KR20160139955A - Power conversion system for electric vehicles - Google Patents

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KR20160139955A
KR20160139955A KR1020150075912A KR20150075912A KR20160139955A KR 20160139955 A KR20160139955 A KR 20160139955A KR 1020150075912 A KR1020150075912 A KR 1020150075912A KR 20150075912 A KR20150075912 A KR 20150075912A KR 20160139955 A KR20160139955 A KR 20160139955A
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김재구
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주식회사 만도
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Abstract

Disclosed is a power converting system of an electric car. The power converting system of the electric car comprises: an inverter which includes a pair of switching elements, and converts DC voltage to AC voltage by switching the switching elements; a motor which includes a plurality of stator windings and a rotator, and rotates the rotator by using the AC voltage outputted to the stator windings from the inverter; an output capacitor which is electrically connected to an electric field load and is connected to one among the stator windings in series; and a controlling unit which converts DC power to AC power of a voltage level which is lower than voltage of DC power by using the stator windings of the motor in the case of stopping the motor, the switching elements of the inverter, and the output capacitor, and offers the same to the electric field load.

Description

전기자동차의 전력변환시스템{POWER CONVERSION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power conversion system for an electric vehicle,

본 발명은 전기자동차의 전력변환시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직류전원을 전방부하가 요구하는 전압레벨의 직류전원으로 변환하는 전기자동차의 전력변환시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power conversion system for an electric vehicle, and more particularly, to a power conversion system for an electric vehicle that converts a DC power source to a DC power source at a voltage level required by a forward load.

일반적으로 전기자동차는 복수 개의 전원을 필요로 한다. 이를 위해 입력전압을 부하가 요구하는 전압레벨로 변환하는 전력변환기가 필요하다.Generally, an electric vehicle requires a plurality of power sources. To this end, a power converter is needed to convert the input voltage to the voltage level required by the load.

전력변환기 중 DC/DC 컨버터는 입력전압을 센서나 마이크로프로세서 등의 전장부하가 요구하는 전압레벨의 직류전압으로 변환한다. 즉, DC/DC 컨버터는 입력전압으로서 직류 전압을 입력받고 이를 출력 전압으로서 그보다 낮은 직류전압으로 변환한다.The DC / DC converter in the power converter converts the input voltage into a DC voltage at a voltage level required by a load such as a sensor or a microprocessor. That is, the DC / DC converter receives the DC voltage as an input voltage and converts it into a DC voltage that is lower than the DC voltage.

DC/DC 컨버터는 인덕터와 스위칭 소자를 포함한다. DC/DC 컨버터는 스위칭 소자의 온 동작과 오프 동작에 의해 인덕터의 에너지가 출력 커패시턴스에 충전된다.The DC / DC converter includes an inductor and a switching element. In the DC / DC converter, the energy of the inductor is charged to the output capacitance by the ON and OFF operations of the switching element.

하지만, DC/DC 컨버터는 인덕터, 스위칭소자 등의 부품들을 필요로 하므로 시스템의 크기를 소형화하기 어렵고 시스템 가격을 상승시킨다.However, since DC / DC converters require components such as inductors and switching elements, it is difficult to miniaturize the system and increase the system cost.

대한민국 공개특허공보 제2014-0021218호Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0021218

본 발명의 실시예는 직류전원을 전장부하에서 요구하는 전압레벨의 직류전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터의 기능을 전동기의 고정자권선과 인버터를 이용하여 구현하는 전기자동차의 전력변환시스템을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a power conversion system of an electric vehicle in which the function of a DC / DC converter for converting a DC power source to a DC voltage of a voltage level required at an electric load is realized by using a stator winding of an electric motor and an inverter .

