KR20220060949A - Charging system, charging method, and charging station for charging electric vehicles mainly during mid-load and heavy-load periods with power automatically charged to the ESS during light load times - Google Patents

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Abstract

In case of using only alternating current power of electric power companies as a charging infrastructure, in particular, charging many vehicles in a heavy-load period, the country's power reserve rate drops, which can cause fatal problems in the stable operation of the national power grid. As an alternative to this, a dedicated ESS or a method of mixing and using a standby ESS and alternating current power can be applied, but converting high power of 400 kW by relays, etc. is difficult, so more costs in forming a charging apparatus are required, and a risk like spark generation or the like in accordance with conversion between ESS and alternating current power is high. The present invention provides a charging station, in which power line is formed such that ESS power line is independent from alternating current power line and chargers are connected independent of each power line. Therefore, two chargers are provided in the same parking area, such that a user preferentially uses a main ESS charger, but when the remaining charging capacity of the ESS is insufficient or during light-load period (23:00 ~ 09:00), the user uses an auxiliary alternating current charger. The present invention is configured to automatically charge an ESS module in a light-load (midnight power) period and to charge an electric vehicle with the charging power of the ESS module mainly in the maximum-load period, thereby increasing the efficiency of the national power grid and enhancing power reserve rate.

Description

경부하 시간대에 ESS에 자동 충전한 전력으로 주로 중간부하와 최대부하 시간대에 전기차를 충전하는 충전 시스템 및 충전방법 및 충전소{ Charging system, charging method, and charging station for charging electric vehicles mainly during mid-load and heavy-load periods with power automatically charged to the ESS during light load times} A charging system, charging method, and charging station for charging electric vehicles mainly during mid-load and full-load times with electric power automatically charged to the ESS during light load times. heavy-load periods with power automatically charged to the ESS during light load times}

전기차의 보급이 확산되면서 전기차 배터리 고용량화(30kWh -> 60kWh 내외),배터리 가격의 하락(테슬라 전망 80 ~100$/KWh)과 함께 전기차 동시 충전에 따른 전력 과부하가 중요한 산업적 문제로 제기되고 있다. 전기차를 충전하는 방식도 3~7 kW층전용량으로 4~5시간 동안 충전하는 완속충전 방식과 50kW 충전용량으로 30분 이내에 충전하도록 구성된다. 급속충전 방식은 지속적으로 충전용량(일례로 400kW)을 늘리고 있어, 충전시간은 단축되지만 동시에 많은 차량이 충전시 안정적인 전력망 운영에 어려움이 예상된다. 이에 한국전력에서는 전기자동차 충전요금은 경부하(23시~09시, 최저 56.4원/kWh), 중간부하(최대 113원/kwh), 최대부하(10시~12시, 13시~17시, 최대 244원)로 구분하여 운용하고 있다.As the spread of electric vehicles spread, electric vehicle battery capacity increased (30kWh -> 60kWh) and battery price fell (Tesla forecast 80 ~ 100$/KWh), and power overload caused by simultaneous charging of electric vehicles is being raised as an important industrial problem. The charging method for electric vehicles is also composed of a slow charging method that charges for 4 to 5 hours with a 3 to 7 kW layer capacity and a 50 kW charging capacity within 30 minutes. The rapid charging method continuously increases the charging capacity (for example, 400 kW), which shortens the charging time, but at the same time, it is expected that it will be difficult to operate a stable power grid when many vehicles are charging. Accordingly, at KEPCO, charging rates for electric vehicles are: light load (23:00 to 09:00, minimum 56.4 won/kWh), medium load (maximum KRW 113/kwh), and maximum load (10 a.m. to 12 noon, 13:00 to 17:00, up to 244 won).

심야전력제도는 특정 시간대에 집중되는 전력수요를 분산하고 전기수요가 적은 심야시간(오후 11시~다음 날 오전 9시)의 발전설비 이용률을 높이기 위한 제도이다. 이는 심야시간에 사용한 모든 전력량에 대하여 적용하는 요금이 아니라, '심야전력기기'의 심야시간 사용전력량에 대해서만 적용하는 요금제도으로 낮 시간대의 3분의 1수준으로 낮춘 심야요금을 적용했다. '심야전력기기'는 ▷축열식 난방·온수기기 ▷축열식 냉난방설비(축냉설비) ▷ESS식 냉난방설비 등이 있다. 심야전력요금은 심야시간에 사용한 모든 전력량에 대하여 적용하는 요금이 아니라 심야전력기기의 심야시간 사용전력량에 대해서만 적용하는 요금제도이다. 이는 심야전력 계량기를 따로 설치하여 사용량을 검침한 후 일반요금과 별도로 요금이 청구된다. The late-night power system is a system to disperse the power demand concentrated during a specific time period and to increase the utilization rate of power generation facilities during late-night hours (11 pm to 9 am the next day) when electricity demand is low. This is a rate system that applies only to the late-night power consumption of 'late-night power devices', not to all power consumption during the late night hours. 'Late night power equipment' includes ▷ heat storage-type heating/hot water equipment, ▷ heat storage-type heating and cooling equipment (cooling equipment) ▷ ESS-type heating and cooling equipment, etc. The late-night power rate is a rate system that is applied only to the late-night power consumption of late-night power devices, not to all the power used in the late night. This is billed separately from the normal rate after a late-night power meter is installed and metered.

