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KR20230065488A - 전기차용 가변 전력 완속충전기 - Google Patents

전기차용 가변 전력 완속충전기 Download PDF

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KR20230065488A
KR20230065488A KR1020210151097A KR20210151097A KR20230065488A KR 20230065488 A KR20230065488 A KR 20230065488A KR 1020210151097 A KR1020210151097 A KR 1020210151097A KR 20210151097 A KR20210151097 A KR 20210151097A KR 20230065488 A KR20230065488 A KR 20230065488A
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KR
South Korea
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power
charging
variable
chargers
controller
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020210151097A
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English (en)
Inventor
김남진
강명보
김민균
고민혁
Original Assignee
제주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제주대학교 산학협력단 filed Critical 제주대학교 산학협력단
Priority to KR1020210151097A priority Critical patent/KR20230065488A/ko
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 건축물을 위한 가변 전력제어형 충전 시스템에 관한 것으로서, 상기 하나 이상의 건축물의 배전반에 전력 및 데이터를 송수신 가능하게 연결되고, 상기 배전반에 미리설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전류, 충전 전압, 충전 속도, 및 연결 디스펜서 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정할 수 있는 전력제어기; 및 상기 전력제어기에 1:n방식으로 병렬로 연결되고 상기 전력제어기로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신하는 복수의 가변 전력 충전기를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 별도의 복잡한 추가 설비 설계나 과도한 설비 설치 공간을 필요로 하지 않아 낮은 비용으로, 건축된 건축물의 미리설정된 수전 용량 및/또는 충전 시스템이 사용가능한 총 충전용량의 제한에도 불구하고 동시에 충전가능한 전기차의 수를 경제적 효율적으로 증가시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

Description

전기차용 가변 전력 완속충전기 {VARIABLE POWER SLOW CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 한정된 충전용량을 효율적으로 활용할 수 있는 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공동주택 단지 등의 건축물에 있어서 기존에 건축시에 설정된 수전용량 대비 한정된 충전용량에 맞추어 전기차 충전기의 충전출력 및 충전 속도를 유동적으로 제어하고 분배할 수 있도록 하는 가변 전력제어형 충전 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 한국산업기술진흥원의 "지역특화산업육성+(R&D)-지역주력산업육성" 사업의 2021년 4월 1일부터 2022년 12월 31일까지 이루어지는 "차량번호판 자동인식을 이용한 OCPP2.0 충전시스템 개발" 과제(기관세부과제번호: S3093197)의 연구결과물로 산출된 발명이다.
전세계적으로 계속적인 문제로 대두되었던 온실가스로 인한 기후변화 위기를 해결하기 위해, 세계 각국은 신재생에너지 분야 발전 및 에너지 절감 정책에 많은 투자를 하였다. 특히, 제주특별자치도 또한 신재생에너지 발전 설비 보급 및 발전량 증가에 많은 기여를 하여 신재생에너지 설비 용량이 크게 증가하였으며, 그 중 태양광 및 풍력 발전 설비의 비중이 매우 크게 증가하였다.
이와 같은 신재생에너지 발전 설비 용량은 기초 동력인 바람과 태양광/열의 증감에 따라 시간대별 잉여전력 또는 전력부족의 발생의 문제가 심각하게 나타나고 있으며 이에 따라 그 에너지 보완 방안으로 신재생에너지 발전 설비와 연계하여 잉여전력이 많이 발생하는 시간에는 전기차를 충전하고 전력부족이 발생하는 시간대에는 충전된 전기차를 방전시켜 다시 전력을 회수할 수 있도록 기존 건물 또는 신축되는 건물의 주차장 등에 전기차 충전 시스템을 설치하는 기술 개발이 확대되고 있다.
