KR20180021574A - 이동식 전기 차량용 충전 시스템 - Google Patents

이동식 전기 차량용 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

이동식 전기 차량용 충전 시스템은, 엔진부, 발전부, 발전 제어부를 포함한다. 엔진부는 동력을 생성하고, 발전부는 엔진부로부터 전달된 동력을 이용해 전력을 생성하고, 발전 제어부는 발전부를 제어하고 발전부에서 생성된 전력을 이용하여 전기 차량의 배터리를 충전한다. 이때, 엔진부는 발전부로부터 전달된 동력을 이용하여 시동하며, 발전 제어부는 전기 차량 배터리로부터 공급된 전력을 이용하여 발전부를 시동한다.

Description

이동식 전기 차량용 충전 시스템 {MOVABLE ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM}
본 발명은 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 차량을 충전하기 위한 충전 시스템에 관한 것이다.
석유 자원에는 한계가 있으며, 현재 남아있는 석유 자원도 언젠가는 고갈될 것으로 예측되고 있다. 그럼에도 불구하고, 인류의 석유 자원 소비는 점점 증가하고 있으며, 이로 인한 공해 문제 역시 점점 심각해 지고 있다.
이에 따라, 석유의 사용을 감소시키기 위한 노력이 다양하게 시도되고 있으며, 자동차 분야에 있어서도 가솔린 등의 화석 연료 대신 전기로부터 동력을 얻는 전기 자동차(Electric Vehicle; EV)에 대한 관심이 폭증하고 있다.
전기 자동차는 휘발유와 같은 화석연료가 아니라 배터리에 저장되어 있는 전기 에너지를 사용하여 구동되기 때문에, 화석연료 고갈에 따른 유가상승에 대처하기 위한 유력한 대안으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 가솔린이나 디젤 자동차에 비하여 배기가스를 분출하지 않아 친환경적이며, 소음이 적게 발생한다는 장점이 있다.
그러나, 전기 자동차는 가솔린이나 디젤 등의 연료를 사용하는 자동차에 비하여 주행 거리가 상대적으로 짧기 때문에 그만큼 자주 충전을 해주어야만 하고, 자동차의 배터리를 충전하기 위한 충전 시간이 많이 소요되는 문제점을 가지고 있어 아직까지 널리 실용화되지는 못하고 있는 실정이다.
도 1은 종래 전기 자동차 충전 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 현재 전기 자동차의 배터리 충전을 위해서는 일반적으로 주유소의 주유기에 대응하는 충전소의 충전 스탠드를 이용하고 있다. 즉, 전기 자동차 운전자가 전기 자동차를 충전하기 위해서는 충전 스탠드와 같은 충전 시설을 갖춘 충전소를 직접 찾아가서 전기 자동차를 충전해야 한다.
그런데, 전기 자동차는 주행 거리가 짧기 때문에 그만큼 자주 충전을 해주어야 하고 그만큼 많은 충전소 인프라를 구축해야 하는 데, 빠른 시일내에 이처럼 필요한 장소 모두에 충전소 인프라를 구축하는 것은 실질적으로 어려우며, 경제성 등의 측면에서도 바람직하지 못하다.
또한, 현재 제시되고 있는 전기 자동차의 충전 시스템은 상용 전원(220V 또는 380V)에 연결된 전선을 전기 자동차에 직접 연결하여 충전하는 구조로서, 자동차의 배터리 특성상 충전 시간이 많이 소요되기 때문에, 전기 자동차를 충전하기 위한 충분한 수의 충전소를 구축하더라도 주행 중 전기 자동차가 방전되는 경우, 전기 자동차의 운전자는 충전을 위해 충전소에서 오랜 시간을 소모하여야 하는 문제점이 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는, 전기 자동차가 주행 중이 아닐 때 충전소 이외의 다양한 장소에서 지속적으로 충전을 해줄 수 있어야 하지만, 현재로서는 공공장소에서의 자유로운 전원 이용이 어려운 상황에서 시간에 구애받지 않고 다양한 장소에서 용이하게 전기 자동차를 충전할 수 있는 방법이 없다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기 차량의 충전을 위한 충분한 수의 충전소를 구축하지 못한 상태에서도, 다양한 장소에서 시간에 구애받지 않고 용이하게 전기 자동차를 충전할 수 있도록 해 주는 전기 차량용 충전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이동식 전기 차량용 충전 시스템은, 엔진부, 발전부, 발전 제어부를 포함한다.
엔진부는 동력을 생성하고, 발전부는 엔진부로부터 전달된 동력을 이용해 전력을 생성하고, 발전 제어부는 발전부를 제어하고 발전부에서 생성된 전력을 이용하여 전기 차량의 배터리를 충전한다. 이때, 엔진부는 발전부로부터 전달된 동력을 이용하여 시동하며, 발전 제어부는 전기 차량 배터리로부터 공급된 전력을 이용하여 발전부를 시동한다.
이와 같은 구성에 의하면, 엔진을 구동하여 발전한 전력을 이용하여 전기 차량의 배터리를 충전함으로써 이동 가능한 전력 공급원을 구현할 수 있어, 전기 자동차 충전을 위한 충분한 수의 충전소를 구축하지 못한 상황에서도 다양한 장소에서 시간에 구애받지 않고 용이하게 전기 차량을 충전할 수 있게 된다.
