KR20140109749A

KR20140109749A - 충전기 및 이의 동작 방법

Info

Publication number: KR20140109749A
Application number: KR1020130024144A
Authority: KR
Inventors: 장성진
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-16

Abstract

실시 예에 따른 충전기의 동작 방법은 충전 케이블에 전기 자동차가 연결되는 단계; 상기 연결된 전기 자동차로 충전 전력을 공급하기 위해, 외부로부터 상용 교류 전력을 공급받는 단계; 상기 공급받은 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계; 및 상기 충전 케이블에 연결된 전기 자동차의 배터리 충전 전력으로 상기 변환된 직류 전력을 출력하는 단계를 포함한다.

Description

충전기 및 이의 동작 방법{CHARGING DEVICE AND METHOD OF OPERATING THE SAME}

본 발명은 충전기에 관한 것으로, 특히 전기 자동차에 구비되는 OBC(On Board Charger)를 내장한 전력 변환 기능을 갖는 충전기 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.

전기자동차는 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.

한편, 전기자동차는 간단한 구조와 내구성이 크며 운전이 쉬운 점 등의 장점으로 미국에서 1920년대 중반까지 소량 생산되었다. 최근에는 미국과 유럽을 중심으로 환경오염(공해) 문제로 인해 차량의 배기가스 규제가 높아지고 있으며, 유가가 급등하고 있어 전기자동차가 차세대 차량으로 주목되고 있다. 즉, 공해 없는 전기 에너지를 사용하는 전기 자동차는, 대기오염 요인의 70% 내외를 차지한다고 하는 내연식 엔진 자동차의 유해한 배기가스나 소음 등 환경 문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 또 석유 등 화석 연료의 자원수명을 배 이상으로 연장할 수 있다.

그에 따라, 1990년부터 전기자동차와 관련된 다양한 기술이 개발되었다. 즉, 자동차 생산 업체에서는 전기자동차의 기술적 문제인 상대적으로 낮은 배터리 용량, 긴 충전시간, 짧은 운행거리, 늦은 운행 속도를 개선하기 위한 다양한 기술을 개발하고 있는 추세에 있다.

최근에는 전기자동차의 문제점 중 하나인 긴 충전시간을 극복하기 위해서 전기자동차의 충전을 위한 충전 인프라용 인터페이스 부품이 개발되었다. 전기자동차 충전 인프라용 인터페이스 부품은 전기를 동력원으로 사용하는 자동차에 외부에서 전기에너지를 공급하기 위한 차량과 외부 전력계통 사이를 연결하는 충전 인터페이스 모듈과 충전스탠드가 있다. 충전스탠드는 기존 주유기에 해당하는 장치로, 전기자동차와 상용 교류전력계통을 연계하기 위한 전력제어 장치 및 충전 모니터링 장치 등이 포함되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 충전 시스템을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 충전 시스템은 충전기(10) 및 상기 충전기에 연결되어 상기 충전기(10)로부터 공급되는 전력을 수신하여 배터리를 충전하는 전기 자동차(20)를 포함한다.

전기 자동차(20)는 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.

충전기(10)는 상기 전기 자동차(20)와 연결되고, 상기 전기 자동차(20)의 요청에 따라 상기 전기 자동차(20)에 구비된 배터리에 전력을 공급한다.

충전기(10)는 충전 케이블에 상기 전기 자동차(20)가 연결됨을 감지하고, 그에 따라 상기 전기 자동차(20)의 운전자로부터 입력되는 충전 요청에 따라 상기 충전 케이블을 통해 상기 전기 자동차(20)로 전력을 공급한다.

충전기(10)는 상기 전기 자동차(20)로 교류 전력을 공급한다. 즉, 상기 충전기(10)는 단상 교류 전원을 입력받고, 상기 입력받은 단상 교류 전원을 상기 전기 자동차(20)로 공급해준다.

전기 자동차(20)는 OBC(22) 및 배터리(24)를 포함한다.

상기 OBC(22)는 상기 충전기(10)로부터 공급되는 단상 교류 전력을 수신하고, 상기 수신한 단상 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.

