KR20210101276A - 차량-측면 충전 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류-전압 단자(WA); 교류-전압 단자에 연결된 정류기(GR); 적어도 하나의 DC 링크 커패시터(C1, C2) 및 적어도 하나의 스위치 유닛(SE1, SE2)을 각각 가진, 적어도 하나의 제1 및 제2 DC-대-DC 변환기(DC1, DC2); 및 직접-전압 단자(GA)를 구비한 차량-측면 충전 디바이스(LV)에 관한 것이다. 정류기(GR)는 DC-대-DC 변환기(DC1, DC2)를 통해 직접-전압 단자(GA)에 연결된다. 충전 디바이스는 스위치 디바이스(S1, S2, S3)를 포함한다. 스위치 디바이스는 제1 DC-대-DC 변환기(DC1)를 제2 DC-대-DC 변환기(DC2)에 스위칭 가능하게 연결시킨다. 제1 스위칭 상태에서, 스위치 디바이스(SV)는 제1 및 제2 DC-대-DC 변환기(W1, W2)의 스위치 유닛(SE1, SE2)과 DC 링크 커패시터(C1, C2)를 서로 병렬로 연결시킨다. 제2 스위칭 상태(2)에서, 스위치 디바이스는 DC 링크 커패시터(C1, C2)와 스위치 유닛(SE1, SE2)을 서로 직렬로 연결시킨다. 충전 디바이스(LV)는 또한 정류기(GR)를 직접-전압 단자(GA)에 마찬가지로 연결시키는 적어도 하나의 제3 DC-대-DC 변환기(DC3)를 갖는다.

Description

차량-측면 충전 디바이스
전기 구동부를 가진 차량은 구동을 공급하기 위해 재충전 가능한 배터리를 갖는다. 충전 소켓은 예를 들어, 충전 작동의 일부로서, 에너지를 외부로부터 재충전 가능한 배터리로 전송하기 위해 수많은 차량에 제공된다.
차량이 AC 전압 네트워크에 연결될 때, 충전 회로의 전압 또는 전력과 같은 작동 변수에 영향을 주는 복수의 전기적 매개변수가 변경될 수도 있다. 이 가변 매개변수는 예를 들어, AC 전압 연결부의 구성, 및 AC 전압 네트워크의 전압 또는 구성에 의존적인 위상수이다. 가변 매개변수는 상이한 구역에서 상이할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상이한 형태의 AC 전압 연결부가 가능한 한 비용 효율적으로 사용되어 차량을 충전할 수 있는 가능성을 보여주는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항의 주제에 의해 달성된다. 추가의 실시형태, 특징, 특성 및 이점은 인용 청구항, 설명 및 도면으로부터 나온다.
복수의 (DC-절연) DC/DC 변환기가 조정 가능한 스위치 장치에 의해 서로 병렬로 또는 직렬로 연결될 수 있어서 따라서 충전 회로를 AC 전압 네트워크에 대한 연결의 형태(예를 들어: 단상 또는 다상)로 조정할 수 있는 차량-측면 충전 회로가 제안된다. 충전 회로의 정류기는 충전 회로의 AC 전압 인터페이스의 하류에 연결되고 AC 전압 인터페이스에 인가된 전압을 정류한다. 정류된 전압(또는 이의 피크값)은 AC 전압 인터페이스의 위상수에 의존적이다. 따라서 230V 네트워크 및 3상 연결 구성의 경우에, 결과는 특정한 반도체 기술을 사용하여 달성될 수 있는 차단 공칭 전압 초과인 정류된 전압일 수도 있다. DC/DC 변환기의 반도체에 대해, 사용될 수 있는 기술을 제한하지 않는 차단 공칭 전압을 제공하기 위해, 스위치 장치는 이 경우에 복수의 DC/DC 변환기를 서로 직렬로 연결시킬 수 없다. 그 결과, 각각의 DC/DC 변환기에 대한 작동 전압은 변환기의 수로 분할된다. 2개의 DC/DC 변환기의 경우에, DC/DC 변환기의 반도체를 각각 작동시키는 작동 전압은 이등분된다. 단상 작동의 경우에, DC/DC 변환기가 서로 병렬로 연결되어 따라서 전류-운반량을 증가시킬 수 있다.
DC/DC 변환기에 의해 운반되는 타깃 전력을 조정하기 위해, 정류기와 병렬로 연결되고 제1 및 제2 DC/DC 변환기를 또한 연결시키는 동일한 DC 전압 연결부에 또한 연결되는 제3 DC/DC 변환기가 제공된다. 따라서 DC/DC 변환기는 서로 병렬로 연결되고 DC 전압 연결부에 함께 연결되는 출력부를 갖는다. 고 부하의 경우에, 즉, 필요한 전력이 높다면, 모든 정류기가 전압 변환을 위해 사용되고; 입력 전압에 따라, 제1 및 제2 DC/DC 변환기는 서로 병렬로 또는 직렬로(정류기 측면을 마주보는 측면에서) 연결될 수 있다. 필요한 전력이 낮다면, 오직 제1 및 제2 정류기가 사용될 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 정류기가 아닌 오직 제3 정류기(또는 이의 중간 회로 커패시터)가 고전압을 위해 설계되어야 한다. 이것은 고전압(600V 초과)으로 설계되어야 하는, 중간 회로 커패시터의 수 또는 커패시턴스가 낮게 유지되면서, 상이한 타깃 전력으로 그리고 정류기의 출력부에서의 상이한 전압 레벨로 조정될 가능성을 발생시킨다.
