KR20230103403A - 전기차 충전 장치 및 시스템, 그리고 이의 운영 방법 - Google Patents

전기차 충전 장치 및 시스템, 그리고 이의 운영 방법 Download PDF

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Abstract

전기차 충전 장치 및 시스템, 그리고 이의 운영 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치는, 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 충전 전력 변환부; 및 상기 변환된 직류전력을 전기차 또는 에너지 저장 장치에 공급하는 충전 전력 제어부를 포함하며, 상기 충전 전력 제어부는, 상기 전기차를 충전하는 경우, 상기 에너지 저장 장치에 공급한 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급한다.

Description

전기차 충전 장치 및 시스템, 그리고 이의 운영 방법{ELECTRIC VEHICLE CHARGING DEVICE AND SYSTEM, AND METHOD FOR OPERATING THEREOF}
본 발명은 전기차 충전 장치 및 시스템, 그리고 이의 운영 방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 친환경 에너지를 이용한 시장이 확대되고 있고, 자동차 시장 역시, 기존의 내연 기관 자동차에서 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)로 시장이 이동하고 있다.
전기 자동차의 보급 확대를 위하여 전기 자동차의 전원을 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필요하다. 구체적으로, 전기차 충전소는 순수 전기차, 플러그인 하이브리드를 포함하는 플러그인 전기차 등을 충전하기 위해 전기 에너지를 공급하는 기반 시설이며, 전기차 충전기가 설치된다.
도 1은 종래의 전기차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기차(V)는 내부에 탑재된 배터리(B)를 충전하기 위하여 충전소에 설치된 전기차 충전기(S)를 이용한다.
그러나, 기존 전기차 충전기(S)를 이용하여 전기차(V)를 충전할 경우, 전기차 충전기(S)의 최대 공급 용량에 의존하게 된다.
이에, 기존 전기차 충전기(S)의 최대 공급 용량보다 큰 용량으로 전기차(V)에 전력을 공급할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
한국 등록특허 10- 1972778호 (2019.04.22. 등록) 한국 등록특허 10- 1973526호 (2019.04.23. 등록) 한국 등록특허 10- 1843571호 (2018.03.23. 등록)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력에 에너지 저장 장치에 공급하여 저장되어 있는 직류전력을 병렬로 연계하여 공급할 수 있는 전기차 충전 장치 및 시스템, 그리고 이의 운영 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치는, 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 충전 전력 변환부; 및 상기 변환된 직류전력을 전기차 또는 에너지 저장 장치에 공급하는 충전 전력 제어부를 포함하며, 상기 충전 전력 제어부는, 상기 전기차를 충전하는 경우, 상기 에너지 저장 장치에 공급한 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급한다.
또한, 상기 충전 전력 변환부는, 상기 전기차의 비충전 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치를 충전하기 위하여 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 충전 전력 제어부는, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 정보를 확인하여 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 충전 전력 제어부는, 상기 전기차의 충전 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 값이 제1 기준값 이상일 때 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 공급을 요청할 수 있다.
또한, 상기 충전 전력 제어부는, 상기 전기차의 비충전 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 값이 제2 기준값 이하일 때 상기 에너지 저장 장치에 상기 충전 전력 변환부에 의해 변환된 직류전력을 공급할 수 있다.
또한, 상기 전기차 또는 상기 에너지 저장 장치와 통신하는 충전 전력 통신부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 충전 전력 제어부는, 상기 충전 전력 통신부를 통해 수집한 상기 전기차가 수용할 수 있는 최대 전압 및 최대 전류를 기초로 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력의 전압 및 전류를 제어할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은, 직류전력을 충전 또는 방전하는 에너지 저장 장치; 및 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하며, 상기 변환된 직류전력을 전기차 또는 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 전기차 충전 장치를 포함하며, 상기 전기차 충전 장치는, 상기 전기차를 충전하는 경우, 상기 에너지 저장 장치에서 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받아 변환된 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급한다.
또한, 상기 에너지 저장 장치는, 상기 전기차 충전 장치로부터 공급받은 직류전력을 변환하여 저장하는 에너지 저장부; 상기 에너지 저장부에 저장하기 위하여 상기 전기차 충전 장치로부터 공급받은 직류전력을 변환하며, 상기 전기차 충전 장치에 공급하기 위하여 상기 에너지 저장부에 저장된 직류전력을 변환하는 에너지 변환부; 상기 전기차 충전 장치와 통신하는 에너지 통신부; 및 상기 에너지 저장부를 충방전시키도록 상기 에너지 변환부를 제어하는 에너지 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장부는, 상기 전기차 충전 장치로부터 공급받는 직류전력을 상기 에너지 변환부를 통해 변환된 직류전력으로 저장하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 상태를 측정하여 관리하는 배터리 관리 모듈을 포함 할 수 있다.
