KR102008753B1 - Vehicle power control device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 전력 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는, 배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부, 상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부, 상기 3상 전동기의 중성점과 상기 3상 전동기의 제1 인덕터 사이에 연결되는 제1 구동 릴레이부, 상기 3상 전동기의 제3 인덕터와 상기 인버터부 사이에 연결되는 제2 구동 릴레이부, 상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부, 상기 3상 전동기 및 상기 인버터부와 외부 교류 전원 사이에 연결되는 충전 릴레이부 및 전력 제어 모드에 따라서 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부, 상기 제2 구동 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함한다. The present invention relates to a power control device for a vehicle. In accordance with an embodiment of the present invention, a vehicle power control apparatus includes an inverter unit connected between a battery and a three-phase electric motor, a first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery, and the third unit. A first driving relay unit connected between a neutral point of a phase motor and a first inductor of the three phase motor, a second driving relay unit connected between a third inductor of the three phase motor and the inverter unit, and An inductor relay unit connected between a first inductor and the battery, a charge relay unit connected between the three-phase motor and the inverter unit, and an external AC power source, and the first main relay unit and the second main unit according to a power control mode. And a control unit for controlling an on / off state of a relay unit, the first driving relay unit, the second driving relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit. The.

Figure R1020170116863
Figure R1020170116863

Description

차량용 전력 제어 장치{VEHICLE POWER CONTROL DEVICE}Automotive power control device {VEHICLE POWER CONTROL DEVICE}

본 발명은 차량용 전력 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 차량용 모터를 구동하는 인버터를 사용하여 차량용 배터리를 충전하는 전력 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle power control apparatus, and more particularly, to a power control apparatus for charging a vehicle battery using an inverter for driving a vehicle motor.

최근 각국의 환경 규제가 강화되면서 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)와 전기 자동차(EV) 등 다양한 친환경 자동차들이 주목받고 있다. 특히 배터리 충전을 통해 배터리와 엔진을 동시에 사용하는 플러그인 하이브리드 자동차와 전기 에너지만을 사용하는 순수 전기 자동차의 성장세가 두드러진다.Recently, various environmentally friendly vehicles such as hybrid vehicles (HEVs), plug-in hybrid vehicles (PHEVs) and electric vehicles (EVs) are attracting attention as the environmental regulations of each country are strengthened. In particular, the growth of plug-in hybrid cars using both battery and engine at the same time and pure electric vehicles using only electric energy are noticeable.

플러그인 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진과 배터리의 전기동력을 동시에 이용하는 자동차이다. 플러그인 하이브리드 자동차는 가정용 전기나 외부 전기콘센트에 플러그를 꽂아 충전한 배터리의 전력을 사용하여 주행하다가, 배터리 충전 전력이 모두 소진되면 가솔린 엔진을 통해 주행할 수 있다. 따라서 일반 내연기관 엔진만을 사용하는 자동차에 비하여 높은 연비를 갖는다.Plug-in hybrid cars are cars that use both the internal combustion engine and the electric power of the battery. Plug-in hybrid cars can run on the power of a battery that is plugged into a home or an external electrical outlet, and then run on a gasoline engine when the battery is depleted. Therefore, it has higher fuel economy than a vehicle using only an internal combustion engine.

전기 자동차(EV)는 플러그인 하이브리드 자동차와 달리, 오로지 배터리의 전력만을 이용하는 자동차이다. 전기 자동차는 가정용 전기나 외부 전기콘센트에 플러그를 꽂아 충전한 배터리의 전력을 사용하여 주행할 수 있으며, 내연기관 엔진을 전혀 사용하지 않기 때문에 진정한 의미의 친환경 차량으로 불린다. An electric vehicle (EV), unlike a plug-in hybrid vehicle, is a vehicle that uses only battery power. Electric vehicles can be driven using the power of a battery charged by plugging them into household electricity or an external electrical outlet, and they are called true eco-friendly vehicles because they use no internal combustion engine.

이처럼 플러그인 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리에 충전된 전력을 사용하여 모터를 구동하며, 배터리 충전을 위한 별도의 충전기가 필요하다. As such, plug-in hybrid cars or electric cars use a battery-powered electric power to drive the motor and require a separate charger to charge the battery.

대부분의 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차는 가정용 전원플러그가 있다면 어디에서든지 배터리를 충전할 수 있도록 탑재형 완속 충전기(On-Board Charger, OBC)를 탑재하고 있다. OBC는 상용전원인 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 차량 내부 배터리를 충전하는 기능을 한다.Most electric and plug-in hybrid cars have an on-board charger (OCC) to charge the battery wherever there is a home power plug. OBC converts AC, a commercial power source, into direct current (DC) to charge the vehicle's internal battery.

도 1은 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 배터리 충전 시스템의 구조를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the structure of a battery charging system of a conventional eco-friendly vehicle using OBC.

도 1을 참조하면, 기존의 차량용 배터리 충전 시스템은 OBC(10)에 포함된 PFC(Power Factor Corrector) 컨버터(101) 및 DC/DC 컨버터(102)를 통해 외부 교류 전원(12)의 전력을 배터리(14)에 충전할 수 있다.Referring to FIG. 1, a conventional vehicle battery charging system uses a power factor corrector (PFC) converter 101 and a DC / DC converter 102 included in the OBC 10 to charge power of an external AC power supply 12. 14 can be charged.

OBC(10)에 포함된 PFC 컨버터(101)는 일반적으로 전압 승압이 가능한 부스트(Boost) 컨버터를 사용한다. PFC 컨버터(101)는 브릿지 다이오드와 같은 정류 장치를 통해 정류된 외부 교류 전원(12)의 직류 전력의 전압을 승압시킬 수 있으며, 역률의 개선을 통해 에너지 효율을 높여주는 기능을 한다.  The PFC converter 101 included in the OBC 10 generally uses a boost converter capable of voltage boosting. The PFC converter 101 can boost a DC power voltage of the rectified external AC power supply 12 through a rectifier such as a bridge diode, and improve energy efficiency by improving the power factor.

