KR20210029243A - 차량 측 충전 회로 및 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법 - Google Patents

차량 측 충전 회로 및 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210029243A
KR20210029243A KR1020217003786A KR20217003786A KR20210029243A KR 20210029243 A KR20210029243 A KR 20210029243A KR 1020217003786 A KR1020217003786 A KR 1020217003786A KR 20217003786 A KR20217003786 A KR 20217003786A KR 20210029243 A KR20210029243 A KR 20210029243A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
vehicle
electrical system
charging mode
rectifier
Prior art date
Application number
KR1020217003786A
Other languages
English (en)
Inventor
프란츠 파일쉬프터
마르틴 괴첸베르거
마누엘 브루너
Original Assignee
비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 filed Critical 비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Publication of KR20210029243A publication Critical patent/KR20210029243A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/31—Charging columns specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H02J7/06—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02J7/08—Regulation of charging current or voltage using discharge tubes or semiconductor devices using discharge tubes only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H02M7/1623—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration with control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

차량 측 충전 회로(LS)에는, 제어 가능한 복수의 하프 브리지(B0 내지 B2)를 구비하는 제어 가능한 다상 정류기(GR)가 장착되어 있다. 정류기(GR)의 AC 전압 측은 AC 전압 연결부(IF)와 연결되어 있다. 정류기(GR)의 DC 전압 측은 변환기 없이 차량 전기 시스템 연결부(A)와 연결되어 있다. 충전 회로는, 제어 가능한 하프 브리지(B0 내지 B2)와 제어 방식으로 연결된 제어부(C)를 구비한다. 제어부(C)는, 메인 충전 모드에서보다 예비 충전 모드에서 더 적은 수의 제어 가능한 하프 브리지를 클록 방식으로 제어하도록 설계되어 있다. 또한, 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법도 기술되어 있다.

Description

차량 측 충전 회로 및 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법
전기 구동 장치를 갖춘 차량은 통상적으로 구동 장치에 전력을 공급하기 위하여 축전지를 에너지 저장소로서 구비한다. 다수의 차량에서는, 예컨대 충전 과정의 틀 안에서 외부로부터 축전지 내부로 에너지를 전달하기 위하여 충전 소켓이 제공되어 있다.
축전지의 단자 전압(terminal voltage)이 충전 과정의 진행 중에 변하는 충전 상태에 의존하기 때문에, 충전 회로는 통상적으로 DC 전압 변환기를 포함하는데, 이 DC 전압 변환기의 가변적인 변속 비율은 충전 전압을 순간적인 축전지 전압에 맞추어 조정하기 위해 사용될 수 있다. 하지만, 이와 같은 DC 전압 변환기는 충전 회로에 대한 추가 비용과 연계되어 있다.
그렇기 때문에, 충전 전압이 조정 가능하고 가변적인 경우에 차량 전기 시스템 내부로 그리고 이 차량 전기 시스템에 제공된 축전지 내부로 간단한 방식으로 에너지를 공급할 수 있는 가능성을 제시하려는 과제가 존재한다.
상기 과제는 독립 청구항들의 대상들에 의해서 해결된다. 또 다른 실시예들, 특징부들, 특성들 및 장점들은 종속 청구항들, 상세한 설명부 및 도면에 의해서 나타난다.
능동 하프 브리지의 수를 이용해서 적절한 전압을 설정하기 위하여, 복수의 하프 브리지를 구비하는 제어 가능한 정류기를 사용하는 것이 제안된다. 따라서, 조정에 도달하기 위하여 듀티 사이클 외에 능동 하프 브리지 혹은 위상의 수가 변경될 수 있다. 능동 하프 브리지의 수가 상이한 경우에는 상이한 높이의 인터링크 인자가 발생하기 때문에, 오로지 상이한 수의 하프 브리지에 의해서만 상이한 전압이 나타난다. 이로써, 제1 충전 상태에서는 또는 (공칭 값과 비교할 때) 제1 수의 능동 하프 브리지에서는, 제1 충전 상태 또는 제1 수의 능동 하프 브리지보다 높은 제2 충전 상태 또는 제2 수의 능동 하프 브리지의 경우보다 적은 전압이 DC 전압 변환기에 의해서 달성될 수 있다.
