KR20230086386A - 전기차 충전기 및 그 제어 방법 - Google Patents

전기차 충전기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 충전기에서 배터리의 충전 속도 및/또는 배터리 온도를 기초로 배터리의 충전을 제어하는 전기차 충전기 및 그 제어 방법에 대한 것이다. 본 발명은, 전기차를 충전하는 전기차 충전기에 있어서, 상기 전기차로의 충전 전력 공급을 제어하는 충전 제어부; 상기 충전 제어부의 제어에 의해 상기 전기차로 충전 전력을 공급하는 전력 공급부; 및 상기 전기차로 공급되는 충전 전력과 상기 전기차의 배터리 정보를 바탕으로 충전속도를 산출하는 충전속도 산출부;를 포함하고, 상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우, 상기 전기차로 배터리 온도에 대한 정보를 요청하고, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차로 배터리 예열을 요청하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기를 제공한다.

Description

전기차 충전기 및 그 제어 방법 {ELECTRIC VEHICLE CHARGING APPARATURS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전기차 충전기 및 그 제어 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은, 충전기에서 배터리의 충전 속도 및/또는 배터리 온도를 기초로 배터리의 충전을 제어하는 전기차 충전기 및 그 제어 방법에 대한 것이다.
온실가스 배출에 대한 국제적인 규제와 화석연료 사용량의 감소를 위해 전기 자동차에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한, 전기차의 충전을 위한 충전 설비도 증가하고 있는 추세이다. 전기차 충전 시스템(Electric Vehicle Supply Equipment: EVSE) 직류 고전압을 전기차 배터리에 직접 공급하는 급속 충전 방식과, 교류 전원을 전기차에 공급하여 차량의 OBC(On Board Charger)를 통해 배터리에 직류 전압을 인가하는 완속 충전 방식이 있다.
그런데, 겨울철 또는 추운 환경에서 배터리의 화학반응은 느려진다. 이온이 전해질과 양극,음극에서 움직이는데 온도가 낮아질수록 이온의 이동속도가 떨어지고, 전지의 내부저항이 증가해 배터리의 전압이 낮아지며, 비효율적으로 에너지 소모가 많아진다. 즉, 전기차의 배터리는 저온 상황에서 효율이 저하되는 문제가 있고, 저온 상태에서 배터리가 방전된 경우 배터리 충전에 문제가 발생할 가능성이 커진다. 특히, 방전으로 인해 전기차 내부의 배터리 예열 시스템조차도 작동하지 않는 경우에는 전기차 충전이 어렵게 될 수 있다.
등록특허 제1233436호
본 발명은, 전기차 충전기에서 배터리의 충전 속도 및/또는 배터리 온도를 기초로 배터리 예열 시스템을 가동하도록 요청함으로써 효율적인 전기차 충전을 가능하게 하는 전기차 충전기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 전기차를 충전하는 전기차 충전기에 있어서, 상기 전기차로의 충전 전력 공급을 제어하는 충전 제어부; 상기 충전 제어부의 제어에 의해 상기 전기차로 충전 전력을 공급하는 전력 공급부; 및 상기 전기차로 공급되는 충전 전력과 상기 전기차의 배터리 정보를 바탕으로 충전속도를 산출하는 충전속도 산출부;를 포함하고, 상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우, 상기 전기차로 배터리 온도에 대한 정보를 요청하고, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차로 배터리 예열을 요청하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차에 공급되는 전력을 배터리 예열이 먼저 사용하도록 요청할 수 있다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 예열이 완료된 경우 상기 전기차 배터리로의 충전이 수행되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우 또는 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 충전 속도 저하 알림을 발생할 수 있다.
또한, 상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 것으로 판단되었으나 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮지 않은 경우, 상기 전기차의 충전 모듈 점검 요청을 생성할 수 있다.
한편, 상기 충전속도는 배터리가 소정 SOC에 도달할 때까지 소요되는 예상 시간일 수 있다.
또한, 본 발명은, 전기차 충전기의 전기차 충전 방법에 있어서, 상기 전기차 충전기가 상기 전기차에 연결되어 충전을 시작하는 단계; 상기 전기차로 공급되는 충전 전력과 상기 전기차의 배터리 정보를 바탕으로 충전속도를 산출하는 충전속도 산출 단계; 및 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우, 상기 전기차로 배터리 온도에 대한 정보를 요청하고, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차로 배터리 예열을 요청하는 배터리 예열 요청 단계;를 포함하는 전기차 충전 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 예열 요청 단계에서, 상기 전기차로 공급되는 전력이 상기 배터리 예열에 먼저 사용되도록 요청할 수 있다.
