KR20240030651A - 충전 시스템 및 그를 위한 충전기 - Google Patents

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Abstract

계통 전원에 연결되는 제1 단, 외부 부하에 연결되는 제2 단, 외부 양방향 충전기에 연결되는 제3 단 및 상기 제1 단 내지 제3 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 스위치부를 구비하는 정션박스; 및 상기 계통 전원의 정전 여부 및 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 제어기를 포함하는 충전 시스템 및 그를 위한 충전기가 소개된다.

Description

충전 시스템 및 그를 위한 충전기 {CHARGING SYSTEM AND APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 계통 전원, 외부 부하 및 외부 양방향 충전기가 연결되며, 계통 전원의 정전 여부 및 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 계통 전원, 외부 부하 및 외부 양방향 충전기 간의 충전이 이루어지도록 하는 충전 시스템 및 그를 위한 충전기에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 높아짐과 함께, 전기 모터를 동력원으로 구비한 친환경 차량이 증가하는 추세이다. 친환경 차량은 전동화 차량이라고도 하며, 대표적인 예로 전기차(EV: Electric Vehicle)나 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)을 들 수 있다. 이러한 전동화 차량들에는 배터리가 구비되며, 배터리에 저장된 에너지를 통해 차량이 작동하게 된다.
또한, 근래의 전동화 차량들은 배터리 용량이 지속적으로 증대되고 있어 차량 자체를 ESS(Energy Storage System)과 같이 하나의 전력 공급원으로 활용하여 전력을 효율적으로 사용하고자 하는 방안들이 제시되고 있다. 이러한 방안의 한가지 예로, V2X(Vehicle to Everything) 기술이 있다. V2X 기술은 에너지를 공급받는 대상에 따라 V2G(Vehicle to Grid), V2L(Vehicle to Load), V2H(Vehicle to Home), V2V(Vehicle to Vehicle) 등으로 분류될 수 있다. 그 중 V2G는 전동화 차량 배터리에 저장된 전기 에너지를 전력 계통에 직접 공급하는 기술로, 계통 전력 품질 안정화 및 전력 차액 거래를 통한 이익 창출 등의 효과를 얻을 수 있다. 그리고, V2H는 전동화 차량 배터리에 저장된 전기 에너지를 가정에 공급하는 기술로, 이 경우 전동화 차량의 배터리가 정전 시 백업 전원의 역할을 수행할 수 있다.
이러한 V2X 기술의 적용을 위해 전동화 차량에는 양방향 충전기(OBC: On-board Charger)가 구비될 수 있다. 양방향 충전기는 기존의 단방향 충전기와 달리 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 차량의 배터리를 충전할 뿐만 아니라, 차량의 배터리에 저장된 전기 에너지를 외부에 공급할 수도 있다.
한편, V2G 동작 시에는 기존에 공급되고 있는 전원에 차량이 전류원으로 연결되는 반면, V2H 동작 시에는 차량이 독자적인 전압원으로써 가정 내 기기들에 전기 에너지를 공급하는 형태로 작용할 수 있어 대상에 따라 전력 공급을 위한 제어가 달리 수행되어야 한다.
KR 10-2020-0087294 A
본 발명은 계통 전원의 정전 여부 및 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 계통 전원, 외부 부하 및 외부 양방향 충전기의 전력 공급 및 충전이 이루어지도록 하는 충전 시스템 및 그를 위한 충전기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기는, 계통 전원에 연결되는 제1 단, 외부 부하에 연결되는 제2 단, 외부 양방향 충전기에 연결되는 제3 단 및 상기 제1 단 내지 제3 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 스위치부를 구비하는 정션박스; 및 상기 계통 전원의 정전 여부 및 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 제어기를 포함한다.
예를 들어, 상기 정션박스는 상기 제1 단을 통해 상기 계통 전원으로부터 교류 전력을 공급받고, 상기 스위치부의 연결 상태에 기반하여 상기 외부 부하 및 상기 외부 양방향 충전기 중 적어도 하나에 교류 전력을 공급하거나, 상기 제3 단을 통해 상기 외부 양방향 충전기로부터 교류 전력을 공급받고, 상기 스위치부의 연결 상태에 기반하여 상기 계통 전원 또는 상기 외부 부하 중 적어도 하나에 교류 전력을 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 양방향 충전기와 연결된 외부 충전 제어기와 통신하는 통신장치를 더 포함할 수 있고, 상기 제어기는 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기로부터 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드 또는 상기 동작 모드에 대응되는 연결 상태 변경 요청을 수신하거나, 상기 외부 충전 제어기에 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드 변경을 요청할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 계통 전원의 정전 시 상기 제2 단 및 상기 제3 단이 서로 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 계통 전원의 정전 시 상기 제1 단 내지 제3 단의 연결이 모두 해제된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하고, 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우 상기 제2 단 및 상기 제3 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 추가 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드가 아닌 경우 상기 제1 단 및 상기 제2 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 추가 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 계통 전원의 정전 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우, 상기 외부 양방향 충전기가 전력 공급을 중단하도록 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기에 동작 모드 변경을 요청할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하여 상기 제2 단 및 상기 제3 단이 연결된 경우, 상기 외부 양방향 충전기가 전력 공급을 개시하도록 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기에 동작 모드 변경을 요청할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 계통 전원의 정전 복구 시 상기 제1 단 및 상기 제2 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 계통 전원의 정전 복구 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 계통 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 모드인 경우 상기 제1 단 및 상기 제3 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 정전 복구 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드 및 계통 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 모드 중 어느 하나에 해당하지 않는 경우 상기 제3 단이 상기 제1 단 및 상기 제2 단과 연결 해제된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 계통 전원의 정전 복구 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우, 상기 외부 양방향 충전기가 전력 공급을 중단하도록 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기에 동작 모드 변경을 요청할 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치부는 제1 스위치; 및 제2 스위치를 포함할 수 있고, 상기 제1 스위치의 일단은 상기 제1 단에 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치의 일단에 연결되며, 상기 제2 스위치의 타단은 상기 제3 단에 연결되며, 상기 제2 단은 상기 제1 스위치의 타단과 상기 제2 스위치의 일단 사이에 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 단 및 제3 단 중 적어도 하나를 통해 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터; 및 상기 컨버터를 통해 변환된 직류 전력을 저장하는 배터리를 더 포함할 수 있고, 상기 정션박스는 상기 컨버터와 연결되는 제4 단을 더 구비하고, 상기 제1단 내지 제4 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결할 수 있다.
