KR20130109848A - Apparatus for supplying auxiliary power in electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 보조전원공급에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기차에서 사용되는 보조전원 공급장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an auxiliary power supply, and more particularly to an auxiliary power supply for use in an electric vehicle.
종래, 가선(架線)에서 전력 및 주요 전동기의 회생전력을 충전하고, 충전전력을 필요에 따라 주전동기 및 각종 보조기기에 공급하는 축전수단을 갖춘 전기차의 보조전원 공급장치가 공지되어 있다.Background Art Conventionally, an auxiliary power supply apparatus for an electric vehicle having electric storage means for charging electric power and regenerative electric power of a main motor and supplying the electric power to a main motor and various auxiliary devices as necessary is known.
도 1은 종래의 보조전원 공급장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional auxiliary power supply.
도 1과 같은 교류 전기차(100)의 경우, 가선(101)으로부터 집전장치(102)에 의해 교류전력을 집전한다. 전기차(100)는 집전한 교류전력을 변압기(103)에 의해 변압한 후, 컨버터(104) 및 인버터(105)에 의해 주전동기(106)에 공급하는 전력을 제어한다. 컨버터(104)의 직류출력측에는, 직류전압을 가변하는 DC/DC 컨버터(107)가 연결되어 있고, 이 DC/DC 컨버터(107)의 출력측에 리튬이온 배터리의 축전수단(108)이 연결되어 있다. 축전수단(108)은 상대적으로 충전용량이 크고, 일반적으로 주전동기(106)를 구동하기 위한 전력을 충전 및 방전한다.In the case of the AC
그러나 이러한 기존의 전기차(100)의 경우, 축전수단(108)으로 충전 및 방전하기 위해서는 컨버터(104)에서 출력되는 직류전원의 전압을 가변하는 DC/DC 컨버터(107)가 요구된다. 따라서, 소자 및 장비의 증가를 초래하고, 장치의 대형화 및 복잡화를 초래하는 문제점이 있다. However, in the conventional
한편, 축전수단(108)이 없는 전기차(100)의 경우, 예를 들어 가선(101)의 정전이나, 전력을 회생할 수 없을 때, 회생으로 인한 전력은 열에너지로 소비하거나, 기계적인 브레이크에 의해 제동할 필요가 있다. 이로 인해, 에너지 낭비가 발생하는 문제점이 있다.
On the other hand, in the case of the
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 장치의 대형화 및 복잡화를 유발하지 않고, 에너지 이용효율이 높은 전기차의 보조전원 공급장치를 제공하는 것이다.
The technical problem to be solved by the present invention is to provide an auxiliary power supply device for an electric vehicle with high energy utilization efficiency without causing the enlargement and complexity of the device.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 보조전원 공급장치는, 가선으로부터 집전한 교류전력을 강압하고 주전동기에 공급하는 변압기; 상기 변압기로 변압한 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터의 직류전력 출력측에 접속되고, 입력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 보조기기에 출력하는 인버터; 및 상기 인버터의 직류입력측에서 양극과 음극 사이에 접속되고, 상기 가선으로부터의 전력 및 상기 주전동기로부터의 회생전력을 충전하는 축전수단을 포함한다.In order to solve the above technical problem, the auxiliary power supply device of the present invention, transformer for stepping down the AC power collected from the wire and supply to the main motor; A converter for converting AC power transformed into the transformer into DC power; An inverter connected to the DC power output side of the converter and converting the input DC power into AC power and outputting the AC power to the auxiliary device; And power storage means connected between the positive electrode and the negative electrode at the direct current input side of the inverter and charging electric power from the wire and regenerative electric power from the main motor.
본 발명의 일실시예에서, 상기 축전수단은, 상기 가선으로부터의 전력공급이 정지한 경우, 상기 주전동기 및 상기 보조기기에 전력을 방전하는 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, it is preferable that the power storage means discharges power to the main motor and the auxiliary device when the power supply from the wire stops.
본 발명의 일실시예에서, 상기 축전수단은, 그 충전율이 100% 이하가 되도록 충전용량이 확보되는 것이 바람직하다.
In one embodiment of the present invention, the power storage means, the charging capacity is preferably secured so that the filling rate is 100% or less.
상기와 같은 본 발명은, 장치의 대형화 및 복잡화를 유발하지 않고, 에너지 이용 효율을 높이도록 하는 효과가 있다.
The present invention as described above has the effect of increasing the energy use efficiency without causing the enlargement and complexity of the device.
도 1은 종래의 보조전원 공급장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기차 보조전원 공급장치의 일실시예 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional auxiliary power supply.
