KR20120049843A - 전기 자동차용 고속 충전 장치 - Google Patents

전기 자동차용 고속 충전 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120049843A
KR20120049843A KR1020117023832A KR20117023832A KR20120049843A KR 20120049843 A KR20120049843 A KR 20120049843A KR 1020117023832 A KR1020117023832 A KR 1020117023832A KR 20117023832 A KR20117023832 A KR 20117023832A KR 20120049843 A KR20120049843 A KR 20120049843A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power supply
supply network
current
battery
input stage
Prior art date
Application number
KR1020117023832A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101302714B1 (ko
Inventor
세르쥬 루도
베노와 브리앵
올리비에 플로와
아르노 빌레누브
Original Assignee
르노 에스.아.에스.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 르노 에스.아.에스. filed Critical 르노 에스.아.에스.
Publication of KR20120049843A publication Critical patent/KR20120049843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101302714B1 publication Critical patent/KR101302714B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/50—Structural details of electrical machines
    • B60L2220/54—Windings for different functions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/01—Motors with neutral point connected to the power supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본원의 대상은 전력 공급 네트워크와 접속되도록 설계된 정류기 입력 단 및 배터리에 접속되도록 설계된 인버터 출력 단를 포함하는 배터리 충전 장치 및 방법이다. 이 장치는 입력단으로부터 얻은 평균 전류를 전력 공급 네트워크에 의해 공급되는 최대 전류에 따라 그리고 입력단에 의해 정류된 최대 전압 대 배터리 전압간의 비보다 큰 계수에 따라 계산된 전류값 정도로 조절하는 수단을 포함한다.

Description

전기 자동차용 고속 충전 장치{Fast charging device for an electric vehicle}
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전에 관한 것이며, 보다 자세히는 차량에 통합된 장치로서, 단상 또는 삼상 전력 공급 네트워크로부터 직접 배터리를 재충전하는 것을 가능하게 하는 장치에 관한 것이다.
전기 자동차의 중요한 단점의 하나는 그것의 가용성 (availability)이다. 실제로. 전기 자동차의 배터리가 방전되면, 전기 자동차는 수 시간에 이르는 재충전 시간 동안 사용할 수 없다.
배터리 재충전 시간을 줄이기 위해, 네트워크로부터 취한 전류를 증가시킴으로써 충전 전력을 증가시키는 것이 공지되어 있다. 단상 네트워크보다 삼상 네트워크로부터 이 전류를 취하는 것도 제안되었는데, 삼상 전력 공급 네트워크로부터전류를 취하면 충전 전력이 더 크다.
일본 특허 JP 08 308 255는 단상 네트워크로부터 직접 배터리를 충전하는 것을 가능하게 하는 장치를 개시한다. 이 장치는 접촉기 (접촉기)를 사용하지 않고 재충전을 가능하게 한다. 따라서 몇개 부품을 사용하여 생산하게 된다. 예컨대, 2개의 다이오드와 인덕턴스가 사용될 수 있다.
하지만, 전력 공급 네트워크 전류가 통과하는 인덕턴스가 보다 높은 충전 전력을 위해 중요할 수 있다. 증가된 커패시턴스를 갖는 인덕턴스를 사용할 필요가 있다. 이제, 주어진 기술에 있어서, 인덕턴스 값이 증가하면 인덕턴스의 크기가 증가한다. 따라서, 이와 같은 유형의 장치의 사용은 고충전 파워는 보다 큰 풋 프린트를 갖는다는 사실로 인해, 몇개의 중요한 단점을 갖는다. 나아가, 상기 장치가 단상 네트워크에서 동작하면, 충전될 배터리 전압이 정류된 네트워크의 전압보다 커야만 한다.
일본 특허 2002/293 499는 통합 삼상 충전기를 개시한다. 하지만, 견인 (traction) 모드에서 전기 자동차 배터리 재충전 모드로 전환하기 위해서는 여전히 접촉기가 필요하. 이 충전기는 최대 전기 에너지 분포에 의해 설정된 한계를 벗어나서 위치하는 양의 전류 하모닉 (harmonics)을 생산하는 삼상 네트워크를 위한 다이오드 정류기도 사용한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점들을 해결하는 것이며, 특히 어떤 접촉기도 사용하지 않고, 단상 또는 삼상 네트워크로부터 자동차 배티러의 충전을 가능하게 하는 통합 충전기를 제안하는 것이다.
따라서 제 1 관점에 의할때, 본원의 대상은 전력 공급 네트워크와 접속되도록 설계된 정류기 입력 단 및 배터리에 접속되도록 설계된 인버터 출력 단를 포함하는 배터리 충전 장치이다.
이 장치는 입력단으로부터 얻은 평균 전류를 전력 공급 네트워크에 의해 공급되는 최대 전류에 따라 그리고 입력단에 의해 정류된 최대 전압 대 배터리 전압간의 비보다 큰 계수에 따라 계산된 전류값 정도로 조절하는 수단을 포함한다.
바람직하게, 상기 장치는 입력단을 삼상 전력 공급 네트워크 또는 단상 전력 공급 네트워크에 직접 접속하는 것이 가능한 접속 수단을 포함한다.
상기 입력단은 유리하게 적어도 하나의 프리 휠링 (free wheeling) 다이오드를 포함한다.
상기 프리 휠링 (free wheeling) 다이오드는 기능에 있어 입력단 암 (arm)의 단락의 이익을 위해 제거될 수 있기 때문에, 디시패이션 (dissipation) 손실 감소의 이익을 제공한다. 실제로, 다이오드에서의 디시패이션은 전류가 직렬 연결된 2개의 다이오드 및 2개의 트랜지스터들을 순환할 때 훨씬 작다. 이것은 또한 제어의 표류 (drift) 또는 손실의 경우에 동작 안전 레벨에서의 이익도 제공한다. 실제로, 이 과정은 모든 트랜지스터들의 블록킹을 명령 (oder)하는 것으로 제한되며 고정자 코일로부터의 전류는 이 다이오드를 통과하며 계속 순환할 수 있다
본원의 장치는 유리하게, 입력단을 제어하는 제 1 수단 및 정류기 출력단의 제어가 가능한 출력단을 제어하는 제 2 수단을 포함하며, 입력단을 제어하는 제 1 수단은 인버터 출력단을 제어하는 제 2 수단에 대해 독립적이다.
상기 제 1 제어 수단은 입력단을 위한 제어 신호를 스위칭하는 듀티 싸이클 제어 수단 또는 조절 루프를 포함한다.
예컨대, 정류기 입력단이 이에 따라 제어되는 듀티 싸이클은 트랜지스터 활성화 듀티 싸이클에 상응한다.
상기 충전 장치는 전기 견인 시스템을 갖는 차량에 장착되도록 설계되며, 상기 차량은 적어도 하나의 전기 견인 장치, 즉 적어도 하나의 전기 모터 및 인버터를 포함한다. 상기 인버터 출력단은 차량 견인 시스템의 인버터 단에 의해 형성된다.
