KR101972778B1

KR101972778B1 - Ess 모듈이 구비된 충전 장치

Info

Publication number: KR101972778B1
Application number: KR1020170093586A
Authority: KR
Inventors: 김성두
Original assignee: 김성두
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2019-04-26
Also published as: KR20190011076A

Abstract

본 발명의 충전 장치는 교류 전력을 전기차에 직접 입력되는 충전 전력으로 변환하는 전력 모듈; 상기 전기차에 연결되는 전력 라인이 마련되고 상기 전력 모듈에 연결된 키오스크; 상기 전력 모듈에 연결되고, 상기 전기차로 제공되는 예비 전력이 저장되는 ESS(Energy Storage System) 모듈; 상기 전력 모듈을 제어하는 제어 모듈;을 포함하고, 상기 예비 전력은 상기 전력 모듈에 의해 상기 충전 전력으로 변환되어 상기 전기차로 제공되며, 상기 제어 모듈은 상기 교류 전력 또는 상기 예비 전력을 선택적으로 상기 전기차에 제공할 수 있다.

Description

ESS 모듈이 구비된 충전 장치{CHARGING APPARATUS FOR VEHICLES}

본 발명은 전기로 움직이는 전기차를 충전하는 충전 장치에 관한 것이다.

전기차(EV : Electronic Vehicle)에는 EV 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 주유기에 해당하는 충전기 등에 대한 구성, ESS의 적용 등을 제시하지 못하고 있다.

한국등록특허공보 제0275147호

본 발명은 ESS(Energy Storage System)가 적용된 전기차의 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 교류 전력을 충전 전력으로 변환하는 전력 모듈과 전기차에 연결되는 전력 라인이 마련된 키오스크가 서로 분리된 분리형 구조를 취하고 있다.

전기차에 대면되는 키오스크는 전력을 변환하는 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 발명의 충전 장치는 예비 전력이 저장되는 ESS 모듈을 포함하므로, 상용 전원에 이상이 발생한 경우에도 정상적으로 전기차를 충전할 수 있다. 또한, 별도의 전기 에너지(신재생 에너지)를 생산하는 에너지 모듈이 추가된 경우, ESS 모듈을 통해 신재생 에너지의 공급이 가능하다. 따라서, 전력 공급자의 부담을 줄일 수 있는 한편, 전기 요금을 지불하고 전력 공급자로부터 전력을 받아 전기차로 공급하는 충전 장치의 사업자에게도 이익을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 충전 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 변환부를 나타낸 블록도이다.
도 3은 비교 실시예의 전기차 충전기를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 충전 장치를 나타낸 블록도이다.

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 개략도이고, 도 2는 본 발명의 변환부를 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시된 충전 장치는 전력 모듈(110), 키오스크(130), ESS 모듈(210), 제어 모듈(150)을 포함할 수 있다.

전력 모듈(110)은 전기차(90)에 직접 입력되는 충전 전력을 제공할 수 있다. 전력 모듈은 전력 공급자로부터 제공된 상용 전력에 해당하는 교류 전력을 전기차에 직접 입력되는 충전 전력으로 변환할 수 있다.

키오스크(130)에는 전기차에 연결되는 전력 라인(190)이 마련될 수 있다. 키오스크(130)는 전력 모듈(110)에 전기적으로 연결될 수 있으며 복수로 마련될 수 있다.

ESS(Energy Storage System) 모듈(210)은 전기차로 제공되는 예비 전력이 저장될 수 있다. ESS 모듈(210)은 전력 모듈에 연결될 수 있다.

ESS 모듈(210)에 저장된 예비 전력은 전력 모듈에 의해 충전 전력으로 변환된 후 키오스크를 통해 전기차로 제공될 수 있다.

제어 모듈(150)은 전력 모듈(110) 또는 ESS 모듈(210)을 제어할 수 있다. 제어 모듈(150)은 교류 전력 또는 예비 전력을 선택적으로 전기차(90)에 제공할 수 있다.

제어 모듈(150)은 전력 모듈(110)에 마련될 수 있으며, 각 키오스크(130)에 충전 전력을 순차적으로 분배할 수 있다.

전력 모듈은 교류 전력을 1차 직류 전력으로 변환하는 제1 변환부(112), 1차 직류 전력을 충전 전력으로 변환하는 제2 변환부(114)를 포함할 수 있다.

