KR101221041B1 - 전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법 - Google Patents

전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법 Download PDF

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Abstract

전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법이 개시된다. 본 발명에 따른 전기자동차의 충전장치는, 외부의 전원에 연결되는 소켓, 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며 판단된 결과에 따라 경로를 스위칭하는 제어부, 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우 공급되는 전원을 직류로 변환하여 충전하는 탑재형 충전기, 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류인 경우 탑재형 충전기를 통해 충전되고 소켓을 통해 공급되는 전원이 직류인 경우 직류전원을 직접 충전하는 2차전지 팩 및, 제어부를 통해 공급되는 교류 전원의 전압과 주파수가 탑재형 충전기에 사용하도록 설정된 범위를 벗어난 경우 탑재형 충전기로의 전원공급을 차단하는 제1 계전기를 포함하며, 제어부는 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우 제1 계전기로 공급되도록 경로를 설정하고, 직류 전원인 경우 전원의 전압과 주파수가 2차전지 팩에 충전하도록 설정된 범위에 해당되는 경우 제2계전기를 통해 2차전지 팩으로 공급되도록 경로를 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법{Charging device for electric vehicle and charging method thereof}
본 발명은 전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차의 고전압 소켓과 저전압 소켓을 구분하지 않고서도 하나의 소켓으로 고전압과 저전압을 분류하여 효율적으로 충전할 수 있는 전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법에 관한 것이다.
전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차를 말한다.
이와 같은 전기자동차는 전기 에너지의 저장을 위하여 2차전지를 사용한다.
2차전지 팩에 전기에너지를 충전하기 위한 전문적인 충전설비를 갖추고, 개인 사용자들에게 2차전지 팩을 대여하며, 그 2차전지 팩을 대여받은 사용자들로부터 일정한 기간 동안의 대여에 대한 수수료와 전기에너지의 충전에 상응하는 충전비용을 징수하는 2차전지 팩 임대사업자들이 속속 생기고 있다.
일반적으로 전기자동차나 하이브리드 자동차(이하에서는 통합하여 전기자동차라고 명명한다)는 충전소에서 공급하는 고전력 전원을 충전하기 위한 고전력용 전원소켓과, 가정에서 저전력 전원을 충전하기 위한 저전력용 전원소켓을 별도로 구비하여야 한다.
그런데, 전기자동차의 디자인 설계의 입장에서는 전기자동차의 각각의 전압충전을 위한 소켓의 위치를 설정하는 것이 간단한 문제가 아니며, 전기자동차의 사용자의 입장에서도 전기에너지를 충전할 때마다 고전압을 위한 소켓과 저전압을 위한 소켓을 구분하는 것은 여간 번거로운 일이 아니다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전기자동차의 고전압 소켓과 저전압 소켓을 구분하지 않고서도 하나의 소켓으로 고전압과 저전압을 분류하여 효율적으로 충전할 수 있는 전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차의 충전장치는, 외부의 전원에 연결되는 소켓; 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며, 판단된 결과에 따라 경로를 스위칭하는 제어부; 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우, 공급되는 상기 전원을 직류로 변환하여 충전하는 탑재형 충전기; 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류인 경우 상기 탑재형 충전기를 통해 충전되고, 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 직류인 경우 직류전원을 직접 충전하는 2차전지 팩; 및 상기 제어부를 통해 공급되는 교류 전원의 전압과 주파수가 탑재형 충전기에 사용하도록 설정된 범위를 벗어난 경우, 상기 탑재형 충전기로의 전원공급을 차단하는 제1 계전기;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이, 교류 전원인 경우 상기 제1 계전기로 공급되도록 경로를 설정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부를 통해 공급되는 직류 전원의 전압이 상기 2차전지 팩을 충전하기에 적합하도록 설정된 범위를 벗어난 경우, 상기 2차전지 팩으로의 전원공급을 차단하는 제2 계전기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소켓은 별치식 충전기의 직류 전원 및 가정용 교류 전원에 선택적으로 연결될 수 있는 것이 좋다.
