KR20180006629A - 전기자동차 충전장치 - Google Patents

전기자동차 충전장치 Download PDF

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황호철
채호병
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(주)시그넷이브이
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Abstract

본 발명은 복수 개의 그룹으로 구분되되, 각 그룹 내에서는 병렬로 연결되는 충전 모듈; 그룹을 직렬 또는 병렬로 연결하여 상기 충전 모듈 전체를 통해 출력되는 전력을 조절하는 조절부; 및 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 전기자동차로 차종 또는 배터리 충전용량에 대응되는 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차 충전장치{APPARATUS FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차 충전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 충전모듈을 선택적으로 연결하여 전기자동차의 배터리로 출력되는 전압과 전류를 조절하는 전기자동차 충전장치에 관한 것이다.
최근 지구온난화, 화석연료의 고갈 등으로 인해 좀 더 친환경적인 자동차에 대한 요구가 높아지고 있으며, 이에 따라 각국의 자동차 생산업체에서는 주행 중에 CO2 등의 대기 오염물질을 배출하지 않으면서도 더욱 정숙한 주행환경을 제공하며 또한 경제적으로도 장점이 있는 전기자동차(Electric Vehicle)를 개발하여 생산하고 있다.
전기자동차는 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 이러한 전기 자동차는 배터리에 저장된 에너지로 전기 모터를 회전시켜서 자동차를 움직이고, 전기 자동차는 내부 또는 외부의 전원으로부터 배터리를 충전한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0113084호(2012.10.12)의 '전기자동차 충전을 위한 시스템'에 개시되어 있다.
종래의 전기자동차 충전장치는 전기자동차의 배터리로 공급하는 전압 및 전류가 일정하게 고정되어 있어서, 차종이 다른 전기자동차에 혼용되기가 어려운 실정이다.
다만, 높은 전력을 공급하는 충전장치, 예를 들어 버스용 충전장치는 상대적으로 낮은 전력을 필요로 하는 전기자동차 예를 들어, 승용차를 충전시킬 수 있으나, 이는 충전 효율이 매우 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 하나의 충전장치로 승용차 또는 버스 등과 같이 차종이 다른 전기자동차를 모두 충전할 수 있도록 할 필요성이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 복수 개의 충전모듈을 선택적으로 연결하여 전기자동차의 배터리로 출력되는 전력을 조절하는 전기자동차 충전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기자동차의 차종 또는 배터리의 충전용량에 따라 배터리로 출력되는 전력을 조절하여 전기자동차의 충전효율을 향상시킬 수 있도록 한 전기자동차 충전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기자동차 충전장치는 복수 개의 그룹으로 구분되되, 각 그룹 내에서는 병렬로 연결되는 충전 모듈; 그룹을 직렬 또는 병렬로 연결하여 상기 충전 모듈 전체를 통해 출력되는 전압 및 전류를 조절하는 조절부; 및 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 전기자동차로 차종 또는 배터리 충전용량에 대응되는 전압 및 전류를 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량을 선택하도록 사용자 인터페이스를 제공하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 조절부는 그룹을 직렬 연결시키는 직렬 연결부; 그룹을 병렬 연결시키는 병렬 연결부; 및 상기 전기자동차의 배터리의 (+)단과 연결되어 상기 그룹을 직렬 및 병렬 연결시 상기 충전 모듈을 상기 전기자동차의 배터리의 (+)단과 연결시키는 공통 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 직렬 연결부는 그룹의 (-)단을 다른 그룹의 (+)단과 연결시켜 그룹 서로 간을 직렬로 연결시키는 제1 직렬 연결 릴레이; 및 그룹의 (-)단을 상기 전기자동차의 배터리의 (-)단과 연결시키는 제2 직렬 연결 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 병렬 연결부는 그룹 각각의 (+)단을 서로 연결시키고 그룹 각각의 (-)단을 서로 연결시켜 그룹 서로 간을 병렬로 연결시키는 제1 병렬 연결 릴레이; 및 그룹의 (-)단을 상기 전기자동차의 배터리의 (-)단과 연결시키는 제2 병렬 연결 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기자동차 충전장치는 전기자동차의 차종 또는 배터리의 충전용량에 따라 복수 개의 충전모듈을 선택적으로 연결하여 전기자동차의 배터리로 출력되는 전력을 조절함으로써, 전기자동차의 충전효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부의 설치 예시도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결시 전류 패스를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 연결시 전류 패스를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전장치를 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 용어들로서, 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 충전장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부의 설치 예시도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 연결시 전류 패스를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 연결시 전류 패스를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전장치는 사용자 인터페이스부(10), 제어부(40), 충전 모듈(20) 및 조절부(30)를 포함한다.
