KR20160060970A - 차량 배터리 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 차량 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 본 명세서의 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치는 배터리부, 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선과 제2권선, 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치 및 3상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함하는 모터부, 상기 배터리부 및 상기 모터부 간의 출력 전압을 변환하는 인버터부 및 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 상기 제1권선과 상기 제2권선 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량 배터리 충전 장치{APPARATUS FOR CHARGING BATTERY OF VEHICLE}
본 명세서는 차량 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 전기자동차에 구비된 모터-인버터 구동시스템을 이용하여 배터리를 충전하거나 충전된 배터리를 이용하여 모터를 발전시키는 기술에 대한 것이다.
오늘날 차량산업은 차량 자체의 성능을 높이는 기술, 차량 디자인 기술, 차량 내부의 장치에 대한 기술 등 다양성을 추구하고 있다. 또한 최근에는 전기자동차 관련 기술에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.
전기자동차는 그 특성상 모터를 구동시키기 위한 배터리와 배터리를 충전시키는 충전기를 구비할 수 밖에 없는데, 일반적으로 전기자동차의 배터리는 모터와 인버터를 통해 연결되고, 충전기는 이와 독립적으로 장착되어 있다. 따라서 충전기가 배터리와 모터를 연결시키는 인버터와 별도의 제품으로 되어 있음으로써 다수의 전력소자를 이용하여 다단계의 전력변환이 필요한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 별도의 충전기를 사용하지 않고, 기존의 모터구동에 사용되는 인버터를 통해 충전기를 충전하는 통합형 인버터에 대한 기술이 다수 제시되고 있다.
대한민국 공개특허 2013-0129568호에서는 전기자동차용 인버터-충전기 통합 장치에 대해 기재하고 있다. 이 기술은 전기자동차용 인버터-충전기 통합장치에서 정류기와 인버터를 구동하기 위해 필요한 전원공급장치의 구성 및 운영에 대한 기술로, 각각의 전원공급장치를 독립적으로 사용하거나, 둘 중 하나의 전원공급장치가 고장 났을 경우 정상인 다른 한쪽의 전원공급장치를 이용하여 정류기와 인버터 양쪽에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
일본 공개특허 1993-344605호에서는 전기자동차의 전기 시스템에 대해 기재하고 있다. 상기 발명은 전기자동차용 인버터의 입력콘덴서의 초기충전 방법에 대한 기술로, 인버터의 동작을 위해서는 입력콘덴서와 고전압배터리가 연결되어야 하는데 이 때 입력콘덴서와 고전압배터리를 직렬로 연결할 경우 전위차에 의한 돌입전류로 인해 부품이 소손된다. 따라서 고전압배터리와 입력콘덴서 사이에 저항을 삽입한 RC필터형태의 초기충전회로를 구성하여 입력콘덴서를 초기 충전시킨 후, 고전압배터리와 입력콘덴서의 연결을 저항을 통한 경로에서 직접 연결하는 경로로 전환하는 방법이 일반적인 초기충전방법인데, 이 기술은 기존의 저항을 통한 초기 충전방법이 아닌, 컨버터 형태의 충전회로를 이용한 초기충전방법에 대한 기술이다.
일본 공개특허 1997-298840호에서는 전기자동차의 충전장치에 대해 기재하고 있다. 이 발명은 전기자동차용 고전압배터리 충전장치에 대한 것으로, 차량구동시 인버터의 출력을 모터 고정자의 제1권선으로(또는 제1권선, 제2권선에 동시) 공급하여 구동에 필요한 토크를 발생시키고, 충전시에는 고정자의 제2권선을 상용계통전원에 연결하여 모터의 고정자를 절연변압기의 형태로 만든다. 이렇게 만들어진 절연변압기를 통해 인버터출력을 상용계통전원과 연결하게 되면, 기존의 모터-인버터시스템은 승압형 PWM컨버터로 동작할 수 있어 상용계통전원을 이용해 고전압배터리를 충전할 수 있게 된다. 다만 이 발명은 모터 구동에 필요한 인덕턴스를 가진 제1권선 외에 충전시에만 사용되는 제2권선을 추가해야 하여 모터중량이 증가하고 이에 따라 재료비가 증가하는 문제점이 있다. 또한 이 발명의 다른 실시예에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가지는 고정자 권선을 제1권선과 제2권선으로 분할하여 실시하는 것이 있으나, 이 경우 제2권선에 흐르는 전류를 제어하기 위해 별도의 인버터가 추가되어 인버터 부피가 증가하고 이에 따라 재료비가 증가하는 문제점이 있다.
