KR101244939B1 - 부하평준화 기능을 가진 급속충전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 특징에 따른 전기자동차 급속충전기는 계통의 전력을 기초로 전기자동차 축전지를 급속 충전하기 위한 것으로서, 전력저장용 축전지, 상기 계통의 전력을 기초로 상기 전력저장용 축전지를 제1 시간동안 충전하는 제1 컨버터; 및 상기 전력저장용 축전지에 충전된 전기에너지를 기초로 상기 전기자동차 축전지를 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 충전하는 제2 컨버터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 계통에 피크전력에 대한 부담을 주지 않으면서 전기자동차를 급속으로 충전할 수 있으며, 계통에 피크부하가 발생하는 경우 내장된 전력저장용 축전지와 전기자동차 축전지를 이용하여 계통의 피크 값을 분담하게 함으로써 부하평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.

Description

부하평준화 기능을 가진 급속충전기 {An Rapid Electric Charger Having Load Smoothing Function}
본 발명은 급속충전기 및 이의 운영방법에 관한 것으로서, 특히 부하평준화 기능을 가진 전기자동차용 급속충전기에 관한 것이다.
전기자동차의 보급에 따라 이를 지원하기 위한 도시 인프라로서, 급속충전기의 설치는 필수불가결한 요소가 된다. 그런데 급속충전을 위해서는 비교적 큰 전력이 순간적으로 필요하게 되는데 대략 시스템 당 50KW (400~500V, 100~125A)의 용량이 필요하다. 그러나 급속충전기가 많이 설치되면 전력계통(이하 간략히 '계통'이라 함)에서는 순간 피크 부하(PEAK LOAD)에 따른 부담이 매우 커지게 되므로, 피크 부하가 많이 발생하는 하절기나 동절기에는 전력운영에 매우 심각한 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 계통에 피크 전력의 부담을 주지 않으면서 전기자동차의 축전지와 같이 충전을 위해 큰 전력이 순간적으로 요구되는 충전대상 축전지를 급속히 충전할 수 있는 급속충전기를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 별도로 충전기 내부에 축전지(전력저장용 축전지, ESS)를 내장하여 계통의 부하 사용량이 적은 시간(예, 심야시간)을 이용하여 계통으로부터 비교적 긴 시간에 걸쳐 전력저장용 축전지를 충전하고, 충전된 축전지에 저장된 전기에너지를 이용해서 충전대상 축전지를 급속 충전하도록 한다.
또한, 본 발명은 계통에서 사용되는 부하전력이 임의의 설정치 이상일 경우 전력저장용 축전지와 충전대상 축전지에 저장된 전기에너지를 계통으로 방전하여 계통의 피크 부하를 줄이게 함으로써, 안정된 계통부하 평준화를 실현하도록 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 급속충전기는
상용전원을 공급하는 계통과 충전대상 축전지 사이에 전기적으로 연결되어 상기 계통의 전력을 기초로 상기 충전대상 축전지를 충전하는 급속충전기로서,
전력저장용 축전지; 상기 계통의 전력을 기초로 상기 전력저장용 축전지를 제1 시간동안 충전하는 제1 컨버터; 및 상기 전력저장용 축전지에 충전된 전기에너지를 기초로 상기 충전대상 축전지를 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 충전하는 제2 컨버터를 포함한다.
