KR20190021891A - 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량 - Google Patents

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Abstract

모터 구동 및 배터리 충전 장치는 복수의 코일을 포함하는 모터; 상기 복수의 코일과 연결되는 충전 정류 회로; 고전압 배터리; 및 상기 모터의 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급하는 인버터;를 포함하고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 충전 정류 회로는 외부 전원의 교류 전류를 정류하고, 상기 모터 및 상기 인버터는 상기 충전 정류 회로에 의한 정류된 전류의 역률을 보정하고, 상기 고전압 배터리는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전될 수 있다.

Description

모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량 {MOTOR DRIVING/BATTERY CHARGING APPARATUS AND VEHICLE}
개시된 발명은 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 교류 전원으로부터 차량용 배터리를 충전할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 화석 연료, 전기 등을 동력원으로 하여 도로 또는 선로를 주행하는 이동 수단 또는 운송 수단을 의미한다.
화석 연료를 이용하는 차량은 화석 연료의 연소로 인하여 미세 먼지, 수증기, 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 질소, 질소산화물 및/또는 황산화물 등을 배출할 수 있다. 수증기와 이산화탄소는 지구 온난화의 원인으로 알려져 있으며, 미세 먼지, 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 및/또는 황산화물 등은 사람에게 피해를 줄 수 있는 대기 오염 물질로 알려져 있다.
이러한 이유로, 최근 화석 연료를 대체하는 친환경 에너지를 이용한 차량이 개발되고 있다. 예를 들어, 화석 연료와 전기를 모두 이용하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 전기만을 이용하는 전기자동차(Electric Vehicle, EV) 등이 개발되고 있다.
하이브리드 자동차와 전기 자동차는 차량을 이동시키는 모터에 전력을 공급하는 고전압 배터리와 차량의 전장 부품에 전력을 공급하는 저전압 배터리가 별도로 마련된다. 또한, 하이브리드 자동차와 전기 자동차는 고전압 배터리로부터 저전압 배터리로 전력을 공급하기 위하여 고전압 배터리의 전압을 저전압 배터리의 전압으로 변환하는 변환기를 포함하는 것이 일반적이다.
개시된 발명의 일 측면은 외부 교류 전원으로부터 차량용 배터리를 충전하기 위한 별도의 충전 장치를 생략할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 다른 일 측면은 구동 모터 및 인버터를 이용하여 외부 교류 전원으로부터 차량용 배터리를 충전할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 다른 일 측면은 구동 모터 및 인버터를 이용하여 차량용 배터리의 충전 시간을 단축할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 및 배터리 충전 장치는 복수의 코일을 포함하는 모터; 상기 복수의 코일과 연결되는 충전 정류 회로; 고전압 배터리; 및 상기 모터의 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급하는 인버터;를 포함하고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 충전 정류 회로는 외부 전원의 교류 전류를 정류하고, 상기 모터 및 상기 인버터는 상기 충전 정류 회로에 의한 정류된 전류의 역률을 보정하고, 상기 고전압 배터리는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전될 수 있다.
상기 장치는 상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 및 상기 모터의 구동 중에 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 모터 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 상승시키는 승압 컨버터; 상기 승압 컨버터에 의하여 상승된 전압을 상기 인버터로 인가하는 직류 링크 캐패시터; 저전압 배터리; 및 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 하강시키고, 하강된 전압을 상기 저전압 배터리로 인가하는 감압 컨버터를 더 포함할 수 있다.
상기 감압 컨버터는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하는 3권선 변압기와, 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 상기 제1 코일로 출력하는 풀 브리지 회로와, 상기 제2 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고 정류된 전류를 상기 저전압 배터리로 출력하는 감압 정류 회로를 포함하고, 상기 제3 코일은 상기 승압 컨버터와 연결될 수 있다.
상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 직류 링크 캐패시터는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전되고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 승압 컨버터는 상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 제3 코일로 출력하고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 풀 브리지 회로는 상기 제1 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 상기 고전압 배터리로 출력할 수 있다.
상기 장치는 상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 상기 고전압 배터리와 상기 승압 컨버터 사이에 마련되는 제2 스위치; 및 상기 제3 코일과 상기 승압 컨버터 사이에 마련되는 제3 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 제3 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 모터의 구동 중에 상기 제어부는 상기 제1 스위치를 오프시키고 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 제3 스위치를 오프시키고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치를 오프시키고, 상기 제3 스위치를 온시킬 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 및 배터리 충전 장치는 모터에 구비된 복수의 코일과, 인버터에 구비된 복수의 구동 스위치를 포함하고, 상기 충전 정류 회로에 의하여 정류된 전류의 역률을 보정하는 전력 역률 보정기; 및 상기 전력 역률 보정기로부터 출력되는 전류에 의하여 충전되는 고전압 배터리를 포함하고, 상기 모터의 구동 중에 상기 인버터는 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 장치는 상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 및 상기 모터의 구동 중에 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 전력 역률 보정기로부터 출력되는 전류에 의하여 충전되는 직류 링크 캐패시터; 및 상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압을 변경하여 상기 고전압 배터리로 출력하는 격리형 직류-직류 컨버터를 더 포함할 수 있다.
상기 격리형 직류-직류 컨버터는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하는 3권선 변압기와, 상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압으로 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 상기 제1 코일로 출력하는 1차측 변압 회로와, 상기 제2 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고 정류된 전류를 상기 고전압 배터리로 출력하는 2차측 회로를 포함할 수 있다.
상기 모터의 구동 중에 상기 1차측 변압 회로는 상기 고전압 배터리와 연결되어, 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 상승시키고, 상기 모터의 구동 중에 상기 직류 링크 캐패시터는 상기 1차측 변압 회로에 의하여 상승된 전압을 상기 인버터에 인가할 수 있다.
상기 장치는 상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 상기 고전압 배터리와 상기 1차측 변압 회로 사이에 마련되는 제2 스위치; 및 상기 제1 코일과 상기 1차측 변압 회로 사이에 마련되는 제3 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 제3 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치를 오프시키고, 상기 제3 스위치를 온시키고, 상기 모터의 구동 중에 상기 제어부는 상기 제1 스위치를 오프시키고 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 제3 스위치를 오프시킬 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 차량은 차륜; 상기 차륜을 회전시키고, 복수의 코일을 포함하는 모터; 외부 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 정류하고, 상기 복수의 코일과 연결되는 충전 정류 회로; 고전압 배터리; 및 상기 모터의 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급하는 인버터를 포함하고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 모터 및 상기 인버터는 상기 충전 정류 회로에 의한 정류된 전류의 역률을 보정하고, 상기 고전압 배터리는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전될 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 외부 교류 전원으로부터 차량용 배터리를 충전하기 위한 별도의 충전 장치를 생략할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 다른 일 측면에 따르면, 구동 모터 및 인버터를 이용하여 외부 교류 전원으로부터 차량용 배터리를 충전할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 다른 일 측면에 따르면, 구동 모터 및 인버터를 이용하여 차량용 배터리의 충전 시간을 단축할 수 있는 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량을 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 일 실시예에 의한 차량의 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치를 도시한다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 의한 차량이 주행하는 동안 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치의 동작을 도시한다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 의한 차량이 주차된 동안 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치의 동작을 도시한다.
도 8은 일 실시예에 의한 차량이 주차된 동안 모터와 인버터의 동작을 도시한다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 의한 차량이 주차된 동안 승압 컨버터와 감압 컨버터의 동작을 도시한다.
도 11은 일 실시예에 의한 차량의 구동 및 충전 방법을 도시한다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
차량은 엔진의 회전력 및/또는 모터의 회전력을 이용하여 사람 및/또는 물건을 운송하는 기계/전기 장치이다.