그러나 기존 건물에 전기차 충전 시스템을 설치하는 경우, 해당 건물의 건축시 상용계통으로부터의 수전 용량이 건축허가를 받을 때 미리결정될 뿐만 아니라, 주차장에서 사용가능한 총 충전용량 또한 미리결정되기 때문에, 건축이 완료된 후에는 이를 변경하기 어렵고 기존에 건축된 건물에 전기차 충전 시스템을 설치할 경우 동시에 충전가능한 차량 수가 매우 제한적이라는 문제점이 인지되었다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제1663086호에서는 전기차보다 작은 수의 충전기를 이용하여 다수의 전기차를 충전할 수 있도록 충전기에 행 도체와 열 도체, 그리고 그 사이에 양방향 스위치로 구성된 그리드형 에너지 네트워크 설비를 연결하여 충전기 수보다 더 많은 전기차를 동시에 충전할 수 있도록 하고 있으나, 에너지 네트워크 설비가 행 도체, 열 도체, 그리고 복수의 양방향 스위치로 별도로 구성되어야 하므로 설계가 복잡하고 소요되는 설치공간 및 비용이 급격히 증가하는 문제점이 있다.
(특허문헌) 대한민국 등록특허 제1663086호
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 복잡한 추가 설비 설계나 과도한 설비 설치 공간을 필요로 하지 않으면서 건축된 건축물의 미리설정된 수전 용량 및/또는 충전 시스템이 사용가능한 총 충전용량의 제한에도 불구하고 동시에 충전가능한 전기차의 수를 경제적 효율적으로 증가시킬 수 있는 가변 전력제어형 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발의 또다른 기술적 과제는 건축물의 미리설정된 수전 용량 또는 총 충전 용량 내에서 시간대 등에 따라 또는 동시충전해야 하는 전기차의 수에 따라 충전 전력, 충전 속도, 충전 전기차 수 등을 자유롭게 가변 제어하여 효율적으로 충전이 가능한 가변 전력제어형 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 건축물을 위한 가변 전력제어형 충전 시스템은, 상기 하나 이상의 건축물의 배전반에 전력 및 데이터를 송수신 가능하게 연결되고, 상기 배전반에 미리설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전류, 충전 전압, 충전 속도, 및 연결 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정할 수 있는 전력제어기; 및상기 전력제어기에 1:n 방식으로 병렬로 연결되고 상기 전력제어기로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신하는 복수의 가변 전력 충전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예 따르면, 상기 가변 전력제어형 충전 시스템은 전력제어형 충전 시스템이고, 상기 복수의 가변 전력 충전기는 상기 전력제어기로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신하거나 상기 전기차로부터 수신한 충전 전력을 상기 전력제어기로 송신하는 양방향 가변 전력 충전기일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 복수의 가변 전력 충전기는 완속 충전기일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전력제어기에 통신 가능하게 연결되고, 상기 하나 이상의 건축물에 대하여 미리설정된 수전 용량에 맞추어 상기 전력제어기의 최대 충전 출력 및 충전 속도를 재조정하도록 제어가능하게 구성된 모니터링 서버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전력제어기는 상기 복수의 가변 전력 충전기 각각에 대하여 상기 충전 전력 및 충전 속도 중 적어도 하나 이상을 상이하게 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 가변 전력제어형 충전 시스템은, 하나 이상의 충전기를 추가 증설하여 상기 전력제어기에 연결할 수 있고, 상기 추가 증설된 하나 이상의 충전기를 통해 상기 전력제어기의 미리설정된 EVSE총 충전용량 내에서 충전이 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전력제어기는 상기 배전반에 설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 연결된 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하기 위한 가변 정보를 생성하여 충전 전력을 제어하는 EVSE(Electronic Vehicle Supply Equipment) 메인 제어 모듈을 포함하고, 상기 각 가변 전력 충전기는, 상기 EVSE 메인 PCB와 통신하고, 상기 EVSE 메인 PCB에 의해 제어된 상기 전력제어기로부터 수신한 가변 재분배된 충전용 전력을 수신하여 상기 전기차에 공급하도록 제어하는 ESVE 서브 제어 