KR20160010158A - Electric operator about integrated inverter and charger - Google Patents

Electric operator about integrated inverter and charger Download PDF

Info

Publication number
KR20160010158A
KR20160010158A KR1020140091173A KR20140091173A KR20160010158A KR 20160010158 A KR20160010158 A KR 20160010158A KR 1020140091173 A KR1020140091173 A KR 1020140091173A KR 20140091173 A KR20140091173 A KR 20140091173A KR 20160010158 A KR20160010158 A KR 20160010158A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
unit
inverter
switching element
power
Prior art date
Application number
KR1020140091173A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김용은
배재남
박현배
문희석
Original Assignee
자동차부품연구원
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 자동차부품연구원 filed Critical 자동차부품연구원
Priority to KR1020140091173A priority Critical patent/KR20160010158A/en
Publication of KR20160010158A publication Critical patent/KR20160010158A/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • 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
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • 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
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • 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
    • 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
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management 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
    • Y02T10/80—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
    • Y02T90/14—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)

Abstract

The present invention relates to an electric driving device with an embedded charger. The electric driving device includes a switching part which applies the power of a battery to a motor via an inverter part in a driving mode, and applies the power of a rectification part to the battery via a coil of the motor and a switching element of the inverter part. According to the present invention, a small electric driving device can be provided by integrating the charger with the inverter for driving the motor without a separate charger.

Description

충전기 내장형 전기 구동 장치{ELECTRIC OPERATOR ABOUT INTEGRATED INVERTER AND CHARGER}ELECTRIC OPERATOR ABOUT INTEGRATED INVERTER AND CHARGER

본 발명은 전기 구동 장치에 관한 것으로, 특히 전동기 구동을 위한 인버터와 충전기가 통합된 전기 구동 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric driving apparatus, and more particularly to an electric driving apparatus incorporating an inverter and a charger for driving a motor.

전기 구동 장치에서 인버터란 직류전력을 교류전력으로 변환하여 전동기의 모터를 구동시키는 장치를 말한다. 일반적으로 3상 인버터가 널리 사용되며 직류전력은 배터리로부터 입력 받는다. 이 경우, 배터리의 충전을 위한 충전기는 외부전원으로부터 입력받은 교류전력을 직류전력으로 변환하여 배터리를 안정적으로 충전해야 한다. 일반적으로 배터리의 충전을 위해서 벅 컨버터(buck converter)가 사용될 수 있다. In an electric drive system, an inverter refers to a device that drives a motor of a motor by converting DC power into AC power. In general, three-phase inverters are widely used and DC power is input from the battery. In this case, the charger for charging the battery must convert the AC power received from the external power source to DC power and charge the battery stably. Generally, a buck converter can be used for charging the battery.

벅 컨버터(buck converter)란 입력단과 출력단이 같은 접지를 공유하는 회로에 주로 사용된다. 벅 컨버터는 일정한 주기로 스위칭하는 스위칭 소자를 이용하여 스위치가 온(on) 되어있는 동안 입력 전원이 회로에 연결되도록 하고 오프(off) 되어있는 동안은 입력 전원이 끊어지도록 한다. 이와 같이 벅 컨버터는 주기적으로 전기적 흐름을 단속하고, 펄스 모양의 전압을 저역통과필터를 통해 평활하여 직류전압을 출력하는 기능을 한다. 이는 직류전압을 주기적으로 잘라내어(chopping) 만들어진 펄스전압을 평균하여 출력전압을 형성하는 원리로 이해될 수 있다. 이와 같은 방식의 컨버터는 전압원 컨버터 또는 강압형 컨버터라고도 불리며 출력전압은 입력전압보다 항상 작은 특성을 가지게 된다. A buck converter is commonly used for circuits where the input and output share the same ground. The buck converter uses a switching device that switches at regular intervals to allow the input power to be connected to the circuit while the switch is on and the input power to be cut off while the switch is off. In this way, the buck converter periodically interrupts the electrical flow, smoothes the pulse-like voltage through a low-pass filter, and outputs a DC voltage. This can be understood as a principle in which the output voltage is formed by averaging the pulse voltage generated by chopping the DC voltage periodically. Such a converter is called a voltage source converter or a step-down converter, and the output voltage is always smaller than the input voltage.

