KR102246282B1 - 휴대형 컨버터 효율 점검 장치 - Google Patents

휴대형 컨버터 효율 점검 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 휴대형 컨버터 효율 점검 장치는, 컨버터의 입력 AC 단자에서 제공된 AC 전압 및 AC 전류를 측정하는 AC 측정부와, 상기 컨버터의 출력 DC 단자에서 제공된 DC 전압 및 DC 전류를 측정하는 DC 측정부와, 상기 AC 측정부와 상기 DC 측정부가 측정한 값들을 디지털 신호로 변환하되 32비트의 해상도를 갖는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함하며, 컨버터의 효율을 연산하는 프로세서를 포함하는 연산부와, 상기 AC 측정부, DC 측정부 및 상기 연산부에 구동 전력을 제공하는 전원부를 구비하되, 휴대형으로 형성되고, 상기 컨버터의 입력 AC 단자의 AC 전압 및 AC 전류를 측정하는 AC 측정단자와, 상기 컨버터의 출력 DC 단자의 DC 전압 및 DC 전류를 측정하는 DC 측정단자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치를 제공한다.

Description

휴대형 컨버터 효율 점검 장치{PORTABLE CONVERTER EFFICIENCY INSPECTION DEVICE}
본 기술은 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 관한 것으로서, 전기차 급속 충전기 또는 태양광 시스템의 컨버터 점검 시, 휴대형으로 형성되되, 컨버터 양단에 간편하게 설치할 수 있는 측정단자를 구비하여 간편하게 컨버터의 효율을 점검할 수 있는 장치에 관한 것이다.
최근 태양광시스템 또는 전기차 보급에 따라 완속, 급속 충전기의 보급이 확대되고 있다. 일반적으로 전기차 충전기는 충전 속도에 따라 급속 및 완속 충전기로 분류되는데, i) 급속 충전기는 DC 전력을 직접 차량 내부의 배터리에 충전하는 방식이고, ii) 완속 충전기는 AC 전력으로 충전하되 차량 내부의 전력변환장치를 통해 DC로 변환하여 배터리에 충전하는 방식이라 할 수 있다.
충전기의 효율은 대부분은 교류를 직류로 변환함에 따른 변환 효율에 의해 결정되며, i) 완속 충전기의 경우는 전력변환장치가 차량 내부에 있기 때문에 완속 충전기 자체의 손실은 적은 반면, ii) 급속 충전의 경우는 전력변환장치가 충전기에 있으므로, 전력변환장치의 효율에 따라 충전기 효율이 결정되게 된다.
급속 충전기의 전력변환장치는 고조파 발생의 원인이 되며, 이러한 고조파는 전력 계통의 사고 및 장애를 발생시켜 많은 문제점을 유발한다. 주요 문제로는 콘덴서 과열, 과전압, 소음발생이 있으며 계통 노이즈에 따른 타 기기영향, 역률저하 등이 있다.
또한, 충전 효율을 좌우하는 전력변환장치는 일반적으로 그 사용 년수에 따라, 전력변환장치의 효율이 감소하게 되며, 전기차 충전비용은 전기차 충전량과 컨버터 손실량을 더한 값으로 반영될 가능성이 높아 경제적 문제가 대두될 수 있으며, 전력변환장치의 효율 저하는 컨버터 손실 및 불필요한 열의 증가를 가져와 안전 문제가 대두될 수 있다.
한편, 계측기 산업은 최첨단 분야의 특화된 기술을 보유하고 있는 미국, 일본, 독일 등이 고부가가치 제품을 중심으로 전 세계 시장 주도하고 있으며, 그 시장규모는 전력, 신재생에너지, 반도체, 정보통신 등 고부가가치 산업의 성장으로 매년 확대되고 있다.