엔진을 이용하는 차량은 휘발유, 경유, 가스 등의 화석 연료를 폭발적으로 연소시키고, 화석 연료의 연소 중에 발생하는 병진 운동력을 회전 운동력으로 변환하고, 변환된 회전력을 이용하여 이동할 수 있다. 엔진을 이용하는 차량은 외부로부터 화석 연료(예를 들어, 휘발유, 경유 등)을 공급받을 수 있다.
모터를 이용하는 차량은 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)라 불리며, 배터리에 저장된 전기 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하고, 변환된 회전력을 이용하여 이동할 수 있다. 모터를 이용하는 차량은 외부로부터 전력을 공급받을 수 있다.
엔진과 모터 모두를 이용하는 차량도 있다. 이러한 차량은 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 불리며, 엔진을 이용하여 이동할 수 있을 뿐만 아니라 모터를 이용하여 이동할 수도 있다. 하이브리드 자동차는 외부로부터 화석 연료만을 공급받고 엔진과 모터(발전기)를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 일반 하이브리드 자동차와, 외부로부터 화석 연료와 전기 에너지를 모두 공급받을 수 있는 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 구분할 수 있다.
전기 자동차와 하이브리드 자동차는 구동 모터에 전기 에너지를 공급하기 위한 고전압 배터리와 차량의 전기 장치(전장, 電裝) 부품에 전기 에너지를 공급하기 위한 저전압 배터리를 각각 포함하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 구동 모터에 전기 에너지를 공급하는 고전압 배터리는 출력 전압이 대략 수백 볼트(volt, V) (예를 들어, 300V에서 400V)일 수 있으며, 전장 부품에 전기 에너지를 공급하는 저전압 배터리는 출력 전략이 대략 수십 볼트(예를 들어, 12V)일 수 있다.
전기 자동차와 하이브리드 자동차는 주행 중에 고전압 배터리를 충전할 수 있다. 구동 모터는 전기 에너지를 운동 에너지(회전력)으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라, 운동 에너지(회전력)을 전기 에너지로 변환할 수 있다. 다시 말해, 구동 모터는 외부에서 전기 에너지가 공급되면 모터로서 기능하며, 외부에서 운동 에너지가 공급되는 발전기로서 기능할 수 있다. 이러한 구동 모터의 동작에 의하여 차량이 내리막 도로를 주행하거나 감소하는 경우(회생 제동) 구동 모터는 전력을 생산할 수 있으며, 구동 모터에 의하여 생산된 전력을 이용하여 고전압 배터리를 충전(회생 제동에 의한 충전)할 수 있다.
또한, 전기 자동차와 하이브리드 자동차(특히, 플러그인 하이브리드 자동차)는 주차 중에 외부 전원(예를 들어, 직류 전원 또는 교류 전원)으로부터 고전압을 배터리를 충전할 수 있다. 예를 들어, 충전소에서는 상업용 직류 전원을 이용하여 차량의 고전압 배터리를 충전할 수 있으며, 가정에서는 가용용 교류 전원을 이용하여 차량의 고전압 배터리를 충전할 수 있다.
이와 같이, 외부 전원으로부터 고전압 배터리를 충전하기 위하여 별도의 충전 회로가 필요하다. 일 실시예에 의한 차량은 별도의 충전 회로를 제거하거나 최소화하고자 한다.
도 1 및 2는 일 실시예에 의한 차량을 도시한다.
도 1은 하이브리드 자동차(특히, 플러그인 하이브리드 자동차)를 예시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량(1a)은 동력을 생성하는 동력 생성 장치(21)와, 동력을 전달하는 동력 전달 장치(22)와, 차량(1a)의 주행 방향을 제어하기 위한 조향 장치(23)와, 차량(1a)을 정지시키기 위한 제동 장치(24)와, 차량(1a)을 이동시키기 위한 차륜(25)을 포함한다. 또한, 차대(20)는 동력 생성 장치(21), 동력 전달 장치(22), 조향 장치(23), 제동 장치(24), 차륜(25)을 고정하는 프레임(26)을 더 포함한다.
동력 생성 장치(21)는 차량(1a)이 주행하기 위한 회전력을 생성하며, 엔진(21a), 연료 공급 장치(FT), 배기 장치, 모터(21b), 고전압 배터리(B1), 충전 회로(C) 등을 포함한다.
동력 전달 장치(22)는 동력 생성 장치(21)에 의하여 생성된 회전력을 차륜(25)으로 전달하며, 변속기(22a), 변속 레버, 차동 장치, 구동축(22b) 등을 포함한다.
조향 장치(23)는 차량(1a)의 주행 방향을 제어하며, 스티어링 휠(23a), 조향 기어(23b), 조향 링크(23c) 등을 포함한다.
제동 장치(24)는 차륜(25)의 회전을 정지시키며, 브레이크 페달, 마스터 실린더, 브레이크 디스크(24a), 브레이크 패드(24b) 등을 포함한다.
차륜(25)은 동력 생성 장치(21)로부터 동력 전달 장치(22)를 통하여 회전력을 제공받으며, 차량(1a)을 이동시킬 수 있다. 차륜(25)은 차량의 전방에 마련되는 전륜과, 차량의 후방에 마련되는 후륜을 포함한다.
차량(1a)은 동력(회전력)을 생성하기 위한 엔진(21a)과 모터(21b)를 모두 포함한다. 차량(1a)은 엔진(21a)에 화석 연료를 공급하기 위한 연료 탱크(FT)와, 모터(21b)에 전력을 공급하기 위한 고전압 배터리(B1)를 포함한다. 또한, 외부 전원으로부터 고전압 배터리(B1)를 충전하기 위한 충전 회로(C)가 마련될 수 있다.
도 2는 전기 자동차를 예시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량(1b)은 동력 생성 장치(21), 동력 전달 장치(22), 조향 장치(23), 제동 장치(24), 차륜(25)을 포함한다.
동력 전달 장치(22), 조향 장치(23), 제동 장치(24) 및 차륜(25)는 도 1에 도시된 것과 동일할 수 있다. 반면, 동력 생성 장치(21)는 모터(21b), 고전압 배터리(B1), 충전 회로(C)를 포함한다.
차량(1a)은 도 1에 도시된 차량(1a) (하이브리드 자동차)와 비교하여, 엔진(21a) 및 연료 탱크(FT) 등이 생략될 수 있으며, 모터(21b)와 고전압 배터리(B1)와 충전 회로(C)만을 포함한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 일 실시예에 의한 차량(1a, 1b)은 공통적으로 모터(21b)와, 고전압 배터리(B1)와, 충전 회로(C)를 포함한다.
이하에서는 차량(1a, 1b)의 모터(21b)와, 고전압 배터리(B1)와, 충전 회로(C)가 더욱 상세하게 설명된다.
도 3은 일 실시예에 의한 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치를 도시한다.
도 3을 참조하면, 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 고전압 배터리(110)와, 승압 컨버터(High DC-DC Convertor, HDC) (120)와, 인버터(130)와, 모터(140)와, 감압 컨버터(Low DC-DC Convertor, LDC) (150)와, 저전압 배터리(160)와, 충전 정류 회로(170)를 포함한다.
고전압 배터리(110)는 모터 구동/배터리 충전 장치(100)의 주행 중에 승압 컨버터(120)와 인버터(130)를 거쳐 모터(140)에 전기 에너지 즉, 구동 전력을 공급할 수 있다. 모터(140)의 효율적인 구동을 위하여, 고전압 배터리(110)는 저전압 배터리(160)에 비하여 높은 전압(예를 들어, 대략 300V에서 400V의 전압)을 출력할 수 있다.
