KR102304658B1 - 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템 - Google Patents

신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상용전력 계통과 신재생에너지인 태양광 발전시스템을 복합적으로 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 전원을 공급하는 충전시스템으로서,
상용전력을 이용하여 전기를 공급하고 전기 자동차를 충전하기 위하여 전력을 공급하는 전력공급부와, 태양광 발전 시스템을 이용하여 직류전원을 출력하는 태양광 발전 시스템부와, 상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부로부터 공급되는 전기를 충전하는 전원저장부와, 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티를 충전하기 위한 e-모빌리티 충전부와, 상기 각 구성을 모니터링하고 제어하는 컨트롤 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템 {Hybrid electric charging system that uses renewable energy to charge battery banks and e-mobility}
본 발명은 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는, 일반 전력계통 또는 태양광 발전 시스템을 통해 발전되는 전력을 이용하여 전기자동차와 세그웨 이, 전동스쿠터 등을 포함하는 배터리 뱅크 및 e-모빌리티를 충전함에 있어, 일반 전력계통의 교류전원, 태양광 발전 시스템의 직류전원 또는 ESS전력저장장치에 저장되어 있는 직류전원을 선택적으로 사용하여 충전하며, 제어시스템을 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티의 이동에 우선적으로 필요한 정보를 제공할 수 있도록 하는 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템에 관한 것이다.
최근 지속적인 화석연료의 사용으로 인해 온난화 현상, 산성비, 또는 미세먼지의 증가 등 대기오염이 지속적인 환경문제로 자리잡고 있을 뿐만 아니라, 화석연료의 고갈로 인하여 친환경적이고 고효율적으로 사용할 수 있는 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다.
신재생에너지는 신에너지와 재생에너지를 합친 의미이고, 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지로 변환시켜 이용하는 에너지를 말한다. 재생에너지에는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열 등이 있고, 신에너지에는 연료전지, 수소에너지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유가스화, 수소에너지 등이 있으며, 이들 신재생에너지는 초기투자 비용이 많이 든다는 단점이 있지만 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 중요성이 언급되면서 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 환경문제에 대한 해결방안으로 전기자동차 또는 전동스쿠터, 세그웨이 등을 포함하는 전기구동운송수단인 e-모빌리티는 연료의 연소로 인한 배기가스의 배출이 발생하지 않아 불완전연소, 미세먼지 등 환경오염에 영향을 미치지 않아 그 수요가 급격하게 증가하고 있다.
또한, 1인가구가 확대되면서 이동수단에 대한 이용패턴이 변화하고, 고령화 사회의 진입으로 다양한 형태의 미래형 교통수단에 대한 요구가 도심에서 증가할 뿐만 아니라, 시골 마을에서도 의료용 전기스쿠터 또는 전기 휠체어 등의 형태로 보급이 활성화될 것이라 전망되고 있다.
그러나, 사용할 수 있는 전기충전소는 지속적으로 공급되고 있으나, 대도시 위주로 구축되고 있으며, 전동휠체어 또는 전동스쿠터 등 장애인이나 노약자가 많이 이용하는 형태의 e-모빌리티는 접근이 용이하지 못한 문제가 발생하기도 한다.