국내 계측기 산업은 세계시장 내 5~10위의 내수 시장규모이나 EU, 미국, 일본 등으로부터 60% 이상 수입하고 있는 상황이며 고정밀, 고사양의 특수 계측기보다 범용 계측기 중심으로 개발되고 있는 형편이므로, 계측기 관련 분야의 산업구조 개편을 통한 고부가가치 특수 계측기 산업으로의 전환이 필요한 시점이므로 전력변환장치 효율을 점검하는 계측장치의 고안은 필수적이라 할 수 있다.
충전 효율을 좌우하는 컨버터는 일반적으로 그 사용 연수에 따라, 컨버터의 효율이 감소하고, 그 효율이 감소함에 따라 컨버터의 손실이 충전 요금에 반영이 될 가능성이 높다. 나아가 컨버터의 효율 저하는 컨버터 손실 및 불필요한 열의 증가를 의미함으로 안전과도 연관이 될 수 있다. 그러함에도 불구하고 현재 태양광시스템 또는 전기차 급속 충전시스템의 컨버터를 효율적으로 점검할 수 있는 휴대형 장치가 없는 것이 현실이다.
따라서, 본 기술이 해결하고자 하는 과제는 휴대형으로 형성되되, 컨버터 양단에 간편하게 설치할 수 있는 측정단자를 구비하여 간편하게 컨버터의 효율을 점검할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 컨버터의 입력 AC 단자에서 제공된 AC 전압 및 AC 전류를 측정하는 AC 측정부와, 상기 컨버터의 출력 DC 단자에서 제공된 DC 전압 및 DC 전류를 측정하는 DC 측정부와, 상기 AC 측정부와 상기 DC 측정부가 측정한 값들을 디지털 신호로 변환하되 32비트의 해상도를 갖는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함하며, 컨버터의 효율을 연산하는 프로세서를 포함하는 연산부와, 상기 AC 측정부, DC 측정부 및 상기 연산부에 구동 전력을 제공하는 전원부를 구비하되, 휴대형으로 형성되고, 상기 컨버터의 입력 AC 단자의 AC 전압 및 AC 전류를 측정하는 AC 측정단자와, 상기 컨버터의 출력 DC 단자의 DC 전압 및 DC 전류를 측정하는 DC 측정단자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 연산부는, 충전의 1회 주기를 통합한 전력량에 기초하여 측정한 효율값을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 AC 측정부 및 상기 DC 측정부는 각각 AC 전류 신호 변환부 및 DC 전류 신호 변환부를 포함하며, 상기 AC 전류 신호 변환부는 AC 측정단자가 구비하는 전류 클램프를 이용하여 AC 전류를 측정하고, 상기 DC 전류 신호 변환부는 DC 측정단자가 구비하는 전류 클램프를 이용하여 DC 전류를 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 AC 전류 신호 변환부 및 DC 전류 신호 변환부는, 상기 AC 측정단자가 구비하는 전류 클램프 및 상기 DC 측정단자가 구비하는 전류 클램프가 각각 측정한 값에 대하여 자속 밀도(B)와 자기장(H) 사이의 비선형성, 투자율 변화 및 코어에서 발생하는 손실을 보상하여 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 휴대형 컨버터 점검 장치는, 컨버터의 점검 결과를 사용자 단말기 또는 서버로 전송하는 통신 모듈을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 AC 측정부는 단상 2선(1P2W) 및 3상 4선(3P4W)식 중 어느 하나로 교류 전압 및 교류 전류가 입력되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 연산부는, 상기 AC 측정부가 측정한 상기 AC 전류값과 상기 AC 전압값으로부터 AC 전력값을 연산하고,상기 DC 측정부가 측정한 상기 DC 전류값과 상기 DC 전압값으로부터 DC 전력값을 연산하며, 상기 DC 전력값을 상기 AC 전력값으로 나누어 컨버터의 효율을 연산하는 것이 바람직하다.
본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 의하면, AC 전력과 DC 전력을 측정하여 전력 효율을 측정하므로 높은 정확도로 효율을 연산할 수 있으며 컨버터의 상태를 정밀하게 파악할 수 있고, 파형의 형태를 샘플링하여 전력량으로 표현하므로, 파형의 종류에 의존하지 않고 정확한 전력 계측이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 컨버터 양단에 간편하게 설치할 수 있는 측정단자를 구비하되, 휴대형으로 형성되어 사용자의 이동이 자유로우며 간편하게 컨버터의 효율을 점검할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 전류 클램프 동작 개요를 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 자기코어의 자기이력곡선을 도시한 예시도.
