KR20150006530A - 충전 장치 및 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면 충전 장치가 제공된다. 상기 충전 장치는, 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터; 상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하고, 상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 제2 컨버터; 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수하는 스너버 회로; 및 상기 스너버 회로에 의해 흡수된 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 제3 컨버터를 포함한다. 여기서 상기 제3 컨버터는 플라이 백 컨버터(fly back converter)이다.

Description

충전 장치 및 충전 방법{CHARGING APPARATUS AND CHARGING METHOD}
본 발명은 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것으로써, 구체적으로 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 차(plug-in hybrid car)의 배터리를 충전하는 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것이다.
플로그인 하이브리드 차 및 전기 자동차(이하 전기차 라 함)는 상용 교류 전원(AC 전원)을 이용해 차량 내부의 배터리를 충전하는 충전 장치(on board charger)가 필요하다. 전기차에 사용되는 종래의 충전 장치는 도 1과 같다.
도 1은 전기차에 사용되는 종래의 충전 장치를 나타낸 도면이다.
충전 장치는 AC/DC 컨버터(10), DC/DC 컨버터(20) 및 DC/DC 컨버터(30)를 포함한다.
AC/DC 컨버터(10)는 입력된 교류 전압(V_AC)을 직류 전압으로 변환한다. 구체적으로 AC/DC 컨버터(10)는 정류부(11) 및 LC 필터(12)를 포함한다.
정류부(11)는 다수의 다이오드(D1~D4)를 포함하고, 입력 교류 전압(V_AC)을 정류한다.
LC 필터(12)는 인덕터(L1), 스위치(SW1), 다이오드(D5) 및 캐패시터(C1)를 포함한다. 스위치(SW1)가 턴온 상태인 동안에는 인덕터(L1)는 정류부(11)의 출력 전압에 비례하는 에너지를 저장하고, 스위치(SW1)가 턴오프 상태인 동안에는 정류부(11)의 출력 전압과 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 동시에 다이오드(D5)를 거쳐 캐패시터(C1)에 전달된다. 따라서, 캐패시터(C1)에 인가되는 전압은 항상 정류부(11)의 출력 전압보다 높고, 스위치(SW1)의 온/오프 기간에 따라 달라진다.
DC/DC 컨버터(20)는 다수의 스위치(SW2~SW5)의 위상을 조절해, 고전압 배터리(40)를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성한다. 구체적으로 DC/DC 컨버터(20)는 다수의 스위치(SW2~SW5), 변압기(T1), 다수의 정류 다이오드(D6~D9), 인덕터(L2), 캐패시터(C2) 및 스너버 회로(21)를 포함한다. 스너버 회로(21)는 DC/DC 컨버터(20)의 동작 중에 발생하는 서지 전압(surge voltage)을 흡수함으로써, 서지 전압으로부터 회로를 보호한다. 여기서 서지 전압은 단시간 내에 심한 파형의 변화를 일으키는 전압이다. 서지 전압은, 변압기(T1)의 기생 커패시턴스, 정류 다이오드(D6~D9)의 역회복 특성 및 기생 커패시턴스, 그리고 인덕터(L2)의 영향으로 발생된다. 서지 전압에 의해 DC/DC 컨버터(20, 30)의 이상 동작(예, EMC/EMI성 노이즈, 회로의 효율성 저하)이 발생하게 되고, 심할 경우에 정류 다이오드(D6~D9)가 파괴될 수 있다. 스너버 회로(21)는, 정류 다이오드(D6~D9)와 인덕터(L2) 사이에서 서지성 전압을 흡수한다. 구체적으로 스너버 회로(21)는 저항(Rs), 캐패시터(Cs) 및 다이오드(Ds)를 포함한다. DC/DC 컨버터(20)에 의해 생성된 제1 충전 전압은 고전압 배터리(40)로 전달된다.
DC/DC 컨버터(30)는 저전압 배터리(50) 충전 및 전장 부하에 전원을 공급하기 위한 구성이다. DC/DC 컨버터(30)는 고전압 배터리(40)에 저장된 배터리 전압을 이용해 저전압 배터리(50)를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성한다. DC/DC 컨버터(30)는 다수의 스위치(SW6~SW9)의 위상을 조절해, 제2 충전 전압의 레벨을 조절할 수 있다. DC/DC 컨버터(30)는 다수의 스위치(SW6~SW9), 변압기(T2), 다수의 정류 다이오드(D10, D11), 인덕터(L3) 및 캐패시터(C3)를 포함한다. 한편, DC/DC 컨버터(30)는 저전압 DC/DC 컨버터(LDC: Low voltage DC/DC Converter)이다. DC/DC 컨버터(30)에 의해 생성된 제2 충전 전압은 저전압 배터리(50)로 전달된다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 충전 장치의 충전 과정을 나타낸 순서도이다.
먼저 교류 전압(V_AC)이 충전 장치에 입력된다(S10).
AC/DC 컨버터(10)는 입력 교류 전압(V_AC)을 정류하여 직류 전압으로 변환한다(S20).
DC/DC 컨버터(20)는 다수의 스위치(SW2~SW5)의 위상을 조절해, 제1 충전 전압을 생성한다(S30).
S30 단계에서 생성된 제1 충전 전압은 고전압 배터리(40)에 전달된다(S40). 고전압 배터리(40)는 충전된다.
