KR102352045B1 - 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템 - Google Patents

전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 관한 것으로 특히, 충전기 제어부를 구비하고 케이블 단부에 설치된 커넥터가 전기 자동차에 내장된 배터리팩에 연결되면 자체의 출력전압으로 상기 배터리팩을 충전시켜 주는 충전기가 설치된 전기 자동차 충전소에서 정전이 발생될 경우, 상기 충전기에 비상전원을 자동 공급시켜 주는 비상전원공급 시스템을 구성함에 있어서, 상기 충전기 제어부의 입력단자에는 상용전압의 공급여부를 검출하는 상용전원 감시부를 설치하고, 상기 충전기 제어부의 출력단자에는 상기 충전기 제어부에서 판단할 결과 정전으로 인해 상용전원의 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기에 구동신호를 발생시키는 발전기 구동신호 발생부를 설치하며, 상기 발전기 구동신호 발생부의 출력단자와 상기 충전기의 전원공급부 사이에는 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료 및 수소연료전지를 이용하여 비상전원을 발전시켜 충전기에 공급해 주는 비상전원 발전기를 설치한 것을 특징으로 한다.
따라서, 전기 자동차 충전소에서 상용전원 공급 시스템의 고장이나 정전 등으로 상용전원 공급이 차단되었을 때, 복합연료 및 수소연료전지를 이용한 비상전원 발전기를 즉시 가동시켜 전기 자동차 충전소에 구비된 충전기를 포함하는 각종 충전 관련장비들을 즉각적이면서도 장기간 지속적으로 비상발전 전력을 공급시킬 수 있도록 하여 정전시에도 전기 자동차 충전소의 충전 관련장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있다.

Description

전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템{Emergency power supply system in case of power failure in electric vehicle charging station}
본 발명은 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리팩에 충전된 전기에너지를 이용하여 전기모터를 구동시켜 주행하는 전기 자동차에 탑재된 배터리팩을 완속 또는 급속충전시켜 주기 위해 설치되는 전기 자동차 충전소에서 상용전원 공급 시스템의 고장이나 급작스런 정전 등으로 상용전원 공급이 차단되었을 때, 상용전원 공급시스템과 연계시켜 작동시킬 수 있도록 별도로 마련시킨 복합연료 및 수소연료전지를 이용한 비상전원 발전기를 즉시 가동시켜 전기 자동차 충전소에 구비된 각종 충전 관련장비를 장기간 지속적이면서도 안정적으로 비상발전 전력을 이용하여 구동시킬 수 있도록 발명한 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차(electric vehicle)은 전기모터로 바퀴를 굴려 움직이는 자동차로서, 휘발유, 경유, 천연가스 등의 화석연료와 공기의 혼합물을 내연기관 내에서 폭발시켜 피스톤을 움직임으로써 움직이는 보통의 자동차와 구별된다.
전기 자동차는 고속도로에서 장거리를 고속으로 주행할 수 있는 전기 자동차(electric car)와 주로 시내에서 저속으로 주행하는 전기 자동차(neighborhood electric vehicle)로 구분하기도 한다.
또, 전기 자동차는 휘발유나 경유를 사용하지 않고 오로지 전기모터를 통한 전기에너지로 움직이기 때문에 CO2나 NOx를 배출하지 않아 친환경적인 면에서 주목받고 있으며, 또한 엔진이 장착되어 있지 않고, 전기모터만으로 구동되기 때문에 소음이 적으면서도 발진 성능과 가속감은 뛰어난 것이 장점입니다.
한편, 전기 자동차의 충전방식은 충전속도에 따라 크게 완속충전과 급속충전 방식으로 구분되며, 전류는 건전지처럼 일정한 전압과 전류를 지닌 직류(DC), 콘센트에서 볼 수 있는 교류(AC)가 있으며, 교류는 직류와 달리 시간에 따라 전압과 전류 크기와 방향이 변화하는데, 이는 발전소에서 전기를 만들 때 자석의 회전운동을 활용하기 때문입니다.
상기에서 완속충전은 교류 전원을 이용해 전기자동차를 충전하는 방식으로, 전기 자동차는 충전기의 교류를 배터리의 직류로 변환해야 하기 때문에 충전시간은 4~6시간 정도가 소요되는데요. 완속충전기는 주로 주택이나 아파트 등에 설치된다.
또, 급속충전은 별도의 변환을 거치지 않고 충전하는 방식으로, 충전속도가 비교적 빨라 방전상태에서 80%가량 충전하는데 소요되는 시간은 30분 내외이며, 이와 같은 급속 충전기는 대부분 고속도로 휴게소나 공공기관 같은 외부장소에 설치된다.