그 뿐만 아니라, 현재 대부분의 전기충전소는 상용되는 일반 전력을 이용하여 전원을 공급하기 때문에 환경문제에 대한 근본적인 해결방안이 되지 못하며, 이를 해결하기 위하여 신재생 에너지를 이용하여 전원을 공급할 수 있는 수단이 마련되어야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 등록특허공보 제 10-1539572호 “외부 전력 계통 연계형 태양광, ESS 및 전기차 충전 융복합 증강현실 시스템”에서는 태양광 발전 시스템을 이용하여 생산되는 전력을 ESS에 저장하고, 외부전력과 연계하여 전기자동차를 충전할 수 있는 전기차 충전 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 다양한 형태의 e-모빌리티에 대한 충전시스템이 부재하고, 전기자동차와 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 등의 이동수단의 현재 상태에 따른 충전 정보를 제공하지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양광 발전 시스템을 이용하여 신재생 에너지를 발전하여 e-모빌리티 충전부에 우선적으로 공급하며 잉여전력을 ESS전력저장장치에 저장하는 구성을 구축하고, 전기자동차와 배터리 뱅크 및 e-모빌리티와 연동되는 충전기들을 구비하여, 다양한 전기 이동수단에 대하여 저장된 전원 또는 일반 전원을 제공하고, 이동수단의 보유전력 정보 및 목적정보를 반영하여 충전 시스템의 정보를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상용전력 계통과 신재생에너지인 태양광 발전시스템을 복합적으로 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 전원을 공급하는 충전시스템으로서,
상용전력을 이용하여 전기를 공급하고 전기 자동차를 충전하기 위하여 전력을 공급하는 전력공급부와, 태양광 발전 시스템을 이용하여 직류전원을 출력하는 태양광 발전 시스템부와, 상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부로부터 공급되는 전기를 충전하는 전원저장부와, 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티를 충전하기 위한 e-모빌리티 충전부와, 상기 각 구성을 모니터링하고 제어하는 컨트롤 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력공급부는 상용전력 계통과 연결되어 220V의 교류전원을 공급하는 상용전력부, 상기 상용전력부에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 전기자동차에 충전하는 전기자동차 충전기, 상기 상용전력에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 e-모빌리티 충전부로 공급하는 AC/DC 컨버터, 전기자동차에 접속하여 충전을 하는 충전 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 발전 시스템부는, 태양광 발전을 위해 구비되는 하나 이상의 태양광 패널, 상기 태양광 패널로부터 출력되는 직류전원을 강압시켜주는 제 1 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전원저장부는, 상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부에서 공급되는 직류전원을 저장하도록 하나 이상으로 구비되는 ESS전력저장장치와, 상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부로 부터 공급되는 직류전원을 양방향으로 승압 또는 강압하는 것이 가능한 제2 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 e-모빌리티 충전부는, 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 직류전원을 충전할 수 있도록 구비되는 e-모빌리티 충전기와, 상기 전력공급부 및 상기 태양광 발전 시스템부 또는 상기 전원저장부 중 어느 하나로 부터 공급되는 직류전원을 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 맞는 전원으로 변환하여 공급하는 제3 DC/DC 컨버터, 충전커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤 서버는 모니터링 결과, 상기 e-모빌리티 충전부에서 충전을 필요로 하여 우선순위를 정하여 전력을 공급하는 경우에, 상기 전력공급부 및 상기 태양광 발전 시스템부 또는 전원저장부가 정상상태인 상황에서는 상기 태양광 발전 시스템부, 상기 전원저장부, 상기 전력공급부 순으로 직류전원을 공급받아 상기 e-모빌리티 충전부에 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤 서버에는 선택전압 확인부가 구비되고, 상기 선택전압 확인부는 전압선택 제어부를 통해 충전 전압을 선택한 후에 선택된 충전 전압이 일치하는지 아니면 일치하지 않는지와 또는 충전전압을 선택하지 않고 일정시간 경과(10~20초 이내)한 것인지를 충전 모니터에 표시토록 하여 사용자가 충전 전압 선택을 다시 선택하거나 다음단계로 진행될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
발명의 실시예에 따른 신재생 에너지를 이용하여 친환경적으로 전기자동차 또는 e-모빌리티의 충전을 실시할 수 있으며, ESS전력저장장치를 이용하여 불필요하게 손실되는 전력을 최소화하며, AC/DC 컨버터 또는 DC/DC컨버터를 이용하여 전력을 가변적으로 변환하여 필요전력이 상이한 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 또는 전기자동차에 대하여 동시에 충전시설을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 컨트롤 서버를 이용하여 e-모빌리티 충전부에 충전시 우선순위를 정하여 충전시설을 효과적으로 관리하고, 충전시 충전단계를 구체화 하여 e-모빌리티와 일치하지 않는 전압이 접속되거나 충전 커넥터 접속 불량으로 인하여 발생되는 사고를 사전에 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템의 흐름을 나타낸 계통도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 도한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템을 도 1 내지 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템의 전원 흐름을 나타낸 계통도이다.
