KR102455901B1

KR102455901B1 - 분산전력 공유형 전기차 충전시스템

Info

Publication number: KR102455901B1
Application number: KR1020220040484A
Authority: KR
Inventors: 문태은; 손민규; 신종훈; 김영준; 채호병
Original assignee: 에스케이시그넷 주식회사
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-10-18
Also published as: KR102455901B9; WO2023191267A1

Abstract

본 발명은 분산전력 공유형 전기차 충전시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 네트워크 연결된 복수의 충전기를 포함한 전기차 충전시스템에 있어서, 충전기는, 직류 전력을 저장한 전력모듈과, 전력모듈에서 출력되는 전력을 전기차로 공급하는 출력포트와, 적어도 하나의 이웃 충전기의 공유포트과 서로 연결되어, 이웃 충전기에서 공유한 전력을 입력받거나 전력모듈의 전력을 이웃 충전기로 전달하는 공유포트와, 전력모듈과 출력포트 사이 및 전력모듈과 공유포트 사이에 각각 설치된 제1 및 제2 스위치, 및 전기차 충전 요청에 따라 전력모듈과 각 스위치의 동작을 제어하되, 전기차의 최대 충전전력이 충전기의 정격 출력전력보다 크면, 현재 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 이웃 충전기가 공유한 전력과 전력모듈이 출력한 전력을 출력포트로 함께 전달하여 전기차를 고속 충전시키는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전기차 충전 요청 시에 주변 충전기의 현재 점유 상황을 고려하여 미점유 중인 충전기로부터 전력을 추가로 공유받아 충전기 한대당 정해진 정격용량보다 높은 전력을 전기차로 제공하도록 함으로써 전기차를 보다 고속으로 충전할 수 있도록 한다.

Description

분산전력 공유형 전기차 충전시스템{Distributed power sharing type electric vehicle charging system}

본 발명은 분산전력 공유형 전기차 충전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충전소 내 현재 미점유 중인 주변 충전기의 전력을 추가로 활용하여 충전기에 접속된 전기차를 고속 충전할 수 있는 고속 충전할 수 있는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템에 관한 것이다.

4차 산업혁명의 대두와 더불어 전기 자율 주행 자동차 기술이 시대적 관심사로 부각되고 있으며 전세계적으로 고부가치 기술 수요가 크게 증가하는 실정이다.

최근 정부는 전기 자동차 대중화 시대를 선도하고 이에 따라 4차 산업혁명 요소기술 기반의 충전인프라 구축과 선도적 기술개발을 통한 고편의 지향 스마트 충전인프라 및 수요관리 기술에 대한 요구가 확대되고 있다.

전기차용 충전기는 완속 충전기와 급속 충전기로 구분된다. 이러한 50kW급 충전기는 시간당 50kW급의 충전이 가능하며, 최근에는 100kW급 이상의 초고속 충전기도 일부 운영되고 있다.

