KR20230142791A - 역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터 - Google Patents

역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR20230142791A
KR20230142791A KR1020237030869A KR20237030869A KR20230142791A KR 20230142791 A KR20230142791 A KR 20230142791A KR 1020237030869 A KR1020237030869 A KR 1020237030869A KR 20237030869 A KR20237030869 A KR 20237030869A KR 20230142791 A KR20230142791 A KR 20230142791A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switching unit
potential
input
blocking device
reverse current
Prior art date
Application number
KR1020237030869A
Other languages
English (en)
Inventor
프란츠 파일쉬프터
마르틴 괴첸베르거
마누엘 브루너
Original Assignee
비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 filed Critical 비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Publication of KR20230142791A publication Critical patent/KR20230142791A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/18—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to reversal of direct current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

차량의 충전 전압 컨버터에는 적어도 하나의 작동 인덕터(L, L+)를 포함하는 상류 회로(VS)가 장착되어 있다. 컨버터는 또한 상류 회로(VS)의 하류에 연결된 스위칭 유닛(SE)을 갖는다. 작동 인덕터(L)는 전압 컨버터의 입력(E+, E-)의 제1 입력 전위(E+)를 스위칭 유닛(SE)에 연결한다. 입력의 제2 입력 전위(E-)는 상류 회로(VS)의 역전류 차단 디바이스(RS, RS')를 통해 스위칭 유닛(SE)에 연결된다.

Description

역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터
본 발명은 역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터에 관한 것이다.
전기 구동부를 가진 차량에는 구동에 필요한 전기 에너지를 제공하는 배터리가 있다. 차량은 충전용 케이블을 통해 충전 단자를 거쳐 충전소에 연결된다.
높은 견인력을 구현하기 위해 다수의 차량에는 정격 전압이 600V 이상, 특히 정격 전압이 800V인 고전압 배터리 또는 고전압 네트워크가 장착되어 있는 반면, 다수의 충전소는 충전 전압으로서 더 낮은 DC 전압을 제공하고, 특히 CHAdeMO 표준에 따른 충전소는 최대 500V의 충전 전압을 제공한다. DC-DC 컨버터는 전압을 조정하는 데 사용된다.
또한 차량의 고전압 네트워크는 올바른 동작 시 차량 접지 전위 또는 섀시로부터 전기적으로 절연된다. 충전소에는 충전 동안 안전 조치로서 차량 접지에 연결되는 접지가 제공된다. 차량 접지와 관련하여 고전압 네트워크에 절연 결함이 발생하면 접지가 안전 조치로 사용된다. 충전 에너지는 단면적이 큰 전선을 통해 전달되고, 접지가 대응하는 단면적을 갖거나 또는 접지 전위에 적절하게 연결되어 있는 것이 항상 보장되는 것은 아니기 때문에 높은 터치 전압이 발생할 위험이 있다. 절연 모니터는 절연 결함으로 인한 사용자의 손상을 피하기에 충분하지 않은 반응 시간을 가질 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 유선 충전을 보다 안전하게 수행할 수 있고, 특히 불충분한 접지 시 절연 결함으로 인해 위험한 터치 전압이 발생하는 결과를 초래하지 않는 가능성을 개시하는 것이다.
본 목적은 청구항 1에 기재된 차량의 충전 전압 컨버터에 의해 달성된다. 추가적인 특성, 특징, 실시예 및 장점은 종속 청구항, 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다.
전압 컨버터에는 역전류 차단 디바이스가 장착되고, 역전류 차단 디바이스를 통해 컨버터의 입력이 컨버터의 스위칭 유닛에 연결되는 것이 제안된다. 접지 결함이 있는 경우 부분적으로 사용자를 통해 이어질 수 있는 접지 연결을 통해 고전압 네트워크의 전위로부터 고전압 네트워크의 다른 전위로 무제한 전류 흐름이 역전류 차단 디바이스에 의해 간단한 방식으로 방지된다. 역전류 차단 디바이스는 바람직하게는 한 방향으로만 전류를 전도하도록 설계되어 절연 모니터가 실행되는 것처럼 주기적인 활성 평가 이후뿐만 아니라 즉시 보호 효과가 발생한다. 역전류 차단 디바이스에 의해 사용자를 통한 위험 전류 흐름이 감소되거나 또한 지연된다.
전류의 흐름을 줄이거나 제한함으로써 접지 전도체의 기능을 유지할 수 있고, 무제한의 전류 흐름으로 접지 전도체가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한 컨버터의 저장 인덕터는 두 개의 작동 인덕터(각 컨버터 입력 전위에 하나씩)로 분할될 수 있어서 접지 결함이 발생하는 경우 작동 인덕터 중 하나의 작동 인버터가 적어도 초기에 (인덕터의 점프 응답에 따라) 전류 흐름을 제한하여 다른 안전 조치의 지연 또는 증가율의 감소를 통해 절연 결함을 식별하고 전류 흐름이 무제한이 되기 전에 안전 조치를 수행할 수 있도록 한다.
작동 인덕터를 포함하는 상류 회로를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터가 설명된다. 또한, 충전 전압 컨버터는 스위칭 유닛을 포함한다. 이 스위칭 유닛은 상류 회로의 하류에 연결된다. 상류 회로와 스위칭 유닛은 함께 저장 초크와 스위치를 갖는 DC-DC 컨버터, 특히 승압 컨버터를 형성한다. 이렇게 형성된 컨버터의 저장 초크의 기능은 (적어도 하나의) 작동 인덕터에 의해 구현된다. DC-DC 컨버터의 (순환) 스위치는 스위칭 유닛에 위치되고; 스위칭 유닛 내에 제공된 스위칭 구성요소는 DC-DC 컨버터의 스위치 기능을 구현한다. 따라서 상류 회로와 스위칭 유닛은 승압 컨버터를 형성하고, 승압 컨버터의 작동 인덕터는 각각 콘센트 또는 다른 전위 레일로 이어지는 두 개의 스위칭 요소의 연결점으로 이어진다.
적어도 하나의 작동 인덕터(또는 이의 하나의 작동 인덕터)는 전압 컨버터의 입력의 제1 입력 전위를 스위칭 유닛에 연결한다. 입력의 제2 입력 전위는 상류 회로의 역전류 차단 디바이스를 통해 스위칭 유닛에 연결된다. 다시 말해, 작동 인덕터와 역전류 차단 디바이스는 전압 컨버터의 서로 다른 전위 레일에 제공된다.
