KR101057404B1 - 전기 자동차 충전 시스템 및 충전 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 자동차 충전 시스템 및 충전 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 충전 스테이션, 제1 충전 플러그를 통하여 충전 스테이션과 결합되어 충전 스테이션에 저장된 충전 전력을 전기 자동차로 전달하는 충전 장치를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템에 있어서, 제1 충전 플러그는 외부에 감지 기능을 가지는 전극을 포함하며, 충전 스테이션은 제1 충전 플러그로부터 수신된 전기 신호를 통하여 인체 접촉 여부를 판단하고, 인체 접촉 중인 상태로 판단하면 상기 충전 전력의 공급을 차단시킨다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 충전 플러그에 센싱 기능을 가지는 전극을 설치함으로써, 전기 자동차의 충전 시 사용자의 손이 접촉된 상태에서는 충전을 중단하게 하여 감전사고 등을 미리 예방할 수 있으며 안전하게 전기 자동차를 충전할 수 있다.
전기 자동차, 충전 플러그, 충전 스테이션, 플러그 단자
Description
본 발명은 전기 자동차 충전 시스템 및 충전 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차 충전 시에 인체 접촉이 감지된 경우에는 충전을 중단하도록 하는 전기 자동차 충전 시스템 및 충전 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차는 운행을 위한 에너지 원으로서 전기를 사용하는 차량으로, 전기 자동차는 축전지에 충전된 전기를 연료로 사용하여 전동기를 구동시키는 원리로 되어 있으며, 축전기의 전기 소모에 따라 수시로 전기를 충전시켜주어야 한다.
전기 자동차는 크게 모터(전동기), 컨트롤러, 인버터, 충전기, DC/DC 컨버터, 배터리 등으로 구성되어 있으며, 배터리는 모터에 전력을 공급하는 역할을 하는 주 배터리와 기존 휘발유 차와 같이 전기장치에 전력을 공급하는 역할을 하는 보조 배터리로 나누어 진다. 주 배터리를 충전함에 있어서, 종래에는 일측이 전기 자동차에 구비된 충전 포트와 연결되는 전원 공급 플러그, 타측이 충전 스테이션과 연결되는 전원 공급 플러그, 및 양쪽 전원 공급 플러그 사이를 연결하는 전원 케이 블로 이루어 졌다.
그러나 종래 기술에 따르면 전기 자동차를 충전시키는 경우, 충전되는 전력은 300V 이상의 고전압이므로, 사용자가 직접 전원 공급 플러그를 충전 스테이션에 연결시키는 과정에서 감전 사고가 발생하면 매우 위험한 상황이 초래될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안전하게 전기 자동차를 충전할 수 있는 전기 자동차 충전 시스템 및 충전 제어 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차 충전시스템은, 충전 스테이션, 제1 충전 플러그를 통하여 상기 충전 스테이션과 결합되어 상기 충전 스테이션에 저장된 충전 전력을 전기 자동차로 전달하는 충전 장치를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템에 있어서, 상기 제1 충전 플러그는 외부에 감지 기능을 가지는 전극을 포함하며, 상기 충전 스테이션은 상기 제1 충전 플러그로부터 수신된 전기 신호를 통하여 인체 접촉 여부를 판단하고, 인체 접촉 중인 상태로 판단하면 상기 충전 전력의 공급을 차단시킨다.
상기 제1 충전 플러그는, 상기 충전 스테이션으로부터 상기 충전 전력을 공급받는 전력공급단자, 상기 충전 스테이션으로부터 기준 전압을 인가받는 접지단자, 그리고 상기 충전 스테이션과의 접촉을 감지하는 결합단자를 포함할 수 있다.
상기 충전 스테이션은, 상기 전극을 통해 감지된 저항 값을 통하여 인체 접촉 여부를 판단하는 접촉 감지부, 상기 인체 접촉 여부에 대응하여 상기 충전 전력의 공급을 제어하는 제어부, 그리고 상기 전기 자동차로 상기 충전 전력을 공급하는 충전 전력 공급부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 접촉 감지부로부터 인체 접촉 정보를 수신하면, 상기 접지단자 및 상기 전력공급단자에 연결된 스위치를 턴오프 시키고, 상기 접촉 감지부로부터 인체 비접촉 정보를 수신하면, 상기 접지단자 및 상기 전력공급단자에 연결된 스위치를 턴온 시킬 수 있다.