한국에서는 전기차 배터리에 충전된 전기나 ESS(Energy Storage System 에너지저장장치)에 저장해 뒀던 전력을 되팔 수 있도록, 전기차가 전기충전을 하기만 하는데서 더 나아가 전기차에 내장된 배터리에 충전한 전력을 판매할 수 있는 제도를 발표했다. '소규모 신·재생에너지발전전력 등의 거래에 관한 지침' 개정에 따라 야간에 전기차 사용자가 값싼 전기요금으로 충전한 전력을 주간 피크시간대에 비싼 가격으로 되파는 것이 가능해질 전망이다. 이를 위해 전기차 탑재형 충전기(On Board Charger), 양방향 완속충전시스템, V2G(Vehicle To Grid: 전기차전력의 전력망 역송전) 표준 등 전기차 배터리의 전력을 송전망에 송전하기 위한 기술이 추가적으로 개발될 전망이다. ESS는 전력 수요량이 급증할 때를 대비해 남는 전력을 모아 물리적 장치에 저장하는 장치를 말한다. 그동안은 발전소로 인정이 되지 않아 전력을 팔 수 없었다. 최근 전기사업법 고시 개정을 통해 ESS가 발전소로 인정 되면서 앞으로는 저장된 전력을 한전에 되팔수 있게 됐다. 정부는 소비자들이 ESS장치를 설치할 경우 투자회수 기간을 단축할 수 있도록 경부하 시간대(23:00~09:00)에 충전을 하면 전력 단가를 현재보다 10% 할인해 주는 맞춤형 요금제도도 시행하고 있다. 현재 공공기관의 ESS 구축 비용은 3억원/MWh 내외이지만 기술개발 및 대규모 사업화에 따라 지속적으로 인하될 전망이다. In Korea, in order to resell the electricity charged in the electric vehicle battery or the electric power stored in the ESS (Energy Storage System), electric vehicles can not only charge electricity, but also sell the electric power charged in the electric vehicle's built-in battery. system was announced. According to the revision of the 'Guidelines on the Transaction of Small-scale New and Renewable Energy Generation Power, etc.', it is expected that electric vehicle users will be able to sell electric power charged at low rates at night at high prices during peak hours during the day. To this end, additional technologies for transmitting electric vehicle battery power to the electric grid are expected to be developed, such as on-board chargers for electric vehicles, two-way slow charging systems, and V2G (Vehicle To Grid: reverse transmission of electric vehicle power) standards. ESS refers to a device that collects excess power and stores it in a physical device in case the power demand surges. In the meantime, electricity could not be sold because it was not recognized as a power plant. As ESS is recognized as a power plant through the recent revision of the Electricity Business Act notice, the stored electricity can be resold to KEPCO in the future. In order to shorten the payback period when consumers install ESS devices, the government is also implementing a customized rate system in which the unit price of electricity is reduced by 10% compared to the current when charging during light load hours (23:00-09:00). Currently, the cost of building ESS for public institutions is around KRW 300 million/MWh, but it is expected to continue to decrease in line with technology development and large-scale commercialization.

한국등록특허공보 제 10-1972778호는 ESS모듈이 구비된 충전장치로 교류 전력을 전기차에 직접 입력되는 충전 전력으로 변환하는 전력 모듈; 상기 전기차에 연결되는 전력 라인이 마련되고 상기 전력 모듈에 연결된 키오스크; 상기 전력 모듈에 연결되고, 상기 전기차로 제공되는 예비 전력이 저장되는 ESS 모듈; 상기 전력 모듈을 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 예지 전력은 상기 전력 모듈에 의해 상기 충전 전력으로 변환되어 상기 전기차로 제공되며, 상기 제어 모듈은 상기 교류 전력 또는 상기 예비 전력으로 ESS를 선택적으로 상기 전기차에 제공하도록 구성하였다. 혹은, ESS모듈 만으로 전기차 충전소를 구축하는 개념도 제시되었다.Korean Patent Publication No. 10-1972778 discloses a charging device equipped with an ESS module, comprising: a power module that converts AC power into charging power that is directly input to an electric vehicle; a kiosk provided with a power line connected to the electric vehicle and connected to the power module; an ESS module connected to the power module and storing reserve power provided to the electric vehicle; a control module for controlling the power module; wherein the predictive power is converted into the charging power by the power module and provided to the electric vehicle, and the control module selectively selects the ESS as the AC power or the reserve power It was configured to be provided to the electric vehicle. Alternatively, the concept of building an electric vehicle charging station using only the ESS module was presented.

2025년 전기차의 보급은 800만대로 전망되고 있으며, 2025년 부터 유럽 일부 국가에서는 내연기관 차 판매를 중단하며, 2030년부터는 중국, 독일, 인도에서도 판매를 중단한다. 2040년에는 많은 국가에서 판매를 중당하는 만큼 효율적인 전기차 충전 인프라의 확산은 매우 중요하다. 전기차의 배터리 용량도 초기에는 20kWh에서 60kWh로 증대되고 있으며, 급속 충전 기술도 발달하여 현행 50kW급에서 10분 이내에 충전할 수 있는 400kW 급 이상도 보편화될 전망이다. 전기차 10만대가 400kW로 급속충전이 같은 시간대에 진행된다면 40GW의 전력이 필요하다. 국내 전력 최대공급능력이 100GW와 비교하면 최대공급능력의 40% 수준으로 현행 발전 용량으로는 전면적인 전기차 확대 및 충전 인프라를 구축할 수 없다. The supply of electric vehicles in 2025 is expected to be 8 million units, and sales of internal combustion engine vehicles will be stopped in some European countries from 2025, and sales will also stop in China, Germany, and India from 2030. In 2040, the spread of efficient electric vehicle charging infrastructure is very important as sales are being held in many countries. The battery capacity of electric vehicles is also increasing from 20 kWh to 60 kWh at the beginning, and rapid charging technology is also developed, so it is expected that the current 50 kW class will become more common than the 400 kW class, which can be charged within 10 minutes. If 100,000 electric vehicles are rapidly charging 400 kW at the same time, 40 GW of power is required. Compared to 100GW, the maximum domestic electricity supply capacity is 40% of the maximum supply capacity, so it is impossible to build a full-scale electric vehicle expansion and charging infrastructure with the current power generation capacity.

