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KR20190039811A - 특히 차량용의 구동 시스템 및 구동 시스템의 가열 방법 - Google Patents

특히 차량용의 구동 시스템 및 구동 시스템의 가열 방법 Download PDF

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KR20190039811A
KR20190039811A KR1020197008486A KR20197008486A KR20190039811A KR 20190039811 A KR20190039811 A KR 20190039811A KR 1020197008486 A KR1020197008486 A KR 1020197008486A KR 20197008486 A KR20197008486 A KR 20197008486A KR 20190039811 A KR20190039811 A KR 20190039811A
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 전기 에너지의 생성을 위한 연료 전지 유닛(12)과; 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지(14)와; 코일들(21, 22, 23)을 구비한 전기 기계(20)와; 전기 기계(20)의 제어를 위한 역변환 장치(30);를 포함하는, 특히 차량용의 구동 시스템(10)에 관한 것이다. 이 경우, 역변환 장치(30)는 3레벨 인버터로서 구성되어, 복수의 전자 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12) 및 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X12)과, 양극(37), 음극(35), 및 중성극(36)을 구비하며, 연료 전지 유닛(12)과 2차 전지(14)는 직렬 연결되고, 역변환 장치(30)의 극들(35, 36, 37)과 연결된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 구동 시스템(10)의 가열 방법에 관한 것이며, 이때 역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은, 연료 전지 유닛(12)과 연결되는 역변환 장치(30)의 극들(35, 36, 37) 사이에 단락 회로 형태의 전류 경로가 생성되도록 제어된다.

Description

특히 차량용의 구동 시스템 및 구동 시스템의 가열 방법
본 발명은 전기 에너지의 생성을 위한 연료 전지 유닛과; 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지와; 코일들을 구비한 전기 기계와; 전기 기계의 제어를 위한 역변환 장치;를 포함하는, 특히 차량용의 구동 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 구동 시스템의 가열 방법에 관한 것이다.
미래에는 특히 하이브리드 차량 또는 전기 차량과 같은 차량들에서, 신규의 에너지 저장 기술들과 전기 구동 기술을 결합하는 전자 시스템들이 점점 더 많이 사용될 것임이 명백하다. 전기 기계에 3상 전류를 공급하기 위해서는, 인버터라고도 불리는 역변환 장치를 통하여 전지로부터의 직류 전압이 3상 교류 전압으로 변환될 수 있다.
차량의 전기 구동 시스템을 위한 전기 에너지를 생성하기 위한 하나의 가능성은 연료 전지에 의해 형성된다. 이 경우, 통상적으로 연료 전지 차량들에는 예를 들어 구동을 위한 일시적 출력 상승을 제공하거나 제동 에너지의 회생을 가능하게 하기 위해 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지가 추가로 장착된다.
DE 10 2012 222 343 A1호에는 일반적 유형의 차량용 구동 시스템이 공지되어 있다. 이러한 구동 시스템은 전기 에너지의 생성을 위한 연료 전지 유닛과; 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지와; 전기 기계와; 전기 기계의 제어를 위한 역변환 장치;를 포함한다.
특히 자동차에 사용되는 연료 전지들은 작동 개시 동안 낮은 온도, 특히 빙점 훨씬 아래의 온도를 갖는 주변 환경에 처할 수 있다. 연료 전지들의 손상을 방지하기 위해, 연료 전지들의 정규 작동에 가열 단계가 선행하도록 하는 것이 공지되어 있다. 이러한 가열 단계에서는 대체로 연료 전지 장치의 효율이 저하되어, 연료 전지들의 폐열 생성이 증가된다.
DE 10 2012 218 584 A1호로부터는 연료 전지 장치 및 연료 전지 장치의 가열 방법이 제시된다. 이 경우, 연료 전지 장치의 접촉부들 사이에는 접속 가능한 전기 저항이 제공된다. 이러한 저항이 접속되면, 연료 전지 장치의 가열을 위한 열이 생성된다.
DE 10 2007 026 003 A1호로부터는 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 냉간 시동 방법이 공지되어 있다. 이 경우, 연료 전지 시스템의 냉간 시동 시에는 전기 부하들이 접속되는 동시에, 반응 물질 공급의 조정이 실행된다.
정규 작동 온도 미만에서의 고체 고분자 전해질 연료 전지(solid polymer electrolyte fuel cell)의 시동 방법이 DE 600 05 836 T2호로부터 공지되어 있다. 이 경우, 시동 시간 범위 동안, 반응 물질 공급은 축소된다.