또한 본 발명의 특징에 따른 급속충전기는 상기 계통, 상기 전력저장용 축전지 및 상기 충전대상 축전지에 전기적으로 연결되며, 각각 입력 또는 출력되는 전류/전압의 값을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부로부터 입력받은 검출 값에 기초해서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터의 동작을 제어하는 제어부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따른 급속충전기는 상기 제1 컨버터와 상기 전력 저장용 축전지 사이에 전기적으로 연결되며, 독립적인 직류전원을 발생하는 전원발생장치가 추가로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 특징에 따른 급속충전기의 운영방법은
상용전원을 공급하는 계통과 충전대상 축전지 사이에 전기적으로 연결되어 상기 계통의 전력을 기초로 상기 충전대상 축전지를 충전하는 급속충전기의 운영방법으로서,
상기 계통에 전기적으로 연결되는 제1 컨버터의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 계통의 상용전력을 기초로 상기 급속충전기에 내장된 전력저장용 축전지를 제1 시간동안 충전하는 단계; 및 상기 충전대상 축전지에 전기적으로 연결되는 제2 컨버터의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 전력저장용 축전지에 충전된 전기에너지를 기초로 상기 충전대상 축전지를 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 충전하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 특징에 따른 급속충전기의 운영방법은
상기 제1 컨버터의 스위칭동작을 제어하여 상기 계통의 부하전력이 제1 기준값 이상인 경우, 상기 전력저장용 축전지에 충전된 전기에너지를 상기 계통으로 방전하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 특징에 따른 급속충전기의 운영방법은
상기 제2 컨버터의 스위칭동작을 제어하여 상기 계통의 부하전력이 상기 제1 기준값 이상인 경우, 상기 충전대상 축전지에 충전된 전기에너지를 상기 계통으로 방전하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 급속충전기의 운영방법은
상기 제1 컨버터의 스위칭 동작을 오프한 상태에서, 상기 제1 컨버터와 상기 전력저장용 축전지 사이에 전기적으로 연결되며, 독립적인 직류전원을 발생하는 전원발생장치에 의해 발생된 전력을 기초로 상기 전력저장용 축전지를 충전하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 계통에 피크전력의 부담을 주지 않으면서 충전대상 축전지를 급속으로 충전할 수 있으며, 계통에 설정치 이상의 피크부하가 발생하는 경우 내장된 전력저장용 축전지와 충전대상 축전지를 이용하여 계통으로 방전하여 운전하게 함으로써, 계통전력과 연계하여 부하의 전력을 분담하여 부하평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 충전시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 충전기의 상세회로도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 충전기의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 효과를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차 충전기의 상세회로도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차 충전기의 동작을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 급속충전기가 적용되는 예로서 전기자동차 축전지를 설명하나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 충전을 위해 큰 전력이 순간적으로 요구되는 다른 충전대상 축전지에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 충전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 충전시스템은 계통(100), 급속 충전기(200) 및 전기자동차 축전지(300)를 포함한다.
계통(100)은 급속 충전기(200)로 상용전원을 공급하거나 급속충전기에 내장된 전력저장용 축전지(240)나 전기자동차 축전지(300)로부터 전력(전기에너지)을 공급받는다.
급속 충전기(200)는 내장되어 있는 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전기에너지를 기초로 전기자동차 축전지(300)를 급속 으로 충전하는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 급속 충전기(200)는 계통의 부하 사용량이 적은 시간(예, 심야시간)을 이용하여 계통으로부터 비교적 긴 시간에 걸쳐 전력저장용 축전지(240)를 충전하고, 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전기에너지를 이용해서 전기자동차 축전지(300)를 급속 충전하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 급속 충전기(200)는 계통(100)에서 사용되는 부하전력이 설정치 이상일 경우, 전력저장용 축전지(240) 및/또는 주차해 있는 전기자동차 축전지(300)에 저장된 전기에너지를 계통(100)으로 방전하여 계통의 피크 부하를 줄이도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 급속 충전기(200)는 양방향 컨버터(220), 전력저장용 축전지(240), 충전 컨버터(260), 검출부(270) 및 제어부(280)를 포함한다.
양방향 컨버터(220)는 계통(100)으로부터 공급되는 교류(AC) 전력을 이용해 전력저장용 축전지(240)를 충전하거나 계통의 부하전력이 설정치 이상인 경우 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전기에너지를 계통으로 방전시킨다.
충전 컨버터(260)는 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전기에너지를 이용해서 전기자동차 축전지(300)를 충전하는 역할을 수행한다.
검출부(270)는 계통(100), 전력저장용 축전지(240), 전기자동차 축전지(300)에 전기적으로 연결되며, 계통(100)에서 공급되는 전류/전압의 값, 전력저장용 축전지(240)에 충전 또는 방전되는 전류/전압의 값 및 전기 자동차 축전지(300)에 충전 또는 방전되는 전류/전압의 값을 검출하고, 검출된 값을 제어부(280)로 전송한다.