DC/DC 컨버터(30)는 고전압 배터리(40)에 저장된 배터리 전압의 레벨에 따라다수의 스위치(SW6~SW9)의 위상을 조절해, 제2 충전 전압을 생성한다(S40).
S40 단계에서 생성된 제2 충전 전압은 저전압 배터리(50)에 전달된다. 저전압 배터리(50)는 충전된다.
한편, 종래의 충전 장치는, 고전압 배터리(40) 충전 중에 저전압 배터리(50)를 충전하기 위해서 DC/DC 컨버터(30)가 동작하는데, DC/DC 컨버터(30)는 고전압 배터리(40)로부터 전압(에너지)를 전달받기 때문에 DC/DC 컨버터(30)의 효율은 DC/DC 컨버터(20)의 효율에 큰 영향을 받는다. 이는 충전 장치의 전체 효율을 감소시키는 원인이다.
한편, DC/DC 컨버터(20)는 전력 반도체 소자들(예, SW2~SW5 등)과 스너버 회로(21)를 구성하는 소자들(Rs, Cs, Ds 등)을 포함하는데, 이렇게 많은 반도체 소자를 포함하는 종래의 충전 장치는 사이즈가 크고, 충전 효율이 낮다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 충전 효율이 높고 사이즈가 작은 충전 장치 및 상기 충전 장치의 충전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면 충전 장치가 제공된다. 상기 충전 장치는, 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터; 상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하고, 상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 제2 컨버터; 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수하는 스너버 회로; 및 상기 스너버 회로에 의해 흡수된 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 제3 컨버터를 포함한다. 여기서, 상기 제3 컨버터는 플라이 백 컨버터(fly back converter)이다.
상기 스너버 회로는, 일단에 상기 제2 컨버터에 의해 생성된 제1 정류 전압이 인가되고, 상기 일단과 타단의 전압 차이가 임계값보다 높은 경우에 턴온되는 제1 다이오드; 및 상기 제1 다이오드의 타단과 연결되고, 상기 턴온된 제1 다이오드로부터 전달된 전압을 저장하는 제1 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 제3 컨버터는, 상기 제1 캐패시터에 저장된 전압의 레벨을 1차측과 2차측의 권선비에 따라 조절하는 변압기; 및 상기 변압기로부터 출력된 전압을 저장하고, 방전 시 상기 저장된 전압을 상기 제2 배터리로 전달하는 제2 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 제3 컨버터는, 상기 변압기의 1차측과 연결되는 제1 스위치를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 변압기는 상기 제1 스위치가 턴온 상태인 경우에 상기 제1 캐패시터로부터 전압을 전달받아 축적하고, 상기 제1 스위치가 턴오프 상태인 경우에 상기 축적된 전압을 상기 제2 캐패시터로 전달한다.
상기 제3 컨버터는, 일단이 상기 변압기의 2차측과 연결되고, 타단이 상기 제2 캐패시터와 연결되는 제2 다이오드를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 충전 장치가 제공된다. 상기 충전 장치는, 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터; 상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하고, 상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 제2 컨버터; 상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하는 경우에 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수하여 저장하고, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하지 않는 경우에 상기 제1 배터리에 저장된 제1 배터리 전압을 저장하는 스너버 회로; 및 상기 스너버 회로에 저장된 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 제3 컨버터를 포함한다. 여기서, 상기 제3 컨버터는 플라이 백 컨버터이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 충전기의 충전 방법이 제공된다. 상기 충전 방법은, 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 단계; 상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하는 단계; 상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 단계; 상기 제1 정류 전압이 생성된 경우에 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수해 제1 캐패시터에 저장하는 단계; 및 상기 제1 캐패시터에 저장된 제1 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제2 충전 전압을 생성하는 단계는, 스위치의 스위칭 동작을 통해 상기 제1 전압을 상기 제1 캐패시터와 연결된 변압기에 축적시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 충전 장치를 구성하는 DC/DC 컨버터를 적은 개수의 반도체 소자로 설계할 수 있어, 제작 비용을 줄이고 충전 장치의 사이즈를 최소화할 수 있다.
또한, 종래에는 고전압 배터리를 충전한 후에 고전압 배터리에 저장된 전압(에너지)를 이용해 저전압 배터리를 충전하므로 전력의 흐름이 복잡하였다. 하지만, 본 발명은 스너버 회로에 의해 흡수된 서지 전압을 이용해 저전압 배터리를 충전하므로(즉, 고전압 배터리를 거치지 않고 저전압 배터리를 충전할 수 있으므로) 전력의 흐름이 짧고 간소하다. 이를 통해, 충전 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 고전압 배터리를 충전하고 있지 않는 경우에 고전압 배터리에 저장된 전압(에너지)을 이용해 저전압 배터리를 충전하는데, 이때 고전압 배터리에 저장된 전압은 고전압 배터리와 연결된 인덕터를 통과하게 된다. 이를 통해, 충전 장치의 EMC(Electromagnetic Compatibility) 억제 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 절연 변압기를 이용하기 때문에 고전압 배터리와 저전압 배터리 사이에 단락이 되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 전기차에서 사용되는 종래의 충전 장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 충전 장치의 충전 과정을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 장치를 나타낸 도면.
도 4는 고전압 배터리와 저전압 배터리를 함께 충전하는 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 전류 흐름의 제1 단계를 구체적으로 나타낸 도면.
도 6은 도 4의 전류 흐름의 제2 단계를 구체적으로 나타낸 도면.
