KR20170084960A - Changing and discharging apparatus for electric vehicle - Google Patents

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KR20170084960A KR1020160004445A KR20160004445A KR20170084960A KR 20170084960 A KR20170084960 A KR 20170084960A KR 1020160004445 A KR1020160004445 A KR 1020160004445A KR 20160004445 A KR20160004445 A KR 20160004445A KR 20170084960 A KR20170084960 A KR 20170084960A
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Abstract

전기자동차용 충방전 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치는 2개의 커패시터로 이루어지고, 커패시터들의 연결점이 접지에 연결된 DC-링크단; DC-링크단의 전압을 전기자동차용 배터리의 전압으로 감압하거나, 전기자동차용 배터리의 전압을 DC-링크단의 전압으로 승압하는 3레벨 DC/DC 컨버터; AC 계통의 교류 전력을 DC 전력으로 변환하거나, DC-링크단의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 양방향 3레벨 DC/AC 컨버터; 및 3레벨 DC/DC 컨버터 및 3레벨 DC/AC 컨버터의 스위칭을 제어하되, 배터리를 AC 계통측의 전력의 형태와 동일한 맥류 전류 형태로 충전하거나 방전하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다. A charging / discharging device for an electric vehicle is provided. The charge / discharge device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a DC-link stage having two capacitors and a connection point of the capacitors connected to the ground; A three-level DC / DC converter for reducing the voltage of the DC-link terminal to the voltage of the electric vehicle battery or boosting the voltage of the electric vehicle battery to the voltage of the DC-link terminal; A bidirectional three-level DC / AC converter for converting AC power of an AC system to DC power or converting DC power of a DC-link stage to AC power; And a switching controller for controlling the switching of the three-level DC / DC converter and the three-level DC / AC converter, and controlling charging or discharging of the battery in the form of pulsating current identical to that of power on the AC system side.

Description

전기자동차용 충방전 장치{Changing and discharging apparatus for electric vehicle} [0001] The present invention relates to a charging and discharging apparatus for an electric vehicle,

본 발명은 충방전 장치에 관한 것으로, 특히, 전기자동차에 장착된 배터리를 AC 계통의 전력에 의해 충전하고, 배터리의 잉여 전력을 AC 계통으로 방전하는 전기자동차용 충방전 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging / discharging apparatus, and more particularly, to a charging / discharging apparatus for an electric vehicle, which charges a battery mounted in an electric vehicle with electric power of an AC system and discharges surplus electric power of the battery into an AC system.

일반적으로 전기자동차는 계통전원을 통해 배터리를 충전하는 차량 탑재형 배터리 충전기(on-board battery charger)를 가지고 있다. 이러한 차량 탑재형 배터리 충전기는 효율이 높아야 하며, 무게와 부피가 작아야 한다는 특징을 갖는다.Generally, an electric vehicle has an on-board battery charger that charges the battery through a system power supply. Such in-vehicle battery chargers are characterized by high efficiency and low weight and volume.

최근 스마트 그리드와 연동되어, V2G(vehicle-to-grid) 기능이 있는 전기자동차가 개발되고 있다. 이러한 V2G 전기자동차는 배터리를 이용하여 잉여 전력을 계통으로 보내 전기 가격이 비싼 피크타임에 판매하고, 전기 가격이 저렴한 시간대에 배터리를 충전한다.Recently, an electric vehicle with V2G (vehicle-to-grid) function is being developed in cooperation with a smart grid. These V2G electric vehicles use a battery to send surplus power to the grid to sell at peak times with high electricity prices and to charge the battery at low electricity prices.

이때, 종래의 전기자동차용 배터리 충전기는 양방향 하프브릿지 컨버터(bi-directional half-bridge converter)로서 2레벨 DC/DC컨버터, 및 양방향 인버터(bi-directional inverter)로서 2레벨 DC/AC컨버터로 구성된다. At this time, the conventional battery charger for an electric vehicle is composed of a two-level DC / DC converter as a bi-directional half-bridge converter and a two-level DC / AC converter as a bi-directional inverter .

여기서, 2레벨 DC/DC컨버터는 입출력 사이의 절연 문제와 잡음 상쇄 효과를 위해 고주파 변압기(예를 들면, Isolation SRC)를 사용한다. 이와 같은 고주파 변압기의 사용은 변압기로 인한 전체의 부피 및 무게가 증가할 뿐만 아니라 가격 상승의 요인이 된다. Here, a two-level DC / DC converter uses a high-frequency transformer (eg Isolation SRC) for isolation and noise cancellation effects between input and output. The use of such a high frequency transformer not only increases the overall volume and weight due to the transformer, but also causes a price increase.

KRKR 2011-00375232011-0037523 AA

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 배터리의 충전 및 방전시 전력 변환 효율을 향상시키는 동시에 소형화를 구현할 수 있는 전기자동용 충방전 장치를 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the related art as described above, one embodiment of the present invention is to provide a charging / discharging apparatus for an electric automation which can improve the power conversion efficiency and miniaturize at the time of charging and discharging the battery.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전기자동차용 충방전 장치가 제공된다. 상기 전기자동차용 충방전 장치는 2개의 커패시터로 이루어지고, 상기 커패시터들의 연결점이 접지에 연결된 DC-링크단; 상기 DC-링크단의 전압을 전기자동차용 배터리의 전압으로 감압하거나, 상기 전기자동차용 배터리의 전압을 상기 DC-링크단의 전압으로 승압하는 3레벨 DC/DC 컨버터; AC 계통의 교류 전력을 DC 전력으로 변환하거나, 상기 DC-링크단의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 양방향 3레벨 DC/AC 컨버터; 및 상기 3레벨 DC/DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC/AC 컨버터의 스위칭을 제어하되, 상기 배터리를 상기 AC 계통측의 전력의 형태와 동일한 맥류 전류 형태로 충전하거나 방전하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a charging / discharging apparatus for an electric vehicle. Wherein the charge / discharge device for an electric vehicle comprises two capacitors, a DC-link terminal having a connection point of the capacitors connected to ground; A three-level DC / DC converter for reducing the voltage of the DC-link stage to a voltage of an electric vehicle battery or boosting a voltage of the battery for the electric vehicle to a voltage of the DC-link stage; A bidirectional three-level DC / AC converter for converting the AC power of the AC system into DC power or converting the DC power of the DC-link stage into AC power; And a switching control unit for controlling the switching of the three-level DC / DC converter and the three-level DC / AC converter so as to charge or discharge the battery in the form of a pulsating current identical to the type of power on the AC system side .

일 실시예에서, 상기 3레벨 DC/DC 컨버터는 상기 DC-링크단의 제1커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 턴온되는 제1스위치; 상기 DC-링크단의 제2커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 턴온되는 제2스위치; 상기 배터리가 상기 제2커패시터로 방전하도록 턴온되는 제3스위치; 및 상기 배터리가 상기 제1커패시터로 방전하도록 턴온되는 제4스위치를 포함할 수 있다. In one embodiment, the three-level DC / DC converter includes a first switch that is turned on to charge the battery by a first capacitor of the DC-link stage; A second switch that is turned on to charge the battery by a second capacitor of the DC-link stage; A third switch that is turned on so that the battery discharges to the second capacitor; And a fourth switch that is turned on to discharge the battery to the first capacitor.

일 실시예에서, 상기 제1스위치 내지 제4스위치 각각은 역방향 다이오드가 병렬 연결될 수 있다. In one embodiment, each of the first to fourth switches may be connected in parallel with a reverse diode.

일 실시예에서, 상기 3레벨 DC/AC 컨버터는 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터일 수 있다. In one embodiment, the three level DC / AC converter may be an NPC type three level DC / AC converter.

일 실시예에서, 상기 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터는 상기 DC-링크단의 제1커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되고, 서로 직렬 연결된 제5스위치 및 제6스위치; 상기 DC-링크단의 제2커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되고, 서로 직렬 연결된 제7스위치 및 제8스위치; 상기 제5스위치와 상기 제6스위치의 연결점과 상기 커패시터들의 연결점 사이에 연결되는 제1클램핑 다이오드; 및 상기 제7스위치와 상기 제8스위치의 연결점과 상기 커패시터들의 연결점 사이에 연결되는 제2클램핑 다이오드를 포함하고, 상기 제1클램핑 다이오드와 상기 제2클램핑 다이오드의 연결점은 상기 커패시터들의 연결점에 연결될 수 있다. In one embodiment, the NPC type 3-level DC / AC converter is turned on to form a current path for the first capacitor of the DC-link stage and includes a fifth switch and a sixth switch connected in series with each other; A seventh switch and an eighth switch that are turned on to form a current path for the second capacitor of the DC-link stage and are connected in series with each other; A first clamping diode connected between a connection point of the fifth switch and the sixth switch and a connection point of the capacitors; And a second clamping diode connected between a connection point of the seventh switch and the eighth switch and a connection point of the capacitors, and a connection point of the first clamping diode and the second clamping diode may be connected to the connection point of the capacitors have.

일 실시예에서, 상기 3레벨 DC/AC 컨버터는 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터일 수 있다. In one embodiment, the three level DC / AC converter may be a T type three level DC / AC converter.