또한, 고전압 배터리(110)는 외부 전원(ES) 또는 모터(140)로부터 전력을 공급받고, 공급된 전력에 의한 전기 에너지를 저장할 수 있다. 예를 들어, 차량(1a, 1b)의 주행 중에 고전압 배터리(110)는 회생 제동에 의하여 모터(140)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 차량(1a, 1b)의 주차 중에 고전압 배터리(110)는 외부 전원(ES)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
승압 컨버터(120)는 고전압 배터리(110)로부터 출력되는 전력의 전압을 상승시킬 수 있다. 승압 컨버터(120)는 고전압 배터리(110)의 전압을 상승시킴으로써 모터(140)에 공급되는 구동 전류의 크기를 감소시키고, 모터(140)가 효율적으로 동작하도록 할 수 있다.
인버터(130)는 모터(140)에 구동 전류를 공급할 수 있다. 구체적으로, 인버터(130)에는 승압 컨버터(120)로부터 직류 전압이 인가되며, 인버터(130)는 직류 전압으로부터 모터(140)에 교류 전류를 출력할 수 있다. 인버터(130)는 전류의 흐름을 허용하거나 차단하는 복수의 스위치들을 포함하며, 복수의 스위치들의 스위칭 동작에 의하여 모터(140)에 교류 전류가 공급될 수 있다.
모터(140)는 인버터(130)로부터 구동 전류를 공급받고, 차륜(25, 도 1 및 도 2 참조)을 회전시키기 위한 회전력을 생성할 수 있다. 모터(140)는 차량(1a, 1b)에 고정된 고정자와 회전 가능하게 마련되는 회전자를 포함할 수 있다. 구동 전류에 의하여 고정자와 회전자 사이에 자기적 상호 작용이 발생하며, 고정자와 회전자 사이에 자기적 상호 작용에 의하여 회전자가 회전할 수 있다.
또한, 모터(140)는 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 운전자가 차량(1a, 1b)의 속도를 감속하거나 차량(1a, 1b)이 내리막 도로를 주행하는 경우, 모터(140)는 전력을 생성할 수 있다.
인버터(130)가 동작하지 않는 중에 모터(140)의 회전자가 회전하면, 회전자와 고정자 사이의 자기적 상호 작용에 의하여 기전력이 발생할 수 있다. 기전력에 의하여 모터(140)로부터 인버터(130)로 회생 전류가 공급될 수 있다. 모터(140)에 의하여 생성된 회생 전류를 교류 전류일 수 있으며, 인버터(130)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기로써 동작할 수 있다.
이처럼, 회생 전류는 인버터(130)에 의하여 직류 전류로 변환되며, 승압 컨버터(120)를 거쳐 고전압 배터리(110)에 공급될 수 있다. 고전압 배터리(110)는 회생 전류에 의한 전력을 전기 에너지로써 저장할 수 있다.
저전압 배터리(160)는 차량(1a, 1b) 내 전장 부품들에 전력을 공급할 수 있다. 표준화된 규격에 따라 전장 부품들에는 대략 12V의 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 저전압 배터리(160)는 고전압 배터리(110)에 비하여 낮은 전압(예를 들어, 대략 12V에서 14V의 전압)을 출력할 수 있다.
감압 컨버터(150)는 고전압 배터리(110)로부터 출력되는 전력의 전압을 강하시킬 수 있다. 감압 컨버터(150)에 의하여 감압된 전압은 저전압 배터리(160)에 인가되며, 감압 컨버터(150)로부터 출력되는 전류가 저전압 배터리(160)에 공급될 수 있다. 다시 말해, 고전압 배터리(110)로부터 출력되는 전력은 감압 컨버터(150)에 의하여 전압이 감소되고, 저전압 배터리(160)에 공급될 수 있다.
충전 정류 회로(170)는 외부 전원(ES)으로부터 전력을 수신하고, 전력을 고전압 배터리(110)에 전달할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 고전압 배터리(110)는 직류 전원 또는 교류 전원에 의하여 충전될 수 있다. 직류 전원에 의한 충전의 경우, 외부 전원(ES)으로부터 고전압 배터리(110)로 직류 전력이 직접 공급될 수 있다. 반면, 교류 전원에 의한 충전의 경우, 외부 전원(ES)으로부터 공급되는 교류 전력이 직류 전력으로 변환되고, 변환된 직류 전력이 고전압 배터리(110)로 공급될 수 있다.
따라서, 충전 정류 회로(170)는 교류 전력에 포함된 고조파 성분을 차단하는 필터와, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기(예를 들어, 다이오드 브리지)를 포함할 수 있다.
고전압 배터리(110)의 충전 중에 모터(140)와 인버터(130)는 전력 역률을 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 모터(140)와 인버터(130)는 전력 역률 보정(power factor correction, pfc)을 수행할 수 있다.
또한, 고전압 배터리(110)의 충전 중에 승압 컨버터(120)와 감압 컨버터(150)는 외부 전원(ES)의 전압을 변경할 수 있다. 다시 말해, 승압 컨버터(120)와 감압 컨버터(150)는 일체로 직류-직류 컨버터로써 기능할 수 있다.
이하에서는, 차량(1a, 1b)의 주행 중의 모터 구동/배터리 충전 장치(100)의 동작과, 차량(1a, 1b)의 주차 중의 모터 구동/배터리 충전 장치(100)의 동작이 설명된다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 의한 차량이 주행하는 동안 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치의 동작을 도시한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 고전압 배터리(110)와, 승압 컨버터(120)와, 직류 링크 캐패시터(180)와, 인버터(130)와, 모터(140)와, 감압 컨버터(150)와, 저전압 배터리(160)와, 충전 정류 회로(170)를 포함한다.
고전압 배터리(110)는 제1 양극(P1)과 제1 음극(N1)을 가지며, 고전압 배터리(110)의 제1 양극(P1)과 제1 음극(N1) 사이에는 고전압 캐패시터(111)가 연결될 수 있다. 고전압 캐패시터(111)는 고전압 배터리(110)의 양단(P1, N1) 사이의 전압을 안정화시킬 수 있다. 다시 말해, 고전압 캐패시터(111)는 고전압 배터리(110)에 입력되는 전압에 포함된 리플을 제거할 수 있다.
직류 링크 캐패시터(180)는 제2 양극(P2)과 제2 음극(N2) 사이에 마련된다. 직류 링크 캐패시터(180)는 모터(140)의 구동 중에 승압 컨버터(120)에 의하여 승압된 전압을 안정화시키거나, 모터(140)의 발전 중에 인버터(130)에 의하여 정류된 전압을 안정화시킬 수 있다.
승압 컨버터(120)는 상측 승압 스위치(121), 하측 승압 스위치(122) 및 승압 인덕터(123)를 포함한다. 상측 승압 스위치(121)와 하측 승압 스위치(122)는 제2 양극(P2)과 제2 음극(N2) 사이에 직렬로 연결된다. 승압 스위치들(121, 122)은 각각 트랜지스터(transistor)와 환류 다이오드(freewheeling diode)를 포함할 수 있으며, 각각 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT) 또는 산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)로 구현될 수 있다.
승압 인덕터(123)는 상측 승압 스위치(121)와 하측 승압 스위치(122)의 연결 노드와 고전압 배터리(110)의 제1 양극(P1) 사이에 연결될 수 있다.
모터(140)의 구동 중에 승압 컨버터(120)는 승압 스위치들(121, 122)의 스위칭 동작에 의하여 고전압 배터리(110)의 출력 전압을 상승시키고, 상승된 전압을 직류 링크 캐패시터(180)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 모터(140)의 구동 중에 상측 승압 스위치(121)는 오프되고, 하측 승압 스위치(122)는 턴온(폐쇄)과 턴오프(개방)를 반복할 수 있다. 그 결과, 승압 컨버터(120)는 부스트 컨버터 회로로 동작할 수 있다.
