KR20190134392A - 전기 자동차용 전력 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 전력 공급 장치가 개시된다. 본 발명의 전기 자동차용 전력 공급 장치는, 대용량 부하와 연결되는 고전압 배터리; 소용량 부하와 연결되는 저전압 배터리; 외부 계통전원을 입력받아 고전압 배터리를 충전하는 탑재형 충전기; 고전압 배터리의 전압을 저전압 배터리의 전압으로 변환하는 저전압 컨버터; 고전압 배터리의 전원을 공급받아 다상의 교류전원으로 변환하는 다상 인버터; 및 다상 인버터로부터 변환된 교류전원을 가전부하의 전압으로 변환하는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차용 전력 공급 장치{APPARATUS FOR POWER SUPPLY FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차용 전력 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차에서 다수의 대용량 AC 가전제품을 사용할 수 있도록 고전압 배터리로부터 전원을 변환하여 AC 전원을 공급하는 전기 자동차용 전력 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 최근 환경 파괴로 인한 지구 온난화와 고유가 등의 문제로 자동차 업계에서는 전기 자동차의 개발을 급속히 진행하고 있다. 현재 전세계 메이저급 자동차 제작사들은 주요 개발 차량으로 전기 자동차를 만들기 위해 연구개발 중이다.

전기 자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있다. 그러나 전기 자동차는 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 공해문제가 최근 심각해지면서 다시 개발되고 있으며, 재충전 가능한 배터리의 사용횟수 제한으로 인하여 배터리 자체만으로는 장거리 주행이 확보되지 않는 문제점이 있었다.

따라서 현재 시장에서는 화석연료와 배터리 같이 두 가지 동력원을 사용하는 하이브리드(Hybrid) 자동차가 북미지역을 중심으로 활발히 판매 사용되고 있다.

전기 자동차의 경우 재충전 가능한 배터리(즉, 2차 전지의 성능 개선)와 기존의 전지특성과는 다른 특성을 가진 연료전지 등을 사용하는 방안이 마련되고 있다. 이에, 전기 자동차 내부의 배터리 충전과 잦은 교체주기에 따른 기존의 문제점이 점차 해결되어 가고 있다.

일반 도로 주행용 전기 자동차가 아닌 일부 소형 전기 자동차의 경우에는 이미 상용화되어 활발히 사용되고 있다. 예를 들어, 골프장의 골프 카트, 경기장의 선수 및 장비 이동용 차량, 실내 운전 차량, 실내 청소 차량 등에서 활발히 사용되고 있으며, 일반 상용 및 승용차에서도 전기자동차의 보급이 급속히 이루어지고 있다.

전기 자동차 및 하이브리드 자동차는 차량에 실려 있는 고전압 배터리를 충전하여 동력원으로 사용한다. 자동차에는 구동력을 위한 고전압 배터리와, 전자제어유닛의 동작을 위한 보조 배터리가 탑재되어 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제1316125호(2013. 10. 11 공고, 차량의 배터리 충전 장치)에 개시되어 있다.

또한, 최근에는 자동차에서 가전제품을 직접 사용할 수 있도록 배터리의 전원을 인버팅하여 AC 220V 전원을 공급함으로써 운전자의 편의성을 향상시키고 있다.

그러나 가전제품의 수가 많아지고 용량이 증가함에 따라 보다 큰 대용량의 전력을 효율적으로 공급할 필요성이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 전기 자동차에서 다수의 대용량 AC 가전제품을 사용할 수 있도록 고전압 배터리로부터 전원을 변환하여 AC 전원을 공급하는 전기 자동차용 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전기 자동차용 전력 공급 장치는, 대용량 부하와 연결되는 고전압 배터리; 소용량 부하와 연결되는 저전압 배터리; 외부 계통전원을 입력받아 고전압 배터리를 충전하는 탑재형 충전기; 고전압 배터리의 전압을 저전압 배터리의 전압으로 변환하는 저전압 컨버터; 고전압 배터리의 전원을 공급받아 다상의 교류전원으로 변환하는 다상 인버터; 및 다상 인버터로부터 변환된 교류전원을 가전부하의 전압으로 변환하는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 다상 인버터는, 3상 인버터인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 대용량 부하는, 전기 자동차를 구동시키기 위한 구동부하를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 소용량 부하는, 전기 자동차의 제어를 위한 제어부하를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 가전부하는, AC 220V 전원인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전기 자동차용 전력 공급 장치는 전기 자동차에서 다수의 대용량 AC 가전제품을 사용할 수 있도록 고전압 배터리로부터 전원을 변환하여 AC 전원을 공급함으로써, 고전압을 저전압으로 변환하여 저장한 저전압 배터리를 사용할 때와 비교하여 전력 변환 효율을 높일 수 있고 다상의 인버터를 적용하여 변환함으로써 다수의 AC 전원을 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치의 다상 인버터를 나타낸 회로도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치의 출력을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자동차용 전력 공급 장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치의 다상 인버터를 나타낸 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치의 출력을 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차용 전력 공급장치는 고전압 배터리, 탑재형 충전기, 저전압 컨버터, 저전압 배터리, 3상 인버터 및 변압기를 포함할 수 있다.