그리고, 상기 OBC(22)는 상기 변환한 직류 전력을 상기 배터리(24)로 공급하여 상기 배터리(24)의 충전이 이루어지도록 한다.

상기와 같이, 상기 충전기(10)는 단순히 단상 교류 전력을 수신하여 이를 상기 전기 자동차(20)로 전달해주는 역할만을 하며(일반적으로, 완속 충전기라 불림), 상기 전기 자동차(20)는 내부에 내장된 OBC(22)를 이용하여 상기 전달되는 단상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리(24)의 충전을 수행한다.

즉, 종래 기술에 따르면 상기 전기 자동차(20)는 상기와 같이 내부에 OBC(22)를 구비하고 있어야만 충전이 가능한 문제점이 있다. 이때, 상기 OBC(22)는 충전을 위한 외부 충전 커넥터가 충전기에 연결된 경우에만 구동되고, 그 이외에는 구동되지 않으며, 이에 따라 비효율적으로 상기 전기 자동차(20)의 엔진 룸의 자리를 차지하는 문제가 있다.

또한, 상기와 같은 OBC가 전기 자동차 내에 구비되기 때문에, 차량의 무게를 증가시키고, 이에 따라 배터리를 이용하는 전기 자동차의 연비를 저하시키는 문제가 있으며, 차량 구성품에 상기와 같은 OBC가 포함됨으로써 차량의 가격을 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 실시 예에서는, 전기 자동차의 충전에 필요한 OBC를 전기 자동차의 내부가 아닌 충전기 내부에 구성하여 상기 전기 자동차의 무게를 감소시키면서 연비를 향상시킬 수 있는 충전기 및 이의 동작 방법을 제공하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, OBC가 구비된 전기 자동차 및 OBC가 구비되지 않은 전기 자동차를 서로 구분하여 하나의 충전기에서 상기 서로 다른 전기 자동차의 충전을 수행할 수 있는 충전기 및 이의 동작 방법을 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 충전 케이블에 연결된 전기 자동차는, OBC(ON BOARD CHARGER)를 미구비한 차량이다.

또한, 상기 충전 케이블은 교류 전력 출력 라인과 직류 전력 출력 라인에 공통 연결된 공통 충전 케이블이며, 상기 직류 전력을 출력하는 단계는, 상기 교류 및 직류 전력 출력 라인 중 상기 직류 전력 출력 라인을 활성화시켜, 상기 연결된 전기 자동차로 직류 전력을 출력하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 공통 충전 케이블에 연결된 전기 자동차가 OBC(ON BOARD CHARGER)를 구비한 차량이면, 상기 교류 및 직류 전력 출력 라인 중 교류 전력 출력 라인을 활성화시켜, 상기 연결된 전기 자동차로 교류 전력을 출력하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 충전 케이블은, 상용 교류 전력 입력단에 연결된 제 1 충전 케이블과, 상기 상용 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 OBC(ON BOARD CHARGER)의 출력단에 연결된 제 2 충전 케이블을 포함하며, 상기 직류 전력을 출력하는 단계는, 상기 제 2 충전 케이블에 연결된 전기 자동차로 상기 OBC(ON BOARD CHARGER)의 출력단을 통해 출력되는 직류 전력을 공급하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제 1 충전 케이블에 상기 전기 자동차가 연결되면, 상기 OBC(ON BOARD CHARGER)의 동작 없이, 상기 연결된 전기 자동차로 상기 상용 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 교류 전력을 공급하는 단계를 더 포함한다.

한편, 실시 예에 따른 충전기는, 상용 교류 전력을 입력받는 교류 전력 입력부; 상기 교류 전력 입력부를 통해 입력되는 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 OBC(ON BOARD CHARGER); 및 상기 OBC(ON BOARD CHARGER)를 통해 변환된 직류 전력을 기연결된 전기 자동차의 배터리로 공급하는 충전 케이블을 포함한다.