스위칭 유닛은 연결점을 통해 서로 연결된 스위칭 요소들을 포함한다. 작동 인덕터(또는 다수의 작동 인덕터의 경우 제1 작동 인덕터)는 제1 입력 전위를 연결점에 연결한다. 스위칭 유닛의 스위칭 요소는 작동 인덕터와 컨버터의 제1 출력 전위 사이에 연결되고, 역전류 차단 디바이스는 제2 입력 전위의 하류에 연결된다(또는 제2 출력 전위의 상류에 연결된다). 따라서 스위칭 유닛의 스위칭 요소(다이오드 또는 트랜지스터)는 하나의 전위 레일(= 제1 입력 전위와 제1 출력 전위의 연결부)에 위치되고, 역전류 차단 디바이스는 다른 전위 레일(= 제2 입력 전위와 제2 출력 전위의 연결부)에 위치된다. 제1 입력 전위와 제1 출력 전위는 동일한 극성을 갖는다. 제2 입력 전위와 제2 출력 전위는 동일한 극성을 갖는다.
가능성으로서, 이렇게 형성된 승압 컨버터는, (양의) 출력으로 이어지는 다이오드와 다른 전위로 이어지는 스위치(트랜지스터)를 (스위칭 유닛의) 스위칭 요소로서 포함할 수 있고, 이에 따라 단방향으로 만들어질 수 있다. 입력의 제1 전위는 작동 인덕터를 통해 나머지 컨버터에 연결된다. 제2 전위의 전위 레일에 있는 (추가) 다이오드는 역전류 차단 디바이스로서 사용된다. 다이오드는 접지 결함이 발생하는 경우 무제한 전류 역류를 억제하여 역전류 차단 디바이스를 형성한다.
추가 가능성으로서, 이렇게 형성된 승압 컨버터는 (양의) 출력으로 이어지는 스위치와 다른 출력 전위로 이어지는 추가 스위치(트랜지스터)를 스위칭 요소로서 포함할 수 있고, 이에 따라 양방향으로 만들어질 수 있고, 이 경우 저장 초크는 컨버터 입력의 상이한 전위를 나머지 컨버터에 연결하는 두 개의 작동 인덕터에 의해 제공된다. 작동 인덕터 중 하나의 작동 인덕터는 스위칭 유닛의 스위치의 연결점에 연결되고, 작동 인덕터 중 제2 작동 인덕터는 역전류 차단 디바이스로서 트랜지스터를 통해 연결된다. 트랜지스터는 접지 결함이나 절연 결함이 감지되면 개방되도록 구성된다. 제2 작동 인덕터는 절연 결함이 발생하는 경우 전류 증가를 늦추어 사용자나 접지를 보호하여 전류가 천천히 상승하는 시간을 이용하여 안전 조치를 수행할 수 있도록 한다.
언급된 가능성은 역전류 차단 디바이스를 통해 스위칭 유닛에 연결된 전압 컨버터의 입력이 제공된다는 특징을 공유한다. 역전류 차단 디바이스는 특히 (또한 컨버터의 저장 초크 기능을 제공하는) 상류 회로의 일부이다.
작동 인덕터는 바람직하게는 직렬로 연결된 스위칭 유닛의 두 스위칭 요소의 연결점과 입력의 제1 입력 전위 사이에 제공된다. 입력의 제1 입력 전위, 특히 양의 입력 전위는 작동 인덕터를 통해 스위칭 유닛(또는 연결점)에 연결된다. 역전류 차단 디바이스는 특히 스위칭 유닛으로부터 (역전류 차단 디바이스 자체를 통해) 제2 입력 전위로의 전류 흐름을 차단하도록 설계된다. 역전류 차단 디바이스의 차단 효과/스위칭은 특히 제어 경로에 인가되는 전압의 극성으로 인해 (즉, 역전류 차단 디바이스 자체를 통해) 발생한다. 그러나 역방향 전류 차단 디바이스로서 트랜지스터를 사용할 수도 있는 데, 이 트랜지스터의 차단 효과는 트랜지스터의 제어 입력(게이트 또는 베이스)에 인가되는 신호에 따라 결정되어서 이 신호가 역전류가 흐르지 않도록 제어한다.
그러나, 역전류 차단 디바이스는 다이오드 요소를 포함하는 것이 바람직하다. 다이오드 요소의 차단 방향은 바람직하게는 제2 (예를 들어, 음의) 입력 전위로부터 스위칭 유닛으로의 방향이다. 언급된 바와 같이, 다른 실시예에서 역전류 차단 디바이스는 (예를 들어, 활성화에 기초하여) 제2 입력 전위로부터 스위칭 유닛으로의 전류 흐름을 차단하도록 설계된 트랜지스터를 포함할 수 있다.
스위칭 유닛의 연결된 두 스위칭 요소는 트랜지스터와 다이오드로서 형성되거나, 2개의 트랜지스터일 수 있다. 제1 언급된 경우에 컨버터는 단방향이고, 제2 언급된 경우에 컨버터는 양방향으로 이루어질 수 있으며, 제2 언급된 경우에 컨버터는 (예를 들어, 이 점에서 구성요소로서 다이오드와 관련된 손실을 줄이기 위해) 다이오드의 기능에 따라 상위 트랜지스터가 활성화될 때 단방향으로 이루어진다.
충전 전류 컨버터는 단방향 DC-DC 컨버터로 설계되는 것이 바람직하다. 따라서 다이오드는 역전류 차단 디바이스로서 과전류 흐름을 방지할 수 있다. 접지를 통해 역전류가 발생하는 경우 두 개의 반대 전류가 다이오드에서 중첩되어 전류 절대값이 감소될 수 있다. 이들 반대 전류는, 예를 들어, 접지를 통해 스위칭 유닛으로 이어지는 역전류와, 스위칭 유닛으로부터 멀어지는 쪽으로 흐르는 전류이고, 이들 전류는 특히 접지에 대한 컨버터의 출력 전위가 절연 결함으로 인해 이동하고, 입력과 접지 전위 사이의 입력측 배리스터가 입력(입력 전위)과 접지 전위 사이의 전압을 제한할 때 발생한다. 그러나 배리스터는 컨버터의 일부일 수는 없고, 오히려 관련 효과를 얻기 위해 연결된 충전 칼럼에 제공될 수 있다.
언급된 바와 같이 두 개의 작동 인덕터(서로 다른 입력 전위 레일에 있음)가 또한 제공될 수 있다. 제1 작동 인덕터는 (적어도 하나의) 작동 인덕터 또는 컨버터 저장 초크로서 제공될 수 있다. 이 제1 작동 인덕터는 직렬로 연결된 스위칭 유닛의 두 스위칭 요소의 (그리고 두 스위칭 요소를 연결하는) 연결점과 입력의 제1 입력 전위(예를 들어, 양의 전위) 사이에 배열된다. 상류 회로는 입력의 제2 입력 전위(예를 들어, 음의 전위)와 스위칭 유닛 사이에 직렬로 제공되는 제2 작동 인덕터를 포함할 수 있다. 따라서 제2 작동 인덕터는 입력과 스위칭 유닛 사이의 음의 전위 레일에 제공된다.