고전압 배터리(30)는 고전압의 전원을 저장하여 전기 자동차의 대용량 부하에 고전압을 공급한다.

여기서, 대용량 부하는 전기 자동차를 구동시키기 위한 구동부하를 포함할 수 있다.

탑재형 충전기(20)는 외부 계통전원(10)을 입력받아 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 고전압 배터리(30)에 충전하는 충전장치이다.

저전압 배터리(50)는 저전압 전원을 저장하여 전기 자동차의 소용량 부하에 저전압을 공급한다.

여기서, 소용량 부하는 전기 자동차의 제어를 위한 제어부하를 포함할 수 있다.

저전압 컨버터(40)는 고전압 배터리(30)에 저장된 고전압 전원을 전기 자동차의 소용량 부하에서 사용할 수 있는 전압으로 변환하여 저전압 배터리(50)에 저장한다.

3상 인버터(60)는 고전압 배터리(30)의 전원을 공급받아 다상의 교류전원으로 변환할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 하프-브리지 구조의 스위치 쌍을 3개 배치한 3상 인버터(60)를 예시로 설정하지만, 스위치 쌍의 개수를 증가시켜 4상, 5상 및 6상의 인버터를 구성할 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 3상 인버터(60)는 60Hz의 AC 전원을 구성하기 위해 120도 위상차를 갖도록 PWM 제어를 통해 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 상보적으로 구동시키고, 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)를 상보적으로 구동시키며, 제5 스위치(SW5)와 제6 스위치(SW6)를 상보적 구동시켜 PWM 파형을 생성한다.

이렇게 생성된 PWM 파형은 각 상에 연결된 인덕터(L1, L2, L3)와 커패시터(C1, C2, C3)에 의해 LC 필터링 되어 사인 파형의 AC 전원을 생성한다.

변압기(70)는 3상 인버터(60)에서 생성된 3상 AC 전원을 가전부하에서 사용할 수 있는 220V 전압으로 변환한 후 Y결선을 통해 도 3에 도시된 바와 같이 부하1, 부하2 및 부하3으로 단상 220V AC 전원을 공급하여 가전부하(80)를 사용할 수 있도록 한다.

이와 같이 고전압 배터리(30)의 대용량 전원을 사용하여 3상 인버터(60)를 통해 3상 AC 전원을 Y결선을 통해 단상 AC 전원으로 공급함으로써, 다수의 AC 출력이 가능할 뿐만 아니라 대용량의 가전제품도 사용할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전기 자동차용 전력 공급 장치에 따르면, 전기 자동차에서 다수의 대용량 AC 가전제품을 사용할 수 있도록 고전압 배터리로부터 전원을 변환하여 AC 전원을 공급함으로써, 고전압을 저전압으로 변환하여 저장한 저전압 배터리를 사용할 때와 비교하여 전력 변환 효율을 높일 수 있고 다상의 인버터를 적용하여 변환함으로써 다수의 AC 전원을 공급할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 계통전원 20 : 탑재형 충전기
30 : 고전압 배터리 40 : 저전압 컨버터
50 : 저전압 배터리 60 : 3상 인버터
70 : 변압기 80 : 가전부하

Claims (5)

1. 대용량 부하와 연결되는 고전압 배터리;
   소용량 부하와 연결되는 저전압 배터리;
   외부 계통전원을 입력받아 상기 고전압 배터리를 충전하는 탑재형 충전기;
   상기 고전압 배터리의 전압을 상기 저전압 배터리의 전압으로 변환하는 저전압 컨버터;
   상기 고전압 배터리의 전원을 공급받아 다상의 교류전원으로 변환하는 다상 인버터; 및
   상기 다상 인버터로부터 변환된 교류전원을 가전부하의 전압으로 변환하는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전력 공급 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 다상 인버터는, 3상 인버터인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전력 공급 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 대용량 부하는, 전기 자동차를 구동시키기 위한 구동부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전력 공급 장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 소용량 부하는, 전기 자동차의 제어를 위한 제어부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전력 공급 장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 가전부하는, AC 220V 전원인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 전력 공급 장치.

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