KR102514669B1 - 전력 변환기 및 전력 시스템 - Google Patents

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테로 예르베레이넨
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단포스 에디트론 오와이
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Abstract

전력 변환기는, 제 1 극이 전력 변환기의 입력 단자 (102) 에 접속되는 인덕터 코일 (104), 인덕터 코일의 제 2 극과 접지 사이의 제어가능한 스위치 (105), 제어가능한 스위치가 비전도성일 때 인덕터 코일로부터 전력 변환기의 출력 단자 (103) 를 향한 전류에 대한 경로를 제공하는 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106), 및 출력 단자에서의 과전류 보호기 (107) 를 포함한다. 전력 변환기는 출력 단자에서의 전압이 입력 단자에서의 전압보다 작은 결함 상황에서 입력 단자로부터 과전류 보호기로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 를 포함한다. 따라서, 제 2 단방향 전도성 컴포넌트는 결함 전류에 대한 낮은 인덕턴스 바이패스 경로를 구성하고 과전류 보호기가 결함 상황에 대해 빠르게 반응하는 것을 가능하게 한다.

Description

전력 변환기 및 전력 시스템{A POWER CONVERTER AND ELECTRIC POWER SYSTEM}
본 개시물은 입력 직류 전압을 출력 직류 전압으로 변환하기 위한 전력 변환기에 관한 것이다. 또한, 본 개시물은, 예를 들어 반드시 그런 것은 아니지만, 선박의 전력 시스템 또는 직류 "DC" 전력 분배 시스템일 수 있는 전력 시스템에 관한 것이다.
많은 경우들에서, 전력 시스템은 직류 전압 레일, 직류 전압 레일에 전기 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 배터리 엘리먼트들, 및 직류 전압 레일의 직류 전압을 전력 시스템의 하나 이상의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 전력 변환기들을 포함한다. 전력 시스템은 예를 들어 선박의 전력 시스템 일 수 있으며, 이 경우 전력 시스템의 부하들은 하나 이상의 추진 (propulsion) 모터들, 선박의 교류 전압 네트워크, 및 예를 들어 하나 이상의 보우 스러스터 모터 (bow thruster motor) 들과 같은 다른 부하들을 포함할 수도 있다. 모터들은 유리하게는 교류 "AC" 모터들이고, 대응 전력 변환기들은 직류 전압 레일의 직류 전압을 AC-모터들에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터들이다.
많은 경우들에서, 직류 전압 레일의 직류 전압이 배터리 엘리먼트들의 직류 전압보다 높은 것이 유리하다. 이러한 경우들에서, 배터리 엘리먼트들의 각각은 통상적으로 승압 전력 변환기, 즉 부스트 (boost) 변환기와 함께 직류 전압 레일에 접속된다. 전력 변환기는 통상적으로 제 1 극이 개개의 배터리 엘리먼트에 접속되는 인덕터 코일, 인덕터 코일의 접지와 제 2 극 사이의 제어가능한 스위치, 및 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있는 상황에 응답하여 인덕터 코일로부터 직류 전압 레일을 향한 전류에 대한 경로를 제공하기 위한, 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드를 포함한다.
상술한 종류의 전력 시스템에서, 통상적으로 전압 레일의 직류 전압이 배터리 전압 아래로 떨어지는 결함 상황들에서 직류 전압 레일로부터 승압 전력 변환기를 분리할 필요가 있다. 직접적인 접근법은 승압 전력 변환기와 직류 전압 레일 사이에, 과전류 보호기, 예를 들어 퓨즈를 접속시키는 것이다. 이 접근법과 관련된 본질적인 도전과제는 퓨즈를 블로잉하는데 또는 다른 과전류 보호기를 활성화하는데 필요한 결함 전류가 승압 전력 변환기의 인덕터 코일을 통해 흐른다는 것이고, 따라서 위에 언급된 결함 전류의 급격한 변화들에 의해 야기된 유해한 전압 피크들을 방지하고 및/또는 이들에 대해 보호하기 위해 적절한 배열들이 필요하다는 것이다. 또한, 정상 동작에서의 대응 전류보다 상당히 더 높을 수 있는 결함 전류에 따라, 인덕터 코일 및 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드를 설계하는 것이 필요하다. 또 다른 접근법은 위에 언급된 종류의 결함 상황에 응답하여 인덕터 코일의 전류를 램프 다운시키도록 배열된 회로들을 승압 전력 변환기에 제공하는 것이다. 하지만, 위에 언급된 회로들은 승압 전력 변환기의 복잡성 및 비용을 증가시킨다.