한편, 상기한 전기 자동차는 전술한 바와 같이 가솔린이나 디젤 등과 같은 연료를 동력원으로 사용하는 일반 자동차와는 달리 배터리팩의 전원을 동력원으로 사용하는 특성상 전기 자동차에 장착된 인렛(Inlet)에 그에 대응하는 충전기의 커넥터를 접속하여 배터리팩을 충전하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 전기 자동차 충전소에는 충전 전원을 공급하기 위한 충전기(1)가 구비되고, 충전 케이블(3)의 끝에 부착된 커넥터를 전기 자동차(2)에 꽂아서 전기 자동차에 탑재되어 있는 배터리팩(4)을 충전한다.
이와 같은 충전 과정에서 전기 자동차의 배터리팩에서는 열이 발생하게 되므로 전기 자동차에는 배터리팩을 보호하기 위한 냉각장치가 탑재되어야 하며, 이와 같은 냉각장치는 급속충전 상황에 대응할 수 있도록 충분한 냉각 용량이 확보되어야 한다.
한편, 교류전압을 직류전압으로 변화시켜 전기 자동차의 패터리팩에 전기를 충전시켜 주는 충전기를 구비한 전기 자동차 충전소 등의 경우, 상용전원이 지속적으로 공급되어야만 전기 자동차들의 배터리팩을 지속적이면서 안정적으로 충전시킬 수 있다.
그런데, 만약 상용전원 공급시스템의 이상이나 급작스런 정전 등이 발생할 경우, 전기 자동차 충전소에 구비된 충전기 자체를 작동시킬 수 없어 정전시를 대비한 비상발전 시스템의 설치가 요구되고 있는 실정이다.
국내 등록특허공보 10-1517566호(2015년 04월 28일) 국내 등록특허공보 10-1384913호(2014년 04월 07일) 국내 공개특허공보 10-2018-0084656호(2018년 07월 25일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 배터리팩에 충전된 전기에너지를 이용하여 전기모터를 구동시켜 주행하는 전기 자동차에 탑재된 배터리팩을 완속 또는 급속충전시켜 주기 위해 설치된 전기 자동차 충전소에서 상용전원 공급 시스템의 고장이나 급작스런 정전 등으로 상용전원 공급이 차단되었을 때, 상용전원 공급시스템과 연계시켜 작동시킬 수 있도록 별도로 마련시킨 복합연료(예를 들어 수소가스, 바이오연료(LPG, LNG, 바이오가스 등)) 및 수소연료전지를 이용한 비상전원 발전기(EPG : Emergency power generator)를 즉시 가동시켜 전기 자동차 충전소에 구비된 충전기를 포함하는 각종 충전 관련장비들을 즉각적이면서도 장기간 지속적으로 비상발전 전력을 공급시킬 수 있도록 하여 정전시에도 전기 자동차 충전소의 충전 관련장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있는 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 충전기 제어부를 구비하고 케이블 단부에 설치된 커넥터가 전기 자동차에 내장된 배터리팩에 연결되면 자체의 출력전압으로 상기 배터리팩을 충전시켜 주는 충전기가 설치된 전기 자동차 충전소에서 정전이 발생될 경우, 상기 충전기에 비상전원을 자동 공급시켜 주는 비상전원공급 시스템을 구성함에 있어서, 상기 충전기 제어부의 입력단자에는 상용전압의 공급여부를 검출하는 상용전원 감시부를 설치하고, 상기 충전기 제어부의 출력단자에는 상기 충전기 제어부에서 판단할 결과 정전으로 인해 상용전원의 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기에 구동신호를 발생시키는 발전기 구동신호 발생부를 설치하며, 상기 발전기 구동신호 발생부의 출력단자와 상기 충전기의 전원공급부 사이에는 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료 및 수소연료전지를 이용하여 비상전원을 발전시켜 충전기에 공급해 주는 비상전원 발전기를 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비상전원 발전기는 복수의 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크를 포함하여 구성되는 복합연료 공급부와; 상기 복합연료 공급부에 포함되어 있는 저장탱크들 중 발전기 제어부에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크가 선택될 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 연료 개질기와; 상기 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈와; 상기 수소저장탱크와 연료전지 전원공급모듈 및 상기 바이오연료 저장탱크와 연료 개질기 사이에 설치된 형태를 갖고 발전기 제어부의 제어를 받는 제 1 및 제 2 전자변 구동부의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어되는 제 1 및 제 2 전자변과; 상기 충전기 제어부의 제어를 받는 상기 발전기 구동신호 발생부에서 구동신호가 발생되면, 비상전원 발전기의 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부와; 상기 발전기 제어부의 출력신호에 대응하여 제 1 및 제 2 전자변의 개폐를 제어하는 제 1 및 제 2 전자변 구동부와; 상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 충전기의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부와; 상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 충전기의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부와; 상기 DC/AC 변환부에서 출력되는 교류전압을 충전기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부와; 상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체;로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 전원공급모듈은 상기 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; Hydrogen Fuel Cell)와, 상기 