도 7는 고전압 배터리와 저전압 배터리를 함께 충전하는 경우의 충전 과정을 나타낸 순서도.
도 8은 저전압 배터리만을 충전하는 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면.
도 9는 저전압 배터리만을 충전하는 경우의 충전 과정을 나타낸 순서도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 장치를 나타낸 도면이다.
충전 장치는 AC/DC 컨버터(100), DC/DC 컨버터(200), 및 DC/DC 컨버터(300)를 포함한다.
AC/DC 컨버터(100)는 입력된 교류 전압(V_AC)을 정류하여 직류 전압으로 변환한다. 또한, AC/DC 컨버터(100)는 입력 교류 전압과 입력 교류 전류의 역률(power factor)을 1에 가깝게 유지시켜 무효 전력의 증가를 방지한다. AC/DC 컨버터(100)의 구성은 도 1과 함께 상술한 AC/DC 컨버터(10)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
DC/DC 컨버터(200)는 AC/DC 컨버터(100)에 의해 변환된 직류 전압(이하 제1 직류 전압이라 함)의 레벨을 조절해, 제1 충전 전압을 생성한다. 여기서, 제1 충전 전압은 고전압 배터리(40)를 충전하기 위한 전압이다. 구체적으로 DC/DC 컨버터(200)는 스위칭부(210), 변압기(220), 정류부(230), 필터(240) 및 스너버 회로(250)를 포함한다.
스위칭부(210)는 다수의 스위치(SW11~SW14)를 포함하며, 다수의 스위치(SW11~SW14)의 스위칭 동작 및 위상 조절을 통해 제1 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다. 제1 레그는 스위치(SW11, SW12)로 구성되고, 제2 레그는 스위치(SW13, SW14)로 구성된다. 각 레그는 두 개의 구성 스위치가 동시에 턴온되지 않도록 하기 위해, 두 개의 구성 스위치 모두가 오프되는 기간을 둔다. 예를 들어, 제1 레그의 두 개의 스위치(SW11, SW12)가 동시에 턴온되지 않도록 하기 위해, 두 개의 스위치(SW11, SW12) 모두가 오프되는 기간을 둔다. 이를 데드 타임(dead time)이라 한다. 또한, 각 스위치(SW11~SW14)는 50%의 듀티를 유지하면서 스위칭한다. 각 스위치(SW11~SW14)의 위상 조절 방법은 다음과 같다. 먼저, 스위치(SW11)와 스위치(SW14)가 턴온된다. 이 경우에 변압기(220)에 전압이 인가된다. 다음, 스위치(SW11)가 턴오프되고 데드 타임을 유지한 후에 스위치(SW12)가 턴온된다. 이 경우에는 변압기(220)에 전압이 인가되지 않고, 스위치(SW12), 변압기(220)의 1차측(N1), 그리고 스위치(SW14)를 통해 전류만 환류하게 된다. 다음, 스위치(SW14)가 턴오프되고 데드 타임을 유지한 후에 스위치(SW13)가 턴온된다. 이 경우에는 변압기(220)에 전압이 인가된다. 스위치(SW12, SW13)가 턴온되었을 때 변압기(220)에 인가되는 전압은, 스위치(SW11, SW14)가 턴온되었을 때 변압기(220)에 인가되는 전압의 반대 극성 전압이다. 다음, 스위치(SW12)가 턴오프되고 데드 타임을 유지한 후에 스위치(SW11)가 턴온된다. 이 경우에는 변압기(220)에 전압이 인가되지 않고, 스위치(SW13), 변압기(220)의 1차측(N1), 그리고 스위치(SW11)를 통해 전류만 환류하게 된다. 다음, 스위치(SW13)가 턴오프되고 데드 타임을 유지한 후에 스위치(SW14)가 턴온된다. 이 경우는, 상술한 스위치(SW11, SW14)가 턴온된 경우와 동일하다. 상기의 과정들이 반복되면서 제1 직류 전압이 교류 전압으로 변환되어 변압기(220)에 인가된다. 변압기(220)에 전압이 인가되는 조건인 스위치(SW11, SW14)가 동시에 턴온되는 기간과 스위치(SW12, SW13)가 동시에 턴온되는 기간을 각 스위치의 듀티 변화없이 스위칭 위상만으로 조절하여, 변압기(220)에 인가되는 교류 전압의 절대 평균 전압을 조절할 수 있다. 이는 제1 충전 전압을 조절할 수 있다는 것을 의미한다.
변압기(220)는 스위칭부(210)로부터 전달된 교류 전압(이하 제1 교류 전압이라 함)의 레벨을 1차측(N1)과 2차측(N2)의 권선비에 따라 조절한다. 구체적으로 변압기(220)는 스위칭부(210)로부터 전달된 전류(제1 교류 전압에 대응함)의 레벨을 조절해 1차측(N1)에서 2차측(N2)으로 전달한다.
정류부(230)는 변압기(220)로부터 출력된 교류 전압을 정류한다. 구체적으로 정류부(230)는 다수의 정류 다이오드(D17~D20)를 포함한다.
필터(240)는 정류부(230)에 의해 정류된 전압(이하 제1 정류 전압이라 함)의 노이즈를 제거하여 제1 충전 전압을 생성한다. 구체적으로 필터(240)는 인덕터(L_OUT)와 캐패시터(C_OUT)를 포함한다. 인덕터(L_OUT)와 캐패시터(C_OUT)는 제1 충전 전압의 리플과 충전 전류의 리플을 감소시키는 역할을 한다. 인덕터(L_OUT)는 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 캐패시터(C_OUT)로 전달한다. 캐패시터(C_OUT)는 인덕터(L_OUT)로부터 전달된 전압(제1 충전 전압)을 저장한다.