도 1 내지 2을 참조하면, 본 발명에 따른 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템(이하 “복합 전기 충전 시스템”이라 칭한다.)은 상용전력 계통과 태양광 발전시스템을 복합적으로 이용하여 배터리 뱅크 또는 e-모빌리티에 전원을 공급하는 충전 시스템으로, 상용전력을 이용하여 전기를 공급하고 전기 자동차를 충전하기 위하여 전력을 공급하는 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템을 이용하여 직류전원을 출력하는 태양광 발전 시스템부(200), 상기 전력공급부 및 상기 태양광 발전 시스템부로부터 공급되는 전기를 충전하는 전원저장부(300), 및 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티를 충전하기 위한 e-모빌리티 충전부(400)와, 상기 각 구성을 모니터링하고 제어하는 컨트롤 서버(500)를 포함하여 구성된다.
상기 e-모빌리티(Electric Mobility)란 기존의 승용차와 차별화된 친환경 전기구동방식의 1~2인 탑승을 위한개인용 이동수단을 통칭하여 일컫는 것으로, 직립형 이동수단을 비롯하여 전기구동 자전거, 2륜차, 3륜차등 종류가 다양하며 미래형 이동수단의 통합적 의미를 포함한다.
상기 배터리 뱅크란 다수의 배터리 셀을 하나의 유닛으로 구성한 것을 지칭하기도 하지만, 본 발명에서는 휴대할 수 있으며 충전기를 통하지 않고도 다양한 IT기기를 충전할 수 있는 기기를 지칭하는 총괄 개념으로 사용하고자 하며, 사용하는 충전 배터리의 종류에 따라 일반적으로 차량시동용이나 야외에서 충전전원으로 사용하는 휴대용 딥사이클링 배터리와, 휴대용 충전 드릴 같은 소규모 모터 등에 사용하는 리튬 폴리머와, 일반적인 휴대용 IT 기기에 사용되는 휴대폰, 카메라, 비디오카메라, 노트북, 태블릿 등에 사용하는 리튬 이온으로 구분하고 있다.
상기 복합 전기 충전 시스템은 하나의 충전 시스템내에 전기자동차와 같은 큰 충전전력을 사용하는 전기자동차 충전기와, 비교적 적은 충전전력을 사용하는 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전기를 한 장소에 복합적으로 구성하여, 사용자가 보다 편리하게 충전할 수 있고, 관리 측면에서도 통합하여 관리함으로써 효율적인 관리가 가능하도록 구성하였고, 충전시에는 전기자동차와 배터리 뱅크 및 e-모빌리티의 충전공간을 달리 배치하여 상기 전기자동차는 전력공급부(100)에서 충전이 가능하도록 하였고, 상기 e-모빌리티는 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300) 중 어느 하나에서 공급되는 직류전원을 공급받아 e-모빌리티의 충전부(400)에서 충전이 가능하도록 하였다.
상기 전력공급부(100)는 상용전력 계통과 연결되어 220V의 교류전원을 공급하는 상용전력부(110), 상기 상용전력부에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 전기자동차에 충전하는 전기자동차 충전기(120), 상기 상용전력에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 e-모빌리티 충전부(400)로 공급하는 AC/DC 컨버터(130), 전기자동차에 접속하여 충전을 하는 충전 커넥터(140)를 포함하고, 상기 AC/DC 컨버터(130)는 일반 계통의 220V의 교류전원을 공급받아 45V 내지 65V의 직류전원으로 변환시키게 된다.
또한, 상기 전기자동차 충전기(120)는 전기자동차와 연결되는 충전 커넥터(140)와 연결되어 있으며, 상기 전기자동차 충전기(120)는 다수의 완속충전기 또는 다수의 급속충전기를 포함하여 형성할 수 있으며, 일부는 다수의 완속충전기를 형성하고 일부는 다수의 급속충전기를 형성하여 혼합형태로 형성할 수도 있다.
또한 상기 충전 커넥터(140)는 다양한 형태로 구비될 수 있으며, 상기 충전 커넥터(140)는 상기 전기자동차 충전부(12)에서 출력되는 직류전원을 전기자동차에 충전하기 위하여 연결되는 장치로, 완속충전기와 급속충전기를 같이 사용하는 경우에는 완속 충전기, 급속충전기, 충전 커넥터(140)의 색상을 달리하여 구분할 수도 있고, 또는 완속 충전기 및 급속충전기는 위치를 다르게 하여 구분할 수도 있다.
