KR20180029321A

KR20180029321A - 전기자동차의 충전 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180029321A
Application number: KR1020160117018A
Authority: KR
Inventors: 이태우; 신진철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-03-21
Also published as: US20180072169A1; KR101876056B1; US10322636B2

Abstract

본 발명은 전기자동차의 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 서로 다른 충전방식이 적용된 전기자동차와 충전기 사이에도 충전을 가능하게 하고, 충전기의 충전방식에 관계없이 충전을 수행할 수 있어 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, DC 콤보 표준 사양의 충전기와 차데모 표준 사양의 충전기 중 적어도 한 사양의 충전기의 커넥터와 차량측 충전구 사이에 접속되어 접속된 충전기와 차량 사이에 배터리 충전을 위한 DC 전력의 공급 및 통신, 접지 연결이 이루어지도록 하는 변환 젠더; 및 상기 충전기에서 전달되는 신호로부터 차량측 충전구에 접속된 충전기의 사양을 판단하고, 충전기에서 공급되는 DC 전력에 의해 차량 배터리의 급속 충전이 이루어지도록 상기 접속된 충전기의 사양에 따른 급속 충전 제어를 수행하는 차량측 제어기를 포함하는 전기자동차의 충전 장치, 및 그 방법이 개시된다.

Description

전기자동차의 충전 장치 및 방법{Charging method for electric vehicle}

본 발명은 전기자동차의 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 충전방식이 적용된 전기자동차와 충전기 사이에도 충전을 가능하게 하고, 충전기의 충전방식에 관계없이 충전을 수행할 수 있어 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 환경규제로 인한 전기자동차의 보급이 활발해지고 있으며, 전기자동차의 충전 관련 설비 및 장치 또한 큰 이슈로 부상하고 있다.

플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-in HEV, PHEV)를 포함하는 전기자동차(EV)에서 차량 구동의 동력원이 되는 배터리는 직류(DC) 전원(급속충전설비)을 배터리에 직접 연결하여 급속 충전하거나, 교류(AC) 전원을 차량에 연결하여 완속 충전할 수 있다.

급속 충전방식에서 직류(DC) 전원으로 사용되는 급속충전설비는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 차량에 공급하도록 되어 있고, 차량 내 배터리에 직결되어 높은 전류를 제공하므로 단시간에 차량 배터리의 충전을 완료할 수 있다.

반면, 완속 충전방식에서는 배전계통에 연계된 상용 교류(AC) 전원을 이용하여 차량에 교류 전력을 공급하면, 차량 내에서 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리를 충전하게 된다.

이러한 완속 충전방식을 적용할 경우에는 상용 교류 전원이 공급하는 교류 전압을 직류 전압으로 형태 및 크기를 변환시켜야 하기 때문에 전력변환시스템의 회로 구성을 가지는 완속충전기(On-Board Charger, OBC)가 차량에 탑재된다.

한편, 전기자동차가 외부의 충전설비(이하 '충전기'라 함)로부터 배터리 충전 전력을 공급받기 위해서는 전기자동차의 충전방식과 충전기의 충전방식이 동일해야 한다.

그러나, 충전기가 전력을 공급하고 전기자동차가 전력을 공급받음에 있어서 여러 종류의 충전방식이 개발되어 있고, 국제적으로 하나의 충전방식으로 규격화되지 못한 것이 현 실정이다.

좀더 설명하면, 전기에너지를 충전하는 방식으로서 충전기와 차량을 유선으로 연결하여 충전하는 다양한 충전방식이 개발되어 있는바, 완속의 경우 5pin, 7pin 타입이 존재하고, 급속의 경우 차데모(CHAdeMO), SGS, DC 콤보(DC Combo) 방식이 존재한다.

이 중에서 차데모 표준은 전기자동차와 급속충전기 간의 직류 충전을 위한 통신 인터페이스의 하나로서, 일본의 급속 충전 표준이며, 현재 차데모 표준의 급속충전기가 북미와 유럽에 걸쳐 널리 보급되는 추세이다.

SGS 표준은 전기자동차와 전도성 충전시스템 간의 직류 충전을 위한 통신 인터페이스로서 국내 스마트 그리드 협회에서 정한 급속 충전 표준이다.