다음은 다양한 실시형태들의 일부 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간략화된 개요를 제시한다. 이 개요는 발명의 광범위한 개관이 아니다. 이것은 발명의 핵심적이거나 중요한 엘리먼트들을 식별하기 위해 또는 발명의 범위를 한정하기 위해 의도되지 않는다. 다음의 개요는 단지 예시적인 실시형태들의 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태로 일부 개념들을 제시한다.
발명에 따라, 입력 직류 전압을 출력 직류 전압으로 변환하기 위한 새로운 전력 변환기가 제공된다. 전력 변환기는,
- 입력 직류 전압을 수신하기 위한 입력 단자,
- 출력 직류 전압을 외부 시스템에 공급하기 위한 출력 단자,
- 제 1 극이 입력 단자의 제 1 극에 접속되는 인덕터 코일,
- 입력 단자의 제 2 극과 인덕터 코일의 제 2 극 사이의 제어가능한 스위치,
- 제 1 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있고 인덕터 코일의 전류가 인덕터 코일의 제 2 극을 향해 흐르는 상황에 응답하여 인덕터 코일의 제 2 극으로부터 출력 단자로 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 1 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드, 및
- 출력 단자에서의 과전류 보호기, 예를 들어 퓨즈로서, 과전류 보호기는 출력 단자를 통하는 전류가 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 출력 단자를 통하는 전류를 차단하는, 상기 과전류 보호기, 및
- 출력 직류 전압이 입력 직류 전압보다 작은 상황에 응답하여 인덕터 코일의 제 1 극으로부터 출력 단자로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트, 예를 들어 다이오드를 포함한다.
위에 언급된 제 2 단방향 전도성 컴포넌트는 결함 전류에 대한 낮은 인덕턴스 바이패스 경로를 구성한다. 이에 따라, 충분히 강한 결함 전류는 입력 직류 전압 아래로 출력 직류 전압을 떨어지는 결함 상황의 초기 단계에서 이미 과전류 보호기로 지향될 수 있다. 따라서, 과전류 보호기는 인덕터 코일의 전류가 상당히 증가하는 시간을 갖기 전에 외부 시스템으로부터 전력 변환기를 분리할 수 있게 된다. 또한, 제 2 단방향 전도성 컴포넌트가 바이패스 경로를 구성하기 때문에, 위에 언급된 인덕터 코일 및 제 1 단방향 전도성 컴포넌트는 결함 전류에 따라 디멘션될 (dimensioned) 필요가 없다.
발명에 따라, 예를 들어 반드시 그런 것은 아니지만, 선박의 전력 시스템 또는 직류 "DC" 전력 분배 시스템일 수 있는 새로운 전력 시스템이 또한 제공된다. 발명에 따른 전력 시스템은,
- 하나 이상의 직류 전압 레일들,
- 하나 이상의 배터리 엘리먼트들,
- 하나 이상의 배터리 엘리먼트들로부터 하나 이상의 직류 전압 레일들로 전기 에너지를 전달하기 위한 상술한 종류의 하나 이상의 제 1 전력 변환기들로서, 각각의 제 1 전력 변환기는 하나 이상의 배터리 엘리먼트들 중 하나에 접속되는, 상기 하나 이상의 제 1 전력 변환기들, 및
- 하나 이상의 직류 전압 레일들의 하나 이상의 전압을 전력 시스템의 하나 이상의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 제 2 전력 변환기들, 예를 들어 인버터들을 포함한다.
