KR20050048010A

KR20050048010A - 가정용 전원을 이용한 전기자동차 충전장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20050048010A
Application number: KR1020030081823A
Authority: KR
Inventors: 양채모
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-05-24

Abstract

별도의 전원 설비 없이 가정용 옥내 배선의 전원을 이용하여 전기자동차의 안정된 충전을 실행할 수 있도록 하는 것으로,

가정용 옥내 배선에 설치되는 전원 차단기의 후단에 설치되어 현재 옥내 배선의 사용 총 전류량을 검출하여 근거리 무선 통신으로 실시간 전송하는 전원 전류 검출 제어기와, 전기자동차의 구성되며, 상기 전원 전류 검출 제어기에서 전송되는 옥내 배선의 사용 총 전류량에 대한 실시간 데이터를 수신하는 무선 수신 모듈과, 옥내 배선의 사용 총 전류량으로부터 목표 충전 전류량을 산출하여 목표 충전량으로 구동 전지의 충전을 제어하는 충전 제어기를 포함한다.

따라서, 옥내 배선에 연결되는 전원 콘센트에 충전 케이블이 접속되어 전기자동차의 충전모드가 설정되면 옥내 배선의 사용 총 전류를 검출하여 근거리 무선통신으로 전기자동차의 충전기에 실시간 전송하고, 충전기내의 충전 제어기는 현재 사용 전류가 전원 차단기로 설정되는 최대 허용 전류 이하인지를 판단하여, 허용 전류 이하이면 목표 충전 전류량을 산출하여 산출된 목표 충전 전류량을 구동 전지의 충전을 제어한다.

Description

가정용 전원을 이용한 전기자동차 충전장치 및 그 방법{ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM FOR USING OF A HOME ELECTRIC AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 별도의 전원 설비 없이 가정용 옥내 배선의 전원을 이용하여 전기자동차의 안정된 충전을 실행할 수 있도록 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치 및 그 방법에 관한 것이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이 전기자동차(10)는 구동원인 구동모터(11)와, 구동모터(11)에 동력을 제공하기 위하여 고전압이 충전되는 구동전지(12)와, 상기 구동모터(11)의 거동을 제어하는 모터 제어기(13), 상용 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 구동전지(12)에 충전 전압을 공급하여 주는 충전기(14) 및 DC/DC 컨버터인 메인 컨텍터(15)로 구성된다.

상기한 구성 요소들은 고전압 시스템으로 이루어지며, 특히 전기자동차 충전을 위해서 단상 220Volt의 독립된 고전력의 산업용 교류전원에 충전 케이블을 접속하여 충전하는 방식을 사용하였다.

따라서, 고전력의 전원 설비가 갖추어지지 않은 곳에서 전기자동차의 충전을 위해서는 별도의 고전력 충전 전원 설비를 갖추어야 하며, 이에 따라 고비용이 요구되는 단점이 있어 실용화 단계에 접어들고 있는 전기자동차의 보급에 단점으로 작용되는 문제점이 있다.

또한, 가정용 전원의 옥내 배선을 이용하는 방법이 있으나 가정용 전원 사양은 AC 220Volt 30A로 용량에 제한이 있고 허용 전류가 제한된 전선으로 이미 시공되어 있는 상태이다.

특히, 가정용 전기기기(냉장고, 에어컨 등)를 사용 할 경우는 전기자동차의 최대 충전 전원 요구사양인 6.6kW를 충족시킬 수 없다.

만약 가정용 전기장치가 동작하여 일정 부하를 사용중인 상태에서 충전 부하를 추가 접속하게 되면 가정용 전원 부하 용량 초과 사용으로 가정용 메인 전원 차단기가 작동하여 가정 전체의 전기 사용이 중단되어 전기자동차를 충전할 수 없게 되는 단점이 있다.

