KR20120125886A - integrated module of inverter and charger circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인버터 및 충전 회로를 통합한 전력변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device incorporating an inverter and a charging circuit.
한정된 석유 자원의 고갈 예측과 석유 자원의 급속한 가격 상승, 유해 배기 가스로 인한 공해와 지구 온난화 등 환경 파괴의 문제점 때문에, 친환경의 대체 에너지 자동차 개발이 국내외에서 활발히 진행되어 왔고 점차 대체 에너지 자동차의 보급이 확대되고 있는 단계에 와 있다. 이러한 대체 에너지 자동차로는 순수 전기 자동차(EV: Electric Vehicle), 화석 연료와 전기 에너지를 겸용하는 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 전기 자동차(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle) 등이 있다.The development of eco-friendly alternative energy vehicles has been actively carried out at home and abroad due to the problem of environmental degradation such as limited oil resource depletion forecast, rapid rise of oil resources, pollution and global warming caused by harmful exhaust gas, We are at a stage of expansion. Such alternative energy vehicles include electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs) that combine fossil fuels and electric energy, and fuel cell electric vehicles (FCEVs).
상기 대체 에너지 자동차의 상용화를 고려할 때, 상기 전기 자동차 등에 사용되는 전력변환장치(PCU: Power Converter Unit)는 가볍고 작아야하며 고효율의 특성을 가질 것이 요구된다.In consideration of commercialization of the alternative energy vehicle, a power converter unit (PCU) used in the electric vehicle or the like is required to be light, small, and have high efficiency.
종래의 기술에 의하면 상기 전력변환장치는 충전 회로와 인버터가 별도의 구성으로 이루어져 있으며, 특히 상기 충전 회로는 급속충전기와 완속충전기로 구별되어 급속충전기의 외부의 별도의 장치를 통하여 직류전원으로 변환한이후에 전력을 공급받고, 완속충전기는 단상 계통 교류전원을 직접 공급받도록 구성되는 등 구성이 복잡하고, 가격 및 부피의 측면에서 문제점이 있었다.According to the prior art, the power converter has a separate configuration of a charging circuit and an inverter, and in particular, the charging circuit is classified into a fast charger and a slow charger, which are converted into DC power through a separate device external to the fast charger. After the power is supplied, the slow charger is configured to be directly supplied with a single-phase system AC power, and the configuration is complicated, there was a problem in terms of price and volume.
본 발명은 모터 구동을 위한 인버터 회로 및 배터리 충전을 위한 충전 회로를 효과적으로 통합한 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to propose an inverter and a charging circuit integrating apparatus incorporating an inverter circuit for driving a motor and a charging circuit for battery charging.
본 발명은 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 포함하는 전기 자동차를 제안하는 것을 또다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to propose an electric vehicle including the inverter and the charging circuit integrator.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 및 충전 회로 통합 장치는, 제1회로부가 공급하는 직류 전력을 모터로 공급하거나, 계통전원이 공급하는 교류 전력을 상기 제1회로부로 공급하는 스위치; 제2회로부가 공급하는 전압을 상기 모터의 구동을 위한 공간 벡터 전압으로 변환하여 상기 스위치에 공급하거나, 상기 스위치가 공급하는 교류전력을 정류하여 제2회로부로 공급하는 제1회로부; 및 상기 배터리가 공급하는 배터리 전압을 승압하여 상기 제1회로부로 공급하거나, 상기 제1회로부가 공급하는 정류된 전압을 감압하여 상기 배터리로 공급하는 제2회로부를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, an inverter and a charging circuit integrating apparatus according to an embodiment of the present invention may supply DC power supplied by a first circuit unit to a motor, or AC power supplied by a system power supply to the first circuit unit. Switch; A first circuit unit converting the voltage supplied by the second circuit unit into a space vector voltage for driving the motor and supplying the voltage to the switch or rectifying AC power supplied by the switch to the second circuit unit; And a second circuit unit which boosts the battery voltage supplied by the battery and supplies the voltage to the first circuit unit, or reduces the rectified voltage supplied by the first circuit unit and supplies the reduced voltage to the battery.
