KR102057146B1

KR102057146B1 - 지능형 충전소를 이용한 충전 방법

Info

Publication number: KR102057146B1
Application number: KR1020190118633A
Authority: KR
Inventors: 감민준; 임준혁
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2019-12-18

Abstract

본 발명은 지능형 충전소를 이용한 충전 방법에 관한 것으로, 저속과 고속뿐만 아니라 초전도 케이블을 이용한 초고속 충전이 가능한 전기차 충전소에서 전기차를 충전시킬 경우, 충전시간과 충전비용뿐만 아니라 충전소의 초고속 충전 사용가능 상황까지 고려하여 간헐적인 초고속 충전을 통해 전기차를 충전시킬 수 있도록 한다.

Description

지능형 충전소를 이용한 충전 방법{INTELLIGENT CHARGING METHOD USING INTELLIGENT CHARGING STATION FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 지능형 충전소를 이용한 충전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저속과 고속뿐만 아니라 초전도 케이블을 이용한 초고속 충전이 가능한 전기차 충전소에서 전기차를 충전시킬 경우, 충전시간과 충전비용뿐만 아니라 충전소의 초고속 충전 사용가능 상황까지 고려하여 간헐적인 초고속 충전을 통해 전기차를 충전시킬 수 있도록 하는, 지능형 충전소를 이용한 충전 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기차는 전기차 충전소에서 고속(또는 급속)과 저속(또는 완속) 중 어느 한 가지 방식으로 충전시킬 수 있다.

예컨대 전기차의 완전 방전된 배터리를 80%까지 충전시킨다고 가정할 경우, 50kW 공급용량의 고속충전기는 약 30분이 소요되고, 3~7kW 공급용량의 저속 충전기는 약 4~5시간이 소요된다.

따라서 현재의 고속충전기를 이용한 고속 충전 시간(예 : 30분)보다 더 빠른 시간(예 : 3분, 15분 등)에 충전할 수 있는 초고속 충전 방식이 요구되고 있다.

또한 초고속 충전이 가능한 복수의 초고속 충전기를 충전소에 구비한다고 가정하더라도, 초고속 충전기 한 대가 사용하는 전력이 이미 고속 충전기 한 대가 사용하는 전력의 수십 배로 많기 때문에 초고속 충전기의 설치 대수를 증가시키는 데에 한계가 있다.

예컨대 전기차 충전소에 450kW 공급용량의 초고속 충전기가 20대 구비되어 있다고 가정할 경우, 상기 초고속 충전기 20대를 동시에 구동하여 충전 시 9MW의 전력이 일시에 필요하며, 이는 수천 세대의 아파트 단지에서 한 달 사용하는 전력량과 비슷한 수준이다. 따라서 충전소에 이러한 전력량을 한꺼번에 공급할 수 있는 전력 공급 시설을 구비하는 것에 어려움(예 : 과도한 시설투자 비용이 발생하는 문제점)이 있다.

이에 따라 전기차 충전소에서 동시에 구동할 수 있는 초고속 충전기의 대수는 제한적일 수밖에 없다. 예컨대 전기차 충전소에 20대의 초고속 충전기를 설치한다고 가정하더라도 동시에 구동할 수 있는 초고속 충전기는 2~3대 정도로 제한적일 수밖에 없다. 이는 충전소에 설치할 수 있는 초고속 충전기의 대수에 비례하는 전력 공급 시설을 구비할 수 없기 때문이다.

따라서 초고속 충전기의 대수에 비해 더 많은 충전 대기 차량이 발생하게 되며, 후순위 차량일수록 충전 대기시간이 증가하는 문제점이 있으며, 결과적으로 초고속 충전기를 이용한 전기차의 순수 충전시간이 비록 짧다고 하더라도 여기(즉, 순수 충전시간)에 충전 대기시간까지 합산되어 총 충전시간(즉 순수 충전시간 + 충전 대기시간)은 훨씬 증가되는 문제점이 있다.

이에 따라 충전소에서의 충 충전시간(즉 순수 충전시간 + 충전 대기시간)을 감소시킬 수 있는 방법이 필요한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1874479호(2018.06.28. 등록, 전기차 충전 시스템)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 저속과 고속뿐만 아니라 초전도 케이블을 이용한 초고속 충전이 가능한 전기차 충전소에서 전기차를 충전시킬 경우, 충전시간과 충전비용뿐만 아니라 충전소의 초고속 충전 사용가능 상황까지 고려하여 간헐적인 초고속 충전을 통해 전기차를 충전시킬 수 있도록 하는, 지능형 충전소를 이용한 충전 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 지능형 충전소를 이용한 충전 방법은, 전기차 충전을 위한 복수의 충전기를 포함하며, 상기 복수의 충전기들 중 적어도 일부는 초전도 케이블을 이용하여 충전 전력을 공급하는 초고속 충전모드를 지원하며, 상기 충전기들을 각기 제어하는 충전기 제어부, 및 상기 충전기들의 충전기 제어부와 통신하여 상기 충전기들의 충전 스케쥴링을 결정하고 상기 충전 스케쥴링에 따른 충전기들의 충전모드에 따라 충전 전력의 공급을 제어하는 충전스케쥴러를 포함하는 지능형 충전소를 이용한 충전방법에 있어서, 상기 충전기 제어부가 충전기의 사용자 인터페이스부를 통해 사용자의 충전요구 정보를 입력받는 단계; 및 상기 충전스케쥴러가 상기 충전기들의 충전모드별 충전 스케쥴링에 따라 해당하는 충전 전력을 공급하는 단계;를 포함하며, 상기 충전요구 정보는 충전모드, 충전비용 또는 결제정보, 충전시간, 및 충전전력 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함하며, 상기 초고속 충전모드에서 상기 충전스케쥴러는 상기 충전기 제어부와 협조하여 초고속 충전을 위하여 액체질소 공급을 제어하여 간헐적으로 초전도 케이블의 초전도 상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 충전기 제어부가 충전기의 사용자 인터페이스부를 통해 사용자의 충전요구 정보를 입력받는 단계에서, 상기 충전기 제어부는, 상기 사용자로부터 입력 받은 충전요구 정보에 의해 상기 전기차의 목표 충전전력 및 목표 충전시간을 검출하거나 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 충전스케쥴러가 상기 충전기들의 충전모드별 충전 스케쥴링에 따라 해당하는 충전 전력을 공급하는 단계는, 상기 충전스케쥴러가 상기 사용자의 충전요구 정보를 바탕으로 초고속 충전 대기순위에 진입 가능한지 체크하는 단계; 초고속 충전 대기순위에 진입 가능한 경우, 상기 충전기 제어부가 상기 충전스케쥴러와 협조하여 초고속 충전 가능 시간대를 산출하는 단계; 상기 충전기 제어부가 목표 충전전력을, 충전모드별 충전시간으로 환산하는 단계; 상기 충전기 제어부가 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 상기 목표 충전시간에 대응하는 충전 프로파일을 생성하는 단계; 상기 충전기 제어부가 상기 충전 프로파일에 조합된 충전모드별 충전시간 중 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 산출하는 단계; 상기 충전 프로파일에 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 있는 경우, 상기 충전기 제어부가 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은지 체크하는 단계; 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은 경우, 상기 충전기 제어부가 상기 초고속 충전 대기 순위에 자신의 충전기를 등록하는 단계; 및 상기 충전기 제어부가 자신의 충전기에 연결된 전기차를 상기 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 충전 프로파일에서 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 없는 경우, 상기 충전기 제어부가, 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여, 목표 충전전력을 충전하기 위한 충전모드별 충전시간을 환산하고, 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 맞는 새로운 충전 프로파일을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 목표 충전시간 중 초고속 충전 대기순위에 진입 가능하지 않을 경우, 상기 충전기 제어부가, 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여, 목표 충전전력을 충전하기 위한 충전모드별 충전시간을 환산하고, 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 맞는 새로운 충전 프로파일을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여, 상기 목표 충전시간에 맞는 새로운 충전 프로파일을 생성하면, 상기 충전기 제어부가, 상기 생성한 새로운 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능한지 체크하고, 상기 체크 결과, 상기 생성한 새로운 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능한 경우, 상기 충전기 제어부가 자신의 충전기에 연결된 전기차를 상기 생성된 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여 생성한 새로운 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여 생성한 새로운 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능하지 않은 경우, 상기 충전기 제어부가, 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 불가함을 표시하고, 또한 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 필요한 새로운 목표 충전시간을 산출하여 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되면, 상기 충전기 제어부가, 상기 새로운 목표 충전시간으로 충전 프로파일을 변경하고, 상기 변경한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 자신의 충전기에 연결된 전기차의 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되지 않으면, 상기 충전기 제어부가, 자신의 충전기에 연결된 전기차를 운전자가 최초에 지정한 충전 목표시간에 따라 생성된 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드를 이용하여 생성한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은지 체크한 결과, 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 큰 경우, 상기 충전기 제어부가, 상기 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 불가함을 표시하고, 또한 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 상기 초고속 충전 가능 시간대로 한정하여, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 필요한 새로운 목표 충전시간을 산출하여 표시하고, 운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되면, 상기 새로운 목표 충전시간으로 충전 프로파일을 변경하고, 상기 변경한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 자신의 충전기에 연결된 전기차의 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되지 않으면, 상기 충전기 제어부가, 자신의 충전기에 연결된 전기차를 운전자가 최초에 지정한 충전 목표시간에 따라 생성된, 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 상기 초고속 충전 가능 시간대로 한정하여 자동으로 생성한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 저속과 고속뿐만 아니라 초전도 케이블을 이용한 초고속 충전이 가능한 전기차 충전소에서 전기차를 충전시킬 경우, 충전시간과 충전비용뿐만 아니라 충전소의 초고속 충전 사용가능 상황까지 고려하여 간헐적인 초고속 충전을 통해 전기차를 충전시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치의 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치의 설치 구조도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도체의 임계온도 변천과정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 케이블의 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 방법의 순서도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 충전용 전력 케이블 냉각 장치의 블럭 구성도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 충전용 전력 케이블 냉각 장치의 설치 구조도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 충전용 냉각 방법의 순서도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 충전기가 구비된 전기차 충전소를 예시적으로 보인 예시도.
도 10은 상기 도 9에 있어서, 충전스케쥴러를 이용해 충전소 내의 복수의 충전기의 충전 스케쥴을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 지능형 초고속 충전 방법을 설명하기 위하여 보인 흐름도.
도 12는 상기 도 11에 있어서, 초고속 충전 대기순위에 따른 전기차 충전 프로파일을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 요구되는 충전시간에 따른 최적의 충전기 종류별 운영시간을 도출하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전을 위한 사용전력의 피크 지속시간을 최소화하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 지능형 초고속 충전 방법을 설명하기 위하여 보인 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지능형 충전소를 이용한 충전 방법의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치의 설치 구조도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도체의 임계온도 변천과정을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치는, 저장탱크(10), 온도센서(20), 액체질소 순환부(30), 배전 스테이션(40), 제어부(50), 초전도 케이블(60) 및 초고속 충전기(70)을 포함한다.

