KR20180049391A

KR20180049391A - 전기차, 및 전기차 충전 시스템

Info

Publication number: KR20180049391A
Application number: KR1020160144293A
Authority: KR
Inventors: 박준석; 김윤호; 심주섭; 이아라; 방민규; 홍성수
Original assignee: 주식회사 비긴스
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2018-05-11

Abstract

본 발명은 전기차 및 전기차 충전 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기차는 충전 스테이션 내 콘센트에 접속하기 위한 플러그가 마련되는 탑재형 케이블; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 배터리를 충전하는 탑재충전기; 및 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 기초로 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하고, 충전 관제센터로부터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 상기 탑재충전기로 제공하는 충전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 상용전력과 차량을 매개하기 위한 별도의 케이블을 필요로 하지 않기 때문에 케이블을 구매하는데 드는 비용을 절감할 수 있으며, 편리한 충전이 가능하다.

Description

전기차, 및 전기차 충전 시스템{ELECTRIC VEHICLE AND ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM}

본 발명은 전기차, 및 전기차 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상용전원을 통한 온보드(On Board) 충전기능을 구비하는 전기차, 및 이를 포함하는 전기차 충전 시스템에 관한 것이다.

전기차는 전기 에너지를 동력원으로 하는 자동차로서, 화석연료를 사용하는 자동차를 대체할 수 있는 친환경적인 이동수단으로 연구개발 및 상용화 노력이 지속적으로 이루어지고 있다.

전기차는 내부의 배터리가 구동에 필요한 전력을 제공하므로 외부로부터 전기를 공급할 수 있는 충전 시스템이 필요하다.

접촉식 충전방식으로서는 직류전원으로 전기차 배터리에 전기를 바로 공급하여 배터리관리장치(Battery Management System, BMS)의 제어에 따라 충전이 이루어지는 직류충전방식과 외부로부터 상용전원을 포함한 교류전원을 공급받아 전기차 내부의 온보드 충전기(On Board Charger, OBC)를 통해 충전을 수행하는 교류충전방식을 들 수 있다.

종래기술에 의하면, 교류충전방식에 따라 상용전원을 공급하는 콘센트 인프라를 활용하여 전기차를 충전할 때에는, 완속충전의 표준인 J1772에 부합하는 별도의 케이블을 차량 소켓에 연결하는 것이 필요하다. 이와 같은 케이블은 수십만원에 달하기 때문에 개인이 구매하기에 부담이 있고, 충전을 위해서 케이블을 항시 소지해야 하는 번거로움이 존재하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 상용전원과 차량을 매개하기 위한 별도의 케이블을 필요로 하지 않는 전기차, 및 전기차 충전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 충전 스테이션 내 콘센트에 접속하기 위한 플러그가 마련되는 탑재형 케이블; 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 배터리를 충전하는 탑재충전기; 및 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 기초로 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하고, 충전 관제센터로부터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 상기 탑재충전기로 제공하는 충전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차에 의하여 달성될 수 있다.

이때, 상기 충전제어모듈로부터 충전 스테이션 식별정보와 상기 탑재형 케이블을 통해 공급된 전력량 정보를 수신하여 상기 충전 관제센터에 전송하고, 상기 충전 관제센터로부터 커맨드를 수신하여 상기 충전제어모듈에 제공하는 게이트웨이를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 충전제어모듈은, 상기 탑재형 케이블과 연결되어 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전력량을 계측하는 전력 계측부; 상기 충전 관제센터를 통한 인증과 충전요금의 정산을 위하여 상기 충전 스테이션으로부터 수신한 충전 스테이션 식별정보와 상기 전력 계측부를 통해 계측된 전력량 정보를 전송하고, 상기 충전 관제센터의 커맨드를 수신하는 통신부; 상기 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하는 신호 제공부; 및 상기 충전 관제센터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급된 전력을 상기 탑재충전기로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다.

