KR20240002572A - 전기 자동차의 충전 장치 - Google Patents

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이지한
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김영진
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 전기 자동차의 충전 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 자동차용 충전 장치는, 모터와; 인버터; 전력 입력부; 역률 보정부; 컨버터; 링크 캐패시터; 단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 복수의 교류 전력 입력 라인이 상기 전력 입력부에 선택적으로 연결하는 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)와, 상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 상기 역률 보정부를 풀 브리지 회로 또는 하프 브리지 회로로 절환하는 제 3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4)를 포함하는 스위치 네트워크; 상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.

Description

전기 자동차의 충전 장치{ELECTRIC CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 모터를 이용하여 주행하는 전기 자동차의 충전 장치에 관한 것이다.
내연 기관 자동차가 화석 연료를 주 에너지원으로 사용하는 것과는 다르게, 전기 자동차는 전기 에너지를 주 에너지원으로 사용한다. 따라서 전기 자동차는 전기 에너지를 저장할 수 있는 고전압 배터리와, 동력원인 모터, 그리고 모터를 구동하기 위한 인버터가 필수적이다.
전기 자동차의 배터리를 충전하기 위한 충전기는 완속 충전기와 급속 충전기로 구분할 수 있다. 완속 충전기는 상용 교류 전력을 교류 전력 형태 그대로 자동차로 전달하는 반면, 급속 충전기는 상용 교류 전력을 직류로 변환하여 자동차로 전달한다. 완속 충전기의 경우 구조가 단순하고 가격도 저렴하기 때문에 보급율을 높이는데 유리하다. 다만, 완속 충전기를 사용하기 위해서는 전기 자동차에 차량 탑재용 충전기(On Board Charger, OBC)가 탑재되어 있어야 한다.
완속 충전기를 통해 제공되는 교류 전력은 완속 충전기가 설치되어 있는 국가에 따라 매우 다양하다. 이와 같은 다양한 형태의 교류 전력을 이용하여 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 차량 탑재용 충전기가 다양한 형태의 상용 교류 전력에 대응할 수 있어야 한다.
일 측면에 따르면, 구조가 단순하고, 크기가 작으며, 다양한 형태의 전원으로부터 공급되는 전력으로 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차의 충전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전기 자동차용 충전 장치는, 전기 자동차를 구동하기 위한 동력을 발생시키도록 마련되는 모터와; 상기 모터에 전력을 공급하도록 마련되는 인버터와; 단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 교류 전력 입력 라인을 구비하는 전력 입력부와; 상기 전력 입력부를 통해 상기 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 풀 브리지 회로를 포함하는 역률 보정부와; 상기 역률 보정부의 전력을 고전압 배터리가 요구하는 충전 전압으로 변환하는 컨버터와; 상기 컨버터 또는 상기 모터 및 상기 인버터 조합 가운데 적어도 하나를 통해 충전되는 링크 캐패시터와; 상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 상기 복수의 교류 전력 입력 라인이 상기 전력 입력부에 선택적으로 연결하는 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)와, 상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 상기 역률 보정부를 풀 브리지 회로 또는 하프 브리지 회로로 절환하는 제 3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4)를 포함하는 스위치 네트워크와; 상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 복수의 풀 브리지 회로는 제 1 풀 브리지 회로와 제 2 풀 브리지 회로를 포함한다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 제 1 풀 브리지 회로의 제 1 레그가 상기 교류 전력 입력단의 제 1 교류 전력 입력 라인(L1)에 연결되고; 상기 제 1 풀 브리지 회로의 제 2 레그가 상기 제 1 스위치(S1)를 통해 상기 교류 전력 입력단의 제 2 교류 전력 입력 라인(L2)과 상기 중성선(N) 가운데 어느 하나에 선택적으로 연결되며; 상기 제 2 풀 브리지 회로의 제 1 레그가 상기 교류 전력 입력단의 제 3 교류 전력 입력 라인(L3)에 연결되고; 상기 제 1 풀 브리지 회로의 제 2 레그가 상기 제 2 스위치(S2)를 통해 상기 교류 전력 입력단의 상기 제 3 교류 전력 입력 라인(L3)과 상기 중성선(N) 가운데 어느 하나에 선택적으로 연결된다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 단상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 모두 턴 온 되어 상기 제 1 교류 전력 입력 라인(L1)과 상기 제 2 교류 전력 입력 라인(L2), 상기 중성선(N)을 통해 상기 단상 교류 전력이 입력된다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 다상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 모두 턴 오프 되어 상기 제 1 교류 전력 입력 라인(L1)과 상기 제 2 교류 전력 입력 라인(L2), 상기 제 3 교류 전력 입력 라인(L3), 상기 중성선(N)을 통해 상기 다상 교류 전력이 입력된다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 링크 캐패시터는, 상기 단상 교류 전력에 대응하도록 마련되는 제 1 링크 캐패시터(C1)와; 상기 다상 교류 전력에 대응하도록 마련되는 제 2 링크 캐패시터(C3)를 포함한다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 단상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 3 스위치가 제 1 접점에 연결되고 상기 제 4 스위치가 턴 온 되어 상기 제 1 풀 브리지 회로 및 상기 제 2 풀 브리지 회로를 통해 상기 제 1 링크 캐패시터(C1)가 충전된다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 다상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 3 스위치가 제 2 접점에 연결되고 상기 제 4 스위치가 턴 온 되어 상기 제 1 풀 브리지 회로를 통해 상기 제 2 링크 캐패시터(C2)가 충전된다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 컨버터가 복수의 변압기를 포함하고; 상기 스위치에 네트워크가 제 5 스위치(S5)를 더 포함하며; 상기 복수의 변압기 각각의 2차 측 전압이 상기 모터 및 상기 인버터를 통해 상기 고전압 배터리로 전달되어 상기 고전압 배터리의 충전이 이루어지도록 상기 제 5 스위치(S5)가 턴 온 된다.