본 발명의 일 측면에 따르면, 한 쌍을 이루는 복수의 스위칭소자를 가지고, 각 쌍의 스위칭소자를 스위칭하는 것에 의해 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 복수의 고정자권선과 회전자를 포함하고, 상기 인버터로부터 상기 복수의 고정자권선에 출력된 교류전압에 의해 상기 회전자가 회전하는 전동기; 전장부하와 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 고정자권선 중 어느 하나와 직렬 연결된 출력 커패시터; 및 상기 전동기가 정지상태일 때 상기 전동기의 고정자권선, 상기 인버터의 스위칭소자 및 상기 출력 커패시터를 이용하여 상기 직류전원을 상기 직류전원의 전압보다 낮은 전압레벨의 직류전압으로 변환하여 상기 전장부하에 제공하는 제어부;를 포함하는 전기자동차의 전력변환시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an inverter circuit comprising: an inverter having a plurality of switching elements in a pair, for converting a DC voltage into an AC voltage by switching each pair of switching elements; An electric motor including a plurality of stator windings and a rotor, the rotor rotating by the alternating voltage output from the inverter to the plurality of stator windings; An output capacitor electrically connected to the electrical load and connected in series with any one of the plurality of stator windings; And converting the direct current power into a direct current voltage of a voltage level lower than the voltage of the direct current power source by using the stator winding of the motor, the switching element of the inverter, and the output capacitor when the motor is at rest, The electric power conversion system of the electric vehicle including the control unit for controlling the power conversion of the electric vehicle.

여기서, 상기 제어부는 출력 커패시터와 직렬 연결된 고정자권선에 대응하는 한 쌍의 스위칭소자 중 제1 스위칭소자를 미리 설정된 듀티비에 따라 펄스폭 변조제어하고, 제2 스위칭소자를 상기 제1 스위칭소자에 동기화시켜 펄스폭 변조제어할 수 있다.Here, the controller controls the first switching element of the pair of switching elements corresponding to the stator winding connected in series with the output capacitor to perform pulse width modulation according to a preset duty ratio, and synchronizes the second switching element to the first switching element The pulse width modulation control can be performed.

여기서, 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단하도록 스위칭하는 스위칭부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전동기가 작동중일 때 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단시키도록 상기 스위칭부를 오프시키고, 상기 전동기가 정지상태일 때 상기 스위칭부를 온 시킬 수 있다.Here, the switching unit may include a switching unit for switching off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period, and the control unit may control the switching unit to cut off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period when the motor is in operation And turns on the switching unit when the electric motor is stopped.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 한 쌍을 이루는 복수의 스위칭소자를 가지고, 각 쌍의 스위칭소자를 스위칭하는 것에 의해 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 복수의 고정자권선과 회전자를 포함하고, 상기 인버터로부터 상기 복수의 고정자권선에 출력된 교류전압에 의해 상기 회전자가 회전하는 전동기; 상기 복수의 고정자권선 중 어느 하나와 LC 공진회로를 형성하는 출력 커패시터; 상기 LC 공진회로를 형성하는 고정자권선과 출력 커패시터 사이에 마련되어 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단하는 스위칭부; 및 상기 전동기가 작동중일 때 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단시키도록 상기 스위칭부를 오프시키고, 상기 전동기가 정지상태일 때 상기 스위칭부를 온 시켜 상기 전동기의 고정자권선과 상기 출력 커패시터를 DC/DC 컨버터의 LC 회로로 기능하게 하고 상기 인버터의 스위칭소자들 중 상기 LC 공진회로를 형성하는 고정자권선에 대응하는 한 쌍의 스위칭소자를 상기 DC/DC 컨버터의 스위칭소자로 기능하게 하여 입력전압을 전장부하가 요구하는 전압레벨의 직류전압으로 변환시키는 제어부;를 포함하는 전기자동차의 전력변환시스템이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an inverter comprising: an inverter having a plurality of switching elements in a pair, for converting a DC voltage to an AC voltage by switching each pair of switching elements; An electric motor including a plurality of stator windings and a rotor, the rotor rotating by the alternating voltage output from the inverter to the plurality of stator windings; An output capacitor which forms an LC resonance circuit with any one of the plurality of stator windings; A switching unit provided between the stator winding and the output capacitor forming the LC resonance circuit to cut off an electrical connection between the output capacitor and the transmission period; And turning off the switching unit to shut off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period when the motor is in operation, and turning on the switching unit when the motor is in the stopped state to switch the stator winding of the motor and the output capacitor A pair of switching elements corresponding to the stator windings forming the LC resonance circuit of the switching elements of the inverter function as switching elements of the DC / DC converter to function as an LC circuit of the DC / DC converter, To a DC voltage of a voltage level required by the electric field load, may be provided.