또한, 상기 소켓은, 상기 별치식 충전기의 전원단자가 삽입되는 직류 단자 삽입구; 및 상기 가정용 교류 전원의 전원단자가 삽입되는 교류 단자 삽입구를 구비하는 것이 좋다.
또한, 상기 소켓은, 상기 별치식 충전기의 전원단자에 삽입하기 위한 직류 단자; 상기 가정용 교류 전원의 전원단자에 삽입하기 위한 교류 단자; 및 상기 직류 단자 및 상기 교류 단자 중 어느 하나가 외부의 전원에 연결되는 경우, 다른 하나를 후방으로 수축시키는 탄성 부재를 구비하는 것이 좋다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차의 충전방법은, 외부의 전원에 연결된 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며, 판단된 결과에 따라 경로를 스위칭하는 단계; 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우, 공급되는 상기 전원을 직류로 변환하는 탑재형 충전기를 이용하여 상기 2차전지 팩에 충전하는 단계; 및 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 직류 전원인 경우, 상기 2차전지 팩에 직접 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 탑재형 충전기로 공급되는 교류 전원의 전압과 주파수가 탑재형 충전기에 사용하도록 설정된 범위를 벗어난 경우에 전원공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소켓을 통해 공급되는 직류 전원의 전압이 상기 2차 전지팩을 충전하기에 적합하도록 설정된 범위를 벗어난 경우에 상기 2차 전지팩으로의 전원공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 소켓은 별치식 충전기 및 가정용 교류 전원에 선택적으로 연결되는 것이 좋다.
이로써, 본 발명에 따른 전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법은, 전기자동차의 고전압 소켓과 저전압 소켓을 구분하지 않고서도 하나의 소켓으로 고전압과 저전압을 분류하여 효율적으로 충전할 수 있게 된다.
또한, 하나의 소켓을 이용하여 가정에서의 교류 또는 충전소에서의 직류를 모두 공급받을 수 있도록 하는 구성을 가짐으로써, 소켓에서 인출되는 전원 인입선도 하나만을 필요로 하게 되므로, 종래에 별도로 구비하는 구성에 비하여 구조가 간단하고, 설치공간을 줄일 수 있어서 경제적일 뿐만 아니라, 유지관리 등에 따른 이점을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 전기자동차 충전장치의 소켓의 제1 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 전기자동차 충전장치의 소켓의 제2 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 전기자동차 충전장치에 의한 충전방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 이하에 기재된 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명의 실시 범위가 기재된 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치(10)는 소켓(11), 제어부(12), 탑재형 충전기(13), 2차전지 팩(14;리튬전지 팩), 제1 계전기(15), 및 제2 계전기(16)를 구비한다.
소켓(11)은 외부의 전원에 연결하기 위한 단자로서, 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치(10)는 하나의 소켓(11)으로 저전력 전원(20) 또는 고전력 전원(30)에 선택적으로 연결할 수 있는 구조를 갖는다. 여기서, 저전력 전원(20)은 일반적인 가정용 교류 전원을 말하며, 고전력 전원(30)은 전기자동차의 충전소에 구비된 별치식 충전기(오프 보드 충전기)에 의해 공급되는 직류 전원을 말한다. 따라서 이하에서는 고전력 전원을 전기자동차 충전소에 구비된 별치식 충전기(30)로 설명하기로 한다.
이를 위하여, 소켓(11)은 도 2에 도시한 바와 같이 저전력 전원(20)의 교류 단자 삽입구(11a) 및 고전력 전원(30)의 직류 단자 삽입구(11b)를 구비할 수 있다. 이 경우, 소켓(11)은 돌출형으로 형성된 저전력 전원(20)의 콘센트 또는 고전력 전원(30)의 콘센트에 연결될 수 있다. 즉, 소켓(11)은 돌출형으로 형성된 저전력 전원(20)의 콘센트 또는 고전력 전원(30)의 콘센트에 선택적으로 연결될 수 있도록, 동일한 면내에 각각의 전원의 콘센트에 대응하는 홀을 구비할 수 있다.
