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KR20200038152A - An integrated multi battery charging system having an active power decoupling capability for an electric vehicle - Google Patents

An integrated multi battery charging system having an active power decoupling capability for an electric vehicle Download PDF

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KR20200038152A
KR20200038152A KR1020180117883A KR20180117883A KR20200038152A KR 20200038152 A KR20200038152 A KR 20200038152A KR 1020180117883 A KR1020180117883 A KR 1020180117883A KR 20180117883 A KR20180117883 A KR 20180117883A KR 20200038152 A KR20200038152 A KR 20200038152A
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KR
South Korea
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battery
voltage
link
controller
mode
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이동춘
누옌황부
염태일
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 전원과 일단이 연결되고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 포함하는 제 1 회로부, 상기 제 1 회로부의 타단과 연결된 DC 링크, 상기 DC 링크와 제 1 배터리 사이에 구비되고, 상기 제 1 배터리를 충전하거나 방전하는 제 2 회로부, 상기 DC 링크와 상기 제 2 배터리사이에 구비된 제 3 회로부, 운전 모드 신호에 따라 상기 제 1 내지 3 회로부는 상기 제 1 배터리를 충전 또는 방전하거나, 상기 제 2 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 전기차용 능동형 전력 디커플링 기능을 갖는 일체형 멀티 충전시스템에 대한 발명이다.
고전압 메인 배터리 충전 모드에서는 보조 배터리 충전용 회로의 일부가 능동 필터로 동작함으로써 대용량 필터 커패시터를 배제할 수 있고, 고전압 메인 배터리 충전 기능 회로와 보조 배터리 충전 기능 회로가 변압기를 공용함으로써 사이즈가 크고 재료비가 비싼 변압기 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.
The present invention is provided between a first circuit part, a DC link connected to the other end of the first circuit part, the DC link and the first battery, the power supply being connected to one end, the function of converting an AC voltage into a DC voltage, A second circuit part for charging or discharging the first battery, a third circuit part provided between the DC link and the second battery, and the first to third circuit parts charging or discharging the first battery according to an operation mode signal or , It is an invention for an integrated multi-charging system having an active power decoupling function for an electric vehicle, characterized in that the second battery is charged.
In the high voltage main battery charging mode, a part of the auxiliary battery charging circuit operates as an active filter to exclude a large-capacity filter capacitor, and the high voltage main battery charging function circuit and the auxiliary battery charging function circuit share a transformer, resulting in large size and material cost. It has the effect of reducing the number of expensive transformers.

Description

전기차용 능동형 전력 디커플링 기능을 갖는 일체형 멀티 충전시스템 {AN INTEGRATED MULTI BATTERY CHARGING SYSTEM HAVING AN ACTIVE POWER DECOUPLING CAPABILITY FOR AN ELECTRIC VEHICLE}All-in-one multi charging system with active power decoupling for electric vehicles {AN INTEGRATED MULTI BATTERY CHARGING SYSTEM HAVING AN ACTIVE POWER DECOUPLING CAPABILITY FOR AN ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차에 있어서 V2G(Vehicle to Grid) 기능을 갖는 고전압 메인 배터리 충전기와 보조 배터리 충전용 충전기를 결합한 일체형 온-보드 충전시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고전압 메인 배터리 충전 모드에서는 보조 배터리 충전용 회로의 일부가 능동 필터로 동작함으로써 대용량 필터 커패시터를 배제할 수 있고, 고전압 메인 배터리 충전 기능 회로와 보조 배터리 충전 기능 회로가 변압기를 공용함으로써 사이즈가 크고 재료비가 비싼 변압기 수를 줄일 수 있는 컴팩트 타입의 전기차용 온-보드 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated on-board charging system that combines a high voltage main battery charger having a vehicle to grid (V2G) function and a charger for charging an auxiliary battery in an electric vehicle. More specifically, in the high voltage main battery charging mode, a part of the auxiliary battery charging circuit can act as an active filter to exclude a large-capacity filter capacitor, and the high voltage main battery charging function circuit and the auxiliary battery charging function circuit share a transformer size. It relates to an on-board charging system for a compact type electric vehicle that can reduce the number of transformers having a large and expensive material.

배터리가 차량에 탑재된 충전기를 통해 계통 전원으로부터 충전되는 순수 전기자동차 또는 플러그인 하이브리드차 등 (이하 ‘전기차’로 통칭한다)에는 두 가지 배터리가 사용된다. 하나는 견인 모터 드라이브 용 고전압 메인 배터리이고, 다른 하나는 조명 및 신호 회로, 편의기능, 자동 시트 및 기타 전자 장치와 같은 부하에 전원을 공급하는 보조 전원 공급 장치용 보조 배터리이다. 기존의 내연기관 차량에 있는 교류발전기를 대신해 이 보조 배터리는 고전압 메인 배터리로부터 보조 배터리 충전용 충전기를 통해 충전된다. 차량용 배터리 충전기는 일반적으로 긴 수명주기, 소량 및 경량을 필요로 한다.Two batteries are used in a pure electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle (hereinafter referred to as “electric vehicle”) in which a battery is charged from a system power source through a charger mounted on a vehicle. One is a high voltage main battery for traction motor drives, and the other is a secondary battery for auxiliary power supplies that power loads such as lighting and signal circuits, convenience functions, automatic seats and other electronic devices. Instead of the alternator in an existing internal combustion engine vehicle, this secondary battery is charged from the high-voltage main battery through a secondary battery charger. Vehicle battery chargers generally require a long life cycle, small volume and light weight.

단상 고전압 메인 배터리 충전기에는 계통 주파수의 두 배로 변동되는 고유의 전력 리플 요소가 있어 DC 링크 전압에 리플이 발생한다. 이 저주파 전력 리플을 평활하게 하기 위해서는 대용량 커패시터가 필요하여 충전기의 크기를 작게 하는데 있어서 중요한 장애요인이다. The single-phase high-voltage main battery charger has its own power ripple factor that fluctuates twice the grid frequency, causing ripple on the DC link voltage. In order to smooth this low-frequency power ripple, a large-capacity capacitor is required, which is an important obstacle in reducing the size of the charger.

한편, 계통 전원으로 고전압 메인 배터리를 충전하거나 고전압 메인 배터리로 계통에 전원을 공급하는 경우 전기 안전, 사용자 안전 등을 위해 계통 전원과 고전압 메인 배터리 사이에는 변압기를 통해서 절연한다. 또한, 전기차 내부에서도 사용자의 감전 등을 방지하기 위해 차량 샤시와 음극단자가 연결된 보조 배터리에 비해서 고전압 메인 배터리는 양극 및 음극이 모두 차량 샤시와 절연되어야 한다. 따라서, 고전압 메인 배터리 충전기 및 보조 배터리 충전기 각각에 변압기가 포함되는데, 변압기는 사이즈가 크고 코어 재료비 등으로 부품비가 상대적으로 비싸서 전기차 충전시스템의 가격을 낮추고 사이즈를 줄이며 무게를 줄이는데 또한 장애요인이다.On the other hand, when charging the high voltage main battery with grid power or supplying power to the grid with high voltage main battery, insulate between the grid power and the high voltage main battery through a transformer for electrical safety and user safety. In addition, in order to prevent electric shock of a user even inside an electric vehicle, both the positive and negative poles of the high voltage main battery must be insulated from the vehicle chassis compared to the auxiliary battery connected to the vehicle chassis and the negative terminal. Therefore, a transformer is included in each of the high voltage main battery charger and the auxiliary battery charger, and the transformer is large and the component cost is relatively high due to the core material cost, so it is also a obstacle to lower the price of the electric vehicle charging system, reduce the size, and reduce the weight.

종래에는 위와 같은 문제의 일부를 해결하기 위해, 스너버 회로를 일부 개선하거나 스위칭 주파수를 변경하는 기술들이 제시되었으나, 그로 인한 결과가 제한적으로 충분하지 않아서, 여전히 전기차 충전시스템의 부피, 무게, 가격을 낮추는데 어려움이 있다.In the past, in order to solve some of the above problems, techniques for partially improving the snubber circuit or changing the switching frequency have been proposed, but the result is not limited enough, so the volume, weight, and price of the electric vehicle charging system are still reduced. Difficult to lower.

본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 충전시스템으로 외부 전원과 고전압 메인 배터리간에 양방향 전력 전달을 통해 고전압 메인 배터리를 충전하거나 V2G(Vehicle to Grid) 기능으로 고전압 메인 배터리의 전력을 계통에 공급하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the problems as described above, charge a high-voltage main battery through bi-directional power transfer between an external power source and a high-voltage main battery with a single charging system or a high-voltage main battery with a V2G (Vehicle to Grid) function. The purpose is to supply power to the system.

또한, 하나의 충전시스템으로 위와 같은 고전압 메인 배터리 충전 기능 외에도 보조 배터리를 충전하는 것을 목적으로 한다. In addition, it aims to charge the secondary battery in addition to the high voltage main battery charging function as described above with one charging system.

또한, 보조 배터리 충전 모드에서는 보조 배터리에 전력 전달을 수행하는 회로의 일부가 고전압 메인 배터리 충전 모드에서는 능동 전력 디커필링 필터로서 다용도로 동작하여 대용량 필터 커패시터의 사용을 배제하는 것을 목적으로 한다. In addition, in the auxiliary battery charging mode, a part of the circuit that performs power transmission to the auxiliary battery is intended to exclude the use of a large-capacity filter capacitor by operating as a multi-purpose active power decompiling filter in the high voltage main battery charging mode.

또한, 하나의 충전시스템이 고전압 메인 배터리 충전 기능과 보조 배터리 충전 기능을 수행함으로써, 하나의 변압기만으로 두 배터리를 모두 충전하는 것을 목적으로 한다. In addition, the purpose of one charging system is to charge both batteries with only one transformer by performing the high voltage main battery charging function and the auxiliary battery charging function.