도 4은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 연산부에 제공된 AC 전압, AC 전류 및 연산부가 연산한 전력을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 연산부에 DC 전압, DC 전류로부터 DC 전력을 연산하는 제어도를 도시한 예시도.
도 6(a)는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 의한 AC 전력 측정의 개요를 도시한 예시도.
도 6(b)는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 의한 DC 전력 측정의 개요를 도시한 예시도.
도 7은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 측정단자가 컨버터의 양단에 설치되어 AC 전압, AC 전류 및 DC 전압, DC 전류를 측정하는 모습을 나타낸 예시도.
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 일실시예에 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.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 의한 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)을 설명한다. 도 1은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 컨버터의 입력 AC 단자에서 제공된 AC 전압을 측정하는 AC 측정부(100)와, 컨버터의 출력 DC 단자에서 제공된 DC 전압을 측정하는 DC 측정부(200)와, AC 측정부(100)와 DC 측정부(200)에서 측정된 값들을 디지털 신호로 변환하고, 컨버터의 효율을 연산하는 연산부(300) 및 AC 측정부(100), DC 측정부(200) 및 연산부(300)에 구동 전력을 제공하는 전원부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 상기 AC 측정부(100)와 연결되는 AC 측정단자(130)와, DC 측정부(200)와 연결되는 DC 측정단자(230)를 구비하고, 사용자가 컨버터(20)의 양단에 AC 측정단자(130)와 DC 측정단자(230)를 설치하여 간편하게 AC 전압, AC 전류, DC 전압, DC 전류를 측정하여 AC 측정부(100)와 DC 측정부(200)에 그 값을 입력되게 구동할 수 있다.
상기 연산부(300)는 AC 측정부(100) 및 DC 측정부(200)가 검출하여 출력한 신호를 디지털 코드로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)를 구비한다. 상기 ADC(310, 320)는 높은 해상도의 디지털 코드를 얻기 위하여 32bit의 비트 해상도를 가질 수 있다. 또한, 상기 연산부(300)는 컨버터에 입력되는 교류 전압, 교류 전류, 컨버터가 출력하는 직류 전압, 직류전류 및 연산된 컨버터의 효율을 표시하도록 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)의 전면에 구비하는 LCD 등의 표시 장치(Display)를 구동하는 표시장치 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 통신 모듈(500)을 포함할 수 있다. 통신 모듈(500)는 컨버터 또는 컨버터의 효율을 점검한 결과를 무선 통신 또는 유선 통신을 통하여 사용자 단말기(미도시) 또는 서버(미도시)로 전송할 수 있다. 일 실시예로, 상기 통신 모듈(500)은 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi) 및 지그비(Zigbee), 5G 중 어느 하나의 프로토콜에 따른 무선통신 모듈일 수 있다.
그리고, 발명의 필요에 따라 상기 연산부(300)는 컨버터를 포함하는 충전장치를 사용하는 사용자로부터 입력 장치(Input)를 통하여 충전 개시, 충전 종료 등의 명령 등의 입력이 제공될 수 있다.
상기 AC 측정부(100)는 컨버터의 입력으로 제공된 AC 전압을 AC 측정단자(130)를 통해 측정하고, 측정 결과에 상응하는 신호를 출력하는 전압 신호 변환부(110)와, 컨버터의 입력으로 제공된 AC 전류를 AC 측정단자(130)를 통해 측정하고, 상응하는 신호를 출력하는 전류 신호 변환부(120)를 구비한다.
여기서, 단상 2선(1P2W), 3상 4선(3P4W)식의 교류 전압이 전압 신호 변환부(110)에 제공될 수 있으며, 전압 신호 변환부(110)는 측정된 결과에 상응하는 신호를 연산부(300)에 출력한다. 일예로, 상기 전압 신호 변환부(110)는 각 상으로 최대 380V의 교류 전압이 제공될 수 있다.
