KR102267043B1 - 복수의 충전 모듈들을 이용한 전기 자동차 충전 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

복수의 충전 모듈들을 이용한 전기 자동차 충전 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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채호병
문경세
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전기의 충전 방법에 있어서, 제1 충전 대상 전기 자동차로부터 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨에 관한 제1 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 정보에 기초하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 결정하는 단계로서, 상기 충전 모드는, 상기 복수의 충전 모듈들 중 비활성화 중인 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 활성화하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 증가(Increase) 모드 및 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 감소(Decrease) 모드를 포함함; 및 상기 결정된 충전 모드로 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

복수의 충전 모듈들을 이용한 전기 자동차 충전 방법 및 이를 위한 장치{An electric vehicle charging method using a plurality of charging modules and apparatus therefor}
본 명세서는 복수의 충전 모듈들을 이용하여 전기 자동차를 충전하는 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
최근 세계적인 환경 규제 강화 및 에너지 비용 절감 추세에 따라 환경 친화적인 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)에 대한 요구가 증가되고 있다. 세계 각국 정부의 자동차 연비 및 배기가스 규제가 갈수록 강화되면서 EV의 보급이 의무화되고 있는 상황이며, 국내에서도 저탄소 녹색 성장의 일환으로 그린 카(친환경 자동차)에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있다.
전기 자동차(EV)의 보급 확대를 위해서는 전기 자동차의 전원을 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이다. 특히, 전기 자동차의 배터리 용량을 늘리는 것은 차체의 무게를 가중시키는 단점이 있어 한번의 완충으로 전기 자동차가 운행 가능한 거리는 제한적일 수 있다. 따라서, 가정용 충전 설비를 비롯하여 중 장거리의 운행 중 언제 어디서나 전기 자동차를 충전할 수 있도록 많은 충전기가 필수적으로 설치되어야 한다.
그러나, 종래의 충전기의 경우, 하나의 충전 모듈만을 사용하기 때문에 전기 자동차를 충전에 최대 효율을 사용할 수 없어 전력 낭비가 발생한다는 문제점이 존재한다.
예를 들어, 충전기에 구비된 하나의 충전 모듈의 최대 출력 레벨이 500V 및 20A인 경우, 전기 자동차가 점차 충전됨에 따라 충전 출력량을 점차적으로 줄여야 한다. 결국 충전기의 최대 출력 레벨을 모두 사용하지 못하게 되므로, 충전 효율이 떨어질 뿐 아니라 전력 낭비가 발생하게 되는 것이다.
본 명세서에서는 이렇듯 하나의 충전 모듈을 사용함에 따라 발생할 수 있는 전력 낭비 문제를 해결하고자 함이 목적이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전기의 충전 방법에 있어서, 제1 충전 대상 전기 자동차로부터 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨에 관한 제1 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 정보에 기초하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 결정하는 단계로서, 상기 충전 모드는, 상기 복수의 충전 모듈들 중 비활성화 중인 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 활성화하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 증가(Increase) 모드 및 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 감소(Decrease) 모드를 포함함; 및 상기 결정된 충전 모드로 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 충전 모듈들은 모두 최대 출력 전류가 동일할 수 있다.
또한, 상기 충전 모드를 결정하는 단계는, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨이 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 현재 연결 중인 충전 모듈의 최대 출력 전류의 합보다 큰 경우, 상기 증가 모드로 결정하고, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨이 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 현재 연결 중인 충전 모듈의 최대 출력 전류의 합보다 작은 경우, 상기 감소 모드로 결정할 수 있다.
또한, 상기 증가 모드가 적용된 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계는, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨을 상기 최대 출력 전류로 나눈 결과에 올림 연산한 수만큼의 충전 모듈을 선택적 활성화하고, 상기 활성화된 충전 모듈을 이용하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증가 모드에서 선택적 활성화 가능한 충전 모듈의 최대 수는, 현재 비활성화 중인 충전 모듈의 수로 제한될 수 있다.