수소연료전지에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; Energy Storage System)를 포함하며, 상기 에너지저장부에서 충전기의 구동에 필요하는 주전원으로 직류전압 출력부 및 DC/AC 변환부에 직류전압을 공급해주는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 복합연료 공급부와 발전기 제어부 사이에는 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 검출하여 발전기 제어부로 하여금 비상전원 발전기의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 1 및 제 2 전자변 구동부 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있도록 하는 수소 및 바이오 연료량 검출부를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 전원공급모듈과 상기 직류 및 교류전압 출력부의 출단자와 발전기 제어부의 전원공급부 사이에는 발전전력 검출부와 저장전력 검출부 및 공급전력 검출부로 구성된 전력 모니터링부를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부의 출력단자에는 발전전력 표시부와 저장전력 표시부 및 공급전력 표시부로 구성된 전력상태 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 의하면, 배터리팩에 충전된 전기에너지를 이용하여 전기모터를 구동시켜 주행하는 전기 자동차에 탑재된 배터리팩을 완속 또는 급속충전시켜 주기 위해 설치된 전기 자동차 충전소에서 상용전원 공급 시스템의 고장이나 급작스런 정전 등으로 상용전원 공급이 차단되었을 때, 상용전원 공급시스템과 연계시켜 작동시킬 수 있도록 별도로 마련시킨 복합연료(예를 들어 수소가스, 바이오연료(LPG, LNG, 바이오가스 등)) 및 수소연료전지를 이용한 비상전원 발전기를 즉시 가동시켜 전기 자동차 충전소에 구비된 충전기를 포함하는 각종 충전 관련장비들을 즉각적이면서도 장기간 지속적으로 비상발전 전력을 공급시킬 수 있도록 하여 정전시에도 전기 자동차 충전소의 충전 관련장비를 보다 안정적이고 효율적으로 운용할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 공정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 일반적인 전기 자동차 충전소에서 전기 자동차의 배터리팩에 전기에너지를 충전시키는 상태를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 정전시 비상전원공급 시스템을 적용시킨 전기 자동차 충전소에 개략적인 블록 구성도.
도 3은 도 2 중 비상전원 발전기의 비상발전 시스템의 개략적인 외형도.
도 4는 본 발명의 정전시 비상전원공급 시스템을 전기 자동차 충전소에 적용시킨 상태의 전체 블록 구성도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1 , 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단자 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 정전시 비상전원공급 시스템을 적용시킨 전기 자동차 충전소에 개략적인 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2 중 비상전원 발전기의 비상발전 시스템의 개략적인 외형도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 정전시 비상전원공급 시스템을 전기 자동차 충전소에 적용시킨 상태의 전체 블록 구성도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명은,
충전기 제어부(1a)를 구비하고 케이블(3) 단부에 설치된 커넥터가 전기 자동차(2)에 내장된 배터리팩(4)에 연결되면 자체의 출력전압으로 상기 배터리팩(4)을 충전시켜 주는 충전기(1)가 설치된 전기 자동차 충전소에서 정전이 발생될 경우, 상기 충전기(1)에 비상전원을 자동 공급시켜 주는 비상전원공급 시스템을 구성함에 있어서,
상기 충전기 제어부(1a)의 입력단자에는 상용전압의 공급여부를 검출하는 상용전원 감시부(1b)를 설치하고,
상기 충전기 제어부(1a)의 출력단자에는 상기 충전기 제어부(1a)에서 판단할 결과 정전으로 인해 상용전원의 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기(EPG)에 구동신호를 발생시키는 발전기 구동신호 발생부(1c)를 설치하며,
상기 발전기 구동신호 발생부(1c)의 출력단자와 상기 충전기(1)의 전원공급부 사이에는 상용전원의 정전시 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료 및 수소연료전지를 이용하여 비상전원을 발전시켜 충전기(1)에 공급해 주는 비상전원 발전기(EPG)를 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비상전원 발전기(EPG)는,
복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료(LPG, LNG, 바이오가스 등) 저장탱크(12)를 포함하여 구성된 복합연료 공급부(10)와;
상기 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 저장탱크들 중 발전기 제어부(70)에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크(12)가 선택될 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 연료 개질기(20)와;
상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈(30)와;
상기 수소저장탱크(11)와 연료전지 전원공급모듈(30) 및 상기 바이오연료 저장탱크(12)와 연료 개질기(20) 사이에 설치된 형태를 갖고 발전기 제어부(70)의 제어를 받는 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52)의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어되는 제 1 및 제 2 전자변(41)(42)과;