일 실시예에서, 상기 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터는 상기 DC-링크단의 제1커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되는 제5스위치; 상기 커패시터들의 상기 연결점이 상기 AC 계통으로 연결되도록 턴온되고, 서로 직렬 연결된 제6스위치 및 제7스위치; 및 상기 DC-링크단의 제2커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되는 제8스위치;를 포함하고, 상기 제6스위치는 상기 커패시터들의 연결점에 연결되고, 상기 제7스위치는 상기 제5스위치와 상기 제8스위치의 연결점에 연결될 수 있다. In one embodiment, the T-type 3-level DC / AC converter includes a fifth switch that is turned on to form a current path for the first capacitor of the DC-link stage; A sixth switch and a seventh switch that are turned on so that the connection point of the capacitors is connected to the AC system; And an eighth switch that is turned on to form a current path for the second capacitor of the DC-link stage, wherein the sixth switch is connected to the connection point of the capacitors, and the seventh switch is connected to the fifth switch And may be connected to a connection point of the eighth switch.

일 실시예에서, 상기 3레벨 DC/AC 컨버터는 상기 AC 계통으로부터 입력되는 신호 또는 상기 AC 계통으로 출력되는 신호에 포함된 고조파를 제거하는 필터를 포함할 수 있다. In one embodiment, the three-level DC / AC converter may include a filter that removes harmonics included in a signal input from the AC system or a signal output to the AC system.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치는 3레벨 DC/DC 컨버터 및 3레벨 DC/AC 컨버터로 구성하고, 스위치를 교대로 스위칭하는 인터리빙 스위칭에 방식을 적용함으로써, 스위칭시 노이즈의 발생을 억제하여 고효율 전력 변환이 가능하여, 전력 변환 손실을 줄일 수 있다.The charging and discharging apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention comprises a three-level DC / DC converter and a three-level DC / AC converter. By applying an interleaving switching scheme for alternately switching the switches, Generation can be suppressed, high-efficiency power conversion is possible, and power conversion loss can be reduced.

또한, 본 발명은 3레벨 DC/DC컨버터 및 3레벨 DC/AC 컨버터를 이용하여 고효율 전력 변환을 수행함으로써 방열판을 감소시킬 수 있고, 절연을 위한 변압기를 제거하여 전기자동차용 충방전 장치의 전제 무게 및 부피를 경감시킬 수 있고, 따라서 소형화를 구현할 수 있다.In addition, the present invention can reduce the heat sink by performing high efficiency power conversion using the 3-level DC / DC converter and the 3-level DC / AC converter and remove the transformer for insulation, And the volume can be alleviated, thus miniaturization can be realized.

또한, 본 발명은 방열판의 축소 및 절연을 위한 변압기의 제거를 통하여 제조 원가를 감소시킬 수 있고, 따라서, 저비용으로 제작이 가능하여 전기자동차용 충방전기의 경제성을 향상시킬 수 있다. Further, the present invention can reduce the manufacturing cost by eliminating the transformer for shrinking and insulating the heat sink, and thus can be manufactured at a low cost, thereby improving the economical efficiency of the charge / discharge device for an electric vehicle.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치의 개략적 구성도 이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치의 스위칭 방법을 설명하기 위한 타이밍도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치의 일예의 회로도이고,
도 4 내지 도 7은 도 3의 3레벨 DC/DC 컨버터에서 충전 및 방전에 따른 스위치 동작 상태에 따른 도통 경로를 나타내는 회로도이며,
도 8 내지 도 10은 도 3의 3레벨 DC/AC 컨버터에서 스위치 동작 상태에 따른 도통 경로를 나타내는 회로도이며,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치의 다른 예의 회로도이고,
도 12 내지 도 14는 도 11의 3레벨 DC/DC 컨버터에서 스위치 동작 상태에 따른 도통 경로를 나타내는 회로도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a charge / discharge device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a timing chart for explaining a switching method of a charging / discharging apparatus for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention,
3 is a circuit diagram of an example of a charge / discharge device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention,
FIGS. 4 to 7 are circuit diagrams showing conduction paths according to switch operation states according to charging and discharging in the 3-level DC / DC converter of FIG. 3,
8 to 10 are circuit diagrams showing a conduction path according to a switch operation state in the 3-level DC / AC converter of FIG. 3,
11 is a circuit diagram of another example of the charge / discharge device for an electric vehicle according to the embodiment of the present invention,
FIGS. 12 to 14 are circuit diagrams showing a conduction path according to a switch operation state in the three-level DC / DC converter of FIG.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치(100)는 3레벨 DC/DC 컨버터(110), DC-링크단(120), 3레벨 DC/AC 컨버터(130), 및 스위칭 제어부(140)를 포함한다. 1, a charging and discharging apparatus 100 for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a three-level DC / DC converter 110, a DC-link stage 120, a three-level DC / AC converter 130 ), And a switching control unit 140.

3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 전기자동차에 장착되는 배터리 측에 연결될 수 있다. 이러한 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 양방향 3레벨 DC/DC 컨버터로 구성될 수 있다. 즉, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 AC 계통의 전력을 상기 전기자동차용 배터리로 충전하는 경우, DC-링크단(120)의 전압을 전기자동차용 배터리의 전압으로 감압하고, 상기 전기자동차용 배터리의 전력을 AC 계통으로 전송하는 경우, 전기자동차용 배터리의 전압을 DC-링크단(120)의 전압으로 승압할 수 있다. The three-level DC / DC converter 110 may be connected to the battery side mounted on the electric vehicle. The three-level DC / DC converter 110 may be configured as a bidirectional three-level DC / DC converter. That is, when charging the electric power of the AC system with the battery for the electric vehicle, the three-level DC / DC converter 110 reduces the voltage of the DC-link terminal 120 to the voltage of the electric vehicle battery, The voltage of the battery for the electric vehicle can be boosted to the voltage of the DC-link terminal 120 when the electric power of the battery for the electric vehicle is transmitted to the AC system.

예를 들면, 전기차량용 배터리로서 350V의 배터리를 충전하기 위해 DC-링크단(120)의 전압(Vdc)이 700V인 경우, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 DC-링크단(120)의 전력에 의해 전기자동차용 배터리를 충전하는 경우, 감압 컨버터로 기능하며, 반대로 전기자동차용 배터리를 방전하여 DC-링크단(120)으로 전력을 전송할 때는 승압 컨버터로 기능한다. For example, when the voltage (V dc ) of the DC-link stage 120 is 700 V for charging a battery of 350 V as a battery for an electric vehicle, the 3-level DC / DC converter 110 is connected to the DC- And functions as a step-down converter when discharging the battery for the electric vehicle and transmitting electric power to the DC-link terminal 120. The DC-

DC-링크단(120)은 3레벨 DC/DC 컨버터(110)와 3레벨 DC/AC 컨버터(130) 사이에 연결되며, 2개의 커패시터들(Cd1, Cd2)로 이루어질 수 있다. 이때, 커패시터들(Cd1, Cd2) 사이의 연결점은 접지에 연결될 수 있다.The DC-link stage 120 is connected between the three-level DC / DC converter 110 and the three-level DC / AC converter 130 and may be composed of two capacitors C d1 and C d2 . At this time, the connection point between the capacitors C d1 and C d2 may be connected to the ground.

이러한 DC-링크단(120)은 예를 들면, 360V의 배터리를 교번하여 충전하도록 그 총합은 예를 들면, 700V로 구성될 수 있으며, 이 경우, 각각의 커패시터들(Cd1, Cd2)은 그 전압(Vdcp, Vdcn)이 360V가 되도록 구비될 수 있다. These DC-link stages 120 may be configured to charge, for example, 360V batteries alternately, for example, 700V, in which case each of the capacitors C d1 and C d2 So that the voltages V dcp and V dcn are 360V.

3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 예를 들면, 220V의 AC 계통과 연결될 수 있다. 이러한 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 양방향 3레벨 DC/AC 컨버터로 구성될 수 있다. 즉, 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 AC 계통의 전력을 상기 전기자동차용 배터리로 충전하는 경우, AC 계통의 교류 전력을 DC 전력으로 변환하고, 상기 전기자동차용 배터리의 전력을 AC 계통으로 전송하는 경우, DC-링크단(120)에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 수 있다. The three-level DC / AC converter 130 may be connected to, for example, an AC system of 220V. The three-level DC / AC converter 130 may be configured as a bidirectional three-level DC / AC converter. That is, when the electric power of the AC system is charged by the battery for the electric vehicle, the three-level DC / AC converter 130 converts the AC electric power of the AC electric system into DC electric power, When transmitting, DC power stored in the DC-link stage 120 may be converted to AC power.

이러한 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 후술하는 바와 같이 NPC 타입 3레벨 DC/AC 컨버터 또는 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터로 구성될 수 있다. The three-level DC / AC converter 130 may be an NPC type 3-level DC / AC converter or a T-type 3-level DC / AC converter as described later.

