KR20230115341A - 정류기 디바이스, 링크 커패시터 및 사전 충전/방전회로를 갖는 차량 충전 회로 - Google Patents

정류기 디바이스, 링크 커패시터 및 사전 충전/방전회로를 갖는 차량 충전 회로 Download PDF

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발데마르 하이만
마르틴 괴첸베르거
발터 슈로드
토마스 프란츠
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비테스코 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

차량 충전 회로에는 정류기 디바이스(PFC), 적어도 하나의 링크 커패시터(C; C1, C2) 및 적어도 하나의 사전 충전/방전 회로가 제공된다. 정류기 디바이스(PFC)는 사전 충전/방전 회로를 통해 링크 커패시터(C; C1, C2)에 연결된다. 사전 충전/방전 회로는 적어도 하나의 제1 전환 스위치(S1; S2)를 갖고, 제1 전환 스위치는, 제1 위치(NO)에서, 링크 커패시터(C; C1, C2)의 제1 극(+)을 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)에 연결하도록 구성된다. 제2 위치(NC)에서, 상기 전환 스위치는 링크 커패시터(C; C1, C2)의 제1 극(+)을 방전 저항기(PTC, PTC1, PTC2)를 통해 링크 커패시터(C; C1, C2)의 제2 극에 연결한다. 전환 스위치(S1; S2)는 비구동 상태에서 제2 스위칭 위치(NC)를 취하도록 구성된다.

Description

정류기 디바이스, 링크 커패시터 및 사전 충전/방전 회로를 갖는 차량 충전 회로
본 발명은 정류기 디바이스, 링크 커패시터 및 사전 충전/방전 회로를 갖는 차량 충전 회로에 관한 것이다.
전기 구동부가 장착된 차량에는 종종 사람에게 위험한 전압을 출력할 수 있는 고전압 충전식 배터리가 장착되어 있다. 나아가, 이러한 차량에는 충전식 배터리의 전압 또는 충전 스테이션의 정류된 본선 전압으로 충전될 수 있어서 사람에게 잠재적으로 위험할 수 있는 커패시터와 같은 에너지 저장 유닛이 있는 구성 요소가 포함되어 있다.
한편으로, 충전 연결부가 점유되어 있지 않을 때 충전 연결부에서 위험한 접점 전압을 방지하는 데 관심이 있다. 다른 한편으로는, 예를 들어, 보호되지 않은 접점으로 인해 또는 충전 차량과의 후방 충돌 시 오류로 인해 발생할 수 있는 높은 접점 전압으로 인해 야기된 위험을 피하는 데 관심이 있다.
따라서 하나의 목적은 특히 노출된 접점 또는 충전 차량과의 후방 충돌과 관련하여, 그리고 또한 충전식 배터리와 별도로 위험한 전압을 전달할 수 있는 커패시터와 같은 전기 저장 유닛과 관련하여, 위험한 접촉 전압을 보호할 수 있는 방법을 개시하는 것이다.
본 목적은 청구항 1에 따른 차량 충전 회로에 의해 달성된다. 추가 특성, 특징, 실시형태 및 이점은 종속 청구항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.
차량 충전 회로에 정류기 디바이스, 적어도 하나의 중간 회로 커패시터 및 적어도 하나의 사전 충전/방전 회로를 장착하는 것이 제안된다. 사전 충전/방전 회로에는 중간 회로 커패시터의 하나의 극을 사전 충전을 위해 선택적으로 정류기 디바이스에 연결하거나, 방전을 위해 중간 회로 커패시터의 다른 극에 연결하는 전환 스위치(일반적으로 "제1 전환 스위치"라고 함)가 있다. 중간 회로 커패시터의 극을 선택적으로 정류기 또는 방전 저항기에 연결하는 전환 스위치를 사용하는 것으로 인해, 전환 스위치의 설계는 잘못 작동 시에도 정류기 회로가 방전 저항기에 연결될 수 없음을 의미한다. 이는 충전 스테이션이 잘못 분리되거나 지연 분리된 경우 또는 전환 스위치에 오류가 있는 경우 정류기가 방전 저항기에 연결되어 방전 저항기에 영구적으로 전압을 공급하는 것을 막는다. 이는 특히 정류기의 에너지로 인해 방전 저항기가 과열되어 고장 나서 영구적인 전류 흐름이 발생하는 것을 방지한다.
비작동 상태에서 전환 스위치는 중간 회로 커패시터를 정류기가 아닌 방전 저항기에 연결하여 작동 오류 시 정류기로부터 전류가 흐르는 것을 방지한다. 이는 또한 정류기 디바이스로부터 잘못된 영구 전류가 발생하는 것을 방지하는 역할을 하고 특히 중간 회로 커패시터 및 다른 구성요소와 같은 하류 구성요소로부터 정류기 디바이스를 기능적으로 분리할 수 있게 한다.
전환 스위치 및 방전 저항기의 회로의 3가지 다른 변형예가 여기에서 예로서 예시되며, 여기서 도 1 내지 도 3은 제1 변형예와 관련되고, 도 4, 도 5 및 도 8은 제2 변형예에 속하고, 도 6 및 도 7은 제3 변형예를 설명하는 역할을 한다.
차량 충전 회로는 일반적으로 정류기 디바이스, 적어도 하나의 중간 회로 커패시터 및 적어도 하나의 사전 충전/방전 회로를 갖는 것으로 설명된다. 차량 충전 회로는 특히 (차량측 차량 충전 회로의 의미에서) 차량에 제공되고, 예를 들어 차량의 온보드 전력 시스템에 제공되지만, 충전 스테이션에 제공될 수도 있다.
차량 충전 회로 및 그 구성요소는 특히 60볼트 초과 전압, 예를 들어, 적어도 100, 200, 400 또는 800볼트의 정격 전압용으로 설계된다. 차량 충전 회로는 특히 상기 전압 중 하나의 전압에 따라 설계된 차량 견인 배터리를 충전하기 위해 제공된다. DC-DC 전압 변환기는 중간 회로 커패시터에 연결될 수 있으며 예를 들어 충전식 배터리 또는 충전식 배터리 연결부로 이어진다.
사전 충전/방전 회로는 제1 위치에서 중간 회로 커패시터의 제1 극을 정류기 디바이스의 제1 전위에 연결하도록 구성된 적어도 하나의 제1 전환 스위치를 갖는다. 이는 충전 전류를 전달하기 위해 중간 회로 커패시터와 정류기 디바이스 사이에 직접 연결, 즉 (전류 제한) 저항 구성요소 없는 연결을 가능하게 한다. 제2 위치에서, 전환 스위치는 중간 회로 커패시터의 제1 극을 방전 저항기를 통해 중간 회로 커패시터의 제2 극에 연결한다. 따라서 방전 저항기는 제2 위치가 존재할 때 중간 회로 커패시터를 방전시킬 목적으로 제한된 전류 흐름을 가능하게 한다. "방전 저항기"라는 용어는 방전을 목적으로 제공되는 것을 의미하지만 사전 충전과 같은 다른 기능을 배제하지는 않는다.
마지막으로, 전환 스위치는 비작동 상태에서 제2 스위칭 위치를 채택하도록 구성된다. 이 상태에서, 제1 전환 스위치는 방전 저항기를 통해 중간 회로 커패시터의 연결을 가능하게 하여 중간 회로 커패시터를 방전시키기 위해 (가능하게는 또한 중간 회로 커패시터를 사전 충전하기 위해(제3 변형예 참조)) 제한된 전류 흐름을 가능하게 한다.
제1 전환 스위치는 바람직하게는 전기기계식 전환 스위치로 설계된다. 제1 전환 스위치에는 중심 연결부가 있다. 중심 연결부는 중간 회로 커패시터, 특히 중간 회로 커패시터의 제1 극, 예를 들어, 양의 극에 연결된다. 전환 스위치는 전환 스위치의 제1 접점 또는 제2 접점에 선택적으로 연결될 수 있으며, 여기서 전환 스위치는 특히 중심 연결부가 두 접점에 동시에 연결되지 않고 또한 전환 스위치의 두 접점이 언제든지 서로 연결될 수 없도록 설계된다. 방전 저항기는 제1 접점에 직접, 즉 스위치 없는 연결을 통해 연결되거나, 또는 간접, 즉 추가 제2 전환 스위치를 통해 연결될 수 있다. 제2 접점은 정류기 디바이스에 직접, 즉 바람직하게는 임의의 스위치 없이 연결되거나, 또는 간접, 즉 제2 전환 스위치를 통해, 특히 이미 언급한 정류기를 통해 연결된다. 전환 스위치의 비작동 상태에서 중심 연결부는 제2 접점에 연결된다.
