하는 전력 저장부(140), 및 모터(151)를 포함하는 구동부(150)를 포함할 수 있으며, 외부 장치(200)와 연결될 수 있다.
제2 컨버터부(120)는 제1 컨버터부(110)와 일단이 연결되고, 전력 저장부(140)와 타단이 연결될 수 있다.
즉, 제2 컨버터부(120)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 회로(121), 제2 회로(122), 및 제3 회로(123)을 포함할 수 있다.
제1 회로(121)는 고전압 배터리(141)와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터는 제1 스위칭 소자(S1), 제2 스위칭 소자(S2), 제3 스위칭 소자(S3), 및 제4 스위칭 소자(S4)를 포함할 수 있다.
제2 회로(122)는 제1 컨버터부(110)와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터는 제5 스위칭 소자(S5), 제6 스위칭 소자(S6), 제7 스위칭 소자(S7), 및 제8 스위칭 소자(S8)를 포함할 수 있다.
제3 회로(123)는 저전압 배터리(142)와 일단이 연결되고, 강압형 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서, 제3 회로(123)의 강압형 컨버터는 제9 스위칭 소자(S9), 및 제10 스위칭 소자(S10)를 포함할 수 있다.
제1 컨버터부(110)는 구동부(150) 및 외부 장치(200) 중 하나와 선택적으로 연결될 수 있다.
즉, 제1 컨버터부(110)는 도 7에 도시된 바와 같이 제4 회로(111)를 포함할 수 있다.
제4 회로(111)는 제2 컨버터부(120)의 제2 회로(122)와 일단이 연결되고, 모터(151) 및 외부 장치(200) 중 하나와 타단이 연결되며, 3 leg 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서, 제4 회로(111)의 3 leg 컨버터는 제11 스위칭 소자(S11), 제12 스위칭 소자(S12), 제13 스위칭 소자(S13), 제14 스위칭 소자(S14), 제15 스위칭 소자(S15), 및 제16 스위칭 소자(S16)를 포함할 수 있다.
전력 변환 제어부(130)는 제1 전력 변환 모드, 제2 전력 변환 모드, 제3 전력 변환 모드, 제4 전력 변환 모드, 및 제5 전력 변환 모드 중 하나의 전력 변환 모드로 동작되도록, 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)를 제어할 수 있다.
여기서, 제1 전력 변환 모드는 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)를 충전하는 전력 변환 모드이다.
그리고, 제2 전력 변환 모드는 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 외부 장치(200)로 공급하는 전력 변환 모드이다.
그리고, 제3 전력 변환 모드는 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 모터(151)로 공급하고 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전하는 전력 변환 모드이다.
그리고, 제4 전력 변환 모드는 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)와 저전압 배터리(142)를 충전하는 전력 변환 모드이다.
그리고, 제5 전력 변환 모드는 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전하는 전력 변환 모드이다.
즉, 전력 변환 제어부(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 스위칭 모듈(M1), 제2 스위칭 모듈(M2), 및 제3 스위칭 모듈(M3)를 포함하는 스위칭 모듈(131)을 포함할 수 있다.
제1 스위칭 모듈(M1)은 일단이 외부 장치(200) 및 모터(151) 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 제1 컨버터부(110)와 연결될 수 있다.
제2 스위칭 모듈(M2)은 일단이 모터(151)와 연결되고, 타단이 제1 컨버터부(110)와 연결될 수 있다.
제3 스위칭 모듈(M3)은 일단이 외부 장치(200) 및 모터(151) 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 제1 컨버터부(110)와 연결될 수 있다.
그리고, 전력 변환 제어부(130)는 하나의 전력 변환 모드에 따라, 제2 스위칭 모듈(M2)이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 외부 장치(200)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어하거나, 제2 스위칭 모듈(M2)이 모터(151)와 연결되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 모터(151)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 모터(151)와 연결되도록 제어할 수 있다.
외부 장치(200)는 전기 자동차(xEV)에 탑재된 통합 전력 변환 장치(100)로 전력을 공급하는 공급원일 수 있다.
