KR101009485B1

KR101009485B1 - 유니버셜 충전 장치

Info

Publication number: KR101009485B1
Application number: KR1020100036317A
Authority: KR
Inventors: 김영춘; 김성두
Original assignee: (주)모던텍; 한화테크엠주식회사
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-01-19
Also published as: US20110291616A1; JP5549988B2; EP2492133A2; EP2492133B1; US8890474B2; CN102470776B; WO2011132887A2; CN102470776A; WO2011132887A3; EP2492133A4; JP2012518987A

Abstract

본 발명의 유니버셜 충전 장치는, AC 전원이 입력되는 AC 터미널과, 상기 AC 전원을 DC 전원으로 정류하는 AC/DC 변환기와, 제1 전력값의 DC 전원을 출력하는 DC 터미널과, 상기 DC 전원의 출력을 온/오프시키는 충전팩 스위치가 마련되는 충전팩을 포함한다. 여기서, 상기 충전팩이 복수로 설치되며 서로 병렬 연결되고, 상기 충전팩의 설치 개수의 증감 또는 상기 각 충전팩 스위치의 온/오프 여부에 따라, 상기 충전팩의 제1 전력값부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값의 DC 전원을 출력하며, 상기 DC 전원의 전력값 변화에 따라 전기 차량의 충전 속도 조절이 가능하다.

Description

유니버셜 충전 장치{UNIVERSAL CHARGING DEVICE}

본 발명은 전기 자동차, 전기 카트, 전동 지게차 등을 포함한 전기 차량을 충전시키는 유니버셜 충전 장치에 관한 것이다.

전기 차량(EV : Electronic Vehicle)에는 EV 배터리가 설치되며, 배터리 제어 시스템으로서 BMS(Battery Management System)가 설치된다.

현재, 녹색 기술 개발의 일환으로서 전기 차량에 관한 연구는 물론 전기 차량의 활용성을 높이기 위하여 전기 차량의 충전 시스템에 관한 많은 연구가 행해지고 있다. 그러나, 아직까지는 개발 진행 단계에 불과하여 해결해야 하는 기술적 문제는 물론 다양한 소비자 욕구에 부합되는 충전 시스템이 보급화되지 못하고 있다.

전기 차량의 활성화를 위하여, 우선, 화석 연료 자동차의 주유소와 유사한 형태를 갖는 충전 시스템이 널리 보급됨으로써 주유소의 운영 체계와 사용 방법이 유사하게 적용될 수 있는 충전 시스템이 개발되어야 한다.

그리고, 주유소의 연료 탱크가 대형으로 설치되고 전력값 증설이 가능한 것과 같이 충전 시스템도 대형화될 필요가 있으며 그 전력값 증설이 용이한 구조로 설치될 필요가 있다.

또한, 주유소의 주유 시간에 비하여 전기 차량의 충전 시간은 무척 긴 편이므로 급속 충전이 필요한 사용자에게는 비용 추가에 불구하고 짧은 시간에 충전할 수 있어야 한다. 반면에 충전 비용에 관심이 있는 사용자에게는 적은 비용으로 완속 충전도 겸할 수 있어야 한다.

한편, 급속 충전 모드 뿐만 아니라 버스나 트럭 등의 대용량 전기 차량도 즉각 충전 가능해야 한다. 따라서, 충전 속도 및 충전 용량을 유연성있게 변경할 수 있도록 DC 전원을 대용량으로 출력할 수 있는 충전 시스템이 설치되어야 하고 차량의 종류를 파악할 수 있는 BMS 데이터에 따라 충전 전력값의 변동이 매우 쉽게 이루어질 수 있는 제어 수단이 마련되어야 한다.

더 나아가, 유류 저장 탱크의 설치를 위하여 기존의 주유소와 같이 넓은 장소가 요구되는 것은 아니므로, 편의점이나 슈퍼마켓과 같이 좁은 장소에서도 설치 가능한 크기 가변이 용이한 충전 시스템을 개발할 필요가 있다.

그리고, 충전 수단이 대형화되고 유지 보수의 유연성 확보를 위하여 간단한 구조로 이루어지고 전기 사고 방지를 위한 방수 대책이나 안전 사고를 원천 차단할 수 있는 충전 시스템이 개발되어야 한다.

본 발명은 상술한 필요성을 감안한 것으로서, 충전 장치의 설치가 매우 용이하고, 급속 충전 및 대형 차량의 충전이 가능하도록 필요시에 출력 전력값을 신속하게 증가시킬 수 있으며, 전기 안전 사고를 미연에 방지할 수 있는 구조로 되어 있고, 편의점이나 수퍼마켓과 같은 일반적인 생활 공간에서 작은 크기로 설치 가능하며, 전기 차량의 상태나 충전 장치의 상태를 자동으로 감지하여 충전 모드를 최적으로 자동 제어할 수 있는 유니버셜 충전 장치를 제공하기 위한 것이다.

일 실시예로서, 본 발명의 유니버셜 충전 장치는, AC 전원이 입력되는 AC 터미널과, 상기 AC 전원을 DC 전원으로 정류하는 AC/DC 변환기와, 제1 전력값의 DC 전원을 출력하는 DC 터미널과, 상기 DC 전원의 출력을 온/오프시키는 충전팩 스위치가 마련되는 충전팩; 을 포함하고, 상기 충전팩이 복수로 설치되며 서로 병렬 연결되고, 상기 충전팩의 설치 개수의 증감 또는 상기 각 충전팩 스위치의 온/오프 여부에 따라, 상기 제1 전력값부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값의 DC 전원을 출력하며, 상기 DC 전원의 전력값 변화에 따라 전기 차량의 충전 속도 조절이 가능하다.

일 실시예로서, 본 발명의 유니버셜 충전 장치는, 제1 전력값의 DC 전원을 생성하는 충전팩이 제1 충전팩부터 제n 충전팩까지 병렬로 배열되며, 상기 n은 양의 정수인 충전 모듈; 상기 충전 모듈이 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈까지 착탈 가능하게 병렬로 배열되며, 상기 k는 양의 정수인 충전 유니트; 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대; 데이터 통신을 통하여 입수한 상기 충전팩, 상기 충전 모듈, 상기 충전 유니트, 상기 충전대 및 상기 BMS의 설치 개수 또는 작동 상태에 따라, 상기 충전팩의 제1 전력값부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값의 DC 전원을 상기 커넥터별로 구분 공급하는 메인 제어부; 를 포함한다.

일 실시예로서, 본 발명의 유니버셜 충전 장치는, 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대; 상기 충전대에 DC 전원을 공급하는 충전 유니트; 를 포함하며, 상기 충전 유니트는 상기 충전대와 별개로 마련되며 서로 다른 위치에 설치된다.

일 실시예로서, 본 발명의 유니버셜 충전 장치는, 충전 모듈이 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈까지 착탈 가능하게 병렬로 배열되는 충전 유니트; 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대; 상기 충전 모듈, 상기 충전 유니트, 상기 충전대 및 상기 BMS의 설치 개수 또는 작동 상태를 데이터 통신을 통하여 입수하고, 상기 충전 모듈 한 개가 출력하는 DC 전원의 전력값부터 여기에 상기 양의 정수 k를 곱한 전력값까지 변동 가능한 다양한 전력값의 DC 전원을 급속 충전 또는 완속 충전 여부에 따라 상기 커넥터별로 구분 공급하는 메인 제어부; 를 포함한다.

