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KR101829173B1 - 트랙션 인버터 회로 - Google Patents

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KR101829173B1
KR101829173B1 KR1020170099594A KR20170099594A KR101829173B1 KR 101829173 B1 KR101829173 B1 KR 101829173B1 KR 1020170099594 A KR1020170099594 A KR 1020170099594A KR 20170099594 A KR20170099594 A KR 20170099594A KR 101829173 B1 KR101829173 B1 KR 101829173B1
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KR
South Korea
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bus
energy storage
storage device
charging
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KR1020170099594A
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로버트 딘 킹
로버트 엘 스테이저왈드
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
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Publication date
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Abstract

본 발명의 트랙션 인버터 회로(a traction inverter circuit)는, DC 전압을 출력하도록 구성된 제 1 에너지 저장 디바이스(12, 76)와, 제 1 에너지 저장 디바이스(12, 76)에 연결된 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터(40, 104)와, 제 1 전자기계적 디바이스(60, 106)를 포함한다. 제 1 전자기계적 디바이스(60, 106)는 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터(40, 104)에 연결된 복수의 권선(64-68, 108-112)을 포함한다. 트랙션 인버터 회로는 또한, 제 1 전자기계적 디바이스(60, 106)의 복수의 권선(64-68, 108-112)에 연결된 제 1 컨덕터(82)를 포함하는 충전 버스(80)를 포함하되, 충전 버스가 제 1 전자기계적 디바이스(60, 106)로 충전 전압을 전송하거나 또는 제 1 전자기계적 디바이스(60, 106)로부터 충전 전압을 수신하도록 구성되어, 제 1 전자기계적 디바이스(60, 106) 및 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터(40, 104)를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스(12, 76)를 충전한다.

Description

트랙션 인버터 회로{APPARATUS FOR TRANSFERRING ENERGY USING POWER ELECTRONICS AND MACHINE INDUCTANCE AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}
본 발명은 일반적으로 하이브리드 및 전기 자동차(vehicle)를 포함하는 전기 구동 시스템(electric drive system)과, 과도 현상 또는 펄스된 로드의 영향을 받기 쉬운 고정 구동장치(stationary drive)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동차 또는 구동장치의 전기 저장 디바이스와 자동차 외부의 파워 소스 사이에서의 에너지 전달에 관한 것이다.
하이브리드 전기 자동차는 자동차를 추진시키기 위해, 내부의 연소 엔진과, 트랙션 배터리(traction battery)와 같은 에너지 저장 디바이스에 의해 전력을 공급받는 전기 모터를 결합할 수 있다. 이러한 조합은 연소 엔진과 전기 모터로 하여금 각각의 효율을 증가시키는 범위에서 동작하도록 함으로써 전체 연료 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 전기 모터는 정지 상태에서 시작하여 가속할 때 효율적일 수 있는 반면, 연소 엔진은 고속도로 주행에서와 같이 일정한 엔진 동작이 지속되는 기간 동안에 효율적일 수 있다. 초기 가속을 부스트(boost)하기 위해 전기 모터를 구비하는 것은 하이브리드 자동차 내의 연소 엔진이 보다 작고 보다 연료 효율적일 수 있도록 한다.
순수한 전기 자동차는 자동차를 추진시키고 보조 구동장치를 동작시킬 수 있는 전기 모터에 전력을 공급하도록, 저장된 전기 에너지를 사용한다. 순수한 전기 자동차는 하나 이상의 저장된 전기 에너지의 소스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 저장된 전기 에너지의 제 1 소스는 보다 오래 지속되는 에너지를 제공하는 데에 사용될 수 있는 반면 저장된 전기 에너지의 제 2 소스는 예로서 가속을 위해 보다 큰 전력을 제공하는 데에 사용될 수 있다.
하이브리드 전기 타입 또는 순수 전기 타입의 플러그-인(plug-in) 전기 자동차는, 외부 소스로부터의 전기 에너지를 사용하여 트랙션 배터리를 충전하도록 구성된다. 이러한 자동차는 예로서 온-로드(on-load) 및 오프-로드(off-load) 자동차, 골프 카트, 지역 전기 자동차, 포크리프트 및 유틸리티 트럭을 포함할 수 있다. 이러한 자동차들은 오프-보드 고정 배터리 충전기 또는 온-보드 배터리 충전기를 사용하여 유틸리티 그리드 또는 재생가능 에너지 소스로부터 온-보드 트랙션 배터리로 전기 에너지를 전달할 수 있다. 플러그-인 자동차는 회로 및 접속부를 포함하여, 예로서 유틸리티 그리드 또는 다른 외부 소스로부터의 트랙션 배터리의 충전을 용이하게 한다. 그러나, 배터리 충전 회로는 부스트 변환기, 고주파수 필터, 쵸퍼(chopper), 인덕터 및 온-보드 전기 저장 디바이스와 외부 소스 사이에서 에너지를 전달하는 역할만을 하는 그외의 전기적 구성요소와 같은 전용 구성요소를 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 전용 구성요소들은 추가 비용을 발생시키고 자동차의 무게를 증가시킨다.