또한, 상기 배터리 예열이 완료된 경우 상기 전기차의 상기 배터리의 충전을 재개하는 단계가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우 또는 상기 배터리 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 충전 속도 저하 알림을 발생하는 단계가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 것으로 판단되었으나 상기 배터리 온도가 상기 기준온도보다 낮지 않은 경우, 상기 전기차의 충전 모듈 점검 요청을 생성하는 단계가 더 포함될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 충전속도는 배터리가 소정 SOC에 도달할 때까지 소요되는 예상 시간이다.
본 발명에 따르면, 배터리의 상태를 바탕으로 전기차 충전기에서 차량으로 배터리 예열을 요청하도록 함으로써 효율적인 전기차 충전을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 전기차 충전시 충전기, 전기차의 전력 공급 계통 또는 배터리의 이상 유무를 판단할 수 있도록 함으로써 예방 정비를 가능하게 할 수 있다.
도 1은 전기차와 전기차 충전기의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기와 전기차의 충전을 위한 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기의 충전 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차 충전기의 충전 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 전기차의 배터리 충전 방식을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 전기차와 전기차 충전기의 일례를 도시한 도면이다.
전기차(10)는 직류 고전압을 전기차(10)의 배터리에 직접 공급하는 급속 충전기(20a) 또는 교류 전원을 전기차(10)에 공급하여 차량의 OBC(On Board Charger)를 통해 배터리를 충전하는 완속 충전기(20b) 등에 의해 충전될 수 있다. 급속 충전기(20a)는 급속 충전 케이블(30a)을 통해 전기차(10)에 연결되고, 완속 충전기(20b)는 완속 충전 케이블(30b)을 통해 전기차(10)에 연결될 수 있다.
본 발명의 설명에 있어서, 급속 충전기(20a) 또는 완속 충전기(20b) 등을 포괄하여 전기차 충전기(20)로 칭하고, 급속 충전 케이블(30a)과 완속 충전 케이블(30b) 등을 포괄하여 충전 케이블(30)로 칭하도록 한다.
전기차 충전기(20)는 도 1에 도시된 방식 이외에 통상적인 110V 또는 220V 전원에 연결하여 전기차(10)를 충전하는 이동식 충전기일 수 있다. 충전 케이블(30)은 전기차(10)에 전력을 공급하는 한편, 전기차(10)에 구비되는 배터리 관리 시스템(Battery Management System: BMS)과 신호를 주고 받을 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기와 전기차의 충전을 위한 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기(20)는, 충전 제어부(22), 전력 공급부(24) 및 충전속도 산출부(26)를 포함할 수 있다. 또한, 전기차 충전기(20)는 전기차(10)와의 통신을 위한 송수신부(28)를 포함할 수 있다.
전기차 충전기(20)에 의해 충전되는 전기차(10)는, 배터리(14), 배터리(14)의 충방전을 제어하는 BMS(12), 배터리(14)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(15), 및 배터리(14)를 예열하는 배터리 히팅부(16)를 포함할 수 있다. 또한, 전기차(10)에는 전기차 충전기(20)와의 통신을 위한 송수신부(18)가 구비될 수 있다.
전기차 충전기(20)와 전기차(10)는 충전 케이블(30)에 의해 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 충전 케이블(30)은 무선 충전 방식으로 대체될 수 있다. 또한, 충전 케이블(30)은 전기차 충전기(20)로부터의 전력을 전기차(10)로 공급하는 기능 외에, 전기차 충전기(20)의 송수신부(28)와 전기차(10)의 송수신부(18) 간의 통신을 위한 선로를 제공할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 송수신부(28)와 송수신부(18) 간의 통신은 무선 방식으로 이루어지는 것도 가능하다.
충전 제어부(22)는 전기차 충전기(20)의 충전 전력 공급을 제어한다. 일 실시예에 있어서, 충전 제어부(22)는 전기차(10)의 BMS(12)로부터 배터리(14)에 관한 정보(예를 들면, 배터리 사양, 배터리 종류, 배터리 SOC(State of Charge), 배터리 충전 허용전압 등)를 전달받고, 배터리 정보를 바탕으로 충전 제어를 수행할 수 있다.
전력 공급부(24)는 충전 제어부(22)의 제어에 따라 소정 전압의 전력을 전기차(10)의 배터리(14)로 공급한다. 전기차(10)에는 OBC(미도시)가 구비될 수 있으며, 전기차 충전기(20)의 충전 방식에 따라 OBC를 경유하여 충전 전력이 배터리(14)로 공급될 수 있다.
충전속도 산출부(26)는 전력 공급부(24)에서 전기차(10)로 공급되는 전력과 BMS(12)로부터 전달된 배터리 정보를 바탕으로 충전속도를 산출한다. 일 실시예에 있어서, 상기 충전속도는 충전 소요시간으로 나타낼 수 있다. 또한, 충전속도 산출부(26)는 배터리 정보와 전기차 충전기(20)의 사양에 기초하여 배터리(14)의 소정 SOC(예를 들면, SOC 20% 또는 SOC 40%)까지의 충전에 소요되는 충전 소요시간을 산출할 수 있다.
