KR102332054B1 - Apparatus for charging battery of vehicle - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 차량 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 본 명세서의 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치는 배터리부, 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 가진 모터고정자, 계자권선을 가진 모터회전자를 포함하는 모터부, 계자 인버터 및 고정자 인버터를 포함하는 인버터부, 상기 모터부의 모터회전자, 상기 인버터부의 계자 인버터 및 외부 충전 전원이 입력되는 콘센트와 연결되어 상기 모터회전자, 계자 인버터 및 콘센트의 결선 상태를 변경하는 스위치부, 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우와 상기 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우를 구분하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.The present specification relates to a vehicle battery charging apparatus, and the vehicle battery charging apparatus according to the embodiment of the present specification includes a battery unit, a motor stator having stator windings having different phases, and a motor unit including a motor rotor having field windings. , an inverter unit including a field inverter and a stator inverter, a motor rotor of the motor unit, a field inverter of the inverter unit, and an outlet to which external charging power is input to change the wiring state of the motor rotor, the field inverter and the outlet a switch unit, and a control unit controlling the switch unit by distinguishing between a case in which the outlet is connected to the external charging power source and a case in which the external charging power source and the outlet are separated.

Figure R1020140163257
Figure R1020140163257

Description

차량 배터리 충전 장치{APPARATUS FOR CHARGING BATTERY OF VEHICLE}Vehicle battery charging device {APPARATUS FOR CHARGING BATTERY OF VEHICLE}

본 명세서는 차량 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 전기자동차에 구비된 모터-인버터 구동시스템을 이용하여 배터리를 충전하거나 충전된 배터리를 이용하여 모터를 발전시키는 기술에 대한 것이다.The present specification relates to a vehicle battery charging device, and to a technology for charging a battery using a motor-inverter driving system provided in an electric vehicle or generating a motor using the charged battery.

오늘날 차량산업은 차량 자체의 성능을 높이는 기술, 차량 디자인 기술, 차량 내부의 장치에 대한 기술 등 다양성을 추구하고 있다. 또한 최근에는 전기자동차 관련 기술에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.Today, the vehicle industry is pursuing diversity, such as technology for improving the performance of the vehicle itself, vehicle design technology, and technology for devices inside the vehicle. In addition, recently, research on electric vehicle-related technologies has been actively conducted.

전기자동차는 그 특성상 모터를 구동시키기 위한 배터리와 배터리를 충전시키는 충전기를 구비할 수 밖에 없는데, 일반적으로 전기자동차의 배터리는 모터와 인버터를 통해 연결되고, 충전기는 이와 독립적으로 장착되어 있다. 따라서 충전기가 배터리와 모터를 연결시키는 인버터와 별도의 제품으로 되어 있음으로써 다수의 전력소자를 이용하여 다단계의 전력변환이 필요한 문제점이 있다.An electric vehicle has no choice but to include a battery for driving the motor and a charger for charging the battery. In general, the battery of the electric vehicle is connected through the motor and the inverter, and the charger is installed independently. Therefore, since the charger is a separate product from the inverter that connects the battery and the motor, there is a problem that multi-step power conversion is required using a plurality of power devices.

이러한 문제점을 해결하기 위해 별도의 충전기를 사용하지 않고, 기존의 모터구동에 사용되는 인버터를 통해 충전기를 충전하는 통합형 인버터에 대한 기술이 다수 제시되고 있다.In order to solve this problem, a number of technologies for an integrated inverter that charge the charger through an inverter used for driving a conventional motor without using a separate charger have been proposed.

일본 공개특허 1997-298840호에서는 전기자동차의 충전장치에 대해 기재하고 있다. 이 기술은 전기자동차용 고전압배터리 충전장치에 대한 것으로, 차량구동시 인버터의 출력을 모터 고정자의 제1권선으로(또는 제1권선, 제2권선에 동시) 공급하여 구동에 필요한 토크를 발생시키고, 충전시에는 고정자의 제2권선을 상용계통전원에 연결하여 모터의 고정자를 절연변압기의 형태로 만든다. 이렇게 만들어진 절연변압기를 통해 인버터출력을 상용계통전원과 연결하게 되면, 기존의 모터-인버터시스템은 승압형 PWM컨버터로 동작할 수 있어 상용계통전원을 이용해 고전압배터리를 충전할 수 있게 된다. 다만 이 발명은 모터 구동에 필요한 인덕턴스를 가진 제1권선 외에 충전시에만 사용되는 제2권선을 추가해야 하여 모터중량이 증가하고 이에 따라 재료비가 증가하는 문제점이 있다. 또한 이 발명의 다른 실시예에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가지는 고정자 권선을 제1권선과 제2권선으로 분할하여 실시하는 것이 있으나, 이 경우 제2권선에 흐르는 전류를 제어하기 위해 별도의 인버터가 추가되어 인버터 부피가 증가하고 이에 따라 재료비가 증가하는 문제점이 있다.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 1997-298840 describes a charging device for an electric vehicle. This technology is for a high-voltage battery charging device for an electric vehicle. When the vehicle is driven, the output of the inverter is supplied to the first winding of the motor stator (or simultaneously to the first and second windings) to generate the torque required for driving, During charging, the second winding of the stator is connected to the commercial power supply to make the stator of the motor in the form of an insulated transformer. If the inverter output is connected to the commercial grid power through the isolation transformer made in this way, the existing motor-inverter system can operate as a step-up PWM converter, allowing the high voltage battery to be charged using the commercial grid power. However, in this invention, in addition to the first winding having an inductance necessary for driving the motor, a second winding used only for charging has to be added, so that the weight of the motor increases and thus material cost increases. Also, in another embodiment of the present invention, in order to solve the above problem, a stator winding having an inductance necessary for driving a motor is divided into a first winding and a second winding, but in this case, to control the current flowing in the second winding There is a problem in that a separate inverter is added to increase the volume of the inverter and, accordingly, the material cost increases.

