KR102632144B1 - 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템 - Google Patents

계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템 Download PDF

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성창범
박종훈
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정만석
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Abstract

본 발명은 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 계통 전력과 태양광 발전부, 배터리 관리부가 전원관리부의 제어를 통해 전기자동차의 배터리를 급속 충전함으로서, 계통 전력의 전력부담을 완화하고 신재생 발전으로 생산된 전력으로 충전 및 판매할 수 있도록 발명한 것이다.
본 발명은, AC 계통 전력(1)과 충전부스(51)를 연결하는 메인선(10)과;
상기 메인선(10)에 구비되어 계통 전력(1)의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 전력변환부(12)와;
태양광 발전부(20)에서 생산된 DC 전원의 전압을 변환하여, 상기 메인선(10)의 DC 전력에 연계하여 출력하는 승압용 DC-DC 컨버터(21)와;
상기 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 연결된 메인선(10)에 DC 전력을 입력 또는 출력하는 복수개의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)가 연결되어, 배터리모듈(32) 충전과 메인선(10)의 DC 전력에 연계하여 출력되며, 상기 배터리모듈(32)의 충전,출력을 제어하는 배터리 관리부(30)와;
상기 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 충전부스(51)의 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)의 컨버터 충전전력을 제어하고, 상기 메인선(10)과 다이오드(41)를 통해 연결되어 전기 자동차의 연결상태 및 이차전지의 충전 상태에 따라 전력변환부(12), 승압용 DC-DC 컨버터(21), 배터리 관리부(30)와 메인선(10)의 연결을 제어하는 전원관리부(40)와;
상기 메인선(10)과 연결되어 전원관리부(40)의 제어를 통해 전력변환부(12), 승압용 DC-DC 컨버터(21), 배터리 관리부(30)에서 출력되는 DC 전압이 복수개의 충전부스(51)에 각각 구비된 제2절연형 DC-DC 컨버터(52) 및 충전플러그(53)를 통해 출력되어 전기 자동차의 이차전지를 충전하는 이차전지 충전부(50)를 포함하여 구성된다.

Description

계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템 {Electric vehicle charging system through linkage of grid power, solar power generation department and battery management department}
본 발명은 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 계통 전력과 태양광 발전부, 배터리 관리부가 전원관리부의 제어를 통해 전기자동차의 배터리를 급속 충전함으로서, 계통 전력의 전력부담을 완화하고 신재생 발전으로 생산된 전력으로 충전 및 판매할 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로 신재생 에너지는 신에너지와 재생에너지를 합쳐 부르는 명칭이며, 신에너지에는 연료전지, 수소에너지 등이 있고, 재생에너지는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력 등이 있다.
에너지 저장시스템(Energy Storage System, 이하 "ESS"라고 합니다)은 태양광으로 대표되는 신재생 에너지 발전시스템과 전력 저장시스템을 연계한 것으로, 충전 및 방전이 가능한 배터리에 신재생 에너지 또는 전력 계통의 잉여 전력을 저장하고 필요 시 부하에 전력을 공급하는 시스템이다.
또, 자동차 산업에서는 신재생 에너지 개발사업의 일환으로 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)의 개발에 매진하고 있다. 전기 자동차는 이차전지에 의한 전원으로 전기모터를 구동하여 동력을 얻게 되는 구조를 갖고 있다.
그러나, 상기 전기 자동차의 높은 보급은 부하 및 전력 품질의 측면에서 전력 시스템에 많은 부담으로 작용하고 있으며, 전기자동차의 대용량 이차전지를 충전하기 위한 전력을 계통 전력에서 공급받기 때문에 에너지 소비가 심하며, 전기 자동차의 충전 대기시간 증가 및 급속 충전이 어려워 충전소 부지의 이용률이 저조한 문제점이 있었다.
