KR20160010871A - 전력을 공급받을 장비, 특히 전기 차량으로 전력을 복원시키는 설비 - Google Patents

전력을 공급받을 장비, 특히 전기 차량으로 전력을 복원시키는 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장비에 전력을 복원시키는 설비(10)에 관한 것으로, 상기 설비는 적어도 하나의 태양 전지(20A ~ 20D, 22A ~ 22B), 전기 접속 수단(14)을 포함하는 적어도 하나의 전력 공급 장치(12), 한편으로는 상기 태양 전지들 중 적어도 하나에 연결되고 다른 한편으로는 상기 전력 공급 장치들 중 적어도 하나에 연결되어 그 전력 공급 장치로 전력을 공급하는, 적어도 하나의 축전 조립체(18A, 18B), 및 상기 전력 공급 장치로 송전되는 전기가 교류의 형태가 되도록, 상기 축전 조립체들 중 적어도 하나와 상기 전력 공급 장치들 중 적어도 하나 사이에 개재되어 있는 인버터(28, 30)를 포함한다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 축전 조립체와 적어도 하나의 인버터를 포함하는 충전 모듈에도 관한 것이다.

Description

전력을 공급받을 장비, 특히 전기 차량으로 전력을 복원시키는 설비{INSTALLATION FOR RETURNING ENERGY TO AN ITEM OF EQUIPMENT TO BE SUPPLIED WITH ENERGY, IN PARTICULAR AN ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 장비, 특히 자동차 또는 버스와 같은 전기 차량, 또는 전기 장치로 전력을 복원시키는, 즉 상기 전기 장비의 충전이 이루어지게 하는 스테이션에 관한 것이다.
버퍼 저장 배터리에 연결된 태양전지 패널(photovoltaic panel)을 포함하는 위와 같은 스테이션은 종래 기술에서 공지되어 있는데, 버퍼 배터리의 전력은, 차량의 상보적 수단과 협동하며 상기 버퍼 배터리에 연결되는 전기 접속 수단을 포함하는 충전 단자를 통해, 차량으로 분배된다. 종래에, 전력은 태양전지 패널로부터 충전 스테이션의 버퍼 배터리로 직류로 전송되고, 또한 상기 충전 스테이션의 버퍼 배터리로부터 차량의 배터리로 직류로 전송되는데, 왜냐하면 그 전류는 태양전지 패널에 의해 그런 형태로 생성되고, 또한 축전 버퍼 배터리에 의해 그런 형태로 저장되기 때문이다.
많은 수의 차량을 충전시키는 것이 바람직한 특정 설비(installation)에 있어서는, 차량을 재충전시키는 데에, 태양전지 패널을 보완하거나 혹은 대체하는 것으로서 도시 전력계통망(urban electric grid)을, 사용하는 것도 필요할 수 있다. 이러한 전력망의 전력은 교류로 존재한다.
그러나, 비용을 최적화하기 위해서는, 전력을 얻을 수 있는 환경 및 수단이 어떤 것이든지 간에 차량을 동일한 방식으로 충전시킬 수 있게 하기 위해 그러한 설비들을 가능한 많이 표준화하는 것이 바람직하다.
이 때문에, 본 발명은 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비를 발명의 목적으로 구비하는 바, 본 발명의 상기 설비는,
- 전력 공급원을 형성하는 적어도 하나의 태양 전지(photovoltaic cell),
- 전기 접속 수단을 포함하는 적어도 하나의 전력 공급 장치,
- 한편으로는 상기 태양 전지들 또는 적어도 하나의 태양 전지에 연결되어서 상기 태양 전지(들)로부터 나오는 전력을 저장하며, 다른 한편으로는 상기 전력 공급 장치들 또는 적어도 하나의 전력 공급 장치에 연결되어 그 전력 공급 장치로 전력을 공급하는, 적어도 하나의 축전 조립체(power storage assembly), 및
- 상기 전력 공급 장치로 송전되는 전기가 교류의 형태가 되도록 직류를 교류로 변환시키는 것으로서, 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체와 상기 전력 공급 장치들 또는 적어도 하나의 전력 공급 장치 사이에 개재되어 있는 인버터(inverter)를 포함한다.
따라서, 태양 전지로부터 얻어진 전력은 축전 조립체에 직류 형태로 전달되지만, 배터리와 인버터에 의해 형성된 조합된 조립체는 전기를 교류 형태로 전력 공급 장치에 송전한다.
그 다음, 전력 공급 장치는 도시 전력계통망이나 혹은 태양전지 패널을 통해서 교류를 공급받는다.