따라서 온-보드 전기 저장 디바이스와 외부 소스 간의 에너지 전달만을 위한 전용 구성요소들의 개수를 감소시켜, 외부 소스로부터 플러그-인 자동차의 온-보드 전기 저장 디바이스로의 전기 에너지의 전달을 용이하게 하는 장치를 제공할 것이 요구된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랙션 인버터 회로는 DC 전압을 출력하도록 구성된 제 1 에너지 저장 디바이스와, 제 1 에너지 저장 디바이스에 연결된 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터 및 제 1 전자기계적 디바이스를 포함한다. 제 1 전자기계적 디바이스는 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터에 연결된 제 1 복수의 컨덕터와, 함께 연결된 제 2 복수의 컨덕터 및 제 1 복수의 컨덕터와 제 2 복수의 컨덕터 사이에 연결된 복수의 권선을 포함한다. 트랙션 변환기 회로는 또한 제 1 전자기계적 디바이스의 제 2 복수의 컨덕터에 연결된 제 1 컨덕터를 포함하는 충전 버스를 포함하되, 이러한 충전 버스는 제 1 전자기계적 디바이스로 충전 전류를 전송하거나 제 1 전자기계적 디바이스로부터 충전 전류를 수신하도록 구성되어, 제 1 전자기계적 디바이스 및 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 방법은 제 1 DC 에너지 저장 디바이스를 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터로 연결시키는 단계와 제 1 전자기계적 디바이스를 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터로 연결시키는 단계를 포함하되, 제 1 전자기계적 디바이스는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되고 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하도록 구성된다. 이 방법은 또한 컨덕터를 제 1 전자기계적 디바이스로 연결하는 단계를 포함하며, 이 컨덕터는 제 1 전자기계적 디바이스 및 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하도록, 제 1 전자기계적 디바이스를 통하여 충전 전류를 전달하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시스템은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되고 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하도록 구성된 장치를 포함한다. 이 장치는 각각이 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하는 복수의 권선과, 각각이 권선의 제 1 단부에서 각각의 권선에 연결되는 복수의 제 1 컨덕터와, 각각이 권선의 제 2 단부에서 각각의 권선에 연결되는 복수의 제 2 컨덕터를 포함한다. 이 시스템은 또한 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하고 DC 전기 에너지를 AC 전기 에너지로 변환하도록 구성된 전압 인버터를 포함하되, 이 전압 인버터는 복수의 제 1 컨덕터를 통해 복수의 권선으로 연결된다. 제 1 에너지 저장 디바이스는 전압 인버터에 연결되고, 충전 컨덕터는 복수의 제 2 컨덕터를 통해 복수의 권선으로 연결되며, 충전 컨덕터는 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위해 상기 장치를 통해 충전 에너지를 전달하도록 구성된다.
그외의 다수의 특성 및 장점이 아래의 상세한 설명과 도면으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트랙션 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다른 트랙션 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다른 트랙션 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다른 트랙션 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다른 트랙션 시스템의 개략도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다른 트랙션 시스템의 개략도.
도면들은 본 발명을 구현하기 위해 현재 고안된 실시예들을 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트랙션 시스템(10)의 개략도이다. 트랙션 시스템(10)은 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 에너지 저장 디바이스(12)는 저전압 에너지 저장 디바이스이며, 배터리, 연료 셀, 울트라커패시터 등일 수 있다. 제 1 에너지 저장 디바이스(12)는 하나의 DC 전압을 다른 DC 전압으로 변환하도록 구성된 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)에 연결된다. 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)는 한 쌍의 스위치(18, 20)에 연결되어 한 쌍의 다이오드(22, 24)에 연결된 인덕터(16)를 포함한다. 각 스위치(18, 20)는 각각의 다이오드(22, 24)로 연결되고, 각 스위치/다이오드 쌍은 각각 1/2 위상 모듈(half phase module)(26, 28)을 형성한다. 예시를 위해, 스위치(18, 20)는 절연된 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로서 도시되었다. 그러나, 본 발명의 실시예가 IGBT로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 및 금속 산화물 반도체 제어 사이리스터(thyristor)(MCT)와 같은 임의의 적절한 전자 스위치가 사용될 수 있다.
트랙션 시스템(10)은 각 라인의 쌍(32)을 통해 스위치(18, 20)로 연결되는 컨트롤러(30)를 포함한다. 컨트롤러(30)는, 스위치(18, 20)의 적절한 제어를 통해, 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)가 제 1 에너지 저장 디바이스(12)의 전압을 보다 높은 전압으로 부스트하고, 보다 높은 전압을 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)에 연결된 DC 버스(38)의 컨덕터(34, 36) 쌍으로 공급하도록 제어하게 구성된다. 컨트롤러(30)는 또한 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)의 스위치(18, 20)를 제어하여, DC 버스(38)로부터의 전압을 벅하고(buck), 벅된(bucked) 전압을 제 1 에너지 저장 디바이스(12)로 공급하도록 구성된다.
트랙션 시스템(10)은 DC 버스(38)에 연결된 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 포함한다. 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)는 6개의 1/2 위상 모듈(42, 44, 46, 48, 50, 52)을 포함하며 이들은 쌍을 이뤄 세 개의 위상(54, 56, 58)을 형성한다. 각 위상(54, 56, 58)은 DC 버스(38)의 컨덕터(34, 36)에 연결된다. 전자기계적 디바이스 또는 장치(60)는 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)에 연결된다. 일 실시예에서, 전자기계적 디바이스(60)는 자동차(도시되지 않음)의 하나 이상의 구동 휠 또는 액슬(axle)(62)에 기계적으로 연결되는 트랙션 모터이다. 전자기계적 디바이스(60)는 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)의 각 위상(54, 56, 58)에 연결된 복수의 컨덕터(70)를 구비하는 복수의 권선(winding)(64, 66, 68)을 포함한다. 권선(64, 66, 68)은 또한 복수의 컨덕터(72)를 구비하여 함께 연결됨으로써 노드(74)를 형성한다.
