KR20140015739A - 배터리 충전 장치 및 이의 배터리 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 배터리 충전 장치는, 외부로부터 공급되는 교류 전력을 수신하는 충전 플러그; 상기 충전 플러그를 통해 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 각각 변환하는 복수의 충전기; 상기 복수의 충전기 중 적어도 하나의 충전기를 통해 출력되는 직류 전력을 저장하는 배터리; 및 상기 배터리의 사양 및 상기 복수의 충전기의 사양을 비교하여, 상기 복수의 충전기 중 상기 배터리의 충전에 사용될 적어도 하나의 충전기를 결정하고, 상기 결정된 적어도 하나의 충전기에 의해 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어하는 충전 제어부를 포함한다.

Description

배터리 충전 장치 및 이의 배터리 충전 방법{Battery charging apparatus and method thereof}
실시 예는, 배터리 충전 장치에 관한 것으로, 특히 최대 전력 효율을 낼 수 있는 배터리 충전 장치 및 이를 이용한 배터리 충전 방법에 관한 것이다.
친환경 자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 전기자동차는 1873년도에 최초 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전시간 등의 기술적 한계로 인해 실용화되지 못했다.
친환경 자동차는, 에너지원으로 충전 가능한 2차 전지(배터리)가 사용되고 있다. 일반적으로, 전기 자동차나 연료전지 자동차는 차량 주행시 배터리 전력을 이용하여 모터를 구동하여, 정차 시 상기 배터리를 충전한다.
이때, 상기 배터리의 충전을 위해 차량 속에 충전기가 구비되어 있으며, 최근 배터리 충전 시간 단축을 위해 상기 충전기의 최대 출력 전력이 증가하고 있는 추세이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 자동차를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차는 충전 플러그(10), 충전기(20) 및 배터리(30)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 전기 자동차의 충전 동작을 살펴보면, 먼저 충전 플러그(10)가 교류 전력 공급 장치(예를 들어, 충전소의 스탠드나, 일반 가정 및 빌딩 등의 전원 콘센트)에 삽입되면, 상기 충전 플러그(10)는 상기 교류 전력 공급 장치로부터 공급되는 교류 전력을 수신한다.
충전기(20)는 상기 전기 자동차 내에 구비되는 전력 변환 장치로써, 상기 충전 플러그(10)를 통해 교류 전력이 전달되면, 상기 전달되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.
배터리(30)는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되며, 상기 충전기(20)를 통해 공급되는 직류 전력을 저장한다.
상기와 같이 구성된 전기 자동차는, 배터리의 충전 시, 상기 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리로 공급하게 된다.
이때, 충전 시간 단축을 목적으로 최근 상기 충전기의 최대 출력 전력을 증가하고 있으며, 이에 따라 상기 최대 출력 전력에 따른 충전 전력을 상기 배터리로 공급하여, 충전 시간을 단축하고 있다.
그러나, 상기 충전기의 최대 출력 전력을 증가시키는데에는 한계가 있으며, 상기 하나의 충전기만을 단독 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 데에는 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
또한, 상기 충전기는 상기 배터리(30)로 공급하는 충전 전력(전압 또는 전류)에 따라 각기 다른 효율을 가지는데, 이때 상기 배터리(30)로 공급되는 충전 전력이 낮은 효율을 갖는 전력으로 설정되면, 부하 영역에서 전력 손실이 발생하여 많은 열 발생과 배터리 충전 지연 등의 문제가 발생하게 된다.
실시 예는, 복수의 충전기를 병렬 운전하여, 전기 자동차의 배터리를 충전시킬 수 있는 전기 자동차 및 이의 배터리 충전 방법을 제공한다.