종래 전기 구동 장치는 인버터 및 충전기가 각각 분리된 상태로 구비되어 있어 인버터 및 충전기를 각각 전기 자동차에 장착할 수 있도록 설계하는데 많은 시간과 인력이 소모되는 문제점이 있다. 상기의 문제점을 해결하기 위해, 최근 인버터와 충전기를 통합하려는 연구가 시도되고 있으며 이와 관련된 종래기술로는 한국등록특허 제10-1273736호가 있다.The conventional electric drive apparatus is provided with the inverter and the charger separately from each other, so that it takes much time and manpower to design the inverter and the charger to be mounted on the electric vehicle. In order to solve the above problems, researches for integrating an inverter and a charger have recently been attempted, and Korean Patent No. 10-1273736 discloses a related art related thereto.

한국등록특허 제10-1273736호에 의하면, 고전압 배터리를 사용하여 모터 자체를 고전압으로 구동시킬 때 사용되었으며, 고전압을 강하하기 위하여 별도의 저전압 컨버터(LDC converter)(120)를 사용하였다. 이 경우, 제조 단가가 비싸지는 문제점이 있고 소형 개인용 이동 수단에서 사용되는 저전압 배터리는 사용할 수 없는 단점이 있다. According to Korean Patent No. 10-1273736, a high voltage battery is used to drive the motor itself at a high voltage, and a separate low voltage converter (LDC converter) 120 is used to drop the high voltage. In this case, there is a problem that the manufacturing cost is expensive, and there is a disadvantage that the low voltage battery used in the small personal moving means can not be used.

또한, 종래기술은 배터리의 충전을 위해 교류전력을 직류전력으로 변환하는 벅 컨버터의 기능을 구현하기 위해 별도의 스위칭 소자를 사용하였다. 보다 상세하게, 종래기술에 의하면 벅 컨버터 기능을 수행하기 위하여 정류부(110, 도 1 참조) 내에 별도의 스위칭 소자를 구비하고 있다. 별도의 스위칭 소자를 구비하게 될 경우, 이러한 스위칭 소자는 벅 컨버터의 기능을 수행하기 위해서 전력 용량이 커야 하므로 전기 구동 장치의 제조 단가가 비싸지는 문제점이 있다.
In addition, the prior art uses a separate switching element to implement the function of a buck converter that converts AC power to DC power for charging the battery. In more detail, according to the related art, a separate switching element is provided in the rectifying part 110 (see FIG. 1) in order to perform the buck converter function. If a separate switching device is to be provided, the switching device must have a large power capacity in order to perform the function of the buck converter, so that the manufacturing cost of the electric driving device becomes high.

따라서 본 발명은 전동기 구동을 위한 인버터와 충전기가 통합된 전기 구동 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electric driving apparatus in which an inverter and a charger for driving a motor are integrated.

또한, 본 발명은 저전압 컨버터 및 저전압 배터리를 구비하지 않고, 컨버터 기능을 수행하는 인버터와 충전기가 통합된 전기 구동 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide an electric driving apparatus in which an inverter and a charger are integrated, which do not have a low-voltage converter and a low-voltage battery, and perform a converter function.

또한, 본 발명은 저렴한 제조단가로 충전기가 내장된 전기 구동 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
It is still another object of the present invention to provide an electric drive apparatus having a built-in charger with a low manufacturing cost.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 충전기 내장형 전기 구동 장치에 있어서, 배터리; 교류전력을 정류하는 정류부; 스위칭 소자를 구비하며, 배터리로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터부; 및 자속을 발생시키는 코일을 구비하며, 인버터부로부터 제공되는 교류전력에 의해서 구동되는 전동기 및 구동 모드에서는 배터리의 출력이 인버터를 경유하여 전동기에 인가되도록 하고, 충전 모드에서는 정류부의 출력이 인버터부의 스위칭 소자와 전동기의 코일을 경유하여 배터리로 인가되도록 하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric drive device with built-in charger, comprising: a battery; A rectifying unit for rectifying AC power; An inverter unit having a switching device and converting DC power supplied from the battery into AC power; And a coil for generating a magnetic flux. In an electric motor driven by AC power supplied from an inverter unit and in a drive mode, the output of the battery is applied to an electric motor via an inverter. In the charge mode, the output of the rectifier unit is switched And a switching unit for applying the voltage to the battery via the coil of the element and the motor.

