KR102297177B1 - 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본원은 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치는 외부로부터 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받는 입력부, 상기 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환하는 제1변환부, 상기 직류 입력 전원을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2변환부 및 상기 충전 전력을 전기차로 공급하는 출력부를 포함할 수 있다.

Description

다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템 {APPARATUS, METHOD AND SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE CHARGING WITH MULTI INPUT}
본원은 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전기차에 관한 기술이 급속도로 발전함에 따라, 전기차 시장의 규모가 점차 증가하고 있고, 전기차 보급률이 점차 증가하고 있다.
전기차 사용에 있어 필수적인 전기차 배터리의 용량, 충전속도, 안전 등을 확보하기 위한 연구개발이 수행되고 있고, 이에 따라 전기차 시장이 점차 증가하고 있으나, 전기차 충전을 위한 충전기 내지 충전 스테이션의 보급이 미흡하고, 기존의 전기차 충전기 내지 충전 스테이션을 이용하여 전기차를 충전하는 경우에도 배터리의 충전 시간이 오래 소요되는 단점이 있다.
특히, 전기차 배터리 용량이 증대됨에 따라 충전 속도(내지 출력용량)의 향상이 필요하며, 기존 인프라를 활용할 수 있는 전기차 충전 장치 내지 스테이션에 대한 필요성이 커지고 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2015-0071970호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입력 전원을 AC(교류 입력 전원) 및 DC(직류 입력 전원)로 다양화 할 수 있고, 전기차(내지 충전 스테이션, 전기차 충전기)의 설치 여건에 따라 AC 그리드망(교류 전원망)의 단상 또는 3상 및 그 이상의 전원, 예를 들어, 직류 전력망으로부터 전원을 공급 받아 전기차 충전이 가능한 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, AC 그리드망 뿐만 아니라, DC그리드망(직류 전력망)에 연결될 수 있는 전력입력부(또는 입력부)가 구비되어, DC 그리드망으로부터 입력된 직류 입력 전원을 이용하여 전기차를 충전할 수 있는 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치는 외부로부터 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받는 입력부, 상기 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환하는 제1변환부, 상기 직류 입력 전원을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2변환부 및 상기 충전 전력을 전기차로 공급하는 출력부를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 제1변환부 및 상기 제2변환부는, 각각 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하는 것이고, 상기 제1변환부 및 상기 제2변환부와 연결되며, 상기 직류 링크 전압을 상기 충전 전력으로 변환하는 제3변환부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 출력부는, 상기 입력부에 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원 중 어느 하나만 공급되는 경우에도 상기 충전 전력을 상기 전기차로 공급하는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 입력부는, LVDC 그리드망으로부터 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 입력부는, 단극 또는 양극 방식으로 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 직류 입력 전원의 전압의 크기는, 1500V, 750V, 380V 중 어느 하나인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 입력부는 단상 또는 삼상 방식으로 상기 교류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치는 상기 전기차와 연결되어, 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기를 포함하는 충전 상태 정보를 수신하고, 상기 전기차로 제공 가능한 가용충전내용을 송신하는 통신부, 상기 충전 상태 정보에 기초하여 상기 전기차의 충전을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 상기 통신부는, 상기 충전 상태 정보, 상기 교류 입력 전원의 크기 및 상기 직류 입력 전원의 크기를 네트워크를 통해 연결된 사용자 단말로 전송할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법은 (a) 입력부에서 외부로부터 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받는 입력 단계, (b) 제1변환부에서 상기 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환하는 제1변환 단계, (c) 제2변환부에서 상기 직류 입력 전원을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2변환 단계, (d) 출력부에서 상기 충전 전력을 전기차로 공급하는 출력 단계를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법의 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계는, 각각 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하고, (e) 상기 제1변환부 및 상기 제2변환부와 연결되는 제3변환부에서, 상기 직류 링크 전압을 상기 충전 전력으로 변환하는 제3변환 단계를 더 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법의 상기 (d) 단계는, 상기 (a) 단계에서 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원 중 어느 하나만 공급되는 경우에도 상기 충전 전력을 상기 전기차로 공급할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법의 상기 (a) 단계는, LVDC 그리드망으로부터 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법의 상기 (a) 단계는, 단극 또는 양극 방식으로 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법의 상기 직류 입력 전원의 크기는, 1500V, 750V, 380V 중 어느 하나인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 시스템은 상기 다중 입력 전기차 충전 장치를 포함하고, 전기차와 연결될 수 있는 충전 스테이션, 상기 충전 스테이션으로 상기 직류 입력 전원을 공급하는 직류 전력망 및 상기 충전 스테이션으로 상기 교류 입력 전원을 공급하는 교류 전력망을 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템을 제공함으로써, AC 그리드망(교류 전력망) 및 DC 그리드망(직류 전력망)으로부터 동시에 입력된 전원을 이용하여 전기차를 충전하여 전기차 충전을 위한 출력을 높일 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치, 방법 및 시스템을 제공함으로써, 출력용량의 향상시켜 충전시간을 절약할 수 있고, 충전방식의 다양성으로 인한 열관리가 가능하며, 기존 인프라를 활용하여 다중 입력을 갖도록 할 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 종래 방식에 따른 전기차 충전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도3은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 직류 배전 시스템에 대한 다중 입력 전기차 충전 장치의 개략적인 구성도이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 직류 전력망 및 교류 전력망에 연결되는 다중 입력 전기차 충전 장치의 개념도이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 방법의 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 종래 방식에 따른 전기차 충전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 방식에 따른 전기차 충전 시스템은 교류 전원망으로부터 3상 교류 전원이 EVC(Electric Vehicle Charger 또는 Electric Vehicle Charging, 전기차충전기)으로 공급된다. 3상 교류 전원으로 충전하는 경우, EVC는 공급된 교류 전원을 2가지 전력변환장치(AC/DC 컨버터, DC/DC 컨버터)를 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 전기차를 충전할 수 있다. EVC는 AC/DC 컨버터를 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 DC 링크전압을 형성한 후 DC/DC 컨버터를 이용하여 전기차(EV, Electric Vehicle)의 BMS(Battery Management System)으로 변환된 직류 전원을 공급하여 전기차의 배터리를 충전할 수 있다. 이때 충전기는 가용충전내용을 차량에 통지하고 차량은 이를 통하여 충전 전압과 전류를 충전기(EVC)에 요청하는 통신이 수행될 수 있다.