일 예로, 제1 변환부(112)는 AD/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 제1 변환부(112)로부터 출력되는 1차 직류 전력을 제1 전압의 크기를 가질 수 있다.

제2 변환부(114)는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 1차 직류 전력의 제1 전압은 전기차에서 요구하는 제2 전압과 다를 수 있다. 1차 직류 전력은 제2 변환부에 의해 제2 전압의 크기를 갖는 2차 직류 전력에 해당하는 충전 전력으로 변환될 수 있다.

ESS 모듈에는 예비 전력으로서 1차 직류 전력이 저장될 수 있다. ESS 모듈은 제어 모듈의 제어에 의해 제2 변환부로 예비 전력에 해당하는 기저장된 1차 직류 전력을 제공할 수 있다.

일 예로, 제어 모듈은 전기 요금이 싼 시간대의 교류 전력을 이용해서 ESS 모듈에 마련된 배터리(미도시)를 충전할 수 있다. 그리고, 전기 요금이 비싼 시간대, 소위 피크 타임(peak time)에 ESS 모듈에 저장된 예비 전력으로 차량을 충전할 수 있다. 제어 모듈은 피크 타임에 상용 전력을 대신해서 예비 전력을 이용해서 전기차가 충전되도록 충전 모듈 또는 ESS 모듈을 제어할 수 있다. 이에 따르면, 전력 공급자의 부담이 줄어들 수 있으며, 충전 장치 사업자의 전기 요금 부담이 경감될 수 있다.

한편, ESS 모듈에는 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 모듈에는 예비 전력으로서 에너지 모듈로부터 생산된 신재생 에너지가 저장될 수 있다. ESS 모듈에 저장된 신재생 에너지의 전압값 또는 전류값은 전기차에서 요구하는 것과 다를 수 있다. 기저장된 신재생 에너지가 정상적으로 전기차에 공급될 수 있도록, ESS 모듈은 제어 모듈의 제어에 의해 제2 변환부로 기저장된 신재생 에너지를 제공할 수 있다.

복수의 전기차를 동시에 충전하기 위해 설정 개수의 전기차마다 할당된 키오스크가 전력 모듈에 복수로 연결될 수 있다. 충전 전력을 제공할 키오스크가 복수인 경우, 제공 가능한 충전 전력이 부족한 경우가 발생할 수 있다. 또한, ESS 모듈의 예비 전력을 전기차에 공급하는 정책이 수립될 필요가 있다.

전력, 모듈, 복수의 키오스크, ESS 모듈이 사업 정책에 맞춰 정상적으로 동작되도록, 제어 모듈은 전력 모듈과 ESS 모듈을 적절하게 제어할 수 있다.

일 예로, 제어 모듈은 전력 모듈을 제1 전력 모드, 제2 전력 모드, 제3 전력 모드 중 하나로 제어할 수 있다.

제1 전력 모드는 전력 공급자로부터 공급된 교류 전력을 전기차로만 제공하는 제어 모드일 수 있다.

제2 전력 모드는 교류 전력을 전기차와 ESS 모듈에 함께 제공하는 제어 모드일 수 있다.

제3 전력 모드는 전력 모듈로 입력되는 교류 전력을 차단하는 제어 모드일 수 있다.

제어 모듈은 ESS 모듈은 제1 ESS 모드, 제2 ESS 모드 중 하나로 제어할 수 있다.

제1 ESS 모드는 예비 전력을 전기차로 제공하는 제어 모드일 수 있다.

제2 ESS 모드는 전기차에 대한 예비 전력의 공급을 차단하는 제어 모드일 수 있다.

전력 모듈과 ESS 모듈이 정상적으로 동작하도록, 제어 모듈은 제1 전력 모드 또는 제3 전력 모드에서만 제1 ESS 모드를 적용할 수 있다.

일 예로, 제어 모듈은 복수의 키오스크에서 필요한 총 충전 전력이 기설정된 허용값 미만이면, 제3 전력 모드와 제1 ESS 모드를 적용할 수 있다. 이 경우, 교류 전력은 전기차로 제공되지 않고, ESS 모듈에 저장된 예비 전력만 전기차로 제공될 수 있다.

제어 모듈은 복수의 키오스크에서 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 전기차의 충전에 사용될 수 있다. 따라서, 허용값 이상의 총 충전 전력을 만족할 수 있고, 복수의 키오스크에 연결된 복수의 전기차가 동시에 충전될 수 있다.

상용 전력에 해당하는 교류 전력의 전기 요금은 시간대별로 다를 수 있다.

