KR20190029868A - Vehicle power control device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a vehicle power control device capable of increasing vehicle drive fuel efficiency. The vehicle power control device comprises: an inverter unit connected between a battery and a three-phase electric motor; a first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery; a drive relay unit connected between a first inductor of the three-phase electric motor and the inverter unit and between a third inductor of the three-phase electric motor and the inverter unit; an inductor relay unit connected between the first inductor of the three-phase electric motor and the battery; a charge relay unit connected between an external alternating current power supply and the inverter unit; and a control unit for controlling on/off states of the main relay units, the drive relay unit, the inductor relay unit, and the charge relay unit according to a power control mode.

Description

차량용 전력 제어 장치{VEHICLE POWER CONTROL DEVICE}VEHICLE POWER CONTROL DEVICE [0001]

본 발명은 차량용 전력 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 차량용 모터를 구동하는 인버터를 사용하여 차량용 배터리를 충전하는 전력 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power control apparatus for a vehicle, and more particularly, to a power control apparatus for charging a vehicle battery using an inverter for driving the vehicle motor.

최근 각국의 환경 규제가 강화되면서 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)와 전기 자동차(EV) 등 다양한 친환경 자동차들이 주목받고 있다. 특히 배터리 충전을 통해 배터리와 엔진을 동시에 사용하는 플러그인 하이브리드 자동차와 전기 에너지만을 사용하는 순수 전기 자동차의 성장세가 두드러진다.Recently, various environmental friendly vehicles such as hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and electric vehicle (EV) In particular, the growth of plug-in hybrid vehicles that use batteries and engines at the same time as battery charging, and pure electric vehicles that use only electric energy are prominent.

플러그인 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진과 배터리의 전기동력을 동시에 이용하는 자동차이다. 플러그인 하이브리드 자동차는 가정용 전기나 외부 전기콘센트에 플러그를 꽂아 충전한 배터리의 전력을 사용하여 주행하다가, 배터리 충전 전력이 모두 소진되면 가솔린 엔진을 통해 주행할 수 있다. 따라서 일반 내연기관 엔진만을 사용하는 자동차에 비하여 높은 연비를 갖는다.A plug-in hybrid vehicle is an automobile that uses electric power of an internal combustion engine and a battery at the same time. A plug-in hybrid car can be driven by the power of a charged battery plugged into a domestic electrical or an external electrical outlet, and then traveling through a gasoline engine when the battery charge is exhausted. Therefore, it has higher fuel efficiency than a vehicle using only an internal combustion engine.

전기 자동차(EV)는 플러그인 하이브리드 자동차와 달리, 오로지 배터리의 전력만을 이용하는 자동차이다. 전기 자동차는 가정용 전기나 외부 전기콘센트에 플러그를 꽂아 충전한 배터리의 전력을 사용하여 주행할 수 있으며, 내연기관 엔진을 전혀 사용하지 않기 때문에 진정한 의미의 친환경 차량으로 불린다. Electric vehicles (EVs), unlike plug-in hybrid cars, are cars that use only the power of a battery. An electric vehicle can be driven by the power of a battery charged by plugging it into a domestic electric or an external electrical outlet, and is called a true environmentally friendly vehicle because it does not use an internal combustion engine at all.

이처럼 플러그인 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리에 충전된 전력을 사용하여 모터를 구동하며, 배터리 충전을 위한 별도의 충전기가 필요하다. As such, a plug-in hybrid electric vehicle or electric vehicle uses a battery-charged electric power to drive the motor and requires a separate charger for charging the battery.

대부분의 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차는 가정용 전원플러그가 있다면 어디에서든지 배터리를 충전할 수 있도록 탑재형 완속 충전기(On-Board Charger, OBC)를 탑재하고 있다. OBC는 상용전원인 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 차량 내부 배터리를 충전하는 기능을 한다.Most electric cars and plug-in hybrids have a built-in on-board charger (OBC) to charge the battery wherever there is a home power plug. The OBC transforms commercial power (AC) into direct current (DC) and charges the battery inside the vehicle.

도 1은 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 배터리 충전 시스템의 구조를 나타낸 것이다. 1 shows the structure of a battery charging system of an existing eco-friendly vehicle using OBC.

도 1을 참조하면, 기존의 차량용 배터리 충전 시스템은 OBC(10)에 포함된 PFC(Power Factor Corrector) 컨버터(101) 및 DC/DC 컨버터(102)를 통해 외부 교류 전원(12)의 전력을 배터리(14)에 충전할 수 있다.1, a conventional vehicle battery charging system includes a power factor correction (PFC) converter 101 and a DC / DC converter 102 included in an OBC 10, (Not shown).

OBC(10)에 포함된 PFC 컨버터(101)는 일반적으로 전압 승압이 가능한 부스트(Boost) 컨버터를 사용한다. PFC 컨버터(101)는 브릿지 다이오드와 같은 정류 장치를 통해 정류된 외부 교류 전원(12)의 직류 전력의 전압을 승압시킬 수 있으며, 역률의 개선을 통해 에너지 효율을 높여주는 기능을 한다.  The PFC converter 101 included in the OBC 10 generally uses a boost converter capable of voltage boosting. The PFC converter 101 can increase the voltage of the DC power of the external AC power source 12 rectified through the rectifier such as a bridge diode and improve the energy efficiency by improving the power factor.

DC/DC 컨버터(102)는 PFC 컨버터(101)에 의해 승압된 직류 전력의 전압을 소정의 충전 전압으로 변환하고, 소정의 충전 전압으로 변환된 직류 전력을 안정적으로 배터리(14)에 공급할 수 있다. The DC / DC converter 102 can convert the voltage of the DC power boosted by the PFC converter 101 to a predetermined charging voltage, and supply the DC power converted to the predetermined charging voltage stably to the battery 14 .

이와 같은 기존의 차량용 배터리 충전 시스템의 OBC(10)는 충전소 또는 차량 내 다른 장치와 통신을 수행하거나 OBC(10) 자체의 동작을 제어할 수 있는 OBC 제어부(103)를 더 포함할 수 있다. The OBC 10 of the conventional vehicle battery charging system may further include an OBC control unit 103 that can perform communication with the charging station or other devices in the vehicle or can control the operation of the OBC 10 itself.