또한, 외부 장치(200)는 전기 자동차(xEV)에 탑재된 통합 전력 변환 장치(100)의 전력 저장부(140)에 저장되어 있는 전력을 공급받아 소정의 기능을 수행하는 디바이스일 수도 있다. 이 경우, 통합 전력 변환 장치(100)는 외부 장치(200)로 전력을 공급하는 공급원의 역할을 수행할 수 있다.
그러면, 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 모드에 따른 동작에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
제1 전력 변환 모드 : 외부 장치 -> 고전압 배터리
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 전력 변환 제어부(130)는 제1 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 제어부(130)는 제2 스위칭 모듈(M2)이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 외부 장치(200)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다.
그리고, 전력 변환 제어부(130)는 제4 회로(111)의 제13 스위칭 소자(S13) 및 제14 스위칭 소자(S14)를 오프(off)시켜 제4 회로(111)의 3 leg 컨버터(S11, S12, S15, S16을 포함)가 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 제3 회로(123)의 제9 스위칭 소자(S9)를 오프(off)시켜 제3 회로(123)의 강압형 컨버터(S9, S10, Db, L0, CL를 포함)가 전력 변환 시스템(즉, 본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100))에서 분리되도록 제어하며, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터(S5, S6, S7, S8을 포함)가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터(S1, S2, S3, S4를 포함)가 동기 전류기로 동작되도록 제어하여, 제2 회로(122)의 제2 권선(Ns) 대 제1 회로(121)의 제1 권선(Np)인 권선비(Ns : Np)를 기반으로 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)를 충전할 수 있다.
제2 전력 변환 모드 : 고전압 배터리 -> 외부 장치
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 전력 변환 제어부(130)는 제2 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 제어부(130)는 제2 스위칭 모듈(M2)이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 외부 장치(200)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다.
그리고, 전력 변환 제어부(130)는 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터(S1, S2, S3, S4를 포함)가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터(S5, S6, S7, S8을 포함)가 동기 전류기로 동작되도록 제어하며, 제4 회로(111)의 제13 스위칭 소자(S13) 및 제14 스위칭 소자(S14)를 오프(off)시켜 제4 회로(111)의 3 leg 컨버터(S11, S12, S15, S16을 포함)가 단상 인버터로 동작되도록 제어하며, 제3 회로(123)의 제9 스위칭 소자(S9)를 오프(off)시켜 제3 회로(123)의 강압형 컨버터가 전력 변환 시스템(즉, 본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100))에서 분리되도록 제어하여, 제1 회로(121)의 제1 권선(Np) 대 제2 회로(122)의 제2 권선(Ns)인 권선비(Np : Ns)를 기반으로 DC-링크 전압 Vdc를 조정하여 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 외부 장치(200)로 공급할 수 있다.
제3 전력 변환 모드 : 고전압 배터리 -> 모터 + 저전압 배터리
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제3 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전력 변환 제어부(130)는 제3 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 제1 컨버터부(110)가 모터(151)와 연결되도록 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 제어부(130)는 제2 스위칭 모듈(M2)이 모터(151)와 연결되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 모터(151)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 모터(151)와 연결되도록 제어할 수 있다.
그리고, 전력 변환 제어부(130)는 모터(151)의 구동에 필요한 DC-링크 전압 유지를 위해 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터(S1, S2, S3, S4를 포함)가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, DC-링크 전압을 기반으로 모터(151)를 구동하기 위해 제4 회로(111)의 3 leg 컨버터(S11, S12, S13, S14, S15, S16을 포함)가 3상 인버터로 동작되도록 제어하여, 제1 회로(121) 및 제2 회로(122)로 이루어지는 PSFB 컨버터(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8을 포함)가 위상 천이 제어와 제1 회로(121)의 제1 권선(Np) 대 제2 회로(122)의 권선(Ns)인 권선비(Np : Ns)를 기반으로 3상 인버터의 입력 전압인 DC-링크 전압 Vdc을 조정하고 고전압 배터리(141)의 전압을 승압하도록 제어하는 것을 통해 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 모터(151)로 공급할 수 있다.
