KR102428537B1

KR102428537B1 - 병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기

Info

Publication number: KR102428537B1
Application number: KR1020210188122A
Authority: KR
Inventors: 신동희; 김부성
Original assignee: 중앙제어 주식회사
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-08-04

Abstract

본 발명은, 교류 또는 직류인 한 쌍의 전류 각각에 의한 자속을 가이드하고, 상기 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되는 자성 코어; 및 상기 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치를 개시한다.
이에 따라, 본 발명은, 대전류를 공급하기 위하여 병렬로 구성된 케이블에 흐르는 전류의 불평형 여부를 감지하여 병렬 연결된 케이블에 전류가 고르게 흐르게 함으로써 케이블의 과열 및 화재를 방지하고 통전 전류 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기{Current unbalance detection device for cables connected in parallel, and electric vehicle charger having the same}

본 발명은 병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전류를 공급하기 위하여 병렬로 구성된 케이블에 흐르는 전류의 불평형 여부를 감지하여 병렬 연결된 케이블에 전류가 고르게 흐르게 함으로써 케이블의 과열 및 화재를 방지하고 통전 전류 용량을 극대화할 수 있는, 병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기에 관한 것이다.

최근 전기차에 대한 관심과 보급률이 높아지면서 이와 관련된 전기차 충전기 시장이 커지고 있다. 배터리를 사용하는 전기차에는 충전 및 방전 시에 충방전 전류가 많이 흐르는데 특히 배터리 용량의 증대 및 충전 시간 단축에 따라 충방전 전류가 더욱 커지는 추세이다.

그러나, 전류가 많이 흐르게 되면 전선의 굵기도 굵어지게 되는데 전선이 굵어지게 되면 유연성이 떨어져서 배선 작업을 하거나 충전 시 충전 케이블을 다루기에 많은 어려움이 따른다. 그래서 대개 좀 가는 전선을 여러 가닥 병렬로 연결해서 사용하는 경우가 많다.

특히 전기차 충전기의 충전 케이블의 경우 전류가 대략 250A까지는 전선이 한 가닥으로 되어 있지만 500A 케이블은 전선이 2가닥 병렬로 되어 있다.

이와 같이 전선을 병렬로 연결해서 사용하는 경우 그 중 한 가닥이 끊어지거나 저항이 증가하게 되면 나머지 전선에 전류가 과다하게 흐르게 되어 과열되거나 종종 화재로 번지는 문제가 있다..

따라서, 대용량의 배터리에 대응하여 병렬 연결된 전선에 대전류가 고르게 흐를 수 있도록 도통 임피던스를 증가시키지 않으면서도 전선 간의 전류 불균형을 감지하는 기술이 요구된다.

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대전류를 공급하기 위하여 병렬로 구성된 케이블에 흐르는 전류의 불평형 여부를 감지하여 병렬 연결된 케이블에 전류가 고르게 흐르게 함으로써 케이블의 과열 및 화재를 방지하고 통전 전류 용량을 극대화할 수 있는, 병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전류 불평형 감지장치는, 교류 또는 직류인 한 쌍의 전류 각각에 의한 자속을 가이드하고, 상기 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되어 상기 자속 경로가 상부에서 바라보는 평면도 상으로 제1 영역 및 제2 영역을 형성하도록 구성되는 자성 코어; 및 상기 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 자기 센서를 포함하고, 상기 자성 코어의 상기 제1 및 제2 영역을 동일 방향으로 각각 관통하여 흐르는 동일 극성 또는 동일 위상을 갖는 한 쌍의 전류 각각에 의한 자속이 서로 상쇄시키는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 자기 센서는, 홀 센서, 자기 저항 센서, 자기 임피던스 센서 및 코일형 센서 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.

상기 자성 코어에는, 상기 자속 경로를 따라 적어도 일부에 소정의 갭 간격을 갖는 에어갭이 형성되고, 상기 자기 센서는 상기 에어갭 내에 배치될 수 있다.

상기 자성 코어가 가이드하는 자속은 교류 전류에 의하여 형성되고, 상기 자기 센서는, 상기 자성 코어에 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서일 수 있다.