2 is a diagram illustrating an embodiment of an electric vehicle auxiliary power supply device according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by such terms. These terms are used only to distinguish one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but other components may be present in between. It should be understood that. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, or a combination thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 전기차 보조전원 공급장치의 일실시예 구성도이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of an electric vehicle auxiliary power supply device according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서, 전기차(10)는 집전기(11) 및 바퀴(12)를 구비한다. 집전기(11)는 예를 들어 팬터그래프(pantograph) 등으로 구성되어, 교류전원이 공급되는 가선(13)에 접동한다. 전기차(10)는 바퀴(12)가 선로 위를 구르는 것에 따라 주행한다. As shown in the figure, in the present invention, the
전기차(10)는 가선(13)에 접하는 집전기(11)와 선로에 접하는 바퀴(12) 사이에 전기회로를 형성하여, 가선(13)으로부터 전원을 집전한다. 집전기(11)과 바퀴(12) 사이에는 집전기(11) 측으로부터 차례로 차단기(14) 및 변압기(15)가 접속된다.The
차단기(14)는 집전기(11)와 바퀴(12) 사이에 형성되는 전기회로를 개폐한다. 또한, 변압기(15)는 집전기(11)로부터 집전한 교류전원을 강압한다. 변압기(15)는 집전기(11)와 바퀴(12)의 사이에 일차코일(21), 2차코일(22) 및 삼차코일(23)을 가지고 있다.The
전기차(10)는 주전동기(31)에 공급하는 전력을 제어하는 컨버터(32) 및 인버터(33)를 포함한다. 또한, 전기차(10)는 본 발명의 보조전원 공급장치(40)를 포함한다.The
도면에 도시된 바와 같이, 보조전원 공급장치(40)는 컨버터(41), 인버터(42) 및 축전수단으로서의 배터리(43)를 포함한다. As shown in the figure, the
컨버터(32) 및 컨버터(41)는, 교류전력을 직류전력으로 변환하는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation; PWM) 제어에 의한 AC/DC 컨버터이다. The
구체적으로, 컨버터(32)는 변압기(15)의 2차코일(22)에 접속하고 있다. 또한, 컨버터(41)는 변압기(15)의 3차코일(23)에 접속한다. 이에 의해, 컨버터(32) 및 컨버터(41)는 집전기(11)에 의해 가선(13)으로부터 집전되고, 변압기(15)에 의해 변압되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 동시에, 그 직류전력의 전압을 제어하여 출력한다.Specifically, the
인버터(33)는 컨버터(32)의 직류전력 출력측에 접속되어 있다. 인버터(33)는, 컨버터(32)로부터 입력되는 직류전력을 삼상 교류전력으로 변환하고 주전동기(31)로 출력한다. 구체적으로, 인버터(33)는 컨버터(32)로부터 입력되는 직류전력으로부터, 전기차(10)의 주행상태에 따라 전압 및 주파수를 가변한 삼상 교류전력을 출력하는 VVVF 인버터로 구성된다.The
또한, 인버터(42)는 컨버터(41)의 직류전력 출력측에 접속되어 있다. 인버터(42)는 예를 들어, 컨버터(41)로부터 입력되는 직류전력으로부터 전압 및 주파수가 일정한 교류전력을 출력하는 정지형태 인버터로 구성된다.In addition, the
주전동기(31)는, 삼상 유도전동기이며, 인버터(33)의 교류출력측으로부터 출력되는 삼상의 교류전원에 의해 구동된다. 주전동기(31)는 도시하지 않은 구동기구를 이용하여 바퀴(12)와 기계적으로 접속한다. 이에 의해, 주전동기(31)에서 발생한 구동력은 구동기구를 경유하여 바퀴(12)에 전달된다. 그 결과, 전기차(10)는 주전동기(31)에서 발생한 구동력에 의해 선로상을 주행한다.The
인버터(42)의 교류전력 출력측에는, 하나 이상의 보조기기(44)가 접속된다. 보조기기(44)는 예를 들면, 공조기기, 조명 및 컴프레서 등의 각종 장비이다. 공조기기 및 조명은 전기차(10)의 객실내의 공기조절 및 객실내 및 외부를 조명한다. 컴프레서는 전기차(10)의 제동장치, 공기스프링 또는 문개폐장치 등에 공급하기 위한 압축공기를 생성한다. 보조기기(44)는 인버터(42)에 공급되는 3상전원 또는 단상 교류전원에 의해 구동된다.At least one