이런 방식으로, 충전 장치 전체가 차량에 통합되며 따라서, 차량 내에 존재하는 인버터 출력단이 사용된다면, 추가 인버터 출력단의 사용을 필요로 하지 않는다. 따라서, 인프라 구조의 충전 스폿을 저렴하게 설계하는 것이 가능하며, 상기 충전 스폿은 단지 전력 공급 네트워크의 출력 플러그일 뿐이다. 나아가, 인프라 구조 네트워크의 비용이 감소하여, 충전 스폿을 증가시켜 차량 사용자를 보다 더 잘 커버할 수 있게 된다.
유리하게, 상기 장치는 장치에 의해 흡수되는 되는 전류의 필터가 가능하도록 차량 내에 통합되는 필터링 수단을 포함한다.
삼상 전력 공급 네트워크로부터 취해지는 전류는 주로 입력 커패시터 및 전자파 적합성 (electromagnetic compatibility: EMC) 필터에 의해 필터링되어 이 전류가 네트워크 접속 제한의 하모닉 마스크를 만족시킬 수 있다.
또한, 전기 자동차 고정자 코일의 인덕턴스는 에너지 버퍼 필터로서 사용될 수 있다. 실제로, 충전 전력이 높으면 이와 같은 인덕턴스 및/또는 용량성 필터가 차지하는 부피 및 무게가 차량에 온 보드로 장착하는 것을 방해할 수 잇다. 예컨대, 인덕턴스 및/또는 용량성 필터의 중량은 400 V 삼상 네트워크 상에서 배터리 충전을 위한 63A 장치를 위해 그리고 250 내지 400 V 범위이 배터리 전압을 위해 약 30 킬로그램에 이르고 부피가 약 20 리터일 수 있다.
다른 관점에 따르면, 하나의 구현예로서 배터리 충전 방법이 제안된다.
이 방법은 입력단으로부터 얻은 평균 전류를 대략 전력 공급 네트워크에 의해 공급되는 최대 전류에 의해 생성된 전류값 정도로 그리고 입력단에 의해 정류된 최대 전압 대 배터리 전압간의 비보다 큰 계수에 따라 계산된 전류값 정도로 조절하는 수단을 포함한다.
유리하게, 상기 입력단은 삼상 전력 공급 네트워크 또는 단상 전력 공급 네트워크에 직접 접속된다.
환언하면, 상기 입력단은 접촉기 사용 없이 삼상 전력 공급 네트워크 또는 단상 전력 공급 네트워크에 접속될 수 있다. 따라서, 하나의 구성에서 다른 구성으로 스위치하기 위해 접촉기들을 사용하지 않고 충전 모드 및 견인 모드에서의 동작을 보장하는 것이 가능하다.
나아가, 상기 인버터 출력단으로부터의 전류가 적어도 하나의 프리 휠링 다이오드에서 순환하도록 허용된다.
따라서, 고정자 코일로부터의 전류 출력이 프리 휠링 다이오드를 계속 순환할 수 있다.
바람직하게, 정류기 입력단은 입력단을 위한 제어 신호 스위칭의 듀티 싸이클이 제어에 의해 또는 조절 루프에 의해 제어되며, 정류기 입력단의 제어는 인버터 출력단 제어에 대해 독립적이다.
전력 공급 네트워크로부터 흡수되는 전류는 듀티 싸이클, 즉, 정류기 입력단의 트랜지스터들의 제어에 의해 인가된 전류 지속, 펄스에 의해 제어될 수 있다.
상기 방법은 통합된 (incorporated) 필터렁 수단을 사용하여 장치 (1)에 의해 전력 공급 네트워크로부터 흡수된 전류를 필터링하는 동작을 포함한다.
본 발명의 장점 및 특징들이 본 발명의 제한의 의도는 없는 일 실시예의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면들을 참조함으로써 명백해질 것인데, 여기서:
도 1은 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치 를 도시하며;
도 2는 배터리 충전 장치의 일 실시예를 도시하고;
도 3A는 예시적인 조절 수단을 도시하고;
도 3B는 예시적인 조절 수단을 도시하며;
도 4는 단상 전력 공급 네트워크에 의해 전력을 얻는 배터리용 충전 장치를 도시하고;
도 5는 DC 전압에 의해 전력을 얻는 배터리 충전 장치를 도시하며;
도 6은 배터리 충전 장치의 다른 구현예를 도시하고;
도 7 일 구현예에 따른 배터리 충전 방법의 흐름도이다.
도 1은 전력 공급 네트워크 (3)에 의해 전력을 얻는 전기 견인 시스템을 갖는 차량 배터리 (2)을 충전하기 위한 장치 (1)를 도시한다.
이 충전 장치 (1)는 통합된 장치이다. 즉, 차량 보드 (board) 상에 장착된다. 이것은 추진 (propulsion)을 위해 필요한 에너지를 공급하기 위한 배터리 충전을 다루도록 설계된다. 이것은 단상 전력 공급 네트워크, 또는 삼상 전력 공급 네트워크 중의 하나로부터의 배터리 충전을 보장하도록 설계된다.
상기 충전 장치 (1)은 충전 장치 (1)가 전력 공급 네트워크로 접속되게 하는 접속 수단 (4)을 포함한다. 예컨대, 적절한 접속 수단은 슈나이더 전기 (Schneider-Electric)로부터 상업적으로 구입가능한 63A PK 시리즈 산업 플러그일 수 있다. 다른 유사한 플러그들도 적절하다. 이것은 장치 (1)에 의해 선택된 전력 공급 네트워크로부터의 전류를 필터하는 것을 가능하게 하는 필터링 수단 (5)도 포함한다.
상기 장치는 나아가 필터링 수단 (5)의 출력과 결합되어 전력 공급 네트워크 (3)로부터 획득된 교류 전류를 정류하는 것을 가능하게 하는 정류기 입력단 (6) 및 배터리 (2)와 결합된 인버터 출력단 (7)을 포함한다. 입력단 (6) 및 출력단 (7)은 각 제 1 및 제 2 제어 수단 (8, 9)에 의해 제어된다. 제 1 실시예에서, 상기 입력단 (6) 및 출력단 (7)은 각 제 1 및 제 2 제어 수단 (8, 9)에 의해 의존족 방식 (dependent way)으로 제어될 수 있다. 이것은 입력단 (6)의 트랜지스터들 (12)의 드라이브 전압을 출력단 (7)의 트랜지스터들 (16)의 드라이브 전압과 동기화함으로써 성취된다.
제 2 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 제어 수단 (8, 9)은 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 상기 입력단 (6) 및 출력단 (7)이 그것의 각 제어 수단 (8, 9)에 의해 각가 제어될 수 있다. 제 1 제어 수단 (8)은 바람직하게는 도 3a에 도시된 조절 수단 타입이다. 제 2 제어 수단 (9)은 도 3b에 도시된 조절 수단 타입일 수 있다. 양 타입의 조절 수단들은 추후에 상세한 설명을 통해 설명될 것이다.