상기 충전기 제어부(1a)의 제어를 받는 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)에서 구동신호가 발생되면, 비상전원 발전기(EPG)의 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부(70)와;
상기 발전기 제어부(70)의 출력신호에 대응하여 제 1 및 제 2 전자변(41)(42)의 개폐를 제어하는 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52)와;
상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 충전기(1)의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부(80)와;
상기 연료전지 전원공급모듈(30)에서 출력되는 직류전압을 충전기(1)의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부(91)와;
상기 DC/AC 변환부(91)에서 출력되는 교류전압을 충전기(1)에 공급시켜 주는 교류전압 출력부(90)와;
상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체(100);로 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은,
상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; 31)와, 상기 수소연료전지(31)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; 32)를 포함하며,
상기 에너지저장부(32)에서 충전기(1)들의 구동에 필요하는 주전원으로, 상기 직류전압 출력부(80) 및 DC/AC 변환부(91)에 직류전압을 공급해주는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 복합연료 공급부(10)와 발전기 제어부(70) 사이에는 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 검출하여 발전기 제어부(70)로 하여금 비상전원 발전기의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52) 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있도록 하는 수소 및 바이오 연료량 검출부(120)를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부(70)의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부(130)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)과 상기 직류 및 교류전압 출력부(80)(90)의 출단자와 발전기 제어부(70)의 입력단자 사이에는 발전전력 검출부(141)와 저장전력 검출부(142) 및 공급전력 검출부(143)로 구성된 전력 모니터링부(140)를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부(70)의 출력단자에는 발전전력 표시부(151)와 저장전력 표시부(152) 및 공급전력 표시부(153)로 구성된 전력상태 표시부(150)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템에 대한 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명이 적용된 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템은 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 충전기 제어부(1a)를 구비하고 케이블(3) 단부에 설치된 커넥터(도면 부호 기입 생략함)가 전기 자동차(2)에 내장된 배터리팩(4)에 연결되면 자체의 출력전압으로 상기 배터리팩(4)을 충전시켜 주는 공지된 충전기(1)의 충전기 제어부(1a) 입,출력단자에 각각 상용전원 감시부(1b)와 발전기 구동신호 발생부(1c)를 더 설치하고, 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)의 출력단자와 상기 충전기(1)의 전원공급부 사이에는 비상전원 발전기(EPG)를 더 설치하여, 상용전원 공급 시스템의 고장이나 급작스런 정전 등으로 전기 자동차 충전소의 충전기(1)에 공급되던 상용전원이 차단되면 상기 비상전원 발전기(EPG)를 즉시 가동시켜 전기 자동차 충전소에 구비된 충전기(1)를 포함하는 각종 충전 관련장비들을 즉각적이면서도 장기간 지속적으로 비상발전 전력을 공급시켜 줄 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 상기 상용전원 감시부(1b)는 통상시 전기 자동차 충전소에 구비된 충전기(1)에 인가되는 상용전원의 공급여부를 지속적으로 검출하다가 상용전원 공급 시스템의 고장이나 급작스런 정전 등으로 인해 상용전원이 공급되지 않을 경우 이를 즉시 충전기 제어부(1a)에 전달해 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)는 통상시 상기 상용전원 감시부(1b)의 출력신호를 통해 상용전원의 정상공급 여부를 판단하는 상기 충전기 제어부(1a)에서 상용전원의 공급이 차단된 것으로 판단하고 소정의 출력신호를 발생할 경우, 후술하는 비상전원 발전기(EPG)에 구동신호를 발생시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 충전기 제어부(1a)는 마이컴 등을 구비함은 물론 정전시에도 마이컴과 발전기 구동신호 발생부(1c) 등을 구동시킬 수 있도록 자체 내에 보조배터리 등을 구비하고 있으므로 충전기(1)에 공급되던 상용전원이 정전 등으로 인해 차단된다 하더라도 상용전원 공급 차단상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 상기 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)를 통해 비상전원 발전기(EPG)에 구동신호를 발생시켜 줄 수 있다.