또한, 상기 감소 모드가 적용되는 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계는, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 충전 모듈의 수에서, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨을 상기 최대 출력 전류로 나눈 결과에 올림 연산한 수를 뺀 만큼 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 감소 모드에서 선택적 비활성화 가능한 충전 모듈의 최대 수는, 현재 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화 중인 충전 모듈의 수로 제한될 수 있다.
또한, 상기 감소 모드가 적용됨에 따라 선택적 비활성화된 충전 모듈을 후순위 충전 대상인 제2 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 사용하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기 자동차 충전기의 충전 방법은, 상기 복수의 충전 모듈들 각각의 활성화된 횟수 및/또는 활성화 주기에 관한 제2 정보를 저장하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 정보에 기초하여, 상기 증가 모드의 경우, 상기 복수의 충전 모듈들 중 가장 적은 횟수 및/또는 가장 드문 주기로 활성화된 충전 모듈부터 우선적으로 선택되어 활성화되고, 상기 감소 모드의 경우, 상기 복수의 충전 모듈들 중 가장 많은 횟수 및/또는 가장 잦은 주기로 활성화된 충전 모듈부터 우선적으로 선택되어 비활성화될 수 있다.
또한, 상기 충전하는 단계는, 상기 적어도 하나의 충전 모듈을 활성화 또는 비활성화하기 전, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 대해 현재 충전 중인 전류 레벨을 기설정된 비율로 줄이는 단계; 제1 시간동안 돌입 전류가 발생하는지 확인하는 단계; 상기 돌입 전류가 발생하지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 충전 모듈을 활성화 또는 비활성화하는 단계; 활성화 또는 비활성화 후 제2 시간동안 상기 돌입 전류가 발생하는지 확인하는 단계; 및 상기 돌입 전류가 발생하지 않은 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨만큼 충전 전류 레벨을 상승시키는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기설정된 비율은 상기 현재 충전 중인 전류 레벨의 10%에 해당할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전기에 있어서, 복수의 충전 모듈들을 포함하는, 충전부; 충전 대상 전기 자동차와 통신을 수행하는, 통신부; 및 상기 충전부 및 통신부를 제어하는, 제어부; 를 포함하되, 상기 제어부는, 제1 충전 대상 전기 자동차로부터 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨에 관한 제1 정보를 수신하고, 상기 제1 정보에 기초하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 결정하되, 상기 충전 모드는, 상기 복수의 충전 모듈들 중 비활성화 중인 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 활성화하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 증가(Increase) 모드 및 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 감소(Decrease) 모드를 포함함, 상기 결정된 충전 모드로 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 충전 모듈의 최대 출력 레벨을 최대한 사용할 수 있어 충전 효율이 높으며, 전력 낭비가 줄어든다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 충전 모듈들을 이용하여 파워 셰어링(Power Sharing) 동작이 가능하므로, 복수의 전기 자동차들을 동시에 충전할 수 있다는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌입 전류를 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 충전 방법을 예시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 증가 모드에서의 충전 방법을 예시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 감소 모드에서의 충전 방법을 예시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 셰어링 동작을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시에에 따른 돌입 전류 발생 시 충전기에서 감지된 전류 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 감소 모드 적용 시 돌입 전류 방지 동작을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 증가 모드 적용 시 돌입 전류 방지 동작을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 블록도이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서에서 제안하는 충전기(130)는 복수의 충전 모듈들(120-1~120-N)을 포함한다.
앞서 상술하였듯, 종래의 충전기는 하나의 모듈만을 사용했기 때문에 전기자동차가 점차적으로 충전됨에 따라 출력 전력(특히, 전류)을 줄여나가므로, 충전 효율이 떨어지고 전력 낭비가 심하다는 문제점이 존재하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 명세서에서는 복수의 충전 모듈들(120-1~120-N)을 이용하여 충전을 수행하는 충전기(130)를 제안한다.
충전기(130)는, 복수의 충전 모듈들(120-1~120-N)을 이용 시, 전기 자동차(110)의 충전이 기설정된 비율만큼 완료되면, 충전 모듈(120)을 하나씩 비활성화시키고 나머지 활성화된 충전 모듈들(120)의 최대 출력 전력을 최대한 이용하여 전기 자동차(110)를 충전할 수 있다. 그 결과, 각 충전 모듈(120)이 최대 충전 효율을 내면서 충전을 할 수 있으므로, 전체적인 충전 효율이 향상되며 전력 낭비가 줄어들게 된다.