스너버 회로(250)는 DC/DC 컨버터(200) 동작 중에 서지 전압(surge voltage)이 발생하면 서지 전압을 흡수함으로써, DC/DC 컨버터(200)를 서지 전압으로부터 보호한다. 여기서 서지 전압이란 단시간 내에 심한 파형의 변화를 일으키는 전압이다. 예를 들어, 서지 전압이 발생한 경우는 제1 정류 전압의 레벨이 설계치(예상 범위)보다 과하게 높은 경우일 수 있고, 스너버 회로(250)는 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수한다. 구체적으로, 스너버 회로(250)는 다이오드(D_SB) 및 캐패시터(C_SB)를 포함할 수 있다.
다이오드(D_SB)의 애노드의 전압(즉, 노드(ND1)의 전압)과 다이오드(D_SB)의 캐소드의 전압의 차이가 다이오드 전압(예, 0.7V) 이상이면 다이오드(D_SB)는 도통(턴온)된다. 즉, 노드(ND1)의 전압과 캐패시터(C_SB)의 전압 간의 차이가 임계값(예, 0.7V) 이상이면 다이오드(D_SB)는 도통된다. 예를 들어, 다이오드(D_SB)는 노드(ND1)에 서지 전압이 발생하면 도통된다. 스위칭부(210)의 스위치(예, SW11, SW14)가 턴온 상태이고 DC/DC 컨버터(200)에 의해 에너지가 고전압 배터리(40)로 전달되는 구간에서는, 인덕터(L_OUT)는 에너지 축적 상태(전류 상승 구간)가 되고, 캐패시터(C_OUT)도 에너지 축적 상태가 된다. 이때, 다이오드(D_SB)가 도통되고, 도통된 다이오드(D_SB)로부터 전달된 전압을 통해 캐패시터(C_SB)가 충전된다. 도 3에서는 다이오드(D_SB)의 캐소드가 캐패시터(C_SB)의 일단과 연결되어 있는 경우를 예시하였다.
캐패시터(C_SB)는 도통된 다이오드(D_SB)로부터 전달된 전압을 저장한다. 구체적으로, DC/DC 컨버터(200)가 제1 충전 전압을 생성하는 경우에는 캐패시터(C_SB)에 제1 정류 전압의 서지성 전압이 충전되고, DC/DC 컨버터(200)가 제1 충전 전압을 생성하지 않는 경우에는 캐패시터(C_SB)에 고전압 배터리(40)에 저장된 전압(이하 제1 배터리 전압이라 함)이 충전된다.
DC/DC 컨버터(300)는 캐패시터(C_SB)에 저장된 전압(에너지)의 레벨을 조절해 제2 충전 전압을 생성한다. 여기서 제2 충전 전압은 저전압 배터리(50)를 충전하기 위한 전압이다. 구체적으로, DC/DC 컨버터(300)는 DC/DC 컨버터(200)가 동작하는 경우(즉, 제1 충전 전압이 생성되는 경우)에 스너버 회로(250)에 의해 흡수된 서지성 전압의 레벨을 조절해 제2 충전 전압을 생성한다. 한편, DC/DC 컨버터(230)는 DC/DC 컨버터(210)가 동작하지 않는 경우(즉, 제1 충전 전압이 생성되지 않는 경우)에 제1 배터리 전압의 레벨을 조절해 제2 충전 전압을 생성한다. 구체적으로 DC/DC 컨버터(300)는 플라이 백 컨버터(fly back converter) 구조이고, 변압기(T3), 스위치(SW15), 다이오드(D21) 및 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다.
스위치(SW15)는 스위칭 동작을 통해 변압기(T3)의 에너지 축적을 제어한다. 구체적으로, 스위치(SW15)가 턴온 상태인 경우에 캐패시터(C_SB)에 저장된 전압(에너지)가 변압기(T3)에 전달되어, 변압기(T3)에 에너지가 축적된다. 스위치(SW15)가 턴오프 상태인 경우에 변압기(T3)에 축적되어 있던 에너지가 저전압 배터리(50)로 전달된다. 도 3에서는 스위치(SW15)의 일단이 변압기(T3)의 1차측(N1)과 연결되고, 스위치(SW15)의 타단이 접지되는 경우를 예시하였다.
변압기(T3)는 캐패시터(C_SB)로부터 전달받은 전압(에너지)의 레벨을 1차측(N1)과 2차측(N2)의 권선비에 따라 조절한다. 구체적으로 변압기(T3)는 캐패시터(C_SB)로부터 흐르는 전류의 레벨을 조절하여 1차측(N1)에서 2차측(N2)으로 전달한다. 변압기(T3)의 1차측(N1)의 일단은 캐패시터(C_SB)의 일단과 연결되고, 변압기(T3)의 1차측(N1)의 타단은 스위치(SW15)의 일단과 연결된다. 한편, 변압기(T3)는 절연 변압기이다. 절연 변압기인 변압기(T3)를 사용함으로써, 고전압 배터리(40)와 저전압 배터리(50) 사이에 단락이 되는 현상이 방지된다.
