KR102130033B1 - 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 이동식 급속 충전 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 차량에 탑재된 에너지 저장 시스템; 및 상기 차량에 탑재되고 상기 에너지 저장 시스템으로부터 직접 직류 전원을 공급받아 전기 자동차를 충전하는 급속 충전기를 포함하는, 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 개시한다.

Description

에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템{Movable fast charging system for electric vehicles with the function of energy storage system}
본 발명의 실시예는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템에 관한 것이다.
최근 전기 자동차의 보급이 점차 확대되면서, 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 인프라의 구축도 점차적으로 확대되고 있다. 이러한 충전 인프라의 경우, 교류 완속 충전과 직류 급속 충전이 대부분을 차지하고 있으며, 개인용 완속 충전기의 설치를 제외한 공공형 충전기로는 대부분 급속 충전기가 설치되고 있는 실정이다.
이에 따라, 자가 시설 내에 별도의 개인용 충전기를 설치하는 것이 어렵고 공공형 급속 충전기를 사용하기 위해서는 해당 충전소를 방문해야 한다. 이 경우 급속 충전기를 이용하더라도 30~40분이나 걸리는 충전 시간은 여전히 길다는 문제점이 있고, 배터리 총 용량의 80% 수준에 머무는 충전 기술로 인한 문제점들은 전기 자동차의 보급에 큰 걸림돌로 작용하고 있다.
이와 더불어, 전기 자동차의 충전이 완료되더라도 사용자가 충전기와 전기 자동차를 분리하지 않거나, 해당 공간에 주차하게 되는 경우, 다른 전기 자동차의 사용자가 해당 충전기를 사용할 수 없게 된다는 문제도 있다.
또한, 전기 자동차를 연속적으로 운행하거나 장거리 운행을 하게 되는 경우, 출발지와 목적지의 중간 지점에 충전 시스템이 구비되지 않게 되면 전기 자동차의 운용이 어려울 뿐만 아니라 충전에 소요되는 시간동안 운행이 불가하여 전체적인 차량 운용시간이 상승하게 되는 전기 자동차의 운용에 있어 가장 취약한 문제도 존재한다.
한편, 전기 자동차가 방전으로 인해 운행하는 것이 사실상 불가능한 경우, 구난 차량이 출동하지 않고 충전이 가능하도록 배터리에 전기 에너지를 저장한 비상 충전 차량을 통해 충전하는 비상 충전 방식이 있으나, 비상 충전 방식은 비상 상황에만 이용 가능한 서비스로서 반복적으로 운용될 수 있는 정식적인 충전 서비스에 해당하지 않으며, 충전을 위한 정차 시간이 요구되는 한계는 동일하게 지니고 있다는 문제가 있다.
따라서, 사용자가 충전소를 방문하지 않도록 하고, 이와 더불어 충전에 걸리는 시간적 소요를 발생시키지 않으면서 전기 자동차를 충전할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
이와 관련하여, 한국등록특허공보 제10-1759246호(발명의 명칭: 전기자동차 충전시스템)는 주차장에 설치된 충전구역에서 복수의 전기자동차를 충전하기 위하여, 충전부에 복수의 포트를 구비하며, 복수의 포트에는 고속충전유닛, 저속충전유닛, 저고속충전 겸용유닛 중 하나가 구비되며, 사용자의 선택에 따라 고속 또는 저속 충전, 또는 고속충전 후 저속충전으로 전환될 수 있도록 하는 기술을 개시하고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 주상 또는 지상 변압기의 교체 시 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템은 차량에 탑재된 에너지 저장 시스템; 및 상기 차량에 탑재되고 상기 에너지 저장 시스템으로부터 전원을 공급받아 전기 자동차를 충전하는 급속 충전기를 포함하되, 상기 에너지 저장 시스템은 배터리; 상기 배터리와 상기 급속 충전기를 직접 연결하는 제1직류 전원 공급용 케이블; 상기 배터리에 연결되어 상기 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 파워 컨버션 시스템(PCS); 상기 배터리와 상기 PCS를 연결하는 제2직류 전원 공급용 케이블; 및 상기 PCS와 상기 급속 충전기를 연결하는 교류 전원 공급용 케이블을 포함하고, 상기 에너지 저장 시스템은 상기 배터리의 직류 전원을 승압 또는 강압하지 않고 그대로 상기 제1직류 전원 공급 케이블을 통하여 상기 급속 충전기에 공급하고 또한 상기 PCS로부터 교류 전원을 상기 교류 전원 공급용 케이블을 통하여 상기 급속 충전기에 공급한다.
