WO2024106811A1 - 가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치 및 방법 - Google Patents

가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치 및 방법 Download PDF

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WO2024106811A1
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power
converter
electric vehicle
inverter
charging
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백승주
장승혁
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한화솔루션(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle charging device and method using a home solar inverter, and more specifically, to a charging device and method in the range between slow and fast charging using DC power produced by a solar module, DC power from the battery, and AC power from the system. It relates to a charging device and method that can provide charging power.
  • the current method of charging electric vehicles is a slow charging method that charges in 4 to 5 hours with a 3 to 7 kW charging capacity, and a rapid charging method that allows rapid charging within 30 minutes with a 50 kW charging capacity.
  • the fast charging method is continuously increasing the charging capacity (for example, 400 ⁇ 700 kW), shortening the charging time, but it is difficult to operate the power grid when many vehicles are charged simultaneously, so rapid charging is encouraged by policy only during light load times.
  • the above registered patent proposes a configuration that uses only a battery for DC fast charging, but as the capacity of electric vehicle batteries increases, there is a limitation that it is practically difficult to charge the electric vehicle battery only with the charging power of the battery.
  • the problem to be solved by the present invention taking into account the above market demands and the problems of the prior art, is to provide an electric vehicle charging device that can solve the overload of the power grid while shortening the charging time by solving the problems of slow charging and fast charging. It is provided.
  • Another problem that the present invention aims to solve is to provide an electric vehicle charging device that can charge an electric vehicle battery from a DC link by linking DC power produced by a home solar module, power received from the grid, and power from the battery. there is.
  • the electric vehicle charging device of the present invention to solve the above technical problems converts the power of the first inverter of the home solar power generation facility and the DC link unit connected to the first inverter into charging power and transfers it to an electric vehicle through a charging cable. It includes a first converter that supplies and charges power, and the DC link unit is supplied with power from a second converter based on a solar module, power from a second inverter based on the grid, and power from a third converter based on a battery. You can.
  • the first converter may further include a communication unit that communicates with the electric vehicle.
  • the second converter converts the DC power of the solar module into DC power of a certain size and supplies it to the DC link unit
  • the second inverter converts the AC power of the grid into DC power. It can be converted and supplied to the DC link unit, or the DC power of the DC link unit can be converted to AC and supplied to the grid or load.
  • the third converter may supply power from the battery to the DC link unit or supply power from the DC link unit to the battery.
  • a DC optimizer mounted on the solar module may be further included.
  • the second converter and the second inverter are included in the first inverter, and the third converter may be provided separately from the first inverter.
  • the first inverter may include the second converter, the second inverter, and the third converter.
  • the first converter may be separable from the first inverter.
  • a home electric vehicle charging device is a first inverter and a first charging device that converts the power of the DC link unit and supplies third charging power between the first charging power and the second charging power to the electric vehicle. It includes a converter, wherein the first inverter includes a second converter that converts the DC power of the solar module and provides it to the DC link unit, and a second inverter that converts the AC power of the grid and provides it to the DC link unit. It can be included.
  • the present invention includes a third converter that provides battery power to the DC link unit, and the third converter is included in the first inverter or is provided separately from the first inverter and is connected to the first inverter. It can be.
  • the second inverter is a bidirectional inverter and provides the power of the DC link unit to the grid and the load
  • the third converter is a bidirectional converter and charges the power of the DC link unit to the battery. can do.
  • the first converter is a bidirectional converter and can provide power of the electric vehicle to the DC link unit.
  • the first charging power is 3 kw or more and 7 kw or less
  • the second charging power is 50 kw
  • the first converter converts the power of the DC link unit to the third charging power of 20 kw or more and 40 kw or less. You can charge the electric vehicle by converting to .
  • the first converter may further include a communication unit that performs inter-processor communication (PLC) with an Electric Vehicle Communication Controller (EVCC) of the electric vehicle.
  • PLC inter-processor communication
  • EVCC Electric Vehicle Communication Controller
  • V2G Vehicle to Grid
  • V2L Vehicle to Load
  • PnC Plug and Charge
  • a DC optimizer added to the solar module may be further included.
  • the second converter and the second inverter form the first inverter, and the first converter may be separable from the first inverter.
  • An electric vehicle charging method is a method of charging an electric vehicle by converting the power of the DC link unit of a home solar inverter into DC power, wherein the DC link unit converts the power of the solar module, the power of the grid, and the battery.
