KR20220063281A - 에너지 변환 장치 및 차량 - Google Patents

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winding
charging
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화 판
지청 리
페이웨 셰
위신 장
닝 양
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비와이디 컴퍼니 리미티드
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Abstract

가역 PWM 정류기(11) 및 전기 모터 권선(12)을 포함하는 에너지 변환 장치가 개시된다. 전기 모터 권선(12)은 적어도 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛을 포함하고; 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛 둘 모두는 가역 PWM 정류기(11)에 연결되고; 제1 권선 유닛은 제2 권선 유닛의 중성선 중 적어도 하나에 연결되며, 적어도 하나의 권선 유닛의 적어도 하나의 중성선은 제1 직류 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부에 연결되고; 가역 PWM 정류기(11)는 배터리(2)의 제1 단부 및 배터리(2)의 제2 단부에 각각 연결되며; 제1 직류 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부는 배터리(2)의 제2 단부에 연결된다.

Description

에너지 변환 장치 및 차량
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 9월 25일자로 BYD Co., Ltd.에 의해 출원된 "ENERGY CONVERSION DEVICE AND VEHICLE"이라는 명칭의 중국 특허 출원 제201910912681.1호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 출원은 전자 기술 분야, 특히 에너지 변환 디바이스 및 차량에 관한 것이다.
전기 차량의 꾸준한 대중화로, 더욱 더 많은 전기 차량이 사회와 가족을 위해 이용 가능하게 될 것이다. 그러나, 순수 전기 차량의 주행 거리 제한으로 인해, 차량 사용자는 전원의 고갈 때문에 차량이 고장나는 문제에 대해 상당히 우려하고 있다. 많은 차량 제조 회사는 차량의 계기 또는 다른 방법을 사용함으로써 차량 운전자에게 잔존 배터리 레벨 정보 및 과도하게 낮은 배터리 레벨 경보 정보를 상기시켜 주지만, 차량의 잔존 배터리 레벨이 차량이 충전 설비까지 주행하게 할 수 없게 하거나 예고 없이 전력이 다 떨어지는 경우의 발생이 불가피할 수 있다.
문제가 차량 사용자에 대한 순수 전기 차량의 사용 경험에 영향을 미치거나 심지어는 순수 전기 차량의 사용 및 홍보에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 이동 충전 디바이스를 사용하여 차량을 충전하는 기술을 개발하고, 차량의 배터리 레벨이 다 떨어지거나 차량 에너지 저장 디바이스가 낮은 배터리 레벨로 인해 더 이상 에너지를 출력하지 못하는 경우에 차량에 전력을 공급하는 요건을 충족시키는 것이 필요하다.
본 출원은 관련 기술의 기술적 문제들 중 하나를 적어도 다소 해결하도록 의도된다.
본 출원의 실시예는 전력 소비 디바이스를 방전하고 충전을 위해 전력 공급 디바이스를 수용하는, 에너지 변환 디바이스 및 차량을 제공한다.
본 출원의 제1 실시예는 에너지 변환 디바이스를 제공하며, 에너지 변환 디바이스는:
가역 펄스 폭 변조(pulse width modulation)(PWM) 정류기 및 모터 코일을 포함하고, 모터 코일은 적어도 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛을 포함하며, 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛은 둘 모두 가역 PWM 정류기와 연결되고;
외부 배터리, 가역 PWM 정류기, 모터 코일, 및 외부 제1 직류(DC) 충전 및 방전 포트는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하며; 제1 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛은 제2 권선 유닛의 중성선 중 적어도 하나와 연결되고, 권선 유닛 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 중성선은 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제1 단부와 연결되며, 가역 PWM 정류기는 배터리의 제1 단부 및 배터리의 제2 단부와 각각 연결되고, 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제2 단부는 배터리의 제2 단부와 연결된다.
본 출원의 제2 실시예는 에너지 변환 디바이스를 제공하며, 에너지 변환 디바이스는:
적어도 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛을 포함하는 모터 코일 - 제1 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛은 제2 권선 유닛의 중성선 중 적어도 하나와 연결됨 -;
제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛과 각각 연결된 가역 펄스 폭 변조(PWM) 정류기;
제1 충전 및 방전 연결 단부 및 제2 충전 및 방전 연결 단부를 포함하는 충전 및 방전 연결 단부 그룹 - 모터 코일의 적어도 하나의 권선 유닛의 적어도 하나의 중성선은 제1 충전 및 방전 연결 단부와 연결되고, 제2 충전 및 방전 연결 단부는 가역 PWM 정류기의 제2 버스 단자와 연결됨 -; 및
제1 에너지 저장 연결 단부 및 제2 에너지 저장 연결 단부를 포함하는 에너지 저장 연결 단부 그룹을 포함하고, 제1 에너지 저장 연결 단부는 가역 PWM 정류기의 제1 버스 단자와 연결되며, 제2 에너지 저장 연결 단부는 가역 PWM 정류기의 제2 버스 단자와 연결된다.
본 출원의 제3 실시예는, 본 출원의 제1 실시예에서 제공된 에너지 변환 디바이스 또는 본 출원의 제2 실시예에서 제공된 에너지 변환 디바이스를 포함하는 차량을 제공한다.
본 출원은 에너지 변환 디바이스 및 차량을 제공한다. 에너지 변환 디바이스가 가역 PWM 정류기와 모터 코일을 포함하는 경우, 에너지 변환 디바이스가 외부 배터리 및 제1 DC 충전 및 방전 포트와 연결된 후, 에너지 변환 디바이스는 DC 충전 모드, DC 방전 모드, 및 구동 모드에서 작동할 수 있다. 에너지 변환 디바이스가 구동 모드에서 작동할 때, 외부 배터리, 가역 PWM 정류기, 및 모터 코일은 구동 회로를 형성한다. 에너지 변환 디바이스가 DC 충전 모드에서 작동할 때, 외부 제1 DC 충전 및 방전 포트는 에너지 변환 디바이스를 통해 외부 배터리에 연결되어 DC 충전 회로를 형성한다. 에너지 변환 디바이스가 DC 방전 모드에서 작동할 때, 외부 배터리는 에너지 변환 디바이스 및 외부 제1 DC 충전 및 방전 포트와 함께 DC 방전 회로를 형성한다. 모터가 구동되어 구동 회로에 의해 전력을 출력하고, DC 방전 회로 또는 DC 충전 회로를 사용함으로써 외향 방전 또는 충전을 위한 수신이 구현되므로, 외부 배터리의 배터리 레벨이 불충분할 때 DC 전력 공급 디바이스로부터의 충전 및 외부 배터리의 배터리 레벨이 충분할 때 DC 전력 소비 디바이스로의 방전이 구현되고, 구동 회로, 가열 회로, DC 충전 회로, DC 방전 회로 모두는 가역 PWM 정류기 및 모터 코일을 사용한다. 이러한 방식으로, 회로 구조가 단순화될 뿐만 아니라 집적도가 개선됨으로써, 체적과 비용을 감소시키고, 배터리 충전 회로와 모터 구동 회로를 포함하는 기존의 전체 제어 회로의 복잡한 구조, 낮은 집적도, 큰 체적, 및 높은 비용의 문제를 해결한다.
본 출원의 다른 양태 및 이점은 다음 설명에서 제공될 것이며, 그 중 일부는 다음 설명으로부터 명백해지거나 본 출원의 실시로부터 학습될 수 있다.
본 출원의 전술한 및/또는 추가적인 양태 및 이점은 다음의 첨부 도면을 참조하여 이루어진 실시예의 설명에서 명백해지고 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 모듈의 개략적인 구조 다이어그램이고;
도 2는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며;
도 3은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이고;
도 4는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며;
도 5는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이고;
도 6은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며;
도 7은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이고;
도 8은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며;
도 9는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이고;
도 10은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며;
도 11은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이고;
도 12는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이며;
도 13은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이고;
도 14는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이며;
도 15는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이고;
도 16은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이며;
도 17은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이고;
도 18은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이며;
도 19는 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이고;
도 20은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이며;
도 21은 본 출원의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 다른 전류 유동 방향의 개략적인 다이어그램이고;
도 22는 본 출원의 제2 실시예에 따른 에너지 변환 디바이스의 모듈의 개략적인 구조 다이어그램이며;
도 23은 본 출원의 제3 실시예에 따른 차량의 모듈의 개략적인 구조 다이어그램이다.
이하, 본 출원의 실시예가 상세히 설명되고, 실시예의 예를 첨부 도면에 도시하며, 설명 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 요소 또는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 요소는 동일하거나 유사한 참조 번호로 나타낸다. 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명되는 실시예는 예시적이고, 본 출원을 설명하도록 의도되며 본 출원을 제한하는 것으로 해석될 수 없다.
본 출원에서 기술적인 해결책을 설명하기 위해, 특정 실시예를 사용하여 다음을 설명한다.
본 출원의 제1 실시예는 에너지 변환 디바이스를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에너지 변환 디바이스는 가역 펄스 폭 변조(PWM) 정류기(11) 및 모터 코일(12)을 포함한다.
구체적으로, 모터 코일(12)은 적어도 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)을 포함하고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 둘 모두 가역 PWM 정류기(11)와 연결되고; 제1 권선 유닛(N1)은 적어도 하나의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛(N2)은 적어도 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛(N1)은 제2 권선 유닛(N2)의 중성선 중 적어도 하나와 연결된다. 권선 유닛 중 적어도 하나의 적어도 하나의 중성선은 제1 직류(DC) 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결되고, 가역 PWM 정류기(11)는 배터리(2)의 제1 단부 및 배터리(2)의 제2 단부와 각각 연결되며, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부는 배터리(2)의 제2 단부와 연결된다.
이 실시예에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부는 제1 권선 유닛(N1)과 연결될 수 있거나 제2 권선 유닛(N2)과 연결될 수 있다.
이 실시예에서 언급된 "충전 및 방전"은 "충전" 또는 "방전"을 지칭하므로, "충전 및 방전 포트"는 "충전 포트" 또는 "방전 포트"일 수 있으며, "충전 및 방전 회로"는 "충전 회로" 또는 "방전 회로"일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
또한, 이 실시예에서 설명된 "외부 전력 공급"은 에너지 변환 디바이스가 위치되는 차량에 대한 "외부"가 아니라 에너지 변환 디바이스에 대한 "외부"이다.
이 실시예에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)가 직류를 출력할 때, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 미리 DC 전력 공급 디바이스와 연결되어 있어야 하고; 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)에 직류가 입력될 때, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 미리 DC 전력 소비 디바이스와 연결되어 있어야 한다. 따라서, 이하의 설명에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)가 직류를 출력할 때, 제1 DC 충전 및 방전 포트는 미리 DC 전력 공급 디바이스와 연결되어 있고; 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)에 직류가 입력될 때, 제1 DC 충전 및 방전 포트는 미리 DC 전력 소비 디바이스와 연결되어 있다.
가역 PWM 정류기(11)는, 제어 신호에 따라, 배터리(2)에 의해 입력되는 전류에 반전을 수행하거나 배터리(2)로 입력되는 전류를 정류할 수 있다. 가역 PWM 정류기(11)는 다상 브리지 아암을 포함하며, 브리지 아암의 개수는 모터 코일(12)의 위상 수에 따라 구성된다. 각각의 위상 인버터 브리지 아암은 2개의 전력 스위치 유닛을 포함하며, 전력 스위치 유닛은 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor)(IGBT), 금속 산화물 반도체(metal-oxide-semiconductor)(MOS) 트랜지스터, 실리콘 카바이드, 또는 다른 구성요소 유형일 수 있고, 브리지 아암에 있는 2개의 전력 스위치 유닛의 연결 지점은 모터에서 하나의 위상의 권선과 연결된다. 가역 PWM 정류기(11)의 전력 스위치 유닛은 외부 제어 신호에 따라 스위치 온 또는 스위치 오프를 구현하여 배터리(2)에 의해 입력되는 직류를 교류로 변환할 수 있다.
모터 코일(12)은 적어도 2개의 권선 유닛을 포함하고, 각각의 권선 유닛은 다상 권선을 포함한다. 각각의 위상 권선은 N개의 코일 브랜치를 포함하고, 각각의 위상 권선의 N개의 코일 브랜치의 제1 단부는 공동으로 연결되어 위상 종점을 형성하고, 각각의 위상 권선의 N개의 코일 브랜치의 제2 단부는 일대일 대응으로 다른 위상의 권선의 N개의 코일 브랜치의 제2 단부와 연결되어 N개의 연결 지점을 형성하며, 여기서 N은 1 이상의 정수이다.
제1 권선 유닛(N1)은 대안적으로 2개 이상의 연결 지점에 의해 형성된 중성 지점의 코일일 수 있고, 제2 권선 유닛(N2)은 대안적으로 2개 이상의 연결 지점에 의해 형성된 중성 지점의 코일일 수 있으며, 제1 권선 유닛(N1)을 형성하는 연결 지점 및 제2 권선 유닛(N2)을 형성하는 연결 지점은 상이한 연결 지점이며, 즉, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)은 상이한 중성 지점을 포함한다.
제1 권선 유닛(N1)은 적어도 2개의 위상 종점과 적어도 하나의 중성 지점을 포함하고, 적어도 하나의 중성선이 적어도 하나의 중성 지점으로부터 도출되며; 제2 권선 유닛(N2)은 적어도 2개의 위상 종점과 적어도 하나의 중성 지점을 포함하고, 적어도 하나의 중성선이 적어도 하나의 중성 지점으로부터 각각 도출되며, 제2 권선 유닛(N2)은 적어도 하나의 중성선을 통해 제1 권선 유닛(N1)과 연결되고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 둘 모두 위상 종점을 통해 가역 PWM 정류기(11)와 연결될 수 있다.
이 실시예에서, 적어도 하나의 중성선은 하나의 중성 지점으로부터 도출될 수 있거나, 하나의 중성선은 복수의 중성 지점으로부터 각각 도출될 수 있다. 한편, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)은 모터 외부의 중성선을 통해 연결될 수 있거나, 모터 내부의 중성선을 통해 연결될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 특별히 제한되지 않는다.
제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 상이한 모터의 모터 코일(12)에 위치될 수 있거나 동일한 모터의 모터 코일(12)에 위치될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 즉, 제1 권선 유닛(N1)이 하나의 모터의 모터 코일(12)에 위치될 때, 제2 권선 유닛(N2)은 다른 모터의 모터 코일(12)에 위치될 수 있거나; 또는 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)이 동일한 모터의 모터 코일(12)에 위치된다. 한편, 각각의 권선 유닛의 모든 위상의 권선은 기본 유닛으로서 사용되며, 각각의 기본 유닛에 대한 모터 벡터 제어를 사용하여 모터 동작을 독립적으로 제어할 수 있다.