입력단 (6)의 제 1 제어 수단 (8)은 입력단 (6)의 출력 전류를 측정하기 위한 모듈 (10)로부터 얻어진 신호를 입력으로 수신한다.
도 2는 배터리 (2)를 충전하기 위한 장치 (1)의 실시예를 상세히 도시한다. 상기 장치 (1)는 3개의 가용 위상을 포함한다. 삼상은 삼상 전력 공급 네트워크, 또는 단상 전력 공급 네트워크에 결합될 수 있다. 후자의 경우, 2개의 가용 위상들이 단상 전력 공급 네트워크의 위상 및 중립에 연결되고 제 3 가용 위상은 사용되지 않는다.
도 2에 도시된 것처럼, 필터링 수단 (5)은 전자파 적합성 (electromagnetic compatibility: EMC) 필터 (5a) 및 필터링 커패시터들 (5b)을 포함한다. 상기 EMC 필터 (5a)는 예컨대 장치 (1)의 입력 (6) 및 출력 (7) 단들이 트랜지스터들에 의해 생성된 전류 펄스를 필터링하는 것을 가능하게 하는 인덕턴스 및 공통 노드 (common-mode) 커패시터들을 포함한다. 상기 필터링 수단 (5)은 이러한 방식으로 흡수 (absorb) 되는 전류를 필터링하여 전류가 하모닉스의 개념에서 네트워크 오퍼레이터에 의해 부가된 네트워크 접속 제약 및 차량 도메인 (domain)의 개념에서 부가된 제약을 만족시킨다.
소위 커패시터들의 "별" 배열 대신에, EMC 필터링 수단 (5a)이 출력에서의 각 위상과 중립 사이에 커패시터들을 배열함으로써 소위 "델타" 배열 (미도시)에 따라 커패시터들 (5b)를 갖는 것도 가능하다. 따라서 이 커패시터들을 통과하는 전류가 감소한다. 상기 정류기 입력단 (6)은 트랜지스터들 (12)과 직렬로 결합된 다이오드들 (11)을 포함하는 정류 회로를 포함한다. 정류 회로는 상호 병렬로 결합된 3개의 브랜치를 포함하는데, 각 브랜치는 다이오드 (11), 2개의 트랜지스터들 (12) 및 다이오드 (11)을 연속하여 포함하는 직렬 어셈블리를 포함한다.
2개의 다이오드들 (11)은 동일한 통과 방향에 놓인다. 각 브랜치가 위상에 결합되는데, 이 결합은 2개의 트랜지스터들 (12) 사이에 설정된다.
이 정류 회로는 적어도 하나의 프리 휠링 (free wheeling) 다이오드 (13)와 병렬로 결합된다.
상기 정류기 입력단 (6)이 정류기 입력단 (6)을 제어함으로써 이 전류를 조절하도록, 전류계와 같은, 입력단 (6)으로부터의 전류 측정을 위한 모듈 (10)로의 출력에 결합된다. 상기 인버터 출력단 (7)은 3개의 고정자 코일들 (14)을 통해 측정 모듈 (10)의 출력에 결합된다. 각 고정자 코일 (14)은 측정 모듈 (10)의 입력에 결합된다. 따라서, 정류기 입력단 (6)으로부터의 전류가 인버터 출력단 (7) 회로의 3개의 브랜치로 나뉜다. 상기 인버터 출력단 (7)은 실제로 3개의 병렬 결합된 브랜치들을 포함하는 회로도 포함한다. 각 브랜치는 병렬 결합된 다이오드 (15) 및 트랜지스터 (16)를 각각 포함하는 2개의 어셈블리의 직렬 결합을 포함한다. 하나의 동일한 브랜치의 2개의 다이오드들 (16)은 동일한 통과 방향에 놓인다. 각 코일 (14)은 인버터 출력단 (7)의 회로의 브랜치에 결합된다. 이 결합은 2개의 직렬 결합된 어셈블리들 사이에 설정된다.
상기 인버터 출력단 (7)은 마지막으로 배터리(2) 출력에 결합된다.
장치 (1)의 최적화는 이 전류를 영속적으로 그 최고 값에 두기 보다는, 지속적으로 또는 주기적으로, 예컨대 100 마이크로 초의 샘플링 레이트로 정류기 입력단 (6)의 최소 평균 출력 전력을 배터리 전압에 따라 조정하는 데에 있다. 따라서, 정류기 입력단 (6)의 효율은 더 작은 전류를 스위칭하는 트랜지스터들 (12)의 스위칭에 의해 손실을 줄임으로써 개선된다. 이 조건에서, 정류기 입력단 (6)의 출력에서의 평균 전압, 환언하면 프리 휠링 다이오드 (13)의 단자에서의 평균 전압이 획득되는데, 이것은 배터리 (2)로부터의 전압보다 적어도 출력단 (7)의 상부 다이오드들의 접속 (junction)의 전압 강하만큼 낮다. 견인 (traction) 인버터 및 고정자 코일들 (14)로 이루어진 인버터 출력단 (7)이 제어될 수 있다.
보다 자세하게, 평균 전압이 프리 휠링 위상들, 즉, 프리 휠링 다이오드 (13)의 전도 (conduction) 위상들에 의해 제어되며, 이 동안에 다이오드 (13) 접속의 전압 강하 범위 내에서 그 단자들에서의 전압이 실제 0 된다. 프리 휠링 위상이 길면 길수록 평균 전압은 낮다.
따라서, 입력단의 제 1 제어 수단 (8) 덕분에, 프리 휠링 위상들로 정류기 입력단 (6)의 각 트랜지스터 (12)를 순차 제어하는 것이 가능하다. 그러므로, 트랜지스터들 (12)를 위한 스위칭 신호의 듀티 싸이클을 조절함으로써 정류기 입력단 (6)을 직접 제어하는 것이 가능하다. 즉, 테스팅 중에 미리 계산된 오픈 루프 시스템이 빠른 반응 시간을 제공할 수 있다. 대안으로, 정류기 입력단 (6)이 정류기 입력단 (6)의 츨정된 출력 전류와 참조 변수 간의 에러를 줄이는 경향이 있는 조절 루프를 사용하여 정류기 입력단 (6)이 직접 제어될 수 있는데, 이것은 예컨대 PI 또는 PID 구조에 따라 더 느린 반응 시간으로 보다 미세한 제어를 제공할 수 있다. 또 다른 대안으로, 상기 정류기 입력단 (6)이 조절 루프를 사용하여 그리고 도 3b에 도시된 조절과 유사하지만 빠르고 미세한 반응 시간을 제공할 수 있는 다른 변수들을 가지고 스위칭 신호의 듀티 싸이클을 조정함으로써 직접 제어될 수 있다.
