KR20180051012A

KR20180051012A - 수소차를 이용한 충전시스템

Info

Publication number: KR20180051012A
Application number: KR1020160147788A
Authority: KR
Inventors: 김진선
Original assignee: 주식회사 대해
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-05-16

Abstract

현재 개발된 전기자동차 예를 들어 EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug in Hybrid EV) 등은 충전 인프라의 구축의 한계로 인해 충전소가 충분히 보급되어 있지 않으며, 특성상 충전시간이 오래 걸리는 등 충전소를 이용하여 전기자동차를 충전하는 과정 자체가 매우 번거롭다. 더욱이 충전 피크시간에는 충전소에 도착하더라도 순서를 기다려야 하는 등 여러 가지 불편함이 있다.
본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템(1)에서는 수소연료 자동차의 충전기(200)에 자신이 이동하는데 사용되는 배터리(300-1)의 충전과 무관한 한 개 이상의 충전커넥터(200-3))와 전기요금계산기(200-2)를 추가로 장착하여 다른 전기자동차들을 충전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소차를 이용한 충전시스템 {Charging system using a hydrogen car}

본 발명은 수소연료전지 자동차에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 충전이 필요한 전기자동차들을 일일이 접촉하여 충전서비스를 겸할 수 있는 수소차를 이용한 충전시스템에 관한 것이다.

현재 개발된 EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug in Hybrid EV) 등은 충전 인프라의 구축의 한계로 인해 충전소가 충분히 보급되어 있지 않으며, 비용 문제로 충분한 인프라가 구축되는 데는 많은 시간이 소요될 것으로 예상된다. 전기자동차는 충전이 필요할 때 전기충전소가 주행가능거리(DTE: Distance to empty) 내에 없을 경우 주행 중 완전 방전이 발생할 수 있다.

따라서, 이러한 방전을 방지하기 위해 클러스터에서 배터리 SOC(state of charge) 표시로 충전 경고를 해주고 있다. 더 나아가 전기자동차에서 배터리의 전압 상태를 파악하여 일정치 이하로 떨어지면 지리정보시스템을 이용하여 현재의 자동차 위치로부터 최단 경로에 위치하고 최적의 서비스를 제공하는 전기충전소에 대한 정보를 운전자에게 제공하여 효과적으로 재충전을 할 수 있는 시스템이 제안되고 있으나, 여전히 충전소 절대수가 부족하여 가까운 위치에 있는 충전소의 위치 정보를 확인하기 어렵고 특성상 충전시간이 오래 걸리는 등 충전소를 이용하여 전기자동차를 충전하는 과정 자체가 매우 번거롭다. 더욱이 충전 피크시간에는 충전소에 도착하더라도 순서를 기다려야 하는 등 여러 가지 불편함이 있다.

본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수의 전기자동차 충전소를 설치해야 하는 부담, 충전시간이 오래 걸리는 불편함, 충전 피크시간에 충전소에서 차례를 기다려야 하는 불편함 등을 해소함에 목적이 있다.

본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템에서는 기존의 전기에너지 발생장치 즉 연료전지유닛과 연결되는 충전기에 타 전기자동차들을 충전할 수 있는 충전커넥터와 요금계산기를 장착하여 충전이 필요한 전기자동차로부터 출동신호를 받았을 때 일일이 찾아가서 충전서비스까지 하는 수소차를 이용한 충전시스템을 제공함으로써 상기와 같은 문제점을 해결하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템에서는 전기자동차 충전소가 없는 곳에서도 충전이 필요한 전기자동차들을 일일이 찾아가 충전서비스를 함으로써, 전기자동차 운전자를 위해 고정형 충전소를 많이 건설할 필요가 없으며 전기자동차 운전자가 인근 충전소를 찾아야만 하는 부담감이 없으며, 충전하는 동안 다른 일을 할 수 있기 때문에 번거롭게 기다려야 하는 불편함이 없는 수소차를 이용한 충전시스템을 제공하게 되는 것이다.

1.도 1는 본 발명의 운행시스템 블록도.
2.도 2는 본 발명의 충전시스템 블록도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템은 일반적인 수소연료전지 시스템에 타 전기자동차들을 충전할 수 있게 하기 위해 별도의 충전커넥터와 전기 요금계산기를 장착한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바, 도1은 본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템의 운행시스템을 도식화한 것으로서 일반적인 수소차 구동시스템에 충전커넥터와 전기 요금계산기를 포함한 것이다.

한편, 본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템은 여러 대의 전기자동차들을 동시에 충전할 경우를 대비하여 한 개 이상의 수소연료전지 시스템을 구비할 수 있으며 도2는 이 경우의 구성을 도식화한 것이다.

이들을 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한 가지 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 운행시스템을 도시한 것으로서 일반적인 수소 연료전지차와 같은 스택(100-1), 개질기(100-2), BOP(Balance OF Plants)(300-2)를 포함하는 연료전지유닛(100), 충전기(200), DC/DC 컨버터(200-1), 제어유닛(300), 배터리(300-1), DC/AC 컨버터(100-3) 및 교류전동모터(300-4)등으로 이루어지며 여기에 타 전기자동차들을 충전하기 위하여 충전기(200)에 자신의 배터리(300-1)와 충전과 무관한 별도의 전기요금계산기(200-2)와 충전커넥터(200-3)가 추가로 장착된다.