상기의 과제를 실현하지 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템은, 계통 전원 또는 외부 부하로 전력을 공급하거나, 상기 계통 전원으로부터 전력을 공급받는 외부 양방향 충전기; 상기 외부 양방향 충전기를 제어하는 외부 충전 제어기; 및 상기 계통 전원에 연결되는 제1 단, 상기 외부 부하에 연결되는 제2 단, 상기 외부 양방향 충전기에 연결되는 제3 단 및 상기 제1 단 내지 제3 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 스위치부를 구비하는 정션박스 및 상기 계통 전원의 정전 여부 및 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 제어기를 포함하는 충전기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 충전기는 상기 외부 충전 제어기와 통신하는 통신장치를 더 포함하고 상기 제어기는 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기로부터 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드를 수신하거나, 상기 외부 충전 제어기에 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드 변경을 요청할 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 충전 제어기는 기 설정된 조건 만족 시 상기 외부 양방향 충전기의 상기 외부 부하에 대한 전력 공급 가능 여부, 상기 계통 전원에 대한 전력 공급 가능 여부 및 상기 계통 전원의 공급 전력 수신 가능 여부 중 적어도 하나를 판단하고, 판단 결과에 기반하여 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 변경되도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 충전 제어기는 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 변경된 경우 상기 통신장치를 통해 상기 제어기에 상기 외부 양방향 충전기의 변경된 동작 모드를 전달하거나, 변경된 동작 모드에 대응되는 스위치부 연결 상태 제어를 요청할 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 충전 제어기는 상기 외부 양방향 충전기에 연결된 외부 배터리의 SOC(State of Charge) 및 상기 외부 양방향 충전기의 정상 작동 여부 중 적어도 하나에 기반하여 상기 외부 부하 또는 상기 계통 전원에 대한 전력 공급 가능 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 외부 충전 제어기는 상기 동작 모드가 상기 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 상기 계통 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 모드인 경우 상기 계통 전원에 대응되도록 상기 외부 양방향 충전기를 통해 출력 전류 및 위상 제어를 수행하고, 상기 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우 상기 외부 부하에 대응되도록 상기 외부 양방향 충전기를 통해 전압 및 주파수 제어를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의해, 전력 공급원 또는 전력 공급 대상 변경에 대응하여 효과적으로 전력 공급 방식을 전환할 수 있게 된다.
또한, 계통 전원의 정전 시에 외부 양방향 충전기를 통해 전력을 공급함으로써 정전에 효과적으로 대응할 수 있게 되며, 다양한 공급원 및 공급대상으로 구성되는 전력계 내에서 전력을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
특히, 전동화 차량 등에 탑재되는 기존의 양방향 충전기를 활용함으로써, 양방향 충전기 및 이를 구비한 차량 등의 활용성을 개선할 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계통 전원의 정전 시 충전기의 작동 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계통 전원의 정전 복구 시 충전기의 작동 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템의 작동 과정을 설명하기 위한 도면.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 모터 제어기(MCU: Micro Controller Unit) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다.
제어기(Controller)는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 계통 전원(10)의 정전 여부 및 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드에 기반하여 스위치부(115)의 연결 상태를 제어하고, 이를 통해 각 상황에 따라 적절한 전력 공급 루트가 적용될 수 있도록 할 것을 제안한다.
여기서, 외부 양방향 충전기(210)는 주로 전동화 차량에 구비되는 것을 의미하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 여기서의 전력 공급 루트는 V2G 및 V2H 등을 포함하나 반드시 차량에서 전력이 공급되는 형태로 한정되지는 않는다.
본 발명의 실시예들에 따른 충전 시스템을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 충전기의 구조를 먼저 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 충전기(100)는 전력 공급원 및 전력 공급 대상과 연결되며, 여기서의 전력 공급원 및 전력 공급 대상은 별도의 구성일 수도 있으나, 하나의 구성이 전력을 공급하고 역으로 수신할 수도 있다. 이에 따라 충전기(100) 또한, 고정된 연결 상태에서도 일방향으로의 전력 공급 뿐만 아니라 그 역방향으로의 전력 공급이 가능한 양방향 충전기임을 전제로 한다. 한편, 일 실시예에 따른 충전기(100)는 정션박스(110), 제어기(120), 통신장치(130), 컨버터(140) 및 배터리(150)를 포함할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 구성 요소를 위주로 나타낸 것으로, 실제 충전기의 구현은 이보다 많거나 적은 구성 요소를 포함할 수 있음은 물론이다. 이하, 각 구성 요소를 설명한다.
