KR101718500B1 - Electric Vehicle Standard Charging Apparatus - Google Patents
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Abstract
전기자동차 충전장치, 특히 충전 소요 전력의 상간 불평형을 최소화하기 위한 충전스케줄링 기반의 전기자동차 충전장치가 개시된다. 전기자동차 충전장치는 배터리의 전력을 외부전원의 어느 한 상과 동기화된 단상출력으로 변환시키는 전력변환부, 전력변환부의 출력을 외부전원 중 선택된 어느 하나의 상에 병렬로 연결되도록 출력하는 제1선택부, 제1선택부의 출력 중 어느 하나의 상을 선택하여 출력하는 제2선택부, 제2선택부의 출력을 전기자동차로 공급하는 출력포트 및 외부전원의 효율적인 사용을 위하여 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량, 출력포트에 접속된 전기자동차별 충전소요전력량 및 배터리의 잔량을 포함하는 정보를 이용하여 단위시간별 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성하는 스케줄 생성부 및 생성된 스케줄에 따라 제1선택부, 제2선택부 및 전력변환부를 제어하는 스케줄 실행부를 포함하는 제어부를 포함한다.An electric vehicle charging apparatus, and in particular, an electric vehicle charging apparatus based on a charge scheduling for minimizing the phase unbalance of electric power required for charging is disclosed. The electric vehicle charging apparatus includes a power conversion unit for converting a power of a battery into a single phase output synchronized with a phase of an external power source, a first selection unit for outputting the output of the power conversion unit in parallel on a selected one of external power sources An output port for supplying the output of the second selection unit to the electric vehicle, and a total facility capable of supplying through the facility for efficient use of the external power source A schedule generating unit for generating a schedule by determining control variables for each unit time using information including the amount of power, the amount of power required for charging electric vehicles connected to the output port, and the remaining amount of the battery, 2 selection unit and a power conversion unit.
Description
충전장치, 특히 전기자동차의 충전장치가 개시된다.A charging device, in particular a charging device for an electric vehicle, is disclosed.
최근에 국가별 이산화탄소 감산이 의무화됨에 따라 전기자동차에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 전기자동차 충전을 위한 장치 및 방법들에 대한 개발이 빠르게 진행되고 있다.Recently, the demand for electric vehicles is increasing due to the obligation to reduce CO2 by country. Accordingly, development of apparatuses and methods for electric vehicle charging is rapidly proceeding.
기존의 전기자동차 충전장치는 3상 4선식으로 전력을 공급받으며, 중성선과 전원선간의 부하를 설비불평형율을 고려하여 평형하게 분배한다. 설비불평형율은 선간 접속되는 단상부하 총 설비용량의 최대와 최소의 차를 총 부하설비용량 평균값으로 나눈 값의 백분율로서 내선규정에서는 그 한도를 30%이하로 하는 것을 원칙으로 하고 있다. 그러나 전기자동차별 배터리의 잔량비율과 충전시간의 차이로 인하여 충전 부하로 연결된 전기자동차의 수가 증가할수록 전원선에 전류불평형이 초래되기 쉽다. 상간불평형은 전력 소비 효율을 떨어뜨린다.또한 공동주택의 경우 대부분의 차량이 퇴근 시간 이후 복귀하여 충전을 요구한다. 하지만 이 시간대는 공동주택에서 전력수요가 가장 많은 시간이며, 충전전력요금 기준에서도 중간부하 및 최대부하 시간대에 해당한다. 따라서 가능한 정해진 전원용량 범위 내에서 전력수요가 가장 높은 피크부하 시간대를 회피하여 최소한의 충전요금으로 사용자의 요구를 최적화하여 충전 전력량을 제어하게 할 필요가 있다.The existing electric vehicle charging system is supplied with power in three phase and four-wire type, and balances the load between the neutral line and the power line in consideration of the equipment unbalance rate. The equipment unbalance ratio is a percentage of the maximum and minimum difference of the total single-phase load capacity of line-to-line connections divided by the average value of the total load capacity. In principle, the limit shall be 30% or less. However, as the number of electric vehicles connected to the charging load increases due to the difference between the remaining amount of battery and the charging time of each electric vehicle, current imbalance is likely to occur in the electric power line. Phase unbalance reduces power consumption efficiency, and in the case of apartment houses, most vehicles return after work time and require charging. However, this time period is the time when the power demand is the most in the apartment house, and it corresponds to the middle load and the peak load time also in the charging electric charge rate standard. Therefore, it is necessary to avoid the peak load time period in which the power demand is the highest within a predetermined power capacity range and to optimize the user's demand with the minimum charging fee to control the charging power amount.
상간 소모전력의 불평형을 줄여 전력 효율을 개선하는 전기자동차 완속 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 주어진 총 설비 전력량 내에서 되도록 많은 차량을 한정된 시간 안에 충전시키는 것을 목적으로 한다. 나아가 충전기나 전력 설비의 재시공 또는 추가 시공 없이 되도록 많은 차량을 한정된 시간 안에 충전시키는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a continuous charging device for an electric vehicle, which improves power efficiency by reducing imbalance of power consumption between phases. The aim is to charge as many vehicles as possible within a given total facility power. Furthermore, it aims to charge as many vehicles as possible within a limited time without recharging the charger or power equipment or adding additional equipment.
일 양상에 따르면, 제안하는 전기자동차 완속 충전장치는 외부전원의 효율적인 사용을 위하여 스케줄을 생성하고, 생성된 스케줄에 따라 충전장치를 제어하는 제어부를 구비한다.According to an aspect of the present invention, the proposed electric vehicle fully charged apparatus includes a control unit for generating a schedule for efficient use of an external power source and controlling the charging apparatus according to the generated schedule.
다른 양상에 따르면, 제어부는 전기자동차들의 충전소요전력량에 대한 상간 소모전력의 평형을 이루기 위하여 제2선택부를 제어할 수 있다.According to another aspect, the control unit may control the second selection unit to balance the phase consumption power with respect to the electric power required for charging the electric vehicles.
또 다른 양상에 따르면, 제어부는 소모전력의 불평형을 보상하기 위하여 제1선택부 및 전력변환부를 제어할 수 있다.According to another aspect, the control unit may control the first selection unit and the power conversion unit to compensate for the unbalance of the consumed power.
또 다른 양상에 따르면, 제어부는 전체 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하지 않도록 스케줄링을 수행하여 제2선택부를 제어할 수 있다.According to another aspect, the control unit can control the second selection unit by performing scheduling so that the total charging required power amount does not exceed the total available facility power amount supplied through the facility.
또 다른 양상에 따르면, 제어부는 전체 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하는 경우 배터리의 전력을 제2선택부에 공급하도록 제1선택부 및 전력변환부를 제어할 수 있다.According to another aspect, the control unit may control the first selection unit and the power conversion unit to supply the power of the battery to the second selection unit when the total amount of power required for charging exceeds the total amount of facility power that can be supplied through the facility.
또 다른 양상에 따르면, 제어부는 외부전원의 공급이 차단된 경우 배터리의 전력만을 이용하여 전기자동차의 충전을 수행하도록 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성할 수 있다.According to another aspect, the control unit may determine a control variable to generate a schedule by using only the power of the battery when the supply of external power is interrupted, so as to perform charging of the electric vehicle.
또 다른 양상에 따르면, 제어부는 출력포트의 전력 소요량과 배터리의 잔량에 따라 배터리의 충전 여부를 결정하여 충전부를 제어할 수 있다.According to another aspect, the control unit can control the charging unit by determining whether the battery is charged or not according to the power requirement of the output port and the remaining amount of the battery.
