KR20160021444A - 전기 차량용 충전 제어 시스템 및 전기 차량 - Google Patents

전기 차량용 충전 제어 시스템 및 전기 차량 Download PDF

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리핑 정
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Abstract

전기 차량용 충전 제어 시스템 및 전기 차량은 제공된다. 충전 제어 시스템은, 충전-방전 소켓(20); 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30); 충전-방전 제어 모듈(50); 필터링 모듈(70); 및 상기 충전-방전 제어 모듈(50)에 접속되고, 상기 외부 그리드가 앵글 접속 모드에 있고 상기 전기 차량의 현재 동작 모드가 충전-방전 모드에 있는 경우에, 외부 그리드를 제어하여 전원 배터리(10)를 충전하기 위해 외부 그리드의 출력 전압에 따라 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어하고, 기준점으로서 필터링 모듈(70)에 있는 필터링 캐패시터들의 접속 중간점을 사용하는 것에 의하여 외부 그리드의 출력 전압을 샘플링하고, 상기 충전-방전 제어 모듈(50)을 켜도록 제어하기 위한 제어 모듈(60)을 포함한다.

Description

전기 차량용 충전 제어 시스템 및 전기 차량{CHARGE CONTROL SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE AND ELECTRIC VEHICLE}
본 출원은 2013. 12. 26.자로 중국특허청에 출원된 중국특허출원 제201310733655.5 및 2013. 6. 28.자로 중국특허청에 출원된 중국특허출원 제201310269952.9 의 우선권 및 이익을 주장하고, 해당 출원들의 모든 내용들은 여기에 참조로 포함된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 전기 차량 분야와 연관되고, 보다 상세하게는 전기 차량용 충전 제어 시스템 및 충전 제어 시스템을 포함하는 전기 차량과 연관된다.
현재, 대부분의 전기 차량들은 큰 용량의 전원 배터리들을 사용하고, 이는 전기 차량들의 지속 능력을 향상시킬 수 있다. 그러나, 긴 충전 시간이 요구된다. 비록 충전 스테이션(charging station)이 전원 배터리를 빠르게 충전할 수 있다고 하더라고, 이것은 여전히 높은 비용 및 큰 커버링 영역(covering area)과 같은 이점들이 있고, 따라서 충전 스테이션을 대중화하는 것은 매우 어렵다. 게다가, 전기 차량의 제한된 공간 때문에, 그 부피에 의하여 한정되는 차량 내의 충전기는 높은 충전 전원의 요구를 충족시킬 수 없다.
이에 더하여, 종래의 전기 차량을 충전하기 위하여, 전용 충전 파일(dedicated charging pile)은 요구되고, 외부 그리드(external grid)의 다른 접속 모드들을 수용하기 위해 충전 시스템에 대하여 다른 회로들이 구성되어야 하며, 이는 하드웨어 비용을 증가시킨다. 더구나, 전기 차량의 현재 3-상 충전 시스템은 오직 스타-유형 접속 모드(star-type connection mode)만을 수용하고, 이는 충전 시스템의 보편성(universality)을 줄인다.
본 발명의 실시예들은 최소한 어느 정도 종래 기술에 존재하는 문제점들의 적어도 하나를 해결하고자 한다.
본 발명의 제1 넓은 측면의 실시예들에 따라, 전기 차량용 충전 제어 시스템은 제공된다. 충전 제어 시스템은, 충전-방전 소켓; 상기 전기 차량의 전원 배터리의 제1 단자에 접속되는 제1 직류 단자 및 상기 전원 배터리의 제2 단자에 접속되는 제2 직류 단자를 구비하는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈; 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자에 접속되는 제1 단자 및 상기 충전-방전 소켓에 접속되는 제2 단자를 구비하는 충전-방전 제어 모듈; 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 교류 단자 및 상기 충전-방전 제어 모듈 사이에 접속되는 필터링 모듈; 상기 충전-방전 제어 모듈의 제3 단자에 접속되고, 외부 그리드가 앵글 접속 모드에 있고 상기 전기 차량의 현재 동작 모드가 충전-방전 모드인 경우에, 상기 외부 그리드를 제어하여 상기 전원 배터리를 충전하기 위해 상기 외부 그리드의 상기 출력 전압에 따라 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 제어하고, 상기 필터링 모듈에 있는 필터링 캐패시터들의 접속 중간점을 기준점으로 사용하는 것에 의하여 상기 외부 그리드의 출력 전압을 샘플링하고, 상기 충전-방전 제어 모듈을 켜도록 제어하기 위한 제어 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 충전 제어 시스템은 다른 그리드 시스템을 수용할 수 있고, 따라서 전기 차량용 충전 시스템의 보편성을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 전기 차량의 적용 가능성을 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 사용하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 줄어들고, 누설 전류는 감소되고 고조파는 약해진다. 게다가, 직류-직류 전압 증가 및 감소 모듈은 필수적으로 요구되지 않고, 따라서 고전원 충전을 실현할 수 있고, 버스 전압을 줄일 수 있고, 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 충전 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 제2 넓은 측면의 실시예들에 따라, 전기 차량은 제공된다. 전기 차량은 본 발명의 제1 넓은 측면의 실시예들에 따른 충전 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량은 다른 그리드 시스템들을 수용할 수 있고, 따라서 전기 차량용 충전 시스템의 보편성을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 전기 차량의 적용 가능성을 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 사용하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 줄어들고, 누설 전류는 감소되고 고조파는 약해진다. 게다가, 직류-직류 전압 증가 및 감소 모듈은 필수적으로 요구되지 않고, 따라서 고전원 충전을 실현할 수 있고, 버스 전압을 줄일 수 있고, 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 충전 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 추가적인 측면들 및 이점들은 다음의 설명들에 있는 부분에서 주어질 것이고, 다음의 설명들로부터의 부분에서 명백해지거나, 또는 본 발명의 실시예들의 실행으로부터 학습될 것이다.
본 발명의 실시예들의 이러한 측면들과 이점들, 및 다른 측면들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조로하는 다음의 설명들로부터 명백해지고 더 순조롭게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템의 구성도이다;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템의 회로도이다;
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 충전 제어 시스템의 회로도이다;
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템의 구성도이다;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모듈의 구성도이다;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템의 기능을 결정하는 것의 흐름도이다;
도 6은 모터 구동 제어 기능을 수행하는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템을 나타내는 구성도이다;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템에 대한 충전-방전 기능을 작동시키는지 여부를 결정하는 것의 흐름도이다;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드에서 전기 차량용 전원 시스템을 제어하는 것의 흐름도이다;
도 9는 전기차량을 충전하는 것을 종료한 경우에, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 시스템을 제어하는 것의 흐름도이다;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량 및 전원 공급 장치 사이의 접속의 회로도이다;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량을 충전하는 것을 제어하는 방법의 흐름도이다;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전-방전 소켓의 구성도이다;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프-그리도 온-로드 방전 플러그(off-grid on-load discharge plug)의 구성도이다;
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 반송 통신 시스템(power carrier communication system)의 블록도이다;
도 15는 전원 반송 통신 디바이스의 블록도이다;
도 16은 8개의 전원 반송 통신 디바이스들 및 해당 제어 디바이스들 사이의 통신들의 구성도이다;
도 17은 전원 반송 통신 시스템에 의하여 데이터를 수신하는 방법의 흐름도이다; 및
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 모터 컨트롤러 및 전기 차량의 다른 부분들 사이의 접속을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 실시예들에 대하여 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 본 발명의 실시예들은 도면들에서 개시될 것이고, 동일하거나 또는 유사한 구성요소들 및 동일하거나 또는 유사한 기능들을 하는 구성요소들은 설명들 전반에 걸쳐 동일한 참조번호에 의하여 표시된다. 도면들에 따라 여기에서 설명된 실시예들은 설명적이고 예시적이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
다음의 설명은 본 발명의 다른 구조들을 이루도록 구성된 복수의 실시예들 또는 예시들을 제공한다. 본 발명의 공개를 단순화하기 위하여, 특정 실시예의 컴포넌트들(components) 및 배치들(dispositions)은 다음에서 설명되며, 이는 단지 설명을 위한 것이고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 이에 더하여, 본 발명은 단순함 및 명확성의 목적으로 다른 실시예들에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있고, 반복은 복수의 실시예들 및/또는 배치들의 관계를 나타내지 않는다. 게다가, 실시예들의 설명에서, 제1 특성 “상기” 제2 특성의 구조는 직접적으로 관계된 제1 및 제2 특성에 의하여 형성된 실시예를 포함할 수 있고, 또한 제1 및 제2 특성 사이에 형성된 다른 실시예를 포함할 수 있으며, 여기에서 제1 특성 및 제2 특성은 직접적으로 관계되지 않을 수 있다.
본 발명의 설명에서, 명시하거나 제한하지 않는 한, 용어들 “설치된(mounted)” “접속된(connected)”, “연결된(coupled)”은 광범위하게 이해될 수 있고, 전자적 접속(electronic connection) 또는 기계적 접속(mechanical connection), 두개의 구성요소들 사이의 내부 통신, 직접 접속 또는 매개를 통한 간접 접속과 같은 것이 있다. 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 구체적인 상황들에 따라 본 발명에 있는 구체적인 의미들을 이해할 것이다.
