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KR20210018598A - 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20210018598A
KR20210018598A KR1020190095383A KR20190095383A KR20210018598A KR 20210018598 A KR20210018598 A KR 20210018598A KR 1020190095383 A KR1020190095383 A KR 1020190095383A KR 20190095383 A KR20190095383 A KR 20190095383A KR 20210018598 A KR20210018598 A KR 20210018598A
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KR
South Korea
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voltage
coil
switching element
battery
switching
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이대우
최민성
양시훈
차재은
양진영
여인용
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

교류 충전 전력을 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환 회로; 일단이 중성점에서 상호 연결된 복수의 코일을 포함하는 모터; 상기 교류-직류 변환 회로의 출력을 상기 중성점에 선택적으로 공급하거나 차단하는 제1 스위칭 장치; 상기 모터 내 코일의 타단에 각각 연결되는 복수의 모터 연결단과 양단자와 음단자를 포함하는 직류 연결단을 가지며, 상기 직류 연결단과 상기 복수의 모터 연결단 사이에 전기적 연결관계를 형성하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터; 상기 인버터의 직류 연결단에 연결된 배터리; 및 상기 배터리의 충전 여부에 기반하여 상기 교류-직류 변환 회로, 상기 제1 스위칭 장치 및 상기 인버터의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 차량용 전력 변환 시스템이 개시된다.

Description

차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법{ELECTRIC POWER CONVERSION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 내 탑재된 충전기 및 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하는 저전압 직류 컨버터를 통합하여 부품수를 감소시키고 전력 변환을 위한 장치의 경량화 및 소형화가 가능한 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차는 외부의 충전 설비에서 제공되는 전력을 제공받아 차량 내 배터리를 충전하고, 충전된 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동함으로써 차량의 동력을 생성할 수 있다.
차량 내 배터리를 충전하기 위해, 차량에는 외부에서 제공되는 교류 충전 전력을 적절한 전압 크기를 갖는 직류로 변환하여 충전 대상인 배터리로 제공하기 위한 탑재형 충전기(On-Board Charger: OBC)가 구비된다. 또한, 차량에는 모터 구동을 위해 고전압을 출력하는 배터리의 전압을 차량 전장 부품에 사용되는 저전압으로 변환하기 위한 저전압 직류 컨버터(Low voltage DC-DC Converter: LDC)가 구비될 수 있다.
이와 같이, 차량에는 다양한 용도에 사용되는 여러 전력 변환 장치들이 구비되고 있으나 일부 장치들은 차량의 특정 모드의 동작에서만 사용되고 다른 동작 모드에서는 전혀 사용되지 않는다. 예를 들어, 차량의 충전 모드에서 교류의 외부 충전 전력을 배터리 충전을 위한 직류 전력으로 변환하는 탑재형 충전기는 차량이 주행 중인 주행 모드에서 전혀 작동하지 않는다.
따라서, 차량 주행에 사용되는 전력 장치와 탑재형 충전기가 일부 부품을 공유하거나 하나로 통합될 수 있다면 전체 전력 변환 시스템을 구축하는데 소요되는 부품 수를 감소시킬 수 있으며, 전력 변환 시스템 자체의 경량화 및 소형화가 가능하게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1489226
이에 본 발명은, 차량 내 탑재된 충전기 및 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하는 저전압 직류 컨버터를 통합하여 부품수를 감소시키고 전력 변환을 위한 장치의 경량화 및 소형화가 가능한 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
교류 충전 전력을 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환 회로;
일단이 중성점에서 상호 연결된 복수의 코일을 포함하는 모터;
상기 교류-직류 변환 회로의 출력을 상기 중성점에 선택적으로 공급하거나 차단하는 제1 스위칭 장치;
상기 모터 내 코일의 타단에 각각 연결되는 복수의 모터 연결단과 양단자와 음단자를 포함하는 직류 연결단을 가지며, 상기 직류 연결단과 상기 복수의 모터 연결단 사이에 전기적 연결관계를 형성하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
상기 인버터의 직류 연결단에 연결된 배터리; 및
상기 배터리의 충전 여부에 기반하여 상기 교류-직류 변환 회로, 상기 제1 스위칭 장치 및 상기 인버터의 동작을 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 전력 변환 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 교류-직류 변환 회로는, 상기 교류 충전 전력이 인가되며 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 브릿지 회로; 상기 제1 브릿지 회로 내 스위칭 소자의 단락 또는 개방에 의해 형성된 교류 전압이 인가되는 제1 코일 및 상기 제1 코일과 전자기적으로 결합되어 제1 코일에 인가되는 교류 전압을 사전 설정된 비율로 변압하여 출력하는 제2 코일을 포함하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 제2 코일의 출력 전압을 정류하여 출력하거나 입력 받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 제2 코일로 인가하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 브릿지 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 브릿지 회로는, 상기 교류 충전 전력의 전압이 그 사이에 인가되는 제1 입력단 및 제2 입력단; 상기 제1 입력단에 일단이 연결된 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결된 제3 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자의 타단 및 상기 제3 스위칭 소자의 타단 사이에 연결된 제4 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제2 입력단 및 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결노드 사이에 