따라서 비작동 상태에서, 전환 스위치는 제2 스위칭 위치에 있다. 전환 스위치는 특히 릴레이로 설계되며, 여기서 스프링 힘 등은 바람직하게는 중심 연결부를 제2 접점으로 눌러 비작동 상태에서 중심 연결부를 제2 접점에 전기적으로 연결한다. 여기에서 특히 (전환 스위치의 상태에 관계없이) 중심 연결부에 전기적으로 연결되고 전환 스위치의 상태에 따라 제1 또는 제2 접점에 연결되는 이동 가능 접점 요소가 제공될 수 있다. 이는 두 접점이 서로 연결되거나 또는 중심 연결부가 동시에 두 접점에 연결되는 것을 방지할 수 있다. 제2 전환 스위치는 제1 스위치와 동일한 방식으로 설계될 수 있다. 그러나, 제2 전환 스위치는 제1 전환 스위치와 다른 방식으로 차량 충전 회로에 연결되는 것이 바람직하다.
DC-DC 전압 변환기는 중간 회로 커패시터의 하류에 연결될 수 있다. 이 변환기는 차량 충전 회로의 일부이다. 중간 회로 커패시터가 다수인 경우 하나의 동일한 DC-DC 전압 변환기가 두 중간 회로 커패시터의 하류에 연결될 수 있다. 중간 회로 커패시터가 다수인 경우, 중간 회로 커패시터는 직렬로 서로 직접 연결될 수 있거나, 구성 회로를 통해 서로 연결될 수 있으며, 구성 회로는 중간 회로 커패시터가 직렬 또는 병렬로 서로 연결되는지 여부를 설정하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 양태는 정류기 디바이스가 수동 정류기로 설계되지만 바람직하게는 능동 정류기, 특히 바람직하게는 역률 보정 필터(PFC, 역률 보정)로 설계된다는 것이다. 역률 보정 필터는 특히 입력 전압에 대한 전류의 위상과 전류 형태를 능동적으로 보정하도록 구성된 역률 보정 회로에 부여된 명칭이다. 정류기 회로는 단상 또는 다상 설계일 수 있으며, 이에 따라 단상 또는 다상 설계인 AC 전압 연결부를 가질 수 있다. 특히, 정류기 디바이스는 3상 설계이지만 단상 및 3상 동작용으로 설계된다.
제1 변형예에 따르면, 제1 전환 스위치는 제1 위치에서 스위치를 통해 중간 회로 커패시터의 제1 극을 정류기 디바이스, 특히 제1 전위에 연결하도록 구성된다. 이 경우에, 사전 충전/방전 회로에는 사전 충전 저항기와 또한 스위치가 있다. 이 스위치는 상시 폐쇄된 접점 또는 (바람직하게는) 상사 개방된 접점으로 설계된다. 스위치는 사전 충전 저항기와 병렬로 연결된다. 스위치가 폐쇄되면 이는 사전 충전 저항기(특히 이 저항기만)를 바이패스한다. 스위치가 개방되면 사전 충전 저항기는 중간 회로 커패시터와 정류기 사이의 전류 흐름을 제한한다. 스위치 또는 사전 충전 저항기는 제1 전환 스위치와 정류기 디바이스 사이에 연결되고, 바람직하게는 전환 스위치와 정류기 디바이스의 제1 전위(예를 들어, 양의 전위) 사이의 유일한 연결을 형성한다. 다시 말해, 제1 전환 스위치는 제1 전환 스위치와 사전 충전 저항기로 형성된 병렬 연결부를 통해 정류기 디바이스의 제1 전위에 연결된다.
스위치는 바람직하게는 상시 개방된 접점으로 설계되어서 비작동 상태에서 개방되지만 상시 폐쇄된 접점으로 설계될 수도 있다. 차량 충전 회로가 복수의 이러한 사전 충전/방전 회로가 아니라 단 하나의 사전 충전/방전 회로로만 설계되는 경우, 이는 또한 바람직하게는 단 하나의 중간 회로 커패시터만을 포함한다. 이 경우에, 정류기 디바이스는 또한 단상 설계이다. 나아가, 바람직하게는 또한 단 하나의 DC-DC 전압 변환기가 제공되고, 이는 중간 회로 커패시터의 하류에 연결된다. 또한 이 스위치는, 제1 위치에서 폐쇄되고 사전 충전 저항기를 바이패스하고 제2 위치에서 더 이상 연결되지 않아 개방된 접점에 연결을 수립하는 제2 전환 스위치로 간주될 수 있다. 또한 제2 전환 스위치는 바람직하게는 비제어 상태에서 제2 스위칭 위치를 채택하도록 구성된다.
이 제1 변형예의 추가 실시형태는 다수의 사전 충전/방전 회로 및 다수의 중간 회로 커패시터, 특히 2개의 중간 회로 커패시터를 제공한다. 이 실시형태에서, 바람직하게는 중성 도체 연결부 및 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터가 제공된다. 이는 위에서 언급한 개별 사전 충전/방전 회로와 동일한 방식으로 설계된다. 아래에서 차량 충전 회로 내의 연결을 참조한다. 이 실시형태에서, 중간 회로 커패시터는 중간 지점을 통해 서로 연결된다. 이 중간 지점은 중성 전도체 연결부에 연결되는 것이 바람직하며, 비엔나 정류기로 설계된 정류기 디바이스의 경우 중성 전도체 연결부에 대한 이러한 연결은 생략되거나 대칭 제어기를 가질 수 있다. 정류기 디바이스는 또한 중성 도체 연결부를 갖고 또한 바람직하게는 3상 설계이다. 정류기 디바이스의 중성 도체 연결부는 특히 두 중간 회로 커패시터 사이의 중간 지점에 연결된다. 두 사전 충전/방전 회로와 중간 회로 커패시터는 중간 지점 또는 중성 도체 연결부에 대해 대칭으로 연결되고, 정류기 디바이스의 다른 전위에 연결된다. 제1 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제1 전위와 제1 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 이 경우에, 제1 전위는 정류기 디바이스, 특히 정류기 디바이스의 DC 전압 측의 양의 전위일 수 있다. 제2 사전 충전/방전 회로는 바람직하게는 정류기 디바이스의 제2 전위와 제2 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 제2 전위는 바람직하게는 정류기 디바이스, 특히 정류기 디바이스의 DC 전압 측의 음의 전위이다. 두 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기는 중간 지점을 통해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 따라서 두 방전 저항기는 중성 도체 연결부에 연결된다. 두 사전 충전 저항기 및 이와 병렬인 스위치, 즉 두 사전 충전/방전 회로의 두 병렬 연결부는 정류기 디바이스의 다른 전위에 연결된다. 이것은 제1 전위와 제1 중간 회로 커패시터 사이의 제1 전위 연결부에 사전 충전 저항기의 제1 병렬 연결부를 초래하고, 정류기 디바이스의 제2 전위를 제2 중간 회로 커패시터에 연결하는 제2 전위 레일에 사전 충전 저항기와 스위치의 제2 병렬 연결부를 초래한다. 이러한 실시형태에서, 정류기 디바이스는 3상 설계, 즉 3개의 개별 위상 연결부 및 바람직하게는 또한 중성 도체 연결부를 갖는 설계이다. 정류기 디바이스는 중성 도체 연결부 없이 제공될 수도 있지만 중간 지점은 차량 충전 회로의 중성 도체 연결부에 연결되는 것이 바람직하다.
