KR102171591B1

KR102171591B1 - 전기 자동차의 충전 회로

Info

Publication number: KR102171591B1
Application number: KR1020180071411A
Authority: KR
Inventors: 이강현
Original assignee: 대구대학교 산학협력단
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2020-10-29
Also published as: KR20190143650A

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 충전 회로에 관한 것으로, 다수의 단위 고전압 배터리(10-1~10-n)가 직렬연결된 고전압 배터리부(10)와, 상기 다수의 단위 고전압 배터리(10-1~10-n)의 전류를 각각 낮춰 저전압 배터리부(30)를 충전하되, 저전압 배터리부(30)에 대하여 병렬연결되는 다수의 저전압 충전부(20-1~20-n)와, 상기 다수의 저전압 충전부(20-1~20-n) 중 인접한 두 저전압 충전부들의 출력전류를 균등하게 하는 다수의 전류 균등부(40-1~40-m, m=n-1)를 포함한다.

Description

전기 자동차의 충전 회로{Charging circuit for electric vehicle}

본 발명은 전기 자동차의 충전 회로에 관한 것으로, 더 상세하게는 차량 전장용 배터리를 충전하는 전기 자동차의 충전 회로에 관한 것이다.

현재 전기 자동차는 몇몇 제조사에서 제한적인 모델만 시판되고 있다. 그러나 점점 차종이 다양해지고 전기 자동차의 구동 전력도 점점 높아지고 있다. 전기 자동차는 주행에 필요한 구동용 배터리와 전장에 전원을 공급하기 위한 전장용 배터리가 사용되고 있다.

구동용 배터리는 점점 더 높은 전압이 요구되고 있으며, 전장용 배터리의 경우에도 전장 부품의 증가에 의해 더 높은 전류 용량이 요구되고 있다.

도 1은 종래 전기 자동차의 충전 회로도이다.

도 1을 참조하면 종래 전기 자동차의 충전 회로는, 교류전원부(1)의 교류전원을 직류전원으로 변환하는 직류변환부(2)와, 상기 직류변환부(2)의 전압을 승압하여 구동용 배터리(4)를 충전하는 고전압 충전부(3)와, 상기 구동용 배터리(4)의 전압을 감압하여 전장용 배터리(6)를 충전하는 저전압 충전부(5)를 포함하여 구성된다.

이처럼 외부의 교류전원부(1)를 이용하여 300V 이상의 고전압인 구동용 배터리(4)를 충전하고, 구동용 배터리(4) 직류 전압을 이용하여 다시 12 또는 24V인 전장용 배터리(6)를 충전하는 방식을 사용하고 있다.

