KR20190054629A

KR20190054629A - 콤보 1 및 콤보 2 방식의 동시 충전이 가능한 전기자동차 충전기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20190054629A
Application number: KR1020170151421A
Authority: KR
Inventors: 김경진
Original assignee: 르노삼성자동차 주식회사
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-05-22
Also published as: KR102510321B1; WO2019098646A1

Abstract

본 발명은 복수의 전기자동차를 동시에 충전할 수 있는 전기자동차 충전기에 관한다.
본 발명에 의한 전기자동차 충전기는 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차를 동시에 충전하고, 이를 위해 하나이상의 프로세서를 포함하는 제어부는 릴레이를 제어하여 전력을 전기자동차에 선택적으로 또는 동시에 공급하도록 연결한다. 또한 제어부는 콤보 1 방식과 콤보 2 방식의 전기자동차를 동시에 충전하는 경우 각각의 전기자동차에 공급되는 전력량을 제어하여 효율적으로 충전이 진행되도록 관리함으로써 서로 다른 규격의 충전방식을 가지는 전기자동차들을 동시에 충전할 수 있을 뿐만 아니라 충전시간을 단축할 수 있는 효과도 있다.

Description

콤보 1 및 콤보 2 방식의 동시 충전이 가능한 전기자동차 충전기 및 그 제어 방법 {MULTI CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE USING BOTH COMBO 1 MODE AND COMBO 2 MODE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전기자동차의 충전기와 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 두 대의 전기자동차를 동시에 충전하는 충전기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

전기자동차의 충전을 위해 전기자동차 충전기는 교류 또는 직류 형태의 전력을 전기자동차에 공급한다. 충전기에서 교류 형태로 전력을 공급하는 경우 가정용 전기와 같은 단상 220V의 교류를 공급하거나 삼상의 380V 교류가 공급되고 이에 따라 전기자동차의 충전단자도 달라진다.

직류 형태로 전력을 공급하는 경우도 사정은 다르지 않다. 같은 직류라도 여러 가지 형태의 충전단자가 혼재해 있는 상황이기 때문에 사용자는 자신이 소유한 전기자동차의 충전단자에 따라 충전기를 선택해야 하는 불편이 있다. 현재 직류를 공급하는 급속 충전기는 콤보 1(Combo 1)방식, 콤보 2(Combo 2) 방식, 차데모(CHAdeMO) 방식 등이 있고, 각 방식에 따라 다른 충전단자를 사용한다. 콤보 1 방식은 주로 미국에서 사용되는 방식이고, 콤보 2 방식은 주로 유럽에서, 차데모 방식은 일본을 위주로 사용되는 방식이다. 단상 220V 전력은 주로 가정용 충전기에서 사용하고, 삼상 380V 전류나 직류전류를 사용하는 급속 충전기는 공공장소에 설치된 충전기에서 주로 사용된다.

전기자동차 충전 상황이 이렇다 보니 전기자동차 충전기는 교류 단상 220V단자, 삼상 380V 단자, 콤보 1 단자, 차데모 단자 등을 모두 갖추고 있다. 하지만 이렇게 다양한 충전단자가 난립하는 상황은 사용자나 충전기 제조업자 모두에게 바람직하지 않다. 사용자는 자기 자동차에 맞는 충전단자를 선택하느라 혼란을 겪어야 하고, 충전기 제조업자는 한 충전기에 쓰이지 않을지도 모르는 여러 개의 단자를 모두 넣어야 하고 이로 인한 제조단가 상승도 부담해야 한다.

이러한 상황을 해결하기 위해 충전단자를 콤보 1 방식으로 통일하려는 시도가 진행되고 있다. 콤보 1 방식은 교류 완속 충전과 직류 급속 충전을 모두 지원할 수 있으므로 충전단자만 통일하면 모든 차량에 적용할 수 있다는 이유이기 때문이다.

하지만 국내에서 제조되지 않고 유럽에서 제조되어 수입되는 차량은 콤보 2 방식의 단자를 가지고 있고, 우리나라에 제조시설이 없는 상황에서 이를 콤보 1 방식의 단자로 개조하는 일은 쉽지 않은 일이다.

종래 기술들은 이러한 상황에서 콤보 1 방식과 콤보 2 방식의 충전 단자를 모두 지원하는 충전기를 제공하지 못하고 있고 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차를 동시에 충전하기 위한 제어방법을 제시하지 못하고 있다. 종래 기술인 대한민국 특허공보 제10-2017-0068877에 개시된 발명 역시 다수의 전기자동차 동시 충전을 위한 전력 분배방법만을 개시하고 있을 뿐 콤보 1 방식과 콤보 2 방식을 동시에 지원하기 위한 방법은 제시하지 못하고 있다.