또한, 에너지 변환 디바이스는 제어 모듈을 더 포함하고, 제어 모듈은 가역 PWM 정류기(11)와 연결되고 가역 PWM 정류기(11)에 제어 신호를 전송할 수 있다. 제어 모듈은 차량 제어 유닛, 가역 PWM 정류기(11)의 제어 회로, 및 배터리 관리 시스템(battery management system)(BMS) 회로를 포함할 수 있으며, 3개의 구성요소는 제어기 영역 네트워크(controller area network)(CAN) 라인을 통해 연결되고, 제어 모듈의 상이한 모듈들은 획득된 정보에 따라 가역 PWM 정류기(11)에서 전력 스위치의 스위치 온 또는 스위치 오프를 제어하여 상이한 전류 회로의 스위치 온을 구현한다.
에너지 변환 디바이스는 DC 충전 모드, DC 방전 모드, 또는 구동 모드에서 작동할 수 있다.
에너지 변환 디바이스가 DC 충전 모드에서 작동하는 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류가 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 및 가역 PWM 정류기(11)를 통해 유동한 후에 배터리(2)를 충전하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(2)는 직류를 출력하여, 직류가 제1 권선 유닛(N1)과 가역 PWM 정류기(11)를 통해 유동한 후 배터리(2)를 충전하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(2)는 직류를 출력하여, 직류가 제2 권선 유닛(N2)과 가역 PWM 정류기(11)를 통해 유동한 후 배터리(2)를 충전한다.
에너지 변환 디바이스가 DC 방전 모드에서 작동할 때, 배터리(2)는 직류를 출력하여, 직류가 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛(N2), 및 제1 권선 유닛(N1)을 통해 유동한 후 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)를 충전하거나; 또는 배터리(2)는 직류를 출력하여, 직류가 가역 PWM 정류기(11) 및 제1 권선 유닛(N1)을 통해 유동한 후 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)를 충전하거나; 또는 배터리(2)는 직류를 출력하여, 직류가 가역 PWM 정류기(11) 및 제2 권선 유닛(N2)을 통해 유동한 후 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)를 충전한다.
에너지 변환 디바이스가 구동 모드에서 작동할 때, 배터리(2)는 가역 PWM 정류기(11)에 직류를 제공하고, 가역 PWM 정류기(11)는 직류를 다상 교류로 반전시켜 다상 교류를 모터 코일(12)에 입력하여 모터를 작동하도록 구동시킨다.
이 실시예에서는, 가역 PWM 정류기(11)와 모터 코일(12)을 포함하는 에너지 변환 디바이스가 사용되며, 에너지 변환 디바이스가 외부 배터리(2) 및 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)와 연결된 후, 에너지 변환 디바이스는 DC 충전 모드, DC 방전 모드, 및 구동 모드에서 작동할 수 있다. 에너지 변환 디바이스가 구동 모드에서 작동할 때, 외부 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 및 모터 코일(12)은 구동 회로를 형성한다. 에너지 변환 디바이스가 DC 충전 모드에서 작동할 때, 외부 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 에너지 변환 디바이스 및 외부 배터리(2)와 함께 DC 충전 회로를 형성한다. 에너지 변환 디바이스가 DC 방전 모드에서 작동할 때, 외부 배터리(2)는 에너지 변환 디바이스 및 외부 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)와 함께 DC 방전 회로를 형성한다. 모터가 구동되어 구동 회로에 의해 전력을 출력하고, DC 방전 회로 또는 DC 충전 회로를 사용함으로써 외향 방전 또는 충전을 위한 수신이 구현되므로, 외부 배터리(2)의 배터리 레벨이 불충분할 때 DC 전력 공급 디바이스로부터의 충전 및 외부 배터리(2)의 배터리 레벨이 충분할 때 DC 전력 소비 디바이스로의 방전이 구현되고, 구동 회로, 가열 회로, DC 충전 회로, DC 방전 회로 모두는 가역 PWM 정류기(11) 및 모터 코일(12)을 사용한다. 이러한 방식으로, 회로 구조가 단순화될 뿐만 아니라 집적도가 개선됨으로써, 체적과 비용을 감소시키고, 배터리(2) 충전 회로와 모터 구동 회로를 포함하는 기존의 전체 제어 회로의 복잡한 구조, 낮은 집적도, 큰 체적, 및 높은 비용의 문제를 해결한다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 DC 전력 공급 디바이스와 연결될 수 있거나 DC 전력 소비 디바이스와 연결될 수 있다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3)가 DC 전력 공급 디바이스와 연결되는 경우, DC 전력 공급 디바이스는 에너지 변환 디바이스에 전력을 공급한다. 이 경우, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로를 형성한다. DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 및 가역 PWM 정류기(11)는 DC 충전 및 저장 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 DC 충전 및 저장 회로에서, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 에너지 저장을 완료하고, 전술한 DC 충전 및 방출 회로에서, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 저장된 에너지 방출을 완료하고, 그에 따라 가역 PWM 정류기(11)는 부스트된 직류를 출력하여 배터리(2)를 충전한다.
또한, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로를 형성한다. DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 및 가역 PWM 정류기(11)는 DC 충전 및 저장 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 DC 충전 및 저장 회로에서, 제1 권선 유닛(N1)은 에너지 저장을 완료하고, 전술한 DC 충전 및 방출 회로에서, 제1 권선 유닛(N1)은 저장된 에너지 방출을 완료하고, 그에 따라 가역 PWM 정류기(11)는 부스트된 직류를 출력하여 배터리(2)를 충전한다.
또한, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로를 형성한다. DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 및 가역 PWM 정류기(11)는 DC 충전 및 저장 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 DC 충전 및 저장 회로에서, 제2 권선 유닛(N2)은 에너지 저장을 완료하고, 전술한 DC 충전 및 방출 회로에서, 제2 권선 유닛(N2)은 저장된 에너지 방출을 완료하고, 그에 따라 가역 PWM 정류기(11)는 부스트된 직류를 출력하여 배터리(2)를 충전한다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3)가 DC 전력 소비 디바이스와 연결되는 경우, 에너지 변환 디바이스는 DC 전력 소비 디바이스에 전력을 공급한다. 이 경우, 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛(N2), 제1 권선 유닛(N1), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 회로를 형성한다. 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛(N2), 제1 권선 유닛(N1), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3) 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 저장 회로를 형성하고, 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛(N2), 제1 권선 유닛(N1), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 DC 방전 및 저장 회로에서, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 에너지 저장을 완료하고, 전술한 DC 방전 및 방출 회로에서, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 저장된 에너지 방출을 완료하고, 그에 따라 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)이 버킹 직류를 출력하여, DC 전력 소비 디바이스를 충전한다.
또한, 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 회로를 형성한다. 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 저장 회로를 형성하고, 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 방출 루프를 형성한다.
전술한 DC 방전 및 저장 회로에서, 제1 권선 유닛(N1)은 에너지 저장을 완료하고, 전술한 DC 방전 및 방출 회로에서, 제1 권선 유닛(N1)은 저장된 에너지 방출을 완료하며, 그에 따라 제1 권선 유닛(N1)은 버킹 직류를 출력하여, DC 전력 소비 디바이스를 충전한다.
또한, 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛(N2), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 회로를 형성한다. 배터리(2), 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛(N2), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 저장 회로를 형성하고, 가역 PWM 정류기(11), 제2 권선 유닛 N2, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 DC 방전 및 저장 회로에서, 제2 권선 유닛(N2)은 에너지 저장을 완료하고, 전술한 DC 방전 및 방출 회로에서, 제2 권선 유닛(N2)은 저장된 에너지 방출을 완료하며, 그에 따라 제2 권선 유닛(N2)은 버킹 직류를 출력하여 DC 전력 소비 디바이스에 전력을 공급한다.
이 구현에서, 가역 PWM 정류기(11)의 각각의 전력 스위치의 스위치 온 또는 스위치 오프 상태가 제어되어, 모터 코일(12)이 에너지 저장 또는 에너지 방출 프로세스를 완료할 수 있게 하고, 그에 따라 에너지 변환 디바이스의 DC 충전 또는 DC 방전이 구현되며, 모터 코일(12)은 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로에서 재사용되어 DC 충전 또는 DC 방전을 구현한다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 가역 PWM 정류기(11)는 한 세트의 M-위상 브리지 아암을 포함하고, 각각의 위상 브리지 아암의 제1 단부는 공동으로 연결되어 제1 버스 단자를 형성하며, 각각의 위상 브리지 아암의 제2 단부는 공동으로 연결되어 제2 버스 단자를 형성하고, 제1 버스 단자는 배터리(2)의 제1 단부와 연결되며, 제2 버스 단자는 배터리(2)의 제2 단부 및 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부와 연결된다.
모터 코일(12)은 적어도 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)을 포함하고, 제1 권선 유닛(N1)은 한 세트의 m1-위상 권선을 포함하며, m1-위상 권선의 각각의 위상 권선은 n1 코일 브랜치를 포함한다. 각각의 위상 권선의 n1 코일 브랜치는 공동으로 연결되어 위상 종점을 형성하고, m1-위상 권선의 위상 종점은 M-위상 브리지 아암의 m1-위상 브리지 아암의 각각의 위상 브리지 아암의 중간점과 일대일 대응으로 연결되며, m1-위상 권선의 각각의 위상 권선의 n1 코일 브랜치 중 하나의 코일 브랜치는 다른 위상의 권선의 n1 코일 브랜치 중 하나의 코일 브랜치와 각각 추가로 연결되어 n1 연결 지점을 형성한다. T1 중성 지점은 n1 연결 지점으로부터 형성되고, J1 중성선은 T1 중성 지점으로부터 도출되며, 여기서, n1≥T1≥1, T1≥J1≥1, m1≥2이고, n1, m1, T1 및 J1은 모두 양의 정수이다.
제2 권선 유닛(N2)은 한 세트의 m2-위상 권선을 포함하고, m2-위상 권선의 각각의 위상 권선은 n2 코일 브랜치를 포함한다. 각각의 위상 권선의 n2 코일 브랜치는 공동으로 연결되어 위상 종점을 형성하고, m2-위상 권선의 위상 종점은 M-위상 브리지 아암의 m2-위상 브리지 아암의 각각의 위상 브리지 아암의 중간점과 일대일 대응으로 연결되며, m2-위상 권선의 각각의 위상 권선의 n2 코일 브랜치 중 하나의 코일 브랜치는 다른 위상의 권선의 n2 코일 브랜치 중 하나의 코일 브랜치와 각각 추가로 연결되어 n2 연결 지점을 형성한다. T2 중성 지점은 n2 연결 지점으로부터 형성되고, J2 중성선은 T2 중성 지점으로부터 도출되며, 여기서, n2≥T2≥1, T2≥J2≥1, m2≥2, M≥m1+m2이고, n2, m2, T2, 및 J2은 모두 양의 정수이다.
J1 중성선 중 적어도 하나의 중성선은 J2 중성선 중 적어도 하나의 중성선과 연결되고, J1 중성선 중 적어도 하나의 중성선 및/또는 J2 중성선 중 적어도 하나의 중성선은 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다.
각각의 권선 유닛의 모든 위상의 권선은 기본 유닛으로서 사용되고, 각각의 기본 유닛에 대해 모터 벡터 제어가 수행되어, 각각의 기본 유닛은 모터를 작동하도록 독립적으로 제어할 수 있음을 유의하여야 한다.
구체적으로, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 한 세트의 6-위상 브리지 아암은 구체적으로 제1 전력 스위치 유닛, 제2 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제5 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제7 전력 스위치 유닛, 제8 전력 스위치 유닛, 제9 전력 스위치 유닛, 제10 전력 스위치 유닛, 제11 전력 스위치 유닛, 및 제12 전력 스위치 유닛을 포함한다. 제1 전력 스위치 유닛은 제1 상부 브리지 아암(VT1) 및 제1 상부 브리지 다이오드(VD1)를 포함한다. 제2 전력 스위치 유닛은 제2 하부 브리지 아암(VT2) 및 제2 하부 브리지 다이오드(VD2)를 포함한다. 제3 전력 스위치 유닛은 제3 상부 브리지 아암(VT3) 및 제3 상부 브리지 다이오드(VD3)를 포함한다. 제4 전력 스위치 유닛은 제4 하부 브리지 아암(VT4) 및 제4 하부 브리지 다이오드(VD4)를 포함한다. 제5 전력 스위치 유닛은 제5 상부 브리지 아암(VT5) 및 제5 상부 브리지 다이오드(VD5)를 포함한다. 제6 전력 스위치 유닛은 제6 하부 브리지 아암(VT6) 및 제6 하부 브리지 다이오드(VD6)를 포함한다. 제7 전력 스위치 유닛은 제7 상부 브리지 아암(VT7) 및 제7 상부 브리지 다이오드(VD7)를 포함한다. 제8 전력 스위치 유닛은 제8 하부 브리지 아암(VT8) 및 제8 하부 브리지 다이오드(VD8)를 포함한다. 제9 전력 스위치 유닛은 제9 상부 브리지 아암(VT9) 및 제9 상부 브리지 다이오드(VD9)를 포함한다. 제10 전력 스위치 유닛은 제10 하부 브리지 아암(VT10) 및 제10 하부 브리지 다이오드(VD10)를 포함한다. 제11 전력 스위치 유닛은 제11 상부 브리지 아암(VT11) 및 제11 상부 브리지 다이오드(VD11)를 포함한다. 제12 전력 스위치 유닛은 제12 하부 브리지 아암(VT12) 및 제12 하부 브리지 다이오드(VD12)를 포함한다.
제1 전력 스위치 유닛의 제1 단부, 제3 전력 스위치 유닛의 제1 단부, 제5 전력 스위치 유닛의 제1 단부, 제7 전력 스위치 유닛의 제1 단부, 제9 전력 스위치 유닛의 제1 단부, 및 제11 전력 스위치 유닛의 제1 단부는 공동으로 연결되어 제1 버스 단자를 형성하고, 제2 전력 스위치 유닛의 제2 단부, 제4 전력 스위치 유닛의 제2 단부, 제6 전력 스위치 유닛의 제2 단부, 제8 전력 스위치 유닛의 제2 단부, 제10 전력 스위치 유닛의 제2 단부, 및 제12 전력 스위치 유닛의 제2 단부가 공동으로 연결되어 제2 버스 단자를 형성한다. 배터리(2)의 제1 단부는 스위치(K1)를 통해 제1 버스 단자와 연결되고, 배터리(2)의 제2 단부는 스위치(K3)를 통해 제2 버스 단자와 연결되며, 커패시터(C1)가 제1 버스 단자와 제2 버스 단자 사이에 배치되고, 직렬로 연결된 스위치(K2)와 저항기(R)는 스위치(K1)와 병렬로 연결된다.