또한, 종래 방식에 따른 전기차 충전 시스템에서 단상 교류 전원이 전기차의 On-board Charger(OBC, 완속충전기)로 입력되고, OBC로부터 BMS로 전력을 공급하여 배터리를 충전시킬 수 있다. 단상 교류 전원은 때에 따라서 가정용 전원 및 단상전원으로 차량과 직접 연결하여 충전될 수 있다.
도 1에 도시된 종래 방식에 의할 경우 3상 또는 단상 교류 전원을 입력하여 전기차의 배터리를 충전시킬 수 있다. 3상 교류 전원을 이용하여 배터리를 충전하는 경우, 출력의 제한 등으로 인하여 충전 속도가 오래 소요된다.
도 2 및 도3은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)은 다중 입력 전기차 충전 장치(100)를 포함하고, 전기차(500)와 연결될 수 있는 충전 스테이션(200), 충전 스테이션(200)으로 직류 입력 전원을 공급하는 직류 전력망(300), 충전 스테이션(200)으로 상기 교류 입력 전원을 공급하는 교류 전력망(400)을 포함할 수 있다. 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)은 직류 전력망(300)(또는 DC Microgrid, DC Grid, DC 배전망, 직류 배전망, DC망)으로부터 직류 입력 전원을 충전 스테이션(200)으로 공급할 수 있고, 교류 전원망(또는 AC 공급망, AC 배전망, AC Grid, AC 망)으로부터 교류 입력 전원을 충전 스테이션(200)으로 공급할 수 있다. 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)은 충전 스테이션(200)에서 입력된 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원을 변환하여 충전 전력으로 출력하여, 충전 스테이션(200)과 연결된 전기차(500)로 공급할 수 있다. 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)은 충전 스테이션(200)에서 전기차(500)로 충전 전력을 공급할 때, 전기차(500)의 BMS와 충전 스테이션(200)에 포함된 다중 입력 전기차 충전 장치(100)가 서로 통신 연결되도록 구성될 수 있고, 전기차(500)의 충전 상태에 따라 충전 전력을 조절, 제어, 구동할 수 있다.
충전 스테이션(200)은 전기차(500)를 충전시키기 위한 것으로, 충전 스테이션(200)에 의하여 다중 입력 전기차 충전 장치(100)와 전기차(500)가 연결될 수 있고, 충전 스테이션(200)은 전기차(500)와 연결되어 전기차(500)의 배터리를 충전시키기 위한 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 이때, 충전 스테이션(200)은 전기차(500)와 통신 연결될 수 있고, 전기차(500)로부터 전기차(500)의 충전 상태에 관한 충전 상태 정보(S.O.C, State of Charge)를 수신할 수 있다.
본원에서 개시하는 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)은, 충전 스테이션(200)에서 직류 전력망(300)과 교류 전력망(400)으로부터 각각 직류 입력 전원과 교류 입력 전원을 동시에 수전하고, 수전한 직류 입력 전원과 교류 입력 전원을 전기차(500)를 충전하기 위한 충전 전력으로 동시에 변환하여 공급함으로써, 종래 방식에 비하여 더 높은 충전 전력을 전기차(500)로 공급하여 충전 시간을 단축할 수 있고, 교류 전력망(400)이나 직류 전력망(300) 단독 계통 또는 다양한 복합형태, 교류 단상계통, 직류 계통, 교류 3상/직류 750V 계통, 교류 3상/직류 1500V 계통 등 다양한 형태의 전력망에 활용할 수 있고, 계통 이용률을 높일 수 있다.
또한, 직류 전력망(300) 계통에 접속하여 공급되는 직류 입력 전원을 이용하여 직류를 띄는 전기차(500)의 배터리 충전에 활용함으로써, 기존의 교류 계통(또는 교류 전력망(400))에서 직류 전원으로 변환으로 인한 전력변환 손실을 저감하여, 에너지 효율을 높일 수 있고, 교류 전력망(400)(AC 망)의 DAS와 연동될 경우, 시간별 전기세 정보를 통해 직류 전력망(300)(DC 망)과 비교 후 저렴한 전기를 선택적으로 전기차(500) 배터리 충전에 활용할 수 있다.
