KR20210145185A - 전기차 충전소용 회로 기판 - Google Patents

Abstract

온도 센서(200) 및 전도성 트랙(300)과 충전소(1)의 외부 사이에 전력을 전달하기 위한 단자(300T)를 갖는 전도성 트랙(300)을 포함하는 전기차 충전소(1)용 회로 기판(100)이 개시된다. 온도 센서(200) 및 전도성 트랙(300)은 적어도 하나의 절연층(120, 121, 및 122)에 의해 분리되어, 전도성 트랙(300)의 온도는 적어도 하나의 절연층(120, 121, 및 122)을 통해 온도 센서(200)에 의해 측정된다.

Description

전기차 충전소용 회로 기판

본 발명은 전기차 충전소용 회로 기판 및 이 회로 기판을 포함하는 전기차 충전소에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기차 충전소를 모니터링하는 방법에 관한 것이다.

최근에는, 사용 후에 전기차(EV)들을 재충전하기 위한 전용 충전소들이 점점 더 사용되고 있다. EV 충전소들은 사용성과 운용성을 향상시키기 위한 여러 특징들을 포함하는 것으로 공지되어 있다. 예를 들어, 사용자가 충전 사이클을 보다 정확하게 구성할 수 있게 하는 (예를 들어, 충전 사이클이 발생하는 시기 및 방법을 설정하게 하는) 사용자 인터페이스가 제공될 수 있고; IEC 62196 타입 2 커넥터 타입(Mennekes 커넥터 타입이라고도 함)과 같은 표준 타입의 EV 플러그 커넥터를 연결하기 위한 소켓이 제공될 수 있고; 충전소가 사용자에 의해 원격으로 제어될 수 있거나, 충전소가 전기 요금에 기초하여 충전 사이클을 자율적으로 수행할 수 있도록 무선 어댑터와 같은, 충전소를 인터넷에 연결하는 특징들이 제공될 수 있으며; 동일한 퓨즈 캐비닛에 연결된 충전소들이 서로 통신하고 (예를 들어, 각 충전소에서 선택된 전기 위상을 최적화함으로써) 효율적인 전기 조정을 달성하도록 특징들이 구현될 수 있다.

EV 충전소들은 공공 및 사설 위치들에 설치될 수 있다. 일부 정부 및 지방 자치 단체는 EV 소유자가 할인된 요금으로 또는 경우에 따라 무료로 자신의 EV를 재충전할 수 있는 공공 충전 장소들을 제공한다. 사설 위치들의 경우, 다수의 EV 소유자들이 차고와 같이, 집에 EV 충전소들을 설치한다. 또한, 다수의 회사들은 사용 후 EV들을 사용하고 재충전하기 위해 직원들에 대한 충전소들을 주차 공간 중 일부에 제공한다. 충전소는 옥외에 설치될 수 있으며 천정이 없는 주차 공간 근처 또는 보트를 물로 또는 물로부터 이동시키는 조선대(slipway) 근처와 같이, 비 또는 습기에 노출될 수 있다.

충전 사이클의 특성은 충전소마다 다를 수 있지만, 일부 양태들은 대부분의 충전소들에 공통이다. 통상적으로, 공지된 EV 충전소들의 충전 사이클은 6 내지 12시간의 지속기간이 걸린다. 또한, 충전 사이클 동안, EV 및 충전소는 일반적으로 감독 없이 방치된다. 더욱이, EV 충전소로 그리고 충전소와 EV 사이에 전달되는 전류는 일반적으로 13 내지 60A와 같이 높다.

컴포넌트들, 도체들, 및 접점들을 통한 충전 전류의 전송은, 증가된 전기 저항 또는 전기 아크의 생성으로 인한 과열과 같은 위험한 상태로 이어질 수 있다. 증가된 온도는 대부분의 경우 위험하지 않지만, 과도할 경우, 부품들을 녹이거나 화재를 발생시킬 수 있다. 충전소의 오작동은 차례로 EV에 대한 손상을 초래하거나 치명적인 전압이 사용자에게 노출되게 할 수 있다. 더욱이, 전기 아크의 생성은 매우 위험하며, 빠르게 예기치 않은 가열로 이어지고 쉽게 화재를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 연속 아크는 소켓에서 도체들 사이의 작은 접점들 사이에서 발생할 수 있고, 이는 충전소, EV, 및/또는 충전 사이클이 실행되고 있는 장소를 손상시킬 수 있는 화재로 이어질 수 있다. 따라서, 충전 전류의 전송으로 인해 초래되는 위협적인 환경을 최소화하는 것이 EV 충전소들의 개발에서 중요한 양태이다.

EV 충전소에서 전기 아크의 발생과 온도를 모니터링하고 제어하는 것은 어려울 수 있다.

공지된 접근방식은 EV를 충전소에 연결하는 케이블의 플러그와 같은 커넥터 내부에 적어도 하나의 열 센서를 제공하는 것이다. 특히, 센서는 전기 도체들(또한 핀들 또는 프롱(prong)들로서 공지됨)과 공유되는 하우징 내부에 배열되어, 센서는 하우징의 온도를 측정함으로써 도체들의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다. 그 후, 이러한 온도는 모니터링되어 사전-구성된 최대값과 비교되며, 이러한 비교에 기초하여 EV에 대한 전원 공급이 턴 오프되거나 유지된다. 문헌들(GB 2489988 A 및 US 9,490,640 B2)이 이러한 접근방식의 예들을 제공한다.

특히, 아래의 단점들이 이러한 접근방식에서 관찰된다.