또한, 전력 변환 제어부(130)는 제3 회로(123)의 강압형 컨버터가 제1 회로(121)의 제1 스위칭 소자(S1)와 제4 스위칭 소자(S4)가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하며 전력 전달(power delivery) 동작 및 프리윌링(freewheeling) 동작을 하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터(S1, S2, S3, S4를 포함)의 동작으로 제1 회로(121)에 걸리는 전압을 제1 회로(121)의 제1 권선(Np) 대 제3 회로(123)의 제3 권선(Nt)인 권선비(Np : Nt) 및 제3 회로(123)의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전할 수 있다. 이때, 제3 회로(123)의 강압형 컨버터는 제1 스위칭 소자(S1)와 제4 스위칭 소자(S4)가 켜지는 구간 안에서 제9 스위칭 소자(S9)가 듀티(duty)를 조정하며 켜짐으로써 저전압 배터리(142)에 전력을 전달하고, 그 외의 구간에서 제10 스위칭 소자(S10)가 켜지고 제9 스위칭 소자(S9)가 꺼짐으로써 프리윌링(freewheeling) 동작을 하게 된다.
제4 전력 변환 모드 : 외부 장치 -> 고전압 배터리 + 저전압 배터리
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제4 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 전력 변환 제어부(130)는 제4 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 제어부(130)는 제2 스위칭 모듈(M2)이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 외부 장치(200)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다.
그리고, 전력 변환 제어부(130)는 제4 회로(111)의 제13 스위칭 소자(S13) 및 제14 스위칭 소자(S14)를 오프(off)시켜 제4 회로(111)의 3 leg 컨버터(S11, S12, S15, S16을 포함)가 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터(S5, S6, S7, S8을 포함)가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하며, 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터(S1, S2, S3, S4를 포함)가 동기 전류기로 동작되도록 제어하여, 제2 회로(122)의 제2 권선(Ns) 대 제1 회로(121)의 제1 권선(Np)인 권선비(Ns : Np)를 기반으로 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)를 충전할 수 있다.
또한, 전력 변환 제어부(130)는 제3 회로(123)의 강압형 컨버터가 제2 회로(122)의 제5 스위칭 소자(S5)와 제8 스위칭 소자(S8)가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하며 전력 전달(power delivery) 동작 및 프리윌링(freewheeling) 동작을 하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터(S5, S6, S7, S8을 포함)의 동작으로 제2 회로(122)에 걸리는 전압을 제2 회로(122)의 제2 권선(Ns) 대 제3 회로(123)의 제3 권선(Nt)인 권선비(Ns : Nt) 및 제3 회로(123)의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전할 수 있다. 이때, 제3 회로(123)의 강압형 컨버터는 제5 스위칭 소자(S5)와 제8 스위칭 소자(S8)가 켜지는 구간 안에서 제9 스위칭 소자(S9)가 듀티(duty)를 조정하며 켜짐으로써 저전압 배터리(142)에 전력을 전달하고, 그 외의 구간에서 제10 스위칭 소자(S10)가 켜지고 제9 스위칭 소자(S9)가 꺼짐으로써 프리윌링(freewheeling) 동작을 하게 된다.
제5 전력 변환 모드 : 외부 장치 -> 저전압 배터리
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제5 전력 변환 모드에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 전력 변환 제어부(130)는 제5 전력 변환 모드로 동작되는 경우, 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다. 즉, 전력 변환 제어부(130)는 제2 스위칭 모듈(M2)이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 외부 장치(200)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어할 수 있다.
그리고, 전력 변환 제어부(130)는 제4 회로(111)의 제13 스위칭 소자(S13) 및 제14 스위칭 소자(S14)를 오프(off)시켜 제4 회로(111)의 3 leg 컨버터(S11, S12, S15, S16을 포함)가 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터(S5, S6, S7, S8을 포함)가 고정 듀티(duty)를 갖는 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하며, 제1 회로(121)의 H-Bridge 컨버터(S1, S2, S3, S4를 포함)가 오프(off)되도록 제어하고, 제3 회로(123)의 강압형 컨버터가 제2 회로(122)의 제5 스위칭 소자(S5)와 제8 스위칭 소자(S8)가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 제2 회로(122)의 H-Bridge 컨버터(S5, S6, S7, S8을 포함)의 동작으로 제2 회로(122)에 걸리는 전압을 제2 회로(122)의 제2 권선(Ns) 대 제3 회로(123)의 제3 권선(Nt)인 권선비(Ns : Nt) 및 제3 회로(123)의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전할 수 있다. 이때, 제3 회로(123)의 강압형 컨버터는 제5 스위칭 소자(S5)와 제8 스위칭 소자(S8)가 켜지는 구간 안에서 제9 스위칭 소자(S9)가 듀티(duty)를 조정하며 켜짐으로써 저전압 배터리(142)에 전력을 전달하고, 그 외의 구간에서 제10 스위칭 소자(S10)가 켜지고 제9 스위칭 소자(S9)가 꺼짐으로써 프리윌링(freewheeling) 동작을 하게 된다.