또한, 상기 충전 케이블은 상기 상용 교류 전력의 입력단과, 상기 OBC의 출력단에 공통 연결되어, 상기 상용 교류 전력의 입력단을 통해 출력되는 교류 전력 및 상기 OBC를 통해 출력되는 직류 전력을 선택적으로 입력받으며, 상기 상용 교류 전력의 입력단과 상기 충전 케이블 사이에 배치되어, 상기 충전 케이블로 출력되는 교류 전력을 단속하는 제 1 스위치와, 상기 OBC의 출력단과 상기 충전 케이블 사이에 배치되어, 상기 충전 케이블로 출력되는 직류 전력을 단속하는 제 2 스위치를 더 포함한다.

또한, 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 스위칭 동작은, 상기 충전 케이블에 연결된 전기 자동차에 OBC가 구비되어 있는지 여부에 따라 결정되며, 상기 전기 자동차에 OBC가 구비되어 있으면, 상기 제 1 스위치의 폐쇄 및 제 2 스위치의 개방 동작이 이루어지고, 상기 전기 자동차에 OBC가 미구비되어 있으면, 상기 제 1 스위치의 개방 및 상기 제 2 스위치의 폐쇄 동작이 이루어진다.

또한, 상기 상용 교류 전력을 입력받는 입력단에 연결된 보조 충전 케이블을 더 포함하며, 상기 보조 충전 케이블에 전기 자동차가 연결되면, 상기 OBC의 동작이 중지되고, 상기 보조 충전 케이블을 통해 상기 전기 자동차로 교류 전력이 출력된다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 부피를 차지하는 OBC를 차량 내부에서 제거함으로써, 전장품의 구성을 간단히 할 수 있고, 차량의 무게를 줄여 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 차량 제조 회사는 전기 자동차의 제조 비용을 줄일 수 있으며, 소비자는 보다 저렴한 가격으로 전기 자동차를 구매할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 충전기에 OBC를 내장함으로써, 복수의 전기 자동차에서 상기 충전기에 내장된 OBC를 공용으로 사용할 수 있으며, 충전기와 OBC가 개별적으로 구성됨에 따른 낭비를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 기존 차량(OBC가 존재하는 차량)의 충전시에는 교류 전력을 바로 상기 차량으로 공급하도록 하여, 교류 전력 충전 및 직류 전력 충전이 모두 가능한 충전기를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 충전 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 충전기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 충전기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 충전기의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 충전기의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 충전 시스템의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 2를 참조하면, 충전 시스템은 충전기(100) 및 전기 자동차(200)를 포함한다.

이때, 상기 충전기(100)는 OBC가 내장된 충전기이며, 그에 따라 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후 상기 전기 자동차(200)로 공급한다.

상기 전기 자동차(200)는 OBC가 내장된 차량일 수 있으며, 이와 다르게 OBC가 내장되지 않은 차량일 수 있다.

이에 따라, 상기 전기 자동차(200)는 상기 충전기(100)를 통해 공급되는 교류 전력을 수신하여 이를 직류 전력으로 변환한 후 배터리의 충전을 수행하거나, 상기 충전기(100)로부터 상기 변환된 직류 전력을 바로 공급받은 후에 상기 배터리의 충전을 수행할 수 있다.

즉, 상기 전기 자동차(200)는 기존의 전기 자동차와 동일하게 내부에 OBC가 내장된 차량일 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 OBC를 구비하지 않은 차량일 수 있다.

이에 따라, 상기 충전기(100)는 OBC가 내장되어, 상기 전기 자동차(200)로 직류 전력을 공급할 수 있으며, 선택적으로 전력 변환 과정 없이 상기 전기 자동차(200)로 교류 전력을 바로 공급할 수 있다.

한편, 상기 전기 자동차(200)는 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(200)는 필요 전력을 공급받기 위해 다수 개의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩을 탑재한다.

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

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(100) 내의 커패시터에 저장된 직류 전원을 배터리로 공급할 수 있다. 또한, 배터리 전압이 상한치 이상으로 상승하는 경우, 전기 자동차(200) 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(200)에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 전기 자동차(200)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.

충전기(100)는 계통이나 전기 에너지 저장소에 접속되어 있으며, 상기 전기 자동차(200)와 접속하여 전력을 상기 전기 자동차(100)로 공급할 수 있도록 하는 충전 플러그(추후 설명되는 충전 연결부)를 구비하고 있다.