상기 트랜스포머의 제1 코일이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 브릿지 회로는, 서로 일단이 연결된 제5 스위칭 소자와 제6 스위칭 소자; 상기 제5 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결된 제7 스위칭 소자; 상기 제6 스위칭 소자의 타단과 상기 제7 스위칭 소자의 타단 사이에 연결된 제8 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제6 스위칭 소자의 연결노드 및 상기 제7 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자의 연결노드 사이에 상기 트랜스포머의 제2 코일이 연결되며, 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제7 스위칭 소자의 연결노드 및 상기 제6 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자의 연결노드 사이의 전압이 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제2 브릿지 회로의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제5 스위칭 소자와 상기 제7 스위칭 소자의 연결노드 및 상기 제6 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자의 연결노드에 각각 양단이 연결된 직류 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 교류 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전 모드에서, 상기 제1 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압을 상기 중성점에 인가되게 하고, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 복수의 스위칭 소자를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자 중 상기 음단자에 연결된 스위칭 소자의 듀티를 제어하여 상기 직류 연결단에 인가된 상기 충전 전압을 승압하여 상기 배터리로 인가되게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 트랜스포머는, 상기 제1 코일 또는 상기 제2 코일과 전자기적으로 연결되어 상기 제1 코일 또는 상기 제2 코일의 전압을 사전 설정된 비율로 변압하여 출력하는 제3 코일을 더 포함하며, 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 동작하는 저전압 컨버터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 저전압 컨버터는, 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 전압을 평활하는 평활부; 및 상기 평활된 전압을 상기 사전 설정된 전압으로 변환하는 전압 변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 정류부는 상기 제3 코일의 일단에 캐소드가 연결된 제1 다이오드와 상기 제3 코일의 타단에 캐소드가 연결된 제2 다이오드를 포함하며, 상기 평활부는 상기 제3 코일의 중간단에 일단이 연결된 커패시터 및 상기 커패시터의 타단에 일단이 연결되며 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 애노드에 공통으로 타단이 연결된 평활 스위칭 소자를 포함하며, 상기 전압 변환부는 상기 커패시터의 타단에 일단이 연결된 벅 스위칭 소자와 상기 벅 스위칭 소자의 타단에 캐소드가 연결되고 상기 평활 스위칭 소자의 타단에 애노드가 연결된 제3 다이오드 및 상기 제3 다이오드의 캐소드에 일단이 연결된 인덕터를 포함하는 벅 컨버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 인버터의 양단자와 상기 교류-직류 변환 회로의 출력단 사이에 연결되는 제2 스위칭 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 스위칭 장치는, 상기 컨트롤러에 의해 단락 및 개방 상태가 결정되는 액티브 스위치 또는 상기 인버터의 양단자에 애노드가 연결되고 상기 교류-직류 변환 회로의 출력단에 캐소드가 연결된 다이오드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 교류 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전 모드에서, 상기 제2 스위칭 장치를 개방시키고, 상기 제1 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압을 상기 중성점에 인가되게 하며, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자를 제어하며, 상기 제1 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 모터를 구동하는 주행 모드에서, 상기 제1 스위칭 장치를 개방시키고, 상기 제2 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 제2 브릿지 회로로 상기 배터리 전압이 인가되게 하며, 상기 제2 브릿지 회로 내 스위칭 소자의 상태 제어를 통해 상기 배터리 전압을 변환하여 상기 제2 코일에 교류 전압이 인가되게 하며, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자를 제어하며, 상기 제2 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 변압되어 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 모터를 구동하는 주행 모드에서, 상기 제1 브릿지 회로 내 스위칭 소자를 모드 개방시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
전술한 차량용 전력 변환 시스템의 제어 방법에 있어서,
차량의 상태가 상기 교류 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전 모드인지 상기 모터를 구동하는 주행 모드인지 판단하는 단계;
상기 판단하는 단계에서 충전 모드인 것으로 판단된 경우, 상기 제1 스위칭 장치를 단락시키고 상기 제2 스위칭 장치를 개방시키며, 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압을 상기 중성점에 인가되게 하며, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자를 제어하는 단계;
상기 제1 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어하는 단계;
상기 판단하는 단계에서 주행 모드인 것으로 판단된 경우, 상기 제1 스위칭 장치를 개방시키고, 상기 제2 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 제2 브릿지 회로로 상기 배터리 전압이 인가되게 하며, 상기 제2 브릿지 회로 내 스위칭 소자의 상태 제어를 통해 상기 배터리 전압을 변환하여 상기 제2 코일에 교류 전압이 인가되게 하고, 상기 제2 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 변압되어 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 방법을 제공한다.
