KR101973782B1 - 분산형 충전기의 전력 분배 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전력부; 및 상기 전력부와 2 배선되어 상기 전력부에서 인가되는 DC 전원을 상이한 크기의 전압으로 변환하여 상이한 전압전원을 가진 전기 자동차를 충전시키는 충전부;를 포함하여, 다수의 DC 릴레이와 버스바의 개수를 줄임으로써 하드웨어의 구조를 간단하게 하여 부피를 줄이고 비용을 절감시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

Description

분산형 충전기의 전력 분배 시스템{POWER DIVIDING SYSTEM FOR DISTRIBUTED CHARGER}

본 발명은 분산형 충전기의 효율적인 전력 분배 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전력부와 충전부 구성을 기존의 전력모듈을 분리하여 DC Link를 공유하게 함으로써, 충전을 멈추지 않고 효율적인 전력분배를 하기 위해서는 충전부에서 전력량을 직접 조절하여 끊김 없이 충전이 되도록 하고 다수의 DC 릴레이와 버스바를 줄임으로써 하드웨어의 구조를 간단하게 하여 부피를 줄이고 비용을 절감시켜 줄 수 있는 분산형 충전기의 전력 분배 시스템에 관한 것이다.

최근 친환경 에너지 사용이 급증함에 따라 전기자동차의 보급이 확대되고 있는데, 이와 함께 전기 자동차를 충전시키기 위한 전기 자동차용 충전기의 보급도 확대되고 있다.

한편, 1대의 전기 자동차용 충전기에 1대의 차량에만 국한되어 있어 전용 주차구역이 필요한 기존 충전기의 단점을 해결하고자 1:N 방식의 충전시스템이 개발되고 있다.

전력부와 충전부의 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 운용에 용이하도록 개발되고 있다.

하지만, 현재 상용중인 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 구성되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 분산형 충전기 전력 분배 시스템은 전력부(100) 및 복수의 충전부(200)로 구성된다.

특히, 상기 전력부(100)는 복수의 충전모듈(110), 복수의 DC 릴레이(120), 복수의 버스바(130)를 포함하여 대용량의 전력을 분배하여 상기 충전부(200)로 전달한다.

보다 구체적으로, 상기 충전모듈(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 AC/DC 컨버터(111)와 DC/DC 컨버터(112)를 모두 포함하고, 각 충전모듈(110)이 임의의 사용자가 원하는 전력량만큼 출력하기 위해서는 다수의 상기 DC 릴레이(120)와 버스바(130)와 연결되어 전력 분배를 하게 된다.

상술한 바와 같은 구성의 종래 분산형 충전기 전력 분배 시스템은 다수의 충전모듈(110)이 구성된 충전부(200)를 사용할 경우 첫 번째 사용자가 전력부(100)의 최대용량의 전력량으로 충전 중에 두 번째 사용자가 충전을 시도할 경우 충전용량을 반으로 줄이기 위해 충전모듈(110)을 멈춘 다음 DC 릴레이(120)를 조합하여 다시 충전을 시도해야 하는 번거로운 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1864197호(2018. 05. 29)

