KR20220052431A - 유무선 겸용 차량 충전 시스템 및 유무선 충전 제어 방법 - Google Patents

유무선 겸용 차량 충전 시스템 및 유무선 충전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유무선 겸용 차량 충전 시스템 및 유무선 충전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기차량에 대하여 유선 충전 및 무선 충전이 선택적으로 가능한 충전 시스템 및, 그러한 충전 시스템에서 유선 충전 또는 무선 충전이 선택적으로 수행되어지도록 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 한정된 공간을 차지하고 있던 충전 시설을 지중 매설하는 형태로 구성함으로써 주차장의 활용 공간을 늘리고, 나아가 유선 충전과 선택적으로 사용할 수 있는 무선 충전을 위한 장치를 지중화하여 설치함으로써 공간 활용을 극대화할 뿐만 아니라, 전기자동차의 증가하는 시대에 맞추어 충전 인프라를 확보하도록 한다.

Description

유무선 겸용 차량 충전 시스템 및 유무선 충전 제어 방법{Conductive and wireless charging system and method for controlling conductiv and wireless charging}
본 발명은 유무선 겸용 차량 충전 시스템 및 유무선 충전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기차량에 대하여 유선 충전 및 무선 충전이 선택적으로 가능한 충전 시스템 및, 그러한 충전 시스템에서 유선 충전 또는 무선 충전이 선택적으로 수행되어지도록 제어하는 방법에 관한 것이다.
종래 유선충전을 지원하는 충전기의 설치를 설치하는 경우에, 한정된 공간을 활용해야 하는 주차장에서는 그 공간의 활용성이 감소되는 문제점이 있었다. 충전기를 설치하는 공간 및, 충전기 추돌을 대비하기 위한 방호시설을 설치하게 되어 주차장으로 활용 가능한 공간이 감소되기 때문이다. 또한 그와 같은 충전시설에 차량이 추돌하는 사고가 발생할 가능성 역시 높아지게 되는 문제점이 있었다.
KR 10-2015-0035794 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 한정된 공간을 차지하고 있던 충전 시설을 지중 매설하는 형태로 구성함으로써 주차장의 활용 공간을 늘리고, 나아가 유선 충전과 선택적으로 사용할 수 있는 무선 충전을 위한 장치를 지중화하여 설치함으로써 공간 활용을 극대화할 뿐만 아니라, 전기자동차의 증가하는 시대에 맞추어 충전 인프라를 확보하도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유무선 겸용 차량 충전 시스템은, 인버터로부터의 AC 전류가 흐르는 AC 전원선; 상기 AC 전원선이 전류를 인가 받아, 무선충전 차량에 무선으로 전력을 공급하는 급전부; 상기 AC 전원선의 전류를 상기 급전부로 전환시키는 스위치부; 인버터로부터의 DC 전류가 흐르는 DC 전원선; 상기 DC 전원선으로부터의 전류를, 유선충전을 위한 DC 전류로 변환하는 DC to DC 컨버터; 및, 상기 DC to DC 컨버터에서 공급되는 전류를 차량에 인가하기 위한 충전 건(gun)을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유무선 차량 충전 시스템은, 인버터로부터의 AC 전류가 흐르는 AC 전원선; 상기 AC 전원선이 전류를 인가 받아, 무선충전 차량에 무선으로 전력을 공급하는 급전부; 상기 AC 전원선의 전류를 상기 급전부로 전환시키는 스위치부; 상기 AC 전원선으로부터의 전류를, 유선충전을 위한 DC 전류로 변환하는 AC to DC 컨버터; 및, 상기 AC to DC 컨버터에서 공급되는 전류를 차량에 인가하기 위한 충전 건(gun)을 포함한다.
상기 유무선 겸용 차량 충전 시스템은, 무선충전 또는 유선충전시 손실되는 전류량을 상기 AC 전원선 또는 DC 전원선에 보상하는 커패시터를 구비하는 커패시터부를 더 포함할 수 있다.