또한, 대용량 필터 커패시터의 사용이나 변압기를 하나만 사용할 수 있음으로써 충전시스템의 사이즈, 무게, 재료비를 크게 줄이는 것을 목적으로 한다. Also, by using a large-capacity filter capacitor or using only one transformer, the object is to significantly reduce the size, weight, and material cost of the charging system.

또한, 위와 같이 부품의 수를 줄일 수 있으므로 충전시스템의 신뢰성을 향상 시키는 것을 목적으로 한다. In addition, it is an object of the present invention to improve the reliability of the charging system because the number of parts can be reduced as described above.

본 발명은, 전원과 일단이 연결되고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 포함하는 제 1 회로부, 상기 제 1 회로부의 타단과 연결된 DC 링크, 상기 DC 링크와 제 1 배터리 사이에 구비되고, 상기 제 1 배터리를 충전하거나 방전하는 제 2 회로부, 상기 DC 링크와 제 2 배터리사이에 구비된 제 3 회로부, 운전 모드 신호에 따라 상기 제 1 내지 3 회로부는 제 1 배터리를 충전 또는 방전하거나, 제 2 배터리를 충전 또는 방전하는 것 을 특징으로 하는 전기구동 차량용 충전시스템을 제공한다. The present invention is provided between a first circuit part, a DC link connected to the other end of the first circuit part, the DC link and the first battery, the power supply being connected to one end, the function of converting an AC voltage into a DC voltage, A second circuit portion for charging or discharging the first battery, a third circuit portion provided between the DC link and the second battery, and the first to third circuit portions charging or discharging the first battery according to an operation mode signal, 2 provides a charging system for an electric vehicle, characterized in that the battery is charged or discharged.

상기 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우 상기 제 1 회로부와 상기 제 2 회로부는 상기 전원으로부터 상기 제 1 배터리로 전달하거나, 상기 제 1 배터리로부터 상기 전원으로 에너지를 전달하며, 상기 제 3 회로부는 상기 DC링크에 상기 전원에 의한 교류 전압 성분이 나타나지 않도록 상기 DC 링크로부터 또는 상기 DC링크로 교류 전류가 흐르도록 하는 것이 바람직하다. When the driving mode signal is in the first mode, the first circuit part and the second circuit part transfer energy from the power source to the first battery, or transfer energy from the first battery to the power source, and the third circuit part includes the It is preferable that an AC current flows from the DC link or to the DC link so that an AC voltage component by the power source does not appear on the DC link.

상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우, 상기 제 2 회로부와 제 3 회로부는 상기 제 1 배터리로부터 상기 제 2 배터리로 에너지를 전달하는 것이 바람직하다. When the driving mode signal is the second mode, it is preferable that the second circuit part and the third circuit part transfer energy from the first battery to the second battery.

상기 제 3 회로부는, 운전 모드 신호에 따라 회로 연결을 전환하는 적어도 하나의 모드 전환 스위치를 포함하는 것이 바람직하다. Preferably, the third circuit unit includes at least one mode switching switch that switches circuit connections according to the driving mode signal.

상기 제 3 회로부는, 상기 DC링크의 양단에 직렬 연결된 제 1 반도체 스위치 및 제 2 반도체 스위치, 상기 DC링크의 양단에 직렬 연결된 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터, 상기 DC링크의 음의 단자와 음극이 연결된 제 3 커패시터, 상기 제 1 반도체 스위치와 상기 제 2 반도체 스위치가 연결된 노드에 일단이 연결된 인덕터, 상기 인덕터의 타단과 일단이 연결된 상기 모드 전환 스위치를 포함하고, 상기 제 3 커패시터는 제 2 전원장치와 병렬로 연결된 것이 바람직하다. The third circuit portion includes a first semiconductor switch and a second semiconductor switch connected in series to both ends of the DC link, a first capacitor and a second capacitor connected in series to both ends of the DC link, and a negative terminal and a cathode of the DC link. A connected third capacitor, an inductor having one end connected to a node to which the first semiconductor switch and the second semiconductor switch are connected, and a mode switching switch connected to the other end and one end of the inductor, wherein the third capacitor includes a second power supply. It is preferred to be connected in parallel with.

상기 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우, 상기 모드 전환 스위치의 타단은 상기 제 1 커패시터의 음극 단자와 제 2 커패시터의 양극 단자가 연결된 노드에 연결되는 것이 바람직하다. When the operation mode signal is in the first mode, it is preferable that the other end of the mode switch is connected to a node to which the negative terminal of the first capacitor and the positive terminal of the second capacitor are connected.

상기 제 1 회로부와 상기 제 2 회로부는 상기 전원과 제 1 배터리 사이에 단방향 또는 양방향으로 에너지를 전달하고, 제어부는 상기 DC링크 전압의 교류 성분을 제거하기 위하여 상기 제 3 회로부의 상기 제 1 반도체 스위치와 상기 제 2 반도체 스위치를 제어하는 것이 바람직하다. The first circuit part and the second circuit part transfer energy in a unidirectional or bidirectional manner between the power source and the first battery, and a controller controls the first semiconductor switch of the third circuit part to remove an AC component of the DC link voltage. It is preferable to control the and the second semiconductor switch.

제어부는, DC링크 전압 지령치(Vdc*)와 DC링크 전압(Vdc)의 차이인 DC링크 전압 오차를 입력으로 하는 제 3 전압 제어기(350)와, 상기 제 3 전압 제어기(350)의 출력을 입력으로 하고 제 3 회로부(300)의 제 1, 2 반도체 스위치(311,312)의 제어 신호를 생성하는 제 3 전류 제어기(360)를 포함하며, 상기 제 3 전압 제어기(350)는, 상기 DC 링크 전압 오차를 입력으로 하고, 상기 DC 링크 전압의 교류 성분을 제거하기 위한 보상 대상 전압(Vr)을 생성하는 보상 대상 전압 생성부(351)와, 0인 지령치와 상기 보상 대상 전압(Vr)간 차이를 기초로 상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 산출하는 제어기(352)를 포함하고, 상기 제 3 전류 제어기(360)는, 상기 인덕터(320) 전류 지령치(I_Lr*)와 측정치(I_Lr)의 차이를 입력으로 하는 제어기(361), 상기 제어기(361)의 출력을 DC링크 전압으로 나눈 값을 산출하는 제산기(362), 및 상기 제산기(362)의 출력을 기초로 상기 제 3 회로부의 제 1, 2 반도체 스위치(311, 312)의 ON/OFF를 제어하는 제어 신호를 출력하는 PWM 발생기(363)를 포함하는 것이 바람직하다. The controller inputs a DC link voltage error that is a difference between a DC link voltage command value (Vdc *) and a DC link voltage (Vdc), and outputs the third voltage controller 350 and the third voltage controller 350. And a third current controller 360 generating control signals of the first and second semiconductor switches 311 and 312 of the third circuit unit 300, wherein the third voltage controller 350 includes the DC link voltage error. Based on the difference between the compensation target voltage generation unit 351 for generating a compensation target voltage Vr for removing the AC component of the DC link voltage, and a zero command value and the compensation target voltage Vr. And a controller 352 for calculating the current command value I_Lr * of the inductor 320, and the third current controller 360 includes the current command value I_Lr * and the measured value I_Lr of the inductor 320. The value of the controller 361 that uses the difference between the inputs and the output of the controller 361 divided by the DC link voltage. A PWM generator that outputs a control signal that controls ON / OFF of the first and second semiconductor switches 311 and 312 of the third circuit unit based on the output of the divider 362 and the divider 362 to calculate It is preferable to include (363).

상기 보상 대상 전압 생성부(351)는, 상기 DC링크 전압 오차를 입력으로하는 시간 지연부(351a)와, 상기 DC링크 전압 오차 신호와 상기 시간 지연부(351a)의 출력 신호를 입력으로 하고, 상기 보상 대상 전압(Vr)을 산출하는 주파수 변환부(351b)를 포함하며, 상기 시간 지연부(351a)는, 전원(2)의 주파수(f)의 2배 주파수(2f)를 기준으로 1/4 싸이클에 해당하는 시간(1/(8f))을 지연시키고, 상기 주파수 변환부(351b)는, 상기 DC링크 전압 오차 신호와 상기 시간 지연부(351a)의 출력 신호를 입력으로 하고, 전원(2)의 주파수(f)의 2배의 주파수를 갖는 DC링크 전압 오차(Vdc_err)의 성분을 전원(2) 주파수(f)를 갖는 성분으로 주파수 변환하여 상기 보상 대상 전압(Vr)을 산출하는 것이 바람직하다.The voltage generation unit 351 to be compensated includes a time delay unit 351a that receives the DC link voltage error as an input, an output signal of the DC link voltage error signal, and the time delay unit 351a as inputs, It includes a frequency converter 351b for calculating the voltage to be compensated (Vr), the time delay unit (351a), the frequency (f) of the power supply (2) twice the frequency (2f) based on 1 / The time (1 / (8f)) corresponding to 4 cycles is delayed, and the frequency converter 351b uses the DC link voltage error signal and the output signal of the time delay unit 351a as inputs, and the power supply ( To calculate the compensation target voltage (Vr) by frequency-converting the component of the DC link voltage error (Vdc_err) having a frequency twice the frequency (f) of 2) to the component having the frequency (f) of the power supply (2). desirable.

상기 주파수 변환부(351b)는. 전원(2)으로부터 제 1 배터리(20)로 에너지를 전달하는 제 1-1 모드에서는 수학식3을 이용하여 보상 대상 전압(Vr)을 생성하고, 제 1 배터리(20)로부터 전원(2)으로 에너지를 전달하는 제 1-2 모드에서는 수학식4를 이용하여 보상 대상 전압(Vr)을 생성하는 것이 바람직하다.The frequency converter 351b. In the 1-1 mode in which energy is transferred from the power source 2 to the first battery 20, a voltage to be compensated Vr is generated using Equation 3, and from the first battery 20 to the power source 2 In the 1-2 mode for transferring energy, it is preferable to generate the voltage Vr to be compensated using Equation (4).

[수학식3]

Figure pat00001
,[Equation 3]
Figure pat00001
,

[수학식4]

Figure pat00002
. [Equation 4]
Figure pat00002
.

