KR20150110940A - 전기자동차 충전 장치 - Google Patents

전기자동차 충전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수 개의 충전 모듈, 충전 모듈이 병렬 연결되도록 충전 모듈 각각의 입력 단자에 연결되어 외부 전원을 충전 모듈에 공급하는 입력 부스바, 외부 전원을 입력받아 입력 부스바로 공급하는 입력 모듈, 충전 모듈 각각의 출력 단자에 연결되어 충전 모듈에 충전된 전력을 배터리로 공급하는 출력 부스바 및 충전 모듈에 충전된 전력을 배터리로 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차 충전 장치{APPARATUS FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차 충전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수 개의 충전 모듈을 병렬 연결하여 전기자동차를 충전시키는 전기자동차 충전 장치에 관한 것이다.
환경 보호 요구에 부응하여 전기 자동차에 대한 필요성이 급격하게 증가하고 있다. 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 거의 없고 소음이 아주 작은 장점이 있다. 현재에는 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있다.
전기자동차는 전기자동차가 운행하기 위한 동력을 발생시키는 전기 모터 및 전기 모터에 전기를 공급하는 배터리를 구비한다. 즉, 전기 모터와 배터리가 일반 자동차의 엔진과 연료를 대체하는 것이다.
통상적으로, 전기자동차는 내부에 온보드 충전기(On-Board Charger; OBC)를 구비하는데, 온보드 충전기는 외부 전원을 충전시킨 후 직류 전원으로 변환하여 전기자동차의 배터리를 충전시킨다. 이 경우, 충전 커넥터에는 리미트 스위치가 설치되는데, 리미트 스위치는 충전 인렛이 접속되는지 여부에 따라 동작하여 배터리에 전력을 공급한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 2012-0113084호(2012.10.12)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 충전 모듈 각각이 병렬 연결되어 배터리의 용량 등에 따라 다양한 충전전압 및 충전전류를 공급할 수 있도록 한 전기자동차 충전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 전원의 전력 공급 방식에 따라 입력 부스바를 충전 모듈의 각 상 전원에 선택적으로 연결할 수 있도록 하여 다양한 전력 공급 방식에 능동적으로 대처할 수 있도록 한 전기자동차 충전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기자동차 충전 장치는 복수 개의 충전 모듈; 상기 충전 모듈이 병렬 연결되도록 상기 충전 모듈 각각의 입력 단자에 연결되어 외부 전원을 상기 충전 모듈에 공급하는 입력 부스바; 상기 외부 전원을 입력받아 상기 입력 부스바로 공급하는 입력 모듈; 상기 충전 모듈 각각의 출력 단자에 연결되어 상기 충전 모듈에 충전된 전력을 배터리로 공급하는 출력 부스바; 및 상기 충전 모듈에 충전된 전력을 배터리로 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 충전 모듈의 동작 상태 정보를 출력하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 입력 모듈은 상기 외부 전원이 3상4선식이면 R상, S상 전원, T상 전원 및 N상 전원이 상기 입력 부스바에 각각에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 입력 모듈은 상기 외부 전원이 N상 전원이 사용되는 3상3선식이면 R상 전원, S상 전원, T상 전원을 상기 입력 부스바와 각각 연결시키고 상기 N상 전원이 입력 접지 터미널과 연결시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 입력 모듈은 상기 외부 전원이 N상이 사용되지 않는 3상3선식이면 R상, S상, T상을 상기 입력 부스바에 각각 연결시키고 상기 R상, S상, T상 중 어느 하나와 상기 N상을 공통으로 입력 접지 터미널과 연결시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 충전 모듈 각각이 병렬 연결되어 배터리의 용량 등에 따라 다양한 충전전압 및 충전전류를 공급할 수 있도록 한다.
본 발명은 외부 전원의 전력 공급 방식에 따라 입력 부스바를 충전 모듈의 각 상 전원에 선택적으로 연결할 수 있도록 하여 다양한 전력 공급 방식에 능동적으로 대처할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치의 내부 구조도이다.
도 3 은 도 2 의 입력 모듈의 3상4선식에서의 전기적인 연결관계를 나타낸 도면이다.
도 4 는 도 2 의 입력 모듈의 3상3선식에서의 전기적인 연결관계의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 2 의 입력 모듈의 3상3선식에서의 전기적인 연결관계의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 충전 모듈의 입력 부스바의 설치 예를 나타낸 도면이다.
