KR101858734B1 - 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치는, 제1전력공급경로를 통해 상기 제1전력공급경로의 끝단에 형성된 제1출력단에 전력을 공급하는 복수 개의 제1충전모듈을 포함하는 제1충전모듈 어레이, 모든 상기 제1전력공급경로와 교차되는 제2전력공급경로를 가지는 복수 개의 제2충전모듈을 포함하는 제2충전모듈 어레이 및 상기 제1전력공급경로와 및 상기 제2전력공급경로의 교차점마다 구비되어 전력 공급을 제어하는 제1릴레이를 포함하여, 상기 제1릴레이의 제어에 의한 상기 제1충전모듈과 상기 제2충전모듈의 조합을 통해 상기 제1출력단에 설정된 전력량을 공급한다.

Description

매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치 및 방법{Matrix type recharge apparatus for electric vehicle and charging method using the same}

본 발명은 전기자동차를 충전하기 위한 충전장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 매트릭스 구조를 가지도록 배열된 충전모듈에 의해 복수의 사용자가 전력량을 선택하여 조합할 수 있도록 하는 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치 및 방법에 관한 것이다.

친환경 에너지 사용이 급증함에 따라 전기자동차의 보급이 확대되고 있는 것은 물론, 이와 함께 전기자동차를 충전시키기 위한 전기자동차용 충전기의 보급도 확대되고 있다.

초기의 충전 방식은 1대의 전기자동차용 충전기에 1대의 차량이 대응되어 충전하는 방식에만 국한되어 있어 전용 주차구역이 필요한 기존 충전기의 단점을 해결하고자 최근에는 1:N 방식의 충전시스템이 개발되고 있다.

이와 같은 충전시스템은 전력부와 충전부를 분리한 설계로 충전기 설치 공간을 최소화하고 별도의 자투리 공간을 활용하여 전력부를 설치 및 운용이 가능하며, 전력부를 차량과 멀리 두어 혹시나 발생할 수 있는 안전사고와 충전소 운용을 용이하게 할 수 있는 장점을 가진다.

또한 이와 같은 종래의 충전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 전력부 내부에 복수의 충전모듈(10)을 구비하여 전력단 용량에 대응하게 되며, 이와 같이 하는 이유는 어느 하나의 충전모듈(10)이 고장 날 경우에 남은 충전모듈(10)로 충전을 대응하기 위함이다.

더불어 종래의 충전시스템은 복수의 충전모듈(10)로부터 복수의 전기자동차 배터리에 전력을 전달하기 위해서 복수의 릴레이(20)와 버스바를 통해 전력을 전달해야 한다.

이때 사용자가 원하는 충전 전력(완속, 중속, 급속 등)을 선택하고 선택된 전력량을 릴레이(20)를 통해 충전모듈(10)이 선택되어 각 사용자의 충전기(30)로 원하는 전력을 전달하게 된다.

다만, 이를 대응하기 위해서는 많은 양의 릴레이(20)와 버스바가 필요하게 되고, 충전기의 부피와 설비비용은 충전모듈(10)과 릴레이(20)의 개수에 따라 같이 기하급수적으로 커지게 된다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 대책이 필요하다.

한국공개특허 제10-2015-0129970호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 종래 각 전력모듈마다 릴레이와 버스바가 존재함에 따라 하드웨어의 구조가 복잡해지고 부피가 커지게 되는 문제를 해결하도록 하드웨어의 구조를 간단하게 하여 부피를 줄이고 비용을 절감시켜 줄 수 있는 개선된 방법을 제공하기 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 일측면에 따른, 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치는, 제1전력공급경로를 통해 상기 제1전력공급경로의 끝단에 형성된 제1출력단에 전력을 공급하는 복수 개의 제1충전모듈을 포함하는 제1충전모듈 어레이, 모든 상기 제1전력공급경로와 교차되는 제2전력공급경로를 가지는 복수 개의 제2충전모듈을 포함하는 제2충전모듈 어레이 및 상기 제1전력공급경로와 및 상기 제2전력공급경로의 교차점마다 구비되어 전력 공급을 제어하는 제1릴레이를 포함하여, 상기 제1릴레이의 제어에 의한 상기 제1충전모듈과 상기 제2충전모듈의 조합을 통해 상기 제1출력단에 설정된 전력량을 공급한다.