이러한 복수의 충전 모듈들(120-1~120-N)은 파워 셰어링(Power Sharing) 동작을 위해서도 용이하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차(110) 충전 시 각 충전 모듈(120)은 다른 충전 모듈(120)과는 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서, 충전기(130)는 하나의 전기 자동차(110)를 사용하는 데 모든 충전 모듈들(120-1~120-N)을 사용/활성화하거나, 하나의 충전 모듈(120)만을 사용/활성화하여 충전을 수행할 수 있다. 충전에 사용되지 않는 충전 모듈(120)은 다른 전기 자동차(110)를 충전하는 데 사용될 수 있으며, 이는 결국 파워 셰어링 동작에 해당하게 된다.
복수의 충전 모듈들(120-1~120-N)은 최대 출력 전류(또는 전력) 레벨이 동일하거나 상이할 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 충전기(130) 내의 복수의 충전 모듈들(120-1~120-N)은 모두 동일한 최대 출력 전류 레벨을 갖는다고 가정한다.
기본적으로, 본 발명의 충전기(130)는 먼저 충전 예약이 된(혹은 충전 요청을 한) 전기 자동차(110-1)부터 충전에 사용할 충전 모듈을 우선적으로 할당하며, 후순위의 전기 자동차(110-2~110-N)에 대해서는, 해당 전기 자동차(110-2~110-N)의 요청 충전량과 현재 할당 가능한 충전 모듈(즉, 비활성화/미사용 중인 충전 모듈)(120)의 수 등을 종합적으로 고려하여 충전 모듈을 할당한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 현재 충전기(130)가 적어도 하나의 충전 모듈을 이용하여 충전 중인 전기 자동차를 ‘제1 충전 대상 전기 자동차(110-1)’로, 후순위의 충전 대상 전기 자동차(110-2~110-N)를 ‘제2 충전 대상 전기 자동차’라 지칭하기로 한다.
나아가, 본 발명의 충전기(130)는 충전을 요청한 전기 자동차(110)의 충전 모드를 우선적으로 결정하고, 해당 충전 모드에 기초하여 충전을 수행하는데, 이러한 충전 모드에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 모드를 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 충전기는 전기 자동차를 증가(Increase) 모드(210) 또는 감소(Decrease) 모드(220)로 충전할 수 있다.
증가 모드(210)는, 복수의 충전 모듈들 중 비활성화 중인 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 활성화하여 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 모드에 해당한다. 감소 모드(220)는, 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 적어도 하나의 충전 모듈을 중 적어도 하나를 선택적 비활성화하는 모드에 해당한다. 각 모드의 구체적인 실시예에 대해서는 도 3 내지 5를 참조하여 이하에서 상세히 후술한다.
충전기는 충전 대상 전기 자동차의 충전 요청 전류 레벨 및 충전 상태(예를 들어, 현재 충전에 사용되고 있는 충전 모듈의 수 등)에 따라 어떤 모드를 적용할지를 실시간으로 결정하고, 결정된 모드에 따라 충전 동작을 수행하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 충전 방법을 예시한 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 증가 모드에서의 충전 방법을 예시한 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 감소 모드에서의 충전 방법을 예시한 순서도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 우선 충전기는 제1 충전 대상 전기 자동차로부터 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨에 관한 제1 정보를 수신할 수 있다(S310). 이를 위해, 충전기는 충전 대상 전기 자동차의 규격에 따른 다양한 통신 프로토콜을 이용할 수 있다.