삭제
상기 에너지 저장 시스템은 배터리; 상기 배터리의 출력단에 연결된 직류 스위치; 상기 직류 스위치의 출력단에 연결되어 상기 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 파워 컨버션 시스템(PCS); 상기 PCS의 출력단에 연결된 차량 변압기; 상기 차량 변압기의 출력단에 연결된 교류 스위치; 상기 교류 스위치의 출력단에 연결된 그리드 스위치; 상기 그리드 스위치의 출력단에 연결된 제1출력 단자; 및 상기 교류 스위치의 출력단에 연결된 제2출력 단자를 포함할 수 있다.
상기 배터리의 출력단과 상기 급속 충전기 사이에 상기 제1직류 전원 공급용 케이블이 연결되고, 상기 PCS의 출력단과 상기 급속 충전기 사이에 상기 교류 전원 공급용 케이블이 연결될 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은 상기 배터리 및 상기 PCS를 제어하는 파워 관리 시스템(PMS)을 더 포함할 수 있다.
주상 변압기의 교체 시 상기 제1출력 단자 및 상기 제2출력 단자를 상기 주상 변압기의 2차측 단자에 연결하고; 상기 그리드 스위치를 턴온한 후, 상기 주상 변압기의 2차측 단자와 부하 사이의 케이블을 제거하여 상기 주상 변압기의 2차측 단자로부터 전원이 상기 제1출력 단자, 상기 그리드 스위치 및 상기 제2출력 단자를 통해 상기 부하에 제공되도록 하고; 그리고 상기 직류 스위치 및 상기 교류 스위치를 턴온하고, 상기 그리드 스위치를 오프하여 상기 차량 변압기의 출력 전원이 상기 제2출력 단자를 통해 상기 부하에 제공되도록 하는 상태에서 상기 주상 변압기를 교체할 수 있다.
상기 주상 변압기의 교체 후 상기 직류 스위치 및 상기 교류 스위치를 턴오프하고, 상기 그리드 스위치를 턴온하여, 교체된 주상 변압기의 2차측 단자로부터의 전원이 상기 제1출력 단자, 상기 그리드 스위치 및 상기 제2출력 단자를 통해 상기 부하에 제공되도록 하고; 그리고 상기 주상 변압기의 2차측 단자와 상기 부하 사이에 케이블을 연결하여 상기 주상 변압기의 2차측 단자로부터의 전원이 상기 부하에 제공되도록 할 수 있다.
상기 PCS와 그리드 사이의 위상을 동기화한 후, 상기 그리드 스위치를 턴오프할 수 있다.
그리드와 상기 부하 사이의 위상을 동기화한 후, 상기 그리드 스위치를 턴온할 수 있다.
상기 이동식 급속 충전 시스템의 위치 정보를 수신하는 관리자 단말을 더 포함하고, 상기 관리자 단말이 전기 자동차의 위치 및 시간 정보를 포함하는 충전 요청 메시지를 상기 전기 자동차의 사용자 단말로부터 수신하면, 상기 사용자 단말의 위치에 가장 근접한 상기 이동식 급속 충전 시스템의 위치 정보를 상기 전기 자동차의 사용자 단말로 전송하고, 상기 전기 자동차의 사용자 단말이 상기 이동식 급속 충전 시스템의 위치로 이동되면, 상기 전기 자동차의 사용자 단말이 상기 관리자 단말로 도착 알림 메시지를 전송하고, 상기 이동식 급속 충전 시스템이 상기 전기 자동차로 전원이 공급되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 주상 또는 지상 변압기의 교체 시 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 전기 자동차/사용자 단말의 충전 요청에 따라 급속 충전 시스템이 충전 요청 위치 또는 그 근처로 이동하여 전기 자동차의 충전 편의성을 향상시킬 수 있는 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템이 탑재된 차량을 도시한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 이용한 변압기 교체 방법을 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템의 네트워크 구성을 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)이 탑재된 차량(101)을 도시한 개략도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)이 탑재된 차량(101)은 배터리(102)와, 배터리 모니터링 시스템(103)과, 파워 컨버전 시스템(104)(PCS)과, 급속 충전기(105)와, 차량 변압기(106)와, 파워 아웃릿(107)과, 서비스 영역(108)(컨트롤링 룸)을 포함할 수 있다.