본 명세서의 실시예는 계통전압을 이용하여 전기자동차의 배터리를 충전하거나, 충전된 배터리를 이용하여 계통으로 발전함에 있어, 별도의 충전기가 아닌 전기자동차에 구비된 모터-인버터 구동시스템을 이용함으로써 전기자동차의 부품을 감소시키는 것을 목적으로 한다.In the embodiment of the present specification, in charging the battery of the electric vehicle using the grid voltage or generating power to the grid using the charged battery, a motor-inverter driving system provided in the electric vehicle rather than a separate charger is used to generate electricity. It aims to reduce the number of automobile parts.

본 명세서의 실시예는 전기자동차의 모터를 계자권선형 동기전동기 형태로 구현함으로써 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가지는 고정자 권선을 분할하는 공정을 줄이는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present specification aims to reduce a process of dividing a stator winding having an inductance required for driving the motor by implementing the motor of the electric vehicle in the form of a field winding type synchronous motor.

본 명세서의 실시예는 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가지는 고정자 권선을 분할하는 공정을 줄임으로써 전기자동차의 모터와 인버터를 연결하는 스위치 개수를 줄여 제조비용을 줄이는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present specification aims to reduce manufacturing cost by reducing the number of switches connecting a motor and an inverter of an electric vehicle by reducing a process of dividing a stator winding having an inductance required for driving a motor.

본 명세서의 실시예는 계자권선형 동기전동기 제어시스템에 외부 충전 전원과 연결할 수 있는 스위치를 부가하여 전기자동차의 모터를 발전 시키거나 충전기를 충전하는 것을 목적으로 한다.
An embodiment of the present specification aims to develop a motor of an electric vehicle or charge a charger by adding a switch that can be connected to an external charging power source in a control system for a field winding type synchronous motor.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 차량 배터리 충전장치는 배터리부, 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 가진 모터고정자, 계자권선을 가진 모터회전자를 포함하는 모터부, 계자 인버터 및 고정자 인버터를 포함하는 인버터부, 상기 모터부의 모터회전자, 상기 인버터부의 계자 인버터 및 외부 충전 전원이 입력되는 콘센트와 연결되어 상기 모터회전자, 계자 인버터 및 콘센트간의 결선 상태를 변경하는 스위치부, 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우와 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우를 구분하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.According to an embodiment of the present specification, a vehicle battery charging apparatus includes a battery unit, a motor stator having stator windings having different phases, a motor unit including a motor rotor having field windings, a field inverter and a stator inverter The inverter unit, the motor rotor of the motor unit, the field inverter of the inverter unit, and a switch unit connected to an outlet to which an external charging power is inputted to change the connection state between the motor rotor, the field inverter and the outlet, and the external charging power supply and a control unit controlling the switch unit by distinguishing between a case in which an outlet is connected and a case in which the external charging power source and the outlet are disconnected.

상기 제어부는 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 중 상기 외부 충전 전원에 의해 상기 배터리부가 충전되는 경우는 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압을 상기 모터부의 모터고정자에 유기된 전압보다 낮은 전압을 출력하여 상기 외부 충전 전원에서 배터리부로 전류가 흐르도록 제어하고, 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우 중 상기 배터리부가 상기 외부 충전 전원으로 발전하는 경우는 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압을 상기 모터부의 모터고정자에 유기된 전압보다 높게 인가하여 상기 배터리부에서 상기 모터부로 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.When the battery unit is charged by the external charging power while the outlet is connected to the external charging power, the control unit outputs an output voltage of the stator inverter of the inverter unit to a voltage lower than the voltage induced in the motor stator of the motor unit to control the current to flow from the external charging power source to the battery unit, and when the battery unit generates electricity from the external charging power source while the outlet is connected to the external charging power source, the output voltage of the inverter unit's stator inverter is adjusted to the motor By applying a voltage higher than the induced voltage to the negative motor stator, it is possible to control the current to flow from the battery unit to the motor unit.