본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 전기자동차 충전 문제의 해결을 위해 연구 노력해 왔다. 콤보 1 모드와 콤보 2 모드의 전기자동차 충전을 모두 지원하고, 전기자동차의 충전상황에 따라 전력을 효율적으로 배분할 수 있는 방법을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 종래의 전기자동차 충전기를 사용하면서 효율적으로 사용되지 못했던 충전 전력을 다른 전기자동차에 사용할 수 있도록 함으로써 충전 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 전기자동차용 충전기를 구현함에 있다.

또한 콤보 1 충전단자와 콤보 2 충전단자를 모두 가지는 전기자동차 충전기를 구현하여 충전단자에 따른 사용자의 불편을 해소하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

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 복수의 전기자동차를 동시에 충전할 수 있는 전기자동차 충전기에 관한 것으로,

본 발명에 따른 콤보 1 방식과 콤보 2 방식의 전기자동차 동시 충전이 가능한 전기자동차 충전기는,

콤보 1 방식의 충전단자; 콤보 2 방식의 충전단자; 충전중인 전기자동차에 대한 정보, 충전 모드 및 충정보를 표시하는 전디스플레이; 입력되는 교류 전류를 출력을 위한 직류로 변환하는 교류-직류 변환부; 상기 교류-직류 변환부의 출력 전류를 콤보 1 방식의 전기자동차 및 콤보 2 방식의 전기자동차에 선택적으로 연결하거나 동시에 연결하기 위한 릴레이부; 상기 콤보 1 방식의 전기자동차 또는 콤보 2 방식의 전기자동차에 충전 가능한 최대 전력 정보를 전송하기 위한 통신부; 및 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차 접속 여부에 따라 상기 릴레이부를 제어하고, 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차가 사용할 수 있는 최대전력을 계산하여 상기 통신부를 통해 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 제어부는 상기 콤보 1 방식의 전기자동차와 상기 콤보 2 방식의 전기자동차를 동시에 충전하는 경우, 상기 콤보 1 방식의 전기자동차의 충전상태와 상기 콤보 2 방식의 전기자동차의 충전상태의 비율과 반비례하도록 상기 콤보 1 방식 및 콤보 2 방식의 전기자동차에 공급되는 전력량을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 콤보 1 충전 방식과 콤보 2 충전 방식을 동시에 지원하는 전기자동차 충전기의 충전방법은,

사용자의 선택에 의해 콤보 1 또는 콤보 2 충전 방식의 제1 전기자동차를 충전을 진행하고,

충전 중 상기 충전중인 전기자동차와 다른 충전방식의 제2 전기자동차의 연결이 감지되면 전기자동차 충전기의 릴레이를 제어하여 상기 제1 전기자동차 및 상기 제2 전기자동차에 동시에 전력을 공급하되,

상기 제1 전기자동차와 상기 제2 전기자동차에 분배되는 전력은 상기 제1 전기자동차의 충전상태와 상기 제2 전기자동차의 충전상태의 비율과 반비례하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 하나의 충전기에서 다수의 차량을 충전할 때 한정된 전력을 효과적으로 분배할 수 있는 효과가 있다.

또한, 콤보 1 방식의 충전단자와 콤보 2 방식의 충전단자를 모두 지원하므로 충전단자의 종류에 구애 받지 않고 다양한 종류의 전기자동차를 충전할 수 있는 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 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차 충전기의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전기자동차 충전 방법의 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차 충전기의 개략적인 구조를 나타낸다.

본 발명에 따른 콤보 1 모드와 콤보 2 모드를 동시에 지원하는 전기자동차 충전기(100)는 콤보 1 충전단자(110), 콤보 2 충전단자(120), 디스플레이(130), 교류-직류 변환기(AC-DC converter, 140), 릴레이부(150), 통신부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.

콤보 1 충전단자는 콤보 1 방식의 충전을 지원하기 위한 충전단자로 단상 교류 완속 충전 방식 소켓인 J1772 소켓과 직류 급속 충전 방식의 소켓의 결합형태로 이루어진다. 콤보 1 충전단자는 주로 미국을 중심으로 사용되고 있다.

콤보 2 충전단자는 콤보 2 방식의 충전을 지원하기 위한 충전단자로 삼상 교류 완속 충전 소켓인 IEC-62196 소켓과 DC 급속 소켓의 결합형태로 이루어진다. 콤보 2 충전단자는 주로 유럽을 중심으로 사용되고 있다.