일 실시예로서, 본 발명의 유니버셜 충전 장치는, 제1 전력값의 DC 전원을 생성하는 충전팩이 복수개 병렬로 배열된 충전 모듈; 상기 충전 모듈이 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈까지 착탈 가능하게 병렬로 배열되는 충전 유니트; 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대; 상기 충전팩, 상기 충전 모듈, 상기 충전 유니트, 상기 충전대 및 상기 BMS의 설치 개수 또는 작동 상태를 데이터 통신을 통하여 입수하고, 상기 충전팩 한 개가 출력하는 상기 제1 전력값부터 상기 제1 전력값에 상기 충전팩의 배열 개수 및 상기 양의 정수 k를 곱한 전력값까지 변동 가능한 다양한 전력값의 DC 전원을 급속 충전 또는 완속 충전 여부에 따라 상기 커넥터별로 구분 공급하는 메인 제어부; 를 포함한다.

본 발명에 따르면, 충전팩, 충전 모듈, 충전 유니트에 이르는 다단의 블럭 구조를 통하여 손쉽게 출력 전력값의 확장 및 변경을 달성할 수 있으며, 이와 같은 충전 유니트의 멀티 구조에 의하여 충전 장치의 대용량화 및 충전 속도 조절에 즉각 대응할 수 있고, 커넥터별로 서로 다른 전력값, 서로 다른 전압, 서로 다른 전류를 내보낼 수 있으므로 전기 차량의 BMS에서 읽어들인 데이터나 충전대를 통하여 입수한 사용자 지령에 알맞은 최적의 전력값, 전압 및 전류로써 전기 차량을 지능적으로 충전할 수 있고, 충전 유니트가 충전대와 분리형으로 설치 가능하므로 충전 시스템의 설치 유연성이 확보되며, 각각의 충전팩과 커넥터의 연결을 다양한 연결 수단에 의하여 메쉬 구조로 변동 가능하게 구성할 수 있으므로 각 커넥터 별로 전력값, 전압, 전류의 가변이 손쉽게 이루어지는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 충전팩의 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 충전 모듈의 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 충전 유니트의 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 충전 장치의 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 충전 장치의 다른 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 6은 도 5의 실시예를 개략적으로 시각화한 그림이다.
도 7은 본 발명의 충전 모듈의 다른 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 8은 도 7의 실시예에서 DC 출력부 및 복수의 DC 버스바를 상세하게 도시한 블럭도이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 실시예를 적용한 본 발명의 충전 장치의 다른 일 실시예를 도시한 블럭도이다.
도 10은 본 발명에서 DC 전원 전력값의 가변 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 유니버셜 충전 장치의 다양한 구성 및 그에 따른 작용을 설명하는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 충전팩(100)의 일 실시예를 도시한 블럭도이다. 도 2는 본 발명의 충전 모듈(200)의 일 실시예를 도시한 블럭도이다. 도 3은 본 발명의 충전 유니트(300)의 일 실시예를 도시한 블럭도이다.

도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 충전 장치는 충전팩(100), 충전 모듈(200), 충전 유니트(300)를 포함한다. 따라서, 충전 수단으로서 간단한 AC/DC 변환 회로로 이루어진 충전팩(100)을 기본 블럭으로 하고, 이러한 기본 블럭을 벽돌을 쌓듯이 적층하여 충전 모듈(200) 또는 충전 유니트(300)를 구성하므로 이론상으로는 무한대의 전력값을 갖도록 간단하게 증설 가능한 구조로 되어 있다.

본 발명의 충전 유니트(300)는 일반적인 배터리와 달리 미리 충전된 직류 전원을 출력하는 축전지 기능을 하는 것이 아니며, 간단히 표현하면 교류 입력 전원을 직류로 변환 출력하는 AD/DC 변환 수단에 해당한다. 또한, 본 발명의 충전 유니트(300)는 다단의 블럭 구조로 되어 있으므로, 단지 블럭 구조의 적층에 의하여 대전력값의 DC 전원 출력을 얻을 수 있으며, 단일 블럭으로 대전력값의 DC 전원을 변활할 때 요구되는 높은 안정성의 복잡한 변환 회로가 필요하지 않으며, 다양한 전력값을 출력하기 위하여 각 전력값별로 구별되는 회로 설계가 불필요하며, 전력값 변경 작업을 메인 제어부(500)의 제어 동작을 통하여 자동으로 쉽게 구현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 충전 장치는, 범용 부품을 사용하여 간단한 회로 구성을 갖는 충전팩(100)을 기본 블럭으로 삼아, 이를 적층하여 또 다른 개념의 블럭인 충전 모듈(200)을 구성하고, 충전 모듈(200)을 적층하여 충전 유니트(300)를 구성하는 등, 각각의 단위 블럭을 적층하는 개념으로 된 것이 주요 특징 중 하나이다.

충전팩(100)은 AC 터미널(110)과, AC/DC 변환기(114)와, DC 터미널(120)과, 충전팩 스위치(118)를 포함한다. 세부 구성으로서 퓨즈(111), 노이즈 필터(112), 전류 제한기(113), 출력 필터(115), 피드백 수단(116), 구동 칩(117), 전압 검출부(119), DC/DC 변환기(130), 충전팩 배터리(140)를 더 포함할 수 있다.

AC 터미널(110)은 2상 또는 3상의 교류 전원이 입력되는 단자이다. 교류 전원은 110 볼트부터 540볼트 등 다양한 전압이 될 수 있다. 퓨즈(111)(fuse)는 장치의 보호를 위하여 마련된다. 노이즈 필터(112)(noise filter)는 교류 입력 전원에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 것이다. 전류 제한기(113)(Inrush current limit)는 과도한 전류 입력을 차단하여 충전팩(100)의 파손을 방지한다.

AC/DC 변환기(114)는 AC 입력 전원을 DC 출력 전원으로 정류한다. 출력 필터(115)는 AC/DC 변환기(114)에서 출력되는 DC 출력 전원의 리플(ripple) 성분을 제거하여 평활화시킨다. AC/DC 변환기(114)는 구동 칩(117)에 의하여 제어되며, 후술하는 메인 제어부(500)의 지령에 따라 충전팩(100)의 DC 전원의 출력 전압이나 출력 전류까지 변동시킬 수 있다. DC 전원의 출력 전압 및 출력 전류의 곱은 DC 터미널(120)에서 출력되는 제1 전력값이 된다.

DC/DC 변환기(130)는 필요한 경우에 마련되며, DC 출력 전원의 전압이 정격 전압에 미치지 못할 때 이를 보상하거나, 충전팩(100)이 각 시점별로 일정한 전압을 출력하거나 출력 전압을 변동시킬 수 있도록 하거나, 충전팩(100)이 각 시점별로 일정한 전류를 출력하게 하거나, 출력 전류를 시간에 따라 변동시킬 수 있도록 하는 구성으로서, DC 출력 전원의 승압이나 감압 기능을 담당한다.

DC 터미널(120)은 AC/DC 변환기(114) 또는 DC/DC 변환기(130)에서 출력되는 DC 출력 전원을 외부로 전달하는 단자이다. 전압 검출부(119)는 DC 터미널(120)로 향하는 DC 전원 출력의 전압을 검출하여 피드백 수단(116)을 통하여 구동 칩(117)으로 전달하는 센서이다.

따라서, 메인 제어부(500) 또는 구동 칩(117)이 AC/DC 변환기(114)의 동작을 제어함으로써, DC 터미널(120)에서 출력되는 제1 전력값의 크기를 변동시킬 수도 있다. 본 발명은 충전팩(100)에서 출력되는 제1 전력값이 상수(예를 들어 6Kw)인 경우 충전팩(100)에서 출력되는 DC 전원의 출력 전압 또는 출력 전류를 조정할 수 있음은 물론, 경우에 따라서는 구동 칩(117)으로 AC/DC 변환기(114) 또는 DC/DC 변환기(130)를 제어함으로써 제1 전력값도 가변할 수 있다.

