WO2022114575A1 - 배터리 충/방전용 dc-dc 컨버터 - Google Patents

배터리 충/방전용 dc-dc 컨버터 Download PDF

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WO2022114575A1
WO2022114575A1 PCT/KR2021/015838 KR2021015838W WO2022114575A1 WO 2022114575 A1 WO2022114575 A1 WO 2022114575A1 KR 2021015838 W KR2021015838 W KR 2021015838W WO 2022114575 A1 WO2022114575 A1 WO 2022114575A1
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converter
unit
bridge
battery
power
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PCT/KR2021/015838
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유명효
김명호
박시호
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한국전기연구원
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    • 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
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    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter for charging/discharging a battery, and more particularly, to a DC-DC converter for charging/discharging one or more low-voltage batteries.
  • Bidirectional DC-DC converter has been widely used to charge/discharge an energy storage system (ESS) in a power distribution system, an uninterruptible power supply (UPS) system, an electric vehicle, and the like.
  • Bidirectional DC-DC converters are classified into isolated type and non-isolated type, and are mainly designed as isolated DC-DC converters considering the size and stability of input/output voltage.
  • a full-bridge converter and a full-bridge zero voltage switching (ZVS) converter are mainly used as the insulated DC-DC converter.
  • the conventional DC-DC converter 100 is a first full-bridge circuit unit 110 for converting input DC power into AC power, the first full-bridge circuit unit 110, the output power of the circuit unit 110 Transformer unit 120 to transform and output, a second full-bridge circuit unit 130 that converts the output power of the transformer unit 120 into DC power, and the second full-bridge circuit unit 130 to the output power It includes a filter unit 140 that removes the included noise component.
  • the filter unit 14 may be formed of an inductor.
  • the DC-DC converter 100 having such a configuration is a DC-DC converter capable of bidirectional power conversion and is controlled in a full-bridge converter method.
  • the DC-DC converter 100 pulse-width modulates any one of the first full-bridge circuit unit 110 and the second full-bridge circuit unit 130 according to the power conversion mode (eg, step-down mode, step-up mode). It is controlled by Pulse Width Modulation (PWM) method.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the capacity of a battery system for direct current distribution or a battery system for an electric vehicle is increasing, and battery accidents occur frequently, a method for lowering the battery voltage is being promoted. Accordingly, a DC-DC converter for charging/discharging a low-voltage battery used in a corresponding system is required.
  • the conventional DC-DC converter has a problem in that it is difficult to individually control the output of the secondary side of the transformer, and power conversion efficiency is lowered.
  • the existing DC-DC converter uses a single high-frequency transformer. In this case, the turns ratio of the transformer increases, so there is a problem in that there is a limit to the miniaturization and weight reduction of the product.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • Another object of the present invention is to provide a DC-DC converter applicable to a low-voltage battery used in a battery system for direct current distribution or a battery system for an electric vehicle.
  • Another object of the present invention is to provide a DC-DC converter based on a dual active bridge (DAB) converter capable of bidirectional power conversion.
  • DAB dual active bridge
  • the output power of the input stage is converted to AC power a bridge inverter unit that converts and outputs; a transformer unit including a plurality of transformers connected to the bridge inverter unit, the transformer unit converting the output power of the bridge inverter unit to a predetermined voltage ratio and outputting it; and a bridge converter unit each connected to the secondary side coils of the transformers and including a plurality of converters connected in parallel with the single low-voltage battery, the bridge converter unit converting the output power of the transformer unit into DC power and outputting it, the bridge inverter unit and the bridge converter unit, in the charging/discharging mode of the single low-voltage battery, by adjusting the phase between both bridges of the transformer unit to control the transmitted power.
  • DC-DC converter for charging/discharging is provided.
  • a bridge inverter unit for converting the output power of the input stage into AC power and outputting it ; a transformer unit including a plurality of transformers connected to the bridge inverter unit, the transformer unit converting the output power of the bridge inverter unit to a predetermined voltage ratio and outputting it; and a bridge converter unit including a plurality of converters connected between each transformer and each low voltage battery, and converting the output power of the transformer unit into DC power and outputting it, wherein the bridge inverter unit and the bridge converter unit include the low voltage DC-DC converter for battery charging/discharging, characterized in that it is operated in a phase shift modulation (PSM) method for controlling the transmitted power by adjusting the phase between both bridges of the transformer unit in the charging/discharging mode of the batteries provides
  • PSM phase shift modulation
  • the primary side coils of a plurality of transformers are configured in series or parallel, the secondary side coils are configured in parallel, and a plurality of converters connected to the secondary side coils of the transformers are individually controlled.
  • the primary side coils of a plurality of transformers are configured in series or parallel, the secondary side coils are configured in parallel, and a plurality of converters connected to the secondary side coils of the transformers are individually controlled.
  • FIG. 1 is a view showing a typical DC-DC converter for charging/discharging a battery
  • FIG. 2 is a diagram showing a dual active bridge converter according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view showing a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the present invention proposes a DC-DC converter applicable to a low-voltage battery used in a battery system for direct current distribution or a battery system for an electric vehicle.
  • the present invention proposes a DC-DC converter based on a dual active bridge (DAB) converter capable of bidirectional power conversion.
  • DAB dual active bridge
  • DAB dual active bridge
  • the DAB converter 200 related to the present invention is an insulated bidirectional converter and may include a first bridge circuit unit 210 , a transformer unit 220 , and a second bridge circuit unit 230 .
  • the first bridge circuit unit 210 may include a plurality of switch elements Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in a full-bridge structure.
  • a switch element a MOSFET element, a BJT element, an IGBT element, etc. may be used, and more preferably a MOSFET element may be used.
  • the MOSFET device either an N-type MOSFET device or a P-type MOSFET device may be used.
  • an N-type MOSFET device is used as a switch device constituting the bridge circuit unit.
  • a drain end of the first MOSFET device Q11 may be connected to a first node N1 where one end of the first capacitor C1 and a drain end of the third MOSFET device Q13 meet, and a source end of the second MOSFET device It may be connected to the second node N2 where the drain terminal of Q12 and one end of the primary-side transformer meet.
  • the drain terminal of the second MOSFET device Q12 may be connected to the second node N2, and the source terminal is a fourth node ( can be connected to N4).
  • the drain terminal of the third MOSFET device Q13 may be connected to the first node N1, and the source terminal is connected to the third node N3 where the drain terminal of the fourth MOSFET device Q14 and the other end of the primary-side transformer meet. can be connected
  • a drain terminal of the fourth MOSFET device Q14 may be connected to the third node N3
  • a source terminal may be connected to the fourth node N4 .
  • the first bridge circuit unit 210 may convert the DC power of the input terminal into AC power and output the DC power in the step-down (buck) mode. Also, in the boost mode, the first bridge circuit unit 210 may convert the output power of the transformer unit 220 into DC power and output the converted power.
  • the transformer unit 220 is disposed between the first bridge circuit unit 210 and the second bridge circuit unit 230, and according to the power conversion mode (eg, step-down mode, step-up mode), the first bridge circuit unit 210 or the second
  • the output power of the bridge circuit unit 230 may be transformed and output by a predetermined voltage ratio.
  • the primary side coil of the transformer unit 220 may be connected to the second node N2 and the third node N3
  • the secondary side coil may be connected to the sixth node N6 and the seventh node N7 .