상기 유무선 겸용 차량 충전 시스템은, 상기 충전 건 위치로부터 먼 전기차량에 대하여도 충전히 가능하도록, 상기 충전 건에 연결된 충분한 길이의 전원선이 도르래 형태로 감기는 충전건 도르래부를 더 포함할 수 있다.
상기 유무선 겸용 차량 충전 시스템은, 유선 충전 또는 무선 충전시의 충전량을 측정하는 충전량 계량부를 더 포함할 수 있다.
상기 유무선 겸용 차량 충전 시스템은, 진입하는 차량의 촬영하는 카메라; 상기 카메라에서 촬영된 이미지로부터 상기 차량이 전기자동차임을 식별하는 식별부; 및, 상기 차량이 전기자동차가 아닌 경우, 비충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하고, 상기 차량이 전기자동차인 경우, 충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하는 차량 유도부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유무선 충전제어 방법은, (a) 진입한 차량의 유선충전 또는 무선충전을 판단하는 단계; (b) 유선충전인 경우 DC to DC 컨버터 또는 AC to DC 컨버터를 통하여 변환된 전류를 충전 건을 통하여 제공하고, 무선충전인 경우 AC 전원선의 전류를 급전부로 스위칭하여 급전부로부터 무선으로 전력을 제공하는 단계; 및, (c) 충전 완료시, 충전량 계량에 따른 충전요금을 산출하여 사용자에게 표시하는 단계를 포함한다.
상기 단계(a) 이전에, (a01) 카메라에서 촬영된 이미지로부터 상기 차량이 전기자동차임을 식별하는 단계; 및, (a02) 상기 차량이 전기자동차가 아닌 경우, 비충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하고, 상기 차량이 전기자동차인 경우, 충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(a)에서 유선충전 또는 무선충전의 판단은, 사용자가 충전 건을 거치대로부터 들어올림을 감지한 경우 유선충전으로 판단하고, 차량 진입 후 충전 건의 들어올림 없이 기 설정된 시간이 경과한 경우 무선충전으로 판단할 수 있다.
본 발명에 의하면, 한정된 공간을 차지하고 있던 충전 시설을 지중 매설하는 형태로 구성함으로써 주차장의 활용 공간을 늘리고, 나아가 유선 충전과 선택적으로 사용할 수 있는 무선 충전을 위한 장치를 지중화하여 설치함으로써 공간 활용을 극대화할 뿐만 아니라, 전기자동차의 증가하는 시대에 맞추어 충전 인프라를 확보하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템의 설치 상태를 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 무선충전 시스템을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 유선충전 시스템의 제1 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 2중 배선구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 유선충전 시스템의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 제1 실시예로서의 유선충전 시스템에서 유선충전 건(gun)의 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 제2 실시예로서의 유선충전 시스템에서 유선충전 건(gun)의 구조를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 유무선 공용 충전 상태를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템에서, 충전 제어 과정을 나타내는 순서도.
도 10은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템의 설치를 위한 시공 순서를 나타내는 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)의 설치 상태를 나타내는 모식도이다.