상기 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 종래의 차량 전력 변환 시스템에 비해 차량 탑재형 충전기에 구비되는 역률 보상 회로나 절연형 컨버터 등과 같은 여러 구성 부품들을 생략 가능하게 하고, 교류-직류 컨버터의 2차측 브릿지 회로를 저전압 컨버터의 1차측으로 공용화 함으로써 부품수를 절감하고 시스템의 소형화 및 경량화가 가능하게 된다. 이에 따라, 차량 내 전력 변환 시스템의 패키징이 용이하게 되고 원가 절감 및 관리 대상 부품 감소에 따른 양산성 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템 및 그 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템은, 교류 충전 전력(AC_In)을 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환 회로(100)와, 일단이 중성점(N)에서 상호 연결된 복수의 코일을 포함하는 모터(500)와, 교류-직류 변환 회로(100)의 출력을 상기 중성점(N)에 선택적으로 공급하거나 차단하는 제1 스위칭 장치(R1)와, 모터(500) 내 코일의 타단에 각각 연결되는 복수의 모터 연결단(610a, 610b, 610c)과 양단자(610p)와 음단자(610n)를 포함하는 직류 연결단을 가지며, 직류 연결단(610p, 610n)과 복수의 모터 연결단(610a, 610b, 610c) 사이에 전기적 연결관계를 형성하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터(600)와, 인버터(600)의 직류 연결단(610p, 610n)에 연결된 배터리(20) 및 배터리(20)의 충전 여부에 기반하여 교류-직류 변환 회로(100), 제1 스위칭 장치(R1) 및 인버터(600)의 동작을 제어하는 컨트롤러(700)를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템은, 교류-직류 변환 회로(100)의 직류 출력 측에 직류 전압을 형성하는 직류 커패시터(C1)와, 인버터(600)의 양단자(610p)와 교류-직류 변환 회로(100) 사이의 전기적 연결 상태를 결정하는 제2 스위칭 장치(D1)와, 저전압 컨버터(400)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템은, 종래의 차량 탑재 충전기(OBC)에 구비된 역률 보상 회로 및 직류-직류 컨버터의 구조를 제거하고, 외부에서 입력되는 교류 충전 전압을 교류-직류 변환 회로(100)를 이용하여 직류 전압으로 변환한 후 모터(500)와 인버터(600)로 구현되는 모터 구동 시스템을 전력 변환 회로로 적용하여 배터리(20)를 충전할 수 있는 시스템이다.
더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템은, 종래에 1차/2차 측 브릿지 회로를 별도로 구비하여 모터 구동용 고전압 배터리(20)의 전압을 전장 부품용 저전압으로 변환하는 저전압 컨버터의 1차측을 교류-직류 변환 회로(100)의 2차측 브릿지 회로(120)로 대체할 수 있는 시스템이다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템은, 종래의 차량 전력 변환 시스템에 비해 여러 구성 부품들을 생략하고 공용화 함으로써 부품수를 절감하고 시스템의 소형화 및 경량화가 가능하게 된다.
교류-직류 변환 회로(100)는 복수의 스위칭 소자 및 트랜스포머를 이용하여 외부의 교류 충전 설비(10)에서 제공되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환함과 동시에 차량 내 배터리(20)와 교류 충전 설비(10)간, 즉 교류-직류 변환 회로(100)의 입출력단 간 전기적 절연을 확보하게 한다.
교류-직류 변환 회로(100)는 교류 충전 전력을 공급하는 외부 교류 충전 설비(10)에서 충전 전력을 인가 받고 브릿지 회로를 구성하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 브릿지 회로(110)와, 제1 브릿지 회로(110) 내 스위칭 소자의 단락/개방에 의해 형성된 교류 전압이 인가되는 제1 코일(210) 및 제1 코일(210)과 전자기적으로 결합되어 제1 코일(210)에 인가되는 교류 전압을 사전 설정된 비율로 변압하여 출력하는 제2 코일(N2)을 포함하는 트랜스포머(200)와, 트랜스포머(200)의 제2 코일(N2)의 출력 전압을 정류하여 출력하거나 입력 받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제2 코일(N2)로 인가하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 브릿지 회로(120)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제1 브릿지 회로(110)는, 교류 충전 전력의 전압이 그 사이에 인가되는 제1 입력단(111) 및 제2 입력단(112)과, 제1 입력단(111)에 일단이 연결된 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)와, 제1 스위칭 소자(Q1)의 타단에 일단이 연결된 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 타단 및 제3 스위칭 소자(Q3)의 타단 사이에 연결된 제4 스위칭 소자(Q4)를 포함할 수 있다. 여기에서, 트랜스포머(100)의 제1 코일(210)은 제2 입력단(112)과 상기 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제4 스위칭 소자(Q4)의 연결노드에 그 양단이 각각 연결될 수 있다.
제2 브릿지 회로(120)는, 서로 일단이 연결된 제5 스위칭 소자(Q5)와 제6 스위칭 소자(Q6)와, 제5 스위칭 소자(Q5)의 타단에 일단이 연결된 제7 스위칭 소자(Q7)와, 제6 스위칭 소자(Q6)의 타단과 제7 스위칭 소자(Q7)의 타단 사이에 연결된 제8 스위칭 소자(Q8)를 포함할 수 있다. 여기서, 트랜스포머(200)의 제2 코일(220)은 제5 스위칭 소자(Q5)와 제6 스위칭 소자(Q6)의 연결노드 및 제7 스위칭 소자(Q7)와 제8 스위칭 소자(Q8)의 연결노드에 각각 그 양단이 연결될 수 있다. 또한, 제5 스위칭 소자(Q5)와 제7 스위칭 소자(Q7)의 연결노드(121) 및 제6 스위칭 소자(Q6)와 상기 제8 스위칭 소자(Q8)의 연결노드(122) 사이의 전압이 교류-직류 회로의 출력 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 제5 스위칭 소자(Q5)와 제7 스위칭 소자(Q7)의 연결노드(121) 및 제6 스위칭 소자(Q6)와 상기 제8 스위칭 소자(Q8)의 연결노드(122)에는 직류 전압을 형성하기 위한 직류 커패시터(C1)의 양단이 각각 연결될 수 있다.