제어 모듈은 복수의 시간대 중 전기 요금이 설정 요금보다 낮은 시간대에만 제2 전력 모드를 적용할 수 있다. 이에 따르며, 설정 요금보다 낮은 시간대에 전력 모듈에서 변환된 1차 직류 전력만이 ESS 모듈에 저장되고, 다른 시간대의 1차 직류 전력은 ESS 모듈에 저장되지 않게 된다. 반면, 다른 시간대에는 ESS 모듈에 기저장된 1차 직류 전력이 전기차로 공급될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상용 전원이 오프(off)된 상태에서도 ESS 모듈의 예비 전력을 이용해서 전기차가 충전될 수 있다. 일반적으로 전기차의 배터리는 24kWh이다. 이때, ESS 모듈은 10kW급 정도로만 구성되면, 전기차의 배터리를 일정량 충전할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외형적으로 전력 모듈(110)과 키오스크(130)가 서로 분리된 상태로 형성될 수 있다. 이때, 하나의 전력 모듈(110)에는 복수의 키오스크(130) 또는 복수의 ESS 모듈(210)이 연결될 수 있다. 본 발명에 따르면, 교류 전력뿐만 아니라 에너지 모듈(230)에서 생산된 신재생 에너지가 함께 전기차에 제공될 수 있다. 따라서, 복수의 전기차를 동시에 충전할 수 있는 환경이 마련될 수 있다. 이때, 제어 모듈(150)은 복수의 키오스크(130)에 제공되는 충전 전력을 순차적으로 분배할 수 있다.

ESS 모듈(210)과 에너지 모듈(230)의 추가, 제어 모듈(150)의 순차 제어 방식에 따르면, 전력 모듈(110)에 연결되는 키오스크(130)가 추가되더라도 별다른 무리없이 제어가 가능한 장점이 있다. 따라서, 각 키오스크(130)는 사용자가 원하는 위치에 용이하게 추가될 수 있다.

일 예로, 복수의 키오스크(130)는 복수의 전기차가 주차할 수 있는 공간에 각 전기차의 주차 위치에 맞춰 서로 이격 배치될 수 있다. 이때, 제어 모듈(150)에 의해 어느 하나의 키오스크(130)에 전력 모듈(110)의 충전 전력이 제공되면, 나머지 키오스크(130)에는 충전 전력이 미제공될 수 있다. 이때, 보다 많은 개수의 키오스크(130)가 요구되면 빈 자리에 키오스크(130)를 추가하고 전기적으로 전력 모듈(110)에 연결시키면 충분하다.

충전 전력을 순차적으로 분배하는 제어 모듈(150)은 복수의 키오스크(130)에 전기차가 각각 연결된 상태에서 선택된 하나의 제1 키오스크(130)에만 충전 전력을 제공할 수 있다. 제어 모듈(150)은 제1 키오스크(130)에 연결된 제1 전기차의 충전이 완료되면 나머지 키오스크(130) 중 선택된 하나의 제2 키오스크(130)에만 충전 전력을 제공할 수 있다. 이에 따르면, 일시점에서 하나의 키오스크(130)로만 충전 전력이 제공될 수 있다.

따라서, 제1 전기차의 충전이 진행되는 중에 제2 전기차가 제2 키오스크(130)에 연결되더라도, 제2 전기차와 제2 키오스크(130)의 연결은 제1 전기차의 충전에 어떠한 영향도 미치지 않게 된다. 따라서, 제1 전기차는 예정된 시간에 충전이 완료될 수 있으므로, 제1 전기차 사용자의 만족도가 개선될 수 있다.

제2 전기차는 제1 전기차를 충전 중인 제1 키오스크(130)의 자리가 빌 때까지 기다릴 필요없이 제2 키오스크(130)가 마련된 다른 자리에 주차될 수 있다. 이후, 제2 키오스크(130)의 전력 라인(190)이 제2 전기차에 연결된 상태이면, 제어 모듈(150)이 알아서 제1 전기차의 충전 완료 후에 제2 전기차의 충전이 진행될 수 있다. 따라서, 제2 전기차 사용자는 제2 전기차의 충전을 기다릴 필요없이 다른 볼일을 보러 가도 무방하므로, 제2 전기차 사용자의 만족도 역시 개선될 수 있다.