DC/DC 컨버터(102)는 PFC 컨버터(101)에 의해 승압된 직류 전력의 전압을 소정의 충전 전압으로 변환하고, 소정의 충전 전압으로 변환된 직류 전력을 안정적으로 배터리(14)에 공급할 수 있다. The DC / DC converter 102 may convert the voltage of the DC power boosted by the PFC converter 101 into a predetermined charging voltage and stably supply the DC power converted into the predetermined charging voltage to the battery 14. .

이와 같은 기존의 차량용 배터리 충전 시스템의 OBC(10)는 충전소 또는 차량 내 다른 장치와 통신을 수행하거나 OBC(10) 자체의 동작을 제어할 수 있는 OBC 제어부(103)를 더 포함할 수 있다. The OBC 10 of the conventional vehicle battery charging system may further include an OBC control unit 103 that communicates with a charging station or another device in the vehicle or controls the operation of the OBC 10 itself.

도 1에 도시되지 않았으나, 기존의 차량용 배터리 충전 시스템의 OBC(10)는 PFC 컨버터(101) 및 DC/DC 컨버터(102) 이외에도 각 컨버터의 구동 전력을 제공하기 위한 PFC 컨버터 파워부 및 DC/DC 컨버터 파워부를 더 포함할 수 있다. Although not shown in FIG. 1, the OBC 10 of the conventional vehicle battery charging system includes a PFC converter power unit and a DC / DC unit for providing driving power of each converter in addition to the PFC converter 101 and the DC / DC converter 102. The converter may further include a power unit.

도 2는 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 모터 구동 시스템의 구조를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the structure of a motor drive system of a conventional eco-friendly vehicle using OBC.

도 2를 참조하면, OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량은 배터리(14)를 사용하여 3상 전동기(16)를 구동하기 위해 별도의 MCU(20)를 사용한다. 이때 MCU(20)에 포함된 인버터(201)는 배터리(14)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(16)에 전달할 수 있다. Referring to FIG. 2, the existing eco-friendly vehicle using the OBC uses a separate MCU 20 to drive the three-phase electric motor 16 using the battery 14. In this case, the inverter 201 included in the MCU 20 may convert the DC power of the battery 14 into AC power and transmit the same to the three-phase electric motor 16.

즉, MCU(20)는 배터리(14)가 모두 방전될 때까지 배터리(14)의 직류 전력을 통해 3상 전동기(16)의 구동을 제어할 수 있다. 이와 같은 MCU(20)는 인버터(201) 이외에 MCU(20)의 제어를 위한 MCU 제어부(202)를 더 포함할 수 있다.That is, the MCU 20 may control the driving of the three-phase electric motor 16 through the DC power of the battery 14 until all of the batteries 14 are discharged. The MCU 20 may further include an MCU controller 202 for controlling the MCU 20 in addition to the inverter 201.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 기존의 친환경 차량은 배터리를 충전하기 위한 OBC와 모터를 구동하기 위한 모터 구동용 MCU를 모두 구비하고 있다. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a typical conventional eco-friendly vehicle includes both an OBC for charging a battery and a motor driving MCU for driving a motor.

그러나 OBC는 차량의 구동 및 주행과는 관계가 없는 부품이며, 오로지 배터리의 충전에만 사용되는 부품이다. 이처럼 배터리의 충전 중에만 사용되는 OBC를 별도로 구성하여 차량에 장착하는 것은 차량의 중량을 증가시킴과 동시에 차량의 구동 연비를 하락시킬 수 있어 문제된다. However, OBC is a part that is not related to driving and driving a vehicle, and is used only for charging a battery. As described above, separately configuring the OBC used only during charging of the battery and mounting the vehicle on the vehicle may increase the weight of the vehicle and reduce driving fuel efficiency of the vehicle.

또한 OBC는 고가의 부품으로 구성되는 것이 일반적이며, 특히 OBC의 생산은 대략 10배의 출력 용량을 가지는 구동 인버터의 생산에 필요한 비용과 비슷한 생산 비용을 필요로 한다. 따라서 OBC를 사용하는 배터리 충전 시스템의 사용은 재료비의 과다 상승으로 인한 전체적인 차량의 원가 상승으로 이어질 수밖에 없다.In addition, OBC is generally composed of expensive components, and in particular, the production of OBC requires a production cost similar to that required for the production of a drive inverter having an output capacity of approximately 10 times. As a result, the use of battery charging systems using OBC can lead to higher vehicle costs due to excessive material costs.

본 발명은 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승을 가능하게 하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a power control device for a vehicle that enables the weight reduction of the vehicle and the increase in vehicle driving fuel efficiency by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit. .

또한 본 발명은 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 차량용 전력 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention by using the components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or an inverter, by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery, it is possible to reduce the vehicle production cost An object of the present invention is to provide a power control device for a vehicle.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and more clearly by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부, 상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부, 상기 3상 전동기의 중성점과 상기 3상 전동기의 제1 인덕터 사이에 연결되는 제1 구동 릴레이부, 상기 3상 전동기의 제3 인덕터와 상기 인버터부 사이에 연결되는 제2 구동 릴레이부, 상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부, 상기 3상 전동기 및 상기 인버터부와 외부 교류 전원 사이에 연결되는 충전 릴레이부 및 전력 제어 모드에 따라서 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부, 상기 제2 구동 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 전력 제어 장치를 제공할 수 있다.One aspect of the present invention for achieving this object is an inverter unit connected between a battery and a three-phase electric motor, a first main relay unit and a second main relay unit connected between the inverter unit and the battery, the three phase A first driving relay unit connected between a neutral point of the motor and a first inductor of the three-phase motor, a second driving relay unit connected between a third inductor of the three-phase motor and the inverter unit, and a third of the three-phase motor A first inductor relay unit connected between an inductor and the battery, a charge relay unit connected between the three-phase motor and the inverter unit, and an external AC power source, and the first main relay unit and the second main relay according to a power control mode. And a controller configured to control an on / off state of the first driving relay unit, the second driving relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit. It may provide a vehicle power control device.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 구동 모드이면 상기 제어부는 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부 및 상기 제2 구동 릴레이부를 온 하고, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 오프 할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, if the power control mode is a driving mode, the controller turns on the first main relay unit, the second main relay unit, the first driving relay unit, and the second driving relay unit, and The inductor relay unit and the charging relay unit may be turned off.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 제어부는 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 온 하고, 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부 및 상기 제2 구동 릴레이부를 오프 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, if the power control mode is the charging mode, the control unit is turned on the second main relay unit, the inductor relay unit and the charge relay unit, the first main relay unit, the first driving relay And the second driving relay unit may be turned off.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 3상 전동기의 제1 인덕터, 상기 인버터부의 제1 스위칭 소자 및 상기 인버터부의 제2 스위칭 소자는 강압 컨버터를 구성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the power control mode is the charging mode, the first inductor of the three-phase motor, the first switching element of the inverter unit and the second switching element of the inverter unit may constitute a step-down converter.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강압 컨버터는 제1 보조 커패시터를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step-down converter may further include a first auxiliary capacitor.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면 상기 3상 전동기의 제2 인덕터, 상기 3상 전동기의 제3 인덕터, 상기 인버터부의 제3 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제4 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제5 스위칭 소자 및 상기 인버터부의 제6 스위칭 소자는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, if the power control mode is the charging mode, the second inductor of the three-phase motor, the third inductor of the three-phase motor, the third switching device of the inverter unit, the fourth switching device of the inverter unit, The fifth switching device of the inverter unit and the sixth switching device of the inverter unit may constitute a boost converter.