우선 전기에너지 발생원의 연료전지유닛(100)을 살펴보면, 연료전지유닛(100)은 스택(100-1), 개질기(100-2), 스택(100-1)과 개질기(100-2)의 동작을 보조하는 BOP(300-2:Balance OF Plants)를 구비하고, 제어유닛(300)의 제어에 의해 전기를 발생하며 이는 다시 직류전기를 승압하는 DC/DC 컨버터(200-1)를 통해 충전기(200)에 공급된다. 상기의 BOP(300-2)는 연료를 저장하는 연료저장부, 연료저장부의 연료를 개질기(100-2)로 공급하기 위한 펌프 등이 포함되며 개질기(100-2)는 BOP(300-2)에 의해 공급된 연료를 가열하여 수소를 생성하고, 이를 스택(100-1)으로 공급한다. 즉 개질기(100-2)는 펌프에 의해 연료저장부로부터 공급된 연료와 반응하여 수소 등의 연료가스를 생성한다.

이를 위해 개질기(100-2)는 연료전지 시스템이 시동 온(ON) 상태가 될 때 배터리(300-1)로부터 공급되는 전력에 의해 웜업(warm up)을 수행하는데, 개질기(100-2)의 웜업은 개질기(100-2) 내의 촉매가 촉매활성화 온도에 도달되도록 하여 수소를 안정적으로 발생하도록 하기 위해 수행된다.

스택(100-1)은 개질기(100-2)로부터 공급된 수소와 같은 연료가스와 공기를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 기전력을 발생한다. 여기서 개질기(100-2) 및 스택(100-1)의 반응 메커니즘은 이미 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략 한다.

이와 같이 스택(100-1)이 포함된 연료전지유닛(100)은 발생된 전기를 충전기(200)로 공급하는데, 충전기(200)는 이를 공급받아 제어유닛(300)의 제어에 의해 배터리(300-1)를 충전하거나 다른 전기자동차들을 충전할 수 있으며 이를 위해 충전기(200)에는 1개 이상의 요금계산기(200-2)와 충전커플러(200-3)가 별도로 구비된다.

충전기에 의해 충전된 배터리(300-1)는 역시 제어유닛(300)의 제어에 의해 직류 전기를 DC/AC 컨버터(300-3)보내어 교류로 전환한 다음 교류 전동모터 (300-4)및 기타 부하에 공급할 뿐만 아니라, 본 발명의 연료전지시스템이 시동 시 초기 정상기동을 보장하도록 연료전지유닛(100)에 전력을 공급한다.

또한 배터리(300-1)는 2차 전지로서 연료전지유닛(100)이 정상 기동된 후 발생된 전기에 의해 충전기(200)를 거쳐 충전이 가능하다.

교류 전동모터(300-4)) 및 기타 부하는 도1에서 도시한 바와 같이 배터리(300-1)로부터 DC/AC 컨버터(300-3)를 거쳐 보내온 전기만으로 구동할 수도 있고, 스택(14)에서 발생하여 DC/DC 컨버터(20)를 통해 직접 DC/AC 컨버터(300-3)를 통과한 전기를 추가하여 구동할 수 있는 것이다.

제어유닛(300)의 제어방법은 특허1013822600000호에 상세하게 기술되어 있으므로 여기에서는 설명을 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템(1)는 여러 대의 전기자동차를 동시에 충전하기 위하여 한 개 이상의 연료전지 시스템을 개의 추가로 탑재할 수 있으며, 여기에 추가된 각 충전기(200) 전면에는 또 다시 한 개 이상의 충전커넥터(200-3)가 구비되며, 각각의 충전커넥터(200-3)에는 전기요금계산기(200-2)가 구비되어 있다.

이를 도2에 의거하여 설명하면, 추가된 각 연료전지 유닛(100)은 제어유닛(300)에 의해 배터리(300-1)로부터 웜업에 필요한 전기를 공급받으며 이후 정상기동에 의해 발생되는 전기는 각각의 추가된 DC/DC 컨버터(200-1)를 통해 각각의 충전기(200)에 공급되며, 충전기(200)들은 제어유닛(300)에 의해 배터리(300-1) 혹은 타 전기자동차들에게 전기를 공급한다. 이렇듯 연료전지유닛(100), DC/DC 컨버터(200-1), 충전기(200)들을 별도로 다수개 구비하면 과부하로 인한 손상을 예방하면서 배터리(300-1) 혹은 타 전기자동차들을 동시에 충전할 수 있게 되는 것이다. 또한 배터리(300-1)에 공급되는 전기의 양이 충분하기 때문에 굳이 DC/DC 컨버터(200-1)에서 DC/AC 컨버터(300-3)로 직접 전기를 공급하지 않아도 교류 전동모터(300-4)에 충분한 전력을 제공할 수 있게 된다.

수소차를 이용한 충전시스템(1)
연료전지유닛(100) 스택(100-1) 개질기(100-2)
충전기(200) DC/DC컨버터(200-1)
전기요금계산기(200-2) 충전커넥터(200-3)
제어유닛(300) 배터리(300-1) BOP(300-2)
DC/AC컨버터(300-3) 교류전동모터(300-4)

Claims

본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템(1)에서, 수소연료 자동차의 충전기(200)에 자신이 이동하는데 사용되는 배터리(300-1)의 충전과 무관한 한 개 이상의 충전커넥터(200-3))와 전기요금계산기(200-2)를 추가로 장착하여 다른 전기자동차들을 충전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 수소차를 이용한 충전시스템(1).
본 발명의 수소차를 이용한 충전시스템(1)에서, 중앙의 배터리(300-1)와 제어유닛(300)의 케이블에 연료전지유닛(100), DC/DC 컨버터(200-1), 충전기(200)들을 추가로 연결하여 여러 대의 전기자동차들을 동시에 충전할 때, 각 부품에 과부하가 걸림을 방지한 것을 특징으로 하는 수소차를 이용한 충전시스템(1).