먼저, 정션박스(Junction box, 110)는 전기배선의 설치와 유지 관리 등을 위한 배선 장치를 포함하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 있어서는 전력 공급을 위한 전력 라인의 배선을 위해 구비될 수 있다. 정션박스(110)는 제1 단(111), 제2 단(112),제3 단(113) 및 제4 단(114)을 포함할 수 있으며, 각 단에는 전력 공급원 또는 공급 대상이 연결된다.
또한, 정션박스(110)는 제1 단 내지 제4 단(111~114) 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 스위치부(115)가 구비될 수 있다. 스위치부(115)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 각각의 스위치(SW1, SW2)는 일체로 제어되는 복수의 스위치를 포함하는 개념을 의미할 수 있다. 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 각각 개별적으로 제어될 수 있으며, 이를 통해 스위치부(115)가 수개의 연결 상태를 가질 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 제1 스위치(SW1)의 일단은 제1 단(111)에 연결되고, 타단은 제2 스위치(SW2)의 일단에 연결될 수 있다. 이 경우 제2 스위치(SW2)의 타단은 제3 단(113)에 연결될 수 있으며, 제1 스위치(SW1)의 타단과 제2 스위치(SW2)의 일단 사이에는 제2 단(112) 및 제4 단(114)이 연결될 수 있다. 스위치부(115)가 이와 같이 구성되는 경우, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 온(On) 상태이면 제1 단 내지 제4 단(111~114)이 모두 연결된 상태가 될 수 있으며, 제1 스위치(SW1)만 온(On) 상태인 경우 제1 단(111)이 제2 단(112) 및 제4 단(114)과 연결될 수 있다. 제2 스위치(SW2)만 온(On) 상태인 경우에는 제3 단(113)이 제2 단(112) 및 제4 단(114)과 연결될 수 있으며, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 오프(Off) 상태인 경우에는 제1 단 내지 제4 단(111~114)의 연결이 모두 해제된 상태가 된다. 이러한 스위치부(115)의 연결 상태는 제어기(120)의 제어 신호 및 그에 따른 퓨즈 또는 릴레이의 작동을 통해 제어될 수 있다.
한편, 일 실시예에 있어서, 정션박스(110)는 제1 단(111)을 통해 교류 전력을 공급받아 제2 단(112) 및 제3 단(113) 중 적어도 하나를 통해 교류 전력을 공급하거나, 제3 단(113)을 통해 교류 전력을 공급받아 제1 단(111) 및 제2 단(112) 중 적어도 하나를 통해 교류 전력을 공급할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 충전기(100)는 AC(Alternating Current) 충전기일 수 있으며, 이와 같이 충전기(100)가 AC 충전기로 구현됨에 따라 충전기(100) 내에 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 인버터, 직류 충전 케이블 및 커넥터가 장착될 필요가 없게 된다. 이에 따라 DC(Direct Current) 충전기에 비해 비용, 크기, 소음, 사용성 측면에서 이점을 가질 수 있으며, 이를 통해 가정에 설치하여 사용하기에 적합한 충전기(100) 및 충전 시스템을 제공할 수 있게 된다. 이 경우 외부 양방향 충전기(210)는 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 외부 배터리(230)를 충전할 수 있다.
제어기(120)는 계통 전원(10)의 정전 여부 및 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드에 기반하여 스위치부(115)의 연결 상태를 제어한다. 일 실시예에 있어서, 제어기(120)는 MCU(Micro Controller Unit)으로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 충전기(100)는 통신장치(130)를 더 포함할 수 있다. 통신장치(130)는 외부 양방향 충전기(210)와 연결된 외부 충전 제어기(220) 등과 통신할 수 있으며, 제어기(120)는 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220) 등으로부터 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 수신하거나, 외부 충전 제어기(220)에 외부 양방향 충전기(210)의 동작 상태 변경을 요청할 수 있다. 한편, 일 실시예에 있어서, 통신장치(130)는 SECC(Supply Equipment Communication Controller)로 구현될 수 있다. 제어기(120) 및 통신장치(130)에 관한 보다 상세한 설명은 도 2를 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 일 실시예에 따른 충전기(100)는 컨버터(140) 및 배터리(150)를 더 포함할 수 있다. 컨버터(140)는 제4 단(114)을 통해 제1단 내지 제3단(111~113)과 연결될 수 있으며, 제1 단(111) 또는 제3 단(113) 중 적어도 하나를 통해 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있으며, 배터리(150)는 컨버터(140)를 통해 변환된 직류 전력을 저장할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 컨버터(140)는 레귤레이터로 구현될 수도 있으며, 명칭에 무관하게 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 기능을 수행하는 구성을 포함할 수 있다. 배터리(150)는 계통 전원(10)의 정전 등으로 인해 충전기(100)에 전력 공급이 중단되는 경우에도 충전기(100)가 작동할 수 있도록 저장된 전력을 공급하게 된다. 또한, 배터리(150)의 용량에 따라서는 제1 단 내지 제3 단(111~113)을 통해 외부로 전력을 공급하는 역할을 수행할 수도 있다.