제1 전력 스위치 유닛과 제2 전력 스위치 유닛의 중간점, 제3 전력 스위치 유닛과 제4 전력 스위치 유닛의 중간점, 및 제5 전력 스위치 유닛과 제6 전력 스위치 유닛의 중간점은 각각 제1 권선 유닛(N1)의 3개의 위상 종점(A, B, C)과 일대일 대응으로 연결된다. 제7 전력 스위치 유닛과 제8 전력 스위치 유닛의 중간점, 제9 전력 스위치 유닛과 제10 전력 스위치 유닛의 중간점, 및 제11 전력 스위치 유닛과 제12 전력 스위치 유닛의 중간점은 각각 제2 권선 유닛(N2)의 3개의 위상 종점(U, V, W)과 일대일 대응으로 연결된다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)으로부터 각각 2개의 중성선이 도출되고, 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(연결 지점(n2)으로부터 도출됨)은 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n3)으로부터 도출됨)과 연결되며, 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(연결 지점(n1)으로부터 도출됨)은 스위치(K4) 및 스위치(K6)를 통해 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결되고, 제2 권선 유닛(N2)의 다른 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨)은 스위치(K5) 및 스위치(K6)를 통해 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부는 배터리(2)의 제2 단부와 연결되고, 커패시터(C2)는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부에 배치된다.
도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부는 모두 제1 권선 유닛(N1)과 연결될 수 있거나 제2 권선 유닛(N2)과 연결될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
도 3은 이 구현의 회로 구조의 예시적인 다이어그램이다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 둘 모두가 하나의 중성선을 도출하는 경우, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)은 중성선을 통해 연결되고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다. 이 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성한다.
도 4는 이 구현의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이다. 이 경우, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 둘 모두는 2개의 중성선을 도출하고, 제1 권선 유닛(N1)의 2개의 중성선은 공동으로 연결된 후 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결되며, 제2 권선 유닛(N2)의 2개의 중성선은 공동으로 연결된 후 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다. 이 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성한다.
도 5는 이 구현의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 둘 모두가 하나의 중성선을 도출하는 경우, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)은 중성선을 통해 연결되고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다. 이 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성한다.
도 6은 이 구현의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 둘 모두는 2개의 중성선을 도출하고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 중성선은 공동으로 연결된 후 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다. 이 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성한다.
이 구현에서, 모터 코일(12)에 의해 생성된 인덕턴스는 모터 코일(12)에서 각각의 위상 권선의 코일 브랜치의 개수를 설정함으로써 조절되고, 제1 권선 유닛(N1) 및/또는 제2 권선 유닛(N2)의 중성선과 제1 DC 충전 및 방전 포트(3) 사이의 상이한 연결 방식은 상이한 경우에 충전 전력 또는 방전 전력에 대한 요건을 충족하도록 선택될 수 있고, 그에 따라 에너지 변환 디바이스의 유연성이 크게 개선된다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, n1≥T1≥2 및 T1≥J1≥2일 때, J1 중성선 중 적어도 하나의 중성선은 J2 중성선 중 적어도 하나의 중성선과 연결되고, J1 중성선 중 적어도 다른 중성선은 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부와 연결된다.
이 구현에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부는 제1 권선 유닛(N1)과 연결되고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
구체적으로, 도 7은 이 구현의 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램과의 차이점은, 제2 권선 유닛(N2)으로부터 하나의 중성선이 도출되고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부가 제2 권선 유닛(N2)과 연결되지 않는다는 점에 있다.
도 8은 이 구현의 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램이며, 도 7에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램과의 차이점은, 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(연결 지점(n2)으로부터 도출됨)이 스위치(K7)를 통해 제2 권선 유닛(N2)의 중성선(연결 지점(n3)으로부터 도출됨)과 연결된다는 점에 있다. 스위치(K7)의 스위치 온 또는 스위치 오프 상태를 제어함으로써, 작동을 위해 상이한 DC 충전 및 방전 회로가 선택될 수 있다.
이 구현에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)에 의해 형성된 DC 충전 및 방전 회로 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)에 의해 형성된 DC 충전 및 방전 회로는 작동을 위해 선택될 수 있고, 상이한 DC 충전 및 방전 회로는 상이한 DC 충전 및 방전 요건에 따라 선택된다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, n2≥T2≥2 및 T2≥J2≥2일 때, J2 중성선 중 적어도 다른 중성선은 외부 제2 DC 충전 및 방전 포트(4)의 제1 단부와 연결되고, 제2 DC 충전 및 방전 포트(4), 모터 코일(12), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성한다.
이 구현에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 제2 DC 충전 및 방전 포트(4), 제2 권선 유닛(N2), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11) 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 또는 제2 DC 충전 및 방전 포트(4), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
이 구현에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 DC 충전 및 방전 회로를 형성하는 경우 및 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 DC 충전 및 방전 회로를 형성하는 경우는 동시에 수행될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 즉, 이 구현에서, 에너지 변환 디바이스는 2개의 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 충전 또는 방전을 구현할 수 있고, 하나의 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 DC 충전을 추가로 구현하고 다른 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 DC 방전을 구현할 수 있다.
구체적으로, 도 9에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 제2 DC 충전 및 방전 포트(4)의 제1 단부는 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨)과 연결되고, 제2 DC 충전 및 방전 포트(4)의 제2 단부는 가역 PWM 정류기(11)의 제2 버스 단자와 연결된다.
이 구현에서, 에너지 변환 디바이스는 외부 제2 DC 충전 및 방전 포트(4)와 연결되고, 그에 따라 에너지 변환 디바이스는 2개의 DC 충전 및 방전 포트를 동시에 사용함으로써 충전 또는 방전을 구현할 수 있고, 하나의 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 DC 충전을 추가로 구현하고 다른 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 DC 방전을 구현할 수 있음으로써, 충전 및 방전 효율을 개선시키고 에너지 변환 디바이스의 적용 범위를 확장시킬 수 있다.
이 실시예에서, 모터 코일(12)은 적어도 2개의 세트의 권선 유닛을 포함해야 한다. 즉, 모터 코일(12)은 대안적으로 3개의 세트의 권선 유닛 또는 4개의 세트의 권선 유닛을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에서, 이 경우, 모터 코일(12)은 각각 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 및 제3 권선 유닛(N3)인 3세트의 권선 유닛을 포함한다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)은 중성선을 통해 연결되고, 제2 권선 유닛(N2)과 제3 권선 유닛(N3)도 중성선을 통해 연결된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부는 제1 권선 유닛(N1) 및 제3 권선 유닛(N3)과 각각 연결되고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 제3 권선 유닛(N3), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11) 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하거나; 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1) 및 제3 권선 유닛(N3), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
도 11에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에서, 이 경우, 모터 코일(12)은 각각 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 및 제3 권선 유닛(N3)인 3세트의 권선 유닛을 포함한다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부는 제1 권선 유닛(N1)과 연결되고, 제2 DC 충전 및 방전 포트(4)의 제1 단부는 제3 권선 유닛(N3)과 연결되며, 가역 PWM 정류기(11)의 제2 버스 단자는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부 및 제2 DC 충전 및 방전 포트(4)의 제2 단부에 각각 연결된다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)은 중성선을 통해 연결되고, 제2 권선 유닛(N2)과 제3 권선 유닛(N3)도 중성선을 통해 연결된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 제3 권선 유닛(N3), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하고; 제2 DC 충전 및 방전 포트(4), 제3 권선 유닛(N3), 제2 권선 유닛(N2), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하며; 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11) 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하고; 제2 DC 충전 및 방전 포트(4), 제2 권선 유닛(N2), 제3 권선 유닛(N3), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하며; 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하고; 제2 DC 충전 및 방전 포트(4), 제3 권선 유닛(N3), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
도 11에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에서, 에너지 변환 디바이스는 2개의 DC 충전 및 방전 포트를 동시에 사용함으로써 충전 또는 방전을 구현할 수 있고, 하나의 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 DC 충전을 추가로 구현하고 다른 DC 충전 및 방전 포트를 사용함으로써 DC 방전을 구현할 수 있다.
이 실시예에서 DC 충전 회로의 작동 프로세스에서 전류의 유동 방향을 보다 명확하게 이해하기 위하여, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램의 DC 충전 회로를 형성하는 예를 사용함으로써 전류의 유동 방향에 관하여 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제어기는 스위치(K1), 스위치(K5), 스위치(K4), 스위치(K6), 및 스위치(K7)를 스위치 오프되도록 제어하고, 스위치(K2) 및 스위치(K3)를 스위치 온되도록 제어하여, 저항기(R)를 사용함으로써 커패시터(C1)의 사전 충전 프로세스를 완료하고; 스위치(K2)를 스위치 오프되도록 제어하며, 스위치(K1), 스위치(K4), 스위치(K6), 및 스위치(K7)를 스위치 온되도록 제어하고, 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12)을 스위치 온되도록 제어하고, 제1 전력 스위치 유닛, 제2 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제5 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제7 전력 스위치 유닛, 제9 전력 스위치 유닛, 및 제11 전력 스위치 유닛을 스위치 오프되도록 제어한다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 제1 DC 충전 및 방전 포트는 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 및 제12 하부 브리지 아암(VT12)을 갖는 DC 충전 및 저장 회로를 형성한다. 이 경우, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 충전 및 방전 회로의 일부 코일 브랜치에 접근하여 에너지 저장을 완료한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 제11 상부 브리지 다이오드(VD11)는 스위치 온되도록 제어되고, 제1 전력 스위치 유닛, 제2 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제5 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제8 전력 스위치 유닛, 제10 전력 스위치 유닛, 제12 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 제1 DC 충전 및 방전 포트는 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 및 제11 상부 브리지 다이오드(VD11)를 갖는 DC 충전 및 방출 회로를 형성한다. 이 경우, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 저장된 에너지 방출을 완료하고, 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 및 제11 상부 브리지 다이오드(VD11)는 부스트된 직류를 출력하여 배터리(2)를 충전한다.
다른 DC 충전 회로의 작동 프로세스는 전술한 설명과 유사하며 세부 사항은 본 명세서에서 다시 설명되지 않는다.
DC 방전 회로의 작동 프로세스는 DC 충전 회로에서 전류의 유동 방향과 반대이지만, 제어 방법은 DC 충전 회로의 제어 방법과 유사하므로, 세부 사항은 본 명세서에서 다시 설명되지 않는다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 에너지 변환 디바이스는 버스 커패시터를 더 포함하고, 버스 커패시터는 가역 PWM 정류기(11)와 병렬로 연결된다.
구체적으로, 버스 커패시터의 제1 단부는 가역 PWM 정류기(11)의 제1 버스 단자와 연결되고, 버스 커패시터의 제2 단부는 가역 PWM 정류기(11)의 제2 버스 단자와 연결된다. 버스 커패시터가 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에 적용된 경우, 버스 커패시터는 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에서 커패시터(C1)이다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 DC 충전 및 방전 회로를 형성할 때, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 동시에 가열 회로를 추가로 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 DC 충전 및 방전 회로를 형성하는 경우, 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 DC 충전 및 방전 회로를 형성하는 경우, 커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 회로를 형성한다.
이 구현에서, 배터리(2) 또는 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)에 의해 입력된 전류는 모터 코일(12)을 통해 유동할 때 열을 발생시켜 배터리(2)를 가열하거나, 외부 디바이스가 열을 발생시키는 데 사용되어 배터리를 가열한다. 모터 코일(12)을 사용하여 배터리를 가열함으로써, 관련 기술의 전기 차량의 배터리 가열 제어 회로의 복잡한 구조, 낮은 집적도, 큰 체적, 및 높은 비용의 문제가 해결되고, 관련 기술에서 배터리를 가열하도록 특별히 구성된 디바이스(예를 들어, PTC 히터 또는 열선 히터)가 생략될 수 있다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 에너지 변환 디바이스는 제어기를 더 포함하고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 DC 전력 공급 디바이스와 연결되며, 제어기는 DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 및 가역 PWM 정류기(11)를 제어하여 충전 저장 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)를 제어하여 충전 및 방출 회로를 형성하도록 구성된다. 제어기는 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 및 모터 코일(12)의 다른 세트의 권선 유닛을 제어하여 가열 및 저장 회로를 형성하고, 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 모터 코일(12)의 다른 세트의 권선 유닛, 및 가역 PWM 정류기(11)를 제어하여 가열 및 방출 회로를 형성하도록 추가로 구성된다.
버스 커패시터의 전기 에너지 소스는 배터리(2)에 의해 출력되는 전기 에너지일 수 있거나, 외부 디바이스에 의해 제공되는 전기 에너지일 수 있다. 구체적으로, 전기 에너지를 제공하는 외부 디바이스는 DC 전력 공급 디바이스일 수 있거나 다른 전력 공급 디바이스일 수 있다.
도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 이 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하고, 커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 회로를 형성한다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)에 의해 형성된 DC 충전 및 방전 회로에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11)는 DC 충전 및 저장 회로를 형성하고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방출 회로를 형성한다. 전술한 DC 충전 및 저장 회로는 제2 권선 유닛(N2)의 에너지 저장 프로세스를 완료하고, 전술한 DC 충전 및 방출 회로는 제2 권선 유닛(N2)의 저장된 에너지 방출 프로세스를 완료하며, 부스트된 직류는 배터리(2)를 충전하기 위해 가역 PWM 정류기(11)를 사용함으로써 출력된다.