제어 가능한 다상 정류기를 갖는 차량 측 충전 회로가 제안된다. 정류기는 제어 가능한 복수의 하프 브리지를 구비한다. 각각의 위상에는 (고유의) 제어 가능한 하프 브리지가 할당되어 있다. 하프 브리지는, 2개의 스위칭 요소로 구성되거나 하나의 스위칭 요소와 하나의 다이오드로 구성되는 직렬 회로를 포함하며, 이 경우 스위칭 요소는 제어 가능하다. 스위칭 요소는 특히 반도체 스위치, 예컨대 IGBT 또는 MOSFET와 같은 트랜지스터다. 스위칭 요소는, 또한 특히 반도체 스위치가 바디 다이오드를 구비하는 경우에는 상호 역-직렬인 2개의 반도체 스위치로 구성될 수도 있다. 직렬 회로의 단부는 정류기의 DC 전압 전위(예컨대 + 및 -)에 연결되어 있다. 직렬 회로의 2개 요소를 연결하는 연결 지점은 (개별적인) 위상 연결부와 연결되어 있다. 이와 같은 상황은 바람직하게는 모든 하프 브리지에 대해 적용된다. 직렬 회로 또는 직렬 회로들의 단부는 정류기의 DC 전압 측의 부분이다. 직렬 회로의 2개 요소(즉, 스위칭 요소와 스위칭 요소 또는 스위칭 요소와 다이오드) 사이에 있는 연결 지점은 정류기의 AC 전압 측의 부분이다. 이와 같은 상황은, 만일 존재한다면, 다이오드 하프 브리지의 다이오드의 연결 지점에 대해서도 적용된다.
정류기의 AC 전압 측은 AC 전압 연결부와 연결되어 있다. 위상 연결부는 AC 전압 연결부의 부분이다. 정류기의 DC 전압 측은 변환기 없이 차량 전기 시스템 연결부와 연결되어 있다. 한 편으로 정류기와 다른 한 편으로 차량 전기 시스템 연결부 또는 이 연결부에 연결된 차량 전기 시스템 사이에는, 전압 변환 작용을 하거나 전압 레벨을 변경하는 구성 요소가 전혀 존재하지 않으며, 이 경우 필터, 연결 요소 및 퓨즈는 전압 변환 요소로서 간주 되지 않는다. 따라서, 정류기와 차량 전기 시스템 연결부 간의 연결은 직접적인 연결이다. 이로 인해서는, 정류기 뒤에 접속된 DC 전압 변환기에 대한 비용이 절감될 수 있다.
충전 회로 및 특히 정류기는 제어부를 구비한다. 제어부는 정류기와 또는 이 정류기의 제어 가능한 하프 브리지와 제어 방식으로 연결되어 있다. 제어부는 정류기를 제어하도록 설계되어 있다. 제어부는, 예비 충전 모드에서는 메인 충전 모드에서보다 적은 수의 제어 가능한 하프 브리지를 클록 방식으로 제어하도록 설계되어 있다. 따라서, 예비 충전 모드는 메인 충전 모드에서보다 적은 수의 능동 하프 브리지로써 이루어진다. 제어부는, 예비 충전 모드 이후에 메인 충전 모드를 실행하도록 설계되어 있다. 따라서, 제어부는, 능동 또는 제어된 하프 브리지의 수를 증가시킴으로써 정류기의 연결 계수를 증가시키도록 설계되어 있다. 제어부는 입력을 구비할 수 있으며, 이 경우 제어부는 입력에서의 신호에 따라 위상의 수를 조정하거나 선택적으로 (다시 말해, 신호에 따라) 언급된 충전 모드들 중 하나를 설정한다. 입력된 신호는 위상 수, 설정 전압 또는 실제 전압을 반영할 수 있다. 마지막에 언급된 두 가지 경우에, 제어부는, 비교 결과에 따라 예비 충전 모드 또는 메인 충전 모드를 설정하기 위해 전압을 하나 이상의 비교 값과 비교하기 위하여 비교기를 포함한다.
제어부는, 바람직하게는 메인 충전 모드에서는 제어 가능한 하프 브리지를 클록 방식으로 제어하도록, 바람직하게는 모든 하프 브리지를 클록 방식으로 제어하도록 설계되어 있다. 이 경우, 제어부는, 위상 섹션 제어에 따라 또는 (사전 설정된) 듀티 사이클에 따라, 특히 위상 섹션 제어에 따라 하프 브리지를 제어하도록 설계될 수 있다. 이로 인해서는, 특히 능동 하프 브리지의 수를 고려해서 (다시 말해, 연결 계수에 따라) 그리고/또는 설정 전압값에 따라, 정류된 유효 전압, 즉 정류기의 (펄스화 된) 출력 전압이 조정될 수 있다.
