JP2013009587A

JP2013009587A - 電気自動車のスイッチング装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP2013009587A
Application number: JP2012140804A
Authority: JP
Inventors: Chung Suk Yang; チュンスクヤン; Byeong Woon Chang; ビョンウンチャン
Original assignee: LSIS Co Ltd; LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-01-10
Also published as: US20120326674A1; US8981730B2; EP2537701A2; EP2537701A3; CN102837621A; CN102837621B; KR101216848B1

Abstract

【課題】本発明は、電気自動車のスイッチング装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施例による電気自動車のスイッチング装置は、第１又は第２スイッチング信号を受信し、受信された第１又は第２スイッチング信号のうち既に選択された電気自動車の動作モードに従っていずれか一つの信号を出力する信号選択部（２６０）と、前記信号選択部から出力されるスイッチング信号に従って電源を直流−交流変換して出力するインバータ（２２０）と、前記電気自動車の動作モード選択信号を感知し、選択された動作モードに従って前記信号選択部で第１又は第２スイッチング信号を選択するための制御信号を生成する制御機（２７０）と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は電気自動車に関するものであり、特に電気自動車のスイッチング装置及びその制御方法に関するものである。

代替エネルギ自動車としては、純粋電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）、化石燃料と電気エネルギを兼用するハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）、燃料電池電気自動車（ＦｕｅｌｃｅｌｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＦＣＥＶ）などがある。

上述のような純粋電気自動車はバッテリから電力を供給され、インバータで代表される電動機制御装置によって電動機を制御して最適の効率を達成し、エンジンを電動機で代替することで有害ガスの排出がない完全に環境にやさしい自動車である。

図１は、上述のような一般的な自動車の駆動システムを示す図である。

図１を参照すると、電気自動車１００はバッテリ１１０、インバータ１２０、モータ１３０及び制御機１４０を含む。

一般的な電気自動車１００の駆動方法を調べてみると、電気自動車１００のバッテリ１１０から供給される電源は直流電源を使用する。直流電源で電気自動車１００のモータ１３０を駆動するために直流電源を三相交流電源に変換するインバータ１２０が具備される。

制御機１４０はＰＷＭ制御方式によってインバータ１２０を制御し、バッテリ１１０の電源を直流から交流に変換するようにする。インバータ１２０を制御するために、制御機１４０で発生するゲート信号はＰＷＭスイッチング信号を含む。

しかし、バッテリ１１０に充電されている電力でモータ１３０を駆動するには限界がある。即ち、バッテリ１１０に充電されている電力が所定電力以上放電される場合、それ以上モータ１３０の駆動が不可能であるためである。

従って、電気自動車１００には高圧充電器を付加するべきであり、高圧充電器の出力電源を利用してバッテリ１１０を充電し得るべきである。このような高圧充電器は、大きく家庭用単相電源を利用した緩速充電器と、送電用／配電用三相電源を利用した急速充電器に分類し得る。

しかし、従来の場合、上述のようなインバータ、高圧充電器及び低圧充電器のそれぞれは別々に製作されて装着されている。従って、重複する部品によるコストの発生及び体積、重さなどによる非効率さの問題がある。即ち、インバータにはモータ駆動用に電力用半導体スイッチを使用し、充電器には充電用に電力用半導体スイッチを別々に使用している。

また、最近ではインバータと充電器を統合する形態を採用しており、インバータと充電器に使用される半導体スイッチを統合してそれぞれの電力用半導体スイッチに別々に入るインダクタを減らすようにしている。

しかし、上述のように２つの機能を果たす電力用半導体スイッチを一つに統合すると、一つの電力用半導体スイッチで複数の信号を処理しなければならないという問題が生じる。また、一連の過程において、複数の信号が互いに重複する又は衝突するという問題が発生し得る。

本発明では、複数の機能を統合した電気自動車の統合装置を含む電気自動車のスイッチング装置及びその制御方法を提供する。

また、本発明では、複数の機能を統合した電気自動車の統合装置を利用し、複数の機能に対する動作のうちスイッチング動作で発生し得る誤動作を防止するための電気自動車のスイッチング装置及びその制御方法を提供する。

本発明の実施例による電気自動車のスイッチング装置は、第１又は第２スイッチング信号を受信し、受信された第１又は第２スイッチング信号のうち既に選択された電気自動車の動作モードに従っていずれか一つの信号を出力する信号選択部と、前記信号選択部から出力されるスイッチング信号に従って電源を直流−交流変換して出力するインバータと、前記電気自動車の動作モード選択信号を感知し、選択された動作モードに従って前記信号選択部で第１又は第２スイッチング信号を選択するための制御信号を生成する制御機と、を含む。