충전 제어부(22)는 충전속도 산출부(26)에서 산출된 충전속도(충전 소요시간)에 기초하여, 충전속도가 정상 범위(허용 범위)인지를 판단하고, 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우 배터리(14)의 온도를 BMS(12)에 요청할 수 있다. 만약, 배터리(14)의 온도가 기준 온도보다 낮은 저온으로 판단된 경우, 충전 제어부(22)는 BMS(12)에 충전 전력이 배터리(14)의 충전보다 배터리 히팅부(16)에 먼저 공급되도록 요청할 수 있다. 특히, 배터리(14)의 방전으로 배터리 히팅부(16)의 히팅을 위한 전력이 부족하고, 외기 온도가 낮은 경우에, 배터리 히팅부(16)에 전력이 먼저 공급되어 배터리(14)를 예열하도록 함으로써 배터리(14)의 충전 효율을 증대시킬 수 있다. 충전 제어부(22)는 배터리(14)의 온도가 소정 온도 이상인 것으로 확인되 경우 배터리(14)의 충전이 재개되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전기의 충전 제어 방법을 도시한 순서도이다.
전기차 충전기(20)와 전기차(10)를 충전 케이블(30)로 연결하여 충전을 시작한다(S100).
전기차 충전기(20)의 충전 제어부(22)는 충전 전력을 전기차(10)로 공급하도록 전력 공급부(24)를 제어하고, 충전속도 산출부(26)는 전력 공급부(24)의 공급 전력 및/또는 BMS(12)로부터 전달된 배터리 정보를 이용하여 충전속도(충전 소요시간)를 산출한다. 충전 제어부(22)는 충전속도 산출부(26)에서 산출된 충전속도가 정상 범위인지를 판단한다(S110).
충전속도가 정상 범위인 경우 충전을 지속한다(S160).
S110 단계에서 충전속도가 정상 범위가 아닌 것으로 판단된 경우, 충전 제어부(22)는 배터리(14)의 온도를 확인한다(S130). 배터리(14)의 온도는 BMS(12)로부터 전달받을 수 있다.
배터리(14)가 저온인 것으로 판단된 경우, 배터리 히팅부(16)를 통한 배터리 예열을 BMS(12)로 요청한다(S140). S140 단계에서, 배터리 저온으로 인한 충전속도 저하를 사용자에게 알릴 수 있고, 이는 전기차 충전기(20) 또는 전기차(10)의 시각 또는 청각 표시장치를 통해 이루어질 수 있다.
충전 제어부(22)는 배터리 예열이 종료되었는지를 확인한다(S150). 배터리 예열이 종료된 것으로 확인된 경우, 배터리 충전을 계속한다(S160).
만약, S130 단계에서, 배터리 온도가 저온이 아닌 것으로 판단된 경우, 배터리 충전속도 저하는 전기차(10) 또는 배터리 충전기(20)의 충전 모듈에 문제가 있는 것으로 판단되어 충전 모듈 점검 요청이 이루어질 수 있다(S170).
충전이 완료되거나 충전이 중단된 경우 충전은 종료된다(S180).
배터리 충전 중, 충전속도 산출부(26)는 충전속도를 주기적으로 모니터링하고, 충전 제어부(22)는 배터리 충전의 정상 진행 여부를 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 전기차 충전기 제어 방법은, 특히 혹한 환경에서 전기차(10)가 배터리 예열 시스템을 자체적으로 작동할 전력이 없는 경우에 효과적으로 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기차 충전기의 충전 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도 5는 전기차의 배터리 충전 방식을 설명하는 도면이다.
전기차 충전기(20)와 전기차(10)를 충전 케이블(30)로 연결하여 충전을 시작한다(S200).
전기차 충전기(20)는 전기차(10)로부터 배터리 사양을 수신한다(S210). 전기차 충전기(20)는 전력 공급전에, 전기차(10)로부터 전기차(10)에 장착된 배터리 사양을 수신하는 것이 바람직하다.
전기차 충전기(20)의 충전속도 산출부(26)는 전력 공급부(24)의 공급 전력 및/또는 BMS(12)로부터 전달된 배터리 정보를 이용하여 충전속도(충전 소요시간)를 산출한다(S220). 충전속도 산출부(26)는 배터리 정보와 전력 공급부(24)의 사양을 통해, 완충을 위한 충전 소요시간과 충전 속도 저하 감지를 위해 SOC 20%, 40% 와 같이 샘플링 배터리 도달 시간을 추정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 배터리의 초기 충전 방법은 급속으로 CC(Constant Current) 모드로 충전되고, 일정 충전량 이후에는 CV(Constant Voltage) 모드로 충전 제어될 수 있다. CC 모드로 충전되는 충전 초기에서 배터리 사양에 따른 충전 그래프를 확인하면 배터리 충전속도의 산출이 가능하다.