제어부는, 예비 충전 모드에서는 단 하나의 제어 가능한 하프 브리지만을 클록 방식으로 제어하도록 그리고 나머지 제어 가능한 하프 브리지를 오픈 방식으로 제어하도록 설계될 수 있다. 예를 들어 정류기에 3개의 제어 가능한 하프 브리지가 (또는 3개 그룹의 제어 가능한 하프 브리지가) 장착된 경우, 제어부는, 예비 충전 모드에서는 하프 브리지들 (또는 하프 브리지 그룹들) 중 단 하나만 활성으로 제어하도록 설계될 수 있다. 다른 말로 표현하자면, (3개의 제어 가능한 하프 브리지 또는 하프 브리지 그룹을 갖는 정류기의 경우) 제어부는, 예비 충전 모드에서는 2개의 하프 브리지를 (또는 하프 브리지 그룹을) 오픈 방식으로 제어하도록 설계될 수 있다. 하프 브리지를 오픈 방식으로 제어하는 경우에는, 하프 브리지의 스위칭 가능한 스위칭 요소가 열린 스위칭 상태에 있다. 제어부는, 제어를 통해서 이와 같은 스위칭 상태를 제공하도록 설계되어 있다.
능동 제어부는 클록 제어부(특히 전술된 바와 같은 클록 제어부)에 해당하며 그 반대의 경우도 마찬가지로 적용된다. 능동 또는 클록 제어부의 경우에는, 관련 하프 브리지 또는 이 하프 브리지의 스위칭 가능한 스위칭 요소가 일 실시예에 따라, 특히 정류기의 부분 부하 작동 범위에서는, 정류될 AC 전압의 각각의 위상에서 스위칭된다(다시 말해 자체 스위칭 상태를 변경한다).
제어부는 입력을 구비할 수 있다. 입력은 바람직하게는 차량 전기 시스템 연결부와 신호 기술적으로 연결되어 있다. 입력은, (차량 전기 시스템의, 차량 전기 시스템 연결부에서의, 축전지의) 전압을 특징짓는 신호가 이 입력에서 예컨대 전압값의 형태로 수신되도록, 차량 전기 시스템 연결부와 (또는 이 연결부에 연결된 차량 전기 시스템 내의 축전지와) 연결되어 있다. 제어부는, 바람직하게는 입력에 인가되는 전압값을 임계값과 비교하도록 설계되어 있다. 이 목적을 위해, 제어부는 비교기를 구비할 수 있다. 제어부는, 바람직하게는 전압값이 임계값 아래에 놓여 있으면 예비 충전 모드를 설정하도록, 그리고 전압값이 임계값 위에 놓여 있으면 메인 충전 모드를 설정하도록 설계되어 있다. 대안적으로, 입력은 스위칭 명령을 수신하도록 설계될 수도 있다. 이 경우에는, 모드(메인 충전 모드 또는 예비 충전 모드)를 지시하는 스위칭 명령이 상위 제어부로부터 입력으로 전달될 수 있다. 상위 제어부는 충전 회로의 부분일 수 있거나 외부에 배열될 수 있으며, 이 경우 충전 회로의 제어부의 입력은 상위 제어부와 (명령 수신 방식으로) 연결되어 있다. 가장 간단한 경우 이 명령은 2진 신호다.
정류기는 특히 다이오드 하프 브리지 형태의 제어 불가능한 하프 브리지를 포함할 수 있다. 이와 같은 하프 브리지는 바람직하게는 2개의 다이오드로 구성된 직렬 회로를 구비한다. 2개 다이오드의 순방향은 동일하다. 이 직렬 회로는 제어 가능한 하프 브리지와 같이 연결되어 있다. AC 전압 연결부는, 제어 불가능한 하프 브리지와 연결된, 특히 2개의 다이오드를 서로 연결하는 연결 지점과 연결된 중성 도체 접점을 구비할 수 있다. 제어 불가능한 하프 브리지의 다이오드(및 또한 바람직하게는 다이오드를 구비하는 각각의 제어 가능한 하프 브리지의 다이오드)는 정류기(또는 DC 전압 측)의 양의 전위 쪽을 향하는 차단 방향을 갖는다. 다른 말로 표현하자면, 제어 불가능한 하프 브리지의 다이오드(및 또한 바람직하게는 다이오드를 구비한 각각의 제어 가능한 하프 브리지의 다이오드)는 차량 전기 시스템 연결부의 양의 전위 쪽을 향하는 차단 방향을 갖는다.
