KR101924234B1

KR101924234B1 - 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101924234B1
Application number: KR1020120098840A
Authority: KR
Inventors: 한승호
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2018-11-30
Also published as: KR20140032216A

Abstract

복수의 전기차를 동시에 충전시에도 배전계통의 상불균형을 최소화하도록 한 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 3상 전기차 교류 충전 장치는 주차공간에 설치된 복수의 충전 소켓들 각각에 대해 전기차의 접속 여부를 감지하는 감지부; 감지부에서 전기차의 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전류를 측정하는 측정부; 측정부에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 충전 소켓들의 상을 근거로 산출한 상별 전류 합들 중에서 최소값을 갖는 상을 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 제어부; 및 전기차가 신규 접속한 충전 소켓에 설정된 전력위상을 분배하는 분배부를 포함한다.

Description

3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING A ELECTRIC VEHICLE USING ALTERNATING CURRENT}

본 발명은 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류를 이용하여 복수의 전기차를 동시에 충전하는 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법에 대한 것이다.

친환경 미래 승용차에 대한 전세계적인 요구에 부합하여 전기차(EV)의 보급이 급속히 추진되고 있다.

전기차의 동력원인 전력은 주유소 위주로 공급되는 일반 차량용 유류와는 달리, 기존 전력망을 통해 거의 전국 어디에서나 구할 수 있다. 그러므로 전력의 공급방식은, 전기차가 운행중에 충전소에 들러 약 20여 분 동안 충전하고 다시 출발하는 급속충전 방식보다, 장시간 주차하는 때를 이용해 주차장에서 충전하는 완속 충전 방식이 주류를 이룰 것이다.

통상, 급속충전은 빨리 충전이 되도록 대용량 컨버터가 탑재된 고가의 급속 충전기로 직류(DC)를 공급하고, 완속 충전에서는 교류 충전기를 이용하여 소용량단상 교류(AC)전력을 주차한 전기차에 탑재된 소형 컨버터에 장시간 공급한다.

국내에도 전기차의 보급이 착수되어 충전 인프라의 구축에 대한 사회적 요구가 현실로 다가옴에 따라, 충전 인프라의 설치나 관리비용을 줄이기 위한 노력은 지속적으로 이루어 왔다.

충전 인프라 관리비용 중, 미래 충전영업의 인건비를 줄이기 위해 국내의 인프라는 기본적으로 무인화를 목표로 구축되어가고 있으며, 충전기도 대용량 직류(DC)를 공급하는 고가의 급속충전기의 설치를 최소화하고 가격이 최대 1/10 정도인 완속 충전스탠드 또는 홈 충전기 등의 교류충전기 위주로 설치되고 있다.

일례로, 한국등록특허 10-0326704(명칭: 전기 자동차의 배터리 충전 장치 및 방법)에서는 외부의 3상 교류 전원을 입력받아 전기 자동차의 배터리를 충전하되, 배터리 팩의 초기 충전 상태에 따라 예상 충전량을 설정하여 배터리를 충전하고, 충전 종료후 배터리 팩의 전압값을 측정하여 실제 충전량을 검출하고, 예상 충전량과 실제 충전량의 차이가 기준량 이상이면 일정량을 더 충전하도록 제어하는 기술을 언급하고 있다.

향후 전기차 보급이 진행되면서, 아파트 또는 직장 등에서의 공용 주차공간에 전기차의 주차를 위해, 전기차 대수만큼의 교류충전기를 설치해야하고 전용주차공간을 확보해야 하나, 각각의 교류충전기 설치비용이 들고, 공용주차장이 비좁은 국내의 현실을 감안할 때, 일반차량이 전기차용 주차공간에 주차하여 충전이 불가할 가능성도 있다.

또한, 다수의 교류충전기로 인해 단상 교류전력을 주차장에 대용량으로 공급할 경우, 특정 전력 위상에 과도한 부하가 걸려 배전망의 효율적 운영에 문제를 야기할 수도 있을 것이다. 즉, 많은 차량이 약 30분 간격으로 충전할 수 있는 급속충전기에 비해 이러한 교류충전기들은 가격이 저렴하지만, 충전시간이 길어서 하루에 충전할 수 있는 전기차가 대수에 한계가 있고 충전을 위해 장시간 주차해야하는 공용주차공간에 다른 차가 주차할 가능성도 있어서 인프라 보급에 장애가 되고 있다.