복수의 사용자를 모두 만족시키기 위해 키오스크(130)의 개수는 많을수록 유리하다. 가장 이상적인 예는 주차장 내의 모든 주차 자리에 각각 키오스크(130)가 설치되는 것일 수 있다.

일 예로, 100대의 전기차가 주차할 수 있는 주차장의 경우, 100대의 키오스크(130)가 각 주차 자리마다 마련되는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 전기차에 직접 입력되는 충전 전력이 전력 모듈(110)로부터 제공될 수 있다. 일 예로, 전력 모듈(110)에는 상용 전원으로부터 제공받은 교류 전력 또는 ESS 모듈(210)로부터 제공받은 예비 전력을 전기차에서 요구하는 직류 전력으로 변환하는 변환부(111)가 마련될 수 있다. 변환부(111)에는 제1 변환부(112) 및 제2 변환부(114)가 마련될 수 있다.

변환부(111)로부터 출력된 직류 전력은 곧바로 전기차로 입력되는 충전 전력에 해당할 수 있다.

변환부(111)가 전력 모듈(110)에 마련되므로, 키오스크(130)에는 전기차에 연결되는 전력 라인(190), 충전 전력을 중계하는 수단 정도만 구비되면 충분하다. 따라서, 본 발명의 키오스크(130)는 낮은 생산비를 이용해서 소형으로 제작 가능하다. 저가의 소형의 키오스크(130)는 각 주차 자리마다 용이하게 설비될 수 있다.

비교 실시예로서, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 변환기(50)가 본 발명의 키오스크(130)에 해당하는 충전대(30)에 마련된 경우를 가정한다.

도 3은 비교 실시예의 전기차 충전기를 나타낸 개략도이다.

충전대(30)에는 교류 전력을 전기차에서 요구하는 직류 전력으로 변환하는 변환기(50)가 마련되므로, 충전대(30)는 외부 전원에 직접 연결될 수 있다.

변환기(50)의 설치로 인해 충전대(30)의 부피와 무게, 생산 원가가 증가하고, 외부 전원에서 허용하는 부하로 인해 외부 전력을 무한대로 사용할 수 없으므로 충전대(30)의 설치 개수는 소수로 제한될 수밖에 없다.

제한된 개수로 설치된 하나의 충전대(30)를 이용하기 위해 복수의 전기차는 순서대로 줄을 설 수밖에 없다. 이때, 대기 중인 전기차의 사용자는 앞 전기차가 언제 빠질지 모르므로 항상 전기차 내부에 대기해야 하는 불편함을 감수해야 한다. 이에 따르면, 사용자는 전기차 충전에 대한 어려움을 호소하게 되고 자연스럽게 전기차의 보급이 제한될 수밖에 없다. 그러나, 본 발명에 따르면, 주차장의 주차 대수만큼 용이하게 키오스크(130)가 설치될 수 있으므로, 충전에 별다른 어려움이 없다.

다시 도 1로 돌아가서, 본 발명에 따르면 복수의 전기차가 줄을 서지 않고 각자 주차 자리에 주차하면 충전을 수행할 수 있는 환경이 마련될 수 있다. 이때, 어떤 전기차부터 충전을 수행할지 결정할 필요가 있다.

일 예로, 키오스크(130)에 연결된 순서에 따라 충전이 이루어질 수 있다.

키오스크(130)는 전력 라인(190)에 전기차가 연결된 시각 정보를 제어 모듈(150)로 전달할 수 있다.

제어 모듈(150)은 복수의 키오스크(130)로부터 입수된 시각 정보를 취합할 수 있다. 제어 모듈(150)은 가장 빠른 시각 정보를 제공한 선순위 키오스크(130)로 충전 전력을 제공할 수 있다. 제어 모듈(150)은 선순위 키오스크(130)의 전력 라인(190)이 전기차로부터 분리되면 선순위 키오스크(130) 다음으로 빠른 시각 정보를 제공한 차순위 키오스크(130)로 충전 전력을 제공할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 복수의 전기차 중 가장 먼저 키오스크(130)의 전력 라인(190)에 연결된 전기차부터 충전이 시작되고, 해당 전기차의 충전이 완료되면 그 다음으로 빨리 전력 라인(190)에 연결된 전기차가 충전될 수 있다.

키오스크(130)와 전력 모듈(110)은 서로 이격될 수 있다. 서로 이격된 키오스크(130)와 전력 모듈(110)을 연결하기 위해 본 발명의 충전 장치에는 공급 라인(180)이 마련될 수 있다.

