KR101915075B1 - 전력 모듈이 구비된 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 충전 장치는 전기차에 직접 입력되는 충전 전력을 공급하는 전력부, 상기 전력부를 제어하는 제어부가 구비된 전력 모듈;을 포함하고, 상기 제어부는 상기 전기차에 공급하기로 설정된 계약 전력값과 상기 전기차를 보호하기 위한 보호 전력값 간의 차이를 파악하며, 상기 전력부는 상기 계약 전력값과 상기 보호 전력값 간의 차이로 인해 발생된 잉여 전력만큼 상기 충전 전력을 낮춰서 상기 전기차에 공급할 수 있다.

Description

전력 모듈이 구비된 충전 장치{CHARGING APPARATUS FOR VEHICLES}
본 발명은 전기로 움직이는 전기차를 충전하는 충전 장치에 관한 것이다.
전기차(EV : Electronic Vehicle) 또는 하이브리드 차량에는 배터리가 설치되며, 배터리 제어 시스템으로서 BMS(Battery Management System)가 설치된다.
현재, 녹색 기술 개발의 일환으로서 전기차에 관한 연구는 물론 전기차의 활용성을 높이기 위하여 전기차의 충전 시스템에 관한 많은 연구가 행해지고 있다. 그러나, 아직까지는 개발 진행 단계에 불과하여 해결해야 하는 기술적 문제는 물론 다양한 소비자 욕구에 부합되는 충전 시스템이 보급화되지 못하고 있다.
한국등록특허공보 제0275147호에는 발전기 제어 신호와 발전기 상태 신호를 동일 전송선을 통해 전송하는 기술이 개시되고 있으나, 충전 서비스를 달성하는 구체적인 실현 수단, 예를 들어 배터리를 보호하는 구성, 주유기에 해당하는 충전기 등에 대한 구성 등을 제시하지 못하고 있다.
한국등록특허공보 제0275147호
본 발명은 전기차의 충전 중 전기차를 보호하는 과정에서 유발되는 잉여 전력을 관리할 수 있는 충전 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 충전 장치는 전기차에 직접 입력되는 충전 전력을 공급하는 전력부, 상기 전력부를 제어하는 제어부가 구비된 전력 모듈;을 포함하고, 상기 제어부는 상기 전기차에 공급하기로 설정된 계약 전력값과 상기 전기차를 보호하기 위한 보호 전력값 간의 차이를 파악하며, 상기 전력부는 상기 계약 전력값과 상기 보호 전력값 간의 차이로 인해 발생된 잉여 전력만큼 상기 충전 전력을 낮춰서 상기 전기차에 공급할 수 있다.
본 발명의 충전 장치는 전기차의 충전 중 전기차를 보호하는 과정에서 유발되는 잉여 전력의 처리를 전기차에 위임하는 대신 잉여 전력을 직접 관리할 수 있다.
잉여 전력이 충전 장치에서 직접 관리되므로, 잉여 전력 자체가 전기차로 제공되지 않을 수 있다. 그 결과, 불필요한 잉여 전력을 처리해야 하는 전기차의 부담이 경감되며, 잉여 전력으로 인한 전기차의 훼손이 방지될 수 있다.
본 발명의 충전 장치는 잉여 전력이 아예 생성되지 않도록, 충전 전력의 전력값을 낮출 수 있다. 그 결과, 불필요한 전력 낭비가 방지될 수 있다.
또는, 본 발명의 충전 장치에 따르면, 불필요하게 생성된 잉여 전력을 다른 노드로 돌릴 수 있는 여유가 생기므로, 잉여 전력을 이용해서 다음 충전을 기다리는 다른 전기차의 충전 개시 시점이 앞당겨질 수 있다.
본 발명의 충전 장치는 전기차의 보호 차원에서 유발된 잉여 전력으로 인한 사용자의 손해를 보충할 수 있다.
본 발명의 충전 장치는 전력 모듈과 분리된 키오스크를 포함할 수 있다. 전력 모듈에 마련된 복수의 연결 단자를 통해 전력 모듈에 대한 키오스크의 개수 확장이 자유로울 수 있다.
또한, 외부에 노출된 키오스크와 달리, 햇빛 등으로부터 차폐되거나 공조 시설이 마련된 실내에 전력 모듈을 배치할 수 있으므로, 온도 상승 등으로 인한 전력 모듈의 오동작을 줄일 수 있다.