또한, 차량(101)은 위치 정보 전송을 위한 GPS 모듈(109)과, 냉난방 공조 제어를 위한 공조기(110)와, 차량(101)의 내부 온도 감지를 위한 온도 감지 센서(111)와, 차량(101)의 내부 연기 감지를 위한 연기 감지 센서(112)와, 차량(101)의 내부 소화를 위한 자동 소화 장치(113)와, 차량(101)의 내부 조명을 위한 조명 장치(114)와, 차량(101)의 내부 공기 배출을 위한 덕트 시스템(115)과, 차량(101)의 내부 공기의 강제 배출을 위한 공기 배출기(116)와, 배터리(102)의 진동을 억제하기 위한 진동 댐퍼(117)와, 차량(101)의 안정적인 고정을 위한 아웃리거(118)와, 차량(101)의 각종 유지 보수를 위한 툴 박스(119)를 포함할 수 있다. 여기서, 차량(101)은 상기 다양한 부품을 안정적으로 내장할 수 있도록 고강도 단열 패널(120)(우레탄이나 GRP)을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)은 급속 충전기(105)가 차량(101)의 내부에 탑재될 수 있으며(비록 도면에서는 차량 외측에 도시되어 있으나), 이는 전기 자동차(121)에 연결되어 전기 자동차(121)를 충전하거나 또는 전기 자동차(121)로부터 에너지를 받아 배터리(102)를 충전할 수 있다(전기 자동차(121)의 방전).
또한, 급속 충전기(105)는 스마트 그리드(122)에 연결되어 V2G 동작(전기 자동차 -> 그리드) 또는 G2V 동작(그리드 -> 전기 자동차)을 수행할 수 있다. 여기서, 스마트 그리드(122)는 또다른 에너지 저장 시스템을 충전하거나, 에너지 저장 시스템으로부터 에너지를 받을 수 있고(방전), 다양한 신재생 에너지원(태양전지, 풍력 발전기 등)에 연결될 수 있다.
또한, 차량(101)의 내부에 설치된 급속 충전기(105)는 전기 자동차(121)의 종류별로 상이한 급속 충전 방식을 통합한 복합 멀티형 방식의 급속 충전기(105)로서, 하나의 충전기에서 DC 급속(차데모, 콤보) 충전과, AC 3상 급속 충전 방식을 선택하여 충전할 수 있다.
또한, 차량(101)의 내부에 설치된 급속 충전기(105)는 Grid To Vehicle(G2V) 뿐만 아니라 Vehicle To Grid(V2G)도 가능하다. 즉, 전기 자동차(121)의 충,방전이 가능한 양방향 전기 충전기이고, 전기 자동차 운영 시스템(스마트그리드 V2G 연계를 위한 운영 소프트웨어 구축)을 갖고 있으며, 에너지 저장 시스템용 PCS 기능을 내장하고 있다. 더불어, 차량(101)의 내부에 설치된 급속 충전기(105)는 V2G 기술을 이용하여 전력 피크 관리가 가능하다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)은 차량(101)에 탑재된 급속 충전기(105)에 직접 직류 전원 또는 교류 전원을 제공할 수 있다. 따라서, 급속 충전기(105)에 연결된 전기 자동차(121)는 직류 전원으로 충전되거나 또는 교류 전원으로 충전될 수 있다.