다음의 설명들 및 도면들을 참조로, 본 발명의 실시예들의 이러한 측면들 및 다른 측면들은 분명하게 인식될 것이다. 설명들 및 도면들에서, 일부 특정한 실시예들은 본 발명에 따른 실시예들의 원리들의 의미들을 나타내기 위하여 설명되고, 그러나, 본 발명에 따른 실시예들의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해될 것이다. 대조적으로, 본 발명의 실시예들은 첨부된 특허청구범위들의 의도 및 원리들의 범위에 들어가는 모든 변경들(changes), 대안들(alternatives), 및 수정들(modifications)을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 충전 제어 시스템은 다음에서 설명되는 전기 차량용 전원 시스템을 기초로 실행될 수 있다.
전원 시스템 및 본 발명의 실시예들에 따라 그것을 구비한 전기 차량은 도면들을 참조하여 다음에서 설명된다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량(electric vehicle)용 전원 시스템은 전원 배터리(power battery)(10), 충전-방전 소켓(charge-discharge socket)(20), 전기 차량용 모터(M), 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(three-level bidirectional DC-AC module)(30), 모터 제어 스위치(motor control switch)(40), 충전-방전 제어 모듈(charge-discharge control module)(50) 및 제어 모듈(60)을 포함한다.
3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 전원 배터리(10)의 제1 단자에 접속되는 제1 단자(a1) 및 전원 배터리(10)의 제2 단자에 접속되는 제2 직류 단자(a2)을 구비한다. 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 직류-교류 전환을 실행하도록 구성된다. 모터 제어 스위치(40)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3)에 접속되는 제1 단자 및 모터(M)에 접속되는 제2 단자를 구비한다. 충전-방전 제어 모듈(50)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3)에 접속되는 제1 단자 및 충전-방전 소켓(20)에 접속되는 제2 단자를 구비한다. 제어 모듈(60)은 모터 제어 스위치(40) 및 충전-방전 제어 모듈(50)의 제3 단자에 각각 접속되고 전원 시스템의 현재 동작 모드에 따라 모터 제어 스위치(40) 및 충전-방전 제어 모듈(50)을 제어하도록 구성되고, 이를 통하여 차량은 구동 모드 및 충전-방전 모드 사이를 전환할 수 있다.
게다가, 본 발명의 일부 실시예들에서, 전원 시스템의 현재 동작 모드는 구동 모드(driving mode) 및 충전-방전 모드(charge-discharge mode)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 전기 차량의 동작 모드는 구동 모드 및 충전-방전 모드를 포함할 수 있다. 충전-방전 모드는 전기 차량이 충전 모드에 있거나 또는 방전 모드에 있는 것을 의미함에 특히 주의하여야 한다.
전원 시스템이 구동 모드에 있는 경우에, 제어 모듈(60)은 모터(M)를 정상적으로 구동하기 위하여 모터 제어 스위치(40)를 켜도록 제어하고, 충전-방전 제어 모듈(50)을 끄도록 제어한다. 모터상의 제어가 실현될 수 있다면, 모터 제어 스위치(40)는 또한 모터에 대하여 2-상 입력에 접속되는 두 개의 스위치들(K3 및 K4), 또는 심지어 하나의 스위치를 포함할 수 있음에 주의하여야 한다. 따라서, 다른 실시예들은 여기서 상세하게 설명되지 않을 것이다.
전원 시스템이 충전-방전 모드에 있는 경우에, 제어 모듈(60)은 모터(M)를 정지 시키기 위하여 모터 제어 스위치(40)를 끄도록 제어하고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 구동시키기 위하여 충전-방전 제어 모듈(50)을 켜도록 제어하고, 이를 통하여 외부의 전원 공급원(power source)은 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)은 전원 배터리(10)의 직류 버스(DC bus)의 양극 단자 및 음극 단자에 각각 접속된다.
본 발명의 실시예에서, 도 2에 나타난 바와 같이, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 제1 캐패시터(capacitor)(C1), 제2 캐패시터(C2), 및 제1 IGBT1 내지 제12 IGBT12를 포함한다.
특히, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는 직렬로 접속되고, 제1 캐패시터(C1)는 전원 배터리(10)의 제1 단자에 접속되는 제1 단자 및 제2 캐패시터(C2)의 제1 단자에 접속되는 제2 단자를 구비하고, 제2 캐패시터(C2)는 전원 배터리(10)의 제2 단자에 접속되는 제2 단자를 구비하고, 제1 노드(J1)는 제1 캐패시터(C1) 및 제 캐패시터(C2) 사이에 형성되고, 다시 말하면, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속된다. 제1 IGBT1 및 제2 IGBT2는 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되며, 제2 노드(J2)는 제1 IGBT1 및 제2 IGBT2 사이에 형성된다. 제3 IGBT3 및 제4 IGBT4는 직렬로 졉속되고 제1 노드(J1) 및 제2 노드(J2) 사이에 접속된다. 제5 IGBT5 및 제6 IGBT6은 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되며, 제3 노드(J3)는 제5 IGBT5 및 제6 IGBT6 사이에 형성된다. 제7 IGBT7 및 제8 IGBT8은 직렬로 접속되고 제1 노드(J1) 및 제3 노드(J3) 사이에 접속된다. 제9 IGBT9 및 제10 IGBT10은 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되며, 제4 노드(J4)는 제9 IGBT9 및 제10 IGBT(10) 사이에 형성된다. 제11 IGBT11 및 제12 IGBT12는 직렬로 접속되고 제1 노드(J1) 및 제4 노드(J4) 사이에 접속된다. 제2 노드(J2), 제3 노드(J3) 및 제4 노드(J4)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자(a3)인 것으로 구성된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 전기 차량용 전원 시스템은 제1 공통-모드(common-mode) 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 제1 단자 및 제2 단자 사이에 접속되며, 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12) 사이의 노드는 접지된다.
일반적으로, 누설 전류(leakage current)는 인버터(inverter) 및 절연 트랜스(transformer isolation)가 없는 그리드 시스템(grid system)에서 많다. 종래의 2-레벨 시스템과 비교하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 시스템은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 사용한다. 3-레벨 제어를 사용하고 전원 배터리(10)의 제1 단자 및 제2 단자 사이의 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)를 접속하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 이론상 반으로 줄어들 수 있고, 컨트롤러들에 일반적으로 존재하는 많은 누설 전류 문제 또한 해결될 수 있다. 교류측에서의 누설 전류 또한 줄어들 수 있고, 따라서 다른 국가들에서의 전기 시스템 요구사항들을 만족시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 2에 나타난 바와 같이, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 모듈(70), 필터링 제어 모듈(80) 및 EMI-필터 모듈(90)을 더 포함한다.
필터링 모듈(70)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 충전-방전 제어 모듈(50) 사이에 접속되고, 고조파(harmonic wave)를 제거하도록 구성된다. 도 2에 나타난 바와 같이, 필터링 모듈(70)은 병렬로 접속되는 인덕터들(inductors)(LA, LB, LC) 및 병렬로 접속되는 캐패시터들(C4, C5, C6)을 포함하고, 인덕터(LA)는 캐패시터(C6)와 직렬로 접속되고, 인덕터(LB)는 캐패시터(C5)와 직렬로 접속되고, 인덕터(LC)는 캐패시터(C4)와 직렬로 접속된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 필터링 제어 모듈(80)은 제1 노드(J1) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속되고, 제어 모듈(60)은, 전원 시스템이 구동 모드에 있는 경우에, 필터링 제어 모듈(80)을 끄도록 제어한다. 필터링 제어 모듈(80)은 캐패시터 스위칭 릴레이(capacitor switching relay)일 수 있고 접촉기(contactor)(K10)를 포함할 수 있다. EMI-필터 모듈(90)은 충전-방전 소켓(20) 및 충전-방전 모듈(50) 사이에 접속되고 주로 전도 및 복사의 간섭을 여과하도록 구성된다.
도 2에서 접촉기(K10)의 위치는 단지 예시적임에 특히 주의하여야 한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 필터링 모듈(70)이 접촉기(K10)를 사용하는 것에 의하여 꺼질수 있다면, 접촉기(K10)는 다른 위치들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에서, 접촉기(K10)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 2에 나타난 바와 같이, 충전-방전 제어 모듈(50)은 3-상(three-phase) 또는 단일-상(single-phase) 충전-방전을 실행하도록 구성된 3-상 스위치(three-phase switch)(K8) 및 단일-상 스위치(single-phase switch)(K7) 중의 적어도 하나를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 전원 시스템이 구동 모드에 있는 경우에, 제어 모듈(60)은 모터(M)를 정상적으로 구동하기 위하여 모터 제어 스위치(40)를 켜도록 제어하고, 충전-방전 제어 모듈(50)을 끄도록 제어한다. 이렇게 하여, 전원 배터리(10)로부터의 직류(direct current)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 통하여 교류(alternating current)로 전환되고, 교류는 모터(M)에 전달된다. 모터(M)는 회전 변압기 디코더 기술(revolving transformer decoder technology) 및 공간 벡터 펄스 폭 변조(space vector pulse width modulation, SVPWM) 제어 알고리즘에 의하여 제어될 수 있다.