본 발명의 실시예는 전장부하가 요구하는 직류전원을 제공하기 위해 직류 전력변환에 사용되는 DC/DC 컨버터의 주요구성인 인덕터와 스위칭소자를 모터의 고정자권선과 인버터의 스위칭소자로 이용함으로써 별도의 DC/DC 컨버터를 설치하지 않거나 DC/DC 컨버터의 구성을 최소화하면서도 DC/DC 컨버터의 기능을 구현할 수 있다.The embodiment of the present invention uses an inductor and a switching element, which are the main components of a DC / DC converter used for DC power conversion to provide a DC power required by an electric field load, as a stator winding of a motor and a switching element of an inverter, The DC / DC converter can be implemented without installing a DC / DC converter or minimizing the configuration of the DC / DC converter.

또한, 본 발명의 실시예는 상대적으로 고가인 DC/DC 컨버터를 제거할 수 있어 시스템 가격을 낮출 수 있고 제품 크기를 소형화할 수 있으며 회로 구성을 단순화할 수 있다.In addition, the embodiment of the present invention can eliminate the DC / DC converter, which is relatively expensive, so that the system cost can be reduced, the product size can be reduced, and the circuit configuration can be simplified.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환시스템의 전동기의 형태를 회전자가 내부에 있는 전동기의 형태로 등가한 모델도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환시스템에서 DC/DC 컨버터의 역할을 하는 구성요소들을 등가한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 등가회로의 DC/DC 컨버팅 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 등가회로의 DC/DC 컨버팅 작동을 위한 타이밍도이다.1 is a configuration diagram of a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
2 is a model diagram of an electric motor of a power conversion system according to an embodiment of the present invention, which is equivalent to a motor in which a rotor is disposed.
3 is an equivalent circuit diagram of components that serve as a DC / DC converter in a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
Figs. 4 and 5 are diagrams for explaining the DC / DC conversion operation of the equivalent circuit shown in Fig. 3. Fig.
6 is a timing diagram for the DC / DC converting operation of the equivalent circuit shown in FIG.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are provided by way of example so that those skilled in the art will be able to fully understand the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted from the drawings, and the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 전력변환시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환시스템의 전동기의 형태를 회전자가 내부에 있는 전동기의 형태로 등가한 모델도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a motor of a power conversion system according to an embodiment of the present invention, It is an equivalent model.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전기자동차의 전력변환시스템에서 바퀴를 구동시키는 구동모터인 전동기(10)는 고정자(11)와 내부 회전자(12)를 가진다. 고정자(11)는 3상으로 배치된 3개의 인덕터(Lu,Lv,Lw)로 이루어진 고정자권선(u,v,w)을 포함한다. 고정자권선(u,v,w)은 Y 결선된 권선으로 이루어질 수 있다.1 and 2, an electric motor 10, which is a drive motor for driving wheels in a power conversion system of an electric vehicle, has a stator 11 and an inner rotor 12. [ The stator 11 includes stator windings u, v and w composed of three inductors Lu, Lv and Lw arranged in three phases. The stator windings (u, v, w) may consist of Y-connected windings.

전동기(10)의 각 고정자권선(u,v,w)과 연결된 각 위상단자는 인버터(20)에 연결되어 있으며, 상전류가 유입되어 각 인덕터(Lu,Lv,Lw)에 전류가 흐르면 자기장이 형성되어 내부 회전자(12)를 회전시킨다.Each phase terminal connected to the respective stator windings (u, v, w) of the motor 10 is connected to the inverter 20 and a magnetic field is formed when a current flows in each inductor Lu, Lv, Lw And rotates the inner rotor 12.

인버터(20)는 직류 전압을 펄스폭 변조(PWM)을 통해 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류로 바꾸어 전동기(10)를 구동하기 위한 것으로, 6개의 스위칭용 스위칭소자(Q1-Q6)를 가지며 2개가 직렬로 한 쌍을 이루어 전동기(10)의 위상단자에 각각 연결되어 있다.The inverter 20 is for driving the motor 10 by switching the DC voltage into a three-phase alternating current of a pulse type having arbitrary variable frequency through pulse width modulation (PWM), and includes six switching switching elements Q1 to Q6 And two of them are connected in series to the phase terminals of the motor 10, respectively.