여기에서 상기 계통전원은 3상전원이고, 상기 3상전원이 상기 스위치로 직접 입력되며, 상기 입력된 3상전원을 이용하여 상기 배터리를 급속충전할 수 있다.Here, the system power is a three-phase power, the three-phase power is directly input to the switch, it is possible to rapidly charge the battery using the input three-phase power.
여기에서 상기 제1회로부는, 암 스위치(Arm Switch) 및 상기 암 스위치에 병렬로 접속되는 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)를 포함하는 스위칭 소자; 및 직렬 연결된 2개의 상기 스위칭 소자를 포함하는 제1내지 제3암(arm)을 포함하는 것으로서, 상기 스위칭 소자의 개폐동작에 따라 상기 배터리 전압을 상기 공간 벡터 전압으로의 변환하거나, 상기 계통 전원이 공급하는 교류전원을 정류할 수 있다.The first circuit unit may include a switching element including an arm switch and a freewheeling diode connected in parallel to the arm switch; And a first to third arms including two switching elements connected in series, wherein the battery voltage is converted into the space vector voltage according to the opening and closing operation of the switching element, AC power supply can be rectified.
여기에서 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는, 펄스폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Modulation)에 따라 상기 스위칭 소자의 개폐동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Here, the inverter and the charging circuit integrator may further include a control unit for controlling the opening and closing operation of the switching element according to a pulse width modulation (PWM).
여기에서 상기 암 스위치는, 싸이리스터(Thyristor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated gate bipolar transistor)일 수 있다. The female switch may be a thyristor or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
여기에서 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는, 상기 제1회로부 및 제2회로부 사이에 병렬 접속되는 평활 캐패시터를 더 포함할 수 있다.Here, the inverter and the charging circuit integration device may further include a smoothing capacitor connected in parallel between the first circuit portion and the second circuit portion.
여기에서 상기 스위치는, 릴레이 또는 전자접촉기(MC: Magnetic Contactor)일 수 있다.
The switch may be a relay or a magnetic contactor (MC).
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기 자동차는, 회전축을 회전시켜 바퀴를 구동시키는 모터; 상기 모터에 공급되는 전력을 저장하는 배터리; 및 계통전원으로부터 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전하거나, 상기 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 전달하여 상기 모터를 구동시키는 인버터 및 충전 회로 통합장치를 포함하는 것으로서, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는, 제1회로부가 공급하는 직류 전력을 상기 모터로 공급하거나, 상기 계통전원이 공급하는 교류 전력을 상기 제1회로부로 공급하도록 선택하는 스위치; 제2회로부가 공급하는 전압을 상기 모터의 구동을 위한 공간 벡터 전압으로 변환하여 상기 스위치에 공급하거나, 상기 스위치가 공급하는 교류전력을 정류하여 제2회로부로 공급하는 상기 제1회로부; 및 상기 배터리가 공급하는 배터리 전압을 승압하여 상기 제1회로부로 공급하거나, 상기 제1회로부가 공급하는 정류된 전압을 감압하여 상기 배터리로 공급하는 상기 제2회로부를 포함할 수 있다.An electric vehicle according to another embodiment of the present invention for solving the above problems is a motor for driving a wheel by rotating a rotating shaft; A battery storing power supplied to the motor; And an inverter and a charging circuit integrator for driving the motor by receiving electric power from a system power source to charge the battery or transferring power charged in the battery to the motor. And a switch configured to supply DC power supplied by a first circuit unit to the motor or AC power supplied by the system power to the first circuit unit. The first circuit unit converting the voltage supplied by the second circuit unit into a space vector voltage for driving the motor and supplying the voltage to the switch, or rectifying AC power supplied by the switch to supply the second circuit unit; And a second circuit unit for boosting a battery voltage supplied by the battery to supply the first circuit unit or reducing the rectified voltage supplied by the first circuit unit to supply the reduced voltage to the battery.
