WO2018080236A2 - 유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차 및 그 충전장치 - Google Patents

유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차 및 그 충전장치 Download PDF

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    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a charging technology of an electric vehicle.
  • An electric vehicle is a vehicle that runs by using electric energy stored in a battery.
  • the technology for charging the battery of an electric vehicle includes wired charging and wireless charging.
  • Wired charging technology is a method of charging the battery after connecting the charging cable of the charging device directly to the electric vehicle
  • wireless charging technology is a method of delivering electric energy without a direct cable connection.
  • Korean Patent Registration Publication No. 10-1132770 discloses a wired charging technology and charging thereof.
  • the driver is uncomfortable because it does not know which charging method to use in the fastest time. It takes a long time to charge a battery, whether it's wired or wireless charging, and you didn't know whether it would charge faster, either wired or wireless.
  • the charging station had to be divided into wired or wireless, which resulted in an increase in the cost of selecting a charging station and installing equipment.
  • the inventor of the present invention has completed the present invention after a long research effort to complete a technology that can solve these problems.
  • An object of the invention according to the first aspect of the present invention is to provide an electric vehicle equipped with both a wired and a wireless charging module. It is also an object of the present invention to provide an electric vehicle that automatically selects and charges a charging module capable of faster charging of a wired charging module or a wireless charging module.
  • An object of the present invention according to the second aspect of the present invention is to provide an electric vehicle charging device that simultaneously provides wired and wireless charging means for a plurality of electric vehicles.
  • the first aspect of the present invention is an electric vehicle to charge by selecting a charging module that can be charged more quickly among the wired and wireless charging module:
  • the present invention provides a wired charging module for receiving power by wire from an external wired charging device
  • a wireless charging module that wirelessly receives power from an external wireless charging device
  • a switching unit for selectively connecting the wired charging module and the wireless charging module with a battery
  • control unit for controlling any one of the wired charging module or the wireless charging module to charge the battery by controlling the switching unit.
  • the control unit receives a first control signal for the wired charging transmitted from the wired charging module and a second control signal for the wireless charging transmitted from the wireless charging module.
  • the switching unit it is preferable to control the switching unit so that the module which compares the wired charge amount and the wireless charge amount and provides a larger charge amount to charge the battery.
  • the wired charging module is a wired charging terminal to which a charging cable extending from an external wired charging device is fastened;
  • the wireless charging module wireless receiving pad for receiving power wirelessly from an external wireless charging device
  • an electric vehicle charging device that simultaneously provides a wired and wireless charging means for a plurality of electric vehicles:
  • Wired charging unit for charging the electric vehicle by wire
  • At least one wireless charging unit for charging an electric vehicle wirelessly for charging an electric vehicle wirelessly
  • a converter receiving power from an external distribution board and providing power to the wired charging unit and the wireless charging unit;
  • the charger control unit is the number of electric vehicles charged through the converter is converted from the singular to N (where N is an integer of 2 or more), the It is good to control the maximum capacity of the converter by N minutes and deliver it to each charging section.
  • the charger control unit monitors the amount of power charged through a plurality of charging unit after the initial power distribution
  • the charging device may be controlled to increase the amount of power charged through the other charging unit.
  • the electric vehicle can charge the battery freely at a charging place providing only wired charging and a charging place providing only wireless charging.
  • the electric vehicle of the present invention can automatically charge the battery quickly by selecting a faster charging method among the wired charging and wireless charging. Therefore, the driver does not have to worry about which charging module to use for the fastest charging.
  • the parking area for wired charging and the parking area for wireless charging do not need to be separated, thereby reducing costs for securing a place.
  • it can be wired charging or wireless charging with a single charging device, there is an effect that the cost is reduced compared to installing each wired or wireless charging device.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an example of the configuration of a charging device for an electric vehicle according to a first aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of FIG. 1 in more detail.
  • FIG. 3 schematically shows the overall process of the battery charging method of the electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a state of charging an electric vehicle using a charging station charging device according to the technical idea of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a charging device for an electric vehicle of an external charging station according to a second aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph for conceptually explaining a method of distributing power when charging a plurality of electric vehicles in the second aspect.
  • the electric vehicle of the present invention is equipped with both a wired charging module and a wireless charging module. Therefore, the electric vehicle of the present invention can freely charge the battery at a charging place providing only wired charging and a charging place providing only wireless charging.
  • the electric vehicle of the present invention can determine which charging module can be charged most quickly in a charging place capable of both wired and wireless charging at the same time. In addition, it is possible to charge by activating a charging module that can be charged faster through the switching unit.
  • FIG. 1 is a view showing a preferred embodiment of the electric vehicle 100 and the external electric vehicle charging device 200 of the present invention.