그리고 상기 제1출력단을 통해 출력 가능한 최대 충전용량에 따라 상기 제1충전모듈 및 상기 제2충전모듈의 조합 개수를 조절 가능하도록 할 수 있다.

또한 상기 제1출력단과, 상기 제1출력단에 가장 인접한 제1릴레이 사이에 구비되어 전력 공급을 제어하는 제2릴레이를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 제2충전모듈은 상기 제2전력공급경로를 통해 상기 제2전력공급경로의 끝단에 형성된 제2출력단에 전력을 공급할 수 있도록 형성될 수 있다.

또한 상기 제2출력단과, 상기 제2출력단에 가장 인접한 제1릴레이 사이에 구비되어 전력 공급을 제어하는 제3릴레이를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 제1충전모듈 또는 상기 제2충전모듈은 복수 개가 병렬로 연결되어 각각 하나의 제1전력공급경로 또는 제2전력공급경로에 전력을 공급할 수 있도록 형성될 수 있다.

아울러 상기 제1전력공급경로와 제2전력공급경로가 교차되지 않는 제1전력공급경로 상에 배치되어, 제1전력공급경로 간의 전력 분배를 수행하는 중간릴레이를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법은, a) 제어기에서 현재 사용 가능한 차량의 충전 조건을 계산하는 단계와, b) 상기 계산의 결과에 따라 현재 운전자가 선택 가능한 충전 속도인 충전 조건을 인터페이스에 표시하는 단계와, c) 운전자가 선택한 충전 조건에 따라 현재 사용 가능한 제1충전모듈 어레이와 제2충전모듈 어레이의 조합을 제어기에서 선택하고, 릴레이 제어기를 통해 릴레이를 제어하는 단계와, d) 제어된 릴레이를 통해 상기 선택된 제1충전모듈 어레이와 제2충전모듈 어레이의 조합으로부터 전력을 공급받아 전기자동차를 충전하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 상기 c) 단계는 출력단에 직렬연결되는 제1충전모듈 어레이의 선택 수를 최소화하는 방향으로 선택할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, c-1) 제1충전모듈 어레이 중 가용 충전모듈이 있는지 확인하는 단계와, c-2) 상기 c-1) 단계에서 제1충전모듈 어레이에 포함되는 제1충전모듈이 가용한 상태이면 그 중 하나를 선택하는 단계와, c-3) 상기 c-1) 단계에서 제1충전모듈 어레이에 포함되는 제1충전모듈이 모두 사용 중이면, 제2충전모듈 어레이에 포함되는 제2충전모듈 중 가용한 충전모듈이 있는지 확인하는 단계와, c-4) 상기 c-3) 단계의 확인 결과 가용한 제2충전모듈이 있으면 그 중 하나를 선택하는 단계와, c-5) 상기 c-2) 단계 또는 c-4)단계를 수행한 후, 현재 선택된 충전모듈의 수가 충전 조건을 만족하는지 판단하여 만족하면 릴레이를 제어하는 단계와, c-6) 상기 c-5) 단계에서 현재 선택된 충전모듈의 수가 충전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단되면, 제2충전모듈 어레이에 포함되는 제2충전모듈 중 가용한 충전모듈이 있는지 확인하여 있으면 상기 c-4) 단계를 수행하고 없으면 상기 c-1) 단계로 회귀하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 매트릭스 구조를 가지는 충전 방식을 적용하여 릴레이와 버스바의 수량을 줄여 설비 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

둘째, 내부 구조가 간단하여 각 전력단의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

셋째, 종래에 운용 난이도를 크게 감소시킬 수 있으며, 유지 및 보수가 용이하다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 전기자동차 충전시스템의 구조를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5실시에에 따른 매트릭스 방식의 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 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치는 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 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 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 3에 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 1과 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 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4에 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 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 5에 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.