위의 실시형태에서, 2개의 중간 회로 커패시터는 연결 지점을 통해 서로 직접 연결된다. 그러나, 추가 실시형태는 이들 중간 회로 커패시터가 구성 회로를 통해 서로 연결되는 것을 제공한다. 이 구성 회로는 바람직하게는 특히 정류기 디바이스의 선택 사항인 중성 도체 연결부에 연결될 수도 있는 차량 충전 회로의 중성 도체 연결부에 연결된다. 구성 회로는 중간 회로 커패시터를 서로 연결하고, 중간 회로 커패시터를 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 구성된다. 또한 다른 실시형태 및 변형예에서 구성 회로는 예를 들어 다이오드 연결 지점을 통해 직렬로 서로 연결되는 2개의 다이오드 및 2개의 전환 스위치를 가질 수 있다. 이 다이오드 연결 지점은 차량 충전 회로의 중성 도체 연결부에 연결되고 선택 사항으로 또한 정류기 디바이스에도 연결된다. 전환 스위치는 다이오드를 바이패스하여 중간 회로 커패시터를 서로 직접 및 직렬로 선택적으로 연결하거나, 또는 두 중간 회로 커패시터를 정류기 디바이스의 전위에 연결하여, 두 커패시터가 서로 병렬로 연결되고, 두 커패시터가 정류기 디바이스의 두 전위에 병렬로 연결되도록 한다.
구성 회로를 제공하는 경우, 정류기 디바이스는 또한 3상 설계인 것이 바람직하다. 다수의 중간 회로 커패시터가 제공되는 경우 정류기 디바이스는 3상 설계일 수 있다. 정류기 디바이스를 단상 또는 3상 동작 상태에서 선택적으로 작동시킬 수 있는 제어기가 제공될 수 있고, 이 제어기는 구성 회로에 연결되는 것이 또한 바람직하다. 단상 동작 상태에서, 제어기는 바람직하게는 커패시터를 서로 병렬로 연결하도록 구성 회로를 작동시키고, 정류기 디바이스의 3상 상태에서, 중간 회로 커패시터를 서로 직렬로 연결하도록 구성 회로를 작동시킨다. 그 결과, 단상 동작보다 정류기 디바이스의 더 높은 DC 출력 전압을 수반하는 3상 동작에서는, 각 경우 개별 중간 회로 커패시터에 대한 출력 전압은 절반이 되는 반면, 단상 동작에서는 병렬 연결부로 인해 2개의 커패시터의 커패시턴스가 추가되어 3상 동작에 비해 리플이 높은 정류기 디바이스의 정류 전압의 리플이 더 잘 평활화될 수 있다. 2개의 중간 회로 커패시터가 직렬 동작에서 출력 전압의 절반만을 수신한다는 사실로 인해, 중간 회로 커패시터는 더 낮은 정격 전압에 맞춰 설계되거나 또는 더 높은 입력 전압이 커패시터의 동일한 정격 전압 설계와 함께 사용될 수 있다.
따라서 단일 사전 충전/방전 회로 및 단일 중간 회로 커패시터만을 갖는 제1 변형예의 제1 실시형태에 대해 설명하였으며, 여기서 정류기 디바이스는 바람직하게는 단상 설계이다. 제1 변형예의 제2 및 제3 실시형태는 다수의 사전 충전/방전 회로 및 다수의 중간 회로 커패시터뿐만 아니라 커패시터의 직접 직렬 연결부를 제공하는 반면, 제1 변형예의 제3 실시형태는 중간 회로 커패시터를 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있는 구성 회로를 통해 중간 회로 커패시터를 연결하는 것을 제공한다.
제2 변형예는 차량 충전 회로의 사전 충전/방전 회로가 제1 전환 스위치에 더하여 제2 전환 스위치를 갖는 것을 제공한다. 제1 전환 스위치의 제1 스위칭 위치에서, 제2 전환 스위치는 제1 전환 스위치에 연결되지 않는다. 제1 전환 스위치의 제2 위치에서, 제1 전환 스위치는 중간 회로 커패시터의 제1 극을 제2 전환 스위치에 연결한다. 제2 전환 스위치는 제1 위치에서 제1 전환 스위치를 사전 충전 저항기를 통해 정류기 디바이스의 제1 전위에 연결하고, 제2 위치에서 제1 전환 스위치를 방전 저항기를 통해 중간 회로 커패시터의 제2 극에 연결하도록 구성된다. 다시 말해, 추가 저항기로서 방전 저항기와 사전 충전 저항기가 제공되고, 제2 전환 스위치는 제1 전환 스위치를 사전 충전 저항기 또는 방전 저항기에 선택적으로 연결하는 역할을 한다. 따라서 제2 전환 스위치는 방전 모드와 사전 충전 모드 간을 선택하는 데 사용될 수 있다. 제1 전환 스위치는 여기에서 정류기 디바이스 또는 중간 회로 커패시터가 직접 연결되어야 하는지 또는 사전 충전 또는 방전이 이루어져야 하는지 여부를 선택하는 역할을 하며, 이에 따라 중간 회로 커패시터는 제2 전환 스위치를 통해 상기 2개의 저항기 중 하나에 연결되고, 따라서 중간 회로 커패시터와 정류기 디바이스의 제1 전위가 저항 성분 없이 직접 연결되지 않는다. 이 변형예 및 방전 저항기와 별도로 사전 충전 저항기를 제공하는 모든 변형예에서, 방전 저항기는 사전 충전 저항기보다 더 높은 전력을 위해 설계될 수 있다. 이는 특히 안전과 관련된 빠른 방전을 가능하게 하는 반면, 사전 충전 저항기는 더 낮은 정격 또는 최대 전력으로 설계될 수 있어서 비용 절감 방식으로 설계될 수 있다.
이 (제2) 변형예의 제1 실시형태는 단 하나의 사전 충전/방전 회로 및 또한 단 하나의 중간 회로 커패시터가 제공되는 것을 제공한다. 이 경우에, 정류기 디바이스는 바람직하게는 단상 설계이다. DC-DC 전압 변환기가 제공되는 경우, 단일 중간 회로 커패시터의 하류에 연결된 단 하나의 DC-DC 전압 변환기만이 있는 것이 바람직하다. 이 제2 변형예의 실시형태가 아래에 제시되고, 이 실시형태에서는 다수의 중간 회로 커패시터 및 다수의 사전 충전/방전 회로가 제공된다.
제2 변형예의 제1 실시형태는 직렬로 연결된 다수의 중간 회로 커패시터를 제공한다. 특히 차량 충전 회로의 중성 도체 연결부에 연결될 수 있는 연결 지점을 통해 서로 연결되는 2개의 중간 회로 커패시터가 제공된다. 이 연결부는 선택 사항으로 정류기 디바이스의 중성 도체 연결부에 연결될 수도 있다. 두 사전 충전/방전 회로(및 두 중간 회로 커패시터)는 정류기 디바이스의 서로 다른 전위에 할당된다. 제1 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제1 전위와 제1 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 제2 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제2 전위와 제2 중간 회로 커패시터 사이에 연결되는 것이 바람직하다. 제1 전위는 바람직하게는 양의 전위이고, 제2 전위는 정류기 디바이스 또는 이 정류기 디바이스의 DC 전압 측의 음의 전위이다. 두 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기는 특히 중간 지점을 통해 서로 연결된다. 두 사전 충전 저항기는 사전 충전/방전 회로의 각각의 제2 전환 스위치를 정류기 디바이스의 다른 전위에 연결한다. 차량 충전 회로에는 중간 회로 커패시터 사이의 연결 지점 또는 중성 도체 연결부에 대해 대칭으로 연결된 중간 회로 커패시터 및 사전 충전/방전 회로가 장착되어 있다. 다수의 중간 회로 커패시터의 경우, 이 중간 회로 커패시터는 바람직하게는 동일한 커패시턴스를 갖고 동일한 전압용으로 설계되는 것이 바람직하다.
위에 제시된 제2 변형예의 제2 실시형태가 중간 회로 커패시터의 고정 연결부, 즉 직렬 연결부를 제공한 후, 구성 회로가 제공된 제2 변형예의 제3 실시형태가 아래에 제시된다.
제2 변형예의 제3 실시형태에서, 2개의 중간 회로 커패시터를 서로 연결하는 구성 회로가 제공된다. 구성 회로는 중간 회로 커패시터를 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 구성된다. 특히 차량 충전 회로의 중성 도체 연결부가 있다. 이는 바람직하게는 구성 회로에 연결된다. 이 경우에, 구성 회로는 위에서 제시된 구성 회로에 대응할 수 있다.