  • the second bridge circuit unit 230 may include a plurality of switch elements Q21, Q22, Q23, and Q24 connected in a full-bridge structure.
  • a switch element a MOSFET element, a BJT element, an IGBT element, etc. may be used, and more preferably a MOSFET element may be used.
  • a drain terminal of the fifth MOSFET device Q21 may be connected to a fifth node N5 where one end of the second capacitor C2 and a drain terminal of the seventh MOSFET device Q23 meet, and a source terminal of the sixth MOSFET device It may be connected to the sixth node N6 where the drain terminal of Q22 and one end of the secondary-side transformer meet.
  • the drain terminal of the sixth MOSFET device Q22 may be connected to the sixth node N6, and the source terminal is an eighth node ( N8) can be connected.
  • the drain terminal of the seventh MOSFET element Q21 may be connected to the fifth node N5, and the source terminal is connected to the seventh node N7 where the drain terminal of the eighth MOSFET element Q24 and the other end of the secondary-side transformer meet. can be connected A drain terminal of the eighth MOSFET device Q24 may be connected to the seventh node N7 , and a source terminal may be connected to the eighth node N8 .
  • the second bridge circuit unit 230 may convert the output power of the transformer unit 220 into DC power and output the converted power in the step-down (buck) mode. Also, in the boost mode, the second bridge circuit unit 230 may convert DC power at the battery stage into AC power and output the converted power.
  • the DAB converter 200 having such a configuration is an isolated bidirectional converter useful for high power transmission.
  • the DAB converter 200 has the advantage that zero voltage switching (ZVS) is possible and a small number of passive elements is required.
  • ZVS zero voltage switching
  • the most basic and simple modulation method of the DAB converter 200 is to control the transmitted power by adjusting the phase between both full bridges of the transformer.
  • This modulation method is referred to as a phase shift modulation (PSM) method, and the transmitted power can be calculated as in Equation 1 below.
  • PSM phase shift modulation
  • Po is the transmitted power
  • Ts is the switching period
  • L is the leakage inductance value of the transformer
  • vi and v o are input and output voltages, respectively
  • ⁇ is the phase difference.
  • a DC-DC converter for charging/discharging a low-voltage battery may be implemented using the operating principle of the DAB converter 200 .
  • DC-DC converters for battery charging/discharging according to various embodiments of the present disclosure will be described in detail.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the DC-DC converter 300 for charging/discharging a battery is a DC-DC converter for charging/discharging a single low-voltage battery to a plurality of converters, and includes a bridge inverter unit 310 , a transformer unit 320 , and a bridge converter unit 330 may be included.
  • An input terminal of the DC-DC converter 300 may be connected to a single high voltage battery, and an output terminal may be connected to a single low voltage battery.
  • the DC-DC converter 300 operates in a buck mode, which is a step-down mode, when charging power from the high-voltage battery to the low-voltage battery, and boosts the voltage when charging the power from the low-voltage battery to the high-voltage battery. It operates in boost mode, which is a mode.
  • the bridge inverter unit 310 may include a plurality of switch elements Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in a full-bridge structure.
  • a switch element a MOSFET element, a BJT element, an IGBT element, etc. may be used, and more preferably a MOSFET element may be used.
  • the bridge inverter unit 310 is the same as the first bridge circuit unit 210 of FIG. 2 described above, a detailed description thereof will be omitted. Meanwhile, in another embodiment, the bridge inverter unit 310 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • the bridge inverter unit 310 may convert the DC power of the high voltage battery stage into AC power and output it in the step-down (buck) mode. Also, the bridge inverter unit 310 may convert the output power of the transformer unit 320 into DC power and output the converted power in the boost mode.
  • the transformer unit 320 is disposed between the bridge inverter unit 310 and the bridge converter unit 330, and depending on the power conversion mode (eg, step-down mode, step-up mode), the bridge inverter unit 310 or the bridge converter unit 330 ) can be output by transforming the output power with a predetermined voltage ratio.
  • the power conversion mode eg, step-down mode, step-up mode
  • the transformer unit 320 may include a plurality of transformers 325 having the same turns ratio between the primary side coil and the secondary side coil.
  • the primary side coils of the transformers 325 may be connected in parallel to each other, and the secondary side coils may be connected in parallel to the low voltage battery by the bridge converter unit 330 .
  • the primary side coil of the first transformer TR1-1 may be connected to the second node N2 and the third node N3 , and the secondary side coil is the sixth node of the bridge converter unit 330 . It may be connected to (N6) and the seventh node (N7).
  • the primary side coil of the second transformer TR1-2 may be connected to the second node N2 and the third node N3 , and the secondary side coil is connected to the ninth node N9 and the second node N9 of the bridge converter unit 330 . 10 may be connected to the node N10.
  • the primary side coil of the third transformer TR1-3 may be connected to the second node N2 and the third node N3 , and the secondary side coil is connected to the eleventh node N11 and the second node N11 of the bridge converter unit 330 . It may be connected to the 12 node N12.
  • the primary side coil of the fourth transformer TR1-4 may be connected to the second node N2 and the third node N3 , and the secondary side coil is the thirteenth node N13 of the bridge converter unit 330 . ) and the fourteenth node N14.
  • the transformer unit 320 can reduce the current flowing through the secondary side coils in proportion to the number of transformers compared to the case of using one transformer, thereby reducing current stress, reducing conduction loss of switch elements, and reducing the thickness of the winding. It can also be reduced in proportion to the number of transformers.
  • the bridge converter unit 330 may include a plurality of converters 335 connected in parallel to the low voltage battery.
  • the number of the converters 335 corresponds to the number of the plurality of transformers 325 .
  • Each converter 335 may include a plurality of switch elements Q21, Q22, Q23, and Q24 connected in a full-bridge structure.
  • a switch element a MOSFET element, a BJT element, an IGBT element, etc. may be used, and more preferably a MOSFET element may be used.
  • each converter 335 is the same as the second bridge circuit unit 230 of FIG. 2 described above, a detailed description thereof will be omitted. Meanwhile, in another embodiment, each converter 335 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • each converter 335 may be connected to the secondary side coil of each transformer 325 , and an output terminal may be connected to both ends of a single battery, that is, the fifth node N5 and the eighth node N8 . .
  • the bridge converter unit 330 may convert the output power of the transformer unit 320 into DC power and output the converted power in the step-down (buck) mode. In addition, the bridge converter unit 330 may convert the DC power of the low voltage battery stage into the AC power and output the converted power in the boost mode.
  • the DC-DC converter 300 having such a configuration uses the same phase shift modulation (PSM) method as the control method of the above-described DAB converter 200 to switch the bridge inverter unit 310 and the bridge converter unit 330 . You can control the action.
  • the DC-DC converter 300 may individually control the plurality of converters 335 connected to the secondary side of the transformer unit 320 . Accordingly, the DC-DC converter 300 can easily perform bidirectional power conversion control, and can control the currents applied from each converter 335 to the battery stage to be equally distributed.
  • the DC-DC converter for battery charging/discharging configures primary side coils and secondary side coils of a plurality of transformers in parallel, respectively, and the secondary side coils of the transformers.