컨트롤러(30)는 각각의 라인(32)을 통해 1/2 위상 모듈(42-52)로 연결된다. 컨트롤러(30)는 1/2 위상 모듈(42-52)의 적절한 제어를 통해 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 제어하도록 구성되어, DC 전압 버스(38) 상의 DC 전압 또는 전류를, 컨덕터(70)를 통해서 권선(64-68)으로 공급하기 위한 AC 전압 또는 전류로 변환한다. 따라서, 제 1 에너지 저장 디바이스(12)로부터의 DC 전압 또는 전류는 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)를 통해서 보다 높은 DC 전압 또는 전류로 부스트될 수 있으며, 이것은 AC 전압 또는 전류로 변환되어, 휠(62)을 구동하도록 모터(60)로 전달된다. 그외의 비-자동차 추진 시스템(non-vehicle propulsion system)에서, 구동 휠(62)은 펌프, 팬(fan), 윈치(winch), 크레인(crane)을 포함하는 펄스된 로드(도시되지 않음), 또는 그외의 모터 구동된 로드일 수 있다. 회생 제동(regenerative braking) 모드에서, 전자기계적 디바이스(60)는 휠(62)을 제동하고, AC 전압 또는 전류를 DC 전압 또는 전류로 인버전하도록 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)로 공급하여 DC 버스(38)로 제공하는 발전기(generator)로서 동작될 수 있다. 그 후에, DC 전압 또는 전류는 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)를 통해, 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 재충전하기에 적합한 다른 DC 전압 또는 전류로 벅 또는 변환될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제 2 에너지 저장 디바이스(76)(팬텀으로 도시됨)는 DC 버스(38)에 연결되어 구동 휠(62)로 추가의 전력을 제공할 수 있다. 제 2 에너지 저장 디바이스(76)는 제 1 에너지 저장 디바이스(12)보다 높은 전력을 제공하도록 구성되어, 예를 들어 자동차의 가속 기간 중에 전력을 제공하도록 할 수 있다. 또는 제 1 에너지 저장 디바이스(12)가 제 2 에너지 저장 디바이스(76)보다 높은 에너지를 제공하도록 구성되어, 자동차에게 더욱 긴 수명의 전력을 제공함으로써 자동차의 이동 거리를 증가시키도록 할 수 있다. 또한 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 통해 DC 버스(38)로 공급된 에너지는 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 통해 인버팅될 수 있으며, 모터 전자기계적 디바이스(60)로 공급될 수 있다. 유사하게, 회생 제동 모드 중에 생성된 에너지는 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 통해 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 재충전하는 데에 사용될 수도 있다.
자동차가 결합된 트랙션 시스템(10)이 대기 중이거나 사용되고 있지 않을 때, 에너지 저장 디바이스(12, 76) 중 하나 또는 둘 모두를 리프레쉬(refresh) 또는 재충전하도록 자동차를 예로서 유틸리티 그리드 또는 재생가능한 에너지 소스에 플러그하는 것이 요구될 수 있다. 따라서, 도 1은 트랙션 시스템(10)의 구성요소가 에너지 저장 디바이스(12, 76)를 충전하고 에너지 저장 디바이스(12, 76)로부터의 에너지를 자동차를 추진시키는 데에 사용가능한 에너지로 변환하는 두 가지 목적에 사용될 수 있도록, 에너지 저장 디바이스(12, 76)의 재충전을 위해 트랙션 시스템(10)에 연결된 충전 시스템(78)을 포함하는 본 발명의 실시예를 도시하였다.
충전 시스템(78)은 한 쌍의 컨덕터(82, 84)를 구비하는 충전 버스(80)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컨덕터(82)는 노드(74)에 연결되고, 컨덕터(84)는 DC 버스(38)의 컨덕터(36)에 연결된다. 충전 시스템(78)은 충전 버스(80)와 리셉태클(receptacle)(88)에 연결된 정류기(86)를 포함하며, 리셉태클(88)은 외부 전력 소스(100)의 콘택트(96, 98)를 포함하는 플러그(94)와 만나도록 구성된 콘택트(90, 92)를 구비한다. 일 실시예에서, 외부 전력 소스(100)는 AC 소스이고, 외부 전력 소스(100)의 1 위상, 2 위상, 또는 3 위상이 사용될 수 있으며, 외부 전력 소스(100)는 예를 들어 120Vac 또는 240Vac 전력을 제공할 수 있음이 예상된다. 3 위상 AC 외부 전력 소스(100)로부터의 동작을 위해 설계된 구성에서, 정류기(86)는 3 위상 정류기의 제 3 위상에 대해 두 개의 추가 다이오드(도시되지 않음)를 포함하도록 변경될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부 전력 소스(100)가 DC 소스인 것이 예상된다. 정류기(86)를 통해서 DC 소스(100)를 충전 버스(80)로 연결하는 것은, 만약 DC 소스(100)가 반대 극성을 갖는 정류기(86)에 연결된 경우, 충전 버스(80)로 전달되는 충전 전압이 올바른 극성을 갖도록 보장하는 것을 도울 수 있다.
AC 전력 시스템의 역률(power factor)은 유효 전력(real power) 대 피상 전력(apparent power)의 비율로 정의되며, 0과 1 사이의 숫자 또는 0과 100 사이의 백분율로서 표현될 수 있다. 유효 전력은 특정한 시간 내에 작업을 수행하는 회로의 용량이다. 피상 전력은 회로의 전류와 전압의 곱이다. 로드에 저장되어 소스로 반환되는 에너지로 인해, 또는 소스로부터 드로운된(drawn) 전류의 파형을 왜곡시키는 비선형 로드로 인해, 피상 전력이 유효 전력보다 클 수 있다. 보다 낮은 역률을 갖는 회로는 보다 높은 역률을 갖는 회로보다 더 적은 작업을 수행한다. 따라서, 동일한 양의 작업을 수행하기 위해, 보다 낮은 역률을 갖는 회로에는 보다 높은 전압 또는 전류가 입력된다.