다이오드(D21)는 변압기(T3)에 축적되어 있던 전압(에너지)을 캐패시터(C4)로 전달한다. 구체적으로, 다이오드(D21)가 도통되면, 변압기(T3)에 축적되어 있던 전압이 캐패시터(C4)에 전달된다. 한편, 스위치(SW15)가 턴온되어 변압기(T3)에 에너지가 축적되는 동안에, 다이오드(D21)는 턴오프된다.
캐패시터(C4)는 도통된 다이오드(D21)로부터 전달된 전압(에너지)를 저장한다. 캐패시터(C4)가 방전되면, 캐패시터(C4)에 충전되어 있던 전압(에너지)은 저전압 배터리(50)로 전달된다.
한편, DC/DC 컨버터(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터(200) 내에 포함될 수 있다.
도 4는 고전압 배터리와 저전압 배터리를 함께 충전하는 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
본 발명의 충전 장치는 상용 교류 전압(V_AC)을 이용하여 고전압 배터리(40)를 충전하는 경우에 저전압 배터리(50)도 함께 충전한다. 구체적으로, 상용 교류 전압인 입력 전압(V_AC)을 이용해 고전압 배터리(40)를 충전하는 경우에, AC/DC 컨버터(100), 스위칭부(210), 변압기(220), 정류부(230) 및 필터(240)를 통해 화살표(A1)와 같은 전류 경로가 형성된다. 즉, 입력 교류 전압(V_AC)이 AC/DC 컨버터(100)에 의해 제1 직류 전압으로 변환되고, 제1 직류 전압이 스위칭부(210), 변압기(220), 정류부(230) 및 필터(240)를 거쳐 제1 충전 전압으로 변환된다. 그리고 제1 충전 전압은 고전압 배터리(40)에 전달된다.
이와 동시에, 노드(ND1), 스너버 회로(250) 및 DC/DC 컨버터(300)를 통해 화살표(A2, A3)와 같은 전류 경로가 형성된다. 즉, 노드(ND1)에 실린 제1 정류 전압에서 서지 현상이 발생한 경우에, 화살표(A2)와 같이 제1 정류 전압의 서지성 전압이 스너버 회로(250)에 의해 흡수된다. 스너버 회로(250)에 의해 흡수된 전압은 DC/DC 컨버터(300)에 전달되고, 화살표(A3)와 같이 DC/DC 컨버터(300)에 전달된 전압은 전압 레벨이 조절되어 제2 충전 전압으로 변환된다. 그리고 제2 충전 전압은 저전압 배터리(50)에 전달된다.
도 5는 도 4의 전류 흐름의 제1 단계를 구체적으로 나타낸 도면이다.
스위칭부(210)의 스위치(예, SW11, SW14)가 턴온 상태이고 DC/DC 컨버터(200)에 의해 에너지가 고전압 배터리(40)로 전달되는 구간(이하 제1 구간이라 함)에서는, 화살표(A4_1~A4_7, A5_1~A5_9)와 같은 전류 경로가 형성된다. 제1 구간에서 인덕터(L_OUT)는 에너지 축적 상태(전류 상승 구간)가 되고, 캐패시터(C_OUT)도 에너지 축적 상태가 된다.
한편, 노드(ND1)의 전압과 캐패시터(C_SB)의 전압 간의 차이가 임계값 이상이므로 다이오드(D_SB)는 도통된다. 이 경우 화살표(A5_4)와 같은 전류 경로가 형성된다. 따라서, 도통된 다이오드(D_SB)로부터 전달된 전압(에너지)을 통해 캐패시터(C_SB)가 충전된다. 여기서, 스위치(SW15)는 턴오프 상태를 유지한다.
한편, 스위치(SW15)가 턴오프 상태인 경우에, 화살표(A6_1~A6_4)와 같은 전류 경로가 형성된다. 구체적으로, 기존에 변압기(T3)에 축적되어 있던 전압(에너지)이 도통된 다이오드(D21)를 통해 캐패시터(C4)로 전달된다. 즉, 도통된 다이오드(D21)를 통해 전달된 전압(에너지)이 캐패시터(C4)에 충전된다.
도 6은 도 4의 전류 흐름의 제2 단계를 구체적으로 나타낸 도면이다.
스위칭부(210)의 스위치(예, SW11, SW14)가 턴온 상태이지만 DC/DC 컨버터(200)에 의해 고전압 배터리(40)로 에너지가 전달되지 않는 구간(이하 제2 구간이라 함)에서는, 화살표(A4_1~A4_7, A7_1~A7_7)와 같은 전류 경로가 형성된다. 제2 구간에서 인덕터(L_OUT)에 축적되어 있던 에너지가 방전(전류 하강 구간)되고, 캐패시터(C_OUT)도 축적되어 있던 에너지가 방전되어 고전압 배터리(40)로 에너지가 전달된다. 이를 통해, 고전압 배터리(40)가 충전된다.
한편, 다이오드(D_SB)는 정류부(230)에 의해 정류된 전압이 없으므로 전위차에 의해 차단(턴오프)된다. 이때 스위치(SW15)가 턴온되면 화살표(A8_1~A8_3)와 같은 전류 경로가 형성된다. 즉, 캐패시터(C_SB)에 축적되어 있던 전압(에너지)가 변압기(T3)에 축적된다. 이때, 다이오드(D21)는 턴오프 상태를 유지하는데, 이로 인해 화살표(A9_1~A9_4)와 같은 전류 경로가 형성된다. 즉, 캐패시터(C4)에 축적되어 있던 전압(에너지)이 방전되어 저전압 배터리(50)로 전달된다. 이를 통해, 저전압 배터리(50)가 충전된다.
