KR101493691B1 - 충전시스템 및 그 제어방법, 그리고 충전기 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계통과 연결되어 있는 계통접속점, 충전시스템들 사이의 송전 경로인 전력버스와 연결되어 있는 버스접속점, 상기 계통접속점 혹은 상기 버스접속점으로부터 공급되는 전력을 변환하여 적어도 둘 이상의 자동차로 충전전력을 공급하는 적어도 둘 이상의 충전기 및 다른 충전시스템으로 전력을 송전하는 송전기를 포함하는 충전시스템을 제공한다.

Description

충전시스템 및 그 제어방법, 그리고 충전기 제어방법{ELECTRIC CHARGING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF, AND CONTROL METHOD OF APPARATUS FOR CHARGING}

본 발명은 충전스테이션 및 충전기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 이동수단에 대한 충전기 및 그 충전기를 포함하는 충전스테이션에 관한 것이다.

환경에 대한 관심이 고조되면서 전기에너지를 이용하여 이동하는 자동차가 다수 개발되고 있다. 이러한 자동차로는 전기만으로 운행되는 전기자동차가 있으며, 또한, 가솔린엔진과 전기모터를 모두 포함하고 있는 하이브리드형 자동차도 있다.

자동차가 전기에너지를 이용하여 운행하기 위해서는 전기에너지를 공급해 줄 수 있는 장치가 필요하다. 퓨얼셀(연료전지) 자동차의 경우, 수소와 산소가 결합하는 과정에서 발생하는 전기를 이용하여 자동차 운행에 필요한 에너지를 공급한다. 퓨얼셀과 같은 장치는 일종의 발전기와 같은 장치로서 연료(예를 들어, 수소)를 공급해 주면 지속적으로 전기에너지를 생산할 수 있다. 그런데, 이러한 퓨얼셀과 같은 발전기를 포함하고 있지 않은 자동차들은 배터리와 같은 전기에너지 저장장치를 이용하여 전기에너지를 공급해 주어야 한다.

배터리는 화학에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 장치로서, 충전의 과정을 통해 전기에너지를 고에너지 상태의 화학구조물로 변환하여 보관하고 있다가 방전의 과정을 통해 고에너지 상태의 화학구조물을 저에너지 상태의 화학구조물로 변환하면서 발생하는 에너지를 전기에너지의 형태로 방출하게 된다. 전기자동차 및 하이브리드 자동차는 이러한 배터리를 전기에너지의 공급원으로 사용하고 있다.

이러한 배터리는 일정한 양의 에너지만을 저장할 수 있기 때문에 자동차는 수시로 이러한 배터리를 충전해 주어야 한다. 최근 배터리를 포함하고 있는 자동차를 충전하기 위한 충전기 및 이러한 충전기를 다수 포함하고 있는 충전시스템들이 곳곳에 설치되고 있다.

하나의 충전기 혹은 둘 이상의 충전기를 포함하고 있는 충전시스템들은 계통과 같은 상용전력망으로부터 전력을 공급받고 이렇게 공급되는 전력을 자동차의 전압과 특성에 맞게 변환하는 기능을 수행한다. 그런데, 이러한 충전기 혹은 충전시스템으로 공급될 수 있는 계통의 전력에는 일정한 제한이 있다. 이러한 제한은 크게 하드웨어적인 측면과 정책적인 측면에서 발생하게 된다. 먼저, 하드웨어적인 측면을 보면, 충전기 혹은 충전시스템과 계통을 연결해 주는 접점에서의 하드웨어 장치들, 예를 들어, 전력선(케이블), 차단기, 변압기 등은 일정한 전력용량을 가지고 있다. 이러한 하드웨어적인 전력용량의 한계에 의해 충전기 혹은 충전시스템으로 공급될 수 있는 계통의 전력에는 일정한 제한이 발생하게 된다.

다른 측면으로 정책적인 측면에서 위와 같은 제한이 발생할 수 있다. 자동차에 대한 충전은 순간적으로 많은 전력이 필요한 과정으로서 계통의 관리 측면에서 이러한 피크전력들은 계통을 교란시키는 요소가 될 수 있다. 이러한 이유로 정책당국은 계통과의 한 접점을 통해 공급되는 전력량을 정책적으로 제한할 수 있다. 전력제한기를 통해 이러한 제한이 수행될 수도 있으며, 가격정책(예를 들어, 제한 전력량을 초과하는 전력사용에 대해서는 고비용의 전력단가를 적용하는 정책)을 통해 이러한 제한이 수행될 수도 있다.