전원 시스템이 충전-방전 모드에 있는 경우에, 제어 모듈(60)은 모터(M)를 정지시키기 위하여 모터 제어 스위치(40)를 끄도록 제어하고, 충전-방전 제어 모듈(50)을 켜도록 제어하며, 이를 통하여 3-상 전류 또는 단일-상 전류와 같은 외부의 전원 공급원은 충전-방전 소켓(20)을 통하여 전원 베터리(10)를 정상적으로 충전할 수 있다. 다시 말하면, 충전 접속 신호, 교류 그리드 전원 시스템(AC grid power system) 및 차량 배터리 관리 정보를 감지하는 것에 의하여, 제어 가능한 정류 기능은 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 통하여 실행될 수 있고, 전원 배터리(10)는 단일-상 전원 공급원 및/또는 3-상 전원 공급원에 의하여 충전될 수 있다.
3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 사용하는 것에 의한 본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 전원 시스템과 함께, 공통-모드 전압 및 누설 전류는 줄어든다. 이에 더하여, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 사용하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 줄어들고, 누설 전류는 감소되고, 고조파는 약해진다. 게다가, 직류-직류 전압 증가 및 감소 모듈은 필수적으로 요구되지 않고, 따라서 고 전원 충전(high power charging)을 실현할 수 있고, 버스 전압을 줄일 수 있고, 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 충전 시간을 단축할 수 있다. 예를 들어, 구동 효율은 97%까지 될 수 있고, 충전 시간은 약 10 분으로 단축될 수 있다. 게다가, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 시스템과 함께, 전기 차량은 전용 충전 파일(dedicated charging pile) 없이 충전될 수 있고, 따라서 비용을 줄일 수 있고 전기 차량의 대중화를 용이하게 할 수 있다. 이에 더하여, 전기 차량은 교류 전류로 직접 충전될 수 있고, 이는 전기 차량의 사용 및 대중화를 상당히 용이하게 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 충전 제어 시스템은 다음에서 설명될 것이다.
도 3a에 나타난 바와 같이, 일 실시예에서, 전기 차량용 충전 제어 시스템은, 충전-방전 소켓(20), 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30), 충전-방전 제어 모듈(50), 필터링 모듈(70) 및 제어 모듈(60)을 포함한다.
구체적으로, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 전기 차량의 전원 배터리(10)의 제1 단자에 접속되는 제1 직류 단자(a1) 및 전원 배터리의 제2 단자에 접속되는 제2 직류 단자(a2)를 구비하고, 충전-방전 제어 모듈(50)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3)에 접속되는 제1 단자 및 충전-방전 소켓(20)에 접속되는 제2 단자를 구비한다. 필터링 모듈(70)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3) 및 충전-방전 제어 모듈(50) 사이에 접속되고, 제어 모듈(60)은 충전-방전 제어 모듈(50)의 제3 단자에 접속되고, 외부 그리드(1002)가 앵글 접속 모드(angle connection mode)에 있고 전기 차량의 현재 동작 모드가 충전-방전 모드에 있는 경우에, 충전-방전 제어 모듈(50)을 켜도록 제어하고, 필터링 모듈에 있는 필터링 캐패시터들의 접속 중간점(connection midpoint)을 기준점(reference point)(F1) (예를 들어, 가상 샘플링 점(virtual sampling point) 으로 사용하는 것에 의하여 외부 그리드(external grid)(1002)의 출력 전압(output voltage)을 샘플링 하고, 외부 그리드를 제어하여 전원 배터리를 충전하기 위해 외부 그리드의 출력 전압에 따라 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 제어하도록 구성된다.
도 3a에 나타난 바와 같이, 일 실시예에서, 충전 제어 시스템은 충전 디바이스(1001)를 더 포함할 수 있고, 충전 디바이스(1001)는 외부 그리드(1002) 및 충전-방전 소켓(20) 사이에 접속되며, 충전 디바이스(1001)는 충전 파일(charging pile)일 수 있다.
도 3a에 나타난 바와 같이, 충전 제어 시스템은 모터 제어 스위치(40)를 더 포함할 수 있고, 모터 제어 스위치(40)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 교류 단자(a3)에 접속되는 제1 단자 및 전기 차량용 모터(M)에 접속되는 제2 단자를 구비한다. 제어 모듈(60)은 모터 제어 스위치(40)의 제3 단자에 접속되고, 전기 차량의 현재 동작 모드가 충전-방전 모드인 경우에는, 모터 제어 스위치(40)를 끄도록 제어하도록 구성된다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2), 제1 IGBT1 내지 제12 IGBT12를 포함한다.
제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는 직렬로 연결되고, 제1 캐패시터(C1)는 전원 배터리(10)의 제1단자에 접속되는 제1 단자 및 제2 캐패시터(C2)의 제1 단자에 접속되는 제2 단자를 구비하고, 제2 캐패시터(C2)는 전원 배터리(10)의 제2 단자에 접속되는 제2 단자를 구비하며, 제1 노드(J1)는 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2) 사이에 형성되고, 다시 말하면, 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속된다. 제1 IGBT1 및 제2 IGBT2는 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2)의 사이에 접속되며, 제2 노드(J2)는 제1 IGBT1 및 제2 IGBT2 사이에 형성된다. 제3 IGBT3 및 제4 IGBT4는 직렬로 접속되고 제1 노드(J1) 및 제2 노드(J2) 사이에 접속된다. 제5 IGBT5 및 제6 IGBT6은 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2)의 사이에 접속되며, 제3 노드(J3)는 제5 IGBT5 및 제6 IGBT6 사이에 형성된다. 제7 IGBT7 및 제8 IGBT8은 직렬로 접속되고 제1 노드(J1) 및 제3 노드(J3) 사이에 접속된다. 제9 IGBT9 및 제10 IGBT10은 직렬로 접속되고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)의 제1 직류 단자(a1) 및 제2 직류 단자(a2) 사이에 접속되며, 제4 노드(J4)는 제9 IGBT9 및 제10 IGBT10 사이에 형성된다. 제11 IGBT11 및 제12 IGBT12는 직렬로 접속되고 제1 노드(J1) 및 제4 노드(J4) 사이에 접속된다. 제2 노드(J2), 제3 노드(J3), 및 제4 노드(J4)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자(a3)인 것으로 구성된다.
도 3a에 나타난 바와 같이, 일 실시예에서, 충전 제어 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 제1 단자 및 제2 단자 사이에 접속되며, 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12) 사이의 노드는 접지된다.
일반적으로, 누설 전류는 절연 트랜스(transformer isolation)가 없는 그리드 시스템 및 인버터에서 많다. 종래의 2-레벨 시스템과 비교하면, 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 제어 디바이스(energy control device)(1005)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 사용한다. 3-레벨 제어를 사용하고 전원 배터리(10)의 제1 단자 및 제2 단자 사이의 제1 공통-모드 캐패시터(C11) 및 제2 공통-모드 캐패시터(C12)를 접속하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 이론상 반으로 줄어들 수 있고, 컨트롤러들에 일반적으로 존재하는 많은 누설 전류 문제 또한 해결될 수 있다. 교류측에서의 누설 전류 또한 줄어들 수 있고, 따라서 다른 국가들에서의 전기 시스템 요구사항들을 만족시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 3a에 나타난 바와 같이, 충전 제어 시스템은 필터링 제어 모듈(80), EMI-필터 모듈(90) 및 선충전(precharging) 제어 모듈(1007)을 더 포함한다.
필터링 모듈(70)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 충전-방전 제어 모듈(50) 사이에 접속되고, 고조파를 제거하도록 구성된다. 도 3a에 나타난 바와 같이, 필터링 모듈(70)은 병렬로 접속되는 인덕터들(inductors)(LA, LB, LC) 및 병렬로 접속되는 캐패시터들(C4, C5, C6)을 포함하며, 인덕터(LA)는 캐패시터(C6)에 직렬로 접속되고, 인덕터(LB)는 캐패시터(C5)에 직렬로 접속되고, 인덕터(LC)는 캐패시터(C4)에 직렬로 접속된다.
도 3a에 나타난 바와 같이, 필터링 제어 모듈(80)은 제1 노드(J1) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속되고, 제어 모듈(60)은 전원 시스템이 구동 모드에 있는 경우에 필터링 제어 모듈(80)을 끄도록 제어한다. 제1 노드(J1)에 접속되는 필터링 제어 모듈(80)의 단자는 기준점(F1)인 것으로 구성된다. 필터링 제어 모듈(80)은 캐패시터 스위칭 릴레이(capacitor switching relay)일 수 있고, 접촉자(contactor)(K10)를 포함할 수 있다.
도 3a에 나타난 바와 같이, EMI-필터 모듈(90)은 충전-방전 소켓(20) 및 충전-방전 제어 모듈(50) 사이에 접속되고, 주로 전도(conduction) 및 복사(radiation)의 간섭(interference)을 여과하도록 구성된다. 선충전 제어 모듈(1007)은 충전-방전 제어 모듈(50)에 병렬로 접속되고, 필터링 모듈(70)에 있는 캐패시터들(C4, C5, C6)을 충전하도록 구성되며, 선충전 제어 모듈(1007)은 병렬로 접속되는 3개의 저항기들(resistors) 및 3-상 접촉자(K9)를 포함한다. 차량이 방전 모드에 있는 경우에, 제어 모듈(60)은 필터링 제어 모듈(80)을 켜도록 제어하고, 선충전 제어 모듈(1007)을 제어하여 필터링 모듈(70)에 있는 캐패시터들(C4, C5, C6)을 필터링 모듈(70)에 있는 캐패시터들(C4, C5, C6)의 전압까지 선충전한다. 이러한 방식으로, 캐패시터들(C4, C5, C6)이 방전을 수행하는 경우에는 가상 샘플링 점(F1)에 적용되는 전압이 있기 때문에, 제어 모듈(60)은 기준점(F1)을 통하여 충전 디바이스(1001)로부터 전압 출력을 샘플링할 수 있다.