제어부(280)는 검출부(270)로부터 입력받은 검출 값에 기초해서, 양방향 컨버터(220) 및 충전 컨버터(260)의 동작을 제어한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 급속 충전기(200)의 상세회로도이다. 도 2에서는 양방향 컨버터(220), 전력저장용 축전지(240) 및 충전 컨버터(260)에 대한 상세회로만을 도시하였으며, 검출부(270) 및 제어부(280)는 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 그 구성 및 연결을 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이에 대한 도시는 생략하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 양방향 컨버터(220)는 에너지를 저장하는 인덕터(L1, L2), 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4) 및 평활용 콘덴서(C1)를 포함하며, 후술하는 바와 같이 내부의 전력저장용 축전지(240)를 충전하는 모드의 경우에는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 부스트 컨버터(BOOST CONVERTER)로서 동작하며, 계통(100)으로 방전운전 하는 경우에는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터로서 동작한다.
충전 컨버터(260)는 전력저장용 축전지(240)에 저장된 직류 전압을 전기자동차 축전지(300)에 필요한 직류 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터이며, 본 발명의 제1 실시예에서는 풀 브리지 컨버터(FULL BRIDGE CONVERTER)로 구현하였다. 충전 컨버터(260)는 용량과 필요에 따라 다양한 토폴로지로 구현될 수 있으며, 풀 브리지 컨버터 이외에도 인터리브드 부스트 컨버터(INTERLEAVED BOOST CONVERTER), 하프 브리지 컨버터(HALF BRIDGE CONVERTER) 등으로 구현될 수 있다. 이와 같은 다양한 토폴로지의 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 그 구성 및 동작을 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면 충전 컨버터(260)는 기본적으로는 전력저장용 축전지(240)에 저장된 직류전압을 전기자동차 축전지(300)에 필요한 직류전압으로 변환하는 역할을 수행하나, 후술하는 바와 같이 전기자동차 축전지(300)에 저장된 전기에너지를 계통(100)으로 방전운전 할 수도 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충전 컨버터(240)는 양방향 DC-DC 컨버터로 동작할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 급속충전기(200)의 동작모드를 설명한다.
(1) 제1 충전운전모드 - 전력저장용 축전지(240)의 충전운전모드
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력저장용 축전지(240)를 충전하는 운전모드를 나타내는 도면이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력저장용 축전지의 충전운전모드는 주로 계통의 전력사용량이 적은 심야시간에 동작하는 모드로서, C/3~C/2의 충전량(C는 전하량의 기본단위인 쿨롱을 의미함)을 기준으로 6~8시간에 걸쳐 완만한 충전을 수행한다.
이때 양방향 컨버터(220)는 계통(100)에서 전력저장용 축전지(240)로 전력을 제공하는 부스트 컨버터로서 운전되며, 도 4에 도시한 바와 같이 초기(정전류 충전구간)에는 설정된 정전류(Icon)로 충전을 수행한 후, 전력저장용 축전지(240)에 충전된 전압이 설정전압(Vcon)이 되면 정전압으로 충전을 수행한다. 이러한 양방향 컨버터(220)의 동작은 검출부(270)에서 검출한 전력저장용 축전지(260)에 충전된 전류/전압의 값에 기초한 제어부(280)의 PWM 신호에 의해 제어되며, 이러한 동작은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략한다.