여기서, ω는 전원(2)의 각주파수(2πf)이다. Here, ω is the angular frequency (2πf) of the power supply 2.

상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 산출하는 제어기(352)는, 0인 지령치에서 상기 보상 대상 전압(Vr)를 뺀 오차를 입력으로 하고, 상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 출력으로하는 비례공진(PR, Proportional-Resonant) 제어기이며, 상기 비례공진 제어기는, 비례제어기와 적어도 하나 이상의 공진제어기의 합이고, 상기 공진제어기의 공진 주파수는, 전원(2) 주파수를 포함하는 것이 바람직하다.The controller 352 for calculating the current command value I_Lr * of the inductor 320 is an error obtained by subtracting the voltage to be compensated from the zero command value, and the current command value I_Lr of the inductor 320 *) Is a proportional resonance (PR, Proportional-Resonant) controller, the proportional resonance controller is the sum of the proportional controller and at least one resonance controller, and the resonance frequency of the resonance controller is the power (2) frequency It is preferred to include.

상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우, 상기 모드 전환 스위치(330)의 타단은 상기 제 3 커패시터(343)의 양극 단자에 연결되고, 상기 제 2 회로부(200)는 상기 제 1 배터리(20)로부터 에너지를 상기 DC링크로 전달하며, 상기 제 3 회로부(300)는 상기 DC링크로부터 상기 제 2 배터리(30)로 에너지를 전달하는 것이 바람직하다. 제어부는, 상기 DC링크 전압 제어 오차를 기초로 제 2 회로부의 반도체 스위치를 제어하는 DC링크 전압 제어기(230), 제 2 배터리(30)의 충전 전류 지령(Ilo*)를 생성하는 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370);와 상기 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)의 출력인 제 2 배터리 충전 전류 지령(Ilo*)을 기초로 제 3 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S31, S32)를 생성하는 제 2 배터리 충전 전류 제어기(380)를 더 포함하는 것이 바람직하다. When the operation mode signal is the second mode, the other end of the mode changeover switch 330 is connected to the positive terminal of the third capacitor 343, and the second circuit unit 200 is the first battery 20 It is preferable to transfer energy from the DC link, and the third circuit unit 300 transfers energy from the DC link to the second battery 30. The controller controls the DC link voltage controller 230 that controls the semiconductor switch of the second circuit unit based on the DC link voltage control error, and charges the second battery that generates the charging current command Ilo * of the second battery 30. Based on the current command generator 370; and the second battery charging current command (Ilo *) that is the output of the second battery charging current command generator 370, the control signals S31 and S32 of the semiconductor switches of the third circuit unit are generated. It is preferable to further include a second battery charging current controller 380 to be generated.

또한, 상기 제 2 모드는 제 1 배터리(20)의 에너지로 제 2 배터리(30)를 정전류로 충전하는 제 2-1 모드와 제 1 배터리(20)의 에너지로 제 2 배터리(30)를 정전압으로 충전하는 제 2-2 모드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the second mode is a constant voltage of the second battery 30 with the energy of the first battery 20 and the 2-1 mode of charging the second battery 30 with a constant current with the energy of the first battery 20 It may be characterized in that it comprises a 2-2 mode for charging.

제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)는, 제 1 배터리(20)의 에너지로 제 2 배터리(30)를 정전류로 충전하는 제 2-1 모드의 경우 사전에 설정된 소정의 전류값을 출력하는 충전 전류 지령 생성부(371), 제 1 배터리(20)의 에너지로 제 2 배터리(30)를 정전압으로 충전하는 제 2-2 모드의 경우 제 2 배터리(30) 전압 지령치(Vlo*)와 전압 측정값(Vlo)의 차이를 입력으로 하는 비례적분 제어기를 포함하는 제 2 배터리(30) 전압 제어기(372), 및 운전 모드 신호(Mode)에 따라 상기 충전 전류 지령 생성부(371), 제 2 배터리 전압 제어기(372)의 출력 중 하나를 배터리 전류 지령(Ilo*)로 출력시키는 충전 모드 전환부(373)를 포함하는 것이 바람직하다. The second battery charging current command generator 370 is charged to output a predetermined current value in the case of the 2-1 mode in which the second battery 30 is charged with the constant current by the energy of the first battery 20 In the case of the 2-2 mode in which the second battery 30 is charged with the constant voltage by the energy of the current command generator 371 and the first battery 20, the voltage command value (Vlo *) and the voltage measurement of the second battery 30 The voltage controller 372 includes a second battery 30 including a proportional integral controller having a difference in value Vlo as an input, and the charging current command generation unit 371 and a second battery according to a driving mode signal Mode. It is preferable to include a charging mode switching unit 373 for outputting one of the outputs of the voltage controller 372 to the battery current command (Ilo *).

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention as described above has the following effects.

(1) 하나의 충전시스템으로 외부 전원과 고전압 메인 배터리간에 양방향 전력 전달을 통해 고전압 메인 배터리를 충전하거나 V2G(Vehicle to Grid) 기능으로 고전압 메인 배터리의 전력을 계통에 공급할 수 있을 뿐 아니라, 보조 배터리를 충전하거나 보조 배터리를 이용하여 고전압 메인 배터리 또는 계통에 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다. (1) A single charging system can charge the high-voltage main battery through two-way power transfer between the external power supply and the high-voltage main battery, or supply the power of the high-voltage main battery to the system through the V2G (Vehicle to Grid) function. It has the effect of charging or using a secondary battery to supply power to the high-voltage main battery or system.

(2) 보조 배터리 충전 모드에서는 보조 배터리에 전력 전달을 수행하는 회로가 고전압 메인 배터리 충전 모드에서는 그 회로의 일부가 능동 전력 디커필링 필터로서 다용도로 동작하여 대용량 필터 커패시터의 사용을 배제할 수 있는 효과가 있다. (2) In the secondary battery charging mode, the circuit that performs power transmission to the secondary battery is a high-voltage main battery charging mode, and a part of the circuit operates as a multi-purpose active power decompiling filter to exclude the use of large-capacity filter capacitors. There is.

(3) 하나의 충전시스템이 고전압 메인 배터리 충전 기능과 보조 배터리 충전 기능을 수행함으로써, 하나의 변압기만으로 두 배터리를 모두 충전할 수 있는 효과가 있다. (3) Since one charging system performs a high voltage main battery charging function and a secondary battery charging function, it is possible to charge both batteries with only one transformer.

(4) 대용량 필터 커패시터의 사용이나 변압기를 하나만 사용할 수 있음으로써 충전시스템의 사이즈, 무게, 재료비를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다. (4) By using a large-capacity filter capacitor or using only one transformer, there is an effect of greatly reducing the size, weight, and material cost of the charging system.

(5) 부품의 수를 줄일 수 있으므로 충전시스템의 신뢰성을 향상 시키는 효과가 있다. (5) Since the number of parts can be reduced, there is an effect of improving the reliability of the charging system.

본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 종래 전기차용 충전시스템(고전압 메인 배터리 충전기와 보조 배터리 충전기 포함)의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 제안된 전기차용 충전시스템의 구성 사례를 도시한 것이다.
도 3은 제안된 전기차용 충전시스템에서 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우 전력의 흐름을 도시한 것이다.
도 4는 제안된 전기차용 충전시스템에서 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우 전력의 흐름을 도시한 것이다.
도 5는 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우 제안된 전기차용 충전시스템의 제어블록도를 도시한 것이다.
도 6는 운전 모드 신호가 제 1-1-1 모드, 제 1-1-2 모드 또는 제 1-2 모드인 경우 배터리 전류 지령 생성기의 제어블록도를 도시한 것이다.
도 7은 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우 DC링크 전압 제어기(230), 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기와 제 2 배터리 충전 전류 제어기의 제어블록도를 도시한 것이다.
도 8은 운전 모드 신호가 제 2-1 모드 및 제 2-2 모드인 경우 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기의 제어블록도를 도시한 것이다.
Features, advantages and technical and industrial significance of the exemplary embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals designate like elements.
1 shows an example of a charging system for a conventional electric vehicle (including a high voltage main battery charger and an auxiliary battery charger).
2 shows a configuration example of the proposed charging system for an electric vehicle.
3 illustrates the flow of power when the driving mode signal is the first mode in the proposed charging system for an electric vehicle.
4 shows the flow of electric power when the driving mode signal is the second mode in the proposed charging system for an electric vehicle.
5 illustrates a control block diagram of the proposed charging system for an electric vehicle when the driving mode signal is the first mode.
6 shows a control block diagram of the battery current command generator when the operation mode signal is the 1-1-1 mode, the 1-1-2 mode, or the 1-2 mode.
7 shows a control block diagram of the DC link voltage controller 230, the second battery charging current command generator and the second battery charging current controller when the operation mode signal is the second mode.
8 illustrates a control block diagram of the second battery charging current command generator when the operation mode signals are in the 2-1 mode and the 2-2 mode.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시례를 통하여 보다 분명해질 것이다.Objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following examples with reference to the accompanying drawings.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시례를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시례들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시례들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.The following specific structures or functional descriptions are merely exemplified for the purpose of explaining embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and described in the specification or application It should not be construed as being limited to the examples.

본 발명의 개념에 따른 실시례는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시례들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시례들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments according to the concept of the present invention can be applied to various changes and may have various forms, so specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, it is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosure form, it should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. Terms such as first and / or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similar Thus, the second component may also be referred to as a first component.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ~사이에와 바로 ~사이에 또는 ~에 인접하는과 ~에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it should be understood that other components may exist in the middle, although they may be directly connected to or connected to the other components. On the other hand, when it is mentioned that one component is directly connected to or connected to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions to describe the relationship between the components, such as between ∼ between and immediately between ∼ or adjacent to ∼ and directly adjacent to ~, should also be interpreted.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Terms such as include or have in this specification are intended to designate the existence of a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described, one or more other features or numbers, steps, actions, It should be understood that the presence or addition possibilities of components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined herein. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing denote the same members.

