KR102478427B1 - 발열 요소 및 온보드 충전기를 구비한 전기차 - Google Patents

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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 전기차(100)의 고전압 배터리(2)를 충전하기 위한 온보드 충전기(1) 및 발열 요소(4)를 구비한 전기차(100)으로서, 상기 온보드 충전기(1)가 중간 회로(3') 내에 중간 회로 커패시터(3)를 가지는, 전기차(100)에 관한 것으로, 상기 전기차는, 발열 요소(4)가 중간 회로(3')에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

발열 요소 및 온보드 충전기를 구비한 전기차{ELECTRIC VEHICLE WITH HEATING ELEMENT AND ON-BOARD CHARGER}
본 발명은, 전기차의 고전압 배터리를 충전하기 위한 온보드 충전기 및 발열 요소를 구비한 전기차에 관한 것으로, 상기 온보드 충전기는 중간 회로 내에 중간 회로 커패시터를 갖는다.
근래의 전기차 내에는 발열 요소를 구비할 필요성이 있다. 이 발열 요소는 예를 들어 전기차의 탑승자 공간의 난방 시스템에 열을 공급하고, 그리고/또는 전기차의 배터리 온도를 제어하는 데 사용된다. 발열 요소는 일반적으로 추가 개별 부품으로서 전기차의 고전압 배터리에 의해 에너지를 공급받는다. 발열 요소의 종종 발생하는 고주파 스위칭은 전기차의 온보드 전력 시스템의 전류 및 전압 리플을 초래할 수 있고, 상기 리플을 감소시키려면 번거롭게 EMC 필터를 사용해야 한다.
따라서, 본 발명의 과제는, 선행 기술의 전술한 단점을 갖지 않으며, 발열 요소의 스위칭에 의해 야기되는 전류 및 전압 리플을 감소시킬 수 있게 하는 전기차를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 전기차의 고전압 배터리를 충전하기 위한 온보드 충전기 및 발열 요소를 구비한 전기차으로서, 온보드 충전기가 중간 회로 내에 중간 회로 커패시터를 구비하고, 발열 요소는 중간 회로에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 전기차는, 발열 요소의 스위칭 시 발열 요소의 전기 입출력에서 발생하는 전류 리플 및/또는 전압 리플이 중간 회로 커패시터에 의해 감쇠하게 할 수 있다. 리플 감쇠의 결과로, 추가 EMC 필터가 현저히 더 작게 제공될 수 있거나 완전히 생략될 수도 있다.
본 발명의 범주에서 온보드 충전기는 전기차의 고전압 배터리를 충전하거나 방전하기 위해 전기차 내에 배치되는 충전기이다. 외부 전력 공급망으로부터 전기차의 고전압 배터리를 충전하거나, 외부 전력 공급망으로 전기차의 고전압 배터리를 방전하기 위한 충전기로서의 온보드 충전기도 고려할 수 있다. 온보드 충전기가 AC/DC 컨버터 및 DC/DC 컨버터를 구비하고, 이때 중간 회로는 AC/DC 컨버터와 DC/DC 컨버터 사이에 배치되는 것을 고려할 수 있다. 본 발명의 범주에서 전기차는 트랙션(traction)을 발생시키기 위한 전기 기계를 구비한 자동차이다. 그러므로, 전기차는 순수 전기 구동식 자동차 외에, 트랙션을 발생시키기 위한 전기 기계와 더불어 연소 기관도 구비한 자동차, 즉, 이른바 하이브리드 차량도 포함한다.
