WO2013100559A1 - 전기자동차 충전장치 - Google Patents

전기자동차 충전장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2013100559A1
WO2013100559A1 PCT/KR2012/011461 KR2012011461W WO2013100559A1 WO 2013100559 A1 WO2013100559 A1 WO 2013100559A1 KR 2012011461 W KR2012011461 W KR 2012011461W WO 2013100559 A1 WO2013100559 A1 WO 2013100559A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
electric vehicle
reactor
switch
current
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/011461
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강태환
Original Assignee
주식회사 효성
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 주식회사 효성 filed Critical 주식회사 효성
Publication of WO2013100559A1 publication Critical patent/WO2013100559A1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/52Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by DC-motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10Methods 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 the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14Conductive energy transfer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods 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
    • B60L53/24Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal 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
    • H02M7/797Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/30AC to DC converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/40DC to AC converters
    • B60L2210/42Voltage source inverters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/52Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/526Operating parameters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle charging apparatus, and more particularly, to an electric vehicle charging apparatus capable of output control of a wide range of voltage using a bidirectional inverter.
  • a vehicle driven by an engine requires a large number of parts such as fuel supply, intake and exhaust, cooling and lubrication system, and dustproof device in relation to the engine, transmission and drive shaft, hydraulic brake, and other engines.
  • parts such as fuel supply, intake and exhaust, cooling and lubrication system, and dustproof device in relation to the engine, transmission and drive shaft, hydraulic brake, and other engines.
  • vehicles equipped with electric motors, hydrogen cars, fuel cells, or next generation cars using solar energy have been developed.
  • the battery of the electric vehicle can be charged by using a motor-driven inverter in both directions.
  • 1 is a view showing a circuit of a conventional electric vehicle charging device.
  • rectification is performed by four switches when the battery is charged, and a DC / DC converter is configured by two switches.
  • the reactor of the AC / DC rectifier input filter and the DC / DC converter output filter consist of the reactance component of the motor stator coil. Phase change is then performed for the three-phase motor stator coil to adjust the reactance values of the AC / DC rectifier input filter and the output filter of the DC / DC converter. Details in this regard are mentioned in PCT Publication No. 97/008009.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a lightweight electric vehicle charging device having a wide range of output voltage to extend the life of the inverter by utilizing the motor drive inverter in-vehicle in both directions.
  • the electric vehicle charging device of the present invention for solving the technical problem is a current conversion means that serves as an inverter for controlling the motor of the electric vehicle or a converter for converting AC into direct current according to the flow direction of the current;
  • a reactor connected to each phase of the three-phase AC power supply and having a reactance value adjustable;
  • a single-phase switching switch located between the reactor, the neutral line of the three-phase AC power source and the current converting means to switch between the three-phase power source input from the three-phase AC power source, to switch between the reactor and the neutral wire of the three-phase AC power source;
  • a motor connected to the current conversion means to drive the electric vehicle.
  • the charge-discharge switching switch for supplying the single-phase power to the current conversion means, the first charge-discharge switching switch for switching to the single-phase switching switch side, when the single-phase switching switch is switched to the neutral line side; A second charge / discharge switching switch connected to the reactor for switching; And a third charge / discharge switching switch which does not have a switching connection to the reactor side.
  • the charge-discharge switching switch for supplying the single-phase power to the current change means is the first charge-discharge to form an electrical circuit through the switching connection to the single-phase switching switch side, when the single-phase switching switch is switched to the neutral line power supply side Switching switch; A second charge / discharge switch for switching an electrical circuit to the reactor side through a switching connection; And a third charge / discharge switching switch which does not constitute an electrical circuit by not switching to the reactor side.
  • the current converting means when the current converting means serves as a converter for converting alternating current into direct current, it may operate as an AC / DC pulse width modulation (PWM) converter.
  • PWM pulse width modulation
  • the reactor may be located outside the electric vehicle.
  • the present invention it is possible to provide a lightweight electric vehicle charging apparatus having a wide range of output voltages by utilizing the in-vehicle motor driving inverter in both directions and using only the existing inverter circuit without any additional switching circuit.
  • rectification using an AC / DC PWM converter increases power quality, and the use of inverter switches in a balanced manner extends the life of the overall inverter.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a charging apparatus for an electric vehicle according to the related art.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an electric vehicle charging device according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are circuit diagrams for explaining the operation of a single-phase switching switch according to an embodiment of the present invention.