아울러, 외부의 연결 케이블을 매개로 상기 충전 스테이션 내 콘센트와 접속하기 위해 마련되는 소켓을 더 포함하고, 상기 탑재충전기는 상기 소켓을 통한 제1 경로 및 상기 충전제어모듈을 통한 제2 경로 중 적어도 어느 하나의 경로를 통해 제공되는 전력을 기초로 상기 배터리의 충전을 수행할 수 있다.

상기한 목적은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 전기차를 충전하기 위한 전기차 충전 시스템에 있어서, 전기차의 충전을 위한 전원 및 스테이션 식별정보를 제공하는 충전 스테이션; 전기차로부터 상기 스테이션 식별정보를 포함한 인증 정보를 수신하여 인증을 수행하고, 충전에 관한 커맨드를 상기 전기차에 전송하는 충전 관제센터; 및 상기 충전 스테이션 내 콘센트에 접속하기 위한 플러그가 마련되는 탑재형 케이블, 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 배터리를 충전하는 탑재충전기, 및 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 기초로 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하고, 충전 관제센터로부터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 상기 탑재충전기로 제공하는 충전제어모듈을 포함하는 전기차를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템을 통해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 충전제어모듈은 전력선 통신을 통해 상기 충전 스테이션으로부터 상기 스테이션 식별정보를 수신할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따르면, 상용전원과 차량을 매개하기 위한 별도의 케이블을 필요로 하지 않기 때문에 케이블을 구매하는데 드는 비용을 절감할 수 있으며, 편리한 충전이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 전력계량기능, 통신기능 등을 차량에서 자체적으로 수행하기 때문에, 충전요금의 과금 및 충전 인프라 제공자에 대한 수수료 정산을 위한 시스템을 효과적으로 운용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 개략적인 구성도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차의 블록도; 및
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전제어모듈의 세부 구성을 포함하는 전기차의 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차의 구성을 나타낸 블록도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템(1)은 충전 스테이션(100), 충전 관제센터(200), 및 전기차(300)를 포함한다.

충전 스테이션(100)은 전기차(300) 충전을 위한 상용전원을 공급하는 건물이나 주차장 등의 공간으로서, 콘센트(110), 변압기(미도시) 등을 비롯한 충전 인프라를 제공하며, 스테이션의 위치, ID 등의 스테이션 식별정보를 전기차(300)에 전송한다.

충전 스테이션(100)과 전기차(300)와의 통신은 전력선 통신(Power Line Communication, PLC)을 통해 이루어질 수 있다. 이를 위하여 충전 스테이션(100)은 내부에 존재하는 복수의 콘센트(110) 중 하나의 콘센트에 PLC 모뎀을 장착하여 전기차(300)가 충전을 위하여 콘센트(110)를 통해 접속될 때 스테이션 식별정보를 전송할 수 있다. 전력선 통신 외에도 충전 스테이션(100)과 전기차(300)와의 통신은 RFID(Radio Frequency IDentification)를 포함하여 다양한 유무선 통신방식에 의할 수 있음은 물론이다.

충전 관제센터(200)는 전기차(300)로부터 스테이션 식별정보, 차량식별정보 등을 수신하여 충전을 위한 인증절차를 수행하고, 인증이 완료되면 충전 허가, 충전 시작/중단 명령 등을 포함한 커맨드(Command)를 전기차(300)에 전송한다. 또한, 충전 관제센터(200)는 전기차(300)로부터 충전량 등의 충전정보를 수신하여 충전요금을 과금하고, 미리 정해진 분배정책에 따라 전력 공급회사(미도시) 및 충전 스테이션(100)의 인프라를 제공하는 충전 인프라 제공자(미도시)에게 전기차(300)로부터 정산된 충전요금을 분배한다.

전기차(300)는 충전 스테이션(100)의 콘센트(110)에 접속하여 전원을 공급받아 충전을 수행하고, 충전 관제센터(200)와의 통신을 통하여 인증정보, 충전에 관한 커맨드, 충전요금 정산을 위한 전력량 정보 등을 송수신한다.