따라서 차량-측면 충전 회로는 AC 전압 인터페이스 및 AC 전압 인터페이스에 연결된 정류를 구비한다. AC 전압 인터페이스는 특히, 복수의 접점을 가진 플러그인 연결 소자이다. 정류기가 정류 기능을 갖지만, 이 기능에 더하여, 추가의 기능, 예컨대, 일부 실시형태에서 전력 인자 보정 또는 조화 필터링을 가질 수도 있고; 특히, 정류기는 능동 정류기이다. 정류기가 AC 전압측을 갖는다. 정류기가 상기 AC 전압측을 통해 AC 전압 인터페이스에 연결된다. 정류기가 단상 또는 다상(3상) AC 전압에 대해 조정 가능하도록 설계될 수 있다.
정류기는 바람직하게는 AC 전압 인터페이스의 각각의 위상 접점에 대한 적어도 하나의 하프-브리지(제어 가능할 수도 있거나 또는 다이오드 하프-브리지일 수도 있음)를 포함한다. AC 전압 인터페이스는 중성 전도체 접점을 가질 수도 있다. 중성 전도체 접점은 바람직하게는 정류기의 (특히 별개의) 하프-브리지에 연결된다. 이 하프-브리지는 AC 전압 인터페이스의 위상에 연결되고 특히 다이오드 하프-브리지일 수도 있는 하프-브리지와는 상이할 수 있다.
정류기는 바람직하게는 또한 DC 전압측을 포함한다. 정류기의 하프-브리지는 상기 DC 전압측 또는 정류기에 연결된다. DC 전압측은 특히, 2개의 DC 전압 전위 또는 레일을 포함한다. 하프-브리지는 DC 전압측 또는 정류기에 연결된다(이 경우에 하프-브리지의 2개의 단부는 특히, 이 전위 또는 레일에 연결된다).
적어도 하나의 제1 및 제2 DC/DC 변환기가 정류기에 연결된다. 각각의 DC/DC 변환기는 각각의 경우에 하나의 중간 회로 커패시터를 포함한다. 게다가, 각각의 DC/DC 변환기는 스위치 유닛(클록된 스위칭을 위해 설정됨)을 포함한다. DC/DC 변환기를 정류기에 연결시키는 연결(병렬 또는 직렬)의 유형은 스위치 장치에 의해 조정될 수 있다. 스위치 장치는 DC/DC 변환기를 스위칭 가능한 또는 구성 가능한 방식으로 연결시킨다. 스위치 장치의 상이한 스위칭 위치는 DC/DC 변환기 간의 상이한 연결을 사용하여 서로 연관된다. 스위치 장치의 상이한 스위칭 위치 또는 스위칭 상태는 또한 한편으로는 DC/DC 변환기의 상이한 연결 그리고 다른 한편으로는 정류기와 연관된다. 이 점에서, "상이한 연결"은 한편으로는 병렬 연결(스위치 장치의 제1 스위칭 상태에 대응함) 및 직렬 연결(스위치 장치의 제2 스위칭 상태에 대응함)을 나타낸다.
스위치 장치는 제1 스위칭 상태에서 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 스위치 유닛과 중간 회로 커패시터를 서로 연결시킨다. 스위치 장치는 제2 스위칭 상태에서 중간 회로 커패시터와 스위치 유닛을 서로 직렬로 연결시킨다. 스위치 장치는 제1 스위칭 상태에서 제1 및 제2 DC/DC 변환기를 병렬로 서로 연결시킨다. 이것은 특히 정류기와 대면하는 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 측면에 적용된다. 스위치 장치는 제2 스위칭 상태에서 제1 및 제2 DC/DC 변환기를 서로 직렬로 연결시킨다. 이것은 특히 정류기와 대면하는 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 측면에 적용된다.
DC/DC 변환기(특히 중간 회로 커패시터를 가진 DC/DC 변환기의 측면)는 스위칭 장치에 의해 서로 병렬로 또는 직렬로 선택적으로 연결될 수 있다. 특히, 정류기와 대면하는 DC/DC 변환기의 이 측면은 스위칭 장치에 의해 서로 병렬로 또는 직렬로 조정 가능하게 연결될 수 있다. 이 측면은 특히, 충전 작동 동안 DC/DC 변환기의 입력 측면에 대응할 수 있다. 피드백의 경우에(즉, 양방향 DC/DC 변환기의 경우에), 측면은 DC/DC 변환기의 출력부에 대응한다.
스위칭 장치는 DC/DC 변환기의 입력부가(특히, 충전 작동에 기초함) 서로 직렬로 또는 병렬로 연결되게 한다. 따라서 DC/DC 변환기가 정류기에 연결되기 때문에, DC/DC 변환기와 정류기 간의 연결 유형은 스위칭 장치에 의해 조정될 수 있다. 직렬 연결의 경우에, 작동 전압(정류된 전압에 기초함)의 절반은 2개의 DC/DC 변환기의 경우를 발생시키고, 그 결과로 스위치 소자와 중간 회로 커패시터가 오직 이 절반의 작동 전압(또는 변환기의 수에 의해 분할된 작동 전압)에 따라 설계되어야 한다. DC/DC 변환기는 정류기와 대면하는 측면을 갖는다. DC/DC 변환기의 이 측면은 스위칭 장치에 의해 서로 병렬로 또는 직렬로 선택적으로 또는 스위칭 가능한 방식으로(조정 가능하게) 연결된다. 중간 회로 커패시터가 이 측면 상에 위치되고 따라서 서로 병렬로 또는 직렬로 조정 가능하게 연결된다. 이것은 또한 DC/DC 변환기의 스위치 유닛에 적용된다.
