KR20200069007A - 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템 - Google Patents

에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치(ESS)와, AC-DC 인버터를 포함하는 다중 급속 충전기를 이용하여 다수의 전기 자동차를 급속으로 충전하는 전기 자동차 충전 시스템에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템은 다수의 전기 자동차의 배터리를 충전하도록, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 AC-DC 인버터를 포함하는 다중 급속 충전기; 상기 다중 급속 충전기에 전력을 공급하는 에너지 저장장치(ESS); 상기 다수의 전기 자동차의 배터리의 충전 상태 정보를 받아 충전 요구시간 및 충전 요구량을 조절하는 제어기; 및 상기 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값 미만일 때 신호를 나타내는 신호부;를 포함하고, 상기 에너지 저장장치는 다수의 배터리 직병렬 조합에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(battery management system)를 포함하는 충방전장치와, 상기 다수의 배터리의 충방전에 따른 에너지 변환을 수행할 수 있는 양방향 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템{ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM USING ENERGY STORAGE SYSTEM AND MULTI-FAST CHARGERS}
본 발명은 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차 또는 EV(electric vehicle)는 석유연료와 엔진을 사용하지 않고, 배터리와 모터를 사용하는 자동차를 말한다.
이러한 전기 자동차는 주차된 상태에서 내부에 장착된 배터리가 충전됨에 따라, 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 운행된다. 상기 배터리를 충전하기 위해서는 충전시스템이 필요한데, 충전시스템은 주로 쇼핑센터나 아파트 주차장에 마련된다. 전기 자동차는 주차장에 주차된 상태로 충전시스템의 전원선을 배터리에 연결하고, 전원선을 도통하거나 차단하도록 스위칭 동작시킴으로써 배터리를 충전할 수 있다.
그러나, 다수의 전기 자동차를 충전하기 위해서는, 먼저 충전하는 차량의 충전이 완료되는 동안 다음 차량이 대기하여야 하고, 차량이 완속으로 충전되는 경우에는 더 많은 시간을 대기하여야 하는 불편함이 있다.
따라서, 다수의 전기 자동차를 동시에 충전하고, 충전속도를 높일 수 있는 전기 자동차 충전 시스템이 개발되어야 한다.
001)대한민국 공개특허공보 10-2018-0088045(2018.08.03.공개)
본 발명의 목적은 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용하여, 다수의 전기 자동차를 동시에 급속 충전할 수 있는 전기 자동차 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템은 다수의 전기 자동차의 배터리를 충전하도록, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 AC-DC 인버터를 포함하는 다중 급속 충전기; 상기 다중 급속 충전기에 연결되어 각각의 전기 자동차에 전력을 전달하는 전력 전달 커넥터; 상기 다중 급속 충전기에 전력을 공급하는 에너지 저장장치(ESS); 상기 다수의 전기 자동차의 배터리의 충전 상태 정보를 받아 충전 요구시간 및 충전 요구량을 조절하는 제어기; 및 상기 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값 미만일 때 신호를 나타내는 신호부;를 포함하고, 상기 에너지 저장장치는 다수의 배터리 직병렬 조합에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(battery management system)를 포함하는 충방전장치와, 상기 다수의 배터리의 충방전에 따른 에너지 변환을 수행할 수 있는 양방향 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 에너지 저장장치(ESS)와, AC-DC 인버터를 포함하는 다중 급속 충전기를 이용하여 다수의 전기 자동차를 급속으로 충전하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 전기 자동차 충전 시스템은 배터리의 충전 상태 정보를 받아 충전 요구시간과 충전 요구량을 조절하는 제어기를 이용하여, 자동차 고객의 선호도를 만족시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 전기 자동차 충전 시스템은 전류센서와 온도센서를 더 포함하여, 배터리의 고장여부를 감지할 수 있으며, 고장난 배터리의 충전 시 발생될 수 있는 배터리 단자의 산화막형성, 배터리 단자의 용융 및 폭발 등을 사전에 방지할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템의 개략도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 다중 급속 충전기를 이용한 전기 자동차 충전 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차 충전 시스템은 다중 급속 충전기, 에너지 저장장치(ESS), 제어기 및 신호부를 포함한다.
상기 전기 자동차 충전 시스템은 예를 들어 주차장에 설치될 수 있다.
상기 에너지 저장장치(ESS)(100)는 스마트 그리드 관련 시스템과 같은 전력계통 중의 하나로, 다중 급속 충전기에 허용 전력 또는 최대 전력 범위 내의 전력을 공급한다.
상기 에너지 저장장치(100)는 충방전장치와 양방향 인버터를 포함한다.