도 3a에 있는 접촉자(K10)의 위치는 단지 예시적임에 특히 주의하여야 한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 필터링 모듈(70)이 접촉자(K10)를 사용하는 것에 의하여 꺼질 수 있으면, 접촉자(K10)는 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에서, 접촉자(K10)는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30) 및 필터링 모듈(70) 사이에 접속될 수 있다. 이러한 경우에, 필터링 캐패시터들(C4, C5, C6))의 접속 중간점은 제1 노드(J1)에 접속되고, 따라서 기준점(F1)은 제1 노드(J1) 이다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 3a에 나타난 바와 같이, 충전-방전 제어 모듈(50)은 3-상 또는 단일-상 충전-방전을 실행하도록 구성된 3-상 스위치(K8) 및 단일-상 스위치(K7) 중의 적어도 하나를 더 포함한다.
스타 유형 접속 모드(star type connection mode)와 함께 외부 그리드(1002)가 충전 파일에 의하여 전기 차량의 전원 배터리를 충전하는 경우에, 제어 모듈(60)은 중성선(neutral line)을 통하여 외부 그리드(1002)의 3-상 전압을 샘플링할 수 있다. 그러나, 전기 차량의 전원 배터리는 중성선 없이 앵글 접속 모드의 외부 그리드(1002)에 의하여 충전될 수 없다. 본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 충전 제어 시스템과 함께, 기준점은 제공된다. 도 3a에 나타난 바와 같이, 기준점(예를 들어, 가상 기준점(F1))은 필터링 모듈(70)에 있는 필터링 캐패시터들의 접속 중간점이다. 접촉자(K9) 및 접촉자(K10)가 켜지는 경우에, 필터링 캐패시터들은 교류 전류에 의하여 충전된다. 필터링 캐패시터들이 방전되는 경우에, 가상 기준점(F1)에 전압이 적용된다. 이 경우에, 제어 모듈(60)은 가상 기준점(F1)에 의하여 3-상 전압을 샘플링할 수 있고, 식별(identification) 및 응답(response)을 위하여 샘플링된 전압들을 DSP에 출력할 수 있다. 이러한 방식으로, 전기 차량의 전원 배터리는 충전될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 충전 제어 시스템은 다른 그리드 시스템들을 수용할 수 있고, 따라서 전기 차량용 충전 시스템의 보편성을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 전기 차량의 적용 가능성을 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 사용하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 줄어들고, 누설 전류는 감소되고 고조파는 약해진다. 게다가, 직류-직류 전압 증가 및 감소 모듈은 필수적으로 요구되지 않고, 따라서 고전원 충전을 실현할 수 있고, 버스 전압을 줄일 수 있고, 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 충전 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 제2 측면에 따라, 전기 차량은 제공된다. 전기 차량은 본 발명의 제1 측면의 실시예들에 따른 충전 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량은 다른 그리드 시스템들을 수용할 수 있고, 따라서 전기 차량용 충전 시스템의 보편성을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 전기 차량의 적용 가능성을 증가시킬 수 있다. 이에 더하여, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 사용하는 것에 의하여, 공통-모드 전압은 줄어들고, 누설 전류는 감소되고 고조파는 약해진다. 게다가, 직류-직류 전압 증가 및 감소 모듈은 필수적으로 요구되지 않고, 따라서 고전원 충전을 실현할 수 있고, 버스 전압을 줄일 수 있고, 구동 효율을 향상시킬 수 있고, 충전 시간을 단축할 수 있다.
도 3b에 나타난 바와 같이, 일 실시예에서, 전원 시스템은 고전압 배전함(high voltage distribution box)(101), 대시보드(dashboard)(102), 배터리 매니저(battery manager)(103) 및 전체 차량 신호 샘플링 장치(whole vehicle signal sampling apparatus)(104)를 더 포함할 수 있다. 제어 모듈(60)은 고전압 배전함(101), 대시보드(102), 배터리 매니저(103) 및 전체 차량 신호 샘플링 장치(104)에 각각 접속된다. 배터리 매니저(103)는 고전압 배전함(101) 및 전원 배터리(10)에 접속된다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 4에 나타난 바와 같이, 제어 모듈(60)은 제어 패널(control panel)(201) 및 구동 패널(driving panel)(202)을 포함한다. 제어 패널(201)은 두개의 고속 디지털 신호 처리 칩들(high-speed digital signal processing chips)(예를 들어, DSP1 및 DSP2)을 포함한다. 두개의 DSP들은 전체 차량 정보 인터페이스(whole vehicle information interface)(203)에 접속되고 전체 차량 정보 인터페이스(203)와 통신한다. 두개의 DSP들은 구동 패널(202)에 있는 구동 유닛으로부터 전송된 버스 전압 샘플링 신호(bus voltage sampling signal), IPM 보호 신호(protection signal) 및 IGBT 온도 샘플링 신호 등을 수신하고, 구동 유닛에 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호를 동시에 출력하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 전원 시스템은 모터구동(motor driving), 차량 제어, 교류 충전, 그리드 접속 전원 공급(grid connection power supplying), 오프-그리드 온-로드 및 차량 상호-충전을 포함하는 많은 기능들을 가진다. 게다가, 전원 시스템은 다양한 기능적인 모듈들을 단순히 및 물리적으로 조합하는 것에 의하여 확립되는 것이 아니라, 모터 구동 제어 시스템을 기초로 주변 장치들을 도입하는 것에 의하여 확립되고, 따라서 최대한의 범위에서 공간 및 비용을 절약할 수 있고, 전력 밀도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 전기 차량용 전원 시스템의 기능들은 아래에서 간단하게 설명된다.
1. 모터 구동 기능
전원 배터리(10)로부터의 직류 전류는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)에 의하여 교류 전류로 전환되고, 교류 전류는 모터(M)에 전달된다. 모터(M)는 회전 변압기 디코더 기술 및 공간 벡터 펄스 폭 변조 제어 알고리즘에 의하여 제어될 수 있다.
다시 말하면, 전원 시스템이 작동하기 위하여 동력이 공급되면, 도 5에 나타난 바와 같이, 전원 시스템의 기능을 결정하는 것의 과정은 다음의 단계들을 포함한다.
단계 501에서, 제어 모듈(60)은 동력이 공급된다.
단계 502에서, 조절판(throttle)이 0이고, 전기 차량은 N 기어(gear)에 있고, 전기 차량은 핸드 브레이크(handbrake)에 의하여 제동되고, 충전 접속 신호(예를 들어, CC 신호)는 효과적인지(예를 들어, 충전-방전 소켓(20)이 충전 건(charging gun)과 같은 충전 연결자(charging connector)에 접속됨) 여부가 결정되고, 만약 그렇다면, 단계 503이 수행되고; 만약 그렇지 않다면, 단계 504가 수행된다.
단계 503에서, 전원 시스템은 충전-방전 제어 과정에 들어간다.
단계 504에서, 전원 시스템은 차량 제어 과정에 들어간다.
단계 504 이후에, 제어 모듈(60)은 모터 제어 스위치(40)를 켜도록 제어하고, 전원 시스템은 구동 모드에 있고, 제어 모듈(60)은 전체 차량 정보를 샘플링하고 전체 차량 정보에 따라 모터(M)를 구동한다.
모터 구동 제어 기능은 수행된다. 도 6에 나타난 바와 같이, 제어 모듈(60)은, 전원 배터리(10)로부터의 직류 전류를 교류 전류로 전환하고 교류 전류를 모터(M)에 전달하기 위하여, PWM 신호를 전송하여 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어한다. 이어서, 제어 모듈(60)은, 모터(M)가 정확히 동작하도록 하기 위하여, 모터의 B-상 및 C-상 전류들 및 버스 전압(bus voltage)을 샘플링하고, 분해 변압기(resolving transformer)를 통하여 회전자(rotor) 위치를 획득한다. 다시 말하면, 제어 모듈(60)은 분해 변압기로부터 전류 센서 및 피드백(feedback) 정보에 의하여 샘플링된 모터의 B-상 및 C-상 전류 신호들에 따라 PWM 신호를 조정하고, 이를 통하여 모터(M)는 정확히 동작할 수 있다.
따라서, 조절자, 브레이크, 및 전체 차량의 기어 정보를 샘플링하고 차량의 현재 동작 상태를 결정하는 것에 의하여, 가속(accelerating) 기능, 감속(decelerating) 기능, 및 에너지 피드백 기능은 실행될 수 있고, 이를 통하여 전체 차량은 어떠한 조건에서도 안전하게 및 신뢰할 수 있게 동작할 수 있고, 따라서 차량의 안전, 동적 성능 및 편안함을 보장할 수 있다.
2. 충전-방전 기능
(1) 충전-방전 기능의 접속 확인 및 구동
도 7에 나타난 바와 같이, 전원 시스템의 충전-방전 기능을 작동시키는지 여부를 결정하는 것의 과정은 다음의 단계들을 포함한다.
단계 701에서, 충전 연결자 및 충전-방전 소켓(20) 사이의 물리적인 접속은 종료된다.