정류기는 DC 전압 연결부를 통해(그리고 DC/DC 변환기를 통해) 차량 전기 시스템에 연결된다. 차량 전기 시스템은 충전 장치가 연결될 수 있는 회로이고, 충전 장치는 반드시 차량 전기 시스템의 부분으로서 보일 필요는 없다. 충전 장치의 DC 전압 연결부는 특히 고전압 연결부이고 따라서 60V 초과의 작동 전압, 특히, 적어도 400V, 600V 또는 800V로 설계된다. 본 명세서에서 설명된 충전 회로를 가진 차량 전기 시스템은 또한 차량 전기 시스템 연결부에 연결된 재충전 가능한 배터리를 포함한다. 재충전 가능한 배터리 이외에, 추가의 컴포넌트가 차량 전기 시스템 연결부에 연결될 수도 있다. 차량 전기 시스템 연결부는 절연 스위치를 통해 충전 장치에 연결될 수 있다.
(충전 장치의) 제3 DC/DC 변환기는 또한 정류기를 DC 전압 연결부에 연결시킨다. 제3 DC/DC 변환기는 제1 및 제2 DC/DC 변환기와 병렬로 연결된다. DC 전압 연결부와 대면하는 제3 DC/DC 변환기의 측면은 DC 전압 연결부와 대면하는 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 측면과 병렬로 연결된다. 구성에 따라 병렬로 또는 직렬로 연결되는, 제1 및 제2 DC/DC 변환기와 같이, 제3 DC/DC 변환기는 또한 정류기에 연결된다. 제1, 제2 및 제3 DC/DC 변환기는 개별적으로 활성화될 수 있다. 따라서 제3 DC/DC 변환기는 이것이 필요한 총 전력에 대해 필요한 경우에만 활성화될 수 있다. 이것은 또한 제1 및 제2 DC/DC 변환기에 적용될 수도 있다. 제1 및 제2 DC/DC 변환기는 제3 DC/DC 변환기보다 더 낮은 정격 전압으로 설계된다. 그 결과, 제1 및 제2 DC/DC 변환기는 더 저렴하게 제작될 수 있다. 제1 및 제2 DC/DC 변환기는 상이한 위상수(즉, 정류기의 능동 위상수)에 대해 그리고 상이한 입력 전압에 대해 상이한, 직렬로 정류기를 대면하는 DC/DC 변환기의 측면을 연결시킴으로써 정류기의 DC 전압에 대해 조정될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 DC/DC 변환기는 서로 병렬로 그리고 DC 전압 연결부에 연결된 연결을 가질 수 있다. 그 결과, 전력 및 전류는 DC 전압 연결부에서 결합될 수 있다.
제1 또는 제2 DC/DC 변환기 또는 둘 다는 DC-절연 변환기일 수 있다. 특히, 정류기의 양의 전압 레일에 연결되는 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 부분은 DC-절연부이다. 이것은 특히 직렬 구성/연결인 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 전위-무 전압 추가를 위해 사용된다. 게다가, 제3 DC/DC 변환기는 변압기를 가질 수 있다(따라서 DC-절연 DC/DC 변환기를 형성할 수 있다). 변압기는 1과 같지 않은 권선비를 가질 수 있다. 제3 DC/DC 변환기는 전압 간격에 걸쳐 정류기로부터 멀리 향하는 측면에서 전압을 생성하도록 설정될 수 있고 정류기와 대면하는 제3 DC/DC 변환기의 측면에 존재하는 전압이 존재한다. 즉, 제3 DC/DC 변환기는 전압 간격에 걸쳐 하나의 측면(출력)에서 전압을 생성하도록 (변압기에 의해) 구성될 수 있고 다른 측면(입력, 즉, 정류기와 대면하는 측면)의 전압은 강하된다. 제3 DC/DC 변환기는 1의(DC/DC 변환기의 양측의 전압의) 전압비를 생성하도록 구성될 수 있다. 중첩 전압 대역은 제3 DC/DC 변환기에 대해 발생한다. 이것은 정류기 자체가 예를 들어, 전력 인자 보정 필터로서 스텝-업 변환 기능을 가질 때 3상 230V AC 네트워크에서 특히 유리하다. 제3 DC/DC 변환기가 스텝-업 변환기로서(이의 회로망 설계에 대해) 설계될 수 있고, 변압기가 1 미만의 변압비를 가질 수 있어서 스텝-업 변환기로서의 설계에도 불구하고 동일한 전압이 제3 DC/DC 변환기의 양측에 제공되게 한다. 제3 DC/DC 변환기의 변압기는 바람직하게는 DC 전압 연결부와 대면하는 변압기의 권선(이차 권선)보다 더 적은 수의 턴을 갖고 정류기와 대면하는 권선(일차 권선)을 갖는다. 언급된 2개의 권선은 공통 코어에 의해 자기적으로 결합된다. DC-절연 DC/DC 변환기는 초퍼 회로를 (정류기와 대면하는 측면 상에) 갖고 정류기 및 평활 회로(smoothing circuit)를 (DC 전압 연결부와 대면하는 측면 상에) 갖는다.
