KR101843571B1 - 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템 - Google Patents

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홍영근
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대영채비(주)
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Abstract

본 발명에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템은, 신재생 에너지원으로부터 발전을 수행하는 신재생 에너지 발전기, 전기자동차와 연결되어, 전기자동차를 충전하는 전기자동차 충전장치, 상기 전기자동차 충전장치 및 상기 신재생 에너지 발전기에 각각 전기적으로 연결되어, 상기 전기자동차 충전장치를 통한 전기자동차 충전을 보조하는 중계장치, 예비 전력을 저장할 수 있도록 형성되며, 소정의 전력 출력량을 가지고, 상기 중계장치와 전기적으로 연결되는 에너지 저장장치 및 상기 중계장치에 선택적으로 전력을 공급하는 전력 그리드를 포함하며, 상기 전기자동차 충전장치는 n대의 전기자동차(n≥1)를 동시 충전 가능하도록 형성된 하나 이상의 충전기를 포함하여, 상기 충전기의 최대 동시충전용량 및 충전 대상인 전기자동차의 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 한다.

Description

신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템{Charging System for Electric Vehicle Linked Renewable Energy}
본 발명은 전기자동차 충전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신재생 에너지와 연계되어 효율적인 전력 운용이 가능하도록 하는 전기자동차 충전시스템에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈로 인한 친환경 에너지 사용이 대두됨에 따라 전기자동차의 보급이 확대되고 있는데, 이와 함께 전기자동차를 충전시키기 위한 전기자동차용 충전기의 보급도 확대되고 있다. 다만, 아직까지는 전기자동차의 보급률에 비해 전기자동차 충전 인프라 보급률은 저조한 상황이다.
특히 현재 설치되어 있는 전기자동차용 충전기의 경우 한대의 전기자동차는 물론 다수 대의 전기자동차를 동시 충전하도록 하는 기능이 마련되어 있지만, 다수 대의 전기자동차를 동시 충전하는 과정에서 필요로 하는 부하분산 기능, 피크전력 제어 기능은 미비함에 따라, 계통의 부담을 줄이고 전기자동차 충전소의 설계 용량을 저감시키기에는 어려움이 따르고 있다.
즉 현재까지는 전기자동차용 충전기가 효율적으로 운용되고 있지 않으며, 이는 전기자동차 인프라 구축에 걸림돌이 되고 있는 상황이다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-1713067호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 전기자동차용 충전기와 연결되는 다수 대의 전기자동차를 동시 충전함에 있어서, 신재생 에너지(태양력 발전 에너지, 풍력 발전 에너지 등)로부터 공급되는 전기 에너지를 에너지 저장 시스템(ESS)에 저장하고 충전된 전기 에너지를 이용하여 전력의 피크치 제어는 물론 시스템 상에 설계된 최대 채널 수로 다수 대의 전기자동차를 분산 제어할 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템은, 신재생 에너지원으로부터 발전을 수행하는 신재생 에너지 발전기, 전기자동차와 연결되어, 전기자동차를 충전하는 전기자동차 충전장치, 상기 전기자동차 충전장치 및 상기 신재생 에너지 발전기에 각각 전기적으로 연결되어, 상기 전기자동차 충전장치를 통한 전기자동차 충전을 보조하는 중계장치, 예비 전력을 저장할 수 있도록 형성되며, 소정의 전력 출력량을 가지고, 상기 중계장치와 전기적으로 연결되는 에너지 저장장치 및 상기 중계장치에 선택적으로 전력을 공급하는 전력 그리드를 포함하며, 상기 전기자동차 충전장치는 n대의 전기자동차(n≥1)를 동시 충전 가능하도록 형성된 하나 이상의 충전기를 포함하여, 상기 충전기의 최대 동시충전용량 및 충전 대상인 전기자동차의 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 한다.
그리고 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량과, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 충전용량 합이 상기 충전기의 최대 동시충전용량을 초과할 경우, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전대기 상태로 유지하도록 할 수 있다.
또한 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량 합이 상기 충전기의 최대 동시충전용량 미만이며, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차와 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 충전용량이 상기 충전기의 최대 동시충전용량을 초과할 경우, 상기 충전기의 최대 동시충전용량에서, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량 합을 뺀 나머지 충전용량을, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전을 진행하도록 할 수 있다.