단계 702에서, 전원 공급 장치는 충전 접속 신호(예를 들어, CC 신호)가 정상인지 여부를 결정하고, 만약 그렇다면, 단계 703 이 실행되고; 만약 그렇지 않다면, 다른 결정을 위하여 단계 702로 돌아간다.
단계 703에서, 전원 공급 장치는 CP 감지 포인트(CP detecting point)의 전압이 9V인지 여부를 결정한다. 만약 그렇다면, 단계 706이 수행되고; 만약 그렇지 않다면, 다른 결정을 위하여 단계 702로 돌아간다. 9V는 기결정된 값이고 단지 예시적이다.
단계 704에서, 제어 모듈(60)은 충전 접속 신호(예를 들어, CC 신호)가 정상인지 여부를 결정한다. 만약 그렇다면, 단계 705가 실행되고; 만약 그렇지 않다면, 다른 결정을 위하여 단계 704로 돌아간다.
단계 705에서, 출력 충전 접속 신호 및 충전 표시등 신호(charge indicator lamp signal)는 풀다운(pull down) 된다.
단계 706에서, 전원 시스템은 충전 또는 방전 기능을 실시하고, 즉, 전원 시스템은 충전-방전 모드에 있다.
도 8에 나타난 바와 같이, 충전 모드에서 전원시스템을 제어하는 것의 과정은 다음의 단계들을 포함한다.
단계 801에서, 동력이 공급된 후에 전원 시스템이 작동되어 전부 동작하는지 여부가 결정된다. 만약 그렇다면, 단계 802가 수행되고; 만약 그렇지 않다면, 다른 결정을 위하여 단계 801로 돌아간다.
단계 802에서, 충전 연결자의 용량을 결정하기 위하여, CC(충전 접속(charge connection)) 감지 포인트의 저항(resistor)이 감지된다.
단계 803에서, CP 감지 포인트에서 일정한 충격 계수로 PWM 신호가 감지되는지 여부를 결정한다. 만약 그렇다면, 단계 804가 실행되고; 만약 그렇지 않다면, 단계 805가 실행된다.
단계 804에서, 충전 접속이 정상이고 충전이 준비되었음을 나타내는 메시지는 전송되고 BMS가 충전을 허용하고 충전 접촉자가 켜졌음을 나타내는 메시지가 수신되고, 단계 806이 수행된다.
단계 805에서, 고장(fault)이 충전 접속에서 발생한다.
단계 806에서, 제어 모듈(60)은 내부 스위치(internal switch)를 켠다.
단계 807에서, 교류 외부 충전 장치가 1.5초와 같이 기결정된 시간에 PWM 파를 전송하지 않았는지 여부가 결정된. 만약 그렇다면, 단계 808이 수행되고; 만약 그렇지 않다면, 단계 809가 수행된다.
단계 808에서, 외부 충전 장치가 외부 국가 표준 충전 포스트(national standard charging post)이고 PWM 파가 충전 동안 전송되지 않았는지 여부가 결정된다.
단계 809에서, PWM 파는 전원 공급 장치에 전송된다.
단계 810에서, 교류 입력이 3초와 같이 기결정된 시간동안 정상인지 여부가 결정된다. 만약 그렇다면, 단계 813이 수행되고; 만약 그렇지 않다면, 단계 811이 수행된다.
단계 811에서, 고장은 교류 외부 충전 장치에서 발생한다.
단계 812에서, 고장은 처리된다.
단계 813에서, 전원 시스템은 충전 단계에 들어간다.
다시 말하면, 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 전원 공급 장치 및 제어 모듈(60)이 그들 자신을 감지하고 그 안에 고장이 발생하지 않은 후에, 충전 연결자의 용량은 CC 신호의 전압을 감지하는 것에 의하여 결정될 수 있고, 충전 연결자가 CP 신호를 감지하는 것에 의하여 전부 접속되었는지 여부가 결정된다. 충전 연결자가 전부 접속된 것이 결정된 후, 충전 접속이 정상이고 충전이 준비되었음을 나타내는 메시지는 전송되고, 3-상 스위치(K8)는 켜지도록 제어되고 따라서 충전 또는 방전은 준비된다. 예를 들어, AC 충전 기능(G to V, 그리드 투 차량(grid to vehicle)), 오프-그리드 온-로드 기능(V to L, 차량 투 로드), 그리드 접속 기능(V to G, 차량 투 그리드) 및 차량-투-차량 충전 기능(V to V, 차량 투 차량)과 같은 기능들은 대시보드를 통하여 설정될 수 있다.
(2) 교류 충전 기능(G to V)
전원 시스템이 대시보드(102)로부터 충전 명령을 수신하는 경우에, 제어 모듈(60)은, 충전 파일의 전원 공급 능력 및 충전 케이블의 용량에 따라 적절한 충전 전원을 설정한다. 게다가, 제어 모듈(60)은 그리드의 정보를 샘플링하고, 그리드의 전기 시스템을 결정하고, 그리드의 전기 시스템에 따라 제어 파라미터들을 선택한다. 제어 파라미터들이 선택된 후, 제어 모듈(60)은 접촉자(K10)를 켜도록 제어하고, 그리고 나서 3-상 스위치(K8)를 켜도록 제어한다. 이 때, 제어 모듈(60)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어하여 교류 전류를 정류한다. 최소 충전 전류가, 배터리 매니저에 의하여 허용된 최대 충전 전류, 충전 파일에 의해 허용된 최대 전류 흐름 용량 및, 제어 모듈의 최대 출력 전력으로부터 선택되고, 기결정된 목표 충전 전류로 사용되며, 폐-루프(closed-loop) 전류 제어가 전원 시스템상에서 실시되어, 차량부수 전원 배터리는 충전될 수 있다.
(3) 오프-그리드 온-로드 기능(V to L)
전원 시스템이 대시보드(102)로부터 V to L 명령을 수신하는 경우에, 전원 배터리(10)의 충전의 상태(SOC)가 허용되는 방전 범위에 있는지 여부가 먼저 결정된다. 만약 그렇다면, 출력 전기 시스템은 V to L 명령에 따라 선택된다. 최대 출력 전력은 지능적으로 선택되고 제어 파라미터들은 충전 연결자의 정격 전류에 따라 주어지고, 그리고 나서 전원 시스템은 제어 과정에 들어간다. 첫째로, 제어 모듈(60)은 3-상 스위치(K8) 및 접촉자(K10)를 켜도록 제어하고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)은 직류 전류를 교류 전류로 전환하고, 따라서 전기 장치들은 전용 충전 소켓을 통하여 교류 전류에 의하여 직접적으로 동력이 공급될 수 있다.
(4) 그리드 접속 기능(V to G)
전원 시스템이 대시보드(102)로부터 V to G 명령을 수신하는 경우에, 전원 배터리(10)의 충전의 상태(SOC)가 허용되는 방전 범위에 있는지 여부가 먼저 결정된다. 만약 그렇다면, 출력 전기 시스템은 V to G 명령에 따라 선택된다. 최대 출력 전력은 지능적으로 선택되고 제어 파라미터들은 충전 연결자의 정격 전류에 따라 주어지고, 전원 시스템은 제어 과정에 들어간다. 첫째로, 제어 모듈(60)은 3-상 스위치(K8) 및 접촉자(K10)를 켜도록 제어하고 3-상 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어하여 직류 전류를 교류 전류로 전환한다. 그리고, 그리드 접속 방전을 실행하기 위하여, 제어 모듈(60)은 전류 샘플링으로부터 피드백 된 상 전류 및 기결정된 목표 방전 전류에 따라, 전원 시스템에서 폐-루프 전류 제어를 실시한다.
(5) 차량-투-차량 충전 기능(V to V)
V to V 기능은 전용 접속 플러그를 필요로 한다. 전원 시스템이, 접속 플러그의 레벨을 감지하는 것에 의하여, 충전 접속 신호(예를 들어, CC 신호)가 효과적이고 접속 플러그가 V to V 기능을 위한 전용 충전 플러그임을 결정하는 경우에, 전원 시스템은 대시보드로부터의 명령을 위하여 준비된다. 예를 들어, 차량 A가 차량 B를 충전하는 것을 가정하면, 차량 A는 방전 상태로 설정되고, 예를 들어, 차량 A는 오프-그리드 온-로드 기능을 실시하기 위하여 설정된다. 차량 A에 있는 제어 모듈은 충전 접속이 정상이고 충전이 준비되었음을 나타내는 메시지를 배터리 매니저(103)에 전송한다. 배터리 매니저(103)는 선충전(pre-charging)을 실시하기 위하여 충전 또는 방전 회로를 제어하고, 선충전이 완료된 후에, 충전이 허용되고 충전 접촉자가 켜졌음을 나타내는 메시지를 제어 모듈에 전송한다. 그 이후에, 전원 시스템은 방전 기능을 실시하고 PWM 신호를 전송한다. 차량 B가 충전 명령을 수신한 후에, 그 안에 있는 전원 시스템은, 전원을 공급하기 위하여 차량 A가 준비되었음을 결정하는 CP 신호를 감지하고, 제어 모듈(60)은 정상 접속 메시지를 배터리 매니저에 전송한다. 메시지를 수신한 후에, 배터리 매니저(103)는 선충전 과정을 완료하고 제어 모듈(60)에 전체 전원 시스템이 충전을 위하여 준비되었음을 알린다. 그 이후에, 차량-투-차량 충전 기능(V to V)을 작동시키고, 따라서 차량들은 서로 충전할 수 있다.
