KR20160020537A - 차량 상호-충전 시스템 및 충전 커넥터 - Google Patents

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Abstract

차량 상호-충전 시스템 및 충전 커넥터가 제공된다. 상기 시스템은 : 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003)을 포함하고, 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003) 각각은 전원 배터리(10), 배터리 매니저(103), 에너지 제어장치(1005) 및 충전-방전 소켓(20)을 포함하고, 에너지 제어장치(1005)는 : 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30), 충전-방전 제어모듈(50), 제어모듈(60); 및 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량 사이(1003)에 접속되고 양단에 각각 상기 제1 전기 차량의 충전-방전 소켓(20)에 접속되는 제1 충전 건 어댑터 및 상기 제2 전기 차량의 충전-방전 소켓(20)에 접속되는 제2 충전 건 어댑터를 포함하는 충전 커넥터;를 포함한다.

Description

차량 상호-충전 시스템 및 충전 커넥터{VEHICLE MUTUAL-CHARGING SYSTEM AND CHARGING CONNECTOR}
본 발명의 실시예들은 전기 차량 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 상호-충전 시스템 및 충전 커넥터에 관한 것이다.
현재에는, 전기 차량은 충전소(charging stations)에서 충전된다. 하지만, 충전소의 수는 제한이 있기에, 전기 차량을 충전하는 것은 불편하고, 따라서 전기 차량의 인기에 영향을 끼치게 된다.
게다가, 도로의 상황 또는 사용자의 습관 때문에, 배터리 매니저에 의해 계산되는 운전 거리는 확실한 오류를 구비할 수 있다. 따라서, 도착지에 도착하기 전에, 전원 배터리의 전기량이 불충분하거나 소진될 가능성이 있으며, 이로 인해 사용자는 문제에 처할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예들은 종래의 적어도 어느 범위 내에 존재하였던 문제점 중 적어도 하나를 해결하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 첫번째 넓은 측면의 실시예에 의하면, 차량 상호-충전 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 제1 전기 차량 및 제2 전기 차량을 포함하는데, 제1 전기 차량, 제2 전기 차량 각각은 전원 배터리, 배터리 매니저, 에너지 제어장치 및 충전-방전 소켓을 포함하는데, 에너지 제어장치는: 전원 배터리의 제1단자에 접속되는 제1 직류 단자 및 전원 배터리의 제2단자에 접속되는 제2 직류 단자를 구비하는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈; 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자에 접속되는 제1단자 및 충전-방전 소켓에 접속되는 제2단자를 구비하는 충전-방전 제어모듈; 충전-방전 제어모듈에 접속되고 충전-방전 제어모듈을 차량의 현재 동작 모드에 따라 제어하도록 구성되는 제어모듈; 및 제1 전기 차량 및 제2 전기 차량 사이에 접속되고 양 단에 제1 충전 건 어댑터 및 제2 충전 건 어댑터를 포함하는 충전 커넥터;를 포함하고, 제1 충전 건 어댑터는 제1 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되고 제2 충전 건 어댑터는 제2 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되며, 제1 전기 차량이 방전 모드로 진입하고, 제2 전기 차량이 모드가 충전 모드로 진입하면, 제1 전기 차량은 제2 전기 차량을 충전 커넥터를 통해서 충전시킨다.
본 발명의 실시예들에 의한 차량 상호-충전 시스템에 의해, 전기 차량들 사이에 상호-충전이 실행되어서, 불충분한 충전소에 의한 충전의 불편한 문제가 해소되고, 사용자가 전기 차량을 사용하는 것이 편리해지며, 활용 및 기능이 모두 향상된다. 또한, 에너지 제어장치 내의 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 사용으로, 공통-모드 전압은 감소되고, 누설 전류는 줄어들며, 고조파는 약하된다. 게다가, 에너지 제어장치 내에서 증가하고 감소하는 직류-직류 전압 모듈은 반드시 요구되는 것은 아니고, 고 전력 충전을 실현하고, 모선 전압을 감소시키고, 운전 효율을 개선하고, 충전 시간을 짧게 한다.
본 발명의 두번째 넓은 측면의 실시예에 의하면, 충전 커넥터가 제공된다. 충전 커넥터는 제1 전기 차량 및 제2 전기 차량 사이에 접속되고 충전 커넥터는 : 제1 양 단에 각각 구비되는 제1 충전 건 어뎁터 및 제2 충전 건 어뎁터를 포함하고, 제1 충전 건 어뎁터는 제1 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되고, 제2 충전 건 어뎁터는 제2 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속된다.
본 발명의 실시예들에 의하는 충전 커넥터는 두 전기 차량 사이에 접속 가능하고 차량들 사이의 상호-충전을 수행하도록 구성되어서, 불충분한 충전소에 의한 충전의 불편한 문제가 해결되고, 사용자가 전기 차량을 사용하는 것이 편리해지며, 활용 및 기능이 모두 향상된다.
본 발명의 실시예들의 추가적인 관점 및 장점은 이하에서 서술되는 부분에서 제공될 것이고, 이하의 서술되는 부분에서 명확해질 것이며, 또는 본 발명의 실시예들의 실시로부터 학습될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 전술한 그리고 기타 관점 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명확해지고 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템의 회로도이다;
도 3A는 본 발명의 실시예에 의하는 차량 상호-충전 시스템의 모식도이다;
도 3B는 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량들 사이에서 차량 상호-충전의 플로우 차트(flow chart)이다;
도 3C는 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 의하는 제어모듈의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템의 기능을 결정하는 플로우 차트이다;
도 6은 모터 구동 제어기능을 수행하는 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템을 보여주는 모식도이다;
도 7은 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템의 충전-방전 기능 시작여부를 결정하는 플로우 차트이다;
도 8은 본 발명의 실시예에 의하는 충전 모드에서 전기 차량용 전원 시스템을 제어하는 플로우 차트이다;
도 9는 전기 차량의 충전을 끝내는 상태에서, 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 시스템을 제어하는 플로우 차트이다;
도 10은 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량 및 전원 공급장치 사이의 접속 상태를 도시하는 회로도이다;
도 11은 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량을 제어하는 방법의 플로우 차트이다;
도 12는 본 발명의 실시예에 의하는 충전-방전 소켓의 모식도이다;
도 13은 본 발명의 실시예에 의하는 오프-그리드 온-로드 방전 플러그(off-grid on-load discharge)의 모식도이다;
도 14는 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 전원 캐리어 통신 시스템의 블록도이다;
도 15는 전원 캐리어 통신 시스템의 블록도이다;
도 16은 8개의 전원 캐리어 통신 시스템들 및 대응되는 제어장치 사이의 통신을 도시하는 모식도이다;
도 17은 전원 캐리어 통신 시스템에 의해 데이터를 수신하는 방법의 플로우 차트이다; 그리고,
도 18은 본 발명의 실시예에 의하는 전기 차량용 모터 컨트롤러 및 전기 차량의 다른 부품 사이의 접속을 도시하는 모식도이다.
이하, 본 명세서에 개시된 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다. 본 명세서에 개시된 발명의 실시예들은 도면에서 보여질 것이고, 동일하거나 유사한 구성 및 동일하거나 유사한 기능을 구비하는 구성은 같은 부호로서 표현될 것이다. 도면에 의한 이하 서술되는 실시예들은 설명을 위한 것이고, 본 명세서에 개시된 발명이 제한되지 않는다.
이하의 설명은 본 명세서에 개시된 발명의 다른 구조를 얻는 복수의 실시예 또는 예시를 제공한다. 본 명세서에 개시된 발명의 발행을 단순화하기 위해, 특정 실시예의 구성요소 및 배치는 이하에서 서술되고, 단지 설명을 위한 것일 뿐, 명세서에 개시된 발명을 제한하지 않는다. 또한, 본 명세서에 개시된 발명은 단순화 및 명확화의 목적으로 다른 실시예에서 도면 부호 및/또는 도면의 설명을 반복할 수 있으며, 그런 반복은 복수의 실시예 및/또는 배치를 의미하는 것은 아니다. 게다가, 실시예들의 설명에서, 제1특징(characteristic) “위에 있는”(above) 제2특징의 구조는 제1특징 및 제2특징이 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있으며, 또한 제1 및 제2특징 사이에 형성되는 또 다른 실시예를 포함할 수 있는데, 제1특징 및 제2특징은 직접 접촉하지 않을 수 있다.
본 명세서의 상세한 설명에서 다른 구체화 또는 제한이 없다면, 용어 “장착되는”, “접속되는” 및 “결합되는”은, 전기적인 접속 또는 기계적인 접속, 두 구성요소 간의 내부 통신, 직접적인 접속 또는 매개물을 통한 간접적인 접속과 같이 넓게 이해될 수 있다. 본 명세서에 개시된 발명에서 구비된 종래의 일반적인 기술은 특정 상황에 맞게 특정 의미로 이해되어야 한다.
이하의 발명의 상세한 설명 및 도면을 참조하여, 본 명세서에 개시된 발명의 실시예의 다양한 특징 등이 명확해 질 것이다. 발명의 상세한 설명 및 도면에서, 어떤 특정 실시예들은 본 발명의 실시예들의 원리의 수단을 보여주기 위해 서술된다. 하지만, 본 명세서에 개시된 발명에 따라서 실시예의 범위가 제한되는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다. 이에 반하여, 본 발명의 실시예는 첨부된 청구범위의 사상 및 원리 범위 내에 있는 모든 변형, 균등물 및 대체물을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한, 차량 상호-충전 시스템은 이하에서 서술되는 전기 차량용 전원 시스템에 근거하여 실행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르는 전원 시스템 및 이를 구비하는 전기 차량은 이하에서 도면들을 참조하여 서술된다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전기 차량용 전원 시스템은 전원 배터리(10), 충전-방전 소켓(20), 모터(M), 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30), 모터 제어 스위치(40), 충전-방전 제어모듈(50) 및 제어모듈(60)을 포함한다.