상기 모터부의 모터회전자는 계자권선-슬립링-브러시로 이루어 질 수 있으며, 상기 모터부가 발전 중인 경우 상기 스위치부를 통해 상기 인버터부의 계자 인버터 출력전압과 연결되고, 상기 배터리부가 상기 외부 충전 전원에 의해 충전 중인 경우 상기 외부 충전 전원과 연결되도록 할 수 있다.The motor rotor of the motor unit may include a field winding-slip ring-brush, and when the motor unit is generating electricity, it is connected to the field inverter output voltage of the inverter unit through the switch unit, and the battery unit is charged by the external charging power source When it is in operation, it may be connected to the external charging power source.

상기 스위치부는 2개의 접점을 가지며, 접점1과 접점2의 출력단은 상기 모터부의 모터회전자와 연결되고, 입력단은 각각 상기 인버터부의 계자 인버터 출력과 상기 외부 충전 전원에 연결될 수 있다.The switch unit may have two contacts, an output terminal of the contact 1 and the contact 2 may be connected to a motor rotor of the motor unit, and an input terminal may be connected to a field inverter output of the inverter unit and the external charging power source, respectively.

상기 스위치부는 상기 제어부의 제어신호에 의해 동작되며, 스위치제어신호가 OFF일 경우 접점1의 입출력은 연결되고 접점2의 입출력은 분리하여 상기 인버터부의 계자 인버터 출력과 상기 모터부의 모터회전자를 연결하고, 스위치제어신호가 ON일 경우 접점1의 입출력을 분리하고 접점2의 입출력은 연결하여 상기 모터부의 모터회전자가 상기 외부 충전 전원과 연결될 수 있다.The switch unit is operated by the control signal of the control unit, and when the switch control signal is OFF, the input/output of contact 1 is connected and the input/output of contact 2 is separated to connect the field inverter output of the inverter unit and the motor rotor of the motor unit, , when the switch control signal is ON, the input/output of contact 1 is disconnected and the input/output of contact 2 is connected, so that the motor rotor of the motor unit can be connected to the external charging power source.

상기 제어부는 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우, 상기 모터부의 모터회전자를 임의의 위치에 정지한 상태로 구속시켜 상기 모터부의 모터회전자를 1차측 상기 모터부의 모터고정자를 2차측으로 하는 변압기가 되도록 상기 스위치부를 제어할 수 있다.When the outlet is connected to the external charging power source, the control unit constrains the motor rotor of the motor unit in a stopped state at an arbitrary position to move the motor rotor of the motor unit to the primary side and the motor stator of the motor unit to the secondary side. It is possible to control the switch unit to become a transformer.

상기 사기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 벡터궤적은 원의 형태이고, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 파형은 크기가 같고 위상이 각기 다르게 될 수 있다.When the external charging power source and the outlet are separated, the vector trajectory of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit is in the form of a circle, and the waveform of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit has the same magnitude and different phases. have.

상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 벡터궤적은 영점을 지나며 임의의 기울기를 가지는 직선 형태이고, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 파형은 위상이 같고 크기가 다르게 될 수 있다.
When the outlet is connected to the external charging power source, the vector trajectory of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit passes through the zero point and has a straight line having an arbitrary slope, and the waveform of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit has the same phase may be of different sizes.

본 명세서의 실시예는 계통전압을 이용하여 전기자동차의 배터리를 충전하거나, 충전된 배터리를 이용하여 계통으로 발전함에 있어, 별도의 충전기가 아닌 전기자동차에 구비된 모터-인버터 구동시스템을 이용함으로써 전기자동차의 부품을 감소시키는 효과가 있다.
In the embodiment of the present specification, in charging the battery of the electric vehicle using the grid voltage or generating power to the grid using the charged battery, a motor-inverter driving system provided in the electric vehicle rather than a separate charger is used to generate electricity. It has the effect of reducing the number of automobile parts.

본 명세서의 실시예는 전기자동차의 모터를 계자권선형 동기전동기 형태로 구현함으로써 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가지는 고정자 권선을 분할하는 공정을 줄이는 효과가 있다.The embodiment of the present specification has the effect of reducing the process of dividing the stator winding having the inductance required for driving the motor by implementing the motor of the electric vehicle in the form of a field winding type synchronous motor.

본 명세서의 실시예는 모터구동에 필요한 인덕턴스를 가지는 고정자 권선을 분할하는 공정을 줄임으로써 전기자동차의 모터와 인버터를 연결하는 스위치 개수를 줄여 제조비용을 줄이는 효과가 있다.The embodiment of the present specification has the effect of reducing the manufacturing cost by reducing the number of switches connecting the motor and the inverter of the electric vehicle by reducing the process of dividing the stator winding having the inductance required for driving the motor.