도 1에 도시되지 않았으나, 기존의 차량용 배터리 충전 시스템의 OBC(10)는 PFC 컨버터(101) 및 DC/DC 컨버터(102) 이외에도 각 컨버터의 구동 전력을 제공하기 위한 PFC 컨버터 파워부 및 DC/DC 컨버터 파워부를 더 포함할 수 있다. 1, the OBC 10 of the existing vehicle battery charging system includes, in addition to the PFC converter 101 and the DC / DC converter 102, a PFC converter power unit for supplying the driving power of each converter and a DC / And a converter power unit.

도 2는 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 모터 구동 시스템의 구조를 나타낸 것이다.2 shows the structure of a motor drive system of an existing eco-friendly vehicle using OBC.

도 2를 참조하면, OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량은 배터리(14)를 사용하여 3상 전동기(16)를 구동하기 위해 별도의 MCU(20)를 사용한다. 이때 MCU(20)에 포함된 인버터(201)는 배터리(14)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(16)에 전달할 수 있다. 2, an existing eco-friendly vehicle using an OBC uses a separate MCU 20 for driving the three-phase electric motor 16 using the battery 14. At this time, the inverter 201 included in the MCU 20 converts the DC power of the battery 14 into AC power and transmits the AC power to the three-phase electric motor 16.

즉, MCU(20)는 배터리(14)가 모두 방전될 때까지 배터리(14)의 직류 전력을 통해 3상 전동기(16)의 구동을 제어할 수 있다. 이와 같은 MCU(20)는 인버터(201) 이외에 MCU(20)의 제어를 위한 MCU 제어부(202)를 더 포함할 수 있다.That is, the MCU 20 can control the driving of the three-phase electric motor 16 through the DC power of the battery 14 until all the batteries 14 are discharged. The MCU 20 may further include an MCU control unit 202 for controlling the MCU 20 in addition to the inverter 201.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 기존의 친환경 차량은 배터리를 충전하기 위한 OBC와 모터를 구동하기 위한 모터 구동용 MCU를 모두 구비하고 있다. As shown in FIGS. 1 and 2, a conventional conventional eco-friendly vehicle includes both an OBC for charging a battery and a motor driving MCU for driving the motor.

그러나 OBC는 차량의 구동 및 주행과는 관계가 없는 부품이며, 오로지 배터리의 충전에만 사용되는 부품이다. 이처럼 배터리의 충전 중에만 사용되는 OBC를 별도로 구성하여 차량에 장착하는 것은 차량의 중량을 증가시킴과 동시에 차량의 구동 연비를 하락시킬 수 있어 문제된다. However, the OBC is a part that is not related to the driving and driving of the vehicle, and is used only for charging the battery. It is problematic to mount the OBC which is used only during the charging of the battery in the vehicle separately to increase the weight of the vehicle and decrease the driving fuel consumption of the vehicle.

또한 OBC는 고가의 부품으로 구성되는 것이 일반적이며, 특히 OBC의 생산은 대략 10배의 출력 용량을 가지는 구동 인버터의 생산에 필요한 비용과 비슷한 생산 비용을 필요로 한다. 따라서 OBC를 사용하는 배터리 충전 시스템의 사용은 재료비의 과다 상승으로 인한 전체적인 차량의 원가 상승으로 이어질 수밖에 없다.In addition, OBC is generally composed of expensive parts, and production of OBC in particular requires a production cost similar to that required for the production of a drive inverter having an output capacity of approximately 10 times. Therefore, the use of a battery charging system using OBC is bound to lead to an increase in the overall cost of the vehicle due to an excessive increase in material costs.

본 발명은 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승을 가능하게 하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a vehicular power control apparatus which realizes a light weight of a vehicle and an increase in fuel economy of a vehicle by implementing a charging function of a battery mounted on the vehicle and a driving function of the vehicle using the battery in one circuit .

또한 본 발명은 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention realizes the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery by using the components or the circuit provided in the vehicle, such as the three-phase motor and the inverter, And to provide a power control apparatus for a vehicle.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description and more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부, 상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부, 상기 3상 전동기의 제1 인덕터 및 상기 3상 전동기의 제3 인덕터와 상기 인버터부 사이에 연결되는 구동 릴레이부, 상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부, 외부 교류 전원과 상기 인버터부 사이에 연결되는 충전 릴레이부 및 전력 제어 모드에 따라서 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 구동 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 전력 제어 장치를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle including an inverter unit connected between a battery and a three-phase electric motor, a first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery, An inductor relay part connected between the first inductor of the three-phase motor and the battery, an external AC power source, and an inductor part connected between the first inductor of the three-phase motor and the third inductor of the three- Off state of the first main relay unit, the second main relay unit, the drive relay unit, the inductor relay unit, and the charge relay unit according to a power control mode and a charge relay unit connected between the inverter units It is possible to provide a vehicular power control apparatus including a control section.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 구동 모드이면 상기 제어부는 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부 및 상기 구동 릴레이부를 온 하고, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 오프 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the power control mode is the drive mode, the control unit turns on the first main relay unit, the second main relay unit, and the drive relay unit, and turns off the inductor relay unit and the charge relay unit can do.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 제어부는 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 온 하고, 상기 제1 메인 릴레이부 및 상기 구동 릴레이부를 오프 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the power control mode is a charge mode, the control unit turns on the second main relay unit, the inductor relay unit, and the charge relay unit, and turns off the first main relay unit and the drive relay unit can do.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 3상 전동기의 제1 인덕터, 상기 3상 전동기의 제2 인덕터, 상기 인버터부의 제5 스위칭 소자 및 상기 인버터부의 제6 스위칭 소자는 강압 컨버터를 구성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the power control mode is the charging mode, the first inductor of the three-phase motor, the second inductor of the three-phase motor, the fifth switching element of the inverter section and the sixth switching element of the inverter section A step-down converter can be constructed.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강압 컨버터는 상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 3상 전동기의 제3 인덕터 사이에 연결되는 모터 제어 릴레이를 더 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the step-down converter may further include a motor control relay connected between a first inductor of the three-phase motor and a third inductor of the three-phase motor.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강압 컨버터는 제1 보조 커패시터 및 제1 보조 인덕터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step-down converter may further include at least one of a first auxiliary capacitor and a first auxiliary inductor.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 인버터부의 제1 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제2 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제3 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제4 스위칭 소자 및 제2 보조 인덕터는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the power control mode is the charging mode, the first switching device of the inverter unit, the second switching device of the inverter unit, the third switching device of the inverter unit, the fourth switching device of the inverter unit, The auxiliary inductor can constitute a step-up converter.