바람직하게는, 본 발명에 따른 인버터부는 스위칭부를 경유하여 배터리의 양극과 연결되는 상단 스위칭 소자 및 배터리의 음극과 연결되는 하단 스위칭 소자를 구비할 수 있다. 본 발명에 따른 스위칭부는, 충전 모드에서 정류부의 출력이 상단 스위칭 소자와 전동기의 코일을 경유하여 배터리로 인가되도록 할 수 있다. 또한, 하단 스위칭 소자는 충전 모드에서 오프(off)되며, 상단 스위칭 소자 및 하단 스위칭 소자는 구동 모드에서 상보적으로 동작할 수 있다.Preferably, the inverter unit according to the present invention may include a top switching element connected to the anode of the battery via the switching unit, and a bottom switching element connected to the cathode of the battery. In the switching unit according to the present invention, the output of the rectifying unit may be applied to the battery via the upper switching element and the coil of the motor in the charging mode. Further, the lower switching element is turned off in the charging mode, and the upper switching element and the lower switching element can operate complementarily in the driving mode.

바람직하게 본 발명은 스위칭부 및 인버터부를 제어하는 제어 모듈을 더 포함할 수 있고, 제어 모듈은 상단 스위칭 소자에 입력되는 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 입력되도록 인버터부의 스위칭 시간을 제어할 수 있다.Preferably, the present invention may further include a control module for controlling the switching unit and the inverter unit, and the control module may control the switching time of the inverter unit so that the phase of the AC power input to the upper switching device is differently input by 120 degrees.

바람직하게 본 발명에 따른 스위칭부는, 구동 모드에서 배터리와 인버터부를 연결하고, 충전 모드에서 배터리와 전동기를 연결하는 메인 스위치 및 구동 모드에서 인버터부와 정류부를 개방(open)하고, 충전 모드에서 인버터부와 정류부를 연결하는 충전 스위치를 구비할 수 있다.
Preferably, the switching unit according to the present invention includes a main switch for connecting the battery and the inverter unit in the drive mode, a main switch for connecting the battery and the motor in the charge mode, and a main switch for opening the inverter unit and the rectifier unit in the drive mode, And a charging switch for connecting the rectifying part with the charging part.

본 발명에 따르면 별도의 배터리가 분리되어 구비되지 않고, 전동기 구동을 위한 인버터와 충전용 배터리가 내장되어 소형의 전기 구동 장치가 제공되는 이점이 있다. 또한, 전기 구동 장치의 내부 소자를 이용하여 컨버터의 기능을 수행함으로써, 저렴한 제조단가로 인버터와 충전기가 통합된 전기 구동 장치를 제공하는 이점이 있다.
According to the present invention, there is an advantage that a separate battery is not separately provided, an inverter for driving the motor and a rechargeable battery are incorporated, thereby providing a small electric driving apparatus. Further, there is an advantage of providing an electric drive apparatus in which an inverter and a charger are integrated at an inexpensive manufacturing cost by performing the function of a converter using internal elements of the electric drive apparatus.

도 1은 종래기술에 따른 인버터-충전기 통합형 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전기 내장형 전기 구동 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치의 인버터부를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치의 구동 모드 및 전류의 흐름을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치의 충전 모드 및 전류의 흐름을 나타낸다.Figure 1 shows an inverter-charger integrated device according to the prior art.
2 shows a charger built-in electric drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 shows an inverter section of an electric driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 shows the driving mode and the current flow of the electric driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
5 shows a charging mode and a current flow of the electric driving apparatus according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the exemplary embodiments. Like reference numerals in the drawings denote members performing substantially the same function.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전기 내장형 전기 구동 장치(1)를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 전기 구동 장치(1)는 배터리(10), 교류전력을 정류하는 정류부(30), 배터리(10)로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터부(50), 자속을 발생시키는 코일(701)을 구비하며 인버터부(50)로부터 제공되는 교류전력에 의해서 구동되는 전동기(70)를 포함할 수 있다. Fig. 2 shows a charger built-in electric drive apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. 2, the electric drive system 1 includes a battery 10, a rectifier 30 for rectifying AC power, an inverter 50 for converting DC power supplied from the battery 10 to AC power, And an electric motor 70 driven by alternating-current power supplied from the inverter unit 50. The coil 701 generates an electric power to be supplied to the inverter 70,