하지만 현재까지는 대부분 50kW급 충전기가 운영되고 있고 이 경우에도 배터리를 80% 이상 충전하려면 다소 많은 시간이 소요되기 때문에, 기존 구축된 인프라에 큰 변경을 가하지 않고 전기차 충전 속도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2020-0099935호(2020.08.25 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은 충전소 내 현재 미점유 중인 주변 충전기의 전력을 추가로 활용하여 충전기에 접속된 전기차를 고속 충전할 수 있는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 네트워크 연결된 복수의 충전기를 포함한 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 충전기는, 직류 전력을 저장한 전력모듈; 상기 전력모듈에서 출력되는 전력을 전기차로 공급하는 출력포트; 적어도 하나의 이웃 충전기의 공유포트과 서로 연결되어, 상기 이웃 충전기에서 공유한 전력을 입력받거나 상기 전력모듈의 전력을 상기 이웃 충전기로 전달하는 공유포트; 상기 전력모듈과 상기 출력포트 사이 및 상기 전력모듈과 상기 공유포트 사이에 각각 설치된 제1 및 제2 스위치; 및 전기차 충전 요청에 따라 상기 전력모듈과 각 스위치의 동작을 제어하되, 상기 전기차의 최대 충전전력이 충전기의 정격 출력전력보다 크면, 현재 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 이웃 충전기가 공유한 전력과 상기 전력모듈이 출력한 전력을 상기 출력포트로 함께 전달하여 전기차를 고속 충전시키는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 전기차 접속시 인식된 상기 최대 충전전력이 상기 충전기의 정격 출력전력 이하이면, 상기 제1 스위치만 턴온시켜서 상기 전력모듈의 출력 전력만을 이용하여 상기 전기차를 충전시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 전기차 접속시 인식된 상기 최대 충전전력이 상기 충전기의 정격 출력전력보다 크면, 네트워크 상의 전체 이웃 충전기의 충전기 점유 상황을 체크하여 현재 미점유중인 유휴 상태의 적어도 하나의 이웃 충전기와 페어링을 형성하고, 상기 페어링된 적어도 하나의 이웃 충전기로부터 공유받은 전력과 상기 전력모듈의 출력 전력을 이용하여 상기 전기차를 충전시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 최대 충전전력이 상기 정격 출력전력보다 크고 상기 전체 이웃 충전기가 점유중이면, 상기 제1 스위치만 턴온시켜서 상기 전력모듈의 출력 전력만을 이용하여 상기 전기차를 충전시킬 수 있다.

또한, 상기 복수의 충전기는 각각 거리 상으로 인접한 충전기와 상기 공유포트 간이 케이블로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 최대 충전전력을 상기 정격 출력전력으로 나눈 비율을 이용하여 상기 이웃 충전기의 최대 연결 대수를 결정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 비율을 소숫점 올림 처리한 자연수 M이 2 이상의 값이면, 최대 N-1대의 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 전력을 공유받을 수 있다.

또한, 상기 충전기의 정격 출력전력은 상기 충전기에서 시간당 방출 가능한 최대전력용량이고, 상기 전기차의 최대 충전전력은 상기 전기차의 배터리에서 시간당 흡수 가능한 최대 충전전력 용량일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기차 충전 요청 시에 주변 충전기의 현재 점유 상황을 고려하여 미점유 중인 충전기로부터 전력을 추가로 공유받아 충전기 한대당 정해진 정격용량보다 높은 전력을 전기차로 제공하도록 함으로써 전기차를 보다 고속으로 충전할 수 있도록 한다.

특히, 본 발명의 경우, 이웃 충전기에서 공유된 전력을 바탕으로 충전기 한대당 규정된 정격용량의 n배수에 해당한 전력을 전기차로 공급할 수 있어 한 대의 충전기만 활용하는 경우에 대비하여 전기차 충전 시간을 n분의 1로 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산전력 공유형 전기차 충전시스템의 개념을 설명한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 충전기의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1을 이용한 전기차 충전 동작의 일 실시예를 설명한 도면이다.
도 4는 도 1을 이용한 전기차 충전 동작의 다른 실시예를 설명한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 각 충전기가 AC 그리드로부터 전력을 공급받는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 상황에 대한 충전기 내부 구성을 구체화한 도면이다.
도 7은 도 1의 시스템에서 충전기 간 전력 공유 프로세스를 설명한 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 분산전력 공유형 전기차 충전시스템에 대한 것으로, 전기차의 충전 요청 시에 주변 충전기의 현재 점유 상황을 고려하여 미점유 중인 충전기로부터 전력을 추가로 공유받아, 충전기 한대당 정해진 정격용량보다 높은 전력을 전기차로 제공함으로써 낮은 속도의 충전 인프라 환경에서도 전기차를 더욱 고속으로 충전할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산전력 공유형 전기차 충전시스템의 개념을 설명한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 충전기의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분산전력 공유형 전기차 충전시스템은 복수의 충전기(100)를 포함하며, 각각의 충전기(100)는 충전소 내에서 서로 네트워크 연결되어 통신한다.