충전 모듈(20)은 외부 전원에 의해 충전되어 전기자동차의 배터리(50)에 전력을 공급함으로써, 배터리(50)를 충전시킨다. 충전 모듈(20)은 복수 개가 구비될 수 있으며 배터리(50)의 용량 등에 적합한 개수로 설치될 수 있다.
이러한 충전 모듈(20)은 도 2 에 도시된 바와 같이 복수 개의 그룹으로 그룹지어질 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 4개의 충전 모듈(20)이 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)으로 구분되고, 제1 그룹(G1)에 2개의 충전 모듈(20)이 병렬로 연결되며, 제2 그룹(G2)에 2개의 충전 모듈(20)이 병렬로 연결된 것을 예시로 설명한다. 또한 본 실시예에서는 충전 모듈(20) 각각이 400V/40A의 전력을 공급하는 것을 예시로 설명한다.
제1 그룹(G1) 내 충전 모듈(20)은 서로 간에 병렬로 연결된다. 이에 따라 제1 그룹(G1)은 통해 400V/80A의 전력을 공급할 수 있다.
제2 그룹(G2) 내 충전 모듈(20)은 서로 간에 병렬로 연결된다. 이에 따라 제2 그룹(G2) 내 충전 모듈(20)도 통해 400V/80A의 전력을 공급할 수 있다.
제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)이 병렬 연결될 경우에는, 충전 모듈(20)들은 총 4개의 충전 모듈(20)이 모두 병렬로 연결된 상태가 되므로, 400V/160A의 전력을 공급할 수 있다.
제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)이 직렬 연결될 경우에는, 병렬 연결된 2개의 충전 모듈(20)들이 서로 간에 직렬 연결된 상태가 되므로, 800V/80A의 전력을 공급할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)으로 충전 모듈(20)을 구분하고, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2) 각각에는 2개의 충전 모듈(20)이 병렬로 연결되며, 충전 모듈(20) 각각이 400V/40A의 전력을 공급하는 것을 예시로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 충전 모듈(20)은 다양한 개수의 그룹으로 구분되고, 각 그룹 내에서도 다양한 개수가 병렬로 연결될 수 있으며, 다양한 크기의 전력를 공급할 수 있다.
이와 같이 그룹의 개수, 그룹 간 연결 방식 및 각 충전 모듈(20)의 출력 전압과 출력 전류 등은 전기자동차의 차종, 충전 효율, 전기자동차의 배터리(50)의 충전 용량 등에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
사용자 인터페이스부(10)는 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량을 선택하도록 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 이에 사용자는 충전시키고자 하는 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량을 선택할 수 있다.
이외에도, 사용자 인터페이스부(10)는 충전 모듈(20)의 동작 여부, 충전모듈에 충전된 충전량, 충전 모듈(20) 각각으로부터 출력되는 충전전압 및 충전전류, 충전 모듈(20)의 시작 및 종료 여부, 충전 모듈(20)의 고장 여부 등을 표시한다. 이러한 사용자 인터페이스부(10)는 터치 스크린 형태로 채용될 수 있다.
조절부(30)는 그룹을 직렬 또는 병렬로 연결하여 충전 모듈(20) 전체를 통해 출력되는 전력을 조절한다. 조절부(30)는 그룹들(G1, G2)을 직렬 연결시키는 직렬 연결부(32), 그룹들(G1, G2)을 병렬 연결시키는 병렬 연결부(33) 및 전기자동차의 배터리(50)의 (+)단과 연결되어 연결 상태와 무관하게 충전 모듈(20)을 전기자동차의 배터리(50)의 (+)단과 항상 연결시키는 공통 연결부(31)를 포함한다.