예를 들어, 제1 충전 대상 전기 자동차가 DC(Direct Current) 콤보 규격을 만족하는 경우, 제1 충전 대상 전기 자동차는 PLC(Programmable Logic Controller) 통신 프로토콜을 이용하여 ‘CurrentDemand’라는 메시지 내에 요청 전류 정보에 해당하는 ‘EVTargetCurrent’를 포함시켜 충전기로 전달할 수 있다. 또는, 제1 충전 대상 전기 자동차가 차데모(CHAdeMO) 규격을 만족하는 경우, 제1 충전 대상 전기 자동차는 CAN(Controller Area Network) 통신 프로토콜을 이용하여 ‘CAN ID 0x102’ 안에 요청 전류 값을 포함시켜 충전기로 전달할 수 있다. 또는, 제1 충전 대상 전기 자동차가 GB/T 규격을 만족하는 경우, 제1 충전 대상 전기 자동차는 CAN 통신 프로토콜을 이용하여 ‘CAN ID BLC’ 메시지 안에 요청 전류 값을 포함시켜 충전기로 전달할 수 있다.
다음으로, 충전기는 제1 정보에 기초하여 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 결정할 수 있다(S310).
보다 구체적으로, 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨이 제1 충전 대상 전기 자동차에 현재 연결 중인 충전 모듈의 최대 출력 전류의 합보다 큰 경우, 충전기는 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 증가 모드로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 4와 같이, 충전기(420)가 최대 50A의 출력 전류 레벨을 갖는 4개의 충전 모듈들(430-1~430-4)을 포함하며, 제1 충전 대상 전기 자동차(410)가 현재 충전기(420)로부터 2개의 충전 모듈들(430-1, 430-2)을 통해 100A 충전 전류 레벨을 공급받고 있는 경우를 가정해볼 수 있다. 이때, 제1 충전 대상 전기 자동차(410)가 요청하는 전류의 레벨이 다양한 원인에 의해(예를 들어, 사용자가 자동차 충전 속도/양의 증가 명령을 입력한 경우 등) 200A로 증가할 수 있다. 이 경우, 충전기(420)는 제1 충전 대상 전기 자동차(410)의 충전 모드를 증가 모드로 결정할 수 있다.
또한, 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨이 제1 충전 대상 전기 자동차에 현재 연결 중인 충전 모듈의 최대 출력 전류의 합보다 작은 경우, 충전기는 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 감소 모드로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 5와 같이, 충전기(510)가 최대 50A의 출력 전류 레벨을 갖는 4개의 충전 모듈들(530-1~530-4)을 포함하며, 제1 충전 대상 전기 자동차(510)가 현재 충전기로부터 4개의 충전 모듈들(530-1~530-4)을 통해 200A 충전 전류 레벨을 공급받고 있는 경우를 가정해볼 수 있다. 이때, 제1 충전 대상 전기 자동차(510)가 요청하는 전류의 레벨이 다양한 원인에 의해(예를 들어, 배터리 충전이 기설정된 비율만큼 완료된 경우 등) 100A로 감소할 수 있다. 이 경우, 충전기(520)는 제1 충전 대상 전기 자동차(510)의 충전 모드를 감소 모드로 결정할 수 있다.
다음으로, 충전기는 앞 단계에서 결정한 충전 모드로 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전할 수 있다(S330).
보다 상세하게는, 증가 모드가 적용된 경우 충전기는, 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨을 최대 출력 전류로 나눈 결과에 올림 연산한 수만큼의 충전 모듈을 선택적 활성화하고, 활성화된 충전 모듈을 이용하여 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1 충전 대상 전기 자동차(410)가 요청하는 충전 전류 레벨이 200A이고, 최대 출력 전류 레벨이 50A이므로, 4개(=200A/50A) 충전 모듈들(430-1~430-4)을 활성화해야 한다. 현재 2개의 충전 모듈(430-1, 430-2)만이 제1 충전 대상 전기 자동차(410)를 충전하기 위해 활성화되어 있으므로, 충전기(420)는 현재 비활성화되어 있는 충전 모듈들 중 2개(430-3, 430-4)를 선택적 활성화하여 제1 충전 대상 전기 자동차(410)를 충전하는 데 사용하게 된다. 이에 따를 때, 증가 모드에서 선택적 활성화 가능한 충전 모듈의 최대 수는, 현재 비활성화 중인 충전 모듈의 수로 제한되게 된다.
