KR102526961B1 - 전기 자동차 및 전기 자동차의 충전 장치 - Google Patents

전기 자동차 및 전기 자동차의 충전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차 및 전기 자동차의 충전 장치에 관한 것으로, 전기 자동차의 충전 장치에서 발생할 수 있는 스위칭 손실을 줄여서 충전 장치의 충전 효율을 개선하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 차량 탑재 충전기의 역률 보정 장치는, 제 1 인덕터를 통해 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와; 제 2 인덕터를 통해 상기 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와; 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터를 포함한다.

Description

전기 자동차 및 전기 자동차의 충전 장치{ELECTRIC VEHICLE AND CHARGING APPARATUS THEREOF}
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 차량 탑재 충전기를 구비하는 전기 자동차에 관한 것이다.
내연 기관 자동차가 화석 연료를 주 에너지원으로 사용하는 것과는 다르게, 전기 자동차는 전기 에너지를 주 에너지원으로 사용한다. 따라서 전기 자동차는 전기 에너지를 저장할 수 있는 고전압 배터리와, 동력원인 모터, 그리고 모터를 구동하기 위한 인버터가 필수적이다.
전기 자동차의 배터리를 충전하기 위한 충전기는 완속 충전기와 급속 충전기로 구분할 수 있다. 완속 충전기는 상용 교류 전력을 교류 전력 형태 그대로 자동차로 전달하는 반면, 급속 충전기는 상용 교류 전력을 직류로 변환하여 자동차로 전달한다. 완속 충전기의 경우 구조가 단순하고 가격도 저렴하기 때문에 보급율을 높이는데 유리하다. 다만, 완속 충전기를 사용하기 위해서는 전기 자동차에 차량 탑재용 충전기(On Board Charger, OBC)가 탑재되어 있어야 한다.
완속 충전기를 통해 제공되는 교류 전력은 완속 충전기가 설치되어 있는 국가에 따라 매우 다양하다. 이와 같은 다양한 형태의 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 차량 탑재용 충전기가 다양한 형태의 상용 교류 전력에 대응할 수 있어야 한다.
일 측면에 따르면, 전기 자동차의 충전 장치에서 발생할 수 있는 스위칭 손실을 줄여서 충전 장치의 충전 효율을 개선하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 역률 보정 장치는, 제 1 인덕터를 통해 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와; 제 2 인덕터를 통해 상기 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와; 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터를 포함한다.
상술한 역률 보정 장치는 아래의 수식 1로 표현되는 전기적 특성을 만족한다.
(수식 1)
Figure 112018070103093-pat00001
상기 수식 1에서, 상기 LA는 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 크기이고, 상기 iLA는 상기 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 전류이며, 상기 LB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 크기이고, 상기 iLB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 전류이며, 상기 Coss 및 상기 V0는 상기 역률 보정 장치의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
상술한 역률 보정 장치에서, 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로가 서로 병렬 연결된다.
상술한 역률 보정 장치에서, 상기 제 1 부스트 회로는, 두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 1 인덕터가 연결되는 구조이다.
상술한 역률 보정 장치에서, 상기 제 2 부스트 회로는, 두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 2 인덕터가 연결되는 구조이다.
상술한 역률 보정 장치에서, 상기 제 1 인덕터가 입력 교류 전원과 상기 제 1 부스트 회로 사이에 연결되고; 상기 제 2 인덕터가 상기 입력 교류 전원과 상기 제 2 부스트 회로 사이에 연결된다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 차량 탑재 충전기는, 제 1 인덕터를 통해 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와; 제 2 인덕터를 통해 상기 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와; 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터와; 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 스위칭 동작을 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.
상술한 차량 탑재 충전기는 아래의 수식 1로 표현되는 전기적 특성을 만족한다.
(수식 1)
Figure 112018070103093-pat00002
상기 수식 1에서, 상기 LA는 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 크기이고, 상기 iLA는 상기 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 전류이며, 상기 LB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 크기이고, 상기 iLB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 전류이며, 상기 Coss 및 상기 V0는 상기 차량 탑재 충전기의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
상술한 차량 탑재 충전기에서, 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로가 서로 병렬 연결된다.
