KR101775957B1

KR101775957B1 - 태양광 발전 장치 연계형 전원공급시스템

Info

Publication number: KR101775957B1
Application number: KR1020110120331A
Authority: KR
Inventors: 박경락
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: KR20130054754A

Abstract

전기자동차를 충전하는 전원공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차를 충전하는데 사용함에 있어서, 가정용 부하를 사용하는 교류충전모드와 배터리에 저장된 에너지를 사용하는 직류충전모드를 선택적으로 사용하여 충전할 수 있도록 구현함으로써, 전기자동차의 충전시간을 단축시킴과 아울러 저장된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. 또, 전기자동차에 충전되는 전력량 및 충전이 이루어지는 시간에 근거하여 부과될 충전요금을 미리 산출할 수 있고, 또 사용자 선택에 따라 급속충전 또는 완속충전을 선택할 수 있도록 하였다.

Description

태양광 발전 장치 연계형 전원공급시스템{POWER APPLYING SYSTEM FOR CONNECTING PHOTOVOLTAIC POWER GENERATING APPARATUS}

본 발명은 전원공급시스템에 관한 것으로, 특히 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차에 충전하는 전원공급시스템에 관한 것이다.

석유 등의 연료의 고갈 및 환경 파괴의 문제로 인해 재생 에너지에 관심이 높아지고 있다. 특히, 에너지원으로 풍력, 태양광, 연료전지 등에 관심이 높아지고 있는데, 이들을 이용하는 경우에는, 각각 독립적이고 전용의 전력변환장치와 이를 제어하는 장치를 제조 또는 사용한다.

예를 들어, 풍력을 이용하는 경우에는, 교류-직류 변환장치(AC-직류 Converter, 컨버터)와 직류-교류 변환장치(직류-AC Converter, Inverter, 인버터)를 직렬로 연결하여 부하 또는 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 풍속과 터빈의 속도에 의하여 발생하는 최대전력을 추종하도록 하는 최대 출력점 추종제어를 사용한다. 한편, 연료전지 또는 태양광을 이용하는 경우에는, 직류-직류 변환장치(직류-직류 Converter 또는 직류-직류 Booster)와 직류-교류 변환장치(Inverter)를 이용하여 부하 및 전력 계통을 연계하는 전력변환장치와 운전조건이나 태양광 일사 조건에 따라 얻을 수 있는 최대전력을 출력하기 위한 제어 알고리즘 및 이를 탑재한 제어장치를 사용한다.

나아가, 환경 보호 요구에 부응하여 전기 자동차에 대한 수요 또한 급속하게 되었다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 거의 없고 소음이 아주 작은 장점이 있다. 현재는, 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다. 그러나 전기자동차의 경우 전기모터를 구동시키는 배터리를 자주 충전해주어야 하는데, 전기자동차의 배터리를 충전하는데 소요되는 시간은 일반 자동차의 연료급유 시간에 비해 상당히 길다. 또, 사용자는 전기자동차를 충전할 때마다, 충전시스템이 설치되어 있는 곳까지 이동하여서 충전 요청을 해야하는 불편이 있다.

이에, 본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 사용하여 전기자동차를 충전하며 가정용 부하를 사용하는 교류충전모드와 배터리에 저장된 에너지를 사용하는 직류충전모드를 선택적으로 사용하여 전기자동차를 충전할 수 있도록 구현함으로써, 전기자동차의 충전시간을 단축시키고 저장된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 전원공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전원공급시스템은, 태양광 발전장치와 연계되어서 전기자동차에 전원을 충전하는 전원공급시스템으로서, 상기 태양광 발전장치로부터 발전된 직류전원을 변환하여 직류 링크 캐패시터에 제공하는 제1 전원변환부와; 상기 직류 링크 캐패시터와 연결되어 상기 직류전원을 교류전원으로 변환하는 제2 전원변환부와; 상기 직류 링크 캐패시터와 연결되어 배터리 전원을 공급받는 배터리와; 상기 제1 전원변환부, 상기 제2 전원변환부, 및 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 구비된 충전커넥터를 통해, 상기 제2 전원변환부 및 상기 배터리 중 적어도 하나로부터 출력되는 전원을 상기 전기자동차에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제2 전원변환부의 출력단은 교류충전커넥터와 연결되고 상기 배터리의 출력단은 직류충전커넥터와 연결되어, 상기 전기자동차에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 전원공급시스템은, 상기 배터리와 상기 충전커넥터 사이에 위치하여서, 상기 제어부의 제어신호에 근거하여 상기 배터리에 저장된 직류전원을 공급받는 전기자동차충전유닛을 더 포함한다.