상술한 전기 자동차의 충전 장치에서, 상기 제 5 스위치(S5)는 상기 전기 자동차가 충전 모드인 동안에만 턴 온 되고 상기 전기 자동차가 주행하는 동안에는 턴 오프 된다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전기 자동차의 또 다른 충전 장치는, 전기 자동차를 구동하기 위한 동력을 발생시키도록 마련되는 모터와; 상기 모터에 전력을 공급하도록 마련되는 인버터와; 단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 교류 전력 입력 라인을 구비하는 전력 입력부와; 상기 전력 입력부를 통해 상기 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 풀 브리지 회로를 포함하는 역률 보정부와; 상기 역률 보정부의 전력을 고전압 배터리가 요구하는 충전 전압으로 변환하는 컨버터와; 상기 컨버터 또는 상기 모터 및 상기 인버터 조합 가운데 적어도 하나를 통해 충전되는 링크 캐패시터와; 상기 전력 입력부를 구성하는 상기 복수의 교류 전력 입력 라인 가운데 적어도 하나와 상기 역률 보정부를 선택적으로 연결하도록 마련되는 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)와, 상기 전력 입력부와 상기 역률 보정부, 상기 링크 캐패시터를 선택적으로 연결하도록 마련되는 적어도 하나의 제 3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4)를 포함하는 스위치 네트워크와; 상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전기 자동차의 또 다른 충전 장치는, 단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 풀 브리지 회로를 포함하는 역률 보정부와; 복수의 변압기를 구비하고, 상기 복수의 변압기 각각의 2차 측 전압이 상기 전기 자동차의 모터 및 인버터를 통해 상기 고전압 배터리로 전달되어 상기 고전압 배터리의 충전이 이루어지도록 마련되는 컨버터와; 상기 컨버터 또는 상기 모터 및 상기 인버터 조합 가운데 적어도 하나를 통해 충전되는 링크 캐패시터와; 상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 전류 경로를 변경하도록 마련되는 스위치 네트워크와; 상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함한다.
일 측면에 따르면, 구조가 단순하고, 크기가 작으며, 다양한 형태의 전원으로부터 공급되는 전력으로 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차의 충전 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 계통을 나타낸 도면이다.
도 3A 및 도 3B은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재 충전기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재용 충전기가 수용할 수 있는 다양한 종류의 전원을 나타낸 도면이다.
도 5는 EMI 필터를 통해 입력되는 단상 비대칭 교류 전력의 입력 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 단상 비대칭 교류 전력 입력 시 DC-DC 컨버터에서의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 단상 비대칭 교류 전력 입력 시 모터 및 인버터를 통해 고전압 배터리를 충전하는 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 전력 입력부 및 부스트 역률 보정부에서의 첫 번째 상 전류의 경로를 나타낸 도면이다.
도 9는 3상 대칭 교류 전력 입력 시 전력 입력부 및 부스트 역률 보정부에서의 두 번째 상 전류의 경로를 나타낸 도면이다.
도 10은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 전력 입력부 및 부스트 역률 보정부에서의 세 번째 상 전류의 경로를 나타낸 도면이다.
도 11은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 캐패시터(C3)의 충전된 전압에 의해 캐패시터(C1)이 충전되는 경로를 나타낸 도면이다.
도 12는 3상 대칭 교류 전력 입력 시 DC-DC 컨버터에서의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 13은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 모터 및 인버터를 통해 고전압 배터리를 충전하는 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성 요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성 요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성 요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별 부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별 부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시 예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 전기 자동차(100)는 모터(후술하는 도 2의 212 참조)를 구비한다. 따라서 모터(212)를 구동하기 위한 전력을 저장할 고전압 배터리(102)가 차량(100)에 탑재된다. 일반적인 내연 기관 자동차에도 엔진 룸의 한쪽에 보조 배터리(도 2의 208 참조)가 마련된다. 하지만 전기 자동차(100)의 경우 크기가 더 큰 대용량의 고전압 배터리(212)가 요구된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차(100)에서는 2열 승객석 하부 공간에 고전압 배터리(102)가 설치된다. 고전압 배터리(102)에 저장되는 전력은 모터(212)를 구동하여 동력을 발생시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 배터리(102)는 리튬 배터리일 수 있다.
전기 자동차(100)에는 충전 소켓(104)이 마련된다. 충전 소켓(104)에는 외부의 완속 충전기(150)의 충전 커넥터(152)가 연결됨으로써 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어질 수 있다. 즉 완속 충전기(150)의 충전 커넥터(152)를 전기 자동차(100)의 충전 소켓(104)에 연결하면 전기 자동차(100)의 고전압 배터리(102)가 충전된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 충전 계통을 나타낸 도면이다.
전기 자동차(100)의 고전압 배터리(102)를 충전하기 위해 완속 충전기(150)가 사용될 수 있다. 고전압 배터리(102)는 400V~800V의 충전 전압을 가질 수 있다. 완속 충전기(150)는 차량(100)의 외부에서 상용 교류 전력(AC)을 교류 전력 형태 그대로 전기 자동차(100)로 공급한다. 완속 충전기(150)를 통해 공급되는 교류 전력은 전기 자동차(100) 내부에서 미리 설정된 레벨의 직류 전압으로 변환된 후 고전압 배터리(102)를 충전한다.
전기 자동차(100)의 내부에서는 차량 탑재 충전기(On Board Charger, OBC)(202)가 고전압 배터리(102)의 충전에 관여한다. 'OBC'라고도 불리는 차량 탑재 충전기(202)는 완속 충전기(150)로부터 공급되는 상용 교류 전력을 800V의 직류 전압으로 변환하여 고전압 배터리(102)를 충전한다.
도 2에서, 인버터(206)는 고전압 배터리(102)의 전력을 모터(212)에서 요구되는 전기적 특성을 갖도록 변환하여 모터(212)로 전달한다. 모터(212)는 인버터(206)를 통해 전달되는 전력에 의해 회전함으로써 동력을 발생시킨다. 도 2에 나타낸 충전 계통에서는, 필요에 따라 모터(212)와 인버터(206)가 차량 탑재 충전기(202)와 함께 고전압 배터리(102)의 충전에 이용될 수 있다.