본 명세서의 실시예는 계통전압을 이용하여 전기자동차의 배터리를 충전하거나, 충전된 배터리를 이용하여 계통으로 발전함에 있어, 별도의 충전기가 아닌 전기자동차에 구비된 모터-인버터 구동시스템을 이용함으로써 전기자동차의 부품을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 명세서의 실시예는 고정자 권선을 제1권선과 제2권선으로 분할하여 구현함으로써 모터의 중량 및 재료비를 절감시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 명세서의 실시예는 별도의 인버터를 추가하지 않고서도 제2권선에 흐르는 전류를 제어함으로써 인버터 추가에 따른 충전장치의 부피가 증가하고 이에 따라 재료비가 증가하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 차량 배터리 충전 장치는 배터리부, 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선과 제2권선, 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치 및 3상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함하는 모터부, 상기 배터리부 및 상기 모터부 간의 출력 전압을 변환하는 인버터부, 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 상기 제1권선과 상기 제2권선 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 3상 계통전압에 의해 상기 배터리부가 충전되는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 3상 계통전압보다 낮게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 모터부에서 상기 인버터부로 흐르도록 제어하고, 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 배터리부(10)가 상기 3상 계통전압으로 발전하는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 3상 계통전압보다 높게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 인버터부에서 상기 모터부로 흐르도록 제어할 수 있다.
상기 모터부의 상기 회로변경스위치는 3개의 접점으로 이루어지며, 접점1과 접점2의 입력은 제1권선과 연결되고 접점3의 입력은 상기 콘센트에 연결되며, 각 회로변경스위치의 접점1의 출력은 서로 연결되어 단락회로로 이루어지도록 하며 접점2와 3의 출력은 제2권선과 연결될 수 있다.
상기 회로변경스위치는 제어부의 제어신호에 의해 동작되며, 제어신호가 ON일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 연결되고, 접점2의 입출력은 분리되며, 제어신호가 OFF일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 분리되고 접점2의 입출력은 연결될 수 있다.
상기 제어부는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우, 상기 각 위상별 제1권선은 서로 연결되어 1차측 인덕터가 되고, 상기 각 위상별 제2권선은 상기 콘센트를 통해 상기 3상 계통전압과 연결되어 2차측 인덕터가 됨으로써, 상기 모터부가 상기 제1권선을 1차측 상기 제2권선을 2차측으로 하는 변압기가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우, 제1권선과 상기 제2권선이 직렬연결 되어 인덕터가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 배터리 충전 장치는 배터리부, 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선과 제2권선, 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치 및 단상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함하는 모터부, 상기 배터리부 및 상기 모터부 간의 출력 전압을 변환하는 인버터부, 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 상기 제1권선과 상기 제2권선 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 단상 계통전압에 의해 상기 배터리부가 충전되는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 단상 계통전압보다 낮게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 모터부에서 상기 인버터부로 흐르도록 제어하고, 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 배터리부(10)가 상기 단상 계통전압으로 발전하는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 단상 계통전압보다 높게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 인버터부에서 상기 모터부로 흐르도록 제어할 수 있다.
상기 모터부의 상기 회로변경스위치 중 하나의 스위치는 접점2로 이루어지며 상기 접점2의 입력은 제1권선과 연결되고 상기 접점2의 출력은 제2권선과 연결되고, 상기 회로변경스위치의 나머지 스위치는 3개의 접점으로 이루어지며, 접점1과 접점2의 입력은 제1권선과 연결되고 접점3의 입력은 상기 콘센트에 연결되며, 각 회로변경스위치의 접점1의 출력은 서로 연결되어 단락회로로 이루어지도록 하며 접점2와 3의 출력은 제2권선과 연결될 수 있다.
상기 회로변경스위치는 제어부의 제어신호에 의해 동작되며, 제어신호가 ON일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 연결되고, 접점2의 입출력은 분리되며, 제어신호가 OFF일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 분리되고 접점2의 입출력은 연결될 수 있다.
상기 제어부는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우, 상기 각 위상별 제1권선은 서로 연결되어 1차측 인덕터가 되고, 상기 각 위상별 제2권선은 상기 콘센트를 통해 상기 단상 계통전압과 연결되어 2차측 인덕터가 됨으로써, 상기 모터부가 상기 제1권선을 1차측 상기 제2권선을 2차측으로 하는 변압기가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우, 제1권선과 상기 제2권선이 직렬연결 되어 인덕터가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어할 수 있다.
