KR102137758B1 - 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있는 전원을 공급하는 충전 유닛; 상기 충전 유닛과 연결되고 전기자동차의 인렛에 대응하는 커넥터가 부착되어 있는 충전 케이블; 및 충전 시 전기자동차가 정차하는 지점에 배치되어 전기자동차의 배터리 방향으로 냉각 공기를 공급하는 냉각 유닛;을 포함하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템을 개시한다.

Description

전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템{BATTERY CHARGING SYSTEM FOR ELECTRIC CAR CHARGING STATION}
본 발명은 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 배터리를 냉각시키는 구조가 개선된 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템에 관한 것이다.
전기자동차는 가솔린이나 디젤 등과 같은 연료를 동력원으로 사용하는 일반 자동차와는 달리 배터리의 전원을 동력원으로 사용하는 특성상 전기자동차에 장착된 인렛(Inlet)에 그에 대응하는 충전기의 커넥터를 접속하여 배터리를 충전하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 전기자동차 충전소에는 충전 전원을 공급하기 위한 충전기(1)가 구비되고, 충전 케이블(3)의 끝에 부착된 커넥터를 전기자동차(2)에 꽂아서 배터리(4)를 충전한다.
일반적으로, 전기자동차의 충전 방식은 충전 소요시간이 30분 내외인 급속충전과, 4~6시간 정도인 완속충전으로 나눌 수 있다. 충전 과정에서 전기자동차의 배터리에서는 열이 발생하게 되므로 전기자동차에는 배터리를 보호하기 위한 냉각장치가 탑재되어야 한다. 냉각장치는 급속충전 상황에 대응할 수 있도록 충분한 냉각 용량이 확보되어야 한다.
전기자동차의 배터리 보호장치와 관련하여, 특허문헌 1에는 전기자동차에 설치되고 배터리를 전력원으로 하여 작동하는 공조장치와, 전기자동차의 실내 공기를 배터리로 유입시키는 공기유입기와, 배터리 온도 측정부에서 측정된 배터리 온도가 기설정된 적정온도 범위 내의 값이 되도록 공조장치 및 공기유입기의 가동을 제어하는 공조 제어부를 포함하는 전기자동차 배터리 보호장치가 개시되어 있다.
그러나, 종래의 배터리 보호장치는 공조장치가 전기자동차에 설치됨으로 인해 원재료비의 상승과 배터리의 에너지 밀도 저하를 감수해야 하는 취약점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제2012-0071074호
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경을 고려하여 창안된 것으로서, 전기자동차의 배터리를 냉각시키기 위한 냉각장치의 배치 구조가 개선된 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있는 전원을 공급하는 충전 유닛; 상기 충전 유닛과 연결되고 전기자동차의 인렛에 대응하는 커넥터가 부착되어 있는 충전 케이블; 및 충전 시 전기자동차가 정차하는 지점에 배치되어 전기자동차의 배터리 방향으로 냉각 공기를 공급하는 냉각 유닛;을 포함하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템을 제공한다.
상기 냉각 유닛은 지면으로부터 상방을 향하도록 배치되어 상기 전기자동차의 저면으로 송풍 기능을 제공하는 송풍팬으로 구성될 수 있다.
상기 전기자동차가 정차하는 지면에 매립되게 상기 냉각 유닛이 설치될 수 있다.
상기 냉각 유닛은 충전 시에 작동하여 송풍을 수행할 수 있다.
전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템은, 상기 냉각 유닛의 동작을 제어하는 콘트롤러가 상기 충전 유닛에 구비될 수 있다.
상기 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템은, 상기 전기자동차가 정차하는 지면에 구비되며, 상기 냉각 유닛을 수용하는 냉각 스테이지;를 포함할 수 있다.