플러그에서 각 도체의 별도의 온도 측정값을 획득하는 것이 어려울 수 있다. 이러한 접근방식의 실시예들에서, 하나 보다 많은 도체가 센서의 측정값들에 영향을 미친다는 것이 종종 발견된다. 이것은 온도가 하나의 도체로 인해 증가했는지 또는 온도가 모든 도체들로 인해 증가했는지를 검출하는 것을 어렵게 한다. 일부 상황들에서, 이러한 증가의 최종 온도가 전체 최대 온도 아래인 경우에도, 단일 도체의 온도가 빠르게 증가할 때 충전 동작을 중지함으로써 손상을 회피하는 것이 중요할 수 있다.

이러한 접근방식의 대부분의 실시예들은 해로울 수 있는 온도 증가를 검출하는데 있어서 너무 느리다. 때때로, 도체에 연결된 전원 소켓 내에서 연속 아크가 발생하며, 이러한 상태는 소켓의 어느 일부분이 손상된 이후 또는 화재가 이미 시작되었을 때만 검출된다.

더욱이, 케이블/플러그 레벨에서 온도 모니터링 및 제어 특징들을 제공하기 위한 선택은, EV 충전소용 제조 공정 외에 케이블용 제조 공정을 구현하는 것을 요구한다. 케이블의 제조 공정은 자동화가 어렵고, 수작업을 요구하며, 구현하는데 고가일 수 있다.

다른 공지된 접근방식은 문서(GB 2489988 A)의 13페이지, 18 내지 27 라인에 언급되어 있다(충전 장비 제조업체는 충전 전류를 사용 가능한 정격 충전 전류의 일부로 제한함으로써 과도한 열 축적 문제를 관리한다). 그러나, 이러한 접근방식은 사용자에게 더 긴 충전 사이클 시간을 부과하는 단점을 갖는다. 특히, 이것은 EV 충전소의 개발 및 설계의 일반적인 목적이 가능한 가장 빠른 충전을 달성하는 것이기 때문에 바람직하지 않다.

공개 특허 US2018/0097316A1은 메이팅 플러그인 커넥터 부품에 연결하기 위한 플러그인 커넥터 부품을 개시한다. 플러그인 커넥터는 i) 하우징 부품; ii) 메이팅 플러그인 커넥터 부품과의 전기적 접촉을 확립하기 위해 하우징 부품에 배열된 적어도 하나의 전기 접촉 엘리먼트; 및 iii) 적어도 하나의 접촉 엘리먼트의 온도 상승을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 디바이스를 포함하는 온도-모니터링 디바이스를 포함한다. 온도-모니터링 디바이스는 평면을 따라 그것의 전체 표면에 걸쳐 연장되고 적어도 하나의 개구 및 적어도 하나의 개구에 배열된 하나의 접촉 표면을 포함하는 지지 엘리먼트를 포함한다. 적어도 하나의 접촉 엘리먼트는 적어도 하나의 접촉 엘리먼트가 접촉 표면과 접하도록 적어도 하나의 개구를 통해 연장하고, 적어도 하나의 센서 디바이스는 적어도 하나의 접촉 엘리먼트의 온도 상승을 검출하도록 지지 엘리먼트 상에 배열된다.

본 발명은 독립항들에 의해 정의된다. 종속항들은 바람직한 실시예들을 정의한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 전기차 충전소용 회로 기판이 제공되고, 이 회로 기판은: 온도 센서; 및 전도성 트랙과 충전소의 외부 사이에 전력을 전달하기 위한 단자를 갖는 전도성 트랙을 포함하고, 여기서, 온도 센서 및 전도성 트랙은, 전도성 트랙의 온도가 적어도 하나의 절연층을 통해 온도 센서에 의해 측정가능하도록 적어도 하나의 절연층에 의해 분리된다.

본 발명에 따른 회로 기판의 효과는 다음과 같다. (충전소용 메인 회로 기판인) 회로 기판은 전기 충전소가 전기차를 충전할 수 있게 하는 회로를 통상적으로 포함한다. 이러한 회로는 인쇄 회로 기판(본 명세서에서는 회로 기판이라고도 지칭함) 상에 통상적으로 배치된다. 본 발명자들은, 이것이 충전 전류가 인쇄 회로 기판 상의 전도성 트랙을 통해 흐를 것이라는 것을 또한 의미한다는 통찰력을 얻었다. 그 후, 본 발명자들은 메인 인쇄 회로 기판 상에서 온도 모니터링을 수행하는 것이 훨씬 쉽고 저렴하다는 것을 인식하였다. 인쇄 회로 기판은 통상적으로 전기 절연 재료로 구성되며, 전도성 트랙들 및 추가의 절연층들이 제공된다. 이들 절연층들은 통상적으로 매우 얇고 열을 매우 잘 전도한다. 따라서, 이러한 통찰력을 가짐으로써, 즉, 적어도 하나의 절연층에 의해 온도 센서로부터 분리되어 있지만 전도성 트랙 위에 온도 센서를 구현함으로써. 전기차 충전소에서 온도 모니터링을 수행하는 것이 갑자기 쉬워진다. 결과적인 해결방안은 컴팩트하고 매우 저렴하다. 본 발명이 제안하는 바와 같은 PCB 온도 모니터링은 이전에 수행된 적이 없다. 종래 기술에서 공통의 가정은 플러그 내부에서 수행되어야 한다는 것이다.