실시예에서, 상기 전기자동차충전유닛은, 상기 제어부의 제1 신호에 근거하여, 구비된 릴레이스위치를 동작하여 상기 직류전원을 전달하는 제1 릴레이와; 상기 직류전원을 저장하는 복수의 캐패시터와; 상기 제어부의 제2 신호에 근거하여, 구비된 릴레이스위치를 동작하여 상기 캐패시터에 저장된 직류전원을 충전커넥터에 전달하는 제2 릴레이를 포함한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 충전커넥터에 공급되는 전원의 전력량 및 충전시간에 대응하여 부과될 전기요금을 산출해내는 요금산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 요금산출모듈에 의해 산정된 전기요금을 외부에 실시간으로 표시하는 표시모듈을 포함한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 사용자 입력 또는 기설정된 기준에 따라 상기 전원을 교류충전커넥터 및 직류충전커넥터 중 어느 하나에 선택적으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 사용자 입력 또는 기설정된 기준에 따라 급속충전모드 및 완속충전모드 중 어느 하나를 선택적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 전원공급시스템은, 상기 배터리와 연결되어 상기 배터리의 상태를 감시하는 배터리제어장치를 더 포함하고, 상기 배터리제어장치는, 상기 제어부로부터 수신되는 제어명령에 근거하여 상기 배터리의 충전 및 방전의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 배터리와 연결되어, 상기 제1 전원변환부로부터 출력되는 제1 직류전압을 상기 배터리에 적합한 제2 직류전압으로 변환하거나, 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하는 양방향 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제2 전원변환부로부터 출력되는 교류전원을 연결된 부하 및 계통 중 적어도 하나에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 전원공급시스템은, 상기 제2 전원변환부 및 부하 사이에 구비되어, 상기 제어부의 구동에 따라 상기 교류전원을 상기 부하에 전달하는 제1 스위치와; 상기 제1 스위치 및 계통 사이에 구비되어, 상기 제어부의 구동에 따라 상기 교류전원을 상기 계통에 전달하는 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예에서, 상기 직류 링크 캐패시터는, 상기 제1 전원변환부의 출력단에 구비되어, 상기 직류전원을 평활하고 직류 링크 전압 레벨로 저장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차를 충전하는데 사용함에 있어서, 가정용 부하를 사용하는 교류충전모드와 배터리에 저장된 에너지를 사용하는 직류충전모드를 선택적으로 이용할 수 있도록 구현함으로써, 전기자동차의 충전시간을 단축시킴과 아울러 저장된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차를 충전하는데 사용함에 있어서, 전기자동차에 충전되는 전력량 및 충전이 이루어지는 시간에 근거하여 부과될 전기요금을 미리 산출할 수 있고, 또 사용자 선택에 따라 급속충전여부를 선택하여 충전할 수 있도록 구현함으로써, 필요에 따라 다른 사용자의 전기자동차를 충전해준 다음 즉각적이고 합리적인 비용청구가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 전기자동차용 충전 시스템의 블록도를 보인 도면;
도 2는 도 1의 시스템의 예시 사양을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명에 따라, 태양광 발전장치와 연계되는 전원공급시스템의 흐름을 보인 도면;
도 4는 본 발명에 따라, 태양광 발전장치와 연계되는 전원공급시스템의 상세한 구성을 보인 도면;
도 5는 본 발명에 따라, 태양광 발전장치와 연계되는 전원공급시스템의 회로 구성을 보인 도면;
도 6은 본 발명에 따른 전원공급시스템에 있어서, 배터리에 저장된 에너지를 공급받는 전기자동차충전부의 구성을 보인 도면;
도 7은 본 발명에 따른 전원공급시스템의 개략적인 블록도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전원공급시스템을 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전원공급시스템의 구성에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명에 따라 태양광 발전장치와 연계되는 전원공급시스템의 상세한 구성을 도시하고, 도 5는 본 발명에 따라 태양광 발전장치와 연계되는 전원공급시스템의 회로 구성을 도시한다.