  • the charging power of the electric vehicle can be converted into third charging power between the first charging power and the second charging power.
  • the first charging power may be 3 kw or more and 7 kw or less
  • the second charging power may be 50 kw
  • the third charging power for charging the electric vehicle may be 20 kw or more and 40 kw or less.
  • the third converter may be separable.
  • the present invention has the effect of providing DC power between slow charging and rapid charging, thereby solving the problem of charging time for slow charging and the problem of increased power grid load for fast charging.
  • the present invention allows charging electric vehicles by adding a converter and charger to home solar power generation equipment, making it easy to introduce equipment for charging home electric vehicles and reducing costs.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electric vehicle charging device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 6 are block diagrams of an electric vehicle charging device according to another embodiment of the present invention, respectively.
  • 'first' and 'second' may be used to describe various components, but the components should not be limited by the above terms. The above terms may be used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a 'first component' may be named a 'second component' without departing from the scope of the present invention, and similarly, a 'second component' may also be named a 'first component'. You can. Additionally, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electric vehicle charging device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the present invention includes a second converter 10 that converts the power produced by the solar module 11 into constant DC power, and a second converter that converts AC power of the power grid 21 into DC power.
  • the inverter 20, the third converter 30 that converts and outputs the power of the battery 31, and the DC power of the second converter 10, the second inverter 20, and the third converter 30 A DC link unit 40 for linking, and a first converter 50 that converts the power of the DC link unit 40 into DC power for charging the electric vehicle 1 and supplies it to the electric vehicle 1 through a charging cable. It consists of:
  • the second converter 10 the second inverter 20, the third converter 30, and the DC link unit 40 constitute the first inverter (3).
  • the present invention is for charging an electric vehicle (1) by adding a first converter (50) to the first inverter (3) of an existing home solar power generation facility, and the output power of the first converter (50) is The power should be between the charging power for existing slow charging and the charging power for fast charging.
  • the first converter 50 can output charging power of 20 to 40 kW.
  • DC power obtained from the solar module 11 can be converted into constant DC power in the second converter 10, and at this time, the second converter 10 uses a boost or buck-boost converter. You can.
  • a grid-connected inverter can be configured using the second inverter 20. That is, the DC power of the second converter 10 can be converted into AC power using the second inverter 20 and supplied to the grid 21 or the household load 2.
  • the third converter 30 is a bidirectional DC/DC converter that charges the battery 31 using the DC power of the second converter 10 or the second inverter 20, or converts the output power of the battery 31 into a second converter. It serves to supply so that the inverter 20 can perform the conversion process to AC.
  • the DC link unit 40 may include a DC link capacitor of appropriate capacity.
  • the second converter 10, the second inverter 20, the third converter 30, and the DC link unit 40 may form the first inverter 3, which is an inverter for a home solar power generation facility.
  • the first converter 50 may be a bidirectional DC/DC converter connected to the DC link unit 40.
  • the first converter 50 can charge the electric vehicle 1 by supplying DC power from the DC link unit 40 to the electric vehicle 1 through a charging cable.
  • the charging at this time is charging using DC power, which bypasses the power conversion device (OBC) of the electric vehicle 1 and directly charges the battery of the electric vehicle 1.
  • OBC power conversion device
  • the present invention can charge an electric vehicle with a simple configuration of adding the first converter 50 to the first inverter 3 of a home solar power generation facility, and slow charging is achieved by supplying DC power between slow charging and fast charging.
  • the problems of charging and fast charging can be resolved.
  • charging reliability can be improved and stability can be ensured.
  • the battery power of the electric vehicle 1 can be supplied to the household load 2 and the grid 21 when necessary.
  • the operation at this time is to convert the power of the battery of the electric vehicle 1 through the first converter 50, supply it to the DC link unit 40, and convert it into AC power through the second inverter 20.
  • the first converter 50 may be an isolated converter.
  • the present invention provides bidirectional power conversion, enabling various uses.
  • Figure 2 is a block diagram of a separated electric vehicle charging unit according to another embodiment of the present invention.
  • the first converter 50 when the solar module 11, the second converter 10, the second inverter 20, the battery 31, and the third converter 30 are installed, the first converter 50 With a separate structure, it can be used for charging electric vehicles, as in the example of FIG. 1 described above.
  • FIG. 3 is a block diagram of an electric vehicle charging device using a home solar inverter according to another embodiment of the present invention.