특히, 본원에서 개시하는 다중 입력 전기차 충전 시스템(10)은 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지, ESS 등과 연계된 LVDC 전력망, 마이크로그리드 등으로부터 직류 입력 전원을 충전 스테이션(200)으로 공급하여, 신재생 에너지원의 활용을 극대화하고 계통의 역조류를 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 외부로부터 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받는 입력부(110), 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환하는 제1변환부(120), 직류 입력 전원을 충전 전력으로 변환하는 제2변환부(130), 충전 전력을 전기차(500)로 공급하는 출력부(150)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받을 수 있다. 입력부(110)에 공급된 교류 입력 전원과 직류 입력 전원은 각각 제1변환부(120)와 제2변환부(130)로 공급될 수 있다. 예시적으로, 입력부(110)는 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받기 위한 단자 내지 수전선로가 각각 구비될 수 있으며, 상세하게는 교류 입력 전원의 경우 3상 4선식 교류 전력을 공급받기 위한 선로, 단상 교류 전력을 공급받기 위한 선로가 구비될 수 있으며, 직류 입력 전원의 경우 단극 직류 전력을 공급받기 위한 선로, 양극 직류 전력을 공급받기 위한 선로가 각각 구비될 수 있다.
제1변환부(120)는 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환할 수 있다. 충전 전력은 전기차(500) 배터리를 충전하기 위한 직류 전력으로, 전기차(500)로부터 수신한 배터리에 관한 충전 상태 정보에 따라 크기가 결정될 수 있다. 즉, 충전 전력은 전기차(500)의 배터리 충전을 위한 전압의 크기, 전류의 크기에 따라 결정되는 것으로 이해될 수 있다.
제2변환부(130)는 직류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환할 수 있다. 충전 전력은 전술한 바와 같이 이해될 수 있으며, 제2변환부(130)는 직류 입력 전원의 전압의 크기를 변환하여 전기차(500)를 충전하기 위한 직류인 충전 전력으로 변환할 수 있다.
출력부(150)는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있고, 전기차(500)는 충전 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 출력부(150)에서 전기차(500)로 공급되는 충전 전력은 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)로부터 변환된 것으로, 달리 말해, 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)에서 각각 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원이 변환된 것일 수 있다. 따라서, 출력부(150)에서 전기차(500)로 공급되는 충전 전력은 교류 입력 전원과 직류 입력 전원이 변환된 것으로, 직류 입력 전원과 교류 입력 전원을 동시에 충전 전력으로 변환한 것에 해당할 수 있다. 제1변환부(120)와 제2변환부(130)에서 동일한 전압 크기로 충전 전력을 변환함으로써 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 모두 충전 전력으로 변환하여 전기차(500)로 공급할 수 있다. 이때 출력부(150)에서 출력되는 충전 전력의 크기(또는 충전 전압의 크기, 충전 전류의 크기)는 후술하는 제어부(170)에 의하여 결정되는 것일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 전기차(500)의 배터리를 충전할 수 있다. 도 2는 예시적으로 다중 입력 전기차 충전 장치(100)를 이용하여 전기차(500)의 리튬 이온(Li-ion) 배터리를 충전하는 것을 도시하고 있으나, 전기차(500)의 배터리는 리튬 이온 배터리에 한정되지 않는다. 예를 들어, 충전이 가능한 2차 전지로 납축전지, 니켈 카드뮴배터리, 니켈 수소배터리, 리튬 폴리머배터리 등 다양한 종류의 배터리가 적용될 수 있고, 이하의 도 3 내지 도 6에 도시된 전기차(500)의 배터리에도 상술한 내용은 동일하게 적용될 수 있다.
상기의 내용을 종합하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는, 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 동시에 입력부(110)에서 공급 받을 수 있고, 제1변환부(120)와 제2변환부(130)에서 각각 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원을 충전 전력으로 변환하고, 출력부(150)에서 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 즉, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 각각 충전 전력으로 변환하여 전기차(500)로 공급함으로써, 전기차(500)로 출력되는 충전 전력의 크기를 높일 수 있고, 교류 전력망(400)과 직류 전력망(300)으로부터 각각 공급받은 전력을 모두 전기차(500)로 변환하여 공급할 수 있다. 예를 들어, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 교류 전력망(400)(AC 계통)으로부터 3상4선식으로 교류 입력 전원을 공급받을 수 있으며, 직류 전력망(300)(LVDC 저압 직류 배전)과 접지, 750V, -750V로 구성되는 양극방식으로 연결되어, 750VDC 또는 1500VDC를 공급받을 수 있다.
도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)는 각각 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하는 것이고, 제1변환부(120) 및 상기 제2변환부(130)와 연결되며, 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환하는 제3변환부(140)를 더 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는, 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환하는 제3변환부(140)를 더 포함하여, 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)로부터 출력되는 직류 링크 전압의 범위를 다양하게 설정할 수 있고, 제3변환부(140)로부터 변환되어 출력되는 충전 전력의 전압의 범위를 다양하게 설정할 수 있다.
즉, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)에 각각 입력되는 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원의 크기와 배터리의 충전 전압(또는 전기차(500)로부터 수신한 요청된 전압 및 전류의 크기)에 따라 직류 링크 전압, 충전 전력(또는 충전 전력의 전압의 크기)을 다양하게 할 수 있다. 예를 들어, 입력부(110)로 입력되는 직류 입력 전원이 양극 또는 단극 방식으로, 크기는 380, 750, 1500VDC 등, 교류 입력 전원은 3상4선식 380VAC, 단상 220VAC 등이 적용될 수 있다. 이때, 제1변환부(120)는 교류 입력 전원을 750V 내지 850V 크기의 직류 링크 전압으로 변환하고, 제2변환부(130)는 직류 입력 전원을 750V 내지 1500V 크기의 직류 링크 전압으로 변환할 수 있고, 제3변환부(140)는 직류 링크 전압을 전기차(500)의 배터리의 전압의 크기에 따라 400V 내지 850V의 전압 크기를 갖도록 충전 전력의 전압의 크기를 달리하여 출력하여, 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 전기차(500)의 배터리의 전압의 크기(배터리의 충전전위)는 통신부(160)에서 전기차(500)(또는 전기차(500)의 BMS)로부터 수신하는 차량 상태 정보에 포함될 수 있다.
