KR20210121064A - 전력 관리형 전기 자동차 충전 스테이션 - Google Patents

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KR20210121064A
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투판 차우두리
얀 쿠에닌
마틴 벤스트라
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그린 모션 에스에이
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Abstract

본 발명은 적어도 하우스(1), 에너지 생산자(2, 3, 4, 7) 및 에너지 소비자(2, 5, 7)를 포함하는 네트워크에서 적어도 하나의 전기 자동차(7)용 전기 자동차 충전 스테이션(6)에 관한 것이다.

Description

전력 관리형 전기 자동차 충전 스테이션
대응 출원
본 출원은 2019년 1월 30일에 그린 모션 에스에이(Green Motion SA)란 이름으로 출원한 초기 유럽 특허 출원 제 EP19154539.1호의 우선권을 주장하며, 이 초기 출원은 그 전체가 참조로서 본 출원에 포함된다.
본 발명은 에너지 소비자 또는 생산자일 수 있고 그러한 환경에서 서로 연결되는 전기 장치 같은 장치들의 네트워크를 구비한 스마트 하우스 분야에 관한 것이다.
도 1은 상이한 전력 생산자/소스 및 소비자에 연결된 스마트 하우스의 개략적인 구성을 나타낸다. 여기서, 이 구성에 있어서, 하우스는 로컬 네트워크(local network: LN)의 중심을 형성하며, 모든 전원 및 다른 소비자는 하우스에 연결된다.
보다 구체적으로, 비제한적인 예로서, 도 1은 전기 생산자/소스 및 소비자 같은 전기 시스템의 로컬 네트워크(LN)에 있는 하우스(1)를 특징으로 한다. 예로서, 도 1에는 메인 전원(2) (예컨대, 그리드), 로컬 에너지 생산 수단(3) (예컨대, 태양광 패널), 가령 배터리(4) 같은 에너지 저장 수단, 및 히트 펌프(5)와 전기 자동차 충전 스테이션(6) (electrical vehicle charging station: EVCS) 등의 에너지 소비자가 도시되어 있다.
따라서, 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같은 최신 스마트 하우스(1)는 다수의 전력 생산자/소스(2-4) 및 전력 소비자(1, 5, 6)를 포함하며, 이들 중 일부 소스 및 소비자는 통신할 수 있는 특정 능력을 가지며, 나머지는 갖지 않는다. 현재, 이러한 모든 장치가 함께 통신하고 주어진 시점에서 우선적으로 이용가능한 전력을 소비할 장치를 결정할 수 있는 공통 표준은 아직 없다.
스마트 미터의 사용은 상기 문제를 해결하기 위한 한가지 방식이지만, 다수의 이들 미터를 설치하고 미터와 장치 간의 통신을 설정하는 것이 필요하며, 이는 상이한 스마트 미터 회사에서 제공하는 독점적인 프로토콜을 사용하여 수행해야 한다.
네트워크 등에서 전기 자동차 충전 스테이션(6)을 추가하는 것은 원칙적으로 이를 더 복잡하게 만들지는 않으나, EVCS 제조업체의 경우, 이는 기존의 어떤 스마트 미터와 통신하려는 것이라면, 유닛이 기존의 모든 프로토콜로 프로그래밍되어야 하는 것을 의미한다. 이는 비용이 많이 들 수 있으며, 가능하다면 많은 유지보수 노력을 필요로 한다.
또한, 오래된 하우스에 스마트 미터를 설치할 경우 특정 비용이 들게 되며, 투자 수익률이 항상 보장되는 것은 아니다. 또한, 로컬 네트워크의 모든 장치들 간의 연결 및 통신이 가능하려면 하드웨어 및 소프트웨어의 다른 조정이 필요할 수 있다.
스마트 장치를 모두 구비하지 않은 하우스의 경우, 현재는 로컬 네트워크에서 전기 자동차(7)를 충전하는데 어떤 전력을 사용하고 에너지를 어떻게 적절하고 경제적으로 관리할 수 있는지를 규정하는 간단한 방법이 없다.
하우스(1)가 가령, 태양광 패널(3) 같은 전력 생산 수단 및 소스를 구비하는 경우는 훨씬 더 복잡해진다. 사용자는 일반적으로 추가 에너지 소스를 가능한한 가장 스마트한 방식으로 사용하는 방식을 규정하려고 하지만, 이는 전체 하우스(1), 소비자 및 로컬 네트워크의 즉각적인 생산 및 소비 데이터에 따라 달라지기 때문에, 전기 자동차(7)(electrical vehicle: EV)를 충전하는데 얼마나 많은 전력을 사용할 것인가를 간단한 방식으로 규정할 수가 없다.
