KR102628357B1 - Integrated inverter for small electric vehicle with the neutral point of the charing motor removed - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터에 관한 것으로, 인버터는 복수의 스위치를 포함하고, 모터와 고전압 배터리 사이에 연결된 스위칭 회로부; 모터에 선택적으로 연결되고, 외부 전원이 연결되는 정류 회로부; 3상 코일 중 하나의 코일과 스위칭 회로부 사이에 연결된 제1 스위치; 제1 스위치가 연결된 코일과 정류 회로부의 (+)단자 사이에 연결된 제2 스위치; 및 모터 구동 모드에서 제1 스위치를 온 시키고 제2 스위치를 오프 시키며, 충전 모드에서 제1 스위치를 오프 시키고 제2 스위치를 온 시키는 컨트롤러를 포함할 수 있다.This specification relates to an integrated inverter for a small electric vehicle that removes the motor neutral point for charging. The inverter includes a plurality of switches, a switching circuit connected between the motor and the high-voltage battery; a rectifier circuit selectively connected to the motor and to which an external power source is connected; A first switch connected between one of the three-phase coils and the switching circuit unit; a second switch connected between the coil to which the first switch is connected and the (+) terminal of the rectifier circuit; And it may include a controller that turns on the first switch and turns off the second switch in the motor driving mode, and turns off the first switch and turns on the second switch in the charging mode.

Figure R1020210167449
Figure R1020210167449

Description

충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터{INTEGRATED INVERTER FOR SMALL ELECTRIC VEHICLE WITH THE NEUTRAL POINT OF THE CHARING MOTOR REMOVED}Integrated inverter for small electric vehicles that removes the neutral point of the charging motor {INTEGRATED INVERTER FOR SMALL ELECTRIC VEHICLE WITH THE NEUTRAL POINT OF THE CHARING MOTOR REMOVED}

본 발명은 소형 전기모터 구동장치용 통합형 인버터에 관한 것으로, 상세하게는 충전시간을 줄일 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있고, 제조 단가, 부피 및 무게를 줄일 수 있는, 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated inverter for a small electric motor drive device, and more specifically, to a small-sized inverter that eliminates the neutral point of the charging motor, which can reduce charging time, improve safety, and reduce manufacturing cost, volume, and weight. This is about an integrated inverter for electric vehicles.

현재, 소형 전기모터를 포함하는 구동장치에 의해 구동되는 전기차(이하, 소형 전기차)(ex, 이륜 전기차, 농업용 기계 및 전기차, 20kW 이하 카트 등)는 주행거리가 짧고, 충전시간이 길다는 문제점이 있다. Currently, electric vehicles (hereinafter referred to as small electric vehicles) driven by a drive device containing a small electric motor (e.g., two-wheeled electric vehicles, agricultural machinery and electric vehicles, carts under 20 kW, etc.) have the problem of short driving range and long charging time. there is.

배터리 기술의 비약적인 발전으로 인하여 주행거리는 지속적으로 길어지고 있기는 하지만, 소형 전기차의 낮은 시스템 전압(100V 이하)으로 인해 여전히 충전시간이 수시간으로 길게 소요되어 유저의 요구사항을 만족시키는 데에 한계가 있다.Although driving distances are continuously increasing due to rapid advancements in battery technology, the low system voltage (less than 100V) of small electric vehicles still requires several hours of charging time, limiting the ability to meet user requirements. there is.

또한, 소형 전기차의 경우, 72V 정도의 낮은 시스템 전압으로 인하여 모터 구동 시 고전류가 흐르게 되어 전력 반도체의 저항성분이나 도전저항의 영향을 전력손실이 커지게 되어, 주행거리가 짧아져 유저의 요구사항을 만족시키지 못하고 있다.In addition, in the case of small electric vehicles, a high current flows when driving the motor due to a low system voltage of about 72V, which increases power loss due to the influence of the resistive component or conductive resistance of the power semiconductor, shortening the driving distance and meeting user requirements. It is not satisfying.

또한, 충전을 위해서 별도의 충전용 어댑터(Adapter)가 필요하기 때문에, 충전을 위해서는, 유저가 충전용 어댑터를 보유해야 하고, 충전 시에 충전용 어댑터를 결합 및 분리해야 하는 등 유저의 불편함이 발생하고, 제품의 시스템 단가가 상승하는 단점이 있다.In addition, since a separate charging adapter is required for charging, the user must have a charging adapter for charging, and the user must attach and detach the charging adapter during charging, causing inconvenience to the user. This has the disadvantage of increasing the system cost of the product.

충전용 어댑터의 추가 비용 발생 때문에 충전 시스템에 대한 기술 개발이 계속되어 왔으며, 기술 개발을 통해, 구동 모터의 3상 코일과 3상 스위치 회로를 이용하여 승압 회로를 구성하여 배터리를 충전하는 방식이 제안되어 있다. 하지만, 3상 모터에서 충전을 위한 중성점을 외부로 노출시켜 외부 전원 입력측과 연결시켜야 하기 때문에 시스템 구성 상의 추가적인 비용이 발생하고 부피 또한 증가되어 시스템 구성에 단점이 있다.Due to the additional cost of charging adapters, technology development for charging systems has continued, and through technology development, a method of charging the battery by configuring a boosting circuit using the three-phase coil of the drive motor and the three-phase switch circuit has been proposed. It is done. However, since the neutral point for charging in a 3-phase motor must be exposed to the outside and connected to the external power input side, additional costs in system configuration are incurred and the volume is also increased, which has disadvantages in system configuration.

또한, 구동 시스템을 구성하기 위해서는 모터 구동을 위한 인버터인 MCU(Motor Control Unit), 배터리 모니터링을 위한 BMS(Battery Management System), 충전을 위한 Charger, 전원 전압의 변환을 위한 DC-DC Converter가 구성되어야 하는데, 각 제어 유닛이 별도로 구성되고 있어 제품 시스템의 가격 상승의 요인이 되고, 시스템의 부피 및 무게가 증대되는 단점이 있다.In addition, in order to configure the drive system, an MCU (Motor Control Unit), an inverter for driving the motor, a BMS (Battery Management System) for battery monitoring, a charger for charging, and a DC-DC converter for converting the power voltage must be configured. However, each control unit is configured separately, which has the disadvantage of increasing the price of the product system and increasing the volume and weight of the system.

이러한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공증에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.This background technology is technical information that the inventor possessed for deriving the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before filing the application for the present invention.

상기의 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 명세서에서 개시되는 실시예들은 소형 전기차의 배터리 전압을 고전압화 하여 모터 구동 시 발생되는 전력손실을 낮출 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In order to solve the above problems of the prior art, the embodiments disclosed herein have a technical task of providing an integrated inverter for small electric vehicles that can lower the power loss that occurs when driving the motor by increasing the battery voltage of the small electric vehicle. do.

또한, 실시예들은 소형 전기차의 배터리 전압을 고전압화 하여 배터리 충전 시 흐르는 충전전류를 최소화하여 고전류에 의한 발열을 낮추어 빠른 충전이 가능한 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, the technical task of the embodiments is to provide an integrated inverter for small electric vehicles that enables fast charging by lowering heat generation due to high current by minimizing the charging current flowing when charging the battery by increasing the battery voltage of the small electric vehicle to a high voltage.

또한, 실시예들은 모터의 3상 코일과 인버터의 3상 스위치 회로를 이용하여 충전회로를 구현할 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.Additionally, the technical task of the embodiments is to provide an integrated inverter for a small electric vehicle that can implement a charging circuit using the three-phase coil of the motor and the three-phase switch circuit of the inverter.

또한, 실시예들은 모터의 3상 코일을 이용한 충전회로를 구현하는 데에 있어서 모터 3상의 중성점을 외부로 노출시킬 필요없이 충전회로를 구성할 수 있기 때문에 부피와 비용을 줄일 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, embodiments provide an integrated charging circuit for small electric vehicles that can reduce volume and cost because the charging circuit can be constructed without the need to expose the neutral point of the three phases of the motor in implementing the charging circuit using the three-phase coil of the motor. The technical task is to provide an inverter.

또한, 실시예들은 충전을 위한 고가 고전압의 전력반도체 소자와 고용량의 코일을 필요하지 않아 별도의 충전 어댑터가 필요한 종래 구성 대비 원가를 절감할 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, the technical task of the embodiments is to provide an integrated inverter for small electric vehicles that does not require expensive high-voltage power semiconductor elements and high-capacity coils for charging, thereby reducing costs compared to conventional configurations that require a separate charging adapter. .

또한, 실시예들은 고전압 배터리의 높은 전압을 DC-DC 컨버터를 통해서 감압하고, Flyback 컨버터를 통해서 절연된 10~24V를 외부 구성요소(ex, LCD, LED, USB 등)로 공급하여 사용자가 직접 높은 전압에 노출되는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, embodiments reduce the high voltage of the high-voltage battery through a DC-DC converter and supply the isolated 10 to 24V to external components (ex. LCD, LED, USB, etc.) through a flyback converter, allowing the user to directly control the high voltage. The technical task is to provide an integrated inverter for small electric vehicles that can improve safety by preventing exposure to voltage.

또한, 실시예들은 DC-DC 컨버터(Converter), 모터 제어부(MCU: Motor Control Unit), 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System), 충전부(Charger)를 하나의 보드에 구성하여 소형 전기모터 구동장치 구성 비용을 낮출 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, embodiments configure a DC-DC converter (Converter), a motor control unit (MCU), a battery management system (BMS), and a charger (Charger) on one board to create a small electric motor drive device. The technical task is to provide an integrated inverter for small electric vehicles that can reduce configuration costs.

또한, 실시예들은 고전압부에 모터 및 충전 제어용 컨트롤러가 위치하여 각종 제어용 아날로그 신호를 절연하지 않고 직접 송수신할 수 있어 인버터 구성 비용을 줄일 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.In addition, the embodiments have a technical task of providing an integrated inverter for a small electric vehicle that can reduce the cost of inverter construction by having a motor and charging control controller located in the high voltage section to directly transmit and receive various control analog signals without isolation.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 사항에 제한되지 않으며, 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 의도하는 기타의 과제들 또한 명료하게 이해할 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the matters mentioned above, and from the following description, those skilled in the art will be able to clearly understand other problems intended by the present invention. .

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터는, 3상 코일을 구비하는 모터 및 고전압 배터리를 포함하는 소형 전기차에 구현된 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터일 수 있다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, an integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention uses a neutral point for a charging motor implemented in a small electric vehicle including a motor having a three-phase coil and a high-voltage battery. It may be an integrated inverter for a small electric vehicle that has been removed.