DE 10 2008 029 155 A1호에는 추가의 가열 수단을 갖는, 유동 채널들을 구비한 연료 전지 장치가 공지되어 있다. 이러한 가열 수단은 예를 들어 적외선 가열 장치 또는 발열체이다.
직류 전압으로부터 3상 교류 전압을 생성하기 위한 역변환 장치가 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 예를 들어, "2014 IEEE, Print ISBN: 978-3-8007-3603-4" 및 "매트랩 및 RT-랩에 의한 2레벨 및 3레벨 인버터의 시뮬레이션 및 구현(SIMULATION AND IMPLEMENTATION OF TWO-LEVEL AND THREE-LEVEL INVERTERS BY MATLAB AND RT-LAB), 오하이오 주립 대학 2011"으로부터는, 복수의 전자 스위치 및 다이오드와, 양극, 음극, 및 중성극을 갖는 3레벨 인버터가 제시된다.
특히 차량용의 구동 시스템이 제안된다. 이러한 구동 시스템은 전기 에너지의 생성을 위한 연료 전지 유닛과; 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지와; 코일들을 구비한 전기 기계와; 전기 기계의 구동을 위한 역변환 장치;를 포함한다. 역변환 장치는 특히 3개의 상 출력부들을 구비하고, 전기 기계는 3개의 코일들을 구비한다. 상 출력부들은 전기 기계의 코일들과 연결된다.
본 발명에 따라, 역변환 장치는 3레벨 인버터로서 구성되어, 복수의 전자 스위치들 및 다이오드들과, 양극, 음극, 및 중성극을 구비한다. 이 경우, 연료 전지 유닛과 2차 전지는 직렬 연결되고, 역변환 장치의 극들과 연결된다. 예를 들어, 연료 전지 유닛은 음극 및 중성극과 연결되고, 2차 전지는 중성극 및 양극과 연결된다. 대안적으로, 2차 전지는 음극 및 중성극과 연결되고, 연료 전지 유닛은 중성극 및 양극과 연결된다.
바람직하게, 연료 전지 유닛과 2차 전지는, 양극에는 중성극에서보다 더 높은 전위가 인가되고, 음극에는 중성극에서보다 더 낮은 전위가 인가되도록 역변환 장치의 극들과 연결된다. 예를 들어, 2차 전지 또는 연료 전지 유닛의 음극 단자는 음극과 연결되고, 2차 전지 또는 연료 전지 유닛의 양극 단자는 중성극과 연결된다. 마찬가지로, 2차 전지 또는 연료 전지 유닛의 음극 단자는 중성극과 연결되고, 2차 전지 또는 연료 전지 유닛의 양극 단자는 양극과 연결된다.
바람직하게, 역변환 장치의 스위치들과 병렬로 환류 다이오드가 각각 연결된다. 역변환 장치의 스위치들과 역변환 장치의 중성극 사이에는 바람직하게 클램프 다이오드들이 제공된다.
본 발명에 따른 전기 구동 시스템의 가열 방법도 제안된다. 본 발명에 따라, 이 경우 역변환 장치의 스위치들은, 연료 전지 유닛과 연결되는 역변환 장치의 극들 사이에 단락 회로 형태의 전류 경로가 생성되도록 제어된다. 즉, 연료 전지 유닛의 음극 단자와 양극 단자 사이에 단락 회로 형태의 전류 경로가 생성된다. 이로 인해, 비교적 높은 전류가 연료 전지 유닛 및 역변환 장치를 통해 흐른다. 이로 인해 열이 생성되고, 구동 시스템, 특히 연료 전지 유닛은 가열된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 역변환 장치의 스위치들은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로 내에 오로지 역변환 장치의 스위치들 및 다이오드들만 놓이도록 제어된다.
본 발명의 바람직한 일 개선예에 따라, 역변환 장치의 스위치들은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로가 주기적으로 생성 및 해제되도록 제어된다. 펄스 폭 변조(PWM)에 의해, 평균 전류 세기가 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예에 따라, 역변환 장치의 스위치들은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로 내에 전기 기계의 하나 이상의 코일이 놓이도록 제어된다. 전기 기계의 코일의 임피던스를 통해 상기 전류 세기는 제한된다.
본 발명의 바람직한 일 개선예에 따라, 역변환 장치의 스위치들은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로가 주기적으로 생성 및 해제되도록 제어된다. 펄스 폭 변조(PWM)에 의해, 한편으로는 평균 전류 세기가 제어될 수 있다. 추가로, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로의 해제 시에, 전기 기계의 코일 내에는 유도 전압이 발생한다.