한국등록특허공보 제 10-1972778호에서는 최초로 ESS모듈이 구비된 충전장치로 교류 전력을 전기차에 직접 입력되는 충전 전력으로 변환하는 전력 모듈; 상기 전기차에 연결되는 전력 라인이 마련되고 상기 전력 모듈에 연결된 키오스크; 상기 전력 모듈에 연결되고, 상기 전기차로 제공되는 예비 전력이 저장되는 ESS 모듈; 상기 전력 모듈을 제어하는 제어모듈;을 포함하고, 상기 예비 전력은 상기 전력 모듈에 의해 상기 충전 전력으로 변환되어 상기 전기차로 제공되며, 상기 제어 모듈은 상기 교류 전력 또는 상기 예비 전력을 선택적으로 상기 전기차에 제공하도록 구성하였지만, 400kW의 강한 전력을 릴레이, MCCB(Mold Case Current Breaker) 배선용 차단기 등으로 전기 회로를 열거나 닫는 것으로 구성하였다는 문제점이 있다. 또한 ESS를 예비 전원으로만 사용하여 국가전력망 안정적 운용을 보장할 수 없다. Korean Patent Publication No. 10-1972778 discloses, for the first time, a charging device equipped with an ESS module, a power module that converts AC power into charging power directly input to an electric vehicle; a kiosk provided with a power line connected to the electric vehicle and connected to the power module; an ESS module connected to the power module and storing reserve power provided to the electric vehicle; a control module for controlling the power module, wherein the reserve power is converted into the charging power by the power module and provided to the electric vehicle, and the control module selectively converts the AC power or the reserve electric power to the electric vehicle However, there is a problem in that 400kW of strong power is configured to open or close the electric circuit with a relay or a MCCB (Mold Case Current Breaker) circuit breaker. In addition, the stable operation of the national power grid cannot be guaranteed by using the ESS only as a backup power source.

전기차 배터리는 사용하면서 충전 용량이 80% 이하로 감소하여, 효율이 감소하므로 전기차에 탑재하기 보다는 교체할 수 밖에 없어 분해하여 고가의 니켈 및 코발트를 추출하거나 ESS 등으로 재활용 하는 산업도 형성될 전망이다. 이를 전기차 충전 인프라에 활용할 필요가 있다.As electric vehicle batteries are used, their charging capacity decreases to 80% or less, and their efficiency decreases, so they have no choice but to be replaced rather than installed in electric vehicles. . It is necessary to utilize this for electric vehicle charging infrastructure.

충전 인프라를 전력회사의 교류 전력만 사용하는 경우, 동시간대에 많은 차량이 충전할 경우 국가의 전력 예비율이 떨어져 국가 전력망의 안정적 운용에 치명적 문제가 발생할 수 있다. 이에 대한 대안으로 예비전원용 ESS와 교류 전력을 혼합하여 사용하는 방식이 적용될 수 있지만, 400kW의 높은 전력을 릴레이 등으로 전환시키기 어려워 충전 장치 구성에 많은 비용이 필요하며, 예비전원용 ESS와 교류 전력 간의 전환에 따른 스파크 발생 등 위험성이 크다. If the charging infrastructure uses only AC power from the power company, and if many vehicles are charging at the same time, the national power reserve ratio will drop, which may cause fatal problems in the stable operation of the national power grid. As an alternative to this, a method of using a mixture of ESS for standby power and AC power can be applied, but it is difficult to convert 400 kW of high power into a relay, etc. There is a high risk of sparks.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해 동일 충전주차구역 내에 경부하시(심야전력)에만 자동 충전하는 ESS(Energy Storage System), ESS에 충전된 전력으로 중간부하 및 최대 부하 시간대에 사용하는 메인 ESS 충전기와 보조로 교류 전력만을 사용하는 충전기 2식을 독립적으로 구성한다. ESS의 충전 용량이 소진되어 해당 전기차를 충전할 수 없거나, 경부하 시간 대에는 메인 ESS 충전기 대신 보조 교류전력망 충전기를 사용하도록 유도하는 수단이 포함된다. ESS의 적정 용량으로는 주차 구역당 100대/일 규모를 50% 정도 충전할 수 있도록 구성한다. 전기차 1대당 평균 30kWh를 충전할 경우 충전 구역당 3MWh 용량의 ESS가 필요하다. 6대 정도 충전 구역이 있는 충전소의 경우 18MWh 용량의 ESS(ESS 80$/kWh로 140만 $)가 필요하다. 심야전력만으로 충전하기 위한 심야전력 계량기를 ESS 모듈에 부착하고 심야 시간 대에 자동으로 충전시키는 수단이 필요하다. 경부하시 충전 요금은 평균 60원/kWh이므로 최대부하시 240원/kWh로 18MWh를 판매할 경우 324만원/일 판매 수익이 예상된다.In the present invention, in order to solve this problem, an ESS (Energy Storage System) that automatically charges only during light load (midnight power) within the same charging parking area, the main ESS charger used during medium load and maximum load time with the power charged in the ESS, and auxiliary Independently compose two sets of chargers that use only AC power. Means to induce the use of an auxiliary AC power grid charger instead of the main ESS charger are included when the electric vehicle cannot be charged because the charging capacity of the ESS is exhausted or during the light load period. The appropriate capacity of the ESS is configured so that 100 cars/day per parking area can be charged by 50%. When charging an average of 30 kWh per electric vehicle, an ESS with a capacity of 3 MWh per charging area is required. In the case of a charging station with about six charging areas, an ESS with a capacity of 18MWh (ESS 80$/kWh, $1.4 million) is required. It is necessary to attach a late-night power meter for charging only with late-night power to the ESS module and automatically charge it during late-night hours. The average charging rate at light load is 60 won/kWh, so if 18MWh is sold at 240 won/kWh at maximum load, sales profit of 3.24 million won/day is expected.