전기차에 대면되는 키오스크는 전력을 변환하는 전력부 기능을 전혀 수행하지 않고 오로지 전력 모듈부터 제공된 충전 전력을 전기차에 공급하는 기능만 수행할 수 있다. 따라서, 키오스크가 매우 간소한 구성으로 형성되므로, 전력 모듈에 대해 키오스크의 추가/삭제가 매우 용이한 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 키오스크에 전력부 등이 불필요하므로, 심플하고 각종 추가 기능을 갖는 키오스크가 제공될 수 있다. 일 예로, 본 발명에 따르면, 복수 종류의 콘센트가 마련된 올인원(All in One) 키오스크가 제공될 수 있다.
본 발명의 충전 장치는 예비 전력이 저장되는 ESS 모듈을 포함하므로, 상용 전원에 이상이 발생한 경우에도 정상적으로 전기차를 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 충전 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 전력부의 동작 모드를 나타낸 그래프이다.
도 3은 키오스크의 콘센트부를 나타낸 개략도이다.
도 4는 전력부를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 충전 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 충전 장치는 전력 모듈(110), 키오스크(130), ESS 모듈(210)을 포함할 수 있다.
전력 모듈(110)은 전기차(90)에 직접 입력되는 충전 전력을 공급할 수 있다. 일 예로, 전력 모듈(110)은 전력 공급자의 외부 전원으로부터 제공된 상용 전력에 해당하는 교류 전력을 전기차(90)에 직접 입력되는 충전 전력으로 변환할 수 있다. 전기차(90)는 순수하게 모터로만 움직이는 전기 차량, 엔진과 모터를 겸용으로 사용하여 차량을 움직이는 하이브리드 차량을 포함할 수 있다.
키오스크(130)는 전력 모듈(110)과 분리될 수 있다. 키오스크(130)에는 전력 모듈(110)에 연결되는 전력 라인(180) 및 전기차(90)에 연결되는 차량 라인(190)이 마련될 수 있다. 전력 라인(180) 및 차량 라인(190)은 절연체로 둘러싸인 전도성 도선이 마련된 케이블을 포함할 수 있다.
키오스크(130)는 차량에 대면되는 위치에 배치되어야 하므로, 햇빛이 내리쬐는 야외에 설치될 수 있다.
반면, 키오스크(130)와 분리 가능한 전력 모듈(110)은 외부로부터 격리된 실내에 배치될 수 있다. 실내의 제한된 공간을 통해 전력 모듈(110)을 냉각시키는 공조 시스템의 설치가 용이하다. 그 결과, 온도 상승에 따른 전력 모듈(110)의 효율 감소가 방지되므로, 전력 모듈(110)의 소모 전력 역시 감소될 수 있다. 또한, 사용자의 접근으로 인한 사용자의 안전 사고가 방지될 수 있다.
전력 라인(180)에 의해 키오스크(130)는 전력 모듈(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 차량 라인(190)에 의해 키오스크(130)는 전기차(90)에 전기적으로 연결될 수 있다. 결과적으로, 전력 라인(180) 및 차량 라인(190)에 의해 전력 모듈(110)과 전기차(90)는 전기적으로 연결될 수 있다.
키오스크(130)는 하나의 전력 모듈(110)에 복수로 연결될 수 있다.
키오스크(130)는 전력 라인(180)을 통해 전력 모듈(110)로부터 충전 전력을 제공받고, 제공받은 충전 전력을 차량 라인(190)을 통해 전기차(90)로 전달할 수 있다.
전력 모듈(110)에는 전력 라인(180)이 분리 가능하게 연결되는 복수의 연결 단자(115)가 마련될 수 있다.
복수의 연결 단자(115)를 통해 전력 모듈(110)에 연결되는 키오스크(130)의 개수 확장이 가능할 수 있다.
전력 모듈(110)은 전기차(90)에 직접 입력되는 충전 전력을 공급하는 전력부(111), 전력부(111)를 제어하는 제어부(113)를 구비할 수 있다.
일 예로, 전력부(111)는 상용 라인(170)을 통해 입수된 상용 교류 전력을 전기차(90)에서 요구하는 충전 전력으로 변환할 수 있다.
제어부(113)는 전기차(90)에 공급하기로 설정된 계약 전력값과 전기차(90)를 보호하기 위한 보호 전력값 간의 차이를 파악할 수 있다.