  • 4A and 4B are circuit diagrams for describing an operation of a charge / discharge switching switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram for explaining the operation of the charge-discharge switching switch and the single-phase switching switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an electric vehicle charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the electric vehicle charging device includes a battery 100, a current converting means 200, a three phase AC power supply, a reactor 410, a single phase switch 420, a charge / discharge switch 300, and a motor 500. ) Configuration.
  • the battery 100 receives direct current from an electrically connected current converting means 200, stores power in a cell in the battery 100, and converts current to supply the stored power to the motor 500. It serves to supply direct current to the means (200).
  • the current converting means 200 is supplied with alternating current from an external three-phase AC power source and converts it to a direct current to the battery 100, and also receives a direct current from the battery 100 and converts it into an alternating current motor 500 ) To feed and control.
  • the current conversion means 200 which performs an AC / DC pulse width modulation (PWM) converter and a DC / AC inverter function may include six power semiconductors having a switching function such as an insulated gate bi-polar transistor (IGBT).
  • IGBT insulated gate bi-polar transistor
  • the present invention is not limited to this kind or number, and means for passing current in both directions and converting direct current into alternating current or alternating current into direct current depending on the direction.
  • the three-phase AC power supply serves to supply power to the battery 100 with a power source located outside the vehicle, and may be a power supply for supplying three-phase four-wire 220V AC in general home.
  • Reactor 410 is composed of the first reactor 411 to the third reactor 413 located outside the electric vehicle, and connected to each phase of the three-phase AC power supply, and sets the reactance value of the electric vehicle charging device. Play a role. Reactance control in the AC circuit is well known to those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted.
  • the conventional invention has a problem in that the setting of the reactance value is limited because the stator coil installed in the motor 500 of the electric vehicle is used to set the reactance value, and the freedom of the reactance value is significantly reduced.
  • the present invention utilizes the reactor 410 installed on the outside of the electric vehicle instead of the stator coil of the motor 500 installed in the electric vehicle, it is possible to finely adjust the reactance value In addition, the overall weight of the electric vehicle can be reduced.
  • the single-phase switching switch 420 is located between the reactor 410, the current conversion means 200 and the three-phase AC power supply, and serves to switch the power supplied to the current conversion means between three and non-three phases.
  • the single-phase switching switch 420 switches to the first reactor 411 to electrically connect the reactor 410 and the current converting means 200 when charging using each phase of the three-phase AC power supply.
  • the single-phase switching switch 420 is switched from the first reactor 411 to the neutral wire to convert the current. Electrically connecting the means 200 and the neutral wire of the three-phase AC power supply.
  • 360V is supplied from the current conversion means 200, but a single-phase switching switch 420 is connected to the neutral wire of the three-phase power supply, the power of less than 360V from the current conversion means 200, the battery (100) Can be supplied.
  • the motor 500 is connected to the current converting means 200 and is driven by using an alternating current supplied from the battery 100 via the current converting means 200.
  • the charge / discharge switching switch 300 is located between the current conversion means 200, the reactor 410, and the motor 500, and supplies the power supplied from the reactor 410 to the current conversion means to charge the battery 100. Or switch to determine that the battery 100 is discharged by supplying alternating current supplied from the current switching means to the motor 500.
  • the charge / discharge switching switch 300 serves to switch the three-phase alternating current power supply to the single-phase alternating current power when the battery 100 is charged together with the single-phase switching switch 420. That is, as shown in FIG. 5, the first charge / discharge switching switch 310 is connected to the single-phase switching switch 420 to be electrically connected to the neutral line of the three-phase AC power supply, and the second charge / discharge switching switch 320 is the second reactor. The third charge / discharge switching switch 330 may be turned off.
  • the single-phase AC power source may be inputted to the current converting means 200 by extracting only the single phase from the three-phase AC power supply using the charge / discharge switching switch 300 and the single-phase switching switch 420 simultaneously.
  • the output voltage of the single-phase PWM converter with a single phase and a neutral wire in the 220V three-phase four-wire can be controlled as low as 179.6V as shown in the following equation.
  • V DC is the output DC voltage
  • V LPK is the peak value of input line voltage
  • D m is the modulation index of the PWM signal and has a value between 0 and 1.
  • the second charge / discharge switching switch 320 is not necessarily limited to being connected to the second reactor 412, the third charge-discharge switching switch 330 is open, the third charge-discharge switching The switch 330 may be connected to the third reactor 413 and the second charge / discharge switching switch 320 may be opened.