본 명세서의 실시예는 계통전압을 이용하여 전기자동차의 배터리를 충전하거나, 충전된 배터리를 이용하여 계통으로 발전함에 있어, 별도의 충전기가 아닌 전기자동차에 구비된 모터-인버터 구동시스템을 이용함으로써 전기자동차의 부품을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 실시예는 고정자 권선을 제1권선과 제2권선으로 분할하여 구현함으로써 모터의 중량 및 재료비를 절감시키는 효과가 있다.
또한, 본 명세서의 실시예는 별도의 인버터를 추가하지 않고서도 제2권선에 흐르는 전류를 제어함으로써 인버터 추가에 따른 충전장치의 부피가 증가하고 이에 따라 재료비가 증가하는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 모터부의 회로변경스위치에 대한 구성도이다.
도 3은 본 명세서의 제2 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 구성도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 명세서의 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치는 전기자동차뿐만 아니라, 배터리와 모터-인버터를 사용하는 모든 차량, 예를 들어 전기자동차, 플러그-인 하이브리드자동차, 주행거리연장형 전기자동차, 하이브리드 스타터-제너레이터 장착차량 등에도 적용 가능하다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 명세서의 제1 실시예에 따른 차량 배터리 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 모터부의 회로변경스위치에 대한 구성도이다.
도 1를 참조하면, 본 명세서의 제1 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치(100)는 배터리부(10), 인버터부(20), 모터부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.
배터리부(10)는 모터부(30)를 구동시키기 위한 에너지를 제공하는 장치로, 고전압 배터리를 포함한다.
인버터부(20)는 배터리부(10) 및 모터부(30) 간의 출력 전압을 변환하는 장치로, 6개의 IGBT로 구성된 3상 전압형 인버터가 사용될 수 있고, 제어부(40)에 의해서 인버터부(20)의 IGBT의 동작이 제어될 수 있다.
모터부(30)는 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선(31, 32, 33)과 제2권선(34, 35, 36), 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치(37, 38, 39) 및 3상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함한다.
제1권선(31, 32, 33)과 제2권선(34, 35, 36)은 위상별 하나의 권선으로 제작되는 고정자권선을 위상별로 3상 계통전압과 배터리부의 전압 비율에 따라 분할될 수 있다.
도 2를 참조하면, 모터부(30)의 회로변경스위치(37, 38, 39)는 3개의 접점으로 이루어진다. 이 때 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점1과 접점2의 입력은 제1권선(31, 32, 33)과 연결되고 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점3의 입력은 상기 콘센트에 연결된다. 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점1의 출력은 서로 연결되어 단락회로로 이루어질 수 있고, 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점2와 접점3의 출력은 제2권선(34, 35, 36)과 연결될 수 있다.
회로변경스위치(37, 38, 39)는 제어부(40)의 제어신호에 의해 동작된다. 제어부(40)에서 출력되는 스위치 제어신호가 ON일 경우, 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점1과 접점3의 입출력은 연결되고, 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점2의 입출력은 분리된다. 제어부(40)에서 출력되는 스위치 제어신호가 OFF일 경우, 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점1과 접점3의 입출력은 분리되고 각 회로변경스위치(37, 38, 39)의 접점2의 입출력은 연결될 수 있다.
제어부(40)는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 제1권선(31, 32, 33)과 제2권선(34, 35, 36) 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 회로변경스위치(37, 38, 39)를 제어한다.
상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우는 상기 3상 계통전압에 의해 배터리부(10)가 충전되는 경우와 배터리부(10)가 상기 3상 계통전압으로 발전하는 경우를 모두 상정할 수 있다.