본 발명에 의하면, 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승이 가능한 장점이 있다.According to the present invention, by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit, there is an advantage that the weight of the vehicle and the fuel efficiency of the vehicle can be increased.

또한 본 발명에 의하면, 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감이 가능한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, by reducing the production cost of the vehicle by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery using components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or an inverter There are possible advantages.

도 1은 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 배터리 충전 시스템의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 OBC를 사용하는 기존의 친환경 차량의 모터 구동 시스템의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. Figure 1 shows the structure of a battery charging system of a conventional eco-friendly vehicle using OBC.
Figure 2 shows the structure of a motor drive system of a conventional eco-friendly vehicle using OBC.
3 illustrates a structure of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 schematically shows a circuit structure in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 schematically illustrates a circuit structure in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above objects, features, and advantages will be described in detail with reference to the accompanying drawings, whereby those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구조를 나타낸 것이다.3 illustrates a structure of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 인버터부(304), 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308), 제2 구동 릴레이부(309), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention may include an inverter unit 304, a first main relay unit 306, a second main relay unit 307, and a first driving relay unit 308. ), A second driving relay unit 309, an inductor relay unit 310, and a charging relay unit 314.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드에 따라서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308), 제2 구동 릴레이부(309), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 온/오프 상태를 제어하는 제어부(301)를 포함할 수 있다. In addition, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the first drive relay unit 308, the second drive according to the power control mode The controller 309 may control an on / off state of the relay unit 309, the inductor relay unit 310, and the charging relay unit 314.

본 발명에서, 인버터부(304) 및 3상 전동기(300)는 배터리(302)의 충전 동작을 수행하는 컨버터의 구현에 사용된다. 이하에서는 본 발명의 인버터부(304) 및 3상 전동기(300)와 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308), 제2 구동 릴레이부(309), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 연결 방법에 대해 상세히 설명한다. In the present invention, the inverter unit 304 and the three-phase electric motor 300 are used to implement a converter that performs the charging operation of the battery 302. Hereinafter, the inverter unit 304 and the three-phase electric motor 300, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the first drive relay unit 308, and the second drive relay unit of the present invention will be described. 309, the inductor relay unit 310 and the charging relay unit 314 will be described in detail.

도 3을 참조하면, 인버터부(304)는 배터리(302)와 3상 전동기(300) 사이에 연결된다.Referring to FIG. 3, the inverter unit 304 is connected between the battery 302 and the three-phase electric motor 300.

인버터부(304)는 직류 전원이 공급하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 즉, 인버터부(304)는 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급함으로써 3상 전동기(300)의 구동을 제어할 수 있다.The inverter unit 304 may convert DC power supplied by DC power into AC power. That is, the inverter unit 304 may control the driving of the three-phase electric motor 300 by converting the DC power of the battery 302 into AC power and supplying the three-phase electric motor 300.

도 3에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에서 3상 전동기(300)의 회전축은 3상 전동기(300)의 회전 속도에 따라 차량 바퀴의 회전 속도를 조절하기 위한 감속기와 연결될 수 있다. 즉, 3상 전동기(300)는 차량의 주행을 위해 감속기를 통해 차량 바퀴에 동력을 전달할 수 있다. Although not shown in FIG. 3, in one embodiment of the present invention, the rotating shaft of the three-phase electric motor 300 may be connected to a speed reducer for adjusting the rotation speed of the vehicle wheel according to the rotating speed of the three-phase electric motor 300. That is, the three-phase electric motor 300 may transmit power to the wheels of the vehicle through a reducer to drive the vehicle.

본 발명의 일 실시예에서, 인버터부(304)는 제1 스위칭 소자(321), 제2 스위칭 소자(322), 제3 스위칭 소자(323), 제4 스위칭 소자(324), 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the inverter unit 304 may include a first switching element 321, a second switching element 322, a third switching element 323, a fourth switching element 324, and a fifth switching element. 325 and the sixth switching element 326.

이와 같은 스위칭 소자의 예로는 BJT, JFET, MOSFET, IGBT 또는 MOS 트랜지스터 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Examples of such switching elements include, but are not limited to, BJT, JFET, MOSFET, IGBT, or MOS transistor.

제1 메인 릴레이부(306) 및 제2 메인 릴레이부(307)는 인버터부(304)와 배터리(302) 사이에 연결된다.The first main relay unit 306 and the second main relay unit 307 are connected between the inverter unit 304 and the battery 302.

도 3을 참조하면, 제1 메인 릴레이부(306)는 배터리(302)의 일단 및 인버터부(304)의 일단 사이에 연결된다. 제2 메인 릴레이부(307)는 배터리(302)의 타단 및 인버터부(304)의 타단 사이에 연결된다. 따라서, 각 메인 릴레이부가 모두 온 될 경우 배터리(302)에 충전된 직류 전력은 인버터부(304)에 전달될 수 있다. Referring to FIG. 3, the first main relay unit 306 is connected between one end of the battery 302 and one end of the inverter unit 304. The second main relay unit 307 is connected between the other end of the battery 302 and the other end of the inverter unit 304. Therefore, when each main relay unit is turned on, the DC power charged in the battery 302 may be transferred to the inverter unit 304.