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전력제어기는, 상기 배전반으로부터 송수신하는 전력을 변환하는 전력 변환 모듈; 및 상기 전력 변환 모듈과 전력을 수신 또는 전력을 송신하고, 상기 EVSE 메인 제어 모듈에 연결되어 상기 가변 정보에 따라 상기 전력 변환 모듈로부터 송수신되는 전력의 상기 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 연결된 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하는 전력 관리 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 모니터링 서버는, 상기 전력제어기에 통신 가능하게 연결되어 상기 전력제어기의 전력 및 총 충전 용량 상태를 모니터링하고, 상기 하나 이상의 건축물에 대하여 미리설정된 수전 용량에 맞추어 상기 전력제어기의 최대 충전 출력 및 충전 속도를 재조정하도록 제어하는 충전 모니터링 모듈; 및 상기 양방향 충전 모니터링 모듈로부터 수신한 양방향 충전 정보에 따라 과금되는 요금을 산출하는 요금 과금 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 가변 전력 충전기 각각은, 전력제어기와 통신 연결되어 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하기 위한 가변 정보를 송수신하고 상기 가변 정보에 따라 상기 충전기의 충전을 가변적으로 조정하는 제어하는 신호를 생성하는 EVSE 서브 제어 모듈; 상기 EVSE 서브 PCB의 상기 신호에 따라 상기 전력제어기로부터 수신한 전력을 변환하는 인버터; 및 상기 변환된 전력을 상기 전기차로 송신하는 커넥터를 포함하고, 하나 이상의 건축물을 위한 전력제어기에 1:n방식으로 연결되어 전기차에 충전 전력을 송신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 가변 전력 충전기 각각은 상기 전기차에 충전 전력을 송신하거나 상기 전기차로부터의 방전 전력을 수신하여 상기 전력제어기에 더 송신할 수 있는 양방향 가변 전력 충전기이고, 상기 인버터는 상기 EVSE 서브 PCB의 상기 신호에 따라 상기 전력제어기로부터 송신 또는 수신하는 전력을 양방향으로 변환가능한 양방향 인버터이며, 상기 커넥터는 상기 전기차로 충전 전력을 송신하거나 상기 전기차로부터 방전 전력을 수신하는 양방향 커넥터일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 가변 전력 충전기는 완속 충전기일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 EVSE 서브 제어 모듈로부터의 상기 신호를 수신하여 전력을 충방전 전력을 조정하는 전력 레귤레이팅 모듈(Power regulating module)을 더 포함하고, 상기 인버터는 상기 전력 레귤레이팅 모듈에 의해 생성된 조정 신호에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전력제어기로부터 수신되는 가변 전력의 상태를 모니터링하여 디스플레이에 표시하는 배터리 관리 모듈(Battery management module)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 별도의 복잡한 추가 설비 설계나 과도한 설비, 설치 공간을 필요로 하지 않아 적은 비용으로, 건축된 건축물의 미리설정된 수전 용량 및/또는 충전 시스템이 사용가능한 총 충전용량의 제한에도 불구하고 동시에 충전가능한 전기차의 수를 경제적 효율적으로 증가시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 건축물의 건축허가시 미리설정된 총 충전 용량 내에서 시간대 등에 따라 또는 동시충전해야 하는 전기차의 수에 따라 충전 전력, 충전 속도, 충전 전기차 수를 자유롭게 가변 제어하여 효율적으로 충전이 가능한 효과를 나타낸다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술에 따라 공동주택단지의 주차장에 설치된 전기차 충전 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상용 전력 계통에 연결될 수 있는 가변 전력제어형 충전 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 공동주택단지의 주차장에 설치된 가변 전력제어형 AC충전 시스템의 개요도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 AC 완속 충전 시스템의 7kW 가변시의 전력 분배의 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 AC 완속 충전 시스템의 3kW 가변시의 전력 분배의 예를 도시한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.