또한, 실시 예는, 복수의 충전기가 최대 효율을 낼 수 있는 전력을 기초로 하여 배터리에 충전 전력을 공급할 수 있는 전기 자동차 및 이의 배터리 충전 방법을 제공한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 배터리 충전 장치는, 외부로부터 공급되는 교류 전력을 수신하는 충전 플러그; 상기 충전 플러그를 통해 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 각각 변환하는 복수의 충전기; 상기 복수의 충전기 중 적어도 하나의 충전기를 통해 출력되는 직류 전력을 저장하는 배터리; 및 상기 배터리의 사양 및 상기 복수의 충전기의 사양을 비교하여, 상기 복수의 충전기 중 상기 배터리의 충전에 사용될 적어도 하나의 충전기를 결정하고, 상기 결정된 적어도 하나의 충전기에 의해 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어하는 충전 제어부를 포함한다.
또한, 상기 배터리 사양은, 상기 배터리의 용량에 따른 배터리 충전 전력을 포함하고, 상기 복수의 충전기의 사양은, 상기 복수의 충전기 각각이 가지는 최대 출력 전력 및/또는 최대 효율 전력을 포함한다.
또한, 상기 복수의 충전기 각각이 가지는 최대 출력 전력 및/또는 최대 효율 전력은 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기가 존재하면, 상기 배터리 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 하나의 충전기를 단독 운전시켜, 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어한다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 충전 전력과 동일한 전력을 상기 단독 운전하는 충전기의 출력 전력으로 설정한다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기가 존재하지 않으면, 상기 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어한다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 충전 전력에 대응하여, 상기 복수의 충전기에서 발생할 수 있는 출력 전력의 조합 중 최대 전력 효율을 가지는 조합을 확인하고, 상기 확인한 조합을 이용하여 상기 병렬 운전하는 복수의 충전기의 출력 전력을 각각 설정한다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리에 발생할 수 있는 배터리 충전 전력의 경우의 수에 따라 최대 전력 효율이 발생하는 조합 정보를 저장하며, 상기 조합 정보는, 상기 복수의 충전기에 각각 설정된 출력 전력에 대한 정보이다.
한편, 실시 예에 따른 배터리 충전 방법은 배터리의 용량에 따른 배터리 충전 전력을 파악하는 단계; 상기 파악한 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기의 존재 여부를 판단하는 단계; 상기 충전기가 존재하면, 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가진 하나의 충전기를 단독 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계; 및 상기 충전기가 존재하지 않으면, 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 단독 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계는, 상기 배터리 충전 전력과 동일한 전력을 상기 단독 운전하는 충전기의 출력 전력으로 설정하는 단계와, 상기 단독 운전하는 충전기에 의해 상기 출력 전력이 발생하는 단계와, 상기 발생한 출력 전력을 배터리에 공급하여, 상기 배터리를 충전시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 병렬 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계는, 상기 배터리 충전 전력에 대응하여, 상기 복수의 충전기에서 발생할 수 있는 출력 전력의 조합을 확인하는 단계와, 상기 확인한 조합 중 최대 전력 효율을 가지는 조합을 확인하는 단계와, 상기 확인한 조합을 이용하여 상기 병렬 운전하는 복수의 충전기의 출력 전력을 각각 설정하는 단계와, 상기 복수의 충전기에 의해 상기 설정된 출력 전력이 각각 발생하는 단계와, 상기 발생한 출력 전력을 배터리에 공급하여 상기 배터리를 충전시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 조합을 확인하는 단계는, 상기 복수의 충전기에서 각각 발생할 수 있는 출력 전력의 합이 상기 배터리 충전 전력과 동일해지는 경우의 수를 확인하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 배터리의 용량에 따라 발생하는 배터리 충전 전력의 경우의 수에 따라 최대 전력 효율이 발생하는 조합 정보를 저장하는 단계를 더 포함하며, 상기 조합을 확인하는 단계는, 상기 저장된 조합 정보를 이용하여 최대 전력 효율을 가지는 조합을 확인하는 단계를 포함한다.
실시 예에서는, 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 전기 자동차의 배터리를 충전시킴으로써, 상기 배터리의 충전 시간을 단축할 수 있다.