커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 형성된 가열 회로에서, 커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 및 저장 회로를 형성하고, 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 및 가역 PWM 정류기(11)는 가열 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 에너지 저장 및 에너지 방출 프로세스를 보다 명확하게 이해하기 위해, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램을 예로서 사용함으로써 전술한 에너지 저장 및 에너지 방출 프로세스에서 전류의 유동 방향에 관하여 아래에서 설명한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 스위치(K1), 스위치(K5), 스위치(K4), 스위치(K6), 및 스위치(K7)가 스위치 오프되고, 스위치(K2)와 스위치(K3)가 스위치 온되어 저항기(R)를 통해 커패시터(C1)의 사전 충전 프로세스를 완료한다. 스위치(K2)가 스위치 오프되고, 스위치(K1), 스위치(K5), 스위치(K4), 스위치(K6), 및 스위치(K7)가 스위치온된다. 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 및 제5 상부 브리지 아암(VT5)은 스위치 온되도록 제어되고, 제2 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제7 전력 스위치 유닛, 제9 전력 스위치 유닛, 및 제11 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어되며, DC 충전 및 저장 회로의 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K6), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 및 스위치(K7)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 가열 및 저장 회로의 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 커패시터(C1)는 직류를 출력하고, 직류는 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 제5 상부 브리지 아암(VT5), 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(연결 지점(n1)으로부터 도출됨), 스위치(K4), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 및 제12 하부 브리지 아암(VT12)을 통해 순차적으로 유동하고 커패시터(C1)로 다시 유동하며; 커패시터(C1)는 직류를 출력하고, 직류는 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 제5 상부 브리지 아암(VT5), 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(연결 지점(n2)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2)의 다른 중성선(연결 지점(n3)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 및 제12 하부 브리지 아암(VT12)을 통해 순차적으로 유동하고 커패시터(C1)로 다시 유동한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 제11 상부 브리지 다이오드(VD11), 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 제5 상부 브리지 아암(VT5)은 스위치 온되도록 제어되고, 제2 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제8 전력 스위치 유닛, 제10 전력 스위치 유닛, 및 제12 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어된다. DC 충전 및 방출 회로의 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K6), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 제11 상부 브리지 다이오드(VD11), 스위치(K1), 배터리(2)의 양극, 배터리(2)의 음극, 스위치(K3), 및 스위치(K7)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 가열 및 방출 회로의 전류의 유동 방향, 즉, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 저장된 에너지 방출 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 전류는 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(연결 지점(n1)으로부터 도출됨), 스위치(K4), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 제11 상부 브리지 다이오드(VD11), 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 및 제5 상부 브리지 아암(VT5)을 통해 유동하고 제1 권선 유닛(N1)으로 다시 유동하며; 전류는 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(연결 지점(n2)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2)의 다른 중성선(연결 지점(n3)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제7 상부 브리지 다이오드(VD7), 제9 상부 브리지 다이오드(VD9), 제11 상부 브리지 다이오드(VD11), 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 및 제5 상부 브리지 아암(VT5)을 통해 유동하고 제1 권선 유닛(N1)으로 다시 유동한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 및 제5 상부 브리지 아암(VT5)은 스위치 온되도록 제어되고, 제2 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제7 전력 스위치 유닛, 제9 전력 스위치 유닛, 및 제11 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어되며, DC 충전 및 저장 회로의 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K6), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 및 스위치(K7)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 가열 및 저장 회로의 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 커패시터(C1)는 직류를 출력하고, 직류는 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 제5 상부 브리지 아암(VT5), 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(연결 지점(n1)으로부터 도출됨), 스위치(K4), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 및 제12 하부 브리지 아암(VT12)을 통해 순차적으로 유동하고 커패시터(C1)로 다시 유동하며; 커패시터(C1)는 직류를 출력하고, 직류는 제1 상부 브리지 아암(VT1), 제3 상부 브리지 아암(VT3), 제5 상부 브리지 아암(VT5), 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(연결 지점(n2)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2)의 다른 중성선(연결 지점(n3)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 및 제12 하부 브리지 아암(VT12)을 통해 순차적으로 유동하고 커패시터(C1)로 다시 유동한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 제2 하부 브리지 다이오드(VD2), 제4 하부 브리지 다이오드(VD4), 및 제6 하부 브리지 다이오드(VD6)는 스위치 온되도록 제어되고, 제7 전력 스위치 유닛, 제9 전력 스위치 유닛, 제11 전력 스위치 유닛, 제1 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 및 제5 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어되며, DC 충전 및 저장 회로의 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K6), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 및 스위치(K7)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 가열 및 방출 회로의 전류의 유동 방향, 즉, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 저장된 에너지 방출 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 전류는 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(연결 지점(n1)으로부터 도출됨), 스위치(K4), 스위치(K5), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(연결 지점(n4)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 제2 하부 브리지 다이오드(VD2), 제4 하부 브리지 다이오드(VD4), 및 제6 하부 브리지 다이오드(VD6)를 통해 유동하고 제1 권선 유닛(N1)으로 다시 유동하며; 전류는 제1 권선 유닛(N1), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(연결 지점(n2)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2)의 다른 중성선(연결 지점(n3)으로부터 도출됨), 제2 권선 유닛(N2), 제8 하부 브리지 아암(VT8), 제10 하부 브리지 아암(VT10), 제12 하부 브리지 아암(VT12), 제2 하부 브리지 다이오드(VD2), 제4 하부 브리지 다이오드(VD4), 및 제6 하부 브리지 다이오드(VD6)를 통해 유동하고 제1 권선 유닛(N1)으로 다시 유동한다.
전술한 DC 충전 및 가열 회로에서, 회로 중에 DC 충전 및 저장 회로와 가열 및 저장 회로는 동시에 작동할 수 있고, 에너지 변환 디바이스의 스위치들은 서로 간섭하지 않는다. 유사하게, DC 충전 및 방출 회로와 가열 및 방출 회로는 동시에 작동할 수 있고 가역 PWM 정류기(11)에서 전력 스위치의 스위치 온 시간을 제어할 수 있다. 또한, 전술한 DC 충전 및 가열 회로에서, 제2 권선 유닛(N2)은 충전에 사용될 수 있고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열에 사용되어 충전 및 가열 요건을 동시에 충족시킬 수 있다.
도 14 내지 도 17에 도시된 전류의 유동 방향의 개략적인 다이어그램에서, 도 14는 DC 충전 및 저장 회로와 가열 및 저장 회로의 전류의 유동 방향을 도시하고; 도 15는 DC 충전 및 방출 회로와 가열 및 방출 회로의 전류의 유동 방향을 도시하며; 도 16은 DC 충전 및 저장 회로와 가열 및 저장 회로의 전류의 유동 방향을 도시하고; 및 도 17은 DC 충전 및 저장 회로와 가열 및 방출 회로의 전류의 유동 방향을 도시한다. 에너지 변환 디바이스가 DC 충전 및 저장 프로세스에 있을 때, 가열 회로는 가열 및 저장 프로세스 또는 가열 및 방출 프로세스에 있을 수 있고; 에너지 변환 디바이스가 DC 충전 및 방출 프로세스에 있을 때, 가열 회로는 가열 및 방출 프로세스에 있을 수 있다. 따라서, DC 충전 회로와 가열 회로의 프로세스는 독립적으로 제어될 수 있고, 즉, 동일한 회로 구조를 사용함으로써 가열 및 DC 충전을 수행하는 방법이 하나보다 많아야 한다.
도 7에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 이 경우, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성하고, 커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 회로를 형성한다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)에 의해 형성된 DC 충전 및 방전 회로에서, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11)는 DC 충전 및 저장 회로를 형성하고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방출 회로를 형성한다. 전술한 DC 충전 및 저장 회로는 제1 권선 유닛(N1)의 에너지 저장 프로세스를 완료하고, 전술한 DC 충전 및 방출 회로는 제1 권선 유닛(N1)의 저장된 에너지 방출 프로세스를 완료하며, 부스트된 직류는 배터리(2)를 충전하기 위해 가역 PWM 정류기(11)를 사용함으로써 출력된다.
커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 형성된 가열 회로에서, 커패시터(C1), 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 및 저장 회로를 형성하고, 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 및 가역 PWM 정류기(11)는 가열 및 방출 회로를 형성한다.
전술한 에너지 저장 및 에너지 방출 프로세스를 보다 명확하게 이해하기 위해, 도 7에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램을 예로서 사용함으로써 전술한 에너지 저장 및 에너지 방출 프로세스에서 전류의 유동 방향에 관하여 아래에서 설명한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 스위치(K1), 스위치(K5), 스위치(K4), 및 스위치(K6)가 스위치 오프되고, 스위치(K2)와 스위치(K3)가 스위치 온되어 저항기(R)를 통해 커패시터(C1)의 사전 충전 프로세스를 완료한다. 스위치(K2)가 스위치 오프되고, 스위치(K1), 스위치(K5), 스위치(K4), 및 스위치(K6)가 스위치 온된다. 제7 상부 브리지 아암(VT7), 제9 상부 브리지 아암(VT9), 제11 상부 브리지 아암(VT11), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 및 제6 하부 브리지 아암(VT6)은 스위치 온되도록 제어되고, 제1 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 제5 전력 스위치 유닛, 제8 전력 스위치 유닛, 제10 전력 스위치 유닛, 및 제12 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K5), 스위치(K4), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(연결 지점(n1)으로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 제6 하부 브리지 아암(VT6), 및 스위치(K6)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 커패시터(C1)는 직류를 출력하고, 직류는 제7 상부 브리지 아암(VT7), 제9 상부 브리지 아암(VT9), 제11 상부 브리지 아암(VT11), 제2 권선 유닛(N2), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(n3으로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(n2로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 및 제6 하부 브리지 아암(VT6)을 통해 순차적으로 유동하고 커패시터(C1)로 다시 유동한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제7 상부 브리지 아암(VT7), 제9 상부 브리지 아암(VT9), 제11 상부 브리지 아암(VT11), 제1 상부 브리지 다이오드(VD1), 제3 상부 브리지 다이오드(VD3), 제5 상부 브리지 다이오드(VD5)는 스위치 온되도록 제어되고, 제2 전력 스위치 유닛, 제4 전력 스위치 유닛, 제6 전력 스위치 유닛, 제8 전력 스위치 유닛, 제10 전력 스위치 유닛, 및 제12 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K5), 스위치(K4), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(n1로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제1 상부 브리지 다이오드(VD1), 제3 상부 브리지 다이오드(VD3), 제5 상부 브리지 다이오드(VD5), 스위치(K1), 배터리(2), 스위치(K3), 및 스위치(K6)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 가열 및 방출 회로의 전류의 유동 방향, 즉, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 저장된 에너지 방출 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 전류는 제2 권선 유닛(N2), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(n3으로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(n2로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제1 상부 브리지 다이오드(VD1), 제3 상부 브리지 다이오드 VD3, 제5 상부 브리지 다이오드(VD5), 제7 상부 브리지 아암(VT7), 제9 상부 브리지 아암(VT9), 및 제11 상부 브리지 아암(VT11)을 통해 유동하고 제2 권선 유닛(N2)으로 다시 유동한다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제7 상부 브리지 아암(VT7), 제9 상부 브리지 아암(VT9), 제11 상부 브리지 아암(VT11), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 및 제6 하부 브리지 아암(VT6)은 스위치 온되도록 제어되고, 제1 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 제5 전력 스위치 유닛, 제8 전력 스위치 유닛, 제10 전력 스위치 유닛, 및 제12 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K5), 스위치(K4), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(n1로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 제6 하부 브리지 아암(VT6), 및 스위치(K6)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 커패시터(C1)는 직류를 출력하고, 직류는 제7 상부 브리지 아암(VT7), 제9 상부 브리지 아암(VT9), 제11 상부 브리지 아암(VT11), 제2 권선 유닛(N2), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(n3으로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(n2로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 및 제6 하부 브리지 아암(VT6)을 통해 순차적으로 유동하고 커패시터(C1)로 다시 유동한다.
도 21에 도시된 바와 같이, 제8 하부 브리지 다이오드(VD8), 제10 하부 브리지 다이오드(VD10), 제12 하부 브리지 다이오드(VD12), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 및 제6 하부 브리지 아암(VT6)은 스위치 온되도록 제어되고, 제7 전력 스위치 유닛, 제9 전력 스위치 유닛, 제11 전력 스위치 유닛, 제1 전력 스위치 유닛, 제3 전력 스위치 유닛, 및 제5 전력 스위치 유닛은 스위치 오프되도록 제어된다. 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)는 직류를 출력하고, 직류는 스위치(K5), 스위치(K4), 제1 권선 유닛(N1)의 하나의 중성선(n1로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암(VT4), 제6 하부 브리지 아암(VT6), 및 스위치(K6)를 통해 순차적으로 유동하고 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)로 다시 유동한다. 가열 및 방출 회로의 전류의 유동 방향, 즉, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 저장된 에너지 방출 전류의 유동 방향은 다음과 같다: 전류는 제2 권선 유닛(N2), 제2 권선 유닛(N2)의 하나의 중성선(n3으로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1)의 다른 중성선(n2로부터 도출됨), 제1 권선 유닛(N1), 제2 하부 브리지 아암(VT2), 제4 하부 브리지 아암 VT4, 제6 하부 브리지 아암(VT6), 제8 하부 브리지 다이오드(VD8), 제10 하부 브리지 다이오드(VD10), 및 제12 하부 브리지 다이오드(VD12)는 차례로 유동하고 제2 권선 유닛(N2)으로 다시 유동한다.
도 18 내지 도 21에 도시된 전류의 유동 방향의 개략적인 다이어그램은, 도 7에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램에 따라 DC 충전 및 가열이 동시에 수행되는 동안 전류의 유동 방향을 설명한다. 이 구현에서 제공되는 다른 회로 구조의 예시적인 다이어그램은 또한 DC 충전 및 가열을 동시에 수행할 수 있으며, 전류의 유동 방향은 도 14 내지 도 17 및 도 18 내지 도 21에서 전류의 유동 방향과 유사하므로, 세부 사항은 본 명세서에서 다시 설명되지 않는다는 점에 유의해야 한다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 제어기는 외부 신호에 따라 가역 PWM 정류기(11)를 제어하고, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)와 버스 커패시터를 통해 출력된 전류 또는 배터리(2)와 버스 커패시터를 통해 출력된 전류는 모터 코일(12)의 권선 유닛을 통해 유동하여 토크를 생성하며; 토크의 크기 및 방향을 제어하기 위해 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임의 직축(direct axis) 및 횡축(quadrature axis) 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 전류에 의해 형성된 전류 벡터를 제어하고; 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임의 영축 상에서 각각의 세트의 권선 유닛의 모든 위상의 권선으로부터 다른 세트의 권선 유닛의 모든 위상의 권선으로 유동하는 전류에 의해 형성된 전류 벡터의 크기를 제어한다.
전류가 하나의 권선 유닛의 각각의 위상 권선을 통해 유동할 때, 전류는 전류 벡터로서 사용되고, 전류 벡터는 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임에서 결정되어, 직축, 횡축 및 영축 상의 전류 벡터의 벡터들을 획득하고, 여기서 벡터의 방향은 전류의 방향을 나타내며, 그에 따라 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임의 직축, 횡축, 및 영축 상의 각각의 위상 권선의 전류에 대응하는 벡터가 획득된다. 또한, 하나의 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 전류는 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임의 직축, 횡축 및 영축에서 결정되어, 직축, 횡축, 및 영축 상의 권선 유닛의 전류에 대응하는 벡터의 크기를 획득한다.