다수의 충전기 혹은 충전시스템을 포함하고 있는 충전스테이션에서 위와 같은 계통의 전력공급 제한은 충전기 혹은 충전시스템의 효율적인 운용을 방해하는 요소로 작용하게 된다. 예를 들어, 충전스테이션에 두 대의 충전시스템이 설치되어 있고, 이중 제2 충전시스템은 다수의 자동차가 접속되어 있고, 제1 충전시스템은 자동차가 접속되어 있지 않다고 가정해 보자. 이때, 제2 충전시스템은 제한된 전력용량으로 인해 접속된 자동차로 충분한 충전전력을 공급하지 못할 수 있다. 제1 충전시스템에는 여유 전력이 충분히 있는 상황에서 제2 충전시스템에는 제한된 전력만을 공급해야 하는 상황은 충전스테이션 측면에서 비효율적인 것이 된다.
한편, 본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0109914에 개시되어 있습니다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 전력용량의 제한을 가지고 있는 둘 이상의 충전시스템에서 제1 충전시스템의 여유전력을 제2 충전시스템으로 송전하는 기술을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 계통과 연결되어 있는 계통접속점, 충전시스템들 사이의 송전 경로인 전력버스와 연결되어 있는 버스접속점, 상기 계통접속점 혹은 상기 버스접속점으로부터 공급되는 전력을 변환하여 적어도 둘 이상의 자동차로 충전전력을 공급하는 적어도 둘 이상의 충전기 및 다른 충전시스템으로 전력을 송전하는 송전기를 포함하는 충전시스템을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 충전기를 포함하는 충전시스템에서 자동차가 접속된 충전기의 제어방법에 있어서, 적어도 하나의 다른 충전기가 공급하고 있는 충전전력량에 대한 정보를 획득하는 단계, 상기 자동차로 공급할 충전전력량과 상기 적어도 하나의 다른 충전기로 공급하고 있는 충전전력량을 합한 총충전전력량과 상기 충전스테이션의 전력용량을 비교하는 단계, 상기 총충전전력량이 상기 충전시스템의 전력용량을 초과하는 경우, 다른 충전시스템으로 송전요청메시지를 전송하는 단계 및 상기 다른 충전시스템으로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 자동차로 충전전력을 공급하는 단계를 포함하는 충전기 제어방법을 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 장치가 적어도 둘 이상의 충전시스템을 제어하는 방법에 있어서, 제2 충전시스템으로부터 전력용량을 초과하는 충전전력량에 대한 다른 충전시스템의 송전을 요청하는 전력공급요청메시지를 수신하는 단계, 제1 충전시스템에 대하여 상기 제2 충전시스템으로 송전할 수 있는 송전가능전력정보를 요청하고 응답을 수신하는 단계 및 수신된 상기 전력공급요청메시지 및 상기 송전가능전력정보에 따라 상기 제2 충전시스템의 전력용량을 초과하는 충전전력량의 일부 혹은 전부에 대한 상기 제1 충전시스템의 송전을 요청하는 송전요청메시지를 상기 제1 충전시스템으로 전송하는 단계를 포함하는 충전시스템 제어방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력용량의 제한을 가지고 있는 둘 이상의 충전시스템에서 제1 충전시스템의 여유전력을 제2 충전시스템으로 송전하여 충전시스템들을 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전스테이션의 구성도이다.
도 2는 완속충전기와 급속충전기가 자동차의 배터리로 접속하는 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 완속충전기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 급속충전기의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 송전기의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전시스템에서 제2 급속충전기의 일 예시 제어흐름도이다.
도 7은 도 6의 제어메시지 흐름을 장치 사이의 메시지 흐름으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전스테이션에서 중앙제어장치가 충전시스템들을 제어하는 방법의 메시지 흐름을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전스테이션의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 충전스테이션(100)은 두 개의 충전시스템(120, 130)을 포함하고 있다. 충전스테이션(100)은 둘 이상의 충전시스템을 포함할 수 있는데, 아래에서는 설명의 편의를 위하여 충전스테이션(100)이 두 개의 충전시스템(120, 130)으로 이루어진 것으로 설명한다.

제1 충전시스템(120)과 제2 충전시스템(130)은 각각 계통(110)에 연결되어 있으면서, 계통(110)으로부터 충전에 필요한 전력을 공급받는다. 물론, 충전시스템들은 계통(110)이 아닌 다른 전력공급원으로부터 충전에 필요한 전력을 공급받을 수도 있다. 예를 들어, 충전스테이션(110)은 마이크로그리드에 포함되어 있을 수 있고, 마이크로그리드는 내부에 연료전지 발전기 혹은 풍력발전기와 같은 분산전원을 포함하고 있을 수 있다. 이때, 충전스테이션(110) 마이크로그리드의 연료전지 발전기나 풍력발전기로부터 충전에 필요한 전력을 공급받을 수 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 충전시스템들이 계통(110)으로부터 전력을 공급받는 것으로 설명한다.

한편, 제1 충전시스템(120)과 제2 충전시스템(130)은 전력버스(170)를 통해 서로 연결되어 있다. 이러한 전력버스(170)는 제1 충전시스템(120)의 여유전력을 제2 충전시스템(130)으로 송전할 수 있는 경로를 제공하기도 하고, 또한, 제2 충전시스템(130)의 여유전력을 제1 충전시스템(120)으로 송전할 수 있는 경로를 제공하기도 한다. 이러한 전력버스(170)를 통해 각각의 충전시스템(120, 130)에 있는 전력용량의 제한으로 인해 어느 한 쪽에 부족한 전력을 다른 한 쪽에서 공급해 줄 수 있게 된다.

좀더 구체적으로, 각각의 충전시스템(120, 130)에 포함되어 있는 구성요소들을 통해 제1 충전시스템(120)의 여유전력이 제2 충전시스템(130)으로 전달되는 기술에 대해 살펴보도록 한다.