본 발명에 의하면, 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery are realized by a single circuit, which makes it possible to reduce the weight of the vehicle and increase the fuel efficiency of driving the vehicle.

또한 본 발명에 의하면, 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감이 가능한 장점이 있다. Further, according to the present invention, by implementing a charging function of a battery mounted on a vehicle and a driving function of a vehicle using a battery by using components and circuits provided in a vehicle, such as a three-phase motor or an inverter, There are advantages.

도 1은 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 배터리 충전 시스템의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 모터 구동 시스템의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다.1 shows the structure of a battery charging system of an existing eco-friendly vehicle using OBC.
2 shows the structure of a motor drive system of an existing eco-friendly vehicle using OBC.
3 shows a structure of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 schematically shows a circuit structure in a charge mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 shows on / off states of respective relays and connection states of circuits in a charge mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 schematically shows a circuit structure in a driving mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 shows on / off states of respective relays and connection states of circuits in a driving mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings, which are not intended to limit the scope of the present invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar elements.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구조를 나타낸 것이다.3 shows a structure of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 인버터부(304), 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 구동 릴레이부(308), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 포함할 수 있다.3, a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention includes an inverter unit 304, a first main relay unit 306, a second main relay unit 307, a drive relay unit 308, An inductor relay unit 310, and a charge relay unit 314.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드에 따라서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 구동 릴레이부(308), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 온/오프 상태를 제어하는 제어부(301)를 포함할 수 있다. The power control apparatus for a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a first main relay unit 306, a second main relay unit 307, a drive relay unit 308, and an inductor relay unit 310 And a control unit 301 for controlling on / off states of the charge relay unit 314.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 후술할 승압 컨버터를 구현하기 위해 제2 보조 인덕터(333)를 더 포함할 수 있다.In addition, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a second auxiliary inductor 333 to implement a step-up converter to be described later.

본 발명에서, 인버터부(304) 및 3상 전동기(300)는 배터리(302)의 충전 동작을 수행하는 컨버터의 구현에 사용된다. 이하에서는 본 발명의 인버터부(304) 및 3상 전동기(300)와 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 구동 릴레이부(308), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 연결 방법에 대해 상세히 설명한다. In the present invention, the inverter unit 304 and the three-phase electric motor 300 are used in the implementation of the converter for performing the charging operation of the battery 302. [ Hereinafter, the inverter unit 304, the three-phase motor 300, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the drive relay unit 308, the inductor relay unit 310, The connection method of the charging relay unit 314 will be described in detail.

도 3을 참조하면, 인버터부(304)는 배터리(302)와 3상 전동기(300) 사이에 연결된다.Referring to FIG. 3, the inverter unit 304 is connected between the battery 302 and the three-phase electric motor 300.

인버터부(304)는 직류 전원이 공급하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 즉, 인버터부(304)는 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급함으로써 3상 전동기(300)의 구동을 제어할 수 있다.The inverter unit 304 can convert the DC power supplied by the DC power supply to the AC power. That is, the inverter unit 304 converts the DC power of the battery 302 into AC power, and supplies the AC power to the three-phase motor 300, thereby controlling the driving of the three-phase motor 300.

도 3에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에서 3상 전동기(300)의 회전축은 3상 전동기(300)의 회전 속도에 따라 차량 바퀴의 회전 속도를 조절하기 위한 감속기와 연결될 수 있다. 즉, 3상 전동기(300)는 차량의 주행을 위해 감속기를 통해 차량 바퀴에 동력을 전달할 수 있다. 3, the rotary shaft of the three-phase electric motor 300 may be connected to a speed reducer for adjusting the rotational speed of the vehicle wheel in accordance with the rotational speed of the three-phase electric motor 300 in an embodiment of the present invention. That is, the three-phase electric motor 300 can transmit power to the vehicle wheels through the decelerator for driving the vehicle.

본 발명의 일 실시예에서, 인버터부(304)는 제1 스위칭 소자(321), 제2 스위칭 소자(322), 제3 스위칭 소자(323), 제4 스위칭 소자(324), 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the inverter unit 304 includes a first switching device 321, a second switching device 322, a third switching device 323, a fourth switching device 324, A second switching element 325 and a sixth switching element 326.

이와 같은 스위칭 소자의 예로는 BJT, JFET, MOSFET, IGBT 또는 MOS 트랜지스터 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of such a switching element include a BJT, a JFET, a MOSFET, an IGBT or a MOS transistor, but the present invention is not limited thereto.

제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)는 인버터부(304)와 배터리(302) 사이에 연결된다.The first main relay unit 306 and the second main relay unit 307 are connected between the inverter unit 304 and the battery 302.

도 3을 참조하면, 제1 메인 릴레이부(306)는 배터리(302)의 일단 및 인버터부(304)의 일단 사이에 연결된다. 제2 메인 릴레이부(307)는 배터리(302)의 타단 및 인버터부(304)의 타단 사이에 연결된다. 따라서, 각 메인 릴레이부가 모두 온 될 경우 배터리(302)에 충전된 직류 전력은 인버터부(304)에 전달될 수 있다. Referring to FIG. 3, the first main relay unit 306 is connected between one end of the battery 302 and one end of the inverter unit 304. The second main relay unit 307 is connected between the other end of the battery 302 and the other end of the inverter unit 304. Therefore, when all the main relay units are turned on, the DC power charged in the battery 302 can be transmitted to the inverter unit 304.

구동 릴레이부(308)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)와 인버터부(304) 사이에 연결된다.The drive relay unit 308 is connected between the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 and the inverter unit 304.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)는 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the three-phase motor 300 may include a first inductor 341, a second inductor 342, and a third inductor 343.

