KR20120107969A - 전기 자동차용 전력 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

제어 장치(3)는 DC 전원 장치로부터 공급된 전력과 분배 회로(10) 측에 필요한 전력 모두에 기초하여, 양방향 전력 공급 장치의 동작을 충전 동작 또는 공급 동작 중 어느 하나로 변경하기 위한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된다. 양방향 전력 공급 장치(2)는, 스위칭 신호에 기초하여, 전기 자동차(60)가 그 동작을 배터리(62)의 충전 동작 또는 배터리의 공급 동작 중 어느 하나로 변경하게 하도록 구성된 제어부(23); 배터리 DC 분배반(1)으로부터의 DC 전력의 전압 값을 변환하여 전기 자동차(60)의 배터리(62)에 공급하도록 구성된 DC-DC 변환기(21); 및 전기 자동차(60)의 배터리(62)로부터의 DC 전력의 전압 값을 변환하여 DC 분배반(1)에 공급하도록 구성된 DC-DC 변환기(22)를 포함한다

Description

전기 자동차용 전력 공급 시스템 {POWER FEED SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 일반적으로 전기 자동차용 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
근년에, 플그러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Vehicle, PHV) 또는 배터리 전기 자동차(Battery Electric Vehicle, BEV) 등의 전기 자동차가 개발되었다. 전기 자동차를 충전하는 방법으로는, 전기 자동차에 주택의 콘센트(outlet)를 통해 상용 AC(alternating current) 전력을 공급하여 전기 자동차를 충전하는 것이 고려되었다.
또, 배터리를 충전하기 위해 전기 자동차에 상용 AC 전력을 공급하는 도중에 전원 고장이 발생한 경우, 전기 자동차의 배터리를 방전함으로써 주택의 전기 장치에 전력을 공급하는 것이 검토되었다(예를 들면, 일본 특허공개공보 제2006-158084호 참조).
상기 특허문헌에 개시된 시스템에서, 전기 자동차를 충전할 때, 상용 AC 전력이 전기 자동차에 공급되고 AC는 전기 자동차 내에서 DC(Direct Current)로 변환되어 배터리를 충전한다. 그러므로, AC를 DC로 변환할 때 변환 손실이 발생하는 문제점이 있다. 마찬가지로, 전기 자동차를 방전할 때, 배터리에 축적된 DC 전력은 AC 전력으로 변환되어 주택 측에 공급된다. 그러므로 DC를 AC로 변환할 때 변환 손실이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 전기 자동차의 배터리를 충전할 때 및/또는 주택에 전력을 공급하기 위해 배터리를 방전할 때에, AC-DC 변환 및/또는 DC-AC 변환의 단계를 생략할 수 있어, 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 전기 자동차용 전력 공급 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 복수의 출력단(output)에 하나 이상의 DC 전원 장치(power supply)로부터의 DC 전력을 분배하도록 구성된 분배 회로를 포함하는 DC 분배반(distribution board); 전기 자동차의 배터리에 상기 DC 분배반으로부터의 DC 전력을 공급하는 충전 동작(charging operation), 및 상기 DC 배전반에 상기 전기 자동차의 배터리로부터의 DC 전력을 공급하는 공급 동작(feeding operation)을 수행하도록 구성된 양방향 전력 공급 장치; 및 상기 하나 이상의 DC 전원 장치로부터 공급된 전력 및 상기 분배 회로 측에 필요한 전력 모두에 기초하여 상기 양방향 전력 공급 장치의 동작을 상기 충전 동작 또는 상기 공급 동작 중 어느 하나로 변경하기 위한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된 제어 장치를 포함한다. 상기 양방향 전력 공급 장치는, 상기 제어 장치에 의해 생성된 스위칭 신호에 기초하여 상기 전기 자동차가 그 동작을 상기 배터리의 충전 동작 또는 상기 배터리의 공급 동작 중 어느 하나로 변경하게 하도록 구성된 제어부; 상기 전기 자동차가 충전될 때, 상기 DC 분배반으로부터의 DC 전력을 상기 전기 자동차에 공급하도록 구성된 자동차 측의 공급부; 및 상기 전기 자동차가 방전할 때, 상기 DC 분배반에 상기 전기 자동차로부터의 DC 전력을 공급하도록 구성된 분배반 측의 공급부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전기 자동차의 배터리를 충전할 때, DC 전력은 양방향 전력 공급 장치를 통해 DC 분배반에서 전기 자동차로 공급된다. 