그러나, 상기와 같이 각 나라별, 지역별 충전 표준이 상이하므로 충전시마다 차량과 일치하는 표준을 지원하는 충전기를 찾을 필요가 있으며, 전기자동차의 충전방식과 충전기의 충전방식이 다를 경우 충전기로부터 충전을 받을 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 서로 다른 충전방식이 적용된 전기자동차와 충전기 사이에도 충전을 가능하게 하고, 충전기의 충전방식에 관계없이 충전을 수행할 수 있어 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, DC 콤보 표준 사양의 충전기와 차데모 표준 사양의 충전기 중 적어도 한 사양의 충전기의 커넥터와 차량측 충전구 사이에 접속되어 접속된 충전기와 차량 사이에 배터리 충전을 위한 DC 전력의 공급 및 통신, 접지 연결이 이루어지도록 하는 변환 젠더; 및 상기 충전기에서 전달되는 신호로부터 차량측 충전구에 접속된 충전기의 사양을 판단하고, 충전기에서 공급되는 DC 전력에 의해 차량 배터리의 급속 충전이 이루어지도록 상기 접속된 충전기의 사양에 따른 급속 충전 제어를 수행하는 차량측 제어기를 포함하는 전기자동차의 충전 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, DC 콤보 표준 사양의 충전기와 차데모 표준 사양의 충전기 중 한 사양의 충전기의 커넥터와 차량측 충전구 사이에 변환 젠더가 접속되거나, 나머지 다른 사양의 충전기의 커넥터가 차량측 충전구에 직접 접속되어 체결되는 단계; 차량측 제어기가 차량측 충전구에 접속된 충전기에서 전달되는 신호로부터 상기 접속된 충전기의 사양을 판단하는 단계; 및 상기 차량측 제어기가 충전기에서 공급되는 DC 전력에 의해 차량 배터리의 급속 충전이 이루어지도록 상기 접속된 충전기의 사양에 따른 급속 충전 제어를 수행하는 단계를 포함하는 전기자동차의 충전 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 전기자동차의 충전 장치 및 방법에 의하면, 하나의 차량이 차데모와 DC 콤보의 두 충전방식 모두를 사용할 수 있으며, 충전방식별로 차량을 이원화하여 제작해야 하는 문제점 없이 단일의 충전구로 차종을 개발하는 것이 가능해진다.

특히, 하나의 차량이 차데모와 DC 콤보 방식의 충전기 모두를 사용할 수 있으므로 충전 인프라 확충과 관련한 문제점들이 해결될 수 있다.

도 1은 차데모 표준 사양의 차량측 충전구(인렛)를 예시한 도면이다.
도 2는 DC 콤보 표준 사양의 차량측 충전구를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에서 차데모 충전기, 콤보 충전기, 완속 충전설비, 변환 젠더, 차량을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 변환 젠더를 이용하여 콤보 충전기와 차량측의 차데모 충전구를 연결하는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 차데모 충전 표준의 인터페이스 회로 구성을 예시한 회로도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 충전기의 충전방식에 관계없이 충전을 수행할 수 있고, 서로 다른 충전방식이 적용된 전기자동차와 충전기 사이에도 충전을 가능하게 하는 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

현재 북미와 유럽 지역에서 적용되고 있는 대표적인 급속 충전의 표준으로는 차데모(CHAdeMO)와 DC 콤보(DC Combo) 방식을 들 수 있고, 각 충전 표준을 채택하고 있는 충전기들이 지역마다 산재되어 있다.

차데모와 DC 콤보는 충전기측 커넥터와 차량측 충전구(인렛(Inlet))의 모양, 터미널의 종류 및 갯수, 위치 등이 상이하여 서로 호환이 불가하므로 같은 지역 내에 있는 차량이라 하더라도 차데모와 DC 콤보 중 한 가지 방식의 충전방식으로만 급속 충전이 가능하다.

만약, 하나의 차량이 차데모와 DC 콤보의 두 충전방식 모두를 사용할 수 있다면 충전방식별로 차량을 이원화하여 제작해야 하는 문제점 없이 단일의 충전구로 차종을 개발하는 것이 가능해진다.

또한, 하나의 차량이 차데모와 DC 콤보 방식의 충전기 모두를 사용할 수 있으므로 충전 인프라 확충과 관련한 문제점들이 개선될 수 있다.

참고로, 차데모와 DC 콤보는 충전기측 커넥터와 차량측 충전구(인렛)에서 DC 충전 라인(DC +, - 라인)(후술하는 전원 공급 터미널임) 및 접지(Ground) 라인(후술하는 접지 터미널임)을 같이 사용할 수 있고, DC 콤보 방식에는 유럽 및 북미 사양 모두에서 DC 충전 라인과 접지 라인 외에 CP(Control Pilot) 라인(후술하는 CP 터미널임)이 추가되어 있다.

또한, 차데모 충전 표준 사양의 차량측 충전구(인렛)에서 총 10개 핀 중 9개의 핀이 사용 중이고, 1개의 핀(3번 핀)은 미사용 중이다.

또한, 차데모는 CAN 통신방식을, DC 콤보는 전력선 통신(Power Line Communication, 이하 'PLC'라 함)방식을 사용하고 있으며, 핀과 통신방식이 상이하다.