또한, 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법도 기술된다. 에너지는 다상 AC 전압원으로부터 차량 측의 제어 가능한 다상 정류기를 통해 차량 전기 시스템으로 (특히 그곳에 있는 축전지로) 전달된다. 에너지는 특히 본 명세서에 기술된 바와 같이 충전 회로를 통해 전달된다. 이와 같은 상황은 정류기에 대해서도 적용된다. 에너지는 전압 레벨을 유지하면서 정류기로부터 차량 전기 시스템으로 (또는 차량 전기 시스템 연결부로) 전달된다. 정류기와 차량 전기 시스템 또는 차량 전기 시스템 연결부 사이에서는 전압 변환이 이루어지지 않는다. 에너지는 직접적인 연결을 통해, 특히 전압 변환기가 없는 (그리고 전류 변환기가 없는) 연결을 통해 정류기와 차량 전기 시스템 연결부 사이에서 전달된다. 예비 충전 모드에서는, 메인 충전 모드에서보다 정류기의 더 적은 수의 제어 가능한 하프 브리지가 클록 방식으로 제어된다. 이로 인해, 예비 충전 모드에서는 메인 충전 모드에서보다 적은 수의 정류된 전압이 나타나게 된다. 다른 말로 표현하자면, 예비 충전 모드에서는 메인 충전 모드에서보다 적은 연결 계수가 정류기에 제공된다. 이와 같은 상황은, 차량 전기 시스템에 인가되는 전압을 차량 전기 시스템의 일 구성 요소의 작동 상태에 맞추어 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 작동 상태는 구성 요소인 축전지의 충전 상태, 단자 전압 또는 무부하 전압일 수 있다.
메인 충전 모드에서는 바람직하게는 제어 가능한 모든 하프 브리지가 클록 방식으로 제어된다. 예를 들어, 3개의 제어 가능한 하프 브리지가 있다. AC 전압 연결부 또는 AC 전압원은 바람직하게는 3상이다. 그 결과, sqrt(3)의 연결 계수가 나타나게 된다.
예비 충전 모드에서는 제어 가능한 하프 브리지들 중 단 하나만 클록 방식으로 제어된다. 나머지 제어 가능한 하프 브리지는 열린 스위칭 상태로써 제어된다. 나머지 제어 가능한 하프 브리지는 예비 충전 모드에서 비활성이다. 3상 정류기의 경우에, 다시 말해 3개의 하프 브리지를 구비하는 정류기의 경우에, 예를 들어 예비 충전 모드에서는 2개의 하프 브리지 또는 위상이 비활성일 수 있는 한편, 하나의 하프 브리지 또는 위상은 활성이거나 클록 방식으로 제어된다. 클록 방식의 제어는 특히 위상 섹션 제어 또는 펄스 폭 변조에 해당한다.
바람직하게, 차량 전기 시스템의 실제 전압은 임계값과 비교된다. 비교 결과에 따라 예비 충전 모드 또는 메인 충전 모드가 설정된다(또는 전체 정류기가 비활성화됨). 예비 충전 모드는, 바람직하게는 실제 전압이 임계값 아래에 놓여 있는 경우에 설정된다. 메인 충전 모드는, 바람직하게는 전압값이 임계값 위에 놓여 있는 경우에 설정된다. 임계값은 축전지의 전압 또는 충전 상태를 특징짓고, 이 임계값 위에서는 메인 충전 모드가 정류된 전압을 유도하는데, 이 정류된 전압은 실제 전압을 (또는 연결된 축전지의 실제 충전 상태를) 허용함으로써 축전지의 최대 충전 전류 초과 상태(일반적으로는 과부하 상태)를 야기하지 않게 된다. 임계값 아래에서는 정류된 전압이 메인 충전 모드에서 축전지를 충전하기에 지나치게 높을 수 있는데, 다시 말하자면 실제 전압이 임계값 아래에 놓여 있는 경우에는 메인 충전 모드가 최대 충전 전류의 초과 상태를 야기한다.
실제 전압은, 차량 전기 시스템 내에 제공된 그리고 에너지가 전달될 축전지의 단자 전압 또는 무부하 전압일 수 있다. 실제 전압은 또한 차량 전기 시스템 연결부에서의 전압일 수도 있는 한편, 임계값은 차량 전기 시스템의 일 구성 요소의 최대 전압에 상응한다.
도 1은, 개관의 틀 안에서, 차량 전기 시스템과 AC 전류원 사이에 배열되어 있고 본 명세서에 기술된 접근 방식을 예시적으로 설명하기 위해서 이용되는 본 발명에 따른 충전 회로를 도시한다.