また、前記インバータは、前記動作モードが運転モードであれば、前記信号選択部から選択された第１スイッチング信号に従って直流電源を三相交流電源に変換して三相モータに出力し得る。

また、バッテリと、三相モータと、を更に含み、前記インバータは、前記バッテリから出力される直流電源を前記三相交流電源に変換して前記三相モータを駆動し得る。

また、単相交流電源を直流電源に変換する単相整流器を更に含み、前記インバータは、前記動作モードが充電モードであれば、前記信号選択部から選択された第２スイッチング信号に従って単相交流電源を直流電源に変換し得る。

本発明の実施例による電気自動車のスイッチング装置の制御方法は、電気自動車の動作モードが選択される段階と、選択された動作モードに従って第１又は第２スイッチング信号が入力される段階と、前記動作モードに従って入力される第１又は第２スイッチング信号をインバータに出力する段階と、前記インバータが、入力される第１又は第２スイッチング信号に従って前記電気自動車を運転モード又は充電モードで動作させる段階と、を含む。

また、選択された動作モードが運転モードであれば、前記第１スイッチング信号に従ってインバータを動作させる段階と、前記インバータでバッテリから出力される直流電源を交流電源に変換する段階と、変換された交流電源をモータに出力する段階と、供給される交流電源で前記モータを駆動する段階と、を含んでもよい。

また、選択された動作モードが充電モードであれば、前記第２スイッチング信号に従ってインバータを動作させる段階と、前記インバータで交流電源を直流電源に変換する段階と、変換された直流電源をバッテリに出力する段階と、前記直流電源で前記バッテリを充電する段階と、を含んでもよい。

従来技術による電気自動車の駆動システムを示す図である。本発明の実施例による電気自動車の駆動システムを示す図である。本発明の実施例による運転モードにおける電気自動車の駆動方法を段階別に説明するためのフローチャートである。本発明の実施例による充電モードにおける電気自動車の駆動方法を段階別に説明するためのフローチャートである。

本明細書及び特許請求の範囲で使用された用語や単語は通常の又は辞書的な意味に限って解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に立脚して本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。

よって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は本発明の最も好ましい一実施例に過ぎないものであって本実施例の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点でこれらを代替し得る多様な均等物と変更例が存在し得るということを理解するべきである。

図２は、本発明の実施例による電気自動車の駆動システムを示す図である。

図２を参照すると、本発明の実施例による電気自動車の駆動システム２００は、バッテリ２１０、インバータ２２０、三相モータ２３０、充電器２４０、単相電源２４１、単相整流器２４２、信号選択部２６０及び制御機２７０を含む。

バッテリ２１０は好ましくは燃料電池であり、水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）の化学反応を介して電気エネルギを生成してスタックに蓄積する方式を採用してもよい。バッテリ２１０は直流電源を発生してもよく、またバッテリ２１０の端子を介して供給される直流電源によって充電されてもよい。

インバータ２２０は、スイッチング信号に基づいてバッテリ２１０から供給される直流電源を三相交流電源に変換し、三相モータ２３０に供給する。

三相モータ２３０は、インバータ２２０から供給される三相交流電源によって駆動される。

即ち、バッテリ２１０で供給される電源は直流電源である。直流電源を利用して電気自動車の三相モータ２３０を駆動するために、インバータ２２０はバッテリ２１０を介して供給された直流電源を三相交流電源に変換してもよい。

スイッチング信号はゲート信号であるといえる。ゲート信号は、ＰＷＭを含む。

即ち、バッテリ２１０の直流電源はインバータ２２０によって三相交流電源に変換され、三相交流電源によって三相モータ２３０が駆動されて電気自動車の駆動力が発生する。

また、インバータ２２０は、制御機２７０で発生して信号選択部２６０で選択されたスイッチング信号、好ましくはＰＷＭ信号によるＰＷＭ制御方式で制御される。即ち、信号選択部２６０で出力されるスイッチング信号によって、バッテリ２１０から三相モータ２３０に供給される三相交流電源の電圧及び周波数が制御される。

一方、本発明は電気自動車のバッテリ２１０を充電するための充電器２４０を含む。

充電器２４０は、図２に示した単相電源２４１と単相整流器２４２を含む。単相電源２４１は単相交流電源を入力し、単相整流器２４２は単相電源２４１から入力される交流の単相電源を整流して直流電源に変換する。

単相整流器２４２を介して変換された直流電源は、三相モータ２３０の三相巻線を介してインバータ２２０に供給される。

インバータ２２０は、スイッチング信号に従って三相モータ２３０の三相巻線を介して伝達される直流電源をスイッチングし、バッテリ２１０に供給する。インバータ２２０のスイッチング動作によって供給される電源によってバッテリ２１０が充電されてもよい。