본 발명과 대조적으로, 문헌(US2018/0097316A1)은 지지 엘리먼트를 갖는 고가의 해결방안을 개시하고 있으며, 이는 기본적으로 접촉 엘리먼트들이 돌출하는 홀들을 갖는 여분의 인쇄 회로 기판(PCB)이다. 각 홀 주위에는, 얇은 전도성 링(금속으로 이루어진 비아)이 있고, 임의로, 링은 온도 센서와 전기적으로 절연되지만 온도 센서와 열적으로 결합되는 결합부(또한 얇은 전도성 트랙임)와 결합된다. 링과 결합부가 전기적으로 전도성이지만, 사용되는 것은 열전도성이다. 전기적 관점으로, 링과 결합부는 접촉 엘리먼트와 동일한 전위에 있으며 어떠한 전류도 전도하지 않는다. US2018/0097316A1의 인쇄 회로 기판은 홀들, 링들, 결합부들, 및 온도 센서들만을 포함한다는 것에 더 유의해야 한다. 문헌(US2018/0097316A1)은, 플러그 앤 소켓의 접촉 엘리먼트들 사이의 위치들 및 거리들이 예를 들어, 타입 2 플러그 앤 소켓 표준과 같이 표준화되어 있기 때문에, 이들 모든 엘리먼트들을 인쇄 회로 기판 상에 배치하는 데 어려움이 있음을 개시한다.

사실, 문헌(US2018/0097316A1)의 해결방안은 본 발명에 의해 제시된 바와 같은 해결방안과 결합될 수 있지만(이들이 충전소에서 상이한 레벨에서 작동하기 때문에), 이러한 고가의 해결방안은 본 발명에 의해 완벽하게 불필요하다.

적어도 하나의 절연층 각각은 회로 기판의 층일 수 있다. 또한, 2개의 절연층들이 인접하고 있을 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 절연층은 유리 섬유로 이루어질 수 있다.

단자는 전도성 트랙으로부터 전기차로 전력을 전달하기 위한 전기 커넥터에 연결가능할 수 있거나, 또는 단자는 충전소의 외부로부터 전도성 트랙으로 전력을 전달하기 위한 전기 커넥터에 연결가능할 수 있다.

온도 센서는 서미스터일 수 있다.

일 실시예에서, 센서 및 트랙은 3개의 절연층들의 세트에 의해 분리될 수 있고, 세트는 200 내지 300㎛의 두께를 갖는다.

본 발명의 회로 기판의 실시예에서, 전기차 충전소용 추가의 회로가 제공된다. 이러한 추가의 회로는, 예를 들어, 릴레이들, 컨택터들, 전원들, 및 제어 전자 장치들과 같은 컴포넌트들을 통상적으로 포함한다. 본 발명은 US2018/0097316A1과 같이 플러그의 핀들에 가까운 위치 대신에 충전소의 메인 인쇄 회로 기판(PCB) 상에서 온도 측정에 관한 것임을 이미 설명하였다. 가장 기본적인 실시예들에서, 메인 인쇄 회로 기판은 전기 커넥터들을 고정된 방식(충전은 하나의 구성 및 표준에만 적합하도록 함)으로 서로 연결하는 전도성 트랙들을 주로 포함할 수 있다. 그러나, 보다 실제적인 실시예들은 충전소를 견고하고, 유연하며, 표준들 및 요건들과 호환하게 만들기 위해 상기 추가의 회로를 필요로 할 것이다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 상술한 회로 기판을 포함하는 전기차 충전소가 제공된다. 충전소는 회로 기판과 충전소의 외부 사이에서 전력을 전달하기 위한 전기 커넥터를 포함할 수 있으며, 전기 커넥터는 전도성 트랙의 단자에 연결가능하다.

전기차 충전소의 외부와 전력을 전달하기 위한 커넥터의 사용이 위험한 상황을 야기할 높은 위험성을 갖는다는 것을 인식하였다. 예를 들어, 제조된 회로 기판은 커넥터의 사용이 높은 만큼 위험한 상황을 야기할 위험성을 갖지 않는다. 통상적으로, 회로 기판의 제조 공정은 로봇 정밀도로 자동화될 수 있으며 다수의 품질 체크를 받지만, 커넥터의 사용은 사용자가 전기 케이블의 플러그를 정확하게 연결하고, 전기 기술자가 전기 커넥터의 나사를 정확하게 조이지 않거나, 또는 공기 중의 습도 레벨이 너무 높은 않은 것과 같은 임의의 상황에 다수 회 의존한다. 따라서, 충전소의 외부에 대한 커넥터들 상의 온도를 모니터링하는 문제를 해결하는 것이 유리하다.

일 실시예에서, 회로 기판과 충전소의 외부 사이에서 전력을 전달하기 위한 모든 전기 커넥터는 상기 회로 기판을 언급할 때 설명한 바와 같이 단자에 연결가능할 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 상술한 바와 같은 회로 기판의 전도성 트랙과 전기차 충전소의 외부 사이에서 전력의 전달을 제어하는 방법이 제공된다. 방법은:

- 온도 센서로부터 제1 측정치를 판독하는 단계;

- 사전-구성된 시간량을 대기하는 단계;

- 온도 센서로부터 제2 측정치를 판독하는 단계;

제2 측정치와 제1 측정치 사이의 온도 변동을 계산하는 단계;

- 온도 변동이 사전-구성된 최대 온도 증가 보다 큰 경우에, 전도성 트랙과 충전소의 외부 사이의 전력의 전달을 차단하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 하나의 전도성 트랙의 급격한 온도 상승은 온도를 더 높이기 위해 다른 전도성 트랙들 또는 커넥터들을 요구하지 않고 검출될 수 있다. 최대 온도 임계값 접근법과 비교하여, 이러한 방법은 온도 측정치들이 최대 온도 임계값 아래일 때에도 전도성 트랙에서 전류의 통과를 차단하는 것을 허용한다. 이것은 연속 아크의 초기 단계에서 아크 관련 사고를 회피하는 것을 허용한다.

