KR102034675B1 - 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차 충전기 사용중에 발생하는 순간 누전으로 인한 누전차단기 동작 및 복구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차 충전기의 순시 누전으로 인한 누전차단기의 OFF 작동으로 전기차 충전기의 전력공급 차단이 발생하더라도 인위적인 A/S 출동 및 서비스 요원의 조작 없이 순시 누전현상 원인 파악 후 전기차 충전기의 누전 차단기를 자동으로 복구하는 구성이다. 또한, 본 발명은 누전차단 자동복구 기능이 교류전기로 국한된 일반적인 누전차단기가 아닌 직류전기에 대한 누전차단 자동복구 기능도 가지는 누전차단기를 구비한 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 지역 전기차 충전기의 각종 데이터를 수집하는 중앙서버와 관리 데이터베이스 및 관리자 단말로 구성된 중앙 서버 시스템; 관리자 단말은 중앙서버가 유무선 통신 선로를 통해 관리자의 스마트 단말로 중앙서버의 관리정보를 송신하고 관리자의 스마트 단말로부터 제어명령을 중앙서버가 수신하여 중앙서버의 통신모듈을 통해 각 지역 충전기를 원격으로 제어하기 위한 관리자용 스마트 단말기를 포함하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치 및 방법에 관한 구성이다.
Description
본 발명은 전기차 충전기 사용중에 발생하는 순간 누전으로 인한 누전차단기 동작 및 복구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차 충전기의 순시 누전으로 인한 누전차단기의 OFF 작동으로 전기차 충전기의 전력공급 차단이 발생하더라도 인위적인 A/S 출동 및 서비스 요원의 조작 없이 순간 누전현상의 원인이 일시적 현상에 의한 것이고 지속적 누전 현상이 아니면 자동으로 복구되도록 하는 구성이다.
전기차 충전기의 A/S 출동 건 수 중 70~80%가 순간 누전에 의한 누전차단기의 OFF 작동 현상이다. 그러나 순간 누전은 낙뢰나 전력 노이즈 등 원인이 다양하고 발생빈도가 잦을 뿐만 아니라 고장원인도 매우 경미한 수준에 해당하여 이를 복구하기 위한 A/S 출동 횟수가 높아지는 만큼 서비스 요원 인건비 지출이 커지고, 누전차단기 작동시간부터 서비스 요원의 복구시간까지 소요되는 전기차 충전시스템의 서비스 정지 시간이 높아지게 되어, 결과적으로 경미한 원인에 의한 잦은 누전 차단으로 전기차 충전시스템의 효율 저하와 경제적 낭비 등이 누적되어 막대한 손실을 가져오게 된다.
이러한 전기차 충전기의 누전차단기 OFF 작동 현상 원인이 순간 누전에 의한 것인지 여부를 파악하여 순간 누전에 의한 OFF 작동의 경우 충전기 스스로 자동으로 복구시킴으로써, A/S 서비스 요원들의 출동횟수를 획기적으로 줄이고, 원격지 서비스 지역의 거리 및 시간적인 소요경비를 없애며, 서비스 요원들의 근무 시간외 출동을 대치할 수 있어 전기차 충전 서비스를 24시간 가능하게 하고 순간 누전 발생시 충전기 스스로 차단기를 자동 복구시키게 됨으로써 전기차 충전기의 A/S 출동원인 중 70~80% 이상을 차지하는 순간 누전에 의한 누전차단기 OFF 현상 복구 문제를 해결하고, 나아가 전기차 충전기의 유지보수를 용이하게 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 순간 누전 자동복구 효과가 교류전기로 국한된 일반적인 누전차단기가 아닌 교류 및 직류전기에 대한 순간 누전 자동복구 기능을 가지는 누전차단기를 구비한 전기차 충전기의 순간 누전 자동복구 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기차는 전기 구동 모터를 동력원으로 하는 자동차의 총칭으로, 자동차의 축전지로부터 전력을 공급받아 모터를 구동 시키고 있다. 전기차는 EV (electric vehicle)라고도 하는데, 지구 온난화 대책과 에너지 절약, CO2 배출량의 관점에서 전기차가 주목 받고 있으며, 국내에서의 보급이 급속히 진행되고 있다.
대기오염 개선의 일환으로 정부에서는 그린카 산업을 적극적으로 육성하고자 2010년부터 전기차 및 충전시설 보급을 환경부, 산업부 및 국토교통부 등 관련부처가 합동으로 그린카 산업 발전 전략, 전기차 개발 및 보급계획을 발표하면서 2020년까지 20만대의 전기차를 보급할 예정이다.
일반적으로 전기차는 내연 기관 엔진을 전혀 가지지 않고, 전기만으로 구동하는 전기차로 개발되었기 때문에 한번 충전으로 100㎞ 이상 수백㎞의 항속 거리를 가지고 있지만 외부 전원으로 전기차를 충전하는 충전기 인프라 계획이 필수적이며, 전기차 보급을 위해서는 우선적으로 충전시설 확보가 되어야 하므로 이에 대한 체계적인 시스템 구축이 필요하다.