  • the present invention it is possible to provide a light-weight electric vehicle charging apparatus having a wide range of output voltages by utilizing the in-vehicle motor 500 driving inverter in both directions and using only the existing inverter circuit without an additional additional switching circuit.
  • rectification using an AC / DC PWM converter increases power quality, and the use of all six inverter switches in a balanced manner extends the life of the overall inverter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 전기자동차 충전장치에 관한 것으로, 본 발명의 전기자동차 충전장치는 전류의 흐름 방향에 따라 전기자동차의 모터를 제어하는 인버터 또는 교류를 직류로 변환하는 컨버터 역할을 하는 전류변환수단; 상기 삼상교류전원의 각 상에 연결되고 리액턴스 값이 조절가능한 리액터; 상기 삼상교류전원에서 입력되는 삼상전원을 변환시키기 위해, 상기 리액터, 상기 삼상교류전원의 중성선 및 상기 전류변환수단 사이에 위치하여 상기 리액터와 상기 삼상교류전원의 중성선 사이를 스위칭하는 단상 절환 스위치; 및 상기 전류변환수단에 연결되어 전기자동차를 구동하는 모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 차량 내부 모터 구동 인버터를 양방향으로 활용하고, 별도의 추가 스위칭 회로 없이 기존 인버터 회로만을 사용하여 넓은 범위의 출력 전압을 갖는 경량의 전기자동차 충전장치를 제공할 수 있다. 또한, AC/DC PWM 컨버터를 사용하여 정류하므로 파워 퀄리티를 증가시킬 수 있으며, 인버터 스위치를 균형적으로 사용할 수 있어 전체적인 인버터의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

전기자동차 충전장치
본 발명은 전기자동차 충전장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 양방향 인버터를 이용하여 폭넓은 범위의 전압을 출력제어할 수 있는 전기자동차 충전장치에 관한 것이다.
종래에 엔진에 의해 구동되는 차량은 엔진, 변속기 및 드라이브샤프트, 유압브레이크, 기타 엔진과 관련하여 연료공급장치, 흡기 및 배기장치, 냉각 및 윤활장치, 방진장치 등 수많은 부품이 소요되고 배기가스에 의해 대기를 오염시키는 많은 문제점을 발생시키고 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 현재 전기모터를 장착한 차량, 수소자동차, 연료전지 또는 태양에너지를 이용한 차세대 자동차 등이 개발되고 있다.
이러한 전기자동차의 배터리는 모터 구동용 인버터를 양방향으로 사용하여 충전할 수 있다. 도 1은 종래의 전기자동차 충전 장치의 회로를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 양방향 인버터를 이용하여 배터리를 충전하기 위해서는, 배터리 충전 시 4개의 스위치로 정류를 하고, 2개의 스위치로 DC/DC 컨버터를 구성한다. AC/DC 정류기 입력 필터와 DC/DC 컨버터 출력 필터의 리액터는 모터 고정자 코일의 리액턴스 성분으로 구성한다. 그리고 3상 모터 고정자 코일에 대해 상 전환하여 AC/DC 정류기 입력 필터와 DC/DC 컨버터의 출력 필터의 리액턴스 값을 조정한다. 이와 관련된 상세한 내용은 PCT 공개 특허 제97/008009호에 언급되어 있다.