상기 태양광 발전 시스템부(200)는 태양광 발전을 위해 구비되는 하나 이상의 태양광 패널(210), 상기 태양광 패널로부터 출력되는 직류전원을 강압시켜주는 제1 DC/DC 컨버터(220)를 포함하는 태양광 패널(210)을 포함할 수 있으며, 상기 태양광 패널(210)은 실리콘계열, 반도체계열, 염료감응형 태양광 패널로 구비될 수 있으며, 300W ~ 400W의 태양광 패널을 다수 사용하여 1~수십kW 이상의 전력을 출력할 수 있도록 구성되고, 상기 제 1 DC/DC 컨버터(220)은 상기 태양광 패널에서 발전되는 70V 내지 80V의 직류전원을 45V 내지 65V의 직류전원으로 변환하여 공급할 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템부(200)는 필요한 경우 신재생에너지인 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열, 연료전지, 수소에너지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유가스화, 수소에너지 중 하나 이상을 선택하여 대체되어 운영될 수도 있다.
또한, 상기 태양광 패널(210)에 의해 발전된 직류전원은 상기 제1 DC/DC 컨버터(220)에 의해 45V ~ 65V의 직류전원으로 변환되어 전원저장부(300) 또는 e-모빌리티 충전부(400)에 공급되되, 상기 전원저장부(300) 또는 e-모빌리티 충전부(400)에 대해 우선순위를 정하여 공급하는 경우에는 e-모빌리티 충전부(400)에 우선적으로 전력을 공급하고, 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 충전이 완료되었거나 또는 충전이 필요하지 않은 경우 또는 잉여전력이 잔존하는 경우에는 차순위로 전원저장부(300)로 전력을 공급하여 저장할 수 있도록 한다.
상기 전원저장부(300) 또는 e-모빌리티 충전부(400)에 대해 우선순위를 정하는 이유는 상기 태양광 패널(210)에 의해 발전된 전력은 큰 전력이 아니고 한정된 전력(주로 낮에만 생산됨)일뿐 아니라 일정시간 한정적으로 전력이 생산되므로 전력을 효율적으로 이용하고자 하는 것이고, 또한 상기 전원저장부(300) 및 e-모빌리티 충전부(400)에 동시에 충전하지 않는 이유는 동시에 충전할 경우 충전 전력이 약해져 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 충전시간이 지연될 수 있으므로, 우선순위에 따라 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 충전한 후에 전원저장부(300)에 충전을 하는 것이다.
상기 전원저장부(300)는 상기 전력공급부(100) 또는 상기 태양광 발전 시스템부(200)에서 공급되는 직류전원을 저장하도록 하나 이상으로 구비되는 ESS전력저장장치(310)와, 상기 전력공급부(100) 또는 상기 태양광 발전 시스템부(200)로 부터 공급되는 직류전원을 양방향으로 승압 또는 강압하는 것이 가능한 제2 DC/DC 컨버터를 포함하고, 상기 ESS전력저장장치(310)은 리튬이온전지, 나트륨 황 전지, 레독스 흐름 전지, 또는 수퍼 커패시터 전지 등의 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 전력공급부(100) 또는 상기 태양광 발전 시스템부(200)로부터 공급되는 직류전원을 충전할 수 있도록 구성되고, 상기 ESS전력저장장치(310)의 안정성을 확보하기 위하여 완충전압과 대비하여 80% ~ 90%로 충전하도록 구성될 수 있다.
상기 ESS 전력저장장치의 충전을 완충전압과 대비하여 80% ~ 90%로 한정하는 이유는 상기 ESS 전력저장장치가 과도하게 충전하거나 열이 발생하면 배터리의 절연이나 분리막이 파괴되어 손상되거나 폭발하는 것을 사전에 방지하기 위한 것이다.
상기 제 2 DC/DC 컨버터(320)은 ESS전력저장장치(310)에서 충방전이 가능하도록 양방향으로 승압 또는 강압 동작이 가능하도록 형성될 수 있으며, 상기 제2 DC/DC 컨버터(320)는 상기 전력공급부(100) 또는 상기 태양광 발전 시스템부(200)로 부터 공급되는 직류전원이 45V ~ 65V 보다 높거나 낮은 경우에는 승압변환 또는 강압변환 과정을 거쳐 45V ~ 65V 로 변환하여 ESS전력저장장치(310)에 저장하고, 또한 e-모빌리티 충전부(400)에서 충전이 필요한 경우에는 ESS전력저장장치(310)에 저장된 직류전원을 공급하되, 상기 ESS전력저장장치(310)에 이상이 생겨 저장된 직류전원이 45V ~ 65V 보다 낮은 경우에는 45V ~ 65V 로 승압변환하여 e-모빌리티 충전부(400)에 전력을 공급하게 된다.