상기 충전 장치는, 상기 전기 자동차의 충전구에 연결되어 상기 충전 전력을 공급하는 제2 충전 플러그, 및 상기 제1 충전 플러그와 상기 제2 충전 플러그 사이에 연결되어 상기 충전 전력을 전달하는 충전 케이블을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 충전 플러그를 통하여 충전 장치와 연결되며, 상기 충전 장치를 통하여 충전 전력을 전기 자동차로 공급하는 충전 스테이션의 충전 제어 방법에 있어서, 외부에 감지 기능을 가지는 전극을 포함하는 상기 제1 충전 플러그로부터 전기 신호를 수신하는 단계, 상기 전기 신호로부터 인체 접촉 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 인체 접촉 판단 여부에 대응하여 상기 충전 전력의 공급을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 전기 신호로부터 인체 접촉 여부를 판단하는 단계는, 상기 전극을 통해 감지된 저항 값을 통하여 인체 접촉 여부를 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 충전 플러그에 센싱 기능을 가지는 전극을 설치함으로써, 전기 자동차의 충전 시 사용자의 손이 접촉된 상태에서는 충전을 중단하게 하여 감전 사고 등을 미리 예방할 수 있으며 안전하게 전기 자동차를 충전할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 나타낸 개략도이다. 전기 자동차용 충전 장치(100)는 충전 스테이션(200)과 전기 자동차(300) 사이에 연결되어, 충전 스테이션(200)에서 공급되는 충전 전력을 전기 자동차(300)로 전달한다.
전기 자동차용 충전 장치(100)는 제1 충전 플러그(110), 제2 충전 플러그(120) 및 충전 케이블(130)을 포함한다. 제1 충전 플러그(110)는 충전 스테이션(200)에 연결되고, 제2 충전 플러그(120)는 전기 자동차(300)의 충전구(310)에 연결된다.
제1 충전 플러그(110)의 손잡이 부분은 감지 센서 기능이 있는 전극으로 싸여 있으며, 전극은 코일 또는 동판과 같은 전도성 물질로 이루어진다.
충전 케이블(130)은 제1 충전 플러그(110)와 제2 충전 플러그(120)의 사이에 연결되어, 충전 스테이션(200)으로부터 충전 전류를 전기 자동차(300)로 전달한다. 충전 케이블(130)은 사용의 편의를 위하여 스프링 형태로 감겨 있는 것이 바람직하며, 안전을 위하여 외부는 고무나 비전도성 합성 수지 등으로 이루어진다.
사용자는 전기 자동차용 충전 장치(100)를 전기 자동차(300)의 충전구(310)와 충전 스테이션(200)에 각각 연결하여, 충전 스테이션(200)에 저장된 충전 전력을 전기 자동차(300)에 공급하도록 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 충전 플러그를 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 2a 및 도 2b는 사용자가 충전 플러그를 잡고 있는 형태를 나타낸 예시도이며, 도 2c 및 도 2d는 충전 플러그의 내부 단자의 배치를 나타낸 도면이다.
제1 및 제2 충전 플러그(110, 120)는 도 2a와 같이 사용자가 손으로 잡기가 편하도록 손잡이 부분이 일정 각도로 회전이 가능하다. 그리고, 도 2b내지 도 2d에서 보는 바와 같이 충전 플러그의 결합 부분은 여러 개의 플러그 단자로 이루어지며, 도 2b 내지 도 2d에서는 7개의 플러그 단자, 즉 전력공급단자(L1, L2, L3), 접지단자(earth), 중성단자(neutral), 결합단자(plug present), 파일럿 제어 단자(ntrol pilot)로 이루어진 것으로 도시하였다.
여기서, 전력공급단자(L1, L2, L3)는 충전 전력이 공급되는 플러그 단자로서, 제1 충전 플러그(110)에 설치된 전력공급단자(L1, L2, L3)를 통하여 충전 스테이션(200)으로부터 전력을 공급받는다. 마찬가지로 제2 충전 플러그(120)에 설치된 전력공급단자(L1, L2, L3)를 통하여 전기 자동차(300)로 전력을 공급한다. 도 2d에서는 전력공급단자(L1, L2, L3)를 통하여 400V의 전압과 32A의 전류에 해당하는 전력이 공급되는 것으로 예시하였다.