3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 전원 배터리(10)의 제1단자에 접속되는 제1 직류 단자(a1) 및 전원 배터리(10)의 제2단자에 접속되는 제2 직류 단자(a2)를 구비한다. 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 직류-교류 변환을 실행하도록 구성된다. 모터 제어 스위치(40)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류단자(a3)에 접속되는 제1단자 및 전기 차량의 모터(M)에 접속되는 제2단자를 구비한다. 충전-방전 제어모듈(50)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류단자(a3)에 접속되는 제1단자 및 충전-방전 소켓(20)에 접속되는 제2단자를 구비한다. 제어모듈(60)은 모터 제어 스위치(40) 및 충전-방전 제어모듈(50)에 각각 접속되고 모터 제어 스위치(40) 및 충전-방전 제어모듈(50)을 전원 시스템의 현재 동작 모드에 따라 제어하도록 구성되어, 전기 차량이 구동 모드 및 충전-방전 모드 사이에서 전환하도록 한다.
게다가, 본 발명의 어떤 실시예에서는 전원 시스템의 현재 동작 모드는 구동 모드 및 충전-방전 모드를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 전기 차량의 동작 모드는 구동 모드 및 충전-방전 모드를 포함할 수 있다. 충전-방전 모드는 전기 차량이 충전 모드와 방전 모드 중 하나의 상태에 있는 점에 주목되어야 한다.
전원 시스템이 구동 모드에 있는 상태에서, 제어모듈(60)은 모터 제어 스위치(40)를 켜도록 제어하여 모터(M)를 정상적으로 구동하도록 하고, 충전-방전 제어 모듈을 끄도록 제어한다. 모터 제어 스위치(40)는 또한 모터에 2-상 입력으로 접속되는 두 스위치(K3, K4), 또는 모터에 대한 제어가 실현된다면, 단지 하나의 스위치를 포함할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 다른 실시예들은 여기에서 서술되지 않을 것이다.
전원 시스템이 충전-방전 모드인 상태에서, 제어모듈(60)은 모터 컨트를 스위치를 끄도록 제어하여 모터(M)를 멈추게 하고, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 충전-방전 제어모듈(50)을 구동시키기 위해 충전-방전 제어모듈(50)을 켜도록 제어하여, 외부 전원 공급원은 전원 배터리(10)를 정상적으로 충전할 수 있다. 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2)는 전원 배터리(10) 직류 모선(母線)의 양의 단자 및 음의 단자에 각각 접속된다.
본 발명의 실시예에서, 도 2에서 도시되는 바와 같이, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 제1캐패시터(capacitor, C1), 제2캐패시터(C2) 및 제1 IGBT(IGBT1) 내지 제12 IGBT(IGBT12)를 포함한다.
구체적으로, 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2)는 직렬로 접속되고, 제1캐패시터(C1)는 전원 배터리(10)의 제1단자에 접속되는 제1 단자 및 제2캐패시터(C2)의 제1단자에 접속되는 제2 단자를 구비하며, 제2캐패시터(C2)는 전원 배터리(10)의 제2단자에 접속되는 제2 단자를 구비하고, 제1노드(J1)는 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2) 사이에서 정의된다. 다시 말해서, 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속된다. 제1 IGBT(IGBT1) 및 제2 IGBT(IGBT2)는 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되는데, 제2노드(J2)는 제1 IGBT(IGBT1) 및 제2 IGBT(IGBT2) 사이에서 정의된다. 제3 IGBT(IGBT3) 및 제4 IGBT(IGBT4)는 직렬로 접속되고, 제1노드(J1) 및 제2노드(J2) 사이에 접속된다. 제5 IGBT(IGBT5) 및 제6 IGBT(IGBT6)은 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되는데, 제3노드(J3)는 제5 IGBT(IGBT5)및 제6 IGBT(IGBT6) 사이에 정의된다. 제7 IGBT(IGBT7) 및 제8 IGBT(IGBT8)는 직렬로 접속되고, 제1노드(J1) 및 제3노드(J3) 사이에 접속된다. 제9 IGBT(IGBT9) 및 제10 IGBT(IGBT10)는 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되는데, 제4노드(J4)는 제9 IGBT(IGBT9) 및 제10 IGBT(IGBT10) 사이에 정의된다. 제11 IGBT(IGBT11) 및 제12 IGBT(IGBT12)는 직렬로 접속되고 제1노드(J1) 및 제4노드(J4) 사이에 접속된다. 제2노드(J2), 제3노드(J3) 및 제4노드(J4)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3)로 구성된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 전기 차량용 전원 시스템은 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)를 더 포함한다. 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)는 직렬로 접속되고 전원 배터리(10)의 제1단자 및 제2단자 사이에 접속되는데, 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12) 사이의 노드는 접지된다.
일반적으로, 변압기 절연없는 인버터 및 그리드 시스템에서의 누설 전류는 크다. 기존의 2- 레벨 시스템과 비교하였을 때, 본 발명의 실시예에 의한 전원 시스템은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 채택한다. 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 이용하고 전원 배터리(10)의 제1단자 및 제2단자 사이의 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)에 접속됨으로서, 공통-모드 전압은 이론적으로 절반만큼 감소할 있고, 일반적으로 컨트롤러에 존재하는 대규모 누설 전류 문제 역시 해결될 수 있다. 교류 측의 누설 전류 역시 감소될 수 있고, 이로 인해 다른 나라들의 전기 시스템 요구를 만족시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 도 2에 도시되는 바와 같이, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 모듈(70), 필터링 제어모듈(80) 및 EMI-필터모듈(90)을 더 포함한다.
필터링 모듈(70)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 충전-방전 제어모듈(50) 사이에 접속되고, 고조파(harmonic wave)를 제거하도록 구성된다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 필터링 모듈(70)은 병렬로 접속되는 인덕터(LA, LB, LC) 및 병렬로 접속되는 캐패시터(C4, C5, C6)를 포함하고, 인덕터(LA)는 캐패시터(C6)에 직렬로 접속되며, 인덕터(LB)는 캐패시터(C5)에 직렬로 접속되고, 인덕터(LC)는 캐패시터(C4)에 직렬로 접속된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 필터링 제어모듈(80)은 제1노드(J1) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속되고, 제어모듈(60)은 전원 시스템이 구동 모드인 경우 필터링 제어모듈(80)을 끄도록 제어한다. 필터링 제어모듈(80)은 캐패시터 스위칭 릴레이일 수 있고, 접촉자(K10)를 포함할 수 있다. EMI-필터모듈(90)은 충전-방전 소켓(20) 및 충전-방전 제어모듈(50) 사이에 접속되고 주로 전도 및 복사의 간섭을 필터링하도록(filter) 구성된다.
도 2에서의 접촉자(K10)의 위치는 단지 예시일 뿐임을 주목해야 한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 접촉자(K10)의 사용에 의해 필터링 모듈(70)이 꺼질 수 있다면, 접촉자(K10)는 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에서 접촉자(K10)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속될 수 있다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 충전-방전 제어모듈(50)은 3-상 또는 단일-상 충전-방전을 실행하도록 구성되는 3-상 스위치(K8) 및 단일-상 스위치(K7) 중의 적어도 하나를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 전원 시스템이 구동 모드 상태에서, 제어모듈은 모터 제어 스위치(40)를 켜도록 제어하여 모터(M)를 정상적으로 구동시키고, 충전-방전 제어모듈(50)을 끄도록 제어한다. 이런 방식으로, 전원 배터리(10)로부터의 직류는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 통해서 교류로 변환되고, 교류는 모터(M)로 전송된다. 모터(M)는 순환되는 변압기 디코더 기술 및 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 제어 알고리즘에 의해 제어될 수 있다.
전원 시스템이 충전-방전 모드에 있는 상태에서, 제어모듈(60)은 모터 제어 스위치(40)를 끄도록 제어하여 모터(M)를 정지시키고, 충전-방전 제어 모듈을 켜도록 제어하여서, 3-상 전류 또는 단일-상 전류와 같은 외부의 전원 공급원은 충전-방전 소켓(20)을 통해서 정상적으로 전원 배터리(10)를 충전할 수 있게 된다. 다시 말해서, 충전 접속 신호, 교류 그리드 전원 시스템 및 차량 배터리 관리 정보를 감지하여, 제어 가능한 수정 기능은 양방향의 직류-교류 모듈을 통해서 실행될 수 있고, 전원 배터리(10)는 단일-상 전원 공급원 및/또는 3-상 전원 공급원에 의해 충전될 수 있다.
3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 채택으로 본 발명의 실시예의 전기 차량용 전원 시스템에 의해, 공통-모드 전압 및 누설 전류는 감소된다. 또한, 에너지 제어장치(1005) 내의 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 사용으로, 공통-모드 전압은 감소되고, 누설 전류는 줄어들며, 고조파는 약하된다. 게다가, 에너지 제어장치(1005) 내에서 증가하고 감소하는 직류-직류 전압 모듈은 반드시 요구되는 것은 아니고, 고 전력 충전을 실현하고, 모선 전압을 감소시키고, 구동 효율을 개선하고, 충전 시간을 짧게 한다. 예를 들면, 구동 효율은 97%까지 상승될 수 있고, 충전 시간은 약 10분 가량 줄어들 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 전원 시스템에 의해, 전기 차량은 전용 충전 파일(dedicated charging pile) 없이도 충전될 수 있으며, 따라서 비용을 절감하고 전기 차량의 대중화를 촉진시킨다. 게다가, 전기 차량은 교류 전기를 통해서 직접 충전될 수 있고, 이는 전기 차량의 이용 및 대중화를 상당히 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 차량 상호-충전 시스템은 이하에서 서술된다.