도 1은 차데모 표준 사양의 차량측 충전구(인렛)를 예시한 도면으로, 도시된 충전구(10)에는 차데모 표준 사양의 충전기(도 3에서 도면부호 28임), 보다 명확하게는 충전기의 커넥터가 접속된다.

도시된 차량측 충전구의 1번 핀은 접지 터미널("Grounding wire" terminal)이고, 2번 핀은 충전 시작/중지 신호를 입력받는 충전 시작/중지 터미널("Charge start and stop 1" terminal)이며, 3번 핀은 미사용 핀이다.

또한, 4번 핀은 충전 허용/금지 터미널("Charging permission/prohibition" terminal)이고, 5번 핀과 6번 핀은 DC +, DC -의 충전 전원을 입력받는 전원 공급 터미널(5번: "Power supply(-)" terminal, 6번: "Power supply(+)" terminal)이며, 7번 핀은 커넥터 연결 확인 터미널("Verification of connector connection" terminal)이다.

또한, 8번 핀과 9번 핀은 CAN 통신을 위한 터미널("CAN-H", "CAN-L" terminal)이고, 10번 핀은 충전 시작/중지 신호를 입력받는 또 다른 충전 시작/중지 터미널("Charge start and stop 2" terminal)이다.

그리고, 도 2는 DC 콤보 표준 사양의 차량측 충전구를 예시한 도면으로, 북미에서 사용되는 북미 사양(PLC Type 1)과 유럽에서 사용되는 유럽 사양(PLC Type 2)을 나타내고 있다.

도 2에 예시된 충전구에는 DC 콤보 표준 사양의 충전기, 보다 명확하게는 충전기의 커넥터가 접속되며, 충전기로부터 CP(Control Pilot) 신호를 입력받는 CP 터미널(11), 차량에 충전기가 연결됨을 나타내는 신호를 입력받는 PD 터미널(12), 접지 터미널(13), DC + 및 DC -의 충전 전원을 입력받는 전원 공급 터미널(15,16)을 가진다.

도 2의 충전구에서 나머지 터미널들은 미사용 터미널이며, CP 터미널(11)을 통해 충전기측과 차량 내 제어기 간의 PLC 통신이 이루어진다.

그리고, 충전기의 커넥터(아웃렛)에 있어서도, 도 1 및 도 2에 예시된 차량측 충전구(인렛)와 마찬가지로, 차데모 표준 사양의 충전기와 DC 콤보 표준 사양의 충전기가 서로 차이를 나타내고 있다.

상기와 같이 차데모 표준 사양의 충전기가 사용될 수 있는 차량측 충전구와, DC 콤보 표준 사양의 충전기가 사용될 수 있는 차량측 충전구 사이에는 터미널(핀)의 수와 종류, 위치 등에 있어서 차이가 있으므로, 차데모 표준 사양의 충전구를 갖는 차량에서는 DC 콤포 표준 사양의 충전기를 이용하여 배터리를 충전하는 것이 불가능하다.

즉, 차량에는 도 1의 차데모 사양의 충전구와 도 2의 DC 콤보 사양의 충전구 중 어느 하나만이 구비되므로, 배터리 충전을 위해 차량이 차데모 사양의 충전기와 DC 콤보 사양의 충전기 중 정해진 하나만의 충전기를 이용하는 것이 가능할 뿐이다.

차량에 차데모 사양의 충전구가 구비되어 있다면, 그 충전구에 차데모 사양 충전기의 커넥터를 접속하여 배터리를 충전할 수 있으나, 충전구에 DC 콤보 사양 충전기의 커넥터를 접속하는 것은 불가능하고, 따라서 DC 콤보 사양의 충전기를 이용하여 배터리를 충전하는 것이 불가능한 것이다.

또한, 차량에 DC 콤보 사양의 충전구가 구비되어 있다면, 그 충전구에 DC 콤보 사양 충전기의 커넥터를 접속하여 배터리를 충전할 수 있으나, 충전구에 차데모 사양 충전기의 커넥터를 접속하는 것은 불가능하고, 따라서 차데모 사양의 충전기를 이용하여 배터리를 충전하는 것이 불가능하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 차량과 충전기 사이에 연결하여 사용할 수 있는 변환 젠더를 구비하며, 변환 젠더를 이용하여 차데모 사양의 충전기뿐만 아니라 DC 콤보 사양의 충전기의 사용이 가능하도록 한다.

변환 젠더를 이용하여 두 방식의 충전기 사용을 모두 가능하게 하는 것이다.