공급 라인(180)은 키오스크(130)와 전력 모듈(110)을 전기적으로 연결할 수 있다.

공급 라인(180)에 의해 복수의 키오스크(130)는 전력 모듈(110)로부터 이격된 위치에 전기차가 각각 주차할 수 있는 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 키오스크(130)와 전력 모듈(110) 간의 전기적 연결 여부는 키오스크(130), 공급 라인(180), 전력 모듈(110) 중 전력 모듈(110)에서 결정될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 충전이 진행 중인 전기차에 전기적으로 연결된 키오스크(130) 및 공급 라인(180)으로만 전력이 공급되고, 나머지 키오스크(130) 및 나머지 공급 라인(180)에는 전력이 전혀 공급되지 않는 상태가 유지될 수 있다. 따라서, 나머지 키오스크(130) 및 공급 라인(180)에서 소모되는 대기 전력을 원천적으로 차단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 충전 장치를 나타낸 블록도이다.

키오스크(130)와 전력 모듈(110)을 전기적으로 연결하는 공급 라인(180)은 키오스크(130)의 개수에 맞춰 전력 모듈(110)에 병렬로 연결될 수 있다.

전력 모듈(110)에는 변환부(111), 릴레이부(113)가 마련될 수 있다.

변환부(111)는 상용 전원으로부터 공급된 교류 전력을 전기차에서 요구하는 충전 전력으로 변환할 수 있다. 전기차를 단시간에 충전시키는 급속 충전을 달성하기 위해 대전류가 요구되며, 대전류를 제공하기 위해 복수의 변환부(111)가 병렬로 연결될 수 있다. 변환부(111)의 동작 상태는 제어 모듈(150)에 의해 감시될 수 있다.

변환부(111)에는 상용 전원에 해당하는 교류 전력을 1차 직류 전력으로 변환하는 제1 변환부(112), 1차 직류 전력을 충전 전력으로 변환하는 제2 변환부(114)가 마련될 수 있다.

ESS 모듈(210)은 제어 모듈의 제어에 따라 제1 변환부(112)로부터 출력된 1차 직류 전력을 저장하거나, 기저장된 예비 전력을 제2 변환부(114)로 제공할 수 있다. 제2 변환부(114)로 제공된 예비 전력은 제2 변환부(114)에 의해 충전 전력으로 변환된 후 키오스크로 제공될 수 있다.

변환부(111)와 상용 전원 사이에는 RCD(Residual current device)(116)가 마련될 수 있다. RCD는 AC 부하에 사용하여, 상용 전원과 전력 모듈(110)을 연결하는 제1 소스 라인(170)과 NEUTRAL 사이의 잔류 전류가 검지되면 제1 소스 라인(170)을 차단하는 보호시스템일 수 있다.

릴레이부(113)는 공급 라인(180)과 변환부(111)의 사이에 개재되고 제어 모듈(150)에 의해 제어될 수 있다. 릴레이부(113)에는 각 공급 라인(180)과 변환부(111) 사이에 개재되는 릴레이가 공급 라인(180)의 개수에 맞춰 마련될 수 있다.

릴레이(relay)는 전압, 전류, 전력, 주파수 등의 전기 신호를 비롯하여 온도, 빛 등 여러 가지 입력 신호에 따라서 전기 회로를 열거나 닫거나 하는 구실을 하는 기기이다. 입력 신호를 회로의 개폐로 변환하는 경우에 이용하는 물리 현상에 따라서 전자 계전기와 같은 접점 계전기와, 반도체 계전기(트랜지스터 릴레이, SCR릴레이)와 같은 무접점 계전기로 대별되며, 또 기능이나 구조에 따라서 원형 계전기, 평형 계전기, 리드 스위치, 와이어 스프링 릴레이 등으로 분류된다.

복수의 릴레이 중 제어 모듈(150)에 의해 선택된 제1 릴레이만 변환부(111)에 전기적으로 연결되게 온(on)될 수 있다. 이때, 나머지 릴레이는 변환부(111)에 전기적으로 단절되게 오프(off)될 수 있다. 변환부(111)로부터 출력된 직류 전력은 키오스크(130)를 통해 제1 릴레이에 전기적으로 연결된 제1 전기차로 제공될 수 있다. 나머지 릴레이에 전기적으로 연결된 전기차는 제1 전기차의 충전이 완료될 때까지 나머지 릴레이의 오프(off)에 의해 변환부(111)와의 전기적 연결이 단절될 수 있다.