상기 전류 신호 변환부(110)에는 단상 2선(1P2W), 3상 4선(3P4W)식의 교류 전류가 제공될 수 있으며, 상기 전류 신호 변환부(110)는 각 상별로 최대 120A의 교류 전류가 제공될 수 있다.
도 1로 예시된 실시예에서, 전압 신호 변환부(110)는 3상 전압을 측정하기 위한 U1, U2, U3의 포트들과, 중성선과 연결된 N 포트를 포함하며, 전류 신호 변환부(120)에는 3상 전류를 측정하기 위한 I1, I2, I3의 포트를 포함하는데, 상기 U1, U2, U3의 포트, N 포트 및 I1, I2, I3의 포트는 AC 측정단자(130)와 연결되어 구동될 수 있다.
상기 DC 측정부(200)는 컨버터가 출력으로 제공하는 DC 전압을 DC 측정단자(230)를 통해 측정하고 측정 결과에 상응하는 신호를 출력하는 전압 신호 변환부(210)와, 컨버터가 출력하는 DC 전류를 DC 측정단자(230)를 통해 측정하고, 상응하는 신호를 출력하는 전류 신호 변환부(220)를 포함하여 형성된다.
상기 DC 측정부(200)는 단상 2선(1P2W) 방식으로 DC 전압, DC 전류를 측정할 수 있다. 상기 전압 신호 변환부(210)에는 최대 500V의 직류 전압이 제공될 수 있으며, 전류 신호 변환부(220)에는 최대 100A의 직류 전류가 제공될 수 있다.
상기 AC 측정부(100)에 포함된 전류 신호 변환부(120)와 DC 측정부(200)에 포함된 전류 신호 변환부(220)는 전류가 입출력되는 포트를 포함하며, 각 포트는 전류 클램프와 연결될 수 있다.
여기서 상기 AC 측정단자(130)는 AC 전류 측정용 클램프를 구비할 수 있고, 상기 DC 측정단자(230)는 DC 전류 측정용 클램프를 별도로 구비할 수 있다.
도 2는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 전류 클램프 동작 개요를 도시한 예시도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 전류 클램프는 도선을 따라 형성되는 자기장 속(Magnetic field flux)의 크기를 측정하여 도선을 통하여 흐르는 전류의 크기를 측정하게 된다.
일례로, 상기 전류 클램프는 도체가 자기장 속에 놓여 있을 때 그 자기장에 직각 방향으로 전류를 흘려주면 자기장과 전류 모두에 수직인 방향으로 전위차가 발생하는 홀 현상(Hall effect)를 이용하여 도선에 흐르는 전류의 크기를 측정할 수 있으며, 자속 밀도(B, magnetic flux density)와 자기장(H, Magnetic field intensity) 사이에는 아래의 수학식 1과 같은 관계가 있다.
Figure 112020114283454-pat00001
그러나, 도 3의 자기이력곡선에서 예시된 것과 같이 자속 밀도(B)와 자기장(H) 사이에는 μ(투자율, permeability)에 의하여 히스테리시스 곡선이 형성되어 비선형적인 관계가 형성된다. 나아가, 투자율은 변화하며, 전류 클램프를 형성하는 코어(core) 물질의 비이상적인 특성에 의한 손실(loss)가 발생한다.
본 발명에서 상기 전류 클램프는 클램프 CT 센서를 포함할 수 있는데, 분리된 2개의 코어가 밀착 결합되는 부분에는 전도성 물질이 코팅되고, 두개의 분리된 코어를 체결수단으로 밀착 결합시켜 주는 기능을 수행할 수 있다.
