KR102082721B1 - 전기자동차용 충전 전력분배장치 - Google Patents

전기자동차용 충전 전력분배장치 Download PDF

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Abstract

입력전압을 증폭한 출력전압을 출력하는 슬라이닥스, 제1단자가 상기 슬라이닥스의 출력단자에 각각 연결된 N개의 스위치들, 출력단자가 상기 N개의 스위치들의 제2단자에 각각 연결된 N개의 LPF들, 상기 N개의 LPF들의 출력단자에 각각 연결된 N개의 출력단자들, 및 상기 N개의 출력단자에 부하가 연결되어 있는지를 나타내는 N개의 검출신호들을 이용하여 상기 N개의 스위치들의 온/오프 동작을 제어하도록 되어 있으며, 상기 N개의 검출신호를 이용하여 상기 슬라이닥스의 상기 증폭의 값에 관한 제어신호를 생성하여 상기 슬라이닥스에게 제공하도록 되어 있는 제어부를 포함하는 충전 전력분배장치를 공개한다.

Description

전기자동차용 충전 전력분배장치{Charging power distribution device for electric vehicle}
본 발명은 전기자동차 충전소에서 충전하려는 전기자동차의 대수에 따라 효율적으로 충전 전력을 분배하기 위한 전기자동차용 충전 전력분배장치에 관한 기술이다.
전기자동차의 충전소는 전기자동차의 수에 비해 부족한 수준이다. 일반 충전소의 경우, 한 번에 충전할 수 있는 자동차의 대수가 적어, 충전을 위해 충전소에 가더라도 이미 다른 차량이 충전을 하고 있는 경우 충전을 위해 오랜시간 기다려야한다는 문제가 있다. 또한, 이미 충전을 위해 기다리는 사람들이 존재하는 경우도 있기에 언제 충전을 할 수 있을 지 몰라 긴 시간을 낭비하게 될 수 있다는 문제가 있다.
따라서 실시간으로 충전을 시작할 수 있고 전력을 효율적으로 배분할 수 있는 방안이 필요하다.
관련 특허로서, 대한민국 등록특허 '10-1222705'는 대규모 전기자동차 충전소에서의 자동차 충전을 위한 동적 우선순위 부여 방법을 제시하고 있다.
본 발명에서는 상술한 문제를 해결하기 위해, 충전을 원하는 전기자동차를 파악하여 전기자동차의 대수에 따라 효율적으로 충전 전력을 분배할 수 있는 전기자동차용 충전 전력분배장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따른 충전 전력분배장치는, 입력전압을 증폭한 출력전압을 출력하는 슬라이닥스; 제1단자가 상기 슬라이닥스의 출력단자에 각각 연결된 N개의 스위치들; 입력단자가 상기 N개의 스위치들의 제2단자에 각각 연결된 N개의 LPF들; 상기 N개의 LPF들의 출력단자에 각각 연결된 N개의 출력단자들; 및 상기 N개의 출력단자에 부하가 연결되어 있는지를 나타내는 N개의 검출신호들을 이용하여 상기 N개의 스위치들의 온/오프 동작을 제어하도록 되어 있으며, 상기 N개의 검출신호를 이용하여 상기 슬라이닥스의 상기 증폭의 값에 관한 제어신호를 생성하여 상기 슬라이닥스에게 제공하도록 되어 있는 제어부(15)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 N개의 검출신호들을 출력하는 N개의 전류감지부들을 더 포함하며, 상기 N개의 전류감지부들은 각각, 상기 N개의 스위치들의 제2단자와 상기 N개의 LPF들의 입력단자 사이에 연결되어 있거나, 또는 상기 상기 N개의 LPF들의 출력단자와 상기 N개의 출력단자들 사이에 연결되어 있을 수 있다.
이때, 상기 N개의 검출신호들은 각각 상기 N개의 출력단자들에 연결된 N개의 충전단자들에 포함되어 있는 N개의 전류감지부들로부터 출력될 수 있다.