이하, ‘전기차’는 순수 전기차, 플러그인 하이브리드차, 전기 자전거, 전기 오토파비 등 전기 충전으로 구동이 가능한 이동체를 모두 포함한다. Hereinafter, "electric vehicle" includes all of a mobile body that can be driven by electric charging, such as a pure electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an electric bicycle, and an electric auto fav.

[실시 형태1] [Embodiment 1]

도 2에 도시된 바와 같이, 전기차용 충전시스템은 전원(2)과 일단이 연결되고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 포함하는 제 1 회로부(100), 상기 제 1 회로부(100)의 타단과 연결된 DC 링크, 상기 DC 링크와 제 1 배터리(20) 사이에 구비되고, 상기 제 1 배터리(20)를 충전하거나 방전하는 제 2 회로부(200), 상기 DC 링크와 상기 제 2 배터리(30)사이에 구비된 제 3 회로부(300), 운전 모드 신호에 따라 상기 제 1 내지 3 회로부(100, 200, 300)는 상기 제 1 배터리(20)를 충전 또는 방전하거나, 상기 제 2 배터리(30)를 충전 또는 방전하는 것을 특징으로 할 수 있다. As shown in FIG. 2, the charging system for an electric vehicle is connected to a power supply 2 and one end, and includes a first circuit unit 100 and a first circuit unit 100 including a function of converting an AC voltage into a DC voltage. DC link connected to the other end, provided between the DC link and the first battery 20, the second circuit unit 200 for charging or discharging the first battery 20, the DC link and the second battery 30 ), The third circuit unit 300, the first to third circuit units 100, 200, 300 according to the operation mode signal charge or discharge the first battery 20, or the second battery 30 ) May be characterized by charging or discharging.

제 1 배터리는 전기차에서 고전압 메인 배터리일 수 있다. 제 2 배터리는 전기차에서 보조 전원용 보조 배터리일 수 있다. 상기 전원(vs, 2)는 단상 교류 전원일 수 있다. The first battery may be a high voltage main battery in an electric vehicle. The second battery may be an auxiliary battery for auxiliary power in an electric vehicle. The power supply ( vs , 2) may be a single-phase AC power supply.

[실시 형태2] [Embodiment 2]

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우 상기 제 1 회로부(100)와 상기 제 2 회로부(200)는 상기 전원(2)부터 상기 제 1 배터리(20)로 전달하거나, 상기 제 1 배터리(20)로부터 상기 전원(2)로 에너지를 전달하며, 상기 제 3 회로부(300)는 상기 DC링크에 상기 전원(2)에 의한 교류 전압 성분이 나타나지 않도록 상기 DC 링크로부터 또는 상기 DC링크로 교류 전류가 흐르도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다. As illustrated in FIG. 3, when the driving mode signal is in the first mode, the first circuit unit 100 and the second circuit unit 200 are transferred from the power source 2 to the first battery 20 or , Transfers energy from the first battery 20 to the power source 2, and the third circuit unit 300 is from the DC link so that the AC voltage component of the power source 2 does not appear in the DC link or It may be characterized in that an AC current flows through the DC link.

또한, 상기 제 1 모드는 제 1-1 모드와 제 1-2 모드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 제 1-1 모드는 전원(2)으로부터 제 1 배터리(20)로 에너지를 전달하는 모드이고, 제 1-2 모드는 제 1 배터리(20)로부터 전원(2)으로 에너지를 전달하는 모드일 수 있다. In addition, the first mode may be characterized by including a 1-1 mode and a 1-2 mode. The 1-1 mode is a mode for transferring energy from the power source 2 to the first battery 20, and the 1-2 mode is a mode for transferring energy from the first battery 20 to the power source 2. have.

또한, 제 1-1 모드는 제 1-1-1 모드와 제 1-1-2 모드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 제 1-1-1 모드는 정전류로 제 1 배터리(20)를 충전하는 모드이고, 제 1-1-2 모드는 정전압으로 제 1 배터리(20)를 충전하는 모드이다. Also, the 1-1 mode may include a 1-1-1 mode and a 1-1-2 mode. The 1-1-1 mode is a mode for charging the first battery 20 with a constant current, and the 1-1-2 mode is a mode for charging the first battery 20 with a constant voltage.

[실시 형태3] [Embodiment 3]

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우, 상기 제 2 회로부(200)와 상기 제 3 회로부(300)는 상기 제 1 배터리(20)로부터 상기 제 2 배터리(30)로 에너지를 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.As illustrated in FIG. 4, when the driving mode signal is in the second mode, the second circuit unit 200 and the third circuit unit 300 are the second battery 30 from the first battery 20. It may be characterized by transferring energy to.

[실시 형태4] [Embodiment 4]

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 회로부(300)는, 운전 모드 신호에 따라 회로 연결을 전환하는 적어도 하나의 모드 전환 스위치(330)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the third circuit unit 300 may include at least one mode switching switch 330 that switches circuit connection according to a driving mode signal.

상기 제 3 회로부(300)는, 상기 DC링크의 양단에 직렬 연결된 제 1 반도체 스위치(311) 및 제 2 반도체 스위치(312), 상기 DC링크의 양단에 직렬 연결된 제 1 커패시터(341) 및 제 2 커패시터(342), 상기 DC링크의 음의 단자와 음극이 연결된 제 3 커패시터(343), 상기 제 1 반도체 스위치(311)와 상기 제 2 반도체 스위치(312)가 연결된 노드에 일단이 연결된 인덕터(320), 상기 인덕터(320)의 타단과 일단이 연결된 상기 모드 전환 스위치(330), 를 포함하고, 상기 제 3 커패시터(343)는 제 2 전원장치(30)와 병렬로 연결된 것을 특징으로 할 수 있다. The third circuit unit 300 includes a first semiconductor switch 311 and a second semiconductor switch 312 connected in series to both ends of the DC link, a first capacitor 341 and a second capacitor connected in series to both ends of the DC link. Capacitor 342, a third capacitor 343 having a negative terminal and a negative terminal of the DC link, an inductor 320 having one end connected to a node to which the first semiconductor switch 311 and the second semiconductor switch 312 are connected. ), The mode switching switch 330, which is connected to the other end of the inductor 320, and the third capacitor 343 may be connected to the second power supply 30 in parallel. .

또한, 제 1 커패시터나 제 2 커패시터는 일반적으로 DC링크에 사용되는 대용량 평활용 커패시터의 커패시턴스에 비해서 약 1/20~1/10 정도의 커패시턴스를 갖는다. 예를 들어, 종래기술에서 3.3kW, DC링크 전압이 350V이고 2%인 7V 오차를 허용하는 경우 필요 커패시턴스는 3,500μF 이나, 본 제안 발명의 경우에는, 제 1, 2 커패시터가 약 300μF 이면 동일한 요구사양을 만족시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 DC링크에 일반적으로 사용하는 대용량 평활용 커패시터의 약 10 분의 1 또는 약 5 분의 1 정도의 커패시터만을 사용하고도. 대용량 평활용 커패시터를 사용하는 경우의 DC링크 전압의 리플 성분량과 동일한 정도의 전압 리플 성분량을 갖고, 동등한 평활 정도를 얻을 수 있는 효과가 있다. In addition, the first capacitor or the second capacitor generally has a capacitance of about 1/20 to 1/10 compared to that of a large-capacity smoothing capacitor used in a DC link. For example, in the prior art, the required capacitance is 3,500 μF when 3.3 kW, DC link voltage is 350 V, and 7% error of 2% is allowed, but in the case of the present invention, the first and second capacitors require about 300 μF. There is an effect that can satisfy the specifications. That is, the present invention uses only about one-tenth or about one-fifth of the capacitors of large-capacity smoothing capacitors commonly used in DC links. When a large-capacity smoothing capacitor is used, it has the same amount of voltage ripple component as the amount of ripple component of the DC link voltage, and has the effect of obtaining an equal smoothing degree.

또한, 제 1 회로부는 단상 AC/DC PWM 컨버터 일 수 있다. 제 1 회로부는 입력 전압과 전류의 위상을 동일하게 만들 수 있다.Also, the first circuit unit may be a single-phase AC / DC PWM converter. The first circuit portion may make the phases of the input voltage and current the same.

또한, 제 2 회로부는 하나의 변압기를 중심으로 두 개의 단상 컨버터 마주보는 구조의 회로일 수 있다. Also, the second circuit unit may be a circuit having two transformers facing each other, centered on one transformer.

또한, 제 2 회로부는 변압기와 적어도 일측의 단상 컨버터 사이에 인덕터를 더 포함할 수 있다.In addition, the second circuit part may further include an inductor between the transformer and at least one side of the single-phase converter.

[실시 형태5] [Embodiment 5]

상기 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우, 상기 모드 전환 스위치(330)의 타단은 상기 제 1 커패시터(341)의 음극 단자와 상기 제 2 커패시터(342)의 양극 단자가 연결된 노드(노드 a)에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. When the operation mode signal is in the first mode, the other end of the mode changeover switch 330 is connected to a node (node a) to which the negative terminal of the first capacitor 341 and the positive terminal of the second capacitor 342 are connected. It can be characterized by being connected.

상기 제 1 회로부(100)와 상기 제 2 회로부(200)는 상기 전원(2)과 상기 제 1 배터리(20) 사이에 단방향 또는 양방향으로 에너지를 전달하고, 제어부는 상기 DC링크 전압의 교류 성분을 제거하기 위하여 상기 제 3 회로부(300)의 상기 제 1 반도체 스위치(311)와 상기 제 2 반도체 스위치(312)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The first circuit unit 100 and the second circuit unit 200 transfer energy in one or both directions between the power supply 2 and the first battery 20, and the control unit controls the AC component of the DC link voltage. In order to remove, the first semiconductor switch 311 and the second semiconductor switch 312 of the third circuit unit 300 may be controlled.