이러한 전기차 충전 인프라 구축은 크게 전력공급설비, 충전기, 인터페이스 및 정보시스템으로 도 1과 같은 시스템으로 구성된다. 전력공급설비에 있어서는 전기차에 전원을 공급하기 위한 전기설비로서 전력량계로 인입구 배선, 분전반, 배선용 차단기 등이 포함되며 충전기는 전원을 단상 2선식 220V로 공급받는 완속충전기와 3상 4선식으로 380V로 공급받는 급속충전기로 구분된다.
급속 충전기는 그 특성상 매우 큰 전력을 필요로 하는데, 30 분에 80~90% 정도까지 충전 할 수 있는 급속 충전기는 50kW라는 큰 전력을 소비하기 때문에, 50kW라는 큰 전력을 문제없이 공급할 수 있는 변전 설비가 구비 되어야 하는 것이 전제조건이다.
또한 인터페이스는 충전기에서 전기차에 전기를 공급하기 위해 연결되는 커플러, 케이블 등이 포함된다. 여기서 커플러는 충전케이블과 전기차의 접속을 가능케 하는 장치로, 충전케이블에 부착된 커넥터와 전기차의 인렛(Inlet)으로 구성된다. 커넥터는 충전케이블에 부착되어 있으며, 전기차 인렛에 접속하기 위한 장치를 나타낸다. 또한 인렛은 자동차 커플러의 구성부분으로서, 전기차에 부착되어 충전케이블의 커넥터와 연결되는 부분이다.
충전기는 한국전력과 같은 전기공급자로부터 송전 받은 전기를 전기차의 배터리에 공급하는 역할을 하며, 직접 충전, 비접촉식 충전, 전지교환 방식 등이 있다. 직접 충전방식은 전기차의 충전구와 충전기를 직접 연결하여 전력을 공급하며, 전기차 내부에 장착된 배터리를 일정 수준까지 재충전하는 방식으로 충전시간에 따라 완속충전과 급속충전으로 구분하는데 완속충전은 충전기에 연결된 케이블을 통해 전기차에 교류 220V를 공급하여 전기차의 배터리를 충전하는 방식으로 차량에 장착된 약 3~7kW의 충전기가 인가된 교류 220V를 직류로 변환하여 배터리를 충전하고 배터리 용량에 따라 3~10시간 정도 소요되며 약 3~7kW 전력용량을 가진 충전기가 주로 설치된다. 급속충전은 충전기가 자동차와 제어신호를 주고받으며 직류 100~450V 또는 교류 380V를 가변적으로 공급하여 전기차의 배터리를 충전하는 방식으로 고전압, 고용량으로 충전시간이 짧고 배터리 용량에 따라 15~30분 정도 걸리며 충전기는 고용량의 전력을 공급하므로 50kW급이 주로 설치된다.
충전 정보시스템은 충전기의 위치 및 이용 상태 정보를 수집하여 전기차 이용자에게 제공하고, 충전시설의 운영 상태를 실시간 모니터링 하는 시스템인데, 공공 충전시설에 설치되는 충전기(급속)는 전기차 충전기능과 더불어 사용자 인터페이스, 충전전력량계, 사용자인식장치 및 통신단말장치를 설치하고 통신장치를 통해 환경부 전기차 충전정보시스템과 연계하여 운영되며, 중앙의 충전 정보시스템 서버와 설치된 각 로컬 충전기와의 데이터 통신을 위하여 환경부에서 정한 통신규격(Protocol)을 사용하게 된다.
충전기의 전력공급은 한국전력으로부터 수전하는 방식이 주로 적용되나, 환경적 측면에서 태양광 발전시설, 소각시설의 폐열을 이용한 발전시설 등에서 전력을 공급받는 신재생에너지 활용 방식도 있다. 신재생 에너지 발전 전력을 활용하는 경우 발전용량이 비교적 작으므로 완속충전기에 소요되는 전력의 전부 또는 일부를 충당하도록 설치할 수 있다.
한편 전기차의 충전전력은 전력부하관리, 전기차용 전력요금 적용을 받기 위해 별도의 충전용 전력을 한전으로부터 수전하여 사용하여야 하며 별도의 계량기의 설치가 필요하다. 또한 인입구 배선에 있어서는 인입선로는 지중인입과 가공인입으로 설치할 수 있으며, 충전기 설치지점의 현장 여건에 따라 설치 가능한 방식과 비용이 다르다. 분전반 설치는 전기를 안전하게 사용하기 위해 필요한 누전차단기나 배선용 차단기 설치가 필요하며, 전기회로를 쉽게 조작할 수 있도록 충전소 인근에 시설하여야 한다. 안전을 위한 누전차단기는 기계설비 및 사용자 보호를 위해 분전반 내에, 과부하 및 단락보호 겸용 누전차단기를 설치하며 배선용 차단기는 전선 및 기계 기구를 보호하기 위해 분전반 내 설치한다.