근래에는 이러한 교류충전기의 문제점을 해결하기 위해 충전스탠드 1개로 전기차 2대(한전) 또는 4대(프랑스 EDF, 이 중 2대는 소용량 모터사이클용) 정도를 동시에 충전할 수 있는 교류충전기가 제시되어 있으나, 충전 주차공간 문제를 해결하기에는 역부족이고, 제어회로 통합부족으로 충전기 가격을 크게 줄이지도 못하며, 또한 배전선로에서 교류 220V 단상전력으로 많은 차량을 동시에 충전할 경우 배전선로에 심각한 상불균형이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 복수의 전기차를 동시에 충전시에도 배전계통의 상불균형을 최소화하도록 한 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 충전기 1대로 넓은 주차장 영역(예; 30대의 주차공간)을 감당하고, 다수(예; 15대)의 전기차를 동시에 충전을 하여 충전기 설치비용을 주차공간 수만큼 줄이면서도 전력계통에 심각한 위상분리 문제를 유발하지 않는 삼상-단상 변환형 교류 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 장치는, 주차공간에 설치된 복수의 충전 소켓들 각각에 대해 전기차의 접속 여부를 감지하는 감지부; 상기 감지부에서 전기차의 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전류를 측정하는 측정부; 상기 측정부에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 상기 충전 소켓들의 상을 근거로 산출한 상별 전류 합들 중에서 최소값을 갖는 상을 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 제어부; 및 상기 전기차가 신규 접속한 충전 소켓에 상기 설정된 전력위상을 분배하는 분배부를 포함하고, 상기 분배부는, 충전 소켓으로의 전력 공급을 온오프하는 제1스위치; 및 R상, S상, T상 중에 하나의 공급을 온오프하는 제2스위치를 포함하는 복수의 분배 모듈로 구성되며, 상기 제2스위치는 상기 제어부의 제어신호를 수신하여 R상, S상, T상 중 하나를 선택하여 접점을 이동시키는 것을 특징으로 한다.

감지부는, 충전 소켓과 전기차의 충전 커넥터의 접속 여부 또는 충전 소켓에 연결된 전기차로부터의 체결신호 수신 여부를 근거로 전기차의 접속 여부를 감지하고, 전기차와 접속으로 감지한 충전 소켓의 번호를 접속 감지 신호와 함께 제어부로 전송한다.

측정부는, 충전 소켓으로 분배되는 전류 또는 삼상 수배전반으로부터 입력되는 전류를 측정한다.

측정부는, 충전 소켓으로 분배되는 전압 또는 삼상 수배전반으로부터 입력되는 전압을 더 측정한다.

삭제

제어부는, 측정부에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 충전 소켓들의 상을 근거로 R상 전류 합, S상 전류 합, 및 T상 전류 합을 산출하는 산출모듈; 및 산출한 R상 전류 합, S상 전류 합, 및 T상 전류 합 중에 최소값을 갖는 상을 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 제어모듈을 포함한다.

제어부는, 설정한 전력위상을 충전 소켓 정보와 연계하여 저장한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 방법은, 감지부에 의해, 주차공간에 설치된 복수의 충전 소켓들 각각에 대해 전기차의 접속 여부를 감지하는 단계; 측정부에 의해, 상기 감지하는 단계에서 전기차의 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전류를 측정하는 단계; 제어부에 의해, 상기 측정하는 단계에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 상기 충전 소켓들의 상을 근거로 산출한 상별 전류 합들 중에서 최소값을 갖는 상을 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 단계; 및 분배부에 의해, 상기 전기차가 신규 접속한 충전 소켓에 상기 설정된 전력위상을 분배하는 단계를 포함하고, 상기 분배부의 제1스위치에 의해, 충전 소켓으로의 전력 공급을 온오프하며, 상기 분배부의 제2스위치에 의해, R상, S상, T상 중에 하나의 공급을 온오프하고, 상기 분배부의 제2스위치에 의해, 상기 제어부에 의해 전송된 제어신호를 수신하여 R상, S상, T상 중 하나를 선택하여 접점을 이동시키는 것을 특징으로 한다.

감지하는 단계는, 감지부에 의해, 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전기차 접속 여부를 확인하는 단계; 감지부에 의해, 전기차 접속 여부를 확인하는 단계에서 전기차의 접속 상태인 것으로 확인된 충전 소켓들의 위상을 확인하는 단계; 및 감지부에 의해, 전기차 접속 여부를 확인하는 단계에서 전기차의 접속 상태인 것으로 확인된 충전 소켓들의 전류를 측정하는 단계를 포함한다.