이하에서는 전술한 충전기(100)에 대한 설명을 바탕으로 충전기(100)를 통한 충전 시스템의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 충전 시스템은 계통 전원(10), 외부 부하(20), 충전기(100), 외부 양방향 충전기(210), 외부 충전 제어기(220) 및 외부 배터리(230)를 포함할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 구성 요소를 위주로 나타낸 것으로, 실제 충전 시스템의 구현은 이보다 많거나 적은 구성 요소를 포함할 수 있음은 물론이다.
먼저, 계통 전원(10)은 외부 부하(20) 및 외부 배터리(230)를 위한 전력 주 공급원으로 기능한다. 다만, 본 발명의 실시예들에 있어서 계통 전원(10)은 충전기(100)의 스위치부(115) 연결 상태 및 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드에 따라서는 외부 배터리(230)에 저장된 전력을 공급받아 충전될 수도 있다(예컨대, V2G). 외부 부하(20)는 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받으며, 충전기(100)의 스위치부(115) 연결 상태 및 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드에 따라서는 외부 배터리(230)에 저장된 전력을 공급받을 수도 있다. 여기서, 외부 부하(20)는 가정 내 전기부하 뿐만 아니라, 충전 가능한 전자 기기, 별도의 전동화 차량 등의 각종 전력 공급 대상을 포함할 수 있으며, 외부 배터리(230)가 전동화 차량에 구비되는 경우에는 V2H, V2L, V2V와 같은 전력 공급 루트가 형성될 수 있다. 위와 같은 계통 전원(10) 및 외부 부하(20)는 각각 정션박스(110)의 제1 단(111) 및 제2 단(112)에 연결될 수 있다.
충전기(100)는 정션박스(110)를 통해 계통 전원(10), 외부 부하(20) 및 외부 양방향 충전기(210)에 연결된다. 이 경우 계통 전원(10), 외부 부하(20) 및 외부 양방향 충전기(210)는 각각 적어도 하나 이상일 수 있으며, 이 경우 각 구성(10, 20, 210)과 정션박스(110) 사이에 복수의 연결이 형성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 충전기(100)의 정션박스(110)는 계통 전원(10)에 연결되는 제1 단(111), 외부 부하(20)에 연결되는 제2 단(112), 외부 양방향 충전기(200)에 연결되는 제3 단 및 컨버터(140)에 연결되는 제4 단을 포함할 수 있다.
또한, 충전기(100)는 제어기(120)를 통해 정션박스(110) 내부에 구비되는 스위치부(115)의 연결 상태에 따라 제1 단 내지 제4 단(111~114) 중 일부 또는 전부가 연결되거나 연결 해제된 상태가 되도록 할 수 있으며, 그에 따라 각 단(111~114)에 연결된 계통 전원(10), 외부 부하(20), 외부 양방향 충전기(210) 및 컨버터(140) 간의 연결 상태도 결정되게 된다. 이를 통해 계통 전원(10)의 정전 여부나 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드 등에 따른 각각의 상황 별로 적절하게 전력 공급원과 공급 대상을 연결하거나, 연결 해제 상태가 되도록 할 수 있게 된다.
한편, 충전기(100)의 제어기(120)는 계통 전원(10)의 정전 여부 및 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드에 기반하여 스위치부(115)의 연결 상태를 제어한다.
여기서, 계통 전원(10)의 정전은 계통 전원(10) 자체에 고장이 발생하거나, 송전선이 단선되는 등으로 인해 계통 전원(10)의 전력 공급이 중단되는 상태를 의미할 수 있다. 계통 전원(10)은 외부 부하(20) 및 외부 양방향 충전기(210)와 연결된 외부 배터리(230)의 주 전원이며, 특히 일반적인 상황에서는 가정 내 전자 기기 등과 같은 외부 부하(20)와 상시 연결되어 요구되는 대부분의 전력을 공급하게 된다. 따라서, 계통 전원(10)의 정전 발생 시에는 별도의 공급원을 통해 전력을 수급받아야할 필요가 있으며, 이 경우 전동화 차량의 배터리와 같은 외부 배터리(230)가 공급원으로서 작용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서는 제어기(120)가 계통 전원(10)의 정전 여부에 기반하여 스위치부(115)의 연결 상태를 제어함으로써 외부 배터리(230)의 전력이 외부 양방향 충전기(210)를 통해 외부 부하(20)로 공급될 수 있도록 할 수 있게 된다. 이를 위해 제어기(120)는 정션박스(110)의 제1 단(111)을 통해 입력되는 전압 또는 전류를 감지하는 등에 의해 계통 전원(10)의 정전 여부를 감지할 수 있다.