그러므로, 전기 자동차 측에서 AC를 DC로 변환할 필요가 없다. 이런 이유로, AC를 DC로 변환하기 위한 전환 손실이 발생하지 않는다. 또, 전기 자동차의 배터리를 방전하여 전기 자동차 측으로부터 전력을 공급할 때, 양방향 전력 공급 장치는 전기 자동차의 배터리에 축적된 DC 전력을 DC 분배반에 직접 공급한다. 그러므로, 전기 자동차로부터 공급된 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 필요가 없다. 이 때문에, DC를 AC로 변환하기 위한 전환 손실이 발생하지 않는다. 그러므로, 전력을 효율적으로 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 DC 분배반은 건물에 배치되어 있다. 상기 전기 자동차는 배터리를 충전 및 방전하기 위한 충방전부(charge-discharge part), 및 상기 충방전부의 동작을 제어하는 충방전 제어부를 더 갖추고 있다. 양방향 전력 공급 장치는, 상기 충전 동작 시에 상기 전기 자동차의 충반전부에 상기 DC 분배반으로부터 공급된 DC 전력을 공급하도록 구성되고, 상기 공급 동작 시에 상기 DC 분배반에 상기 전기 자동차의 충방전부로부터 공급된 DC 전력을 공급하도록 구성된다. 상기 양방향 전력 공급 장치의 제어부는, 상기 전기 자동차의 충방전 제어부를 통해, 상기 제어 장치에 의해 생성된 스위칭 신호에 기초하여 상기 전기 자동차의 충방전 제어부의 동작을 상기 배터리의 충전 동작 또는 상기 배터리의 공급 동작 중 어느 하나로 변경하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 DC 전원 장치는 축전지를 포함하고, 상기 축전지는 다른 DC 전원 장치로부터 공급된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성되고 상기 다른 DC 전원 장치가 전력 공급을 중단한 때 방전하도록 구성된다. 상기 축전지는 상기 전기 자동차가 방전할 때 상기 DC 분배반 측의 공급부로부터 공급된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성된다.
본 실시예에 따르면, 전기 자동차의 배터리로부터 방전된 DC 전력은 축전지에 비축될 수 있다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부도면과 관련하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
이하 첨부도면에 따라 본 발명의 실시예를 설명한다.
전기 자동차용 전력 공급 시스템의 실시예는, 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 또는 배터리 전기 자동차(BEV)와 같은, 전기 자동차에 DC 전력을 공급하여 전기 자동차의 배터리를 충전하도록 구성될 뿐 아니라, 주택 측에 전기 부족이 발생한 때 전기 자동차의 배터리를 방전시킴으로써 주택 측에 전기 자동차의 배터리에 축적된 전력를 공급하도록 구성된다. 본 실시예에서, 이러한 전기 자동차용 전력 공급 시스템이 단독 주택에 적용되는 구성을 설명한다. 그러나, 당연히, 전기 자동차용 전력 공급 시스템은 집합 주택(collective housing), 사무실 또는 기타 건물 등에 적용될 수 있다.
도 1은 전기 자동차용 전력 공급 시스템의 개략도를 나타낸다. 전기 자동차용 전력 공급 시스템은 DC 분배반(1), 양방향 전력 공급 장치(2), 제어 장치(3) 및 설정/표시 장치(4)를 포함한다. DC 분배반(1)은 주택(H)에 배치되고, DC 전원 장치로부터 공급된 DC 전력을 주택(H)에 설치된 분기 회로(branch circuit)에 공급하도록 구성된다. 양방향 전력 공급 장치(2)는 전기 자동차의 배터리에 DC 분배반(1)으로부터의 DC 전력을 공급하는 충전 동작, 및 DC 분배반(1)에 전기 자동차의 배터리로부터의 DC 전력을 공급하는 공급 동작을 수행하도록 구성된다. 예를 들면, 양방향 전력 공급 장치(2)는 충전 동작 또는 공급 동작 중 어느 하나를 수행하도록 구성된다. 양방향 전력 공급 장치(2)는 충전 동작 시에 전기 자동차(60)의 충방전 회로(63)에 DC 분배반(1)로부터 공급된 DC 전력을 공급한다. 양방향 전력 공급 장치(2)는 공급 동작 시에 DC 분배반(1)에 전기 자동차(60)의 충방전 회로(63)로부터 공급된 DC 전력을 공급한다.