특히, 엔진을 시동하기 위한 전력을 충전 대상 전기 차량으로부터 공급받음으로써, 고압의 시동 전압을 공급하기 위한 별도의 전력 공급원을 구비하지 않아도 되게 된다.
또한, 이동식 전기 차량용 충전 시스템은 엔진부를 제어하는 엔진 제어부, 및 엔진 제어부와 발전 제어부를 제어하는 상위 제어부를 더 포함할 수 있으며, 엔진 제어부 및 발전 제어부는 CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여 통신하도록 구현될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 차량과 통신할 수 있는 통신 방식을 이용함으로써, 보다 다양한 정보를 이용하여 효과적으로 전기 차량에 전력을 공급할 수 있게 된다.
또한, 이동식 전기 차량용 충전 시스템을 이동시키는 시스템 이동부를 더 포함할 수 있으며, 발전 제어부, 엔진 제어부, 및 상위 제어부는 시스템 이동부로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 보다 용이하게 다양한 지역에 위치하는 전기 자동차에 전력을 공급할 수 있게 되며, 시스템 제어를 위해 필요한 전원을 용이하게 공급받을 수 있게 된다.
또한, 상위 제어부로부터 전달된 정보를 출력하고, 사용자 입력 정보를 상위 제어부로 전달하는 사용자 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 엔진을 구동하여 발전한 전력을 이용하여 전기 차량의 배터리를 충전함으로써 이동 가능한 전력 공급원을 구현할 수 있어, 전기 자동차 충전을 위한 충분한 수의 충전소를 구축하지 못한 상황에서도 다양한 장소에서 시간에 구애받지 않고 용이하게 전기 차량을 충전할 수 있게 된다.
특히, 엔진을 시동하기 위한 전력을 충전 대상 전기 차량으로부터 공급받음으로써, 고압의 시동 전압을 공급하기 위한 별도의 전력 공급원을 구비하지 않아도 되게 된다.
또한, 차량과 통신할 수 있는 통신 방식을 이용함으로써, 보다 다양한 정보를 이용하여 효과적으로 전기 차량에 전력을 공급할 수 있게 된다.
또한, 보다 용이하게 다양한 지역에 위치하는 전기 자동차에 전력을 공급할 수 있게 되며, 시스템 제어를 위해 필요한 전원을 용이하게 공급받을 수 있게 된다.
도 1은 종래 전기 자동차 충전 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 전기 차량용 충전 시스템의 개략적인 블록도.
도 3은 도 2의 이동식 전기 차량 충전 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 개념도.
도 4는 도 3의 엔진 발전 Set의 기본 개념을 도시한 개략적인 블록도.
도 5는 도 4의 엔진 발전 Set 동작 개념을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 5의 엔진 발전 Set 시퀀스를 개략적으로 도시한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 전기 차량용 충전 시스템의 개략적인 블록도이다. 도 2에서, 이동식 전기 차량용 충전 시스템(100)은, 엔진부(110), 발전부(120), 엔진 제어부(130), 발전 제어부(140), 상위 제어부(150), 사용자 인터페이스부(160), 및 시스템 이동부(170)를 포함한다.
엔진부(110)는 동력을 생성한다. 엔진부(110)는 가솔린이나 경유 등의 화석 연료를 이용하여 동력을 생성하는 내연 기관으로서, 예를 들어 30KW의 출력을 가지는 2기통 가솔린 엔진으로 구현될 수 있다.
발전부(120)는 엔진부(110)로부터 전달된 동력을 이용해 전력을 생성한다. 발전부(120)는 외부에서 공급받는 동력을 이용하여 발전을 하는 발전기로서, 예를 들어 동기 발전기로 구현될 수 있으며, 엔진부(110)와 기계적으로 커플링되어 있어 엔진부(110)에서 생성된 동력을 전달받을 수 있다.
엔진 제어부(130)는 엔진부(110)를, 발전 제어부(140)는 발전부(120)를 각각 제어하며, 상위 제어부(150)는 엔진 제어부(130)와 발전 제어부(140)를 제어한다. 이를 위해, 엔진 제어부(130), 발전 제어부(140), 및 상위 제어부(150)는 CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여 통신하도록 구현될 수 있다. 또한, 엔진 제어부(130)는 ECU(Engine Control Unit)를 포함하고, 발전 제어부(140)는 GCU(Generator Control Unit) 및 인버터를 포함하도록 구현될 수 있다.
또한, 발전 제어부(140)는 발전부(120)에서 생성된 전력을 이용하여 전기 차량의 배터리를 충전하며, 이를 위해 전기 차량과 CAN 통신을 이용하여 통신할 수 있다. 배터리의 충전 방식은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 차데모(CHAdeMO) 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 발전 제어부(140)는 200볼트 내지 450볼트의 직류 전압, 100A의 정격 전류로 전기 차량을 충전하도록 구현될 수 있으며, 30KW의 충전 용량을 가지도록 구현될 수 있다.