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재 충전기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3A는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 충전 장치(202)의 전력 입력부(312)와 부스트 역률 보정부(314), DC-DC 컨버터(318)를 나타낸 도면이다. 도 3B는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 파워 릴레이 회로부(316)와 인버터(206), 모터(212)를 나타낸 도면이다. 도 3B의 인버터(206) 및 모터(212)는 도 3A의 차량 충전 장치(202)에 전기적으로 연결된다. 참고로, 도 3B의 파워 릴레이 회로부(316)는 도 3A의 차량 충전 장치(202)의 구성 요소들 중 하나이지만, 설명의 편의를 위해 도 3B에 인버터(206) 및 모터(212)와 함께 나타내었다. 또한, 도 3B의 스위치(S5) 역시 도 3A의 차량용 충전 장치(202)의 스위치 네트워크에 포함되는 구성 요소이나, 설명의 편의를 위해 도 3B에 도시하였다. 이와 같은 도 3A 및 도 3B는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재 충전기(202)의 구성은 물론, 차량 탑재 충전기(202)가 고전압 배터리(102)와 인버터(206), 모터(212)에 어떻게 연결되는지도 보여준다.
도 3A에 나타낸 바와 같이, 차량 탑재 충전기(202)는 전력 입력부(312)와 부스트 역률 보정부(Boost Power Factor Corrector)(314), 파워 릴레이 회로부(Power Relay Assembly)(316), DC-DC 컨버터(318)를 포함한다.
전력 입력부(312)에는 외부의 상용 교류 전원으로부터 상용 교류 전력이 입력된다. 전력 입력부(312)는 4개의 교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)(N)과 EMI 필터(Electro Magnetic Interference Filter)(322), 스위치(S1)(S2)(S3)를 포함한다.
EMI 필터(322)는 입력된 상용 교류 전력에 포함되어 있는 잡음을 제거하도록 마련된다. EMI 필터(322)는 4개의 교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)(N)이 연결된다. 외부의 상용 교류 전원으로부터 교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)(N)을 통해 EMI 필터(322)로 상용 교류 전력이 입력된다. 교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)(N)에서, 'N'은 중성선이다.
교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)(N)을 통해 최대 3상의 교류 전력이 EMI 필터(322)로 입력될 수 있다. 즉, 교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)을 통해 3상의 교류 전력이 EMI 필터(322)로 입력될 수 있다. 또는 교류 전력 입력 라인(L1)과 중성선(N)만을 통해 단상 교류 전력이 EMI 필터(322)로 입력될 수 있다.
전력 입력부(312)의 스위치(S1)는 교류 전력 입력 라인(L2)과 중성선(N) 가운데 어느 하나를 EMI 필터(322)로 연결한다. 입력 상용 교류 전력이 3상 또는 2상일 때에는 교류 전력 입력 라인(L2)이 EMI 필터(322)에 연결되도록 스위치(S1)가 제어된다. 만약 입력 상용 교류 전력이 단상이면 중성선(N)이 EMI 필터(322)에 연결되도록 스위치(S1)가 제어된다.
전력 입력부(312)의 스위치(S2)는 교류 전력 입력 라인(L3)과 중성선(N) 가운데 어느 하나를 EMI 필터(322)로 연결한다. 입력 상용 교류 전력이 3상 또는 2상일 때에는 교류 전력 입력 라인(L3)이 EMI 필터(322)에 연결되도록 스위치(S2)가 제어된다. 만약 입력 상용 교류 전력이 단상이면 중성선(N)이 EMI 필터(322)에 연결되도록 스위치(S2)가 제어된다.
전력 입력부(312)의 스위치(S3)는 교류 전력 입력 라인(L1)과 후술하는 부스트 역률 보정부(314)의 레그(348) 사이에 마련된다. 스위치(S3)는 부스트 역률 보정부(314)의 레그(348)를 A 접점 또는 B 접점 가운데 어느 하나로 연결하도록 제어될 수 있다.
도 3A에서, 부스트 역률 보정부(314)는, 스위칭 소자(Q11)(Q12)(Q13)(Q14) 및 2개의 레그(342)(344)로 구성되는 제 1 풀 브리지 회로와, 스위칭 소자(Q15)(Q16)(Q17)(Q18) 및 2개의 레그(346)(348)로 구성되는 제 2 풀 브리지 회로를 포함한다. Q11과 Q13, Q12와 Q14, Q15와 Q17, Q16과 Q18 사이에 각각 형성되는 제 1 레그 내지 제 4 레그(342)(344)(346)(348)는 EMI 필터(322)에 연결된다. 제 1-4 레그(342)(344)(346)(348) 각각은 인덕터 성분을 포함할 수 있다. 제 1 풀 브리지 회로 및 제 2 풀 브리지 회로는 EMI 필터(322)와 캐패시터(C1) 사이에 서로 병렬로 연결된다. 캐패시터(C1)는, PFC 링크 캐패시터로서, 제 1 풀 브리지 회로 및 제 2 풀 브리지 회로의 양단 사이에 마련된다.
제 1 풀 브리지 회로에서, 레그(342)에는 교류 전력 입력 라인(L1)이 연결되고, 또 다른 레그(344)에는 교류 전력 입력 라인(L2) 또는 중성선(N)이 연결된다. 교류 전력 입력 라인(L2)과 중성선(N) 가운데 어느 것이 제 1 풀 브리지 회로의 레그(344)에 연결되는지는 전력 입력부(312)에 마련되는 스위치(S1)의 온/오프에 의해 결정된다. 스위치(S1)가 턴 오프 되면 교류 전력 입력 라인(L2)이 제 1 풀 브리지 회로의 레그(344)에 연결되고, 스위치(S1)가 턴 온 되면 중성선(N)이 제 1 풀 브리지 회로의 레그(344)에 연결된다.