다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 AC 및 DC 다중 입력, 즉 교류 전력망(400) 및 직류 전력망(300)으로부터 각각 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원을 공급받을 수 있고, 교류 전력망(400)과 직류 전력망(300)으로부터 공급받은 전원(즉, 전력)을 직류 링크 전압(DC Link 전압)으로 변환한 후, 최종적으로 DC/DC converting을 수행하는 제3변환부(140)를 통하여 전기차(500)를 충전하는 충전 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)에서 출력되는 직류 링크 전압의 크기 또는 충전 전력의 전압의 크기는 동일하게 맞춰지게 되므로, (최종적으로 출력되는) 전류량이 커지게 되어, 최종 충전 전력이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 입력부(110)는, LVDC 그리드망으로부터 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다. LVDC 그리드망(또는 저압직류배전, 직류 전력망(300))은 직류 전력을 송배전하는 전력망으로 이해될 수 있으며, 380V, 750V, 1500V(직류) 등의 전압 크기를 가질 수 있다. 또한, LVDC 그리드망은 예시적으로, 태양광 발전, 풍력 발전 등과 같은 신재생 에너지, ESS 등과 연계되는 직류 전력망(300)으로 이해될 수 있다.
LVDC 그리드망으로부터 공급되는 직류 입력 전원의 전압의 크기는 380V, 750V, 1500V 등과 같이 다양한 전압의 크기가 적용될 수 있으며, 직류 입력 전원의 공급 방식도 양극(+극, -극, 접지) 방식 또는 단극(+극, 접지) 방식과 같이 다양한 방식으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 0V 전위의 접지와 1500V의 단극 방식으로 1500V DC를 공급할 수 있고, 750V, N, -750V의 입력으로 1500V DC를 공급할 수도 있다. 본원에서, 접지(또는 N, Ground 등)는 0V의 전위를 갖는 기준 전위를 의미할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 입력부(110)는, 단극 또는 양극 방식으로 직류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 직류 입력 전원의 전압의 크기는, 1500V, 750V, 380V 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에 입력되는 직류 입력 전원은 다양한 방식으로 공급될 수 있으며, 입력되는 직류 입력 전원의 전압의 크기도 다양할 수 있고, 달리 말해 다양한 직류 전력망(300) 계통으로부터 직류 입력 전원을 공급받을 수 있다.
예를 들어, +극과 접지로 구성될 수 있는 단극 방식의 경우, +극의 크기는 380V, 750V, 1500V가 될 수 있고, 이때 입력되는 직류 입력 전원의 전압 크기는 380V, 750V, 1500V가 될 수 있다. 또한, +극, -극, 접지로 구성될 수 있는 양극 방식의 경우, +극의 크기는 750V, -극의 크기는 -750V가 될 수 있고, 이때 입력되는 직류 입력 전원의 크기는 1500V가 될 수 있다. 설명의 편의상 양극 직류 배전 방식을 +극, -극, 접지로 설명하였고, 각 극의 크기는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 입력부(110)는, 단상 또는 삼상 방식으로 교류 입력 전원을 공급받는 것일 수 있다. 입력부(110)로 입력되는 교류 입력 전원의 크기 및 방식도 전술한 직류 입력 전원과 마찬가지로 다양한 크기 및 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, 3상4선식 380VAC, 단상 380VAC, 단상 220VAC 등 다양한 교류 전력망(400) 계통으로부터 교류 입력 전원을 공급받을 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)가 제3변환부(140)를 구비하여, 다양한 방식과 크기의 직류 입력 전원과 교류 입력 전원을 제1변환부(120)와 제2변환부(130)에서 직류 링크 전압(예를 들어 850V)로 변환하고, 제3변환부(140)는 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 전기차(500)와 연결되어, 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기를 포함하는 충전 상태 정보를 수신하고, 전기차(500)로 제공 가능한 가용충전내용을 송신하는 통신부(160), 충전 상태 정보에 기초하여 전기차(500)의 충전을 제어하는 제어부(170) 를 포함할 수 있다.
통신부(160)는 충전 상태 정보(S.O.C, State of Charge)를 전기차(500)로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 전기차(500)의 BMS로부터 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기 등을 포함하는 충전 상태 정보를 수신할 수 있다.
또한, 통신부(160)는 전기차(500)로 가용충전내용(또는 최대 충전가용량)을 송신할 수 있다. 가용충전내용은 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에서 전기차(500)로 출력(공급) 가능한 충전 전력의 전압 및 전류의 크기 등을 포함할 수 있다. 따라서, 통신부(160)에서 전기차(500)(차량)에 가용충전내용에 대한 정보를 송신하면, 전기차(500)의 BMS 등은 다시 다중 입력 전기차 충전 장치(100)(또는 통신부(160))에 전압과 전류요청, 즉 충전 전류의 크기 및 충전 전압의 크기를 포함하는 충전 상태 정보를 통신부(160)로 송신할 수 있다. 전기차(500)로부터 수신한 전압 및 전류 요청을 포함하는 충전 상태 정보에 기초하여 제어부(170)는 배터리에 공급 가능한 최대의 출력으로 충전 전력을 공급하여 충전을 수행할 수 있다.
통신부(160)는 예시적으로 PLC(전력선 통신, Power Line Communication) 방식을 통해 BMS로부터 충전 상태 정보를 수신할 수 있다. PLC는 전력을 공급하는 전력선을 매개로 데이터 등을 주파수 신호에 실어 통신하는 기술이며, 통신부(160)는 PLC 통신을 위한 모뎀(또는 전력선 모뎀)을 구비할 수 있다. 다만, 전술한 PLC 통신 방식에 제한되지 않고, 통신부(160)는 전술한 PLC 통신 외의 다양한 통신 방식을 이용하여 충전 상태 정보를 수신할 수 있다.