제2 변형예의 제2 실시형태에서와 같이, 제2 변형예의 제3 실시형태에서, 제1 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제1 전위와 제1 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 제2 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제2 전위와 제2 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 두 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기는 구성 회로를 통해 서로 연결된다. 이는 중간 회로 커패시터가 구성 회로를 통해 서로 연결되고, 각각의 사전 충전/방전 회로가 각각의 중간 회로 커패시터에 병렬로 연결된다는 사실에 기인한다. 두 사전 충전 저항기는 사전 충전/방전 회로의 각각의 제2 전환 스위치를 정류기 디바이스의 다른 전위에 연결한다.
제3 실시형태에서, 정류기 디바이스는 특히 단상 및 3상 동작용으로 설계되며, 구성 회로는 단상 동작에서 병렬 연결부를 제공하고 3상 동작에서 직렬 연결부를 제공한다.
제3 변형예는 사전 충전/방전 회로 또는 각각의 사전 충전/방전 회로가 방전 저항기를 통해 제1 전환 스위치에 연결된 제2 전환 스위치를 갖는 것을 제공한다. 이 경우에, 제2 전환 스위치는 방전 저항기를 방전을 위해 선택적으로 (사전 충전용 또는 중간 회로 커패시터용) 정류기 디바이스에 연결한다. 제2 변형예에서와 같이, 제1 전환 스위치는 여기서 한편으로는 하나 이상의 중간 회로 커패시터와, 다른 한편으로는 정류기 디바이스 사이에 직접 연결을 선택적으로 제공하거나, 또는 제2 전환 스위치를 통해 사전 충전 또는 방전 경로를 제공하도록 의도된다. 여기서 제2 전환 스위치는 하나의 동일한 저항기가 정류기 디바이스에 연결되는지 또는 중간 회로 커패시터에 연결되는지 여부를 선택하는 역할을 한다. 이 경우에, (적어도 하나의) 사전 충전/방전 회로는 제1 전환 스위치에 더하여 제2 전환 스위치를 갖는다. 제1 전환 스위치는 제2 위치에서 중간 회로 커패시터의 제1 극을 중간 회로 커패시터의 제2 극에 연결되는 제2 전환 스위치에 방전 저항기를 통해 연결하도록 구성된다. 제2 전환 스위치는 제1 위치에서 방전 저항기를 정류기 디바이스의 제1 전위에 연결하도록 구성된다.
이것은 방전 저항기에 사전 충전의 추가 기능을 제공하며, 언급한 바와 같이 제2 전환 스위치는 방전 또는 사전 충전 기능을 설정하는 역할을 한다. 제2 위치에서, 제2 전환 스위치는 방전 저항기를 통해 제1 전환 스위치를 중간 회로 커패시터의 제2 극에 연결한다. 이로 인해 중간 회로 커패시터에 대한 방전 기능이 발생한다. 이중 기능으로 인해 이는 사전 충전/방전 저항기라고도 한다. 정류기 디바이스가 단지 단상 설계인 경우에는 단 하나의 사전 충전/방전 회로도 제공되는 것이 바람직하며 (단일) 중간 회로 커패시터는 정류기 디바이스의 두 전위에 병렬로 연결된다.
추가 실시형태에서, 차량 충전 회로에는 다수의 또는 2개의 사전 충전/방전 회로가 장착되어 있으며, 이 실시형태에서 정류기 디바이스는 바람직하게는 (가능하게는 단상 동작 모드에 더하여) 3상 동작용으로 설계된다.
따라서 제3 변형예의 제2 실시형태는 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터가 있는 것을 제공한다. 중간 회로 커패시터는 중간 지점을 통해 서로 연결된다. 이 중간 지점은 차량 충전 회로의 중성 도체 연결부에 연결될 수 있다. 제1 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제1 전위와 제1 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 제2 사전 충전/방전 회로는 정류기 디바이스의 제2 전위와 제2 중간 회로 커패시터 사이에 연결된다. 두 사전 충전/방전 회로의 제2 전환 스위치는 중간 지점을 통해 서로 연결된다. 이는 중간 회로 커패시터가 또한 중간 지점을 통해 서로 연결되고 각각의 사전 충전/방전 회로가 관련 중간 회로 커패시터에 병렬로 연결된다는 사실에서 비롯된다.
2개의 제1 전환 스위치는 해당 사전 충전/방전 회로의 각각의 방전 저항기를 정류기 디바이스의 상이한 전위에 연결한다. 이 경우에, 단 하나의 사전 충전/방전 회로 및 단 하나의 중간 회로 커패시터를 갖는 차량 충전 회로 또는 단상 실시형태와 달리, 각각의 사전 충전/방전 회로는 전위 레일 모두에 제공되며, 전위 레일은 중간 회로 커패시터를 정류기 디바이스에 연결한다.
제3 변형예의 제3 실시형태는 중간 회로 커패시터 사이의 견고한 직렬 연결을 제공하지 않고 구성 회로를 통한 연결을 제공한다. 상기 구성 회로는 중간 회로 커패시터를 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 구성된다. 선택 사항인 중성 도체 연결부는 구성 회로에 연결된다. 이 경우에도, 구성 회로는 바람직하게는 정류기 디바이스가 단상 동작에 있을 때(단상 모드에 있을 때) 중간 회로 커패시터를 병렬로 연결하도록 구성되고, 정류기 디바이스의 3상 동작이 제공될 때 커패시터 간에 직렬 연결을 제공한다.
제3 변형예에 따른 실시형태는 하나의 동일한 저항기를 사용하여 방전 및 사전 충전 기능을 수행할 수 있게 한다. 이것은 특히 방전 단계와 사전 충전 단계가 일반적으로 서로 직접 그리고 상대적으로 자주 따르지 않기 때문에 가능하며, 따라서 적절히 설계된 경우 저항기가 과열되지 않는다.
여기에 언급된 저항기는 바람직하게는 PTC 저항기이며, 온도 의존 저항 값으로 인해 과열로부터 보호된다. 고장이 발생하면 PTC 저항기가 가열되어 저항 값이 증가하고 PTC 저항기가 전기적 단선을 일으킨다. 몇 분 정도의 냉각 시간 동안 오류의 원인을 바로잡을 수 있다. 냉각 시간 동안, 충전 스테이션은 예를 들어 회로의 AC 충전 연결부로부터 정류기 디바이스를 분리함으로써 또는 충전 스테이션 또는 충전 스테이션의 에너지원과 차량 사이의 차량 외부 연결을 분리함으로써 전기적으로 분리될 수 있다.
차량 충전 회로는 안전을 보장하는 역할을 하는 다음 기능 중 적어도 하나를 수행하도록 더 설계될 수 있다. 특히 차량 충전 회로는 이를 위해 다음 기능 중 적어도 하나를 구현하도록 구성된 모니터링 유닛을 포함한다.
특히 모니터링 유닛의 제1 기능은 예를 들어 적절히 연결된 전압 검출 디바이스를 통해 적어도 하나의 중간 회로 커패시터 양단의 전압을 모니터링하는 것이며, 여기서 중간 회로 커패시터에서 검출된 전압이 미리 정해진 전압 한계를 초과하면 (특히 모니터링 유닛에 의해) 오류 신호가 출력된다. 전압 한계는 이 경우에 가능하게는 안전 마진을 포함하여 적어도 하나의 중간 회로 커패시터의 설계를 반영할 수 있다.
특히 모니터링 유닛의 제2 기능은 방전 저항기에 의해 소비되는 전력을 모니터링하고, 전력으로부터 전력으로 인한 방전 저항기의 온도 상승을 형성하고, 온도 상승이 한계를 초과하는 경우 오류 신호를 출력하는 것이다. 이의 하나의 변형예는 가능하게는 관련 시간 기간의 지속 시간 동안 전력에 기초하여 온도 증가를 결정하는 것이다. 온도 상승이 한계를 초과하는 경우, 온도 증가로 인한 온도가 방전 저항기의 온도 설계에 기초하고 가능하게는 방전 저항기의 주변 온도를 고려하는 한계를 초과하는 경우, 또는 온도 상승이 미리 정해진 지속 시간 내에 미리 정해진 한계를 초과하는 경우 오류 신호가 출력될 수 있다.