또한, 상기 에너지 변환부는, 상기 전기차 충전 장치와 직류 라인으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 에너지 통신부는, CAN 통신을 통해 상기 전기차 충전 장치와 실시간으로 통신 할 수 있다.
또한, 상기 에너지 제어부는, 상기 전기차의 충전 시 상기 전기차 충전 장치의 요청에 따라 상기 에너지 저장부에 저장된 직류전력을 상기 에너지 변환부를 제어하여 방전시키고, 상기 전기차의 비충전 시 상기 전기차 충전 장치에 요청하여 상기 그리드로부터 공급받아 변환된 직류전력을 상기 에너지 변환부를 제어하여 충전할 수 있다.
그리고, 상기 전기차 충전 장치는, 상기 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 충전 전력 변환부; 상기 전기차 또는 에너지 저장 장치와 통신하는 충전 전력 통신부; 및 상기 변환된 직류전력을 상기 전기차 또는 에너지 저장 장치에 공급하며, 상기 전기차의 충전 시 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하고, 상기 전기차의 비충전 시 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 충전 전력 제어부를 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법은, 전기차의 충전 상태 또는 비충전 상태를 판단하는 단계; 상기 전기차의 충전 상태로 판단한 경우, 상기 전기차에 전기차 충전 장치를 연결하여 상기 전기차를 충전하되, 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력 및 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하는 단계; 및 상기 전기차의 비충전 상태로 판단한 경우, 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 재변환하여 상기 에너지 저장 장치의 충전이 필요한지 확인하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 충전 상태 또는 비충전 상태를 판단하는 단계는, 상기 전기차의 위치를 감지하여 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기차에 공급하는 단계는, 상기 전기차가 수용할 수 있는 최대 전압 및 전류를 확인하는 단계; 상기 에너지 저장 장치의 SOC 정보를 확인하는 단계; 상기 SOC 정보를 확인하여 SOC 값이 제1 기준값 이상일 때 상기 에너지 저장 장치에 저장된 직류전력의 공급을 요청하는 단계; 및 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하는 단계를 포함 할 수 있다.
그리고, 상기 에너지 저장 장치의 충전이 필요한지 확인하는 단계는, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 정보를 확인하는 단계; 상기 SOC 정보를 확인하여 SOC 값이 제2 기준값 이하일 때 상기 전기차 충전 장치에 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력의 공급을 요청하는 단계; 및 상기 전기차 충전 장치에서 변환되어 공급받은 직류전력을 재변환하여 상기 에너지 저장 장치에 직류전력을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류로 변환하여 에너지 저장 장치에 전달하고, 에너지 저장 장치로부터 공급받은 직류전력과 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 함께 전기차에 공급할 수 있다.
이에, 기존 전기차 충전기의 최대 공급 용량을 초과하여 전기차에 더 많은 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 종래의 전기차 충전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템에서 병렬로 직류전력을 공급하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템에서 전기차 충전 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템에서 에너지 저장 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법의 순서를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법에서 전기차에 직류전력을 병렬로 연계해 공급하는 상세 순서를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법에서 에너지 저장 장치에 직류전력을 저장하는 상세 순서를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템에서 병렬로 직류전력을 공급하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전기차 충전 시스템(10)은 그리드(Grid, 20)로부터 공급되는 교류전력을 기반으로 전기차(EV, 30)를 직류전력으로 충전하며, 전기차 충전 장치(EVSE, 100) 및 에너지 저장 장치(ESS, 200)를 병렬로 연계하여 전기차(30)에 직류전력을 공급할 수 있다. 즉, 전기차(30)를 충전하는 경우, 그리드(20)로부터 공급받아 전기차 충전 장치(100)에서 변환된 직류전력을 전기차(30)에 바로 공급하며, 필요에 따라 그리드(20)로부터 공급받아 전기차 충전 장치(100)에서 변환되어 에너지 저장 장치(200)에 미리 저장된 직류전력을 전기차 충전 장치(100)를 통해 전기차(30)에 공급한다.