그리고, 접지단자(earth)는 접지 점으로서, 중성단자(neutral)는 중성 점으로서, 각각 충전되는 전력에 대하여 기준 전압으로 작용한다.
결합단자(plug present)는 전기 자동차(300)의 충전구(310) 또는 충전 스테이션(200)의 정상적인 접촉을 감지하는 부분으로서, 정상적으로 결합이 되면 결합단자(plug present)에 연결된 스위치(충전 스테이션에 포함됨)가 턴온되어 전력 공급이 진행된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3과 같이 충전 스테이션(200)은 배터리부(210), 접촉 감지부(220), 제어부(230) 및 충전 전력 공급부(240)를 포함한다.
배터리부(210)는 전기 자동차(300)에 공급될 충전 전력을 저장한다. 접촉 감지부(220)는 제1 충전 플러그(110)에서 센싱된 저항 값으로부터 감지 여부를 판단한다. 즉, 제1 충전 플러그(110)의 전극 부분을 사용자가 접촉하고 있는 경우와 접촉하지 않고 있는 경우에 저항 값의 차이가 발생한다는 점을 이용하여 접촉 감지부(220)는 저항 값의 변화를 통하여 인체 접촉 여부를 판단한다.
더욱 상세하게 설명하면, 인체 접촉 시에는 인체가 가지고 있는 고유한 전기 저항 값과 정전 용량 값의 변화에 따른 저항 값이 포함되어 새로운 저항 값을 가지게 된다. 따라서, 접촉 감지부(220)는 이전에 축적된 비 접촉 시의 저항 값과 현재의 저항 값을 비교하여 현재 인체가 접촉된 상태인지를 판단한다.
제어부(230)는 인체 접촉 여부에 대응하여 전력 공급의 차단 여부를 결정한다. 제어부(230)는 사람이 제1 충전 플러그(110)에서 손을 떼지 않은 상태라고 판 단되면 충전 차단 신호를 생성하고, 사람이 제1 충전 플러그(110)에서 손을 뗀 것으로 판단되면 충전 전류를 흐르게 하여 누설 전류나 인체의 접촉으로 인한 감전을 예방한다.
즉, 제어부(230)는 인체 접촉 여부의 판단 결과에 따라서 접지단자(earth)에 연결된 스위치에 대하여 온/오프 제어하고, 동시에 전력공급단자(L1, L2, L3)에 연결된 스위치에 대하여 온/오프 제어하도록 한다.
충전 전력 공급부(240)는 제어부(230)에 의해 스위치들이 모두 턴온되면 제1 충전 플러그(110)를 통하여 전기 자동차(300)로 전력을 공급한다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 통하여 인체 접촉 상태에 따라서 충전 스테이션(200)이 충전 전력의 공급을 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인체 접촉 상태에 따라서 제1 충전 플러그로 전류를 공급하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 도 4를 설명하기 위한 간략 회로도이다.
먼저 충전 스테이션(200)에 포함된 접촉 감지부(220)는 제1 충전 플러그(110)에 부착된 전극으로부터 저항 값을 포함하는 전기 신호를 수신하고(S410), 전기 신호로부터 인체 접촉 여부를 판단한다(S420). 상기에서 설명한 바와 같이, 인체 접촉 시에는 인체가 갖는 고유한 전기 저항에 의하여 저항 값에 차이가 생기므로, 접촉 감지부(220)는 저항 값의 변화를 통하여 인체 접촉 여부를 판단한다.
만일 현재 인체 접촉 상태인 것으로 판단되면, 제어부(230)는 전력 공급 차단 신호를 생성하고, 접지단자(earth)에 연결된 스위치와 전력공급단자(L1, L2, L3)에 연결된 스위치를 각각 턴 오프 시키도록 제어한다(S430). 따라서, 만일 충전이 진행 중인 경우에는 충전 전력 공급을 중단시킨다(S435).