상기 저장탱크(10)는 극저온 상태의 액체질소를 저장한다.

상기 저장탱크(10)는 극저온 상태의 액체질소를 저장하고, 저장된 액체질소는 액체질소 순환부(30)의 순환기(31)에 전달된다.

상기 배전 스테이션(40)은 전기차(Electric Vehicle : EV)를 충전시키는 초고속 충전기(70)과 초전도 케이블(60)을 통해 연결되어 전기차 초고속 충전을 위한 전력을 초고속 충전기(70)에 공급한다. 상기 배전 스테이션(40)은 충전소 인근 또는 직상 지표면에 설치될 수 있다.

통상적으로, 높은 용량의 전기차 충전기 사용을 위해서 고용량의 전력을 공급할 수 있는 케이블이 필요하다. 이때 굵은 케이블은 무거운 무게와 비싼 가격, 전선 경과지 선정 문제로 설치가 쉽지 않고 이는 충전소의 접근성 문제로 귀결된다. 이에 초고속 충전기(70)는 기존 배전 스테이션(40)의 위치와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 초고속 충전기(70)가 배전 스테이션(40) 인근 또는 직상 지표면에 설치된 경우, 고용량 출력 전력을 조달하고, 충전소 간선용 공급 케이블 절감효과까지 얻는다. 더불어 기존 배전 스테이션의 위치가 번화가(부하중심점)이기 때문에 충전소의 우수한 접근성까지 얻을 수 있다.

상기 액체질소는 극저온 상태로 냉각되어 초전도 케이블(60)에 주입 및 회수된다. 여기서, 배전 스테이션(40)으로부터 초고속 충전기(70) 간에 전력을 공급하는 전력 케이블 또는 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV)에 전력을 공급하는 충전 케이블에 상기한 초전도 케이블(60)이 채용될 수 있다.

상기 초전도 케이블(60)은 초고속 충전기(70)에 의한 충전시마다 액체질소가 간헐적으로 주입되어 초전도 상태로 유지된다. 이에 따라, 배전 스테이션(40)으로부터 초고속 충전기(70)에 전력이 공급되거나, 또는 상기 초고속 충전기(70)에서 전기차(Electric Vehicle : EV)에 전력이 공급되는 과정에서 발생되는 열이 제거되어 충전 효율이 향상될 수 있다.

예컨대 대당 450kW의 용량을 가진 초고속 충전기(70)가 20대가 구축된 충전소를 운영하더라도 필요한 공급 용량은 9MW이므로, 229kV의 전압으로 충전소 공급이 가능하다. 이에 154kV 또는 229kV으로 송전이 가능하고, 액체헬륨을 사용하는 저온초전도 전력케이블보다 구조가 단순한 간헐적 고온 초전도 케이블(60)이 사용될 수 있다. 이를 통해 전기차(EV)에 연결되는 전력 케이블의 굵기를 크게 감소시킬 수 있다.

상기 초전도 케이블(60)은 -196℃ 정도의 극저온에서 이상적으로 전기 저항이 사라지는 초전도 현상을 이용한다.

도 4에서 초전도 케이블(60) 내부의 초전도체(62)는 초전도 현상을 유지하기 위해 극저온 상태로 유지되는 액체질소를 냉매로 사용한다.

상기 초전도체(62)는 초전도 케이블(60) 내부에 구비되며, 배전 스테이션(40)으로부터 상기 초고속 충전기(70)에 전력을 공급하거나 상기 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV)에 전력을 공급한다. 상기 초전도체(62)는 상기 초전도 케이블(60) 내부에 복수 개가 형성될 수 있으며 각각은 차폐부(63)를 통해 분리될 수 있다.

도 3을 참조하면, 액체질소를 이용한 초전도체(62)는 액체헬륨을 사용한 것보다 더 높은 온도에서 초전도 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 충전소 운영에 비용절감 효과를 얻을 수 있도록 한다.

한편, 케이블 지지부(61), 초전도체(62) 및 냉매관(34)은 1개의 가닥으로 설치되고, 전체적으로 초전도 케이블(60) 내 3개의 가닥으로 형성될 수 있다. 이에, 상기한 진공부(35)는 3개의 가닥 외부에 형성될 수 있다. 이러한 구조에서, 냉매관(34)은 차폐부(63) 외주면에 배치될 수 있다.

이때 상기 초전도 케이블(60) 내 초전도체(62) 및 케이블 지지부(61)의 구조 등은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 4에서, 상기 케이블 지지부(61)는 초전도 케이블(60)의 형상을 유지한다.

상기 케이블 지지부(61)로는 구리가 채용될 수 있다.

상기 액체질소 순환부(30)는 배전 스테이션(40)으로부터 상기 초고속 충전기(70)로 전력을 공급하는 초전도 케이블(60), 또는 상기 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV)에 전력을 공급하는 상기 초전도 케이블(60) 내부에 극저온의 액체질소를 순환시켜 상기 초전도 케이블(60)이 초전도 상태를 유지할 수 있도록 한다.

상기 액체질소 순환부(30)는 순환기(31), 순환관(32), 밸브부(33), 냉매관(34) 및 진공부(35)를 포함한다.

상기 순환기(31)는 액체질소 순환 조건이 만족되어 상기 제어부(50)로부터 액체질소 주입을 위한 제어명령이 입력되면, 상기 순환관(32)을 통해 상기 냉매관(34)에 액체질소를 주입한다. 이후 충전이 완료되면 상기 제어부(50)의 제어신호에 따라, 상기 순환기(31)는 상기 냉매관(34)의 액체질소를 상기 순환관(32)을 통해 회수하여 상기 저장탱크(10)에 저장한다.

상기 순환관(32)은 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 초전도 케이블(60)에 각각 연결되어 액체질소를 순환시킨다. 상기 각 순환관(32)은 일측이 상기 순환기(31)에 연결되고 타측이 상기 냉매관(34) 각각에 일대일 대응되게 연결된다. 여기서, 상기 순환관(32)은 배전 스테이션(40)과 초고속 충전기(70) 사이에 연결되는 초전도 케이블(60), 또는 상기 초고속 충전기(70)로부터 인출되어 전기차(EV)에 연결되는 초전도 케이블(60)에 각각 연결될 수 있다.

상기 순환관(32)은 상기 순환기(31)로부터 냉매관(34)에 액체질소를 공급하기 위한 주입관(미도시) 및 상기 냉매관(34)의 액체질소를 순환기(31)로 회수하기 위한 회수관(미도시)을 포함한다.

한편 주입관(미도시)은 순환기(31)로부터 공급된 액체질소를 냉매관(34)에 주입하기 위한 유로를 형성하고, 회수관(미도시)은 냉매관(34)의 액체질소를 순환기(31)로 회수하는 유로를 형성한다.

상기 냉매관(34)은 초전도 케이블(60) 내부에 초전도 케이블(60)의 길이 방향으로 배치되며, 초전도 케이블(60) 내 초전도체(62)를 통한 충전시 초전도 케이블(60)에서 발생된 열을 흡수하여 초전도 케이블(60)을 초전도 상태로 유지한다.

또한 상기 냉매관(34)은 초전도 케이블(60) 내부에 초전도 케이블(60)의 길이 방향으로 배치됨으로써 초전도 케이블(60)에 대한 냉각이 이루어질 수 있도록 한다.

또한 상기 냉매관(34)은 초전도 케이블(60) 내 전력을 공급하는 초전도체(62)의 외주면 전체를 감싸는 구조로 형성되거나, 코일 형태로 초전도체(62)의 외주면에 일부가 접촉되는 구조로 형성될 수 있다. 냉매관(34)의 형태 및 배치 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다.