그러면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치의 장점에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100)는 G2V(grid to vehicle) 기능(제1 전력 변환 모드에 따른 동작)과 V2G(vehicle to grid) 기능(제2 전력 변환 모드에 따른 동작)이 서로 동일한 토폴로지(topology)를 통해 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100)는 LDC/TC 기능(제3 전력 변환 모드에 따른 동작) 및 하이브리드 충전 기능(제4 전력 변환 모드에 따른 동작)으로 동작 시, 종래에는 각 부하에 따라 동작하는 각각의 컨버터가 존재하는 것과 달리, 하나의 통합형 회로로 2개의 기능을 동시에 수행하도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100)는 종래의 전력 변환 시스템이 수행하여야 하는 기능들을 모두 수행할 수 있으면서, 스위치의 개수를 종래의 분리형 전력 변환 시스템(도 2 참조)과 비교하면 47% 감소시키고, 종래의 OBC/LDC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템(도 3 참조)과 비교하면 43% 감소시키며, 종래의 OBC/TC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템(도 4 참조)과 비교하면 23% 감소시켜, 전력 밀도를 높이고, 스위치뿐만 아니라 제어기의 개수 또한 줄여서 경제성을 향상시키는 장점이 있다.
- 본 발명에 따른 통합 전력 변환 시스템(도 7 참조)과 종래의 분리형 전력 변환 시스템(도 2 참조)의 대비
1) 스위치의 개수를 47% 감소시킴으로써 전체 시스템 부피 감소(전력 밀도 상승)
2) 스위치의 개수를 47% 감소시킴으로써 경제성 상승
3) 제어기의 개수를 감소시킴으로써 경제성 상승
4) 하이브리드 충전 기능 및 저전압 배터리 충전 기능의 수행 가능
- 본 발명에 따른 통합 전력 변환 시스템(도 7 참조)과 종래의 OBC/LDC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템(도 3 참조)의 대비
1) 스위치의 개수를 43% 감소시킴으로써 시스템 부피 감소(전력 밀도 상승)
2) 스위치의 개수를 43% 감소시킴으로써 경제성 상승
3) 제어기의 개수를 감소시킴으로써 경제성 상승
4) 종래의 모든 기능의 수행 가능
- 본 발명에 따른 통합 전력 변환 시스템(도 7 참조)과 종래의 OBC/TC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템(도 4 참조)의 대비
1) 스위치의 개수를 23% 감소시킴으로써 시스템 부피 감소(전력 밀도 상승)
2) 스위치의 개수를 23% 감소시킴으로써 경제성 상승
3) 제어기의 개수를 감소시킴으로써 경제성 상승
4) 하이브리드 충전 기능 및 저전압 배터리 충전 기능의 수행 가능
정리하면, 본 발명에 따른 통합 전력 변환 장치(100)는 각 기능에서의 성능을 높이는 방식이 아닌 최소한의 소자를 사용하여 종래의 시스템 상 필요한 기능들을 수행할 수 있도록 각 부하에 따라 각각의 전력 변환 장치가 있는 구조가 아닌 하나의 통합형 전력 변환 시스템을 통해 모든 부하 조건에 따른 동작을 할 수 있도록 구성했기 때문에, 전기 자동차(xEV)에 들어가는 전체 전력 변환 시스템의 크기를 줄일 수 있고, 또한 소자의 개수를 최소화했기 때문에 가격적 측면에서 이점이 있다.