도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면 본 발명의 제5실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치는, 제1충전모듈(A1,A2,A3,A4)과 제1출력단(C1~C4)을 각각 연결하는 제1전력공급경로에 마련되어 제1전력공급경로를 선택하여 전력을 공급할 수 있는 중간릴레이(210)를 더 포함하여 구성된다.

상기 중간릴레이(210)는 제1전력공급경로 상에 위치하되, 제2전력공급경로와 중첩되지 않는 위치에 위치하여, 제1충전모듈(A1,A2,A3,A4) 각각의 출력을 제1전력공급경로 내에서 변환하는 역할을 한다.

중간릴레이(210)는 위에서 상세하게 설명한 실시예들의 구성에 적용할 수 있으며, 도 4를 참조하여 설명한 제3실시예에도 적용될 수 있다.

도면에서는 중간릴레이(210)의 위치를 제2충전모듈(B1,B2,B3,B4) 중 세 번째와 네 번째 제2충전모듈(B3,B4) 사이의 제1전력공급경로에 위치하는 것으로 도시하였으나, 제1충전모듈(A1,A2,A3,A4)들과 첫 번째 제2충전모듈(B1)의 제2전력공급경로가 중첩되는 위치의 제1릴레이(100)와 각 제1충전모듈(A1,A2,A3,A4) 사이의 제1전력공급경로에 위치할 수 있으며, 첫 번째와 두 번째 제2충전모듈(B1,B2) 사이의 제1전력공급경로에 위치하거나, 두 번째와 세 번째 제2충전모듈(B2,B3) 사이의 제1전력공급경로에 위치할 수 있다. 또한, 도 4와 같이 제1출력단(C1~C4)과 인접한 제1전력공급경로에 위치할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 제5실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치의 특징적인 작용에 대하여 설명하면 아래와 같다.

먼저, 첫 번째 제1출력단(C1)은 급속충전, 두 번째 제1출력단(C2)은 중속충전을 하는 과정에서, 세 번째 제1출력단(C3)은 중속충전 또는 완속충전을 선택하여 수행할 수 있다.

상기 제1충전모듈(A1~A4)과 제2충전모듈(B1~B2)들 각각은 10kW의 전력을 제공하며, 첫 번째 제1출력단(C1)의 급속충전을 위하여 제1릴레이(100)들을 제어하여 첫 번째 제1충전모듈(A1)의 전력이 첫 번째 제1출력단(C1)에 공급되는 제1전력공급경로에 3개의 제2충전모듈(B1,B2,B3)의 전력을 함께 인가하여 첫 번째 제1출력단(C1)에는 총 40kW의 전력이 공급될 수 있도록 한다.

그리고 두 번째 제1출력단(C2)의 중속충전(20kW)을 위하여 두 번째 제1충전모듈(A2)의 전력이 공급되는 제1전력공급경로에 마지막 제2충전모듈(B4)의 전력이 가산되도록 제1릴레이(100)를 제어한다.

이와 같은 상태는 이미 제2충전모듈(B1~B4)들의 전력이 두 제1출력단(C1,C2)에 모두 공급되기 때문에 중간릴레이(210)가 없으면 세 번째 제1출력단(C3)에는 세 번째 제1충전모듈(A3)의 전력만이 공급될 수 있으나, 중간릴레이(210)가 작용하여 세 번째 제1충전모듈(A3)과 네 번째 제1충전모듈(A4)의 전력을 합하여 세 번째 제1출력단(C3)에 공급할 수 있다.

즉, 모든 제2충전모듈(B1~B4)가 사용되는 환경에서도 제1충전모듈(A1~A4)의 출력 전력 중 적어도 둘 이상을 합하여 하나의 제1출력단에 출력할 수 있어 중속 충전도 가능하게 된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법을 도시한 순서도이다.