  • By individually controlling a plurality of converters connected to it is possible to effectively charge/discharge a single low-voltage, high-current battery used in a DC power distribution battery system or an electric vehicle battery system.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a second embodiment of the present invention.
  • the DC-DC converter 400 for charging/discharging a battery is a DC-DC converter for charging/discharging a single low-voltage battery to a plurality of converters, and includes a bridge inverter unit 410 , a transformer unit 420 , and a bridge converter unit 430 may be included.
  • bridge inverter unit 410 and the bridge converter unit 430 are the same as the bridge inverter unit 310 and the bridge converter unit 330 of FIG. 3 described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the bridge inverter unit 410 may include a plurality of switch elements Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in a full-bridge structure. Meanwhile, in another embodiment, the bridge inverter unit 410 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • the bridge inverter unit 410 may convert the DC power of the high voltage battery stage into AC power and output the DC power in the step-down (buck) mode. Also, the bridge inverter unit 410 may convert the output power of the transformer unit 420 into DC power and output the converted power in the boost mode.
  • the transformer unit 420 is disposed between the bridge inverter unit 410 and the bridge converter unit 430, and depending on the power conversion mode (eg, step-down mode, step-up mode), the bridge inverter unit 410 or the bridge converter unit 430 ) can be output by transforming the output power with a predetermined voltage ratio.
  • the power conversion mode eg, step-down mode, step-up mode
  • the transformer unit 420 may include a plurality of transformers 425 having the same turns ratio between the primary side coil and the secondary side coil.
  • the primary side coils of the transformers 425 may be connected in series with each other, and the secondary side coils may be connected in parallel to the low voltage battery by the bridge converter unit 430 .
  • the primary-side coil of the first transformer TR1-1 may be connected to the primary-side coil of the third node N3 and the second transformer TR1-2, and the secondary-side coil may be connected to the bridge converter unit ( It may be connected to the sixth node N6 and the seventh node N7 of the 430 .
  • the primary side coil of the second transformer TR1-2 may be connected to the primary side coil of the first transformer TR1-1 and the primary side coil of the third transformer TR1-3, and the secondary side coil is a bridge converter unit It may be connected to the ninth node N9 and the tenth node N10 of the 430 .
  • the primary side coil of the third transformer TR1-3 may be connected to the primary side coil of the second transformer TR1-2 and the primary side coil of the fourth transformer TR1-4, and the secondary side coil is a bridge converter unit It may be connected to the eleventh node N11 and the twelfth node N12 of the 430 .
  • the primary-side coil of the fourth transformer TR1-4 may be connected to the primary-side coil of the second node N2 and the third transformer TR1-3, and the secondary-side coil is the bridge converter unit 430 .
  • the transformer unit 420 may reduce the voltage applied to the primary side in proportion to the number of transformers compared to the case of using one transformer, so that the number of windings may be reduced. For example, as shown in the drawing, since the transformer unit 420 is exemplified as being composed of four transformers, the voltage applied to the primary side can be reduced to 1/4, so that the number of windings can be reduced to 1/4. .
  • the transformer unit 420 can reduce the current flowing through the secondary side coils in proportion to the number of transformers compared to the case of using a single transformer, thereby reducing current stress, reducing conduction loss of switch elements, and winding
  • the thickness of can also be reduced in proportion to the number of transformers.
  • the bridge converter unit 430 may include a plurality of converters 435 connected in parallel to the low voltage battery.
  • the number of the converters 435 corresponds to the number of the plurality of transformers 425 .
  • Each converter 435 may include a plurality of switch elements Q21, Q22, Q23, and Q24 connected in a full-bridge structure. Meanwhile, in another embodiment, each converter 435 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • the bridge converter unit 430 may convert the output power of the transformer unit 420 into DC power and output the converted power in the step-down (buck) mode. In addition, the bridge converter unit 430 may convert the DC power of the low voltage battery stage into AC power and output the converted DC power in the boost mode.
  • the DC-DC converter 400 having such a configuration uses the same phase shift modulation (PSM) method as the control method of the DAB converter 200 described above for switching the bridge inverter unit 410 and the bridge converter unit 430 . You can control the action.
  • the DC-DC converter 400 may individually control the plurality of converters 335 connected to the secondary side of the transformer unit 420 . Accordingly, the DC-DC converter 400 can easily implement bidirectional power conversion control, and can control so that currents applied from each converter 435 to the battery stage are equally distributed.
  • the primary side coils of a plurality of transformers are configured in series, the secondary side coils are configured in parallel, and the By individually controlling a plurality of converters connected to the secondary side coil, it is possible to effectively charge/discharge a single low-voltage, high-current battery used in a DC power distribution battery system or an electric vehicle battery system.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a third embodiment of the present invention.
  • a DC-DC converter 500 for charging/discharging a battery is a DC-DC converter for charging/discharging multiple low-voltage batteries to a plurality of converters, and includes a bridge inverter unit. 510 , a transformer unit 520 , and a bridge converter unit 530 may be included.
  • An input terminal of the DC-DC converter 500 may be connected to a single high voltage battery, and an output terminal may be connected to multiple low voltage batteries. Under this connection structure, the DC-DC converter 500 operates in a step-down mode when charging power from a high voltage battery to a low voltage battery, and operates in a boost mode when charging power from the low voltage battery to the high voltage battery.
  • the bridge inverter unit 510 may include a plurality of switch elements Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in a full-bridge structure. Meanwhile, in another embodiment, the bridge inverter unit 510 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • the bridge inverter unit 510 may convert the DC power of the high voltage battery stage into AC power and output it in the step-down (buck) mode. In addition, the bridge inverter unit 510 may convert the output power of the transformer unit 520 into DC power and output the converted power in the boost mode.
  • the transformer unit 520 is disposed between the bridge inverter unit 510 and the bridge converter unit 530, and depending on the power conversion mode (eg, step-down mode, step-up mode), the bridge inverter unit 510 or the bridge converter unit 530 ) can be output by transforming the output power with a predetermined voltage ratio.
  • the power conversion mode eg, step-down mode, step-up mode
  • the transformer unit 520 may include a plurality of transformers 525 having the same turns ratio between the primary side coil and the secondary side coil.
  • the primary side coils of the transformers 525 may be connected in parallel to each other, and the secondary side coils may be connected in parallel to the low voltage battery by the bridge converter unit 530 .
  • the transformer unit 520 can reduce the current flowing through the secondary side coils in proportion to the number of transformers compared to the case of using one transformer, thereby reducing current stress, reducing conduction loss of switch elements, and reducing the thickness of the winding. It can also be reduced in proportion to the number of transformers.
  • the bridge converter unit 530 may include a plurality of converters 535 connected to a plurality of low voltage batteries.
  • the number of the converters 535 corresponds to the number of the plurality of transformers 525 . Also, the number of the converters 535 corresponds to the number of the plurality of batteries.
  • Each converter 535 may include a plurality of switch elements Q21, Q22, Q23, and Q24 connected in a full-bridge structure. Meanwhile, in another embodiment, each converter 535 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • each converter 535 may be connected to a secondary-side coil of each transformer 525 , and an output terminal may be connected to both ends of each battery. More specifically, the first converter may be connected to the secondary side coil of the first transformer TR1-1, and the output terminal is at both ends of the first battery, that is, the fifth node N5 and the eighth node N8. can be connected to The second converter may be connected to a secondary side coil of the second transformer TR1 - 2 , and an output terminal may be connected to both ends of the second battery, that is, the ninth node N9 and the twelfth node N12 .