도 3A에 도시되는 실시예에서, 차량 상호-충전 시스템은 제1 전기 차량(1002), 제2 전기 차량(1003) 및 충전 커넥터(1004)를 포함한다.
보다 구체적으로, 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003) 각각은 전원 배터리(10), 충전-방전 소켓(20) 및 에너지 제어장치(1005)를 포함한다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 에너지 제어장치(1005)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30), 충전-방전 제어모듈(50) 및 제어모듈(60)을 포함한다. 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 전원 배터리(10)의 제1단자에 접속되는 제1 직류 단자(a1) 및 전원 배터리(10)의 제2단자에 접속되는 제2 직류 단자(a2)를 구비한다. 충전-방전 제어모듈(50)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3)에 접속되는 제1단자 및 충전-방전 소켓(20)에 접속되는 제2단자를 구비한다. 제어모듈(60)은 충전-방전 제어모듈(50)의 제3단자에 접속되고, 충전-방전 제어모듈(50)을 전기 차량의 현재 동작 모드에 따라 제어하도록 구성된다.
충전 커넥터(1004)는 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003) 사이에 접속된다. 충전 커넥터(1004)는 양 단에 각각 있는 제1 충전 건 어댑터 및 제2 충전 건 어댑터를 포함한다. 제1 충전 건 어댑터는 제1 전기 차량(1002)의 충전-방전 소켓(20)에 접속되고, 제2 충전 건 어댑터는 제2 전기 차량(1003)의 충전-방전 소켓(20)에 접속된다. 제1 전기 차량(1002)의 현재 동작 모드가 방전 모드이고, 제2 전기 차량(1003)의 현재 동작 모드가 충전 모드인 경우, 제1 전기 차량(1002)은 제2 전기 차량(1003)을 충전 커넥터(1004)를 통해서 충전시킨다. 구체적으로 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003)은 충전 커넥터(1004)를 통해 통신한다.
도 3A에 도시되는 바와 같이, 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003) 각각은 충전 감지 장치(1006) 및 차량 제어 계기판(102)을 포함한다. 제1 전기 차량(1002)의 에너지 제어장치(1005)는 충전 커넥터(1004)를 통해서 충전 파일(pile) 아날로그 신호 CP를 제2 전기 차량(1003)의 충전-방전 소켓(20)에 출력하고, 제1 전기 차량(1002)의 에너지 제어장치(1005)는 제1 전기 차량(1002)의 전원 배터리를 제어하여서 고 전압 배전함을 통해서 방전 상태로 진입하게 하며 방전 경로(즉, 방전 접속 회로)를 제공하게 하고, 그리고 제2 전기 차량(1003)의 에너지 제어장치(1005)는 제2 전기 차량(1003)의 전원 배터리(10)를 제어하여 고 전압 배전함을 통해서 충전 상태로 진입하게 하며 충전 경로(즉, 충전 접속 회로)를 제공하게 한다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 에너지 제어장치(1005)는 모터 제어 스위치(40)를 더 포함한다. 모터 제어 스위치(40)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류단자(a3)에 접속되는 제1단자 및 모터(M)에 접속되는 제2단자를 구비한다. 차량이 충전-방전 모드인 상태에서, 제어모듈은 모터 제어 스위치(40)에 접속되고, 모터 제어 스위치(40)를 끄도록 제어하며, 충전-방전 제어모듈(50)을 켜도록 제어하게 구성되어 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 구동시킨다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 에너지 제어장치(1005)는 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)를 포함한다. 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)는 직렬로 접속되고 전원 배터리(10)의 제1단자 및 제2단자 사이에 접속되는데, 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12) 사이의 노드는 접지된다.
일반적으로, 변압기 절연없는 인버터 및 그리드 시스템에서의 누설 전류는 크다. 기존의 2-레벨 시스템과 비교하였을 때, 본 발명의 실시예에 의한 전원 시스템은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 채택한다. 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 이용하고 전원 배터리(10)의 제1단자 및 제2단자 사이의 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)에 접속됨으로서, 공통-모드 전압은 이론적으로 절반만큼 감소할 있고, 일반적으로 컨트롤러에 존재하는 대규모 누설 전류 문제 역시 해결될 수 있다. 교류 측의 누설 전류 역시 감소될 수 있고, 이로 인해 다른 나라들의 전기 시스템 요구를 만족시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 도 2에 도시되는 바와 같이, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 모듈(70), 필터링 제어모듈(80), EMI-필터모듈(90) 및 선충전 제어모듈(1007)을 더 포함한다.
필터링 모듈(70)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 충전-방전 제어모듈(50) 사이에 접속되고, 고조파(harmonic wave)를 제거하도록 구성된다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 필터링 모듈(70)은 병렬로 접속되는 인덕터(LA, LB, LC) 및 병렬로 접속되는 캐패시터(C4, C5, C6)를 포함하고, 인덕터(LA)는 캐패시터(C6)에 직렬로 접속되며, 인덕터(LB)는 캐패시터(C5)에 직렬로 접속되고, 인덕터(LC)는 캐패시터(C4)에 직렬로 접속된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 필터링 제어모듈(80)은 제1노드(J1) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속되고, 제어모듈은 전원 시스템이 구동 모드인 경우필터링 제어모듈(80)을 끄도록 제어한다. 필터링 제어모듈(80)은 캐패시터 스위칭 릴레이일 수 있고, 접촉자(K10)를 포함할 수 있다. EMI-필터모듈(90)은 충전-방전 소켓(20) 및 충전-방전 제어모듈(50) 사이에 접속되고 주로 전도 및 복사의 간섭을 여과하도록 구성된다.
선충전 제어모듈(1007)은 충전-방전 제어모듈(50)에 병렬로 접속되고, 필터링 모듈(70) 내의 캐패시터를 충전하도록 구성되는데, 선충전 제어모듈(1007)은 병렬로 접속되는 세개의 저항 및 3-상 접촉자(K9)를 포함한다. 차량이 방전 모드인 상태에서, 제어모듈(60)은 필터링 모듈(70)을 켜도록 제어하고, 제어모듈(60)은 필터링 모듈(70) 내의 캐패시터 전압이 미리 결정된 한계점에 도달할 때까지 필터링 모듈(70) 내의 캐패시터를 하도록, 선충전 제어모듈(1007)을 제어하며, 그 후, 제어모듈(60)은 선충전 제어모듈(1007)을 끄도록 제어하고 충전-방전 제어모듈(50)을 켜도록 제어한다.
도 2에서의 접촉자(K10)의 위치는 단지 예시일 뿐임을 주목해야 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 접촉자(K10)의 사용에 의해 필터링 모듈(70)이 꺼질 수 있다면, 접촉자(K10)는 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에서 접촉자(K10)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속될 수 있다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 충전-방전 제어모듈(50)은 3-상 또는 단일-상 충전-방전을 실행하도록 구성되는 3-상 스위치(K8) 및 단일-상 스위치(K7) 중의 적어도 하나 를 더 포함한다.
도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 차량들 사이에서 상호-충전되는 플로우 차트이다. 또한, 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다.
301 단계에서, 차량간 충전모드(V to V, Vehicle-to-vehicle)가 계기판(102)을 통해서 세팅되고, 제1 전기 차량(1002)은 계기판(102)을 통해 차량간 충전모드를 선택한다.
302 단계에서, 배터리 매니저(103)는 차량간 충전 지침을 제공받고 충전 커넥터(1004)는 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003)에 각각 접속되고, 즉, 배터리 매니저(103)는 차량간 충전 지침을 제공받고, 고 전압 배전반(101)을 제어하여 모터 방전 회로에 접속을 끊게하고, 방전 충전 출력 회로에 접속시켜서, 제1 전기 차량(1002)의 방전 회로가 접속되도록 한다.
303 단계에서, 모터 접촉자(즉, 도 2에서의 모터 제어 스위치(40))는 꺼지고, 캐패시티 릴레이(즉, 도 2에서의 접촉자(K10))는 켜지며, 에너지 제어장치(1005)는 차량간 충전 지침을 제공받고, 모터 접촉자를 끄도록 제어하며, 캐패시티 릴레이를 켜도록 제어하여 캐패시터 및 인덕터가 3-상 필터를 구성하게 된다. 3-상 충전이 본 발명의 실시예의 예시로서 서술되나, 단일-상 충전이 본 발명의 다른 실시예에서 사용될 수 있는 점에 주목해야 한다.
304 단계에서, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 전압의 변환을 수행하는데, 즉 직류 전류는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 내의 IGBT들을 통해서 3-상의 교류 전류로 변환된다. 다시 말해서, 에너지 제어장치(1005)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 통해서 3-상 변환을 수행하여 3-상 교류 전압을 출력한다.
305 단계에서, 에너지 제어장치(1005)는 충전 파일(pile)을 시뮬레이션하여 통신 신호를 출력하는데, 즉, 에너지 제어 장치는 충전 파일(pile) 아날로그 신호 CP 를 출력한다.
306 단계에서, 접속이 확인된다. 에너지 제어장치(1005)가 충전 파일(pile) 아날로그 신호 CP를 출력하고 충전 건의 제2 충전 건 어댑터가 제2전기 차량의 충전=방전 소켓에 삽입된 후, 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003)은 동시에 접속을 확인한다. 만약, 접속이 정상이라고 확인되면, 제1 전기 차량(1002)은 307단계를 수행하고, 제2 전기 차량(1003)은 309단계를 수행한다.
