KR20140072675A

KR20140072675A - 충전 시스템

Info

Publication number: KR20140072675A
Application number: KR1020120140458A
Authority: KR
Inventors: 윤형식
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-13

Abstract

실시 예에 따른 충전 시스템은, 에너지 발생원을 이용하여 전력을 발생하는 복수의 발전 장치; 상기 복수의 발전 장치와 각각 연결되어, 상기 발전 장치를 통해 발생한 전력에 의해 충전되는 복수의 배터리를 포함하는 배터리 보관함; 및 전기 자동차의 충전을 위한 단자가 구비되며, 상기 단자에 전기 자동차가 연결됨에 따라 상기 배터리 보관함의 복수의 배터리에 충전된 전력을 상기 연결된 전기 자동차의 내부 배터리로 공급하는 외부 단자함을 포함한다.

Description

충전 시스템{CHARGING SYSTEM}

본 발명은 충전 시스템에 관한 것으로, 특히 풍력 발전기나 태양

일반적으로 도로의 중앙이나 도로변에는 도로나 보도에 야간조명을 제공하기 위한 가로등이 설치되는데, 최근 들어 친환경 에너지가 부각되면서 태양전지판이나 풍력발전유닛에 의해 발전된 전기를 축전하여 야간조명을 위한 전력으로 활용하기 위한 가로등이 많이 개발되고 있는 실정이다.

그 예로 특허등록 제10-0836269호에는 지면에 지지되는 가로등지주와, 이 가로등지주의 상단에 설치되어 태양광을 조사받아 전기를 발생시키는 태양전지판과, 가로등지주에 설치되어 풍력에 의해 회전하는 프로펠러의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 풍력발전유닛과, 가로등지주에 설치되고 태양전지판 및 풍력 발전 유닛에 의해 발전된 전기를 축전하는 축전지와, 가로등지주에 설치되어 축전지로부터 전기를 공급받아 발광하는 램프를 포함하여 이루어지는 가로등이 공개되어 있다.

그러나 종래의 가로등의 경우에는 태양전지 및 풍력발전유닛에 의해 발전된 전기가 단순히 램프를 점등시키기 위한 용도로만 활용될 뿐, 전혀 다른 용도로는 횔용되지 못하여 그 효용가치가 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 최근 저탄소 녹색성장 산업의 일환으로 전기자동차가 각광을 받고 있지만, 비용문제 또는 장소문제로 인해 전기자동차와 전기자전거용 배터리충전소를 전국 도처에 설치하는 것이 매우 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은, 풍력 발전이나 태양 전지판을 구비한 다수의 가로등에서 생성되는 전력을 이용하여 배터리를 충전시키고, 상기 배터리에 충전된 전력을 전기 자동차의 충전을 위한 전력으로 사용할 수 있는 충전 시스템을 제공하도록 한다.

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.

또한, 상기 복수의 발전 장치 각각은, 지면에 지지되어 수직으로 연장된 가로등 지주와, 상기 가로등 지주에 구비되고, 점등에 의해 야간 조명을 제공하는 램프와, 상기 가로등 지주에 구비되고, 상기 에너지 발생원을 이용하여 전력을 발생하는 발전 유닛을 포함한다.

또한, 상기 발전 유닛은, 풍력에 의해 회전하는 프로펠러의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키는 풍력발전유닛과, 태양광의 조사에 의해 전력을 발생시키는 태양전지판 중 적어도 하나를 포함한다.

또한, 상기 램프는, 상기 배터리 보관함에 구비된 배터리 중 기연결된 배터리로부터 전력을 공급받아 점등되거나, 상용전원으로부터 전력을 공급받아 점등되며, 상기 공급되는 전력은, 상기 전기 자동차의 충전 여부 및 상기 배터리 보관함 내에 구비된 복수의 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나의 조건에 의해 결정된다.

또한, 상기 배터리 보관함은, 상기 복수의 발전 장치와 각각 연결되는 복수의 일반 배터리와, 상기 복수의 발전 장치와 공통 연결되는 적어도 하나의 예비 배터리와, 상기 일반 배터리 및 예비 배터리의 충전 및 방전 동작을 제어하는 배터리 제어부를 포함한다.

또한, 상기 배터리 보관함은, 상기 복수의 일반 배터리가 구비되는 일반 배터리 보관함과, 상기 적어도 하나의 예비 배터리가 구비되는 예비 배터리 보관함을 포함하며, 상기 일반 배터리 보관함은, 지하에 매설되고, 상기 예비 배터리 보관함은, 지상에 설치된다.

또한, 상기 배터리 제어부는, 상기 복수의 일반 배터리 중 충전 완료된 일반 배터리가 존재하면, 상기 충전 완료된 일반 배터리로 공급되던 전력이 상기 예비 배터리로 공급되도록 제어한다.

또한, 상기 예비 배터리는, 상기 예비 배터리 보관함으로부터 탈착 가능하다.

또한, 상기 배터리 제어부는, 상기 예비 배터리의 탈착에 의해 교체가 이루어지면, 상기 복수의 일반 배터리 중 충전 상태가 가장 높은 일반 배터리로 공급되던 전력이 상기 예비 배터리로 공급되도록 제어한다.