상기 냉각 스테이지는, 상기 전기 자동차가 정차하는 지면에 매립되는 스테이지 본체; 및 상기 스테이지 본체에 구비되며, 상기 냉각 유닛의 위치를 이동시키는 위치 이동 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 위치 이동 유닛은, 상기 냉각 유닛을 상기 지면에 대해 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 냉각 스테이지는, 상기 스테이지 본체에 구비되며, 상기 전기자동차의 열을 감지하는 열 감지 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 냉각 스테이지는, 상기 냉각 유닛의 구동 여부에 따라 상기 지면을 개폐시키는 개폐 게이트;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 전기자동차의 배터리에 별도로 급속 충전을 고려한 고용량의 냉각 장치를 구비하지 않더라도 배터리를 효율적으로 냉각시키면서도 급속 충전을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명을 적용할 경우 전기자동차마다 개별적으로 급속 충전을 고려한 고용량의 냉각 장치를 추가할 필요가 없으므로 전기자동차에 탑재되는 배터리 팩의 구조를 간소화하는 등 비용 절감의 효과가 있으며, 별도의 냉각장치 점유공간이 요구되지 않으므로 전기자동차의 한정된 체적내에서 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템의 구성을 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 가장 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.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템의 구성을 도시한 부분 단면도이며, 도 3은 도 2의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템은 충전 유닛(10), 충전 케이블(11) 및 냉각 유닛(30)을 포함한다.
충전 유닛(10)은 전력공급설비로부터 전력을 공급받아 전기자동차(20)의 배터리(21)를 충전할 수 있는 전원을 제공한다. 충전 유닛(10)은 상용 전력공급설비로부터 예컨대, 교류 220V의 전원을 입력받는 완속 충전기와, 예컨대 교류 380V의 전원을 입력받는 급속 충전기로 구분되어 구성될 수 있다. 또한, 충전 유닛(10)은 예컨대 AC 220V, DC 220V, DC 50~450V, DC 500V 등과 같은 상용 전기자동차 충전용 전압을 출력하도록 구성될 수 있다.
충전 케이블(11)은 충전 유닛(10)과 전기자동차(20)를 연결하는 인터페이스로서 케이블 끝부분에는 전기자동차(20)의 인렛에 대응하는 정해진 규격의 커넥터가 부착되어 있다.
냉각 유닛(30)은 전기자동차(20)가 정차하는 지점의 지면(50)에 배치되어 전기자동차(20)의 배터리(21) 방향으로 냉각 공기를 공급한다. 전기자동차(20)가 정차된 지점에서 충전 케이블(11)은 전기자동차(20)의 인렛 부분과 접속 가능해야 한다.
냉각 유닛(30)은 충전소의 지면(50)으로부터 상방을 향하도록 배치되는 송풍팬에 의해 구성된다. 전기자동차(20)의 배터리(21)는 전기자동차(20)의 내부에서 예컨대, 저면 쪽에 가깝게 장착되어 있으므로 배터리(21)가 위치한 방향으로 냉각 공기를 송풍하면 충전 시 배터리(21)의 온도를 효율적으로 낮출 수 있다. 전기자동차(20)의 배터리(21) 방향으로 송풍을 하기 위해 냉각 유닛(30)은 충전 유닛(10) 주변의 지면(50)에 소정 깊이만큼 매립되게 설치된다.
냉각 유닛(30)은 충전 시에 선택적으로 작동하여 송풍을 수행함으로서 배터리(21)의 온도 상승을 방지한다. 이러한 냉각 유닛(30)의 제어와 전원 공급을 위해 냉각 유닛(30)은 충전 유닛(10)과 접속되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 충전 유닛(10)의 일측에는 냉각 유닛(30)의 동작을 제어하기 위한 콘트롤러(미도시)가 구비되고, 충전 유닛(10)의 조작패널에는 충전 유닛(10)의 운용을 위한 조작버튼이 구비될 수 있다. 부가적으로, 상기 콘트롤러는 소정의 센서를 통해 전기자동차(20)의 충전 대기상태를 감지하여 자동으로 냉각 유닛(30)을 작동시키도록 구성되는 것도 가능하다.