일 실시예로서, 충전팩 배터리(140)는 비용이 저렴한 심야 전력을 DC 전원으로 변환하는 경우나, 온도 상승으로 인하여 충전팩(100)이 정상적인 작동을 할 수 없는 경우에, 비상 전원을 DC 터미널(120)에 출력하기 위한 것으로 필요한 경우에 설치 가능하다.

충전팩 스위치(118)는 AC/DC 변환기(114)의 동작을 온/오프시킴으로써 DC 터미널(120)에서 출력되는 DC 전원을 온/오프시킨다. 충전팩 스위치(118)가 온되면 충전팩(100)의 DC 터미널(120)에서 DC 전원이 정상적으로 출력되고, 충전팩 스위치(118)가 오프되면 DC 터미널(120)을 통한 DC 전원 출력이 차단된다.

구동 칩(117)은 충전팩(100)의 동작을 제어하며 충전팩(100)의 온도를 감시하고 CAN 통신을 통하여 외부에서 입력된 제어 지령대로 충전팩 스위치(118)를 자동 온/오프시키는 기능을 하며, 충전팩(100) 내부에 설치된 각종 전력 부품의 동작을 제어한다.

충전팩(100)은 가변 전압 또는 가변 전류를 출력하도록 제어될 수 있지만, 설명의 편의상, 충전팩(100)은 정전압 또는 정전류로 제어되면서 예를 들어 6Kw로 상수값을 갖는 제1 전력값의 DC 전원을 출력한다.

이때, 전력값의 증설을 위하여 충전팩(100)은 복수로 설치되며 서로 병렬 연결된다. 이때, 충전팩(100)의 설치 개수의 증감 또는 각 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부에 따라, 충전팩(100)은 제1 전력값인 6Kw부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값(예를 들어 6Kw, 12Kw, 600Kw 등)의 DC 전원을 출력한다.

여기서, 상기 양의 정수는 충전팩 스위치(118)가 온되어 있는 충전팩(100)의 설치 개수가 될 수 있다. 예를 들어 10개의 충전팩(100)이 설치되고 10개의 충전팩 스위치(118)가 온(on)된 상태라고 하면 60Kw의 DC 전력값이 출력되므로 급속 충전 또는 대형 차량의 충전이 가능하고, 5개의 충전팩 스위치(118)만 온된 상태라고 하면 30Kw의 DC 전력값이 출력된다. 이와 같은 가변 블럭 구조를 제어함으로써 DC 전원의 전력값 변화를 달성하고, 전기 차량의 충전 속도 조절이 가능하게 된다.

한편, 충전팩(100)만을 여러 개 적층하여 하나의 충전 블럭을 완성하는 상기 실시예에서는 제1 전력값을 갖는 충전팩(100)의 개수 조절이나 충전팩 스위치(118)의 온/오프만으로 전력값을 쉽게 증가시킬 수 있으며, 전력값 증가가 이론상으로는 무한정 가능하고, 전력값의 가변은 충전팩(100)의 개수 조절은 물론 그 밖에도 충전팩 스위치(118)의 온/오프만으로 자동 제어할 수 있는 장점이 있다.

일 실시예로서, 복수의 충전팩(100)은 충전 모듈(200)을 구성한다. 충전 모듈(200)은 복수의 충전팩(100)이 병렬 연결 상태로 배열된 것으로서, 충전 모듈(200) 단위로 AC 입력부(210)를 통하여 AC 전원을 입력받고 데이터 통신에 의하여 외부에서 동작 제어될 수 있다. 이를 위하여 충전 모듈(200)은 충전팩(100)의 배열과, AC 입력부(210)와, DC 출력부(220)와, 충전 모듈(200)의 내부 동작을 제어하는 충전 모듈 컨트롤러(217)를 포함한다.

여기서, 데이터 통신은 CAN(CONTROLLER AREA NETWORK)통신 또는 RS-232C, RS-485통신 프로토콜을 사용하는 것이 바람직하다. CAN은 1980년대에 자동차용 네트워크 프로토콜로 개발된 것으로 성능이 우수하면서도 비용이 저렴하여 ISO 11898 국제 표준으로 지정된 프로토콜이다. 특히, CAN의 높은 데이터 처리 속도, 전기적 장애에 대한 강력한 면역성과 에러를 감지하고 교정하는 능력 때문에 전기 차량과 같이 노이즈에 민감한 제어 시스템에 적합하다. CAN의 아키텍처는 하위 두 개의 물리적 계층과 데이터 링크 제어 계층에 걸쳐 정의되어 있으며, CAN_L과 CAN_N 라인을 사용하여 데이터를 입출력한다.

AC 입력부(210)는 각 충전팩(100)의 AC 터미널(110)에 AC 연결 라인(212)을 통하여 AC 전원을 공통 입력하고, DC 출력부(220)는 충전팩(100)의 DC 터미널(120)이 DC 연결 라인(222)을 통하여 병렬 연결되어 증가된 전력값을 출력하는 부분이다.

충전 모듈 컨트롤러(217)는 충전팩(100)과 데이터 통신하면서 각각의 충전팩(100) 별로 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부를 개별 제어한다. 충전 모듈 컨트롤러(217)에 의한 각각의 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부에 따라 DC 출력부(220)에서 출력되는 DC 전원의 전력값이 가변된다.

상기 실시예에서는 충전 모듈(200)을 하나의 단위로 하여 여러 개의 충전팩(100)을 동시에 운용할 수 있고, 충전 모듈 컨트롤러(217)가 각각의 충전팩 스위치(118)를 온/오프시킴으로써 각 충전팩(100)을 개별 제어할 수 있는 제어 편의성이 있다.

일 실시예로서, 복수의 충전 모듈(200)은 충전 유니트(300)를 구성한다. 충전 유니트(300)는 복수의 충전 모듈(200)이 착탈 가능하게 결합되며 이들이 서로 병렬 연결된 것이다. 충전 유니트(300)는 AC 버스바(310)와, DC 버스바(320)를 포함한다. AC 버스바(310)는 각 충전 모듈(200)의 AC 입력부(210)가 공통 연결되어 AC 전원을 입력받는 것이고, DC 버스바(320)는 각 충전 모듈(200)의 DC 출력부(220)가 병렬 연결되어 DC 전력값을 증가시켜 출력하는 것이다.

AC 전원은 AC 버스바(310)를 통하여 충전 유니트(300)에 입력된 다음, AC 터미널(110)을 통하여 충전 모듈(200)별로 분배되고, AC 터미널(110)을 통하여 충전팩(100)별로 공통 입력된다. DC 터미널(120)을 통하여 각 충전팩(100)에서 제1 전력값으로 출력되는 DC 전원은 DC 출력부(220) 및 DC 버스바(320)를 거치며 그 전력값이 변동된다.

이러한 실시예에서, 충전 유니트(300)에 설치되는 충전 모듈(200)의 개수에 비례하여 DC 버스바(320)에서 출력되는 DC 전원의 전력값이 가변된다. 예를 들어, 10개의 충전팩(100)이 설치되고 10개의 충전팩 스위치(118)가 온된 상태의 충전 모듈(200)은 60Kw의 DC 출력을 갖고, 상기 충전 모듈(200)이 10개 연결된 충전 유니트(300)는 충전 모듈(200)의 개수에 비례하는 600Kw의 DC 출력을 갖는다.