충전소에는 전력선이 ESS전력선과 교류 전력선이 각각 독립적으로 있고, 각각의 전력선에 충전기가 독립적으로 구성된다. 그러므로, 동일 충전주차구역 내에는 2개의 충전기가 있어, 사용자는 메인 ESS 충전기를 우선적으로 사용하지만, ESS의 남은 충전용량이 부족하거나, 경부하 시간(23:00 ~ 09:00) 대에는 보조 교류 전력망 충전기를 사용하도록 LED 표시장치 등으로 유도하도록 구성된다. 즉, 동일 충전구역에서 ESS 예비 전력과 교류 전력을 같이 사용하도록 한 1개의 충전장치를 사용하는 기존 방식 대비, 메인 ESS 충전기와 보조 교류 충전기 2개의 전기차 충전기를 구성하는 본 발명은 ESS모듈에 충전 전력이 소진되었을 경우에도 충전 보장과 함께 안정성 확보는 물론 구축 비용 측면에서도 장점이 있다.In the charging station, the ESS power line and the AC power line are each independently of the power line, and the charger is independently configured in each power line. Therefore, there are two chargers in the same charging and parking area, and the user prefers to use the main ESS charger. It is configured to lead to an LED indicator light to use the power grid charger. In other words, compared to the existing method of using one charging device to use ESS reserve power and AC power together in the same charging area, the present invention, which consists of a main ESS charger and two auxiliary AC chargers, provides charging power to the ESS module. Even when the battery is exhausted, it has advantages in terms of construction cost as well as securing stability as well as guaranteeing charging.

2025년부터 많은 국가에서 내연기관 차 판매를 중단하는 만큼 효율적인 전기차 충전 인프라의 확산은 매우 중요하다. 급속 충전 기술도 발달하여 현행 50kW급에서 10분 이내에 충전할 수 있는 400kW 급 이상도 보편화될 전망이다. 충전 인프라를 전력회사의 교류 전력만 사용하는 경우, 특히 중부하 시간대에 많은 차량이 충전할 경우 국가의 전력 예비율이 떨어져 국가 전력망의 안정적 운용에 치명적 문제가 발생할 수 있다. 이에 대한 대안으로 전용 ESS, 혹은 예비 ESS와 교류 전력을 혼합하여 사용하는 방식이 적용될 수 있지만, 400kW의 높은 전력을 릴레이 등으로 전환시키기 어려워 충전 장치 구성에 더 많은 비용이 필요하며, ESS와 교류 전력 간의 전환에 따른 스파크 발생 등 위험성이 크다. 본 발명은 충전소에는 전력선이 ESS전력선과 교류 전력선이 각각 독립적으로 구성하고, 각각의 전력선에 충전기를 독립적으로 연결한다. 그러므로 동일 주차 구역 내에는 2개의 충전기가 있어, 사용자는 메인 ESS 충전기를 우선적으로 사용하지만, ESS의 남은 충전용량이 부족하거나, 경부하 시간(23:00 ~ 09:00) 대에는 보조 교류 충전기를 사용한다. 본 발명을 통하여 다음과 같은 효과가 있다.As many countries stop selling internal combustion engine vehicles from 2025, the spread of efficient electric vehicle charging infrastructure is very important. With the development of fast charging technology, it is expected that the current 50kW class will become more common than the 400kW class, which can be charged within 10 minutes. If the charging infrastructure uses only AC power from the power company, especially when many vehicles are charged during heavy load hours, the national power reserve ratio will drop, which may cause fatal problems in the stable operation of the national power grid. As an alternative to this, a method of using a dedicated ESS or a mixture of a spare ESS and AC power can be applied, but it is difficult to convert 400kW of high power into a relay, etc. There is a high risk of sparks caused by switching between the two. In the present invention, the power line of the charging station consists of an ESS power line and an AC power line independently, and a charger is independently connected to each power line. Therefore, there are two chargers in the same parking area, and the user prefers to use the main ESS charger. use. The present invention has the following effects.

첫째, 전기차 충전소에는 메인 ESS전력선과 보조 교류 전력선을 각각 독립적으로 구성하고, 각각의 전력선에 충전기 2식을 독립적으로 구성함으로써 최대부하 시간대에도 안정적으로 전기차 충전 인프라를 운용할 수 있다.First, by independently configuring the main ESS power line and auxiliary AC power line at the electric vehicle charging station, and independently configuring two chargers in each power line, the electric vehicle charging infrastructure can be operated stably even during the maximum load time.

둘째, 경부하(심야전력) 시간대에 ESS 모듈을 자동으로 충전하도록 구성하고, ESS모듈 충전 전력을 주로 최대부하시에 전기차를 충선하도록 구성함으로써 국가 전력망의 효율을 높이면서 전력 에비율을 높일 수 있다. Second, by configuring the ESS module to automatically charge during the light load (midnight power) time period, and by configuring the ESS module charging power to mainly charge the electric vehicle at the maximum load, the efficiency of the national grid can be improved and the power consumption ratio can be increased. .

셋째, 동일 충전주차구역내에 메인 ESS 전력 충전기와 보조 교류전력망 충전기가 함께 있어, ESS모듈의 잔여 충전 전력이 충분하지 않거나 경부하시에는 보조 교류전력망 충전기를 사용하도록 유도함으로써 ESS전력선과 교류전력선을 통합하는 기존 방식의 문제점들을 해결할 수 있다.Third, there is a main ESS power charger and an auxiliary AC power grid charger in the same charging parking area, so the ESS power line and AC power line are integrated by inducing the use of the auxiliary AC power grid charger when the remaining charging power of the ESS module is insufficient or light load. It can solve the problems of the existing method.


도 1은 한국에서 운용하는 경부하, 중간부하, 최대 부하 시간대별 산업용 전력요금 체계이다.
도 2는 한국에서의 전기차 충전 요금 및 전기충전사업자가 공급받는 전력 요금표이다.
도 3은 전기차, 전기차 충전소와 한국전력의 계통 연계, 결제 시스템, 운영 관제 시스템을 통합 운용하는 플랫폼 구성도이다.
도 4는 신재생 에너지와 전력망으로 구성한 ESS 전용 충전소의 개념도이다.
도 5는 예비용 ESS모듈이 구비된 충전장치(한국특허 등록 10-1972773호)의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 ESS전력선과 교류전력선을 독립적으로 구성하고 각각의 전력선에 메인 ESS 충전기(키오스크 포함)와 보조 교류전력망 충전기를 연결한 구성도이다.