일예로, 3쌍의 스위칭소자(Q1-Q6)는 전계효과트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor ; MOSFET)로서, 특히 N-MOSFET로서 형성되어 있다. 하지만, P-MOSFET 또는 다른 적절한 스위칭 소자들도 이용될 수 있다. MOSFET(Q1-Q6)는 드레인 단자(D), 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S)를 가진다. MOSFET(Q1-Q6)는 병렬로 접속된 바디 다이오드(D)를 갖는다.For example, the three pairs of switching elements Q1-Q6 are formed as metal oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), particularly N-MOSFETs. However, a P-MOSFET or other suitable switching elements may also be used. The MOSFETs Q1 to Q6 have a drain terminal D, a gate terminal G and a source terminal S. MOSFETs Q1-Q6 have body diodes D connected in parallel.

상부 스위칭소자(Q1,Q3,Q5)는 직류전원(Vdc)의 (+) 단자에 연결되고, 하부 스위칭소자(Q2,Q4,Q6)는 직류전원(Vdc)의 (-) 단자에 연결되어 있다. 이 인버터(20)는 후술하는 제어부(40)에 의해 구동된다.The upper switching elements Q1, Q3 and Q5 are connected to the (+) terminal of the DC power supply Vdc and the lower switching elements Q2, Q4 and Q6 are connected to the (-) terminal of the DC power supply Vdc . The inverter 20 is driven by a control unit 40 described later.

3쌍의 스위칭 소자(Q1-Q6)는 전동기(10)의 고정자(11)에 배치된 각 인덕터(Lu,Lv,Lw)에 유입되는 전류 및 각 인덕터(Lu,Lv,Lw)로부터 유출되는 전류의 흐름을 각각 스위칭한다. 제어부(40)의 제어에 따라 스위칭 소자(Q1-Q6)를 온/오프시킴으로서, 인버터(20)가 소정 전압 및 주파수의 3상 교류를 출력하게 한다. 출력된 3상 교류는 전동기(10)에 공급됨으로서 전동기(10)가 동작된다.The three pairs of switching elements Q1 to Q6 are connected to the inductors Lu, Lv and Lw disposed in the stator 11 of the motor 10 and the currents flowing from the respective inductors Lu, Lv and Lw Respectively. The switching unit Q1-Q6 is turned on / off under the control of the control unit 40 so that the inverter 20 outputs three-phase alternating current of predetermined voltage and frequency. The output three-phase alternating current is supplied to the electric motor 10 so that the electric motor 10 is operated.

상기한 구성을 갖는 전기자동차의 전력변환시스템에서 바퀴 구동시의 작동을 살펴보면, 인버터(20)의 6개 스위칭소자를 온/오프 제어하여 상부 스위칭소자(Q1,Q3,Q5) 중 어느 하나를 온 하고, 온 된 상과 다른 상을 갖는 하부 스위칭소자(Q2,Q4,Q6) 중 하나를 온 한다. 또한, 인버터(20)의 스위칭소자(Q1~Q6)를 스위칭하는 전동기(10)의 상전류에 따라 인버터(20)의 스위칭소자(Q1~Q6)를 선택적으로 스위칭한다.In operation of the wheel driving in the electric power conversion system of the electric vehicle having the above-described configuration, it is possible to turn on any one of the upper switching elements Q1, Q3, Q5 by turning on / off the six switching elements of the inverter 20 And turns on one of the lower switching elements Q2, Q4 and Q6 having a phase different from that of the on-phase. The switching elements Q1 to Q6 of the inverter 20 are selectively switched according to the phase current of the motor 10 that switches the switching elements Q1 to Q6 of the inverter 20. [

상기한 인버터(1)의 스위칭소자(Q1~Q6)는 한 쌍을 이루어 두 개의 스위칭소자 중 어느 하나가 온 되면 다른 하나가 오프되는 방식으로 제어된다. 상기한 방식으로 제어할 때 인버터(1)는 각 스위칭소자(Q1~Q6)의 온/오프 조합에 대응하는 8개의 상태 중 어느 하나의 상태에 있게 된다.The switching elements Q1 to Q6 of the inverter 1 are controlled as a pair so that when one of the two switching elements is turned on, the other is turned off. When controlling in the above-described manner, the inverter 1 is in any one of eight states corresponding to on / off combinations of the switching elements Q1 to Q6.