또한, 실시 예에서는 복수의 충전기가 최대 효율을 낼 수 있는 충전 전력을 기초로 하여, 상기 충전기의 출력 전력을 설정함으로써, 상기 충전기의 효율, 가격 및 부피 등을 최적화할 수 있으며, 무의미하게 낭비되는 전력 손실을 최소화하여 열 발생과 배터리 충전 지연 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 자동차를 설명하는 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은, 도 2에 도시된 제 1 및 2 충전기의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 충전기의 사양을 설명하는 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 충전기의 단독 운전 경우를 설명하는 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 복수의 충전기의 병렬 운전 경우를 설명하는 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 배터리 충전 장치의 배터리 충전 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 실시 예에 따른 배터리 충전 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 충전 장치는 충전 플러그(110), 제 1 충전기(120), 제 2 충전기(130), 배터리(140) 및 충전 제어부(150)를 포함한다.
충전 플러그(110)는 교류 전력 공급 장치(예를 들어, 충전소에 구비된 계통 전력 공급 장치나, 일반 가정 또는 빌딩 등에 구비된 전원 콘센트)에 삽입되어, 상기 교류 전력 공급 장치를 통해 공급되는 교류 전력을 수신한다.
이때, 상기 충전 플러그(110)는 상기 교류 전력을 수신하기 위해 복수의 라인으로 구성될 수 있다.
즉, 충전 플러그(110)는 포지티브 특성(+)의 전력을 공급하기 위한 제 1 전력 공급 라인, 네거티브 특성(+)의 전력을 공급하기 위한 제 2 전력 공급 라인 및 파일럿 신호의 통신을 위한 통신 라인을 포함할 수 있다.
또한, 충전 플러그(110)는 그라운드에 연결되는 그라운드 라인을 더 포함할 수 있다.
제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)는 상기 충전 플러그(110)를 통해 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.
즉, 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)는 상기 수신된 교류 전력을 이용하여, 배터리(140)의 충전을 위한 충전 전력을 출력한다.
이때, 도면상에는 상기 충전기가 2대로 구성된다고 도시하였지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 충전기의 수는 2보다 큰 N으로 증가할 수 있을 것이다.
상기 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)는 후술할 충전 제어부(150)에 의해 결정된 출력 전력에 따라 상기 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환한 직류 전력을 상기 배터리(140)로 공급한다.
이때, 상기 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)는 각각의 사양에 따른 최대 출력 전력을 가지며, 상기 최대 출력 전력 범위 내에서 상기 충전 제어부(150)를 통해 설정된 출력 전력을 상기 배터리(140)로 공급한다.
상기 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)는 동일한 특성을 갖는 전력 라인이 상호 연결되어, 하나의 공통 라인을 통해 상기 배터리(140)로 전력을 공급할 수 있다.
상기 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)에 내부 상세 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
배터리(140)는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 배터리 셀의 동작은 추후 설명할 충전 제어부(150)에 의해 제어된다. 적어도 하나의 배터리 셀은 다양한 종류의 배터리 셀로 구현될 수 있으며, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연 축전지 등일 수 있다.
충전 제어부(150)는 상기 배터리 충전 장치의 전반적인 동작을 제어한다.
예를 들어, 충전 제어부(150)는 상기 배터리(140)의 충전을 위해 상기 플러그(110)가 교류 전력 공급 장치에 연결되면, 상기 배터리(140)로 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 충전기를 결정한다.
다시 말해서, 충전 제어부(150)는 상기 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)(바람직하게는 제 1 내지 N 충전기) 중 상기 배터리(140)로 전력을 공급할(충전 동작을 수행할) 적어도 한대의 충전기를 결정하고, 그에 따라 상기 결저한 충전기를 통해 상기 배터리(140)로 전력이 공급되도록 한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 배터리(140)의 사양(예를 들어, 충전 용량) 및 상기 제 1 충전기(120) 및 제 2 충전기(130)의 사양에 따라 상기 배터리(140)의 충전을 위해 사용할 충전기를 결정한다.