제1 구동 릴레이부(308)는 3상 전동기(300)의 중성점(340)과 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341) 사이에 연결된다.The first driving relay unit 308 is connected between the neutral point 340 of the three-phase motor 300 and the first inductor 341 of the three-phase motor 300.

제2 구동 릴레이부(309)는 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(243)와 인버터부(304) 사이에 연결된다. The second driving relay unit 309 is connected between the third inductor 243 of the three-phase electric motor 300 and the inverter unit 304.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)는 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the three-phase motor 300 may include a first inductor 341, a second inductor 342 and a third inductor 343.

도 3을 참조하면, 제1 구동 릴레이부(308)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)가 공통으로 연결될 수 있는 3상 전동기(300)의 중성점(340)과 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단 사이에 연결된다.Referring to FIG. 3, the first driving relay unit 308 is a three-phase to which the first inductor 341, the second inductor 342, and the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 may be commonly connected. It is connected between the neutral point 340 of the electric motor 300 and one end of the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300.

또한, 제2 구동 릴레이부(309)는 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단과 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326) 사이에 연결된다.In addition, the second driving relay unit 309 is disposed between one end of the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 and the fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304. Connected.

따라서, 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)는 중성점(340)에서 전기적으로 연결될 수 있으며, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)는 모두 인버터부(304)와 전기적으로 연결될 수 있다. Accordingly, when the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 are turned on, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 and the second inductor 342 of the three-phase electric motor 300 are provided. And a third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 may be electrically connected to the neutral point 340. The first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 and the second inductor of the three-phase electric motor 300. Both the 342 and the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 may be electrically connected to the inverter unit 304.

인덕터 릴레이부(310)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 배터리(302) 사이에 연결된다.The inductor relay unit 310 is connected between the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 and the battery 302.

다시 도 3을 참조하면, 인덕터 릴레이부(310)는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단과 배터리(302)의 일단 사이에 연결된다. Referring again to FIG. 3, the inductor relay unit 310 is connected between one end of the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 and one end of the battery 302.

이때 전술한 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)가 오프 되고 인덕터 릴레이부(310)가 온 될 경우, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)는 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)와 분리되고 인버터부(304) 및 배터리(302)에 연결되어 후술할 강압 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있다. At this time, when the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 described above are turned off and the inductor relay unit 310 is turned on, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 has a second It is separated from the inductor 342 and the third inductor 343 and connected to the inverter unit 304 and the battery 302 may be used as an inductor of a step-down converter to be described later.

충전 릴레이부(314)는 3상 전동기(300) 및 인버터부(304)와 외부 교류 전원(316) 사이에 연결된다.The charging relay unit 314 is connected between the three-phase electric motor 300 and the inverter unit 304 and the external AC power source 316.

도 3을 참조하면, 충전 릴레이부(314)는 외부 교류 전원(316)의 일단과 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단 사이에 연결된다. 또한 충전 릴레이부(314)는 외부 교류 전원(316)의 타단과 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326) 사이에 연결된다. Referring to FIG. 3, the charging relay unit 314 is connected between one end of the external AC power source 316 and one end of the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300. Also, the charging relay unit 314 is connected between the other end of the external AC power source 316 and the fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304.

충전 릴레이부(314)가 온 될 경우, 외부 교류 전원(316)의 교류 전력은 후술할 승압 컨버터에 전달될 수 있다. When the charging relay unit 314 is turned on, the AC power of the external AC power source 316 may be transferred to a boost converter which will be described later.

제어부(301)는 전력 제어 모드에 따라서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308), 제2 구동 릴레이부(309), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)의 온/오프 상태를 제어한다. The control unit 301 may include a first main relay unit 306, a second main relay unit 307, a first drive relay unit 308, a second drive relay unit 309, and an inductor relay unit in accordance with the power control mode. The on / off state of the 310 and the charging relay unit 314 is controlled.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 구동 모드이면 제어부(301)는 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)를 온 하고, 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, if the power control mode is the driving mode, the control unit 301 is the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the first drive relay unit 308 and the second drive. The relay unit 309 may be turned on, and the inductor relay unit 310 and the charging relay unit 314 may be turned off.

반대로 전력 제어 모드가 충전 모드이면, 제어부(301)는 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)를 오프 할 수 있다.On the contrary, if the power control mode is the charging mode, the controller 301 turns on the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charging relay unit 314, and the first main relay unit 306 and the first main relay unit 306. The first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 may be turned off.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 충전 모드이면 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322)는 강압 컨버터를 구성할 수 있다. 이때, 강압 컨버터는 제1 보조 커패시터(332)를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, if the power control mode is the charging mode, the first inductor 341 of the three-phase motor 300, the first switching element 321 of the inverter unit 304 and the first of the inverter unit 304 The two switching elements 322 may constitute a step-down converter. In this case, the step-down converter may further include a first auxiliary capacitor 332.

본 발명의 일 실시예에서, 전력 제어 모드가 충전 모드이면 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 승압 컨버터를 구성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, if the power control mode is the charging mode, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, the third of the inverter unit 304 The three switching elements 323, the fourth switching element 324 of the inverter unit 304, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 are boosted. The converter can be configured.

이하에서는 도 4 내지 도 7을 통해 본 발명의 전력 제어 모드에 기초한 각 릴레이의 온/오프 동작 및 이에 따른 차량용 전력 제어 장치의 회로 결선 상태의 변화에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the on / off operation of each relay based on the power control mode of the present invention and the change in the circuit connection state of the vehicle power control device will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.4 schematically shows a circuit structure in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 승압 컨버터(41)는 외부 교류 전원(316)의 출력 전압을 정류하고 배터리 전압 이상으로 승압시킬 수 있다. 이때 승압된 외부 교류 전원(316)의 출력 전압은 DC 링크 커패시터(331)에 충전될 수 있다. 이후 강압 컨버터(42)는 DC 링크 커패시터(331)의 충전 전압을 목표 배터리 전압으로 강압시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, the boost converter 41 may rectify the output voltage of the external AC power source 316 and boost the battery voltage above the battery voltage. In this case, the output voltage of the boosted external AC power source 316 may be charged in the DC link capacitor 331. The step-down converter 42 may then step down the charging voltage of the DC link capacitor 331 to the target battery voltage.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프를 통해 회로의 결선 상태를 제어함으로써, 3상 전동기(300) 및 인버터부(304)가 외부 교류 전원(316)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(302)를 충전하도록 할 수 있다. That is, in the vehicle power control apparatus of the present invention, by controlling the connection state of the circuit through the on / off of each relay in the charging mode, the three-phase electric motor 300 and the inverter unit 304 alternating current of the external AC power source 316 The power may be converted into direct current power to charge the battery 302.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. 5 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a charging mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고로, 도 5에는 온 상태의 릴레이 및 릴레이의 온으로 인한 단락 상태 회로 결선만이 도시되었으며, 오프 상태의 릴레이는 도시되지 않았다.For reference, in FIG. 5, only the relay in the on state and the short circuit state due to the on of the relay are shown, and the relay in the off state is not shown.

