KR102658755B1 - 전기차 충전기 ess 탑재형 변압기 - Google Patents

전기차 충전기 ess 탑재형 변압기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 관리, 안정한 전기차 충전, 고장 검출, 과전류 보호, 역전류 방지 등 다양한 기능을 제공하여 전력 인프라의 효율성을 향상시키고 에너지 절약을 촉진할 수 있는 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변압기에서 발생한 전기를 저장하는 에너지 저장 장치; 및 상기 변압기 또는 상기 에너지 저장 장치와 연결되고, 상기 변압기 또는 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받은 전기로 전기차를 충전시키는 전기차 충전 장치를 포함하며, 상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치는 하나의 통합 모듈로 구성되어 상기 변압기와 연결되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기에 관한 것이다.

Description

전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기{ELECTRIC VEHICLE CHARGER AND ENERGY STORAGE SYSTEM MOUNTED TRANSFORMER}
본 발명은 전기차 충전 장치를 하나의 통합 모듈로 결합하는 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기에 관한 것으로서, 특히 전력 관리, 안정한 전기차 충전, 고장 검출, 과전류 보호, 역전류 방지 등 다양한 기능을 제공하여 전력 인프라의 효율성을 향상시키고 에너지 절약을 촉진할 수 있는 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지 저장은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말한다. 이에 쓰이는 장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 시스템 전체를 "에너지 저장 시스템(ESS)"이라고 한다. 일반 가정에서 사용하는 건전지나 전자제품에 사용하는 소형 배터리도 전기에너지를 다른 에너지 형태로 변환하여 저장할 수 있지만 이런 소규모 전력저장장치를 ESS라고 말하지는 않고, 일반적으로 수백 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 ESS라고 한다.
ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 운영이 가능하며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하평준화(Load Leveling), 비상전원 등의 기능으로 사용된다. ESS는 전기에너지를 적게 사용할 때 저장하고 필요할 때 공급함으로써 에너지 이용효율 향상, 신재생에너지 활용도 제고 및 전력공급시스템 안정화에 기여할 수 있다.
배터리 형식의 ESS를 BESS(Battery Energy Storage System)라고 하며, 일반적으로 ESS라고 하면 BESS를 말한다.
한편, 에너지 저장 장치(ESS: Energy Storage System) 없이 변압기와 전기차 충전기만의 조합으로 사용시에 전기를 사용하는 일반 수용가의 부하 용량에 전기차 충전 부하 용량이 추가됨으로써, 변압기 전체 용량이 커짐에 따른 변압기 사이즈가 증가하고 가격 상승이 발생하게 된다.
또한, ESS 없이 변압기와 전기차 충전기만의 조합으로 사용시, 냉난방 기계 사용이 많은 계절에는 일반 수용가의 부하 용량이 과도하게 증가한다. 이때 전기차 부하 용량이 추가될 경우 변압기 과부하에 의한 고장 위험이 높으며, 전기차 충전 부하의 경우 지속적인 사용이 아닌 간헐적 사용으로 잦은 부하 변동에 따른 변압기 고장 위험률도 함께 높아진다.
또한, 기존 전기차 충전기 탑재형 변압기의 경우 변압기 고장시 전기차 충전이 불가능한 구조로써, 변압기 수리가 완료될 때까지 사용이 불가능하였다.
또한, 전기차 충전중에 배터리의 전류가 충전기 회로로 역류하여 충전기의 동작이 비정상적으로 이루어지거나 고장의 원인이 될 수 있는데, 기존에는 이를 방지하기 위한 장치가 없었다.
또한, 과전류 차단 기능이 충전기가 아닌 변압기쪽에 설치되어 있어 충전중 과전류 발생시 변압기쪽에서 차단전에 이미 충전기의 손상 우려가 있었다.
또한, 기존 ESS와 전기차 충전기 혼합 제품의 경우 인입 전원이 없어 별도로 전원을 공급하기 위한 케이블 포설 공사 등으로 인한 설치비 및 공사 기간이 과다 소요된다는 문제점도 제기되었다.