예컨대, 전력 공급 네트워크 하모닉의 레벨을 최소화함으로써 프리 휠링 다이오드 (13)의 단자에서의 전압 스펙트럼을 최적화하는 것이 가능하다. 이 전압은 그 후 전기 자동차의 고정자에 의해 더 잘 필터링 된다.
스위칭의 수를 낮추어서 정류기 입력단 (6)에 의해 생성되는 손실을 낮추는 것도 가능하다. 스위칭의 수가 적으면 적을수록, 손실도 더 많이 줄어든다. 다른 한편, 이 경우 생산되는 전압은 더 낮은 주파수 하모닉을 포함하며, 이것이 고정자 코일에 의해 적게 필터될 것이다. 입력단의 제 1 제어 수단 (8)은 정류기 입력단 (6)의 트랜지스터들 (12) 제어 전극에 인가되는 전류 펄스들의 듀티 싸이클에 의해 삼상 전력 공급 네트워크로부터 취한 전류를 제어한다. 인버터 출력단 (7)은 전기 자동차 견인에 할당된 소자들을 포함한다. 환언하면, 이 경우 견인 시스템의 인버터 단은 충전 장치의 출력단 (7)을 구성한다. 따라서, 차량이 배터리 (3)와 견인 장치 사이에 제 2 인버터 단을 필요로 하지 않는다. 출력단 (7)의 역할은 정의된 충전 전류를 배터리에 공급하는 것인데, 이 충전 전류는 정류기 입력단 (6)으로부터 획득된 평균 전류, 정류기 입력단 (6)으로부터 획득된 조절된 전류보다 필연적으로 작다. 충전 전류는 전력 공급 네트워크에서 이용가능한 전력 및 배터리 전압에 기초하여 정의된다. 예컨대, 충전 전류의 상한은 43kW 의 전력을 전달하는 전력 공급 네트워크로 방전시 200V의 배터리 전압에서 200A까지 될 수 있다.
배터리 내를 순환하는 전류의 하모닉 스펙트럼을 제한하기 위해, 인버터 출력단 (7) 회로의 각 브랜치는 입력단의 제어 수단 (8)과 독립적일 수 있는 제 2 제어 수단 (9)에 의해서도 제어될 수 있다. 배터리의 적절한 신뢰도를 제공하기 위해, 전류의 수용가능한 하모닉 스텍트럼이 사용되는 배터리와 관련 테스팅 과정에 의해 정의되어야 한다. 인버터 출력단 (7) 회로의 각 브랜치의 드라이브 전압 펄스는 예컨대, 3개의 브랜치를 사용하는 회로를 위해 서로에 대한 주기의 수용가능한 오프셋 범위는 브랜치 수에 의존하며 따라서, 0에서부터 주기 대 브랜치 수에 대한 비까지의 범위에 있다.
인버터 출력단 (7) 회로의 각 브랜치는 각 브랜치 특유의 조절 루프로 개별적으로 구동 (drive)되거나, 또는 집단적으로, 즉 각 브랜치의 제어에 적용되는 동일한 듀티 싸이클로 구동될 수 있다. 도 3a는 정류기 입력단 (6)의 제 1 제어 수단 (8)에 포함되는 예시적 조절 수단 (20)을 도시한다. 조절 수단 (20)은 입력에서 측정 모듈 (10)에 의해 측정된, 정류기 입력단 (6)으로부터의 전류 IDC 출력을 수신한다. 그 후, 비교 수단 (21)이 입력단 (6)으로부터의 때에 맞추어 (duly) 측정된 전류 IDC 출력과 이에 맞추어 전류 IDC를 조정하고자 하는 참조 전류값 IDC _ ref 간의 차이를 결정한다. 비교 수단 (21)은 2개의 전류값의 감산하기에 적합한 디지털 계산기, 또는 대안으로 감산기와 같은 아날로그 회로를 포함할 수 있다.
참조 전류 값 IDC _ ref는 배터리 내부에 충전된 전력이 배터리가 방전 상태인 때의 최소 배터리 전압 및 참조 전류 값 전력 공급 네트워크의 피크 펄스 전류로 나눈 값의 비 간의 최대값과 동일한 (또는 10% 를 넘지 않는) 상수값일 수 있다. 대안으로, IDC _ ref는 배터리 전압을 프리 휠링 다이오드 (13) (강건한 (robust) 디자인을 갖기 위해, Idc_ref가 계산된 값의 약 115% 정도로 증가할 수 있다)의 단자들에서의 평균 전압으로 나눈 값과 배터리 전류를 곱한 값에 비례하는 배터리 전압에 따라 변경될 수 있다. 따라서, IDC _ ref는 배터리 전류가 감소함에 따라 감소하는데, 왜냐하면 프리 휠링 다이오드 (13)의 단자들에서의 평균 전압으로 나눈 배터리 전압 Vbatt의 비가 되는 일정한 입력 전력이 실질적으로 일정하기 때문이다.
비교 수단 (21)에 의해 이런 방식으로 계산된 차이가 조절 모듈 (22) (예컨대, PID 제어기)로 전달되는데, 이 조절 모듈이 정정 (correction)을 적용하는데, 여기서 정정은 전력 공급 네트워크의 전력을 반영하는, 전력 공급 네트워크로부터의 원하는 전류 진폭을 출력에 전달하는 것이 가능한 비례 적분 (proportional, integral) 타입의 정정 같은 것이다.
조절 모듈 (22)에 의해 때에 맞추어 전달된 전류 진폭이 전자 곱셈기 회로로 거동하는 계산 수단 (23)에 의해, 동기화 수단 (24)에 의해 미리 동기화 및 표준화된 전력 공급 네트워크의 전압과 곱해진다. 동기화 수단 (24)의 출력은 그 진폭이 상수 범위 내에서 평균화된 전압 신호 파형 (주로 그 주파수와 위상으로 정의되는)이다. 그러므로, 전류 진폭을 부여하는 조절 수단 (22)의 출력이 계산 수단 (23)의 출력에서 그 파형이 전력 공급 네트워크 전류 신호의 파형으로 조정되는 참조 전류로 변형된다.
적절한 동기화 수단 (24)은 PLL (Phase Locked Loop: 위상 동기 루프) 회로일 수 있다.
계산 수단 (23)이 그 후, 출력으로서 전력 공급 네트워크를 위한 전류 셋 포인트 (예컨대 16, 32, 63 amp)를 정류기 입력단 (6)의 트랜지스터들 (12)을 위한 제어 전략을 생성할 수 있는 제어 수단 (25)으로 전달한다. 적절한 제어 수단 (25)은 전류 공간 벡터를 포함할 수 있다. 이와 같은 전류 공간 벡터는 인버터에서 통상 사용되는 전압 공간 벡터의 적응 (adaptation)일 수 있는데, 다만 전압 공간 벡터에 스위칭들 간에 죽은 시간 (dead time)을 갖는 대신, 스위칭 순간에 오버랩 주기를 갖는다.