본 발명에 따라, 상술한 종류의 전력 시스템을 포함하는 새로운 선박이 또한 제공된다. 선박의 전력 시스템의 부하들은 예를 들어 하나 이상의 추진 모터들, 선박의 교류 전압 네트워크, 및/또는 예를 들어, 하나 이상의 보우 스러스터 모터들과 같은 다른 부하들을 포함할 수도 있다. 모터들은 유리하게 교류 "AC" 모터들이고, 대응 전력 변환기들은 하나 이상의 직류 전압 레일들의 하나 이상의 직류 전압을 AC-모터들에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터들이다.
다수의 예시적이고 비제한적인 실시형태들이 첨부된 종속 청구항들에 기재된다.
동작의 방법들 및 구성들 양자 모두에 관하여 발명의 다양한 예시적이고 비제한적인 실시형태들은, 그 부가 목적들 및 이점들과 함께, 첨부 도면들과 연계하여 읽혀질 때 특정 예시적이고 비제한적인 실시형태들의 다음의 기재로부터 더 잘 이해될 것이다.
본 명세서에서 동사들 "포함하다(to comprise)" 및 "포함하다(to include)" 는 인용되지 않은 피처들의 존재를 배제하거나 요구하지 않는 개방 제한들로서 사용된다. 종속 청구항들에 인용된 피처들은 달리 명시적으로 언급되지 않으면 상호 자유롭게 조합가능하다. 또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 "a" 또는 "an", 즉 단수 형태의 사용은 복수를 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
발명의 예시적이고 비제한적인 실시형태들 및 그 이점들은 예시적인 면에서 첨부 도면들을 참조하여 하기에서 더 상세하게 설명된다.
도 1a 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 변환기의 메인 회로의 개략적 도시를 나타낸다.
도 1b 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 시스템의 개략적 도시를 나타낸다.
하기에 주어진 설명에서 제공되는 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 설명에서 제공된 예들의 리스트들 및 그룹들은 달리 명시적으로 언급되지 않으면 완전하지 않다.
도 1a 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 변환기 (101) 의 메인 회로의 개략적 도시를 나타낸다. 전력 변환기는 입력 직류 전압 (UDC in) 을 수신하기 위한 입력 단자 (102) 및 출력 직류 전압 (UDC out) 을 외부 시스템에 공급하기 위한 출력 단자 (103) 를 포함한다. 전력 변환기 (101) 는 입력 직류 전압 (UDC in) 이 출력 직류 전압 (UDC out) 보다 작을 때 제어되는 방식으로 입력 단자 (102) 로부터 출력 단자 (103) 로 전기 에너지를 전달할 수 있는, 승압 변환기, 즉 부스트 변환기이다. 전력 변환기는 제 1 극이 입력 단자 (102) 의 제 1 극 (109a) 에 접속되는 인덕터 코일 (104) 을 포함한다. 전력 변환기는 입력 단자의 음극 (109a) 과 인덕터 코일 (104) 의 제 2 극 사이에 제 1 제어가능한 스위치 (105) 를 포함한다. 제어가능한 스위치 (105) 는 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 "IGBT", 게이트 턴 오프 사이리스터 "GTO", 바이폴라 트랜지스터 또는 전계 효과 트랜지스터 "FET" 일 수 있다. 전력 변환기는, 제어 가능한 스위치 (105) 가 비전도 상태에 있고, 인덕터 코일 (104) 의 전류가 인덕터 코일의 제 2 극을 향해, 즉 출력 단자 (103) 를 향해 흐르는 상황에 응답하여 인덕터 코일 (104) 의 제 2 극으로부터 출력 단자 (103) 를 향한 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 를 포함한다. 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 예를 들어 다이오드일 수 있다. 하지만, 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 제어가능한 스위치 (105) 에 대해 반대 위상으로 제어되는 제어가능한 스위치이거나 또는 이를 포함하는 것이 또한 가능하다. 전력 변환기는 출력 단자 (103) 에서 제 1 과전류 보호기 (107) 를 포함한다. 이러한 예시적인 경우에서, 과전류 보호기 (107) 는 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 와 출력 단자 (103) 의 양극 사이에 있다. 과전류 보호기 (107) 는 출력 단자 (103) 를 통하는 전류가 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 출력 단자 (103) 를 통하는 전류를 차단하도록 구성된다. 과전류 보호기 (107) 는 예를 들어 퓨즈일 수 있다. 전력 변환기는 출력 직류 전압 (UDC out) 이 입력 직류 전압 (UDC in) 보다 작은, 즉 즉 UDC out < UDC in 인 결함 상황에 응답하여 인덕터 코일 (104) 의 제 1 극으로부터 출력 단자 (103) 로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 를 더 포함한다.