이러한 전력저장용 축전지(240)의 충전운전모드에서는 계통에서 공급되는 전력(P(IN))이 계통(100)에 연결되는 부하의 전력(P(LOAD))으로 사용됨(도 3의 ①참조)과 동시에 전력저장용 축전지(240)에 저장되는 전력(P(ESS))으로도 사용된다. (도 3의 ② 참조) 즉, P(IN) → P(LOAD) + P(ESS) 가 된다
(2) 제2 충전운전모드 - 전기자동차 축전지(300)를 충전하는 운전모드
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 축전지(300)를 충전하는 운전모드를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 축전지(300)를 충전하는 운전모드는 먼저 양방향 컨버터(220)의 동작을 오프한 상태에서 전력저장용 축전지(240)를 주 전원(PRIMARY POWER SOURCE)으로 하여 충전 컨버터(260)를 통해 전기자동차 축전지(300)를 급속으로 충전한다. (도 5의 ④ 참조). 이후 전력저장용 축전지(240)에 충전된 전력이 충분하지 않아 전기자동차 축전지(300)에 공급할 전력이 부족한 경우(즉, 전력저장용 축전지(240)에 충전된 전압이 기준 전압 이하인 경우)에는 양방향 컨버터(220) 및 충전 컨버터(260)를 제어하여 부족한 전력을 계통(100)에서 직접 전기자동차 축전지(300)로 공급하도록 한다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 충전운전모드는 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전력이 전기자동차 축전지(300)에서 요구하는 전력보다 큰 경우((P(ESS) > P(EV))에는 계통(100)으로부터의 전력공급없이 전력저장용 축전지(240)로만 전기자동차 축전지(300)를 충전하며(P(ESS) → P(EV)), 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전력이 전기자동차 축전지(300)에서 요구하는 전력보다 작은 경우(P(ESS) < P(EV))에는 전력저장용 축전지(240)와 계통(100)의 전력을 이용하여 전기자동차를 충전하게 된다. ((P(IN) + P(ESS) → P(EV))
이러한 제2 충전운전모드의 동작은 검출부(270)에서 검출한 전력저장용 축전지(260) 및 전기자동차 축전지(300)에 충전된 전류/전압 값에 기초하여 제어부(280)가 충전 컨버터(260) 및 양방향 컨버터(220)의 스위칭 동작을 제어함으로써 구현되는데, 이러한 동작은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략한다.
(3) 제1 방전운전모드 - 전력저장용 축전지(240)를 이용하여 계통(100)으로 방전하는 운전모드
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력저장용 축전지(240)를 이용하여 계통(100)으로 방전하는 운전모드를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시에에 따르면 계통(100)에서 사용하는 부하가 요구하는 전력이 설정 값 이상이 되면, 전력저장용 축전지(240)를 전원(POWER SOURCE)으로 하고 양방향컨버터(220)를 계통 연계 인버터로 동작시켜, 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전기에너지를 계통(100)으로 방전한다. (도 6의 ⑤ 참조)
이와 같은 제1 방전운전모드에 따르면, 계통의 부하가 사용할 전력(P(LOAD))을 계통(100)과 전력저장용 축전지(240)가 동시에 공급하기 때문에 (P(IN) + P(ESS)→P(LOAD)), 계통의 피크치를 낮출 수 있어 계통전력의 평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.
이러한 제1 방전운전모드의 동작은 검출부(270)에서 검출한 계통의 부하에 필요한 전류/전압의 값 및 전력저장용 축전지(260)에 저장된 전류/전압의 값에 기초하여 제어부(280)가 양방향 컨버터(220)의 스위칭 동작을 제어함으로써 구현되는데, 이러한 동작은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략한다.
(4) 제2 방전운전모드 - 전력저장용 축전지(240)와 전기자동차 축전지(300)를 이용하여 계통으로 방전하는 운전모드
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력저장용 축전지(240) 및 전기자동차 축전지(300)를 이용하여 계통(100)으로 방전하는 운전모드를 나타내는 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시에에 따르면 계통(100)에서 사용하는 부하에서 요구하는 전력이 설정 값 이상이 되면, 전력저장용 축전지(240)와 전기자동차 축전지(300)를 전원으로 하고 양방향컨버터(220)를 계통 연계 인버터로 동작시켜, 전력저장용 축전지(240) 및 전기자동차 축전지(300)에 저장된 전기에너지를 계통(100)으로 방전한다. (도 7의 ⑤ 및 ⑥ 참조)
이와 같은 제2 방전운전모드에 따르면, 계통의 부하가 사용할 전력(P(LOAD))을 계통(100), 전력저장용 축전지(240) 및 전기자동차 축전지(300)가 동시에 공급하기 때문에 (P(IN)+P(ESS)+P(EV)→P(LOAD)), 제2 방전운전모드보다 계통의 피크치를 더욱 낮출 수 있어 계통전력의 평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.