도 3을 참조하면, 구동 릴레이부(308)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단과 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322) 사이에 연결된다. 또한 구동 릴레이부(308)는 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단과 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324) 사이에 연결된다. 3, the drive relay unit 308 is connected to one end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the first and second switching elements 321 and 322 of the inverter unit 304, Respectively. The drive relay unit 308 is connected between one end of the third inductor 343 of the three-phase motor 300 and the third and fourth switching devices 323 and 324 of the inverter unit 304.

따라서, 구동 릴레이부(308)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)는 모두 인버터부(304)와 전기적으로 연결될 수 있다.Accordingly, when the drive relay unit 308 is turned on, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, and the third inductor 342 of the three- The inverter unit 304 and the inverter unit 304 can be electrically connected to each other.

인덕터 릴레이부(310)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 배터리(302) 사이에 연결된다.The inductor relay unit 310 is connected between the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the battery 302.

다시 도 3을 참조하면, 인덕터 릴레이부(310)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단과 배터리(302)의 일단 사이에 연결된다. 인덕터 릴레이부(310)가 온 될 경우, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 제2 인덕터(342)는 3상 전동기(300) 및 배터리(302) 사이에 연결되어 후술할 강압 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있다. Referring again to FIG. 3, the inductor relay unit 310 is connected between one end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and one end of the battery 302. When the inductor relay unit 310 is turned on, the first inductor 341 and the second inductor 342 of the three-phase motor 300 are connected between the three-phase motor 300 and the battery 302, Can be used as the inductor of the converter.

충전 릴레이부(314)는 외부 교류 전원(316)과 인버터부(304) 사이에 연결된다.The charging relay unit 314 is connected between the external AC power source 316 and the inverter unit 304.

도 3을 참조하면, 충전 릴레이부(314)는 외부 교류 전원(316)의 일단과 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322) 사이에 연결된다. 또한 충전 릴레이부(314)는 외부 교류 전원(316)의 타단과 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324) 사이에 연결된다.3, the charge relay unit 314 is connected between one end of the external AC power source 316 and the first switching device 321 and the second switching device 322 of the inverter unit 304. The charging relay unit 314 is connected between the other end of the external AC power source 316 and the third switching device 323 and the fourth switching device 324 of the inverter unit 304.

충전 릴레이부(314)가 온 될 경우, 외부 교류 전원(316)의 교류 전력은 후술할 승압 컨버터에 전달될 수 있다. When the charging relay unit 314 is turned on, the AC power of the external AC power source 316 can be transmitted to a boost converter to be described later.

제어부(301)는 전력 제어 모드에 따라서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 구동 릴레이부(308), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 온/오프 상태를 제어한다.The control unit 301 controls the ON / OFF states of the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the drive relay unit 308, the inductor relay unit 310 and the charge relay unit 314 according to the power control mode. / OFF state.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 구동 모드이면 제어부(301)는 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307) 및 구동 릴레이부(308)를 온 하고, 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 할 수 있다. The controller 301 turns on the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, and the drive relay unit 308, and when the power control mode is in the drive mode, The controller 310 and the charge relay unit 314 can be turned off.

반대로 전력 제어 모드가 충전 모드이면, 제어부(301)는 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306) 및 구동 릴레이부(308)를 오프 할 수 있다.On the contrary, if the power control mode is the charging mode, the control unit 301 turns on the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 and turns on the first main relay unit 306 and the drive The relay unit 308 can be turned off.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 충전 모드이면 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 강압 컨버터를 구성할 수 있다. The first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, and the second inductor 342 of the inverter unit 304, if the power control mode is the charge mode, 5 switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter section 304 can constitute a step-down converter.

이때, 강압 컨버터는 제1 보조 커패시터(332) 및 제1 보조 인덕터(334) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.At this time, the step-down converter may further include at least one of the first auxiliary capacitor 332 and the first auxiliary inductor 334.

본 발명의 일 실시예에서, 강압 컨버터는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343) 사이에 연결되는 모터 제어 릴레이(309)를 더 포함할 수 있다. The step-down converter includes a motor control relay 309 connected between the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 in the embodiment of the present invention. .

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 충전 모드이면 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324) 및 제2 보조 인덕터(333)는 승압 컨버터를 구성할 수 있다. The first switching device 321 of the inverter unit 304 and the second switching device 322 of the inverter unit 304 and the second switching unit 322 of the inverter unit 304 of the inverter unit 304, 3 switching element 323, the fourth switching element 324 of the inverter section 304, and the second auxiliary inductor 333 can constitute a step-up converter.

이하에서는 도 4 내지 도 7을 통해 본 발명의 전력 제어 모드에 기초한 각 릴레이의 온/오프 동작 및 이에 따른 차량용 전력 제어 장치의 회로 결선 상태의 변화에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the ON / OFF operation of each relay based on the power control mode of the present invention and the change of the circuit connection state of the vehicle power control apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4 through FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.4 schematically shows a circuit structure in a charge mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 승압 컨버터(41)는 외부 교류 전원(316)의 출력 전압을 정류하고 배터리 전압 이상으로 승압시킬 수 있다. 이때 외부 교류 전원(316)의 출력 전압은 DC 링크 커패시터(331)에 충전될 수 있다. 이후 강압 컨버터(42)는 DC 링크 커패시터(331)의 충전 전압을 목표 배터리 전압으로 강압시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, the step-up converter 41 rectifies the output voltage of the external AC power supply 316 and boosts it to a voltage higher than the battery voltage. At this time, the output voltage of the external AC power source 316 may be charged in the DC link capacitor 331. [ The step-down converter 42 can then step down the charge voltage of the DC link capacitor 331 to the target battery voltage.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프를 통해 회로의 결선 상태를 제어함으로써, 3상 전동기(300) 및 인버터부(304)가 외부 교류 전원(316)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(302)를 충전하도록 할 수 있다. That is, the vehicular power control apparatus of the present invention controls the connection state of the circuit through on / off of each relay in the charging mode, so that the three-phase motor 300 and the inverter unit 304 can control the alternating current The battery 302 can be charged by converting the power into DC power.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. 5 shows on / off states of respective relays and connection states of circuits in a charge mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고로, 도 5에는 온 상태의 릴레이 및 릴레이의 온으로 인한 단락 상태 회로 결선만이 도시되었으며, 오프 상태의 릴레이는 도시되지 않았다.For reference, only the short-circuited circuit wiring due to the on-state of relays and relays is shown in Fig. 5, and the relay in the off state is not shown.