도 1을 계속해서 참조하면, 제1 충전시스템(120)은 제1 계통접속점(125), 제1 완속충전기(121), 제2 완속충전기(122), 제1 급속충전기(123), 제1 송전기(124) 및 제1 버스접속점(126) 등을 포함할 수 있다. 또한, 제2 충전시스템(120)도 제1 충전시스템의 구성들과 대응되는 구성들로서 제2 계통접속점(135), 제3 완속충전기(131), 제4 완속충전기(132), 제2 급속충전기(133), 제2 송전기(134) 및 제2 버스접속점(136) 등을 포함할 수 있다.

제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 계통(110)과 연결되어 있으면서 계통(110)으로부터 전력을 공급받는 부분이다.

제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 실질적으로 전력선(power cable)으로만 이루어질 수 있다. 이때, 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)의 하드웨어적인 전력용량은 전력선의 송전용량에 의해 결정될 수 있다. 전력선의 송전용량은 통상적으로 전력선의 단위저항에 의해 결정되는데, 단위저항이 작을수록 송전용량이 증가한다.

제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 차단기를 포함하고 있을 수 있다. 차단기는 전류가 일정 값 이상에 해당되는 경우 전력선을 차단하는 장치로서 과전류로부터 시스템을 보호하는 기능을 수행한다. 이러한 차단기는 일정 전력용량을 가지게 되는데, 이러한 차단기의 전력용량이 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)의 전력용량이 될 수 있다.

제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 계량기(meter)를 포함할 수 있다. 각각의 충전시스템(120, 130)으로 흘러들어가는 전력량을 카운트하기 위해 각각의 충전시스템(120, 130)의 인입구에 해당되는 계통접속점(125, 135)에는 계량기가 포함되어 있을 수 있다. 이러한 계량기의 데이터는 충전시스템의 전력단가를 결정하는 인자로서 사용될 수 있다. 전력단가는 누진적으로 계산되는데, 전력사용량이 높을수록 전력단가 또한 증가될 수 있다. 이에 따라 전력사용량이 높은 경우 전력요금이 기하급수적으로 증가할 수 있다.

이러한 누진적인 전력단가체계는 충전시스템(120, 130)의 전력용량을 제한하는 요소가 될 수 있다. 충전시스템(120, 130)은 자동차로 충전전력을 공급하면서 충전요금을 받게 되는데, 전력단가가 충전요금보다 높아지면 충전시스템(120, 130)은 손해를 보면서 충전을 할 수 밖에 없어진다. 이에 따라 충전시스템(120, 130)은 일정한 전력단가까지만 충전전력을 공급하고 그 이상에 대해서는 충전전력을 공급하지 않을 수 있다. 이렇게 일전 전력단가 이상에 대해 충전전력을 공급하지 않게 된다는 것은 충전시스템(120, 130)이 일정 전력용량 이상은 공급하지 않는 것이 된다. 이는 다시 말해, 충전시스템(120, 130)이 전력단가정책에 의해 일정 전력용량을 가지게 되는 것이다.

이외에도 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 역전류를 방지하는 다이오드를 포함할 수 있다. 이러한 다이오드는 충전시스템(120, 130)에서 생성된 전류가 계통(110)으로 흘러들어가는 것을 방지한다. 다이오드는 전류 혹은 전압에 대해서 일정 제한을 가지게 되는데, 이러한 다이오드의 전류 제한치 혹은 전압 제한치에 의해 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)의 전력용량이 결정될 수도 있다.

또한, 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)는 변압기를 더 포함하고 있을 수 있다. 변압기는 교류전압을 승압 혹은 감압시켜주는 장치다. 이러한 변압기 또한 일정 전력용량을 가지게 되는데, 이러한 변압기의 전력용량에 의해 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)의 전력용량이 결정될 수도 있다.

제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 위와 같이 다양한 구성요소들을 포함할 수 있는데, 이러한 구성요소들 중에 가장 낮은 제한치 값에 의해 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)의 전력용량이 결정된다. 예를 들어, 다른 구성요소들이 충분히 큰 마진(margin)을 가지고 있다고 하더라도 변압기의 전력용량이 매우 낮을 경우, 제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)은 이러한 변압기의 전력용량에 의해 그 전력용량이 결정되게 된다.

제1 계통접속점(125) 및 제2 계통접속점(135)이 전술한 전력용량을 가지고 있는데, 각각의 충전시스템(120,130)에 포함되어 있는 충전기들은 이러한 전력용량보다 큰 총충전용량을 가진다.