  • the electric vehicle 100 of the present invention includes a wired charging module 110, a wireless charging module 120, the switching unit 130, the battery 140 and the controller 150.
  • the electric vehicle 100 receives electric energy from the external electric vehicle charging device 200 by wire or wirelessly to charge the battery 140.
  • the wired charging module 110 receives power by wire from the charger wired charging device 210.
  • the wired charging module 110 is directly supplied with the electric energy through the wired charging cable 211, there is no particular limitation on the type.
  • a fast charging method using an AC three-phase 380V or a slow charging method using an AC single-phase 220V may be used, and a newly defined wired charging standard may be used.
  • the wireless charging module 120 wirelessly receives power from the charger wireless charging device 220.
  • the method used by the wireless charging module 120 to wirelessly receive power There is no particular limitation on the method used by the wireless charging module 120 to wirelessly receive power.
  • a magnetic induction method, a magnetic resonance method, a long range wireless transmission method, a microwave method, a laser method, etc. may be applied to the wireless charging module 120 of the present invention.
  • the front end of the switching unit 130 is connected to the wired charging module 110 and the wireless charging module 120, the rear end is connected to the battery 140.
  • the switching unit 130 alternatively transfers the power delivered from the wired charging module 110 and the wireless charging module 120 to the battery 140 using the switching element.
  • the battery 140 accumulates electrical energy.
  • the battery 140 may include a battery pack, a BMS for controlling the battery, and a cooling unit.
  • the battery pack may include a battery module including a plurality of battery cells.
  • the battery cell may be manufactured using a positive electrode material, a negative electrode material, an electrolytic region, a separator.
  • the type and capacity of the battery 140 used in the present invention are not particularly limited.
  • the controller 150 calculates the amount of power charged by the wired charging module 110 and calculates the amount of power charged by the wireless charging module 120. The controller 150 compares the calculated amount of power and determines which charging module can be used to charge the battery 140 more quickly. When the determination is completed, the controller 150 controls the charging operation to control the switching unit 130 to charge the battery 140 by selecting either the wired charging module 110 or the wireless charging module 120.
  • the external electric vehicle charging device 200 is configured to include a wired charging device 210 and a wireless charging device 220.
  • the wired charging device 210 supplies electric energy through the wired charging cable 211.
  • the wired charging device 210 provides the electric vehicle 100 with a first control signal 213 including characteristic information of electric energy supplied through the wired charging cable 211.
  • the first control signal 213 may be wired to the wired charging module 110, and the first control signal 213 applied to the wired charging module 110 finally reaches the controller 150.
  • the wireless charging device 220 supplies electrical energy using a wireless power transmission technology.
  • a feed line for generating alternating current in the bottom of a charging place is embedded with magnetic material to transfer power.
  • the wireless charging device 220 provides the electric vehicle 100 with the second control signal 223 including the characteristic information of the electric energy to be supplied.
  • the second control signal 223 finally reaches the controller 150.
  • FIG. 2 illustrates an example of an internal configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the embodiment of FIG. 1.
  • the wired charging module 110 has a first converter 113 connected to the wired charging terminal 111, the inlet and the wired charging terminal 111 to which the charging cable extending from the external wired charging device is fastened. Include.
  • the first converter 113 converts the alternating current applied from the wired charging terminal 111 to direct current.
  • the wireless charging module 120 includes a wireless receiving pad 121 for receiving power wirelessly from an external wireless charging device and a second converter 123 connected to the wireless receiving pad 121.
  • the second converter 123 converts the alternating current received by the wireless receiving pad 121 into direct current.
  • the front end of the relay 131 is connected to the first converter 113 and the second converter 123, the rear end is connected to the battery 140.
  • the relay 131 selectively transmits power transmitted from the wired charging module 110 and the wireless charging module 120 to the battery 140 under the control of the controller 150.
  • the controller 150 receives the first control signal for the wired charging characteristic and the second control signal for the wireless charging characteristic to calculate the wired charge amount and the wireless charge amount. For example, the controller 150 may calculate an expected charge amount per unit time by analyzing the voltage and the PWM duty ratio included in the first control signal and the second control signal. The controller 150 controls the relay 131 to charge the battery by a charging module that provides a larger charging amount per unit time.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of a charging method of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the wired charging cable is connected to the electric vehicle to receive the first signal and power (S1100), and the wireless charging is connected to receive the second signal and power (S1200).
  • the control unit calculates the wired charging amount and the wireless charging amount (S1300), and compares them (S1400).