특히 바람직하게는, 단락 회로 형태의 전류 경로의 해제를 통해 전기 기계의 코일 내에서 발생하는 유도 전압이, 하나 이상의 환류 다이오드를 거쳐 2차 전지로 흐르는 전류를 생성하도록, 각각의 스위치와 병렬로 환류 다이오드가 각각 연결된다. 상술한 전류를 통해 2차 전지는 충전된다.
본 발명에 따른 구동 시스템 및 본 발명에 따른 구동 시스템의 가열 방법은 바람직하게는 연료 전지 차량(Fuel Cell Vehicle, FCV) 내에서 사용된다.
본 발명에 따른 구동 시스템 및 본 발명에 따른 구동 시스템의 가열 방법은 구동 시스템, 특히 연료 전지 유닛의 가열 단계의 비교적 정밀한 제어를 가능하게 한다. 이 경우, 평균 전류 세기는 펄스 폭 변조에 의해 의도한 대로 조절될 수 있다. 또한, 추가의 회로 요소들, 예를 들어 부하 저항이 필요하지 않다. 구동 시스템의 가열을 위해 필요한 모든 회로 요소들은 구동 시스템 자체 내에 존재한다.
본 발명의 실시예들은 도면들 및 하기 설명부에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 구동 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 2차 전지의 충전을 위한 도 1의 구동 시스템의 등가 회로도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 하기 설명부에서는 동일하거나 유사한 요소들이 동일한 도면 부호로 표시되어 있으며, 개개의 경우 이러한 요소들의 반복 설명은 생략된다. 도면들은 본 발명의 대상을 단지 개략적으로만 도시한다.
도 1에는 구동 시스템(10)이 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 구동 시스템(10)은 전기 에너지의 생성을 위한 연료 전지 유닛(12)과; 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지(14);를 포함한다. 연료 전지 유닛(12)과 2차 전지(14)는 직렬 연결된 복수의 셀들을 각각 구비한다. 연료 전지 유닛(12)과 병렬로 제1 커패시터(16)가 연결된다. 2차 전지(14)와 병렬로 제2 커패시터(18)가 연결된다.
또한, 구동 시스템(10)은 제1 코일(21), 제2 코일(22), 및 제3 코일(23)을 구비한 전기 기계(20)를 포함한다. 이 경우, 코일들(21, 22, 23)은 성형 결선(star connection)으로 연결되고, 중성점(25)과 연결된다. 코일들(21, 22, 23)은 3각 결선으로도 연결될 수 있을 것이다.
구동 시스템(10)은 전기 기계(20)의 제어를 위한 역변환 장치(30)도 포함한다. 이 경우, 역변환 장치(30)는 제1 코일(21)과 연결된 제1 상 출력부(31)와, 제2 코일(22)과 연결된 제2 상 출력부(32)와, 제3 코일(23)과 연결된 제3 상 출력부(33)를 구비한다.
또한, 역변환 장치(30)는 음극(35), 중성극(36), 및 양극(37)을 구비한다. 이 경우, 연료 전지 유닛(12)의 음극 단자는 음극(35)과 연결되고, 연료 전지 유닛(12)의 양극 단자는 중성극(36)과 연결된다. 또한, 2차 전지(14)의 음극 단자는 중성극(36)과 연결되고, 2차 전지(14)의 양극 단자는 양극(37)과 연결된다. 따라서, 연료 전지 유닛(12)과 2차 전지(14)는 마찬가지로 직렬 연결된다.
제1 클램프 다이오드(D1)가 중성극(36)과 제1 교점(41) 사이에 제공된다. 제2 클램프 다이오드(D2)가 중성극(36)과 제2 교점(42) 사이에 제공된다. 제3 클램프 다이오드(D3)가 중성극(36)과 제3 교점(43) 사이에 제공된다. 제4 클램프 다이오드(D4)가 중성극(36)과 제4 교점(44) 사이에 제공된다. 제5 클램프 다이오드(D5)가 중성극(36)과 제5 교점(45) 사이에 제공된다. 제6 클램프 다이오드(D6)가 중성극(36)과 제6 교점(46) 사이에 제공된다.
양극(37)과 제1 교점(41) 사이에는 제1 스위치(S1)가 배치된다. 제1 상 출력부(31)와 제1 교점(41) 사이에는 제2 스위치(S2)가 배치된다. 제1 상 출력부(31)와 제2 교점(42) 사이에는 제3 스위치(S3)가 배치된다. 음극(35)과 제2 교점(42) 사이에는 제4 스위치(S4)가 배치된다.