  • the battery 31 and the third converter 30 are installed.
  • the DC link unit 40 By connecting to the DC link unit 40, it can be used to charge an electric vehicle as in the example of FIG. 1 described above.
  • Figure 4 is a modified example of Figure 3.
  • the first converter (50) can be further separated and used for charging an electric vehicle, as in the example of FIG. 3 described above.
  • FIG. 5 is a block diagram of another embodiment of an electric vehicle charging device using a home solar inverter according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention can further add a DC optimizer 12 to the solar module 11.
  • the DC optimizer 12 can be commonly applied to all embodiments described in the present invention.
  • the DC optimizer 12 can continuously track the maximum power point of the solar module 11, increase the energy output of the solar module 11, and monitor performance.
  • the electric vehicle charging device using a home solar inverter according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 6 may further include a communication unit 51 in the first converter 50.
  • the communication unit 51 added to the first converter 50 may be a modem for PLC communication with the EVCC (Electric Vehicle Communication Controller) of the electric vehicle 1.
  • EVCC Electric Vehicle Communication Controller
  • the communication unit 51 may be a Supply Equipment Communication Controller (SECC).
  • SECC Supply Equipment Communication Controller
  • the present invention can easily implement V2G (Vehicle to Grid), V2L (Vehicle to Load), and PnC (Plug and Charge) communication based on the 15118 standard.
  • V2G Vehicle to Grid
  • V2L Vehicle to Load
  • PnC Plug and Charge
  • the communication unit 52 at this time can be commonly applied to other embodiments described above.
  • the present invention adds a two-way DC/DC converter to the inverter of home solar power generation facilities, making it possible to more simply build a system for charging electric vehicles at home and reducing costs.

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Abstract

본 발명은 가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치 및 방법에 관한 것으로, 가정용 태양광 발전 설비의 제1인버터와, 상기 제1 인버터와 연계된 DC 링크부의 전력을 충전전력으로 변환하여 충전케이블을 통해 전기차로 공급하여 충전하는 제1컨버터를 포함하고, 상기 DC 링크부에는 태양광 모듈에 기반하는 제2컨버터의 전력, 그리드에 기반하는 제2 인버터의 전력 및 배터리에 기반하는 제3컨버터의 전력이 공급될 수 있다.

Description

가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치 및 방법
본 발명은 가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광 모듈에서 생산되는 DC 전력, 배터리의 DC 전력 및 계통의 AC 전력을 이용하여 완속과 급속 충전 사이 영역대의 충전 전력을 제공할 수 있는 충전장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 전기차의 인기가 높아짐에 따라 2022년 4월 기준 전기차는 358,253대가 등록된 것으로 알려져 있으며, 다양한 전기차의 출시에 따라 전기차 등록대수의 빠른 증가가 예상된다.
전기차 1대당 충전기는 2.5기가 필요한 것으로 알려져 있으며, 유럽은 전기차 1대당 3기인데, 우리나라는 0.5기 수준으로 충전 인프라가 부족한 상태이다.
이에 대한 대안으로 가정용 전력을 이용한 전기차 충전에 대한 기술들이 제안되고 있다. 그러나 전기차 배터리가 점차 고용량화(20kWh -> 60kWh 내외)되고 있으며, 가정용 AC 전력을 이용한 완속충전 방식으로는 충전에 소요되는 시간이 길어 효율적이지 못하다는 단점이 있다.
현재 전기차를 충전하는 방식은 3~7kW 충전용량으로 4 ~ 5시간 동안 충전하는 완속충전 방식과 50kW 충전용량으로 30분 이내에 급속 충전하도록 하는 급속충전 방식으로 구성된다. 급속충전 방식은 지속적으로 충전 용량(일례로 400 ~ 700kW)을 늘리고 있어, 충전시간은 단축되지만 많은 차량이 동시 충전시에는 전력망 운영이 어려워 정책적으로 경부하 시간에만 급속충전을 하도록 유도하고 있다.
이에 태양광 발전과 연계하여 전기차를 충전하는 기술들이 제안되고 있으며, 등록특허 10-1775957호(2017년 9월 1일 등록, 태양광 발전 장치 연계형 전원공급시스템)에는 태양광 발전장치로부터 얻어진 전력을 AC 또는 DC 방식으로 전기차에 공급하여 충전하는 시스템이 기재되어 있다.
