KR20180017485A - Two-way charging system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a system capable of bidirectionally charging between an electric vehicle and an energy supply unit, and a method thereof. Specifically, the present invention is to more effectively utilize electric energy stored in an electric vehicle by charging any one of either a battery unit in the electric vehicle or an energy supply unit if necessary, and furthermore to have means capable of monitoring an electric energy supply state in bidirectional charging and means for preventing damages due to overcurrent/overvoltage.

Description

양방향 충전 시스템 {Two-way charging system}Two-way charging system [0002]

본 발명은 전기 자동차와 에너지 공급부 간 양방향으로 충전이 가능한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 전기 자동차 내의 배터리부와 에너지 공급부가 필요에 따라 어느 한쪽으로의 충전이 가능하게 함으로써 전기 자동차 내 축적되어 있는 전기 에너지를 더 효율적으로 활용하게 하는 것을 목적으로 하며, 나아가 양방향 충전시 전기 에너지 공급 상태를 모니터링 할 수 있는 수단들, 그리고 과전류/과전압에 따른 데미지를 예방하기 위한 수단들을 구비하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a system capable of charging in both directions between an electric vehicle and an energy supply unit, and a method thereof. More specifically, the present invention aims at making it possible to use electric energy accumulated in an electric vehicle more efficiently by making it possible to charge the battery part and the energy supplying part of the electric vehicle to either one of them, Means for monitoring the electric energy supply state, and means for preventing damage due to overcurrent / overvoltage.

최근 들어 전기 자동차에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 사회적으로도 이에 대응하여 전기 자동차에 충분한 에너지를 공급하기 위한 인프라 구축에 힘을 쏟고 있다. In recent years, demand for electric vehicles has increased significantly, and in response to social demands, the company is making efforts to build infrastructure to supply enough energy for electric vehicles.

한편, 전기 에너지는 화력, 수력, 원자력 등의 에너지원으로부터 발전소에 의해 생성되는 것으로 그 자원의 양은 한정적이며 또한 전기 에너지를 생산해 내기 위한 발전용량 역시 한계가 있어 국가적으로, 사회적으로 전기 에너지의 수급을 관리하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다.On the other hand, electrical energy is generated by power plants from energy sources such as thermal power, hydroelectric power, and nuclear power, and the amount of resources is limited. Also, the power generation capacity for producing electric energy is also limited. Much effort is being made to manage.

향후 전기 자동차의 상용화가 더 활발하게 이루어지고 전기 자동차에 대한 수요가 꾸준히 증가하는 경우 전기 에너지 소모량도 크게 증가할 것으로 예상되는데, 이러한 상황이 도래하는 경우 전기 에너지를 사용하게 되는 데에 필요한 비용의 급상승이 불가피할 것으로 예상되며, 또한 수 많은 수요를 만족시킬 수 없는 수급 불균형 상태도 예상된다. In the future, if electric vehicles are commercialized more and the demand for electric vehicles steadily increases, the consumption of electric energy is expected to increase greatly. If such a situation arises, a sharp increase in the cost required to use electric energy Are expected to be inevitable, and supply and demand imbalances, which can not satisfy many demand, are also expected.

따라서 이러한 상황에 대처하기 위해 안정적으로 전기 에너지를 공급하기 위해서는 전체적인 전력 수요를 예측하고 전력공급을 조절할 수 있는 수단이 필요하다.Therefore, in order to supply electric energy stably to cope with such a situation, a means of predicting the overall power demand and controlling the power supply is needed.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.The present invention has been made in order to solve such a problem, and it has been invented to provide additional technical elements that can not easily be invented by a person having ordinary skill in the art, as well as satisfying the technical requirements in the foregoing.

본 발명은 전기 자동차의 에너지 공급과 관련된 것으로, 전기 자동차의 배터리부와 에너지 공급부가 연결되되 양방향으로의 충전이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to an energy supply of an electric vehicle, and it is intended to enable charging of a battery portion and an energy supply portion of an electric vehicle, but charging in both directions.

양방향 충전이 가능한 시스템을 구현함으로써 평상시에는 전기 자동차를 충전하고 필요시 에너지 공급부에 역방향으로 전기 에너지를 공급함으로써 전기를 되팔거나 필요한 다른 수요처에 전기 에너지가 쓰일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.By realizing a bi-directional chargeable system, electric vehicles are charged normally and electric energy is supplied to the energy supply part in reverse direction when necessary, so that electricity can be reused and electric energy can be used in other demanding places.