여기서, 종래의 2레벨 DC/AC 컨버터는 DC-링크단의 2개의 커패시터의 각 전압을 1개의 스위치가 부담한다. 예를 들면, DC-링크단의 전체 전압(Vdc)이 700V인 경우, 각 스위치는 700V의 전압을 부담한다. Here, in the conventional two-level DC / AC converter, one switch is responsible for each voltage of the two capacitors of the DC-link stage. For example, when the total voltage (V dc ) of the DC-link stage is 700 V, each switch charges a voltage of 700 V.

이에 반하여, 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 2레벨 DC/AC 컨버터보다 낮은 손실을 갖는다. 즉, 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 2레벨 DC/AC 컨버터에 하여 각 스위치에서 DC-링크단(120)의 전체 전압에 대한 절반의 전압만을 부담한다. 이로 인해, 정격전압이 낮은 전력 반도체도 사용할 수 있으며, 스위칭 소자의 스위칭 손실도 감소하여 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 고조파 특성이 개선되므로, 고조파를 제거하기 위한 필터의 크기를 감소시킬 수 있고, 따라서, 제조비용을 절감시킬 수 있다. On the contrary, the three-level DC / AC converter 130 has a lower loss than the two-level DC / AC converter. That is, the three-level DC / AC converter 130 charges only half the voltage of the entire voltage of the DC-link stage 120 in each switch by a two-level DC / AC converter. As a result, a power semiconductor having a low rated voltage can be used, and the switching loss of the switching element is also reduced, thereby improving the power conversion efficiency. As a result, since the harmonics characteristic of the three-level DC / AC converter 130 is improved, it is possible to reduce the size of the filter for eliminating the harmonics, thereby reducing the manufacturing cost.

예를 들면, NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터는 DC-링크단(120)의 전체전압(Vdc=Vdcp+Vdcn)을 2개의 스위치가 나뉘어 부담하기 때문에, 위와 같은 경우, 각각의 스위치는 350V의 전압을 부담한다. 결과적으로, 상기 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터는 종래의 2레벨 DC/AC 컨버터에 비해 정격전압이 낮은 전력 반도체를 사용할 수 있다. For example, since the NPC type 3-level DC / AC converter charges the entire voltage (V dc = V dcp + V dcn ) of the DC-link stage 120 by dividing the two switches, Lt; RTI ID = 0.0 > 350V. ≪ / RTI > As a result, the NPC type 3-level DC / AC converter can use a power semiconductor having a lower rated voltage than a conventional two-level DC / AC converter.

또한, T타입 3레벨 DC/AC 컨버터는 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130)와 스위칭 방식이 동일하다. 특히, 이러한 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터는 상기와 같은 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터에 비하여 스위칭 손실과 도통 손실 더 작은 장점이 있다. Also, the T type 3-level DC / AC converter is the same as the NPC type 3 level DC / AC converter 130 in switching manner. In particular, such a T-type 3-level DC / AC converter has the advantage of being smaller in switching loss and conduction loss than the NPC type 3-level DC / AC converter described above.

또한, 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 단일역률제어, 단독운전방지 제어 및 DC-링크(직류버스)전압 제어 등으로 제어될 수 있다. Further, the three-level DC / AC converter 130 can be controlled by a single power factor control, an independent operation prevention control, and a DC-link (DC bus) voltage control.

여기서, 단일역률제어는 전압과 전류의 위상이 동일하도록 하는 제어방법으로, 무효전력으로 인한 손실을 줄일 수 있다. 이때, 3레벨 DC/AC 컨버터(130)는 AC 계통과 연결되기 때문에 양질의 전원을 공급하기 위한 제어 기법이다. Here, the single power factor control is a control method in which the phases of the voltage and the current are the same, and the loss due to the reactive power can be reduced. At this time, the 3-level DC / AC converter 130 is a control technique for supplying a good quality power because it is connected to the AC system.

단독운전 방지제어는 기기가 단독운전을 하는 것을 감지하고, 이를 중단하도록 제어한다. 여기서, 단독운전이란 AC 계통의 이상이 발생하는 경우에도 시스템과 AC 계통의 연결이 끊어지지 않고 전력을 송전시키는 것이다. 이때, 단독운전이 계속되는 경우, 기기의 손상 또는 감전으로 인한 위험이 있기 때문에, AC 계통 정전을 감지하여 시스템의 단독 운전을 방지하기 위한 단독운전 방지 제어기법을 사용한다. The stand-alone operation prevention control detects that the device is operated alone and controls the device to stop the operation. Here, the stand-alone operation is to transmit electric power without disconnecting the system and the AC system even if an AC system error occurs. In this case, when single operation is continued, there is a risk of damage or electric shock to the equipment. Therefore, the single operation prevention control method is used to prevent the system from operating alone by sensing AC system power failure.

DC-링크(직류버스) 전압제어는 DC-링크단(120)의 전체전압 Vdc(=Vdcp+Vdcn)이 일정한 값(예를 들면, 700V)이 유지되도록 제어하는 것이다. The DC-link (DC bus) voltage control is to control the overall voltage V dc (= V dcp + V dcn ) of the DC-link stage 120 to be maintained at a constant value (for example, 700 V).

한편, 3레벨 DC/AC컨버터의 경우, DC-링크단(120)의 두개의 커패시터들(Cd1, Cd2)의 전압(Vdcp, Vdcn)의 균형 제어가 필요하다. 즉, DC-링크단(120)의 커패시터들(Cd1, Cd2)은 교대로 충전 또는 방전되기 때문에, 그 전압(Vdcp, Vdcn)이 이론적으로 평형되어야 하지만, 실제로 구성요소들의 파라미터들이 정확하게 평형되지 않기 때문에 DC-링크단(120)의 커패시터들(Cd1, Cd2)의 전압은 평형되지 않는다. On the other hand, in the case of the three-level DC / AC converter, balanced control of the voltages (V dcp , V dcn ) of the two capacitors C d1 and C d2 of the DC- That is, since the capacitors C d1 and C d2 of the DC-link stage 120 are alternately charged or discharged, the voltages V dcp and V dcn should be theoretically balanced, The voltages of the capacitors C d1 and C d2 of the DC-link stage 120 are not balanced because they are not exactly balanced.

따라서, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 DC-링크단(120)의 커패시터들(Cd1, Cd2)의 전압(Vdcp, Vdcn)의 균일성을 보장하기 위해, 중성점 제어를 수행한다. Therefore, the three-level DC / DC converter 110 performs the neutral point control to ensure the uniformity of the voltages V dcp and V dcn of the capacitors C d1 and C d2 of the DC- do.

본 발명의 실시예에서, 전기자동차용 충방전 장치(100)는 3레벨 DC/DC 컨버터(110)를 이용하여 DC-링크단(120)의 중성점 제어를 한다. 즉, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 DC-링크단(120)의 전체 전압을 제어하되, 제1커패시터(Cd1) 및 제2커패시터(Cd2) 사이의 전압차를 조절하도록 DC-링크단(120)의 중성점 제어를 수행한다. In the embodiment of the present invention, the charge / discharge device 100 for an electric vehicle uses the three-level DC / DC converter 110 to control the neutral point of the DC-link terminal 120. That is, the three-level DC / DC converter 110 controls the entire voltage of the DC-link stage 120, and controls the DC-DC converter 120 to control the voltage difference between the first capacitor C d1 and the second capacitor C d2 . And performs neutral point control of the link stage 120. [

스위칭 제어부(140)는 3레벨 DC/DC 컨버터(110) 및 3레벨 DC/AC 컨버터(130)의 동작을 제어한다. 이때, 스위칭 제어부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 전기자동차용 배터리를 AC 계통측의 전력의 형태와 동일한 맥류 전류 형태로 충전하거나 방전하도록 제어한다. The switching control unit 140 controls the operation of the three-level DC / DC converter 110 and the three-level DC / AC converter 130. At this time, the switching control unit 140 controls the charging or discharging of the battery for the electric vehicle in the form of the pulsating current which is the same as that of the power of the AC system as shown in FIG.

더 부연 설명하면, AC 계통에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전압(Vgrid)과 전류(Igrid)의 위상이 일치하는 역률 1로 전력을 충전하거나 방전하는 경우, DC-링크단(120)에서 AC 계통의 2배의 주파수 전력 리플이 발생한다. More specifically, as shown in FIG. 2, in the AC system, when charging or discharging power at a power factor of 1 in which the phases of the voltage (Vgrid) and the current (Igrid) coincide with each other, Power ripple of twice the frequency of the AC system occurs.

이때, 일반적인 충방전 전압/전류 제어 방식인 정전류/정전압 제어방식을 사용할 경우, DC-링크단(120)의 커패시터들(Cd1, Cd2)이 이와 같은 전력 리플을 흡수한다. At this time, when a constant current / constant voltage control scheme such as a general charge / discharge voltage / current control scheme is used, the capacitors C d1 and C d2 of the DC-link stage 120 absorb such power ripple.