상기 전원공급시스템은, 태양광 발전장치(100)와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차(500)에 공급하는 시스템으로서, DC/DC컨버터(211)와, 직류 링크 캐패시터(212)와, 양방향 DC/AC 컨버터(213)와, 복수의 스위치(600a, 600b, 600c)를 포함하고, 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 에너지를 저장하는 배터리(240)와, 상기 배터리(240)에 연결되는 양방향 DC/DC 컨버터(214)와, 전기자동차충전부(300)를 더 포함하며, 구동을 통해 상기 구성들에 제어명령을 전달하는 제어부(250)를 더 포함한다. 상기 전원공급시스템은 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 전원을 도시된 충전 커넥터(400a, 400b)를 통해 전기자동차(500)에 공급한다.

상기 DC/DC컨버터(211)는, 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 직류전원을 변환하여 직류 링크 캐패시터(212)에 제공한다. 즉, 상기 DC/DC컨버터(211)는 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 직류전원의 전압을 승압하여 상기 직류 링크 캐패시터(212)에 출력한다. 상기 승압된 직류전원의 전압은 예를 들어 380V일 수 있다. 이와 관련하여 도 5를 참조하면, 상기 DC/DC컨버터(211)는 적어도 하나의 IGBT 스위칭 소자(S1), 다이오드 소자, 및 리액터(L_pv)를 포함하여 이루어지는 단방향 DC-DC컨버터일 수 있다.

또, 상기 DC/DC컨버터(211)는, 제어부(250)로부터 전달되는 제어명령에 근거하여, 상기 태양광 발전장치(100)로부터 출력되는 발전전력의 MPPT(Maximum Power Point Tracking)를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 MPPT제어란, 일사량에 크게 의존하는 태양광 발전장치(100)의 특성에 따라, 변화하는 직류전압의 값이 특정 기준값을 추종하도록 제어하는 것을 가리킨다, 이를 위해 상기 제어부(250)는 태양광 발전장치(100)의 최대 전력점을 추종하는 알고리즘을 내부에 포함할 수 있다. 이러한 MPPT제어는, 제어부(250)의 구동에 따라, 예를 들어, 상기 DC/DC컨버터(211)에 구비된 IGBT 스위칭 소자(S1)를 동작하는 것으로 수행될 수 있다.

상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 상기 직류 링크 캐패시터(212)와 연결되며 상기 직류전원을 교류전원으로 변환한다. 보다 구체적으로, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 상기 DC/DC컨버터(211) 및/또는 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)로부터 출력되는 직류전원을 전기자동차(500)를 충전하기 위한 교류전원, 또는 계통(800)이나 부하(700)에 공급하기 위한 교류전원으로 변환한다. 또, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 계통(800)으로부터 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 직류 링크 캐패시터(212)에 출력한다. 즉, 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터 기능과 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류 기능을 모두 수행한다. 도 5를 참조하면, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 2쌍의 IGBT 스위칭 소자(S4,S5,S6,S7)를 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 계통(800)으로부터 스위치(600)를 통해 입력되는 교류전원을 직류 링크 캐패시터(212)에 적합한 전압을 갖는 직류전원으로 정류하여 출력한다. 또, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 태양광 발전장치(100) 또는 배터리(240)로부터 출력되는 직류전원을 계통(800)에 적합한 교류전원으로 변환하여 출력한다. 이때, 상용 계통(800)에 출력되는 교류전원의 전압은 전력 품질 기준, 예를 들면 역률 0.9 이상, THD 5% 이내에 부합하도록 조절되는 것이 바람직하다. 또, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)는, 계통(800)에 출력되는 교류전원의 고조파를 제거하기 위한 소정의 필터를 포함할 수 있다.