(0001) 국내공개특허 제10-2018-0112994호 (0002) 국내공개특허 제10-2023-0085738호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전술한 기존 충전 시스템의 문제점을 해결하고, 전기차 충전 과정을 더욱 안전하고 효율적으로 수행할 수 있는 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, ESS, 전기차 충전 장치 및 보조 전기 공급 장치를 하나의 통합 모듈로 구성함으로써, 전체 시스템의 효율성과 안정성을 향상시키고, 에너지 절약을 촉진할 수 있는 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기를 제공하는데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기는, 변압기에서 발생한 전기를 저장하는 에너지 저장 장치; 및 상기 변압기 또는 상기 에너지 저장 장치와 연결되고, 상기 변압기 또는 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받은 전기로 전기차를 충전시키는 전기차 충전 장치를 포함하며, 상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치는 하나의 통합 모듈로 구성되어 상기 변압기와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변압기와 상기 전기차 충전 장치 상호간을 연결하거나 차단하며, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 전기차 충전 장치와 함께 하나의 통합 모듈로 구성되는 보조 전기 공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변압기와 상기 전기차 충전 장치 상호간을 연결 시, 상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치 상호간은 연결 상태가 차단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에너지 저장 장치의 고장 상태 여부를 감지하는 고장 검출기를 더 포함하며, 상기 고장 검출기를 통해 상기 에너지 저장 장치가 고장 상태로 판단되면, 상기 보조 전기 공급 장치를 통해 상기 변압기와 상기 전기차 충전 장치 상호간이 연결되고, 상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치 상호간은 연결 상태가 차단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고장 검출기는, 전압 및 전류 비정상 상태, 충전 및 방전 속도 비정상 상태, 충전 및 방전율 비정상 상태를 통해 상기 에너지 저장 장치에 대한 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기차 충전 장치는, 적어도 하나의 완속 충전 장치와 적어도 하나의 급속 충전 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에너지 저장 장치는, 심야 전력으로 충전되며, 상기 에너지 저장 장치의 충전량이 설정된 충전량 이하로 방전되면 상기 변압기를 통해 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변압기 고장시, 상기 변압기로부터 전기를 공급받는 수용가 측에도 상기 에너지 저장 장치를 통해 전기를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기차 충전 장치에는 역전류방지 다이오드가 연결되며, 기 역전류방지 다이오드의 용량은 단락 전류(Isc)의 0.5배 이상, 개방 전압(Voc)의 0.6배 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기차 충전 장치와 상기 급속 충전 장치에는 각각 전원 회로와 출력 전원을 제어하는 충전 제어기가 배치되며, 상기 충전 제어기를 통해 충전 속도 및 효율을 조절하며, 과전류 발생시 전류를 차단하는 전류 검출기가 더 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 긴급 출동 부서와 유무선 통신으로 연결된 자동 연락 장치가 더 구비되며, 화재 발생 시, 상기 자동 연락 장치도 함께 동작하여 상기 긴급 출동 부서로 화재 상황을 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 긴급 출동 부서로 화재 상황 전달 시, 화재가 발생한 장소의 위치 정보와 함께, 상기 긴급 출동 부서로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보도 함께 전달되는 것을 특징으로 한다.
또한, 비상 상황을 시각적으로 표시하는 시각 표시 장치; 및 상기 비상 상황에 대해 음성으로 안내하는 음성 표시 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동 연락 장치는 긴급 복구 부서와도 유무선 통신으로 연결되며, 화재 발생 시, 상기 자동 연락 장치도 함께 동작하여 상기 긴급 복구 부서로 화재 상황을 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 긴급 복구 부서로 화재 상황 전달 시, 화재가 발생한 장소의 위치 정보와 함께, 상기 긴급 복구 부서로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보도 함께 전달되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
이상에서 상술한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 전력 인프라 효율성 증대시킬 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS), 보조 전기 공급 장치 및 전기차 충전 장치를 통합 모듈로 구성함으로써, 전력 공급과 관리가 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 별도의 전원 공급 케이블 포설 공사가 필요 없어 설치 비용 및 시간을 절감하고, 에너지 저장을 통해 운영 비용을 최적화할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치를 사용하여 전력 변압기의 부하 관리를 최적화하고, 과부하 또는 간헐적 부하 변동에 대한 안정성을 제공할 수 있다.
또한, 고장 검출기를 포함하여 에너지 저장 장치의 고장 여부를 신속하게 감지하고, 안전하게 전력을 공급할 수 있다.
또한, 역전류 방지 다이오드와 전류 검출기를 사용하여 충전 시스템의 안전을 강화하고, 과전류로부터 충전기 및 전기차를 보호할 수 있다.
또한, 야간에 남는 전력을 저장하여 에너지 절약을 촉진하며, 지속 가능한 전력 관리를 지원할 수 있다.
또한, ESS를 통해 전력 변압기의 고장 시에도 안정적인 전기차 충전 및 긴급 전력 공급이 가능하다.