본 명세서의 실시예는 계자권선형 동기전동기 제어시스템에 외부 충전 전원과 연결할 수 있는 스위치를 부가하여 전기자동차의 모터를 발전 시키거나 충전기를 충전하는 효과가 있다.
The embodiment of the present specification has an effect of generating a motor of an electric vehicle or charging a charger by adding a switch that can be connected to an external charging power source in a control system for a field winding type synchronous motor.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 스위치부에 대한 구성도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압 파형과 벡터궤적을 도시한 설명도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압 파형과 벡터궤적을 도시한 설명도이다.1 is a configuration diagram of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.
2 is a configuration diagram of a switch unit of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.
3 is an explanatory diagram illustrating an output voltage waveform and a vector trajectory of a stator inverter of an inverter unit of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.
4 is an explanatory diagram illustrating an output voltage waveform and a vector trajectory of a stator inverter of an inverter unit of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.

이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시 예를 설명함에 있어서 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In describing the embodiments, descriptions of technical content that are well known in the technical field to which the present specification belongs and are not directly related to the present specification will be omitted. This is to more clearly convey the gist of the present specification without obscuring the gist of the present specification by omitting unnecessary description.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings. In addition, the size of each component does not fully reflect the actual size. In each figure, the same or corresponding elements are assigned the same reference numerals.

본 명세서의 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치는 전기자동차뿐만 아니라, 배터리와 모터-인버터를 사용하는 모든 차량, 예를 들어 전기자동차, 플러그-인 하이브리드자동차, 주행거리연장형 전기자동차, 하이브리드 스타터-제너레이터 장착차량 등에도 적용 가능하다.The vehicle battery charging device according to the embodiment of the present specification is not only an electric vehicle, but also a battery and a motor-all vehicles using an inverter, for example, an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, an extended mileage electric vehicle, a hybrid starter- It can also be applied to vehicles equipped with generators.

이하, 도 1 내지 도4를 참조하여 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.

도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 충전 장치(100)는 배터리부(10), 인버터부(20), 모터부(30), 스위치부(40) 및 제어부(50)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a vehicle battery charging apparatus 100 according to an embodiment of the present specification includes a battery unit 10 , an inverter unit 20 , a motor unit 30 , a switch unit 40 , and a control unit 50 . includes

배터리부(10)는 모터부(30)를 구동시키기 위한 에너지를 제공하는 장치로, 고전압 배터리를 포함한다.The battery unit 10 is a device that provides energy for driving the motor unit 30 , and includes a high voltage battery.

인버터부(20)는 모터 3상 고정자 전류제어에 사용되는 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)로 구성된 3상 전압형 인버터 형태의 고정자 인버터(21)와, 계자전류제어에 사용되는 4개의 IGBT로 구성된 풀 브릿지(Full-bridge)형태 또는 2개의 IGBT를 사용한 하프 브릿지(Half-bridge)형태의 계자 인버터(23)로 구성될 수 있다. 인버터부(20)는 제어부(50)에 의해서 IGBT의 동작이 제어될 수 있다.The inverter unit 20 includes a stator inverter 21 in the form of a three-phase voltage inverter consisting of six IGBTs (Insulated Gate Bipolar mode Transistors) used for controlling the motor three-phase stator current, and four IGBTs used for controlling the field current. It may be configured as a field inverter 23 of a full-bridge type or a half-bridge type using two IGBTs. In the inverter unit 20 , the operation of the IGBT may be controlled by the control unit 50 .

모터부(30)는 서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 가진 모터고정자(31), 계자권선을 가진 모터회전자(33)를 포함한다.The motor unit 30 includes a motor stator 31 having stator windings having different phases from each other, and a motor rotor 33 having field windings.

모터부(30)의 모터회전자(33)는 계자권선, 슬립링 및 브러시로 이루어지며, 브러시, 슬립링을 통해 전압을 직접 인가할 수 있다.The motor rotor 33 of the motor unit 30 includes a field winding, a slip ring, and a brush, and a voltage may be directly applied through the brush and the slip ring.

모터부(30)의 모터회전자(33)는 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우 스위치부(40)를 통해 인버터부(20)의 계자 인버터(23) 출력전압과 연결된다. 또한 모터부(30)의 모터회전자(33)는 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우 상기 외부 충전 전원과 연결된다.The motor rotor 33 of the motor unit 30 is connected to the output voltage of the field inverter 23 of the inverter unit 20 through the switch unit 40 when the external charging power and the outlet are separated. In addition, the motor rotor 33 of the motor unit 30 is connected to the external charging power when the outlet is connected to the external charging power.

상기 외부 충전 전원은 단상 계통 전압을 의미할 수 있다.The external charging power may mean a single-phase system voltage.

상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결된 경우는 상기 외부 충전 전원에 의해 배터리부(10)가 충전되는 경우와 배터리부(10)가 상기 외부 충전 전원으로 발전하는 경우를 모두 상정할 수 있다.When the outlet is connected to the external charging power, both a case in which the battery unit 10 is charged by the external charging power and a case in which the battery unit 10 generates power using the external charging power may be assumed.