즉, 같은 스위치를 사용한다는 가정 하에, 종래의 분리형 전력 변환 시스템보다 47% 낮게, OBC/LDC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템보다 43% 낮게, OBC/TC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템보다 23% 낮은 가격으로, 본 발명은 동일한 기능을 수행할 수 있다.
또한, 종래의 분리형 전력 변환 시스템 및 OBC/TC 통합형 회로를 적용한 전력 변환 시스템은 계통으로부터 저전압 배터리를 충전하는 하이브리드 충전 기능 및 저전압 배터리 충전 기능을 수행할 수 없는 것에 비해, 본 발명은 이러한 기능 또한 수행할 수 있다.
그러면, 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 방법에 대하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 통합 전력 변환 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 통합 전력 변환 장치(100)의 전력 변환 제어부(130)는 제1 전력 변환 모드, 제2 전력 변환 모드, 제3 전력 변환 모드, 제4 전력 변환 모드, 및 제5 전력 변환 모드 중 하나의 전력 변환 모드에 따라 제1 컨버터부(110)를 모터(151) 및 외부 장치(200) 중 하나와 연결할 수 있다(S110).
즉, 전력 변환 제어부(130)는 하나의 전력 변환 모드에 따라, 제2 스위칭 모듈(M2)이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 외부 장치(200)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 외부 장치(200)와 연결되도록 제어하거나, 제2 스위칭 모듈(M2)이 모터(151)와 연결되도록 하고 제1 스위칭 모듈(M1)과 제3 스위칭 모듈(M3)이 모터(151)와 연결되도록 하여 제1 컨버터부(110)가 모터(151)와 연결되도록 제어할 수 있다.
그런 다음, 통합 전력 변환 장치(100)의 전력 변환 제어부(130)는 하나의 전력 변환 모드에 따라 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)의 동작을 제어할 수 있다(S130).
즉, 전력 변환 제어부(130)는 제1 전력 변환 모드에 따라 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)를 충전하도록 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)의 동작을 제어하거나, 제2 전력 변환 모드에 따라 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 외부 장치(200)로 공급하도록 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)의 동작을 제어하거나, 제3 전력 변환 모드에 따라 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 모터(151)로 공급하고 고전압 배터리(141)에 충전된 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전하도록 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)의 동작을 제어하거나, 제4 전력 변환 모드에 따라 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 고전압 배터리(141)와 저전압 배터리(142)를 충전하도록 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)의 동작을 제어하거나, 제5 전력 변환 모드에 따라 외부 장치(200)로부터 공급되는 전력을 통해 저전압 배터리(142)를 충전하도록 제1 컨버터부(110)와 제2 컨버터부(120)의 동작을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 통합 전력 변환 장치,
110 : 제1 컨버터부,
120 : 제2 컨버터부,
130 : 전력 변환 제어부,
140 : 전력 저장부,
150 : 구동부,
200 : 외부 장치

Claims (13)

  1. 모터를 포함하는 구동부 및 외부 장치 중 하나와 선택적으로 연결되는 제1 컨버터부;
    상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고, 고전압 배터리 및 저전압 배터리를 포함하는 전력 저장부와 타단이 연결되는 제2 컨버터부; 및
    상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하는 제1 전력 변환 모드, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 외부 장치로 공급하는 제2 전력 변환 모드, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 공급하고 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 제3 전력 변환 모드, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리와 상기 저전압 배터리를 충전하는 제4 전력 변환 모드, 및 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 제5 전력 변환 모드 중 하나의 전력 변환 모드로 동작되도록, 상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부를 제어하는 전력 변환 제어부;
    를 포함하는 전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 컨버터부는, 상기 고전압 배터리와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제1 회로; 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제2 회로; 및 상기 저전압 배터리와 일단이 연결되고, 강압형 컨버터를 포함하는 제3 회로;를 포함하며,
    상기 제1 컨버터부는, 상기 제2 회로와 일단이 연결되고, 상기 모터 및 상기 외부 장치 중 하나와 타단이 연결되며, 3 leg 컨버터를 포함하는 제4 회로;를 포함하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 회로는, 제1 스위칭 소자, 제2 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자, 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하며,