구체적으로 살펴보면, 제1 충전시스템(120)은 제1 완속충전기(121), 제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123)을 포함하고 있는데, 이러한 충전기들(121, 122, 123)의 충전용량의 합인 총충전용량은 제1 충전시스템(120)의 전력용량보다 큰 값을 가진다. 예를 들어, 제1 충전시스템(120)은 5KW의 전력용량을 가지는데, 제1 완속충전기(121)는 2KW, 제2 완속충전기(122)는 2KW, 제1 급속충전기(123)는 4KW로 총충전용량이 8KW로 제1 충전시스템(120)의 전력용량(예를 들어, 5KW)보다 클 수 있다. 다만, 도 1을 참조하면, 제1 충전시스템(120)은 충전접속구를 두 개만 가지고 있어 총충전용량이 각각의 충전기의 충전용량의 단순 합보다는 작아질 수 있다. 도 1에서 제1 충전접속구(128)는 제1 완속충전기(121)와 연결되어 있지만, 제2 충전접속구(129)는 제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123)와 함께 연결되어 있다. 사실상 제2 충전접속구(129)는 스위치를 포함하고 있으면서, 제2 완속충전기(122)와 제1 급속충전기(123) 중 하나의 충전기만 자동차로 연결시켜준다. 결과적으로 제1 충전시스템(120)의 총충전용량은 제1 완속충전기(121)의 2KW와 제1 급속충전기(123)의 4KW(제2 충전접속구(129)에 더 큰 용량의 충전기가 접속한 경우의 충전용량)를 더한 6KW가 된다. 후자의 방법으로 총충전용량을 계산하더라도 제1 충전시스템의 총충전용량은 전력용량보다 큰 값을 가지게 된다.

제2 충전시스템(130) 또한 마찬가지로 총충전용량이 전력용량보다 크다. 제2 충전시스템(130)이 제1 충전시스템(120)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 이때, 제2 충전시스템(130) 또한, 제3 충전접속구(138)에 제3 완속충전기(131)가 연결되어 있고, 제4 충전접속구(139)에 제4 완속충전기(132)와 제2 급속충전기(133)가 함께 연결되어 있는 구조를 가지고 있어 총충전용량이 전술한 예와 같이 6KW에 해당될 수 있다. 제2 충전시스템(130)의 전력용량이 5KW일 때, 제2 충전시스템(130) 또한 총충전용량이 전력용량보다 큰 값을 가지게 된다.

충전시스템의 총충전용량이 계통접속점의 전력용량보다 큰 것은 충전시스템이 다양한 형태의 서비스를 효율적으로 제공하기 위한 것이다.

예를 들어, 제1 충전시스템(120)은 일상적으로 제1 완속충전기(121)와 제2 완속충전기(122)를 이용하여 두 대의 자동차에 충전전력을 공급한다(제1 서비스 케이스). 이럴 경우, 공급하는 충전전력량은 각각 2KW씩 총 4KW가 되어 제1 충전시스템(120)의 전력용량(5KW) 범위 내에서 안정적으로 충전전력을 공급할 수 있게 된다. 다른 서비스 케이스로서, 제1 충전시스템(120)은 급속충전기(123)를 이용하여 한 대의 자동차에 충전전력을 공급한다(제2 서비스 케이스). 이럴 경우, 공급하는 충전전력량은 급속충전기의 4KW가 되어 제1 충전시스템(120)은 전력용량(5KW) 범위 내에서 한 대의 자동차를 빠른 속도로 충전할 수 있게 된다.

전술한 서비스 케이스는 각각의 충전시스템이 각각의 충전시스템에 접속한 자동차로 충전전류를 공급하는 일반적인 케이스이다. 그런데, 다음과 같은 서비스 케이스(제3 서비스 케이스)에서는 제2 충전시스템(130)이 독자적으로 모든 충전전력을 공급하지 못하게 된다.

도 1을 참조하면, 제3 서비스 케이스에서 제1 충전시스템(120)에는 제1 완속충전기(121)로 제1 자동차(160)가 접속되어 있고, 제2 충전시스템(130)에는 제3 완속충전기(131)로 제2 자동차(161)가 접속되어 있으면 제2 급속충전기(133)로 제3 자동차(162)가 접속되어 있다. 이러한 제3 서비스 케이스에서 제2 충전시스템(130)이 공급해야하는 충전전력은 제2 자동차(161)에 대한 2KW와 제3 자동차(162)에 대한 4KW를 합쳐 6KW가 되는데, 이러한 충전용량은 제2 충전시스템(130)의 전력용량 5KW를 초과하는 값이다.

이러한 제3 서비스 케이스에서 제1 충전시스템(120)은 3KW의 여유전력을 가지게 되는데, 이중 1KW의 여유전력을 전력버스(170)를 이용하여 제2 충전시스템(130)으로 송전함으로써 제2 충전시스템(130)이 제2 자동차(161)와 제3 자동차(162)에 모두 충전전력을 공급할 수 있게 한다.

아래에서는 도 1에 도시된 제3 서비스 케이스를 중심으로 각각의 구성요소에 대해 설명한다. 또한, 아래 실시예에서는 제1 완속충전기(121), 제4 완속충전기(132) 및 제2 급속충전기(133)의 실시예를 중심으로 설명하는데, 제2 완속충전기(122)에는 제4 완속충전기(132)의 실시예들이 적용될 수 있고, 제3 완속충전기(131)에는 제1 완속충전기(121)의 실시예들이 적용될 수 있으며, 제1 급속충전기(123)에는 제2 급속충전기(133)의 실시예들이 적용될 수 있다.

먼저, 제1 완속충전기(121), 제3 완속충전기(132) 및 제2 급속충전기(133)의 실시예에 대해 살펴본다.