따라서, 이러한 전력 공급 장치는 표준이며, 간단한 디자인으로 이루어지는데, 왜냐하면 그 전력 공급 장치는 배치되는 환경이 어떻든지 간에(도시 전력계통망으로부터 출력을 받거나 혹은 태양 전지로부터 출력을 받음) 차량과 동일한 방식으로 상호 작용해야 하기 때문이다. 따라서, 그 전력 공급 장치에 연결되는 피공급 장치 및 장비(특히 차량)가 표준화될 수 있고, 이 때 상기 설비는 만일 태양 전지에 접속되는 경우라면 전력 공급 장치의 상류에서 변형된다. 따라서, 전력 공급 설비는 수요 및 조건이 다양하게 변할 때에도 표준 요소들을 가지고 보다 쉽게 만들어질 수 있다. 더욱이, 공급 장치의 표준화로 인해 설비의 유지도 용이해진다.
축전 조립체(들)가 존재함으로써, 일사가 허용될 때에 태양 전지로 얻어지는 전력을 저장할 수 있게 되며, 또한 전력을 필요한 때에 복원시킬 수 있다는 점을 알게 될 것이다.
당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는, 필요한 전류 유형의 이중 변환으로 인해 설비의 효율 저하를 발생시키는 해결책을 향해 가고자 하는 자극은 받지 않았을 것이다. 그러나, 이러한 효율 손실로 인한 손실 비용은 표준화, 특히 공급 장치의 표준화에 의한 비용 절감에 의해 보상된다.
본 발명의 설비는 또한 다음에 열거하는 목록으로부터 하나 이상의 특징을 포함할 수 있는데, 그 목록은 다음과 같다.
- 공급 장치는 차량용 충전 단자이고, 차량의 상보적 수단에 연결될 수 있는 전기 접속 수단을 포함한다.
- 상기 설비는 적어도 하나의 전류 변환기(DC/DC), 즉 적어도 하나의 태양 전지와 설비에 제공된 버퍼 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 버퍼 축전 조립체 사이에 배치되어, 상기 태양 전지(들)로부터 얻은 전력을 배터리의 최적 작동이 이루어지게 하는 전력에 적합하게 하는, 적어도 하나의 전류 변환기(DC/DC)를 포함한다. 상기 설비는 복수의 변환기(converter), 즉 하나의 동일한 축전 조립체에 병렬로 위치되어 연결되고, 각각의 변환기가 별개의 태양 전지(들)에 연결되는, 복수의 변환기를 포함한다.
- 버퍼 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 버퍼 축전 조립체는, 받는 전력에 관한 지시, 특히 전압 또는 전류에 관련된 지시("전류 또는 전압 설정치")를 전달할 수 있도록 상기 변환기들 또는 적어도 하나의 변환기의 제어 수단과 통신하기 위한 모듈을 포함하고, 상기 제어 수단은 수신한 지시에 따라 상기 변환기를 제어한다.
- 상기 설비는 바람직하기로는 상기 변환기들 또는 적어도 하나의 변환기에 의해 전달되는 전력의 양을 측정하는 측정 수단을 포함하고, 상기 변환기(들)의 제어 수단은 상기 측정 수단에 의해 얻어진 결과에 따라 변환기를 제어한다. 따라서, 태양전지 패널의 효율과 축전의 효율이 최적화된다. 바람직하게는, 상기 제어 수단은 당해 제어 수단이 대응하는 축전 조립체로부터 받은 지시를 적용시킬 수 없을 때에는 상기 측정 수단의 결과에 따라 변환기를 제어한다.
- 상기 설비는 바람직하기로는 하나의 동일한 변환기에 병렬로 배치되어 연결된 다수의 태양전지 패널을 포함한다.
- 상기 전력 공급 장치는 교류 형태로 받은 입력 전력을 직류 형태의 출력 전력으로 변환시킬 수 있는 AC/DC 변환기를 포함한다. 사실상, 전기 차량에는 전력이 일반적으로 직류 형태로 저장된다. 그러나, 이 변환기는 선택적인 것이고, 차량 충전기가 그 자신에서, 특히 그의 충전기를 통해서, 위와 같은 변환 기능을 수행할 수 있다.
- 상기 설비는 도시 전력계통망에 연결되고, 상기 도시 전력계통망은 인버터의 출력부와 병렬로 상기 설비에 연결된다. 이러한 방식으로, 도시 전력계통망을 공급 장치의 입력부로 끌어올 수 있고, 이 공급 장치는 2종의 전력 공급원, 즉 도시 전력계통망이나 혹은 태양 전지로부터 나오는 전력을 받을 수 있다. 전력 공급원이 어떤 것이든지 간에, 전력은 동일한 형태로 공급 장치에 도달하게 되고, 이로써 공급 장치를 다른 형태의 전력(교류 또는 연속 전류)에 적합하게 하기 위해 더 복잡하게 만들 필요가 없어진다.