도 1에서, AC 전압원(Q)은 3개의 위상(L1 내지 L3)을 통해서 그리고 중성 도체(N)를 통해서 선택적인 필터(F)를 통해 정류기(GR)와 연결되어 있다. 차량 측 충전 회로(LS)는 선택적인 필터 그리고 특히 정류기(GR)를 포함한다. AC 전압 연결부(IF) 형태의 인터페이스는 차량 측에서 예를 들어 AC 전압 연결부를 통해 AC 전압원(Q)을 연결하기 위해 이용된다. 이 AC 전압 연결부(IF)는, 예를 들어 정류기(GR)로 에너지를 전달하기 위한 (바람직하게는 표준화된) 충전 소켓의 형태로 차량 측에 배열되어 있는 인터페이스를 형성한다. AC 전압 연결부(IF)와 정류기(GR) 사이에는 분리 스위치가 제공될 수 있는데, 예를 들면 위상(L1 내지 L3)을 위한 그리고 중성 도체(N)를 위한 분리 스위치가 각각 하나씩 제공될 수 있다. 이들 분리 스위치는, 오류가 발생하거나 충전 전에 그리고 충전 후에 (또는 피드백의 경우에) 보호 조치로서 열린 경우에 열릴 수 있다.
정류기(GR)는 3개의 제어 가능한 하프 브리지(B0 내지 B2) 그리고 하나의 다이오드 하프 브리지(DH)를 포함한다. 하프 브리지(B0 내지 B2)는 2개의 스위칭 가능한 트랜지스터로 구성된 하나의 직렬 회로를 각각 포함한다. 이들은, 제어 가능한 하프 브리지(B0)의 경우에는 2개의 스위칭 요소(01 및 02)이고, 제어 가능한 하프 브리지(B1)의 경우에는 스위칭 요소(11 및 12)이며, 그리고 제어 가능한 하프 브리지(B2)의 경우에는 스위칭 요소(21 및 22)다. 각각의 하프 브리지 내에서는, 언급된 2개의 스위칭 요소가 중간 지점을 통해 서로 연결되어 있다. 다이오드 하프 브리지(DH)의 경우에는, 2개의 다이오드(D1, D2)가 중간 지점을 통해 연결되어 있다. 이와 같은 연결 지점은 또한 (예컨대 선택적인 필터를 통해) AC 전압 연결부(IF)와도 연결되어 있다. 하프 브리지(B0 내지 B2)의 개별 2개의 스위칭 요소의 연결 지점들은 각각 AC 전압 인터페이스(IF)의 위상(L1 내지 L3)과 연결되어 있다. 언급된 바와 같이, 다이오드 하프 브리지(DH)는 마찬가지로 직렬 접속 방식으로 서로 연결된 2개의 다이오드(D1, D2)를 포함한다. 그 결과로서 나타나는 연결 지점은 중성 도체(N)와 연결되어 있다.
하프 브리지(B0 내지 B2) 및 다이오드 하프 브리지(DH)는 각각 2개의 단부를 구비하며, 이 경우 일단부는 양의 전압 레일과 연결되어 있고, 다른 단부는 정류기의 음의 전압 레일과 연결되어 있다. 전압 레일 또는 관련 전위는 정류기(GR)의 DC 전압 측을 형성한다. 전압 레일은 차량 전기 시스템 연결부(A)까지 연장된다.
충전 회로(LS)는 이미 언급된 이미 언급된 DC 전압 연결부(A)를 더 포함하고, 이 연결부는 2개의 언급된 DC 전압 전위를 위한 연결부들을 포함한다. 이들 전위에 에너지 저장소(ES)가 연결될 수 있다. 이 에너지 저장소는 차량 전기 시스템(HB)의 하나의 구성 요소 또는 복수의 구성 요소를 예시적으로 나타내며, 이 경우 차량 전기 시스템(HB)은 연결부(A)와 연결되어 있다. 차량 전기 시스템(HB)은 특히 공칭 전압이 예를 들어 60 V, 100 V, 400 V 또는 800 V 이상인 고전압 전기 시스템 네트워크다.
제어 가능한 하프 브리지(B0 내지 B2)는 상징적으로 표시된 제어부(C)에 의해서 제어된다. 이 목적을 위해, 하프 브리지(B0 내지 B2)의 각각의 스위칭 요소(01 내지 22)는 (제어부와 연결된) 제어 입력, 예를 들어 게이트를 포함한다. 스위칭 요소는 MOSFET로서 또는 IGBT로서 설계될 수 있거나, 다른 모든 제어 가능한 반도체 요소로서도 설계될 수 있다. 제어부(C)는 회로인데, 예를 들면 프로세서 또는 고정 배선된 논리 회로를 갖는 프로그래밍 가능한 회로다.