단방향 전도성 컴포넌트 (108) 는 입력 단자 (102) 로부터 과전류 보호기 (107) 로의 낮은 인덕턴스 바이패스 경로를 구성한다. 따라서, 충분히 강한 결함 전류는 입력 직류 전압 (UDC in) 아래로 출력 직류 전압 (UDC out) 이 떨어지는 결함 상황의 초기 단계에서 이미 과전류 보호기 (107) 로 지향될 수 있다. 따라서, 과전류 보호기 (107) 는 인덕터 코일 (104) 의 전류가 상당히 증가할 시간을 갖기 전에 외부 시스템으로부터 전력 변환기를 분리할 수 있게 된다. 또한, 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 가 위에 언급된 바이패스 경로를 구성하기 때문에, 인덕터 코일 (104) 및 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 정상 동작 동안의 전류보다 상당히 클 수 있는 결함 전류에 따라 디멘션될 필요가 없다.
도 1a 에 도시된 예시적인 경우에서, 전력 변환기 (101) 는 배터리 엘리먼트가 입력 단자 (102) 에 접속되는 경우들에서 예를 들어 배터리 엘리먼트를 충전하도록 전력 변환기가 출력 단자 (103) 로부터 입력 단자 (102) 로 전기 에너지를 전달하는 것을 가능하게 하기 위한 컴포넌트들을 더 포함한다. 배터리 엘리먼트는 도 1a 에 나타나 있지 않다. 전력 변환기 (101) 는 출력 단자 (103) 로부터 인덕터 코일 (114) 의 제 2 극으로 전류를 전도하기 위한 제 2 제어가능한 스위치 (110) 를 포함한다. 제어가능한 스위치 (110) 는 예를 들어 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 "IGBT", 게이트 턴 오프 사이리스터 "GTO", 바이폴라 트랜지스터 또는 전계 효과 트랜지스터 "FET" 일 수 있다. 전력 변환기 (101) 는 제어가능한 스위치 (110) 가 비전도 상태에 있고 인덕터 코일 (104) 의 전류가 인덕터 코일의 제 2 극을 향해, 즉 입력 단자 (102) 를 향해 흐르는 상황에 응답하여 입력 단자 (102) 의 제 2 극 (109b) 으로부터 인덕터 코일 (104) 의 제 2 극으로 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 3 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 를 포함한다. 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 는 예를 들어 다이오드일 수 있다. 하지만, 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 는 제어가능한 스위치 (110) 에 대해 반대 위상으로 제어되는 제어가능한 스위치이거나 또는 이를 포함하는 것이 또한 가능하다. 인덕터 코일 (104), 제어가능한 스위치 (110), 및 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 의 도움으로, 전력 변환기 (101) 는 입력 직류 전압 (UDC in) 이 출력 직류 전압 (UDC out) 보다 작을 때 제어되는 방식으로 출력 단자 (103) 로부터 입력 단자 (102) 로 전기 에너지를 전달할 수 있다. 제어가능한 스위치 (105 및 110) 가 IGBT들 또는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 "MOSFET" 인 예시적인 경우들에서, 단방향 전도성 컴포넌트들 (106 및 111) 은 IGBT들 또는 MOSFET들의 바디 다이오드들일 수 있다.
예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 변환기는 인덕터 코일 (104) 의 제 1 극이 제 2 과전류 보호기를 통해 입력 단자 (102) 의 제 1 극 (109a) 에 접속되도록 제 2 과전류 보호기 (112) 를 더 포함한다. 과전류 보호기 (112) 는 과전류 보호기 (112) 를 통하는 전류가 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 과전류 보호기 (112) 를 통하는 전류를 차단하도록 구성된다. 과전류 보호기 (112) 는 예를 들어 퓨즈일 수 있다.