307 단계에서, 제1 전기 차량(1002)의 3-상 메인 접촉자(즉, 충전-방전 제어모듈(50))가 켜진다.
308 단계에서, 제1 전기 차량(1002)은 3-상 교류 전류를 출력한다. 다시 말해서, 접속이 확인된 후에, 제1 전기 차량(1002)의 3-상 주 접촉자가 켜지고 제1 전기 차량(1002)은 3-상 교류 전류를 출력한다. 309단계에서, 모터 접촉자는 꺼지고 선충전 릴레이(즉, 도 2의 접촉자(K9)) 및 캐패시터 릴레이(즉, 도 2의 접촉자(K10))는 켜진다. 접속이 확인된 후에, 제2 전기 차량(1003)의 배터리 매니저(103)는 차량간 충전 지침을 제공받고, 고 전압 배전반(101)을 제어하여 모터 방전 회로의 접속을 해제하고, 제2 전기 차량(1003)의 충전 접속 회로를 접속되도록, 고 충전 회로를 제어한다. 그리고, 에너지 제어장치(1005)는 모터 제어 스위치(40)를 끄도록 제어하고, 필터링 제어모듈(80)(즉, 도 2에서의 접촉자(K10))을 켜도록 제어하고 선충전 제어모듈(1007)(즉, 도 2에서의 접촉자(K9)을 켜도록 제어한다.
310 단계에서, 선충전 릴레이(즉, 도 2에서의 접촉자(K9))는 꺼지고 3-상 메인 주 접촉자(즉, 충전-방전 제어모듈(50))는 켜진다. 교류측에서 선충전 후에, 에너지 제어장치(1005)는 선충전 릴레이를 끄도록 제어하고 3-상 주 접촉자를 켜도록 제어한다.
311 단계에서, IGBT 3-상의 제어 가능한 정류가 수행된다. 에너지 제어장치(1005)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)에서의 IGBT들을 제어하여서 전원 배터리(10)를 충전하도록 3-상의 제어가능한 정류를 수행한다.
312 단계에서, 전원 배터리(10)는 충전된다. 제1 전기 차량(1002)은 제2 전기 차량(1003)의 전기 배터리를 충전한다.
본 발명의 실시예에 의한 차량 상호-충전 시스템에 의해, 전기 차량들 사이에 상호-충전이 실행되어서, 불충분한 충전소에 의한 충전의 불편한 문제가 해소되고, 사용자가 전기 차량을 사용하는 것이 편리해지며, 활용 및 기능이 모두 향상된다. 또한, 에너지 제어장치(1005) 내의 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 사용으로, 공통-모드 전압은 감소되고, 누설 전류는 줄어들며, 고조파는 약하된다. 게다가, 에너지 제어장치(1005) 내에서 증가하고 감소하는 직류-직류 전압 모듈은 반드시 요구되는 것은 아니고, 고 전력 충전을 실현하고, 모선 전압을 감소시키고, 구동 효율을 개선하고, 충전 시간을 짧게 한다.
본 발명의 두번째 실시예에 의하면, 충전 커넥터(1004)가 제공된다. 충전 커넥터(1004)는 제1 전기 차량(1002) 및 제2 전기 차량(1003) 사이에 접속된다. 충전 커넥터(1004)는 양 단에 각각 구비되는 제1 충전 건 어뎁터 및 제2 충전 건 어뎁터를 포함한다. 제1 충전 건 어뎁터는 제1 전기 차량(1002)의 충전-방전 소켓(20)에 접속되고, 제2 충전 건 어뎁터는 제2 전기 차량(1003)의 충전-방전 소켓(20)에 접속된다.
본 발명의 실시예들에 의하는 충전 커넥터(1004)는 두 전기 차량 사이에 접속 가능하고 차량들 사이의 상호-충전을 수행하도록 구성되어서, 불충분한 충전소에 의한 충전의 불편한 문제가 해결되고, 사용자가 전기 차량을 사용하는 것이 편리해지며, 활용 및 기능이 모두 향상된다.
도 3C에 도시되는 실시예에서, 전원 시스템은 고 전압 배전반(101), 계기판(102), 배터리 매니저(103) 및 전체 차량 신호 샘플링 장치(whole vehicle signal sampling apparatus, 104)를 더 포함할 수 있다. 제어모듈(60)은 고 전압 배전반(101), 계기판(102), 배터리 매니저(103) 및 전체 차량 신호 샘플링 장치(104)에 각각 접속된다. 배터리 매니저(103)는 고 전압 배전반(high voltage distribution box, 101) 및 전원 배터리(10)에 접속된다.
도 4에 도시되는 본 발명의 실시예에서, 제어모듈(60)은 컨트롤 패널(201) 및 구동 패널(202)을 포함한다. 컨트롤 패널(201)은 두 고속 디지털 신호 프로세싱 칩(즉, DSP1 및 DSP2)을 포함한다. 두 DSP들은 전체 차량 정보 인터페이스에 접속되어 통신한다. 두 DSP는 모선 전압 샘플링 신호, IPM 보호 신호 및 IGBT 온도 샘플링 신호를 제공받도록 구성되고, 구동 패널(202) 상의 구동 유닛으로부터 보내지고, PWM 신호(pulse width modulation signal)를 구동 유닛으로 동시에 출력하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한, 전기 차량용 전원 시스템은, 모터 구동, 차량 제어, 교류 충전, 격자 접속 전원 공급, 오프-그리드 온-로드(off-grid on-load) 및 차량 상호-충전을 포함하는 많은 기능을 구비한다. 게다가, 전원 시스템은 단순히 다양한 기능 모듈들이 물리적으로 결합됨으로서 형성되는 것이 아니고, 모터 구동 제어 시스템에 기반한 주변 장치들의 유인에 의해 정립될 수 있고, 이로 인해 절약된 공간 및 비용은 최대로 절약되고 전력 밀집도(power density)가 개선된다.
구체적으로, 전기 차량용 전원 시스템의 기능은 이하에서 간단히 서술한다.
1. 모터 구동 기능
전원 배터리(10)로부터의 직류 전류는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 수단에 의해 교류 전류로 변환되고, 교류 전류는 모터(M)로 전송된다. 모터(M)는 리볼빙(revolving) 트랜스포머 디코더 기술 및 SVPWM(space vector pulse width modulation) 제어 알고리즘에 의해 제어될 수 있다.
다시 말해서, 도 5에 도시되는 바와 같이, 전원 시스템에 전원이 인가되어 동작하면, 전원 시스템의 기능을 결정하는 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다.
501 단계에서, 제어모듈(60)에 전원이 공급된다.
502 단계에서, 스로틀이 제로인지(is zero), 전기 차량이 중립기어 상태에 있는지, 전기 차량이 핸드 브레이크에 의해 멈춰져있는지(is braked), 충전 접속 신호(즉, CC신호)가 유효한지를(즉, 충전-방전 소켓(20)이 충전 건과 같은 충전 커넥터(1004)에 접속된다) 결정하여, 만약 스로틀이 제로이고, 전기 차량이 중립기어 상태에 있으며, 전기 차량이 핸드 브레이크에 의해 멈춰져있고 충전 접속 신호가 유효하면, 503 단계가 수행되고; 그렇지 않으면, 504 단계가 수행된다.
503 단계에서, 전원 시스템은 충전-방전 제어 프로세스로 진입한다.
504 단계에서, 전원 시스템은 차량 제어 프로세스로 진입한다.
504 단계 후에, 제어모듈(60)은 모터 제어 스위치(40)를 제어하여, 전원 시스템을 구동 모드로 켜도록 하고, 제어모듈(60)은 전체 차량 정보에 따라 전체 차량 정보를 샘플링하며 모터(M)를 구동한다.
모터 구동 제어 기능이 수행된다. 도 6에 도시되는 제어모듈(60)은 PWM 신호를 송신하여 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어하여, 전원 배터리(10)로부터의 직류 전류를 교류 전류로 변환하고 교류 전류를 모터(M)로 전송한다. 동시에, 제어모듈(60)은 리졸빙 트랜스포머(resolving transformer)를 통해서 로터(rotor) 위치를 얻고, 모선 전압, B-상 및 C-상 전류를 샘플링하여 모터(M)를 정확히 동작하도록 한다. 다시 말해서, 제어모듈(60)은 전류 센서에 의해 샘플된 모터의 B-상 및 C-상의 전류 신호에 따라 PWM 신호를 조절하고 리졸빙 트랜스포머(resolving transformer)로부터의 정보를 피드백하여, 모터(M)를 정교하게 동작시킬 수 있다.
따라서, 전체 차량의 스로틀, 브레이크 및 기어 정보를 샘플링하고 차량의 현재 동작 상태를 결정하는 것에 의해, 가속 기능, 감속 기능 및 에너지 피드백 기능이 실행될 수 있고, 전체 차량은 어느 조건에서든지 안전하고 신뢰할 수 있게 동작할 수 있어, 따라서, 차량의 안전, 동력성능 및 편안함을 보장하게 된다.
2, 충전-방전 기능
(1) 접속 확인 및 충전-방전 기능의 시작
도 7에 도시되는 바와 같이, 전원 시스템의 충전-방전 기능의 시작 여부를 결정하는 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다.
701 단계에서, 물리적인 접속이 충전 커넥터(1004) 및 충전-방전 소켓(20) 사이의 접속이 완료된다.
702 단계에서, 전원 공급 장치는 충전 접속 신호(즉, CC 신호)가 정상인지 여부를 결정하고, 만약 충전 접속 신호가 정상이면, 703 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 또 다른 결정을 위해 702 단계로 돌아간다.