상기 e-모빌리티 충전부(400)은 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 직류전원을 충전할 수 있도록 구비되는 e-모빌리티 충전기(420)와, 상기 상기 전력공급부(100) 및 상기 태양광 발전 시스템부(200) 또는 상기 전원저장부(300) 중 어느 하나로 부터 공급되는 직류전원을 상기 배터리 뱅크 및 상기 e-모빌리티에 맞는 전원으로 변환하여 공급하는 제3 DC/DC 컨버터(410), 상기 제3 DC/DC 컨버터(410)에서 공급되는 전력을 상기 배터리 뱅크 및 상기 e-모빌리티에 충전하는 충전커넥터(430)을 포함하고, 상기 제3 DC/DC 컨버터(410)는 상기 전력공급부(100) 및 상기 태양광 발전 시스템부(200) 또는 상기 전원저장부(300) 중 어느 하나로 부터 공급되는 45V ~ 65V의 직류전원을 12V ~ 48V의 직류전원으로 변환하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 e-모빌리티 충전기(420)는 배터리 뱅크 및 e-모빌리티와 연결되는 충전 커넥터(430)와 연결되어 있으며, 상기 e-모빌리티 충전기 (420)는 다수의 완속충전기 또는 다수의 급속충전기를 포함하여 형성할 수 있으며, 일부는 다수 완속충전기를 형성하고 일부는 다수 급속충전기를 형성하여 혼합형태로 형성할 수도 있다.
또한 상기 충전 커넥터(430)는 상기 e-모빌리티 충전기(420)에서 출력되는 직류전원을 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전하기 위하여 연결되는 장치로, 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티의 충전 공간을 달리하여 설치할 수도 있고, 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티의 충전을 한 공간에서 실시하되 위치를 달리하여 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 배치할 수 있다.
또한 상기 충전 커넥터(430)는 e-모빌리티에 사용하는 커넥터와 배터리 뱅크에 사용하는 커넥터(직류전원 접속코드 및 접속장치 포함)와 구분하여 구성하되, 다양한 형태의 기기에 적합하도록 다양한 형태의 커넥터 형성하여 교체할 수 있도록 구성될 수 있으며, 상기 e-모빌리티의 충전기(420)의 경우 완속 충전기, 급속충전기를 구분하되 색상을 달리하거나 위치를 다르게 하여 구분할 수도 있으며, 상기 충전 커넥터(430) 역시 색상을 달리하거나 위치를 다르게 하여 구분할 수도 있다.
상기 컨트롤 서버(500)은 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300), 및 e-모빌리티 충전부(400)에 대한 모니터링 및 제어를 실시간으로 수행하되, e-모빌리티 충전부(400)에 충전이 필요로하는 경우 공급되는 전력의 우선순위를 정하여 전력을 순차적으로 공급할 수 있다.
상기 컨트롤 서버(500)는 상기 e-모빌리티 충전기(420)에 저장된 전력의 충전율을 실시간으로 모니터링하여 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 충전이 필요하다고 판단하는 경우, 즉, 상기 e-모빌리티 충전기(420)의 충전용량이 완충용량의 80% 미만으로 내려가는 경우에는 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300) 중 어느 하나를 선택하여 전력이 공급되도록 하되, 우선순위에 의해 전력을 공급되도록 구성된다.
상기 우선순위는 정상상태와 비정상상태로 구분하여, 정상상태는 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300) 중 3곳 모두가 전력공급을 정상적으로 수행 가능한 상태이고, 비정상상태는 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300) 중 어느 한곳 이상 전력공급을 정상적으로 수행 불가능한 상태를 의미한다.
상기 컨트롤 서버(500)은 상기 전력공급부(100), 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300) 중 3곳 모두가 정상 작동하는 정상상태인 경우에 우선순위 결정은, 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 공급되는 전력의 우선순위는 우선 설치된 자체 시설을 이용하여 상기 태양광 발전 시스템부(200), 전원저장부(300)에서 공급하고 최종적으로 상용전력인 상기 전력공급부(100)를 이용하여 전력을 공급하는 순서로 실시된다.