후술하는 차량 주행 모드 시 제5 스위칭 소자(Q5)와 제7 스위칭 소자(Q7)의 연결노드(121) 및 제6 스위칭 소자(Q6)와 상기 제8 스위칭 소자(Q8)의 연결노드(122)는 배터리(20)의 전압을 입력 받는 입력단이 될 수도 있다.
모터(500)는 배터리(20)에 저장된 구동 전력이 인버터(600)를 통해 제공되는 경우 회전력을 생성하는 전기 회전 기계로서, 일반적으로 복수의 상에 해당하는 교류 전력을 인버터(600)로부터 제공받아 동작할 수 있다. 모터(500)를 구동하여 회전력을 생성하는 차량 주행 모드에서, 인버터(600)는 내부의 스위칭 소자(Q9-Q14)를 펄스폭 변조 제어하여 모터(500)의 각 상으로 서로 다른 위상을 갖는 교류 전력을 제공한다. 일반적으로, 모터(500)는 도 1에 도시된 것과 같이, 복수의 상에 각각 대응되는 복수의 코일을 포함하는 구조로 표현될 수 있으며, 각 상의 코일의 일단은 상호 전기적으로 연결되어 Y-결상 구조를 가질 수 있다. 이 때, 모터(500) 내 각 상의 코일이 서로 연결되는 지점을 중성점(N)이라 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 모터(500)를 구동하지 않고 외부 충전 전력을 제공받아 이를 변환하여 배터리(20)로 제공하는 충전 모드에서, 교류-직류 변환 회로(100)의 직류 출력 전압은 모터(500)의 중성점(N)으로 인가될 수 있다. 모터(500)가 구동되는 주행 모드에서 모터(500)의 중성점(N)은 다른 전력 변환 구성들과 연결이 이루어지지 않아야 하므로, 교류-직류 변환 회로(100)의 출력을 중성점(N)에 선택적으로 공급하거나 차단할 수 있는 제1 스위칭 장치(R1)이 구비될 수 있다.
제1 스위칭 장치(R1)는 컨트롤러(700)의 제어에 의해 그 상태(단락/개방)가 제어될 수 있으며, 릴레이나 반도체 스위치 등과 같이 외부 제어 신호에 의해 그 상태가 제어될 수 있는 다양한 공지의 스위칭 부품으로 구현될 수 있다.
인버터(600)는 배터리(20)의 양단에 각각 연결된 양(+)단자(610p)와 음(-)단자(610n)를 포함하는 직류 연결단과 직류 연결단 사이에 상호 병렬 관계로 연결되는 세 개의 레그를 가지며, 각 레그에는 두 개의 스위칭 소자(Q9 내지 Q14 중 두 개)가 서로 직렬 연결되고 각 레그에서 직렬 연결된 두 스위칭 소자의 연결 노드가 각각 모터(500)의 각 상에 연결되는 복수의 모터 연결단(610a, 610b, 610c)이 된다.
일반적으로, 차량 주행 시, 인버터(600)는 배터리(20)에 저장된 직류 전력을 복수의 상을 갖는 교류 전력으로 변환하고 복수의 상의 교류 전력을 각각 모터(500)의 각 상으로 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 모터의 각 레그에 포함된 두 개의 스위칭 소자(Q9, Q10 / Q11, Q12 / Q13, Q14)의 연결 노드는 모터 연결단(610a, 610b, 610c)을 통해 모터(500)의 각 상에 대응되는 코일과 연결될 수 있다. 이러한 연결 구조는 회로적인 측면에서 볼 때, 인버터(600)의 한 레그에 포함된 두 개의 스위칭 소자와 그 연결노드에 일단이 연결된 모터(500) 내 하나의 코일은 승압 직류-직류 컨버터의 토폴로지를 구현할 수 있다.
모터(500)의 중성점(N)에서 인버터(600)의 직류 연결단(610p, 610n)으로 에너지의 흐름이 발생하는 경우, 인버터(600)의 스위칭 소자와 모터(500)의 코일을 포함하는 회로 구조는 음단자(610n)에 연결된 아랫(bottom) 상의 스위칭 소자(Q10, Q12, Q14)의 듀티를 제어하는 승압 직류-직류 컨버터를 구현할 수 있다. 3상의 인버터(600)의 경우 총 세개의 레그가 형성되므로 세 개의 승압 직류-직류 컨버터가 인버터(600)의 직류 연결단(610p, 610n)과 모터(500)의 중성점(N) 사이에 병렬 연결된 구조가 형성된다.