상기 직류 링크 캐패시터(212)는 상기 제1 전원변환부의 출력단에 구비된다. 상기 직류 링크 캐패시터(212)는 입력받은 직류전원을 평활하고 직류 링크 전압 레벨로 저장한다. 구체적으로, 상기 직류 링크 캐패시터(212)는, DC/DC 컨버터(211)의 출력단과 양방향 DC/AC 컨버터(213)의 입력단에 구비되어, 입력된 제1 직류전압을 평활한다. 즉, 상기 직류 링크 캐패시터(212)는, 상기 DC/DC 컨버터(211)로부터 출력되거나 또는 상기 배터리(240)로부터 출력된 직류전원을 입력받아 평활화한 다음 직류 링크 전압 레벨로 저장한다.

상기 배터리(240)는, 상기 발전전력의 잉여전력을 저장한다. 상기 배터리(240)는, 상기 직류 링크 캐패시터(212)와 연결되어 배터리 전원을 공급받는다. 상기 배터리(240)는 복수의 전지 셀이 하나의 팩으로 구성된 형태를 취할 수 있다. 보다 구체적으로, 도시되지는 않았지만 상기 배터리(240)는 복수의 배터리 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되는 형태로 구현될 수 있다. 상기 배터리(240)는 배터리용 리액터(L_batt) 및 배터리 내부에 저장된 에너지를 외부로 출력하는 적어도 하나의 IGBT스위칭 소자를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 배터리는 여러 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 니켈-카트뮴 전지, 납 축전지, 니켈-수소 전지, 리튬-이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등이 있을 수 있다.

또, 상기 배터리(240)는 배터리와 연결되어 상기 배터리의 상태를 감시하는 배터리제어장치(Battery Management System, BMS)를 더 포함한다. 상기 배터리제어장치(BMS)는, 상기 제어부(250)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여 배터리(240)의 충방전 동작을 제어한다. 구체적으로, 상기 배터리제어장치(BMS)는 제어부(250)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 배터리(240)에 저장된 직류전원을 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)에 방전하도록 제어한다. 또, 상기 배터리제어장치(BMS)는 상기 제어부(250)로부터 수신되는 제어명령에 근거하여, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)에 의해 변환된 전압을 갖는 직류전원을 배터리(240)에 충전하도록 제어한다. 여기서, 상기 배터리(240)와 배터리제어장치(BMS)는 일체로 구성되는 배터리 팩의 형태를 취할 수 있다. 또, 상기 배터리제어장치(BMS)는 배터리(240)에 연결되어 배터리의 상태를 유지하고 관리한다.

상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 배터리(240)에 연결되어, 상기 DC/DC 컨버터(211)로부터 출력되는 제1 직류전압을 배터리(240)에 적합한 제2 직류전압으로 변환한다. 구체적으로, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 제어부(250)의 구동에 따라 수신되는 제어명령에 근거하여, 상기 DC/DC 컨버터(211)로부터 출력되는 직류전원을 배터리(240)에 적합한 전압을 갖는 직류전원으로 변환하여 출력한다.

또, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 배터리(240)에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환한다. 구체적으로, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 제어부(250)의 구동에 따라, 상기 배터리(240)로부터 출력된 직류전원을 상기 DC/DC 컨버터(211)로부터 출력되는 직류전원의 전압과 동일한 전압을 갖는 직류전원으로 변환하여 출력한다. 여기서, 상기 DC/DC 컨버터(211)로부터 출력된 직류전원의 전압은 예를 들어, 380V일 수 있고, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)에 의해 변환된 전압의 크기는 예를 들어, 120V일 수 있다.

상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 상기 배터리(240)에 저장된 제2 직류전원을 상기 제1 직류전압으로 변환하는데, 이를 위해 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 적어도 하나의 IGBT 스위칭 소자(S2)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 직류전압이 380V이고, 상기 제2 직류전압이 120V라 가정하면, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 제어부(250)로부터 수신되는 배터리(240) 충전의 제어명령에 근거하여, 380V의 전압크기를 갖는 직류전원을 120V의 전압크기를 갖는 직류전원으로 변환하여 배터리(240)를 충전한다. 또, 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214)는 상기 제어부(250)로부터 수신되는 배터리(240) 방전의 제어명령에 근거하여, 120V의 전압크기를 갖는 직류전원을 380V의 전압크기를 갖는 직류전원으로 변환하여서 직류 링크 캐패시터(212)에 공급한다.