도 2는 완속충전기와 급속충전기가 자동차의 배터리로 접속하는 경로를 나타내는 도면이다. 도 2에서는 완속충전기에 대해 제2 충전시스템(130)의 제4 완속충전기(132)를 대표적으로 도시하고 급속충전기에 대해 제2 충전시스템(130)의 제2 급속충전기(133)를 대표적으로 도시하고 있는데, 아래의 실시예는 다른 완속충전기 및 급속충전기에 적용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 제4 완속충전기(132)는 제3 자동차(162)의 온보드차저(210)와 연결될 수 있다. 온보드차저(210)는 제3 자동차(162) 내부에 설치되어 있으면서, 외부로부터 공급되는 전력을 자동차 내부의 배터리(220)의 특성에 맞는 전압 및 전류로 변환하는 일종의 전력변환장치이다. 제4 완속충전기(132)는 AC전압 형태의 전력을 자동차(162)로 공급할 수 있는데, 자동차(162) 내부에 설치되어 있는 온보드차저(210)는 이러한 AC 전압 형태의 전력을 DC 전압형태의 전력으로 변환하여 배터리(220)로 공급하게 된다. 온보도차저(210)는 제3 자동차(162) 내부에 설치되어 있기 때문에 변환할 수 있는 전력의 용량이 작다(통상적으로 전력변환장치들은 변환할 수 있는 전력의 용량에 비례하여 크기가 증가함). 이에 따라, 적은 용량의 충전전력을 공급하는 제4 완속충전기(132)가 온보드차저(210)와 결합하게 된다.

도 2를 계속해서 참조하면, 제2 급속충전기(133)는 제3 자동차(162)의 배터리(220)와 연결될 수 있다. 물론, 여기서 배터리(220)는 화학전지의 기본 구조 뿐만 아니라 이러한 화학전지의 기본 구조를 둘러싸고 있는 주변회로부를 포함하는 것을 의미한다. 예를 들어, 배터리(220)는 안전을 위해 보호회로를 포함하고 있을 수 있으며, 또한, 입출력되는 전력을 계측하여 배터리(220)의 충전상태를 알려주는 배터리 관리 시스템(BMS, battery management system)을 더 포함하고 있을 수 있다.

제2 급속충전기(133)는 배터리(220)와 직접 연결되기 때문에 큰 용량의 전력을 짧은 시간에 배터리(220)로 전달할 수 있다. 다만, 배터리(220)는 DC형태의 전력만 받을 수 있으므로 제2 급속충전기(133)는 AC전력을 DC전력의 형태로 변환하여 제3 자동차(162)로 제공하여야한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 완속충전기의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 제1 완속충전기(121)는 AC/AC전력변환부(310), 통신부(320) 및 제어부(330) 등을 포함할 수 있다.

AC/AC전력변환부(310)는 계통(110)에서 공급되는 전력의 전압을 제1 자동차(160)의 온보드차저에 적합한 AC전압형태로 변환하는 기능을 수행한다. 또한, AC/AC전력변환부(310)는 제1 자동차(160)로 흘러들어가는 전류량을 조절하기 위한 전류제어를 수행할 수 있다. AC/AC전력변환부(310)가 전류제어를 수행하는 경우, 전압이 고정되어 있기 때문에 AC/AC전력변환부(310)는 전류를 통해 충전전력량을 제어하게 된다.

통신부(320)는 다른 장치들과 정보를 주고 받을 수 있는 장치이다. 통신부(320)는 제1 완속충전기(121)가 현재 공급하고 있는 충전전력량에 대한 정보를 다른 장치들로 전송할 수 있다. 이러한 충전전력량에 대한 정보는 같은 충전시스템에 포함되어 있는 다른 장치, 예를 들어, 제2 완속충전기(122), 제1 급속충전기(123) 및 제1 송전기(124)로 전송될 수 있다. 또한, 이러한 충전전력량에 대한 정보는 제1 충전시스템(120) 밖에 있는 장치, 예를 들어, 제2 충전시스템(130)에 있는 장치로 전송될 수도 있다. 이외에도 제1 충전시스템(120)과 제2 충전시스템(130)을 관리하는 중앙제어장치(미도시)가 충전스테이션(100)에 포함되어 있는 경우, 통신부(320)는 이러한 중앙제어장치(미도시)로 충전전력량에 대한 정보를 전송할 수도 있다.

제어부(330)는 본 발명의 실시예를 수행하기 위한 제1 완속충전기(121)의 제반 제어를 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 급속충전기의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 제2 급속충전기(133)는 AC/DC전력변환부(410), 통신부(420) 및 제어부(430) 등을 포함할 수 있다.

AC/DC전력변환부(410)는 계통(110)에서 공급되는 전력의 전압을 제3 자동차(162)의 배터리(220)에 적합한 형태의 DC전압으로 변환하는 기능을 수행한다. 또한, AC/DC전력변환부(410)는 제3 자동차(162)로 흘러들어가는 전류량을 조절하기 위한 전류제어를 수행할 수 있다. AC/DC전력변환부(410)가 전류제어를 수행하는 경우, 전압이 고정되어 있기 때문에 AC/DC전력변환부(410)는 전류를 통해 충전전력량을 제어하게 된다.