또한, 상기 예비 배터리는, 상기 전기 자동차에 구비된 내부 배터리의 사양과 동일하다.

또한, 상기 배터리 제어부는, 상기 외부 단자함과 통신을 통해 획득한 충전 정보에 의거하여, 상기 외부 단자함으로 전력을 공급할 일반 배터리 및 상기 공급되는 전력의 양을 결정한다.

또한, 상기 외부 단자함은, 상기 배터리 보관함과 연결되어, 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나의 배터리로부터 공급되는 제 1 직류 전력을 제 2 직류 전력으로 변환하는 직류-직류 변환부와, 상기 전기 자동차에 구비된 충전 잭과 연결되어, 상기 직류-직류 변환부를 통해 변환된 제 2 직류 전력을 상기 전기 자동차의 내부 배터리로 공급하는 커플러와, 상기 커플러에 상기 충전 잭이 연결됨에 따라 상기 배터리 보관함으로 전력 공급을 요청하고, 그에 따라 상기 배터리 보관함으로부터 공급되는 전력에 의해 상기 내부 배터리로 상기 제 2 전력이 공급되도록 제어하는 충전 제어부를 포함한다.

또한, 상기 충전 제어부는, 상기 연결된 전기 자동차와 통신을 통해 상기 내부 배터리의 정보를 획득하고, 상기 획득한 내부 배터리 정보를 상기 배터리 보관함으로 전달하여, 상기 배터리 보관함으로부터 전력이 공급되도록 제어한다.

또한, 상기 외부 단자함은, 상기 내부 배터리의 충전에 의한 충전 요금 결제를 수행하는 통신부와, 상기 내부 배터리의 충전 상태 정보를 표시하는 표시부와, 상기 내부 배터리로 공급되는 전력량을 산출하는 전력량 산출부 중 적어도 하나를 더 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 전기 자동차의 배터리 부족으로 인해 충전이 요하는 상황에서 상기 배터리 충전을 위한 충전소가 존재하지 않는 경우, 가로등에서 상기 전기 자동차의 배터리 충전을 수행할 수 있도록 하여, 상기 전기 자동차의 계속적인 운행이 가능하도록 한다.

또한, 실시 예에 의하면 전기 자동차의 배터리 충전이 급속으로 이루어지도록 함으로써, 단시간에 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 할 수 있어 사용자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 전기 자동차에 장착된 배터리와 동일한 종류의 예비 배터리를 두고, 상기 예비 배터리의 탈착이 가능하도록 함으로써, 전기 자동차에 장착된 배터리와의 교체가 가능하며, 이에 따라 배터리가 방전된 전기 자동차도 단시간내에 운행이 가능하다.

또한, 실시 예에 의하면 상기 예비 배터리에 저장된 전력을 상용 망과 연계하여, 가로등 인근 주민이 태양광이나 풍력으로 생산된 전력을 사용할 수 있도록 하여, 신재생 에너지 보급을 확대시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 고속도로와 같은 차량 이용이 많은 곳이나, 해안 도로 등에 실시 예와 같은 충전 시스템을 설치할 경우, 다른 신재생 에너지와는 다르게 충분한 전력 공급이 가능하여 독립 전원형으로도 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 충전 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 보관함의 상세 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 배터리 보관함의 설치 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 외부 단자함의 상세 구성도이다.
도 8은 도 1에 도시된 충전 시스템의 연결 관계를 나타낸 도면이다.

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 1은 본 발명에 따른 충전 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 충전 시스템은, 발전 장치(100), 배터리 보관함(200), 외부 단자함(300) 및 전기 자동차(400)를 포함한다.

여기에서, 실질적으로 상기 충전 시스템에 포함되는 구성요소는 발전 장치(100), 배터리 보관함(200) 및 외부 단자함(300)이며, 상기와 같이 구성된 충전 시스템을 이용하여 상기 전기 자동차(400)의 배터리 충전이 가능하도록 한다.

발전 장치(100)는 통상의 가로등과 동일한 구조로 이루어지며, 상기 통상의 가로등에서 풍력 발전이나 태양광 발전을 위한 발전 유닛이 장착된 장치를 의미한다.

즉, 발전 장치(100)는 램프(추후 설명)가 설치되어, 상기 램프의 점등에 의해 도로나 보도 등에 야간 조명을 제공하는 역할을 한다.

이때, 발전 장치(100)에 구비된 램프는 상용전원으로부터 전력을 공급받아 점등되거나, 상기 발전 유닛에 의해 생산된 전력에 의해 충전된 배터리로부터 전력을 공급받아 점등될 수 있다.

상기와 같이 구성된 발전 장치(100)는 복수 개로 구성되며, 그에 따라 추후 설명되는 배터리 보관함(200) 내에 배치된 해당 일반 배터리와 각각 연결된다.

또한, 발전 장치(100)는 연결된 일반 배터리로 상기 발전 유닛에 의해 생산된 전력을 공급하여, 상기 일반 배터리의 충전이 이루어지도록 한다.