유사하게, 하나의 권선 유닛의 각각의 위상 권선은 인덕턴스와 저항을 포함한다. 전류가 통과할 때, 각각의 위상 권선의 2개의 단부에 전압이 존재하고, 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임에서 인덕턴스, 저항, 및 전압이 결정되어, 직축, 횡축, 및 영축에서 대응 인덕턴스, 저항, 및 전압 값을 추가로 획득한다.
각각의 세트의 권선 유닛에 의해 형성된 토크의 크기와 방향은 다음 수학식 (1)에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00001
Tex는 권선 유닛의 제x 세트에 의해 생성된 토크를 나타내고, mx는 권선 유닛의 제x 세트의 권선의 위상의 개수를 나타내며, Pn은 모터의 극 쌍의 개수를 나타내고, φf는 모터의 영구 자속 쇄교를 나타내며, iqx는 횡축에 형성된 권선 유닛의 제x 세트의 전류 벡터를 나타내고, idx는 직축에 형성된 권선 유닛의 제x 세트의 전류 벡터를 나타내며, Ldx는 직축에 형성된 권선 유닛의 제x 세트의 인덕턴스를 나타내며, Lqx는 횡축에 형성된 권선 유닛의 제x 세트의 인덕턴스를 나타낸다.
모터 코일에 의해 형성된 토크의 크기와 방향은 다음 수학식 (2)에 따라 계산될 수 있다.
Figure pct00002
Te는 각각의 세트의 권선에 의해 형성된 토크의 합을 나타내고, x는 모터 코일(12)의 권선 유닛의 개수를 나타내며, Tek는 모터 코일(12)에서 권선 유닛의 제k 세트에 의해 생성된 토크를 나타내고, 여기서 k≥1이며, k는 양의 정수이다.
각각의 위상 권선을 통해 전류가 유동할 때, 각각의 위상 권선은 각각의 위상 권선의 저항으로 인해 열을 발생해야 한다는 점에 유의해야 한다. 이 경우, 가열 전력은 I2R이며, 여기서 I는 위상의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, R은 위상의 권선의 저항을 나타낸다.
모터 코일(12)이 x 세트의 권선 유닛을 포함하는 경우, 각각의 세트의 권선 유닛은 기본 유닛으로서 사용되며, 유사한 벡터 제어 방법이 각각의 세트의 권선 유닛에 대해 수행되어 각각의 세트의 권선 유닛을 제어한다.
이 구현에서, 각각의 세트의 권선 유닛의 전류, 저항, 전압, 및 인덕턴스는 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임에서 특별히 변환되어, 직축, 횡축 및 영축에서 각각의 세트의 권선 유닛의 전류, 저항, 전압 및 인덕턴스의 성분을 획득한다. 직축, 횡축, 및 영축에서 각각의 세트의 권선 유닛의 전류에 대응하는 성분을 제어함으로써, 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 토크와 모터 코일에 의해 생성된 가열 전력이 제어된다.
이 구현에서, 도 2, 도 9, 도 10, 및 도 11에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 이 경우, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 둘 모두는 2개의 중성선으로부터 도출되고, 제1 권선 유닛(N1)은 중성선을 통해 제2 권선 유닛(N2)과 연결되며, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
전술한 DC 충전 및 방전 회로에서, 회로 내 전류 사이의 관계는 다음 수학식 (3)을 사용하여 나타낼 수 있다:
Figure pct00003
in은 모터 코일(12)로 유동하는 전류를 나타내고, in1은 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(n1로부터 도출됨)의 전류를 나타내며, in2는 제2 권선 유닛(N2)의 중성선(n4로부터 도출)의 전류를 나타내고, ia는 제1 권선 유닛(N1)에서 위상 A의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, ib는 제1 권선 유닛(N1)에서 위상 B의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, ic는 제1 권선 유닛(N1)에서 위상 C의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, iu는 제2 권선 유닛(N2)에서 위상 U의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, iv는 제2 권선 유닛(N2)에서 위상 V의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, iw는 제2 권선 유닛(N2)에서 위상 W의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, 위상의 개수 m1=m2=3이며, i01은 제1 권선 유닛(N1)에서 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, i02는 제2 권선 유닛(N2)에서 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, i는 제1 권선 유닛(N1)으로부터 제2 권선 유닛(N2)으로 유동하는 전류를 나타낸다.
에너지 변환 디바이스가 DC 충전 모드에서 작동할 때, in은 0이 아니며, in1 및 in2 둘 모두는 0보다 크고; 에너지 변환 디바이스가 DC 방전 모드에서 작동할 때, in은 0이 아니며, in1 및 in2 둘 모두는 0보다 작다. 이 실시예에서, 배터리(2)의 양극으로 유동하는 전류는 양의 전류로서 간주되고, 이 경우 전류는 0보다 크며; 배터리(2)의 양극으로부터 유동하는 전류는 음의 전류로서 간주되며, 이 경우 전류는 0보다 작다.
구체적으로, in1*=in*/2, in2*=in*/2, 및 i=0가 되도록 제어되면, 계산이 수행되지 않고, id* 및 iq*는 크기가 제어되지 않는다. in*은 모터 코일(12)로 유동하는 목표 전류를 나타내며, in1*은 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(n1로부터 도출됨)의 목표 전류를 나타내고, in2*는 제2 권선 유닛(N2)의 중성선(n4로부터 도출됨)의 목표 전류를 나타낸다.
이 경우, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 출력되는 전류의 진폭은 서로 동일하고, 그에 따라 2개의 세트의 권선의 출력 전력이 일정하도록 보장될 수 있다.
구체적으로, in1*=in*/2+i, in2*=in*/2-i, 및 i=in*/2가 되도록, 즉, in1*=in*, in2*=0, id*=id1*=id2*=0, iq*=iq1*=iq2*=0 또는 in1*=0, 그리고 in2*=in*가 되도록 제어되면, id* 및iq*는 결정 및 제어되지 않는다. id1*는 제1 권선 유닛(N1)의 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 직축에 형성된 목표 전류 벡터를 나타내며, iq1*는 제1 권선 유닛(N1)의 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 횡축에 형성된 목표 전류 벡터를 나타내고, id2*는 제2 권선 유닛(N2)의 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 직축에 형성된 목표 전류 벡터를 나타내며, iq2*는 제2 권선 유닛(N2)의 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 횡축에 형성된 목표 전류 벡터를 나타내고, id*는 모터의 모든 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 직축에 형성된 목표 전류 벡터를 나타내며, iq*는 모터의 모든 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 횡축에 형성된 목표 전류 벡터를 나타낸다.
이 경우, DC 충전 및 방전 회로에서, 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛만이 사용되고, 각각의 충전 및 방전 동안 2개의 세트의 권선을 교대로 사용함으로써 권선의 작동 수명의 균형을 맞출 수 있다. 또한, 매번 한 세트의 권선만을 사용함으로써 전자 구성요소의 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다.
이 구현에서, 도 7 및 도 8에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 이 경우, 제1 권선 유닛(N1)은 2개의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛(N2)은 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛(N1)는 중성선을 통해 제2 권선 유닛(N2)과 연결되고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 제1 권선 유닛(N1), 제2 권선 유닛(N2), 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 및 방전 회로를 형성한다.
전술한 DC 충전 및 방전 회로에서, 회로 내 전류 사이의 관계는 다음 수학식 (4)을 사용하여 나타낼 수 있다:
Figure pct00004
in은 모터 코일(12)로 유동하는 전류를 나타내고, in1은 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(n1로부터 도출됨)으로부터 유동하는 전류를 나타내며, ia는 제1 권선 유닛(N1)에서 위상 A의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, ib는 제1 권선 유닛(N1)에서 위상 B의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, ic는 제1 권선 유닛(N1)에서 위상 C의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, iu는 제2 권선 유닛(N2)에서 위상 U의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, iv는 제2 권선 유닛(N2)에서 위상 V의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내며, iw는 제2 권선 유닛(N2)에서 위상 W의 권선을 통해 유동하는 전류를 나타내고, 위상의 개수 m1=m2=3이며, i01은 제1 권선 유닛(N1)에서 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 영축 전류를 나타내고, i02는 제2 권선 유닛(N2)에서 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 영축 전류를 나타내며, i는 제1 권선 유닛(N1)으로부터 제2 권선 유닛(N2)으로 유동하는 전류를 나타낸다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 제1 권선 유닛(N1)을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 크기는 0이 되지 않도록 제어되고, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 회로를 형성한다.
이 구현에서, 각각의 위상 권선은 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임에서 직축 평면 및 횡축 평면 상의 각각의 위상 권선에 대응하는 직교 투영을 형성하고, 인접한 직교 투영 사이의 차이는 360/mx이라는 점에 유의해야 한다. 제x 세트의 권선 유닛에서 모든 위상의 권선을 통해 유동하는 전류의 크기가 서로 동일할 때, 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류는 직축에 전류 벡터를 형성하고 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류는 또한 횡축에 전류 벡터를 형성하며, 직축에 형성된 전류 벡터와 횡축에 또한 형성된 전류 벡터는 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 직축 및 횡축에 형성된 전류 벡터들의 합계를 획득하도록 추가된다. 이 경우, 모든 위상의 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 직축과 횡축에 형성된 전류 벡터들의 합계 크기는 서로 동일하고, 인접한 위상의 권선을 통해 유동하는 전류에 의해 직축과 횡축에 형성된 전류 벡터들의 합계들 사이의 방향 차이는 360/mx이다. 따라서, 제x 세트의 권선 유닛에서 각각의 위상 권선에 의해 형성된 전류 벡터가 추가되고, 제x 세트의 권선 유닛의 직축 및 횡축에 형성된 전류 벡터들의 합계는 0이고, 즉, 제x 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 토크는 0이라는 것이 학습된다.
또한, 제x 세트의 권선 유닛에서 각각의 위상 권선은 영축에 전류 벡터를 생성하고 영축 상에 각각의 위상 권선에 의해 생성된 전류의 방향은 일정하다. 따라서, 제x 세트의 권선 유닛의 영축에 생성된 전류 벡터는 서로 상쇄되지 않고, 그에 따라 제x 세트의 권선 유닛의 영축에 생성된 전류 벡터의 합계는 0이 아니다.
따라서, 제x 세트의 권선 유닛에서 모든 위상의 권선을 통해 유동하는 전류의 크기가 서로 동일하게 되도록 제어하면, 제x 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 토크는 0이다. 전술한 수학식 (2)의 계산 방법에 따르면, 이 경우, Te는 0이고, 토크가 생성되지 않으며, 차량은 주차 상태여야 하고, 모터 코일의 전류는 배터리를 충전하고 배터리를 가열하도록 제어되며, 모터가 회전하지 않는다.
이 구현에서, 각각의 세트의 권선 유닛의 직축과 횡축에 형성된 전류 벡터들의 합계는 0이 되도록 제어되고, 그에 따라 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 형성된 총 토크가 0이며, 모터 코일(12)은 토크를 생성하지 않고, 각각의 세트의 권선 유닛의 영축에 형성된 전류 벡터는 모터 코일(12)이 열을 생성하여 배터리(2)를 가열하게 하는 데 사용된다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 제x 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 가열 전력은
Figure pct00005
이고, 여기서 mx는 제x 세트의 권선 유닛의 권선의 위상 개수를 나타내며,
Figure pct00006
은 제x 세트의 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 진폭을 나타내고, Rs0은 제x 세트의 권선 유닛의 중성선과 연결된 각각의 위상의 권선 브랜치의 위상 저항을 나타낸다.
구체적으로, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 모터 코일(12)에 의해 생성된 토크를 0이 되도록 하기 위해, 직축 및 횡축 상의 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)을 통해 유동하는 전류의 전류 벡터가 0이 되도록 제어될 수 있거나, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)의 각각의 위상 권선의 전류의 크기가 서로 동일하게 되도록 제어될 수 있다. 이 경우, id*=id1*=id2*=0, 및 iq*=iq1*=iq2*=0이거나; 또는 id* 및iq*가 결정 및 제어되지 않는다.
이 구현에서, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용되고, 제1 권선 유닛(N1)의 가열 전력, 제2 권선 유닛(N2)의 가열 전력, 및 모터 코일(12)의 가열 전력은 다음 수학식 (5)에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00007
모터의 위상 개수 m1=m2=3이고, P는 모터 코일의 목표 가열 전력을 나타내며, P1은 영축 상에 제1 권선 유닛(N1)에 의해 생성된 목표 가열 전력을 나타내고, P2는 영축 상에 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 목표 가열 전력을 나타내며, Rsn은 중성선과 연결된 각각의 위상의 권선 브랜치의 위상 저항을 나타낸다(이 구현에서, 중성선과 연결된 각각의 위상의 권선 브랜치의 위상 저항은 서로 동일함). i는 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 사이에 주입되는 불평형 전류를 나타낸다는 점에 유의해야 한다.
에너지 변환 디바이스가 DC 충전 및 방전 모드와 가열 모드에서 작동할 때, 디바이스는 충전 전력에 대한 요건을 충족시키기 위해 in*=in1*+in2*≠0이 되도록, 그리고 in1*=in*/2+i, in2*=in*/2-i, 및 i≠0이 되도록; 또는 in*=in1*+in2*≠0이 충족된다면, in1*=2*in*/3+i, in2*=in*/3-i, 및 i≠0이 되도록 제어된다. 한편, 디바이스는 in1*=in*/2+i, in2*=in*/2-i, 및 i≠0이 되도록 제어된다.
이 구현에서, 모터 코일(12)이 생성되어야 하는 목표 가열 전력은 배터리(2)가 위치되는 환경의 온도에 따라 획득되고, 배터리(2)를 가열하는 요건은, 각각의 세트의 권선 유닛의 모든 위상의 권선으로부터 전술한 수학식 (5)에서 다른 세트의 권선 유닛의 모든 위상의 권선으로 유동하는 전류 i의 크기를 조절함으로써 충족되고, 영축 상의 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 실제 영축 전류는 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 요구되는 충전 및 방전 전류에 따라 획득된다. 영축 상의 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)의 각각의 위상 권선에 의해 생성되는 영축 전류와 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(n1로부터 도출됨)의 전류 in1와 제2 권선 유닛(N2)의 중성선(n4로부터 도출됨)의 전류 in2 사이의 관계는 전술한 수학식 (3)에 따라 획득되고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 실제 가열 전력은 전술한 수학식 (5)에 따라 계산된다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 실제 가열 전력의 합계가 목표 가열 전력 이상인 경우, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 요구되는 충전 및 방전 전류는 조절되지 않는다. 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 실제 가열 전력의 합계가 목표 가열 전력보다 작은 경우, 수학식 (5)에서 각각의 세트의 권선 유닛의 모든 위상의 권선으로부터 다른 세트의 권선 유닛의 모든 위상의 권선으로 유동하는 전류i의 크기가 조절된다. in1, in2, 및 i는 수학식 (5)에 따라 계산되고, in1, in2, 및 i의 요건은 영축 상의 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)을 통해 유동하는 전류를 제어함으로써 충족된다.