제안된 전기자동차의 완속 충전장치는 상간 소모전력의 불평형을 줄여 전력 효율을 개선할 수 있다. 또한 주어진 총 설비 전력량 내에서 되도록 많은 차량을 한정된 시간 안에 충전시킬 수 있다. 나아가 충전기나 전력 설비의 재시공 또는 추가 시공 없이 되도록 많은 차량을 한정된 시간 안에 충전시킬 수 있다.The proposed charging system of the electric vehicle can improve the power efficiency by reducing the unbalance of the phase power consumption. It is also possible to charge as many vehicles as possible within a given amount of time within a given total facility power. Furthermore, it is possible to charge as many vehicles as possible within a limited time without recharging the charger or power equipment or adding additional equipment.
도 1은 일 실시예에 따른 전기자동차 완속 충전장치를 도시화한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전기자동차 완속 충전장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1선택부의 보다 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제어부의 보다 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 외부전원이 정전 등에 의하여 공급이 차단된 경우 인버터를 가동하여 배터리 전력을 공급하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 배터리를 충전하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.1 is a view illustrating an electric vehicle full charge device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle full charge device according to one embodiment.
3 is a block diagram showing a more detailed configuration of the first selector according to the embodiment.
4 is a block diagram illustrating a more detailed configuration of the control unit according to one embodiment.
5 is a flowchart for supplying battery power by operating the inverter when the external power is cut off due to a power failure or the like according to an embodiment.
6 is a flow diagram of a method for charging a battery in accordance with one embodiment.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다.The foregoing and further aspects are embodied through the embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the components of each embodiment are capable of various combinations within an embodiment as long as no other mention or mutual contradiction exists.
도 1은 일 실시예에 따른 전기자동차 완속 충전장치를 도시화한 것이다. 도면에 참조된 부호 1은 전기자동차이다. 1 is a block diagram illustrating an electric vehicle fully charged device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 전기자동차 완속 충전장치(100)는 다수의 전기자동차를 동시에 충전할 수 있다. 일 양상에 따르면, 전기자동차 완속 충전장치(100)는 외부전원으로부터 전력을 공급받으며, 최대 공급 가능 전력량 내에서 충전 전력량을 스케줄링하여 전기자동차에 충전 전력을 공급할 수 있다. 또 다른 양상에 따르면, 전기자동차 완속 충전장치(100)는 스케줄링에 의하여 충전소요전력량에 대한 상간 평형을 이룰 수 있도록 전기자동차에 충전 전력을 공급할 수 있다.Referring to FIG. 1, the electric vehicle
도 2는 일 실시예에 따른 전기자동차 완속 충전장치(100)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면 전기자동차 완속 충전장치(100)는 전력변환부(180), 제1선택부(120), 제2선택부(130), 출력포트(140) 및 제어부(190)를 포함한다.2 is a block diagram showing a schematic configuration of the electric vehicle
전력변환부(180)는 배터리(170)의 전력을 외부전원(110)의 어느 한 상과 동기화된 단상출력으로 변환시킬 수 있다. 전력변환부(180)는 직류 전류를 입력 받아 교류 전류로 변환하여 출력시키는 인버터를 포함할 수 있다. 인버터는 출력되는 교류 전류의 크기, 주파수 및 위상을 변화시킬 수 있다. 인버터의 출력 교류 전류의 주파수 및 위상은 전기자동차를 충전하기 위하여 사용되는 외부전원(110)의 주파수 및 위상과 동기화될 수 있다. 여기서 외부전원(110)은 중성선과 전원선을 포함하는 3상 4선식 전원일 수 있다. 전력변환부(180)는 인버터의 용량, 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량 및 전기자동차의 충전소요전력량 따라 1개 이상의 인버터를 포함할 수 있다. 각 인버터의 출력은 단상 또는 3상 전원일 수 있다.The
인버터는 전력용 인버터가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인버터는 컨버터부, 평활콘덴서, 인버터부로 구성될 수 있다. 컨버터부는 다이오드 모듈을 이용하여 교류 전압을 직류로 변환시킨다. 평활용 콘덴서는 직류 전압을 평활시킨다. 인버터부는 전력용 모스펫(MOSFET), 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor; IGBT) 등의 반도체 소자를 스위칭 소자로 이용하여 정류된 직류 전압을 교류로 변환시킨다.The inverter may be a power inverter. According to one embodiment, the inverter may be composed of a converter section, a smoothing capacitor, and an inverter section. The converter unit converts the AC voltage to DC using a diode module. The smoothing capacitor smoothens the DC voltage. The inverter unit uses a semiconductor device such as a power MOSFET or an insulated-gate bipolar transistor (IGBT) as a switching element to convert the rectified DC voltage into AC.
일 실시예에 따르면, 인버터는 Pulse Width Modulation(PWM) 제어를 할 수 있다. PWM 제어는 컨버터부에서 다이오드 모듈을 이용하여 AC전압을 DC전압으로 정류시켜 콘덴서로 평활시킨 다음, 인버터부에서 직류전압을 Chopping 하여 펄스 폭을 변화시켜서 인버터 출력전압을 변화시키며, 동시에 주파수를 제어할 수 있다.According to one embodiment, the inverter can perform Pulse Width Modulation (PWM) control. The PWM control uses the diode module in the converter section to rectify the AC voltage to a DC voltage and smoothen it with a capacitor. Then, chopping the DC voltage in the inverter section changes the pulse width to change the inverter output voltage. .
주파수 및 위상 동기화를 위하여 인버터는 위상검출부(160)로부터 외부전원(110)의 각 상에 대한 주파수 및 위상 정보를 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 주파수 및 위상 검출 방법은 영점 검출 기법(zero-crossing detection), 가상의 2상 PLL을 이용한 검출 기법 또는 Goertzel Algorithm을 이용한 검출 기법일 수 있다. 인버터는 위상검출부(160)로부터 수신한 주파수 및 위상 정보를 스위칭 소자의 제어 신호로 이용하여 스위칭 소자의 게이트를 턴-온 또는 턴-오프 시킨다. 이를 통하여 인버터의 출력 주파수 및 위상을 외부 전원과 동기화시킬 수 있다.For frequency and phase synchronization, the inverter may receive frequency and phase information for each phase of the
제1선택부(120)는 전력변환부(180)의 출력을 외부전원(110) 중 선택된 어느 하나의 상에 병렬로 연결되도록 출력할 수 있다. 제1선택부(120)는 전력변환부(180)의 출력을 외부전원(110)에 연결하는 스위치를 포함할 수 있다. The
스위치는 전력변환부(180)의 출력과 연결할 외부전원(110)의 전원선 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 제1선택부(120)는 전력변환부(180)의 중성선과 외부전원(110)의 중성선을 연결하고, 스위치로 선택한 외부전원(110)의 전원선 중 어느 하나와 전력변환부(180)의 전원선을 병렬로 연결할 수 있다. 스위치는 전력변환부(180)의 인버터 개수와 동일할 수 있다. The switch can select any one of the power supply lines of the
일 실시예에 따르면, 스위치는 릴레이(Relay), 전자 개폐기(Magnetic Switch; MS), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor; IGBT)중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다. According to one embodiment, the switch may be one or more of a relay, an Magnetic Switch (MS), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
도 3은 일 실시예에 따른 전력변환부(180), 제1선택부(120) 및 제2선택부(130)의 보다 상세한 구성을 도시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 전력변환부(180)는 배터리의 전력을 외부전원의 어느 한 상과 동기화된 단상 교류 전력을 출력할 수 있는 인버터(182, 184, 186)를 포함할 수 있다. 각각의 인버터(182, 184, 186)는 각각 위상과 전력의 크기를 다르게 출력할 수 있다.3 is a block diagram illustrating a more detailed configuration of the
제1선택부(120)는 전력변환부(180)의 출력을 외부전원(110)에 연결하는 스위치(122, 124, 126)를 포함할 수 있다. 제1선택부(120)는 전력변환부(180)로부터 전원선과 중성선을 입력으로 받을 수 있다. 또한 외부전원(110)으로부터 중성선(N) 및 전원선(R, S 및 T)을 입력으로 받을 수 있다. 전력변환부(180)의 중성선은 외부전원(110)의 중성선(N)과 연결된다. 각각의 스위치(122, 124, 126)는 전력변환부(180)의 전원선과 외부전원(110)의 R, S 또는 T 중 어느 하나를 선택하여 연결할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 스위치(122)가 전력변환부(180) 내의 인버터(182)의 전원선과 외부전원(110)의 R을 연결할 경우 인버터(182)의 전력은 외부전원(110) R과 병렬로 연결되며, 인버터(182)의 전력은 외부전원(110) R과 합성되어 출력된다. 교류 전력의 합성 후 크기와 위상은 합성되는 두 개의 교류 전력의 크기와 위상을 가지는 벡터의 합으로 계산될 수 있다. 따라서 외부전원(110) R과 전력변환부(180) 출력의 위상이 정확히 동기화 된 경우 합성된 교류 전력의 위상은 외부전원(110) R과 동일하며, 크기는 두 전력의 스칼라 합과 같이 된다.The