사인형(sinusoidal) 전류 및 전압을 갖는 회로에서, 역률이 전류와 전압 간의 위상차로 인해 감소될 수 있다. 스위치-모드 파워 서플라이는 에너지 전달 역률을 증가시키기 위해서 로드에 의해 드로운되는 전력량을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 예로서 벅/부스트 변환기를 포함하는 스위치-모드 파워 서플라이는, 전류 파형이 자신으로부터의 전압 파형 출력에 비례하도록 자신으로부터의 전류 출력 파형을 제어한다. 예를 들어, 벅/부스트 변환기는 전압 파형의 사인파와 동위상인 사인파로 전류 파형을 셰입(shape)할 수 있다. 부스트 변환기는 출력 라인 전압과 동위상이고 동일한 주파수를 갖는 전류를 드로잉하는 동시에 일정한 DC 버스 출력 라인 전압을 유지하도록 제어될 수 있다.
외부 전력 소스(100)가 콘택트(90, 92, 96, 98)를 통해 충전 시스템(78)으로 접속되었을 때, 컨트롤러(30)는 예를 들어 위상(54)의 1/2 위상 모듈(42, 44)을 제어하도록 구성되어, 전자기계적 디바이스(60)의 권선(64)으로 인가된 충전 전압을 부스트 또는 벅하도록 한다. 충전 전압이 충전되는 각각의 저장 디바이스보다 높을 때 충전 전압을 벅하는 것은, 트랙션 시스템(10)이 트랙션 시스템(10)의 소자들의 전압 정격과 일치하는 외부 전력 소스(100)로부터의 광범위한 라인 전압 입력에 기초하여 높은 또는 1에 가까운(near-unity) 역률에서 동작하도록 한다. 부스트 또는 벅된 충전 전압은 DC 버스(38)로 공급되고, 만약 존재한다면 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 직접 재충전하며 컨트롤러(30)에 의한 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)의 벅킹 제어를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 재충전하는 데에 사용된다. 컨트롤러(30)는 또한, 리플(ripple)을 감소시키기 위해 충전 중에 인터리빙 모드에서 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)가 2 위상 또는 3 위상 부스트 회로로 동작하도록 위상(56)의 1/2 위상 모듈(46, 48) 및/또는 위상(58)의 1/2 위상 모듈(50, 52)을 추가로 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 충전 중의 1 위상, 2 위상, 또는 3 위상 동작은 부분-로드 충전 효율을 최대화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙션 시스템(102)의 개략도를 도시한다. 트랙션 시스템(10, 102)에서 공통적인 소자 및 구성요소는 가능하다면 동일한 참조 번호로 기술될 것이다. 도 3-6 또한 공통적인 구성요소를 동일한 참조 번호로 기술할 것이다. 트랙션 시스템(102)은 복수의 권선(108, 110, 112)을 포함하는 제 2 전자기계적 디바이스(106)로 연결된 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)를 포함한다. 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)는 6개의 1/2 위상 모듈(114, 116, 118, 120, 122, 124)을 포함하며, 이들은 쌍을 이루어 세 개의 위상(126, 128, 130)을 형성한다. 각 위상(126, 128, 130)은 DC 버스(38)의 컨덕터(34, 36)에 연결된다.
본 발명의 실시예에서, 전자기계적 디바이스(60)는 휠(62)에 연결된 트랙션 모터이며, 전자기계적 디바이스(106)는 내부 연소 엔진(132)에 기계적으로 연결된 교류기이다. 컨트롤러(30)는 각각의 라인(32)을 통해 1/2 위상 모듈(114-124)로 연결된다. 컨트롤러(30)는 1/2 위상 모듈(114-124)의 적절한 제어를 통해 제어 크랭킹(cranking) 인버터(104)를 제어하여, 내부 연소 엔진(132)을 크랭크하기 위한 토크(torque)를 생성하도록, DC 버스(38) 상의 DC 전압 또는 전류를 교류기(106)의 권선(108-112)으로 공급하기 위한 AC 전압 또는 전류로 변환하도록 구성된다. 이와 달리, 내부 연소 엔진(132)은 토크를 교류기(106)에 인가하여, DC 전압 또는 전류로의 인버전을 위해 AC 전압 또는 전류를 크랭킹 인버터(104)로 공급하고 이를 DC 버스(38)로 제공할 수 있다. 그 후에, DC 전압 또는 전류는 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 재충전하고/하거나 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 재충전하기에 적합한 다른 DC 전압 또는 전류로 벅 또는 변환될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 충전 시스템(78)은 교류기(106)에 연결된다. 그러나, 이와 달리 충전 시스템(78)이 도 1에 도시된 모터(60)로 연결될 수도 있음이 예상된다. 따라서, 컨트롤러(30)는 예를 들어 위상(126)의 1/2 위상 모듈(114, 116)을 제어하여, 비교기(106)의 권선(108)으로 충전 전압 또는 전류 흐름을 부스트하도록 구성된다. 부스트된 충전 전압은 DC 버스(38)로 공급되고, 만약 존재한다면 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 직접 재충전하는 데에 사용되며, 컨트롤러(30)에 의한 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)의 벅 제어를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 재충전하는 데에 사용된다. 만약 제 2 에너지 저장 디바이스(76)가 존재하지 않는다면, 인버터(104) 내에 포함된 DC 링크 필터 커패시터(도시되지 않음)는 DC 버스(38)에 대한 스무딩(smoothing) 기능을 제공하고, 제1 에너지 저장 디바이스(12)의 재충전은 컨트롤러(30)에 의한 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)의 벅 제어를 통해 충전될 수 있다. 따라서, 높은 역률은 DC 버스(38) 상의 DC 전압 레벨이 정류기(86) 출력의 피크 전압보다 높은 구성에서 구현될 수 있다. 컨트롤러(30)는 또한, 리플(ripple)을 감소시키기 위해 충전 중에 인터리빙 모드에서 크랭킹 인버터(104)가 2 위상 또는 3 위상 부스트 회로로서 동작하도록, 위상(128)의 1/2 위상 모듈(118, 120) 및/또는 위상(130)의 1/2 위상 모듈(122, 124)을 추가로 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 충전 중의 1 위상, 2 위상, 또는 3 위상 동작은 부분-로드 충전 효율을 최대화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙션 시스템(134)의 개략도를 도시한다. 트랙션 시스템(134)은 도 2의 트랙션 시스템(102)에 기초한다. 그러나, 트랙션 시스템(134)은 정류기(86)가 트랙션 시스템(134)의 외부에 존재하는 본 발명의 실시예를 도시한다. 외부 정류기(86)는 리셉태클(88) 및 플러그(94)의 콘택트(90, 92, 96, 98)를 통해 충전 버스(80)로 접속된다. 이러한 방식으로, 정류기(86)는 자동차(도시되지 않음)의 외부에 장착된 AC 전력 소스(100)에 접속된 모듈과 집적화될 수 있다.