역전류 차단 디바이스는 바람직하게는 스위칭 유닛으로부터 역전류 차단 디바이스를 통해 제2 입력 전위로의 전류 흐름을 차단하도록 설계되고, 즉, 역전류 차단 디바이스는 특히 입력으로부터 스위칭 유닛으로의 방향으로 음의 전위 레일로의 전류 흐름을 차단(스위칭 가능)하도록 설계된다. 충전 전압 컨버터의 충전 모드와 역방향 공급 모드에서 역전류 차단 디바이스는 활성화되어 전도될 수 있고, 절연 결함이 발생하는 경우 차단되도록 설계될 수 있으며, 이에 따라 관련 작동 인덕터는 절연 결함 전류의 전류 증가를 감소시켜 안전 조치를 실행할 시간을 확보할 수 있게 한다.
역전류 차단 디바이스는 제2 입력 전위로부터 스위칭 유닛으로의 전류 흐름을 차단하도록 특히 이에 따라 활성화되도록 설계된 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜지스터는 역 다이오드를 포함하고, 이 역 다이오드를 통해 차단 방향으로 인해 충전 동안 전류가 흐르지 않아서 트랜지스터의 활성화 상태에 따라 전류 흐름이 결정된다. 역방향 공급 동안 전류는 또한 차단 트랜지스터가 있는 이 트랜지스터를 통해, 즉, 역 다이오드를 통해 흐른다. 이 경우 관련 인덕터(즉, 입력의 두 전위 레일 모두에 인덕터를 사용하는 설계)를 사용하여 결함이 발생하는 경우(절연 결함의 경우) 전류 증가를 줄여 안전 조치를 실행할 수 있게 한다.
스위칭 유닛은 이 경우 2개의 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직하다. 2개의 트랜지스터는 스위칭 유닛의 연결된 두 개의 스위칭 요소를 형성한다. 따라서 충전 전압 컨버터는 양방향 DC-DC 컨버터로서 설계될 수 있다.
상류 회로는 환류 다이오드(free-wheeling diode)를 포함할 수 있다. 이 환류 다이오드는 스위칭 유닛의 스위칭 요소의 연결점에 연결된다. 다시 말해, 환류 다이오드는 입력과 반대쪽 두 작동 인덕터의 단부들을 연결한다. 환류 다이오드는 스위칭 요소의 연결점(양의 입력 전위)으로부터 역전류 차단 디바이스(입력의 음의 전위 레일에 있음)로의 차단 방향을 갖는다.
다시 말해, 환류 다이오드와 역전류 차단 디바이스는 (상류 회로의) 연결점을 통해 서로 직렬로 연결되고, 제2 입력 전위는 제2 작동 인덕터를 통해 이 연결점에 연결되고, 제1 입력 전위는 언급된 연결점과 반대쪽 환류 다이오드의 일단부에 제1 작동 인덕터를 통해 연결된다.
스위칭 유닛의 트랜지스터 또는 트랜지스터들이 충전 모드에서 순환적으로 활성화된다. 입력에서의 전압으로부터 출력으로 승압 전압 변환(부스트)이 발생한다. 여기에 언급된 실시예는 충전 모드를 허용하므로, 여기서 설명된 컨버터는 충전 전압 컨버터로서 설명된다. 그러나 이 컨버터는 추가 기능을 배제하지 않고, 특히 역방향 공급을 배제하지 않는다. 여기에 설명된 컨버터는 스위칭 유닛이 설명된 대로 두 개의 트랜지스터(직렬 회로)를 포함할 때 역방향 공급도 가능할 수 있고; 양방향 DC-DC 컨버터가 생성된다. 이에 따라 트랜지스터도 또한 역방향 공급 동안 순환적으로 활성화된다.
컨버터는 입력의 전위를 접지 전위에 연결하는 배리스터를 더 포함할 수 있다. 입력의 제1 전위는 바람직하게는 제1 배리스터를 통해 접지 전위에 연결되고, 입력의 제2 전위는 제2 배리스터를 통해 접지 전위에 연결된다. 배리스터가 전도성이 되는 점프 전압은 50V 또는 100V와 같이 접지에 대해 관련 입력 전위의 전압이 목표에서 벗어날 수 있는 일반적인 편차 마진을 포함한 일반적인 입력 전압의 절반에 해당한다.
적어도 하나의 작동 인덕터는 컨버터 저장 초크로서 설계된다. 바람직하게는, 이 작동 인덕터는 100kHz의 주파수에서 적어도 5, 10, 25, 50 또는 또한 적어도 100의 품질을 갖는다. 적어도 하나의 작동 인덕터는, 특히 그 품질이 낮아서 작동 인덕터로서 효율적인 동작을 허용하지 않기 때문에 특히 간섭 필터 초크가 아니다.
충전 전압 컨버터는 바람직하게는 컨버터의 출력의 전위를 우회하여 출력 전압을 평활화하는 중간 회로 커패시터를 갖는다.
예를 들어, 트랜지스터로서 역전류 차단 디바이스가 외부 신호에 의해 스위칭 가능하게 만들어진 경우 역전류 차단 디바이스는 결함이 감지되면 개방된다. 특히, 결함이 감지되면 스위칭 유닛의 트랜지스터도 개방된다. 결함은 바람직하게는 특히 차량 접지와 관련된 컨버터의 출력 전위의 절연 결함이다. 이 결함을 식별하고 적어도 역전류 차단 디바이스를 형성하는 트랜지스터를 활성화하는 결함 식별 유닛이 제공될 수 있다.
결함 식별 유닛은 차량 접지와 관련하여 적어도 하나의 입력 전위 또는 출력 전위를 측정하도록 설계될 수 있다. 전압의 절대값이 지정된 범위를 벗어나는 경우, 예를 들어, 출력 전위 사이의 일반적인 동작 전압 800V에서 출력 전위와 차량 접지 사이에 550V보다 큰 경우 또는 극성이 반대인 경우, 이것은 절연 결함으로 식별된다. 결함 식별 유닛은 대안적으로 또는 추가적으로 접지 전도체(보호 전도체)를 통해 전류를 감지하도록 설계될 수 있다. 이 전류가 임계값을 초과하면 이것은 절연 결함으로 식별된다. 이를 위해 접지 전도체 또는 접지 연결부에 전류 센서를 제공할 수 있다.
또한, 하나의 입력 전위 또는 하나의 입력 전위 레일로 이어지는 전류의 절대값이 다른 입력 전위 또는 다른 입력 전위 레일에서 나오는 전류의 절대값에 해당하는지 여부를 결정하기 위해 전류 센서 또는 션트와 같은 전류계를 입력 전위 또는 그 연결부에 각각 제공할 수 있다. 절대값의 차이가 결함 전류 임계값보다 큰 경우 이것은 절연 결함으로 식별된다.