제어부(170)는 충전 상태 정보에 기초하여 전기차(500)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 수신한 충전 상태 정보에 따라 충전이 완료된 경우, 충전 전력 공급을 중단하거나 충전 상태 정보(S.O.C 정보)에서 배터리 충전량 80%를 초과하는 경우 급속 충전을 종료할 수 있고, 충전 상태 정보에 따라 충전 전력의 전압의 크기, 전류의 크기 등을 조절하여 전기차(500)의 충전을 제어할 수 있고, 배터리의 온도에 따라 충전 전력의 크기(또는 충전 전력의 전류의 크기)를 조절할 수 있다.
즉, 제어부(170)는 BMS와 통신부(160)의 통신을 통해 수신한 충전 상태 정보를 이용하여, 충전 상태를 예측할 수 있고, 배터리의 과충전을 방지할 수 있도록 충전 전력을 제한할 수 있으며, 배터리의 온도에 따라 충전 전력을 제한하는 등의 제어를 수행할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 통신부(160)는, 충전 상태 정보, 교류 입력 전원의 크기 및 직류 입력 전원의 크기를 네트워크를 통해 연결된 사용자 단말로 전송하는 것일 수 있다.
통신부(160)는 사용자 단말로 충전 상태 정보, 교류 입력 전원의 크기 및 직류 입력 전원의 크기 등을 네트워크를 통해 사용자 단말로 전송할 수 있고, 사용자 단말은 수신한 충전 상태 정보 등을 사용자 단말의 디스플레이에 표시할 수 있다. 사용자는 디스플레이에 표시되는 충전 상태 정보 등을 실시간으로 확인하여, 충전 완료 여부, 충전 이상 여부, 입력되는 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 크기 등을 확인할 수 있다.
또한, 통신부(160)는 배터리 온도 과열, 직류 전력망(300) 또는 교류 전력망(400) 이상 발생, 보호 계전기 동작 또는 차단기 동작 등과 같은 이상 발생 시에 이상 상태에 관한 이상 정보를 사용자 단말로 전송할 수 있고, 사용자 단말은 이상 정보를 디스플레이에 표시할 수 있다. 사용자 단말은 진동, 소리, 화면 점멸 등과 같은 방식으로 이상 정보 수신 여부를 표시할 수 있고, 사용자는 이상 정보 발생 시 이상 정보를 실시간으로 확인하여 대처할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 사용자 단말은 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 통신부(160)와 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 통신부(160)로부터 수신한 충전 상태 정보, 교류 입력 전원의 크기 및 직류 입력 전원의 크기를 사용자 단말의 디스플레이에 표시할 수 있는 단말기이다.
사용자 단말은 예를 들면, 위치정보를 획득할 수 있는 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치일 수 있다.
다중 입력 전기차 충전 장치(100)(또는 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 통신부(160))는 사용자 단말과 네트워크를 통해 통신 연결될 수 있다. 상기 네트워크는 단말 및 서버와 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 유, 무선의 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), WiFi 네트워크, 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
도 4 내지 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 출력부(150)는, 입력부(110)에 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원 중 어느 하나만 공급되는 경우에도 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원이 동시에 입력되는 경우의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 입력부(110)는 직류 전력망(300)(DC Grid)로부터 LVDC(저압 직류)의 직류 입력 전원을 공급받고, 교류 전력망(400)(AC)로부터 교류 입력 전원을 공급받을 수 있다. 입력부(110)에서 공급받은 교류 입력 전원은 제1변환부(120)에서 직류 링크 전압으로 변환될 수 있고, 직류 입력 전원은 제2변환부(130)에서 직류 링크 전압으로 변환될 수 있다. 제3변환부(140)는 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)로부터 출력되는 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환할 수 있고, 출력부(150)는 전기차(500)로 충전 전력을 공급할 수 있다. 즉, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 동시에 공급받아 충전 전력으로 변환하여 전기차(500)로 공급할 수 있다.