이에 따라, 일정 용량 이상의 건축물에 ESS 설치를 의무화 하는 등 에너지 관리 정책이 친환경 효율화 방향으로 전환하고 있었지만, 심야 시간에만 계통 전력으로 배터리를 충전하고 전기 자동차의 이차전지를 충전하도록 구성하여 배터리의 용량 확장이 어렵고 이에 전기 자동차의 충전수가 작아 계통 전력을 사용함으로서, 계통 전력의 품질 저하와 부하를 증가시키는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0138611호. 에너지 저장 시스템 (공개일자 2013년 12월 19일)
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 신재생 에너지 및 계통 전력으로 전기 자동차의 이차전지를 충전하는데 있어서, 이차전지의 충전을 위한 전력 공급이 필요할 때 신재생 에너지, 계통 전력, 배터리 중 어느 하나 또는 연계하여 전기 자동차의 이차 전지에 전력을 공급함으로서, 계통 전력의 부하를 해소하고 급속 충전이 가능하여 충전 대기시간을 단축시키는 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 DC 링크 방식으로 계통 연계하여 전기 자동차의 급속 충전이 많이 연결되더라도 신재생 에너지 및 배터리와 연계해 계통 전력의 부하를 줄여 안정적인 전력을 제공할 수 있는 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은,
AC 계통 전력(1)과 충전부스(51)를 연결하는 메인선(10)과;
상기 메인선(10)에 구비되어 계통 전력(1)의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 전력변환부(12)와;
태양광 발전부(20)에서 생산된 DC 전원의 전압을 변환하여, 상기 메인선(10)의 DC 전력에 연계하여 출력하는 승압용 DC-DC 컨버터(21)와;
상기 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 연결된 메인선(10)에 DC 전력을 입력 또는 출력하는 복수개의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)가 연결되어, 배터리모듈(32) 충전과 메인선(10)의 DC 전력에 연계하여 출력되며, 상기 배터리모듈(32)의 충전,출력을 제어하는 배터리 관리부(30)와;
상기 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 충전부스(51)의 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)의 컨버터 충전전력을 제어하고, 상기 메인선(10)과 다이오드(41)를 통해 연결되어 전기 자동차의 연결상태 및 이차전지의 충전 상태에 따라 전력변환부(12), 승압용 DC-DC 컨버터(21), 배터리 관리부(30)와 메인선(10)의 연결을 제어하는 전원관리부(40)와;
상기 메인선(10)과 연결되어 전원관리부(40)의 제어를 통해 전력변환부(12), 승압용 DC-DC 컨버터(21), 배터리 관리부(30)에서 출력되는 DC 전압이 복수개의 충전부스(51)에 각각 구비된 제2절연형 DC-DC 컨버터(52) 및 충전플러그(53)를 통해 출력되어 전기 자동차의 이차전지를 충전하는 이차전지 충전부(50)를 포함하여 구성된다.
또, 상기 전원관리부(40)는, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)에서 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 큰 경우에 전력변환부(12) 및 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 메인선(10)의 연결이 OFF 되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 전원관리부(40)는, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)에서 메인선(10)으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 큰 경우에 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결이 OFF 되도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 전원관리부(40)는, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)에서 메인선(10)으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 작은 경우에 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결이 ON 되면서, 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)와 연계해 이차전지 충전부(50)에 출력되게 구성할 수 있다.
또, 상기 전원관리부(40)는, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)의 작동이 정지되는 경우에, 다이오드(41)를 OFF하면서 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결이 ON 되며 이차전지 충전부(50)에 출력되게 구성할 수 있다.
또한, 상기 이차전지 충전부(50)에는, 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)를 통해 출력되는 공급전력과 이차전지의 충전전력을 비교하는 비교신호에 따라 50kw 내지 100kw의 충전부스(51)가 복수개 구비되어, 100 내지 200A의 일정전류로 이차전지를 급속 충전하다가 배터리 충전상태가 85 내지 90% 되는 순간 300V 내지 500V의 직류 출력전압으로 이차전지를 초 급속 충전하도록 구성될 수 있다.
또, 상기 전원관리부(40)는, 전기 자동차의 출입을 감지 및 저장하는 출입감시부(43)와, 전기회로의 단락이나 이상 상태 시 해당 회로를 차단하는 보호계전기(44)와, 전력변환부(12) 및 배터리 관리부(30) 및 전력케이블의 절연여부를 진단 및 감시하는 절연감시부(47)와, 전원관리부의 내부 온도와 습도 및 냉난방온도를 감지하는 내부환경감지부(45), 전원관리부의 외부 온도와 습도 일사량을 감지하는 외부환경감지부(46)에서 실시간 제공되는 데이터를 통합관리부(60)에 유선 및 무선으로 송,수신하여 모니터링 하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 통합관리부(60)는, 전원관리부(40)에서 제공되는 데이터를 취합하여, 온도, 습도, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 화재여부 등을 메모리 등록된 데이터 값과 비교하여, 허용 값 이상일 경우 항목명, 발생지점, 발생시각을 관리자에게 전송하는 경고 이벤트가 발생되도록 구성할 수 있다.