이와 같이, 기존의 정전류/정전압 방식을 사용할 경우, 전력 리플을 흡수하기 위해 충분히 큰 용량의 커패시터가 필요하며, 이를 위해 전해 커패시터를 사용한다. 그러나 전해 커패시터는 다른 커패시터에 비해 수명이 짧고, 전기자동차의 환경에 불리하다는 단점을 갖는다. As described above, when a conventional constant current / constant voltage method is used, a capacitor having a capacity large enough to absorb power ripple is required, and an electrolytic capacitor is used for this purpose. However, electrolytic capacitors have a short life span as compared with other capacitors and have a disadvantage that they are disadvantageous to the environment of an electric vehicle.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치(100)는 배터리를 AC 계통측의 전력의 형태와 동일한 맥류 전류로 배터리를 충전하거나 방전함으로써, 커패시터의 전력 리플이 감소하기 때문에 이를 제거하기 위한 별도의 커패시터가 필요 없으므로, 저용량의 커패시터로 DC-링크단(120)을 구성할 수 있다. 따라서, DC-링크단(120)은 전해 커패시터를 사용할 필요 없이, 저용량 커패시터로 구성됨으로써, 수명과 내구성이 향상될 수 있다. Therefore, the charging and discharging apparatus 100 for an electric vehicle according to the present invention eliminates the electric power ripple of the capacitor by charging or discharging the battery with the pulsating current equal to the form of power on the AC system side The DC-link stage 120 can be configured with a low-capacity capacitor. Thus, the DC-link stage 120 can be configured with a low-capacity capacitor without the need to use electrolytic capacitors, thereby improving lifetime and durability.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충방전 장치(100)를 더욱 상세하게 설명한다. 여기서, 전기자동차용 충방전 장치(100)는 3레벨 DC/AC 컨버터(130)가 NPC타입인 경우이다. Hereinafter, a charging / discharging apparatus 100 for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. Here, charge / discharge device 100 for an electric vehicle is a case where the three-level DC / AC converter 130 is an NPC type.

3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 전기자동차용 배터리의 양단 및 접지에 연결되고, 제1스위치(S11) 내지 제4스위치(S14)로 이루어진 하프브릿지 형태로 구성될 수 있다. The three-level DC / DC converter 110 may be connected to both ends of the battery for the electric vehicle and the ground, and may be configured as a half bridge composed of the first switch S 11 to the fourth switch S 14 .

여기서, 제1스위치(S11)는 그 일단이 전기자동차용 배터리의 양극(B+)에 연결되고, 그 타단이 DC-링크단(120)의 양극(P)에 연결될 수 있다. 이러한 제1스위치(S11)는 DC-링크단(120)의 제1커패시터(Cd1)의 전력에 의해 전기자동차용 배터리를 충전하도록 턴온될 수 있다. One end of the first switch S 11 may be connected to the anode B + of the battery for the electric vehicle and the other end thereof may be connected to the anode P of the DC-link terminal 120. The first switch (S 11) may be turned on to charge the battery for an electric vehicle by the power of the first capacitors (C d1) of the DC- link terminal (120).

제2스위치(S12)는 그 일단이 전기자동차용 배터리의 음극(B-)에 연결되고, 그 타단이 DC-링크단(120)의 음극(N)에 연결될 수 있다. 이러한 제2스위치(S12)는 DC-링크단(120)의 제2커패시터(Cd2)의 전력에 의해 전기자동차용 배터리를 충전하도록 턴온될 수 있다. One end of the second switch S 12 may be connected to the cathode B- of the battery for the electric vehicle and the other end thereof may be connected to the cathode N of the DC- This second switch S 12 may be turned on to charge the battery for the electric vehicle by the electric power of the second capacitor C d2 of the DC-link terminal 120.

제3스위치(S13)는 그 일단이 제1스위치(S11)에 연결되고, 그 타단이 제4스위치(S14)에 연결될 수 있다. 제4스위치(S14)는 그 일단이 제3스위치(S13)에 연결되고 그 타단이 제2스위치(S12)에 연결될 수 있다. 이때, 제3스위치(S13) 및 제4스위치(S14)는 직렬 연결되고, 그 연결점은 접지에 연결될 수 있다. A third switch (S 13) may be connected at its one end a first switch (S 11) is coupled to the other end the fourth switch (S 14). A fourth switch (S 14) may be connected at its one end the third switch (S 13) and the other end connected to the second switch (S 12). At this time, the third switch S 13 and the fourth switch S 14 may be connected in series, and the connection point thereof may be connected to the ground.

여기서, 제1스위치(S11) 내지 제4스위치(S14)는 각각 역방향 다이오드가 병렬 연결될 수 있다. 이러한 각각의 역방향 다이오드들은 해당 스위치의 턴오프시 전류 경로를 형성하여 양방향 동작을 위한 것이다. Here, the first switch (S 11 ) to the fourth switch (S 14 ) may be connected in parallel with reverse diodes, respectively. Each of these reverse diodes is for bidirectional operation by forming a current path when the corresponding switch is turned off.

이러한 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 전기자동차용 배터리와의 사이에 필터를 더 포함할 수 있다. 이러한 필터는 인덕터(L1,L2)로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1인덕터(L1)는 그 일단이 전기자동차용 배터리의 양극(B+)에 연결되고, 그 타단이 제1스위치(S11) 및 제3스위치(S13)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 제2인덕터(L2)는 그 일단이 전기자동차용 배터리의 음극(B-)에 연결되고, 그 타단이 제2스위치(S12) 및 제4스위치(S14)에 각각 연결될 수 있다. The three-level DC / DC converter 110 may further include a filter between the battery for the electric vehicle and the battery. Such a filter may consist of inductors L 1 and L 2 . Here, the first inductor L 1 has one end connected to the anode B + of the battery for the electric vehicle, and the other end connected to the first switch S 11 and the third switch S 13 , respectively. One end of the second inductor L 2 may be connected to the cathode B- of the battery for the electric vehicle and the other end thereof may be respectively connected to the second switch S 12 and the fourth switch S 14 .

도 4 내지 도 7을 참조하여 더 상세하게 설명하면, DC/DC 컨버터(110)는 각 스위치들(S11~S14)의 스위칭 동작에 따른 도통 경로에 따라 출력이 결정된다. 4 to 7, the output of the DC / DC converter 110 is determined according to the conduction path according to the switching operation of each of the switches S 11 to S 14 .

먼저, AC 계통으로부터 전기자동차용 배터리를 충전하는 경우, 제1스위치(S11)가 턴온되고 제2스위치(S12)가 턴오프되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1스위치(S11)를 통하여 DC-링크단(120)의 제1커패시터(Cd1)에 저장된 전압을 이용하여 전기자동차용 배터리를 충전할 수 있다. 반대로, 제2스위치(S12)가 제1스위치(S11)가 턴오프되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2스위치(S12)를 통하여 DC-링크단(120)의 제2커패시터(Cd2)에 저장된 전압을 이용하여 전기자동차용 배터리를 충전할 수 있다. First, in the case of charging a battery for an electric vehicle from an AC system, a first switch (S 11) is turned on and the second switch (S 12) has when the turn-off, as shown in Figure 4, the first switch (S 11 The voltage stored in the first capacitor C d1 of the DC-link terminal 120 can be used to charge the battery for the electric vehicle. On the other hand, the second capacitor of the second switch (S 12), the first switch (S 11) is turned off when, as shown in Figure 5, the second switch DC- link terminal 120 via the (S 12) The battery for the electric vehicle can be charged using the voltage stored in the capacitor C d2 .

다음으로, 전기자동차용 배터리의 전력을 AC 계통으로 전송하는 경우, 제3스위치(S13)가 턴온되고 제4스위치(S14)가 턴오프되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제3스위치(S13)를 통하여 전기자동차용 배터리의 전력을 DC-링크단(120)의 제2커패시터(Cd2)에 저장할 수 있다. 반대로, 제4스위치(S14)가 턴온되고, 제3스위치(S13)가 턴오프되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 제4스위치(S14)를 통하여 전기자동차용 배터리의 전력을 DC-링크단(120)의 제1커패시터(Cd1)에 저장할 수 있다. Next, the case of transmitting the power of the electric vehicle battery to the AC grid, and the third when the switch (S 13) is turned on and the fourth switch (S 14) is turned off, as shown in Figure 6, the third switch (C d2 ) of the DC-link stage 120 through the battery S 13 . In contrast, the fourth is turned on and the switch (S 14), the third switch (S 13) is turned off,, as shown in Figure 7, the fourth power of the electric vehicle battery DC via a switch (S 14) - the first capacitor (C d1 ) of the link stage (120).

이와 같이 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 DC-링크단(120)의 제1커패시터(Cd1) 및 제2커패시터(Cd2)를 반주기 간격으로 동일한 듀티비로 충방전함으로써 전류리플을 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 필터의 크기, 즉, 인덕터(L1,L2)의 크기를 감소시킴으로써, 전체 제품의 크기를 경감시킬 수 있다. Thus, the three-level DC / DC converter 110 reduces the current ripple by charging and discharging the first capacitor C d1 and the second capacitor C d2 of the DC-link stage 120 at the same duty ratio at half period intervals . As a result, the three-level DC / DC converter 110 can reduce the size of the filter, that is, the size of the inductors (L 1 , L 2 ), thereby reducing the size of the entire product.