이때, 상기 제어부는, ① 미리 결정된 감지시구간(T1) 동안, 상기 N개의 출력단자들 중 충전전류가 흐르고 있는 M개의 출력단자들과 충전전류가 흐르지 않는 N-M개의 출력단자들을 결정하고(단, M은 0 이상 N 이하의 정수), ② 상기 M의 값을 기초로 상기 슬라이닥스의 증폭의 값에 관한 제어신호를 생성하며, ③ 상기 미리 결정된 감지시구간(T1) 이후의 미리 결정된 충전시구간(T2) 동안 상기 N개의 스위치들 중 상기 결정된 N-M개의 출력단자들에 대응하는 N-M개의 스위치들을 오프상태로 유지하고, ④ 상기 충전시구간 동안, 임의의 시점에서 상기 N개의 스위치들 중 상기 결정된 M개의 출력단자들에 대응하는 M개의 스위치들 중 0개 또는 1개만이 온상태가 되도록 상기 M개의 스위치들의 온/오프 상태를 순차적으로 전환하도록 되어 있을 수 있다.
또는, 상기 제어부는, ① 미리 결정된 감지시구간(T1) 동안 상기 N개의 출력단자들 중 충전전류가 흐르고 있는 출력단자의 개수인 M을 결정하고(단, M은 0 이상 N 이하의 정수), 그리고 ② 상기 M의 값이 클수록 상기 슬라이닥스의 증폭의 값을 증가시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 미리 결정된 감지시구간(T1) 동안, ① 상기 N개의 출력단자들 중 충전전류가 흐르고 있는 M개의 출력단자들과 충전전류가 흐르지 않는 N-M개의 출력단자들을 결정하고(단, M은 0 이상 N 이하의 정수), ② 임의의 시점에서 상기 N개의 스위치들 중 0개 또는 1개만이 온상태가 되도록 상기 N개의 스위치들의 온/오프 상태를 순차적으로 전환하고, ③ 상기 N개의 스위치들 중 온-상태를 유지하는 스위치를 통해 전류가 흐르는지 여부를, 상기 N개의 검출신호들 중 상기 온-상태를 유지하는 스위치에 대응하는 검출신호를 이용하여 결정하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 충전 전력분배장치는, 입력전압을 증폭시키는 슬라이닥스; ① N개의 출력단자들 중 배터리가 연결되어 있는 출력단자의 개수 M을 결정하여, ② 상기 M이 증가할수록 상기 슬라이닥스의 증폭률을 증가시키며, ③ 충전시구간 중 임의의 시점에서 상기 배터리가 연결되어 있는 M개의 출력단자들 중 0개 또는 1개만을 통해 충전전력이 제공되도록, 상기 슬라이닥스의 출력을 상기 M개의 출력단자들에게만 순차적으로 제공하는 제어부; 및 상기 N개의 출력단자에 연결된 전력전송선로에 연결되어 있는 N개의 LPF들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 충전하려는 전기자동차가 충전단자에 연결되어 있는지를 파악할 수 있으며, 파악된 전기자동차의 대수에 따라 효율적으로 충전 전력을 분배할 수 있는 전기자동차용 충전 전력분배장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 현재 충전이 필요한 자동차들에게 가능한 최대의 전기를 효율적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배장치를 포함한 전기자동차용 충전 전력 분배를 위한 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 3대의 전기자동차가 충전될 때의 시간에 따른 클록신호 제어부에서 출력되는 클록신호, 스위치의 출력전압, 및 LPF의 출력전압을 각각 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지시구간과 충전시구간을 시간에 따라 나타낸 것이다.
도 4는 도 1로부터 변형된 실시예로서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배장치를 포함한 전기자동차용 충전 전력 분배를 위한 시스템을 나타낸 것이다.
도 5는 도 1로부터 변형된 실시예로서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력분배장치를 포함한 전기자동차용 충전 전력 분배를 위한 시스템을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배장치(1)를 포함한 전기자동차용 충전 전력 분배를 위한 시스템을 나타낸 것이다.
전력분배장치(1)는 슬라이닥스(SLIDE-AC)(10), N개의 스위치들(11.1~11.N), N개의 전류감지부들(12.1~12.N), N개의 LPF(Low Pass Filter)들(13.1~13.N), 및 제어부(15)를 포함할 수 있다.
전력분배장치(1)의 출력단자로서, N개의 충전단자(2.1~2.N)가 상기 전력분배장치(1)에 연결될 수 있다.
N개의 충전단자들(2.1~2.N)은 각각 전기자동차에 연결될 수 있다.
슬라이닥스(10)는 슬라이닥스(10)로 입력되는 입력전압(VIN)을 가변값인 전압 증폭률(K)만큼 증폭하여 출력전압(VM)을 출력하도록 되어 있을 수 있다. 이때, 상기 전압 증폭률(K)은 상기 제어부(15)에서 출력되는 제어신호에 의해 결정될 수 있다.