충전 제어부(22)는 충전속도 산출부(26)에서 산출된 충전속도가 정상 범위인지를 판단한다(S230). 충전 제어부(22)는 배터리의 충전량(SOC)은 충전 통신을 통해 상시로 확인될 수 있고, 설정된 기준 SOC에 도달하는 예상 시간(Tp)이 기준 시간(Tth)보다 늦는지를 감지한다.
충전속도가 정상 범위인 경우 충전을 재개한다(S240).
S230 단계에서 충전속도가 정상 범위가 아닌 것으로 판단된 경우, 충전 제어부(22)는 충전 속도 저하를 알린다(S250). 이는 전기차 충전기(20) 또는 전기차(10)의 시각 또는 청각 표시장치를 통해 이루어질 수 있다.
이후, 충전 제어부(22)는 배터리(14)의 온도를 확인한다(S260). 배터리(14)가 저온인 것으로 판단된 경우 충전을 일시 중지하고(S270), 배터리 히팅부(16)를 통한 배터리 예열을 BMS(12)로 요청한다.
충전 제어부(22)는 배터리 예열이 종료되었는지를 확인한다(S280). 배터리 예열이 종료된 것으로 확인된 경우, 배터리 충전을 재개한다(S290).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 전기차 12 : BMS
14 : 배터리 15 : 온도 센서
16 : 배터리 히팅부 18 : 송수신부
20 : 전기차 충전기 22 : 충전 제어부
24 : 전력 공급부 26 : 충전속도 산출부
28 : 송수신부 30 : 충전 케이블

Claims (13)

  1. 전기차를 충전하는 전기차 충전기에 있어서,
    상기 전기차로의 충전 전력 공급을 제어하는 충전 제어부;
    상기 충전 제어부의 제어에 의해 상기 전기차로 충전 전력을 공급하는 전력 공급부; 및
    상기 전기차로 공급되는 충전 전력과 상기 전기차의 배터리 정보를 바탕으로 충전속도를 산출하는 충전속도 산출부;
    를 포함하고,
    상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우, 상기 전기차로 배터리 온도에 대한 정보를 요청하고, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차로 배터리 예열을 요청하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차에 공급되는 전력을 배터리 예열이 먼저 사용하도록 요청하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 배터리 예열이 완료된 경우 상기 전기차의 상기 배터리로의 충전이 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우 또는 상기 배터리 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 충전 속도 저하 알림을 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 것으로 판단되었으나 상기 배터리 온도가 상기 기준온도보다 낮지 않은 경우, 상기 전기차의 충전 모듈 점검 요청을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전속도는 배터리가 소정 SOC에 도달할 때까지 소요되는 예상 시간인 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  7. 전기차 충전기의 전기차 충전 방법에 있어서,
    상기 전기차 충전기가 상기 전기차에 연결되어 충전을 시작하는 단계;
    상기 전기차로 공급되는 충전 전력과 상기 전기차의 배터리 정보를 바탕으로 충전속도를 산출하는 충전속도 산출 단계; 및
    상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우, 상기 전기차로 배터리 온도에 대한 정보를 요청하고, 상기 배터리 온도가 기준온도보다 낮은 경우, 상기 전기차로 배터리 예열을 요청하는 배터리 예열 요청 단계;
    를 포함하는 전기차 충전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 예열 요청 단계에서, 상기 전기차로 공급되는 전력이 상기 배터리 예열에 먼저 사용되도록 요청하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 예열이 완료된 경우 상기 전기차의 상기 배터리의 충전을 재개하는 단계를 더 포함하는 전기차 충전 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 경우 또는 상기 배터리 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, 충전 속도 저하 알림을 발생하는 단계를 더 포함하는 전기차 충전 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 충전속도가 허용범위를 벗어난 것으로 판단되었으나 상기 배터리 온도가 상기 기준온도보다 낮지 않은 경우, 상기 전기차의 충전 모듈 점검 요청을 생성하는 단계를 더 포함하는 전기차 충전 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전속도는 배터리가 소정 SOC에 도달할 때까지 소요되는 예상 시간인 것을 특징으로 하는 전기차 충전 방법.
  13. 제 1 항에 따른 전기차 충전기에 의해 상기 배터리 예열을 요청받아 상기 배터리의 예열을 수행하고, 상시 전기차 충전기에 의해 충전되는 전기차.
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