상술한 차량 탑재 충전기에서, 상기 제 1 부스트 회로는, 두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 1 인덕터가 연결되는 구조이다.
상술한 차량 탑재 충전기에서, 상기 제 2 부스트 회로는, 두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 2 인덕터가 연결되는 구조이다.
상술한 차량 탑재 충전기에서, 상기 제 1 인덕터가 입력 교류 전원과 상기 제 1 부스트 회로 사이에 연결되고; 상기 제 2 인덕터가 상기 입력 교류 전원과 상기 제 2 부스트 회로 사이에 연결된다.
상술한 목적의 전기 자동차는, 제 1 인덕터를 통해 외부의 충전기로부터 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와, 제 2 인덕터를 통해 상기 외부의 충전기로부터 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와, 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터를 구비하는 차량 탑재 충전기와; 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 스위칭 동작을 제어하도록 마련되는 제어부와; 상기 차량 탑재 충전기에 의해 충전되도록 마련되는 배터리를 포함한다.
상술한 전기 자동차는, 아래의 수식 1로 표현되는 전기적 특성을 만족한다.
(수식 1)
Figure 112018070103093-pat00003
상기 수식 1에서, 상기 LA는 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 크기이고, 상기 iLA는 상기 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 전류이며, 상기 LB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 크기이고, 상기 iLB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 전류이며, 상기 Coss 및 상기 V0는 상기 차량 탑재 충전기의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
일 측면에 따르면, 전기 자동차의 충전 장치에서 발생할 수 있는 스위칭 손실을 줄여서 충전 장치의 충전 효율을 개선한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 계통을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 차량 탑재 충전기(OBC)를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 차량 탑재 충전기(OBC)의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 역률 보정부의 동작 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5에 나타낸 그래프 가운데 인덕터(LA)의 전압(VLA)과 전류(iLA)의 파형을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 전기 자동차(100)는 모터(도 2의 212 참조)를 구비한다. 따라서 모터(212)를 구동하기 위한 전력을 저장할 고전압 배터리(102)가 필요하다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차(100)에서는 2열 승객석 하부 공간에 고전압 배터리(102)를 설치한다. 고전압 배터리(102)에 저장되는 전력은 모터(212)를 구동하여 동력을 발생시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 배터리(102)는 리튬 배터리일 수 있다.
전기 자동차(100)에는 충전 소켓(104)이 마련된다. 충전 소켓(104)에는 외부의 완속 충전기(150)의 충전 커넥터(152)가 연결됨으로써 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어질 수 있다. 즉 완속 충전기(150)의 충전 커넥터(152)를 전기 자동차(100)의 충전 소켓(104)에 연결하면 전기 자동차(100)의 고전압 배터리(102)가 충전된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 계통을 나타낸 도면이다.
전기 자동차(100)의 고전압 배터리(102)를 충전하기 위해 완속 충전기(150)가 사용될 수 있다. 고전압 배터리(102)는 400V~800V의 충전 전압을 가질 수 있다. 완속 충전기(150)는 상용 교류 전력(AC)을 교류 전력 형태 그대로 전기 자동차(100)로 공급한다. 완속 충전기(150)를 통해 공급되는 교류 전력은 전기 자동차(100) 내부에서 미리 설정된 레벨의 직류 전압으로 변환된다.
전기 자동차(100)의 내부에서는 차량 탑재 충전기(On Board Charger, OBC)(202)가 고전압 배터리(102)의 충전에 관여한다. OBC라고도 불리는 차량 탑재 충전기(202)는 완속 충전기(150)로부터 공급되는 상용 교류 전력을 800V의 직류 전압으로 변환하여 고전압 배터리(102)를 충전한다. 완속 충전기(150)는 상용 교류 전력을 교류 형태 그대로 전기 자동차(100)로 공급한다. 완속 충전기(150)로부터 공급되는 교류 전압은 전기 자동차(100)의 내부에서 차량 탑재 충전기(202)에 의해 직류 전압으로 변환된 후 고전압 배터리(102)를 충전하는데 사용된다.