트랙션 시스템(134)은 또한, 예를 들어 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)의 위상(54, 56) 사이에서 DC 버스(38)의 컨덕터(34)에 연결된 콘택터(136)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 컨트롤러(30)는 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)가 벅/부스트 변환기이도록, 1/2 위상 모듈(42-48)을 제어하도록 구성된다. 즉, 컨트롤러(30)는 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 제어하여, 충전 전압 또는 전류의 값에 의존하여 충전 전압 또는 전류를 벅 또는 부스트할 수 있다. 예를 들어, 제 2 에너지 저장 디바이스(76)가 존재하는 경우, 만약 충전 전압이 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 재충전하는 데에 필요한 것보다 낮다면, 예로서 충전 전압이 DC 버스(38) 상의 전압보다 낮다면, 컨트롤러(30)는 충전 전압을 부스트하도록 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 제어한다. 제 2 에너지 저장 디바이스(76)가 존재하는 경우, 만약 충전 전압이 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 재충전하는 데에 필요한 것보다 높다면, 예로서 충전 전압이 DC 버스(38) 상의 전압보다 높다면, 컨트롤러(30)는 충전 전압을 벅하도록 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 제어한다. 만약 충전 전압이 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 재충전하는 데에 필요한 것보다 낮다면, 컨트롤러(30)는 충전 전압을 부스트하도록 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 제어한다. 벅 모드에서, 1/2 위상 모듈(42)의 다이오드(138)는 도전하는 동시에 컨트롤러가 1/2 위상 모듈(46)의 스위치(140)를 제어함으로써, 전류가 1/2 위상 모듈(48)의 스위치(140) 및 다이오드(142)를 통해 교대로 흐르도록 한다. 부스트 모드에서, 컨트롤러(30)는 1/2 위상 모듈(42)의 다이오드(138)와 1/2 위상 모듈(44)의 스위치(144)를 통해 전류가 교번으로 흐르도록 하는 동시에 1/2 위상 모듈(46)의 스위치(140)가 온으로 유지되도록 제어한다. 이러한 방식으로, 권선(64-66)은 인덕터로서의 역할을 한다. 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)가 컨트롤러(30)를 통해 부스트 변환기 및 벅 변환기 모두로서 동작할 수 있기 때문에, 충전 전압 파형 전반에서 1에 근접한 역률이 유지될 수 있는 동시에, 충전 전압은 반도체 및 관련된 패시브 구성요소의 전압 정격까지의 임의의 값을 가질 수 있다. 저장 디바이스(76)가 존재하지 않는 경우에, DC-AC 인버터(40) 내에 포함되는 입력 DC 링크 필터 커패시터 또는 스무딩 커패시터(도시되지 않음)는 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 충전하기 위해 도 1에 기술된 바와 같은 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)로 공급된 DC 버스(38)의 전압을 유지한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙션 시스템(146)의 개략도이다. 트랙션 시스템(146)은 도 3의 트랙션 시스템(134)에 기초한다. 그러나, 트랙션 시스템(146)은 유틸리티 그리드에 연결된 정류기를 포함하는 대신, 콘택트(158, 160)를 구비하는 플러그(156)와 만나도록 구성된 콘택트(152, 154)를 갖는 리셉태클(150)을 통해 충전 버스(80)로 직접 접속되는 DC 소스 또는 싱크(sink)(148)를 포함한다. 컨트롤러(30)는 전술된 바와 같이 자신을 통과하는 충전 전압 또는 전류를 벅 또는 부스트하도록 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 동작시키거나 제어한다. DC 전압 소스(148)는 반도체 및 관련된 패시브 구성요소의 전압 정격에 이르는 최대 전압을 갖는 충전 전압 소스일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, DC 소스(148)는 예를 들어 에너지 저장 디바이스(12) 및/또는 만약 존재한다면 에너지 저장 디바이스(76)가 부스트 변환기(14) 및 컨트롤러(30)의 동작을 통해 기능성 테스트 또는 캘리브레이션 또는 DC 로드의 동작을 위해 방전되도록 하는 저항 또는 DC 모터를 포함하는 DC 로드일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙션 시스템(162)의 개략도를 도시한다. 트랙션 시스템(162)은 제 1 및 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터(40, 104) 및 도 2의 트랙션 시스템(102)과 유사한 전자기계적 디바이스(60, 106)를 포함한다. 그러나, 도 5에 도시된 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)는 도 2에 도시된 것과 같이 DC 버스(38) 양단의 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)에 평행하지 않고, 제 2 DC 버스(164) 양단의 제 1 에너지 저장 디바이스(12)에 평행하게 연결된다. 따라서, 외부 전력 소스(100)로부터의 충전 전압은 컨트롤러(30)에 의한 적절한 제어를 통해 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)를 통해서 부스트된다. 부스트된 충전 전압 또는 전류는 양방향 DC-DC 전압 컨버터(14)의 부스팅 제어를 통해서 제 1 에너지 저장 디바이스(12) 및 만약 존재한다면 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 직접 재충전한다. 