본 발명의 실시예에 따르면, 소형 전기차용 통합형 인버터는 컨트롤러, 컨트롤러의 제어에 따라 스위칭 하는 복수의 스위치를 포함하고, 모터와 고전압 배터리 사이에 연결된 스위칭 회로부, 컨트롤러의 제어에 따라 모터에 선택적으로 연결되고, 외부 전원이 연결되는 정류 회로부, 3상 코일 중 하나의 코일과 스위칭 회로부 사이에 연결된 제1 스위치, 및 제1 스위치가 연결된 코일과 정류 회로부의 (+)단자 사이에 연결된 제2 스위치를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an integrated inverter for a small electric vehicle includes a controller, a plurality of switches that switch under the control of the controller, a switching circuit connected between the motor and the high-voltage battery, and a switching circuit unit selectively connected to the motor according to the control of the controller. It includes a rectifier circuit to which an external power source is connected, a first switch connected between one of the three-phase coils and the switching circuit, and a second switch connected between the coil to which the first switch is connected and the (+) terminal of the rectifier circuit. can do.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 모터 구동 모드에서 제1 스위치를 온 시키고 제2 스위치를 오프 시키며, 충전 모드에서 제1 스위치를 오프 시키고 제2 스위치를 온 시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller may turn on the first switch and turn off the second switch in the motor driving mode, and may turn off the first switch and turn on the second switch in the charging mode.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 스위칭 회로부를 제어하여, 모터 구동 모드에서 고전압 배터리로부터 공급되는 배터리 전압에 상응하는 교류 전류가 스위칭 회로부로부터 모터로 출력되도록 하여 모터를 구동시키고, 충전 모드에서 외부 전원으로부터 공급되는 외부 전압이 스위칭 회로부를 통해 고전압 배터리로 공급되도록 하여 고전압 배터리를 충전시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller controls the switching circuit unit to drive the motor by outputting an alternating current corresponding to the battery voltage supplied from the high-voltage battery to the motor in the motor driving mode, and drives the motor in the charging mode. The high-voltage battery can be charged by allowing the external voltage supplied from the power source to be supplied to the high-voltage battery through the switching circuit.

본 발명의 실시예에 따르면, 스위칭 회로부는 고전압 배터리의 (+)단자와 정류 회로부와 공유되는 고전압 그라운드 사이에서 병렬로 연결되고, 각각 U상 코일, V상 코일 및 W상 코일에 연결된 제1 내지 제3 스위치부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the switching circuit unit is connected in parallel between the (+) terminal of the high voltage battery and the high voltage ground shared with the rectifier circuit unit, and the first to the first to second coils are connected to the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil, respectively. It may include a third switch unit.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 스위치부 각각은 제1 내지 제3 노드를 통해 직렬로 연결된 상측 스위치 및 하측 스위치를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the first to third switch units may include an upper switch and a lower switch connected in series through the first to third nodes.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 스위치는 제1 스위치부의 제1 노드와 U상 코일 사이에 연결되거나, 제2 스위치부의 제2 노드와 V상 코일 사이에 연결되거나, 제3 스위치부의 제3 노드와 W상 코일에 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first switch is connected between the first node of the first switch unit and the U-phase coil, or is connected between the second node of the second switch unit and the V-phase coil, or the third switch of the third switch unit. It can be connected to the node and the W-phase coil.

본 발명의 실시예에 따르면, 제2 스위치는 U상 코일, V상 코일 및 W상 코일 중 제1 스위치가 연결된 코일과 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second switch may be connected to a coil to which the first switch is connected among the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil.

본 발명의 실시예에 따르면, 소형 전기차용 통합형 인버터는 스위칭 회로부와 고전압 배터리 사이에 병렬로 연결되어, 고전압 그라운드를 공유하는 DC-링크 캐패시터를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the integrated inverter for a small electric vehicle may include a DC-link capacitor that is connected in parallel between the switching circuit and the high voltage battery and shares the high voltage ground.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 제1 내지 제3 스위치부 각각의 상측 스위치 및 하측 스위치를 제어하여, 모터 구동 모드에서 배터리 전압에 상응하는 교류 전류가 모터로 출력되도록 하고, 충전 모드에서 외부 전압이 정류 회로부, 3상 코일, 및 스위칭 회로부를 통해 DC-링크 캐패시터에 축적되도록 하여, DC-링크 패캐시터에 축적된 전압에 의해 고전압 배터리가 충전되도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller controls the upper and lower switches of each of the first to third switch units to output an alternating current corresponding to the battery voltage to the motor in the motor driving mode, and outputs an alternating current corresponding to the battery voltage to the motor in the charging mode. By allowing voltage to accumulate in the DC-link capacitor through the rectifier circuit, the three-phase coil, and the switching circuit, the high-voltage battery can be charged by the voltage accumulated in the DC-link capacitor.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 충전 모드에서 제2 스위치를 온 시켜 제2 스위치가 연결된 코일의 출력단에 나머지 두 개의 코일이 병렬 연결되도록 하고, 제1 스위치를 오프 시켜 제1 스위치가 연결된 스위치부와 모터와의 연결을 차단할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller turns on the second switch in the charging mode so that the remaining two coils are connected in parallel to the output terminal of the coil to which the second switch is connected, and turns off the first switch to connect the switch to which the first switch is connected. The connection between the unit and the motor can be blocked.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 충전 모드에서 제1 스위치가 연결된 스위치부를 제외한 나머지 스위치부 각각의 하측 스위치를 온 시키고, 상측 스위치를 오프 시켜, 정류 회로부로부터 출력되는 전압이 제2 스위치 및 제2 스위치가 연결된 코일을 통해 나머지 두 개의 코일에 인가되도록 하여 전압을 축적시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the charging mode, the controller turns on the lower switch of each switch unit except the switch unit to which the first switch is connected and turns off the upper switch, so that the voltage output from the rectifier circuit unit is supplied to the second switch and the second switch. 2 Voltage can be accumulated by allowing it to be applied to the remaining two coils through the coil connected to the switch.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러는 충전 모드에서 나머지 스위치부 각각의 하측 스위치 및 상측 스위치를 오프 시켜 나머지 두 개의 코일에 축적된 전압이 나머지 스위치부 각각의 상측 스위치부의 바디 다이오드를 통해 상기 DC-링크 캐패시터로 인가되도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller turns off the lower switch and the upper switch of each of the remaining switch units in the charging mode so that the voltage accumulated in the remaining two coils passes through the body diode of the upper switch unit of each of the remaining switch units to the DC- It can be applied through a link capacitor.

본 발명의 실시예에 따르면, 소형 전기모터 구동장치용 통합형 인버터는 고전압 배터리의 다수의 배터리 셀 각각을 모니터링하고, 다수의 배터리 셀의 전압을 동일하게 맞추는 배터리 관리 시스템, 및 고전압 배터리로부터의 전압을 공급받고, 공급받은 전압을 감압시켜 출력하는 DC-DC 컨버터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an integrated inverter for a small electric motor drive includes a battery management system that monitors each of a plurality of battery cells of a high-voltage battery, equalizes the voltage of the plurality of battery cells, and adjusts the voltage from the high-voltage battery to the same level. It may further include at least one of a DC-DC converter that receives supply, reduces the supplied voltage, and outputs the output.

본 발명의 실시예에 따르면, DC-DC 컨버터는, 인버터의 고전압 영역에 위치하고, 고전압 배터리로부터의 전압을 강하시켜 제1 변환 전압을 출력하는 제1 감압 컨버터, 인버터의 고전압 영역과 저전압 영역에 걸쳐 위치하며, 제1 감압 컨버터로부터의 제1 변환 전압을 변환하여 제2 변환 전압을 출력하는 플라이-백 컨버터, 및 인버터의 고전압 영역 및 저전압 영역 중 적어도 하나의 영역에 위치하고, 제1 변환 전압을 강하시켜 제3 변환 전압을 출력하거나 제2 변환 전압을 강하시켜 제4 변환 전압을 출력하는 제2 감압 컨버터를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the DC-DC converter is located in the high voltage region of the inverter, and is a first step-down converter that drops the voltage from the high-voltage battery to output the first converted voltage, spanning the high-voltage region and low-voltage region of the inverter. A fly-back converter that converts the first conversion voltage from the first step-down converter and outputs a second conversion voltage, and is located in at least one of the high voltage area and the low voltage area of the inverter and drops the first conversion voltage. It may include a second step-down converter that outputs a third converted voltage or lowers the second converted voltage to output a fourth converted voltage.

위에서 언급된 과제의 해결 수단 이외의 본 발명의 다양한 예에 따른 구체적인 사항들은 아래의 기재 내용 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details according to various examples of the present invention other than the means for solving the above-mentioned problems are included in the description and drawings below.

본 명세서에서 기재된 실시예들에 따르면, 소형 전기차의 배터리 전압을 고전압화 하여 모터 구동 시 발생되는 전력손실을 낮출 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.According to the embodiments described in this specification, it is possible to provide an integrated inverter for a small electric vehicle that can lower the power loss that occurs when driving the motor by increasing the battery voltage of the small electric vehicle to a high voltage.

또한, 실시예들에 따르면, 소형 전기차의 배터리 전압을 고전압화 하여 배터리 충전 시 흐르는 충전전류를 최소화하여 고전류에 의한 발열을 낮추어 빠른 충전이 가능한 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.In addition, according to embodiments, it is possible to provide an integrated inverter for a small electric vehicle that enables fast charging by increasing the battery voltage of a small electric vehicle to a high voltage and minimizing the charging current flowing when charging the battery, thereby reducing heat generation due to the high current.

또한, 실시예들에 따르면, 모터의 3상 코일과 인버터의 3상 스위치 회로를 이용하여 충전회로를 구현할 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.Additionally, according to embodiments, an integrated inverter for a small electric vehicle that can implement a charging circuit using a three-phase coil of a motor and a three-phase switch circuit of an inverter can be provided.

또한, 실시예들에 따르면, 충전을 위한 고가 고전압의 전력반도체 소자와 고용량의 코일을 필요하지 않아 별도의 충전 어댑터가 필요한 종래 구성 대비 원가를 절감할 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.In addition, according to embodiments, an integrated inverter for a small electric vehicle can be provided that does not require expensive high-voltage power semiconductor elements and high-capacity coils for charging, thereby reducing costs compared to conventional configurations that require a separate charging adapter. .

또한, 실시예들에 따르면, 모터의 3상 코일을 이용한 충전회로를 구현하는 데에 있어서 모터 3상의 중성점을 외부로 노출시킬 필요없이 충전회로를 구성할 수 있기 때문에 부피와 비용을 줄일 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.In addition, according to embodiments, in implementing a charging circuit using the three-phase coil of the motor, the charging circuit can be configured without the need to expose the neutral point of the three phases of the motor to the outside, thereby reducing volume and cost. An integrated inverter for electric vehicles can be provided.