특히 모니터링 유닛의 제3 기능은 적어도 하나의 중간 회로 커패시터의 완전한 방전이 가능하지 않은지 또는 미리 정해진 시간 기간 내에 가능하지 않은지 여부를 확인하는 것이다. 차량 충전 회로 및 특히 모니터링 유닛은 이러한 경우에 적어도 하나의 중간 회로 커패시터를 다시 충전하도록 구성된다.
특히 모니터링 유닛의 제4 기능은 완전한 방전이 미리 정해진 시간 기간보다 오래 걸리는 경우 오류 신호를 출력하는 것이다.
완전 방전은 적어도 하나의 중간 회로 커패시터의 공칭 총 커패시턴스의 미리 정해진 에너지 차이만큼 방전, 예를 들어, 80% 또는 90% 또는 95%만큼 방전되는 것으로 정의된다. 대안적으로, 완전 방전은 안전 한계 미만인 전압 값 이하로 방전하는 것, 예를 들어, 60V, 40V, 20V 또는 5V 미만의 전압 값 이하로 방전하는 것으로 정의된다.
이러한 기능 중 하나, 여러 개 또는 전부가 차량 충전 회로, 특히 본질적으로 모니터링 유닛에서 구현된다. 상기 모니터링 유닛은 (직접 또는 간접) 제어기와 통합되거나 동일한 하드웨어에 의해 구현되거나 이와 데이터를 교환할 수 있다. 이러한 기능은 일반적으로 적어도 하나의 중간 회로 커패시터 및 적어도 하나의 방전 저항기를 갖고 여기에 설명된 실시형태의 특징을 반드시 갖는 것은 아닌 차량 충전 회로에서, 예를 들어, 모니터링 유닛의 형태로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 명세서에 예시된 구현 옵션, 변형예 및 실시형태의 이해를 돕는 역할을 하도록 의도된 차량 충전 회로를 예로서 도시한다.
도 1 내지 도 3은 제1 변형예의 예를 도시하며, 여기서 도 1은 단일 사전 충전/방전 회로를 갖는 차량 충전 회로를 도시한다. 도 2 및 도 3은 다수의 사전 충전/방전 회로를 갖는 실시형태를 도시하며, 여기서, 도 2에서, 관련된 중간 회로 커패시터들은 직접 연결되고, 도 3에서, 중간 회로 커패시터들은 구성 회로를 통해 서로 연결된다.
제2 변형예와 관련될 수 있는 추가 예는 도 8, 도 5 및 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 도 8은 단일 사전 충전/방전 회로를 갖는 차량 충전 회로를 도시하고, 도 5 및 도 4는 다수의 사전 충전/방전 회로를 갖는 예시적인 충전 회로를 도시한다. 이 경우에, 도 5에서, 중간 회로 커패시터들은 서로 직접 연결되는 반면, 도 4에서 중간 회로 커패시터들은 구성 회로를 통해 연결된다.
도 6 및 도 7은 제3 변형예와 관련될 수 있는 실시형태를 설명하는 역할을 한다. 도 6 및 도 7은 다수의 중간 회로 커패시터를 갖는 차량 충전 회로를 도시한다. 도 6에서, 이들 중간 회로 커패시터는 구성 회로를 통해 서로 연결되고, 도 7에서, 중간 회로 커패시터들은 서로 직접 연결된다.
동일한 참조 부호를 사용하여 표시된 구성 요소들은 유사한 것이고 특히 동일한 디자인이다. 화살표 r 및 g는 전류 흐름을 나타내고, 여기서 g는 사전 충전 전류 흐름을 나타내고, r은 방전 전류 흐름을 나타낸다. 이들 참조 부호는 사전 충전/방전 기능을 설명하는 역할을 한다.
일부 도면은 중간 회로 커패시터의 하류에 연결된 DC-DC 전압 변환기(W)를 예시한다. 상기 DC-DC 전압 변환기는 선택 사항이고, 또한 변환기를 명시적으로 예시하지 않는 도면의 실시형태에도 존재할 수 있다. DC-DC 전압 변환기(W) 대신에 충전식 배터리 또는 (가능하게는 충전식 배터리를 갖는) 온보드 전력 시스템 분기에 연결을 제공하는 충전식 배터리 연결부 또는 온보드 전력 시스템 분기 연결부가 제공될 수도 있다.
도 1은 역률 보정 필터(PFC)로 설계된 정류기 디바이스를 갖는 차량 충전 회로를 도시한다. 정류기 디바이스(PFC)는 단상("1ph") 설계이고, 제1 위상 입력(L1)과 중성 도체 입력(N)을 가진다. 정류기 디바이스(PFC)에 전력을 공급하기 위해 2개의 위상을 사용하는 경우, 제2 위상 신호(L2)가 하위 입력에 또한 인가될 수 있다. 따라서 입력(L1 및 L2/N)은 AC 전압 입력이다. 제1 전위(+)와 제2 전위(-)를 갖는 DC 전압측은 정류기 디바이스의 반대쪽에 위치된다. 갈바닉 절연 DC-DC 전압 변환기(W)에 연결되는 중간 회로 커패시터(C)는 아래에서 보다 상세히 설명되는 사전 충전/방전 회로를 통해 연결된다. 중간 회로 커패시터(C)의 반대쪽 DC-DC 전압 변환기(W) 측은 2개의 DC 전압 연결부(HV+, HV-)를 갖는다.
도 1에서, 중간 회로 커패시터(C)의 제1 극(+)을 선택적으로 방전 저항기(PTC2)에 연결하거나 또는 스위치(S1)와 사전 충전 저항기(PTC1)의 병렬 연결부에 연결하는 (제1) 전환 스위치(S2)가 있다. 비작동 상태에서, 제1 전환 스위치(S2)는 위치(NC)에 있고, 중간 회로 커패시터(C)의 제1 극(+)을 방전 저항기(PTC2)에 연결한다. 직접 충전의 경우, 제1 회로의 전환 스위치(S2)는 LO이고, 중간 회로 커패시터(C)의 제1 극(+)을 사전 충전 저항기(PTC1) 및 제1 스위치(S1)에 연결한다. 스위치(S1)가 개방된 위치(NC)에 있으면, 사전 충전이 수행될 수 있다. 스위치(S1)가 폐쇄된 위치(NO)에 있으면, 사전 충전 저항기(PTC1)가 바이패스되고, 정류기 디바이스(PFC) 또는 그 제1 전위(+)가 스위치(S1)와 전환 스위치(S2)를 통해 중간 회로 커패시터(C)에 직접 연결된다. 방전 시, 전환 스위치(S2)는 제2 위치에 있고, 이 위치에서 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)는 전환 스위치(S2)에 의해 중간 회로 커패시터(C)의 제1 극(+)으로부터 절연된다. 따라서 잘못 작동 시 정류기 디바이스(PFC)로부터 방전 저항기(PTC2)를 통해 영구적인 전류 흐름이 배제된다.
도 1은 중간 회로 커패시터(C)에서 일반적으로 400볼트의 전압이 발생하는 단상 차량 충전 회로이다. 추가 실시형태(도 2 내지 도 7)는 더 높은 전압이 정류기 디바이스(PFC)의 전위(+, -)에 존재하는 3상 설계를 보여준다.
도 2는 3상 정류기 디바이스, 3상 연결부(L1 내지 L3) 및 중성 도체 연결부(N)를 갖는 다상 차량 충전 회로(3상)를 도시한다. 중성 도체 연결부는 선택 사항이어서 별표와 함께 제공되며, 이러한 이유로 파선을 통해 방전 회로에 연결된다.