또한, 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리된 경우는 배터리부(10)가 모터부(30)에 에너지를 공급하여 모터부(30)가 구동되는 경우와 모터부(30)가 배터리부(10)에 에너지를 공급하여 배터리부(10)가 충전되는 경우를 모두 상정할 수 있다. 배터리부(10)가 모터부(30)에 에너지를 공급하여 모터부(30)가 구동되는 경우는 차량의 엑셀레이터가 작동되는 경우를 의미할 수 있다. 모터부(30)가 배터리부(10)에 에너지를 공급하여 배터리부(10)가 충전되는 경우는 차량의 브레이크가 작동되는 경우 모터부(30)가 배터리부(10)에 회생 에너지를 공급하는 경우를 의미할 수 있다.도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 스위치부에 대한 구성도이다.In addition, when the external charging power source and the outlet are separated, when the battery unit 10 supplies energy to the motor unit 30 to drive the motor unit 30 , and when the motor unit 30 is connected to the battery unit 10 ) by supplying energy to the battery unit 10 can be assumed in all cases. When the battery unit 10 supplies energy to the motor unit 30 to drive the motor unit 30 , it may mean that the accelerator of the vehicle is operated. When the motor unit 30 supplies energy to the battery unit 10 and the battery unit 10 is charged, the motor unit 30 supplies regenerative energy to the battery unit 10 when the vehicle's brake is operated. case. FIG. 2 is a configuration diagram of a switch unit of a vehicle battery device according to an exemplary embodiment of the present specification.

스위치부(40)는 모터부(30)의 모터회전자(33), 인버터부(20)의 계자 인버터(23) 및 상기 외부 충전 전원이 입력되는 콘센트와 연결되어 모터회전자(33), 계자 인버터(23) 및 상기 콘센트간의 결선 상태를 변경한다.The switch unit 40 is connected to the motor rotor 33 of the motor unit 30, the field inverter 23 of the inverter unit 20, and an outlet to which the external charging power is input, so that the motor rotor 33, the field The connection state between the inverter 23 and the outlet is changed.

스위치부(40)는 2개의 접점을 가지며, 접점1과 접점2의 출력단은 모터부(30)의 모터회전자(33)와 연결되고, 입력단은 각각 인버터부(20)의 계자 인버터(23) 출력과 상기 외부 충전 전원에 연결된다.The switch unit 40 has two contacts, the output terminals of the contact 1 and the contact 2 are connected to the motor rotor 33 of the motor unit 30 , and the input terminals are the field inverters 23 of the inverter unit 20 , respectively. output and connected to the external charging power source.

스위치부(40)는 제어부(50)의 제어신호에 의해 동작된다.The switch unit 40 is operated by a control signal from the control unit 50 .

도 2 (a)를 참조하면, 제어부(50)의 스위치제어신호가 OFF일 경우 접점1의 입출력이 연결되고 접점2의 입출력은 분리된다. 따라서 인버터부(20)의 계자 인버터(23) 출력과 모터부(30)의 모터회전자(33)가 연결된다.Referring to FIG. 2 ( a ), when the switch control signal of the control unit 50 is OFF, the input/output of the contact 1 is connected and the input/output of the contact 2 is separated. Accordingly, the output of the field inverter 23 of the inverter unit 20 and the motor rotor 33 of the motor unit 30 are connected.

또한 제어부(50)의 스위치제어신호가 ON일 경우 접점1의 입출력이 분리되고 접점2의 입출력은 연결된다. 따라서 모터부(30)의 모터회전자(33)가 상기 외부 충전 전원과 연결된다.In addition, when the switch control signal of the control unit 50 is ON, the input/output of the contact 1 is disconnected and the input/output of the contact 2 is connected. Accordingly, the motor rotor 33 of the motor unit 30 is connected to the external charging power source.

제어부(50)는 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우, 모터부(30)의 모터회전자(33)는 인버터부(20)의 계자인버터(23) 출력단과 연결되도록 스위치부(40)를 제어한다. 이 때 인버터부(20)의 계자인버터(23)는 모터회전자(33)의 계자권선이 영구자석과 같이 고정자계를 형성할 수 있도록 직류형태의 전류를 인가한다.When the external charging power source and the outlet are separated, the control unit 50 is configured such that the motor rotor 33 of the motor unit 30 is connected to the output terminal of the field inverter 23 of the inverter unit 20 by the switch unit 40 . control At this time, the field inverter 23 of the inverter unit 20 applies a DC current so that the field winding of the motor rotor 33 forms a stationary magnetic field like a permanent magnet.

상기 계자권선에서 발생한 고정자계를 모터고정자(31)에서 볼 경우, 모터 회전주파수에 따라 정현적으로 변하는 회전자계로 보인다. 또한 고정자인버터(21)는 이러한 회전자계와 상호작용하여 원하는 토크가 발생될 수 있도록, 모터부(30)의 모터고정자(31)의 3상 고정자 권선으로 전압을 출력한다.When the stator magnetic field generated in the field winding is viewed from the motor stator 31, it is seen as a rotating magnetic field that changes sinusoidally according to the motor rotation frequency. In addition, the stator inverter 21 outputs a voltage to the three-phase stator winding of the motor stator 31 of the motor unit 30 so that a desired torque can be generated by interacting with the rotating magnetic field.

