KR20190027493A - 차량간 충전이 가능한 전기 자동차용 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 충전 시스템에 관한다.
본 발명의 충전 시스템은, 충전과 방전을 모두 수행하는 배터리와, 배터리의 출력 전압을 기설정된 전압으로 승압시키는 승압부와, 충전 시스템의 외부로부터 전력을 공급받거나 외부로 전력을 공급하기 위한 충전단자와, 충전 시스템의 충전 또는 방전 모드에 따라 상기 배터리와 상기 충전단자를 직접 연결하거나 상기 승압부와 상기 충전단자를 연결하는 스위치와, 상기 충전 시스템의 충전 또는 방전 모드에 따라 스위치를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 충전 시스템이 충전 모드이면 상기 충전단자와 상기 배터리가 직접 연결되도록 스위치를 제어하여 외부에서 공급되는 전력이 상기 배터리에 충전되도록 하고, 상기 충전 시스템이 방전 모드이면 상기 배터리의 출력이 상기 승압부를 거쳐 상기 충전단자에 연결되도록 스위치를 제어하여 배터리의 전력이 외부로 공급되도록 한다.

Description

차량간 충전이 가능한 전기 자동차용 충전 시스템{ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM FOR VEHICLE TO VEHICLE CHARGING}

본 발명은 전기 자동차의 배터리 충전 기술에 관하며, 특히 IEC 61851-23 (DC electric vehicle charging station) 표준과 관련되는 연구와 개선에 관한 것이다.

전기 자동차가 친환경 교통수단으로 각광을 받으면서 최근 그와 관련된 연구들이 활발히 이루어지고 있다.

전기 자동차는 배터리 용량의 한계 때문에 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차에 비해 주행거리가 짧은 단점이 있다. 이렇게 주행거리가 짧음에도 불구하고 전기 자동차를 위한 충전소는 내연기관 자동차를 위한 주유소에 비해 턱없이 부족한 것이 현실이어서 전기 자동차 운전자들은 항상 주행 중 배터리 방전에 대한 불안함을 가지고 있다.

전기 자동차의 짧은 주행거리로 인한 문제들을 개선하기 위해 배터리의 용량 증가를 포함하여 주행거리를 늘리기 위한 연구들이 계속되고 있고 정부에서도 전기 자동차 충전소를 계속 늘려가고 있는 추세이다.

하지만 여전히 전기 자동차의 주행 중 방전이 되는 상황에 대해서는 대책이 없다. 내연기관 자동차는 주행 중 연료가 고갈되더라도 보험사의 비상급유 서비스를 이용하거나 인근 주유소에서 소량의 연료를 구입하여 직접 자동차에 주입함으로써 가까운 주유소까지 주행이 가능하다. 반면 전기 자동차는 아직까지는 이렇게 간이한 방식으로 충전을 위한 전기를 공급하는 방법이 없기 때문에 가까운 충전소까지 견인을 하는 수밖에 없다.

국내 전기 자동차 제조업체 중 하나인 현대자동차는 그러한 상황에 대처하기 위해 전기 자동차에 대한 긴급출동 및 충전 서비스를 제공하고 있다. 그러나 이 서비스는 아직까지는 서울과 제주에서만 제공되어 지역적 제한이 있고, 충전을 위한 별도의 시스템을 갖춘 차량이 필요하기 때문에 주행 중 방전 상황에 대처하기에는 한계가 있다. 또한 충전을 위한 전용 차량이 도착할 때까지 현장에서 기다려야 하는 불편함도 있으며 인근의 충전 전용 차량이 모두 출동 중이라면 대기 시간은 더욱 길어질 수밖에 없다.

본 발명의 발명자들은 이렇게 주행 중 방전이 된 전기 자동차의 충전을 위한 방안을 연구해 왔다. 충전을 위한 특별히 제작된 차량이 아니라 주변의 일반 전기 자동차를 이용하여 방전 상황에서의 충전을 진행하는 시스템을 완성하기 위해서 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 전기 자동차의 주행 중 방전 상황에서 범용적으로 사용이 가능한 충전 시스템을 구현함에 있다.

