KR20180101420A

KR20180101420A - 전기 또는 하이브리드 차량의 온보드 충전기의 입력 커패시터들을 능동적으로 방전하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20180101420A
Application number: KR1020187021386A
Authority: KR
Inventors: 페드로 낍스카; 루도빅 메리엔
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR102559385B1; FR3046508A1; FR3046508B1; EP3400148B1; WO2017118807A1; EP3400148A1

Abstract

본 발명은 다상 전원 공급 네트워크(RES)에 접속된 전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법에 관한 것으로서, 상기 충전 장치는 입력 캐패시터, 다이오드 전압 정류기, 전압 승압 컨버터(ELE), 릴레이에 의해 승압 컨버터(ELE)의 출력부에 연결된 구동 배터리를 캐스캐이드 방식으로 포함하며, 상기 방법은, 상기 릴레이들(REL)이 폐쇄될 때, 상기 네트워크(RES)의 전력 공급의 중단을 감지하는 단계(E1), 전압 승압 컨버터(ELE)의 스위치들을 개방하도록 명령하는 단계(E3)로서, 상기 스위치들은 상기 정류기의 다이오드들이 차단될 때까지 개방된 상태로 유지되는, 명령하는 단계, 상기 커패시터의 전압 레벨이 미리 결정된 전압 임계값 미만이 될 때까지, 상기 전압 승압 컨버터(ELE)의 스위치들을 스위칭 하는 단계(E4)를 포함할 수 있다.

Description

전기 또는 하이브리드 차량의 온보드 충전기의 입력 커패시터들을 능동적으로 방전하기 위한 방법 및 시스템

본 발명은 일반적으로 전기 공학 및 차량 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전기 또는 하이브리드 차량의 트랙션(Traction) 배터리의 온보드 충전기의 커패시터들을 능동적으로 방전하는 방법에 관련이 있다.

오늘날, 전기 차량 충전 단자들은, 특히 충전 단말에 이용 가능한 최대 전류를 결정하기 위해, 충전 단자와 그것에 연결된 전기 또는 하이브리드 차량 사이의 통신을 통제하는 SAE J1772 표준을 사용한다. 이 통신은 "파일럿 선로"라는 연결을 통해 제공될 수 있다. 도 1은 이러한 충전 단말(BC)과 전기 또는 하이브리드 차량(VEH) 사이의 연결을 도시한다.

이 경우, 충전 단말(BC)은 접지 연결부(T)와 함께 3개의 전원 위상들(φ1, φ2, φ3) 및 중성상(N)을 제공하는 3상 네트워크(RES)에 연결된다. 충전 단말(BC)은 -12V에서 + 12V까지 변하는 전압 슬롯들을 형성하기 위해 초핑(chopping)되는 전압원(ST)을 더 포함하며, 파일럿 선로(LP) 및 그 복귀 선로(RLP)는 이 전압원의 단자들에 연결된다.

SAE J1772 표준에 따르면, 충전 단말(BC)측에, 저항성 임피던스(R1)는 전압원(ST)과 차량(VEH) 사이의 파일럿 선로에 연결된다. 차량(VEH) 측에, 파일럿 선로(LP)는 저항(R3)을 포함하고, 다이오드(D)의 애노드와 복귀 선로(RLP) 사이에 연결된 제1 브렌치를 향해 전류가 흐를 수 있도록 하는 다이오드(D)와 연결된다. 스위치(S2)와 직렬인 저항(R2)을 포함하는 제2 브렌치는 제1 브렌치와 병렬로 연결된다.

이 구성은 차량(VEH)이 충전 단말(BC)에 연결될 때, 단자들에서 디바이더 브리지(Divider Bridge)를 형성한다,

- 스위치(S2)가 개방될 때, 단말(BC) 또는 차량(VEH)에 의해 판독된 선로 (LP)와 복귀 선로(RLP) 사이의 전압은 표준 B상태에서 9V이고,

- 스위치(S2)가 폐쇄될 때, 단말(BC) 또는 차량(VEH)에 의해 판독된 선로 (LP)와 복귀 선로(RLP) 사이의 전압은 표준 C상태에서 6V이다.

충전 단말(BC)이 동일한 단말에 연결되는 복수의 차량들 중 차량(VEH)을 식별 할 수 있도록 하기 위해, SAE 표준들 중 하나는 충전 단말(BC)이 차량(VEH)에게 각각의 상태는 200ms의 시간 동안 유지되고, 400ms 주기로 B상태와 C상태를 소정의 수로 교번하도록 요청할 수 있다. 도 2는 "토글"요구라고 불리는 스위칭 요구가 차량(VEH)에 의해 충족될 때, 파일럿 선로(LP)상의 전압을 시간의 함수로써 도시한다.