양극(37)과 제3 교점(43) 사이에는 제5 스위치(S5)가 배치된다. 제2 상 출력부(32)와 제3 교점(43) 사이에는 제6 스위치(S6)가 배치된다. 제2 상 출력부(32)와 제4 교점(44) 사이에는 제7 스위치(S7)가 배치된다. 음극(35)과 제4 교점(44) 사이에는 제8 스위치(S8)가 배치된다.
양극(37)과 제5 교점(45) 사이에는 제9 스위치(S9)가 배치된다. 제3 상 출력부(33)와 제5 교점(45) 사이에는 제10 스위치(S10)가 배치된다. 제3 상 출력부(33)와 제6 교점(46) 사이에는 제11 스위치(S11)가 배치된다. 음극(35)과 제6 교점(46) 사이에는 제12 스위치(S12)가 배치된다.
역변환 장치의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은 도시되지 않은 제어 유닛에 의해 제어 가능한 전자 스위치이다. 상술한 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은 바람직하게는 쌍극성 트랜지스터로서 또는 절연 게이트 전극을 구비한 쌍극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)로서 구성된다.
제1 스위치(S1)와 병렬로 제1 환류 다이오드(X1)가 연결된다. 제2 스위치(S2)와 병렬로 제2 환류 다이오드(X2)가 연결된다. 제3 스위치(S3)와 병렬로 제3 환류 다이오드(X3)가 연결된다. 제4 스위치(S4)와 병렬로 제4 환류 다이오드(X4)가 연결된다. 제5 스위치(S5)와 병렬로 제5 환류 다이오드(X5)가 연결된다. 제6 스위치(S6)와 병렬로 제6 환류 다이오드(X6)가 연결된다. 제7 스위치(S7)와 병렬로 제7 환류 다이오드(X7)가 연결된다. 제8 스위치(S8)와 병렬로 제8 환류 다이오드(X8)가 연결된다. 제9 스위치(S9)와 병렬로 제9 환류 다이오드(X9)가 연결된다. 제10 스위치(S10)와 병렬로 제10 환류 다이오드(X10)가 연결된다. 제11 스위치(S11)와 병렬로 제11 환류 다이오드(X11)가 연결된다. 제12 스위치(S12)와 병렬로 제12 환류 다이오드(X12)가 연결된다.
구동 시스템(10)의 가열을 위해, 예를 들어 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 및 제4 스위치(S4)가 폐쇄될 수 있다. 이로 인해, 중성극(36)으로부터 제1 클램프 다이오드(D1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 및 제4 스위치(S4)를 거쳐 음극(35)으로의 단락 회로 형태의 전류 경로가 생성된다. 이 경우, 연료 전지 유닛(12)은 생성되는 단락 회로 형태의 전류 경로를 통해 전류를 제공한다.
이 경우, 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 및 제4 스위치(S4)는 주기적으로, 예를 들어 10kHz의 주파수로 개폐될 수 있으므로, 단락 회로 형태의 전류 경로는 주기적으로 생성 및 해제된다. 이 경우, 펄스 폭 변조(PWM)에 의해, 연료 전지 유닛(12)으로부터의 전류의 평균 전류 세기가 제어될 수 있다.
예를 들어, 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7), 및 제8 스위치(S8)가 폐쇄되는 경우, 단락 회로 형태의 유사한 전류 경로가 생성된다. 제10 스위치(S10), 제11 스위치(S11), 및 제12 스위치(S12)가 폐쇄되는 경우, 단락 회로 형태의 유사한 전류 경로가 마찬가지로 생성된다.
또한, 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 제6 스위치(S6), 제7 스위치(S7), 제8 스위치(S8), 제10 스위치(S10), 제11 스위치(S11), 및 제12 스위치(S12)가 동시에 폐쇄되는 경우가 고려 가능하다. 이로 인해, 중성극(36)으로부터 음극(35)으로의, 병렬로 연장되는 3개의 단락 회로 형태의 전류 경로들이 생성된다. 이 경우, 연료 전지 유닛(12)은 생성되는 단락 회로 형태의 전류 경로들을 통해 전류를 제공한다.