그리고, 상기 이차전지 충전부(50)의 충전플러그(53)에는, 인증매체기가 구비되어, 전기 자동차의 콘센트에 충전플러그가 접속하면 결제인증메세지가 출력되어, 운전자가 카드 및 스마트폰의 인증수단을 인증매체기에 접근하여 결제정보를 판독하고, 상기 결제정보를 통합관리부에 송신하여 지역별 메인시스템의 지역 인프라 등록회원 유무를 조회하여 해당 지역의 등록회원이면 지역 전용 카드의 결제가 인가되며, 비회원이면 음성 안내메세지 및 범용 카드 결제안내가 제공되도록 구성할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 신재생 발전 및 계통 전력으로 전기 자동차의 이차전지를 충전하는데 있어서, 이차전지의 충전을 위한 전력 공급이 필요할 때 신재생 발전, 계통 전력, 배터리 중 어느 하나 또는 연계하여 전기 자동차의 이차 전지에 전력을 공급함으로서, 계통 전력의 부하를 해소하고 급속 충전이 가능하여 충전 대기시간을 단축시키는 효과가 있다.
또, DC 링크 방식으로 계통 연계하여 전기 자동차의 급속 충전이 많이 연결되더라도 신재생 발전 및 배터리와 연계해 계통 전력의 부하를 최소한으로 줄여 안정적인 전력을 제공할 수 있도록 함으로서, 계통 전력의 안전성을 증대시키는 효과가 있다.
그리고, 신재생 발전을 통해 배터리모듈을 충전하여, 전기자동차의 이차전지를 충전하고, 지역별 메인시스템과 연계해 지역 전용 카드의 활용성을 향상시킬 수 있는 효과 등도 있다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시 예에 따라서 우수한 범용성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
도 1은 본 발명인 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템의 태양광 발전부를 활용한 충전 상태도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템의 태양광 발전부 및 배터리 관리부를 활용한 충전 상태도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템의 계통전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부를 활용한 충전 상태도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템의 계통 전력을 활용한 충전 상태도.
도 6은 본 발명의 구성인 배터리 관리부의 모듈 구성도.
도 7은 본 발명의 구성인 이차전지 충전부의 모듈 구성도.
본 발명인 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템은, 계통 전력과 태양광 발전부, 배터리 관리부가 전원관리부의 제어를 통해 전기자동차의 배터리를 급속 충전함으로서, 계통 전력의 전력부담을 완화하고 신재생 발전으로 생산된 전력으로 충전 및 판매할 수 있도록 발명한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 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 지정하련느 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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
먼저, 도 1은 본 별명인 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템의 구성도이다.
본 발명에 의한 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템은 다수의 전기 자동차를 충전하기 위해 여러 대의 급속 충전부스(51)를 설치하는 경우 안정적인 전력 수급을 위해 계통 전력(1)과 태양광 발전부(20) 및 배터리 관리부(30)를 연계해서 시스템을 구축한다.
여기에서, 상기 배터리 관리부(30)는, 전기 자동차의 충전 차량이 없거나 태양광 발전부(20)의 출력이 전기 자동차의 충전 전력보다 높은 경우에는 배터리모듈(32)을 충전하도록 하며, 여러대의 전기 자동차를 충전하는 과정에서 태양광 발전부(20)의 출력이 부족할 때 배터리모듈(32)에 충전된 전력을 방전하여 전기 자동차의 이차전지를 충전할 수 있도록 한다.
또, 상기 여러대의 전기 자동차를 충전하는 과정에서 태양광 발전부(20)와 배터리모듈(32)의 출력이 부족한 경우에는 계통 전력(1)이 연계되거나 또는 단독으로 전기 자동차의 이차전지를 충전할 수 있도록 함으로서 계통전력의 부하를 최소화하고 효율적인 운용이 가능하다.
이를 위해, AC 계통 전력(1)은, 충전부스(51)와 메인선(10)으로 연결되고, 상기 메인선(10)에 AC 변압기 및 AC전력을 DC전력으로 변환하는 전력변환부(PCS; Power Conditioning System)(12)가 구비된다.