상기 자성 코어가 상하로 교차하는 교차 부분에서 자성 코어는 상하로 소정의 이격거리로 이격되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전류 불평형 감지장치는, 상기 자기 센서에서 감지된 자속의 세기가 소정의 임계 레벨을 초과하거나 소정의 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 상기 전류의 불평형으로 판단하는 불평형 판단부를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기차 충전기는, 충전기 본체; 상기 충전기 본체로부터 충전 전력을 전기차로 전송하도록 구성되고, 제1 극성의 직류인 충전 전류 또는 제1 위상의 교류인 충전 전류를 상기 충전기 본체와 전기차 사이에서 동일 방향으로 분산하여 전송하는 복수의 전선이 병렬로 연결되는 제1 병렬 전선과, 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성의 직류인 충전 전류 또는 상기 제1 위상과 상이한 제2 위상의 교류인 충전 전류를 상기 충전기 본체와 전기차 사이에서 동일 방향으로 분산하여 전송하는 복수의 전선이 병렬로 연결되는 제2 병렬 전선을 포함하여 구성되는 충전 케이블; 상기 제1 및 제2 병렬 전선 중 적어도 하나에 설치되고, 상기 제1 병렬 전선 또는 상기 제2 병렬 전선의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속을 가이드하는 자성 코어와, 상기 자속의 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 자기 센서를 포함하는 불평형 감지부; 및 상기 불평형 감지부에서 감지된 자속의 세기가 소정의 임계 레벨을 초과하거나 소정의 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 상기 한 쌍의 전선에 흐르는 전류가 불평형된 것으로 판단하는 불평형 판단부를 포함하고, 상기 충전 케이블 및 자성 코어는, 상기 제1 병렬 전선의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되거나, 또는 상기 제2 병렬 전선의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 자성 코어는, 상기 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되어 평면도 상으로 상기 자속 경로가 형성하는 영역이 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 선택된 어느 한 쌍의 전선 각각은, 상기 제1 및 제2 영역을 동일 방향으로 관통하는 것을 특징으로 한다.

상기 자성 코어는, 상기 자속의 자속 경로가 평면도 상으로 단일 폐곡선인 제3 영역을 형성하도록 구성되고, 상기 선택된 어느 한 쌍의 전선 각각은, 상기 제3 영역을 서로 반대 방향으로 관통하는 것을 특징으로 한다.

상기 자성 코어에는, 상기 자속의 자속 경로를 따라 적어도 일부에 소정의 갭 간격을 갖는 에어갭이 형성되고, 상기 자기 센서는 상기 에어갭 내에 배치될 수 있다.

상기 충전 전류는 교류이고, 상기 자기 센서는, 상기 자성 코어에 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서일 수 있다.

본 발명에 따른 전기차 충전기는, 상기 제1 병렬 전선 또는 제2 병렬 전선의 복수의 전선 중 각각의 전선을 적어도 1회 이상 포함하는 복수 쌍의 전선이 선택되고, 상기 불평형 감지부는, 상기 복수 쌍의 전선의 각각의 쌍에 대응하여 구비되고, 대응하는 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속을 가이드하되, 상기 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되는 복수의 자성 코어; 및 상기 복수의 자성 코어 각각에 대응되고, 상기 대응하는 자성 코어가 가이드하는 자속의 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 복수의 자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기는, 대전류를 공급하기 위하여 병렬로 구성된 케이블에 흐르는 전류의 불평형 여부를 감지하여 병렬 연결된 케이블에 전류가 고르게 흐르게 함으로써 케이블의 과열 및 화재를 방지하고 통전 전류 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전류 불평형 감지장치를 구비한 전기차 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 불평형 감지부를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 8자형 자성 코어에 대한 평면도이다.
도 4는 8자형 자성 코어에 대한 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 본 발명의 불평형 감지부의 8자형 자성 코어가 병렬 전선에 설치된 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 불평형 감지부가 전류 불평형을 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 불평형 감지부의 자성 코어가 병렬 전선에 설치된 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 불평형 감지부가 전류 불평형을 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 복수의 병렬 전선에 자성 코어가 복수 개로 설치된 예를 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.