상기 전원공급시스템에 구비되는 충전커넥터(400a, 400b)는 DC충전커넥터(400a) 및 AC충전커넥터(400b)를 포함한다. 상기 전원공급시스템은 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 전원을 도시된 충전 커넥터(400a, 400b)를 통해 전기자동차(500)에 공급한다. 도시된 예에서, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)의 출력단은 AC충전커넥터(400b)와 연결되고, 상기 배터리(240)의 출력단은 DC충전커넥터(400a)와 연결되어, 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 전력 및/또는 배터리(240)에 저장된 에너지를 상기 전기자동차(500)에 공급한다.

상기 제어부(250)는, 상기 DC/DC컨버터(211)와, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)와, 상기 배터리(240)의 동작을 제어한다. 즉, 상기 제어부(250)는 본 발명에 따른 전원공급시스템의 전반적인 동작들을 제어한다. 또, 상기 제어부(250)는 구비된 충전커넥터(400a, 400b)를 통해, 양방향 DC/AC 컨버터(213) 및 배터리(240) 중 적어도 하나로부터 출력되는 전원을 상기 전기자동차(500)에 공급하도록 제어한다. 구체적으로, 상기 제어부(250)는 DC충전커넥터(400a)를 통해, 배터리(240)로부터 충전된 전기자동차충전부(300)의 출력전원이 전기자동차(500)의 구동유닛들(미도시)에 공급되도록 제어한다. 또, 상기 제어부(250)는 AC충전커넥터(400b)를 통해, 양방향 DC/AC 컨버터(213)로부터 출력되는 전원이 상기 전기자동차(500)의 구동유닛들(미도시)에 공급되도록 제어한다.

도 7을 참조하면, 상기 제어부(250)는, 상기 충전커넥터(400a, 400b)에 공급되는 전원의 전력량 및 충전시간에 대응하여서 부과될 전기요금을 산출하는 요금산출모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 시간대별 전기요금의 정보를 사용자에게 제공할 수 있고, 그에 따라 사용자 입력을 통해 또는 최저 전기요금 시간에서 자동 충전이 이루어지도록 프로그램되는 것과 같은 알고리즘을 통해 전기자동차(500)의 충전이 이루어지도록 제어할 수 있다. 나아가, 결정된 시간에 따라, 전기자동차충전부(300)에 구비된 제1 릴레이(310) 및 제2 릴레이(370) 또는 부하(700)측에 연결된 스위치(600)의 온/오프 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.

또, 상기 제어부(250)는 상기 요금산출모듈에 의해 산정된 전기요금을 실시간으로 외부에 표시하는 표시모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또, 상기 표시모듈은 상기 전기요금과 함께, 전기자동차(500)의 충전상태, 충전 완료 여부, 돌발 상황에 따른 경고 메시지 등을 더 표시하도록 구현될 수 있다.

또, 상기 제어부(250)는, 사용자 입력 또는 기설정된 기준에 따라 교류충전커넥터 및 직류충전커넥터 중 어느 하나에 충전전원을 선택적으로 공급하도록 제어한다. 이를 위해, 상기 제어부(250)는 사용자 터치를 통해 사용자 입력이 가능한 터치 스크린 형태의 표시모듈을 구비할 수 있으며, 부과될 전기요금, 충전 개시시간, 배터리에 남은전력 및/또는 부하의 현재 전력소모량에 기초하여 교류전원 및 직류전원 중 어느 하나를 선택하는 알고리즘을 제어부(250) 내부에 포함할 수 있다.

또, 상기 제어부(250)는, 사용자 입력 또는 기설정된 기준에 따라서 급속충전모드 및 완속충전모드 중 어느 하나를 선택적으로 수행할 수 있도록 제어한다. 여기서, 급속충전은 예를 들어 3상 380V의 교류전원을 사용하며 충전시간은 약 20-40분 정도 소요된다. 한편, 완속충전은 예를 들어 단상 220V의 교류전원을 사용하며 충전시간은 약 2시간 정도 소요된다. 이와 관련하여 첨부된 도 1 및 도 2는 급속충전시스템에 의해 전기자동차를 충전하는 경우의 구성 블록도와 주요 사양을 나타내고 있다. 본 발명에 따른 전원공급시스템은 전기자동차(500)를 충전하는데 있어서 이러한 급속충전모드와 완속충전모드를 선택할 수 있는데, 그 선택 수단으로서 사용자 입력(예, 터치스크린에 터치 입력을 인가하는 방식) 또는 예를 들어 배터리(240)에 남은전력량 및/또는 부하(700)의 현재 전력소모량에 근거한 기준에 따라 어느 하나의 충전모드를 선택하는 알고리즘을 제어부(250) 내부에 포함하도록 구현할 수 있다.