전력부(111)는 계약 전력값과 보호 전력값 간의 차이로 인해 발생된 잉여 전력 k만큼 충전 전력을 낮춰서 전기차(90)에 공급할 수 있다.
전력부(111)는 복수의 충전 모드 중 하나로 전기차(90)를 충전할 수 있다.
키오스크(130)에 대면되는 위치에 전기차(90)가 주차되고, 해당 전기차(90)에 키오스크(130)의 차량 라인(190)이 연결되면, 전기차(90)의 사용자는 자신이 원하는 충전 모드를 선택할 수 있다. 사용자에 의해 충전 모드가 선택되면, 전력부(111)는 선택된 충전 모드에 맞춰 동작할 수 있다.
일 예로, 전력부(111)는 사용자의 선택에 따라 급속 모드, 중속 모드, 완속 모드 중 하나로 동작할 수 있다.
전력부(111)는 기본적으로 사용자가 선택한 동작 모드의 계약 전력값에 따라 충전 전력을 공급할 수 있다.
중속 모드의 계약 전력값은 완속 모드의 계약 전력값보다 높고, 급속 모드의 계약 전력값은 중속 모드의 계약 전력값보다 높을 수 있다.
도 2는 전력부(111)의 동작 모드를 나타낸 그래프이다.
충전 모드에 매칭되는 계약 전력값이 설정될 수 있다.
일 예로, 급속 모드는 50kW로 전기차(90)를 충전하는 충전 모드일 수 있다. 이때, 급속 모드에 설정된 50kW가 급속 모드의 계약 전력값일 수 있다.
중속 모드는 30kW로 전기차(90)를 충전하는 충전 모드일 수 있다. 이때, 중속 모드에 설정된 30kW가 중속 모드의 계약 전력값일 수 있다.
완속 모드는 7~20kW로 전기차(90)를 충전하는 충전 모드일 수 있다. 이때, 완속 모드에 설정된 7~20kW가 완속 모드의 계약 전력값일 수 있다.
사용자가 급속 모드를 원하는 경우, 50kW의 계약 전력값으로 전기차(90)를 충전하기를 원하는 것과 동일하다. 이에 따라, 전력부(111)는 급속 모드의 계약 전력값에 해당하는 50kW로 전기차(90)의 배터리를 충전할 수 있다.
급속 모드로 충전 중인 전기차(90)는 사용자가 설정한 충전량, 예를 들어 100% 충전량까지 지속적으로 계약 전력값 50kW로 충전될 것 같지만, 현실은 다르다.
전기차(90)에는 배터리를 보호 관리하는 BMS(Battery Management System)가 마련될 수 있다.
BMS는 배터리의 온도 증가 방지, 열화 방지, 폭발 방지를 위해, 배터리의 충전량이 설정값을 만족하면 전기차(90)의 배터리로 입력되는 전력을 기설정된 보호 전력값으로 낮출 수 있다.
전기차(90)의 배터리로 입력되던 전력을 보호 전력값으로 낮추는 방법은 2가지가 가능하다.
먼저, 전력 모듈(110)로부터 계약 전력값의 충전 전력을 그대로 입력받은 후 BMS가 해당 충전 전력의 전력값을 보호 전력값으로 낮출 수 있다. 이 경우, 계약 전력값과 보호 전력값 간의 차이로 인해 발생된 잉여 전력 k가 낭비될 수 있다. 또한, BMS의 오동작시 배터리에 계약 전력값의 충전 전력이 그대로 인가될 수 있으므로, 배터리의 훼손 위험이 존재한다.
다음으로, 전력 모듈(110)에서 배터리의 상태에 맞춰 보호 전력값으로 낮춘 충전 전력을 제공할 수 있다. 본 발명의 충전 장치에 따르면, 전력 모듈(110) 자체에서 충전 전력을 보호 전력값으로 낮추고, 보호 전력값의 충전 전력이 전기차(90)로 제공될 수 있다.
보호 전력값을 파악하거나, 보호 전력값이 요구되는 보호 시점을 파악하기 위해 제어부(113)는 전기차(90)와 통신할 수 있다.
일 예로, 전기차(90)와 키오스크(130)를 연결하는 차량 신호선, 키오스크(130)와 전력 모듈(110)을 연결하는 전력 신호선이 마련될 수 있다.
이때, 차량 신호선은 차량 라인(190)에 설치되거나, 차량 라인(190)에 일체로 형성될 수 있다. 전력 신호선은 전력 라인(180)에 설치되거나, 전력 라인(180)에 일체로 형성될 수 있다. 차량 신호선 및 전력 신호선이 각각 차량 라인(190) 및 전력 라인(180)에 일체로 형성된 경우, 전력선 통신망이 이용될 수 있다.