복수의 충전기(100)는 유선, 무선 혹은 유무선 혼합 네트워크를 통해 서로 연결되어 정보를 실시간으로 송수신할 수 있으며, 충전기의 상태 정보(예: 충전기 점유 상태, 충전 상태), 충전기 ID 등을 서로 확인할 수 있다.

충전기(100)는 신호선과 전력선이 내장된 충전 커플러(C)가 형성된다. 충전 커플러(C)에 전기차(10)가 접속되면 신호선을 통해 전기차(10)와 통신하여 각종 정보를 확인할 수 있고, 전력선을 통하여 전기차(10)로 충전용 전력을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예의 경우, 충전기 간 전력을 서로 공유할 수 있고, 각 충전기의 점유 상황과 전기차의 충전 규격 등에 따라 한 대 또는 여러 대의 충전기를 활용하여 전기차를 충전할 수 있다. 특히, 주변의 충전기 중에서 현재 미점유 중인 충전기의 전력을 추가로 활용함으로써 단순히 한 대의 충전기만 활용하여 충전하는 경우보다 충전 속도를 높여 충전 시간을 크게 단축할 수 있다.

이를 위해, 충전기(100)는 전기차로 충전 전력을 제공하기 위한 출력포트(P1)와 함께, 충전기(100) 간 전력 공유를 가능하게 하는 공유포트(P2)를 추가적으로 포함하며, 각각의 충전기(100)는 서로 거리 상으로 인접한 충전기와 공유포트(P2) 간이 케이블(L)로 서로 직렬 연결될 수 있다.

구체적으로, 도 2와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 충전기(100)는 전력모듈(110), 출력포트(P1), 공유포트(P2), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 제어부(120)를 포함한다.

여기서, 제어부(120)는 전력모듈(110), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)의 동작을 제어할 수 있다. 또한 제어부(120)는 통신모듈을 내장함으로써 다른 충전기와 네트워크 연결되어 통신할 수 있다.

전력모듈(110)은 외부 전력원으로부터 직류 전력을 공급받아 저장한다. 이러한 전력모듈(100)은 AC 그리드, 사설 AC 전력망, ESS 장치 등과 같은 전력원과 연결될 수 있으며, 복수의 배터리 모듈, AC/DC 변환기, DC/DC 변환기 등을 포함할 수 있다.

출력포트(P1)는 전력모듈(110)에서 출력되는 전력을 전기차로 공급한다. 출력포트(P1)는 전기차 접속이 이루어지는 충전 커플러(C)가 연결될 수 있다. 출력포트(P1)는 충전 커플러(C)와 연결되며 더욱 상세하게는 충전 커플러(C)의 전력선과 연결된다. 도시되지 않았으나 전기차와 통신을 위한 충전 커플러(C)의 신호선은 충전기(100)의 제어부(120)와 선로를 통해 연결될 수 있다.

여기서, 전력모듈(110)과 출력포트(P1) 사이의 경로에는 제1 스위치(S1)가 배치된다. 제1 스위치(S1)의 턴온 시에 전력모듈(110)의 전력이 전기차(10)로 공급될 수 있다.

충전기(100)의 공유포트(P2)는 적어도 하나의 이웃 충전기의 공유포트과 서로 연결되어, 이웃 충전기에서 공유한 전력을 입력받거나 전력모듈(110)의 전력을 이웃 충전기로 전달한다.

전력모듈(110)과 공유포트(P2) 사이의 경로에는 제2 스위치(S2)가 배치된다. 여기서 구체적으로 제2 스위치(S2)는 제1 스위치(S1)의 전단에 설치될 수 있다. 물론, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다. 아울러, 제1 및 제2 스위치(S2) 간의 접점과 전력모듈(110) 사이에 스위치가 추가 배치될 수도 있다.