또한 본 발명은 양방향 충전시 과전류 또는 과전압에 따른 데미지를 사전에 예방하여 시스템의 안정성을 꾀하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to prevent damage caused by an overcurrent or an overvoltage in bidirectional charging so as to improve the stability of the system.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 충전모드에 따라 배터리부에 전기에너지를 공급하거나 상기 배터리부로부터 전기에너지를 공급받는 에너지 공급부, 상기 에너지 공급부 및 배터리부를 연결하고, 상기 에너지 공급부 및 배터리부 간 전기 에너지를 전달하는 버스바, 상기 버스바의 전류 또는 전압의 크기를 감지하는 감지부, 상기 에너지 공급부 및 감지부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a bi-directional charging system including an energy supply unit for supplying electric energy to a battery unit or supplying electric energy to the battery unit according to a charging mode, A sensing unit for sensing the magnitude of the current or voltage of the bus bar, and a controller for controlling the energy supply unit and the sensing unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 버스바는 양극 버스바 및 음극 버스바를 포함할 수 있다.Further, in the bi-directional charging system according to an embodiment of the present invention, the bus bar may include a positive bus bar and a negative bus bar.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 양극 버스바 또는 음극 버스바의 선로가 양측 단부에 연결된 것으로서 상기 제어부의 제어명령에 따라 열림 또는 닫힘 상태로 구동되는 스위치를 더 포함할 수 있다.The bidirectional charging system according to an embodiment of the present invention may further include a switch connected to both ends of the line of the positive bus bar or the negative bus bar and driven in an opened or closed state according to a control command of the controller .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 스위치가 과전류 또는 과전압 감지시 상기 스위치와 버스바 간 연결을 끊는 아크방지장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the bidirectional charging system according to an embodiment of the present invention may further include an arc prevention device that disconnects the switch and the bus bar when the switch senses an overcurrent or an overvoltage.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 감지부는 전류 감지부를 포함하고, 상기 전류 감지부는 상기 양극 버스바 또는 음극 버스바의 전류 크기를 감지할 수 있다.In addition, the bidirectional charging system according to an embodiment of the present invention may include a current sensing unit, and the current sensing unit may sense a current magnitude of the positive bus bar or the negative bus bar.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 감지부는 전압 감지부를 포함하고, 상기 전압 감지부는 상기 양극 버스바 및 음극 버스바의 전압 차이를 감지할 수 있다.In addition, the bidirectional charging system according to an embodiment of the present invention may include a voltage sensing unit, and the voltage sensing unit may sense a voltage difference between the positive bus bar and the negative bus bar.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 스위치는 상기 양극 버스바의 선로상에 연결되는 제1스위치 및 상기 음극 버스바의 선로상에 연결되는 제2스위치를 포함하고, 상기 전압 감지부는 상기 제1스위치 및 제2스위치의 일단으로부터 각각 연장되는 버스바의 전압차를 감지하는 제1전압 감지부, 상기 제1스위치 및 제2스위치의 타단으로부터 각각 연장되는 버스바의 전압차를 감지하는 제2전압 감지부를 포함할 수 있다.Here, the bidirectional charging system according to an embodiment of the present invention is characterized in that the switch includes a first switch connected on the line of the positive bus bar and a second switch connected on the line of the negative bus bar, The voltage sensing unit may include a first voltage sensing unit sensing a voltage difference of a bus bar extending from one end of the first switch and a second switch, and a second voltage sensing unit sensing a voltage of a bus bar extending from the other end of the first switch and the second switch, And a second voltage sensing unit for sensing the vehicle.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 시스템은, 상기 에너지 공급부의 일단과 연결되고, 상기 에너지 공급부에서 상기 배터리부로 공급되는 전기 에너지의 교류성분을 제거하는 DC필터를 더 포함할 수 있다.The bidirectional charging system according to an embodiment of the present invention may further include a DC filter connected to one end of the energy supply unit and removing an AC component of electric energy supplied from the energy supply unit to the battery unit.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 충전 방법은, (a) 충전모드에 따라 에너지 공급부가 배터리부로 전기 에너지를 공급하거나 또는 상기 에너지 공급부가 상기 배터리부로부터 전기 에너지를 공급받는 단계, (b) 상기 전기 에너지가 전달되는 버스바 상에서의 전류 또는 전압의 크기를 감지하는 단계, (c) 상기 (b)단계에서 감지된 전류 또는 전압의 크기가 기설정치 이상이면 상기 버스바 상에 구비된 스위치를 열림상태로 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a bi-directional charging method comprising the steps of: (a) supplying an electric energy to a battery unit or supplying electric energy from the battery unit according to a charging mode; ) Sensing the magnitude of a current or voltage on the bus bar to which the electrical energy is transmitted, (c) if the magnitude of the current or voltage sensed in step (b) To the open state.

본 발명에 따르면 필요에 따라 전기 자동차 배터리부에 저장된 에너지를 공급단 쪽으로 전달할 수 있으므로 전체적인 에너지 수급의 균형을 맞출 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the energy stored in the electric vehicle battery unit can be transmitted to the supply end as needed, thereby balancing the overall energy supply and demand.

또한 본 발명에 따르면 정해진 시간대, 예를 들어 심야에는 비교적 저렴한 가격으로 공급되는 전기 에너지를 이용하여 전기 자동차를 충전하고 주간에는 비교적 비싼 가격으로 책정된 전기 에너지를 공급단 쪽으로 되팔 수 있어 사용자 입장에서 전기 에너지를 경제적으로 소비할 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, electric vehicles can be charged using electric energy supplied at a relatively low price in a predetermined time zone, for example, in the middle of the night, and electric energy set at a relatively high price during the day can be re- The energy can be economically consumed.

또한 본 발명에 따르면 전기 에너지 공급시 과전류 또는 과전압에 따른 데미지를 미리 예방할 수 있어 전체 시스템의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to prevent damages due to an overcurrent or an overvoltage at the time of supplying electric energy, thereby enhancing the stability of the entire system.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 충전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 A영역, 즉 제어부와 감지부를 확대하여 상세히 도시한 것이다.
도 3은 양방향 충전 시스템 내에 스위치가 더 포함된 모습을 도시한 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a block diagram schematically showing the entire configuration of a bidirectional charging system according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the area A of FIG. 1, that is, the control unit and the sensing unit.
Figure 3 shows a further embodiment of a switch in a bi-directional charging system.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.The embodiments disclosed herein should not be construed or interpreted as limiting the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art that the description including the embodiments of the present specification has various applications. Accordingly, any embodiment described in the Detailed Description of the Invention is illustrative for a better understanding of the invention and is not intended to limit the scope of the invention to embodiments.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 용어들은 가능한 표현의 예들일 뿐이다. 다른 실시예들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 용어들이 사용될 수 있다. The functional terms shown in the drawings and described below are examples of possible expressions. In other embodiments, other terms may be used without departing from the spirit and scope of the following detailed description.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 “개방형”의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.Furthermore, the expression "including an element" is merely referred to as an "open" expression, and the element should not be understood as excluding the additional elements.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접촉되어” 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접촉되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. Further, when an element is referred to as being "connected" or "in contact" with another element, it may be directly connected or in contact with the other element, but it should be understood that other elements may be present in between do.