상기 컨트롤 서버(500)은 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 공급되는 전력의 상기 e-모빌리티 충전부(400)에 공급되는 전력의 우선순위와 관련하여, 1차적으로 상기 태양광 패널(210)에서 전력을 공급받는 것은 상기 태양광 패널(210)에 의해 발전된 전력은 큰 전력이 아니고 한정된 전력으로 지속적으로 생산되므로 설치된 시설을 최대한 활용하는 차원에서 우선순위를 정하였고, 2차적으로 상기 전원저장부(300)에 저장되어 있는 전력을 차순위로 사용하는 이유는 상기 전원저장부(300)에 사용되는 ESS전력장치(310)은 리튬이온 배터리를 주로 사용하는데, 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 충격, 과열, 과전류 등에 따른 발화 위험성이 높을 뿐 아니라, 화재가 발생하면 배터리 충전양이 완전히 방전될 때까지 화재가 지속되어 산업재해 및 경제적 손실이 크므로, 상기 ESS전력장치(310)에 충전된 전력을 수시로 충방전시켜 충전된 상태가 오랫동안 지속되는 것을 방지 하기 위한 것이며, 3차적으로 상용전력인 상기 전력공급부(100)에서 전력을 공급받는 것은 특별한 경우(별도의 사고 발생)를 제외하고는 항시 전력을 공급받을 수 있기 때문이다.
상기 컨트롤 서버(500)은 상기 전력공급부(100) 및 태양광 발전 시스템부(200) 또는 전원저장부(300) 중 어느 한곳이 정상 작동이 불가한 비정상상태인 경우에 우선순위 결정은, 1차적으로는 전력공급 가능여부를 여부를 판단하고, 2차적으로는 전력공급이 가능한 곳 중 전압 및 전류의 전력상태의 값이 정상값의 90% 이상 양질의 값을 유지하는 곳을 선택하여 e-모빌리티 충전부(400)에 충전할 수 있도록 할 수 있다.
상기 컨트롤서버(500)에는 전압선택 제어부 및 선택접압 확인부(미도시)가 구비될 수 있고, 상기 전압 선택제어부에는 충전 커넥터(430)에서 출력되는 12V ~ 48V의 직류전원을 4~6단계의 직류전원으로 구분하여 필요한 전압을 선택하도록 할 수 있고, 상기 커트롤서버(500)완 연결되어 e-모빌리티 충전기(420)에 구비된 충전 모니터를 통해 사용자가 필요로 하는 전압을 선택을 하면, 상기 선택 정보가 제3 DC/DC 컨버터로 전달되어 선택된 충전전압에 부합하는 조건에 따라 해당 전원을 변환한 후에, 변환된 전원을 출력할 수 있도록 할 수 있다.
상기 전압선택 제어부에서 충전하고자 하는 전압 선택이 완료되면, 상기 선택접압 확인부에서는 선택된 충전 전압이 일치하는지 아니면 일치하지 않는지와 또는 충전전압을 선택하지 않고 일정시간 경과(10~20초 이내)한 것인지를 충전 모니터에 표시되도록 하여, 사용자가 충전 전압 선택을 다시 선택하거나 다음단계로 진행될 수 있도록 구성된다.
상기 선택접압 확인부에서의 선택된 충전 전압이 일치하는지 아니면 일치하지 않는지 판단은, 사용자가 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전을 하기 위하여 상기 충전 커넥터(430)와 접속을 하게 되면, 상기 충전 커넥터(430)에 센서를 부착하여 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에서 사용되는 전압을 체크하여 상기 선택접압 확인부에 전송하게 되며, 상기 선택접압 확인부에서는 사용자가 선택한 충전전압과 상기 충전 커넥터(430)의 센서에서 체크되는 전압을 비교하여 90% 이상 일치하면 충전 모니터에 정상표시가 나타나도록 함과 동시에 다음단계로 진행하고, 양쪽 전압이 일치하지 않거나 일치하는 정도가 90%이하로 나타나면 충전 모니터에 비정상표시가 나타나도록 함과 동시에 상기 선택접압 제어부로 피드백되어 충전 전압 선택을 다시 선택하여 진행하도록 구성되고, 사용자가 충전전압을 선택하지 않고 일정시간 경과(10~20초 이내)하는 경우에도 충전 모니터에 비정상표시가 나타나도록 함과 동시에 상기 선택접압 제어부로 피드백되어 충전 전압 선택을 다시 선택하여 진행하도록 구성되어 진다.