도 2의 회로에는 두 개의 방전 회로가 있고, 이 두 개의 방전 회로는 두 개의 중간 회로 커패시터(C1 및 C2) 사이의 연결 지점에 대해 대칭으로 설계된다. 따라서 정류기 디바이스(PFC)를 중간 회로 커패시터(C1, C2)에 연결하는 사전 충전/방전 회로가 각각의 전위 레일(+, -)(해당 전위에 연결됨)에 제공된다. 두 사전 충전/방전 회로는 도 1에 예시된 사전 충전/방전 회로와 동일한 설계를 가지고 있다. 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 연결 지점을 통해 서로 연결된다. 제1 전환 스위치(S2)와 제2 전위 사이에 존재하는 도 1의 방전 저항기(PTC2)와 달리, 도 2의 방전 저항기(PTC2)는 중간 회로 커패시터(C1, C2) 사이의 연결 지점과 각각의 제1 전환 스위치(S2) 사이에 연결된다. 따라서 중간 지점의 전위는 도 1에서 방전 저항기가 직접 연결된 전위를 대신한다.
도 2에서, 연결 지점은 중성 도체 연결부(N)에도 연결된다. 다상 특성으로 인해, 정류기 디바이스(PFC)(3상, 3ph)는 두 전위(+, -)에서 더 높은 출력 전압을 생성하여, 400볼트의 전압이 직렬 연결된 중간 회로 커패시터(C1, C2) 각각에 걸쳐 떨어질 수 있다.
스위치(S1)가 개방되고, 전환 스위치(S2)가 위치(NO)에 있으면, 사전 충전 전류가 저항기(PTC1)를 통해 전달된다. 후속 충전을 위해, 스위치(S1)는 폐쇄되고(위치(NC)), 전환 스위치(S2)는 위치(NO)에 있다. 그 결과 정류기 디바이스(PFC)와 중간 회로 커패시터(C1, C2)가 직접 연결된다.
직접 연결은 특히 전류의 흐름을 현저하게 감소시키는 저항 구성요소가 없는 연결을 나타낸다. (예를 들어, 1Ω 미만 또는 10mΩ 미만의 값을 갖는) 분로 저항기는 이 문구에 속하지 않는다.
도 3은 도 2와 유사한 회로를 보여준다. 도 2와 달리, 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 서로 직접 연결되지 않고 구성 회로를 통해 연결된다. 도시된 예에서, 상기 구성 회로는 중성 도체(N)에 연결되는 연결 지점을 갖는 2개의 다이오드(D)의 직렬 연결부를 갖는다. 이것은 비대칭 3상 전류 성분을 중성 도체로 전환할 수 있게 한다. 구성 회로는 또한 두 개의 스위치(S3)를 갖는다. 각각의 스위치(S3)는 전환 스위치(S2) 중 하나에 직접 연결되지 않은 중간 회로 커패시터(C1, C2) 중 하나의 중간 회로 커패시터의 극에 연결된다. 각각의 전환 스위치(S3)는 (중간 회로 커패시터들이 병렬로 연결된 경우) 이 극을 정류기 디바이스의 반대 전위(+, -)에 선택적으로 연결하거나, 또는 예시된 바와 같이 중간 회로 커패시터(C1, C2)의 상기 두 극을 서로 연결하여 다이오드(N)를 바이패스할 수 있다. 그러나, 또한 다른 구성 회로도 일반적으로 생각할 수 있고, 예를 들어, 2개의 중간 회로 커패시터를 전위(+, -)에 병렬로 연결하는 2개의 제1 스위치, 및 폐쇄된 상태에서 2개의 중간 회로 커패시터를 직렬로 연결하는 제3 스위치를 갖는 구성 회로를 생각할 수 있다. 다이오드는 또한 상기 스위치 대신에 사용될 수 있다. 예시된 실시형태는 중간 회로 커패시터를 (중간 회로 커패시터의 전위, 즉 제1 전환 스위치(S2)의 각각의 중심 연결부가 연결되는 전위가 아니라) 정류기 디바이스(PFC)의 전위(+, -)에 연결하기 위한 구성 회로를 제공한다.
도 4 및 도 5는 제1 전환 스위치가 제1 전위(가능하게는 또한 제2 전위)를 중간 회로 커패시터에 연결하거나 또는 다수의 중간 회로 커패시터 중 관련된 중간 회로 커패시터에 연결하는 사전 충전/방전 회로의 추가 (제2) 변형예를 도시한다. 관련된 중간 회로 커패시터는 제1 전환 스위치(여기서는 S1)에 의해 제1 위치(NO)에 대응하는 관련된 제1 전위(+)(또는 제2 전위(-))에 선택적으로 연결되고, 제2 위치(NC)에서 제2 전환 스위치(S2)에 연결될 수 있다. 각각의 사전 충전/방전 회로의 제2 전환 스위치(S2)는 제1 전환 스위치(S1)를 제1 전환 스위치(S1)가 또한 연결된 정류기 디바이스의 전위(위치(NO)에 대응)에 사전 충전 저항기(PTC1)를 통해 선택적으로 연결하거나, 또는 위치(NC)에서 정류기 디바이스의 전위와 반대 전위로 이어지는 방전 저항기(PTC2)에 연결하고, 이 전위는 전환 스위치(S1)에 직접 연결된다. 이는 도 8의 단상 설계에서 명확히 볼 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 도 8에 예시된 원리를 사용하는 예시적인 충전 회로를 도시한다. 이 경우에 도 8은 단 하나의 사전 충전/방전 회로와 하나의 중간 회로 커패시터(C)를 가진 충전 회로를 도시하는 반면, 도 4 및 도 5는 도시된 차량 충전 회로가 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 갖는 대칭적인 전압 공급을 도시한다. 도 8에 예시된 원리는 중간 회로 커패시터(C)를 정류기 디바이스(PFC)로부터 제1 전환 스위치(S1)를 통해 연결하는 것이다. 도 8에서, 정류기 디바이스(PFC)는 단상("1ph") 형태로만 예시되며, 3상 동작("3ph")을 위해 설계된 도 4 및 도 5의 정류기 디바이스와 달리 중성 도체 입력(N) 및 위상 입력을 갖는다. 전환 스위치(S1)의 제1 위치(NO)에서, 중간 회로 커패시터(C)는 정류기 디바이스(PFC)의 두 전위(+, -)에 직접 연결된다. 제1 전환 스위치(S1)의 제2 위치(NC)에서, 중간 회로 커패시터는 제1 전환 스위치(S1)를 통해 제2 전환 스위치(S2)에 연결되고, 제2 전환 스위치는 제1 위치(NO)에서 제1 전환 스위치(S1)를 사전 충전 저항기(PTC1)를 통해 정류기 디바이스의 제1 전위에 연결하고, 제2 위치(NC)에서 제1 전환 스위치(S1)를 방전 저항기를 통해 중간 회로 커패시터(C)의 제2 극에 연결한다. 이 경우에, 커패시터(C)의 제1 극은 위치(NC)에서 제2 전환 스위치(S2)를 거쳐 방전 저항기(PTC2)를 통해 중간 회로 커패시터의 제2 극에 연결된다. 이것은 방전 전류 경로(r)를 형성한다. 사전 충전 전류 경로(g)는 중간 회로 커패시터의 제1 극이 제1 전환 스위치(위치(NC)) 및 제2 전환 스위치(위치(NO))를 거쳐 사전 충전 저항기(PTC1)를 통해 정류기 디바이스의 제1 극에 연결될 때 발생한다. 제1 전환 스위치(S1)가 위치(NO)에 있으면, 저항기(PTC1)와 또한 제2 전환 스위치가 바이패스되고, 이것은 정류기 디바이스(PFC)로부터 중간 회로 커패시터(C)로 직접 경로를 형성한다.