전술한 것과 같이, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 충전 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306) 및 구동 릴레이부(308)를 오프 할 수 있다.As described above, the vehicular power control apparatus of the present invention includes the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 via the control unit 301 when the power control mode is the charge mode, The first main relay unit 306 and the drive relay unit 308 can be turned off.

도 5를 참조하면, 충전 모드에서 충전 릴레이부(314)는 온 되어 외부 교류 전원(316)과 인버터부(304)를 전기적으로 연결할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the charging mode, the charging relay unit 314 is turned on to electrically connect the external AC power source 316 and the inverter unit 304.

구체적으로, 충전 릴레이부(314)가 온 되면 외부 교류 전원(316)의 일단은 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부 교류 전원(316)의 타단은 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324)와 전기적으로 연결될 수 있다. More specifically, when the charging relay unit 314 is turned on, one end of the external AC power source 316 may be electrically connected to the first switching device 321 and the second switching device 322 of the inverter unit 304, The other end of the AC power source 316 may be electrically connected to the third switching device 323 and the fourth switching device 324 of the inverter unit 304.

한편, 충전 릴레이부(314)가 온 되면 구동 릴레이부(308)는 오프 되므로, 3상 전동기(300)의 인덕터 중 제2 인덕터(342)만이 인버터부(304)와 전기적으로 연결될 수 있다. When the charge relay unit 314 is turned on, the drive relay unit 308 is turned off. Therefore, only the second inductor 342 of the inductor of the three-phase motor 300 can be electrically connected to the inverter unit 304.

이때, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324) 및 제2 보조 인덕터(333)는 승압 컨버터(41)를 구성할 수 있다.At this time, the first switching device 321 of the inverter unit 304, the second switching device 322 of the inverter unit 304, the third switching device 323 of the inverter unit 304, The fourth switching device 324 and the second auxiliary inductor 333 can constitute the step-up converter 41. [

본 발명의 일 실시예에서, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324) 및 제2 보조 인덕터(333)가 구성하는 승압 컨버터(41)는 풀 브리지 PFC 컨버터(Full Bridge PFC Converter)일 수 있다. The first switching device 321 of the inverter unit 304, the second switching device 322 of the inverter unit 304, the third switching device 323 of the inverter unit 304, The boost converter 41 constituted by the fourth switching device 324 and the second auxiliary inductor 333 of the inverter unit 304 may be a full bridge PFC converter.

PFC 컨버터는 역률을 개선하는 컨버터로써, 입력되는 교류 전류를 입력 교류 전압과 동위상이 되도록 제어함으로써 역률을 개선할 수 있는 변환기이다. The PFC converter is a converter that improves the power factor and can improve the power factor by controlling the input AC current to be in phase with the input AC voltage.

한편, 풀 브리지 컨버터는 네 개의 스위칭 소자를 포함하며, 각 스위칭 소자가 풀 브리지 형태로 서로 연결되어 상보적으로 동작하는 변환기이다.  On the other hand, a full bridge converter includes four switching elements, and each of the switching elements is connected to each other in a full bridge manner to function as a complementary converter.

풀 브리지 컨버터 동작의 예로, 풀 브리지 컨버터에 제어 파형이 인가되면 제어 파형의 절반의 주기 동안 한 쌍의 스위칭 소자가 스위칭 될 수 있으며, 나머지 한 쌍의 스위칭 소자는 제어 파형의 나머지 절반의 주기 동안 스위칭 될 수 있다. 풀 브리지 컨버터는 이와 같은 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통해 교류 전력을 정류함과 동시에 입력 전압의 크기를 조절할 수 있다.  As an example of a full bridge converter operation, when a control waveform is applied to a full bridge converter, a pair of switching elements can be switched during a half period of the control waveform, and the other pair of switching elements is switched . The full-bridge converter can regulate the magnitude of the input voltage while rectifying the AC power through the switching operation of the switching element.

다시 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 외부 교류 전원(316)의 일단은 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)와, 외부 교류 전원(316)의 타단은 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324)와 전기적으로 연결될 수 있다.5, one end of the external AC power supply 316 in the charging mode is connected to the first switching device 321 and the second switching device 322 of the inverter unit 304 and the other end of the external AC power supply 316 May be electrically connected to the third switching device 323 and the fourth switching device 324 of the inverter unit 304.

즉, 충전 모드에서 구동 릴레이부(308)가 오프 되고 충전 릴레이부(314)가 온 됨에 따라, 외부 교류 전원(316)은 제2 보조 인덕터(333)와 직렬 연결 되어, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324)와 풀 브리지 형태로 연결될 수 있다. The external AC power supply 316 is connected in series with the second auxiliary inductor 333 to turn off the power supply of the inverter unit 304 The first switching element 321 of the inverter section 304 and the second switching element 322 of the inverter section 304 and the third switching element 323 of the inverter section 304 and the fourth switching element 324 of the inverter section 304 It can be connected in full bridge form.

따라서, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324) 및 제2 보조 인덕터(333)는 풀 브리지 PFC 컨버터를 구성할 수 있다.Therefore, the first switching device 321 of the inverter unit 304, the second switching device 322 of the inverter unit 304, the third switching device 323 of the inverter unit 304, The fourth switching device 324 and the second auxiliary inductor 333 can constitute a full bridge PFC converter.

다시 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 인덕터 릴레이부(310)는 온 되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)를 배터리(302)에 연결시킴으로써 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 제2 인덕터(342)를 강압 컨버터(42)의 인덕터로 사용되도록 할 수 있다.Referring again to FIG. 5, in the charging mode, the inductor relay unit 310 is turned on to connect the first inductor 341 of the three-phase motor 300 to the battery 302, The first inductor 341 and the second inductor 342 can be used as the inductor of the step-down converter 42.

구체적으로, 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단은 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)를 통해 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 타단은 배터리(302)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.More specifically, when the inductor relay unit 310 is turned on, one end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 is connected to the first inductor 341 of the inverter unit 304 through the second inductor 342 of the three- 5 switching device 325 and the sixth switching device 326. The other end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 may be electrically connected to one end of the battery 302. [

한편, 도 5에 도시되지 않았으나 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 구동 릴레이부(308)는 오프 되므로, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단과 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322) 사이의 전기적 연결은 차단된다.Although not shown in FIG. 5, when the inductor relay unit 310 is turned on, the drive relay unit 308 is turned off, so that one end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the one end of the inverter unit 304 1 electrical connection between the switching element 321 and the second switching element 322 is cut off.