제1 DC/DC 변환기는 벅-부스트 변환기(buck-boost converter)로서 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 이것과 조합하여, 제2 DC/DC 변환기는 벅-부스트 변환기로서 구성될 수 있다. 제3 DC/DC 변환기는 바람직하게는 벅 변환기로서 또는 부스트 변환기로서 설계된다. 제3 DC/DC 변환기가 벅 변환기 또는 부스트 변환기로서 설계될 수 있는 반면에, 제1 및/또는 제2 DC/DC 변환기는 벅-부스트 변환기로서 설계된다. 또 다른 방식은 제1 DC/DC 변환기, 제2 DC/DC 변환기 및/또는 제3 DC/DC 변환기를 스텝-업 변환기로서 구성하는 것이다.
제3 DC/DC 변환기는 바람직하게는 중간 회로 커패시턴스로서 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 중간 회로 커패시터를 갖는다. 따라서 제3 DC/DC 변환기를 제1 및 제2 DC/DC 변환기에 연결시킴으로써, 제3 DC/DC 변환기는 중간 회로 커패시턴스로서 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 상호연결된 중간 회로 커패시터를 사용한다.
제1 및 제2 DC/DC 변환기의 중간 회로 커패시터는 직렬 회로를 형성한다. 이 직렬 회로는 스위치 유닛과 병렬로 연결된다. 스위치 유닛은 특히, 연결 지점을 통해 서로 연결되는 2개의 스위치 유닛이다. 결과는 커패시터의 직렬 회로와 병렬로 연결되는 스위치 유닛의 직렬 회로이다.
제1, 제2 및 제3 DC/DC 변환기의 스위치 유닛 각각은 직렬로 연결되는 2개의 스위치를 포함한다. 이 스위치는 바람직하게는 반도체 스위치, 예를 들어, 트랜지스터이다. 이것이 정류기의 총 전압이 이들을 수개의 DC/DC 변환기로 분할함으로써 분할되는 제1 및 제2 DC/DC 변환기에 적용되기 때문에, 650V, 700V 또는 600V 미만의 최대 전압을 가진 트랜지스터가 사용될 수 있고, 예를 들어, "초접합 FET"로서 알려진 것이 사용될 수 있다. 이것은 특히, 네트워크가 3상 방식으로 충전 회로에 연결된다면 230V 네트워크에 적용되고, 그 결과 더 높은 최대 전압으로 설계되어야 하는 트랜지스터를 가진 DC/DC 변환기를 구비하는 것이 필요가 없다. 그 결과, 예를 들어, 상당한 비용 인자를 구성하는 SiC MOSFET을 제거하는 것이 가능하다. 트랜지스터, 예컨대, MOSFET 또는 IGBT는 특히 스위치 유닛으로서 적합하다. 제3 DC/DC 변환기의 스위치 유닛은 바람직하게는 반도체 스위치로서 설계되는 2개의 스위치, 예를 들어, 트랜지스터를 포함한다. 이것은 바람직하게는 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 스위치보다 더 높은 최대 전압에 대해 설계된다. 따라서 제3 DC/DC 변환기의 스위치 유닛의 스위치의 최대 전압은 바람직하게는 650, 700 또는 600V 초과이다. 제3 DC/DC 변환기의 스위치 유닛의 스위치는 SiC 트랜지스터로서 또는 대응하는 최대 전압을 가진 IGBT로서 설계될 수 있다.
제1 및 제2 DC/DC 변환기의 정격 전력은 본질적으로 동일하다. 특히, 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 정격 전력은 +/- 10% 초과만큼 서로 상이하지 않다. 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 정격 전력은 예를 들어, 4 내지 6㎾, 대략 실질적으로 5.5㎾일 수 있다. 제3 DC/DC 변환기의 정격 전력은 10 내지 12㎾, 대략 실질적으로 11㎾일 수 있다. 제3 DC/DC 변환기의 정격 전력은 바람직하게는 제1 DC/DC 변환기의 정격 전력보다 더 높고 바람직하게는 제2 DC/DC 변환기의 정격 전력보다 더 높다.
제1 및 제2 DC/DC 변환기의 정격 전력은 제3 DC/DC 변환기의 정격 전력의 절반에 각각 본질적으로 대응할 수 있거나 또는 +/- 10% 이하만큼 서로 상이하다. 이것은 (대칭인) 230V 3상 네트워크에 의한 단상 및 3상 충전에 대해 유리하다.
정류기는 스텝-업 기능을 구비할 수 있다. 게다가, 정류기는 유효 전력 인자 보정 필터로서, 예를 들어, (바람직하게는 다상) 비엔나 정류기로서 설계될 수 있다.
정류기는 바람직하게는 하나 이상의 스위칭 가능한 하프-브리지를 갖는다. 하프-브리지는 특히 완전히 스위칭 가능하고, 즉, 각각은 트랜지스터와 같은 2개의 스위치를 포함하는 직렬 회로로 구성된다. 하프-브리지 및 이들의 연결 지점 또는 중간 탭은 직접적으로 또는 특히 직렬 인덕턴스를 통해 AC 전압 인터페이스에 연결된다. 각각의 직렬 인덕턴스를 통한 연결의 경우에, 결과는 정류 기능과 전압-변환 기능, 특히, 스텝-업 변환 기능 둘 다를 가진 전력 인자 보정 회로이다. 따라서 AC 인터페이스와 DC/DC 변환기 간의 정류기가 바람직하게는 능동 정류기이고, 이것이 설명된 바와 같이 직렬 인덕턴스를 구비한다면, 전력 인자에 대해 보정 기능을 또한 수행할 수 있고/있거나 조화-감쇠 효과를 가질 수 있다.