상기 충전기(100)의 충전 플러그는 전기 자동차(200)의 위치에 맞게 충분히 연장될 수 있는 길이로 형성되어 있으며, 사용 후 버튼을 눌러 다시 원 상태로 감기도록 할 수 있다.

운전자 등은, 이와 같이 충전기(100)에 구비된 충전 플러그를 전기 자동차(200)의 측부 또는 전/후방부에 설치되어 있는 소켓에 삽입하여, 상기 충전기(100)로부터 전력을 공급받아 전기 자동차 내부의 배터리를 충전시킬 수 있다.

충전기(100)는 상기 설명한 바와 같이 OBC를 내장하여, 상기 계통 또는 전기 에너지 저장소에서 공급되는 전압을 상기 전기 자동차(200)의 배터리에 적합한 직류 충전 전압으로 변환하여 상기 전기 자동차(200)의 배터리로 공급할 수 있다.

이와 다르게, 충전기(100)는 별도의 전력 변환 과정 없이, 상기 계통으로부터 공급되는 교류 전력을 상기 전기 자동차 내부에 구비된 OBC로 공급할 수 있다.

이하, 상기 충전기에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 충전기의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 충전기의 구성을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 충전기(100)는, OBC(110), 제 1 스위치(120), 제 2 스위치(130) 및 충전 케이블을 포함한다.

OBC(110)는 외부로부터 단상 교류 전력을 수신하고, 상기 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.

상기 OBC(110)에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 OBC(110)는 상기와 같은 전력 변환 동작을 수행하기 위해, 입력 정류기, 역률 보정기, 인버터, 트랜스포머 및 출력 정류기를 포함한다.

입력 정류기는, 풀-브리지 다이오드이며, 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 상용 교류 전력을 직류 전력으로 정류한다.

특히, 입력 정류기는, 후단에 위치한 역률 보정기를 구성하는 스위칭 소자의 턴-오프(turn off) 시, 인덕터 코일의 역기 전력에 의한 전류를 상기 역률 보정기의 출력 측으로 흐르게 하여 전력 변환 효율을 높여준다.

역률 보정기는, 승압 변환기라고도 부를 수 있으며, 상기 입력 정류기를 통해 정류된 직류 전력을 승압하는 승압 기능 외에 출력 전압 및 입력 전압과 같은 위상의 입력 전류를 만들어 역률을 보정하는(향상시키는) 기능을 가진다.

역률 보정기는, 상기 입력 정류기를 통해 정류된 직류 전력을 입력받고, 상기 입력된 직류 전력으로부터의 전압을 승압하여 제공하기 스위칭 소자와 인덕터 코일(Inductor coil)과, 전해 콘덴서를 포함한다.

상기 역률 보정기의 출력 전압 및 입력 전압과 같은 위상의 입력 전류를 만드는 것은 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 신호에 의해서 달성될 수 있다.

전해 콘덴서는 그의 충전 전압에 의해 역률 보정기의 직류 출력 전압을 일정하게 유지하여 출력하기 위한 정전압 출력용 커패시터이다.

상기 역률 보정기를 구성하는 스위칭 소자에는 역전 방지용 다이오드가 접속된다. 또한, 역률 보정기에는 상기 전해 콘덴서 측으로의 전류 흐름만 허용하고 그 반대의 전류 흐름은 불허하기 위해 상기 스위칭 소자의 출력단에 접속된 다이오드를 포함한다.

인버터는 역률 보정기로부터 출력되는 직류 전력을 다시 교류 전력으로 변환하기 위한 다수의 스위칭 소자를 갖는다. 상기 다수의 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.

상기 인버터를 구성하는 다수의 스위칭 소자들 각각에 병렬로 접속된 바디 다이오드는 인버터의 출력 측으로부터 상기 다수의 스위칭 소자 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드이다.

인버터를 구성하는 다수의 스위칭 소자의 스위칭 제어는, 전기 자동차용 구동용 배터리(B)로 최종 출력되는 최종 출력 전압과 최종 출력 전류를 일정하게 제어하는 펄스폭변조신호(PWM)에 의해서 달성될 수 있다.