제 2 풀 브리지 회로에서, 레그(346)에는 교류 전력 입력 라인(L3) 또는 중성선(N)이 연결되고, 또 다른 레그(348)에는 교류 전력 입력 라인(L1)이 연결된다. 교류 전력 입력 라인(L3)과 중성선(N) 가운데 어느 것이 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346)에 연결되는지는 전력 입력부(312)에 마련되는 스위치(S2)의 온/오프에 의해 결정된다. 스위치(S2)가 턴 오프 되면 교류 전력 입력 라인(L3)이 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346)에 연결되고, 스위치(S2)가 턴 온 되면 중성선(N)이 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346)에 연결된다. 교류 전력 입력 라인(L1)과 제 2 풀 브리지 회로의 레그(348) 사이에는 스위치(S3)가 마련된다. 스위치(S3)가 A 접점에 연결되면 제 2 풀 브리지 회로의 레그(348)가 교류 전력 입력 라인(L1)에 연결된다. 이와 다르게, 스위치(S3)가 B 접점에 연결되면 제 2 풀 브리지 회로의 레그(348)는 다음에 설명하는 스위치(S4)의 후단에 연결된다.
부스트 역률 보정부(314)에는 또 다른 스위치(S4)가 더 마련된다. 제 1 풀 브리지 회로(Q11)(Q12)(Q13)(Q14)의 양 단 사이에는 캐패시터(C3)가 연결된다. 이 캐패시터(C3)의 일측과 앞서 설명한 캐패시터(C1)의 일측 사이에 이 스위치(S4)가 마련된다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 스위치(S4)의 턴 온에 의해 부스트 역률 보정부(314)의 제 1 풀 브리지 회로 및 제 2 풀 브리지 회로가 캐패시터(C1)의 양단 및 DC-DC 컨버터(318)의 1차 측에 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(S4)가 턴 오프되면 부스트 역률 보정부(314)의 제 1 풀 브리지 회로 및 제 2 풀 브리지 회로가 캐패시터(C1)의 양단 및 DC-DC 컨버터(318)의 1차 측에 전기적으로 연결되지 않는다.
도 3A에서, 캐패시터(C1)는 단상 교류 입력 전력에 대응하도록 마련되는 링크 캐패시터이다. 또한, 캐패시터(C3)는 3상 교류 입력 전력에 대응하도록 마련되는 링크 캐패시터이다.
또한, 도 3A에서, 스위치 네트워크를 구성하는 스위치(S1)(S2)는 단상 교류 전력과 3상 교류 전력 각각에 대응하기 위해 마련된다. 즉, 단상 교류 전력이 입력될 때에는 스위치(S1)(S2)가 턴 온 되고, 3상 교류 전력이 입력될 때에는 스위치(S1)(S2)가 턴 오프된다.
또한, 도 3A에서, 스위치 네트워크를 구성하는 스위치(S3)(S4)는 부스트 역률 보정부(314)를 풀 브리지 회로 또는 하프 브리지 회로로 절환하도록 마련된다. 즉, 스위치(S3)(S4)가 턴 온 되면 부스트 역률 보정부(314)는 풀 브리지 회로로서 동작하고, 반대로 스위치(S3)(S4)가 턴 오프 되면 부스트 역률 보정부(314)는 하프 브리지 회로로서 동작한다.
DC-DC 컨버터(318)에는 제 1 변압기(DCX1) 및 제 2 변압기(DCX2)가 마련된다. 제 1 변압기(DCX1) 및 제 2 변압기(DCX2)는 1:1 변압기이다. DC-DC 컨버터(318)는 교류 입력 전력의 전압에 무관하게 제 1 변압기(DCX1) 및 제 2 변압기(DCX2)이 1차 측 전압을 일정하게 유지한다. DC-DC 컨버터(318)의 1차 측은 인버터로서 동작하고, 2차 측은 정류부로서 동작한다. 또한 DC-DC 컨버터(318)는 입력부(318)와 고전압 배터리(102) 사이에서 물리적 절연 기능을 수행한다. 이와 같은 DC-DC 컨버터(318)는 입력부(318)에 입력되는 교류 입력 전압을 고전압 배터리(102)가 요구하는 충전 전압으로 변환한다.
제 1 변압기(DCX1)의 1차 측에는 스위칭 소자 Q21, Q22, Q23, Q24로 이루어지는 제 1 인버터가 마련된다. 제 1 인버터(Q21)(Q22)(Q23)(Q24)는 스위치(S4)가 턴 온 됨으로써 부스트 역률 보정부(314)의 제 1 풀 브리지 회로(Q11)(Q12)(Q13)(Q14)의 출력 신호를 제 1 변압기(DCX1)의 1차 측으로 전달한다. 제 1 변압기(DCX1)의 2차 측에는 스위칭 소자 Q31, Q32, Q33, Q34로 이루어지는 제 1 정류부가 마련된다. 제 1 정류부(Q31)(Q32)(Q33)(Q34)는 제 1 변압기(DCX1)의 2차 측 전압을 정류하여 캐패시터(C4)를 충전한다.
제 2 변압기(DCX2)의 1차 측에는 스위칭 소자 Q25, Q26, Q27, Q28로 이루어지는 제 2 인버터가 마련된다. 제 1 인버터(Q25)(Q26)(Q27)(Q28)는 스위치(S4)가 턴 온 됨으로써 부스트 역률 보정부(314)의 제 2 풀 브리지 회로(Q15)(Q16)(Q17)(Q18)의 출력 신호를 제 2 변압기(DCX2)의 1차 측으로 전달한다. 제 2 변압기(DCX2)의 2차 측에는 스위칭 소자 Q35, Q36, Q37, Q38로 이루어지는 제 2 정류부가 마련된다. 제 2 정류부(Q35)(Q36)(Q37)(Q38)는 제 2 변압기(DCX2)의 2차 측 전압을 정류하여 캐패시터(C4)를 충전한다.