방법은 또한:

- 온도 변동이 사전-구성된 최대 온도 증가 보다 크지 않은 경우에, 전도성 트랙과 충전소의 외부 사이의 전력의 전달이 이미 인에이블되지 않았다면, 이를 인에이블링하는 단계를 포함한다.

더욱이, 사전-구성된 시간량은 5초일 수 있으며, 사전-구성된 최대 온도 증가는 섭씨 10도일 수 있다.

이제, 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면들을 참조하여 예로서만 설명될 것이다.
도 1은 벽걸이형 EV 충전소의 2개의 사시도들이다.
도 2A 및 도 2B는 도 1의 EV 충전소의 공지된 전기 커넥터들의 반(semi) 단면도들이다.
도 3은 제1 회로 기판 실시예의 단면도이다.
도 4A 및 도 4B는 2개의 절연 실시예들의 단면도들이다.
도 5A 및 도 5B는 전도성 트랙들의 상이한 배열들을 갖는 2개의 회로 기판 실시예들의 상면 반 단면도들이다.
도 6은 회로 기판 실시예의 전도성 트랙과의 전력의 전달을 제어하는 방법의 개략도이다.
도 7A 및 도 7B는 본 발명에 따른 전도성 트랙들을 포함하는 충전소의 회로 기판을 예시한다.

이제 도 1을 참조하면, 도 1은 벽걸이형 EV 충전소(1) 실시예의 2개의 사시도들을 도시한다.

도 1의 좌측에는, 제1 사시도가 벽(2)에 장착된 EV 충전소(1)를 도시한다. EV 충전소(1)는 EV 충전소(1)와 EV(미도시) 사이에 전기 케이블을 연결할 수 있도록 전면측에 타입 2(IEC 62196) 소켓 커넥터(440)를 포함한다.

도 1의 좌측에는, 제2 사시도가 제1 사시도에서 그 위치 앞에 떠있는 EV 충전소(1)를 도시한다. 이 표현은 EV 충전소(1)의 배면에 있는 입력 핀 커넥터들을 도시하기 위한 목적으로 선택되었다.

EV 충전소(1)는 입력 전기 신호를 수신하기 위해, EV 충전소(1)의 배면으로부터 돌출하는 5개의 입력 핀 커넥터들을 포함한다. 각각의 입력 핀 커넥터(410)는 EV 충전소(1)의 배면 상에 배열되어, EV 충전소(1)가 벽(2)에 장착될 때, 5개의 핀 커넥터들과 벽(2) 상의 대응하는 전기 커넥터들(미도시)의 세트 사이에 전기 연결이 확립된다. 이것은 벽(2)에 고정된 플레이트(미도시) 상에 제공된 대응하는 전기 커넥터들을 가짐으로써 달성될 수 있으며, 플레이트는 EV 충전소(1)를 지지하는 기능 및 입력 핀 커넥터들과 전기 연결을 확립하는 기능 양자를 제공한다. 더욱이, 대응하는 전기 커넥터들은 EV 충전소(1)를 전력이 소비되는 퓨즈 캐비닛에 연결하기 위한 전기 설비의 단자들에 연결될 수 있다.

EV 충전소(1)의 전면 상의 타입 2 소켓 커넥터(440) 및 배면 상의 입력 핀 커넥터들 양자는, EV 충전소(1)와 그 내부 사이에서 전력을 전달하기 위한 전기 도체들(예를 들어, 핀들 또는 프롱들)을 포함하며, 전력은 EV를 재충전하는데 사용된다. 특히, EV 충전소(1)는 그 내부에, 이들 도체들에 연결되고, 입력 핀 커넥터들로부터의 전력이 소켓 커넥터(440)로 라우팅되는 방법을 제어하도록 구성된 회로 기판(도 1의 사시도들에 의해서는 미도시)을 포함한다. 회로 기판은 입력 핀 커넥터들에 공급되는 전기적 위상들을 선택하기 위한 특징들과 같은 개선된 사용성 및 운용성을 제공하기 위한 특징들을 포함할 수 있다.

도 2A 및 도 2B는 도 1의 EV 충전소(1)의 회로 기판(100)에서 사용되는 2개의 전기 커넥터들의 반 단면도들을 도시한다. 이러한 회로 기판(100)은 충전소(1)의 메인 회로 기판이다. 이것은 통상적으로, 충전소가 전기차를 충전하는 것을 가능하게 하는 다양한 회로들을 포함한다. 도 2A의 회로 기판(100)이 도 2B에서와 동일한 회로 기판(100)이라는 것에 유의해야 한다.

도 2A는 도 1의 EV 충전소(1)의 배면 상에 확립된 전기적 연결을 도시한다. 전기적 연결은 입력 핀 커넥터(410)와 도 1에서 벽(2)에 고정된 플레이트(미도시) 상에 설치된 포크 커넥터 사이에 확립된다.

삽입 너트(420)로 채워진, 회로 기판(100)을 관통하는 장착 홀을 포함하는 회로 기판(100)의 일부의 단면이 도시되어 있다. 전도성 트랙(300)은 또한 삽입 너트(420)에 수신된 전기 신호를 회로 기판(100)의 일부 다른 컴포넌트로 전도하기 위해 포함된다. 입력 핀 커넥터(410)는 삽입 너트(420)에 나사 결합되고 이러한 컨택트는 전기를 전도한다. 따라서, 입력 핀 커넥터(410)로 전송된 임의의 전기 신호는 삽입 너트(420)로 전송되고, 이어서 전도성 트랙(300)으로 전송된다.