배터리(20)를 충전하는 충전 모드에서, 컨트롤러(700)는, 인버터(600)의 스위칭 소자와 모터(500)의 코일을 포함하는 회로 구조에서 음단자(610n)에 연결된 아랫(bottom) 상의 스위칭 소자(Q10, Q12, Q14)의 듀티를 제어하여 교류-직류 변환 회로(100)에서 출력되는 전압을 승압(Boost)하여 배터리(200)로 제공할 수 있다.
트랜스포머(200)는 제1 코일(210) 또는 제2 코일(220)과 전자기적 결합을 형성하는 제3 코일(230)을 더 포함할 수 있으며, 제3 코일(230)은 저전압 컨버터(400)에 포함될 수 있다. 즉, 제3 코일(230)은 제1 코일(210)과의 전자기적 결합을 통해 제1 코일(210)의 전압을 두 코일 간 턴수 비에 따라 유도하여 출력하거나, 제2 코일(220)과의 전자기적 결합을 통해 제2 코일(220)의 전압을 두 코일 간 턴수 비에 따라 유도하여 출력할 수 있다.
저전압 컨버터(400)는 제3 코일(230)에서 유도되는 전압을 적절한 크기로 변환하여 출력할 수 있다. 저전압 컨버터(400)의 출력 전압은 차량의 전장 부품의 전원의 크기에 대응되는 크기를 가질 수 있다. 저전압 컨버터(400)의 출력단은 전장 부품과 연결되거나 전장 부품의 전원전압 크기에 대응되는 전압을 갖는 보조 배터리(30)에 연결될 수 있다. 저전압 컨버터(400)의 출력 전압을 이용하여 보조 배터리(30)가 충전될 수 있다.
저전압 컨버터(400)는 제3 코일(230)에서 출력되는 전압을 정류부, 평활부 및 전압 변환부를 포함할 수 있다.
정류부는, 제3 코일(230)의 일단에 캐소드가 연결된 제1 다이오드(D2)와 제3 코일(230)의 타단에 캐소드가 연결된 제2 다이오드(D3)를 포함할 수 있다.
평활부는, 제3 코일(230)의 중간단에 일단이 연결된 커패시터(C2) 및 커패시터(C2)의 타단에 일단이 연결되며 제1 다이오드(D2)와 제2 다이오드(D3)의 애노드에 공통으로 타단이 연결된 평활 스위칭 소자(Q15)을 포함할 수 있다.
전압 변환부는, 평활부의 커패시터(C2)의 타단에 일단이 연결된 벅 스위칭 소자(Q16)와 벅 스위칭 소자(Q16)의 타단에 캐소드가 연결되고 평활 스위칭 소자(Q15)의 타단에 애노드가 연결된 제3 다이오드(D4) 및 제3 다이오드(D4)의 캐소드에 일단이 연결된 인덕터(Lo)를 포함하는 벅(Buck) 컨버터로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 차량의 주행 모드에서, 교류-직류 변환 회로(100) 내 제2 브릿지 회로(120)는 배터리(20)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 트랜스포머(200)의 제2 코일(220)에 인가하고, 제2 코일(220)과 제3 코일(230) 간의 전자기 유도에 의해 제3 코일(230)에 전압이 출력되게 함으로써 저전압 컨버터(400)가 보조 배터리(30)를 충전하거나 전장 부품에 전원 전압을 제공하게 할 수 있다. 또한, 충전 모드에서는 제2 브릿지 회로(120)의 출력 전압이 배터리(20)로 직접 인가되지 않고 모터(500)의 코일과 인버터(600)가 형성하는 승압 컨버터를 통해 승압된 후 배터리(20)로 인가되어야 한다.
이를 위해 배터리(20)와 제2 브릿지 회로(120) 사이에는 선택적으로 양자간의 전기적 연결 상태를 결정할 수 있는 추가의 스위칭 장치가 요구된다.
도 1에 도시된 실시형태에서는, 배터리(20)와 제2 브릿지 회로(120) 사이의 스위칭 장치로서 애노드가 배터리(20) 측에 연결되고 캐소드가 제2 브릿지 회로(120)에 연결되는 다이오드(D1)이 적용될 수 있다. 더욱 구체적으로, 다이오드(D1)의 애노드는 인버터(600)의 직류 연결단의 양단자(610p)에 연결될 수 있으며, 다이오드(D1)의 캐소드는 제2 브릿지 회로(12)의 출력단, 즉 제5 스위칭 소자(Q5)와 제7 스위칭 소자(Q7)의 연결노드(121)에 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 회로도이다.
도 2에 도시된 실시형태에서는, 배터리(20)와 제2 브릿지 회로(120) 사이의 스위칭 장치로서 배터리(20)의 양단자와 제2 브릿지 회로(120)에 각각 양단이 연결되어 컨트롤러(700)의 제어에 의해 개방/단락 상태가 제어될 수 있는 액티브 스위치(R2)가 적용될 수 있다. 이 액티브 스위치(R2)는 외부의 제어 신호에 의해 단락/개방 상태가 제어될 수 있는 당 기술 분야에 공지된 릴레이, 반도체 스위칭 등이 채용될 수 있다.