이때, 엔진부(110)는 발전부(120)로부터 전달된 동력을 이용하여 시동하며, 발전 제어부(140)는 전기 차량의 배터리로부터 공급된 전력을 이용하여 발전부(120)를 시동하도록 구현될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 엔진을 시동하기 위해 별도의 시동 모터를 구비하지 않아도 될 뿐만 아니라, 엔진을 시동하기 위한 전력을 충전 대상 전기 차량으로부터 공급받음으로써, 고압의 시동 전압을 공급하기 위한 별도의 전력 공급원을 구비하지 않아도 되게 된다.
사용자 인터페이스부(160)는 상위 제어부(150)로부터 전달된 정보를 출력하고, 사용자 입력 정보를 상위 제어부(150)로 전달한다. 이에 따라, 상위 제어부(150)는 HMI(Human Machine Interface)를 통해 사용자에게 엔진 제어부(130)와 발전 제어부(140)로부터 획득된 정보를 전달하고, 사용자로부터 입력된 명령에 따라 엔진 제어부(140)와 발전 제어부(150)를 제어한다. 이때, 사용자 인터페이스부(160)와 상위 제어부(150) 사이의 통신은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 RS-485 통신을 이용할 수 있다.
시스템 이동부(170)는 이동식 전기 차량용 충전 시스템(100)을 이동시킨다. 도 3은 도 2의 이동식 전기 차량 충전 시스템의 사용 상태를 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 3에는 엔진 발전 Set를 견인차와 트레일러에 탑재하여 이동식 엔진 발전 시스템을 구축한 예가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 시스템 이동부(170)는 견인차와 트레일러를 이용하여 구현될 수도 있지만 다른 다양한 형태로 구현될 수도 있으며, 예를 들어 시스템 이동부(170)와 엔진 발전 Set를 일체로 구현할 수도 있을 것이다.
이때, 발전 제어부(140), 엔진 제어부(130), 및 상위 제어부(150)는 시스템 이동부(170), 예를 들어 이동용 차량의 배터리로부터 전력을 공급받도록 구현될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 시스템 제어를 위해 필요한 전원을 용이하게 공급받을 수 있게 된다.
도 4는 도 3의 엔진 발전 Set의 기본 개념을 도시한 개략적인 블록도이다. 도 3에서, 엔진 발전 Set는 상위 제어기, ECU, GCU, Engine, Generator를 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다.
상위 제어기 명령에 따라 GCU 및 ECU는 동작하며, GCU는 Generator를 ECU는 Engine을 각각 제어한다. 상위 제어기, ECU, GCU는 CAN 통신을 통해 통신하며, Engine과 Generator는 기계적으로 커플링 되도록 구현되어 있다.
도 5는 도 4의 엔진 발전 Set 동작 개념을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5에서, 엔진 발전 Set 제어기 전원은 견인차의 배터리 전압(12V)를 사용하고 있으며, GCU는 전기차 배터리와 고전압을 공유하여 충방전이 가능함을 확인할 수 있다.
도 6은 도 5의 엔진 발전 Set 시퀀스를 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 6에서 먼저, Generator를 구동하여 엔진을 시동한다. 초기 엔진 시동을 위해서, Generator가 Start-up Motor의 기능을 해야 하며, 이때는 GCU에서 1000~2000RPM으로 제어한다.
Generator가 구동되면 엔진 시동이 완료된다. 이때는 방전모드이므로 전기차 배터리 전압을 소비하지만, 소비하는 Watt가 매우 적다. 따라서, 전기차 배터리가 최소 전압이라고 하여도 Generator의 구동이 가능하다.
이어서, 엔진 발전을 수행하며(충전모드) 전기 차량의 배터리를 확인한다. 엔진 시동이 완료되었다면 ECU에서 Engine의 연료를 분사하므로, 시동완료 후 엔진에 의해서 발전이 수행되며. 이 발전양으로 전기차 배터리가 충전된다.
엔진 발전은 미리 설정된 수준까지 충전이 완료될 때까지 수행되며, 이를 위해 전기 차량의 배터리 충전 수준이 모니터링된다. 충전이 완료되는 경우 엔진이 정지되며, 전기 차량의 충전 과정이 완료된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
100: 이동식 전기 차량용 충전 시스템
110: 엔진부
120: 발전부
130: 엔진 제어부
140: 발전 제어부
150: 상위 제어부
160: 사용자 인터페이스부
170: 시스템 이동부