여기에서 상기 계통전원은 3상전원이고, 상기 3상전원이 상기 스위치로 직접 입력되며, 상기 입력된 3상전원을 이용하여 상기 배터리를 급속충전하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 포함할 수 있다.Here, the system power source may be a three-phase power source, the three-phase power source may be directly input to the switch, and may include an inverter and a charging circuit integrated device for rapidly charging the battery using the input three-phase power source.
본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 장치에 의하면, 인버터 회로 및 배터리 충전 회로를 하나로 통합할 수 있으므로, 전력변환 장치의 회로부품의 수를 줄이고 구성을 간단하게 할 수 있다. 따라서, 전력변환 장치의 전체 부피 및 무게를 줄일 수 있으며, 소자수를 줄여 가격을 낮추는 데 기여할 수 있다. 또한, 간단한 회로구성으로 인하여 전력변환의 손실을 줄일 수 있다.According to the inverter and the charging circuit integrating apparatus of the present invention, since the inverter circuit and the battery charging circuit can be integrated into one, it is possible to reduce the number of circuit components of the power converter and simplify the configuration. Therefore, the total volume and weight of the power conversion device can be reduced, and the number of elements can be reduced to contribute to lowering the price. In addition, a simple circuit configuration can reduce the loss of power conversion.
본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 장치에 의하면, 하나의 충전포트로 급속 및 완속 충전이 모두 가능하며 급속충전시 외부의 별도 장치에 의하여 직류전류로 변환하는 과정없이 삼상 계통의 외부 전원을 그대로 이용할 수 있다. According to the inverter and the charging circuit integrated device of the present invention, both fast and slow charging is possible with a single charging port, and the external power of the three-phase system can be used as it is without a process of converting the DC current by an external device during rapid charging. have.
본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 승강압형 직류-직류 변환기를 이용하기 때문에, 배터리 직렬연결에 대한 부담을 줄일 수 있으며, 모터의 고속 회전에도 유리한 효과가 있다.Since the inverter and the charging circuit integrating apparatus of the present invention use a step-down DC-DC converter, the burden on the battery series connection can be reduced, and the high speed rotation of the motor is also advantageous.
도1은 모터 구동을 위한 인버터의 구성을 도시한 회로도이다.
도2는 단상 및 삼상 충전기의 구성을 도시한 회로도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of an inverter for driving a motor.
2 is a circuit diagram showing the configuration of single-phase and three-phase chargers.
3 is a circuit diagram showing an inverter and a charging circuit integrating apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
도1은 모터 구동을 위한 인버터의 구성을 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of an inverter for driving a motor.
도1을 참조하면, 상기 인버터는 모터 구동부(150) 및 직류-직류변환부(DC-DC inverter)(140)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the inverter may include a
상기 모터 구동부(150)는 2개의 스위칭 소자가 직렬연결되어 구성된 제1 내지 제3 암(arm)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 스위칭 소자는 암 스위치(Arm Switch) 및 상기 암 스위치에 병렬 연결된 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)를 포함할 수 있다. 상기 각 암 스위치는 싸이리스터(Thyristor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated-Gate Bipolar Transistor)와 같은 반도체 스위치를 이용해 구현될 수 있다. 상기 각 암 스위치의 게이트 전압을 조정하여 상기 모터 구동부(150)의 입력 전압 및 전류 간의 위상을 조정하고 출력 전압의 크기를 변경할 수 있다.The
상기 직류-직류변환부(140)는 1개의 암으로 구성될 수 있고, 각 암 스위치의 게이트 전압을 조정하여 배터리(10)가 공급하는 배터리 전압으로부터 기 설정된 배율로 승압하여 상기 모터 구동부(150)에 제공할 수 있다.The DC-
상기 인버터는 상기 직류-직류변환부(140)가 상기 배터리(10)가 공급하는 배터리 전압을 승압하여 상기 모터 구동부(150)로 제공하면, 상기 모터 구동부(150)를 이용하여 상기 배터리 전압을 펄스폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Modulation)으로 상기 모터(20) 회전에 필요한 공간 벡터 전압으로 변환할 수 있다. 구체적으로, 상기 모터 구동부(150)는 상기 직류-직류변환부(140)가 공급하는 직류 전압을 상기 모터(20)를 동작시키기 위한 서로 120도 위상차가 나는 3개의 교류 전압(3상전압)으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
When the DC-
도2은 단상 및 삼상 충전기의 구성을 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram showing the configuration of single-phase and three-phase chargers.