또한, 본 발명은 긴급 출동 부서와의 연락을 위한 자동 연락 장치를 포함하여 화재 발생 시, 자동 소화 시스템이 동작하면 동시에 긴급 출동 부서로 화재 상황을 전달하며, 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보도 함께 전달할 수 있다. 또한, 시각 및 음성 표시 장치를 통해 비상 상황을 시각적으로 표시하고 음성 안내를 제공하여 대응 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 전체 구성 개념도,
도 2는 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 에너지 저장 장치와 보조 전기 공급 장치의 구성 상태를 나타낸 개념도,
도 3은 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 전기차 충전 장치의 구성 상태를 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 다른 실시례에 따른 전체 구성 개념도.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 전체 구성 개념도이고, 도 2는 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 에너지 저장 장치와 보조 전기 공급 장치의 구성 상태를 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 전기차 충전 장치의 구성 상태를 나타낸 개념도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 일 실시례에 따른 구조를 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기는, 변압기(10)의 저압측에서 발생한 AC 전원을 에너지 저장 장치(100, ESS: Energy Storage System)에 저장시킬 수 있다. 에너지 저장 장치(100)에 저장된 전원은 전기차 충전 장치(200)를 통해 전기차 충전 전원으로 변환되어 전기차에 공급될 수 있다. 이때, 에너지 저장 장치(100)를 저장시키기 위한 전력은 주로 심야 전력을 이용할 수 있다. 물론, 수용가(20) 측도 변압기(10)로부터 전기를 공급받을 수 있다.
또한, 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기는, 변압기(10)의 고장시에는 에너지 저장 장치(100)에 저장된 전원을 전기차 충전 장치(200)를 통해 전기차로 공급하거나, 수용가(20) 측의 비상용 전원으로 공급할 수 있다. 즉, 변압기(10)를 수리하는 동안에도 일정 시간 동안은 중단없이 전기를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기는, 에너지 저장 장치(100)의 고장시, 전기차 충전 장치(200)는 변압기(10)로부터 직접 전기를 공급받을 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기는, 변압기(10)에 연결된 에너지 저장 장치(100), 에너지 저장 장치(100) 또는 변압기(10)에 연결되는 전기차 충전 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 변압기(10)와 전기차 충전 장치(200) 상호간을 다이렉트로 연결시키거나, 변압기(10)와 연결된 에너지 저장 장치(100)에 전기차 충전 장치(200)를 연결시키는 보조 전기 공급 장치(300)를 더 포함할 수 있다. 이때, 에너지 저장 장치(100)와 전기차 충전 장치(200)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(100), 전기차 충전 장치(200) 및 보조 전기 공급 장치(300)는 하나의 모듈로 구성될 수 있다. 모듈화를 통해 기존 변압기 구조의 변경없이 모듈의 추가 장착을 통해 본 발명을 구성할 수 있으며, 별도의 전원 공급을 위한 케이블 포설 공사가 필요치 않으므로 설치 비용 절감 및 공사 기간을 단축시킬 수 있다. 또한, 일반 수용가(20)에서 사용하는 부하 설비 용량은 변압기(10)로 감당하고, 간헐적으로 발생되는 전기차 충전 부하 용량은 에너지 저장 장치(100)에 저장된 전력을 사용함으로써 변압기(10) 사이즈 축소 및 가격을 절감시킬 수 있다. 일반적으로, 전력 네트워크에는 다양한 부하가 존재한다. 이 부하는 주택, 사무실, 공장, 상업 시설 등에서 발생하는 전기 사용량을 의미할 수 있다. 전기차 충전 역시 추가적인 부하로 간헐적으로 발생할 수 있다. 이러한 부하를 공급하기 위해서는 전력 네트워크에서 충분한 용량을 갖는 변압기 및 전기 설비가 필요하다. 이에 따라 큰 변압기 및 전기설비가 필요하게 될 수 있다. 그러나, 본 발명은 전기차 충전 부하를 전력 네트워크에서 바로 처리하는 대신, 에너지 저장 장치(100)에 저장된 전력을 활용하여 전기차 충전을 지원할 수 있다. 즉, 전기차 충전이 발생할 때 에너지 저장 장치(100)에 저장된 전력을 사용하므로 전력 네트워크의 부하에 큰 영향을 주지 않아 더 작은 변압기 및 전기설비를 사용하여 기존 부하와 전기차 충전을 처리할 수 있다.
변압기(10)는 전기차를 충전할 수 있는 위치에 배치된 변압기는 모두 포함될 수 있으며, 예컨대 변압기(10)는 지상 변압기로 구성될 수 있다.
에너지 저장 장치(100)는 변압기(10) 및 전기차 충전 장치(200)에 연결될 수 있다. 에너지 저장 장치(100)는 ESS 총괄 시스템 제어기(110), 컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120), 배터리(130) 및 배터리 관리 제어기(140)를 포함하여 구성될 수 있으며, 고장 검출기(150)와 제어기(160)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 고장 검출기(150)와 제어기(160)는 에너지 저장 장치(100)에 연결된 별도의 장치로 구성할 수도 있다.
ESS 총괄 시스템 제어기(110)는 에너지 저장 장치(100, ESS)의 핵심 제어와 모니터링 역할을 수행할 수 있다.
ESS 총괄 시스템 제어기(110)는 에너지 저장 장치(100)의 에너지 흐름 및 충방전을 관리할 수 있다. 이는 변압기(10) 및 전기차 충전 장치(200)와의 연결 상태에 따라 조절될 수 있다.