AC 전압 인터페이스는 단상 구성을 가질 수도 있거나 또는 바람직하게는 다상 구성, 예를 들어, 3상 구성을 갖는다. 따라서 AC 전압 인터페이스와 DC/DC 변환기 간의 정류기는 바람직하게는 또한 단상, 다상 또는 특히, 3상 구성을 갖는다. AC 전압 인터페이스의 위상수는 바람직하게는 AC 전압 인터페이스의 하류에 연결되는 정류기의 위상수에 대응한다. 정류기의 위상수는 바람직하게는 정류기의 (스위칭 가능한) 하프-브리지의 수에 대응한다. 또한 제공될 다이오드 하프-브리지의 형태인 부가적인 하프-브리지가 제공될 수도 있다. 이 경우에, 정류기는 복수의 (스위칭 가능한) 하프-브리지 및 특히 다이오드 브리지의 형태인 부가적인 하프-브리지를 포함한다.
정류기는 구성 가능한 위상수로 설계될 수 있다. 정류기는 이 경우에 선택적으로 3상으로 또는 단상 상태로 정류하도록 설정될 수 있다. 단상 상태에 대해, 3상 상태로 분리되고 (AC 인터페이스의) 상이한 전압 위상에 할당되는 위상이 서로 연결되는 것이 제공될 수 있다. 스위칭 가능한 연결이 AC 전압 인터페이스의 위상 간에 제공될 수 있다. 이것은 바람직하게는 인터페이스 자체가 오직 하나의 위상에 점유되거나 또는 하나의 위상으로 작동된다면 모든 위상을 (스위칭 가능한 방식으로) 서로 연결시킨다. 그 외에, 연결부가 존재하지 않거나 또는 개방된다. AC 전압 인터페이스의 다상 또는 3상 사용의 경우에, 연결부가 제공되지 않거나 또는 개방된다. 따라서 연결부는 AC 인터페이스의 오직 단상 사용의 경우에도, 전류의 구성 그리고 특히, 분포가 정류기의 모든 하프-브리지에 걸쳐 운반되게 한다. 따라서 AC 전압 인터페이스는 복수의 위상 접점을 구비한다. 위상 접점은 단상 상태의 연결부에 의해 서로 연결된다. 위상 접점은 개별적인 하프-브리지, 즉, 다상 상태인, 정류기의 개별적인 하프-브리지에 개별적으로 연결된다. AC 전압 인터페이스의 위상은 다상 상태인 또 다른 것에 연결되지 않는다.
연결이 반도체 스위치 또는 전기 기계 스위치에 의해 제공될 수 있다. 이것이 구성을 선택하는 것을 간단하고 저가의 방식으로 가능하게 하여 충전 회로를 단상 또는 다상 스위칭에 대해 조정한다.
충전 회로는 또한 제어기를 가질 수도 있다. 이것은 제어 방식으로 DC/DC 변환기에(특히 이들의 스위치 유닛과) 연결된다. 제어기는 오직 제1 또는 제2 DC/DC 변환기, 오직 제1 및 제2 DC/DC 변환기 또는 오직 제3 DC/DC 변환기를 저전력 상태 또는 저전압 상태로 활성화시키도록 설정된다. 다른 각각의 DC/DC 변환기는 제어기에 의해 제어되어 비활성화된다. 제어기는 또한 제1, 제2 DC/DC 변환기 및 제3 DC/DC 변환기를 고전력 상태 또는 고전압 전압 상태로 활성화시키도록 설정된다. 저전력 상태는 타깃 전력 또는 타깃 전류(예를 들어, 타깃 충전 전력 또는 타깃 충전 전류)가 문턱값 미만일 때 발생한다. 저전압 상태는 타깃 전압(예를 들어, 타깃 충전 전압)이 문턱값 미만일 때 발생한다. 고전력 상태는 타깃 전력 또는 타깃 전류(예를 들어, 타깃 충전 전력 또는 타깃 충전 전류)가 문턱값 초과일 때 발생한다. 고전압 전압 상태는 타깃 전압(예를 들어, 타깃 충전 전압)이 문턱값 초과일 때 발생한다. 이 경우에 문턱값은 초과될 때, (부가적인) DC/DC 변환기가 (타깃 사양을 충족시키기 위해) 활성화되어야 하고, 미만일 때, DC/DC 변환기가 (모든 DC/DC 변환기가 타깃 사양을 달성하기 위해 필요하지 않기 때문에) 비활성화될 수 있는 한계를 반영한다. 제어기는 대응하는 전류, 전력 및/또는 전압 사양을 수용하고, 이것을 기반으로, 언급된 상태들 중 하나의 상태를 설정하도록 설정된다. 이 목적을 위해, 제어기는 타깃 전력, 타깃 전류 및/또는 타깃 전압을 가진, 신호를 수신하도록 설정되는, 입력부를 가질 수 있다. 제어기는 비교기를 가질 수 있고 비교기에 의해 신호에 의해 재현된 값이 관련된 문턱값과 비교된다. 이 경우에 문턱값은 제어기의 메모리에 저장될 수 있다.