도 7 은 3상4선식의 전원 공급 방식의 경우, 충전 모듈 내 충전 유닛과 입출력 부스바가 전기적으로 연결되는 예를 나타낸 도면이다.
도 8 은 3상3선식의 전원 공급 방식의 경우, 충전 모듈 내 충전 유닛과 입출력 부스바가 전기적으로 연결되는 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치의 내부 구조도이며, 도 3 은 도 2 의 입력 모듈의 3상4선식에서의 전기적인 연결관계를 나타낸 도면이며, 도 4 는 도 2 의 입력 모듈의 3상3선식에서의 전기적인 연결관계의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 5 는 도 2 의 입력 모듈의 3상3선식에서의 전기적인 연결관계의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 충전 모듈의 입력 부스바의 설치 예를 나타낸 도면이며, 도 7 은 3상4선식의 전원 공급 방식의 경우, 충전 모듈 내 충전 유닛과 입출력 부스바가 전기적으로 연결되는 예를 나타낸 도면이며, 도 8 은 3상3선식의 전원 공급 방식의 경우, 충전 모듈 내 충전 유닛과 입출력 부스바가 전기적으로 연결되는 예를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치는 표시부(10), 입력부(20), 제어부(30), 입력 모듈(40), 노이즈 필터부(50), 전력량 측정부(60) 및 충전 모듈(70)을 포함한다.
표시부(10)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 장치의 동작 상태 정보를 표시한다. 동작 상태 정보에는 충전 모듈(70)의 동작 여부, 충전 모듈(70)에 충전된 충전량, 충전 모듈(70)로부터 출력되는 충전전압 및 충전전류, 충전 모듈(70)의 시작 및 종료 여부, 충전 모듈(70)의 고장 여부 등이 포함된다. 표시부(10)로는 LCD(Liquid Crystal Display), CRT(Catho Ray Tube) 및 OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 포함한 다양한 종류의 표시 장치가 채용될 수 있다.
입력부(20)는 사용자의 각종 제어 명령을 입력받는다. 제어 명령에는 전기자동차의 배터리(200)에 대한 충전 명령, 전원 온/오프 명령, 상기한 동작 상태 정보 출력 명령 등과 같이 전기자동차 충전 장치의 전반적인 동작을 제어하는 다양한 명령이 모두 포함될 수 있다. 여기서, 입력부(20)와 표시부(10)는 터치 스크린 형태로 채용될 수 있다.
제어부(30)는 입력부(20)로부터 입력된 사용자의 제어 명령에 따라 전기자동차 충전 장치의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 입력부(20)로부터 충전 명령이 입력되면, 제어부(30)는 충전 모듈(70)을 제어하여 배터리(200)를 충전시키고, 이 과정에서 상기한 충전 모듈(70)의 동작 여부, 충전 모듈(70)에 충전된 충전량, 충전 모듈(70)로부터 출력되는 충전전압 및 충전전류, 충전 모듈(70)의 시작 및 종료 등을 표시부(10)를 통해 출력한다. 또한 충전 과정에서 에러 등이 발생할 경우, 제어부(30)는 충전을 비상 정지시킴과 더불어 표시부(10)를 통해 충전 에러 등을 출력한다.
노이즈 필터부(50)는 외부 전원의 노이즈를 제거한다.
전력량 측정부(60)는 노이즈 필터부(50)에 의해 노이즈가 제거된 전원의 전력량을 측정하여 제어부(30)에 입력한다.
입력 모듈(40)은 외부 전원을 공급받아 노이즈 필터부(50)로 공급한다. 이러한 입력 모듈(40)에는 외부 전원의 전원 공급 방식에 따라 다양한 와이어링 구조가 채택될 수 있다. 즉, 작업자는 외부 전원의 전원 공급 방식에 따라 입력 모듈(40)의 와이어링 구조를 선택적으로 채용할 수 있다. 이를 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명한다.
도 3 내지 도 5 에는 외부 전원의 전원 공급 방식에 따른 입력 모듈(40)의 와이어링 구조를 예시적으로 나타내었다.
도 3 을 참조하면, 외부 전원의 전원 공급 방식이 3상4선식일 경우, 입력 모듈(40)은 R상 전원, S상 전원, T상 전원 및 N상 전원을 각각 입력받아 각 전원선(L1,L2,L3,N)을 통해 R상 전원, S상 전원, T상 전원 및 N상 전원 각각을 노이즈 필터부(50)로 공급한다.