또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 아니되며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, the elements are not to be limited by the terms, and the terms may be used to distinguish one element from another Only.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 충전 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이다.1 shows a schematic configuration of a bidirectional charging system according to the present invention.

도 1에 따르면 양방향 충전 시스템은 기본 구성으로서 에너지 공급부(100), 버스바(310, 330), 감지부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a bidirectional charging system includes an energy supply unit 100, bus bars 310 and 330, a sensing unit 400, and a control unit 500 as a basic configuration.

양방향 충전 시스템은 바람직하게는 상기 구성들이 하나의 하우징 내 포함된 상태의 양방향 충전 장치로 구현될 수 있으며, 예를 들어 전기 충전소와 같은 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 양방향 충전 시스템은 바람직하게는 전기 자동차가 연결된 상태에서 상기 전기 자동차 내 배터리부(200)와 연결되어 구동되는 것을 전제로 하나, 이는 비단 전기 자동차에 대한 활용예에 그치지 않고 전기 에너지로 구동이 가능한 다양한 종류의 디바이스, 장치에도 적용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. The bidirectional charging system can be implemented as a bi-directional charging device, preferably in a state where the above configurations are included in one housing, and can be implemented in the form of, for example, an electric charging station. In addition, the bidirectional charging system according to the present invention is preferably assumed to be connected to and driven by the battery unit 200 in an electric vehicle in a state where the electric vehicle is connected. However, It should be understood that the present invention can also be applied to various kinds of devices and devices that can be driven by energy.

이하에서는 도 1을 참조하여 각 구성들에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, each configuration will be described with reference to FIG.

먼저 에너지 공급부(100)는 충전모드에 따라 전기 자동차 내 장착된 배터리부(200)에 전기 에너지를 공급하거나 또는 상기 배터리부(200)로부터 전기 에너지를 역으로 공급받는다. First, the energy supplying unit 100 supplies electric energy to the battery unit 200 mounted in the electric vehicle or receives reverse electric energy from the battery unit 200 according to the charging mode.

충전모드란 정방향 충전모드 및 역방향 충전모드로 나뉠 수 있으며, 정방향 충전모드는 에너지 공급부(100)에서 배터리부(200)로 전기 에너지가 공급되는 상태, 역방향 충전모드는 반대로 배터리부(200)로부터 에너지 공급부(100)로 전기 에너지가 공급되는 상태이다. 이러한 충전모드의 스위칭은 후술하게 될 제어부(500)에 의해 제어될 수 있거나 또는 전기 자동차에서의 제어에 의해서도 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양방향 충전 시스템을 사용하고자 하는 자는 전기 자동차가 본 양방향 충전 시스템에 연결된 상태에서 본 시스템에 구비된 사용자 인터페이스(미도시)를 통해 충전모드를 설정할 수 있으며, 또는 전기 자동차와 양방향 충전 시스템이 연결된 상태에서 사용자가 전기 자동차의 인터페이스를 조작하여 충전모드를 설정할 수도 있다.The charging mode can be divided into a forward charging mode and a reverse charging mode. The forward charging mode is a state in which the energy is supplied from the energy supplying unit 100 to the battery unit 200, And the electric energy is supplied to the supplying unit 100. The switching of the charging mode can be controlled by the control unit 500, which will be described later, or can also be performed by control in the electric vehicle. For example, a person who wishes to use the bi-directional charging system can set the charging mode through a user interface (not shown) provided in the system while the electric vehicle is connected to the bidirectional charging system. Alternatively, The user may operate the interface of the electric vehicle to set the charging mode.

본 에너지 공급부(100)는 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment), ESS(Energy Storage System) 등과 같이 전기 자동차의 배터리부(200)에 전기 에너지를 공급할 수 있는 모든 종류의 에너지 저장수단으로 이해될 수 있다.The energy supply unit 100 may be understood as any kind of energy storage means capable of supplying electric energy to the battery unit 200 of an electric vehicle such as an EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment), an ESS (Energy Storage System)

또한 후술하겠지만 본 에너지 공급부(100)는 제어부(500)와 데이터 통신이 가능한 네트워크로 연결될 수 있으며, 제어부(500)로부터 수신된 제어명령에 따라 구동될 수 있다.As will be described later, the energy supply unit 100 may be connected to the control unit 500 via a network capable of data communication, and may be driven according to a control command received from the control unit 500. [

또한, 본 에너지 공급부(100)의 일단 또는 본 에너지 공급부(100)와 연결되는 버스바(310, 330) 상에는 도 1에서 볼 수 있듯 DC필터가 연결될 수 있다. DC필터는 에너지 공급부(100)에서 상기 배터리부(200)로 공급되는 전기 에너지의 교류성분을 제거하는 기능을 한다. DC 필터는 급속 충전용 인터페이스에서 포함될 수 있으나, 완속 충전용 인터페이스에서는 생략될 수도 있다. 따라서, 완속 충전에서는 교류 전력이 배터리부(200)에 인가 될 수 있다. 1, a DC filter may be connected to one end of the energy supply unit 100 or the bus bars 310 and 330 connected to the energy supply unit 100. As shown in FIG. The DC filter removes the AC component of the electric energy supplied from the energy supplying unit 100 to the battery unit 200. The DC filter may be included in the fast charging interface, but may be omitted in the slow charging interface. Therefore, in the fast charging, AC power can be applied to the battery unit 200.