따라서, 전기자동차를 가정에서 충전하기 위해서는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 가정용 옥내 배선인 전원 차단기(31) 이전의 전원선에 추가적으로 전기자동차를 충전하기 위한 충전 전용 전원 배전반(20)을 설비하고, 전원 배전반(20)내에 별도로 전원 차단기(21)를 설치하여 사용하고 있다.

상기한 바와 같이, 전기자동차를 가정에서 충전함에 있어, 기존의 옥내 배선 설비의 제한된 전류 용량 및 전원 차단기 용량으로 인하여 가정용 전원 설비는 전기자동차 충전 전원으로 직접 사용할 수 없고 별도의 충전 전원 설비를 해야 하며 이러한 고전력 설비는 고비용이 소요되는 문제점과 전기자동차의 충전 인프라를 구축하는데도 어려움이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 가정용 전원의 부하 변동 조건(에어컨, 냉장고, 전등 등의 On/Off 변동 조건)하에서도 가정용 전원 차단기의 전류 용량 범위내에서 현재 전기자동차 충전 전원으로 사용할 수 있는 가용 부하량을 자동으로 판단하여 전기자동차의 충전 전원으로 활용할 수 있도록 한 것이다.

즉, 가정용 전원의 부하 변동에 따라 전기자동차의 충전 전류를 가변 제어하여 가정용 전원의 전류 용량 범위에서 전기자동차의 안정된 충전이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 가정용 옥내 배선에 설치되는 전원 차단기의 후단에 설치되어 현재 옥내 배선의 사용 총 전류량을 검출하여 근거리 무선 통신으로 실시간 전송하는 전원 전류 검출 제어기와; 전기자동차의 구성되며, 상기 전원 전류 검출 제어기에서 전송되는 옥내 배선의 사용 총 전류량에 대한 실시간 데이터를 수신하는 무선 수신 모듈과; 옥내 배선의 사용 총 전류량으로부터 목표 충전 전류량을 산출하여 목표 충전량으로 구동전지의 충전을 제어하는 충전 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 옥내 배선에 연결되는 전원 콘센트에 충전 케이블이 접속되어 전기자동차의 충전모드가 설정되면, 옥내 배선의 사용 총 전류를 검출하는 과정; 상기 검출되는 옥내 배선의 사용 총 전류량의 데이터를 근거리 무선통신으로 실시간 전송하는 과정; 옥내 배선에의 사용 총 전류량이 전기자동차의 충전기에 수신되면 현재 사용 전류가 전원 차단기로 설정되는 최대 허용 전류 이하인지를 판단하는 과정; 현재 사용 전류가 최대 허용 전류 이하이면 목표 충전 전류량을 산출하여 산출된 목표 충전 전류량을 구동전지의 충전을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치는 가정용 옥내 배선(100)에 설치되는 전원 차단기(110)의 후단에 전원 전류 검출 제어기(120)가 설치된다.

상기 전원 전류 검출 제어기(120)는 현재 가정내에서 사용되고 있는 총 전류를 검출하여 그에 대한 정보를 근거리 무선 통신, 바람직하게는 블루투스 통신을 통해 전기자동차에 실시간 데이터로 전송하는 기능을 담당한다.

상기 전원 전류 검출 제어기(120)는 옥내 배선에 연결되어 가정내에서 사용되고 있는 총 전류량을 검출하는 전류센서(130)의 신호를 설정된 값으로 증폭하는 증폭기(121)와, 증폭된 검출 전류량을 분석하여 근거리 무선 통신을 통한 전송에 필요한 전반적인 동작을 제어하는 제어기(122)와, 전기자동차(300)와 근거리 무선 통신으로 가정내에서 사용되는 총 전류량에 대한 정보를 실시간 데이터로 전송하는 무선 전송 모듈(123)로 구성된다.