도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압 파형과 벡터궤적을 도시한 설명도이다.3 is an explanatory diagram illustrating an output voltage waveform and a vector trajectory of a stator inverter of an inverter unit of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.

도 3 (b)를 참조하면, 인버터부(20)의 고정자 인버터(21)의 출력전압의 벡터궤적은 원의 형태가 된다. 또한 도 3 (a)를 참조하면, 인버터부(20)의 고정자 인버터(21)의 출력전압의 파형은 각 상별 크기가 같고 위상이 각기 다른 형태가 된다.Referring to FIG. 3B , the vector trajectory of the output voltage of the stator inverter 21 of the inverter unit 20 is in the form of a circle. Also, referring to FIG. 3 ( a ), the waveform of the output voltage of the stator inverter 21 of the inverter unit 20 has the same magnitude for each phase and has different phases.

다만 실제 고정자인버터(21) 출력전압의 정확한 파형은 인버터내 IGBT의 스위칭을 통해 도 3 (a)의 정현적인 파형을 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)한 형태로 인가되나, 이해의 편의를 위해 정현적으로 등가화해서 표현한 것이다.However, the exact waveform of the actual output voltage of the stator inverter 21 is applied in the form of a pulse width modulation of the sinusoidal waveform of FIG. 3 (a) through the switching of the IGBT in the inverter. It is expressed in terms of equalization.

제어부(50)는 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우, 모터부(30)의 모터회전자(33)를 임의의 위치에 정지한 상태로 구속시켜 모터부(30)의 모터회전자(33)를 1차측 모터부(30)의 모터고정자(31)를 2차측으로 하는 변압기가 되도록 스위치부(40)를 제어한다.When the outlet is connected to the external charging power source, the control unit 50 restrains the motor rotor 33 of the motor unit 30 in a stopped state at an arbitrary position, thereby constraining the motor rotor of the motor unit 30 ( 33) controls the switch unit 40 to become a transformer with the motor stator 31 of the primary side motor unit 30 as the secondary side.

상기 변압기는 모터부(30)의 모터회전자(33)의 회전자권선과 모터고정자(31)의 고정자권선이 회전자와 고정자의 코어와 공극을 통해 형성된 자로를 갖는 절연변압기의 형태가 된다. 이 때 외부 충전 전원에 연결된 모터부(30)의 모터회전자(33)의 계자권선에는 외부 충전 전원의 주파수와 동일한 교류형태의 자속이 발생되며, 고정자와 회전자의 공극과 코어를 통해 자로를 공유하고 있는 모터부(30)의 모터고정자(31)의 3상 고정자 권선에 전압이 유기된다. 상기 고정자 권선에 유기된 전압은 인버터부(20)의 고정자 인버터(21)의 출력전압과 같다.In the transformer, the rotor winding of the motor rotor 33 of the motor unit 30 and the stator winding of the motor stator 31 are in the form of an insulating transformer having a magnetic path formed through the rotor and the stator core and the air gap. At this time, in the field winding of the motor rotor 33 of the motor unit 30 connected to the external charging power source, a magnetic flux of the same AC type as the frequency of the external charging power is generated, and a magnetic path is formed through the gap and the core of the stator and the rotor. A voltage is induced in the three-phase stator winding of the motor stator 31 of the shared motor unit 30 . The voltage induced in the stator winding is equal to the output voltage of the stator inverter 21 of the inverter unit 20 .

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 차량 배터리 장치의 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압 파형과 벡터궤적을 도시한 설명도이다.4 is an explanatory diagram illustrating an output voltage waveform and a vector trajectory of a stator inverter of an inverter unit of a vehicle battery device according to an embodiment of the present specification.

도 4 (b)를 참조하면, 인버터부(20)의 고정자 인버터(21)의 출력전압의 벡터궤적은 영점을 지나며 임의의 기울기를 가지는 직선 형태가 된다. 또한 도 4 (a)를 참조하면, 인버터부(20)의 고정자 인버터(21)의 출력전압의 파형은 상기 외부 충전 전원의 주파수와 같은 주파수를 가지고, 각 상별 출력전압 파형이 위상은 같고 크기가 다른 형태가 된다.Referring to FIG. 4B , the vector trajectory of the output voltage of the stator inverter 21 of the inverter unit 20 passes through the zero point and becomes a straight line having an arbitrary slope. 4 (a), the waveform of the output voltage of the stator inverter 21 of the inverter unit 20 has the same frequency as the frequency of the external charging power, and the output voltage waveform for each phase has the same phase and the same size become a different form.