도 3b는 정류기 출력단 (7)의 제 2 제어 수단 (9)내 존재하는 예시적 조절 수단 (200)을 도시한다.
조절 수단 (200)은 그 입력에서 참조 입력 배터리 전류 Ibatt . ref를 수신한다. 참조 배터리 Ibatt . ref 전류는 배터리가 원하는 전류이다. Ibatt . ref는 예컨대, 노화, 온도, 셀들 간의 밸런싱, 전극의 화학 성분 등과 같은 다양한 내부 변수에 기초하여 배터리 계산기에 의해 계산되고 주어진다. 그 후, 비교 수단 (210)이 전류계에 의해 배터리 (2)의 입력 단자에서 측정된, 때에 맞추어 측정된 입력 배터리 전류 Ibatt와 입력 배터리 전류 Ibatt가 조정되기 원하는 참조 입력 배터리 전류값 Ibatt.ref의 차를 결정한다. 비교 수단 (210)은 2개의 전류값을 감산하기에 적합한 디지털 계산기를 포함할 수 있으며 또는 대안으로, 감산기와 같은 아날로그 회로를 포함할 수 있다.
이런 방식으로 비교 수단 (210)에 의해 계산된 차가 조절 모듈 (220)로 전달되는데, 조절 모듈은 비례 적분 타임의 정정과 같은 정정을 적용한다.
동시에, 피드 포워드 수단 (feed forward means: 250), 예컨대, 신호에 상수값을 곱하도록 적응된 계산기가 그 입력에서 참조 입력 배터리 전류 값 Ibatt.ref을 수신한다. 피드 포워드 수단 (250)은 그 후, 제어값의 주요부를 나타내는 오픈 루프 제어값을 계산한다. 제어값은 측정 모듈 (10)에 의해 측정된 전류로 배터리 참조 전류를 나눈 값들의 비에 의해 얻어진다. 이 값은 보통 제어값의 최소 90%를 나타낸다.
최종 제어값이 그 후 조절 모듈 (220) 출력에 피드 포워드 수단 (250) 출력을 더함으로써 구현된다. 가산기 기능 수단 (230)은 2개의 값을 가산하기에 적합한 디지털 계산기 또는 대안으로, 가산기 회로와 같은 아날로그 회로를 포함할 수 있다.
도 4는 단상 전력 공급 네트워크 (40)에 의해 전력 공급되는 배터리 (2)를 충전하기 위한 장치 (1)를 도시한다. 이 도면에서, 전술한 것과 동일한 소자들은 동일한 참조번호가 부여되었다.
동작 원리는 인버터 출력단 (7)를 위해 삼상 전력 공급 네트워크에 의해 전력 공급받는 장치 (1)의 동작 원리와 동일하다. 다른 한편, 입력단은 입력 전류의 사인형 흡수를 제공하도록 스위칭 되는 오직 4개의 트랜지스터들 (12)을 포함한다. 충전 장치는 삼상 전력 공급 네트워크의 전압 레벨 및 주파수에 독립적이며 예컨대 400V/50Hz 유럽 전력 공급 네트워크, 또는 200V/50Hz 또는 200V/60Hz 일본 전력 공급 네트워크, 또는 208V/60Hz US 전력 공급 네트워크에 적응될 수 있다.
도 5는 DC 전압 (50)에 의해 전력 공급되는 배터리 (2)를 충전하기 위한 장치 (1)를 도시한다. 이 도면에서, 전술한 것과 동일한 소자들은 동일한 참조번호를 갖는다.
인버터 출력단 (7)은 도 4의 장치의 출력단과 동일한 제어 원리를 갖는다. 따라서, 상기 인버터 출력단은 이 실시예에서 DC 전압을 단상 전력 공급 대신에 장치 입력에 인가하는 것을 포함한다.
진폭이 조절로부터 유도되는 변수를 유지하는 동안 프로필이 유지된다. 충전 장치는 DC 전력 공급 네트워크의 전압 레벨에 대해 독립적이다.
도 6에서 도 2 내지 5와 동일한 소자들은 동일한 참조번호를 가지며, 도 6은 배터리 (2) 충전 장치 (1)의 다른 실시예를 도시한다.
이 실시예에서, 삼상이 P1, P2 및 P3로 도시되고 중립은 N으로 도시된다. 삼상 전력 공급 네트워크의 중립 와이어 (N)을 위해 커플링이 추가된다. 이 경우, 제 2 프리 휠링 다이오든 (17)가 정류기 입력단 (6)에 추가되며, 커패시터 (5c) 필터링 커패시터들 (5b)의 공통 포인트 (C)와 중립 (N)의 와이어 간에 배열된 중립을 필터링하기 위해 추가된다. 후자의 커패시터 (5c)는 중립 와이어와 상들 간에 필터링을 제공하는 것을 가능하게 한다. 이 제 2 프리 휠링 다이오드(17)는 통과 방향으로 다이오드 (13) 앞에 직렬로 결합된다. 중립 와이어는 직렬 연결된 2개의 프리 휠링 다이오드 (13, 17)에 의해 형성된 브랜치에 결합되며, 이 결합은 2개의 프리 휠링 다이오드 (13, 17) 간에 제공된다.
대안으로, 필터링 커패시터들 (5b)이 도 2에 설명된 실시예와 관련하여 설명한 소위 "델타" 배열로 장착될 수 있다. 이 경우, 중립 필터링 커패시터 (5c)를 제공할 필요가 없다.
단상 전력 공급 네트워크의 중립 와이어를 개의 프리 휠링 다이오드 (13, 17)를 포함하는 브랜치에 결합된 전용 (dedicated) 입력에 결합함으로써 단상 전력 공급 네트워크를 갖는 이 실시예에 의해 생산된 충전 장치 (1)를 사용하는 것도 가능하다.
상기 충전 장치는 단상 전력 공급 네트워크의 전압 레벨 및 주파수에 독립적이며, 230V/50Hz 유럽 전력 공급 네트워크, 또는 100V/50Hz 또는 100V760Hz 일본 전력 공급 네트워크, 또는 120V/60Hz US 전력 공급 네트워크에 적용가능하다.
도 7은 전기 자동차 배터리를 충전하는 방법의 흐름도를 도시한다. 제 1 단계 (701)에서, 배터리 (2) 충전 장치 (1)의 정류기 입력단 (6)이 필터링 수단 (5) 및 접속 수단 (4)을 통해 전력 공급 네트워크 (3)에 접속된다. 접속을 위해 접촉기가 요구되지 않는다.
다음 단계 (702)에서, EMC 필터 (5a) 및 커패시터들 (5b)을 포함하는 필터링 수단 (5)을 사용하여 흡수되는, 전력 공급 네트워크로부터의 전류가 필터링되어 전류가 전력 공급 네트워크 접속 제약의 하모닉 마스크를 만족한다.