태양광 발전부(20)에는, 솔라셀을 통해 생산된 DC 전원의 전압을 승압용 DC-DC 컨버터(21)에서 변환하여, 상기 메인선(10)의 DC 전력에 연계하여 출력되도록 구성한다.
여기에서, 상기 승압용 DC-DC 컨버터(21)는 일사량과 온도에 따라 최적 출력을 할 수 있도록 MPPT(Maximum Power Point Tracking)제어 기능과 DC 전원의 전압을 승압해서 메인선(10)에 연계하여 출력하는 기능을 갖춘 장치이며, 후술되는 전원관리부(40)가 제어하여 동작을 단속할 수 있다.
배터리 관리부(BBMS; Bank Battery Management System)(30)는, 상기 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 연결된 메인선(10)에 DC 전력을 입력 또는 출력하는 복수개의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 배터리모듈(32)이 연결되어, 배터리모듈(32) 충전과 메인선(10)의 DC 전력에 연계하여 출력되게 구성하여, 상기 태양광 발전부(20)와 배터리 관리부(30)를 포함하는 ESS를 구성하여, 전기 자동차의 충전 수요가 증가하면 상기 ESS 설비를 추가하여 확장이 용이하고, ESS의 저장 전력량과 태양광 발전부의 발전량에 따라 최대 충전 수요가 가변되어 충전소 공간의 활용 및 맞춤형 배치가 가능하다.
여기에서, 상기 배터리모듈(32)은 리튬전지로 이루어져 일반적인 납축전지 보다 유해물질이 없고 친환경적이며 급속충전이 가능한 고효율 특정을 갖고, 발화성 및 폭발성과 같은 위험성을 해소하기 위해 관리하는 것이 바람직하며, 상기 리튬전지로 한정하지 않고 니켈-수소 전지(NiMH) 등이 적용될 수도 있다.
전원관리부(PMS; Power Management System)(40)는, 상기 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 충전부스(51)의 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)의 컨버터 충전전력을 제어하고, 상기 메인선(10)과 다이오드(41)를 통해 연결되어 전기 자동차의 연결상태 및 이차전지의 충전 상태에 따라 전력변환부(12), 승압용 DC-DC 컨버터(21), 배터리 관리부(30)와 메인선(10)의 연결을 제어한다.
이차전지 충전부(50)는, 상기 메인선(10)과 연결되어 전원관리부(40)의 제어를 통해 전력변환부(12), 승압용 DC-DC 컨버터(21), 배터리 관리부(30)에서 출력되는 DC 전압이 복수개의 충전부스(51)에 각각 구비된 제2절연형 DC-DC 컨버터(52) 및 충전플러그(53)를 통해 출력되어 전기 자동차의 이차전지를 충전하도록 구성된다.
여기에서, 상기 이차전지는 리튬전지로 이루어져 유해물질이 없고 친환경적이며 급속충전이 가능한 고효율 특정을 갖고, 발화성 및 폭발성과 같은 위험성을 해소하기 위해 관리하는 것이 바람직하며, 상기 리튬전지로 한정하지 않고 니켈-수소 전지(NiMH) 등이 적용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전부를 활용한 충전 상태도이다.
즉, 전원관리부(40)에서 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)에서 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 큰 경우에 전력변환부(12) 및 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 메인선(10)의 연결이 OFF 되게 구성한다.
일 예로, 승압용 DC-DC 컨버터(21)는 상기 태양광 발전부(20)에서 입력측 DC전압을 350 내지 800V로 입력되어 200kw의 DC전력으로 승압시키고, 승압된 DC전력을 메인선(10)을 경유하여 DC전압 300 내지 500V로 이차전지 충전부(50)에 구비된 복수개의 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)에서 100kw를 갖는 3개의 충전부스(51)를 확보해, 각각의 충전부스(51)에서 전기자동차를 충전하도록 하며, 상기 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)에서 50kw로 2개의 충전플러그(53)에 출력하게 구성하는 것도 본 발명에 포함된다.