도 2에서, 인버터(206)는 고전압 배터리(102)의 전력을 모터(212)에서 요구되는 전기적 특성을 갖도록 변환하여 모터(212)로 전달한다. 모터(212)는 인버터(206)를 통해 전달되는 전력에 의해 회전함으로써 동력을 발생시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 차량 탑재 충전기(OBC)를 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차(100)의 차량 탑재 충전기(202)는 EMI 필터(320)와 역률 보정부(PFC)(322), DC/DC 컨버터(324)를 포함한다. 역률 보정부(322)는 별도의 독립항 역률 보정 장치일 수 있다.
EMI 필터(320)는 완속 충전기(150)로부터 입력되는 상용 교류 전력에 포함되어 있는 잡음을 제거하도록 마련된다.
역률 보정부(322)는 인터리브드 토템 폴 부스트 역률 보정부(Interleaved Totem Pole Boost Power Factor Corrector)로서, 후술하는 도 4의 설명을 통해 자세한 구조를 설명하고자 한다.
DC/DC 컨버터(324)는 링크 캐패시터(Clink)를 통해 역률 보정부(322)와 연결된다. 역률 보정부(322)의 출력 전압이 링크 캐패시터(Clink)를 충전하면, DC/DC 컨버터(324)는 링크 캐패시터(Clink)의 충전 전압을 고전압 배터리(102)의 충전에 필요한 소정 레벨의 직류 전압으로 변환하여 고전압 배터리(102)로 전달함으로써 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어지도록 한다.
도 4는 도 3에 나타낸 차량 탑재 충전기(OBC)의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
앞서 도 3에서 언급한 것처럼, 역률 보정부(322)는 인터리브드 부스트 역률 보정부(Interleaved Boost Power Factor Corrector)이다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 네 개의 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L)와 두 개의 다이오드(D1)(D2), 세 개의 인덕터(LA)(LB1)(LB2)가 인터리브드 부스트 PFC 컨버터를 구성한다. 두 개의 스위치(Q1H)(Q1L)가 직렬 연결되어 단일의 부스트 회로를 구성하고, 또 다른 두 개의 스위치(Q2H)(Q2L) 역시 직렬 연결되어 또 다른 단일의 부스트 회로를 구성한다. 네 개의 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L)는 모두 동일한 특성의 소자들로 구성되며, 두 개의 단일 부스트 회로는 서로 180도의 위상 차를 갖고 동작한다.
직렬 연결된 두 쌍의 직렬 연결 스위치(Q1H)(Q1L) 및 직렬 연결 스위치(Q2H)(Q2L)는 서로 병렬 연결된다. 즉 두 개의 단일 부스트 회로는 서로 병렬 연결된다. 스위치(Q1H)(Q1L)에 의해 형성되는 부스트 회로의 레그와 스위치(Q2H)(Q2L)에 의해 형성되는 또 다른 부스트 회로의 레그 각각에는 부스트 인덕터인 인덕터(LB1)(LB2) 각각의 일단이 연결된다. 인덕터(LB1)(LB2) 각각의 타단은 차량 외부의 완속 충전기(150) 즉 교류 전원(Vac)의 일측에 연결된다. 두 개의 다이오드(D1)(D2) 역시 직렬 연결된다. 직렬 연결되는 두 개의 다이오드(D1)(D2) 사이의 노드는 완속 충전기(150) 즉 교류 전원(Vac)의 타측에 연결된다. 스위치(Q1H)(Q1L)에 의해 형성되는 부스트 회로의 레그와 스위치(Q2H)(Q2L)에 의해 형성되는 또 다른 부스트 회로의 레그 사이에는 본 발명의 실시 예에 따라 추가되는 인덕터(LA)가 연결된다. 역률 보정부(322)의 출력단에는 캐패시터(Co) 및 저항(Vo)이 마련된다.