콤보 2 충전단자의 경우, 직류 단독충전이나 직류+삼상 교류 전력, 직류+단상 교류 전력, 삼상 교류 단독 충전 등 지원하는 충전 방식이 다양하기 때문에 콤보 1 충전단자를 사용하는 경우보다 상황에 따라 효과적인 충전방법을 선택할 수 있는 장점이 있다. 특히 V2G(Vehicle to Grid) 모드에서는 최대 43kW의 교류 전력을 별도의 전력변환 없이 그리드에 공급할 수 있으므로 충전기 구조를 경제적이면서 간단하게 할 수 있는 효과도 있다.

디스플레이(130)에는 충전과 관련된 각종 정보가 표시된다. 터치스크린 디스플레이로 구성되는 경우, 사용자는 자동차의 종류를 선택할 수 있고, 충전 모드를 선택할 수 있다. 자동차의 종류는 콤보 1 충전단자를 사용하거나 콤보 2 충전단자를 사용하는 전기자동차를 말한다. 충전모드는 급속충전, 완속충전 또는 급속충전과 완속충전의 동시 충전 모드를 선택할 수 있다. 또한 충전중에는 디스플레이(130)에 충전중인 차량의 정보, 충전 모드, 차량별 충전 전력과 예상 잔여 시간 등을 표시할 수 있다.

교류-직류 변환기(140)는 전력 공급원의 단상 또는 삼상 교류 전원을 급속 충전을 위한 직류로 변환하여 릴레이부(150)에 전달한다.

릴레이부(150)는 릴레이를 포함하며 제어부(170)의 제어에 따라 교류-직류 변환기의 출력 전력을 콤보 1 충전단자(110) 또는 콤보 2 충전단자(120)에 연결한다. 릴레이는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 소자를 이용하여 구현될 수 있다.

통신부(160)는 제어부(170)가 계산한 각 전기자동차 별 전력을 PLC(Power Line Communication) 통신 방법 등을 사용하여 각 전기자동차에 전달한다. 통신 방법은 PLC 통신 외에도 PWM(Pulse Width Modulation), CAN(Controller Area Network), MOST(Media Oriented Systems Transport) 통신, LIN (Local Interconnect Network) 통신 등의 다양한 방법들이 사용될 수 있다.

제어부(170)는 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차의 접속여부에 따라 릴레이부(150)에 포함된 릴레이들을 제어한다. 또한 각 전기자동차 별 가용한 최대전력을 계산하여 각 전기자동차에 통신부(160)를 통해 전달한다. 제어부(170)는 하나이상의 프로세서 및 메모리로 구성된다.

제어부(170)는 특히, 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차가 동시에 충전 중일 때는 각 전기자동차로 분배되는 전력을 계산하여 통신부(160)를 통해 각각 통보한다. 가장 간단하게는 가용한 전력의 절반씩을 두 전기자동차에 분배하는 방법이 있겠으나, 자동차별로 충전 상태(SOC: State of Charge)가 다르다면 효율적인 충전이 되지 못한다. 예를 들어 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차의 충전 상태가 각각 10%, 90% 이면 콤보 2 방식의 전기자동차는 이미 90%의 전기가 충전된 상태이기 때문에 금방 충전이 끝나지만 전력은 여전히 50:50의 비율로 배분이 되므로 50% 전력은 버려지는 셈이 되는 것이다.

따라서 본 발명에서는 다른 배분방법을 제안한다. 그것은 바로 각 전기자동차의 SOC에 따라 전력을 배분하는 것인데, SOC가 높을수록 적은 전력을 공급함으로써 두 대의 전기자동차가 충전되는 시간을 최적의 속도로 제어하는 것이다. 예를 들어 콤보 1 방식의 전기자동차의 충전률은 90% 이고 콤보 2 방식의 전기자동차의 충전률이 10% 이면, 콤보 1 방식의 전기자동차에 공급되는 전력과 콤보 2 방식의 전기자동차에 공급되는 전력의 비는 50:50이 아니라 10:90으로 제어하는 것이다. 제어부(170)는 실시간으로 각 전기자동차 배터리의 SOC를 계속 체크하여 전력 비율을 계산하고 제어함으로써 충전시간을 단축할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 어느 바람직한 실시예에 따른 전기자동차 충전방법의 흐름도를 나타낸다.

