KR102553058B1 - 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템 - Google Patents

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신규식
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유한회사 아라콤
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Abstract

본 발명은 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 전기자동차에 전원을 공급하기 위한 충전 케이블의 과열 상태를 실시간으로 감지하여 과열 발생 시 알람을 발생시킴으로써 관리자나 차주가 실시간으로 인지하여 이에 신속하게 대처할 수 있다.

Description

전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템{electric vehicle charging cable overheating detection and alarm system}
본 발명은 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템에 관한 것이다.
최근 환경문제가 이슈화되면서 에너지 절약과 환경오염 최소화의 대상으로 친환경 자동차가 크게 부각되고 있다. 특히, 기존의 내연기관으로 구성된 자동차를 대체하기 위한 것으로서 수소연료전지차, 바이오디젤차, 전기차 등이 주목을 받고 있다. 이 중 전기차는 전기를 이용하여 움직이는 자동차로 전기에너지를 배터리에 저장해 원료로 사용하는 자동차를 말한다.
현대 사회에서 급속하게 성장하는 전기차 시장에 발맞춰 전기차 충전기의 개발도 활발하게 진행되고 있지만, 아직 해결해야 할 과제들이 많이 있다.
전기차의 보급과 함께 전기차 충전기의 설치가 확대되고 있다. 그리고 단시간 내의 충전이 가능하도록 급속 충전이 가능한 급속 충전기가 보급되고 있다. 완속 충전과 달리 급속 충전을 위한 급속 충전기의 출력 전압은 직류 50V 내지 450V 범위이고, 출력 전류는 110A, 최근 초고속 충전의 출력 전류는 400A에 달하며, 상기 급속 충전기를 통해 전기차를 충전하는데 소요되는 시간은 수십분 정도에 불과하다. 전기차의 배터리 용량에 따라 급속 충전기의 출력 전류도 증가될 것으로 예상된다.
이러한 급속 충전기는 본체에 전기차 충전용 케이블이 연결되고, 충전용 케이블 단부에 충전기 커넥터가 장착되며, 충전기의 커넥터를 전기차에 구비된 전기차 커넥터에 장착하여 전기차 충전기로부터 전기차로 전기를 공급하게 된다.
이와 같은 급속 충전기는 출력 전류가 수백 암페어에 이르므로 이를 전기차로 전달하는 전기차 충전용 케이블 또는 전기차 커넥터의 발열이 문제될 수 있다. 전기차 충전용 케이블 및 커넥터에서 발생되는 열을 최소화하기 위해서는 전기차 케이블의 도체의 직경을 증가시키는 등의 방법이 있으나, 발열을 충분히 감소시키기 어렵고, 전기차 충전용 케이블의 무게를 증가시키는 문제가 있다.
전기차 충전용 케이블에 발생되는 열은 화재의 위험을 증가시킬 수 있다. 또한, 전기차 충전을 위하여 충전기 커넥터를 전기차 커넥터에 장착하거나 전기차 커넥터로부터 충전기 커넥터를 분리하여 충전기에 거치하는 과정에서 충전용 케이블은 사용자의 신체 접촉될 수 있고, 충전용 케이블의 발열이 심한 경우 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전기자동차에 전원을 공급하기 위한 충전 케이블의 과열 상태를 실시간으로 감지하여 과열 발생 시 알람을 발생시켜 관리자나 차주가 실시간으로 인지하여 이에 대처할 수 있도록 한 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템의 일측면에 따르면, 전기자동차; 상기 전기자동차로 전원을 공급하는 충전 케이블에 설치되어 상기 충전 케이블의 온도를 감지하는 온도 감지기; 상기 온도 감지기에서 상기 충전 케이블의 온도가 기준 온도 이상으로 감지되어 과열 상태로 인식되는 경우 상기 충전 케이블로 공급되는 전원을 차단하는 배터리 충전 제어부; 상기 배터리 충전 제어부에서 상기 충전 케이블로의 전원공급 차단시 이를 감지하여 상기 충전 케이블의 과열 경보 신호를 관리자 단말이나 차주의 스마트폰으로 전송하는 모니터링부를 포함할 수 있다.