제2선택부(130)는 제1선택부(120)의 출력 중 어느 하나의 상을 선택하여 출력할 수 있다. 제2선택부(130)는 제1선택부(120)의 출력을 입력 받아 어느 하나의 상을 선택하여 출력하는 스위치(132, 134, 136)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위치(132, 134, 136)는 릴레이(Relay), 전자 개폐기(Magnetic Switch; MS), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor; IGBT)중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다. 스위치(132, 134, 136)는 입력 받은 전원선 중 어느 하나를 선택하여 출력포트(140, 142, 144)로 연결할 수 있다. The
일 실시예에 따르면, 출력포트(140, 142, 144)는 일측이 전기자동차에 접촉되며 타측이 제2선택부(130)와 연결될 수 있다. 출력포트(140, 142, 144)는 제2선택부(130)의 출력을 전기자동차로 공급할 수 있다. 출력포트(140, 142, 144)는 전기자동차와 접속 시 접속 여부 및 전기자동차의 충전소요전력량 정보와 충전포트별 전력 소요량 정보를 충전장치에 통지할 수 있다.According to one embodiment, the
일 양상에 따르면 제어부(190)는 외부전원(110)의 효율적인 사용을 위하여 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량, 출력포트(140, 142, 144)에 접속된 전기자동차별 충전소요전력량 및 배터리(170)의 잔량을 포함하는 정보를 이용하여 단위시간별 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성하고 생성된 스케줄에 따라 제1선택부(120), 제2선택부(130) 및 전력변환부(180)를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어부(190)는 마이크로프로세서와 메모리 및 그에 의해 실행되는 운영 프로그램 및 응용프로그램을 포함하여 구현될 수 있다.According to an aspect, the
도 4는 일 실시예에 따른 제어부(190)의 보다 상세한 구성을 도시한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 제어부(190)는 스케줄 생성부(191) 및 스케줄 실행부(192)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스케줄 생성부(191) 및 스케줄 실행부(192)는 제어부의 메모리에 저장되어 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어 블록으로 구현될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 스케줄 생성부(191) 및 스케줄 실행부(192)는 PLA(Programmable Logic Array), PAL(Programmable Array Logic), SPLD(Simple Programmable Logic Device), CPLD(Complex Programmable Logic Device) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 와 같이 사용자가 필요로 하는 논리기능을 직접 프로그램 하여 사용할 수 있는 하드웨어로 구현될 수 있다. 4 is a block diagram showing a more detailed configuration of the
스케줄 생성부(191)는 외부전원(110)의 효율적인 사용을 위하여 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량, 출력포트(140)에 접속된 전기자동차별 충전소요전력량 및 배터리(170)의 잔량을 포함하는 정보를 이용하여 단위시간별 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성할 수 있다.The
충전장치가 설비를 통해 공급 할 수 있는 총 설비전력량은 발전설비, 송변전설비, 배전설비 등 전력 설비에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단독주택의 경우 총 설비전력량은 외부전원(110) 입력전압이 AC 110[V]이며 전력 레벨이 3[kW]이하일 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 아파트나 공용주차장 등의 경우 총 설비전력량은 입력 전압이 단상 AC220[V]이며 전력 레벨이 7.7[kW] 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에 의하면, 고속도로 휴게소나 전기 충전소의 경우 총 설비전력량은 입력 전압이 삼상 AC380[V]이며 전력 레벨이 50[kW] 이상일 수 있다. 다만, 일 양상에 의한 총 설비전력량은 위에 기재된 실시예에 한정되지 않는다.The total amount of equipment power that the charging device can supply through the facility can be determined by the power facilities such as power generation facilities, transmission and distribution facilities, and distribution facilities. According to an exemplary embodiment, in the case of a single-family house, the total installed power amount may be an AC 110 [V] input voltage of the
전기자동차별 충전소요전력량은 배터리의 용량 및 충방전 상태에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리 잔량 비율의 차이로 인하여 전기자동차별 충전소요전력량과 충전 시간이 차이가 발생할 수 있다. 이로 인하여 외부전원(110)에 상전류가 불평형하게 흐를 수 있다. 또한, 전기자동차가 증가하면 각 상의 전원선에 전류 불평형이 증가할 수 있다. 이로 인하여 전원 설비 이용률이 감소하고 전력 손실이 증가하여 전기 요금의 증가 및 설비의 오작동 등이 초래될 수 있다.The amount of electric power required to charge the electric vehicle may vary depending on the capacity of the battery and the charge / discharge state. According to an embodiment, a difference between the charging power required by the electric vehicle and the charging time may occur due to the difference in the remaining battery charge ratio. This causes the phase current to flow unbalanced to the
일 실시예에 따르면, 스케줄 생성부(191)는 현재 충전을 실시하고 있는 전기자동차 이외의 새로운 전기자동차가 출력포트(140, 142, 144)에 접속하여 충전을 요구하는 경우 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량과 배터리(170)의 잔량 정보를 이용하여 충전에 제공할 수 있는 최대 충전 가능 전력량을 계산한다. 또한 스케줄 생성부(191)는 출력포트(140)에 접속된 전기자동차별 충전소요전력량을 모두 합산하여 현재 제공하여야 할 전체 충전 요구 전력량을 계산한다. 이 계산 결과에 따라 스케줄 생성부(191)는 단위시간 별 제1선택부(120), 제2선택부(130) 및 전력변환부(180) 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성한다. According to one embodiment, when a new electric vehicle other than the electric car currently charging is connected to the
일 실시예에 따르면, 최대 충전 가능 전력량이 전체 충전 요구 전력량보다 클 경우, 새로운 전기자동차가 충전하기 위해 출력포트(140, 142, 144)에 접속하면, 스케줄 생성부(191)는 충전 대상 리스트에 추가하고, 스케줄링 알고리즘을 통하여 충전 요구 전력량을 재산정하며, 우선순위에 따라 해당채널에 전력을 공급한다. 다른 실시예에 따르면, 전체 충전 요구 전력량이 최대 충전 가능 전력량보다 클 경우, 전체 충전 요구 전력량에 대한 전기자동차별 충전 요구 전력량의 비에 최대 충전 가능 전력량을 곱하여 전기자동차 완속 충전장치의 실제 충전 전력량을 재계산 한다. 이 계산 결과에 따라 스케줄 생성부(191)는 단위시간 별 제1선택부(120), 제2선택부(130) 및 전력변환부(180) 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성한다.According to one embodiment, when the maximum chargeable electric energy amount is larger than the total charge required electric energy amount, when the new electric vehicle is connected to the
일 실시예에 따르면, 제어변수는 제1선택부, 제2선택부, 전력변환부를 제어하기 위한 변수일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 외부전원이 3상 전원인 경우 제1선택부를 제어하기 위한 변수는, R, S, T 또는 NC(Non-Connect) 일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 외부전원이 3상 전원인 경우 제2선택부를 제어하기 위한 변수는, R, S, T 또는 NC(Non-Connect) 일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 외부전원이 3상 전원인 경우 전력변환부를 제어하기 위한 변수는 인버터의 가동/정지를 포함할 수 있다. 또한, 전력변환부를 제어하기 위한 변수는 전력 변환 시 출력의 위상 및 크기를 제어하는 변수가 포함될 수 있다.According to one embodiment, the control variable may be a variable for controlling the first selector, the second selector, and the power converter. According to an embodiment, when the external power source is a three-phase power source, the variable for controlling the first selector may be R, S, T or NC (Non-Connect). According to an embodiment, when the external power source is a three-phase power source, the variable for controlling the second selector may be R, S, T or NC (Non-Connect). According to an embodiment, when the external power source is a three-phase power source, a variable for controlling the power conversion unit may include the operation of the inverter. In addition, a variable for controlling the power conversion section may include a variable for controlling the phase and magnitude of the output during power conversion.