제어부(113)는 차량 신호선 및 전력 신호선을 통해 전기차(90)와 통신할 수 있다.
제어부(113)는 전기차(90), 구체적으로 BMS와의 통신을 통해 전기차(90)의 배터리 관련 정보를 획득할 수 있다. 제어부(113)는 배터리 관련 정보의 분석을 통해 전기차(90)의 보호 시점 및 보호 전력값을 파악할 수 있다.
전력부(111)는 배터리 관련 정보에 따라 계약 전력값과 보호 전력값 중 하나로 충전 전력을 조절할 수 있다.
전력부(111)는 기본적으로 계약 전력값으로 충전 전력을 세팅할 수 있다. 전력부(111)는 배터리의 충전량이 설정값을 만족하면, 보호 전력값으로 충전 전력을 낮출 수 있다.
예를 들어, 전력부(111)는 계약 전력값의 충전 전력을 전기차(90)에 공급할 수 있다. 제어부(113)에 의해 보호 시점이 파악되면, 전력부(111)는 보호 시점에 맞춰 충전 전력을 보호 전력값으로 낮출 수 있다. 이때, 전력부(111)는 예를 들어 전류값의 조절을 통해 계약 전력값의 충전 전력을 보호 전력값으로 낮출 수 있다.
일 예로, 세로축으로 전류값(A)을 갖는 도 2의 그래프에서 급속 충전의 경우, 전력부(111)는 계약 전력값을 만족하기 위해 120A의 전류를 전기차(90)에 공급할 수 있다.
급속 충전되던 배터리의 충전량이 설정값 73%를 만족하면, 전기차(90)와의 통신을 통해 해당 사실을 파악한 제어부(113)는 전기차(90)에서 요구하는 보호 전력값에 맞추어 전류값을 줄인 충전 전력을 전기차(90)에 공급할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 계약 전력값과 보호 전력값 간의 차이에 해당하는 잉여 전력 k가 전기차(90)로 제공되지 않으므로, 잉여 전력 k를 처리하는 전기차(90)의 부담이 경감되고, 잉여 전력 k의 공급으로 인한 배터리의 훼손이 방지될 수 있다.
전력 모듈(110)의 입장에서 잉여 전력 k 자체가 생산되지 않으므로, 불필요한 상용 전력을 이용하지 않게 된다. 또한, 필요에 따라 잉여 전력 k를 충전 대기 중인 다른 전기차(90)로 제공할 수 있다.
일 예로, 전력 모듈(110)에는 충전 전력을 사용하는 복수의 노드가 연결될 수 있다. 이때, 노드는 전력 모듈(110)에 전기적으로 연결된 다른 키오스크(130), 다른 전기 소비 제품 등을 포함할 수 있다.
제어부(113)는 복수의 노드 중 잉여 전력 k를 필요로 하는 특정 노드를 파악할 수 있다.
잉여 전력 k를 필요로 하는 특정 노드가 존재하면, 전력부(111)는 보호 전력값보다 큰 전력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전력부(111)는 충전 중인 차량에 대해 보호 계약값의 충전 전력을 제공하는 보호 모드에 돌입하더라도, 계약 전력값을 만족하는 전력을 그대로 생성할 수 있다.
전력부(111)는 생성된 전력 중 일부를 충전 전력으로서 전기차(90)에 공급하며, 나머지를 잉여 전력으로서 특정 노드에 공급할 수 있다.
일 예로, 계약 전력값에 따라 120A를 특정 전기차(90)에 공급 중이던 전력부(111)는 특정 전기차(90)의 요구에 따라 120A를 60A로 줄일 수 있다. 이때, 120A 중 잉여 전력과 관련된 나머지 60A는 생산하지 않을 수 있다. 만약, 잉여 전력을 요구하는 다른 노드가 존재하면, 전력부(111)는 잉여 전력과 관련된 나머지 60A 중 적어도 일부를 다른 노드로 공급할 수 있다.
한편, 전기차(90)의 충전 초기부터 배터리의 충전량이 설정값을 만족한 상태일 수 있다. 이 경우, 충전 초기와 배터리의 보호 시점이 일치하므로, 충전 초기부터 보호 전력값의 충전 전력이 전기차(90)에 공급될 수 있다.