트랜스포머(Tr)는 인버터의 출력단에 접속되어 교류 전력을 출력 정류기로 전달한다.

출력 정류기는 트랜스포머(Tr)의 출력단(즉, 2차측 권선)에 접속되어 상기 트랜스포머(Tr)를 통해 전달되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전력을 전기자동차용 배터리, 즉 전기자동차 구동용 배터리에 충전을 위한 직류 전력을 공급한다.

제 1 스위치(120)는 상기 교류 전력 입력단에 연결되어, 상기 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 교류 전력이 충전 케이블(140)로 전달되는 것을 단속한다.

즉, 상기 제 1 스위치(120)는 상기 교류 전력 입력단과 상기 충전 케이블(140) 사이에 배치되어, 선택적으로 개방 또는 폐쇄 동작을 수행하며, 상기 개방 동작에 따라 상기 교류 전력이 상기 충전 케이블(140)로 전달되는 것을 방지하거나, 폐쇄 동작에 따라 상기 교류 전력을 상기 충전 케이블(140)로 전달한다.

제 2 스위치(130)는 상기 OBC(110)의 출력단에 연결되어, 상기 OBC(110)를 통해 출력되는 직류 전력이 상기 충전 케이블(140)로 전달되는 것을 단속한다.

즉, 상기 제 2 스위치(120)는 상기 OBC(110)의 출력단과 상기 충전 케이블(140) 사이에 배치되어, 선택적으로 개방 또는 폐쇄 동작을 수행하며, 상기 개방 동작에 따라 상기 직류 전력이 상기 충전 케이블(140)로 전달되는 것을 방지하거나, 폐쇄 동작에 따라 상기 직류 전력을 상기 충전 케이블(140)로 전달한다.

충전 케이블(140)은 상기 제 1 스위치(120)의 출력단 및 상기 제 2 스위치(130)의 출력단에 각각 접속되는 공통 케이블이다.

다시 말해서, 상기 충전 케이블(140)은 충전 플러그라고도 할 수 있으며, 전기 자동차(200)에 구비된 커넥터에 연결되어 상기 전기 자동차(200)로 직류 전력 또는 교류 전력을 공급한다.

상기 충전 케이블(140)은 상기 제 1 스위치(120) 및 제 2 스위치(130) 중 폐쇄 상태에 있는 스위치를 통해 흐르는 전력을 상기 연결된 전기 자동차(200)로 출력한다.

즉, 상기 충전 케이블(140)은 교류 전력 출력 라인 및 직류 전력 출력 라인에 공통 접속되어, 상기 교류 전력 출력 라인을 단속하는 제 1 스위치(120)가 폐쇄되면, 상기 제 1 스위치(120)를 통해 흐르는 교류 전력을 상기 연결된 전기 자동차(200)로 공급한다.

이와 반대로, 상기 충전 케이블(140)은 상기 직류 전력 출력 라인을 단속하는 제 2 스위치(130)가 폐쇄되면, 상기 제 2 스위치(130)를 통해 흐르는 직류 전력을 상기 연결된 전기 자동차(200)로 공급한다.

상기와 같은 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 제어는, 외부로부터 입력되는 동작 조건에 따라 이루어질 수 있다.

즉, 운전자는 상기 충전기(100)에 접근하여, 자신의 차량에 OBC가 존재하는지를 확인하여, 상기 충전기(100)로부터 공급받을 전력을 선택할 수 있다. 그리고, 상기 스위치는 상기 선택된 전력에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

이와 다르게, 디폴트 동작으로 상기 제 2 스위치(130)는 폐쇄 상태에 있고, 상기 제 1 스위치(120)는 개방 상태에 있을 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하면, 충전기(100)는 OBC(110), 제 1 충전 케이블(150) 및 제 2 충전 케이블(160)을 포함한다.

상기 OBC(110)에 대해서는 상기 제 1 실시 예에 따른 충전기에서 이미 설명하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제 1 충전 케이블(150)은 상기 OBC(110)의 입력단인 교류 전력 입력단에 연결되어, 상기 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 교류 전력을 출력한다.