상기 전류클램프가 구비하는 코어는 분말형 금속합금 및 세라믹 물질을 혼합하여 코팅될 수 있는데, 여기서 분말형 금속 합금은, Ni-Fe-Mo, Ni-Fe, Fe-Co-V, Fe-Al-Si, Fe-Co, Fe-Mn 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있고, 세라믹 물질은 Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다. 이와 같이 분말형 금속합금 및 세라믹 물질을 혼합하여 코어에 코팅하면, 연자성 코어의 성질을 가지므로 전류 측정 뿐만 아니라 컨버터 AC입력 단자 및 컨버터 DC 출력단자와의 결합성이 증가하여 보다 더 정밀한 측정을 수행할 수 있다.
본 실시예에 의한 전류 신호 변환부(120)와 전류 신호 변환부(220)는 전류 클램프가 측정한 값에 대하여 자속 밀도(B)와 자기장(H) 사이의 비선형성, 투자율 변화 및 코어에서 발생하는 손실을 보상하여 출력한다. 따라서, 보다 높은 정밀도로 전류를 측정할 수 있다는 장점이 제공된다.
즉, 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)에 의하면, i) B-H 커브 비선형성, ii) 투자율의 변화, iii) Core-loss 특성에 대한 분석 작업을 통해 측정 정확도 향상하는 캘리브레이션 알고리즘(Calibration Algorithm)을 적용한다고 할 수 있다.
한편, 상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 AC 전원(1P2W, 3P3W, 3P4W)과 DC 전원(DC+, DC-)이 제공되는 외부 포트를 포함하며, AC 전원 및 DC 전원이 제공하는 전력을 동시에 계측할 수 있다.
상기 AC 측정부(100)에 포함된 전압 신호 변환부(110) 및 전류 신호 변환부(120)가 측정하여 출력한 신호는 상기 연산부(300)에 포함된 아날로그 디지털 변환기(310)에 제공되어 AC 측정부(100)에 제공된 AC 전압과 AC 전류에 상응하는 디지털 코드들로 변환될 수 있다.
또한, 상기 DC 측정부(200)에 포함된 전압 신호 변환부(210) 및 전류 신호 변환부(220)가 측정하여 출력한 신호는 연산부(300)에 포함된 아날로그 디지털 변환기(310)에 제공되어 DC 측정부(200)에 제공된 DC 전압과 DC 전류에 상응하는 디지털 코드들로 변환된다.
도 4은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 연산부에 제공된 AC 전압, AC 전류 및 연산부가 연산한 전력을 도시한 예시도이다.
상기 연산부(300)가 연산한 전력량은 전력을 시간 비례로 누적한 값으로 전력량(J) = Irms ×Vrms ×T(시간)의 식으로 표현될 수 있으며, 실제 전력사용 요금과 관계된 값이라 할 수 있다. 이 때, 전력량은 전압 신호 변환부(110)가 측정하여 디지털로 변환된 전압의 순시치와 전류 신호 변환부(120)가 측정하여 디지털로 변환된 전류의 순시치를 곱하고, 곱한 결과를 연속적으로 누산하여 획득할 수 있을 것이다.
이와 같이 전압과 전류를 일정시간 간격으로 측정한 다음 전압과 전류 샘플을 승산하여 결과를 합하면 소비 에너지(Ws)가 된다. 이는 실제 파형의 형태를 샘플링하여 전력량으로 표현하므로, 파형의 종류에 의존하지 않고 정확한 전력 계측이 가능한 장점이 있다.
도 5는 본 실시예에 의한 연산부(300)에 제공된 DC 전압, DC 전류로부터 DC 전력을 연산하는 제어도를 도시한 도면이다.
상기 연산부(300)는 디지털 코드로 제공된 직류 전류값의 순시치와 직류 전압값의 순시치를 곱하여 전력의 순시치 P(t)를 연산한다. N 개(누적 샘플 수)의 순시치 전력 P(t)을 누적한 후, 이를 N으로 나누어 평균 직류 전력(WATT)를 얻을 수 있다. 다른 예로, PCM(Pulse coded modulation) 변조된 신호를 부가하여 평균 직류 전력 WATT를 얻을 수도 있을 것이다.