도 4 를 참조하면, 외부 전원의 전원 공급 방식이 N상이 사용되는 3상3선식일 경우, 입력 모듈(40)은 R상 전원, S상 전원 및 T상 전원을 각각 입력받고 각 전원선(L1,L2,L3)을 통해 R상 전원, S상 전원 및 T상 전원을 공급한다. 이 경우 N상 전원은 입력 접지 터미널 즉, FG 부스바(94)로 연결되어 접지된다.
도 5 를 참조하면, 외부 전원의 전원 공급 방식이 N상이 사용되지 않는 3상3선식일 경우, 입력 모듈(40)은 R상 전원, S상 전원 및 T상 전원을 각각 입력받고 각 전원선(L1,L2,L3)을 통해 R상 전원, S상 전원 및 T상 전원을 공급한다. 이 경우 R상 전원, S상 전원, T상 전원 중 어느 하나 및 N상 전원은 FG 부스바(94)로 공통으로 연결되어 접지된다.
충전 모듈(70)은 외부 전원에 의해 충전되어 배터리(200)에 충전전압 및 충전전류를 공급함으로써, 배터리(200)를 충전시킨다.
충전 모듈(70)은 복수 개가 병렬 연결될 수 있으며, 이 경우 배터리(200)의 용량 등에 적합한 개수로 설치될 수 있다. 게다가, 충전 모듈(70) 중 어느 하나 이상에 고장이 발생하여 정상적인 충방전이 불가능할 경우, 나머지 충전 모듈(70)이 정상적인 동작을 수행할 수 있으므로, 충전 손실을 감소시키고 효율적인 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
충전 모듈(70)은 상기한 바와 같이 병렬 연결되는바, 도 2 및 도 6 에 도시된 바와 같이 상향 방향으로 적층되게 배치된다. 충전 모듈(70) 각각은 입력 부스바(80)에 의해 공통 연결된다. 입력 부스바(80)는 충전 모듈(70)의 배치 방향으로 길게 형성되어 외부 전원을 각 충전 모듈(70)에 공급한다. 이에 따라 각 충전 모듈(70)은 입력 부스바(80)를 통해 외부 전원을 공급받아 충전됨과 더불어 커넥터(100)를 통해 배터리(200)로 전원을 공급하게 된다.
즉, 입력 부스바(80)는 R상 전원, S상 전원, T상 전원 및 N상 전원 각각에 대응되게 구비되고 입력 단자(82)를 통해 각 충전 모듈(70)에 연결됨으로써, R상 전원, S상 전원, T상 전원 및 N상 전원을 충전 모듈(70) 각각에 공급한다. 참고로, N상 전원은 외부 전원의 전원 공급 방식에 따라 선택적으로 설치될 수 있다.
한편, 충전 모듈(70) 각각은 내부에 복수 개의 충전 유닛(72)이 구비된다. 각 충전 유닛(72)은 상기한 입력 부스바(80)로부터 입력 단자(82)를 통해 입력된 외부 전원을 단상 전원으로 공급받아 충전된다. 이 경우 각 충전 유닛(72)은 상호 간에 독립적으로 충전된다.
도 7 에는 외부전원의 전원 입력 방식이 3상4선식인 경우 충전 유닛(72)의 전원 연결 방식이 도시되었다.
도 7 을 참조하면, 각 충전 모듈(70) 내부에는 3개의 충전 유닛(72)이 구비되고, 각 충전 유닛(72)에는 R상 전원과 N상 전원, S상 전원과 N상 전원, T상 전원과 N상 전원이 각각 연결된다.
도 8 에는 외부전원의 전원 입력 방식이 3상3선식인 경우 충전 유닛(72)의 전원 연결 방식이 도시되었다.
도 8 을 참조하면, 각 충전 모듈(70) 내부에는 3개의 충전 유닛(72)이 구비되고, 각 충전 유닛(72)에는 R상 전원과 S상 전원, S상 전원과 T상 전원, R상 전원과 T상 전원이 각각 연결된다.
즉, 도 7 과 도 8 에 도시된 바와 같이, 외부 전원이 3상4선식 또는 3상3선식으로 공급되더라도, 충전 모듈(70) 내부의 각 충전 유닛(72)은 상기한 전원 공급 방식에 따라 선택적으로 연결되어 단상 전원으로 충전된다.