앞서 언급한 바와 같이 구동용 배터리(4)의 경우에는 더 높은 전압이 요구되고 있으며, 차량의 구동용 배터리(4)의 전압이 더 높아지게 되면, 차량 전장용 배터리(6)를 충전하는 저전압 충전부(5)의 전압 내압을 높여야 하며, 이는 전체적인 충전 회로의 복잡성을 증가시키고, 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 전장용 배터리(6)는 점점 더 높은 전류용량이 요구되고 있으며, 전압은 낮지만 전류가 높은 사양으로 발전하고 있다. 따라서 저전압 충전부(5) 또한 더 높은 출력전류를 공급할 필요가 있으며, 전기 자동차가 소형, 중형, 대형 분야에 적용될 경우 차량 구동용 배터리의 용량 및 전압이 모두 다르고 저전압 배터리의 경우도 전류 사양이 모두 다르게 되기 때문에 저전압 충전부(5)를 소형, 중형, 대형 전기 자동차에 맞춰 각기 다르게 설계해야 하는 불편함이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 충전회로를 단순화하며, 저전압 배터리를 충전하는 저전압 충전부를 모듈화하여 전류 용량의 변화에 유연하게 대응할 수 있는 전기 자동차의 충전 회로를 제공함에 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 저전압 배터리에 충전되는 전압의 불균형을 방지할 수 있는 전기 자동차의 충전 회로를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 전기 자동차의 충전 회로는, 본 발명은 전기 자동차의 충전 회로에 관한 것으로, 다수의 단위 고전압 배터리(10-1~10-n)가 직렬연결된 고전압 배터리부(10)와, 상기 다수의 단위 고전압 배터리(10-1~10-n)의 전류를 각각 낮춰 저전압 배터리부(30)를 충전하되, 저전압 배터리부(30)에 대하여 병렬연결되는 다수의 저전압 충전부(20-1~20-n)와, 상기 다수의 저전압 충전부(20-1~20-n) 중 인접한 두 저전압 충전부들의 출력전류를 균등하게 하는 다수의 전류 균등부(40-1~40-m, m=n-1)를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 두 저전압 충전부들과 두 저전압 충전부들의 출력전류를 균등하게 하는 하나의 전류 균등부는 충전모듈부(100)로 모듈화되어, 단위 고전압 배터리의 수의 변화와 저전압 배터리부(30)의 전류 용량 변화에 따라 장착되는 수를 조정 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 충전모듈부(100)는, 상호 직렬 연결되며, 단위 고전압 배터리(10-1)와는 병렬 배치되는 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)와, 상호 직렬 연결되며, 상기 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)와 직렬 배치되고, 단위 고전압 배터리(10-2)와는 병렬 배치되는 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)와, 상기 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)와, 상기 인덕터(L1)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L2,L3)와, 상기 인덕터(L3)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제1전류(i1)를 출력하는 제1출력단(110)과, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C2) 및 인덕터(L4)와, 상기 인덕터(L4)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L5,L6)와, 상기 인덕터(L6)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제2전류(i2)를 출력하는 제2출력단(120)과, 상기 고전압 배터리(10-1, 10-2)의 접점과 상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점의 사이에 배치되는 전류 균등부(40-1)를 포함하며, 상기 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)는 한 쌍으로 동일한 상태를 가지며, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)은 제1스위치와는 반대의 상태를 가지는 것으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전류 균등부(40-1)는, 커패시터(Ceq)로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 충전모듈부(100)는, 상호 직렬 연결되며, 단위 고전압 배터리(10-1)와는 병렬 배치되는 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)와, 상호 직렬 연결되며, 상기 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)와 직렬 배치되고, 단위 고전압 배터리(10-2)와는 병렬 배치되는 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4)와, 상기 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)와, 상기 인덕터(L1)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L2,L3)와, 상기 인덕터(L3)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제1전류(i1)를 출력하는 제1출력단(110)과, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점에 직렬 연결되는 인덕터(L4)와, 상기 인덕터(L4)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L5,L6)와, 상기 인덕터(L6)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제2전류(i2)를 출력하는 제2출력단(120)과, 상기 제4스위치(S4)의 타단과 상기 인덕터(L5,L6)의 타단에 연결되는 커패시터(C2)와, 상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점과 상기 인덕터(L2,L3)의 타단을 흐르는 전류와 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점과 인덕터(L5,L6)의 타단을 흐르는 전류를 균등화하는 인덕터형 전류 균등부(60)를 포함하며, 상기 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)는 한 쌍으로 동일한 상태를 가지며, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)은 제1스위치와는 반대의 상태를 가지는 것으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 인덕터형 전류 균등부(60)는, 상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점과 상기 인덕터(L2,L3)의 타단에 사이에 위치하는 1차측 권선부(61)와, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점과 인덕터(L5,L6)의 타단 사이에 연결되는 2차측 권선부(62)를 포함하되, 상기 1차측 권선부(61)와 2차측 권선부(62)의 권선비는 1:1가 되도록 할 수 있다.

본 발명 전기 자동차의 충전 회로는, 고전압 배터리를 구성하는 단위 배터리들마다 모듈화된 저전압 충전부를 연결하고, 각 저전압 충전부를 병렬로 연결하여 저전압 배터리를 충전하도록 함으로써, 고전압 배터리의 전압 증가 및 저전압 배터리의 전류 용량 변화에 따라 새로운 회로를 개발하지 않고도 충전 요구사항에 부합하는 회로를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 저전압 배터리에 공급되는 전압의 불균형 현상이 발생하지 않도록 전류 균형 회로를 더 포함하여, 안정적인 충전이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 전기 자동차 충전 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차 충전 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 충전부와 전류 균등부의 일부 회로도이다.
도 4는 도 3의 등가회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저전압 충전부와 전류 균등부의 일부 회로도이다.
도 6은 도 5의 동작 파형도이다.

이하, 본 발명 전기 자동차 충전 회로에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 다수의 단위 배터리(10-1~10-n)를 포함하는 고전압 배터리부(10)와, 상기 고전압 배터리부(10)의 단위 배터리(10-1~10-n) 각각의 전압을 공급받아 감압하여 저전압 배터리부(30)를 충전하는 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)와, 상기 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)와, 상기 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)중 이웃한 두 저전압 충전부의 출력 전류의 균형을 맞추는 복수의 전류 균등부(40-1~40-m)를 포함한다.