한편, 차량(101)의 내부에 탑재된 에너지 저장 시스템(123)은 배터리(102), PCS(104), 파워 매니지먼트 시스템(124)(PMS), 차량 변압기(106) 및 차량 변압기(106)와 PCS(104) 사이에 연결된 스위치(126)를 포함할 수 있다. 여기서 PMS(124)가 부하(128)에 인가되는 전류를 센싱하여 배터리(102), PCS(104) 및 스위치(126)를 제어할 수 있다. 더욱이, PMS(124)는 지상 또는 주상 변압기(127)를 대신하여 부하(128)에 직접 교류 전원을 공급할 수 있다. 즉, 주상 변압기(127)의 전단에 설치된 COS 스위치(129)가 턴오프되었을 때, 차량 변압기(106)를 통하여 부하(128)에 교류 전원을 공급할 수 있다.
여기서, 배터리(102)의 출력단과 급속 충전기(105) 사이에 직류 전원 공급용 케이블이 연결될 수 있고, PCS(104)의 출력단과 급속 충전기(105) 사이에 교류 전원 공급용 케이블이 연결될 수 있다.
이에 따라, 에너지 저장 시스템(123), 즉, 배터리(102)가 직접 직류 전원을 급속 충전기(105)에 공급함으로써, 종래에 비해 효율이 대략 7% 정도 향상될 수 있다. 다르게 설명하면, DC->AC->DC 방식으로 전기 자동차가 충전되는 것이 아니라 DC->DC 방식으로 전기 자동차가 충전될 수 있어 충전 효율이 향상될 수 있다.
더욱이 본 발명에 따른 이동식 급속 충전 시스템(100)은 PCS(104)가 교류 전원을 급속 충전기(105)에 공급함으로써, 급속 충전기(105)가 전기 차량을 교류 방식으로 충전할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동식 급속 충전 시스템(100)은 상술한 바와 같이 전기 자동차(121)를 직류 전원 또는 교류 전원으로 충전할 뿐만 아니라 일반 가정과 같은 부하(128)에 교류 전원을 공급할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100) 중에서 상기 에너지 저장 시스템(123)은 배터리(102)와, 배터리(102)의 출력단에 연결된 직류 스위치(130)와, 직류 스위치(130)의 출력단에 연결되어 배터리(102)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 PCS(104)와, PCS(104)의 출력단에 연결된 차량 변압기(106)와, 차량 변압기(106)의 출력단에 연결된 교류 스위치(131)와, 교류 스위치(131)의 출력단에 연결된 그리드 스위치(132)와, 그리드 스위치(132)의 출력단에 연결된 제1출력 단자(133)와, 교류 스위치(131)의 출력단에 연결된 제2출력 단자(134)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1출력 단자(133)와 제2출력 단자(134)는 교류 스위치(131)에 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 3상 상용 전원에 COS 스위치(129)가 연결되고, COS 스위치(129)에 주상 변압기(127)가 연결될 수 있다. 즉, 주상 변압기(127)의 1차측 단자(T1)에 COS 스위치(129)가 연결되고 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)에 부하(128)가 연결될 수 있다.
여기서, 급속 충전기(105)에 직류 전원을 공급하는 직류 케이블은 직류 스위치(130)와 PCS(104)의 사이에 연결될 수 있고, 교류 전원을 공급하는 교류 케이블은 PCS(104)와 차량 변압기(106)의 사이에 연결될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)을 이용한 변압기 교체 방법을 도시한 블럭도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 시스템(123)의 제1출력 단자(133) 및 제2출력 단자(134)를 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)에 연결한다. 이때, 직류 스위치(130)만이 턴온되었을 뿐, 교류 스위치(131) 및 그리드 스위치(132)는 턴오프되어 있다. 따라서, PCS(104)는 대기 상태로서 아직 전원을 출력하지 않는다. 더불어, COS 스위치(129)가 턴온되어 있으므로, 주상 변압기(127)를 통해 상용 전원이 부하(128)에 공급되고 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 시스템(123)의 그리드 스위치(132)를 턴온한 후, 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)와 부하(128) 사이의 케이블을 제거하여 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)로부터 전원이 에너지 저장 시스템(123)의 제1출력 단자(133), 그리드 스위치(132) 및 제2출력 단자(134)를 통해 바이패스되어 부하(128)에 제공되도록 한다. 다르게 설명하면, 부하(128)의 케이블이 에너지 저장 시스템(123)의 제2출력 단자(134), 그리드 스위치(132) 및 제1출력 단자(133)를 통해 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)에 연결된다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 시스템(123)의 직류 스위치(130) 및 교류 스위치(131)를 턴온하고, 그리드 스위치(132)를 턴오프하여 차량 변압기(106)의 출력 전원이 제2출력 단자(134)를 통해 부하(128)에 제공되도록 한다. 이 상태에서, COS 스위치(129)를 턴오프하고, 주상 변압기(127)를 안전하게 교체한다.