상기 온도 감지기는 상기 배터리 충전 제어부의 직류전압(VDC) 라인과 접지(GND) 라인 간에 직렬로 연결된 저항(R6과 R7) 라인에 연결되어 상기 충전 케이블의 온도를 감지하여 온도가 낮으면 저항값이 ∞이고 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하면 저항값이 100Ω으로 변화하는 열가변 저항(R5); 및 상기 열가변 저항(R5)에 연결되어 외압에 의해 눌려지는 경우 상기 충전 케이블로 공급되는 전원을 차단하는 바이메탈 스위치를 포함할 수 있다.
상기 배터리 충전 제어부는 상기 충전 케이블의 온도가 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하여 저항값이 100Ω으로 변화하면 입력전압(Vin)이 작아지는 것을 감지하여 상기 충전 케이블로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
상기 입력전압(Vin)은 상기 충전 케이블의 온도가 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하여 저항값이 100Ω으로 변화하면
Figure 112022110583804-pat00001
에서 온도 상승에 의해
Figure 112022110583804-pat00002
로서 전압이 작아질 수 있다.
상기 관리자 단말이나 차주의 스마트폰에는 전기자동차 충전 모니터링 앱이 설치되어 상기 전기자동차 충전 모니터링 앱을 통해서 상기 충전 케이블의 과열 경보 신호를 수신하여 이상 상태를 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의하면, 전기자동차에 전원을 공급하기 위한 충전 케이블의 과열 상태를 실시간으로 감지하여 과열 발생 시 알람을 발생시킴으로써 관리자나 차주가 실시간으로 인지하여 이에 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 전기자동차의 충전 케이블의 과열 상태를 사람이 먼저 인지한 경우 바이메탈 스위치을 작동시켜 전원 공급을 차단함으로써 과열로 인한 사고를 사전에 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1에서 전기차 충전을 위한 충전 제어부(인버터부)의 바이메탈 스위치를 이용한 충전 케이블 과열 감지 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 모니터링부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1에서 전기차 충전을 위한 충전 제어부(인버터부)의 바이메탈 스위치를 이용한 충전 케이블 과열 감지 회로 구성을 나타내는 도면이며, 도 4는 도 1의 모니터링부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템은 배터리 충전 제어부(인버터부)(100)와, 충전 케이블(200)과, 커넥터(300)와, 온도 감지기(400)와, 전기자동차(500)와, 모니터링부(600) 및 차주의 스마트폰(700)을 포함할 수 있다.
배터리 충전 제어부(인버터부)(100)는 온도 감지기(400)에서 충전 케이블(200)의 온도가 기준 온도 이상으로 감지되어 과열 상태로 인식되는 경우 충전 케이블(200)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
온도 감지기(400)는 전기자동차(500)로 전원을 공급하는 충전 케이블(200)에 설치되어 충전 케이블(200)의 온도를 감지할 수 있다.
온도 감지기(400)는 배터리 충전 제어부(100)의 직류전압(VDC) 라인과 접지(GND) 라인 간에 직렬로 연결된 저항(R6과 R7) 라인에 연결되어 충전 케이블(200)의 온도를 감지하여 온도가 낮으면 저항값이 ∞이고, 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하면 저항값이 100Ω으로 변화하는 열가변 저항(R5) 및 상기 열가변 저항(R5)에 연결되어 외압에 의해 눌려지는 경우 충전 케이블(200)로 공급되는 전원을 차단하는 바이메탈 스위치(S3)를 포함할 수 있다.
모니터링부(600)는 배터리 충전 제어부(100)에서 충전 케이블(200)로의 전원공급 차단시 이를 감지하여 충전 케이블(200)의 과열 경보 신호를 관리자 단말이나 차주의 스마트폰(700)으로 전송할 수 있다.
관리자 단말이나 차주의 스마트폰(700)에는 전기자동차 충전 모니터링 앱이 설치되어 상기 전기자동차 충전 모니터링 앱을 통해서 상기 충전 케이블의 과열 경보 신호를 수신하여 이상 상태를 실시간으로 확인할 수 있다.
즉, 모니터링부(600)는 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 충전 제어부(100)에서 충전 케이블(200)로의 전원공급 차단시 이를 감지하는 충전 케이블 전원공급 차단 감지부(610)와, 과열 원인 코드 생성부(620)와, 과열 경보 신호 발생부(630) 및 과열 경보 신호 전송부(640)를 포함하여 구성될 수 있다.