컨트롤러(700)는 차량의 상태, 즉 차량이 주행 모드 인지 또는 충전 모드인지의 여부에 따라 전술한 각 요소들을 적절하게 제어하여 외부에서 제공되는 교류 충전 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(20)를 충전하게 하거나, 배터리(20)의 전압 크기를 적절하게 변환하여 보조 배터리(30)나 전장 부품에 인가되게 할 수 있다.
도 1 및 도 2에서 참조부호 'C3'는 보조 배터리(30)로 출력되는 직류 전압을 형성하기 위한 출력 커패시터이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 상세한 동작 및 작용 효과는 후술하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 제어 방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템의 제어 방법은, 컨트롤러(700)가 차량의 동작 모드를 판단하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다.
단계(S11)에서, 컨트롤러(700)는 상위 제어기로부터 제공되는 차량 주행 모드에 관련된 신호 입력, 외부 충전 설비(10)의 연결 여부, 또는 운전자의 조작에 따른 다양한 신호 입력 등을 참조하여 모터(500)의 구동을 통해 차량이 주행하는 차량 주행 모드인지 외부 충전 설비(10)에서 제공되는 충전 전력을 이용하여 배터리(20)를 충전하는 충전 모드인지 판단할 수 있다.
단계(S11)에서 충전 모드인 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(700)는 외부 충전 설비(10)에서 제공되는 교류 충전 전력을 직류로 변환하여 배터리(20)로 제공하기 위한 제어를 수행할 수 있다(S21).
단계(S21)에서, 컨트롤러(700)는 스위칭 장치(R1)을 단락시키고, 제1 브릿지 회로(110)의 스위칭 소자(Q1-Q4)의 상태를 제어하여 교류 전압을 트랜스포머(200)의 제1 코일(210)에 인가되게 한다. 이에 따라, 제1 코일(210)과 제2 코일(220) 사이의 전자기 유도에 의해 제2 코일(220)에 두 코일간 턴비에 따른 교류 전압이 유도되고, 컨트롤러(700)는 제2 브릿지 회로(120)의 스위칭 소자(Q5-Q8)을 제어하여 제2 코일(220)에서 유도되어 출력되는 교류 전압을 정류하여 출력할 수 있다. 제2 브릿지 회로(120)의 출력단에 연결된 커패시터(C1)은 제2 브릿지 회로(120)에서 출력된 전압을 평활하여 직류 전압이 형성되게 할 수 있다.
또한, 단계(S21)에서, 컨트롤러(700)는 스위칭 장치(R1)을 통해 모터(500)의 중성점으로 인가되는 전압을 인버터(600) 내 스위칭 소자(Q9-Q14)의 제어를 통해 승압하여 배터리(20)로 출력할 수 있다. 이 때, 도 1의 다이오드(D1)은 캐소드가 제2 브릿지 회로(120)의 출력단에 연결됨으로써 교류-직류 변환 회로(120)의 출력 전압이 배터리(20)로 직접 인가되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 도 2와 같이 교류-직류 변환 회로(120)와 배터리(20) 사이에 액티브 스위치(R2)가 마련된 예에서, 컨트롤러(700)는 액티브 스위치(R2)를 개방시켜 교류-직류 변환 회로(120)의 출력 전압이 배터리(20)로 직접 인가되는 것을 차단할 수 있다.
충전 모드에서, 컨트롤러(700)가 보조 배터리(30)의 전압이 사전 설정된 기준값보다 낮거나 보조 배터리(30)의 충전 상태가 사전 설정된 기준값보다 낮아 충전이 요구되는 것으로 판단한 경우(S22), 컨트롤러(700)는 저전압 컨버터(400)를 작동시켜 보조 배터리(30)로 전압이 인가되게 할 수 있다(S23).
단계(S23)에서, 트랜스포머(200)의 제1 코일(210)과 제3 코일(230) 사이의 전자기 유도에 의해 제3 코일(230)에는 두 코일간 턴비에 따른 교류 전압이 유도되며, 제3 코일(230)에 유도된 교류 전압은 두 다이오드(D2, D3)의 연결 구조에 의해 정류되어 커패시터(C2)로 인가되며 커패시터(C2)에 의해 평활될 수 있다. 이 때, 컨트롤러(700)는 평활 스위칭 소자(Q15)을 단락 상태로 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(700)는 벅 스위칭 소자(Q16)의 듀티 제어를 통해 저전압 컨버터(400)의 출력단에 보조 배터리(30)를 충전하기에 적절한 크기의 전압이 형성되게 할 수 있다.
단계(S11)에서 주행 모드인 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(700)는 스위칭 장치(R1)을 개방하고, 제1 브릿지 회로(110) 내의 스위칭 소자(Q1-Q4)를 모두 개방한 후 추가적인 제어를 수행하지 않을 수 있다. 즉, 주행 모드에서 컨트롤러(700)는 제1 브릿지 회로(110)를 구동하지 않을 수 있다(S31).
단계(S31)에서, 컨트롤러(700)는 배터리(20)의 전압의 크기를 변환하여 보조 배터리(30)로 제공되게 할 수 있다. 도 1의 예에서는 다이오드(D1)에 의해 배터리(20)의 전압이 제2 브릿지 회로(120)로 제공될 수 있다. 도 2의 예에서는 배터리(20)의 전압이 제2 브릿지 회로(120)로 제공되게 하기 위해 컨트롤러(700)는 액티브 스위치(R2)를 단락시킬 수 있다.