  • the controller controls the operation of the internal electric vehicle charger such that the wired charging module charges the battery when the wired charging amount is greater than the wireless charging amount (S1500). On the contrary, the controller controls the operation of the internal electric vehicle charger to charge the battery by the wireless charging module when the wired charge is not greater than the wireless charge (S1600).
  • the controller continuously monitors and compares the wired charge amount and the wireless charge amount (S1700). If the result of the comparison between the wired charge and the wireless charge differs, the module for charging the battery is switched again.
  • FIG. 4 is a state diagram of the charging of the electric vehicle (11, 12, 13) and the external electric vehicle charging apparatus 200 of the present invention.
  • the external electric vehicle charging device 200 of the present invention is a wired charging unit 210 for charging the electric vehicle by wire, at least one wireless charging unit 220 for wirelessly charging the electric vehicle, an external distribution panel Wired charging unit when the electric power is supplied from the converter (not shown) and the plurality of electric vehicles (11, 12, 13) to provide power to the wired charging unit 210 and the wireless charging unit 220 receives power from the (20) And a charger controller 230 for controlling the amount of power allocated to the wireless charging unit 220.
  • the external electric vehicle charging device 200 may charge the plurality of electric vehicles 11, 12, 13 by wire and / or wirelessly. That is, one external electric vehicle charging device 200 may simultaneously charge the first electric vehicle 11, the second electric vehicle 12, and the third electric vehicle 13.
  • it may be connected to the wired charging unit 210 at the same time, it may also be connected to the wireless charging unit 220, as described above, by selecting a charging module that can be charged faster than wired charging or wireless charging It becomes possible to charge.
  • the controller of the electric vehicle may select and operate a charging module that can charge the wired charging amount and the wireless charging amount more quickly.
  • the wired charging amount and the wireless charging amount may be compared using the charging control unit 230 of the external electric vehicle charging device 200, in which case the charging station may charge the electric vehicle 11.
  • the charging module can be selected and charged. We naturally enter the second aspect of the invention.
  • the second aspect of the invention again begins in FIG.
  • the present disclosure discloses a technology for charging a plurality of electric vehicles using a charging device operated by one external electric vehicle charging station.
  • the charging means wired and wireless charging means may be provided at the same time. Since a plurality of electric vehicles are charged through one charging station device, the maximum charging capacity of the charging device must be properly distributed. This will be described in detail below.
  • the external electric vehicle charging device 200 of the present invention is a wired charging unit 210 for charging the electric vehicle by wire, at least one or more wireless charging unit 220 for charging the electric vehicle wirelessly and a plurality of And a charger controller 230 for controlling the amount of power allocated to the wired charger 210 and the wireless charger 220 when the battery cars 11, 12, 13 are being charged.
  • the external electric vehicle charging device 200 may charge the plurality of electric vehicles 11, 12, 13 by wire and / or wirelessly.
  • Figure 5 schematically shows a more detailed configuration example of the external electric vehicle charging device 200 of the charging station according to the present invention.
  • the external electric vehicle charging device 200 of the present invention is supplied with power from the distribution panel (20).
  • the supplied power is converted into power that meets the wired charging standard or the wireless charging standard through the converter 240.
  • Power output from the converter 240 is transmitted to the electric vehicle through the wired charging cable 211 and the plurality of wireless charging pads (221, 222).
  • the charger controller 230 controls the amount of power allocated to the wired charging unit and the wireless charging unit when charging the plurality of electric vehicles.
  • charging is performed in consideration of matters such as the maximum output and charging standard of the charging device 200 and the remaining battery amount of the electric vehicle.
  • the amount of power allocated to each electric vehicle must be properly distributed.
  • the charger control unit 230 is the maximum capacity of the converter (or charging device) when the number of electric vehicles charged through the converter 240 is converted from a single number to N (where N is an integer of 2 or more). N is delivered to each charging unit. For example, when the maximum charging capacity of the external battery vehicle charging device 200 is 50KW and two electric vehicles are being charged, 25KW is distributed to each electric vehicle. In this case, if the standard used by the wireless charging module limits the maximum output to 20KW, it is recommended to distribute 20KW to the electric vehicle using the wireless charging module and distribute the remaining capacity to the electric vehicle using the wired charging module.
  • the charger controller 230 monitors the amount of power charged through the plurality of chargers after the initial power distribution, and when the amount of power charged through any one charger decreases, the charger controller 230 increases the amount of power charged through the other charger. For example, when one electric vehicle is nearing a buffer, when the amount of power charged per unit time decreases from the initial power distribution, the operation of the charging station charger is controlled to supply the remaining electric power to another electric vehicle.
  • FIG. 6 is a graph for conceptually explaining a method of distributing power when charging a plurality of electric vehicles in the external electric vehicle charging apparatus of the present invention.