이는 사전 충전/방전 회로 모두에서 도 4에 사용된다. 도 4에서, 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 구성 회로를 통해 서로 연결된다. 이것은 2개의 다이오드(D)와 2개의 전환 스위치(S3)를 갖고, 이들은 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 서로 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 함께 구성된다. 도 4에서, 제1 전환 스위치(S1)가 위치(NO)에 있으면 이것은 (구성 회로를 통해 서로 연결된) 중간 회로 커패시터(C1, C2)와 정류기 디바이스(PFC) 사이에 직접 연결을 형성한다. 제1 전환 스위치(S1)가 스위칭 위치(NC)에 있는 경우, 제2 전환 스위치(S2)는 중간 회로 커패시터의 제1 극(C1의 경우 이는 +이고, C2의 경우 이는 대칭으로 인해 음극(-)임)과 제1 전환 스위치가 사전 충전 저항기(PTC1)에 연결되는지 또는 방전 저항기(PTC2)에 연결되는지를 선택하는 데 사용될 수 있다. 각각의 중간 회로 커패시터(C1, C2)의 제1 극(C1의 경우 참조 부호 + 참조)은 전환 스위치(S2)가 위치(NC)에 있는 경우 저항기(PTC2)를 통해 제2 극(C2의 경우 참조 부호 + 참조)에 연결된다. 제2 전환 스위치(S2)의 위치(NO)에서, 이것은 중간 회로 커패시터(C1, C2)의 제1 극이 각각의 사전 충전/방전 회로가 연결된 정류기 디바이스(PFC)의 각각의 전위(+, -)에 연결되게 한다.
중성 도체 연결부(N)는 2개의 다이오드(D) 사이의 연결 지점에 연결되고 전환 스위치(S2)의 연결 지점에 연결되고, 이들 연결 지점은 서로 연결된다. 선택 사항으로, 정류기 디바이스(PFC)의 중성 도체는 연결 지점 또는 예시된 연결부(N)에 연결될 수 있으며, 이것은 파선으로 표시된다. 도 4는 방전을 위한 전류 경로를 예시하기 위해 참조 부호(r)를 사용하고, 저항기(PTC1)를 통해 예시적인 사전 충전 경로를 예시하기 위해 참조 부호(g)를 사용한다.
도 5는 도 8의 사전 충전/방전 회로의 원리에 따라 또는 도 4의 원리에 따라 동작하는 두 개의 사전 충전/방전 회로를 갖는 차량 방전 회로의 추가 예를 보여준다. 이 경우에도 도 4와 달리 서로 직접 연결된 두 개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)가 제공된다. 해당 연결 지점은 중성 도체(N)에 연결된다. 이 경우에도 중간 회로 커패시터(C1, C2) 사이의 연결 지점은 선택 사항으로 정류기 디바이스(또는 차량 충전 회로)의 중성 도체(N)에 연결될 수 있다. 그 밖에 방전 회로는 도 4의 방전 회로에 대응한다. 방전 경로(r)와 사전 충전 경로(g)는 또한 여기에 예시되어 있다.
예로서 도 4, 도 5 및 도 8에 예시된 실시형태에서, 제1 전환 스위치(S1)만이 충전 전류(즉, 충전 동안 발생하는 부하 전류)를 전달하도록 설계되는 것이 가능하다. 하나 이상의 전환 스위치(S2)는 사전 충전 전류만 또는 방전 전류만을 전달해야 하므로 전환 스위치는 낮은 전류 전달 용량을 갖도록 설계될 수 있다. 따라서 스위치(S1)는 제2 전환 스위치(S2)의 전류 전달 용량(A2)보다 높은 전류 전달 용량(A1)을 갖도록 설계된다. 예로서, 예를 들어 도 4, 도 5 및 도 8의 예와 관련하여, 적어도 하나의 제1 전환 스위치는 제2 전환 스위치(S2)의 정격 전류 전달 용량(A1) 또는 정격 또는 최대 전류 전달 용량(A2)보다 두 배 또는 적어도 4배, 10배 또는 20배 더 큰 최대 전류 전달 용량을 갖도록 설계될 수 있다.
마지막으로, 제3 변형예에 기초한 추가의 예시적인 실시형태가 도 6 및 도 7과 관련하여 설명된다. 예를 들어 도 6 및 도 7의 두 사전 충전/방전 회로 중 단 하나만을 고려하면, 각각의 중간 회로 커패시터(C1 또는 C2)는 제1 전환 스위치(S1)를 통해 정류기 디바이스의 제1 전위(+ 또는 -)에 연결된다. 이것은 제1 전환 스위치(S1)의 제1 위치(NO)에 관한 것이다. 전환 스위치(S1)의 제2 위치(NC)에서 (S1이 스위칭 위치(NO)에 있을 때 정류기 디바이스에 연결된) 중간 회로 커패시터의 제1 극은 제2 전환 스위치(S2)로 이어지는 저항기(PTC)에 연결된다. 제2 전환 스위치를 사용하여, 저항기(PTC)는 사전 충전 또는 방전이 필요한지 여부에 따라 정류기 디바이스(PFC) 또는 중간 회로 커패시터(C1, C2)에 연결될 수 있다. 이 경우에도, 이 전환 스위치(S2)는 사전 충전 및 방전 전류만을 전달하면 되고 충전 전류(즉, 충전 과정 또는 피드백 과정의 부하 전류)는 전달하지 않기 때문에 제2 전환 스위치(S2)는 제1 전환 스위치(S1)보다 낮은 전류 전달 용량을 갖도록 설계될 수 있다. 또한 전환 스위치(2)의 스위칭 위치에 따라 사전 충전 기능이 있는 저항기 또는 방전 기능이 있는 저항기인 단 하나의 저항기(PTC)만이 필요하다는 점에 유의해야 한다.
도 6은 2개의 이러한 사전 충전/방전 회로를 도시하며, 각 경우에 하나는 버스바(+ 또는 -)에 존재하고, 버스바는 정류기 디바이스와 중간 회로 커패시터(C1, C2) 사이의 연결부이다. 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 도 6에서 병렬 또는 직렬로 서로 연결할 수 있는 구성 회로는 이미 위에서 설명되었다. 요약하면, 도 6에서 구성 회로는 다른 구성 회로와 마찬가지로 직렬로 연결된 2개의 다이오드(D)를 가지며, 여기서 해당 연결 지점은 중성 도체 연결부(N)에 연결되는 반면, 2개의 전환 스위치(S3)는 커패시터(C1, C2)가 병렬 또는 직렬로 서로 연결되도록 선택 가능한 연결을 수립한다. 직렬 연결의 경우에, 전환 스위치(S3)는 다이오드(D)를 단락시키거나 바이패스한다. 예시된 중성 도체 연결부(N)를 정류기 디바이스(PFC)의 중성 도체 연결부에 연결하는 것은 선택 사항으로 할 수 있고, 이는 도 6과 도 7에 적용된다.
도 7은 유사한 차량 충전 회로를 보여주지만, 도 6과 달리 두 개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 구성 회로에 의해서가 아닌 직접 연결에 의해 서로 연결된 것을 도시한다. 그 밖에, 도 7에서 원하는 방전 경로(r)와 원하는 사전 충전 경로(g)는 또한 도 6에서와 같다.

Claims (14)

  1. 정류기 디바이스(PFC), 적어도 하나의 중간 회로 커패시터(C; C1, C2) 및 적어도 하나의 사전 충전/방전 회로를 갖는 차량 충전 회로로서,
    상기 정류기 디바이스(PFC)는 상기 사전 충전/방전 회로를 통해 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)에 연결되고, 상기 사전 충전/방전 회로는 적어도 하나의 제1 전환 스위치(S1; S2)를 갖고, 상기 제1 전환 스위치는, 제1 위치(NO)에서 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 제1 극(+)을 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)에 연결하고, 제2 위치(NC)에서 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 제1 극(+)을 방전 저항기(PTC, PTC1, PTC2)를 통해 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 제2 극에 연결하도록 구성되고, 상기 전환 스위치(S1; S2)는 비작동 상태에서 제2 스위칭 위치(NC)를 채택하도록 구성된, 차량 충전 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전환 스위치는, 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)에 연결되는 중심 연결부를 갖고, 상기 전환 스위치의 제1 접점 또는 제2 접점에 선택적으로 연결될 수 있는 전기기계식 전환 스위치로 설계되고, 상기 방전 저항기는 상기 제1 접점에 직접 또는 간접 연결되고, 상기 제2 접점은 상기 정류기 디바이스에 직접 또는 간접 연결되며, 상기 전환 스위치의 비작동 상태에서 상기 중심 연결부는 상기 제2 접점(NC)에 연결되는, 차량 충전 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차량 충전 회로의 DC-DC 전압 변환기(W)는 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 하류에 연결되는, 차량 충전 회로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류기 디바이스(PFC)는 능동 정류기 또는 역률 보상 필터로 설계된, 차량 충전 회로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 충전/방전 회로는 사전 충전 저항기, 및 상기 사전 충전 저항기와 병렬로 연결된 상시 폐쇄된 접점 또는 상시 개방된 접점으로 설계된 스위치(S1)를 갖고, 상기 제1 전환 스위치(S2)는 상기 사전 충전 저항기와 상기 스위치(S1)의 병렬 연결부를 통해 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)에 연결되는, 차량 충전 회로.