또한, 실시예들에 따르면, 고전압 배터리의 높은 전압을 DC-DC 컨버터를 통해서 감압하고, 플라이-백 컨버터를 통해서 절연된 10~24V를 외부 구성요소(ex, LCD, LED, USB 등)로 공급하여 사용자가 직접 높은 전압에 노출되는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.In addition, according to embodiments, the high voltage of the high-voltage battery is reduced through a DC-DC converter, and the isolated 10 to 24V is supplied to external components (e.g., LCD, LED, USB, etc.) through a fly-back converter. Thus, it is possible to provide an integrated inverter for small electric vehicles that can improve safety by preventing users from being directly exposed to high voltage.

또한, 실시예들에 따르면, DC-DC 컨버터(Converter), 모터 제어부(MCU: Motor Control Unit), 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System), 충전부(Charger)를 하나의 보드에 구성하여 소형 전기모터 구동장치 구성 비용을 낮출 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.In addition, according to embodiments, a DC-DC converter (Converter), a motor control unit (MCU: Motor Control Unit), a battery management system (BMS), and a charger (Charger) are configured on one board to create a small electric It is possible to provide an integrated inverter for small electric vehicles that can lower the cost of constructing a motor drive device.

또한, 실시예들에 따르면, 고전압부에 모터 및 충전 제어용 컨트롤러가 위치하여 각종 제어용 아날로그 신호를 절연하지 않고 직접 송수신할 수 있어 인버터 구성 비용을 줄일 수 있는 소형 전기차용 통합형 인버터를 제공할 수 있다.In addition, according to embodiments, a motor and charging control controller is located in the high voltage section, so that various control analog signals can be directly transmitted and received without isolation, thereby providing an integrated inverter for a small electric vehicle that can reduce the inverter configuration cost.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

위에서 언급된 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과의 내용은 청구범위의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구범위의 권리 범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.Since the above-mentioned contents of the problem to be solved, means of solving the problem, and effects do not specify the essential features of the claim, the scope of the claim is not limited by the matters described in the content of the invention.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명의 실시예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터에 있어서 컨트롤러, 배터리 관리 시스템 및 배터리의 사이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터의 DC-DC 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터에 있어서 모터 구동 모드 시의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 통상의 고전압 충전 회로를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터에 있어서 충전 모드 시의 동작을 설명하기 위한 도면이다.The drawings attached below are intended to aid understanding of embodiments of the present invention and provide embodiments along with detailed descriptions. However, the technical features of this embodiment are not limited to specific drawings, and the features disclosed in each drawing may be combined to form a new embodiment.
Figure 1 is a diagram showing an integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining the operation between the controller, the battery management system, and the battery in the integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the configuration of a DC-DC converter of an integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the operation in a motor drive mode in the integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a typical high-voltage charging circuit.
Figure 6 is a diagram for explaining the operation in charging mode in the integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and are known to those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.The shapes, sizes, proportions, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for explaining embodiments of the present invention are illustrative, and the present invention is not limited to the matters shown. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. When “comprises,” “has,” “consists of,” etc. mentioned in the specification are used, other parts may be added unless “only” is used. When a component is expressed in the singular, the plural is included unless specifically stated otherwise.

구성 요소를 해석함에 있어서, 오차 범위에 대한 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.When analyzing a component, the error range is interpreted to include the error range even if there is no separate explicit description of the error range.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, "상에", "상부에", "하부에", "옆에" 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, 예를 들면, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.In the case of a description of a positional relationship, for example, if the positional relationship of two parts is described as “on”, “at the top”, “at the bottom”, “next to”, etc., for example, “right away”. Alternatively, there may be one or more other parts between the two parts, unless "directly" is used.

시간 관계에 대한 설명일 경우, "후에", "이어서", "다음에", "전에" 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.In the case of a description of a temporal relationship, if a temporal relationship is described with “after,” “sequentially,” “next,” “before,” etc., if it is not continuous unless “immediately” or “immediately” is used. It may also be included.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.Although first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데에 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 간접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있는 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the components are not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but indirectly unless specifically stated otherwise. It should be understood that other components may be “interposed” between each component that can be connected or connected.

"적어도 하나"는 연관된 구성요소의 하나 이상의 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들면, "제1, 제2, 및 제3 구성요소의 적어도 하나"의 의미는 제1, 제2, 또는 제3 구성요소뿐만 아니라, 제1, 제2, 및 제3 구성요소의 두 개 이상의 모든 구성요소의 조합을 포함한다고 할 수 있다. “At least one” should be understood to include any combination of one or more of the associated components. For example, “at least one of the first, second, and third components” means not only the first, second, or third component, but also two of the first, second, and third components. It can be said to include a combination of all or more components.

본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present specification can be combined or combined with each other, partially or entirely, and various technological interconnections and operations are possible, and each embodiment may be implemented independently of each other or together in a related relationship. It may be possible.

이하, 첨부된 도면 및 실시예를 통해 본 발명의 실시예를 살펴보면 다음과 같다. 도면에 도시된 구성요소들의 스케일은 설명의 편의를 위해 실제와 다른 스케일을 가지므로, 도면에 도시된 스케일에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be examined through the attached drawings and examples. The scale of the components shown in the drawings is different from the actual scale for convenience of explanation, and is therefore not limited to the scale shown in the drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, an integrated inverter for a small electric vehicle that removes the neutral point of a charging motor according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 인버터를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 인버터(이하, 인버터)는 이륜 전기차, 농업용 기계 및 전기차, 20kW 이하 카트 등의 소형 전기차의 모터를 구동시키고, 외부 전원을 이용하여 소형 전기차의 배터리를 충전시키기 위해 소형 전기차에 구현될 수 있으며, 외부 전원(AC)을 이용한 충전 시 모터 3상의 중성점을 외부로 연결시키는 것을 필요로 하지 않는다.Referring to FIG. 1, an inverter for a small electric vehicle (hereinafter referred to as an inverter) according to an embodiment of the present invention drives the motor of a small electric vehicle such as a two-wheeled electric vehicle, agricultural machinery and electric vehicle, and a cart of 20 kW or less, and uses an external power source to drive a small electric vehicle. It can be implemented in a small electric vehicle to charge the battery of an electric vehicle, and when charging using an external power source (AC), it is not necessary to connect the neutral point of the three phases of the motor to the outside.

본 발명의 실시예에 따른 인버터는 컨트롤러(MCU/CCU)(100), 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)(200), DC-DC 컨버터(300), 스위칭 회로부(400), 정류 회로부(500), 신호 절연부(signal isolator)(600)를 포함할 수 있으며, 인버터의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.The inverter according to an embodiment of the present invention includes a controller (MCU/CCU) 100, a battery management system (BMS) 200, a DC-DC converter 300, a switching circuit 400, and a rectifier circuit ( 500) and a signal isolator 600, but the configuration of the inverter is not limited thereto.

본 발명의 실시예에 따르면, 컨트롤러(100), 배터리 관리 시스템(200), DC-DC 컨버터(300), 및 스위칭 회로부(400)는 하나의 보드 상에 구현될 수 있다. 또한, 정류 회로부(500) 및 신호 절연부(600)도 컨트롤러(100), 배터리 관리 시스템(200), DC-DC 컨버터(300), 및 스위칭 회로부(400)가 구현된 하나의 보드 상에 구현될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the controller 100, battery management system 200, DC-DC converter 300, and switching circuit unit 400 may be implemented on one board. In addition, the rectifier circuit 500 and the signal isolation unit 600 are also implemented on one board on which the controller 100, battery management system 200, DC-DC converter 300, and switching circuit 400 are implemented. It can be.

본 발명의 실시예에 따르면, 인터버는 저전압 영역(LVA: Low Voltage Area)과 고전압 영역(HVA: High Voltage Area)으로 구분될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the inverter may be divided into a low voltage area (LVA) and a high voltage area (HVA).

컨트롤러(100), 배터리 관리 시스템(200), 스위칭 회로부(400), 정류 회로부(500)는 고전압 영역(HVA)에 위치하여 고전압 배터리(HVB: High Voltage Battery)와 동일하게 고전압 그라운드(HVG)를 공유할 수 있고, 신호 절연부(600)는 저전압 그라운드(LVG)와 고전압 그라운드(HVG) 모두에 접속될 수 있다. The controller 100, battery management system 200, switching circuit 400, and rectifier circuit 500 are located in the high voltage area (HVA) and are connected to the high voltage ground (HVG) like a high voltage battery (HVB). It can be shared, and the signal isolation unit 600 can be connected to both the low voltage ground (LVG) and the high voltage ground (HVG).

한편, DC-DC 컨버터(300)는 저전압 영역(LVA)과 고전압 영역(HVA) 사이에 위치하여, 고전압 영역(HVA)에 위치하는 1차측 구성요소들은 고전압 그라운드(HVG)에 접속되고, 저전압 영역(LVA)에 위치하는 2차측 구성요소들은 저전압 그라운드(LVG)에 접속될 수 있다.Meanwhile, the DC-DC converter 300 is located between the low voltage area (LVA) and the high voltage area (HVA), and the primary components located in the high voltage area (HVA) are connected to the high voltage ground (HVG), and the low voltage area (HVA) is connected to the high voltage ground (HVG). Secondary components located at (LVA) may be connected to low voltage ground (LVG).

사용자의 감전사고 등을 방지하기 위하여 저전압 영역(LVA)과 고전압 영역(HVA)은 절연되며, 저전압 영역(LVA)과 고전압 영역(HVA) 사이에서 송수신되는 신호는 고전압 영역(HVA)과 저전압 영역 사이(LVA)의 신호 절연부(600)를 통해 송수신될 수 있다.To prevent electric shock to users, the low-voltage area (LVA) and the high-voltage area (HVA) are insulated, and signals transmitted and received between the low-voltage area (LVA) and the high-voltage area (HVA) are transmitted between the high-voltage area (HVA) and the low-voltage area. It can be transmitted and received through the signal isolation unit 600 of (LVA).

본 발명의 실시예에 따른 인버터는 고전압 배터리(HVB)의 전압을 이용하여 모터(M)를 구동시키는 한편, 외부 전원(AC)을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있다. 구분을 위해, 고전압 배터리(HVB)으로부터 공급되는 전압을 배터리 전압이라 하고, 외부 전원(AC)으로부터 공급되는 전압을 외부 전압이라 할 수 있다.The inverter according to an embodiment of the present invention can drive the motor (M) using the voltage of the high-voltage battery (HVB) while charging the high-voltage battery (HVB) using an external power source (AC). For distinction, the voltage supplied from the high voltage battery (HVB) may be referred to as the battery voltage, and the voltage supplied from the external power source (AC) may be referred to as the external voltage.