한편, 종래의 2레벨 DC/DC 컨버터의 경우, 하나의 커패시터가 모든 출력측 전압을 부담해야 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 DC-링크단(120)의 전체 전압(Vdc)을 제1커패시터(Cd1)에 대응하는 전압(Vdcp)과 제2커패시터(Cd2)에 대응하는 전압(Vdcn)으로 분할하여 승압시킨다. Meanwhile, in the case of the conventional two-level DC / DC converter, the three-level DC / DC converter 110 according to the embodiment of the present invention may be configured such that one capacitor charges all the output- Divides the total voltage V dc into a voltage V dcp corresponding to the first capacitor C d1 and a voltage V dcn corresponding to the second capacitor C d2 .

따라서 3레벨 DC/DC 컨버터(110)의 스위치들(S11~S14)은 종래의 2레벨 DC/DC 컨버터 대비 절반의 전압만을 부담하기 때문에, 기생 커패시터로 인해 발생하는 손실 및 다이오드의 역회복 손실(reverse recovery loss)이 감소한다. 따라서, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 상기와 같은 손실을 감소시킴으로써 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다. Therefore, since the switches S 11 to S 14 of the three-level DC / DC converter 110 bear only half the voltage of the conventional two-level DC / DC converter, the losses caused by the parasitic capacitors and the reverse recovery The reverse recovery loss is reduced. Therefore, the three-level DC / DC converter 110 can improve the power conversion efficiency by reducing the loss as described above.

더욱이, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 스위치를 인터리빙 방식으로 스위칭함으로써 전류리플을 반으로 줄일 수 있음으로써 전체적으로 필터 크기를 더 감소시킬 수 있다. Moreover, the three-level DC / DC converter 110 can reduce the current ripple in half by switching the switch interleaved, thereby further reducing the overall filter size.

결과적으로 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 스위칭 손실 감소 및 고조파 개선으로 인하여 전력변환 손실이 줄고, 따라서, 고효율 전력변환이 가능하다. 더욱이, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 종래의 2레벨 DC/DC 컨버터에 비하여 방열판, 변압기 및 필터 크기의 감소로 인하여 제조 비용을 절감할 수 있다. As a result, the three-level DC / DC converter 110 reduces the power conversion loss due to the reduction of the switching loss and the improvement of the harmonics, thus enabling high-efficiency power conversion. Moreover, the three-level DC / DC converter 110 can reduce manufacturing costs due to the reduction of heat sinks, transformers, and filter sizes compared to conventional two-level DC / DC converters.

이러한 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 전기자동차용 배터리의 충방전 전압/전류 및 DC-링크단(120)의 중성점을 제어한다. 여기서, 이러한 중성점 제어는 스위칭 제어부(140)에 의해 각 스위치들(S11~S14)의 스위칭을 제어함으로써 달성될 수 있다. This three-level DC / DC converter 110 controls the charging / discharging voltage / current of the battery for the electric vehicle and the neutral point of the DC-link terminal 120. Here, this neutral point control can be achieved by controlling the switching of each of the switches S 11 to S 14 by the switching control unit 140.

DC-링크단(120)은 두개의 커패시터들(Cd1, Cd2)로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1커패시터(Cd1)는 그 일단이 3레벨 DC/DC 컨버터(110)의 스위치(S11) 및 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 제5스위치(S21)에 각각 연결되고, 그 타단이 제2커패시터(Cd2)에 연결될 수 있다. 제2커패시터(Cd2)는 그 일단이 제1커패시터(Cd1)에 연결되고, 그 타단이 3레벨 DC/DC 컨버터(110)의 제4스위치(S14) 및 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 제8스위치(S24)에 각각 연결될 수 있다. The DC-link stage 120 may be composed of two capacitors C d1 and C d2 . Here, the first capacitor C d1 has one end connected to the switch S 11 of the three-level DC / DC converter 110 and the fifth switch S 21 of the NPC type three-level DC / AC converter 130 ' And the other end thereof may be connected to the second capacitor C d2 . The second capacitor C d2 has one end connected to the first capacitor C d1 and the other end connected to the fourth switch S 14 of the three level DC / DC converter 110 and the NPC type three level DC / AC Respectively, to the eighth switch S 24 of the converter 130 '.

이와 같이, 제1커패시터(Cd1) 및 제2커패시터(Cd2)는 직렬로 연결되고, 그 연결점은 접지에 연결되어 중성점(0)을 형성할 수 있다. 여기서, DC-링크단(120)의 중성점(O)은 3레벨 DC/DC 컨버터(110)의 제3스위치(S13)와 제4스위치(S14)의 연결점 및 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 제1클램핑 다이오드(D1)와 제2클램핑 다이오드(D2)의 연결점에 각각 연결될 수 있다. Thus, the first capacitor C d1 and the second capacitor C d2 are connected in series, and the connection point thereof is connected to the ground to form the neutral point (0). Here, DC- link terminal 120, the neutral point (O) is the third switch (S 13) of the three-level DC / DC converter 110 and the fourth switch (S 14) of a connection point type and the NPC three level DC / AC of Can be connected to the connection point of the first clamping diode D 1 and the second clamping diode D 2 of the converter 130 '.

다시 도 3을 참조하면, NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 DC-링크단(120)의 양극(P), 음극(N) 및 중성점(O)에 연결될 수 있다. Referring again to FIG. 3, the NPC type 3-level DC / AC converter 130 'may be connected to the anode P, the cathode N and the neutral point O of the DC-link stage 120.

이러한 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 전력 변환을 위한 스위칭을 수행하도록 제5스위치(S21) 내지 제8스위치(S24) 및 두 개의 클램핑 다이오드(D1,D2)를 포함할 수 있다. The NPC type 3 level DC / AC converter 130 'includes a fifth switch S 21 to an eighth switch S 24 and two clamping diodes D 1 and D 2 to perform switching for power conversion. .

여기서, 제5스위치(S21)는 그 일단이 DC-링크단(120)의 양극(P)에 연결되고, 그 타단이 제6스위치(S22)에 연결될 수 있다. 또한, 제6스위치(S22)는 그 일단이 제5스위치(S21)에 연결되고, 그 타단이 제7스위치(S23)에 연결될 수 있다. 이와 같이 직렬 연결된 제5스위치(S21) 및 제6스위치(S22)는 DC-링크단(120)의 제1커패시터(Cd1)에 대한 전류 경로를 형성하여 AC 계통으로 전송하거나 제1커패시터(Cd1)를 충전하도록 턴온될 수 있다. 또한, 제6스위치(S22)는 중성점(O)을 AC 계통으로 출력하는 경우 턴온될 수 있다. Here, the fifth switch (S 21) may be connected at its one end is connected to the positive electrode (P) of the DC- link terminal 120 and its other end a sixth switch (S 22). In addition, a sixth switch (S 22) may be connected at one end to the fifth switch (S 21) is coupled to the other end thereof a seventh switch (S 23). The fifth switch S 21 and the sixth switch S 22 connected in series form a current path to the first capacitor C d1 of the DC-link terminal 120 to be transmitted to the AC system, (C d1 ). In addition, a sixth switch (S 22) may be turned on if the output of the neutral point (O) to the AC grid.

제7스위치(S23)는 그 일단이 제6스위치(S22)에 연결되고, 그 타단이 제8스위치(S24)에 연결될 수 있다. 또한, 제8스위치(S24)는 그 일단이 제7스위치(S23)에 연결되고, 그 타단이 DC-링크단(120)의 음극(N)에 연결될 수 있다. 이와 같이 직렬 연결된 제7스위치(S23) 및 제8스위치(S24)는 DC-링크단(120)의 제2커패시터(Cd2)에 대한 전류 경로를 형성하여 AC 계통으로 전송하거나 제2커패시터(Cd2)를 충전하도록 턴온될 수 있다. 또한, 제7스위치(S23)는 중성점(O)을 AC 계통으로 출력하는 경우 턴온될 수 있다. One end of the seventh switch S 23 may be connected to the sixth switch S 22 and the other end thereof may be connected to the eighth switch S 24 . Further, the eighth switch (S 24) may be connected to the negative (N) in its one end is connected to a seventh switch (S 23), the other end thereof is DC- link terminal (120). The seventh switch S 23 and the eighth switch S 24 connected in series form a current path for the second capacitor C d2 of the DC-link terminal 120 to be transmitted to the AC system, (C d2 ). Also, the seventh switch (S 23) may be turned on if the output of the neutral point (O) to the AC grid.

여기서, 제5스위치(S21) 내지 제8스위치(S24)는 각각 역방향 다이오드가 병렬 연결될 수 있다. 이러한 각각의 역방향 다이오드들은 해당 스위치의 온 동작에 따른 반대 전류 경로를 형성하여 양방향 동작을 위한 것이다. Here, the fifth switch (S 21) through the eighth switch (S 24) has a reverse diode can be connected in parallel, respectively. Each of these reverse diodes is for bidirectional operation by forming a reverse current path according to the ON operation of the corresponding switch.