충전 케이블 전원공급 차단 감지부(610)는 배터리 충전 제어부(100)에서 충전 케이블(200)의 온도가 기준 온도 이상으로 감지되어 과열 상태로 인식되어 충전 케이블(200)로 공급되는 전원을 차단하는 경우 이를 감지할 수 있다.
과열 원인 코드 생성부(620)는 충전 케이블 전원공급 차단 감지부(610)에서 충전 케이블(200)로의 전원 공급 차단을 감지한 경우 과열 원인 코드를 생성할 수 있다. 여기서, 과열 원인 코드는 충전 케이블(200)의 과열 원인을 나타내는 코드로서, 예를 들어, 충전 케이블(200)이 연결된 전원의 온도가 너무 높을 경우 충전 전류가 감소하고 온도가 위험 수준을 초과할 경우 충전히 완전히 중지될 수 있다. 이외에도 충전 케이블(200)의 다른 과열 원인 등이 존재할 수 있음은 물론이다.
과열 경보 신호 발생부(630)는 과열 원인 코드 생성부(620)에서 생성된 충전 케이블(200)의 과열 원인 코드에 따라 서로 다른 패턴을 갖는 과열 경보 신호를 발생시킬 수 있다.
과열 경보 신호 전송부(640)는 과열 경보 신호 발생부(630)에서 발생된 과열 원인 코드별 과열 경보 신호를 관리자 단말이나 차주의 스마트폰(700)으로 전송할 수 있다.
이에 따라, 관리자 단말이나 차주의 스마트폰(700)에는 전기자동차 충전 모니터링 앱이 설치되어 상기 전기자동차 충전 모니터링 앱을 통해서 상기 충전 케이블의 과열 원인 코드별 과열 경보 신호를 수신하여 충전 케이블 과열의 원인과 상태를 실시간으로 확인하여 신속하게 대응할 수 있다.
본 발명의 전기자동차(500)와 배터리 충전 제어부(인버터부)(100)는 바이메탈식 온도 감지기(400)가 설치된 커넥터(300)에 의해 연결되는 충전 케이블(200)로 상호간에 연결되어 전기자동차(500)의 충전이 이루어질 수 있다.
배터리 충전 제어부(인버터부)(100)는 충전 케이블(200)의 과열 경보 신호를 발생시키는 모니터링부(600)와 연결될 수 있다.
모니터링부(600)는 충전 케이블(200)의 과열 경보 신호를 차주의 스마트폰(700)으로 송신할 수 있다.
배터리 충전 제어부(인버터부)(100)에서 충전 케이블(200)의 과열이 감지되면 충전 케이블(200)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
특히, 도 2에서와 같이 평상시, R5는 써미스터(thermister)로서 온도가 낮으면 저항값은 ∞이고, 과열에 의해 온도가 상승하면(예를 들어, 80℃) R5는 저항값이 100Ω으로 변화한다.
즉, 배터리 충전 제어부(인버터부)(100)는 평상시 입력전압
Figure 112022110583804-pat00003
이나, 온도 상승에 의해
Figure 112022110583804-pat00004
로서 전압이 작아지는 것을 감지할 수 있다.
이에 따라, 배터리 충전 제어부(인버터부)(100)는 배터리 충전부의 온도 과열을 감지하여 충전 케이블(200)에 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
또한, 모니터링부(600)는 배터리 충전 제어부(인버터부)(100)에서 배터리 충전부의 온도 과열로 인한 전원 공급이 차단되면 이를 감지하여 관리자 단말이나 차주의 스마트폰(700)으로 충전 케이블(200)의 과열 경보 신호를 전송할 수 있다.
즉, 관리자나 차주의 스마트폰(700)에는 전기자동차 충전 모니터링 앱이 설치될 수 있으며, 이러한 전기자동차 충전 모니터링 앱을 통해서 충전 케이블(200)의 과열 경보 신호를 수신하여 이상 상태를 인식할 수 있다.