  • C1 is a graph showing charging power per unit time of an electric vehicle that starts charging first.
  • C2 is the second electric vehicle which started charging after a predetermined time.
  • the charging device is charging only one electric vehicle. Therefore, the charger controller does not have to distribute the charging capacity of the charging device to other electric vehicles.
  • the T1 section is a section explaining the initial power distribution of the controller.
  • the control unit distributes power to each electric vehicle.
  • T2 section starts from 3200sec.
  • the controller redistributes pre-allocated power.
  • C1 the amount of power charged to the first electric vehicle is gradually reduced.
  • the control unit redistributes the reduced amount of power to the second electric vehicle.
  • C2 the amount of power charged to the second electric vehicle gradually increases.
  • the T3 section is timed from 5000 sec. In the T3 section, the first electric vehicle is fully charged. Therefore, the control unit does not distribute power to the first electric vehicle and inputs it to the second electric vehicle.

Abstract

본 발명은 유무선 충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차에 관한 것이다. 바람직한 실시예에서 본 발명은 외부 유선충전장치로부터 유선으로 전력을 수신하는 유선 충전모듈와, 외부 무선충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선충전모듈, 상기 유선 충전모듈 및 무선 충전모듈을 선택적으로 배터리와 연결하는 스위칭부와, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 유선 충전모듈 또는 무선 충전모듈 중 어느 하나가 배터리를 충전하도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차 및 그 충전장치
본 발명은 전기자동차의 충전기술에 관한 것이다.
전기자동차는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용하여 주행하는 자동차이다. 전기자동차의 배터리를 충전하는 기술로는 유선충전과 무선충전이 있다.
유선충전기술은 충전장치의 충전케이블을 직접 전기자동차에 연결한 후 배터리를 충전하는 방법이고, 무선충전기술은 직접적인 케이블 연결없이 전기에너지를 전달하는 방법이다. 예를 들어 대한민국 특허등록공보 제10-1132770호는 유선충전기술과 그에 대한 과금에 대해 개시했다.
그런데 종래기술에 따르면 운전자는 어떤 충전방식을 사용해야 가장 빠른 시간 내에 충전되는지 알 수 없어 불편했다. 유선충전이든 무선충전이든 배터리를 충전하는 데는 상당한 시간이 소요되는데, 유선과 무선 방식 중 어느 방식으로 충전해야 더 빨리 충전되는지 알 수 없었기 때문에 임의로 충전방식을 선택해야 했다.
또한, 하나의 충전장치는 유선충전 및 무선충전 중 어느 하나만 가능했다. 따라서 충전장소를 유선 또는 무선으로 구분해야만 했고, 그 결과 충전소 선택과 장비 설치에 관한 비용이 증가하는 문제가 발생했다.
본 발명의 발명가는 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 기술을 완성하기 위하여 오랫동안 연구 노력한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 제 1 국면에 따른 발명의 목적은 유선 및 무선충전모듈을 모두 탑재한 전기자동차를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 유선충전모듈 또는 무선충전모듈 중 더 빠른 충전이 가능한 충전모듈을 자동으로 선택하여 충전하는 전기자동차를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 2 국면에 따른 발명의 목적은 복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치를 제공하는 것에 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 국면은 유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차로서:
위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부 유선충전장치로부터 유선으로 전력을 수신하는 유선충전모듈;
외부 무선충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선충전모듈;
상기 유선충전모듈 및 무선충전모듈을 택일적으로 배터리와 연결하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부를 제어하여 상기 유선충전모듈 또는 무선충전모듈 중 어느 하나가 배터리를 충전하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차에 있어서, 상기 제어부는 상기 유선충전모듈에서 발신된 유선충전에 관한 제1제어신호 및 상기 무선충전모듈에서 발신된 무선충전에 관한 제2제어신호를 수신하여, 유선충전량 및 무선충전량을 비교연산하고, 더 큰 충전량을 제공하는 모듈이 배터리를 충전하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것이 좋다.
또한, 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차에 있어서, 상기 유선충전모듈은 외부 유선충전장치로부터 연장된 충전케이블이 체결되는 유선충전단자; 및
상기 유선충전단자에 연결된 제1컨버터를 포함하는 것이 좋다.