한편, 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드는 전력 공급 모드, 작동 중단 모드, 충전 모드 등을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들에 있어서는 계통 전원(10) 또는 외부 부하(20)와의 관계에 따라 계통 전원(10)에 대한 전력 공급을 위한 모드, 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받기 위한 모드, 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드 등을 포함할 수 있다. 여기서, 외부 양방향 충전기(210)가 계통 전원(10)에 대한 전력 공급을 위한 모드 및 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받기 위한 모드로 동작하는 경우에는 계통 전원과의 동기화를 위해 공급 전력이 외부 충전 제어기(220)가 계통 전원(10)에 대응되도록 외부 양방향 충전기(210)를 통해 출력 전류 및 위상 제어를 수행하게 된다. 외부 양방향 충전기(210)가 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우에는 공급 전력이 외부 부하(20)에 대응되도록 외부 충전 제어기(220)가 외부 양방향 충전기(210)를 통해 전압 및 주파수 제어를 수행하게 된다. 외부 양방향 충전기(210)가 계통 전원(10)에 대해 전력을 공급하거나, 그로부터 전력을 공급받는 경우에는 외부 배터리(230)의 전력이 전류원으로 연결되는 반면, 외부 부하(20)에 대해 전력을 공급하는 경우에는 외부 배터리(230)의 전력이 전압원이 되기 때문에 공급 대상에 따라 외부 양방향 충전기(210)의 제어에 차이가 생기게 된다. 본 발명에 있어서 제어기(120)는 위와 같은 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 기반으로 스위치부(115)의 연결 상태를 제어하고, 이를 통해 계통 전원(10), 외부 부하(20) 및 외부 양방향 충전기(210)의 연결 상태를 유지하거나 변경함으로써 V2G에서 V2H로 또는 V2H 에서 V2G로와 같이 전력 공급 루트 간의 전환이 이루어질 수 있도록 할 수 있게 된다. 또한, 이를 위해 제어기(120)는 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220)로부터 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 수신하거나, 동작 모드에 대응되는 스위치부(115) 연결 상태 제어 요청을 수신하여 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 인식할 수 있다.
외부 양방향 충전기(210)는 외부 배터리(230)와 연결되어 계통 전원(10) 또는 외부 부하(20)로 외부 배터리(230)에 저장된 전력을 공급하거나, 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받아 외부 배터리(230)를 충전할 수 있다. 외부 양방향 충전기(210)는 전술한 바와 같이 전력 공급 또는 수신 여부 및 전력 공급 대상에 따라 동작 모드를 달리할 수 있으며, 동작 모드의 제어는 외부 양방향 충전기(210)와 연결된 외부 충전 제어기(220)에 의해 수행되게 된다.
외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)를 제어하며, 충전기(100)의 통신장치(130)를 통해 제어기(120)에 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 전달하거나 또는 그에 대응되는 스위치부(115) 연결 상태 제어를 요청할 수 있으며, 제어기(120)로부터 동작 모드 변경 요청을 수신할 수 있다.
또한, 외부 충전 제어기(220)는 기 설정된 조건 만족 시에 외부 양방향 충전기(210)의 계통 전원(10) 또는 외부 부하(20)에 대한 전력 공급 가능 여부 및 외부 양방향 충전기(210)의 계통 전원(10)의 공급 전력 수신 가능 여부를 판단하고, 판단 결과에 기반하여 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 변경할 수 있다. 여기서, 기 설정된 조건은 통신장치(130)를 통해 제어기(120)로부터 동작 모드 변경 요청을 수신한 경우, 스위치부(115)가 특정 연결 상태를 갖는 경우, 통신장치(130)와 통신 연결이 이루어진 경우 등에 있어서 만족될 수 있다. 예를 들면, 외부 충전 제어기(220)는 스위치부(115)의 연결 상태가 제1 단(111)이 제2 단(112) 및 제3 단(113)과 연결이 해제된 상태가 되도록 하는 상태인 경우 외부 양방향 충전기(210)의 외부 부하(20)에 대한 전력 공급 가능 여부를 판단할 수 있다. 그리고 판단 결과 외부 부하(20)에 대한 전력 공급이 가능한 경우 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드가 되도록 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 변경할 수 있다.
또한, 전력 공급 가능 여부는 외부 배터리(230)의 SOC(State of Charge) 및 외부 양방향 충전기(210)의 정상 작동 여부 중 적어도 하나에 기반하여 판단될 수 있다. 또한, 외부 배터리(230)가 전동화 차량에 구비되는 경우에는 차량의 예약된 출발/도착 시간 등이 더 고려될 수 있다. 예를 들어, 외부 충전 제어기(220)는 배터리의 SOC가 기 설정된 값 미만이거나, 외부 양방향 충전기(210)가 고장난 상태인 경우, 차량의 예약된 출발 시간이 기 설정된 시간 미만인 경우 등에 있어서 외부 양방향 충전기(210)의 계통 전원(10) 또는 외부 부하(20)에 대한 전력 공급이 불가능한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 변경된 경우 통신장치(130)를 통해 제어기(120)에 외부 양방향 충전기(210)의 변경된 동작 모드를 전달하거나 그에 대응되는 스위치부(115) 연결 상태 제어를 요청할 수 있다.