전술한 것과 같이, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 충전 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)를 오프 할 수 있다.As described above, in the vehicle power control apparatus of the present invention, when the power control mode is the charging mode, the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charging relay unit 314 through the control unit 301. The first main relay unit 306, the first driving relay unit 308, and the second driving relay unit 309 may be turned off.

도 5를 참조하면, 충전 모드에서 충전 릴레이부(314)는 온 되어 3상 전동기(300) 및 인버터부(304)와 외부 교류 전원(316)을 전기적으로 연결할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the charging mode, the charging relay unit 314 may be turned on to electrically connect the three-phase electric motor 300, the inverter unit 304, and the external AC power source 316.

구체적으로, 충전 릴레이부(314)가 온 되면 외부 교류 전원(316)의 일단은 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부 교류 전원(316)의 타단은 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)와 전기적으로 연결될 수 있다. Specifically, when the charging relay unit 314 is turned on, one end of the external AC power source 316 may be electrically connected to one end of the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300. The other end may be electrically connected to the fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304.

한편, 충전 릴레이부(314)가 온 되면 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)는 오프 되므로, 3상 전동기(300)의 인덕터 중 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)만이 외부 교류 전원(316)과 전기적으로 연결될 수 있다. Meanwhile, when the charging relay unit 314 is turned on, the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 are turned off, so that the second inductor 342 and the third inductor of the three-phase electric motor 300 are turned off. Only the inductor 343 may be electrically connected to the external AC power source 316.

이때, 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 승압 컨버터(41)를 구성할 수 있다.At this time, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, the third switching element 323 of the inverter unit 304, and the inverter unit 304 The fourth switching element 324, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may constitute a boost converter 41.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)가 구성하는 승압 컨버터(41)는 풀 브리지 PFC 컨버터(Full Bridge PFC Converter)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, the third switching element 323 of the inverter unit 304, The boost converter 41 constituted by the fourth switching element 324 of the inverter unit 304, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 is provided. It may be a full bridge PFC converter.

PFC 컨버터는 역률을 개선하는 컨버터로써, 입력되는 교류 전류를 입력 교류 전압과 동위상이 되도록 제어함으로써 역률을 개선할 수 있는 변환기이다. The PFC converter is a converter that improves the power factor, and is a converter capable of improving the power factor by controlling the input AC current to be in phase with the input AC voltage.

한편, 풀 브리지 컨버터는 네 개의 스위칭 소자를 포함하며, 각 스위칭 소자가 풀 브리지 형태로 서로 연결되어 상보적으로 동작하는 변환기이다.  On the other hand, a full bridge converter includes four switching elements, and each switching element is a converter which is connected to each other in a full bridge form and operates complementarily.

풀 브리지 컨버터 동작의 예로, 풀 브리지 컨버터에 제어 파형이 인가되면 제어 파형의 절반의 주기 동안 한 쌍의 스위칭 소자가 스위칭 될 수 있으며, 나머지 한 쌍의 스위칭 소자는 제어 파형의 나머지 절반의 주기 동안 스위칭 될 수 있다. 풀 브리지 컨버터는 이와 같은 스위칭 소자의 스위칭 동작을 통해 교류 전력을 정류함과 동시에 입력 전압의 크기를 조절할 수 있다. As an example of full-bridge converter operation, when a control waveform is applied to the full-bridge converter, a pair of switching elements can be switched during half of the period of the control waveform, and the other pair of switching elements switch during the other half of the control waveform. Can be. The full bridge converter can regulate the magnitude of the input voltage while rectifying the AC power through the switching operation of the switching element.

다시 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)는 3상 전동기(300)의 중성점(340)에서 서로 직렬 연결될 수 있으며, 외부 교류 전원(316)의 일단은 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323) 및 제4 스위칭 소자(324)와, 외부 교류 전원(316)의 타단은 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 제6 스위칭 소자(326)와 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 5 again, in the charging mode, the second inductor 342 of the three-phase motor 300 and the third inductor 343 of the three-phase motor 300 may be disposed at the neutral point 340 of the three-phase motor 300. It may be connected in series with each other, one end of the external AC power source 316 is the third switching element 323 and the fourth switching element 324 of the inverter unit 304 and the other end of the external AC power source 316 is the inverter unit ( The fifth switching element 325 and the sixth switching element 326 of 304 may be electrically connected to each other.

즉, 충전 모드에서 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)가 오프 되고 충전 릴레이부(314)가 온 됨에 따라, 외부 교류 전원(316)은 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343)와 서로 직렬 연결되어, 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)와 풀 브리지 형태로 연결될 수 있다. That is, in the charging mode, as the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 are turned off and the charging relay unit 314 is turned on, the external AC power source 316 of the three-phase electric motor 300 The third inductor 342 and the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 are connected to each other in series, so that the third switching element 323 of the inverter unit 304 and the fourth switching element of the inverter unit 304. 324, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may be connected in a full bridge form.

따라서, 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 풀 브리지 PFC 컨버터를 구성할 수 있다.Therefore, the second inductor 342 of the three-phase motor 300, the third inductor 343 of the three-phase motor 300, the third switching element 323 of the inverter unit 304, and the inverter unit 304 The fourth switching element 324, the fifth switching element 325 of the inverter unit 304, and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 may constitute a full bridge PFC converter.