만일, 저전력 전원(20)의 콘센트 및 별치식 충전기(30)의 콘센트가 홀 형으로 형성된 경우에는, 소켓(11)은 도 3에 도시한 바와 같이 저전력 전원(20)의 콘센트에 연결하기 위한 교류 단자(11a) 및 직류 단자(11b)를 구비할 수 있다. 이때, 각각의 단자(11a, 11b)는 탄성부재(11c)에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 이로써, 소켓(11)의 어느 하나의 단자가 대응하는 콘센트에 삽입되면, 다른 단자는 대응하는 콘센트의 단면과 맞닿아져 탄성부재(11c)에 의해 수축된다.
제어부(12)는 소켓(11)을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며, 판단된 결과에 따라 서로 다른 경로를 통하도록 스위칭한다. 소켓(11)을 통해 외부로부터 공급되는 전원이 교류인 경우에는 '적정 전압 및 적정 주파수'가 맞아야 하기 때문에, 제어부(12)는 인가되는 전원에 대한 적정 전압 및 적정 주파수를 일치 여부 즉, 교류 전원의 전압 및 주파수가 탑재형 충전기(13)에 사용하도록 설정된 범위를 벗어났는지를 비교하여 탑재형 충전기(13)를 이용하여 충전하기에 적합한 교류 여부를 판단할 수 있다. 또한, 외부 전원이 직류인 경우에는 적정 전압만 일치하면 되므로, 제어부(12)는 인가된 전원에 대한 적정 전압의 일치 여부(직류전원의 전압이 2차전지 팩을 충전하기에 적합하도록 설정된 범위 내에 있는지)를 비교하여 직류 여부를 판단할 수 있다.
탑재형 충전기(13; 온보드 충전기라고도 함)는 전기자동차의 내부에 설치된 각종 전기기기에 저전력의 전원을 공급할 수 있도록 저전력을 충전하며, 또한 인가된 가정용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 2차전지 팩(14)에 충전할 수도 있다. 이 경우, 탑재형 충전기(13)는 교류를 직류로 변환하기 위한 AD 컨버터(미도시)와 저전력을 승격시켜 2차전지 팩(14)을 충전시킬 수 있도록 변압기(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
2차전지 팩(14)은 전기자동차의 주행을 위해 전기에너지를 충전한다. 이때, 2차전지 팩(14)은 고전력의 별치식 충전기(30)에 연결되어 탑재형 충전기(30)로부터 직접 직류를 공급받아 축전할 수 있으며, 또한 상기 탑재형 충전기(13)에 연결되어 탑재형 충전기(13)로부터 직류변환된 전원을 공급받아 축전될 수도 있다.
제1 계전기(15)는 제어부(12)와 탑재형 충전기(13)의 사이에 설치되며, 제어부(12)에 의해 공급되는 가정용 교류 전원의 최대전압 또는 최대전류가 기 설정된 값 이상인 경우에 탑재형 충전기(13)로 전원이 공급되지 못하도록 차단시킨다.
제2 계전기(16)는 제어부(12)와 2차전지 팩(14) 사이에 설치되며, 제어부(12)에 의해 공급되는 고전력 직류 전원이 정격전압 또는 정격 전류 이상인 경우에 2차전지 팩(14)으로의 전원공급을 차단시킨다.