모터(140)의 발전 중에 승압 컨버터(120)는 승압 스위치들(121, 122)의 스위칭 동작에 의하여 직류 링크 캐패시터(180)의 출력 전압을 감압하고, 감압된 전압을 고전압 캐패시터(111)와 고전압 배터리(110)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 모터(140)의 발전 중에 하측 승압 스위치(122)는 오프되고, 상측 승압 스위치(121)는 턴온과 턴오프를 반복할 수 있다. 그 결과, 승압 컨버터(120)는 벅 컨버터 회로로 동작할 수 있다.
인버터(130)는 제1 상측 구동 스위치(131), 제2 상측 구동 스위치(132), 제3 상측 구동 스위치(133), 제1 하측 구동 스위치(134), 제2 하측 구동 스위치(135), 제3 하측 구동 스위치(136)를 포함한다. 제1 상측 구동 스위치(131)와 제1 하측 구동 스위치(134)는 제2 양극(P2)과 제2 음극(N2) 사이에 직렬로 연결되고, 제2 상측 구동 스위치(132)와 제2 하측 구동 스위치(135)는 제2 양극(P2)과 제2 음극(N2) 사이에 직렬로 연결되며, 제3 상측 구동 스위치(133)와 제3 하측 구동 스위치(136)는 제2 양극(P2)과 제2 음극(N2) 사이에 직렬로 연결된다. 인버터(130)의 구동 스위치들(131-136)은 각각 트랜지스터와 환류 다이오드를 포함할 수 있으며, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 또는 산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수 있다.
모터(140)는 a상 코일(141)과 b상 코일(142)과 c상 코일(143)을 포함하는 고정자와 영구 자석을 포함하는 회전자를 포함할 수 있다. a상 코일(141)은 제1 상측 구동 스위치(131)와 제1 하측 구동 스위치(134)의 연결 노드와 모터(140)의 중립점(N) 사이에 연결되고, b상 코일(142)은 제2 상측 구동 스위치(132)와 제2 하측 구동 스위치(135)의 연결 노드와 모터(140)의 중립점(N) 사이에 연결되며, c상 코일(143)은 제3 상측 구동 스위치(133)와 제3 하측 구동 스위치(136)의 연결 노드와 모터(140)의 중립점(N) 사이에 연결된다.
모터(140)의 구동 중에 인버터(130)는 구동 스위치들(131-136)의 스위칭 동작에 의하여 직류 링크 캐패시터(180)의 직류 전압으로부터 교류 전류를 생성하고, 교류 전류(모터의 구동전류)를 모터(140)의 abc상 코일들(141, 142, 143)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 상측 구동 스위치(131)가 온되고 제1 하측 구동 스위치(134)가 오프되면 모터(140)의 a상 코일(141)에 양의 전류가 공급되고, 제1 상측 구동 스위치(131)가 오프되고 제1 하측 구동 스위치(134)가 온되면 모터(140)의 a상 코일(141)에 음의 전류가 공급될 수 있다. 또한, 모터(140)의 abc상 코일들(141, 142, 143)에 교류 전류가 흐르면, abc상 코일들(141, 142, 143)과 영구 자석 사이의 자기적 상호 작용에 의하여 모터(140)의 회전자가 회전할 수 있다.
모터(140)의 발전 중에 인버터(130)는 모터(140)로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 직류 링크 캐패시터(180)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 모터(140)가 회전하면 abc상 코일들(141, 142, 143)과 영구 자석 사이의 자기적 상호 작용에 의하여 abc상 코일들(141, 142, 143)에 기전력이 발생하며, 기전력에 의하여 abc상 코일들(141, 142, 143)로부터 인버터(130)로 교류 전류(회전 전류)가 공급될 수 있다. 이때, 인버터(130)의 구동 스위치들(131-136)이 오프되면, 구동 스위치들(131-136)의 환류 다이오드로 인하여 다이오드 브리지가 형성되며, 환류 다이오드의 다이오드 브리지는 교류 전류를 정류할 수 있다.
충전 정류 회로(170)는 외부 전원(ES)으로부터 공급되는 교류 전류를 정류하는 다이오드 브리지를 포함할 수 있다. 충전 정류 회로(170)는 제1 상측 충전 다이오드(171), 제2 상측 충전 다이오드(172), 제1 하측 충전 다이오드(173) 및 제2 하측 충전 다이오드(174)를 포함할 수 있다. 제1 상측 충전 다이오드(171)와 제1 하측 충전 다이오드(173)는 모터(140)의 중립점(N)과 제2 음극(N2) 사이에 직렬로 연결되고, 제2 상측 충전 다이오드(172)와 제2 하측 충전 다이오드(174)는 모터(140)의 중립점(N)과 제2 음극(N2) 사이에 직렬로 연결된다. 또한, 외부 전원(ES)은 제1 상측 충전 다이오드(171)와 제1 하측 충전 다이오드(173)의 연결 노드와 제2 상측 충전 다이오드(172)와 제2 하측 충전 다이오드(174)의 연결 노드 사이에 연결될 수 있다.
충전 정류 회로(170)는 외부 전원(ES)의 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 모터(140) 및 인버터(130)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 상측 충전 다이오드(171)와 제2 상측 충전 다이오드(172)는 외부 전원(ES)으로부터 모터(140)의 중립점(N)으로 입력되는 전류만을 허용하며, 제1 하측 충전 다이오드(173)와 제2 하측 충전 다이오드(174)는 제2 음극(N2)으로부터 외부 전원(ES)으로 출력되는 전류만을 허용할 수 있다.
저전압 배터리(160)는 제3 양극(P3)과 제3 음극(N3)을 가지며, 저전압 배터리(160)의 제3 양극(P3)과 제3 음극(N3) 사이에는 저전압 캐패시터(161)가 연결될 수 있다. 저전압 캐패시터(161)는 저전압 배터리(160)의 양단(P3, N3) 사이의 전압을 안정화시킬 수 있다. 다시 말해, 저전압 캐패시터(161)는 저전압 배터리(160)에 입력되는 전압에 포함된 리플을 제거할 수 있다.
감압 컨버터(150)는 1차측 변압 회로(이하 '풀 브리지 회로'라 한다) (210)와, 2차측 회로(이하 '감압 정류 회로'라 한다) (220)와, 3권선 변압기(3 winding transformer) (230)를 포함한다.
3권선 변압기(230)는 제1 코일(231)과, 제2 코일(232)과 제3 코일(233)을 포함하며, 제1 코일(231)은 감압 컨버터(150)의 풀 브리지 회로(210)와 연결되고, 제2 코일(232)은 감압 컨버터(150)의 감압 정류 회로(220)와 연결되고, 제3 코일(233)은 승압 컨버터(120)와 연결될 수 있다.
풀 브리지 회로(210)는 제1 상측 감압 스위치(211), 제2 상측 감압 스위치(212), 제1 하측 감압 스위치(213) 및 제2 하측 감압 스위치(214)를 포함할 수 있다. 감압 스위치들(211-214)은 각각 트랜지스터와 환류 다이오드를 포함할 수 있으며, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 또는 산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수 있다.