또, 상기 이차전지 충전부(50)에는, 제2절연형 DC-DC 컨버터(52)를 통해 출력되는 공급전력과 충전플러그(53)에 접속된 이차전지의 충전전력을 비교하는 비교신호에 따라 50kw 내지 100kw의 충전부스(51)가에서 100 내지 200A의 일정전류로 이차전지를 급속 충전하다가 배터리 충전상태가 85 내지 90% 되는 순간 300V 내지 500V의 직류 출력전압으로 이차전지를 초 급속 충전하도록 구성하는 것도 본 발명에 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전부 및 배터리 관리부를 활용한 충전 상태도이다.
제 2실시예의 전원관리부(40)는, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)에서 메인선(10)으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 큰 경우에 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결이 OFF 되도록 구성할 수 있다.
즉, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)의 DC전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 작은 경우 전원관리부(40)는, 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)와 메인선(10)의 연결을 ON하게 되며, 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결은 OFF 상태가 유지되게 하여, 승압용 DC-DC 컨버터(21)의 DC전력량과 배터리 관리부(30)에서 제공하는 DC전력량을 연계해 이차전지 충전부(50)에서 전기 자동차를 충전한다.
이때, 상기 배터리 관리부(30)는 복수개의 183kwh의 용량을 갖는 배터리모듈(32)과 612 내지 836V DC전압과 700 내지 730V DC전압에 연결되는 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)를 포함해 구성되어, 다이오드(41)의 인가로 DC전력이 메인선(10)을 경유하여 DC전압 300 내지 500V로 이차전지 충전부(50)에 제공되는데, 상기 이차전지 충전부의 구성은 전술된 제 1실시예의 구성과 동일하다.
여기에서, 상기 배터리 관리부(30)의 배터리모듈(32)은, 183kwh의 용량을 갖는 하나 또는 두 개를 병합해 915kwh의 구성을 갖도록 하는데, 충전 수요 및 태양광 발전량의 증가에 따라 가변될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부를 활용한 충전 상태도이다.
제 3실시예의 전원관리부(40)는, 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)에서 메인선(10)으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부(50)에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 작은 경우에 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결이 ON 되면서, 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)와 연계해 이차전지 충전부(50)에 출력되게 구성한다.
일 예로, AC 계통 전력(1)은 380 내지 460V의 전압으로 변압기에서 350kVA 피상전력을 갖게 하여, 전력변환부에서 250kw의 DC전력으로 변환해 메인선(10)을 경유해 이차전지 충전부(50)에 제공되는데, 상기 이차전지 충전부와 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부의 구성은 전술된 제 2실시예의 구성과 동일하다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 계통 전력을 활용한 충전 상태도이다.
제4 실시예는 태양광 발전부(20) 및 승압용 DC-DC 컨버터(21)와 배터리 관리부(30)의 제1절연형 DC-DC 컨버터(31)의 작동이 정지되는 경우 또는 야간 상황에서 배터리모듈(32)의 저장 전력이 소진된 경우이며, 이때의 전원관리부(40)는, 다이오드(41)를 OFF하면서 AC 계통 전력(1)의 전력변환부(12)와 메인선(10)의 연결을 ON 하며 이차전지 충전부(50)에 출력되게 구성하여, 계통 전력으로만 전기 자동차를 충전할 수 있게 한다.
도 6은 본 발명의 배터리 관리부의 모듈 구성을 도시한 것으로, 상기 전원관리부(40)는, 충전부스(51)에 전기 자동차의 출입을 감지 및 저장하는 출입감시부(43)와, 전기회로의 단락이나 이상 상태 시 해당 회로를 차단하는 보호계전기(44)와, 전력변환부(12) 및 배터리 관리부(30)와 전력케이블의 절연여부를 진단 및 감시하는 절연감시부(47)와, 전원관리부(40)의 내부 온도와 습도 및 냉난방온도를 감지하는 내부환경감지부(45), 전원관리부의 외부 온도와 습도 일사량을 감지하는 외부환경감지부(46)에서 실시간 제공되는 데이터를 유선 및 무선으로 통합관리부(60)에 송,수신하여, 상기 통합관리부(60)에서 충전소의 정상 또는 이상 상태를 모니터링 하게 구성된다.
그리고, 상기 통합관리부(60)는, 전원관리부(40)에서 제공되는 데이터를 취합하여, 온도, 습도, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 화재여부 등을 메모리 등록된 데이터 값과 비교하여, 허용 값 이상일 경우 항목명, 발생지점, 발생시각을 관리자에게 전송하는 경고 이벤트가 발생되게 구성한다.