또한, 상기 비상전원 발전기(EPG)는 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)의 출력단자와 상기 충전기(1)의 전원공급부 사이에 설치된 형태를 갖고, 정전 등으로 인해 충전기(1)에 공급되던 상용전원의 차단으로 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)에서 구동신호가 발생되면, 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료 및 수소연료전지를 이용하여 충전기(1)의 구동에 필요한 비상전원을 발전시켜 충전기(1)에 즉시 공급해 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 비상전원 발전기(EPG)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 크게 복수의 수소저장탱크(11) 및 바이오연료(LPG, LNG, 바이오가스 등) 저장탱크(12)를 포함하여 구성되는 복합연료 공급부(10)와, 연료 개질기(20), 연료전지 전원공급모듈(30), 제 1 및 제 2 전자변(41)(42), 발전기 제어부(70), 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52), 직류전압 출력부(80), DC/AC 변환부(91) 및 직류전압 출력부(80)를 함체(100)의 내,외부에 설치한 구성을 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 상기 비상전원 발전기(EPG)의 구성요소 중 상기 함체(100)는, 도 3과 같이 도어가 구비된 케비넷 형태를 갖는 것으로, 그 내부에는 상기한 비상전원 발전기의 각 구성요소들이 내설 및 외설될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
또, 상기 복합연료 공급부(10)는 복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)를 포함하여 구성되는데, 상기 수소저장탱크(11)에는 수소 발생기를 사용하여 물(H2O)을 전기분해하는 방식을 통해 얻은 수소(H2)가 저장되거나 또는 태양광 발전을 이용한 수전해로 발생한 수소(H2)가 저장되거나, 또는 LNG나 LPG 및 바이오가스 등의 연료를 통해 발전을 수행하여 얻은 수소(H2)가 저장되고, 바이오연료 저장탱크(12)에는 LNG, LPG, 바이오가스 등의 연료가 저장된다.
즉, 주요 수소공급원인 수소저장탱크(11)에 저장되는 수소는, 상술한 수소 발생기를 통한 물(H2O)의 전기분해에 의해 얻거나, 또는 태양광발전을 통한 수전해로 얻어 공급받거나, 바이오연료를 분해하여 발생하는 수소, 또는 고체상태의 수소화물을 이용하여 발생한 수소를 저장하여 사용할 수 있다.
고체상태의 수소화물을 이용하는 경우, 수소가 포함된 고체 상태의 수소화물을 분해해 수소를 발생시키는 구조를 가지므로 상기 수소화물을 액체 상태로 변화시킬 필요가 없고 별도의 염기성 안정제와 촉매를 사용하지 않아도 되는 장점이 있으며, 안정된 압력 및 온도로 수소를 공급하여 연료전지의 출력저하, 멤브레인 건조화 현상 및 열 손상의 발생을 방지할 수 있는 장점이 구현된다.
이러한 고체상태의 수소화물은 수소화 붕소 나트륨(NaBH4), 수소화 붕소 아연(ZnBH4), 수소화 붕소 칼륨(CaBH4), 수소화 알루미늄 리튬(LiAlH4) 및 NaBH(OCH3)3를 포함하며, 상대적으로 취급이 용이하고 획득하기 쉬운 수소화 붕소나트륨을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수소화물은 고체 상태로서, 분말(powder), 알갱이(granular), 구슬(bead), 마이크로캡슐(microcapsule) 또는 알약(pellets) 형태로 구비할 수 있으며, 취급이 용이한 측면에서 알갱이 형태로 수소화물을 구비하여 사용하는 것이 바람직하다.
다만, 본 발명의 실시 예에서는 이러한 수소화물을 반해하여 반응을 일으키는 반응탱크나 반응을 위한 분해제공급부, 수분흡착수단 등의 일반적인 구성은 소개하지 않으며, 어떠한 방식으로든 연료전지에 공급되는 수소를 공급할 수 있는 수단을 적용할 수 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또, 상기 연료 개질기(20)는 상기 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12) 중 발전기 제어부(70)에 의해 발전연료로 바이오연료 저장탱크(12)가 선택되었을 경우 이들 바이오연료에서 수소만 얻어내는 기능을 수행한다.
여기서 바이오연료(Biofue)는, 식물이나 미생물 및 동물 등의 생물체(바이오매스)와 음식쓰레기 및 축산폐기물 등을 열분해하거나 발효시켜 만들어낸 연료를 말한다.