제어 모듈(150)과 각 릴레이는 제어 라인(70)에 의해 연결될 수 있다. 제어 모듈(150)은 제어 라인(70)을 통해 각 릴레이롤 제어 신호를 전달할 수 있다.

제어 모듈(150)의 동작을 위해 전력 모듈(110)에는 MCCB(117) 및 SMPS(118)가 마련될 수 있다.

MCCB(Mold Case Current Breaker)는 배선용 차단기로 NFB(No Fuse Breaker)라고도 하며, 과전류, 단락 전류를 차단할 수 있는 장치이다.

MCCB는 개폐기구, 트립장치 등을 절연물 용기내에 일체로 조립한 것으로 통전상태의 전로를 수동 또는 전기 조작에 의해 개폐할 수 있으며, 과부하 및 단로 등의 이상 상태시 자동적으로 전류를 차단하는 기구를 말함. 배선용차단기는 교류 600V 이하, 또는 직류 250V 이하의 저압 옥내전로의 보호에 사용되는 mold case 차단기를 말하며 일반으로 NFB의 명칭으로 부르기도 한다. 소형이며 조작이 안전하고 퓨우즈를 끼우는 등의 수고가 없기 때문에 종래의 나이프 스위치와 퓨우즈를 결합한 것에 대신하여 널리 사용되고 있다. 트립장치에는 열동형(바이메탈이 차단기를 흐르는 전류에 의하여 가열되어 만곡되므로 트립동작을 하는 것), 코일에 전류를 통하여 과전류에 의하여 철편을 흡인하여 동작하는 것, 양자를 결합한 열동전자식 및 전자식 등이 있다. 트립 특성은 정격전류의 100%를 연속통전하여도 트립동작하지 않고 정격전류의 125%, 200%의 전류에 대한 동작시간이 별도로 정해져 있다.

SMPS(switched mode power supply)는 전원 공급 장치로, 스위칭 트랜지스터 등을 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위치 제어 방식을 사용한다.

반도체 스위치 소자의 온오프(on-off) 시간 비율을 제어하여 출력을 안정화시킨 직류 안정화 전원 장치로, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하여 대부분의 전자기기 및 장비 등에 널리 사용된다.

전원의 품질에 따라 전자회로 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많다. 일반적으로 배터리 및 상용 AC 전원으로부터 안정적 전원을 변환하여 공급하는 방식에는 크게 선형 제어(series regulator) 방식과 스위치 모드(switched mode) 방식이 있다. TV 수상기나 CRT 모니터 등에 사용되는 선형제어 방식은 주위 회로가 간단하고 가격이 저렴하지만, 열 발생이 많고 전원 효율이 낮으며 부피가 크다는 단점이 있다. 반면, 스위칭 모드 방식은 가격이 비싸고 회로가 복잡하며 고주파 스위칭에 의한 출력 노이즈와 전자파 발생이 많다는 단점이 있지만, 열 발생이 거의 없고 전력 효율이 높으며 부피가 작다는 장점을 가진다.

제어 모듈(150)의 동작을 위해 직류 전력이 요구된다. SMPS는 외부 전원으로부터 공급되는 220V 등의 교류 전력을 직류로 변환해서 제어 모듈(150)로 제공할 수 있다. 변환부(111)로 입력되는 외부 전력은 380V 교류 전력일 수 있으며, SMPS는 변환부(111)로 제공되는 외부 전력과 구별되는 다른 외부 전력(220V 교류 전력 제공)에 제2 소스 라인(80)을 통해 연결될 수 있다. SMPS와 제2 소스 라인(80)의 사이에는 MCCB가 개재될 수 있다.

키오스크(130)에는 전력 모듈(110)로부터 공급된 충전 전력의 이상을 감시하는 CT(Current Transformer, 계기용 변류기)(133), PT(Potential Transformer, 계기용 변압기)(131) 중 적어도 하나가 마련될 수 있다. 키오스크(130)로 제공된 충전 전력은 키오스크(130)에서 별도로 가공되지 않고 전력 라인(190)을 통해 직접 전기차로 전달될 수 있다. 따라서, 오프(off)된 릴레이에 연결된 공급 라인(180) 및 키오스크(130)는 충전 전력을 대기 전력의 소모 조차 없이 미소비할 수 있다.