일 실시예에 따르면, 스케줄링의 단위시간은 시간당 소비 전력량[kWh] 계산의 기준이 되는 1시간이 될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 스케줄링의 단위시간은 1시간동안 수행하는 스케줄링의 횟수에 따라 결정 수 있다. 예를 들어, 1시간에 4번의 스케줄링을 수행하는 경우 스케줄링의 단위시간은 15분이 될 수 있다.According to one embodiment, the unit time of scheduling may be one hour, which is a reference for calculating the amount of power consumption per hour [kWh]. According to another embodiment, the unit time of scheduling may be determined according to the number of scheduling operations performed for one hour. For example, when performing four times of scheduling in one hour, the unit time of scheduling may be 15 minutes.
스케줄 실행부(192)는 생성된 스케줄에 따라 제1선택부(120), 제2선택부(130) 및 전력변환부(180)를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스케줄 실행부(192)는 스케줄 생성부(191)에 의해 생성된 스케줄에 따라 전력변환부(180)의 가동여부를 제어할 수 있으며, 전력변환부(180)에서 출력되는 교류 전류의 크기 및 위상을 제어할 수 있다. 또한 스케줄 실행부(192)는 인버터의 출력 교류 전류의 위상을 전기자동차를 충전하기 위하여 사용되는 외부전원(110)의 위상과 동기화되도록 제어할 수 있다. 또한 스케줄 실행부(192)는 제1선택부(120)를 제어하여 외부전원(110)의 전원선 중 어느 하나를 선택하여 전력변환부(180)의 전원선과 병렬로 연결되도록 제어할 수 있다. 또한 스케줄 실행부(192)는 제2선택부(130)를 제어하여 제1선택부(120)의 전원선 중 어느 하나를 선택하여 출력포트(140, 142, 144)로 연결되도록 제어할 수 있다.The
일 양상에 따르면, 제어부(190)는 각 출력포트(140, 142, 144)의 전력 소요량을 수신하여 현재 접속된 전기자동차들의 충전소요전력량에 대한 상간 소모전력이 평형이 되는 방향으로 충전포트를 각 상에 분배하여 연결하도록 제2선택부(130)를 제어하는 상간평형조정부(193)를 더 포함할 수 있다.According to an aspect, the
일 실시예에 따르면, 상간평형조정부(193)는 스케줄 생성부(191) 및 스케줄 실행부(192)에 의해 전력을 공급하고 있는 출력포트(140, 142, 144)로부터 각 출력포트(140, 142, 144)의 실시간 전력 소요량을 수신하여 현재 접속된 전기자동차들의 실제 충전소요전력량에 대한 상간불평형률을 계산할 수 있다. 또한 상간평형조정부(196)는 외부전원(110)의 전류 정보를 수신하여 외부전원(110)의 부하가 얼마인지 알 수 있다. 이 상간불평형율 계산 결과와 외부전원(110)의 부하에 따라 상간 평형도가 일정 기준을 만족하지 못하는 경우 상간평형조정부(193)는 외부전원(110)의 상간 소모전력이 평형이 되는 방향으로 충전포트를 각 상에 재분배할 수 있도록 제어변수를 생성하고, 이 제어변수를 이용하여 제2선택부(130)를 제어할 수 있다. 이와 같이 상간평형조정부(193)를 이용하여 외부전원(110)의 상간 소모전력의 평형을 제어하는 경우 스케줄 생성부(191)에서 예측한 결과와 실제 출력포트(140, 142, 144)를 통해 공급되는 전력의 차이를 보상하여 외부전원(110)의 상간 소모전력의 불평형을 감소시킬 수 있다.According to one embodiment, the phase
일 실시예에 따르면, 상간불평형률 다음과 같이 구할 수 있다.According to one embodiment, the inter-phase imbalance rate can be obtained as follows.
[식1][Formula 1]
식 1을 참조하면, WR, WS , WT는 각각 R, S, T의 전력을 나타낸다.Referring to
표 1은 일 실시예에 따른 출력포트별 전력 소요량을 나타낸 것이다. 일 실시예에 따르면, 공동주택 단지의 경우 전기자동차 충전기용 메인 분전반을 통해 전기자동차 충전장치가 다수 대 설치될 수 있다. 이러한 경우 전기자동차별 충전 전력량과 충전시간의 차이로 인하여 메인 분전반의 전원선에 불평형이 발생할 수 있다. 이와 같은 경우 충전부하의 재분배가 필요하다.Table 1 shows power requirements per output port according to one embodiment. According to one embodiment, a plurality of electric vehicle charging apparatuses can be installed through a main distribution panel for an electric vehicle charger in the case of a housing complex. In this case, unbalance may occur in the power line of the main distribution panel due to the difference between the charging power and charging time of each electric vehicle. In this case, redistribution of the charging load is necessary.