본 명세서에서, "양방향 충전" 이라는 용어는 상용 전력계통 또는 하나 이상의 건축물에서 수신된 전력을 전기차로 충전하는 것과 전기차에서 방전하여 수신된 전력을 상기 하나 이상의 건축물 또는 상용 전력계통으로 회수하는 것이 모두 가능한 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따라 공동주택단지의 주차장에 설치된 전기차 충전 시스템의 개략도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 종래에는 공동주택단지의 수전반에서 상용 전력계통으로부터 전력을 수신하고 공동주택단지의 배전반을 통해 해당 공동주택단지의 건축 허가 시에 미리 설정된 총 충전용량의 범위 내에서 설치 가능한 전기차 충전기(예를 들어, 디스펜서)를 설치할 수 있다. 도 1의 경우, 미리 설정된 총 충전용량 내에서 복수의 7kW 완속 충전기를 설치할 경우 동시에 충전가능한 최대 전기차 수는 3대가 되고, 더 이상의 전기차 충전기 증설이 불가능하게 된다. 따라서, 공동주택 내의 전기차 수의 증가 속도를 충전 설비가 감당하지 못한다는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템(200)의 개략도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템(200)은 전력제어기(220) 및 하나 이상의 충전기(230)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 하나 이상의 건축물을 위한 가변 전력제어형 충전 시스템(200)은 상기 전력제어기(220)와 통신하는 모니터링 서버(240)를 더 포함할 수도 있다. 상기 가변 전력제어형 충전 시스템은 상기 하나 이상의 건축물을 통해 상기 상용 전력 계통으로부터 수신한 전력을 전기차로 충전하거나 상기 전기차로부터 전력을 방전시켜 다시 상기 하나 이상의 건축물 또는 상용 전력 계통으로 전력을 회수하도록 구성된 양방향 충전 시스템일 수도 있다.
구체적으로, 상기 전력제어기(220)는 상기 하나 이상의 건축물 (예를 들어 건축물, 공동주택단지, 복합 시설, 등) 또는 그 배전반(210)에 전력 및 데이터를 송수신할 수 있도록 연결되고, 상기 배전반에 미리설정된 EVSE(Electronic Vehicle Supply Equipment)용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전류, 충전 전압, 충전 속도, 및 연결 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정할 수 있다. 상기 가변적인 조정은 상기 전력제어기(220)에 포함된 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어/하드웨어에 의해 구현될 수 있으며, 일방향 또는 양방향으로 가변 조정이 이루어질 수 있다. 상기 전력제어기(220)는 상기 복수의 가변 전력 충전기 각각에 대하여 상기 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 및 충전 속도 중 적어도 하나 이상을 상이하게 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 전력제어기(220)는, 상기 배전반(210)에 설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 연결된 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하기 위한 가변 정보를 생성하여 충전 전력을 제어하는 EVSE(Electronic Vehicle Supply Equipment) 메인 제어 모듈(222); 상기 배전반(210)으로부터 송수신하는 전력을 변환하는 전력 변환 모듈(PCS, 224); 및 상기 전력 변환 모듈(224)과 전력을 수신 또는 전력을 송신하고, 상기 EVSE 메인 제어 모듈(222)에 연결되어 상기 가변 정보에 따라 상기 전력 변환 모듈(224)로부터 송수신되는 전력의 상기 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 연결된 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하는 전력 관리 모듈(PMS, 226)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 가변 전력 충전기(230)는 상기 전력제어기에 1:n방식으로 병렬로 연결되고 상기 전력제어기(220)로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신할 수 있다. 상기 복수의 가변 전력 충전기(230)는 상기 전력제어기로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신하거나 상기 전기차로부터 수신한 충전 전력을 상기 전력제어기로 송신하는 가변 전력 충전기일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 복수의 가변 전력 충전기는 완속 충전기일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 복수의 가변 전력 충전기 각각은 별도의 에너지 저장장치(ESS)를 포함할 수도 있다.