측정하는 단계에서는, 측정부에 의해, 충전 소켓으로 분배되는 전류 또는 삼상 수배전반으로부터 입력되는 전류를 측정한다.

측정하는 단계에서는, 측정부에 의해, 충전 소켓으로 분배되는 전압 또는 삼상 수배전반으로부터 입력되는 전압을 더 측정한다.

전력위상으로 설정하는 단계는, 제어부에 의해, R상으로 충전중인 충전 소켓들의 전류를 합산하여 R상 전류 합을 산출하는 단계; 제어부에 의해, S상으로 충전중인 충전 소켓들의 전류를 합산하여 S상 전류 합을 산출하는 단계; 제어부에 의해, T상으로 충전중인 충전 소켓들의 전류를 합산하여 T상 전류 합을 산출하는 단계; 및 제어부에 의해, 산출한 R상 전류 합, S상 전류 합, 및 T상 전류 합 중에 최소값을 갖는 상을 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 단계를 포함한다.

전력위상으로 설정하는 단계는, 제어부에 의해, 설정한 전력위상을 충전 소켓 정보와 연계하여 저장하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법은 삼상 교류전력을 입력으로 하고 단상 교류전력을 출력으로 하도록 충전기를 구성하고, 전기차의 충전 요청시 이미 충전중인 전기들의 충전에 사용되는 각상의 전류량을 산출하고, 산출한 전류량이 최소인 상의 전류를 전기차의 충전 전력으로 선택하여 전기차를 충전함으로써, 충전기 설치비용을 최소화하고, 다수 차량의 동시 충전에 따른 전력계통의 상불균형 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법은 기존 급속충전기에서 사용하는 50kW급 삼상교류전력을 입력으로 하고, 기존의 교류충전기와 같이 3.3kW 단상교류전력을 출력으로 하면, 충전기 1대로 총 15대의 전기차에 대해 동시충전이 가능하여, 충전인프라 구축비용이 약 1/12∼1/15 정도로 절감되고, 이 경우에도, 배전선로의 상불균형 문제가 전기차 1대 충전하는 정도로 최소화할 수 있다.

또한, 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법은 전기차에 대해 동시충전이 가능하도록 각각의 충전용 콘센트에 단상 교류전력(예; AC 220V)을 공급하며, 대용량 전력공급을 위해 삼상 교류전력(예; 3Φ AC 380V)을 입력으로 하고, 전기차가 접속하는 모든 경우에 대해 각각의 충전 소켓에 특정 전력위상을 배분함으로써, 전기차가 어느 충전용 콘센트에 접속을 하더라도 배전계통에는 상불균형 발생을 최소화할 수 있다.