또한, 단계(S31)에서, 컨트롤러(700)는 제2 브릿지 회로(120) 내 스위칭 소자(Q5-Q8)의 개방/단락을 제어하여 제2 코일(220)에 교류 전압이 인가되게 할 수 있다. 이에 따라, 트랜스포머(200)의 제2 코일(220)과 제3 코일(230) 사이의 전자기 유도에 의해 제3 코일(230)에는 두 코일간 턴비에 따른 교류 전압이 유도되며, 제3 코일(230)에 유도된 교류 전압은 두 다이오드(D2, D3)의 연결 구조에 의해 정류되어 커패시터(C2)로 인가되며 커패시터(C2)에 의해 평활될 수 있다. 이 때, 컨트롤러(700)는 평활 스위칭 소자(Q15)을 단락 상태로 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(700)는 벅 스위칭 소자(Q16)의 듀티 제어를 통해 저전압 컨버터(400)의 출력단에 보조 배터리(30)를 충전하기에 적절한 크기의 전압이 형성되게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에서는, 차량이 충전 모드일 때, 제1 브릿지 회로(110), 제2 브릿지 회로(120), 모터(500) 및 인버터(600)의 순으로 전력 흐름이 이루어지게 하여 배터리(20)를 충전할 수 있으며, 필요에 따라 제1 브릿지 회로(110)에서 저전압 컨버터(400)로 전력 흐름이 이루어지게 하여 보조 배터리(30)도 충전할 수 있다. 또한, 차량이 주행 모드일 때, 제1 브릿지 회로(110)는 동작을 정지하고, 배터리(20), 제2 브릿지 회로(120) 및 저전압 컨버터(400) 순으로 전력 흐름이 이루어지게 하여 보조 배터리(30)를 충전하거나 차량의 전장 부품에 전원 전압이 인가되게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 전력 변환 시스템 및 방법은, 종래의 차량 전력 변환 시스템에 비해 차량 탑재형 충전기에 구비되는 역률 보상 회로나 절연형 컨버터 등과 같은 여러 구성 부품들을 생략 가능하게 하고, 교류-직류 컨버터의 2차측 브릿지 회로를 저전압 컨버터의 1차측으로 공용화 함으로써 부품수를 절감하고 시스템의 소형화 및 경량화가 가능하게 된다. 이에 따라, 차량 내 전력 변환 시스템의 패키징이 용이하게 되고 원가 절감 및 관리 대상 부품 감소에 따른 양산성 향상을 도모할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 외부 충전 설비 20: 배터리(고전압 배터리)
30: 보조 배터리 100: 교류-직류 변환 회로
110: 제1 브릿지 회로 120: 제2 브릿지 회로
200: 트랜스포머 210-230: 제1-제3 코일
400: 저전압 컨버터 500: 모터
600: 인버터 R1, R2: 스위칭 장치
N: 중성점

Claims (17)

  1. 교류 충전 전력을 직류 전력으로 변환하는 교류-직류 변환 회로;
    일단이 중성점에서 상호 연결된 복수의 코일을 포함하는 모터;
    상기 교류-직류 변환 회로의 출력을 상기 중성점에 선택적으로 공급하거나 차단하는 제1 스위칭 장치;
    상기 모터 내 코일의 타단에 각각 연결되는 복수의 모터 연결단과 양단자와 음단자를 포함하는 직류 연결단을 가지며, 상기 직류 연결단과 상기 복수의 모터 연결단 사이에 전기적 연결관계를 형성하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 인버터;
    상기 인버터의 직류 연결단에 연결된 배터리; 및
    상기 배터리의 충전 여부에 기반하여 상기 교류-직류 변환 회로, 상기 제1 스위칭 장치 및 상기 인버터의 동작을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 차량용 전력 변환 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 교류-직류 변환 회로는,
    상기 교류 충전 전력이 인가되며 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제1 브릿지 회로;
    상기 제1 브릿지 회로 내 스위칭 소자의 단락 또는 개방에 의해 형성된 교류 전압이 인가되는 제1 코일 및 상기 제1 코일과 전자기적으로 결합되어 제1 코일에 인가되는 교류 전압을 사전 설정된 비율로 변압하여 출력하는 제2 코일을 포함하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 제2 코일의 출력 전압을 정류하여 출력하거나 입력 받은 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 제2 코일로 인가하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 제2 브릿지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 브릿지 회로는, 상기 교류 충전 전력의 전압이 그 사이에 인가되는 제1 입력단 및 제2 입력단; 상기 제1 입력단에 일단이 연결된 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결된 제3 스위칭 소자; 및 상기 제2 스위칭 소자의 타단 및 상기 제3 스위칭 소자의 타단 사이에 연결된 제4 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제2 입력단 및 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결노드 사이에 상기 트랜스포머의 제1 코일이 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 브릿지 회로는, 서로 일단이 연결된 제5 스위칭 소자와 제6 스위칭 소자; 상기 제5 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결된 제7 스위칭 소자; 상기 제6 스위칭 소자의 타단과 상기 제7 스위칭 소자의 타단 사이에 연결된 제8 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제5 스위칭 소자와 상기 제6 스위칭 소자의 연결노드 및 상기 제7 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자의 연결노드 사이에 상기 트랜스포머의 제2 코일이 연결되며,