특허공보 AU 2014218477(US 2009/0177580에 대응하는 특허)에는 전기 자동차용 네트워크 제어식 충전 시스템이 개시되어 있다. 이 종래 기술에 상세하게 언급된 바와 같이, 전기 자동차는 로컬 전기 그리드에서 재충전될 수 있다. 이들 자동차는 로컬 전기 그리드로 전달되는 전력의 소스가 될 수도 있다. 전기 자동차에 저장된 전기를 로컬 전기 그리드로 전달하는 것을 비히클-투-그리드 (vehicle-to-grid, V2G)라 칭한다. V2G는 회생 제동을 갖는 배터리 전기 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차 같이, 그 자체 충전 장치를 갖는 전기 자동차의 경우 특히 매력적이다. V2G는 최대 부하 평준화(peak load levelling)에 바람직하며, 수요가 가장 높을 때는 전력 수요를 충족하는데 도움을 준다. V2G는 널리 이용되지 않으며, 소규모 예비 테스트에서 주로 사용된다. 최대 부하 평준화를 지원하도록 보다 광범위하게 사용 가능한 수요 반응 및 V2G가 필요하다. 이러한 취지에서, 상기 종래 기술은 전기 자동차용 네트워크 제어식 충전 시스템을 제안하고 있으며, 이 시스템에서 사용되는 네트워크 제어식 전기 아울렛을 설명하고 있다. 이 시스템은, Smartlets(등록상표 명)와 전기 자동차 오퍼레이터가 무선 통신 링크를 통해서 통신하고; SmartletsTM는 LAN에 의해 데이터 제어 유닛에 연결되며; 데이터 제어 유닛은 WAN을 통해서 서버에 연결되는 바와 같이, 망으로 연결될 수 있는 SmartletsTM라 부르는 전기 아울렛을 포함한다. 서버는 (결제용 계정 정보를 포함한) 소비자 프로필; (전력 회사에서 실시간으로 갱신되는) 전력 회사의 전력 그리드 부하 데이터; 정부의 세금 목적으로 필요할 수 있는 전기 소비 데이터; 및 전기 자동차 전력 소비세 계산을 허용하도록 세무당국으로부터 수신한 세율 정보를 저장할 수 있다. 이 시스템은 차량 대 그리드(vehicle-to-grid)에 사용할 수 있다. 이 발명의 시스템은 전기 자동차에 의해 소비된 전기에 대한 세금 징수를 돕는데 사용할 수 있으며, SmartletTM 시스템은 전기 자동차에 의해 소비된 전기의 정확한 측정 및 보고를 제공한다.
국제공개특허공보 WO 2017/205690(US 2018/0001781에 대응하는 특허)에는 전기 자동차 충전용 전력 모듈의 동적 할당을 위한 방법이 개시되어 있다. 구체적으로, 개시된 충전 시스템은 한번에 디스펜서들 중 어느 하나에 전력을 공급할 수 있는 하나 이상의 전력 모듈을 각각 포함하는 다수의 디스펜서를 포함한다. 디스펜서는 하나 이상의 로컬 전력 모듈에 전환 가능하게 연결되고 또 다른 디스펜서에 원격으로 위치된 하나 이상의 전력 모듈에 전환 가능하게 연결되는 제1 전력 버스를 포함한다. 하나 이상의 로컬 전력 모듈은 다른 디스펜서의 제 2 전력 버스에 전환 가능하게 연결된다. 디스펜서는 로컬 전력 모듈과 원격 전력 모듈이 제1 전력 버스에 전환 가능하게 연결되고 그로부터 분리되어 디스펜서와 다른 디스펜서 간에 전력 모듈을 동적으로 할당하도록 하는 제어 유닛을 포함한다.
미국공개특허공보 US 2018/0215276에는 주택에 설치되는 전기 자동차 충전 스테이션이 개시되어 있다. 보다 구체적으로, 이 종래 기술은 전기 부하 관리형의 전기 자동차 충전 시스템용 방법 및 장치를 개시한다. 이 발명의 일 실시예에서, 전기 자동차 충전 시스템은, 전기 자동차를 충전하는데 사용하는 주택에 설치된 충전 스테이션, 및 주택의 전기 회로를 통해 인출되고 있는 전류를 모니터링하는 다수의 전류 모니터를 포함한다. 충전 스테이션은 주택의 전기 서비스 패널에 있는 메인 회로 차단기를 통해 하나 이상의 인입용 전력선(service drop power line) 세트와 연결된다. 인입용 전력선(들)은 전력 그리드로부터 충전 스테이션을 포함한 주택으로 전기를 제공한다. 충전 스테이션은, 각 에너지 판독값이 충전 스테이션을 통해 전기 자동차에 의해 인출되는 임의의 전류와 이격된 별도의 인입용 전력선 세트에 일정량의 전류가 인출되고 있음을 나타내는 전류 모니터로부터 에너지 판독값을 수신한다. 충전 스테이션은 수신한 에너지 판독값을 기반으로 충전 스테이션을 통해 전기 자동차에 의해 인출될 수 있는 전류의 양을 제어하여, 주택의 전기 용량을 초과하고 메인 회로 차단기가 차단되는 것을 피할 수 있다.
미국공개특허공보 US 2011/0204720에는 건물, 자동차 및 장비에서 에너지를 효율적으로 사용, 저장 및 공유하는 것이 개시되어 있다. 일반적인 수준에서, 이 공보는 건물, 자동차, 장비 및 그리드 간에 에너지를 공유하기 위한 에너지 소스 및 저장 시스템과, 이러한 취지에 관한 다양한 실시예를 언급하고 있다. 이 문헌은 전형적으로 하우스가 시스템의 중심에 있는 배경 기술란에서 위에서 논의한 도 1의 구성에 해당하며, 이러한 구성의 단점 역시 위에서 논의하였다. 이 종래 기술은 본 발명의 근본적인 문제를 다루지 않는다.