도 2 를 참조하면, 직렬 연결부(32)는 제1 직렬 연결 릴레이(321) 및 제2 직렬 연결 릴레이(322)를 포함한다.
제1 직렬 연결 릴레이(321)는 일단이 제1 그룹(G1)의 (-)단과 연결되고 타단이 제2 그룹(G2)의 (+)단과 연결되어 제어부(40)의 제어신호에 따라 턴온 및 턴오프된다. 이에, 제1 직렬 연결 릴레이(321)는 제1 그룹(G1)의 (-)단을 제2 그룹(G2)의 (+)단과 연결시켜 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)을 직렬 연결시킨다.
제2 직렬 연결 릴레이(322)는 일단이 제2 그룹(G2)의 (-)단에 연결되고 타단이 전기자동차의 배터리(50)의 (-)단에 연결되어 제어부(40)의 제어신호에 따라 턴온 및 턴오프된다. 이에, 제2 직렬 연결 릴레이(322)는 제2 그룹(G2)의 (-)단을 배터리(50)의 (-)단과 연결시킴으로써, 상기한 제1 직렬 연결 릴레이(321)를 통하는 전류 패스가 형성되도록 한다.
병렬 연결부(33)는 제2 병렬 연결 릴레이(332) 및 제2 병렬 연결 릴레이(332)를 포함한다.
제1 병렬 연결 릴레이(331)는 2개가 구비되며, 각각은 양단이 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)의 (+)단과 (-)단에 각각 연결되고 제어부(40)의 제어신호에 따라 턴온 및 턴오프된다. 이에, 제1 병렬 연결 릴레이(331)는 제1 그룹(G1)의 (+)단을 제2 그룹(G2)의 (+)단과 연결시킨다.
제2 병렬 연결 릴레이(332)는 일단이 제1 그룹(G1)의 (-)단에 연결되고 타단이 전기자동차의 배터리(50)의 (-)단에 연결되어 제어부(40)의 제어신호에 따라 턴온 및 턴오프된다. 이에, 제2 병렬 연결 릴레이(332)는 제1 그룹(G1)의 (-)단을 배터리(50)의 (-)단과 연결시킴으로써, 상기한 제1 병렬 연결 릴레이(331)를 통하는 전류 패스가 형성되도록 한다.
제어부(40)는 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량에 따라 조절부(30)를 제어하여 전기자동차로 차종 또는 배터리 충전용량에 대응되는 전력을 공급한다.
더욱 상세히 설명하면, 제어부(40)는 상기한 사용자 인터페이스부(10)를 통해 전기자동차의 차종 또는 전기자동차의 배터리(50)의 충전용량을 입력받는다. 이 경우, 전기자동차의 종류로는 2륜차나 승용차나 버스 등으로 입력받을 수 있다.
상기한 바와 같이 전기자동차의 차종 또는 배터리(50)의 충전용량이 입력되면, 제어부(40)는 전기자동차의 차종 또는 배터리(50)의 충전용량에 따라 조절부(30)를 제어하여 충전 모듈(20)를 통해 전기자동차의 차종 또는 배터리(50)의 충전용량에 적합한 전력을 출력하도록 한다. 이 경우, 조절부(30)는 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)을 직렬 또는 병렬로 연결한다.
예를 들어, 전기자동차의 차종으로 버스가 선택되면, 제어부(40)는 공통 연결부(31)를 턴온시키고 병렬 연결부(33)를 턴오프시킴과 더불어 직렬 연결부(32)를 턴온시킨다. 이 경우, 제1 직렬 연결 릴레이(321)와 제2 직렬 연결 릴레이(322)가 턴온됨으로써, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)이 직렬 연결된다.
이에 따라, 전류 패스는 도 3 에 도시된 바와 같이 공통 연결부(31)와, 제1 그룹(G1), 제1 직렬 연결 릴레이(321), 제2 그룹(G2) 및 제2 직렬 연결 릴레이(322)를 따라 형성된다.