도 7을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법은, 현재 사용 가능한 차량의 충전 조건을 계산하는 단계(S10)와, 상기 계산의 결과에 따라 현재 사용 가능한 충전 조건을 표시하는 단계(S20)와, 운전자가 선택한 충전 조건에 따라 현재 사용 가능한 제1충전모듈(A1~A4) 및 제2충전모듈(B1~B4)의 조합을 선택하는 단계(S30)와, 조합된 제1충전모듈(A1~A4) 및 제2충전모듈(B1~B4)을 이용하여 운전자가 선택한 차량의 충전 조건에 따라 충전하는 단계(S40)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명한다.

먼저, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 충전장치는 각각 가로방향과 세로방향으로 배치되는 제1충전모듈(A1~A4)과 제2충전모듈(B1~B4)을 포함할 수 있으며, 제1충전모듈(A1~A4)의 전력을 제1출력단(C1~C4)로 공급하는 제1전력공급경로를 포함한다.

또한 제2충전모듈(B1~B4)의 전력을 공급하는 제2전력공급경로가 상기 제1전력공급경로와 중첩되도록 매트릭스 상으로 배치되고, 제1전력공급경로와 제2전력공급경로의 중첩부에는 제1릴레이(100)가 위치하도록 구성될 수 있다.

이에 더하여 앞서 설명한 제2출력단(D1, D2), 제2릴레이(200), 중간릴레이(210)를 더 포함할 수 있다.

또한, 위에서는 설명되지 않았으나, 자동차를 충전하기 원하는 사용자인 운전자가 본 발명의 충전장치를 이용할 수 있는 인터페이스와, 제1릴레이(100), 제2릴레이(200), 중간릴레이(210)를 제어할 수 있는 릴레이 제어기, 현재 사용되고 있는 제1충전모듈(A1~A4) 및 제2충전모듈(B1~B4)을 확인하고, 사용 가능한 충전방식을 연산하는 제어기를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 컴퓨터 등 운영 프로그램이 설치된 단말기일 수 있으며, 인터페이스는 정보를 표시하고, 운전자의 선택을 입력받을 수 있는 터치스크린으로 구현되는 것이 바람직하다.

먼저, S10단계와 같이 제어기에서 현재 사용되는 제1충전모듈(A1~A4)과 제2충전모듈(B1~B4)을 계산한다.

이때 충전 조건은 급속 충전, 중속 충전, 완속 충전을 포함할 수 있다. 예를 들어 급속 충전은 40kW의 전력을 공급하여 최단 시간에 충전을 완료할 수 있는 조건이고, 중속 충전은 20kW의 전력, 완속 충전은 10kW의 전력을 공급하는 것으로 가정할 수 있다. 이러한 예는 제1충전모듈(A1~A4)과 제2충전모듈(B1~B4)을 이루는 단위 충전모듈의 전력 공급량이 10kW라고 가정했을 때의 예이다.

즉, 제어기는 사용되지 않는 제1충전모듈(A1~A4) 및 제2충전모듈(B1~B4)의 수를 확인하고, 이들을 조합 가능한 제1릴레이(100), 제2릴레이(200) 또는 중간릴레이(210)의 사용 상태를 고려하여 현재 사용 가능한 충전 조건을 계산한다.

구체적인 예로서 제1충전모듈(A1~A4) 중 하나의 충전모듈(A4)만 사용 가능한 상태이고, 모든 제2충전모듈(B1~B4)가 사용 중이라면 인터페이스에 표시되는 충전 조건은 완속 충전만 가능하다.

그 다음, S20단계에서는 제어기에서 계산된 충전 조건을 인터페이스에 표시한다. 이는 운전자가 충전 조건을 선택할 수 있도록 편의를 제공하기 위한 것이다.

인터페이스는 터치스크린 일 수 있으며, 현재 사용 가능한 충전 조건을 표시한다.

급속 충전이 가능한 상태이면 중속 및 완속 충전도 가능한 상태이고, 가용 단위 충전모듈의 수가 4개 미만인 경우 급속 충전이 불가능하고 중속 또는 완속 충전이 가능하다는 충전 조건을 표시한다.