냉각 효율을 극대화하기 위해 냉각 유닛(30)은 배터리(21)와 실질적으로 정대향하도록 정렬되는 것이 유리하다. 이를 위해, 전기자동차(20)가 정차하는 지점의 지면(50)에는, 도 3에 도시된 바와 같이 냉각 유닛(30)이 외부로 노출되어 전기자동차(20)를 정위치에 정차시켜 냉각 유닛(30)과 배터리(21)를 정렬할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템은 충전소에 구비된 냉각 유닛(30)의 상부에 전기자동차(20)가 정차된 상태에서 전기자동차(20)에 탑재된 배터리(21)에 대한 충전을 수행하고, 이와 더불어 냉각 유닛(30)의 작동에 의해 전기자동차(20)의 배터리(21)가 위치한 방향으로 송풍 기능을 수행함으로써 배터리(21)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
따라서, 전기자동차(20)의 배터리(21)에 별도로 급속 충전 등을 고려한 고용량의 냉각 장치를 구비하지 않더라도 배터리(21)를 효율적으로 냉각시키면서도 충전을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템(5)은 앞선 실시예의 배터리 충전 시스템과 유사하므로, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템(5)은, 충전 유닛(10), 충전 케이블(11), 냉각 유닛(30) 및 냉각 스테이지(100)를 포함할 수 있다.
상기 충전 유닛(10) 및 상기 충전 케이블(11)은 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 냉각 유닛(30)은, 앞선 실시예와 같이 송풍팬으로 구비될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유닛(30)은 후술하는 냉각 스테이지(100)이 이동 가능하게 수용될 수 있다.
상기 냉각 스테이지(100)는, 상기 전기자동차가 정차하는 지면에 구비되며, 상기 냉각 유닛(30)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 냉각 스테이지(100)는 상기 충전 유닛(10)의 콘트롤러와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 냉각 스테이지(100)는, 스테이지 본체(110), 위치 이동 유닛(130), 열 감지 유닛(150) 및 개폐 게이트(170)를 포함할 수 있다.
상기 스테이지 본체(110)는, 상기 전기 자동차가 정차하는 지면에 매립되게 구비될 수 있다. 이러한 상기 스테이지 본체(110)에는 상기 냉각 유닛(30)이 이동 가능하게 수용될 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 위치 이동 유닛(130)은, 상기 스테이지 본체(110)에 구비되며, 상기 냉각 유닛(30)의 위치를 이동시킬 수 있다. 이러한 상기 위치 이동 유닛(130)은 상기 냉각 유닛(30)을 상기 지면에 대해 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 열 감지 유닛(150)은, 상기 스테이지 본체(110)에 구비되며, 상기 전기자동차의 열을 감지할 수 있다. 이를 위해, 상기 열 감지 유닛(150)은 열을 감지할 수 있는 적외선 카메라로 구비될 수 있다.
상기 개폐 게이트(170)는, 상기 스테이지 본체(100)의 상측에 구비되며, 상기 냉각 유닛(30)의 구동 여부에 따라 상기 지면을 개폐시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 개폐 게이트(170)는 슬라이딩 동작에 따라 상기 스테이지 본체(100)의 상측을 개방시키거나 또는 닫을 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템(5)의 구체적인 동작에 대해 자세히 살펴 본다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 전기자동차(20)는 상기 배터리(21)의 충전을 위해 상기 충전 유닛(10)의 상기 충전 케이블(11)을 통해 상기 충전 유닛(10)과 연결될 수 있다. 이후, 상기 충전 유닛(10)은 상기 전기자동차(20)의 상기 배터리(21)를 충전시킬 수 있다.