이때, 변환 젠더는 DC 콤보 사양 충전기의 커넥터와 차데모 사양 충전기의 커넥터 중 적어도 한 사양의 충전기의 커넥터가 접속될 수 있는 인렛과, 상기 DC 콤보 표준 사양과 차데모 표준 사양 중 상기 인렛과는 다른 사양의 차량측 충전구에 접속될 수 있는 아웃렛을 구비한다.

바람직한 실시예에서, 변환 젠더는 DC 콤보 사양의 충전기와 차데모 사양의 차량측 충전구 사이를 연결하는데 사용하도록 구성될 수 있다.

즉, 차데모 사양의 충전구를 갖는 차량이 DC 콤보 사양의 충전기를 이용하여 배터리 충전을 할 수 있도록 한 것으로, 차데모 사양의 차량측 충전구와 DC 콤보 충전기의 커넥터 사이에 상기 변환 젠더가 접속될 수 있도록 한다.

이러한 변환 젠더는 차데모 사양의 차량측 충전구와 DC 콤보 사양 충전기의 커넥터 사이를 차량 배터리의 충전이 가능하도록 연결하게 된다.

이하, 본 명세서에서는 차데모 표준 사양의 차량측 충전구를 차데모 충전구(CHAdeMO inlet)라 약칭하고, 차데모 표준 사양의 충전기를 차데모 충전기라 약칭하며, DC 콤보 사양의 차량측 충전구를 콤보 충전구(Combo inlet), 그리고 DC 콤보 표준 사양의 충전기를 콤보 충전기라 약칭하기로 한다.

도 3은 본 발명에서 차데모 충전기(28), 콤보 충전기(30), 완속 충전설비(29), 변환 젠더(20), 차량(1)을 도시한 도면이고, 도 4는 상기와 같은 변환 젠더(20)를 이용하여 콤보 충전기(30)와 차량(1)측의 차데모 충전구(10)를 연결하는 예를 도시한 도면이다.

도 4에서는 콤보 충전기(30)에 2개의 커넥터(31,32)가 연결되고 있으나, 실제 콤보 충전기(30)는 두 커넥터(31,32) 중 어느 하나의 커넥터만을 가지는 충전기가 될 수 있다.

도시된 바와 같이, 변환 젠더(20)는 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)와 차데모 충전구(10) 사이에 접속되는 부품으로, 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)와 차데모 충전구(10) 사이, 나아가 콤보 충전기(30)와 차량 사이를 전기 및 통신 연결이 가능하도록 연결하게 된다.

즉, 차데모 충전구(10)를 가지는 차량과 콤보 충전기(30)가 충전방식을 달리함에도 불구하고 상기 변환 젠더(20)를 통해 급속 충전을 위한 DC 전력 공급, 접지, 통신이 가능하도록 연결될 수 있는 것이다.

상기 변환 젠더(20)는 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)가 기구적으로 접속될 수 있는 콤보 인렛(21,22)과, 차량측의 차데모 충전구(10)가 기구적으로 접속될 수 있는 차데모 아웃렛(22)을 갖는다.

도 4에서 변환 젠더(20) 내에 2개의 콤보 인렛(21,22)이 도시되어 있으나, 실제 변환 젠더(20) 내 콤보 인렛은 2개 중 하나만이 구비될 수 있다.

이때, 콤보 인렛(21,22)은 복수 개의 터미널을 가지며, 커넥터 체결 시 콤보 인렛(21,22)의 터미널들은 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)에 구비된 터미널들과 접속될 수 있는 구조로 구비된다.

또한, 차데모 아웃렛(23)은 복수 개의 터미널을 가지며, 차량측의 차데모 충전구(10)와 차데모 아웃렛(23)이 접속될 경우 차데모 아웃렛(23)의 터미널들이 차데모 충전구(10)에 구비된 터미널들과 접속될 수 있는 구조로 구비된다.

즉, 상기 콤보 인렛(21,22)은 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)와 기구적으로 맞물려 체결될 수 있는 구조, 및 체결 시 양측 터미널 간의 접속이 이루어질 수 있는 구조로 구비되는 것으로, 그 형상 및 체결 구조, 그리고 터미널 등에 있어서 기존의 차량측 콤보 충전구(도 2 참조)와 동일하게 구성될 수 있다.

이때, 콤보 인렛(21,22)은 지역에 따라 사용될 수 있도록, 전술한 바와 같이, 북미 사양 콤보 충전기의 커넥터가 접속될 수 있는 구조(PLC Type 1 인렛 구조)로 구비되거나, 또는 유럽 사양 콤보 충전기의 커넥터가 접속될 수 있는 구조(PLC Type 2 인렛 구조)로 구비될 수 있다.