[실시 형태6] [Embodiment 6]

제어부는, 위쪽에 연결된 상기 제 1 커패시터(341)의 전압(Vc1)과 아래쪽에 연결된 상기 제 2 커패시터(342)의 전압(Vc2)이 각각 하기 수학식1 및 수학식2가 되도록 상기 제 1 반도체 스위치(311)와 상기 제 2 반도체 스위치(312)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control unit may include the first semiconductor such that the voltage Vc1 of the first capacitor 341 connected to the upper side and the voltage Vc2 of the second capacitor 342 connected to the lower side are Equations 1 and 2, respectively. The switch 311 and the second semiconductor switch 312 may be controlled.

[수학식1]

Figure pat00003
, [Equation 1]
Figure pat00003
,

[수학식2]

Figure pat00004
,[Equation 2]
Figure pat00004
,

여기서,

Figure pat00005
,
Figure pat00006
이며, Vs, Is, ω는 각각 상기 전원(2)의 전압 RMS값, 전류의 RMS값, 상기 전원(2)의 각주파수(=2π×전원 주파수)이고, Cr은 상기 제 1 커패시터(341) 및 상기 제 2 커패시터(342)의 커패시턴스 값이며, Lr은 상기 인덕터(320)의 인덕턴스 값이다.here,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
Where Vs, Is, and ω are the voltage RMS value of the power supply 2, the RMS value of the current, and the angular frequency of the power supply 2 (= 2π × power frequency), and Cr is the first capacitor 341 And the capacitance value of the second capacitor 342, and Lr is the inductance value of the inductor 320.

제 1 회로부의 순시 입력 전력의 시변 항인 전력 리플 성분으로부터 DC링크에 직류 전력만 남도록 제 1, 2 커패시터 전압인 수학식1, 2를 유도할 수 있다. The first and second capacitor voltages Equations 1 and 2 may be derived so that only DC power remains in the DC link from the power ripple component, which is a time-varying term of the instantaneous input power of the first circuit.

[실시 형태7] [Embodiment 7]

도 5에 도시된 바와 같이, 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우, 상기 제어부는, DC링크 전압 지령치(Vdc*)와 DC링크 전압(Vdc)의 차이인 DC링크 전압 오차를 입력으로 하는 제 3 전압 제어기(350)와; 상기 제 3 전압 제어기(350)의 출력을 입력으로 하고 제 3 회로부의 제 1, 2 반도체 스위치(311,312)의 제어 신호를 생성하는 제 3 전류 제어기(360);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. As shown in FIG. 5, when the operation mode signal is in the first mode, the controller may input a DC link voltage error that is a difference between a DC link voltage command value (Vdc *) and a DC link voltage (Vdc) as an input. A voltage controller 350; And a third current controller 360 that takes the output of the third voltage controller 350 as an input and generates control signals of the first and second semiconductor switches 311 and 312 of the third circuit unit. .

제 3 전압 제어기(350)는, DC링크 전압 오차를 입력으로 하고, DC링크 전압의 교류 성분을 제거하기 위한 보상 대상 전압(Vr)을 생성하는 보상 대상 전압 생성부(351); 0인 지령치와 상기 보상 대상 전압(Vr)간 차이를 기초로 상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 산출하는 제어기(352);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The third voltage controller 350 includes a compensation target voltage generator 351 that takes a DC link voltage error as an input and generates a compensation target voltage Vr for removing an AC component of the DC link voltage; And a controller 352 for calculating the current command value I_Lr * of the inductor 320 based on the difference between the zero command value and the compensation target voltage Vr.

또한, 상기 제 1 모드는 전원(2)으로부터 제 1 배터리(20)로 에너지를 전달하는 제 1-1 모드;와 제 1 배터리(20)로부터 전원(2)으로 에너지를 전달하는 제 1-2 모드;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the first mode is a 1-1 mode for transferring energy from the power source 2 to the first battery 20; and a 1-2 for transferring energy from the first battery 20 to the power source 2 Mode; may be characterized by including.

또한, 상기 보상 대상 전압 생성부(351)는, DC링크 전압 오차를 입력으로하는 시간 지연부(351a);와 상기 DC링크 전압 오차 신호와 상기 시간 지연부(351a)의 출력 신호를 입력으로 하고, 상기 보상 대상 전압(Vr)을 산출하는 주파수 변환부(351b)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the compensation target voltage generation unit 351, a time delay unit 351a for inputting a DC link voltage error; and the DC link voltage error signal and the output signal of the time delay unit 351a as input. And, it may be characterized in that it comprises a frequency converter 351b for calculating the compensation target voltage (Vr).

또한, 상기 시간 지연부(351a)는, 전원(2)의 주파수(f)의 2배 주파수(2f)를 기준으로 1/4 싸이클에 해당하는 시간(1/(8f))을 지연시키는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the time delay unit 351a is characterized in that to delay the time (1 / (8f)) corresponding to a quarter cycle based on the frequency 2f of the frequency f of the power source 2 Can be done with

상기 시간 지연부(351a)는

Figure pat00007
으로 디지털적으로 구현된 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, n은 fs/(8f), fs는 샘플링 주파수인 것을 특징으로 할 수 있다. The time delay unit (351a)
Figure pat00007
It can be characterized by digitally implemented. Here, n is fs / (8f), and fs is a sampling frequency.

이러한 특징으로 인하여, DC링크 전압 오차의 전원(2)의 주파수(f)의 2배 주파수(2f) 성분에 대하여 1/4 싸이클 지연 신호를 생성함으로써, 스칼라인 DC링크 전압 오차를 회전하는 벡터 신호로 만들고, 이를 기초로 주파수를 손쉽게 변환할 수 있는 효과가 있을 수 있다. Due to this feature, a vector signal that rotates the scalline DC link voltage error by generating a 1/4 cycle delay signal for a frequency 2f component of the frequency f of the power supply 2 of the DC link voltage error And may have an effect of easily converting frequencies based on this.

또한, 상기 주파수 변환부(351b)는, 상기 DC링크 전압 오차 신호와 상기 시간 지연부(351a)의 출력 신호를 입력으로 하고, 전원(2)의 주파수(f)의 2배의 주파수를 갖는 DC링크 전압 오차(Vdc_err)의 성분을 전원(2) 주파수(f)를 갖는 성분으로 주파수 변환하여 상기 보상 대상 전압(Vr)을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the frequency converter 351b, the DC link voltage error signal and the output signal of the time delay unit 351a as input, DC having a frequency twice the frequency (f) of the power supply (2) The voltage of the compensation target voltage Vr may be calculated by frequency-converting the component of the link voltage error Vdc_err to a component having the frequency f of the power supply 2.

상기 주파수 변환부(351b)는 전원(2)으로부터 제 1 배터리(20)로 에너지를 전달하는 제 1-1 모드에서는 수학식3을 이용하여 보상 대상 전압(Vr)을 생성하고, 제 1 배터리(20)로부터 전원(2)으로 에너지를 전달하는 제 1-2 모드에서는 수학식4를 이용하여 보상 대상 전압(Vr)을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the 1-1 mode in which energy is transferred from the power source 2 to the first battery 20, the frequency converter 351b generates a voltage Vr to be compensated using Equation 3, and the first battery ( In the first or second mode in which energy is transferred from 20) to the power supply 2, the voltage Vr to be compensated may be generated using Equation (4).

[수학식3]

Figure pat00008
,[Equation 3]
Figure pat00008
,

[수학식4]

Figure pat00009
.[Equation 4]
Figure pat00009
.

여기서, ω는 전원(2)의 각주파수(2πf)이다. Here, ω is the angular frequency (2πf) of the power supply 2.

또한, Vr=[1 0]·T(ωt)·Vdc_dq 또는 Vr=[0 1]·T(ωt)·Vdc_dq으로 결정될 수 있고, 여기서, Vdc_dq=[Vdc_err Vdc_err_delay]T, Vdc_err_delay는 상기 시간 지연부(351a)에 의해서 Vdc_err가 시간 지연된 값이다.Further, Vr = [1 0] · T (ωt) · Vdc_dq or Vr = [0 1] · T (ωt) · Vdc_dq may be determined, where Vdc_dq = [Vdc_err Vdc_err_delay] T and Vdc_err_delay are the time delay units By (351a), Vdc_err is a time delayed value.

주파수 변환부(351b)는 상기 전원(2)의 주파수(f)로 회전하는 좌표계로서, 상기 전원(2)의 주파수(f)의 2배 주파수 성분은 상기 주파수 변환부 또는 좌표 변환부(351b)에 의해서 상기 전원(2)의 주파수(f)와 동일한 주파수 성분을 갖게 된다. The frequency converter 351b is a coordinate system that rotates at the frequency f of the power supply 2, and a frequency component twice the frequency f of the power supply 2 is the frequency converter or the coordinate converter 351b. By this, it has the same frequency component as the frequency f of the power supply 2.

이러한 특징으로 인하여, 전원 주파수(f)와 동일한 주파수의 보상 대상 전압(Vr)을 실시간으로 쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다.Due to this feature, it is possible to easily obtain the compensation target voltage Vr of the same frequency as the power source frequency f in real time.

또한, 상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 산출하는 제어기(352)는, 0인 지령치에서 상기 보상 대상 전압(Vr)를 뺀 오차를 입력으로 하고, 상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 출력으로하는 비례공진(PR, Proportional-Resonant) 제어기일 수 있다. 상기 비례공진 제어기는 비례제어기와 적어도 하나 이상의 공진제어기의 합일 수 있다. In addition, the controller 352 for calculating the current command value (I_Lr *) of the inductor 320 is an error obtained by subtracting the compensation target voltage (Vr) from a command value of 0 as an input, and the current command value of the inductor 320 It may be a Proportional-Resonant (PR) controller that outputs (I_Lr *). The proportional resonance controller may be a sum of a proportional controller and at least one resonance controller.

공진제어기의 공진 주파수는 전원(2) 주파수와 동일한 것을 특징으로 할 수 있다. The resonance frequency of the resonance controller may be the same as that of the power source 2.

공진제어기의 공진 주파수는 전원(2) 주파수의 n차 고주파인 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 n=1, 2, 3, ··· 이다.The resonance frequency of the resonance controller may be characterized in that it is the nth order high frequency of the frequency of the power supply 2. Where n = 1, 2, 3, ...