여기서, PCS(104)와 그리드 사이의 위상을 동기화한 후, 그리드 스위치(132)를 턴오프하며, 대략 4ms 내에 차량 변압기(106)를 통한 전원이 부하(128)에 제공되도록 한다.
이와 같이 하여, 주상 변압기(127)가 안전하게 교체될 수 있으며, 이러한 주상 변압기(127)의 교체 시에도 부하(128)에는 에너지 저장 시스템(123)으로부터 끊김없이 전기 에너지가 공급될 수 있다.
다음으로, 도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 주상 변압기(127)의 교체 후 직류 스위치(130) 및 교류 스위치(131)를 턴오프하고, 그리드 스위치(132)를 턴온하여, 교체된 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)로부터의 전원이 제1출력 단자(133), 그리드 스위치(132) 및 제2출력 단자(134)를 통해 부하(128)에 제공되도록 한다.
여기서, 그리드와 부하(128) 사이의 위상을 동기화한 후, 그리드 스위치(132)를 턴온한다. 또한, 정상적으로 그리드 스위치(132)를 통해 주상 변압기(127)의 전원이 부하(128)에 공급된 후 직류 스위치(130) 및 교류 스위치(131)를 턴오프한다. 또한, 이때 부하(128)에 연결된 케이블이 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)에 연결된다.
마지막으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 주상 변압기(127)로부터 부하(128)에 정상적으로 전원이 공급됨을 확인하고, 주상 변압기(127)의 2차측 단자(T2)로부터 에너지 저장 시스템(123)의 제1출력 단자(133) 및 제2출력 단자(134)에 연결된 모든 케이블을 제거한다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예는 주상 변압기(127)의 교체 시 2차 저압 작업을 통한 안전성을 향상시킬 수 있다. 즉, 기존에는 주상 변압기의 교체 시 1차 고압 작업이 필요했으나, 본 발명에서는 이러한 1차 고압 작업이 필요없음으로써 작업자의 안전정이 향상된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)의 네트워크 구성을 도시한 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)은 인터넷망을 통하여 관리자 단말(200), 사용자 단말(300) 및 전기 자동차(121)에 연결될 수 있다. 여기서, 인터넷망은 3G, 4G, LTE, 5G 또는 6G를 포함하는 통신망일 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템(100)의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이동식 급속 충전 시스템(100)은 기본적으로 한 장소에 지속적으로 고정되어 있는 고정형 급속 충전 장치가 가지는 문제를 해소하기 위한 것으로서, 사용자가 충전을 필요로 하는 장소 또는 그 근처에 급속 충전 장치가 이동하는 것을 기본으로 한다. 그러나, 사용자의 전기 자동차(121)가 어느 장소(예를 들면, 아파트 주차장)에서나 전기 충전이 가능한 것은 아니기 때문에, 전기 충전이 용이한 주요 지역/시간(예를 들면 공용 주차장이나 도로)에 기본적으로 이동식 급속 충전 시스템(100)이 차량(101)에 탑재되어 이동할 수 있다. 물론, 이동식 급속 충전 시스템(100)이 충전을 요청한 전기 자동차(121)의 위치로 바로 이동할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 이동식 급속 충전 시스템(100)의 운용 방법은 먼저 이동식 급속 충전 시스템(100)을 관리하는 관리자 단말(200)에 이동식 급속 충전 시스템(100)이 자신의 위치 정보를 전송한다(S1). 여기서, 이동식 급속 충전 시스템(100)은 상술한 바와 같이, 전기 자동차(121)의 수요가 많은 장소/시간에 전기 충전이 가능한 주차장이나 도로 등에 미리 주차하거나, 경우에 따라 전기 자동차(121)의 주차 위치로 바로 이동할 수도 있다.