703 단계에서, 전원 공급 장치는 CP 감지점의 전압이 9V인지를 결정한다. 만약, CP 감지점의 전압이 9V이면, 706 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 또 다른 결정을 위해 702 단계로 돌아간다. 9V는 미리 결정된 값이고 단지 일 예시이다.
704 단계에서, 제어모듈(60)은 충전 접속 신호(즉, CC 신호)가 정상인지를 결정한다. 만약, 충전 접속 신호가 정상이면, 705 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 또 다른 결정을 위해 704 단계로 돌아간다.
705 단계에서, 충전 접속 신호 및 충전 지시 램프 신호의 출력이 떨어진다(pulled down).
706 단계에서, 전원시스템은 충전 또는 방전 기능을 수행하는데, 즉, 충전 시스템은 충전-방전 모드에 있게 된다.
도 8에 도시되는 충전 모드에서 전원 시스템을 제어하는 단계는 다음 단계들을 포함한다.
801 단계에서, 전원시스템은 전원이 인가된 후에 완전히 구동을 시작하는 지 여부를 결정한다. 만약, 전원시스템이 전원이 인가된 후에 완전히 구동을 시작하면, 802 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 또 다른 결정을 위해 801 단계로 돌아간다.
802 단계에서, CC (충전 접속) 감지점의 저항이 감지되어서, 충전 커넥터(1004)의 용량(capacity)을 결정한다.
803 단계에서, CP 감지점에서의 일정한 효율(DUTY) 비의 PWM 신호가 감지되는지 여부를 결정하여, 만약, CP 감지점에서의 일정한 효율(DUTY) 비의 PWM 신호가 감지되면, 804 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 또 다른 결정을 위해 805 단계로 돌아간다.
804 단계에서, 충전 접속이 정상이고 충전이 준비된다는 메시지를 송신하고, BMS가 충전을 허락하고 충전 접촉자가 켜지는 메시지를 제공받으면, 806 단계가 수행된다.
805 단계에서, 충전 접속에서 결함(fault)이 발생한다.
806 단계에서, 제어모듈(60)은 내부 스위치를 켠다.
807 단계에서, 교류 외부 충전 장치가 PWM 파장(wave)을 미리 결정된 시간인 1.5초 내에 보내지 않는 것을 결정하여, 만약, 교류 외부 충전 장치가 PWM 파장(wave)을 미리 결정된 시간인 1.5초 내에 보내지 않는다면, 808 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 또 다른 결정을 위해 809 단계로 돌아간다.
808 단계에서, 외부 충전 장치가 외부 국가 표준 충전 포스트이고, PWM 파장이 충전 중에 송신되지 않는 것을 결정한다.
809 단계에서, PWM 파장이 전원 공급장치로 송신된다.
810 단계에서, 교류 입력이 미리 결정된 시간인 3초 내에 정상인지 여부를 결정하고, 만약, 교류 입력이 미리 결정된 시간인 3초 내에 정상이라면, 813 단계를 수행하고, 그러지 않으면, 811 단계로 돌아간다.
811 단계에서, 교류 외부 충전 장치에서 결함(fault)이 발생한다.
812 단계에서, 결함이 처리(process)된다
813 단계에서, 전원 시스템은 충전 단계로 진입한다.
다시 말해서, 도 7 및 도 8에 도시되는 바와 같이, 전원 공급 장치 및 제어모듈이 스스로 감지하여 결함이 발견되지 않은 후에, 충전 커넥터(1004)의 캐패시터는 CC신호의 전압을 감지함에 의해 결정될 수 있고, CP 신호를 감지하여 충전 커넥터(1004)가 완전히 접속되었는지 여부를 결정한다. 충전 커넥터(1004)가 완전히 접속되었는지 여부를 결정한 후에, 충전 접속이 정상이고 충전이 준비되었다는 메시지가 송신되고, 3-상 스위치(K8)가 켜지도록 제어되며 충전 또는 방전이 준비되고, 교류 충전 기능(G to V, grid to vehicle), 오프-그리드 온-로드 기능(off-grid on-load function, V to L, vehicle to load), 그리드 접속 기능(V to G, vehicle to grid) 및 차량-차량 충전 기능(V to V, vehicle to vehicle)이 계기판(102)을 통해 세팅된다.
(2) 교류 충전 기능(G to V)
전원 시스템이 계기판(102)으로부터 충전 지시를 받으면, 제어모듈(60)은 충전 파일(pile)의 전원 공급 용량 및 충전 케이블의 용량에 따라 적절한 충전 파워(POWER)를 설정한다. 또한, 제어모듈(60)은 그리드(grid) 정보를 샘플링 하고, 그리드의 전자 시스템을 결정하고 그리드의 전자 시스템에 따라서 제어 파라미터를 선택한다. 제어 파라미터가 선택된 후에, 제어모듈(60)은 접촉자(K10)를 켜도록 제어하고 3-상 스위치(K8)를 켜도록 제어한다. 동시에, 제어모듈(60)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 교류 전류를 정류하도록 제어한다. 최대 충전 전류로부터 선택된 최소 충전 전류가 배터리 매니저에 의해 허용되고, 최대 전류는 흐름 용량(maximum current flow capacity) 파일(pile) 및 제어모듈의 최대 출력 전원에 의해 허용되며, 미리 결정된 목표 충전 전류로 사용되고, 폐루프 전류 제어가 전원 시스템에서 수행되어서 차량 내의 전원 배터리는 충전될 수 있다.
(3) 오프-그리드 온-로드(Off-grid on-load) 기능 (V to L)
전원 시스템이 계기판(102)으로부터 V to L 지침을 제공받게 되면, 우선 전원 배터리(10)의 충전 상태(SOC)가 허용가능한 방전 범위 이내에 있는지를 결정한다. 만약 전원 배터리(10)의 충전 상태(SOC)가 허용가능한 방전 범위 이내에 있다면, V to L 지침에 따라서 출력 전기 시스템이 선택된다. 최대 출력 전원이 지능적으로(intelligently) 선택되고 제어 파라미터가 충전 커넥터(1004)의 정격 전류에 따라 주어지며 전원 시스템은 제어 단계로 진입하게 된다. 우선, 제어모듈(60)은 3-상 스위치(K8) 및 접촉자(K10)를 켜도록 제어하고, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 직류 전류에서 교류 전류로 변환시키며, 전기장치는 교류 전류에 의해 전용 충전 소켓을 통해 직접 전원인가 될 수 있다.
(4) 그리드 접속 기능(V to G)
전원 시스템이 계기판(102)으로부터 V to G 지침을 제공받게 되면, 우선 전원 배터리(10)의 충전 상태(SOC)가 허용가능한 방전 범위 이내에 있는지를 결정한다. 만약 전원 배터리(10)의 충전 상태(SOC)가 허용가능한 방전 범위 이내에 있다면, V to G 지침에 따라서 출력 전기 시스템이 선택된다. 최대 출력 전원이 지능적으로(intelligently) 선택되고 제어 파라미터가 충전 커넥터(1004)의 정격 전류에 따라 주어지며 전원 시스템은 제어 단계로 진입하게 된다. 우선, 제어모듈(60)은 3-상 스위치(K8) 및 접촉자(K10)를 켜도록 제어하고, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 직류 전류에서 교류 전류로 변환시킨다. 또한, 미리 결정된 목표 방전 전류 및 전류 샘플링으로부터 피드백된 상 전류에 따라 제어모듈(60)은 폐루프 전류 제어를 수행하여서 그리드 접속 방전을 실행한다.
(5) 차량 간의 충전 기능(Vehicle-to-vehicle charging function, V to V)
V to V 기능은 전용 접속 플러그를 요구한다. 충전 접속 신호(즉, CC 신호)가 유효하고 접속 플러그의 단계를 감지함에 의해 접속 플러그가 V to V 기능을 위한 전용 충전 플러그 전원 시스템이라고 전원 시스템이 결정하면, 전원 시스템은 계기판으로부터 지시를 위해 준비된다. 예를 들면, 차량 A가 차량 B를 충전한다고 가정하면, 차량 A는 방전되는 상태로 준비되는데, 즉, 차량 A는 오프-그리드 온-로드(off-grid on-load) 기능을 수행하도록 준비된다. 차량 A에서 제어모듈(60)은 충전 접속이 정상이고 충전 준비가 되었다는 메시지를 배터리 매니저(103)에 송신한다. 배터리 매니저(103)는 충전 또는 방전 회로를 제어하여 선-충전을 수행하도록 하고, 선-충전이 완료된 후에, 충전이 허락되고, 충전 접촉자를 켜라는 메시지를 제어모듈(60)에 송신한다. 그 후, 전원 시스템은 방전 기능을 수행하고 PWM 신호를 송신한다. 차량 B가 충전 지시를 제공받은 후에, 거기의 전원 시스템은 차량 A가 전원을 공급할 준비가 되었다고 결정하는 CP 신호를 감지하고, 제어모듈(60)은 정상 접속 메시지를 베터리 매니저에 송신한다. 메시지를 수신한 후에, 배터리 매니저(103)는 선-충전 과정을 완료하고 제어모듈(60)에 전원 시스템 전체 충전할 준비되었음을 알린다. 그 후, 차량 간의 충전 기능(V to V) 이 시작하고, 차량들은 서로 충전할 수 있다.