PR제어기는 복수의 공진제어기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The PR controller may be characterized by including a plurality of resonance controllers.

복수의 공진제어기는 서로 다른 복수의 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. The plurality of resonance controllers may be characterized by having a plurality of different resonance frequencies.

상기 복수의 공진제어기의 서로 다른 복수의 공진 주파수들은 전원(2) 주파수를 포함할 수 있다. The plurality of different resonance frequencies of the plurality of resonance controllers may include the power source 2 frequency.

서로 다른 공진 주파수는 모두 전원 주파수의 배수인 주파수인 것을 특징으로 할 수 있다. All of the different resonant frequencies may be characterized in that they are frequencies that are multiples of the power source frequency.

또한, 상기 제 3 전류 제어기(360)는, 상기 인덕터(320) 전류 지령치(I_Lr*)와 측정치(I_Lr)의 차이를 입력으로 하는 비례 제어기(361); 상기 비례 제어기(361)의 출력을 DC링크 전압으로 나눈 값을 산출하는 제산기(362); 및 상기 제산기(362)의 출력을 기초로 상기 제 3 회로부의 제 1, 2 반도체 스위치(311, 312)의 ON/OFF 제어 신호를 출력하는 PWM 발생기(363)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the third current controller 360 includes: a proportional controller 361 that inputs the difference between the current command value I_Lr * and the measured value I_Lr of the inductor 320; A divider 362 for calculating a value obtained by dividing the output of the proportional controller 361 by a DC link voltage; And a PWM generator 363 outputting ON / OFF control signals of the first and second semiconductor switches 311 and 312 of the third circuit unit based on the output of the divider 362. have.

또한, 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우, 상기 제어부는, DC링크 전압 지령치(Vdc*)와 DC링크 전압(Vdc)의 차이인 DC링크 전압 오차를 입력으로 하는 제 1 전압 제어기(110)와; 상기 제 1 전압 제어기(110)의 출력을 입력으로 하고 제 1 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S11~14)를 생성하는 제 1 전류 제어기(120);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, when the operation mode signal is in the first mode, the control unit includes a first voltage controller 110 that inputs a DC link voltage error that is a difference between a DC link voltage command value (Vdc *) and a DC link voltage (Vdc). ; It may be characterized in that it further comprises; a first current controller 120 that takes the output of the first voltage controller 110 as input and generates control signals S11 to 14 of the semiconductor switches of the first circuit unit.

또한, 상기 제 1 전압 제어기(110)는, 상기 DC링크 전압 오차를 입력으로 하는 비례적분 제어기(111); 전원(2)의 전압(vs)의 위상(θs)을 검출하여 cos(θs)를 산출하는 위상각 검출기(112); 및 상기 비례적분제어기(111)의 출력신호와 상기 위상각 검출기에 의해선 산출된 cos(θs) 신호를 곱하여 전원(2) 전류 지령치(Is*)를 산출하는 곱셈기(113)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the first voltage controller 110, the proportional integration controller 111 that takes the DC link voltage error as an input; A phase angle detector 112 that detects the phase θs of the voltage vs of the power supply 2 and calculates cos (θs); And a multiplier 113 that multiplies the output signal of the proportional integral controller 111 and the cos (θs) signal calculated by the phase angle detector to calculate the power command value (Is *) of the power supply 2. Can be done with

또한, 상기 제 1 전류 제어기(120)는, 전원(2) 전류 지령치(Is*)와 전원(2) 전류(Is)의 차이를 입력으로 하는 비례공진 제어기(121); 상기 비례공진 제어기(121)의 출력을 DC링크 전압(Vdc)으로 나눈 값을 산출하는 제산기(122); 및 상기 제산기의 출력을 기초로 상기 제 1 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S11~14)를 생성하는 PWM 발생기(123)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the first current controller 120 includes a proportional resonance controller 121 that inputs the difference between the current command value (Is *) of the power supply 2 and the current (Is) of the power supply 2; A divider 122 that calculates a value obtained by dividing the output of the proportional resonance controller 121 by a DC link voltage (Vdc); And a PWM generator 123 generating control signals S11 to 14 of the semiconductor switches of the first circuit part based on the output of the divider.

또한, 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우, 상기 제어부는, 배터리 전류 지령(Iho*)을 생성하는 배터리 전류 지령 생성기(210);와 상기 배터리 전류 지령(Iho*)을 입력으로 하고, 제 2 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S21~28)를 생성하는 제 2 전류 제어기(220);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, when the driving mode signal is the first mode, the control unit, the battery current command generator 210 for generating a battery current command (Iho *); and the battery current command (Iho *) as an input, the second And a second current controller 220 generating control signals S21 to 28 of the semiconductor switches of the circuit unit.

상기 제 2 전류 제어기(220)는 상기 배터리 전류 지령(Iho*)을 입력으로 하는 비례 제어기(221);와 상기 비례 제어기(211)의 출력을 기초로 상기 제 2 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S21~28)를 생성하는 PWM 발생기(222)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The second current controller 220 includes a proportional controller 221 that uses the battery current command (Iho *) as an input; and control signals of semiconductor switches of the second circuit unit based on the output of the proportional controller 211 ( It may be characterized in that it comprises a PWM generator 222 for generating S21 ~ 28).

도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 배터리 전류 지령 생성기(210)는, 전원(2)의 에너지로 제 1 배터리(20)를 정전류로 충전하는 제 1-1-1 모드의 경우 사전에 설정된 소정의 전류값을 출력하는 충전 전류 지령 생성부(211); 전원(2)의 에너지로 제 1 배터리(20)를 정전압으로 충전하는 제 1-1-2 모드의 경우 제 1 배터리(20) 전압 지령치(Vho*)와 전압 측정값(Vho)의 차이를 입력으로 하는 비례적분 제어기를 포함하는 제 1 배터리(20) 전압 제어기(212); 제 1 배터리(20)의 에너지를 전원(2)으로 전달하는 제 1-2 모드의 경우, 전달 파워 지령치(P*)를 제 1 배터리(20) 전압(Vho)로 나눈 값을 출력하는 방전 전류 지령 생성부(213); 및 운전 모드 신호(Mode)에 따라 상기 충전 전류 지령 생성부(211), 제 1 배터리 전압 제어기(212), 및 방전 전류 지령 생성부(213)의 출력 중 하나를 배터리 전류 지령(Iho*)로 출력시키는 충전 및 방전 모드 전환부(214)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. As shown in FIG. 6, the battery current command generator 210 has a predetermined current set in the case of a 1-1-1 mode in which the first battery 20 is charged with a constant current by the energy of the power source 2 A charging current command generation unit 211 for outputting a value; In the case of 1-1-2 mode in which the first battery 20 is charged with the constant voltage by the energy of the power source 2, the difference between the voltage command value (Vho *) of the first battery 20 and the voltage measurement value (Vho) is input. A first battery 20 voltage controller 212 including a proportional integral controller; Discharge current for outputting a value obtained by dividing the transmission power command value (P *) by the voltage (Vho) of the first battery 20 in the case of the first or second mode in which the energy of the first battery 20 is transferred to the power source 2 Command generation unit 213; And one of the outputs of the charging current command generation unit 211, the first battery voltage controller 212, and the discharge current command generation unit 213 according to the operation mode signal Mode as the battery current command (Iho *). It may be characterized in that it comprises a charging and discharging mode switching unit 214 to output.

[실시 형태8] [Embodiment 8]

도 4 에 나타낸 바와 같이, 상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우, 상기 모드 전환 스위치(330)의 타단은 상기 제 3 커패시터(343)의 양극 단자(노드 b)에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. As shown in FIG. 4, when the driving mode signal is in the second mode, the other end of the mode changeover switch 330 may be connected to the positive terminal (node b) of the third capacitor 343. have.

상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우, 상기 제 2 회로부(200)는 상기 제 1 배터리(20)로부터 에너지를 상기 DC링크로 전달하고, 상기 제 3 회로부(300)는 상기 DC링크로부터 상기 제 2 배터리(30)로 에너지를 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다. When the operation mode signal is in the second mode, the second circuit unit 200 transfers energy from the first battery 20 to the DC link, and the third circuit unit 300 receives the second circuit unit from the DC link. 2 may be characterized by transferring energy to the battery (30).

도 7 에 나타낸 바와 같이, 상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우, 상기 제어부는, DC링크 전압 제어 오차를 기초로 제 2 회로부의 반도체 스위치를 제어하는 DC링크 전압 제어기(230); 제 2 배터리(30)의 충전 전류 지령(Ilo*)를 생성하는 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370);와 상기 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)의 출력인 제 2 배터리 충전 전류 지령(Ilo*)을 기초로 제 3 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S31, S32)를 생성하는 제 2 배터리 충전 전류 제어기(380)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. As shown in FIG. 7, when the operation mode signal is in the second mode, the control unit includes a DC link voltage controller 230 that controls the semiconductor switch of the second circuit unit based on the DC link voltage control error; A second battery charging current command generator 370 generating a charging current command Ilo * of the second battery 30; and a second battery charging current command that is an output of the second battery charging current command generator 370 ( Ilo *) may further include a second battery charging current controller 380 that generates control signals S31 and S32 of the semiconductor switches of the third circuit unit.

또한, 상기 DC링크 전압 제어기(230)는 DC 링크 전압 지령(Vdc*)과 DC 링크 전압(Vdc)의 차이를 입력으로 하는 비례적분 제어기(231);와 상기 비례적분 제어기(231)의 출력을 기초로 제 2 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S21~28)를 생성하는 PWM발생기(232)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the DC link voltage controller 230 is a proportional integral controller 231 that inputs the difference between the DC link voltage command (Vdc *) and the DC link voltage (Vdc); and the output of the proportional integral controller 231 It may be characterized in that it further comprises a PWM generator 232 for generating the control signals (S21 ~ 28) of the semiconductor switches of the second circuit portion.