일 실시예에 따르면, 다수 대의 완속 충전장치에 다수 대의 전기자동차가 동시에 충전을 하여 메인 분전반의 부하가 불평형 상태인 경우, 상간평형조정부(193)는 외부전원(110)의 전류의 크기 정보와, 접속한 전기자동차들의 충전소요전력량 정보를 이용하여 제 2 선택부(130)의 스위치(132, 134, 136)를 제어하여 전기자동차가 연결될 외부전원(110)의 상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 외부전원(110)의 R상에 1.05[kW], S상에 0.7[kW], T상에 0.35[kW]의 부하가 걸려있는 경우 0.35[kW]의 충전부하 3개가 추가될 수 있다. 이 때, 외부전원(110)의 부하 정보를 이용하지 않고 부하를 분배할 경우 각 상에 1개의 부하를 각각 연결할 경우 외부전원(110)의 부하는 R상에 1.4[kW], S상에 1.05[kW], T상에 0.7[kW]의 부하가 걸릴 수 있다. 반면, 외부전원(110)의 부하 정보를 이용하는 경우 S상에 1개, R사에 2개의 부하가 걸리도록 제어할 수 있다. 이 경우 각 상에는 1.05[kW] 의 부하가 걸리게 되며, 따라서 상평형을 이룰 수 있게 된다.According to one embodiment, when a plurality of electric vehicles simultaneously charge a plurality of fast charging apparatuses and load of the main distribution board is in an unbalanced state, the
표 1을 참조하면, 전기자동차가 각각 출력 포트에 1 대 1로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기자동차 1-1은 출력포트(140), 전기자동차 1-2는 출력포트(142) 및 전기자동차 1-3은 출력포트(144)에 연결되어 있다.Referring to Table 1, the electric vehicle can be connected to the output port on a one-to-one basis. According to one embodiment, the electric vehicle 1-1 is connected to the
표 2는 일 실시예에 따라 상간평형조정부(193)에 의하여 상간 평형을 제어하는 경우, 제1선택부, 제2선택부 및 전력변환부의 제어변수를 구체적으로 나타낸 것이다.Table 2 specifically shows control variables of the first selector, the second selector, and the power converter when the phase balance is controlled by the
시간
제어변수Scheduling
time
Control variable
(120)The first selector
(120)
(130)The second selector
(130)
(180)Power conversion section
(180)
표 1을 참조하면, 일 실시예에 따르면, 상간평형조정부(193)에 의하여 상간 평형을 제어하지 않는 경우, 전기자동차를 출력포트 번호 순서로 외부전원 R, S, T상을 순차적으로 연결할 수 있다. 즉, 전기자동차 1-1은 출력포트(140)에 연결되며, 제2선택부 스위치(132)에 의해 R상의 전원을 공급받게 된다. 전기자동차 1-2는 출력포트(142)에 연결되며, 제2선택부 스위치(134)에 의해 S상의 전원을 공급받게 된다. 전기자동차 1-3은 출력포트(144)에 연결되며, 제2선택부 스위치(134)에 의해 T상의 전원을 공급받게 된다. 이 경우 R상의 전력량은 8[kWh], S상의 전력량은 4.5[kWh], T상의 전력량은 6[kWh]가 된다. 이때 상간불평형률은 56.8[%]가 된다.Referring to Table 1, according to one embodiment, when the phase balance is not controlled by the phase
표 1과 표 2를 참조하면, 일 실시예에 따르면, 상간평형조정부(193)는 외부전원(110)만을 이용하여 전력을 공급하는 경우 제 2 선택부(130)의 스위치(132, 134, 136)를 제어하기 위한 제어변수를 결정할 수 있다. 스위치(132)의 경우 스케줄링 시간 1, 3, 4, 5 및 7에 R 상과 연결되고, 스케줄링 시간 6에는 S상에 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-1은 총 6번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 R상에서 총 7.5[kWh]를 공급받으며, S상에서 총 1.5[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-1의 충전소요전력량인 8[kWh]를 만족시킬 수 있다. 스위치(134)의 경우 스케줄링 시간 1, 2 및 4에 S 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-2은 총 3번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 4.5[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-2의 충전소요전력량인 4.5[kWh]를 만족시킬 수 있다. 스위치(136)의 경우 스케줄링 시간 1, 2, 3 및 5에 T 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-3은 총 4번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 6[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-3의 충전소요전력량인 6[kWh]를 만족시킬 수 있다. 이때 각 상당 총 공급 전력량은 R의 경우 6.5[kWh], S의 경우 6[kWh], T의 경우 6[kWh]이되어 상간불평형률은 8.1[%]가 된다. 위의 두 실시예를 비교하면, 총 사용 전력량은 18.5[kWh]로 동일하지만, 상간불평형률을 48.7% 감소시킬 수 있다. 이러한 경우 상간불평형률의 증가에 따른 전기 요금 증가와 변압기 손실에 의한 변압기의 이용률 감소 문제를 해결할 수 있다.Referring to Table 1 and Table 2, when the
일 양상에 따르면, 제어부(190)는 상간 소모전력의 불평형을 보상하기 위하여 제1선택부(120) 및 전력변환부(180)를 제어하는 상간평형조정보상부(194)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상간평형조정보상부(194)는 상간평형조정부(193)에 의해 제어되어 전력을 공급하고 있는 출력포트(140, 142, 144)로부터 각 출력포트(140, 142, 144)의 실시간 전력 소요량을 수신하여 현재 접속된 전기자동차들의 실제 충전소요전력량에 대한 상간불평형률을 계산할 수 있다. 이 결과에 따라 상간평형조정보상부(194)는 배터리(170)를 통하여 전력을 공급할지 여부를 결정할 수 있다. 또한 상간평형조정보상부(194)는 외부전원(110)의 상간 소모전력의 불평형 정도에 따라 어느 상에 전력을 공급할지 여부 및 공급할 전력의 크기 및 위상을 결정할 수 있다. 이에 따라 상간평형조정보상부(194)는 전력변환부(180)를 제어하여 전력변환을 실행할지 여부 및 공급할 전력의 크기 및 위상을 제어할 수 있다. 또한 상간평형조정보상부(194)는 제1선택부(120)를 제어하여 전력변환부(180)의 출력과 선택된 외부전원(110)의 상을 연결하도록 제어할 수 있다. According to an aspect, the
일 실시예에 따르면, 다수 대의 완속 충전장치에 다수 대의 전기자동차가 동시에 충전을 하여 메인 분전반의 부하가 불평형 상태인 경우, 상간평형조정보상부(194)는 외부전원(110)의 전류의 크기 정보와, 접속한 전기자동차들의 충전소요전력량 정보를 이용하여 제 1 선택부(120) 및 전력변환부(180) 및 제 2 선택부(130)를 제어하여 전기자동차가 연결될 외부전원(110)의 상평형을 보상할 수 있다. 예를 들어, 외부전원(110)의 R상에 1.15[kW], S상에 0.7[kW], T상에 0.35[kW]의 부하가 걸려있는 경우 0.35[kW]의 충전부하 3개가 추가될 수 있다. 이 때, 상간평형조정부(193)만으로 부하를 분배할 경우 외부전원(110)의 부하는 R상에 1.15[kW], S상에 1.05[kW], T상에 1.05[kW]의 부하가 걸릴 수 있다. 반면, 상간평형조정보상부(194)가 제 1선택부(120)와 전력변환부(180)를 제어하여 R 상에 0.1[kW]의 전력을 공급하는 경우 각 상에는 1.05[kW] 의 부하가 걸리게 되며, 따라서 상평형을 이룰 수 있게 된다.According to an embodiment, when a plurality of electric vehicles simultaneously charge a plurality of fast charging apparatuses and load of the main distribution board is in an unbalanced state, the inter-phase balancing information
표 3은 일 실시예에 따라 상간평형조정보상부(194)에 의하여 상간 평형을 제어하는 경우, 제1선택부, 제2선택부 및 전력변환부의 제어변수를 구체적으로 나타낸 것이다.Table 3 specifically shows the control variables of the first selector, the second selector, and the power converter when the phase equilibrium is controlled by the
시간
제어변수Scheduling
time
Control variable
(120)The first selector
(120)
(130)The second selector
(130)
(180)Power conversion section
(180)
/0.5ON / R
/0.5