또한, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은 상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 연료전지 전원공급모듈(30)은 상기 수소저장탱크(11) 또는 연료 개질기(20)에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC; 31)와, 상기 수소연료전지(31)에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS; 32)를 포함한다.
뿐만 아니라, 상기 에너지저장부(32)에서는 본 발명의 비상전원 발전기(EPG)을 이용하여 작동시키고자 하는 충전기(1)의 구동에 필요하는 주전원으로 소정의 직류전압을 후술하는 직류전압 출력부(80) 및 DC/AC 변환부(91)에 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
또, 상기 제 1 및 제 2 전자변(41)(42)은 상기 복합연료 공급부(10)에 포함되어 있는 복수의 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)에 각각 저장되어 있는 연료 중 어느 한 연료를 연료전지 전원공급모듈(30) 또는 연료 개질기(20)에 공급시켜 주기 위해 각각 상기 수소저장탱크(11)와 연료전지 전원공급모듈(30) 사이 및 상기 바이오연료 저장탱크(12)와 연료 개질기(20) 사이에 설치된 형태를 갖고, 후술하는 발전기 제어부(70)의 제어를 받는 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52)의 출력신호에 대응하여 각각 그 개폐가 제어된다.
또한, 상기 발전기 제어부(70)는 소정의 제어프로그램이 입력되는 마이컴 등을 구비하고, 상기 충전기(1) 내에 구비된 충전기 제어부(1a)에서 상기 발전기 구동신호 발생부(1c)를 통해 구동신호를 발생시키면, 후술하는 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52) 등을 포함하여 비상전원 발전기(EPG)의 전반적인 제어기능을 수행하한다
또, 상기 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52)는, 상기 발전기 제어부(70)의 출력신호에 대응하여 상기 제 1 및 제 2 전자변(41)(42)를 선택적으로 온/오프 작동시켜 상기 제 1 및 제 2 전자변(41)(42)에 의해 상기 연료전지 전원공급모듈(30) 및 연료 개질기(20)로 공급되는 연료의 공급이 자동 선택될 수 있도록 한다.
또한, 상기 직류전압 출력부(80)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)의 에너지 저장부(32)에서 정해진 값을 갖고 출력되는 직류전압을 충전기(1)의 전원공급부 중 직류전압 공급부에서 필요로 하는 높이의 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 기능을 한다.
또, 상기 DC/AC 변환부(91)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)의 에너지 저장부(31)에서 정해진 값을 갖고 출력되는 직류전압을 충전기(1)의 전원공급부 중 교류전압 공급부에서 필요로 하는 교류전압(예를 들어 220V, 380V, 480V의 교류전압)으로 변환시켜 주는 기능을 수행한다.
또한, 상기 교류전압 출력부(90)는 상기 DC/AC 변환부(91)에서 출력되는 예를 들어 220V, 380V, 480V의 교류전압을 충전기(1)의 교류전압 공급부 측으로 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
한편, 본 발명에서는 상기 복합연료 공급부(10)와 발전기 제어부(70) 사이에는 수소 및 바이오 연료량 검출부(120)를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부(70)의 출력부에는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부(130)를 더 설치해 주었다.
이때, 상기 수소 및 바이오 연료량 검출부(120)는 복합연료 공급부(10) 내에 포함된 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)들에 충전되어 있는 연료량을 각각 전기적인 신호로 검출하여 발전기 제어부(70)로 실시간 전달해 주게 된다.
따라서, 상기 발전기 제어부(70)에서 수소저장탱크(11)와 바이오연료 저장탱크(12)들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 실시간으로 검출한 다음, 비상전원 발전기(EPG)의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와, 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 1 및 제 2 전자변 구동부(51)(52) 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라, 상기 수소 및 바이오 잔여랑 표시부(130)를 통해 그 량을 표시해 줄 수 있다.
그러므로 본 발명이 적용된 충전소의 관리자가 비상전원 발전기(EPG) 내에 구비된 복합연료 공급부(10) 내 각 연료 잔량을 포함하여 어느 연료에 의해 비상발전이 이루어지고 있는지를 정확히 인식하고 연료의 충전이 필요로 할 경우 필요한 조치를 빠른시간내에 취할 수 있어 본 발명이 적용된 비상전원 발전기을 장기간 지속적이면서 안정적으로 작동시켜 비상전력 공급을 필요로 하는 각종 충전기여 원하는 전력을 공급시켜 줄 수 있다.