또한, 상기 차데모 아웃렛(23)은 차량측의 차데모 충전구(10)와 기구적으로 맞물려 체결될 수 있는 구조, 및 체결 시 양측 터미널 간의 접속이 이루어질 수 있는 구조로 구비되는 것으로, 그 형상 및 체결 구조, 그리고 터미널 등에 있어서 기존의 차데모 충전기(28)의 커넥터와 동일하게 구성될 수 있다.

또한, 변환 젠더(20)에는 PLC 통신이 이루어지는 콤보 인렛(21,22)의 CP 터미널과 차데모 아웃렛(23)의 3번 터미널 사이를 전기적으로 연결하는 통신선, 그리고 콤보 인렛(21,22)의 접지 터미널과 차데모 아웃렛(23)의 접지 터미널인 1번 터미널 사이를 전기적으로 연결하는 접지선이 구비된다.

여기서, 상기 차데모 아웃렛(23)의 3번 터미널은 차량측 차데모 충전구(10)의 터미널(핀) 중 미사용 터미널인 3번 핀에 접속되는 터미널이다.

또한, 변환 젠더(20)에는 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)로부터 DC 충전 전력을 공급받는 콤보 인렛(21,22)의 전원 공급 터미널(즉, DC +, DC - 의 충전 전원을 입력받는 2개의 전원 공급 터미널)과 DC 충전 전력을 공급하는 차데모 아웃렛(23)의 5번 및 6번 터미널(즉, DC +, DC - 의 충전 전원을 출력하는 2개의 전원 공급 터미널) 사이를 전기적으로 연결하는 DC 전력선(DC +, DC -)이 구비된다.

여기서, 차데모 아웃렛(23)의 3번 터미널은 차량측 차데모 충전구(10)의 3번 핀과 접속되는 터미널이며, 본 발명에서는 변환 젠더(20) 내 차데모 아웃렛(23)의 3번 터미널과 이에 접속되는 차데모 충전구(10)의 3번 핀(종래에는 미사용 핀임)이 콤보 충전기(30)와 차량측 사이의 통신을 위해 추가로 이용된다.

이에 따라 차데모 충전구(10)를 구비한 차량에서 차데모 충전기를 이용하여 급속 충전을 실시할 경우에는 변환 젠더(20)의 사용 없이 차량측의 차데모 충전구(10)에 차데모 충전기의 커넥터를 접속한 후 종래와 동일하게 충전을 할 수 있다.

반면, 차량이 콤보 충전기(30)를 이용하여 급속 충전을 실시할 경우에는 변환 젠더(20)의 차데모 아웃렛(23)에 차량측의 차데모 충전구(10)를 접속하고, 변환 젠더(20)의 콤보 인렛(21,22)에 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)를 접속한 후 충전을 하게 된다.

이때, 변환 젠더(20)의 차데모 아웃렛(23)과 차량측 차데모 충전구(10)가 접속된 상태에서, 충전 시에 차데모 충전구(10)의 3번 핀을 통해 차량의 제어기, 즉 충전제어모듈(Charge Control Module, CCM)(3)과 OBC(On-Board Charger) 제어기(4)가 콤보 충전기(30)와 PLC 통신을 하게 된다.

또한, 차량측에서는 충전 시 제어기, 즉 CCM(3)과 OBC 제어기(4), 배터리 제어기(Battery Management System, BMS)(5)가 상호 통신(고속 CAN) 및 협조 제어하여 콤보 충전기(30)로부터 공급되는 DC 충전 전력으로 차량 내 배터리의 급속 충전이 이루어지도록 한다.

이와 같이 본 발명에서는 차량 내 제어기가 변환 젠더를 통해 충전기와 통신하여 급속 충전 제어를 수행하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 충전 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 충전 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 차데모 충전 표준의 인터페이스 회로 구성을 예시한 회로도이다.

먼저, 도 5에 나타낸 바와 같이, 충전기의 커넥터가 차량측에 체결된다(S11).

이때, 차량 배터리(2)의 급속 충전을 위해 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32)가 차량측 충전구(10)에 체결되거나 차데모 충전기(28)의 커넥터가 차량측 충전구에 체결될 수 있으며(도 3 참조), 차량측 충전구(10)는 차데모 충전구가 될 수 있다.

또는 차량 배터리(2)의 완속 충전을 위해 배전계통에 연계된 상용 교류(AC) 전원을 이용하는 완속 충전설비(29)가 차량(1)과 연결될 수 있으며(도 3 참조), 이때 완속 충전설비(29)의 커넥터는 급속 충전 시와는 다른 차량측 충전구(인렛), 즉 상기 차데모 충전구(10)와는 별도로 차량(1)에 구비되는 완속 충전구(도시하지 않음)에 체결된다.