또, 상기 제어부(250)는 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)로부터 출력된 정류전압을 연결된 부하(700) 및/또는 계통(800)에 공급하도록 제어한다. 상기 부하(700)는 상기 태양광 발전장치(100)로부터 발전된 전력, 배터리(240)에 저장된 전력, 또는 계통(800)으로부터 공급된 전력을 소비하는 것으로, 예를 들어 가정, 공장일 수 있다. 또, 상기 계통(800)은 예를 들어 발전소, 변전소, 송전선 등을 포함하며, 구비된 스위치(600c)의 턴 온 또는 턴 오프 동작에 따라 부하(700) 및/또는 직류 링크 캐패시터(212)에 전력을 공급한다. 이때, 상기 스위치(600c)의 온/오프 동작은 제어부(250)로부터 수신되는 제어명령에 따라 이루어진다. 한편, 태양광 발전장치(100)로부터 출력된 발전전력과 배터리(240)에 저장된 에너지가 전기자동차의 충전을 위한 요구전력량을 모두 만족시키지 못하면, 계통(800)으로부터 필요한 전력을 공급받을 수 있어야 한다. 이를 위해, 계통(800)과 전원공급시스템은 서로 통신이 가능하게 구현될 수 있고, 그에 따라 잉여전력 또는 부족전력을 유연하게 관리하고 처리할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 전원공급시스템은 소정의 통신부(미도시)를 구비할 수 있고, 상기 통신부은 유무선 통신 방식, 위성 통신 방식 등 가용한 통신 방식과 이에 대응하는 프로토콜을 구비할 수 있다.

또, 상기 제어부(250)는 상기 DC/DC 컨버터(211)의 MPPT제어를 수행한다. 또, 상기 제어부(250)는 상기 양방향 DC/DC 컨버터(214) 및 양방향 DC/AC 컨버터(213)의 전압 및 전류의 흐름을 각각 제어한다. 또, 상기 제어부(250)는 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)직류전원공급부(215)의 역률보상(Power Factor Correction, PFC)의 제어 및 구동을 제어한다.

본 발명에 따른 전원공급시스템은, 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213) 및 부하(700) 사이에 구비되어, 상기 제어부(250)의 구동에 따라 교류전원을 상기 부하(700)에 전달하는 제1 스위치(600b)를 더 포함한다. 또, 상기 전원공급시스템은 상기 제1 스위치(600b) 및 계통(800) 사이에 구비되어, 상기 제어부(250)의 구동에 따라 상기 교류전원을 상기 계통(800)에 전달하는 제2 스위치(600c)를 더 포함한다. 이와 같이 상기 제1 스위치(600b) 및 제2 스위치(600c)는 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)로부터 출력되는 교류전원을 부하(700) 및/또는 계통(800)에 공급 또는 차단한다. 또, 상기 제2 스위치(600c)는 상기 계통(800)의 전력을 부하(700) 및/또는 직류 링크 캐패시터(212)에 공급하거나 또는 차단한다. 실시예에서, 본 발명에 따른 전원공급시스템은 상기 양방향 DC/AC 컨버터(213)로부터 출력되는 교류전원을 AC충전커넥터(400b)에 공급 또는 차단하기 위한 제3 스위치(600a)를 더 포함할 수 있다.