제어부(C)는, 예비 충전 모드에서는 하프 브리지(B0 내지 B2) 중 단 하나의 하프 브리지만 능동적으로 제어하도록 설계되어 있다. 예를 들어 본 명세서에서는 다만 하프 브리지(B0)만 제어된다. 하프 브리지(Bl 및 B2)는 클록 방식으로 제어되지 않는다. 예비 충전 모드에서는, 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 펄스화 된 DC 전압을 생성하기 위하여, 제어부(C)가 클록화 된 신호로써 하프 브리지(B0)를 제어한다. 예비 충전 모드에서 활성화되지 않은 하프 브리지, 본 명세서에서 하프 브리지(B1 및 B2)는 열린 상태로 제어된다. 특히, 제어되지 않은 하프 브리지(B1 및 B2)는 차량 전기 시스템 연결부(A)에서의 클록화 된 DC 전압의 생성에 기여하지 않는다. 복수의 하프 브리지들 중 단 하나의 하프 브리지만, 즉 모든 하프 브리지의 최대로 가능한 수보다 적은 수의 하프 브리지만 활성화되기 때문에, 결과적으로는 모든 하프 브리지의 활성화에 비해 더 낮은 연결 계수도 나타난다. 따라서, 예비 충전 모드에서는 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 감소된 DC 전압이 나타나는데, 그 이유는 연결 계수가 메인 충전 모드에서보다 낮기 때문이다.
메인 충전 모드에서는 예비 충전 모드에서보다 많은 하프 브리지가 능동적으로 제어된다. 메인 충전 모드에서는, 제어된 더 많은 하프 브리지(B0 내지 B2)가 차량 전기 시스템 연결부(A)에서의 펄스화 된 DC 전압의 생성에 기여한다. 이로써, 메인 충전 모드에서는 예비 충전 모드에서보다 높은 연결 계수가 나타나고, 결과적으로는 또한 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 더 높은 펄스화된 (유효) 전압이 나타나게 된다. 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 펄스화된 전압을 고려한다는 것은, 또한 차량 전기 시스템 연결부(A)에 평활 커패시터가 제공된 경우에는 평활화된 전압을 고려한다는 것에 해당하거나, 유효 전압을 고려한다는 것에 해당한다. 평활화 된 전압이 전압으로서 간주되면, 제어된 하프 브리지의 수가 많을수록 부하하에서는 그 만큼 더 높은 (유효) 전압이 나타나게 된다.
제시된 예에서, 메인 충전 모드에서는 모든 하프 브리지(B0 내지 B2)가 제어부(C)에 의해 클록 방식으로 제어될 수 있다. 이로 인해서는, 3개의 모든 위상(L1 내지 L3)이 이용된다. 예비 충전 모드에서 다만 브리지(B0)만 사용되면{그리고 브리지(Bl 및 B2)는 활성화되지 않으면}, 다만 위상(L1)만 이용된다. 직접적으로 나타나는 결과는, 이로 인해 차량 전기 시스템 연결부(A)에서는 적은 전력이 준비되고, 하중하에서도 더 적은 전압이 준비된다는 것이다. 위상(L1 내지 L3)(설명: L1 내지 L3는 3상 전류 연결부임) 간의 위상 오프셋으로 인해, 모든 하프 브리지(B0 내지 B2)가 사용되는 경우에는, 또한 더 적은 수의 하프 브리지가 이용되는 경우에 비해 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 더 높은 유효 전압이 나타난다. 도면에 도시된 정류기(GR)는 3상으로 설계되어 있고, 중성 도체용 다이오드 하프 브리지(DH)를 포함한다. 제어부(C)는, 정류기(GR)가 단상으로 제어되는지 아니면 3상으로 (또는 2상으로) 제어되는지를 지시한다. 따라서, 제어부(C)는 능동 위상의 수를 정의하고 이로써 또한 정류기의 연결 계수를 직접 정의하며, 이로 인해 차량 전기 시스템 연결부(A)에서는 (종속 위상의 수에 의존하는) 펄스화된 전압 또는 DC 전압이 나타난다.
이를 통해, 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 DC 전압이 설정될 수 있다. 이 목적을 위해, 제어부(C)는, 위상의 수가 직접 입력되거나 제어될 하프 브리지의 수를 재현하는 명령이 입력되는 입력(E)을 구비할 수 있다.