본 발명의 이러한 충전 시스템은, 일반적인 전기 자동차를 이용하여 다른 차량으로 전원을 공급할 수 있도록 종래 전기 자동차의 배터리와 충전단자를 그대로 이용하는 충전 시스템을 제안하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 위와 같은 충전 시스템을 통해 방전된 전기 자동차에 전력을 공급함으로써 긴급상황에서의 대기시간을 단축시키는 것에 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명은 전기 자동차용 충전 시스템으로서:

외부에서 공급받은 전력을 저장하거나 저장된 전력을 외부로 공급하기 위한 배터리;

상기 배터리로부터 출력되는 전압을 기설정된 전위로 승압하는 승압부;

상기 배터리의 충전 또는 방전 시 외부와의 연결을 위한 충전단자;

상기 충전단자와 상기 배터리 또는 상기 승압부를 선택적으로 연결하기 위한 스위치; 및

상기 배터리의 충전모드 또는 방전모드에 따라 상기 스위치를 제어하되, 상기 배터리가 충전모드인 경우 상기 충전단자와 상기 배터리가 연결되도록 상기 스위치를 제어하고, 상기 배터리가 방전모드인 경우 상기 충전단자와 상기 승압부가 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 충전 시스템에 있어서, 상기 충전단자는 충전 케이블의 결합 방향을 판단하는 인식부를 포함하고, 상기 인식부의 판단 결과를 상기 제어부에 전달하여 상기 제어부가 상기 판단 결과에 따라 상기 스위치를 제어할 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 충전 시스템은, 상기 충전단자와 연결되는 충전 케이블을 더 포함하고, 상기 충전 케이블은 일측면에 케이블의 결합 방향을 나타내는 인식장치를 포함하며, 상기 인식부는 상기 인식장치의 유무에 따라 상기 케이블의 결합방향을 판단하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 전용 충전 시스템이 아니라 일반적인 전기 자동차를 이용하여 다른 차량에 전력을 공급할 수 있으므로 주변의 일반 전기 자동차를 이용하여 방전된 전기 자동차를 충전할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전용 충전 시스템을 갖춘 차량이 도달할 때까지 기다리지 않아도 되므로 충전을 위한 대기시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성 예를 나타낸다.
도 2는 도 1을 보다 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 충전 시스템의 구성 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 어느 실시예에 따라 다른 전기 자동차를 충전할 때의 시스템의 구성 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 어느 실시예에 따라 충전소로부터 전력을 공급받을 때의 시스템의 구성 예를 나타낸다.
도 6은 볼 발명의 다른 실시예에 따라 충/방전을 자동으로 인식하는 시스템의 구성 예를 나타낸다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성 예를 나타낸다.

종래 기술에 따르면 전기 자동차(120)의 충전을 위해서 충전 시스템(110)를 필요로 한다.

종래 기술의 충전 시스템(110)은 승압컨버터(112), 제어부(114) 및 충전단자(116)를 포함한다.

충전 시스템(110)은 전원그리드 또는 가정용 전원에서 공급되는 AC 또는 DC 전원(150)을 DC전원(130)으로 변환하고 필요한 경우 기설정된 출력 전압으로 승압하여 전기 자동차(120)에 공급한다. 이러한 충전 시스템에 관한 표준 중 하나인 IEC 61851-23 (DC electric vehicle charging station) 표준에는 최대 입력전압과 출력 DC 전압 등이 규정되어 있다.

이를 위해 충전 시스템(110)는 승압 컨버터(112)를 통해 입력 전원(150)을 AC 전원인 경우 DC로 변환하고, 전기 자동차(120)의 충전을 위해 정해진 전압으로 변환하여 전력(130)을 전기 자동차(120)로 전송한다. 충전을 위한 전압으로는 400V 또는 500V 등의 고전압이 사용된다.

충전을 위해 충전 시스템(110)과 전기 자동차(120)는 제어신호(140)를 서로 교환하는데, 이를 위해서는 CAN (controller area network), MOST(Multimedia Oriented Systems Transport), LIN(Local Interconnect Network) 등의 다양한 차량 통신 방식이 사용될 수 있다.

전기 자동차(120)는 충전 시스템(110)으로부터 전력을 공급받아 배터리(122)에 저장하여 차량 운행에 사용한다.

도 2는 충전 시스템과 전기 자동차 사이의 전력 및 제어신호가 송수신되는 구조를 좀 더 자세히 나타낸다.