이때, 급속 모드를 요구한 사용자는 비싼 비용의 지불에도 불구하고 저속으로 배터리를 충전하는 상태가 된다. 이 경우, 제어부(113)는 보호 전력값으로 차량이 충전되어야 하는 상태임을 나타내는 알림 신호를 생성해서 키오스크(130)로 전달할 수 있다. 키오스크(130)를 통해 알림 신호를 확인한 사용자는 중속 모드 또는 완속 모드로 충전 모드를 변경할 수 있다.
도 2에 나타나듯이, 배터리 보호를 위한 보호 전력값으로 인해 급속 모드의 충전 시간과 중속 모드의 충전 시간 간의 차이가 줄어드는 문제가 있다.
예를 들어, 배터리를 40%부터 95%까지 충전할 때, 120A를 공급하는 급속 모드의 경우 전기차(90)의 충전 시간은 30분 19초이고, 60A를 공급하는 중속 모드의 경우 전기차(90)이 충전 시간은 33분 48초로, 채 4분도 차이가 나지 않는다. 이 경우, 비싼 비용을 지불하고 급속 모드를 선택한 사용자의 손실이 가중될 수밖에 없다.
보호 시점의 경과에도 불구하고 잉여 전력까지 포함된 충전 전력을 지속적으로 전기차(90)로 제공하는 경우, 전력 모듈(110)의 입장에서 소모한 상용 전력이 계약 전력값에 대응되므로 사용자의 손실을 보충해줄 방법이 없다.
그러나, 본 발명에 따르면, 전력 모듈(110)에서 잉여 전력만큼 상용 전력을 소모하지 않거나, 잉여 전력을 다른 노드에 제공하므로 전력 모듈(110) 측에 이익이 발생된다.
제어부(113)는 잉여 전력이 발생된 경우, 사용자가 지불한 충전료 중 잉여 전력으로 인한 비용을 감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력부(111)가 전력 모듈(110)에 마련되므로, 키오스크(130)에는 전력부(111)가 마련될 필요가 없다. 그 결과, 전력부(111)만큼의 공간 활용도가 발생되므로 키오스크(130)를 경량화하거나 외관 디자인을 개선할 수 있다. 또한, 키오스크(130)에 다양한 부가 기능을 부여할 수 있다.
일 예로, 키오스크(130)에는 플러그부가 착탈되는 콘센트부(150)가 마련될 수 있다.
차량 라인(190)의 일단에는 전기차(90)의 충전단에 연결되는 충전 건(191)이 형성될 수 있다. 차량 라인(190)의 타단에는 키오스크(130)의 콘센트부(150)에 착탈되는 플러그부가 마련될 수 있다.
플러그부에 의해 차량 라인(190)은 키오스크(130)에 대해 교체 가능할 수 있다. 그 결과, 차량 종류 등에 따라 차량 라인(190)이 적응적으로 교체될 수 있는 장점이 있다.
도 3은 키오스크(130)의 콘센트부(150)를 나타낸 개략도이다.
콘센트부(150)에는 신호 콘센트, 상용 전력 콘센트(151), 완속 충전기용 콘센트(153), 직류 전력 콘센트(155)가 함께 마련될 수 있다.
상용 전력 콘센트(151)는 플러그인 하이브리드 차량에 대응하기 위한 것으로, 220V 상용 전력이 출력될 수 있다.
완속 충전기용 콘센트(153)는 7kW 완속 충전기에 대응하기 위한 것으로 7kW 교류 전력이 출력될 수 있다. 7kW 교류 전력은 전기차(90)로 입력되고, 전기차(90)에서 직류 전력으로 변환될 수 있다.
직류 전력 콘센트(155)는 직류 전력이 출력되며, 급속 모드, 중속 모드, 완속 모드에 따라 설정된 계약 전력값의 충전 전력이 출력될 수 있다. 신호 콘센트는 직류 전력 콘센트(155)에 함께 설치되고, 차량 신호선에 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(113)는 신호 콘센트에 전기적으로 연결되며, 신호 콘센트를 통해 전기차(90)와 통신할 수 있다.
전력부(111)는 상용 전력 콘센트(151)에 상용 교류 전력을 공급할 수 있다. 전력부(111)는 완속 충전기용 콘센트(153)에 완속 충전기용 교류 전력을 공급할 수 있다. 전력부(111)는 직류 전력 콘센트(155)에 직류 충전 전력을 제공할 수 있다.