다만 실제 고정자인버터(21) 출력전압의 정확한 파형은 인버터내 IGBT의 스위칭을 통해 도 4 (a)의 정현적인 파형을 펄스폭변조(Pulse Width Modulation)한 형태로 인가되나, 이해의 편의를 위해 정현적으로 등가화해서 표현한 것이다.However, the exact waveform of the actual output voltage of the stator inverter 21 is applied in the form of a pulse width modulation of the sinusoidal waveform of FIG. 4 (a) through the switching of the IGBT in the inverter. It is expressed in terms of equalization.

본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which this specification belongs will be able to understand that the present specification may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present specification is indicated by the claims described below rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present specification. should be interpreted

한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
On the other hand, in the present specification and drawings, preferred embodiments of the present specification have been disclosed, and although specific terms are used, these are only used in a general sense to easily explain the technical content of the present specification and help the understanding of the present invention, It is not intended to limit the scope of the specification. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this specification pertains that other modifications based on the technical spirit of the present specification may be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

100 : 차량 배터리 충전 장치
10 : 배터리부
20 : 인버터부
21 : 고정자 인버터
23 : 계자 인버터
30 : 모터부
31 : 모터고정자
33 : 모터회전자
40 : 스위치부
50 : 제어부100: vehicle battery charging device
10: battery unit
20: inverter unit
21: stator inverter
23: field inverter
30: motor unit
31: motor stator
33: motor rotor
40: switch unit
50: control unit

Claims (8)