상기 n은 양의 정수, m은 n-1로 정의한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 회로의 구성과 작용에 대하여 더 상세하게 설명한다.

먼저, 고전압 배터리부(10)는 n개의 단위 배터리(10-1~10-n)가 직렬로 연결되어 300V 이상의 고전압원으로 사용된다. 고전압 배터리부(10)의 단위 배터리(10-1~10-n)들의 출력전압은 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)의 입력이 되며, 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)는 모두 저전압 배터리부(30)에 병렬로 연결되어 있다.

따라서 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)에서 각각 출력되는 출력전류들에 의해 저전압 배터리부(30)가 충전된다.

제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n)는 하프브리지 LLC DC/DC 컨버터를 사용한다.

하지만, 단위 고전압 배터리(10-1~10-n) 각각의 전압은 고전압 배터리부(10)의 임피던스의 차이로 인하여 서로 다른 값이 되며, 따라서 제1 내지 제n저전압 충전부(20-1~20-n) 각각의 출력 전류는 차이가 발생하게 된다.

이러한 출력 전류의 차이, 즉 전류 쏠림 현상이 발생하게 되면 특정한 저전압 충전부의 출력 전류 증가로 인하여 발열량이 증가하게 되며, 신뢰성이 저하되어 모듈화를 어렵게 하는 원인이 된다.

본 발명에서는 두 개의 저전압 충전부를 한 쌍으로 하여, 한 쌍의 단위 저전압 충전부의 출력전류를 균등하게 조절하는 전류 균등부(40-1~40-m)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

좀 더 구체적으로 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2)는 전류 균등부(40-1)에 의해 출력 전류가 동일하게 출력될 수 있도록 하며, 다시 제2저전압 충전부(20-2)와 제3저전압 충전부(20-3)는 전류 균등부(40-2)를 통해 출력 전류를 동일한 값으로 유지할 수 있다.

이와 동일한 방식으로 m개의 전류 균등부를 사용하여 n(=m+1)개의 저전압 충전부들의 출력 전류를 모두 균등화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 충전부와 전류 균등부의 일부 회로도이다.

도 3을 참조하면 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2)는 각각 제1고전압 배터리(10-1)과 제2고전압 배터리(10-2)의 전압을 변환하여 출력전류를 출력하는 LLC 컨버터이며, 전류 균등부(40-1)에 의해 출력 전류가 균등화된다.

좀 더 구체적으로, 상기 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2) 및 전류 균등부(40-1)는 하나의 충전모듈부(100)를 이루며, 충전모듈부(100)는 상기 단위 고전압 배터리(10-1,10-2)의 출력을 선택적으로 출력하는 제1 내지 제4스위치(S1,S2,S3,S4)와, 상기 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)와, 상기 인덕터(L1)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L2,L3)와, 상기 인덕터(L3)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제1전류(i1)를 출력하는 제1출력단(110)과, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C2) 및 인덕터(L4)와, 상기 인덕터(L4)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L5,L6)와, 상기 인덕터(L6)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제2전류(i2)를 출력하는 제2출력단(120)과, 상기 고전압 배터리(10-1, 10-2)의 접점과 상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점의 사이에 배치되는 전류 균등부(40-1)를 포함한다.

상기 전류 균등부(40-1)는 커패시터(Ceq)일 수 있다.

먼저, 제1스위치(S1)과 제4스위치(S4)가 한 쌍을 이루어 동시에 동작하며, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)가 한 쌍을 이루어 동시에 상태를 변경한다.

제1스위치(S1)와 제4스위치(S4) 쌍은 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3) 쌍과는 반대 상태로 동작한다.

먼저, 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)가 턴온된 상태에서는 직렬연결된 단위 고전압 배터리(10-1, 10-2), 제1스위치(S1), 커패시터(C1), 인덕터(L1, L2, L3, L5, L6, L4), 커패시터(C2), 제4스위치(S4)의 루프가 형성된다.

이때 전류 균등부(40-1)의 커패시터(Ceq)의 전압은 두 단위 고전압 배터리(10-1, 10-2)의 전압 차이 및 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2)의 출력 저항 차이에 의해 결정된다.

반대로 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)가 턴오프되고, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)가 턴온된 상태에서는, 제2스위치(S2)와 커패시터(C1), 인덕터(L1, L2, L3, L5, L6, L4), 커패시터(C2), 제3스위치(S3)의 루프가 형성된다.