축전수단으로서의 배터리(43)는, 예를 들면 리튬 이온 배터리 등의 2차전지로 구성된다. 또한, 축전수단은 배터리(43) 대신, 전기이중층 콘덴서로 구성될 수도 있다. 이러한 배터리(43)나 전기이중층 콘덴서는, 반복되는 충방전에 대한 내구성이 높고, 또한 충전용량도 충분히 확보된다. 배터리(43)는 컨버터(41)의 직류출력측에서 양극과 음극 사이에 연결되어 있다. 가선(13)으로부터 집전되는 교류전력의 일부는, 변압기(15)의 3차코일(23) 및 컨버터(41)를 통해 배터리(43)에 충전된다. 또한, 전기차(10)의 제동시에 주전동기(31)에서 발생한 회생전력은, 필요에 따라 배터리(43)에 충전된다.The
컨버터(41)는 출력하는 직류전압을 제어한다. 이 경우 컨버터(41)는, 검출되는 배터리(43)의 충전용량에 따라 배터리(43)에 인가하는 직류전압을 변경한다. 이에 의해, 컨버터(41)로부터 출력되는 직류전압에 따라, 배터리(43)의 충전과 방전이 제어된다. The
변압기(15)의 3차코일(23)로부터 출력되는 전압은 2차코일(22)로부터 출력되는 전압에 비해 낮게 설정된다. 그에 의해, 3차코일(23)로부터 컨버터(41)로, 컨버터(41)로부터 배터리(43)로 입력되는 전압도 낮게 설정된다. 그 결과, 삼차코일(23)로부터 배터리(43)에 이르는 전기회로의 절연사양이 간략화된다.The voltage output from the
이처럼, 배터리(43)의 충전 및 방전을 보조기기(44)에 전력을 공급하기 위해 설치된 컨버터(41)로부터 출력하는 직류전압에 의해 제어함으로써, 배터리에 전용하는 컨버터 등이 불필요하고, 배터리(43) 주변의 회로의 절연사양도 간략화된다. 따라서 기기의 소형화 및 경량화가 도모된다.
In this way, by controlling the charging and discharging of the
이하에서는, 위와 같은 구성에 의한 전기차(10)의 보조전원 공급장치(40)의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the auxiliary
전기차(10)가 가선(13)으로부터 집전가능한 상태인 경우, 배터리(43)는 집전한 전력의 일부에 의해 충전된다. 배터리(43)의 충전율은, 컨버터(41)에서 출력되는 직류전압에 의해 제어된다. 본 발명에서, 배터리(43)의 충전율은 100% 이하가 되도록 충전용량이 확보되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 배터리(43)는 항상 충전 가능한 사태로 제어되고 있다.When the
전기차(10)의 주행시에 있는 때에는, 전기차(10)는 집전기(11)에 의해 가선(13)으로부터 교류전력을 집전한다. 집전한 교류전력은 변압기(15), 컨버터(32) 및 인버터(33)를 통해 주전동기(31)에 공급된다. 이에 의해, 주전동기(31)는 바퀴(12)를 구동하는 구동력을 발생하고, 전기차(10)는 주행한다. When the
한편, 전기차(10)가 제동시에 있는 때에는, 전기차(10)는 주전동기(31)를 발전기로서 기능시켜 회생제동을 행한다. 제동시에 주전동기(31)에서 발생한 전력은, 주행시와 역으로 인버터(33) 및 컨버터(32)를 통해 변압기(15)의 2차코일(22)에 인가된다. 이때, 회생이 유효하게 기능하고 있는 때에는, 2차코일(22)에 인가되는 교유전력은 1차코일(21)로부터 집전기(11)를 통해 가선(13)으로 되돌려진다. 그 결과, 전기차(10)의 제동에 따라 주전동기(13)에서 발생한 전력은, 동일한 섹션 내에서 주행하는 다른 전기차에 의해 소비되는 것으로 회생된다.On the other hand, when the
한편, 회생이 유효하게 기능하지 않을 때, 즉 회생실효가 발생하는 경우에는, 2차코일(22)에 인가되는 교류전력은, 3차코일(23)로부터 컨버터(41)를 통해 배터리(43)에 충전된다. 예를 들어, 동일한 섹션 내에서 주행하는 다른 전기차의 소비전력이 자신 전기차의 회생전력 이하로 떨어지면, 교차섹션을 통과하거나 또는 정전시에 주전동기(31)에서 발생한 전력을 충분히 회생할 수 없는 회생실효가 발생한다. On the other hand, when the regeneration does not function effectively, that is, when the regeneration effect occurs, the AC power applied to the
이처럼 회생실효가 발생하면, 전기차(10)는 미도시의 저항기 등으로 주전동기(31)에서 발생한 전력을 열로 소비하거나, 기계적인 브레이크를 이용하여 제동할 필요가 있다. 본 발명에서는, 위에서 설명한 바와 같이, 배터리(43)의 충전율은 항상 여유가 확보되어 있으므로, 이와 같이 회생실효가 발생한 경우라도, 주전동기(31)에서 발생한 전력은 배터리(43)에서 충전하는 것에 의해 회생된다.As such, when the regenerative failure occurs, the
배터리(43)에 충전된 전력은 보조기기(44) 또는 주전동기(310의 구동에 따라 소비된다. 예를 들어, 정전 등에 따라 가선(13)으로부터 전력공급이 정지한 경우, 전기차(10)의 공기조절, 조명 및 압축공기를 생성하는 컴프레서는 배터리(43)에 충전된 전력에 따라 구동된다. 이 경우, 배터리(43)에 충전되는 전력은, 인버터(42)에서 교류전력을 변환한 후 보조기기(44)에 공급된다.