또한, 상기 제 2 배터리 충전 전류 제어기(380)는 상기 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)의 출력인 제 2 배터리 충전 전류 지령(Ilo*)과 제 2 배터리 충전 전류(Ilo)의 차이를 입력으로 하는 비례적분 제어기(381);와 상기 비례적분 제어기(381)의 출력을 기초로 제 3 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S31, S32)를 생성하는 PWM 발생기(382)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the second battery charging current controller 380 inputs the difference between the second battery charging current command Ilo * and the second battery charging current Ilo, which are the output of the second battery charging current command generator 370. And a PWM generator 382 that generates control signals (S31, S32) of semiconductor switches of the third circuit unit based on the output of the proportional integration controller 381. Can be done with

또한, 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)는, 도 8 나타낸 바와 같이, 제 1 배터리(20)의 에너지로 제 2 배터리(30)를 정전류로 충전하는 제 2-1 모드의 경우 사전에 설정된 소정의 전류값을 출력하는 충전 전류 지령 생성부(371); 제 1 배터리(20)의 에너지로 제 2 배터리(30)를 정전압으로 충전하는 제 2-2 모드의 경우 제 2 배터리(30) 전압 지령치(Vlo*)와 전압 측정값(Vlo)의 차이를 입력으로 하는 비례적분 제어기를 포함하는 제 2 배터리(30) 전압 제어기(372); 및 운전 모드 신호(Mode)에 따라 상기 충전 전류 지령 생성부(371), 제 2 배터리 전압 제어기(372)의 출력 중 하나를 배터리 전류 지령(Ilo*)로 출력시키는 충전 모드 전환부(373)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the second battery charging current command generator 370, as shown in FIG. 8, is set in advance in the case of the 2-1 mode in which the second battery 30 is charged with the constant current with the energy of the first battery 20 A charging current command generation unit 371 for outputting a predetermined current value; In the case of the 2-2 mode in which the second battery 30 is charged with the constant voltage by the energy of the first battery 20, the difference between the voltage command value (Vlo *) of the second battery 30 and the voltage measurement value (Vlo) is input. A second battery 30 including a proportional integral controller, a voltage controller 372; And a charging mode switching unit 373 that outputs one of the outputs of the charging current command generation unit 371 and the second battery voltage controller 372 as a battery current command (Ilo *) according to a driving mode signal (Mode). It may be characterized by including.

여기서, 충전 및 방전 모드 전환부(214) 및 충전 모드 전환부(373)는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. Here, the charging and discharging mode switching unit 214 and the charging mode switching unit 373 may be implemented by hardware or software.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. It will be obvious to those who have the knowledge of.

1 : 전기차
2 : 전원
10 : 온-보드 충전기
11 : AC/DC 정류부 및 역률보정부
12 : DC 평활 커패시터
13 : 절연형 DC/DC 컨버터부
20 : 고전압 배터리
30 : 보조 배터리
40 : 보조 배터리 충전용 DC/DC 컨버터
100 : 제 1 회로부
110 : 제 1 전압 제어기
120 : 제 1 전류 제어기
200 : 제 2 회로부
210 : 배터리 전류 지령 생성기
211 : 충전 전류 지령 생성부
212 : 제 1 배터리 전압 제어기
213 : 방전 전류 지령 생성부
214 : 충전 및 방전 모드 전환부
220 : 제 2 전류 제어기
230 : DC링크 전압 제어기
231 : 비례적분 제어기
232 : PWM 발생기
300 : 제 3 회로부
311 : 제 1 반도체 스위치
312 : 제 2 반도체 스위치
320 : 인덕터
330 : 모드 전환 스위치
341 : 제 1 커패시터
342 : 제 2 커패시터
343 : 제 3 커패시터
350 : 제 3 전압 제어기
351 : 보상 대상 전압 생성부
351a : 시간 지연부
351b : 주파수 변환부
352 : 비례공진 제어기
360 : 제 3 전류 제어기
361 : 비례 제어기
362 : 제산기
363 : PWM 발생기
370 : 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기
371 : 충전 전류 지령 생성부
372 : 제 2 배터리 전압 제어기
373 : 충전 모드 전환부
380 : 제 2 배터리 충전 전류 제어기
1000 : 충전시스템
1: Electric vehicle
2: Power
10: on-board charger
11: AC / DC rectifier and power factor correction
12: DC smoothing capacitor
13: Isolated DC / DC converter
20: high voltage battery
30: auxiliary battery
40: DC / DC converter for auxiliary battery charging
100: first circuit part
110: first voltage controller
120: first current controller
200: second circuit unit
210: battery current command generator
211: charging current command generation unit
212: first battery voltage controller
213: discharge current command generation unit
214: charging and discharging mode switching unit
220: second current controller
230: DC link voltage controller
231: proportional integral controller
232: PWM generator
300: third circuit part
311: first semiconductor switch
312: second semiconductor switch
320: inductor
330: mode change switch
341: first capacitor
342: second capacitor
343: third capacitor
350: third voltage controller
351: voltage generation unit to be compensated
351a: Time delay unit
351b: frequency converter
352: proportional resonance controller
360: third current controller
361: proportional controller
362: divider
363: PWM generator
370: second battery charging current command generator
371: charging current command generation unit
372: second battery voltage controller
373: charging mode switching unit
380: second battery charging current controller
1000: charging system

Claims (14)

전기차용 충전시스템으로서,
전원(2)과 일단이 연결되고, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 포함하는 제 1 회로부(100);
상기 제 1 회로부(100)의 타단과 연결된 DC 링크와 제 1 배터리(20) 사이에 구비되고, 상기 제 1 배터리(20)를 충전하거나 방전하는 제 2 회로부(200);
상기 DC 링크와 제 2 배터리(30)사이에 구비된 제 3 회로부(300); 및
운전 모드 신호에 따라, 상기 제 1 내지 3 회로부(100, 200, 300)가 상기 제 1 배터리(20)를 충전 또는 방전하거나, 상기 제 2 배터리(30)를 충전하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
As a charging system for electric vehicles,
A first circuit unit 100 connected to the power supply 2 and including a function of converting an AC voltage into a DC voltage;
A second circuit unit 200 provided between the DC link connected to the other end of the first circuit unit 100 and the first battery 20, and charging or discharging the first battery 20;
A third circuit part 300 provided between the DC link and the second battery 30; And
In accordance with the driving mode signal, the first to third circuit unit (100, 200, 300) includes a control unit for controlling to charge or discharge the first battery 20, or to charge the second battery 30
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
제 1 항에 있어서,
상기 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우
상기 제 1 회로부(100)와 상기 제 2 회로부(200)는 상기 전원(2)부터 상기 제 1 배터리(20)로 에너지를 전달하거나, 상기 제 1 배터리(20)로부터 상기 전원(2)으로 에너지를 전달하며,
상기 제 3 회로부(300)는 상기 DC링크에 상기 전원(2)에 의한 교류 전압 성분이 나타나지 않도록 상기 DC 링크로부터 또는 상기 DC링크로 교류 전류가 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.

According to claim 1,
When the driving mode signal is the first mode
The first circuit part 100 and the second circuit part 200 transfer energy from the power source 2 to the first battery 20 or energy from the first battery 20 to the power source 2. And
The third circuit 300 is an electric vehicle charging system characterized in that the AC current flows from the DC link or to the DC link so that the AC voltage component of the power source 2 does not appear in the DC link.