제1 상측 감압 스위치(211)와 제1 하측 감압 스위치(213)는 고전압 배터리(110)의 제1 양극(P1)과 제1 음극(N1) 사이에 직렬로 연결되고, 제2 상측 감압 스위치(212)와 제2 하측 감압 스위치(214)는 고전압 배터리(110)의 제1 양극(P1)과 제1 음극(N1) 사이에 직렬로 연결된다. 또한, 제1 상측 감압 스위치(211)와 제1 하측 감압 스위치(213) 사이의 연결 노드는 제1 코일(231)의 일단과 연결되고, 제2 상측 감압 스위치(212)와 제2 하측 감압 스위치(214) 사이의 연결 노드는 제1 코일(231)의 타단과 연결된다. 다시 말해, 제1 상측 감압 스위치(211), 제2 상측 감압 스위치(212), 제1 하측 감압 스위치(213), 제2 하측 감압 스위치(214) 및 제1 코일(231)은 H 브리지를 형성할 수 있다.
풀 브리지 회로(210)는 감압 스위치들(211-214)의 스위칭 동작에 의하여 고전압 배터리(110)의 직류 전압으로부터 교류 전류를 생성하고, 교류 전류를 3권선 변압기(230)의 제1 코일(231)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 상측 감압 스위치(211)가 온되고 제1 하측 감압 스위치(213)가 오프되면 제1 코일(231)에 양의 전류가 공급되고, 제1 상측 감압 스위치(211)가 오프되고 제1 하측 감압 스위치(213)가 온되면 제1 코일(231)에 음의 전류가 공급될 수 있다.
감압 정류 회로(220)는 제1 정류 다이오드(221)와 제2 정류 다이오드(222)를 포함한다. 제1 정류 다이오드(221)는 3권선 변압기(230)의 제2 코일(232)의 일단과 저전압 배터리(160)의 제3 양극(P3) 사이에 연결되며, 제2 정류 다이오드(222)는 3권선 변압기(230)의 제2 코일(232)의 타단과 저전압 배터리(160)의 제3 양극(P3) 사이에 연결된다. 또한, 제2 코일(232)의 중심점(C)은 저전압 배터리(160)의 제3 음극(N3)과 연결된다.
감압 정류 회로(220)는 제2 코일(232)의 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 저전압 캐패시터(161)와 저전압 배터리(160)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 정류 다이오드(221)와 제2 정류 다이오드(222)는 제2 코일(232)로부터 저전압 배터리(160)의 제3 양극(P3)으로 공급되는 전류만을 허용할 수 있다.
3권선 변압기(230)는 제1 코일(231)의 턴 수와 제2 코일(232)의 턴 수 사이의 비율에 따라 고전압 배터리(110)의 전압을 강하시키고, 강하된 전압을 저전압 배터리(160)로 출력할 수 있다.
또한, 3권선 변압기(230)는 고전압 배터리(110)와 저전압 배터리(160)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 그 결과, 고전압 배터리(110)의 고장이 저전압 배터리(160)와 전장 부품들에 영향을 주는 것이 방지된다.
3권선 변압기(230)의 제3 코일(233)은 승압 컨버터(120)의 입력과 연결되며, 제3 코일(233)과 승압 컨버터(120) 사이에는 공진 캐패시터(240)가 마련될 수 있다. 구체적으로, 제3 코일(233)의 일단은 공진 캐패시터(240)를 거쳐 고전압 배터리(110)의 양극(P1)과 연결되고, 제3 코일(233)의 타단은 고전압 배터리(110)의 음극(N1)과 연결될 수 있다.
제3 코일(233)과 공진 캐패시터(240)는 아래에서 설명할 외부 전원(ES)에 의한 충전 중에 승압 컨버터(120)와 함께 교류 전류를 생성할 수 있다. 제3 코일(233)과 공진 캐패시터(240)의 동작은 아래에서 더욱 자세하게 설명한다.
차량용 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 모터(140)의 중립점(N)과 충전 정류 회로(170) 사이에 마련되는 제1 스위치(191)와, 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120) 사이에 마련되는 제2 스위치(192)와, 제3 코일(233)과 승압 컨버터(120) 사이에 마련되는 제3 스위치(193)와, 제1, 제2 및 제3 스위치들(191-193)의 온/오프를 제어하는 제어부(190)를 더 포함한다.
제어부(190)는 차량(1a, 1b)의 주행/주차 상태에 따라 제1 스위치(191), 제2 스위치(192) 및 제3 스위치(193)를 온 또는 오프할 수 있다. 예를 들어, 차량(1a, 1b)의 주행 중에는 제어부(190)는 제2 스위치(192)를 온시키고 제1 스위치(191)와 제3 스위치(193)를 오프시킬 수 있다. 또한, 차량(1a, 1b)의 주차 중 충전 동안에는 제어부(190)는 제2 스위치(192)를 오프시키고 제1 스위치(191)와 제3 스위치(193)는 온시킬 수 있다.
차량(1a, 1b)의 주행 중에는 도 4에 도시된 바와 같이 제2 스위치(192)가 온되고 제1 스위치(191)와 제3 스위치(193)가 오프되며, 도 5에 도시된 바와 같은 모터 구동 회로가 형성될 수 있다.
제2 스위치(192)가 온됨으로 인하여 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120)가 직접 연결되고, 제1 스위치(191)가 오프됨으로 인하여 모터(140)와 충전 정류 회로(170)가 분리된다. 또한, 제3 스위치(193)가 오프됨으로 인하여 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)가 분리된다.
고전압 배터리(110)는 고전압 직류 전력을 출력한다.
승압 컨버터(120)는 고전압 배터리(110)의 전압을 상승시키고, 상승된 전압을 직류 링크 캐패시터(180)로 출력한다. 예를 들어, 승압 컨버터(120)의 상측 승압 스위치(121)는 오프되고 하측 승압 스위치(122)는 턴온과 턴오프를 반복할 수 있다.
인버터(130)는 직류 링크 캐패시터(180)의 직류 전압으로부터 교류 전류를 생성하고, 교류 전류(구동 전류)를 모터(140)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 인버터(130)의 구동 스위치들(131-136)은 교대로 턴온과 턴오프를 반복할 수 있다.
모터(140)는 인버터(130)로부터 구동 전류를 공급받고, 차륜(25, 도 1 및 도 2 참조)을 회전시킬 수 있다.
또한, 모터(140)는 외력(차륜의 회전)에 의하여 회생 전류를 생산하고, 회생 전류를 인버터(130)로 출력할 수 있다.
인버터(130)는 모터(140)의 회생 전류를 정류하고, 정류된 전류를 직류 링크 캐패시터(180)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 인버터(130)의 구동 스위치들(131-136)은 오프될 수 있으며, 구동 스위치들(131-136)의 환류 다이오드에 의하여 정류 회로가 형성될 수 있다.
승압 컨버터(120)는 직류 링크 캐패시터(180)의 전압을 강하시키고, 강하된 전압을 고전압 배터리(110)로 출력한다. 예를 들어, 승압 컨버터(120)의 상측 승압 스위치(121)는 턴온과 턴오프를 반복하고 하측 승압 스위치(122)는 오프될 수 있다.
고전압 배터리(110)는 회생 전류에 의하여 충전될 수 있다.
감압 컨버터(150)는 고전압 배터리(110)의 전압을 강하시키고, 강하된 전압을 저전압 배터리(160)로 출력한다. 예를 들어, 풀 브리지 회로(210)의 감압 스위치들(211-214)은 교대로 턴온과 턴오프를 반복할 수 있다.
저전압 배터리(160)는 저전압 직류 전력을 차량(1a, 1b)의 전장 부품들에 공급할 수 있다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 의한 차량이 주차된 동안 차량용 모터 구동/배터리 충전 장치의 동작을 도시한다. 도 8은 일 실시예에 의한 차량이 주차된 동안 모터와 인버터의 동작을 도시한다. 도 9 및 도 10은 일 실시예에 의한 차량이 주차된 동안 승압 컨버터와 감압 컨버터의 동작을 도시한다.
이해를 돕기 위하여, 도 6은 도 4와 비교하여 모터 구동/배터리 충전 장치(100)를 좌우를 바뀌어 도시한다.