또한, 충전 제어부(150)는 상기 결정된 충전기에 의해 상기 배터리(140)로 공급될 출력 전력을 설정한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 배터리(140)의 사양에 따른 충전 전력과, 상기 각각의 충전기가 가지는 최대 효율 전력(최대 효율을 낼 수 있는 출력 전력)과, 최대 출력 전력(최대로 출력할 수 있는 전력)을 이용하여, 상기 충전에 사용될 충전기 및 상기 충전기의 출력 전력을 결정한다.
한편, 일반적으로 복수의 충전기를 이용하여 상기 배터리(140)로 전력을 공급할 때의 전력 효율보다 한대의 충전기를 이용하여 상기 배터리(140)로 전력을 공급할 때의 전력 효율이 더 높게 나타난다.
이에 따라, 충전 제어부(150)는 상기 배터리(140)의 사양에 따른 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기가 존재하는지를 판단한다.
그리고, 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가진 충전기가 존재하면, 상기 충전기만을 단독 운전시켜 상기 배터리(140)의 충전을 위한 출력 전력이 발생하도록 한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 배터리의 사양에 따른 충전 전력과 동일하게 상기 단독 운전하는 충전기의 출력 전력을 설정한다.
한편, 상기 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가진 충전기가 존재하지 않으면, 복수의 충전기의 조합을 통해 상기 배터리(140)로 전력이 공급되도록 한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 복수의 충전기에 발생할 출력 전력을 각각 설정한다. 즉, 상기 복수의 충전기에 설정된 각각의 출력 전력의 합은 상기 배터리 사양에 따른 충전 전력과 동일하며, 이에 따라 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력과 동일한 출력 전력의 조합 중 전력 효율이 가장 높은(최대 효율) 조합을 확인한다.
예를 들어, 상기 배터리 사양에 따른 충전 전력이 50kw이고, 제 1 충전기의 최대 출력 전력이 30kw이고, 제 2 충전기의 최대 출력 전력이 30kw인 경우, 상기 상기 충전 전력에 대응하는 출력 전력의 조합은 다음과 같은 경우의 수가 발생한다.
(1) 제 1 충전기의 출력 전력:10kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 40kw
(2) 제 1 충전기의 출력 전력:20kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 30kw
(3) 제 1 충전기의 출력 전력:30kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 20kw
(4) 제 1 충전기의 출력 전력:40kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 10kw
이때, 상기 제 1 충전기 및 제 2 충전기의 사양이 동일(동일한 충전기)하기 때문에 (1)과 (3)은 동일하고, (2)와 (4)가 동일한 조합이 된다.
이에 따라, 충전 제어부(150)는 상기 (1)의 경우와, (2)의 경우에 의해 복수의 충전기의 출력 전력이 설정되는 경우의 평균 전력 효율을 확인하고, 그에 따라 상기 확인한 평균 전력 효율이 더 높은 쪽의 경우를 상기 복수의 충전기의 출력 전력으로 설정한다.
예를 들어, 상기 (1) 경우의 평균 전력 효율이 90%이고, (2) 경우의 평균 전력 효율이 92%이면, 상기 충전 제어부(150)는 상기 (2)의 경우에 대응하여 상기 제 1 충전기의 출력 전력을 20kw로 설정하고, 제 2 충전기의 출력 전력을 30kw로 설정한다.
한편, 상기에서는 복수의 충전기가 가지는 사양(최대 출력 전력 및 최대 효율 전력)이 모두 동일하다고 하였지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 복수의 충전기가 가지는 사양은 서로 다를 수 있다.
또한, 충전 제어부(150)는 내부에 메모리를 구비하고 있으며, 그에 따라 상기 충전 전력이 상기 각각의 충전기가 가지는 최대 출력 전력보다 높은 경우, 상기 충전 전력의 모든 경우에 대응하여 최대 효율을 낼 수 있는 충전기의 출력 전력에 대한 조합 정보를 저장하고, 상기 저장한 조합 정보를 이용하여 상기 복수의 충전기에 대응하는 출력 전력을 각각 설정할 수도 있을 것이다.