스위치(S2)가 폐쇄될 때, 즉 C상태 에서, 충전 단말(BC)은 전원 공급 위상들(φ1, φ2, φ3) 및 중성상(N) 그리고 접지 연결부(T)에 연결되는, 차량(VEH)의 트랙션(Traction) 배터리의 충전 장치(DC)에 전류가 공급되도록 하는 자신의 전력 스위치들(CR)을 폐쇄해야 한다. 이는 C상태가 충전 단말(BC)에게 차량(VEH)이 충전될 준비가 되어 있고, 배터리(BATT)를 충전 장치(DC)에 연결하는 릴레이들(REL)이 폐쇄되는 것을 지시하기 때문이다. 유사하게, 스위치(S2)가 개방될 때, 즉 B상태에서, 충전 단말(BC)은 그 전력 스위치들(CR)을 개방해야 한다.

표준에 따르면, 안전상의 이유로 스위치들(CR)의 개방은 100ms 이내에 이루어져야 한다. 반면, 그들의 폐쇄는 3초 내에 이루어져야 하며, 그러므로 훨씬 느릴 수 있다.

발명자들은 이러한 표준의 조항들이 충전 장치(DC)가 전력 스위치들(CR)의 빠른 폐쇄 및 개방을 견딜 것을 요구하는 것을 발견하였다. 실제로, 충전 단말에서 전력 스위치들의 폐쇄 속도는 아직 관찰되지 않았지만, 차량이 스위칭 요청을 충족 시킬 때, 충전 단말이 200ms의 각 반주기 동안 충전 스위치들을 닫을 시간이 없을 것이라는 확실성은 없다.

3상 네트워크로부터 트랙션 배터리를 충전하기 위해 사용되는 일부 충전기들은, 차동(Differential) 입력 커패시터들을 가지며, 충전 단말의 전력 스위치들이 폐쇄된 동안에 빠르게 이러한 커패시터들이 충전되는 것을 방지하기 위한 프리-차지 회로를 가지지 않는다. 이는 도 3에 도시된, 입력 필터(FE)에 3개의 차동 커패시터들(C1, C2 및 C3)을 갖는 충전 장치(DC)의 경우이다. 현재, 그러한 충전기는 보통 약 20초 내에 이들 차동 커패시터들이 방전 되도록 하는 수동 방전 회로를 갖는다. 이것은 400ms 내에 연속적으로 파워 스위치들의 2회 폐쇄가 있는 경우 문제를 야기시킨다. 그 이유는, 차동 커패시터들이 첫 번째 폐쇄 동안 충전되었을 때, 두 번째 폐쇄에서 차동 커패시터는 방전하는 시간을 갖지 않고, 만약 3상 전류가 차동 커패시터들 중 어느 하나의 충전 에 반대되는 전압의 위상에 나타날 경우, 이것은 충전 장치의 구성요소들에 잠재적으로 파괴적인 유입 전류를 생성하기 때문이다.

특허 US5523665 및 US8406023은 네트워크 전원 공급 장치의 정전이 검출될 때, 충전기의 용량성 입력 필터를 신속하게 방전하기 위한 능동적 방전 회로를 제안한다. 커패시터의 에너지는 그들을 소비하기 위한 저항을 갖는 전용 방전 회로가 가져간다. 이러한 해결방법들은 충전기를 비교적 고비용으로 수정할 것을 요구한다. 특히, 특허 US8406023에서 제안된 해결방법은 정류기의 업스트림(upstream)에 있는 용량성 필터와 같은 방전 회로의 구성 요소의 과전압 보호를 요하기 때문에 복잡하다.