제1클램핑 다이오드(D1)는 그 일단이 제5스위치(S21)와 제6스위치(S22)의 연결점에 연결되고, 그 타단이 제2클램핑 다이오드(D2)에 연결될 수 있다. 또한, 제2클램핑 다이오드(D2)는 그 일단이 제1클램핑 다이오드(D1)에 연결되고, 그 타단이 제7스위치(S23)와 제8스위치(S24)의 연결점에 연결될 수 있다. 여기서, 제1클램핑 다이오드(D1)와 제2클램핑 다이오드(D2)의 연결점은 DC-링크단(120)의 중성점(O)과 연결될 수 있다. One end of the first clamping diode D 1 may be connected to the connection point of the fifth switch S 21 and the sixth switch S 22 and the other end thereof may be connected to the second clamping diode D 2 . In addition, the second clamping diode (D 2) is that once the first is connected to the first clamping diode (D 1), has its other end can be connected to a connection point of the seventh switch (S 23) and the eighth switch (S 24) . Here, the connection point of the first clamping diode D 1 and the second clamping diode D 2 may be connected to the neutral point O of the DC-link terminal 120.

이때, 제1클램핑 다이오드(D1)는 출력 전류가 양의 값을 가질 때 중성점(O)을 AC 계통으로 연결하는 전류 경로를 형성하고, 제2클램핑 다이오드(D2)는 출력 전류가 음의 값을 가질 때, 중성점(O)을 AC 계통으로 연결하는 전류 경로를 형성할 수 있다. At this time, the first clamping diode D 1 forms a current path connecting the neutral point O to the AC system when the output current has a positive value, and the second clamping diode D 2 has a negative Value, it is possible to form a current path connecting the neutral point O to the AC system.

이러한 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 제6스위치(S22)와 제7스위치(S23)의 연결점과 연결되는 필터를 더 포함할 수 있다. 이러한 필터는 AC 계통으로부터 입력되는 신호 또는 AC 계통으로 출력되는 신호에 포함된 고조파를 제거하며, 인덕터(L3) 및 커패시터(Cg)로 이루어진 저역 통과필터일 수 있다. The NPC type 3 level DC / AC converter 130 'may further include a filter connected to a connection point between the sixth switch S 22 and the seventh switch S 23 . Such a filter removes harmonics included in a signal input from an AC system or a signal output to an AC system, and may be a low-pass filter composed of an inductor L 3 and a capacitor C g .

이와 같이 구성된 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 DC-링크단(120)의 DC 전력을 AC 전력을 변환하는 경우 3레벨을 출력한다. 예를 들면, 제5스위치(S21) 및 제6스위치(S22)가 턴온되고, 제7스위치(S23) 및 제8스위치(S24)가 턴오프되면, DC-링크단(120)의 양극(P)이 AC 계통과 연결되어 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 "Vdc/2", 즉, 제1커패시터(Cd1)의 전압 "Vdcp"을 출력한다. 반대로 제7스위치(S23) 및 제8스위치(S24)가 턴온되고, 제5스위치(S21) 및 제6스위치(S22)가 턴오프되면, DC-링크단(120)의 음극(N)이 AC 계통과 연결되어 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 "-Vdc/2", 즉, 제2커패시터(Cd2)의 전압 "Vdcn"을 출력한다. 또한, 제6스위치(S22) 및 제7스위치(S23)가 턴온되고, 제5스위치(S21) 및 제8스위치(S24)가 턴오프되면, DC-링크단(120)의 중성점(O)이 AC 계통과 연결되어 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 "0V"을 출력한다. The NPC type 3-level DC / AC converter 130 'configured as described above outputs 3 levels when DC power of the DC-link terminal 120 is converted into AC power. For example, when the fifth switch S 21 and the sixth switch S 22 are turned on and the seventh switch S 23 and the eighth switch S 24 are turned off, The anode P of the first capacitor C d1 is connected to the AC system so that the NPC type 3 level DC / AC converter 130 'outputs "V dc / 2", that is, the voltage "V dcp " On the contrary, when the seventh switch S 23 and the eighth switch S 24 are turned on and the fifth switch S 21 and the sixth switch S 22 are turned off, N is connected to the AC system so that the NPC type 3 level DC / AC converter 130 'outputs "-V dc / 2", that is, the voltage "V dcn " of the second capacitor C d2 . When the sixth switch S 22 and the seventh switch S 23 are turned on and the fifth switch S 21 and the eighth switch S 24 are turned off, the neutral point of the DC- (O) is connected to the AC system so that the NPC type 3 level DC / AC converter 130 'outputs "0V".

도 8 내지 도 10을 참조하여 더 상세하게 설명하면, NPC 타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 각 스위치들(S21~S24)의 스위칭 동작에 따른 도통 경로에 따라 출력이 결정된다. 8 to 10, the output of the NPC type 3-level DC / AC converter 130 'is determined according to the conduction path according to the switching operation of each of the switches S 21 to S 24 .

즉, NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 출력 전류가 양의 값을 갖는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제5스위치(S21) 및 제6스위치(S22)가 턴온되면, 제1커패시터(Cd1), 제5스위치(S21), 제6스위치(S22) 및 AC 계통으로 전류 경로가 형성될 수 있다. That is, when the output current of the NPC type 3 level DC / AC converter 130 'has a positive value, as shown in FIG. 8, the fifth switch S 21 and the sixth switch S 22 are turned on A current path can be formed in the first capacitor C d1 , the fifth switch S 21 , the sixth switch S 22 and the AC system.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 제6스위치(S22) 및 제7스위치(S23)가 턴온되면, DC-링크단(120)의 중성점(O), 제1클램핑 다이오드(D1), 제7스위치(S23) 및 AC 계통으로 전류 경로가 형성될 수 있다. 9, when the sixth switch S 22 and the seventh switch S 23 are turned on, the neutral point O of the DC-link stage 120, the first clamping diode D 1 , , The seventh switch (S 23 ), and the AC system.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2커패시터(Cd2), 제7스위치(S23) 및 제8스위치(S24)와 각각 역방향 병렬 연결된 다이오드, 및 AC 계통으로 전류 경로가 형성될 수 있다. Further, as shown in FIG. 10, a current path can be formed in the AC system and a diode connected in reverse parallel to the second capacitor C d2 , the seventh switch S 23 and the eighth switch S 24 , have.

반대로, 출력 전류가 음의 값을 갖는 경우, 도 8에서, AC 계통, 제5스위치(S21) 및 제6스위치(S22)와 각각 역방향 병렬로 연결된 다이오드, 및 제1커패시터(Cd1)로 전류 경로가 형성될 수 있다. 또한, 도 9에서, AC 계통, 제7스위치(S23), 제2클램핑 다이오드(D2), 및 DC-링크단(120)의 중성점(O)으로 전류 경로가 형성될 수 있다. 또한, 도 10에서, AC 계통, 제7스위치(S23), 제8스위치(S24), 및 제2커패시터(Cd2)로 전류 경로가 형성될 수 있다. On the other hand, the output current is the case with a negative value, in Figure 8, AC lines, a fifth switch (S 21) and the sixth switch (S 22) and a diode, and a first capacitor (C d1) connected respectively to the opposite parallel A current path can be formed. 9, a current path can be formed at the neutral point O of the AC system, the seventh switch S 23 , the second clamping diode D 2 , and the DC-link stage 120. 10, a current path may be formed in the AC system, the seventh switch S 23 , the eighth switch S 24 , and the second capacitor C d2 .

도 3에 도시되지 않았지만, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)의 제1스위치(S11) 내지 제4스위치(S14), 및 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 제5스위치(S21) 내지 제8스위치(S24)의 게이트는 스위칭 제어부(140)에 연결될 수 있다. 즉, 스위칭 제어부(140)는 제1스위치(S11) 내지 제8스위치(S24)의 스위칭을 제어한다. Although not shown in FIG. 3, the first to fourth switches S 11 to S 14 of the three-level DC / DC converter 110 and the fifth switch of the NPC type 3-level DC / AC converter 130 ' The gates of the eighth switch S 21 to the eighth switch S 24 may be connected to the switching controller 140. In other words, the switching control unit 140 controls the switching of the first switch (S 11) through the eighth switch (S 24).

이때, 스위칭 제어부(140)는 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 입력 및 출력에 대한 전류 및/또는 전압을 입력으로 하여 3레벨 DC/DC 컨버터(110) 및 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. At this time, the switching controller 140 receives the current and / or voltage for the input and output of the NPC type 3-level DC / AC converter 130 ', and outputs the 3-level DC / DC converter 110 and the NPC type 3 level DC / AC < / RTI > converter 130 '.

예를 들면, 스위칭 제어부(140)는 도면에 도시되지 않았지만, NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 입력에 대응하는 DC-링크단(120)의 각 커패시터들(Cd1, Cd2)의 전압을 센서를 통하여 입력받고, NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')의 출력에서 전류 또는 전압을 센서를 통하여 입력받을 수 있다. For example, although not shown in the drawing, the switching control unit 140 may be configured so that each of the capacitors C d1 and C d2 of the DC-link stage 120 corresponding to the input of the NPC type 3 level DC / AC converter 130 ' And receives the current or voltage from the output of the NPC type 3-level DC / AC converter 130 'through the sensor.