다시 말해서, 전원 시스템에 전원이 공급된 이후에, 제어모듈(60)에 의해 계기판(102)으로부터 V to V 지시를 제공받은 상태에서, 전체 차량 배터리 관리 상의 충전 접속 신호 및 관련 정보는 감지되고, 차량은 교류 전원 출력 상태로 준비되고 충전 박스를 시뮬레이팅하는 것에 의해 CP 신호를 송신하여 충전되는 차량과 통신한다. 예를 들면, 차량 A는 방전 모드인 상태로 준비되고 그곳의 제어모듈(60)은 전원 공급 장치를 시뮬레이션하여 그 기능들을 실행하도록 하고, 충전될 차량 B는 차량 A와 전용 충전 와이어를 통해 접속되고, 차량 간의 충전 기능이 실행된다.
도 9에 도시되는 실시예에서, 전기 차량의 충전이 완료된 상태에서 전원 시스템을 제어하는 프로세스는 다음의 단계들을 포함한다.
1301 단계에서, 전원 공급 장치는 전원 공급 스위치를 꺼서 교류 전류의 출력을 중단하고, 1305 단계가 수행된다.
1302 단계에서, 제어모듈(60)은 충전을 멈추고 언로딩(unloading)을 실행하고, 1303 단계가 수행된다.
1303 단계에서, 언로딩(unloading)이 완료된 후, 내부 스위치가 꺼지고 충전 완료 메시지가 송신된다.
1304 단계에서, 전원 출력 요청이 송신된다.
1305 단계에서, 충전이 완료된다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 전원 공급 장치(301)는 전원 공급 플러그(302)를 통해 전기 차량의 차량 플러그(303)에 접속되어서 전기 차량(1000)을 충전한다. 전기 차량의 전원 스위치(1000)는 CP 신호를 감지점(3)을 통해서 감지하고, CC 신호를 감지점(4)을 통해서 감지하며, 그리고 전원 공급 장치(301)는 CP 신호를 감지점(1)을 통해서 감지하고, CC 신호를 감지점(2)을 통해서 감지한다. 충전이 완료된 후, 전원 공급 플러그(302) 및 차량 플러그(303) 내의 내부 스위치들은 꺼지도록 제어된다.
또 다른 실시예에서, 병렬로 접속된 복수의 전원 시스템은 전원 배터리(10)를 충전하도록 전기 차량에 사용될 수 있다. 예를 들면, 병렬로 접속되는 두 전원 시스템이 전원 배터리(10)를 충전하도록 사용되고, 두 전원 시스템은 공통 제어모듈(60)을 사용한다.
본 발명의 실시예에서, 전기 차량용 충전 시스템은 전원 배터리(10), 제1 충전 브랜치(branch), 제2 충전 브랜치 및 제어모듈(60)을 포함한다.
제1 충전 브랜치는 제1 정류 유닛(즉, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)) 및 제1 충전 인터페이스(즉, 충전 소켓)를 포함한다. 제2 충전 브랜치는 제2 정류 유닛(즉, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)) 및 제2 충전 인터페이스(즉, 충전 소켓)를 포함한다. 충전 배터리는 제1 충전 인터페이스에 제1 정류 유닛을 통해 교대로 접속되고 제2 충전 인터페이스에 제2 정류 유닛을 통해 접속된다. 제어모듈은 제1 정류 유닛 및 제2 정류 유닛에 각각 접속되고 충전 신호를 전달받은 상태에서, 그리드를 제어하여 제1 정류 유닛 및 제2 정류 유닛 각각을 통해 충전 배터리를 충전하도록 구성된다.
또한, 도 11에 도시되는 바와 같이 본 발명의 실시예는 전기 차량을 충전하도록 제어하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
S1101 단계에서, 제1 충전 브랜치가 충전-방전 소켓을 통해서 전원 공급 장치에 접속되고 제2 충전 브랜치가 충전-방전 소켓을 통해서 전원 공급 장치에 접속되는 것을 제어모듈이 결정하면, 제어모듈은 충전 접속 신호를 배터리 매니저에 송신한다.
S1102 단계에서, 제어모듈로부터 송신된 충전 접속 신호를 수신한 후, 배터리 매니저는 전원 배터리가 충전이 필요한지 여부를 감지하고 결정하며, 만약 전원 배터리가 충전이 필요하다면 다음 단계가 수행된다.
S1103 단계에서, 배터리 매니저는 충전 신호를 제어모듈로 송신한다.
S1104 단계에서, 충전 신호를 수신한 후, 제어모듈은 그리드를 제어하여 제1 충전 브랜치 및 제2 충전 브랜치 각각을 통해서 충전 전원 배터리를 충전하도록 한다.
전기 차량의 충전 시스템 및 본 발명의 상기 실시예에 따라서 전기 차량을 충전하도록 제어하는 방법에 의하면, 제어모듈은 그리드를 제어하여 제1 충전 브랜치 및 제2 충전 브랜치 각각을 통해서 충전 전원 배터리를 충전하도록 하고, 이로 인해, 전기 차량의 충전 전원은 증가하고 충전 시간은 상당히 줄어들며, 따라서 빠른 충전 및 시간 절약이 실행되게 된다.
몇몇 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 넓은 호환성(compatibility)을 구비하고 단일-상/3-상 스위칭 기능을 수행하는데, 이는 다른 나라들의 다양한 전기 시스템에 적용 가능하다.
구체적으로, 도 12에서 도시되는 바와 같이, 충전-방전 소켓(20)은 두 충전 소켓들(미국 표준 충전 소켓 및 유럽 표준 충전 소켓) 사이에서 스위칭하는 기능을 구비한다. 충전-방전 소켓(20)은 미국 표준 충전 소켓과 같은 단일-상 충전 소켓(501), 유럽 표준 충전 소켓과 같은 3-상 충전 소켓(502) 및 두 개의 고-전압 커넥터를 포함한다. CC 단자, CP 단자 및 CE 단자는 단일-상 충전 소켓(501) 및 3-상 충전 소켓(502)용 공통 단자들이다. 단일-상 충전 소켓(501)은 각각 커넥터들(K503, K504)를 통해서 3-상 충전 소켓의 A상 와이어 및 B상 와이어에 접속되는 L상 와이어 및 N상 와이어를 구비한다. 단일-상 충전 또는 방전 지시를 받게되면, 제어모듈(60)은 커넥터들(K503, K504)을 켜도록 제어하여, 3-상 충전 소켓(502)의 A상 및 B상 와이어들은 단일-상 충전 소켓(501)의 L상 및 N상 와이어에 각각 접속된다. 3-상 충전 소켓(502)은 동작하지 않고, 단일-상 충전 소켓(501)의 L상 및 N상 와이어 대신에 3-상 충전 소켓(502)의 A상 및 B상 와이어가 충전 플러그에 접속되어, 제어모듈(60)은 단일-상 충전 기능을 정상적으로 수행할 수 있다.
대체 가능하게, 도 2에 도시되는 표준 7-코어 소켓이 사용되고 단일-상 스위치(K7)가 N상 및 B상 와이어 사이에 추가된다. 단일-상 충전 또는 방전 지시를 수신하면, 제어모듈(60)은 단일-상 스위치(K7)를 켜도록 제어하여 B상 와이어를 N상 와이어에 접속하게 한다. 그 후, A상 및 B상 와이어는 L상 및 N상 와이어로 각각 사용되고, 접속 플러그는 전용 접속 플러그 또는 B상 및 C상 와이어가 사용되지 않는 접속 플러그이어야 한다.
다시 말해서, 몇몇 실시예에서, 전원 시스템은 제어모듈(60)을 통해서 그리드의 전압을 감지하고 계산에 의해 주파수 및 그리드의 단일-상/3-상을 결정하여 그리드 전기 시스템을 얻어낸다. 그 후, 제어모듈(60)은 충전-방전 소켓(20) 및 그리드 전기 시스템의 유형에 따라서 다른 제어 파라미터들을 선택한다. 게다가, 제어모듈(60)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어하여서 교류 전류를 제어 가능하게 정류하여 직류 전류를 얻어서 직류 전류를 전원 배터리(10)에 전송한다.
또 다른 실시예에서, 도 13에 도시되는 바와 같이, 오프-그리드 온-로드(off-grid on-load) 충전 소켓은 충전 플러그에 접속되는 2-코어, 3-코어 및 4-코어 소켓을 포함하고, 단일-상 또는 3-상 전류를 출력하도록 구성된다.
도 14는 본 발명의 일 예에 따르는 전기 차량용 전원 캐리어 통신 시스템(a power carrier communication system for an electric vehicle)의 블록도이다.
도 14에 도시되는 바와 같이, 전원 캐리어 통신 시스템(2000)은 복수의 제어장치(110), 차량 전원 케이블(120) 및 복수의 전원 캐리어 통신 장치(130)를 포함한다.
구체적으로, 제어장치들(110)의 각각은 통신 인터페이스를 구비할 수 있는데, 통신 인터페이스는 예를 들면, 연속의 통신 인터페이스(serial communication interface, SCI)일 수는 있지만, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 차량 전원 케이블(120)은 전원을 제어장치들에 공급하고, 제어장치들(110)은 차량 전원 케이블(120)을 통해서 서로 통신한다. 전원 캐리어 통신 장치들(130)은 제어장치들(110)에 각각 대응되고, 제어장치들(110)은 그들 자신의 통신 인터페이스들을 통해서 각각 대응되는 전원 캐리어 통신 장치들(130)에 접속되고, 전원 캐리어 통신 장치들(130)은 차량 전원 케이블(120)을 통해 서로 접속된다. 전원 캐리어 통신 장치들(130)은 차량 전원 케이블(120)로부터 캐리어 신호를 얻어서, 캐리어 신호를 복조하고 복조된 캐리어 신호를 대응되는 제어장치(110)에 송신하고, 대응되는 제어장치(110)로부터 송신된 정보를 수신하고 복조하며 복조된 정보를 차량 전원 케이블(120)에 송신한다.