또, 본 발명에서는 상기 연료전지 전원공급모듈(30)과 상기 직류 및 교류전압 출력부(80)(90)의 출단자와 발전기 제어부(70)의 입력단자 사이에는 발전전력 검출부(141)와 저장전력 검출부(142) 및 공급전력 검출부(143)로 구성되는 전력 모니터링부(140)를 더 설치하고, 상기 발전기 제어부(70)의 출력단자에는 발전전력 표시부(151)와 저장전력 표시부(152) 및 공급전력 표시부(153)로 구성되는 전력상태 표시부(150)를 더 설치해 주었다.
이때, 상기 전력 모니터링부(140) 내의 발전전력 검출부(141)는 상기 연료전지 전원공급모듈(30) 내의 수소연료전지(31)에서 발전되는 전력을 검출하여 발전기 제어부(70)로 전달하는 기능을 수행하고, 상기 저장전력 검출부(142)는 상기 수소연료전지(31)에서 발전된 다음 에너지저장부(32)로 저장되는 전력을 검출하여 발전기 제어부(70)로 전달하는 기능을 수행하며, 상기 공급전력 검출부(143)는 상기 에너지저장부(32)에 저장된 전력 중 상기 직류전압 출력부(80) 및 상기 DC/AC 변환부(91)와 교류전압 출력부(90)를 통해 충전기(1)로 공급되고 있는 전력을 검출하여 발전기 제어부(70)로 전달하는 기능을 수행한다.
또, 상기 전력상태 표시부(150) 내의 발전전력 표시부(151)는 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 전력 모니터링부(140) 내의 발전전력 검출부(141)에서 실시간으로 검출되어 오는 수소연료전지(31)의 발전전력을 숫자로 표시해 주는 기능을 수행하고, 상기 저장전력 표시부(152)는 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 전력 모니터링부(140) 내의 저장전력 검출부(142)에서 실시간으로 검출되어 오는 에너지저장부(32)의 저장전력을 숫자로 표시해 주는 기능을 수행하며, 상기 공급전력 표시부(153)는 상기 발전기 제어부(70)의 제어를 받아 상기 연료전지 전원공급모듈(30) 내의 공급전력 검출부(143)에서 실시간으로 검출되어 오는 충전기(1)로의 공급전력을 숫자로 표시해 주는 기능을 수행한다.
따라서, 본 발명이 적용된 충전소의 관리자가 상기 비상전원 발전기(EPG)의 전력상태 표시부(150) 내에 구비된 발전전력 표시부(151)와 저장전력 표시부(152) 및 공급전력 표시부(153)에 각각 표시되는 각각의 숫자를 보고 연료전지 전원공급모듈(30)에서 발전되는 전력량과 에너지의 저장량을 정확히 인식할 수 있을 뿐만 아니라 충전기(1)에 공급되고 있는 전력량(소비량 또는 사용량)을 정확히 인식할 수 있다.
한편, 본 발명에서 적용한 비상전원 발전기(EPG)의 실시 예에서는 비록 도시하지 않았으나, 상기 발전기 제어부(70)의 출력단자에 수소 및 바이오 연료의 잔여랑을 원격지의 관리자 등에서 유선 또는 무선으로 송출해 주는 수소 및 바이오 잔여량 송출부나 수소 및 바이오 연료 소진상태를 소리 또는 빛 등으로 알릴 수 있는 수소 및 바이오 연료 소진상태 알림부를 를 더 설치할 수도 있다.