이러한 제2 방전운전모드의 동작은 검출부(270)에서 검출한 계통의 부하에 필요한 전류/전압의 값, 전력저장용 축전지(260)에 저장된 전류/전압의 값 및 전기자동차 축전지(300)에 저장된 전류/전압의 값에 기초하여 제어부(280)가 양방향 컨버터(220)의 스위칭 동작을 제어함으로써 구현되는데, 이러한 동작은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이하에서는 상세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 계통에 피크전력에 대한 부담을 주지 않으면서 전기자동차를 급속으로 충전할 수 있으며, 계통에 피크부하가 발생하는 경우 내장된 전력저장용 축전지와 전기자동차의 축전지를 이용하여 계통의 피크 값을 분담하게 함으로써 부하평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 효과를 도 8 및 도 9를 참조해서 보다 구체적으로 설명한다.
종래에는 도 8에 도시한 바와 같이, 전기자동차 축전지(300)의 충전에 필요한 전력을 모두 계통(100)에서 공급받아야 하기 때문에, 도 8에 도시한 바와 같이 계통의 전력사용량의 피크치(도 8의 ② 참조)가 증가하게 되며, 이에 따라 피크전력에 따라 누진요금을 적용하는 국가에서는 전기요금이 급증하는 문제점이 있었다.
이에 비해, 본 발명의 제1 실시예에 따르면 도 9에 도시한 바와 같이, 상대적으로 전기요금이 저렴한 심야시간에 계통(100)에서 전력저장용 축전지(240)로 전기에너지를 충전한 후(도 9의 ① 참조), 전기자동차 축전지(300)의 충전이 요구되는 경우 전력저장용 축전지(240)를 주 전원으로하고 충전 컨버터(260)를 통해 전기자동차 축전지(300)를 급속으로 충전한다. (도 9의 ② 참조). 즉, 도 9의 (A)에 도시한 총 필요전력 중 전기자동차 축전지(300)를 충전하기 위한 전력은 계통(100)에서 공급되는 것이 아니라 전력저장용 축전지(240)에 충전(심야시간에 싼 요금으로 충전)된 전기에너지를 사용하기 때문에, 피크전력을 낮추는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 계통(100)에서 필요로 하는 부하의 전력이 설정 값 이상 (도 9의 ③ 참조)이 되면, 전력저장용 축전지(240)에 저장된 전기에너지를 계통(100)으로 방전하기 때문에, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이 실제 계통의 전력사용량을 종래보다 훨씬 낮출 수 있어 계통전력의 평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.
다음은 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 급속 충전기 및 이의 운영방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 급속 충전기(400)의 상세회로도이다. 도 10에 도시한 급속 충전기(400)는 도 2에 도시한 급속 충전기(200)와 거의 동일한 구성을 가지고 있으며, 본 발명의 제1 실시예와 달리 계통과 관계없는 독립적인 전원발생장치인 태양광 발전장치(290)가 양방향 인버터(220) 및 전력저장용 축전지(240) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 도 10에서는 독립적인 전원발생장치의 예로서 태양광 발전장치(290)를 예로서 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 풍력발전기 등과 같은 다른 전원발생장치를 사용할 수도 있다.
도 10에서는 양방향 컨버터(220), 전력저장용 축전지(240), 충전 컨버터(260) 태양광 발전장치(290)에 대한 상세회로만을 도시하였으며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 급속 충전기(400)는 도 1에서 도시한 검출부(270) 및 제어부(280)의 구성을 마찬가지로 포함하고 있으며, 편의상 이에 대한 도시는 생략하였다.
도 10에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차용 급속충전기(400)의 동작 및 운영방법은 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차용 급속 충전기의 동작과 거의 동일하고 태양광 발전장치(290)에 관련된 동작이 상이하므로, 이하에서는 태양광 발전장치(290)와 관련된 구성 및 기능 위주로 설명한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 태양광 발전장치(290)는 광전지(photovoltaic; PV) 패널(292)과 광전지(PV) 인버터(294; 이하 'PV 인터버'라 함)를 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 PV 인터버(294)는 인덕터(L4), 스위치(Q13) 및 다이오드(D1)를 포함하며, 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracking; 이하 'MPPT'라 함)제어방식을 구현한다. MPPT 제어방식은 전압과 전류가 시시각각 바뀌는 불안정한 전력 공급 장치인 태양전지를 효과적으로 제어하기 위한 방식으로서, 이러한 MPTT 기능을 구현하는 PV 인터버의 동작은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 알 수 있는 사항이므로 이하에서는 상세한 설명를 생략한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전장치(290)와 관련된 운전모드를 나타내는 도면이다.