1 is an industrial electricity rate system for each light load, medium load, and maximum load time period operated in Korea.
2 is a table of electric vehicle charging rates in Korea and electricity rates supplied by electric charging service providers.
3 is a block diagram of a platform that integrates electric vehicles, electric vehicle charging stations and KEPCO's grid connection, payment system, and operation control system.
4 is a conceptual diagram of an ESS dedicated charging station composed of renewable energy and a power grid.
5 is a schematic diagram of a charging device (Korean Patent Registration No. 10-1972773) equipped with a spare ESS module.
6 is a configuration diagram of the ESS power line and the AC power line of the present invention independently configured, and the main ESS charger (including a kiosk) and the auxiliary AC power grid charger are connected to each power line.

충전 인프라를 전력회사의 교류 전력만 사용하는 경우, 동시간대에 많은 차량이 충전할 경우 국가의 전력 예비율이 떨어져 국가 전력망의 안정적 운용에 치명적 문제가 발생할 수 있다. 이에 대한 소극적 대안으로 예비전원용 ESS와 교류 전력을 혼합하여 사용하는 방식이 적용될 수 있지만, 400kW의 높은 전력을 릴레이 등으로 전환시키기 어려워 충전 장치 구성에 많은 비용이 필요하며, 예비전원용 ESS와 교류 전력 간의 전환에 따른 스파크 발생 등 위험성이 크다. If the charging infrastructure uses only AC power from the power company, and if many vehicles are charging at the same time, the national power reserve ratio will drop, which may cause fatal problems in the stable operation of the national power grid. As a passive alternative to this, a method of using a mixture of ESS for standby power and AC power can be applied, but it is difficult to convert 400 kW of high power into a relay, etc. There is a high risk of sparks caused by conversion.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해 동일 충전주차구역 내에 경부하시(23시 ~ 9시 심야전력)에만 자동 충전하는 ESS(Energy Storage System) 모듈, ESS 모듈에 충전된 전력으로 중간부하 및 최대 부하 시간대에 사용하는 메인 ESS 충전기와 보조로 교류 전력만을 사용하는 충전기 2식을 독립적으로 구성한다. ESS의 충전 용량이 소진되어 해당 전기차를 충전할 수 없거나, 경부하 시간 대에는 메인 ESS 충전기 대신 보조 교류전력망 충전기를 사용하도록 유도하는 수단이 포함된다. ESS의 적정 용량으로는 주차 구역당 100대/일 규모를 50% 정도 충전할 수 있도록 구성한다. 전기차 1대당 평균 30kWh를 충전할 경우 충전 구역당 3MWh 용량의 ESS가 필요하다. 6대 정도 충전 구역이 있는 충전소의 경우 18MWh 용량의 ESS(ESS 80$/kWh로 140만 $)가 필요하다. 심야전력만으로 충전하기 위한 심야전력 계량기를 ESS 모듈에 부착하고 심야 시간 대에 자동으로 충전시키는 수단이 필요하다. In the present invention, in order to solve this problem, an ESS (Energy Storage System) module that automatically charges only at light load (midnight power from 23:00 to 9:00) within the same charging parking area, and the power charged in the ESS module is used during medium load and maximum load time It independently composes two sets of chargers that use only AC power as the main ESS charger and the auxiliary. Means to induce the use of an auxiliary AC power grid charger instead of the main ESS charger are included when the electric vehicle cannot be charged because the charging capacity of the ESS is exhausted or during the light load period. The appropriate capacity of the ESS is configured so that 100 cars/day per parking area can be charged by 50%. When charging an average of 30 kWh per electric vehicle, an ESS with a capacity of 3 MWh per charging area is required. In the case of a charging station with about six charging areas, an ESS with a capacity of 18MWh (ESS 80$/kWh, $1.4 million) is required. It is necessary to attach a late-night power meter for charging only with late-night power to the ESS module and automatically charge it during late-night hours.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은 한국에서 운용하는 경부하, 중간부하, 최대 부하 시간대별 산업용 전력요금 체계이다. 발전소의 전력 생산 효율을 위해서는 전력 수요를 경부하, 중간부하, 최대 부하시 균일하게 수요 관리할 필요가 있다. 일반적으로 경부하시 전력 요금은 최대 부하시 35% 내외이다. 도 2는 한국에서의 전기차 충전 요금 및 전기충전사업자가 공급받는 전력 요금표이다. 도 3은 현재까지 구축된 전기차, 전기차 충전소와 한국전력의 계통 연계, 결제 시스템, 운영 관제 시스템을 통합 운용하는 플랫폼 구성도이다. 1 is an industrial electricity rate system for each light load, medium load, and maximum load time period operated in Korea. For power generation efficiency of power plants, it is necessary to uniformly manage power demand at light load, medium load, and maximum load. In general, the electricity rate at light load is around 35% at full load. 2 is a table of electric vehicle charging rates in Korea and electricity rates supplied by electric charging service providers. 3 is a block diagram of a platform that integrates electric vehicles, electric vehicle charging stations and KEPCO's grid connection, payment system, and operation control system built so far.