뿐만 아니라, 상기 전력 모니터링부(140)에서 각각 검출되는 각종 전력상태를 원격지의 관리자 등에서 유선 또는 무선으로 송출해 주는 전력상태 송출부 및 발전전력이나 저장전력 및 공급전력에 이상이 발생될 때 이를 구분시켜 소리 또는 빛 등으로 알릴 수 있는 알림부를 더 설치할 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 충전기 1a : 충전기 제어부
1b : 상용전원 감시부 1c : 발전기 구동신호 발생부
2 : 전기 자동차
3 : 케이블
4 : 배터리팩
EPG : 비상전원 발전기
10 : 복합연료 공급부
11 : 수소저장탱크 12 : 바이오연료 저장탱크
20 : 연료 개질기
30 : 연료전지 전원공급모듈
31 : 수소연료전지 32 : 에너지 저장부
41 : 제 1 전자변 42 : 제 2 전자변
51 : 제 1 전자변 구동부 52 : 제 2 전자변 구동부
70 : 발전기 제어부
80 : 직류전압 출력부
90 : 교류전압 출력부 91 : DC/AC 변환부
100 : 함체
120 : 수소 및 바이오 연료량 검출부
130 : 수소 및 바이오 잔여랑 표시부
140 : 전력 모니터링부 141 : 발전전력 검출부
142 : 저장전력 검출부 143 : 공급전력 검출부
150 : 전력상태 표시부 151 : 발전전력 표시부
152 : 저장전력 표시부 153 : 공급전력 표시부

Claims (5)

  1. 충전기 제어부를 구비하고 케이블 단부에 설치된 커넥터가 전기 자동차에 내장된 배터리팩에 연결되면 자체의 출력전압으로 상기 배터리팩을 충전시켜 주는 충전기가 설치된 전기 자동차 충전소에서 정전이 발생될 경우, 상기 충전기에 비상전원을 자동 공급시켜 주는 비상전원공급 시스템을 구성함에 있어서,
    상기 충전기 제어부의 입력단자에는 상용전압의 공급여부를 검출하는 상용전원 감시부를 설치하고,
    상기 충전기 제어부의 출력단자에는 상기 충전기 제어부에서 판단할 결과 정전으로 인해 상용전원의 공급이 차단된 경우 비상전원 발전기에 구동신호를 발생시키는 발전기 구동신호 발생부를 설치하며,
    상기 발전기 구동신호 발생부의 출력단자와 상기 충전기의 전원공급부 사이에는 수소가스 및 바이오연료를 포함하는 복합연료 및 수소연료전지를 이용하여 비상전원을 발전시켜 충전기에 공급해 주는 비상전원 발전기를 설치하되,
    상기 비상전원 발전기는,
    복수의 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크를 포함하여 구성되는 복합연료 공급부와;
    상기 복합연료 공급부에 포함되어 있는 저장탱크들 중 제어부에 의해 바이오연료 저장탱크가 선택될 경우 이 바이오연료에서 수소만 얻어내는 연료 개질기와;
    상기 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 산화제와 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 전원공급모듈와;
    상기 수소저장탱크와 연료전지 전원공급모듈 및 상기 바이오연료 저장탱크와 연료 개질기 사이에 설치되는 제 1 및 제 2 전자변과;
    상기 충전기 제어부의 제어를 받는 발전기 구동신호 발생부에서 구동신호가 발생되면, 비상전원 발전기의 전반적인 제어기능을 수행하는 발전기 제어부와;
    상기 발전기 제어부의 출력신호에 대응하여 제 1 및 제 2 전자변의 개폐를 제어하는 제 1 및 제 2 전자변 구동부와;
    상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 충전기의 구동에 필요한 직류전압으로 변환시켜 공급해 주는 직류전압 출력부와;
    상기 연료전지 전원공급모듈에서 출력되는 직류전압을 충전기의 구동에 필요한 교류전압으로 변환시켜 주는 DC/AC 변환부와;
    상기 DC/AC 변환부에서 출력되는 교류전압을 충전기에 공급시켜 주는 교류전압 출력부와;
    상기한 각 구성요소들이 내,외설될 수 있도록 소정체적을 갖게 성형한 캐비넷 형태의 함체와;
    상기 복합연료 공급부와 발전기 제어부 사이에 설치된 상태에서 수소저장탱크와 바이오연료 저장탱크들에 각각 충전되어 있는 연료들의 잔류량을 검출하여 발전기 제어부로 하여금 비상전원 발전기의 발전연료로 어느 연료를 선택할 것인지와 선택된 연료에 대응하는 구동신호를 상기 제 1 및 제 2 전자변 구동부 중 어느 한 전자변 구동부에 출력시켜 줄 수 있도록 하는 수소 및 바이오 연료량 검출부와;
    상기 발전기 제어부의 출력부에 설치되어 수소 및 바이오의 잔여량을 표시해 주는 수소 및 바이오 잔여랑 표시부;로 구성한 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 전원공급모듈은,
    상기 수소저장탱크 또는 연료 개질기에서 제공하는 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소연료전지(HFC)와, 상기 수소연료전지에서 생산된 전력을 저장하는 에너지저장부(ESS)를 포함하며,
    상기 에너지저장부에서 충전기의 구동에 필요하는 주전원으로 직류전압 출력부 및 DC/AC 변환부에 직류전압을 공급해주는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료전지 전원공급모듈과 상기 직류 및 교류전압 출력부의 출단자와 발전기 제어부의 전원공급부 사이에는 발전전력 검출부와 저장전력 검출부 및 공급전력 검출부로 구성된 전력 모니터링부를 더 설치하고,
    상기 발전기 제어부의 출력단자에는 발전전력 표시부와 저장전력 표시부 및 공급전력 표시부로 구성된 전력상태 표시부를 더 설치한 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전소 정전시 비상전원공급 시스템.
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