다시 도 5를 참조하면, 충전 모드에서 인덕터 릴레이부(310)는 온 되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)를 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)로부터 분리하고 인버터부(304) 및 배터리(302)에 연결시킴으로써 강압 컨버터(42)의 인덕터로 사용되도록 할 수 있다.Referring back to FIG. 5, in the charging mode, the inductor relay unit 310 is turned on to separate the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 from the second inductor 342 and the third inductor 343, and the inverter The connection to the unit 304 and the battery 302 can be used as an inductor of the step-down converter 42.

구체적으로, 인덕터 릴레이부(310)가 온 되면 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 일단은 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)의 타단은 배터리(302)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.Specifically, when the inductor relay unit 310 is turned on, one end of the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 may be connected to the first switching element 321 and the second switching element 322 of the inverter unit 304. The other end of the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 may be electrically connected to one end of the battery 302.

이때, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322)는 강압 컨버터(42)를 구성할 수 있다.At this time, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300, the first switching device 321 of the inverter unit 304, and the second switching device 322 of the inverter unit 304 operate the step-down converter 42. Can be configured.

본 발명의 일 실시예에서, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 벅 컨버터(Buck Converter)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300, the first switching element 321 of the inverter unit 304 and the second switching element 322 of the inverter unit 304 The step-down converter 42 constituting may be a buck converter.

벅 컨버터는 강압 DC/DC 변환기로써, 두 개의 스위칭 소자 및 하나의 인덕터로 이루어질 수 있다. 이때 두 개의 스위칭 소자는 한 개의 인덕터와 직류 전원 사이를 연결하여, 인덕터에 에너지를 저장하는 단계와 인덕터의 에너지를 부하로 방전하는 단계 사이를 왕복함으로써 직류 전원의 전압을 낮출 수 있다.Buck converter is a step-down DC / DC converter, it may be composed of two switching elements and one inductor. In this case, the two switching elements may be connected between one inductor and a direct current power source to reduce the voltage of the direct current power source by reciprocating between storing energy in the inductor and discharging the energy of the inductor to the load.

다시 도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)는 벅 컨버터의 인덕터로 사용될 수 있으며, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)는 벅 컨버터의 두 개의 스위칭 소자로 사용될 수 있다. Referring back to FIG. 5, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 may be used as an inductor of the buck converter, and the first switching element 321 and the second switching element 322 of the inverter unit 304. ) Can be used as the two switching elements of the buck converter.

즉, 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 제2 스위칭 소자(322)는 온/오프 동작을 통해 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)에 흐르는 전류의 크기 및 방향을 제어할 수 있다.That is, the magnitude and direction of the current flowing in the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 through the on / off operation of the first switching element 321 and the second switching element 322 of the inverter unit 304. Can be controlled.

따라서, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322)는 벅 컨버터를 구성할 수 있다.Accordingly, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300, the first switching device 321 of the inverter unit 304, and the second switching device 322 of the inverter unit 304 may constitute a buck converter. have.

이처럼, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 하나의 회로로 구현함으로써 차량의 경량화 및 차량 구동 연비의 상승을 가능하게 하는 장점을 갖는다. As described above, the vehicle power control apparatus of the present invention has an advantage of enabling the weight reduction of the vehicle and the increase in the fuel efficiency of the vehicle by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery in one circuit.

또한, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 장점을 갖는다. In addition, the vehicle power control apparatus of the present invention by using the components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or inverter, by implementing the charging function of the battery mounted on the vehicle and the driving function of the vehicle using the battery production vehicle It has the advantage of enabling cost reduction.

도 5에 도시되지 않았으나, 충전 모드에서 인덕터 릴레이부(310)가 온 됨과 동시에 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)는 오프되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)의 전기적 연결을 차단할 수 있다. Although not shown in FIG. 5, the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 are turned off and the first inductor of the three-phase electric motor 300 is turned on at the same time as the inductor relay unit 310 is turned on in the charging mode. Electrical connection between the 341 and the second inductor 342 and the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300 may be blocked.

또한, 도 5에 도시되지 않았으나 충전 모드에서 제1 메인 릴레이부(306)는 오프되어 배터리(302)의 양단과 인버터부(304)의 양단 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 5, in the charging mode, the first main relay unit 306 may be turned off to cut off an electrical connection between both ends of the battery 302 and both ends of the inverter unit 304.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342), 3상 전동기(300)의 제3 인덕터(343), 인버터부(304)의 제3 스위칭 소자(323), 인버터부(304)의 제4 스위칭 소자(324), 인버터부(304)의 제5 스위칭 소자(325) 및 인버터부(304)의 제6 스위칭 소자(326)는 승압 컨버터(41)를 구성함과 동시에 외부 교류 전원(316)에 전기적으로 연결될 수 있다.4 and 5, when the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 are turned on in the charging mode of the vehicle power control apparatus of the present invention, the three-phase electric motor ( The second inductor 342 of 300, the third inductor 343 of the three-phase electric motor 300, the third switching element 323 of the inverter unit 304, and the fourth switching element 324 of the inverter unit 304. ), The fifth switching element 325 of the inverter unit 304 and the sixth switching element 326 of the inverter unit 304 constitute a boost converter 41 and are electrically connected to the external AC power source 316 at the same time. Can be.

또한 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 충전 모드에서 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)가 온 될 경우 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322)는 강압 컨버터(42)를 구성함과 동시에, 승압 컨버터(41) 및 배터리(302)의 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. In addition, when the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charge relay unit 314 are turned on in the charging mode of the vehicle power control apparatus of the present invention, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300 is included. ), The first switching element 321 of the inverter unit 304 and the second switching element 322 of the inverter unit 304 constitute the step-down converter 42, and the boost converter 41 and the battery 302. Can be electrically connected between.

이처럼 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 충전 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제2 메인 릴레이부(307), 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 온 하고, 제1 메인 릴레이부(306), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)를 오프 함으로써 인버터부(304)를 통해 외부 교류 전원(316)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(302)에 충전할 수 있다. As such, when the power control mode is the charging mode, the vehicle power control apparatus of the present invention turns on the second main relay unit 307, the inductor relay unit 310, and the charging relay unit 314 through the control unit 301. The AC power of the external AC power source 316 is converted to DC power through the inverter unit 304 by turning off the first main relay unit 306, the first driving relay unit 308, and the second driving relay unit 309. The battery 302 can be charged.