그러나, 상기 개시된 시스템 및 방법은 시스템에 존재하는 요소들의 한계를 적절히 고려하여, 위에서 언급한 통신 및 에너지 분배 문제를 간단하고 효과적인 방식으로 해결하지 못한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 공지된 시스템 및 방법을 개선하는데 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 (가령, 도 1에 도시된 바와 같은) 기존의 로컬 네트워크 구성에서 쉽게 사용하거나 추가할 수 있는 시스템을 제안하는데 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 요소들이 간단하고 효율적인 방식으로 연결되는 시스템 및 방법을 제안하는데 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 불필요한 생산 및 손실을 피함으로써 비용 효과적이고 효율적인 방식으로 에너지를 관리하는 시스템 및 방법을 제안하는데 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 진보된 기술을 기존 네트워크에서 사용하고 통합하는데 있다.
이들 목적 및 그 밖의 목적은 본 출원에서 설명하고 그 중에서도 청구범위에 규정된 시스템 및 방법에 의해 달성된다.
따라서, 일 실시예에서, 본 발명은 적어도 하우스와 에너지 생산자 및 에너지 소비자를 포함하는 네트워크에서 적어도 하나의 전기 자동차(electric vehicle: EV)용의, 본원에서 설명한 바와 같은 전기 자동차 충전 스테이션(electrical vehicle charging station: EVCS)에 관한 것이다. EVCS는, 바람직하게는 하우스의 전력 그리드에 대한 하나의 단일 연결점 및 EV로부터 그리고 네트워크의 다른 소스/생산자 및/또는 소비자에 전력을 공급하고 그로부터 전력을 인출하는 능력을 포함하며, 정보를 처리하는 계산 장치(가령, 컴퓨터), 및 적어도 한명의 최종 사용자 및/또는 적어도 하나의 서버(원거리이든 아니든)에 데이터를 전송하고/그로부터 수신하는 (즉, 데이터를 교환하는) 연결 솔루션을 더 포함한다.
일부 실시예에서, EVCS는, 이 EVCS에 직접 부착된 적어도 하나의 추가 에너지 소스를 포함한다. 추가 소스는 (태양광 패널을 통한) 태양 에너지 또는 에너지 저장 수단이나 또 다른 동등한 소스/저장장치일 수 있다.
EVCS는, 바람직하게는 하우스의 메인 파워 인렛에서 전력을 측정하는 전력 측정장치에 연결된다. 따라서, EVCS는 하우스의 메인 파워 인렛을 통해 그리드에서 소비되는 최대 허용 전력을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신할 수 있다.
이러한 정보는 EVCS로 하여금 하우스가 그리드에서 인출된 전력을 로컬 네트워크의 요구에 맞게 처리할 수 있는지 여부를 (가령, 영구적으로 또는 설정된 규칙적인 시간 또는 불규칙적인 시간에) 평가하는 것을 가능케 한다. 이러한 결과는 종래 기술, 예를 들어 위에서 인용한 US 2011/0204720에 개시되어 있지 않으며, 근본적으로 상이한 접근법이다.
일부 실시예에서, 또한 EVCS는 하우스의 메인 파워 인렛을 통해 그리드에 주입되는 최대 허용 전력을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신한다. 이 실시예에서, EVCS는 로컬 네트워크의 요소를 에너지 소스로서 사용하며, 얼마나 많은 에너지가 그리드에 공급될 수 있는지를 결정한다. 이것은 하우스의 능력과 네트워크의 소스/생산자에 존재하는 에너지에 따라서도 달라진다.
다음에, EVCS의 계산 장치는, 바람직하게는 네트워크에서 전력의 소비 및 주입에 대한 제한을 초과하는 것을 피하도록, 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 고려하여, 자동차에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어한다. 제한 값은, 예를 들어 연결의 (가령, 물리적인) 용량에 따른 전류 제한, 특정 순간에 규정된 전력 제한(피크 쉐이빙(peak shaving)), 가격 제한에 따른 전력 제한 (비용 최적화) 또는 제로(0) (자체 소비)를 목표로 하는 전류 값일 수 있다.
일부 실시예에서, EVCS는 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 자동차 및/또는 네트워크 및/또는 하우스에서 직접 사용할 수 있는 전력으로 변환하는 수단을 포함한다. 전형적으로 예를 들어, 네트워크 또는 하우스에서 사용할 수 있도록 태양 에너지를 변환하는 변환기가 필요하다.
바람직하게는, 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 변환하는 수단은 능동 스위칭 장치들(actively switched devices)을 사용하는 전력 변환기이다. 능동 스위칭 장치는, 제한되지 않으나, IGBTs, MOSFETs, Si, SiC 또는 GaN 장치일 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 추가 에너지 소스는 EVCS 내에 포함된 로컬 DC 버스에 공급되고 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에서, EVCS는 DC 유형이다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에서, EVCS는 갈바닉 절연(galvanic isolation)을 갖는다.