다시 도 1을 참조하면, 출력 커패시터(C)는 고정자권선(u,v,w) 중 DC/DC 컨버터의 인덕터의 기능으로 사용되는 어느 하나의 고정자 권선(u)(v)(w)와 직렬로 연결될 수 있다. 출력 커패시터(C)은 DC/DC 컨버터의 인덕터의 기능으로 사용되는 어느 하나의 고정자 권선(u)(v)(w)의 인덕터(Lu,Lv,Lw)와 LC 공진회로를 이룬다. 출력 커패시터(C)의 양단에는 전장부하가 연결된다. 후술하겠지만, 출력 커패시터(C)의 양단에 병렬 연결된 전장부하에 전장부하가 요구하는 레벨의 직류전압이 출력된다. 예를 들면, 전장부하에 출력된 직류전압은 직류전원(Vdc)을 DC/DC 컨터팅하는 것에 의해 변환된 직류전압으로서, 직류전원(Vdc)의 전압레벨보다 낮은 전압레벨을 가진 전압이다.Referring again to FIG. 1, the output capacitor C is connected in series with any one of the stator windings u (v) (w) used as the inductor of the DC / DC converter among the stator windings u, v, Lt; / RTI > The output capacitor C forms an LC resonance circuit with the inductors Lu, Lv and Lw of any one stator winding u (v) (w) used as the inductor of the DC / DC converter. An electric field load is connected to both ends of the output capacitor C. As will be described later, a DC voltage of a level required by the electric field load is output to the electric load connected in parallel to both ends of the output capacitor C. For example, the DC voltage output to the electric field load is a DC voltage converted by DC / DC conversion of the DC power supply Vdc, and has a voltage level lower than the voltage level of the DC power supply Vdc.

스위칭부(30)는 일측이 Y 결선된 고정자권선(u,v,w)에 대하여 중성점과 연결되고, 타측은 출력 커패시터(C)의 타측과 연결된다. 스위칭부(30)가 온되면, 각 인덕터(Lu)(Lv)(Lw)와 출력 커패시터(C)가 서로 전기적으로 연결된다. 스위칭부(30)가 오프되면, 각 인덕터(Lu)(Lv)(Lw)와 출력 커패시터(C)간의 전기적인 연결이 차단된다.The switching unit 30 is connected to the neutral point with respect to the stator windings u, v, and w connected at Y side, and the other side is connected to the other side of the output capacitor C. When the switching unit 30 is turned on, each of the inductors Lu, Lv, and Lw and the output capacitor C are electrically connected to each other. When the switching unit 30 is turned off, the electrical connection between each inductor Lu (Lv) Lw and the output capacitor C is cut off.

제어부(40)는 전동기(10)가 작동중일 때 스위칭부(30)를 오프시킨다. 이에 따라, 전동기(10)의 각 고정자권선(u)(v)(w)의 인덕터(Lu)(Lv)(Lw)와 출력 커패시터(C)간의 전기적인 연결이 차단된다.The control unit 40 turns off the switching unit 30 when the electric motor 10 is in operation. Thus, the electrical connection between the inductor Lu (Lv) Lw and the output capacitor C of each stator winding u (v) (w) of the motor 10 is cut off.

한편, 제어부(40)는 전동기(10)가 정지상태일 때, 스위칭부(30)를 온 시킴과 함께 인버터(20)의 해당 스위칭소자를 주기적으로 온/오프 제어한다. 이에 따라, 전동기(10)의 각 고정자권선(u)(v)(w)의 인덕터(Lu)(Lv)(Lw)와 출력 커패시터(C)가 서로 연결되어 LC 회로를 구성한 상태에서 인버터(20)의 해당 스위칭소자가 주기적으로 온/오프 제어되기 때문에 직류전원의 전압레벨보다 낮은 전압레벨을 가진 직류전압이 전장부하에 출력된다.On the other hand, the control unit 40 turns on the switching unit 30 and periodically turns on / off the corresponding switching device of the inverter 20 when the electric motor 10 is in the stopped state. The inductor Lu and the output capacitor C of the respective stator windings u (v) and w (w) of the motor 10 are connected to each other to constitute an LC circuit, Is controlled to be periodically turned on and off, a DC voltage having a voltage level lower than the voltage level of the DC power supply is outputted to the electric field load.