배터리부;
서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 가진 모터고정자, 계자권선을 가진 모터회전자를 포함하는 모터부;
계자 인버터 및 고정자 인버터를 포함하는 인버터부;
상기 모터부의 모터회전자, 상기 인버터부의 계자 인버터 및 외부 충전 전원이 입력되는 콘센트와 연결되어 상기 모터회전자, 계자 인버터 및 콘센트의 결선 상태를 변경하는 스위치부; 및
상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우와 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우를 구분하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 고정자 인버터는, 상기 배터리부로부터 전원을 공급받고 상기 제어부의 제어에 따라 상기 모터고정자의 전류제어를 위해 상기 모터고정자에 전류를 인가하며,
상기 계자 인버터는 상기 고정자 인버터에 병렬 연결되고, 상기 배터리부로부터 전원을 공급받으며, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 모터회전자의 계자전류제어를 위해 상기 모터회전자에 전류를 인가하고,
상기 제어부는 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우, 상기 모터부의 모터회전자를 임의의 위치에 정지한 상태로 구속시켜 상기 모터부의 모터회전자를 1차측 상기 모터부의 모터고정자를 2차측으로 하는 변압기가 되도록 상기 스위치부를 제어하는, 차량 배터리 충전 장치.
battery unit;
a motor unit including a motor stator having stator windings having different phases, and a motor rotor having field windings;
an inverter unit including a field inverter and a stator inverter;
a switch unit connected to an outlet to which the motor rotor of the motor unit, the field inverter of the inverter unit, and external charging power are inputted to change the connection state of the motor rotor, the field inverter, and the outlet; and
A control unit for controlling the switch unit by distinguishing between a case in which the outlet is connected to the external charging power and a case in which the external charging power and the outlet are separated,
The stator inverter receives power from the battery unit and applies a current to the motor stator for controlling the current of the motor stator under the control of the control unit,
The field inverter is connected in parallel to the stator inverter, receives power from the battery unit, and applies a current to the motor rotor for controlling the field current of the motor rotor under the control of the control unit,
When the outlet is connected to the external charging power source, the control unit restrains the motor rotor of the motor unit in a stopped state at an arbitrary position, thereby moving the motor rotor of the motor unit to the primary side and the motor stator of the motor unit to the secondary side. A vehicle battery charging device that controls the switch unit to become a transformer.
 배터리부;
서로 다른 위상을 가지는 고정자권선을 가진 모터고정자, 계자권선을 가진 모터회전자를 포함하는 모터부;
계자 인버터 및 고정자 인버터를 포함하는 인버터부;
상기 모터부의 모터회전자, 상기 인버터부의 계자 인버터 및 외부 충전 전원이 입력되는 콘센트와 연결되어 상기 모터회전자, 계자 인버터 및 콘센트의 결선 상태를 변경하는 스위치부; 및
상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우와 상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우를 구분하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 고정자 인버터는, 상기 배터리부로부터 전원을 공급받고 상기 제어부의 제어에 따라 상기 모터고정자의 전류제어를 위해 상기 모터고정자에 전류를 인가하며,
상기 계자 인버터는 상기 고정자 인버터에 병렬 연결되고, 상기 배터리부로부터 전원을 공급받으며, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 모터회전자의 계자전류제어를 위해 상기 모터회전자에 전류를 인가하고,
상기 제어부는 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우 중 상기 외부 충전 전원에 의해 상기 배터리부가 충전되는 경우는 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압을 상기 모터부의 모터고정자에 유기된 전압보다 낮은 전압을 출력하여 상기 외부 충전 전원에서 배터리부로 전류가 흐르도록 제어하고, 상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우 중 상기 배터리부가 상기 외부 충전 전원으로 발전하는 경우는 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압을 상기 모터부의 모터고정자에 유기된 전압보다 높게 인가하여 상기 배터리부에서 상기 모터부로 전류가 흐르도록 제어하는 차량 배터리 충전 장치.
battery unit;
a motor unit including a motor stator having stator windings having different phases, and a motor rotor having field windings;
an inverter unit including a field inverter and a stator inverter;
a switch unit connected to an outlet to which the motor rotor of the motor unit, the field inverter of the inverter unit, and an external charging power are inputted to change a connection state of the motor rotor, the field inverter, and the outlet; and
A control unit for controlling the switch unit by distinguishing between a case in which the outlet is connected to the external charging power and a case in which the external charging power and the outlet are separated,
The stator inverter receives power from the battery unit and applies a current to the motor stator to control the current of the motor stator under the control of the control unit,
The field inverter is connected in parallel to the stator inverter, receives power from the battery unit, and applies a current to the motor rotor for controlling the field current of the motor rotor under the control of the control unit,
When the battery unit is charged by the external charging power while the outlet is connected to the external charging power, the control unit sets the output voltage of the stator inverter of the inverter unit to a voltage lower than the voltage induced in the motor stator of the motor unit output to control the current to flow from the external charging power to the battery unit, and when the battery unit generates power from the external charging power while the outlet is connected to the external charging power source, the output voltage of the stator inverter of the inverter unit is the A vehicle battery charging device for controlling a current to flow from the battery unit to the motor unit by applying a voltage higher than the induced voltage to the motor stator of the motor unit.
 제 1항에 있어서,
상기 모터부의 모터회전자는 계자권선-슬립링-브러시로 이루어지며, 상기 모터부가 발전 중인 경우 상기 스위치부를 통해 상기 인버터부의 계자 인버터 출력전압과 연결되고, 상기 배터리부가 상기 외부 충전 전원에 의해 충전 중인 경우 상기 외부 충전 전원과 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
The method of claim 1,
The motor rotor of the motor part consists of a field winding-slip ring-brush, and when the motor part is generating electricity, it is connected to the field inverter output voltage of the inverter part through the switch part, and the battery part is being charged by the external charging power source. A vehicle battery charging device connected to the external charging power source.
 제 1항에 있어서,
상기 스위치부는 2개의 접점을 가지며, 접점1과 접점2의 출력단은 상기 모터부의 모터회전자와 연결되고, 입력단은 각각 상기 인버터부의 계자 인버터 출력과 상기 외부 충전 전원에 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
The method of claim 1,
The switch unit has two contacts, the output terminals of the contact 1 and the contact 2 are connected to the motor rotor of the motor unit, and the input terminals are respectively connected to the field inverter output of the inverter unit and the external charging power source.
 제 4항에 있어서,
상기 스위치부는 상기 제어부의 제어신호에 의해 동작되며, 스위치제어신호가 OFF일 경우 접점1의 입출력은 연결되고 접점2의 입출력은 분리하여 상기 인버터부의 계자 인버터 출력과 상기 모터부의 모터회전자를 연결하고, 스위치제어신호가 ON일 경우 접점1의 입출력을 분리하고 접점2의 입출력은 연결하여 상기 모터부의 모터회전자가 상기 외부 충전 전원과 연결되는 차량 배터리 충전 장치.
5. The method of claim 4,
The switch unit is operated by the control signal of the control unit, and when the switch control signal is OFF, the input/output of contact 1 is connected and the input/output of contact 2 is separated to connect the field inverter output of the inverter unit and the motor rotor of the motor unit, , When the switch control signal is ON, the input/output of contact 1 is disconnected and the input/output of contact 2 is connected, so that the motor rotor of the motor unit is connected to the external charging power source.
 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 외부 충전 전원과 상기 콘센트가 분리되는 경우, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 벡터궤적은 원의 형태이고, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 파형은 각 상별 크기가 같고 위상이 각기 다른 형태인 차량 배터리 충전 장치.
The method of claim 1,
When the external charging power source and the outlet are separated, the vector trajectory of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit is in the form of a circle, and the waveform of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit has the same magnitude and different phases for each phase In-vehicle battery charging device.
 제 1항에 있어서,
상기 외부 충전 전원에 상기 콘센트가 연결되는 경우, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 벡터궤적은 영점을 지나며 임의의 기울기를 가지는 직선 형태이고, 상기 인버터부의 고정자 인버터의 출력전압의 파형은 각 상별 크기가 같고 위상이 각기 다른 형태인 차량 배터리 충전 장치.The method of claim 1,
When the outlet is connected to the external charging power source, the vector trajectory of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit passes through the zero point and has a straight line having an arbitrary slope, and the waveform of the output voltage of the stator inverter of the inverter unit has a size for each phase A vehicle battery charging device having the same shape and different phases.
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