제 1 항에 있어서,
상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우,
상기 제 2 회로부(200)와 상기 제 3 회로부(300)는 상기 제 1 배터리(20)로부터 상기 제 2 배터리(30)로 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
According to claim 1,
When the driving mode signal is the second mode,
The second circuit unit 200 and the third circuit unit 300 is an electric vehicle charging system, characterized in that for transferring energy from the first battery 20 to the second battery (30).
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 3 회로부(300)는,
운전 모드 신호에 따라 회로 연결을 전환하는 적어도 하나의 모드 전환 스위치(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 2 or 3,
The third circuit unit 300,
Charging system for an electric vehicle, characterized in that it comprises at least one mode switching switch 330 for switching the circuit connection according to the driving mode signal.
제 4 항에 있어서,
상기 제 3 회로부(300)는,
상기 DC링크의 양단에 직렬 연결된 제 1 반도체 스위치(311) 및 제 2 반도체 스위치(312),
상기 DC링크의 양단에 직렬 연결된 제 1 커패시터(341) 및 제 2 커패시터(342),
상기 DC링크의 음의 단자와 음극이 연결된 제 3 커패시터(343),
상기 제 1 반도체 스위치(311)와 상기 제 2 반도체 스위치(312)가 연결된 노드에 일단이 연결된 인덕터(320),
상기 인덕터(320)의 타단과 일단이 연결된 상기 모드 전환 스위치(330),
를 포함하고,
상기 제 3 커패시터(343)는 제 2 배터리(30)와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 4,
The third circuit unit 300,
The first semiconductor switch 311 and the second semiconductor switch 312 connected in series to both ends of the DC link,
The first capacitor 341 and the second capacitor 342 connected in series to both ends of the DC link,
A third capacitor (343) connected to the negative terminal and the negative electrode of the DC link,
An inductor 320 having one end connected to a node to which the first semiconductor switch 311 and the second semiconductor switch 312 are connected,
The mode switching switch 330 is connected to the other end of the inductor 320,
Including,
The third capacitor 343 is a charging system for an electric vehicle, characterized in that connected to the second battery 30 in parallel.
제 5 항에 있어서,
상기 운전 모드 신호가 제 1 모드인 경우,
상기 모드 전환 스위치(330)의 타단은 상기 제 1 커패시터(341)의 음극 단자와 상기 제 2 커패시터(342)의 양극 단자가 연결된 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 5,
When the driving mode signal is the first mode,
The other end of the mode switching switch 330 is a charging system for an electric vehicle, characterized in that the negative terminal of the first capacitor 341 and the positive terminal of the second capacitor 342 are connected to a connected node.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 회로부(100)와 상기 제 2 회로부(200)는 상기 전원(2)과 상기 제 1 배터리(20) 사이에 단방향 또는 양방향으로 에너지를 전달하고,
제어부는 상기 DC링크의 전압(Vdc)의 교류 성분을 제거하기 위하여 상기 제 3 회로부(300)의 상기 제 1 반도체 스위치(311)와 상기 제 2 반도체 스위치(312)를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 6,
The first circuit part 100 and the second circuit part 200 transfer energy between the power source 2 and the first battery 20 in one direction or both directions,
The control unit controls the first semiconductor switch 311 and the second semiconductor switch 312 of the third circuit unit 300 to remove the AC component of the voltage Vdc of the DC link. Car charging system.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
DC링크 전압 지령치와 DC링크 전압의 차이인 DC링크 전압 오차를 입력으로 하는 제 3 전압 제어기(350)와,
상기 제 3 전압 제어기(350)의 출력을 입력으로 하고 제 3 회로부(300)의 제 1, 2 반도체 스위치(311,312)의 제어 신호를 생성하는 제 3 전류 제어기(360)를 포함하며;
상기 제 3 전압 제어기(350)는,
상기 DC 링크 전압 오차를 입력으로 하고, 상기 DC 링크 전압의 교류 성분을 제거하기 위한 보상 대상 전압(Vr)을 생성하는 보상 대상 전압 생성부(351)와,
0인 지령치와 상기 보상 대상 전압(Vr)간 차이를 기초로 상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 산출하는 제어기(352)를 포함하고;
상기 제 3 전류 제어기(360)는,
상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)와 상기 인덕터(320)의 전류 측정치(I_Lr)의 차이를 입력으로 하는 제어기(361),
상기 제어기(361)의 출력을 DC링크 전압으로 나눈 값을 산출하는 제산기(362), 및
상기 제산기(362)의 출력을 기초로 상기 제 3 회로부의 제 1, 2 반도체 스위치(311, 312)의 ON/OFF를 제어하는 제어 신호를 출력하는 PWM 발생기(363)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 7,
The control unit,
A third voltage controller 350 that inputs a DC link voltage error that is a difference between the DC link voltage command value and the DC link voltage,
And a third current controller 360 that takes the output of the third voltage controller 350 as an input and generates control signals of the first and second semiconductor switches 311 and 312 of the third circuit unit 300;
The third voltage controller 350,
A compensation target voltage generator 351 which takes the DC link voltage error as an input and generates a compensation target voltage Vr for removing the AC component of the DC link voltage,
A controller 352 for calculating a current command value I_Lr * of the inductor 320 based on a difference between a zero command value and the compensation target voltage Vr;
The third current controller 360,
A controller 361 that inputs the difference between the current command value I_Lr * of the inductor 320 and the current measurement value I_Lr of the inductor 320,
A divider 362 for calculating a value obtained by dividing the output of the controller 361 by a DC link voltage, and
And a PWM generator 363 outputting a control signal for controlling ON / OFF of the first and second semiconductor switches 311 and 312 of the third circuit part based on the output of the divider 362
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
제 8 항에 있어서,
상기 보상 대상 전압 생성부(351)는,
상기 DC링크 전압 오차를 입력으로하는 시간 지연부(351a)와,
상기 DC링크 전압 오차 신호와 상기 시간 지연부(351a)의 출력 신호를 입력으로 하고, 상기 보상 대상 전압(Vr)을 산출하는 주파수 변환부(351b)를 포함하며;
상기 시간 지연부(351a)는,
전원(2)의 주파수(f)의 2배 주파수(2f)를 기준으로 1/4 싸이클에 해당하는 시간(1/(8f))을 지연시키고;
상기 주파수 변환부(351b)는,
상기 DC링크 전압 오차 신호와 상기 시간 지연부(351a)의 출력 신호를 입력으로 하고,
전원(2)의 주파수(f)의 2배의 주파수를 갖는 상기 DC링크 전압 오차의 성분을 전원(2) 주파수(f)를 갖는 성분으로 주파수 변환하여 상기 보상 대상 전압(Vr)을 산출하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 8,
The compensation target voltage generation unit 351,
Time delay unit (351a) for inputting the DC link voltage error, and
And a frequency conversion unit 351b for taking the DC link voltage error signal and the output signal of the time delay unit 351a as inputs and calculating the compensation target voltage Vr;
The time delay unit (351a),
Delaying the time (1 / (8f)) corresponding to a quarter cycle based on the frequency 2f twice the frequency f of the power supply 2;
The frequency converter 351b,
The DC link voltage error signal and the output signal of the time delay unit (351a) as input,
Frequency-converting the component of the DC link voltage error having a frequency twice the frequency (f) of the power supply (2) to a component having the frequency (f) of the power supply (2) to calculate the voltage to be compensated (Vr)
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
제 9 항에 있어서,
상기 주파수 변환부(351b)는.
상기 전원(2)으로부터 상기 제 1 배터리(20)로 에너지를 전달하는 제 1-1 모드에서는 하기 수학식3을 이용하여 상기 보상 대상 전압(Vr)을 생성하고,
상기 제 1 배터리(20)로부터 상기 전원(2)으로 에너지를 전달하는 제 1-2 모드에서는 하기 수학식4를 이용하여 상기 보상 대상 전압(Vr)을 생성하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
[수학식3]
Figure pat00010
,
[수학식4]
Figure pat00011
.
The method of claim 9,
The frequency converter 351b.
In the 1-1 mode in which energy is transferred from the power source 2 to the first battery 20, the voltage Vr to be compensated is generated using Equation 3 below,
In the 1-2 mode, in which energy is transferred from the first battery 20 to the power source 2, generating the voltage Vr to be compensated using Equation 4 below.
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
[Equation 3]
Figure pat00010
,
[Equation 4]
Figure pat00011
.
제 8 항에 있어서,
상기 인덕터(320)의 전류 지령치(I_Lr*)를 산출하는 제어기(352)는,
0인 지령치에서 상기 보상 대상 전압(Vr)를 뺀 오차를 입력으로 하고,
상기 인덕터(320)의 전류 지령치를 출력으로하는 비례공진(PR) 제어기이며;
상기 비례공진 제어기는,
비례제어기와 적어도 하나 이상의 공진제어기의 합이고;
상기 공진제어기의 공진 주파수는,
전원(2) 주파수를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 8,
The controller 352 for calculating the current command value (I_Lr *) of the inductor 320,
An error obtained by subtracting the voltage to be compensated from the command value of 0 is input,
A proportional resonance (PR) controller that outputs the current command value of the inductor 320;
The proportional resonance controller,
A proportional controller and at least one resonance controller;
The resonance frequency of the resonance controller,
Containing power (2) frequency
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
제 5 항에 있어서,
상기 운전 모드 신호가 제 2 모드인 경우,
상기 모드 전환 스위치(330)의 타단은 상기 제 3 커패시터(343)의 양극 단자에 연결되고,
상기 제 2 회로부(200)는 상기 제 1 배터리(20)로부터 에너지를 상기 DC링크로 전달하며,
상기 제 3 회로부(300)는 상기 DC링크로부터 상기 제 2 배터리(30)로 에너지를 전달하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 5,
When the driving mode signal is the second mode,
The other end of the mode switch 330 is connected to the positive terminal of the third capacitor 343,
The second circuit unit 200 transfers energy from the first battery 20 to the DC link,
The third circuit 300 transmits energy from the DC link to the second battery 30
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
제 12 항에 있어서,
상기 제어부는,
DC링크 전압 지령치와 DC링크 전압 측정치의 차이인 DC링크 전압 제어 오차를 기초로 제 2 회로부의 반도체 스위치를 제어하는 DC링크 전압 제어기(230);
제 2 배터리(30)의 충전 전류 지령(Ilo*)를 생성하는 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370);와
상기 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)의 출력인 제 2 배터리 충전 전류 지령을 기초로 제 3 회로부의 반도체 스위치들의 제어 신호(S31, S32)를 생성하는 제 2 배터리 충전 전류 제어기(380)를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 12,
The control unit,
A DC link voltage controller 230 that controls the semiconductor switch of the second circuit unit based on the DC link voltage control error that is the difference between the DC link voltage command value and the DC link voltage measurement value;
A second battery charging current command generator 370 generating a charging current command (Ilo *) of the second battery 30; and
A second battery charging current controller 380 generating control signals S31 and S32 of semiconductor switches of the third circuit unit based on the second battery charging current command that is the output of the second battery charging current command generator 370. What's more
Charging system for an electric vehicle, characterized in that.
제 13 항에 있어서,
상기 제 2 배터리 충전 전류 지령 생성기(370)는,
상기 제 1 배터리(20)의 에너지로 상기 제 2 배터리(30)를 정전류로 충전하는 제 2-1 모드의 경우 사전에 설정된 소정의 전류값을 출력하는 충전 전류 지령 생성부(371),
상기 제 1 배터리(20)의 에너지로 상기 제 2 배터리(30)를 정전압으로 충전하는 제 2-2 모드의 경우 제 2 배터리(30) 전압 지령치와 제 2 배터리 전압 측정값의 차이를 입력으로 하는 비례적분 제어기를 포함하는 제 2 배터리 전압 제어기(372), 및
상기 운전 모드 신호(Mode)에 따라 상기 충전 전류 지령 생성부(371), 제 2 배터리 전압 제어기(372)의 출력 중 하나를 배터리 전류 지령으로 출력시키는 충전 모드 전환부(373)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 전기차용 충전시스템.
The method of claim 13,
The second battery charging current command generator 370,
In the case of the 2-1 mode in which the second battery 30 is charged with the constant current by the energy of the first battery 20, the charging current command generation unit 371 which outputs a predetermined current value previously set,
In the case of the 2-2 mode in which the second battery 30 is charged with the constant voltage by the energy of the first battery 20, the difference between the voltage command value of the second battery 30 and the measured value of the second battery voltage is input. A second battery voltage controller 372 including a proportional integral controller, and
And a charging mode switching unit 373 which outputs one of the outputs of the charging current command generation unit 371 and the second battery voltage controller 372 as a battery current command according to the driving mode signal Mode.
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