다시 말하면, 전원 시스템이 동력을 공급받은 후, 대시보드(102)로부터의 V to V 명령이 제어 모듈(60)에 의하여 수신되는 경우에, 충전 접속 신호 및 전체 차량 배터리 관리에 대하여 관련있는 정보는 감지되고, 충전될 차량과 통신하기 위하여 차량은 교류 전원 출력 상태로 설정되고 충전 박스(charging box)를 가장(simulating)하는 것에 의하여 CP 신호를 전송한다. 예를 들어, 차량 A는 방전 모드로 설정되고 그 안에 있는 제어 모듈(60)은 전원 공급 장치를 가장하여 그것의 기능들을 실시하고, 충전될 차량 B는 전용 충전 와이어를 통하여 차량 A에 접속되고, 따라서 차량-투-차량 충전 기능을 실행된다.
일 실시예에서, 도 9에 나타난 바와 같이, 전기 차량의 충전이 완료된 경우에, 전원 시스템을 제어하는 것의 과정은 다음의 단계들을 포함한다.
단계 1301에서, 전원 공급 장치는 교류 전류를 출력하는 것을 중단하기 위하여 전원 공급 스위치를 끄고, 그리고 단계 1305는 수행된다.
단계 1302에서, 제어 모듈은 충전을 중단하고 언로딩(unloading)을 실시하고, 단계 1303이 수행된다.
단계 1303에서, 언로딩이 완료된 후에, 내부 스위치는 끄고 충전 완료 메시지는 전송된다.
단계 1304에서, 정전(power outage) 요청은 전송된다.
단계 1305에서, 충전은 완료된다.
도 10에 나타난 바와 같이, 전기 차량(1000)을 충전하기 위하여, 전원 공급 장치(301)는 전원 공급 플러그(302)를 통하여 전기 차량(100)의 차량 플러그(303)에 접속된다. 전기 차량(1000)의 전원 시스템은 감지 포인트(3)를 통하여 CP 신호를 감지하고 감지 포인트(4)를 통하여 CC 신호를 감지하고, 전원 공급 장치(301)는 감지 포인트(1)을 통하여 CP 신호를 감지하고 감지 포인트(2)를 통하여 CC 신호를 감지한다. 충전이 완료된 후에, 전원 공급 플러그(302) 및 차량 플러그(303) 모두에 있는 내부 스위치들(S2)은 꺼지도록 제어된다.
다른 실시예에서, 병렬로 접속된 복수의 전원 시스템들은 전원 배터리를 충전하기 위하여 전기 차량에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 병렬로 접속되는 두 개의 전원 시스템들은 전원 배터리를 충전하기 위하여 사용되고, 두개의 전원 시스템들은 공통 제어 모듈을 사용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 전기 차량용 충전 시스템은 전원 배터리(10), 제1 충전 지점(charging branch), 제2 충전 지점 및 제어 모듈(60)을 포함한다.
제1 충전 지점은 제1 정류 유닛(예를 들어, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)) 및 제1 충전 인터페이스(예를 들어, 충전 소켓)를 포함한다. 제2 충전 지점은 제2 정류 유닛(예를 들어, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)) 및 제2 충전 인터페이스(예를 들어, 충전 소켓)를 포함한다. 전원 베터리는 차례로 제1 정류 유닛을 통하여 제1 충전 인터페이스에 접속되고 제2 정류 유닛을 통하여 제2 충전 인터페이스에 접속된다. 제어 모듈은 제1 정류 유닛 및 제2 정류 유닛에 각각 접속되고, 충전 신호를 수신한 경우에, 제1 충전 지점 및 제2 충전 지점을 통하여 전원 배터리를 각각 충전하기 위하여 그리드를 제어하도록 구성된다.
이에 더하여, 도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 전기 차량을 충전하는 것을 제어하기 위한 방법을 제공한다. 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
단계 S1101에서, 제1 충전 지점이 충전-방전 소켓을 통하여 전원 공급 장치에 접속되고 제2 충전 지점이 충전-방전 소켓을 통하여 전원 공급 장치에 접속되었음을 결정하는 경우에, 제어 모듈은 충전 접속 신호를 배터리 매니저에 전송한다.
단계 S1102에서, 제어 모듈로부터 전송된 충전 접속 신호를 수신한 후에, 배터리 매니저는 전원 배터리가 충전되어야 하는지 여부를 결정하고 감지하며, 만약 그렇다면, 다음 단계는 수행된다.
단계 S1103에서, 배터리 매니저는 충전 신호를 제어 모듈에 전송한다.
단계 S1104에서, 충전 신호를 수신한 후에, 제어 모듈을 제1 충전 지점 및 제2 충전 지점 각각을 통하여 전원 배터리를 충전하도록 그리드를 제어한다.
본 발명의 상기 실시예들에 따른 전기 차량을 충전하는 것을 제어하는 방법 및 전기 차량용 충전 시스템과 함께, 제어 모듈은 제1 충전 지점 및 제2 충전 지점 각각을 통하여 전원 배터리를 충전하기 위하여 그리드를 제어하고, 이를 통하여 전기 차량의 충전 전원은 증가되고 충전 시간은 크게 단축되고, 따라서 빠른 충전을 실행할 수 있고 시간 비용을 절약할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전기 차량용 전원 시스템은 넓은 적합성(wide-compatibility)을 가지고 단일-상/3-상 스위칭 기능을 실시하고, 다른 국가들의 다양한 전기 시스템들에 적용될 수 있다.
구체적으로, 도 12에 나타난 바와 같이, 충전-방전 소켓(20)은 두개의 충전 소켓들(미국 표준 충전 소켓 및 유럽 표준 충전 소켓과 같은) 간의 스위칭 기능을 가진다. 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 두개의 고전압 연결자들(K503 및 K504)을 포함한다. CC 단자, CP 단자, 및 CE 단자는 단일-상 충전 소켓(501) 및 3-상 충전 소켓(502)을 위한 공통 단자들이다. 단일-상 충전 소켓(501)은 연결자들(K503 및 K504) 각각을 통하여 3-상 충전 소켓(502)의 B-상 와이어 및 A-상 와이어에 접속되는 N-상 와이어 및 L-상 와이어를 구비한다. 단일-상 충전 또는 방전 명령을 수신한 경우에, 제어 모듈(60)은 연결자들(K503 및 K504)을 켜도록 제어하고, 이를 통하여 3-상 충전 소켓(502)의 A-상 및 B-상 와이어들은 단일-상 충전 소켓(501)의 L-상 및 N-상 와이어들 각각에 접속된다. 3-상 충전 소켓(502)은 동작하지 않고, 단일-상 충전 소켓(501)의 L-상 및 N-상 와이어들 대신에, 3-상 충전 소켓(501)의 A-상 및 B-상 와이어들은 충전 플러그에 접속되고, 따라서 제어 모듈(60)은 단일-상 충전 기능을 정상적으로 실시할 수 있다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 표준 7-코어(core) 소켓은 사용되고 단일-상 스위치(K7)는 N-상 및 B-상 와이어들 사이에 추가된다. 단일-상 충전 또는 방전 명령을 수신한 경우에, B-상 와이어를 N-상 와이어에 접속하기 위하여, 제어 모듈(60)은 단일-상 스위치(K7)를 켜도록 제어한다. 그 이후에, A-상 및 B-상 와이어들은 L-상 및 N-상 와이어들로 각각 사용되고, 접속 플러그는 전용 접속 플러그 또는 B-상 및 C-상 와이어들이 사용되지 않는 접속 플러그일 수 있다.
다시 말하면, 일부 실시예들에서, 전원 시스템은 제어 모듈(60)을 통하여 그리드의 전압을 감지하고 계산에 의하여 그리드의 단일-상/3-상 및 주파수를 결정한다. 그 이후에, 제어 모듈(60)은 충전-방전 소켓(20)의 유형 및 그리드 전기 시스템에 따라 다른 제어 파라미터들을 선택한다. 더구나, 직류 전류를 획득하고 직류 전류를 전원 배터리(10)에 전달하기 위하여, 제어 모듈(60)은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈(30)을 제어하여 교류를 지배가능 하게 정류한다.
다른 실시예에서, 도 13에 나타난 바와 같이, 오프-그리드 온-로드 방전 소켓은 충전 플러그에 접속되고 단일-상, 3-상 및 4-상 전류를 출력하도록 구성된 2-코어, 3-코어 및 4-코어 소켓들을 포함한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 전원 반송 통신 시스템(power carrier communication system)의 블록도이다.
도 14에 나타난 바와 같이, 전원 반송 통신 시스템(2000)은 복수의 제어 디바이스들(110), 차량 전원 와이어(vehicle power wire)(120) 및 복수의 전원 반송 통신 디바이스들(130)을 포함한다.