이 구현에서, 모터 코일(12)의 각각의 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 직축, 횡축, 영축에 형성된 전류 벡터의 크기가 제어되고, 그에 따라 에너지 변환 디바이스는 충전 및 방전을 구현하는 동시에 배터리(2)를 가열하여, 배터리(2)의 충전 및 방전 효율을 개선하고 배터리(2)에서 리튬 이온의 전기 활성을 개선함으로써, 배터리(2)의 안전성을 개선시킬 수 있다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 제1 권선 유닛(N1)을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 크기는 0이 되지 않도록 제어되고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 토크의 크기는 동일하고 0이 아니며, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 및 모터 코일(12)은 구동 회로를 형성한다.
도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 이 경우, 모터 코일(12)은 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)을 포함하고, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 둘 모두는 토크를 생성시킬 수 있고, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 토크는 전술한 수학식 (1)에 따라 획득될 수 있으며, 구체적으로는 하기 수학식 (6)에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00008
모터의 위상의 개수 m1=m2=3이고, Te1는 제1 권선 유닛(N1)에 의해 생성된 토크를 나타내며, Te2는 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 토크를 나타내고, iq는 횡축 상의 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)의 전류 벡터들의 합계를 나타내며, id는 직축 상의 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)의 전류 벡터들의 합계를 나타내고, Pn은 모터의 극 쌍의 개수를 나타내며, φf는 모터의 영구 자속 쇄교를 나타내고, iq1는 제1 권선 유닛(N1)에 의해 횡축에 형성된 전류 벡터를 나타내며, id1은 제1 권선 유닛(N1)에 의해 직축에 형성된 전류 벡터를 나타내고, iq1은 제1 권선 유닛(N1)에 의해 횡축에 형성된 전류 벡터를 나타내고, id2는 제2 권선 유닛(N2)에 의해 직축에 형성된 전류 벡터를 나타내며, iq2는 제2 권선 유닛(N2)에 의해 횡축에 형성된 전류 벡터를 나타내고, Ld1는 제1 권선 유닛(N1)에 의해 직축에 형성된 인덕턴스를 나타내며, Lq1은 제1 권선 유닛(N1)에 의해 횡축에 형성된 인덕턴스를 나타내고, Ld2는 제2 권선 유닛(N2)에 의해 직축에 형성된 인덕턴스를 나타내며, Lq2은 제2 권선 유닛(N2)에 의해 횡축에 형성된 인덕턴스를 나타내고, Ld는 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 직축에 형성된 인덕턴스의 합계를 나타내며, Lq는 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 횡축에 형성된 인덕턴스의 합계를 나타낸다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 모터 코일(12)이 구동 회로를 형성하게 될 때, Te=Te1+Te2가 되고, Te/2=Te1=Te2가 되도록; 또는 Te1=Te/2+T, Te2=Te/2-T, 및 T≠0이 되도록; 또는 Te=Te1+Te2가 충족된다면, Te1=2*Te/3+T, Te2=1*Te/3-T, 및 T≠0이 되도록 제어된다.
바람직하게는, Te/2=Te1=Te2, id*=id1*=id2*, 및 iq*=iq1*=iq2*가 되도록 제어된다. 이 경우, 모터 코일(12)의 2개의 세트의 권선 유닛의 출력 전류는 사인 전류이고 동일한 진폭을 갖고, 그에 따라 2개의 세트의 권선의 출력 전력은 일정하도록 보장될 수 있다. 또한, 가역 PWM 정류기(11)의 브리지 아암은 균형적인 방식으로 사용되고, 그에 따라 가역 PWM 정류기(11)의 서비스 수명이 연장된다.
구체적으로, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 목표 토크는 모터 코일(12)에 의해 생성된 목표 토크를 사용함으로써 Te=Te1+Te2에 기초하여 획득된다. 제1 권선 유닛(N1)의 목표 토크에 따라 테이블 룩업이 수행되어 가장 작은 id1* 및 iq1*를 획득하고, 제2 권선 유닛(N2)의 목표 토크에 따라 테이블 룩업이 수행되어 가장 작은 id2* 및 iq2*를 획득하고, id1*, iq1*, id2*, 및 iq2*를 획득한다. 테이블 룩업은, 획득한 id1*, iq1*, id2*, 및 iq2*가 토크의 크기를 충족하면서 가장 작은 값임을 보장하도록 내장 영구 자석 동기 모터의 주행 프로세스에서 질의 전류 및 전압 추적 테이블일 수 있다.
또한, 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)에 의해 요구되는 충전 및 방전 전류가 획득되고, 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(n1로부터 도출됨)의 전류 in1 및 제2 권선 유닛(N2)의 중성선(n4로부터 도출됨)의 전류 in2가 요구되는 충전 및 방전 전류와 전술한 수학식 (3)에 따라 획득된다.
이 구현에서, 충전 및 방전과 구동이 동시에 구현될 수 있어, 에너지 변환 디바이스의 용례의 유연성을 개선시킨다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 제1 권선 유닛(N1)을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 크기는 0이 되지 않도록 제어되고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 토크의 크기는 동일하고 0이 아니며, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)은 가열 회로 및 구동 회로를 형성한다.
제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 모터 코일(12)의 한 세트의 권선 유닛, 가역 PWM 정류기(11), 및 배터리(2)가 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기(11), 제1 권선 유닛(N1), 및 제2 권선 유닛(N2)이 가열 회로 및 구동 회로를 형성할 때, 에너지 변환 디바이스는 충전 및 방전, 가열, 및 구동 프로세스를 동시에 수행한다. 이 프로세스에서, 제x 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 가열 전력은
Figure pct00009
이며, 여기서 m은 제x 세트의 권선 유닛의 권선의 위상 개수를 나타내고,
Figure pct00010
는 제x 세트의 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 진폭을 나타내며, Rs는 제x 세트의 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 위상 저항을 나타내고, Rs0은 제x 세트의 권선 유닛의 중성선과 연결된 각각의 위상의 코일 브랜치의 위상 저항을 나타내며,
Figure pct00011
는 제x 세트의 권선 유닛의 전류에 의해 직축 및 횡축에 형성된 전류 벡터의 합계를 나타낸다. 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 이 경우, Rs는 제1 권선 유닛(N1)에서 제1 위상의 권선(A)의 코일 브랜치(A1)와 코일 브랜치(A2)에 의해 형성된 위상 저항, 제1 권선 유닛(N1)에서 제2 위상의 권선(B)의 코일 브랜치(B1)와 코일 브랜치(B2)에 의해 형성된 위상 저항, 또는 제1 권선 유닛(N1)에서 제3 위상의 권선(C)의 코일 브랜치(C1) 및 코일 브랜치(C2)에 의해 형성된 위상 저항을 나타내고; Rs0은 제1 권선 유닛(N1)에서 제1 위상의 권선(A)의 코일 브랜치(A1)의 위상 저항, 제1 권선 유닛(N1)에서 제1 위상의 권선(A)의 코일 브랜치(A2)의 위상 저항, 제1 권선 유닛(N1)에서 제2 위상의 권선(B)의 코일 브랜치(B1)의 위상 저항, 제1 권선 유닛(N1)에서 제2 위상의 권선(B)의 코일 브랜치(B2)의 위상 저항, 제1 권선 유닛(N1)에서 제3 위상의 권선(C)의 코일 브랜치(C1)의 위상 저항, 또는 제1 권선 유닛(N1)에서 제3 위상의 권선(C)의 코일 브랜치(C2)의 위상 저항을 나타낸다.
이 경우, 모터 코일(12)의 각각의 세트의 권선 유닛의 전류는 직축, 횡축, 및 영축에서 열을 생성시킬 수 있다. 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용되고, 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 가열 전력은 다음 수학식 (7)에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00012
P1은 영축 상에 제1 권선 유닛(N1)에 의해 생성된 목표 가열 전력을 나타내고, P2는 영축 상에 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 목표 가열 전력을 나타내며, P3은 직축 및 횡축 상에 제1 권선 유닛(N1)에 의해 생성된 목표 가열 전력을 나타내고, P4는 직축 및 횡축 상에 제2 권선(N2)에 의해 생성된 목표 가열 전력을 나타내며, is1*는 제1 권선 유닛(N1)을 통해 유동하는 전류에 의해 직축과 횡축 상에 형성된 전류 벡터의 합계를 나타내고, is2*는 제2 권선 유닛(N2)을 통해 유동하는 전류에 의해 직축과 횡축 상에 형성된 전류 벡터의 합계를 나타내며, is*는 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2)을 통해 유동하는 전류에 의해 직축과 횡축 상에 형성된 전류 벡터의 합계를 나타내고, Rs는 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 위상 저항을 나타내며, Rsn은 중성선과 연결된 각각의 위상의 권선 브랜치의 위상 저항을 나타낸다(이 구현에서, 중성선과 연결된 각각의 위상의 권선 브랜치의 위상 저항은 서로 동일함).
구체적으로, in*=in1*+in2*≠0, n1*=in*/2+i, in2*=in*/2-i, 및 i≠0이 되도록; 또는 in*=in1*+in2*≠0이 충족된다면, in1*=2*in*/3+i, in2*=in*/3-i, 및 i≠0이 되도록 제어된다. 한편, in1*=in*/2+i, in2*=in*/2-i, 및 i≠0이 되도록 제어되고; Te=Te1+Te2가 되고, Te/2=Te1=Te2가 되도록; 또는 Te1=Te/2+T, Te2=Te/2-T, 및 T≠0이 되도록; 또는 Te=Te1+Te2가 충족된다면, Te1=2*Te/3+T, Te2=1*Te/3-T, 및 T≠0이 되도록 제어된다.
바람직하게는, Te/2=Te1=Te2, id*=id1*=id2*, 및 iq*=iq1*=iq2*가 되도록 제어된다. 이 경우, 모터 코일(12)의 2개의 세트의 권선 유닛의 출력 전류는 사인 전류이고 동일한 진폭을 갖고, 그에 따라 2개의 세트의 권선 유닛의 출력 전력은 일정하도록 보장될 수 있다. 또한, 가역 PWM 정류기(11)의 브리지 아암은 균형적인 방식으로 사용되고, 그에 따라 가역 PWM 정류기(11)의 서비스 수명이 연장된다.
이 실시예에서, 각각의 세트의 권선 유닛의 전류는 영축, 횡축, 및 직축 상에 가열 전력을 생성할 수 있고, 가열 전력에 대한 제어가 보다 유연할 수 있다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 가역 PWM 정류기(11)는 제어기와 연결되고, 제어기는 각각의 세트의 권선 유닛에서 각각의 위상 권선의 실제 전류를 획득하고: 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 획득하도록; 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 직축, 횡축, 및 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 요구되는 목표 영축 전류, 목표 직축 전류 및 목표 횡축 전류를 획득하도록; 목표 영축 전류, 목표 직축 전류, 목표 횡축 전류, 및 각각의 세트의 권선 유닛을 통해 유동하는 실제 전류에 따라 각각의 세트의 권선 유닛과 연결된 가역 PWM 정류기(11)의 브리지 아암의 듀티 사이클을 획득하도록 추가로 구성되며, 여기서 각각의 위상 브리지 아암의 총 듀티 사이클은, 각각의 세트의 권선 유닛의 영축 전류에 대해 폐회로 제어를 수행함으로써 획득된 듀티 사이클을 직축 전류 및 횡축 전류에 대해 벡터 제어를 수행함으로써 획득된 각각의 위상 브리지 아암의 듀티 사이클에 추가하여 획득된다.
이 구현에서, 각각의 세트의 권선 유닛에서 각각의 위상 권선을 통해 유동하는 실제 전류는 취득 및 계산을 통해 획득되고, 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 열은 배터리(2)가 위치되는 환경의 온도 및 배터리(2)에 의해 출력되는 직류 전류 및 직류 전압에 따라 계산되며, 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력은 열에 따라 획득된다. 직축, 횡축, 및 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 요구되는 목표 영축 전류, 목표 직축 전류, 및 목표 횡축 전류는 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 획득되고, 각각의 세트의 권선 유닛과 연결된 가역 PWM 정류기(11)의 브리지 아암의 듀티 사이클은 목표 영축 전류, 목표 직축 전류, 및 목표 횡축 전류, 그리고 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 직축, 횡축, 및 영축 상에 형성된 실제 전류 벡터에 따라 획득되며, 여기서 각각의 위상 브리지 아암의 총 듀티 사이클은, 각각의 세트의 권선 유닛의 영축 전류에 대해 폐회로 제어를 수행함으로써 획득된 듀티 사이클을 직축 전류 및 횡축 전류에 대해 벡터 제어를 수행함으로써 획득된 각각의 위상 브리지 아암의 듀티 사이클에 추가하여 획득된다.
이 구현에서, 모터 코일(12)의 가열 전력을 조절하는 목적은 가역 PWM 정류기(11)의 브리지 아암의 듀티 사이클을 조절함으로써 달성될 수 있다.
또한, 이 실시예의 구현으로서, 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 획득하고, 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 직축, 횡축, 및 영축 상에 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 요구되는 목표 영축 전류, 목표 직축 전류, 및 목표 횡축 전류를 획득하는 프로세스는:
배터리가 위치되는 환경의 온도에 따라 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 획득하는 단계;
각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되어야 하는 토크에 따라 직축 및 횡축 상의 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 요구되는 목표 직축 전류 및 목표 횡축 전류를 획득하고, 목표 직축 전류 및 목표 횡축 전류에 따라 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되는 제1 가열 전력을 획득하는 단계;
각각의 세트의 권선 유닛에 의해 요구되는 충전 및 방전 전류에 따라 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 실제 영축 전류를 획득하고, 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 실제 영축 전류에 따라 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 제2 가열 전력을 획득하며, 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 제1 가열 전력 및 제2 가열 전력을 합산함으로써 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력을 획득하는 단계; 및
모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력이 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력보다 클 때, 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력 및 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 계산하고, 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 목표 영축 전류를 계산하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 도 2에 도시된 회로 구조의 예시적인 다이어그램이 예로서 사용된다. 구체적으로, 토크 MTPA&MTPV 테이블 룩업은 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되어야 하는 토크에 따라 수행되어, 가장 작은 id1*, iq1*, id2*, 및 iq2*를 획득한다. P3 및 P4는 수학식 (7)에 따라 계산되며, 직축 및 횡축 상에 모터 코일(12)에 의해 생성된 제1 가열 전력은 P4에 P3을 추가함으로써 추가로 획득되고, 제1 가열 전력이 목표 가열 전력 이상일 때, 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류는 더 이상 조절되지 않는다.