도 4에서, 전류 ILB1 및 ILB2는 각각 인덕터 LB1 및 인덕터 LB2에 흐르는 전류이고, ILA는 인덕터(LA)에 흐르는 전류이다. 또한 전류 iQ1H와 iQ1L, iQ2H iQ2L은 각각 스위치 Q1H와 Q1L, Q2H, Q2L에 흐르는 전류이다. 전압 VDSQ1H 및 VDSQ1L은 스위치 Q1H 및 Q1L 각각의 기생 캐패시터의 양단의 전압이다. 네 개의 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L) 각각에 표시된 화살표는 전류의 방향을 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 역률 보정부의 동작 특성을 나타낸 그래프이다. 도 6은 도 5에 나타낸 그래프 가운데 인덕터(LA)의 전압(VLA)과 전류(iLA)의 파형을 분리하여 나타낸 도면이다. 도 5에서는 본 발명의 실시 예에 따른 역률 보정부(322)의 동작 특성의 전반을 알 수 있다. 도 6에는 인덕터(LA)의 전압(VLA)과 전류(iLA)가 변화하는 각 구간에서의 턴 온되는 스위치를 표시하였다.
앞서 도 4의 설명에서 언급한 것처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재 충전기(202)의 역률 보정부(322)에는 세 개의 인덕터(LA)(LB1)(LB2)가 마련된다. 이 가운데 인덕터(LA)는 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L)의 하드 스위칭에 의해 발생하는 스위칭 손실을 줄이기 위한 것이다. 즉, 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L) 각각의 기생 캐패시터의 전압을 모두 방전시켜서 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L)의 스위칭 시 영전압 스위칭이 가능하도록 함으로써 스위칭 손실을 줄일 수 있다.
도 5의 설명에 앞서 먼저 도 6을 설명하면, 역률 보정부(322)가 동작할 때 네 개의 스위치(Q1H)(Q1L)(Q2H)(Q2L) 중 두 개는 턴 오프되고 나머지 두 개는 턴 온된다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 네 개의 구간 t1, t2, t3, t4 각각에서 턴 온 되는 스위치는 다음과 같다. 턴 온 되는 두 개의 스위치를 제외한 나머지 두 개의 스위치들은 턴 오프된다.
ⓐ Q1L, Q2H ON
ⓑ Q1H, Q2H ON 또는 Q1L, Q2L ON
ⓒ Q1H, Q2L ON
ⓓ Q1H, Q2H ON 또는 Q1L, Q2L ON
도 5에 나타낸 바와 같이, 턴 온되는 스위치에 따라 인덕터(LA)에 인가되는 전압의 크기가 달라진다. 또한 인덕터(LA)에 흐르는 전류는 0을 중심으로 증가와 감소를 반복한다. 인덕터(LA)에 흐르는 전류와 나머지 인덕터(LB1)(LB2)에 흐르는 전류의 차 또는 합이 턴 온되는 스위치에 흐르게 된다. 양(+)의 입력 전압이 인가 되었을 때 두 개의 스위치(Q1L)(Q2L)가 빌드 업(build-up) 동작을 수행하기 때문에, 이 두 개의 스위치(Q1L)(Q2L)가 영전압 스위칭을 해야 한다. 두 개의 스위치(Q1L)(Q2L)가 켜지기 전에 역방향의 전류가 흐르며 두 개의 스위치(Q1L)(Q2L)의 기생 커패시터에 충전되어 있던 전압이 인덕터(LA)에 의해 모두 방전된다.