표 1과 표 3을 참조하면, 일 실시예에 따르면, 상간평형조정보상부(194)는 제 1 선택부(120)의 스위치(122)는 스케줄링 시간 7에 R이 되고, 전력변환부(180)의 인버터(182)는 스케줄인 시간 7에 ON되며 R과 동기되어 0.5[kWh]를 공급하도록 제어변수를 결정할 수 있다. 스위치(132)의 경우 스케줄링 시간 1, 3, 4, 5 및 7에 R 상과 연결되고, 스케줄링 시간 6에는 S상에 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-1은 총 6번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 R상에서 총 7.5[kWh]를 공급받으며, S상에서 총 1.5[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-1의 충전소요전력량인 8[kWh]를 만족시킬 수 있다. 스위치(134)의 경우 스케줄링 시간 1, 2 및 4에 S 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-2은 총 3번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 4.5[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-2의 충전소요전력량인 4.5[kWh]를 만족시킬 수 있다. 스위치(136)의 경우 스케줄링 시간 1, 2, 3 및 5에 T 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-3은 총 4번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 6[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-3의 충전소요전력량인 6[kWh]를 만족시킬 수 있다. 이때 R의 경우 외부전원(110)에 의해 6[kWh]을 공급할 수 있으면, 배터리 전력에 의해 0.5[kWh]를 공급할 수 있다. 따라서 외부전원(110)에 의한 각 상당 총 공급 전력량은 R의 경우 6 [kWh], S의 경우 6[kWh], T의 경우 6[kWh]이되어 상간불평형률은 0[%]가 된다. 위의 두 실시예를 비교하면, 총 사용 전력량은 18.5[kWh]로 동일하지만, 상간불평형률을 0%로 감소시킬 수 있다. 이러한 경우 상간불평형률의 증가에 따른 전기 요금 증가와 변압기 손실에 의한 변압기의 이용률 감소 문제를 해결할 수 있다.Referring to Tables 1 and 3, according to one embodiment, the phase balance
일 실시예에 따르면, 상간평형조정보상부(194)는 배터리(170)를 보호하기 위하여 배터리(170)의 잔량이 일정량 이하가 되는 경우 배터리(170)의 사용을 정지하도록 제1선택부(120) 및 전력변환부(180)를 제어할 수 있다.According to one embodiment, the phase balancing information
일 양상에 따르면, 상간평형조정보상부(194)는 전력 변환부의 출력이 완만하게 변화하여 목표치에 지연된 시간 후 도달하도록 제어할 수 있다. According to one aspect, the phase balance equilibrium information
일 양상에 따르면, 제어부(190)는 각 출력포트(140, 142, 144)의 전력 소요량을 수신하여 시간당 전체 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하지 않도록 스케줄링을 수행하여 제2선택부(130)를 제어하는 전력피크조정부(195)를 더 포함할 수 있다. According to one aspect, the
일 양상에 따르면 전력피크조정부(195)는 스케줄 생성부(191) 및 스케줄 실행부(192)에 의해 전력을 공급하고 있는 출력포트(140, 142, 144)로부터 각 출력포트(140, 142, 144)의 실시간 전력 소요량을 수신하여 현재 접속된 전기자동차들의 실제 충전소요전력량을 계산할 수 있다. 이 계산 결과에 따라 실제 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하는 경우 전력피크조정부(195)는 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량 이하가 되도록 제어변수를 생성하고, 이 제어변수를 이용하여 제2선택부(130)를 제어할 수 있다. 이와 같이 전력피크조정부(195)를 이용하여 충전소요전력량을 제어하는 경우 스케줄 생성부(191)에서 예측한 결과와 실제 출력포트(140, 142, 144)를 통해 공급되는 전력의 차이를 보상하여 설비를 보호할 수 있다. 표 4는 일 실시예에 따른 전기자동차별 충전소요전력을 나타낸 것이다. 표 4를 참조하면, 전기자동차가 각각 출력 포트에 1 대 1로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전기자동차 1-1은 출력포트(140), 전기자동차 1-2는 출력포트(142) 및 전기자동차 1-3은 출력포트(144)에 연결되어 있다.According to one aspect, the power
표 5는 일 실시예에 따라 외부전원(110)에 의해 공급되는 최대 전력량이 21[kWh]인 경우, 제1선택부, 제2선택부 및 전력변환부의 제어변수를 구체적으로 나타낸 것이다. 일 실시예에 따르면, 전력 피크에 따라 전원용량이 부족한 경우를 대비하여 동시에 충전할 수 있는 충전 용량을 14[kWh] 제한하며, 스케줄링을 1시간에 4번 수행하여 스케줄링 단위시간을 15분으로 하며, 스케줄링 단위시간 당 각 출력포트별로 1.5[kWh]를 공급할 수 있다. Table 5 specifically shows the control variables of the first selector, the second selector, and the power converter when the maximum amount of power supplied by the
시간
제어변수Scheduling
time
Control variable
(120)The first selector
(120)
(130)The second selector
(130)
(180)Power conversion section
(180)
표 4 및 표 5를 참조하면, 전기자동차 1-1은 출력포트(140)에 연결되며, 제2선택부 스위치(132)에 의해 R상의 전원을 공급받게 된다. 전기자동차 1-2는 출력포트(142)에 연결되며, 제2선택부 스위치(134)에 의해 S상의 전원을 공급받게 된다. 전기자동차 1-3은 출력포트(144)에 연결되며, 제2선택부 스위치(134)에 의해 T상의 전원을 공급받게 된다. Referring to Table 4 and Table 5, the electric vehicle 1-1 is connected to the
일 실시예에 따르면, 만일 최대 충전 가능 전력량을 고려하지 않고 충전 전기자동차 1-1, 1-2 및 1-3을 동시에 충전하는 경우, 총 충전 용량은 18[kWh]로 동시에 충전할 수 있는 충전 용량인 14[kWh]을 초과하게 된다. 따라서 전력피크조정부(195)는 최대 충전 가능 전력량을 고려하여 제 2 선택부(130)를 제어하기 위한 제어변수를 결정할 수 있다. According to one embodiment, when charging electric vehicles 1-1, 1-2, and 1-3 are charged at the same time without considering the maximum chargeable electric energy amount, the total charge capacity is a charge that can be simultaneously charged to 18 [kWh] Which exceeds the capacity of 14 [kWh]. Therefore, the power
일 실시예에 따르면, 전력피크조정부(195)는 외부전원만을 이용하여 전력을 공급하는 경우 최대 충전 가능 전력량을 초과하지 않도록 제 2 선택부(130)의 스위치(132, 134, 136)를 제어하기 위한 제어변수를 결정할 수 있다. 스위치(132)의 경우 스케줄링 시간 1, 3, 4, 6, 7 및 8에 R 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-1은 총 6번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 9[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-1의 충전소요전력량인 8[kWh]를 만족시킬 수 있다. 스위치(134)의 경우 스케줄링 시간 1, 2, 4, 5 및 7에 S 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-2은 총 5번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 7.5[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-2의 충전소요전력량인 7[kWh]를 만족시킬 수 있다. 스위치(136)의 경우 스케줄링 시간 1, 2, 3, 5, 6 및 8에 T 상과 연결되도록 제어될 수 있다. 이 경우 전기자동차 1-3은 총 6번의 스케줄링 시간 동안 전력을 공급받으며, 각 시간당 1.5[kWh]가 가능하므로 총 9[kWh]를 공급받을 수 있다. 따라서 전기자동차 1-3의 충전소요전력량인 8[kWh]를 만족시킬 수 있다. 또한, 동시에 충전하는 전기자동차의 대수를 분산시켜 순간적으로 발생할 수 있는 피크 전력을 방지할 수 있다. According to one embodiment, the power
일 양상에 따르면, 제어부(190)는 전체 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하는 경우 배터리(170)의 전력을 제2선택부(130)에 공급하도록 제1선택부(120) 및 전력변환부(180)를 제어하는 전력피크조정보상부(196)를 더 포함할 수 있다. The
일 양상에 따르면, 전력피크조정보상부(196)는 전력피크조정부(195)에 의해 제어되어 전력을 공급하고 있는 출력포트(140, 142, 144)로부터 각 출력포트(140, 142, 144)의 실시간 전력 소요량을 수신하여 현재 접속된 전기자동차들의 실제 충전소요전력량을 계산할 수 있다. 이 결과에 따라 전력피크조정보상부(196)는 배터리(170)를 통하여 전력을 공급할지 여부를 결정할 수 있다. 또한 전력피크조정보상부(196)는 외부전원(110)의 상간 소모전력의 초과 정도에 따라 어느 상에 전력을 공급할지 여부 및 공급할 전력의 크기 및 위상을 결정할 수 있다. 이에 따라 전력피크조정보상부(196)는 전력변환부(180)를 제어하여 전력변환을 실행할지 여부 및 공급할 전력의 크기 및 위상을 제어할 수 있다. 또한 전력피크조정보상부(196)는 제1선택부(120)를 제어하여 전력변환부(180)의 출력과 선택된 외부전원(110)의 상을 연결하도록 제어할 수 있다.According to an aspect, the power peak information
표 6은 다른 실시예에 따라 외부전원(110)에 의해 공급되는 최대 전력량이 21[kWh]인 경우, 배터리를 사용하여 전력을 추가로 공급하는 경우, 제1선택부, 제2선택부 및 전력변환부의 제어변수를 구체적으로 나타낸 것이다. 일 실시예에 따르면, 전력 피크에 따라 전원용량이 부족한 경우를 대비하여 동시에 충전할 수 있는 충전 용량을 14[kWh] 제한하며, 스케줄링을 1시간에 4번 수행하여 스케줄링 단위시간을 15분으로 하며, 스케줄링 단위시간 당 각 출력포트별로 1.5[kWh]를 공급할 수 있다. Table 6 shows the relationship between the maximum power amount supplied by the
일 실시예에 따르면, 전력변환부(180)의 인버터(182, 184, 186)는 단상 인버터이며, 각각 5[kW]급으로 구성하여 최대 15[kW]를 공급할 수 있다. 배터리의 경우 3.4[V]/40[Ah]인 셀 14개를 직렬로 연결한 트레이 2개를 병렬로 연결하여 모듈을 만들고 이 모듈 5개를 직렬로 연결하여 20[kWh]의 랙으로 구성될 수 있다.