콘센트부(150)에는 색깔을 통해 콘센트부(150)의 현재 상태를 나타내는 표시등(159)이 마련될 수 있다.
콘센트부(150)에 연결된 전기차(90)가 없는 상태에서 표시등(159)은 꺼질 수 있다.
표시등(159)은 전기차(90)에 전기적으로 연결된 콘센트의 종류에 따라 다른 색깔로 표시될 수 있다. 전기차(90)가 직류 전력 콘센트(155)에 전기적으로 연결된 상태에서, 표시등(159)은 충전 모드에 따라 다른 색깔로 표시될 수 있다.
직류 전력 콘센트(155)는 평소 충전 건(191)에 의해 덮일 수 있다. 반면, 상용 전력 콘센트(151) 및 완속 충전기용 콘센트(153)는 외부에 노출될 수 있다. 안전 사고의 방지를 위해 콘센트부(150)에는 상용 전력 콘센트(151) 및 완속 충전기용 콘센트(153)를 덮는 덮개(157)가 마련될 수 있다. 덮개(157)는 키오스크(130)에 대해 회동 가능하게 힌지 결합될 수 있다.
도 4는 전력부(111)를 나타낸 개략도이다.
ESS(Energy Storage System) 모듈은 전력 모듈(110)에 연결되고, 전기차(90)로 제공되는 예비 전력을 저장할 수 있다.
예비 전력은 전력 모듈(110)에 의해 충전 전력으로 변환된 후 키오스크(130)를 통해 전기차(90)로 제공될 수 있다.
전력부(111)는 외부로부터 입력된 교류 전력을 1차 직류 전력으로 변환하는 제1 변환부(117), 1차 직류 전력을 충전 전력으로 변환하는 제2 변환부(118)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 변환부(117)는 AD/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 제1 변환부(117)로부터 출력되는 1차 직류 전력은 제1 전압의 크기를 가질 수 있다.
제2 변환부(118)는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 1차 직류 전력의 제1 전압은 전기차(90)에서 요구하는 제2 전압과 다를 수 있다. 1차 직류 전력은 제2 변환부(118)에 의해 제2 전압의 크기를 갖는 2차 직류 전력에 해당하는 충전 전력으로 변환될 수 있다.
ESS 모듈(210)에는 1차 직류 전력이 저장될 수 있다.
ESS 모듈(210)은 제어부(113)의 제어에 의해 기저장된 1차 직류 전력을 제2 변환부(118)로 제공할 수 있다.
일 예로, 제어부(113)는 전기 요금이 싼 시간대의 교류 상용 전력을 이용해서 ESS 모듈(210)에 마련된 배터리(미도시)를 충전할 수 있다. 그리고, 전기 요금이 비싼 시간대, 소위 피크 타임(peak time)에 ESS 모듈(210)에 저장된 예비 전력으로 전기차(90)를 충전할 수 있다. 제어부(113)는 피크 타임에 상용 전력을 대신해서 예비 전력으로 전기차(90)가 충전되도록 충전 모듈 또는 ESS 모듈(210)을 제어할 수 있다. 이에 따르면, 전력 공급자의 부담이 줄어들 수 있으며, 충전 장치 사업자의 전기 요금 부담이 경감될 수 있다.
한편, ESS 모듈(210)에는 1차 직류 전력 외의 다른 전력이 저장될 수도 있다.
일 예로, 본 발명의 충전 장치는 신재생 에너지를 생산하는 에너지 모듈(230)을 포함할 수 있다. 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 수력 등을 이용해서 생산된 전기 에너지를 포함할 수 있다.
에너지 모듈(230)은 태양광을 이용해서 신재생 에너지를 생산하는 솔라 패널(solar panel), 풍력을 이용해서 신재생 에너지를 생산하는 풍력 발전기, 수력을 이용해서 신재생 에너지를 생산하는 수력 발전기 등을 포함할 수 있다.
ESS 모듈(210)에는 예비 전력으로서 에너지 모듈로부터 생산된 신재생 에너지가 저장될 수 있다. ESS 모듈(210)에 저장된 신재생 에너지의 전압값 또는 전류값은 전기차(90)에서 요구하는 것과 다를 수 있다. 기저장된 신재생 에너지가 정상적으로 전기차(90)에 공급될 수 있도록, ESS 모듈(210)은 제어부(113)의 제어에 의해 제2 변환부(118)로 기저장된 신재생 에너지를 제공할 수 있다.