배터리 보관함(200)은 복수 개의 일반 배터리와, 적어도 하나의 예비 배터리를 포함한다.

상기 복수 개의 일반 배터리 각각은, 서로 다른 발전 장치(100)와 각각 연결되어, 상기 연결된 발전 장치(100)로부터 공급되는 전력을 축전한다.

상기 예비 배터리는, 상기 일반 배터리의 충전이 완료되는 경우, 상기 충전이 완료된 일반 배터리와 연결된 발전 장치(100)로부터 공급되는 전력을 축전한다.

이때, 상기 일반 배터리는 대용량의 축전지를 사용할 수 있으며, 상기 예비 배터리는 추후 설명되는 전기 자동차(400) 내에 장착된 배터리와 동일한 사양의 축전지를 사용할 수 있다.

또한, 일반 배터리는 안전 및 공간 활용도 등을 고려하여, 지하에 매설되는 것이 바람직하다.

또한, 예비 배터리는 상기 일반 배터리와 다르게 지상에 배치된다. 그리고, 예비 배터리는 탈착이 가능한 것을 특징으로 한다. 즉, 예비 배터리는 배터리 보관함에서 탈착 가능하여, 상기 전기 자동차(400) 내에 장착된 배터리와 교체가 가능하도록 한다.

이는, 충전을 요하는 전기 자동차(400)의 운전자가 충전 대기 시간이 부족한 상황 등을 고려하여, 상기와 같이 교체가 이루어지도록 함으로써, 상기 방전된 전기 자동차(400)의 바로 운행이 가능하도록 하기 위함이다.

외부 단자함(300)은, 상기 배터리 보관함(200)과 연결되어, 상기 배터리 보관함(200) 내에 구비된 배터리로부터 전력을 공급받고, 그에 따라 연결된 전기 자동차(400)의 배터리로 상기 전력을 공급한다.

즉, 외부 단자함(300)은 상기 배터리 보관함(200)으로부터 충전 전력을 공급받아, 상기 연결된 전기 자동차(400)를 충전시키기 위한 충전 장치이다.

이때, 외부 단자함(300)은 급속 충전을 위한 급속 충전 장치이다.

전기 자동차(400)는 내부 배터리(BATTERY)로부터 전력을 공급받고, 인버터(INVERTER)로 대표되는 전동기 제어장치(MOTER CONTROLLER)에 의해 전동기를 제어하여 최적의 효율을 달성하고, 엔진을 전동기로 대체함으로써 유해가스의 배출이 전혀 없는 완전한 친환경 자동차이다.

이를 위해, 전기 자동차(400)는 필요 전력을 공급받기 위해 다수 개의 배터리 셀로 구성된 내부 배터리 팩을 탑재한다.

상기 내부 배터리 팩에 포함되어 있는 다수 개의 배터리 셀은 안정성과 수명 향상, 그리고 고출력을 얻기 위해 각 배터리 셀의 전압을 균일하게 해줄 필요가 있다.

이를 위해, 상기 전기 자동차(400) 내부에 구비된 배터리 제어 장치(미도시)는 배터리 팩의 배터리들을 충전 또는 방전하면서 각 배터리가 적절한 전압을 가질 수 있게 한다.

반면, 다수 개의 배터리 셀들은 내부 임피던스의 변화 등의 여러 요인에 의해 평형 상태를 안정적으로 유지하기가 어려우며, 이에 따라 별도의 배터리 관리 시스템(미도시)에서는 다수의 배터리 셀들의 충전 상태를 평형화시키기 위한 밸런싱 기능을 가진다.

예를 들면, 배터리 팩 내의 배터리 셀들의 가지 방전률의 차이에 의해 시간이 지남에 따라 배터리 팩 내의 배터리 셀들간의 잔존 용량(STATE OF CHARGE, 이하, SOC라 함)의 차이가 발생하게 된다. 이러한 배터리 셀들간의 용량 불균형을 극복하기 위해 배터리 셀들마다 충전(BOOST) 및/또는 방전(BUCK)을 해주기 위한 별도의 회로를 구성한다.

상기와 같은 배터리 팩 내의 배터리 셀들은 일정한 전압을 유지하기 위해 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에 의해 관리될 수 있으며, 배터리 관리 시스템에 의해 일정한 전압을 방출할 수 있다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템은 배터리 셀들의 전압을 검출하고, 이를 전자 제어부(미도시)에 전달할 수 있으며, 배터리 전압이 하한치 이하로 하강하는 경우, 전기 자동차(400) 내의 커패시터에 저장된 직류 전원을 배터리로 공급할 수 있다. 또한, 배터리 전압이 상한치 이상으로 상승하는 경우, 전기 자동차(400) 내의 커패시터(C)에 직류 전원을 공급할 수도 있다.

상기 배터리 셀들은, 충전 및 방전이 가능한 2차 전지로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한, 전기 자동차(400)에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 전기 자동차(400)는 엔진과 모터/발전기 유닛을 포함한다. 동력원에 의하여 구동되는 구동륜은 전륜 구동 차량에서는 전륜, 그리고 후륜 구동 차량에서는 후륜이다.