또한, 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법은 전력계통에 부담을 최소화하면서 충전 인프라의 가격을 획기적으로 낮추는 것이 가능해져서 전기자동차가 대량보급 그리고 이에 수반되는 충전용 전력의 대량판매 시기를 앞당길 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 3상 전기차 교류 충전 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 도 1의 3상 전기차 교류 충전 장치의 다른 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 4 및 도 5는 도 2의 측정부를 설명하기 위한 도면.
도 6 및 도 7은 도 2의 분배부를 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 2의 제어부를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 10은 도 9의 전류 측정 단계를 설명하기 위한 흐름도.
도 11은 도 9의 전력위상 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 3상 전기차 교류 충전 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 1의 3상 전기차 교류 충전 장치의 다른 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 4 및 도 5는 도 2의 측정부를 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 도 2의 분배부를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 2의 제어부를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 삼상 수배전반(200)으로부터 공급되는 삼상 교류 전력을 단상 교류 전력으로 변환한다. 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 변환된 단상 교류 전력을 구내배선(300)을 통해 충전소켓들에 분배하여 각 주차공간(500)에 주차된 전기차를 충전한다. 이때, 18개의 주차공간(500)에 18대만큼의 충전기를 설치하지 않고, 하나의 3상 전기차 교류 충전 장치(100)로 주차공간(500)에 주차하는 전기차들을 충전한다. 여기서, 하나의 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 18대의 전기차를 동시에 충전하는 것은 아니며, 충전 소켓(400)의 배치에서 나타난 것처럼 총 9대의 전기차를 동시에 충전할 수 있다. 충전 소켓(400)을 2개의 주차공간(500) 사이에 두는 이유는 아파트 또는 직장 등에서는 전기차 전용 주차공간(500)을 확보하기 어려우므로 가능하면 많은 주차공간(500)에서 충전할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 삼상 교류 전력(예컨대, AC 380V)을 받아서 단상 교류 전력(예컨대, AC 220V)을 내보내며, 이 전력선(즉, 단상 배선(220))과 동시에 통신선(240)까지 충전 소켓(400)에 연결되어 차량 인식과 안전을 확인할 수 있다. 종래의 급속충전기와 같은 50kW급 삼상 교류전력을 입력으로 하고 종래의 3.3kW급 교류충전기 용량을 예로 들면, 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 교류충전기 1대로 총 15대의 전기차가 동시에 충전이 가능하며 총 30대의 주차공간(500)을 감당할 수가 있다. 이는 충전 인프라 비용이 대략 1/12∼1/15 정도 저렴해지는 것을 의미한다.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 감지부(110), 측정부(120), 분배부(130), 제어부(140)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 3상 전기차 교류 충전 장치(100)는 RFID 리더로 구성되어 고객(즉, 전기차)을 인식하는 인식부(150), 및 터치 패널로 구성되어 충전 소켓(400)들 중 다른 전기차에 연결된 충전 소켓(400)들과 고객이 사용가능한 충전 소켓(400)을 구분하여 표시하는 디스플레이부(160)를 더 포함할 수도 있다. 이때, 디스플레이부(160)는 고객이 선택한 충전 소켓(400)을 통한 전기차의 충전 상태를 디스플레이할 수도 있다.

감지부(110)는 3상 전기차 교류 충전 장치(100)에 연결된 충전 소켓(400)들에 포함된 통신선(240)을 통해 전기차의 접속 여부를 감지한다. 즉, 감지부(110)는 전기차의 충전 커넥터와 충전 소켓(400)의 연결 여부를 감지하여 전기차의 접속 여부를 감지한다. 이때, 감지부(110)는 전기차의 접속이 감지되면 전기차와 연결된 충전 소켓 번호와 접속 감지 신호를 제어부(140)에게로 전송한다.

감지부(110)는 전기차로부터 체결신호를 수신하면 전기차의 접속으로 감지할 수도 있다. 즉, 감지부(110)는 통신모듈로 구성되어 충전 소켓(400)과 통신선(240)으로 연결된다. 감지부(110)는 전기차의 충전 커넥터와 충전 소켓(400)이 연결됨에 따라 통신선(240)을 통해 전기차의 ECU와 연결된다. 전기차의 ECU는 충전 소켓(400)과 연결이 확인되면 통신선(240)을 통해 체결신호를 감지부(110)에게로 전송한다. 그에 따라, 감지부(110)는 전기차의 접속으로 감지하여 전기차와 연결된 충전 소켓 번호와 접속 감지 신호를 제어부(140)에게로 전송한다.

측정부(120)는 분배부(130)에서 각 충전 소켓(400)으로 분배된 전압, 전류를 측정한다. 즉, 측정부(120)는 제어부(140)로부터 측정신호를 수신하면 측정신호에 포함된 충전 소켓 번호에 해당하는 충전 소켓(400)을 제외한 나머지 충전 소켓(400)들에게 분배된 전압 또는 전류를 측정한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 측정부(120)는 전류측정모듈(122) 및 전압측정모듈(124)을 포함하여 구성된다. 전류측정모듈(122)은 각 충전 소켓(400)에 분배된 전류를 측정하여 제어부(140)에게로 전송한다. 전압측정모듈(124)은 각 충전 소켓(400)에 분배된 전압을 측정하여 제어부(140)에게로 전송한다. 여기서, 측정부(120)는 충전을 위해 분배되는 충전 전압(즉, 교류 전압)이 일정하므로 전류측정모듈(122)로만 구성되어 충전 소켓(400)들의 전류를 측정하여 충전 소켓 번호와 함께 제어부(140)에게로 전송할 수도 있다.