도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 본 발명의 전기 자동차 충전 시스템(300)의 구성 예를 나타낸다.

차량간 충전을 위한 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 시스템((300)은 제어부(310), 배터리(320), 승압부(330), 스위치(340), 충전단자(350) 및 다이오드(360)로 구성된다.

배터리(320)는 전기 자동차 외부의 전원으로부터 공급받은 전력을 저장하거나 저장된 전력을 외부로 공급하기 위해 사용된다.

전술한 것처럼 다른 전기 자동차의 충전을 위해서는 400V 내지 500V의 고전압이 필요하다. 또한, 완충된 전기 자동차의 배터리 전압이 방전된 전기 자동차의 배터리 전압보다 낮으면 충전 동작이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 배터리(320)의 출력 전압을 필요한 전압으로 상승시키기 위해 승압부(330)가 사용된다.

차량간 충전을 위해서 충전 시스템(300)의 배터리(320)는 충전과 방전이 모두 가능한 양방향성을 가져야 하고, 범용성을 위해 충전단자(350)는 충전시와 방전시에 모두 사용된다. 이를 위해 스위치(340)가 필요하다.

스위치(340)는 제어부(310)의 제어에 의해 충전단자(350)와 배터리(320)를 선택적으로 연결한다. 즉, 충전 시스템(300)이 충전 모드인 경우 충전단자(350)와 배터리(320)가 직접 연결되도록 스위치(340)가 제어되고 외부의 전력이 충전단자(350)를 통해 배터리(320)로 공급되어 충전이 진행된다. 반면 충전 시스템(310)이 방전 모드인 경우 충전단자(350)와 승압부(330)가 연결되도록 스위치(340)가 제어되고 배터리(320)의 전력이 필요한 전압으로 승압되어 외부로 공급된다.

충전단자(350)는 충전케이블(미도시)의 연결을 위해 사용되며 배터리(320)의 충전 또는 방전을 위한 전력 단자와 제어부(310)와 다른 전기 자동차 또는 충전소 등의 충전 시스템과의 통신을 위한 통신 단자를 포함한다.

제어부(310)는 사용자의 조작에 따라 또는 다른 충전 시스템과의 통신을 통해 충전 모드를 결정하고, 충전 모드에 따라 스위치(340)를 제어한다.

다이오드(360)는 충전 시스템(300)의 스위치(340) 연결 오류로 인한 역전류를 차단한다. 사용자가 충전 모드를 잘못 선택하거나 통신 오류 등에 의해 충전 시스템(300)의 연결과 다르게 충전 모드가 선택되는 경우 오동작을 방지하기 위함이다. 즉, 충전 모드인데 스위치(340)가 승압부와 연결되거나 방전 모드인데 스위치(340)가 배터리와 연결된 경우 역전류를 차단함으로써 충전이 되지 않거나 충전 시스템(300)의 파손을 막을 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따라 다른 전기 자동차에 전력을 공급하는 경우의 시스템의 구성을 나타낸다.

다른 전기 자동차(400)에 전력을 공급하는 경우, 제어부(310)는 전력을 공급받는 전기 자동차(400)와의 통신을 통해 충전 모드를 결정한다. 이 때 제어부(310)는 일반적인 전기 자동차 충전소에서 전송하는 제어신호를 CAN 통신 등의 차량 통신 프로토콜을 이용하여 다른 전기 자동차(400)에 전송할 수 있다.

충전 모드가 다른 전기 자동차(400)에 전력을 공급하는 모드로 결정되면 제어부(310)는 스위치(340)를 제어하여 승압부(330)와 충전단자(350)가 연결되도록 한다. 스위치가 연결되면 배터리(320)에서 승압부(330)를 거친 전력은 충전단자(350)와 케이블을 통해 충전이 필요한 전기 자동차(400)로 공급된다.

이를 통해 방전된 전기 자동차(400)는 충전소까지 이동하거나 특수한 장비를 갖춘 다른 차량을 기다리지 않고도 간단하게 충전이 가능하고, 충전된 전력을 이용하여 충전기가 있는 곳까지 이동할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따라 충전소(500) 등으로부터 전력을 공급받는 경우의 시스템의 구성을 나타낸다.