전기 자동차(60)는 커넥터(61), 리튬 이온 배터리 등의 배터리(62), 충방전 회로(63), 통신 회로(64) 및 충방전 제어 회로(65)를 포함한다. 커넥터(21)는 급전 커넥터(feed connector)(26)에 탈착 가능하게 부착되도록 구성된다. 여기서, 급전 커넥터(26)는 양방향 전력 공급 장치(2)에서 끌어낸 충전 케이블(CA)의 단부에 설치된다. 충반전 회로(63)는 배터리(62)를 충전 및 방전하도록 구성된다. 통신 회로(64)는 양방향 전력 공급 장치(2)와 통신하도록 구성된다. 충방전 제어 회로(65)는, 양방향 전력 공급 장치(2)로부터 공급되고 통신 회로(64)에 의해 수신된 스위칭 신호에 기초하여, 충방전 회로(63)의 동작을 충전 동작 또는 공급 동작 중 어느 하나로 변경하도록 구성된다.
DC 분배반(1)은 300 V 클래스 DC 전압에 준거하고 있다. DC 분배반(1)에는 협력 제어부(cooperation control)(11) 및 복수의 DC 회로 차단기(circuit breaker)가 내장되어 있다. 협력 제어부(11)는 복수의 DC 전원 장치로부터 공급된 DC 전력을 합쳐, 부하 회로에 공급하도록 구성된다. 복수의 DC 회로 차단기(12)는 협력 제어부(11)의 출력 단자와 복수 시스템의 분기 회로 사이에 각각 연결된다. 각각의 DC 회로 차단기(121)는 분기 회로와 연결되기 위한 출력단을 가진다. 본 실시예에서, 분배 회로(10)는 복수의 DC 회로 차단기(12)를 포함한다. DC 분배반(1)에는 DC-DC 변환기(13), DC-DC 변환기(14), DC-DC 변환기(15) 및 AC-DC 변환기(16)가 포함되어 있다. DC-DC 변환기(13)는 광발전 설비(photovoltaic facility)(50)에 의해 생성된 DC 전압을 미리 정해진 전압 값의 DC 전압으로 변환하도록 구성된다. DC-DC 변환기(14)는 연료 전기(fuel cell)(51)에 의해 생성된 DC 전압을 미리 정해진 전압 값의 DC 전압으로 변환하도록 구성된다. DC-DC 변환기(15)는 축전지(52)로부터 공급된 DC 전압을 미리 정해진 전압 값의 DC 전압으로 변환하도록 구성된다. 여기서, 축전지(52)는 다른 DC 전원 장치에 의해 충전되도록 구성될 뿐 아니라, 상기 다른 DC 전원 장치가 전력 공급을 중단한 때 방전되도록 구성된다. AC-DC 변환기(16)는 상용 AC 전원 장치(100)로부터 공급된 AC 전력을 DC로 변환하도록 구성된다. DC-DC 변환기(13∼15) 및 AC-DC 변환기(16)의 각 출력단은 DC 전력 선로(L1)를 통해 협력 제어부(11)와 연결된다. 본 실시예에서, 대응하는 DC 전원 장치의 출력을 미리 정해진 전압 값으로 변환하도록 구성된 광발전 설비(50), 연료 전기(51), 축전지(52), DC-DC 변환기(13, 14, 15), 및 상용 AC 전원 장치(100)로부터 입력된 AC를 DC로 변환하도록 구성된 AC-DC 변환기(16)는, 하나 이상의 DC 전원 장치로서 포함된다.
양방향 전력 공급 장치(2)는 DC-DC 변환기(자동차 측의 공급부)(21), DC-DC 변환기(분배반 측의 공급부)(22), 인터페이스부(24), 통신부(25) 및 제어부(23)를 포함한다. DC-DC 변환기(21)는 DC 전력 선로(L2)를 통해 DC 회로 차단기(12)로부터 공급된 DC 전력을 전기 자동차(60)에 대응하는 전압 값의 DC 전력으로 변환하여, 전기 자동차(60)에 공급하도록 구성된다. DC-DC 변환기(22)는 전기 자동차(60)로부터 공급된 DC 전압의 전압 값을 변환하여 DC 전력 선로(L1)에 출력하도록 구성된다. 인터페이스부(24)는 제어 장치(3)와 신호를 전송하도록 구성된다. 통신부(25)는 통신 선로(L4)를 통해 전기 자동차(60)의 통신 회로(64)와 통신하도록 구성된다. 제어부(23)는 제어 장치(3) 또는 전기 자동차(60)로부터 공급된 신호에 기초하여 DC-DC 변환기(21, 22)의 동작을 제어하도록 구성된다. 본 실시예에서, 양방향 전력 공급 장치(2)의 통신부(25)와 전기 자동차(60)의 통신 회로(64) 사이에 전달되는 신호는 충전 케이블(CA)에 포함된 전용 통신 선로(L4)를 통해 전송된다. 그러나, 신호는 전력선 통신을 이용하여 전력 선로(L3) 상에 중첩되어 전송될 수 있다. 신호는 단거리 무선 통신을 이용하여 전송될 수 있다.