이와 유사하게, 감소 모드가 적용된 경우 충전기는, 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 충전 모듈의 수에서, 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨을 최대 출력 전류로 나눈 결과에 올림 연산한 수를 뺀 만큼 충전 모듈을 선택적 비활성화할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 제1 충전 대상 전기 자동차(510)가 현재 제공받고 있는 충전 전류 레벨은 200A, 요청하는 충전 전류 레벨은 100A, 최대 출력 전류 레벨이 50A이므로, 4(200A/50A)에서 2(=100A/50A)를 뺀 결과인 2개만큼 충전 모듈을 비활성화해야 한다. 현재 4개의 충전 모듈들(530-1~530-4)이 제1 충전 대상 전기 자동차(510)를 충전하기 위해 활성화되어 있으므로, 충전기(520)는 활성화되어 있는 4개의 충전 모듈들(530-1~530-4) 중 2개(530-3, 530-4)를 선택적 비활성화하여 제1 충전 대상 전기 자동차(510)를 충전하게 된다. 이에 따를 때, 감소 모드에서 선택적 비활성화 가능한 충전 모듈의 최대 수는, 현재 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화 중인 충전 모듈의 수로 제한되게 된다.
충전기는 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드에 따라 충전 모듈들의 활성화/비활성화 상태를 전환하게 되는데, 이때 충전기는 각 충전 모듈의 활성화된 횟수 및/또는 활성화 주기를 기초로 선택적으로 충전 모듈의 활성화/비활성화를 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 충전기는 우선 복수의 충전 모듈들 각각의 활성화된 횟수 및/또는 활성화 주기에 관한 제2 정보를 저장할 수 있다. 이렇게 저장해 둔 제2 정보에 기초하여, 충전기는 증가 모드 적용 시, 복수의 충전 모듈들 중 가장 적은 횟수 및/또는 가장 드문 주기로 활성화된 충전 모듈부터 우선적으로 선택하여 활성화할 수 있다. 또한, 충전기는 감소 모드 적용 시, 복수의 충전 모듈들 중 가장 많은 횟수 및/또는 가장 잦은 주기로 활성화된 충전 모듈부터 우선적으로 선택하여 비활성화할 수 있다.
이렇듯 충전기는 각 충전 모듈의 활성화 주기/빈도를 고려하여 선택적으로 활성화/비활성화 동작을 수행하므로, 일부 충전 모듈의 집중적 열화를 방지하고 충전 모듈들의 전체적인 수명을 동일하게 관리할 수 있다는 효과가 발생한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 셰어링 동작을 예시한 도면이다.
앞서 상술한 바와 같이, 본 발명의 충전기(620)는 복수의 충전 모듈들을 포함하며 이들 각각은 독립적인 충전 동작이 가능하므로, 한 번에 복수의 전기 자동차들(610-1, 610-2)을 동시에 충전할 수 있는 파워 셰어링 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 충전 대상 전기 자동차(610-1)의 충전이 완료되어 감에 따라 순차적으로 비활성화된 충전 모듈은 후순위 충전 대상인 제2 충전 대상 전기 자동차(610-2)를 충전하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 6을 참조하면, 제1 충전 대상 전기 자동차(610-1)가 현재 제공받고 있는 충전 전류 레벨이 200A이고 요청 전류가 100A인 경우 감소 모드가 적용될 수 있으며, 그 결과 50A 충전 모듈 2개가 비활성화될 수 있다. 이렇게 비활성화된 2개의 충전 모듈들은 후순위의 충전 대상 전기 자동차(610-2)의 충전에 사용될 수 있다. 본 도면에서 제2 충전 대상 전기 자동차(610-2)가 요청하는 전류가 100A이므로, 2개의 충전 모듈들은 모두 제2 충전 대상 전기 자동차(610-2)를 충전하는 데 사용될 수 있다. 만일, 제2 충전 대상 전기 자동차(610-2)의 요청 전류가 50A인 경우에 하나의 충전 모듈만이 제2 충전 대상 전기 자동차(610-2)를 위해 활성화될 수 있으며, 나머지 충전 모듈은 그 다음 후순위 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시에에 따른 돌입 전류 발생 시 충전기에서 감지된 전류 그래프이다.