또한, 외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 계통 전원(10)에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받기 위한 모드인 경우 계통 전원(10)에 대응되도록 외부 양방향 충전기(210)를 통해 출력 전류 및 위상 제어를 수행할 수 있다. 동작 모드가 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우에는 외부 부하(20)에 대응되도록 외부 양방향 충전기(210)를 통해 전압 및 주파수 제어를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 외부 양방향 충전기(210), 외부 충전 제어기(220) 및 외부 배터리(230)는 전동화 차량의 구성으로 구현될 수 있으며, 이 경우 외부 충전 제어기(220)는 VCMS(Vehicle Charge Management System)으로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 있어서, 충전 시스템 및 그를 위한 충전기(100)의 각 구성과 그 기능에 대하여 설명한 것으로, 구체적인 제어 과정에 대하여는 이하 도 3 내지 도 5b를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계통 전원의 정전 시 충전기의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 먼저 제어기(120)는 계통 전원(10)의 정전 여부를 감지한다(S310). 계통 전원(10)의 정전 시(S310의 Yes) 제어기(120)는 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220)에 전력 공급 중단을 요청할 수 있으며, 이 경우 정전 발생 정보를 함께 전달할 수도 있다(S320). 또한, 제어기(120)는 계통 전원(10)의 정전 시 제2 단(112) 및 제3 단(113)이 연결된 상태가 되도록 스위치부(115)의 연결 상태를 제어할 수 있다. 이 경우 제1 단(111)이 제2 단(112) 및 제3 단(113)과 연결 해제된 상태가 되도록 스위치부(115)의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 계통 전원(10)의 정전 시 우선 제1 단 내지 제3 단(111~113) 간의 연결이 해제된 상태가 되도록 스위치부(115)의 연결 상태를 제어할 수 있다(S330). 제1 단 내지 제3 단(111~113)간의 연결이 해제된 상태가 됨에 따라 계통 전원(10), 외부 부하(20) 및 외부 양방향 충전기(210) 간의 연결이 모두 차단되게 된다. 이를 통해 계통 전원(10)의 정전 시에도 충전기(100)에 전력이 공급되어 단독운전 현상이 발생되지 않도록 하여 감전 사고, 외부 부하(20), 외부 양방향 충전기(210) 등의 손상 등을 방지할 수 있게 된다. 나아가, 이를 통해 계통 전원(10)에 연계되기 위한 규격을 만족시킬 수도 있다.
제1 단 내지 제3 단(111~113) 간의 연결이 해제된 상태에서 제어기(120)는 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우(S340의 Yes) 제2 단(112) 및 제3 단(113)이 연결된 상태가 되도록 스위치부(115)의 연결 상태를 추가 제어할 수 있다(S360). 제2 단(112) 및 제3 단(113)이 서로 연결된 경우에는 외부 양방향 충전기(210)와 외부 부하(20)가 연결되어, 외부 양방향 충전기(210)를 통해 외부 부하(20)에 전력을 공급할 수 있는 상태가 된다. 이후 제어기(120)는 외부 양방향 충전기(210)가 전력 공급을 개시하도록 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220)에 동작 모드 변경을 요청하여 외부 부하(20)가 외부 양방향 충전기(210)로부터 전력을 공급받을 수 있도록 할 수 있다(S370). 반면, 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드가 아닌 경우(S340의 No) 제어기(120)는 제1 단(111) 및 제2 단(112)이 연결된 상태가 되도록 스위치부(115)를 제어하여 계통 전원(10)의 정전 복구 시 외부 부하(20)에 전력이 공급될 수 있도록 한다.
도 3은 계통 전원의 정전 시 충전기의 작동 과정을 설명하기 위한 도면으로, 계통 전원의 정전 복구 시의 작동 과정에 대하여는 도 4를 참조하여 이하 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계통 전원의 정전 복구 시 충전기의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제어기(120)는 계통 전원(10)의 정전 복구 시(S410의 Yes) 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220)에 정전 복구 정보를 전달하고, 전력 공급 중단을 요청할 수 있다(S420). 또한, 제어기(120)는 제1 단(111) 및 제2 단(112)이 연결된 상태가 되도록 스위치부(115)의 연결 상태를 제어할 수 있다(S430).
제1 단(111) 및 제2 단(112)이 연결되면 계통 전원(10)과 외부 부하(20)가 연결되어 외부 부하(20)가 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받을 수 있게 된다. 이후 제어기(120)는 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 계통 전원(10)에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 계통 전원(10)의 공급 전력을 수신하기 위한 모드인 경우(S440) 제1 단 내지 제3 단(111~113)이 모두 연결된 상태가 되도록 스위치부(115)의 연결 상태를 제어할 수 있다(S460). 제1 단 내지 제3 단(111~113)이 모두 연결되면 계통 전원(10)이 외부 부하(20)에 전력을 공급함과 함께, 외부 양방향 충전기(210)에 전력을 공급하거나, 외부 양방향 충전기(210)로부터 전력을 공급받을 수 있는 상태가 된다. 반면, 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 계통 전원(10)에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 계통 전원(10)의 공급 전력을 수신하기 위한 모드가 아닌 경우(S440의 No), 제어기(120)는 외부 양방향 충전기(210)를 통한 전력 공급및 수신이 불가능하므로 제3 단(113)이 제1 단(111) 및 제2 단(113)과 연결 해제된 상태가 되도록 스위치부(115)를 제어할 수 있다(S450).
도 3 및 도 4를 참조한 위와 같은 설명은 충전기의 작동을 설명하기 위한 것으로, 전체 충전 시스템의 작동 과정은 이하 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 시스템의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 외부 양방향 충전기(210), 외부 충전 제어기(220) 및 외부 배터리(230)가 전동화 차량에 구현되고, 외부 부하(20)는 가정 내 전기부하인 것을 전제로 충전 시스템의 작동 과정을 설명한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 먼저, 제1 단 내지 제3 단(111~113)이 서로 연결되어 전동화 차량에서 계통 전원(10)으로 전력이 공급되는 V2G 또는 계통 전원(10)의 공급 전력으로 전동화 차량이 충전 중인 상태(S501)에서 제어기(120)가 계통 전원의 정전을 감지한다(S502). 계통 전원(10)의 정전이 감지된 경우(S502의 Yes) 제어기(120)는 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220)에 정전 발생 정보를 전달할 수 있으며, 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드가 계통 전원(10)에 대한 전력공급을 위한 모드(즉, V2G)인 경우 전력 공급을 중단하도록 동작 모드 변경을 요청할 수 있다(S503). 외부 충전 제어기(220)는 동작 모드 변경 요청을 수신한 경우 전력 공급이 중단되도록 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 변경하게 된다(S504).