이어 차량(1)과 연결된 충전기가 차데모 충전기(28)인 경우, 즉 변환 젠더(20)의 사용 없이 차량측 차데모 충전구(10)에 차데모 충전기(28)의 커넥터가 직접 연결 및 체결된 상태인 경우, 충전기측에서 충전 시작 버튼을 조작하게 되면(S12), 차데모 충전기(28) 내 충전 시작 스위치가 온(On) 되고(충전기 웨이크-업 상태가 됨), 이 스위치 온(On) 신호가 커넥터 및 차데모 충전구(10)의 2번 핀을 통해 인가된다.

이에 배터리 제어기(BMS)(5)가 충전기의 스위치 온 상태, 즉 차데모 충전기(28)의 웨이크-업(wake-up) 상태를 인식하게 된다.

반면, 차량(1)과 연결된 충전기가 콤보 충전기(30)인 경우, 즉 차량측 차데모 충전구(10)와 콤보 충전기(30)의 커넥터(31,32) 사이에 변환 젠더(20)를 연결하여 접속 및 체결한 상태인 경우, 충전기측에서 충전 시작 버튼을 조작하게 되면(S12), 콤보 충전기(30)로부터 커넥터(31,32)의 CP 터미널, 변환 젠더(20) 내 콤보 인렛(21,22)의 CP 터미널, 차데모 아웃렛(23)의 3번 터미널, 그리고 차데모 충전구(10)의 3번 핀을 통해 CP 신호가 인가된다.

이에 OBC 제어기(4)가 차데모 충전구(10)의 3번 핀을 통해 입력되는 CP 신호를 인식하게 된다.

또한, 완속 충전설비(29)의 커넥터가 차량(1)의 완속 충전구에 체결된 상태에서, 완속 충전설비(29)측에서 충전 시작 버튼이 조작되면(S12), 완속 충전설비(29)의 커넥터와 완속 충전구를 통해 CP 신호가 인가되며, 이에 OBC 제어기(4)가 CP 신호를 인식하게 된다.

만약, 충전 시작 버튼 조작(S12) 후, S13 단계에서 차데모 충전구(10)의 2번 핀을 통해 차데모 충전기(28)로부터 스위치 온 신호가 인가됨을 판단하여 배터리 제어기(5)가 차데모 충전기(28)의 웨이크-업 상태를 인지하게 되면, 배터리 제어기(5)의 주관 하에 충전 준비 과정이 진행되고(S14), 이어 차량(1)의 배터리 제어기(5)와 충전기 간의 CAN 통신이 이루어지는바, 이러한 CAN 통신을 통해 차량 배터리(2)의 급속 충전이 수행된다(S16).

이때, 차량(1)의 CCM(3)과 OBC 제어기(4), 배터리 제어기(5)가 고속 CAN 통신을 통해 급속 충전을 위한 협조 제어를 수행하며, 이에 차데모 충전기(28)로부터 공급되는 DC 전력으로 통상적인 배터리(2)의 급속 충전이 이루어지게 된다.

도 6을 참조하여 차량측 차데모 충전구(10)에 차데모 충전기(28)의 커넥터가 연결된 상태에서 이루어지는 차데모 표준 방식의 충전 과정을 설명하기로 한다.

도 6에 도시된 회로 구성은 공지의 회로 구성으로서, 차데모 충전기(28)의 커넥터가 차량측 차데모 충전구(10)에 체결된 후 충전기측에서 시작 버튼을 조작한 경우, 충전 시작 스위치인 D1 스위치가 온(On) 되고(충전기 웨이크-업 상태가 됨), 이어 커넥터 및 차데모 충전구(10)의 2번 핀을 통해 스위치 온 신호가 인가된다.

이에 따라 배터리 제어기(5)의 제1 인식회로부에서 스위치 S1의 온 상태를 인식하여 배터리 제어기가 차데모 충전기(28)의 웨이크-업 상태를 인식하게 된다.

이어 커넥터 및 차데모 충전구의 8번 핀과 9번 핀을 통해 충전기와 차량측 간의 CAN 통신이 이루어진 뒤, 차량측에서 S4 스위치를 온 시키고(SGS 사양인 경우 S5 스위치 온), 이어 스위치 온 신호가 커넥터 및 충전구의 4번 핀을 통해 충전기측에 인가된다.

이에 따라 스위치 온 신호에 의해 충전기측의 S3 스위치가 온(On) 되고, 이를 충전기측의 제5 인식회로부에서 인식하여 절연 체크 후 D2 스위치(SGS 사양에서는 미사용됨)를 온(On) 시키게 된다.

결국, D2 스위치가 온 되면, 차량측 배터리 제어기(5)의 제2 인식회로부에서 D2 스위치의 온(On)을 인식하여 릴레이 제어회로부를 통해 급속 충전 릴레이(EV contactor)(R1,R2)를 온(On) 시키게 된다.