예를 들어, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 380VAC 교류 입력 전원(3상4선식)을 입력 받아 교류 입력 전원을 제1변환부(120)에서 750VDC 내지 850VDC의 직류 링크 전압으로 변환하고, 380V, 750V 또는 1500V LVDC를 입력 받아, 직류 입력 전원을 제2변환부(130)에서 750VDC 내지 1500VDC의 직류 링크 전압으로 변환하여, 제3변환부(140)에서 400VDC 내지 1500VDC의 전압 크기를 가지는 충전 전력으로 변환하여, 출력부(150)를 통해 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
다른 예시로, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 380VAC 교류 입력 전원(3상 4선식)을 입력 받아 교류 입력 전원을 제1변환부(120)에서 1500VDC의 직류 링크 전압으로 변환하고, 직류 입력 전원 1500V LVDC(단극 방식 또는 양극 방식)를 입력 받아, 직류 입력 전원을 제2변환부(130)에서 1500VDC의 직류 링크 전압으로 변환하여, 제3변환부(140)에서 750VDC 내지 1500VDC의 전압 크기를 가지는 충전 전력으로 변환하여, 출력부(150)를 통해 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
또 다른 예시로, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 380VAC 교류 입력 전원을 입력 받아 교류 입력 전원을 제1변환부(120)에서 750VDC의 직류 링크 전압으로 변환하고, 380VDC LVDC를 입력 받아, 직류 입력 전원을 제2변환부(130)에서 750VDC의 직류 링크 전압으로 변환하여, 제3변환부(140)에서 400VDC 내지 750VDC의 전압 크기를 가지는 충전 전력으로 변환하여, 출력부(150)를 통해 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
또한, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 220VAC 교류 입력 전원(단상)을 입력 받아 교류 입력 전원을 제1변환부(120)에서 750VDC의 직류 링크 전압으로 변환하고, 380VDC LVDC를 입력 받아, 직류 입력 전원을 제2변환부(130)에서 750VDC의 직류 링크 전압으로 변환하여, 제3변환부(140)에서 400VDC 내지 750VDC의 전압 크기를 가지는 충전 전력으로 변환하여, 출력부(150)를 통해 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에 직류 입력 전원만 입력되는 경우의 동작을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 직류 입력 전원만 입력되는 경우에도 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 즉, 입력부(110)는 직류 전력망(300)으로부터 직류 입력 전원을 공급받고, 제2변환부(130)는 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하며, 제3변환부(140)는 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환하여, 출력부(150)를 통해 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 즉, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는, 교류 전력망(400)의 계통 이상 등으로 교류 입력 전원의 수전이 불가한 경우에도, 직류 전력망(300)으로부터 직류 입력 전원을 수전하여 전기차(500)를 충전하기 위한 충전 전력으로 변환함으로써, 전기차(500)를 충전할 수 있다.
예를 들어, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)가 직류 전력망(300)으로부터 단극 1500VDC의 직류 입력 전원을 공급받을 수 있고, 제2변환부(130)는 1500/850VDC Converting을 수행하고, 제3변환부(140)는 전기차(500) 배터리의 충전 전압의 크기에 따라 850/400~850VDC DC converting을 수행하여 400VDC~850VDC의 전압 크기를 갖는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
또한, 동일한 단극 1500VDC의 직류 입력 전원을 공급받아, 제2변환부(130)는 1500/1500VDC Converting을 수행하고, 제3변환부(140)는 전기차(500) 배터리의 충전 전압의 크기에 따라 1500/750~1500VDC DC converting을 수행하여 750VDC~1500VDC의 전압 크기를 갖는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수도 있다. 이는 전기차(500)(EV차량)의 배터리 충전전위, 즉 배터리를 충전하기 위한 전압의 크기가 400~800VDC인 경우와 750~1500VDC인 경우에 따라 서, 동일한 크기 및 방식(단극 1500VDC)의 직류 입력 전원이 입력되더라도 제2변환부(130) 및 제3변환부(140)에서 각각 변환되어 출력되는 직류 링크 전압 및 충전 전력의 전압의 크기가 달라질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 제1변환부(120)에서 출력되는 직류 링크 전압의 크기 역시 제2변환부(130)와 동일하게 전기차(500)의 배터리 충전전위 또는 배터리를 충전하기 위한 전압의 크기에 따라 달라질 수 있고, 이하에서 설명하는 제1변환부(120) 내지 제3변환부(140)에서 각각 출력되는 직류 링크 전압 및 충전 전력의 전압의 크기는 예시적인 것으로, 각각의 설명에 한정되지 아니하고, 입력되는 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 크기나 배터리 충전전위(배터리를 충전하기 위한 전압의 크기)에 따라 달라질 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
다른 예시로, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 직류 전력망(300)으로부터 양극 1500VDC의 직류 입력 전원(즉, 750V, N, -750V)을 공급받을 수 있고, 제2변환부(130)는 1500/850VDC Converting을 수행하고, 제3변환부(140)는 전기차(500) 배터리의 충전 전압의 크기에 따라 850/400VDC~850VDC converting을 수행하여 400V~850V의 전압 크기를 갖는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수도 있다.
그리고, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 직류 전력망(300)으로부터 380VDC의 직류 입력 전원을 공급받을 수 있고, 제2변환부(130)는 380/850VDC Converting을 수행하고, 제3변환부(140)는 전기차(500) 배터리의 충전 전압의 크기에 따라 850/400VDC~850VDC converting을 수행하여 400V~850V의 전압 크기를 갖는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수도 있다
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에 교류 입력 전원만 입력되는 경우의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 교류 입력 전원만 입력되는 경우에도 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 즉, 입력부(110)는 교류 전력망(400)으로부터 교류 입력 전원을 공급받고, 제1변환부(120)는 교류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하며, 제3변환부(140)는 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환하여, 출력부(150)를 통해 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 즉, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는, 직류 전력망(300)의 계통 이상 등으로 직류 입력 전원의 수전이 불가한 경우에도, 교류 전력망(400)으로부터 교류 입력 전원을 수전하여 전기차(500)를 충전하기 위한 충전 전력으로 변환함으로써, 전기차(500)를 충전할 수 있다.
예를 들어, 다중 입력 전기차 충전 장치(100)가 교류 전력망(400)으로부터 3상4선식 380VAC 또는 단상 220VAC 등의 교류 입력 전원을 공급받을 수 있고, 제1변환부(120)는 380/850VDC 또는 220/850VDC Converting을 수행하고, 제3변환부(140)는 전기차(500) 배터리의 충전 전압의 크기에 따라 850/400~850VDC DC converting을 수행하여 400VDC~850VDC의 전압 크기를 갖는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 제어부(170)는 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 단위가격에 따라 직류 입력 전원과 교류 입력 전원의 입력 비율을 조절하는 것일 수 있다. 즉, 제어부(170)는 사용자에게 경제적인 측면에서 유리하도록 입력되는 직류 입력 전원과 교류 입력 전원의 입력 비율을 조절할 수 있다.