한편, 본 상세한 설명에서 언급되는 배터리부(200)는 전기 자동차 내에 구비된 전기 에너지 저장소를 의미하며, 이 때 배터리부(200)는 급속 충전부와 완속 충전부를 구비할 수 있다. 또한 이 때 급속 충전부는 삼상 교류의 임의 크기의 전압(380V) 전원을 인가받아 충전을 하며, 완속 충전부는 단상 교류의 임의 크기의 전압(220V) 전원을 인가 받아 충전을 할 수 있다.Meanwhile, the battery unit 200 referred to in the description of the present invention refers to an electric energy storage provided in the electric vehicle. In this case, the battery unit 200 may include a rapid charging unit and a slow charging unit. In this case, the rapid charging unit charges the battery with a voltage of 380 V of any size of three-phase AC, and the charging unit can charge the battery with a voltage of 220 V of a single phase AC.

다음으로 버스바(310, 330)는 상기 에너지 공급부(100) 및 배터리부(200)를 연결하고, 상기 에너지 공급부(100) 및 배터리부(200) 간 전기 에너지를 전달한다. 일반적으로 전차, 차량, 항공기 등에서 전기적인 연결을 가능하도록 하는 막대형의 전도체를 포함하는 것으로 이해된다. 도 1에서도 볼 수 있듯 버스바는 양극 버스바(310)와 음극 버스바(330)로 나뉠 수 있다.(교류일 경우는 나뉘지 않을 수 있다.) 양극 버스바(310) 및 음극 버스바(330)는 회로의 완결성을 위해 구별된 개념이며, 후술하겠지만 에너지 공급부(100)와 배터리부(200) 사이의 전압 크기를 측정하고자 할 때에 상기 양극 버스바(310) 및 음극 버스바(330)의 전압 차이를 측정하게 된다.The bus bars 310 and 330 connect the energy supply unit 100 and the battery unit 200 and transfer electrical energy between the energy supply unit 100 and the battery unit 200. It is understood to include rod-shaped conductors that generally allow electrical connections in tanks, vehicles, aircraft, and the like. 1, the bus bar may be divided into a positive bus bar 310 and a negative bus bar 330. In the case of an AC bus, the bus bar may be divided into a positive bus bar 310 and a negative bus bar 330 And 330 of the anode bus bar 330 and the cathode bus bar 330 are conceptually distinguished for completeness of the circuit. When measuring the voltage magnitude between the energy supplying part 100 and the battery part 200, The voltage difference is measured.

다음으로 감지부(400)는 상기 버스바의 전류 또는 전압의 크기를 감지하는 구성이다. 더 구체적으로 상기 감지부(400)는 전류 감지부(410) 또는 전압 감지부(420)를 포함할 수 있으며, 전류 감지부(410)는 버스바를 흐르는 전류의 크기를, 전압 감지부(420)는 버스바의 양단에 걸리는 전압의 크기를 감지한다. Next, the sensing unit 400 senses the magnitude of the current or voltage of the bus bar. More specifically, the sensing unit 400 may include a current sensing unit 410 or a voltage sensing unit 420. The current sensing unit 410 may sense the magnitude of the current flowing through the bus bar to the voltage sensing unit 420, Detects the magnitude of the voltage across the bus bar.

이 때, 본 발명의 이해를 위하여 감지부는 두개의 구성으로 도시되어 있으며, 하나의 센싱부에서 전압 및 전류 중 적어도 하나의 크기를 감지할 수도 있다. 또한, 하나의 센싱부란, 전압/전류 감지의 구성이며, 전압 감지부인 420과 430은 별도의 구성일 수 있다.In this case, for the understanding of the present invention, the sensing unit is shown in two configurations, and one sensing unit may sense at least one of the voltage and the current. In addition, one sensing section is a voltage / current sensing configuration, and the voltage sensing sections 420 and 430 may be configured separately.

본 감지부(400)는 제어부(500)와 연결되어 데이터를 송수신 할 수 있으며, 따라서 감지부에 의해 측정된 전류 또는 전압의 크기 값은 전송이 가능한 데이터 형태로 상기 제어부(500)에 전달될 수 있다. The sensing unit 400 may be connected to the controller 500 to transmit and receive data. Accordingly, the magnitude of the current or voltage measured by the sensing unit may be transmitted to the controller 500 have.

감지부와 관련하여서는 도 2에 대한 설명에서 더 자세히 알아보기로 한다.The sensing unit will be described in more detail with reference to FIG.

도 2는 도 1의 A영역을 확대하여 도시한 것으로, 감지부의 세부구성으로 전류 감지부(410) 및 전압 감지부(420)가 포함되며, 상기 각각의 감지부들은 제어부(500)와 데이터 통신이 가능하도록 연결(110)되어 있음을 확인할 수 있다.FIG. 2 is an enlarged view of a region A of FIG. 1, and includes a current sensing unit 410 and a voltage sensing unit 420 in a detailed configuration of the sensing unit, It can be confirmed that the connection 110 is made so that the connection can be made.