그 다음, S30단계에서는 운전자가 상기 인터페이스에 표시된 충전 조건을 확인하고, 적당한 충전 조건을 선택한다.

이때의 선택은 상기 제어기에 입력되고, 제어기는 운전자의 선택에 따라 제1릴레이(100), 제2릴레이(200) 및 중간릴레이(210)를 적절하게 제어할 수 있도록 릴레이 제어기를 제어한다.

예를 들어, 운전자가 도 6에 도시된 세 번째 제1출력단(C3)을 이용하여 자동차를 충전하려고 하는 상태에서 위에서 언급된 실시예와 같이 세 번째와 네 번째 제1충전모듈(A3,A4)만 사용 가능한 상태라면, 상기 인터페이스에 표시된 충전 조건은 중속 충전과 완속 충전이 된다. 운전자가 중속 충전을 선택하면, 상기 제어기는 릴레이 제어기를 제어하여 중간릴레이(210)를 통해 네 번째 제1충전모듈(A4)의 전력도 세 번째 제1출력단(C3)으로 출력될 수 있게 경로를 변환한다.

이처럼 상기 S30단계의 충전 모듈 조합을 선택하는 과정은 크게 가용 충전모듈을 확인하고, 그들의 조합을 통해 선택된 충전 조건을 만족하는 전력 공급을 하는 것이다. 이때 고려되어야 할 것은 가용한 제1출력단의 수를 가장 많이 남기는 방향으로 충전 모듈 조합을 선택하는 것이 바람직하다.

예를 들어 제2충전모듈 어레이에 가용한 제2충전모듈(B1~B4)가 존재하는 경우에 중간릴레이를 사용하여 하나의 제1출력단에 제1충전모듈(A1~A4) 전체를 사용하게 되면, 이후의 전력 분배가 용이하지 않을 수 있기 때문이다.

이러한 조건에 만족하는 선택된 충전 조건을 만족하는 충전 모듈 조합을 선택하는 S30단계의 구체적인 과정을 도 8에 도시하였다.

먼저, S31단계에서는 제1충전모듈 어레이 중 가용 충전모듈이 있는지 확인한다.

그 다음, S32단계에서는 S31단계에서 제1충전모듈 어레이에 포함되는 제1충전모듈(A1~A4)이 가용한 상태이면 그 중 하나를 선택한다.

만약 제1충전모듈(A1~A4) 전체가 사용 중이면 S33단계와 같이 제2충전모듈 어레이에 포함되는 제2충전모듈(B1~B4) 중 가용한 충전모듈이 있는지 확인한다.

상기 S33단계의 확인 결과 가용한 제2충전모듈(B1~B4)이 없는 경우에는 S34단계와 같이 인터페이스에 오류 발생을 표시하고, 운전자에게 잠시 기다려 달라는 메시지를 표시한다.

S33단계의 확인 결과 가용한 제2충전모듈(B1~B4)이 있으면 S35단계와 같이 그 중 하나를 선택한다.

그 다음, S36단계에서는 S32단계 또는 S35단계를 수행한 후, 현재 선택된 충전모듈의 수가 운전자가 선택한 충전 조건을 만족하는지 확인한다.

현재 선택된 단위 충전모듈이 한 개이고, 운전자가 선택한 충전 조건이 중속 충전이면 조건을 만족할 수 없기 때문에 다시 사용 가능한 충전모듈을 추가로 선택해야 한다. 이때 제1충전모듈(A1~A4)의 수를 최소화하기 위해서 S38단계와 같이 다시 제2충전모듈(B1~B4) 중 가용한 충전모듈이 있는지 확인하고 있으면 S35단계를 수행하여 충전모듈을 추가하고, 없으면 S31단계로 회귀한다.

위에서 S32단계와 제35단계는 충전모듈을 추가선택할 수 있다.

S36단계에서 충전 조건에 만족하는 경우, S37단계와 같이 릴레이를 선택하여 단일 또는 복수의 단위 충전모듈의 전력을 특정 출력단으로 공급하여 S40단계와 같이 충전을 수행한다.