도 7은 본 발명의 구성인 이차전지 충전부의 모듈 구성을 도시한 것으로, 상기 이차전지 충전부(50)의 충전플러그(53)에는 인증매체기가 구비되어, 전기 자동차의 콘센트에 충전플러그가 접속하면 충전부스에 결제인증메세지가 출력되어, 운전자가 카드 및 스마트폰의 인증수단을 인증매체기에 접근시켜 결제정보를 판독하고, 상기 결제정보를 통합관리부(60)에 송신하여 지역별(예로서 창원시) 메인시스템의 지역 인프라 등록회원 유무를 조회하여 해당 지역의 등록회원이면 지역 전용 카드의 결제가 인가되며, 비회원이면 음성 안내메세지 및 범용 카드 결제안내가 제공되도록 구성하여 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
여기에, 상기 인증매체기에 스마트폰을 접근하면, 스마트폰의 화면을 통해 표출되는 GUI(Graphical User Interface) 또는 전기 자동차의 내부 화면을 통해 표출되는 GUI를 통해 사용자의 충전 위치와 충전량에 따른 잔여거리 산출 및 운행도로 중에 인접한 전기 충전소의 위치 정보를 통합관리부(60)에서 지역메인시스템과 연동된 지역도로 데이터와 연계해 사용자에게 제공하는 것도 본 발명에 포함된다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들이 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 플로어프레임 20 : 베이스레일
30 : 시트부재 40 : 베이스플레이트
50 : 사이드레일 60 : 사이드플레이트
63 : 리드스크류 64 : 스크류브라켓
66 : 스토퍼 70 : 제어부
80 : 잠김수단 81 : 감지센서
82 : 저항센서

Claims (9)

  1. AC 계통 전력과 충전부스를 연결하는 메인선과;
    상기 메인선에 구비되어 계통 전력의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 전력변환부와;
    태양광 발전부에서 생산된 DC 전원의 전압을 변환하여, 상기 메인선의 DC 전력에 연계하여 출력하는 승압용 DC-DC 컨버터와;
    상기 승압용 DC-DC 컨버터와 연결된 메인선에 DC 전력을 입력 또는 출력하는 복수개의 제1절연형 DC-DC 컨버터가 연결되어, 배터리모듈 충전과 메인선의 DC 전력에 연계하여 출력되며, 배터리모듈의 충전,출력을 제어하는 배터리 관리부와;
    상기 배터리 관리부의 제1절연형 DC-DC 컨버터와 충전부스의 제2절연형 DC-DC 컨버터의 컨버터 충전전력을 제어하고, 상기 메인선과 다이오드를 통해 연결되어 전기 자동차의 연결상태 및 이차전지의 충전 상태에 따라 전력변환부, 승압용 DC-DC 컨버터, 배터리 관리부와 메인선의 연결을 제어하는 전원관리부와;
    상기 메인선과 연결되어 전원관리부의 제어를 통해 전력변환부, 승압용 DC-DC 컨버터, 배터리 관리부에서 출력되는 DC 전압이 복수개의 충전부스에 각각 구비된 제2절연형 DC-DC 컨버터 및 충전플러그를 통해 출력되어 전기 자동차의 이차전지를 충전하는 이차전지 충전부를 포함하여 구성되되;
    상기 전원관리부는, 태양광 발전부 및 승압용 DC-DC 컨버터에서 메인선으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 큰 경우에 전력변환부 및 제1절연형 DC-DC 컨버터와 메인선의 연결이 OFF 되어, 승압용 DC-DC 컨버터가 태양광 발전부의 입력측 DC전압350 내지 800V를 200kw의 DC전력으로 승압시키고, 승압된 DC전력을 메인선을 경유하여 DC전압 300 내지 500V로 이차전지 충전부에 구비된 복수개의 제2절연형 DC-DC 컨버터에 제공하고, 상기 이차전지 충전부에 구비된 100kw를 갖는 3개의 충전부스에 하나의 충전플러그 또는 2개의 충전플러그를 통해 각각 전기자동차를 충전하며,