구체적으로, 제어 디바이스들(110) 각각은 통신 인터페이스를 구비하고, 통신 인터페이스는, 예를 들어, 그러나 여기에 한정되지 않고, 시리얼 통신 인터페이스(serial communication interface, SCI)일 수 있다. 차량 전원 와이어(120)은 전원을 제어 디바이스들(110)에 공급하고, 제어 디바이스들(110)은 차량 전원 와이어(120)을 통하여 서로 통신한다. 전원 반송 통신 디바이스들(130)은 제어 디바이스들(110) 각각에 대응하고, 제어 디바이스들(110)은 그들 자신의 통신 인터페이스들 각각을 통하여 대응하는 전원 반송 통신 디바이스들(130)에 접속되고, 전원 반송 통신 디바이스들(130)은 차량 전원 와이어(120)을 통하여 서로 접속된다. 전원 반송 통신 디바이스들(130)은 반송 신호를 복조하고 복조된 반송 신호를 대응하는 제어 디바이스(110)에 전송하기 위하여 차량 전원 와이어(120)로부터 반송 신호를 획득하고, 또한 대응하는 제어 디바이스(110)로부터 전송된 정보를 수신하고 복조하고, 복조된 정보를 차량 전원 와이어(120)에 전송한다.
도 14를 참조하면, 복수의 제어 디바이스들(110)은 제어 디바이스 1 내지 제어 디바이스 N(N은 2보가 크거나 같고 정수이다)을 포함한다. 복수의 제어 디바이스들(110)에 대응하는 복수의 전원 반송 통신 디바이스들(130)은 전원 반송 통신 디바이스 1 내지 전원 반송 통신 디바이스 N을 포함한다. 예를 들어, 제어 디바이스(1)가 제어 디바이스(2)와 통신되어야 하는 경우에, 제어 디바이스(2)는 먼저 반송 신호를 전원 반송 통신 디바이스(2)에 전송하고, 전원 반송 통신 디바이스(2)는 반송 신호를 복조하고 복조된 반송 신호를 차량 전원 와이어(120)에 전송한다. 그리고 나서, 전원 반송 통신 디바이스(1)는 차량 전원 와이어(120)로부터 반송 신호를 획득하고, 복조된 반송 신호를 제어 디바이스(1)에 전송한다.
도 15에 나타난 바와 같이, 전원 반송 통신 디바이스들(130) 각각은 연속적으로 접속되는 연결자(coupler)(131), 필터(133), 증폭기(amplifier)(134) 및 모뎀(modem)(132)을 포함한다.
게다가, 도 16에 나타난 바와 같이, 8개의 전원 반송 통신 디바이스들 1 내지 8과 같은 복수의 전원 반송 통신 디바이스들(130)은 차량 전원 와이어 하니스 (vehicle power wire harness)(121) 및 차량 전원 케이블 번들(cable bundle)(122)을 통하여 게이트웨이(gateway)(300)에 접속되고, 각 전원 반송 통신 디바이스는 하나의 제어 디바이스에 대응한다. 예를 들어, 전원 반송 통신 디바이스(1)는 전달 제어 디바이스(111)에 대응하고, 전원 반송 통신 디바이스(2)는 발전기(generator) 제어 디바이스(112)에 대응하고, 전원 반송 통신 디바이스(3)는 액티브 서스펜션 디바이스(active suspension device)(113)에 대응하고, 전원 반송 통신 디바이스(4)는 에어컨 제어 디바이스(114)에 대응하고, 전원 반송 통신 디바이스(5)는 에어백(air bag)(115)에 대응하고, 전원 반송 통신 디바이스(6)는 대시보드 디스플레이(116)에 대응하고, 전원 반송 통신 디바이스(7)는 고장 진단 디바이스(fault diagnosis device)(117)에 대응하고, 및 전원 반송 통신 디바이스(8)는 조명 디바이스(118)에 대응한다.
일 실시예에서, 도 17에 나타난 바와 같이, 전원 반송 통신 시스템에 의하여 데이터를 수신하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
단계 2101에서, 본 시스템은 작동하기 위하여 동력이 공급되고 시스템 프로그램은 차량 전원 와이어로부터 데이터가 수신되는 상태에 들어간다.
단계 2102에서, 반송 신호가 있는지 여부 및 반송 신호가 올바른지 여부가 결정되고, 만약 그렇다면, 단계 2103이 수행되고; 만약 그렇지 않다면, 단계 2104가 수행된다.
단계 2103에서, 본 시스템은 차량 전원 와이어로부터 전송된 데이터를 수신하기 위하여 작동하고, 단계 2105는 수행된다.
단계 2104에서, 시리얼 통신 인터페이스(SCI)는 감지되고, 시리얼 통신 인터페이스에 데이터가 있는지 여부가 결정되고, 만약 그렇다면, 단계 2105가 수행되고; 만약 그렇지 않으면, 단계 2101로 돌아간다.
단계 2105에서, 본 시스템은 데이터가 수신되는 상태에 들어간다.
본 발명의 실시예들에 따른 전기 차량용 전원 반송 통신 시스템과 함께, 데이터 전달 및 전기 차량에 있는 다양한 제어 시스템들간 공유는 차량의 내부 케이블 번들들(cable bundles)을 증가시키는 것 없이 달성될 수 있다. 게다가, 통신 매체로서 전원 케이블을 사용하는 전원 반송 통신은 새로운 통신 네트워크를 구성하고 투자하는 것을 피할 수 있고, 따라서 제조 비용 및 유지 어려움을 줄일 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 모터 컨트롤러 및 전기 차량의 다른 부분들 사이의 접속을 나타내는 구성도이다. 모터 컨트롤러는 직류 인터페이스를 통하여 전원 배터리에 접속되고, 전원 배터리를 충전하기 위하여 교류 인터페이스를 통하여 그리드에 접속되고, 부하 또는 다른 차량들을 방전하기 위하여 교류 인터페이스를 통하여 다른 차량들 또는 부하에 접속된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전기 차량용 모터 컨트롤러는, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈, 모터 제어 스위치, 충전-방전 제어 모듈 및 제어 모듈을 포함한다.
3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈은 전원 배터리의 제1 단자에 접속되는 제1 직류 단자 및 전원 배터리의 제2 단자에 접속되는 제2 직류 단자를 구비한다. 모터 제어 스위치는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자에 접속되는 제1 단자 및 모터에 접속되는 제2 단자를 구비한다. 충전-방전 제어 모듈은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자에 접속되는 제1 단자 및 충전-방전 소켓에 접속되는 제2 단자를 구비한다. 제어 모듈은 모터 제어 스위치 및 충전-방전 제어 모듈 각각에 접속되고 전원 시스템의 현재 동작 모드에 따라 모터 제어 스위치 및 충전-방전 제어 모듈을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 실시예들에 따른 모터 컨트롤러는 양방향의 성질을 가지고, 예를 들어, 모터 컨트롤러는 외부 그리드에 의하여 전기 차량의 충전을 실행할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어, 교류 전류와 함께 전기 차량의 직접적인 충전, 외부 장치로 전기 차량의 방전을 실행할 수도 있다. 따라서, 모터 제어는 다양한 기능들을 가지고 따라서 사용자의 사용을 크게 용이하게 할 수 있다. 이에 더하여, 3-레벨 제어와 함께, 공통-모드 전압은 크게 줄어들고, 누설 전류는 감소되고, 고조파는 약해지고, 충전 효율은 향상된다. 더구나, 전기 차량을 직접적으로 충전하기 위해 교류 전류를 사용하는 것에 의하여 충전 발전기는 시스템에서 요구되지 않고, 따라서 충전 스테이션(station)의 비용을 절약할 수 있다. 이에 더하여, 전기 차량은 로컬(local) 교류 전류를 사용하는 것에 의하여 어느 때나 어디서나 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 전원 시스템이 구동 모드에 있는 경우에, 제어 모듈은 모터 제어 스위치를 켜도록 제어하고 충전-방전 제어 모듈을 끄도록 제어한다. 전원 시스템이 충전-방전 모드에 있는 경우에, 제어 모듈은 모터 제어 스위치를 끄도록 제어하고 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 구동하기 위하여 충전-방전 제어 모듈을 끄도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈은, 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 제1 직류 단자 및 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하되, 제1 노드는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 사이에 형성되고; 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 제1 직류 단자 및 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 포함하되, 제2 노드는 제1 IGBT 및 제2 IGBT 사이에 형성되고; 제2 노드 및 제2 노드 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제3 IGBT 및 제4 IGBT; 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 제1 직류 단자 및 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제5 IGBT 및 제6 IGBT를 포함하되, 제3 노드는 제5 IGBT 및 제6 IGBT 사이에 형성되고; 제1 노드 및 제3 노드 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제7 IGBT 및 제8 IGBT; 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 제1 직류 단자 및 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제9 IGBT 및 제10 IGBT를 포함하되, 제4 노드는 제9 IGBT 및 제10 IGBT 사이에 형성되고; 제1 노드 및 제4 노드 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제11 IGBT 및 제12 IGBT; 를 포함하되, 제2 노드, 제3 노드, 및 제4 노드는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자인 것으로 구성된다.
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 제1 단자 및 제2 단자 사이에 접속되며, 제1 공통-모드 캐패시터 및 제2 공통-모드 캐패시터 사이의 노드는 접지된다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 모듈을 포함한다. 필터링 모듈은 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자 및 충전-방전 제어 모듈 사이에 접속된다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 필터링 제어 모듈을 포함한다. 필터링 제어 모듈은 제1 노드 및 필터링 모듈 사이에 접속되고, 제어 모듈은 차량이 구동 모드에 있는 경우에 필터링 제어 모듈을 끄도록 제어한다.
일 실시예에서, 전기 차량용 전원 시스템은 EMI-필터 모듈을 포함한다. 그리고 EMI-필터 모듈은 충전-방전 소켓 및 충전-방전 제어 모듈 사이에 접속되고 전도 및 복사의 간섭을 여과하도록 구성된다.