N개의 스위치들(11.1~11.N)은 각각 상기 슬라이닥스의 출력단자에 연결될 수 있다. 이때, 상기 N개의 스위치들의 온/오프(ON/OFF)의 여부는 상기 제어부(15)에 의해 제어될 수 있다.
N개의 전류감지부들(12.1~12.N)은 감지시구간에서, N개의 충전단자들(2.1~2.N) 중 어느 충전단자들에 각각 전류가 흐르는지의 여부를 검출하도록 되어 있을 수 있다. 즉, N개의 전류감지부들은 N개의 스위치들 중 어느 스위치들에 전류가 흐르는지 감지하도록 되어 있을 수 있다. N개의 전류감지부들에서 감지된 정보들은 제어부(15)에 검출신호로서 제공될 수 있다.
N개의 LPF들(13.1~13.N)은 상기 N개의 전류감지부들(12.1~12.N)을 통과한 각각의 교류전압을 입력받아 필터링하여 전기자동차에 공급가능한 전압(VC)의 피크값을 갖도록 하는 교류전압을 출력할 수 있다. N개의 LPF들(13.1~13.N)의 일 단자는 각각 상기 N개의 전류감지부들(12.1~12.N)에 연결되어 있으며, N개의 LPF들(13.1~13.N)의 타 단자는 상기 N개의 충전단자들(2.1~2.N)에 연결되어 있을 수 있다.
제어부(15)는 상기 감지시구간에서, 상기 N개의 스위치들(11.1~11.N)에 서로 겹치지 않는 클럭신호들을 각각 제공할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 감지시구간에서 상기 N개의 전류감지부들(12.1~12.N)로부터 검출되어 출력된 검출신호들을 입력받을 수 있다. 상기 제어부는, 상기 감지시구간 이후의 충전시구간에서, 상기 N개의 스위치들의 온/오프(ON/OFF)를 제어할 수 있다. 즉, N개의 스위치들 중 전류가 검출된 스위치들에게만 서로 겹치지 않는 클럭신호들을 각각 제공할 수 있다. 그리고 N개의 스위치들 중 상기 전류가 검출되지 않은 스위치들은 오프 상태를 유지하도록 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 제어부(15)는 상기 검출신호를 이용하여 슬라이닥스(10)의 전압 증폭률(K)에 관한 제어신호를 출력할 수 있다. 이때, 상기 전압 증폭률(K)은 다음과 같은 과정을 통해 결정될 수 있다.
전기자동차에 공급하기 위한 전압(Vc)과 상기 전압(Vc)의 피크값(Vc.peak)은 미리 결정된 값일 수 있다. 상기 충전단자의 총 개수도 N으로 결정되어 있을 수 있다. 이때, 현재 충전중인 자동차 개수를 P(예컨대, 3)라고 가정할 수 있다. 그리고 상기 충전중인 자동차에 연결된 충전단자는 충전단자(2.1), 충전단자(2.2), 및 충전단자(2.K)일 수 있다.
이때, 상기 3개의 충전단자의 전압의 피크값은 각각 상기 전압(Vc)의 피크값(Vc.peak)과 같을 수 있다. 즉, V13.1.peak=V13.2.peak=V13.K.peak=Vc.peak 가 성립할 수 있다.
이때, 상기 3개의 충전단자에 대응하는 각각의 스위치의 출력전압은 P*Vc.peak와 같을 수 있다. 즉, V11.1=V11.2=V11.K=P(=3)*Vc.peak 가 성립할 수 있다.
이때, 슬라이닥스의 출력전압(VM)의 피크값(VM.peak)은 스위치(11.1)의 출력전압의 피크값(V11.1.peak)과 같으며, 따라서 상기 피크값(VM.peak)은 P*Vc.peak와 같을 수 있다. 즉, VM.peak=V11.1.peak=P(=3)*Vc.peak 가 성립할 수 있다.
이때, 슬라이닥스의 출력전압(VM)은 입력전압(VIN)에 전압 증폭률(K)을 곱한 값으로 결정될 수 있다. 즉, VIN*K=VM으로 결정될 수 있다. 따라서, VIN.peak*K=VM.peak=P(=3)*Vc.peak 가 성립할 수 있다.