    상기 전원관리부는, 태양광 발전부 및 승압용 DC-DC 컨버터에서 메인선으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 작은 경우에 배터리 관리부의 제1절연형 DC-DC 컨버터와 메인선의 연결을 ON하고, 전력변환부와 메인선의 연결은 OFF하여, 복수개의 183kwh의 용량을 갖는 배터리모듈과 612 내지 836V DC전압과 700 내지 730V DC전압에 연결되는 제1절연형 DC-DC 컨버터를 포함해 구성된 배터리관리부의 DC전력이 다이오드의 인가로 메인선을 경유하여 DC전압 300 내지 500V로 이차전지 충전부에 구비된 복수개의 제2절연형 DC-DC 컨버터에 제공하고, 상기 이차전지 충전부에 구비된 100kw를 갖는 3개의 충전부스에 하나의 충전플러그 또는 2개의 충전플러그를 통해 각각 전기자동차를 충전하고,
    상기 전원관리부는, 태양광 발전부 및 승압용 DC-DC 컨버터와 배터리 관리부의 제1절연형 DC-DC 컨버터의 작동이 정지되는 경우에, 다이오드를 OFF하면서 전력변환부와 메인선의 연결이 ON 되며 이차전지 충전부에 출력되게 구성하고,
    상기 이차전지 충전부에는, 제2절연형 DC-DC 컨버터를 통해 출력되는 공급전력과 이차전지의 충전전력을 비교하는 비교신호에 따라 50kw 내지 100kw의 충전부스가 복수개 구비되어, 100 내지 200A의 일정전류로 이차전지를 급속 충전하다가 배터리 충전상태가 85 내지 90% 되는 순간 300V 내지 500V의 직류 출력전압으로 이차전지를 초 급속 충전하도록 구성되고,
    상기 이차전지 충전부의 충전플러그에는, 인증매체기가 구비되어, 전기 자동차의 콘센트에 충전플러그가 접속하면 결제인증메세지가 출력되어, 운전자가 카드 및 스마트폰의 인증수단을 인증매체기에 접근하여 결제정보를 판독하고, 상기 결제정보를 통합관리부에 송신하여 지역별 메인시스템의 지역 인프라 등록회원 유무를 조회하여 해당 지역의 등록회원이면 지역 전용 카드의 결제가 인가되며, 비회원이면 음성 안내메세지 및 범용 카드 결제안내가 제공되도록 구성하며,
    상기 인증매체기에 스마트폰을 접근하면, 스마트폰의 화면을 통해 표출되는 GUI(Graphical User Interface) 또는 전기 자동차의 내부 화면을 통해 표출되는 GUI를 통해 사용자의 충전 위치와 충전량에 따른 잔여거리 산출 및 운행도로 중에 인접한 전기 충전소의 위치 정보를 통합관리부에서 지역메인시스템과 연동된 지역도로 데이터와 연계해 사용자에게 제공되도록 구성한 것을 특징으로 하는 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전원관리부는,
    태양광 발전부 및 승압용 DC-DC 컨버터와 배터리 관리부에서 메인선으로 출력되는 DC 전력량이 이차전지 충전부에서 충전하는 전기 자동차 충전 부하 보다 작은 경우에 전력변환부와 메인선의 연결이 ON 되면서, 승압용 DC-DC 컨버터와 배터리 관리부와 연계해 이차전지 충전부에 출력되게 구성한 것을 특징으로 하는 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전원관리부는,
    전기 자동차의 출입을 감지 및 저장하는 출입감시부와, 전기회로의 단락이나 이상 상태 시 해당 회로를 차단하는 보호계전기와, 전력변환부 및 배터리관리부 및 전력케이블의 절연여부를 진단 및 감시하는 절연감시부와, 전원관리부의 내부 온도와 습도 및 냉난방온도를 감지하는 내부환경감지부, 전원관리부의 외부 온도와 습도 일사량을 감지하는 외부환경감지부에서 실시간 제공되는 데이터를 통합관리부에 유선 및 무선으로 송,수신하여 모니터링 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 통합관리부는,
    전원관리부에서 제공되는 데이터를 취합하여, 온도, 습도, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 화재여부 등을 메모리 등록된 데이터 값과 비교하여, 허용 값 이상일 경우 항목명, 발생지점, 발생시각을 관리자에게 전송하는 경고 이벤트가 발생되도록 구성한 것을 특징으로 하는 계통 전력과 태양광 발전부 및 배터리 관리부의 연계를 통한 전기자동차 충전 시스템.
  9. 삭제
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