이러한 확인과정은 각 e-모빌리티 용량 특성과 전압이 잘못 선택되어 사용 전압보다 낮은 전압이 연결되면 순간적인 역전류가 흘러 기기가 손상되거나 충전에 문제가 발생할 수 있으며, 사용 전압보다 높은 전압이 연결되면 기기기 손상되거나 안전사고가 발생할수 있으므로 선택된 전압을 다시 재확인 하여 안전사고를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 컨트롤서버(500)에는 충전컨넥터 접속확인부(미도시)가 구비될 수 있고, 상기 충전컨넥터 접속확인부는 충전 커넥터 접속이 확인되지 않거나 불안전하게 연결된 경우, 충전 모니터에 시스템에러표시가 나타나도록 할 수 있으며, 상기 충전 커넥터(430)에는 센서가 부착되어 커넥터의 접속여부를 상기 충전컨넥터 확인접속부에 알려주고 이를 충전 모니터에 통보하여 사용자가 충전 모니터를 통해 확인 가능하도록 구성된다.
상기 충전컨넥터 접속확인부에서는 충전 커넥터 접속이 완전하게 접속되었는지, 충전 커넥터 접속 확인이 불가하거나 불안전하게 접속되었는지를 판단하여 완전접속이면 다음단계로 진행하고, 접속 확인이 불가하거나 불안전하게 접속된 경우에는 상기 충전커넥터 접속확인부로 피드백되어 충전 커넥터 접속을 다시 시작하게 된다.
또한 사용자가 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전을 하기 위하여 상기 충전 커넥터(430)와 접속을 하게 되면, 상기 충전 커넥터(430)에 센서가 부착되어 충전 컨넥터의 접속상태를 상기 충전컨넥터 접속확인부에 전송하게 되고, 상기 충전컨넥터 접속확인부에서는 충전 커넥터와 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티의 접속이 완전하게 접속된 상태이면 충전 모니터에 정상표시가 나타남과 동시에 다음단계로 진행하게 되고, 접속 상태 확인이 불가하거나 접속이 불완전하여 접속과 끊김이 반복하여 나타나는 경우에는 충전 모니터에 비정상표시가 나타남과 동시에 상기 충전커넥터 접속확인부로 피드백되면서 충전 모니터에 "충전 커넥터 접속 확인 요함"이라는 알림 메시지가 나타나도록 구성되어 진다.
또한 상기 전력공급부(100), 태양광 발전시스템부(200), 전원저장부(300)에서 공급되는 전원을 상기 e-모빌리티 충전기(420)에 충전시, 상기 e-모빌리티 충전기(420)의 충전하는 최대 충전율은 배터리의 수명과 안전을 고려하여 해당 e-모빌리티 충전기(420) 배터리 용량의 80% ~ 90%로 한정하도록 구성된다.