측정부(120)는 삼상 수배전반(200)으로부터 입력되는 전압, 전류를 측정할 수도 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 측정부(120)는 분배부(130)의 전단에 배치되어 삼상 수배전반(200)으로부터 입력되는 전압 및 전류를 측정한다. 측정부(120)는 측정한 전압 및 전류를 충전 소켓 번호와 함께 제어부(140)에게로 전송한다. 이때, 분배부(130)의 전단에서 전압/전류를 측정하는 경우 충전 소켓(400)으로 나가는 전력을 알 수 없지만 R상, S상, T상 각각에 대한 합으로 나타나는 전체 충전전력을 알 수 있다. 여기서, 측정부(120)는 충전을 위해 상상 수배전반으로부터 공급되는 충전 전압(즉, 교류 전압)은 각상별로 일정하므로 전류측정모듈(122)로만 구성되어 충전 소켓(400)들의 전류를 측정하여 충전 소켓 번호와 함께 제어부(140)에게로 전송할 수도 있다.

분배부(130)는 제어부(140)의 제어에 따라 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)에 전력을 분배한다. 이때, 분배부(130)는 제어부(140)에서 설정된 전력위상을 근거로 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)에 전력을 분배한다. 이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 분배부(130)는 충전 소켓(400)의 수와 동일한 개수의 분배모듈(132)을 포함하여 구성된다. 분배모듈(132)은 R상, S상, T상 중 어느 하나와 N상 전력을 충전 소켓(400)으로 분배한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 분배모듈(132)은 충전 소켓(400)으로의 전력 공급을 온오프(On/Off)시키는 제1스위치(134)와, R상과 S상 및 T상 중에 하나의 공급을 온오프(On/Off)시키는 제2스위치(136)로 구성된다. 이때, 제2스위치(136)는 제어부(140)의 제어신호(즉, 설정된 전력위상을 포함하는 제어신호)를 수신하여 R상, S상, T상 중에 하나를 선택하여 접점을 이동시키는 전자석식(Magnetic) 스위치가 사용될 수 있다.

제어부(140)는 감지부(110)로부터 전기차의 접속 정보(즉, 전기차와 연결된 충전 소켓 번호, 접속 감지 신호)를 수신하면, 전기차의 충전에 따른 전압, 전류를 측정하도록 측정부(120)를 제어한다. 즉, 제어부(140)는 감지부(110)로부터 전기차의 접속 정보를 수신하면, 충전 소켓 번호 포함하는 측정신호를 전송하여 충전 소켓 번호에 해당하는 충전 소켓(400)을 제외한 나머지 충전 소켓(400)들에서 전압 또는 전류를 측정하도록 측정부(120)를 제어한다.

제어부(140)는 측정부(120)로부터의 전압 및 전류를 근거로 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)의 전력위상을 설정한다. 제어부(140)는 측정부(120)로부터 수신한 전압 및 전류를 근거로 최소 전력이 사용되는 상을 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정한다. 이를 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 산출모듈(142) 및 제어모듈(144)로 구성된다.

산출모듈(142)은 측정부(120)로부터의 전압 및 전류를 근거로 상별 전력을 산출한다. 즉, 산출모듈(142)은 측정부(120)로부터 수신한 충전 소켓(400)들 각각의 전압을 이용하여 R상, S상, T상 각각의 상별 전압을 산출한다. 측정부(120)는 측정부(120)로부터 수신한 충전 소켓(400)들 각각의 전류를 이용하여 R상, S상, T상 각각의 상별 전류를 산출한다. 이때, 산출모듈(142)은 각 충전 소켓(400)들에 설정된 전력 위상(즉, 각 충전 소켓(400)들의 충전 개시시 설정된 전력 위상)을 근거로 상별 전압 및 상별 전류를 산출한다. 산출모듈(142)은 기산출한 상별 전압 및 상별 전류를 이용하여 상별 전력을 산출한다. 여기서, 각 충전 소켓(400)에 공급되는 충전 전압은 교류 전압으로 충전 소켓(400)에 동일한 전압이 공급되므로, 산출모듈(142)을 측정부(120)로부터의 전류를 근거로 상별 전류만을 산출할 수도 있다.

산출모듈(142)은 하기의 수학식 1을 이용해 상별 전류 합을 산출한다. 하기의 수학식 1은 총 i개의 충전 소켓(400)이 설치되고, j번째 충전 소켓(400)에 전기차가 연결된 경우를 예로 들어 설명한다.