위의 등록특허에서는 AC(완속) 및 DC(급속) 충전을 지원하고 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 완속충전과 급속충전 모두 각각의 문제점을 가지고 있으며, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기술적 수단의 개발이 요구되고 있다.
또한, 위의 등록특허에서는 DC 급속충전의 경우 배터리만을 이용하는 구성을 제안하고 있으나, 전기차 배터리의 고용량화에 따라 배터리의 충전 전력만으로는 전기차 배터리의 충전이 실질적으로 어렵다는 한계도 있다.
상기와 같은 시장의 요구 및 종래 기술의 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 완속충전과 급속충전 각각의 문제점을 해소하여 충전시간을 단축하면서도 전력망의 과부하를 해소할 수 있는 전기차 충전장치를 제공함에 있다.
특히 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 가정용 태양광 모듈에서 생산되는 DC 전력과, 계통으로부터의 수전전력 및 배터리의 전력을 연계하여 DC 링크로부터 전기차 배터리를 충전할 수 있는 전기차 충전장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 전기차 충전장치는, 가정용 태양광 발전 설비의 제1인버터와, 상기 제1 인버터와 연계된 DC 링크부의 전력을 충전전력으로 변환하여 충전케이블을 통해 전기차로 공급하여 충전하는 제1컨버터를 포함하고, 상기 DC 링크부에는 태양광 모듈에 기반하는 제2컨버터의 전력, 그리드에 기반하는 제2 인버터의 전력 및 배터리에 기반하는 제3컨버터의 전력이 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1컨버터는, 상기 전기차와 통신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2컨버터는 상기 태양광 모듈의 DC 전력을 일정한 크기의 DC 전력으로 변환하여 상기 DC 링크부에 공급하고, 상기 제2인버터는 상기 그리드의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 상기 DC 링크부에 공급하거나, 상기 DC 링크부의 DC 전력을 AC로 변환하여 상기 그리드 또는 부하로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제3컨버터는 상기 배터리의 전력을 상기 DC 링크부에 공급하거나, 상기 DC 링크부의 전력을 상기 배터리에 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 태양광 모듈에 장착된 DC 옵티마이저를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2컨버터와 제2인버터는 상기 제1인버터 내에 포함되고, 상기 제3컨버터는 제1인버터와 분리되어 별도로 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1인버터는, 상기 제2컨버터, 제2인버터 및 상기 제3컨버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1컨버터는, 상기 제1인버터로부터 분리 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 가정용 전기차 충전장치는, 제1인버터와, DC링크부의 전력을 변환하여 제1충전전력 및 제2충전전력의 사이의 제3 충전전력을 전기차로 공급하여 충전하는 제1컨버터를 포함하고, 상기 제1인버터는, 태양광 모듈의 DC 전력을 변환하여 상기 DC링크부에 제공하는 제2컨버터와, 그리드의 AC 전력을 변환하여 상기 DC링크부에 제공하는 제2인버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 배터리의 전력을 상기 DC링크부에 제공하는 제3컨버터를 포함하고, 상기 제3컨버터는 제1인버터 내에 포함되거나 또는 제1인버터와 별도로 구비되어 상기 제1인버터와 연계될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2인버터는, 양방향 인버터이며, 상기 DC링크부의 전력을 상기 그리드 및 부하로 제공하고, 상기 제3컨버터는 양방향 컨버터이며, 상기 DC링크부의 전력을 상기 배터리에 충전할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1컨버터는 양방향 컨버터이며, 상기 전기차의 전력을 상기 DC링크부로 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1충전전력은 3kw 이상 7kw이하이고, 상기 제2충전전력은 50kw이고, 상기 제1컨버터는, 상기 DC링크부의 전력을 20kw 이상 40kw이하의 상기 제3충전전력으로 변환하여 상기 전기차를 충전할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1컨버터는, 상기 전기차의 EVCC(Electric Vehicle Communication Controller)와 프로세서간 통신(PLC)하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 통신부에 의해, V2G(Vehicle to Grid), V2L(Vehicle to Load) 및 PnC(Plug and Charge) 통신이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 태양광 모듈에 부가되는 DC 옵티마이저를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제2컨버터 및 상기 제2인버터는 상기 제1인버터를 이루며, 상기 제1컨버터는 상기 제1인버터로부터 분리 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전기차 충전방법은, 가정용 태양광 인버터의 DC링크부의 전력을 DC 전력으로 변환하여 전기차를 충전하는 방법으로서, 상기 DC링크부는 태양광 모듈의 전력, 그리드의 전력 및 배터리의 전력을 링크하며, 전기차의 충전전력은 제1충전전력과 제2충전전력 사이의 제3충전전력으로 변환할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1충전전력은 3kw 이상 7kw이하이고, 상기 제2충전전력은 50kw이고, 상기 전기차를 충전하는 제3충전전력은 20kw 이상 40kw 이하일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제3컨버터는 분리 가능한 것일 수 있다.