The electric power charged in the
위와 같은 본 발명의 일실시예에서, 배터리(43)는 인버터(42)의 직류입력측, 즉, 컨버터(41)의 직류출력측에 연결되고, 컨버터(41)로부터 인버터(42)에 입력되는 직류전력에 따라 충전된다. 보조기기(44)에 전력을 공급하기 위한 컨버터(41)로부터 출력되는 직류전력은, 주전동기(31)에 전력을 공급하기 위한 컨버터(32)로부터 출력되는 직류전압보다 그 전압이 낮다. 그 때문에 배터리(43)는 전용의 DC/DC 컨버터를 이용하지 않고서도, 컨버터(41)로부터 출력되는 직류전력에 따라 직접 충전 또는 방전이 제어된다.In one embodiment of the present invention as described above, the
이에 의해, 배터리(43)는 가선(13)으로부터의 전력 및 주전동기(31)로부터의 회생전력에 따라 충전된다. 특히, 회생실효가 발생하는 경우, 주전동기(31)에서 발생한 전력은, 배터리(43)의 충전에 따라 회수된다. 따라서, 장치의 대형화 및 복잡화를 초래하지 않고, 에너지의 이용효율을 높일 수 있다. 또한, 주전동기(31)에서 발생한 전력을 배터리(43)에 회수함으로써, 제동시 기계적인 브레이크의 사용이 감소된다. 따라서, 기계적인 브레이크의 마모를 감소할 수 있다.As a result, the
또한, 본 발명에서, 배터리(43)는, 방전함으로써 주전동기(31)에 전력을 공급할 수도 있다. 이때문에 가선(13)으로부터 집전할 수 없는 상태로 전기차(10)가 정지한 경우에도, 배터리(43)의 방전에 의한 전력에 의해 전기차(10)의 재주행이 가능하다. In the present invention, the
또한, 본 발명에서는, 배터리(43)가 방전하여 보조기기(44)에 전력을 공급한다. 따라서, 가선(13)으로부터 집전할 수 없는 상태로 전기차(10)가 정지한 경우에도, 전기차(10)는 재주행할 수 있는 동시에, 보조기기(44)에도 배터리(43)로부터 전력이 공급된다. 따라서, 긴급시에 대한 전기차(10)의 안전성을 높일 수 있다.
In the present invention, the
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10: 전기차 31: 주전동기
41: 컨버터 42: 인버터
43: 배터리 44: 보조기기10: electric car 31: main motor
41: converter 42: inverter
43: battery 44: auxiliary device
Claims (3)
상기 변압기로 변압한 교류전력을 직류전력으로 변환하는 컨버터;
상기 컨버터의 직류전력 출력측에 접속되고, 입력되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 보조기기에 출력하는 인버터; 및
상기 인버터의 직류입력측에서 양극과 음극 사이에 접속되고, 상기 가선으로부터의 전력 및 상기 주전동기로부터의 회생전력을 충전하는 축전수단을 포함하는 보조전원 공급장치.
A transformer for stepping down the AC power collected from the wire and supplying it to the main motor;
A converter for converting AC power transformed into the transformer into DC power;
An inverter connected to the DC power output side of the converter and converting the input DC power into AC power and outputting the AC power to the auxiliary device; And
And power storage means connected between a positive electrode and a negative electrode at a direct current input side of said inverter, for charging electric power from said wire and regenerative electric power from said main motor.
상기 축전수단은, 상기 가선으로부터의 전력공급이 정지한 경우, 상기 주전동기 및 상기 보조기기에 전력을 방전하는 보조전원 공급장치.
The method of claim 1,
And the power storage means discharges electric power to the main motor and the auxiliary device when the power supply from the wire stops.
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---|---|---|---|
KR1020120031934A KR20130109848A (en) | 2012-03-28 | 2012-03-28 | Apparatus for supplying auxiliary power in electric vehicle |
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KR20130109848A true KR20130109848A (en) | 2013-10-08 |
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Family Applications (1)
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2012
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