또한, 스위칭부(90) 및 인버터부(50)를 제어하는 제어 모듈(80)과 구동 모드에서는 배터리(10)의 출력이 인버터부(50)를 경유하여 전동기(70)에 인가되도록 하고, 충전 모드에서는 정류부(30)의 출력이 인버터부(50) 및 전동기(70)의 코일(701)을 경유하여 배터리(10)로 인가되도록 하는 스위칭부(90)를 더 포함할 수 있다.The control module 80 controls the switching unit 90 and the inverter unit 50. In the drive mode, the output of the battery 10 is applied to the motor 70 via the inverter unit 50, Mode may further include a switching unit 90 for allowing the output of the rectifying unit 30 to be applied to the battery 10 via the inverter unit 50 and the coil 701 of the electric motor 70. [

정류부(30)의 일단은 스위칭부(90)와 연결되고, 정류부(30)의 타단은 교류전원(20)과 연결되어 교류전력을 입력받을 수 있다. 스위칭부(90)는 4개의 단자를 구비하여 제1 단은 배터리(10)의 양극에 연결되고, 제2 단은 정류부(30)의 출력단과 연결되며, 제3 단은 인버터부(50)의 입력단에 연결되고, 제4 단은 전동기(70)와 연결될 수 있다. 보다 상세하게, 전동기(70)의 코일(701)은 3상 코일로 이루어질 수 있고, 3상 코일의 중성선(703)이 스위칭부(90)의 제4 단과 연결될 수 있다. One end of the rectifying unit 30 is connected to the switching unit 90 and the other end of the rectifying unit 30 is connected to the AC power source 20 to receive AC power. The switching unit 90 has four terminals, the first end of which is connected to the anode of the battery 10, the second end of which is connected to the output of the rectifying unit 30, And the fourth stage may be connected to the electric motor 70. [ More specifically, the coil 701 of the electric motor 70 may be formed of a three-phase coil, and the neutral line 703 of the three-phase coil may be connected to the fourth end of the switching unit 90.

스위칭부(90)는 제1 단, 제3 단 및 제4 단을 구비하고, 구동 모드에서 배터리(10)와 인버터부(50)를 연결시키는 메인 스위치(901)와 제2 단과 제3 단을 구비하고, 충전 모드에서 정류부(30)와 인버터부(50)를 연결시키는 충전 스위치(903)로 이루어질 수 있다. 충전 스위치(903)의 일단은 메인 스위치(901)와 연결되어 제3 단을 공유하게 된다.The switching unit 90 includes a main switch 901 for connecting the battery 10 and the inverter unit 50 in a driving mode, a first switch 901 for switching between a first stage, a third stage and a fourth stage, And a charging switch 903 for connecting the rectifying unit 30 and the inverter unit 50 in the charging mode. One end of the charge switch 903 is connected to the main switch 901 to share the third stage.

이 경우, 구동 모드란 인버터부(50)가 배터리로부터 인가된 전력으로 전동기(70)를 동작시키고 있는 상태를 의미하며, 충전 모드란 교류전원(20)에 의해서 배터리(10)가 충전되고 있는 상태를 의미한다.In this case, the drive mode means a state in which the inverter unit 50 operates the electric motor 70 with the electric power applied from the battery. The charge mode means a state in which the battery 10 is charged by the AC power source 20 .

제어 모듈(80)은 게이트 드라이버 또는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)으로 이루어질 수 있다. 제어 모듈(80)은 메인 스위치(901), 충전 스위치(903) 및 인버터부(50)의 스위칭 소자(501, 도3)를 제어할 수 있다.The control module 80 may be a gate driver or a micro control unit (MCU). The control module 80 can control the main switch 901, the charge switch 903 and the switching element 501 (Fig. 3) of the inverter section 50. [

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치(1)의 인버터부(50)를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 인버터부(50)는 커패시터로 이루어지고, 직류전력이 인가되는 DC링크단(507) 및 직류전력을 교류전력으로 변환시키기 위한 하나 이상의 스위칭 소자(501)를 포함할 수 있다. 3 shows an inverter section 50 of the electric drive system 1 according to the embodiment of the present invention. 3, the inverter unit 50 includes a capacitor, and may include a DC link terminal 507 to which DC power is applied and one or more switching elements 501 for converting DC power into AC power .