인버터가 고전압 배터리(HVB)를 이용하여 모터(M)를 구동시키는 경우, 고전압 배터리(HVB)의 전압은 스위칭 회로부(400)를 거쳐 모터(M)에 인가될 수 있다.When the inverter drives the motor (M) using the high voltage battery (HVB), the voltage of the high voltage battery (HVB) may be applied to the motor (M) through the switching circuit unit 400.

인버터가 외부 전원(AC)을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시키는 경우, 외부 전원(AC)은 정류 회로부(500), 모터(M) 및 스위칭 회로부(400)를 거쳐 고전압 배터리(HVB)로 공급될 수 있다.When the inverter charges the high-voltage battery (HVB) using an external power source (AC), the external power source (AC) passes through the rectifier circuit 500, motor (M), and switching circuit 400 to the high-voltage battery (HVB). can be supplied.

본 발명의 실시예에 따르면, 고전압 배터리(HVB)는 직렬 연결된 다수의 배터리 셀로 구성될 수 있고, 모터(M)에는 3상(U상, V상, W상) 코일이 구비될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the high voltage battery (HVB) may be composed of a plurality of battery cells connected in series, and the motor (M) may be equipped with a three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) coil.

3상 코일(LU, LV, LW) 중 하나의 코일(LV)과 스위칭 회로부(400) 사이에는 제1 스위치(S1)가 연결되고, 이와 대응되게, 3상 코일(LU, LV, LW) 중 하나의 코일(LV)과 정류 회로부(500)의 (+)단자 사이에는 제2 스위치(S2)가 연결되며, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 컨트롤러(100)의 제어에 따라 스위칭 되어 온 또는 오프 될 수 있다. A first switch (S1) is connected between one of the three-phase coils (L U , L V , L W ) and the switching circuit unit 400, and correspondingly , a three-phase coil (L U , A second switch ( S2 ) is connected between one of the coils (L V ) and the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500, and the first and second switches (S1, S2) are connected to the controller. It can be switched on or off according to the control of (100).

본 실시예에서는, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 3상 코일(LU, LV, LW) 중 V상 코일(LV)에 연결된 것이 예시되나, 이에 한정되는 것은 아니며, U상 코일(LU) 또는 W상 코일(LW)에 연결될 수도 있다.In this embodiment, the first and second switches (S1, S2) are connected to the V-phase coil (L V ) among the three-phase coils (L U , L V , L W ), but are not limited thereto. It may be connected to a U-phase coil (L U ) or a W-phase coil (L W ).

컨트롤러(100)는 모드에 따라 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 제어하며, 모터(M)를 구동시키는 모터 구동 모드에서는 제1 스위치(S1)를 온 시키고 제2 스위치(S2)를 오프 시켜, 모터(M)와 정류 회로부(500)가 연결되지 않도록 함으로써 모터(M)에 의해 발생하는 전력에 의해 정류 회로부(500)가 영향을 받지 않도록 할 수 있다.The controller 100 controls the first and second switches (S1, S2) according to the mode, and in the motor driving mode in which the motor (M) is driven, the first switch (S1) is turned on and the second switch (S2) is turned on. By turning it off, the motor (M) and the rectifier circuit unit 500 are not connected, thereby preventing the rectifier circuit unit 500 from being affected by the power generated by the motor (M).

그리고, 컨트롤러(100)는 외부 전원(AC)을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시키는 충전 모드에서는 제1 스위치(S1)를 오프 시키고 제2 스위치(S2)를 온 시켜 모터(M)와 정류 회로부(500)를 연결시켜 외부 전원(AC)이 정류 회로부(500)를 통해 모터(M)로 인가되도록 할 수 있다.And, in the charging mode that charges the high voltage battery (HVB) using an external power source (AC), the controller 100 turns off the first switch (S1) and turns on the second switch (S2) to perform commutation with the motor (M). The circuit unit 500 can be connected to allow external power (AC) to be applied to the motor (M) through the rectifier circuit unit 500.

예를 들어, 컨트롤러(100)는 모드에 따른 동작을 하지 않는 경우에는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 모두 오프 시킬 수 있다.For example, when the controller 100 does not operate according to the mode, it can turn off both the first and second switches S1 and S2.

고전압 배터리(HVB)는 모터(M) 구동 시에 스위칭 회로부(400)를 통해 모터(M)로 구동 전압을 공급할 수 있으며, 외부 전원(AC) 또는 모터(M)로부터의 전압을 공급받아 충전될 수 있다.The high voltage battery (HVB) can supply driving voltage to the motor (M) through the switching circuit unit 400 when the motor (M) is driven, and can be charged by receiving voltage from an external power source (AC) or the motor (M). You can.

3상 모터(M)가 회전 시 역기전력에 의해서 교류 전압이 발생되고, 스위칭 회로부(400)에 의해 직류 전압으로 변환되어 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있으며, 이를 회생제동이라고 한다.When the three-phase motor (M) rotates, alternating current voltage is generated by back electromotive force, and is converted to direct current voltage by the switching circuit unit 400 to charge the high voltage battery (HVB), which is called regenerative braking.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 3상 모터(M)와 스위칭 회로부(400)를 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있기 때문에, 고전압 배터리(HVB)의 충전을 위한 고가 고전압의 전력반도체 소자와 고용량의 코일을 필요로 하지 않아 충전 어댑터가 필요한 종래 구성 대비 원가를 절감할 수 있다.As such, according to an embodiment of the present invention, the high-voltage battery (HVB) can be charged using the three-phase motor (M) and the switching circuit unit 400, so that high-cost high voltage for charging the high-voltage battery (HVB) can be charged. Because it does not require power semiconductor elements and high-capacity coils, costs can be reduced compared to conventional configurations that require a charging adapter.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 3상 코일(LU, LV, LW) 중 하나의 코일과 스위칭 회로부(400) 사이 및 정류 회로부(500)의 (+)단자 사이에 연결되는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 모드에 따라 제어하여 충전회로를 구현할 수 있으며, 따라서, 충전회로를 구현하기 위해 모터 3상의 중성점을 외부와 연결시킬 필요 없기 때문에 부피와 비용을 줄일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a second coil connected between one of the three-phase coils (L U , L V , L W ) and the switching circuit unit 400 and the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500 The charging circuit can be implemented by controlling the 1st and 2nd switches (S1, S2) according to the mode. Therefore, there is no need to connect the neutral point of the three phases of the motor to the outside to implement the charging circuit, thereby reducing volume and cost. .

본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(100)는 모터(M)의 구동을 제어하는 모터 제어부(MCU: Motor Control Unit)의 역할과, 고전압 배터리(HVB)를 충전시키는 충전 제어부(CCU: Charge Control Unit)의 역할을 겸할 수 있다.The controller 100 according to an embodiment of the present invention serves as a motor control unit (MCU) that controls the driving of the motor (M) and a charge control unit (CCU: Charge Control Unit) that charges the high voltage battery (HVB). ) can also serve as a role.

모터 제어부(MCU)로서의 컨트롤러(100)는 상위 장치(ex, 소형 전기차의 시동 장치)로부터 시동과 관련된 신호(ex, 시동 온 신호)를 수신하면 모터 구동 모드로 진입하고, 소형 전기차의 시동 온 상태에서 상위 장치(ex, 소형 전기차의 가속 장치)로부터 가속과 관련된 신호(ex, 가속 신호)가 수신되면 가속 신호에 따라 모터(M)를 구동시키고, 가속 신호가 수신되지 않으면 모터(M)의 회생제동에 의해 발생하는 전압을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있다.When the controller 100 as a motor control unit (MCU) receives a signal related to starting (e.g., ignition on signal) from a higher level device (e.g., starting device of a small electric vehicle), it enters the motor drive mode and enters the ignition on state of the small electric vehicle. When an acceleration-related signal (ex, acceleration signal) is received from the upper device (ex, acceleration device of a small electric vehicle), the motor (M) is driven according to the acceleration signal, and if the acceleration signal is not received, the motor (M) is regenerated. The high voltage battery (HVB) can be charged using the voltage generated by braking.

충전 제어부(CCC)로서의 컨트롤러(100)는 시동 오프 신호를 수신하거나, 시동 온 신호를 수신하지 않은 상태, 즉 소형 전기차의 시동이 오프인 상태에서 외부 전원(AC)이 연결되면 충전 모드로 진입하고, 외부 전원(AC)으로부터 공급되는 외부 전압을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있다.The controller 100 as a charging control unit (CCC) enters the charging mode when an external power source (AC) is connected when an ignition off signal is received or when an ignition on signal is not received, that is, when the ignition of the small electric vehicle is off. , the high voltage battery (HVB) can be charged using an external voltage supplied from an external power source (AC).

예를 들어, 컨트롤러(100)는 고전압 배터리(HVB)의 충전을 위한 충전 단자에 외부 전원(AC)의 플러그가 삽입되었는지를 감지하고, 플러그가 충전 단자에 삽입된 경우 충전 모드로 진입할 수 있다.For example, the controller 100 may detect whether the plug of an external power source (AC) is inserted into a charging terminal for charging a high voltage battery (HVB), and enter the charging mode when the plug is inserted into the charging terminal. .

컨트롤러(100)는 스위칭 회로부(400)를 제어하여 고전압 배터리(HVB)로부터의 전압이 모터(M)로 공급되도록 하거나, 모터(M)의 회전 시 발생하는 전압이 고전압 배터리(HVB)로 공급되도록 하거나, 외부 전원(AC)의 전압이 고전압 배터리(HVB)로 공급되도록 할 수 있다.The controller 100 controls the switching circuit unit 400 so that the voltage from the high voltage battery (HVB) is supplied to the motor (M), or the voltage generated when the motor (M) rotates is supplied to the high voltage battery (HVB). Alternatively, the voltage of the external power source (AC) can be supplied to the high voltage battery (HVB).

모터 구동 모드에 따른 모터(M)의 구동 및 충전 모드에 따른 고전압 배터리(HVB)의 충전에 대해서는 후술하도록 한다.Driving the motor M according to the motor driving mode and charging the high voltage battery (HVB) according to the charging mode will be described later.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터에 있어서 컨트롤러, 배터리 관리 시스템 및 배터리의 사이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram for explaining the operation between the controller, the battery management system, and the battery in the integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 관리 시스템(200)은 고전압 배터리(HVB)의 배터리 셀의 전압을 모니터링하고, 배터리 셀의 전압을 동일하게 맞추는 역할을 하는 것으로, 집적 회로(IC: Integrated Circuit) 형태로 구현될 수 있으며, 배터리 배런싱 직접회로(battery balancing IC)로 표현될 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the battery management system 200 monitors the voltage of the battery cells of a high voltage battery (HVB) and serves to equalize the voltage of the battery cells, and uses an integrated circuit (IC). ) and can be expressed as a battery balancing IC.