도 4는 신재생 에너지와 전력망으로 구성한 ESS 전용 충전소의 개념도이다. 경부하시 ESS 모듈에 충전된 전력이 소진되었을 경우, 대기중인 전기차를 충전하기 위해서는 최대 부하시에도 전력을 새로 ESS모듈에 충전하여 사용해야 한다는 모순이 있다. 교류에서 직류로 변환하여 전기차를 충전하는 방식에 비해, ESS 모듈에 충전하면서 손실이 발생하게 된다. 도 5는 예비용 ESS모듈이 구비된 충전장치(한국특허 등록 10-1972773호)의 개략도이다. 1식 충전장치를 사용하므로 예비 ESS 전력과 메인 교류 전력을 스위칭하여 사용해야 하는 전력모듈을 사용한는 문제점이 있다. AC-DC 변환기로 필요시 예비 ESS 모듈을 충전해야 하면서 전기차 충전전력을 공급해야 하므로 직류 출력 설계를 최적화할 수도 없다.4 is a conceptual diagram of an ESS dedicated charging station composed of renewable energy and a power grid. When the electric power charged in the ESS module is exhausted during light load, there is a contradiction in that electric power must be newly charged and used in the ESS module even at maximum load in order to charge the standby electric vehicle. Compared to charging an electric vehicle by converting alternating current to direct current, losses occur while charging the ESS module. 5 is a schematic diagram of a charging device (Korean Patent Registration No. 10-1972773) equipped with a spare ESS module. Since a one-type charging device is used, there is a problem in using a power module that must be used by switching between the spare ESS power and the main AC power. The DC output design cannot be optimized because the AC-DC converter has to supply the electric vehicle charging power while charging the spare ESS module when necessary.

도 6은 본 발명의 ESS전력선과 교류전력선을 독립적으로 구성하고 각각의 전력선에 메인 ESS 충전기(키오스크 포함)와 보조 교류전력망 충전기를 연결한 구성도이다. 전기차 충전소에는 메인 ESS전력선과 보조 교류 전력선을 각각 독립적으로 구성하고, 각각의 전력선에 충전기 2식을 독립적으로 구성함으로써 최대부하 시간대에도 안정적으로 전기차 충전 인프라를 운용할 수 있다. 경부하(심야전력) 시간대에 ESS 모듈을 자동으로 충전하도록 구성하고, ESS모듈 충전 전력을 주로 최대부하시에 전기차를 충선하도록 구성함으로써 국가 전력망의 효율을 높이면서 전력 에비율을 높이도록 구성한다. 동일 충전주차구역내에 메인 ESS 전력 충전기와 보조 교류전력망 충전기가 함께 있어, ESS모듈의 잔여 충전 전력이 충분하지 않거나 경부하시에는 보조 교류전력망 충전기를 사용하도록 유도 혹은 사용을 제한한다는 특징이 있다. 즉, 경부하 시에는 메인 ESS 전력 충전기 사용을 차단하고 보조 교류전력망 충전기를 사용하도록 한다. 중간부하 및 최대부하시 ESS모듈의 충전기를 사용하지만, 충전 전력이 부족할 경우 메인 ESS 충전기를 차단하고 보조 교류망 충전기를 사용하도록 한다. 최대 부하시 ESS 전력을 우선 사용함이 효율적이므로 중간 부하시에도 메인 ESS 충전기를 차단하고 보조 교류망 충전기를 사용하도록 구성 할 수 있다. 겨울철에는 최대 부하 시간이 10시~12시, 17시~20시, 22시~23시 이므로 12시~17시 중간 부하시에는 ESS 전력을 보존할 필요가 있다. 6 is a configuration diagram of the ESS power line and the AC power line of the present invention independently configured, and a main ESS charger (including a kiosk) and an auxiliary AC power grid charger are connected to each power line. In the EV charging station, the main ESS power line and the auxiliary AC power line are independently configured, and two chargers are independently configured in each power line, so that the EV charging infrastructure can be operated stably even during the peak load time. It is configured to automatically charge the ESS module during the light load (midnight power) time period, and the ESS module charging power is mainly configured to charge the electric vehicle at the maximum load, thereby increasing the efficiency of the national power grid and increasing the power ratio. There is a main ESS power charger and an auxiliary AC power grid charger in the same charging parking area, so when the remaining charging power of the ESS module is insufficient or a light load, the use of the auxiliary AC power grid charger is restricted or induced. That is, at light load, the main ESS power charger is blocked and the auxiliary AC power grid charger is used. The charger of the ESS module is used at medium and maximum loads, but if the charging power is insufficient, the main ESS charger is cut off and an auxiliary AC network charger is used. It is efficient to use ESS power first at maximum load, so it can be configured to block the main ESS charger and use the auxiliary AC network charger even at medium load. In winter, the maximum load time is 10:00 to 12:00, 17:00 to 20:00, and 22:00 to 23:00, so it is necessary to conserve ESS power during intermediate load between 12:00 and 17:00.

전기차 충전장치에 있어서, 전기차 충전소의 심야 전력망(2)과 교류 전력망(1)으로 구성하는 수단; 심야 전력망(2)은 경부하 시간(현행 23시 ~09시)에 경부하 ESS 충전장치(3)를 통하여 ESS 모듈(4) 충전하는 수단; ESS 모듈(4)에 충전된 전력은 ESS전력모듈(5)을 통해 전기차에서 요구하는 충전 전압으로 변환되어 주력 전력선에 메인 충전전력(7)을 형성하는 수단; 교류 전력망(3)의 교류를 전달받아 전기차에서 요구하는 충전 전압으로 변황되어 보조 전력선에 보조 충전전력(11)을 형성하는 수단; 동일 충전주차구역(10)에는 메인 충전전력(7)에 연결되는 메인 ESS 충전기(8) 보조충전전력(11)에 연결되는 보조 교류전력망 충전기(9)를 각각 설치하는 수단; 다수의 충전주차구역(10)에 반복 설치하는 수단; 전기차(13)에는 메인 ESS충전기(8)와 보조 교류전력망 충전기(9)를 선택하여 충전하도록 구성한다. 즉, 동일 충전주차구역에 두개의 충전기를 설치하여 전기차를 충전하는 전기차 충전소 및 심야시간에 ESS모듈에 충전된 전력을 메인으로 판매하는 방법, 충전 방법을 제공한다.An electric vehicle charging device comprising: means for configuring an electric vehicle charging station's midnight electric grid (2) and an AC electric power grid (1); The midnight power grid 2 includes means for charging the ESS module 4 through the light load ESS charging device 3 during the light load time (currently 23:00 to 09:00); means for converting the power charged in the ESS module 4 into a charging voltage required by the electric vehicle through the ESS power module 5 to form the main charging power 7 on the main power line; means for receiving the AC from the AC power grid 3 and converting it to a charging voltage required by the electric vehicle to form the auxiliary charging power 11 on the auxiliary power line; means for installing the main ESS charger 8 connected to the main charging power 7 and the auxiliary AC power grid charger 9 connected to the auxiliary charging power 11 in the same charging parking area 10, respectively; means for repeatedly installing a plurality of charging and parking areas (10); The electric vehicle 13 is configured to select and charge the main ESS charger 8 and the auxiliary AC power grid charger 9 . In other words, it provides an electric vehicle charging station for charging electric vehicles by installing two chargers in the same charging and parking area, and a main selling method and a charging method for the electric power charged in the ESS module at night time.