먼저 전류 감지부(410)에 대해 살펴보면, 전류 감지부(410)는 양극 버스바 또는 음극 버스바 중 어느 하나 상에 구비될 수 있으며, 이 때 구비된다는 것의 의미는 도 2에서도 볼 수 있듯 전류 감지기의 양단으로 버스바의 양극 버스바 또는 음극 버스바가 연장되는 것을 의미한다.First, referring to the current sensing unit 410, the current sensing unit 410 may be provided on any one of the anode bus bar and the cathode bus bar. In this case, as shown in FIG. 2, The cathode bus bar or the cathode bus bar of the bus bar is extended to both ends of the bus bar.

추가적인 실시예로써, 전류 감지부(410)는 홀 센싱(Hall sensing)방식의 것일 수 있는데, 홀 센서는 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸면 전류와 자기장에 수직방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아내는 방식으로 구현되며, 이 때 발생된 전압은 전류와 자장의 세기에 비례하므로 도선에 흐르는 전류의 크기를 측정하는 데에도 활용된다. As a further embodiment, the current sensing part 410 may be of a Hall sensing type, in which a hall effect is generated when a magnetic field is applied to a conductor through which a current flows and a voltage is generated in a direction perpendicular to the current and the magnetic field And the direction and magnitude of the magnetic field are detected. Since the voltage generated at this time is proportional to the intensity of the current and the magnetic field, it is also used to measure the magnitude of the current flowing through the conductor.

추가적인 실시예로써, 전압 감지부(420)는 양극 버스바(310)와 음극 버스바(330)의 전위차를 측정할 수 있는 구성으로서, 전압 감지부(420)는 큰 값의 내부저항을 포함하는 것을 특징으로 한다. 일 실시예로, 양방향 충전 시스템 내 연결된 회로 내 모든 저항에 비해서 더 큰 값을 가질 수 있다.As a further embodiment, the voltage sensing unit 420 may measure the potential difference between the anode bus bar 310 and the cathode bus bar 330. The voltage sensing unit 420 may include a large value internal resistance . In one embodiment, it may have a larger value than all resistors in the circuit connected in the bi-directional charging system.

또한, 상기 전압 감지부(420, 430)는 버스바의 중심점을 기준으로 에너지 공급부(100)에 가까운 일단, 배터리부(200)에 가까운 일단에 각각 존재할 수 있으며, 이는 정방향 충전모드 또는 역방향 충전모드시 어느 일단에서 과전압이 발생하는 것을 쉽게 감지하기 위함이다.The voltage sensing units 420 and 430 may be disposed at one end near the energy supply unit 100 and at one end near the battery unit 200 on the basis of the center point of the bus bar and may be a forward charging mode or a reverse charging mode This is to easily detect the occurrence of overvoltage at a certain time.

다시 도 1에 대한 설명으로 돌아와 제어부(500)에 대해 살펴본다.Referring back to FIG. 1, the control unit 500 will be described.

제어부(500)는 앞서 설명한 에너지 공급부(100) 및 감지부를 제어한다. 제어부(500)는 적어도 하나의 연산 수단과 저장 수단을 포함할 수 있는데, 여기서 상기 연산 수단은 범용적인 중앙연산장치(CPU)일 수 있으나, 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA)나 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있다. 또한, 상기 저장 수단은 휘발성 메모리 소자이거나 비휘발성 메모리 또는 비휘발성 전자기적 저장 소자이거나 연산 수단 내부의 메모리일 수 있다.The control unit 500 controls the energy supply unit 100 and the sensing unit described above. The control unit 500 may include at least one computing means and storage means, which may be a general purpose central processing unit (CPU), but may be implemented as a programmable device device (CPLD, FPGA ) Or an application specific integrated circuit (ASIC) or microcontroller chip. Also, the storage means may be a volatile memory element, a non-volatile memory or a non-volatile electromagnetic storage element, or a memory within the computing means.

제어부(500)는 상기 에너지 공급부(100) 또는 감지부와 데이터 통신이 가능한 유선 또는 무선의 네트워크(110)로 연결될 수 있는데, 바람직하게는 CAN(Controller Area Network), HPGP(Homeplug Green Phy, 1.8MHz~28MHZ 대역폭) 의 데이터 통신이 가능하도록 구현할 수 있다. The control unit 500 may be connected to the energy supply unit 100 or the wired or wireless network 110 capable of data communication with the sensing unit. Preferably, the control unit 500 may be a CAN (Controller Area Network), HPGP (Homeplug Green Phy, To 28 MHZ bandwidth) can be realized.

CAN은 자동차의 계측 제어 장비들 간 디지털 직렬 통신을 제공하기 위한 차량용 네트워크이며, 차량 내 전자 부품들의 복잡한 전기 배선과 릴레이를 직렬 통신선으로 대체하여 지능화 함으로써 중량감과 복잡성을 줄이고 실시간 데이터 통신이 가능한 특징이 있다. CAN is a vehicle network that provides digital serial communication between automobile measurement and control equipment. By replacing complicated electric wiring and relay of electronic parts in vehicle with serial communication line, intelligence can reduce heavy weight and complexity and enable real time data communication have.

HPGP는 IEEE 1901표준을 기반으로 한 것으로 최근 들어 전기 자동차의 보급을 준비하면서 전기 자동차와 가정 내 홈 어플라이언스 간 연동을 위해 활용될 수 있는 네트워크 프로토콜을 의미한다. The HPGP is based on the IEEE 1901 standard, which means a network protocol that can be used for interworking between electric vehicles and home appliances in preparation for the spread of electric vehicles in recent years.