상기 충방전장치는 에너지의 총 용량 및 에너지에 대한 정보를 종합하여 산정된 배터리의 개수만큼 설치된다. 상기 충방전장치는 다수의 배터리 직병렬 조합에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(battery management system)를 포함한다. 상기 BMS는 배터리 충전 프로세스를 제어한다. 상기 충방전장치는 외부에서 공급받은 에너지의 저장 여부, 외부로 공급할지 여부, 전력수급 차질에 따른 정전과 같은 긴급재난 시 전기차로부터 전기 에너지의 역 공급 실시여부를 판단하고 수행한다. 상기 양방향 인버터는 상기 충방전장치에 포함되는 다수의 배터리의 충방전에 따른 에너지 변환을 수행한다.
상기 에너지 저장장치(100)는 예비 전력을 저장하는 하나 이상의 배터리 팩을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 소정의 전력 출력량을 가지며, 상기 에너지 저장장치와 전기적으로 연결된다.
즉, 상기 에너지 저장장치(100)는 전력망의 수요관리에 적극 대응할 수 있을 뿐만 아니라 일정량의 충전 및 전력을 공급할 수 있는 체계를 구축할 수 있어 안정적인 전기차 인프라 구축과 효과적인 전력망의 신뢰도를 향상시키는 장점이 있다.
상기 다중 급속 충전기(200(200a, 200b, 200c,,,))는 상기 에너지 저장장치에 전기적으로 연결된다. 상기 다중 급속 충전기(200)는 다수의 전기 자동차의 배터리를 충전하도록, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 AC-DC 인버터를 포함한다. 상기 AC-DC 인버터는 교류전원을 소정의 직류 전원으로 인버팅하여 급속 충전 전원으로 공급해준다. 이에 따라, 다수의 전기 자동차의 배터리를 급속 충전할 수 있으며, 충전 시간도 단축된다.
각각의 다중 급속 충전기에는 전력 전달 커넥터(미도시)가 연결되어 각각의 전기 자동차에 전력을 전달할 수 있다. 상기 전력 전달 커넥터는 다중 급속 충전기에 전기적으로 연결되는 전선부와 상기 전기 자동차의 배터리에 체결되는 콘센트를 포함하여 구성된다. 상기 전력 전달 커넥터는 배터리 충전과정에서 외부의 접촉 또는 충격으로 인해 전력 전달 커넥터의 피복이 벗겨지는 문제가 발생할 수 있다. 이를 위해, 전력 전달 커넥터의 표면에는 충격방지용 덮개층이 더 형성된다. 상기 충격방지용 덮개층은 충격을 흡수하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 충격방지용 연성의 고무 재질로부터 형성될 수 있다. 또한 연성의 고무 재질에 테트라부틸포스포늄 말로네이트(Tetrabutylphosphonium malonate)를 더 포함시켜, 10~20GPa의 탄성률, 10~20A의 쇼어(shore) 경도를 갖는 충격 흡수 특성이 우수한 충격방지용 덮개층을 형성할 수 있다.
상기 다중 급속 충전기(200)는 배터리의 누전 전류를 감지하는 전류센서를 더 포함한다. 예를 들어, 다수의 전기 자동차가 다중 급속 충전기에 연결되면, 다중 급속 충전기의 내부에 장착된 전류센서가 전기 자동차의 배터리에 접촉되어 누전전류를 감지하게 된다.
상기 다중 급속 충전기(200)는 배터리에서 발생되는 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함한다. 예를 들어, 다수의 전기 자동차가 다중 급속 충전기에 연결되면, 다중 급속 충전기의 내부에 장착된 온도센서가 전기 자동차의 배터리에 접촉되어 배터리의 온도를 감지하게 된다.
상기 다중 급속 충전기(200) 내부에는 정지신호부가 더 장착된다. 상기 정지 신호부는 전류센서와 온도센서의 감지에 따라 배터리의 고장 여부를 감지한다. 이에 따라, 해당 배터리의 고장원인을 차주가 인식할 수 있으며, 고장난 배터리의 충전 시 발생될 수 있는 배터리 단자의 산화막 형성, 배터리 단자의 용융, 폭발 등을 사전에 방지할 수 있다. 또한, 정지 신호부를 통해, 고장난 배터리를 신속히 교체할 수 있게 된다.
상기 제어기(미도시)는 다중 급속 충전기의 인접한 위치에 설치된다. 상기 제어기는 상기 다수의 전기 자동차의 배터리의 충전 상태 정보를 받아 충전 요구시간 및 충전 요구량을 조절한다. 상기 충전 상태 정보는 전기 자동차의 배터리가 얼마만큼 충전되었는지, 충전된 양을 말한다. 상기 충전 요구시간은 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위해 얼마만큼의 시간이 필요한지, 충전이 필요한 시간을 말한다. 상기 충전 요구량은 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위해 얼마만큼의 충전량이 요구되는지를 가리킨다.
상기 제어기는 유무선 통신망을 통해 상기 에너지 저장장치와 정보를 교환하고, 유무선통신망인 이더넷(Ethernet), 전력선 통신(PLC) 또는 와이파이와 같은 랜 접속을 통해 상기 다중 급속 충전기와 정보를 교환한다.