도 6(a)는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 의한 AC 전력 측정의 개요를 도시한 예시도이고, 도 6(b)는 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 의한 DC 전력 측정의 개요를 도시한 예시도이다
종래기술에 의한 컨버터 효율 점검 장치는 순시 전력 분석 장비로서 전압 센서 및 전류 센서를 적용하고 고속 샘플링을 통한 순시 전력 값을 측정하여 최종 컨버터의 효율값을 계산하는 것이 일반적이었다.
도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 본 발명의 연산부(300)는 전기차 시스템 등의 충전에 있어서, 충전의 1회 주기를 통합한 전력량에 기초하여 측정한 효율값을 제공하며, 이로부터 충전시간 동안의 누적 전력량을 비교하여 보다 정확한 충전 효율을 측정할 수 있다는 장점이 제공된다.
상기 연산부(300)는 상술한 과정을 거쳐 연산한 컨버터에 입력된 교류 전압 및 교류 전류에 의한 전력과 컨버터가 출력한 직류 전압 및 직류 전류에 의한 전력을 대비하여 컨버터의 효율(η)을 연산하게 된다. 상기 컨버터의 효율(η)은 아래의 수학식 2와 같이 연산될 수 있다.
Figure 112020114283454-pat00002
(PDC: 컨버터가 출력한 전력, PAC: 컨버터에 입력된 전력)
상기 연산부(300)는 교류 전압, 교류 전류에 상응하는 디지털 코드와 직류 전압 및 직류 전류에 상응하는 디지털 코드로부터 출력되는 직류 전압 및 직류 전류에 포함된 고조파(harmonics)를 측정할 수 있다.
급속 충전기의 컨버터는 고조파 발생의 원인이 되며, 이러한 고조파는 전력 계통의 사고 및 장애를 발생시켜 많은 문제점을 유발한다. 주요 문제로는 콘덴서 과열, 과전압, 소음발생이 있으며 계통 노이즈에 따른 타 기기영향, 역률 저하 등이 있다. 상기 연산부(300)는 DC 측정부(200)가 출력한 신호로부터 컨버터의 종합 고조파 왜형률(TFD: Total Harmonics Distortion)을 측정 관리함으로서 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 통신 모듈(500)을 포함할 수 있다. 통신 모듈(500)는 컨버터를 점검한 결과를 무선 통신 또는 유선 통신을 통하여 사용자 단말기 또는 서버로 전송하며, 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi) 및 지그비(Zigbee), 5G 망 중 어느 하나의 프로토콜에 따른 무선통신 모듈을 적용할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 통신 모듈(500)을 통하여 사용자는 점검 결과를 통신할 수 있다. 사용자는 윈도우 기반의 단말, iOS 기반의 휴대 단말, 안드로이드 기반의 휴대 단말 등 사용자 단말기(미도시)에 탑재된 제어 및 뷰어 등의 응용 프로그램을 통하여 점검 결과를 간편하게 확인할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 적외선을 이용하여 컨버터의 온도 측정을 수행할 수 있으며, 외부 기기와 연결 가능한 외부입력 포트를 더 포함할 수 있으며, 외부 기기가 수행하는 기능을 활용하고, 이를 통신 모듈(500)을 통하여 사용자 단말기로 전송할 수 있다. 즉, 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 적외선 온도센서의 기능을 더 구비할 수 있다.
도 7은 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치의 측정단자가 컨버터의 양단에 설치되어 AC 전압, AC 전류 및 DC 전압, DC 전류를 측정하는 모습을 나타낸 예시도이다.
전술한 바대로, 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 컨버터(20) 양단에 간편하게 설치할 수 있는 AC 측정단자(130) 및 DC 측정단자(230)를 구비하되, 휴대형으로 형성되어 사용자의 이동이 자유로우며 간편하게 컨버터의 효율 등을 점검할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는, 현장 휴대 및 검침이 용이한 기구설계를 채택하되, 급속 전기차 충전기에 적용된 계통연계형 컨버터 효율 관리(유지보수, 정기점검), 급속 전기차 충전기에 설치된 전력량계(AC/DC) 관리, 가정용 태양광 컨버터 효율 관리, 기타 컨버터 적용 제품 등에 적용이 가능하다.