그리드(20)는 전기차 충전 장치(100)에 교류전력을 공급하며, 화석 연료를 이용하여 생성하는 화석 에너지뿐만 아니라 태양광, 풍력 등을 이용한 신재생 에너지를 포함하여 교류전력을 공급할 수 있다.
전기차(30)는 내부에 탑재된 배터리(미도시)로부터 에너지의 전부 혹은 일부를 공급받아 동작하는 자동차를 의미한다. 전기차(30)에 구비된 배터리는 전기차 충전 장치(100)로부터 직류전력을 공급받아 충전될 수 있다. 또한, 전기차(30)는 배터리 관리 시스템(미도시)을 구비하여 전기차(30) 내 배터리의 에너지 상태를 관리한다. 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리의 사용 현황을 모니터링하고, 에너지 분배를 위한 제어를 수행할 수 있다.
전기차 충전 장치(100)는 에너지 저장 장치(200)와 연계하여 전기차(30)를 충전한다. 구체적으로, 전기차 충전 장치(100)는 그리드(20)로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하며, 상기 변환된 직류전력을 전기차(30) 또는 에너지 저장 장치(200)에 공급한다. 특히, 전기차 충전 장치(100)는 전기차를 충전하는 경우에 에너지 저장 장치(200)에서 공급받는 직류전력 및 그리드(20)로부터 공급받아 변환된 직류전력을 병렬로 연계해 전기차(30)에 함께 공급할 수 있다. 여기에서, 에너지 저장 장치(200)의 직류전력은 전기차 충전 장치(100)에서 그리드(20)로부터 공급받아 변환된 직류전력을 재변환하여 저장한 직류전력이다.
즉, 전기차 충전 장치(100)는 그리드(20)로부터 교류전력을 공급받아 직류로 변환하여 에너지 저장 장치(200)에 저장하거나, 또는 에너지 저장 장치(200)에 저장된 직류전력을 공급받아 그리드(20)로부터 공급받아 변환한 직류전력과 함께 병렬로 연계해 전기차(30)에 공급한다.
특히, 전기차 충전 장치(100)가 에너지 저장 장치(200)와 병렬로 전기차(30)에 전력 공급을 함으로써, 전기차 충전 장치(100)의 최대 공급 용량보다 큰 용량으로 전기차(30)에 전력 공급을 할 수 있다. 이를 통해, 전기차(30)의 급속 충전이 가능하게 된다.
에너지 저장 장치(200)는 전기차 충전 장치(100)에서 변환된 직류전력을 공급받아 충전하고, 저장된 직류전력을 전기차 충전 장치(100)를 통해 전기차(30)에 공급하여 방전한다. 구체적으로, 에너지 저장 장치(200)는 전기차 충전 장치(100)로부터 변환된 직류전력을 공급받아 미리 저장하고, 저장된 전력을 전기차 충전 장치(100)에 공급할 때 전기차(30)가 충전할 수 있는 범위의 전력으로 변환하여 전기차 충전 장치(100)를 통해 전기차(30)에 공급한다.
보다 구체적으로, 전력의 흐름을 살펴 보면, 그리드(20)에서 전기차 충전 장치(100)로 교류전력이 공급되고, 전기차 충전 장치(100)에서 직류전력으로 변환된다. 변환된 직류전력은 전기차(30) 또는 에너지 저장 장치(200)로 공급된다. 이때, 전기차(30)에 직류전력이 공급될 때, 에너지 저장 장치(200)에 저장된 직류전력이 함께 공급될 수 있다. 즉, 그리드(20)에서 공급되어 변환된 직류전력은 전기차(30) 또는 에너지 저장 장치(200) 중 하나에 공급되고, 전기차(30)에 그리드(20)에서 공급되어 변환된 직류전력이 공급될 경우에 필요에 따라 에너지 저장 장치(200)에 저장된 직류전력이 함께 공급될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 전기차 충전 장치(100)는 전기차(30) 및 에너지 저장 장치(200)와 각각 통신 가능하다. 전기차 충전 장치(100)는 전기차(30)의 충전이 시작되면, 전기차(30)로부터 통신을 통해 전기차(30)가 수용 가능한 최대 전압 및 전류 값을 실시간으로 수집할 수 있고, 전기차 충전 장치(100)는 공급 가능한 전력 범위 내에서 전기차(30)에 직류전력을 공급한다. 이때, 전기차(30)가 수용 가능한 최대 전력이 전기차 충전 장치(100)의 공급 가능한 전력 범위보다 클 경우, 통신을 통해 에너지 저장 장치(200)에 전력 공급을 요청할 수 있다. 전기차 충전 장치(100)가 전기차(30) 및 에너지 저장 장치(200)와 각각 통신을 통해 전기차(30)가 필요한 최대 전력량 및 에너지 저장 장치(200)가 공급할 수 있는 추가 전력량을 확인하여 에너지 저장 장치(200)로부터 공급되는 전력을 전기차 충전 장치(100)가 공급하는 전력과 함께 공급하여 전기차 충전 장치(100)의 출력보다 더 높은 충전 전력을 전기차(30)로 전송하게 된다.