여기서, 충전팩(100)이 기본 블럭이 되고, 충전팩(100)을 적층시킨 충전 모듈(200)이 또 다른 블럭으로 되며, 충전 모듈(200)을 적층시킨 충전 유니트(300)가 최종적인 충전 블럭이 된다. 그러나, 충전팩(100)을 쌓아서 충전 모듈(200)을 구성하지 않고 단일 회로로 이루어진 충전 모듈(200)(예를 들어 60Kw전력값의 AC/DC 변환기(114)를 갖는 충전 모듈(200))을 구성한 다음 이를 적층시켜 충전 유니트(300)를 완성하는 것도 본 발명의 실시예로 포함된다.

도 4는 본 발명의 충전 장치의 일 실시예를 도시한 블럭도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 충전 유니트(300), 메인 제어부(500), 표시부(610), 커넥터(20a,20b,20c), 파워 전달부(400)가 일체형 스탠드(U0)형태로 설치되는 유니버셜 충전 장치가 도시된다. 커넥터(20a,20b,20c)는 각각의 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되며, 커넥터 라인(15)은 DC 전원이 인가되는 전원선과 데이터가 입출력되는 신호선을 포함한다.

표시부(610)는 커넥터(20a,20b,20c)를 통한 충전량을 각각 표시한다. 파워 전달부(400)는 충전 유니트(300)에서 생성된 DC 전원을 커넥터 라인(15)을 통하여 각각의 커넥터(20a,20b,20c)에 전달한다.

메인 제어부(500)는 충전 모듈 컨트롤러(217)가 설치된 충전 유니트(300)와 데이터 통신하면서 충전 모듈 컨트롤러(217)를 충전 모듈(200)별로 개별 제어하여 각 충전팩(100)에 설치된 충전팩 스위치(118)를 온/오프시킨다.

한편, 도 4에 도시된 충전 장치는 전체가 일체형 스탠드(U0) 형태로 설치되므로 충전 유니트(300)의 공간 점유에 의하여 충전 장치의 설치 부피가 증가되고, 야외에 설치되는 경우 충전 유니트(300)의 방수 및 전기적 절연 문제가 대두될 수 있다.

도 5는 본 발명의 충전 장치의 다른 일 실시예를 도시한 블럭도이다. 도 6은 도 5의 실시예를 개략적으로 시각화한 그림이다. 도 4에서 설명한 일체형 스탠드(U0)의 설치상의 문제점을 개선하기 위하여, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서는 충전 유니트(300)와 충전대(600a,600b,600c)를 별도로 마련하고 별개의 장소에 설치한다. 즉, 충전 유니트(300), 파워 전달부(400) 및 메인 제어부(500)를 포함한 옥내부(U1)와, 충전대(600a,600b,600c) 및 커넥터(20a,20b,20c)를 포함한 옥외부(U2) 등 2개의 블럭으로 충전 장치를 구성한다.

예를 들어 옥내부(U1)는 설치 부피의 제약을 받지 않으며 옥내에 설치되므로 방수나 전기적 절연의 문제에서 자유롭고, 일반 주유소의 저장 탱크와 같이 지중에 매설할 수 있으므로 설치 공간이 크게 절약된다. 편의점이나 수퍼마켓에 유니버셜 충전 장치를 설치할 경우 충전 유니트(300)를 포함한 옥내부(U1)는 창고 등에 설치하고 충전대(600a,600b,600c)를 포함한 옥외부(U2)는 사람의 출입이 잦고 전기 차량의 접근성이 좋은 입구 쪽에 설치할 수 있어, 좁은 생활 공간에도 대용량의 충전 장치를 쉽게 설치할 수 있다. 서로 이격 설치되는 옥내부(U1) 및 옥외부(U2)는 전원선과 신호선을 포함한 2 종류의 연결 라인으로 연결되면, 설치 면적이나 각 장치들의 이격 거리를 얼마든지 조절할 수 있다.

충전대(600a,600b,600c)는 여러개 설치될 수 있으며, 충전 전력값, 출력 전압, 출력 전류별로 구분되는 복수의 커넥터(20a,20b,20c)가 설치될 수 있고, 충전량을 표시하는 표시부(610)가 마련되며, 사용자 지령을 입력받을 수 있다.

메인 제어부(500)는, BMS, 파워 전달부(400) 및 충전 유니트(300)와 데이터 통신하고, BMS를 통하여 파악되는 전기 차량의 충전 상태, 충전팩(100)에 마련된 구동 칩(117)을 통하여 파악된 충전팩(100)의 온도 및 동작 상태, 충전 모듈 컨트롤러(217)를 통하여 파악되는 충전팩(100) 또는 충전 모듈(200)의 온도 및 동작 상태, 충전대(600a,600b,600c)에 입력된 사용자 지령 중 적어도 하나를 인식한다.

이에 따라 메인 제어부(500)는 각각의 커넥터(20a,20b,20c)별로 다양하게 인가될 DC 전원의 전력값, 출력 전압, 출력 전류를 최적 결정한다. 예를 들어 제1 충전대(600a)에 설치된 제1 커넥터(20a)는 고전력값을 출력하여 급속 충전에 사용하고, 대형 차량이나 급속 충전 비용을 지불한 전기 차량만 접근할 수 있도록 제1 충전대(600a)를 설치한다.

예를 들어 소형 전기 차량의 충전 전압은 72V이고, 전동 지게차의 충전 전압은 320V라고 가정한다. 메인 제어부(500)는 충전대(600a,600b,600c)에 입력된 차종 또는 BMS에서 읽어들인 정보에 따라 DC 전원의 출력 전압을 72V 또는 320V로 할 것인지 여부, 어느 커넥터(20a,20b,20c)에 320V를 인가할 것인지 여부, 충전 속도나 충전 대수에 따라 출력 전력값을 얼마로 증가시킬 것인지 여부 등을 결정하고, 이에 따라 충전팩(100)의 구동 칩(117), 충전 모듈(200)의 충전 모듈 컨트롤러(217), 파워 전달부(400) 등의 제어 지령을 하달한다.

제2 충전대(600b)에 설치된 제2 커넥터(20b) 및 제3 충전대(600c)에 설치된 제3 커넥터(20c)는 제1 충전대(600a)에 설치된 제1 커넥터(20a)보다 출력 전력값이 낮은 중속 또는 완속 충전용으로 이용할 수 있다.

도 1 내지 도 6을 함께 참조하면, 충전 모듈(200)에는 6Kw로 예시된 제1 전력값의 DC 전원을 생성하는 충전팩(100)이 제1 충전팩(100a)부터 제n 충전팩(100n)까지 병렬로 배열된다. 충전 유니트(300)에는 충전 모듈(200)이 제1 충전 모듈(200a)부터 제k 충전 모듈(200k)까지 착탈 가능하게 병렬로 배열된다. 여기서, 상기 n 및 k는 양의 정수(1,2...)이다.

메인 제어부(500)는 데이터 통신을 통하여 입수한 충전팩(100), 충전 모듈(200), 충전 유니트(300), 충전대(600a,600b,600c) 및 BMS의 설치 개수 또는 작동 상태에 따라, 충전팩(100)의 제1 전력값(예를 들어 6Kw)부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값의 DC 전원을 커넥터(20a,20b,20c)별로 구분 공급한다.

예를 들어 n이 10이고 k가 1인 경우 최대 60Kw 전력값을 커넥터(20a,20b,20c)에 공급할 수 있고, 충전 모듈(200)을 하나 추가하여 k가 2인 경우 최대 120Kw 전력값을 커넥터(20a,20b,20c)에 공급할 수 있다.