  • the third converter may be connected to the secondary side coil of the third transformer TR1-3, and the output terminal may be connected to both ends of the third battery, that is, the thirteenth node N13 and the sixteenth node N16.
  • the fourth converter may be connected to the secondary side coil of the fourth transformer TR1-4, and the output terminal is to be connected to both ends of the fourth battery, that is, the 17th node N17 and the 20th node N20.
  • the bridge converter unit 530 may convert the output power of the transformer unit 520 into DC power and output the converted power in the step-down (buck) mode. Also, the bridge converter unit 530 may convert the DC power of the low voltage battery stage into AC power and output the converted DC power in the boost mode.
  • the DC-DC converter 500 having such a configuration uses the same phase shift modulation (PSM) method as the control method of the above-described DAB converter 200 to switch the bridge inverter unit 510 and the bridge converter unit 530 . You can control the action.
  • the DC-DC converter 500 may individually control the plurality of converters 535 connected to the secondary side of the transformer unit 520 . Accordingly, the DC-DC converter 500 may charge/discharge a plurality of low-voltage batteries, and may control currents applied from each converter 535 to each battery stage to be equally distributed.
  • the DC-DC converter for battery charging/discharging configures primary side coils and secondary side coils of a plurality of transformers in parallel, respectively, and the secondary side coils of the transformers.
  • By individually controlling a plurality of converters connected to the it is possible to effectively charge/discharge a plurality of low-voltage and medium-current batteries used in a DC power distribution battery system or an electric vehicle battery system.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a DC-DC converter for charging/discharging a battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a DC-DC converter 500 for charging/discharging a battery is a DC-DC converter for charging/discharging multiple low-voltage batteries to a plurality of converters, and includes a bridge inverter unit. 610 , a transformer unit 620 , and a bridge converter unit 630 may be included.
  • bridge inverter unit 610 and the bridge converter unit 630 are the same as the bridge inverter unit 510 and the bridge converter unit 530 of FIG. 5 described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the bridge inverter unit 610 may include a plurality of switch elements Q11, Q12, Q13, and Q14 connected in a full-bridge structure. Meanwhile, in another embodiment, the bridge inverter unit 610 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • the bridge inverter unit 610 may convert the DC power of the high voltage battery stage into AC power and output the DC power in the step-down (buck) mode. Also, the bridge inverter unit 610 may convert the output power of the transformer unit 620 into DC power and output the converted power in the boost mode.
  • the transformer unit 620 is disposed between the bridge inverter unit 610 and the bridge converter unit 630, and depending on the power conversion mode (eg, step-down mode, step-up mode), the bridge inverter unit 610 or the bridge converter unit 630 ) can be output by transforming the output power with a predetermined voltage ratio. Since the transformer unit 620 is the same as the transformer unit 420 of FIG. 4 described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the transformer unit 620 may include a plurality of transformers 625 having the same turns ratio between the primary side coil and the secondary side coil.
  • the primary side coils of the transformers 625 may be connected to each other in series, and the secondary side coils may be connected in parallel to the low voltage battery by the bridge converter unit 630 .
  • the transformer unit 620 may reduce the number of windings since the voltage applied to the primary side may be reduced in proportion to the number of transformers compared to the case of using one transformer.
  • the transformer unit 620 can reduce the current flowing through the secondary side coils in proportion to the number of transformers compared to the case of using a single transformer, thereby reducing current stress, reducing conduction loss of switch elements, and winding
  • the thickness of can also be reduced in proportion to the number of transformers.
  • the bridge converter unit 630 may include a plurality of converters 635 connected to a plurality of low voltage batteries.
  • the number of the converters 635 corresponds to the number of the plurality of transformers 625 . Also, the number of the converters 635 corresponds to the number of the plurality of batteries.
  • Each converter 635 may include a plurality of switch elements Q21, Q22, Q23, and Q24 connected in a full-bridge structure. Meanwhile, in another embodiment, each converter 635 may include two switch elements connected in a half-bridge structure.
  • the bridge converter unit 630 may convert the output power of the transformer unit 620 into DC power and output the converted power in the step-down (buck) mode. In addition, the bridge converter unit 630 may convert the DC power of the low voltage battery stage into AC power and output the converted DC power in the boost mode.
  • the DC-DC converter 600 having such a configuration uses the same phase shift modulation (PSM) method as the control method of the above-described DAB converter 200 to switch the bridge inverter unit 610 and the bridge converter unit 630 . You can control the action.
  • the DC-DC converter 600 may individually control the plurality of converters 635 connected to the secondary side of the transformer unit 620 . Accordingly, the DC-DC converter 600 may charge/discharge a plurality of low-voltage batteries, and may control currents applied from each converter 635 to each battery stage to be equally distributed.
  • the primary side coils of a plurality of transformers are configured in series, the secondary side coils are configured in parallel, and the By individually controlling a plurality of converters connected to the secondary-side coil, it is possible to effectively charge/discharge a plurality of low-voltage and medium-current batteries used in a DC power distribution battery system or an electric vehicle battery system.

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Abstract

본 발명은 단일 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하기 위한 배터리 충/방전용 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 입력 단의 출력 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부; 상기 브릿지 인버터부에 연결되는 복수의 변압기들을 포함하고, 상기 브릿지 인버터부의 출력 전원을 미리 결정된 변압비로 변압하여 출력하는 변압기부; 및 상기 변압기들의 이차 측 코일에 각각 연결되고 상기 단일 저전압 배터리와 병렬로 연결되는 복수의 컨버터들을 포함하고, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 컨버터부를 포함한다.

Description

배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터
본 발명은 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나 이상의 저전압 배터리를 충/방전하기 위한 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
최근 들어 배전 시스템, UPS(Uninterruptible Power Supply) 시스템, 전기자동차 등에서 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)를 충/방전하기 위하여 양방향 DC-DC 컨버터가 많이 사용되고 있다. 양방향 DC-DC 컨버터는 절연형과 비절연형으로 분류되며, 입/출력 전압의 크기와 안정성을 고려하여 주로 절연형 DC-DC 컨버터로 설계되고 있다. 상기 절연형 DC-DC 컨버터로는 기본적으로 풀-브릿지(full bridge) 컨버터와 풀-브릿지 ZVS(zero voltage switching) 컨버터가 주로 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 DC-DC 컨버터(100)는 입력 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 제1 풀-브릿지 회로부(110), 상기 제1 풀-브릿지 회로부(110)의 출력 전원을 변압하여 출력하는 변압기부(120), 상기 변압기부(120)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하는 제2 풀-브릿지 회로부(130) 및 상기 제2 풀-브릿지 회로부(130)의 출력 전원에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 필터부(140)를 포함한다. 여기서, 상기 필터부(14)는 인덕터로 구성될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터(100)는 양방향 전력 변환이 가능한 DC-DC 컨버터로서 풀-브릿지 컨버터 방식으로 제어된다. 가령, DC-DC 컨버터(100)는 전력 변환 모드(가령, 강압 모드, 승압 모드)에 따라 제1 풀-브릿지 회로부(110)와 제2 풀-브릿지 회로부(130) 중 어느 하나를 펄스폭 변조 방식(Pulse Width Modulation, PWM)으로 제어하게 된다.