그리고 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전이 완료된 경우, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 정상 충전용량으로 전환하여 충전을 진행하도록 할 수 있다.
또한 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 수가 n을 만족한 경우, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전대기 상태로 유지하도록 할 수 있다.
그리고 상기 전기자동차 충전장치에 대한 전력 공급이 중단되어 상기 에너지 저장장치에 저장된 예비 전력을 통해 충전을 수행하는 경우, 상기 중계장치는, 상기 충전기가 상기 에너지 저장장치의 최대 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 할 수 있다.
또한 상기 중계장치는, 상기 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값에 도달한 경우, 상기 충전기를 통해 알람을 수행하도록 할 수 있다.
그리고 상기 에너지 저장장치에 대한 충전은 기 설정된 시간대의 야간 기간 중 수행하도록 하며, 상기 야간 기간 외의 주간 기간 중에는 상기 에너지 저장장치를 통해 상기 충전기에 공급하도록 할 수 있다.
또한 상기 에너지 저장장치를 통해 상기 충전기에 공급되는 충전용량이 상기 충전기의 최대 동시충전용량 미만인 경우, 상기 신재생 에너지 발전기 및 상기 전력 그리드 중 적어도 어느 하나로부터 잔여 충전용량을 보충하도록 할 수 있다..
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 신재생 에너지(태양력 발전 에너지, 풍력 발전 에너지 등)로부터 공급되는 전기 에너지를 저장하고, 충전된 전기 에너지를 이용하여 전력의 피크치 제어는 물론 시스템 상에 설계된 최대 채널수로 다수 대의 전기자동차를 분산 제어할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전기자동차 부하들에 대한 동시 충선 혹은 개별 충전 시 분산 제어 및 피크전력 제어를 통해 최대 설계용량 대비 최소 용량으로 설계하여 운영 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전기자동차용 충전기를 소형화할 수 있으며 피크 전력 제어 및 분산제어를 통하여 시스템의 용량을 최소화할 수 있는 이점을 가진다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템의 각 구성요소를 나타낸 도면;
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템이 발전모드로서 구동되는 형태를 나타낸 도면;
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템이 충전모드로서 구동되는 형태를 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템이 방전모드로서 구동되는 형태를 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템에 있어서, 전기자동차 충전장치의 충전기와 차량 간의 연결 형태를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템에 있어서, 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템에 있어서, 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면;
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템에 있어서, 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면; 및
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템에 있어서, 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템의 각 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템은 신재생 에너지 발전기(30)와, 전기자동차 충전장치(20)와, 중계장치(10)와, 에너지 저장장치(40)와, 전력 그리드(50)를 포함한다.
상기 신재생 에너지 발전기(30)는 신재생 에너지원으로부터 발전을 수행하며, 상기 신재생 에너지원으로는 태양열, 태양광, 풍력, 파력, 조력 등 친환경 방식에 의해 에너지를 생성시킬 수 있는 다양한 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.
본 실시예의 경우 상기 신재생 에너지 발전기(30)는 태양광 발전 방식을 가지는 것으로 하였으나, 이는 하나의 실시예로서 적용된 것이며 기타 다른 방식이 사용될 수도 있음은 물론이다.
상기 전기자동차 충전장치(20)는 전기자동차와 연결되어, 전기자동차를 충전할 수 있도록 하나 이상의 충전기를 포함할 수 있다.
이때 상기 충전기는 1:N 방식으로 복수의 전기자동차를 동시 충전 가능하도록 형성될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
상기 중계장치(10)는 상기 전기자동차 충전장치(20) 및 상기 신재생 에너지 발전기(30)에 각각 전기적으로 연결되어, 상기 전기자동차 충전장치(20)를 통한 전기자동차 충전을 중계함으로써 보조할 수 있다.
상기 에너지 저장장치(40)는 예비 전력을 저장할 수 있도록 하나 이상의 배터리팩을 포함할 수 있으며, 소정의 전력 출력량을 가지고, 상기 중계장치(10)와 전기적으로 연결된다.