상기 밸브부(33)는 복수 개가 구비되어 순환관(32) 각각에 일대일 대응되게 설치되어 상기 순환기(31)로부터 순환관(32) 및 냉매관(34)을 통해 순환되는 액체질소를 단속한다. 이 경우 각 밸브부(33)는 배전 스테이션(40)과 초고속 충전기(70) 사이의 초전도 케이블(60)을 통해 순환되는 액체질소를 단속하거나, 초고속 충전기(70)에서 전기차(EV)에 연결되는 초전도 케이블(60)을 통해 순환되는 액체질소를 단속한다.

상기 밸브부(33)는 순환관(32)의 주입관과 회수관 중 어느 하나에 설치될 수 있으며, 주입관과 순환관 모두에 설치될 수도 있다. 밸브부(33)의 설치 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다.

이러한 각 밸브부(33)는 순환관(32) 각각을 통해 순환기(31)로부터 냉매관(34)에 액체질소를 공급 또는 차단하거나 그 공급량을 조절할 수 있다.

예를 들어, 밸브부(33)는 초전도체(62)를 통한 전기차 충전시 제어부(50)의 제어신호에 따라 충전이 완료될 때까지 오픈되어 액체질소를 냉매관(34)에서 계속 순환시킬 수 있다. 이후 충전이 완료되면 밸브부(34)는 냉매관(34)의 액체질소를 회수한 후 클로즈된다.

게다가, 상기 밸브부(33)는 상기한 바와 같이 충전 과정에서 액체질소를 순환시킬 수도 있으나, 냉매관(34)에 액체질소를 주입한 상태로 클로즈됨으로써 냉매관(34) 내에 액체질소가 냉매관(34)에 주입된 상태로 순환되지 않게 하고, 이후 전력 공급이 완료되면 오픈되어 액체질소를 다시 회수할 수도 있다.

상기 진공부(35)는 냉매관(34)의 외주면에 설치되어 외부로부터 냉매관(34)에 유입되는 열에너지를 차단한다.

상기 온도센서(20)는 해당 배전 스테이션(40)과 초고속 충전기(70) 사이의 초전도 케이블(60)에 설치되거나 또는 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV)에 접속되는 초전도 케이블(60)에 설치되어 각 초전도 케이블(60)의 온도를 감지한다.

이에, 상기 제어부(50)는 각 온도센서(20)에 의해 감지된 초전도 케이블(60)의 온도에 따라 각 밸브부(33) 또는 순환기(31)의 고장 여부를 판단하여 판단 결과를 출력한다.

예를 들어 상기 온도센서(20)에 의해 감지된 초전도 케이블(60)의 온도가 기 설정된 설정값 이상이면 해당 초전도 케이블(60)에 액체질소가 주입되지 않는 상태일 수 있다. 이에, 제어부(50)는 순환기(31) 또는 해당 초전도 케이블(60)에 대한 액체질소 주입을 단속하는 밸브부(33)에 고장이 발생한 것으로 판단하여 경고한다.

상기 제어부(50)는 초고속 충전기(70)을 통해 전기차 충전이 개시되는지에 따라 액체질소 순환부(30)를 제어하여 초전도 케이블(60)에 액체질소를 간헐적으로 순환시킴으로써, 초전도 케이블(60)을 초전도 상태로 유지한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(50)는 기 설정된 액체질소 주입 조건을 만족하면 순환기(31)를 구동시키고 각 밸브부(33)를 오픈시킨다. 이때, 액체질소는 순환기(31)로부터 순환관(32)을 거쳐 냉매관(34)에 전달되어 초전도 케이블(60)이 초전도 상태가 된다.

이 경우, 상기 제어부(50)는 배전 스테이션(40)으로부터 초고속 충전기(70)에 전력이 공급되거나, 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV) 충전을 위한 결제 정보가 입력되거나, 상기 초고속 충전기(70)의 커넥터가 전기차(EV)의 접속부에 연결되거나, 또는 상기 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV)에 전력 공급을 위한 충전 개시 명령이 전달되면 액체질소 주입 조건이 만족되는 것으로 판단한다.

상기한 바와 같이 액체질소를 주입하는 과정에서, 상기 제어부(50)는 온도센서(20) 각각을 통해 초전도 케이블(60)의 온도를 감지하고, 각 온도센서(20)에 의해 감지된 온도에 따라 순환기(31) 또는 해당 초전도 케이블(60)에 공급되는 액체질소를 단속하는 밸브부(33)의 고장 여부를 판단한다.

즉, 상기 온도센서(20)에 의해 감지된 온도 중 어느 하나가 기 설정된 설정값 이상이면 해당 온도센서(20)가 설치된 초전도 케이블(60)에 액체질소가 주입되지 않는 상태라 할 수 있다.

이에, 상기 제어부(50)는 순환기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단하거나 해당 초전도 케이블(60)(감지된 온도가 설정값 이상인 온도센서(20)가 설치된 초전도 케이블(60))에 액체질소를 주입하는 밸브부(33)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.

여기서, 설정값은 초전도 케이블(60)에 액체질소가 주입되지 않는 것으로 판단하는 기준이 되는 초전도 케이블(60)의 온도로서 사전에 설정될 수 있다.

한편, 상기 제어부(50)는 상기한 바와 같이 초전도 케이블(60)을 통한 전기차 충전시 순환관(32)과 냉매관(34)을 통해 액체질소를 주입 및 회수하는 과정을 반복하여 냉매관(34)의 액체질소를 계속 순환시킬 수 있다.

또는 상기 제어부(50)는 초전도 케이블(60)을 통한 전기차 충전시 액체질소를 냉매관(34)에 주입한 후 클로즈시켜 액체질소가 냉매관(34) 내부에서 순환되지 않도록 할 수도 있다. 이 경우 제어부(50)는 액체질소 주입 조건을 만족하면 밸브부(33)를 오픈시켜 냉매관(34)에 액체질소를 주입하고 이 상태에서 밸브부(33)를 클로즈시켜 냉매관(34) 내에 액체질소가 계속 유지될 수 있도록 한다. 이후 제어부(50)는 초전도 케이블(60)을 통한 전기차 충전이 완료되면 밸브부(33)를 오픈시켜 순환관(32)을 통해 냉매관(34) 내부의 액체질소를 회수한다.

즉, 상기 제어부(50)는 전기차(EV)에 전력이 공급되는지에 따라 간헐적으로 액체질소를 주입함으로써, 전기차(EV)에 전력이 공급되는 상태에서는 초전도 케이블(60)이 초전도 상태를 유지할 수 있도록 한다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 방법을 도 5 를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 방법의 순서도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 제어부(50)는 기 설정된 액체질소 주입 조건을 만족하는지를 판단한다(S10).

즉, 상기 제어부(50)는 배전 스테이션(40)으로부터 초고속 충전기(70)에 전력이 공급되거나, 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV) 충전을 위한 결제 정보가 입력되거나, 초고속 충전기(70)의 커넥터가 전기차(EV)의 접속부에 연결되거나, 또는 초고속 충전기(70)로부터 전기차(EV)에 전력 공급을 위한 충전 개시 명령이 전달되는지를 판단한다.

단계(S10)에서의 판단 결과 액체질소 주입 조건이 만족되면, 상기 제어부(50)는 순환기(31)를 동작시키고, 이와 함께 밸브부(33)를 오픈시켜 액체질소를 냉매관(34)에 주입한다(S20).

이 경우, 순환기(31)를 동작시키고 밸브부(33)가 오픈되면, 저장탱크(10)의 액체질소가 순환기(31)에 의해 순환관(32)을 거쳐 냉매관(34)에 주입된다. 이에 따라, 초전도 케이블(60)은 초전도 상태가 된다.

한편, 상기 초고속 충전기(70)는 초전도 케이블(60)을 통해 충전을 개시하고(S30), 상기 제어부(50)는 상기한 바와 같이 초전도 케이블(60)을 통한 충전 과정에서 순환관(32)과 냉매관(34)을 통해 액체질소를 주입 및 회수하는 과정을 반복하여 냉매관(34)의 액체질소를 계속 순환시키거나, 액체질소를 냉매관(34)에 주입한 후 클로즈시켜 액체질소가 냉매관(34) 내부에서 순환되지 않도록 할 수도 있다.

상기 충전이 이루어지는 과정에서, 상기 제어부(50)는 초전도 케이블(60)을 통한 충전이 완료되는지를 확인하고(S40), 확인 결과 충전이 완료되면 밸브부(33)를 제어하여 순환관(32)을 통해 냉매관(34) 내부의 액체질소를 회수한다(S50).

여기서, 충전 여부는 초고속 충전기(70)의 충전 완료 정보를 통해 확인할 수 있다.

더욱이, 충전이 이루어지는 과정에서, 상기 제어부(50)는 온도센서(20) 각각을 통해 초전도 케이블(60)의 온도를 감지하고, 각 온도센서(20)에 의해 감지된 온도에 따라 순환기(31) 또는 해당 초전도 케이블(60)에 공급되는 액체질소를 단속하는 밸브부(33)의 고장 여부를 판단한다.

즉, 온도센서(20)에 의해 감지된 온도 중 적어도 하나가 기 설정된 설정값 이상이면, 상기 제어부(50)는 순환기(31)에 고장이 발생한 것으로 판단하거나 해당 초전도 케이블(60)(감지된 온도가 설정값 이상인 온도센서(20)가 설치된 초전도 케이블(60))에 액체질소를 주입하는 밸브부(33)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.

이와 같이, 상기 제어부(50)는 전기차(EV)에 전력이 공급되는지에 따라 간헐적으로 액체질소를 주입함으로써, 전기차(EV)에 전력이 공급되는 상태에서는 초전도 케이블(60)이 초전도 상태를 유지할 수 있도록 한다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 충전용 초전도 케이블 냉각 장치를 도 6 내지 도 8 을 참조하여 상세하게 설명한다.