상기 모니터링 서버(240)는, 상기 전력제어기(220)에 통신 가능하게 연결되고, 상기 하나 이상의 건축물에 대하여 미리설정된 수전 용량에 맞추어 상기 전력제어기(220)의 최대 충전 출력 및 충전 속도를 재조정하도록 제어가능하게 구성될 수 있다. 상기 모니터링 서버(240)는 상기 하나 이상의 건축물의 내부 또는 외부에 설치될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서 하나의 모니터링 서버(240)가 복수의 전력제어기(220)에 연결될 수도 있다. 상기 모니터링 서버(240)는 추후 대단위 충전 시스템 구현시 다수의 충전기를 동시에 모니터링하고, 동시 충전/방전을 위한 사업모델 진행을 위해 일괄 제어가 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 모니터링 서버(240)는 복수의 가변 전력 충전기로(230)부터 충전기 상태 및 충전/방전 정보를 받아 표시할 수도 있다. 상기 모니터링 서버(240)는 종래 V2G(Vechicle-to-Grid) 충전기 모니터링 서버와 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템을 연동시켜 시스템 모니터링 및 충/방전 제어 동작을 구현하도록 구성될 수도 있다.
상기 모니터링 서버는 예를 들어 RS-232를 통해 상기 전력제어기(220)에 충전 동작 명령 신호를 통신할 수 있다. 또한 상기 전력제어기(220)는 예를 들어, CAN 또는 이동통신이나 Wi-Fi를 통해 복수의 가변 전력 충전기(230)에 제어 신호를 전달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상용 전력 계통에 연결될 수 있는 가변 전력제어형 충전 시스템의 개략도를 도시한다. 도 3을 참조하면, 상기 가변 전력제어형 충전 시스템(300)은 전력제어기(320), 가변 전력 충전기(330), 모니터링 서버(340)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 전력제어기(320)는 상용전력계통인 한전계통에 연결되어 일정 수전 용량을 공급받는 공동주택 또는 시설 내의 수전반 및/또는 배전반(예를 들어, AC 3상 차단기)를 통해 수신된 전력을 전력 변환 모듈(PCS, 324)에서 수신하여 전력을 AC(교류)와 DC(직류) 간에 상호 변환할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 전력 변환 모듈(PCS, 324)은 추가적으로 AC - AC 또는 DC - DC 간에 전력 수준 또는 방식을 변환할 수도 있다. 변환된 전력은 전력 관리 모듈(PMS, 326)에 의해 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 전력이 분배될 충전기 수 중 적어도 하나 이상에 대하여 가변적으로 조정되며, 이러한 가변 조정 및/또는 재분배는 EVSE 메인 제어모듈(322)에서 생성된 제어 신호에 의해 따라 전력 관리 모듈(326)에서 이루어 진다. 상기 EVSE 메인 제어모듈은 EVSE 메인 PCB(Printed Circuit Board)일 수도 있다.
상기 가변 전력 충전기(330)는 상기 가변 조정 및/또는 재분배된 전력을 수신하고, 이러한 전력의 상태를 검출하고 관리하는 배터리 관리 모듈(Batter management system: BMS)(331), 상기 EVSE 메인 제어모듈(322)와 통신하여 가변 조정 및/또는 재분배 관련 정보를 송수신하고 그에 따른 제어 신호를 생성하는 EVSE 서브 제어 모듈(332), 상기 EVSE 서브 제어모듈(332)의 제어 신호에 따라 전력 레귤레이팅을 수행하는 전력 레귤레이팅 모듈(Power regulating module)(333), 상기 전력 관리 모듈(326)으로부터 수신한 전력을 변환하는 양방향 인버터(334), 및/또는 전기차(350)에 충전 전력을 공급하거나 전기차(350)로부터 방전 전력을 회수하는 양방향 커넥터(335)를 포함할 수 있다. 상기 가변 전력 충전기(330)는 BMS에 의해 검출된 수신 전력 상태 등의 정보를 디스플레이에 표시하거나 인디케이터로 표시할 수 있다. 가변 전력 충전기(330)의 사용자는 버튼(336)을 누르거나 RFID/NFC 인식 모듈(337)에 신용카드 등을 사용하여 사용자 정보를 제공하여 상기 가변 전력 충전기(330)를 구동할 수 있다. 상기 전력 레귤레이팅 모듈은 SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있다. 상기 전력 레귤레이팅 모듈(333) 및/또는 양방향 커넥터(335)는 노이즈 필터를 더 포함할 수도 있다.