상기 제어기는 에너지 저장장치의 실시간 정보 및 다수의 전기 자동차들의 상태 정보에 근거하여, 에너지 저장장치의 허용 전력범위 내에서 다중 급속 충전기에 전력이 공급되도록 제어한다. 그리고, 상기 다중 급속 충전기에 다수의 전기 자동차가 연결되면, 배터리의 충전 상태 정보를 받아 충전 요구시간 및 충전 요구량을 조절하게 된다.
상기 제어기는 상기 다수의 전기 자동차 중 충전 상태가 가장 낮은 전기 자동차부터 전력을 공급하도록 전류의 양을 조절할 수 있다. 또는, 상기 제어기는 상기 다수의 전기 자동차의 배터리를 동시에 충전하도록 할 수 있다.
예를 들어, 다중 급속 충전기에 5대의 전기 자동차가 연결되면, 충전 상태가 가장 낮은 전기 자동차부터 전력을 공급하도록 하거나, 5대 전기 자동차에 배터리 충전을 동시에 진행할 수 있다.
상기 신호부(미도시)는 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값 미만일 때 사용자 또는 관리자가 인지할 수 있도록 색상 또는 소리로 신호를 나타낸다. 예를 들어, 에너지 저장장치의 기 설정된 기준값을 100kW 라고 정했을 때, 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 점점 소비되어 95kW에 도달한 경우 신호부에 신호가 표시된다. 상기 신호부를 확인한 사용자는 에너지 저장장치에 전력을 공급하도록 할 수 있다.
상기 에너지 저장장치(100)에 대한 충전은 기 설정된 시간대에 수행된다. 예를 들어, 에너지 저장장치에 대한 충전은 야간 기간 중에 수행될 수 있다. 상기 기 설정된 시간대 외의 주간 기간 중에는 상기 에너지 저장장치를 통해 다중 급속 충전기에 대한 충전이 수행될 수 있다. 상기 야간 기간과 주간 기간의 시간 범위는 다양하게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 작동 과정은 다음과 같다.
다수의 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위해, 각각의 다중 급속 충전기에 전기 자동차를 연결한다. 하나의 급속 충전기에는 하나의 전력 전달 커넥터가 연결되어 있다. 각각의 다중 급속 충전기에 연결된 전력 전달 커넥터를 각각의 전기 자동차의 배터리에 체결되도록 한다.
다중 급속 충전기에 전기 자동차의 배터리가 연결되면, 제어기를 통해 배터리의 충전 상태 정보를 받게 되고, 제어기가 충전 요구시간과 충전 요구량을 조절하여 충전 요구시간과 충전 요구량을 다중 급속 충전기의 화면에 표시하게 된다. 이어서 전기 자동차의 배터리 충전이 시작된다.
상기 제어기는 다수의 전기 자동차 중 충전 상태가 가장 낮은 전기 자동차부터 전력을 공급하도록 전류의 양을 조절하거나, 또는, 다수의 전기 자동차의 배터리를 동시에 충전하도록 할 수 있다.
전기 자동차의 배터리 충전이 진행되면서, 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값 미만으로 도달하게 되면, 신호 알림이 표시되면서 에너지 저장장치는 전력을 공급받게 된다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100 : 에너지 저장장치
200 : 다중 급속 충전기(200a, 200b, 200c,,,등)

Claims (5)

  1. 다수의 전기 자동차의 배터리를 충전하도록, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 AC-DC 인버터를 포함하는 다중 급속 충전기;
    상기 다중 급속 충전기에 연결되어 각각의 전기 자동차에 전력을 전달하는 전력 전달 커넥터;
    상기 다중 급속 충전기에 전력을 공급하는 에너지 저장장치(ESS);
    상기 다수의 전기 자동차의 배터리의 충전 상태 정보를 받아 충전 요구시간 및 충전 요구량을 조절하는 제어기; 및
    상기 에너지 저장장치의 잔여 충전용량이 기 설정된 기준값 미만일 때 신호를 나타내는 신호부;를 포함하고,
    상기 에너지 저장장치는
    다수의 배터리 직병렬 조합에 따른 충방전 환경을 제어하는 BMS(battery management system)를 포함하는 충방전장치와, 상기 다수의 배터리의 충방전에 따른 에너지 변환을 수행할 수 있는 양방향 인버터를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 급속 충전기는 배터리의 누전 전류를 감지하는 전류센서를 더 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 급속 충전기는 배터리에서 발생되는 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치는 예비 전력을 저장하는 하나 이상의 배터리팩을 더 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장장치에 대한 충전은 기 설정된 시간대에 수행되고,
    상기 기 설정된 시간대 외의 시간대에는 상기 에너지 저장장치를 통해 다중 급속 충전기에 대한 충전이 수행되는 전기 자동차 충전 시스템.

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