전압 컨버터는 결함이 식별된 경우 모든 트랜지스터가 영구적으로 (예를 들어, 최소 시간 기간 동안 또는 재설정 신호를 수신할 때까지) 개방되고(컨버터가 비활성화되고 역전류 차단 디바이스가 활성화되어 개방될 수 있음), 컨버터를 활성화하는 데 필요한 재설정 신호가 암호화된 방식으로 또는 잠금 가능한 접점을 통해서만 입력될 수 있도록 구성될 수 있다. 결함 수가 계수되고 언급된 바와 같이 모든 트랜지스터의 결함 수를 초과하는 경우에만 컨버터가 개방되도록 제공될 수 있다. 추가 회로 차단기가 제공되는 경우 이 추가 회로 차단기도 또한 언급된 트랜지스터처럼 개방된다. 절연 결함이 식별되면, 특히 연결된 충전 칼럼에서 컨버터에 의해 중단 신호(에너지 전달 종료)가 방출될 수 있다.
충전 전압 컨버터는 제1 입력 전위와 제2 입력 전위용 접점을 제공하는 입력을 포함할 수 있다. 특히 입력은 보호 전도체(= 접지 전도체) 또는 접지 전위용 접점을 포함할 수 있다. 충전 전압 컨버터는 하우징이나 차량 섀시에 제공될 수 있으며, 충전 전압 컨버터의 (접지) 전위는 전압 컨버터로부터 전기적으로 절연된다. 입력 또는 충전소의 보호 전도체 또는 접지 전위는 이 (전도성) 하우징 또는 차량 섀시에 연결될 수 있다. 전압 컨버터는 특히 차량 외부, 즉, 충전소에서 접지 결함이 있는 경우(즉, 과도한 접지 저항이 있는 경우) 절연 결함이 발생 시 보호를 허용한다. 특히 역전류 차단 디바이스를 통해 보호 기능이 제공된다. 각 입력 전위에서 하나의 작동 인덕터를 갖는 일 실시예에서, 작동 인덕터는 결함 발생 시 전류 상승을 늦추어 전류가 특정 (위험) 절대값을 초과하기 전에 대응 조치(모든 스위치의 개방)를 취할 수 있도록 한다.
또한, 제1 입력 전위(예를 들어, 양의 입력 전위)를 스위칭 유닛의 대응하는 출력 전위(예를 들어, 양의 출력 전위)에 스위칭 가능한 방식으로 연결하는 우회 스위치가 제공될 수 있다. 컨버터의 우회 또는 우회가 발생한다. 우회 스위치는 입력을 컨버터 출력에 직접 연결하기 위해 폐쇄되고; 이 경우 컨버터(즉, 컨버터의 스위칭 유닛)는 비활성화된다. 우회 스위치가 개방되면 스위칭 유닛이 활성화(즉, 전압 변환을 수행하기 위한 순환 스위칭)될 수 있다. 우회 스위치는 관련 입력 전위에 (스위치 없이) 직접 연결되는 것이 바람직하다. 충전 전압 컨버터는 제1 회로 차단기를 더 포함할 수 있다. 이 제1 회로 차단기는 스위칭 유닛으로 이어지는 작동 인덕터와 제1 입력 전위(예를 들어, 양의 입력 전위) 사이에 제공된다. 다시 말해, 언급된 작동 인덕터는 입력과 스위칭 유닛 사이의 양의 연결 경로에 제공된다. 추가적인 제2 작동 인덕터는 다른 제2 입력 전위(예를 들어, 음의 입력 전위)의 하류에 연결될 수 있고, 입력을 음의 연결 경로에서 스위칭 유닛에 연결할 수 있다. 우회 스위치와 같이, 제1 회로 차단기는 관련 입력 전위에 (스위치 없이) 직접 연결되는 것이 바람직하다. 제1 입력 전위로부터 보면 (제1 경로에 있는) 제1 회로 차단기와 또한 (제2 경로에 있는) 우회 스위치가 모두 시작된다. 따라서 제1 회로 차단기는 우회 스위치의 상류에 연결되지 않는다. 제2 입력 전위(예를 들어, 음의 전위)를 역전류 차단 디바이스에 직접 또는 퓨즈를 통해 연결하는 제2 회로 차단기가 제공될 수 있다. 이 연결에는 특히 스위치가 없다.
역전류 차단 디바이스는 제2 다이오드 요소(반대 극성) 및 (아마도 추가) 퓨즈를 갖는 직렬 회로에 병렬로 연결된 추가 실시예에 따른 제1 다이오드 요소를 포함할 수 있다. 제1 다이오드 요소의 차단 방향은 제2 입력 전위로부터 스위칭 유닛으로의 방향이다. 제2 다이오드 요소의 차단 방향은 스위칭 유닛으로부터 제2 입력 전위로의 방향이다. 따라서 역전류 차단 디바이스는 퓨즈와 제2 다이오드 요소로 구성된 직렬 회로를 포함한다. 따라서 (입력으로부터 컨버터 출력으로 전력 전달 시 발생하는) 제2 입력 전위를 향하는 역전류는 제1 다이오드 요소를 통해 흐른다. 반대 방향에서, 예를 들어, 임의의 경우 (충전에 비해) 전력이 더 낮은 역방향 공급 동안 전류는 제2 다이오드 요소와 퓨즈를 통과하고, 퓨즈는, 예를 들어, 결함이 발생한 경우(퓨즈 제한 전류를 초과할 때) 전류를 스위칭오프한다. 따라서 접지에 결함이 있는 경우 위험 전류는 퓨즈에 의해 직접 그리고 즉시 제한된다. 이 퓨즈가 트리거되면 추가 안전 조치가 취해질 수 있고, 예를 들어, 회로 차단기가 개방될 수 있다. 여기서 설명된 역전류 차단 디바이스는 전술한 역전류 차단 디바이스 대신에 (또는 전술한 역전류 차단 디바이스 중 하나와 직렬로 조합하여) 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 명세서에 설명된 차량의 충전 전압 컨버터를 설명하는 데 사용된다.
도 3은 역전류 차단 디바이스의 일 실시예를 설명하는 데 사용된다.
도 1은 컨버터의 저장 초크를 형성하는 작동 인덕터, 및 다이오드 형태의 자가 제어형 역전류 차단 디바이스를 갖는 실시예를 설명하기 위한 회로를 도시한다. 도 2는 컨버터의 2개의 저장 초크로 분산되어 형성된 작동 인덕터, 및 트랜지스터 형태의 외부 제어형 역전류 차단 디바이스를 갖는 실시예를 설명하기 위한 회로를 도시한다.
도 1 및 도 2 각각은 상류 회로(VS), 및 이 상류 회로(VS)의 하류에 연결된 스위칭 유닛(SE)을 포함하는 차량의 충전 전압 컨버터를 도시한다. 충전 전압 컨버터의 입력은 제1 양의 입력 전위(E+)와 제2 음의 입력 전위(E-)로 표현된다. "입력"이라는 용어는 충전 동안 에너지 흐름 방향과 관련된다. 충전 전압 컨버터의 입력은 상류 회로(VS)의 입력에 해당한다. 스위칭 유닛(SE)은 연결점(VP)을 통해 서로 직렬로 연결된 2개의 스위칭 요소를 포함한다. 연결점(VP)은 제1 스위칭 요소를 통해 제1 출력 전위(A+)에 연결되고, 제2 스위칭 요소를 통해 제2 출력 전위(A-)에 연결된다.