배터리 충전 제어부(인버터부)(100)는 충전 케이블(200)의 과열이 감지되면 충전 케이블(200)로 공급되는 전원을 차단할 수 있으나, 만약 사람이 먼저 충전 케이블(200)의 과열을 인식한 경우에는 기계적인 힘에 의해 충전 케이블(200)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
즉, 도 3에서와 같이 충전 케이블(200)의 접속 방식(connection mode)은 1 L + 2 N + 3 PE + 4 CP + 5 PP로 구성될 수 있다. 여기서, L(Line 1), N(Neutral), PE(Earth/Ground), CP(Control Pilot), PP(Proximity Pilot)를 의미한다. 특히, CP(Control Pilot)는 전기차와 전기 충전기(EVSE) 사이에 상호 모니터링을 하는 통신 기능을 수행하고, 전기 충전기(EVSE)에서 1khz/+/-12v 사각형파를 생성하여 충전 시작과 종료를 제어할 수 있다. PP(Proximity Pilot)는 충전기 플러그와 차량 충전구의 기계적 결함을 확인하기 위한 핀으로서 충전중에는 150Ω 충전중이 아닐때는 330Ω의 저항값으로 측정될 수 있다. 하기의 표 1은 충전 케이블의 상세 구성을 나타낸다.
Figure 112022110583804-pat00005
또한, S3 스위치는 온(on) 상태를 유지하다가 버튼이 눌려지면 오프(off) 상태로 변경될 수 있다. 그리고, 정저항(static resistance)은 150Ω이고 버튼이 눌려지면 480Ω으로 증가할 수 있다.
이러한 바이메탈식 스위치는 기계식으로 과열을 발견하고 강한 힘으로 누르는 경우 충전 케이블(200)로 공급되는 전원이 차단될 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 배터리 충전 제어부(인버터부)
200 : 충전 케이블
300 : 커넥터
400 : 바이메탈식 온도감지기
500 : 전기자동차
600 : 모니터링부
610 : 충전 케이블 전원공급 차단 감지부
620 : 과열 원인 코드 생성부
630 : 과열 경보 신호 발생부
640 : 과열 경보 신호 전송부
700 : 차주 스마트폰

Claims (5)

  1. 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템으로서,
    전기자동차;
    상기 전기자동차로 전원을 공급하는 충전 케이블에 설치되어 상기 충전 케이블의 온도를 감지하는 온도 감지기;
    상기 온도 감지기에서 상기 충전 케이블의 온도가 기준 온도 이상으로 감지되어 과열 상태로 인식되는 경우 상기 충전 케이블로 공급되는 전원을 차단하는 배터리 충전 제어부;
    상기 배터리 충전 제어부에서 상기 충전 케이블로의 전원공급 차단시 이를 감지하여 상기 충전 케이블의 과열 경보 신호를 관리자 단말이나 차주의 스마트폰으로 전송하는 모니터링부를 포함하고,
    상기 온도 감지기는,
    상기 배터리 충전 제어부의 직류전압(VDC) 라인과 접지(GND) 라인 간에 직렬로 연결된 저항(R6과 R7) 라인에 연결되어 상기 충전 케이블의 온도를 감지하여 온도가 낮으면 저항값이 ∞이고 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하면 저항값이 100Ω으로 변화하는 열가변 저항(R5); 및
    상기 열가변 저항(R5)에 연결되어 외압에 의해 눌려지는 경우 상기 충전 케이블로 공급되는 전원을 차단하는 바이메탈 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 충전 제어부는,
    상기 충전 케이블의 온도가 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하여 저항값이 100Ω으로 변화하면 입력전압(Vin)이 작아지는 것을 감지하여 상기 충전 케이블로 공급되는 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 입력전압(Vin)은 상기 충전 케이블의 온도가 과열에 의해 온도가 80℃ 이상으로 상승하여 저항값이 100Ω으로 변화하면
    Figure 112022110583804-pat00006
    에서 온도 상승에 의해
    Figure 112022110583804-pat00007
    로서 전압이 작아지는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 관리자 단말이나 차주의 스마트폰에는 전기자동차 충전 모니터링 앱이 설치되어 상기 전기자동차 충전 모니터링 앱을 통해서 상기 충전 케이블의 과열 경보 신호를 수신하여 이상 상태를 실시간으로 확인 가능한 것을 특징으로 하는 전기차 충전 케이블 과열 감지 및 알람 시스템.
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