이로써 커넥터와 차데모 충전구(10)의 5번 핀 및 6번 핀을 통해 충전기로부터 DC 충전 전력이 차량(1)의 배터리(2)로 공급되어 급속 충전이 이루어지게 된다.

이러한 차데모 충전방식은 공지의 과정이다.

한편, OBC 제어기(4)가 S13 단계에서 CP 신호를 인식하게 되면, 콤보 충전기(30)로부터 변환 젠더(20)를 통해 차량측으로 CP 신호가 인가된 것으로 판단하여 현재 차량이 연결된 충전기가 콤보 충전기(30)임을 인지할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 완속 충전의 경우에도 완속 충전설비(29)로부터 CP 신호가 인가되므로, OBC 제어기(4)에서 CP 신호로부터 차량(1)이 콤보 충전기(30)에 연결된 상태인지, 아니면 완속 충전설비(29)에 연결된 상태인지를 구분하도록 할 수 있다.

즉, CP 신호(PWM 신호임)의 듀티(Duty)가 미리 설정된 규정 듀티값을 나타내고 있는지, 아니면 규정 듀티값보다 큰 값을 나타내고 있는지를 판단하는데(S17), 만약 CP 신호의 듀티가 규정 듀티값(Duty = 5%)을 나타내고 있다면 차량(1)이 변환 젠더(20)를 통해 콤보 충전기(30)에 연결된 것으로 판단한다.

반면, CP 신호의 듀티가 규정 듀티값보다 큰 값을 나타내고 있다면(Duty > 5%), 차량(1)이 완속 충전설비(29)에 연결된 것으로 판단한다.

완속 충전설비(29)에 연결됨을 판단한 경우, OBC 제어기(4)와 배터리 제어기(5)의 협조 제어 하에 완속 충전설비(29)로부터 공급되는 AC 충전 전력으로 차량 배터리(2)의 완속 충전이 이루어지게 된다.

이때, OBC 제어기(4)에 의해 차량측의 충전 스위치가 닫히게 되고(S18), 이에 완속 충전설비(29)로부터 충전 전압이 인가되면서(S19) OBC 제어기가 차량 완속충전기(OBC)를 대상으로 듀티에 따른 완속 충전 전류 제어를 수행하게 된다(S20).

또한, CP 신호로부터 콤보 충전기(30)가 연결됨을 판단한 경우, OBC 제어기(4)와 배터리 제어기(5), CCM(3)의 협조 제어 하에 콤보 충전기(30)로부터 공급되는 DC 충전 전력으로 배터리(2)의 급속 충전이 이루어지게 된다.

즉, 변환 젠더(20)를 통해 CP 통신선 및 차데모 충전구(10)의 3번 핀을 이용하여 콤보 충전기(30)와 차량측 CCM(3) 간에 PLC 통신이 이루어지고(S21), 이어 OBC 제어기(4)에 의해 차량측의 충전 스위치가 닫히게 된다(S22).

이어 CCM(3)과 충전기(30) 간 PLC 통신이 이루어지고, 고속 CAN을 통해 상호 통신하는 CCM(3)과 OBC 제어기(4), 배터리 제어기(5) 간의 협조 제어 하에 충전기(30)와 차량 간 PLC 통신으로 배터리 충전이 수행된다(S23,S24,S25).

이때, 차량(1)에서 콤보 충전기(30)로부터 변환 젠더(20)를 통해 DC 충전 전력을 공급받아 배터리(2)의 급속 충전이 이루어지게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 하나의 차량이 차데모와 DC 콤보의 두 충전방식 모두를 사용할 수 있으며, 충전방식별로 차량을 이원화하여 제작해야 하는 문제점 없이 단일의 충전구로 차종을 개발하는 것이 가능해진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 차량 2 : 배터리
3 : CCM 4 : OBC 제어기
5 : 배터리 제어기 10 : 차데모 충전구
20 : 변환 젠더 21, 22 : 콤보 인렛
23 : 차데모 아웃렛 28 : 차데모 충전기
29 : 완속 충전설비 30 : 콤보 충전기
31, 32 : 커넥터