도 1a 에 도시된 전기 컴포넌트들에 부가하여, 전력 변환기 (101) 는 과전류 보호기들 (107 및 112) 중 하나 또는 양자 모두가 전류를 차단하는 순간에 인덕터 코일 (104) 에 의해 저장된 에너지를 흡수하도록 배열된 커패시터들 및/또는 다른 엘리먼트들을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전력 변환기 (101) 는 예를 들어, 과전류 보호기들 (107 및 112) 중 하나 또는 양자 모두가 전류를 차단할 때 유도성 전류에 대한 대안의 경로들을 제공하기 위한 하나 이상의 다이오드들 또는 다른 엘리먼트들을 더 포함할 수도 있다.
도 1b 는 예시적이고 비제한적인 실시형태에 따른 전력 시스템의 개략적인 도시를 나타낸다. 이러한 예시적인 경우에서, 전력 시스템은 선박의 전력 시스템이다. 전력 시스템은 직류 전압 레일 (114), 배터리 엘리먼트들 및 배터리 엘리먼트들로부터 직류 전압 레일로 전기 에너지를 전달하기 위한 제 1 전력 변환기들을 포함한다. 도 1b 에서, 배터리 엘리먼트들 중 3 개가 도면 부호 (113a, 113b 및 113c) 로 표시되고, 제 1 전력 변환기들 중 3 개가 도면 부호 (101a, 101b 및 101c) 로 표시된다. 제 1 전력 변환기들 (101a-101c) 의 각각은 도 1a 에 도시된 전력 변환기 (101) 와 유사할 수 있다. 전력 시스템은 직류 전압 레일 (114) 의 직류 전압을 전력 시스템의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 제 2 전력 변환기들을 포함한다. 도 1b 에서, 제 2 전력 변환기들 중 3 개는 도면 부호 (114a, 114b 및 114c) 로 표시된다. 도 1b 에 도시된 예시적인 경우들에서, 전력 시스템의 부하들은 추진 시스템, 보우 스러스터 모터들 및 교류 전압 네트워크를 포함한다. 도 1b 에서, 추진 시스템의 전기 모터들 중 하나는 도면 부호 (115) 로 표시되고, 보우 스러스터 모터들 중 하나는 도면 부호 (116) 으로 표시되며, 교류 전압 네트워크의 부분이 도면 부호 (117) 로 표시된다. 도 1b 에 도시된 예시적인 경우들에서, 제 2 변환기들은 직류 전압 레일의 직류 전압을 전력 시스템의 부하들에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터들을 포함한다.
도 1b 에 도시된 예시적인 전력 시스템은 직류 전압 레일 (114) 에 접속된 커패시터 시스템 (119) 을 더 포함한다. 커패시터 시스템 (119) 은 예를 들어 "수퍼 커패시터들" 로도 또한 칭하는 하나 이상의 고 용량 전기 이중층 커패시터들 "EDLC" 을 포함할 수도 있다. 커패시터 시스템 (119) 의 커패시턴스는 유리하게는 적어도 0.1F, 보다 유리하게 적어도 1F, 그리고 더 유리하게는 적어도 10F 이다.
도 1b 에 도시된 예시적인 전력 시스템은 전력 시스템의 직류 전압 레일들 (114 및 120) 이 과전류 보호기를 통해 서로 접속되도록 또 다른 직류 전압 레일 (120) 을 포함한다. 직류 전압 레일들의 상이한 것들에 접속된 전력 시스템의 부분들은 전력 시스템의 동작 신뢰성을 개선하기 위해 서로 독립적으로 유리하게 동작가능하다. 전력 시스템은 직류 전압 레일 (120) 에 접속된 또 다른 커패시터 시스템 (121) 을 포함한다.