본 발명의 바람직한 구성들과 개선들은 종속항들 및 도면 설명부에 명시되어 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 발열 요소는 온수기인 구성이 제공된다. 이는 바람직하게 전류에 의한 열의 용이한 발생을 가능케 하고, 이와 관련하여 발생한 열을 신속하고 정확하게 운반할 수 있게 한다. 온수기가 전도성 가열을 위해 발열 저항을 구비하고, 온수기는 발열 저항을 통해 물을 가열하도록 제공되는 것을 고려할 수 있다. 대안으로, 발열 요소는 오일 히터 또는 공기 히터로 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 바람직한 구현예에 따르면, 발열 요소가 중간 회로 커패시터와 병렬로 연결된다. 이는 발열 요소의 스위칭 시 발생하는 전류 리플 및/또는 전압 리플의 탁월한 감쇠를 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 발열 요소는 온보드 충전기의 벅 단(buck stage) 및/또는 부스트 단(boost stage)에 의해 작동하도록 제공된다. 이는 전기차의 필수 부품의 수요를 감소시키고, 그에 따라 비용, 중량, 및 설치 공간을 절약한다. 온보드 충전기의 DC/DC 컨버터가 벅 단 및/또는 부스트 단을 갖는 것을 고려할 수 있다. 온보드 충전기의 DC/DC 컨버터가 양방향으로 제공되는 것, 즉, 두 방향으로 작동될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 이로써 예를 들어, 벅 단 및/또는 부스트 단이 고전압 배터리의 충전 시 전류 및 전압을 변환하는 데 사용되고, 벅 단 및/또는 부스트 단은 나아가, 발열 요소의 작동 시 고전압 배터리에 의해 발열 요소에 전기 에너지가 공급되는 동안 전류 및 전압을 변환하도록 작동될 수 있다. 본 발명의 범주에서 벅 단은 전압을 감소시키기 위한 강압형 컨버터이다. 본 발명의 범주에서 부스트 단은 전압을 증가시키기 위한 승압형 컨버터이다. 온보드 충전기의 DC/DC 컨버터가 양방향으로 사용될 수 있는 벅-부스트 단을 구비하는 것을 고려할 수 있다. 본 발명의 범주에서 벅-부스트 단은 전압을 감소시키기 위한 강압형 컨버터로서 또는 전압을 증가시키기 위한 승압형 컨버터로서 사용될 수 있는 컨버터이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 온보드 충전기는 역률 보상 필터를 구비한다. 이는 고전압 배터리의 충전 시 역률이 보상되게 할 수 있다. 역률 보상 필터가 능동 역률 보상 필터 또는 수동 역률 보상 필터인 것을 고려할 수 있다. 역률 보상 필터가 AC/DC 컨버터에 통합되는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 온보드 충전기는 고전압 배터리를 충전 및 방전하도록 제공된다. 이는 바람직하게, 고전압 배터리가 온보드 충전기에 의해 충전될 수 있을 뿐만 아니라, 고전압 배터리가 방전될 수도 있게 한다. 온보드 충전기가 고전압 배터리를 외부 전력 공급망으로 방전하도록 제공되는 것을 고려할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 온보드 충전기가 발열 요소를 작동시킴으로써 고전압 배터리를 방전하도록 제공되는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 온보드 충전기는 외부 전력 공급망에 연결되도록 제공되고, 이때 온보드 충전기가 외부 전력 공급망으로부터 발열 요소로 전기 에너지를 공급하도록 제공된다. 이는 바람직하게, 발열 요소가 고전압 배터리의 방전 없이 작동될 수 있게 한다. 이는 예를 들어 한파 시 그리고 보조 히터로서 충전소에 연결되어 있는 전기차에 유리하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 온보드 충전기는 고전압 배터리로부터 발열 요소로 전기 에너지를 공급하도록 제공된다. 이는 고전압 배터리의 충전 상태와 무관하게 발열 요소에 정전압을 제공할 수 있게 한다. 이 경우, 온보드 충전기의 DC/DC 컨버터는 바람직하게, 발열 요소에 인가되는 전압을 안정적으로 조절하도록 제공된다. 그로 인해 발열 요소의 안정된 작동을 위한 추가 컨버터가 불필요하므로, 비용, 중량, 및 설치 공간이 절약된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 발열 요소는 전기차의 탑승자 공간을 난방하도록 제공된다. 이는 전기차로 편안한 여정을 할 수 있게 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 발열 요소는 고전압 배터리를 가열하도록 제공된다. 이를 통해, 바람직하게 고전압 배터리의 온도가 한파 시 최저 온도보다 높게 유지될 수 있고, 이는 고전압 배터리의 성능 및 그에 따른 전기차의 도달 거리에 도움이 된다. 추가로 가열에 의해 고전압 배터리의 충전 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 온보드 충전기는 발열 요소에 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하며, 이때 바람직하게는 온보드 충전기가 중간 회로 커패시터로부터 발열 요소로 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하고, 그리고/또는 온보드 충전기가 바람직하게는 온보드 충전기의 AC/DC 컨버터로부터 발열 요소로 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하고, 그리고/또는 온보드 충전기가 바람직하게는 온보드 충전기의 DC/DC 컨버터로부터 발열 요소로 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비한다. 이는, 온보드 충전기에서 발생하는 폐열을 바람직하게 활용하여 에너지를 절약할 수 있게 한다.
본 발명의 추가 세부사항들, 특징들, 및 장점들은 도면 및 도면에 기반한 바람직한 구현예들의 하기 설명에 명시된다. 여기서, 도면들은 본 발명의 사상을 제한하지 않는, 본 발명의 단지 예시적인 구성들일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 온보드 충전기 및 발열 요소의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차(100)의 온보드 충전기(1) 및 발열 요소(4)를 개략적으로 도시한다. 온보드 충전기(1)는 외부 전력 공급망(8)에 연결되도록 제공된다. 외부 전력 공급망(8)으로부터의 AC 전압이 AC/DC 컨버터(6)에 의해 정류된다. 온보드 충전기(1)의 AC/DC 컨버터(6)와 DC/DC 컨버터(7) 사이에 중간 회로 커패시터(3)를 구비한 중간 회로(3')가 배치된다. DC/DC 컨버터(7)는, 정류된 전압이 고전압 배터리(2)를 충전하기 위해 전기차의 온보드 전력 시스템(9)을 통해 제공될 수 있도록 상기 정류된 전압을 변환한다. AC/DC 컨버터(6)는 외부 전력 공급망(8)과의 연결을 위한 역률 보상 필터(5)를 구비한다.