본 발명의 일부 실시예에서, EVCS는 도달해야 하는 역률값을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신한다.
본 발명의 실시예에서, 추가 에너지 소스는, 제한되지 않으나, 태양광 패널, 배터리, 압축 공기 저장 시스템, 연료 전지 또는 본원에서 설명한 바와 같은 에너지 저장 능력을 갖는 에너지 소스의 조합 등을 포함한다. 다른 동등한 소스도 가능하다.
본 발명의 일부 실시예에서, 추가 에너지 저장 전원이 EVCS 인클로저/케이스 내에 직접 통합된다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에서, 연결 솔루션을 통해서 EVCS가 수신한 (가령, 위에서 규정한 바와 같은) 한계값은 제한되지 않으나, 최종 사용자가 수동으로 설정하거나, 비제한적인 예로서, 룩업 테이블(lookup table)에 저장된 시간대에 따라 자동으로 설정된다.
본 발명의 실시예에서, EVCS는 본원에서 설명하는 바와 같은 시스템에서 사용되는 동적 에너지 가격을 제공하는 서비스에 추가로 연결된다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에서, EVCS는 그리드로부터의 에너지 구매의 최고 가격 및 그리드에 대한 에너지 판매의 최저 가격을 고려하여, EV에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어한다.
본 발명의 실시예에서, EVCS는 에너지 저장 능력을 갖는 적어도 하나의 추가 에너지 소스에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어한다.
본 발명의 실시예에서, EVCS는 EV에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하여, 그리드 에너지의 구매 가격과 판매 가격에 따라 그리드에서의 전력 소비 및 그에 대한 주입을 동적으로 조정함으로써, 에너지 구매 비용 및 판매 이익을 최적화한다.
또한, 본 발명은 적어도 하우스, 에너지 생산자 및 에너지 소비자와의 네트워크를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 본원에서 규정한 바와 같은 적어도 하나의 충전 스테이션을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션, 시스템 및 방법은 첨부한 청구범위 및 비제한의 예시적인 도면에 의해 추가로 규정된다.
본 설명으로부터 쉽게 이해하게 되는 바와 같이, 본 발명은 상이한 기준을 고려하여 네트워크에서 에너지를 관리하는 장치, 시스템 및 방법도 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 장치 및 시스템 (생산자 및 소비자)의 네트워크에 있는 하우스를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 원리에 대한 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 충전 스테이션의 개략적인 실시예를 나타낸다. 이는 추가 전원을 EVCS의 내부 DC 링크에 연결하는 DC/DC 변환 유닛을 사용하는 내부 전력 변환 토폴로지(topology)에 대한 하나의 가능한 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 방법을 도시하는 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 1의 구성은 본 출원의 배경기술에서 논의한 구성이다. 위에서 상세히 설명한 바와 같이, 로컬 네트워크(local network: LN)는, 예를 들어 "별 모양의" 구성으로 모든 에너지 소비자 및 생산자/소스가 연결되는 하우스(1)를 그의 중심에 포함한다.
위에서도 논의한 바와 같이, 이 구성은, 예를 들어 하우스는 일반적으로 스마트 하우스가 아니며, 이 구성이 연결된 모든 장치와 요소, 및 관련된 기술 변화와 적절하고 효율적인 방식으로 작동하려면 많은 조정이 필요한 사실 등의 노출된 이유로 인해서 문제가 된다.
이제, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명 및 그의 실시예를 논의한다.
본 발명에 따른 실시예에서, 제안한 해결방안은 충전 스테이션(EVCS)(6)이 로컬 네트워크의 중심이 되고 상기 네트워크를 관리하는 요소가 되도록 허용함으로써, 확인된 문제를 피할 수 있는 편리한 방식을 제공한다. 도 1에서와 같이, 네트워크의 주변 구성요소로서 이들을 사용하기 보다는 적절한 능력을 갖는 그러한 기능을 이들 스테이션(6)에 추가하는 것이 가능하다. 종래 기술, 예를 들어 US 2011/0204720과 반대로, 본 발명에서 모든 전원은 주거용 배전 시스템이 아니라 EVCS(6)에 연결되며, 상기 EVCS에 의해 관리된다. EVCS(6)는 모든 에너지/전원에 대한 전력 허브를 형성하고, 예를 들어 (가령, 하우스의) 주거용 배전 시스템에 대한 에너지/전력의 분배를 관리한다.
실시예에 따르면, EVCS(6)는 전원(들)/생산자(들)(2-4) 및 소비자(1, 5)에 직접 연결되어 이들을 관리한다(도 4 참조). 따라서, 예를 들어 로컬 네트워크의 소스 (예컨대, 태양 전지(3), 저장장치(4)) 및 그리드(2)에서 사용 가능한 전력이 무엇인지, 로컬 네트워크에서 필요한 전력이 무엇인지를 알 수 있으며, 결과적으로 (소비자 및/또는 소스/생산자의 역할에서) 에너지를 효율적이고 비용 효율적으로 분배하도록 작동할 수 있다.