이하에서는, 전기차 충전 장치(100) 및 에너지 저장 장치(200)의 구체적인 구성에 대해 살펴 보도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템에서 전기차 충전 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전기차 충전 장치(100)는 충전 전력 변환부(110), 충전 전력 제어부(120), 충전 전력 통신부(130) 등을 포함할 수 있다.
충전 전력 변환부(110)는 그리드(20)로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환한다. 즉, 충전 전력 변환부(110)는 AC-DC 컨버터의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 충전 전력 변환부(110)는 에너지 저장 장치(200)에서 공급되는 직류전력을 적절한 크기의 직류전력으로 변환할 수 있다. 즉, 충전 전력 변환부(110)는 DC-DC 컨버터의 역할을 수행할 수 있다.
이때, 충전 전력 변환부(110)는 전기차(30)가 충전 상태인 경우, 그리드(20)로부터 공급받는 교류전력을 직류전력으로 변환한다.
그리고, 전기차(30)가 비충전 상태인 경우, 에너지 저장 장치(200)를 충전하기 위하여 그리드(20)로부터 공급받는 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다. 전기차(30)가 비충전 상태인 경우, 에너지 저장 장치(200)를 충전하기 위하여 충전 전력 제어부(120)는 에너지 저장 장치(200)의 SOC 정보를 확인할 수 있다.
충전 전력 제어부(120)는 충전 전력 변환부(110)에서 변환된 직류전력을 전기차(30) 또는 에너지 저장 장치(200)에 공급하도록 충전 전력 변환부(110)를 제어한다. 충전 전력 제어부(120)는 충전 전력 변환부(110)에서 변환된 직류전력을 전기차(30) 충전 상태인 경우에 전기차(30)에 공급하도록 제어하고, 전기차(30) 비충전 상태인 경우에 에너지 저장 장치(200)의 SOC 정보를 확인하여 에너지 저장 장치(200)에 공급하도록 제어할 수 있다.
특히, 충전 전력 제어부(120)는 전기차(30)를 충전하는 경우, 에너지 저장 장치(200)에 공급하여 저장된 직류전력 및 그리드(20)로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차(30)에 공급하도록 제어함으로써, 전기차 충전 장치(100)의 최대 용량보다 많은 전력을 공급하게 된다.
따라서, 충전 전력 제어부(120)의 제어를 통해 충전 전력 변환부(110)에서 변환된 직류전력을 전기차(30) 또는 에너지 저장 장치(200)에 공급하며, 상기 전기차(30)의 충전 시 상기 에너지 저장 장치(200)로부터 공급받는 직류전력 및 그리드(20)로부터 공급받아 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차(30)에 공급하고, 상기 전기차(30)의 비충전 시 상기 그리드(20)로부터 공급받아 변환한 직류전력을 상기 에너지 저장 장치(200)에 공급할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(200)가 전기차(30)의 충전 시에 저장되어 있는 에너지를 방전하게 되고, 전기차(30)의 비충전 시에 에너지를 충전하게 되므로, 충전 전력 제어부(120)는 에너지 저장 장치(200)의 SOC 정보를 확인하여 상기 에너지 저장 장치(200)의 충전 또는 방전 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 충전 전력 제어부(120)는 전기차(30)의 충전 상태인 경우, 에너지 저장 장치(200)의 SOC 값이 제1 기준값 이상일 때 상기 에너지 저장 장치(200)에 저장된 에너지의 공급을 요청함으로써, 에너지 저장 장치(200)의 에너지를 전기차(30)로 방전할 수 있다. 여기에서, 전기차(30)가 충전되지 않는 상황에서 에너지 저장 장치(200)를 충전할 수 있고, 전기차가 충전되는 상황에서 에너지 저장 장치(200)를 활용하기 위하여 SOC 값이 항시 제1 기준값 이상이 되도록 유지하는 것이 바람직하다. 전기차 충전 시, 에너지 저장 장치(200)의 방전이 항시 이루어지도록 제1 기준값을 완전 방전 상태의 SOC 값으로 할 수도 있다.