참고도, 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 상기한 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 충전용 전력 케이블 냉각 장치는 저장탱크(10), 온도센서(20), 액체질소 순환부(30), 배전 스테이션(40) 및 제어부(50)를 포함한다.

상기 액체질소 순환부(30)는 상기 배전 스테이션(40)으로부터 전기차에 전력을 공급하는 초고속 충전기(70)로 전력을 공급하는 초전도 케이블(60), 및 상기 초고속 충전기(70)에서 전기차(EV)로 전력을 공급하는 초전도 케이블(60) 내부에 극저온의 액체질소를 순환시켜 초전도 케이블(60)을 초전도 상태로 유지한다.

상기 액체질소 순환부(30)는 순환기(31), 순환관(32), 밸브부(33), 열흡수관(34) 및 진공부(35)를 포함한다.

상기 순환기(31)는 전력 공급이 개시되면 순환관(32)을 통해 열흡수관(34)에 액체질소를 주입하고, 전력 공급이 완료되면 열흡수관(34)의 액체질소를 순환관(32)을 통해 회수하여 냉각 시스템(20)에 공급한다. 상기 순환기(31)에 회수된 액체질소는 냉각 시스템(20)에 의해 냉각되어 저장탱크(10)에 저장된다.

상기 순환관(32)은 복수 개가 구비된다. 각 순환관(32)은 일측이 상기한 순환기(31)에 연결되고 타측이 연결부(36)를 통해 복수 개의 열흡수관(34) 각각에 일대일 대응되게 연결된다. 또한 상기 순환관(32)은 열흡수관(34)에 액체질소를 공급하기 위한 주입관(미도시) 및 열흡수관(34)의 액체질소를 순환기(31)로 회수하기 위한 회수관(미도시)을 구비한다.

한편 주입관은 순환기(31)로부터 공급된 액체질소를 열흡수관(34)에 주입하기 위한 유로를 형성하고, 회수관은 열흡수관(34)의 액체질소를 순환기(31)로 회수하는 유로를 형성한다.

그리고 열흡수관(34)은 초전도 케이블(60) 내부에 초전도 케이블(60)의 길이 방향으로 복수 개가 배치되며, 초전도 케이블(60) 내 초전도체(61)를 통한 전력 공급시 발생되는 열을 흡수한다.

즉, 각 열흡수관(34)은 초전도 케이블(60) 내부에 초전도 케이블(60)의 길이 방향으로 배치됨으로써 초전도 케이블(60)의 일부 또는 전체에 대한 냉각이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 열흡수관(34)의 길이에 대응되게 초전도 케이블(60)은 복수 개의 구역으로 구분될 수 있다. 이에 따라, 초전도 케이블(60)의 전체 뿐만 아니라 초전도 케이블(60)의 각 구역별로 국부적인 냉각이 이루어질 수도 있다.

도한 상기 열흡수관(34)은 초전도 케이블(60) 내 전력을 공급하는 초전도체(61)의 외주면 전체를 감싸는 구조로 형성되거나 코일 형태로 초전도체(61)의 외주면에 일부가 접촉되게 배치될 수도 있다. 상기 열흡수관(34)의 형태 및 배치 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다.

상기 밸브부(33)는 복수 개가 구비된다. 각 밸브부(33)는 순환관(32) 각각에 일대일 대응되게 설치되고, 순환기(31)로부터 순환관(32)을 통해 열흡수관(34)에 공급되는 액체질소를 단속한다. 상기 밸브부(33)는 순환관(32)의 주입관에 설치될 수 있으나 회수관에도 설치될 수 있으며, 주입관과 순환관 모두에 설치될 수도 있다. 또한 상기 밸브부(33)의 설치 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한 각 밸브부(33)는 순환관(32) 각각을 통해 순환기(31)로부터 열흡수관(34)에 액체질소를 공급 또는 차단하거나 그 공급량을 조절할 수 있다.

예를 들어, 밸브부(33)는 초전도체(61)를 통한 전력 공급시 제어부(50)의 제어신호에 따라 오픈되어 액체질소를 열흡수관(34)에 공급하고, 밸브부(33)가 오픈된 상태에서 초전도 케이블(60) 내 초전도체(61)의 온도가 기 설정된 설정된 설정값 이하가 되면 클로즈되어 액체질소를 추가적으로 더 주입하지 않는다.

게다가, 밸브부(33)는 전력 공급 과정에서 상기한 바와 같이 액체질소를 순환시킬 수도 있으나, 전력 공급 과정에서 열흡수관(34)에 액체질소를 주입한 상태로 클로즈됨으로써 열흡수관(34) 내에 액체질소가 순환되지 않고 주입된 상태로 유지되게 하고, 이후 전력 공급이 완료되면 오픈되어 액체질소를 다시 회수할 수도 있다.

상기 진공부(35)는 열흡수관(34)의 외주면에 설치되어 외부로부터 열흡수관(34)에 유입되는 열에너지를 차단한다.

상기 진공부(35)는 초전도 케이블(60)의 최외곽에 설치될 수 있으나, 열흡수관(34) 각각의 외주면에 배치될 수도 있다.

상기 온도센서(20)는 초전도 케이블(60)의 열흡수관(34)과 일대일 대응되게 배치되어 초전도 케이블(60)의 각 구역의 온도를 감지한다. 즉, 열흡수관(34)이 기 설정된 설정 거리씩 배치되므로, 각 온도센서(20)은 열흡수관(34)에 의해 구획되어진 초전도 케이블(60)의 각 구역에서의 초전도체(61)의 온도를 감지한다. 이에 따라 온도센서(20) 각각에 의해 감지된 온도는 온도센서(20)의 감지 위치에 따라 서로 상이할 수 있다.

이에, 상기 제어부(50)는 각 온도센서(20)에 의해 감지된 초전도 케이블(60)의 온도에 따라 각 밸브부(33)를 제어하여 초전도 케이블(60)의 각 구역별 온도를 개별적으로 제어할 수 있다.

상기 제어부(50)는 상기 배전 스테이션(40)으로부터 상기 초전도 케이블(60)을 통해 상기 초고속 충전기(70)에 전력이 공급되면 상기 초전도 케이블(60)의 상기 초전도체(62)의 온도에 따라 상기 액체질소 순환부(30)을 제어하여 충전소 케이블에 액체질소를 순환시킴으로써, 상기 초전도 케이블(60)을 통해 전력이 공급되는 과정에서 발생되는 열을 제거한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(50)는 상기 배전 스테이션(40)으로부터 상기 초전도 케이블(60)을 통해 상기 초고속 충전기(70)에 전력이 공급되면 상기 순환기(31)를 구동시키고 각 밸브부(33)를 모두 오픈시킨다. 이때, 액체질소는 상기 순환기(31)로부터 순환관(32)을 거쳐 상기 열흡수관(34)에 전달되어 초전도 케이블(60) 전체에서 발생되는 열이 흡수된다.

여기서, 상기 제어부(50)는 상기한 바와 같이 배전 스테이션(40)으로부터 초전도 케이블(60)을 통해 초고속 충전기(70)에 전력이 공급되면 액체질소를 주입할 수 있으나, 이외에도 배전 스테이션(40) 또는 초고속 충전기(70)로부터 전력 공급 명령을 전달받으면 액체질소를 주입할 수 있다. 그러나, 전력 공급 명령이 전달됨에 따라 액체질소를 주입하는 경우, 전력 공급 명령이 상기 초고속 충전기(70) 또는 상기 배전 스테이션(40)의 에러에 의해 발생된 것이라면 실제 전력이 공급되지 않은 상태에서 액체질소를 주입하므로 불필요하게 액체질소를 주입하는 것이다.

이에, 상기한 바와 같이 상기 배전 스테이션(40)에 의해 전력이 실제 공급되는지에 따라 액체질소를 주입함으로써, 상기 초전도 케이블(60)의 상기 초고속 충전기(70) 또는 상기 배전 스테이션(40)의 에러와 무관하게 초전도 케이블(60)의 열을 정확하게 제거할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 액체질소를 주입하는 과정에서, 상기 제어부(50)는 상기 온도센서(20) 각각을 통해 상기 초전도 케이블(60) 내 각 구역에서 발생되는 온도를 감지하고, 각 온도센서(20)에 의해 감지된 온도에 따라 해당 온도센서(20)이 감지하는 초전도체(61) 구역의 열을 제거한다.

즉, 온도센서(20)에 의해 감지된 온도 중 어느 하나가 기 설정된 설정값 이하이면 해당 초전도체 구역의 온도가 현재 지나치게 온도가 낮은 상태이다. 이에 상기 제어부(50)는 해당 전력 케이블 구역으로 액체질소를 주입하는 밸브부(33)를 클로즈시켜 추가적인 액체 질소 주입을 중단한다. 이후 해당 전력 케이블 구역의 온도가 증가하여 설정값을 초과하면, 상기 제어부(50)는 해당 전력 케이블 구역으로 액체질소를 주입하는 밸브부(33)를 다시 오픈시켜 해당 전력 케이블 구역에서 발생되는 열을 제거한다.

상기 설정값은 초전도 케이블(60)을 통해 전력 공급 효율이 저하되지 않고 공급되도록 하는 초전도체(61)의 온도로서 사전에 설정될 수 있다.