도 2를 참조하면, 전기차(300)는 탑재형 케이블(310), 탑재충전기(320), 충전제어모듈(330), 게이트웨이(340), 및 소켓(350)을 포함한다.

탑재형 케이블(310)은 충전 스테이션(100) 내 마련된 콘센트(110)에 접속하기 위하여 차량에 탑재되는 케이블이다. 탑재형 케이블(310)을 통해 전기차(300)와 충전 스테이션(100)의 접속을 매개하는 별도의 연결 케이블(미도시)을 구비하지 않더라도 콘센트(110)에 직접 접속할 수 있다.

탑재형 케이블(310)은 일단에 콘센트(110)에 접속하기 위한 플러그(Plug)가 마련된다. 탑재형 케이블(310)은 평소에는 코드릴(Cord reel) 등을 통해 보관되다가 충전시에는 사용자가 인출하여 콘센트(110)에 연결할 수 있도록 전기차(300)에 설치된다. 참고로, 탑재형 케이블(310)의 C.G 단자는 접지(Ground)를 위한 단자, L과 N은 전원이 인가되는 단자이다.

탑재충전기(OBC)(320)는 충전 스테이션(100)으로부터 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 전기차(300)에 내장된 배터리(미도시)를 충전한다.

충전제어모듈(330)은 탑재형 케이블(310)과 연결되어 탑재형 케이블(310)을 통해 공급되는 전원에 기초하여 파일럿 신호(Pilot signal)를 생성하고, 생성된 파일럿 신호와 전력을 탑재충전기(320)에 제공한다. 또한, 충전제어모듈(330)은 콘센트(110)에 접속된 탑재형 케이블(310)을 매개로 한 전력선 통신을 통해 스테이션 식별정보를 수신할 수 있다.

게이트웨이(340)는 충전제어모듈(330)과 CAN 통신(Controller Area Network) 등을 통해 정보를 송수신하여 충전제어모듈(330)과 충전 관제센터(200)와의 통신을 매개한다. 게이트웨이(340)는 충전 관제센터(200)와의 통신을 통하여 스테이션 식별정보, 차량식별정보를 포함하여 인증을 위한 정보, 충전요금 정산을 위한 충전량 정보 등을 전송하고, 충전 과정에서의 각종 커맨드를 수신한다. 또한, 게이트웨이(340)는 차문 개폐여부, 엔진 동작 여부 등의 차량 상태정보나 배터리 온도, 배터리 잔량 등의 배터리 상태 정보를 수집하는 상태수집모듈(미도시)과 연동되어, 수집된 정보를 충전 관제센터(200) 및 충전제어모듈(330)에 전송함으로써 충전이 원활하게 이루어지도록 한다.

충전제어모듈(330)은 게이트웨이(340)를 통해 충전 관제센터(200)의 충전 승인, 시작, 중단 등의 커맨드를 전달받아, 이에 기초하여 탑재충전기(320)의 동작을 제어한다.

도 3은 충전제어모듈(330)의 세부 구성을 포함하는 전기차(300)의 블록도이다.

도 3을 참조하면, 충전제어모듈(330)은 전력 계측부(331), 통신부(333), 신호 제공부(335), 및 전원 제공부(337)를 포함한다.

전력 계측부(331)는 탑재용 케이블(310)을 통해 제공되는 전력량을 계측한다. 이는 최종적으로 충전 관제센터(200)에 전달되어 충전 중단 시점을 결정하고, 충전요금을 과금하는 기준으로 활용된다.

통신부(333)는 게이트웨이(340)와의 통신을 위한 CAN 통신모듈뿐 아니라, 전력선 통신을 통하여 스테이션 식별정보를 수신하기 위한 PLC 통신모듈을 모두 포함할 수 있다. 통신부(333)는 게이트웨이(340)와의 통신을 통하여 충전 관제센터(200)의 각종 커맨드를 수신하고, 인증을 위한 스테이션 식별정보 및 전력 계측부(331)를 통해 계측된 전력량을 전송한다.