한편, 직류 배전용 배터리 시스템이나 전기자동차용 배터리 시스템의 용량이 증가하고 있고, 배터리 사고가 빈번하게 발생함에 따라 배터리 전압을 낮추는 방안이 추진되고 있다. 이에 따라, 해당 시스템에 사용되는 저전압 배터리를 충/방전하기 위한 DC-DC 컨버터가 필요하다. 그런데, 기존의 DC-DC 컨버터는 변압기의 이차 측 출력을 개별적으로 제어하기 어렵고, 전력 변환 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 기존의 DC-DC 컨버터는 하나의 고주파 변압기를 사용하는데 이 경우 변압기의 권선비가 증가하여 제품의 소형화 및 경량화에 한계가 있다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 저전압 배터리에 적용 가능한 DC-DC 컨버터를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 양방향 전력 변환이 가능한 듀얼 액티브 브릿지(dual active bridge, DAB) 컨버터 기반의 DC-DC 컨버터를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하기 위한 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터에 있어서, 입력 단의 출력 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부; 상기 브릿지 인버터부에 연결되는 복수의 변압기들을 포함하고, 상기 브릿지 인버터부의 출력 전원을 미리 결정된 변압비로 변압하여 출력하는 변압기부; 및 상기 변압기들의 이차 측 코일에 각각 연결되고 상기 단일 저전압 배터리와 병렬로 연결되는 복수의 컨버터들을 포함하고, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 컨버터부를 포함하되, 상기 브릿지 인버터부 및 브릿지 컨버터부는, 상기 단일 저전압 배터리의 충/방전 모드 시, 상기 변압기부의 양 브릿지 간의 위상을 조절하여 전달 전력을 제어하는 위상 천이 변조(Phase Shift Modulation, PSM) 방식으로 운전되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 저전압 배터리들을 다수의 컨버터로 충/방전하기 위한 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터에 있어서, 입력 단의 출력 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부; 상기 브릿지 인버터부에 연결되는 복수의 변압기들을 포함하고, 상기 브릿지 인버터부의 출력 전원을 미리 결정된 변압비로 변압하여 출력하는 변압기부; 및 각각의 변압기와 각각의 저전압 배터리 사이에 연결되는 복수의 컨버터들을 포함하고, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 컨버터부를 포함하되, 상기 브릿지 인버터부 및 브릿지 컨버터부는, 상기 저전압 배터리들의 충/방전 모드 시, 상기 변압기부의 양 브릿지 간의 위상을 조절하여 전달 전력을 제어하는 위상 천이 변조(Phase Shift Modulation, PSM) 방식으로 운전되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 변압기들의 일차 측 코일들을 직렬 또는 병렬로 구성하고, 이차 측 코일들을 병렬로 구성하며, 상기 변압기들의 이차 측 코일에 연결된 다수의 컨버터들을 개별적으로 제어함으로써, 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 단일 저전압 대전류 배터리를 효과적으로 충/방전할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 변압기들의 일차 측 코일들을 직렬 또는 병렬로 구성하고, 이차 측 코일들을 병렬로 구성하며, 상기 변압기들의 이차 측 코일에 연결된 다수의 컨버터들을 개별적으로 제어함으로써, 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 다수의 저전압 중전류 배터리를 효과적으로 충/방전할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명과 관련된 듀얼 액티브 브릿지 컨버터를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 저전압 배터리에 적용 가능한 DC-DC 컨버터를 제안한다. 또한, 본 발명은 양방향 전력 변환이 가능한 듀얼 액티브 브릿지(DAB) 컨버터 기반의 DC-DC 컨버터를 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명과 관련된 듀얼 액티브 브릿지(DAB) 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명과 관련된 DAB 컨버터(200)는, 절연형 양방향 컨버터로서, 제1 브릿지 회로부(210), 변압기부(220) 및 제2 브릿지 회로부(230)를 포함할 수 있다.
제1 브릿지 회로부(210)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 스위치 소자로는 MOSFET 소자, BJT 소자, IGBT 소자 등이 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 MOSFET 소자가 사용될 수 있다. 또한, 상기 MOSFET 소자로는 N형 MOSFET 소자와 P형 MOSFET 소자 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 이하, 본 실시 예에서는 브릿지 회로부를 구성하는 스위치 소자로 N형 MOSFET 소자가 사용되는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
제1 MOSFET 소자(Q11)의 드레인 단은 제1 커패시터(C1)의 일 단과 제3 MOSFET 소자(Q13)의 드레인 단이 만나는 제1 노드(N1)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제2 MOSFET 소자(Q12)의 드레인 단과 일차 측 변압기의 일 단이 만나는 제2 노드(N2)에 연결될 수 있다. 제2 MOSFET 소자(Q12)의 드레인 단은 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제1 커패시터(C1)의 타 단과 제4 MOSFET 소자(Q14)의 소스 단이 만나는 제4 노드(N4)에 연결될 수 있다.
제3 MOSFET 소자(Q13)의 드레인 단은 제1 노드(N1)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제4 MOSFET 소자(Q14)의 드레인 단과 일차 측 변압기의 타 단이 만나는 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 제4 MOSFET 소자(Q14)의 드레인 단은 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제4 노드(N4)에 연결될 수 있다.
제1 브릿지 회로부(210)는, 강압(buck) 모드 시, 입력 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 제1 브릿지 회로부(210)는, 승압(boost) 모드 시, 변압기부(220)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
변압기부(220)는 제1 브릿지 회로부(210)와 제2 브릿지 회로부(230) 사이에 배치되어, 전력 변환 모드(가령, 강압 모드, 승압 모드)에 따라 제1 브릿지 회로부(210) 또는 제2 브릿지 회로부(230)의 출력 전원을 소정의 변압비로 변압하여 출력할 수 있다. 이때, 상기 변압기부(220)의 일차 측 코일은 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7)에 연결될 수 있다.
제2 브릿지 회로부(230)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q21, Q22, Q23, Q24)을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 스위치 소자로는 MOSFET 소자, BJT 소자, IGBT 소자 등이 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 MOSFET 소자가 사용될 수 있다.
제5 MOSFET 소자(Q21)의 드레인 단은 제2 커패시터(C2)의 일 단과 제7 MOSFET 소자(Q23)의 드레인 단이 만나는 제5 노드(N5)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제6 MOSFET 소자(Q22)의 드레인 단과 이차 측 변압기의 일 단이 만나는 제6 노드(N6)에 연결될 수 있다. 제6 MOSFET 소자(Q22)의 드레인 단은 제6 노드(N6)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제2 커패시터(C2)의 타 단과 제8 MOSFET 소자(Q24)의 소스 단이 만나는 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
제7 MOSFET 소자(Q21)의 드레인 단은 제5 노드(N5)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제8 MOSFET 소자(Q24)의 드레인 단과 이차 측 변압기의 타 단이 만나는 제7 노드(N7)에 연결될 수 있다. 제8 MOSFET 소자(Q24)의 드레인 단은 제7 노드(N7)에 연결될 수 있고, 소스 단은 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
제2 브릿지 회로부(230)는, 강압(buck) 모드 시, 변압기부(220)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 제2 브릿지 회로부(230)는, 승압(boost) 모드 시, 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 DAB 컨버터(200)는 고 전력 전달에 유용한 절연형 양방향 컨버터이다. 상기 DAB 컨버터(200)는 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)이 가능하며 적은 수의 수동 소자가 요구된다는 장점이 있다.