Claims

DC 콤보 표준 사양의 충전기와 차데모 표준 사양의 충전기 중 적어도 한 사양의 충전기의 커넥터와 차량측 충전구 사이에 접속되어 접속된 충전기와 차량 사이에 배터리 충전을 위한 DC 전력의 공급 및 통신, 접지 연결이 이루어지도록 하는 변환 젠더; 및
상기 충전기에서 전달되는 신호로부터 차량측 충전구에 접속된 충전기의 사양을 판단하고, 충전기에서 공급되는 DC 전력에 의해 차량 배터리의 급속 충전이 이루어지도록 상기 접속된 충전기의 사양에 따른 급속 충전 제어를 수행하는 차량측 제어기를 포함하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변환 젠더에 접속되는 충전기가 DC 콤보 표준 사양의 충전기이고, 상기 차량측 충전구가 차데모 표준 사양의 충전구인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 변환 젠더는,
상기 한 사양의 충전기의 커넥터가 접속 및 체결될 수 있는 인렛;
상기 DC 콤보 표준 사양과 차데모 표준 사양 중 상기 인렛과는 다른 사양의 차량측 충전구에 접속될 수 있는 아웃렛; 및
상기 인렛의 터미널들과 아웃렛의 터미널들 사이를 각각 연결하는 통신선과 접지선, DC 전력선을 가지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 통신선은 상기 인렛의 CP(Contol Pilot) 터미널과 상기 아웃렛에서 차량측 충전구의 미사용 핀에 접속되는 터미널 사이를 연결하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기에서 충전 시작 버튼이 조작된 뒤 충전기 내 충전 시작 스위치가 온(On) 되어 스위치 온(On) 신호가 충전기로부터 입력된 경우, 차량측 충전구에 접속된 충전기가 차데모 표준 사양의 충전기인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기로부터 변환 젠더를 통해 CP(Control Pilot) 신호가 전달 및 입력된 경우, 상기 변환 젠더를 통해 접속된 충전기의 사양이 DC 콤보 표준 사양의 충전기인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기로부터 변환 젠더를 통해 CP(Control Pilot) 신호가 전달 및 입력되고 상기 입력된 CP 신호의 듀티(Duty)가 미리 설정된 규정 듀티값을 나타내는 경우, 상기 변환 젠더를 통해 접속된 충전기의 사양이 DC 콤보 표준 사양의 충전기인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기로부터 CP(Control Pilot) 신호가 입력되고 상기 입력된 CP 신호의 듀티(Duty)가 상기 규정 듀티값보다 큰 값을 나타내는 경우, 완속 충전설비가 차량에 구비된 완속 충전구를 통해 접속된 것으로 판단하고, 차량 배터리의 완속 충전을 위한 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 장치.
DC 콤보 표준 사양의 충전기와 차데모 표준 사양의 충전기 중 한 사양의 충전기의 커넥터와 차량측 충전구 사이에 변환 젠더가 접속되거나, 나머지 다른 사양의 충전기의 커넥터가 차량측 충전구에 직접 접속되어 체결되는 단계;
차량측 제어기가 차량측 충전구에 접속된 충전기에서 전달되는 신호로부터 상기 접속된 충전기의 사양을 판단하는 단계; 및
상기 차량측 제어기가 충전기에서 공급되는 DC 전력에 의해 차량 배터리의 급속 충전이 이루어지도록 상기 접속된 충전기의 사양에 따른 급속 충전 제어를 수행하는 단계를 포함하는 전기자동차의 충전 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 변환 젠더에 접속되는 충전기가 DC 콤보 표준 사양의 충전기이고, 상기 차량측 충전구가 차데모 표준 사양의 충전구인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 변환 젠더는,
상기 한 사양의 충전기의 커넥터가 접속 및 체결될 수 있는 인렛;
상기 DC 콤보 표준 사양과 차데모 표준 사양 중 상기 인렛과는 다른 사양의 차량측 충전구에 접속될 수 있는 아웃렛; 및
상기 인렛의 터미널들과 아웃렛의 터미널들 사이를 각각 연결하는 통신선과 접지선, DC 전력선을 가지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기에서 충전 시작 버튼이 조작된 뒤 충전기 내 충전 시작 스위치가 온(On) 되어 스위치 온(On) 신호가 충전기로부터 입력된 경우, 차량측 충전구에 접속된 충전기가 차데모 표준 사양의 충전기인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기로부터 변환 젠더를 통해 CP(Control Pilot) 신호가 전달 및 입력된 경우, 상기 변환 젠더를 통해 접속된 충전기의 사양이 DC 콤보 표준 사양의 충전기인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기로부터 변환 젠더를 통해 CP(Control Pilot) 신호가 전달 및 입력되고 상기 입력된 CP 신호의 듀티(Duty)가 미리 설정된 규정 듀티값을 나타내는 경우, 상기 변환 젠더를 통해 접속된 충전기의 사양이 DC 콤보 표준 사양의 충전기인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 차량측 제어기는,
충전기로부터 CP(Control Pilot) 신호가 입력되고 상기 입력된 CP 신호의 듀티(Duty)가 상기 규정 듀티값보다 큰 값을 나타내는 경우, 완속 충전설비가 차량에 구비된 완속 충전구를 통해 접속된 것으로 판단하고, 차량 배터리의 완속 충전을 위한 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전 방법.