제1 가열 전력이 목표 가열 전력보다 작을 때, 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 실제 영축 전류는 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 요구되는 충전 및 방전 전류에 따라 획득되며, 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 제2 가열 전력, 즉 P1과 P2의 합계는 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 실제 영축 전류에 따라 획득되고, 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력은 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성된 제1 가열 전력 및 제2 가열 전력을 합산함으로써 획득된다. 구체적으로, 영축 상의 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 전류는 수학식 (3)에 따라 획득되고, 영축 상의 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 제2 가열 전력은 영축 상의 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)의 전류 및 수학식 (5)에 따라 획득되며, 직축 및 횡축 상의 모터 코일(12)에 의해 생성된 제1 가열 전력 및 영축 상의 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)에 의해 생성된 제2 가열 전력은 모터 코일(12)의 실제 가열 전력을 획득하도록 추가된다.
또한, 모터 코일(12)의 실제 가열 전력은 모터 코일(12)의 목표 가열 전력과 비교된다. 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력이 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력보다 클 때, 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력, 즉 P1 및 P2의 합계는 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력 및 모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 계산된다. 게다가, 제1 권선 유닛(N1)의 중성선(n1로부터 도출됨)의 전류 in1, 제2 권선 유닛(N2)의 중성선(n4로부터 도출됨)의 전류 in2, 및 제1 권선 유닛(N1)과 제2 권선 유닛(N2) 사이에 주입되는 전류 i는 영축 상에 각각의 세트의 권선 유닛에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력 및 수학식 (7)의 계산 방법에 따라 획득되어, 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 목표 영축 전류를 획득하고, 목표 직축 전류, 목표 횡축 전류, 및 목표 영축 전류는 직축, 횡축, 및 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류를 조절함으로써 도달한다.
모터 코일(12)에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력이 모터 코일(12)에 의해 생성된 실제 가열 전력 이하일 때, 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류의 크기가 조절되어, 모터 코일(12)에 의해 생성된 열을 감소시킴으로써, 모터 코일(12)에 의해 생성된 열이 목표 가열 전력을 충족시키는 것을 보장한다.
이 구현에서, 에너지 변환 디바이스가 DC 충전 및 방전과 가열 모드에서 작동하거나 DC 충전 및 방전, 가열, 및 구동 모드에서 작동할 때, 직축, 횡축, 및 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류가 계산되어, DC 충전 및 방전과 가열에 대한 요건 또는 DC 충전 및 방전, 가열, 및 구동에 대한 요건을 충족시킬 수 있다. 그에 따라, 에너지 변환 디바이스가 동시에 DC 충전 및 방전 상태와 가열 상태에 있을 수 있고, 또한 동시에 DC 충전 및 방전 상태, 가열 상태, 및 구동 상태에 있을 수 있어, 에너지 변환 디바이스에 대한 다양한 적용 시나리오의 요건을 충족시킬 수 있다.
에너지 변환 디바이스는 대안적으로 구동 모드에만 있을 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 경우, 배터리(2)는 전력을 공급하고 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류는 0으로 제어되며, 가역 PWM 정류기(11)는 직류를 교류로 변환하여 모터를 구동한다.
또한, 에너지 변환 디바이스는 대안적으로 가열 모드 및 구동 모드에 있을 수 있다. 이 경우, 배터리(2)는 전력을 공급하고 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류는 0으로 제어되며, 가역 PWM 정류기(11)는 직류를 교류로 변환하여 모터를 구동하고, 가열 전력은 직축 및 횡축 상의 각각의 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 전류를 사용함으로써 생성되어, 모터 코일(12)이 열을 생성하게 하거나; 또는 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류는 0이 되지 않도록 제어되고, 가역 PWM 정류기(11)는 직류를 교류로 변환하여 모터를 구동하고, 가열 전력은 영축 상의 각각의 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 전류를 사용함으로써 생성되어, 모터 코일(12)이 열을 생성하게 하거나; 또는 영축 상의 각각의 권선 유닛의 전류는 0이 되지 않도록 제어되고, 가역 PWM 정류기(11)는 직류를 교류로 변환하여 모터를 구동하고, 가열 전력은 영축 상의 각각의 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 전류를 사용함으로써 생성되며, 가열 전력은 직축 및 횡축 상의 각각의 권선 유닛의 각각의 위상 권선의 전류를 사용함으로써 생성되어, 모터 코일(12)이 열을 생성하게 한다.
이 실시예에서, 가역 PWM 정류기(11)와 모터 코일(12)을 포함하는 에너지 변환 디바이스가 사용된다. 에너지 변환 디바이스가 외부 배터리(2), 제1 DC 충전 및 방전 포트(3), 및 제2 충전 및 방전 포트(4)와 연결된 후, 에너지 변환 디바이스는 2개의 충전 및 방전 포트를 사용하여 동시에 충전 및 방전을 구현할 수 있고, 하나의 충전 및 방전 포트를 사용하여 충전을 추가로 구현하고 다른 충전 및 방전 포트를 사용하여 방전을 구현할 수 있다. 또한, 에너지 변환 디바이스는 가열 모드, 가열 및 구동 모드, 가열/구동/충전 및 방전 모드, 충전 및 방전/구동 모드, 충전 및 방전/가열 모드, 또는 충전 및 방전 모드 중 하나를 선택하여 작동할 수 있다. 대응하는 전류 벡터는 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 전류에 의해 형성되고, 모터 코일(12)의 토크 및 가열 전력은 직축, 횡축, 및 영축 상의 전류 벡터의 크기와 방향을 제어함으로써 제어되고, 그에 따라 모터 코일(12)은 배터리(2)를 가열하기 위한 가열 전력 및/또는 토크를 발생시킬 수 있거나, 또는 외부 디바이스가 사용되어 배터리를 가열하기 위한 열을 생성하고 모터 구동이 추가로 구현될 수 있어, 관련 기술의 전기 차량의 배터리 가열 제어 회로의 복잡한 구조, 낮은 집적도, 큰 체적, 및 높은 비용의 문제를 해결할 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 제2 실시예는 에너지 변환 디바이스를 제공하며, 에너지 변환 디바이스는:
적어도 제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)을 포함하는 모터 코일(12) - 제1 권선 유닛(N1)은 적어도 하나의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛(N2)은 적어도 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛(N1)은 제2 권선 유닛(N2)의 중성선 중 적어도 하나와 연결됨 -;
제1 권선 유닛(N1) 및 제2 권선 유닛(N2)과 각각 연결된 가역 펄스 폭 변조(PWM) 정류기(11);
제1 충전 및 방전 연결 단부(51) 및 제2 충전 및 방전 연결 단부(52)를 포함하는 충전 및 방전 연결 단부 그룹(5) - 모터 코일(12)의 적어도 하나의 권선 유닛의 적어도 하나의 중성선은 제1 충전 및 방전 연결 단부(51)와 연결되고, 제2 충전 및 방전 연결 단부(52)는 가역 PWM 정류기(11)의 제2 버스 단자와 연결됨 -; 및
제1 에너지 저장 연결 단부(61) 및 제2 에너지 저장 연결 단부(62)를 포함하는 에너지 저장 연결 단부 그룹(6)을 포함하고, 제1 에너지 저장 연결 단부(61)는 가역 PWM 정류기(11)의 제1 버스 단자와 연결되며, 제2 에너지 저장 연결 단부(62)는 가역 PWM 정류기(11)의 제2 버스 단자와 연결된다.
외부 제1 직류(DC) 충전 및 방전 포트(3)의 제1 단부는 제1 충전 및 방전 연결 단부(51)와 연결되고, 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)의 제2 단부는 제2 충전 및 방전 연결 단부(52)와 연결되며, 외부 배터리(2)의 제1 단부는 제1 에너지 저장 연결 단부(61)와 연결되고, 배터리(2)의 제2 단부는 제2 에너지 저장 연결 단부(62)와 연결된다. 이 실시예의 특정 작동 방식에 대해, 본 출원의 제1 실시예를 참조할 수 있으며, 세부 사항은 본 출원에서 다시 설명되지 않는다.
또한, 본 출원의 제3 실시예는, 본 출원의 제1 실시예에서 설명된 에너지 변환 디바이스 또는 본 출원의 제2 실시예에서 설명된 에너지 변환 디바이스를 포함하는 차량을 추가로 제공한다.
이 실시예의 차량에서 에너지 변환 디바이스의 구체적인 작동 원리에 대해, 전술한 제1 실시예의 에너지 변환 디바이스의 상세한 설명을 참조할 수 있으며, 세부 사항은 본 출원에서 다시 설명되지 않는다.
도 23에 도시된 바와 같이, 모터 구동의 냉각 시스템과 배터리 팩의 냉각 시스템이 통신 상태에 있다. 구체적으로, 배터리 팩의 가열 및 냉각 회로는 다음 회로: 모터 구동 시스템 냉각 회로, 배터리 냉각 시스템 회로, 및 공조 시스템 냉각 회로의 회로를 포함한다. 배터리 냉각 시스템 회로는 열 교환 플레이트를 통해 공조 냉각 시스템과 일체화되고; 배터리 냉각 시스템 회로는 4방향 밸브를 통해 모터 구동 시스템 냉각 회로와 통신한다. 모터 구동 시스템 냉각 회로는 3방향 밸브의 스위칭을 통해 라디에이터와 연결되거나 라디에이터로부터 연결 해제된다. 모터 구동 시스템 냉각 회로와 배터리 냉각 시스템 회로는 밸브 스위칭을 통해 튜브 내 냉각 유체의 유동 방향을 변경하고, 그에 따라 모터 구동 시스템에 의해 가열된 냉각 유체가 배터리 냉각 시스템으로 유동하여 모터 구동 시스템으로부터 배터리 냉각 시스템으로 열을 전달한다. 모터가 비가열 모드에서 작동할 때, 3방향 밸브와 4방향 밸브의 스위칭을 통해, 모터 구동 시스템의 냉각 유체가 회로(A)를 통해 유동하고, 배터리 냉각 시스템의 냉각 유체가 회로(C)를 통해 유동하며; 모터가 가열 모드에서 작동할 때, 3방향 밸브와 4방향 밸브의 스위칭을 통해, 모터 구동 시스템의 냉각 유체가 회로(B)를 통해 유동하고, 그에 따라 모터 구동 시스템에 의해 가열된 냉각 유체가 배터리 팩 냉각 회로로 유동하여 배터리를 가열시킨다.
이 실시예에서, 가역 PWM 정류기(11)와 모터 코일(12)을 포함하는 에너지 변환 디바이스가 사용된다. 에너지 변환 디바이스가 외부 배터리(2), 및 제1 DC 충전 및 방전 포트(3)와 연결된 후, 에너지 변환 디바이스는 가열 모드, 가열 및 구동 모드, 가열/구동/충전 및 방전 모드, 충전 및 방전/구동 모드, 충전 및 방전/가열 모드, 또는 충전 및 방전 모드 중 하나를 선택하여 작동할 수 있다. 대응하는 전류 벡터는 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임 상의 각각의 세트의 권선 유닛의 전류에 의해 형성되고, 모터 코일(12)의 토크 및 가열 전력은 직축, 횡축, 및 영축 상의 전류 벡터의 크기와 방향을 제어함으로써 제어되고, 그에 따라 모터 코일(12)은 배터리(2)를 가열하기 위한 가열 전력 및/또는 토크를 발생시킬 수 있어, 관련 기술에서 배터리를 가열하도록 특별히 구성된 디바이스가 생략될 수 있으며, 모터 구동이 추가로 구현될 수 있어, 관련 기술의 전기 차량의 배터리 가열 제어 회로의 복잡한 구조, 낮은 집적도, 큰 체적, 및 높은 비용의 문제를 해결할 수 있다.
본 출원의 설명에서, "중심", "길이방향", "횡방향", "길이", "폭", "두께", "위", "아래", "앞", "뒤", "좌측", "우측", "수직", "수평", "상단", "하단", "내측", "외측", "시계 방향", "반시계 방향" ", "축방향", "반경방향" 및 "원주방향"과 같은 용어에 의해 나타낸 배향 또는 위치 관계는 첨부 도면에 도시된 배향 또는 위치 관계를 기초로 하며, 언급된 디바이스 또는 구성요소가 특정 배향을 가져야 하거나 특정 배향으로 구성 및 작동되어야 함을 명시 또는 암시하는 것이 아니라 단지 용이하고 간결한 예시 및 설명을 위해 사용됨을 이해하여야 한다. 따라서, 이러한 용어는 본 출원을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
또한, "제1 " 및 "제2 "라는 용어는 설명의 목적으로만 사용되며, 상대적 중요성을 나타내거나 암시하거나 명시된 다수의 기술적 피처를 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, "제1" 또는 "제2"에 의해 제한되는 피처는 하나 이상의 피처를 명시적으로 또는 암시적으로 포함할 수 있다. 본 출원의 설명에서, "복수"는 달리 명확하고 구체적으로 제한되지 않는 한 2개 이상을 의미한다.
본 출원에서, "설치", "연결", "결합" 및 "고정"과 같은 용어는, 달리 명시적으로 지정되거나 정의되지 않는 한, 넓은 의미로 이해하여야 한다. 예를 들어, 연결은 고정 연결, 분리 가능한 연결, 또는 일체형 연결일 수 있거나; 또는 연결은 기계적 연결 또는 전기적 연결; 직접 연결, 중간체를 통한 간접 연결, 2개의 요소 사이의 내부 통신 또는 2개의 요소 사이의 상호 작용 관계일 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 특정 상황에 따라 본 출원에서 전술한 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
본 출원에서, 달리 명시적으로 지정되거나 정의되지 않는 한, 제2 피처 "위" 또는 "아래"에 위치된 제1 피처는 제2 피처와 직접 접촉하는 제1 피처일 수 있거나, 또는 중개자를 통해 제2 피처와 간접 접촉하는 제1 피처일 수 있다. 또한, 제1 피처가 제2 피처 "위에", "상방에" 또는 "상에" 있다는 것은 제1 피처가 제2 피처 바로 위에 있거나 비스듬히 위에 있음을 나타낼 수 있거나, 또는 단순히 제1 피처의 수평 위치가 제2 피처의 수평 위치보다 높음을 나타낼 수 있다. 제1 피처가 제2 피처의 "아래에", "하방에" 및 "하에" 있다는 것은 제1 피처가 제2 피처의 바로 아래에 또는 제2 피처의 경사진 바닥에 있다는 것이나 또는 단지 제1 피처의 수평 위치가 제2 피처의 수평 위치보다 낮다는 것을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 설명에서, "일 실시예", "일부 실시예", "일 예", "구체적인 예" 또는 "일부 예"와 같은 참조 용어의 설명은 실시예 또는 예를 참조하여 설명된 특정 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시예 또는 예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 전술한 용어에 대한 개략적인 설명이 반드시 동일한 실시예 또는 예에 관한 것은 아니다. 게다가, 설명된 특정 피처, 구조, 재료, 또는 특성은 어느 하나 이상의 실시예 또는 예에서 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자는 본 명세서에 설명된 상이한 실시예 또는 예와, 서로 모순되지 않는 한, 상이한 실시예 또는 예의 피처를 통합하거나 조합할 수 있다.