일부 측면 및 실시예에서, 본 발명은 자동차(7)의 배터리를 충전 및/또는 방전하는 전기 자동차 충전 스테이션(6)에 관한 것으로, 이는 그리드로부터 소비자 (예컨대, 히트 펌프(5))로의 하우스 파워 인렛(2)에 추가하여, 하나 또는 여러 추가 전원(3) (예컨대, 태양광 패널(3)) 및/또는 에너지 저장장치(4)에 직접 연결하는 추가 능력을 갖는다. 본 발명에 따르면, 로컬 네트워크의 요소들은 원칙적으로 에너지가 관리되는 방식에 따라서 소비자나 생산자/소스 중 하나 또는 둘 모두이다. 전형적으로, 하우스(1) 및 히트 펌프(5)는 에너지 소비자가 되고, 태양 전지(3)는 에너지 생산자가 되며, 전기 자동차(7), 저장장치(4) 및 그리드(2)는 에너지 플럭스의 방향에 따라 에너지 생산자 또는 소비자가 된다: 즉, EV는 본원에서 설명한 바와 같이, EV의 배터리가 충전될 때는 소비자가 되고 배터리의 에너지가 로컬 네트워크로 반환될 때는 생산자가 된다.
충전 스테이션(6)은 메인 하우스 파워 인렛(2)에 연결된 전력 측정기(8)를 추가로 갖는다. 전력 측정기(8)는 스테이션(6)에 통합되거나 스테이션(6)과 별개일 수 있다.
충전 스테이션(6)은 물리적 네트워크 (예컨대, 유선) 및/또는 무선 네트워크 등의 연결 솔루션을 통해서 상이한 소스 및 소비자에 연결되어 필요한 정보 (가령, 데이터)를 수신하고 필요한 명령 및/또는 제어신호를 네트워크의 요소들에게 전송한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스테이션(6)은 연결 솔루션을 통해서 데이터를 수신하며, 상기 데이터는 그 중에서도 하우스의 메인 파워 인렛으로부터의, 그리드에서 소비될 수 있는 최대 전력에 관한 정보를 포함한다. 이 데이터/정보는 전형적으로, 예를 들어 자체 전기 네트워크, 퓨즈 등을 고려하여, 하우스(1)가 수용할 수 있는 최대 전력에 따라 달라질 수 있다. 다음에, 이 정보 및 그 밖의 기준에 기반하여, 스테이션(6)은 네트워크에 있는 소비자의 수요가 이 최대 전력 값에 비해 너무 높지 않은지를 평가한다. 예를 들어, 평가 프로세스 또는 방법은 전력의 순간 합의 산출을 기반으로 할 수 있다. 평가 결과에 따라서, 다음에 스테이션은 그리드가 필요한 전력을 제공하기에 충분한지 (그리고 그 값은 충분한지), 및 하우스가 이 전력을 처리할 수 있는지, 또는 다른 에너지 소스, 바람직하게는, 로컬 네트워크의 에너지 소스를 사용해야 하는지를 결정한다. 이들 다른 소스는 전형적으로 태양 전지(3), 저장장치(4) 및 전기 자동차 자체 같은 로컬 네트워크의 소스이며, 이 요소는 에너지 소스일 수도 있다. 따라서, 전기 에너지는 EV에 의해 에너지 소스로서 하우스에 제공될 수 있다.
스테이션(6)은 예를 들어, 사용자가 설정한 기준, 가령 소스들 간의 우선순위나 또 다른 적절한 기준에 기반하여, 어떤 소스를 사용해야 하는지를 결정한다.
제안한 해결방안은 작동 원리가 간단하고 중앙 집중화되어 있으므로, 어떤 종류의 조건에도 강력하다.
상기 방법은 양방향이며, 이는 충전 스테이션(6)이 네트워크의 다른 소스 및 소비자를 관리함과 동시에, 건물(1)의 수요에 기반하여 EV 배터리를 충전 및 방전할 수 있는 것을 의미한다.
실시예에서, 그리드(2)가 제공하는 에너지의 가격은 스테이션(6)에 의한 네트워크(LN)의 에너지 관리에서 한가지 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 에너지 가격이 낮을 때는, 가능한 한 많은 에너지를 국부적으로, 즉 로컬 네트워크에서 저장 능력을 갖는 EV 배터리 및 임의의 전원 (가령, 도 2의 3 및 4)에 저장하는 것이 유리하다.
낮은 것으로 간주되는 가격은 고정 값이거나 그리드에서 취한 에너지 양이 범위 내의 가격에 따라 달라지는 임계값을 갖는 범위일 수 있다. 즉, 에너지 가격이 쌀수록 저장을 위해 더 많은 에너지를 취해 즉시 사용하고, 가격이 오르면, 더 적은 에너지를 취하며, 조정은 예를 들어 선형이거나 다른 규칙을 따를 수 있다. 값은 예를 들어, 사용자 및 공개적으로 사용 가능한 소스 (가령, 인터넷 또는 전용 웹사이트)에서 취한 해당 정보에 의해 미리 결정할 수 있다.