또한, 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차에 있어서, 상기 무선충전모듈은 외부 무선충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선수신패드; 및
상기 무선수신패드에 연결된 제2컨버터를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 제 2 국면은 복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치로서:
전기자동차를 유선으로 충전하는 유선충전부;
전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선충전부;
외부 분전반으로부터 전력을 공급받아 상기 유선충전부 및 무선충전부에 전력을 제공하는 컨버터; 및
복수의 전기자동차를 충전할 때 유선충전부 및 무선충전부에 할당되는 전력량을 제어하는 충전기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차 충전장치에 있어서, 상기 충전기 제어부는 상기 컨버터를 통해 충전되는 전기자동차의 개수가 단수에서 N개(단, N은 2 이상의 정수)로 전환될 때, 상기 컨버터의 최대용량을 N분하여 각각의 충전부로 전달하도록 제어하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차 충전장치에 있어서, 상기 충전기 제어부는 초기 전력분배 이후에 복수의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 모니터링하여,
어느 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량이 감소하면,
다른 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 증가시키도록 충전장치를 제어하는 것이 좋다.
위와 같은 본 발명의 제 1 국면을 통해 전기자동차는 유선충전만 제공하는 충전장소와 무선충전만 제공하는 충전장소 어디에서는 자유롭게 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기자동차가 자동으로 유선충전과 무선충전 중에서 더욱 빠른 충전방법을 선택하여 신속하게 배터리를 충전할 수 있다. 그러므로 운전자는 어느 충전모듈을 사용해야 가장 신속하게 충전할 수 있는지 고민하지 않아도 된다.
본 발명의 제 2 국면을 통해서는 유선충전을 위한 주차구역과 무선충전을 위한 주차구역을 별도로 분리하지 않아도 되므로 장소확보를 위한 비용 등을 절감시킬 수 있다. 또한, 하나의 충전장치로 유선 충전하거나 무선 충전할 수 있으므로 유무선충전장치를 각각 설치하는 것에 비해 비용이 절약되는 효과가 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 제 1 국면에 따른 전기자동차의 충전장치의 구성 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1을 보다 구체적으로 구현한 구성 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 방법의 전체 프로세스를 개략적으로 나타낸다.
도 4은 본 발명의 기술사상에 따라 충전소 충전장치를 이용하여 전기자동차를 충전하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 국면에 따른 외부 충전소의 전기자동차의 충전장치의 구성 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 상기 제 2 국면에서 복수의 전기자동차를 충전할 때 전력분배하는 방법을 개념적으로 설명하기 위한 그래프이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
[제1국면의 실시예]
본 발명의 전기자동차는 유선충전모듈과 무선충전모듈이 모두 탑재되어 있다. 그러므로 본 발명의 전기자동차는 유선충전만 제공하는 충전장소와 무선충전만 제공하는 충전장소 어디에서는 자유롭게 배터리를 충전할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 전기자동차는 유선충전과 무선충전이 동시에 가능한 충전장소에서 어느 충전모듈을 사용하는 것이 가장 신속하게 충전할 수 있는지 판단할 수 있다. 또한, 스위칭부를 통해 더 빨리 충전할 수 있는 충전모듈을 활성화하여 충전할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 구체적인 구성의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 전기자동차(100) 및 외부의 전기자동차 충전장치(200)의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 전기자동차(100)는 유선충전모듈(110), 무선충전모듈(120), 스위칭부(130), 배터리(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 전기자동차(100)는 외부의 전기자동차 충전장치(200)로부터 유선 또는 무선으로 전기에너지를 공급받아 배터리(140)를 충전한다.
유선 충전모듈(110)은 충전기 유선충전장치(210)로부터 유선으로 전력을 수신한다. 유선 충전모듈(110)은 유선충전케이블(211)을 통해 직접 전기에너지를 공급받으며 그 형식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 교류 삼상 380V를 이용하는 급속 충전방식이나 교류 단상 220V를 이용하는 완속 충전방식을 이용할 수 있으며, 또한 새롭게 정의되는 유선충전표준을 이용할 수 있다.
무선 충전모듈(120)은 충전기 무선충전장치(220)로부터 무선으로 전력을 수신한다. 무선충전모듈(120)이 무선으로 전력을 수신하기 위해 사용하는 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 근거리 무선전송방법으로 자기유도방식과 자기공명방식, 원거리 무선전송방법으로 마이크로파방식 및 레이저 방식 등이 본 발명의 무선충전모듈(120)에 적용될 수 있다.
스위칭부(130)의 전단은 유선충전모듈(110) 및 무선충전모듈(120)에 연결되고, 후단은 배터리(140)에 연결된다. 스위칭부(130)는 스위칭소자를 이용하여 유선충전모듈(110) 및 무선충전모듈(120)에서 전달되는 전력을 택일적으로 배터리(140)에 전달한다.