- 상기 설비에 여러 개의 축전 조립체가 병렬로 배치되어, 하나의 동일한 공급 장치에 연결된다.
- 상기 설비는 상기 전력 공급 장치, 특히 상기 전력 공급 장치용의 접속 수단에 의해 제어되는 전기 회로를 차단하기 위한 차단 수단을 포함한다. 이들 차단 수단들은 전기 공급원과 접속 수단 사이에, 특히 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체와 상기 전력 공급 장치 사이에 위치된다. 상기 전력 공급 장치가 여러 개의 전력 공급원에 의해 전력을 공급받는 경우, 상기 차단 수단들은 각각의 전력 공급원에 대해 부분적으로 또는 전체적으로 구분된다. 상기 차단 수단은, 일례로, 축전 조립체 각각의 출력부의 스위치를 포함한다.
- 상기 설비는 전력 공급 장치를 통해 차량과 통신하기 위한 통신 수단을 포함하고, 차량에 공급되는 전력은 상기 통신 수단을 통해 수신되는 데이터에 따라 달라진다. 상기 데이터는, 특히, 차량 배터리의 충전 수준의 개요를 제공할 수 있다. 차단 수단도 또한 이러한 방식으로 제어될 수 있다. 이러한 방식에서, 차량이 충전되는 경우, 상기 설비에 제공된 버퍼 축전 조립체와 상기 전력 공급 장치 사이의 접속이 차단되고,
- 상기 축전 조립체 또는 각 축전 조립체는 양극과 음극, 특히 고체 전해질이 구비된 리튬 금속 폴리머(LMP) 배터리를 포함하는 배터리이다.
또한 본 발명은, 재충전 설비에 배치되도록 설계되고, 한편으로는 적어도 하나의 태양 전지에 연결될 수 있게 설계되며, 그리고 다른 한편으로는 전력을 공급받을 장비(예컨대, 차량 등)에 전력을 공급하기 위한 것이며 상기 전력을 공급받을 장비에 연결하기 위한 접속 수단을 포함하는 것인 적어도 하나의 전력 공급 장치에 연결될 수 있게 설계된, 재충전 모듈을 구비하는 것도 목적으로 하는 바, 상기 재충전 모듈은,
- 한편으로는 태양 전지에서 나오는 전력을 저장할 수 있도록 하나 이상의 태양 전지에 연결되게 설계되고 다른 한편으로는 전력 공급 장치 또는 전력 공급 장치들에 전력을 공급할 수 있도록 전력 공급 장치(들)에 연결되게 설계된, 적어도 하나의 축전 조립체와,
- 상기 축전 조립체와 상기 전력 공급 장치들 또는 하나의 전력 공급 장치 사이에 개재되도록 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체와 직렬로 연결된 적어도 하나의 인버터를 포함한다.
또한, 상기 재충전 모듈은, 바람직하기로는, 병렬로 배치된 다수의 태양 전지 또는 적어도 하나의 태양 전지와 상기 축전 조립체 사이에 개재되도록 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체와 직렬로 연결된 적어도 하나의 직류 변환기를 포함한다. 상기 재충전 모듈은 또한 시스템의 또 다른 요소들, 특히 태양 전지(들)와 전력 공급 장치(들) 사이에 위치된 설비의 모든 중간 요소들을 포함할 수 있다.
상기 재충전 모듈은 복수의 축전 조립체, 인버터 등을 위한 장소를 포함하는 컨테이너이다. 또한, 재충전 모듈은 하나의 접속부를 통해 전력 공급 장치뿐만 아니라 태양 전지에도 직접 연결될 수 있는데, 이는 외부로 노출되는 접속 하드웨어를 증가시키지 않으면서도 설비의 양호한 작동을 보장할 수 있게 한다. 접속 하드웨어와 모듈의 여러 가지의 구성 요소들이 악천후에 대해 보호되기 때문에 설비의 양호한 수명이 보장될 뿐만 아니라, 설비(공공 도로에 배치된 설비)의 더 우수한 미관 및 용이해진 유지도 보장된다. 이 모듈은 또한 여러 가지 유형(크기, 종류 등)의 설비에 맞게 그 자체를 적응시킬 수 있다.
물론 컨테이너도 또한 도시 전력계통망에 연결될 수 있다.