이상에서 본 출원의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 전술한 실시예는 예시적인 것이며, 본 출원을 제한하는 것으로 이해될 수 없음을 이해할 수 있을 것이다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 출원의 범위를 벗어나지 않고 전술한 실시예에 대한 변경, 수정, 대체 및 변형을 수행할 수 있다.

Claims (16)

  1. 에너지 변환 디바이스로서, 가역 펄스 폭 변조(PWM) 정류기 및 모터 코일을 포함하고, 모터 코일은 적어도 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛을 포함하며, 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛은 둘 모두 가역 PWM 정류기와 연결되고;
    외부 배터리, 가역 PWM 정류기, 모터 코일, 및 외부 제1 직류(DC) 충전 및 방전 포트는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하며; 제1 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛은 제2 권선 유닛의 중성선들 중 적어도 하나와 연결되고; 권선 유닛들 중 적어도 하나의 적어도 하나의 중성선은 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제1 단부와 연결되고, 가역 PWM 정류기는 배터리의 제1 단부 및 배터리의 제2 단부와 각각 연결되며, 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제2 단부는 배터리의 제2 단부와 연결되는, 에너지 변환 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 가역 PWM 정류기는 한 세트의 M-위상 브리지 아암들을 포함하고, 각각의 위상 브리지 아암의 제1 단부들은 공동으로 연결되어 제1 버스 단자를 형성하며, 각각의 위상 브리지 아암의 제2 단부들은 공동으로 연결되어 제2 버스 단자를 형성하고, 제1 버스 단자는 배터리의 제1 단부와 연결되며, 제2 버스 단자는 배터리의 제2 단부 및 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제2 단부와 연결되며;
    모터 코일은 적어도 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛을 포함하고, 제1 권선 유닛은 한 세트의 m1-위상 권선들을 포함하며, m1-위상 권선들의 각각의 위상 권선은 n1 코일 브랜치들을 포함하고, 각각의 위상 권선의 n1 코일 브랜치들은 공동으로 연결되어 위상 종점을 형성하고, m1-위상 권선들의 위상 종점은 M-위상 브리지 아암들의 m1-위상 브리지 아암들의 각각의 위상 브리지 아암의 중간점들과 일대일 대응으로 연결되며, m1-위상 권선들의 각각의 위상 권선의 n1 코일 브랜치들 중 하나의 코일 브랜치는 다른 위상의 권선들의 n1 코일 브랜치들 중 하나의 코일 브랜치와 각각 추가로 연결되어 n1 연결 지점들을 형성하고, T1 중성 지점들은 n1 연결 지점들로부터 형성되며, J1 중성선들은 T1 중성 지점들로부터 도출되고, n1≥T1≥1, T1≥J1≥1, m1≥2이고, n1, m1, T1, 및 J1은 모두 양의 정수이며;
    제2 권선 유닛은 한 세트의 m2-위상 권선들을 포함하며, m2-위상 권선들의 각각의 위상 권선은 n2 코일 브랜치들을 포함하고, 각각의 위상 권선의 n2 코일 브랜치들은 공동으로 연결되어 위상 종점을 형성하고, m2-위상 권선들의 위상 종점은 M-위상 브리지 아암들의 m2-위상 브리지 아암들의 각각의 위상 브리지 아암의 중간점들과 일대일 대응으로 연결되며, m2-위상 권선들의 각각의 위상 권선의 n2 코일 브랜치들 중 하나의 코일 브랜치는 다른 위상의 권선들의 n2 코일 브랜치들 중 하나의 코일 브랜치와 각각 추가로 연결되어 n2 연결 지점들을 형성하고, T2 중성 지점들은 n2 연결 지점들로부터 형성되며, J2 중성선들은 T2 중성 지점들로부터 도출되고, n2≥T2≥1, T2≥J2≥1, m2≥2, M≥m1+m2이고, n2, m2, T2 및 J2는 모두 양의 정수이며;
    J1 중성선들 중 적어도 하나의 중성선은 J2 중성선들 중 적어도 하나의 중성선과 연결되고, J1 중성선들 중 적어도 하나의 중성선 및/또는 J2 중성선들 중 적어도 하나의 중성선은 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제1 단부와 연결되는, 에너지 변환 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, n1≥T1≥2 및 T1≥J1≥2 일 때, J1 중성선들 중 적어도 하나의 중성선은 J2 중성선들 중 적어도 하나의 중성선과 연결되고, J1 중성선들 중 적어도 다른 중성선은 제1 DC 충전 및 방전 포트의 제1 단부와 연결되는, 에너지 변환 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, n2≥T2≥2 및 T2≥J2≥2일 때, J2 중성선들 중 적어도 다른 중성선은 외부 제2 DC 충전 및 방전 포트의 제1 단부와 연결되고, 제2 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하는, 에너지 변환 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 DC 충전 및 방전 포트가 DC 전력 공급 디바이스와 연결될 때, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 제1 권선 유닛, 제2 권선 유닛, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 제1 권선 유닛, 제2 권선 유닛, 및 가역 PWM 정류기는 DC 충전 및 저장 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 제1 권선 유닛, 제2 권선 유닛, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 및 방출 회로를 형성하는, 에너지 변환 디바이스.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 DC 충전 및 방전 포트가 DC 전력 소비 디바이스와 연결될 때, 배터리, 가역 PWM 정류기, 제2 권선 유닛, 제1 권선 유닛, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 회로를 형성하고, 배터리, 가역 PWM 정류기, 제2 권선 유닛, 제1 권선 유닛, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 저장 회로를 형성하고, 가역 PWM 정류기, 제2 권선 유닛, 제1 권선 유닛, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 및 DC 전력 소비 디바이스는 DC 방전 및 방출 회로를 형성하는, 에너지 변환 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 변환 디바이스는 버스 커패시터를 더 포함하고, 버스 커패시터는 가역 PWM 정류기와 병렬로 연결되며,
    제1 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기, 제1 권선 유닛, 및 제2 권선 유닛은 가열 회로를 형성하는, 에너지 변환 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 에너지 변환 디바이스는 제어기를 더 포함하고, 제1 DC 충전 및 방전 포트는 DC 전력 공급 디바이스와 연결되며, 제어기는 DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 및 가역 PWM 정류기를 제어하여 충전 저장 회로를 형성하고, DC 전력 공급 디바이스, 제1 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 가역 PWM 정류기, 및 배터리를 제어하여 충전 및 방출 회로를 형성하도록 구성되고; 제어기는 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 및 모터 코일의 다른 세트의 권선 유닛들을 제어하여 가열 및 저장 회로를 형성하고, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 모터 코일의 다른 세트의 권선 유닛들, 및 가역 PWM 정류기를 제어하여 가열 및 방출 회로를 형성하도록 추가로 구성되는, 에너지 변환 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 제어기는 외부 신호에 따라 가역 PWM 정류기를 제어하고, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트와 버스 커패시터를 통해 출력된 전류 또는 배터리와 버스 커패시터를 통해 출력된 전류는 모터 코일의 권선 유닛들을 통해 유동하여 토크를 생성하며; 토크의 크기 및 방향을 제어하기 위해 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임의 직축 및 횡축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들의 전류에 의해 형성된 전류 벡터들을 제어하고; 로터 자기장에 기초하여 배향된 동기 회전 기준 프레임의 영축 상에서 각각의 세트의 권선 유닛들의 모든 위상들의 권선들로부터 다른 세트의 권선 유닛들의 모든 위상들의 권선들로 유동하는 전류에 의해 형성된 전류 벡터의 크기를 제어하는, 에너지 변환 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 제1 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 크기는 0이 되지 않도록 제어되고, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기, 제1 권선 유닛, 및 제2 권선 유닛은 가열 회로를 형성하며; 제x 세트의 권선 유닛들에 의해 생성된 가열 전력은
    Figure pct00013
    이고, mx는 제x 세트의 권선 유닛들의 권선들의 위상들의 개수를 나타내며,
    Figure pct00014
    은 제x 세트의 권선 유닛들을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 진폭을 나타내고, Rs0은 제x 세트의 권선 유닛들의 중성선과 연결된 각각의 위상의 권선 브랜치의 위상 저항을 나타내는, 에너지 변환 디바이스.
  11. 제9항에 있어서, 제1 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 크기는 0이 되지 않도록 제어되고, 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛에 의해 생성된 토크의 크기는 동일하고 0이 아니며, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기, 및 모터 코일은 구동 회로를 형성하는, 에너지 변환 디바이스.
  12. 제9항에 있어서, 제1 권선 유닛을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 크기는 0이 되지 않도록 제어되고, 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛에 의해 생성된 토크의 크기는 동일하고 0이 아니며, 그에 따라 제1 DC 충전 및 방전 포트, 모터 코일의 한 세트의 권선 유닛들, 가역 PWM 정류기, 및 배터리는 DC 충전 회로 또는 DC 방전 회로를 형성하고, 버스 커패시터, 가역 PWM 정류기, 제1 권선 유닛, 및 제2 권선 유닛은 가열 회로 및 구동 회로를 형성하며; 제x 세트의 권선 유닛들에 의해 생성된 가열 전력은
    Figure pct00015
    이고, m은 제x 세트의 권선 유닛들의 권선들의 위상들의 개수를 나타내고,
    Figure pct00016
    는 제x 세트의 권선 유닛들을 통해 유동하는 전류에 의해 영축에 형성된 전류 벡터의 진폭을 나타내며, Rs는 제x 세트의 권선 유닛들의 각각의 위상 권선의 위상 저항을 나타내고, Rs0은 제x 세트의 권선 유닛들의 중성선과 연결된 각각의 위상의 코일 브랜치의 위상 저항을 나타내며,
    Figure pct00017
    는 제x 세트의 권선 유닛들의 전류에 의해 직축 및 횡축에 형성된 전류 벡터의 합계를 나타내는, 에너지 변환 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 가역 PWM 정류기는 제어기와 연결되고, 제어기는 각각의 세트의 권선 유닛들에서 각각의 위상 권선의 실제 전류를 획득하고: 모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 획득하도록; 모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 직축, 횡축, 및 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 요구되는 목표 영축 전류, 목표 직축 전류 및 목표 횡축 전류를 획득하도록; 그리고 목표 영축 전류, 목표 직축 전류, 목표 횡축 전류, 및 각각의 세트의 권선 유닛들을 통해 유동하는 실제 전류에 따라 각각의 세트의 권선 유닛들과 연결된 가역 PWM 정류기의 브리지 아암들의 듀티 사이클을 획득하도록 추가로 구성되며, 각각의 위상 브리지 아암의 총 듀티 사이클은, 각각의 세트의 권선 유닛들의 영축 전류에 대해 폐회로 제어를 수행함으로써 획득된 듀티 사이클을 각각의 세트의 권선 유닛들의 직축 전류 및 횡축 전류에 대해 벡터 제어를 수행함으로써 획득된 각각의 위상 브리지 아암의 듀티 사이클에 추가하여 획득되는, 에너지 변환 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 획득하고, 모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 직축, 횡축, 및 영축 상에 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 요구되는 목표 영축 전류, 목표 직축 전류, 및 목표 횡축 전류를 획득하는 프로세스는:
    배터리가 위치되는 환경의 온도에 따라 모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 획득하는 단계;
    각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성되어야 하는 토크에 따라 직축 및 횡축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 요구되는 목표 직축 전류 및 목표 횡축 전류를 획득하고, 목표 직축 전류 및 목표 횡축 전류에 따라 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성되는 제1 가열 전력을 획득하는 단계;
    각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 요구되는 충전 및 방전 전류에 따라 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들의 실제 영축 전류를 획득하고, 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성된 실제 영축 전류에 따라 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성된 제2 가열 전력을 획득하며, 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성된 제1 가열 전력 및 제2 가열 전력을 합산함으로써 모터 코일에 의해 생성된 실제 가열 전력을 획득하는 단계; 및
    모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력이 모터 코일에 의해 생성된 실제 가열 전력보다 클 때, 모터 코일에 의해 생성된 실제 가열 전력 및 모터 코일에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력을 계산하고, 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들에 의해 생성되어야 하는 목표 가열 전력에 따라 영축 상의 각각의 세트의 권선 유닛들의 목표 영축 전류를 계산하는 단계를 포함하는, 에너지 변환 디바이스.
  15. 에너지 변환 디바이스로서,
    적어도 제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛을 포함하는 모터 코일로서, 제1 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하고, 제2 권선 유닛은 적어도 하나의 중성선을 도출하며, 제1 권선 유닛은 제2 권선 유닛의 중성선들 중 적어도 하나와 연결되는, 모터 코일;
    제1 권선 유닛 및 제2 권선 유닛과 각각 연결된 가역 펄스 폭 변조(PWM) 정류기;
    제1 충전 및 방전 연결 단부 및 제2 충전 및 방전 연결 단부를 포함하는 충전 및 방전 연결 단부 그룹으로서, 모터 코일의 적어도 하나의 권선 유닛의 적어도 하나의 중성선은 제1 충전 및 방전 연결 단부와 연결되고, 제2 충전 및 방전 연결 단부는 가역 PWM 정류기의 제2 버스 단자와 연결되는, 충전 및 방전 연결 단부 그룹; 및
    제1 에너지 저장 연결 단부 및 제2 에너지 저장 연결 단부를 포함하는 에너지 저장 연결 단부 그룹을 포함하고, 제1 에너지 저장 연결 단부는 가역 PWM 정류기의 제1 버스 단자와 연결되며, 제2 에너지 저장 연결 단부는 가역 PWM 정류기의 제2 버스 단자와 연결되는, 에너지 변환 디바이스.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 에너지 변환 디바이스를 포함하는 차량.
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