대안적으로, 입력(E)에서는, 에너지 저장소(ES)에서의 또는 차량 전기 시스템 연결부(A)에서의 전압을 지시하는 전압값 신호가 출력될 수 있다. 이 경우, 제어부(C)는, 상기 전압값을 임계값과 비교하고 비교 결과에 따라 위상의 수를 결정하는 비교기를 포함할 수 있다. 예를 들어 전압값이 임계값 위에 놓여 있으면, 다른 경우에서보다 많은 수의 위상이 제어된다. 예를 들어 임계값이 초과되면, 제어부는 제어 가능한 모든 하프 브리지(B0 내지 B2)를 제어할 수 있으며, 그리고 전압값이 그 아래에 놓여 있으면, 제어부는 제어 가능한 하프 브리지들 중 단 하나만{예를 들어 하프 브리지(B0)만}을 제어할 수 있다. 임계값은, 증가하는 함수에 따라 노화를 반영하는 노화 값에 의존할 수 있으며 그리고/또는 에너지 저장소(ES)의 온도에 의존할 수 있다. 노화 값이 클수록, 에너지 저장소(ES)의 노화는 그만큼 커지는데, 예를 들면 SOH-값{SOH - state of health - 에너지 저장소(ES)의 일반적인 상태}의 보완수 또는 역수가 이에 해당한다. 입력(E)에서의 전압값 신호는 디지털 신호일 수 있는데, 예를 들면 차량 전기 시스템 연결부(A)에서 또는 에너지 저장소(ES)에서 아날로그 전압을 측정하여 디지털 값으로 전송하는 전압 검출 장치의 신호일 수 있다. 이 목적을 위해, 아날로그-디지털 변환기가 사용될 수 있다. 바람직하게, 입력(E)은, 자체 전압을 재현되는 값을 얻기 위하여 신호 기술적으로 연결부(A)와 연결되어 있지만, 차량 전기 시스템(HB)으로부터 제어부를 전위 분리 방식으로 제공하기 위하여 바람직하게는 갈바니 전기적으로 분리되어 있다. 에너지 저장소(ES)는 바람직하게는 축전지로서 설계되어 있다.

Claims (10)

  1. 제어 가능한 복수의 하프 브리지(B0 내지 B2)를 구비하는 제어 가능한 다상 정류기(GR)를 포함하는 차량 측 충전 회로(LS)로서,
    상기 정류기(GR)의 AC 전압 측은 AC 전압 연결부(IF)와 연결되어 있고, 상기 정류기(GR)의 DC 전압 측은 변환기 없이 차량 전기 시스템 연결부(A)와 연결되어 있으며, 상기 충전 회로는 제어 가능한 하프 브리지(B0 내지 B2)와 제어 방식으로 연결된 제어부(C)를 구비하고, 상기 제어부(C)는 메인 충전 모드에서보다 예비 충전 모드에서 더 적은 수의 제어 가능한 하프 브리지를 클록 방식으로 제어하도록 설계되어 있는, 차량 측 충전 회로(LS).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부(C)는, 메인 충전 모드에서는 제어 가능한 모든 하프 브리지를 클록 방식으로 제어하도록 설계되어 있는, 차량 측 충전 회로(LS).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부(C)는, 예비 충전 모드에서는 단 하나의 제어 가능한 하프 브리지만을 클록 방식으로 제어하도록 그리고 나머지 제어 가능한 하프 브리지를 오픈 방식으로 제어하도록 설계되어 있는, 차량 측 충전 회로(LS).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부(C)는 차량 전기 시스템 연결부와 신호 기술적으로 연결된 입력(E)을 구비하고, 상기 제어부(C)는 입력(E)에 인가되는 전압값을 임계값과 비교하도록 설계되어 있되, 상기 제어부는, 전압값이 임계값 아래에 놓여 있으면 예비 충전 모드를 설정하도록, 그리고 전압값이 임계값 위에 놓여 있으면 메인 충전 모드를 설정하도록 설계되어 있는, 차량 측 충전 회로(LS).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류기는 2개의 다이오드로 구성된 직렬 회로를 구비하는 하나의 제어 불가능한 하프 브리지를 포함하는, 차량 측 충전 회로(LS).