컨트롤러(30)는 또한, 리플을 감소시키기 위해 충전 중에 인터리빙 모드에서 크랭킹 인버터(104)가 2 위상 또는 3 위상 부스트 회로로서 동작하도록, 위상(128)의 1/2 위상 모듈(118, 120) 및/또는 위상(130)의 1/2 위상 모듈(122, 124)을 추가로 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 충전 중의 1 위상, 2 위상, 또는 3 위상 동작은 부분-로드 충전 효율을 최대화할 수 있다. 컨트롤러(30)는 또한 위상(126)의 1/2 위상 모듈(114, 116), 위상(128)의 1/2 위상 모듈(118, 120) 및 위상(130)의 1/2 위상 모듈(122, 124)을 추가로 제어하여, 에너지 저장 디바이스(12)에게 제어된 충전 전압을 제공하여 크랭킹 인버터(104)가 AC-DC 변환기로서 동작하게 할 수 있으며, 전력을 제공하여 교류기(106)를 구동시키는 내부 연소 엔진(132)으로부터의 전력을 사용하여 DC-AC 인버터(40) 및 전기 장치(60)로 이루어진 트랙션 구동 시스템을 동작시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트랙션 시스템(166)을 도시한다. 트랙션 시스템(166)은 권선(64), 노드(74) 및 충전 버스(80)의 컨덕터(84)로 연결된 스위치(168)를 포함한다. 컨트롤러(30)는 하나 이상의 각 라인(32)을 통해 스위치(168)로 연결된다. 충전 모드에서, 컨트롤러(30)는 권선(64)을 컨덕터(84)로 연결시키도록 스위치(168)를 제어한다. 이러한 방식으로, AC 유틸리티 그리드와 같은 외부 전력 소스(100)로부터의 충전 전압은 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)를 통해 부스트되며, 만약 존재한다면 제 2 에너지 저장 디바이스(76)를 직접 재충전하는 데에 사용되고, 양방향 DC-DC 전압 컨버터(14)의 벅 제어를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스(12)를 재충전하는 데에 사용된다. 모터링 모드에서, 외부 전력 소스(100)는 트랙션 시스템(166)으로부터 접속차단되고, 컨트롤러(30)는 권선(64)을 노드(74)로 연결하도록 스위치(168)를 제어한다. 이러한 방식으로, 제 1 및/또는 제 2 에너지 저장 디바이스(12, 76)로부터의 에너지가 인버팅될 수 있으며, 휠(62)을 구동하기 위해 전자기계적 디바이스(60)로 공급될 수 있다.
충전 전압 또는 전류의 부스트를 위한 1/2 위상 모듈(42-52)의 제어에 추가하여, 컨트롤러(30)는 AC 충전 전압 또는 전류를 정류하도록 1/2 위상 모듈(42-52)을 제어한다. 따라서, 도 1에 도시된 정류기(86)와 같은 정류기가 필요하지 않다.
따라서 본 발명의 실시예는 트랙션 제어 시스템의 하나 이상의 에너지 저장 디바이스를 재충전하기 위해 트랙션 제어 시스템의 인버터 및 장치 인덕턴스를 사용한다. 이러한 방식으로, 인버터 및 장치는 에너지 저장 디바이스를 모터링하고 재충전하기 위한 두 가지 목적에 사용될 수 있다. 인버터 및 장치 인덕턴스를 사용하는 것은 에너지 저장 디바이스의 높은 역률, 낮은 조화 충전을 가능케 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랙션 인버터 회로는 DC 전압을 출력하도록 구성된 제 1 에너지 저장 디바이스와, 제 1 에너지 저장 디바이스에 연결된 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터 및 제 1 전자기계적 디바이스를 포함한다. 제 1 전자기계적 디바이스는 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터에 연결된 제 1 복수의 컨덕터와, 함께 연결된 제 2 복수의 컨덕터 및 제 1 복수의 컨덕터와 제 2 복수의 컨덕터 사이에 연결된 복수의 권선을 포함한다. 트랙션 변환기 회로는 또한 제 1 전자기계적 디바이스의 제 2 복수의 컨덕터에 연결된 제 1 컨덕터를 포함하는 충전 버스를 포함하되, 이러한 충전 버스는 제 1 전자기계적 디바이스로 충전 전류를 전송하거나 제 1 전자기계적 디바이스로부터 충전 전류를 수신하도록 구성되어, 제 1 전자기계적 디바이스 및 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 방법은 제 1 DC 에너지 저장 디바이스를 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터로 연결시키는 단계와 제 1 전자기계적 디바이스를 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터로 연결시키는 단계를 포함하되, 제 1 전자기계적 디바이스는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되고 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하도록 구성된다. 이 방법은 또한 컨덕터를 제 1 전자기계적 디바이스로 연결하는 단계를 포함하며, 이 컨덕터는 제 1 전자기계적 디바이스 및 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터를 통해 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하도록, 제 1 전자기계적 디바이스를 통하여 충전 전류를 전달하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시스템은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되고 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하도록 구성된 장치를 포함한다. 이 장치는 각각이 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하는 복수의 권선과, 각각이 권선의 제 1 단부에서 각각의 권선에 연결되는 복수의 제 1 컨덕터와, 각각이 권선의 제 2 단부에서 각각의 권선에 연결되는 복수의 제 2 컨덕터를 포함한다. 이 시스템은 또한 AC 전기 에너지를 DC 전기 에너지로 변환하고 DC 전기 에너지를 AC 전기 에너지로 변환하도록 구성된 전압 인버터를 포함하되, 이 전압 인버터는 복수의 제 1 컨덕터를 통해 복수의 권선으로 연결된다. 제 1 에너지 저장 디바이스는 전압 인버터에 연결되고, 충전 컨덕터는 복수의 제 2 컨덕터를 통해 복수의 권선으로 연결되며, 충전 컨덕터는 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위해 상기 장치를 통해 충전 에너지를 전달하도록 구성된다.