통신부(420)는 다른 장치들과 정보를 주고 받을 수 있는 장치이다. 통신부(420)는 제3 완속충전기(131)가 현재 공급하고 있는 충전전력량에 대한 정보를 요청하는 메시지를 제3 완속충전기(131)로 전송하고 그에 대한 응답을 수신할 수 있다. 또한, 통신부(420)는 제3 완속충전기(131)가 현재 공급하고 있는 충전전력량에 대한 정보를 요청하는 메시지를 전술한 중앙제어장치(미도시)로 전송하고 이에 대한 응답을 수신할 수도 있다.

제어부(430)는 본 발명의 실시예를 수행하기 위한 제2 급속충전장치(133)의 제반 제어를 수행한다. 이때, 제어부(430)는 통신부(420)를 통해 획득한 제3 완속충전기(131)의 현재 공급 충전전력량에 대한 정보를 이용하여 제2 급속충전장치(133)가 공급하는 충전전력이 제2 충전시스템(130)의 전력용량을 초과하는지 여부를 판단할 수 있게 된다. 예를 들어, 제3 완속충전기(131)에 제2 자동차(161)이 접속되어 있고, 제3 완속충전기(131)가 2KW의 충전전력을 제2 자동차(161)로 공급하고 있을 때, 제2 급속충전장치(133)가 제3 자동차(162)로 4KW의 급속 충전전력을 공급하게 되면 제2 충전시스템(130)은 계통(110)에 대하여 전력용량을 초과하게 된다. 제어부(430)는 이렇게 제2 충전시스템(130)이 계통(110)에 대하여 전력용량을 초과할 수 있는지 여부를 다른 충전기(예를 들어, 제3 완속충전기(131))로부터 충전전력량에 대한 정보를 획득하여 판단할 수 있게 된다.

제어부(430)는 제2 급속충전장치(133)의 충전전력공급이 제2 충전시스템(130)의 계통(110)에 대한 전력용량을 초과하게 되는 것으로 판단되는 경우, 다른 충전시스템, 예를 들어, 제1 충전시스템(120)의 송전을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다. 이때, 메시지 생성은 제어부(430)가 수행하고 전송의 작업은 통신부(420)에 의해 수행될 수 있다.

다른 충전시스템의 송전을 요청하는 메시지는 다른 충전시스템, 예를 들어, 제1 충전시스템(120)으로 직접 전송될 수 있으나, 전술한 중앙제어장치(미도시)로 전송될 수도 있다.

제1 충전시스템(120)의 제1 송전기(124)는 이러한 요청에 따라 제1 충전시스템(120)의 여유전력을 전력버스(170)를 통해 제2 충전시스템(130)으로 송전하게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 송전기의 구성도이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 제1 송전기(124)는 전류제어기(510), 통신부(520), 제어부(530) 및 바이패스회로부(540) 등을 포함할 수 있다.

전류제어기(510)는 계통(110)의 전력을 전력버스(170)로 송전하는 구성이다. 이러한 전류제어기(510)는 제2 버스접속점(136)으로부터 공급되는 전력버스(170)의 전력을 제1 충전시스템(120)의 충전기들로 공급하는 바이패스회로부(540)와 병렬로 연결되어 있을 수 있다.

도 5의 (b)는 제1 송전기(124)에서 전류제어기(510)와 바이패스회로부(540)의 연결관계를 나타내고 있다. 도 5의 (b)를 참조하면, 전류제어기(510)는 제1 계통접속점(125)을 통해 공급되는 계통(110)의 전력을 버스접속점(126)으로 전달할 수 있다. 버스접속점(126)으로 전달된 전력은 전력버스(170)를 경유하여 제2 충전시스템(130)으로 송전된다.

도 5의 (b)를 참조하면, 제1 송전기(124)는 바이패스회로부(540)를 더 포함할 수 있는데, 이는 제1 충전시스템(120)이 다른 충전시스템으로부터 전력을 송전받기 위한 회로이다. 바이패스회로부(540)는 다이오드(540)만 포함하고 있을 수 있는데, 이러한 다이오드(540)는 제1 충전시스템(120)으로 공급된 계통(110)의 전력이 전류제어기(510)를 통하지 않고 전력버스(170)로 흘러나가는 것을 방지(역전류방지)하고 또한 전력버스(170)로 전달된 다른 충전시스템의 송전 전력을 전달받아 들이는 경로를 제공한다.

통신부(520)는 제2 충전시스템(130)과 통신하면서 제2 충전시스템(130)으로 공급할 수 있는 전력량에 대한 정보를 전송할 수 있다. 이를 위해 통신부(520)는 제1 충전시스템(120) 내의 다른 장치들과 통신하면서 제1 충전시스템(120)의 여유전력량에 대한 정보를 획득할 수 있고, 이러한 여유전력량에 대한 정보를 바탕으로 다른 충전시스템으로 송전할 수 있는 공급가능전력량에 대한 정보를 생성하여 다른 충전시스템으로 전송할 수 있다. 물론, 통신부(520) 또한, 전술한 중앙제어장치(미도시)와의 통신을 통해 관련 정보들을 교환할 수도 있다.