두 도면의 회로는 제1 스위칭 요소와 관련하여 다르다. "출력…"이라는 접두사는 충전 동안 에너지 흐름 방향과 관련된다. 스위칭 유닛(SE)은 한편으로는 연결점(VP)을 통해 그리고 다른 한편으로는 스위칭 유닛(SE)의 제2 출력 전위(A-)를 통해 상류 회로(VS)에 연결된다.
다양한 DC-DC 컨버터 토폴로지(부스트 컨버터, SEPIC 컨버터, Cuk 컨버터 등)와 마찬가지로 이들 도면에 도시된 컨버터는 작동 초크, 및 이 작동 초크와 함께 순환 스위칭에 의해 전압 변환을 구현하는 하류 스위칭 유닛을 제공한다. 여기서 작동 초크의 기능은 상류 회로(VS)에 의해 제공되고, 스위칭 유닛의 기능은 하류 스위칭 유닛(SE)에 의해 제공된다. 스위칭 유닛(SE)은 출력 전위(A+)와 출력 전위(A-) 사이에 존재하는 중간 회로 커패시터(C)를 따른다.
역전류 차단 디바이스(RS)는 도 1 및 도 2 각각에 도시되어 있고, 상류 회로 또는 컨버터의 제2 입력 전위와, 스위칭 유닛(SE) 또는 컨버터의 제2 출력 전위 사이에 직렬로 연결된다. 도 1과 도 2의 회로는 역전류 차단 디바이스(RS)의 구현과 관련하여 다르다.
도 1에서 작동 초크의 기능은 작동 인덕터(L)에 의해 구현되고, 이 작동 인덕터는 제1 입력 전위(E+)와 스위칭 유닛(SE)의 연결점(VP) 사이에 직렬로 연결된다. 이에 반해, 제2 입력 전위(E-)는 작동 인덕터 없이 스위칭 유닛(SE)(즉, 제2 출력 전위(A-))에 연결된다. 제2 입력 전위(E-)는 역전류 차단 디바이스(RS)를 통해 스위칭 유닛(SE)(즉, 제2 출력 전위(A-))에 연결된다.
역전류 차단 디바이스(RS)는 도 1의 다이오드, 즉, 스위칭 요소이고, 다이오드인 스위칭 요소의 스위칭 상태는 요소의 단부들 사이의 극성에만 의존하고, 특히 다른 스위칭 신호에 의해 반드시 활성화되어야 할 필요는 없다. 도 1의 역전류 차단 디바이스(RS)의 차단 방향은 제2 출력 전위(A-)로부터 제2 입력 전위(E-)로 향하는 방향, 즉, 스위칭 유닛으로부터 멀어지는 쪽으로의 방향이다. 이는 A-(또는 A+)로부터 사용자와 접지를 통해 전위(E-)로의 전류 흐름을 억제하고, 이 전류 흐름은 접지가 오작동하는 경우, 예를 들어, 컨버터에 의해 가교되는 두 개의 네트워크 구획 사이의 접지 연결에 결함(예를 들어, 충전소와 차량 사이의 접지 연결의 결함)이 발생하는 경우 절연 결함이 발생하는 경우 일어날 수 있다. 역전류 차단 디바이스(RS)를 제공하는 다이오드는 이 경우 충전 전류와 반대 방향으로 흐르는 전류의 역 흐름을 억제한다.
스위칭 유닛은 제1 스위칭 요소로서 (추가) 다이오드(D)를 포함하고, 이 추가 다이오드는 제1 출력 전위(A+)와 연결점(VP) 사이에 제공되고, 이 추가 다이오드의 전달 방향은 연결점(VP)으로부터 출력 전위(A+)로의 방향이다. 추가 실시예는 다이오드 대신에 트랜지스터를 제공하여 특히 역방향 공급 능력을 제공한다. 예시된 다이오드(D)의 기능은 트랜지스터에 의해 구현될 수도 있으며, 이 트랜지스터는 다이오드의 전달 및 차단 기능을 제공하도록 활성화된다. 이는 전달 전압이 낮거나 ON 저항이 낮은 트랜지스터를 사용할 때 다이오드와 관련하여 유리할 수 있다. 스위칭 유닛(SE)은 연결점(VP)과 제2 출력 전위(A-) 사이에 제공되는 트랜지스터(T)를 제2 스위칭 요소로서 포함한다. DC 전압의 승압 변환 기능은 트랜지스터의 순환 스위칭에 의해 발생한다.
작동 인덕터(L+ 및 L-)의 작동 초크 기능은 도 2에 구현되어 있다. 따라서 작동 초크의 기능은 제1 및 제2 작동 인덕터(L+ 및 L-)로 분할된다. 제1 작동 인덕터(L+)(도 1의 인덕터(L)에 해당)는 제1 입력 전위(E+)와 스위칭 유닛(SE)의 연결점(VP) 사이에 직렬로 연결된다. 제2 입력 전위(E-)는 (특히) 제2 작동 인덕터(L-)를 통해 스위칭 유닛(SE)(즉, 제2 출력 전위(A-))에 연결된다. 제2 작동 인덕터(L-)는 역전류 차단 디바이스(RS')를 통해 스위칭 유닛(SE)(즉, 제2 출력 전위(A-))에 연결된다.
역전류 차단 디바이스(RS')는 도 2의 트랜지스터, 즉, 스위칭 요소이고, 트랜지스터인 스위칭 요소의 스위칭 상태는 (외부) 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 이는 역방향 공급을 위한 전류 흐름, 즉, 컨버터의 출력(A+, A-)으로부터 입력(E+, E-)으로 에너지를 전달할 때 발생하는 전류 흐름을 가능하게 한다. 절연 결함이 식별된 경우(예를 들어, 접지 전위와 관련된 전위(A+ 또는 A-)가 절연 결함으로 인해 미리 정해진 정격 전압 범위를 벗어나는 경우) 컨버터는 특히 정격 전압 범위가 미리 결정된 제한 주파수보다 큰 주파수에 유지되거나 또는 미리 결정된 허용 시간 범위보다 오랫동안 유지되는 경우 역전류 차단 디바이스(RS')를 개방하도록 구성된다.