이 경우, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)은 직렬 연결되므로, 충전 모듈(20)들은 800V/80A의 전력을 전기자동차의 배터리(50)에 공급할 수 있다.
반면에, 전기자동차의 차종으로 승용차가 선택되면, 제어부(40)는 공통 연결부(31)를 턴온시키고 직렬 연결부(32)를 턴오프시킴과 더불어 병렬 연결부(33)를 턴온시킨다. 이 경우, 제1 병렬 연결 릴레이(331)와 제2 병렬 연결 릴레이(332)가 턴온됨으로써, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)은 병렬 연결된다.
이에 따라, 전류 패스는 도 4 에 도시된 바와 같이 공통 연결부(31)와 제1 그룹(G1), 제1 병렬 연결 릴레이(331), 제2 그룹(G2) 및 제1 병렬 연결 릴레이(331)를 따라 형성된다.
이 경우, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)은 병렬되므로, 충전 모듈(20)들은 400V/160A의 전력을 전기자동차의 배터리(50)에 공급할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 전기자동차의 차종 또는 배터리(50)의 충전용량에 따라 조절부(30)를 통해 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)을 병렬 연결시키거나 직렬 연결시킴으로써, 충전 모듈(20)을 통해 전기자동차의 배터리(50)에 공급되는 전력을 조절한다.
이 경우, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)이 병렬 연결될 경우에는, 충전 모듈(20)들은 400V/160A의 전력을 공급하고, 제1 그룹(G1)이 직렬 연결될 경우에는, 충전 모듈(20)들은 800V/80A의 전력을 공급한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전장치는 전기자동차의 차종 또는 배터리(50)의 충전용량에 따라 복수 개의 충전모듈을 선택적으로 연결하여 전기자동차의 배터리(50)로 출력되는 전력를 조절함으로써, 전기자동차의 충전효율을 향상시킬 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: 사용자 인터페이스부
20: 충전 모듈
30: 조절부
31: 공통 연결부
32: 직렬 연결부
321: 제1 직렬 연결 릴레이
322: 제2 직렬 연결 릴레이
33: 병렬 연결부
331: 제1 병렬 연결 릴레이
332: 제2 병렬 연결 릴레이
40: 제어부
50: 배터리

Claims (5)

  1. 복수 개의 그룹으로 구분되되, 각 그룹 내에서는 병렬로 연결되는 충전 모듈;
    그룹을 직렬 또는 병렬로 연결하여 상기 충전 모듈 전체를 통해 출력되는 전력을 조절하는 조절부; 및
    전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 전기자동차로 차종 또는 배터리 충전용량에 대응되는 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 전기자동차 충전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기자동차의 차종 또는 배터리 충전용량을 선택하도록 사용자 인터페이스를 제공하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조절부는
    그룹을 직렬 연결시키는 직렬 연결부;
    그룹을 병렬 연결시키는 병렬 연결부; 및
    상기 전기자동차의 배터리의 (+)단과 연결되어 상기 그룹을 직렬 및 병렬 연결시 상기 충전 모듈을 상기 전기자동차의 배터리의 (+)단과 연결시키는 공통 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 직렬 연결부는
    그룹의 (-)단을 다른 그룹의 (+)단과 연결시켜 그룹 서로 간을 직렬로 연결시키는 제1 직렬 연결 릴레이; 및
    그룹의 (-)단을 상기 전기자동차의 배터리의 (-)단과 연결시키는 제2 직렬 연결 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 병렬 연결부는
    그룹 각각의 (+)단을 서로 연결시키고 그룹 각각의 (-)단을 서로 연결시켜 그룹 서로 간을 병렬로 연결시키는 제1 병렬 연결 릴레이; 및
    그룹의 (-)단을 상기 전기자동차의 배터리의 (-)단과 연결시키는 제2 병렬 연결 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전장치.
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KR102006639B1 (ko) 2018-12-26 2019-08-05 쌍용자동차 주식회사 전기 자동차 충전 인터페이스를 이용한 차량 진단 및 리프로그래밍 방법
WO2022014796A1 (ko) * 2020-07-15 2022-01-20 (주)휴컨 휴대용 전기차 배터리 충전장치

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