여기서 제2 스위치(S2)의 턴온 시 전력모듈(110)의 전력이 공유포트(P2)를 통해 외부로 공유되거나, 공유포트(P2)로부터 유입된 전력이 제2 스위치(S2)의 전단에 전달 가능해진다. 또한, 제1 및 제2 스위치(S2)가 모두 턴온 시에는 공유포트(P2)로 들어오는 이웃 충전기의 공유 전력과 현재 전력모듈(110)에서 공급되는 출력 전력이 모두 전기차(10)로 공급될 수 있다.

제어부(120)는 AC 그리드에 대한 전력모듈(110)의 충전 동작과 전기차에 대한 전력모듈(110)의 방전 동작을 제어할 수 있다. 또한 제어부(120)는 전력모듈(110)의 충방전 시에 충방전 속도, 전압, 전류 등을 제어할 수 있다.

제어부(120)는 전기차 충전 요청에 따라 전력모듈(110)과 각 스위치(S1,S2)의 동작을 제어하여 전기차(10)를 충전한다. 여기서, 전기차의 최대 충전전력이 충전기(100)의 정격 출력전력보다 크면, 현재 미사용 중인 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 이웃 충전기가 공유한 전력과 전력모듈(110)이 출력한 전력을 출력포트(P1)로 함께 전달하여 전기차(10)를 고속 충전시키다.

이때, 충전기(100)의 정격 출력전력은 충전기(100)에서 시간당 방출 가능한 최대전력용량을 의미하며, 일반적으로 50kW급, 100kW급, 150kW급, 200kW 등으로 다양하게 존재한다. 현재 대부분의 충전소에는 급속 충전기의 정격 출력으로 50kW급을 주로 사용하고 있다. 여기서 50kW급이란, 1시간에 50kW의 전력을 충전 가능함을 의미한다. 숫자가 높을수록 충전 속도가 빠르며, 100kW급은 1시간 동안 100kW의 전력을 충전 가능하므로. 50kW 급보다 2배로 빠른 속도로 충전이 가능하다.

본 발명의 실시예에서, 전기차(10)의 최대 충전전력은 전기차(10)의 배터리에서 시간당 흡수 가능한 최대 충전전력 용량을 의미하는데, 즉, 최대 충전전력은 전기차(10)에서 감당 가능한 시간당 최대 충전속도에 해당한 충전전력 용량을 의미하며 차량마다 정해진 규격을 가질 수 있다. 충전기(100)는 전기차가 충전 커플러(C)에 접속 시에 해당 전기차의 충전 가능한 전압과 전류 범위를 체크함으로써 이와 관련한 각종 정보를 획득할 수 있다.

여기서, 제어부(120)는 전기차 접속시 인식된 전기차의 최대 충전전력이 충전기(100)의 정격 출력전력 이하이면, 제1 스위치(S1)만 턴온시켜서 전력모듈(110)의 출력 전력만을 이용하여 전기차(10)를 충전시킨다.

물론, 최대 충전전력이 정격 출력전력보다 크더라도 전체 이웃 충전기가 모두 점유중인 상황일 때도, 제1 스위치(S1)만 턴온시켜서 전력모듈의 출력 전력만을 이용하여 전기차를 충전시킨다.

하지만, 전기차 접속시 인식된 전기차의 최대 충전전력이 충전기의 정격 출력전력보다 크면, 제어부(120)는 현재 네트워크 상의 전체 이웃 충전기의 충전기 점유 상황을 체크하여 현재 미점유중인 유휴 상태의 적어도 하나의 이웃 충전기와 페어링을 형성한다. 그리고, 페어링된 적어도 하나의 이웃 충전기로부터 공유받은 전력과 전력모듈의 출력 전력을 이용하여 전기차를 충전시킨다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3과 같다.