본 발명의 목적 중 하나는 복잡하거나 고비용의 수정 없이, 전기 또는 하이브리드 차량 배터리의 온보드 충전기의 입력 커패시터들을 신속하게 방전하기 위한 방법 및 시스템을 제공함으로써 종래 기술의 단점 중 적어도 일부를 극복하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 단상 또는 3상 전원 공급 네트워크에 접속될 수 있는 전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법을 제안하며, 상기 충전 장치는 출력단이 스위치들을 포함하는 전압 승압 단의 입력에 연결되고, 다이오드들을 갖는 전압 정류기 단의 적어도 하나의 입력 커패시터, 릴레이들을 통해 상기 전압 승압 단의 출력에 연결되는 트랙션 배터리를 포함하고, 상기 방법은 상기 네트워크가 상기 장치에 연결되고, 상기 릴레이들이 폐쇄될 때 다음과 같은 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

- 상기 네트워크의 전력 공급의 중단을 감지하는 단계,

- 전압 승압 단의 스위치들을 개방하도록 명령하는 단계로서, 상기 스위치들은 적어도 상기 정류기 단의 다이오드들이 차단될 때까지 개방된 상태로 유지되는 단계,

- 상기 적어도 하나의 커패시터의 전압 레벨이 미리 결정된 전압 임계값 이하가 될 때까지, 상기 전압 승압 단의 스위치들을 스위칭하는 단계.

본 발명의 결과로서, 전용 방전 회로의 사용 없이, 스위치(S2)가 개방된 후, 충전 장치의 입력 커패시터들이 신속하게 방전된다. 본 발명은 트랙션 배터리의 입력 커패시터에 저장된 에너지를 회수하는 추가적인 이점을 갖는다. 본 명세서에서 "트랙션 배터리"는 예를 들어 대략 400V의 명목상 전압을 갖는 Li-ion 배터리와 같이 전기 또는 하이브리드 차량의 휠 들을 움직일 수 있는 토크를 제공하는 전기 모터에 공급하기 적합한 배터리이다. 그러므로 트랙션 배터리는 차량의 트랙션 및 추진력 모두를 위해 모터에 공급하기에 적합할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 특징에 따르면, 스위칭 단계에서 전압 승압 단의 스위치들은 0.5ms 미만의 미리 결정된 지속 기간 내에서 0% 에서 100%까지 변하는 듀티 사이클에 따라 스위칭 된다. 듀티 사이클의 이러한 진행은 승압 단의 인덕터들 내의 상기 입력 커패시터들에서 에너지를 훨씬 적게 소비하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 스위칭 단계에서, 전압 승압 단의 스위치들의 스위칭의 듀티 사이클은 10kHz의 계산 간격 주파수에 따라 선형적으로 변화한다. 듀티 사이클의 이러한 변화는 승압 단의 인덕터들에서 소비되는 에너지 손실을 제한하여 간단한 방법으로 구현될 수 있다.

만약 상기 정류기 단이 상기 다이오드들과 직렬인 스위치들을 포함하면, 상기 전압 승압 단의 스위치들을 개방하도록 명령하는 단계는 상기 정류기 단의 스위치들을 폐쇄하는 단계에 후행한다.

바람직하게는, 상기 스위치들을 스위칭하는 단계는 상기 전압 승압 단의 스위치들을 개방하기 위한 명령 이후에 0.5ms 보다 크고 99ms 미만의 기간 내에서 프로그래밍되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 방법의 단계들의 프로그래밍에 대한 이러한 제약은 충전 장치의 입력 커퍼시터 또는 커퍼시터들이 100ms의 기간 내에 그리고 스위치(S2)의 추가적인 폐쇄 전에 전환 요청에 대한 차량의 응답의 맥락에서 방전될 수 있도록 한다.

본 발명은 또한 단상 또는 3상 전원 공급 네트워크에 접속될 수 있는 전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하기 위한 시스템에 관한 것으로, 상기 장치는 출력단이 스위치들을 포함하는 전압 승압 단의 입력에 연결되고, 다이오드들을 갖는 전압 정류기 단의 적어도 하나의 입력 커패시터, 릴레이들을 통하여 상기 전압 승압 단의 출력에 연결되는 트랙션 배터리를 포함하며, 상기 시스템은 다음을 포함하는 것을 특징으로 한다.

- 상기 릴레이들이 폐쇄될 때, 상기 네트워크 전력 공급의 중단을 검출하고, 상기 시스템의 제어 수단을 활성화 시킬 수 있는 수단,

- 전압 승압 단의 스위치들을 개방하도록 명령할 수 있고, 상기 정류기 단의 다이오드들이 차단될 때까지 상기 스위치들의 개방을 유지할 수 있는 상기 제어 수단,

- 전압 승압 단의 스위치들을 스위칭 하기 위한 수단으로써, 상기 적어도 하나의 커패시터의 전압 레벨이 미리 설정된 전압 임계값 이하가 될 때까지, 상기 정류기 단의 다이오드들의 상기 차단 후에 상기 스위치들을 스위칭할 수 있는 수단.