차량(1a, 1b)의 주차 중 충전 동안 제어부(190)는 도 6에 도시된 바와 같이 제2 스위치(192)를 오프시키고, 제1 스위치(191)와 제2 스위치(192)가 온시킬 수 있다. 제2 스위치(192)가 오프되고 제1 스위치(191)와 제3 스위치(193)가 온되면, 도 7에 도시된 바와 같은 배터리 충전 회로가 형성될 수 있다.
제1 스위치(191)가 온됨으로 인하여 충전 정류 회로(170)와 모터(140)의 중립점(N)이 연결된다. 또한, 제2 스위치(192)가 오프됨으로 인하여 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120)가 분리되고, 제3 스위치(193)가 온됨으로 인하여 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)가 연결된다. 그 결과, 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120)는 풀 브리지 회로(210)와 3권선 변압기(230)를 통하여 연결될 수 있다.
충전 정류 회로(170)는 외부 전원(ES)의 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 모터(140) 및 인버터(130)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 충전 정류 회로(170)는 외부 전원(ES)으로부터 모터(140)의 중립점(N)으로 입력되는 전류만을 허용하고, 제2 음극(N2)으로부터 외부 전원(ES)으로 출력되는 전류만을 허용할 수 있다.
모터(140)와 인버터(130)는 외부 전원(ES)으로부터 공급되는 교류 전력의 전력 역률(power factor)을 향상시킨다. 전력 역률은 공급 전력에 대한 유효 전력의 비율을 의미한다. 교류 전력이 차량(1a, 1b)에 공급되는 경우 교류 전압의 위상과 교류 전류의 위상 사이의 차이로 인하여 무효 전력이 발생하며, 무효 전력은 고전압 배터리(110)를 충전시키지 못한다. 무효 전력의 증가에 따라 전력 역률이 저감된다.
모터(140)와 인버터(130)는 무효 전력을 저감시키고, 전력 역률을 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 모터(140)와 인버터(130)는 교류 전압의 위상과 교류 전류의 위상 사이의 차이를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 차량(1a, 1b)의 주차 중 충전 동안에 인버터(130)의 상측 구동 스위치들(131-136)은 오프된다. 상측 구동 스위치들(131-136)이 오프되면 모터(140)와 인버터(130)는 도 8에 도시된 바와 같이 간략화될 수 있다.
도 8을 참조하면, abc상 코일들(141, 142, 143)과 상측 구동 스위치들(131-136)의 환류 다이오드들과 하측 구동 스위치들(131-136)은 전력 역률 보정기(power factor corrector) (250)를 형성할 수 있다.
구체적으로, a상 코일(141)과 제1 상측 구동 스위치(131)와 제1 하측 구동 스위치(134)는 제1 전력 역률 보정기(251)를 형성하고, b상 코일(142)과 제2 상측 구동 스위치(132)와 제2 하측 구동 스위치(135)는 제2 전력 역률 보정기(252)를 형성하며, c상 코일(143)과 제3 상측 구동 스위치(133)와 제3 하측 구동 스위치(136)는 제3 전력 역률 보정기(253)를 형성할 수 있다. 이처럼, 모터(140)와 인버터(130)는 3상 인터리브(interleave)를 가지는 전력 역률 보정기(250)를 형성할 수 있다.
하측 구동 스위치들(131-136)은 턴온과 턴오프를 반복하며, 하측 구동 스위치들(131-136)의 턴온과 턴오프의 반복에 의하여 전력 역률 보정기(250)는 외부 전원(ES)의 교류 전압과 같은 위상을 가지는 전류를 직류 링크 캐패시터(180)로 출력할 수 있다. 직류 링크 캐패시터(180)는 전력 역률 보정기(250)의 출력 전류에 의하여 충전될 수 있다.
그 결과, 외부 전원(ES)의 전기 에너지는 모터(140)와 인버터(130)를 거쳐 직류 링크 캐패시터(180)로 전달될 수 있다.
승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)와 풀 브리지 회로(210)는 분리형 직류-직류 컨버터(isolated dc-dc converter) (260)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 승압 컨버터(120)는 직류 링크 캐패시터(180)의 직류 전압으로부터 교류 전류를 생성하고, 3권선 변압기(230)는 상호 인덕턴스를 이용하여 교류 전류를 풀 브리지 회로(210)로 전달한다. 풀 브리지 회로(210)는 3권선 변압기(230)로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 고전압 캐패시터(111)와 고전압 배터리(110)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 차량(1a, 1b)의 주차 중 충전 동안 풀 브리지 회로(210)의 감압 스위치들(211-214)은 오프된다. 감압 스위치들(211-214)이 오프되면 감압 스위치들(211-214)의 환류 다이오드들에 의하여 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 다이오드 브리지(261)가 형성될 수 있다.
또한, 차량(1a, 1b)의 주차 중 충전 동안 승압 컨버터(120)의 승압 스위치들(121, 122)은 교대로 턴온과 턴오프를 반복할 수 있다. 승압 스위치들(121, 122)이 교대로 턴온과 턴오프를 반복하면 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 제3 코일(233)에 교류 전류가 공급될 수 있다.
상측 승압 스위치(121)가 턴온되고 하측 승압 스위치(122)가 턴오프되면, 도 9에 도시된 바와 같이 직류 링크 캐패시터(180)로부터 공진 캐패시터(240)와 제3 코일(233)로 전류가 공급된다. 전류는 직류 링크 캐패시터(180)의 제2 양극(P2)로부터 상측 승압 스위치(121)와 승압 인덕터(123)를 거쳐 공진 캐패시터(240)로 흐른다, 또한 전류는 제3 코일(233)을 거쳐 직류 링크 캐패시터(180)의 제2 음극(N2)까지 흐른다.
또한, 상측 승압 스위치(121)가 턴오프되고 하측 승압 스위치(122)가 턴온되면, 도 10에 도시된 바와 같이 공진 캐패시터(240)로부터 제3 코일(233)로 전류가 공급된다. 전류는 공진 캐패시터(240)로부터 승압 인덕터(123)와 하측 승압 스위치(122)를 거쳐 제3 코일(233)로 흐른다.
이처럼, 상측 승압 스위치(121)와 하측 승압 스위치(122)가 교대로 턴온/턴오프됨으로 인하여, 제3 코일(233)에는 크기와 방향이 변환하는 교류 전류가 공급될 수 있다.
제3 코일(233)의 교류 전류는 풀 브리지 회로(210)의 제1 코일(231)로 전달될 수 있다. 제3 코일(233)과 제1 코일(231)을 포함하는 3권선 변압기(230)는 외부 전원(ES)과 고전압 배터리(110)를 전기적으로 격리시킬 수 있다. 그 결과, 외부 전원(ES)의 고장이 고전압 배터리(110)에 영향을 주는 것이 방지된다.
풀 브리지 회로(210)의 다이오드 브리지(261)는 제1 코일(231)로부터 고전압 캐패시터(111)의 제1 양극(P1)으로 흐르는 전류와 고전압 캐패시터(111)의 제1 음극(N1)으로부터 제1 코일(231)로 흐르는 전류만을 허용한다.
그 결과, 직류 링크 캐패시터(180)의 전기 에너지는 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)와 풀 브리지 회로(210)를 거쳐 고전압 배터리(110)로 전달되며, 고전압 배터리(110)가 충전된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 외부 전원(ES)의 전력은 모터(140), 인버터(130), 직류 링크 캐패시터(180), 승압 컨버터(120), 3권선 변압기(230), 풀 브리지 회로(210)를 거쳐 고전압 배터리(110)에 공급될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 의한 차량의 구동 및 충전 방법을 도시한다.