S37단계에서 선택하는 릴레이는 제1릴레이(100), 제2릴레이(200), 중간릴레이(210)를 포함하며, 선택된 적어도 하나의 충전모듈의 전력이 특정 출력단으로 출력되도록 한다.

이처럼 본 발명은 출력단과 직렬로 연결되는 제1충전모듈 어레이에 속하는 제1충전모듈의 수를 최소화하는 방향으로 충전모듈을 선택하고, 그에 적당한 릴레이를 선택하여 충전을 수행할 수 있다.

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.

A1~A4: 제1충전모듈
B1~B4: 제2충전모듈
C1~C4: 제1출력단
D1~D2: 제2출력단
100: 제1릴레이
200: 제2릴레이
210: 중간릴레이

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1전력공급경로를 통해 상기 제1전력공급경로의 끝단에 형성된 제1출력단에 전력을 공급하는 복수 개의 제1충전모듈을 포함하는 제1충전모듈 어레이; 모든 상기 제1전력공급경로와 교차되는 제2전력공급경로를 가지는 복수 개의 제2충전모듈을 포함하는 제2충전모듈 어레이; 및 상기 제1전력공급경로와 및 상기 제2전력공급경로의 교차점마다 구비되어 전력 공급을 제어하는 제1릴레이;를 포함하여, 상기 제1릴레이의 제어에 의한 상기 제1충전모듈과 상기 제2충전모듈의 조합을 통해 상기 제1출력단에 설정된 전력량을 공급하는 매트릭스 방식의 전기자동차 충전장치를 이용한 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법에 있어서,
   a) 제어기에서 현재 사용 가능한 차량의 충전 조건을 계산하는 단계;
   b) 상기 계산의 결과에 따라 현재 운전자가 선택 가능한 충전 속도인 충전 조건을 인터페이스에 표시하는 단계;
   c) 운전자가 선택한 충전 조건에 따라 현재 사용 가능한 제1충전모듈 어레이와 제2충전모듈 어레이의 조합을 제어기에서 선택하고, 릴레이 제어기를 통해 릴레이를 제어하는 단계;
   d) 제어된 릴레이를 통해 상기 선택된 제1충전모듈 어레이와 제2충전모듈 어레이의 조합으로부터 전력을 공급받아 전기자동차를 충전하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 c) 단계는,
   c-1) 제1충전모듈 어레이 중 가용 충전모듈이 있는지 확인하는 단계;
   c-2) 상기 c-1) 단계에서 제1충전모듈 어레이에 포함되는 제1충전모듈이 가용한 상태이면 그 중 하나를 선택하는 단계;
   c-3) 상기 c-1) 단계에서 제1충전모듈 어레이에 포함되는 제1충전모듈이 모두 사용 중이면, 제2충전모듈 어레이에 포함되는 제2충전모듈 중 가용한 충전모듈이 있는지 확인하는 단계;
   c-4) 상기 c-3) 단계의 확인 결과 가용한 제2충전모듈이 있으면 그 중 하나를 선택하는 단계;
   c-5) 상기 c-2) 단계 또는 c-4)단계를 수행한 후, 현재 선택된 충전모듈의 수가 충전 조건을 만족하는지 판단하여 만족하면 릴레이를 제어하는 단계; 및
   c-6) 상기 c-5) 단계에서 현재 선택된 충전모듈의 수가 충전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단되면, 제2충전모듈 어레이에 포함되는 제2충전모듈 중 가용한 충전모듈이 있는지 확인하여, 있으면 상기 c-4) 단계를 수행하고, 없으면 상기 c-1)단계로 회귀하는 단계를 포함하며,
   제1충전모듈 어레이에 속하는 제1충전모듈의 수를 최소화하기 위해,
   하나의 제1충전모듈 및 가용한 제2충전모듈 간의 조합을 우선하여 제1출력단으로 전력공급하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 c) 단계는 출력단에 직렬연결되는 제1충전모듈 어레이의 선택 수를 최소화 하는 방향으로 선택하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 방식의 전기자동차 충전방법.
10. 삭제

Images