가격이 높을 때는, 그리드(2)에서 전력을 거의 또는 전혀 인출하지 않으며, 배타적이지는 않으나 국부적으로 저장된 에너지를 바람직하게 사용하거나, 국부적으로 생산 및/또는 저장된 에너지로부터 그리드(2)로 전력을 반환하는 것이 유리하다. 낮은 가격 결정에 대해서, 높은 가격은 예를 들어, 사용자가 규정한 임계값을 갖는 설정 또는 미리 결정된 값이나 범위일 수 있으며, 반환된 에너지의 양은 가격에 따라 달라질 수 있다.
에너지를 관리 (그리드에 저장하거나 반환)하는 경우, 그 밖의 파라미터, 예를 들어 시간대나 일기예보, 금년 시즌, EV의 계획된 사용, 하우스 점유 등을 고려할 수 있다.
이 모든 에너지 관리는 최첨단 기술과 사용자가 선택/프로그래밍한 정보/값/데이터에 추가하여, (가령, 인터넷을 통해) 공개적으로 사용 가능한 데이터를 사용할 수 있는 EVCS(6) 수준에서 이루어진다.
이 정보를 사용함으로써, 충전 스테이션(6)은 메인 하우스 인렛(2)에서 전력을 제한하거나 최적화하여, 바람직하게는 사용자에게 비용이 절감되는 효율적인 모드에 도달하도록 하기 위해, 얼마나 많은 전력을 자동차 배터리 또는 네트워크 내의 다른 소스나 저장장치에 충전하거나 그로부터 방전해야 하는지를 매 시간 및 즉석에서 결정할 수 있다.
상기 사항을 달성하기 위해, 위에서 논의한 특징에 추가하여, EVCS(6)는 추가 에너지 소스로부터의 전력을 적어도 자동차(7)에서 직접 사용할 수 있는 전력으로 변환하는 수단을 포함한다. 전형적으로 예를 들어, 태양광 전지(3)의 태양 에너지를 네트워크 또는 하우스(1)에서 사용할 수 있도록 변환하는 변환기가 필요하다.
바람직하게는, 전력을 변환하는 수단은 능동 스위칭 장치를 사용하는 전력 변환기를 포함한다. 능동 스위칭 장치는 IGBTs, MOSFETs, Si, SiC 또는 GaN 장치일 수 있다. 물론, 이들 장치는 비제한적인 예이다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 에너지 소스는 DC/DC 변환 스테이지(9)를 사용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 EVCS 내에 포함된 로컬 DC 버스로 공급된다. 이는 전력을 공급/소비하는 것을 EVCS의 계산 유닛을 통해 효과적으로 제어할 수 있으므로, 모든 소스들 사이에서 전력을 간단하고 효율적인 방식으로 공유할 수 있게 한다.
EVCS(6)는, 바람직하게는 DC 유형이고, EVCS는, 바람직하게는 갈바닉 절연을 갖는다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예에서, EVCS는 도달해야 하는 역률값을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신한다. 최신 스마트 하우스는 프로슈머이므로, 이들은 전력 품질을 능동적으로 제어할 수 있다. 그리드 보조 서비스를 제공하면, 비용을 최적화할 수 있으며 단순히 그리드에 에너지를 판매하는 것보다 더 수익을 창출하는 또 다른 방식이다.
위에서 논의한 바와 같이, 추가 에너지 소스는, 제한되지 않으나, 태양광 패널, 배터리, 압축 공기 저장 시스템, 연료 전지, 풍력발전용 터빈 등을 포함한다. 다른 동등한 소스를 예상할 수 있다. 또한, 도 2에서는 소스들이 서로 가깝게 나타나 있지만, 이것은 제한하는 방식이 아니며, 소스는 하우스(1) 또는 EVCS(6)에 물리적으로 가깝지 않을 수 있지만, 이들을 멀리 배치할 수 있다. 정보를 처리하는 계산 및 전자 수단 역시 단지 국부적일 수 있다. 즉, 네트워크나 네트워크의 요소 또는 상기 수단의 적어도 일부는 국부적이지 않으나, 데이터 전송을 위한 하드웨어 또는 무선 통신 수단과 함께 분산된 수단 및/또는 원격 서버를 사용하여 "클라우드"에 있을 수 있다.
또한, 도 1은 네트워크에 있는 하나의 하우스(1)를 나타내지만, 이것은 단지 예시일뿐이며, 상기 네트워크에 하나를 초과하는 하우스가 있을 수 있다. 하우스는 단독 주택이거나, 하우스는 여러 주택 (가령, 주거용 건물)이나 또 다른 유형의 건물을 포함할 수 있다. 소스/생산자 및 소비자에게도 동일하게 적용된다: 각각 하나씩만 도시하였지만, 네트워크는 예컨대, 여러 태양광 패널(3) 또는 여러 태양열 설비, 여러 저장장치(4), 여러 EVCS(6), 여러 히트 펌프(5), 여러 전기 자동차(7) 등을 다수 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 추가 에너지 저장 전원은 국부적인 공급 및 에너지 손실을 피하기 위해, EVCS(6) 인클로저/케이스 내에 직접 통합될 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 연결 솔루션을 통해서 EVCS가 수신한 (가령, 위에서 규정한 바와 같은) 제한 값은 최종 사용자가 수동으로 설정하거나, 비제한적인 예로서 룩업 테이블에 저장된 시간대에 따라 자동으로 설정된다. 본 발명의 틀 안에서 이러한 설정의 조합을 예상할 수도 있다.