충전기가 충전 모듈을 활성화/비활성화 시키는 동작 중 도 7과 같이 갑자기 높은 레벨의 전류인 돌입 전류가 유입될 수 있다. 돌입 전류는 기준 충전 전류보다 매우 높은 레벨의 전류로서, 전기 자동차의 충전 과정에서 안전 문제와 유지 보수 문제를 발생시킨다. 특히, 전기 자동차에 3상 교류전원을 공급하는 전기 자동차 충전기에서는 이러한 돌입 전류로 인하여 충전기 내에서 불필요한 차단기의 동작과 누전 차단기의 불필요한 트립핑(tripping)이 발생하게 된다. 따라서, 충전 모듈 활성화/비활성화함에 있어서 돌입 전류를 방지하는 것이 매우 중요하다.
본 명세서에서는 이러한 돌입 전류를 방지하기 위한 충전기의 동작에 대해 제안하며, 이에 대해서는 도 8 및 9를 참조하여 이하에서 후술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 감소 모드 적용 시 돌입 전류 방지 동작을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 충전기는 돌입 전류를 방지하기 위해 감소 모드 적용 시, 우선 제1 충전 대상 전기 자동차에 대해 현재 충전 중인 전류 레벨을 기설정된 비율(A0)로 줄일 수 있다. 여기서 기설정된 비율은, 예를 들어 현재 충전 중인 전류 레벨의 10%에 해당할 수 있다.
다음으로, 충전기는 기설정된 시간(t0)동안 돌입 전류가 발생하는지 확인할 수 있다. 만일, 기설정된 시간(t0)동안 돌입 전류가 발생하지 않았음이 확인되면, 충전기는 비활성화하려고 했던 충전 모듈을 비활성화할 수 있다. 그 결과, 충전기의 최대 충전 가능 전류는 비활성화된 충전 모듈의 최대 충전 가능 전류만큼 줄어들게 된다.
다음으로, 충전기는 충전 모듈의 비활성화에 따른 돌입 전류가 발생하는지를 기설정된 시간(t1)동안 다시 확인할 수 있다. 만일, 기설정된 시간(t1)동안 돌입 전류가 발생하지 않았음이 확인되면, 충전기는 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨만큼 충전 전류 레벨을 상승시킴으로써 본래의 충전 동작/알고리즘으로 회귀할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 증가 모드 적용 시 돌입 전류 방지 동작을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 충전기는 돌입 전류를 방지하기 위해 증가 모드 적용 시, 우선 제1 충전 대상 전기 자동차에 대해 현재 충전 중인 전류 레벨을 기설정된 비율(A0)로 줄일 수 있다. 여기서 기설정된 비율은, 예를 들어 현재 충전 중인 전류 레벨의 10%에 해당할 수 있다.
다음으로, 충전기는 기설정된 시간(t0)동안 돌입 전류가 발생하는지 확인할 수 있다. 만일, 기설정된 시간(t0)동안 돌입 전류가 발생하지 않았음이 확인되면, 충전기는 활성화하려고 했던 충전 모듈을 활성화할 수 있다. 그 결과, 충전기의 최대 충전 가능 전류는 활성화된 충전 모듈의 최대 충전 가능 전류만큼 증가하게 된다.
다음으로, 충전기는 충전 모듈의 활성화에 따른 돌입 전류가 발생하는지를 기설정된 시간(t1)동안 다시 확인할 수 있다. 만일, 기설정된 시간(t1)동안 돌입 전류가 발생하지 않았음이 확인되면, 충전기는 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨만큼 충전 전류 레벨을 상승시킴으로써 본래의 충전 동작/알고리즘으로 회귀할 수 있다.
이렇듯 상술한 도 8 및 9의 실시예에 따를 때, 본 명세서의 충전기는 충전 모듈을 활성화하거나 비활성화하기 전, 충전 전류 레벨을 일정 비율만큼 낮춤으로써 돌입 전류를 미연에 방지하고, 활성화/비활성화 전후에 돌입 전류를 지속적으로 감지함으로써 돌입 전류 발생에 따른 피해를 최소화한다는 장점을 갖는다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 블록도이다.