또한, ESS 총괄 시스템 제어기(110)는 에너지 저장 장치(100)의 충전 및 방전을 조절하여 전력 네트워크와의 상호작용을 최적화할 수 있으며, 에너지 저장 및 방출을 최적화하여 에너지의 효율적 활용을 촉진할 수 있다.
ESS 총괄 시스템 제어기(110)는 에너지 저장 장치(100)의 안전 및 고장 검출을 수행하며, 필요한 경우 보조 전기 공급 장치(300)를 제어하여 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있다.
ESS 총괄 시스템 제어기(110)는 정상 동작 상태에서 컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120), 배터리(130), 배터리 관리 제어기(140) 등과 연결되어 전술한 동작을 수행할 수 있다.
ESS 총괄 시스템 제어기(110)는 고장 검출기(150)를 통해 에너지 저장 장치(100)의 고장 상태를 검출하면, 고장 상태를 인지하고, 필요한 경우 에너지 저장 장치(100)의 운영 상태를 제어하거나 보조 전기 공급 장치(300)를 활성화하여 안전한 전력 공급을 유지할 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치(100)와 전기차 충전 장치(200) 상호간의 연결 상태를 해제하고, 변압기(10)와 전기차 충전 장치(200) 상호간이 다이렉트로 연결되도록 구성할 수 있다.
컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120)는 컨버터 및 인버터의 역할을 동시에 수행하는 장치로서, 입력 전력을 배터리(130)에 충전하거나, 배터리(130)에 저장된 전력을 인버터를 통해 출력하는 데 사용될 수 있다.
컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120)는 직류(DC) 전력을 교류(AC)로 변환하거나 그 반대로 변환할 수 있으며, 에너지 저장 장치(100)의 충전 및 방전 과정에서 필요한 변환을 수행할 수 있다.
또한, 컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120)는 전력 품질을 관리하고 안정화하는 역할을 수행하며, 전압 및 주파수 조절, 고품질의 전력 공급을 제공할 수 있다.
컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120)는 에너지 저장 장치(100)의 고장 검출과 보호를 위해 필요한 기능을 제공할 수 있다. 컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120)는 에너지 저장 장치(100)의 내부 상태를 모니터링하고 이에 대한 정보를 고장 검출기(150)와 공유할 수 있다.
컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기(120)는 ESS 총괄 시스템 제어기(110)와 통신하여 실시간 모니터링 및 원격 제어를 가능하게 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.
배터리(130)는 고용량 배터리 모듈로 구성될 수 있으며, 배터리 모듈은 여러 배터리 셀로 구성되고, 이러한 모듈들이 병렬 및 직렬 연결로 배터리 팩을 형성할 수 있다.
고용량 배터리 모듈은 작은 배터리 셀로 구성되며, 이들 셀은 전압 및 전류를 생성하고 저장할 수 있다.
배터리 관리 제어기(140, Battery Management System, BMS)는 배터리 셀의 상태를 모니터링하고, 각 셀의 전압, 전류 및 온도를 추적할 수 있다.
또한, 배터리 관리 제어기(140)는 배터리 모듈 내의 각 셀이 균형을 유지하도록 조절하며, 과충전 또는 방전을 방지할 수 있다.
또한, 배터리 관리 제어기(140)는 배터리(130)의 충전 및 방전 프로세스를 관리하여 최적의 성능과 안정성을 유지할 수 있으며, 배터리 모듈 내의 온도를 모니터링하고, 너무 높거나 낮은 온도에서의 동작을 제어하여 배터리(130) 수명을 연장시킬 수 있다.
배터리 관리 제어기(140)는 배터리(130) 내부의 고장을 감지하고, 필요한 경우 경고를 발생시키거나 배터리 모듈을 비활성화하여 안전을 유지할 수 있다.
고장 검출기(150)는 미도시 하였으나 전압 센서, 전류 센서 및 온도 센서를 포함할 수 있다.
전압 센서는 에너지 저장 장치(100)의 전압을 모니터링하여 과전압 또는 저전압 상태를 검출할 수 있다. 전류 센서는 전류의 변화를 추적하여 과전류 또는 과소전류를 검출할 수 있다. 온도 센서는 배터리 및 장치 내부의 온도를 모니터링하여 과열 또는 과도한 냉각을 감지할 수 있다.
고장 검출기(150)는 센서로부터 수집한 데이터를 분석하고 패턴을 확인하여 잠재적인 고장을 식별할 수 있다. 예를 들어, 고정된 임계값을 초과하거나 이상한 동작이 감지될 때 경보를 발생시킬 수 있다.
고장 검출기(150)는 에너지 저장 장치(100)의 전압 및 전류 비정상, 충전 및 방전 속도 비정상, 충전 및 방전율 비정상 상태를 통해 고장 상태를 검출할 수 있다.