도 1은 본 발명에 따른 전류 불평형 감지장치를 구비한 전기차 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기차 충전기는, 충전기 본체(300)와, 충전기 본체(300)로부터 충전 전력을 전기차(500)로 전송하도록 구성되는 충전 케이블(200)과, 충전 케이블(200)의 단부에 결합되어 충전 전력을 전기차(500)에 공급하도록 전기차(500)의 인렛에 착탈 가능하게 구성되는 충전 플러그(400)를 포함하여 구성된다.

충전기 본체(300)는 전기차(500)에 충전 전력을 제공하도록 구성되며, 충전 전력은 급속직류 전류로 제공되거나, 전기차(500)에 OBC(On-Board Charger)가 구비되는 경우 교류 전류 형태로 제공될 수 있다. 또한, 교류 전류를 제공하는 경우에는 단상 외에 3상을 포함한 다상으로 제공되는 것도 가능하다.

이에 따라, 충전 케이블(200)은, 제1 극성의 직류인 충전 전류 또는 제1 위상의 교류인 충전 전류를 충전기 본체(300)와 전기차(500) 사이에서 동일 방향으로 분산하여 전송하는 복수의 전선이 병렬로 연결되는 제1 병렬 전선(210)과, 제1 극성과 반대인 제2 극성의 직류인 충전 전류 또는 제1 위상과 상이한 제2 위상의 교류인 충전 전류를 충전기 본체(300)와 전기차(500) 사이에서 동일 방향으로 분산하여 전송하는 복수의 전선이 병렬로 연결되는 제2 병렬 전선(220)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1에 따르면, 제1 병렬 전선(210)을 통하여 충전기 본체(300)로부터 전기차(500)로 충전 전류가 공급되고, 제2 병렬 전선(220)을 통하여 전기차(500)로부터 충전기 본체(300)로 충전 전류가 인출되게 된다.

이때, 본 발명에 따른 전기차 충전기는, 제1 및 제2 병렬 전선(210, 220) 중 적어도 하나에 설치되어 제1 병렬 전선(210) 또는 제2 병렬 전선(220)의 복수의 전선 간에 충전 전류의 불평형 여부를 감지하는 불평형 감지부(100)를 포함할 수 있다.

충전 전류의 불평형 여부를 감지하기 위하여 불평형 감지부(100)는, 제1 병렬 전선(210) 또는 제2 병렬 전선(220)의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속을 가이드하되, 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되는 자성 코어(110)와, 자속의 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 자속을 감지하는 자기 센서(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이의 상세한 구성은 후술하기로 한다.

이에 덧붙여, 본 발명에 따른 전기차 충전기는, 불평형 감지부(100)에서 감지된 자속의 세기가 소정의 임계 레벨을 초과하거나 소정의 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 한 쌍의 전선에 흐르는 전류가 불평형된 것으로 판단하는 불평형 판단부(310)를 포함하여 구성될 수 있다.

불평형 감지부(100)는, 제1 및 제2 병렬 전선(210, 220)에서의 전류 불평형이 심화될수록 이에 비례하여 자속 및 이를 감지하는 감지 신호의 크기가 더 증가하는 구성일 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 불평형 판단부(310)는, 불평형 감지부(100)에서 감지된 자속의 세기가 일정 임계 레벨 이상이거나, 소정 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 병렬 전선의 복수의 전선 간에 전류 불평형이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 상세하게는, 임계 범위를 양의 방향으로 벗어나면, 2개의 전선 중 어느 하나의 전선의 전류가 나머지 하나의 전선의 전류보다 크다고 판단하고, 임계 범위를 음의 방향으로 벗어나면, 2개의 전선 중 어느 하나의 전선의 전류가 나머지 하나의 전선의 전류보다 작다고 판단할 수 있다.

도 1에 따르면, 충전 케이블(200)은 제1 및 제2 병렬 전선(210, 220)으로 구성되고, 제1 및 제2 병렬 전선(210, 220) 각각은, 2가닥의 전선, 즉 제1 및 제2 전선(211, 212)으로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시적인 구성에 불과할 뿐, 충전 케이블(200)은 3 이상의 병렬 전선을 포함하는 구성이거나, 병렬 전선 각각은 3 이상의 복수의 전선을 포함하는 구성일 수 있다. 또한, 충전 케이블(200)이 3 이상의 병렬 전선을 포함하는 구성일 경우에는 복수의 병렬 전선은 각각이 상이한 위상을 가진 3상 이상의 다상 교류 전류를 전송하는 구성일 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 불평형 감지부(100)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전류 불평형 감지장치는, 교류 또는 직류인 한 쌍의 전류 각각에 의한 자속을 가이드하고, 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되는 자성 코어(110)와, 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 자속을 감지하는 자기 센서(120)를 포함하는 불평형 감지부(100)를 포함하여 구성될 수 있다.