메인 제어부(500)는 충전팩(100)별로 충전팩 스위치(118)를 온/오프시켜 제1 충전팩(100a)부터 제n 충전팩(100n) 중 특정의 충전팩(100)을 선택적으로 충전대(600a,600b,600c)에 연결한다. 제1 충전팩(100a) 내지 제n 충전팩(100n) 중 특정의 충전팩을 선택하여 온시키면 DC 출력부(220)에서 출력되는 DC 전원의 전력값이 변동된다. 예를 들어 한 대의 전기 차량만 충전하며 하나의 충전팩 스위치(118)만 온되고 다른 충전팩의 충전팩 스위치(118)는 전부 오프된 경우 6Kw가 최대 출력이 된다.

한편, 메인 제어부(500)가 제1 충전 모듈(200a)부터 제k 충전 모듈(200k) 중 특정의 충전 모듈을 선택하여 DC 버스바(320)에 연결시키면 DC 버스바(320)에서 출력되는 DC 전원의 전력값이 변동된다. 즉, 충전 모듈(200)의 설치 개수와 같이 수동적인 제어 변수가 변화되는 것은 물론, 메인 제어부(500)에서 능동적으로 충전 모듈(200)을 선택하는 제어 동작에 의하여 DC 전력값을 변동시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 각 커넥터(20a,20b,20c)별로 서로 다른 전력값이 출력되게 하거나, 서로 다른 전압 또는 서로 다른 전류가 출력되게 할 수 있는데 이에 대한 세부 실시예는 도 7 내지 도 9에 자세하게 도시된다.

도 7은 본 발명의 충전 모듈(200)의 다른 일 실시예를 도시한 블럭도이다. 도 8은 도 7의 실시예에서 DC 출력부(220) 및 복수의 DC 버스바(320)를 상세하게 도시한 블럭도이다. 도 9는 도 7 및 도 8의 실시예를 적용한 본 발명의 충전 장치의 다른 일 실시예를 도시한 블럭도이다.

도 7 내지 도 9를 함께 참조하면, DC 스위치부(229) 및 가변 릴레이부(410) 중 적어도 하나가 설치된다.

DC 스위치부(229)는 DC 터미널(120) 중 적어도 일부를 선택하여 복수의 조합으로 병렬 연결시킨다. 이때, DC 버스바(320)는 제1 DC 버스바(320a), 제2 DC 버스바(320b), 제n DC 버스바(320n)를 포함하여 여러 가닥으로 마련되는 것이 바람직하다. 각각의 DC 버스바(320a...320n)별로 서로 다른 전력값/전압/전류를 출력하게 하거나, 각각의 커넥터(20a,20b,20c)별로 서로 다른 전력값/전압/전류가 출력되게 하기 위함이다.

가변 릴레이부(410)는 DC 버스바(320a...320n)가 여러 가닥으로 마련될 때 DC 버스바(320a...320n) 중 적어도 일부를 선택하여 복수의 조합으로 병렬 연결시킨다.

DC 스위치부(229)는 충전 모듈(200a..200k)의 DC 출력부(220)에 설치되며, 가변 릴레이부(410)는 DC 버스바(320a...320n)의 출측에 해당하는 파워 전달부(400)에 설치될 수 있다.

메인 제어부(500)는, DC 스위치부(229) 또는 가변 릴레이부(410) 중 적어도 하나의 동작을 제어함으로써, 제1 충전팩(100a) 내지 제n 충전팩(100n) 중 특정의 충전팩을 선택적으로 연결하거나, 제1 충전 모듈(200a)부터 제k 충전 모듈(200k) 중 특정의 충전 모듈을 선택적으로 연결할 수 있다.

도 8을 참조하면, DC 스위치부(229)의 기능이 잘 설명된다. 이를 참조하면, 제1 DC 버스바(320a)에는 제1 충전팩(100a) 한 개만 연결되므로, 설명의 편의상 충전팩(100)의 제1 전력값의 예로서 들고 있는 6Kw가 최대 출력이 된다. 제2 DC 버스바(320b)에는 제2 충전팩(100b), 제3 충전팩(100c), 제4 충전팩(100d) 등 세 개의 충전팩이 연결되므로 18Kw가 최대 출력이 된다. 제n DC 버스바(320n)에는 제1 충전팩(100a) 내지 제n 충전팩(100n)이 모두 병렬 연결되고 n이 10인 경우 60Kw가 최대 출력이 된다.

이때, 각각의 DC 버스바(320)에 어느 충전팩이 연결될 것이며, 몇 개의 충전팩이 연결될 것인지 여부는 고정된 것이 아니라, 메인 제어부(500) 또는 메인 제어부(500)와 데이터 통신으로 연결된 충전 모듈 컨트롤러(217)에 의하여 얼마든지 변경할 수 있다. 이를 위하여 DC 스위치부(229)에는 충전 모듈 컨트롤러(217)에 의하여 동작 제어되는 FET, 하드웨어 스위치, 다이오드 등의 조합 회로가 구성된다.

즉, 충전 모듈 컨트롤러(217)에서 입력되는 지령에 따라, DC 스위치부(229)는 제1 충전팩(100a) 내지 제n 충전팩(100n) 중 선택된 충전팩과 제1 DC 버스바(320a) 내지 제n DC 버스바(320n) 중 선택된 DC 버스바를 서로 연결시킨다.

뿐만 아니라, DC 스위치부(229)는, 예를 들어 제1 DC 버스바(320a) 및 제1 충전 모듈(200a)의 모든 충전팩의 연결을 끊고, 제1 DC 버스바(320a) 및 제2 충전 모듈(200b)의 모든 충전팩의 연결을 끊을 수 있다. 이 경우 제1 DC 버스바(320a)를 통하여 DC 전원이 출력되지 않게 할 수 있다.

이와 같이 충전 모듈(200)의 DC 출력부(220)에 DC 스위치부(229) 및 DC 전원 플러그(221a,221b,...221n)를 마련하고 DC 버스바(320a...320n)를 여러 가닥으로 마련하며 각각의 DC 버스바(320a...320n)마다 구별되는 DC 전원 플러그(221a,221b,...221n)를 연결하면, 각각의 DC 버스바(320a...320n)별로 서로 다른 전력값을 출력할 수 있다.

또한, 각각의 DC 버스바(320a...320n)에 서로 다른 커넥터(20a,20b,20c)가 연결되는 경우 각각의 커넥터(20a,20b,20c)별로 서로 다른 전력값을 출력할 수 있다. 이때, 메인 제어부(500)가 충전팩(100) 또는 충전 모듈(200)별로 구별되는 전압 또는 구별되는 전류를 출력하게 하면, 각각의 DC 버스바(320a...320n)나, 각각의 커넥터(20a,20b,20c)별로 서로 다른 출력 전압 또는 서로 다른 출력 전류를 갖게 할 수 있다.

한편, 도 9를 참조하면, 가변 릴레이부(410)의 기능이 잘 설명된다. 일 실시예로서, 가변 릴레이부(410)는 DC 버스바(320)의 출측인 파워 전달부(400)에 설치된다. 가변 릴레이부(410)는 메인 제어부(500)의 지령에 따라 제어되며, 각각의 DC 버스바(320a...320n)와 커넥터(20a,20b,20c)의 연결 상태를 가변시키는 작용을 한다.

예를 들어 가변 릴레이부(410)가 제1 DC 버스바(320a) 내지 제n DC 버스바(320n)를 모두 제1 충전대(600a)에 연결하면 제1 충전대(600a)의 최대 전력값은 600Kw가 된다. 물론, 충전팩(100a...100n)의 제1 전력값은 6Kw이고, 각각의 충전 모듈(200a...200k)에는 10개의 충전팩(100)이 온 상태로 설치되며, 충전 모듈(200a...200k)은 모두 10개이고 이들이 전부 제1 DC 버스바(320a) 내지 제n DC 버스바(320n)에 연결된 경우를 예로 들었을 때이다.