유리하게는, 상기 스위칭 수단은 정류기 단의 다이오드들의 상기 차단 후에, 0.5ms 미만의 소정의 지속 시간 내에서 0% 에서 100%까지 변하는 듀티 사이클에 따라 전압 승압 단의 스위치들을 스위칭 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스위칭 수단은 정류기 단의 다이오드들의 상기 차단 후에, 10kHz의 계산 간격 주파수에서 선형적으로 변화하는 듀티 사이클에 따라, 전압 승압 단의 스위치들을 스위칭 할 수 있다.

만약 상기 정류기 단이 상기 다이오드들과 직렬인 스위치들을 포함하는 경우, 상기 검출 수단은 상기 정류기 단의 상기 스위치들을 폐쇄하는 수단을 활성화 할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 시스템은 상기 검출 수단에 의한 상기 제어 수단의 활성화 후에, 0.5ms 이상 99 ms 미만의 기간 내에 상기 스위치들을 스위칭하기 위한 상기 수단을 활성화시키는 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 능동 방전 시스템은 본 발명에 따른 능동적 충전 방법의 이점과 유사한 이점들을 갖는다.

본 발명의 결과로서, 전용 방전 회로의 사용 없이, 스위치(S2)가 개방된 후, 충전 장치의 입력 커패시터들이 신속하게 방전된다. 본 발명은 트랙션 배터리의 입력 커패시터에 저장된 에너지를 회수하는 추가적인 이점을 갖는다.

다른 특징과 장점이 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예를 정독함으로써 자명하게 드러날 것이다.
도 1은 충전 단말에 연결되고, 본 발명에 따른 능동 방전 장치를 포함하는 전기 또는 하이브리드 차량을 도시하며, 이러한 도 1은 충전 단말과 차량 사이의 통신에 관하여 부분적으로 논의된 것이다.
도 2는 전술한 바와 같이, 충전 단말의 파일럿 선로상의 SAE 표준에 따른 스위칭 요청에 응답하여, 차량에 의해 수행되는 스위칭의 구현을 도시한다.
도 3은 도 1의 전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치를 보다 정확하게 도시한다.
도 4는 이 실시예에서, 본 발명에 따른 능동 방전 방법의 단계들을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 능동적 방전 방법의 단계들을 수행하는 동안, 충전 장치의 입력 커패시터의 단자들에서의 잔류 전압을 도시한다.

도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 능동적 방전 시스템은 전기 또는 하이브리드 차량(VEH)의 충전 장치(DC)의 제어 수단(MC)에 소프트웨어 형태로 구현된다. 이들 제어 수단은 필요하다면 복수의 프로세서들 사이에 분산된다.

이들 제어 수단은 충전 장치(DC)의 스위치, 특히 정류기 단(RED)의 스위치 및 충전 장치(DC)의 승압 단(ELE)의 스위치들을 제어할 수 있다. 이들은 또한 파일럿 선로(LP)상의 전압을 모듈레이션 하고, 차량(VEH)의 배터리 (BATT)를 충전 장치(DC)의 승압 단(ELE)에 연결하는 릴레이들(REL)을 제어하기 위해 스위치(S2)를 제어할 수 있다.

충전 장치(DC)의 구조는 도 3에 보다 정확하게 도시되어있다.

충전 장치(DC)의 입력 필터(FE)는 저항(R)과 직렬로 연결된 인덕터(L1)와 인덕터(L1) 및 저항(R)을 포함하는 지류와 병렬로 연결된 인덕터(L2)로 구성되는 유도성 필터 연결부에서 각각의 전원 공급 위상들(φ1, φ2, φ3)을 수신한다. 입력 필터(FE)의 각 유도성 필터의 출력은, 입력 필터(FE)에서 차동 커패시터들(C1, C2 및 C3)로 구성된 용량성 필터에 연결된다.

차동 커패시터들(C1, C2, C3) 각각은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 커패시터들(C1, C2, C3)은 제1 단부에서 스타 연결되고, 그 각각의 제2 단부는 전원 위상(φ1, φ2 또는 φ3)에 대응되는 유도성 필터중 하나의 출력에 연결된다. 유도성 필터의 세 출력은 입력 필터(FE)의 출력에서 확장되고 정류기 단(RED)의 입력에 연결된다.