即ち、上述のようにインバータ２２０は、スイッチング信号に従ってバッテリ２１０を介して供給される直流電源を三相交流電源に変換してもよい。変換された三相交流電源を三相モータ２３０に供給するか、単相整流器２４２を介して入力された電源をスイッチングしてバッテリ２１０に供給してもよい。

三相モータ２３０を駆動するためにインバータ２２０がバッテリ２１０の電源を入力されて三相モータ２３０に伝達する動作は、電気自動車が運転モード（第１モード）で動作する場合に行われ得る。

また、バッテリ２１０を充電するためにインバータ２２０が単相整流器２４２を介して供給される電源をバッテリ２１０に伝達する動作は、電気自動車が運転モード（第２モード）で動作する場合に行われ得る。

また、バッテリ２１０を充電するためにインバータ２２０が単相整流器２４２を介して供給される電源をバッテリ２１０に伝達する動作は、電気自動車が充電モードで動作する場合に行われ得る。

上述のようにインバータ２２０は複数のモードで駆動され、それに従って入力されるスイッチング信号に従って互いの電源を直流−交流変換して伝達するようになる。

この際、インバータ２２０に供給されるスイッチング信号は、運転モードでインバータ２２０の動作を制御するための第１スイッチング信号を含んでもよい。また、充電モードでインバータ２２０の動作を制御するための第２スイッチング信号を含んでもよい。

しかし、インバータ２２０に第１スイッチング信号と第２スイッチング信号が同時に入力されると、複数のスイッチング信号の間に衝突及び干渉が発生し得る。

従って、本発明の実施例では、インバータ２２０の動作を制御するために生成された第１スイッチング信号と第２スイッチング信号の間における衝突及び干渉を避けるために、インバータ２２０にはいずれか一つのスイッチング信号のみ入力されるようにしてもよい。

従って、本発明の実施例では信号選択部２６０を含んでもよい。

即ち、第１スイッチング信号と第２スイッチング信号はダイレクトにインバータ２２０に入力されず、信号選択部２６０を経るようになる。

信号選択部２６０は、第１スイッチング信号と第２スイッチング信号を入力される。入力された２つのスイッチング信号をミキシングし、いずれか一つの信号のみを選択的にインバータ２２０に出力する。

制御機２７０は、上述のような動作を全般的に制御する。特に、制御機２７０は運転モードでインバータ２２０の動作を制御するための第１スイッチング信号を生成して出力してもよい。

また、制御機２７０は外部から全ての電気自動車の動作モード選択信号を入力され得る。動作モードは、上述のように運転モードと充電モードが含まれ得る。

制御機２７０は、モード選択信号が入力されると、入力されたモード選択信号に従って信号選択部２６０に選択された信号に対する信号を出力し得る。制御機２７０は、入力されたモード選択信号が運転モードである場合、信号選択部２６０を介して第１スイッチング信号が選択されるようにしてもよい。また、モード選択信号が充電モードである場合、信号選択部２６０を介して第２スイッチング信号が選択されるようにしてもよい。

それによって、信号選択部２６０は、制御機２７０の制御信号に従って入力された複数のスイッチング信号のうちいずれか一つのスイッチング信号を選択し、インバータ２２０に出力し得る。

第１スイッチング信号と第２スイッチング信号は、互いに異なる経路を介して信号選択部２６０に入力され得る。従って、信号選択部２６０は、入力される複数のスイッチング信号をそれぞれ区別し得る。

また、制御機２７０で動作モードとして運転モードが選択される場合、選択された第１スイッチング信号に従ってインバータ２２０が動作する。インバータ２２０が動作することで三相モータ２３０に駆動電源が供給され、三相モータ２３０が駆動されるようにしてもよい。

また、制御機２７０で動作モードとして充電モードが選択される場合、第２スイッチング信号に従ってインバータ２２０が動作する。インバータ２２０が動作することでバッテリ２１０に充電電源が供給され、バッテリ２１０の充電が行われ得る。

第１又は第２スイッチング信号は、それぞれ具備された第１又は第２スイッチ（図示せず）から生成されて信号選択部２６０に提供され得る。

図３は、本発明の実施例による電気自動車の運転モードの際のスイッチング装置のスイッチング方法を段階別に説明するためのフローチャートである。

また、図３を参照すると、制御機２７０は外部から電気自動車１００の動作モードが選択されてもよい。即ち、制御機２７０は使用者から現在の電気自動車の動作状態を決定するモード選択信号を入力されてもよい。制御機２７０は、使用者から特定モード選択信号が入力されると、入力に従って選択されたモードに基づいて電気自動車の動作が行われるようにしてもよい。図３の実施例では、電気自動車の動作モードとして運転モードが選択された場合を例に挙げて説明する。