전기차와 같이 고전압 동력원을 사용하는 장치는 외부 장치로의 전원 누설을 방지해야 하는 절연 문제가 존재한다. 절연상태가 불량할 경우, 누설 전류가 발생하게 되는데 이는 배터리 방전이나 기기들의 오작동 등 전기차 시스템 체계의 고장뿐만 아니라 누전에 의한 인명피해로 이어질 수 있다. 고전압 배터리 및 충전 전원을 사용하는 전기차는 배터리 충전 시에 발생되는 누설 전류로 인해 사용자에게 치명적인 감전피해를 줄 수 있어서, 누전 검출 및 차단은 인명 및 전기차의 안전을 위해서 가장 중요한 요소가 되므로, 전기차 충전 시스템에서는 누설전류를 미연에 감지하여 사고를 예방하는 안전한 누전 차단 수단이 반드시 설치되어야 한다.
일반적으로 전기차 충전기에는 사용자 및 차량 보호를 위한 누전차단기가 장착되어 있다. 이러한 누전차단기는 주변의 전력사정이 좋지 않거나 습한 설치환경, 차량의 배터리 충전 등의 다양한 요인으로 인해 순간적인 누전현상이 발생할 때, 사용자와 차량의 안전을 확보하기 위해 자동으로 전력을 차단하는 기능을 반드시 가져야 한다.
한편, 이러한 순간 누전은 주변 환경에 의해 생기는 매우 짧은 누전으로서 여러 누전현상 중 가장 경미한 등급임에도 불구하고 이 짧은 순간의 누전 발생이 누전차단기를 OFF 작동시켜 전력공급을 차단하게 되어 전기차 충전 시스템의 서비스가 중단되므로, 누전차단기 복구 및 원인 분석을 위해 전문 인력의 출동서비스가 필요하고 출동한 서비스 요원이 OFF된 누전차단기를 수동으로 ON 시켜야만 하는 인적, 물적 손실뿐만 아니라 충전기의 가동 효율도 저하되는 문제가 발생된다.
현재 전기차 충전기의 A/S 출동 원인 중 70~80%가 경미한 등급의 순간 누전으로 인한 누전차단기 OFF 현상이다. 이러한 경미한 등급의 누전 발생으로 인해 충전기 서비스 업체는 A/S 출동을 위한 인적, 물적 낭비뿐만 아니라 충전 시스템을 사용하는 고객들에게 충전 서비스가 중단되는 불편함을 주게 되어 전기차 충전 시스템 운영자와 사용자 모두에게 시간적, 경제적 손실을 초래하게 된다.
누전차단기는 일반적으로 널리 사용되는 교류 반응형 누전차단기(이하 “B-type 누전 차단기”라 함)가 있고, 특수 목적으로 사용되는 교류 및 직류 반응형 누전차단기(이하 “A-type 누전 차단기”라 함)로 나뉘어지는데 B-type 누전 차단기는 순간누전에 대한 자동복구 기능을 갖는 누전차단기가 출시되어 이미 상용화 되고 있으나, A-type 누전 차단기는 아직 순간누전에 대한 자동복구 기능이 구현된 제품이 없다.
특히 전기차 국제 규격에는 A-type 누전 차단기를 사용하도록 강제로 규정하고 있으나, 국제 규격에 따라 A-type 누전 차단기를 갖춘 전기차 충전기에는 아직도 순간누전 자동복구 기능 없다는 문제점이 있어 이에 대한 해결이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 다양한 외부 환경 요인에 의한 경미한 누전현상으로 전기차 충전기의 누전차단기 OFF 상태가 발생할 경우 전문 인력의 출동서비스가 필요 없이 전기차 충전기에 설치된 누전차단기의 전원을 자동으로 복구시킴으로써, A/S 서비스 요원들의 출동횟수를 획기적으로 줄이고, 원격지 서비스 지역의 거리 및 시간적인 소요경비를 없애며, 서비스 요원들의 근무 시간외 출동을 대치할 수 있어 전기차 충전기를 24시간 가동하고, 실시간 감시 제어가 가능하게 되므로 자동차 충전기의 무인화를 실현 할 뿐만 아니라, 전기차 충전기의 A/S 출동원인 중 70~80%를 차지하는 순시 누전에 의한 누전차단기 OFF 현상을 발생 장소 및 시간에 따른 서비스 거리와 서비스 시간에 구애됨이 없는 신속한 복구를 제공하고, 나아가 전기차 충전기의 유지보수 무인화를 용이하게 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 순간 누전 자동복구 효과가 교류전기로 국한된 일반적인 누전차단기(B-type 누전 차단기)가 아닌 교류 및 직류전기에 대한 순간 누전 자동복구 기능을 가지는 누전차단기(A-type 누전 차단기)를 구비한 국제 전기차 규정을 충족하는 전기차 충전기의 순간 누전 자동복구 장치 및 방법의 제공을 과제로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기차 충전기의 누전차단 수단이 개시된다.
본 발명에 따른 전기차 충전 시스템의 일예로서 전기차 충전기 누전차단장치는 전원 공급부; 누전 차단용 누전차단기; 교류 누전과 직류 누전 여부를 검출하는 직류 및 교류 누전검출부; 전력량 측정부; 공급 전원 ON/OFF용 릴레이; 충전 전원 출력부(전기차); 유무선 통신모듈과 제어부를 포함하는 제어유닛; 제어유닛에 전원을 공급하는 직류전원 공급부를 포함하여 구성된다.