또한, 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 구동 릴레이부(308)는 오프 되므로, 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단과 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324) 사이의 전기적 연결은 차단된다.When the inductor relay unit 310 is turned on, the drive relay unit 308 is turned off, so that one end of the third inductor 343 of the three-phase motor 300 is connected to the third switching device 323 of the inverter unit 304, And the fourth switching element 324 are cut off.

이때, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 강압 컨버터(42)를 구성할 수 있다.At this time, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, The sixth switching device 326 can constitute the step-down converter 42.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 벅 컨버터(Buck Converter)일 수 있다.The first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the fifth switching device 325 of the inverter unit 304, The step-down converter 42 constituted by the sixth switching device 326 of the inverter unit 304 may be a buck converter.

벅 컨버터는 강압 DC/DC 변환기로써, 두 개의 스위칭 소자 및 하나의 인덕터로 이루어질 수 있다. 이때 두 개의 스위칭 소자는 한 개의 인덕터와 직류 전원 사이를 연결하여, 인덕터에 에너지를 저장하는 단계와 인덕터의 에너지를 부하로 방전하는 단계 사이를 왕복함으로써 직류 전원의 전압을 낮출 수 있다.The buck converter is a step-down DC / DC converter, consisting of two switching elements and one inductor. In this case, the two switching elements connect between one inductor and the DC power supply, so that the voltage of the DC power supply can be lowered by reciprocating between storing the energy in the inductor and discharging the energy of the inductor to the load.

다시 도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)는 벅 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있으며, 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)는 벅 컨버터의 두 개의 스위칭 소자로 사용될 수 있다. Referring again to FIG. 5, the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the second inductor 342 of the three-phase motor 300 may be used as inductors of the buck converter, The fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 can be used as two switching elements of the buck converter.

즉, 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)는 온/오프 동작을 통해 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)에 흐르는 전류의 크기 및 방향을 제어할 수 있다.That is, the fifth switching device 325 and the sixth switching device 326 of the inverter unit 304 are connected to the first inductor 341 and the three-phase motor 300 of the three-phase motor 300 through on / It is possible to control the magnitude and direction of the current flowing through the second inductor 342 of FIG.

따라서, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 벅 컨버터를 구성할 수 있다.Accordingly, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the fifth switching device 325 of the inverter unit 304, The sixth switching device 326 may constitute a buck converter.

이처럼, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승을 가능하게 하는 장점을 갖는다. As described above, the vehicular power control apparatus of the present invention has an advantage that the weight saving of the vehicle and the fuel efficiency of the vehicle can be increased by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit.

또한, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가를 절감할 수 있게 하는 장점을 갖는다. Further, the vehicle power control apparatus of the present invention realizes the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery by using parts and circuits provided in the vehicle, such as three-phase motor and inverter, Thereby reducing the cost.

도 5에 도시되지 않았으나, 충전 모드에서 제1 메인 릴레이부(306)는 오프되어 배터리(302)의 양단과 인버터부(304)의 양단 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.Although not shown in FIG. 5, in the charging mode, the first main relay unit 306 is turned off to cut off the electrical connection between both ends of the battery 302 and both ends of the inverter unit 304.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)가 온 될 경우 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321), 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324) 및 제2 보조 인덕터(333)는 승압 컨버터(41)를 구성함과 동시에 외부 교류 전원(316)에 전기적으로 연결될 수 있다.4 and 5, when the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 are turned on in the charging mode of the vehicle power control apparatus of the present invention, the inverter unit 304 The second switching device 322 of the inverter unit 304, the third switching device 323 of the inverter unit 304, the fourth switching device 324 of the inverter unit 304 And the second auxiliary inductor 333 may constitute the step-up converter 41 and may be electrically connected to the external AC power source 316. [

또한 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 강압 컨버터(42)를 구성함과 동시에, 승압 컨버터(41) 및 배터리(302)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. When the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310 and the charge relay unit 314 are turned on in the charging mode of the vehicular power control apparatus of the present invention, the first inductor 341 of the three-phase motor 300 The second inductor 342 of the three-phase motor 300, the fifth switching element 325 of the inverter section 304 and the sixth switching element 326 of the inverter section 304 are connected to the step-down converter 42 And can be electrically connected between the voltage-up converter 41 and the battery 302 at the same time.

이처럼 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 충전 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306) 및 구동 릴레이부(308)를 오프 함으로써 인버터부(304)를 통해 외부 교류 전원(316)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(302)에 충전할 수 있다.The power control apparatus for a vehicle according to the present invention turns on the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310 and the charge relay unit 314 through the control unit 301 when the power control mode is the charge mode, The first main relay unit 306 and the drive relay unit 308 are turned off to convert AC power of the external AC power source 316 into direct current power through the inverter unit 304 and charge the battery 302.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기의 구조를 변경하지 않고 3상 전동기 및 인버터를 활용하여 충전 시스템을 구현함으로써, 기존 부품의 생산 시스템의 양산 신뢰성을 높일 수 있는 장점을 갖는다.That is, the vehicle power control apparatus of the present invention has an advantage that the reliability of mass production of the existing parts production system can be improved by implementing the charging system utilizing the three-phase motor and the inverter without changing the structure of the three-phase motor.

본 발명의 일 실시예에서, 강압 컨버터(42)는 제1 보조 커패시터(332) 및 제1 보조 인덕터(334) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step-down converter 42 may further include at least one of a first auxiliary capacitor 332 and a first auxiliary inductor 334.

도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 제1 보조 커패시터(332)를 더 포함할 수 있다.5, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, The step-down converter 42 constituted by the sixth switching device 326 of the switching device 304 may further include a first auxiliary capacitor 332. [

차량용 배터리의 충전 시, 리플 성분을 가지는 전류로 인해 배터리의 수명이 저하될 수 있는 문제점이 있다. There is a problem that when the vehicle battery is charged, the life of the battery may be deteriorated due to the current having the ripple component.