  6. 제5항에 있어서, 중성 도체 연결부(N)와 2개의 사전 충전/방전 회로와 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 추가로 포함하고, 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 상기 중성 도체 연결부(N)에 연결된 중간 지점을 통해 서로 연결되고, 제1 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)와 제1 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 제2 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제2 전위(-)와 제2 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 상기 2개의 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기(PTC2)는 상기 중간 지점을 통해 서로 연결되고, 상기 사전 충전/방전 회로의 2개의 사전 충전 저항기(PTC1) 및 이와 병렬 연결된 스위치(S1)는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 상이한 전위(+, -)에 연결되는, 차량 충전 회로.
  7. 제5항에 있어서, 중성 도체 연결부(N)와 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 추가로 포함하고, 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 구성 회로(S3, D)를 통해 서로 연결되고, 상기 구성 회로는 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 구성되고, 상기 중성 도체 연결부(N)에 연결되고, 제1 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)와 제1 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 제2 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제2 전위(-)와 제2 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 상기 2개의 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기(PTC2)는 상기 구성 회로(S3,D)를 통해 서로 연결되고, 상기 사전 충전/방전 회로의 2개의 사전 충전 저항기(PTC1)와 이와 병렬 연결된 스위치(S1)는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 상이한 전위(+, -)에 연결되는, 차량 충전 회로.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 충전/방전 회로는 상기 제1 전환 스위치(S1)에 더하여 제2 전환 스위치(S2)를 갖고, 상기 제1 전환 스위치(S1)는, 상기 제2 위치(NC)에서 상기 제2 전환 스위치(S2)와 상기 방전 저항기(PTC)를 통해 상기 중간 회로 커패시터(C)의 제1 극(+)을 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 제2 극에 연결하도록 구성되고, 상기 제2 전환 스위치(S2)는, 제1 위치(NO)에서 상기 사전 충전/방전 회로의 사전 충전 저항기(PTC1)를 통해 상기 제1 전환 스위치(S1)를 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)에 연결하고, 제2 위치(NC)에서 상기 방전 저항기(PTC2)를 통해 상기 제1 전환 스위치(S1)를 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 제2 극에 연결하도록 구성된, 차량 충전 회로.
  9. 제8항에 있어서, 중성 도체 연결부(N)와 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 추가로 포함하고, 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 상기 중성 도체 연결부(N)에 연결된 중간 지점을 통해 서로 연결되고, 제1 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)와 제1 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 제2 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제2 전위(-)와 제2 중간 회로 커패시터(C2) 사이에 연결되고, 상기 2개의 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기(PTC2)는 상기 중간 지점을 통해 서로 연결되고, 상기 2개의 사전 충전 저항기(PTC1)는 상기 사전 충전/방전 회로의 각각의 전환 스위치(S2)를 상기 정류기 디바이스(PFC)의 상이한 전위(+, -)에 연결하는, 차량 충전 회로.
  10. 제8항에 있어서, 중성 도체 연결부(N)와 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 추가로 포함하고, 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 구성 회로를 통해 서로 연결되고, 상기 구성 회로는 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 구성되고, 상기 중성 도체 연결부(N)에 연결되고, 제1 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)와 제1 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 제2 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제2 전위(-)와 제2 중간 회로 커패시터(C2) 사이에 연결되고, 상기 2개의 사전 충전/방전 회로의 방전 저항기(PTC2)는 상기 구성 회로(S3, D)를 통해 서로 연결되고, 상기 2개의 사전 충전 저항기(PTC1)는 상기 사전 충전/방전 회로의 각각의 제2 전환 스위치(S2)를 상기 정류기 디바이스(PFC)의 상이한 전위(+, -)에 연결하는, 차량 충전 회로.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 충전/방전 회로는 상기 제1 전환 스위치(S1)에 더하여 제2 전환 스위치(S2)를 갖고, 상기 제1 전환 스위치(S1)는, 상기 제2 위치(NC)에서 상기 중간 회로 커패시터(C)의 제1 극(+)을 상기 방전 저항기(PTC2)를 통해 상기 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 제2 극에 연결된 제2 전환 스위치(S2)에 연결하도록 구성되고, 상기 제2 전환 스위치(S2)는, 제1 위치(NO)에서 상기 방전 저항기에 사전 충전의 추가 기능을 부여하기 위해 상기 방전 저항기(PTC)를 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)에 연결하고, 제2 위치(NC)에서 상기 중간 회로 커패시터(C)를 방전하기 위해 상기 제1 전환 스위치(S1)를 상기 방전 저항기(PTC)를 통해 상기 중간 회로 커패시터(C)의 제2 극에 연결하도록 구성된, 차량 충전 회로.
  12. 제11항에 있어서, 중성 도체 연결부(N)와 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 추가로 포함하고, 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 상기 중성 도체 연결부(N)에 연결된 중간 지점을 통해 서로 연결되고, 제1 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)와 제1 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 제2 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제2 전위(-)와 제2 중간 회로 커패시터(C2) 사이에 연결되고, 상기 2개의 사전 충전/방전 회로의 제2 전환 스위치(S2)는 상기 중간 지점을 통해 서로 연결되고, 2개의 제1 전환 스위치(S1)는 상기 사전 충전/방전 회로의 각각의 방전 저항기(PTC)를 상기 정류기 디바이스(PFC)의 상이한 전위(+, -)에 연결하는, 차량 충전 회로.
  13. 제11항에 있어서, 중성 도체 연결부(N)와 2개의 사전 충전/방전 회로 및 2개의 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 추가로 포함하고, 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)는 구성 회로를 통해 서로 연결되고, 상기 구성 회로는 상기 중간 회로 커패시터(C1, C2)를 병렬 또는 직렬로 선택적으로 연결하도록 구성되고, 상기 중성 도체 연결부(N)에 연결되고, 제1 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제1 전위(+)와 제1 중간 회로 커패시터(C1) 사이에 연결되고, 제2 사전 충전/방전 회로는 상기 정류기 디바이스(PFC)의 제2 전위(-)와 제2 중간 회로 커패시터(C2) 사이에 연결되고, 상기 2개의 사전 충전/방전 회로의 제2 전환 스위치(S2)는 상기 구성 회로를 통해 서로 연결되고, 2개의 제1 전환 스위치(S1)는 상기 사전 충전/방전 회로의 각각의 방전 저항기(PTC)를 상기 정류기 디바이스(PFC)의 상이한 전위(+, -)에 연결하는, 차량 충전 회로.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 모니터링 유닛을 추가로 포함하고, 상기 모니터링 유닛은,
    (a) 상기 적어도 하나의 중간 회로 커패시터(C; C1, C2) 양단의 전압을 모니터링하고, 미리 정해진 전압 한계를 초과하는 경우 오류 신호를 출력하도록; 또는
    (b) 상기 방전 저항기에 의해 소비되는 전력을 모니터링하고, 전력으로부터, 전력으로부터 발생하는 방전 저항기의 온도 상승을 형성하고, 온도 상승이 한계를 초과하면 오류 신호를 출력하도록; 또는
    (c) 상기 적어도 하나의 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)의 완전한 방전이 불가능한지, 또는 미리 정해진 시간 기간 내에 불가능한지 여부를 확인하고, 만약 그런 경우 상기 적어도 하나의 중간 회로 커패시터(C; C1, C2)를 다시 충전하도록; 또는
    (d) 완전한 방전이 미리 정해진 시간 기간보다 오래 걸리는 경우 오류 신호를 출력하도록
    구성된, 차량 충전 회로.
KR1020237023604A 2020-12-14 2021-12-03 정류기 디바이스, 링크 커패시터 및 사전 충전/방전회로를 갖는 차량 충전 회로 KR20230115341A (ko)

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