그러나 이러한 종래의 기술은 AC/DC 정류기의 파워퀄리티가 떨어지고, 인버터 내의 스위칭 소자가 비대칭적으로 사용되어 고장 발생의 확률이 증가시키고, 이로 인해 인버터의 수명을 단축시킨다. 또한, 모터의 스테이터(Stator)의 코일을 사용하여 리액턴스를 구성하므로 리액턴스 값의 자유도가 현저히 떨어지고, 전체적인 충전 시스템의 최적화를 저해하며, 효율 및 제어 성능에 악영향을 미친다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 차량 내부 모터 구동 인버터를 양방향으로 활용하여 인버터의 수명을 연장시키고, 넓은 범위의 출력 전압을 갖는 경량의 전기자동차 충전장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전기자동차 충전장치는 전류의 흐름 방향에 따라 전기자동차의 모터를 제어하는 인버터 또는 교류를 직류로 변환하는 컨버터 역할을 하는 전류변환수단; 상기 삼상교류전원의 각 상에 연결되고 리액턴스 값이 조절가능한 리액터; 상기 삼상교류전원에서 입력되는 삼상전원을 변환시키기 위해, 상기 리액터, 상기 삼상교류전원의 중성선 및 상기 전류변환수단 사이에 위치하여 상기 리액터와 상기 삼상교류전원의 중성선 사이를 스위칭하는 단상 절환 스위치; 및 상기 전류변환수단에 연결되어 전기자동차를 구동하는 모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전류변환수단에 단상 전원을 공급하기 위한 상기 충방전 절환 스위치는, 상기 단상 절환 스위치가 상기 중성선 측으로 스위칭 된 경우, 상기 단상 절환 스위치 측으로 스위칭 연결하는 제1 충방전 절환 스위치; 상기 리액터 측으로 스위칭 연결하는 제2 충방전 절환 스위치; 및 상기 리액터 측으로 스위칭 연결을 하지 않는 제3 충방전 절환 스위치를 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 전류변화수단에 단상 전원을 공급하기 위한 상기 충방전 절환 스위치는 상기 단상 절환 스위치가 상기 중성선 전원 측으로 스위칭 된 경우, 상기 단상 절환 스위치 측으로 스위칭 연결을 통해 전기적 회로를 형성하는 제1 충방전 절환 스위치; 상기 리액터 측으로 스위칭 연결을 통해 전기적 회로를 제2 충방전 절환 스위치; 및 상기 리액터 측으로 스위칭 연결하지 않아 전기적 회로를 구성하지 않는 제3 충방전 절환 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 전류변환수단이 교류를 직류로 변환하는 컨버터 역할을 하는 경우, AC/DC PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터로서 동작할 수 있다.
또한, 상기 리액터는 상기 전기자동차의 외부에 위치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량 내부 모터 구동 인버터를 양방향으로 활용하고, 별도의 추가 스위칭 회로 없이 기존 인버터 회로만을 사용하여 넓은 범위의 출력 전압을 갖는 경량의 전기자동차 충전장치를 제공할 수 있다. 또한, AC/DC PWM 컨버터를 사용하여 정류하므로 파워 퀄리티를 증가시킬 수 있으며, 인버터 스위치를 균형적으로 사용할 수 있어 전체적인 인버터의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 전기자동차 충전 장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치의 회로도.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 절환 스위치의 동작을 설명하기 위한 회로도.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 절환 스위치의 동작을 설명하기 위한 회로도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 절환 스위치 및 단상 절환 스위치의 동작을 설명하기 위한 회로도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 회로도이다.
도 2를 참고하면, 전기자동차 충전장치는 배터리(100), 전류변환수단(200), 삼상교류전원, 리액터(410), 단상 절환 스위치(420), 충방전 절환 스위치(300) 및 모터(500) 구성을 포함한다.
배터리(100)는 도 2에서 보는 바와 같이 전기적으로 연결된 전류변환수단(200)으로부터 직류를 공급받아 배터리(100) 내 셀에 전력을 저장하며, 저장된 전력을 모터(500)에 공급하기 위해 전류변환수단(200)에 직류를 공급하는 역할을 한다.
전류변환수단(200)은 외부에 위치한 삼상교류전원으로부터 교류를 공급받고 이를 직류로 변환하여 배터리(100)에 공급하고, 또한, 배터리(100)로부터 직류를 공급받고 이를 교류로 변환하여 모터(500)에 공급하고 제어하는 역할을 한다.
즉, AC/DC PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터 및 DC/AC 인버터 기능을 수행하는 전류변환수단(200)은 IGBT(Insulated Gate Bi-Polar Transistor) 등 스위칭 기능이 있는 여섯 개의 전력반도체로 구성될 수 있으나 이와 같은 종류나 개수에 한정되지 않으며, 전류를 양방향으로 통과시키며, 방향에 따라 직류를 교류로 전환하거나 교류를 직류로 전환하는 수단이면 족하다.
삼상교류전원은 차량의 외부에 위치한 전원으로 배터리(100)에 충전되는 전원을 공급하는 역할을 하는 것으로, 일반적인 가정용의 삼상 사선식 220V 교류를 공급하는 전원이 될 수 있다.
리액터(Reator)(410)는 전기자동차의 외부에 위치하고, 삼상교류전원의 각 상에 연결된 제1 리액터(411) 내지 제3 리액터(413)로 구성된 것으로서, 전기자동차 충전장치의 리액턴스 값을 설정하는 역할을 한다. 교류회로에서 리액턴스 조절은 당업자에게 널리 알려진 것으로 본 명세서에서의 자세한 설명은 생략한다.