고장 검출기(150)는 전압 및 전류 비정상 상태를 판단하기 위해 에너지 저장 장치(100) 내에 전압 및 전류 센서를 설치하고, 이러한 센서를 통해 전력 시스템의 전압과 전류를 지속적으로 모니터링할 수 있다. 또한 정상 작동 범위를 정의하고, 전압과 전류가 이 범위를 벗어날 때 고장으로 판단할 임계값을 설정할 수 있다. 전압 또는 전류가 설정한 임계값을 초과하거나 미달할 때, 비정상 상태로 판단하고 이를 고장으로 판단할 수 있다.
고장 검출기(150)는 충전 및 방전 속도 비정상 상태를 판단하기 위해 에너지 저장 장치(100)의 충전 및 방전 속도를 모니터링할 수 있다. 충전 및 방전 속도는 에너지의 양이 어떻게 변하는지를 나타낸다. 정상 작동 범위 내에서 충전 및 방전 속도의 기대 범위를 설정하고, 이를 기준으로 비정상 속도를 감지하는 임계값을 설정할 수 있다. 충전 또는 방전 속도가 설정한 임계값을 초과하거나 미달할 때, 비정상 상태로 판단하고 이를 고장으로 판단할 수 있다.
고장 검출기(150)는 충전 및 방전율 비정상 상태를 판단하기 위해 에너지 저장 장치(100)의 충전 및 방전율을 모니터링하여 얼마나 빨리 전력이 공급되거나 방출되는지를 추적할 수 있다. 정상적인 충전 및 방전율 범위를 정의하고, 비정상 율을 감지하는 임계값을 설정할 수 있다. 충전 또는 방전율이 설정한 임계값을 초과하거나 미달할 때, 비정상 상태로 판단하고 이를 고장으로 판단할 수 있다.
고장 검출기(150)는 고장이 발견되면 즉각 경보를 발생시키고 안전한 조치를 취할 수 있다. 즉, 에너지 저장 장치(100)의 운영을 변경하거나 중지하고, 고장이 다른 시스템 구성 요소로 확산되지 않도록 조치할 수 있다.
고장 검출기(150)는 고장 이력을 기록하고 보고하여 에너지 저장 장치(100)의 운영 및 고장 패턴 분석에 도움을 줄 수 있다.
에저지 저장 장치(100)의 정상 동작시, 보조 전기 공급 장치(300)의 전원 회로(310)는 차단 상태일 수 있다.
고장 검출기(150)는 고장 신호를 제어기(160)로 전송하고, 제어기(160)에서 보조 전기 공급 장치(300)의 전원 회로(310)로 제어 신호를 보내 전원 회로를 개방할 수 있다. 즉, 변압기(10)에서 전기차 충전 장치(200)로 직접 전기를 공급하여 전기차를 충전할 수 있다.
전기차 충전 장치(200)는 적어도 하나의 완속 충전 장치(210)와 적어도 하나의 급속 충전 장치(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
완속 충전 장치(210)는 에너지 저장 장치(100)와 연결되거나, 변압기(10)의 저압 측에 연결될 수 있다. 완속 충전 장치(210)는 전원 회로(211)를 통해 에너지 저장 장치(100)로부터 전원을 인가받거나, 변압기(10)의 저압 측으로부터 AC 전원을 인가받을 수 있다. 전원 회로(211)는 인가받은 AC 전원을 전원 변환기를 통해 필요한 전압 및 전류로 변환할 수 있다. 전원 회로(211)는 전원 관리 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 전원 관리 제어부는 충전 프로세스를 모니터링하고, 충전 속도를 조절하며, 과전류 및 과전압을 감지하여 이를 조절하거나 시스템을 차단할 수 있다. 또한, 전원 회로(211)는 충전 중에 발생할 수 있는 화재, 과열, 단락, 과전압 등을 방지하기 위한 다양한 보호 장치를 포함할 수 있다. 전원 회로(211)는 모듈화되어 구성될 수 있다.
전원 회로(211)를 통해 변환된 전압 및 전류는 충전 케이블을 통해 전기차에 공급되거나, 완속 충전 장치(210)에 공급될 수 있다.
완속 충전 장치(210)는 전기차와 연결하는 충전 케이블(도면 번호 미기재)을 포함할 수 있다. 상기 충전 케이블은 전기차와 충전 장치 간의 전력 및 데이터 전송을 담당할 수 있다.
충전 제어기(213)는 충전 프로세스를 모니터링하고 제어할 수 있다. 충전 제어기(213)는 전기차의 충전 상태, 배터리 용량 등을 감지하여 최적의 충전 속도와 전력을 조절할 수 있다. 또한, 충전 시간을 예약하거나 사용자가 설정한 충전 모드를 관리할 수 있다.