그리고 상기 전력 그리드(50)는 전력 공급이 가능한 외부 전력으로서, 상기 중계장치(10)에 선택적으로 전력을 공급할 수 있다.
이에 따라 본 발명은, 상기 신재생 에너지 발전기(30), 상기 전기자동차 충전장치(20), 상기 중계장치(10), 상기 에너지 저장장치(40) 및 상기 전력 그리드(50) 간의 상호 연계에 의해 발전모드, 충전모드 또는 방전모드 중 어느 하나의 형태로 구동될 수 있다.
이하에서는 상기 각 모드에서의 구동 형태에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템이 발전모드로서 구동되는 형태를 나타낸 도면이다.
먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전모드는, 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 상기 중계장치(10)로 전력을 공급하고, 상기 중계장치(10)는 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 공급받은 전력을 상기 전기자동차 충전장치(20)로 공급하는 형태일 수 있다.
이는 상기 신재생 에너지 발전기를 통해 상기 중계장치로 공급되는 전력량과 상기 전기자동차 충전장치에서 필요로 하는 전력량이 비슷하게 유지되고 있는 상태이거나, 상기 신재생 에너지 발전기를 통해 상기 중계장치로 공급되는 전력량을 상기 전기자동차 충전장치에서 필요로 하는 전력량과 대응되도록 제어되는 경우 사용될 수 있는 발전모드 형태이다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발전모드는, 도 2에 나타난 발전모드를 기본으로 하여 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 상기 중계장치(10)로 공급되는 전력량이 상기 중계장치(10)로부터 상기 전기자동차 충전장치(20)로 공급되는 전력량보다 많은 경우, 여분의 전력을 상기 에너지 저장장치(40)로 공급하도록 구동될 수 있다. 이에 따라 상기 에너지 저장장치(40)에는 전기에너지가 저장되어 대기 상태를 유지하게 된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발전모드는, 도 2에 나타난 발전모드를 기본으로 하여 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 상기 중계장치(10)로 공급되는 전력량이 상기 중계장치(10)로부터 상기 전기자동차 충전장치(20)로 공급되는 전력량보다 적은 경우, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전력을 상기 중계장치(10)로 공급하도록 구동될 수 있다.
이와 같은 발전모드에서는, 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통한 전력 수급량이 충분하지 않은 경우에도 상기 중계장치(10)를 통해 상기 전기자동차 충전장치(20)로 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템이 충전모드로서 구동되는 형태를 나타낸 도면이다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 충전모드는, 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 상기 중계장치(10)로 전력을 공급하고, 상기 중계장치(10)는 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 공급받은 전력을 상기 에너지 저장장치(40)로 공급하여 저장하도록 할 수 있다.
이때 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 생성되는 전력량이 충분한 경우, 별도의 전력 수급이 필요하지 않아 상기 신재생 에너지 발전기(30)만으로 충전모드를 구동시킬 수 있다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 충전모드는, 상기 전력 그리드(50)를 통해 상기 중계장치(10)로 전력을 추가적으로 공급하고, 상기 중계장치(10)는 상기 전력 그리드(50)를 통해 공급받은 전력을 상기 에너지 저장장치(40)로 공급하여 저장하도록 할 수 있다.
이와 같은 충전모드 방식은 상기 신재생 에너지 발전기(30)를 통해 생성되는 전력량이 충분하지 않은 경우에 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템이 방전모드로서 구동되는 형태를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 방전모드는, 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 전력을 상기 중계장치(10)로 공급하고, 상기 중계장치(10)는 상기 에너지 저장장치(40)로부터 공급받은 전력을 상기 전기자동차 충전장치(20)로 공급하도록 구동된다.
이때 상기 중계장치(10)로 공급되는 전력은 상기 에너지 저장장치(40)만으로 국한되며, 상기 신재생 에너지 발전기(30) 및 상기 전력 그리드(50)를 통한 전력 공급은 중단된 상태로 유지된다.
이상으로 본 발명의 각 모드에서의 구동 형태에 대해 설명하였으며, 이하에서는 상기 전기자동차 충전장치(20)를 통한 구체적인 충전 방식에 대해 자세히 설명하도록 한다.