DAB 컨버터(200)의 가장 기본적이며 간단한 변조 방법은 변압기의 양 풀 브릿지 간의 위상을 조절하여 전달 전력을 제어하는 것이다. 이러한 변조 방법을 위상 천이 변조(Phase Shift Modulation, PSM) 방식이라 지칭하며 전달 전력은 아래 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
Figure PCTKR2021015838-appb-M000001
여기서, Po는 전달 전력, Ts는 스위칭 주기, L은 변압기의 누설 인덕턴스 값, vi와 vo는 각각 입출력 전압, φ는 위상 차이임.
이러한 DAB 컨버터(200)의 동작 원리를 이용하여 저전압 배터리를 충/방전하기 위한 DC-DC 컨버터를 구현할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터들에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터(300)는, 단일 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하는 DC-DC 컨버터로서, 브릿지 인버터부(310), 변압기부(320) 및 브릿지 컨버터부(330)를 포함할 수 있다.
DC-DC 컨버터(300)의 입력 단은 단일 고전압 배터리와 연결될 수 있고, 출력 단은 단일 저전압 배터리와 연결될 수 있다. 이러한 연결 구조 하에서, DC-DC 컨버터(300)는 고전압 배터리에서 저전압 배터리로 전원을 충전할 때는 강압 모드인 벅 모드(buck mode)로 동작하고, 상기 저전압 배터리에서 고전압 배터리로 전원을 충전할 때는 승압 모드인 부스트 모드(boost mode)로 동작한다.
브릿지 인버터부(310)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 스위치 소자로는 MOSFET 소자, BJT 소자, IGBT 소자 등이 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 MOSFET 소자가 사용될 수 있다.
브릿지 인버터부(310)는 상술한 도 2의 제1 브릿지 회로부(210)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다. 한편, 다른 실시 예로, 브릿지 인버터부(310)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
브릿지 인버터부(310)는, 강압(buck) 모드 시, 고전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 인버터부(310)는, 승압(boost) 모드 시, 변압기부(320)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
변압기부(320)는 브릿지 인버터부(310)와 브릿지 컨버터부(330) 사이에 배치되어, 전력 변환 모드(가령, 강압 모드, 승압 모드)에 따라 브릿지 인버터부(310) 또는 브릿지 컨버터부(330)의 출력 전원을 소정의 변압비로 변압하여 출력할 수 있다.
변압기부(320)는 일차 측 코일과 이차 측 코일 간에 동일한 권선비를 갖는 복수의 변압기들(325)을 포함할 수 있다. 상기 변압기들(325)의 일차 측 코일들은 서로 병렬로 연결될 수 있고, 이차 측 코일들은 브릿지 컨버터부(330)에 의해 저전압 배터리에 병렬로 연결될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제1 변압기(TR1-1)의 일차 측 코일은 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(330)의 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7)에 연결될 수 있다. 제2 변압기(TR1-2)의 일차 측 코일은 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(330)의 제9 노드(N9)와 제10 노드(N10)에 연결될 수 있다. 제3 변압기(TR1-3)의 일차 측 코일은 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(330)의 제11 노드(N11)와 제12 노드(N12)에 연결될 수 있다. 마지막으로, 제4 변압기(TR1-4)의 일차 측 코일은 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(330)의 제13 노드(N13)와 제14 노드(N14)에 연결될 수 있다.
변압기부(320)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 이차 측 코일들에 흐르는 전류를 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 전류 스트레스가 줄어들고, 스위치 소자들의 도통 손실을 줄일 수 있으며, 권선의 굵기 역시 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있다.
브릿지 컨버터부(330)는 저전압 배터리와 병렬로 연결된 복수의 컨버터들(335)을 포함할 수 있다. 상기 컨버터들(335)의 개수는 복수의 변압기들(325)의 개수에 대응한다.
각각의 컨버터(335)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q21, Q22, Q23, Q24)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 스위치 소자로는 MOSFET 소자, BJT 소자, IGBT 소자 등이 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 MOSFET 소자가 사용될 수 있다.
각각의 컨버터(335)는 상술한 도 2의 제2 브릿지 회로부(230)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다. 한편, 다른 실시 예로, 각각의 컨버터(335)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
각 컨버터(335)의 입력 단은 각 변압기(325)의 이차 측 코일에 연결될 수 있고, 출력 단은 단일 배터리의 양 단, 즉 제5 노드(N5)와 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
브릿지 컨버터부(330)는, 강압(buck) 모드 시, 변압기부(320)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 컨버터부(330)는, 승압(boost) 모드 시, 저전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터(300)는 상술한 DAB 컨버터(200)의 제어 방식과 동일한 위상 천이 변조(PSM) 방식을 이용하여 브릿지 인버터부(310) 및 브릿지 컨버터부(330)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이때, DC-DC 컨버터(300)는 변압기부(320)의 이차 측에 연결된 복수의 컨버터들(335)을 개별적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, DC-DC 컨버터(300)는 양방향 전력 변환 제어를 용이하게 수행할 수 있고, 각각의 컨버터(335)에서 배터리 단으로 인가되는 전류들이 균등하게 배분되도록 제어할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터는 복수의 변압기들의 일차 측 코일들과 이차 측 코일들을 각각 병렬로 구성하고, 상기 변압기들의 이차 측 코일에 연결된 다수의 컨버터들을 개별적으로 제어함으로써, 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 단일 저전압 대전류 배터리를 효과적으로 충/방전할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터(400)는, 단일 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하는 DC-DC 컨버터로서, 브릿지 인버터부(410), 변압기부(420) 및 브릿지 컨버터부(430)를 포함할 수 있다.
브릿지 인버터부(410) 및 브릿지 컨버터부(430)는 상술한 도 3의 브릿지 인버터부(310) 및 브릿지 컨버터부(330)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
브릿지 인버터부(410)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 브릿지 인버터부(410)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
브릿지 인버터부(410)는, 강압(buck) 모드 시, 고전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 인버터부(410)는, 승압(boost) 모드 시, 변압기부(420)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
변압기부(420)는 브릿지 인버터부(410)와 브릿지 컨버터부(430) 사이에 배치되어, 전력 변환 모드(가령, 강압 모드, 승압 모드)에 따라 브릿지 인버터부(410) 또는 브릿지 컨버터부(430)의 출력 전원을 소정의 변압비로 변압하여 출력할 수 있다.