이하에서는 직류전원(Vdc)를 DC/DC 컨버팅하는 것을 설명한다. 보다 구체적으로는, 전동기가 정지상태일 때 전동기의 고정자권선과 출력 커패시터를 이용하여 벅 컨버터(Buck Converter)인 DC/DC 컨버터의 LC 회로를 구성하고 인버터의 스위칭소자를 DC/DC 컨버터의 스위칭소자로 사용하여 직류전원(Vdc)을 전장부하가 요구하는 전압레벨의 직류전원으로 변환시킨다.Hereinafter, DC / DC conversion of the DC power supply Vdc will be described. More specifically, when an electric motor is in a stopped state, an LC circuit of a DC / DC converter, which is a buck converter, is constructed by using a stator winding of the motor and an output capacitor, and a switching element of the inverter is connected to a switching element To convert the DC power supply Vdc into a DC power supply having a voltage level required by the electric field load.

이하에서는 설명의 편의상 인버터(20)의 제1 스위칭소자(Q1)과 제2 스위칭소자(Q2), 이 스위칭소자들(Q1,Q2)에 대응하는 제1 고정자권선(u)의 제1 인덕터(Lu), 출력 커패시턴스(C)가 이루는 회로구성이 DC/DC 컨버터의 기능을 구현하는 것을 설명한다.Hereinafter, for convenience of explanation, the first switching device Q1 and the second switching device Q2 of the inverter 20 and the first inductor of the first stator winding u corresponding to the switching devices Q1 and Q2 Lu, and the output capacitance (C) implement the function of the DC / DC converter.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환시스템에서 DC/DC 컨버터의 역할을 하는 구성요소들을 등가한 회로도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 등가회로의 DC/DC 컨버팅 작동을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 3에 도시된 등가회로의 DC/DC 컨버팅 작동을 위한 타이밍도이다.FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of components that serve as a DC / DC converter in a power conversion system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are DC / DC conversion operations FIG. 6 is a timing chart for the DC / DC converting operation of the equivalent circuit shown in FIG. 3. FIG.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 도 3의 등가회로에서 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)의 듀티비(D)는 다음의 식 [1]과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 6, the duty ratio D of the first switching device Q1 and the second switching device Q2 in the equivalent circuit of FIG. 3 can be expressed by the following equation [1].

Figure pat00001
식 [1]
Figure pat00001
Equation [1]

여기서, D는 듀티비(Duty Ratio), ton는 스위칭소자가 온 상태를 지속하는 시간, T는 주기이다. D는 0≤D≤1 사이의 값을 가진다.Here, D is a duty ratio, t on is a time period during which the switching element keeps on , and T is a period. D has a value between 0 and D? 1.

제1 스위칭소자(Q1)가 온 되고 제2 스위칭소자(Q2)가 오프되면, 전류는 도 4의 화살표 방향으로 흐른다. 이때, vq2는 DT 구간동안 Vdc이다.When the first switching element Q1 is turned on and the second switching element Q2 is turned off, the current flows in the direction of the arrow in Fig. At this time, vq2 is Vdc during the DT interval.

즉, 제1 스위칭소자(Q1)가 온 되고 제2 스위칭소자(Q2)가 오프되면 인덕터(Lu)로 전류가 흐르면 인덕터(Lu)에 에너지가 축적되고, 출력 커패시터(C)와 전장부하(R)을 통해 전류가 증가하며 흐르게 된다.That is, when the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off, energy is accumulated in the inductor Lu when a current flows through the inductor Lu, and the output capacitor C and the electric field load R The current is increased and flows.

제1 스위칭소자(Q1)가 오프되고, 제2 스위칭소자(Q2)가 온 되면, 전류는 도 5의 화살표 방향으로 흐른다. 이때, vq2는 (1-D)T 구간동안 0이다.When the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on, the current flows in the direction of the arrow in Fig. At this time, vq2 is 0 during the (1-D) T period.