도 14를 참조하면, 복수의 제어장치(110)는 제어장치들은 제어장치 1 내지 제어장치 N(N은 2이상의 정수이다)을 포함한다. 복수의 제어장치들(110)에 대응되는 복수의 전원 캐리어 통신 장치들(130)은 전원 캐리어 통신 장치 1 내지 전원 캐리어 통신 장치 N을 포함한다. 예를 들면, 제어장치 1은 제어장치 2와의 통신이 요구되고, 제어장치 2는 우선 캐리어 신호를 전원 캐리어 통신 장치 2로 송신하고, 전원 캐리어 통신 장치 2는 캐리어 신호를 복조하고 복조된 캐리어 신호를 차량 전원 케이블(120)에 전송한다. 그 후, 전원 캐리어 통신 장치 1은 차량 전원 케이블(120)로부터 캐리어 신호를 얻고, 복조된 캐리어 신호를 제어장치 1로 송신한다.
도 15에 도시되는, 전원 캐리어 통신 장치들(130) 각각은 연속하여 접속되는 커플러(131), 필터(133), 증폭기(134) 및 모뎀(132)을 포함한다.
또한, 도 16에 도시되는, 8개의 전원 캐리어 통신 장치들(1 내지 8)과 같은 전원 캐리어 통신 장치들(130)은 차량 전원 케이블 다발(121) 및 차량 전원 케이블 다발(122)을 통해 게이트웨이(gateway, 300)에 접속되고, 전원 캐리어 통신 장치 각각은 하나의 제어장치에 대응된다. 예를 들면, 전원 캐리어 통신 장치(1)는 전송 제어장치(111)에 대응되고, 전원 캐리어 통신 장치(2)는 발전기 제어장치(112)에 대응되며, 전원 캐리어 통신 장치(3)는 액티브 서스펜션 장치(active suspension device, 113)에 대응되고, 전원 캐리어 통신 장치(4)는 에어컨(air-conditioner) 제어장치(114)에 대응되며, 전원 캐리어 통신 장치(5)는 에어백(115)에 대응되고, 전원 캐리어 통신 장치(6)는 계기판 디스플레이(116)에 대응되며, 전원 캐리어 통신 장치(7)는 결함 진단 장치(117)에 대응되고, 전원 캐리어 통신 장치(8)는 전등 장치(118)에 대응된다.
도 17에 도시되는, 일 실시예에서, 전원 캐리어 통신 시스템에 의한 데이터 수신 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
2101 단계에서, 시스템은 전원 공급되어 구동하게 되고, 시스템 프로그램은 차량 전원 케이블로부터 데이터가 수신되는 상태로 진입하게 된다.
2102 단계에서, 캐리어 신호가 있는지 여부 및 캐리어 신호가 맞는지 여부를 결정하여 만약 캐리어 신호가 있으며 캐리어 신호가 맞다면, 2103 단계가 수행되고, 그렇지 않으면, 2104 단계가 수행된다.
2103 단계에서, 시스템은 차량 전원 케이블(120)로부터 송신된 데이터의 수신을 시작하고, 2105 단계가 수행된다.
2104 단계에서, 연속의 통신 인터페이스(serial communication interface, SCI)가 감지되고, 연속의 통신 인터페이스 내에 데이터가 있는지 여부를 결정하고, 만약 연속의 통신 인터페이스 내에 데이터가 있다면, 2105 단계가 수행되고, 그렇지 않으면 2101 단계로 돌아간다.
2105 단계에서, 시스템은 데이터를 수신하는 단계로 진입한다.
본 발명의 실시예에 따르는 전기 차량용 전원 캐리어 통신 시스템에 의해, 전기 차량 내의 다양한 제어 시스템 사이의 데이터 전송 및 공유가 차량 내부 케이블 다발의 증가 없이 달성될 수 있다. 게다가, 통신 매체로서 전원 케이블을 이용하는 전원 캐리어 통신은 새로운 통신 네트워크의 구축 및 투자를 피할 수 있고, 따라서 제조 비용 및 유지의 난점을 감소시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한, 전기 차량 부품용 모터 컨트롤러 및 전기 차량의 타 부품들 사이의 접속을 나타내는 모식도이다. 모터 컨트롤러는 직류 인터페이스를 통해서 전원 배터리에 접속되고, 그리드와 교류 인터페이스를 통해 접속되어 전원 배터리를 충전하며, 또한 교류 인터페이스를 통해 부하 또는 다른 차량들에 접속되어 부하 또는 다른 차량들을 방전하게 한다. 본 발명의 실시예에서, 전기 차량용 모터 컨트롤러는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈, 모터 제어 스위치, 충전-방전 제어 모듈 및 제어모듈을 포함한다.
3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈은 전원 배터리의 제1단자에 접속되는 제1 직류 단자 및 전원 배터리의 제2단자에 접속되는 제2 직류 단자를 구비한다. 모터 제어 스위치는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류단자에 접속되는 제1단자 및 모터에 접속되는 제2단자를 구비한다. 충전-방전 제어모듈은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류단자에 접속되는 제1단자 및 충전-방전 소켓에 접속되는 제2단자를 구비한다. 제어모듈은 모터 제어 스위치 및 충전-방전 제어모듈에 각각 접속되고 모터 제어 스위치 및 충전-방전 제어모듈을 전원 시스템의 현재 동작 모드에 따라 제어하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 의한 모터 컨트롤러는 양방향의 속성을 지니는데, 즉, 모터 컨트롤러는 외부 그리드, 예를 들면, 교류 전류에 접속되는 전기 차량의 직접적인 충전에 의한 전기 차량의 충전을 수행할 수 있으며, 전기 차량의 외부 장치로의 방전을 수행할 수 있다. 따라서, 모터제어는 다양한 기능들을 구비하고, 이로 인해 사용자들의 사용을 다양하게 촉진시키게 된다. 또한, 3-레벨 제어로, 공통-모드 전압은 크게 감소하고, 누설 전류는 줄어들며, 고조파는 약화된며, 충전 효율이 개선된다. 게다가, 교류 전류의 사용에 의해 직접적으로 전기 차량을 충전하기에, 이 시스템에서 충전 발전기는 요구되지 않으며, 이로 인해, 충전소(charging station) 비용을 절약할 수 있다. 게다가, 전기 차량은 언제 어디서나 지역 교류 전기 사용에 의해 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전원 시스템이 구동 모드인 상태에서, 제어모듈은 모터 제어 스위치를 켜도록 제어하고 충전-방전 제어 모듈을 끄도록 제어한다. 전원 시스템이 충전-방전 모드인 상태에서, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 구동시키기 위해 제어모듈은 충전-방전 제어 모듈을 끄도록 제어하고 모터 제어 스위치를 끄도록 제어한다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 제1 공통-모드 캐패시터 및 제2 공통-모드 캐패시터를 더 포함한다. 제1 공통-모드 캐패시터 및 제2 공통-모드 캐패시터는 직렬로 접속되고 전원 배터리의 제1단자 및 제2단자 사이에 접속되며, 제1 공통-모드 캐패시터 및 제2 공통-모드 캐패시터 둘 사이의 노드는 접지된다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 모듈을 포함한다. 필터링 모듈은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈 및 충전-방전 제어모듈 사이에 접속된다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 제어모듈을 포함한다. 필터링 제어모듈은 제1노드 및 필터링 모듈 사이에 접속되고, 제어모듈은 차량이 구동 모드인 경우 필터링 제어모듈을 끄도록 제어한다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 EMI-필터 모듈을 포함한다. EMI-필터 모듈은 충전-방전 소켓 및 충전-방전 제어모듈 사이에 접속되고, 전도 및 복사의 인터페이스를 필터링하도록 구성된다.
일 실시예에서, 충전-방전 제어모듈은, 3-상 충전-방전 또는 단일-상 충전-방전을 실행하도록 구성되는 3-상 스위치 및 단일-상 스위치 중의 적어도 하나 를 더 포함한다.
일 실시예에서, 모터 컨트롤러는 전원 배터리에 접속되고 부하, 전력망(power grid) 및 다른 전기 차량들에 또한 접속된다.
플로우 차트에서 서술되거나 여기서 다른 방식으로 서술된 어떠한 단계 또는 방법은 특정 로직 기능들 또는 절차들을 실현하는 저장 실행 코드(storing executable codes)용 하나 이상의 모듈들, 일부분 또는 부품을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 게다가, 본 발명의 유리한 실시예들은 수행의 순서가 표현되거나 논의된 것과 다른 구현들을 포함하고, 종래의 기술들에 따라서 실질적으로 동시에 존재하는 방식 또는 반대의 순서로 수행하는 기능들을 포함한다. 이는 본 발명의 실시예를 포함하는 종래기술에 의해 이해될 수 있다.
여기서 다른 방식으로 서술되거나 플로우 차트에서 보여진 로직 및/또는 단계, 예를 들면, 로직적인 기능을 실현하기 위한 실행 지시의 특정 순서 테이블은 어떠한 읽기 쉬운 컴퓨터 매체에서 지시 실행 시스템, 디바이스 또는 장치(가령, 컴퓨터에 기반을 둔 시스템, 프로세서를 포함하는 시스템 또는 지시 실행 시스템, 디바이스 및 장치로부터 지시를 얻을 수 있고 지시를 수행할 수 있는 다른 시스템)에 의해 사용됨으로 인해 구체적으로 달성될 수 있거나 지시 실행 시스템, 디바이스 및 장치의 조합으로 사용됨으로 인해 구체적으로 달성될 수 있다.