제어 장치(3)는 DC 분배반(1)으로부터 공급되는 DC 전력의 양을 제어할 수 있는 기능을 가진다. 제어 장치(3)는 DC-DC 변환기(13∼15) 및 AC-DC 변환기(16)로부터 공급되는 각 전력을 개별적으로 제어하도록 구성되어, 복수의 DC 전원 장치 간의 공급 비율을 결정한다. 제어 장치(3)는 또한 양방향 전력 공급 장치(2)에 복수의 DC 전원 장치의 전력 공급 능력에 관한 정보를 제공할 수 있는 기능을 가진다. 양방향 전력 공급 장치(2)는, 제어 장치(3)로부터 공급된 전력 공급 능력에 관한 정보에 기초하여, DC-DC 변환기(21)를 제어하도록 구성되어, 전기 자동차(60)에 공급되는 DC 전력을 제어하여 자동차(60)에 공급되는 DC 전력이 DC 전원 장치의 전력 공급 능력을 초과하지 않도록 한다.
설정/표시 장치(4)는 터치 패널을 구비한 액정 디스플레이 모니터를 포함한다. 설정/표시 장치(4)는 DC 전원 장치의 공급 조건을 스크린에 표시하도록 구성된다. 또, 스크린에 표시된 동작 버튼의 터치 동작에 의해, 다양한 설정 조건이 설정/표시 장치(4)를 통해 제어 장치(3)에 설정될 수 있다.
이제, 본 전력 공급 시스템을 사용에 의한 전기 자동차(60)의 충전/방전 동작을 설명한다.
제어 장치(3)는 DC 전원 장치로부터의 전력(공급 전력)을 분기 회로 측에 필요한 전력(필요 전력)과 비교한다. DC 전원 장치로부터의 공급 전력이 필요 전력보다 높은 경우, 제어 장치(3)는 양방향 전력 공급 장치(2)의 동작을 충전 동작으로 스위칭하기 위한 스위칭 신호를 양방향 전력 공급 장치(2)에 공급하여, 제어 장치(3)는, 양방향 전력 공급 장치(2)가 공급 전력을 전기 자동차(60)에 공급하게 한다. 따라서, 제어 장치(3)는, 양방향 전력 공급 장치(2)가 전기 자동차(60)의 배터리(62)를 충전하게 한다. 배터리(62)의 충전을 완료한 후, 제어 장치(3)는 다른 DC 전원 장치를 사용하여 축전지(52)의 충전을 수행한다. 제어 장치(3)는, 축전지(52)의 충전을 완료한 후, DC 전원 장치로부터 공급된 DC 전력을 DC-AC 변환기(도면에 도시되지 않음)를 통해 AC 전력으로 변환하여 AC 장치에 공급하도록 구성될 수 있다. 한편, DC 전원 장치로부터의 공급 전원이 필요 전력보다 낮은 경우, 제어 장치(3)는 먼저 축전기(52)를 방전시킨다. 축전기(52)의 방전 후, 제어 장치(3)는 양방향 전력 공급 장치(2)의 동작을 공급 동작으로 스위칭하기 위한 스위칭 신호를 양방향 전력 공급 장치(2)에 공급하여, 제어 장치(3)는, 양방향 전력 공급 장치(2)가 DC 분배반(1) 측에 전기 자동차(60)의 배터리(62)에 의해 방전되는 DC 전력을 공급하게 한다. 즉, 본 실시예는 DC 전원 장치로부터의 공급 전력이 필요 전력보다 낮은 경우, 양방향 전력 공급 장치(2)의 동작을 공급 동작으로 스위칭하도록 구성된다.
본 실시예에서, 필요 전력은, 예를 들면, 분배 회로(10)에 연결된 부하의 동작에 필요한 전력의 총량이다. 필요 전력은 외부 설정 장치를 통해 제어 장치(3)에 설정될 수 있다. 예를 들면, 필요 전력은 부하의 동작을 관리하도록 구성된 홈 서버를 통해 제어 장치(3)에 설정된다. 이 경우에, 홈 서버는 분배 회로(10)의 출력에 각각 연결된 복수의 부하와 연결된다. 각 부하는 홈 서버의 동작에 필요한 전력에 관한 정보를 홈 서버에 제공하도록 구성된다. 홈 서버는 부하로부터 제공된 정보를 관리하고, 부하에 필요한 전력의 총량을 계산한다. 홈 서버는 상기 총량을 필요 전력으로서 제어 장치(3)에 전송한다.