도 1과 같이, 종래 발명은 리액턴스 값 설정을 위해 전기자동차의 모터(500)에 설치된 고정자 코일을 활용해야 하기 때문에 리액턴스 값의 설정이 제한적이며, 리액턴스 값의 자유도가 현격히 떨어지는 문제점이 있다.
그러나 도 2의 본 발명의 실시예에서 보는 바와 같이, 본 발명은 전기자동차에 설치된 모터(500)의 고정자 코일 대신 전기자동차의 외부에 설치된 리액터(410)를 활용하기 때문에 리액턴스 값의 섬세한 조절이 가능하며, 전기자동차의 전체적인 무게도 감소시킬 수 있다.
단상 절환 스위치(420)는 리액터(410), 전류변환수단(200) 및 삼상교류전원 사이에 위치하여, 전류전환수단에 공급되는 전원을 삼상과 비삼상 사이에서 전환시키는 역할을 한다.
단상 절환 스위치(420)는 도 3a와 같이, 삼상교류전원의 각 상 모두를 이용하는 충전하는 경우에는 제1 리액터(411) 측으로 스위칭하여 리액터(410)와 전류변환수단(200)을 전기적으로 연결한다. 그리고 도 3b와 같이, 삼상교류전원 중 삼상 전원이 아닌 비삼상 전원을 이용하여 배터리(100)를 충전하는 경우에는, 단상 절환 스위치(420)가 제1 리액터(411)로부터 중성선으로 스위칭되어 전류변환수단(200)과 삼상교류전원의 중성선을 전기적으로 연결한다.
일반적으로 삼상사선 220V 교류 입력 조건에서는 전류변환수단(200)으로부터 360V이 공급되나, 단상 절환 스위치(420)가 삼상전원의 중성선과 연결됨으로써 360V 미만의 전원이 전류변환수단(200)으로부터 배터리(100)로 공급될 수 있다.
모터(500)는 전류변환수단(200)에 연결되고, 배터리(100)로부터 전류변환수단(200)을 거쳐 공급된 교류를 이용하여 구동된다.
충방전 절환 스위치(300)는 전류변환수단(200), 리액터(410) 및 모터(500) 사이에 위치하여, 리액터(410)로부터 공급되는 전원을 전류전환수단에게 공급하여 배터리(100)를 충전하거나 전류전환수단으로부터 공급되는 교류를 모터(500)에 공급하여 배터리(100)를 방전하는 것을 결정하기 위해 스위칭한다.
도 4a와 같이 배터리(100)가 충전되는 경우에는 제1 내지 제3 충방전 절환 스위치(310, 320, 330) 모두가 리액터(410) 측으로 스위칭되어 삼상교류전원으로부터 전원을 공급받고, 도 4b와 같이 배터리(100)가 방전되는 경우에는 제1 내지 제3 충방전 절환 스위치(310, 320, 330)가 모두 모터(500) 측으로 스위칭되어, 배터리(100) 전원을 모터(500)에 공급한다.
그리고 충방전 절환 스위치(300)는 단상 절환 스위치(420)와 함께 배터리(100) 충전 시 삼상교류전원을 단상교류전원으로 전환시키는 역할을 한다. 즉, 도 5와 같이, 제1 충방전 절환 스위치(310)는 단상 절환 스위치(420)와 연결되어 삼상교류전원의 중성선에 전기적으로 연결되고, 제2 충방전 절환 스위치(320)는 제2 리액터(412)에 연결되며, 제3 충방전 절환 스위치(330)는 오프될 수 있다.
이처럼 충방전 절환 스위치(300)와 단상 절환 스위치(420)를 동시에 이용하여 삼상교류전원에서 단상만을 추출하여 단상교류전원을 전류변환수단(200)에 입력할 수 있다.
이를 통해 220V 교류의 외부 입력 환경에서, 전류변환수단(200)의 출력 전압을 180V까지 낮게 제어할 수 있다. 더욱 상세하게, 하기의 식과 같이 낮은 전압 공급이 가능하다.