현재 인체 접촉 상태가 아닌 것으로 판단되면, 제어부(230)는 전력 공급 신호를 생성하고, 접지단자(earth)에 연결된 스위치와 전력공급단자(L1, L2, L3)에 연결된 스위치를 각각 턴 온 시키도록 제어한다(S440). 그리고, 충전 스테이션(200)과 제1 충전 플러그(110)가 정상적으로 결합이 되면 결합단자(plug present)에 연결된 스위치가 턴온된다. 여기서, 제1 충전 플러그(110)에 포함된 플러그 단자들과 연결되는 스위치 들은 모두 충전 스테이션(200)에 포함되는 것은 자명하다.
이와 같이 스위치들이 턴온 되면, 충전 전력 공급부(240)는 배터리부(210)에 저장되어 있는 충전 전력을 제1 충전 플러그(110)를 통하여 전기 자동차용 충전 장치(100)로 공급한다(S450). 또한 현재 충전 전력이 공급 중인 경우에는 제어부(230)는 계속 충전이 유지되도록 제어한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면 인체 접촉 여부를 판단하여, 인체가 접촉되지 않은 상태에서 충전이 진행하도록 할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예가 적용된 전기 자동차 충전 시스템을 이용하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6b는 도 6a를 설명하기 위한 전기 자동차 충전 시스템을 나타내는 예시도이다.
먼저, 사용자는 스마트 카드나 각종 지불용 카드를 충전 스테이션(200)의 정해진 투입구에 인입시키거나 스크린에 가까이 근접시키고 충전금액을 입력하면 충 전 스테이션(200)의 하부에 구비된 전기 자동차용 충전 장치(100) 보관용 슬라이드 도어가 열린다(S610).
그리고, 사용자는 도 6b와 같이 전기 자동차용 충전 장치(100)를 전기 자동차(300)와 충전 스테이션(100)에 각각 연결한다(S620).
이 때 충전 스테이션의 제어부(230)는 제1 충전 플러그(110)에 위치한 센싱 기능을 가진 전극을 통하여 인체 접촉 사실을 인지하고 전류를 흘리지 않는 대기 상태로 설정한다(S630).
그리고 사람이 충전 플러그 손잡이에서 손을 뗀 후 인체 접촉이 없는 사실을 인지한 후, 제어부(230)는 충전 전류를 공급하도록 제어하여 누설 전류나 인체의 접촉으로 인한 감전을 예방한다(S640).
또한 제어부(230)는 충전 중에 외부의 충격으로 인해 전기 자동차용 충전 장치의 어느 한쪽이 연결이 끊어졌을 때 충전 전류가 변화함을 감지하여 이상 상태로 인지한다. 그리고 제어부(230)는 전류 공급 차단 신호를 생성하여 충전 스테이션 자체에서 내부 연결을 차단함으로써 불시의 상황으로 인한 감전을 예방한다.
그리고, 사용자는 충전 종료 후 전기 자동차용 충전 장치(100)를 원래 위치로 복귀 시킨 후 케이블 슬라이드 도어를 닫고 충전 종료 버튼을 눌러 충전을 종료 확인하고 스마트 카드나 지불 카드를 스크린에 근접 시켜 정산한다(S650).
이 때 케이블 거치대를 걸이형 후크 타입으로 설계함으로써, 전기 자동차용 충전 장치(100)의 원위치 복귀 여부를 알 수 있다. 즉, 전기 자동차용 충전 장치(100)가 거치대에 원위치 복귀하였을 때, 전기 자동차용 충전 장치(100)의 무게 로 인해 아래로 처지게 되므로, 제어부(230)는 거치대가 쳐지면 전기 자동차용 충전 장치(100)가 정상적으로 수납된 것으로 판단한다. 반대로, 거치대가 쳐지지 않으면 제어부(230)는 전기 자동차용 충전 장치(100)가 정상적으로 수납되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 충전 플러그에 센싱 기능을 가지는 전극을 설치함으로써, 전기 자동차의 충전 시 사용자의 손이 접촉된 상태에서는 충전을 중단하게 하여 감전 사고 등을 미리 예방할 수 있으며 안전하게 전기 자동차를 충전할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 충전 플러그를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 스테이션의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인체 접촉 상태에 따라서 제1 충전 플러그로 전류를 공급하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4를 설명하기 위한 간략 회로도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예가 적용된 전기 자동차 충전 시스템을 이용하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6b는 도 6a를 설명하기 위한 전기 자동차 충전 시스템을 나타내는 예시도이다.