    상기 제5 스위칭 소자와 상기 제7 스위칭 소자의 연결노드 및 상기 제6 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자의 연결노드 사이의 전압이 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압이 되는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 브릿지 회로의 출력단에 연결된 직류 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제5 스위칭 소자와 상기 제7 스위칭 소자의 연결노드 및 상기 제6 스위칭 소자와 상기 제8 스위칭 소자의 연결노드에 각각 양단이 연결된 직류 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 교류 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전 모드에서, 상기 제1 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압을 상기 중성점에 인가되게 하고, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 복수의 스위칭 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자 중 상기 음단자에 연결된 스위칭 소자의 듀티를 제어하여 상기 직류 연결단에 인가된 상기 충전 전압을 승압하여 상기 배터리로 인가되게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 트랜스포머는, 상기 제1 코일 또는 상기 제2 코일과 전자기적으로 연결되어 상기 제1 코일 또는 상기 제2 코일의 전압을 사전 설정된 비율로 변압하여 출력하는 제3 코일을 더 포함하며,
    상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 동작하는 저전압 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 저전압 컨버터는,
    상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류된 전압을 평활하는 평활부; 및 상기 평활된 전압을 상기 사전 설정된 전압으로 변환하는 전압 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 정류부는 상기 제3 코일의 일단에 캐소드가 연결된 제1 다이오드와 상기 제3 코일의 타단에 캐소드가 연결된 제2 다이오드를 포함하며,
    상기 평활부는 상기 제3 코일의 중간단에 일단이 연결된 커패시터 및 상기 커패시터의 타단에 일단이 연결되며 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 애노드에 공통으로 타단이 연결된 평활 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 전압 변환부는 상기 커패시터의 타단에 일단이 연결된 벅 스위칭 소자와 상기 벅 스위칭 소자의 타단에 캐소드가 연결되고 상기 평활 스위칭 소자의 타단에 애노드가 연결된 제3 다이오드 및 상기 제3 다이오드의 캐소드에 일단이 연결된 인덕터를 포함하는 벅 컨버터인 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 인버터의 양단자와 상기 교류-직류 변환 회로의 출력단 사이에 연결되는 제2 스위칭 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 스위칭 장치는, 상기 컨트롤러에 의해 단락 및 개방 상태가 결정되는 액티브 스위치 또는 상기 인버터의 양단자에 애노드가 연결되고 상기 교류-직류 변환 회로의 출력단에 캐소드가 연결된 다이오드인 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 교류 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전 모드에서,
    상기 제2 스위칭 장치를 개방시키고, 상기 제1 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압을 상기 중성점에 인가되게 하며, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자를 제어하며,
    상기 제1 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 모터를 구동하는 주행 모드에서,
    상기 제1 스위칭 장치를 개방시키고, 상기 제2 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 제2 브릿지 회로로 상기 배터리 전압이 인가되게 하며,
    상기 제2 브릿지 회로 내 스위칭 소자의 상태 제어를 통해 상기 배터리 전압을 변환하여 상기 제2 코일에 교류 전압이 인가되게 하며,
    상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자를 제어하며,
    상기 제2 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 변압되어 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  16. 청구항 15 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 모터를 구동하는 주행 모드에서,
    상기 제1 브릿지 회로 내 스위칭 소자를 모드 개방시키는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 시스템.
  17. 청구항 12의 차량용 전력 변환 시스템의 제어 방법에 있어서,
    차량의 상태가 상기 교류 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하는 충전 모드인지 상기 모터를 구동하는 주행 모드인지 판단하는 단계;
    상기 판단하는 단계에서 충전 모드인 것으로 판단된 경우, 상기 제1 스위칭 장치를 단락시키고 상기 제2 스위칭 장치를 개방시키며, 상기 교류-직류 변환 회로의 출력 전압을 상기 중성점에 인가되게 하며, 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자와 상기 코일이 형성하는 회로가 승압 컨버터로 작동하도록 상기 인버터 내 복수의 스위칭 소자를 제어하는 단계;
    상기 제1 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어하는 단계;
    상기 판단하는 단계에서 주행 모드인 것으로 판단된 경우, 상기 제1 스위칭 장치를 개방시키고, 상기 제2 스위칭 장치를 단락 시켜 상기 제2 브릿지 회로로 상기 배터리 전압이 인가되게 하며, 상기 제2 브릿지 회로 내 스위칭 소자의 상태 제어를 통해 상기 배터리 전압을 변환하여 상기 제2 코일에 교류 전압이 인가되게 하고, 상기 제2 코일과의 전기적 결합에 의해 상기 제3 코일에서 변압되어 출력되는 전압을 상기 배터리의 전압 보다 낮은 값을 갖는 사전 설정된 전압으로 변환하도록 상기 저전압 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력 변환 방법.
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