전술한 바와 같이, 상기 전기자동차 충전장치(20)는 전기자동차와 연결되어, 전기자동차를 충전할 수 있도록 하나 이상의 분산형 충전기를 포함할 수 있으며, 이때 상기 분산형 충전기는 도 8에 도시된 바와 같이 1:N 방식으로 복수의 전기자동차를 동시 충전 가능하도록 형성될 수 있다.
즉 상기 분산형 충전기는 n대의 전기자동차(n≥1)를 동시 충전 가능하도록 형성될 수 있으며, 본 발명은 상기 충전기의 최대 동시충전용량 및 충전 대상인 전기자동차의 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 할 수 있다. 그리고 상기 분산형 충전기를 통한 상황 별 충전 알고리즘에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명은 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량과, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 충전용량 합이 상기 충전기의 최대 동시충전용량을 초과할 경우, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전대기 상태로 유지하도록 할 수 있다.
또한 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량 합이 상기 충전기의 최대 동시충전용량 미만이며, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차와 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 충전용량이 상기 충전기의 최대 동시충전용량을 초과할 경우에는, 상기 충전기의 최대 동시충전용량에서, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량 합을 뺀 나머지 충전용량을, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전을 진행하도록 할 수 있다. 그리고 이와 같은 상태에서 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전이 완료된 경우, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 정상 충전용량으로 전환하여 충전을 진행하도록 할 수 있다.
또한 상기 충전기의 최대 동시충전용량에 여유가 있다고 하더라도, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 수가 n, 즉 최대 동시 충전 차량의 개수를 만족한 경우, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해서는 충전대기 상태로 유지하도록 할 수 있다.
한편 정전 등과 같이 상기 전기자동차 충전장치(20)에 대한 전력 공급이 중단되어 상기 에너지 저장장치(40)에 저장된 예비 전력을 통해 충전을 수행하는 경우에는, 상기 중계장치는, 상기 충전기가 상기 에너지 저장장치(40)의 최대 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 할 수 있다. 즉 해당 상황에서는 상기 충전기의 최대 동시충전용량이 아닌, 상기 에너지 저장장치(40)의 최대 충전용량에 기반하여 운용하도록 한다.
이때 상기 중계장치(10)는, 상기 에너지 저장장치(40)의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값에 도달한 경우, 상기 충전기를 통해 사용자 또는 관리자 등에게 알람을 수행하도록 할 수 있다.
또한 상기 에너지 저장장치(40)에 대한 충전은 기 설정된 시간대의 야간 기간 중 수행하도록 할 수 있으며, 상기 야간 기간 외의 주간 기간 중에는 상기 에너지 저장장치(40)를 통해 상기 충전기에 공급하도록 할 수 있다. 여기서 상기 야간 기간 및 상기 주간 기간의 시간 범위는 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
이와 같은 상황에서 주간 기간 중 상기 에너지 저장장치(40)를 통해 상기 충전기에 공급되는 충전용량이 상기 충전기의 최대 동시충전용량 미만인 경우, 상기 신재생 에너지 발전기(30) 및 상기 전력 그리드(50) 중 적어도 어느 하나로부터 잔여 충전용량을 보충하도록 운용될 수 있다.
이하에서는, 전술한 본 발명의 알고리즘을 구체적인 예시로 설명하도록 한다.
이하 설명에 있어, 한 분산형 충전기에 할당된 차량의 수, 그리고 각 차량의 충전 용량 등은 어디까지나 설명의 편의를 위해 설정한 예시에 불과한 것이며, 이들 각 수치는 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서 상기 분산형 충전기는 1:N을 기본으로 하며, 1:4의 경우는 최대 4대까지 동시 충전이 가능하며 설계 용량이 초과하게 될 경우 충전 차량은 대기 상태를 유지하는 것을 전제로 한다.
예컨대, 상기 분산형 충전기의 최대 충전 용량이 100kW인 것으로 하며, 충전 용량이 50kW, 20kW, 10kW인 종류의 차량들이 배치된 경우, 각 상황에 따라 차량을 충전하는 방식은 다음과 같다.