더 나아가, 본 발명에 따른 전류 불평형 감지장치는, 불평형 감지부(100)의 자기 센서(120)에서 감지한 자속의 세기가 소정의 임계 레벨을 초과하거나 소정의 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 전류의 불평형이 발생한 것으로 판단하는 불평형 판단부(310)를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 자기 센서(120)는, 홀 센서, 자기 저항 센서(MR, Magneto Resistance), 자기 임피던스 센서(MI, Magneto Impedance) 및 코일형 센서 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 자속의 유무 또는 그 세기를 감지할 수 있는 구성이라면 본 발명의 자기 센서(120)의 범주에 포함될 수 있다.

도 2(a)에 따르면, 자성 코어(110)에는, 자속 경로를 따라 적어도 일부에 소정의 갭 간격(g)을 갖는 에어갭(130)이 형성되고, 자기 센서(120)는 에어갭(130) 내에 배치되는 구성일 수 있다. 에어갭(130)은 적어도 하나 이상 형성될 수 있으나, 만약 복수 개로 형성되는 경우에는 자성 코어(110)의 8자 형상을 유지 및 지지하기 위한 지지수단(미도시)이 더 구비될 수 있다.

또한, 도 2(b)에 따르면, 자성 코어(110)가 가이드하는 자속이 교류 전류에 의하여 시간적 변화율을 갖는 경우라면, 자기 센서(120)는, 자성 코어(110)의 외주면을 따라 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서일 수 있다. 이러한 경우에 자기 센서(120)는 자성 코어(110) 내에 시간적으로 변하는 자속에 의하여 유기되는 전압 또는 전류에 의하여 자속을 감지하므로 자성 코어(110)에 도 2(a)에 도시된 것과 같은 에어갭(130)을 형성할 필요는 없으나, 에어갭(130)이 형성된 구성을 배제하는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 자성 코어(110)는, 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되기 때문에 자성 코어(110)를 위에서 바라본 평면도 상으로 자속 경로가 제1 영역(140)과 제2 영역(150)을 형성하게 된다.

이때, 병렬 연결된 한 쌍의 전선 각각은, 자성 코어(110)의 제1 및 제2 영역(140, 150)을 동일 방향으로 관통하도록 구성될 수 있다. 여기에서 동일 방향으로 관통한다는 것은, 병렬 연결된 한 쌍의 전선이 A 지점과 B 지점 사이에 전기적으로 연결되어 동일 극성 또는 동일 위상의 전류를 전송할 때, 병렬 연결된 한 쌍의 전선이 제1 및 제2 영역(140, 150)을 A에서 B 지점 방향으로 관통하거나, B에서 A 지점 방향으로 관통하는 것을 의미한다.

도 3은 도 2의 8자형 자성 코어에 대한 평면도이고, 도 4는 8자형 자성 코어에 대한 도 3의 A-A 단면도이다.

도 3(a)는 8자형 자성 코어에 에어갭(130)이 있는 경우의 평면도이고, 도 3(b)는 8자형 자성 코어에 에어갭(130)이 없는 경우의 평면도이다.

도 3을 참조하면, 8자형 자성 코어(110)는 중앙 부근에서 자속 경로가 상하로 교차하는 교차 부분(111)이 형성되는데 이 교차 부분(111)에서의 자성 코어(110)는 도 4에 도시된 바와 같이 상하로 소정의 이격거리(d)로 이격되도록 구성될 수 있다. 이를 통하여 제1 및 제2 영역(140, 150)을 관통하는 전류에 의한 자속이 교차 부분(111)에서 분기되지 않고 하나의 자속 경로를 따라 서로 상쇄되도록 하기 위한 것으로서, 이와 같이 교차 부분(111)에서 자속이 분기되지 않도록 구성하는 경우에는 만약 제1 및 제2 영역(140, 150)을 관통하는 전류가 균형을 이룬다면, 각각의 전류에 의한 자속은 이론상 서로 상쇄되어 제로(0)가 된다.