다음 단계 (703)에서, 정류기 입력단 (6) 출력의 전류 IDC가 측정된다. 이 측정으로부터, 다음 단계 (704)에서, 입력단으로부터의 전류 IDC 출력이 입력단 (6)의 트랜지스터들 (12)을 제어함으로써 조절된다. 마지막으로, 단계 (705)에서, 배터리 (2) 전압이 최고에 도달하면, 전기 자동차 배터리 (2)의 충전이 멈춘다.
따라서 설명된 충전 장치 (1)는 영속적으로 전력 공급 네트워크의 최고 전압보다 큰 배터리 전압을 필요로하는 한계를 극복하는 것이 가능하다.
에너지 버퍼 필터로서 충전 장치 (1)의 고정자 코일들 (14)의 인덕턴스만을 사용하는 것을 가능하게 한다. 실제에 있어, 충전 전력이 높으면, 인덕티브 및/또는 용량성 필터의 풋 프린티 및 중량이 차량 온 보드에 장착을 방해할 수 있다.
동작 모드들 간을 스위치하는 접촉기를 사용하지 않고 충전 모드 또는 견인 모드에서 장치를 동작하는 것도 가능하게 한다.
마지막으로, 본 발명은 배터리 (2)의 보다 신속한 충전을 가능하게 한다.

Claims (12)

  1. 전력 공급 네트워크 (3)에 접속되도록 설계된 정류기 입력단 및 배터리 (2)에 접속되도록 설계된 인버터 출력단 (7)을 포함하는 배터리 (2) 충전 장치 (1)에 있어서,
    입력단 (6)으로부터 얻은 평균 전류를 전력 공급 네트워크 (3)에 의해 공급되는 최대 전류에 따라 그리고 입력단(6)에 의해 정류된 최대 전압 대 배터리 (2) 전압간의 비보다 큰 계수에 따라 계산된 전류값 정도로 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 입력단 (6)을 삼상 전력 공급 네트워크 또는 단상 전력 공급 네트워크에 직접 접속하는 것이 가능한 접속 수단 (4)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 입력단 (6)은 적어도 하나의 프리 휠링 (free wheeling) 다이오드 (13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 입력단 (6)을 제어하는 제 1 수단 (8) 및 정류기 출력단 (7)의 제어가 가능한, 출력단 (7)을 제어하는 제 2 수단 (9)을 포함하며, 입력단 (6)을 제어하는 제 1 수단 (8)은 인버터 출력단을 제어하는 제 2 수단 (9)에 대해 독립적인 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 제어 수단 (8)은 입력단을 위한 제어 신호를 스위칭하는 듀티 싸이클 제어 수단 또는 조절 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 (1)는 전기 견인 시스템을 갖는 차량에 장착되도록 설계되며, 상기 인버터 출력단 (7)이 차량 견인 시스템의 인버터 단에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, 장치 (1)에 의해 흡수되는 되는, 전력 공급 네트워크로부터의 전류의 필터가 가능하도록 차량 내에 통합되는 필터링 수단 (5)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 배터리 충전 방법에 있어서,
    정류기 입력단 (6)으로부터 얻은 평균 전류를 전력 공급 네트워크 (3)에 의해 공급되는 최대 전류에 의해 생성된 그리고 입력단(6)에 의해 정류된 최대 전압 대 배터리 (2) 전압간의 비 이상의 계수에 따라 계산된 전류값 정도로 조절하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 입력단 (6)이 삼상 전력 공급 네트워크 또는 단상 전력 공급 네트워크에 직접 접속되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 인버터 출력단 (7)으로부터의 전류가 적어도 하나의 프리 휠링 다이오드 (13)에서 순환하도록 허용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 정류기 입력단 (6)은 입력단을 위한 제어 신호 스위칭의 듀티 싸이클의 제어에 의해 또는 조절 루프에 의해 제어되며, 정류기 입력단 (6)의 제어는 인버터 출력단(7) 제어에 대해 독립적인 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 있어서, 통합된 (incorporated) 필터렁 수단 (5)을 사용하여 장치 (1)에 의해 전력 공급 네트워크 (3)로부터 흡수된 전류를 필터링하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
KR1020117023832A 2009-03-11 2010-03-11 전기 자동차용 고속 충전 장치 KR101302714B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0951529 2009-03-11
FR0951529A FR2943188B1 (fr) 2009-03-11 2009-03-11 Dispositif de charge rapide pour un vehicule electrique.
PCT/EP2010/053078 WO2010103063A1 (en) 2009-03-11 2010-03-11 Fast charging device for an electric vehicle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120049843A true KR20120049843A (ko) 2012-05-17
KR101302714B1 KR101302714B1 (ko) 2013-08-30

Family

ID=41381677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117023832A KR101302714B1 (ko) 2009-03-11 2010-03-11 전기 자동차용 고속 충전 장치

Country Status (14)

Country Link
US (1) US8847555B2 (ko)
EP (1) EP2406098B1 (ko)
JP (1) JP5340379B2 (ko)
KR (1) KR101302714B1 (ko)
CN (1) CN101959711B (ko)
AR (1) AR076112A1 (ko)
AU (1) AU2010223261B2 (ko)
BR (1) BRPI1013882B1 (ko)
DK (1) DK2406098T3 (ko)
ES (1) ES2437393T3 (ko)
FR (1) FR2943188B1 (ko)
IL (1) IL215042A (ko)
RU (1) RU2526324C2 (ko)
WO (1) WO2010103063A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140062066A (ko) * 2011-09-13 2014-05-22 르노 에스.아.에스. 배터리 충전기의 용량성 필터를 모니터링하는 방법

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027713A1 (de) * 2010-07-20 2012-01-26 Daimler Ag Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung
FR2964510B1 (fr) 2010-09-07 2013-06-14 Renault Sa Dispositif de recharge pour batterie automobile et procede de gestion du dispositif.
DE102010042328A1 (de) * 2010-10-12 2012-04-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Überwachen des Ladebetriebs eines Energiespeichers in einem Fahrzeug und Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers in einem Fahrzeug
KR101273736B1 (ko) 2011-03-18 2013-06-12 엘에스산전 주식회사 인버터-충전기 통합형 장치 및 그것의 제어 방법
FR2974253B1 (fr) * 2011-04-14 2013-04-26 Renault Sas Dispositif de charge d'une batterie d'un vehicule automobile a partir d'un reseau d'alimentation monophase, et procede de commande du dispositif
FR2975843B1 (fr) * 2011-05-23 2013-05-17 Renault Sa Procede de commande des interrupteurs d'un redresseur de courant connecte a un chargeur embarque.