도 3은 도 1을 이용한 전기차 충전 동작의 일 실시예를 설명한 도면이다.

도 3에서 각각의 충전기(100; 100-1,100-2,100-3,100-4)는 모두 시간당 50kW의 전력이 충전 가능한 50kW급 충전기로, 서로 나란히 배치되어 있다. 충전기(100)의 출력포트(P1)에는 충전 커플러(C)가 연결되며, 각각의 충전기(100)는 공유포트(P2) 간이 서로 연결되어 있다. 포트와 포트 간의 연결은 통상의 단자대를 활용할 수 있다.

이러한 도 3의 경우, 50kW급을 갖는 1번 충전기(100-1)에 전기차(10-1)가 접속된 상태이며, 전기차(10-1)의 최대 충전속도에 해당한 충전전력 용량은 100kW인 것을 가정한다. 아울러, 전기차 접속 전에 모든 충전기(100-1~100-4)가 유휴 상태였다고 가정한다.

구체적으로, 1번 충전기(100-1)의 최대 충전전력(50kW)이 전기차(10-1)의 최대 충전전력 용량(100kW)보다 2배로 크며, 주변의 나머지 이웃 충전기들은 현재 미점유 즉, 유휴 상태이므로, 이중에서 적어도 하나의 이웃 충전기와 페어링을 형성한다.

도 3에서는 1번 충전기(100-1)는 거리상으로 가장 가까운 2번 충전기(100-2)와 페어링을 형성하고 이러한 2번 충전기(100-2)는 제1 스위치(S1)는 그대로 오프를 유지한 상태에서 제2 스위치(S2)를 턴온 시켜 자신의 전력모듈(110)에 저장된 전력을 방출하여 공유포트(P2)를 통하여 출력해 보낸다.

1번 충전기(100-1)는 제1, 제2 스위치(S2)를 모두 온 시켜서, 자신의 전력모듈(110)에서 방출되는 전력(A)과 공유포트(P2)로부터 들어온 공유 전력(B)을 출력포트(P1)를 통해 출력함으로써, 1번 충전기만 단독으로 사용하는 경우보다 2배 속도의 충전이 가능하게 한다. 예를 들어, 충전기 1대로 약 50kW를 충전하는데 1시간이 걸린다면, 충전기 1대를 추가로 사용하게 되면, 100kW 급으로 변동 가능하므로 충전 시간을 그 절반인 30분으로 단축할 수 있다. 즉, 도 3에서는 50kW급 충전기 2대가 연결되어 100k급 충전기 1대와 동일한 효과를 내게 된다.

일반적으로 이러한 100kW까지 가능한 전기차(10-1)가 50kW급의 충전기(100)와 연결되어 충전을 수행하는 경우 충전 속도는 최대 50kW급의 속도까지만 가능하다. 하지만, 도 3에서는 현재 전기차(10-1)가 접속되어 있는 충전기 이외에 추가로 1대의 충전기를 더 연결하여 전기차(10-1)가 감당 가능한 최대 100kW급의 속도까지 충전 속도를 구현 가능하다.

1번 충전기(100-1)에 접속된 전기차(10-1)의 최대 충전전력 용량이 50kW와 100kW 사이인 80kW 인 경우에도, 위와 동일하게 2번 충전기(100-2)의 전력을 공유받을 수 있다. 물론, 이 경우에는 충전기 1대를 추가로 사용하더라도 100kW의 속도를 낼 수는 없으며 차량 사양에 맞게 최대 80kW 급의 충전 속도로 제한될 수 있다. 다만, 1대의 충전기만 사용한 경우보다는 빠른 속도로 충전이 가능해진다.