여기서, Ii(R)은 R상의 전류를 사용하는 i번째 소켓에 흐르는 전류이고, Ii(S)은 S상의 전류를 사용하는 i번째 소켓에 흐르는 전류이고, Ii(T)은 T상의 전류를 사용하는 i번째 소켓에 흐르는 전류이다. 이때, 수학식 1은 i≠j 조건을 만족해야한다. 즉, 전기차가 연결되어 충전중인 충전 소켓(400)의 경우 상별 전류의 산출에서 제외한다.

제어모듈(144)은 산출모듈(142)에서 산출한 상별 전력 또는 상별 전류를 근거로 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정한다. 이때, 제어모듈(144)은 상불균형 발생을 방지하기 위해서 상별 전력이 최소인 전력 위상을 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정한다. 물론, 제어모듈(144)은 상불균형 발생을 방지하기 위해서 상별 전류가 최소인 전력 위상을 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정할 수도 있다. 즉, 제어모듈(144)은 산출모듈(142)에서 산출한 상별 전력들(즉, R상 전류 합, S상 전류 합, T상 전류 합)을 비교하여 하기 수학식 2를 통해 최소 전류인 전력 위상을 산출하고, 해당 전력 위상을 j번째 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정한다.

여기서, 수학식 2는 총 i개의 충전 소켓(400)이 설치되고, j번째 충전 소켓(400)에 전기차가 연결되고, i≠j 조건을 만족한다.

여기서, 제어부(140)는 저장모듈(미도시)을 더 포함하고, 기설정된 충전 소켓(400)의 전력위상을 충전 소켓 번호와 함께 저장할 수도 있다. 이때, 저장된 정보는 상술한 산출모듈(142)에 상별 전력 또는 상별 전류를 산출하는데 사용된다.

제어부(140)는 설정된 전력위상을 근거로 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)에 전력을 분배하도록 분배부(130)를 제어한다. 이때, 제어부(140)는 N상과 설정된 전력위상에 해당하는 전력이 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)에 분배되도록 분배부(130)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(140)는 R상이 전력위상으로 설정되면 전기차의 충전 연결이 신규 발생한 충전 소켓(400)에 N상 및 R상 전력이 분배되도록 분배부(130)를 제어한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3상 전기차 교류 충전 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 10은 도 9의 전류 측정 단계를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 11은 도 9의 전력위상 설정 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 감지부(110)는 전기차의 충전 소켓(400) 접속 여부를 감지한다(S100). 즉, 감지부(110)는 전기차의 충전 커넥터와 충전 소켓(400)의 연결 여부를 감지하여 전기차의 접속 여부를 감지한다. 이때, 감지부(110)는 전기차의 접속이 감지되면 전기차와 연결된 충전 소켓 번호와 접속 감지 신호를 제어부(140)에게로 전송한다. 물론, 감지부(110)는 전기차로부터 체결신호를 수신하면 전기차의 접속으로 감지할 수도 있다. 즉, 감지부(110)는 통신모듈로 구성되어 충전 소켓(400)과 통신선(240)으로 연결된다. 감지부(110)는 전기차의 충전 커넥터와 충전 소켓(400)이 연결됨에 따라 통신선(240)을 통해 전기차의 ECU와 연결된다. 전기차의 ECU는 충전 소켓(400)과 연결이 확인되면 통신선(240)을 통해 체결신호를 감지부(110)에게로 전송한다. 그에 따라, 감지부(110)는 전기차의 접속으로 감지하여 전기차와 연결된 충전 소켓 번호와 접속 감지 신호를 제어부(140)에게로 전송한다.

N번째 충전 소켓(400)에서 전기차의 신규 접속이 감지되면(S200; 예), 측정부(120)는 N번째 충전 소켓(400)을 제외한 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 측정한다(S300). 이를 첨부된 도 10을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.

제어부(140)는 N번째 충전 소켓(400)을 제외한 나머지 충전 소켓(400)들의 접속 여부를 확인한다(S320). 즉, 감지부(110)에서 N번째 충전 소켓(400)에 전기차가 신규 접속한 것으로 감지하면, 제어부(140)는 N번째 충전 소켓(400)을 제외한 충전 소켓(400)들의 전기차 접속 여부를 확인한다.

제어부(140)는 전기차와 접속 상태인 충전 소켓(400)들의 위상을 확인한다(S340). 즉, 접속 상태인 충전 소켓(400)들의 초기 접속시에 설정된 위상(즉, 전력위상)을 검출하여 각 충전 소켓(400)들의 위상을 확인한다.