따라서, K=P(=3)*Vc.peak/VIN.peak 가 성립할 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이, Vc.peak와 VIN.peak는 미리 결정된 값이므로, 현재 충전중인 차동차 개수, 즉, 상기 N개의 전류감지부들에서 전류가 흐르는 것으로 검출된 스위치들의 개수에 따라 슬라이닥스(10)의 전압증폭률(K)은 가변될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 3대의 전기자동차(3.1, 3.2, 3.K)가 충전될 때의 시간(t)에 따른 클록신호 제어부에서 출력되는 클록신호, 스위치의 출력전압, 및 LPF의 출력전압을 각각 그래프로 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 제어부에서 출력되는 스위치의 온/오프 제어신호인 클록신호(Ø11.1, Ø11.2, Ø11.K)를 나타낸 것이며, 도 2의 (b)는 대응하는 각 스위치(11.1, 11.2, 11.K)를 통과한 지점에서의 전압(V11.1, V11.2, V11.K)을 나타낸 것이며, 도 2의 (c)는 대응하는 LPF(13.1, 13.2, 13.K)의 출력전압(V13.1, V13.2, V13.K)을 나타낸 것이다.
도 2의 (a)와 같이, N개의 전류감지부들(12.1~12.N) 중 전류감지부(12.1), 전류감지부(12.2), 및 전류감지부(12.K)에서만 전류가 감지된 경우, 제어부는 상기 전류감지부(12.1)와 연결된 스위치(11.1), 상기 전류감지부(12.2)에 연결된 스위치(11.2), 및 상기 전류감지부(12.K)에 연결된 스위치(11.K)만을 온/오프하는 클록신호를 상기 각각의 스위치에 제공할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 제1클록(Ø11.1), 제2클록(Ø11.2), 및 제K클록(Ø11.K)의 파형은 서로 겹치지 않도록 되어 있을 수 있다.
도 2의 (b)의 전압(V11.1, V11.2, V11.K)은 각각 입력전압(VIN)을 K배 증폭한 전압을 나타낸 것이다. 예컨대, 스위치(11.1)가 온 되는 시구간에서만 전압의 파형이 나타나며, 스위치(11.2)가 온 되는 시구간에서만 전압의 파형이 나타나고, 스위치(11.K)가 온 되는 시구간에서만 전압의 파형이 나타날 수 있다. 따라서 전압(V11.1), 전압(V11.2), 및 전압(V11.K)의 파형은 서로 겹치지 않을 수 있다. 이때, 전압(V11.1)의 피크값(V11.1.peak), 전압(V11.2)의 피크값(V11.2.peak), 및 전압(V11.K)의 피크값(V11.K.peak)은 서로 거의 같을 수 있다.
도 2의 (c)는 도 2의 (b)의 전압의 파형이 각각의 LPF(13.1, 13.2, 13.K)를 통과한 후의 전압(V13.1, V13.2, V13.K)의 파형이다. 즉, 전기자동차에 실제로 공급되어야 할 미리 결정된 전압(Vc)으로 맞추기 위한 과정일 수 있다. 예컨대, 도 2의 (b)에서, 전압(V11.1)의 피크값이 V11.1.peak 일 경우, LPF(13.1)를 통과한 후의 전압(V13.1)의 피크값은 (1/3)*V11.1.peak 일 수 있다. 마찬가지로, 전압(V11.2)의 피크값이 V11.2.peak 일 경우, LPF(13.2)를 통과한 후의 전압(V13.2)의 피크값은 (1/3)*V11.2.peak 일 수 있다. 또한, 전압(V11.K)의 피크값이 V11.K.peak 일 경우, LPF(13.K)를 통과한 후의 전압(V13.K)의 피크값은 (1/3)*V11.K.peak 일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지시구간(T1)과 충전시구간(T2)을 시간에 따라 나타낸 것이다.
전류 감지시구간(T1)과 충전시구간(T2)은 하나의 세트로서, 반복적으로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 전류 감지시구간(T1)에서는, 제어부(15)가 N개의 스위치들(11.1~11.N)에 서로 겹치지 않는 클럭신호들을 각각 제공함으로써, 어느 충전단자에 전기자동차가 충전을 위해 연결되어 있는지를 검출할 수 있다.
충전시구간(T2)에서는, 제어부(15)가 전기자동차가 연결되어 있는 것으로 검출된 충전단자들에 연결된 스위치들만을 온/오프 제어함으로써, 해당 전기자동차들을 효율적으로 충전할 수 있다.
도 4는 도 1로부터 변형된 실시예로서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배장치(1)를 포함한 전기자동차용 충전 전력 분배를 위한 시스템을 나타낸 것이다.