전류 검출기(214)는 충전 중 발생하는 전류를 모니터링하고 관리할 수 있다. 전류 검출기(214)는 과전류가 발생하면 충전 동작을 중지하고, 시스템 안전을 위해 전원 공급을 차단할 수 있다. 즉, 과전류 발생 시, 이에 대한 정보를 충전 제어기(213)에서 감지하고, 충전 제어기(213)는 전원 회로(211)를 차단할 수 있다.
한편, 전류 검출기(214)는 변압기(10) 쪽이 아닌 완속 충전 장치(210)에 설치하는 것이 바람직하다. 전류 검출기(214)는 충전 제어기(213)를 통해 충전 속도 및 효율을 조절함과 동시에 충전 중 과전류 발생시 단시간에 전류를 차단시켜 완속 충전 장치(210) 및 전기차의 손상을 방지할 수 있다. 즉, 과전류 차단 기능이 완속 충전 장치(210) 쪽이 아닌 아닌 변압기(10) 쪽에 설치되어 있는 경우, 충전 중 과전류 발생시 변압기(10) 쪽에서 전류를 차단하기 전에 완속 충전 장치(210)가 손상될 가능성이 매우 높다. 한편, 전류 검출기(214)에서 검출되는 전압이 배터리 전압의 1.5배를 초과하면 과전류 발생으로 판단할 수 있다.
사용자는 전기차와 완속 충전 장치(210)를 충전 케이블을 사용하여 연결할 수 있다.
전기차가 완속 충전을 요청하면 충전 제어기(213)가 충전 동작을 제어할 수 있다. 충전 요청은 전기차의 충전 포트와 완속 충전 장치(210) 간의 통신을 통해 이루어질 수 있다.
충전 제어기(213)는 전기차의 현재 배터리 상태와 사용자가 요청한 충전 모드를 고려하여 충전에 필요한 전력과 전류를 결정할 수 있다. 이를 통해 충전 속도를 조절하고 배터리를 안전하게 충전할 수 있다.
충전이 완료되면 충전 제어기(213)가 충전을 중지하고 사용자에게 알림을 전송할 수 있다. 알림은 디스플레이장치 및 스피커 등을 통해 사용자에게 전송될 수 있으며, 알림을 전달받은 사용자는 충전 케이블을 분리하고 전기차를 사용할 수 있다.
한편, 전원 회로(211)에는 역전류방지 다이오드(212)가 연결될 수 있다. 역전류방지 다이오드(212)의 용량은 단락 전류(Isc)의 0.5배 이상, 개방 전압(Voc)의 0.6배 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 역전류방지 다이오드(212)의 용량이 단락 전류의 0.5배 미만이거나, 개방 전압의 0.6배 미만일 경우 역류 방지 효율 저하가 발생될 수 있다.
다음으로 급속 충전 장치(220)에 대해 설명하도록 한다. 단, 급속 충전 장치(220)의 기본적인 연결 구성 및 동작 상태 등에 대해서는 완속 충전 장치(210)와 동일하므로, 전술한 완속 충전 장치(210)의 설명을 참조하도록 하며, 간략히 설명하도록 한다. 또한, 급속 충전 장치(220)를 구성하는 AC/DC 컨버터, 인버터(225), 절연 변압기(226), 정류기(227) 등의 구성은 공지의 기술이므로, 연결 상태에 대해서만 간략히 기술하도록 한다.
도 3을 참조하면, 급속 충전 장치(220)도 에너지 저장 장치(100)에 연결되거나, 변압기(10)의 저압 측에 연결될 수 있다. 급속 충전 장치(220)도 전원 회로(221)를 통해 에너지 저장 장치(100)나 변압기(10)의 저압 측으로부터 AC 전원을 인가받을 수 있다. 전원 회로(221)는 인가받은 AC 전원을 전원 변환기를 통해 필요한 전압 및 전류로 변환할 수 있다. 전원 회로(221)에는 AC/DC 컨버터가 구비될 수 있으며, 이를 통해 AC 전원을 DC전원으로 변환하여 인버터(225)로 전달할 수 있다. 인버터(225)는 절연 변압기(226)를 통해 정류기(227)와 연결될 수 있다. 정류기(227)는 역전류방지 다이오드(222)와 연결될 수 있다. 또한, 정류기(227)로부터 역전류방지 다이오드(222)로 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출기(224)가 연결될 수 있으며, 전류 검출기(224)는 충전 제어기(223)와 연결될 수 있다.
전원 회로(221)는 전원 관리 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
전원 회로(221)를 통해 변환된 전압 및 전류는 충전 케이블을 통해 급속 충전 장치(220)에 공급될 수 있다.
급속 충전 장치(220)는 전기차와 연결하는 충전 케이블(도면 번호 미기재)을 포함할 수 있다. 상기 충전 케이블은 전기차와 충전 장치 간의 전력 및 데이터 전송을 담당할 수 있다.
충전 제어기(223)도 급속 충전 프로세스를 모니터링하고 제어할 수 있다.