이를 위해, 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 셀 각각의 (+)단자 및 (-)단자에 출력선을 통해 연결되어 배터리 셀 각각의 전압을 측정할 수 있다.To this end, the battery management system 200 is connected to the (+) terminal and (-) terminal of each battery cell through an output line and can measure the voltage of each battery cell.

배터리 관리 시스템(200)은 컨트롤러(100)와의 통신을 통해 고전압 배터리(HVB)의 현재 상태 정보를 컨트롤러(100)로 전달하고, 컨트롤러(100)로부터의 밸런스 목표 값 등을 수신할 수 있다.The battery management system 200 may transmit current state information of the high voltage battery (HVB) to the controller 100 through communication with the controller 100 and receive a balance target value, etc. from the controller 100.

예를 들어, 고전압 배터리(HVB)는 팩(pack) 형태로 구현될 수 있으며, 팩 내에 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 상태로 배치되어 고전압을 출력할 수 있다. 배터리 셀의 (+)단자 및 (-)단자는 출력선을 통해 배터리 관리 시스템(200)과 연결될 수 있으며, 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도 센서(TS: Temperature Sensor)가 팩 형태의 고전압 배터리(HVB)에 내장되어 컨트롤러(100)와 연결되어, 측정된 온도를 컨트롤러(100)로 전달할 수 있다.For example, a high voltage battery (HVB) may be implemented in the form of a pack, and a plurality of battery cells within the pack may be arranged in series and output high voltage. The (+) terminal and (-) terminal of the battery cell can be connected to the battery management system 200 through an output line, and a temperature sensor (TS: Temperature Sensor) that measures the temperature of the battery cell is a high voltage battery in the form of a pack ( It is built into the HVB) and connected to the controller 100, so that the measured temperature can be transmitted to the controller 100.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터의 DC-DC 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the configuration of a DC-DC converter of an integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

DC-DC 컨버터(300)는 고전압 배터리(HVB)로부터의 전압을 공급받고, 공급받은 전압을 감압시켜 출력하며, DC-DC 컨버터(300)에 의해 감압되는 비율은 기 설정되는 바에 따라 다를 수 있다.The DC-DC converter 300 receives voltage from a high-voltage battery (HVB), reduces the voltage supplied, and outputs it. The rate of decompression by the DC-DC converter 300 may vary depending on the preset value. .

도 1 및 도 3을 참조하면, DC-DC 컨버터(300)는 제1 강압 컨버터(step down converter)(310), 및 플라이-백 컨버터(flyback converter)(320)를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 제2 강압 컨버터(step down converter)(330)를 더 포함할 수 있다.1 and 3, the DC-DC converter 300 may include a first step down converter 310 and a flyback converter 320, and at least one It may further include a second step down converter (step down converter) 330.

DC-DC 컨버터(300)는 컨트롤러(100)의 제어에 따라 온 또는 오프 상태가 되는 제3 스위치(S3)를 구비하며, 제3 스위치(S3)가 온 되면 고전압 배터리(HVB)와 연결되고, 제3 스위치(S3)가 오프 되면 고전압 배터리(HVB)와의 연결이 해제된다.The DC-DC converter 300 has a third switch (S3) that is turned on or off under the control of the controller 100, and when the third switch (S3) is turned on, it is connected to the high voltage battery (HVB), When the third switch (S3) is turned off, the connection with the high voltage battery (HVB) is released.

제3 스위치(S3)가 온 되면, 제1 강압 컨버터(310)는 고전압 배터리(HVB)로부터 공급되는 전압을 강하시켜 제1 변환 전압을 출력하고, 플라이-백 컨버터(320)는 제1 감압 컨버터(310)로부터의 제1 변환 전압을 변환하여 제2 변환 전압을 출력할 수 있다.When the third switch (S3) is turned on, the first step-down converter 310 lowers the voltage supplied from the high-voltage battery (HVB) to output the first converted voltage, and the fly-back converter 320 is the first step-down converter. The first converted voltage from 310 can be converted to output the second converted voltage.

제1 강압 컨버터(310)는 인버터의 고전압 영역(HVA)에 위치하고, 플라이-백 컨버터(320)는 인버터의 고전압 영역(HVA)과 저전압 영역(LVA)에 걸쳐 위치하며, 제1 강압 컨버터(310)로부터 출력되는 전압(제1 변환 전압)과, 플라이-백 컨버터(320)에 의해 출력되는 전압(제2 변환 전압)은 플라이-백 컨버터(320)에 의해 분리 및 절연될 수 있다.The first step-down converter 310 is located in the high-voltage area (HVA) of the inverter, and the fly-back converter 320 is located across the high-voltage area (HVA) and low-voltage area (LVA) of the inverter, and the first step-down converter 310 ) The voltage (first converted voltage) output from ) and the voltage (second converted voltage) output by the fly-back converter 320 may be separated and insulated by the fly-back converter 320.

예를 들어, 제1 강압 컨버터(310)는 고전압 배터리(HVB)로부터의 전압을 강하시켜 15V를 출력할 수 있고, 플라이-백 컨버터(320)는 제1 강압 컨버터(310)로부터 출력되는 15V을 입력 받아 10V~24V로 변환하여 출력할 수 있으며, 출력된 10V-24V는 소형 전기차의 외부 라이트나 고전력 기기의 전원으로 공급될 수 있다.For example, the first step-down converter 310 can output 15V by dropping the voltage from the high-voltage battery (HVB), and the fly-back converter 320 can output 15V from the first step-down converter 310. The input can be converted to 10V~24V and output, and the output 10V-24V can be supplied as an external light of a small electric car or as a power source for high-power devices.

제2 강압 컨버터(330)는 인버터의 고전압 영역(HVA) 및 저전압 영역(LVA) 중 적어도 하나의 영역에 위치할 수 있으며, 제1 강압 컨버터(310)로부터 출력되는 제1 변환 전압을 강하시켜 제3 변환 전압을 출력하거나, 플라이-백 컨버터(320)로부터 출력되는 제2 변환 전압을 강하시켜 제4 변환 전압을 출력할 수 있다.The second step-down converter 330 may be located in at least one of the high-voltage area (HVA) and the low-voltage area (LVA) of the inverter, and lowers the first conversion voltage output from the first step-down converter 310 to convert the 3 converted voltages can be output, or the fourth converted voltage can be output by dropping the second converted voltage output from the fly-back converter 320.

제2 강압 컨버터(330-1, 330-2)에 의해 출력되는 제3 변환 전압 또는 제4 변환 전압은 소형 전기차의 로직 IC의 구동이나, 외부 USB 케이블 충전을 위해 이용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The third or fourth conversion voltage output by the second step-down converter (330-1, 330-2) can be used to drive the logic IC of a small electric vehicle or to charge an external USB cable, but is limited thereto. That is not the case.

예를 들어, 고전압 영역(HVA)에 위치하는 제2 강압 컨버터(330-1), 및 저전압 영역(LVA)에 위치하는 제2 강압 컨버터(330-2)는 3.3V 및 5V를 출력할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the second step-down converter 330-1 located in the high voltage area (HVA) and the second step-down converter 330-2 located in the low voltage area (LVA) can output 3.3V and 5V. , but is not limited to this.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터에 있어서 모터 구동 모드 시의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining the operation in a motor drive mode in the integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 4를 참조하면, 스위칭 회로부(400)는 고전압 배터리(HVB)의 (+)단자와 고전압 그라운드(HVG) 사이에 병렬로 연결되는 제1 내지 제3 스위치부(410, 420, 430)로 구성될 수 있으며, 제1 내지 제3 스위치부(410, 420, 430) 각각은 모터(M)의 U상 코일(LU), V상 코일(LV), W상 코일(LW) 각각과 연결될 수 있다.1 and 4, the switching circuit unit 400 includes first to third switch units 410, 420, and 430 connected in parallel between the (+) terminal of the high voltage battery (HVB) and the high voltage ground (HVG). ), and the first to third switch units 410, 420, and 430 each have a U-phase coil (L U ), a V-phase coil (L V ), and a W-phase coil (L W ) of the motor (M). ) can be connected to each.

제1 내지 제3 스위치부(410, 420, 430) 각각은 직렬로 연결되는 2개의 스위치(SUH, SUL)(SVH, SVL)(SWH, SWL)로 구성될 수 있으며, 제1 스위치부(410)의 상측 스위치(SUH)와 하측 스위치(SUL) 사이의 노드(n1)가 모터(M)의 U상 코일(LU)과 연결되고, 제2 스위치부(420)의 상측 스위치(SVH)와 하측 스위치(SVL) 사이의 노드(n2)가 모터(M)의 V상 코일(LV)과 연결되고, 제3 스위치부(430)의 상측 스위치(SWH)와 하측 스위치(SWL) 사이의 노드(n3)가 모터(M)의 W상 코일(LW)과 연결될 수 있다.Each of the first to third switch units 410, 420, and 430 may be composed of two switches (S UH , S UL ) (S VH , S VL ) (S WH , S WL ) connected in series, The node (n1) between the upper switch (S UH ) and the lower switch (S UL ) of the first switch unit 410 is connected to the U-phase coil (L U ) of the motor (M), and the second switch unit 420 ), the node (n2) between the upper switch (S VH ) and the lower switch (S VL ) is connected to the V-phase coil (L V ) of the motor (M), and the upper switch (S The node (n3) between WH ) and the lower switch (S WL ) may be connected to the W-phase coil (L W ) of the motor (M).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 회로부(400)는 6개의 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL)로 구성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 6개의 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL) 각각은 컨트롤러(100)로부터의 스위치 제어신호(또는 스위칭 신호)에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.As such, the switching circuit unit 400 according to an embodiment of the present invention may be composed of six switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , and S WL ), but is not limited thereto. Each of the six switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , and S WL ) may be turned on or off in response to a switch control signal (or switching signal) from the controller 100.

본 실시예에 따르면, 제1 스위치(S1)는 스위칭 회로부(400)의 제2 스위치부(420)의 노드(제2 노드)(n2)와 V상 코일(LV) 사이에 연결되고, 제2 스위치(S2)는 정류 회로부(500)의 (+)단자와 V상 코일(LV) 사이에 연결될 수 있다. According to this embodiment, the first switch (S1) is connected between the node (second node) (n2) of the second switch unit 420 of the switching circuit unit 400 and the V-phase coil (L V ), 2 The switch (S2) may be connected between the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500 and the V-phase coil (L V ).