상기 모니터링 서버(340)는 상기 전력제어기(320)에 통신 가능하게 연결되어 전력제어기(320)의 전력 가변 조정 및 재분배를 모니터링하고 해당 시설에 미리설정된 수전 용량에 맞추어 상기 전력제어기(320)의 최대 충전 출력 및 충전 속도를 재조정하도록 제어하는 충전 모니터링 모듈(342), 및 그러한 충전 모니터링에 기초하여 사용자에게 요금과금 정보를 산출하는 요금 과금 모듈(344)을 포함할 수 있다. 상기 모니터링 서버(340)는 상기 시설의 외부에 설치될 수도 있으며 하나의 모니터링 서버(240)가 복수의 시설에 설치된 전력제어기(320) 각각에 연결되어 가변 전력 제어 및 그에 따른 요금 과금을 관리할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모니터링 서버(340)는 상기 전력제어기(220)의 모니터링 시 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
(1) 대기 화면 이동 후 충전기 정보 전송
(2) 사용 타입 선택 (일반 충전 이용자/V2G 서비스 이용자)
(3) 사용자 인증 (예를 들어, 에너지 관리 시스템(Energy Management System, EMS)에 등록된 카드번호에 따라 인증)
(4) EMS에서 지정한 서비스 동작 (충전/대기/방전/충전)
(5) 긴급 정지 여부를 EMS에서 지속적으로 확인
(6) 충전 중 정보 EMS 전송
(7) 충전 완료 정보 전송
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 공동주택단지의 주차장에 설치된 가변 전력제어형 AC 충전 시스템의 개요도를 도시한다. 도 4를 참조하면, 공동주택단지는 건축시 미리설정된 수전 용량을 상용전력 계통으로부터 수신하게 되고 공동주택단지의 배전반에 본 발명의 일실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템에 연결될 수 있다. 상기 가변 전력제어형 충전 시스템은 전력제어기 및 복수의 가변 전력 충전기를 포함할 수 있고, 시설 내부 또는 외부에 설치되고 통신가능하게 연결된 모니터링 서버를 더 포함할 수도 있다. 도 4의 실시예에서는, 복수의 가변 전력 충전기에 AC 완속 충전기가 사용되었다.
상기 전력제어기는 상기 배전반에 미리설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전류, 충전 전압, 충전 속도, 및 연결 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배할 수 있다. 상기 전력제어기는 복수의 가변 전력 충전기에 각각에 대하여 상기 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 및 충전 속도 중 적어도 하나 이상을 상이하게 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 완속 충전기의 충전 출력을 AC로 구성하고 미리설정된 총 충전가능 전력 용량 내에서 분배시 각 충전기의 출력이 약 3kW 내지 7kW 범위에서 가변 조정이 가능하도록 이루어질 수 있다. 전력제어형 충전 시스템을 상기 공동주택단지 또는 시설의 주차장에 설치하는 경우, 상기 가변 전력 제어형 충전 시스템이 3kW로 가변 조정하여 충전시 최대 15대, 충전기의 효율을 감안시 실제로 14대 정도의 전기차 동시 충전이 가능하게 되며, 동시에 최소 6대 내지 14대의 전기차 충전이 가능한 주차면적을 효율적으로 확보할 수 있게 된다. 따라서, 상기 전력제어기가 공동주택 단지 또는 시설 내 수전용량(또는 총 충전가능 용량)에 맞추어 전기차 충전기의 전력량 제어가 가능하게 되고, 주차장에 완속 충전기만 추가하여 전력제어기에 연결해도 동시에 충전가능한 전기차 대수를 확장할 수 있도록 하는 구조를 가진다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템의 7kW 가변시의 전력 분배의 예를 도시하고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템의 3kW 가변시의 전력 분배의 예를 도시한다.