포크 커넥터는 EV 충전소(1)가 벽(2)에 장착될 때 입력 핀 커넥터들(410)과 접촉하도록 배열된 2개의 암들(500 및 501)을 포함한다. 입력 핀 커넥터(410)는 2개의 암들(500 및 501) 사이에 피팅된다. 포크 커넥터는 나사(510)에 의해 벽(2) 상의 플레이트에 부착된다.

EV를 재충전하기 위한 전류가 컴포넌트들을 통과할 때 2개의 발열 효과들: 특히, 접촉 표면들에서 전기 저항으로 인해 증가된 온도, 및 도체들 사이의 느슨한 커플링, 심각한 과전압에 의해 초래된 전도 경로들 사이의 절연 파괴, 또는 전도 경로들 사이의 절연체 상의 염분 및 전도성 먼지와 같은 전도성 물질로 인해 발생할 수 있는 아크의 발생이 관측될 수 있다. 실제로, 도 2A에 도시된 입력 핀 커넥터(410)의 사용이 아래의 컨택트들: 입력 핀 커넥터(410)의 스레드들과 삽입 너트(420)의 내부 스레드들 사이에서 증가된 저항 및/또는 아크를 초래할 수 있다는 것이 관측되었다. 스레드들의 접촉 표면들 사이에 작은 갭이 있으면, 입력 핀(410)과 삽입 너트(420) 사이에 전류가 전송될 때마다 고저항 및/또는 연속 아크가 형성될 수 있다. 이것은 일반적으로, 입력 핀 커넥터(410)와 커넥터의 2개의 암들(500 및 501) 사이에서, 5Nm(뉴턴/미터)와 같은 충분한 토크로 스쿠루드라이버를 사용하여 입력 핀 커넥터(410)를 삽입 너트(420)에 나사결합함으로써 최소화할 수 있다. 이것은, 포크 암들(500 및 501)의 베이스와 퓨즈 캐비닛으로부터 전력을 제공하는 전기 설비로부터의 도체 사이에서, EV 충전소(1)의 배면 상의 입력 핀 커넥터와 벽(2)에 고정된 플레이트 상의 포크 커넥터가 적절하게 정렬되지 않은 경우에 발생할 수 있다. 이것은, 포크 커넥터를 벽(2) 상의 플레이트에 고정하는 나사(510)가 타이트하게 나사결합되지 않은 이유와 같이, 포크 커넥터가 플레이트 상에 적절하게 설치되지 않은 경우에 발생할 수 있다.

도 2B는 도 1의 EV 충전소(1)의 전면에 있는 타입 2 소켓 커넥터(440)의 단면도를 도시한다. 도 2B에 도시된 타입 2 소켓 커넥터(440)의 일부 내부에 하나의 암(female) 핀(430)만이 도시되어 있다. 또한, 전기 케이블의 단부는 수(male) 핀(600)에서 종료되는 것으로 도시되어 있다. 전기 케이블은 EV 충전소(1)와 EV(미도시)를 연결하는 데 사용될 수 있다.

이러한 커넥터에서, 전기 연결은, 회로 기판(100)에서의 전도성 트랙(300)이 전도성 트랙(300)과 직접 접촉, 예를 들어, 솔더링되는 암 핀(430)에 전력을 전송하며; 그 후, 암 핀(430)이 암 핀(430)의 단부에 피팅되는 수 핀(600)에 수신된 전력을 전송하는 회로를 통해 확립된다. 실제로, 아래의 컨택트들이 아크를 야기할 수 있다는 것이 관측되었다: - 수 핀(600)과 암 핀(430) 사이의 접촉 표면들. 이것은, 수 핀(600)이 그 일부인 전기 케이블의 플러그가 타입 2 소켓(440)에 부정확하게 부착되기 때문에 발생할 수 있다.

- 수 핀(430)과 전도성 트랙(300) 사이의 접촉 표면. 이것은 회로 기판(100)에 암 핀(430)을 솔더링하는데 있어서 결함으로 인해 발생할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 회로 기판(100) 실시예를 예시한다.

회로 기판(100)은 EV를 재충전을 위한 전기 신호를 전달하는 전도성 트랙(300), 전도성 트랙(300)을 종단하는 장착 홀(400), 및 전도성 트랙(300)의 온도를 측정하는 온도 센서(200)를 포함한다. 온도 센서(200)는, 저항이 표준 저항기들에서 보다 온도에 더 많이 의존하는 서미스터 또는 임의의 다른 저항기일 수 있다. 서미스터의 경우에, 임의의 타입의 포지티브 또는 네가티브 온도 계수가 사용될 수 있다. 서미스터를 사용하는 바람직한 실시예에서, 네가티브 온도 계수 서미스터가 사용된다.

(구리와 같은) 회로 기판들에 사용되는 통상의 전도성 재료로 이루어진 전도성 트랙(300)은 장착 홀(400) 주위에서 종단되어 그 영역에 단자를 형성한다. 장착 홀(400)은 전기 커넥터를 그 위치에서 회로 기판에 부착하고 전도성 트랙(300)의 단자와의 연결을 확립하기 위해 사용될 수 있다. 도 2A 및 도 2B에 도시된 2개의 커넥터들 중 임의의 하나는 도 3에 도시된 것과 같은 장착 홀과 호환가능하다.

온도 센서(200)는 전도성 트랙(300)과 평행하고 실장 홀(400)로부터 이격된 회로 기판(100)의 표면에 위치된다. 이러한 배열은 장착 홀(400)의 위치에서 회로 기판에 부착된 전기 커넥터 주위에서 발생하는 공기 이온화 효과의 경우에 전기적으로 안전한 설계를 달성한다는 것을 인식하였다. 장착 홀(400)과 온도 센서(200) 사이의 거리는 전기 커넥터와 온도 센서(200)의 단자들 사이에서 방전이 일어나기 더욱 어렵게 한다. 이러한 거리는 인증 기관에 의해 요건으로서 확립될 수 있거나, 또는 경우별로 기초하여 당업자에 의해 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 6mm의 최소 거리가 사용된다.