본 발명의 실시예에서, 전력 공급 네트워크(RES)는 3상 네트워크이고, 그러므로 입력 필터(FE)의 입력에서의 3상 연결들(φ1, φ2 또는 φ3)은 각각 전력 공급 네트워크(RES)의 전력 공급 위상에 연결된다. 그러나 다른 예에서, 전력 공급 네트워크(RES)는 단상 네트워크이다. 이 변형예에서, 입력 필터(FE)의 입력에서 2 개의 위상 연결들(φ1 및 φ3)만이 전원 공급 네트워크(RES)에 연결되고, 하나는 단상 네트워크의 전력 공급 위상으로 연결되고, 다른 하나는 단일 회로의 중성 위상에 연결된다. 이 변형예에서, 커패시터(C2)와 커패시터(C2)가 접속된 정류기 단(RED)의 하나의 브렌치에는 전류가 흐르지 않는다. 커패시터(C1, C3)는 전원 공급 위상과 중성 위상 사이에 연결된 단일 커패시터와 등가이다.

정류기 단(RED)은 3개의 브렌치들을 가지며, 그 중심점들은 이것의 입력들이고, 각 브렌치는 제2 단부에서 입력 필터(FE)의 커패시터(C1, C2 또는 C3)에 연결된다. 각각의 브렌치는 배터리(BATT)의 음의 단자와 이것의 중심점들 사이에 직렬로 각각 연결되어 정류기 단(RED)의 제1 출력을 형성하는 아래의 것을 포함한다:

- 캐소드(Cathode)가 브렌치의 중심점에 부착된 각각의 다이오드(D4, D5 또는 D6) 및

- 각각의 다이오드(D4, D5 또는 D6)의 애노드(Anode)에 일단이 연결되고, 배터리(BATT)의 음의 단자에 타단이 연결된 각각의 "low" 스위치(I4, I5 또는 I6). "low" 스위치라는 용어는 배터리(BATT)의 음의 단자에 연결된 정류기 단(RED)의 스위치를 의미하는 것으로 간주된다.

정류기 단(RED)의 각 브렌치는 또한 전압 승압 단(ELE)의 제1 입력에 연결된 정류기 단(RED)의 제2 출력과 이것의 중심점 사이에 직렬로 연결된 아래의 것을 포함한다:

- 캐소드(Cathode)가 정류기 단(RED)의 제2 출력에 부착된 각각의 다이오드(D1, D2 또는 D3) 및

- 각각의 다이오드(D1, D2 또는 D3)의 애노드(Anode)에 일단이 연결되고, 정류기 단(RED)의 브렌치의 중심점에 타단이 연결된 각각의 "high"스위치(I1, I2 또는 I3). "high" 스위치라는 용어는 정류기 단(RED)의 브렌치 중심점에 연결된 정류기 단(RED)의 스위치를 의미한다.

정류기 단(RED)의 "low"및 "high" 스위치들은 IGBT(영어로 "Insulated Gate Bipolar Transistor")들과 같은 파워 트랜지스터들이다.

전압 승압 단(ELE)은 배터리(BATT)의 양의 단자에 연결된 전압 승압 단 (ELE)의 제1 출력과 이것의 제1 입력 사이에 끼워 넣어지는 아래의 것을 포함한다:

- 인덕터(L)

- 3개의 고정자 권선(stator winding)들을 포함하는 트랙션 모터로서, 각각의 고정자 권선들은 저항 Rm과 직렬로 연결된 Lm으로 모델링되는, 트랙션 모터;

- 및 인버터 단(OND).

인덕터(L)는 인덕터(L)가 트랙션 모터의 중성점을 통해 연결된 트랙션 고정자 권선들의 값과 유사한 값을 갖는 인덕터이다. 이들 고정자 권선들 각각은 또한 모터의 중성점에 연결되지 않은 단부에서 릴레이(REL)를 통하여 배터리(BATT)의 양의 단자에 각각 연결되는 다이오드(D7, D8 또는 D9)를 통해 연결된 브렌치의 중심점인 인버터 단(OND)의 입력에 연결된다. 인버터 단(OND)의 3개의 브렌치 중 하나 각각의 중심점은 또한 전원 스위치(I7, I8 또는 I9)를 통해 릴레이(REL)를 통해 배터리(BATT)의 음의 단자에 연결된다.

평활 콘덴서(C)는 또한 인버터(OND)의 출력에서 배터리(BATT)의 단자들에 병렬로 연결된다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 능동적 방전 방법은 단계 E1 내지 E4를 갖는 알고리즘의 형태로 도시된다.