외부 양방향 충전기(210)의 전력 공급이 중단된 경우 제어기(120)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 오프(Off)하여 제1 단 내지 제3 단(111~113)간의 연결이 모두 해제되도록 한다(S505). 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 모두 오프(Off)된 경우 외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)의 외부 부하(20)에 대한 전력 공급 가능 여부(즉, V2H 가능 여부)를 판단한다(S506). 판단 결과 외부 부하(20)에 대한 전력 공급이 가능한 경우(S506의 Yes) 외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 외부 부하(20)에 대한 전력 공급을 위한 모드로 변경하고, 통신장치(130)를 통해 제어기(120)에 스위치부(115) 연결 상태 제어를 요청한다(S509). 요청을 받은 제어기(120)는 제2 스위치(SW2)를 온(On)하여 제2 단(112) 및 제3 단(113)이 연결되도록 하고(S510), 통신장치(130)를 통해 전력 공급을 요청한다(S511). 이후, 요청에 따라 외부 양방향 충전기(210)가 외부 부하(20)에 전력을 공급(즉, V2H)하게 된다(S512). 반면, 판단 결과 외부 부하(20)에 대한 전력 공급이 불가능한 경우(S506의 No) 외부 충전 제어기(220)는 통신장치(130)를 통해 제어기(120)에 스위치부(115) 연결 상태 제어 중단을 요청하고(S509), 이를 수신한 제어기(120)는 제1 스위치(SW1)를 온(On)하여 계통 전원(10)의 정전 복구 시까지 외부 부하(20)에 대한 전력 공급이 중단되게 된다.
외부 양방향 충전기(210)가 외부 부하(20)에 전력을 공급(즉, V2H)하던 중 계통 전원(10)의 정전 복구가 감지되면(S513의 Yes), 제어기(120)는 통신장치(130)를 통해 외부 충전 제어기(220)에 정전 복구 정보를 전달하고, 전력 공급 중단을 요청한다(S514). 요청을 수신한 외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)가 전력 공급을 중단하도록 제어하게 된다(S515). 또한, 제어기(120)는 제1 스위치(SW1)를 온(On)하여 제1 단 내지 제 3단이 연결되도록 하여(S516) 외부 부하(20)가 계통 전원(10)으로부터 전력을 공급받도록 하고, 계통 전원(10)과 외부 양방향 충전기(210)가 연결되어 V2G 기능 또는 차량의 충전을 준비한다.
위와 같은 상태에서 외부 충전 제어기(220)는 상기 외부 양방향 충전기의 상기 계통 전원(10)에 대한 전력 공급 가능 여부 또는 상기 외부 양방향 충전기(210)의 상기 계통 전원(10)의 공급 전력 수신 가능 여부를 판단하게 된다(S517). 판단 결과 전력 공급 또는 수신이 가능한 경우(S517의 Yes) 외부 충전 제어기(220)는 외부 양방향 충전기(210)의 동작 모드를 변경하고(S520), 이로써 계통 전원(10)에 대한 전력 공급(즉, V2G) 또는 전동화 차량의 충전이 이루어질 수 있게 된다(S521). 반면, 판단 결과 전력 공급 또는 수신이 불가능한 경우(S517의 No) 외부 충전 제어기(220)는 통신장치(130)를 통해 제어기(120)에 스위치부(115) 연결 상태 제어를 요청하고, 제어기(120)는 제2 스위치(SW2)를 오프(Off)하여 외부 양방향 충전기(210)의 계통 전원(10) 및 외부 부하(20)에 대한 연결을 차단한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의해, 전력 공급원 또는 전력 공급 대상 변경에 대응하여 효과적으로 전력 공급 방식을 전환할 수 있게 된다.