도 10을 참조하며 본 발명에서 DC 전원 전력값을 가변시키는 DC 스위치부(229) 및 가변 릴레이부(410)의 기능을 더 설명한다. 이하에는 설명의 편의상, 충전팩(100a...100j)의 제1 전력값은 6Kw이고, 충전 모듈(200a...200k)에는 10개의 충전팩(100a...100j)이 충전팩 스위치(118)가 온된 상태로 배열되며, 충전 모듈(200a...200k)은 모두 10개 마련되는 것으로 가정한다. 모든 설명은 예로 드는 것 뿐이며 변형된 실시예가 얼마든지 가능하다.

도 10에 도시된 제3 커넥터(20c)의 최대 출력은 6Kw이다. 이때, DC 스위치부(229)는 제1 충전 모듈(200a)의 제1 충전팩(100a)만 제3 커넥터(20c)에 연결시키고, 다른 충전 모듈 및 다른 충전팩은 연결 차단한 상태이며, 제1 충전 모듈(200a)의 제1 충전팩(100a)만을 제1 DC 버스바(320a) 내지 제n DC 버스바(320n) 중 어느 하나에 연결시킨다. 또한, 가변 릴레이부(410)는 어느 하나의 DC 버스바를 제3 커넥터(20c)에 연결시키고 다른 DC 버스바 및 다른 커넥터의 연결은 차단한다. 따라서, 제3 커넥터(20c)에는 제1 충전 모듈(200a)의 제1 충전팩(100a)만이 하나의 DC 버스바를 통하여 연결되며, 제3 커넥터(20c)의 최대 출력은 6Kw이다.

한편, 도 10에서 제2 커넥터(20b)의 최대 출력은 30Kw이다. DC 스위치부(229)는 제2 충전 모듈(200b)의 제1 충전팩(100a) 및 제2 충전팩(100b)과 제10 충전 모듈의 제1 충전팩(100a) 내지 제3 충전팩(100c)을 병렬 연결시킨다. 상기 병렬 연결은 DC 스위치부(229)의 제어 동작에 의한 DC 버스바(320)의 가닥수 및 분기 상태, 또는 가변 릴레이부(410)에 의하여 변경 가능하다.

일 실시예로서, 제2 커넥터(20b)에 연결된 충전팩들은 제1 DC 버스바(320a) 내지 제n DC 버스바(320n) 중 적어도 하나의 DC 버스바에 연결된다. 예를 들면, 가변 릴레이부(410)는 제2 DC 버스바(320)를 제2 커넥터(20b)에 연결시키고 다른 DC 버스바의 연결은 차단한다.

이러한 DC 스위치부(229)의 동작은 DC 스위치부(229)를 구성하는 FET, 하드웨어 스위치, 다이오드 등의 조합 회로를 메인 제어부(500) 또는 이에 종속되는 충전 모듈 컨트롤러(217)의 제어 동작에 의하여 자동 제어된다.

도 11 내지 도 14를 참조하며 본 발명의 유니버셜 충전 장치의 다양한 구성 및 그에 따른 작용을 예를 들어 설명한다. 설명의 편의상, 충전팩(100a,100b...100j)의 제1 전력값은 6Kw이고, 각각의 충전 모듈(200a,200b,200c)에는 10개의 충전팩(100a,100b...100j)이 배열되며, 충전 모듈(200a,200b,200c)은 1개 또는 3개 마련되는 것으로 가정한다. 도 11 내지 도 14에 DC 연결 라인(222) 또는 DC 버스바(320a,,320b,320c,...320j)의 크기가 서로 다르게 도시되어 있지만, DC 연결 라인(222) 또는 DC 버스바(320a,,320b,320c,...320j)의 실제 크기가 물리적인 의미를 갖는 것은 아니다. 각각의 충전팩(100a,100b...100j)이나 충전 모듈(200a,200b,200c)이 선택적으로 병렬 연결되면 충분하다. 도면상에서 DC 연결 라인(222) 또는 DC 버스바(320)의 크기 차이는 단지 설명의 편의를 위한 것이다.

도 11에는 충전 유니트에 제1 충전 모듈(200a) 1개만 설치된다. DC 스위치부(도 8 참조, 229) 및 가변 릴레이부(410)는 마련되지 않으며, DC 버스바는 1개만 마련되거나 수 개의 DC 버스바가 모두 병렬 연결된 상태이다. 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부는 도시된 바와 같으며, 'O'은 온(on)된 상태이고, 'X'는 오프(off)된 상태이다. 이때, 충전 유니트는 DC 연결 라인(222)을 통하여 12Kw의 최대 전력값을 출력한다.

도 12에는 충전 유니트에 제1 충전 모듈(200a) 내지 제3 충전 모듈(200c)이 설치된다. DC 스위치부(도 8 참조, 229) 및 가변 릴레이부(410)는 마련되지 않는다. DC 버스바(320)도 1개만 마련되며 여러 갈래로 분기되지 않는다. 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부는 도시된 바와 같다. 충전 유니트는 단일의 DC 버스바(320)를 통하여 30Kw의 최대 전력값을 출력한다.

도 13에는 충전 유니트에 제1 충전 모듈(200a) 내지 제3 충전 모듈(200c)이 설치된다. DC 스위치부(도 8 참조, 229)가 마련되며, 가변 릴레이부(410)는 설치되지 않는다. DC 버스바(320)는 3개 마련된다. DC 버스바(320)의 형상은 도시된 형상으로 한정되지 않으며, 각 DC 버스바(320)의 형상 차이는 DC 버스바(320)의 영역에 속한 충전팩(100a,100b...100j) 또는 충전 모듈(200a,200b,200c)이 서로 병렬 연결되었음을 표시하기 위한 것이다. 각 DC 버스바(320)의 형상 차이는 DC 스위치부(도 8 참조, 229)의 스위칭 동작에 따라 가변되는 것으로 이해한다. 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부는 도시된 바와 같다.

여기서, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c) 각각에 설치된 제1 충전팩(100a)을 제1 DC 버스바(320a)에 연결시킨다. 각각의 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부에 따라, 충전 유니트는 제1 DC 버스바(320a)를 통하여 12Kw의 최대 전력값을 출력한다.

또한, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b), 제3 충전 모듈(200c) 각각에 설치된 제2 충전팩(100b) 내지 제4 충전팩(100d)을 제2 DC 버스바(320b)에 연결시킨다. 각각의 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부에 따라, 충전 유니트는 제2 DC 버스바(320b)를 통하여 36Kw의 최대 전력값을 출력한다.

따라서, 제1 DC 버스바(320a)에 연결된 제1 커넥터(20a)는 12Kw의 최대 전력값을 출력하고, 제2 DC 버스바(320b)에 연결된 제2 커넥터(20b)는 36Kw의 최대 전력값을 출력한다.

도 14에는 충전 유니트에 제1 충전 모듈(200a) 내지 제3 충전 모듈(200c)이 설치된다. DC 스위치부(도 8 참조, 229) 및 가변 릴레이부(410)가 모두 마련된다. DC 버스바(320a,...320j)는 10개 마련된다. 충전팩 스위치(118)의 온/오프 여부는 도시된 바와 같다.

DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c) 각각의 제4 충전팩(100d)을 제4 DC 버스바(320d)에 연결시킨다. 또한, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c)의 제5 충전팩(100e)을 제5 DC 버스바(320e)에 연결시킨다. 또한, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c) 각각의 제7 충전팩(100g)을 제7 DC 버스바(320g)에 연결시킨다. 또한, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c)의 제8 충전팩(100h)을 제8 DC 버스바(320h)에 연결시킨다. 또한, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c)의 제9 충전팩(100i)을 제9 DC 버스바(320i)에 연결시킨다.