또한, 상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는, 발명의 필요에 따라 32bit ADC 분석기술을 적용한 고해상도 샘플링 기법 적용, AC/DC 전류 클램프 개발을 위한 코어 열처리 기술 적용, DC Measuring IC를 적용한 직류 계량 기술 등의 채용도 가능하다.
상기 전류 클램프는 100A급/AC 또는 120A급/DC의 적용이 가능하며, 본 발명의 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)에 적용이 가능한 제원은 하기의 표 1의 내용과 같다.
No 항 목 설 명
1 측정 모드
(Measuring Mode)		 - AC: 단상 2선(1P2W), 3상4선(3P4W)
- DC: 단상 2선(1P2W)
2 측정 전압
(Test Mode)		 - AC: 3 ×380 Vac
- DC: 500 Vdc
3 측정 전류
(Test Current)		 - AC: 120 Aac
- DC: 100 Adc
4 주파수
(Frequency Range)		 - 50/60 Hz (AC)
5 정밀도
(Accuracy)		 - AC: Class 0.2
- DC: Class 0.5
6 측정 항목
(Measurement)		 - 유효전력(량), 무효전력(량), 전압, 전류, 역률(PF), 고조파, THD 등
7 전압 측정 오차범위
(Voltage Measurement Error)		 - AC: 3 ×380 Vac < 0.1%
- DC: 500 Vdc < 0.3%
8 전류 측정 오차범위
(Current Measurement Error)		 - AC: 120 Aac < 0.2%
- DC: 100 Adc < 0.3%
9 특징
(Features)		 - 통합 컨버터 효율 측정 가능
- AC/DC 개별 오차시험 지원
- 순시 전력정보 제공
- 각 상 전압, 전류 고조파 분석 기능 제공
- Bluetooth, USB 단자 제공
상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 사용자의 편의를 위하여 장치의 전명에 디스플레이용 내 LCD 창을 탑재하여 장비 제어 및 데이터 확인 들이 가능하도록 구성될 수 있고, 발명의 필요에 따라 Windows 또는 Android 기반의 태블릿 PC 등에 관련 제어 및 뷰어 소프트웨어를 탑재하여 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)로 운용될 수도 있다.
그리고, 상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 Windows, Android O/S용 데이터 관리 프로그램을 탑재하되 i) 검침데이터 관리, ii) 검침장비/고객 정보관리, iii) 사용자 편의를 위한 엑셀데이터 제공이 가능하도록 운용할 수 있다.
한편, 상기 휴대형 컨버터 효율 점검 장치(10)는 비단 전기차 충전을 위한 컨버터 뿐만 아니라, 신재생 에너지에 사용되고 있는 컨버터(태양광컨버터, ESS용 PCS 등) 장비에 적용이 될 수 있음은 물론이다.
신재생 에너지에 사용되는 태양광컨버터, ESS용 PCS에 사용되는 경우에는 전력 효율 측정, 발전량 측정을 수행할 수 있으며, 고조파 측정, 순시 전력 분석, 역률 분석의 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 가정용 태양광 발전을 통해 가정에서 에너지를 사용할 경우 1일 효율 등의 점검이 가능한 장점이 있다.