도 1b 에 도시된 예시적인 전력 시스템은 외부 전력 네트워크 (123) 로부터 전기 에너지를 수신하기 위해 그리고 과전류 보호기들을 통해 직류 전압 레일들 (114 및 120) 에 전기 에너지를 공급하기 위한 충전 변환기들 (118 및 122) 을 포함한다. 전력 시스템은 전력 네트워크 (123) 로부터 수신된 전기 에너지로 배터리 엘리먼트들을 충전하기 위한 수단을 포함한다. 배터리 엘리먼트들과 직류 전압 레일들 사이의 전력 변환기들에는 전력 변환기들이 전기 에너지를 직류 전압 레일들로부터 배터리 엘리먼트들로 전달하는 것을 가능하게 하기 위해 컴포넌트들 및 제어 시스템들이 제공될 수 있다. 충전 동작을 가능하게 하기 위한 컴포넌트들은 예를 들어 도 1a 에 도시된 제어가능한 스위치 (110) 및 단방향 전도성 컴포넌트 (111) 일 수 있다. 하지만, 전력 시스템이 배터리 엘리먼트를 충전하기 위한 별도의 전력 변환기들을 포함하는 것이 또한 가능하다.
상술한 전력 시스템의 전력 변환기들의 각각은 고려 중인 전력 변환기의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함할 수도 있다. 단일 제어기가 많은 전력 변환기들을 제어하도록 구성되는 것이 또한 가능하다. 제어기는 하나 이상의 프로세서 회로들로 구현될 수 있고, 각각의 프로세서 회로는 적절한 소프트웨어가 제공된 프로그램가능 프로세서 회로, 전용 하드웨어 프로세서, 이를테면 예를 들어 주문형 집적 회로 "ASIC", 또는 구성가능 하드웨어 프로세서, 이를테면 예를 들어 필드 프로그램가능 게이트 어레이 "FPGA" 일 수 있다. 또한, 각각의 제어기는 하나 이상의 메모리 회로들을 포함할 수도 있다. 제어기들은 도 1a 및 도 1b 나타나 있지 않다.
도 1b 에 도시된 전력 시스템은 적절한 전력 변환기들로 직류 전압 레일들 (114 및 120) 중 하나 또는 양자 모두에 접속된 하나 이상의 연소 엔진 구동 발전기들을 더 포함할 수도 있다. 연소 엔진 구동 발전기는 도 1b 에 나타나 있지 않다. 또한, 전력 시스템은 하나 이상의 태양 전지 및/또는 연료 전지 및/또는 적절한 전력 변환기들로 직류 전압 레일들 (114 및 120) 중 하나 또는 양자 모두에 접속된 다른 전원들을 포함할 수도 있다. 예시적인 실시형태에 따른 전력 시스템이 직류 "DC" 전력 분배 시스템인 경우, 전력 시스템은 적절한 전력으로 하나 이상의 직류 전압 레일들에 접속된 하나 이상의 풍력 터빈 구동 발전기들을 포함할 수도 있다.
위에 주어진 설명에서 제공된 특정 예들은 첨부된 청구항들의 범위 및/또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 위에 주어진 설명에서 제공된 예들의 리스트들 및 그룹들은 달리 명시적으로 언급되지 않으면 완전하지 않다.