고전압에 해당하는 충전 전력을 직접 전압계로 측정하는 것은 위험하기도 하고 전압계의 절연으로 보아 대단히 비경제적이다. 때문에 보통 2차측을 100V로 한 변압기를 사용한다. 이 용도에 사용하는 변압기를 PT라고 한다.

CT는 PT와 유사하게 고전류에 해당하는 충전 전력의 전류를 경제적으로 측정하기 위한 것이다.

CT와 PT가 배제되면 전력 라인(190)과 공급 라인(180)은 직결될 수 있다.

키오스크(130)에는 사용자가 눈으로 확인할 수 있는 충전 상태를 표시하는 디스플레이(미도시)가 마련될 수 있다. 또한, 키오스크(130)에는 디스플레이를 제어하고, 충전 전력을 감시하기 위해 제어기(135)가 마련될 수 있다.

제어기(135)의 구동 전력을 제공하기 위해 키오스크(130)에는 MCCB(137) 및 SMPS(138)가 마련될 수 있다. 키오스크(130)의 MCCB(137) 및 SMPS(138)은 전력 모듈(110)의 MCCB(117)와 SMPS(118)과 유사한 기능을 수행하며, 제어기(135)로 직류 전력을 제공하고 이상 전력을 차단할 수 있다. 키오스크(130)의 MCCB(137)에는 제2 소스 라인(80)이 연결될 수 있다.

복수의 키오스크(130)를 관리하기 위해 마스터(140)가 마련될 수 있다. 마스터(140)는 관리실 등에 마련된 단말기로 각 키오스크(130)에 마련된 제어기(135)와 통신하며 각 키오스크(130)를 모니터링할 수 있다. 마스터(140)에는 각 제어기(135)와 통신하며 키오스크(130)를 모니터링하는 감시부, 감시부로 전력을 제공하는 MCCB(147) 및 SMPS(148)가 마련될 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.

30...충전대 50...변환기
70...제어 라인 80...제2 소스 라인
90...전기차 110...전력 모듈
111...변환부 112...제1 변환부
113...릴레이부 114...제2 변환부
116...RCD 117, 137, 147...MCCB
118, 138, 148...SMPS 130...키오스크
131...PT 133...CT
135...제어기 140...마스터
150...제어 모듈 170...제1 소스 라인
180...공급 라인 190...전력 라인
210...ESS 모듈 230...에너지 모듈

