KR20200030929A - 전기 자동차용 급속 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 급속 충전장치에 관한 것으로, 계통 전력에 연결되어 전기 자동차를 충전하기 위한 전력을 생성하여 공급하는 충전 유닛, 피복재 내에서 전력선을 수용하고 일측 단부가 상기 충전 유닛에 연결되어 상기 충전 유닛의 전력을 전달하는 충전 케이블과, 상기 충전 케이블의 단부에 구비되어 전기 자동차의 리셉터클에 접속되는 커넥터를 포함하는 커넥터 유닛, 및, 상기 충전 케이블의 피복재 내부로 냉각관을 배치하고 상기 냉각관 내부로 냉매를 순환시켜 상기 전력선을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하되, 상기 냉각관은, 상기 커넥터까지 선형으로 연장되는 공급관과, 상기 공급관의 단부에서 벤딩되어 상기 전력선과 상기 공급관을 감는 나선형을 이루면서 냉각 모듈로 복귀하는 회수관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차용 급속 충전장치{Rapid charging apparatus for electric car}

본 발명은 전기 자동차용 급속 충전장치에 관한 것이다.

전기 자동차는, 전기를 사용하여 운행되는 자동차를 의미하는 것으로, 크게 순수 전기 자동차(Battery Powered Electric Vehicle)와 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)로 구분될 수 있다. 순수 전기 자동차는, 전기만을 사용하여 주행하는 것으로, 일반적으로 전기 자동차라 명칭된다. 그리고 하이브리드 전기 자동차는 전기 및 화석 연료를 사용하여 주행하는 것을 의미한다. 이와 같은 전기 자동차에는, 주행을 위한 전기를 공급하는 배터리가 구비된다. 특히, 순수 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차 중 콘센트인(Plug-in) 타입의 하이브리드 전기 자동차의 경우에는, 배터리가 외부의 전원으로부터 공급되는 전류에 의하여 충전되어 전기 모터를 구동한다.

전기 자동차의 충전 방법은 충전 시간에 따라 급속 충전과 완속 충전으로 구분될 수 있다. 급속 충전의 경우에는, 충전기에서 공급되는 직류 전류에 의하여 배터리가 충전되고, 완속 충전의 경우에는 충전기에 공급되는 교류 전류에 의하여 배터리가 충전된다. 따라서 급속 충전에 사용되는 충전기를 급속 충전기 또는 직류 충전기라 하고, 완속 충전에 사용되는 충전기를 완속 충전기 또는 교류 충전기라 한다.

완속 충전은 충전기에 연결된 케이블을 통해 전기 자동차에 교류 220V를 공급하여 전기 자동차의 배터리를 충전하는 방식으로, 차량에 장착된 약 3kW의 충전기가 인가된 교류 220V를 직류로 변환하여 배터리를 충전하게 된다. 배터리 용량에 따라 8~10시간 정도 소요되며 약 6~7kW 전력용량을 가진 충전기가 주로 설치된다.

급속충전은 충전기가 자동차와 제어신호를 주고받으며 교류 삼상 380V를 입력받아 직류로 변환한 다음 직류 100~550V를 가변적으로 공급하여 전기 자동차의 배터리를 충전하는 방식으로, 고압ㆍ고용량 충전으로 충전시간이 적게 소요된다. 배터리 용량에 따라 15~30분 정도 소요된다. 충전기는 고용량의 직류전력을 공급하여야 하므로 50kW 내지 400kW급이 주로 설치된다.

급속 충전의 경우, 배터리의 충전을 위해 고용량의 직류전력이 공급됨에 따라 과충전 방지, 미충전 방지를 위해 충전 전압과 충전 전류를 실시간으로 모니터링하여 배터리 충전을 적절하게 제어할 필요가 있다.

또한, 급속 충전장치는, 고용량의 직류전력을 공급하여야 하므로 직경이 큰 전력선이 사용되고, 동시에 전력선에서 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 별도의 냉각관이 구비된다. 급속 충전용 케이블은 직경이 증가함에 따라 길이 방향에 대한 휨 변형 즉, 유연성(flexible))이 급격히 저하되어 사용자 조작이 매우 어려워지므로, 사용 편의를 위한 유연성을 향상시킬 필요가 있다.