구동 방식으로 스위치 유닛에 연결되는 제어기가 또한 제공될 수 있다. 이 제어기는 위에서 설명된 제어기에 더하여 제공될 수 있거나, 또는 제어기는 동일한 제어 디바이스의 상류에 형성될 수 있다. 제어 방식으로 스위치 유닛에 연결된 제어기는 DC/DC 변환기가 서로 직렬로 또는 병렬로 연결되는지를 설정할 수 있다. 그 결과, 상기 제어기는 특히, 정류기와 대면하는 DC/DC 변환기의 이 측면이 서로 직렬로 또는 병렬로 연결되는지를 설정할 수 있다. 그 결과, 이 제어기는 정류기를 병렬로 연결시킴으로써 전류-운반량이 증가되는지 또는 각각의 작동 전압이 DC/DC 변환기를 직렬로 연결시킴으로써 DC/DC 변환기의 수에 따라 분할되는지를 설정할 수 있다. 제어기가 스위치 유닛을 제어하여 DC/DC 변환기를 단상 상태로 서로 병렬로 연결시킨다.
다상 상태에서, 스위치 유닛에 연결된 제어기가 이것을 제어하여 DC/DC 변환기를 직렬로 연결시킨다. 이것은 특히 관련된 DC/DC 변환기의 각각의 중간 회로 커패시터 또는 스위치 유닛의 직렬 또는 병렬 연결에 적용된다. (예를 들어, 반도체 스위치에 의해 또는 연결부 내부의 전기 기계 스위치에 의해) 스위칭 가능한 연결부가 또한 AC 전압 인터페이스의 위상 접점 간에 제공된다면, 위상 또는 위상 접점 간의 이 연결부는 단상 상태가 제공된다면 확립되고 다상 상태가 제공된다면 분리된다. AC 인터페이스의 사용 상태를 캡처하고 특히, 인터페이스의 하나 이상의 위상이 사용되는지를 캡처하는 캡처 디바이스를 제공하는 것이 가능하다. 복수의 위상이 사용된다면, 다상 상태가 설정되고, 단 하나의 위상이 사용된다면, 단상 상태가 설정된다. 캡처 디바이스는 스위치 유닛에 연결된 제어기의 부분일 수 있거나 또는 대응하는 정보를 공급하기 위해 제어기의 상류에 연결될 수 있다.
정류기는 AC 전압 인터페이스의 중성 전도체 접점에 연결되는 다이오드 하프-브리지를 가질 수도 있다. 다이오드 하프-브리지 이외에, 정류기는 스위치 유닛을 가진 하프-브리지를 포함하고, 이 하프-브리지의 각각은 AC 전압 인터페이스의 위상이 할당되거나 또는 (예를 들어, 인덕턴스를 통해) 이에 연결된다.
언급된 바와 같이, 정류기는 바람직하게는 능동 정류기의 형태이다. 이 경우에, 정류기는 2개의 스위칭 소자를 포함한 직렬 회로를 각각 포함하는 하나 이상의 하프-브리지를 포함한다. 정류기는 바람직하게는 유효 전력 인자 보정 필터의 형태이다. 이 경우에, 정류기는 직렬 인덕턴스를 통해 AC 인터페이스에 연결되는 복수의 하프-브리지 회로를 포함한다. 이 경우에 연결부는 개별적이고, 그 결과 직렬 인덕턴스는 또한 각각의 하프-브리지와 AC 전압 인터페이스의 위상 접점 간에 개별적인 연결부를 구성한다. 언급된 바와 같이, 단상 충전을 위해 또는 단상 상태에서, 대응하는 연결부를 통해 서로 연결될 위상 접점이 제공될 수도 있다. 정류기는 특히, 비엔나 정류기의 형태일 수도 있다.
도 1은 본 명세서에서 더 상세히 설명된 충전 회로를 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 1은 AC 전압 연결부(WA)를 가진 예시적인 차량-측면 충전 장치(LV)를 도시한다. 전압 연결부는 3상 설계를 갖고 3상 공급 네트워크(미도시)에 대한 연결을 위해 설정된다. 정류기(GR)는 AC 전압 연결부(WA)에 연결되고 따라서 또한 3상 설계를 갖는다. 정류기(GR)는 AC 전압 연결부를 (정류 방식으로) 제1 DC/DC 변환기(DC1) 및 제2 DC/DC 변환기(DC2)에 연결시킨다. 제3 DC/DC 변환기(DC3)가 또한 정류기에 연결된다. 즉, 정류기(GR)는 AC 전압 연결부를 (정류 방식으로) 제3 DC/DC 변환기(DC3)에 연결시킨다. DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3)는 정류기(GR)의 DC 전압측에 연결된다.
제1 DC/DC 변환기(DC1)는 스위치 유닛(SE1)(단순화를 위한 블록도에서) 및 중간 회로 커패시터(C1)를 포함한다. 제2 DC/DC 변환기(DC2)는 스위치 유닛(SE2) 및 중간 회로 커패시터(C2)를 포함한다.
DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3)는 (예를 들어, 차량 전기 시스템 분기부 또는 이의 컴포넌트에 대한, 예를 들어, 고전압 재충전 가능한 배터리에 대한 연결을 위해) 충전 장치의 DC 전압 연결부(GA)에 연결된다. 이 경우에, 정류기(GR)로부터 멀어지게 향하는 DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3)의 이 측면이 DC 전압 연결부(GA)에 연결된다. DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3)의 관련된 측면(출력 측면으로서 또한 지칭될 수 있음)은 이 경우에 서로 병렬로 연결된다.