구동 시스템(10)의 가열을 위해, 예를 들어 마찬가지로 제2 스위치(S2), 제7 스위치(S7), 및 제8 스위치(S8)가 폐쇄될 수 있다. 이로 인해, 중성극(36)으로부터 제1 클램프 다이오드(D1), 제2 스위치(S2), 제1 코일(21), 제2 코일(22), 제7 스위치(S7), 및 제8 스위치(S8)를 거쳐 음극(35)으로의 단락 회로 형태의 전류 경로가 생성된다. 이러한 경우, 제1 코일(21) 및 제2 코일(22)의 임피던스는 생성되는 단락 회로 형태의 전류 경로를 통하여 연료 전지 유닛(12)에 의해 제공되는 전류의 전류 세기를 제한한다.
예를 들어 제2 스위치(S2) 대신에 제6 스위치(S6) 또는 제10 스위치(S10)가 폐쇄되는 경우, 그리고 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8) 대신에 제11 스위치(S11)와 제12 스위치(S12) 또는 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)가 폐쇄되는 경우, 단락 회로 형태의 유사한 전류 경로들이 생성된다. 폐쇄될 스위치들의 상응하는 선택을 통해, 중성극(36)으로부터 음극(35)으로의 단락 회로 형태의 전류 경로가 각각 생성되고, 이러한 전류 경로 내에는 전기 기계(20)의 코일들(21, 22, 23) 중 2개의 코일들이 놓인다. 코일들(21, 22, 23)이 3각 결선으로 연결되는 경우, 코일들(21, 22, 23) 중 각각 하나의 코일만이 단락 회로 형태의 전류 경로 내에 놓인다.
구동 시스템(10)의 가열을 위해, 예를 들어 마찬가지로 제2 스위치(S2)가 지속적으로 폐쇄 상태를 유지할 수 있고, 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8)는 주기적으로 개폐된다. 이로 인해, 중성극(36)으로부터 제1 클램프 다이오드(D1), 제2 스위치(S2), 제1 코일(21), 제2 코일(22), 제7 스위치(S7), 및 제8 스위치(S8)를 거쳐 음극(35)으로의 단락 회로 형태의 전류 경로가 주기적으로 생성되고, 상술한 전류 경로는 주기적으로 재차 해제된다.
상술한 단락 회로 형태의 전류 경로의 해제 시에, 제1 코일(21) 및 제2 코일(22) 내에는 유도 전압이 발생한다. 상술한 유도 전압은 제6 환류 다이오드(X6) 및 제5 환류 다이오드(X5)를 거쳐 2차 전지(14)로 흐르는 전류를 생성한다. 상술한 전류를 통해 2차 전지(14)는 충전된다.
제2 스위치(S2) 대신에 마찬가지로 제6 스위치(S6) 또는 제10 스위치(S10)는 폐쇄 상태를 유지할 수 있다. 폐쇄될 스위치들의 상응하는 선택을 통해, 중성극(36)으로부터 음극(35)으로의 단락 회로 형태의 전류 경로가 각각 생성되고, 이러한 전류 경로 내에는 전기 기계(20)의 코일들(21, 22, 23) 중 2개의 코일들이 놓인다.
제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8) 대신에 예를 들어 제11 스위치(S11)와 제12 스위치(S12)는 주기적으로 개폐될 수 있다. 이러한 경우, 유도 전압을 통해 생성된 전류는 제10 환류 다이오드(X10) 및 제9 환류 다이오드(X9)를 거쳐 2차 전지(14)로 흐른다.
제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8) 대신에 마찬가지로 예를 들어 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)는 주기적으로 개폐될 수 있다. 이러한 경우, 유도 전압을 통해 생성된 전류는 제2 환류 다이오드(X2) 및 제1 환류 다이오드(X1)를 거쳐 2차 전지(14)로 흐른다.
도 2에는 2차 전지(14)의 충전을 위한 도 1의 구동 시스템(10)을 단순화한 등가 회로도가 도시되어 있다. 이 경우, 2차 전지(14)의 충전 기능에 중요하지 않은 회로 요소들은 도시되어 있지 않다. 상응하는 제어를 통해, 구동 시스템(10)은 2차 전지(14)의 충전 시에 스텝업 컨버터(step-up converter) 또는 부스트 컨버터(boost converter)와 같이 작용한다.
연료 전지 유닛(12)과 2차 전지(14)는 도 1에 이미 도시된 바와 같이 직렬 연결된다. 연료 전지 유닛(12)의 음극 단자는 음극(35)과 연결되고, 연료 전지 유닛(12)의 양극 단자는 중성극(36)과 연결된다. 2차 전지(14)의 음극 단자는 중성극(36)과 연결되고, 2차 전지(14)의 양극 단자는 양극(37)과 연결된다.