한국공개특허 10-2016-0119147호(216.10.12.공개, 충전 케이블의 냉각)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 급속 충전 과정에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 과열에 의한 중단 없이 충전이 지속적으로 이루어질 수 있는 전기 자동차용 급속 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 직경이 증가하는 충전 케이블에 대하여 유연성을 향상시켜 사용 편의성이 우수한 전기 자동차용 급속 충전장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 자동차용 급속 충전장치는, 계통 전력에 연결되어 전기 자동차를 충전하기 위한 전력을 생성하여 공급하는 충전 유닛, 피복재 내에서 전력선을 수용하고 일측 단부가 상기 충전 유닛에 연결되어 상기 충전 유닛의 전력을 전달하는 충전 케이블과, 상기 충전 케이블의 단부에 구비되어 전기 자동차의 리셉터클에 접속되는 커넥터를 포함하는 커넥터 유닛, 및, 상기 충전 케이블의 피복재 내부로 냉각관을 배치하고 상기 냉각관 내부로 냉매를 순환시켜 상기 전력선을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하되, 상기 냉각관은, 상기 커넥터까지 선형으로 연장되는 공급관과, 상기 공급관의 단부에서 벤딩되어 상기 전력선과 상기 공급관을 감는 나선형을 이루면서 냉각 모듈로 복귀하는 회수관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피복재는, 나선형의 상기 회수관을 따라 요철을 갖는 주름관 구조로 상기 전력선과 상기 냉각관을 피복하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회수관은, 적어도 두 개 이상의 관으로 분리되고, 각 회수관은, 소정 간격을 형성하면서 동일 방향의 나선형으로 감기는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 충전 케이블 내부에 전력선과 함께 냉각관이 구비되어 급속 충전 과정에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 과열에 의한 중단 없이 충전이 지속적으로 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 냉각을 위한 회수관이 나선형 구조를 이루어 충전 케이블의 유연성을 향상시켜 사용자에 대한 사용 편의성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 급속 충전장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전 케이블의 종단면 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 케이블의 횡단면 구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 케이블의 횡단면 구조의 다른 예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 케이블의 냉각관 구조를 나타낸 도면.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 후술되는 본 발명의 실시예들의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 급속 충전장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 주요부인 충전 케이블의 종단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 주요부인 충전 케이블의 횡단면 구조를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1은 참조하면, 본 실시예의 전기 자동차 급속 충전장치는 충전 전력을 공급하는 충전 유닛(100)과, 충전 케이블을 냉각시키는 냉각 유닛(200)과, 전기 자동차에 연결되는 커넥터 유닛(300)을 포함한다.

충전 유닛(100)은 계통 전력에 연결되어 전력을 공급하는 구성으로, AC 전원을 DC 전원으로 전환하는 컨버터, DC 전원을 소정의 전압으로 변환하는 변압기 등을 포함하는 충전 모듈과, 사용자 조작을 위한 조작 모듈, 조작 모듈의 입력 정보에 따라 충전 구동을 제어하는 제어 모듈을 포함하다. 본 실시예의 충전 유닛(100)은 400kW의 충전 용량을 제공할 수 있는 급속 충전 모듈로 구성된다.

냉각 유닛(200)은 충전 유닛(100)의 전단에 설치되어 전력의 공급에 따라 커넥터 유닛(300)이 과열되는 것을 방지하는 구성으로, 냉매를 냉각시키는 냉각 모듈, 냉매를 순환시키는 순환 모듈, 냉매가 흐르는 통로를 제공하는 냉각관(210) 및 냉매의 냉각과 순환을 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 냉각 유닛(200)은 충전 케이블(310) 내부에서 전력선(311)을 따라 냉각관(210)을 배치시키고, 냉각관(210)을 통하여 냉매를 순환시켜 케이블 내부의 열을 흡수하고, 순환된 다시 냉매를 냉각시킨다. 냉매로는 물, 공기, 오일, 상변화 물질을 포함할 수 있으며, 이들 물질에 한정되지 않는다.

본 실시예에서 냉각 유닛(200)은 충전 유닛(100)의 외부에 별도로 구비되는 구성을 예시하였으나, 충전 유닛(100) 내부에서 충전 유닛(100)과 일체로 구성될 수도 있다.

커넥터 유닛(300)은 전지 자동차의 리셉터클에 접속되어 전력을 전달하는 구성으로, 일단이 충전 유닛(100)에 연결되는 충전 케이블(310)과, 충전 케이블(310)의 타단에 마련되는 커넥터(320)를 포함한다. 커넥터(320)는 전기 자동차의 리셉터클에 접속될 수 있는 통상적인 접속 구조를 가지며, 충전 케이블(310)은 전력선(311), 통신선(312), 접지선(313) 등과 함께 냉각을 위한 냉각관(210)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 충전 케이블(310)은 피복재(315) 내부에 충전을 위한 다수의 도선들이 구비되며, 도시된 바와 같이 다수의 전력선(311)과 통신선(312)을 포함한다. 충전장치가 400kW의 전력을 급속으로 공급하기 위해서 전력선(311)은 소정의 직경을 가져야 하며, 필요에 따라 다수의 전력선이 구비되어야 한다. 또한, 피복재(315) 내부에는 전력선(311)을 냉각시키기 위하여 냉각 유닛(200)에서 제공되는 냉각관(210)이 더 배치되며, 냉각관(210)은 냉매가 공급되는 공급관(211)과 냉매가 되돌아가는 회수관(212)으로 구분될 수 있다.

충전 케이블(310)은 이들 다수의 관이 모듈을 이루어 소정의 직경을 가지며, 400kW 용량의 전력을 공급하는 충전 케이블(310)은 대략 100mm 이상의 굵은 직경을 갖게 된다.