(예시 1) 50kW 차량 2대 이후 10kW 차량 충전 시: 용량초과로 10kW 차량 대기.
(예시 2) 50kW와 20kW 차량 충전 중 50kW 차량 충전 시: 충전기 공급 용량은 남아 있으나 50kW 충전 시 용량 초과로 50kW 차량 대기 또는 여유 전력량만 충전 가능 알림.
(예시 3) 50kW와 20kW 차량 충전 중 20kW 차량 충전 시: 정상 충전.
(예시 4) 50kW 차량 1대, 20kW 차량 2대 충전 중 10kW 차량 충전 시: 90kW 충전 중으로 10kW 충전 시 정상 충전 진행.
(예시 5) 50kW 차량 1대, 20kW 차량 2대 충전 중 20kW 차량 충전 시: 전체 90kW 충전 중으로 20kW 충전 시 용량 초과로 차량 대기하거나 여유 전력량만큼 충전 가능 알리고 선충전 차량 완료 시 정상 충전 진행.
(예시 6) 50kW와 20kW 차량 각각 1대, 10kW 차량 2대 충전 중 10kW 차량 충전 시: 90kW 충전 중이나 4대 동시 충전이므로 차량 대기후 신규 자리에서 충전 진행.
(예시 7) 50kW, 20kW, 10kW 차량 충전 중 10kW 차량 충전 시: 100kW 충전 및 4대 동시 충전 만족으로 차량 대기.
한편, 정전 등과 같은 상황에서 전술한 중계장치(10), 에너지 저장장치(40), 신재생 에너지 발전기(30) 및 상기 전력 그리드(50)를 고려한 경우의 충전 방식은 다음과 같다. 이때 상기 분산형 충전기의 최대 충전 용량이 100kW인 것으로 하며, 충전 용량이 50kW, 20kW, 10kW인 종류의 차량들이 배치된 것은 상기와 같으며, 상기 중계장치(10)의 용량은 50kW, 상기 에너지 저장장치(40)의 최대 충전 전력량은 150kW인 것으로 가정한다.
(예시 1) 계통에서 정전된 경우 상기 중계장치(10)는 충전기에 100kW 용량 충전을 제한함을 알리고 충전기는 50kW 용량으로 시스템을 운영하며 3시간 사용량이 모두 소진 시 예비전력이 10% 남은 구간에서 알람 후 완료 시 시스템 정지.
(예시 2) 심야 시간대에는 에너지 저장장치(40)를 충전하고, 낮 시간대에는 계통 입력을 정지하고 에너지 저장장치(40)로만 방전을 수행하거나, 에너지 저장장치(40)의 용량이 적은 경우 충전기는 에너지 저장장치(40)의 용량만큼 공급하여 정상 운행하고 나머지는 계통에서 유입하여 피크(Peak)값을 제한하도록 운전.
(예시 3) 신재생 에너지 발전기(30)를 운용할 경우 제1모드: 신재생 에너지 발전기(30)에 의해 생성된 전력을 에너지 저장장치(40)에 저장하고 필요 시 충전기에 전력을 공급.
(예시 4) 신재생 에너지 발전기(30)를 운용할 경우 제2모드: 신재생 에너지 발전기(30)에 의해 생성된 전력을 충전기에 공급하고, 충전기 공급 용량에서 부족 부분은 계통에서 유입.
(예시 5) 피크전력 모드로서 상기 에너지 저장장치(40)가 신재생 에너지 발전기(30)에 의해 생성된 전력을 저장하며, 입력 용량이 초과되는 경우 중계장치(10)의 발전 분을 조정하여 충전 용량을 확보하면 동작.
(예시 6) 50kW와 20kW, 20kW 차량 충전중 10kW 차량 충전시
90kW 충전중으로 10kW 충전시 정상 충전 진행
이상과 같은 방식을 통해, 분산형 충전기를 통한 충전 방식을 제어할 수 있다.
이하에서는, 상기 분산형 충전기가 매트릭스 방식을 가지는 경우를 상기 전기자동차 충전장치(20)에 적용한 형태에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치(20)는 제1충전모듈 어레이와, 제2충전모듈 어레이와, 제1릴레이(100)를 포함한다.