배터리(140)는 전기에너지를 축적한다. 예를 들어 배터리(140)는 배터리팩, 배터리를 제어하는 BMS, 냉각부를 포함할 수 있다. 배터리팩은 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리셀은 양극소재, 음극소재, 전해역, 분리막을 이용하여 제작될 수 있다. 그렇지만 본 발명에 사용되는 배터리(140)의 종류와 용량에는 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
제어부(150)는 유선충전모듈(110)에서 충전되는 전력량을 연산하고, 무선충전모듈(120)에서 충전되는 전력량을 연산한다. 제어부(150)는 연산된 전력량을 비교하여 어떤 충전모듈을 이용했을 때 더욱 신속하게 배터리(140)를 충전할 수 있는지 결정한다. 결정이 완료되면 제어부(150)는 스위칭부(130)를 제어하여 유선충전모듈(110) 또는 무선충전모듈(120) 중 어느 하나를 선택해서 배터리(140)를 충전하도록 충전동작을 제어한다.
한편, 도시되어 있는 것처럼, 외부 전기자동차 충전장치(200)는 유선 충전장치(210) 및 무선 충전장치(220)를 포함하여 구성된다.
유선 충전장치(210)는 유선충전 케이블(211)을 통해 전기에너지를 공급한다. 또한, 유선 충전장치(210)는 유선충전 케이블(211)을 통해 공급하는 전기에너지의 특성 정보를 포함하는 제1제어신호(213)를 전기자동차(100)에게 제공한다. 제1제어신호(213)는 유선 충전모듈(110)에 유선으로 연결될 수 있으며, 유선 충전모듈(110)에 인가된 제1제어신호(213)는 최종적으로 제어부(150)에 도달한다.
무선 충전장치(220)는 무선전력전송기술을 이용하여 전기에너지를 공급한다. 예를 들어, 충전장소의 바닥 하부에 교류를 발생시키는 급전선로를 자성재료와 함께 매설하여 전력을 전달한다. 또한, 무선 충전장치(220)는 공급하는 전기에너지의 특성 정보를 포함하는 제2제어신호(223)를 전기자동차(100)에게 제공한다. 제2제어신호(223)는 최종적으로 제어부(150)에 도달한다.
도 2은 도 1의 실시예를 더욱 자세히 구현한 실시예에 따른 전기자동차 내부 구성 예를 나타낸다.
도 2에서 알 수 있듯이, 유선 충전모듈(110)은 외부 유선충전장치로부터 연장된 충전케이블이 체결되는 유선 충전단자(111, inlet) 및 유선충전단자(111)에 연결된 제1컨버터(113)를 포함한다. 제1컨버터(113)는 유선 충전단자(111)에서 인가된 교류를 직류로 변환한다.
무선 충전모듈(120)은 외부 무선충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 수신패드(121) 및 무선 수신패드(121)에 연결된 제2컨버터(123)를 포함한다. 제2컨버터(123)는 무선 수신패드(121)에서 수신한 교류를 직류로 변환한다.
릴레이(131)의 전단은 제1컨버터(113) 및 제2컨버터(123)에 연결되며, 후단은 배터리(140)에 연결된다. 릴레이(131)는 제어부(150)의 제어에 따라 유선 충전모듈(110) 및 무선 충전모듈(120)에서 전달되는 전력을 선택적으로 배터리(140)에 전달한다.
제어부(150)는 유선충전 특성에 관한 제1제어신호 및 무선충전에 특성에 관한 제2제어신호를 수신하여 유선 충전량 및 무선 충전량을 연산한다. 예를 들어 제어부(150)는 제1제어신호 및 제2제어신호에 포함된 전압과 PWM 듀티비를 분석하여 예상되는 단위시간당 충전량을 연산할 수 있다. 제어부(150)는 더 큰 단위시간당 충전량을 제공하는 충전모듈이 배터리를 충전할 수 있도록 릴레이(131)를 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 충전방법의 프로세스를 나타내는 순서도이다.
전술한 것처럼 전기자동차에 유선충전 케이블이 연결돼서 제1신호 및 전력을 수신하고(S1100), 무선충전이 연결돼서 제2신호 및 전력을 수신한다(S1200).
제어부가 유선충전과 무선충전이 모두 연결됨을 확인하면, 유선 충전량과 무선 충전량을 연산한다(S1300), 그리고 이를 비교한다(S1400).
제어부는 유선 충전량이 무선 충전량보다 큰 경우 유선 충전모듈이 배터리를 충전하도록 내부 전기자동차 충전기의 동작을 제어한다(S1500). 반대로 제어부는 유선 충전량이 무선 충전량보다 크지 않은 경우 무선충전모듈에 의해 배터리를 충전하도록 내부 전기자동차 충전기의 동작을 제어한다(S1600).