하나 이상의 스위칭 소자(501)는 스위칭부(90)를 경유하여 배터리(10)의 양극과 연결되는 상단 스위칭 소자(503) 및 배터리(10)의 음극과 연결되는 하단 스위칭 소자(505)로 분류할 수 있다. The at least one switching element 501 is classified into a top switching element 503 connected to the anode of the battery 10 via the switching unit 90 and a bottom switching element 505 connected to the cathode of the battery 10 .

보다 상세하게, 하나 이상의 스위칭 소자(501)는 3상 코일(701)과 대응되도록 3상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상단 스위칭 소자(503)는 출력단이 코일(701)과 연결되며, 하단 스위칭 소자(505)는 입력단이 코일(701)과 연결될 수 있다.More specifically, the at least one switching element 501 may be formed in three phases so as to correspond to the three-phase coil 701. The output terminal of the upper switching element 503 may be connected to the coil 701 and the input terminal of the lower switching element 505 may be connected to the coil 701.

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치(1)의 구동 모드 및 전류의 흐름을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 구동 모드에서 메인 스위치(901)는 배터리(10)와 인버터부(50)를 연결하고, 충전 스위치(903)는 인버터부(50)와 정류부(30)를 개방(open)한다. 4 shows a driving mode and a current flow of the electric driving device 1 according to the embodiment of the present invention. 4, in the drive mode, the main switch 901 connects the battery 10 and the inverter unit 50, and the charge switch 903 opens the inverter unit 50 and the rectifier unit 30, do.

구동 모드에서 전기 구동 장치(1)는 배터리(10)에서 출력되는 직류전력이 인버터부(50)의 DC 링크단(507)으로 입력되고, 인버터부(50)는 이를 교류전력으로 변환하여 전동기(70)를 동작시킨다. 이 경우, 제어 모듈(80)은 상단 스위칭 소자(503)와 하단 스위칭 소자(505)가 동시에 온(on)되거나 동시에 오프(off)되지 않도록 제어한다. 따라서, 상단 스위칭 소자(501) 및 하단 스위칭 소자(505)는 상보적으로 동작하게 된다. In the drive mode, the electric drive apparatus 1 receives DC power output from the battery 10 at the DC link terminal 507 of the inverter unit 50, and the inverter unit 50 converts the DC power into AC power, 70 are operated. In this case, the control module 80 controls the upper switching element 503 and the lower switching element 505 so that they are not turned on or off at the same time. Therefore, the upper switching element 501 and the lower switching element 505 operate complementarily.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 구동 장치(1)의 충전 모드 및 전류의 흐름을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 충전 스위치(903)는 정류부(30)의 출력이 인버터부(50)의 DC 링크단(507)을 경유하여 상단 스위칭 소자(503)와 연결되도록 한다. 교류전력은 상단 스위칭 소자(503) 및 코일(701)에 의해서 전압이 강하된 직류전력으로 변환된다. Fig. 5 shows the charging mode and current flow of the electric driving apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. 5, in the charging mode, the charging switch 903 allows the output of the rectifying section 30 to be connected to the upper switching element 503 via the DC link terminal 507 of the inverter section 50. [ The AC power is converted into DC power whose voltage is lowered by the upper switching element 503 and the coil 701. [

충전 모드에서 메인 스위치(901)는 전동기(70)와 배터리(10)를 연결한다. 보다 상세하게, 메인 스위치(901)는 전동기(70)를 구성하는 3상 코일의 중성선(703)이 배터리의 양극과 연결되도록 한다. 이 경우, 인버터부(50) 및 전동기(70)를 통과하여 변환된 직류전력은 배터리(10)를 충전하게 된다.In the charging mode, the main switch 901 connects the electric motor 70 and the battery 10. More specifically, the main switch 901 connects the neutral line 703 of the three-phase coil constituting the electric motor 70 with the anode of the battery. In this case, the DC power converted through the inverter unit 50 and the motor 70 charges the battery 10.