중간 회로(3') 내에는 또한 온수기 형태의 발열 요소(4)가 배치된다. 발열 요소(4)는 중간 회로 커패시터(3)와 병렬로 연결된다. 발열 요소(4)의 발열 출력을 조정하기 위해 상기 발열 요소가 스위칭된다. 이 과정 중에 발생하는 전류 및 전압 리플은, 발열 요소(4)에서 번거로운 EMC 필터링이 요구되지 않고 온보드 전력 시스템(9)에서 리플 전류에 의해 큰 간섭이 발생하지 않도록, 중간 회로 커패시터(3)에 의해 감쇠된다.
발열 요소(4)는 온보드 충전기(1)가 외부 전력 공급망(8)에 연결될 때 외부 전력 공급망(8)에 의해 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 또는, DC/DC 컨버터(7)도 양방향 DC/DC 컨버터로 제공됨으로써, 발열 요소(4)가 고전압 배터리(2)에 의해서도 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 이 경우, 발열 요소(4)에 인가되는 전압은 고전압 배터리(2)의 충전 상태와 무관하게 항상 동일하도록 DC/DC 컨버터(7)에 의해 조절된다. 예를 들어 전기차를 전기 에너지를 위한 버퍼 저장부로 사용할 경우에 유의미한, 고전압 배터리(2)를 외부 전력 공급망(8)으로 방전시킬 수 있는 가능성 외에도, 고전압 배터리(2)를 발열 요소(4)를 통해 방전시킬 수 있는 가능성도 존재한다. DC/DC 컨버터(7)는, 고전압 배터리(2)를 충전 및 방전하는 것뿐만 아니라 고전압 배터리(2)에 의해 발열 요소(4)에 전기 에너지를 공급하는 데 사용되는 벅-부스트 단을 구비한다. 그에 따라, 발열 요소(4)가 전용 벅 단 또는 부스트 단을 필요로 하지 않으므로, 설치 공간, 중량, 및 비용이 절약된다.
중간 회로 커패시터(3), AC/DC 컨버터(6), 및 DC/DC 컨버터(7)로부터 발열 요소(4)로 폐열을 전달하여 전기차의 효율 향상에 기여하는 열교환기는 편의상 여기에 도시되어 있지 않다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차(100)을 개략적으로 도시한다. 전기차는, 중간 회로(3') 내에 발열 요소(4)가 배치되어 있는, 도 1에 도시된 온보드 충전기(1)를 구비하고 있다. 발열 요소(4)는 전기차(100)의 탑승자 공간 및 (도시되지 않은) 고전압 배터리를 가열하도록 제공된다.

Claims (14)

  1. 고전압 배터리(2) 및 온보드 충전기(1)를 포함하는 전기차(100)로서,
    상기 온보드 충전기(1)는:
    전기차(100)의 고전압 배터리(2)를 충전하기 위해 외부 전력 공급망(8)에 연결되도록 구성된 AC/DC 컨버터(6),
    벅 단을 갖고, AC/DC 컨버터(6)와 고전압 배터리(2) 사이에 위치하며, AC/DC 컨버터(6) 및 고전압 배터리(2)에 병렬로 전기적으로 연결되는 양방향 DC/DC 컨버터(7),
    AC/DC 컨버터(6)와 DC/DC 컨버터(7) 사이에 위치하는 발열 요소(4), 및
    AC/DC 컨버터(6)와 발열 요소(4) 사이에 위치하는 중간 회로(3') 내의 중간 회로 커패시터(3)를 갖고,
    발열 요소(4)는 중간 회로 커패시터(3)에 병렬로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  2. 제1항에 있어서, 발열 요소(4)는 온수기인 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 역률 보상 필터(5)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 고전압 배터리(2)를 충전 및 방전하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 외부 전력 공급망(8)으로부터 발열 요소(4)로 전기 에너지를 공급하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  6. 제5항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 고전압 배터리(2)로부터 발열 요소(4)로 전기 에너지를 공급하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발열 요소(4)는 전기차(100)의 탑승자 공간을 난방하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발열 요소(4)는 고전압 배터리(2)를 가열하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 발열 요소(4)에 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 중간 회로 커패시터(3)로부터 발열 요소(4)로 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 상기 온보드 충전기(1)의 AC/DC 컨버터(6)로부터 발열 요소(4)로 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온보드 충전기(1)는 상기 온보드 충전기(1)의 DC/DC 컨버터(7)로부터 발열 요소(4)로 열을 전달하기 위한 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  13. 제1항에 있어서, 발열 요소(4)는 오일 히터인 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
  14. 제1항에 있어서, 발열 요소(4)는 공기 히터인 것을 특징으로 하는, 전기차(100).
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