실시예에 따라, 제1 스위치(S1)는 스위칭 회로부(400)의 제1 스위치부(410)의 노드(제1 노드)(n1)와 U상 코일(LU) 사이에 연결되고, 제2 스위치(S2)는 정류 회로부(500)의 (+)단자와 U상 코일(LU) 사이에 연결될 수 있다.According to the embodiment, the first switch (S1) is connected between the node (first node) (n1) of the first switch unit 410 of the switching circuit unit 400 and the U-phase coil (L U ), and the second The switch S2 may be connected between the (+) terminal of the rectifier circuit 500 and the U-phase coil (L U ).

실시예에 따라, 제1 스위치(S1)는 스위칭 회로부(400)의 제3 스위치부(430)의 노드(제3 노드)(n3)와 W상 코일(LW) 사이에 연결되고, 제2 스위치(S2)는 정류 회로부(500)의 (+)단자와 W상 코일(LW) 사이에 연결될 수 있다.According to the embodiment, the first switch (S1) is connected between the node (third node) (n3) of the third switch unit 430 of the switching circuit unit 400 and the W-phase coil (L W ), and the second The switch S2 may be connected between the (+) terminal of the rectifier circuit 500 and the W-phase coil (L W ).

이와 같이, 제1 스위치(S1)는 제1 스위치부(410)와 U상 코일(LU)의 사이, 제2 스위치부(420)와 V상 코일(LV)의 사이, 및 제3 스위치부(430)와 W상 코일(LW)의 사이 중 한 곳에 연결될 수 있고, 이와 대응되게, 제2 스위치(S2)는 정류 회로부(500)의 (+)단자와 V상 코일(LV) 사이, 정류 회로부(500)의 (+)단자와 U상 코일(LU) 사이, 및 정류 회로부(500)의 (+)단자와 W상 코일(LW) 사이 중 한 곳에 연결될 수 있다.In this way, the first switch (S1) is between the first switch unit 410 and the U-phase coil (L U ), between the second switch unit 420 and the V-phase coil (L V ), and the third switch. It can be connected to one of the parts 430 and the W-phase coil (L W ), and correspondingly, the second switch (S2) is connected to the (+) terminal of the rectifier circuit part 500 and the V-phase coil (L V ). It may be connected to one of the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500 and the U-phase coil (L U ), and between the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500 and the W-phase coil (L W ).

모터 구동 모드에서, 컨트롤러(100)는 제1 스위치(S1)를 온 시켜 모터(M)와 스위칭 회로부(400)를 연결시키고, 제2 스위치(S2)를 오프 시켜 모터(M)와 정류 회로부(500) 사이의 연결을 차단하게 된다. 모터 구동 모드에서 제1 스위치(S1)가 오프 상태인 경우에 V상 전류가 흐르지 않기 때문에 모터(M)가 정상 동작을 하지 못하며, 탈조 현상이 발생할 수 있고, 과전류로 인한 인버터 스위치 소자의 소손이 발생할 수 있다.In the motor driving mode, the controller 100 turns on the first switch (S1) to connect the motor (M) and the switching circuit unit 400, and turns off the second switch (S2) to connect the motor (M) and the commutation circuit unit ( 500) is blocked. When the first switch (S1) is in the off state in the motor drive mode, the V-phase current does not flow, so the motor (M) cannot operate normally, a step-out phenomenon may occur, and the inverter switch element may be damaged due to overcurrent. It can happen.

스위칭 회로부(400)의 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL) 각각은 트랜지스터와 바디 다이오드를 포함할 수 있으며, 트랜지스터는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT), 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Each of the switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , and S WL ) of the switching circuit unit 400 may include a transistor and a body diode, and the transistor is an insulated gate bipolar mode transistor. , IGBT), or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), but is not limited thereto.

스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL) 각각의 트랜지스터는 컨트롤러(100)로부터의 스위치 제어신호(또는 스위칭 신호)에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있으며, 트랜지스터를 흐르는 전류의 방향과 바디 다이오드를 흐르는 전류의 방향은 반대이다.Each transistor of the switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , S WL ) may be turned on or off in response to a switch control signal (or switching signal) from the controller 100, The direction of the current flowing through the transistor and the direction of the current flowing through the body diode are opposite.

모터(M)를 구동시키는 경우, 고전압 배터리(HVB)의 전압은 고전압 배터리(HVB)에 병렬로 연결된 DC-링크 캐패시터(C1)를 통해 스위칭 회로부(400)로 공급되고, 스위칭 회로부(400)는 컨트롤러(100)의 제어에 따라 턴 온 및 턴 오프 동작하여, 고전압 배터리(HVB)로부터 공급되는 전압에 상응하는 교류 전류를 모터(M)로 출력하여 모터(M)를 구동시킬 수 있다.When driving the motor (M), the voltage of the high-voltage battery (HVB) is supplied to the switching circuit unit 400 through the DC-link capacitor (C1) connected in parallel to the high-voltage battery (HVB), and the switching circuit unit 400 By turning on and turning off operations under the control of the controller 100, an alternating current corresponding to the voltage supplied from the high voltage battery (HVB) can be output to the motor (M) to drive the motor (M).

DC-링크 캐패시터(C1)는 모터(M)를 구동시키는 경우에 고전압 배터리(HVB)로부터의 전압을 안정적으로 스위칭 회로부(400)로 공급하며, 고전압 배터리(HVB)를 충전시키는 경우, 스위칭 회로부(400)로부터 공급되는 전압을 축적하여 고전압 배터리(HVB)로 공급할 수 있다.The DC-link capacitor (C1) stably supplies the voltage from the high-voltage battery (HVB) to the switching circuit unit 400 when driving the motor (M), and when charging the high-voltage battery (HVB), the switching circuit unit ( The voltage supplied from 400) can be accumulated and supplied to a high voltage battery (HVB).

예를 들어, 제1 스위치부(410)로부터 출력되는 전류는 U상 코일(LU)로 인가되고, 제2 스위치부(420)로부터 출력되는 전류는 V상 코일(LV)로 인가되고, 제3 스위치부(430)로부터 출력되는 전류는 W상 코일(LW)로 인가될 수 있다.For example, the current output from the first switch unit 410 is applied to the U-phase coil (L U ), and the current output from the second switch unit 420 is applied to the V-phase coil (L V ), The current output from the third switch unit 430 may be applied to the W-phase coil (L W ).

모터(M)가 발전에 이용되는 경우, 스위칭 회로부(400)는 모터(M)로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 DC-링크 캐패시터(C1)로 출력하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있으며, 컨트롤러(100)는 스위칭 회로부(400)의 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL)를 턴 오프 시켜, 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL)의 바디 다이오드에 의하여 정류 회로가 형성되도록 할 수 있다.When the motor (M) is used for power generation, the switching circuit unit 400 rectifies the alternating current output from the motor (M) and outputs the rectified current to the DC-link capacitor (C1) to power the high voltage battery (HVB). It can be charged, and the controller 100 turns off the switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , S WL ) of the switching circuit unit 400 to turn off the switches (S UH , S UL , S A rectifier circuit can be formed by the body diode ( VH , S VL , S WH , S WL ).

예를 들어, 모터(M)가 회전하면 UVW상 코일(LU, LV, LW)과 영구자석 사이의 자기적 상호 작용에 의하여 UVW상 코일(LU, LV, LW)에 기전력이 발생하며, 기전력에 의하여 UVW상 코일(LU, LV, LW)로부터 스위칭 회로부(400)로 교류 전류가 공급될 수 있다. 이때, 스위칭 회로부(400)의 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL)가 오프 되면, 스위치(SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL)의 바디 다이오드로 인하여 다이오드 브리지가 형성되며, 바디 다이오드의 다이오드 브리지는 교류 전류를 정류할 수 있다.For example, when the motor (M) rotates, an electromotive force is generated in the UVW phase coils (L U , L V , L W ) due to magnetic interaction between the UVW phase coils (L U , L V , L W ) and the permanent magnets. This occurs, and alternating current can be supplied from the UVW phase coils (L U , L V , L W ) to the switching circuit unit 400 by electromotive force. At this time, when the switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , S WL ) of the switching circuit unit 400 are turned off, the switches (S UH , S UL , S VH , S VL , S WH , S A diode bridge is formed due to the body diode of WL ), and the diode bridge of the body diode can rectify alternating current.

도 5는 통상의 고전압 충전 회로를 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소형 전기차용 통합형 인버터에 있어서 충전 모드 시의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 shows a typical high-voltage charging circuit, and Figure 6 is a diagram for explaining the operation in charging mode in the integrated inverter for a small electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 6의 충전 모드 시의 소형 전기차용 통합형 인버터는 도 5의 고전압 충전 회로와 같이 동작할 수 있다.The integrated inverter for a small electric vehicle in the charging mode of FIG. 6 can operate like the high-voltage charging circuit of FIG. 5.

도 6의 충전 모드 시의 소형 전기차용 통합 인버터를 설명하기에 앞서 도 5를 참조하여 통상의 고전압 충전 회로에 대해서 살펴보면, 고전압 충전 회로(또는 승압 컨버터)는 입력측(VIN)과 출력측(VOUT) 사이에 직렬로 연결되는 인덕터(L)와 다이오드(D), 인덕터(L)와 다이오드(D) 사이에서 입력측(VIN) 및 출력측(VOUT)과 병렬로 연결되는 스위치(S), 및 다이오드(D)와 출력측(VOUT) 사이에서 입력측(VIN) 및 출력측(VOUT)과 병렬로 연결되는 캐패시터(C)로 구성될 수 있다.Before explaining the integrated inverter for a small electric vehicle in the charging mode of FIG. 6, looking at a typical high-voltage charging circuit with reference to FIG. 5, the high-voltage charging circuit (or boost converter) has an input side (V IN ) and an output side (V OUT) . ) an inductor (L) and a diode (D) connected in series between the inductor (L) and a diode (D), a switch (S) connected in parallel with the input side (V IN ) and the output side (V OUT ), and It may be composed of a capacitor (C) connected in parallel with the input side (V IN ) and the output side (V OUT ) between the diode (D) and the output side (V OUT ).

도 5의 구성에서, 스위치(S)가 온 되면 인덕터(L)에 입력 전압(VIN)이 축적되고, 이후 스위치(S)가 오프 되면 인덕터(L)에 축적된 전압이 다이오드(D)를 통해 캐패시터(C)에 저장되는 과정이 반복되면 입력 전압(VIN)보다 높은 출력 전압(VOUT)을 얻을 수 있다.In the configuration of FIG. 5, when the switch (S) is turned on, the input voltage (V IN ) is accumulated in the inductor (L), and then when the switch (S) is turned off, the voltage accumulated in the inductor (L) acts on the diode (D). If the storage process in the capacitor (C) is repeated, an output voltage (V OUT ) higher than the input voltage (V IN ) can be obtained.