상기 제어유닛부는 누전검출부가 교류 및 직류 누전 여부를 검출하면 제1 누전차단기를 통해 충전 전원의 공급을 차단하도록 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어유닛의 전원은 전원 공급부를 통해 입력된 교류전원을 이용하여 별도의 직류전원으로 구동되도록 전원 변환부를 구비한다.
상기 누전검출부는 직류와 교류의 누전여부를 검출하고, 누전차단기는 교류만 차단되는 B-type 누전차단기가 아니라 직류 누전까지 차단이 가능한 A-type 누전차단기로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 예는, 전원공급부; 누전차단기; 교류 및 직류 누전검출부; 전력량 측정부; 릴레이; 충전전원 출력부; 제어유닛; 전원변환부; 지역 전기차 충전기의 각종 데이터(충전기의 위치와 상태 및 누전발생 현황 등)를 수집하는 중앙서버와 관리 데이터베이스 및 관리자 단말로 구성된 중앙 서버 시스템; 관리자 단말은 중앙서버가 유무선 통신 선로를 통해 관리자의 스마트 단말로 중앙서버의 관리정보를 송신하고 관리자의 스마트 단말로부터 제어명령을 중앙서버가 수신하여 중앙서버의 통신모듈을 통해 각 지역 충전기를 원격으로 제어하기 위한 관리자용 스마트 단말기를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 충전정보시스템이 사용하는 통신장치는 환경부나 산업부 등 관련부처가 제정한 데이터 통신규격 및 전기차 충전정보시스템의 공용 데이터 통신망과 연계되어 운영 될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 전기차 충전기의 고장원인 중 80%가 넘는 순시 누전에 의한 누전차단기의 OFF 작동 현상에 대해 잦은 A/S 출동을 해결하기 위해, 누전차단기의 OFF 작동 시 일시적으로 전원을 차단하여 누전 원인을 확인하고 위험한 등급이거나 지속적인 누전상태가 아닌 순간적인 누전현상이라면 곧바로 누전차단기를 복구하며 전기차 충전시스템을 재가동시켜 사용자들에게 충전 서비스를 신속하게 재개함으로써 장시간의 서비스 대기시간을 방지하고 충전기 서비스 업체는 A/S 출동을 위한 인적, 물적 경비를 절감할 수 있어 전기차 충전기 사용자와 운영자 모두에게 경제적으로 큰 혜택을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 전기차 충전 인프라 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 전기차 충전기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차 충전기 중앙서버시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제어부가 누전을 감지하고 누전차단기 작동을 제어하는 절차의 순서도이다.
도 2는 종래기술에 따른 전기차 충전기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차 충전기 중앙서버시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제어부가 누전을 감지하고 누전차단기 작동을 제어하는 절차의 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성을 상세히 설명한다.
본 명세서에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 전기차의 배터리를 충전하는 충전기에 있어서, 지능전력망을 포함한 각종 전력을 공급하는 전력망과 연결된 전원공급부; 상기 전원공급부를 통해 공급되는 전력이 누전되는지 여부를 검출하는 직류 및 교류 누전검출부; 상기 직류 및 교류 누전검출부와 제어부에 의해 검출된 누전여부에 따라 상기 전원공급부로부터 충전전원 출력부로 전달되는 전원을 차단하는 누전차단기; 상기 전원공급부로부터 입력된 전력량을 검출하는 전력량 검출부; 상기 전력량 검출부와 연결되고 충전 전원 출력부로 공급되는 공급전원을 개폐하는 릴레이; 상기 전원공급부로부터 입력된 교류전원을 공급하는 충전전원 출력부; 상기 직류 및 교류 누전검출부와 상기 전력량 검출부에서 측정된 전원 공급부의 전력량 측정값을 연산하고, 누전여부를 판단하며, 통신모듈과 누전차단부를 제어하는 제어부; 및 상기 제어부와 연결되는 통신모듈;을 포함하되, 상기 누전차단기는 교류뿐만 아니라 직류누전까지 차단하는(A-type) 누전차단기로 구성되고, 상기 직류 및 교류 누전검출부는 상기 전원공급부와 상기 충전전원 출력부간의 전류 변화값을 측정하여 상기 제어부로 전달하며, 상기 제어부는 상기 누전검출부가 검출한 상기 전원공급부의 직류 또는 교류의 상태 변화 값을 연산하여 누전상태를 산출하고 충전기 상태를 결정하며, 상기 누전차단기의 OFF 작동시 누전상태에 따라 자동 복구를 수행하도록 제어한다.