여기서, 계전기는 전기 회로에서 회로를 두 개로 나누어 한쪽에서 신호를 만들고 그 신호에 따라 다른 쪽 회로를 열거나 닫을 수 있는 장치로서, 일종의 전기 스위치라고 할 수 있다. 일반적으로 계전기는 전자석, 스프링, 단자 등으로 구성되며, 단자의 개수는 용도에 따라 증가하거나 줄어든다. 계전기의 한쪽 전기회로는 전자석에 연결되어 있으며, 전기회로가 전자석에 전류를 공급하지 않으면 단자 A는 스프링의 힘에 의해 다른 단자 B에 연결된다. 그러나 전기회로가 전자석에 전기를 공급하면 전자석은 자기력을 발생시켜 단자 A를 끌어당기게 되며, 결국 단자 A는 단자 C에 연결된다. 예를 들어, 전자석에 시간에 따라 전류가 흘렀다 안흘렀다 하는 회로를 연결하고, 단자 A와 단자 C에 전구와 전지를 연결한다면 전구는 회로의 전류 흐름에 따라 켜졌다 꺼졌다를 반복하게 된다.
도 4는 도 1의 전기자동차 충전장치에 의한 충전방법을 나타낸 흐름도이다. 도면을 참조하여 전기자동차의 충전장치의 기능 및 동작을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전기자동차의 충전장치(10)의 소켓(11)을 저전력 전원(20) 또는 고전력 전원(30)에 연결하면, 제어부(12)는 소켓(11)을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며, 판단된 결과에 따라 경로를 스위칭한다(S101). 즉, 소켓(11)을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우 제어부(12)는 공급되는 전원이 제1계전기(15)를 통해 탑재형 충전기(13)로 인가되도록 경로를 설정하며, 소켓(11)을 통해 공급되는 전원이 직류 전원인 경우에는 제2계전기(16)를 통해 2차전지 팩(14)으로 인가될 수 있도록 경로를 설정한다.
소켓(11)을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우, 제1 계전기(15)는 교류 전원의 최대전압 또는 최대전류가 기 설정된 값 이상인지를 판단한다(S103, S105). 이때, 교류 전원의 최대전압 또는 최대전류가 기 설정된 값 이상인 경우, 제1 계전기(15)는 탑재형 충전기(13)의 파손을 방지하기 위하여 교류 전원의 공급을 차단시키는 것이 바람직하다. 탑재형 충전기(13)는 제어부(12)의 스위칭에 의해 공급되는 교류 전원을 직류로 변환하여 충전한다(S109). 여기서 탑재형 충전기(13)는 교류를 직류로 변환 및 승압하여 2차전지 팩(14)을 축전할 수 있고, 승압과정 없이 자체 축전하여 추후 저전력이 필요한 기기(CD 플레이어, 시동 등)에 필요한 전원으로 사용하도록 할 수도 있다.
이와 같은 동작에 의해, 소켓을 통해 탑재형 충전기(13)가 입력 전원으로 사용할 수 있는 적정 전압과 적정 주파수의 교류전원이 입력되면, 그 입력되는 교류전원은 탑재형 충전기(13)로 인가되도록 경로가 설정되어 탑재형 충전기(13)를 통해 2차전지 팩(14)을 충전시킬 수 있고, 탑재형 충전기(13)에도 충전을 할 수 있게 된다.
소켓(11)을 통해 공급되는 전원이 직류 전원인 경우, 제2 계전기(16)는 직류 전원이 정격전압 또는 정격전류 이상인지를 판단한다(S111, S113). 이때, 직류 전원이 정격전압 또는 정격전류 이상인 경우, 제2 계전기(16)는 2차전지 팩(14)의 파손을 방지하기 위하여 직류 전원의 공급을 차단시키는 것이 바람직하다.
반대로, 직류 전원이 정격전압 또는 정격전류 이상이 아닌 경우, 제2 계전기(16)는 직류 전원을 2차전지 팩(14)으로 직접 공급하여 2차전지 팩(14)을 충전하게 된다(S115).