이와 같이 구성된 전기자동차용 충방전 장치(100)는 먼저, AC 계통으로부터 전기자동차용 배터리를 충전하는 경우, NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 AC 계통의 전력을 DC 전력으로 변환하여 DC-링크단(120)에 저장하고, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 DC-링크단(120)의 각 커패시터들(Cd1, Cd2)에 저장된 전력을 감압하여 배터리를 충전한다. 이때, 양방향 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 제1스위치(S11) 및 제2스위치(S12)를 스위칭하여 DC-링크단(120)의 전압을 배터리 전압으로 감압하여 배터리를 충전한다. When charging the battery for an electric vehicle from the AC system, the charge / discharge device 100 for an electric vehicle configured as described above first converts the power of the AC system to DC power by the NPC type 3 level DC / AC converter 130 ' Level stage DC-DC converter 110. The three-level DC / DC converter 110 reduces the power stored in the capacitors C d1 and C d2 of the DC-link stage 120 to charge the battery. At this time, the bidirectional three-level DC / DC converter 110 switches the first switch S 11 and the second switch S 12 to reduce the voltage of the DC-link terminal 120 to the battery voltage to charge the battery .

또한, 전기자동차용 배터리의 전력을 AC 계통으로 전송하는 경우, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 배터리의 전압을 DC-링크단(120)의 전압으로 승압하여 DC-링크단(120)의 커패시터들(Cd1, Cd2)에 저장할 수 있다. 이때, 3레벨 DC/DC 컨버터(110)는 제3스위치(S13) 및 제4스위치(S14)를 스위칭하여 배터리의 전압을 DC-링크단(120)의 전압으로 승압하여 DC-링크단(120)에 저장한다. 이때, 3레벨 DC/AC 컨버터(130')는 DC-링크단(120)에 저장된 직류 전압을 AC로 변환하여 AC 계통으로 출력할 수 있다. In addition, when the electric power of the battery for the electric vehicle is transmitted to the AC system, the three-level DC / DC converter 110 boosts the voltage of the battery to the voltage of the DC- Can be stored in the capacitors C d1 and C d2 . At this time, the three-level DC / DC converter 110 switches the third switch S 13 and the fourth switch S 14 to boost the voltage of the battery to the voltage of the DC- (120). At this time, the 3-level DC / AC converter 130 'can convert the DC voltage stored in the DC-link stage 120 to AC and output it to the AC system.

도 11은 3레벨 DC/AC 컨버터(130)가 T타입인 경우이다. 11 shows a case where the three-level DC / AC converter 130 is a T type.

T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")는 전력 변환을 위한 스위칭을 수행하도록 제5스위치(S31) 내지 제8스위치(S34)를 포함할 수 있다. T-type three-level DC / AC converter (130 ") may comprise a fifth switch (S 31) through the eighth switch (S 34) to perform switching for power conversion.

이러한 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")는 DC-링크단(120)의 양극(P), 음극(N) 및 중성점(O)에 연결될 수 있다. This T-type three-level DC / AC converter 130 "can be connected to the anode P, the cathode N and the neutral point O of the DC-

여기서, 제5스위치(S31)는 그 일단이 DC-링크단(120)의 양극(P)에 연결되고, 그 타단이 제8스위치(S34)에 연결될 수 있다. 이러한 제5스위치(S31)는 DC-링크단(120)의 제1커패시터(Cd1)에 대한 전류 경로를 형성하여 AC 계통으로 전송하거나 제1커패시터(Cd1)를 충전하도록 턴온될 수 있다. Here, the fifth switch (S 31) may be connected at its one end is connected to the positive electrode (P) of the DC- link terminal 120 and its other end an eighth switch (S 34). This fifth switch S 31 may be turned on to form a current path to the first capacitor C d1 of the DC-link stage 120 to transmit to the AC system or to charge the first capacitor C d1 .

제6스위치(S32)는 그 일단이 DC-링크단(120)의 중성점(O)에 연결되고, 그 타단이 제7스위치(S33)에 연결될 수 있다. 제7스위치(S33)는 그 일단이 제6스위치(S32)에 연결되고, 그 타단이 제5스위치(S31) 및 제8스위치(S34)에 각각 연결될 수 있다. 즉, 제6스위치(S32) 및 제7스위치(S33)는 직렬 연결되어 DC-링크단(120)의 중성점(O)과, 제5스위치(S31) 및 제8스위치(S34)의 연결점 사이에 연결될 수 있다. 이러한, 제6스위치(S32) 및 제7스위치(S33)는 DC-링크단(120)의 중성점(0)이 AC 계통으로 연결되도록 턴온될 수 있다. A sixth switch (S 32) may be connected at its one end is connected to the neutral point (O) of the DC- link stage 120 and the other end is the seventh switch (S 33). A seventh switch (S 33) may be connected each at its one end a sixth switch, the fifth switch is connected to (S 32) and the other end (S 31) and the eighth switch (S 34). That is, the sixth switch (S 32) and the seventh switch (S 33) is series-connected neutral point (O) and a fifth switch (S 31) and the eighth switch (S 34) of the link terminal DC- 120 As shown in FIG. This, the sixth switch (S 32) and the seventh switch (S 33) may be turned on so that the neutral point (0) of the DC- link terminal 120 is connected to the AC grid.

제8스위치(S34)는 그 일단이 제5스위치(S31)에 연결되고, 그 타단이 DC-링크단(120)의 음극(N)에 연결될 수 있다. 이러한 제8스위치(S34)는 DC-링크단(120)의 제2커패시터(Cd2)에 대한 전류 경로를 형성하여 AC 계통으로 전송하거나 제2커패시터(Cd2)를 충전하도록 턴온될 수 있다. The eighth switch S34 may have one end connected to the fifth switch S31 and the other end connected to the negative electrode N of the DC-link terminal 120. [ The eighth switch (S 34) may be turned on and sent to the AC grid to form a current path for the second capacitor (C d2) of the link terminal DC- 120, or to charge the second capacitor (C d2) .

여기서, 제5스위치(S31) 내지 제8스위치(S34)는 각각 역방향 다이오드가 병렬 연결될 수 있다. 이러한 각각의 역방향 다이오드들은 해당 스위치의 온오프 동작에 따른 전류 경로를 형성하여 양방향 동작을 위한 것이다. Here, the fifth switch (S 31) through the eighth switch (S 34) has a reverse diode can be connected in parallel, respectively. Each of these reverse diodes is for bidirectional operation by forming a current path according to the ON / OFF operation of the corresponding switch.

이러한 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")는 제5스위치(S31)와 제8스위치(S34)의 연결점과 연결되는 필터를 더 포함할 수 있다. 이러한 필터는 AC 계통으로부터 입력되는 신호 또는 AC 계통으로 출력되는 신호에 포함된 고조파를 제거하며, 인덕터(L3) 및 커패시터(Cg)로 이루어진 저역 통과필터일 수 있다. The T-type three-level DC / AC converter (130 ") may further comprise a filter that is connected to the connection point of the fifth switch (S 31), the eighth switch (S 34). The filter input from the AC grid Pass filter composed of an inductor L 3 and a capacitor C g , and removes harmonics contained in a signal or a signal output to the AC system.

이와 같은 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")는 제5스위치(S31) 및 제7스위치(S33)는 서로 상보적으로 동작하고, 제6스위치(S32) 및 제8스위치(S34)는 서로 상보적으로 동작하여 3개의 전압 레벨(+Vdc/2, 0, -Vdc/2)을 갖는 3레벨 전압을 발생시킨다. 여기서, 상보적 동작은 1개 스위치가 턴온되면 다른 1개 스위치는 턴오프되는 스위칭 동작을 말한다. 이와 같은 스위칭 동작에 의해 발생된 3레벨 전압은 LC 필터를 통하여 AC 계통으로 출력된다. In the T type 3-level DC / AC converter 130 ", the fifth switch S 31 and the seventh switch S 33 operate in a complementary manner, and the sixth switch S 32 and the eighth switch S 34 complementarily operate to generate a three level voltage having three voltage levels (+ V dc / 2, 0, -V dc / 2). Here, complementary operation occurs when one switch is turned on And the other one switch is turned off. The three-level voltage generated by the switching operation is output to the AC system through the LC filter.

도 12 내지 도 14를 참조하여 더 상세하게 설명하면, T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")는 각 스위치들(S31~S34)의 스위칭 동작에 따른 도통 경로에 따라 출력이 결정된다. When more specifically described with reference to Figures 12 to 14, T-type three-level DC / AC converter (130 "), the output is determined in accordance with the conduction path of the switching operations of the switches (S 31 ~ S 34) .

즉, T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")의 출력 전류가 양의 값을 갖는 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 제5스위치(S31)가 턴온되면, 제1커패시터(Cd1), 제5스위치(S31) 및 AC 계통으로 전류 경로가 형성될 수 있다. That is, when the output current of the T type 3-level DC / AC converter 130 "has a positive value, as shown in FIG. 12, when the fifth switch S 31 is turned on, the first capacitor C d1 ), The fifth switch ( S31 ), and the AC system.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 제6스위치(S32) 및 제7스위치(S33)가 턴온되면, DC-링크단(120)의 중성점(O), 제6스위치(S32), 제3스위치(S13)와 역방향 병렬 연결된 다이오드, 및 AC 계통으로 전류 경로가 형성될 수 있다. In addition, as shown in Figure 13, the sixth switch (S 32) and the seventh switch (S 33) is, the neutral point (O), a sixth switch (S 32) of the DC- link terminal (120) when turned on, A diode connected in parallel to the third switch S 13 in reverse direction, and an AC system.