Claims

교류 전력을 전기차에 직접 입력되는 충전 전력으로 변환하는 전력 모듈;
상기 전기차에 연결되는 전력 라인이 마련되고 상기 전력 모듈에 연결된 키오스크;
상기 전력 모듈에 연결되고, 상기 전기차로 제공되는 예비 전력이 저장되는 ESS(Energy Storage System) 모듈;
상기 전력 모듈을 제어하는 제어 모듈;을 포함하고,
상기 예비 전력은 상기 전력 모듈에 의해 상기 충전 전력으로 변환되어 상기 전기차로 제공되며,
상기 제어 모듈은 상기 교류 전력 또는 상기 예비 전력을 선택적으로 상기 전기차에 제공하고,
상기 전력 모듈은 상기 교류 전력을 1차 직류 전력으로 변환하는 제1 변환부, 상기 1차 직류 전력을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2 변환부를 포함하고,
상기 제2 변환부는 상기 제1 변환부와 상기 전기차 사이에 직렬로 연결되며,
상기 ESS 모듈에는 상기 1차 직류 전력이 저장되며,
상기 ESS 모듈은 상기 제어 모듈의 제어에 의해 상기 제2 변환부로 기저장된 상기 1차 직류 전력을 제공하고,
상기 1차 직류 전력의 제1 전압은 상기 전기차에서 요구하는 제2 전압과 다르고, 상기 1차 직류 전력은 상기 제2 변환부에 의해 상기 제2 전압의 크기를 갖는 2차 직류 전력에 해당하는 상기 충전 전력으로 변환되며,
상기 제어 모듈에 의해 상기 교류 전력이 상기 전기차로 공급되면, 상기 교류 전력은 상기 제1 변환부 및 상기 제2 변환부를 순서대로 거쳐 상기 충전 전력으로 변환된 상태에서 상기 전기차에 공급되며,
상기 제어 모듈에 의해 상기 교류 전력이 상기 ESS 모듈에 공급되면, 상기 교류 전력은 상기 제1 변환부를 거쳐 상기 1차 직류 전력으로 변환되고, 상기 교류 전력은 상기 1차 직류 전력으로 변환된 상태에서 상기 ESS 모듈에 저장되는 충전 장치.
삭제
제1항에 있어서,
신재생 에너지를 생산하는 에너지 모듈;을 포함하고,
상기 ESS 모듈에는 상기 에너지 모듈로부터 생산된 신재생 에너지가 저장되며,
상기 ESS 모듈은 상기 제어 모듈의 제어에 의해 상기 제2 변환부로 기저장된 상기 신재생 에너지를 제공하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
복수의 전기차를 동시에 충전하기 위해 설정 개수의 상기 전기차마다 할당된 상기 키오스크가 상기 전력 모듈에 복수로 연결되고,
상기 제어 모듈은 상기 교류 전력을 상기 전기차로만 제공하는 제1 전력 모드, 상기 교류 전력을 전기차와 상기 ESS 모듈에 함께 제공하는 제2 전력 모드, 상기 전력 모듈로 입력되는 상기 교류 전력을 차단하는 제3 전력 모드 중 하나로 상기 전력 모듈을 제어하며,
상기 제어 모듈은 상기 예비 전력을 상기 전기차로 제공하는 제1 ESS 모드, 상기 전기차에 대한 상기 예비 전력의 공급을 차단하는 제2 ESS 모드 중 하나로 상기 ESS 모듈을 제어하는 충전 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 모듈은 복수의 상기 키오스크에서 필요한 총 충전 전력이 허용값 미만이면, 상기 제3 전력 모드와 상기 제1 ESS 모드를 적용하고,
상기 제어 모듈은 복수의 상기 키오스크에서 필요한 총 충전 전력이 허용값 이상이면, 상기 제1 전력 모드와 상기 제1 ESS 모드를 함께 적용하는 충전 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 모듈은 상기 제1 전력 모드 또는 상기 제3 전력 모드에서만 상기 제1 ESS 모드를 적용하고, 상기 제2 전력 모드에서는 상기 제2 ESS 모드를 적용하는 충전 장치.
제4항에 있어서,
상기 교류 전력의 전기 요금은 시간대별로 다르고,
상기 제어 모듈은 복수의 시간대 중 상기 전기 요금이 설정 요금보다 낮은 시간대에만 상기 제2 전력 모드를 적용하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 키오스크와 상기 전력 모듈을 전기적으로 연결하는 공급 라인이 상기 키오스크의 개수에 맞춰 상기 전력 모듈에 병렬로 연결되고,
상기 전력 모듈에는 상기 교류 전력을 상기 충전 전력으로 변환하는 변환부, 상기 공급 라인과 상기 변환부의 사이에 개재되고 상기 제어 모듈에 의해 제어되는 릴레이부가 마련되며,
상기 릴레이부에는 상기 각 공급 라인과 상기 변환부 사이에 개재되는 릴레이가 상기 공급 라인의 개수에 맞춰 마련되고,
복수의 상기 릴레이 중 상기 제어 모듈에 의해 선택된 제1 릴레이만 상기 변환부에 전기적으로 연결되게 온(on)되고, 나머지 릴레이는 상기 변환부에 전기적으로 단절되게 오프(off)되며,
상기 변환부로부터 출력된 상기 충전 전력은 상기 키오스크를 통해 상기 제1 릴레이에 전기적으로 연결된 제1 전기차로 제공되며,
상기 나머지 릴레이에 전기적으로 연결된 전기차는 상기 제1 전기차의 충전이 완료될 때까지 상기 나머지 릴레이의 오프(off)에 의해 상기 변환부와의 전기적 연결이 단절되고,
상기 변환부에는 상기 교류 전력을 1차 직류 전력으로 변환하는 상기 제1 변환부, 상기 1차 직류 전력을 상기 충전 전력으로 변환하는 상기 제2 변환부가 마련되며,
상기 ESS 모듈은 상기 제어 모듈의 제어에 따라 상기 제1 변환부로부터 출력된 상기 1차 직류 전력을 저장하거나, 기저장된 상기 예비 전력을 상기 제2 변환부로 제공하는 충전 장치.
제8항에 있어서,
상기 키오스크에는 상기 전력 모듈로부터 공급된 상기 충전 전력의 이상을 감시하는 CT(Current Transformer), PT(Potential Transformer) 중 적어도 하나가 마련되며,
오프(off)된 릴레이에 연결된 공급 라인 및 키오스크는 상기 충전 전력을 미소비하는 충전 장치.