KR20140084820A - 전기 자동차 충전 장치 및 이를 구동하는 방법 - Google Patents

전기 자동차 충전 장치 및 이를 구동하는 방법 Download PDF

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Abstract

전기 자동차 충전 장치 및 구동 방법이 개시된다. 전기 자동차 충전 장치는 계통 전원과 연결되어 전기 자동차를 충전하는 플러그인 방식의 충전 장치로서, 전기 자동차가 접속되면, 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 입력받은 전원으로 구동된다. 따라서, 전기 자동차 충전 장치가 전기 자동차를 충전하지 않는 대기 시간 동안 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.

Description

전기 자동차 충전 장치 및 이를 구동하는 방법{APPARATUS FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THEREOF}
본 발명은 전기 자동차의 충전에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차 충전 장치의 소모 전력을 최소화할 수 있는 전기 자동차 충전 장치 및 이를 구동하는 방법에 관한 것이다.
현재 화석 연료인 휘발유, 경유, 액화석유가스(LPG)등의 에너지를 사용하는 자동차가 전 세계에서 제조, 판매 및 운용되는 자동차의 대세를 차지하고 있지만, 한정된 화석 연료의 고갈 예측, 화석 연료의 급속한 가격상승, 유해 배기 가스로 인한 공해, 지구 온난화 등 환경 파괴의 문제가 대두되고 있어, 친환경의 대체 에너지 자동차의 개발이 국내외에서 활발히 진행되었고, 점진적으로 대체 에너지를 사용하는 자동차의 보급이 확대되고 있다.
대체 에너지 자동차로는 순수 전기 자동차(Electric Vehicle; EV), 화석 연료와 전기 에너지를 겸용하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV), 연료전지 전기 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle; FCEV)등이 있다.
여기서, 순수 전기 자동차는 배터리(Battery)로부터 전력을 공급받고 인버터(Inverter)로 대표되는 전동기 제어장치(Motor Controller)에 의해 전동기를 제어하여 최적의 효율을 달성하고, 엔진을 전동기로 대체함으로써 유해가스의 배출이 전혀 없는 완전한 친환경 자동차이다.
한편, 전기 자동차를 충전하는 전기 자동차 충전 장치는 계통 전원과 연결되고, 플러그인(Plug-In) 방식으로 전기 자동차와 연결되어, 전기 자동차를 충전하도록 개발되고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 플러그인 방식의 전기 자동차 충전 장치는 계통 전원에서 교류 전원을 입력받고, 이를 전기 자동차 충전 장치의 구동에 사용할 수 있도록 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 컨버팅하여 전기 자동차 충전 장치를 구동하는 전원으로 사용하고 있다.
이 경우, 전기 자동차 충전 장치가 전기 자동차를 충전하지 않는 대기 시간 동안에도 전기 자동차 충전 장치를 구동하기 위해 전력을 소모하게 되어 전기 자동차 충전 장치을 운영하데 비용이 많이 소모되는 문제가 있다.
또한, 현재까지 개발된 플러그인 방식의 전기 자동차 충전 장치는 계통 전원으로부터 구동 전원을 공급받기 때문에 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는데 사용되는 절연 변압기, SMPS(Swiching Mode Power Supply) 등의 부품을 포함하여야 하고 이로 인한 전기 자동차 충전 장치의 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기 자동차 충전 장치의 소모 전력을 최소화할 수 있는 전기 자동차 충전 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 전기 자동차 충전 장치의 소모 전력을 최소화할 수 있는 전기 자동차 충전 장치 구동 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 장치는, 계통 전원과 연결되어 전기 자동차를 충전하는 플러그인 방식의 충전 장치로서, 상기 전기 자동차가 접속되면, 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 상기 입력받은 전원으로 구동된다.
여기서, 상기 입력받은 전원은, 상기 전기 자동차의 저전압 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 저전압 전원일 수 있다.
또한, 상기 전기 자동차 충전 장치는, 상기 전기 자동차로부터 입력받은 전원을 변환하는 적어도 하나의 스위칭 전원부와, 상기 계통 전원에서 교류 전원을 입력받아 상기 전기 자동차의 배터리에 전원을 공급하는 파워 스택과, 상기 적어도 하나의 스위칭 전원부, 상기 전기 자동차의 배터리 관리 시스템 및 상기 파워 스택을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법은, 계통 전원과 연결되어 전기 자동차를 충전하는 플러그인 방식의 충전 장치의 구동 방법으로서, 상기 전기 자동차가 상기 충전 장치에 접속되는 단계와, 상기 충전 장치가 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 상기 입력받은 전원으로 상기 충전 장치가 구동되는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 입력받은 전원은, 상기 전기 자동차의 저전압 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 저전압 전원일 수 있다.
여기서, 상기 충전 장치가 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 상기 입력받은 전원으로 상기 충전 장치가 구동되는 단계는, 상기 충전 장치가 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받는 단계와, 상기 입력받은 전원을 상기 충전 장치를 구동하기 위한 전원으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 전기 자동차 충전 장치 및 이를 구동하는 방법에 따르면, 종래의 전기 자동차 충전 장치에서 수행되는 계통 전원에서 교류 전원을 입력받아 이를 전기 자동차 충전 장치의 구동에 사용할 수 있도록 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 컨버팅하는 과정을 수행하지 않으므로, 전기 자동차 충전 장치가 전기 자동차를 충전하지 않는 대기 시간 동안 소모되는 전력을 최소화할 수 있고, 이를 통하여 전기 자동차 충전 장치을 운영하는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 전기 자동차 충전 장치가 전기 자동차를 충전하지 않는 대기 시간 동안에 전기 자동차로부터 구동 전원을 입력받지 않아 전기 자동차 충전 장치가 오프상태가 되어, 대기 시간 동안에 발생할 수 있는 전기 자동차 충전 장치의 이상 동작 및 사고 등이 감소될 수 있고, 전기 자동차 충전 장치의 수명이 연장될 수 있다.