制御機２７０は外部から電気自動車の動作モードとして運転モードが選択されると（ステップ３０２）、バッテリ２１０から直流電源が入力される（ステップ３０４）。

制御機２７０は、信号選択部２６０から第１スイッチング動作により第１スイッチング信号をインバータに出力するように制御する（ステップ３０６）。

インバータ２２０は、信号選択部２６０から受信された第１スイッチング信号に従って、バッテリ２１０から入力される直流電源を三相交流電源に変換し得る（ステップ３０８）。

制御機２７０は、インバータ２２０で変換された三相交流電源が三相モータ２３０に供給されるように制御し得る（ステップ３１０）。

制御機２７０は、三相モータ２３０に供給された三相交流電源によって三相モータ２３０を駆動する運転モードを行い得る。

図４は、本発明の実施例による充電モードにおける電気自動車の駆動方法を段階別に説明するためのフローチャートである。

図４を参照すると、制御機２７０は外部から電気自動車１００の動作モードが選択され得る。即ち、制御機２７０は使用者から現在の電気自動車の動作状態を決定するモード選択信号を入力され得る。制御機２７０は、使用者から特定モード選択信号が入力されると、入力に従って選択されたモードに基づいて電気自動車の動作が行われるようにしてもよい。図４の実施例では、電気自動車の動作モードとして充電モードが選択された場合を例に挙げて説明する。

制御機２７０は外部から電気自動車の動作モードとして充電モードが選択されると（ステップ４０２）、単相交流電源が入力される（ステップ４０４）。

制御機２７０は充電モード選択を感知し、信号選択部２６０で第２スイッチング動作により第２スイッチング信号を選択するように制御する（ステップ４０６）。

インバータ２２０は、信号選択部２６０から受信された第２スイッチング信号に従って、入力された単相交流電源を直流電源に変換する（ステップ４１０）。

インバータ２２０は変換された直流電源をバッテリに供給し（ステップ４１２）、供給された直流電源によってバッテリ２１０を充電し得る（ステップ４１４）。

これまで本発明についてその好ましい実施例を中心に説明したが、これは単なる例示に過ぎないものであって本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で上記に例示されていない多様な変形と応用が可能であるということが分かるはずである。例えば、本発明の実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施し得るものである。そして、このような変形と応用に関する差は、添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。

Claims

第１又は第２スイッチング信号を受信し、受信された第１又は第２スイッチング信号のうち既に選択された電気自動車の動作モードに従っていずれか一つの信号を出力する信号選択部と、
前記信号選択部から出力されるスイッチング信号に従って電源を直流−交流変換して出力するインバータと、
前記電気自動車の動作モード選択信号を感知し、選択された動作モードに従って前記信号選択部から第１又は第２スイッチング信号を選択するための制御信号を生成する制御機と、を含む、
電気自動車のスイッチング装置。
前記インバータは、前記動作モードが運転モードであれば、前記信号選択部で選択された第１スイッチング信号に従って直流電源を三相交流電源に変換して三相モータに出力する、
請求項１に記載の電気自動車のスイッチング装置。
バッテリと、
三相モータと、を更に含み、
前記インバータは、前記バッテリから出力される直流電源を前記三相交流電源に変換して前記三相モータを駆動する、
請求項２に記載の電気自動車のスイッチング装置。
単相交流電源を直流電源に変換する単相整流器を更に含み、
前記インバータは、動作モードが充電モードであれば、前記信号選択部で選択された前記第２スイッチング信号に従って単相交流電源を直流電源に変換する、
請求項１に記載の電気自動車のスイッチング装置。
電気自動車の動作モードが選択される段階と、
選択された動作モードに従って第１又は第２スイッチング信号が入力される段階と、
前記動作モードに従って入力される第１又は第２スイッチング信号をインバータに出力する段階と、
前記インバータが、入力される第１又は第２スイッチング信号に従って前記電気自動車を運転モード又は充電モードで動作させる段階と、を含む、
電気自動車のスイッチング装置制御方法。
選択された動作モードが運転モードであれば、前記第１スイッチング信号によってインバータを動作させる段階と、
前記インバータでバッテリから入力された直流電源を交流電源に変換する段階と、
変換された交流電源をモータに出力する段階と、
供給される交流電源で前記モータを駆動する段階と、を含む、
請求項５に記載のスイッチング装置の制御方法。
選択された動作モードが充電モードであれば、前記第２スイッチング信号によってインバータを動作させる段階と、
前記インバータで交流電源を直流電源に変換する段階と、
変換された直流電源をバッテリに出力する段階と、
前記直流電源で前記バッテリを充電する段階と、を含む、
請求項５に記載のスイッチング装置の制御方法。