변압기부(420)는 일차 측 코일과 이차 측 코일 간에 동일한 권선비를 갖는 복수의 변압기들(425)을 포함할 수 있다. 상기 변압기들(425)의 일차 측 코일들은 서로 직렬로 연결될 수 있고, 이차 측 코일들은 브릿지 컨버터부(430)에 의해 저전압 배터리에 병렬로 연결될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제1 변압기(TR1-1)의 일차 측 코일은 제3 노드(N3)와 제2 변압기(TR1-2)의 일차 측 코일에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(430)의 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7)에 연결될 수 있다. 제2 변압기(TR1-2)의 일차 측 코일은 제1 변압기(TR1-1)의 일차 측 코일과 제3 변압기(TR1-3)의 일차 측 코일에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(430)의 제9 노드(N9)와 제10 노드(N10)에 연결될 수 있다. 제3 변압기(TR1-3)의 일차 측 코일은 제2 변압기(TR1-2)의 일차 측 코일과 제4 변압기(TR1-4)의 일차 측 코일에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(430)의 제11 노드(N11)와 제12 노드(N12)에 연결될 수 있다. 마지막으로, 제4 변압기(TR1-4)의 일차 측 코일은 제2 노드(N2)와 제3 변압기(TR1-3)의 일차 측 코일에 연결될 수 있고, 이차 측 코일은 브릿지 컨버터부(430)의 제13 노드(N13)와 제14 노드(N14)에 연결될 수 있다.
변압기부(420)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 일차 측으로 인가되는 전압을 변압기들의 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 권선의 수를 줄일 수 있다. 가령, 도면에 도시된 바와 같이, 변압기부(420)가 4개의 변압기로 구성되는 것을 예시하고 있으므로, 일차 측으로 인가되는 전압을 1/4로 줄일 수 있어 권선의 수를 1/4로 줄일 수 있다.
또한, 변압기부(420)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 이차 측 코일들에 흐르는 전류를 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 전류 스트레스가 줄어들고, 스위치 소자들의 도통 손실을 줄일 수 있으며, 권선의 굵기 역시 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있다.
브릿지 컨버터부(430)는 저전압 배터리와 병렬로 연결된 복수의 컨버터들(435)을 포함할 수 있다. 상기 컨버터들(435)의 개수는 복수의 변압기들(425)의 개수에 대응한다.
각각의 컨버터(435)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q21, Q22, Q23, Q24)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 각각의 컨버터(435)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
브릿지 컨버터부(430)는, 강압(buck) 모드 시, 변압기부(420)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 컨버터부(430)는, 승압(boost) 모드 시, 저전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터(400)는 상술한 DAB 컨버터(200)의 제어 방식과 동일한 위상 천이 변조(PSM) 방식을 이용하여 브릿지 인버터부(410) 및 브릿지 컨버터부(430)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이때, DC-DC 컨버터(400)는 변압기부(420)의 이차 측에 연결된 복수의 컨버터들(335)을 개별적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, DC-DC 컨버터(400)는 양방향 전력 변환 제어를 용이하게 구현할 수 있고, 각각의 컨버터(435)에서 배터리 단으로 인가되는 전류들이 균등하게 배분되도록 제어할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터는 복수의 변압기들의 일차 측 코일들을 직렬로 구성하고, 이차 측 코일들을 병렬로 구성하며, 상기 변압기들의 이차 측 코일에 연결된 다수의 컨버터들을 개별적으로 제어함으로써, 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 단일 저전압 대전류 배터리를 효과적으로 충/방전할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터(500)는, 다중 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하는 DC-DC 컨버터로서, 브릿지 인버터부(510), 변압기부(520) 및 브릿지 컨버터부(530)를 포함할 수 있다.
DC-DC 컨버터(500)의 입력 단은 단일 고전압 배터리와 연결될 수 있고, 출력 단은 다중 저전압 배터리와 연결될 수 있다. 이러한 연결 구조 하에서, DC-DC 컨버터(500)는 고전압 배터리에서 저전압 배터리로 전원을 충전할 때는 강압 모드로 동작하고, 상기 저전압 배터리에서 고전압 배터리로 전원을 충전할 때는 승압 모드로 동작한다.
브릿지 인버터부(510)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 브릿지 인버터부(510)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
브릿지 인버터부(510)는, 강압(buck) 모드 시, 고전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 인버터부(510)는, 승압(boost) 모드 시, 변압기부(520)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
변압기부(520)는 브릿지 인버터부(510)와 브릿지 컨버터부(530) 사이에 배치되어, 전력 변환 모드(가령, 강압 모드, 승압 모드)에 따라 브릿지 인버터부(510) 또는 브릿지 컨버터부(530)의 출력 전원을 소정의 변압비로 변압하여 출력할 수 있다.
변압기부(520)는 일차 측 코일과 이차 측 코일 간에 동일한 권선비를 갖는 복수의 변압기들(525)을 포함할 수 있다. 상기 변압기들(525)의 일차 측 코일들은 서로 병렬로 연결될 수 있고, 이차 측 코일들은 브릿지 컨버터부(530)에 의해 저전압 배터리에 병렬로 연결될 수 있다.
변압기부(520)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 이차 측 코일들에 흐르는 전류를 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 전류 스트레스가 줄어들고, 스위치 소자들의 도통 손실을 줄일 수 있으며, 권선의 굵기 역시 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있다.
브릿지 컨버터부(530)는 복수의 저전압 배터리와 연결된 복수의 컨버터들(535)을 포함할 수 있다. 상기 컨버터들(535)의 개수는 복수의 변압기들(525)의 개수에 대응한다. 또한, 상기 컨버터들(535)의 개수는 복수의 배터리들의 개수에 대응한다.
각각의 컨버터(535)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q21, Q22, Q23, Q24)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 각각의 컨버터(535)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
각 컨버터(535)의 입력 단은 각 변압기(525)의 이차 측 코일에 연결될 수 있고, 출력 단은 각 배터리의 양 단에 연결될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 컨버터는 제1 변압기(TR1-1)의 이차 측 코일에 연결될 수 있고, 출력 단은 제1 배터리의 양 단, 즉 제5 노드(N5)와 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다. 제2 컨버터는 제2 변압기(TR1-2)의 이차 측 코일에 연결될 수 있고, 출력 단은 제2 배터리의 양 단, 즉 제9 노드(N9)와 제12 노드(N12)에 연결될 수 있다. 제3 컨버터는 제3 변압기(TR1-3)의 이차 측 코일에 연결될 수 있고, 출력 단은 제3 배터리의 양 단, 즉 제13 노드(N13)와 제16 노드(N16)에 연결될 수 있다. 마지막으로, 제4 컨버터는 제4 변압기(TR1-4)의 이차 측 코일에 연결될 수 있고, 출력 단은 제4 배터리의 양 단, 즉 제17 노드(N17)와 제20 노드(N20)에 연결될 수 있다.
브릿지 컨버터부(530)는, 강압(buck) 모드 시, 변압기부(520)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 컨버터부(530)는, 승압(boost) 모드 시, 저전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터(500)는 상술한 DAB 컨버터(200)의 제어 방식과 동일한 위상 천이 변조(PSM) 방식을 이용하여 브릿지 인버터부(510) 및 브릿지 컨버터부(530)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이때, DC-DC 컨버터(500)는 변압기부(520)의 이차 측에 연결된 복수의 컨버터들(535)을 개별적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, DC-DC 컨버터(500)는 다수의 저전압 배터리들을 충/방전할 수 있고, 각각의 컨버터(535)에서 각각의 배터리 단으로 인가되는 전류들이 균등하게 배분되도록 제어할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터는 복수의 변압기들의 일차 측 코일들과 이차 측 코일들을 각각 병렬로 구성하고, 상기 변압기들의 이차 측 코일에 연결된 다수의 컨버터들을 개별적으로 제어함으로써, 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 다수의 저전압 중전류 배터리를 효과적으로 충/방전할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터(500)는, 다중 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하는 DC-DC 컨버터로서, 브릿지 인버터부(610), 변압기부(620) 및 브릿지 컨버터부(630)를 포함할 수 있다.