일반적으로 충전기에 사용되는 벅 컨버터는 커패시터로 이루어진 링크단과 스위치, 및 인덕터로 이루어진다. 충전 모드에서 DC 링크단(507)은 벅 컨버터의 링크단 기능을 수행하고, 상단 스위칭 소자(503)는 벅 컨버터의 스위치의 기능을 수행하며, 전동기(70)의 코일(701)은 벅 컨버터의 인덕터 기능을 수행하게 된다. Generally, a buck converter used in a charger consists of a capacitor, a link, a switch, and an inductor. In the charging mode, the DC link stage 507 performs a link stage function of the buck converter, the upper switching element 503 functions as a switch of the buck converter, and the coil 701 of the motor 70 is connected to the buck converter Inductor function.

제어 모듈(80)은 상술한 구동 모드 또는 충전 모드에서의 인버터부(50)를 제어한다. 본 실시예로, 제어 모듈(80)은 충전 모드에서 하단 스위칭 소자(505)가 오프(off)되도록 제어한다. 따라서, 충전 모드에서 인버터부(50)는 상단 스위칭 소자(503)만 동작하게 된다. The control module 80 controls the inverter unit 50 in the drive mode or the charge mode described above. In this embodiment, the control module 80 controls the lower switching element 505 to be turned off in the charging mode. Therefore, in the charging mode, only the upper switching element 503 operates in the inverter section 50. [

또한, 제어 모듈(80)은 상단 스위칭 소자(503)에 입력되는 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 입력되도록 상기 인버터부(50)의 스위칭 시간을 제어할 수 있다. 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 인버터부(50)로 인가되는 경우, 충전되는 전력의 품질을 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, the control module 80 can control the switching time of the inverter unit 50 so that the phase of the AC power input to the upper switching device 503 is differently input by 120 degrees. When the phase of the AC power is applied to the inverter unit 50 differently by 120 degrees, the quality of the electric power to be charged can be enhanced.

본 발명은 배터리 충전을 위한 컨버터의 기능을 인버터부(50)의 DC 링크단(507), 상단 스위칭 소자(503) 및 전동기(70)의 코일(701)를 이용하여 구현할 수 있다. 일반적으로 컨버터의 커패시터는 높은 용량을 필요로 하고, 컨버터의 스위치는 고가이며, 컨버터의 인덕턴스 역시 많은 권선수를 필요로 한다. The present invention can implement the function of the converter for charging the battery by using the DC link terminal 507 of the inverter unit 50, the upper switching element 503 and the coil 701 of the electric motor 70. [ In general, the capacitors of the converter require high capacitance, the switches of the converter are expensive, and the inductance of the converter also requires a large number of turns.

본 발명에 의하면 인버터부(50)의 전기용량이 크기 때문에 컨버터의 기능을 수행하기 위한 충분한 커패시터 용량을 갖고, 전동기(70)가 동작하지 않는 충전 모드에서는 코일(701)이 컨버터의 인덕턴스 기능을 대신 수행한다. 또한, 고가의 컨버터 스위치를 인버터부(50)의 상단 스위칭 소자(503)가 대체하므로 저렴한 제조 단가 및 회로의 집적도가 높은 전기 구동 장치(1)를 구현할 수 있다.According to the present invention, since the capacitor of the inverter unit 50 is large, the capacitor 701 has sufficient capacitance to perform the function of the converter, and in the charge mode in which the motor 70 is not operated, the coil 701 replaces the inductance function of the converter . In addition, since the high-priced converter switch is replaced by the top switching element 503 of the inverter unit 50, the electric driving apparatus 1 having low manufacturing cost and high degree of circuit integration can be realized.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the scope of the appended claims and equivalents of the following claims.