    상기 제2 회로는, 제5 스위칭 소자, 제6 스위칭 소자, 제7 스위칭 소자, 및 제8 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하고,
    상기 제3 회로는, 제9 스위칭 소자, 및 제10 스위칭 소자를 포함하는 강압형 컨버터를 포함하며,
    상기 제4 회로는, 제11 스위칭 소자, 제12 스위칭 소자, 제13 스위칭 소자, 제14 스위칭 소자, 제15 스위칭 소자, 및 제16 스위칭 소자를 포함하는 3 leg 컨버터를 포함하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 전력 변환 제어부는,
    상기 제1 전력 변환 모드로 동작되는 경우,
    상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 상기 제3 회로의 상기 제9 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 전력 변환 시스템에서 분리되도록 제어하며, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 동기 전류기로 동작되도록 제어하여, 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제1 회로의 제1 권선인 권선비를 기반으로 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 전력 변환 제어부는,
    상기 제2 전력 변환 모드로 동작되는 경우,
    상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 동기 전류기로 동작되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 단상 인버터로 동작되도록 제어하며, 상기 제3 회로의 상기 제9 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 전력 변환 시스템에서 분리되도록 제어하여, 상기 제1 회로의 제1 권선 대 상기 제2 회로의 제2 권선인 권선비를 기반으로 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 외부 장치로 공급하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 전력 변환 제어부는,
    상기 제3 전력 변환 모드로 동작되는 경우,
    상기 제1 컨버터부가 상기 모터와 연결되도록 제어하며, 상기 모터의 구동에 필요한 DC-링크 전압 유지를 위해 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하고, DC-링크 전압을 기반으로 상기 모터를 구동하기 위해 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 3상 인버터로 동작되도록 제어하여, 상기 제1 회로 및 상기 제2 회로로 이루어지는 PSFB 컨버터가 위상 천이 제어와 상기 제1 회로의 제1 권선 대 상기 제2 회로의 권선인 권선비를 기반으로 3상 인버터의 입력 전압인 DC-링크 전압을 조정하고 상기 고전압 배터리의 전압을 승압하도록 제어하는 것을 통해 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 공급하고,
    상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 상기 제1 회로의 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하며 전력 전달(power delivery) 동작 및 프리윌링(freewheeling) 동작을 하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 상기 제1 회로에 걸리는 전압을 상기 제1 회로의 제1 권선 대 상기 제3 회로의 제3 권선인 권선비 및 상기 제3 회로의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  7. 제3항에서,
    상기 전력 변환 제어부는,
    상기 제4 전력 변환 모드로 동작되는 경우,
    상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하며, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 동기 전류기로 동작되도록 제어하여, 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제1 회로의 제1 권선인 권선비를 기반으로 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하고,
    상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 상기 제2 회로의 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하며 전력 전달(power delivery) 동작 및 프리윌링(freewheeling) 동작을 하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 상기 제2 회로에 걸리는 전압을 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제3 회로의 제3 권선인 권선비 및 상기 제3 회로의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  8. 제3항에서,
    상기 전력 변환 제어부는,
    상기 제5 전력 변환 모드로 동작되는 경우,
    상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하며, 상기 제4 회로의 상기 제13 스위칭 소자 및 상기 제14 스위칭 소자를 오프(off)시켜 상기 제4 회로의 3 leg 컨버터가 상기 제11 스위칭 소자, 상기 제12 스위칭 소자, 상기 제15 스위칭 소자 및 상기 제16 스위칭 소자로 구성된 토템폴 PFC 컨버터로 동작되도록 제어하고, 상기 제2 회로의 H-Bridge 컨버터가 고정 듀티(duty)를 갖는 위상 천이 제어를 통해 동작되도록 제어하며, 상기 제1 회로의 H-Bridge 컨버터가 오프(off)되도록 제어하고, 상기 제3 회로의 강압형 컨버터가 상기 제2 회로의 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자가 온(on)되는 구간에서는 듀티(duty)를 조정하고 이외의 구간에서는 프리윌링(freewheeling) 동작을 하도록 제어하여, 상기 제2 회로에 걸리는 전압을 상기 제2 회로의 제2 권선 대 상기 제3 회로의 제3 권선인 권선비 및 상기 제3 회로의 강압형 컨버터의 듀티(duty)를 조정하는 것을 통해 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 전력 변환 제어부는,