하지만, 본 발명의 자성 코어(110)는 자속 경로가 분기되어 복수의 경로를 갖도록 구성하는 경우를 배제하지는 않는다. 자속 경로가 복수의 경로를 갖는 경우에는 제1 및 제2 영역(140, 150)을 관통하는 전류가 균형을 이루더라도 자속이 완전히 상쇄되지 않고 일정 레벨의 자속이 감지될 수 있으나, 전류의 불평형이 발생함에 따라 감지되는 자속의 크기가 변할 것이므로 불평형 판단부(310)는 이를 토대로 전류의 불평형 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

다만, 자속 경로가 복수의 경로를 갖는 경우에는 에어갭(130)의 위치에 따라 제1 및 제2 영역(140, 150)에서 자기 회로의 자기 저항 값이 달라질 수 있으므로 자기 저항 값을 동일하게 하기 위하여 제1 및 제2 영역(140, 150)을 형성하는 자속 경로 각각에 동일 개수의 에어갭(130)을 형성하거나, 동일 개수의 자기 센서(120)를 구비하는 구성을 고려해볼 수 있다.

또한, 자성 코어(110)에 에어갭(130)이 형성되어 있는 경우에 교차 부분(111)에서의 자성 코어(110)의 이격거리(d)는 에어갭(130)의 갭 간격(g)을 고려하여 결정될 수 있다.

즉, 자성 코어(110)의 교차 부분(111)에서 자속이 분기되는 것을 최소화하기 위하여 에어갭(130)에 의한 자기 저항이 자성 코어(110)의 교차 부분(111)에서의 자기 저항보다 작도록 교차 부분(111)에서 자성 코어(110)의 상하 이격거리(d)가 결정될 필요가 있다. 이를 위하여, 도 4에 도시된 자성 코어(110)의 교차 부분(111)에서의 이격거리(d)는 에어갭(130)의 갭 간격(g)보다 크게 형성하는 것을 고려할 수 있다.

도 5는 본 발명의 불평형 감지부(100)의 8자형 자성 코어가 병렬 전선에 설치된 일 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 자성 코어(110)는, 병렬 연결된 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되도록 한 쌍의 전선에 결합되는 것을 특징으로 한다.

자성 코어(110)가 도 5에 도시된 것과 같이 8자형인 경우에는 병렬 연결된 한 쌍의 제1 및 제2 전선(211, 212)은 자성 코어(110)의 제1 및 제2 영역(140, 150)을 동일 방향으로 각각 관통하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 도선은 병렬 도선에 포함된 복수의 전선에서 선택된 한 쌍의 전선을 의미하며, 도 1의 구성을 참고하여 볼 때 제1 병렬 전선(210)에서 선택되거나 제2 병렬 전선(220)에서 선택된 것일 수 있다.

도 5에 따르면, 제1 및 제2 도선은 자성 코어(110)의 제1 및 제2 영역(140, 150)을 각각 동일 방향으로 관통하여 동일 극성 또는 동일 위상의 전류가 흐르게 되므로 각각의 전류에 의한 자속이 서로 상쇄시키는 방향으로 형성된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 불평형 감지부(100)가 전류 불평형을 감지하는 원리를 설명하기 위하여 전류 방향에 수직한 단면을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 영역(140)을 관통하는 제1 전선(211)에 흐르는 전류에 의하여 제1 자속(φ1)이 제1 영역(140)을 중심으로 시계 방향으로 형성되고, 제2 영역(150)을 관통하는 제2 전선(212)에 흐르는 전류에 의하여 제2 자속(φ2)이 제2 영역(150)을 중심으로 시계 방향으로 형성된다.