이로 인해 본 발명의 실시 예에 따른 역률 보정부(322)는 인덕터(LA)의 작용에 의해 고주파 스위칭 동작 시 발생할 수 있는 스위칭 손실을 감소시켜서 역률 보정부(322)의 발열 부담을 줄일 수 있다. 또한 가장 주요한 손실인 스위칭 손실을 줄임으로서, 기존의 역률 보정부에 비해 높은 효율을 가진다. 더욱이 능동 소자 혹은 구동 회로가 추가되거나 구조가 변경되지 않고 인덕터(LA)의 추가 만으로도 구현할 수 있다는 점도 큰 장점이라 하겠다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 역률 보정부(322)의 구조와 동작은 대칭적이기 때문에 양(+)의 교류 입력 전압이 입력되는 경우와 음(-)의 교류 입력 전압이 입력되는 경우 중 어느 하나의 경우만을 예로 들어 설명하더라도 다른 경우에 동일하게(대칭적으로) 적용될 수 있다. 즉, 양(+)의 교류 입력 전압이 인가되는 경우를 가정하면, 다이오드(D1)에는 전류가 흐르지 않으며, 다이오드(D2)에만 전류가 흐른다. 부스트 인덕터인 인덕터(LB1)(LB2)에 흐르는 전류 iLB1 및 iLB2는 각각 스위치(Q1L) 및 스위치(Q2L)이 턴 온 되어 있을 때 Vac / LB의 기울기로 증가하며, 스위치(Q1H) 및 스위치(Q2H)가 켜진 경우에는 (Vac - VO ) / LB의 기울기로 감소한다. 인덕터(LA)에는, 턴 온되는 스위치에 따라 VO , 0, -VO의 전압이 인가되며(도 6 참조), 인덕터(LA)에 흐르는 전류 iLA는 스위칭 주기 T 와 시비율 D의 조건일 때 -VODT / 2LA 및 VODT / 2LA를 반복한다.
스위치(Q1L) 및 스위치(Q1H)에 흐르는 전류는 iLB1 - iLA이고, 스위치(Q2L) 및 스위치(Q2H)에 흐르는 전류는 iLB1 + i LA이다. 스위치(Q1L) 및 스위치(Q2L)이 턴 온 되기 전에 각 스위치에 흐르는 전류는 음(-)의 값을 갖고 각 스위치의 바디 다이오드를 통해 흐르기 때문에 영 전압 스위칭이 달성된다. 또한 스위치(Q1H) 및 스위치(Q2H)에 흐르는 전류는 해당 스위치가 영전류 스위칭에 의해 턴 오프되므로 해당 스위치의 바디 다이오드의 리버스 리커버리를 감소시킬 수 있다.
역률 보정부(322)의 영 전압 스위칭을 구현하기 위해서는 역률 보정부(322)의 각 스위치가 턴 온 되기 전에 출력 커패시터가 모두 방전되어야 한다. 인덕터(LA)의 에너지를 이용하여 방전하는 것이므로, 역률 보정부(322)의 전기적 특성은 다음의 수식 1을 만족하는 조건일 필요가 있다.
(수식 1)
Figure 112018070103093-pat00004
수식 1에서, LA는 시간 t1에서의 인덕터(LA)의 크기이고, iLA는 시간 t1에서의 인덕터(LA)의 전류이며, LB1은 시간 t1에서의 인덕터(LB1)의 크기이고, iLB1은 시간 t1에서의 인덕터(LB1)의 전류이며, Coss 및 V0는 역률 보정부(322)의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
따라서 전류 iLB1이 작은 구간에서는 쉽게 영 전압 스위칭을 구현할 수 있지만, 전류 iLB1이 큰 구간에서는 영 전압 스위칭이 구현되지 않을 수도 있다. 인덕터(LA)의 값을 작게 하면 전류 iLA가 증가하여 더 넓은 구간에서 영 전압 스위칭을 구현하여 스위칭 손실을 줄일 수 있지만, 이 경우 RMS 전류가 커져서 도통 손실이 증가할 수도 있다. 따라서 인덕터(LA)의 값은 손실 분석을 통해 최대의 효율을 얻을 수 있는 값으로 선정하는 것이 바람직하다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전기 자동차
102 : 고전압 배터리
104 : 충전 소켓
150 : 완속 충전기
152 : 충전 커넥터
202 : 차량 탑재 충전기
206 : 인버터
210 : 제어부
212 : 모터
320 : EMI 필터
322 : 역률 보정부
324 : DC/DC 컨버터

Claims (14)

  1. 제 1 인덕터를 통해 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와;
    제 2 인덕터를 통해 상기 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와;
    상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터를 포함하고,
    상기 제 3 인덕터는, 상기 기생 캐패시터의 방전 시 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 영전압 스위칭을 구현하기 위한 크기의 인덕턴스를 갖는 역률 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    아래의 수식 1로 표현되는 전기적 특성을 만족하는 역률 보정 장치.