본 발명의 일 실시예에서, 강압 컨버터(42)는 제1 보조 커패시터(332)를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step-down converter 42 may further include a first auxiliary capacitor 332.

도 5를 참조하면, 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341), 인버터부(304)의 제1 스위칭 소자(321) 및 인버터부(304)의 제2 스위칭 소자(322)가 구성하는 강압 컨버터(42)는 제1 보조 커패시터(332)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the first inductor 341 of the three-phase electric motor 300, the first switching element 321 of the inverter unit 304, and the second switching element 322 of the inverter unit 304 are configured. The step-down converter 42 may further include a first auxiliary capacitor 332.

차량용 배터리의 충전 시, 리플 성분을 가지는 전류로 인해 배터리의 수명이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 제1 보조 커패시터(332)는 강압 컨버터(42)를 구성하는 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)에 흐르는 리플 성분의 전류를 흡수하여 배터리 충전 전압 리플을 감소시킴으로써 안정적인 배터리 충전에 도움을 줄 수 있다.When charging a vehicle battery, there is a problem that the life of the battery may be reduced due to the current having a ripple component. The first auxiliary capacitor 332 absorbs the current of the ripple component flowing through the first inductor 341 of the three-phase motor 300 constituting the step-down converter 42 to reduce battery charge voltage ripple, thereby helping to stabilize battery charging. Can give

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서의 회로 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.6 schematically illustrates a circuit structure in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치는 구동모드에서 배터리(302)의 직류 전력을 인버터부(304)를 통해 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급할 수 있다. 이때 DC 링크 커패시터(331)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터부(304)의 출력 전압을 유지시켜 일정한 전원 공급을 가능하게 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention may convert the DC power of the battery 302 into AC power through the inverter unit 304 to supply the three-phase electric motor 300 in the driving mode. Can be. In this case, the DC link capacitor 331 may enable a constant power supply by maintaining the output voltage of the inverter unit 304 that converts DC power into AC power.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프를 통해 회로의 결선을 제어함으로써, 인버터부(304)가 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)에 공급하도록 할 수 있다. That is, in the vehicle power control apparatus of the present invention, by controlling the wiring of the circuit through the on / off of each relay in the drive mode, the inverter unit 304 converts the DC power of the battery 302 into AC power to the three-phase electric motor 300 may be supplied.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 각 릴레이의 온/오프 상태 및 회로의 결선 상태를 나타낸 것이다. 7 illustrates an on / off state of each relay and a connection state of a circuit in a driving mode of a vehicle power control apparatus according to an embodiment of the present invention.

참고로, 도 7에는 온 상태의 릴레이 및 릴레이의 온으로 인한 단락 상태 회로 결선만이 도시되었으며, 오프 상태의 릴레이는 도시되지 않았다.For reference, FIG. 7 illustrates only the relay in the on state and the short circuit state due to the relay on, and the relay in the off state is not shown.

전술한 것과 같이, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 구동 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)를 온 하고, 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 할 수 있다.As described above, in the vehicle power control apparatus of the present invention, when the power control mode is the driving mode, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the first driving relay through the control unit 301. The unit 308 and the second driving relay unit 309 may be turned on, and the inductor relay unit 310 and the charging relay unit 314 may be turned off.

도 7을 참조하면, 구동 모드에서 제1 메인 릴레이부(306)는 온 되어 배터리(302)의 일단 및 인버터부(304)의 일단을 전기적으로 연결할 수 있고, 제2 메인 릴레이부(307)는 온 되어 배터리(302)의 타단 및 인버터부(304)의 타단을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서 배터리(302)에 충전된 직류 전력은 인버터부(304)에 전달될 수 있다.Referring to FIG. 7, in the driving mode, the first main relay unit 306 may be turned on to electrically connect one end of the battery 302 and one end of the inverter unit 304, and the second main relay unit 307 may be On, the other end of the battery 302 and the other end of the inverter unit 304 may be electrically connected. Therefore, the DC power charged in the battery 302 may be transferred to the inverter unit 304.

한편, 구동 모드에서 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)는 온 되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)를 3상 전동기(300)의 제2 인덕터(342) 및 제3 인덕터(343)와 3상 전동기(300)의 중성점(340)에서 전기적으로 연결할 수 있다. Meanwhile, in the driving mode, the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 are turned on so that the first inductor 341 of the three-phase motor 300 may be replaced with the second inductor of the three-phase motor 300. 342 and the third inductor 343 and the neutral point 340 of the three-phase electric motor 300 may be electrically connected.

따라서 배터리(302)의 직류 전력은 인버터부(304)에 의해 교류 전력으로 변환된 후 3상 전동기(300)에 전달될 수 있다.Therefore, the DC power of the battery 302 may be converted into AC power by the inverter unit 304 and then transferred to the three-phase electric motor 300.

도 7에 도시되지 않았으나, 구동 모드에서 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)가 온 됨과 동시에 인덕터 릴레이부(310)는 오프되어 3상 전동기(300)의 제1 인덕터(341)와 배터리(302) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다. Although not shown in FIG. 7, in the driving mode, the first driving relay unit 308 and the second driving relay unit 309 are turned on, and the inductor relay unit 310 is turned off to thereby turn off the first inductor of the three-phase electric motor 300. The electrical connection between the 341 and the battery 302 can be interrupted.

또한, 도 7에 도시되지 않았으나 구동 모드에서 충전 릴레이부(314)는 오프되어 3상 전동기(300) 및 인버터부(304)와 외부 교류 전원(316) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 7, in the driving mode, the charging relay unit 314 may be turned off to block electrical connection between the three-phase electric motor 300 and the inverter unit 304 and the external AC power source 316.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치의 구동 모드에서 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)가 온 될 경우, 인버터부(304)는 3상 전동기(300) 및 배터리(302)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 3상 전동기(300)의 모든 인덕터는 중성점(340)에서 전기적으로 연결될 수 있다. 6 and 7, the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, the first drive relay unit 308, and the second drive in the driving mode of the vehicle power control apparatus of the present invention. When the relay unit 309 is turned on, the inverter unit 304 may be electrically connected to the three-phase electric motor 300 and the battery 302, and all inductors of the three-phase electric motor 300 may be electrically connected at the neutral point 340. Can be connected.