이 방법은 충전 장치(DC)의 제어 수단(MC)에서 구현된다. 본 발명에 따른 방법의 사용 예에서, 릴레이들(REL)은 폐쇄되고, 충전 장치(DC)는 충전 단말(BC)에 의해 전송 된 "토글(toggle)"요구 라고 하는 스위칭 요구에 따르는 것으로 가정한다. 후자는 이미 전력 스위치들(CR)을 한번 폐쇄하여 차동 커패시터(C1, C2 및 C3)를 충전한다.

단계(E1)는 네트워크(RES)에서 전력 공급의 중단을 감지하는 것으로, 예를 들어 입력 필터(FE)를 네트워크(RES)의 전력 공급 위상들에 접속하는 곳들에 배치된 전류 센서들과 같은 수단에 의한 것이다. 만약 제어 수단(MC)이 모든 전원 공급 위상들을 위한 센서들로부터 0에 가까운 값들을 수신하면, 네트워크 전원 공급의 중단이 검출된다.

다음 단계(E2)는 제어 수단(MC)에 의해 정류기 단(RED)의 스위치(I1 내지 I6)의 폐쇄이다. 정류기 단(RED)은 간단한 다이오드 브리지로 동작한다.

다음 단계(E3)는 전압 승압 단(ELE)의 스위치들 (I7 내지 I9)의 개방이다. 이 목적을 위해, 제어 수단(MC)은 승압 단(ELE)의 마이크로 컨트롤러와 통신한다. 단계 E1 내지 E3은 커패시터(C1 내지 C3)가 배터리(BATT)로 부분적으로 방전 되도록 하며, 다이오드들(D1, D2, D3 및 D7, D8, D9)의 차단에 의해 도시 된 바와 같이 배터리(BATT)의 전압은 최종적으로 이 방전에 반대된다. 이 단계(E3)에서, 승압 단(ELE)의 스위치들(I7 내지 I9)은 적어도 정류 단(RED)의 다이오드가 차단될 때까지 개방 상태로 유지된다. 이 차단은, 예를 들어, 인덕터(L)에 흐르는 전류의 값이 0에 도달 함으로서 검출되며, 이 값은 정류기 단(RED)의 출력에서 전류 센서에 의해 제어 수단(MC)로 반환된다. 변형예에서, 다이오드의 이러한 차단은 검출되지 않으며, 이 경우 제어 수단(MC)은 단계(E2) 이후의 소정 기간, 예를 들어 0.5ms의 끝에서 다음 단계(E4)를 실행한다.

다음 단계(E4)는 정류기 단(RED)의 두 입력 포인트들 사이의 전압 레벨이 소정의 전압 임계값, 예를 들어 1 볼트, 아래가 될 때까지 전압 승압 단(ELE)의 스위치(I7, I8 및 I9)의 스위칭이다. 이는 정류기 단(RED)의 두 입력 포인트 사이의 전압이 차동 커패시터들(C1, C2 및 C3)의 단자들에서의 잔류 전압을 나타 내는 것이기 때문이다. 이 전압의 값은 예를 들어 정류기 단(RED)의 입력에서의 하나 이상의 전압 센서들에 의해 제어 수단(MC)으로 전달된다.

이 단계(E4)에서, 스위치 I7, I8 및 I9는 제어 수단(MC)에 의해 승압 단(ELE)의 마이크로 콘트롤러로 보내지는 명령에 의해 스위칭 되고, 이러한 명령은 선형 방식으로 0%(전체 모듈레이션 기간에 걸쳐 개방된 스위치)에서 100%(전체 모듈레이션 기간에 걸쳐 폐쇄된 스위치)까지 증가하는 듀티 사이클을 갖는 펄스 폭 변조에 의해 이들 스위치들을 수동한다. 예를 들어, 이러한 듀티 사이클의 변화는 10kHz에서 계산 간격을 갖는 기울기를 따른다. 이러한 기울기는 동적 요소들로 인한 과도 전류가 없도록 하고 배터리(BATTT)로 최대 전류가 보내지도록 보정될 수 있다.

이 단계(E4)에서, 승압 단(ELE)의 스위치들의 스위칭의 듀티 사이클의 점진적 특성은 차동 커패시터들(C1, C2 및 C3)이 정류기 단(RED)의 다운스트림 인덕터들에서 그들의 대부분의 에너지가 소모되는 것 없이 완전히 방전되도록 한다.