본 발명의 기술사상을 명확하게 설명하기 위하여 전기차의 충전을 위한 교류 및 직류전원을 공급하는 전기차 충전기에서 직류와 교류 누전 성분을 검출하기 위한 누전 검출부와 이로부터 제어신호를 발생하여 누전을 차단하는 누전차단기, 그리고 제어부와 통신모듈로 구성되어 A-type 누전차단기능을 가지는 전기차 충전기의 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 기술사상을 명확하게 설명하기 위하여 전기차의 충전을 위한 교류 및 직류전원을 공급하는 전기차 충전기에서 직류와 교류 누전 성분을 검출하기 위한 누전 검출부와 이로부터 제어신호를 발생하여 누전을 차단하는 누전차단기, 그리고 제어부와 통신모듈로 구성되어 A-type 누전차단기능을 가지는 전기차 충전기의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 종래기술에 따른 전기차 충전기의 개략적인 구성도로서, 누전 차단기(122)가 OFF 동작 할 경우 전원공급부(121)의 접점이 물리적으로 분리되어 충전기 외부(125)로 전력이 공급되는 것을 차단하고, 전력공급 재개를 위해서는 서비스 요원이 출동하여 수동으로 누전차단기(122)를 ON 상태로 복구 시켜야 한다.
이러한 충전기(12)의 누전차단기(122) OFF 작동을 수동으로 ON 시키는 번거로움을 해결하기 위해 누전차단기를 ON으로 자동 복구하는 시스템이 개발되어 있으나, 이들은 B-type 누전 차단기로서 일반적인 전기시스템의 교류 전용 누전차단기로 상용화 되고 있을 뿐, 전기차 충전기와 같이 DC 성분 누전을 차단하는 A-type 누전차단기에는 자동 복구기능이 없어 전기차 충전기의 A-type 누전차단기가 OFF 작동시에는 반드시 인위적인 수동 ON 상태 복구 조치가 필요하게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전기차 충전기(22)의 구성도로서 전원 공급부(221), 누전 차단용 누전차단기(222), 교류 누전과 직류 누전 여부를 검출하는 누전검출부(223), 전력량 측정부(224), 공급 전원 ON/OFF용 릴레이(225), 충전 전원 출력부(226, 전기차), 유무선 통신모듈(228)과 제어부(229)를 포함하는 제어유닛(230), 제어부에 전원을 공급하는 직류전원 공급부(227)를 포함하여 구성하며, AC 및 DC 성분 누전에 대해 누전차단기(225)가 OFF 작동했을 때 인위적인 수동 복구절차 없이 자동으로 복구하기 위한 구성이다.
본 발명의 상기 제어부는 누전 전류 판단 기준치를 설정하고, 상기 직류 및 교류 누전검출부로부터 전달된 상기 전원공급부의 직류 및 교류 상태변화 측정값과 상기 전력량 검출부의 측정값을 실시간으로 연산하여, 누전차단기를 OFF 또는 ON 작동시킴으로써 충전기 상태를 대기상태 또는 충전상태로 결정한다.
도3의 전원공급부(221)는 일반적으로 전기를 생산 및 공급하는 한국전력과 같은 전력 그리드 시스템과 전기를 생산 및 공급할 수 있는 수단을 모두 포함하고 본 발명과 같은 전기차 충전기(22)로 전원을 공급할 수 있는 모든 전원 공급수단들로서, 생산된 전기를 공급받아 판매하는 전력 공급 사업자, 소수력, 태양광, 풍열, 지열, 해양 에너지 등 신재생 에너지로부터 발생되는 전기를 공급하는 신재생 에너지 처리 시스템 중 적어도 하나 이상이 포함된 전력 공급처로부터 전기를 공급 받을 수 있으며, 스마트 전력시스템과 이의 관리체계를 의미하는 스마트그리드와 연결 되어 전기를 공급받을 수도 있다.
일반적으로 누전발생이 없을 경우 전원공급부(221)로부터 입력된 전류는 누전차단기(222), 직ㆍ교류 누전검출부(223), 전력량 검출부(224), 릴레이(225)를 통해 전기차(226) 쪽으로 흘러갔다가 모두 전원 공급부(227)쪽으로 다시 돌아오게 되어 있으나, 누전이 발생될 경우는 흘러간 전류 중 일부가 복귀되지 못하므로, 돌아오지 못한 전류만큼 직ㆍ교류누전검출부(223)에 측정되게 되어 누전여부를 검출하게 된다.
또한 직ㆍ교류 누전검출부(223)는 순시 누전 값을 측정하고 이를 제어부에서 산출하여 순간 누전 감시가 가능하다.
따라서 제어유닛(230)의 제어부(228)에서는 누전 전류의 기준 값을 미리 설정해 놓고, 그 이상의 수치가 발생 될 경우 누전 차단기(222)를 OFF 작동시킨다.
제어부(228)는 누전차단기(222)가 OFF된 시점부터 직ㆍ교류 누전검출부(223)를 통해 전원의 복구여부를 감시하여 기 설정된 시간 이내의 짧은 시간 동안만 누전이 발생하고 즉시 복귀될 경우 제어부는 자동으로 누전 차단기(222)를 ON 상태로 복구하여 충전기의 작동을 재가동시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시 예로서, 각 지역 충전기(22)의 충전 및 관리 상태 정보를 실시간 모니터링하고 원격으로 제어하기 위한 중앙 서버(261)와 관리 데이터베이스(265), 관리자 단말(263) 및 통신모듈(262)로 구성된 중앙 서버 시스템(26)의 구성도이다.