Claims (6)

  1. 동력을 생성하는 엔진부;
    상기 엔진부로부터 전달된 동력을 이용해 전력을 생성하는 발전부; 및
    상기 발전부를 제어하고, 상기 발전부에서 생성된 전력을 이용하여 전기 차량의 배터리를 충전하는 발전 제어부를 포함하며,
    상기 엔진부는 상기 발전부로부터 전달된 동력을 이용하여 시동하며, 상기 발전 제어부는 상기 전기 차량 배터리로부터 공급된 전력을 이용하여 상기 발전부를 시동하는 것을 특징으로 하는 이동식 전기 차량용 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진부를 제어하는 엔진 제어부; 및
    상기 엔진 제어부 및 상기 발전 제어부를 제어하는 상위 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전기 차량용 충전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 제어부 및 상기 발전 제어부는 CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여 통신하는 것을 특징으로 하는 이동식 전기 차량용 충전 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이동식 전기 차량용 충전 시스템을 이동시키는 시스템 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전기 차량용 충전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발전 제어부, 엔진 제어부, 및 상위 제어부는 상기 시스템 이동부로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 이동식 전기 차량용 충전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 상위 제어부로부터 전달된 정보를 출력하고, 사용자 입력 정보를 상기 상위 제어부로 전달하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 전기 차량용 충전 시스템.

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