이어서, 이동식 급속 충전 시스템(100)을 관리하는 관리자 단말(200)에 전기 자동차(121) 또는 사용자 단말(300)이 충전 요청 메시지를 전송한다(S2). 충전 요청 메시지에는 충전 장소, 충전 시작 시간 및 충전 종료 시간 등이 포함되어 있을 수 있다. 또한, 충전 요청 메시지에는 사용자에 의해 선택된 충전 등급 정보가 더 포함될 수 있다. 이러한 충전 등급 정보에 대응하도록 복수 개의 전력 변환 장치의 개수가 조절되고 기본 서비스 이용료 및 충전 서비스의 비용이 책정되며, 그 결과가 관리자 단말(200)로부터 전기 자동차(121) 또는 사용자 단말(300)로 전송된다.
예를 들어, 충전 등급 정보로 가장 좋은 1등급의 경우 10KW의 전력 변환 장치가 5개 사용되고, 2등급의 경우 4개, 3등급의 경우 3개 등으로 구분되며, 각각에 대해 이용 시간(1시간, 2시간 등)으로 구분되어 등급이 설정될 수 있다. 사용자는 빠르게 충전하여 이용하고자 하는 경우 높은 충전 등급 정보를 선택하여 충전 요청 메시지를 사용자 단말(300)을 통해 전송할 수 있으며, 시간적으로 여유가 있는 상태인 경우 낮은 충전 등급 정보를 선택할 수 있다.
그러면, 관리자 단말(200)은 전기 자동차(121)/사용자 단말(300)에 가장 근접하여 위치된 이동식 급속 충전 시스템(100)의 위치 정보(충전 가능 시간 포함)를 전송한다(S3). 한편, 관리자 단말(200)은 충전 요청 메시지에 대응하여 이동식 급속 충전 시스템(100)을 전기 자동차(121)의 충전 위치에 가장 근접한 위치로 이동시킨 뒤, 이동식 급속 충전 시스템(100)의 위치 정보를 전기 자동차(121)/사용자 단말(300)에 전송할 수도 있다.
이어서, 전기 자동차(121)/사용자 단말(300)이 이동식 급속 충전 시스템(100)의 위치에 도착하면, 전기 자동차(121)/사용자 단말(300)이 이동식 급속 충전 시스템(100)의 위치에 도착하였음을 관리자 단말(200)에 전송한다(S4).
그 다음 관리자 단말(200)은 사용자 단말(300)로부터 수신한 충전 요청 메시지를 이동식 급속 충전 시스템(100)으로 전달하고(S7), 이동식 급속 충전 시스템(100)은 충전 요청 메시지에 포함된 정보에 기초하여 전기 자동차(121)를 충전한다(S8).
이때, 본 발명의 실시예는 관리자 단말(200)이 전기 자동차(121)로부터 전기 자동차(121)의 현재 위치 정보를 수신할 수 있다. 이 경우 관리자 단말(200)이 전기 자동차(121)의 현재 위치 정보 및 이에 기초하는 주행 방향을 분석하여 전기 자동차(121)와 최근접한 위치에 위치하거나 최소시간으로 이동 가능한 이동식 급속 충전 시스템(100)의 현재 위치 정보를 획득할 수 있다. 그리고 최근접한 위치 또는 최소시간으로 이동 가능한 이동식 급속 충전 시스템(100)을 전기 자동차(121)의 충전을 위한 장소 또는 그 근처로 이동시킴에 따라, 이동식 급속 충전 시스템(100)을 통해 전기 자동차(121)로 충전 전력을 공급할 수 있다.