또한, 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우는 배터리부(10)가 모터부(30)에 에너지를 공급하여 모터부(30)가 구동되는 경우와 모터부(30)가 배터리부(10)에 에너지를 공급하여 배터리부(10)가 충전되는 경우를 모두 상정할 수 있다. 배터리부(10)가 모터부(30)에 에너지를 공급하여 모터부(30)가 구동되는 경우는 차량의 엑셀레이터가 작동되는 경우를 의미할 수 있다. 모터부(30)가 배터리부(10)에 에너지를 공급하여 배터리부(10)가 충전되는 경우는 차량의 브레이크가 작동되는 경우 모터부(30)가 배터리부(10)에 회생 에너지를 공급하는 경우를 의미할 수 있다. 제어부(40)는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 3상 계통전압에 의해 배터리부(10)가 충전되는 경우는 인버터부(20)의 출력전압을 상기 3상 계통전압보다 낮게 출력하여 인버터부(20)의 출력전류가 모터부(30)에서 인버터부(20)로 흐르도록 제어하고, 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 배터리부(10)가 상기 3상 계통전압으로 발전하는 경우는 인버터부(20)의 출력전압을 상기 3상 계통전압보다 높게 출력하여 인버터부(20)의 출력전류가 인버터부(20)에서 모터부(30)로 흐르도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우, 각 위상별 제1권선(31, 32, 33)은 서로 연결되어 1차측 인덕터가 되고, 각 위상별 제2권선(34, 35, 36)은 상기 콘센트를 통해 상기 3상 계통전압과 연결되어 2차측 인덕터가 되도록 회로변경스위치(37, 38, 39)를 제어할 수 있다.
이 경우, 모터부(30)는 제1권선(31, 32, 33)을 1차측, 제2권선(34, 35, 36)을 2차측으로 하는 변압기가 된다. 이는 제1권선(31, 32, 33)과 제2권선(34, 35, 36)이 모터고정자 코어를 통해 자로를 공유하고 있기 때문이다. 또한, 모터부(30)는 1차측과 2차측이 전기적으로 절연된 3상 절연변압기의 형태가 될 수 있다.
이 때, 인버터부(20)는 상기 3상 절연변압기의 형태로 회로가 변경된 모터부(30)를 통해 상기 3상 계통전압과 연결되어 모터-인버터의 전력회로가 승압형 PWM(Pulse Width Modulation)컨버터의 전력회로로 변경되도록 할 수 있다.
제어부(40)는 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우, 제1권선(31, 32, 33)과 제2권선(34, 35, 36)이 직렬연결 되어 인덕터가 되도록 회로변경스위치(37, 38, 39)를 제어할 수 있다.
이 경우 인버터부(20) 출력측에서 바라본 모터부(30) 각 상의 인덕턴스는 제1권선(31, 32, 33)의 인덕턴스와 제2권선(34, 35, 36)의 인덕턴스의 합이 되어, 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가진 하나의 3상 고정자 인덕터의 형태가 될 수 있다. 따라서 제어부(40)는 인버터부(20)의 출력전압을 조정하여 모터부(30)가 지령에 맞는 토크를 발생할 수 있도록 인버터부(20) 출력전류를 제어할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 명세서의 제2 실시예에 따른 차량 배터리 장치에 대해 설명한다.
도 3은 본 명세서의 제2 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 명세서의 제2 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치(200)는 배터리부(10), 인버터부(20), 모터부(50) 및 제어부(40)를 포함한다.
배터리부(10)는 모터부(50)를 구동시키기 위한 에너지를 제공하는 장치로, 고전압 배터리를 포함한다.
인버터부(20)는 배터리부(10) 및 모터부(50) 간의 출력 전압을 변환하는 장치로, 6개의 IGBT로 구성된 3상 전압형 인버터가 사용될 수 있고, 제어부(40)에 의해서 인버터부(20)의 IGBT의 동작이 제어될 수 있다.
모터부(50)는 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선(51, 52, 53)과 제2권선(54, 55, 56), 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치(57, 58, 59) 및 3상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함한다.
제1권선(51, 52, 53)과 제2권선(54, 55, 56)은 위상별 하나의 권선으로 제작되는 고정자권선을 위상별로 단상 계통전압과 배터리부의 전압 비율에 따라 분할될 수 있다.
모터부(50)의 회로변경스위치 중 하나의 스위치(59)는 접점2로 이루어지며 상기 접점2의 입력은 제1권선(51, 52, 53)과 연결되고 상기 접점2의 출력은 제2권선(54, 55, 56)과 연결된다. 회로변경스위치의 나머지 스위치(57, 58)는 3개의 접점으로 이루어지며, 접점1과 접점2의 입력은 제1권선(51, 52, 53)과 연결되고 접점3의 입력은 상기 콘센트에 연결되며, 각 회로변경스위치의 접점1의 출력은 서로 연결되어 단락회로로 이루어지도록 하며 접점2와 접점3의 출력은 제2권선(54, 55, 56)과 연결될 수 있다.