제어부(140)는 전기차와 접속 상태인 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 측정하도록 측정부(120)를 제어한다(S360). 즉, 제어부(140)는 N번째 충전 소켓(400)을 제외한 충전 소켓(400)들 중에서 전기차와 접속 상태인 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 측정하도록 측정부(120)를 제어한다. 그에 따라, 측정부(120)는 전기차와 접속 상태인 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 측정한다. 이때, 측정부(120)는 분배부(130)에서 각 충전 소켓(400)으로 분배된 전압, 전류를 측정한다. 즉, 측정부(120)는 제어부(140)로부터 측정신호를 수신하면 측정신호에 포함된 충전 소켓 번호에 해당하는 충전 소켓(400)을 제외한 나머지 충전 소켓(400)들에게 분배된 전압 또는 전류를 측정한다. 물론, 측정부(120)는 삼상 수배전반(200)으로부터 입력되는 전압, 전류를 측정할 수도 있다. 즉, 측정부(120)는 분배부(130)의 전단에 배치되어 삼상 수배전반(200)으로부터 입력되는 전압 및 전류를 측정한다. 측정부(120)는 측정한 전압 및 전류를 충전 소켓 번호와 함께 제어부(140)에게로 전송한다.

제어부(140)는 측정된 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 근거로 N번째 충전 소켓(400)의 전력위상을 설정한다(S400). 이를 첨부된 도 11을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.

제어부(140)는 R상으로 충전중인 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 이용하여 R상 전류 합을 산출한다(S420). 즉, 제어부(140)는 R상으로 전기차를 충전중인 충전 소켓(400)들에서 측정된 전류를 합산하여 R상 전류 합을 산출한다.

제어부(140)는 S상으로 충전중인 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 이용하여 S상 전류 합을 산출한다(S440). 즉, 제어부(140)는 S상으로 전기차를 충전중인 충전 소켓(400)들에서 측정된 전류를 합산하여 S상 전류 합을 산출한다.

제어부(140)는 T상으로 충전중인 충전 소켓(400)들의 전류(및 전압)를 이용하여 T상 전류 합을 산출한다(S460). 즉, 제어부(140)는 T상으로 전기차를 충전중인 충전 소켓(400)들에서 측정된 전류를 합산하여 T상 전류 합을 산출한다.

제어부(140)는 기산출한 R상 전류 합, S상 전류 합, T상 전류 합 중에서 최소값인 상을 N번째 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정한다(S480). 즉, 제어부(140)는 상불균형 발생을 방지하기 위해서 기 산출한 상별 전류 합 중에서 최소값을 갖는 상을 N번째 충전 소켓(400)의 전력위상으로 설정한다. 이때, 제어부(140)는 N번째 충전 소켓(400)에 설정된 전력위상을 저장할 수도 있다.

제어부(140)는 기설정된 전력위상에 해당하는 상으로 N번째 충전 소켓(400)에 전력을 분배하여 전기차를 충전하도록 제어한다(S500). 즉, 제어부(140)는 설정된 전력위상을 근거로 전기차의 N번째 충전 소켓(400)에 전력을 분배하도록 분배부(130)를 제어한다. 이때, 제어부(140)는 N상과 설정된 전력위상에 해당하는 전력이 N번째 충전 소켓(400)에 분배되도록 분배부(130)를 제어한다.

상술한 바와 같이, 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법은 삼상 교류전력을 입력으로 하고 단상 교류전력을 출력으로 하도록 충전기를 구성하고, 전기차의 충전 요청시 이미 충전중인 전기들의 충전에 사용되는 각상의 전류량을 산출하고, 산출한 전류량이 최소인 상의 전류를 전기차의 충전 전력으로 선택하여 전기차를 충전함으로써, 충전기 설치비용을 최소화하고, 다수 차량의 동시 충전에 따른 전력계통의 상불균형 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 3상 전기차 교류 충전 장치 및 방법은 기존 급속충전기에서 사용하는 50kW급 삼상 교류전력을 입력으로 하고, 기존의 교류충전기와 같이 3.3kW 단상교류전력을 출력으로 하면, 충전기 1대로 총 15대의 전기차에 대해 동시충전이 가능하여, 충전 인프라 구축비용이 약 1/12∼1/15 정도로 절감되고, 이 경우에도, 배전선로의 상불균형 문제가 전기차 1대 충전하는 정도로 최소화할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