즉, 제1 스위칭소자(Q1)가 오프되고, 제2 스위칭소자(Q2)가 온 되면 인덕터(Lu)에 축적된 에너지인 인덕터 전류가 출력 커패시터(C)와 전방부하(R)로 흐르도록 통로가 만들어진다. 인덕터 전류는 제1 스위칭소자(Q1)가 온 되고 제2 스위칭소자(Q2)가 오프될 때까지 감소한다.That is, when the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on, the inductor current, which is the energy stored in the inductor Lu, flows through the output capacitor C and the front load R, Is created. The inductor current decreases until the first switching element Q1 is turned on and the second switching element Q2 is turned off.

제2 스위칭소자(Q2)의 양단전압의 평균치는 Vq2는 다음의 식 [2]로 나타낼 수 있다.The average value of the voltage across both terminals of the second switching device Q2 can be expressed by the following equation [2].

Figure pat00002
식 [2]
Figure pat00002
Equation [2]

여기서, Vdc는 입력전압이다.Here, Vdc is the input voltage.

따라서, 출력 커패시터(C)의 양단전압은 Vc는 다음의 식 [3]과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the voltage across both terminals of the output capacitor C can be expressed by the following equation [3].

Figure pat00003
식 [3]
Figure pat00003
Equation [3]

여기서, VLu는 인덕터(Lu) 양단전압(vLu)의 평균치이다. vLu는 제1 스위칭소자(Q1)가 온 되고 제2 스위칭소자(Q2)가 오프되면 Vdc-Vc(0<t<DT)의 값을 가진다. 또한, vLu는 제1 스위칭소자(Q1)가 오프되고 제2 스위칭소자(Q2)가 온 되면 -Vc(DT<t<T)의 값을 가진다.Here, V Lu is an average value of the voltage (v Lu ) across the inductor (Lu). v Lu has a value of Vdc-Vc (0 <t <DT) when the first switching device Q1 is turned on and the second switching device Q2 is turned off. Further, v Lu has a value of -Vc (DT <t <T) when the first switching device Q1 is turned off and the second switching device Q2 is turned on.

따라서, VLu는 다음의 식 [4]와 같이 나타낼 수 있다.Therefore, V Lu can be expressed by the following equation [4].

Figure pat00004
식 [3]
Figure pat00004
Equation [3]

이때, D는 0≤D≤1 이므로 Vc는 0≤Vc≤Vdc 의 가진다.At this time, since D is 0? D? 1, Vc has 0? Vc? Vdc.

따라서, 출력전압(Vc)는 입력전압(Vdc)보다 낮은 전압레벨을 가지므로 본 발명의 실시예에서는 별도의 DC/DC 컨버터를 설치하지 않거나 그 구성요소를 최소화하면서도 강압형 컨버터의 기능을 수행할 수 있다.Therefore, since the output voltage Vc has a voltage level lower than the input voltage Vdc, in the embodiment of the present invention, a separate DC / DC converter is not installed or the function of the step-down converter is minimized while minimizing its components .

상기한 실시예에서는 3상 모터의 고정자권선을 이용하는 것을 설명하고 있지만 이에 한정되지 않으며 단상 모터의 고정자권선을 이용하는 것도 가능하다.Although the stator winding of the three-phase motor is used in the above-described embodiment, the stator winding of the single-phase motor is also applicable.

10 : 전동기 11 : 고정자
12 : 회전자 20 : 인버터
30 : 스위칭부 40 : 제어부10: electric motor 11: stator
12: Rotor 20: Inverter
30: Switching unit 40:

Claims (4)