회로변경스위치(57, 58, 59)는 제어부(40)의 제어신호에 의해 동작된다. 제어부(40)에서 출력되는 스위치 제어신호가 ON일 경우, 각 회로변경스위치(57, 58)의 접점1과 접점3의 입출력은 연결되고, 각 회로변경스위치(57, 58, 59)의 접점2의 입출력은 분리된다. 제어부(40)에서 출력되는 스위치 제어신호가 OFF일 경우, 각 회로변경스위치(57, 58)의 접점1과 접점3의 입출력은 분리되고 각 회로변경스위치(57, 58, 59)의 접점2의 입출력은 연결될 수 있다.
제어부(40)는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 제1권선(51, 52, 53)과 제2권선(54, 55, 56) 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 회로변경스위치(57, 58, 59)를 제어한다.
상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우는 상기 단상 계통전압에 의해 배터리부(10)가 충전되는 경우와 배터리부(10)가 상기 단상 계통전압으로 발전하는 경우를 모두 상정할 수 있다.
또한, 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우는 배터리부(10)가 모터부(50)에 에너지를 공급하여 모터부(50)가 구동되는 경우와 모터부(50)가 배터리부(10)에 에너지를 공급하여 배터리부(10)가 충전되는 경우를 모두 상정할 수 있다. 배터리부(10)가 모터부(50)에 에너지를 공급하여 모터부(50)가 구동되는 경우는 차량의 엑셀레이터가 작동되는 경우를 의미할 수 있다. 모터부(50)가 배터리부(10)에 에너지를 공급하여 배터리부(10)가 충전되는 경우는 차량의 브레이크가 작동되는 경우 모터부(50)가 배터리부(10)에 회생 에너지를 공급하는 경우를 의미할 수 있다.
제어부(40)는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 단상 계통전압에 의해 배터리부(10)가 충전되는 경우는 인버터부(20)의 출력전압을 상기 단상 계통전압보다 낮게 출력하여 인버터부(20)의 출력전류가 모터부(50)에서 인버터부(20)로 흐르도록 제어하고, 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 배터리부(10)가 상기 단상 계통전압으로 발전하는 경우는 인버터부(20)의 출력전압을 상기 단상 계통전압보다 높게 출력하여 인버터부(20)의 출력전류가 인버터부(20)에서 모터부(50)로 흐르도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우, 각 위상별 제1권선(51, 52, 53)은 서로 연결되어 1차측 인덕터가 되고, 각 위상별 제2권선(54, 55, 56)은 상기 콘센트를 통해 상기 단상 계통전압과 연결되어 2차측 인덕터가 되도록 회로변경스위치(57, 58, 59)를 제어할 수 있다.
이 경우, 모터부(50)는 제1권선(51, 52, 53)을 1차측, 제2권선(54, 55, 56)을 2차측으로 하는 변압기가 된다. 이는 제1권선(51, 52, 53)과 제2권선(54, 55, 56)이 모터고정자 코어를 통해 자로를 공유하고 있기 때문이다. 또한, 모터부(50)는 1차측과 2차측이 전기적으로 절연된 3상 절연변압기의 형태가 될 수 있다.
이 때, 인버터부(20)는 상기 3상 절연변압기의 형태로 회로가 변경된 모터부(50)를 통해 상기 단상 계통전압과 연결되어 모터-인버터의 전력회로가 승압형 PWM(Pulse Width Modulation)컨버터의 전력회로로 변경되도록 할 수 있다.
제어부(40)는 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우, 제1권선(51, 52, 53)과 제2권선(54, 55, 56)이 직렬연결 되어 인덕터가 되도록 회로변경스위치(57, 58, 59)를 제어할 수 있다.