도 2의 신호를 통해 제어 가능한 역전류 차단 디바이스(RS')는 일단 결함으로 인해 개방된 후에는 보호 신호를 통해서만 다시 폐쇄될 수 있다. 이러한 보호 신호는 예를 들어 허가된 직원만이 재설정할 수 있는 것을 보장하기 위해 잠금 가능한 인터페이스를 통해서만 입력될 수 있는 신호이거나 특정 코드에 해당하는 신호이다. 역전류 차단 디바이스(RS')를 나타내는 트랜지스터는 MOSFET이고, 이 MOSFET의 역 다이오드의 차단 방향은 도시된 바와 같이 제2 출력 전위(A-)로부터 제2 입력 전위(E-)로의 방향, 즉, 스위칭 유닛으로부터 멀어지는 쪽으로의 방향이다. 역전류 차단 디바이스(RS')가 제공하는 MOSFET의 개방된 스위칭 상태에서 이는 사용자와 접지를 통해 A-(또는 A+)로부터 전위(E-)로의 전류 흐름을 억제하고, 이 전류 흐름은 접지가 오작동할 때, 예를 들어, 컨버터에 의해 우회되는 두 네트워크 구획 사이의 접지 연결에 결함(예를 들어, 충전소와 차량 사이의 접지 연결에 결함)이 발생하는 경우 절연 결함이 발생하는 경우 발생할 수 있다.
일반적으로 MOSFET(참조 부호 RS') 대신에 역 다이오드(바디 다이오드)가 있거나 역 다이오드가 없는 트랜지스터를 사용할 수 있다. 역전류 차단 디바이스(RS)의 역 다이오드(존재하는 경우)는 이 경우 원치 않은 경우 충전 전류와 반대쪽으로 흐를 수 있는 전류의 역 흐름을 억제한다. 역방향 공급 동작에서 RS'는 폐쇄된 상태이다.
도 2는 스위칭 유닛(SE)의 스위칭 요소(T1, T2)(이하에서 보다 상세히 설명됨)의 연결점(VP)을 역전류 차단 디바이스(RS')에 연결하는 환류 다이오드(FD)를 도시한다. 다시 말해, 환류 다이오드(FD)는 연결점(VP)을 입력(E-, E+)과 반대쪽 제2 작동 인덕터(L)의 단부에 연결한다. 환류 다이오드(FD)는 입력(E-, E+)과 반대쪽 제1 작동 인덕터(L+)의 단부를 역전류 차단 디바이스(RS')에 연결한다. 환류 다이오드(FD)는 입력(E-, E+)과 반대쪽 제1 및 제2 작동 인덕터(L+, L-)의 단부들을 연결한다. 환류 다이오드(FD)는 작동 인덕터(L+ 및/또는 L-)의 자기 유도로 인해 (T1, T2, RS'의) 개방 시 발생할 수 있는 고전압으로부터 스위칭 유닛(SE)의 스위칭 요소(T1, T2)를 보호한다.
절연 결함의 발생으로 인해 전위(A+, A-)와 접지 전위 사이에 전류가 발생하면 무제한 전류 흐름이 즉시 시작되지 않고 오히려 인덕터(L-)가 렌츠의 법칙에 따라 시작 부분에서 전류 흐름을 제한하여 전류 흐름이 여전히 낮은 시간 범위가 발생하므로 스위칭 유닛(SE)을 비활성화하고(외부에서 제어 가능한 모든 스위치가 개방됨) 또한 신호를 통해 제어 가능한 역전류 차단 디바이스(RS')를 개방하는 것과 같은 조치를 취할 수 있다.
도 2의 전술된 스위칭 유닛(SE)은 제1 출력 전위(A+)와 연결점(VP) 사이에 제공되는 트랜지스터(T1)를 제1 스위칭 요소로서 포함한다. 이 트랜지스터는 역 다이오드를 갖고, 이 역 다이오드의 전달 방향은 연결점(VP)으로부터 출력 전위(A+)로의 방향이다. 스위칭 요소(T1)가 트랜지스터로 설계되기 때문에 컨버터의 역방향 공급 기능이 발생하여 입력(E+, E-)과 출력(A+, A-)의 기능이 반대로 된다.
트랜지스터(T1)(및 또한 트랜지스터(T2))는 충전 동안 및/또는 역방향 공급 동안 순환적으로 활성화될 수 있으며, 여기서 (충전 동안 A+와 A- 사이 그리고 역방향 공급 동안 E+와 E- 사이의) 각 출력 전압은 듀티 사이클을 통해 설정될 수 있다. 스위칭 유닛(SE)은 전술된 바와 같이 연결점(VP)과 제2 출력 전위(A-) 사이에 제공되는 트랜지스터(T2)를 제2 스위칭 요소로서 포함한다. 특히 DC 전압의 승압 변환 기능은 (충전 동작) E+로부터 시작하여 A+, - 전위로 향하거나 또는 (역방향 공급 동작) 역방향에서 A+로부터 시작하여 E+, - 전위로 향하는 트랜지스터(T1, T2)의 순환 스위칭에 의해 발생한다.
트랜지스터(T1, T2)는 역 다이오드가 있는 MOSFET으로 도시된다. 이 역 다이오드 각각의 전달 방향은 음의 출력 전위로부터 양의 출력 전위로 (A+로부터 A-로) 향하는 방향이다. 역 다이오드가 없는 트랜지스터도 또한 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2의 작동 인덕터(L) 또는 작동 인덕터(L-, L+) 및 이에 따라 컨버터의 저장 초크를 나타내는(또는 그 기능을 구현하는) 인덕터는 바람직하게는 필터 인덕터가 아니고, 특히 EMC 필터의 필터 인덕터가 아니다. 도 2의 경우, 인덕터(L-, L+)는 바람직하게는 공통 모드 필터의 필터 초크가 아니다. 특히, 도 1 및 도 2의 작동 인덕터(L) 또는 작동 인덕터(L-, L+)는 필터 초크보다 높은 품질, 예를 들어, 100kHz의 주파수에서 적어도 5, 10, 25 또는 50 또는 또한 적어도 100의 품질을 갖는다. 적어도 하나의 필터 인덕터가 있는 EMC 필터는 도 1 및 도 2의 작동 인덕터(L) 또는 작동 인덕터(L-, L+)의 상류에 연결될 수 있다.
도 3은 역전류 차단 디바이스의 추가 실시예를 도시한다. 입력의 제2 입력 전위는 이 실시예를 적용할 때 도시된 역전류 차단 디바이스(RS")를 통해 스위칭 유닛(SE)에 연결된다. 역전류 차단 디바이스(RS")는 상류 회로(VS)의 일부이다.
역전류 차단 디바이스(RS")는 직렬 회로와 병렬로 연결된 제1 다이오드 요소(D1)를 포함한다. 이 직렬 회로는 제2 다이오드 요소(D2)(D1과 반대 극성)와 퓨즈(F2)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 퓨즈(F1)를 사용하면 퓨즈(F1)가 제1 퓨즈로 지정될 수 있고, 도 3의 퓨즈(F2)는 제2 퓨즈로 지정될 수 있다. 제1 다이오드 요소(D1)의 차단 방향은 제2 입력 전위로부터 스위칭 유닛으로의 방향이고, 이에 따라 입력으로부터 출력으로 전압 변환 동안 전류를 전달한다. 제2 다이오드 요소의 차단 방향은 스위칭 유닛으로부터 제2 입력 전위로의 방향이고, 이에 따라 역방향 공급 동안의 경우와 같이 출력으로부터 입력으로 전압 변환 동안 전류를 전달한다.