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 전력부와 충전부 구성을 기존의 전력모듈을 분리하여 DC Link를 공유하게 함으로써, 충전을 멈추지 않고 효율적인 전력분배를 하기 위해서는 충전부에서 전력량을 직접 조절하여 끊김 없이 충전이 되도록 하고 다수의 DC 릴레이와 버스바를 줄임으로써 하드웨어의 구조를 간단하게 하여 부피를 줄이고 비용을 절감시켜 줄 수 있는 분산형 충전기의 전력 분배 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전력부; 및 상기 전력부와 2 배선되어 상기 전력부에서 인가되는 DC 전원을 상이한 크기의 전압으로 변환하여 상이한 전압전원을 가진 전기 자동차를 충전시키는 충전부;를 포함하고, 상기 전력부는 상기 3상의 교류전원을 공급하는 교류 전원부; 상기 교류 전원부와 연결되어 입력되는 3상의 AC전원을 DC전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터; 및 상기 AC/DC 컨버터에 의해 AC전원이 변환된 (+)양극과 (-)음극 DC전원을 각각 인가받는 제1 버스바와 제2 버스바로 구성된 버스바;를 포함하며, 상기 충전부는 상기 버스바에서 전달되는 고전압의 직류전원을 인가받아 상이한 크기의 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터; 및 제어알고리즘을 통해 상기 AC/DC 컨버터의 용량을 초과하지 않도록 제어하고, 상이한 크기의 전압이 출력될 수 있도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부; 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 충전부에서 전력량을 직접 조절하여 끊김 없이 충전이 되도록 하여 충전을 멈추지 않고 효율적인 전력분배를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 다수의 DC 릴레이와 버스바의 개수를 줄임으로써 하드웨어의 구조를 간단하게 하여 부피를 줄이고 비용을 절감시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 충전용량의 변화에 따른 효율적인 제어가 가능하고, 릴레이와 버스바의 수량을 줄여 설비 비용을 줄일 수 있으며, 구조가 간단하여 전력부와 충전부를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 분산형 충전기 전력 분배 시스템의 구조를 도시한 도면,
도 2는 종래 분산형 충전기 전력 분배 시스템에서 충전모듈을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 분산형 충전기 전력 분배 시스템의 구조를 도시한 도면, 및
도 4는 본 발명에 따른 분산형 충전기 전력 분배 시스템의 블록도 이다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템에 대해 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 전력부(300) 및 충전부(400)를 포함한다.

상기 전력부(300)는 교류 전원부(310), AC/DC 컨버터(320), 및 버스바(330)를 포함한다.

상기 교류 전원부(310)는 3상의 교류 전원을 인가한다.

상기 AC/DC 컨버터(320)는 내부에 PFC(Power Factor Correction)회로가 탑재되어 상기 교류 전원부(310)에서 인가된 AC전원을 DC전원으로 변환시킨다.

상기 AC/DC 컨버터(320)는 종래 충전모듈(110)에 DC/DC 컨버터(112)와 함께 탑재되어 있어지만, 본 발명에서는 DC/DC 컨버터(410)과 분리되어 구성된다.

일반적인 스위칭 컨버터를 사용하는 Power Supply의 경우, 교류 입력 전원을 1차 회로의 직류 전원으로 정류시키는 정류회로가 필요한데, 이때 상기 정류 회로에 수시 정전대응이나 입력 전원의 리플을 감소시켜 스위칭 소자에 부담을 줄이기 위해 커패시턴스 값이 큰 평활 콘덴서를 사용한다.

그러나 상기 콘덴서의 커패시턴스 값이 커질수록 순간 충전량이 커지게 되어 1차 직류 전원에 과량의 피크 전류가 불연속적으로 유입되게 된다.

상기 피크 전류는 전압을 왜곡하고 전류의 고조파 성분을 일으키며 역률도 떨어뜨리게 되는데, 상기 PFC(Power Factor Correction)회로는 일반 정류기와 달리 상술한 고조파 성분을 제거하여 고역률을 위한 3상 역률을 보상한다.

상기 버스바(330)는 제1 버스바(331) 및 제2 버스바(332)로 구성되어 상기 AC/DC 컨버터(320)에서 3상의 교류전원이 변환된 직류전원의 '+'전원과 '-'전원을 인가받아 복수의 상기 충전부(400)로 인가한다.

상기 충전부(400)는 상기 전력부(300)에서 분리되어 복수개가 상기 제1 버스바(331) 및 상기 제2 버스바(332)와 배선된 두 개의 케이블로 연결되어 있다.

상기 충전부(400)는 내부에 DC/DC 컨버터(410)가 포함되어 상기 버스바(320)에서 전달되는 고전압의 직류전원을 인가받아 전압이 상이한 다양한 종류의 전기자동차에 충전을 가능하게 한다.

상기 DC/DC 컨버터(410)는 상기 AC/DC 컨버터(320)에서 입력되는 고전압을 다양한 크기의 DC전압으로 변환하여 다양한 종류의 전기 자동차에 충전을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 분산형 충전기의 전력 분배 시스템은 충전모듈에 포함된 AC/DC 컨버터(320)와 DC/DC 컨버터(410)를 분리하여 구성함으로써 다수의 충전모듈과 다수의 출력단을 연결해 주는 복잡한 하드웨어의 구성을 간소화하였다.