브릿지 인버터부(610) 및 브릿지 컨버터부(630)는 상술한 도 5의 브릿지 인버터부(510) 및 브릿지 컨버터부(530)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
브릿지 인버터부(610)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 브릿지 인버터부(610)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
브릿지 인버터부(610)는, 강압(buck) 모드 시, 고전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 인버터부(610)는, 승압(boost) 모드 시, 변압기부(620)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
변압기부(620)는 브릿지 인버터부(610)와 브릿지 컨버터부(630) 사이에 배치되어, 전력 변환 모드(가령, 강압 모드, 승압 모드)에 따라 브릿지 인버터부(610) 또는 브릿지 컨버터부(630)의 출력 전원을 소정의 변압비로 변압하여 출력할 수 있다. 상기 변압기부(620)는 상술한 도 4의 변압기부(420)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
변압기부(620)는 일차 측 코일과 이차 측 코일 간에 동일한 권선비를 갖는 복수의 변압기들(625)을 포함할 수 있다. 상기 변압기들(625)의 일차 측 코일들은 서로 직렬로 연결될 수 있고, 이차 측 코일들은 브릿지 컨버터부(630)에 의해 저전압 배터리에 병렬로 연결될 수 있다.
변압기부(620)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 일차 측으로 인가되는 전압을 변압기들의 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 권선의 수를 줄일 수 있다. 또한, 변압기부(620)는 하나의 변압기를 사용하는 경우와 비교하여 이차 측 코일들에 흐르는 전류를 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있으므로 전류 스트레스가 줄어들고, 스위치 소자들의 도통 손실을 줄일 수 있으며, 권선의 굵기 역시 변압기 개수에 비례하여 줄일 수 있다.
브릿지 컨버터부(630)는 복수의 저전압 배터리와 연결된 복수의 컨버터들(635)을 포함할 수 있다. 상기 컨버터들(635)의 개수는 복수의 변압기들(625)의 개수에 대응한다. 또한, 상기 컨버터들(635)의 개수는 복수의 배터리들의 개수에 대응한다.
각각의 컨버터(635)는 풀-브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들(Q21, Q22, Q23, Q24)을 포함할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 각각의 컨버터(635)는 하프-브릿지 구조로 연결된 두 개의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.
브릿지 컨버터부(630)는, 강압(buck) 모드 시, 변압기부(620)의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 또한, 브릿지 컨버터부(630)는, 승압(boost) 모드 시, 저전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터(600)는 상술한 DAB 컨버터(200)의 제어 방식과 동일한 위상 천이 변조(PSM) 방식을 이용하여 브릿지 인버터부(610) 및 브릿지 컨버터부(630)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이때, DC-DC 컨버터(600)는 변압기부(620)의 이차 측에 연결된 복수의 컨버터들(635)을 개별적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, DC-DC 컨버터(600)는 다수의 저전압 배터리들을 충/방전할 수 있고, 각각의 컨버터(635)에서 각각의 배터리 단으로 인가되는 전류들이 균등하게 배분되도록 제어할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터는 복수의 변압기들의 일차 측 코일들을 직렬로 구성하고, 이차 측 코일들을 병렬로 구성하며, 상기 변압기들의 이차 측 코일에 연결된 다수의 컨버터들을 개별적으로 제어함으로써, 직류 배전용 배터리 시스템 또는 전기자동차용 배터리 시스템에 사용되는 다수의 저전압 중전류 배터리를 효과적으로 충/방전할 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 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 (20)

  1. 단일 저전압 배터리를 다수의 컨버터로 충/방전하기 위한 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터에 있어서,
    입력 단의 출력 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부;
    상기 브릿지 인버터부에 연결되는 복수의 변압기들을 포함하고, 상기 브릿지 인버터부의 출력 전원을 미리 결정된 변압비로 변압하여 출력하는 변압기부; 및
    상기 변압기들의 이차 측 코일에 각각 연결되고 상기 단일 저전압 배터리와 병렬로 연결되는 복수의 컨버터들을 포함하고, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 컨버터부를 포함하되,
    상기 브릿지 인버터부 및 브릿지 컨버터부는, 상기 단일 저전압 배터리의 충/방전 모드 시, 상기 변압기부의 양 브릿지 간의 위상을 조절하여 전달 전력을 제어하는 위상 천이 변조(Phase Shift Modulation, PSM) 방식으로 운전되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 컨버터는 상기 위상 천이 변조 방식을 통해 개별 제어되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변압기들의 일차 측 코일은 서로 직렬로 연결되고, 이차 측 코일은 상기 브릿지 컨버터부에 의해 상기 단일 저전압 배터리에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변압기들의 일차 측 코일은 서로 병렬로 연결되고, 이차 측 코일은 상기 브릿지 컨버터부에 의해 상기 단일 저전압 배터리에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브릿지 인버터부는 풀-브릿지 구조 또는 하프 브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    각각의 컨버터는 풀-브릿지 구조 또는 하프 브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터들의 개수는 상기 변압기들의 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 입력 단에는 고전압 전원이 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 브릿지 인버터부는, 승압 모드 시, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 브릿지 컨버터부는, 승압 모드 시, 저전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 변압기부는 일차 측 코일과 이차 측 코일 간에 동일한 권선비를 갖는 복수의 변압기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  12. 복수의 저전압 배터리들을 다수의 컨버터로 충/방전하기 위한 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터에 있어서,
    입력 단의 출력 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 인버터부;
    상기 브릿지 인버터부에 연결되는 복수의 변압기들을 포함하고, 상기 브릿지 인버터부의 출력 전원을 미리 결정된 변압비로 변압하여 출력하는 변압기부; 및
    각각의 변압기와 각각의 저전압 배터리 사이에 연결되는 복수의 컨버터들을 포함하고, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 브릿지 컨버터부를 포함하되,
    상기 브릿지 인버터부 및 브릿지 컨버터부는, 상기 저전압 배터리들의 충/방전 모드 시, 상기 변압기부의 양 브릿지 간의 위상을 조절하여 전달 전력을 제어하는 위상 천이 변조(Phase Shift Modulation, PSM) 방식으로 운전되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변압기들의 일차 측 코일은 서로 직렬로 연결되고, 이차 측 코일은 상기 브릿지 컨버터부에 의해 저전압 배터리에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 변압기들의 일차 측 코일은 서로 병렬로 연결되고, 이차 측 코일은 상기 브릿지 컨버터부에 의해 저전압 배터리에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 브릿지 인버터부는 풀-브릿지 구조 또는 하프 브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  16. 제12항에 있어서,
    각각의 컨버터는 풀-브릿지 구조 또는 하프 브릿지 구조로 연결된 복수의 스위치 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 컨버터들의 개수는 상기 변압기들의 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 브릿지 인버터부는, 승압 모드 시, 상기 변압기부의 출력 전원을 직류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 브릿지 컨버터부는, 승압 모드 시, 저전압 배터리 단의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 변압기부는 일차 측 코일과 이차 측 코일 간에 동일한 권선비를 갖는 복수의 변압기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충/방전용 DC-DC 컨버터.
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