스위치 장치(S1, S2, S3)는 DC/DC 변환기(DC1 및 DC2)의 직렬 또는 병렬 구성을 위해 사용된다. 특히, 정류기(GR)와 대면하거나 또는 정류기에 연결되는 DC/DC 변환기(DC1 및 DC2)의 측면은 결과적으로 구성 가능한 방식으로 제공된다. 스위치(S1 내지 S3)가 직렬로 연결되어, 결과적으로 발생된 직렬 회로가 정류기(GR)와(또는 이의 DC 전압측에) 병렬로 연결된다.
DC/DC 변환기(DC1 및 DC2)의 중간 회로 커패시터(C1 및 C2)는 스위치(S3)를 통해 직렬로 서로 연결된다. 중간 회로 커패시터(C1 및 C2) 및 삽입된 스위치(S3)의 결과적으로 발생된 직렬 연결이 또한 정류기(GR)에 연결(즉, 정류기와 병렬로 연결)된다. 한편으로는 스위치(S1 및 S2) 그리고 다른 한편으로는 스위치(S3)가 교번하여 스위칭되고 따라서 교번하여 폐쇄된다.
스위치(S1 및 S2)가 폐쇄된다면(그리고 스위치(S3)가 개방된다면), 커패시터(C1 및 C2)가 서로 병렬로 연결되고 따라서 둘 다가 정류기(GR)와 병렬로 각각 연결된다. 그 결과, 이 경우에, 커패시터(C1 및 C2) 둘 다는 정류기(GR)에 의해 출력되는 전전압을 각각 수용한다. 다른 경우에, 즉, 스위치(S3)가 폐쇄되고 스위치(S1 및 S2)가 개방될 때, 커패시터(C1 및 C2)가 직렬로 연결되고, 이어서 이 직렬 회로는 정류기(GR)에 연결된다. 그 결과, 정류기(GR)에 인가된 DC 전압은 2개의 커패시터(C1 및 C2) 간에 분할된다. 후자의 경우가 정류기에서의 전압이 높을 때(예를 들어, 연결부(WA)에서 3상 AC 전압의 3상 정류를 가짐) 사용되어 커패시터(C1 및 C2)가 특히 높은 최대 전압에 대해(즉, 단상 경우에서 발생되는 최대 전압보다 더 높은 최대 전압에 대해) 설계되어야 하는 것을 방지한다.
스위치(S1 내지 S3)는 특히, 정류기(GR)에 의해 출력되는 전압에 따라, 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2)의 직렬 또는 병렬 구성을 위해 사용된다. 이것은 결국 정류기(GR)에 의한 단상 또는 3상 정류에 의존적이다. 이 방식으로, 초반에 언급된 바와 같이, (DC1 및 DC2)로부터의 DC 전압의 구성은 생성될 타깃 전압 또는 다른 타깃 사양에 대해 조정될 수 있다.
연결을 구성할 수 있는 DC/DC 변환기(DC1 및 DC2)에 대하여, DC/DC 변환기(DC3)는 정류기(GR)와 병렬로 연결된다. 그 결과, 제3 DC/DC 변환기는 구성에 관계없이, 스위치(S1 내지 S3)를 통해 정류기(GR)에 의해 출력되는 전전압을 수용한다. DC/DC 변환기(DC3)는 이것이 생성될 미리 결정된 타깃 전압을 기반으로 또는 생성될 미리 결정된 타깃 전류를 기반으로 필요한 경우에 활성화될 수 있다. 그 외에, 이것은 예를 들어, 더 큰 효율을 가능하게 하기 위해 또는 노화를 방지하기 위해 비활성화될 수 있다.
제3 DC/DC 변환기(DC3)는 정류기(GR)와 병렬로 연결되고 따라서 중간 회로 커패시턴스로서 중간 회로 커패시터(C1 및 C2)를 사용할 수 있다. 이 경우에, 제3 DC/DC 변환기는 자체 중간 회로 커패시터를 가질 수 없지만, "오직" 관련된 스위치 유닛을 포함한다(DC/DC 변환기(DC1 및 DC2)가 또한 유닛(SE1 및 SE2)의 형태를 가질 때).
제어기(C)는 제어 방식으로 DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3)에 연결된다. 제어기(C)는 타깃 전력 또는 타깃 전류에 따라 또는 또한 타깃 전압에 따라 DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3)를 활성화시키거나, 또는 DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3) 중 선택된 변환기만을 활성화시키면서 DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3) 중 적어도 하나의 DC/DC 변환기를 비활성화된 상태로 두도록 설정된다.
도 1에서, 다음의 가능한 작동 모드가 또한 이해의 목적을 제공하는 것으로 의도된다:
저전력 상태 1(최대 5.5㎾의 타깃 전력으로 충전됨):
최대 5.5㎾의 전력으로 충전됨: DC1 또는 DC2의 활성화(DC3 비활성화됨)
저전력 상태 2(7.4㎾ 미만의 전력으로 충전됨(최대 7.4㎾, 특히, 5.5㎾ 초과 그리고 7.4㎾ 미만의 타깃 전력으로 충전됨)):
DC1 및 DC2를 활성화(비활성화된 DC3) 또는 DC3를 활성화(비활성화된 DC1, DC2)
고전력 상태:
활성화된 DC3(그리고 활성화된 DC1 및 DC2)로 3상 충전.