신호 제공부(335)는 J1772 규격을 포함하여 완속충전의 표준에 따른 신호 처리 프로토콜(Signaling Protocol)에 부합하는 파일럿 신호를 생성한다. 예컨대, J1772 규격에 따르는 경우, 신호 제공부(335)는 탑재형 케이블(310)을 통해 공급되는 전원의 전류, 전압을 센싱하여 충전 스테이션(200)에서 제공 가능한 전원의 최대 전류 및 최대 전압의 레벨정보, 현재 공급되고 있는 전원의 상태 정보 등을 제공하는 파일럿 신호(C.P)를 생성한다. 신호 제공부(335)는 완속충전 표준에 부합하는 사전 설정에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 파일럿 신호(C.P)로 출력할 수 있다.

또한, 신호 제공부(335)는 완속충전의 표준에 따라 파일럿 신호 외에도 전기차(300)가 충전중임을 알리는 프록시미티(Proximity) 검출 신호(Prox)를 출력할 수 있다. 신호 제공부(335)를 통해 출력된 파일럿 신호(C.P)와 프록시미티 검출 신호(Prox)는 탑재충전기(320)로 제공된다.

전원 제공부(337)는 통신부(333)를 통해 수신된 충전 관제센터(200)의 커맨드에 기초하여 탑재형 케이블(310)을 통해 공급된 전력을 탑재충전기(320)로 제공한다. 전원 제공부(337)는 릴레이(Relay) 회로(미도시)를 포함하여, 충전 관제센터(200)의 충전 시작/중단 명령에 따라 릴레이 회로의 스위칭 동작을 제어하여 전력을 탑재충전기(320)로 제공한다.

탑재충전기(320)는 신호 제공부(335)를 통한 파일럿 신호(C.P) 및 프록시미티 검출 신호(Prox)와 전원 제공부(337)를 통해 제공되는 전력을 기초로 배터리를 충전한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기차(300)는 이상에서 설명된 전기차(300)에 자체적으로 탑재된 탑재형 케이블(310)을 통한 제1 충전 경로 외에도 외부 연결 케이블(미도시)을 매개로 한 제2 충전 경로를 제공하기 위한 소켓(350)이 마련된다.

소켓(350)은 별도의 외부 연결 케이블을 매개로 충전 스테이션(100) 내 콘센트(110)와 접속하기 위해 마련된다. 소켓(350)은 J1772 규격을 포함하여 완속충전의 표준에 부합하는 형태를 갖는다.

소켓(350)은 탑재충전기(320)와 전기적으로 연결되어 외부의 연결 케이블이 소켓(350)에 접속되면 연결 케이블을 통해 공급되는 전원이 탑재충전기(320)에 제공되어 충전이 이루어진다. 소켓(350)은 연결 케이블의 커넥터(Connector)에서 생성된 파일럿 신호(C.P)와 프록시미티 검출 신호(Prox)와 연결 케이블을 매개로 공급되는 전원을 탑재충전기(320)에 제공한다.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 전기차(300)는 탑재형 케이블(310)과 충전제어모듈(330)을 거쳐 충전이 이루어지는 제1 충전 경로와 외부의 연결 케이블과 연결된 소켓(350)을 거쳐 충전이 이루어지는 제2 충전 경로를 제공한다. 이를 통해, 어느 한 경로가 불능일 때 다른 경로를 이용하여 충전을 수행할 수 있어 불의의 상황을 대비할 수 있다. 한편, 이와 같이 마련되는 두 개의 충전 경로 중 택일된 경로를 통해 충전을 수행할 수도 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 전기차(300)는 탑재형 케이블(310)과 소켓(350)이 모두 충전 스테이션(100)에 연결되면, 제1 충전 경로와 제2 충전 경로를 동시에 활용하여 충전을 수행하도록 함으로써, 충전 속도를 더욱 향상시키도록 구현될 수도 있다.