또한 상기 컨트롤서버(500)에는 상기 e-모빌리티 충전기(420)에서 각 e-모빌리티에 충전을 하는 경우에 충전 모니터에 충전율이 표시되도록 하기 위하여 충전율 제어부를 구비할 수 있고, 상기 충전 모니터에는 사용자가 필요로 하는 만큼 충전할 수 있도록 충전율 선택이 가능하도록 충전율 선택 확인부의 형성이 가능하고, 또한 상기 충전율 선택 확인부에는 정상충전부 부가하여 정상충전부를 선택하거나 또는 사용자가 별도로 충전율을 선택하지 않으면 해당 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전용량의 80% ~ 90%까지만 충전하도록 구성될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 전력공급부
110: 상용전력 120: 전기자동차 충전부 130: AC/DC컨버터
140: 충전 커넥터
200: 태양광발전시스템부
210: 태양광 패널 220: 제1 DC/DC컨버터
300: 전원저장부
310: ESS전력저장장치 320: 제2 DC/DC컨버터
400: e-모빌리티 충전부
410: 제3 DC/DC컨버터 420: e-모빌리티 충전기
430: 충전 커넥터
500: 컨트롤 서버

Claims (7)

  1. 상용전력 계통과 신재생에너지인 태양광 발전시스템을 복합적으로 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 전원을 공급하는 충전시스템으로서,
    상용전력을 이용하여 전기를 공급하고 전기 자동차를 충전하기 위하여 전력을 공급하는 전력공급부와,
    태양광 발전 시스템을 이용하여 직류전원을 출력하는 태양광 발전 시스템부와,
    상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부로부터 공급되는 전기를 충전하는 전원저장부와,
    상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티를 충전하기 위한 e-모빌리티 충전부와, 상기 각 구성을 모니터링하고 제어하는 컨트롤 서버를 포함하고,
    상기 컨트롤 서버는 전력공급부, 태양광 발전 시스템부, 전원저장부, 및 e-모빌리티 충전부에 대한 모니터링 및 제어를 실시간으로 수행하되,
    상기 e-모빌리티 충전부에 충전이 필요하다고 판단하는 경우, 상기 e-모빌리티 충전부의 충전용량이 완충용량의 80% 미만으로 내려가는 경우에는 전력공급부, 태양광 발전 시스템부, 전원저장부 중 어느 하나를 선택하여 전력을 공급하며,
    상기 전력공급부 및 태양광 발전 시스템부 또는 전원저장부 중 어느 한곳이 정상 작동이 불가한 비정상상태인 경우에 우선순위 결정은, 1차적으로는 전력공급 가능여부를 여부를 판단하고, 2차적으로는 전력공급이 가능한 곳 중 전압 및 전류의 전력상태의 값이 정상값의 90% 이상 양질의 값을 유지하는 곳을 선택하여 e-모빌리티 충전부에 충전할 수 있는 구성을 포함하며,
    상기 컨트롤서버에는 충전컨넥터 접속확인부가 구비되고 충전 커넥터에는 센서가 부착되어 충전 컨넥터의 접속상태를 상기 충전컨넥터 접속확인부에 전송하게 되고, 상기 충전컨넥터 접속확인부에서는 충전 커넥터와 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티의 접속이 완전하게 접속된 상태이면 충전 모니터에 정상표시가 나타나고, 접속 상태 확인이 불가하거나 접속이 불완전하여 접속과 끊김이 반복하여 나타나는 경우에는 충전 모니터에 비정상표시가 나타남과 동시에 상기 충전커넥터 접속확인부로 피드백되면서 충전 모니터에 "충전 커넥터 접속 확인 요함"이라는 알림 메시지가 나타나도록 하는 구성을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력공급부는 상용전력 계통과 연결되어 220V의 교류전원을 공급하는 상용전력부, 상기 상용전력부에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 전기자동차에 충전하는 전기자동차 충전기, 상기 상용전력에서 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 e-모빌리티 충전부로 공급하는 AC/DC 컨버터, 전기자동차에 접속하여 충전을 하는 충전 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광 발전 시스템부는, 태양광 발전을 위해 구비되는 하나 이상의 태양광 패널, 상기 태양광 패널로부터 출력되는 직류전원을 강압시켜주는 제 1 DC/DC 컨버터를 포함하고,
    상기 전원저장부는, 상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부에서 공급되는 직류전원을 저장하도록 하나 이상으로 구비되는 ESS전력저장장치와, 상기 전력공급부 또는 상기 태양광 발전 시스템부로 부터 공급되는 직류전원을 양방향으로 승압 또는 강압하는 것이 가능한 제2 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 e-모빌리티 충전부는, 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 직류전원을 충전할 수 있도록 구비되는 e-모빌리티 충전기와, 상기 전력공급부 및 상기 태양광 발전 시스템부 또는 상기 전원저장부 중 어느 하나로 부터 공급되는 직류전원을 상기 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 맞는 전원으로 변환하여 공급하는 제3 DC/DC 컨버터, 충전 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤 서버에는 선택전압 확인부가 구비되고, 상기 선택전압 확인부는 전압선택 제어부를 통해 충전 전압을 선택한 후에 선택된 충전 전압이 일치하는지 아니면 일치하지 않는지와 또는 충전전압을 선택하지 않고 일정시간 경과(10~20초 이내)한 것인지를 충전 모니터에 표시토록 하여 사용자가 충전 전압 선택을 다시 선택하거나 다음단계로 진행될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템.

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