예를 들어, 전기 자동차(121)가 A 장소에서 B 장소로 이동하는 중 A 장소와 B 장소 사이에 있는 하나의 휴게소에서 이동식 급속 충전 시스템(100)을 이용하고자 충전 요청 메시지를 관리자 단말(200)로 전송하게 되면, 관리자 단말(200)은 전기 자동차(121)의 현재 위치를 기반으로 최단거리나 또는 최소 시간으로 이동 가능한 이동식 충전 시스템을 검색하여 해당되는 이동식 급속 충전 시스템(100)을 휴게소로 이동시켜 사용자에게 제공할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예는 사용자로 하여금 이동식 급속 충전 시스템(100)을 사용 가능하도록 하기 위하여 전기 자동차(121) 또는 사용자 단말(300)을 통해 사용자를 인증하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어 이동식 급속 충전 시스템(100)을 충전 장소에 이동시켜 고정형 충전 방식으로 서비스가 제공되는 경우 다른 사용자의 접근 및 조작을 방지하기 위하여, 전기 자동차(121) 또는 사용자 단말(300)은 사용자 인증 정보를 이동식 급속 충전 시스템(100)으로 전송하고(S5), 이동식 급속 충전 시스템(100)에서 사용자 인증 정보에 기초하여 기저장된 사용자 정보와의 비교를 통한 사용자 인증을 수행하게 된다(S6).
사용자 인증이 성공하게 되면 관리자 단말(200)로 인증 성공 정보를 전송하게 되고, 이를 수신한 관리자 단말(200)은 사용자 단말(300)로부터 수신한 충전 요청 메시지를 이동식 급속 충전 시스템(100)으로 전달하게 된다(S7). 한편, 인증 방식은 아이디/패스워드 입력, 사용자의 신체 정보 입력, 인증 카드 정보 입력 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.
전기 자동차(121)와의 충전이 시작됨에 따라 이동식 급속 충전 시스템(100)은 전기 자동차(121)나 사용자 단말(300), 그리고 관리자 단말(200)로 충전 상태 정보를 전송하게 된다(S9, S10).
충전 상태 정보는 전기 자동차(121)의 현재 저장된 전력 에너지량, 충전 시작 시간과 사용자에 의해 요청된 충전 종료 시간, 완충까지 소요되는 시간, 충전 속도, 충전 완료 정보 등이 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 기능을 적용한 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템
101; 차량 102; 배터리
103; 배터리 모니터링 시스템 104; 파워 컨버전 시스템(PCS)
105; 급속 충전기 106; 차량 변압기
107; 파워 아웃릿 108; 서비스 영역
109; GPS 모듈 110; 공조기
111; 온도 감지 센서 112; 연기 감지 센서
113; 소화 장치 114; 조명 장치
115; 덕트 시스템 116; 공기 배출기
117; 진동 댐퍼 118; 아웃리거
119; 툴 박스 120; 단열 패널
121; 전기 자동차 122; 스마트 그리드
123; 에너지 저장 시스템
124; 파워 매니지먼트 시스템(PMS)
126; 스위치 127; 주상 변압기
128; 부하 129; COS 스위치
130; 직류 스위치 131; 교류 스위치
132; 그리드 스위치 133; 제1출력 단자
134; 제2출력 단자

Claims (10)

  1. 차량에 탑재된 에너지 저장 시스템; 및
    상기 차량에 탑재되고 상기 에너지 저장 시스템으로부터 전원을 공급받아 전기 자동차를 충전하는 급속 충전기를 포함하되,
    상기 에너지 저장 시스템은 배터리; 상기 배터리와 상기 급속 충전기를 직접 연결하는 제1직류 전원 공급용 케이블; 상기 배터리에 연결되어 상기 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 파워 컨버션 시스템(PCS); 상기 배터리와 상기 PCS를 연결하는 제2직류 전원 공급용 케이블; 및 상기 PCS와 상기 급속 충전기를 연결하는 교류 전원 공급용 케이블을 포함하고, 상기 에너지 저장 시스템은 상기 배터리의 직류 전원을 승압 또는 강압하지 않고 그대로 상기 제1직류 전원 공급 케이블을 통하여 상기 급속 충전기에 공급하고 또한 상기 PCS로부터 교류 전원을 상기 교류 전원 공급용 케이블을 통하여 상기 급속 충전기에 공급하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은