한편, 상기 제어부(50)는 상기한 바와 같이 초전도 케이블(60)을 통해 전력을 공급하는 과정에서 순환관(32)과 열흡수관(34)을 통해 액체질소를 주입 및 회수하여 액체질소를 순환시킬 수 있으나, 상기 초전도 케이블(60)을 통해 전력을 공급하는 과정에서 액체질소를 열흡수관(34)에 주입한 후 클로즈시켜 액체질소가 열흡수관(34) 내부에서 흐르지 않게 할 수도 있다. 이 경우 상기 제어부(50)는 상기 초전도 케이블(60)을 통해 전력 공급이 개시되면 밸브부(33)를 오픈시켜 열흡수관(34)에 액체질소를 주입하고 이 상태에서 밸브부(33)를 클로즈시켜 열흡수관(34) 내에 액체질소가 흐르지 않고 유지될 수 있도록 한다. 이후 상기 제어부(50)는 초전도 케이블(60)을 통한 전력 공급이 완료되면 밸브부(33)를 오픈시켜 순환관(32)을 통해 열흡수관(34) 내부의 액체질소를 회수한다.

이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 충전용 전력 케이블 냉각 방법을 도 8 을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 8 을 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전용 전력 케이블 냉각 방법의 순서도이다.

도 8 을 참조하면, 먼저 제어부(50)는 배전 스테이션(40)으로부터 초전도 케이블(60)을 통해 초고속 충전기(70)에 전력 공급이 개시되는지를 판단한다(S110).

단계(S110)에서의 판단 결과 초고속 충전기(70)에 전력 공급이 개시되면, 제어부(50)는 순환기(31)를 구동시키고 각 밸브부(33)를 모두 오픈시킨다(S120).

이에 따라, 액체질소가 순환기(31)로부터 순환관(32)을 거쳐 열흡수관(34)에 전달되고, 열흡수관(34)을 통해 흐르는 액체질소에 의해 초전도체 전체에서 발생되는 열이 흡수된다. 한편, 상기한 과정에서 상기 제어부(50)는 상기 배전 스테이션(40) 또는 상기 초고속 충전기(70)로부터 전력 공급 명령을 전달받으면 액체질소를 주입할 수도 있다.

상기 열흡수관(34)에 액체질소가 주입되면, 상기 제어부(50)는 온도센서(20) 각각을 통해 초전도 케이블(60)의 각 구역에서 발생되는 열을 감지하고(S130), 각 온도센서(20)에 의해 감지된 열에 따라 각 밸브부(33)를 제어(S140)하여 초전도 케이블(60) 전체 또는 각 구역별로 열을 제거한다.

예컨대, 온도센서(20)에 의해 감지된 온도 중 어느 하나가 설정값 이하이면, 상기 제어부(50)는 해당 전력 케이블 구역으로 액체질소를 주입하는 밸브부(33)를 클로즈시키고, 이후 해당 전력 케이블 구역의 온도가 설정값을 초과하면 해당 전력 케이블 구역으로 액체질소를 주입하는 밸브부(33)를 다시 오픈시킴으로써, 해당 전력 케이블 구역의 온도를 적절하게 유지한다.

한편, 상기한 과정에서 상기 제어부(50)는 상기 배전 스테이션(40)으로부터 전력 공급이 완료되는지를 판단하고(S150), 판단 결과 전력 공급이 완료되지 않으면 단계(S130)로 리턴하고, 전력 공급이 완료되면 밸브부(33)를 오픈시켜 열흡수관(34)에 있는 액체질소를 모두 회수한 후, 현재 오픈되어 있는 밸브부(33)를 모두 클로즈시킨다(S160).

한편, 상기한 실시예에서는 상기 제어부(50)가 초전도 케이블(60)을 통해 전력을 공급하는 과정에서 상기 순환관(32)과 상기 열흡수관(34)을 통해 액체질소를 주입 및 회수하여 액체질소를 순환시키는 것을 예시로 설명하였다.

이외에도, 상기 제어부(50)는 초전도 케이블(60)을 통해 전력 공급이 개시되면 밸브부(33)를 오픈시켜 열흡수관(34)에 액체질소를 주입하고, 이 상태에서 밸브부(33)를 클로즈시켜 열흡수관(34) 내에 액체질소를 계속 유지시키고 이후 초전도 케이블(60)을 통한 전력 공급이 완료되면 밸브부(33)를 오픈시켜 순환관(32)을 통해 열흡수관(34) 내부의 액체질소를 회수할 수 있다. 이 경우에는 상기 제어부(50)는 상기 온도센서(20)에 의해 온도가 감지되더라도 초전도체 구역별 온도 제어를 위해 밸브부(33)를 별도로 제어하지 않으며, 전력 공급이 완료될 때까지 밸브부(33)를 계속 클로즈시킨다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치는 전기차 충전 여부에 따라 초전도 케이블 내부에 액체질소를 간헐적으로 순환시켜 초전도 상태를 유지함으로써 충전 효율을 향상시킨다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치는 초전도 케이블에 주입한 액체 질소를 회수하는 과정에서 상대적으로 온도가 높은 전기차 배터리의 열 회수효과를 얻을 수 있고 이를 통해 에너지 손실을 더욱 감소시킬 수 있다. 게다가 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 전기차 충전 장치는 간헐적 초전도화를 통해 냉매 손실 비용을 절감할 수 있다.

이상으로 초전도 케이블을 이용하여 충전기에 초고속 충전 전원을 공급할 수 있는 충전 장치에 대해서 설명하였다.

이하에서는 상기와 같이 초전도 케이블을 이용하여 초고속 충전 전원을 공급할 수 있는 초고속 충전기가 구비된 전기차 충전소(도 9 참조)에서 총 충전시간(즉 순수 충전시간 + 충전 대기시간)을 절감할 수 있도록 하는 충전 방법에 대해서 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)가 구비된 전기차 충전소를 예시적으로 보인 예시도이고, 도 10은 상기 도 9에 있어서, 충전스케쥴러를 이용해 충전소 내의 복수의 충전기의 충전 스케쥴을 제어하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전기차 충전소에는 초고속 충전이 가능한 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)가 구비된다.

이때 상기 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)는 저속 전용 충전기, 고속 전용 충전기, 및 초고속 전용 충전기가 별도로 구비되거나, 저속 및 고속 겸용 충전기, 고속 및 초고속 겸용 충전기, 및 저속/고속/초고속 겸용 충전기가 구비될 수 있다.

이때 상기 저속 및 고속 겸용 충전기, 고속 및 초고속 겸용 충전기, 및 저속/고속/초고속 겸용 충전기는, 충전모드 변경을 통하여, 저속, 고속, 또는 초고속 충전을 수행한다.

따라서 이하 본 실시예에서는 초고속 충전모드로 동작하는 충전기를 초고속 충전기라고 기재할 수 있으며, 마찬가지로 고속 충전모드로 동작하는 충전기를 고속 충전기라고 기재할 수 있다.

아울러 전력공급장치(110)는 초전도 케이블(60)을 이용해 상기 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N) 중 지정된 적어도 하나의 충전기(Kiosk)에 초고속 충전을 위한 전력을 공급하는 배전 스테이션(40)을 포함하는 장치, 및 다른 적어도 하나의 지정된 충전기(Kiosk)에 고속 충전을 위한 전력 공급이나 저속 충전을 위한 전력 공급을 수행하는 장치를 포함하는 개념이다.

또한 도 10에 도시된 바와 같이, 각 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)는 충전기의 전반적인 동작을 제어하는 충전기 제어부(210), 전력공급장치(110)로부터 충전 전력을 공급받고, 상위 제어부인 충전스케쥴러(120)와 통신하여 사용자로부터 입력받은 정보나 제어신호를 전달하는 커넥터부(220), 및 사용자로부터 충전요구 정보(예 : 충전모드, 충전비용 또는 결제정보, 충전시간, 및 충전전력 등)를 입력받고, 상기 사용자로부터 입력받은 충전요구 정보에 대응하는 응답 정보(예 : 충전요구 정보에 의한 충전 가능이나 충전 불가능 여부, 충전 불가능 사유 등)를 제공하는 사용자 인터페이스부(230)를 포함한다.

가령, 사용자는 충전기(Kiosk)의 사용자 인터페이스부(230)를 통해 결제방식(예 : 카드, 현금, 포인트, 충전금액 등)이나 충전방식(예 : 정액충전, 정량충전, 고속충전, 초고속충전 등)을 선택할 수도 있다.

따라서 상기 사용자 인터페이스부(230)는, 도면에 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 디스플레이 수단, 음성 출력 수단, 버튼이나 터치 입력수단, 및 결제처리 수단을 포함할 수 있다.

설명의 편의상 본 실시예에서는 복수의 저속/고속/초고속 겸용 충전기가 구비된 전기차 충전소(예 : 복수의 차량이 주차할 수 있는 공간(주차장)의 각 주차라인마다 1대씩의 전기차 충전기(Kiosk)가 설치된 전기차 충전소)에서 총 충전시간(즉 순수 충전시간 + 충전 대기시간)을 절감할 수 있도록 하는 충전 방법에 대해서 설명한다.

다만 이미 상술한 바와 같이, 초고속 충전기가 여러 대(예 : 10대 이상) 구비되어 있다고 하더라도 동시에 공급할 수 있는 초고속 충전 전력이 제한적이기 때문에 실질적으로 동시에 동작 가능한 초고속 충전기는 제한적(예 : 1~2대)이라고 가정한다. 즉, 전기차 충전소에 초고속 충전기가 여러 대(예 : 10대 이상) 구비되어 있다고 가정하더라도, 실제로는 지정된 우선순위에 따라 초고속 충전기를 순차적으로 선택하여 초고속 충전을 수행할 수 있다.