상기 제1충전모듈 어레이는 복수 개의 제1충전모듈(A1~A4)을 포함하여 구성되며, 상기 복수 개의 제1충전모듈(A1~A4)은 제1전력공급경로를 통해 상기 제1전력공급경로의 끝단에 형성된 제1출력단(C1~C4)에 전력을 공급하게 된다.
즉 본 실시예에서 하나의 제1충전모듈(A1~A4)은 각각으로부터 연장된 개별 제1전력공급경로를 통해 대응되는 제1출력단(C1~C4)에 연결될 수 있다. 상기 제1출력단(C1~C4)에는 전기자동차의 충전을 위한 충전기가 구비될 수 있음은 물론이다.
상기 제2충전모듈 어레이는 복수 개의 제2충전모듈(B1~B4)을 포함하여 구성되며, 상기 복수 개의 제2충전모듈(B1~B4)은 제2전력공급경로를 통해 전력을 공급하게 된다.
이때 상기 제2전력공급경로는 모든 제1전력공급경로와 개별적으로 교차되도록 형성되며, 이에 따라 상기 제1전력공급경로를 및 상기 제2전력공급경로는 전체적으로 매트릭스 구조를 가지도록 형성된다.
또한 상기 제1릴레이(100)는 상기 제1전력공급경로와 및 상기 제2전력공급경로의 교차점마다 구비되어 전력 공급을 제어할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 상기 제1릴레이(100)의 제어에 의한 상기 제1충전모듈(A1~A4)과 상기 제2충전모듈(B1~B4)의 조합을 통해 상기 제1출력단에 설정된 전력량을 공급할 수 있다.
예컨대 상기 제1충전모듈(A1~A4) 각각과 상기 제2충전모듈(B1~B4) 각각은 서로 다른 충전 전력량을 가질 수 있으며, 개별 충전 전력량에 따라 완속/중속/급속 충전모듈로 구분될 수 있다.
또한 임의의 사용자가 필요한 충전 전력량에 따라 상기 제1릴레이(100)를 하나씩 동작시켜 제1충전모듈 어레이 측의 제1충전모듈(A1~A4)과 제2충전모듈 어레이 측의 제2충전모듈(B1~B4)이 중첩되도록 구성할 수 있으며, 이에 따라 각 충전모듈의 전력량의 합산을 통해 보다 높은 전력량으로 충전이 가능하다. 즉 완속/중속 중 어느 하나 이상을 조합하여 급속 충전에 대응되는 충전 전력량을 구현하는 등 다양한 형태의 조합이 가능하게 된다.
그리고 하나의 사용자가 충전을 수행하는 도중 다른 사용자가 충전장치를 이용하게 될 경우, 상기 제1릴레이(100)에 의해 접점되지 않은 충전모듈을 통해 충전 전력량을 선택하여 충전하도록 할 수 있다.
이에 따라 임의의 복수의 사용자가 원하는 충전 전력량을 선택하더라도 모든 조건에 충족되는 전력단(C1~C4)을 연결하여 제1릴레이(100)와 이에 구비되는 버스바의 수량을 줄이게 되는 효과를 얻게 된다. 이는 비용 면에서나 하드웨어 부피 면에서 좋은 조건을 갖추는 데 도움이 될 수 있음은 물론이다.
한편 본 실시예의 경우, 상기 제1충전모듈 어레이 측에는 제1충전모듈(A1~A4)이 총 4개 구비되는 것으로 예시하였으며, 상기 제2충전모듈 어레이 측 역시 제2충전모듈(B1~B4)이 총 4개 구비되는 것으로 예시하였다.
그리고 본 발명은 상기 제1출력단(C1~C4)을 통해 출력 가능한 최대 충전용량에 따라, 상기 제1충전모듈(A1~A4) 및 상기 제2충전모듈(B1~B4)의 조합 개수를 조절 가능하도록 할 수 있다.