FR2978308B1 (fr) * 2011-07-18 2014-04-25 Renault Sa Chargeur de batterie embarque dans un vehicule automobile, a alimentation electrique continue
FR2978622B1 (fr) * 2011-07-25 2013-08-09 Renault Sa Systeme de controle d'un redresseur de courant destine a charger une batterie d'un vehicule automobile electrique
DE102011081725A1 (de) 2011-08-29 2013-02-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie eines elektrischen Antriebs unter Verwendung von Komponenten des elektrischen Antriebs
DE102011055252A1 (de) * 2011-11-10 2013-05-16 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Bereitstellung von Regelleistung für ein Stromnetz
FR2990078B1 (fr) * 2012-04-27 2014-05-09 Renault Sa Procede de commande de charge d'une batterie
FR2991522B1 (fr) * 2012-06-01 2015-11-06 Renault Sas Procede et systeme de charge d'une batterie de vehicule automobile a circuit resonant
FR2992490B1 (fr) * 2012-06-26 2014-07-18 Renault Sa Procede de commande d'un chargeur de batterie automobile a reduction de pertes par commutation.
FR2996071B1 (fr) 2012-09-25 2014-09-05 Renault Sa Systeme de charge d'une batterie d'un vehicule automobile
DE102012218512A1 (de) 2012-10-11 2014-04-17 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers aus einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle
US9203298B2 (en) 2012-10-23 2015-12-01 Huawei Technologies Co., Ltd. Three-phase interleave converter with three-state switching cell
CN102931817B (zh) * 2012-10-23 2016-03-09 华为技术有限公司 一种三态开关单元三相交错变换器
FR3005216B1 (fr) 2013-04-29 2015-04-10 Renault Sa Procede et systeme de charge d'une batterie de vehicule automobile en fonction de la temperature
FR3005378B1 (fr) 2013-05-02 2016-09-02 Renault Sa Systeme et procede de charge de la batterie d'un vehicule electrique ou hybride
FR3007226B1 (fr) * 2013-06-18 2017-04-28 Renault Sas Procede de commande d'un convertisseur de puissance et dispositif associe
FR3010849B1 (fr) * 2013-09-18 2015-10-30 Renault Sas Dispositif de charge d'une batterie de vehicule automobile permettant de compenser les harmoniques, vehicule automobile dote d'un tel dispositif de charge et procede de charge correspondant
TWI506916B (zh) * 2013-12-27 2015-11-01 Generalplus Technology Inc 適用於行動電源之無線充電電路及使用其之行動電源
FR3024605B1 (fr) * 2014-07-31 2016-07-22 Renault Sa Procede et dispositif de charge d'une batterie de vehicule automobile en fonction de l'impedance d'un reseau d'alimentation et vehicule automobile dote d'un tel dispositif de charge
DE102014217703A1 (de) * 2014-09-04 2016-03-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum laden eines energiespeichers
FR3026244B1 (fr) * 2014-09-22 2017-05-12 Renault Sas Dispositif et procede de determination d'une consigne corrigee du courant neutre d'un chargeur sans isolation galvanique de batterie de vehicule automobile electrique ou hybride
FR3026580B1 (fr) * 2014-09-30 2016-10-21 Renault Sa Procede de commande d'un etage redresseur d'un systeme de charge et systeme de charge correspondant
FR3027742B1 (fr) * 2014-10-24 2016-11-04 Renault Sa Dispositif et procede de charge d'une batterie a partir d'un reseau triphase, ayant un mode charge degrade
FR3029708B1 (fr) * 2014-12-05 2016-12-23 Renault Sa Procede et dispositif de charge d'une batterie d'un vehicule automobile a traction electrique limitant les pertes de charge
FR3029732B1 (fr) 2014-12-08 2018-03-02 Renault S.A.S Architecture compacte de groupe motopropulseur electrique pour vehicule automobile.
DE102014225985A1 (de) 2014-12-16 2016-06-16 Robert Bosch Gmbh Axialflussmaschine mit integrierter Ladefunktionalität für ein elektrisches Antriebssystem
CA2997565A1 (en) 2015-09-11 2017-03-16 Invertedpower Pty Ltd A controller for an inductive load having one or more inductive windings
US11479139B2 (en) 2015-09-11 2022-10-25 Invertedpower Pty Ltd Methods and systems for an integrated charging system for an electric vehicle
FR3044177B1 (fr) * 2015-11-23 2019-05-24 Renault S.A.S Chargeur de batterie embarque dans un vehicule automobile muni d'au moins un moteur electrique
US10550816B2 (en) * 2016-02-17 2020-02-04 General Electric Company Start/stop system for vehicles and method of making same
FR3050405B1 (fr) * 2016-04-22 2018-04-27 Renault S.A.S Procede de commande d'un chargeur embarque dans un vehicule electrique ou hybride a detection de charge en grappe
RU174433U1 (ru) * 2016-07-07 2017-10-12 Сергей Александрович Иванов Устройство зарядки батареи с гальванической развязкой
US20200044467A1 (en) * 2017-01-27 2020-02-06 FreeWire Technologies, Inc. Apparatus for and methods of fast battery charging
FR3063191B1 (fr) * 2017-02-23 2023-02-24 Renault Sas Dispositif et procede de charge d'une batterie reduisant les courants de mode commun dudit dispositif
KR102534729B1 (ko) * 2017-05-05 2023-05-19 지멘스 에너지 에이에스 전기 충전 시스템 및 방법
WO2018204965A1 (en) 2017-05-08 2018-11-15 Invertedpower Pty Ltd A vehicle charging station
KR102454222B1 (ko) 2017-07-21 2022-10-17 현대자동차주식회사 전기 자동차
US10759287B2 (en) 2017-10-13 2020-09-01 Ossiaco Inc. Electric vehicle battery charger
JP7048059B2 (ja) 2017-10-13 2022-04-05 ザ ガバニング カウンシル オブ ザ ユニバーシティ オブ トロント 電動車両用オンボード双方向ａｃ急速充電器
KR102141100B1 (ko) 2017-12-04 2020-08-04 광주과학기술원 전기자동차를 위한 통합 충전기
US20200406769A1 (en) 2018-03-12 2020-12-31 Jabil Inc. Multilevel motor drive with integrated battery charger
RU2683272C1 (ru) * 2018-03-19 2019-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Вольтодобавочное зарядно-разрядное устройство аккумуляторной батареи
DE102018208264A1 (de) * 2018-05-25 2019-11-28 Continental Automotive Gmbh Konfigurierbare Wechselstrom-Ladevorrichtung
DE102018113174A1 (de) * 2018-06-04 2019-12-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Universelles Ladegerät für Gleich- und Wechselstromladen
DE102018209139A1 (de) * 2018-06-08 2019-12-12 Continental Automotive Gmbh Wechselspannungs-Ladevorrichtung