이에 따라 제1 및 제2 자속(φ1, φ2)은 자속 경로를 따라 서로 반대 방향으로 형성되어 제1 및 제2 전선(211, 212)의 전류가 평형을 이룰 때는 제1 및 제2 자속(φ1, φ2)이 상쇄되어 잔류 자속이 존재하지 않게 되고, 제1 및 제2 전선(211, 212)의 전류에 불평형이 발생할 때는 제1 및 제2 자속(φ1, φ2)이 상쇄된 후 그 중 어느 하나의 자속 성분이 남게 되므로 이를 감지한 자기 센서(120)의 감지 결과를 토대로 불평형 판단부(310)는 전류 불평형의 여부, 및 제1 및 제2 전선(211, 212)에 흐르는 전류의 대소까지를 판단할 수 있다.

이때, 자기 센서(120)는, 도 6(a)에 도시된 것과 같이 자속 경로를 따라 자성 코어(110)에 형성된 에어갭(130) 내에 배치되는 구성이거나, 제1 및 제2 전선(211, 212)의 전류가 교류 전류라면 도 6(b)에 도시된 것과 같이 자성 코어(110)의 외주면에 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서일 수 있다.

도 7은 본 발명의 불평형 감지부(100)의 자성 코어(110)가 병렬 전선에 설치된 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 자성 코어(110)는, 자속의 자속 경로가 자성 코어(110)를 위에서 바라본 평면도 상으로 단일 폐곡선인 제3 영역(160)을 형성하는 구조일 수 있다.

상술한 바와 같이, 병렬 연결된 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되도록 자성 코어(110)와 한 쌍의 전선이 결합되기 위하여, 한 쌍의 전선 각각은, 자성 코어(110)의 제3 영역(160)을 서로 반대 방향으로 관통하는 것이 바람직하다.

자성 코어(110)가 도 7에 도시된 것과 같이 단일 폐곡선형인 경우에는 병렬 연결된 한 쌍의 제1 및 제2 전선(211, 212)은 자성 코어(110)의 제3 영역(160)을 반대 방향으로 관통하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 도선은 병렬 도선에 포함된 복수의 전선에서 선택된 한 쌍의 전선을 의미하며, 도 1의 구성을 참고하여 볼 때 제1 병렬 전선(210)에서 선택되거나 제2 병렬 전선(220)에서 선택된 것일 수 있다.

도 7에 따르면, 제1 및 제2 도선은 자성 코어(110)의 제3 영역(160)을 반대 방향으로 관통하여 동일 극성 또는 동일 위상의 전류가 흐르게 되므로 각각의 전류에 의한 자속이 서로 상쇄시키는 방향으로 형성된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 불평형 감지부(100)가 전류 불평형을 감지하는 원리를 설명하기 위하여 전류 방향에 수직한 단면을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제3 영역(160)을 관통하는 제1 전선(211)을 통하여 지면에 들어가는 방향으로 흐르는 전류에 의하여 제1 자속(φ1)이 시계 방향으로 형성되고, 제3 영역(160)을 관통하는 제2 전선(212)을 통하여 지면에서 나오는 방향으로 흐르는 전류에 의하여 제2 자속(φ2)이 반시계 방향으로 형성된다.

이때, 자기 센서(120)는, 도 8(a)에 도시된 것과 같이 자속 경로를 따라 자성 코어(110)에 형성된 에어갭(130) 내에 배치되는 구성이거나, 제1 및 제2 전선(211, 212)의 전류가 교류 전류라면 도 8(b)에 도시된 것과 같이 자성 코어(110)의 외주면에 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서일 수 있다.

이상에서는, 한 쌍의 전선에 흐르는 전류의 불평형을 감지하는 구성으로서 불평형 감지부(100)가 하나의 자성 코어(110)로 구성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 불평형 감지부(100)는 이에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 본 발명에 따른 전기차 충전기는, 충전 케이블(200)이 제1 및 제2 병렬 전선(210, 220)을 포함하고, 제1 및 제2 병렬 전선(210, 220) 각각을 구성하는 전선은 3가닥 이상의 복수의 전선일 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 불평형 감지부(100)는, 병렬 전선을 구성하는 복수의 전선에서 선택되는 복수의 전선 쌍 각각에 대응하는 복수의 자성 코어(110)를 포함하여 구성될 수 있다. 병렬 전선을 구성하는 모든 전선에 대하여 전류 불평형 여부를 감지하기 위하여 복수의 전선 쌍을 선택할 때 병렬 전선의 모든 전선은 적어도 1회 이상 복수의 전선 쌍에 포함되는 것이 바람직하다.