Claims (10)
- 충전 스테이션, 제1 충전 플러그를 통하여 상기 충전 스테이션과 결합되어 상기 충전 스테이션에 저장된 충전 전력을 전기 자동차로 전달하는 충전 장치를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템에 있어서,상기 제1 충전 플러그는 외부에 감지 기능을 가지는 전극을 포함하며,상기 충전 스테이션은 상기 제1 충전 플러그로부터 수신된 전기 신호를 통하여 인체 접촉 여부를 판단하고, 인체 접촉 중인 상태로 판단하면 상기 충전 전력의 공급을 차단시키는 전기 자동차 충전 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제1 충전 플러그는,상기 충전 스테이션으로부터 상기 충전 전력을 공급받는 전력공급단자,상기 충전 스테이션으로부터 기준 전압을 인가받는 접지단자, 그리고상기 충전 스테이션과의 접촉을 감지하는 결합단자를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 충전 스테이션은,상기 전극을 통해 감지된 저항 값을 통하여 인체 접촉 여부를 판단하는 접촉 감지부,상기 인체 접촉 여부에 대응하여 상기 충전 전력의 공급을 제어하는 제어부, 그리고상기 전기 자동차로 상기 충전 전력을 공급하는 충전 전력 공급부를 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 제어부는,상기 접촉 감지부로부터 인체 접촉 정보를 수신하면, 상기 접지단자 및 상기 전력공급단자에 연결된 스위치를 턴오프 시키고,상기 접촉 감지부로부터 인체 비 접촉 정보를 수신하면, 상기 접지단자 및 상기 전력공급단자에 연결된 스위치를 턴온 시키는 전기 자동차 충전 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 충전 장치는,상기 전기 자동차의 충전구에 연결되어 상기 충전 전력을 공급하는 제2 충전 플러그, 및상기 제1 충전 플러그와 상기 제2 충전 플러그 사이에 연결되어 상기 충전 전력을 전달하는 충전 케이블을 더 포함하는 전기 자동차 충전 시스템.
- 제1 충전 플러그를 통하여 충전 장치와 연결되며, 상기 충전 장치를 통하여 충전 전력을 전기 자동차로 공급하는 충전 스테이션의 충전 제어 방법에 있어서,외부에 감지 기능을 가지는 전극을 포함하는 상기 제1 충전 플러그로부터 전기 신호를 수신하는 단계,상기 전기 신호로부터 인체 접촉 여부를 판단하는 단계, 그리고상기 인체 접촉 판단 여부에 대응하여 상기 충전 전력의 공급을 제어하는 단계를 포함하는 전기 자동차용 충전 스테이션의 충전 제어 방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 충전 플러그는,상기 충전 스테이션으로부터 상기 충전 전력을 공급받는 전력공급단자,상기 충전 스테이션으로부터 기준 전압을 인가받는 접지단자, 그리고상기 충전 스테이션과의 접촉을 감지하는 결합단자를 포함하는 전기 자동차용 충전 스테이션의 충전 제어 방법.
- 제7항에 있어서,상기 전기 신호로부터 인체 접촉 여부를 판단하는 단계는,상기 전극을 통해 감지된 저항 값을 통하여 인체 접촉 여부를 판단하는 전기 자동차용 충전 스테이션의 충전 제어 방법.
- 제8항에 있어서,상기 인체 접촉 여부에 대응하여 상기 충전 전력의 공급을 제어하는 단계는,인체 접촉 중인 상태로 판단하면, 상기 접지단자 및 상기 전력공급단자에 연결된 스위치를 턴오프 시켜 상기 충전 전력의 공급을 차단하는 단계, 그리고인체 접촉 중이 아닌 상태로 판단하면, 상기 접지단자 및 상기 전력공급단자에 연결된 스위치를 턴온시켜 상기 충전 전력의 공급을 유지하는 단계를 포함하는 전기 자동차용 충전 스테이션의 충전 제어 방법.
- 제6항에 있어서,상기 충전 장치는,상기 전기 자동차의 충전구에 연결되어 상기 충전 전력을 공급하는 제2 충전 플러그, 그리고상기 제1 충전 플러그와 상기 제2 충전 플러그 사이에 연결되어 상기 충전 전력을 전달하는 충전 케이블을 더 포함하는 전기 자동차용 충전 스테이션의 충전 제어 방법.
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