상기 통신 모듈과 연결된 상기 중앙 서버 시스템은 중앙서버, 통신모듈, 관리자 단말, 관리 데이터베이스를 포함하되, 상기 중앙 서버 시스템은 각 지역 충전기의 통신모듈과 충전 및 관리상태 정보를 실시간으로 송수신하여 각 충전기들의 상태를 모니터링하고 원격제어하기 위하여 관리자 단말을 통해 충전기의 충전, 운영, 결제, 위치, 상태 등 모든 관리 정보를 양방향으로 전달하고, 관리 데이터베이스에 저장하며, 전력서비스 운영자 서버와 결제 서비스 운영자 서버 및 충전기 사용자 단말과 연계되어 충전기 관리를 진행한다. 도 4의 전기차 충전기(22)의 통신모듈(229)과 중앙서버의 통신모듈(262)은 실시간으로 각 지역 충전기의 충전 및 관리 상태 데이터(위치, 상태, 누전여부 등)를 실시간으로 공유하여 중앙서버(261)가 충전기(22)의 상태를 모니터링하고, 각 충전기 관리 프로그램을 유지보수 및 갱신하는 충전기 운영관리와, 전력서비스 운영사업자(23), 결제 서비스 운영사업자(24)의 서버 및 충전기 사용자(25) 단말과 연계되어 결제 및 결제승인 정보(241)를 함께 관리하여 충전기 정보를 통합 관리 운영하는 시스템이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 전기차 충전기(22)에서 발생하는 누전차단을 포함한 모든 관리 상태는 통신모듈을 통해 중앙서버(261)로 전달되고 관리 데이터베이스(265)로 저장되며 관리자는 단말(263)을 통해 표시된 각 충전기의 상태를 실시간 모니터링 할 뿐만 아니라 관리자의 스마트 단말(264)을 통해서도 유무선 통신망을 통해 원격으로 관리가 가능하다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 제어부의 누전감지 및 누전차단기 작동 제어 절차의 순서도이다. 전기차의 배터리를 충전하는 충전기에 있어서, 지능전력망을 포함한 각종 전력을 공급하는 전력망과 연결된 전원공급부; 상기 전원공급부를 통해 공급되는 교류전력과 전기차로 공급되는 직류전력이 누전되는지 여부를 검출하는 직류 및 교류 누전검출기; 상기 직류 및 교류 누전 검출기와 제어부에 의해 검출된 누전여부에 따라 상기 전원공급부로부터 충전전원 출력부로 전달되는 전원을 차단하는 누전차단기; 상기 전원공급부로부터 입력된 전력량을 검출하는 전력량 검출부; 상기 전력량 검출부와 연결되고 충전 전원 출력부로 공급되는 공급전원을 개폐하는 릴레이; 상기 전원공급부로부터 입력된 교류전원을 공급하는 충전전원 출력부; 상기 직류 및 교류 누전검출기와 상기 전력량 검출부에서 측정된 전원 공급부의 전력 측정값을 연산하고, 누전여부를 판단하며, 통신모듈과 누전차단부를 제어하는 제어부; 상기 제어부와 연결되는 통신모듈; 및 상기 통신모듈과 연결되어 각 지역 충전기의 충전 및 관리 상태 정보를 실시간 모니터링하는 중앙서버 시스템을 더 포함하되,
상기 누전차단기는 교류뿐만 아니라 직류누전까지 차단하는(A-type) 누전차단기로 구성하고, 상기 직류 및 교류 누전검출기는 상기 전원공급부와 상기 충전전원 출력부간의 전류 변화값을 측정하여 상기 제어부로 전달하며, 상기 제어부는 상기 누전검출기가 검출한 상기 전원공급부의 직류 또는 교류의 상태 변화 값을 연산하여 누전상태를 산출하고 충전기 상태를 결정하며, 상기 제어부에는 누전차단기 자동복구를 위한 임계값(누전 량이나 전압강하량의 임계값)을 저장하고, 상기 누전차단기의 OFF 작동이 발생할 경우, 충전기 누전 상태가 누전차단기 자동복구를 위한 상기 임계값 이내일 경우 인위적 복구작업이 없이 누전차단기들이 자동으로 복구 되도록 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법을 제공한다.
상기 통신 모듈과 연결된 상기 중앙 서버 시스템은 중앙서버, 통신모듈, 관리자 단말, 관리 데이터베이스를 포함하되, 상기 중앙 서버 시스템은 각 지역 충전기의 통신모듈과 충전 및 관리상태 정보를 실시간으로 송수신하여 각 충전기들의 상태를 모니터링하고 원격제어하기 위하여 관리자 단말을 통해 충전기의 충전, 운영, 결제, 위치, 상태 등 모든 관리 정보를 양방향으로 전달하고, 관리 데이터베이스에 저장하며, 전력서비스 운영자 서버와 결제 서비스 운영자 서버 및 충전기 사용자 단말과 연계되어 충전기 관리를 진행하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법을 제공한다.
상기 누전차단기의 OFF 작동이 발생할 경우, 충전기 누전 상태가 누전차단기 자동복구를 위한 임계값 이내일 경우 인위적 복구작업이 없이 누전차단기들이 자동으로 복구 되도록 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법 을 제공한다.