도 7는 고전압 배터리와 저전압 배터리를 함께 충전하는 경우의 충전 과정을 나타낸 순서도이다. 도 4 내지 도 7를 참고하여 고전압 배터리(40)와 저전압 배터리(50)를 함께 충전하는 경우의 충전 과정을 설명한다.
먼저 상용 교류 전압(V_AC)이 충전 장치에 입력된다(S110).
AC/DC 컨버터(100)가 교류 전압(V_AC)을 제1 직류 전압으로 변환한다(S120).
제1 직류 전압은 스위칭부(210)를 통과하여 제1 교류 전압으로 변환되고, 제1 교류 전압은 변압기(220)의 턴 비율에 의해 전압 레벨이 조절된다. 그리고 변압기(220)를 통과한 전압은 정류부(230)를 통해 정류되고, 제1 정류 전압은 인덕터(L_OUT)에 의해 노이즈가 제거되어 캐패시터(C_OUT)에 저장된다(S130).
캐패시터(C_OUT)에 저장된 전압(제1 충전 전압)은 고전압 배터리(40)에 전달되고, 고전압 배터리(40)는 충전된다(S140).
한편, 정류부(230)에 의해 정류된 전압인 제1 정류 전압에서 서지 현상이 발생한 경우에, 스너버 회로(250)가 노드(ND1)에 실린 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수한다. 구체적으로 제1 정류 전압에서 서지 현상이 발생하면 다이오드(D_SB)가 도통되어 제1 정류 전압이 캐패시터(C_SB)에 전달되고, 캐패시터(C_SB)는 전달된 전압을 저장한다.
캐패시터(C_SB)에 저장된 전압은 DC/DC 컨버터(300)로 전달된다. DC/DC 컨버터(300)는 전달받은 전압(에너지)을 이용해 제2 충전 전압을 생성한다(S150). 구체적으로, DC/DC 컨버터(300)로 전달된 전압(에너지)은 변압기(T3)에 축적되고, 변압기(T3)의 턴 비율에 의해 전압 레벨이 조절된다. 변압기(T3)를 통과한 전압은 도통된 다이오드(D21)를 통해 캐패시터(C4)에 전달되고, 캐패시터(C4)는 전달된 전압(에너지)를 통해 충전된다(S150).
캐패시터(C4)에 저장된 전압(제2 충전 전압)은 저전압 배터리(50)에 전달된다(S160). 이를 통해, 저전압 배터리(50)는 충전된다.
도 8은 저전압 배터리만을 충전하는 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
상용 교류 전원(V_AC)를 이용해 고전압 배터리(40)를 충전하지 않는 경우에는 AC/DC 컨버터(100)와 DC/DC 컨버터(200)는 동작하지 않는다. 여기서 DC/DC 컨버터(200)가 동작하지 않으면, 제1 충전 전압은 생성되지 않는다. 이 경우에 고전압 배터리(40)에 저장된 전압(에너지)를 이용해 저전압 배터리(50)를 충전한다. 구체적으로, 고전압 배터리(40), 인덕터(L_OUT) 및 노드(ND1)를 통해 화살표(A10)와 같은 전류 경로가 형성된다. 그리고 노드(ND1), 스너버 회로(250) 및 DC/DC 컨버터(300)를 통해 화살표(A11, A12)와 같은 전류 경로가 형성된다. 즉, 고전압 배터리(40)에 저장된 제1 배터리 전압은 화살표(A10)와 같이 인덕터(L_OUT)를 통과한다. 인덕터(L_OUT)를 통과한 제1 배터리 전압은 화살표(A11)와 같이, 도통된 다이오드(D_SB)를 거쳐 캐패시터(C_SB)로 전달된다. 이 때 스너버 회로(250)는 서지성 전압 제거 역할을 수행하지 않고, 인덕터(L_OUT)와 함께 DC/DC 컨버터(300)의 입력 EMC(Electromagnetic Compatibility) 필터 역할만 수행한다. 한편, 캐패시터(C_SB)에 저장된 전압(에너지)은 화살표(A12)와 같이, DC/DC 컨버터(300)로 전달된다. DC/DC 컨버터(300)로 전달된 전압은 변압기(T3)에 의해 전압 레벨이 조절되어 제2 충전 전압으로 변환된다. 그리고 제2 충전 전압은 저전압 배터리(50)에 전달된다.
도 9는 저전압 배터리만을 충전하는 경우의 충전 과정을 나타낸 순서도이다.
도 8 및 도 9를 참고하여 고전압 배터리(40)를 충전하지 않는 경우에 저전압 배터리(50)를 충전하는 과정을 설명한다.
먼저 제1 배터리 전압이 인덕터(L_OUT)를 통과한다(S210). 인덕터(L_OUT)를통해 제1 배터리 전압의 노이즈를 1차적으로 제거함으로써 충전 장치의 EMC 억제 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 도 1에 도시된 종래의 충전 장치에서는 저전압 배터리(50) 충전 시에 고전압 배터리(40)에 저장된 전압이 인덕터(L2)를 통과하지 않기 때문에 상술한 본 발명과 같은 효과를 기대하기 어렵다.