이하에서 후술하는 구성들은 적어도 하나의 하드웨어적인/소프트웨어적인 구성 요소로 구현될 수 있으며, 앞서 상술한 실시예들을 수행하는 데 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 충전기는 제어부(1010), 충전부(1020), 센서부(1030), 통신부(1040) 및/또는 메모리부(1050)를 포함할 수 있다.
제어부(1010)는 충전기에 포함된 다른 구성 요소들과 통신을 수행할 뿐 아니라, 이들을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(1010)는 본 명세서에 개시된 다양한 실시예들을 충전기에 포함된 적어도 하나의 구성 요소를 제어함으로써 주체적으로 수행할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 충전기는 제어부(1010)와 동일시되어 설명될 수 있다. 제어부(1010)는, 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
충전부(1020)는 전기 자동차 충전에 필요한 하드웨어적인 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전부(1020)는 복수의 충전 모듈들 및 전력을 공급하기 위해 전기 자동차와 충전기를 연결하는 충전 연결부를 포함할 수 있다.
센서부(1030)는 충전기 내부/외부의 주변 환경을 센싱하고, 센싱 결과를 제어부에 전송할 수 있다. 예를 들어, 센서부(1030)는 적어도 하나의 전류/전압 감지 센서를 포함할 수 있으며, 내부의 전류/전압을 실시간으로 감시하여 그 결과를 제어부에 통보할 수 있다. 특히, 센서부(1030)는 충전 모듈의 활성화/비활성화 전후에 돌입 전류를 센싱할 수 있으며, 결과를 제어부(1010)에 전달할 수 있다.
통신부(1040)는 적어도 하나의 통신 프로토콜을 이용하여 외부와 통신을 수행할 수 있다. 특히, 통신부(1040)는 적어도 하나의 통신 프로토콜로서 PLC, CAN, WiFi, 블루투스, NFC 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 통신부(1040)는 통신을 통해 주고받은 신호/정보/데이터는 제어부로 전달할 수 있으며, 제어부(1010)로부터 수신한 신호/정보/데이터를 외부로 전송할 수 있다.
메모리부(1050)는 다양한 정보/데이터/프로그램/어플리케이션 등을 저장할 수 있다. 메모리부(1050)는 저장한 정보/데이터를 제어부로 전송하거나 제어부(1010)로부터 수신할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 메모리부(1050)는, 각 충전 모듈이 활성화된(또는 비활성화된) 빈도/횟수/주기 등에 관한 정보/데이터를 저장할 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위해, 본 명세서에서 도 1 및 6 등에 하나의 충전기에 복수의 연결 단자들이 구비되고, 이러한 복수의 연결 단자들을 통해 복수의 전기 자동차들과 연결되는 실시예를 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 충전기에 복수의 디스펜서들이 구비되고, 이러한 복수의 디스펜서들을 통해 복수의 전기 자동차들과 연결될 수도 있음은 물론이다.