본 발명이 제한된 개수의 실시예들을 참조로 하여 상세하게 기술되었지만, 본 발명이 이렇게 기술된 실시예들로 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는 한, 전술되지 않은 임의의 개수의 변화, 대안, 대체, 또는 균등 구성을 포함하도록 변경될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들이 기술되었지만, 본 발명의 측면들은 기술된 실시예들의 단지 일부분만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 전술된 설명에 의해 제한되는 것이 아니며, 첨부된 특허청구범위의 범주에 의해서만 제한된다.
도면의 각 부분의 명칭
10 : 트랙션 시스템 12 : 제 1 에너지 저장 디바이스
14 : 양방향 DC-DC 전압 변환기 16 : 인덕터
18 : 스위치 쌍 20 : 스위치 쌍 18
22 : 다이오드 쌍 24 : 다이오드 쌍 22
26 : 각각의 1/2 위상 모듈 28 : 각각의 1/2 위상 모듈 26
30 : 컨트롤러 32 : 각각의 라인 쌍
34 : 컨덕터 쌍 36 : 컨덕터 쌍 34
38 : DC 버스 40 : 양방향 DC-AC 전압 인버터
42 : 1/2 위상 모듈 44 : 1/2 위상 모듈
46 : 1/2 위상 모듈 48 : 1/2 위상 모듈
50 : 1/2 위상 모듈 52 : 1/2 위상 모듈
54 : 위상 56 : 위상
58 : 위상 60 : 전자기계적 디바이스
62 : 휠 64 : 권선
66 : 권선 68 : 권선
70 : 컨덕터 72 : 컨덕터
74 : 노드 76 : 제 2 에너지 저장 디바이스
78 : 충전 시스템 80 : 충전 버스
82 : 컨덕터 쌍 84 : 컨덕터 쌍 82
86 : 정류기 88 : 리셉태클
90 : 콘택트를 구비하는 리셉태클 88
92 : 콘택트를 구비하는 리셉태클 88 90
94 : 플러그 96 : 콘택트를 구비하는 플러그 94
98 : 콘택트를 구비하는 플러그 94 96
100 : 외부 전력 소스 102 : 트랙션 시스템
104 : 양방향 DC-AC 전압 인버터 106 : 제 2 전자기계적 디바이스
108 : 복수의 권선 110 : 복수의 권선 108
112 : 복수의 권선 108, 110 114 : 1/2 위상 모듈
116 : 1/2 위상 모듈 118 : 1/2 위상 모듈
120 : 1/2 위상 모듈 122 : 1/2 위상 모듈
124 : 1/2 위상 모듈 126 : 위상
128 : 위상 130 : 위상
132 : 내부 연소 엔진 134 : 트랙션 시스템
136 : 콘택터 138 : 다이오드
140 : 스위치 142 : 다이오드
144 : 스위치 146 : 트랙션 시스템
148 : DC 소스 또는 싱크 150 : 리셉태클
152 : 콘택트를 갖는 리셉태클 150
154 : 콘택트를 갖는 리셉태클 150 152
156 : 플러그 158 : 콘택트를 갖는 플러그 156
160 : 콘택트를 갖는 플러그 156 158
162 : 트랙션 시스템 164 : 제 2 DC 버스
166 : 트랙션 시스템 168 : 스위치

Claims (20)

  1. 제 1 DC 버스(38)에 연결된 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)와,
    상기 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터(40)에 연결되는 제 1 전자기계적 디바이스(60)와,
    상기 제 1 DC 버스(38)와 제 2 DC 버스(164) 사이에 연결된 양방향 DC-DC 전압 변환기(14)와,
    상기 제 2 DC 버스(164)와 연결된 제 1 에너지 저장 디바이스(12)와,
    상기 제 1 에너지 저장 디바이스(12)와 상기 제 2 DC 버스(164)에 연결된 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)와,
    제 2 전자기계적 디바이스(106)의 적어도 하나의 권선을 통하여 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)에 연결된 충전 버스(80)를 포함하되,
    상기 충전 버스(80)는 외부 전력 소스(100)로부터 충전 전압을 수신하여, 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터(104)에 상기 충전 전압을 공급하도록 구성되는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 DC 버스 상의 DC 전압을 상기 제 2 전자기계적 디바이스에 공급하기 위한 AC 전압으로 변환하고,
    상기 외부 전력 소스로부터 상기 제 1 전자기계적 디바이스에 공급되는 충전전압을 상기 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 DC 전압으로 변환하도록
    상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터의 스위칭을 선택적으로 제어하고,
    상기 제 1 DC 버스 상의 DC 전압을 상기 제 1 전자기계적 디바이스에 공급하기 위한 AC 전압으로 변환하고,
    상기 제 1 전자기계적 디바이스의 AC 전압을 상기 제 1 DC 버스에 전달하기 위한 DC 전압으로 변환하도록
    상기 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 구성되는 컨트롤러를 더 포함하는
    장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한,
    상기 제 1 DC 버스 상의 상기 DC 전압을 상기 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 DC 전압으로 변환하도록
    상기 양방향 DC-DC 전압 변환기의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 구성되는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 DC 버스에 연결된 제 2 에너지 저장 디바이스를 더 포함하는
    장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 에너지 저장 디바이스는 울트라 커패시터를 포함하고,
    상기 제 1 에너지 저장 디바이스는 상기 울트라 커패시터보다 낮은 전압을 갖는 배터리를 포함하는
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 버스는
    상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터와 상기 외부 전력 소스에 연결된 제 1 컨덕터 및
    상기 제 2 전자기계적 디바이스와 상기 외부 전력 소스에 연결된 제 2 컨덕터를 포함하는
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전자기계적 디바이스는 트랙션 모터를 포함하고,
    상기 제 2 전자기계적 디바이스는 교류기(alternator)를 포함하는
    장치.