가변 릴레이부(410)는 제4 DC 버스바(320d), 제5 DC 버스바(320e), 제7 DC 버스바(320g), 제8 DC 버스바(320h), 제9 DC 버스바(320i)를 제1 커넥터(20a)에 연결시킨다. 10개의 충전팩이 온되었으므로, 충전 유니트는 제1 커넥터(20a)에 60Kw의 최대 전력값을 출력한다.

또한, DC 스위치부(도 8 참조, 229)는 제1 충전 모듈(200a), 제2 충전 모듈(200b) 및 제3 충전 모듈(200c)의 제10 충전팩(100j)을 제10 DC 버스바(320j)에 연결한다. 가변 릴레이부(410)는 제10 DC 버스바(320j)를 제2 커넥터(20b)에 연결한다. 1 개의 충전팩 스위치(118)가 온되었으므로, 충전 유니트는 제2 커넥터(20b)에 6Kw의 최대 전력값을 출력한다.

따라서, 제1 커넥터(20a)는 급속 충전용으로 사용되며, 제2 커넥터(20b)는 완속 충전용으로 구분 사용된다. 여기서, 전력값 조절을 위한 병렬 연결의 자유도 변화를 살펴보면, 충전팩 스위치(118)만 설치되면 충전 유니트는 1 자유도를 갖는다. 충전팩 스위치(118) 및 DC 스위치부(도 8 참조, 229)가 설치되면 충전 유니트는 2 자유도를 가진다. 충전팩 스위치(118), DC 스위치부(도 8 참조, 229) 및 가변 릴레이부(410)가 함께 설치되면 충전 유니트는 병렬 연결 자유도가 3이다.

메인 제어부는 BMS를 통하여 파악되는 정보, 충전팩에 마련된 구동 칩을 통하여 파악되는 충전팩의 온도 및 동작 상태, 충전 모듈 컨트롤러를 통하여 파악되는 충전 모듈의 온도 및 동작 상태, 충전대에 입력된 사용자 지령 등을 인식한다.

이에 따라, 메인 제어부는, 충전팩 스위치의 온/오프 여부, DC 스위치부 및 가변 릴레이부의 메쉬 연결 구조를 결정하며, 이에 따른 제어 명령을 하달하고, 각각의 커넥터별로 인가될 DC 전원의 전력값/전압/전류 등을 최적 결정한다.

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 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

15...커넥터 라인 20a,20b,20c...커넥터
100...충전팩 100a...제1 충전팩
100b...제2 충전팩 100n...제n 충전팩
110...AC 터미널(AC terminal) 111...퓨즈
112...노이즈 필터 113...전류 제한기
114...AC/DC 변환기 115...출력 필터
116...피드백 수단 117...구동 칩
118...충전팩 스위치 119...전압 검출부
120...DC 터미널(DC terminal) 130...DC/DC 변환기
140...충전팩 배터리 200...충전 모듈
200a...제1 충전 모듈 200b...제2 충전 모듈
200k...제k 충전 모듈 210...AC 입력부
212...AC 연결 라인 217...충전 모듈 컨트롤러
220...DC 출력부 222...DC 연결 라인
229...DC 스위치부 300...충전 유니트
310...AC 버스바 320...DC 버스바
320a...제1 DC 버스바 320b...제2 DC 버스바
320n....제n DC 버스바 400...파워 전달부
410...가변 릴레이부 500...메인 제어부
600a...제1 충전대 600b...제2 충전대
600c...제3 충전대 610...표시부
U0...일체형 스탠드 U1...옥내부
U2...옥외부