상기 전기자동차충전부(300)는, 상기 배터리(240) 및 DC충전커넥터(400a) 사이에 위치한다. 상기 전기자동차충전부(300)는, 제어부(250)의 제어신호에 근거하여 상기 배터리(240)에 저장된 직류전원을 공급받는다. 도 6은 이와 같은 전기자동차충전부(300)의 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 전기자동차충전부(300)는 복수의 릴레이 스위치(310, 370)와, 상기 릴레이 스위치(310, 370) 사이에 구비되는 복수의 캐패시터(350)를 포함한다. 상기 전기자동차충전부(300)의 제1 릴레이(310)는 상기 제어부(250)의 제1 신호에 따라, 구비된 릴레이스위치를 동작하여 배터리(240)에 저장된 직류전원을 캐패시터(250)에 전달한다. 상기 복수의 캐패시터(350)는 제1 릴레이(310)로부터 전달받은 직류전원을 저장한다. 또, 제2 릴레이는(370)는 상기 제어부(250)의 제2 신호에 따라, 구비된 릴레이스위치를 동작하여 상기 캐패시터(350)에 저장된 직류전원을 DC충전커넥터(400)로 전달한다. 상기 제1 릴레이(310) 및 제2 릴레이(370)의 동작은 다음과 같다. 먼저, 배터리(240)의 전압이 일정전압 이상이 되면 구비된 제1 릴레이(310)의 구동코일을 동작하여 턴 온 시킨다. 그에 따라 상기 배터리(240)에 충전된 에너지, 즉 직류전원이 전기자동차충전부(300)의 캐패시터(350)에 충전된다. 그리고, 제어부(250)의 제어명령에 따라 구비된 제2 릴레이(370)의 구동코일이 동작하여 턴 온 되면 캐패시터(350)에 충전된 직류전원이 DC충전커넥터(400)로 흘러들어가게 된다. 이때, 제1 릴레이(310)의 릴레이스위치는 턴 오프 상태가 된다. 또, 상기 전기자동차충전부(300)는 입력받은 직류전원을 전기자동차(500)의 구동유닛에 공급되기에 적합한 교류전원으로 변환하기 위해 AC/DC컨버터(미도시)를 내부에 구비하거나 또는 상기 전기자동차충전부(300)가 독립된 AC/DC컨버터와 연결되는 것으로 구현될 수 있다.

도 3은, 본 발명에 따라 태양광 발전장치와 연계되는 전원공급시스템의 흐름을 보여준다. 먼저, 태양광 발전장치로부터 발전된 직류전원을 DC/DC컨버터를 통해 승압한다. 승압된 직류전원은 양방향 DC/AC컨버터를 통해 교류전원으로 변환된다. 그리고 충전커넥터를 통해 상기 교류전원이 전기자동차에 공급된다. 또한, 상기 태양광 발전장치로부터 발전된 전력은 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 변환되어 배터리에 충전된다. 배터리에 충전된 전원은 필요한 경우 방전되어 양방향 DC/DC 컨버터를 통해 변환된다. 변환된 직류전원은 전기자동차충전부(EV chager)를 지나 충전커넥터를 통해 전기자동차에 공급된다. 이와 같은 각 구성의 동작은 대부분 통합제어부를 통해 이루어진다. 또, 본 발명에 따른 전원공급시스템에 의한 전기자동차의 충전은 사용자 입력 또는 미리설정된 기준에 따라서 교류전원 및 직류전원 중 어느 하나를 선택하여 충전할 수 있다. 나아가, 사용자 입력 또는 미리설정된 기준에 따라서 전기자동차의 급속충전 또는 완속충전여부를 선택하여 충전할 수 있다. 한편, 상기 태양광 발전장치로부터 발전된 전원 또는 배터리에 저장된 전원의 전력량이 전기자동차를 충전하기에 부족한 경우에는 계통으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이와 같이, 태양광 발전장치로부터 발전된 전력을 부하 및 계통 외에 전기자동차를 충전하는데 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써, 전기자동차의 충전시간을 단축시키고 배터리에 저장된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전원공급시스템은 태양광 발전장치와 연계되어 발전된 전원을 전기자동차를 충전하는데 사용함에 있어서, 가정용 부하를 사용하는 교류충전모드와 배터리에 저장된 에너지를 사용하는 직류충전모드를 선택적으로 사용하여 충전할 수 있도록 구현함으로써, 전기자동차의 충전시간을 단축시킴과 아울러 저장된 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 효과를 제공한다. 또, 전기자동차에 충전되는 전력량 및 충전이 이루어지는 시간에 근거하여 부과될 충전요금을 미리 산출할 수 있고, 사용자 선택에 따라 급속충전 또는 완속충전을 선택할 수 있는 사용자 편의를 제공한다.