상기 누전차단기는 교류뿐만 아니라 직류누전까지 차단하는(A-type) 누전차단기로 구성하고, 상기 직류 및 교류 누전검출기는 상기 전원공급부와 상기 충전전원 출력부간의 전류 변화값을 측정하여 상기 제어부로 전달하며, 상기 제어부는 상기 누전검출기가 검출한 상기 전원공급부의 직류 또는 교류의 상태 변화 값을 연산하여 누전상태를 산출하고 충전기 상태를 결정하며, 상기 제어부에는 누전차단기 자동복구를 위한 임계값(누전 량이나 전압강하량의 임계값)을 저장하고, 상기 누전차단기의 OFF 작동이 발생할 경우, 충전기 누전 상태가 누전차단기 자동복구를 위한 상기 임계값 이내일 경우 인위적 복구작업이 없이 누전차단기들이 자동으로 복구 되도록 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법을 제공한다.
상기 통신 모듈과 연결된 상기 중앙 서버 시스템은 중앙서버, 통신모듈, 관리자 단말, 관리 데이터베이스를 포함하되, 상기 중앙 서버 시스템은 각 지역 충전기의 통신모듈과 충전 및 관리상태 정보를 실시간으로 송수신하여 각 충전기들의 상태를 모니터링하고 원격제어하기 위하여 관리자 단말을 통해 충전기의 충전, 운영, 결제, 위치, 상태 등 모든 관리 정보를 양방향으로 전달하고, 관리 데이터베이스에 저장하며, 전력서비스 운영자 서버와 결제 서비스 운영자 서버 및 충전기 사용자 단말과 연계되어 충전기 관리를 진행하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법을 제공한다.
상기 누전차단기의 OFF 작동이 발생할 경우, 충전기 누전 상태가 누전차단기 자동복구를 위한 임계값 이내일 경우 인위적 복구작업이 없이 누전차단기들이 자동으로 복구 되도록 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법 을 제공한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 충전서비스가 시작되면 직ㆍ교류누전검출부(223)가 공급 전원의 누전여부를 검출한다(S31).
누전 발생 여부에 따라, 누전이 발생된 경우에는 누전 차단기를 OFF 작동시키고(S32) 발생되지 않은 경우에는 정상적으로 충전서비스를 수행한다(S37).
누전차단기가 OFF 작동된 이후 누전여부를 다시 검출하여(S33) 누전상태가 계속 되면 누전 발생을 제어부(228)가 통신모듈(229)을 통해 누전발생 정보를 알리고(S34), 누전 현상이 검출되지 않으면 공급전압이 정상인지 여부를 확인 후(S35) 누전차단기를 ON 상태로 복구하고(S36) 정상적으로 충전서비스를 수행하여(S37) 충전 절차를 완료한다(S38).
21 : 전기차 22 : 전기차 충전기
23 : 전력서비스 운영사업자
24 : 결제서비스 운영 사업자 25 : 충전기 사용고객
26 : 전기차 충전기 중앙 서버 시스템
121 : 전원공급부 122 : 누전차단기
123 : 전력량검출부 124 : 릴레이
125 : 충전 전원 출력부 126 : 직류전원 공급부
127 : 제어유닛 128 : 통신모듈
129 : 제어유닛
221 : 전원공급부 222 : 누전차단기
223 : 직ㆍ교류누전검출부 224 : 전력량검출부
225 : 릴레이 226 : 충전 전원 출력부
227 : 직류전원 공급부 228 : 제어유닛
229 : 통신모듈 230 : 제어유닛
241 : 결제승인데이터
261 : 중앙서버 262 : 통신모듈
263 : 관리자 단말 264 : 관리자 스마트 단말
265 : 관리 데이터베이스
23 : 전력서비스 운영사업자
24 : 결제서비스 운영 사업자 25 : 충전기 사용고객
26 : 전기차 충전기 중앙 서버 시스템
121 : 전원공급부 122 : 누전차단기
123 : 전력량검출부 124 : 릴레이
125 : 충전 전원 출력부 126 : 직류전원 공급부
127 : 제어유닛 128 : 통신모듈
129 : 제어유닛
221 : 전원공급부 222 : 누전차단기
223 : 직ㆍ교류누전검출부 224 : 전력량검출부
225 : 릴레이 226 : 충전 전원 출력부
227 : 직류전원 공급부 228 : 제어유닛
229 : 통신모듈 230 : 제어유닛
241 : 결제승인데이터
261 : 중앙서버 262 : 통신모듈
263 : 관리자 단말 264 : 관리자 스마트 단말
265 : 관리 데이터베이스
Claims (7)
- 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치에 있어서,
지능전력망을 포함한 각종 전력을 공급하는 전력망과 연결된 전원공급부;
상기 전원공급부를 통해 공급되는 전력이 누전되는지 여부를 검출하는 직류 및 교류 누전검출부;
상기 직류 및 교류 누전검출부와 제어부에 의해 검출된 누전여부에 따라 상기 전원공급부로부터 충전전원 출력부로 전달되는 전원을 차단하는 누전차단기;