다시 말하면, 불평형 감지부(100)는, 제1 병렬 전선(210) 또는 제2 병렬 전선(220)의 복수의 전선 중 각각의 전선을 적어도 1회 이상 포함하여 선택되는 복수 쌍의 전선에 대하여, 각각의 쌍에 대응하여 복수의 자성 코어(110)와, 복수의 자성 코어(110) 각각에 대응되고, 대응하는 자성 코어(110)가 가이드하는 자속의 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 자속을 감지하는 복수의 자기 센서(120)를 포함하는 구성일 수 있다.

이때, 복수의 자성 코어(110) 각각은, 대응하는 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속을 가이드하되, 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되도록 구성되거나 해당 쌍의 전선과 결합된다.

그 일 예로서, 도 9는 복수의 병렬 전선에 자성 코어(110)가 복수 개로 설치된 예를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 병렬 전선은, 예컨대 제1 병렬 전선(210)은 3개의 전선으로 구성되고, 본 발명의 불평형 감지부(100)는, 3개의 전선을 적어도 1회 이상 포함하도록 선택된 2개 쌍의 전선에 대응하여 2개의 자성 코어(110)와, 2개의 자성 코어(110) 각각에 대응되어 자속을 감지하는 2개의 자기 센서(120)를 포함하는 구성일 수 있다.

3개의 전선에서 2개씩 선택하는 경우의 수는 3가지이므로 자성 코어(110) 및 자기 센서(120)는 각각 3개씩 구비될 수 있으나, 복수 전선에서 2개의 전선을 선택하는 모든 조합의 수에 대응하여 불평형 감지부(100)를 구성하기보다는 비용 절감 및 생산성을 고려하여 모든 전선이 최소 1회는 포함되도록 전선 쌍을 구성하는 것으로도 모든 전선의 전류 불평형을 감지할 수 있다.

예를 들어 3개의 전선에 대해서는 2개의 자성 코어(110), 4개의 전선에 대해서는 3개의 자성 코어(110), n개의 전선에 대해서는 n-1개의 자성 코어(110)를 포함하여 불평형 감지부(100)를 구성하는 것이 가능하며, 대칭적인 배치 또는 감지의 정확도 등의 필요에 따라 자성 코어(110)를 더 추가하는 것도 고려할 수 있다.

상술한 구성을 통하여, 본 발명에 따른, 병렬 연결된 케이블의 전류 불평형 감지장치, 및 이를 구비한 전기차 충전기는, 대전류를 공급하기 위하여 병렬로 구성된 케이블에 흐르는 전류의 불평형 여부를 감지하여 병렬 연결된 케이블에 전류가 고르게 흐르게 함으로써 케이블의 과열 및 화재를 방지하고 통전 전류 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 불평형 감지부 110: 자성 코어
111: 교차 부분 120: 자기 센서
130: 에어갭 140, 150, 160: 제1 내지 제3 영역
200: 충전 케이블 210, 220: 제1 및 제2 병렬 전선
211, 212: 제1 및 제2 전선
300: 충전기 본체 310: 불평형 판단부
400: 충전 플러그 500: 전기차
g: 갭 간격 d: 이격거리
φ1, φ2: 제1 및 제2 자속