제어부(540)는 본 발명의 실시예를 수행하기 위한 제1 송전기(124)의 제반 제어를 수행할 수 있는데, 제어부(540)는 제2 충전시스템의 제2 급속충전기(133)와 연동되어 있으면서 제2 충전시스템(130)의 부족전력에 맞추어 송전을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 충전시스템(130)의 부족전력이 0.5KW이고, 제1 송전기(124)의 송전량이 0.5KW인 상황에서 제2 급속충전기(133)가 충전전력량을 1KW 증가시킨 경우, 제1 송전기(124)도 송전량을 1KW 증가시킬 수 있다. 이렇게 제1 송전기(124)와 제2 급속충전기(133)가 연동되어 있는 경우, 제1 충전시스템의 송전량과 제2 충전시스템(130)의 부족전력이 균형을 이루어 시스템 전체적으로 안정된 상태를 유지할 수 있게 된다.

한편, 제어부(540)는 다른 충전시스템의 부족전력량만큼 송전하게 되는데, 다른 충전시스템이 실질적으로 제1 충전시스템(120)과 동일한 구성을 가지는 경우, 다른 충전시스템의 최대 부족전력량은 제1 계통접속점의 전력용량과 충전기들(제1 완속충전기(121), 제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123))의 총충전욜량의 차이가 된다. 이에 따라, 제어부(540)는 이러한 차이 이내의 전력량을 다른 충전시스템으로 공급할 수 있다.

제1 송전기(124)가 제2 충전시스템(130)으로 부족전력량을 송전해 주면, 제2 충전시스템(130)의 충전기들(제3 완속충전기(131), 제4 완속충전기(132) 및 제2 급속충전기(133))이 공급하는 충전전력량 중 제2 계통접속점(135)의 전력용량을 초과하는 충전전력량은 제2 버스접속점(136)으로부터 공급받게 된다.

전력버스(170)를 통해 송전되는 전력을 받아들이거나 충전시스템의 전력을 전력버스(170)로 송전하는 경로를 제공하는 제1 버스접속점(126) 및 제2 버스접속점(136)은 전력선만으로 이루어질 수 있다.

또한, 제1 버스접속점(126) 및 제2 버스접속점(136)은 차단기 혹은 계량기 등을 더 포함할 수 있는데, 이를 통해 제1 버스접속점(126) 및 제2 버스접속점(136)은 과전류로부터 시스템을 보호하거나 각각의 충전시스템과 전력버스(170) 사이에서 유출입되는 전력량을 계측할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전시스템에서 제2 급속충전기의 일 예시 제어흐름도이다.

도 6을 참조하면, 제2 급속충전기(133)는 제2 충전시스템 내 다른 충전기가 공급하고 있는 충전전력량에 대한 정보를 획득한다(S602).

그리고, 제2 급속충전기(133)는 제3 자동차(162)로 공급할 충전전력량과 획득한 다른 충전기가 공급하고 있는 충전전력량을 합하여 제2 충전시스템(130)의 총충전전력량을 계산한다. 또한, 제2 급속충전기(133)는 이렇게 계산한 제2 충전시스템(130)의 총충전전력량과 제2 충전시스템(130)의 전력용량을 비교한다(S604).

비교 후(S604 후), 총충전전력량이 제2 충전시스템(130)의 전력용량을 초과하는 경우, 제2 급속충전기(133)은 다른 충전시스템, 예를 들어, 제1 충전시스템(120)으로 송전요청메시지를 전송한다(S606). 이러한 송전요청메시지 전송 단계(S606)에서 제2 급속충전기(133)는 다른 충전시스템으로부터 공급가능전력량에 대한 정보를 획득하고 이러한 공급가능전력량 범위 이내에서 다른 충전시스템으로 송전요청메시지를 전송할 수도 있다.

다른 충전시스템으로부터 송전이 개시되면 제2 급속충전기(133)는 공급되는 전력을 이용하여 제3 자동차(162)로 충전전력을 공급할 수 있다.

도 7은 도 6의 제어방법에서 장치 사이의 메시지 흐름을 나타낸 도면이다.

도 7에서는 제2 급속충전기(133)는 제2 충전시스템 내 다른 충전기가 공급하고 있는 충전전력량에 대한 정보를 획득하고 이에 따라 부족전력이 발생하였음을 판단한 상태 이후의 제어 메시지들이 표시되어 있다.

도 7을 참조하면, 제2 급속충전기(133)는 제1 충전시스템(120)의 제1 송전기(124)로 공급가능전력정보를 요청하는 메시지를 전송한다(S702).

이러한 공급가능전력정보 요청메시지를 수신한 제1 송전기(124)는 제1 충전시스템(120)의 충전전력 공급 상태를 파악하기 위해 제1 완속충전기(121)로 충전상태정보 요청메시지를 전송한다(S704). 도 7에는 도시되지 않았으나 제1 송전기(124)는 다른 충전기(제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123))로도 이와 같은 충전상태정보 요청메시지를 전송할 수 있다.

그리고 제1 송전기(124)는 제1 완속충전기(121)로부터 충전상태정보를 수신하고, 다른 충전기(제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123))들로부터도 충전상태정보를 수신한다(S706).