통신부(160)는 전력 공급자의 DAS(배전 지능화 시스템, Distribution Automation System) 등과 같은 전력 가격 정보 제공 서버와 네트워크와 연결되어 통신할 수 있고, 실시간으로 입력되는 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 단위가격을 수신할 수 있다. 제어부(170)는 통신부(160)에서 수신한 단위가격, 제1변환부(120) 및 제2변환부(130)의 변환효율 등을 고려하여 직류 입력 전원과 교류 입력 전원의 입력 비율을 조절할 수 있고, 사용자에게 경제적인 측면에서 유리한 비율로 전력을 수신하여 전기차(500)를 충전할 수 있다.
또한, 통신부(160)은 사용자 단말 또는 전기차(500)로부터 충전 완료 희망 시간에 관한 정보를 수신할 수 있고, 제어부(170)는 충전 완료 희망 시간에 기초하여 전기차(500)의 충전을 제어할 수 있다. 충전 완료 희망 시간은 예시적으로, 충전을 시작할 때부터 1시간 후, 8시간 후와 같이 충전에 소요되는 시간을 의미하거나, 특정일의 오전 8시, 오후 10시 등과 같은 특정 때를 의미할 수도 있다. 사용자가 야간 시간과 같이 장시간에 걸쳐 전기차(500)를 충전하고자 하는 경우, 충전 완료 희망 시간이 길기 때문에 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 전기차(500)를 저속으로 충전할 수 있고, 짧은 시간 내에 충전이 완료되기를 원하는 경우에는 충전 완료 희망 시간이 짧기 때문에, 급속으로(예를 들어, 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원을 모두 이용하여) 충전을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 충전 완료 희망 시간 및 단위가격에 기초하여 전기차(500)의 충전을 제어할 수 있다. 예를 들어, 충전 완료 희망 시간이 2시간인 경우, 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 단위가격을 고려하되, 충전 완료 희망 시간을 우선하여, 충전 전력의 크기를 최대로 하여 급속으로 충전을 진행하고, 전기차(500)의 충전이 야간에 수행되어 충전 완료 희망 시간이 8시간 등과 같이 장시간인 경우, 직류 입력 전원과 교류 입력 전원의 단위가격을 고려하여 저속으로 충전을 진행할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 도 4 내지 도 6에서 설명한 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 크기, 제1변환부(120) 또는 제2변환부(130)에서 변환되는 직류 링크 전압의 크기, 제3변환부(140)에서 변환되는 충전 전력의 전압의 크기는 예시적인 것으로, 이에 한정되지 않고 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원의 크기, 배터리 충전을 위한 전압의 크기(배터리 충전전위) 등에 따라 달라질 수 있다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 입력부(110), 제1변환부(120), 제2변환부(130), 제3변환부(140), 출력부(150), 통신부(160), 제어부(170)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원을 공급받을 수 있다. 교류 입력 전원은 교류 전력망(400)으로부터 공급될 수 있고, 3상4선식 교류 전원, 단상 교류 전원 등 다양한 방식으로 교류 입력 전원이 공급될 수 있다. 직류 입력 전원은 직류 전력망(300)(LVDC 그리드망, 마이크로그리드망 등)으로부터 공급될 수 있고, 양극 또는 단극 방식으로 직류 입력 전원이 공급될 수 있다.
제1변환부(120)는 교류 입력 전원을 충전 전력으로 변환할 수 있고, 변환된 충전 전력은 출력부(150)를 통해 전기차(500)로 공급되어 배터리를 충전할 수 있다. 또한, 제1변환부(120)는 교류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환할 수 있고, 제3변환부(140)로 공급할 수도 있다.
제2변환부(130)는 직류 입력 전원을 충전 전력으로 변환할 수 있고, 변환된 충전 전력은 출력부(150)를 통해 전기차(500)로 공급되어 배터리를 충전할 수 있다. 또한, 제2변환부(130)는 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하여, 제3변환부(140)로 공급할 수도 있다.
제3변환부(140)는 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환할 수 있다. 직류 링크 전압의 크기와 충전 전력의 전압의 크기는 입력되는 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원의 크기 또는 배터리 충전전위(배터리를 충전하기 위한 전압의 크기)에 따라 크기가 달라질 수 있다.
출력부(150)는 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 충전 전력을 전기차(500)의 배터리를 충전하기 위한 것으로, 배터리 충전전위의 크기에 따라 전압의 크기가 달라질 수 있다.
통신부(160)는 전기차(500)와 연결되어 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기를 포함하는 충전 상태 정보를 수신할 수 있고, 전기차(500)로 가용충전내용(최대 충전가용량), 출력가능한 충전 전력의 전압 및 전류의 크기 등을 송신할 수 있다. 전기차(500)는 통신부(160)로부터 수신한 최대 충전가용량 등에 기초하여 배터리 충전전위, 최대 전류의 크기 등을 포함하는 충전 상태 정보를 통신부(160)로 송신할 수 있다. 통신부(160)는 예시적으로 PLC 방식으로 전기차(500)(또는 BMS)와 통신할 수 있다. 또한, 통신부(160)는 충전 상태 정보, 교류 입력 전원의 크기 및 직류 입력 전원의 크기를 네트워크를 통해 연결된 사용자 단말로 전송할 수 있고, 배터리 온도 과열 등과 같은 이상 발생 시에 사용자 단말로 이상 정보를 송신할 수 있다.