도 1, 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, 컨트롤러(100)는 시동 오프 신호를 수신하거나, 시동 온 신호를 수신하지 않은 상태, 즉 시동이 오프인 상태에서 외부 전원(AC)이 연결되면 충전 모드로 진입하고, 외부 전원(AC)으로부터 공급되는 외부 전압을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 4 to 6 , the controller 100 charges when an external power source (AC) is connected when an ignition off signal is received or when an ignition on signal is not received, that is, when the ignition is off. You can enter the mode and charge the high voltage battery (HVB) using the external voltage supplied from the external power source (AC).

충전 모드에서, 컨트롤러(100)는 제1 스위치(S1)를 오프 시키고 제2 스위치(S2)를 온 시키며, 이에 따라, 외부 전원(AC), 정류 회로부(500), 모터(M)의 3상 코일(LU, LV, LW), 스위칭 회로부(400), DC-링크 캐패시터(C1) 및 고전압 배터리(HVB)를 포함하는 고전압 충전 회로가 구성될 수 있다.In the charging mode, the controller 100 turns off the first switch (S1) and turns on the second switch (S2), and accordingly, the three phases of the external power source (AC), the rectifier circuit unit 500, and the motor (M) A high-voltage charging circuit may be configured including coils (L U , L V , L W ), switching circuit unit 400, DC-link capacitor (C1), and high-voltage battery (HVB).

도 6에 있어서 모터(M)의 3상 코일(LU, LV, LW), 스위칭 회로부(400)의 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 하측 스위치(SUL, SWL), 스위칭 회로부(400)의 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 상측 스위치(SUH, SWH), 및 DC-링크 캐패시터(C1)는 도 5의 인덕터(L), 스위치(S), 다이오드(D), 및 캐패시터(C)의 역할을 하여, 정류 회로부(500)를 통해 입력되는 전압(VIN)보다 높은 전압으로 고전압 배터리(HVB)를 충전시킬 수 있다.In Figure 6, the three-phase coils (L U , L V , L W ) of the motor (M) and the lower switches (S UL , S) of the first and third switch units (410, 430) of the switching circuit unit (400), respectively. WL ), the upper switches (S UH , S WH ) of each of the first and third switch units 410 and 430 of the switching circuit unit 400, and the DC-link capacitor (C1) are the inductor (L) of FIG. 5, By acting as a switch (S), diode (D), and capacitor (C), the high voltage battery (HVB) can be charged with a voltage higher than the voltage (V IN ) input through the rectifier circuit unit 500.

한편, 제1 스위치(S1)가 오프 되기 때문에, 제1 스위치(S1)가 연결된 제2 스위치부(420)의 하측 스위치(SVL) 및 상측 스위치(SVH)는 고전압 충전 회로를 구성하지 못하여 도 6에 도시되어 있지 않다.Meanwhile, because the first switch (S1) is turned off, the lower switch (S VL ) and the upper switch (S VH ) of the second switch unit 420 to which the first switch (S1) is connected do not form a high voltage charging circuit. Not shown in Figure 6.

V상 코일(LV) 이외의 나머지 코일, 본 실시예에서는 U상 코일(LU), 및 W상 코일(LW)은 V상 코일(LV)의 출력단에 병렬로 연결되고, 따라서, V상 코일(LV)과 DC-링크 캐패시터(C1) 사이에 병렬로 연결된 2개의 고전압 충전회로가 구성될 수 있다.The remaining coils other than the V-phase coil (L V ), in this embodiment, the U-phase coil (L U ), and the W-phase coil (L W ) are connected in parallel to the output terminal of the V-phase coil (L V ), and therefore, Two high-voltage charging circuits connected in parallel between the V-phase coil (L V ) and the DC-link capacitor (C1) can be configured.

물론, 제1 스위치(S1)가 U상 코일(LU)과 제1 스위치부(410) 사이에 연결되고 제2 스위치(S2)가 정류 회로부(500)의 (+)단자와 U상 코일(LU) 사이에 연결된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.Of course, the first switch (S1) is connected between the U-phase coil (L U ) and the first switch unit 410, and the second switch (S2) is connected to the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500 and the U-phase coil ( The same can be applied even when connected between L U ).

마찬가지로, 제1 스위치(S1)가 W상 코일(LW)과 제3 스위치부(430) 사이에 연결되고 제2 스위치(S2)가 정류 회로부(500)의 (+)단자와 W상 코일(LW) 사이에 연결된 경에도 동일하게 적용될 수 있다.Likewise, the first switch (S1) is connected between the W-phase coil (L W ) and the third switch unit 430, and the second switch (S2) is connected to the (+) terminal of the rectifier circuit unit 500 and the W-phase coil ( The same can be applied to the case connected between L W ).

정류 회로부(500)는 외부 전원(AC)으로부터 외부 전압을 수신 및 정류하여 모터(M) 측으로 전달할 수 있다.The rectifier circuit unit 500 may receive and rectify an external voltage from an external power source (AC) and transmit it to the motor (M).

예를 들어, 정류 회로부(500)는 외부 전원(AC)으로부터 공급되는 외부 전압을 소정의 전압을 변환하여 출력하는 변압기(T1)와, 변압기(T1)로부터 출력되는 전압을 정류하는 정류부(510), 및 정류부(510)에 의해 정류되어 출력되는 전압을 평활하는 평활부(520)를 포함할 수 있으며, 정류부(510)는 4개의 다이오드(D1 ~ D4)로 구성된 다이오드 브리지를 포함할 수 있고, 평활부(5120)는 평활 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다.For example, the rectifier circuit unit 500 includes a transformer (T1) that converts an external voltage supplied from an external power source (AC) into a predetermined voltage and outputs it, and a rectifier unit (510) that rectifies the voltage output from the transformer (T1). , and a smoothing unit 520 that smoothes the voltage rectified and output by the rectifier 510. The rectifier 510 may include a diode bridge composed of four diodes D1 to D4, The smoothing unit 5120 may include a smoothing capacitor C2.

3상 코일(LU, LV, LW) 중 제2 스위치(S2)가 연결된 코일, 본 실시예에서는 V상 코일(LV)의 입력단은 정류 회로부(500)로부터 출력되는 전압이 인가되는 (+)단이 되며, 정류 회로부(500)는 고전압 그라운드(HVG)에 연결되어, 고전압 배터리(HVB)와 그라운드를 공유할 수 있다.Among the three-phase coils (L U , L V , L W ), the coil to which the second switch (S2) is connected, in this embodiment, the input terminal of the V-phase coil (L V ) is a coil to which the voltage output from the rectifier circuit unit 500 is applied. It becomes the (+) terminal, and the rectifier circuit unit 500 is connected to the high voltage ground (HVG) and can share the ground with the high voltage battery (HVB).

컨트롤러(100)의 제어에 따라, 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 하측 스위치(SUL, SWL)가 온 되고, 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 상측 스위치(SUH, SWH)가 오프 된 경우, 정류 회로부(500)로부터 출력되어 모터(M)로 입력되는 입력 전압(VIN)은 V상 코일(LV)을 통해 U상 코일(LU) 및 W상 코일(LW)로 인가되어 축적된다.Under the control of the controller 100, the lower switches (S UL, S WL) of each of the first and third switch units (410, 430) are turned on, and the lower switches (S UL , S WL ) of each of the first and third switch units (410, 430) are turned on. When the upper switches (S UH , S WH ) are turned off, the input voltage (V IN ) output from the rectifier circuit unit 500 and input to the motor (M) is transmitted through the V-phase coil (L V ) to the U-phase coil (L). U ) and W-phase coil (L W ) are applied and accumulated.

그리고, 컨트롤러(100)의 제어에 따라, 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 하측 스위치(SUL, SWL)가 오프 되고, 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 상측 스위치(SUH, SWH)가 오프 된 경우, U상 코일(LU) 및 W상 코일(LW)로 인가되어 축적된 전압은 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 상측 스위치(SUH, SWH)의 바디 다이오드를 통해 DC-링크 캐패시터(C1)로 인가되어 축적될 수 있다.Then, under the control of the controller 100, the lower switches (S UL , S WL ) of each of the first and third switch units 410 and 430 are turned off, and the first and third switch units 410 and 430 When each upper switch (S UH , S WH ) is turned off, the voltage applied to the U-phase coil (L U ) and the W-phase coil (L W ) and accumulated is applied to the first and third switch units (410, 430). It can be applied to the DC-link capacitor (C1) through the body diode of each upper switch (S UH , S WH ) and accumulated.

이와 같이, 외부 전원(AC)을 이용하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시키는 경우, 컨트롤러(100)는 스위칭 회로부(400)의 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 상측 스위치(SUH, SWH)를 오프 시킨 상태에서 제1 및 제3 스위치부(410, 430) 각각의 하측 스위치(SUL, SWL)를 스위칭하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시키게 된다.In this way, when charging the high voltage battery (HVB) using an external power source (AC), the controller 100 uses the upper switch (S) of each of the first and third switch units 410 and 430 of the switching circuit unit 400. With UH , S WH ) turned off, the lower switches (S UL , S WL ) of each of the first and third switch units 410 and 430 are switched to charge the high voltage battery (HVB).

이러한 고전압 배터리(HVB) 충전 과정은 제1 스위치(S1)가 U상 코일(LU)과 제1 스위치부(410) 사이에 연결되고 제2 스위치(S2)가 정류 회로부(500)의 (+)단자와 U상 코일(LU) 사이에 연결된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.In this high voltage battery (HVB) charging process, the first switch (S1) is connected between the U-phase coil (L U ) and the first switch unit 410, and the second switch (S2) is connected to the (+) of the rectifier circuit unit 500. ) The same can be applied when connected between the terminal and the U-phase coil (L U ).

마찬가지로, 이러한 고전압 배터리(HVB) 충전 과정은 제1 스위치(S1)가 W상 코일(LW)과 제3 스위치부(430) 사이에 연결되고 제2 스위치(S2)가 정류 회로부(500)의 (+)단자와 W상 코일(LW) 사이에 연결된 경에도 동일하게 적용될 수 있다.Likewise, in this high voltage battery (HVB) charging process, the first switch (S1) is connected between the W-phase coil (L W ) and the third switch unit 430, and the second switch (S2) is connected to the rectifier circuit unit 500. The same can be applied to the connection between the (+) terminal and the W-phase coil (L W ).

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention. . Accordingly, the embodiments disclosed in this specification are not intended to limit the technical idea of the present invention, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.