본 발명은, 완속충전과 급속충전 사이의 DC 전력을 제공하여 완속충전의 충전시간 문제와 급속충전의 전력망 부하의 증가 문제를 각각 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 가정용 태양광 발전 설비에 컨버터 및 충전기를 추가하여, 전기차를 충전할 수 있도록 함으로써, 가정용 전기차 충전을 위한 설비 도입이 용이하며, 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차 충전장치의 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 6은 각각 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기차 충전장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 PID 제어 장치 및 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차 충전장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명은, 태양광 모듈(11)에서 생산된 전력을 일정한 DC 전력으로 변환하는 제2컨버터(10)와, 전력 그리드(21)의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제2인버터(20)와, 배터리(31)의 전력을 변환하여 출력하는 제3컨버터(30)와, 상기 제2컨버터(10), 제2인버터(20) 및 제3컨버터(30)의 DC 전력을 링크하는 DC 링크부(40)와, 상기 DC 링크부(40)의 전력을 전기차(1) 충전용 DC 전력으로 변환하여, 충전케이블을 통해 전기차(1)로 공급하는 제1컨버터(50)를 포함하여 구성된다.
이때, 제2컨버터(10), 제2인버터(20), 제3컨버터(30) 및 DC 링크부(40)는 제1인버터(3)를 구성한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 전기차 충전장치의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명은 기존의 가정용 태양광 발전 설비의 제1인버터(3)에 제1컨버터(50)를 부가하여, 전기차(1)를 충전하기 위한 것으로, 제1컨버터(50)의 출력 전력은 기존의 완속충전을 위한 충전전력과 급속충전을 위한 충전전력 사이의 전력이 되도록 한다. 예를 들어 제1컨버터(50)는 20 내지 40kW의 충전전력을 출력할 수 있다.
태양광 모듈(11)에서 얻어진 DC 전력은 제2컨버터(10)에서 일정한 DC 전력으로 변환될 수 있으며, 이때 제2컨버터(10)는 부스트(boost) 또는 벅 부스트(Buck-boost) 컨버터를 사용할 수 있다.
가정용 전력(단상 220V, 240V 등)을 공급하는 그리드(21)의 전력은 양방향 AC/DC 컨버터인 제2인버터(20)에 의해 DC 전력으로 변환된다.
제2인버터(20)에 의해 계통연계형 인버터를 구성할 수 있다. 즉, 제2인버터(20)를 이용하여 제2컨버터(10)의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 그리드(21) 또는 가정용 부하(2)에 공급할 수 있다.
제3컨버터(30)는 양방향 DC/DC 컨버터로서 제2컨버터(10) 또는 제2인버터(20)의 DC 전력을 이용하여 배터리(31)를 충전하거나, 배터리(31)의 출력 전력을 제2인버터(20)에서 AC로 변환하는 처리를 수행할 수 있도록 공급하는 역할을 한다.
이때 제2컨버터(10), 제2인버터(20) 및 제3컨버터(30)의 출력은 DC 링크부(40)에 의해 링크되어 있다. DC 링크부(40)는 적정한 용량의 DC링크 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2컨버터(10), 제2인버터(20), 제3컨버터(30)와 DC 링크부(40)는 가정용 태양광 발전 설비의 인버터인 제1인버터(3)를 이루는 것일 수 있다.
상기 제1컨버터(50)는 DC 링크부(40)에 연결되는 양방향 DC/DC 컨버터인 것으로 할 수 있다.
제1컨버터(50)는 DC 링크부(40)의 DC 전력을 충전 케이블을 통해 전기차(1)에 공급하여 전기차(1)를 충전할 수 있다. 이때의 충전은 DC 전력을 이용한 충전으로 전기차(1)의 전력변환장치(OBC)를 바이패스하여 전기차(1) 배터리를 직접 충전하는 것으로 한다.