제어부는 유선 충전량과 무선 충전량을 지속적으로 모니터링하여 비교한다(S1700). 유선 충전량과 무선 충전량의 비교연산결과가 달라지면 배터리를 충전하는 모듈을 다시 전환한다.
도 4는 본 발명의 전기자동차(11, 12, 13)와 외부 전기자동차 충전장치(200)의 충전 상태도를 나타낸다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 외부 전기자동차 충전장치(200)는 전기자동차를 유선으로 충전하는 유선 충전부(210), 전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선 충전부(220), 외부 분전반(20)으로부터 전력을 공급받아 상기 유선 충전부(210) 및 무선 충전부(220)에 전력을 제공하는 컨버터(미도시) 및 상기 복수의 전기자동차(11, 12, 13)에 대해 충전 중일 때 유선 충전부(210) 및 무선 충전부(220)에 할당되는 전력량을 제어하는 충전기 제어부(230)를 포함한다.
이와 같은 구성에 따라 외부 전기자동차 충전장치(200)는 복수의 전기자동차(11, 12, 13)를 유선 및/또는 무선으로 충전할 수 있다. 즉, 하나의 외부 전기자동차 충전장치(200)는 1번 전기자동차(11), 2번 전기자동차(12), 3번 전기자동차(13)를 동시에 충전할 수 있다. 특히 1번 전기자동차(11)처럼, 유선 충전부(210)에 연결되는 동시에 무선 충전부(220)에도 연결될 수도 있는데, 전술한 구성처럼, 유선충전 또는 무선충전 중에서 보다 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 것이 가능해진다. 또한, 도 3을 통해 설명한 것처럼, 전기자동차의 제어부는 유선 충전량과 무선 충전량을 비교연산하여 보다 신속하게 충전할 수 있는 충전모듈을 선택하여 동작시킬 수 있는 것이다.
한편, 또 다른 실시예에서는 외부 전기자동차 충전장치(200)의 충전 제어부(230)를 이용하여 유선 충전량과 무선 충전량을 비교연산할 수 있는데, 그 경우 충전소가 전기자동차(11)를 충전할 수 있는 충전모듈을 선택하여 충전할 수 있다. 우리는 자연스럽게 본 발명의 제2국면의 실시예로 진입한다.
[제2국면의 실시예]
본 발명의 제 2 국면은 다시 도 4에서 시작한다. 본 실시예를 통해 하나의 외부 전기자동차 충전소(Charging Station)에서 운용하는 충전장치를 이용하여 복수의 전기자동차를 충전할 수 있는 기술이 개시된다. 충전수단으로는 유선 및 무선 충전수단이 동시에 제공될 수 있다. 한 개의 충전소 장치를 통해 복수의 전기자동차를 충전하기 때문에 충전장치의 최대 충전용량을 적절하게 분배해야 한다. 이하에서 이를 구체적으로 설명한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 외부 전기자동차 충전장치(200)는 전기자동차를 유선으로 충전하는 유선 충전부(210), 전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선 충전부(220) 및 복수의 전지자동차(11, 12, 13)에 대해 충전 중일 때 유선충전부(210)와 무선충전부(220)에 할당되는 전력량을 제어하는 충전기 제어부(230)를 포함한다. 이와 같은 구성에 따라 외부 전기자동차 충전장치(200)는 복수의 전기자동차(11, 12, 13)를 유선 및/또는 무선으로 충전할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 충전소의 외부 전기자동차 충전장치(200)의 보다 상세한 구성 예를 개략적으로 나타내었다.
도시된 것처럼, 본 발명의 외부 전기자동차 충전장치(200)는 분전반(20)으로부터 전력을 공급받는다. 공급된 전력은 컨버터(240)를 통해 유선 충전규격 또는 무선 충전규격에 맞는 전력으로 변환된다. 컨버터(240)에서 출력된 전력은 유선충전 케이블(211)과 복수의 무선 충전패드(221, 222)를 통해 전기자동차에 전달된다.
충전기 제어부(230)는 복수의 전기자동차를 충전할 때 유선 충전부 및 무선 충전부에 할당되는 전력량을 제어한다. 하나의 차량을 충전할 때는 충전장치(200)의 최대출력과 충전표준, 그리고 전기자동차의 잔여 배터리량과 같은 사항들을 고려하여 충전한다. 그러나 복수의 전기자동차를 동시에 충전할 때는 각 전기자동차에 할당되는 전력량을 적절하게 분배해야 한다.