100 - 태양광 발전장치 211 - DC/DC 컨버터
212 - 직류 링크 캐패시터 213 - 양방향 DC/AC 컨버터
214 - 양방향 DC/DC 컨버터 240 - 배터리
250 - 제어부 300 - 전기자동차충전부
400 - 충전커넥터 500 - 전기자동차
600 - 스위치부 700 - 부하
800 - 계통

Claims

태양광 발전장치와 연계되어 전기자동차에 전원을 충전하는 전원공급시스템으로서,
상기 태양광 발전장치로부터 발전된 직류전원을 변환하여 직류 링크 캐패시터에 제공하는 제1 전원변환부;
상기 직류 링크 캐패시터와 연결되어 상기 직류전원을 교류전원으로 변환하는 제2 전원변환부;
상기 직류 링크 캐패시터와 연결되어 배터리 전원을 공급받는 배터리; 및
상기 제1 전원변환부, 상기 제2 전원변환부, 및 상기 배터리의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
사용자 입력에 근거하여,
상기 제2 전원변환부로부터 출력되는 교류전원을 교류충전커넥터를 통해 전기자동차에 공급하도록 제어하는 제1신호 및 상기 배터리에 저장된 직류전원을 전기자동차충전유닛에 공급하여 상기 전기자동차충전유닛으로부터 출력된 직류전원이 직류충전커넥터를 통해 전기자동차에 공급되도록 제어하는 제2신호 중 어느 하나를 선택적으로 생성하고,
상기 전기자동차충전유닛은, 상기 배터리 및 상기 직류충전커넥터 사이에 위치하고 상기 제2신호에 따라 상기 배터리에 저장된 직류전원을 공급받으며,
상기 전기자동차충전유닛은,
상기 제1 신호에 따라, 구비된 릴레이스위치를 동작하여 상기 직류전원을 전달하는 제1 릴레이;
상기 전달받은 직류전원을 저장하는 복수의 캐패시터;
상기 제2 신호에 따라, 구비된 릴레이스위치를 동작하여 상기 캐패시터에 저장된 직류전원을 상기 직류충전커넥터로 전달하는 제2 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제2 전원변환부의 출력단은 상기 교류충전커넥터와 연결되고 상기 배터리의 출력단은 상기 직류충전커넥터와 연결되어, 상기 전기자동차에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
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제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
충전커넥터에 공급되는 상기 전원의 전력량 및 충전시간에 대응하여 부과될 전기요금을 산출하는 요금산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 요금산출모듈에 의해 산정된 전기요금을 실시간으로 외부에 표시하는 표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제어부는, 사용자 입력 또는 기설정된 기준에 따라 급속충전모드 및 완속충전모드 중 어느 하나를 선택적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제1 항에 있어서,
상기 배터리와 연결되어 상기 배터리의 상태를 감시하는 배터리제어장치를 더 포함하고,
상기 배터리제어장치는, 상기 제어부로부터 수신되는 제어명령에 근거하여 상기 배터리의 충전 및 방전의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제1 항에 있어서,
상기 배터리와 연결되어, 상기 제1 전원변환부로부터 출력되는 제1 직류전압을 상기 배터리에 적합한 제2 직류전압으로 변환하거나 또는 상기 배터리에 저장된 제2 직류전압을 상기 제1 직류전압으로 변환하는 양방향 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 전원변환부로부터 출력되는 교류전원을 연결된 부하 및 계통 중 적어도 하나에 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제11 항에 있어서,
상기 제2 전원변환부 및 부하 사이에 구비되어, 상기 제어부의 구동에 따라 상기 교류전원을 상기 부하에 전달하는 제1 스위치;
상기 제1 스위치 및 계통 사이에 구비되어, 상기 제어부의 구동에 따라 상기 교류전원을 상기 계통에 전달하는 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.
제1 항에 있어서,
상기 직류 링크 캐패시터는,
상기 제1 전원변환부의 출력단에 구비되어, 상기 직류전원을 평활하고 직류 링크 전압 레벨로 저장하는 것을 특징으로 하는 전원공급시스템.