이처럼 본 발명은 제1컨버터(50)를 가정용 태양광 발전 설비의 제1인버터(3)에 부가하는 간단한 구성으로 전기차를 충전할 수 있으며, 완속충전과 급속충전 사이의 DC 전력의 공급에 의해 완속충전과 급속충전 각각이 가지는 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 배터리(31)의 전력만을 이용하는 종래의 충전 시스템에 비하여 충전의 신뢰성을 높일 수 있으며, 안정성을 확보할 수 있다.
제1컨버터(50)를 양방향 컨버터로 함으로써, 필요시 전기차(1)의 배터리 전력을 가정용 부하(2) 및 그리드(21)에 공급할 수도 있다. 이때의 작용은 전기차(1) 배터리의 전력을 제1컨버터(50)를 통해 변환하여 DC 링크부(40)로 공급하고, 제2인버터(20)를 통해 AC 전력으로 변환하는 것으로 한다.
또한, 제1컨버터(50)는 절연형 컨버터일 수 있다.
이처럼 본 발명은 전력변환의 양방향성을 제공하여, 다양한 활용이 가능하도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기차 충전부가 분리된 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면 태양광 모듈(11), 제2컨버터(10), 제2인버터(20)와 배터리(31), 제3컨버터(30)가 설치되어 있는 경우, 제1컨버터(50)가 분리되는 구조로, 앞서 설명한 도 1의 예와 같이 전기차 충전에 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치의 블록 구성도이다.
도 3의 예는 가정용 태양광 발전 설비에 배터리(31) 및 제3컨버터(30)가 포함되지 않는 제1인버터(3)가 설치되어 있는 경우, 배터리(31)와 제3컨버터(30)를 DC 링크부(40)에 연결하여, 앞서 설명한 도 1의 예와 같이 전기차 충전에 사용할 수 있다.
도 4는 도 3의 변형 예시도이다.
도 4의 예는 태양광 모듈(11), 제2컨버터(10), 제2인버터(20)와 분리된 구조로 배터리(31), 제3컨버터(30)가 설치되어 있는 경우, 제1컨버터(50) 를 추가 분리하여 앞서 설명한 도 3의 예와 같이 전기차 충전에 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치의 다른 실시 예의 블록 구성도이다.
도 5를 참조하면 본 발명은 태양광 모듈(11)에 DC 옵티마이저(12)를 더 추가할 수 있다. 이때 DC 옵티마이저(12)는 본 발명에서 설명되는 모든 실시예들에 공통적으로 적용될 수 있다.
DC 옵티마이저(12)는 태양광 모듈(11)의 최대 전력점을 지속적으로 추적하여, 태양광 모듈(11)의 에너지 출력을 높이고, 성능을 모니터링 할 수 있다.
또한, 인버터 또는 계통에 전원이 차단될 경우 DC 전압을 안전한 수준으로 낮춰 사고 발생을 방지할 수 있다.
도 6의 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가정용 태양광 인버터를 이용한 전기차 충전장치는, 제1컨버터(50)에 통신부(51)를 더 포함할 수 있다.
제1컨버터(50)에 부가되는 통신부(51)는 전기차(1)의 EVCC(Electric Vehicle Communication Controller)와의 PLC 통신을 위한 모뎀일 수 있다.
특히 통신부(51)는 SECC(Supply Equipment Communication Controller)일 수 있다.
통신부(51)의 부가에 의하여 본 발명은 15118 표준(Standard)에 근거한 V2G(Vehicle to Grid), V2L(Vehicle to Load), PnC(Plug and Charge) 통신을 용이하게 구현할 수 있다.