또한, 충전 전력 제어부(120)는 전기차(30)의 비충전 상태인 경우, 에너지 저장 장치(200)의 SOC 값이 제2 기준값 이하일 때 상기 에너지 저장 장치(200)에 충전 전력 변환부(110)에 의해 변환된 직류전력을 공급하도록 제어함으로써, 에너지 저장 장치(200)에 에너지를 충전할 수 있다. 여기에서, 전기차(30)가 충전되지 않는 상황에서 에너지 저장 장치(200)의 충전이 항시 이루어지도록 제2 기준값을 완전 충전 상태의 SOC 값으로 할 수도 있다.
충전 전력 통신부(130)는 전기차(30) 또는 에너지 저장 장치(200)와 통신한다.
예를 들어, 충전 전력 통신부(130)는 전기차(30)와 PLC(power line communication) 통신을 통해 전기차(30)가 수용 가능한 최대 전압 및 전류 값을 실시간으로 수집할 수 있다.
또한, 충전 전력 통신부(130)는 에너지 저장 장치(200)와 CAN(controller area network) 통신을 통해 전기차 충전 장치(100)에서 그리드(20)로부터 바로 공급 가능한 전력량을 제외한 추가적인 전력을 에너지 저장 장치(200)에 요청할 수 있다. 이때, 에너지 저장 장치(200)는 CAN 통신을 통해 전기차 충전 장치(100)와 실시간으로 통신하며, 실시간으로 에너지 저장 장치(200)의 충전 전력을 내부 DC-DC 컨버터를 통해 전기차(30)가 충전 가능한 형태로 변환하여 전기차 충전 장치(100)를 통해 전기차(30)에 공급할 수 있다.
이에, 충전 전력 제어부(120)는 충전 전력 통신부(130)를 통해 수집한 전기차(30)가 수용할 수 있는 최대 전압 및 최대 전류를 기초로 에너지 저장 장치(200)로부터 공급받는 직류전력 및 그리드(20)로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력의 전압 및 전류를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템에서 에너지 저장 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 에너지 저장 장치(200)는 에너지 저장부(210), 에너지 변환부(220), 에너지 통신부(230), 에너지 제어부(240) 등을 포함할 수 있다.
에너지 저장부(210)는 전기차 충전 장치로부터 공급받은 직류전력을 에너지 변환부(220)를 통해 변환하여 저장한다. 즉, 에너지 저장부(210)는 에너지 저장 장치(200)의 충방전 배터리 역할을 수행한다.
구체적으로, 에너지 저장부(210)는 전기차 충전 장치(100)로부터 공급받는 직류전력을 에너지 변환부(220)를 통해 변환된 직류전력으로 저장하는 배터리 모듈(214)과, 상기 배터리 모듈(214)의 상태를 측정하여 관리하는 배터리 관리 모듈(212)을 포함할 수 있다.
에너지 변환부(220)는 에너지 저장부(210)에 저장하기 위하여 전기차 충전 장치(100)로부터 공급받은 직류전력을 변환하며, 상기 전기차 충전 장치(100)에 공급하기 위하여 상기 에너지 저장부(210)에 저장된 직류전력을 변환한다. 즉, 에너지 변환부(220)를 통해 에너지 저장부(210)의 배터리 모듈(214)에 충전이 가능한 범위 내의 전압 및 전류 값으로 변환된다.
그러므로, 에너지 변환부(220)는 DC-DC 컨버터의 역할을 수행하고, 에너지 변환부(220)는 전기차 충전 장치(100)의 충전 전력 변환부(110)와 직류 라인으로 연결된다.
이에, 전기차 충전 장치(100)와 에너지 저장 장치(200)는 직류 라인으로만 연결되고, 에너지 저장 장치(200)의 에너지 저장부(210)에 충전을 위해서 전기차 충전 장치(100)를 통해 직류로 변환된 직류전력만을 에너지 저장 장치(200)에서 활용하게 된다.