도 3A에서, 캐패시터(C2)와 고전압 배터리(102)의 (+) 전극 사이에는 세 개의 스위치(BS1)(BS2)(BS3)와 하나의 파워 팩터 소자(P2)가 연결된다. 스위치(BS1)와 파워 팩터 소자(P2)는 캐패시터(C2)와 고전압 배터리(102)의 (+) 전극 사이에 직렬 연결되고, 이 직렬 연결 구조에 스위치(BS2)가 병렬 연결된다. 캐패시터(C2)와 고전압 배터리(102)의 (-) 전극 사이에는 스위치(BS3)가 연결된다. 세 개의 스위치(BS1)(BS2)(BS3) 각각은 파워 릴레이 회로부(316)를 구성하는 파워 릴레이일 수 있다. 도 3B에서, 고전압 배터리(102)가 파워 릴레이 회로부(316) 내에 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 도시한 것일 뿐, 본 발명의 실시 예에서 고전압 배터리(102)는 파워 릴레이 회로부(316)에 포함되지 않는다.
도 3B에 나타낸 바와 같이, 모터(212)에 공급되는 전류를 조절하는 인버터(206)는 6개의 스위칭 소자(QA)(QB)(QC)(QD)(QE)(QF)로 구성된다. 스위칭 소자 QC 및 QF에 의해 조절되는 전류와 스위칭 소자 QB 및 QE에 의해 조절되는 전류, 스위칭 소자 QA 및 QD에 의해 조절되는 전류가 모터(212)의 3상 코일에 각각 인가된다.
도 3B에서, 스위치(S5)는 앞서 도 3A에서 설명한 제 1 변압기(DCX1), 제 2 변압기(DCX2)의 2차 측 전압에 의해 충전되는 캐패시터(C4)의 (+)전극과 모터(212)의 중성점 사이를 전기적으로 연결한다. 파워 릴레이 회로부(316)의 세 개의 스위치(BS1)(BS2)(BS3)가 모두 턴 온된 상태에서, 스위치(S5)가 턴 온 되면 캐패시터(C4)의 충전 전압에 따른 전류가 모터(212)와 인버터(206), 턴 온되어 있는 세 개의 스위치(BS1)(BS2)(BS3)를 통해 고전압 배터리(102)를 충전한다. 스위치(S5)가 턴 오프 되면, 세 개의 스위치(BS1)(BS2)(BS3)가 턴 온 되어 있더라도 모터(212) 및 인버터(206)를 통한 고전압 배터리(102)의 충전은 이루어지지 않는다. 스위치(S5)는 차량(100)이 정차한 상태에서 충전되는 동안에만 턴 온 되며, 차량(100)이 주행하는 동안에는 턴 오프 된다.
도 3A 및 도 3B에서, 차량 탑재 충전기(202)에 마련되는 스위치 네트워크를 구성하는 복수의 스위치(S1)(S2)(S3)(S4)(S5)(BS1)(BS2)(BS3) 및 복수의 스위칭 소자(Q11-Q38)(QA-QF)는 앞서 도 2에서 설명한 제어부(210)의 제어에 의해 턴 온 또는 턴 오프 된다. 제어부(210)는 차량용 충전 장치(202) 내 구성 요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 스위치 네트워크를 구성하는 복수의 스위치(S1)(S2)(S3)(S4)(S5)(BS1)(BS2)(BS3)의 다양한 온/오프 조합을 통해 다양한 종류의 상용 교류 전력으로 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어질 수 있다. 다양한 종류의 상용 교류 전력에 대해서는 다음의 도 4를 통해 자세히 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재용 충전기가 수용 가능한 다양한 종류의 전원을 나타낸 도면이다.
도 4A는 단상 비대칭 전원(Single-Phase Asymmetric Power Source)을 나타낸 도면이다. 도 4A에 나타낸 바와 같이, 단상 비대칭 전원은 공급 전력의 전압이 단일 위상의 단일 전압(Vac)의 형태로 공급된다. 단일 전압(Vac)이 단일의 위상을 갖기 때문에 단상 비대칭 전원이라 한다. 도 4A에 나타낸 단상 비대칭 전원은, 예를 들면 한국과 북미 지역에서 사용되는 충전기의 전원 형태일 수 있다.
도 4B는 3상 대칭 전원(3-Phase Symmetric Power Source)을 나타낸 도면이다. 도 4B에 나타낸 바와 같이, 3상 대칭 전원은 공급 전력의 전압이 세 개의 전압(Va)(Vb)(Vc)으로 나뉘어 공급된다. 세 개의 전압(Va)(Vb)(Vc)이 서로 다른 위상을 갖기 때문에 3상 대칭 전원이라 한다. 도 4B에 나타낸 3상 대칭 전원은, 예를 들면 유럽 지역에서 사용되는 충전기의 전원 형태일 수 있다.
이처럼, 국가별로 상용 교류 전원의 형태가 다양하기 때문에, 본 발명의 실시 예에 따른 차량 탑재용 충전기(202)는 스위치 네트워크의 온/오프 조합을 통해 다양한 형태의 국가별 상용 교류 전원에 대응하고자 한다. 예를 들면, 단상 비대칭 전원(도 4A)에 대해서는 부스트 역률 보정부(314)를 병렬/인터리브드 풀 브리지 인버터 모드로 동작시키고 모터(212) 및 인버터(206)를 인버터 부스트 모드로 동작시킴으로써 단상 비대칭 전원(도 4A)의 전력에 의해 차량(100)의 고전압 배터리(102)가 충전될 수 있도록 한다. 인버터 부스트 모드는 모터(212)에 전류를 공급하는 인버터(206)를 부스트 모드로 구동하는 것을 의미한다. 또한, 예를 들면, 3상 대칭 전원(도 4B)에 대해서는 부스트 역률 보정부(314)를 3-레그 부스트 역률 보정부 및 벅 컨버터로 동작시키고, 모터(212) 및 인버터(206)를 인버터 부스트 모드로 동작시킴으로써 3상 대칭 전원(도 4B)의 전력에 의해 차량(100)의 고전압 배터리(102)가 충전될 수 있도록 한다. 단상 비대칭 전원(도 4A)에 의한 충전과 3상 대칭 전원(도 4B)에 의한 충전 모두에서 제 1 변압기(DCX1) 및 제 2 변압기(DCX2) 모두 1:1 전력 변환을 수행한다.