도 3은, 도 2에 도시된 제 1 및 2 충전기의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제 1 및 2 충전기는 입력 정류부(121), 승압 변환부(122), 인버터부(123)와 출력 정류부(124)를 포함하는 직류-직류 변환부를 포함한다.
입력 정류부(121)는 풀-브리지 다이오드이며, 충전 플러그(110)를 통해 입력되는 상용 교류 전력을 직류 전력으로 정류한다.
특히, 입력 정류부(121)는 승압 변환부(122)에 포함된 제 1 스위칭 소자(Q1)의 턴-오프(turn off) 시, 인덕터 코일(L1)의 역기 전력에 의한 전류를 승압 변환부(122)의 출력 측으로 흐르게 하여 전력 변환 효율을 높여준다.
승압 변환부(122)는 일명 역률 보정부로도 부를 수 있는 바와 같이, 승압된 직류 전압을 출력하는 승압 기능 외에 출력 전압 및 입력 전압과 같은 위상의 입력 전류를 만들어 역률을 보정하는(향상시키는) 기능을 가진다.
승압 변환부(122)는 입력 정류부(121)를 통해 정류된 직류 전력을 입력받고, 상기 입력된 직류 전력으로부터의 전압을 승압하여 제공하기 위해 제 1 스위칭 소자(Q1)와 인덕터 코일(Inductor coil)(L1)과, 전해 콘덴서(C1)를 포함한다.
상기 승압 변환부(122)의 출력 전압 및 입력 전압과 같은 위상의 입력 전류를 만드는 것은 제 1 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작을 제어하는 충전 제어부(150)의 제어에 의해서, 즉 충전 제어부(150)를 통해 출력되는 PWM 신호에 의해서 달성될 수 있다.
전해 콘덴서(C1)는 그의 충전 전압에 의해 승압 변환부(122)의 직류 출력 전압을 일정하게 유지하여 출력하기 위한 정전압 출력용 커패시터이다.
승압 변환부(122)의 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)에는 역전 방지용 다이오드가 접속되고, 다이오드(D1)도 전해 콘덴서(C1) 측으로의 전류 흐름만 허용하고 그 반대의 전류 흐름은 불허하기 위해 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 출력단에 접속된다.
인버터부(123)는 승압 변환부(122)로부터의 직류를 교류로 변환하며, 다수의 제 2 스위칭 소자를 갖는다. 제 2 스위칭 소자는 게이트(gate) 제어에 의해 턴-온 또는 턴-오프 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대 SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다. 인버터부(123)를 구성하는 제 2 스위칭 소자들 각각에 병렬로 접속된 바디 다이오드는 인버터부(123)의 출력 측으로부터 제 2 스위칭 소자 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드이다.
트랜스포머(Tr)는 인버터부(123)에 접속되어 교류 전력을 출력 정류부(124)로 전달한다.
출력 정류부(124)는 트랜스포머(Tr)의 출력단(즉, 2차측 권선)에 접속되어 상기 트랜스포머(Tr)를 통해 전달되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전력을 배터리(140)로 공급한다.
도 4는 실시 예에 따른 충전기의 사양을 설명하는 도면이다.
충전기(제 1 충전기 내지 제 N 충전기)는 사양에 따른 서로 다른 특성을 가진다. 충전기의 사양에는 상기 충전기의 모델명, 제조 회사 등과 같은 정보 이외에도 상기 충전기가 가지는 최대 출력 전력 및 최대 효율 전력을 포함한다.
일반적으로, 충전기에서 최대 효율이 나타나는 출력 전력은 상기 충전기의 최대 출력 전력이 아니라, 상기 최대 출력 전력보다 낮은 전력이다. 즉, 상기 충전기의 최대 효율 전력은 상기 최대 출력 전력보다 낮게 나타난다.