    일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제1 스위칭 모듈; 일단이 상기 모터와 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제2 스위칭 모듈; 및 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제3 스위칭 모듈;을 포함하며,
    상기 하나의 전력 변환 모드에 따라, 상기 제2 스위칭 모듈이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 외부 장치와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하거나, 상기 제2 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 모터와 연결되도록 제어하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 장치
  10. 모터를 포함하는 구동부 및 외부 장치 중 하나와 선택적으로 연결되는 제1 컨버터부, 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고 고전압 배터리 및 저전압 배터리를 포함하는 전력 저장부와 타단이 연결되는 제2 컨버터부, 및 상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부를 제어하는 전력 변환 제어부를 포함하는 통합 전력 변환 장치의 통합 전력 변환 방법으로서,
    상기 전력 변환 제어부가, 제1 전력 변환 모드, 제2 전력 변환 모드, 제3 전력 변환 모드, 제4 전력 변환 모드, 및 제5 전력 변환 모드 중 하나의 전력 변환 모드에 따라 상기 제1 컨버터부를 상기 모터 및 상기 외부 장치 중 하나와 연결하는 단계; 및
    상기 전력 변환 제어부가, 상기 하나의 전력 변환 모드에 따라 상기 제1 컨버터부와 상기 제2 컨버터부의 동작을 제어하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1 전력 변환 모드는, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이고,
    상기 제2 전력 변환 모드는, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 외부 장치로 공급하는 전력 변환 모드이며,
    상기 제3 전력 변환 모드는, 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 공급하고 상기 고전압 배터리에 충전된 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이고,
    상기 제4 전력 변환 모드는, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 고전압 배터리와 상기 저전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드이며,
    상기 제5 전력 변환 모드는, 상기 외부 장치로부터 공급되는 전력을 통해 상기 저전압 배터리를 충전하는 전력 변환 모드인,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 제2 컨버터부는, 상기 고전압 배터리와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제1 회로; 상기 제1 컨버터부와 일단이 연결되고, H-Bridge 컨버터를 포함하는 제2 회로; 및 상기 저전압 배터리와 일단이 연결되고, 강압형 컨버터를 포함하는 제3 회로;를 포함하며,
    상기 제1 컨버터부는, 상기 제2 회로와 일단이 연결되고, 상기 모터 및 상기 외부 장치 중 하나와 타단이 연결되며, 3 leg 컨버터를 포함하는 제4 회로;를 포함하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 회로는, 제1 스위칭 소자, 제2 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자, 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하며,
    상기 제2 회로는, 제5 스위칭 소자, 제6 스위칭 소자, 제7 스위칭 소자, 및 제8 스위칭 소자를 포함하는 H-Bridge 컨버터를 포함하고,
    상기 제3 회로는, 제9 스위칭 소자, 및 제10 스위칭 소자를 포함하는 강압형 컨버터를 포함하며,
    상기 제4 회로는, 제11 스위칭 소자, 제12 스위칭 소자, 제13 스위칭 소자, 제14 스위칭 소자, 제15 스위칭 소자, 및 제16 스위칭 소자를 포함하는 3 leg 컨버터를 포함하는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 전력 변환 제어부는, 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제1 스위칭 모듈; 일단이 상기 모터와 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제2 스위칭 모듈; 및 일단이 상기 외부 장치 및 상기 모터 중 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 컨버터부와 연결되는 제3 스위칭 모듈;을 포함하며,
    상기 제1 컨버터부 연결 단계는, 상기 전력 변환 제어부가, 상기 하나의 전력 변환 모드에 따라, 상기 제2 스위칭 모듈이 오픈(open) 상태로 되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 외부 장치와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 외부 장치와 연결되도록 제어하거나, 상기 제2 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하고 상기 제1 스위칭 모듈과 상기 제3 스위칭 모듈이 상기 모터와 연결되도록 하여 상기 제1 컨버터부가 상기 모터와 연결되도록 제어하는 것으로 이루어지는,
    전기 자동차의 통합 전력 변환 방법.
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