도2를 참조하면, 상기 충전기 회로는 역률 보정부(251, 252) 및 직류-직류변환부(241,242)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the charger circuit may include power
상기 충전기 회로는 계통 전원(31,32)으로부터 교류의 상용 전원을 공급받아 배터리(10)를 충전할 수 있는 직류의 충전 전압으로 변환할 수 있다. 따라서, 상기 충전기 회로는 교류-직류 변환기 회로로 볼 수 있다.
The charger circuit may receive an AC commercial power from the
상기 역률 보정부(251,252)는 역률 규제 강화에 대응하기 위한 것으로서 상기 역률 보정부(251,252)에 입력되는 전압의 역률을 보정하는 기능을 수행하며, 부스트(Boost) 변환으로 입력 전압보다 높은 레벨의 출력 전압을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 역률 보정부(251,252)에서 출력되는 전압은 계통 전원(31,32)에서 제공하는 전압의 최대값보다 높게 나타날 수 있다.The
단상의 역률 보정부(251)는 2개의 암으로 구성되지만, 삼상의 역률 보정부(252)는 3개의 암으로 구성된다. 상기 역률 보정부(251,252)는 각 암 스위치의 게이트 전압을 조정하여, 상기 역률 보정부(251,252)에 대한 입력 전압 및 전류 간의 위상을 조정하고 출력 전압의 크기를 변경할 수 있다.The single-phase power
직류-직류 변환부(241,242) 는 1개의 암으로 구성될 수 있고, 각 암 스위치의 게이트 전압을 조정함으로써 상기 역률 보정부(251,252)가 공급하는 전압을 기 설정된 배율로 강압하여 상기 배터리(10)에 충전전압을 인가할 수 있다.The DC-
상기 배터리(10)의 정격 전압이 계통 전원(31,32)이 공급하는 전압의 최대값보다 낮은 경우, 상기 역률 보정부(251,252)의 전압을 그대로 배터리(10)에 인가하면 상기 배터리(10)에 충격을 줄 수 있다. 따라서, 상기 직류-직류 변환부(241,242)를 이용하여 상기 배터리(10)에 인가되는 전압을 강압하여 상기 배터리(10)에 충격을 가하는 것을 방지할 수 있다.
When the rated voltage of the
도3는 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating an inverter and a charging circuit integrating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 제1회로부(50), 제2회로부(40) 및 스위치(60)를 포함하여 구성될 수 있으며, 평활 커패시터(70)를 더 포함할 수 있다.
Referring to FIG. 3, an inverter and a charging circuit integrating apparatus according to an embodiment of the present invention may include a
스위치(60)는 제1회로부(50)가 공급하는 직류 전력을 모터(20)로 공급하거나, 계통전원(30)이 공급하는 교류 전력을 상기 제1회로부(50)로 공급할 수 있다.The
상기 스위치(60)에 의하여 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 인버터로 동작할 것인지 아니면 충전기로 동작할 것인지 여부가 결정될 수 있다.The
즉, 상기 스위치에 의하여 상기 제1회로부(50)가 상기 모터(20)와 연결되면 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 인버터로 동작하므로, 상기 배터리(10)에 저장된 전력으로 상기 모터(20)를 구동할 수 있다. 반대로, 상기 스위치에 의하여 상기 제1회로부(50)와 상기 계통전원(30)이 연결되면 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 충전기로 동작하므로, 상기 계통전원(30)이 공급하는 전력으로 상기 배터리(10)를 충전할 수 있다.That is, when the
상기 스위치는 릴레이 또는 전자접촉기(MC: Magnetic Contactor)를 이용하여 구현할 수 있다.
The switch may be implemented using a relay or a magnetic contactor (MC).