Claims

교류 또는 직류인 한 쌍의 전류 각각에 의한 자속을 가이드하고, 상기 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되어 상기 자속 경로가 상부에서 바라보는 평면도 상으로 제1 영역 및 제2 영역을 형성하도록 구성되는 자성 코어; 및
상기 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 자기 센서를 포함하고,
상기 자성 코어의 상기 제1 및 제2 영역을 동일 방향으로 각각 관통하여 흐르는 동일 극성 또는 동일 위상을 갖는 한 쌍의 전류 각각에 의한 자속이 서로 상쇄시키는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 센서는, 홀 센서, 자기 저항 센서, 자기 임피던스 센서 및 코일형 센서 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치.
제1항에 있어서,
상기 자성 코어에는, 상기 자속 경로를 따라 적어도 일부에 소정의 갭 간격을 갖는 에어갭이 형성되고,
상기 자기 센서는 상기 에어갭 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치.
제1항에 있어서,
상기 자성 코어가 가이드하는 자속은 교류 전류에 의하여 형성되고,
상기 자기 센서는, 상기 자성 코어에 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서인 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치.
제1항에 있어서,
상기 자성 코어가 상하로 교차하는 교차 부분에서 자성 코어는 상하로 소정의 이격거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 센서에서 감지된 자속의 세기가 소정의 임계 레벨을 초과하거나 소정의 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 상기 전류의 불평형으로 판단하는 불평형 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 불평형 감지장치.
충전기 본체;
상기 충전기 본체로부터 충전 전력을 전기차로 전송하도록 구성되고, 제1 극성의 직류인 충전 전류 또는 제1 위상의 교류인 충전 전류를 상기 충전기 본체와 전기차 사이에서 동일 방향으로 분산하여 전송하는 복수의 전선이 병렬로 연결되는 제1 병렬 전선과, 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성의 직류인 충전 전류 또는 상기 제1 위상과 상이한 제2 위상의 교류인 충전 전류를 상기 충전기 본체와 전기차 사이에서 동일 방향으로 분산하여 전송하는 복수의 전선이 병렬로 연결되는 제2 병렬 전선을 포함하여 구성되는 충전 케이블;
상기 제1 및 제2 병렬 전선 중 적어도 하나에 설치되고, 상기 제1 병렬 전선 또는 상기 제2 병렬 전선의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속을 가이드하는 자성 코어와, 상기 자속의 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 자기 센서를 포함하는 불평형 감지부; 및
상기 불평형 감지부에서 감지된 자속의 세기가 소정의 임계 레벨을 초과하거나 소정의 범위를 갖는 임계 범위를 벗어나면 상기 한 쌍의 전선에 흐르는 전류가 불평형된 것으로 판단하는 불평형 판단부를 포함하고,
상기 충전 케이블 및 자성 코어는, 상기 제1 병렬 전선의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되거나, 또는 상기 제2 병렬 전선의 복수의 전선에서 선택된 어느 한 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
제7항에 있어서,
상기 자성 코어는, 상기 자속의 자속 경로가 상하로 교차하도록 8자 형상으로 형성되어 평면도 상으로 상기 자속 경로가 형성하는 영역이 제1 영역과 제2 영역을 포함하고,
상기 선택된 어느 한 쌍의 전선 각각은, 상기 제1 및 제2 영역을 동일 방향으로 관통하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
제7항에 있어서,
상기 자성 코어는, 상기 자속의 자속 경로가 평면도 상으로 단일 폐곡선인 제3 영역을 형성하도록 구성되고,
상기 선택된 어느 한 쌍의 전선 각각은, 상기 제3 영역을 서로 반대 방향으로 관통하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
제7항에 있어서,
상기 자기 센서는, 홀 센서, 자기 저항 센서, 자기 임피던스 센서 및 코일형 센서 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
제7항에 있어서,
상기 자성 코어에는, 상기 자속의 자속 경로를 따라 적어도 일부에 소정의 갭 간격을 갖는 에어갭이 형성되고,
상기 자기 센서는 상기 에어갭 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
제7항에 있어서,
상기 충전 전류는 교류이고,
상기 자기 센서는, 상기 자성 코어에 소정의 회수로 권취되는 코일을 포함하는 코일형 센서인 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
제7항에 있어서,
상기 제1 병렬 전선 또는 제2 병렬 전선의 복수의 전선 중 각각의 전선을 적어도 1회 이상 포함하는 복수 쌍의 전선이 선택되고,
상기 불평형 감지부는,
상기 복수 쌍의 전선의 각각의 쌍에 대응하여 구비되고, 대응하는 쌍의 전선에 흐르는 전류에 의한 각각의 자속을 가이드하되, 상기 각각의 자속이 서로 상쇄하는 방향으로 형성되는 복수의 자성 코어; 및
상기 복수의 자성 코어 각각에 대응되고, 상기 대응하는 자성 코어가 가이드하는 자속의 자속 경로의 적어도 일부에 배치되어 상기 자속을 감지하는 복수의 자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.