상기 컨테이너에는 상기 모듈을 구성하는 여러 가지 요소들을 냉각하기 위한 복수의 공기 입구가 설치된다는 것을 알게 될 것이다. 이는 설비를 구성하는 다수의 요소들(높은 전압을 공급받고 그에 따라 주울 효과에 의해 가열되는 경향이 있음)을 둘러싸인 제한된 공간 안에 배치하면서도 화재로 이어질 수 있는 가열은 발생되지 않게 하면서 배치할 수 있게 한다. 컨테이너에는 또한 설비의 안전성을 향상시키기 위해 열 및/또는 화재 감지기가 장착될 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 전기 재충전 설비의 단순화된 전기 배선 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 변형 실시예에 따른 재충전 모듈의 평면도 및 측면도이다.
이제부터는, 본 발명의 비제한적인 예를 구성하는 본 발명의 실시예를, 첨부된 도면을 이용하여, 상세히 설명한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 설비(10)는 이하에서는 "충전 단자"라고도 칭하는 전력 공급 장치(12)를 이용하여 예를 들어 자동차 또는 버스와 같은 전기 차량을 재충전할 수 있게 설계된다. 이 충전 단자(12)는 공공 도로에 배치되고, 충전시킬 차량의 상보적 접속 수단에 필요에 따라 연결되도록 설계된 전기 접속 수단을 포함한다. 이 설명의 목적은 상기 충전 단자의 구조를 설명하려는 것은 아니다. 그러나, 상기 접속 수단이 상기 충전 단자 외부에 위치하는 것으로 명시할 수 있으며, 또한 선택된 사람, 특히 권한을 갖는 사람만이 예를 들어 접근 제한 잠금 수단을 갖는 커버에 의해 상기 접속 수단에 접근할 수 있게 하는 것이 바람직하다고 명시할 수 있다.
전력 공급 장치(12)는 한편으로는 도시 전력계통망(16)에 연결되고 다른 한편으로는 상호 병렬로 위치되고 도시 전력계통망(16)과 병렬로 위치된 두 개의 축전 조립체(18A, 18B)에 연결되고, 상기 축전 조립체(18A, 18B)는 전력 공급원으로부터 나오는 전력, 즉 본 실시예에서는 축전 조립체(18A)에 각각 연결된 태양전지 패널(20A ~ 20D) 및 축전 조립체(18B)에 연결된 태양전지 패널(22A, 22B)로부터 나오는 전력을, 저장할 수 있게 되어 있다. 각각의 태양전지 패널은 일반적으로는 입사된 광의 광자를 전력으로 전환시킬 수 있는 복수의 태양 전지를 포함한다.
본 실시예에 기재된 축전 조립체(18A, 18B)는 또한 특히 복수의 기본 전지(elementary cell)(양극과 음극을 포함하는 것)를 포함하는 축전 배터리, 특히 고체 형태의 전해질을 갖는 리튬 금속 폴리머(LMP) 배터리를 포함한다는 것을 알게 될 것이다. 그러나 예를 들어 리튬 이온 배터리와 같은 다른 유형의 축전 조립체가 사용될 수 있다. 이러한 다른 유형의 축전 조립체들은 전력을 직류 형태로 저장한다.
충전기(24)가 태양전지 패널(20A ~ 20D)과 축전 조립체(18A) 사이에 개재된다. 패널(20A)과 패널(20B)뿐만 아니라 패널(20C)과 패널(20D)이 각각 직렬로 연결되고, 패널(20A 및 20B) 및 패널(20C 및 20D)을 포함하는 두 개의 분지가 병렬로 연결된다. 또한, 두 개의 충전기(26A, 26B)가 각각 태양전지 패널(22A, 22B)과 축전 조립체(18B) 사이에 개재되는데, 상기 충전기(26A, 26B)는 축전 조립체(18B)의 입력부에 병렬로 연결된다.
그러나, 태양전지 패널과 충전기(들) 사이의 접속 및 충전기(들)와 각 배터리 사이의 접속을 다른 조합으로 하는 것이 가능함을 알게 될 것이다. 하나의 동일한 충전기에 연결된 패널들의 개수 및 배치뿐만 아니라 각 배터리의 입력부에 병렬로 연결된 충전기의 개수는 사실상 변경될 수 있다. 그러나 설비의 작동 및 비용이 최적화될 수 있도록 하기 위해 각 충전기의 입력부의 패널의 개수 및 배치를 그 충전기가 관리할 수 있는 전력 및 전압에 따라 적합하게 하는 것이 권장된다.
각 충전기(24, 26A, 26B)는 각 DC/DC 변환기(25, 27A, 27B)를 포함하고, 이 변환기는 전류를 변환시킬 수 있고, 특히 축전 조립체의 수요에 따라, 태양 전지로부터 나오는 신호로부터 최적의 전력을 공급할 수 있게 한다.