도 5 내지 도 13은, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치(202)에서 다양한 형태의 국가 별 상용 교류 전원에 대응하기 위한 스위치 네트워크의 온/오프 조합 및 그에 따른 전류/전압의 특성을 나타낸 도면이다. 이 중에서, 도 5 내지 도 7은 단상 비대칭 전원(도 4A)으로부터 전력을 공급받아 고전압 배터리(102)를 충전하는 경우를 나타낸 도면이다. 나머지 도 8 내지 도 13은 3상 대칭 전원(도 4B)으로부터 전력을 공급받아 고전압 배터리(102)를 충전하는 경우를 나타낸 도면이다.
앞서 언급한 것처럼, 도 5 내지 도 7은 단상 비대칭 교류 전원(도 4A)으로부터 전력을 공급받아 고전압 배터리(102)를 충전하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7의 경우, 단상 비대칭 교류 전력에 대응하기 위한 스위치 네트워크의 각 스위치들의 온/오프 조합은 다음과 같다. 이와 같은 온/오프 조합에 의해 본 발명에 따른 차량용 충전 장치(202)에서는, 단상 비대칭 교류 전력에 대응하기 위해, 부스트 역률 보정부(314)가 복수의 풀 브리지 역률 보정 수단으로서 동작하고, DC-DC 컨버터(318)는 DC-DC 컨버팅 수단으로서 동작하며, 모터(121) 및 인버터(206)는 부스트 컨버팅 수단으로서 동작한다.
S1 : ON, S2 : ON, S3 : A, S4 : ON, S5 : ON
BS1 : ON, BS2 : ON, BS3 : ON
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치(202)에서, 스위치(S5)가 턴 온 된 상태에서만 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어질 수 있으며, 스위치(S5)가 턴 오프 된 상태에서는 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어지지 않는다.
도 5는 EMI 필터(322)를 통해 입력되는 단상 교류 전력의 입력 전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 스위치(S1)(S2)는 중성선(N)이 EMI 필터(322)에 연결되도록 모두 턴 온 된다. 이로써 교류 전력 입력 라인(L1)과 EMI 필터(322), 부스트 역률 보정부(314), 중성선(N)을 통해 단상 비대칭 교류 전력이 입력될 수 있다. 스위치(S3)는 A 접점에 연결되고, 스위치(S4)(S5)는 모두 턴 온 되어 제 1 풀 브리지 회로의 레그(342)(343) 및 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346)(348)에는 교류 전력 입력 라인(L1)이 연결된다.
여기에 더하여 부스트 역률 보정부(314)의 스위칭 소자(Q12)(Q13)(Q16)(Q17)가 턴 온 된다.
이와 같은 스위치 네트워크 및 스위칭 소자의 온/오프 조합에 의해, 도 5에 실선 화살표 및 점선 화살표로 표시한 것과 같은 경로를 따라, 제 1 풀 브리지 회로 및 제 2 풀 브리지 회로를 통해 캐패시터(C1)의 충전이 이루어진다.
도 6은 단상 비대칭 교류 전력 입력 시 DC-DC 컨버터(318)에서의 전류 흐름을 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 것과 같은 스위치 네트워크의 온/오프 조합과 함께 DC-DC 컨버터(318)의 1차 측의 스위칭 소자(Q22)(Q23)(Q26)(Q27) 및 DC-DC 컨버터(318)의 2차 측의 스위칭 소자(Q31)(Q34)(Q35)(Q38)가 턴 온 됨으로써, 캐패시터(C1)의 충전 전압은 도 6에 실선 화살표 및 점선 화살표를 통해 나타낸 경로를 따라 DC-DC 컨버터(318)의 1차 측에 전달된 후 DC-DC 컨버터(318)의 2차 측에 유도됨으로써 캐패시터(C4)를 충전한다.
도 7은 단상 비대칭 교류 전력 입력 시 모터(212) 및 인버터(206)를 통해 고전압 배터리(102)를 충전하는 전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6에 나타낸 것과 같은 스위칭 네트워크 및 스위칭 소자들의 온/오프 조합과 함께, 스위치(S5)가 턴 온 됨으로써, 도 7에 나타낸 바와 같이, DC-DC 컨버터(314)의 2차 측에 연결되는 캐패시터(C4)의 전력이 모터(212) 및 인버터(206)를 통해 고전압 배터리(102)에 전달된다. 이로써 단상 비대칭 교류 전력에 의해 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어진다. 캐패시터(C1)의 충전 전압에 의해 고전압 배터리(102)가 충전되는 것은 캐패시터(C1)의 전압(Vc1)의 첨두치가 고전압 배터리(102)의 충전 요구 전압(Vbatt)보다 큰 것에 기인한다.
이와 같은 스위치 네트워크의 온/오프 조합을 통해 풀 브리지 인버터 타입 부스트 역률 보정부를 구현함으로써 한국 및 북미 지역의 단상 비대칭 교류 전원(도 4A)에 대응할 수 있다.
도 8 내지 도 13은 3상 대칭 전원(도 4B)으로부터 전력을 공급받아 고전압 배터리(102)를 충전하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 13의 경우, 3상 대칭 교류 전력에 대응하기 위한 스위치 네트워크의 각 스위치들의 온/오프 조합은 다음과 같다. 이와 같은 온/오프 조합에 의해 본 발명에 따른 차량용 충전 장치(202)에서는, 3상 대칭 교류 전력에 대응하기 위해, 부스트 역률 보정부(314)가 3-레그 부스트 역률 보정 수단 및 벅 컨버터로서 동작하고, DC-DC 컨버터(318)는 1:1 변압 수단으로서 동작하며, 모터(121) 및 인버터(206)는 부스트 컨버팅 수단으로서 동작한다.