ESS 모듈(210)은 잉여 전력이 발생되면, 잉여 전력을 줄이기 위해 잉여 전력에 따른 전력량만큼 제2 변환부(118)로 제공되는 전력량을 줄일 수 있다.
제어부(113)는 전력부(111) 또는 ESS 모듈(210)을 제어할 수 있다. 제어부(113)는 교류 전력 또는 예비 전력을 선택적으로 전기차(90)에 제공할 수 있다.
복수의 전기차(90)를 동시에 충전하기 위해 설정 개수의 전기차(90)마다 할당된 키오스크(130)가 전력 모듈(110)에 복수로 연결될 수 있다. 충전 전력을 제공할 키오스크(130)가 복수인 경우, 제공 가능한 충전 전력이 부족한 경우가 발생할 수 있다. 또한, ESS 모듈(210)의 예비 전력을 전기차(90)에 공급하는 정책이 수립될 필요가 있다.
전력, 모듈, 복수의 키오스크(130), ESS 모듈(210)이 사업 정책에 맞춰 정상적으로 동작되도록, 제어부(113)는 전력 모듈(110)과 ESS 모듈(210)을 적절하게 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(113)는 전력 모듈(110)을 제1 전력 모드, 제2 전력 모드, 제3 전력 모드 중 하나로 제어할 수 있다.
제1 전력 모드는 전력 공급자로부터 공급된 교류 전력을 전기차(90)로만 제공하는 제어 모드일 수 있다. 전력부(111)는 입력된 상용 교류 전력 전체를 충전 전력으로 변환하여 전기차(90)로 제공할 수 있다.
제2 전력 모드는 교류 전력을 전기차(90)와 ESS 모듈(210)에 함께 제공하는 제어 모드일 수 있다.
제3 전력 모드는 전력 모듈(110)로 입력되는 교류 전력을 차단하는 제어 모드일 수 있다.
제어부(113)는 ESS 모듈(210)을 제1 ESS 모드, 제2 ESS 모드 중 하나로 제어할 수 있다.
제1 ESS 모드는 예비 전력을 전기차(90)로 제공하는 제어 모드일 수 있다.
제2 ESS 모드는 전기차(90)에 대한 예비 전력의 공급을 차단하는 제어 모드일 수 있다.
전력 모듈(110)과 ESS 모듈(210)이 정상적으로 동작하도록, 제어부(113)은 제1 전력 모드 또는 제3 전력 모드에서만 제1 ESS 모드를 적용할 수 있다.
일 예로, 제어부(113)는 복수의 키오스크(130)에서 필요한 총 충전 전력이 기설정된 허용값 미만이면, 제3 전력 모드와 제1 ESS 모드를 적용할 수 있다. 이 경우, 교류 전력은 전기차(90)로 제공되지 않고, ESS 모듈(210)에 저장된 예비 전력만 전기차(90)로 제공될 수 있다.
제어부(113)는 복수의 키오스크(130)에서 필요한 총 충전 전력이 허용값 이상이면, 제1 전력 모드와 제1 ESS 모드를 함께 적용할 수 있다. 총 충전 전력이 허용값 이상인 경우는 교류 전력만으로 총 충전 전력을 만족하지 못하는 경우이거나, 예비 전력만으로 총 충전 전력을 만족하는 경우일 수 있다. 이때, 제1 전력 모드와 제1 ESS 모드가 함께 적용되면, 교류 전력과 예비 전력이 모두 전기차(90)의 충전에 사용될 수 있다. 따라서, 허용값 이상의 총 충전 전력을 만족할 수 있고, 복수의 키오스크(130)에 연결된 복수의 전기차(90)가 동시에 충전될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
90...전기차 110...전력 모듈
111...전력부 113...제어부
115...연결 단자 117...제1 변환부
118...제2 변환부 130...키오스크
150...콘센트부 151...상용 전력 콘센트
153...완속 충전기용 콘센트 155...직류 전력 콘센트
157...덮개 159..표시등
170...상용 라인 180...전력 라인
190...차량 라인 191...충전 건
210...ESS 모듈 230...에너지 모듈

Claims (11)

  1. 전기차에 직접 입력되는 충전 전력을 공급하는 전력부, 상기 전력부를 제어하는 제어부가 구비된 전력 모듈;
    상기 전력 모듈과 분리되고, 상기 전력 모듈에 연결되는 전력 라인 및 상기 전기차에 연결되는 차량 라인이 마련된 키오스크;를 포함하고,
    상기 키오스크는 상기 전력 라인을 통해 상기 전력 모듈로부터 상기 충전 전력을 제공받고, 제공받은 상기 충전 전력을 상기 차량 라인을 통해 상기 전기차로 전달하며,