인버터(28, 30) 각각이 또한 배터리(18A, 18B)의 출력부에 배치되어 있다. 이러한 방식으로, 각각의 인버터(28, 30)는 그에 대응하는 배터리(18A, 18B)의 출력부와 전력 공급 장치(12)의 입력부 사이에 개재된다. 이 인버터는 배터리에 직류로 저장된 전력을 교류 형태의 전력으로 변환시킬 수 있다.
도시 전력계통망(16)이 인버터(28, 30)의 출력부와 병렬로 충전 단자의 입력부에 도달한다. 따라서, 충전 단자(12)는 태양전지 패널(20A ~ 20D, 22A, 22B)과 축전 조립체(18A, 18B)에서 나오는 전력이나, 혹은 도시 전력계통망(16)에서 나오는 전력을 공급받을 수 있다. 전력 공급원이 어떤 것이든지 간에, 전류는 어느 경우에서라도 교류 형태로 도달되는데, 이는 충전 단자(12)에서 동일한 방식으로 취급할 수 있게 한다. 따라서 충전 단자(12)는 표준 충전 단자인데, 이는 충전 단자가 설치되는 설비의 유형이 어떤 것이든지 간에(태양전지 패널 출력부 및/또는 도시 전력계통망) 동일할 수 있다.
설비는 또한 충전 단자(12)에 도달하는 각 분지의 전기 회로를 차단하기 위한 차단 수단(32, 34, 36)을 포함하는데, 스위치(32)는 도시 전력계통망(16)에 연결된 분지의 출력부에 배치되고, 스위치(34) 및 스위치(36)는 인버터(28 및 30)의 출력부에 배치된다. 이는, 충전 단자로의 전력 공급이 필요하지 않은 경우, 특히 전력을 공급받을 장비가 충전 단자에 연결되지 않은 경우에, 충전 단자(12)로 전력을 공급할 수 없게 하는 것이다. 이것은 또한 설비의 안전에도 기여한다.
그 다음, 전력은 일반적으로 전기 차량에 저장되고 또한 직류 형태로 저장되므로, 충전 단자(12)도 또한 그 충전 단자(12)의 입력부와 출력부 사이에 개재되는 AC/DC 변환기(38)를 포함한다. 그러나 변환은 필요한 경우에 차량에서 수행될 수 있기 때문에 그러한 변환기는 필수적인 것은 아니다. 전력 공급 장치가, 전력을 소비하지만 저장하지 않으며 교류를 사용하여 작동하는 장비에, 전력을 공급하기 위한 목적을 가지는 것도 또한 실시할 수 있다. 그러면, 충전 단자(12)에 그러한 변환기(38)를 장착하지 않도록 선택하는 것이 가능하다.
지금부터는 여러 가지 요소들 사이의 상호 작용에 대해 더 상세히 설명한다.
축전 조립체(18A 또는 18B)는 바람직하기로는 이미 나타낸 것과 같은 LMP 배터리를 포함하고, 또한 유리하기로는 배터리를 충전하기 전에 배터리를 배터리의 최적 작동이 보장될 수 있도록 하는 온도까지 이르게 하는, 배터리를 가열하기 위한 가열 장치(40A, 40B)도 포함한다. 이 가열 장치는, 특히, 받은 전류를 주울 효과에 의해 소산시켜서 열을 발생시키는 저항들을 포함한다.
축전 조립체는 또한 통신 모듈(42A, 42B)을 포함하고, 상기 통신 모듈은 배터리에 관한 데이터를 설비의 다른 요소들, 특히 통신 모듈(42A)을 위한 충전기의 제어 수단(44)과, 통신 모듈(42B)을 위한 충전기의 제어 수단(46A, 46B)으로 각각 전달할 수 있다. 상기 통신 모듈(42A, 42B)은 또한 서로 통신할 수 있다.
각 축전 조립체는 또한 그 밖의 다른 통합된 수단, 예컨대 여러 가지 매개 변수들(온도, 충전 수준 등)을 측정하는 수단, 각 배터리의 수요, 특히 충전 수요를 결정하는 계산 수단, 및 각 배터리의 작동을 최적화하기 위해 다양한 기본 전지들의 균형을 맞추는 수단을 포함한다. 이들 종래의 수단에 대해서는 본 출원의 나머지 부분에서 더 상세히 설명되지 않을 것이다. 상기 통신 모듈을 통해 전송되는 데이터는 각 배터리의 측정된 특성 또는 계산된 특성에 관한 데이터라는 것을 알게 될 것이다.