제1회로부(50)는 상기 제2회로부(40)가 공급하는 전압을 상기 모터(20)의 구동을 위한 공간 벡터 전압으로 변환하여 상기 스위치에 공급하거나, 상기 스위치(60)가 공급하는 교류전력을 정류하여 제2회로부(40)로 공급할 수 있다.The
상기 제1회로부(50)는 암 스위치 및 상기 암 스위치에 병렬로 접속되는 프리휠링 다이오드를 포함하는 스위치 소자 및 직렬 연결된 2개의 상기 스위칭 소자를 포함하는 제1 내지 제3 암을 포함하는 것으로서 상기 스위칭 소자의 개폐동작에 따라 상기 배터리 전압을 상기 공간 벡터 전압으로 변환하거나, 상기 계통 전원이 공급하는 교류전원을 정류할 수 있다.The
상기 암 스위치는 싸이리스터 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터일 수 있다.The female switch may be a thyristor or an insulated gate bipolar transistor.
상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 인버터로 동작하는 경우에 있어서, 상기 제1회로부(50)는 상기 모터 구동부(150)와 동일하게 동작하며, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 충전기로 동작하는 경우에 있어서, 상기 제1회로부(50)는 상기 역률 보정부(251,252)와 동일하게 동작한다.
In the case where the inverter and the charging circuit integrator operates as an inverter, the
제2회로부(40)는 상기 배터리(10)가 공급하는 배터리 전압을 승압하여 상기 제1회로부(50)로 공급하거나, 상기 제1회로부(50)가 공급하는 정류된 전압을 감압하여 상기 배터리(10)로 공급할 수 있다.The
상기 제2회로부(40)는 암 스위치 및 상기 암 스위치에 병렬로 접속되는 프리휠링 다이오드를 포함하는 스위치 소자 및 직렬 연결된 2개의 상기 스위칭 소자를 포함하는 1개의 암으로 구성될 수 있고, 상기 암 스위치는 게이트 전압을 조정하여 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 조정할 수 있다.The
상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 인버터로 동작하는 경우에 있어서, 상기 제2회로부(40)는 상기 인버터의 직류-직류변환부(140)와 동일하게 동작하며, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 충전기로 동작하는 경우에 있어서, 상기 제2회로부(40)는 상기 충전기의 직류-직류변환부(241,242)와 동일하게 동작한다. In the case where the inverter and the charging circuit integrator operate as an inverter, the
상기 제2회로부(40)는 인버터로 동작시 배터리 전압을 승압시키는 기능을 가지므로, 상대적으로 높은 전압이 상기 모터(20)에 인가될 수 있다. 따라서 상기 모터(20)의 고속회전에 있어서 유리할 수 있다. 또한, 상기 제2회로부(40)는 충전기로 동작시 입력되는 정류 전압을 감압시켜 배터리로 공급하는 기능을 가지므로, 상기 배터리(10)를 직렬로 연결하는 경우에도 지나친 고전압 발생에 대한 부담을 줄일 수 있다.