제1 보조 커패시터(332)는 강압 컨버터(42)를 구성하는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 또는 제2 인덕터(342)에 흐르는 리플 성분의 전류를 흡수하여 배터리 충전 전압 리플을 감소시킴으로써 안정적인 배터리 충전에 도움을 줄 수 있다.The first auxiliary capacitor 332 absorbs the current of the ripple component flowing through the first inductor 341 or the second inductor 342 of the three-phase motor 300 constituting the step-down converter 42, Which can help stabilize battery charging.

다시 도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 제1 보조 인덕터(334)를 더 포함할 수 있다.5, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, The step-down converter 42 constituted by the sixth switching device 326 of the switch 304 may further include a first auxiliary inductor 334.

강압 컨버터(42)에 포함된 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)의 인덕턴스 크기에 따라 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)에 흐르는 출력 전류 리플의 크기는 변할 수 있다. The first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the second inductor 342 of the three-phase motor 300 included in the step-down converter 42, The magnitude of the output current ripple flowing through the second inductor 341 of the three-phase motor 300 and the second inductor 342 of the three-phase motor 300 may vary.

3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)의 인덕턴스 크기는 3상 전동기(300)의 설계값에 따라 고정되므로, 제1 보조 인덕터(334)를 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342)와 직렬로 연결시켜 입력 전류 리플의 크기를 제어할 수 있다. The inductance of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the inductance of the second inductor 342 of the three-phase motor 300 are fixed according to the designed value of the three-phase motor 300, 334 may be connected in series with the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the second inductor 342 of the three-phase motor 300 to control the magnitude of the input current ripple.

이처럼 제1 보조 인덕터(334)는 입력 전류 리플의 크기를 제어하기 위해 강압 컨버터(42)에 선택적으로 추가될 수 있다.As such, the first auxiliary inductor 334 may be selectively added to the step-down converter 42 to control the magnitude of the input current ripple.

본 발명의 일 실시예에서, 강압 컨버터(42)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343) 사이에 연결되는 모터 제어 릴레이(309)를 더 포함할 수 있다.The step-down converter 42 includes a motor control relay 309 connected between the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the third inductor 343 of the three-phase motor 300, ).

도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단과 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단은 3상 전동기(300)의 중성점(340)에서 연결될 수 있으며, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 타단과 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 타단은 각각 모터 제어 릴레이(309)와 연결될 수 있다. One end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and one end of the third inductor 343 of the three-phase motor 300 are connected to each other at a neutral point 340 of the three-phase motor 300, And the other end of the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the other end of the third inductor 343 of the three-phase motor 300 may be connected to the motor control relay 309, respectively.

본 발명의 차량용 전력 제어 장치가 구동하는 3상 전동기(300)는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)일 수 있다. 이때 모터 제어 릴레이(309)는 PMSM의 벡터 제어에 사용될 수 있다. 이와 같은 PMSM의 사용은 정현파형 전류를 세 개의 위상에 동시적으로 가하여 토크 리플 또는 음향 노이즈를 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.The three-phase electric motor 300 driven by the vehicular power control apparatus of the present invention may be a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM). At this time, the motor control relay 309 can be used for vector control of the PMSM. The use of such a PMSM has the advantage of reducing the torque ripple or acoustic noise by simultaneously applying sinusoidal currents to three phases.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.6 schematically shows a circuit structure in a driving mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 구동모드에서 배터리(302)의 직류 전력을 인버터부(304)를 통해 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급할 수 있다. 이때 DC 링크 커패시터(331)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터부(304)의 출력 전압을 유지시켜 일정한 전원 공급을 가능하게 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention converts DC power of the battery 302 into AC power through the inverter unit 304 and supplies the AC power to the three-phase motor 300 . At this time, the DC link capacitor 331 can maintain the output voltage of the inverter unit 304 that converts DC power to AC power, thereby enabling constant power supply.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프를 통해 회로의 결선을 제어함으로써, 인버터부(304)가 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급하도록 할 수 있다. That is, the vehicle power control apparatus of the present invention controls the connection of the circuit through on / off of each relay in the drive mode so that the inverter unit 304 converts the DC power of the battery 302 into AC power, (300).

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. 7 shows on / off states of respective relays and connection states of circuits in a driving mode of a vehicular power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고로, 도 7에는 온 상태의 릴레이 및 릴레이의 온으로 인한 단락 상태 회로 결선만이 도시되었으며, 오프 상태의 릴레이는 도시되지 않았다.For reference, only the short-circuited circuit wiring due to the ON state of the relay and the relay is shown in Fig. 7, and the relay in the OFF state is not shown.

전술한 것과 같이, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 구동 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307) 및 구동 릴레이부(308)를 온 하고, 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 할 수 있다.As described above, the vehicular power control apparatus of the present invention includes a first main relay unit 306, a second main relay unit 307, and a drive relay unit (not shown) via the control unit 301 when the power control mode is the drive mode The inductor relay unit 310 and the charge relay unit 314 can be turned off.

도 7을 참조하면, 구동 모드에서 제1 메인 릴레이부(306)는 온 되어 배터리(302)의 일단 및 인버터부(304)의 일단을 전기적으로 연결할 수 있고, 제2 메인 릴레이부(307)는 온 되어 배터리(302)의 타단 및 인버터부(304)의 타단을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서 배터리(302)에 충전된 직류 전력은 인버터부(304)에 전달될 수 있다.7, in the drive mode, the first main relay unit 306 is turned on to electrically connect one end of the battery 302 and one end of the inverter unit 304, and the second main relay unit 307 The other end of the battery 302 and the other end of the inverter unit 304 can be electrically connected. Therefore, the DC power charged in the battery 302 can be transmitted to the inverter unit 304.

한편, 구동 모드에서 구동 릴레이부(308)는 온 되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)를 인버터부(304)와 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서 배터리(302)의 직류 전력은 인버터부(304)에 의해 교류 전력으로 변환된 후 3상 전동기(300)에 전달될 수 있다.In the drive mode, the drive relay unit 308 is turned on so that the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 are electrically connected to the inverter unit 304 You can connect. Accordingly, the DC power of the battery 302 can be converted to AC power by the inverter unit 304 and then transmitted to the three-phase electric motor 300.