이 경우 인버터부(20) 출력측에서 바라본 모터부(50) 각 상의 인덕턴스는 제1권선(51, 52, 53)의 인덕턴스와 제2권선(54, 55, 56)의 인덕턴스의 합이 되어, 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가진 하나의 3상 고정자 인덕터의 형태가 될 수 있다. 따라서 제어부(40)는 인버터부(20)의 출력전압을 조정하여 모터부(50)가 지령에 맞는 토크를 발생할 수 있도록 인버터부(20) 출력전류를 제어할 수 있다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200 : 차량 배터리 충전 장치
10 : 배터리부
20 : 인버터부
30, 50 : 모터부
40 : 제어부
31, 32, 33, 51, 52, 53 : 제1권선
34, 35, 36, 54, 55, 56 : 제2권선
37, 38, 39, 57, 58, 59 : 회로변경스위치

Claims (12)

  1. 배터리부;
    서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선과 제2권선, 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치 및 3상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함하는 모터부;
    상기 배터리부 및 상기 모터부 간의 출력 전압을 변환하는 인버터부; 및
    상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 상기 제1권선과 상기 제2권선 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 차량 배터리 충전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 3상 계통전압에 의해 상기 배터리부가 충전되는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 3상 계통전압보다 낮게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 모터부에서 상기 인버터부로 흐르도록 제어하고, 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 배터리부가 상기 3상 계통전압으로 발전하는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 3상 계통전압보다 높게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 인버터부에서 상기 모터부로 흐르도록 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모터부의 상기 회로변경스위치는 3개의 접점으로 이루어지며, 접점1과 접점2의 입력은 제1권선과 연결되고 접점3의 입력은 상기 콘센트에 연결되며, 각 회로변경스위치의 접점1의 출력은 서로 연결되어 단락회로로 이루어지도록 하며 접점2와 접점3의 출력은 제2권선과 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 회로변경스위치는 제어부의 제어신호에 의해 동작되며, 제어신호가 ON일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 연결되고, 접점2의 입출력은 분리되며, 제어신호가 OFF일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 분리되고 접점2의 입출력은 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우, 상기 각 위상별 제1권선은 서로 연결되어 1차측 인덕터가 되고, 상기 각 위상별 제2권선은 상기 콘센트를 통해 상기 3상 계통전압과 연결되어 2차측 인덕터가 됨으로써, 상기 모터부가 상기 제1권선을 1차측 상기 제2권선을 2차측으로 하는 변압기가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우, 상기 제1권선과 상기 제2권선이 직렬연결 되어 인덕터가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
  7. 배터리부;
    서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 분할시킨 제1권선과 제2권선, 각 위상별 제1권선과 제2권선 사이의 결선 상태를 변경하는 회로변경스위치 및 단상 계통전압과 회로변경스위치를 연결시키는 콘센트를 포함하는 모터부;
    상기 배터리부 및 상기 모터부 간의 출력 전압을 변환하는 인버터부; 및
    상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우와 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우를 구분하여 상기 제1권선과 상기 제2권선 사이의 결선 상태를 서로 다르게 변경되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 차량 배터리 충전 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 단상 계통전압에 의해 상기 배터리부가 충전되는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 단상 계통전압보다 낮게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 모터부에서 상기 인버터부로 흐르도록 제어하고, 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우 중 상기 배터리부가 상기 단상 계통전압으로 발전하는 경우는 상기 인버터부의 출력전압을 상기 단상 계통전압보다 높게 출력하여 상기 인버터부의 출력전류가 상기 인버터부에서 상기 모터부로 흐르도록 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 모터부의 상기 회로변경스위치 중 하나의 스위치는 접점2로 이루어지며 상기 접점2의 입력은 제1권선과 연결되고 상기 접점2의 출력은 제2권선과 연결되고, 상기 회로변경스위치의 나머지 스위치는 3개의 접점으로 이루어지며, 접점1과 접점2의 입력은 제1권선과 연결되고 접점3의 입력은 상기 콘센트에 연결되며, 각 회로변경스위치의 접점1의 출력은 서로 연결되어 단락회로로 이루어지도록 하며 접점2와 접점3의 출력은 제2권선과 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 회로변경스위치는 제어부의 제어신호에 의해 동작되며, 제어신호가 ON일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 연결되고, 접점2의 입출력은 분리되며, 제어신호가 OFF일 경우 접점1과 접점3의 입출력은 분리되고 접점2의 입출력은 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단상 계통전압에 상기 콘센트가 연결된 경우, 상기 각 위상별 제1권선은 서로 연결되어 1차측 인덕터가 되고, 상기 각 위상별 제2권선은 상기 콘센트를 통해 상기 단상 계통전압과 연결되어 2차측 인덕터가 됨으로써, 상기 모터부가 상기 제1권선을 1차측 상기 제2권선을 2차측으로 하는 변압기가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단상 계통전압과 상기 콘센트가 분리된 경우, 제1권선과 상기 제2권선이 직렬연결 되어 인덕터가 되도록 상기 회로변경스위치를 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
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