급속 충전 장치(220)에도 상기 자동 전원 차단 시스템을 구성할 수 있다.
전류 검출기(224)는 충전 중 발생하는 전류를 모니터링하고 관리할 수 있다. 전류 검출기(224)는 과전류가 발생하면 충전 동작을 중지하고, 시스템 안전을 위해 전원 공급을 차단할 수 있다.
사용자는 전기차와 급속 충전 장치(220)를 충전 케이블을 사용하여 연결할 수 있다.
전기차가 급속 충전을 요청하면 충전 제어기(223)가 충전 동작을 제어할 수 있다.
충전이 완료되면 충전 제어기(223)가 충전을 중지하고 사용자에게 알림을 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명인 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기의 다른 실시례에 따른 구성 개념도이며, 이를 참고하여 본 발명의 다른 실시례에 따른 구성 및 동작 상태에 대해 설명하도록 한다. 또한, 도면 번호 등은 도 1 내지 도 3을 함께 참조할 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전기(100)는 긴급 출동 부서(30)와 유무선 통신으로 연결된 자동 연락 장치(400)가 더 구비될 수 있다.
긴급 출동 부서(30)는 다양한 비상 상황에 대응하기 위해 조직된 부서로, 화재나 사고, 응급 상황 등 다양한 긴급 상황에 대응하는 역할을 수행할 수 있다. 긴급 출동 부서(30)는 소방서, 응급 의료 부서, 경찰서, 구조대, 해양 경비대, 산림 소방대, 응급 통신 및 조절 센터, 해수경찰, 환경 관리 부서, 응급 대피소 및 구호 기관일 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 화재 감지를 위해 관련된 적어도 하나의 센서를 구비할 수 있다.
또한, 긴급 출동 부서(30)로 화재 상황 전달 시, 화재가 발생한 장소의 위치 정보(s1)와 함께, 긴급 출동 부서(30)로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보(s2)도 함께 전달될 수 있다.
화재가 발생한 장소의 위치 정보(s1)를 통해 전기차 충전기가 배치된 장소 간의 관계를 명확히 할 수 있으며, 긴급 출동 부서(30)로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보(s2)를 통해 긴급 출동 부서(30)는 빠르게 화재 장소로 이동하여 대응할 수 있다.
또한, 비상 상황을 시각적으로 표시하는 시각 표시 장치(500) 및 상기 비상 상황에 대해 음성으로 안내하는 음성 표시 장치(600)를 더 포함할 수 있다.
시각 표시 장치(500)에는 비상 상황을 나타내는 다양한 메시지나 그림을 표시하는 디스플레이장치가 포함될 수 있다. 디스플레이장치는 긴급 상황 발생 시 정보를 시각적으로 전달하는 데 사용될 수 있다.
또한, 다양한 상황을 나타내기 위해 다양한 색상 및 효과를 사용할 수 있다. 예를 들어, 빨간색은 화재를 나타내고, 노란색은 경고 상황을 나타낼 수 있다.
또한, 디스플레이장치의 밝기를 조절하여 주변 조명 상태에 따라 가시성을 최적화할 수 있다.
또한, 비상 상황에 따라 텍스트 메시지와 아이콘을 사용하여 정보를 제공할 수도 있다.
음성 표시 장치(600)에는 긴급 상황과 관련된 음성 메시지를 재생하는 스피커가 포함될 수 있다. 이를 통해 다양한 긴급 상황에 대비하여 사전에 녹음된 음성 메시지를 저장하고, 필요할 때 재생할 수 있다.
또한, 긴급 상황을 감지하는 시스템이 활성화되면, 해당 상황에 맞는 음성 메시지가 자동으로 재생될 수 있다.
또한, 다양한 언어로 음성 메시지를 제공하고, 발음과 강세를 조절하여 이해하기 쉽게 제공할 수 있다.
시각 표시 장치(500)와 음성 표시 장치(600)는 긴급 상황에서 사람들에게 빠르고 명확한 안내를 제공하여 안전을 강화하는 데 도움을 줄 수 있다. 이러한 장치는 다양한 환경과 상황에 맞게 조절 가능하며, 긴급 상황에서 신속한 대응을 가능하게 할 수 있다.
한편, 자동 연락 장치(400)는 긴급 복구 부서(40)와도 유무선 통신으로 연결되며, 긴급 복구 부서(40)로 화재 상황 등을 전달할 수 있다.
긴급 복구 부서(40)는 변압기(10), 에너지 저장 장치(100), 전기차 충전 장치(200) 등을 신속하게 수리하거나 교체하기 위한 전기팀과 통신팀으로 구성될 수 있다.