따라서, 통신 모듈에 의해서 그와 연관된 충전기의 제어 수단으로 전달된 데이터에 따라, 충전기에서 나오는 전류가 가열 장치(40A, 40B)를 향해 보내지거나(조립체의 온도가 충분하지 않다고 생각될 때), 또는 조립체가 최적의 온도 범위 내에 있다고 생각될 때에는 배터리의 전지들을 향해 바로 보내질 수 있다. 이 때문에, 제어 수단(44)(각각 46A, 46B)은 해당 충전기를 위한 전환 수단(48)(각각 49A, 49B)을 제어할 수 있다. 배터리로 전송된 전력의 특성(전압 및 가능하기로는 전류)은 계산 모듈에 의해 계산된 배터리의 요건들에 대체적으로 부합된다. 이 결과에 도달하기 위해, 제어 수단(44)(각각 46A, 46B)은, 태양전지 패널로부터 받은 전력이 배터리에 필요한 전압으로 변환될 수 있도록, DC/DC 변환기(25)(각각 27A, 27B)를 제어한다.
축전 조립체(18B)가 여러 충전기(26A, 26B)에 의해 전력을 공급받는 경우, 각 충전기에서의 요건은 축전 조립체(18B)에서 달성되고, 이는 전압 지시들을 집중시킴으로써 설비의 작동을 최적화시킬 수 있게 한다.
충전기는 또한 그의 작동과 관련된 데이터를 통신 모듈을 통해 축전 조립체로 송신할 수도 있음을 알게 될 것이다. 축전 조립체의 요건들은 축전 조립체가 답으로 얻은 정보에 따라 적합화될 수 있다.
축전 조립체(18A, 18B)에 의해 요구되는 전압 지령을 (특히 태양전지 패널에 의해 공급되는 전력이 충분하지 않기 때문에) 얻을 수 없을 때, 충전기(24)는 전압 스캐닝을 수행하고 각 전압에 대한 순시 전력을 분석하도록 구성될 수 있다. 따라서, 태양전지 패널로부터 얻을 수 있는 최적의 전력이 결정되어서, 적용된다. 이것은 도면 부호 50, 52A, 52B로 각각 나타낸 충전기의 출력부에 있는 측정 수단을 사용하여 수행된다. 이들 측정 수단은 변환기(25, 27A, 27B)를 각각 제어하는 충전기의 제어 수단으로 정보를 송신하고, 그에 따라 변환기는 최적의 전력이 얻어질 수 있도록 필요한 전압을 적용한다.
최적 전력이 얻어지는 작동을 일반적으로 MPPT(Maximum Power Point Tracking(최대 전력점 추적)의 약어) 모드라고 부른다. 이 작동은 태양 전지들이 비선형이기 때문에 태양 전지들에 의해 형성된 발전기의 최대 전력점을 검색해야 하는 것이 목적이고, 여기서 비선형이라 함은 동일한 일사량에 대해 태양 전지들에 의해 전달되는 전력이 부하에 따라 다르다는 것을 의미한다.
이러한 MPPT 작동을 위한 비제한적인 작동 모드는,
- 고정된 출력 전압 U1을 위해 태양 전지들에 의해 전달되는 전력 P1을 측정하는 것;
- 일정 시간 후, U1보다 약간 더 높은 제2 전압 U2를 부과하고, 그에 대응하는 전력 P2를 측정하는 것; 그리고
- P2가 P1보다 크면 더욱더 높은 전압(P2가 P1보다 작으면 약한 전압)을 부과하는 시도를 하는 것으로 구성된다.
따라서, 시스템은 최대 전력점에 접근할 수 있도록 태양 전지(20A ~ 20D, 22A, 22B)의 단자에서의 전압을 계속해서 적합화시킨다. 그리고, 필요한 경우, 변환기(25, 27A, 27)는 이들의 출력 전압을 버퍼 배터리(18A, 18B)의 최적의 작동점에 따라 적합화한다.
병렬로 배치된 다수의 충전기들이 동일한 배터리에 전력을 공급할 때, 한 번에 충전기들 중 단 하나의 충전기만이 MPPT 모드에 배치될 수 있다. 따라서, 축전 조립체로부터의 충전기들의 그룹화된 제어 값은 실수이다.
따라서, 이 충전기들은 각 배터리의 충전을 최적화할 수 있게 한다. 배터리가 부분적으로 또는 완전히 충전되면, 전류를 인버터(28, 30)를 통하여 충전 단자(12)로 전달할 수 있다. 그러나, 위에서 나타낸 바와 같이, 충전 단자(12)가 임의의 전력을 공급받을 장비, 예컨대 차량에 연결되어 있지 않은 때에 전류가 전달되는 것은 바람직하지 않다.