본 발명의 각각의 부분은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어(firmware) 또는 그들의 조합에 의해 실현될 수 있다. 상기 실시예에서, 복수의 단계 또는 방법들은 메모리에 저장된 소프트웨어 또는 펌웨어에 의해 실현될 수 있고, 적절한 지시 수행 시스템에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 만약 또 다른 실시예에서와 마찬가지의 하드웨어에 의해 실현된다면, 이하의 종래 기술들의 하나 또는 조합 : 데이터 신호의 로직 기능을 실현하는 로직 게이트 회로를 구비하는 개별 로직 회로, 프로그램 가능한 PGA(programmable gate array), FPGA(field programmable gate array) 등에 의해 단계들 또는 방법들이 실현될 수 있다.
그러한 종래기술은 본 발명의 예시된 상기 방법에서의 단계들의 전부 또는 일부는 관련된 프로그램과 하드웨어 지휘에 의해 달성될 수 있다. 그 프로그램은 컴퓨터 판독 저장 매체(computer readable storage medium)에 저장될 수 있고, 그 프로그램은 컴퓨터에서 실행될 때 본 발명의 방법 실시예의 단계들의 하나 또는 조합을 포함한다.
게다가, 본 발명의 실시예의 기능 셀(function cell) 각각은 처리 모듈에서 통합될 수 있거나, 그런 셀들은 별도 물리적 존재가 될 수 있거나, 둘 이상의 셀들은 처리 모듈에서 통합될 수 있다. 통합된 모듈은 하드웨어의 형태 또는 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 실현될 수 있다. 통합된 모듈이 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 실현되고 독립 제품으로 판매 또는 사용될 때, 통합된 모듈은 컴퓨터 판독 저장 매체에 저장될 수 있다.
위에서 언급된 저장 매체는 ROM(read-only memories), MD(magnetic disks) 또는 CD 등일 수 있다.
본 명세서를 통해서 “일 실시예”, “몇몇의 실시예들”, “하나의 실시예”, “또 다른 예”, “일 예”, “구체적인 예”, 또는 “몇몇의 예들”은 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예에서 포함되고 실시예 또는 예시와 함께 연관되게 서술되는 특별한 특징, 구조, 물질 또는 특성을 의미한다. 따라서, 본 상세한 설명을 통해 다양한 곳에서의 “몇몇 실시예에서”, “일 실시예에서”, “실시예에서”, “또 다른 예에서”, “예에서”, “구체적인 예에서”, 또는 “몇몇 예들에서”와 같은 구(phrase)들은 본 발명의 동일한 실시예 또는 예를 반드시 의미하는 것은 아니다. 게다가, 특별한 특징, 구조, 물질 또는 특성은 어느 하나 이상의 실시예들 또는 예들에서 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
설명된 실시예들이 도시되고 서술되었음에도 불구하고, 전술한 실시예들은 본 발명을 제한하게 구성될 수 없도록 종래 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있으며, 본 실시예들에서는 본 발명의 사상, 원리 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위에서 변형, 대체 및 수정이 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 차량 상호-충전 시스템에 있어서,
    제1 전기 차량 및 제2 전기 차량을 포함하고, 상기 제1 전기 차량 및 상기 제2 전기 차량 각각은 전원 배터리, 에너지 제어장치 및 충전-방전 소켓을 포함하고, 상기 에너지 제어장치는:
    상기 전원 배터리의 제1단자에 접속되는 제1 직류 단자 및 상기 전원 배터리의 제2단자에 접속되는 제2 직류 단자를 구비하는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(three-level bidirectional DC-AC module);
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류단자에 접속되는 제1단자 및 상기 충전-방전 소켓에 접속되는 제2단자를 구비하는 충전-방전 제어모듈;
    상기 충전-방전 제어모듈의 제3단자에 접속되고 차량의 현재 동작 모드에 따라 상기 충전-방전 제어모듈을 제어하는 제어모듈; 및
    상기 제1 전기 차량 및 상기 제2 전기 차량 사이에 접속되고, 양단에 각각 제1 충전 건 어댑터 및 제2 충전 건 어댑터를 포함하는 충전 커넥터를 포함하되, 상기 제1 충전 건 어댑터는 상기 제1 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되고 상기 제2 충전 건 어댑터는 상기 제2 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되고,
    상기 제1 전기 차량의 현재 동작 모드가 방전 모드이고 상기 제2 전기 차량의 현재 동작 모드가 충전 모드인 경우, 상기 제1 전기 차량은 상기 충전 커넥터를 통해서 상기 제2 전기 차량을 충전하는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 차량 및 제2 전기 차량은 상기 충전 커넥터를 통해서 서로 통신하는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전기 차량의 상기 에너지 제어장치는 상기 충전 커넥터를 통해서 충전 파일 아날로그 신호(charging pile analog signal)를 상기 제2 전기 차량의 충전-방전 소켓으로 출력하고, 상기 제1 전기 차량의 상기 에너지 제어장치가 방전 상태에 진입(enter)하며 방전하는 경로(pathway)를 제공하기 위해 상기 제1 전기 차량의 상기 전원 배터리를 제어하고, 상기 제2 전기 차량의 에너지 제어장치가 충전 상태에 진입(enter)하며 충전하는 경로(pathway)를 제공하기 위해 상기 제2 전기 차량의 상기 전원 배터리를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 제어장치는, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 교류단자에 접속되는 제1단자 및 모터에 접속되는 제2단자를 구비하는 모터 제어 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어모듈은 상기 모터 제어 스위치의 제3단자에 접속되고, 상기 제1 전기 차량의 현재 동작 모드가 방전 모드이고, 상기 제2 전기 차량의 현재 동작 모드는 충전모드인 경우, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 구동하기 위해 상기 충전-방전 제어모듈을 켜도록 제어하고 상기 모터 제어 스위치를 끄도록 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈은,
    직렬로 접속되고, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2 직류 단자 사이에 접속되는 제1캐패시터 및 제2캐패시터 -제1노드가 상기 제1캐패시터 및 상기 제2캐패시터 사이에 정의됨 -;
    직렬로 접속되고, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2 직류 단자 사이에 접속되는 제1 IGBT 및 제2 IGBT- 제2노드가 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT 사이에 정의됨;
    직렬로 접속되고, 상기 제1노드 및 상기 제2노드 사이에 접속되는 제3 IGBT 및 제4 IGBT;
    직렬로 접속되고, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2 직류 단자 사이에 접속되는 제5 IGBT 및 제6 IGBT -제3노드가 상기 제5 IGBT 및 상기 제6 IGBT 사이에 정의됨-;
    직렬로 접속되고, 상기 제1노드 및 상기 제3노드 사이에 접속되는 제7 IGBT 및 제8 IGBT;
    직렬로 접속되고, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2 직류 단자 사이에 접속되는 제9 IGBT 및 제10 IGBT - 제4노드가 상기 제9 IGBT 및 상기 제10 IGBT 사이에 정의됨-; 및
    직렬로 접속되고, 상기 제1노드 및 상기 제4노드 사이에 접속되는 제11 IGBT 및 제12 IGBT,
    를 포함하고,
    상기 제2노드, 상기 제3노드 및 상기 제4노드는 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자인 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 제어장치는,
    직렬로 접속되고, 상기 전원 배터리의 상기 제1단자 및 상기 제2단자 사이에 접속되는 제1 공통-모드 캐패시터 및 제2 공통-모드 캐패시터를 더 포함하고, 상기 제1 공통-모드 캐패시터 및 상기 제2 공통-모드 캐패시터 사이의 노드는 접지되는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 제어장치는,
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 교류 단자 및 상기 충전-방전 제어모듈 사이에 접속되는 필터링 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 제어모듈은:
    상기 제1노드 및 상기 필터링 모듈 사이에 접속되는 필터링 제어모듈을 더 포함하고, 상기 차량이 구동 모드인 경우 상기 제어모듈은 상기 필터링 제어모듈을 끄도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 제어장치는,
    상기 충전-방전 소켓 및 상기 충전-방전 제어모듈 사이에 접속되는 EMI-필터 모듈을 더 포함하는 차량 상호-충전 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 제어장치는 상기 충전-방전 제어모듈에 병렬로 접속되고 상기 필터링 모듈에 있는 캐패시터를 충전하도록 구성되는 선충전 제어모듈을 더 포함하고,
    상기 제1 전기 차량의 현재 동작 모드가 방전 모드 상태인 경우, 상기 제어모듈은 상기 필터링 제어모듈을 켜도록 제어하고 상기 필터링 모듈 내의 상기 캐패시터 전압이 미리 결정된 한계점에 도달할 때까지 상기 필터링 모듈에 있는 상기 캐패시터가 미리 충전되도록 상기 선충전 제어모듈을 제어하며, 그 후, 상기 제어모듈은 상기 선충전 제어모듈을 끄도록 제어하고, 상기 충전-방전 제어모듈을 켜도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 상호-충전 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전-방전 제어모듈은,
    3-상 충전-방전 또는 단일-상 충전-방전을 실행하도록 구성되는 3-상 스위치 및 단일-상 스위치 중의 적어도 하나 를 더 포함하는 차량 상호-충전 시스템.
  12. 충전 커넥터에 있어서,
    제1 전기 차량 및 제2 전기 차량 사이에 접속되고,
    상기 충전 커넥터의 양 단에 배치되는 제1 충전 건 어댑터 및 제2 충전 건 어댑터를 포함하고,
    상기 제1 충전 건 어댑터는 상기 제1 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되고 상기 제2 충전 건 어댑터는 상기 제2 전기 차량의 충전-방전 소켓에 접속되는 충전 커넥터.
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