본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)의 설치를 위해서는, 별도의 충전소 부지를 사용할 수도 있으나, 주차장 부지의 다면에 주차 슬롯(slot)을 겸한 충전 슬롯(101)을 구성하고, 차량에 공급되는 전기용량을 지원할 용량의 PFC+INV(200)를 설치하고 급전선로를 구축할 수도 있다. 스위치부(121)는 충전 슬롯(101)에 전기차량(10)이 있을 때만 전류를 인가시키고, 없을 경우에는 바이패스 시킨다. 아울러 캐패시터부(113)는 급전선로 길이가 늘어나면서 선로 유도 전압이 증가하므로, 선로유도전압을 낮추기 위해 사용한다. 유무선 충전의 구성에 대하여는 이하 도 2 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 무선충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
기존 3상전원에서 PFC로 인입된 전류는 인버터(200)를 거쳐 고주파 AC 전원선(111)을 타고 흐르며, 무선충전 차량이 충전 슬롯(101)에 진입하였음을 감지하면 스위치부(121)에서 전원의 방향을 바꿔 급전선(122)에 화살표 방향(11)으로 전원을 공급, 충전을 진행한다. 이때 부족되는 전류량은 캐패시터부(113)에 의해 보상되어 AC 전원선(111)에 보상된다. 충전 슬롯(101)의 지면 아래에는 급전선(122) 및 급전패드(123, 도 8 참조)를 포함하는 급전부가 설치된다. 또한 충전이 끝나면 충전소자 센싱 등을 통해 다시 고주파 AC 전원선(111)으로만 전원이 흐르도록 스위치부(121)가 스위칭되며, 무선충전 차량에 대한 전원공급이 중단된다. 충전된 전기량은 별도의 충전량 계량부에 의해 계량되어 표시되며, 주차장 운용 요금제에 따라 충전요금이 결정된다.
도 3은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 유선충전 시스템의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
기존 3상전원에서 PFC로 인입된 전류는 인버터(200)를 거쳐 DC 전원선(112)을 타고 흐르며, 유선충전 차량이 충전 슬롯(101)에 진입하여 충전 건(gun)(133)을 이동시키면 이를 감지하여 DC to DC 컨버터(132)에서 유선충전에 적합한 전류를 인가함에 의해 충전 (133)건을 사용하여 유선충전 차량의 충전이 시작된다. 이때 부족되는 전류량은 캐패시터부(113)에 의해 보상되어 DC 전원선(112)에 보상된다. 완충되면 완충을 센싱하여 전원의 공급이 중단되며, 공급된 전기량이 표시된다.
도 4는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 2중 배선구조를 도시한 도면이다.
기존 3상전원에서 PFC로 인입된 전류는 인버터(200)를 거쳐 고주파 AC 전원선(111)을 타고 흐르며, 무선충전 차량이 충전 슬롯(101)에 진입하였음을 감지하면 스위치부(121)에서 급전부에 전원을 공급, 충전을 진행한다. 또한 충전이 끝나면 충전소자 센싱을 통해 다시 고주파 AC 전원선(111)으로만 전원이 흐르며, 무선충전 차량에 대한 전원공급이 중단된다. 충전된 전기량은 별도의 충전량 계량부에 의해 계량되어 표시되며, 주차장 또는 충전소 운용 요금제에 따라 충전요금이 결정된다.
또한 도 4에 도시되어 있는 DC 전원선(112)으로부터의 유선 충전 구조는 도 6을 참조하여 후술한다.
도 5는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 유선충전 시스템의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
동일 슬롯에 배치되는 유선충전시스템은 고주파 AC 전원선(111)에 AC to DC 컨버터(131)가 장착되고, 충전 건을 AC to DC 컨버터(131)에 연결하여 배치시킨다. 그 요금은 별도의 충전량 계량부가 산출한 계량전기량에 따라 책정된다.
도 6은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 제1 실시예로서의 유선충전 시스템에서 유선충전 건(gun)의 구조를 도시한 도면이다.
도 6의 충전 건(133)에 연결된 전원선은, DC 전원선(112)의 전류가 DC to DC 컨버터(132)를 거쳐 나온 전원선으로서, 이 전원선은 도르래 구조의 충전 건 도르래부(135)에 연결되어 감겨있다. 이에 따라 충분한 길이의 전원선이 감겨있을 수 있게 되어, 충전 건(133)으로부터 먼 거리에 있는 차량의 충전을 위해서도 충분히 사용할 수 있게 하여준다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 충전 건 도르래부(135)와 DC to DC 컨버터(132)는 지면(Ground Line, GL) 하부에 매설되어 있고, 충전 건(133) 및, 충전 건(133)을 거치하는 거치대(134) 만이 지상으로 나와 있어, 충전 시스템이 설치된 부지가 특히 주차장으로 사용되는 경우에 공간 활용의 편의성을 크게 해준다.