사용자는 충전기의 디스플레이에서 충전할 전기자동차(제1 전기자동차)의 충전방식을 선택하고(S210) 사용자 인증을 마친 다음 충전을 시작한다(S220). 사용자가 차종을 선택하면 충전기가 선택한 차종에 대응하는 충전단자 모양을 디스플레이에 표시하거나, 사용자가 자신의 차종에 맞는 충전단자를 연결하면 연결상태를 인식하여 자동으로 해당 충전단자를 통해 전력을 공급하는 방법도 가능하다. 예를 들어 사용자가 디스플레이에서 자신의 자동차인 르노삼성자동차의 SM3를 선택하면 충전기는 디스플레이에 차량에 맞는 방식의 충전단자를 디스플레이하고, 사용자는 이를 보고 자신의 자동차에 맞는 콤보 충전단자를 연결할 수 있다. 또는 사용자가 자신의 전기자동차의 연결방식을 알고 있는 경우라면 콤보 1 또는 2 방식의 충전단자를 연결하여 차종 선택 없이 바로 충전을 시작할 수 있는 것이다.

제1 전기자동차의 충전 중에 충전기는 다른 전기자동차(제2 전기자동차)가 새로 충전기에 접속되었는지를 확인한다(S230). 새로운 전기자동차의 접속이 없으면 제1 전기자동차의 충전을 계속 진행한다(S220).

제2 전기자동차의 접속이 감지되면 충전기의 제어부는 릴레이를 제어하여(S240) 전력공급원의 전력이 제1 전기자동차와 제2 전기자동차에 공급되도록 한다.

충전기에서 공급할 수 있는 전력은 제한되어 있으므로 충전기는 제1 전기자동차와 제2 전기자동차에 공급되는 전력을 적절히 분배해야 한다(S250).

간단하게는 제1 전기자동차와 제2 전기자동차에 50:50의 비율로 전력을 공급할 수 있다. 그럴 경우 먼저 충전하고 있던 제1 전기자동차의 충전속도가 느려지게 되므로 제1 전기자동차에 더 많은 전력을 공급하여 60:40 혹은 70:30 등의 비율로 전력을 공급하는 방법도 생각해 볼 수 있다. 또는 각 전기자동차의 SOC의 비율에 반비례하게 전력을 분배하는 방법은 앞에서 본 바와 같다.

본 발명의 이러한 콤보 1 방식와 콤보 2 방식을 동시에 지원하는 전기자동차 충전기에 의해 충전단자와 무관하게 전기자동차를 충전할 수 있는 효과가 있고, 두 대 이상의 전기자동차를 충전할 때 효과적으로 전력을 분배할 수 있는 장점이 있다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 충전 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

콤보 1 방식의 충전단자;
콤보 2 방식의 충전단자;
충전중인 전기자동차에 대한 정보, 충전 모드 및 충정보를 표시하는 전디스플레이;
입력되는 교류 전류를 출력을 위한 직류로 변환하는 교류-직류 변환부;
상기 교류-직류 변환부의 출력 전류를 콤보 1 방식의 전기자동차 및 콤보 2 방식의 전기자동차에 선택적으로 연결하거나 동시에 연결하기 위한 릴레이부;
상기 콤보 1 방식의 전기자동차 또는 콤보 2 방식의 전기자동차에 충전 가능한 최대 전력 정보를 전송하기 위한 통신부; 및
콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차 접속 여부에 따라 상기 릴레이부를 제어하고, 콤보 1 방식의 전기자동차와 콤보 2 방식의 전기자동차가 사용할 수 있는 최대전력을 계산하여 상기 통신부를 통해 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콤보 1 방식과 콤보 2 방식의 전기자동차 동시 충전이 가능한 전기자동차 충전기.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 콤보 1 방식의 전기자동차와 상기 콤보 2 방식의 전기자동차를 동시에 충전하는 경우, 상기 콤보 1 방식의 전기자동차의 충전상태와 상기 콤보 2 방식의 전기자동차의 충전상태의 비율과 반비례하도록 상기 콤보 1 방식 및 콤보 2 방식의 전기자동차에 공급되는 전력량을 제어하는 것인, 콤보 1 방식과 콤보 2 방식의 전기자동차 동시 충전이 가능한 전기자동차 충전기
하나이상의 프로세서와 메모리를 포함하고 콤보 1 충전 방식과 콤보 2 충전 방식을 동시에 지원하는 전기자동차 충전기의 충전방법에 있어서,
사용자의 선택에 의해 콤보 1 또는 콤보 2 충전 방식의 제1 전기자동차를 충전을 진행하고,
충전 중 상기 충전중인 전기자동차와 다른 충전방식의 제2 전기자동차의 연결이 감지되면 전기자동차 충전기의 릴레이를 제어하여 상기 제1 전기자동차 및 상기 제2 전기자동차에 동시에 전력을 공급하되,
상기 제1 전기자동차와 상기 제2 전기자동차에 분배되는 전력은 상기 제1 전기자동차의 충전상태와 상기 제2 전기자동차의 충전상태의 비율과 반비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 콤보 1 충전 방식과 콤보 2 충전 방식을 동시에 지원하는 전기자동차 충전기의 충전방법