공동주택단지 또는 시설의 허가 수전 용량이 45 kW로 미리정해져 있고 본 발명의 일실시예에 따른 가변 전력제어형 충전 시스템에 약 3kW 내지 7kW 범위에서 가변하는 AC 완속 충전기를 사용하는 경우, 도 5에서는 전력제어기 및 복수의 가변 전력 충전기가 개별 충전을 위한 가변 전력을 7kW로 충전하여 분배하도록 설정하고 있으며, 그러한 경우 약 6대의 전기차가 동시에 충전될 수 있음을 보여준다.
또한 도 6에서는 전력제어기 및 복수의 가변 전력 충전기가 개별 충전을 위한 가변 전력을 3kW로 충전하여 분배하도록 설정하고 있으며, 그러한 경우 약 15대의 전기차가 동시에 충전될 수 있다는 것을 보여준다.
이러한 구성에 따르면, 상기 가변 전력제어형 충전 시스템이 하나 이상의 충전기를 주차장에 추가로 증설하여 상기 전력제어기에 연결할 수도 있으며, 상기 추가 증설된 하나 이상의 충전기를 통해 상기 전력제어기(220)의 미리설정된 EVSE총 충전용량 내에서 충전이 가능하도록 구성될 수 있다.
따라서, 공동주택이나 시설의 미리설정된 수전 용량으로 인해 한정된 충전 용량을 효율적으로 활용하여 충전기 활용성을 향상시키며 특히 가변 전력 충전기의 경우 전기차 방전을 통해 공동주택이나 시설 등의 전력수요 급증에 따른 전원 설비 보호, 예를 들어 변압기 용량으로 인해 사용 제한을 하거나 변압기 용량을 넘어선 부하 용량 때문에 사고가 발생하는 하는 것을 방지하는 것이 용이하게 된다. 또한, 충전기를 다양한 형태(벽부형, 레일형 등)으로 제작할 수 있고 충전기를 추가 설치하는 경우에도 별도의 케이블 매립을 위한 지중공사를 필요로 하지 않고 주차장 내 장착가능하므로 공사 규모가 축소되고 소요 금액이 감소될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200, 300: 가변 전력제어 충전 시스템
210: 배전반 또는 시설
220, 320: 전력제어기
222, 322: EVSE 메인 제어모듈
224, 324: 전력 변환 모듈(PCS)
226, 326: 전력 관리 모듈(PMS)
230, 330: 가변 전력 충전기
232, 332: EVSE 서브 제어모듈
234: 인버터
236: 커넥터
240, 340: 모니터링 서버
250, 350: 전기차
331: BMS(Battery Management System) 모듈
333: 전력 레귤레이팅 모듈
334: 양방향 인버터
335: 양방향 커넥터
336: 버튼
337: RFID/NFC 인식 모듈
342: 충전 모니터링 모듈
344: 요금과금 모듈

Claims (14)

  1. 하나 이상의 건축물을 위한 가변 전력제어형 충전 시스템으로서,
    상기 하나 이상의 건축물의 배전반에 전력 및 데이터를 송수신 가능하게 연결되고, 상기 배전반에 미리설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전류, 충전 전압, 충전 속도, 및 연결 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배할 수 있는 전력제어기; 및
    상기 전력제어기에 1:n방식으로 병렬로 연결되고 상기 전력제어기로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신하는 복수의 가변 전력 충전기를 포함하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 전력제어형 충전 시스템은 전력제어형 충전 시스템이고,
    상기 복수의 가변 전력 충전기는 상기 전력제어기로부터 수신한 충전 전력을 전기차에 송신하거나 상기 전기차로부터 수신한 충전 전력을 상기 전력제어기로 송신하는 양방향 가변 전력 충전기인 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가변 전력 충전기는 완속 충전기인 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력제어기에 통신 가능하게 연결되고, 상기 하나 이상의 건축물에 대하여 미리설정된 수전 용량에 맞추어 상기 전력제어기의 최대 충전 출력 및 충전 속도를 재조정하도록 제어가능하게 구성된 모니터링 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력제어기는 상기 복수의 가변 전력 충전기 각각에 대하여 상기 충전 전력 및 충전 속도 중 적어도 하나 이상을 상이하게 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가변 전력제어형 충전 시스템은, 하나 이상의 충전기를 추가 증설하여 상기 전력제어기에 연결할 수 있고, 상기 추가 증설된 하나 이상의 충전기를 통해 상기 전력제어기의 미리설정된 EVSE총 충전용량 내에서 충전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력제어기는, 상기 배전반에 설정된 EVSE용 총 충전용량에 기초하여 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 연결된 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하기 위한 가변 정보를 생성하여 충전 전력을 제어하는 EVSE(Electronic Vehicle Supply Equipment) 메인 제어 모듈을 포함하고,