제 2 충전 케이블(160)은 상기 OBC(110)의 출력단인 직류 전력 출력단에 연결되어, 상기 직류 전력 출력단을 통해 출력되는 직류 전력을 외부로 공급한다.

즉, 상기 제 1 실시 예에서는 교류 전력 출력 라인과 직류 전력 출력 라인을 하나의 공통 케이블에 연결하였지만, 상기 제 2 실시 예에서는 교류 전력 출력 라인과 직류 전력 출력 라인을 서로 분리된 케이블에 각각 연결하였다.

이에 따라, 상기 제 2 실시 예서는 현재 연결된 케이블로 통해서만 전력이 출력되기 때문에, 상기 제 1 실시 예에서와 같이 별도의 스위치가 불필요한 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 충전기의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 충전기의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 충전기(100)에 구비된 공통 충전 케이블(140)에 전기 자동차가 연결된다(101단계).

이후, 상기 충전 케이블(140)에 연결된 전기 자동차(200) 내에 OBC가 구비되었는지 여부를 판단한다(102단계). 즉, 상기 충전 케이블(140)에 연결된 전기 자동차(200)가 OBC를 구비한 차량인지 여부를 판단한다.

상기 판단결과(102단계), 상기 전기 자동차(200)가 OBC를 구비한 차량이면, 제 1 스위치(120)를 폐쇄하고, 제2 스위치(130)를 개방한다(103단계). 즉, 상기 제 1 스위치(120)를 폐쇄시킴으로써, 상기 제 1 스위치(120)에 연결된 교류 전력 출력 라인을 활성화시킨다.

이후, 상기 제 1 스위치(120)를 통해 출력되는 교류 전력을 상기 충전 케이블(140)에 연결된 전기 자동차의 배터리로 공급한다(104단계).

한편, 상기 판단결과(102단계), 상기 전기 자동차(200)가 OBC를 구비하지 않은 차량이면, 제 1 스위치(120)를 개방하고, 제2 스위치(130)를 폐쇄한다(105단계). 즉, 상기 제 2 스위치(130)를 폐쇄시킴으로써, 상기 제 2 스위치(130)에 연결된 직류 전력 출력 라인을 활성화시킨다.

이후, 상기 제 2 스위치(130)를 통해 출력되는 직류 전력을 상기 충전 케이블(140)에 연결된 전기 자동차의 배터리로 공급한다(106단계).

다음으로, 도 6을 참조하면, 충전기(100)에 구비된 특정 충전 케이블에 전기 자동차가 연결된다(201단계).

이후, 상기 전기 자동차가 연결된 충전 케이블이 제 1 충전 케이블인지, 아니면 제 2 충전 케이블인지 여부를 판단한다(202단계). 즉, 상기 전기 자동차가 교류 전력을 출력하는 충전 케이블에 연결되었는지, 아니면 직류 전력을 출력하는 충전 케이블에 연결되었는지 여부를 판단한다.

상기 판단결과(202단계), 상기 전기 자동차(200)가 제 1 충전 케이블(150)에 연결되었다면, 상기 제 1 충전 케이블(150)을 통해 교류 전력을 상기 연결된 전기 자동차의 배터리로 공급한다.

한편, 상기 판단결과(202단계), 상기 전기 자동차(200)가 제 2 충전 케이블(160)에 연결되었다면, 외부로부터 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다(204단계).

이후, 상기 변환된 직류 전력을 상기 전기 자동차가 연결된 제 2 케이블을 통해 상기 전기 자동차의 배터리로 공급한다(205단계).