220V 삼상 사선식 삼상 PWM 컨버터의 출력 전압의 경우, 하기의 식과 같이 357.8 V가 된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 28.02.2013] 
Figure WO-DOC-MATHS-37
그러나 본 발명을 통해, 220V 삼상 사선식에서 1상과 중성선을 입력으로 하는 단상 PWM컨버터의 출력 전압은 하기의 식과 같이 179.6V로 낮게 제어될 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 28.02.2013] 
Figure WO-DOC-MATHS-39
단, VDC는 출력 DC 전압
VLPK는 입력 선간 전압의 피크치
Dm은 PWM 신호의 변조 인덱스(Modulation Index), 0~1의 값을 가짐
아울러, 반드시 제2 충방전 절환 스위치(320)가 제2 리액터(412)에 연결되고, 제3 충방전 절환 스위치(330)는 오픈(Open)되는 것에 한정될 필요는 없으며, 제3 충방전 절환 스위치(330)가 제3 리액터(413)에 연결되고 제2 충방전 절환 스위치(320)가 오픈되어도 무방하다.
본 발명을 통하여, 차량 내부 모터(500) 구동 인버터를 양방향으로 활용하고, 별도의 추가 스위칭 회로 없이 기존 인버터 회로만을 사용하여 넓은 범위의 출력 전압을 갖는 경량의 전기자동차 충전장치를 제공할 수 있다. 또한, AC/DC PWM 컨버터를 사용하여 정류하므로 파워 퀄리티를 증가시킬 수 있으며, 인버터 스위치 6개를 모두 균형적으로 사용할 수 있어 전체적인 인버터의 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 삼상교류전원을 이용하여 전기자동차의 배터리를 충전하는 장치에 있어서,
    전류의 흐름 방향에 따라 전기자동차의 모터를 제어하는 인버터 또는 교류를 직류로 변환하는 컨버터 역할을 하는 전류변환수단;
    상기 삼상교류전원의 각 상에 연결되고 리액턴스 값이 조절가능한 리액터;
    상기 삼상교류전원에서 입력되는 삼상전원을 변환시키기 위해, 상기 리액터, 상기 삼상교류전원의 중성선 및 상기 전류변환수단 사이에 위치하여 상기 리액터와 상기 삼상교류전원의 중성선 사이를 스위칭하는 단상 절환 스위치; 및
    상기 전류변환수단에 연결되어 전기자동차를 구동하는 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전과 방전을 전환시키기 위해, 상기 전류변환수단, 상기 리액터 및 상기 모터 사이에서 스위칭하는 충방전 절환 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전류변환수단에 단상 전원을 공급하기 위한 상기 충방전 절환 스위치는,
    상기 단상 절환 스위치가 상기 중성선 측으로 스위칭 된 경우, 상기 단상 절환 스위치 측으로 스위칭 연결하는 제1 충방전 절환 스위치;
    상기 리액터 측으로 스위칭 연결하는 제2 충방전 절환 스위치; 및
    상기 리액터 측으로 스위칭 연결을 하지 않는 제3 충방전 절환 스위치를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전류변환수단이 교류를 직류로 변환하는 컨버터 역할을 하는 경우, AC/DC PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터로서 동작하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 리액터는 상기 전기자동차의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
PCT/KR2012/011461 2011-12-30 2012-12-26 전기자동차 충전장치 WO2013100559A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110146876A KR20130078106A (ko) 2011-12-30 2011-12-30 전기자동차 충전장치
KR10-2011-0146876 2011-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013100559A1 true WO2013100559A1 (ko) 2013-07-04

Family

ID=48697926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2012/011461 WO2013100559A1 (ko) 2011-12-30 2012-12-26 전기자동차 충전장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20130078106A (ko)
WO (1) WO2013100559A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9902275B2 (en) 2013-12-09 2018-02-27 Hanwha Land Systems Co., Ltd. Method and device for reciprocally supplying electricity between electric vehicle and other vehicle
CN111409482A (zh) * 2020-03-30 2020-07-14 上海电气集团股份有限公司 车载充电机和电机控制器的集成电路、电动汽车
CN111614267A (zh) * 2020-06-17 2020-09-01 深圳威迈斯新能源股份有限公司 适应宽输入电压的dcdc转换电路以及车载充电机
US11052782B1 (en) 2020-04-10 2021-07-06 Bae Systems Controls Inc. Onboard field weakened AC charger

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101643864B1 (ko) 2014-08-26 2016-07-29 엘지전자 주식회사 차량용 구동모듈
CN104608649B (zh) * 2015-02-06 2017-03-15 山东大学 集成式电动汽车电能变换系统