에너지 통신부(230)는 전기차 충전 장치(100)와 통신하며, 특히 CAN 통신을 통해 전기차 충전 장치(100)의 충전 전력 통신부(130)와 실시간으로 통신할수 있다. CAN 통신을 통해 전기차 충전 장치(100)와 에너지 저장 장치(200)가 실시간으로 통신하므로, 에너지 저장 장치(200)의 SOC 정보를 확인함으로써, 전기차(30) 충전 시에 에너지 저장 장치(200)의 방전이 가능한지 또는 전기차(30) 비충전 시에 에너지 저장 장치(200)의 충전이 가능한지 판단할 수 있다.
에너지 제어부(240)는 에너지 저장부(210)를 충방전시키도록 에너지 변환부(220)를 제어한다. 구체적으로, 에너지 제어부(240)는 전기차(30)의 충전 시 전기차 충전 장치(100)의 요청에 따라 에너지 저장부(2210)에 저장된 직류전력을 에너지 변환부(220)를 제어하여 방전시키고, 상기 전기차(30)의 비충전 시 상기 전기차 충전 장치(100)에 요청하여 그리드(20)로부터 공급받아 변환된 직류전력을 상기 에너지 변환부(220)를 제어하여 충전시킨다.
또한, 에너지 제어부(240)는 에너지 통신부(230)를 제어하며, 에너지 통신부(230)를 통해 획득하는 데이터 및 정보를 기초로 에너지 저장 장치(200)를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법의 순서를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 전기차(EV)의 충전이 필요한지 확인(S100)하고, 이를 기초로 전기차(EV)를 충전(S200)하거나 또는 에너지 저장 장치(ESS)의 충전이 필요한지 확인(S300)할 수 있다.
그리고, 전기차(EV)의 충전이 필요한지 확인(S100)함에 따라, 전기차(EV)가 충전 상태인지 또는 비충전 상태인지를 판단할 수 있다.
구체적으로, 전기차(EV)의 위치를 감지하여 판단할 수 있다. 전기차(EV)가 전기차 충전 시스템이 있는 곳에 도착하면, 충전을 위하여 전기차 충전 장치의 근처에 위치하게 되고, 전기차 충전 장치에 인접한 곳에 무게 감지 센서(미도시) 등을 배치할 수 있다. 전기차(EV)의 바퀴 수는 4개 이상이며, 감지된 차량의 바퀴 수가 2개 이상일 경우에 전기차(EV)가 충전 상태인 것으로 판단할 수 있고, 감지된 바퀴 수가 2개 미만이면 충전이 이루어지기 어려운 상황으로 판단할 수 있다. 특히, 전기차(EV)의 양 측에 동일한 개수의 바퀴가 배치되므로, 대각선의 바퀴 2개가 감지된 경우, 차량의 충전 상태로 판단할 수 있다.
전기차(EV)의 충전 상태로 판단한 경우, 전기차(EV)에 직류전력을 공급하여 전기차(EV)를 충전한다(S200). 그리고, 전기차(EV)의 충전이 완료(S280)될 때까지 전기차(EV)를 충전한다(S200). 구체적으로, 전기차의 충전 상태로 판단한 경우, 전기차(EV)에 전기차 충전 장치(EVSE)를 연결하여 상기 전기차(EV)를 충전하되, 그리드(Grid)로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력 및 에너지 저장 장치(ESS)로부터 공급받는 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차(EV)에 공급한다.
전기차(EV)의 비충전 상태로 판단한 경우, 에너지 저장 장치(ESS)의 충전이 필요한지 확인(S300)한다. 에너지 저장 장치(ESS)의 충전이 필요한지 확인되면, 에너지 저장 장치(ESS)를 충전한다(S400). 그리고, 에너지 저장 장치(ESS)의 충전이 완료(S480)될 때까지 에너지 저장 장치(ESS)를 충전한다(S400). 구체적으로, 전기차의 비충전 상태로 판단한 경우, 그리드(Grid)로부터 공급받아 변환한 직류전력을 재변환하여 에너지 저장 장치(ESS)의 충전이 필요한지 확인한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법에서 전기차에 직류전력을 병렬로 연계해 공급하는 상세 순서를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 전기차(EV)의 충전 상태로 판단하여 전기차(EV)에 직류전력을 공급하여 전기차(EV)를 충전하는 경우, 상기 전기차(EV)가 수용할 수 있는 최대 전압 및 전류를 확인하고(S210), 에너지 저장 장치(ESS)의 SOC 정보를 확인하며(S220), 상기 SOC 값이 제1 기준값 이상일 때(S230), 상기 에너지 저장 장치(ESS)에 저장된 직류전력의 공급을 요청한다(S240). 그러므로, 전기차 충전 장치(EVSE)에서 그리드(Grid)로부터 공급받은 교류를 직류로 변환(S250)하는 것과 연계하여 에너지 저장 장치(ESS)의 전력을 전기차(EV)에 공급할 수 있다(S260).