또한, 전도성 트랙(300)이 전기 및 열 양자의 양호한 도체임에 따라, 전도성 트랙(300)의 온도를 측정함으로써 장착 홀(400)에 부착된 전기 커넥터와 관련된 접촉 표면들의 비정상적인 온도 상승 또는 아크의 발생을 모니터링할 수 있다는 것을 인식하였다. 회로 기판의 일부를 온도 센서(200)와 전도성 트랙(300)을 매개하는 절연층으로 사용하는 것은, 장착 홀(400)에서 전기 커넥터의 온도를 측정할 때 관측되는 공기 이온화 문제를 회피할 수 있다.

더욱이, 도 3에 도시된 실시예에서 전도성 트랙(300)의 온도를 측정하는 것은, 아크의 발생을 검출하는 놀랍도록 효율적인 방법인 것으로 입증되었다. 후자에 의해 발생된 열은 전도성 트랙(300)을 통해 빠르게 흐르고, 이것은 온도 증가가 센서(200)에 의해 검출되게 한다. 실제로, 이러한 회로 기판 실시예에서 검출 시간은 본 개시에서 언급된 것과 같은 공지된 접근방식에서 보다 훨씬 더 낮다는 것이 관측된다. 온도 센서(200)는 아크가 발생하는 위치로부터 다른 접근 방식들 보다 멀리 떨어져 있을 수 있지만, 온도 센서(200)는 온도 변화를 감지하는데 있어서 더 빠르다.

더욱이, 도 3에 도시된 실시예가 그 단순성으로 인해 그것을 생산하기 위해 요구되는 노력의 면에서 유리하다는 점에 유의해야 한다. 회로 기판(100)의 제조 공정은 회로 기판(100)에서 컴포넌트들의 사양 및 그들의 배열을 추가로 포함함으로써 실시예의 구현을 통합할 수 있다. 따라서, EV 충전소(1)에서 온도 및 아크의 발생을 모니터링하고 제어하는 능력을 달성하기 위해 비정상적인 제조 변경들이 필요하지 않다.

도 4A 및 도 4B는 도 3의 온도 센서(200)와 전도성 트랙(300) 사이에 제공된 절연체에 대한 2개의 실시예들의 단면도들을 도시한다.

도 4A는 온도 센서(200) 및 전도성 트랙(300)을 매개하는 단일 절연층(110) 실시예를 도시한다. 절연층(110)은 유리 섬유와 같은 회로 기판에 통상적으로 사용되는 임의의 절연 재료로 이루어질 수 있다.

절연층(110)은 온도 센서(200)가 전도성 트랙(300)을 통과하는 전류로부터 절연될 수 있게 하지만, 또한 온도 센서(200)가 절연층(110)을 통해 전도성 트랙(300)의 온도를 측정할 수 있게 하는 두께를 가져야 한다. 절연층(110)의 최소 두께는 인증 기관에 의해 설립될 수 있거나, 또는 경우별로 기초하여 당업자에 의해 정의될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 절연층(110)은 500㎛의 최소 두께를 갖는다.

도 4B는 온도 센서(200) 및 전도성 트랙(300)이 3개의 절연층들(120, 121, 및 122)의 스택에 의해 매개되는 실시예를 도시한다. 상부 절연층(120)은 중간 절연층(121)과 인접하고, 저부 절연층(122)은 중간 절연층(121)과 인접한다.

하나 보다 많은 절연층들(120, 121, 및 122)로 센서(200) 및 전도성 트랙(300)을 매개함으로써, 동일한 절연 품질을 달성하기 위해 유리하게 감소된 두께가 사용될 수 있다는 것을 인식하였다. 따라서, 온도 센서(200)는 전도성 트랙(300)에서 전달되는 전류로부터 부정적인 영향을 받지 않고 전도성 트랙(300)으로부터 더 짧은 거리에 위치된다. 3개의 절연층들(120, 121, 및 122)의 최소 두께는 인증 기관에 의해 설립될 수 있거나, 또는 경우별로 기초하여 당업자에 의해 정의될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 온도 센서(200) 및 전도성 트랙(300)은 3개의 절연층들(120, 121, 및 122)의 세트에 의해 분리되고, 세트는 200 내지 300㎛의 두께를 갖는다.

도 5A 및 도 5B는 모니터링되는 전도성 트랙들(300, 301, 및 302)과 온도 센서(200) 사이의 2개의 상이한 배열들을 갖는 2개의 회로 기판 실시예들의 상면 반 단면도들이다. 도면들 모두에서, 적어도 하나의 입력 핀 커넥터(410 및 411)가 위로부터 도시되어 있다. 적어도 하나의 삽입 너트(420 및 421)가 또한 십자형 예시로 도시되어 있어서, 각각의 전도성 트랙(300, 301, 302)의 단자(300T, 301T, 302T)가 또한 도시되어 있다. 더욱이, 온도 센서(200)와 전도층들(300, 301, 및 302) 사이에 절연체를 포함하는 회로 기판(100)이 감춰져 있고, 따라서, 온도 센서(200)는 전도층들(300, 301, 및 302) 위에 떠 있는 것으로 보인다. 이러한 표현은 온도 센서가 전도성 트랙들(300, 301, 및 302)에 대해 위치하는 위치를 나타내기 위한 예시 목적으로 선택되었다.