Since the
도시하지는 않았지만, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 펄스폭 변조 방식에 따라 상기 스위칭 소자의 개폐동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1회로부(50)는 제2회로부(40)가 공급하는 전압을 상기 모터(20)의 구동을 위한 공간 벡터 전압으로 변환하여 상기 스위치(60)에 공급할 수 있으며, 상기 공간 벡터 전압으로의 변환은 상기 스위칭 소자의 개폐동작에 의하여 구현 될 수 있다. 구체적으로 상기 스위칭 소자의 개폐는 상기 스위칭 소자를 구성하는 암 스위치의 게이트 전압을 제어함으로써 조절할 수 있다.Although not shown, the inverter and the integrated charging circuit device may further include a control unit for controlling the opening and closing operation of the switching element according to the pulse width modulation method. The
특히, 상기 제어부가 상기 스위칭 소자의 개폐동작을 펄스폭 변조 방식에 의하여 제어하면, 상기 제1회로부(50)는 상기 제2회로부(40)가 공급하는 직류 전압을 상기 모터(20)를 동작시키기 위해 서로 120도 위상차가 나는 3개의 교류 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.In particular, when the controller controls the opening and closing operation of the switching element by a pulse width modulation method, the
또한, 상기 제어부는 상기 제1회로부(50) 및 제2회로부(40)의 스위칭 소자를 제어하여, 상기 스위치(60)의 동작에 따라서 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 인버터 또는 충전기로 동작할 수 있도록 제어할 수 있다.In addition, the controller controls the switching elements of the
상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치가 인버터로 동작하는 경우에는 상기 제1회로부(50)가 공간 벡터 전압 변환을 수행하도록 하고 상기 제2회로부(40)는 상기 배터리(10)가 공급하는 배터리 전압을 승압시키는 기능을 수행하도록 상기 암 스위치의 게이트를 제어할 수 있다. 반대로, 상기 스위치(60)가 상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 충전기로 동작하게 하는 경우에는 상기 제1회로부(50)는 계통전원(30)이 공급하는 교류전력을 정류하는 기능을 수행하도록 상기 스위칭 소자의 암 스위치의 게이트 전압을 제어하고, 상기 제2회로부(40)는 상기 제1회로부(50)가 공급하는 정류된 전압을 강압하여 상기 배터리(10)에 제공하도록 상기 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
When the inverter and the charging circuit integrated device operate as an inverter, the
계통전원(30)은 단상전원일 수 있으며, 삼상전원일 수도 있다. 도3에 도시된 바와 같이 상기 스위치(60)에 의하여 3개의 선이 모두 삼상의 계통전원(30)에 연결되면 상기 도2(b)와 같은 삼상 충전기로 동작할 수 있다. 반면에 도3에서 상기 스위치(60)에 의하여 임의의 2개의 선만이 단상의 계통전원(30)에 연결되면 상기 도2(a)와 같은 단상 충전기로 동작할 수 있다. 따라서, 본 발명은 계통전원(30)이 단상이든 삼상이든 계통에 상관없이 충전기를 구성할 수 있다.
The
상술한 본 발명의 기술적 특징을 이용하면, 별도의 외부 장치 없이, 하나의 충전포트로 삼상 계통 또는 단상 계통의 외부 전원을 그대로 사용하여 완속 또는 급속 충전이 가능하다.Using the technical features of the present invention described above, slow or rapid charging is possible by using an external power source of a three-phase system or a single-phase system as one charging port without a separate external device.
완속 충전의 경우 일반적으로 단상 계통의 교류전원으로부터 전력을 공급받아 충전하므로, 상술한 바와 같이, 상기 스위치(60)에 의하여 임의의 2개의 선만이 단상의 계통전원(30)에 연결되도록 하여 완속 충전을 할 수 있다. In the case of slow charging, since power is generally supplied from an AC power supply of a single phase system, as described above, only two arbitrary wires are connected to the single phase
급속 충전의 경우 일반적으로 별도 장치에 의하여 삼상 계통의 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 상기 직류전원으로부터 전력을 공급받아 충전한다. 하지만, 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 삼상 계통의 교류전원을 입력받으면 상기 역률보정부(252)가 상기 교류전원을 정류하여 직류전원의 형태로 변환한 후 상기 배터리(10)를 충전하므로, 별도의 장치없이 삼상 계통의 외부전원으로부터 급속 충전이 가능하다.In the case of rapid charging, the AC power of the three-phase system is converted into a DC power source by a separate device, and then, the power is charged from the DC power source. However, when the inverter and the charging circuit integrated device of the present invention receives an AC power of a three-phase system, the power
즉, 삼상 계통의 교류전원을 본원발명의 인버터 및 충전회로 통합 장치에 연결하여 배터리(10)에 대하여 급속충전을 수행할 수 있다. 또한, 본원발명의 인버터 및 충전회로 통합장치를 전기자동차(electric vehicle)에 적용하면, 삼상전원을 외부의 급속충전기를 통하여 직류로 변환할 필요없이, 곧바로 상기 전기자동차에 대하여 급속충전할 수 있다.That is, by connecting the AC power of the three-phase system to the inverter and the charging circuit integrated device of the present invention it is possible to perform a quick charge on the battery (10). In addition, when the inverter and the charging circuit integrated device of the present invention is applied to an electric vehicle, it is possible to quickly charge the electric vehicle immediately without having to convert a three-phase power source into a direct current through an external fast charger.