도 5는 커패시터 C1 및 C3의 제2 단부 사이의 잔류 전압의 변화, 말하자면 입력 필터(FE)의 출력에서, 단계 E1 내지 E4 동안, 최악의 케이스의 초기 상황을 가정하여, 전력 공급 위상 φ1에 대응되는 연결과 전력 공급 위상 φ3에 대응되는 연결 사이의 전압의 변화이다. 이러한 초기의 최악의 케이스에서, 단계(E1)에서 감지된 전력 스위치들(CR)의 개방은, 3상 네트워크(RES)가 230V의 RMS 전압을 공급하는 순간에 일어나며,

- 커패시터(C1)의 단자들에서의 전압은 325V이고,

- 커패시터(C2)의 단자들에서의 전압은 -162.5V이고,

- 커패시터(C3)의 단자들에서의 전압은 -162.5V이다.

이러한 초기 상황에서, 이 케이스는 또한 배터리(BATT)의 전압이 정격 전압 인 400V보다 훨씬 낮은 270V인 것으로 가정한다.

그러므로 직렬로 연결된 커패시터 세트(C1 및 C3)의 단자들에서의 잔류 전압은 단계(E1)의 순간에 500V이고, 커패시터가 충전 장치(DC)의 스위치들의 간단한 폐쇄에 의해 배터리(BATT)로 방전되는 단계(E3) 동안 감소한다. 약 0.3ms가 끝날 때, 정류기 단(RED)의 다이오드의 차단으로 인해 잔류 전압의 상승이 나타난다. 약 5ms가 끝날 때 점진적 스위칭, 단계(E4), 가 시작되어 이러한 잔류 전압을 0으로 되돌릴 수 있다.

제어 수단(MC)에 단계들(E1 내지 E4)의 프로그래밍은, 차량(VEH)의 식별을 위한 충전 단말(BC)의 요청에서 실행되는 스위칭 동작 동안 충전 장치의 구성 요소들을 안전하게 유지하기에 충분한 10ms 미만에서 수행된다는 점에 유의해야 한다. 단계(E4)의 효율이 주어지면, 충전 장치(DC)가 SAE 표준에 정의 된 대로의 스위칭 요청들에 호환되도록 하기 위해 이것은 단계(E3)에서 전압 승압 단(ELE)의 스위치들이 개방 된 후, 0.5ms 보다 크고 99ms 미만의 주기 내에서 바람직하게 프로그래밍 된다.

이 실시예에서 정류기 단(RED)은 스위치들을 포함하지만, 본 발명은 정류기로서 간단한 다이오드 브리지를 포함하는 충전 장치에서 구현될 수 있다. 이 경우, 단계(E2)는 실행되지 않는다. 명백하게, 특히 충전 장치(DC)가 다른 토폴로지(topology)를 갖는 다른 가능한 실시예가 있다. 예를 들어, 변형예에서, 충전 장치(DC)는 전압 승압 단에서 에너지 버퍼로서 트랙션 모터의 고정자 권선들을 사용하지 않지만 다른 인덕터들을 사용한다. 또 다른 변형예에서, 인버터는 반-브렌치들 각각에 다이오드를 갖고, 트랜지스터는 각각의 다이오드와 병렬로 배치된다. 또 다른 변형예에서, 배터리 릴레이는 트랙션 배터리에 물리적으로 일체화된다.

BC: 충전 단말
CR: 스위치
RES: 전원 공급 네트워크
ST: 전압원
VEH: 차량
DC: 충전 장치
FE: 입력 필터
RED: 정류기 단
ELE: 전압 승압 단
MC: 제어수단
REL: 릴레이
BATT: 배터리
φ1, φ2, φ3: 전원 위상들
N: 중성상
T: 접지 연결부
LP: 파일럿 선로
RLP: 복귀 선로