한 쌍을 이루는 복수의 스위칭소자를 가지고, 각 쌍의 스위칭소자를 스위칭하는 것에 의해 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터;
복수의 고정자권선과 회전자를 포함하고, 상기 인버터로부터 상기 복수의 고정자권선에 출력된 교류전압에 의해 상기 회전자가 회전하는 전동기;
전장부하와 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 고정자권선 중 어느 하나와 직렬 연결된 출력 커패시터; 및
상기 전동기가 정지상태일 때 상기 전동기의 고정자권선, 상기 인버터의 스위칭소자 및 상기 출력 커패시터를 이용하여 상기 직류전원을 상기 직류전원의 전압보다 낮은 전압레벨의 직류전압으로 변환하여 상기 전장부하에 제공하는 제어부;를 포함하는 전기자동차의 전력변환시스템.An inverter which has a plurality of switching elements forming a pair and converts the DC voltage into an AC voltage by switching each pair of the switching elements;
An electric motor including a plurality of stator windings and a rotor, the rotor rotating by the alternating voltage output from the inverter to the plurality of stator windings;
An output capacitor electrically connected to the electrical load and connected in series with any one of the plurality of stator windings; And
Wherein the DC power is converted into a DC voltage of a voltage level lower than the voltage of the DC power source by using the stator winding of the motor, the switching element of the inverter, and the output capacitor when the motor is at rest, And a controller for controlling the power conversion system. 제1항에 있어서,
상기 제어부는 출력 커패시터와 직렬 연결된 고정자권선에 대응하는 한 쌍의 스위칭소자 중 제1 스위칭소자를 미리 설정된 듀티비에 따라 펄스폭 변조제어하고, 제2 스위칭소자를 상기 제1 스위칭소자에 동기화시켜 펄스폭 변조제어하는 전기자동차의 전력변환시스템.The method according to claim 1,
Wherein the controller controls the first switching element of the pair of switching elements corresponding to the stator winding connected in series with the output capacitor by pulse width modulation according to a preset duty ratio and synchronizes the second switching element to the first switching element, A power conversion system of an electric vehicle controlling width modulation. 제1항에 있어서,
상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단하도록 스위칭하는 스위칭부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 전동기가 작동중일 때 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단시키도록 상기 스위칭부를 오프시키고, 상기 전동기가 정지상태일 때 상기 스위칭부를 온 시키는 전기자동차의 전력변환시스템.The method according to claim 1,
And a switching unit for switching off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period,
Wherein the control unit turns off the switching unit to shut off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period when the electric motor is in operation, and turns on the switching unit when the electric motor is in the stopped state. 한 쌍을 이루는 복수의 스위칭소자를 가지고, 각 쌍의 스위칭소자를 스위칭하는 것에 의해 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터;
복수의 고정자권선과 회전자를 포함하고, 상기 인버터로부터 상기 복수의 고정자권선에 출력된 교류전압에 의해 상기 회전자가 회전하는 전동기;
상기 복수의 고정자권선 중 어느 하나와 LC 공진회로를 형성하는 출력 커패시터;
상기 LC 공진회로를 형성하는 고정자권선과 출력 커패시터 사이에 마련되어 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단하는 스위칭부; 및
상기 전동기가 작동중일 때 상기 출력 커패시터와 상기 전동기간의 전기적인 연결을 차단시키도록 상기 스위칭부를 오프시키고,
상기 전동기가 정지상태일 때 상기 스위칭부를 온 시켜 상기 전동기의 고정자권선과 상기 출력 커패시터를 DC/DC 컨버터의 LC 회로로 기능하게 하고 상기 인버터의 스위칭소자들 중 상기 LC 공진회로를 형성하는 고정자권선에 대응하는 한 쌍의 스위칭소자를 상기 DC/DC 컨버터의 스위칭소자로 기능하게 하여 입력전압을 전장부하가 요구하는 전압레벨의 직류전압으로 변환시키는 제어부;를 포함하는 전기자동차의 전력변환시스템.An inverter which has a plurality of switching elements forming a pair and converts the DC voltage into an AC voltage by switching each pair of the switching elements;
An electric motor including a plurality of stator windings and a rotor, the rotor rotating by the alternating voltage output from the inverter to the plurality of stator windings;
An output capacitor which forms an LC resonance circuit with any one of the plurality of stator windings;
A switching unit provided between the stator winding forming the LC resonance circuit and the output capacitor to cut off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period; And
The switching unit is turned off to cut off the electrical connection between the output capacitor and the transmission period when the electric motor is in operation,
The switching unit is turned on when the motor is in the stopped state to make the stator winding and the output capacitor of the motor function as the LC circuit of the DC / DC converter, and the stator winding forming the LC resonance circuit of the switching elements of the inverter And a control unit for converting the input voltage into a DC voltage of a voltage level required by the electric load by causing a corresponding pair of switching elements to function as switching elements of the DC / DC converter.
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140021218A (en) 2012-08-09 2014-02-20 현대자동차주식회사 System for power supply electric field load of electric vehicle and method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180079821A (en) * 2017-01-02 2018-07-11 엘지전자 주식회사 Chiller

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