또한, 종래의 전기 자동차 충전 장치에 포함되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는데 사용되는 절연 변압기, SMPS(Swiching Mode Power Supply) 등의 부품을 포함하지 않으므로, 전기 자동차 충전 장치를 간소화할 수 있고, 이로 인한 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전기 자동차 충전 장치(100)는 계통 전원과 연결되어 전기 자동차(10)를 충전하는 플러그인(Plug-In) 방식의 충전 장치이다.
여기서, 계통 전원은 가정에서 일반적으로 사용되는 3상 교류 전원일 수 있고, 예를 들어, 3 상 380V의 교류 전원이될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전기 자동차 충전 장치(100)는 전기 자동차(10)가 접속되면, 전기 자동차(10)로부터 전원을 입력받고, 입력받은 전원으로 구동되며, 전기 자동차 충전 장치(100)는 스위칭 전원부(Swiching Mode Power Supply; SMPS, 110), 파워 스택(Power Stack, 120) 및 제어부(130)를 포함한다.
스위칭 전원부(110)는 전기 자동차(10)로부터 입력받은 전원을 변환할 수 있고, 전기 자동차 충전 장치(100)에 적어도 하나가 포함될 수 있다.
구체적으로, 스위칭 전원부(110)는 전기 자동차(10)의 저전압 DC/DC 컨버터(11)로부터 출력되는 저전압 전원을 입력받고, 입력받은 전원은 전기 자동차 충전 장치(100)의 구동 전원으로 사용된다. 여기서, 전기 자동차 충전 장치(100)의 적어도 하나의 스위칭 전원부(130)와 전기 자동차(10)의 저전압 DC/DC 컨버터(11)는 커넥터(미도시)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
파워 스택(120)은 계통 전원에서 교류 전원을 입력받아 전기 자동차(10)의 배터리(12)에 전원을 공급할 수 있다. 구체적으로, 파워 스택(120)은 계통 전원으로부터 3 상 교류 전원을 입력받고, 후술할 제어부(130)의 제어하에 전기 자동차(10)의 배터리(12)에 전원을 충전할 수 있다. 여기서, 전기 자동차 충전 장치(100)의 파워 스택(120)과 전기 자동차(10)의 배터리(12)는 커넥터를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(130)는 적어도 하나의 스위칭 전원부(110), 전기 자동차(10)의 배터리 관리 시스템(13) 및 파워 스택(120)과 전기적으로 연결되어, 적어도 하나의 스위칭 전원부(110), 전기 자동차(10)의 배터리 관리 시스템(13) 및 파워 스택(120)을 제어할 수 있다. 여기서, 전기 자동차 충전 장치(100)의 제어부(130)는 전기 자동차(10)의 배터리 관리 시스템(13)과 커넥터(미도시)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 현재 개발된 일반적인 전기 자동차(10)는 저전압 DC/DC 컨버터(Low voltage DC-DC Converter; LDC, 11), 배터리(12) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS, 13) 등을 포함할 수 있다.
저전압 DC/DC 컨버터(11)는 후술할 배터리 관리 시스템(13)의 제어하에 배터리(12)에서 제공되는 고전압의 전원을 전장 부하 등에서 요구되는 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 저전압 DC/DC 컨버터(11)는 110V의 고전압 전원을 12V의 전원으로 변환할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 저전압 DC/DC 컨버터(11)는 전기 자동차(10)가 충전을 위해서 전기 자동차 충전 장치(100)에 접속되는 경우에 상술한 바와 같이 저전압으로 변환된 전원을 전기 자동차 충전 장치(100)에 제공하고, 전기 자동차 충전 장치(100)는 이를 이용하여 구동된다.
배터리(12)는 고전압의 전기에너지를 저장할 수 있고, 전기 자동차 충전 장치(100)로부터 전원을 공급받아 충전될 수 있다.
배터리 관리 시스템(13)은 배터리(12)의 잔여용량, 충전 필요성을 판단하고, 배터리(12)에 저장된 충전 전류를 전기 자동차(10)의 각 부로 공급하는데 따른 관리를 수행할 수 있고, 배터리 관리 시스템(13)은 배터리(12)를 충전하고 사용할 때, 배터리(12) 내의 셀 간의 전압차를 고르게 유지하여, 배터리(12)가 과충전되거나 과방전되지 않도록 제어함으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 배터리 관리 시스템(13)은 전류 사용에 대한 관리를 통해 전기 자동차가 장시간 주행할 수 있도록 하고, 공급되는 전류에 대한 보호 회로를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법은 계통 전원과 연결되어 전기 자동차를 충전하는 플러그인 방식의 충전 장치의 구동 방법으로서 전기 자동차가 전기 자동차 충전 장치에 접속된다(S100). 여기서, 전기 자동차와 전기 자동차 충전 장치는 커넥터를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 전기 자동차 충전 장치가 전기 자동차로부터 전원을 입력받는다(S200). 구체적으로, 전기 자동차 충전 장치의 스위칭 전원부는 전기 자동차의 저전압 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 저전압 전원을 입력받을 수 있다. 여기서, 전기 자동차 충전 장치의 적어도 하나의 스위칭 전원부와 전기 자동차의 저전압 DC/DC 컨버터는 커넥터를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 입력받은 전원으로 전기 자동차 충전 장치가 구동된다(S300). 구체적으로, 단계 S300은 입력받은 전원을 전기 자동차 충전 장치를 구동하기 위한 전원으로 변환하고, 전기 자동차 충전 장치는 변환된 전원을 이용하여 구동된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전기 자동차 11: 저전압 DC/DC컨버터
12: 배터리 13: 배터리 관리 시스템
100: 전기 자동차 충전 장치 110: 스위칭 전원부
120: 파워 스택 130: 제어부