이에 따라, 충전 제어부(150)는 상기 각각의 충전기가 가지는 최대 효율 전력과 최대 효율 전력에 따라 상기 배터리의 충전 전력에 대응하는 복수의 충전기의 출력 전력에 대한 조합을 결정한다.
도 5는 실시 예에 따른 충전기의 단독 운전 경우를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 1 충전기와 제 2 충전기는 50kw의 최대 출력 전력과, 30kw의 최대 효율전력을 가진다.
이때, 배터리의 사양에 따른 충전 전력이 50kw이면, 다음과 같은 방법에 의해 충전에 사용될 충전기 및 상기 충전기의 출력 전력이 설정될 수 있다.
충전 제어부(150)는 우선적으로, 상기 충전 전력보다 높은(이상이 되는) 최대 출력 전력을 가진 충전기의 존재를 확인한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 제 1 및 2 충전기가 가지는 최대 출력 전력 및 상기 배터리의 충전 전력이 동일하기 때문에, 한대의 충전기만으로 상기 배터리(140)를 충전할 수 있음을 확인한다.
즉, 상기 배터리의 충전 전력이 50kw이고, 상기 제 1 및 2 충전기가 가지는 최대 효율 전력이 50kw이며, 상기 복수의 충전기 중 한대의 충전기만을 가지고 상기 배터리를 충전할 때의 충전 시간과, 상기 복수의 충전기 모두를 가지고 상기 배터리를 충전할 때의 충전 시간은 동일하게 된다.(한대의 충전기에서 출력되는 출력 전력은 50kw이고, 복수의 충전기에서 출력되는 출력 전력의 합도 50kw이기 때문에)
한편, 이와 같은 경우에는 복수의 충전기의 조합을 통해 상기 배터리를 충전하는 경우보다 한대의 충전기만을 가지고 상기 배터리를 충전하는 경우가 전력 효율이 더 높게 나온다.
이에 따라, 충전 제어부(150)는 상기 제 1 및 2 충전기 중 어느 한대의 충전기만이 단독 운전하도록 결정한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력이 충전기의 최대 출력 전력 이하이기 때문에, 상기 충전 전력과 동일한 전력을 상기 단독 운전하는 충전기의 출력 전력으로 설정한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 충전 제어부(150)는 제 1 충전기만을 단독 운전시키며, 이에 따라 상기 제 1 충전기의 출력 전력을 상기 충전 전력과 동일한 50kw로 설정하고, 상기 제 2 충전기는 동작을 중지시킨다.
도 6은 실시 예에 따른 복수의 충전기의 병렬 운전 경우를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제 1 충전기와 제 2 충전기는 50kw의 최대 출력 전력과, 30kw의 최대 효율전력을 가진다.
이때, 배터리의 사양에 따른 충전 전력이 70kw이면, 다음과 같은 방법에 의해 충전에 사용될 충전기 및 상기 충전기의 출력 전력이 설정될 수 있다.
충전 제어부(150)는 우선적으로, 상기 충전 전력보다 높은(이상이 되는) 최대 출력 전력을 가진 충전기의 존재를 확인한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 제 1 및 2 충전기가 가지는 최대 출력 전력이 상기 배터리의 충전 전력보다 낮기 때문에, 복수의 충전기를 병렬운전시켜 상기 배터리(140)의 충전이 이루어지도록 한다.
즉, 충전 제어부(150)는 한대의 충전기만을 가지고 상기 배터리(140)의 충전이 이루어지게 할 수도 있겠지만, 이 경우에는 상기 충전 전력보다 낮은 전력이 상기 배터리로 공급됨에 따라 충전 시간이 증가함으로, 상기 복수의 충전기를 병렬운전시켜 상기 배터리(140)의 충전이 이루어지도록 한다.
이때, 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력에 대응하는 복수의 충전기의 출력 전력의 조합 중 최대 전력 효율이 발생하는 조합을 확인한다.