또한, 긴급 복구 부서(40)로 화재 상황 전달 시, 화재가 발생한 장소의 위치 정보(s1)와 함께, 긴급 복구 부서(40)로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보(s3)도 함께 전달되므로, 빠른 이동 지원이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은, 전력 인프라 및 전기차 충전 시스템의 혁신적인 개선을 통해 에너지 효율성을 향상시키고, 사용자들에게 더 안전하고 편리한 충전 환경을 제공할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 변압기 20: 수용가
30: 긴급 출동 부서 40: 긴급 복구 부서
100: 에너지 저장 장치 110: ESS 총괄 시스템 제어기
120: 컨버터 및 인버터 겸용 전력 변환기
130: 배터리 140: 배터리 관리 제어기
150: 고장 검출기 160: 제어기
200: 전기차 충전 장치 210: 완속 충전 장치
211: 전원 회로 212: 역전류방지 다이오드
213: 충전 제어기 214: 전류 검출기
220: 급속 충전 장치 221: 전원 회로
222: 역전류방지 다이오드 223: 충전 제어기
224: 전류 검출기 225: 인버터
226: 절연변압기 227: 정류기
300: 보조 전기 공급 장치 310: 전원 회로
400: 자동 연락 장치 500: 시각 표시 장치
600: 음성 표시 장치

Claims (15)

  1. 변압기에서 발생한 전기를 저장하는 에너지 저장 장치; 및
    상기 변압기 또는 상기 에너지 저장 장치와 연결되고, 상기 변압기 또는 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받은 전기로 전기차를 충전시키는 전기차 충전 장치를 포함하며,
    상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치는 하나의 통합 모듈로 구성되어 상기 변압기와 연결되고,
    상기 변압기와 상기 전기차 충전 장치 상호간을 연결하거나 차단하며, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 전기차 충전 장치와 함께 하나의 통합 모듈로 구성되는 보조 전기 공급 장치를 더 포함하고,
    상기 변압기와 상기 전기차 충전 장치 상호간을 연결 시, 상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치 상호간은 연결 상태가 차단되며,
    상기 에너지 저장 장치의 고장 상태 여부를 감지하는 고장 검출기를 더 포함하며,
    상기 고장 검출기를 통해 상기 에너지 저장 장치가 고장 상태로 판단되면, 상기 보조 전기 공급 장치를 통해 상기 변압기와 상기 전기차 충전 장치 상호간이 연결되고, 상기 에너지 저장 장치와 상기 전기차 충전 장치 상호간은 연결 상태가 차단되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 고장 검출기는,
    전압 및 전류 비정상 상태, 충전 및 방전 속도 비정상 상태, 충전 및 방전율 비정상 상태를 통해 상기 에너지 저장 장치에 대한 고장 여부를 판단하는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전기차 충전 장치는,
    적어도 하나의 완속 충전 장치와 적어도 하나의 급속 충전 장치로 구성되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는,
    심야 전력으로 충전되며, 상기 에너지 저장 장치의 충전량이 설정된 충전량 이하로 방전되면 상기 변압기를 통해 충전되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 변압기 고장시,
    상기 변압기로부터 전기를 공급받는 수용가 측에도 상기 에너지 저장 장치를 통해 전기를 공급하는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전기차 충전 장치에는 역전류방지 다이오드가 연결되며,
    상기 역전류방지 다이오드의 용량은 단락 전류(Isc)의 0.5배 이상, 개방 전압(Voc)의 0.6배 이상인, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 완속 충전 장치와 상기 급속 충전 장치에는 각각 전원 회로와 출력 전원을 제어하는 충전 제어기가 배치되며,
    상기 충전 제어기를 통해 충전 속도 및 효율을 조절하며, 과전류 발생시 전류를 차단하는 전류 검출기가 더 배치되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  11. 제1 항에 있어서,
    긴급 출동 부서와 유무선 통신으로 연결된 자동 연락 장치가 더 구비되며,
    화재 발생 시, 상기 자동 연락 장치도 함께 동작하여 상기 긴급 출동 부서로 화재 상황을 전달하는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 긴급 출동 부서로 화재 상황 전달 시,
    화재가 발생한 장소의 위치 정보와 함께, 상기 긴급 출동 부서로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보도 함께 전달되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  13. 제12 항에 있어서,
    비상 상황을 시각적으로 표시하는 시각 표시 장치; 및
    상기 비상 상황에 대해 음성으로 안내하는 음성 표시 장치를 더 포함하는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 자동 연락 장치는 긴급 복구 부서와도 유무선 통신으로 연결되며,
    화재 발생 시, 상기 자동 연락 장치도 함께 동작하여 상기 긴급 복구 부서로 화재 상황을 전달하는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 긴급 복구 부서로 화재 상황 전달 시,
    화재가 발생한 장소의 위치 정보와 함께, 상기 긴급 복구 부서로부터 상기 화재가 발생한 장소까지 도달하는 최단시간 네비게이션 경로 정보도 함께 전달되는, 전기차 충전기 ESS 탑재형 변압기.
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