전기 자동차(60)를 충전하는 경우, 양방향 전력 공급 장치(2)에서 끌어낸 충전 케이블(CA)의 급전 커넥터(26)가 전기 자동차(60)의 커넥터(61)에 연결될 때, 양방향 전력 공급 장치(2)의 제어부(23)는, 통신부(25)가 전기 자동차(60) 측에 충전 정보 전송 요청을 공급하게 한다. 여기서, 충전 정보 전송 요청은 충전 전압 및 충전 전류에 관한 충전 정보의 전송 요청이다. 전기 자동차(60)의 통신 회로(64)가 양방향 전력 공급 장치(2)로부터 전송된 충전 정보 전송 요청을 수신한 때, 충방전 제어 회로(65)는, 통신 회로(64)가 양방향 전력 공급 장치(2)에 자신의 자동차에 대한 충전 전압 및 충전 전류에 관한 충전 정보를 공급하게 한다. 양방향 전력 공급 장치(2)의 통신부(25)에 의해 충전 정보가 수신된 후, 양방향 전력 공급 장치(2)의 제어부(23)는 통신부(25)에 의해 수신된 충전 정보 및 인터페이스부(24)를 통해 제어 장치(3)로부터 취득된 DC 전원 장치의 전력 공급 능력 모두에 기초하여 DC 분배반(1)으로부터의 전력 공급의 가능 여부를 결정한다. 그후, 제어부(23)는, 공급 가능한 전류 값 및 전기 자동차(60) 측에 의해 요청된 전압 값을 사용하여, DC-DC 변환기(21)의 출력을 제어하여, 전기 자동차(60) 측에 전력을 공급한다.
본 실시예에서, 광발전 설비(50), 연료 전지(51), 축전지(52), 및 AC 전원 장치(100)로부터의 AC 출력을 AC-DC 변환기를 통해 DC로 변환하여 얻은 DC 전원 장치가 DC 분배반(1)에 DC 전력을 공급하는 DC 전원 장치로 사용된다. 본 실시예에서, 제어 장치(3)는 복수의 DC 전원 장치 중에서 전기 자동차(60)에 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 DC 전원 장치의 선택 처리를 자동으로 수행한다. 본 실시예에서, AC-DC 변환기(16)로부터 공급되는 전력은 설정/표시 장치(4)를 통해 제어 장치(3)에 설정될 수 있다. 예를 들면, AC-DC 변환기(16)로부터 공급되는 전력의 상한은 설정/표시 장치(4)를 통해 제어 장치(3)에 설정된다.
예를 들면, 전기 자동차(60) 측의 배터리(62)를 충전하는 경우, 상용 AC 전원 장치(100)의 AC 입력을 DC로 변환하도록 구성된 AC-DC 변환기(16)로부터 공급되는 전력은 설정/표시 장치(4)를 사용하여 영(zero)으로 설정되고, 일광이 존재하고(즉, 전력 발생이 광발전 설비(50)에 의해 수행됨), 축전지(52)에 축적된 전력이 존재하는 것으로 가정된다. 또, 전기 자동차(60)가, 충전 정보 전송 요청에 대한 응답으로, 충전 전압이 DC 300 V이고 충전 전류가 20 A라는 충전 정보를 양방향 전력 공급 장치(2)에 전송한다고 가정된다. 그 후, 이 충전 정보는 양방향 전력 공급 장치(2)로부터 제어 장치(3)에 다시 전송된다. 여기서, 제어 장치(3)는 각 DC 전원 장치의 전력 공급 능력을 파악하도록 구성된다. 광발전 설비(50)의 전력 생성이 2000 VA이고, 연료 전지(51)의 전력 생성은 0 VA이고, 축전지(52)의 전력 공급 능력은 1000 VA이고, 주택(H) 내의 다른 전자 장치에 의한 전력 소비는 없다고 가정하자. 이 경우에, 제어 장치(3)는 전기 자동차(60)에 공급 가능한 전력이 3000 VA라고 결정한다. 제어 장치(3)는 DC-DC 변환기(13) 및 DC-DC 변환기(15)를 제어하고, 광발전 설비(50) 및 축전지(52)를 전원 장치로 사용하여, 충전 전압이 300 V이고 충전 전류가 10 A인 조건으로 전기 자동차(60)에 대한 전력 공급을 수행한다.