즉, 상기 충전 전력에 대응하는 출력 전력의 조합에는 다음과 같은 조합이 존재한다(동일 경우 제외).
(1) 제 1 충전기의 출력 전력:10kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 60kw
(2) 제 1 충전기의 출력 전력:20kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 50kw
(3) 제 1 충전기의 출력 전력:30kw, 제 2 충전기의 출력 전력: 40kw
충전 제어부(150)는 상기와 같은 각각의 조합에 대한 전력 효율(평균 전력 효율)을 확인하고, 상기 확인한 전력 효율 중 가장 높은 효율을 가지는 조합을 확인한다.
그리고, 충전 제어부(150)는 상기 확인한 조합을 상기 복수의 충전기 각각에 대응하는 출력 전력으로 설정한다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 충전기의 출력 전력은 30kw로 설정될 수 있고, 상기 제 2 충전기의 출력 전력은 40kw로 설정될 수 있다.
상기와 같이, 실시 예에서는, 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 전기 자동차의 배터리를 충전시킴으로써, 상기 배터리의 충전 시간을 단축할 수 있다.
또한, 실시 예에서는 복수의 충전기가 최대 효율을 낼 수 있는 충전 전력을 기초로 하여, 상기 충전기의 출력 전력을 설정함으로써, 상기 충전기의 효율, 가격 및 부피 등을 최적화할 수 있으며, 무의미하게 낭비되는 전력 손실을 최소화하여 열 발생과 배터리 충전 지연 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 배터리 충전 장치의 배터리 충전 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 충전 제어부(150)는 배터리(140)의 용량을 확인한다(101단계). 즉, 충전 제어부(150)는 상기 배터리(140)의 사양에 따라 상기 배터리(140)로 공급할 충전 전력을 확인한다.
이후, 충전 제어부(150)는 복수의 충전기 각각이 가지는 최대 출력 전력과, 상기 확인한 충전 전력을 비교하고, 그에 따라 상기 충전 전력보다 높은(이상이 되는) 최대 출력 전력을 가지는 충전기가 존재하는지를 판단한다(102단계).
상기 판단결과(102단계), 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가진 충전기가 존재하면, 상기 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력을 가지는 충전기 한대만을 단독 운전시켜 상기 배터리(140)를 충전하도록 한다(103단계).
이때, 충전 제어부(150)는 상기 확인한 충전 전력과 동일한 전력을 상기 단독운전하는 충전기의 출력 전력으로 설정한다(104단계).
한편, 상기 판단결과(102단계), 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가진 충전기가 존재하지 않으면, 상기 충전 제어부(150)는 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 상기 배터리(140)의 충전이 이루어지도록 한다(105단계).
이때, 충전 제어부(150)는 상기 충전 전력에 대응하는 출력 전력의 조합 중 가장 높은 전력 효율이 발생하는 조합을 확인한다(106단계).
이후, 충전 제어부(150)는 상기 확인한 조합을 이용하여 상기 복수의 충전기의 출력 전력을 각각 설정한다(107단계).
실시 예에서는, 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 전기 자동차의 배터리를 충전시킴으로써, 상기 배터리의 충전 시간을 단축할 수 있다.