인덕터(L_OUT)를 통과한 제1 배터리 전압은 스너버 회로(250)를 거쳐 DC/DC 컨버터(300)로 전달된다. 노드(ND1)의 전압(즉, 인덕터(L_OUT)를 통과한 제1 배터리 전압)의 레벨이 캐패시터(C_SB)의 전압 레벨보다 임계값(예, 0.7V) 이상 높은 경우에, 다이오드(D_SB)는 턴온된다. 턴온된 다이오드(D_SB)를 통해 제1 배터리 전압이 캐패시터(C_SB)에 전달되어 저장된다. 캐패시터(C_SB)에 저장된 제1 배터리 전압은 DC/DC 컨버터(300)로 전달된다. 이때, 인덕터(L_OUT)와 캐패시터(C_SB)는 상술한 바와 같이 충전 장치의 EMC 필터 역할을 수행한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, EMC 억제용 필터를 따로 사용할 필요가 없으므로, 충전 장치의 전체 사이즈 및 원가를 낮출 수 있다.
DC/DC 컨버터(300)는 전달받은 전압(에너지)을 이용해 제2 충전 전압을 생성한다(S220). 구체적으로, DC/DC 컨버터(300)로 전달된 전압(에너지)은 변압기(T3)의 턴 비율에 의해 전압 레벨이 조절된다. 변압기(T3)를 통과한 전압은 도통된 다이오드(D21)를 통해 캐패시터(C4)에 전달되고, 캐패시터(C4)는 전달된 전압(에너지)을 통해 충전된다.
캐패시터(C4)에 저장된 전압(제2 충전 전압)은 저전압 배터리(50)에 전달된다(S230). 이를 통해, 저전압 배터리(50)는 충전된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: AC/DC 컨버터 200: DC/DC 컨버터
250: 스너버 회로 300: DC/DC 컨버터
40: 고전압 배터리 50: 저전압 배터리

Claims (21)

  1. 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터;
    상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하고, 상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 제2 컨버터;
    상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수하는 스너버 회로; 및
    상기 스너버 회로에 의해 흡수된 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 제3 컨버터를 포함하고,
    상기 제3 컨버터는 플라이 백 컨버터(fly back converter)인
    충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스너버 회로는
    일단에 상기 제2 컨버터에 의해 생성된 제1 정류 전압이 인가되고, 상기 일단과 타단의 전압 차이가 임계값보다 높은 경우에 턴온되는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 다이오드의 타단과 연결되고, 상기 턴온된 제1 다이오드로부터 전달된 전압을 저장하는 제1 캐패시터를 포함하는
    충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    상기 제1 캐패시터에 저장된 전압의 레벨을 1차측과 2차측의 권선비에 따라조절하는 변압기; 및
    상기 변압기로부터 출력된 전압을 저장하고, 방전 시 상기 저장된 전압을 상기 제2 배터리로 전달하는 제2 캐패시터를 포함하는
    충전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    상기 변압기의 1차측과 연결되는 제1 스위치를 더 포함하고,
    상기 변압기는
    상기 제1 스위치가 턴온 상태인 경우에 상기 제1 캐패시터로부터 전압을 전달받아 축적하고, 상기 제1 스위치가 턴오프 상태인 경우에 상기 축적된 전압을 상기 제2 캐패시터로 전달하는
    충전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    일단이 상기 변압기의 2차측과 연결되고, 타단이 상기 제2 캐패시터와 연결되는 제2 다이오드를 더 포함하는
    충전 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 스너버 회로는 상기 제2 컨버터 내에 위치하는
    충전 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는 상기 제2 컨버터 내에 위치하는
    충전 장치.
  8. 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 제1 컨버터;
    상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하고, 상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 제2 컨버터;
    상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하는 경우에 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수하여 저장하고, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하지 않는 경우에 상기 제1 배터리에 저장된 제1 배터리 전압을 저장하는 스너버 회로; 및
    상기 스너버 회로에 저장된 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 제3 컨버터를 포함하고,
    상기 제3 컨버터는 플라이 백 컨버터(fly back converter)인
    충전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스너버 회로는,
    일단과 타단의 전압 차이가 임계값 보다 높은 경우에 턴온되는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 다이오드의 타단과 연결되고, 상기 턴온된 제1 다이오드로부터 전달된 전압을 저장하는 제1 캐패시터를 포함하고,
    상기 제1 다이오드의 일단에 실리는 전압은, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하는 경우에 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압이고, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하지 않는 경우에 상기 제1 배터리 전압인
    충전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    상기 제1 캐패시터에 저장된 전압의 레벨을 1차측과 2차측의 권선비에 따라 조절하는 제1 변압기; 및
    상기 제1 변압기로부터 출력된 전압을 저장하고, 방전 시 상기 저장된 전압을 상기 제2 배터리로 전달하는 제2 캐패시터를 포함하는
    충전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    일단이 상기 제1 변압기의 1차측과 연결되고 타단이 접지되는 제1 스위치; 및
    일단이 상기 제1 변압기의 2차측과 연결되고 타단이 상기 제2 캐패시터와 연결되는 제2 다이오드를 더 포함하는
    충전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    상기 제1 스위치를 턴온시켜 상기 제1 캐패시터로부터 전압을 전달받아 상기 제1 변압기에 축적하고, 상기 제1 스위치를 턴오프시켜 상기 제1 변압기에 축적된 전압을 턴온된 상기 제2 다이오드를 통해 상기 제2 캐패시터에 전달하는
    충전 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 컨버터는
    상기 제1 스위치를 다시 턴온시켜 상기 제2 캐패시터에 저장된 전압을 방전하여 상기 제2 배터리로 전달하는
    충전 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는
    스위칭 동작을 통해 상기 제1 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 스위칭부;
    상기 스위칭부로부터 전달된 전압의 레벨을 1차측과 2차측의 권선비에 따라 조절하는 제2 변압기;
    상기 제2 변압기로부터 출력된 전압을 정류하여 상기 제1 정류 전압을 생성하는 정류부; 및
    상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 상기 제1 충전 전압을 생성하는 필터를 포함하는
    충전 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 필터는
    상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하는 인덕터; 및
    상기 인덕터에 의해 노이즈가 제거된 전압인 상기 제1 충전 전압을 저장하는 제3 캐패시터를 포함하는
    충전 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 다이오드의 일단에 실리는 전압은, 상기 제2 컨버터가 상기 제1 충전 전압을 생성하지 않는 경우에 상기 인덕터를 통과한 상기 제1 배터리 전압인
    충전 장치.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 제2 충전 전압의 레벨은 상기 제1 충전 전압의 레벨보다 낮은
    충전 장치.