이때의 통신부(52)는 앞서 설명한 다른 실시예들에 공통적으로 적용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 가정용 태양광 발전 설비의 인버터에 양방향 DC/DC 컨버터를 부가하여, 가정에서 전기차 충전을 위한 시스템을 보다 간단하게 구축할 수 있으며, 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
[부호의 설명]
10:제2컨버터 11:태양광 모듈
12:DC 옵티마이저 20:제2인버터
21:그리드 30:제3컨버터
31:배터리 40:DC 링크부
50:제1컨버터 3:제1인버터
1:전기차

Claims (19)

  1. 가정용 태양광 발전 설비의 제1인버터; 및
    상기 제1인버터와 연계된 DC 링크부의 전력을 충전전력으로 변환하여 충전케이블을 통해 전기차로 공급하여 충전하는 제1컨버터를 포함하고,
    상기 DC 링크부에는 태양광 모듈에 기반하는 제2컨버터의 전력, 그리드에 기반하는 제2인버터의 전력 및 배터리에 기반하는 제3컨버터의 전력이 공급되는 가정용 전기차 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1컨버터는 상기 전기차와 통신하는 통신부를 더 포함하는 가정용 전기차 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2컨버터는 상기 태양광 모듈의 DC 전력을 일정한 크기의 DC 전력으로 변환하여 상기 DC 링크부에 공급하고,
    상기 제2인버터는 상기 그리드의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 상기 DC 링크부에 공급하거나, 상기 DC 링크부의 DC 전력을 AC로 변환하여 상기 그리드 또는 부하로 공급하는 가정용 전기차 충전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3컨버터는 상기 배터리의 전력을 상기 DC 링크부에 공급하거나, 상기 DC 링크부의 전력을 상기 배터리에 공급하는 가정용 전기차 충전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 모듈에 장착된 DC 옵티마이저를 더 포함하는 가정용 전기차 충전장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2컨버터와 제2인버터는 상기 제1인버터 내에 포함되고,
    상기 제3컨버터는 제1인버터와 분리되어 별도로 구비되는 가정용 전기차 충전장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1인버터는 상기 제2컨버터, 제2인버터 및 상기 제3컨버터를 포함하는 가정용 전기차 충전장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1컨버터는 상기 제1인버터로부터 분리 가능한 가정용 전기차 충전장치.
  9. 제1인버터; 및
    DC링크부의 전력을 변환하여 제1충전전력 및 제2충전전력의 사이의 제3충전전력을 전기차로 공급하는 제1컨버터를 포함하고,
    상기 제1인버터는,
    태양광 모듈의 DC 전력을 변환하여 상기 DC링크부에 제공하는 제2컨버터; 및
    그리드의 AC 전력을 변환하여 상기 DC링크부에 제공하는 제2인버터를 포함하는 가정용 전기차 충전장치.
  10. 제9항에 있어서,
    배터리의 전력을 상기 DC링크부에 제공하는 제3컨버터를 포함하고,
    상기 제3컨버터는 제1인버터 내에 포함되거나 또는 제1인버터와 별도로 구비되어 상기 제1인버터와 연계되는 가정용 전기차 충전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2인버터는 양방향 인버터이며, 상기 DC링크부의 전력을 상기 그리드 및 부하로 제공하고,
    상기 제3컨버터는 양방향 컨버터이며, 상기 DC링크부의 전력을 상기 배터리에 충전할 수 있는 가정용 전기차 충전장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1컨버터는 양방향 컨버터이며, 상기 전기차의 전력을 상기 DC링크부로 제공할 수 있는 가정용 전기차 충전장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1충전전력은 3kw 이상 7kw이하이고,
    상기 제2충전전력은 50kw이고,
    상기 제1컨버터는 상기 DC링크부의 전력을 20kw 이상 40kw이하의 상기 제3충전전력으로 변환하여 상기 전기차를 충전하는 가정용 전기차 충전장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1컨버터는 상기 전기차의 EVCC(Electric Vehicle Communication Controller)와 프로세서간 통신(PLC)하는 통신부를 더 포함하는 가정용 전기차 충전장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 통신부에 의해 V2G(Vehicle to Grid), V2L(Vehicle to Load) 및 PnC(Plug and Charge) 통신이 가능한 가정용 전기차 충전장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 태양광 모듈에 부가되는 DC 옵티마이저를 더 포함하는 가정용 전기차 충전장치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 제2컨버터 및 상기 제2인버터는 상기 제1인버터를 이루며,
    상기 제1컨버터는 상기 제1인버터로부터 분리 가능한 가정용 전기차 충전장치.
  18. 가정용 태양광 인버터의 DC링크부의 전력을 DC 전력으로 변환하여 전기차를 충전하는 방법으로서,
    상기 DC링크부는 태양광 모듈의 전력, 그리드의 전력 및 배터리의 전력을 링크하며,
    전기차의 충전전력은 제1충전전력과 제2충전전력 사이의 제3충전전력으로 변환하는 전기차 충전방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1충전전력은 3kw 이상 7kw이하이고,
    상기 제2충전전력은 50kw이고,
    상기 전기차를 충전하는 제3충전전력은 20kw 이상 40kw 이하인 전기차 충전방법.
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