Claims (6)

  1. 계통 전원과 연결되어 전기 자동차를 충전하는 플러그인 방식의 충전 장치로서,
    상기 전기 자동차가 접속되면, 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 상기 입력받은 전원으로 구동되는, 전기 자동차 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력받은 전원은,
    상기 전기 자동차의 저전압 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 저전압 전원인, 전기 자동차 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 자동차 충전 장치는,
    상기 전기 자동차로부터 입력받은 전원을 변환하는 적어도 하나의 스위칭 전원부;
    상기 계통 전원에서 교류 전원을 입력받아 상기 전기 자동차의 배터리에 전원을 공급하는 파워 스택; 및
    상기 적어도 하나의 스위칭 전원부, 상기 전기 자동차의 배터리 관리 시스템 및 상기 파워 스택을 제어하는 제어부를 포함하는, 전기 자동차 충전 장치.
  4. 계통 전원과 연결되어 전기 자동차를 충전하는 플러그인 방식의 충전 장치의 구동 방법으로서,
    상기 전기 자동차가 상기 충전 장치에 접속되는 단계; 및
    상기 충전 장치가 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 상기 입력받은 전원으로 상기 충전 장치가 구동되는 단계를 포함하는, 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입력받은 전원은,
    상기 전기 자동차의 저전압 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 저전압 전원인, 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 충전 장치가 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받고, 상기 입력받은 전원으로 상기 충전 장치가 구동되는 단계는,
    상기 충전 장치가 상기 전기 자동차로부터 전원을 입력받는 단계; 및
    상기 입력받은 전원을 상기 충전 장치를 구동하기 위한 전원으로 변환하는 단계를 포함하는, 전기 자동차 충전 장치의 구동 방법.
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