도 7에 도시되지 않았으나, 구동 모드에서 구동 릴레이부(308)가 온 됨과 동시에 인덕터 릴레이부(310)는 오프되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 배터리(302) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다. Although not shown in FIG. 7, in the drive mode, when the drive relay unit 308 is turned on, the inductor relay unit 310 is turned off to electrically connect the first inductor 341 of the three-phase motor 300 and the battery 302 You can block the connection.

또한, 도 7에 도시되지 않았으나 구동 모드에서 충전 릴레이부(314)는 오프되어 외부 교류 전원(316)과 인버터부(304) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.Also, although not shown in FIG. 7, in the drive mode, the charge relay unit 314 is turned off to cut off the electrical connection between the external AC power source 316 and the inverter unit 304.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307) 및 구동 릴레이부(308)가 온 될 경우, 인버터부(304)는 3상 전동기(300) 및 배터리(302)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 3상 전동기(300)의 모든 인덕터는 중성점(340)에서 전기적으로 연결될 수 있다. 6 and 7, when the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, and the drive relay unit 308 are turned on in the drive mode of the vehicular power control apparatus of the present invention, Phase motor 300 and the battery 302 and all of the inductors of the three-phase motor 300 can be electrically connected at the neutral point 340. The inductors 304 may be electrically connected to the three-phase motor 300 and the battery 302,

따라서 인버터부(304)는 제어부(301)의 스위칭 신호 인가에 따른 스위칭 동작을 통해서 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)를 구동할 수 있다. Accordingly, the inverter unit 304 can convert the DC power of the battery 302 into AC power through the switching operation in response to the switching signal applied to the controller 301 to drive the three-phase motor 300.

이처럼 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 구동 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307) 및 구동 릴레이부(308)를 온 하고 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 함으로써 배터리(302)의 직류 전력을 인버터부(304)를 통해 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)의 구동을 제어할 수 있다.As described above, when the power control mode is the drive mode, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, and the drive relay unit 308 are turned on through the control unit 301, And turns off the inductor relay unit 310 and the charge relay unit 314 so that the DC power of the battery 302 is converted into the AC power through the inverter unit 304 to control the driving of the three- .

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가를 절감할 수 있게 하는 장점을 갖는다. That is, the vehicle power control apparatus of the present invention realizes the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery by using the parts or the circuit provided in the vehicle such as the three-phase motor or the inverter, Thereby reducing the cost.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, But the present invention is not limited thereto.

301: 제어부
304: 인버터부
306: 제1 메인 릴레이부
307: 제2 메인 릴레이부
308: 구동 릴레이부
310: 인덕터 릴레이부
314: 충전 릴레이부301:
304:
306: first main relay part
307: Second main relay part
308: Drive relay part
310: Inductor relay section
314: charging relay unit

Claims (7)

배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부;
상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부;
상기 3상 전동기의 제1 인덕터 및 상기 3상 전동기의 제3 인덕터와 상기 인버터부 사이에 연결되는 구동 릴레이부;
상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부;
외부 교류 전원과 상기 인버터부 사이에 연결되는 충전 릴레이부; 및
전력 제어 모드에 따라서 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 구동 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하는
차량용 전력 제어 장치.
An inverter unit connected between the battery and the three-phase electric motor;
A first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery;
A drive relay unit connected between the first inductor of the three-phase motor and the third inductor of the three-phase motor and the inverter unit;
An inductor relay part connected between the first inductor of the three-phase motor and the battery;
A charge relay unit connected between the external AC power source and the inverter unit; And
And a control unit for controlling on / off states of the first main relay unit, the second main relay unit, the drive relay unit, the inductor relay unit, and the charge relay unit according to a power control mode
Power control apparatus for vehicles.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 구동 모드이면, 상기 제어부는
상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부 및 상기 구동 릴레이부를 온 하고, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 오프 하는
차량용 전력 제어 장치.
The method according to claim 1,
If the power control mode is the drive mode,
The first main relay unit, the second main relay unit, and the drive relay unit are turned on, and the inductor relay unit and the charge relay unit are turned off
Power control apparatus for vehicles.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면, 상기 제어부는
상기 제2 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 온 하고, 상기 제1 메인 릴레이부 및 상기 구동 릴레이부를 오프 하는
차량용 전력 제어 장치.
The method according to claim 1,
If the power control mode is the charge mode,
The second main relay unit, the inductor relay unit and the charge relay unit are turned on, and the first main relay unit and the drive relay unit are turned off
Power control apparatus for vehicles.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면,
상기 3상 전동기의 제1 인덕터, 상기 3상 전동기의 제2 인덕터, 상기 인버터부의 제5 스위칭 소자 및 상기 인버터부의 제6 스위칭 소자는 강압 컨버터를 구성하는
차량용 전력 제어 장치.
The method according to claim 1,
If the power control mode is the charging mode,
The first inductor of the three-phase motor, the second inductor of the three-phase motor, the fifth switching element of the inverter section, and the sixth switching element of the inverter section constitute a step-down converter
Power control apparatus for vehicles.
제4항에 있어서,
상기 강압 컨버터는
상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 3상 전동기의 제3 인덕터 사이에 연결되는 모터 제어 릴레이를 더 포함하는
차량용 전력 제어 장치.
5. The method of claim 4,
The step-
And a motor control relay connected between a first inductor of the three-phase motor and a third inductor of the three-phase motor
Power control apparatus for vehicles.
제4항에 있어서,
상기 강압 컨버터는
제1 보조 커패시터 및 제1 보조 인덕터 중 적어도 하나를 더 포함하는
차량용 전력 제어 장치.
5. The method of claim 4,
The step-
Further comprising at least one of a first auxiliary capacitor and a first auxiliary inductor
Power control apparatus for vehicles.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면,
상기 인버터부의 제1 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제2 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제3 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제4 스위칭 소자 및 제2 보조 인덕터는 승압 컨버터를 구성하는
차량용 전력 제어 장치.

The method according to claim 1,
If the power control mode is the charging mode,
The first switching device of the inverter unit, the second switching device of the inverter unit, the third switching device of the inverter unit, the fourth switching device of the inverter unit, and the second auxiliary inductor constitute a step-up converter
Power control apparatus for vehicles.

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