ESS 모듈(4)에 남은 충전용량이 부족하거나, 혹은, 경부하 시간(23:00 ~ 09:00)에는 메인 ESS충전기(8) 대신 보조 교류전력망 충전기(9)를 사용하도록 유도하는 사용유도장치(12)를 포함한다. 최대 부하시 ESS 전력을 우선 사용하도록 중간 부하시에도 메인 ESS 충전기를 차단하고 보조 교류망 충전기를 사용하도록 구성 할 수 있다. 특히, 겨울철에는 최대 부하가 주로 10시~12시, 17시 ~ 20시, 22시~23시 이므로 오전에는 ESS모듈 사용을 효율적으로 관리해야 한다. 즉, 경부하 시간대에 충전한 ESS 모듈을 메인 충전 전력으로 사용하는 전기차 충전소 및 사용유도장치가 구비된 충전기 및 충전 방법을 제공한다. 사용유도장치(12)로는 사용 가능(O)과 불가능(X)을 표시하는 소극적 수단 및 사용을 금지하는 적극적 수단(일례로 충전기 키오스크 전력 오프)을 포함한다.Inducing device for inducing the use of the auxiliary AC power grid charger 9 instead of the main ESS charger 8 when the remaining charging capacity of the ESS module 4 is insufficient or during the light load time (23:00 ~ 09:00) (12) is included. In order to use ESS power first at maximum load, it can be configured to cut off the main ESS charger and use an auxiliary AC network charger even at medium load. In particular, in winter, the maximum load is mainly from 10:00 to 12:00, 17:00 to 20:00, and 22:00 to 23:00, so it is necessary to efficiently manage the use of ESS modules in the morning. That is, an electric vehicle charging station using an ESS module charged during a light load time as main charging power, a charger equipped with a use inducing device, and a charging method are provided. The use inducement device 12 includes a passive means for indicating available (O) and impossible (X) and an active means for prohibiting use (eg, power off the charger kiosk).

경부하 시간(23:00 ~ 09:00)에 전력회사의 심야 전력망(2)과 연결된 ESS충전장치(3)에는, 심야전력 계량기; 및 교류를 직류로 변환하는 수단(AC-DC 컨버터)을 포함하고, ESS 모듈(4)을 자동 충전하도록 구성한다. 경부하 시간대에 충전한 ESS 모듈을 메인 충전 전력으로 사용하는 전기차 충전소를 구성한다. ESS 모듈(4)에 충전된 전력은 전기차에서 요구하는 충전 전압(300V ~ 400V)으로 설정하여, 별도의 ESS 전력모듈(5)를 사용하지 않더라도 주력 전력선에 메인 충전전력(7)을 제공하도록 구성할 수 있다. 1개의 고용량 교류 전력모듈(6)을 사용할 수 있지만 각각의 보조 교류 전력망 충전기(9) 내에 소용량 교류 전력모듈(6) 포함하여 구할 수도 있다. At light load time (23:00 ~ 09:00), the ESS charging device (3) connected to the late-night power grid (2) of the power company includes a late-night power meter; and means for converting alternating current to direct current (AC-DC converter), and is configured to automatically charge the ESS module 4 . An electric vehicle charging station that uses the ESS module charged during the light load time as the main charging power is configured. The power charged in the ESS module (4) is set to the charging voltage (300V ~ 400V) required by the electric vehicle, so that the main charging power (7) is provided to the main power line even if a separate ESS power module (5) is not used. can do. One high-capacity AC power module 6 can be used, but it can also be obtained by including the small-capacity AC power module 6 in each auxiliary AC power grid charger 9 .

1 : 교류 전력망 2 : 심야 전력망
3 : 경부하시 ESS충전장치 4 : ESS 모듈
5 : ESS 전력모듈 6 : 교류 전력모듈
7 : 메인 충전전력 8 : 메인 ESS 충전기
9 : 보조 교류전력망 충전기 10 : 충전 주차구역
11 : 보조 충전전력 12 : 사용 유도장치
13 : 전기차
1: AC power grid 2: midnight power grid
3: ESS charging device under light load 4: ESS module
5: ESS power module 6: AC power module
7: main charging power 8: main ESS charger
9: auxiliary AC power grid charger 10: charging parking area
11: auxiliary charging power 12: use induction device
13: electric car

Claims (7)