상기 모터/발전기 유닛은 구동 상태에 따라 모터나 발전기로 선택적으로 기능하는 장치로, 당업자에게는 자명하다.

운전자 등은, 이와 같이 충전기에 구비된 충전 플러그를 전기 자동차(400)의 측부 또는 전/후방부에 설치되어 있는 소켓에 삽입하여, 상기 충전기로부터 전력을 공급받아 전기 자동차 내부의 배터리를 충전시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같이 구성된 충전 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전 장치를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 발전 장치를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 발전 장치를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면 발전 장치(100)는 가로등 지주(110), 램프(120) 및 풍력발전 유닛(130)을 포함할 수 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 발전 장치(100)는 가로등 지주(110), 램프(120) 및 태양전지판(140)을 포함할 수 있다.

또한, 이와 다르게 도 4를 참조하면, 발전 장치(100)는 가로등 지주(110), 램프(120), 풍력 발전 유닛(130) 및 태양전지판(140)을 포함할 수 있다.

즉, 실시 예에 따른 발전 장치(100)는 풍력 발전 장치일 수 있으며, 이와 다르게 태양광 발전 장치일 수 있으며, 또한 이와 다르게 풍력 발전 및 태양광 발전을 모두 수행하는 통합 발전 장치일 수 있다.

가로등 지주(110)는 지면에 지지되어 수직으로 연장되는 형상을 갖는다.

즉, 가로등 지주(110)는 상기 램프(120)를 지면으로부터 일정 높이로 이격시켜 지지하는 역할을 하는 것으로, 지면에 지지되어 수직으로 연장된다.

상기 가로등 지주(110)는 하단부에 받침대가 설치될 수 있으며, 이에 따라 상기 가로등 지주(110)를 안정적으로 받쳐주도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 가로등 지주(110)는 통상의 가로등 지주와 동일한 형상을 갖는다.

램프(120)는 점등에 의해 도로나 보도 등에 야간 조명을 제공하는 역할을 하는 것으로, 할로겐 램프와 같은 방전 램프 또는 고휘도 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 칭함) 램프를 사용할 수 있다.

바람직하게, 램프(120)는 고휘도 발광다이오드를 그룹으로 블록화시켜 사용하여, 나트륨램프의 조도에 상응하는 광도의 빛을 내면서도 전력소모를 수십 퍼센트 절감시킬수 있게 한다. 발광 다이오드 램프는 비교적 소모전력이 적은 3와트 또는 5와트 LED를 수 개 또는 수십 개를 그룹으로 블록화시킨 형태로 모아서 도로의 조명에 충분한 광도의 빛을 내도록 구성하며 전원상태와 주변 밝기에 따라 자동으로 조명한다.

램프(120)는 상용전원으로부터 전력을 공급받아 점등되도록 구성될 수도 있고, 상기 설명한 배터리 보관함(200)에 충전된 전력을 공급받아 점등되도록 구성될 수도 있다.

또한, 이와 다르게, 상기 램프(120)는 상기 배터리 보관함(200)에 보관된 배터리들의 충전 상태에 따라 상기 상용전원으로부터 공급된 전력이나 상기 충전된 전력 중 어느 하나의 전력을 공급받을 수 있다.

예를 들어, 상기 램프(120)는 상기 배터리 보관함(200)에 보관된 배터리의 충전 용량이 기설정된 값 이상인 경우에 상기 충전된 전력을 공급받아 점등될 수 있고, 이와 다르게 상기 충전 용량이 기설정된 값 미만인 경우에 상기 상용전원으로부터 전력을 공급받아 점등될 수 있다.

또한, 이와 다르게, 상기 램프(120)는 상기 배터리 보관함(200)에 보관된 배터리들에 의해 전기 자동차의 충전이 이루어지는지 여부에 따라 상기 상용전원으로부터 공급된 전력이나 상기 충전된 전력 중 어느 하나를 통해 전력을 공급받을 수 있다.

예를 들어, 상기 램프(120)는 상기 배터리 보관함(200)에 보관된 배터리들에 의해 상기 전기 자동차의 충전이 이루어지고 있는 경우에 상기 상용전원으로부터 공급되는 전력을 공급받아 점등될 수 있으며, 이와 다르게 상기 전기 자동차의 충전이 이루어지고 있지 않은 경우에 상기 배터리 보관함(200)으로부터 전력을 공급받아 점등될 수 있다.

풍력발전 유닛(130)은 풍력에 의해 회전하는 프로펠러의 회전력을 이용하여 전력을 발생시킨다.

이때, 풍력 발전 유닛(130)은 통상의 풍력발전기와 동일하다. 그리고, 아직까지 개발되지 않은 새로운 형태의 풍력 발전기가 개발될 경우, 이를 채택할 수도 있다.

풍력 발전 유닛(130)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이미 공지된 기술이므로, 명세서의 간략화를 위해 이의 세부 구성에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

태양전지판(140)은 태양광의 조사에 의해 전력을 발생시킨다.

이때, 상기 태양전지판(140)도 마찬가지로, 통상의 태양광 발전기와 동일하며, 아직까지 개발되지 않은 새로운 형태의 태양광 발전기가 개발될 경우, 이를 채택할 수도 있다.