또한, 전기자동차(300)는 전술한 종래의 구성과 같이, 구동원인 구동모터(310)와 구동모터(310)에 동력을 제공하기 위하여 고전압이 충전되는 구동전지(320)와 상기 구동모터(310)의 거동을 제어하는 모터 제어기(330), 상용 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 구동전지(320)에 충전 전압을 공급하여 주는 충전기(14) 및 DC/DC 컨버터인 메인 컨텍터(15)로 구성되며, 충전기(14)에는 옥내에 설치되어 있는 전원 전류 검출 제어기(120)에서 근거리 무선통신으로 전송되는 가정내 사용 총 전류량에 대한 실시간 데이터를 수신하는 무선 수신 모듈(341)과, 수신되는 가정내 전류량에 따라 구동전지(320)에의 충전 전류량을 제어하는 충전 제어기(342)를 포함한다.

전술한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명을 적용하여 가정용 옥내 배선에 연결되는 전원 콘센트(140)에 전기자동차의 충전 케이블을 접속하여 전기자동차의 충전을 실행하는 동작은 다음과 같다.

운행을 마친 전기자동차의 충전을 위하여 가정용 옥내 배선(100)에 연결되어 있는 전원 콘센트(140)에 충전 케이블을 접속하여 전기자동차(300)의 충전을 시작하게 되면(S101), 전원 차단기(110)의 후단에 설치되어 있는 전원 전류 검출 제어기(120)는 옥내 배선에 연결되어 있는 전류센서(130)로부터 현재 가정내에서 총 사용 전류를 검출한 다음(S102) 근거리 무선 통신을 통해 검출되는 전류량의 데이터를 실시간 데이터로 전기자동차(300)에 전송한다(S103).

이때, 전원 전류 검출 제어기(120)내의 증폭기(121)는 전류센서(130)에서 검출되는 가정내의 총 사용 전류의 신호를 설정된 레벨로 증폭하여 제어기(122)에 인가하며, 제어기(122)는 검출되는 신호를 무선 전송 모듈(120)을 통해 근거리 무선통신, 바람직하게는 블루투스 통신으로 전기자동차(300)에 구비되어 있는 충전기(340)에 전송한다.

따라서, 전기자동차(300)내의 충전기(340)에 구성되는 무선 수신 모듈(341)은 근거리 무선 통신으로 전송되는 가정내의 사용 전류량에 대한 실시간 데이터를 수신 복원하여 충전 제어기(342)에 인가한다.

충전 제어기(342)는 수신되는 현재 사용되는 총 전류량이 가정내에 부여되어 있는 최대 허용 전류량 이하의 값을 유지하고 있는지를 판단한다(S104).

상기 최대 허용 전류량은 가정용 옥내 배선(100)에서의 과부하를 단속하기 위해 설치되는 전원 차단기(110)에 설정되는 전류 용량인, 대략 30A이다.

이때, 현재 사용되는 총 전류량이 가정에 부여되어 있는 최대 허용 전류 이하의 값을 유지하고 있는 것으로 판단되면 전기자동차(300)에서 충전 가능한 목표 충전 전류량을 산출한다(S105).

상기 목표 충전 전류량은 가정내의 최대 허용 전류에서 현재 사용되고 있는 총 전류량을 차한 값으로 설정한다.

최대 허용 전류는 전원 차단기(110)의 전류 용량이고, 현재 사용되는 총 전류량은 가정용 전기기기의 사용 전류와 충전기의 충전전류를 포함한다.

상기와 같이 충전 가능한 목표 충전 전류량이 산출되면 충전 제어기(342)는 목표 충전 전류량으로 파워 스테이지(343)를 제어하여 구동전지(320)의 충전을 실행한다(S106).

상기한 바와 같이 가정용 전원으로 전기자동차(300)의 구동전지(320)에 대한 충전을 실행하는 상태에서 구동전지(320)의 SOC(Stage Of Charge)가 만충전 레벨에 도달되었는지를 판단하여(S107), 만충전 레벨이 도달되지 않은 상태이면 상기 S102의 과정으로 리턴되고, 만충전 레벨에 도달되었으면 충전모드를 종료한다(S108).