도 7은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 제2 실시예로서의 유선충전 시스템에서 유선충전 건(gun)의 구조를 도시한 도면이다.
도 7의 충전 건(133)에 연결된 전원선은, AC 전원선(111)의 전류가 AC to DC 컨버터(131)를 거쳐 나온 전원선으로서, 이 전원선은 도르래 구조의 충전 건 도르래부(135)에 연결되어 감겨있다. 고주파 AC 전원선(111)을 사용하는 경우의 장점은, 초고속 무선충전에 사용되는 주파수(85KHz, 100Kw 이상)에서 사용되는 급전 리츠와이어에 통상 유도되는 전기의 종류가 고주파 AC 전류이며, 이 전류를 별도의 시설없이 공용으로 사용하며, 이때 손실을 보상해주는 캐패시터(113)의 공통사용으로 충전인프라 구축에 소요되는 비용을 절감할 수 있기 때문이다. 또한 도 7에서도 역시, 충전 건 도르래부(135)와 AC to DC 컨버터(131)는 지면(Ground Line, GL) 하부에 매설되어 있고, 충전 건(133) 및, 충전 건(133)을 거치하는 거치대(134) 만이 지상으로 나와 있어, 충전 시스템이 설치된 부지가 특히 주차장으로 사용되는 경우에 공간 활용의 편의성을 크게 해준다.
도 8은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 유무선 공용 충전 상태를 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이, 충전 건 도르래부(135)와 AC to DC 컨버터(131), 그리고 급전패드(123)와 급전선을 포함하는 급전부는 모두 지면 아래에 매설되어 있어, 충전소 부지의 공간활용성을 극대화시켜준다.
도 9는 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)에서, 충전 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
차량(10)이 입차하면(S901), 카메라에서 촬영된 이미지로부터 상기 차량이 전기자동차임을 식별하고(S902), 그 차량이 전기자동차가 아닌 경우, 비충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하고(S903), 그 차량이 전기자동차인 경우, 충전 슬롯(101)으로 해당 차량을 유도한다(S904).
충전 슬롯(101)에 진입(S905)한 해당 차량(10)의 유선충전 또는 무선충전을 판단한다. 이 경우 유선충전 또는 무선충전의 판단 방식은 여러가지가 가능하나, 그 중 하나의 실시예는 다음과 같다. 즉, 사용자가 충전 건(gun)(133)을 거치대로부터 들어올림(탈착)을 감지한 경우 유선충전으로 판단하고(S906), 차량 진입 후 충전 건(133)의 들어올림 없이 기 설정된 시간이 경과한 경우 무선충전으로 판단하는 것이다. 유선충전인 경우 AC to DC 컨버터(131) 또는 DC to DC 컨버터(132)를 통하여 변환된 전류를 충전 건(133)을 통하여 제공하고(S906), 무선충전인 경우 스위치부(121)가 AC 전원선의 전류를 급전부로 스위칭하여 급전부로부터 무선으로 전력을 제공하게 된다(S908).
충전 완료시(S908), 충전량 계량에 따른 충전요금을 산출하여 사용자에게 표시하고(S909), 사용자는 충전요금을 정산하며, 충전소가 주차장을 함께 운영하는 경우 주차요금도 함께 정산하고 출차한다(S910). 이 경우, 예를 들어 사전에 책정되어 있는 완충시간이 초과한 경우에는 책정된 완충요금을 충전요금으로 정산하고, 완충시간이 되지 않았을 경우에는 계량된 충전요금을 정산하는 방식을 적용할 수도 있고, 또는 무조건 계량된 충전요금으로 정산하는 방식을 적용할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 유무선 겸용 충전 시스템(100)의 설치를 위한 시공 순서를 나타내는 순서도이다.