이와 같은 동작에 의해, 소켓을 통해 2차전지 팩(14)의 충전 전원으로 사용할 수 있는 적정 전압의 직류 전원이 인가되면, 그 직류전원은 2차전지 팩(14)으로 직접 인가되도록 경로가 설정되어 2차전지 팩(14)을 충전시키게 된다.
바람직하게는, 설정된 최대 전압 또는 최대전류의 교류전원이나, 정격전압 또는 정격전류 이외의 직류전원이 인가되는 경우에는, 차량 내의 탑재형 충전기(13) 또는 2차전지 팩(14)으로의 충전경로가 차단되며, 표시부(도시하지 않음)에 에러(error)가 표시되거나 경보음이 울리도록 구현될 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 전기자동차의 충전장치 및 그 충전방법은, 전기자동차의 고전압 소켓과 저전압 소켓을 구분하지 않고서도 하나의 소켓으로 고전압과 저전압을 분류하여 효율적으로 충전할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나,본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 전기자동차 충전장치 11: 소켓
12: 제어부 13: 탑재형 충전기
14: 2차전지 팩 15: 제1 계전기
16: 제2 계전기 20: 저전력 전원
30: 별치식 충전기

Claims (9)

  1. 외부의 전원에 연결되는 소켓;
    상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며, 판단된 결과에 따라 경로를 스위칭하는 제어부;
    상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우, 공급되는 상기 전원을 직류로 변환하여 충전하는 탑재형 충전기;
    상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류인 경우 상기 탑재형 충전기를 통해 충전되고, 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 직류인 경우 직류전원을 직접 충전하는 2차전지 팩; 및
    상기 제어부를 통해 공급되는 교류 전원의 전압과 주파수가 상기 탑재형 충전기에 사용하도록 설정된 범위를 벗어난 경우, 상기 탑재형 충전기로의 전원공급을 차단하는 제1 계전기;를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 소켓을 통해 공급되는 전원이, 교류 전원인 경우 상기 제1 계전기로 공급되도록 경로를 설정하고,
    상기 제어부를 통해 공급되는 직류 전원의 전압이 상기 2차전지 팩을 충전하기에 적합하도록 설정된 범위를 벗어난 경우, 상기 2차전지 팩으로의 전원공급을 차단하는 제2 계전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소켓은 별치식 충전기의 직류 전원 및 가정용 교류 전원에 선택적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소켓은,
    상기 별치식 충전기의 전원단자가 삽입되는 직류 단자 삽입구; 및
    상기 가정용 교류 전원의 전원단자가 삽입되는 교류 단자 삽입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 소켓은,
    상기 별치식 충전기의 전원단자에 삽입하기 위한 직류 단자;
    상기 가정용 교류 전원의 전원단자에 삽입하기 위한 교류 단자; 및
    상기 직류 단자 및 상기 교류 단자 중 어느 하나가 외부의 전원에 연결되는 경우, 다른 하나를 후방으로 수축시키는 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전장치.
  6. 외부의 전원에 연결된 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인지 또는 직류 전원인지를 판단하며, 판단된 결과에 따라 경로를 스위칭하는 단계;
    상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 교류 전원인 경우, 공급되는 상기 전원을 직류로 변환하는 탑재형 충전기를 이용하여 2차전지 팩에 충전하는 단계; 및
    상기 소켓을 통해 공급되는 전원이 직류 전원인 경우, 상기 2차전지 팩에 직접 충전하는 단계;를 포함하며,
    상기 소켓을 통해 공급되는 직류전원의 전압이 상기 2차전지 팩을 충전하기에 적합하도록 설정된 범위를 벗어난 경우에 상기 2차 전지팩으로의 전원공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전방법.
    하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 탑재형 충전기로 공급되는 교류 전원의 전압과 주파수가 상기 탑재형 충전기에 사용하도록 설정된 범위를 벗어난 경우에 전원공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전방법.
  8. 삭제
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 소켓은 별치식 충전기 및 가정용 교류 전원에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전방법.
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