여기서, 상기 전기자동차(20)는 상기 냉각 스테이지(100)의 상측에 배치될 수 있다. 상기 전기자동차(20)가 상기 냉각 스테이지(100)의 상기 스테이지 본체(110) 상측에 배치되면, 상기 열 감지 유닛(150)은 상기 전기자동차(20)의 열을 감지할 수 있다.
상기 전기자동차(20)는 차종의 종류에 따라 상기 배터리(21)가 구비되는 위치가 상이할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 열 감지 유닛(150)을 통해 차종의 종류에 따라 각각의 전기자동차(20)에서 상기 배터리(21)가 구비되는 영역의 위치를 정확히 특정할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 이후, 상기 냉각 스테이지(100)는 상기 위치 이동 유닛(130)을 통해 상기 냉각 유닛(30)의 위치를 상기 배터리(21)가 구비되는 발열 영역 하측으로 이동시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 냉각 유닛(30)이 상기 배터리(21)가 구비되는 영역 하측에 배치되면, 상기 냉각 스테이지(100)의 상기 개폐 게이트(170)가 개방될 수 있다. 이후, 개폐 게이트(170)가 개방되면, 상기 냉각 유닛(30)은 상기 배터리(21)가 구비되는 발열 영역 측으로 송풍 기능을 수행할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 전기자동차(20)의 상기 배터리(21) 충전 시, 상기 냉각 스테이지(100)를 통해 상기 전기자동차(20)에서 상기 배터리(21)가 구비되는 발열 영역으로 상기 냉각 유닛(30)을 이동시킨 후 송풍 기능을 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 전기자동차(20)의 차종에 따라 배터리(21)의 구비 위치가 상이하더라도 상기 배터리(21)의 발열 영역을 정확히 특정하여 상기 냉각 유닛(30)의 위치를 상기 발열 영역 측으로 이동시킬 수 있기에, 상기 충전 시 상기 발열 영역 측으로의 냉각 효율을 보다 더 높일 수 있다.
이상에서 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 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있는 전원을 공급하는 충전 유닛;
    상기 충전 유닛과 연결되고 전기자동차의 인렛에 대응하는 커넥터가 부착되어 있는 충전 케이블; 및
    충전 시 전기자동차가 정차하는 지점에 배치되어 전기자동차의 배터리 방향으로 냉각 공기를 공급하는 냉각 유닛; 및
    상기 전기자동차가 정차하는 지면에 구비되며, 상기 냉각 유닛을 수용하는 냉각 스테이지;를 포함하며,
    상기 냉각 스테이지는,
    상기 전기 자동차가 정차하는 지면에 매립되는 스테이지 본체; 및
    상기 스테이지 본체에 구비되며, 상기 냉각 유닛의 위치를 이동시키는 위치 이동 유닛;을 포함하며,
    상기 위치 이동 유닛은,
    상기 냉각 유닛을 상기 지면에 대해 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향으로 이동시키며,
    상기 냉각 스테이지는,
    상기 스테이지 본체에 구비되며, 상기 전기자동차의 열을 감지하는 열 감지 유닛;을 포함하며,
    상기 전기자동차의 배터리 충전 시, 상기 열 감지 유닛을 통해 상기 전기자동차의 차종의 종류에 따라 배터리가 구비되는 영역의 위치를 특정한 이후, 상기 위치 이동 유닛을 통해 상기 냉각 유닛의 위치를 상기 배터리가 구비되는 발열 영역 하측으로 이동시킨 다음 상기 배터리 방향으로 냉각 공기를 공급하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은 지면으로부터 상방을 향하도록 배치되어 전기자동차의 저면으로 송풍 기능을 제공하는 송풍팬인 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    전기자동차가 정차하는 지면에 매립되게 상기 냉각 유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은 충전 시에 작동하여 송풍을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각 유닛의 동작을 제어하는 콘트롤러가 상기 충전 유닛에 구비된 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 스테이지는,
    상기 냉각 유닛의 구동 여부에 따라 상기 지면을 개폐시키는 개폐 게이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전소의 배터리 충전 시스템.
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