According to one embodiment, the
시간
제어변수Scheduling
time
Control variable
(120)The first selector
(120)
(130)The second selector
(130)
(180)Power conversion section
(180)
/0.33ON / R
/0.33
/0.33ON / R
/0.33
/0.33ON / R
/0.33
/0.33ON / R
/0.33
/0.33ON / S
/0.33
/0.33ON / S
/0.33
/0.33ON / S
/0.33
/0.33ON / S
/0.33
/0.34ON / T
/0.34
/0.34ON / T
/0.34
/0.34ON / T
/0.34
/0.34ON / T
/0.34
표 4 및 표 6을 참조하면, 전기자동차 1-1은 출력포트(140)에 연결되며, 제2선택부 스위치(132)에 의해 R상의 전원을 공급받게 된다. 전기자동차 1-2는 출력포트(142)에 연결되며, 제2선택부 스위치(134)에 의해 S상의 전원을 공급받게 된다. 전기자동차 1-3은 출력포트(144)에 연결되며, 제2선택부 스위치(134)에 의해 T상의 전원을 공급받게 된다. 일 실시예에 따르면, 최대 충전 가능 전력량을 고려하지 않고 충전 전기자동차 1-1, 1-2 및 1-3을 동시에 충전하는 경우, 총 충전 용량은 18[kWh]로 동시에 충전할 수 있는 충전 용량인 14[kWh]을 초과하게 된다. 즉, 4[kWh]가 부족하게 된다. 이 때, 전력피크조정보상부(196)는 배터리의 전력을 공급하도록 제 1 선택부(120)와 전력변환부(180)를 제어하기 위한 제어변수를 생성할 수 있다. 제 1 선택부(120)의 경우 스케줄링 시간 1, 2, 3 및 4에 스위치(122)를 R, 스위치(124)를 S, 스위치(126)를 T로 연결하도록 제어변수를 결정할 수 있다. 전력변환부(180)의 경우 인버터(182)를 ON 시키며, R상에 동기화 되어 0.33[KWh]를 공급하고, 인버터(184)를 ON 시키며, R상에 동기화 되어 0.33[KWh]를 공급하고, 인버터(186)를 ON 시키며, T상에 동기화 되어 0.34[KWh]를 공급하도록 제어변수를 결정할 수 있다. 이러한 경우 배터리의 전력 4[kWh]를 공급할 수 있게 되어 전기자동차 1-1, 1-2 및 1-3을 동시에 충전할 수 있다. 스케줄링 시간 5 이후부터는 동시에 전기자동차 1-1, 1-2 및 1-3을 충전하여도 최대 충전 가능량을 초과하지 않으므로 제 1 선택부(120)의 스위치(122, 124, 126)를 모두 NC로 하며, 전력변환부(180)의 인버터(182, 184, 186)를 모두 OFF 시키도록 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성할 수 있다. 이러한 경우 외부전원(110)만으로 충전이 이루어 질 수 있다.Referring to Table 4 and Table 6, the electric vehicle 1-1 is connected to the
일 실시예에 따르면, 제어부(190)는 배터리(170)를 보호하기 위하여 배터리(170)의 잔량이 일정량 이하가 되는 경우 배터리(170)의 사용을 정지하도록 제1선택부(120) 및 전력변환부(180)의 제어변수를 생성할 수 있다. 예를 들어, 배터리의 잔량이 20% 이하는 경우 배터리의 사용을 정지시킬 수 있다.The
일 양상에 따르면, 전력피크조정보상부(196)는 전력 변환부의 출력이 완만하게 변화하여 목표치에 지연된 시간 후 도달하도록 제어할 수 있다.According to one aspect, the power peak
일 양상에 따르면, 스케줄 생성부(191)는 외부전원(110)의 공급이 차단된 경우 배터리(170)의 전력만을 이용하여 전기자동차의 충전을 수행하도록 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성할 수 있다. According to one aspect, the
도 5는 일 실시예에 따라 외부전원(110)이 정전 등에 의하여 공급이 차단된 경우 인버터를 가동하여 배터리 전력을 공급하기 위한 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 스케줄 생성부(191)는 외부전원(110)이 정전 등에 의하여 공급이 차단되었는지를 검사한다(S510). 정전이 발생하면 스케줄 생성부(191)는 전력변환부(180)의 인버터(182, 184, 186)를 가동시킬 수 있도록 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성한다(S520). 또한 제1선택부(120) 및 제2선택부(130)를 제어하여 배터리가 방전될 수 있도록 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성한다(S530). 스케줄 생성부(191)는 충전소요전력량이 배터리(170)를 통해 공급 가능한 총 전력량 이하가 되도록 제어변수를 생성할 수 있다. 스케줄 생성부(191)는 각 상당 요구되는 충전소요전력량에 따라 전력변환부(180)의 전력이 공급될 수 있도록 제1선택부(120)를 제어할 수 있다. 5 is a flowchart for supplying battery power by operating the inverter when the
일 실시예에 따르면, 배터리를 통하여 공급되는 전력은 비상전력일 수 있다. 즉, 스케줄 생성부(191)는 충전소요전력량이 배터리(170)를 통해 공급 가능한 비상전력량 이하가 되도록 제어변수를 생성할 수 있다. 스케줄 생성부(191)는 각 상당 요구되는 충전소요전력량에 따라 전력변환부(180)의 전력이 공급될 수 있도록 제1선택부(120)를 제어할 수 있다. 이때 비상전력량은 배터리를 통해 공급할 수 있는 총 전력량의 10% 일 수 있다. According to one embodiment, the power supplied through the battery may be emergency power. That is, the
일 실시예에 따르면, 스케줄 생성부(191)는 배터리(170)를 보호하기 위하여 배터리(170)의 잔량이 일정량 이하가 되는 경우 전기자동차의 충전을 정지하도록 제1선택부(120) 및 전력변환부(180)를 제어할 수 있다. 도 5를 참조하면, 배터리 방전이 시작되면 스케줄 생성부(191)는 배터리 잔량 정보를 수신하여 배터리 잔량이 기준치 이하인지 여부를 검사한다(S540). 일 실시예에 따르면, 기준치는 10% 일 수 있다. 배터리의 잔량이 10% 이상인 경우 스케줄 생성부(191)는 정전 상태가 계속 중인지 검사한다(S550). 정전이 계속 중인 경우 배터리 전력을 계속 공급한다. 정전이 종료된 경우 스케줄 생성부(191)는 인버터의 가동을 종료시키기 위하여 제어변수를 생성할 수 있다(S560). 배터리의 잔량이 10% 미만인 경우 스케줄 생성부(191)는 인버터의 가동을 종료시키기 위하여 제어변수를 생성할 수 있다(S560).According to one embodiment, the
일 양상에 따르면, 전기자동차 완속 충전장치(100)는 외부전원(110)과 연결되어 배터리(170)를 충전하는 충전부(150)를 더 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 충전부(150)는 외부전원(110)과 연결되어 전력을 공급 받으며, 제어부(190)로부터 제어 신호를 수신하고, 배터리(170) 충전을 위한 전력을 공급한다. 일 실시예에 따르면, 충전부(150)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다. 여기서 컨버터의 입력 전력은 중성선과 전원선을 포함하는 3상 4선식 전원일 수 있다.According to an aspect, the electric vehicle
일 양상에 따르면 제어부(190)는 출력포트(140, 142, 144)의 전력 소요량과 배터리(170)의 잔량에 따라 배터리(170)의 충전 여부를 결정하여 충전부(150)를 제어하는 충전제어부(197)를 더 포함할 수 있다. The
도 6은 일 실시예에 따라 배터리를 충전하기 위한 방법에 대한 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 충전제어부(197)는 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량이 충전에 제공할 총 전력량보다 큰지 여부를 검사한다(S610). 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량이 충전에 제공할 총 전력량보다 큰 경우 충전제어부(197)는 배터리 잔량이 기준치 이하가 되는지 검사한다(S620). 일 실시예에 따르면, 기준치는 90%가 될 수 있다. 배터리 잔량이 90% 미만인 경우 충전제어부(197)는 충전부 가동을 시작한다(S630). 충전부 가동이 시작되면 컨버터를 통하여 교류 전원을 직류로 변환시켜 배터리에 전력을 공급하여 배터리 충전을 시작할 수 있다(S640). 배터리 충전이 시작되면 충전제어부(197)는 배터리의 잔량이 100%인지 검사한다(S650). 배터리의 잔량이 100% 이하인 경우 배터리 충전을 계속한다. 100%가 된 경우 충전부의 가동을 중단하며(S660), 배터리 충전을 종료시킨다(S670). 6 is a flow diagram of a method for charging a battery in accordance with one embodiment. Referring to FIG. 6, the
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities that may occur to those skilled in the art. The claims are intended to cover such modifications.
100: 전기자동차 완속 충전장치 110: 외부전원
120: 제1선택부 130: 제2선택부