본 발명의 실시예에서 제어부(120)는 최대 충전전력을 정격 출력전력으로 나눈 비율을 이용하여 이웃 충전기의 최대 연결 대수를 결정할 수 있다. 이때, 비율을 소숫점 올림 처리한 자연수 M이 2 이상의 값이면, 최대 M-1대의 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 전력을 공유받을 수 있다. 도 3의 경우 M=2이므로 최대 1대의 이웃 충전기와 페어링되는 것을 알 수 있다.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따르면, 현재 미점유 중인 충전기로부터 전력을 공유받아 충전기에서 제공 가능한 정격용량을 높임에 따라 전기차를 고속 충전할 수 있다.

즉, 충전소 내에서 현재 미점유 중인 충전기의 전력을 활용하여 전기차에 공급 가능한 시간당 충전전력 용량을 배수 단위로 높임에 따라, 충전기의 활용 대수만큼 그에 비례하여 전기차의 충전 속도를 증가시킬 수 있다.

도 4는 도 1을 이용한 전기차 충전 동작의 다른 실시예를 설명한 도면이다.

도 4에서 각각의 충전기(100; 100-1,100-2,100-3,100-4)는 모두 시간당 50kW의 전력이 충전 가능한 50kW급 충전기이고, 1번 충전기(100-1)에는 150kW급의 전기차(10-1)가 접속된 것을 가정한다. 아울러, 전기차 접속 전에 4번 충전기(100-4)는 이미 다른 전기차(10-2)에 의해 점유 중이고 나머지 2,3번 충전기(100-2,100-3)는 유휴 상태인 것을 가정한다.

이 경우, 1번 충전기(100-1)의 최대 충전전력(50kW)이 전기차(10-1)의 최대 충전전력 용량(150kW)보다 3배로 크며, 4번 충전기(100-4)는 현재 다른 전기차(10-2)에 의해 충전이 진행 중(점유 중)인 상태이므로, 나머지 2번과 3번 충전기(100-2,100-3) 중에서 페어링 형성이 가능하다.

또한 이 경우에, 비율 값 M=3이므로, 추가로 연결 가능한 충전기 대수는 최대 2대가 된다. 도 4에서는 2번과 3번 충전기가 유휴 상태이므로 이들 충전기 두 대를 모두 활용하여 충전을 수행하도록 한다. 여기서 물론, 예를 들어 3번 충전기도 현재 점유 중인 상황이었다면 2번 충전기만 연결하여 사용할 수 있다.

이와 같이, 도 4에서는 1번 충전기(100-1)는 2번과 3번 충전기(100-2,100-3)와 페어링을 형성하고 이러한 2번과 3번 충전기(100-2,100-3)는 제1 스위치(S1)는 그대로 오프를 유지한 상태에서 제2 스위치(S2)를 턴온 시켜 자신의 전력모듈(110)에 저장된 전력을 각각 방출하여 자신의 공유포트(P2)를 통하여 출력하여 보낸다.

1번 충전기(100-1)는 제1, 제2 스위치(S2)를 모두 온 시켜서, 자신의 전력모듈(110)에서 방출되는 전력(A)과 2번과 3번 충전기(100-2,100-3)의 공유포트(P2)로부터 들어온 공유 전력(B)을 출력포트(P1)를 통해 동시에 함께 출력함으로써, 1번 충전기만 단독으로 사용하는 경우보다 3배 속도의 충전이 가능하게 한다. 예를 들어, 충전기 1대로 약 50kW를 충전하는데 1시간이 걸린다면, 충전기 3대를 추가로 사용하게 되면, 150kW 급으로 변동 가능하므로 충전 시간을 그에 대한 1/3인 20분으로 단축할 수 있다. 즉, 도 4에서는 50kW급 충전기 3대가 연결되어 150k급 충전기 1대와 동일한 효과를 낼 수있다.

도 5는 도 1에 도시된 각 충전기가 AC 그리드로부터 전력을 공급받는 모습을 나타낸 도면이다.