다음에, 다른 조건은 전술한 경우와 동일하면서 일광이 존재하지 않는다고 가정하자. 이 경우에, 제어 장치(3)는 전기 자동차(60)에 공급 가능한 전력이 1000 VA라고 결정하고, 이는 축전지(52)의 전력 공급 능력에 상응한다. 그후, 제어 장치(3)는 DC-DC 변환기(15)를 제어하고, 축전지(52)를 전원 장치로 사용하여, 충전 전압이 300 V이고 충전 전류가 3.3 A인 조건으로 전기 자동차(60)에 대한 전력 공급을 수행한다.
다음에, 상용 AC 전원 장치(100)의 AC 입력을 DC로 변환하도록 구성된 AC-DC 변환기(16)로부터 공급되는 전력은 1000 VA로 설정되고, 일광이 존재하지 않고, 축전지(52)에 축적된 전력이 존재하고 그 전력 공급 능력이 1000 VA라고 가정하자. 이 경우에, 제어 장치(3)는 전기 자동차(60)에 공급 가능한 전력이 2000 VA라고 결정한다. 그 후, 제어 장치(3)는 DC-DC 변환기(15) 및 AC-DC 변환기(16)를 제어하고, 상용 AC 전원 장치(100)의 AC 입력을 DC로 변환하도록 구성된 AC-DC 변환기(16), 및 축전지(52)를 전원 장치로 사용하여, 충전 전압 300 V이고 충전 전류가 6.6 A인 조건으로 전기 자동차(60)에 대한 전력 공급을 수행한다.
여기서, 제어 장치(3)는 사전에 구성된 선택 규칙에 따라 적어도 하나의 최적 DC 전원 장치를 자동으로 선택하도록 구성된다. 그러나, 어떤 종류의 DC 전원 장치를 전력 공급에 바람직하게 사용할 것인지는 설정/표시 장치(4)를 사용하여 제어 장치(3)에 설정할 수 있다.
DC 전력은 DC 분배반(1)으로부터 전기 자동차(60)에 전술한 방식으로 공급되고, 배터리(62)는 전기 자동차(60)의 충방전 회로(63)를 통해 충전된다. 여기서, DC 전원 장치로부터의 전력 공급이 중단되는 경우, 제어 장치(3)는 전기 자동차(6)에 양방향 전력 공급 장치(2)를 통해 스위칭 신호를 전송한다. 그러면, 전기 자동차(60)의 충방전 회로(63)는 배터리(62)를 방전시켜, DC 전력이 배터리(62)로부터 DC 분배반(1) 측에 공급된다.
예를 들면, 야간 등에 전기 자동차(60)가 충전되고 있고, 상용 AC 전원 장치(100)의 전력 변환이 설정/표시 장치(4)를 사용하여 최소로 설정되고, 전기 자동차(60)의 다음날 계획된 주행 거리가 50 km로 설정되어 있다고 가정하자. 광발전 설비(50)가 야간에는 전력을 발생시키지 않기 때문에, 본 전력 공급 시스템은 연료 전지(51) 및 축전지(52)를 전원 장치로 사용하여, 전기 자동차(60)의 충전 및 주택(H) 내의 부하에의 전력 공급을 모두 수행한다. 연료 전지(51)와 축전지(52)의 조합의 전력 공급 능력이 주택(H) 내의 부하에 필요한 전력보다 낮은 경우, 제어 장치(3)는 양방향 전력 공급 장치(2)의 동작을 전기 자동차(60)의 배터리(62)를 충전하는 충전 동작에서 배터리(62)를 방전하는 방전 동작(공급 동작)으로 변경하게 하는 스위칭 신호를 양방향 전력 공급 장치(2)에 출력한다. 양방향 전력 공급 장치(2)는 이 스위칭 신호를 전기 자동차(60)에 전송한다. 그러면, 전기 자동차(60)의 충방전 제어 회로(65)는
통신 회로(64)에 의해 수신된 스위칭 신호에 기초하여 충방전 회로(63)가 방전 동작(공급 동작)을 수행하게 하여, 배터리(62)에 축적된 DC 전력이 전력 선로(L3)를 통해 양방향 전력 공급 장치(2)로 방전된다. 양방향 전력 공급 장치(2)에서, 이때, 제어 장치(3)로부터 입력된 스위칭 신호에 따라, 제어부(23)는 DC-DC 컨버터(21)의 동작을 중단시킬 뿐 아니라, DC-DC 변환기(22)가 전기 자동차(60)로부터 공급되는 DC 전압(예를 들면, 300 V)을 주택의 전력 선로에 맞춘 전송 전압 값(예를 들면, 350 V)으로 변환하여 DC 전력 선로(L1)에 출력하게 한다. 그러므로, 본 전력 공급 시스템은 전기 자동차(60)의 배터리(62)를 전원 장치로 사용하여 주택(H) 내의 부하에 DC 전력을 공급할 수 있다.