또한, 계통 전원의 정전 시에 외부 양방향 충전기를 통해 전력을 공급함으로써 정전에 효과적으로 대응할 수 있게 되며, 다양한 공급원 및 공급대상으로 구성되는 전력계 내에서 전력을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
특히, 전동화 차량 등에 탑재되는 기존의 양방향 충전기를 활용함으로써, 양방향 충전기 및 이를 구비한 차량 등의 활용성을 개선할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 충전기
110 : 정션박스
120 : 제어기
210 : 외부 양방향 충전기
220 : 외부 충전 제어기

Claims (20)

  1. 계통 전원에 연결되는 제1 단, 외부 부하에 연결되는 제2 단, 외부 양방향 충전기에 연결되는 제3 단 및 상기 제1 단 내지 제3 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 스위치부를 구비하는 정션박스; 및
    상기 계통 전원의 정전 여부 및 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 제어기를 포함하는 충전기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정션박스는,
    상기 제1 단을 통해 상기 계통 전원으로부터 교류 전력을 공급받고, 상기 스위치부의 연결 상태에 기반하여 상기 외부 부하 및 상기 외부 양방향 충전기 중 적어도 하나에 교류 전력을 공급하거나, 상기 제3 단을 통해 상기 외부 양방향 충전기로부터 교류 전력을 공급받고, 상기 스위치부의 연결 상태에 기반하여 상기 계통 전원 또는 상기 외부 부하 중 적어도 하나에 교류 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 양방향 충전기와 연결된 외부 충전 제어기와 통신하는 통신장치를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기로부터 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드 또는 상기 동작 모드에 대응되는 연결 상태 변경 요청을 수신하거나, 상기 외부 충전 제어기에 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드 변경을 요청하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 계통 전원의 정전 시 상기 제2 단 및 상기 제3 단이 서로 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 계통 전원의 정전 시 상기 제1 단 내지 제3 단의 연결이 모두 해제된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하고, 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우 상기 제2 단 및 상기 제3 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 추가 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드가 아닌 경우 상기 제1 단 및 상기 제2 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 추가 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 계통 전원의 정전 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우, 상기 외부 양방향 충전기가 전력 공급을 중단하도록 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기에 동작 모드 변경을 요청하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 스위치부의 연결 상태를 제어하여 상기 제2 단 및 상기 제3 단이 연결된 경우, 상기 외부 양방향 충전기가 전력 공급을 개시하도록 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기에 동작 모드 변경을 요청하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 계통 전원의 정전 복구 시 상기 제1 단 및 상기 제2 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 계통 전원의 정전 복구 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 계통 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 모드인 경우 상기 제1 단 및 상기 제3 단이 연결된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어기는,
    정전 복구 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드 및 계통 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 모드 중 어느 하나에 해당하지 않는 경우 상기 제3 단이 상기 제1 단 및 상기 제2 단과 연결 해제된 상태가 되도록 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 계통 전원의 정전 복구 시 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우, 상기 외부 양방향 충전기가 전력 공급을 중단하도록 상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기에 동작 모드 변경을 요청하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치부는,
    제1 스위치; 및
    제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 제1 단에 연결되고, 타단은 상기 제2 스위치의 일단에 연결되며,
    상기 제2 스위치의 타단은 상기 제3 단에 연결되며,
    상기 제2 단은 상기 제1 스위치의 타단과 상기 제2 스위치의 일단 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 충전기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 단 및 제3 단 중 적어도 하나를 통해 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터; 및
    상기 컨버터를 통해 변환된 직류 전력을 저장하는 배터리를 더 포함하고,
    상기 정션박스는,
    상기 컨버터와 연결되는 제4 단을 더 구비하고, 상기 제1단 내지 제4 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 충전기.
  15. 계통 전원 또는 외부 부하로 전력을 공급하거나, 상기 계통 전원으로부터 전력을 공급받는 외부 양방향 충전기;
    상기 외부 양방향 충전기를 제어하는 외부 충전 제어기; 및
    상기 계통 전원에 연결되는 제1 단, 상기 외부 부하에 연결되는 제2 단, 상기 외부 양방향 충전기에 연결되는 제3 단 및 상기 제1 단 내지 제3 단 중 적어도 둘 간을 선택적으로 연결하는 스위치부를 구비하는 정션박스 및 상기 계통 전원의 정전 여부 및 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드에 기반하여 상기 스위치부의 연결 상태를 제어하는 제어기를 포함하는 충전기를 포함하는 충전 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 충전기는,
    상기 외부 충전 제어기와 통신하는 통신장치를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 통신장치를 통해 상기 외부 충전 제어기로부터 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드를 수신하거나, 상기 외부 충전 제어기에 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드 변경을 요청하는 것을 특징으로 하는 충전 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 외부 충전 제어기는,
    기 설정된 조건 만족 시 상기 외부 양방향 충전기의 상기 외부 부하에 대한 전력 공급 가능 여부, 상기 계통 전원에 대한 전력 공급 가능 여부 및 상기 계통 전원의 공급 전력 수신 가능 여부 중 적어도 하나를 판단하고, 판단 결과에 기반하여 상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 변경되도록 하는 것을 특징으로 하는 충전 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 외부 충전 제어기는,
    상기 외부 양방향 충전기의 동작 모드가 변경된 경우 상기 통신장치를 통해 상기 제어기에 상기 외부 양방향 충전기의 변경된 동작 모드를 전달하거나, 변경된 동작 모드에 대응되는 스위치부 연결 상태 제어를 요청하는 것을 특징으로 하는 충전 시스템.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 외부 충전 제어기는,
    상기 외부 양방향 충전기에 연결된 외부 배터리의 SOC(State of Charge) 및 상기 외부 양방향 충전기의 정상 작동 여부 중 적어도 하나에 기반하여 상기 외부 부하 또는 상기 계통 전원에 대한 전력 공급 가능 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 충전 시스템.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 외부 충전 제어기는,
    상기 동작 모드가 상기 계통 전원에 대한 전력 공급을 위한 모드 또는 상기 계통 전원으로부터 전력을 공급받기 위한 모드인 경우 상기 계통 전원에 대응되도록 상기 외부 양방향 충전기를 통해 출력 전류 및 위상 제어를 수행하고,
    상기 동작 모드가 상기 외부 부하에 대한 전력 공급을 위한 모드인 경우 상기 외부 부하에 대응되도록 상기 외부 양방향 충전기를 통해 전압 및 주파수 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 충전 시스템.


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