또한, 실시 예에서는 복수의 충전기가 최대 효율을 낼 수 있는 충전 전력을 기초로 하여, 상기 충전기의 출력 전력을 설정함으로써, 상기 충전기의 효율, 가격 및 부피 등을 최적화할 수 있으며, 무의미하게 낭비되는 전력 손실을 최소화하여 열 발생과 배터리 충전 지연 등의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
110: 충전 플러그
120, 130: 충전 장치
140: 배터리
150: 충전 제어부

Claims (13)

  1. 외부로부터 공급되는 교류 전력을 수신하는 충전 플러그;
    상기 충전 플러그를 통해 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 각각 변환하는 복수의 충전기;
    상기 복수의 충전기 중 적어도 하나의 충전기를 통해 출력되는 직류 전력을 저장하는 배터리; 및
    상기 배터리의 사양 및 상기 복수의 충전기의 사양을 비교하여, 상기 복수의 충전기 중 상기 배터리의 충전에 사용될 적어도 하나의 충전기를 결정하고, 상기 결정된 적어도 하나의 충전기에 의해 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어하는 충전 제어부를 포함하는 배터리 충전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 사양은,
    상기 배터리의 용량에 따른 배터리 충전 전력을 포함하고,
    상기 복수의 충전기의 사양은,
    상기 복수의 충전기 각각이 가지는 최대 출력 전력 및/또는 최대 효율 전력을 포함하는 배터리 충전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 충전기 각각이 가지는 최대 출력 전력 및/또는 최대 효율 전력은 서로 다른 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    상기 배터리 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기가 존재하면, 상기 배터리 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 하나의 충전기를 단독 운전시켜, 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어하는 배터리 충전 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    상기 배터리 충전 전력과 동일한 전력을 상기 단독 운전하는 충전기의 출력 전력으로 설정하는 배터리 충전 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    상기 배터리 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기가 존재하지 않으면, 상기 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 제어하는 배터리 충전 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    상기 배터리 충전 전력에 대응하여, 상기 복수의 충전기에서 발생할 수 있는 출력 전력의 조합 중 최대 전력 효율을 가지는 조합을 확인하고, 상기 확인한 조합을 이용하여 상기 병렬 운전하는 복수의 충전기의 출력 전력을 각각 설정하는 배터리 충전 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 충전 제어부는,
    상기 배터리에 발생할 수 있는 배터리 충전 전력의 경우의 수에 따라 최대 전력 효율이 발생하는 조합 정보를 저장하며,
    상기 조합 정보는,
    상기 복수의 충전기에 각각 설정된 출력 전력에 대한 정보인 배터리 충전 장치.
  9. 배터리의 용량에 따른 배터리 충전 전력을 파악하는 단계;
    상기 파악한 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가지는 충전기의 존재 여부를 판단하는 단계;
    상기 충전기가 존재하면, 상기 충전 전력보다 높은 최대 출력 전력을 가진 하나의 충전기를 단독 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계; 및
    상기 충전기가 존재하지 않으면, 복수의 충전기를 병렬 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 단독 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 배터리 충전 전력과 동일한 전력을 상기 단독 운전하는 충전기의 출력 전력으로 설정하는 단계와,
    상기 단독 운전하는 충전기에 의해 상기 출력 전력이 발생하는 단계와,
    상기 발생한 출력 전력을 배터리에 공급하여, 상기 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 병렬 운전시켜 상기 배터리를 충전하는 단계는,
    상기 배터리 충전 전력에 대응하여, 상기 복수의 충전기에서 발생할 수 있는 출력 전력의 조합을 확인하는 단계와,
    상기 확인한 조합 중 최대 전력 효율을 가지는 조합을 확인하는 단계와,
    상기 확인한 조합을 이용하여 상기 병렬 운전하는 복수의 충전기의 출력 전력을 각각 설정하는 단계와,
    상기 복수의 충전기에 의해 상기 설정된 출력 전력이 각각 발생하는 단계와,
    상기 발생한 출력 전력을 배터리에 공급하여 상기 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 조합을 확인하는 단계는,
    상기 복수의 충전기에서 각각 발생할 수 있는 출력 전력의 합이 상기 배터리 충전 전력과 동일해지는 경우의 수를 확인하는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리의 용량에 따라 발생하는 배터리 충전 전력의 경우의 수에 따라 최대 전력 효율이 발생하는 조합 정보를 저장하는 단계를 더 포함하며,
    상기 조합을 확인하는 단계는,
    상기 저장된 조합 정보를 이용하여 최대 전력 효율을 가지는 조합을 확인하는 단계를 포함하는 배터리 충전 방법.
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