그런데, 다음날 계획된 주행 거리가 설정/표시 장치(4)를 사용하여 설정되어 있을 때, 제어 장치(3)는 계획된 주행 거리에 관한 설정 정보를 양방향 전력 공급 장치(2)를 통해 전기 자동차(60)에 전송한다. 전기 자동차(60)의 충반전 제어 회로(65)는 양방향 전력 공급 장치(2)로부터 공급된 설정 정보에 기초하여 계획된 주행 거리를 운전하기 위해 요구되는 필요 배터리 레벨을 결정한다. 양방향 전력 공급 장치(2)로부터 입력된 스위칭 신호에 따라 배터리(62)의 방전을 시작한 후, 충방전 제어 회로(65)는 배터리(62)의 남은 배터리 레벨과 필요한 배터리 레벨을 비교한다. 배터리(62)의 남은 배터리 레벨이 필요한 배터리 레벨보다 낮은 경우, 충방전 제어 회로(65)는 배터리(62)의 방전을 중단하도록 충방전 회로(63)를 자동으로 제어한다. 그러므로, 계획된 주행 거리를 운전하기 위해 필요한 배터리 레벨이 보장된다.
또, 충방전 제어 회로(65)는, 배터리(62)의 방전이 중단된 때, 통신 회로(64)가 방전의 중단을 보고하기 위한 방전 중단 신호를 양방향 전력 공급 장치(2)에 전송하게 하도록 구성된다. 방전 중단 신호를 수신한 때, 양방향 전력 공급 장치(2)는 DC-DC 변환기(22)의 동작을 중단시키는 것은 물론 인터페이스부(24)가 방전 중단 신호를 제어 장치(3)에 전송하게 한다. 제어 장치(3)가 방전 중단 신호를 수신한 때, 전기 자동차(60)의 방전 중단에 의해 야기된 전력 부족분을 보상하기 위해, 제어 장치는 AC-DC 변환기(16)를 작동시키고, 이로써 제어 장치(3)는, AC-DC 변환기(16)가 상용 AC 전원 장치(100)로부터 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하게 하고, 그 DC 전력을 축전지(52) 및 부하에 공급하게 한다.
본 전력 공급 시스템에서는, 주택(H)의 DC 전기 분배 시스템에 방전 전력(discharged power)을 공급하기 위해 전기 자동차(60)의 배터리(62)를 방전할 때 과도한 전류의 흐름 및/또는 전력 부족의 발생한 경우에도, 주택(H)의 부하는 DC 분배반(1)에 배치된 DC 회로 차단기(12) 및/또는 누전 차단기(earth leakage breaker)(도시되지 않음)에 의해 보호될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 전기 자동차용 전력 공급 시스템에서는, 전기 자동차(60)의 배터리(62)를 충전할 때, DC 전력은 양방향 전력 공급 장치(2)를 통해 DC 분배반(1)으로부터 전기 자동차에 공급된다. 그러므로, 전기 자동차(60) 측에서 AC를 DC로 변환할 필요가 없다. 이런 이유로, AC를 DC로 변환하기 위한 변환 손실이 발생하지 않는다. 또, 전기 자동차(60) 측으로부터의 전력을 공급하기 위해 전기 자동차(60)의 배터리(62)를 방전할 때, 양방향 전력 공급 장치(2)는 DC 분배반(1)에 전기 자동차(60)의 배터리(62)에 비축되어 있는 DC 전력을 공급한다. 그러므로, 전기 자동차(60)로부터 공급된 DC 전력을 AC 전력으로 변환할 필요가 없다. 이런 이유로, DC를 AC로 변환하기 위한 변환 손실이 발생하지 않는다. 그러므로, 전력이 효율적으로 사용될 수 있다.
상기한 전기 자동차용 전력 공급 시스템에서, 축전지(52)는 전기 자동차(60)의 배터리(62)에 의해 방전된 DC 전력으로 충전될 수 있다. 이 구성에서, 전기 자동차(60)의 배터리(62)에 축적된 DC 전력은 주택(H)의 부하에 의해 효과적으로 사용될 수 있다.