이에 따라, 에너지 저장 장치(ESS)로부터 공급받는 직류전력 및 그리드(Grid)로부터 공급받아 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 전기차(EV)에 공급할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템의 운영 방법에서 에너지 저장 장치에 직류전력을 저장하는 상세 순서를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 전기차(EV)의 비충전 상태로 판단하여 에너지 저장 장치(ESS)의 충전이 필요한지 확인하는 경우, 에너지 저장 장치(ESS)의 SOC 정보를 확인하며(S310), 상기 SOC 값이 제2 기준값 이하일 때(S320), 전기차 충전 장치(EVSE)에 그리드(Grid)로부터 공급받아 변환한 직류전력의 공급을 요청 한다(S330). 그런 후에, 전기차 충전 장치(EVSE)에서 교류가 직류로 변환되며(S340), 에너지 저장 장치(ESS)에서 공급받은 직류전력을 재변환하여 상기 에너지 저장 장치(ESS)에 직류전력을 저장한다(S350).
이에 따라, 그리드(Grid)로부터 교류전력을 공급받아 전기차 충전 장치(EVSE)에서 변환한 직류전력을 에너지 저장 장치(ESS)에서 다시 변환하여 직류전력을 저장할 수 있고, 저장된 직류전력을 전기차(EV)의 충전에 사용하여 전기차 충전 장치(EVSE)의 출력보다 더 높은 충전 전력을 전기차(EV)에 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 '~부', '~모듈'은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부', '~모듈'은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 전기차 충전 시스템
20: 그리드(Grid)
30: 전기차(EV)
100: 전기차 충전 장치(EVSE)
110: 충전 전력 변환부
120: 충전 전력 제어부
130: 충전 전력 통신부
200: 에너지 저장 장치(ESS)
210: 에너지 저장부
220: 에너지 변환부
230: 에너지 통신부
240: 에너지 제어부

Claims (18)

  1. 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 충전 전력 변환부; 및
    상기 변환된 직류전력을 전기차 또는 에너지 저장 장치에 공급하는 충전 전력 제어부를 포함하며,
    상기 충전 전력 제어부는,
    상기 전기차를 충전하는 경우, 상기 에너지 저장 장치에 공급한 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하는, 전기차 충전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 전력 변환부는,
    상기 전기차의 비충전 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치를 충전하기 위하여 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 직류전력으로 변환하는, 전기차 충전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충전 전력 제어부는,
    상기 에너지 저장 장치의 SOC 정보를 확인하여 상기 에너지 저장 장치의 충전 또는 방전 여부를 판단하는, 전기차 충전 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 충전 전력 제어부는,
    상기 전기차의 충전 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 값이 제1 기준값 이상일 때 상기 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 공급을 요청하는, 전기차 충전 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 충전 전력 제어부는,
    상기 전기차의 비충전 상태인 경우, 상기 에너지 저장 장치의 SOC 값이 제2 기준값 이하일 때 상기 에너지 저장 장치에 상기 충전 전력 변환부에 의해 변환된 직류전력을 공급하는, 전기차 충전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전기차 또는 상기 에너지 저장 장치와 통신하는 충전 전력 통신부를 더 포함하는, 전기차 충전 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충전 전력 제어부는,
    상기 충전 전력 통신부를 통해 수집한 상기 전기차가 수용할 수 있는 최대 전압 및 최대 전류를 기초로 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력의 전압 및 전류를 제어하는, 전기차 충전 장치.