참고로 본 실시예에서 복수의 전기차 충전기(즉, 저속/고속/초고속 겸용 충전기)(Kiosk 1 ~ Kiosk N)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 각 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N) 내의 충전기 제어부(210)의 제어에 의해 저속, 고속, 및 초고속 충전모드 중 하나의 충전모드로 스위칭 할 수 있다. 또한 상기 각 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N) 내의 충전기 제어부(210)는 상위 제어부인 충전스케쥴러(120)(즉, 충전소 내의 모든 충전기들을 관리하는 상위 제어부인 충전소 제어부)와 통신하여 충전모드를 스위칭 할 수 있다.

또한 상기 충전스케쥴러(120)는 상기 전력공급장치(110)에 통합될 수 있으며(즉, 충전스케쥴러(120)가 전력공급장치(120)의 내부 제어부의 기능을 통합하여 수행할 수 있으며), 충전 스케쥴을 관리하는 알고리즘(또는 소프트웨어)을 포함한다.

아울러 상기 충전스케쥴러(120)는 사용자의 충전요구에 따라 충전우선순위와 최적의 충전방식을 결정하여 충전소 내의 각 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)의 충전모드를 제어하며, 상기 각 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)의 충전모드별 공급되는 충전 전력(예 : 저속 충전 전력, 고속 충전 전력, 초고속 충전 전력)을 공급한다.

따라서 상기 전기차 충전기(Kiosk)와 전기차가 충전 케이블로 연결된 상태에서, 운전자가 충전 장소(예 : 전기차 충전기 앞)를 이탈하여 다른 용무를 보더라도, 상기 충전기 제어부(210)는 미리 지정된 조건(예 : 목표 충전전력, 목표 충전시간, 목표 충전비용 등)에 대응하여 간헐적으로(즉, 총 충전시간 중 일부 충전시간에) 초고속 충전을 수행하고, 그 이외에는 고속 또는 저속 충전모드를 자동으로 스위칭하여 충전을 수행함으로써, 총 충전시간(즉 순수 충전시간 + 충전 대기시간)을 절감할 수 있도록 한다.

참고로 상기 목표 충전전력은 전기차의 배터리의 잔량을 고려하여 충전해야한 전력을 의미하며, 상기 목표 충전시간은 운전자(또는 사용자)가 전기차를 충전하기 위하여 허용할 수 있는 시간을 의미하는 것으로서, 상기 목표 충전전력을 추종할 수도 있고 상기 목표 충전전력을 추종하지 않을 수도 있다. 그리고 상기 목표 충전비용은 전기차를 충전하는 데 허용할 수 있는 충전비용을 의미하는 것으로서, 상기 목표 충전전력이나 상기 목표 충전시간을 추종할 수도 있고 추종하지 않을 수도 있다.

이때 상기 각 전기차 충전기(Kiosk)의 충전기 제어부(210)는 상기 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)의 상위 제어부인 충전스케쥴러(120)(즉, 충전소 내의 모든 전기차 충전기를 관리하는 상위 제어부)의 제어에 의해 동작될 수 있다.

이에 따라 상기 충전스케쥴러(120)는 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N) 중 실제로 초고속 충전모드로 동작하는 전기차 충전기(Kiosk)에만 간헐적으로 초전도 케이블에 초고속 충전 전원을 공급하며, 아울러 해당 초전도 케이블(즉, 실제로 초고속 충전모드로 동작하는 전기차 충전기(Kiosk)에 초고속 충전 전원을 공급하는 초전도 케이블)에만 액체질소를 공급하여 냉각 시킨다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 지능형 초고속 충전 방법을 설명하기 위하여 보인 흐름도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 임의의 전기차가 충전을 위해 전기차 충전기(Kiosk)에 연결될 경우, 해당 전기차 충전기(Kiosk) 내의 충전기 제어부(210)는 충전을 위해 연결된 해당 전기차의 목표 충전전력 및 목표 충전시간을 검출한다(상기 목표 충전전력 및 목표 충전시간은 사용자 인터페이스부(230)를 통해 사용자로부터 매뉴얼 방식으로 입력받을 수 있다)(S201).

상기 충전기 제어부(210)는 상기 목표 충전시간 중 초고속 충전 대기순위에 진입 가능한지 체크한다(S202).

상기 초고속 충전 대기순위는 충전스케쥴러(120)가 관리한다.

또한 상기 충전스케쥴러(120)는 상기 초고속 충전 대기순위에 따라 초고속 충전을 수행할 전기차 충전기(Kiosk)에 초전도 케이블을 통해 초고속 충전전력을 공급한다(도 12 참조).

상기 충전기 제어부(210)는 충전스케쥴러(120)로부터 초고속 충전 가능 시간대를 산출한다(S203).

또한 상기 충전기 제어부(210)는 목표 충전전력을, 충전모드별 충전시간으로 환산한다(S204).

예컨대 상기 충전기 제어부(210)는 상기 목표 충전전력을 초고속 충전모드로 충전할 때의 충전시간, 고속 충전모드로 충전할 때의 충전시간, 및 저속 충전모드로 충전할 때의 충전시간을 환산(산출)한다.

그리고 상기 충전기 제어부(210)는 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 상기 목표 충전시간에 대응하는 충전 프로파일을 생성한다(S205).

예컨대 운전자(사용자)가 목표 충전시간을 1시간으로 설정했다고 가정할 경우, 상기 충전기 제어부(210)는 상기 목표 충전전력으로 전기차를 충전하기 위하여, 초고속 충전모드로 10분 충전, 고속 충전모드로 30분 충전, 및 저속 충전모드로 20분 충전하는 충전 프로파일을 생성할 수 있다.

이때 상기 목표 충전시간에 맞는 충전 프로파일은 복수로 생성될 수 있다.

이때 상기 목표 충전전력이 동일하다고 가정할 경우, 상기 목표 충전시간이 짧을수록 초고속 충전모드나 고속 충전모드의 충전 시간이 증가하고, 상기 목표 충전시간이 길수록 저속 충전모드의 충전 시간이 증가하게 된다.

상기와 같이 충전 프로파일이 생성되면, 상기 충전기 제어부(210)는 상기 충전 프로파일에 조합된 충전모드별 충전시간 중 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간(즉, 시간)을 산출한다(S206).

이에 따라 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간(즉, 시간)이 있는 경우(S207의 예), 상기 충전기 제어부(210)는 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은지 체크한다(S208).

상기 체크(S208) 결과, 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은 경우(S208의 예), 상기 충전기 제어부(210)는 상기 초고속 충전 대기(또는 예약) 순위에 자신의 충전기(즉, 초고속 충전할 전기차가 연결된 충전기)를 등록한다(S209).

이미 상술한 바와 같이, 상기 초고속 충전 대기(또는 예약) 순위는 상기 충전스케쥴러(120)가 관리한다.

그리고 상기 충전기 제어부(210)는 자신의 충전기에 연결된 전기차를 상기 생성된 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행한다(S210).

그런데 상기 목표 충전시간 중 초고속 충전 대기순위에 진입 가능하지 않을 경우(S202의 아니오), 상기 충전기 제어부(210)는 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드(즉, 고속 충전모드, 저속 충전모드)를 이용하여, 목표 충전전력을 충전하기 위한 충전시간을 환산하여, 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 맞는 충전 프로파일을 생성한다(S211).

또한 상기 충전 프로파일에서 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간(즉, 시간)이 없는 경우(S207의 아니오)(예 : 목표 충전시간이 목표 충전전력을 충전하기에 충분하여 초고속 충전모드로 충전할 필요가 없는 경우)에도, 상기 충전기 제어부(210)는 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드(즉, 고속 충전모드, 저속 충전모드)를 이용하여, 목표 충전전력을 충전하기 위한 충전시간을 환산하여, 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 맞는 충전 프로파일을 생성한다(S211).

그런데 상기 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드(즉, 고속 충전모드, 저속 충전모드)를 이용하여 목표 충전시간에 맞는 충전 프로파일을 생성하면, 상기 충전기 제어부(210)는 상기 생성한 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능한지 체크한다(S212).

상기 체크(S212) 결과, 상기 생성한 충전 프로파일(즉, 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드를 이용하여 생성한 충전 프로파일)에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능한 경우(S212의 예), 상기 충전기 제어부(210)는 자신의 충전기에 연결된 전기차를 상기 생성된 충전 프로파일(즉, 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드를 이용하여 생성한 충전 프로파일)에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행한다(S210).

그러나 상기 체크(S212) 결과, 상기 생성한 충전 프로파일(즉, 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드를 이용하여 생성한 충전 프로파일)에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능하지 않은 경우(S212의 아니오), 상기 충전기 제어부(210)는 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 불가함을 표시하고, 또한 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 필요한 시간(즉, 목표 충전시간)을 새로이 산출하여 표시한다(S213).

이에 따라 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로이 산출한 시간(즉, 목표 충전시간)으로, 운전자(사용자)로부터 목표 충전시간 변경 지시가 입력되면(S214의 예), 상기 충전기 제어부(210)는 상기 새로이 산출한 시간(즉, 목표 충전시간)으로 충전 프로파일을 변경한다(S215).

그리고 상기 충전기 제어부(210)는 변경된 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 자신의 충전기에 연결된 전기차의 충전을 수행한다(S216).