이와 같이 본 제어부(500)는 에너지 공급부(100) 또는 감지부를 제어하고자 할 때에 CAN 또는 HPGP 방식을 따르도록 함으로써 가능한 한 종래 인프라를 교체할 필요 없이 광범위하게 호환이 가능하도록 구현할 수 있다. In this way, when the control unit 500 controls the energy supply unit 100 or the sensing unit, the control unit 500 can implement the CAN or HPGP scheme so that it can be widely compatible without replacing the conventional infrastructure as much as possible.

본 발명에서의 제어부(500)는 기본적으로 상기 에너지 공급부(100)를 제어하여 충전모드를 변경하는 작업, 그리고 전류 감지부(410) 또는 전압 감지부(420, 430)로부터 측정 값을 수신하고 수신된 측정 값이 기설정치를 초과하는 경우, 즉 과전류 또는 과전압 상황이 발생하는 경우 상기 에너지 공급부(100)를 제어하여 충전을 중단시키는 작업을 수행한다.The control unit 500 of the present invention basically operates to change the charging mode by controlling the energy supply unit 100 and receives the measurement values from the current sensing unit 410 or the voltage sensing units 420 and 430 When the measured value exceeds the preset value, that is, when an overcurrent or an overvoltage condition occurs, the energy supply unit 100 is controlled to stop charging.

한편, 상기 제어부(500)는 위와 같은 제어 이외에도 다양한 제어명령을 내림으로써 양방향 충전 시스템을 다양하게 구동시킬 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 can drive the bidirectional charging system variously by issuing various control commands in addition to the above control.

한 실시예로서, 제어부(500)는 기설정된 시간대에 맞추어 충전모드를 자동으로 변경할 수 있다. 일반적으로 심야 시간대에 공급되는 전기 에너지는 그 비용이 비교적 낮고 낮 시간대에 공급되는 전기 에너지는 비용이 비교적 높은데, 제어부(500)는 심야 시간대(오후 11시부터 익일 오전 4시) 전기 자동차가 연결되어 있는 경우에는 정방향 충전모드(에너지 공급부 → 전기 자동차)로, 낮 시간대(오전 6시부터 오후 8시)에 전기 자동차가 연결되어 있는 경우에는 역방향 충전모드(전기 자동차 → 에너지 공급부)로 설정할 수 있다. In one embodiment, the control unit 500 may automatically change the charging mode to a predetermined time zone. Generally, the electric energy supplied in the night time zone is relatively low in cost, and the electric energy supplied in the daytime zone is relatively high, and the control unit 500 is connected to the electric vehicle in the middle of the night time zone (11:00 am, If the electric car is connected during the daytime (6:00 AM to 8:00 PM), it can be set as the reverse charging mode (electric car → energy supply).

또 다른 실시예로서, 제어부(500)는 전기 자동차의 배터리부(200)에 남아 있는 전기 에너지량을 파악하여 설정값 이상 남아 있는 경우에는 역방향 충전모드(전기 자동차 → 에너지 공급부)로, 또 다른 설정값 이하 남아 있는 경우에는 정방향 충전모드(에너지 공급부 → 전기 자동차)로 설정할 수 있다.In another embodiment, the control unit 500 determines the amount of electric energy remaining in the battery unit 200 of the electric vehicle, and if the amount of electric energy remaining in the battery unit 200 is greater than the set value, If it remains below the value, it can be set to the forward charge mode (energy supply unit → electric car).

이상 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 양방향 충전 시스템에 대해 살펴보았다.1, a bidirectional charging system according to the present invention has been described.

도 3은 앞서 설명한 양방향 충전 시스템에 스위치(610, 620)가 더 포함된 실시예를 도시한 것이다.3 illustrates an embodiment in which the switches 610 and 620 are further included in the bidirectional charging system described above.

양방향 충전 시스템은 양극 버스바(310), 음극 버스바(330) 또는 양/음극 버스바(330)에 스위치(610, 620)를 더 구비할 수 있는데, 이 때 스위치(610, 620)는 도 3에서와 같이 그 양단이 버스바와 연장되도록 구비된다.The bidirectional charging system may further include switches 610 and 620 on the anode bus bar 310, the cathode bus bar 330 or the cathode bus bar 330, As shown in Fig. 3, both ends thereof are provided so as to extend to the bus bar.

상기 스위치(610, 620)는 바람직하게는 상기 제어부(500)와 연결되어 제어부(500)의 제어명령을 수신할 수 있으며, 따라서 과전류 또는 과전압이 감지되는 경우 제어부(500)는 상기 스위치(610, 620)를 구동시켜 충전을 중단시킬 수 있다.The switches 610 and 620 are preferably connected to the control unit 500 to receive a control command of the control unit 500. When an overcurrent or an overvoltage is detected, the control unit 500 controls the switches 610, 620 may be driven to stop charging.

또한, 스위치(610, 620)가 구비된 양방향 충전 시스템에 있어서, 전압 감지부(420)들은 상기 스위치(610, 620)의 위치를 기준으로 양 단의 전압을 측정하도록 구비될 수 있다. 즉, 도 3 상에서 스위치(610, 620)의 일단과 연결된 버스바 전압은 제1전압 감지부(420)가, 스위치(610, 620)의 타단과 연결된 버스바 전압은 제2전압 감지부(430)가 측정하도록 각 전압 감지부(420, 430)들을 설치할 수 있다. In the bidirectional charging system having the switches 610 and 620, the voltage sensing units 420 may be provided to measure voltages at both ends of the switches 610 and 620 based on the positions of the switches 610 and 620. 3, the bus bar voltage connected to one end of the switches 610 and 620 is connected to the first voltage sensing unit 420 and the bus bar voltage connected to the other ends of the switches 610 and 620 is connected to the second voltage sensing unit 430 The voltage sensing units 420 and 430 may be provided.