도 4에 나타낸 실시예를 도 1에 나타낸 실시예와 비교하여 볼 때에, 전류감지부(12.K)가 LPF(13.K)의 출력단자에 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다.
도 5는 도 1로부터 변형된 실시예로서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력분배장치(1)를 포함한 전기자동차용 충전 전력 분배를 위한 시스템을 나타낸 것이다.
도 5에 나타낸 실시예를 도 1에 나타낸 실시예와 비교하여 볼 때에, 전류감지부(12.K)가 전력분배장치(1)의 외부에 존재하며, 충전단자(2.K)에 설치되어 있다는 점에서 차이가 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (7)

  1. 입력전압을 증폭한 출력전압을 출력하는 슬라이닥스;
    제1단자가 상기 슬라이닥스의 출력단자에 각각 연결된 N개의 스위치들;
    입력단자가 상기 N개의 스위치들의 제2단자에 각각 연결된 N개의 LPF들;
    상기 N개의 LPF들의 출력단자에 각각 연결된 N개의 출력단자들; 및
    상기 N개의 출력단자에 부하가 연결되어 있는지를 나타내는 N개의 검출신호들을 이용하여 상기 N개의 스위치들의 온/오프 동작을 제어하도록 되어 있으며, 상기 N개의 검출신호를 이용하여 상기 슬라이닥스의 상기 증폭의 값에 관한 제어신호를 생성하여 상기 슬라이닥스에게 제공하도록 되어 있는 제어부(15)
    를 포함하며,
    상기 제어부는,
    ① 미리 결정된 감지시구간(T1) 동안 상기 N개의 출력단자들 중 충전전류가 흐르고 있는 출력단자의 개수인 M을 결정하고(단, M은 0 이상 N 이하의 정수), 그리고
    ② 상기 M의 값이 클수록 상기 슬라이닥스의 증폭의 값을 증가시키도록 되어 있는,
    충전 전력분배장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 검출신호들을 출력하는 N개의 전류감지부들을 더 포함하며,
    상기 N개의 전류감지부들은 각각,
    상기 N개의 스위치들의 제2단자와 상기 N개의 LPF들의 입력단자 사이에 연결되어 있거나, 또는
    상기 상기 N개의 LPF들의 출력단자와 상기 N개의 출력단자들 사이에 연결되어 있는,
    충전 전력분배장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 N개의 검출신호들은 각각 상기 N개의 출력단자들에 연결된 N개의 충전단자들에 포함되어 있는 N개의 전류감지부들로부터 출력되는, 충전 전력분배장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    ① 상기 미리 결정된 감지시구간(T1) 이후의 미리 결정된 충전시구간(T2) 동안 상기 N개의 스위치들 중 충전전류가 흐르지 않는 것으로 결정된 N-M개의 출력단자들에 대응하는 N-M개의 스위치들을 오프상태로 유지하고,
    ② 상기 충전시구간 동안, 임의의 시점에서 상기 N개의 스위치들 중 상기 결정된 M개의 출력단자들에 대응하는 M개의 스위치들 중 0개 또는 1개만이 온상태가 되도록 상기 M개의 스위치들의 온/오프 상태를 순차적으로 전환하도록 되어 있는,
    충전 전력분배장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 미리 결정된 감지시구간(T1) 동안,
    ① 임의의 시점에서 상기 N개의 스위치들 중 0개 또는 1개만이 온상태가 되도록 상기 N개의 스위치들의 온/오프 상태를 순차적으로 전환하고,
    ② 상기 N개의 스위치들 중 온-상태를 유지하는 스위치를 통해 전류가 흐르는지 여부를, 상기 N개의 검출신호들 중 상기 온-상태를 유지하는 스위치에 대응하는 검출신호를 이용하여 결정하도록 되어 있는,
    충전 전력분배장치.
  7. 입력전압을 증폭시키는 슬라이닥스;
    ① N개의 출력단자들 중 배터리가 연결되어 있는 출력단자의 개수 M을 결정하여, ② 상기 M이 증가할수록 상기 슬라이닥스의 증폭률을 증가시키며, ③ 충전시구간 중 임의의 시점에서 상기 배터리가 연결되어 있는 M개의 출력단자들 중 0개 또는 1개만을 통해 충전전력이 제공되도록, 상기 슬라이닥스의 출력을 상기 M개의 출력단자들에게만 순차적으로 제공하는 제어부; 및
    상기 N개의 출력단자에 연결된 전력전송선로에 연결되어 있는 N개의 LPF들
    을 포함하는,
    충전 전력분배장치.
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