이때 만약 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로이 산출한 시간(즉, 목표 충전시간)으로, 운전자(사용자)로부터 목표 충전시간 변경 지시가 입력되지 않으면(S214의 아니오)(예 : 운전자가 최초에 지정한 목표 충전시간 동안만 충전한다고 지시하면),상기 충전기 제어부(210)는 자신의 충전기에 연결된 전기차를 운전자가 최초에 지정한 충전 목표시간에 따라 생성된 충전 프로파일(즉, 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드를 이용하여 생성한 충전 프로파일)에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행한다(S210).

한편 상기 충전 프로파일에 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간(즉, 시간)이 있는 경우(S207의 예), 상기 충전기 제어부(210)가 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은지 체크한 결과(S208), 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 큰 경우(S208의 아니오), 상기 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 불가함을 표시하고, 또한 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 상기 초고속 충전 가능 시간대로 한정(또는 변경)하여, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 필요한 시간(즉, 목표 충전시간)을 새로이 산출하여 표시한다(S213).

이때 만약 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로이 산출한 시간(즉, 목표 충전시간)으로, 운전자(사용자)로부터 목표 충전시간 변경 지시가 입력되지 않으면(S214의 아니오)(예 : 운전자가 최초에 지정한 목표 충전시간 동안만 충전한다고 지시하면), 상기 충전기 제어부(210)는 자신의 충전기에 연결된 전기차를 운전자가 최초에 지정한 충전 목표시간에 따라 생성된 충전 프로파일(즉, 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 상기 초고속 충전 가능 시간대로 한정(또는 변경)하여 자동으로 생성한 충전 프로파일)에 따라 충전모드를 스위칭하여 전기차 충전을 수행한다(S210).

도 12는 상기 도 11에 있어서, 초고속 충전 대기순위에 따른 전기차 충전 프로파일을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 충전소에는 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N)가 있으며, 전력공급 시설의 제한으로 인해 상기 충전소의 복수의 전기차 충전기(Kiosk 1 ~ Kiosk N) 중 동시에 충전 가능한 대수는 2대이며, 이미 임의의 두 대의 전기차 충전기(Kiosk 1, Kiosk 2)가 초고속 충전 중이며, 또한 상기 임의의 두 대의 전기차 충전기(Kiosk 1, Kiosk 2)는 초고속 충전 대기(또는 예약) 상태에 있다고 가정한다.

이때 새로운 전기차가 다른 임의의 전기차 충전기(Kiosk N)에 연결되어 충전하고자 할 때, 상기 임의의 전기차 충전기(Kiosk N)의 충전기 제어부(210)는 충전스케쥴러(120)를 통해 초고속 충전 가능한 시간대를 산출하고, 충전 프로파일을 생성할 때 상기 충전 가능한 시간대를 반영하여 충전 프로파일을 생성한다.

예컨대 상기 임의의 전기차 충전기(Kiosk N)에서 현재시간부터 전기차 충전을 시작할 때 초고속 충전이 가능한 시점이 되기 전에는 고속 충전모드로 충전을 시작하고, 초고속 충전 가능 시점이 되었을 때 초고속 충전모드로 충전을 수행하며, 초고속 충전모드가 종료되면 고속(또는 저속) 충전모드로 계속해서 충전을 수행한다. 이때 상기 충전기 제어부(210)는 상기 충전스케쥴러(120)와 협조하여 충전모드를 변경하고, 각 충전모드에 해당하는 전력을 공급 받는다.

한편 전기차 충전요금을 상기 각 충전모드별로 공급된 전력공급 용량을 합산하여 계산된다. 따라서 목표 충전요금(즉, 사용자가 원하는 전기차 충전요금)을 최소화시키기 위해서는 상대적으로 요금이 저렴한 충전모드를 이용하여 전기차 충전을 수행해야 되므로, 결과적으로 목표 충전시간이 증가되어야 한다.

그러나 이미 상술한 바와 같이 현실적으로 운전자(사용자)가 초고속 충전을 원한다고 하더라도 초고속 충전을 수행할 수 없고, 초고속 충전을 대기하고 있다가 충전을 수행해야 하는 상황에서, 본 실시예는 충전시간과 충전비용뿐만 아니라 충전소의 초고속 충전 사용가능 상황까지 고려하여 간헐적인 초고속 충전을 통해 전기차를 충전시킬 수 있도록 하는 방법을 제공한다.

참고로 상기 본 실시예에서 초고속 충전시간, 즉, 사용전력의 전력피크 및 피크시간을 최소한으로 하면서도, 고객의 요구사항을 맞추기 위한 최적의 운영을 위하여 충전모드별(예 : 초고속, 고속) 충전시간을 도출하여야 한다.

이때 요구되는 충전시간에 따른 최적의 충전기 종류별(즉, 충전모드별) 운영시간을 도출하는 방법(즉, 초고속 충전시간을 최소화하는 방법)에 대해서 도 13과 아래의 수학식 1을 참조하여 설명한다.

예컨대 초고속 충전(450kW)의 충전시간을 t _x , 고속 충전(50kW)의 충전시간을 t _y 라고 하고, 충전조건으로서, 충전시간 : 50hr, 충전전력량 : 4,500kWh이라고 가정할 때, 최적 시간을 도출하면 아래의 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1을 만족하는 값 t_x, t_y를 산출하면, t_x = 5, t_y = 45가 된다.

또한 충전을 위한 사용전력의 전력피크(P _peak )를 최소화하는 방법에 대해서 설명하면 아래와 같다.

예컨대 전력공급장치(110)에서 공급 가능한 최대전력(P _SU,max )이 각 전기차 충전기(Kiosk)에서 요구되는 전력의 합(ΣP _ki )보다 큰 경우(

)의 충전 스케쥴링은 초고속 충전구간이 고속 충전구간과 최대한 겹치지 않도록 충전 스케쥴링한다. 또한 전력공급장치에서 공급 가능한 최대전력(P _SU,max )이 각 전기차 충전기(Kiosk)에서 요구되는 전력의 합(ΣP _ki )보다 작아지는 경우(

)의 충전 스케쥴링은 사용자가 입력한 충전 요청시간(t _user,max )(즉, 목표 충전시간)이 긴 순서대로 우선순위 설정하여 순차적으로 충전하고, 상기 전력공급장치(110)에서 공급 가능한 최대전력(P _SU,max )안에 커버되지 못하는 후순위는 충전대기 할 수 있다.

또한 충전을 위한 사용전력의 피크(P _max ) 지속시간(t _peak )을 최소화하는 방법에 대해서 도 14 및 수학식 2를 참조하여 설명한다.

예컨대 두 대의 전기차 충전기(즉, 초고속 충전하는 전기차 충전기)에서 차량이 충전되는 경우, 초고속으로 충전하는 구간이 가능한 겹치지 않도록 하기 위한 충전 스케쥴링은, 사용자가 입력한 충전요청시간(t _user2,max )의 한도 내에서 전력사용 피크시간(t _peak )이 최소가 되도록 충전시간을 조절할 수 있다.

가령 두 번째 전기차 충전기(즉, 초고속 충전하는 전기차 충전기)의 초고속 충전 시작시각(t₂)은 아래의 수학식 2에 의해 산출할 수 있다.

여기서 t₀는 현재시간(또는 현재시각), t _user2,max 는 사용자가 입력한 목표 충전시간, t _{charge,calcuated} 은 충전 소요시간이다.

도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초전도 케이블을 이용한 지능형 초고속 충전 방법을 설명하기 위하여 보인 흐름도이다.

도 15를 참조하면, 사용자는 충전 시작 전 지정된 충전 상품 옵션(예 : 시간 설정, 충전량 설정, 초고속 충전) 중 하나를 선택(또는 결정)하여 충전이 진행되도록 한다(S301).

여기서 상기 시간 설정은 사용자가 설정하는 시간 내 초고속 충전(SC)과 고속 충전(HS)을 조합해서 최적의 충전전력을 공급받기 위해 설정하는 시간을 의미하고, 상기 충전량 설정은 사용자가 원하는 충전량을 초고속(SC) 또는 고속(HS)를 선택하여 최적의 충전전력을 공급하는 것을 의미하며, 상기 초고속 충전은 초고속(SC) 충전 방식만을 이용해 빠른 충전을 수행하는 것을 의미한다(S302).

상기와 같이 사용자가 충전 시작 전 원하는 충전 모델(또는 충전 상품 옵션)을 선택하면, 도 15에 도시된 바와 같은 과정을 통해 충전에 소요되는 시간(예 : T₁ = 초고속 충전모드로 충전하는 시간, T₂ - 고속 충전모드로 충전하는 시간)을 자동으로 계산한다(S303 ~ S310).

이때 입력된 정보 및 계산된 정보는 충전기 제어부(210)를 통해 수집되고, 충전스케쥴러(120)에서 우선순위별로 분류된다.