이와 같이 전압 감지부(420, 430)를 설치하는 경우 스위치(610, 620)를 기준으로 어느 단에 연결된 버스바의 전압이 이상 값을 나타내는지 쉽게 알 수 있으므로 문제 진단이 용이해 지는 효과를 꾀할 수 있으며, 과전압 현상 발생시 해당되는 단의 스위치(610, 620)를 구동시켜 신속하게 회로를 끊을 수 있는 효과도 꾀할 수 있다.In the case where the voltage sensing units 420 and 430 are installed as described above, it is easy to know whether the voltages of the bus bars connected to the respective ends of the switches 610 and 620 indicate abnormal values. In addition, when the overvoltage phenomenon occurs, the switches 610 and 620 of the corresponding stage may be driven to quickly disconnect the circuit.

다른 한편, 상기 스위치(610, 620)에는 아크방지장치가 더 포함될 수 있다. 아크(arc)란 전기적 접촉 불량 등에 의해 공기 중에서 두 전극 사이 강한 전압이 발생하는 현상을 가리키며 아크가 발생하는 경우 연결된 회로는 일반적으로 큰 데미지를 입게 된다. On the other hand, the switches 610 and 620 may further include an arc prevention device. An arc is a phenomenon in which a strong voltage is generated between two electrodes in the air due to an electrical contact failure or the like. In the case of an arc, a connected circuit generally suffers a large damage.

본 발명은 아크방지장치를 더 구비시킴으로써 이러한 아크 발생에 따른 피해를 최소화 하고자 하며, 바람직하게는 아크방지장치를 스위치(610, 620)에 연동되도록 구비시켜 아크 발생시 곧바로 스위칭 오프가 이루어지도록 할 수 있다. 아크 발생시, 아크방지장치와 연동된 스위치(610, 620)는 상기 제어부(500)의 제어명령과 무관하게 스위칭 오프(오픈)가 이루어져야 할 것이다. The present invention further minimizes the damage caused by the generation of an arc by providing an arc prevention device. Preferably, the arc prevention device is provided to be interlocked with the switches 610 and 620 so that the arc can be immediately switched off when an arc is generated . When the arc occurs, the switches 610 and 620 interlocked with the arc prevention device must be switched off regardless of the control command of the controller 500.

도 4는 본 발명에 따른 양방향 충전 방법을 순서에 따라 도시한 것이다.Figure 4 shows a bidirectional charging method according to the present invention in order.

도 4에 따를 때, 양방향 충전 방법은 기본적으로 i) 충전모드에 따라 에너지 공급부(100)가 배터리부(200)로 전기 에너지를 공급하거나 또는 에너지 공급부(100)가 배터리부(200)로부터 전기 에너지를 공급받는 1단계(S420); ii) 전기 에너지가 전달되는 버스바 상에서의 전류 또는 전압의 크기를 감지하는 2단계(S430); iii) 상기 감지된 전류 또는 전압의 크기가 기설정값 이상이면 전기 에너지 공급을 중단하는 3단계(S440, S450);를 포함한다.4, the bidirectional charging method basically comprises the steps of i) supplying energy to the battery unit 200 by the energy supplying unit 100 or supplying electric energy from the battery unit 200 to the energy supplying unit 100 according to the charging mode, (S420); ii) a second step S430 of sensing the magnitude of the current or voltage on the bus bar to which electrical energy is transferred; iii) stopping the supply of the electric energy if the sensed current or voltage is equal to or greater than a preset value (S440, S450).

1단계 내지 3단계의 세부 과정에 대해서는 중복된 설명을 피하기 위하여 앞서 설명한 도 1 내지 도 3의 양방향 충전 시스템에 대한 설명을 참조하기로 한다.In order to avoid duplicated description, the description of the bidirectional charging system of FIGS. 1 to 3 will be referred to for the detailed steps 1 to 3.

한편, 상기 1단계 내지 3단계를 수행하기 이전, 양방향 충전 시스템 내 제어부(500)는 사전 단계(S410)로서 현재 시간대가 심야 시간대인지 또는 낮 시간대인지를 파악하거나, 연결된 전기 자동차의 배터리부(200)에 일정치 이상의 전기 에너지가 남아 있는지 또는 일정치 이하의 전기 에너지가 남아 있는지를 파악할 수 있다. 이와 같은 사전 단계에서의 조건이 만족된 경우, 제어부(500)는 상기 1단계 내지 3단계를 수행함으로써 전기 자동차 배터리부(200)의 충전 또는 에너지 공급부(100)로의 역충전을 하게 된다.The controller 500 in the bi-directional charging system determines whether the current time zone is the night time zone or the daytime zone in advance (S410), or if the battery unit 200 of the connected electric vehicle 200 It is possible to determine whether or not electric energy remains above a certain value or whether electric energy remains below a predetermined value. If the condition in the above-described step is satisfied, the control unit 500 performs charging of the electric vehicle battery unit 200 or back-charging to the energy supply unit 100 by performing the above-described first to third steps.