또한, 상기 태양전지판(140)을 의미하는 솔라 셀(solar cell)은 명칭으로 이미 공지되어 있는바, 명세서의 간략화를 위해 세부 구성에 대한 상세 설명을 생략하기로 한다.

실시 예에서는, 상기와 같이 구성된 발전 장치(100)가 1개만 도시되어 있지만, 이는 설명의 간략화를 위한 것으로, 상기와 같은 발전 장치(100)는 복수 개로 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 발전 장치는 제 1 내지 N 발전 장치로 구성되어 있으며, 상기 제 1 내지 N 발전 장치 각각은, 상기 배터리 보관함(200)에 보관된 배터리와 1:1로 연결되어, 상기 연결된 배터리로 전력을 공급할 수 있다.

이때, 발전 장치는 상기 배터리 보관함(200) 내에 구비된 일반 배터리로 상기 전력을 공급할 수 있고, 이와 다르게 상기 배터리 보관함(200) 내에 구비된 예비 배터리로 상기 전력을 공급할 수 있다.

이에 따라, 상기 제 1 내지 N 발전 장치 각각은, 해당 일반 배터리 및 상기 예비 배터리와 연결되어 있다.

예를 들어, 제 1 발전 장치는 제 1 일반 배터리 및 예비 배터리와 연결되고, 제 2 발전 장치는 제 2 일반 배터리 및 상기 예비 배터리와 연결되며, 제 N 발전 장치는 제 N 일반 배터리와 상기 예비 배터리와 연결될 수 있다.

상기와 같이 구성된 발전 장치(100)는 가로등 기능을 수행하면서, 풍력 발전 유닛이나 태양광전지판에 의해 생성된 전력을 상기 배터리 보관함(200)으로 공급한다.

도 5는 도 1에 도시된 배터리 보관함의 상세 구성도이다.

도 5를 참조하면, 배터리 보관함(200)은 제 1 내지 N 배터리를 포함하는 일반 배터리(210), 예비 배터리(220) 및 배터리 제어부(230)를 포함한다.

일반 배터리(210)는 복수 개의 배터리, 즉 제 1 내지 N 배터리를 포함하며, 상기 발전 장치(100)로부터 공급되는 전력에 의해 충전된다.

바람직하게, 상기 일반 배터리(210)에 구비된 각각의 배터리들은 1:1로 상기 발전 장치(100)와 연결되어, 상기 연결된 해당 발전 장치로부터 공급되는 전력에 의해 충전된다.

예를 들어, 제 1 배터리는 상기 제 1 발전 장치와 연결되고, 그에 따라 상기 제 1 발전 장치로부터 공급되는 전력에 의해 충전된다.

상기 제 1 내지 N 배터리로 구성되는 일반 배터리는 대용량 배터리로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 내지 N 배터리는 상호 병렬로 연결되어, 추후 외부 단자함(300)으로 전력을 공급한다.

예비 배터리(220)는 적어도 하나의 발전 장치(100)와 연결되어, 상기 발전 장치(100)로부터 공급되는 전력에 의해 충전된다.

도면상에는, 상기 예비 배터리(220)가 1개로 구성된다고 도시하였지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 예비 배터리(200)의 수는 늘어날 수 있음은 자명하다.

이때, 상기 예비 배터리(220)는 상기 일반 배터리(210)와 다르게, 상기 전기 자동차(400)의 내부 배터리와 동일한 배터리로 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 예비 배터리(220)는 상기 전기 자동차(400)의 내부 배터리와 동일한 사양을 가진 배터리로 구성된다.

이때, 제 1 전기 자동차에 구비된 내부 배터리의 사양이 제 1 사양이고, 제 2 전기 자동차에 구비되는 내부 배터리의 사양이 상기 제 1 사양과 다른 제 2 사양인 경우, 상기 예비 배터리는 상기 제 1 사양의 제 1 예비 배터리와, 상기 제 2 사양의 제 2 예비 배터리를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 예비 배터리(220)는 배터리 보관함 내에서 탈착 가능하게 형성된다.

이에 따라 상기 전기 자동차(400)에 구비된 내부 배터리와, 상기 예비 배터리(220)를 서로 맞교환할 수 있도록 한다.

배터리 제어부(230)는 상기 일반 배터리(210)나 예비 배터리(220)의 충전 동작을 제어한다.

즉, 배터리 제어부(230)는 상기 일반 배터리(210)와 예비 배터리(220)의 충전 상태를 확인하고, 그에 따라 상기 발전 장치(100)를 통해 공급되는 전력에 의해 상기 일반 배터리(210) 및 예비 배터리(220)의 충전이 이루어지도록 제어한다.

이를 위해, 배터리 제어부(230)는 상기 일반 배터리(210)의 충전 상태를 확인한다.

그리고, 상기 일반 배터리 중 충전이 완료된 배터리가 존재하면, 상기 충전이 완료된 배터리로 공급되는 전력이 상기 예비 배터리(220)로 공급되도록 제어한다.