상기 전원공급부로부터 입력된 전력량을 검출하는 전력량 검출부;
상기 전력량 검출부와 연결되고 충전 전원 출력부로 공급되는 공급전원을 개폐하는 릴레이;
상기 전원공급부로부터 입력된 교류전원을 공급하는 충전전원 출력부;
상기 직류 및 교류 누전검출부와 상기 전력량 검출부에서 측정된 전원 공급부의 전력량 측정값을 연산하고, 누전여부를 판단하며, 통신모듈과 누전차단부를 제어하는 제어부; 및
상기 제어부와 연결되는 통신모듈;
상기 통신모듈과 연결되어 각 지역 충전기의 충전 및 관리 상태 정보를 실시간 모니터링하는 중앙서버 시스템;을 포함하되,
상기 누전차단기는 교류뿐만 아니라 직류누전까지 차단하는(A-type) 누전차단기로 구성되고,
상기 직류 및 교류 누전검출부는 상기 전원공급부와 상기 충전전원 출력부간의 전류 변화값을 측정하여 상기 제어부로 전달하고, 상기 제어부는 상기 누전검출부가 검출한 상기 전원공급부의 직류 또는 교류의 상태 변화 값을 연산하여 누전상태를 산출하고 충전기 상태를 결정하며, 누전 전류 판단 기준치를 설정하고, 상기 직류 및 교류 누전검출부로부터 전달된 상기 전원공급부의 직류 및 교류 상태변화 측정값과 상기 전력량 검출부의 측정값을 실시간으로 연산하여, 누전차단기를 OFF 또는 ON 작동시킴으로써 상기 누전차단기의 OFF 작동시 누전상태에 따라 자동 복구를 수행하도록 제어하며,
상기 중앙 서버 시스템은 각 지역 충전기의 통신모듈과 충전 및 관리상태 정보를 실시간으로 송수신하여 각 충전기들의 상태를 모니터링하고 원격제어하기 위하여 관리자 단말을 통해 충전기의 충전, 운영, 결제, 위치, 상태 등 모든 관리 정보를 양방향으로 전달하고, 관리 데이터베이스에 저장하며, 전력서비스 운영자 서버와 결제 서비스 운영자 서버 및 충전기 사용자 단말과 연계되어 충전기 관리를 진행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치
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- 지능전력망을 포함한 각종 전력을 공급하는 전력망과 연결된 전원공급부; 상기 전원공급부를 통해 공급되는 교류전력과 전기차로 공급되는 직류전력이 누전되는지 여부를 검출하는 직류 및 교류 누전검출부; 상기 직류 및 교류 누전검출부와 제어부에 의해 검출된 누전여부에 따라 상기 전원공급부로부터 충전전원 출력부로 전달되는 전원을 차단하되 교류뿐만 아니라 직류누전까지 차단하는(A-type) 누전차단기; 상기 전원공급부로부터 입력된 전력량을 검출하는 전력량 검출부; 상기 전력량 검출부와 연결되고 충전 전원 출력부로 공급되는 공급전원을 개폐하는 릴레이; 상기 전원공급부로부터 입력된 교류전원을 공급하는 충전전원 출력부; 상기 직류 및 교류 누전검출부와 상기 전력량 검출부에서 측정된 전원 공급부의 전력 측정값을 연산하고, 누전여부를 판단하며, 통신모듈과 누전차단부를 제어하는 제어부; 상기 제어부와 연결되는 통신모듈; 상기 통신모듈과 연결되어 각 지역 충전기의 충전 및 관리 상태 정보를 실시간 모니터링하는 중앙서버 시스템;을 포함하여 구성되는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 장치를 이용하여 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법에 있어서,
상기 직류 및 교류 누전검출부는 상기 전원공급부와 상기 충전전원 출력부간의 전류 변화값을 측정하여 상기 제어부로 전달하고, 상기 제어부는 상기 누전검출부가 검출한 상기 전원공급부의 직류 또는 교류의 상태 변화 값을 연산하여 누전상태를 산출하고 충전기 상태를 결정하며,
상기 제어부에는 누전차단기 자동복구를 위한 임계값(누전 량이나 전압강하량의 임계값)을 저장하고,
상기 누전차단기의 OFF 작동이 발생할 경우, 충전기 누전 상태가 누전차단기 자동복구를 위한 상기 임계값 이내일 경우 인위적 복구작업이 없이 누전차단기들이 자동으로 복구 되도록 하고,
상기 통신 모듈과 연결된 상기 중앙 서버 시스템은 각 지역 충전기의 통신모듈과 충전 및 관리상태 정보를 실시간으로 송수신하여 각 충전기들의 상태를 모니터링하고 원격제어하기 위하여 관리자 단말을 통해 충전기의 충전, 운영, 결제, 위치, 상태 등 모든 관리 정보를 양방향으로 전달하고, 관리 데이터베이스에 저장하며, 전력서비스 운영자 서버와 결제 서비스 운영자 서버 및 충전기 사용자 단말과 연계되어 충전기 관리를 진행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기의 누전차단기 자동복구 방법. - 삭제
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