CN108988455B (zh) * 2018-08-24 2020-08-18 中南大学 一种基于协同控制的超级电容电压均衡方法及其均衡装置
US11607965B2 (en) 2018-08-31 2023-03-21 The Governing Council Of The University Of Toronto Integrated three-phase AC charger for vehicle applications with dual-inverter drive
JP7382567B2 (ja) * 2019-11-05 2023-11-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電源装置および車両
JP7347309B2 (ja) * 2020-04-03 2023-09-20 トヨタ自動車株式会社 情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラム
EP4143957A1 (en) 2020-04-28 2023-03-08 Prodrive Technologies Innovation Services B.V. Electrical power converter
NL2026008B1 (en) 2020-07-06 2022-03-11 Eth Zuerich Electrical power converter
EP4047782A1 (en) 2021-02-22 2022-08-24 Watt & Well Universal and versatile charger for electric vehicle battery
DE102021213459B3 (de) 2021-11-30 2023-02-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schalteinrichtung und Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers und Elektrofahrzeug
DE102022207897A1 (de) 2022-07-29 2024-02-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Elektrische Schaltung sowie Betriebsverfahren
FR3143459A1 (fr) 2022-12-16 2024-06-21 Renault Système de charge pour véhicule électrique ou hybride et véhicule associé
DE102022214017A1 (de) 2022-12-20 2024-06-20 Zf Friedrichshafen Ag Ladeeinrichtung für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, Verfahren zum Betreiben einer Ladeeinrichtung und Kraftfahrzeug

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU851633A1 (ru) * 1979-11-26 1981-07-30 Предприятие П/Я Г-4444 Зар дна система электромобил
US4920475A (en) * 1988-03-07 1990-04-24 California Institute Of Technology Integrated traction inverter and battery charger apparatus
WO1993001650A1 (de) * 1991-07-08 1993-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines wechselrichters eines drehstromantriebs eines elektroautos als bordladegerät
JPH0630505A (ja) * 1992-01-31 1994-02-04 Fuji Electric Co Ltd 電気自動車の電気システム
US5412557A (en) * 1992-10-14 1995-05-02 Electronic Power Conditioning, Inc. Unipolar series resonant converter
JP3178146B2 (ja) * 1992-12-25 2001-06-18 富士電機株式会社 電気自動車の電気システム
US5341075A (en) * 1993-03-10 1994-08-23 A.C. Propulsion, Inc. Combined motor drive and battery recharge system
RU2118032C1 (ru) * 1994-09-15 1998-08-20 Открытое акционерное общество "Уралкалий" Зарядное устройство
JP3477850B2 (ja) * 1994-10-26 2003-12-10 株式会社明電舎 電気自動車用充電器
US5500579A (en) * 1995-01-03 1996-03-19 Motorola, Inc. Electric motor control with integral battery charger
EP0834977A3 (de) * 1996-08-08 1999-04-14 Schmidhauser AG Einrichtung zum Laden mindestens eines Akkumulators, insbesondere eines Akkumulators für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung
US5814973A (en) * 1996-09-20 1998-09-29 Ericsson Inc. Power unit and charger for a battery powered electrical apparatus and method
US6031738A (en) * 1998-06-16 2000-02-29 Wisconsin Alumni Research Foundation DC bus voltage balancing and control in multilevel inverters
US7012822B2 (en) * 2002-02-20 2006-03-14 Ballard Power Systems Corporation Integrated traction inverter module and DC/DC converter
JP4349773B2 (ja) 2002-04-12 2009-10-21 日立コンピュータ機器株式会社 バッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ電源装置
US6804127B2 (en) * 2002-11-19 2004-10-12 Wilcon Inc. Reduced capacitance AC/DC/AC power converter
JP4144646B1 (ja) * 2007-02-20 2008-09-03 トヨタ自動車株式会社 電動車両、車両充電装置および車両充電システム
DE102009007960A1 (de) 2009-02-06 2010-08-19 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Antriebssystem, Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems und Verwendung
FR2961362B1 (fr) 2010-06-14 2012-06-08 Renault Sas Circuit electrique mixte a fonction d'onduleur et de convertisseur alternatif-continu et procede de diagnostic d'un tel circuit
FR2964510B1 (fr) 2010-09-07 2013-06-14 Renault Sa Dispositif de recharge pour batterie automobile et procede de gestion du dispositif.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140062066A (ko) * 2011-09-13 2014-05-22 르노 에스.아.에스. 배터리 충전기의 용량성 필터를 모니터링하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
FR2943188A1 (fr) 2010-09-17
DK2406098T3 (da) 2014-01-06
CN101959711A (zh) 2011-01-26
AU2010223261B2 (en) 2014-09-18
US8847555B2 (en) 2014-09-30
FR2943188B1 (fr) 2013-04-12
IL215042A (en) 2016-02-29
WO2010103063A1 (en) 2010-09-16
ES2437393T3 (es) 2014-01-10
RU2011141117A (ru) 2013-04-20
RU2526324C2 (ru) 2014-08-20
IL215042A0 (en) 2011-11-30
AU2010223261A1 (en) 2011-09-29
CN101959711B (zh) 2013-04-03
JP5340379B2 (ja) 2013-11-13
JP2011526775A (ja) 2011-10-13
BRPI1013882A2 (pt) 2016-11-29
AR076112A1 (es) 2011-05-18
AU2010223261A2 (en) 2011-10-13
KR101302714B1 (ko) 2013-08-30
US20120286740A1 (en) 2012-11-15
EP2406098A1 (en) 2012-01-18
BRPI1013882B1 (pt) 2019-07-02
EP2406098B1 (en) 2013-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101302714B1 (ko) 전기 자동차용 고속 충전 장치
KR101573919B1 (ko) 전기차를 위한 신속한 가역 충전 장치
CN110139775B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的方法
JP7428638B2 (ja) 電気自動車用バッテリ充電器
CN110289669B (zh) 对智能电池的交流充电
KR101882909B1 (ko) 단상 전원 공급 회로망을 기반으로 하여 자동차의 배터리를 충전하는 장치 및 그 장치를 제어하는 방법
US11552557B2 (en) System and method for enhanced single-stage onboard charger with integrated rectifier
KR102037769B1 (ko) 배터리의 충전을 제어하는 방법
KR20170118087A (ko) 직류 전압을 제공하여 자동차의 전기 기계를 작동시키기 위한 회로 장치
JP2020523961A (ja) 三相Ｖｉｅｎｎａ整流器を制御するための方法
KR102180900B1 (ko) 전기 또는 하이브리드 차량에 탑재된 충전 장치용 3-상 정류기를 제어하는 방법
JP6696625B2 (ja) 電気またはハイブリッド車両の車載充電装置用の三相整流器を制御する方法
CN110326204B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法
CN105493380B (zh) 用于为机动车辆充电从而使其可以补偿谐波的装置、装备有这种充电装置的机动车辆及对应的充电方法
US11949346B2 (en) Inverter apparatus, control module of inverter apparatus, and control methods thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160811

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170811

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180809

Year of fee payment: 6