Claims

단상 또는 3상 전원 공급 네트워크(RES)에 접속될 수 있는 전기 또는 하이브리드 차량(VEH)의 충전 장치(DC)의 적어도 하나의 입력 커패시터(C1, C2, C3)를 능동적으로 방전하는 방법에 있어서,
상기 장치(DC)는,
출력단이 스위치들(I7, I8, I9)을 포함하는 전압 승압 단(ELE)의 입력에 연결되고, 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)을 갖는 전압 정류기 단(RED)의 적어도 하나의 입력 커패시터(C1, C2, C3),
릴레이들(REL)을 통해 상기 전압 승압 단(ELE)의 출력에 연결되는 트랙션 배터리(BATT)를 포함하고,
상기 방법은 상기 네트워크(RES)가 상기 장치(DC)에 연결되고, 상기 릴레이들(REL)이 폐쇄될 때,
- 상기 네트워크(RES)의 전력 공급의 중단을 감지하는 단계(E1),
- 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 개방하도록 명령하는 단계(E3)로서, 상기 스위치들(I7, I8, I9)은 적어도 상기 정류기 단(RED)의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)이 차단될 때까지 개방된 상태로 유지되는 단계,
- 상기 적어도 하나의 커패시터(C1, C2, C3)의 전압 레벨이 미리 결정된 전압 임계값 이하가 될 때까지, 상기 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭 하는 단계(E4)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법.
제1 항에 있어서,
스위칭 하는 단계(E4)에서, 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)은 0.5ms 미만의 미리 결정된 지속 기간 내에서 0%에서 100%까지 변하는 듀티 사이클에 따라 스위칭 되는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법.
제2 항에 있어서,
스위칭 하는 단계(E4)에서,
전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)의 스위칭의 듀티 사이클은 10kHz의 계산 간격 주파수에 따라 선형적으로 변화하는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서
상기 정류기 단(RED)이 상기 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)과 직렬인 스위치들(I1, I2, I3, I4, I5, I6)을 포함할 때, 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 개방하도록 명령하는 단계는 상기 정류기 단(RED)의 스위치들(I1, I2, I3, I4, I5, I6)을 폐쇄하는 단계(E2)에 후행하는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서
상기 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭하는 단계(E4)는 상기 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 개방하도록 명령하는 단계(E3) 이후에 0.5ms 보다 크고 99ms 미만의 기간 내에서 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 방법.
단상 또는 3상 전원 공급 네트워크(RES)에 접속될 수 있는 전기 또는 하이브리드 차량(VEH)의 충전 장치(DC)의 적어도 하나의 입력 커패시터(C1, C2, C3)를 능동적으로 방전하기 위한 시스템에 있어서,
상기 장치(DC)는,
출력단이 스위치들(I7, I8, I9)을 포함하는 전압 승압 단(ELE)의 입력에 연결되고, 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)을 갖는 전압 정류기 단(RED)의 적어도 하나의 입력 커패시터(C1, C2, C3),
릴레이들(REL)을 통해 상기 전압 승압 단(ELE)의 출력에 연결되는 트랙션 배터리(BATT)를 포함하고,
상기 시스템은
- 상기 릴레이들(REL)이 폐쇄될 때, 상기 네트워크 전력 공급(RES)의 중단을 검출하고, 상기 시스템의 제어 수단을 활성화 시킬 수 있는 수단,
- 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 개방하도록 명령할 수 있고, 상기 정류기 단(RED)의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)이 차단될 때까지 상기 스위치들(I7, I8, I9)의 개방을 유지할 수 있는 상기 제어 수단,
- 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭 하기 위한 수단으로써, 상기 적어도 하나의 커패시터(C1, C2, C3)의 전압 레벨이 미리 설정된 전압 임계값 이하가 될 때까지, 상기 정류기 단(RED)의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 차단 후에 상기 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭할 수 있는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 스위칭 수단은 정류기 단(RED)의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 차단 후에, 0.5ms 미만의 소정의 지속 시간 내에서 0% 에서 100%까지 변하는 듀티 사이클에 따라 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭 할 수 있는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 스위칭 수단은 정류기 단(RED)의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 차단 후에, 10kHz의 계산 간격 주파수에서 선형적으로 변화하는 듀티 사이클에 따라 전압 승압 단(ELE)의 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭 할 수 있는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 시스템.
제6 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서
상기 정류기 단(RED)이 상기 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)과 직렬인 스위치들(I1, I2, I3, I4, I5, I6)을 포함할 때, 상기 검출 수단은 상기 정류기 단(RED)의 스위치들(I1, I2, I3, I4, I5, I6)을 폐쇄하는 수단을 활성화 시키는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 시스템.
제6 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서
상기 검출 수단에 의한 상기 제어 수단의 활성화 후에, 0.5ms 이상 99 ms 미만의 기간 내에 상기 스위치들(I7, I8, I9)을 스위칭하기 위한 상기 수단을 활성화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 또는 하이브리드 차량의 충전 장치의 적어도 하나의 입력 커패시터를 능동적으로 방전하는 시스템.