    배터리;
    상기 배터리의 출력단에 연결된 직류 스위치;
    상기 직류 스위치의 출력단에 연결되어 상기 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 파워 컨버션 시스템(PCS);
    상기 PCS의 출력단에 연결된 차량 변압기;
    상기 차량 변압기의 출력단에 연결된 교류 스위치;
    상기 교류 스위치의 출력단에 연결된 그리드 스위치;
    상기 그리드 스위치의 출력단에 연결된 제1출력 단자; 및
    상기 교류 스위치의 출력단에 연결된 제2출력 단자를 포함하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배터리의 출력단과 상기 급속 충전기 사이에 상기 제1직류 전원 공급용 케이블이 연결되고,
    상기 PCS의 출력단과 상기 급속 충전기 사이에 상기 교류 전원 공급용 케이블이 연결된, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은 상기 배터리 및 상기 PCS를 제어하는 파워 관리 시스템(PMS)을 더 포함하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    주상 변압기의 교체 시
    상기 제1출력 단자 및 상기 제2출력 단자를 상기 주상 변압기의 2차측 단자에 연결하고;
    상기 그리드 스위치를 턴온한 후, 상기 주상 변압기의 2차측 단자와 부하 사이의 케이블을 제거하여 상기 주상 변압기의 2차측 단자로부터 전원이 상기 제1출력 단자, 상기 그리드 스위치 및 상기 제2출력 단자를 통해 상기 부하에 제공되도록 하고; 그리고
    상기 직류 스위치 및 상기 교류 스위치를 턴온하고, 상기 그리드 스위치를 오프하여 상기 차량 변압기의 출력 전원이 상기 제2출력 단자를 통해 상기 부하에 제공되도록 하는 상태에서 상기 주상 변압기를 교체하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주상 변압기의 교체 후
    상기 직류 스위치 및 상기 교류 스위치를 턴오프하고, 상기 그리드 스위치를 턴온하여, 교체된 주상 변압기의 2차측 단자로부터의 전원이 상기 제1출력 단자, 상기 그리드 스위치 및 상기 제2출력 단자를 통해 상기 부하에 제공되도록 하고; 그리고
    상기 주상 변압기의 2차측 단자와 상기 부하 사이에 케이블을 연결하여 상기 주상 변압기의 2차측 단자로부터의 전원이 상기 부하에 제공되도록 하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 PCS와 그리드 사이의 위상을 동기화한 후, 상기 그리드 스위치를 턴오프하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    그리드와 상기 부하 사이의 위상을 동기화한 후, 상기 그리드 스위치를 턴온하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동식 급속 충전 시스템의 위치 정보를 수신하는 관리자 단말을 더 포함하고,
    상기 관리자 단말이 전기 자동차의 위치 및 시간 정보를 포함하는 충전 요청 메시지를 상기 전기 자동차의 사용자 단말로부터 수신하면, 상기 사용자 단말의 위치에 가장 근접한 상기 이동식 급속 충전 시스템의 위치 정보를 상기 전기 자동차의 사용자 단말로 전송하고,
    상기 전기 자동차의 사용자 단말이 상기 이동식 급속 충전 시스템의 위치로 이동되면, 상기 전기 자동차의 사용자 단말이 상기 관리자 단말로 도착 알림 메시지를 전송하고, 상기 이동식 급속 충전 시스템이 상기 전기 자동차로 전원이 공급되도록 하는, 전기 자동차용 이동식 급속 충전 시스템.
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KR102533231B1 (ko) 2022-12-15 2023-05-16 주식회사 에코전력 전기자동차용 이동식 급속충전시스템의 이동충격 완화 시스템

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