도 11과 함께, 차량(1a, 1b)의 구동 및 충전 방법(1000)이 설명된다.
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 시동이 온 상태인지를 판단한다(1010).
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 차량(1a, 1b) 내 캔 통신 네트워크를 통한 캔 메시지 등을 기초로 차량(1a, 1b)의 시동 여부를 판단할 수 있다.
시동 온 상태이면(1010의 예), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 차량(1a, 1b)의 동작 모드를 모터 구동 모드로 전환한다(1020).
모터 구동 모드에서 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 모터(140)를 구동하기 위하여 제2 스위치(192)를 턴온하고, 제1 스위치(191)와 제3 스위치(193)를 턴오프할 수 있다.
제2 스위치(192)가 온됨으로 인하여 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120)가 직접 연결되고, 제1 스위치(191)가 오프됨으로 인하여 모터(140)와 충전 정류 회로(170)가 분리된다. 또한, 제3 스위치(193)가 오프됨으로 인하여 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)가 분리된다.
이후, 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 운전자의 가속 의지를 판단한다(1030).
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 차량(1a, 1b) 내 캔 통신 네트워크를 통한 캔 메시지 등을 기초로 운전자의 가속 의지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 구동 제어 시스템은 가속 페달 위치 센서를 이용하여 가속 페달의 위치를 감지하며, 가속 페달이 가압되면 캔 통신 네트워크를 운전자의 가속 의지를 나타내는 메시지를 전송할 수 있다. 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 구동 제어 시스템의 메시지를 기초로 운전자의 가속 의지를 판단할 수 있다.
운전자의 가속 의지가 판단되면(1030의 예), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 모터(140)를 구동한다(1040).
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 고전압 배터리(110)의 전압을 상승시키고 상승된 전압을 직류 링크 캐패시터(180)로 출력하도록 승압 컨버터(120)를 제어하고, 직류 링크 캐패시터(180)의 직류 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 교류 전류(구동 전류)를 모터(140)에 공급하도록 인버터(130)를 제어할 수 있다.
모터(140)는 인버터(130)로부터 구동 전류를 공급받고, 차륜(25, 도 1 및 도 2 참조)을 회전시킬 수 있다.
운전자의 가속 의지가 판단되지 않으면(1030의 아니오), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 운전자의 감속 의지를 판단한다(1050).
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 차량(1a, 1b) 내 캔 통신 네트워크를 통한 캔 메시지 등을 기초로 운전자의 가속 의지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제동 제어 시스템은 제동 페달 위치 센서를 이용하여 제동 페달의 위치를 감지하며, 제동 페달이 가압되면 캔 통신 네트워크를 운전자의 감속 의지를 나타내는 메시지를 전송할 수 있다. 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 제동 제어 시스템의 메시지를 기초로 운전자의 감속 의지를 판단할 수 있다.
운전자의 감속 의지가 판단되면(1050의 예), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 회생 제동을 수행한다(1060).
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 모터(140)의 회생 전류를 정류하고 정류된 전류를 직류 링크 캐패시터(180)로 출력하도록 인버터(130)를 제어하고, 직류 링크 캐패시터(180)의 전압을 강하시키고 강하된 전압을 고전압 배터리(110)로 출력하도록 승압 컨버터(120)를 제어할 수 있다.
고전압 배터리(110)는 모터(140)에 의하여 생성된 회생 전류에 의하여 충전될 수 있다.
운전자의 감속 의지가 판단되지 않으면(1050의 아니오), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 동작을 종료한다.
또한, 시동 오프 상태이면(1010의 아니오), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 외부 전원(ES)에 의한 충전 여부를 판단한다(1070).
차량(1a, 1b)의 주차 중에 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 고전압 배터리(110)의 충전을 위한 충전 단자에 외부 전원(ES)의 플러그가 삽입되었는지를 감지할 수 있으며, 감지 결과에 따라 외부 전원(ES)에 의한 충전 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 차량(1a, 1b)의 충전 단자에 외부 전원(ES)의 플러그가 삽입되었으면 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 외부 전원(ES)에 의한 충전을 판단할 수 있다.
외부 전원(ES)에 의한 충전이 판단되면(1070의 예), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 차량(1a, 1b)의 동작 모드를 배터리 충전 모드로 전환한다(1080).
배터리 충전 모드에서 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 고전압 배터리(110)를 충전하기 위하여 제2 스위치(192)를 턴오프하고, 제1 스위치(191)와 제3 스위치(193)를 턴온할 수 있다.
제1 스위치(191)가 온됨으로 인하여 충전 정류 회로(170)와 모터(140)의 중립점(N)이 연결된다. 제2 스위치(192)가 오프됨으로 인하여 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120)가 분리되고, 제3 스위치(193)가 온됨으로 인하여 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)가 연결된다. 그 결과, 고전압 배터리(110)와 승압 컨버터(120)는 풀 브리지 회로(210)와 3권선 변압기(230)를 통하여 연결될 수 있다.
이후, 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 고전압 배터리(110)를 충전한다(1090).
모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 무효 전력을 저감시키고 전력 역률을 향상시키도록 모터(140)와 인버터(130)를 제어할 수 있다.
고전압 배터리(110)의 충전 중에 인버터(130)의 상측 구동 스위치들(131-136)은 오프되며, 모터(140)와 인버터(130)는 전력 역률 보정기를 형성할 수 있다.
인버터(130)의 하측 구동 스위치들(131-136)은 턴온과 턴오프를 반복할 수 있으며, 하측 구동 스위치들(131-136)의 턴온과 턴오프의 반복에 의하여 외부 전원(ES)의 교류 전압과 같은 위상을 가지는 전류가 직류 링크 캐패시터(180)로 출력될 수 있다. 직류 링크 캐패시터(180)는 모터(140)/인버터(130)의 출력 전류에 의하여 충전될 수 있다.
또한, 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 직류 링크 캐패시터(180)의 전기 에너지를 고전압 배터리(110)로 전달하도록 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)와 풀 브리지 회로(210)를 제어할 수 있다.
고전압 배터리(110)의 충전 중에 풀 브리지 회로(210)의 감압 스위치들(211-214)은 오프되며, 승압 컨버터(120)와 3권선 변압기(230)와 풀 브리지 회로(210)는 분리형 직류-직류 컨버터를 형성할 수 있다.
승압 컨버터(120)의 승압 스위치들(121, 122)은 교대로 턴온과 턴오프를 반복할 수 있으며, 승압 스위치들(121, 122)의 턴온과 턴오프에 의하여 직류 링크 캐패시터(180)의 직류 전압으로부터 교류 전류가 생성될 수 있다.
교류 전류는 3권선 변압기(230)의 제3 코일(233)과 제1 코일(231) 사이의 상호 인덕턴스로 인하여 풀 브리지 회로(210)로 전달된다. 풀 브리지 회로(210)는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 고전압 배터리(110)로 출력할 수 있다.
이처럼, 외부 전원(ES)의 전력은 모터(140), 인버터(130), 직류 링크 캐패시터(180), 승압 컨버터(120), 3권선 변압기(230), 풀 브리지 회로(210)를 거쳐 고전압 배터리(110)에 공급될 수 있으며, 고전압 배터리(110)는 충전될 수 있다.