도 5A에서, 단일 온도 센서(200)가 하나의 전도성 트랙(300)의 온도를 모니터링하기 위해 사용된다. 전도성 트랙(300)은 입력 핀 커넥터(410)를 차례로 둘러싸는 삽입 너트(420)를 둘러싸는 하나의 단자(300T)를 갖는다.

도 5B에서, 온도 센서(200)는 동일한 온도 센서(200)에 의해 측정될 수 있도록 설계된 2개의 전도성 트랙들(301 및 302)의 온도를 모니터링한다.

도 6은 회로 기판(100)의 전도성 트랙(300)에서 전력 전달을 제어할 수 있는 방법 실시예의 개략도를 도시한다. 회로 기판(100)은 전도성 트랙(300)에서 전류의 통과를 제어하기 위한 스위치(705)를 포함한다.

방법은 온도 센서(200)로부터 제1 측정치를 판독하는 초기 단계(701)를 갖는다. 그 후, 방법은 5초와 같은 사전-구성된 시간량(702)을 일시 중지하고 대기한다. 그 후, 제2 측정치가 온도 센서(200)로부터 획득되고(703), 초기 단계(701)로부터의 제1 측정치 및 마지막 단계(703)로부터의 제2 측정치 모두는 2개의 측정치 사이의 온도 변동을 계산하기 위해 추가 단계(704)에서 비교된다. 그 후, 이러한 온도 변동은 스위치(705)를 제어하기 위해 사용된다.

온도 변동이 섭씨 10도와 같은 사전-구성된 최대 온도 증가 보다 큰 경우에, 스위치(705)는 전도성 트랙(300)에서 전류의 통과를 차단한다.

일 실시예에서, 방법은, 온도 변동이 사전-구성된 최대 온도 증가 보다 크지 않은지를 체크하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 전도성 트랙(300)에서의 전류의 통과가 아직 인에이블되지 않을 경우에, 전류의 통과를 인에이블할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 아래의 장점들:

- 온도의 증가 또는 아크의 발생에 대한 더 높은 감도

- 아크가 발생할 때 더 빠른 검출 시간

- 단순한 제조 공정

- 차례로 단일 커넥터의 모니터링을 허용하는 단일 전도성 트랙을 모니터링하는데 있어서 양호한 정확도

중 일부 또는 모두를 가질 수 있다.

도 7A 및 도 7B는 본 발명에 따른 전도성 트랙들(300)을 포함하는 충전소의 회로 기판(100)을 예시한다. 이러한 도면에서, 도 2A가 도 2B와 어떻게 연결되는지, 즉, 도 2A의 회로 기판이 도 2B와 동일한 회로 기판이라는 것이 더 명확하게 예시된다. 도 7A 및 도 7B는 또한 도체(300)의 단자들(300T, 301T, 및 302T)을 예시하는 도 5A 및 도 5B의 관점에서 읽어야 한다. 이들 도면들에서, 앞서 논의된 추가의 회로(800)는 하나의 블록으로 단순화된 방식으로 예시된다. 실제로, 이러한 추가의 회로(800)는 회로 기판(100)에 걸쳐 확산될 수 있고, 다수의 블록들 또는 서브-블록들을 포함할 수 있다. 이러한 추가의 회로는, 예를 들어, 릴레이들, 컨택터들, 전원들, 및 제어 전자 장치들과 컴포넌트들을 통상적으로 포함한다.

또한, 배면 연결을 위해 하나의 전기 커넥터(410)만이 도시되어 있다. 실제로, 충전소에 공급되는 전기 위상들의 수에 따라, 3개, 4개 또는 5개의 전기 커넥터들이 있다. 이러한 다른 전기 커넥터들(410)은 도 7A 및 도 7B가 단면도들이기 때문에 도시되지 않았으며, 실제 실시예들에서는, 이들 전기 커넥터들(410)은 단면의 평면에 직교하는 방향으로 정렬된다. 회로 기판의 소켓 측상에는, 2개의 타입-2 소켓 커넥터들(440)이 보이지만, 통상적으로 타입-2 소켓에는 7개, 즉, 4개의 전원 핀들, 1개의 접지 핀, 및 2개의 신호 핀들이 있다.

도 7A는 전기 커넥터(410)를 통해 회로 기판(100)의 배면으로부터 공급되는 접지(PE)를 연결하는 전도성 트랙(300G)을 도시하는 회로 기판(100)의 단면을 예시한다. 전기 커넥터(410)는 예시된 바와 같이 삽입 너트(420)를 통해 전도성 트랙(300G)의 단자(300T)를 통해 연장되고 그와 전기적으로 접촉한다. 추가의 회로(800)의 어떤 것에 접지(PE)를 연결할 필요가 없기 때문에, 전기 커넥터(440)를 향해 타측으로 단순히 라우팅된다. 이러한 단부에서, 전도성 트랙(300G)은 앞서 논의한 바와 같은 암 핀(430)을 통해 전기 커넥터(440)에 연결된다. 도 7A는 소켓, 예를 들어, 타입-2 소켓의 모든 전기 커넥터들(440) 및 암 핀들(430)을 홀딩하는 지지 구조(450)를 더 도시한다.

도 7B는 추가의 회로(800)를 통해 라우팅되는 전도성 트랙을 도시하는 회로 기판(100)의 단면을 예시한다. 이것은 통상적으로, 전도성 트랙이 배면의 전원 핀들을 충전소의 전면 상의 소켓과 연결하도록 작용하는 경우일 수 있다. 이것은 전도성 트랙이 2개의 부분들, 즉, 예시된 바와 같이, 전기 커넥터(410)로부터 추가의 회로(800)로 이어지는 제1 부분(300a), 및 추가의 회로(800)로부터 암 핀(430) 및 전기 커넥터(440)로 이어지는 제2 부분(300b)을 갖는다는 것을 의미한다. 핀들이 위치한 단부들 상의 단자들(300T)과 유사하게, 대향 단부들에서의 전도성 트랙들(300a 및 300b)의 단자들(300T)은 예시된 바와 같이 비아들(810)을 통해 추가의 회로(800)에 연결된다. 이것은 표준 기술이다.