또한, 상기 S104에서 현재 가정내에서 사용되는 총 전류량이 전원 차단기(110)로 설정되는 최대 허용 전류량 이하의 값을 갖지 않는 경우에는 목표 충전 전류량을 0A로 설정한 다음(S109) 구동전지(320)의 만충전 여부를 판단하여 전술한 과정을 반복한다.

이때, 옥내 배선에 연결되는 전원 차단기(110)는 허용 전류의 초과 상태를 감지하고 차단되는 시간은 일반적으로 25㎳ 정도이고, 전력 스위칭 소자를 사용하여 충전전류를 제어하는 전기자동차(300)내의 충전기(340)는 수백 ㎲의 제어 응답성을 가지고 있으므로, 가정용 전기기기의 급격한 전기 부하 변동에 대응하여 충분히 빠른 속도로 충전 전류의 제어가 실행된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전기자동차의 구동전지 충전을 가정용 옥내 배선의 콘센트를 이용함으로써 옥내 배선 이전에 설치되는 고가의 별도 충전 설비가 배제되어 경비 절감을 도모하고, 사용 가능한 충전 전원의 다양화로 충전 성능을 향상시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치에 대한 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따라 가정용 전원을 이용하여 전기자동차의 충전을 실행하는 흐름도.

도 3은 종래 전기자동차의 충전 구조를 도시한 도면.

Claims

가정용 옥내 배선에 설치되는 전원 차단기의 후단에 설치되어 현재 옥내 배선의 사용 총 전류량을 검출하여 근거리 무선 통신으로 실시간 전송하는 전원 전류 검출 제어기와;

전기자동차의 구성되며, 상기 전원 전류 검출 제어기에서 전송되는 옥내 배선의 사용 총 전류량에 대한 실시간 데이터를 수신하는 무선 수신 모듈과;

옥내 배선의 사용 총 전류량으로부터 목표 충전 전류량을 산출하여 목표 충전량으로 구동전지의 충전을 제어하는 충전 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 전원 전류 검출 제어기는 옥내 배선에 연결되어 사용되는 총 전류량을 검출하는 전류센서와;

상기 전류센서의 검출 신호를 설정된 값으로 증폭하는 증폭기와

증폭된 검출 전류량을 분석하여 근거리 무선 통신을 통한 전송에 필요한 전반적인 동작을 제어하는 제어기와;

옥내 배선에서 사용되는 총 전류량의 정보를 근거리 무선 통신으로 실시간 전송하는 무선 전송 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 근거리 무선통신은 블루투스 통신을 적용하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치.
제1항에 있어서,

상기 충전 제어기의 목표 충전 전류량 산출은 전원 차단기의 용량인 가정내의 최대 허용 전류에서 가정용 전기기기의 사용 전류와 충전기의 충전전류를 포함하는 현재 사용되고 있는 총 전류량을 차한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전장치.
옥내 배선에 연결되는 전원 콘센트에 충전 케이블이 접속되어 전기자동차의 충전모드가 설정되면, 옥내 배선의 사용 총 전류를 검출하는 과정;

상기 검출되는 옥내 배선의 사용 총 전류량의 데이터를 근거리 무선통신으로 실시간 전송하는 과정;

옥내 배선에의 사용 총 전류량이 전기자동차의 충전기에 수신되면 현재 사용 전류가 전원 차단기로 설정되는 최대 허용 전류 이하인지를 판단하는 과정;

현재 사용 전류가 최대 허용 전류 이하이면 목표 충전 전류량을 산출하여 산출된 목표 충전 전류량을 구동전지의 충전을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전방법.
제5항에 있어서,

상기에서 현재 사용 전류가 최대 허용 전류 이상이면 목표 충전 전류량을 O 암페어(A)로 설정하는 것을 특징으로 하는 가정용 전원을 이용한 전기자동차의 충전방법.