Claims (14)

  1. 전력 변환기 (101) 로서,
    - 입력 직류 전압 (UDC in) 을 수신하기 위한 입력 단자 (102),
    - 출력 직류 전압 (UDC out) 을 외부 시스템에 공급하기 위한 출력 단자 (103),
    - 인덕터 코일 (104) 로서, 상기 인덕터 코일 (104) 의 제 1 극이 상기 입력 단자의 제 1 극 (109a) 에 접속되는, 상기 인덕터 코일 (104),
    - 상기 입력 단자의 제 2 극 (109b) 과 상기 인덕터 코일의 제 2 극 사이의 제 1 제어가능한 스위치 (105),
    - 상기 제 1 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있고 상기 인덕터 코일의 전류가 상기 인덕터 코일의 제 2 극을 향해 흐르는 상황에 응답하여 상기 인덕터 코일의 제 2 극으로부터 상기 출력 단자를 향한 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106), 및
    - 상기 출력 단자에서의 제 1 과전류 보호기 (107) 로서, 상기 제 1 과전류 보호기는 상기 출력 단자를 통하는 전류가 제 1 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 상기 출력 단자를 통하는 전류를 차단하는, 상기 제 1 과전류 보호기 (107) 를 포함하고,
    상기 전력 변환기는, 상기 출력 직류 전압이 상기 입력 직류 전압보다 작은 상황에 응답하여 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극으로부터 상기 출력 단자로 전류를 전도하기 위한 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 상기 전력 변환기가 상기 출력 단자로부터 상기 입력 단자로 전기 에너지를 전달하는 것을 가능하게 하기 위해 다음의 컴포넌트들:
    - 상기 출력 단자의 제 1 극으로부터 상기 인덕터 코일의 상기 제 2 극으로 전류를 전도하기 위한 제 2 제어가능한 스위치 (110), 및
    - 상기 제 2 제어가능한 스위치가 비전도 상태에 있고 상기 인덕터 코일의 전류가 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극을 향해 흐르는 상황에 응답하여 상기 입력 단자의 상기 제 2 극으로부터 상기 인덕터 코일의 상기 제 2 극으로 전류에 대한 경로를 제공하기 위한 제 3 단방향 전도성 컴포넌트 (111)
    를 더 포함하는, 전력 변환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 제 2 과전류 보호기 (112) 를 더 포함하여 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극이 상기 제 2 과전류 보호기를 통해 상기 입력 단자의 상기 제 1 극에 접속되고, 상기 제 2 과전류 보호기는 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류가 제 2 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류를 차단하는, 전력 변환기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 변환기는 제 2 과전류 보호기 (112) 를 더 포함하여 상기 인덕터 코일의 상기 제 1 극이 상기 제 2 과전류 보호기를 통해 상기 입력 단자의 상기 제 1 극에 접속되고, 상기 제 2 과전류 보호기는 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류가 제 2 미리결정된 한계를 초과하는 상황에 응답하여 상기 제 2 과전류 보호기를 통하는 전류를 차단하는, 전력 변환기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 단방향 전도성 컴포넌트 (106) 는 다이오드인, 전력 변환기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 단방향 전도성 컴포넌트 (108) 는 다이오드인, 전력 변환기.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 과전류 보호기 (107) 는 퓨즈인, 전력 변환기.
  8. 전력 시스템으로서,
    - 하나 이상의 직류 전압 레일들 (114, 120),
    - 하나 이상의 배터리 엘리먼트들 (113a-113b),
    - 상기 하나 이상의 배터리 엘리먼트들로부터 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들로 전기 에너지를 전달하기 위한 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 하나 이상의 제 1 전력 변환기들 (101a-101c) 로서, 각각의 제 1 전력 변환기는 상기 하나 이상의 배터리 엘리먼트들 중 하나에 접속되는, 상기 하나 이상의 제 1 전력 변환기들 (101a-101c), 및
    - 상기 직류 전압 레일의 하나 이상의 직류 전압을 상기 전력 시스템의 하나 이상의 부하들에 적합한 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 제 2 전력 변환기들 (114a-114c) 을 포함하는, 전력 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제 2 전력 변환기들 (114a-114c) 은 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들의 상기 하나 이상의 직류 전압을 상기 전력 시스템의 상기 부하들 중 하나 이상에 적합한 교류 전압으로 변환하기 위한 하나 이상의 인버터들을 포함하는, 전력 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 시스템은 외부 전력 네트워크로부터 전기 에너지를 수신하고 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들에 공급하기 위한 하나 이상의 충전 변환기들 (118, 122) 을 포함하는, 전력 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 시스템은 외부 전력 네트워크로부터 전기 에너지를 수신하고 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들에 공급하기 위한 하나 이상의 충전 변환기들 (118, 122) 을 포함하는, 전력 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 시스템은 상기 하나 이상의 직류 전압 레일들에 접속된 하나 이상의 커패시터 시스템들 (119, 121) 을 포함하는, 전력 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 커패시터 시스템들은 하나 이상의 전기 이중층 커패시터들을 포함하는, 전력 시스템.
  14. 제 8 항에 기재된 전력 시스템을 포함하는, 선박.
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