따라서, 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 장치는 완속 충전을 위한 단상 계통의 외부전원이든 급속 충전을 위한 삼상 계통의 외부전원이든 상관없이 충전이 가능하며, 하나의 충전포트로 완속 또는 급속 충전이 가능하다.
Therefore, the inverter and the charging circuit integrator of the present invention can be charged regardless of the external power of the single-phase system for slow charging or the external power of the three-phase system for rapid charging, and the charging or fast charging is possible with one charging port. Do.
평활 캐패시터(70)는 상기 제1회로부(50) 및 제2회로부(40) 사이에 병렬 접속될 수 있다. 상기 평활 캐패시터(70)는 상기 인덕터 및 충전 회로 통합 장치가 충전 회로로 동작할 때, 상기 제1회로부(50)가 정류한 교류전원을 보다 직류전원의 형태에 가깝게 변환하는 역할을 할 수 있다.
The smoothing
상기 도1 및 도2에 도시된 별도의 인버터와 충전기 회로를 각각 사용하는 대신에 상기 도3에 도시된 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 사용하면, 회로부품의 수를 줄이고 구성을 간단하게 할 수 있다. 따라서, 전체 전력변환 장치의 부피 및 무게를 줄일 수 있으며, 간단한 회로 구성으로 전력변환시 전력 손실을 줄일 수 있다.
By using the inverter and charging circuit integrator shown in FIG. 3 instead of using the separate inverter and charger circuits shown in FIGS. 1 and 2, the number of circuit components can be reduced and the configuration can be simplified. . Therefore, it is possible to reduce the volume and weight of the entire power conversion device, and to reduce the power loss during power conversion with a simple circuit configuration.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims, .
10: 배터리 20: 모터
30: 계통전원 31: 단상 계통전원
32: 삼상 계통전원 40: 제2회로부
50: 제1회로부 60: 스위치
70: 평활 캐패시터 140: 직류-직류 변환부
150: 모터 구동부 241, 242: 직류-직류 변환부
251, 252: 역률 보정부10: battery 20: motor
30: grid power 31: single phase grid
32: three-phase system power supply 40: second circuit
50: first circuit portion 60: switch
70: smoothing capacitor 140: DC-DC converter
150:
251, 252: power factor correction unit
Claims (9)
제2회로부가 공급하는 전압을 상기 모터의 구동을 위한 공간 벡터 전압으로 변환하여 상기 스위치에 공급하거나, 상기 스위치가 공급하는 교류전력을 정류하여 제2회로부로 공급하는 상기 제1회로부; 및
배터리가 공급하는 배터리 전압을 승압하여 상기 제1회로부로 공급하거나, 상기 제1회로부가 공급하는 정류된 전압을 감압하여 상기 배터리로 공급하는 상기 제2회로부를 포함하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치.
A switch for supplying DC power supplied from a first circuit unit to a motor or supplying AC power supplied from a system power supply to the first circuit unit;
The first circuit unit converting the voltage supplied by the second circuit unit into a space vector voltage for driving the motor and supplying the voltage to the switch, or rectifying AC power supplied by the switch to supply the second circuit unit; And
And a second circuit unit for boosting a battery voltage supplied by a battery to supply the first circuit unit or reducing the rectified voltage supplied by the first circuit unit to supply the reduced voltage to the battery.
상기 계통전원은 3상전원이고, 상기 3상전원이 상기 스위치로 직접 입력되며, 상기 입력된 3상전원을 이용하여 상기 배터리를 급속충전하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치.
The method of claim 1,
The system power source is a three-phase power source, the three-phase power source is directly input to the switch, the inverter and charging circuit integrated device for rapidly charging the battery using the input three-phase power source.