<제어부의 초기전력분배>
바람직한 실시예에서 충전기 제어부(230)는 컨버터(240)를 통해 충전되는 전기자동차의 개수가 단수에서 N개(단, N은 2 이상의 정수)로 전환될 때, 컨버터(또는 충전장치)의 최대용량을 N분하여 각각의 충전부로 전달한다. 예를 들어 외부 전지자동차 충전장치(200)의 최대 충전용량이 50KW이고 충전 중인 전기자동차가 2개인 경우에는, 각각의 전기자동차에 25KW를 분배한다. 이때 무선충전모듈이 사용하는 표준규격이 최대출력을 20KW로 제한하는 경우에는 무선 충전모듈을 사용하는 전기자동차에 20KW를 분배하고, 유선충전모듈을 사용하는 전기자동차에 나머지 용량을 분배하는 것이 좋다.
<제어부의 전력재분배>
충전기 제어부(230)는 초기 전력분배 이후에 복수의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 모니터링하여, 어느 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량이 감소하면, 다른 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 증가시킨다. 예를 들어, 어느 하나의 전기자동차가 완충에 가까워옴에 따라 단위시간당 충전되는 전력량이 초기 전력분배량보다 감소하면, 나머지 전력을 다른 전기자동차에 공급하도록 충전소 충전기의 동작을 제어하는 것이다.
제어부의 초기전력분배와 그 이후의 전력재분배를 보다 상세하게 설명하기 위해 도 6을 참조할 수 있다. 도 6은 본 발명의 외부 전기자동차 충전장치에서 복수의 전기자동차를 충전할 때 전력분배하는 방법을 개념적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 6에서 C1은 먼저 충전을 시작한 전기자동차의 단위시간당 충전전력을 나타내는 그래프이다. C2는 소정의 시간 이후에 충전을 시작한 두 번째 전기자동차이다. T0구간에서 충전장치는 하나의 전기자동차에 대해서만 충전을 진행 중이다. 따라서 충전기 제어부는 충전장치의 충전용량을 다른 전기자동차에 분배하지 않아도 좋다.
그런데 1000sec 지점에서 두 번째 전기자동차가 충전을 개시한다. T1 구간은 제어부의 초기전력분배를 설명하는 구간이다. 제어부는 각각의 전기자동차에 전력을 분배한다.
3200sec 지점부터 T2 구간이 시작된다. T2 구간에서 제어부는 기 분배된 전력을 재분배한다. C1에서 알 수 있듯이, 첫 번째 전기자동차에 충전되는 전력량은 점차 감소된다. 제어부는 감소되는 전력량만큼을 두 번째 전기자동차에 재분배한다. C2에서 알 수 있듯이 두 번째 전기자동차에 충전되는 전력량이 점차 증가한다.
5000sec 지점부터 T3 구간이 시간된다. T3 구간에서 첫 번째 전기자동차는 충전이 완료된다. 그러므로 제어부는 첫 번째 전기자동차에 전력을 분배하지 않고 두 번째 전기자동차에 모두 투입한다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (7)

  1. 외부 유선 충전장치로부터 유선으로 전력을 수신하는 유선 충전모듈;
    외부 무선 충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 충전모듈;
    상기 유선 충전모듈 및 무선 충전모듈을 선택적으로 배터리와 연결하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부를 제어하여 상기 유선 충전모듈 또는 무선 충전모듈 중 어느 하나가 배터리를 충전하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 유선충전모듈에서 발신된 유선충전에 관한 제1제어신호 및 상기 무선충전모듈에서 발신된 무선충전에 관한 제2제어신호를 수신하여, 유선충전량 및 무선충전량을 비교연산하고, 더 큰 충전량을 제공하는 모듈이 배터리를 충전하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것인,
    유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유선충전모듈은
    외부 유선충전장치로부터 연장된 충전케이블이 체결되는 유선충전단자; 및
    상기 유선충전단자에 연결된 제1컨버터를 포함하는 것인,
    유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선충전모듈은
    외부 무선충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선수신패드; 및
    상기 무선수신패드에 연결된 제2컨버터를 포함하는 것인,
    유무선충전모듈 중 더욱 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전하는 전기자동차.
  5. 전기자동차를 유선으로 충전하는 유선충전부;
    전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선충전부;
    외부 분전반으로부터 전력을 공급받아 상기 유선충전부 및 무선충전부에 전력을 제공하는 컨버터; 및
    복수의 전기자동차를 충전할 때 유선충전부 및 무선충전부에 할당되는 전력량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 컨버터를 통해 충전되는 전기자동차의 개수가 단수에서 N개(단, N은 2 이상의 정수)로 전환될 때, 상기 컨버터의 최대용량을 N분하여 각각의 충전부로 전달하도록 제어하는 것인,
    복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 제2항의 초기 전력분배 이후에
    복수의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 모니터링하여,
    어느 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량이 감소하면,
    다른 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 증가시키는 것인,
    복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치.
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