이상 본 발명에 따른 양방향 충전 시스템에 대해 살펴보았다. 위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The bidirectional charging system according to the present invention has been described above. The embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

100 에너지 공급부
110 네트워크
200 배터리부
310 양극 버스바 330 음극 버스바
400 감지부
410 전류 감지부
420, 430 전압 감지부
500 제어부
610, 620 스위치
100 energy supplier
110 network
200 battery part
310 anode bus bar 330 cathode bus bar
400 sensing unit
410 Current sensing unit
420 and 430,
500 controller
610, 620 switch

Claims (9)

충전모드에 따라 배터리부에 전기에너지를 공급하거나 상기 배터리부로부터 전기에너지를 공급받는 에너지 공급부;
상기 에너지 공급부 및 배터리부를 연결하고, 상기 에너지 공급부 및 배터리부 간 전기 에너지를 전달하는 버스바;
상기 버스바의 전류 또는 전압의 크기를 감지하는 감지부;
상기 에너지 공급부 및 감지부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 양방향 충전 시스템
An energy supply unit for supplying electric energy to the battery unit or supplying electric energy from the battery unit according to a charging mode;
A bus bar connecting the energy supply unit and the battery unit, and transferring electrical energy between the energy supply unit and the battery unit;
A sensing unit for sensing a magnitude of a current or a voltage of the bus bar;
A controller for controlling the energy supply unit and the sensing unit;
Lt; RTI ID = 0.0 >
제1항에 있어서,
상기 버스바는 양극 버스바 및 음극 버스바를 포함하는 양방향 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the bus bar comprises a positive bus bar and a negative bus bar.
제2항에 있어서,
상기 양극 버스바 또는 음극 버스바의 선로가 양측 단부에 연결된 것으로서 상기 제어부의 제어명령에 따라 열림 또는 닫힘 상태로 구동되는 스위치;
를 더 포함하는 양방향 충전 시스템.
3. The method of claim 2,
A switch connected to both ends of the line of the anode bus bar or the cathode bus bar and driven in an opened or closed state according to a control command of the controller;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
제3항에 있어서,
상기 스위치는, 과전류 또는 과전압 감지시 상기 스위치와 버스바 간 연결을 끊는 아크방지장치를 더 포함하는 양방향 충전 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the switch further comprises an arc protection device for breaking the connection between the switch and the bus bar upon over-current or over-voltage sensed.
제3항에 있어서,
상기 감지부는 전류 감지부를 포함하고,
상기 전류 감지부는 상기 양극 버스바 또는 음극 버스바의 전류 크기를 감지하는 양방향 충전 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the sensing unit includes a current sensing unit,
Wherein the current sensing unit senses a current size of the positive bus bar or the negative bus bar.
제3항에 있어서,
상기 감지부는 전압 감지부를 포함하고,
상기 전압 감지부는 상기 양극 버스바 및 음극 버스바의 전압 차이를 감지하는 양방향 충전 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the sensing unit includes a voltage sensing unit,
Wherein the voltage sensing unit senses a voltage difference between the positive bus bar and the negative bus bar.
제6항에 있어서,
상기 스위치는 상기 양극 버스바의 선로상에 연결되는 제1스위치 및 상기 음극 버스바의 선로상에 연결되는 제2스위치를 포함하고,
상기 전압 감지부는 상기 제1스위치 및 제2스위치의 일단으로부터 각각 연장되는 버스바의 전압차를 감지하는 제1전압 감지부, 상기 제1스위치 및 제2스위치의 타단으로부터 각각 연장되는 버스바의 전압차를 감지하는 제2전압 감지부를 포함하는 양방향 충전 시스템.
The method according to claim 6,
The switch including a first switch connected on the line of the positive bus bar and a second switch connected on the line of the negative bus bar,
The voltage sensing unit may include a first voltage sensing unit sensing a voltage difference of a bus bar extending from one end of the first switch and a second switch, and a second voltage sensing unit sensing a voltage of a bus bar extending from the other end of the first switch and the second switch, And a second voltage sensing unit for sensing the vehicle.
제1항에 있어서,
상기 에너지 공급부의 일단과 연결되고, 상기 에너지 공급부에서 상기 배터리부로 공급되는 전기 에너지의 교류성분을 제거하는 DC필터;
를 더 포함하는 양방향 충전 시스템.
The method according to claim 1,
A DC filter connected to one end of the energy supply unit and removing an AC component of electric energy supplied from the energy supply unit to the battery unit;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
(a) 충전모드에 따라 에너지 공급부가 배터리부로 전기 에너지를 공급하거나 또는 상기 에너지 공급부가 상기 배터리부로부터 전기 에너지를 공급받는 단계;
(b) 상기 전기 에너지가 전달되는 버스바 상에서의 전류 또는 전압의 크기를 감지하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 감지된 전류 또는 전압의 크기가 기설정치 이상이면 상기 버스바 상에 구비된 스위치를 열림상태로 구동시키는 단계;
를 포함하는 양방향 충전 방법
(a) receiving energy from an energy supply unit to a battery unit or supplying energy from the battery unit to the energy supply unit according to a charging mode;
(b) sensing a magnitude of a current or voltage on a bus bar to which the electrical energy is transferred;
(c) driving the switch provided on the bus bar in an open state when the magnitude of the current or voltage sensed in step (b) is equal to or greater than a predetermined value;
≪ / RTI >
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR970000788A (en) * 1995-06-09 1997-01-21 정몽원 Abnormal confirmation and restoration device of electric vehicle
KR20120012532A (en) * 2010-08-02 2012-02-10 현대자동차주식회사 Two-way Power Supply Apparatus of Electric Vehicle for Smart Grid and Two-way Power Supply Method Using the Same

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