설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시예들을 병합하여 새로운 실시예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상술한 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1010: 제어부
1020: 충전부
1030: 센서부
1040: 통신부
1050: 메모리부

Claims (13)

  1. 전기 자동차 충전기의 충전 방법에 있어서,
    제1 충전 대상 전기 자동차로부터 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨에 관한 제1 정보를 수신하는 단계;
    상기 제1 정보에 기초하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 결정하는 단계로서, 상기 충전 모드는,
    복수의 충전 모듈들 중 비활성화 중인 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 활성화하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 증가(Increase) 모드 및 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 감소(Decrease) 모드를 포함함; 및
    상기 결정된 충전 모드로 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계; 를 포함하되,
    상기 충전하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 충전 모듈을 활성화 또는 비활성화하기 전, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 대해 현재 충전 중인 전류 레벨을 기설정된 비율로 줄이는 단계;
    제1 시간동안 돌입 전류가 발생하는지 확인하는 단계;
    상기 돌입 전류가 발생하지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 충전 모듈을 활성화 또는 비활성화하는 단계;
    활성화 또는 비활성화 후 제2 시간동안 상기 돌입 전류가 발생하는지 확인하는 단계; 및
    상기 돌입 전류가 발생하지 않은 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨만큼 충전 전류 레벨을 상승시키는 단계; 를 포함하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 충전 모듈들은 모두 최대 출력 전류가 동일한, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전 모드를 결정하는 단계는,
    상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨이 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 현재 연결 중인 충전 모듈의 최대 출력 전류의 합보다 큰 경우, 상기 증가 모드로 결정하고,
    상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨이 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 현재 연결 중인 충전 모듈의 최대 출력 전류의 합보다 작은 경우, 상기 감소 모드로 결정하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증가 모드가 적용된 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계는,
    상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨을 상기 최대 출력 전류로 나눈 결과에 올림 연산한 수에서 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 충전 모듈 수를 뺀만큼의 충전 모듈을 선택적 활성화하고, 상기 활성화된 충전 모듈을 이용하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계; 를 포함하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증가 모드에서 선택적 활성화 가능한 충전 모듈의 최대 수는, 현재 비활성화 중인 충전 모듈의 수로 제한되는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감소 모드가 적용되는 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 단계는,
    상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 충전 모듈의 수에서, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨을 상기 최대 출력 전류로 나눈 결과에 올림 연산한 수를 뺀 만큼 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 단계; 를 포함하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감소 모드에서 선택적 비활성화 가능한 충전 모듈의 최대 수는, 현재 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화 중인 충전 모듈의 수로 제한되는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 감소 모드가 적용됨에 따라 선택적 비활성화된 충전 모듈을 후순위 충전 대상인 제2 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 사용하는 단계; 를 더 포함하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 충전 모듈들 각각의 활성화된 횟수 및 활성화 주기 중 적어도 하나에 관한 제2 정보를 저장하는 단계; 를 더 포함하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 정보에 기초하여,
    상기 증가 모드의 경우, 상기 복수의 충전 모듈들 중 가장 적은 횟수 및 가장 드문 주기 중 적어도 하나로 활성화된 충전 모듈부터 우선적으로 선택되어 활성화되고,
    상기 감소 모드의 경우, 상기 복수의 충전 모듈들 중 가장 많은 횟수 및 가장 잦은 주기 중 적어도 하나로 활성화된 충전 모듈부터 우선적으로 선택되어 비활성화되는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기설정된 비율은 상기 현재 충전 중인 전류 레벨의 10%에 해당하는, 전기 자동차 충전기의 충전 방법.
  13. 전기 자동차 충전기에 있어서,
    복수의 충전 모듈들을 포함하는, 충전부;
    충전 대상 전기 자동차와 통신을 수행하는, 통신부; 및
    상기 충전부 및 통신부를 제어하는, 제어부; 를 포함하되,
    상기 제어부는,
    제1 충전 대상 전기 자동차로부터 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨에 관한 제1 정보를 수신하고,
    상기 제1 정보에 기초하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전 모드를 결정하고,
    상기 결정된 충전 모드로 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하되,
    상기 충전 모드는,
    상기 복수의 충전 모듈들 중 비활성화 중인 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 활성화하여 상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 증가(Increase) 모드 및 상기 제1 충전 대상 전기 자동차의 충전을 위해 활성화된 적어도 하나의 충전 모듈을 선택적 비활성화하는 감소(Decrease) 모드를 포함하고,
    상기 제1 충전 대상 전기 자동차를 충전하는 경우 상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 충전 모듈을 활성화 또는 비활성화하기 전, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차에 대해 현재 충전 중인 전류 레벨을 기설정된 비율로 줄이고,
    제1 시간동안 돌입 전류가 발생하는지 확인하고,
    상기 돌입 전류가 발생하지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 충전 모듈을 활성화 또는 비활성화하고,
    활성화 또는 비활성화 후 제2 시간동안 상기 돌입 전류가 발생하는지 확인하고,
    상기 돌입 전류가 발생하지 않은 경우, 상기 제1 충전 대상 전기 자동차가 요청하는 충전 전류 레벨만큼 충전 전류 레벨을 상승시키는, 전기 자동차 충전기.
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