    상기 차량 라인의 일단에는 상기 전기차의 충전단에 연결되는 충전 건이 형성되고, 상기 차량 라인의 타단에는 상기 키오스크에 착탈되는 플러그부가 마련되며,
    상기 키오스크에는 상기 플러그부가 착탈되는 콘센트부가 마련되고,
    상기 플러그부에 의해 상기 차량 라인은 상기 키오스크에 대해 교체 가능하며,
    상기 콘센트부에는 신호 콘센트, 상용 전력 콘센트, 완속 충전기용 콘센트, 직류 전력 콘센트가 함께 마련되고,
    상기 제어부는 상기 신호 콘센트에 전기적으로 연결되며, 상기 신호 콘센트를 통해 상기 전기차와 통신하고,
    상기 전력부는 상기 상용 전력 콘센트에 상용 전력을 공급하고, 상기 완속 충전기용 콘센트에 완속 충전기용 전력을 공급하며, 상기 직류 전력 콘센트에 상기 충전 전력을 제공하는 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기차에 공급하기로 설정된 계약 전력값과 상기 전기차를 보호하기 위한 보호 전력값 간의 차이를 파악하며,
    상기 전력부는 상기 계약 전력값과 상기 보호 전력값 간의 차이로 인해 발생된 잉여 전력만큼 상기 충전 전력을 낮춰서 상기 전기차에 공급하는 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 모듈에는 상기 충전 전력을 사용하는 복수의 노드가 연결되고,
    상기 제어부는 복수의 상기 노드 중 상기 잉여 전력을 필요로 하는 특정 노드를 파악하며,
    상기 잉여 전력을 필요로 하는 상기 특정 노드가 존재하면, 상기 전력부는 상 보호 전력값보다 큰 전력을 생성하고,
    상기 전력부는 생성된 전력 중 일부를 상기 충전 전력으로서 상기 전기차에 공급하며, 나머지를 상기 잉여 전력으로서 상기 특정 노드에 공급하는 충전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기차와 통신해서 상기 전기차의 배터리 관련 정보를 획득하고,
    상기 전력부는 상기 배터리 관련 정보에 따라 상기 계약 전력값과 상기 보호 전력값 중 하나로 상기 충전 전력을 조절하는 충전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력부는 기본적으로 상기 계약 전력값으로 상기 충전 전력을 세팅하고,
    상기 전력부는 상기 배터리의 충전량이 설정값을 만족하면, 상기 보호 전력값으로 상기 충전 전력을 낮추는 충전 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전기차와 상기 키오스크를 연결하는 차량 신호선, 상기 키오스크와 상기 전력 모듈을 연결하는 전력 신호선이 마련되고,
    상기 제어부는 상기 차량 신호선 및 상기 전력 신호선을 통해 상기 전기차와 통신하며,
    상기 제어부는 상기 전기차와의 통신을 통해 상기 전기차의 보호 시점 및 상기 보호 전력값을 파악하고,
    상기 전력부는 상기 보호 시점에 맞춰 상기 충전 전력을 상기 보호 전력값으로 낮추는 충전 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제2항에 있어서,
    상기 전력 모듈에 연결되고, 상기 전기차로 제공되는 예비 전력이 저장되는 ESS(Energy Storage System) 모듈;을 포함하고,
    상기 예비 전력은 상기 전력 모듈에 의해 상기 충전 전력으로 변환되어 상기 전기차로 제공되며,
    상기 전력부는 외부로부터 입력된 교류 전력을 1차 직류 전력으로 변환하는 제1 변환부, 상기 1차 직류 전력을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2 변환부를 포함하고,
    상기 ESS 모듈에는 상기 1차 직류 전력이 저장되며,
    상기 ESS 모듈은 상기 제어부의 제어에 의해 기저장된 상기 1차 직류 전력을 상기 제2 변환부로 제공하고,
    상기 ESS 모듈은 상기 잉여 전력이 발생되면, 상기 잉여 전력을 줄이기 위해 상기 잉여 전력에 따른 전력량만큼 상기 제2 변환부로 제공되는 전력량을 줄이는 충전 장치.
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