도 11에 도시한 바와 같이. 태양광 발전장치(290)와 관련된 운전모드는 도 3내지 도 7을 참조로 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 운전모드의 기능을 그대로 포함하며, 태양광 발전장치(290)에서 발생한 전력을 전력저장용 축전지(240)로 충전하는 운전모드와 계통(100)으로 방전하는 운전모드가 추가된다.
구체적으로 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 양방향 컨버터(220)의 동작을 오프한 상태에서 태양광 발전장치(290)에 의해 발생된 전력(P(PV))을 전력저장용 축전지(240)에 우선적으로 충전하며(도 11의 ⑧참조), 전력저장용 축전지(240)의 충전이 완료되면 남은 전력을 계통(100)으로 방전하게 된다. (도 11의 ⑨참조) (P(PV) → P(ESS) + P(IN))
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 태양광 발전장치(290)에 의해 발생된 전력을 전력저장용 축전지(240)에 우선적으로 충전함과 동시에 계통(100)으로 방전하기 때문에, 본 발명의 제1 실시예에 비해 피크전력에 대한 부담을 주지 않으면서 전기자동차를 급속으로 충전할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 계통에 피크전력에 대한 부담을 주지 않으면서 전기자동차를 급속으로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 계통에 피크 부하가 발생하는 경우 전력저장용 축전지와 전기자동차의 축전지를 이용하여 계통의 피크 값을 분담하게 함으로써 부하평준화를 기할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 계통, 200: 급속 충전기, 300: 전기자동차 축전지
220: 양방향 컨버터, 260: 충전컨버터, 240: 전력저장용 축전지
270: 검출부, 280: 제어부, 290: 태양광 발전장치

Claims (16)

  1. 상용전원을 공급하는 계통과 충전대상 축전지 사이에 전기적으로 연결되어 상기 계통의 전력을 기초로 상기 충전대상 축전지를 충전하는 급속충전기에 있어서,
    전력저장용 축전지;
    상기 계통의 전력을 기초로 상기 전력저장용 축전지를 제1 시간동안 충전하는 제1 컨버터;
    상기 전력저장용 축전지에 충전된 전기에너지를 기초로 상기 충전대상 축전지를 상기 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 충전하는 제2 컨버터;
    상기 계통, 상기 전력저장용 축전지 및 상기 충전대상 축전지에 전기적으로 연결되며, 각각 입력 또는 출력되는 전류/전압의 값을 검출하는 검출부;
    상기 검출부로부터 입력받은 검출 값에 기초해서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 제1 컨버터와 상기 전력저장용 축전지 사이에 전기적으로 연결되며, 독립적인 직류전원을 발생하는 전원발생장치를 포함하며,
    상기 제1 컨버터는 상기 계통의 부하전력이 제1 기준값 이상인 경우, 상기 전력저장용 축전지에 충전된 전기에너지를 상기 계통으로 방전하는 양방향 컨버터이고,
    상기 제2 컨버터는 상기 계통의 부하전력이 상기 제1 기준값 이상인 경우, 상기 충전대상 축전지에 충전된 전기에너지를 상기 계통으로 방전하는 양방향 DC-DC 컨버터이며,
    상기 제어부는 상기 계통의 전력을 기초로 상기 전력저장용 축전지를 충전하는 제1 운전모드로 운전하는 경우에는 상기 제1 컨버터를 부스트 컨버터로 동작하도록 제어하며, 상기 전력저장용 축전지에 저장된 전기에너지를 상기 계통으로 방전으로 방전하는 제2 운전모드를 운전하는 경우에는 상기 제1 컨버터를 인버터로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 급속충전기.
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