본 실시예에서 냉각관(210)은 공급관(211)과 회수관(212)의 구성을 달리한다. 즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 공급관(211)은 전력선(311), 통신선(312) 등과 함께 선형 구조를 이루면서 충전 케이블(310)의 길이 방향을 따라 냉각 유닛(200)에서 커넥터(320)까지 연장된다. 회수관(212)은 공급관(211)이 커넥터(320)까지 연장된 후 그 단부가 벤딩되면서 다시 냉각 유닛(200)으로 연장된다.

본 실시예의 회수관(212)은 전력선(311), 통신선(312), 공급관(211)들의 외측을 따라 나선형으로 감기면서 연장된다.

즉, 충전 케이블(310)은 외부에서 회수관(212)이 나선형으로 감기고, 회수관(212) 표면을 따라 피복재(315)가 감싸는 구조를 이룬다. 충전 케이블(310)은 회수관(212)에 의하여 외부가 나선형 구조를 이루어 길이 방향에 대하여 유연성이 향상되고, 쉽게 휘어지므로 사용의 편의성이 향상될 수 있다.

또한, 피복재(315)는 도 3과 같이 표면이 평평하도록 회수관(212)을 감싸거나, 도 4와 같이 표면이 요철을 갖는 주름관 구조로 회수관(212)을 감쌀 수 있다. 피복재(315)가 주름관 구조를 이루는 경우 충전 케이블(310)은 길이 방향에 대하여 유연성이 더욱 향상되고, 사용의 편의성도 향상된다.

상기와 같은 구성의 충전 케이블(310)은 나선형 구조의 회수관(212)에 의하여 케이블 표면에 주름관 구조를 형성할 수 있으므로, 길이 방향에 대하여 방사상으로 쉽게 휘어져 사용의 편의성이 향상된다. 특히, 급속 충전장치의 충전 케이블(310)은 전력 공급 용량에 따라 그 직경이 크게 증가하고, 금속 전력선의 특성상 직경에 비례하여 유연성을 급격히 감소될 수 있으나, 본 실시예와 같이 표면이 주름관 구조를 이루는 경우 유연성을 상대적으로 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 케이블의 냉각관 구조를 나타낸 도면이다.

냉각 유닛(200)의 냉각관(210)은 커넥터(320)까지 선형으로 연장되는 공급관(211)과 공급관(211)에서 벤딩되어 나선형을 이루면서 다시 냉각 유닛(200)으로 연장되는 회수관(212)으로 구성된다. 본 실시예의 냉각관(210)은 도시된 바와 같이 회수관(212)이 두 개의 관으로 분리되는 듀얼 구조를 이룬다. 공급관(211)은 선형으로 연장되면서 그 단부에서 두 갈래로 분리되고, 각 회수관(212)은 나선형을 이루면서 냉각 유닛(200)으로 연장된다. 이때, 한 쌍의 회수관은 동일한 방향으로 감기는 것이 바람직하다.

이와 같이 회수관(212)이 듀얼 구조를 이루는 경우 동일한 양의 냉매가 흐를 때 회수관(212)의 직경을 줄일 수 있으며, 결국 충전 케이블(310)의 직경을 줄일 수 있는 효과가 있다. 본 실시예에서 회수관(212)은 두 개로 이루어지는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 다수개로 이루어지는 구성도 가능하다 할 것이다. 이때, 각 회수관(212)은 동일한 방향의 나선 구조를 이루고, 각 회수관(212) 사이는 충전 케이블(310) 표면이 요철 구조의 주름관이 형성되도록 소정의 간격을 이루고, 나란하게 감기면서 연장된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

100 : 충전 유닛
200 : 냉각 유닛 210 : 냉각관
211 : 공급관 212 : 회수관
300 : 커넥터 유닛 310 : 충전 케이블
311 : 전력선 312 : 통신선

Claims (4)

1. 계통 전력에 연결되어 전기 자동차를 충전하기 위한 전력을 생성하여 공급하는 충전 유닛;
   피복재 내에서 전력선을 수용하고 일측 단부가 상기 충전 유닛에 연결되어 상기 충전 유닛의 전력을 전달하는 충전 케이블과, 상기 충전 케이블의 단부에 구비되어 전기 자동차의 리셉터클에 접속되는 커넥터를 포함하는 커넥터 유닛; 및
   상기 충전 케이블의 피복재 내부로 냉각관을 배치하고 상기 냉각관 내부로 냉매를 순환시켜 상기 전력선을 냉각시키는 냉각 유닛;을 포함하되,
   상기 냉각관은 상기 커넥터까지 선형으로 연장되는 공급관과, 상기 공급관의 단부에서 벤딩되어 상기 전력선과 상기 공급관을 감는 나선형을 이루면서 냉각 모듈로 복귀하는 회수관으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 급속 충전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피복재는,
   나선형의 상기 회수관을 따라 요철을 갖는 주름관 구조로 상기 전력선과 상기 냉각관을 피복하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 급속 충전장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 회수관은,
   적어도 두 개 이상의 관으로 분리되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 급속 충전장치.
4. 제4항에 있어서, 각 회수관은,
   소정 간격을 형성하면서 동일 방향의 나선형으로 감기는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차용 급속 충전장치.
   

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