    (수식 1)
    Figure 112022133089844-pat00005

    상기 수식 1에서, 상기 LA는 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 크기이고, 상기 iLA는 상기 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 전류이며, 상기 LB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 크기이고, 상기 iLB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 전류이며, 상기 Coss 및 상기 V0는 상기 역률 보정 장치의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로가 서로 병렬 연결되는 역률 보정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부스트 회로는,
    두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 1 인덕터가 연결되는 구조인 역률 보정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 부스트 회로는,
    두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 2 인덕터가 연결되는 구조인 역률 보정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 인덕터가 입력 교류 전원과 상기 제 1 부스트 회로 사이에 연결되고;
    상기 제 2 인덕터가 상기 입력 교류 전원과 상기 제 2 부스트 회로 사이에 연결되는 역률 보정 장치.
  7. 제 1 인덕터를 통해 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와;
    제 2 인덕터를 통해 상기 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와;
    상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터와;
    상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 스위칭 동작을 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하고,
    상기 제 3 인덕터는, 상기 기생 캐패시터의 방전 시 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 영전압 스위칭을 구현하기 위한 크기의 인덕턴스를 갖는 차량 탑재 충전기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    아래의 수식 1로 표현되는 전기적 특성을 만족하는 차량 탑재 충전기.
    (수식 1)
    Figure 112022133089844-pat00006

    상기 수식 1에서, 상기 LA는 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 크기이고, 상기 iLA는 상기 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 전류이며, 상기 LB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 크기이고, 상기 iLB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 전류이며, 상기 Coss 및 상기 V0는 상기 차량 탑재 충전기의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로가 서로 병렬 연결되는 차량 탑재 충전기.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 부스트 회로는,
    두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 1 인덕터가 연결되는 구조인 차량 탑재 충전기.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 부스트 회로는,
    두 개의 스위칭 소자가 직렬 연결되고, 직렬 연결된 상기 두 개의 스위칭 소자 사이에 상기 제 2 인덕터가 연결되는 구조인 차량 탑재 충전기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 인덕터가 입력 교류 전원과 상기 제 1 부스트 회로 사이에 연결되고;
    상기 제 2 인덕터가 상기 입력 교류 전원과 상기 제 2 부스트 회로 사이에 연결되는 차량 탑재 충전기.
  13. 제 1 인덕터를 통해 외부의 충전기로부터 교류 전력을 입력받아 부하를 충전하는 제 1 부스트 회로와, 제 2 인덕터를 통해 상기 외부의 충전기로부터 교류 전력을 입력받아 상기 부하를 충전하는 제 2 부스트 회로와, 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 기생 캐패시터가 방전되도록 상기 제 1 부스트 회로의 레그와 상기 제 2 부스트 회로의 레그 사이에 마련되는 제 3 인덕터를 구비하는 차량 탑재 충전기와;
    상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 스위칭 동작을 제어하도록 마련되는 제어부와;
    상기 차량 탑재 충전기에 의해 충전되도록 마련되는 배터리를 포함하고,
    상기 제 3 인덕터는, 상기 기생 캐패시터의 방전 시 상기 제 1 부스트 회로 및 상기 제 2 부스트 회로의 영전압 스위칭을 구현하기 위한 크기의 인덕턴스를 갖는 전기 자동차.
  14. 제 13 항에 있어서,
    아래의 수식 1로 표현되는 전기적 특성을 만족하는 전기 자동차.
    (수식 1)
    Figure 112022133089844-pat00007

    상기 수식 1에서, 상기 LA는 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 크기이고, 상기 iLA는 상기 시간 t1에서의 상기 제 3 인덕터의 전류이며, 상기 LB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 크기이고, 상기 iLB1은 상기 시간 t1에서의 상기 제 1 인덕터의 전류이며, 상기 Coss 및 상기 V0는 상기 차량 탑재 충전기의 출력단의 정전 용량 및 전압의 크기이다.
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