중성극(36)과 등가 상 출력부(34) 사이에는 등가 인덕턴스(LX)가 배치된다. 이 경우, 등가 인덕턴스(LX)는 선택된 스위치들에 따라서, 제1 코일(21)과 제2 코일(22)의 인덕턴스 또는 제2 코일(22)과 제3 코일(23)의 인덕턴스 또는 제3 코일(23)과 제1 코일(21)의 인덕턴스의 합을 형성한다. 등가 상 출력부(34)는 선택된 스위치들에 따라서, 제1 상 출력부(31), 제2 상 출력부(32), 또는 제3 상 출력부(33)에 상응한다.
등가 상 출력부(34)와 음극(35) 사이에는 등가 스위치(SX)가 제공된다. 등가 스위치(SX)는 선택된 스위치들에 따라서, 제7 스위치(S7)와 제8 스위치(S8) 또는 제11 스위치(S11)와 제12 스위치(S12) 또는 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)를 나타낸다.
등가 상 출력부(34)와 양극(37) 사이에는 등가 환류 다이오드(XX)가 제공된다. 등가 환류 다이오드(XX)는 선택된 스위치들에 따라서, 제6 환류 다이오드(X6)와 제5 환류 다이오드(X5) 또는 제10 환류 다이오드(X10)와 제9 환류 다이오드(X9) 또는 제2 환류 다이오드(X2)와 제1 환류 다이오드(X1)를 나타낸다.
본 발명은 본원에 설명된 실시예들 및 본원에서 강조되는 양태들로 국한되지 않는다. 오히려, 청구범위들을 통해 기술된 범위 내에서 복수의 변형예들이 가능하며, 이러한 변형예들은 통상의 기술자에 의한 조치의 범주 내에 있다.

Claims (10)

  1. 전기 에너지의 생성을 위한 연료 전지 유닛(12)과; 전기 에너지의 저장을 위한 2차 전지(14)와; 코일들(21, 22, 23)을 구비한 전기 기계(20)와; 전기 기계(20)의 제어를 위한 역변환 장치(30);를 포함하는, 특히 차량용의 구동 시스템(10)에 있어서,
    역변환 장치(30)는 3레벨 인버터로서 구성되어, 복수의 전자 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12) 및 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X12)과, 양극(37), 음극(35), 및 중성극(36)을 구비하며, 연료 전지 유닛(12)과 2차 전지(14)는 직렬 연결되고, 역변환 장치(30)의 극들(35, 36, 37)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(10).
  2. 제1항에 있어서, 연료 전지 유닛(12)과 2차 전지(14)는, 양극(37)에는 중성극(36)에서보다 더 높은 전위가 인가되고, 음극(35)에는 중성극(36)에서보다 더 낮은 전위가 인가되도록 역변환 장치(30)의 극들(35, 36, 37)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)과 병렬로 환류 다이오드(X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X12)가 각각 연결되고, 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)과 중성극(36) 사이에는 클램프 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 구동 시스템(10)의 가열 방법에 있어서,
    역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은, 연료 전지 유닛(12)과 연결되는 역변환 장치(30)의 극들(35, 36, 37) 사이에 단락 회로 형태의 전류 경로가 생성되도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템의 가열 방법.
  5. 제4항에 있어서, 역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로 내에 오로지 역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12) 및 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X12)만 놓이도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템의 가열 방법.
  6. 제5항에 있어서, 역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로가 주기적으로 생성 및 해제되도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템의 가열 방법.
  7. 제4항에 있어서, 역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로 내에 전기 기계(20)의 하나 이상의 코일(21, 22, 23)이 놓이도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템의 가열 방법.
  8. 제7항에 있어서, 역변환 장치(30)의 스위치들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)은, 상기 단락 회로 형태의 전류 경로가 주기적으로 생성 및 해제되도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템의 가열 방법.
  9. 제8항에 있어서, 단락 회로 형태의 전류 경로의 해제를 통해 전기 기계(20)의 코일(21, 22, 23) 내에서 발생하는 유도 전압이, 하나 이상의 환류 다이오드(X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X12)를 거쳐 2차 전지(14)로 흐르는 전류를 생성하도록, 각각의 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S12)와 병렬로 환류 다이오드(X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X12)가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템의 가열 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 구동 시스템(10) 및/또는 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 구동 시스템의 가열 방법의, 연료 전지 차량(FCV) 내에서의 사용.
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