접지에 결함이 발생하거나 절연 결함이 있는 경우 제2 입력 전위로 흐르는 전류는 퓨즈(F2)를 통해 제한될 수 있다. 퓨즈(F2)는 최대 복귀 공급 전력에서 발생하는 최대 전류, 트리거 전류 또는 정격 전류를 갖거나 또는 최대 복귀 공급 전력에서 발생하는 최대 전류, 트리거 전류 또는 정격 전류에 5% 또는 10% 또는 20%의 안전 마진을 더한 값을 갖는다. 다이오드(D2)는 또한 이 레벨에서 정격 전류 또는 연속 전류에 바람직하게는 추가 안전 마진을 더한 값을 가질 수 있다. 도 1의 퓨즈(F1)는 최대 충전 전력에서 발생하는 최대 전류, 트리거 전류 또는 정격 전류에 5% 또는 10% 또는 20%의 안전 마진을 더한 값을 갖는다. 퓨즈(F1)의 최대 전류, 트리거 전류 또는 정격 전류는 퓨즈(F1)의 최대 전류, 트리거 전류 또는 정격 전류의 적어도 2배, 3배, 4배 또는 5배일 수 있다. 퓨즈(F1)(도 1 참조)의 정격 전류는 예를 들어 적어도 300A 또는 350A일 수 있다. 이는 공공 전력망의 사양을 고려하거나 (공공)전력망의 일반적인 상황을 고려하여 직류 전류를 이용한 급속 충전이 가능한 응용에 해당한다. 이와 달리 퓨즈(F2)는 더 낮은 정격 전류를 갖는다. 퓨즈(F2)(도 3 참조)의 정격 전류는 예를 들어 (최대) 복귀 공급 전류로 이어지고, 이는 응용으로 인해 최대 충전 전류보다 낮을 수 있다. 제1 응용에서 퓨즈(F2)의 정격 전류는 150A 미만, 125A 미만 또는 110A 미만일 수 있다. 제2 응용에서 퓨즈(F2)의 정격 전류는 95A 또는 90A 미만일 수 있다. 제3 응용에서 퓨즈(F2)의 정격 전류는 40A, 35A 또는 30A 미만일 수 있다. 응용은 컨버터가 연결된 전기 네트워크 연결의 보안 및 위상 수에 따라 달라진다. 특히 퓨즈(F2)의 크기는 정격 복귀 공급 전력에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 40kW 내지 45kW, 약 22kW 또는 11kW일 수 있다.
추가 응용은 퓨즈(F2)의 정격 전류가 70A, 65A 또는 63A 미만인 것을 제공한다. 퓨즈(F2)의 트리거 시간은 바람직하게는 퓨즈(F1)의 트리거 시간보다 짧고, 그 절반 또는 20% 미만일 수 있다. 도 3에 도시된 역전류 차단 디바이스는 인덕터(L-)(도 2) 또는 전위(E-)(도 1)를 전위(A-)에 연결하거나 또는 연결점(VP)과는 반대쪽 트랜지스터((T2)(도 2) 또는 T(도 1)) 측에 연결한다. 다이오드(D1)의 전달 방향은 이 경우 전위(E-)를 향하는 방향이다. 다이오드(D1 및 D2)는 역병렬로 서로 연결되며, 여기서 다이오드(D2)(제2 입력 전위를 향하는 전달 방향을 가짐)는 퓨즈(F2)에 직렬로 연결되고, 나아가 이 직렬 회로는 다이오드(D1)와 병렬로(역병렬로) 연결된다. 따라서 퓨즈(F2)는 다이오드(D2)의 전달 방향으로만 작용하고; 도 3의 역전류 차단 디바이스를 통한 반대 흐름 방향에서 다이오드(D1)는 예를 들어 퓨즈(F2)를 우회하여 퓨즈(F2)의 트리거 전류보다 큰 충전 전류를 가능하게 한다.

Claims (12)

  1. 차량의 충전 전압 컨버터로서,
    적어도 하나의 작동 인덕터(L, L+)를 포함하는 상류 회로(VS)와, 상기 상류 회로(VS)의 하류에 연결되는 스위칭 유닛(SE)을 포함하고, 상기 작동 인덕터(L)는 상기 전압 컨버터의 입력(E+, E-)의 제1 입력 전위(E+)를 상기 스위칭 유닛(SE)에 연결하고, 상기 입력의 제2 입력 전위(E-)는 상기 상류 회로(VS)의 역전류 차단 디바이스(RS, RS')를 통해 상기 스위칭 유닛(SE)에 연결된, 차량의 충전 전압 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작동 인덕터(L)는 직렬로 연결된 스위칭 유닛의 두 개의 스위칭 요소(D, T)의 연결점(VP)과 상기 입력의 제1 입력 전위(E+) 사이에 제공되고, 상기 역전류 차단 디바이스(RS)는 상기 스위칭 유닛(SE)으로부터 상기 역전류 차단 디바이스(RS)를 통해 상기 제2 입력 전위(E-)로의 전류 흐름을 차단하도록 설계된, 차량의 충전 전압 컨버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 역전류 차단 디바이스(RS)는 다이오드 요소를 포함하고, 상기 다이오드 요소의 차단 방향은 상기 제2 입력 전위(E-)로부터 상기 스위칭 유닛(SE)으로의 방향이고, 또는 상기 역전류 차단 디바이스(RS)는 상기 제2 입력 전위(E-)로부터 상기 스위칭 유닛(SE)으로의 전류 흐름을 차단하도록 설계된 트랜지스터를 포함하는, 차량의 충전 전압 컨버터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스위칭 유닛의 연결된 두 개의 스위칭 요소는 트랜지스터(T)와 다이오드(D)로 설계되거나 또는 두 개의 트랜지스터로서 설계되는, 차량의 충전 전압 컨버터.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 전압 컨버터는 단방향 DC-DC 컨버터로서 설계된, 차량의 충전 전압 컨버터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 작동 인덕터는 직렬로 연결된 스위칭 유닛(SE)의 두 개의 스위칭 요소(T1, T2)의 연결점(VP)과 상기 입력의 제1 입력 전위(E+) 사이에 제1 작동 인덕터(L+)로서 제공되고, 상기 상류 회로(VS)는 상기 입력의 제2 입력 전위(E-)와 상기 스위칭 유닛(SE) 사이에 직렬로 제공된 제2 작동 인덕터를 포함하고, 상기 역전류 차단 디바이스(RS')는 상기 스위칭 유닛(SE)으로부터 상기 역전류 차단 디바이스(RS')를 통해 제2 입력 전위(E-)로의 전류 흐름을 차단하도록 설계된, 차량의 충전 전압 컨버터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 역전류 차단 디바이스(RS')는 상기 제2 입력 전위(E-)로부터 상기 스위칭 유닛(SE)으로의 전류 흐름을 차단하도록 설계된 트랜지스터를 포함하는, 차량의 충전 전압 컨버터.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 스위칭 유닛의 연결된 두 개의 스위칭 요소는 두 개의 트랜지스터(T1, T2)로서 설계되는, 차량의 충전 전압 컨버터.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 전압 컨버터는 양방향 DC-DC 컨버터로사 설계된, 차량의 충전 전압 컨버터.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상류 회로(VS)는 상기 스위칭 유닛(SE)의 스위칭 요소(T1, T2)의 연결점(VP)에 연결되는 환류 다이오드(FD)를 포함하는, 차량의 충전 전압 컨버터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 입력 전위(E+)를 상기 스위칭 유닛(SE)의 대응하는 출력 전위(A+)에 스위칭 가능하게 연결하는 우회 스위치(BS)를 더 포함하고, 상기 충전 전압 컨버터는 제1 회로 차단기(S1)를 포함하고, 상기 제1 회로 차단기는 상기 제1 입력 전위(E+)를 상기 스위칭 유닛(SE)에 연결하는 작동 인덕터(L, L+)와 상기 제1 입력 전위(E+) 사이에 제공되는, 차량의 충전 전압 컨버터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 역전류 차단 디바이스(RS")는 제1 다이오드 요소(D1)를 포함하고, 상기 제1 다이오드 요소의 차단 방향은 상기 제2 입력 전위(E-)로부터 상기 스위칭 유닛(SE)으로의 방향이고, 상기 역전류 차단 디바이스(RS")는 퓨즈(F2)와 제2 다이오드 요소(D2)로 이루어진 직렬 회로를 더 포함하고, 상기 제2 다이오드 요소(D2)의 차단 방향은 상기 제1 다이오드 요소(D1)의 차단 방향과 반대 방향이고, 상기 직렬 회로는 상기 제1 다이오드 요소(D1)와 병렬로 연결되는, 차량의 충전 전압 컨버터.