이 때문에, 충전 단자(12)는 차량이 접속 수단(14)에 연결된 것을 예를 들어 파일럿 와이어를 통해 검출하는 검출 수단을 포함한다. 상기 파일럿 와이어는 또한 차량이 충전 단자와 통신할 수 있게 한다. 충전 단자(12)는 또한 제어 수단(55)에 의해 제어되는 차단 수단(54)을 포함하는데, 상기 제어 수단은 충전 단자의 커넥터(14) 내에 차량 커넥터가 존재한다고 파일럿 와이어에 의해 보내진 신호에 따라 상기 차단 수단의 위치를 개방 위치(커넥터(14)를 향해 순환하는 전류가 없음)에서 폐쇄 위치(전류가 커넥터(14)를 향해 순환함)로 변경한다.
상이한 분지에 의해 충전 단자(12)의 입력부로 전력을 공급할 수 있게 하는 상이한 스위치(32, 34, 36)의 제어 수단(56, 58, 60)은, 그들의 부품을 위해, 시스템의 여러 가지 요소들, 특히 축전 조립체의 통신 수단(42A, 42B)으로부터 수신된 데이터에 따라 제어된다. 상기 상이한 스위치들은 전력을, 상기 인버터(28, 30)에 의해 결정되고 도시 전력계통망(16)에 분포된 형태에 대응하는 표준화 형태로, 충전 단자(12)에 연속적으로 공급할 수 있도록 제어될 수 있다. 여러 개의 스위치가 동시에 동작하는 것도 생각할 수 있다.
변형 예로서, 충전 단자(12)는 스위치(32, 34, 36)의 제어 수단(56, 58, 60)과 직접 통신할 수 있다.
설비의 중간의 기능 요소들(충전기(24, 26); 축전 조립체(18A, 18B), 인버터(28, 30); 및 차단 수단(32, 34, 36)) 모두가 동일한 단일 충전 모듈(60)에 배치되는 것을 알게 될 것이다.
도 2a 및 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 단일 충전 모듈(60)은, 벽을 따라서 충전기(70A ~ 70F), 배터리(72A ~ 72F), 또한 인버터(74A ~ 74F)를 수용하는 컨테이너 내에, 설치된다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서, 설비는 두 개의 단자(12)로 전력을 공급하는 사실상 6 개의 배터리(72A ~ 72F)를 포함하고, 각 단자에 세 개의 배터리가 할당된다. 각 배터리는 병렬로 배치된 세 개의 충전기에 의해 전력을 공급받고, 출력부에 인버터를 포함한다. 따라서, 전력을 송전하기 위한 다른 고출력 접속 하드웨어와, 통신 접속 하드웨어가 컨테이너 내에 위치된다.
이 컨테이너는 유지를 용이하게 하고, 배터리의 양호한 작동을 위한 적절하게 상승된 온도를 유지하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 설비의 안전을 보장하기 위해, 컨테이너는 컨테이너를 냉각하기 위한 팬(76)을 포함할 뿐만 아니라, 기능 요소들 중 하나에서의 가능한 화재의 발생을 모듈의 다른 구성 요소에 도달하기 전에 정지시키도록 하는 화재 감지기(78)를 포함한다는 것을 알게 될 것이다.
공공 도로에 존재하는 수요 및 충전 단자에 따라, 동일한 컨테이너가 개작될 수 있고 위에서 설명한 것보다 더 많은 기능 요소들을 포함할 수 있다는 것을 알게 될 것이다. 설비 안에 위치되는 위와 같은 모듈의 존재는 당연히 필수적인 것이 아니다.