10: 전기자동차
11: 급전선 전류
100: 유무선 겸용 충전 시스템
101: 충전 슬롯
111: AC 전원선
112: DC 전원선
113: 캐패시터부
121: 스위치부
122: 급전선
123: 급전패드
131: AC to DC 컨버터
132: DC to DC 컨버터
133: 충전 건(gun)
134: 충전 건 거치대
135: 충전 건 도르래부
200: PFC+INV

Claims (9)

  1. 유무선 겸용 차량 충전 시스템으로서,
    인버터로부터의 AC 전류가 흐르는 AC 전원선;
    상기 AC 전원선이 전류를 인가 받아, 무선충전 차량에 무선으로 전력을 공급하는 급전부;
    상기 AC 전원선의 전류를 상기 급전부로 전환시키는 스위치부;
    인버터로부터의 DC 전류가 흐르는 DC 전원선;
    상기 DC 전원선으로부터의 전류를, 유선충전을 위한 DC 전류로 변환하는 DC to DC 컨버터; 및,
    상기 DC to DC 컨버터에서 공급되는 전류를 차량에 인가하기 위한 충전 건(gun)
    을 포함하는 유무선 겸용 차량 충전 시스템.
  2. 유무선 차량 충전 시스템으로서,
    인버터로부터의 AC 전류가 흐르는 AC 전원선;
    상기 AC 전원선이 전류를 인가 받아, 무선충전 차량에 무선으로 전력을 공급하는 급전부;
    상기 AC 전원선의 전류를 상기 급전부로 전환시키는 스위치부;
    상기 AC 전원선으로부터의 전류를, 유선충전을 위한 DC 전류로 변환하는 AC to DC 컨버터; 및,
    상기 AC to DC 컨버터에서 공급되는 전류를 차량에 인가하기 위한 충전 건(gun)
    을 포함하는 유무선 겸용 차량 충전 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    무선충전 또는 유선충전시 손실되는 전류량을 상기 AC 전원선 또는 DC 전원선에 보상하는 커패시터를 구비하는 커패시터부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 겸용 차량 충전 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 충전 건 위치로부터 먼 전기차량에 대하여도 충전히 가능하도록, 상기 충전 건에 연결된 충분한 길이의 전원선이 도르래 형태로 감기는 충전건 도르래부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 겸용 차량 충전 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    유선 충전 또는 무선 충전시의 충전량을 측정하는 충전량 계량부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 겸용 차량 충전 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    진입하는 차량의 촬영하는 카메라;
    상기 카메라에서 촬영된 이미지로부터 상기 차량이 전기자동차임을 식별하는 식별부; 및,
    상기 차량이 전기자동차가 아닌 경우, 비충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하고, 상기 차량이 전기자동차인 경우, 충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하는 차량 유도부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 겸용 차량 충전 시스템.
  7. 유무선 충전제어 방법으로서,
    (a) 진입한 차량의 유선충전 또는 무선충전을 판단하는 단계;
    (b) 유선충전인 경우 DC to DC 컨버터 또는 AC to DC 컨버터를 통하여 변환된 전류를 충전 건을 통하여 제공하고, 무선충전인 경우 AC 전원선의 전류를 급전부로 스위칭하여 급전부로부터 무선으로 전력을 제공하는 단계; 및,
    (c) 충전 완료시, 충전량 계량에 따른 충전요금을 산출하여 사용자에게 표시하는 단계
    를 포함하는 유무선 충전제어 방법.
  8. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(a) 이전에,
    (a01) 카메라에서 촬영된 이미지로부터 상기 차량이 전기자동차임을 식별하는 단계; 및,
    (a02) 상기 차량이 전기자동차가 아닌 경우, 비충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하고, 상기 차량이 전기자동차인 경우, 충전 슬롯으로 상기 차량을 유도하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유무선 충전제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(a)에서 유선충전 또는 무선충전의 판단은,
    사용자가 충전 건을 거치대로부터 들어올림을 감지한 경우 유선충전으로 판단하고, 차량 진입 후 충전 건의 들어올림 없이 기 설정된 시간이 경과한 경우 무선충전으로 판단하는 것
    을 특징으로 하는 유무선 충전제어 방법.
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