1: 충전기 내장형 전기 구동 장치 10: 배터리
20: 교류전원 30: 정류부
50: 인버터부 501: 스위칭 소자
503: 상단 스위칭 소자 505: 하단 스위칭 소자
507: DC 링크단 70: 전동기
701: 코일 703: 중성선
80: 제어모듈 90: 스위칭부
901: 메인 스위치 903: 충전 스위치1: Charger built-in electric drive device 10: Battery
20: AC power supply 30: rectifying part
50: inverter section 501: switching element
503: Upper switching element 505: Lower switching element
507: DC link stage 70: electric motor
701: Coil 703: Neutral line
80: Control module 90:
901: main switch 903: charging switch

Claims (6)

충전기 내장형 전기 구동 장치에 있어서,
배터리;
교류전력을 정류하는 정류부;
스위칭 소자를 구비하며, 상기 배터리로부터 제공되는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터부;
자속을 발생시키는 코일을 구비하며, 상기 인버터부로부터 제공되는 교류전력에 의해서 구동되는 전동기; 및
구동 모드에서는 상기 배터리의 출력이 상기 인버터부를 경유하여 상기 전동기에 인가되도록 하고, 충전 모드에서는 상기 정류부의 출력이 상기 인버터부의 스위칭 소자와 상기 전동기의 코일을 경유하여 상기 배터리로 인가되도록 하는 스위칭부를
포함하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
In a charger built-in electric drive device,
battery;
A rectifying unit for rectifying AC power;
An inverter unit having a switching element and converting DC power supplied from the battery into AC power;
A motor having a coil for generating a magnetic flux, the motor being driven by AC power supplied from the inverter; And
And a switching unit for allowing the output of the rectifying unit to be applied to the battery via a switching element of the inverter unit and a coil of the electric motor in a charging mode so that an output of the battery is applied to the electric motor via the inverter unit in a driving mode,
And an electric motor for driving the electric motor.
제 1 항에 있어서, 상기 인버터부는,
상기 스위칭부를 경유하여 상기 배터리의 양극과 연결되는 상단 스위칭 소자 및
상기 배터리의 음극과 연결되는 하단 스위칭 소자를
구비하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
2. The inverter circuit according to claim 1,
An upper switching element connected to the anode of the battery via the switching unit,
And a lower switching element connected to the cathode of the battery
And the electric motor is driven.
제 2 항에 있어서,
상기 스위칭부는 상기 충전 모드에서 상기 정류부의 출력이 상기 상단 스위칭 소자와 상기 전동기의 코일을 경유하여 상기 배터리로 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the switching unit causes the output of the rectifying unit to be applied to the battery via the coil of the upper switching element and the motor in the charging mode.
제 2 항에 있어서,
상기 하단 스위칭 소자는 상기 충전 모드에서 오프(off)되는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
3. The method of claim 2,
And the lower switching element is turned off in the charging mode.
제 2 항에 있어서,
상기 스위칭부 및 상기 인버터부를 제어하는 제어 모듈을 더 포함하고,
상기 제어 모듈은 상기 상단 스위칭 소자에 입력되는 교류전력의 위상이 120도씩 다르게 입력되도록 상기 인버터부의 스위칭 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising a control module for controlling the switching unit and the inverter unit,
Wherein the control module controls the switching time of the inverter so that the phase of the AC power input to the upper switching device is differently input by 120 degrees.
제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는,
상기 구동 모드에서 상기 배터리와 상기 인버터부를 연결하고, 상기 충전 모드에서 상기 배터리와 상기 전동기의 코일을 연결하는 메인 스위치 및
상기 구동 모드에서 상기 인버터부와 상기 정류부를 개방(open)하고, 상기 충전 모드에서 상기 인버터부와 상기 정류부를 연결하는 충전 스위치를
구비하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 장치.The apparatus of claim 1,
A main switch that connects the battery and the inverter unit in the drive mode and connects the battery and the coil of the electric motor in the charge mode,
A charging switch that opens the inverter unit and the rectifying unit in the driving mode and connects the inverter unit and the rectifying unit in the charging mode,
And the electric motor is driven.
KR1020140091173A 2014-07-18 2014-07-18 Electric operator about integrated inverter and charger KR20160010158A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140091173A KR20160010158A (en) 2014-07-18 2014-07-18 Electric operator about integrated inverter and charger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140091173A KR20160010158A (en) 2014-07-18 2014-07-18 Electric operator about integrated inverter and charger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160010158A true KR20160010158A (en) 2016-01-27

Family

ID=55309465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140091173A KR20160010158A (en) 2014-07-18 2014-07-18 Electric operator about integrated inverter and charger