S1 : OFF, S2 : OFF, S3 : B, S4 : OFF, S5 : ON
BS1 : ON, BS2 : ON, BS3 : ON
스위치(S1)(S2)가 턴 오프 됨으로써 중성선(N)이 EMI 필터(322)에 연결되지 않고, 교류 전력 입력 라인(L1)(L2)(L3)만 EMI 필터(322)에 연결된다. 스위치(S3)는 B 접점에 연결되고, 스위치(S4)는 턴 오프 되며, 스위치(S5)는 턴 온 된다. 이로써, 교류 전력 입력 라인(L1)이 제 1 풀 브리지 회로의 레그(342) 및 제 2 풀 브리지 회로의 레그(348)에 연결되고, 교류 전력 입력 라인(L2)가 제 1 풀 브리지 회로의 레그(344)에 연결되며(제 2 풀 브리지 회로에는 연결되지 않음), 교류 전력 입력 라인(L3)이 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346)에 연결된다(제 1 풀 브리지 회로에는 연결되지 않음).
도 8은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 전력 입력부(312) 및 부스트 역률 보정부(314)에서의 첫 번째 상 전류의 경로를 나타낸 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 교류 전력 입력 라인(L1)을 통해 입력되는 첫 번째 상 전류는, 실선 화살표를 통해 나타낸 경로를 따라, 제 1 풀 브리지 회로의 레그(342)와 제 1 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q11), 캐패시터(C3), 제 1 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q14), 제 1 풀 브리지 회로의 레그(344), 교류 전력 입력 라인(L2)을 따라 흐르면서 캐패시터(C3)를 충전한다.
도 9는 3상 대칭 교류 전력 입력 시 전력 입력부(312) 및 부스트 역률 보정부(314)에서의 두 번째 상 전류의 경로를 나타낸 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 교류 전력 입력 라인(L2)을 통해 입력되는 두 번째 상 전류는, 실선 화살표를 통해 나타낸 경로를 따라, 제 1 풀 브리지 회로의 레그(344)와 제 1 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q12), 캐패시터(C3), 제 2 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q17), 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346), 교류 전력 입력 라인(L3)을 따라 흐르면서 캐패시터(C3)를 충전한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 충전 장치(202)에 3상 대칭 교류 전력이 입력될 때 전력 입력부(312) 및 부스트 역률 보정부(314)에서의 세 번째 상 전류의 경로를 나타낸 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 교류 전력 입력 라인(L3)을 통해 입력되는 세 번째 상 전류는, 실선 화살표를 통해 나타낸 경로를 따라, 제 2 풀 브리지 회로의 레그(346)와 제 2 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q15), 캐패시터(C3), 제 1 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q13), 제 1 풀 브리지 회로의 레그(342), 교류 전력 입력 라인(L1)을 따라 흐르면서 캐패시터(C3)를 충전한다.
도 11은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 캐패시터(C3)의 충전된 전압에 의해 캐패시터(C1)이 충전되는 경로를 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 스위치(S4)가 턴 오프 되고 스위치(S3)가 B 접점에 연결됨으로써, 제 2 풀 브리지 회로의 스위칭 소자(Q16)와 제 2 풀 브리지 회로의 레그(348), 스위치(S3)를 통해 캐패시터(C1)의 충전이 이루어진다.
도 12는 3상 대칭 교류 전력 입력 시 DC-DC 컨버터(318)에서의 전류 흐름을 나타낸 도면이다. 도 12에 나타낸 것과 같은 스위치 네트워크의 온/오프 조합과 함께 DC-DC 컨버터(318)의 1차 측의 스위칭 소자(Q22)(Q23)(Q26)(Q27) 및 DC-DC 컨버터(318)의 2차 측의 스위칭 소자(Q31)(Q34)(Q35)(Q38)가 턴 온 됨으로써, 캐패시터(C1)의 충전 전압은 도 12에 실선 화살표 및 점선 화살표를 통해 나타낸 경로를 따라 DC-DC 컨버터(318)의 1차 측에 전달된 후 DC-DC 컨버터(318)의 2차 측에 유도됨으로써 캐패시터(C4)를 충전한다.
도 13은 3상 대칭 교류 전력 입력 시 모터(212) 및 인버터(206)를 통해 고전압 배터리(102)를 충전하는 전류의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 8 내지 도 11에 나타낸 것과 같은 스위칭 네트워크 및 스위칭 소자들의 온/오프 조합과 함께, 스위치(S5)가 턴 온 됨으로써, 도 12에 나타낸 바와 같이, DC-DC 컨버터(314)의 2차 측에 연결되는 캐패시터(C4)의 전력이 모터(212) 및 인버터(206)를 통해 고전압 배터리(102)에 전달된다. 이로써 3상 대칭 교류 전력에 의해 고전압 배터리(102)의 충전이 이루어진다. 캐패시터(C1)의 충전 전압에 의해 고전압 배터리(102)가 충전되는 것은 캐패시터(C1)의 전압(Vc1)의 첨두치가 고전압 배터리(102)의 충전 요구 전압(Vbatt)보다 큰 것에 기인한다.
이와 같은 스위치 네트워크의 온/오프 조합을 통해 풀 브리지 인버터 타입 부스트 역률 보정부를 구현함으로써 유럽 지역의 3상 대칭 교류 전원(도 4B)에 대응할 수 있다.