예를 들어, 배터리 제어부(230)는 제 1 발전 장치에 연결된 제 1 배터리의 충전이 완료되면, 상기 제 1 발전 장치로부터 공급되는 전력이 상기 예비 배터리로 공급되어, 상기 예비 배터리의 충전이 이루어지도록 한다.

이와 다르게, 배터리 제어부(230)는 상기 예비 배터리의 충전 상태를 확인한다. 즉, 상기 배터리 제어부(230)는 상기 예비 배터리의 탈착이 이루어져, 상기 전기 자동차(400) 내부에 구비된 배터리와 교체가 이루어졌는지를 확인한다.

그리고, 배터리 제어부(230)는 상기 예비 배터리의 교체가 이루어졌다면, 상기 일반 배터리 중 충전량이 가장 높은 배터리를 확인한다.

이후, 배터리 제어부(230)는 상기 일반 배터리 중 충전량이 가장 높은 배터리가 확인되었다면, 상기 확인된 배터리로 공급되던 전력이 상기 예비 배터리로 공급되어, 상기 예비 배터리의 충전이 이루어지도록 한다.

또한, 배터리 제어부(240)는 상기 일반 배터리와 예비 배터리의 방전 동작을 제어한다.

이를 위해, 배터리 제어부(240)는 현재 상기 일반 배터리와 예비 배터리를 이용하여 전기 자동차의 충전이 이루어지고 있는지를 확인한다.

그리고, 상기 전기 자동차의 충전이 이루어지고 있지 않다면, 상기 일반 배터리에 충전된 전력을 상기 발전 장치(100), 보다 명확하게는 발전 장치(100)에 구비된 램프(120)로 공급하여, 상기 램프(120)의 점등이 이루어지도록 한다.

이때, 상기 램프(120)로 전력이 공급되는 상황에서 전기 자동차(400)의 충전이 요청되면, 상기 램프(120)로 공급되는 전력을 차단함과 동시에 상기 일반 배터리(210)에 충전된 전력을 외부 단자함(300)으로 공급한다.

이때, 배터리 제어부(240)는 상기 외부 단자함(300)과 통신을 수행하여, 상기 전기 자동차(300)에 구비된 내부 배터리의 충전을 의한 용량을 확인하고, 상기 확인한 용량에 따라 상기 일반 배터리의 방전량을 결정한다.

예를 들어, 상기 배터리 제어부(240)는 상기 배터리 충전을 위한 용량이 A인 경우, 제 1 배터리만을 방전시켜 상기 외부 단자함(300)으로 전력이 공급되도록 할 수 있으며, 이와 다르게 상기 용량이 A보다 큰 B인 경우, 상기 제 1 배터리 및 제 2 배터리를 방전시켜, 상기 외부 단자함(300)으로 전력이 공급되도록 할 수 있다.

이때, 상기 배터리 제어부(240)는 상기 일반 배터리 각각의 충전 상태에 따라 상기 외부 단자함(300)으로 전력을 공급할 일반 배터리를 결정할 수도 있다.

상기와 같은 배터리 제어부(240)는 배터리 매니지먼트 시스템(BMS:Battery Management System)으로 구현 가능하다.

도 6은 도 5에 도시된 배터리 보관함의 설치 예를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면 배터리 보관함은, 일반 배터리 보관함(211) 및 예비 배터리 보관함(221)을 포함한다.

일반 배터리 보관함(211)은 상기 복수의 발전 장치(100)와 1:1로 연결된 복수의 일반 배터리를 보관하기 위한 것이다.

이때, 상기 일반 배터리 보관함(211)은 지면을 중심으로 지하에 매설되어 있다. 이에 따라, 특정 운전자가 상기 일반 배터리 보관함(211)을 임의로 조작하지 못하도록 하면서 상기 일반 배터리 보관함(211)의 도난도 방지하도록 한다.

예비 배터리 보관함(221)은 상기 일반 배터리 보관함(211)과는 다르게 지상에 배치된다. 즉, 상기 예비 배터리 보관함(221)은 특정 운전자가 상기 예비 배터리 보관함(221)에서 예비 배터리를 탈착하여, 자신의 자동차에 장착된 내부 배터리와 맞교환할 수 있도록 지상에 설치되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 예비 배터리 보관함(221)에는 상기 예비 배터리의 도난을 방지하기 위한 도난방지장치가 설치되는 것이 바람직하다.

도 7은 도 1에 도시된 외부 단자함의 상세 구성도이다.

도 7을 참조하면, 외부 단자함(300)은, 전원 공급부(310), 직류-직류 변환부(320), 커플러(330), 통신부(340), 표시부(350), 전력량 산출부(360) 및 충전 제어부(370)를 포함한다.

전원 공급부(310)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)이며, 상기 배터리 보관함(200)으로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 외부 단자함(300)을 구성하는 각 구성요소에 구동 전력을 공급한다.

직류-직류 변환부(320)는 상기 배터리 보관함(200)으로부터 공급되는 직류 전력을 수신하고, 상기 수신한 직류 전력을 전기 자동차(400)의 내부 배터리에 대응하는 직류 전력으로 변환한다.

커플러(330)는 상기 직류-직류 변환부(320)를 통해 변환된 직류 전력을 상기 전기 자동차(400)의 내부 배터리로 공급한다.