또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 제8스위치(S34)와 역방향 병렬 연결된 다이오드 및 AC 계통으로 전류 경로가 형성될 수 있다. In addition, as shown in Figure 14, the eighth switch may be a current path formed by the diode and the AC system (S 34) and a reverse parallel-connected.

반대로, T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")의 출력 전류가 음의 값을 갖는 경우, 도 12에서, AC 계통, 제5스위치(S31)와 역방향 병렬로 연결된 다이오드, 및 제1커패시터(Cd1)로 전류 경로가 형성될 수 있다. 또한, 도 13에서, AC 계통, 제7스위치(S33), 제6스위치(S32)와 역방향 연결 연결된 다이오드, 및 DC-링크단(120)의 중성점(O)으로 전류 경로가 형성될 수 있다. 또한, 도 14에서, AC 계통, 제8스위치(S34) 및 제2커패시터(Cd2)로 전류 경로가 형성될 수 있다. Conversely, when the output current of the T type 3-level DC / AC converter 130 "has a negative value, in FIG. 12, the AC system, the diode connected in reverse parallel to the fifth switch S31 , may be a current path formed of the (C d1). in addition, in FIG 13, AC lines, the seventh switch (S 33), the sixth switch (S 32) and a reverse connection diode is connected, and the DC- link terminal (120 The current path can be formed at the neutral point O of the AC system, the eighth switch S 34 , and the second capacitor C d2 in Fig.

이러한 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터(130")는 스위칭 동작시, 제5스위치(S31) 및 제8스위치(S34)에는 DC-링크단(120)의 전체 전압(Vdc)이 인가되지만, 제6스위치(S32) 및 제7스위치(S33)에는 DC-링크단(120)의 전압의 절반만이 인가되므로, 스위칭 손실이 감소하여 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 출력에 포함되는 고조파 함유량이 감소하므로, 필터의 크기를 감소시킬 수 있다. The T-type three-level DC / AC converter (130 ") is applied to the full voltage (V dc) at the time of switching operation, the fifth switch (S 31) and the eighth switch (S 34), the DC- link terminal (120) However, the sixth switch (S 32) and the seventh switch (S 33) is so applied with half the voltage of the DC- link terminal 120, it is possible to improve the overall efficiency by reducing the switching loss. At this time, the output It is possible to reduce the size of the filter.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.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, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 전기자동차용 충방전 장치 110 : 3레벨 DC/DC 컨버터
120 : DC-링크단 130 : 3레벨 DC/AC 컨버터
140 : 스위칭 제어부 S11~S14 : 제1스위치~제4스위치
S21~S24,S31~S34 :제5스위치~제8스위치
D1,D2 : 클램핑 다이오드 L3,Cg : LC 필터
100: charge / discharge device for electric vehicle 110: three-level DC / DC converter
120: DC-link stage 130: Three level DC / AC converter
140: switching control unit S 11 to S 14 : first to fourth switches
S 21 ~ S 24, S 31 ~ S 34: the fifth switch to eighth switch
D 1 , D 2 : Clamping diode L 3 , C g : LC filter

Claims (8)

2개의 커패시터로 이루어지고, 상기 커패시터들의 연결점이 접지에 연결된 DC-링크단;
상기 DC-링크단의 전압을 전기자동차용 배터리의 전압으로 감압하거나, 상기 전기자동차용 배터리의 전압을 상기 DC-링크단의 전압으로 승압하는 3레벨 DC/DC 컨버터;
AC 계통의 교류 전력을 DC 전력으로 변환하거나, 상기 DC-링크단의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 양방향 3레벨 DC/AC 컨버터; 및
상기 3레벨 DC/DC 컨버터 및 상기 3레벨 DC/AC 컨버터의 스위칭을 제어하되, 상기 배터리를 상기 AC 계통측의 전력의 형태와 동일한 맥류 전류 형태로 충전하거나 방전하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 전기자동차용 충방전 장치.
A DC-link stage consisting of two capacitors, the connection point of which is connected to ground;
A three-level DC / DC converter for reducing the voltage of the DC-link stage to a voltage of an electric vehicle battery or boosting a voltage of the battery for the electric vehicle to a voltage of the DC-link stage;
A bidirectional three-level DC / AC converter for converting the AC power of the AC system into DC power or converting the DC power of the DC-link stage into AC power; And
And a switching control unit for controlling the switching of the three-level DC / DC converter and the three-level DC / AC converter so as to charge or discharge the battery in the form of pulsating current identical to the form of power on the AC system side. Charging and discharging devices for automobiles.
제1항에 있어서,
상기 3레벨 DC/DC 컨버터는,
상기 DC-링크단의 제1커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 턴온되는 제1스위치;
상기 DC-링크단의 제2커패시터에 의해 상기 배터리를 충전하도록 턴온되는 제2스위치;
상기 배터리가 상기 제2커패시터로 방전하도록 턴온되는 제3스위치; 및
상기 배터리가 상기 제1커패시터로 방전하도록 턴온되는 제4스위치를 포함하는 전기자동차용 충방전 장치.
The method according to claim 1,
The three-level DC / DC converter includes:
A first switch that is turned on to charge the battery by a first capacitor of the DC-link stage;
A second switch that is turned on to charge the battery by a second capacitor of the DC-link stage;
A third switch that is turned on so that the battery discharges to the second capacitor; And
And a fourth switch that is turned on so that the battery discharges to the first capacitor.
제2항에 있어서,
상기 제1스위치 내지 제4스위치 각각은 역방향 다이오드가 병렬 연결되는 전기자동차용 충방전 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein each of the first to fourth switches is connected in parallel with a reverse diode.
제1항에 있어서,
상기 3레벨 DC/AC 컨버터는 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터인 전기자동차용 충방전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the three-level DC / AC converter is an NPC type three-level DC / AC converter.
제4항에 있어서,
상기 NPC타입 3레벨 DC/AC 컨버터는,
상기 DC-링크단의 제1커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되고, 서로 직렬 연결된 제5스위치 및 제6스위치;
상기 DC-링크단의 제2커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되고, 서로 직렬 연결된 제7스위치 및 제8스위치;
상기 제5스위치와 상기 제6스위치의 연결점과 상기 커패시터들의 연결점 사이에 연결되는 제1클램핑 다이오드; 및
상기 제7스위치와 상기 제8스위치의 연결점과 상기 커패시터들의 상기 연결점 사이에 연결되는 제2클램핑 다이오드를 포함하고,
상기 제1클램핑 다이오드와 상기 제2클램핑 다이오드의 연결점은 상기 커패시터들의 상기 연결점에 연결되는 전기자동차용 충방전 장치.
5. The method of claim 4,
The NPC type 3-level DC / AC converter includes:
A fifth switch and a sixth switch that are turned on to form a current path for the first capacitor of the DC-link stage and are connected in series with each other;
A seventh switch and an eighth switch that are turned on to form a current path for the second capacitor of the DC-link stage and are connected in series with each other;
A first clamping diode connected between a connection point of the fifth switch and the sixth switch and a connection point of the capacitors; And
And a second clamping diode connected between a connection point of the seventh switch and the eighth switch and the connection point of the capacitors,
And the connection point of the first clamping diode and the second clamping diode is connected to the connection point of the capacitors.
제1항에 있어서,
상기 3레벨 DC/AC 컨버터는 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터인 전기자동차용 충방전 장치.
The method according to claim 1,
The three-level DC / AC converter is a T-type three-level DC / AC converter.
제6항에 있어서,
상기 T타입 3레벨 DC/AC 컨버터는,
상기 DC-링크단의 제1커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되는 제5스위치;
상기 커패시터들의 상기 연결점이 상기 AC 계통으로 연결되도록 턴온되고, 서로 직렬 연결된 제6스위치 및 제7스위치; 및
상기 DC-링크단의 제2커패시터에 대한 전류 경로를 형성하도록 턴온되는 제8스위치;를 포함하고,
상기 제6스위치는 상기 커패시터들의 상기 연결점에 연결되고, 상기 제7스위치는 상기 제5스위치와 상기 제8스위치의 연결점에 연결되는 전기자동차용 충방전 장치.
The method according to claim 6,
The T-type 3-level DC / AC converter includes:
A fifth switch that is turned on to form a current path for the first capacitor of the DC-link stage;
A sixth switch and a seventh switch that are turned on so that the connection point of the capacitors is connected to the AC system; And
And an eighth switch that is turned on to form a current path for the second capacitor of the DC-link stage,
Wherein the sixth switch is connected to the connection point of the capacitors, and the seventh switch is connected to the connection point of the fifth switch and the eighth switch.
제1항에 있어서,
상기 3레벨 DC/AC 컨버터는 상기 AC 계통으로부터 입력되는 신호 또는 상기 AC 계통으로 출력되는 신호에 포함된 고조파를 제거하는 필터를 포함하는 전기자동차용 충방전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the three-level DC / AC converter includes a filter for removing harmonics included in a signal input from the AC system or a signal output to the AC system.
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