한편, 개시된 실시 예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시 예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록 매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시 예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시 예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시 예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 전기 자동차
102: 고전압 배터리
104: 충전 소켓
150: 완속 충전기
152: 충전 커넥터
202: 차량 탑재 충전기
206: 인버터
210: 제어부
212: 모터
312: 전력 입력부
314: 부스트 역률 보정부
316: 파워 릴레이 회로부
318: DC-DC 컨버터
322: EMI 필터

Claims (12)

  1. 전기 자동차를 구동하기 위한 동력을 발생시키도록 마련되는 모터와;
    상기 모터에 전력을 공급하도록 마련되는 인버터와;
    단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 교류 전력 입력 라인을 구비하는 전력 입력부와;
    상기 전력 입력부를 통해 상기 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 풀 브리지 회로를 포함하는 역률 보정부와;
    상기 역률 보정부의 전력을 고전압 배터리가 요구하는 충전 전압으로 변환하는 컨버터와;
    상기 컨버터 또는 상기 모터 및 상기 인버터 조합 가운데 적어도 하나를 통해 충전되는 링크 캐패시터와;
    상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 상기 복수의 교류 전력 입력 라인이 상기 전력 입력부에 선택적으로 연결하는 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)와, 상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 상기 역률 보정부를 풀 브리지 회로 또는 하프 브리지 회로로 절환하는 제 3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4)를 포함하는 스위치 네트워크와;
    상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하는 전기 자동차의 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 풀 브리지 회로는 제 1 풀 브리지 회로와 제 2 풀 브리지 회로를 포함하는 전기 자동차의 충전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 풀 브리지 회로의 제 1 레그가 상기 교류 전력 입력단의 제 1 교류 전력 입력 라인(L1)에 연결되고;
    상기 제 1 풀 브리지 회로의 제 2 레그가 상기 제 1 스위치(S1)를 통해 상기 교류 전력 입력단의 제 2 교류 전력 입력 라인(L2)과 상기 중성선(N) 가운데 어느 하나에 선택적으로 연결되며;
    상기 제 2 풀 브리지 회로의 제 1 레그가 상기 교류 전력 입력단의 제 3 교류 전력 입력 라인(L3)에 연결되고;
    상기 제 1 풀 브리지 회로의 제 2 레그가 상기 제 2 스위치(S2)를 통해 상기 교류 전력 입력단의 상기 제 3 교류 전력 입력 라인(L3)과 상기 중성선(N) 가운데 어느 하나에 선택적으로 연결되는 전기 자동차의 충전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 모두 턴 온 되어 상기 제 1 교류 전력 입력 라인(L1)과 상기 제 2 교류 전력 입력 라인(L2), 상기 중성선(N)을 통해 상기 단상 교류 전력이 입력되는 전기 자동차의 충전 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 다상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치가 모두 턴 오프 되어 상기 제 1 교류 전력 입력 라인(L1)과 상기 제 2 교류 전력 입력 라인(L2), 상기 제 3 교류 전력 입력 라인(L3), 상기 중성선(N)을 통해 상기 다상 교류 전력이 입력되는 전기 자동차의 충전 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 링크 캐패시터는,
    상기 단상 교류 전력에 대응하도록 마련되는 제 1 링크 캐패시터(C1)와;
    상기 다상 교류 전력에 대응하도록 마련되는 제 2 링크 캐패시터(C3)를 포함하는 전기 자동차의 충전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 3 스위치가 제 1 접점에 연결되고 상기 제 4 스위치가 턴 온 되어 상기 제 1 풀 브리지 회로 및 상기 제 2 풀 브리지 회로를 통해 상기 제 1 링크 캐패시터(C1)가 충전되는 전기 자동차의 충전 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다상 교류 전력이 입력될 때 상기 제 3 스위치가 제 2 접점에 연결되고 상기 제 4 스위치가 턴 온 되어 상기 제 1 풀 브리지 회로를 통해 상기 제 2 링크 캐패시터(C2)가 충전되는 전기 자동차의 충전 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버터가 복수의 변압기를 포함하고;
    상기 스위치에 네트워크가 제 5 스위치(S5)를 더 포함하며;
    상기 복수의 변압기 각각의 2차 측 전압이 상기 모터 및 상기 인버터를 통해 상기 고전압 배터리로 전달되어 상기 고전압 배터리의 충전이 이루어지도록 상기 제 5 스위치(S5)가 턴 온 되는 전기 자동차의 충전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 5 스위치(S5)는 상기 전기 자동차가 충전 모드인 동안에만 턴 온 되고 상기 전기 자동차가 주행하는 동안에는 턴 오프 되는 전기 자동차의 충전 장치.
  11. 전기 자동차를 구동하기 위한 동력을 발생시키도록 마련되는 모터와;
    상기 모터에 전력을 공급하도록 마련되는 인버터와;
    단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 교류 전력 입력 라인을 구비하는 전력 입력부와;
    상기 전력 입력부를 통해 상기 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 풀 브리지 회로를 포함하는 역률 보정부와;
    상기 역률 보정부의 전력을 고전압 배터리가 요구하는 충전 전압으로 변환하는 컨버터와;
    상기 컨버터 또는 상기 모터 및 상기 인버터 조합 가운데 적어도 하나를 통해 충전되는 링크 캐패시터와;
    상기 전력 입력부를 구성하는 상기 복수의 교류 전력 입력 라인 가운데 적어도 하나와 상기 역률 보정부를 선택적으로 연결하도록 마련되는 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)와, 상기 전력 입력부와 상기 역률 보정부, 상기 링크 캐패시터를 선택적으로 연결하도록 마련되는 적어도 하나의 제 3 스위치(S3) 및 제 4 스위치(S4)를 포함하는 스위치 네트워크와;
    상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하는 전기 자동차의 충전 장치.
  12. 단상 교류 전력과 다상 교류 전력 가운데 적어도 하나의 교류 전력이 입력되는 복수의 풀 브리지 회로를 포함하는 역률 보정부와;
    복수의 변압기를 구비하고, 상기 복수의 변압기 각각의 2차 측 전압이 상기 전기 자동차의 모터 및 인버터를 통해 상기 고전압 배터리로 전달되어 상기 고전압 배터리의 충전이 이루어지도록 마련되는 컨버터와;
    상기 컨버터 또는 상기 모터 및 상기 인버터 조합 가운데 적어도 하나를 통해 충전되는 링크 캐패시터와;
    상기 단상 교류 전력과 상기 다상 교류 전력 가운데 어느 하나의 입력에 대응하도록 전류 경로를 변경하도록 마련되는 스위치 네트워크와;
    상기 전력 입력부를 통해 입력되는 교류 전력의 조건에 따라 상기 역률 보정부와 상기 스위치 네트워크를 제어하도록 마련되는 제어부를 포함하는 전기 자동차의 충전 장치.

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