도 4는 도 3의 등가회로도이다.

앞서 설명한 바와 같이 전류 균등부(40-1)의 커패시터(Ceq)의 전압은 두 단위 고전압 배터리(10-1, 10-2)의 전압 차이 및 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2)의 출력 저항 차이에 의해 결정되며, 따라서 등가회로는 상호 병렬 연결된 단위 고전압 배터리(10-1, 10-2)와, 상기 단위 고전압 배터리(10-1, 10-2) 각각의 양극과 출력단 사이에 직렬 연결되는 커패시터(Ceq1, Ceq2) 및 출력저항(R1,R2)를 포함한다.

이와 같은 구성에서 커패시터(Ceq1, Ceq2)의 전압은 고전압 배터리(10-1,10-2)의 전압 차 및 출력 저항의 저항값 차에 의해 결정되며, 결국 두 루프를 흐르는 전류는 출력전류(io)의 절반으로 되며, 이 전류가 더해져 출력전류(io)를 이룬다.

이와 같이 본 발명은 고전압 배터리부(10)의 전압이 증가하는 경우, 즉 단위 고전압 배터리의 수가 증가하는 경우에는 별도의 저전압 충전부의 설계를 변경하지 않고, 단위 고전압 배터리의 수에 맞춰 저전압 충전부의 수를 증가시켜 내압을 높일 수 있다.

즉, 저전압 충전부를 모듈화하여, 고전압 배터리부(10)의 전압값이 증가하더라도 내압의 증가 없이 대응할 수 있으며, 저전압 충전부를 모듈화하였을 때 발생할 수 있는 출력 전류에 차이가 발생하는 것을 전류 균등부를 사용하여 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저전압 충전부와 전류 균등부의 일부 회로도이다.

도 5를 참조하면 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2)는 각각 제1고전압 배터리(10-1)과 제2고전압 배터리(10-2)의 전압을 변환하여 출력전류를 출력하는 LLC 컨버터이며, 인덕터형 전류 균등부(60)에 의해 출력 전류가 균등화된다.

좀 더 구체적으로, 상기 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2) 및 인덕터형 전류 균등부(60)는 하나의 충전모듈부(100)를 이루며, 충전모듈부(100)는 상기 단위 고전압 배터리(10-1,10-2)의 출력을 선택적으로 출력하는 제1 내지 제4스위치(S1,S2,S3,S4)와, 상기 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)와, 상기 인덕터(L1)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L2,L3)와, 상기 인덕터(L3)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제1전류(i1)를 출력하는 제1출력단(110)과, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점에 직렬 연결되는 인덕터(L4)와, 상기 인덕터(L4)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L5,L6)와, 상기 인덕터(L6)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제2전류(i2)를 출력하는 제2출력단(120)과, 상기 제4스위치(S4)의 타단과 상기 인덕터(L5,L6)의 타단에 연결되는 커패시터(C2)와, 상기 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-2)의 전압을 균등하게 하는 인덕터형 전류 균등부(60)로 구성된다.

상기 인덕터형 전류 균등부(60)는, 상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점과 상기 인덕터(L2,L3)의 타단에 사이에 위치하는 1차측 권선부(61)와, 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점과 인덕터(L5,L6)의 타단 사이에 연결되는 2차측 권선부(62)를 포함한다.

상기 인덕터형 전류 균등부(60)의 1차측 권선부(61)와 2차측 권선부(62)는 권선비가 1:1이며, 제1저전압 충전부(20-1)와 제2저전압 충전부(20-1)에서 컨버팅하는 단위 고전압 배터리들(10-1,10-2)의 전체 고전압 배터리부(10)에 대한 임피던스 차이로 인하여 출력 전압의 값에 차이가 있게 되나, 권선비가 1:1인 1차측 권선부(61)와 2차측 권선부(62)를 이용하여 임피던스의 차에 따른 출력 전류의 차를 해소할 수 있다.

상기 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)는 동일한 제어상태를 가지며, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)는 제1스위치(S1) 및 제4스위치(S4)와는 반대의 제어상태를 가진다.

도 6은 상기 도 5의 실시예의 동작 파형도이다.

도 6을 참조하면, 상기 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)가 턴온되고, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)가 턴오프된 상태에서, 이때 인덕터(L2)에는 도 7에 도시한 전압(Vpri1)이 걸리며, 1차측 권선부(61)에는 소정의 전류가 흐르고, 동일한 전류가 2차측 권선부(62)에 흐르게 된다.