외부 전원(ES)에 의한 충전이 판단되지 않으면(1070의 아니오), 모터 구동/배터리 충전 장치(100)는 동작을 종료한다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1a, 1b: 차량 100: 모터 구동/배터리 충전 장치
110: 고전압 배터리 111: 고전압 캐패시터
120: 승압 컨버터 121: 상측 승압 스위치
122: 하측 승압 스위치 123: 승압 인덕터
130: 인버터 131: 제1 상측 구동 스위치
132: 제2 상측 구동 스위치 133: 제3 상측 구동 스위치
134: 제1 하측 구동 스위치 135: 제2 하측 구동 스위치
136: 제3 하측 구동 스위치 140: 모터
141: a상 코일 142: b상 코일
143: c상 코일 150: 감압 컨버터
160: 저전압 배터리 161: 저전압 캐패시터
170: 충전 정류 회로 171: 제1 상측 충전 다이오드
172: 제2 상측 충전 다이오드 173: 제1 하측 충전 다이오드
174: 제2 하측 충전 다이오드 180: 직류 링크 캐패시터
190: 제어부 191: 제1 스위치
192: 제2 스위치 193: 제3 스위치
210: 풀 브리지 회로 211: 제1 상측 감압 스위치
212: 제2 상측 감압 스위치 213: 제1 하측 감압 스위치
214: 제2 하측 감압 스위치 220: 감압 정류 회로
221: 제1 정류 다이오드 222: 제2 정류 다이오드
230: 3권선 변압기 231: 제1 코일
232: 제2 코일 233: 제3 코일
240: 공진 캐패시터 250: 전력 역률 보정기
251: 제1 전력 역률 보정기 252: 제2 전력 역률 보정기
253: 제3 전력 역률 보정기 260: 분리형 직류-직류 컨버터
261: 다이오드 브리지

Claims (20)

  1. 복수의 코일을 포함하는 모터;
    상기 복수의 코일과 연결되는 충전 정류 회로;
    고전압 배터리; 및
    상기 모터의 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급하는 인버터;를 포함하고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 충전 정류 회로는 외부 전원의 교류 전류를 정류하고, 상기 모터 및 상기 인버터는 상기 충전 정류 회로에 의한 정류된 전류의 역률을 보정하고, 상기 고전압 배터리는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전되는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 및
    상기 모터의 구동 중에 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키는 제어부를 더 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 상승시키는 승압 컨버터;
    상기 승압 컨버터에 의하여 상승된 전압을 상기 인버터로 인가하는 직류 링크 캐패시터;
    저전압 배터리; 및
    상기 고전압 배터리의 출력 전압을 하강시키고, 하강된 전압을 상기 저전압 배터리로 인가하는 감압 컨버터를 더 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감압 컨버터는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하는 3권선 변압기와, 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 상기 제1 코일로 출력하는 풀 브리지 회로와, 상기 제2 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고 정류된 전류를 상기 저전압 배터리로 출력하는 감압 정류 회로를 포함하고,
    상기 제3 코일은 상기 승압 컨버터와 연결되는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 직류 링크 캐패시터는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전되고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 승압 컨버터는 상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 제3 코일로 출력하고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 풀 브리지 회로는 상기 제1 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 상기 고전압 배터리로 출력하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치;
    상기 고전압 배터리와 상기 승압 컨버터 사이에 마련되는 제2 스위치; 및
    상기 제3 코일과 상기 승압 컨버터 사이에 마련되는 제3 스위치를 더 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 제3 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 모터의 구동 중에 상기 제어부는 상기 제1 스위치를 오프시키고 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 제3 스위치를 오프시키고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치를 오프시키고, 상기 제3 스위치를 온시키는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  8. 외부 전원으로부터 공급된 교류 전류를 정류하는 충전 정류 회로;
    모터에 구비된 복수의 코일과, 인버터에 구비된 복수의 구동 스위치를 포함하고, 상기 충전 정류 회로에 의하여 정류된 전류의 역률을 보정하는 전력 역률 보정기; 및
    상기 전력 역률 보정기로부터 출력되는 전류에 의하여 충전되는 고전압 배터리를 포함하고,
    상기 모터의 구동 중에 상기 인버터는 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 및
    상기 모터의 구동 중에 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키는 제어부를 더 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전력 역률 보정기로부터 출력되는 전류에 의하여 충전되는 직류 링크 캐패시터; 및
    상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압을 변경하여 상기 고전압 배터리로 출력하는 격리형 직류-직류 컨버터를 더 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 격리형 직류-직류 컨버터는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하는 3권선 변압기와, 상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압으로 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 상기 제1 코일로 출력하는 1차측 변압 회로와, 상기 제2 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고 정류된 전류를 상기 고전압 배터리로 출력하는 2차측 회로를 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모터의 구동 중에 상기 1차측 변압 회로는 상기 고전압 배터리와 연결되어, 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 상승시키고,
    상기 모터의 구동 중에 상기 직류 링크 캐패시터는 상기 1차측 변압 회로에 의하여 상승된 전압을 상기 인버터에 인가하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치;
    상기 고전압 배터리와 상기 1차측 변압 회로 사이에 마련되는 제2 스위치; 및
    상기 제1 코일과 상기 1차측 변압 회로 사이에 마련되는 제3 스위치를 더 포함하는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 제3 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치를 오프시키고, 상기 제3 스위치를 온시키고
    상기 모터의 구동 중에 상기 제어부는 상기 제1 스위치를 오프시키고 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 제3 스위치를 오프시키는 모터 구동 및 배터리 충전 장치.
  15. 차륜;
    상기 차륜을 회전시키고, 복수의 코일을 포함하는 모터;
    외부 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 정류하고, 상기 복수의 코일과 연결되는 충전 정류 회로;
    고전압 배터리; 및
    상기 모터의 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 구동 전류를 생성하고, 상기 구동 전류를 상기 모터에 공급하는 인버터;를 포함하고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 모터 및 상기 인버터는 상기 충전 정류 회로에 의한 정류된 전류의 역률을 보정하고, 상기 고전압 배터리는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전되는 차량.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치; 및
    상기 모터의 구동 중에 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키는 제어부를 더 포함하는 차량.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 모터 구동 중에 상기 고전압 배터리의 출력 전압을 상승시키는 승압 컨버터;
    상기 승압 컨버터에 의하여 상승된 전압을 상기 인버터로 인가하는 직류 링크 캐패시터;
    저전압 배터리; 및
    상기 고전압 배터리의 출력 전압을 하강시키고, 하강된 전압을 상기 저전압 배터리로 인가하는 감압 컨버터를 더 포함하는 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 감압 컨버터는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일을 포함하는 3권선 변압기와, 상기 고전압 배터리의 출력 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 상기 제1 코일로 출력하는 풀 브리지 회로와, 상기 제2 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고 정류된 전류를 상기 저전압 배터리로 출력하는 감압 정류 회로를 포함하고,
    상기 제3 코일은 상기 승압 컨버터와 연결되는 차량.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 직류 링크 캐패시터는 상기 모터 및 상기 인버터의 출력 전류에 의하여 충전되고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 승압 컨버터는 상기 직류 링크 캐패시터의 출력 전압으로부터 교류 전류를 생성하고 상기 교류 전류를 제3 코일로 출력하고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 풀 브리지 회로는 상기 제1 코일로부터 출력되는 교류 전류를 정류하고, 정류된 전류를 상기 고전압 배터리로 출력하는 차량.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 충전 정류 회로와 상기 복수의 코일 사이에 마련되는 제1 스위치;
    상기 고전압 배터리와 상기 승압 컨버터 사이에 마련되는 제2 스위치;
    상기 제3 코일과 상기 승압 컨버터 사이에 마련되는 제3 스위치; 및
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 제3 스위치의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 모터의 구동 중에 상기 제어부는 상기 제1 스위치를 오프시키고 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 제3 스위치를 오프시키고,
    상기 고전압 배터리의 충전 중에 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치를 오프시키고, 상기 제3 스위치를 온시키는 차량.
KR1020170107282A 2017-08-24 2017-08-24 모터 구동 및 배터리 충전 장치 및 차량 KR102433999B1 (ko)

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