또한, EVCS는 시스템에서 사용할 동적 에너지 가격을 제공하는 서비스에 추가로 연결되어 에너지 가격에 따라 원하는 평가 및 전략의 선택을 수행할 수도 있다.
바람직하게는, EVCS(6)는 설정된 조건을 고려하여 EV에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하고, EVCS는 에너지 저장 능력을 갖는 적어도 하나의 추가 에너지 소스에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어한다.
바람직하게는, EVCS(6)는 EV에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하도록 설정/프로그래밍되어, 그리드 에너지의 구매 가격과 판매 가격에 따라 전력 그리드(2)에서의 전력 소비 및/또는 전력 그리드(2)에 대한 그 주입을 동적으로 조정함으로써, 에너지 구매 비용 및 판매 이익을 최적화한다. 위에서 자세히 설명한 바와 같이, 이러한 조정은 사용자가 설정한 상이한 규칙을 따를 수 있다.
본 발명에 따라 제안한 해결방안의 장점은 충전 스테이션(6)이 다른 하우스 장치와 통신하지 않고 그들의 작동을 방해하지 않으며 로컬 네트워크에서의 실제 생산 및 소비를 기반으로 자체 전력을 독립적으로 조절하고, 로컬 네트워크를 조건 (에너지 수요, 에너지 비용 등)에 맞춰 쉽게 조정할 수 있는 점이다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법의 예를 도 4에 개략적으로 나타내었으며, 이는 ECVS(6)에 정보/파라미터 (가령, 역률, 에너지 가격, 한계값, 측정값, 충전 상태, 타깃 등)의 입력, 및 소비자/생산자 (가령, 하우스(1), EV(7), 추가 에너지 소스(3-5))에 대한 에너지 관리를 도시한다.
본 설명은 본 발명의 전체 규모 및 범위를 나타내는 것으로 의도하지 않았으며 그렇게 해석해서는 안 된다. 본 발명은 첨부한 도면 및 본 발명의 상세한 설명뿐만 아니라, 본원에 다양한 세부사항 수준으로 언급하였고, 본 발명의 범위에 대한 어떤 제한도 요소, 구성요소 등을 포함하거나 포함하지 않는 것으로 의도하지 않았다. 본 발명의 추가적인 측면은, 특히 도면을 함께 참조하는 경우, 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 명백해진다.
또한, 본원에 개시한 시스템 및 방법의 구조, 기능, 제조 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하도록 예시적인 실시예를 설명하였다. 이들 실시예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 당업자는 본원에 구체적으로 설명하고 첨부한 도면에 도시한 시스템 및 방법이 비제한의 예시적인 실시예이고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해서만 규정되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 예시적인 실시예와 관련하여 도시하거나 설명한 특징은 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다. 이러한 수정 및 변형이 본 발명의 범위 내에 포함되도록 했다. 종래의 방법 및 시스템과 관련된 다수의 문제를 본원에서 언급했고, 본원에 개시한 방법 및 시스템은 이들 문제 중 하나 이상을 해결할 수 있다. 이들 문제를 설명함으로써, 해당 기술 분야에서의 그들의 지식에 대한 어떤 인정도 의도하지 않았다. 본 발명의 실시예와 관련하여 특정한 방법 및 시스템을 본원에서 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 범위가 그렇게 제한되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 또한, 다수의 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 적용 가능한 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백하거나 명백해질 것이 분명하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에 있는 그러한 모든 대안, 수정, 균등물 및 변형을 포함하도록 했다.

Claims (26)

  1. 적어도 하우스(1)와 에너지 생산자(2, 3, 4, 7) 및 에너지 소비자(2, 5, 7)를 포함하는 네트워크에서 적어도 하나의 전기 자동차용 전기 자동차 충전 스테이션으로서, 상기 스테이션(6)은:
    -) 하우스(1)의 전력 그리드(2)에 대한 연결점;
    -) 전기 자동차(7)에 전력을 공급하고 그로부터 전력을 인출하는 능력;
    -) 정보를 처리하는 계산 장치; 및
    -) 적어도 한명의 최종 사용자 및/또는 적어도 하나의 서버에 데이터를 전송하고/그로부터 수신하는 연결 솔루션을 포함하고,
    스테이션(6)은 상기 스테이션에 직접 부착된 적어도 하나의 추가 에너지 소스를 포함하고, 스테이션은 하우스(1)의 메인 파워 인렛에서 전력을 측정하는 하나의 전력 측정장치(8)에 연결되며,
    스테이션(6)은 하우스의 메인 파워 인렛을 통해 그리드에서 소비되는 최대 허용 전력을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신하고,
    스테이션(6)의 계산 장치는 전력 소비 및 주입에 대한 제한을 초과하는 것을 피하도록, 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 고려하여, 자동차(7)에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하는 스테이션.