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160010158A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180045966A (en) * 2016-10-26 2018-05-08 현대자동차주식회사 Charging system for wound rotor synchronous motor
US10071640B2 (en) 2016-06-03 2018-09-11 Hyundai Motor Company Integrated module of on-board charger and inverter and control method thereof
US10243388B2 (en) 2016-10-26 2019-03-26 Hyundai Motor Company Charging system using wound rotor synchronous motor
KR20220023909A (en) * 2020-08-21 2022-03-03 현대오토에버 주식회사 Obc integrated battery cooling system and method for driving cooling fan thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1198713A (en) * 1997-09-25 1999-04-09 Aisin Aw Co Ltd Device and method for charging control
JP2010045961A (en) * 2008-07-16 2010-02-25 Toyota Central R&D Labs Inc Power control apparatus
KR20120106457A (en) * 2011-03-18 2012-09-26 엘에스산전 주식회사 Inverter-charger conversed device for electric vehicles and method for controlling thereof
KR20120125886A (en) * 2011-05-09 2012-11-19 재단법인 포항산업과학연구원 integrated module of inverter and charger circuit
KR101216848B1 (en) * 2011-06-23 2012-12-28 엘에스산전 주식회사 Switching apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1198713A (en) * 1997-09-25 1999-04-09 Aisin Aw Co Ltd Device and method for charging control
JP2010045961A (en) * 2008-07-16 2010-02-25 Toyota Central R&D Labs Inc Power control apparatus
KR20120106457A (en) * 2011-03-18 2012-09-26 엘에스산전 주식회사 Inverter-charger conversed device for electric vehicles and method for controlling thereof
KR20120125886A (en) * 2011-05-09 2012-11-19 재단법인 포항산업과학연구원 integrated module of inverter and charger circuit
KR101216848B1 (en) * 2011-06-23 2012-12-28 엘에스산전 주식회사 Switching apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10071640B2 (en) 2016-06-03 2018-09-11 Hyundai Motor Company Integrated module of on-board charger and inverter and control method thereof
KR20180045966A (en) * 2016-10-26 2018-05-08 현대자동차주식회사 Charging system for wound rotor synchronous motor
US10236707B2 (en) 2016-10-26 2019-03-19 Hyundai Motor Company Charging system using wound rotor synchronous motor
US10243388B2 (en) 2016-10-26 2019-03-26 Hyundai Motor Company Charging system using wound rotor synchronous motor
KR20220023909A (en) * 2020-08-21 2022-03-03 현대오토에버 주식회사 Obc integrated battery cooling system and method for driving cooling fan thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9616760B2 (en) Inverter-charger integrated device for electric vehicle
EP3992019A1 (en) Vehicle and energy conversion device and power system thereof
US8912750B2 (en) Charger
EP3018812B1 (en) Bidirectional dc/dc converter, and bidirectional power converter
WO2018172988A1 (en) Apparatus to realize fast battery charging and motor driving for electric vehicles using one ac/dc converter
US10840814B2 (en) Power conversion system
WO2017003567A1 (en) Electric power conversion apparatus
CN102593928A (en) Method and apparatus for generating a charging circuit
CN103764433A (en) Method and device for charging a battery of an electrical drive using components of the electrical drive
US9209698B2 (en) Electric power conversion device
JP2012070467A (en) Power conversion device
US11472305B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
US9231433B2 (en) Apparatus and method for charging an electrical energy store from an AC voltage source
CN103227610A (en) Motor control circuit and automobile
KR20160010158A (en) Electric operator about integrated inverter and charger
CN112512861A (en) Charging device with controllable center point voltage of intermediate circuit and drive system with such a charging device
US11760218B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
KR101191738B1 (en) Power converter unit
KR20160140292A (en) Electric operator about integrated inverter and charger using motor windings
KR20210018598A (en) Electric power conversion system and control method therefor
JP2015149801A (en) Battery control apparatus and control method
JP6953634B2 (en) Vehicle charger with DC / DC converter
KR101769335B1 (en) Dc/dc converter for using multi topology
JP2015019545A (en) Power conversion device
US20020113577A1 (en) Charging system for battery-powered drive system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application