도 5와 같이 각각의 충전기(EVSE1~EVSEn)는 AC 그리드로부터 받은 전력을 내장된 각 모듈로 공급할 수 있다. 충전기(EVSE)는 기기 보호를 위하여 그리드와 연결되는 전단에 MCCB(배선용 차단기)를 설치하고 있다. 아울러, 충전기(EVSE)는 전력의 상시대기전력의 사용을 막기 위하여, MC(Microcontactor)를 활용한다. 이를 통해, EVSE(100) 내의 각 모듈들에 AC 입력을 공급한다. 충전기(EVSE)는 그리드로부터 받은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 전기차로 공급할 수 있다. 물론 DC 전력을 적정의 DC 전압으로 변환한 후에 공급할 수 있다. 도 5는 단지 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명에서 제안한 EVSE 구조가 반드시 이로 인해 한정되지 않는다.

도 6은 도 3의 상황에 대한 충전기 내부 구성을 구체화한 도면이다.

도 6의 상단에는 도 3의 상황에서 충전기 1과 2의 충전기 내부 구성을 구체적으로 나타낸 것이며, 이때 설명의 편의상 3번과 4번 충전기는 생략하였다.

충전기(100) 내부의 각 모듈은 전력 모듈의 요소에 해당할 수 있고, 4상 결선 방식을 예시하고 있다. 여기서 물론, 3상, 4상 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.

또한 S로 표시한 부분은 전력 모듈과 각 포트 간을 연결 또는 차단하는 스위치 부분을 간략히 도시한 것이다. 여기서 각 선로는 이중으로 도시하고 있다. P1에 대한 두 선은 출력포트의 양과 음의 단자를 나타내고, P2에 대한 두 선은 고유포트의 양과 음의 단자를 나타낸다.

도면에서 빨간색 표시 선은 해당 포트의 선로가 활성화된 상태를 의미하고, 검은색 표시 선은 비활성화 상태를 의미한다. 따라서, 1번 충전기(100-1)의 경우 각 포트(P1,P2)가 모두 활성화 상태로, 자신의 전력 모듈에서 출력 중인 전력과 공유 포트(P2)를 통하여 2번 충전기(100-2)로부터 들어오는 전력이 모두 출력 포트(P1)로 출력될 수 있다. 2번 충전기(100-2)의 경우 자신의 전력을 공유하는 동작만 수행하므로, 공유포트(P2)만 활성화되고 출력포트(P1)는 비활성화 상태가 된다.

이러한 도 6은 충전기 내부 구조를 더욱 상세히 도시한 것이나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다.

도 7은 도 1의 시스템에서 충전기 간 통신을 통한 전력 공유 프로세스를 설명한 도면이다.

먼저, EV 차량이 충전소의 주차면에 진입하고, 사용자에 의해 1번 충전기(EVSE1)의 터치 화면 등이 조작되어 충전 방법(충전 비용, 충전량, 결제 방식 등)이 선택되고, 비용 결제 절차가 진행된다.

결제 수단을 통하여 결제가 완료되면, 1번 충전기(EVSE1)는 충전 커플러의 연결을 확인한다. 충전기는 커플러가 차량의 충전구에 접속 시에 관측되는 전기적 신호를 이용하여 정상 연결 여부를 체크할 수 있다.

이와 같이, 충전 비용 결제가 완료되고 EV 차량이 충전 커플러에 접속되면, 1번 충전기(EVSE1)는 충전 요청 이벤트를 발생시킨다(S1). 이때 1번 충전기(EVSE1)는 전기차의 접속시 배터리 충전 규격 등의 정보를 확인한다.

이때, 1번 충전기(EVSE1)는 충전 요청 이벤트 발생 시에 네트워크 상에 연결된 주변의 충전기(EVSE2 ~ EVSEn)로 현재 충전기 사용 여부를 확인하는 신호를 보내고 그에 대한 응답을 수신함으로써 미사용 충전기가 있는지 확인한다.