  2. 제 1 항에 있어서, 스테이션(6)은 하우스의 메인 파워 인렛을 통해 그리드에 주입되는 최대 허용 전력을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신하는 스테이션.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스테이션은 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 자동차에서 직접 사용할 수 있는 전력으로 변환하는 수단을 적어도 포함하는 스테이션.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이션은 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 하우스에서 직접 사용할 수 있는 전력으로 변환하는 수단을 적어도 포함하는 스테이션.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 변환하는 상기 수단은 능동 스위칭 장치(actively switched device)를 사용하는 전력 변환기인 스테이션.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 능동 스위칭 장치는 IGBTs, MOSFETs, Si, SiC 또는 GaN 장치를 포함하는 스테이션.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 에너지 소스는 스테이션(6) 내에 포함된 로컬 DC 버스에 공급되는 스테이션.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이션(6)은 갈바닉 절연을 갖는 스테이션.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이션(6)은 도달할 역률값을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신하는 스테이션.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 에너지 소스는 태양광 패널(3), 배터리(4), 압축 공기 저장 시스템 및/또는 연료 전지, 또는 에너지 소스와 에너지 저장 능력의 조합을 포함하고, 스테이션(6)은 에너지 저장 능력에 의해, 추가 에너지 소스에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하는 스테이션.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 에너지 저장 전원이 스테이션(6) 인클로저/케이스 내에 통합되는 스테이션.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 솔루션을 통해서 스테이션(6)에 의해 수신된 한계값은 사용자에 의한 수동 설정 또는 자동 설정에 의해 규정되는 스테이션.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이션(6)은 동적 에너지 가격을 제공하는 서비스에 연결되는 스테이션.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이션(6)은 그리드로부터의 에너지 구매의 최고 가격 및 그리드에 대한 에너지 판매의 최저 가격을 고려하여, 자동차에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하는 스테이션.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이션(6)은 전기 자동차에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하여, 그리드 에너지의 구매 가격과 판매 가격에 따라 그리드에서의 전력 소비 및 그에 대한 주입을 동적으로 조정함으로써, 에너지 구매 비용 및 판매 이익을 최적화하는 스테이션.
  16. 적어도 하우스(1), 에너지 생산자(2, 3, 4, 7) 및 에너지 소비자(2, 5, 7)와의 네트워크(LN)를 포함하는 시스템으로서, 상기 시스템은 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 규정된 바와 같은 적어도 하나의 스테이션을 포함하는 시스템.
  17. 적어도 하나의 전기 자동차용 전기 자동차 충전 스테이션을 사용하여, 적어도 하우스, 에너지 생산자 및 에너지 소비자를 포함하는 네트워크를 관리하는 방법으로서, 상기 스테이션은:
    -) 하우스의 전력 그리드에 대한 연결점;
    -) 전기 자동차에 전력을 공급하고 그로부터 전력을 인출하는 능력;
    -) 정보를 처리하는 계산 장치; 및
    -) 적어도 한명의 최종 사용자 및/또는 적어도 하나의 서버에 데이터를 전송하고/그로부터 수신하는 연결 솔루션을 포함하고,
    스테이션은 상기 스테이션에 직접 부착된 적어도 하나의 추가 에너지 소스를 포함하고, 스테이션은 하우스의 메인 파워 인렛에서 전력을 측정하는 하나의 전력 측정장치에 연결되며,
    스테이션은 하우스의 메인 파워 인렛을 통해 그리드에서 소비되는 최대 허용 전력을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신하고,
    스테이션의 계산 장치는 전력 소비 및 주입에 대한 제한을 초과하는 것을 피하도록, 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 고려하여, 자동차(7)에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 스테이션은 하우스의 메인 파워 인렛을 통해 그리드에 주입되는 최대 허용 전력을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신하는 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 스테이션은 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 자동차에서 직접 사용하는 전력으로 변환하는 방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이션은 적어도 하나의 추가 에너지 소스로부터의 전력을 하우스에서 직접 사용할 수 있는 전력으로 변환하는 방법.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 추가 에너지 소스는 스테이션(6) 내에 포함된 로컬 DC 버스에 공급되는 방법.
  22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 스테이션은 도달할 역률값을 나타내는 값을 연결 솔루션을 통해서 수신하는 방법.
  23. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 에너지 소스는 태양광 패널, 배터리, 압축 공기 저장 시스템 및/또는 연료 전지, 또는 에너지 소스와 에너지 저장 능력의 조합을 포함하고, 스테이션은 에너지 저장 능력에 의해, 추가 에너지 소스에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하는 방법.
  24. 제 17 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 솔루션을 통해서 스테이션에 의해 수신된 한계값은 사용자에 의한 수동 설정 또는 자동 설정에 의해 규정되는 방법.
  25. 제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이션은 동적 에너지 가격을 제공하는 서비스에 연결되고, 스테이션은 그리드로부터의 에너지 구매의 최고 가격 및 그리드에 대한 에너지 판매의 최저 가격을 고려하여, 자동차에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하는 방법.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이션은 전기 자동차에 공급되고 그로부터 인출되는 전력을 제어하여, 그리드 에너지의 구매 가격과 판매 가격에 따라 그리드에서의 전력 소비 및 그에 대한 주입을 동적으로 조정함으로써, 에너지 구매 비용 및 판매 이익을 최적화하는 방법.
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