한편, 급속 전기차 충전기는 공공 장소 등에 공용으로 설치되는 경우가 많다. 특히, 급속 충전기는 개인 보다는 공용으로 불특정 다수가 사용함에 따라 유지, 보수 및 관리가 매우 중요한 요소이다. 본 실시예에 따른 휴대형 컨버터 효율 점검 장치에 의하면 컨버터에 입력되는 전력 대비 출력되는 전력을 측정하여 컨버터의 효율을 용이하게 측정할 수 있으며, 이로부터 충전기의 비정상적인 낮은 효율로부터 컨버터의 고장을 용이하게 파악할 수 있다는 장점이 제공되며 공공의 편익에 크게 도움이 될 수 있을 것이다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 휴대형 컨버터 효율 점검 장치 20: 컨버터
100: AC 측정부 110: 전압 신호 변환부
120: 전류 신호 변환부 130: AC 측정단자
140: DC 측정단자 200: DC 측정부
210: 전압 신호 변환부 220: 전류 신호 변환부
300: 연상부 310: ADC
320: ADC 330: 프로세서
400: 전원부 500:통신모듈
Display: 디스플레이 Input: 입력 장치

Claims (7)

  1. 컨버터의 입력 AC 단자에서 제공된 AC 전압 및 AC 전류를 측정하는 AC 측정부와, 상기 컨버터의 출력 DC 단자에서 제공된 DC 전압 및 DC 전류를 측정하는 DC 측정부와, 상기 AC 측정부와 상기 DC 측정부가 측정한 값들을 디지털 신호로 변환하되 32비트의 해상도를 갖는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함하며, 컨버터의 효율을 연산하는 프로세서를 포함하는 연산부와, 상기 AC 측정부, DC 측정부 및 상기 연산부에 구동 전력을 제공하는 전원부를 구비하되,
    휴대형으로 형성되고, 상기 컨버터의 입력 AC 단자의 AC 전압 및 AC 전류를 측정하는 AC 측정단자와, 상기 컨버터의 출력 DC 단자의 DC 전압 및 DC 전류를 측정하는 DC 측정단자를 더 구비하고,
    상기 AC 측정부 및 상기 DC 측정부는 각각 AC 전류 신호 변환부 및 DC 전류 신호 변환부를 포함하며,
    상기 AC 전류 신호 변환부는 AC 측정단자가 구비하는 전류 클램프를 이용하여 AC 전류를 측정하고,
    상기 DC 전류 신호 변환부는 DC 측정단자가 구비하는 전류 클램프를 이용하여 DC 전류를 측정하며,
    상기 AC 전류 신호 변환부 및 DC 전류 신호 변환부는,
    상기 AC 측정단자가 구비하는 전류 클램프 및 상기 DC 측정단자가 구비하는 전류 클램프가 각각 측정한 값에 대하여 자속 밀도(B)와 자기장(H) 사이의 비선형성, 투자율 변화 및 코어에서 발생하는 손실을 보상하여 출력하고,
    상기 AC 측정단자가 구비하는 전류 클램프 및 상기 DC 측정단자가 구비하는 전류 클램프는,
    각각 클램프 CT 센서를 포함하되, 분리된 2개의 코어가 밀착 결합되는 부분에는 전도성 물질이 코팅되어 2개의 분리된 코어를 밀착 결합시키며,
    상기 코어는 분말형 금속합금 및 세라믹 물질을 혼합하여 코팅되되,
    상기 분말형 금속 합금은, Ni-Fe-Mo, Ni-Fe, Fe-Co-V, Fe-Al-Si, Fe-Co, Fe-Mn 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있고,
    상기 세라믹 물질은 Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연산부는,
    충전의 1회 주기를 통합한 전력량에 기초하여 측정한 효율값을 제공하는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 휴대형 컨버터 점검 장치는,
    컨버터의 점검 결과를 사용자 단말기 또는 서버로 전송하는 통신 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 AC 측정부는 단상 2선(1P2W) 및 3상 4선(3P4W)식 중 어느 하나로 교류 전압 및 교류 전류가 입력되는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 AC 측정부가 측정한 상기 AC 전류값과 상기 AC 전압값으로부터 AC 전력값을 연산하고,
    상기 DC 측정부가 측정한 상기 DC 전류값과 상기 DC 전압값으로부터 DC 전력값을 연산하며,
    상기 DC 전력값을 상기 AC 전력값으로 나누어 컨버터의 효율을 연산하는 것을 특징으로 하는 휴대형 컨버터 효율 점검 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130037054A (ko) * 2011-10-05 2013-04-15 중앙대학교 산학협력단 인버터의 최적 효율 제어 장치, 방법 및 이를 이용한 ｉｐｍｓｍ 구동 시스템
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