  18. 교류 전압인 입력 전압을 정류하여 제1 직류 전압으로 변환하는 단계;
    상기 제1 직류 전압의 레벨을 조절하고, 상기 조절된 제1 직류 전압을 정류하여 제1 정류 전압을 생성하는 단계;
    상기 제1 정류 전압의 노이즈를 제거하여 제1 배터리를 충전하기 위한 제1 충전 전압을 생성하는 단계;
    상기 제1 정류 전압이 생성된 경우에 상기 제1 정류 전압의 서지성 전압을 흡수해 제1 캐패시터에 저장하는 단계; 및
    상기 제1 캐패시터에 저장된 제1 전압을 이용해 제2 배터리를 충전하기 위한 제2 충전 전압을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 충전 전압을 생성하는 단계는,
    스위치의 스위칭 동작을 통해 상기 제1 전압을 상기 제1 캐패시터와 연결된 변압기에 축적시키는 단계를 포함하는
    충전기의 충전 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 정류 전압이 생성되지 않은 경우에 상기 제1 배터리에 저장된 제1 배터리 전압을 상기 제1 캐패시터에 저장하는 단계를 더 포함하는
    충전기의 충전 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 충전 전압을 생성하는 단계는,
    상기 스위치를 턴오프시켜 상기 변압기에 축적된 전압을 상기 변압기의 1차측에서 2차측으로 전달하는 단계; 및
    상기 변압기의 2차측으로 전달된 전압인 상기 제2 충전 전압을 제2 캐패시터에 저장하는 단계를 더 포함하는
    충전기의 충전 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 배터리 전압을 상기 제1 캐패시터에 저장하는 단계는,
    상기 제1 배터리 전압을 상기 제1 배터리의 일단과 연결된 인덕터에 통과시키는 단계; 및
    상기 인덕터를 통과한 전압을 상기 제1 캐패시터에 저장하는 단계를 포함하는
    충전기의 충전 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170006590A (ko) 2015-07-08 2017-01-18 삼성전기주식회사 전원 공급 장치 및 컨버터 제어 방법
EP3403872A1 (fr) * 2017-05-19 2018-11-21 Valeo Siemens eAutomotive France SAS Système de chargeur électrique pour véhicule électrique ou hybride
KR20200044457A (ko) * 2018-10-19 2020-04-29 (주)효성파워택 수배전반의 고전압 스위치용 전원백업장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102336554B1 (ko) * 2019-12-19 2021-12-06 현대오토에버 주식회사 차량용 무선 충전 시스템 및 그것의 동작 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101829469B1 (ko) * 2008-12-04 2018-03-30 큐알엔에이, 인크. Ｅｐｏ에 대한 천연 안티센스 전사체의 억제에 의해 에리트로포에틴(ｅｐｏ) 관련된 질환의 치료
JP5938881B2 (ja) * 2011-12-01 2016-06-22 シンフォニアテクノロジー株式会社 電力変換回路

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170006590A (ko) 2015-07-08 2017-01-18 삼성전기주식회사 전원 공급 장치 및 컨버터 제어 방법
EP3403872A1 (fr) * 2017-05-19 2018-11-21 Valeo Siemens eAutomotive France SAS Système de chargeur électrique pour véhicule électrique ou hybride
FR3066655A1 (fr) * 2017-05-19 2018-11-23 Valeo Siemens Eautomotive France Sas Systeme de chargeur electrique pour vehicule electrique ou hybride
KR20180127242A (ko) * 2017-05-19 2018-11-28 발레오 지멘스 이오토모티브 프랑스 에스에이에스 전기 또는 하이브리드 차량용 전기 충전 시스템
CN108933469A (zh) * 2017-05-19 2018-12-04 维洛西门子新能源汽车法国简式股份公司 电气系统
US10807476B2 (en) 2017-05-19 2020-10-20 Valeo Siemens Eautomotive France Sas Electrical system for charging a high-voltage battery and a low-voltage battery
CN108933469B (zh) * 2017-05-19 2023-09-01 维洛西门子新能源汽车法国简式股份公司 电气系统
KR20200044457A (ko) * 2018-10-19 2020-04-29 (주)효성파워택 수배전반의 고전압 스위치용 전원백업장치

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