이러한 충전상태정보를 바탕으로 제1 송전기(124)는 제1 충전시스템(120)의 공급가능전력정보를 계산할 수 있고 이렇게 계산된 공급가능전력정보를 제2 급속충전기(133)로 송신하게 된다(S708).

제2 급속충전기(133)는 이러한 공급가능전력정보에 포함된 제1 충전시스템(120)의 공급가능전력량 범위 이내에서 전력공급을 요청하는 송전요청메시지를 제1 송전기(124)로 송신할 수 있다(S710).

제1 송전기(124)가 이러한 송전요청메시지에 따라 전력을 공급하면, 제2 급속충전기(133)은 공급되는 전력을 이용하여 제3 자동차(162)로 충전전력을 공급할 수 있게 된다(S712).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전스테이션에서 중앙제어장치가 충전시스템들을 제어하는 방법의 메시지 흐름을 나타내는 도면이다.

도 8의 실시예에서는 도 6 및 도 7의 실시예와 달리 충전스테이션(100)에 중앙제어장치(800)가 더 포함되어 있으면서, 제어 메시지를 중앙제어장치(800)가 관장하게 된다.

도 8을 참조하면, 중앙제어장치(800)는 제2 충전시스템(130)의 제2 급속충전기(133)으로부터 전력용량을 초과하는 충전전력량에 대한 다른 충전시스템의 송전을 요청하는 전력공급요청메시지를 수신한다(S802).

이러한 전력공급요청메시지에 따라 중앙제어장치(800)는 제1 충전시스템(120)의 제1 송전기(124)에 대하여 제2 충전시스템(130)으로 송전할 수 있는 송전가능전력정보를 요청한다(S804).

송전가능전력정보 요청을 받은 제1 송전기(124)는 제1 충전기의 내부 상태를 파악하기 위해 제1 완속충전기(121)로 충전상태정보 요청메시지를 전송한다(S806). 도 8에는 도시되지 않았으나 제1 송전기(124)는 다른 충전기(제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123))로도 이와 같은 충전상태정보 요청메시지를 전송할 수 있다.

그리고 제1 송전기(124)는 제1 완속충전기(121)로부터 충전상태정보를 수신하고, 다른 충전기(제2 완속충전기(122) 및 제1 급속충전기(123))들로부터도 충전상태정보를 수신한다(S808).

이러한 충전상태정보를 바탕으로 제1 송전기(124)는 제1 충전시스템(120)의 공급가능전력정보를 계산할 수 있고 이렇게 계산된 공급가능전력정보를 중앙제어장치(800)로 송신하게 된다(S810).

이러한 정보를 바탕으로 중앙제어장치(800)는 제1 송전기(124)로 송전을 요청하는 송전요청메시지를 전송한다(S812).

그리고, 제2 급속충전기(133)는 제1 송전기(124)가 송전하는 전력을 이용하여 제3 자동차(162)로 충전전력을 공급하게 된다.

한편, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에서, 제1 완속충전기(121) 내지 제4 완속충전기(132), 제1 급속충전기(123) 내지 제2 급속충전기(133) 및 제1 송전기(124) 내지 제2 송전기(134)는 모듈형태로 구성될 수 있다.

제1 완속충전기(121) 내지 제4 완속충전기(132), 제1 급속충전기(123) 내지 제2 급속충전기(133) 및 제1 송전기(124) 내지 제2 송전기(134)가 모듈형태로 구성되는 경우, 각각의 장치들은 데이터라인을 통해 상호 연결될 수 있고, 통신부 및 제어부가 각각 존재하지 않고, 제1 충전시스템(120) 및 제2 충전시스템(130) 전체적으로 하나의 통신부 및 제어부만 존재할 수 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 제한된 전력용량으로 계통과 연결되어 있는 계통접속점;
   상기 계통과는 다른 송전 경로인 전력버스를 통해 다른 충전시스템과 연결되어 있는 버스접속점;
   상기 제한된 전력용량을 초과하는 전력을 상기 전력버스를 통해 상기 다른 충전시스템으로부터 공급받아 자동차 충전전력으로 변환하는 적어도 둘 이상의 충전기; 및
   상기 제한된 전력용량 중 상기 자동차 충전전력으로 변환되지 않는 여유전력을 상기 전력버스를 통해 상기 다른 충전시스템으로 송전하는 송전기를 포함하되,
   상기 다른 충전시스템은 다른 계통접속점을 통해 계통과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 충전시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 둘 이상의 충전기의 총충전용량은 상기 계통접속점의 전력용량보다 큰 것을 특징으로 하는 충전시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 송전기는,
   상기 계통접속점의 전력용량과 상기 적어도 둘 이상의 충전기의 총충전용량의 차이 이내의 전력량을 상기 다른 충전시스템으로 공급하는 것을 특징으로 하는 충전시스템.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 송전기는,
   상기 버스접속점으로부터 공급되는 전력을 상기 적어도 둘 이상의 충전기로 전달하는 바이패스회로부 및
   상기 바이패스회로부와 병렬로 연결되어 있고 상기 버스접속점으로 전력을 송전하는 전류제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 바이패스회로부는 역전류방지를 위한 다이오드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 충전시스템.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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