도 15를 참조하면, 우선 사용자가 시간 설정 옵션을 선택할 경우(S303), 충전스케쥴러(120)는, 초고속 충전모드를 이용하여 충전할 수 있는 시간(t_sc)이 사용자가 설정한 충전 시간(즉, 목표 충전시간)(t) 이상(T_sc ≥ t)인 경우(S304의 예), 초고속 충전모드로 충전하는 시간(T₁)은 사용자가 설정한 충전 시간(t)으로 설정하고(T₁ = t), 고속 충전모드로 충전하는 시간(T₂)은 0으로 설정한다(T₂ = 0)(즉, 초고속 충전모드로만 충전을 수행한다)(S308). 반면에 초고속 충전모드를 이용하여 충전할 수 있는 시간(t_sc)이 사용자가 설정한 충전 시간(t) 이상이 아닌 경우(S304의 아니오), 초고속 충전모드로 충전하는 시간(T₁)은 초고속 충전모드를 이용하여 충전할 수 있는 시간(t_sc)으로 설정하고(T₁ = t_sc), 고속 충전모드로 충전하는 시간(T₂)은 사용자가 설정한 충전 시간(t)에서 상기 초고속 충전모드를 이용하여 충전할 수 있는 시간(t_sc)을 차감한 시간(T₂ = t - t_sc)으로 설정한다(S305).

다음 사용자가 충전량 설정 옵션을 선택할 경우(S306), 충전스케쥴러(120)는, 사용자가 설정한 충전전력량(P)(즉, 목표 충전전력)이 초고속 충전모드로 충전할 수 있는 단위 전력량(P_sc)(예컨대 초고속 충전모드에서는 한번 충전 시 지정된 전력량 단위로 충전을 수행한다) 이상(P ≥ P_sc)인 경우(S307의 예), 초고속 충전모드로 충전하는 시간(T₁)은 초고속 충전모드를 이용하여 충전할 수 있는 시간(t_sc)으로 설정하고(T₁ = t_sc), 고속 충전모드로 충전하는 시간(T₂)은 사용자가 설정한 충전 시간(t)에서 상기 초고속 충전모드를 이용하여 충전할 수 있는 시간(t_sc)을 차감한 시간(T₂ = t - t_sc)으로 설정한다(S305). 반면에 사용자가 설정한 충전전력량(P)이 초고속 충전모드로 충전할 수 있는 단위 전력량(P_sc) 이상이 아닌 경우(S307의 아니오), 초고속 충전모드로 충전하는 시간(T₁)은 0으로 설정하고(T₁ = 0), 고속 충전모드로 충전하는 시간(T₂)은 사용자가 설정한 충전 시간(t)으로 설정한다(T₂ = t)(S310).

다음 사용자가 초고속 충전 옵션을 선택할 경우(S309)(즉, 초고속(SC) 충전 방식만을 이용해 빠르게 충전을 수행하고자 하는 경우), 충전스케쥴러(120)는, 초고속 충전모드로 충전하는 시간(T₁)은 사용자가 설정한 충전 시간(t)으로 설정하고(T₁ = t), 고속 충전모드로 충전하는 시간(T₂)은 0으로 설정한다(T₂ = 0)(즉, 초고속 충전모드로만 충전을 수행한다)(S308).

상기와 같이 본 실시예는 비용의 최적화와 계통의 부담을 경감하면서 사용자에게 최적의 시간으로 상황에 맞는 효율적인 충전을 제공할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 실시예는 저속과 고속뿐만 아니라 초전도 케이블을 이용한 초고속 충전이 가능한 전기차 충전소에서 전기차를 충전시킬 경우, 충전시간과 충전비용뿐만 아니라 충전소의 초고속 충전 사용가능 상황까지 고려하여 간헐적인 초고속 충전을 통해 전기차를 충전시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

10: 저장탱크 20: 온도센서
30: 액체질소 순환부 31: 순환기
32: 순환관 33: 밸브부
34: 냉매관 35: 진공부
40: 배전 스테이션 50: 제어부
60: 초전도 케이블 61: 케이블 지지부
62: 초전도체 63: 차폐부
70: 초고속 충전기 110 : 전력공급장치
120 : 충전스케쥴러 210 : 충전기 제어부
220 : 커넥터부 230 : 사용자 인터페이스부
Kiosk : 충전기

Claims

전기차 충전을 위한 복수의 충전기를 포함하며, 상기 복수의 충전기들 중 적어도 일부는 초전도 케이블을 이용하여 충전 전력을 공급하는 초고속 충전모드를 지원하며, 상기 충전기들을 각기 제어하는 충전기 제어부, 및 상기 충전기들의 충전기 제어부와 통신하여 상기 충전기들의 충전 스케쥴링을 결정하고 상기 충전 스케쥴링에 따른 충전기들의 충전모드에 따라 충전 전력의 공급을 제어하는 충전스케쥴러를 포함하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법에 있어서,
상기 충전기 제어부가 충전기의 사용자 인터페이스부를 통해 사용자의 충전요구 정보를 입력받는 단계; 및
상기 충전스케쥴러가 상기 충전기들의 충전모드별 충전 스케쥴링에 따라 해당하는 충전 전력을 공급하는 단계;를 포함하며,
상기 충전요구 정보는 충전모드, 충전비용 또는 결제정보, 충전시간, 및 충전전력 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함하며, 상기 초고속 충전모드에서 상기 충전스케쥴러는 상기 충전기 제어부와 협조하여 초고속 충전을 위하여 액체질소 공급을 제어하여 간헐적으로 초전도 케이블의 초전도 상태를 제어하되,
상기 충전스케쥴러가 상기 충전기들의 충전모드별 충전 스케쥴링에 따라 해당하는 충전 전력을 공급하는 단계는,
상기 충전스케쥴러가 상기 사용자의 충전요구 정보를 바탕으로 초고속 충전 대기순위에 진입 가능한지 체크하는 단계;
초고속 충전 대기순위에 진입 가능한 경우, 상기 충전기 제어부가 상기 충전스케쥴러와 협조하여 초고속 충전 가능 시간대를 산출하는 단계;
상기 충전기 제어부가 목표 충전전력을, 충전모드별 충전시간으로 환산하는 단계;
상기 충전기 제어부가 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 대응하는 충전 프로파일을 생성하는 단계;
상기 충전기 제어부가 상기 충전 프로파일에 조합된 충전모드별 충전시간 중 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 산출하는 단계;
상기 충전 프로파일에 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 있는 경우, 상기 충전기 제어부가 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은지 체크하는 단계;
상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은 경우, 상기 충전기 제어부가 상기 초고속 충전 대기 순위에 자신의 충전기를 등록하는 단계; 및
상기 충전기 제어부가 자신의 충전기에 연결된 전기차를 상기 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 포함하며,
상기 충전 프로파일에서 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 없는 경우,
상기 충전기 제어부가,
초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여, 목표 충전전력을 충전하기 위한 충전모드별 충전시간을 환산하고, 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 맞는 새로운 충전 프로파일을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 1항에 있어서, 상기 충전기 제어부가 충전기의 사용자 인터페이스부를 통해 사용자의 충전요구 정보를 입력받는 단계에서,
상기 충전기 제어부는,
상기 사용자로부터 입력 받은 충전요구 정보에 의해 상기 전기차의 목표 충전전력 및 목표 충전시간을 검출하거나 산출하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 목표 충전시간 중 초고속 충전 대기순위에 진입 가능하지 않을 경우,
상기 충전기 제어부가,
초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여, 목표 충전전력을 충전하기 위한 충전모드별 충전시간을 환산하고, 상기 환산된 충전모드별 충전시간을 조합하여 목표 충전시간에 맞는 새로운 충전 프로파일을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 1항 또는 5항에 있어서,
상기 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여, 상기 목표 충전시간에 맞는 새로운 충전 프로파일을 생성하면,
상기 충전기 제어부가,
상기 생성한 새로운 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능한지 체크하고,
상기 체크 결과, 상기 생성한 새로운 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능한 경우, 상기 충전기 제어부가 자신의 충전기에 연결된 전기차를 상기 생성된 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여 생성한 새로운 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 6항에 있어서,
상기 초고속 충전모드를 제외한 나머지 고속 충전모드나 저속 충전모드를 이용하여 생성한 새로운 충전 프로파일에 의해 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 가능하지 않은 경우,
상기 충전기 제어부가,
목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 불가함을 표시하고, 또한 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 필요한 새로운 목표 충전시간을 산출하여 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 7항에 있어서,
운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되면,
상기 충전기 제어부가,
상기 새로운 목표 충전시간으로 충전 프로파일을 변경하고,
상기 변경한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 자신의 충전기에 연결된 전기차의 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 8항에 있어서,
운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되지 않으면,
상기 충전기 제어부가,
자신의 충전기에 연결된 전기차를 운전자가 최초에 지정한 충전 목표시간에 따라 생성된 초고속 충전모드를 제외한 나머지 충전모드를 이용하여 생성한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 1항에 있어서,
상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 작거나 같은지 체크한 결과, 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간이 상기 초고속 충전 가능 시간대보다 큰 경우,
상기 충전기 제어부가,
상기 목표 충전시간 내에 목표 충전전력의 충전이 불가함을 표시하고, 또한 상기 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 상기 초고속 충전 가능 시간대로 한정하여, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 필요한 새로운 목표 충전시간을 산출하여 표시하고,
운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되면,
상기 새로운 목표 충전시간으로 충전 프로파일을 변경하고,
상기 변경한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 자신의 충전기에 연결된 전기차의 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.
제 8항에 있어서,
운전자로부터, 상기 목표 충전전력으로 충전하기 위해 새로운 목표 충전시간으로의 목표 충전시간 변경 지시가 입력되지 않으면,
상기 충전기 제어부가,
자신의 충전기에 연결된 전기차를 운전자가 최초에 지정한 충전 목표시간에 따라 생성된, 초고속 충전모드로 충전해야 할 구간을 상기 초고속 충전 가능 시간대로 한정하여 자동으로 생성한 충전 프로파일에 따라 충전모드를 스위칭하여 충전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 충전소를 이용한 충전 방법.