KR102524188B1 (ko) * 2018-04-03 2023-04-21 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
KR102489957B1 (ko) * 2018-04-04 2023-01-19 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
KR102463587B1 (ko) * 2018-07-05 2022-11-07 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
KR102257788B1 (ko) 2019-02-28 2021-06-01 (주)대풍이브이자동차 배터리 충전 장치 및 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06178407A (ja) * 1992-12-08 1994-06-24 Kyushu Electric Power Co Inc 電気自動車用車載充電器
KR0151737B1 (ko) * 1992-12-25 1999-04-15 나까자또 요시히꼬 전기자동차의 전기시스템
KR100657473B1 (ko) * 2004-08-25 2006-12-13 엘지전자 주식회사 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법
KR20100019182A (ko) * 2008-08-08 2010-02-18 삼성전자주식회사 3상 전원의 단상 제어 회로
KR20110105034A (ko) * 2010-03-18 2011-09-26 전자부품연구원 전기자동차

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06178407A (ja) * 1992-12-08 1994-06-24 Kyushu Electric Power Co Inc 電気自動車用車載充電器
KR0151737B1 (ko) * 1992-12-25 1999-04-15 나까자또 요시히꼬 전기자동차의 전기시스템
KR100657473B1 (ko) * 2004-08-25 2006-12-13 엘지전자 주식회사 인버터의 돌입전류 방지회로 및 방지방법
KR20100019182A (ko) * 2008-08-08 2010-02-18 삼성전자주식회사 3상 전원의 단상 제어 회로
KR20110105034A (ko) * 2010-03-18 2011-09-26 전자부품연구원 전기자동차

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9902275B2 (en) 2013-12-09 2018-02-27 Hanwha Land Systems Co., Ltd. Method and device for reciprocally supplying electricity between electric vehicle and other vehicle
CN111409482A (zh) * 2020-03-30 2020-07-14 上海电气集团股份有限公司 车载充电机和电机控制器的集成电路、电动汽车
US11052782B1 (en) 2020-04-10 2021-07-06 Bae Systems Controls Inc. Onboard field weakened AC charger
WO2021206735A1 (en) * 2020-04-10 2021-10-14 Bae Systems Controls Inc. Onboard field weakened ac charger
CN111614267A (zh) * 2020-06-17 2020-09-01 深圳威迈斯新能源股份有限公司 适应宽输入电压的dcdc转换电路以及车载充电机

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130078106A (ko) 2013-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013100559A1 (ko) 전기자동차 충전장치
CN109687722B (zh) 一种电动汽车用集成多模式功率转换器及其控制方法
KR101787123B1 (ko) 발전 장치 및 시스템
WO2018188224A1 (zh) 供电系统、电力驱动装置、纯电动汽车及其工作方法
WO2012018206A2 (ko) 전기자동차의 배터리 제어장치 및 그 제어방법
WO2012018204A2 (ko) 전기자동차 및 그 배터리의 충전제어방법
CN100533166C (zh) 一种变流器的试验电路
CN103684202A (zh) 集成驱动及充放电功能的电机控制器
CN103647465B (zh) 一种功率变换装置
CN104471850A (zh) 包括三个端口的多向转换器和用于电动车辆的单个变压器
CN100430259C (zh) 混合动力车辆用的一体化电源控制平台
WO2012141473A2 (en) Electric vehicle and operating method of the same
EP4380002A1 (en) Charging/discharging device and vehicle
WO2014026460A1 (zh) 一种集成开关磁阻电机驱动与低压电池充电的变换装置
EP3744564A1 (en) Motor train unit emergency traction system
WO2013100556A1 (ko) 에너지 효율성이 높은 전기자동차 충전장치
CN112671016A (zh) 一种基于模块化的移动储能系统
CN204290428U (zh) 一种集成电机驱动和电池充电功能模块
WO2011099704A2 (ko) 배터리 충전기능이 구비된 전기 자동차의 구동시스템
CN114290922B (zh) 一种充电模块及充电系统
CN212637180U (zh) 一种双绕组驱动-隔离变压充电一体化装置
WO2021020638A1 (ko) 인버터-충전기 통합 장치 및 이를 제어하는 제어방법
CN207218528U (zh) 一种可重构的dc/dc变换器
CN106058974A (zh) 移动终端及充电系统
CN112332508A (zh) 一种工频隔离大功率充放电系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12861823

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12861823

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1