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 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100: 충전기
110: OBC
120: 제 1 스위치
130: 제 2 스위치
140: 충전 케이블
150: 제 1 충전 케이블
160: 제 2 충전 케이블
200: 전기 자동차

Claims

충전 케이블에 전기 자동차가 연결되는 단계;
상기 연결된 전기 자동차로 충전 전력을 공급하기 위해, 외부로부터 상용 교류 전력을 공급받는 단계;
상기 공급받은 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계; 및
상기 충전 케이블에 연결된 전기 자동차의 배터리 충전 전력으로 상기 변환된 직류 전력을 출력하는 단계를 포함하는
충전기의 동작 방법.
제 1항에 있어서,
상기 충전 케이블에 연결된 전기 자동차는,
OBC(ON BOARD CHARGER)를 미구비한 차량인
충전기의 동작 방법.
제 1항에 있어서,
상기 충전 케이블은
교류 전력 출력 라인과 직류 전력 출력 라인에 공통 연결된 공통 충전 케이블이며,
상기 직류 전력을 출력하는 단계는,
상기 교류 및 직류 전력 출력 라인 중 상기 직류 전력 출력 라인을 활성화시켜, 상기 연결된 전기 자동차로 직류 전력을 출력하는 단계를 포함하는
충전기의 동작 방법.
제 3항에 있어서,
상기 공통 충전 케이블에 연결된 전기 자동차가 OBC(ON BOARD CHARGER)를 구비한 차량이면, 상기 교류 및 직류 전력 출력 라인 중 교류 전력 출력 라인을 활성화시켜, 상기 연결된 전기 자동차로 교류 전력을 출력하는 단계를 더 포함하는
충전기의 동작 방법.
제 1항에 있어서,
상기 충전 케이블은,
상용 교류 전력 입력단에 연결된 제 1 충전 케이블과,
상기 상용 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 OBC(ON BOARD CHARGER)의 출력단에 연결된 제 2 충전 케이블을 포함하며,
상기 직류 전력을 출력하는 단계는,
상기 제 2 충전 케이블에 연결된 전기 자동차로 상기 OBC(ON BOARD CHARGER)의 출력단을 통해 출력되는 직류 전력을 공급하는 단계를 포함하는
충전기의 동작 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제 1 충전 케이블에 상기 전기 자동차가 연결되면, 상기 OBC(ON BOARD CHARGER)의 동작 없이, 상기 연결된 전기 자동차로 상기 상용 교류 전력 입력단을 통해 입력되는 교류 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는
충전기의 동작 방법.
상용 교류 전력을 입력받는 교류 전력 입력부;
상기 교류 전력 입력부를 통해 입력되는 상용 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 OBC(ON BOARD CHARGER); 및
상기 OBC(ON BOARD CHARGER)를 통해 변환된 직류 전력을 기연결된 전기 자동차의 배터리로 공급하는 충전 케이블을 포함하는
충전기.
제 7항에 있어서,
상기 충전 케이블은
상기 상용 교류 전력의 입력단과, 상기 OBC의 출력단에 공통 연결되어, 상기 상용 교류 전력의 입력단을 통해 출력되는 교류 전력 및 상기 OBC를 통해 출력되는 직류 전력을 선택적으로 입력받으며,
상기 상용 교류 전력의 입력단과 상기 충전 케이블 사이에 배치되어, 상기 충전 케이블로 출력되는 교류 전력을 단속하는 제 1 스위치와,
상기 OBC의 출력단과 상기 충전 케이블 사이에 배치되어, 상기 충전 케이블로 출력되는 직류 전력을 단속하는 제 2 스위치를 더 포함하는
충전기.
제 8항에 있어서,
상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 스위칭 동작은,
상기 충전 케이블에 연결된 전기 자동차에 OBC가 구비되어 있는지 여부에 따라 결정되며,
상기 전기 자동차에 OBC가 구비되어 있으면, 상기 제 1 스위치의 폐쇄 및 제 2 스위치의 개방 동작이 이루어지고,
상기 전기 자동차에 OBC가 미구비되어 있으면, 상기 제 1 스위치의 개방 및 상기 제 2 스위치의 폐쇄 동작이 이루어지는
충전기.
제 7항에 있어서,
상기 상용 교류 전력을 입력받는 입력단에 연결된 보조 충전 케이블을 더 포함하며,
상기 보조 충전 케이블에 전기 자동차가 연결되면, 상기 OBC의 동작이 중지되고, 상기 보조 충전 케이블을 통해 상기 전기 자동차로 교류 전력이 출력되는
충전기.