상기 커플러(330)는 상기 전력을 전기 자동차의 내부 배터리로 전달하기 위한 급전 플러그를 가질 수 있다.

또한, 상기 커플러(330)는 복수 대의 전기 자동차를 동시 충전시키기 위해 복수 개로 구비될 수 있다.

이때, 상기 커플러(330)는 상기 전기 자동차(400)의 내부 배터리로 전력을 공급하기 위한 전력 공급 핀과, 상기 전기 자동차(400)와 통신(예를 들어, CAN 통신)을 수행하기 위한 통신 핀을 포함한다.

통신부(340)는 HMI(Human Machine Interface)로 구현되며, 그에 따라 전기 자동차에 구비된 내부 배터리의 충전을 위한 충전 조건을 설정한다.

즉, 통신부(340)는 상기 내부 배터리의 충전량 및 상기 충전량에 대응하는 충전 요금의 결제 등을 수행하는 역할을 한다.

표시부(350)는 상기 전기 자동차의 충전 상태에 대한 충전 정보를 출력한다.

이때, 상기 표시부(350)는 음성 신호로 상기 충전 정보를 출력하는 음성 출력부(스피커)와, 디스플레이화면을 통해 상기 충전 정보를 출력하는 영상 출력부(디스플레이장치)를 포함할 수 있다.

상기 표시부(350)에는 충전 예상 시간, 충전 진행 경과, 충전 금액 및 고객 정보 등을 테이블 또는 그래픽을 통해 표시할 수 있다.

전력량 산출부(360)는 상기 커플러(330)를 통해 상기 전기 자동차(400)의 내부 배터리로 공급되는 전력량을 산출한다. 즉, 전력량 산출부(360)는 전원 단에서 부하 단으로 충전에 의해 소모되는 전기 에너지를 계량한다.

충전 제어부(370)는 상기 외부 단자함(300)의 전반적인 동작을 제어한다.

특히, 충전 제어부(370)는 상기 커플러(330)에 전기 자동차가 연결됨에 따라 상기 전기 자동차의 통신을 수행하여, 상기 전기 자동차의 내부 배터리 상태 정보 등을 획득한다.

또한, 충전 제어부(370)는 상기 커플러(330)에 전기 자동차가 연결됨에 따라 상기 전기 자동차의 내부 배터리 충전을 위한 전력이 상기 배터리 보관함(200)으로부터 공급되도록 한다.

이를 위해, 충전 제어부(370)는 상기 배터리 보관함(200)과 통신을 수행하여, 상기 전기 자동차가 연결되었음을 알림과 동시에 상기 전기 자동차에서 필요로 하는 전력량을 알린다.

또한, 충전 제어부(370)는 상기 배터리 보관함(200)으로부터 전력이 공급됨에 따라 상기 공급되는 전력이 상기 전기 자동차의 내부 배터리 사양에 대응하는 전력으로 변환되도록 하고, 그에 따라 상기 변환된 전력이 상기 내부 배터리로 공급되도록 한다.

도 8은 도 1에 도시된 충전 시스템의 연결 관계를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 발전 장치(100)는 제 1 발전 장치(100A), 제 2 발전 장치(100B), 제 3 발전 장치(100C) 및 제 4 발전 장치(100D)를 포함한다.

또한, 일반 배터리(210)는 제 1 배터리(211), 제 2 배터리(212), 제 3 배터리(213), 제 4 배터리(214)를 포함한다.

이에 따라, 상기 제 1 배터리(211)는 상기 제 1 발전 장치(100A)와 연결되어, 상기 제 1 발전 장치(100A)를 통해 공급되는 전력에 의해 충전된다.

또한, 제 2 배터리(212)는 상기 제 2 발전 장치(100B)와 연결되어, 상기 제 2 발전 장치(100B)를 통해 공급되는 전력에 의해 충전된다.

또한, 제 3 배터리(213)는 상기 제 3 발전 장치(100C)와 연결되어, 상기 제 3 발전 장치(100C)를 통해 공급되는 전력에 의해 충전된다.

또한, 제 4 배터리(214)는 상기 제 4 발전 장치(100D)와 연결되어, 상기 제 4 발전 장치(100D)를 통해 공급되는 전력에 의해 충전된다.

한편, 예비 배터리(220)는 상기 제 1 내지 4 발전 장치(100A, 100B, 100C, 100D)와 모두 연결되며, 상기 제 1 내지 4 발전 장치(100A, 100B, 100C, 100D) 중 어느 하나의 발전 장치를 통해 공급되는 전력에 의해 충전된다.

또한, 상기 제 1 내지 4 배터리(211, 212, 213, 214)는 상호 병렬 연결되어, 그에 따라 하나의 라인을 통해 상기 외부 단자함(300)과 연결되며, 상기 연결된 외부 단자함(300)으로 전력을 공급한다.