그 결과 현재 미사용중인 3번 충전기(EVSE3)를 선택하여, 3번 충전기로부터 전력을 공유받아 EV 차량을 충전한다. 이때, 1번 충전기는 충전 전압을 3번 충전기로 요청하여 충전 전압을 조정하고(S2), 다시 원하는 출력을 위한 전류 값을 3번 충전기로 요청하고 해당 전류와 전압을 가진 전력을 공유받아 EV 차량을 충전한다(S3). 이후 전류 값이 제로가 되면 충전을 종료한다(S4).

특히, 본 발명의 경우, 이웃 충전기에서 공유된 전력을 바탕으로 충전기 한대당 규정된 정격용량의 n배수에 해당한 전력을 전기차로 공급할 수 있어 한 대의 충전기만 활용하는 경우에 대비하여 전기차 충전 시간을 n분의 1로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 전기차 100: 충전기
110: 전력모듈 120: 제어부
S1: 제1 스위치 S2: 제2 스위치
C: 충전 커플러 L: 케이블

Claims

네트워크 연결된 복수의 충전기를 포함한 전기차 충전시스템에 있어서,
상기 충전기는,
직류 전력을 저장한 전력모듈;
상기 전력모듈에서 출력되는 전력을 전기차로 공급하는 출력포트;
적어도 하나의 이웃 충전기의 공유포트과 서로 연결되어, 상기 이웃 충전기에서 공유한 전력을 입력받거나 상기 전력모듈의 전력을 상기 이웃 충전기로 전달하는 공유포트;
상기 전력모듈과 상기 출력포트 사이 및 상기 전력모듈과 상기 공유포트 사이에 각각 설치된 제1 및 제2 스위치; 및
전기차 충전 요청에 따라 상기 전력모듈과 각 스위치의 동작을 제어하되, 상기 전기차의 최대 충전전력이 충전기의 정격 출력전력보다 크면, 현재 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 이웃 충전기가 공유한 전력과 상기 전력모듈이 출력한 전력을 상기 출력포트로 함께 전달하여 전기차를 고속 충전시키는 제어부를 포함하며,
상기 복수의 충전기는 각각 거리 상으로 인접한 충전기와 상기 공유포트 간이 케이블로 연결된 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전기차 접속시 인식된 상기 최대 충전전력이 상기 충전기의 정격 출력전력 이하이면, 상기 제1 스위치만 턴온시켜서 상기 전력모듈의 출력 전력만을 이용하여 상기 전기차를 충전시키는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전기차 접속시 인식된 상기 최대 충전전력이 상기 충전기의 정격 출력전력보다 크면, 네트워크 상의 전체 이웃 충전기의 충전기 점유 상황을 체크하여 현재 미점유중인 유휴 상태의 적어도 하나의 이웃 충전기와 페어링을 형성하고,
상기 페어링된 적어도 하나의 이웃 충전기로부터 공유받은 전력과 상기 전력모듈의 출력 전력을 이용하여 상기 전기차를 충전시키는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부는,
상기 최대 충전전력이 상기 정격 출력전력보다 크고 상기 전체 이웃 충전기가 점유중이면, 상기 제1 스위치만 턴온시켜서 상기 전력모듈의 출력 전력만을 이용하여 상기 전기차를 충전시키는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 최대 충전전력을 상기 정격 출력전력으로 나눈 비율을 이용하여 상기 이웃 충전기의 최대 연결 대수를 결정하는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 비율을 소숫점 올림 처리한 자연수 M이 2 이상의 값이면, 최대 N-1대의 유휴 상태의 이웃 충전기와 페어링된 상태에서 전력을 공유받는 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 충전기의 정격 출력전력은 상기 충전기에서 시간당 방출 가능한 최대전력용량이고,
상기 전기차의 최대 충전전력은 상기 전기차의 배터리에서 시간당 흡수 가능한 최대 충전전력 용량인 분산전력 공유형 전기차 충전시스템.