일반적으로, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어들은 달리 명시적으로 정의되지 않는 한 기술 분야의 통상적인 의미에 따라 해석된다. 그럼에도 불구하고, 용어들 "포함한다" 및 "포함하는" 및 그 변형들은 특정 특징들, 단계들, 또는 정수들이 포함된다는 것을 의미한다. 이들 용어들은 다른 특징들, 단계들, 또는 정수들의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않는다. 더욱이, 부정관사는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 엔터티의 적어도 하나의 경우를 도입하는 것으로 공개적으로 해석된다. 부정관사에 의해 도입된 엔터티는 복수의 엔터티들로서 해석되는 경우에서 배제되지 않는다.

특정한 형태들로, 또는 개시된 기능을 수행하는 수단 또는 개시된 결과들을 획득하는 방법 또는 공정과 관련하여 적절하게 표현된, 상술한 설명, 또는 하기의 청구범위, 또는 첨부한 도면들에서 개시된 특징들은 이들의 다양한 형태들에서 본 발명을 실현하기 위해 개별적으로 또는 이러한 특징들의 임의의 조합으로 활용될 수 있다.

본 발명이 상술한 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시가 주어졌을 때 다수의 등가의 수정들 및 변형들이 당업자에게 명백할 것이다. 그에 따라, 상술된 본 발명의 실시예들은 예시적이고 제한하지 않는 것으로 고려된다. 설명된 실시예에 대한 다양한 변경들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (15)

1. 전기차 충전소(1)용 회로 기판(100)으로서,
   - 온도 센서(200); 및
   - 전도성 트랙(300)과 상기 충전소(1)의 외부 사이에 전력을 전달하기 위한 단자(300T)를 갖는 상기 전도성 트랙(300)
   을 포함하고,
   상기 온도 센서(200) 및 상기 전도성 트랙(300)은 적어도 하나의 절연층(120, 121, 및 122)에 의해 분리되어, 상기 전도성 트랙(300)의 온도는 상기 적어도 하나의 절연층(120, 121, 및 122)을 통해 상기 온도 센서(200)에 의해 측정되는, 회로 기판(100).
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 절연층(120, 121, 및 122) 각각은 상기 회로 기판(100)의 층인, 회로 기판(100).
3. 제2항에 있어서,
   2개의 절연층들(120 및 122)이 인접하는, 회로 기판(100).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 절연층(120, 121, 및 122)은 유리 섬유로 이루어진, 회로 기판(100).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단자(300T)는 상기 전도성 트랙(300)으로부터 전기차로 전력을 전달하기 위한 전기 커넥터(430 및 440)에 연결가능한, 회로 기판(100).
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단자(300T)는 상기 충전소의 상기 외부로부터 상기 전도성 트랙(300)으로 전력을 전달하기 위한 전기 커넥터(410 및 420)에 연결가능한, 회로 기판(100).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 온도 센서(200)는 서미스터인, 회로 기판(100).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 온도 센서(100) 및 상기 트랙(300)은 3개의 절연층들(120, 121, 및 122)의 세트에 의해 분리되고, 상기 세트는 200 내지 300㎛의 두께를 갖는, 회로 기판.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기차 충전소용 추가의 회로를 더 포함하는, 회로 기판(100).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 회로 기판(100)을 포함하는, 전기차 충전소(1).
11. 제10항에 있어서,
    상기 회로 기판(100)과 상기 충전소(1)의 외부 사이에서 전력을 전달하기 위한 전기 커넥터(410, 420, 430, 및 430)를 포함하며, 상기 전기 커넥터(410, 420, 430, 및 440)는 상기 전도성 트랙의 상기 단자(300T)에 연결가능한, 전기차 충전소(1).
12. 제11항에 있어서,
    상기 회로 기판(100)과 상기 충전소(1)의 외부 사이에서 전력을 전달하기 위한 모든 전기 커넥터(410, 420, 430, 및 430)은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 상기 단자(300T)에 연결가능한, 전기차 충전소(1).
13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 상기 회로 기판(100)의 상기 전도성 트랙(300)과 전기차 충전소(1)의 외부 사이의 전력의 전달을 제어하는 방법으로서,
    - 상기 온도 센서(200)로부터 제1 측정치를 판독하는 단계;
    - 사전-구성된 시간량을 대기하는 단계;
    - 상기 온도 센서(200)로부터 제2 측정치를 판독하는 단계;
    - 상기 제2 측정치와 상기 제1 측정치 사이의 온도 변동을 계산하는 단계; 및
    - 상기 온도 변동이 사전-구성된 최대 온도 증가 보다 큰 경우에, 상기 전도성 트랙(300)과 상기 충전소(1)의 상기 외부 사이의 상기 전력의 전달을 차단하는 단계
    를 포함하는, 방법.
14. 제13항에 있어서,
    - 상기 온도 변동이 상기 사전-구성된 최대 온도 증가 보다 크지 않은 경우에, 상기 전도성 트랙(300)과 상기 충전소(1)의 상기 외부 사이의 상기 전력의 전달이 이미 인에이블되지 않았다면, 상기 전력의 전달을 인에이블링하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 사전-구성된 시간량은 5초이고, 상기 사전-구성된 최대 온도 증가는 섭씨 10도인, 방법.

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