또한, 전술된 실시예에서는 게이트웨이(340)를 매개로 충전 관제센터(200)와 충전제어모듈(330)의 통신이 이루어지는 것을 예로 들었으나, 게이트웨이(340)의 기능이 충전제어모듈(330)에 결합되어 게이트웨이(340)를 거치지 않고 충전제어모듈(330)과 충전 관제센터(200)의 퉁신이 직접 이루어지도록 구현될 수도 있음은 물론이다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기차(300) 및 전기차 충전 시스템(1)에 따르면, 전기차(300)에 탑재형 케이블(310)이 자체적으로 탑재되어 있어 별도의 연결 케이블을 구매하는데 드는 비용을 절감할 수 있고 편리한 충전이 가능하다. 또한, 충전요금의 과금을 위한 전력계량기능, 인증을 위한 통신기능을 차량에서 자체적으로 수행하여 위 기능을 제공하는 별도의 사업자를 거치지 않아도 되기 때문에 충전요금의 과금 및 충전 인프라 제공자에 대한 수수료 정산을 위한 시스템을 효과적으로 운용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위의 기재로부터 정의되는 기술적 사상 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해해야 한다.

100: 충전 스테이션 200: 충전 관제센터
300: 전기차 310: 탑재형 케이블
320: 탑재충전기(OBC) 330: 충전제어모듈
331: 전력 계측부 333: 통신부
335: 신호 제공부 337: 전원 제공부
340: 게이트웨이 350: 소켓

Claims

충전 스테이션 내 콘센트에 접속하기 위한 플러그가 마련되는 탑재형 케이블;
입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 배터리를 충전하는 탑재충전기; 및
상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 기초로 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하고, 충전 관제센터로부터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 상기 탑재충전기로 제공하는 충전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차.
제1항에 있어서,
상기 충전제어모듈로부터 충전 스테이션 식별정보와 상기 탑재형 케이블을 통해 공급된 전력량 정보를 수신하여 상기 충전 관제센터에 전송하고, 상기 충전 관제센터로부터 커맨드를 수신하여 상기 충전제어모듈에 제공하는 게이트웨이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차.
제1항에 있어서,
상기 충전제어모듈은,
상기 탑재형 케이블과 연결되어 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전력량을 계측하는 전력 계측부;
상기 충전 관제센터를 통한 인증과 충전요금의 정산을 위하여 상기 충전 스테이션으로부터 수신한 충전 스테이션 식별정보와 상기 전력 계측부를 통해 계측된 전력량 정보를 전송하고, 상기 충전 관제센터의 커맨드를 수신하는 통신부;
상기 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하는 신호 제공부; 및
상기 충전 관제센터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급된 전력을 상기 탑재충전기로 제공하는 전원 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차.
제1항에 있어서,
외부의 연결 케이블을 매개로 상기 충전 스테이션 내 콘센트와 접속하기 위해 마련되는 소켓을 더 포함하고,
상기 탑재충전기는 상기 소켓을 통한 제1 경로 및 상기 충전제어모듈을 통한 제2 경로 중 적어도 어느 하나의 경로를 통해 제공되는 전력을 기초로 상기 배터리의 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차.
전기차를 충전하기 위한 전기차 충전 시스템에 있어서,
전기차의 충전을 위한 전원 및 스테이션 식별정보를 제공하는 충전 스테이션;
전기차로부터 상기 스테이션 식별정보를 포함한 인증 정보를 수신하여 인증을 수행하고, 충전에 관한 커맨드를 상기 전기차에 전송하는 충전 관제센터; 및
상기 충전 스테이션 내 콘센트에 접속하기 위한 플러그가 마련되는 탑재형 케이블, 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 배터리를 충전하는 탑재충전기, 및 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 기초로 파일럿 신호를 생성하여 상기 탑재충전기로 제공하고, 충전 관제센터로부터의 커맨드에 대응하여 상기 탑재형 케이블을 통해 공급되는 전원을 상기 탑재충전기로 제공하는 충전제어모듈을 포함하는 전기차를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.
제5항에 있어서,
상기 충전제어모듈은 전력선 통신을 통해 상기 충전 스테이션으로부터 상기 스테이션 식별정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 시스템.