100: 교류 충전 장치 110: 감지부
120: 측정부 122: 전류측정모듈
124: 전압측정모듈 130: 분배부
132: 분배모듈 134: 제1스위치
136: 제2스위치 140: 제어부
142: 산출모듈 144: 제어모듈
150: 인식부 160: 디스플레이부
200: 삼상 수배전반 220: 단상 배선
240: 통신선 300: 구내배선
400: 충전 소켓 500: 주차공간

Claims

주차공간에 설치된 복수의 충전 소켓들 각각에 대해 전기차의 접속 여부를 감지하는 감지부;
상기 감지부에서 전기차의 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전류를 측정하는 측정부;
상기 측정부에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 상기 충전 소켓들의 상을 근거로 산출한 상별 전류 합들 중에서 최소값을 갖는 상을 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 제어부; 및
상기 전기차가 신규 접속한 충전 소켓에 상기 설정된 전력위상을 분배하는 분배부를 포함하고,
상기 분배부는,
충전 소켓으로의 전력 공급을 온오프하는 제1스위치; 및
R상, S상, T상 중에 하나의 공급을 온오프하는 제2스위치를 포함하는 복수의 분배 모듈로 구성되며,
상기 제2스위치는 상기 제어부의 제어신호를 수신하여 R상, S상, T상 중 하나를 선택하여 접점을 이동시키는 것을 특징으로 하는 3상 전기차 교류 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 감지부는,
전기차와 접속으로 감지한 충전 소켓의 번호를 접속 감지 신호와 함께 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 3상 전기차 교류 충전 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정부에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 상기 충전 소켓들의 상을 근거로 R상 전류 합, S상 전류 합, 및 T상 전류 합을 산출하는 산출모듈; 및
상기 산출한 R상 전류 합, S상 전류 합, 및 T상 전류 합 중에 최소값을 갖는 상을 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전기차 교류 충전 장치.
감지부에 의해, 주차공간에 설치된 복수의 충전 소켓들 각각에 대해 전기차의 접속 여부를 감지하는 단계;
측정부에 의해, 상기 감지하는 단계에서 전기차의 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전류를 측정하는 단계;
제어부에 의해, 상기 측정하는 단계에서 측정한 충전 소켓들의 전류 및 상기 충전 소켓들의 상을 근거로 산출한 상별 전류 합들 중에서 최소값을 갖는 상을 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 단계; 및
분배부에 의해, 상기 전기차가 신규 접속한 충전 소켓에 상기 설정된 전력위상을 분배하는 단계를 포함하고,
상기 분배부의 제1스위치에 의해, 충전 소켓으로의 전력 공급을 온오프하며, 상기 분배부의 제2스위치에 의해, R상, S상, T상 중에 하나의 공급을 온오프하고,
상기 분배부의 제2스위치에 의해, 상기 제어부에 의해 전송된 제어신호를 수신하여 R상, S상, T상 중 하나를 선택하여 접점을 이동시키는 것을 특징으로 하는 3상 전기차 교류 충전 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 감지하는 단계는,
상기 감지부에 의해, 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓을 제외한 충전 소켓들의 전기차 접속 여부를 확인하는 단계;
상기 감지부에 의해, 상기 전기차 접속 여부를 확인하는 단계에서 전기차의 접속 상태인 것으로 확인된 충전 소켓들의 위상을 확인하는 단계; 및
상기 감지부에 의해, 상기 전기차 접속 여부를 확인하는 단계에서 전기차의 접속 상태인 것으로 확인된 충전 소켓들의 전류를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전기차 교류 충전 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 전력위상으로 설정하는 단계는,
상기 제어부에 의해, R상으로 충전중인 충전 소켓들의 전류를 합산하여 R상 전류 합을 산출하는 단계;
상기 제어부에 의해, S상으로 충전중인 충전 소켓들의 전류를 합산하여 S상 전류 합을 산출하는 단계;
상기 제어부에 의해, T상으로 충전중인 충전 소켓들의 전류를 합산하여 T상 전류 합을 산출하는 단계; 및
상기 제어부에 의해, 상기 산출한 R상 전류 합, S상 전류 합, 및 T상 전류 합 중에 최소값을 갖는 상을 상기 신규 접속으로 감지한 충전 소켓의 전력위상으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 전기차 교류 충전 방법.