한편, 충전 모듈(70)은 도 2 및 도 6 에 도시된 바와 같이 상향 방향으로 적층되게 배치되어 병렬 연결되는데, 충전 모듈(70) 각각은 출력 부스바(90)에 의해 공통 연결된다.
출력 부스바(90)는 도 2 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 충전 모듈(70)의 배치 방향으로 길게 형성되며, 각 충전 모듈(70)에 충전된 전원을 커넥터(100)를 통해 배터리(200)로 공급할 수 있도록 한다. 이러한 출력 부스바(90)는 충전 모듈(70) 각각의 +단과 -단을 통해 연결된다.
여기서, 각 충전 모듈(70) 내부에는 상기한 바와 같이 충전 유닛(72)이 각각 구비되고, 각 충전 유닛(72)은 서로 병렬 연결되는 바, 각 충전 유닛(72)에서 출력된 전류의 합은 해당 충전 모듈(70)을 통해 출력되는 총 전류과 동일하게 된다.
즉, 도 7 및 도 8 을 참조하면, 충전 모듈(70) 내부에는 3개의 충전 유닛(72)이 구비되고, 각 충전 유닛(72)은 서로 병렬 연결되므로, 각 충전 유닛(72)으로부터 출력되는 전류의 합은 해당 충전 모듈(70)의 전류와 동일하게 된다.
더욱이, 충전 모듈(70)은 출력 부스바(90)를 통해 서로 병렬 연결되므로, 각 충전 모듈(70)로부터 출력되는 전류의 합이 배터리(200)로 공급되는 충전 전류와 동일하게 된다. 결과적으로, 각 충전 모듈(70)로부터 출력되는 전류의 합이 배터리(200)에 공급되게 된다.
따라서, 작업자는 배터리(200)의 용량에 따라 충전 모듈(70)의 개수를 조절하여 배터리(200)의 용량에 적합한 출력전압 및 출력전류를 출력할 수 있다. 게다가, 3상4선식 또는 3상3선식의 외부 전원이 입력되더라도, 단상으로 충전 모듈(40)을 충전할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 충전 모듈(70) 각각의 상 전원을 부스바를 통해 병렬 연결하여 필요에 따라 다양한 출력전압 및 출력전류를 출력할 수 있도록 한다.
또한 본 실시예는 외부 전원의 전력 공급 방식에 따라 각 부스바를 충전 모듈(70)의 각 상에 선택적으로 연결하여 다양한 전력 공급 방식에 능동적으로 대처할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 표시부 20: 입력부
30: 제어부 40: 입력 모듈
50: 노이즈 필터부 60: 전력량 측정부
70: 충전 모듈 72: 충전 유닛
80: 입력 부스바 82: 입력 단자
90: 출력 부스바 92: 출력 단자
94: FG 부스바 200: 배터리

Claims (5)

  1. 복수 개의 충전 모듈;
    상기 충전 모듈이 병렬 연결되도록 상기 충전 모듈 각각의 입력 단자에 연결되어 외부 전원을 상기 충전 모듈에 공급하는 입력 부스바;
    상기 외부 전원을 입력받아 상기 입력 부스바로 공급하는 입력 모듈;
    상기 충전 모듈 각각의 출력 단자에 연결되어 상기 충전 모듈에 충전된 전력을 배터리로 공급하는 출력 부스바; 및
    상기 충전 모듈에 충전된 전력을 배터리로 공급하는 제어부를 포함하는 전기자동차 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전 모듈의 동작 상태 정보를 출력하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 모듈은 상기 외부 전원이 3상4선식이면 R상, S상 전원, T상 전원 및 N상 전원이 상기 입력 부스바에 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 모듈은 상기 외부 전원이 N상 전원이 사용되는 3상3선식이면 R상 전원, S상 전원, T상 전원을 상기 입력 부스바와 각각 연결시키고 상기 N상 전원이 입력 접지 터미널과 연결시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 모듈은 상기 외부 전원이 N상이 사용되지 않는 3상3선식이면 R상, S상, T상을 상기 입력 부스바에 각각 연결시키고 상기 R상, S상, T상 중 어느 하나와 상기 N상을 공통으로 입력 접지 터미널과 연결시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 장치.
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