따라서 인버터부(304)는 제어부(301)의 스위칭 신호 인가에 따른 스위칭 동작을 통해서 배터리(302)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)를 구동할 수 있다. Therefore, the inverter unit 304 may drive the three-phase electric motor 300 by converting the DC power of the battery 302 into AC power through a switching operation according to the application of the switching signal of the controller 301.

이처럼 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 전력 제어 모드가 구동 모드일 경우, 제어부(301)를 통해 제1 메인 릴레이부(306), 제2 메인 릴레이부(307), 제1 구동 릴레이부(308) 및 제2 구동 릴레이부(309)를 온 하고 인덕터 릴레이부(310) 및 충전 릴레이부(314)를 오프 함으로써 배터리(302)의 직류 전력을 인버터부(304)를 통해 교류 전력으로 변환하여 3상 전동기(300)의 구동을 제어할 수 있다.As such, when the power control mode is the driving mode, the vehicle power control apparatus of the present invention may include the first main relay unit 306, the second main relay unit 307, and the first driving relay unit 308 through the control unit 301. And converting the DC power of the battery 302 into AC power through the inverter unit 304 by turning on the second driving relay unit 309 and turning off the inductor relay unit 310 and the charging relay unit 314. The driving of the electric motor 300 may be controlled.

즉, 본 발명의 차량용 전력 제어 장치는 3상 전동기나 인버터와 같이 기존에 차량에 구비된 부품이나 회로를 사용하여 차량에 탑재되는 배터리의 충전 기능 및 배터리를 이용한 차량의 구동 기능을 구현함으로써 차량 생산 원가의 절감을 가능하게 하는 장점을 갖는다. That is, the vehicle power control apparatus of the present invention implements a vehicle by implementing a charging function of a battery mounted on the vehicle and a driving function of the vehicle using the battery using components or circuits provided in the vehicle, such as a three-phase electric motor or an inverter. It has the advantage of enabling cost reduction.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by.

301: 제어부
304: 인버터부
306: 제1 메인 릴레이부
307: 제2 메인 릴레이부
308: 제1 구동 릴레이부
309: 제2 구동 릴레이부
310: 인덕터 릴레이부
314: 충전 릴레이부301: control unit
304: inverter unit
306: first main relay unit
307: second main relay unit
308: first driving relay unit
309: second drive relay unit
310: inductor relay
314: charging relay unit

Claims (6)

배터리와 3상 전동기 사이에 연결되는 인버터부;
상기 인버터부와 상기 배터리 사이에 연결되는 제1 메인 릴레이부 및 제2 메인 릴레이부;
상기 3상 전동기의 중성점과 상기 3상 전동기의 제1 인덕터 사이에 연결되는 제1 구동 릴레이부;
상기 3상 전동기의 제3 인덕터와 상기 인버터부 사이에 연결되는 제2 구동 릴레이부;
상기 3상 전동기의 제1 인덕터와 상기 배터리 사이에 연결되는 인덕터 릴레이부;
상기 3상 전동기 및 상기 인버터부와 외부 교류 전원 사이에 연결되는 충전 릴레이부; 및
전력 제어 모드에 따라서 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부, 상기 제2 구동 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부의 온/오프 상태를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 전력 제어 모드가 충전 모드이면,
상기 3상 전동기의 제1 인덕터, 상기 인버터부의 제1 스위칭 소자 및 상기 인버터부의 제2 스위칭 소자는 강압 컨버터를 구성하고, 상기 3상 전동기의 제2 인덕터, 상기 3상 전동기의 제3 인덕터, 상기 인버터부의 제3 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제4 스위칭 소자, 상기 인버터부의 제5 스위칭 소자 및 상기 인버터부의 제6 스위칭 소자는 승압 컨버터를 구성하는
차량용 전력 제어 장치.
An inverter unit connected between the battery and the three-phase electric motor;
A first main relay part and a second main relay part connected between the inverter part and the battery;
A first driving relay unit connected between the neutral point of the three-phase motor and the first inductor of the three-phase motor;
A second driving relay unit connected between the third inductor of the three-phase motor and the inverter unit;
An inductor relay unit connected between the first inductor of the three-phase motor and the battery;
A charging relay unit connected between the three-phase motor and the inverter unit and an external AC power source; And
A control unit controlling an on / off state of the first main relay unit, the second main relay unit, the first driving relay unit, the second driving relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit according to a power control mode Including,
If the power control mode is a charging mode,
The first inductor of the three-phase motor, the first switching element of the inverter unit and the second switching element of the inverter unit constitute a step-down converter, the second inductor of the three-phase motor, the third inductor of the three-phase motor, The third switching element of the inverter unit, the fourth switching element of the inverter unit, the fifth switching element of the inverter unit, and the sixth switching element of the inverter unit constitute a boost converter.
Vehicle power control device.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 구동 모드이면, 상기 제어부는
상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제2 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부 및 상기 제2 구동 릴레이부를 온 하고, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 오프 하는
차량용 전력 제어 장치.
The method of claim 1,
If the power control mode is a driving mode, the control unit
Turning on the first main relay unit, the second main relay unit, the first driving relay unit, and the second driving relay unit, and turning off the inductor relay unit and the charging relay unit.
Vehicle power control device.
제1항에 있어서,
상기 전력 제어 모드가 상기 충전 모드이면, 상기 제어부는
상기 제2 메인 릴레이부, 상기 인덕터 릴레이부 및 상기 충전 릴레이부를 온 하고, 상기 제1 메인 릴레이부, 상기 제1 구동 릴레이부 및 상기 제2 구동 릴레이부를 오프 하는
차량용 전력 제어 장치.
The method of claim 1,
If the power control mode is the charging mode, the control unit
Turning on the second main relay unit, the inductor relay unit, and the charging relay unit, and turning off the first main relay unit, the first driving relay unit, and the second driving relay unit.
Vehicle power control device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 강압 컨버터는
제1 보조 커패시터를 더 포함하는
차량용 전력 제어 장치.The method of claim 1,
The step-down converter
Further comprising a first auxiliary capacitor
Vehicle power control device. 삭제delete
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