만일 최대충전용량이 초과되는 경우, 다음의 사용자가 대기하도록 별도의 표시장치를 통해 유도 표시를 디스플레이할 수 있으며, 충전모듈의 여유를 체크하여 선택 가능한 충전 용량을 다음 사용자에게 미리 알려 주는 방법을 사용할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 동일한 구성요소를 가지나, 상기 제1충전모듈 어레이 측의 제1충전모듈(A1~An) 및 상기 제2충전모듈 어레이 측의 제2충전모듈(B1~Bn)이 4개로 제한되는 것이 아닌, 4개보다 많은 복수 개가 구비될 수 있다는 점을 시사한다.
또한 본 실시예 역시 마찬가지로, 하나의 제1충전모듈(A1~An)은 각각으로부터 연장된 개별 제1전력공급경로를 통해 대응되는 제1출력단(C1~Cn)에 연결될 수 있으며, 하나의 제2충전모듈(B1~Bn)로부터 연장된 개별 제2전력공급경로는 모든 제1전력공급경로와 개별적으로 교차되도록 형성된다.
본 실시예에서 알 수 있는 바와 마찬가지로, 도 9와 같은 종래의 충전장치는 충전모듈과 사용자의 숫자가 늘어나는 만큼 릴레이와 버스바의 수가 기하급수적으로 증가하게 되나, 본 발명과 같은 구조의 경우 중첩되는 동작의 릴레이를 줄일 수 있고 그만큼 버스바의 개수도 줄어들게 된다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 동일한 구성요소를 가지나, 상기 제1출력단(C1~C4)과, 상기 제1출력단(C1~C4)에 가장 인접한 제1릴레이(100) 사이에 구비되어 전력 공급을 제어하는 제2릴레이(200)를 더 포함하는 점이 다르다.
이와 같이 하는 이유는 다수의 사용자가 충전장치를 사용할 경우 발생할 수 있는 초기화 문제를 해결하기 위해서이다.
예컨대, 첫 번째 사용자가 4개의 충전모듈(A1~A4, B1~B4)의 조합을 통해 급속 충전을 수행하고 있고, 두 번째 사용자가 2개의 충전모듈(A1~A4, B1~B4)의 조합을 통해 중속 충전을 사용하였고 있는 것으로 가정하고, 이와 같은 상황에서 세 번째 사용자가 중속 충전이나 완속 충전을 수행할 경우, 이미 동작된 제1릴레이(100)가 변경되어야 할 경우가 생기게 될 수 있다.
이와 같은 경우, 충전 도중 초기화가 필요하게 되며, 이는 각 사용자 측에 충전 불연속 현상이 발생하게 되어 효율이 크게 떨어질 수 있다. 따라서 본 실시예의 경우, 상기와 같이 상기 제1출력단(C1~C4)과, 상기 제1출력단(C1~C4)에 가장 인접한 제1릴레이(100) 사이에 제2릴레이(200)를 더 구성하여 이와 같은 초기화 문제를 해결할 수 있도록 하였다.
즉 본 실시예는 제1충전모듈(A1~A4)과 제2충전모듈(B1~B4)의 교차점에 위치되는 제1릴레이(100)와 달리 교차점이 아닌 위치에 구비되어, 전력 공급 시 우회 경로를 형성할 수 있으며, 이에 따라 충전이 중단되지 않도록 유지하며 제1릴레이(100)와 제2릴레이(200)의 연동 형태를 바꿀 수 있으므로 초기화를 수행할 필요가 없다는 장점을 가진다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 전술한 실시예들의 매트릭스 구조를 더욱 간단하게 하여 제1릴레이(100)의 개수를 더 줄일 수 있도록 하였다.
구체적으로 본 실시예에서 상기 제2충전모듈(B1~B4)은 상기 제2전력공급경로를 통해 상기 제2전력공급경로의 끝단에 형성된 제2출력단(D1~D2)에 전력을 공급할 수 있도록 형성되며, 상기 제1충전모듈(A1~A4) 또는 상기 제2충전모듈(B1~B4)은 복수 개가 병렬로 연결되어 각각 하나의 제1전력공급경로 또는 제2전력공급경로에 전력을 공급할 수 있도록 형성된 형태를 가진다.