100: 컨트롤러 200: 배터리 관리 시스템(BMS)
300: DC-DC 컨버터 310: 제1 강압 컨버터
320: 플라이-백 컨버터 330: 제2 강압 컨버터
400: 스위칭 회로부 410, 420, 430: 스위치부
500: 정류 회로부 510: 정류부
520: 평활부 600: 신호 절연부100: Controller 200: Battery Management System (BMS)
300: DC-DC converter 310: First step-down converter
320: Fly-back converter 330: Second step-down converter
400: switching circuit part 410, 420, 430: switch part
500: rectifier circuit unit 510: rectifier unit
520: Smoothing part 600: Signal insulating part

Claims (9)

3상 코일을 구비하는 모터 및 고전압 배터리를 포함하는 소형 전기차에 구현된 인버터로서,
컨트롤러;
상기 컨트롤러의 제어에 따라 스위칭 하는 복수의 스위치를 포함하고, 상기 모터와 상기 고전압 배터리 사이에 연결된 스위칭 회로부;
상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 모터에 선택적으로 연결되고, 외부 전원이 연결되는 정류 회로부;
상기 3상 코일 중 하나의 코일과 상기 스위칭 회로부 사이에 연결된 제1 스위치;
상기 제1 스위치가 연결된 코일과 상기 정류 회로부의 (+)단자 사이에 연결된 제2 스위치; 및
상기 스위칭 회로부와 상기 고전압 배터리 사이에 병렬로 연결되어, 고전압 그라운드를 공유하는 DC-링크 캐패시터;를 포함하고,
상기 컨트롤러는 모터 구동 모드에서 상기 제1 스위치를 온 시키고 상기 제2 스위치를 오프 시키며, 충전 모드에서 상기 제1 스위치를 오프 시키고 상기 제2 스위치를 온 시키며,
상기 스위칭 회로부는 상기 고전압 배터리의 (+)단자와 상기 정류 회로부와 공유되는 고전압 그라운드 사이에서 병렬로 연결되고, 각각 U상 코일, V상 코일 및 W상 코일에 연결된 제1 내지 제3 스위치부를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 스위치부 각각은 제1 내지 제3 노드를 통해 직렬로 연결된 상측 스위치 및 하측 스위치를 포함하며,
상기 컨트롤러는 상기 충전 모드에서 상기 제1 스위치가 연결된 스위치부를 제외한 나머지 스위치부 각각의 하측 스위치를 온 시키고, 상측 스위치를 오프 시켜, 상기 정류 회로부로부터 출력되는 전압이 상기 제2 스위치 및 상기 제2 스위치가 연결된 코일을 통해 나머지 두 개의 코일에 인가되게 하여 전압을 축적시키며,
상기 나머지 스위치부 각각의 하측 스위치 및 상측 스위치를 오프 시켜 상기 나머지 두 개의 코일에 축적된 전압이 상기 나머지 스위치부 각각의 상측 스위치부의 바디 다이오드를 통해 상기 DC-링크 캐패시터로 인가되도록 하는, 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터.An inverter implemented in a small electric vehicle including a motor with a three-phase coil and a high-voltage battery,
controller;
a switching circuit unit including a plurality of switches that switch under control of the controller and connected between the motor and the high-voltage battery;
a rectifier circuit unit selectively connected to the motor under control of the controller and to which an external power source is connected;
a first switch connected between one of the three-phase coils and the switching circuit unit;
a second switch connected between the coil to which the first switch is connected and a (+) terminal of the rectifier circuit unit; and
It includes a DC-link capacitor connected in parallel between the switching circuit unit and the high-voltage battery and sharing a high-voltage ground,
The controller turns on the first switch and turns off the second switch in a motor driving mode, and turns off the first switch and turns on the second switch in a charging mode,
The switching circuit unit is connected in parallel between the (+) terminal of the high voltage battery and the high voltage ground shared with the rectifier circuit unit, and includes first to third switch units connected to the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil, respectively. do,
Each of the first to third switch units includes an upper switch and a lower switch connected in series through first to third nodes,
In the charging mode, the controller turns on the lower switch of each switch unit except the switch unit to which the first switch is connected and turns off the upper switch so that the voltage output from the rectifier circuit unit is adjusted to the second switch and the second switch. is applied to the remaining two coils through the connected coil to accumulate voltage,
A charging motor that turns off the lower and upper switches of each of the remaining switch units so that the voltage accumulated in the remaining two coils is applied to the DC-link capacitor through the body diode of the upper switch unit of each of the remaining switch units. Integrated inverter for small electric vehicles with neutral point removed. 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 스위칭 회로부를 제어하여, 상기 모터 구동 모드에서 상기 고전압 배터리로부터 공급되는 배터리 전압에 상응하는 교류 전류가 상기 스위칭 회로부로부터 상기 모터로 출력되도록 하여 상기 모터를 구동시키고, 상기 충전 모드에서 상기 외부 전원으로부터 공급되는 외부 전압이 상기 스위칭 회로부를 통해 상기 고전압 배터리로 공급되도록 하여 상기 고전압 배터리를 충전시키는, 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터.According to claim 1,
The controller controls the switching circuit to drive the motor by outputting an alternating current corresponding to the battery voltage supplied from the high voltage battery from the switching circuit to the motor in the motor driving mode, and to drive the motor in the charging mode. An integrated inverter for a small electric vehicle that removes the neutral point of the charging motor, charging the high-voltage battery by allowing an external voltage supplied from an external power source to be supplied to the high-voltage battery through the switching circuit. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 스위치는 상기 제1 스위치부의 상기 제1 노드와 상기 U상 코일 사이에 연결되거나, 상기 제2 스위치부의 상기 제2 노드와 상기 V상 코일 사이에 연결되거나, 상기 제3 스위치부의 상기 제3 노드와 상기 W상 코일에 연결되고, 상기 제2 스위치는 상기 U상 코일, 상기 V상 코일 및 상기 W상 코일 중 상기 제1 스위치가 연결된 코일과 연결된, 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터.According to claim 1,
The first switch is connected between the first node and the U-phase coil of the first switch unit, the second node and the V-phase coil of the second switch unit, or the first switch of the third switch unit. It is connected to 3 nodes and the W-phase coil, and the second switch is connected to a coil to which the first switch is connected among the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil. For a small electric vehicle with the neutral point of the charging motor removed. Integrated inverter. 제 3 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 제1 내지 제3 스위치부 각각의 상측 스위치 및 하측 스위치를 제어하여, 상기 모터 구동 모드에서 배터리 전압에 상응하는 교류 전류가 상기 모터로 출력되도록 하고, 상기 충전 모드에서 외부 전압이 상기 정류 회로부, 상기 3상 코일, 및 상기 스위칭 회로부를 통해 상기 DC-링크 캐패시터에 축적되도록 하여, 상기 DC-링크 캐패시터에 축적된 전압에 의해 상기 고전압 배터리가 충전되도록 하는, 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터.According to claim 3,
The controller controls the upper and lower switches of each of the first to third switch units to output an alternating current corresponding to the battery voltage to the motor in the motor driving mode, and to output an external voltage to the motor in the charging mode. A compact motor with a neutral point removed for charging, which causes the high-voltage battery to be charged by the voltage accumulated in the DC-link capacitor by allowing it to accumulate in the DC-link capacitor through the rectifier circuit, the three-phase coil, and the switching circuit. Integrated inverter for electric vehicles. 제 4 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 충전 모드에서 상기 제2 스위치를 온 시켜 상기 제2 스위치가 연결된 코일의 출력단에 나머지 두 개의 코일이 병렬 연결되도록 하고, 상기 제1 스위치를 오프 시켜 상기 제1 스위치가 연결된 스위치부와 상기 모터와의 연결을 차단하는, 충전용 모터 중성점을 제거한 소형 전기차용 통합형 인버터.According to claim 4,
The controller turns on the second switch in the charging mode so that the remaining two coils are connected in parallel to the output terminal of the coil to which the second switch is connected, and turns off the first switch to connect the switch unit to which the first switch is connected. An integrated inverter for small electric vehicles that removes the neutral point of the charging motor, which blocks the connection with the motor. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 고전압 배터리의 다수의 배터리 셀 각각을 모니터링하고, 상기 다수의 배터리 셀의 전압을 동일하게 맞추는 배터리 관리 시스템; 및
상기 고전압 배터리로부터의 전압을 공급받고, 공급받은 전압을 감압시켜 출력하는 DC-DC 컨버터 중 적어도 하나를 더 포함하는, 소형 전기차용 통합형 인버터.According to claim 1,
a battery management system that monitors each of the plurality of battery cells of the high voltage battery and equalizes the voltage of the plurality of battery cells; and
An integrated inverter for a small electric vehicle, further comprising at least one of a DC-DC converter that receives voltage from the high-voltage battery, reduces the voltage supplied, and outputs the reduced voltage. 제 8 항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는,
인버터의 고전압 영역에 위치하고, 상기 고전압 배터리로부터의 전압을 강하시켜 제1 변환 전압을 출력하는 제1 감압 컨버터;
인버터의 고전압 영역과 저전압 영역에 걸쳐 위치하며, 상기 제1 감압 컨버터로부터의 상기 제1 변환 전압을 변환하여 제2 변환 전압을 출력하는 플라이-백 컨버터; 및
인버터의 고전압 영역 및 저전압 영역 중 적어도 하나의 영역에 위치하고, 상기 제1 변환 전압을 강하시켜 제3 변환 전압을 출력하거나 상기 제2 변환 전압을 강하시켜 제4 변환 전압을 출력하는 제2 감압 컨버터를 포함하는, 소형 전기차용 통합형 인버터.
According to claim 8,
The DC-DC converter is,
a first step-down converter located in the high-voltage area of the inverter and outputting a first converted voltage by dropping the voltage from the high-voltage battery;
a fly-back converter located across a high-voltage region and a low-voltage region of the inverter and converting the first conversion voltage from the first step-down converter to output a second conversion voltage; and
A second step-down converter located in at least one of the high voltage area and the low voltage area of the inverter, and outputting a third conversion voltage by lowering the first conversion voltage or outputting a fourth conversion voltage by lowering the second conversion voltage. Including an integrated inverter for small electric vehicles.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101509709B1 (en) * 2013-10-15 2015-04-07 현대자동차 주식회사 Charging system for electric vehicle
JP2018013415A (en) * 2016-07-21 2018-01-25 矢崎総業株式会社 Battery monitoring system
KR102111092B1 (en) * 2019-07-31 2020-05-15 주식회사 이지트로닉스 Inverter-charger combined device and controlling method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170037745A (en) * 2015-09-25 2017-04-05 전남대학교산학협력단 SMPS combining buck and fly back converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101509709B1 (en) * 2013-10-15 2015-04-07 현대자동차 주식회사 Charging system for electric vehicle
JP2018013415A (en) * 2016-07-21 2018-01-25 矢崎総業株式会社 Battery monitoring system
KR102111092B1 (en) * 2019-07-31 2020-05-15 주식회사 이지트로닉스 Inverter-charger combined device and controlling method thereof

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