전기차 충전장치에 있어서,
전기차 충전소의 심야 전력망(2)과 교류 전력망(1)으로 구성하는 수단;
심야 전력망(2)으로 경부하 시간(현행 23시 ~ 09시)에 경부하 ESS 충전장치(3)를 통하여 ESS 모듈(4)을 충전하는 수단;
ESS 모듈(4)에 충전된 전력은 ESS전력모듈(5)을 통해 전기차에서 요구하는 충전 전압으로 변환되어 주력 전력선에 메인 충전전력(7)을 형성하는 수단;
교류 전력망(3)의 교류를 전달받아 전기차에서 요구하는 충전 전압으로 변환되어 보조 전력선에 보조 충전전력(11)을 형성하는 수단;
동일 충전주차구역(10)에는 메인 충전전력(7)에 연결되는 메인 ESS 충전기(8) 보조충전전력(11)에 연결되는 보조 교류전력망 충전기(9)를 각각 설치하는 수단; 충전주차구역(10)가 다수인 경우 반복 설치하는 수단;
전기차(13)에는 메인 ESS충전기(8)와 보조 교류전력망 충전기(9)를 선택하여 충전하도록 구성함을 특징으로 하는 동일 충전주차구역에 두개의 충전기를 설치하여 전기차를 충전하는 전기차 충전소 및 심야시간에 ESS모듈에 충전된 전력을 메인으로 판매하는 방법, 충전 방법
In the electric vehicle charging device,
means for configuring the midnight power grid (2) and the AC power grid (1) of the electric vehicle charging station;
means for charging the ESS module 4 through the light load ESS charging device 3 during the light load time (currently 23:00 to 09:00) to the late-night power grid 2 ;
means for converting the power charged in the ESS module (4) into a charging voltage required by the electric vehicle through the ESS power module (5) to form the main charging power (7) in the main power line;
means for receiving the AC from the AC power grid 3 and converting it into a charging voltage required by the electric vehicle to form the auxiliary charging power 11 on the auxiliary power line;
means for installing the main ESS charger 8 connected to the main charging power 7 and the auxiliary AC power grid charger 9 connected to the auxiliary charging power 11 in the same charging parking area 10, respectively; means for repeatedly installing the charging parking area 10 in a plurality of cases;
In the electric vehicle 13, two chargers are installed in the same charging parking area, characterized in that the main ESS charger 8 and the auxiliary AC power grid charger 9 are selected and charged. How to sell the power charged in the ESS module as main, how to charge
1항에 있어서,
ESS 모듈(4)에 남은 충전용량이 부족하거나, 혹은, 경부하 시간(23:00 ~ 09:00)에는 메인 ESS충전기(8) 대신 보조 교류전력망 충전기(9)를 사용하도록 유도하는 사용유도장치(12)를 포함하여 구성하는 경부하 시간대에 충전한 ESS 모듈을 메인 충전 전력으로 사용하는 전기차 충전소 및 사용유도장치가 구비된 충전기 및 충전 방법
According to claim 1,
Inducing device for inducing the use of the auxiliary AC grid charger 9 instead of the main ESS charger 8 when the remaining charging capacity of the ESS module 4 is insufficient, or during light load time (23:00 ~ 09:00) An electric vehicle charging station that uses the ESS module charged during the light load time period comprising (12) as the main charging power and a charger equipped with an induction device and charging method
1항에 있어서,
ESS모듈(4)의 충전 전력의 부족이 최대 부하시 예상되는 경우;
최대 부하시 메인 ESS 전력을 우선 사용하기 위하여 중간 부하시에도 메인 ESS 충전기(8)를 차단하고 보조 교류망 충전기(9)를 사용하도록 구성함을 특징으로 하는 최대 부하시 우선적으로 ESS 모듈 충전 전력을 사용하는 전기차 충전소 및 사용유도장치가 구비된 충전기 및 충전 방법
According to claim 1,
When the shortage of charging power of the ESS module 4 is expected at maximum load;
In order to preferentially use the main ESS power at the maximum load, the ESS module charging power is preferentially charged at the maximum load, characterized in that the main ESS charger (8) is cut off and the auxiliary AC network charger (9) is used even at an intermediate load. Charging stations for electric vehicles used, chargers equipped with use-inducing devices, and charging methods
2항에 있어서,
사용유도장치(12)로는
사용 가능(O)과 불가능(X)을 표시하는 소극적 수단 및 해당 충전기의 전원을 오프하는 것과 같은 적극적 수단을 포함하여 구성하는 사용유도장치가 구비된 충전기 및 충전 방법
According to claim 2,
As the use guide device (12),
A charger and charging method equipped with a use inducement device comprising passive means for indicating available (O) and unavailable (X) and active means such as turning off the power of the charger
1항에 있어서,
경부하 시간(23:00 ~ 09:00)에
전력회사의 심야 전력망(2)과 연결된 ESS충전장치(3)에는
심야전력 계량기; 및
교류를 직류로 변환하는 수단(AC-DC 컨버터)을 포함하고,
ESS 모듈(4)을 충전하도록 구성함을 특징으로 하는 경부하 시간대에 충전한 ESS 모듈을 메인 충전 전력으로 사용하는 전기차 충전소
According to claim 1,
At light load hours (23:00 to 09:00)
The ESS charging device (3) connected to the power company’s late-night power grid (2) has
late night electricity meter; and
means for converting alternating current to direct current (AC-DC converter);
Electric vehicle charging station using the ESS module charged during the light load time, characterized in that it is configured to charge the ESS module (4) as the main charging power
1항에 있어서,
ESS 모듈(4)에 충전된 전력은 전기차에서 요구하는 충전 전압으로 설정하여, 별도의 ESS전력모듈(5)를 사용하지 않더라도 주력 전력선에 메인 충전전력(7)을 제공함을 특징으로 하는 경부하 시간대에 충전한 ESS 모듈을 메인 충전 전력으로 사용하는 전기차 충전소
According to claim 1,
The power charged in the ESS module (4) is set to the charging voltage required by the electric vehicle, and the main charging power (7) is provided to the main power line even if a separate ESS power module (5) is not used. An electric vehicle charging station that uses the ESS module charged in the
1항에 있어서,
1개의 고용량 교류 전력모듈(6) 대신 소용량 교류 전력모듈을 각각의 보조 교류 전력망 충전기(9) 내에 포함하여 구성함을 특징으로 하는 보조 교류망 충전기
According to claim 1,
Auxiliary AC network charger, characterized in that instead of one high-capacity AC power module (6), a small-capacity AC power module is included in each auxiliary AC power grid charger (9)
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