Claims

AC 전원이 입력되는 AC 터미널과, 상기 AC 전원을 DC 전원으로 정류하는 AC/DC 변환기와, 제1 전력값의 DC 전원을 출력하는 DC 터미널과, 상기 DC 전원의 출력을 온/오프시키는 충전팩 스위치가 마련되는 충전팩; 을 포함하고,
상기 충전팩이 복수로 배열되며 서로 병렬 연결되고,
상기 충전팩의 설치 개수의 증감 또는 상기 각 충전팩 스위치의 온/오프 여부에 따라, 상기 제1 전력값부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값으로 정류된 상기 DC 전원이 상기 충전팩의 배열로부터 전기 차량으로 공급되며,
상기 DC 전원의 전력값 변화에 따라 상기 전기 차량의 충전 속도 조절이 가능한 유니버셜 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 충전팩이 병렬 연결 상태로 복수개 배열되는 충전 모듈; 을 포함하고,
상기 충전 모듈은, 상기 AC 터미널에 상기 AC 전원을 공통 입력하는 AC 입력부와, 상기 DC 터미널을 병렬 연결하는 DC 출력부와, 상기 충전팩과 데이터 통신하면서 상기 충전팩 스위치의 온/오프 여부를 상기 충전팩 별로 개별 제어하는 충전 모듈 컨트롤러를 포함하며,
상기 충전 모듈 컨트롤러에 의한 상기 각각의 충전팩 스위치의 온/오프 여부에 따라 상기 DC 출력부에서 출력되는 상기 DC 전원의 전력값이 가변되는 유니버셜 충전 장치.
제2항에 있어서,
상기 AC 입력부에 공통 연결되는 AC 버스바와, 상기 DC 출력부를 병렬 연결하는 DC 버스바를 구비하며, 상기 충전 모듈이 착탈 가능하게 복수로 병렬 연결되는 충전 유니트; 를 포함하며,
상기 충전 유니트에 설치되는 상기 충전 모듈의 개수에 비례하여 상기 DC 버스바에서 출력되는 상기 DC 전원의 전력값이 가변되는 유니버셜 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전력값을 출력하는 상기 DC 터미널의 출력 전압 또는 출력 전류를 가변시킬 수 있으며,
상기 DC 터미널 및 상기 전기 차량을 연결하는 커넥터가 복수로 마련될 때, 상기 각각의 커넥터별로 서로 구별되는 전력값, 서로 구별되는 출력 전압 및 서로 구별되는 출력 전류를 인가할 수 있는 유니버셜 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 전력값을 출력하는 상기 DC 터미널의 출력 전압 또는 출력 전류를 가변시킬 수 있고,
상기 제1 전력값의 양의 정수 배를 출력하는 상기 DC 출력부 또는 상기 DC 버스바의 출력 전압 또는 출력 전류를 가변시킬 수 있으며,
상기 DC 터미널, 상기 DC 출력부 및 상기 DC 버스바 중 어느 하나와 상기 전기 차량을 연결하는 커넥터가 복수로 마련될 때, 상기 각각의 커넥터별로 서로 구별되는 전력값, 서로 구별되는 출력 전압 및 서로 구별되는 출력 전류를 인가할 수 있는 유니버셜 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 DC 버스바는 제1 DC 버스바 및 제2 DC 버스바를 포함하여 복수로 분기되며,
상기 제1 DC 버스바에 연결된 제1 커넥터에 비하여 상기 제2 DC 버스바에 연결된 제2 커넥터에는 상기 제1 DC 버스바보다 작은 전력값의 DC 전원이 전달되고,
상기 제1 커넥터는 급속 충전용으로 사용되며,
상기 제2 커넥터는 중속 충전용 또는 완속 충전용으로서 상기 제1 커넥터와 구분되어 상기 전기 차량에 연결되는 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대; 를 포함하며,
상기 충전 유니트는 상기 충전대와 별개로 마련되며 서로 다른 위치에 설치되는 유니버셜 충전 장치.
제3항에 있어서,
상기 전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 커넥터와 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되며, 사용자 지령을 입력받는 충전대;
상기 충전 유니트에서 생성된 상기 DC 전원을 상기 충전대에 전달하는 파워 전달부;
상기 충전 모듈 컨트롤러와 데이터 통신하면서 상기 충전 모듈 컨트롤러를 상기 충전 모듈별로 개별 제어하는 메인 제어부; 를 포함하며,
상기 메인 제어부는, 상기 BMS, 상기 파워 전달부 및 상기 충전 유니트와 데이터 통신하고,
상기 메인 제어부는, 상기 BMS를 통하여 파악되는 상기 전기 차량의 충전 상태, 상기 충전팩에 마련된 구동 칩을 통하여 파악되는 상기 충전팩의 온도 및 동작 상태, 상기 충전 모듈 컨트롤러를 통하여 파악되는 상기 충전팩 또는 상기 충전 모듈의 온도 및 동작 상태, 상기 충전대에 입력된 상기 사용자 지령 중 적어도 하나를 인식하고,
상기 메인 제어부는, 상기 각각의 커넥터별로 다양하게 인가될 상기 DC 전원의 전력값, 상기 DC 전원의 출력 전압 및 상기 DC 전원의 출력 전류 중 적어도 하나를 최적 결정하는 유니버셜 충전 장치.
AC 전원을 DC 전원으로 정류하여 제1 전력값의 DC 전원을 생성하는 충전팩;
상기 충전팩이 제1 충전팩부터 제n 충전팩까지 병렬로 배열되며, 상기 n은 양의 정수인 충전 모듈;
상기 충전 모듈이 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈까지 착탈 가능하게 병렬로 배열되며, 상기 k는 양의 정수인 충전 유니트;
전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대;
데이터 통신을 통하여 입수한 상기 충전팩, 상기 충전 모듈, 상기 충전 유니트, 상기 충전대 및 상기 BMS의 설치 개수 또는 작동 상태에 따라, 상기 충전팩의 제1 전력값부터 상기 제1 전력값의 양의 정수 배에 해당하는 다양한 전력값의 DC 전원을 상기 커넥터별로 구분 공급하는 메인 제어부; 를 포함하는 유니버셜 충전 장치.
제9항에 있어서,
상기 충전팩은, AC 전원이 입력되는 AC 터미널과, 상기 AC 전원을 상기 DC 전원으로 정류하는 AC/DC 변환기와, 상기 제1 전력값의 상기 DC 전원을 출력하는 DC 터미널과, 상기 DC 전원의 출력을 온/오프시키는 충전팩 스위치를 포함하고,
상기 메인 제어부는 상기 충전팩별로 상기 충전팩 스위치를 온/오프시켜 상기 제1 충전팩부터 제n 충전팩 중 특정의 충전팩을 선택적으로 상기 충전대에 연결하는 유니버셜 충전 장치.
제9항에 있어서,
상기 충전팩은, AC 전원이 입력되는 AC 터미널과, 상기 AC 전원을 상기 DC 전원으로 정류하는 AC/DC 변환기와, 제1 전력값의 상기 DC 전원을 출력하는 DC 터미널과, 상기 DC 전원의 출력을 온/오프시키는 충전팩 스위치를 포함하고,
상기 충전 모듈은, 상기 AC 터미널에 상기 AC 전원을 공통 입력하는 AC 입력부와, 상기 DC 터미널을 병렬 연결하는 DC 출력부와, 상기 충전팩과 데이터 통신하면서 상기 충전팩 스위치의 온/오프 여부를 상기 충전팩 별로 개별 제어하는 충전 모듈 컨트롤러를 포함하며,
상기 충전 유니트는 상기 AC 입력부에 공통 연결되는 AC 버스바와, 상기 DC 출력부를 병렬 연결하는 DC 버스바를 포함하고,
상기 AC 전원은 상기 AC 버스바를 통하여 상기 충전 유니트에 입력된 다음 상기 AC 입력부를 통하여 상기 충전 모듈별로 분배되고 상기 AC 터미널을 통하여 상기 충전팩별로 공통 입력되며,
상기 DC 터미널을 통하여 상기 제1 전력값으로 출력되는 상기 DC 전원은 상기 DC 출력부 및 상기 DC 버스바를 거치며 그 전력값이 변동되는 유니버셜 충전 장치,
제11항에 있어서,
상기 메인 제어부가 상기 제1 충전팩 내지 제n 충전팩 중 특정의 충전팩을 선택하여 온시키면 상기 DC 출력부에서 출력되는 DC 전원의 전력값이 변동되고,
상기 메인 제어부가 상기 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈 중 특정의 충전 모듈을 선택하여 상기 DC 버스바에 연결시키면 상기 DC 버스바에서 출력되는 DC 전원의 전력값이 변동되는 유니버셜 충전 장치.
제12항에 있어서,
상기 DC 터미널 중 적어도 일부를 선택하여 복수의 조합으로 병렬 연결시키는 DC 스위치부가 상기 DC 출력부에 마련되거나,
상기 DC 버스바가 여러 가닥으로 마련될 때 상기 DC 버스바 중 적어도 일부를 선택하여 복수의 조합으로 병렬 연결시키는 가변 릴레이부가 상기 DC 버스바의 출측에 설치되며,
상기 메인 제어부는, 상기 DC 스위치부 또는 상기 가변 릴레이부 중 적어도 하나의 동작을 제어함으로써, 상기 제1 충전팩 내지 제n 충전팩 중 특정의 충전팩을 선택적으로 병렬 연결하거나 상기 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈 중 특정의 충전 모듈을 선택적으로 병렬 연결하는 유니버셜 충전 장치.
제9항에 있어서,
상기 메인 제어부는, 상기 각각의 커넥터별로 상기 DC 전원의 출력 전압 또는 상기 DC 전원의 출력 전류를 구별하여 인가하는 유니버셜 충전 장치.
전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대;
AC 전원을 DC 전원으로 정류하며 상기 정류된 상기 DC 전원을 상기 충전대에 공급하는 충전 유니트; 를 포함하며,
상기 충전 유니트는 상기 충전대와 분리형으로 마련되며 서로 다른 장소에 설치되는 유니버셜 충전 장치.
제15항에 있어서,
상기 커넥터별로 상기 DC 전원의 전력값, 상기 DC 전원의 출력 전압, 상기 DC 전원의 출력 전류 중 적어도 하나가 구별 인가되는 유니버셜 충전 장치.
AC 전원을 DC 전원으로 정류하는 충전팩이 복수개 병렬로 배열된 충전 모듈이 제1 충전 모듈부터 제k 충전 모듈까지 착탈 가능하게 병렬로 배열되는 충전 유니트;
전기 차량의 내부에 설치되는 EV 배터리 및 BMS와 연결되는 복수의 커넥터와, 상기 커넥터를 통한 충전량을 표시하는 표시부가 마련되는 충전대;
상기 충전 모듈, 상기 충전 유니트, 상기 충전대 및 상기 BMS의 설치 개수 또는 작동 상태를 상기 전기 차량과 데이터 통신을 통하여 입수하고, 상기 충전 모듈 한 개가 출력하는 DC 전원의 전력값부터 여기에 상기 양의 정수 k를 곱한 전력값까지 변동 가능한 다양한 전력값의 DC 전원을 급속 충전 또는 완속 충전 여부에 따라 상기 커넥터별로 구분 공급하는 메인 제어부; 를 포함하며,
상기 충전 유니트는 상기 충전대와 분리형으로 마련되며 서로 다른 장소에 설치되고,
상기 커넥터별로 상기 DC 전원의 출력 전압, 상기 DC 전원의 출력 전류 중 적어도 하나가 구별 인가되는 유니버셜 충전 장치.
삭제
삭제
삭제