KR1020237030869A 2021-02-15 2021-12-22 역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터 KR20230142791A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021201401.1 2021-02-15
DE102021201401.1A DE102021201401B4 (de) 2021-02-15 2021-02-15 Fahrzeugseitiger Lade-Spannungswandler mit Rückstromsperre
PCT/EP2021/087225 WO2022171346A1 (de) 2021-02-15 2021-12-22 Fahrzeugseitiger lade-spannungswandler mit rückstromsperre

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230142791A true KR20230142791A (ko) 2023-10-11

Family

ID=79730264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237030869A KR20230142791A (ko) 2021-02-15 2021-12-22 역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240128855A1 (ko)
KR (1) KR20230142791A (ko)
CN (1) CN116848771A (ko)
DE (1) DE102021201401B4 (ko)
WO (1) WO2022171346A1 (ko)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4959602A (en) 1989-06-02 1990-09-25 Westinghouse Electric Corp. Ac motor drive with improved voltage-source inverter
JP3422002B2 (ja) 1994-11-11 2003-06-30 株式会社小松製作所 Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路およびこのｄｃ−ｄｃコンバータ回路を用いた誘導負荷駆動装置
JP4890247B2 (ja) 2006-03-27 2012-03-07 三菱電機株式会社 系統連系インバータ装置
DE102007024567A1 (de) 2007-05-25 2008-11-27 Daimler Ag Hochvolt-Bordnetzarchitektur für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug sowie integrierte Leistungselektronik für eine Hochvolt-Bordnetzarchitektur
JP2009072040A (ja) 2007-09-18 2009-04-02 Aisin Seiki Co Ltd 電動機のバッテリ充電装置
US8717717B2 (en) * 2011-08-04 2014-05-06 Futurewei Technologies, Inc. High efficiency power regulator and method
JP6031672B2 (ja) 2012-04-27 2016-11-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 車載用電源装置およびこれを用いた車載電源ユニット
US9873341B2 (en) 2015-08-05 2018-01-23 GM Global Technology Operations LLC Transformerless, current-isolated onboard charger with solid-state switching controls
DE102016108942A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Spannungswandler mit Verpolungsschutzdiode
EP3331146A1 (en) * 2016-11-30 2018-06-06 Nokia Technologies OY Device and method for supplying power to information and communications technology equipment
DE102018208358B4 (de) 2018-05-28 2023-08-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrisches Bordnetz, Fortbewegungsmittel und elektrische Schaltung zum Heizen einer Batterie

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021201401A1 (de) 2022-08-18
DE102021201401B4 (de) 2022-12-29
US20240128855A1 (en) 2024-04-18
CN116848771A (zh) 2023-10-03
WO2022171346A1 (de) 2022-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110014863B (zh) 用于电动汽车的逆变器
US9318969B2 (en) Frequency converter with DC link capacitor and method for pre-charging the DC link capacitor
RU2461912C1 (ru) Шунтирующий модуль
KR101724217B1 (ko) 전력변환장치
US20140049215A1 (en) Method for monitoring the charging mode of an energy store in a vechile and charging system for charging an energy store in a vechile
WO2017110510A1 (ja) Ｄｃｄｃコンバータ
KR101982907B1 (ko) 전압원 보호에 대한 단락을 이용하는 동기식 벅 조절기
KR20030011329A (ko) 전압 변환 장치
US11368084B2 (en) Current converter unit, transmission installation having a current converter unit, and method for fault management in a current converter unit
WO2015039942A1 (en) Module
US10972000B2 (en) Supply system to a set of loads connected in parallel to a direct current supply bus
US20030086227A1 (en) Device for protecting a power component against voltage surges
EP3696960B1 (en) Current control circuit for a dc-dc converter
KR20230142791A (ko) 역전류 차단 디바이스를 갖는 차량의 충전 전압 컨버터
US7339345B2 (en) Power converter topologies for better traction drive packaging
CN113302812A (zh) 用于在直流电压供电网中提供故障电流的脉冲电路
CN108141030B (zh) 保护电路
CN212726852U (zh) Dc-dc芯片电路及芯片
EP3496249B1 (en) Inverter, assembly and vehicle comprising such inverter, and method for operating an inverter
JPH0847179A (ja) 充電装置
US11539358B2 (en) Circuit for protecting a switch
CN213783135U (zh) 用于牵引系统的电路装置和电气轨道车辆
EP4287428A1 (en) Overvoltage protection circuit
JP7055798B2 (ja) 高電圧電気システムの放電回路
RU2275670C1 (ru) Блок защиты от перенапряжения в цепях электропитания