이와 같이 함에 따라 본 실시예는 복수의 충전모듈(A1~A4, B1~B4)을 병렬로 조합하여 제1전력공급경로 또는 제2전력공급경로에 매칭시킬 수 있으며, 이에 따라 제1릴레이(100)의 개수를 더 줄일 수 있도록 함은 물론, 충전 전력량이 일정 이상인 경우 제1릴레이(100)의 동작 없이도 충전이 가능하도록 할 수 있다.
예컨대, 완속과 중속의 경우는 상기 제1릴레이(100)의 동작 없이 각각 사용자에게 충전하도록 하고, 급속의 경우에는 제1릴레이(100)를 동작시켜 상기 제1충전모듈(A1~A4) 과 상기 제2충전모듈(B1~B4)를 조합하여 충전하도록 할 수 있다.
그리고 이와 같은 경우, 전술한 제3실시예와 마찬가지로 릴레이를 초기화 시켜야 되는 문제까지 해결할 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 상기 제2출력단(D1~D2)과, 상기 제2출력단(D1~D2)에 가장 인접한 제1릴레이(100) 사이에 구비되어 전력 공급을 제어하는 제3릴레이가 더 포함될 수 있다. 상기 제3릴레이는 전술한 제3실시예의 제2릴레이(200, 도 4 참조)와 동일한 역할을 수행할 수 있으며, 상기 충전모듈(A1~A4, B1~B4)이 4개 이상으로 증설되는 경우 용이하게 활용이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 중계장치
20: 전기자동차 충전장치
30: 신재생 에너지 발전기
40: 에너지 저장장치
50: 전력 그리드

Claims (9)

  1. 신재생 에너지원으로부터 발전을 수행하는 신재생 에너지 발전기;
    전기자동차와 연결되어, 전기자동차를 충전하는 전기자동차 충전장치;
    상기 전기자동차 충전장치 및 상기 신재생 에너지 발전기에 각각 전기적으로 연결되어, 상기 전기자동차 충전장치를 통한 전기자동차 충전을 보조하는 중계장치;
    예비 전력을 저장할 수 있도록 형성되며, 소정의 전력 출력량을 가지고, 상기 중계장치와 전기적으로 연결되는 에너지 저장장치; 및
    상기 중계장치에 선택적으로 전력을 공급하는 전력 그리드;
    를 포함하며,
    상기 전기자동차 충전장치는 n대의 전기자동차(n≥1)를 동시 충전 가능하도록 형성된 하나 이상의 충전기를 포함하여, 상기 충전기의 최대 동시충전용량 및 충전 대상인 전기자동차의 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 하며,
    상기 전기자동차 충전장치에 대한 전력 공급이 중단되어 상기 에너지 저장장치에 저장된 예비 전력을 통해 충전을 수행하는 경우,
    상기 중계장치는, 상기 충전기가 상기 에너지 저장장치의 최대 충전용량에 기반하여 충전을 진행하도록 하며,
    상기 중계장치는,
    상기 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값에 도달한 경우, 상기 충전기를 통해 알람을 수행하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량과, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 충전용량 합이 상기 충전기의 최대 동시충전용량을 초과할 경우,
    충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전대기 상태로 유지하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량 합이 상기 충전기의 최대 동시충전용량 미만이며, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차와 충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 충전용량이 상기 충전기의 최대 동시충전용량을 초과할 경우,
    상기 충전기의 최대 동시충전용량에서, 선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전용량 합을 뺀 나머지 충전용량을, 충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전을 진행하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 충전이 완료된 경우,
    충전을 수행하고자 하는 전기자동차의 정상 충전용량으로 전환하여 충전을 진행하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    선행하여 충전을 수행하고 있는 전기자동차의 수가 n을 만족한 경우,
    충전을 수행하고자 하는 전기자동차에 대해 충전대기 상태로 유지하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 대한 충전은 기 설정된 시간대의 야간 기간 중 수행하도록 하며,
    상기 야간 기간 외의 주간 기간 중에는 상기 에너지 저장장치를 통해 상기 충전기에 공급하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치를 통해 상기 충전기에 공급되는 충전용량이 상기 충전기의 최대 동시충전용량 미만인 경우, 상기 신재생 에너지 발전기 및 상기 전력 그리드 중 적어도 어느 하나로부터 잔여 충전용량을 보충하도록 하는 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템.
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