암 스위치(Arm Switch) 및 상기 암 스위치에 병렬로 접속되는 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)를 포함하는 스위칭 소자; 및
직렬 연결된 2개의 상기 스위칭 소자를 포함하는 제1내지 제3암(arm)을 포함하는 것으로서,
상기 스위칭 소자의 개폐동작에 따라 상기 배터리 전압을 상기 공간 벡터 전압으로 변환하거나, 상기 계통 전원이 공급하는 교류전원을 정류하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치
The method of claim 1, wherein the first circuit portion,
A switching element including an arm switch and a freewheeling diode connected in parallel to the arm switch; And
As comprising a first to third arm including the two switching elements connected in series,
Inverter and charging circuit integrated device for converting the battery voltage into the space vector voltage or rectifying the AC power supplied by the system power according to the switching operation of the switching element
펄스폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Modulation)에 따라 상기 스위칭 소자의 개폐동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치.
The method of claim 3,
Inverter and charging circuit integration device further comprising a control unit for controlling the opening and closing operation of the switching element in accordance with a pulse width modulation (PWM).
상기 암 스위치는 싸이리스터(Thyristor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated gate bipolar transistor)인 인버터 및 충전 회로 통합 장치.
The method of claim 3,
And the female switch is a thyristor or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
상기 제1회로부 및 제2회로부 사이에 병렬 접속되는 평활 캐패시터를 더 포함하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치.
The method of claim 1,
And a smoothing capacitor connected in parallel between the first circuit portion and the second circuit portion.
릴레이 또는 전자접촉기(MC: Magnetic Contactor)인 인버터 및 충전 회로 통합 장치
The method of claim 1, wherein the switch,
Inverter and charging circuit integrated device that is a relay or magnetic contactor (MC)
상기 모터에 공급되는 전력을 저장하는 배터리; 및
계통전원으로부터 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전하거나, 상기 배터리에 충전된 전력을 상기 모터로 전달하여 상기 모터를 구동시키는 인버터 및 충전 회로 통합장치를 포함하는 것으로서,
상기 인버터 및 충전 회로 통합 장치는,
제1회로부가 공급하는 직류 전력을 상기 모터로 공급하거나, 상기 계통전원이 공급하는 교류 전력을 상기 제1회로부로 공급하도록 선택하는 스위치;
제2회로부가 공급하는 전압을 상기 모터의 구동을 위한 공간 벡터 전압으로 변환하여 상기 스위치에 공급하거나, 상기 스위치가 공급하는 교류전력을 정류하여 제2회로부로 공급하는 상기 제1회로부; 및
상기 배터리가 공급하는 배터리 전압을 승압하여 상기 제1회로부로 공급하거나, 상기 제1회로부가 공급하는 정류된 전압을 감압하여 상기 배터리로 공급하는 상기 제2회로부를 포함하는 전기 자동차.
A motor for driving wheels by rotating a rotating shaft;
A battery storing power supplied to the motor; And
Including an inverter and a charging circuit integrated device for driving the motor by receiving power from a system power to charge the battery, or transfer the power charged in the battery to the motor,
The inverter and the charging circuit integration device,
A switch configured to supply DC power supplied by a first circuit unit to the motor or AC power supplied by the system power to the first circuit unit;
The first circuit unit converting the voltage supplied by the second circuit unit into a space vector voltage for driving the motor and supplying the voltage to the switch, or rectifying AC power supplied by the switch to supply the second circuit unit; And
And a second circuit unit for boosting a battery voltage supplied by the battery to supply the first circuit unit or reducing the rectified voltage supplied by the first circuit unit to supply the reduced voltage to the battery.
상기 계통전원은 3상전원이고, 상기 3상전원이 상기 스위치로 직접 입력되며, 상기 입력된 3상전원을 이용하여 상기 배터리를 급속충전하는 인버터 및 충전 회로 통합 장치를 포함하는 전기 자동차.The method of claim 1, wherein
The system power source is a three-phase power source, the three-phase power source is directly input to the switch, the electric vehicle comprising an inverter and a charging circuit integrated device for rapidly charging the battery using the input three-phase power source.
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