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 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 발전 장치
110: 가로등 지주, 120: 램프
130: 풍력 발전 유닛 140: 태양전지판
200: 배터리 보관함
210: 일반 배터리 220: 예비 배터리
230: 배터리 제어부
300: 외부 단자함
310: 전원 공급부 320: 직류-직류 변환부
330: 커플러 340:통신부
350: 표시부 360: 전력량 산출부
370: 충전 제어부
400: 전기 자동차

Claims

에너지 발생원을 이용하여 전력을 발생하는 복수의 발전 장치;
상기 복수의 발전 장치와 각각 연결되며, 상기 연결된 발전 장치를 통해 발생한 전력에 의해 각각 충전되는 복수의 배터리를 포함하는 배터리 보관함; 및
전기 자동차의 충전을 위한 단자가 구비되며, 상기 단자에 전기 자동차가 연결됨에 따라 상기 배터리 보관함의 복수의 배터리에 충전된 전력을 상기 연결된 전기 자동차의 내부 배터리로 공급하는 외부 단자함을 포함하는
충전 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 발전 장치 각각은,
지면에 지지되어 수직으로 연장된 가로등 지주와,
상기 가로등 지주에 구비되고, 점등에 의해 야간 조명을 제공하는 램프와,
상기 가로등 지주에 구비되고, 상기 에너지 발생원을 이용하여 전력을 발생하는 발전 유닛을 포함하는
충전 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 발전 유닛은,
풍력에 의해 회전하는 프로펠러의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키는 풍력발전유닛과,
태양광의 조사에 의해 전력을 발생시키는 태양전지판 중 적어도 하나를 포함하는
충전 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 램프는,
상기 배터리 보관함에 구비된 배터리 중 기연결된 배터리로부터 전력을 공급받아 점등되거나, 상용전원으로부터 전력을 공급받아 점등되며,
상기 공급되는 전력은,
상기 전기 자동차의 충전 여부 및 상기 배터리 보관함 내에 구비된 복수의 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나의 조건에 의해 결정되는
충전 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 배터리 보관함은,
상기 복수의 발전 장치와 각각 연결되는 복수의 일반 배터리와,
상기 복수의 발전 장치와 공통 연결되는 적어도 하나의 예비 배터리와,
상기 일반 배터리 및 예비 배터리의 충전 및 방전 동작을 제어하는 배터리 제어부를 포함하는
충전 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 배터리 보관함은,
상기 복수의 일반 배터리가 구비되는 일반 배터리 보관함과,
상기 적어도 하나의 예비 배터리가 구비되는 예비 배터리 보관함을 포함하며,
상기 일반 배터리 보관함은,
지하에 매설되고,
상기 예비 배터리 보관함은,
지상에 설치되는
충전 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 배터리 제어부는,
상기 복수의 일반 배터리 중 충전 완료된 일반 배터리가 존재하면, 상기 충전 완료된 일반 배터리로 공급되던 전력이 상기 예비 배터리로 공급되도록 제어하는
충전 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 예비 배터리는,
상기 예비 배터리 보관함으로부터 탈착 가능한 충전 시스템.
제 8항에 있어서,
상기 배터리 제어부는,
상기 예비 배터리의 탈착에 의해 교체가 이루어지면, 상기 복수의 일반 배터리 중 충전 상태가 가장 높은 일반 배터리로 공급되던 전력이 상기 예비 배터리로 공급되도록 제어하는
충전 시스템.
제 8항에 있어서,
상기 예비 배터리는,
상기 전기 자동차에 구비된 내부 배터리의 사양과 동일한
충전 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 배터리 제어부는,
상기 외부 단자함과 통신을 통해 획득한 충전 정보에 의거하여, 상기 외부 단자함으로 전력을 공급할 일반 배터리 및 상기 공급되는 전력의 양을 결정하는
충전 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 외부 단자함은,
상기 배터리 보관함과 연결되어, 상기 복수의 배터리 중 적어도 하나의 배터리로부터 공급되는 제 1 직류 전력을 제 2 직류 전력으로 변환하는 직류-직류 변환부와,
상기 전기 자동차에 구비된 충전 잭과 연결되어, 상기 직류-직류 변환부를 통해 변환된 제 2 직류 전력을 상기 전기 자동차의 내부 배터리로 공급하는 커플러와,
상기 커플러에 상기 충전 잭이 연결됨에 따라 상기 배터리 보관함으로 전력 공급을 요청하고, 그에 따라 상기 배터리 보관함으로부터 공급되는 전력에 의해 상기 내부 배터리로 상기 제 2 전력이 공급되도록 제어하는 충전 제어부를 포함하는
충전 시스템.
제 12항에 있어서,
상기 충전 제어부는,
상기 연결된 전기 자동차와 통신을 통해 상기 내부 배터리의 정보를 획득하고, 상기 획득한 내부 배터리 정보를 상기 배터리 보관함으로 전달하여, 상기 배터리 보관함으로부터 전력이 공급되도록 제어하는
충전 시스템.
제 12항에 있어서,
상기 외부 단자함은,
상기 내부 배터리의 충전에 의한 충전 요금 결제를 수행하는 통신부와,
상기 내부 배터리의 충전 상태 정보를 표시하는 표시부와,
상기 내부 배터리로 공급되는 전력량을 산출하는 전력량 산출부 중 적어도 하나를 더 포함하는
충전 시스템.