상기 전력부(300)는 대용량 AC/DC 컨버터(320)가 구성되면 다수의 종래 충전모듈(110)의 AC 전원 케이블이 간소화가 되고 출력의 DC Link를 통해 충전부의 입력을 공유한다.

상술한 바와 같이 상기 충전부(400)는 DC/DC 컨버터(410)를 구성하여 DC Link의 전원을 입력받아 각 전기 자동차 배터리를 충전하게 된다.

이는 충전용량의 변화를 상기 DC/DC 컨버터(410)의 출력 제어를 통해 변경하여 끊김 없는 출력이 가능하고 비용 면에서나 하드웨어 부피 면에서 좋은 조건을 갖추게 도움이 된다.

상기 충전부(400)의 DC/DC 컨버터(410)의 용량은 최대 용량의 출력이 가능하도록 상기 전력부(300)의 AC/DC 컨버터(320) 용량과 같아야 하고, 충전용량 이상을 넘어가지 않도록 각 충전부(400)의 출력을 제어알고리즘을 통해 제한을 두어야 한다.

즉, 상기 충전부(400)는 제어부(420)를 포함하는데, 상기 제어부(420)는 제어알고리즘을 통해 상기 DC/DC 컨버터(410)를 제어하여 상기 AC/DC 컨버터(320)의 용량을 초과하지 않도록 제어하고, 특히 상이한 전압의 전력이 출력될 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제어부(420)는 상기 충전부(400)에 구비된 표시장치 또는 스피커 장치를 통해 최대로 가용할 수 있는 충전용량을 사용자에게 미리 알려주고, 변경된 충전용량을 기사용자에게 통보한다. 이는 충전용량에 따른 충전시간과 밀접한 연관을 갖게 된다.

결론적으로, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 AC/DC 컨버터(320)와 DC/DC 컨버터(410) 구성을 분리하여 전력부(300)와 충전부(400)가 DC Link 전원을 통해 공유한다.

상기 AC/DC(PFC) 컨버터(320)는 전압제어를 통해 DC Link 전압을 만들고, 각각의 상기 DC/DC 컨버터(410)를 통해 사용자가 원하는 충전용량으로 전류제어를 하게 된다. 그리고 상기 DC/DC 컨버터(410)를 통해 충전부의 최대용량을 제어하여 균등하게 전류가 분배되거나 사용자가 원하는 전류용량을 제어하게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100, 300 : 전력부
110 : 충전모듈
120 : DC 릴레이
310 : 교류 전원부
111, 320 : AC/DC 컨버터
130, 330 : 버스바
331 : 제1 버스바
332 : 제2 버스바
200, 400 : 충전부
112, 410 : DC/DC 컨버터
420 : 제어부

Claims (4)

1. 삭제
2. 교류전원을 직류전원으로 변환하는 전력부(300); 및
   상기 전력부(300)와 DC-Link 전원을 공유하고 2 배선되어 상기 전력부(300)에서 인가되는 DC 전원을 상이한 크기의 전압으로 변환하여 상이한 전압전원을 가진 전기 자동차를 충전시키는 충전부(400);를 포함하되,
   상기 전력부(300)는
   3상의 상기 교류전원을 공급하는 교류 전원부(310);
   상기 교류 전원부(310)와 연결되어 입력되는 3상의 AC전원을 DC전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(320); 및
   상기 AC/DC 컨버터(320)에 의해 AC전원이 변환된 (+)양극과 (-)음극 DC전원을 각각 인가받는 제1 버스바(331)와 제2 버스바(332)로 구성된 버스바(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 충전기의 전력 분배 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 충전부(400)는
   상기 버스바(330)에서 전달되는 고전압의 직류전원을 인가받아 상이한 크기의 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터(410); 및
   제어알고리즘을 통해 상기 AC/DC 컨버터(320)의 용량을 초과하지 않도록 제어하고, 상이한 크기의 전압이 출력될 수 있도록 상기 DC/DC 컨버터(410)를 제어하는 제어부(420); 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 충전기의 전력 분배 시스템.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 AC/DC 컨버터(320)는 고조파 성분을 제거하여 고역률을 위한 3상 역률을 보상하는 PFC(Power Factor Correction)회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산형 충전기의 전력 분배 시스템.

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