제어부(310)는 충전소(500)와의 통신을 통해 충전 모드를 결정하고, 전원을 공급받는 모드로 정해지면 스위치(340)가 충전단자(350)와 배터리(320)를 바로 연결하도록 제어한다.

전원을 공급받는 모드일 때는 일반적인 전기 자동차의 충전 방식과 동일하게 동작하여 배터리(320)에 전력을 충전한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 시스템의 구성 예를 나타낸다.

본 발명에 따른 충전 시스템(300)은 양방향 충전이 가능하므로 충전 또는 방전 모드를 사용자가 지정해야 하는 불편이 있다. 일반적인 전기 자동차 충전소를 이용하는 경우라면 충전소와의 통신을 통해 충전 모드를 결정할 수 있지만 차량간 충전의 경우에는 어떤 차량이 충전 모드이고 어떤 차량이 방전 모드인지 결정할 수 없기 때문이다. 충전 모드가 잘못 설정된다면 충전이 되지 않거나 최악의 경우 충전 시스템이 파손되는 경우도 발생할 수 있다.

따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 시스템(600)은 전용의 충전 케이블(660)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

충전 케이블(660)은 방전 측 단자(662)와 충전 측 단자(666)가 구분되고, 방전 측 단자(662)는 충전모드 결정을 위한 인식장치(664)를 포함한다. 사용자의 인식을 위해 충전 케이블(660)에는 충전 측과 방전 측이 구분되어 표시될 수 있다.

충전 방향에 맞게 충전 케이블이 연결되면 충전 시스템(600)의 충전단자(650)에 포함된 인식부(652)는 충전 케이블(660)의 인식장치(662)가 연결되어 있는지 확인한다.

인식부(652)는 인식장치(662)의 연결 여부를 제어부(610)에 전달하고, 제어부(610)는 인식장치(662)의 연결 여부에 따라 스위치(640)를 제어한다. 다른 실시예로 인식부(652)가 인식장치(662) 연결여부에 따라 직접 스위치(640)를 제어할 수도 있다. 또한 인식장치(662)의 연결 여부에 따라 제어부(610)는 차량의 표시장치나 사용자의 스마트폰, 또는 별도의 표시장치 등을 이용하여 사용자에게 차량의 충전모드를 알릴 수 있다.

인식장치(662)가 포함되지 않은 충전 측 단자(666)가 연결된 충전 측 차량은 인식부에 의해 인식장치가 없음을 확인하면 충전 시스템 내부 스위치를 충전 모드로 제어함으로써 상대 차량으로부터 전력을 공급받는다.

이렇게 케이블의 연결 방향에 따라 충전 또는 방전 모드를 자동으로 설정하게 함으로써 사용자의 조작 실수에 따른 오동작 또는 파손을 막을 수 있다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템의 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독가능매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독가능매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체, 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (3)

1. 외부에서 공급받은 전력을 저장하거나 저장된 전력을 외부로 공급하기 위한 배터리;
   상기 배터리로부터 출력되는 전압을 기설정된 전위로 승압하는 승압부;
   상기 배터리의 충전 또는 방전 시 외부와의 연결을 위한 충전단자;
   상기 충전단자와 상기 배터리 또는 상기 승압부를 선택적으로 연결하기 위한 스위치; 및
   충전 시스템의 충전모드 또는 방전모드에 따라 상기 스위치를 제어하되, 상기 충전 시스템이 충전모드인 경우 상기 충전단자와 상기 배터리가 연결되도록 상기 스위치를 제어하고, 상기 충전 시스템이 방전모드인 경우 상기 충전단자와 상기 승압부가 연결되도록 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 충전 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 충전단자는 충전 케이블의 결합 방향을 판단하는 인식부를 포함하고, 상기 인식부의 판단 결과를 상기 제어부에 전달하여 상기 제어부가 상기 판단 결과에 따라 상기 스위치를 제어하는 것인, 전기 자동차용 충전 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 충전단자와 연결되는 충전 케이블을 더 포함하고,
   상기 충전 케이블은 일측면에 케이블의 결합 방향을 나타내는 인식장치를 포함하며,
   상기 인식부는 상기 인식장치의 유무에 따라 상기 케이블의 결합방향을 판단하는 것인, 전기 자동차용 충전 시스템.
   

Images