  6. 전기 에너지를 차량 전기 시스템으로 전달하기 위한 방법으로서,
    에너지는 다상의 AC 전압원(Q)으로부터 차량 측의 제어 가능한 다상의 정류기(GR)를 거쳐 차량 전기 시스템(HB)으로 전달되며, 에너지는 정류기로부터 전압 레벨을 유지하면서 차량 전기 시스템으로 전달되며, 또한 예비 충전 모드에서는 메인 충전 모드에서보다 정류기의 더 적은 수의 제어 가능한 하프 브리지를 제어하는, 전기 에너지를 차량 전기 시스템으로 전달하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 메인 충전 모드에서는 모든 제어 가능한 하프 브리지(B0 내지 B2)가 클록 방식으로 제어되는, 전기 에너지를 차량 전기 시스템으로 전달하기 위한 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 예비 충전 모드에서는, 제어 가능한 하프 브리지(B0 내지 B2) 중에서 단 하나만 클록 방식으로 제어되고, 나머지 제어 가능한 하프 브리지는 열린 상태로써 제어되는, 전기 에너지를 차량 전기 시스템으로 전달하기 위한 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 차량 전기 시스템의 실제 전압이 임계값과 비교되며, 상기 실제 전압이 임계값 아래에 놓여 있으면 예비 충전 모드가 설정되고, 전압값이 임계값 위에 놓여 있으면 메인 충전 모드가 설정되는, 전기 에너지를 차량 전기 시스템으로 전달하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 실제 전압은 차량 전기 시스템(HB) 내에 제공되어 있고 에너지가 전달되는 축전지(ES)의 단자 전압 또는 무부하 전압인, 전기 에너지를 차량 전기 시스템으로 전달하기 위한 방법.
KR1020217003786A 2018-07-26 2019-07-24 차량 측 충전 회로 및 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법 KR20210029243A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018212520.1 2018-07-26
DE102018212520.1A DE102018212520A1 (de) 2018-07-26 2018-07-26 Fahrzeugseitige Ladeschaltung und Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie an ein Bordnetz
PCT/EP2019/069983 WO2020020981A1 (de) 2018-07-26 2019-07-24 Fahrzeugseitige ladeschaltung und verfahren zum übertragen von elektrischer energie an ein bordnetz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210029243A true KR20210029243A (ko) 2021-03-15

Family

ID=67402954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217003786A KR20210029243A (ko) 2018-07-26 2019-07-24 차량 측 충전 회로 및 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20210029243A (ko)
CN (1) CN112425058A (ko)
DE (1) DE102018212520A1 (ko)
WO (1) WO2020020981A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2973963B1 (fr) * 2011-04-08 2013-04-12 Valeo Sys Controle Moteur Sas Dispositif de transfert de charge et procede de gestion associe
DE102014203404B4 (de) * 2014-02-25 2023-11-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Stromrichterschaltung und Verfahren zum Betreiben derselben
EP3176937A1 (de) * 2015-12-01 2017-06-07 AEG Power Solutions GmbH Stromrichteranordnung
DE102016213070B4 (de) * 2016-07-18 2017-05-11 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz und Verfahren
DE102017208363A1 (de) * 2017-05-18 2018-02-22 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Übertragen von elektrischer Leistung und Ladestation

Also Published As

Publication number Publication date
CN112425058A (zh) 2021-02-26
DE102018212520A1 (de) 2020-01-30
WO2020020981A1 (de) 2020-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2814161B1 (en) Power stage precharging and dynamic braking apparatus for multilevel inverter
JP6374600B2 (ja) エネルギー貯蔵器を充電するための装置
US9318969B2 (en) Frequency converter with DC link capacitor and method for pre-charging the DC link capacitor
US11097626B2 (en) Vehicle electrical systems, charging system, charging station, and method for transmitting electrical energy
US9193272B2 (en) Jump-starting method and device for implementing the method
RU2696539C2 (ru) Бортовая сеть для автомобиля
US8581535B2 (en) Drive unit
US9873341B2 (en) Transformerless, current-isolated onboard charger with solid-state switching controls
JP6736370B2 (ja) 電力変換システム
US9243601B2 (en) On-board electrical system for a vehicle
US10525838B2 (en) Power conversion system
JP6382902B2 (ja) バッテリシステム
CN109311409B (zh) 具有逆变器、蓄能器、电机和直流电流传输端子的车辆车载电网
JP7470109B2 (ja) Ｄｃリンクコンデンサを放電するための装置及び方法、電力変換装置、並びに車両
US20170070158A1 (en) Converter unit system and converter unit
CN111095762A (zh) 控制单元、逆变器、组件、车辆以及用于控制逆变器的方法
US11472305B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
US11760218B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
US11731523B2 (en) Vehicle-side charging device
KR102492909B1 (ko) 차량 측 충전 회로
JP4774961B2 (ja) 無停電電源装置
WO2021024463A1 (ja) 電力変換装置
KR20210029243A (ko) 차량 측 충전 회로 및 차량 전기 시스템으로 전기 에너지를 전달하기 위한 방법
US20230096572A1 (en) Charging and heating circuit and vehicle electrical system having a charging and heating circuit
US20210075336A1 (en) Power conversion apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application