제어기는 타깃 사양을 기반으로 상기 상태를 설정하기 위해 설정된다. 타깃 사양은 충전 장치에 의해 공급될 타깃 전력, 타깃 전압 또는 타깃 전류일 수 있다. 언급된 값은 3상 230V AC 네트워크를 나타낸다. 저전력 상태는 또한 저전력 상태로서 지칭될 수 있고 정류기가 대략 400V의 전압을 생성하는 작동과 관련된다. 고전력 상태는 또한 3상 정류가 실행되고 따라서 정류기(GR)가 700 내지 800V의 전압을 생성하는 고전압 전압 상태를 나타낼 수 있다.
다음의 작동 모드가 또한 (상태를 설정하기 위해 설정된 제어기에 의해) 가능하다:
저전력 상태 1 - 최대 5.5㎾의 타깃 전력:
DC1 또는 DC2를 활성화
저전력 상태 2 - 5.5㎾ 내지 11㎾의 타깃 전력:
DC1 및 DC2를 활성화 또는 DC3를 활성화
고전력 상태 - 적어도 11㎾의 타깃 전력:
DC1, DC2 및 DC3을 활성화.
이 모드는 또한 230V 3상 네트워크와 관련된다. 언급된 바와 같이, 정류기가 1상 또는 3상으로 작동될 수 있기 때문에, 정류기는 배터리의 타깃 전압 또는 GA에 연결될 수 있는 배터리의 충전 상태에 따라 1상 또는 3상으로 작동될 수 있다. 단상 작동에서, 연결부(GA)에서의 더 낮은 타깃 전압을 고려하기 위해 정류기(GR)에서 더 낮은 정류된 전압이 있다. 충전이 고전력으로 실행된다면, 정류기(GR)는 3상으로 작동될 수 있고, (타깃 전압에 대응해야 하는) 더 높은 전압이 또한 결과적으로 생성된다.

Claims (11)

  1. 차량-측면 충전 장치(LV)로서,
    - AC 전압 연결부(WA),
    - 상기 AC 전압 연결부에 연결된 정류기(GR),
    - 적어도 하나의 중간 회로 커패시터(C1, C2) 및 적어도 하나의 스위치 유닛(SE1, SE2)을 각각 갖는, 적어도 하나의 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2), 및
    - DC 전압 연결부(GA)
    를 포함하되, 상기 정류기(GR)는 상기 DC/DC 변환기(DC1, DC2)를 통해 상기 DC 전압 연결부(GA)에 연결되고, 상기 충전 장치(LV)는 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2)를 스위칭 가능한 방식으로 연결시키는 스위치 장치(S1, S2, S3)를 포함하고, 상기 스위치 장치(SV)는 제1 스위칭 상태에서 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기(W1, W2)의 상기 스위치 유닛(SE1, SE2)와 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 서로 병렬로 연결시키고 제2 스위칭 상태(2)에서 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)와 상기 스위치 유닛(SE1, SE2)을 서로 직렬로 연결시키고, 상기 충전 장치(LV)는 또한 상기 정류기(GR)를 상기 DC 전압 연결부(GA)에 또한 연결시키는 적어도 하나의 제3 DC/DC 변환기(DC3)를 갖는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 DC/DC 변환기(DC1 내지 DC3) 각각은 DC 전압 연결부(GA)에 그리고 서로 병렬로 연결되는 연결부를 갖는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 DC/DC 변환기(DC1), 상기 제2 DC/DC 변환기(DC2) 또는 상기 제1 DC/DC 변환기(DC1)와 상기 제2 DC/DC 변환기(DC2)는 DC-절연 DC/DC 변환기인, 차량-측면 충전 장치(LV).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 DC/DC 변환기(DC1)와 상기 제2 DC/DC 변환기(DC2)는 벅-부스트 변환기(buck-boost converter)로서 각각 구성되고 상기 제3 DC/DC 변환기는 벅 변환기 또는 부스트 변환기로서 설계되는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2)의 정격 전력은 본질적으로 동일한, 차량-측면 충전 장치(LV).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2)의 정격 전력은 상기 제3 DC/DC 변환기(DC3)의 정격 전력의 절반에 각각 본질적으로 대응하는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 부스트 기능이 상기 정류기(GR)에 제공되는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류기(GR)는 유효 전력 인자 보정 필터로서 설계되는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류기(GR)는 3상으로 또는 단상 상태로 선택적으로 정류되도록 설정되는, 차량-측면 충전 장치(LV).
  10. 저전력 상태 또는 저전압 상태에서, 오직 상기 제1 또는 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2), 오직 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2) 또는 오직 상기 제3 DC/DC 변환기(DC3)를 활성화시키고 고전력 상태 또는 고전압 상태에서, 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기(DC1, DC2)와 상기 제3 DC/DC 변환기(DC3)를 활성화시키기 위해 설정되는 제어기(ST)를 또한 가진, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 차량-측면 충전 회로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제3 DC/DC 변환기(DC3)는 스위치 유닛 및, 중간 회로 커패시턴스로서, 상기 제3 DC/DC 변환기(DC3)의 상기 스위치 유닛을 병렬로 연결시키는 상기 제1 및 제2 DC/DC 변환기의 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 갖는, 차량-측면 충전 회로.
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