상기한 전기 자동차용 전력 공급 시스템에서, 양방향 전력 공급 장치(2)는 두 개의 DC-DC 변환기(21, 22)를 포함한다. DC-DC 변환기(21)는 충전 시에 주택 측으로부터 공급된 DC 전력의 전압 변환을 수행하여 전기 자동차(60) 측에 공급하도록 구성된다. DC-DC 변환기(22)는 방전 시에 전기 자동차(60)로부터 공급된 DC 전력의 변환을 수행하여 주택 측에 DC 전력을 공급하도록 구성된다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 양방향 전력 공급 장치(2)는 주택 측으로부터의 충전과 자동차 측으로부터의 방전 모두와 호환 가능한 하나의 DC-DC 변환기(27)를 포함할 수 있다. 때문에 DC-DC 변환기(27)는 제어부(23)로부터 공급된 제어 신호에 의해 동작이 제어되도록 구성된다. DC-DC 변환기(27)는, 충전 시에, 분기 차단기(DC 회로 차단기)(12)를 통해 공급된 DC 전력의 전압 변환을 수행하여 전기 자동차(60) 측에 공급하도록 구성된다. DC-DC 변환기(27)는 또한, 방전 시에, 전기 자동차(60)로부터 공급된 DC 전력의 전압 값의 변환을 수행하여 주택 측(협력 제어부(11))에 공급하도록 구성된다.
이상에서는 특정 바람직한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 해당 기술분야의 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위, 즉 특허청구범위를 벗어나지 않고서 본 발명에 대해 많은 수정 및 변형을 가할 수 있다.

Claims (3)

  1. 복수의 출력단에 하나 이상의 DC 전원 장치로부터의 DC 전력을 분배하도록 구성된 분배 회로를 포함하는 DC 분배반;
    전기 자동차의 배터리에 상기 DC 분배반으로부터의 DC 전력을 공급하는 충전 동작, 및 상기 DC 배전반에 상기 전기 자동차의 배터리로부터의 DC 전력을 공급하는 공급 동작을 수행하도록 구성된 양방향 전력 공급 장치; 및
    상기 하나 이상의 DC 전원 장치로부터 공급된 전력과 상기 분배 회로 측에 필요한 전력 모두에 기초하여, 상기 양방향 전력 공급 장치의 동작을 상기 충전 동작 또는 상기 공급 동작 중 어느 하나로 변경하기 위한 스위칭 신호를 생성하도록 구성된 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 양방향 전력 공급 장치는,
    상기 제어 장치에 의해 생성된 스위칭 신호에 기초하여 상기 전기 자동차가 그 동작을 상기 배터리의 충전 동작 또는 상기 배터의 공급 동작 중 어느 하나로 변경하게 하도록 구성된 제어부;
    상기 전기 자동차가 충전될 때, 상기 전기 자동차에 상기 DC 분배반으로부터의 DC 전력을 공급하도록 구성된 자동차 측의 공급부; 및
    상기 전기 자동차가 방전할 때, 상기 DC 분배반에 상기 전기 자동차로부터의 DC 전력을 공급하도록 구성된 분배반 측의 공급부를 포함하는, 전기 자동차용 전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC 분배반은 건물에 배치되고,
    상기 전기 자동차는 배터리를 충전 및 방전하는 충방전부, 및 상기 충방전부의 동작을 제어하는 충방전 제어부를 더 포함하고,
    상기 양방향 전력 공급 장치는, 상기 충전 동작 시에 상기 전기 자동차의 충반전부에 상기 DC 분배반으로부터 공급된 DC 전력을 공급하도록 구성되고, 상기 공급 동작 시에 상기 DC 분배반에 상기 전기 자동차의 충방전부로부터 공급된 DC 전력을 공급하도록 구성되고,
    상기 양방향 전력 공급 장치의 제어부는, 상기 전기 자동차의 충방전 제어부를 통해, 상기 전기 자동차의 충방전 제어부가 상기 제어 장치에 의해 생성된 스위칭 신호에 기초하여 그 동작을 상기 배터리의 충전 동작 또는 상기 배터리의 공급 동작 중 어느 하나로 변경하게 하도록 구성되는, 전기 자동차용 전력 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 DC 전원 장치는 축전지를 포함하고, 상기 축전지는, 다른 DC 전원 장치로부터 공급된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성되고 상기 다른 DC 전원 장치가 전력 공급을 중단한 때 방전하도록 구성되고,
    상기 축전지는 상기 전기 자동차가 방전할 때 상기 DC 분배반 측의 공급부로부터 공급된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성되는, 전기 자동차용 전력 공급 시스템.
KR1020127015960A 2009-12-21 2010-12-20 전기 자동차용 전력 공급 시스템 KR101437019B1 (ko)

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