  8. 제조 방법에 있어서,
    제 1 에너지 저장 디바이스를 제공하는 단계와,
    양방향 DC-DC 전압 변환기의 저전압측을 상기 제 1 에너지 저장 디바이스에 연결하는 단계와,
    상기 양방향 DC-DC 전압 변환기의 고전압측을 제 1 DC 버스에 연결하는 단계와,
    제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터를 상기 제 1 DC 버스에 연결하는 단계와,
    제 1 전자기계적 디바이스를 상기 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터에 연결하는 단계와,
    제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터를 상기 제 1 에너지 저장 디바이스와 평행하게 제 2 DC 버스를 가로질러(across) 연결하는 단계와,
    제 2 전자기계적 디바이스에 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터를 연결하는 단계와,
    충전 버스를 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터 및 외부 전력 소스에 연결하는 단계를 포함하는
    제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    충전 버스를 상기 제 2 전자기계적 디바이스의 적어도 하나의 권선을 통하여 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터에 연결하는 단계를 더 포함하는
    제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터, 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터 및 상기 양방향 DC-DC 전압 변환기의 스위칭을 선택적으로 제어하기 위하여,
    컨트롤러를 상기 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터와 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터 및 상기 양방향 DC-DC 전압 변환기에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는
    제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 2 에너지 저장 디바이스를 상기 제 1 DC 버스에 연결하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제 2 에너지 저장 디바이스는 상기 제 1 에너지 저장 디바이스보다 더 높은 전압을 갖는
    제조 방법.
  12. 충전 시스템으로서,
    외부 전력 소스 및 자동차(vehicle)를 포함하고,
    상기 자동차는
    제 1 DC 버스와,
    제 1 전자기계적 디바이스의 AC 전압을 제 1 DC 전압으로 인버팅하여 상기 제 1 DC 버스에 상기 제 1 DC 전압을 공급하도록 구성되는 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터와,
    상기 제 1 DC 버스와 연결되고, 상기 제 1 DC 전압을 제 2 DC 전압으로 변환하여 제 2 DC 버스에 상기 제 2 DC 전압을 공급하도록 구성되는 양방향 DC-DC 전압변환기와,
    제 1 에너지 저장 디바이스와 평행하게 상기 제 2 DC 버스를 가로질러(across) 연결되고, 제 2 전자기계적 디바이스의 AC 전압을 상기 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 DC 전압으로 인버팅하도록 구성되는 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터와,
    상기 외부 전력 소스로부터 충전 전압을 수신하여, 상기 제 2 전자기계적 디바이스에 상기 충전 전압을 공급하도록 구성되는 충전 버스와,
    상기 제 1 양방향 DC-AC 전압 인버터, 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터 및 상기 양방향 DC-DC 전압 변환기의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는
    충전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전자기계적 디바이스에 연결된 내부 연소 엔진을 더 포함하는
    충전 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 외부 전력 소스는 AC 전력 소스를 포함하는
    충전 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 외부 전력 소스는 DC 전력 소스를 포함하는
    충전 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 DC 버스에 전기 에너지를 공급하고, 상기 제 1 에너지 저장 디바이스보다 더 높은 전압을 갖는 제 2 에너지 저장 디바이스를 더 포함하는
    충전 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 또한,
    상기 제 1 DC 버스 상의 DC 전압을 상기 제 2 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 DC 전압으로 변환하고,
    상기 제 2 DC 버스 상의 DC 전압을 상기 제 1 에너지 저장 디바이스를 충전하기 위한 DC 전압으로 변환하도록
    상기 양방향 DC-DC 전압 변환기의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 구성되는
    충전 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터는 복수의 1/2 위상 모듈을 갖는 3 위상 DC-AC 전압 인버터를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 또한, 상기 제 2 양방향 DC-AC 전압 인버터가 2 위상 회로로서 동작하게끔 상기 복수의 1/2 위상 모듈의 스위칭을 제어하도록 구성되는
    충전 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 충전 버스와 상기 외부 전력 소스 사이에 연결된 정류기를 더 포함하는
    충전 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 정류기는 자동차에 탑재되지 않는(off-board)
    충전 시스템.
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