여기에 기술된 바와 같은 본 발명은 도면을 사용하여 설명된 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서에 제시된 변형 예들도 다른 변형 예에서 구현될 수 있는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (14)

  1. 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비(10)에 있어서,
    - 전력 공급원을 형성하는 적어도 하나의 태양 전지(20A ~ 20D, 22A ~ 22B),
    - 전기 접속 수단(14)을 포함하는 적어도 하나의 전력 공급 장치(12),
    - 한편으로는 상기 태양 전지들 또는 적어도 하나의 태양 전지에 연결되어서 상기 태양 전지(들)로부터 나오는 전력을 저장하며, 다른 한편으로는 상기 전력 공급 장치들 또는 적어도 하나의 전력 공급 장치에 연결되어 그 전력 공급 장치로 전력을 공급하는, 적어도 하나의 축전 조립체(18A, 18B; 72A ~ 72F), 및
    - 상기 전력 공급 장치로 송전되는 전기가 교류의 형태가 되도록, 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체와 상기 전력 공급 장치들 또는 적어도 하나의 전력 공급 장치 사이에 개재되어 있는 인버터(28, 30; 74A ~ 74F)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  2. 선행 청구항에 있어서,
    적어도 하나의 태양 전지(20A ~ 20D; 22A ~ 22B)와 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체(18A, 18B; 72A ~ 72F) 사이의 DC/DC 변환기(24, 26A ~ 26B; 70A ~ 70F)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  3. 선행 청구항에 있어서,
    하나의 동일한 축전 조립체(18B; 72A ~ 72F)에 병렬로 배치되어 연결된 복수의 변환기(26A ~ 26B; 70A ~ 70F)를 포함하고, 상기 변환기 각각이 하나 또는 별개의 태양 전지들(22A, 22B)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체(18A, 18B)는, 받는 전력에 관한 지시, 특히 전압 지시를 전달할 수 있도록 상기 변환기들 또는 적어도 하나의 변환기(24, 26A ~ 26B)를 제어하는 제어 수단(44, 46A ~ 46B)과 통신하는 통신 모듈(42A, 42B)을 포함하고, 상기 제어 수단은 수신한 지시에 따라 상기 변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 변환기들 또는 적어도 하나의 변환기(24, 26A ~ 26B)에 의해 전달되는 전력을 측정하는 측정 수단(50, 52A ~ 52B)을 포함하고, 상기 변환기(들)의 제어 수단(44, 46A ~ 46B)은 상기 측정 수단에 의해 얻어진 결과에 따라 상기 변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항에 있어서,
    하나의 동일한 세트의 변환기들에 병렬로 배치되어 연결된 다수의 태양전지 패널(22A, 22B)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  7. 선행 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(12)는 교류 형태로 받은 입력 전력을 직류 형태의 출력 전력으로 변환시킬 수 있는 AC/DC 변환기(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  8. 선행 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    당해 설비가 도시 전력계통망(16)에 연결되고, 상기 도시 전력계통망은 인버터(28, 30)의 출력부와 병렬로 설비에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  9. 선행 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    당해 설비에 여러 개의 축전 조립체(18A, 18B; 72A ~ 72C, 72D ~ 72F)가 병렬로 배치되어, 하나의 동일한 전력 공급 장치(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  10. 선행 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(12) 및 특히 상기 전력 공급 장치의 접속 수단(14)에 의해 제어되는 전기 회로를 차단하기 위한 차단 수단(32, 34, 36)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  11. 선행 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 축전 조립체 또는 각 축전 조립체는 양극과 음극을 포함하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력을 공급받을 장비로 전력을 복원시키는 설비.
  12. 재충전 설비에 배치되도록 설계되고, 또한 한편으로는 적어도 하나의 태양 전지(20A ~ 20D; 22A, 22B)에 연결될 수 있게 설계되며, 그리고 다른 한편으로는 전력을 공급받을 장비에 전력을 공급하기 위한 것이며 상기 전력을 공급받을 장비에 연결하기 위한 접속 수단(14)을 포함하는 것인 적어도 하나의 전력 공급 장치(12)에 연결될 수 있게 설계된, 재충전 모듈(60)로서,
    - 한편으로는 태양 전지에서 나오는 전력을 저장할 수 있도록 하나 또는 다수의 태양 전지에 연결되게 설계되고 다른 한편으로는 전력 공급 장치 또는 전력 공급 장치들에 전력을 공급할 수 있도록 전력 공급 장치(들)에 연결되게 설계된, 적어도 하나의 축전 조립체(18A, 18B, 72A ~ 72F)와;
    - 상기 축전 조립체와 상기 전력 공급 장치들 또는 하나의 전력 공급 장치 사이에 개재되도록 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체와 직렬로 연결된 적어도 하나의 인버터(28, 30; 74A ~ 74F)를 포함하는, 재충전 모듈.
  13. 선행 청구항에 있어서,
    병렬로 배치된 다수의 태양 전지들 또는 적어도 하나의 태양 전지(20A ~ 20D; 22A, 22B)와 상기 축전 조립체 사이에 개재되도록 상기 축전 조립체들 또는 적어도 하나의 축전 조립체(18A, 18B; 72A ~ 72F)와 직렬로 연결된 적어도 하나의 DC/DC 변환기(24, 26A ~ 26B; 70A ~ 70F)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재충전 모듈.
  14. 청구항 12 및 청구항 13 중 어느 한 청구항에 있어서,
    당해 모듈이 상기 컨테이너(62)에 의해 형성된 포위부 안에 포함되고, 바람직하기로는 당해 모듈에 당해 모듈을 구성하는 여러 가지 요소들을 냉각하기 위한 복수의 공기 입구(76)가 설치된 것을 특징으로 하는 재충전 모듈.
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