이때는 단위 고전압 배터리(10-1)의 전압으로 저전압 배터리부(30)를 충전한다.

따라서 제2저전압 충전부(20-2)의 인덕터(L5)에는 도 7에 도시한 전압(Vpri2)가 걸리게 된다.

이때의 두 전압(Vpri1, Vpri2)는 동일한 수준의 전압이며, 이를 변환한 제1출력단(110)과 제2출력단(120)의 출력 전류(i1,i2)도 균등화된다.

또한, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)가 턴온되고, 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)가 턴오프된 상태에서는 단위 고전압 배터리(10-2), 제3스위치(S3)를 통해 2차측 권선부(62)로 전류가 흐르게 되며, 1차측 권선부(61)에도 동일한 전류가 흐르게 된다.

이때 역시 인덕터(L3, L5)에는 동일한 정도의 전압(Vpri1, Vpri2)이 걸리며, 제1출력단(110)과 제2출력단(120)을 통해 각각 출력되는 전류(i1, i2)도 동일한 정도의 값을 가지게 된다.

여기서 동일한 정도라는 것은 특정 저전압 충전부가 과열될 정도로 일측에만 과도한 전류가 흐르는 것이 방지되는 정도로 이해될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10:고전압 배터리부 10-1~10-n:단위 고전압 배터리
20-1~20-n:저전압 충전부 30:저전압 배터리부
40-1~40-n:전류 균등부 60:인버터형 전류 균등부
61:1차측 권선부 62:2차측 권선부

Claims

다수의 단위 고전압 배터리(10-1~10-n)가 직렬연결된 고전압 배터리부(10);
상기 다수의 단위 고전압 배터리(10-1~10-n)의 전류를 각각 낮춰 저전압 배터리부(30)를 충전하되, 저전압 배터리부(30)에 대하여 병렬연결되는 다수의 저전압 충전부(20-1~20-n); 및
상기 다수의 저전압 충전부(20-1~20-n) 중 인접한 두 저전압 충전부들의 출력전류를 균등하게 하는 다수의 전류 균등부(40-1~40-m, m=n-1)를 포함하되,
상기 두 저전압 충전부들과 두 저전압 충전부들의 출력전류를 균등하게 하는 하나의 전류 균등부는 충전모듈부(100)로 모듈화되어, 단위 고전압 배터리의 수의 변화와 저전압 배터리부(30)의 전류 용량 변화에 따라 장착되는 수를 조정 가능하고,
상기 충전모듈부(100)는,
상호 직렬 연결되며, 단위 고전압 배터리(10-1)와는 병렬 배치되는 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2);
상호 직렬 연결되며, 상기 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)와 직렬 배치되고, 단위 고전압 배터리(10-2)와는 병렬 배치되는 제3스위치(S3) 및 제4스위치(S4);
상기 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)의 접점에 직렬 연결되는 커패시터(C1) 및 인덕터(L1);
상기 인덕터(L1)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L2,L3);
상기 인덕터(L3)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제1전류(i1)를 출력하는 제1출력단(110);
상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점에 직렬 연결되는 인덕터(L4);
상기 인덕터(L4)의 타단에 병렬연결되는 인덕터(L5,L6);
상기 인덕터(L6)를 일차측으로 하는 이차측으로서, 전류를 변환하여 제2전류(i2)를 출력하는 제2출력단(120);
상기 제4스위치(S4)의 타단과 상기 인덕터(L5,L6)의 타단에 연결되는 커패시터(C2);
상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점과 상기 인덕터(L2,L3)의 타단을 흐르는 전류와 상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점과 인덕터(L5,L6)의 타단을 흐르는 전류를 균등화하는 인덕터형 전류 균등부(60)를 포함하며,
상기 제1스위치(S1)와 제4스위치(S4)는 한 쌍으로 동일한 상태를 가지며, 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)은 제1스위치와는 반대의 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 회로.
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제1항에 있어서,
상기 인덕터형 전류 균등부(60)는,
상기 제2스위치(S2)와 제3스위치(S3)의 접점과 상기 인덕터(L2,L3)의 타단에 사이에 위치하는 1차측 권선부(61); 및
상기 제3스위치(S3)와 제4스위치(S4)의 접점과 인덕터(L5,L6)의 타단 사이에 연결되는 2차측 권선부(62)를 포함하되,
상기 1차측 권선부(61)와 2차측 권선부(62)의 권선비는 1:1인 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 회로.