    상기 각 충전기는, 상기 EVSE 메인 PCB와 통신하고, 상기 EVSE 메인 PCB에 의해 제어된 상기 전력제어기로부터 수신한 가변 재분배된 충전용 전력을 수신하여 상기 전기차에 공급하도록 제어하는 ESVE 서브 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전력제어기는,
    상기 배전반으로부터 송수신하는 전력을 변환하는 전력 변환 모듈; 및
    상기 전력 변환 모듈과 전력을 수신 또는 전력을 송신하고, 상기 EVSE 메인 제어 모듈에 연결되어 상기 가변 정보에 따라 상기 전력 변환 모듈로부터 송수신되는 전력의 상기 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도, 및 연결된 충전기 수 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하는 전력 관리 모듈을 더 포함하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  9. 제4항에 있어서, 상기 모니터링 서버는,
    상기 전력제어기에 통신 가능하게 연결되어 상기 전력제어기의 전력 및 총 충전 용량 상태를 모니터링하고, 상기 하나 이상의 건축물에 대하여 미리설정된 수전 용량에 맞추어 상기 전력제어기의 최대 충전 출력 및 충전 속도를 재조정하도록 제어하는 충전 모니터링 모듈; 및
    상기 양방향 충전 모니터링 모듈로부터 수신한 양방향 충전 정보에 따라 과금되는 요금을 산출하는 요금 과금 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 전력제어형 충전 시스템.
  10. 전력제어기와 통신 연결되어 충전 전력, 충전 전압, 충전 전류, 충전 속도 중 적어도 하나 이상을 가변적으로 조정 또는 분배하기 위한 가변 정보를 송수신하고 상기 가변 정보에 따라 상기 충전기의 충전을 가변적으로 조정하는 제어하는 신호를 생성하는 EVSE 서브 제어 모듈;
    상기 EVSE 서브 PCB의 상기 신호에 따라 상기 전력제어기로부터 수신한 전력을 변환하는 인버터; 및
    상기 변환된 전력을 상기 전기차로 송신하는 커넥터를 포함하고,
    상기 가변 전력 충전기는 하나 이상의 건축물을 위한 전력제어기에 1:n방식으로 연결되어 전기차에 충전 전력을 송신하는, 가변 전력 충전기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가변 전력 충전기는. 상기 전기차에 충전 전력을 송신하거나 상기 전기차로부터의 방전 전력을 수신하여 상기 전력제어기에 더 송신할 수 있는 양방향 가변 전력 충전기이고,
    상기 인버터는 상기 EVSE 서브 PCB의 상기 신호에 따라 상기 전력제어기로부터 송신 또는 수신하는 전력을 양방향으로 변환가능한 양방향 인버터이며,
    상기 커넥터는 상기 전기차로 충전 전력을 송신하거나 상기 전기차로부터 방전 전력을 수신하는 양방향 커넥터인 것을 특징으로 하는, 가변 전력 충전기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 가변 전력 충전기는 완속 충전기인 것을 특징으로 하는, 가변 전력 충전기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 EVSE 서브 제어 모듈로부터의 상기 신호를 수신하여 전력을 충방전 전력을 조정하는 전력 레귤레이팅 모듈(Power regulating module)을 더 포함하고,
    상기 인버터는 상기 전력 레귤레이팅 모듈에 의해 생성된 조정 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 가변 전력 충전기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전력제어기로부터 수신되는 가변 전력의 상태를 모니터링하여 디스플레이에 표시하는 배터리 관리 모듈(Battery management module)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 전력 충전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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