  8. 직류전력을 충전 또는 방전하는 에너지 저장 장치; 및
    그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하며, 상기 변환된 직류전력을 전기차 또는 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 전기차 충전 장치를 포함하며,
    상기 전기차 충전 장치는,
    상기 전기차를 충전하는 경우, 상기 에너지 저장 장치에서 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받아 변환된 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하는, 전기차 충전 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는,
    상기 전기차 충전 장치로부터 공급받은 직류전력을 변환하여 저장하는 에너지 저장부;
    상기 에너지 저장부에 저장하기 위하여 상기 전기차 충전 장치로부터 공급받은 직류전력을 변환하며, 상기 전기차 충전 장치에 공급하기 위하여 상기 에너지 저장부에 저장된 직류전력을 변환하는 에너지 변환부;
    상기 전기차 충전 장치와 통신하는 에너지 통신부; 및
    상기 에너지 저장부를 충방전시키도록 상기 에너지 변환부를 제어하는 에너지 제어부를 포함하는, 전기차 충전 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는,
    상기 전기차 충전 장치로부터 공급받는 직류전력을 상기 에너지 변환부를 통해 변환된 직류전력으로 저장하는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 상태를 측정하여 관리하는 배터리 관리 모듈을 포함하는, 전기차 충전 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 에너지 변환부는,
    상기 전기차 충전 장치와 직류 라인으로 연결되는, 전기차 충전 시스템.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 에너지 통신부는,
    CAN 통신을 통해 상기 전기차 충전 장치와 실시간으로 통신하는, 전기차 충전 시스템.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 에너지 제어부는,
    상기 전기차의 충전 시 상기 전기차 충전 장치의 요청에 따라 상기 에너지 저장부에 저장된 직류전력을 상기 에너지 변환부를 제어하여 방전시키고, 상기 전기차의 비충전 시 상기 전기차 충전 장치에 요청하여 상기 그리드로부터 공급받아 변환된 직류전력을 상기 에너지 변환부를 제어하여 충전시키는, 전기차 충전 시스템.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 전기차 충전 장치는,
    상기 그리드로부터 교류전력을 공급받아 직류전력으로 변환하는 충전 전력 변환부;
    상기 전기차 또는 에너지 저장 장치와 통신하는 충전 전력 통신부; 및
    상기 변환된 직류전력을 상기 전기차 또는 에너지 저장 장치에 공급하며, 상기 전기차의 충전 시 상기 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하고, 상기 전기차의 비충전 시 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 상기 에너지 저장 장치에 공급하는 충전 전력 제어부를 포함하는, 전기차 충전 시스템.
  15. 전기차의 충전 상태 또는 비충전 상태를 판단하는 단계;
    상기 전기차의 충전 상태로 판단한 경우, 상기 전기차에 전기차 충전 장치를 연결하여 상기 전기차를 충전하되, 그리드로부터 공급받는 교류전력을 변환한 직류전력 및 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하는 단계; 및
    상기 전기차의 비충전 상태로 판단한 경우, 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 재변환하여 상기 에너지 저장 장치의 충전이 필요한지 확인하는 단계를 포함하는, 전기차 충전 시스템의 운영 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 충전 상태 또는 비충전 상태를 판단하는 단계는,
    상기 전기차의 위치를 감지하여 판단하는 단계를 포함하는, 전기차 충전 시스템의 운영 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 전기차에 공급하는 단계는,
    상기 전기차가 수용할 수 있는 최대 전압 및 전류를 확인하는 단계;
    상기 에너지 저장 장치의 SOC 정보를 확인하는 단계;
    상기 SOC 정보를 확인하여 SOC 값이 제1 기준값 이상일 때 상기 에너지 저장 장치에 저장된 직류전력의 공급을 요청하는 단계; 및
    상기 에너지 저장 장치로부터 공급받는 직류전력 및 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력을 병렬로 연계해 상기 전기차에 공급하는 단계를 포함하는, 전기차 충전 시스템의 운영 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치의 충전이 필요한지 확인하는 단계는,
    상기 에너지 저장 장치의 SOC 정보를 확인하는 단계;
    상기 SOC 정보를 확인하여 SOC 값이 제2 기준값 이하일 때 상기 전기차 충전 장치에 상기 그리드로부터 공급받아 변환한 직류전력의 공급을 요청하는 단계; 및
    상기 전기차 충전 장치에서 변환되어 공급받은 직류전력을 재변환하여 상기 에너지 저장 장치에 직류전력을 저장하는 단계를 포함하는, 전기차 충전 시스템의 운영 방법.
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KR101843571B1 (ko) 2017-12-26 2018-03-30 대영채비(주) 신재생 에너지와 연계된 전기자동차 충전시스템
KR101972778B1 (ko) 2017-07-24 2019-04-26 김성두 Ess 모듈이 구비된 충전 장치
KR101973526B1 (ko) 2018-09-20 2019-04-30 주식회사 케이디티 태양광 및 ess 조합형 전기 자동차의 충전 시스템

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