140: 출력포트 150: 충전부
160: 위상검출부 170: 배터리
180: 전력변환부 190: 제어부
191: 스케줄 생성부 192: 스케줄 실행부
193: 상간평형조정부 194: 상간평형조정보상부
195: 전력피크조정부 196: 전력피크조정보상부100: Electric car full charge device 110: External power source
120: first selector 130: second selector
140: output port 150:
160: phase detector 170: battery
180: power converter 190:
191: Schedule generation unit 192: Schedule execution unit
193: phase balance adjustment unit 194: phase balance information top
195: Power peak adjustment unit 196: Power peak adjustment information
Claims (10)
전력변환부의 출력을 외부전원 중 선택된 어느 하나의 상에 병렬로 연결되도록 출력하는 제1선택부;
제1선택부의 출력 중 어느 하나의 상을 선택하여 출력하는 제2선택부;
제2선택부의 출력을 전기자동차로 공급하는 출력포트; 및
외부전원의 효율적인 사용을 위하여 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량, 출력포트에 접속된 전기자동차별 충전소요전력량 및 배터리의 잔량을 포함하는 정보를 이용하여 단위시간별 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성하는 스케줄 생성부 및 생성된 스케줄에 따라 제1선택부, 제2선택부 및 전력변환부를 제어하는 스케줄 실행부를 포함하는 제어부;
를 포함하되, 상기 제어부는
각 출력포트의 전력 소요량을 수신하여 현재 접속된 전기자동차들의 충전소요전력량에 대한 상간 소모전력이 평형이 되는 방향으로 충전포트를 각 상에 분배하여 연결하도록 제2선택부를 제어하는 상간평형조정부와,
상간 소모전력의 불평형을 보상하기 위하여 제1선택부 및 전력변환부를 제어하는 상간평형조정보상부와,
각 출력포트의 전력 소요량을 수신하여 스케줄링 단위시간당 전체 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하지 않도록 스케줄링을 수행하여 제2선택부를 제어하는 전력피크조정부와,
전체 충전소요전력량이 설비를 통해 공급 가능한 총 설비전력량을 초과하는 경우 배터리의 전력을 제2선택부에 공급하도록 제1선택부 및 전력변환부를 제어하는 전력피크조정보상부
를 더 포함하는 전기자동차 완속 충전장치.
A power converter for converting the power of the battery into a single-phase output synchronized with a phase of the external power supply;
A first selector for outputting the output of the power conversion unit to be connected in parallel on any one of the external power sources;
A second selector for selecting one of the outputs of the first selector and outputting the selected one;
An output port for supplying the output of the second selection unit to the electric vehicle; And
A schedule for generating a schedule by determining control variables for each unit time by using information including the total amount of facility electric power that can be supplied through the facility, the electric power required for charging electric vehicles connected to the output port, and the remaining amount of battery, A controller for controlling the first selecting unit, the second selecting unit, and the power converting unit according to the generating unit and the generated schedule;
, Wherein the control unit
An interphase balancing unit for receiving the required electric power of each output port and controlling the second selection unit to distribute and connect the charging port to each phase in a direction in which the interphase consumption power of the currently connected electric vehicles with respect to the electric power required for charging is balanced,
An upper part of the phase balance information for controlling the first selector and the power converter to compensate for the unbalance between the phases,
A power peak adjusting unit for receiving a power requirement of each output port and controlling the second selecting unit by performing scheduling so that the total charging required power amount per scheduling unit time does not exceed the total facility power amount that can be supplied through the facility,
A first selection unit for controlling the first selection unit and the power conversion unit to supply the power of the battery to the second selection unit when the total charging required power amount exceeds the total facility power amount available through the facility,
Further comprising an electric motor.
상간평형조정보상부는 전력 변환부의 출력이 완만하게 변화하여 목표치에 지연된 시간 후 도달하도록 제어하는 전기자동차 완속 충전장치.
The method according to claim 1,
The inter-phase balancing adjustment compensating unit controls the output of the power converting unit to change gently and reach a target value after a delayed time.
전력피크조정보상부는 전력 변환부의 출력이 완만하게 변화하여 목표치에 지연된 시간 후 도달하도록 제어하는 전기자동차 완속 충전장치.
The method according to claim 1,
Wherein the power peak adjustment compensating unit controls the output of the power converting unit to change gently and reach a target value after a delayed time.
스케줄 생성부는 외부전원의 공급이 차단된 경우 배터리의 전력만을 이용하여 전기자동차의 충전을 수행하도록 제어변수를 결정하여 스케줄을 생성하는 전기자동차 완속 충전장치.
The method according to claim 1,
Wherein the schedule generator generates a schedule by determining a control variable so as to perform charging of the electric vehicle using only the electric power of the battery when the supply of external power is interrupted.
외부전원과 연결되어 배터리를 충전하는 충전부를 더 포함하며,
제어부는 출력포트의 전력 소요량과 배터리의 잔량에 따라 배터리의 충전 여부를 결정하여 충전부를 제어하는 충전제어부를 포함하는 전기자동차 완속 충전장치.The method according to claim 1,
And a charging unit connected to an external power source to charge the battery,
Wherein the control unit includes a charging control unit for controlling the charging unit to determine whether to charge the battery in accordance with the power requirement of the output port and the remaining amount of the battery.
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