일 실시예에서, 충전-방전 제어 모듈은, 3-상 또는 단일-상 충전-방전을 실행하도록 구성된 3-상 스위치 및 단일-상 스위치 중 적어도 하나를 더 포함한다.
일 실시예에서, 모터 컨트롤러는 전원 베터리에 접속되고 또한 부하들, 그리드 및 다른 전기 차량들에 접속된다.
여기의 흐름도들에서 설명되거나 어떠한 다른 방식으로 설명된 모든 절차 및 방법은 하나 또는 하나 이상의 모듈들, 특정 로직(logic) 기능들 또는 절차들을 실현하는 수행 가능한 코드들을 저장하기 위한 부분(portion)들 또는 일부(part)를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 게다가 본 발명의 유리한 실시예들은 다른 실행들을 포함하고, 다른 실행에서 수행의 순서는 서술되거나 또는 언급된 것과 다르며, 실질적으로 동시에 또는 관련된 기능들에 따른 반대 순서로 기능들을 수행하는 것을 포함한다. 이것은 본 발명의 실시예들이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 이해될 수 있다.
여기에서 다른 방식으로 설명되거나 흐름도에서 도시된 로직 및/또는 단계, 예를 들어, 논리적인(logical) 기능을 실현하기 위한 수행 가능한 명령어들의 특정 순서 테이블(particular sequence table)은, 명령어 수행 시스템, 디바이스 또는 장치(컴퓨터들을 기반으로 하는 시스템, 프로세서들을 포함하는 시스템, 또는 명령어 수행 시스템, 디바이스 및 장치로부터 명령어를 획득하고 명령어를 수행하는 것이 가능한 다른 시스템들과 같은)에 의하여 사용될 수 있거나, 명령어 수행 시스템, 디바이스 및 장치들의 조합에서 사용될 수 있는 모든 컴퓨터 판독 가능한 매체에서 명확하게 달성될 수 있다.
본 발명의 각 부분은 하드웨어(hardware), 소프트웨어(software), 펌웨어(firmware) 또는 그들의 조합에 의하여 실현될 수 있음은 이해된다. 상기의 실시예들에서, 복수의 단계들 또는 방법들은 메모리에 저장되고 적절한 명령어 수행 시스템에 의하여 수행되는 펌웨어 또는 소프트웨어에 의하여 실현될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서와 마찬가지로, 그것이 하드웨어에 의하여 실현되면, 단계들 또는 방법들은 본 기술분야에서 알려진 다음의 기술들의 하나 또는 조합에 의하여 실현될 수 있다: 데이터 신호의 로직 기능을 실현하기 위한 논리 게이트 회로(logic gate circuit)를 구비하는 독립된 논리 회로(discrete logic circuit), 적절한 조합 논리 게이트 회로(combination logic gate circuit)를 구비하는 특수-용도의 집적 회로(application-specific integrated circuit), 프로그램 가능 게이트 어레이(programmable gate array, PGA), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA), 등.
본 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 상기 전형전인 방법에 있는 단계들의 부분들 또는 전체가 프로그램들과 함께 관련된 하드웨어를 명령하는 것에 의하여 달성될 수 있음을 이해할 수 있다. 프로그램들은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있고, 프로그램들은, 컴퓨터를 실행시키는 경우에, 본 발명의 상기 방법 실시예들에 있는 단계들의 하나 또는 조합을 포함한다.
이에 더하여, 본 발명의 실시예들의 각 기능 셀(function cell)은 처리 모듈(processing module)에 통합될 수 있거나, 또는 이 셀들은 물리적으로 분리되어 존재할 수 있고, 또는 두개 또는 두개 이상의 셀들은 처리 모듈에 통합될 수 있다. 통합된 모듈은 하드웨어의 형태 또는 소프트웨어 기능 모듈들의 형태로 실현될 수 있다. 통합된 모듈이 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 실현되고 독립된 제품으로 팔리고 사용되는 경우에, 통합된 모듈은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있다.
상기에서 언급된 저장 매체는 판독 전용 기억장치들(read-only memories), 자기 디스크들(magnetic disks) 또는 CD, 등일 수 있다.
본 명세서를 통하여 참조되는 “일 실시예,”, “일부 실시예들,”, “하나의 실시예,”, “다른 예(exemple),”, “하나의 예,”, “구체적 예,”, “일부 예들,”은, 실시예 또는 예와의 관계에서 설명된 특정 특징(feature), 구조(structure), 물질(material), 또는 특성(characteristic)이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서를 통하여 다양한 부분에 있는 “일부 실시예들에서,”, “하나의 실시예에서,”, “일 실시예에서,”, “다른 예에서,”, “하나의 예에서,”, “특정 예에서,”, 또는 “일부 예들에서,” 와 같은 문구들(phrases)의 등장은 본 발명의 일부 실시예들 또는 예를 반드시 참조하는 것은 아니다. 게다가, 특정 특징들, 구조들, 물질들, 또는 특성들은 하나 또는 하나 이상의 실시예들 또는 예들에서 모든 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
전형적인 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 상기 실시예들이 본 발명을제한하는 것으로 해석될 수 없고, 변경들(changes), 대안들(alternatives), 및 수정들(modifiactions)이 본 발명의 의도(sprit), 원리들(principles) 및 범위(scope)로부터 벗어나지 않고 상기 실시예들에서 수행될 수 있음은 본 기술분야의 통상의 기술자에 의하여 이해될 수 있다.

Claims (11)

  1. 전기 차량용 충전 제어 시스템에 있어서,
    충전-방전 소켓;
    상기 전기 차량의 전원 배터리의 제1 단자에 접속되는 제1 직류 단자 및 상기 전원 배터리의 제2 단자에 접속되는 제2 직류 단자를 구비하는 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈;
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 교류 단자에 접속되는 제1 단자 및 상기 충전-방전 소켓에 접속되는 제2 단자를 구비하는 충전-방전 제어 모듈;
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 교류 단자 및 상기 충전-방전 제어 모듈 사이에 접속되는 필터링 모듈;
    상기 충전-방전 제어 모듈의 제3 단자에 접속되고, 외부 그리드가 앵글 접속 모드에 있고 상기 전기 차량의 현재 동작 모드가 충전-방전 모드인 경우에, 상기 충전-방전 제어 모듈을 켜도록 제어하고, 상기 필터링 모듈에 있는 필터링 캐패시터들의 접속 중간점을 기준점으로 사용하는 것에 의하여 상기 외부 그리드의 출력 전압을 샘플링하고, 상기 외부 그리드를 제어하여 상기 전원 배터리를 충전하기 위해 상기 외부 그리드의 출력 전압에 따라 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈을 제어하기 위한 제어 모듈을 포함하는 충전 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 교류 단자에 접속되는 제1 단자 및 상기 전기 차량용 모터에 접속되는 제2 단자를 구비하는 모터 제어 스위치를 더 포함하되,
    상기 제어 모듈은 상기 모터 제어 스위치의 제3 단자에 접속되고, 상기 전기 차량의 상기 현재 동작 모드가 상기 충전-방전 모드인 경우에는, 상기 모터 제어 스위치를 끄도록 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈은
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하되, 제1 노드는 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 사이에 형성되고;
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 포함하되, 제2 노드는 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT 사이에 형성되고;
    상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제3 IGBT 및 제4 IGBT;
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제5 IGBT 및 제6 IGBT를 포함하되, 제3 노드는 상기 제5 IGBT 및 상기 제6 IGBT 사이에 형성되고;
    상기 제1 노드 및 상기 제3 노드 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제7 IGBT 및 제8 IGBT;
    상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 제1 직류 단자 및 상기 제2직류 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제9 IGBT 및 제10 IGBT를 포함하되, 제4 노드는 상기 제9 IGBT 및 상기 제10 IGBT 사이에 형성되고;
    상기 제1 노드 및 상기 제4 노드 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제11 IGBT 및 제12 IGBT;
    를 포함하되,
    상기 제2 노드, 상기 제3 노드, 및 상기 제4 노드가 상기 3-레벨 양방향의 직류-교류 모듈의 상기 교류 단자인 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 배터리의 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 접속되고 직렬로 접속되는 제1 공통-모드 캐패시터와 제2 공통-모드 캐패시터를 더 포함하되, 상기 제1 공통-모드 캐패시터 및 상기 제2 공통-모드 캐패시터 사이의 노드는 접지되는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 노드 및 상기 필터링 모듈 사이에 접속되는 필터링 제어 모듈을 더 포함하되, 상기 전기 차량의 상기 현재 모드가 구동 모드인 경우에는, 상기 제어 모듈은 상기 필터링 제어 모듈을 끄도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터링 모듈은 병렬로 접속된 3개의 필터링 캐패시터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 노드에 접속된 상기 필터링 제어 모듈의 단자가 상기 기준점인 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전-방전 소켓 및 상기 충전-방전 제어 모듈 사이에 접속되고 전도 및 복사의 간섭을 여과하기 위한 EMI-필터 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전-방전 제어 모듈과 병렬로 접속되고 상기 필터링 모듈에 있는 상기 필터링 캐패시터들을 선충전하기 위한 선충전 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전-방전 제어 모듈은
    3-상 충전-방전 또는 단일-상 충전-방전을 실행하기 위한 3-상 스위치 및 단일-상 스위치 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 제어 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전기 차량용 상기 충전 제어 시스템을 포함하는 전기 차량.
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