제어부(170)는 충전 상태 정보에 기초하여 전기차(500)의 충전을 제어할 수 있다. 충전 상태 정보에 포함되는 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기, 배터리 충전전위, 최대 전류의 크기 등에 기초하여 전기차(500)로 공급되는 충전 전력의 전압 및 전류의 크기를 조절, 즉 제1변환부(120) 내지 제3변환부(140)로부터 출력되는 직류 링크 전압 및 충전 전력의 전압의 크기와 충전 전력의 전류의 크기를 조절할 수 있다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 직류 배전 시스템에 대한 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 개략적인 구성도이다. 도 8에 도시된 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 구성은, 직류 배전 시스템, 즉 직류 전력망(300)에 연결되어 직류 전력을 공급받는데 적용될 수 있는 구성들로, 효율적인 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 사용, 운영을 위하여 도 8에 도시된 구성들을 추가로 구비할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 DC 배전시스템(직류 배전망, LVDC 그리드망 등)으로부터 직류 입력 전원을 공급받을 수 있다. 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는 직류 송배전 계통에 이상 발생 시 다중 입력 전기차 충전 장치(100) 및 전기차(500)의 보호와 인명 피해 또는 재산 피해를 방지하기 위하여 차단기, 계전기 등과 같은 DC 보호기기를 포함할 수 있다. 또한, 직류 입력 전원을 직류 링크 전압 또는 충전 전력으로 변환하기 위하여 인버터/컨버터, 전력용 반도체 응용기술이 적용된 전력용 반도체를 포함하는 전력변환기를 포함할 수 있고, DC 마이크로그리드 관리를 위한 에너지 관리 시스템, DC 전력망 효율 및 품질 향상을 위한 기술이 적용될 수 있다. 또한, DC배전망해석툴 또는 하이브리드망 설계기술이 적용된 DC 운영시스템을 포함할 수도 있다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 직류 전력망(300) 및 교류 전력망(400)에 연결되는 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치(100)는, 전력 공급자(예를 들어 한국전력공사 등)가 제공하는 DC 전자 분전반을 통하여 교류 입력 전원 및 교류 입력 전원을 입력 받을 수 있다. DC 전자 분전반에서 직류 입력 전원(LVDC)과 교류 입력 전원(AC 출력)을 받게 되며, 각 수전선에는 계량기가 부착되어 전기차(500) 충전기의 전원 소스로 입력 받도록 할 수 있다.
도 10에 도시된 다중 입력 전기차(500) 충전 방법은 앞서 설명된 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 다중 입력 전기차 충전 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 다중 입력 전기차(500) 충전 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 다중 입력 전기차(500) 충전 방법의 동작 흐름도이다.
도 10을 참조하면, S110 단계에서 다중 입력 전기차 충전 장치(100)의 통신부(160)는 배터리 상태에 관한 충전 상태 정보를 수신할 수 있다. 충전 상태 정보에는 전기차(500)로부터 배터리 충전 전위, 입력 받을 수 있는 최대 전류의 크기, 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기 등을 포함할 수 있고, 제어부(170)는 충전 상태 정보에 기초하여 제1변환부(120) 내지 제3변환부(140)에서 출력되는 직류 링크 전압의 크기 및 충전 전력의 크기(또는 충전 전력의 전압, 전류의 크기)가 결정될 수 있다.
다음으로 S120 단계에서는 입력부(110)에서 직류 입력 전원 및 교류 입력 전원을 수신할 수 있다. 직류 입력 전원은 직류 전력망(300)으로부터 공급되는 것일 수 있고, 교류 입력 전원은 교류 전력망(400)으로부터 공급되는 것일 수 있다. 직류 입력 전원은 단극 또는 양극 방식일 수 있고, 크기는 380, 750, 1500VDC 등으로 다양한 크기 및 방식으로 공급될 수 있으며, 교류 입력 전원 또한 3상4선식 또는 단상 교류 전원, 220VAC 또는 380VAC 등 다양한 크기 및 방식으로 공급될 수 있다.
다음으로 S130 단계에서는 제1변환부(120)에서 교류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환할 수 있고, S140단계에서는 제2변환부(130)에서 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환할 수 있다. 이때, 직류 링크 전압의 크기는 입력되는 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원의 크기, 충전 상태 정보에 따른 배터리 충전전위에 따라 그 크기가 달라질 수 있다.
다음으로 S150 단계에서는 제3변환부(140)에서 직류 링크 전압을 충전 전력으로 변환할 수 있다. 이때 충전 전력의 크기(또는 충전 전력의 전압, 전류의 크기)는 교류 입력 전원 및 직류 입력 전원의 크기, 직류 링크 전압의 크기, 충전 상태 정보에 따른 배터리 충전전위에 따라 그 크기가 달라질 수 있다.
다음으로 S160 단계에서는 출력부(150)에서 충전 전력을 전기차(500)로 공급할 수 있다. 이때 전기차(500)로 공급되는 충전 전력의 크기(또는 충전 전력의 전압, 전류의 크기)는 앞서 설명한 바와 같이 충전 상태 정보에 따라 제어부(170)에 의하여 제어될 수 있다.
본원의 일 실시 예에 따른 다중 입력 전기차(500) 충전 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 전술한 다중 입력 전기차(500) 충전 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 다중 입력 전기차 충전 시스템
100: 다중 입력 전기차 충전 장치
110: 입력부
120: 제1변환부
130: 제2변환부
140: 제3변환부
150: 출력부
160: 통신부
170: 제어부
200: 충전 스테이션
300: 직류 전력망
400: 교류 전력망
500: 전기차

Claims (16)

  1. 다중 입력 전기차 충전 장치로서,
    외부로부터 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받는 입력부;
    상기 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환하는 제1변환부;
    상기 직류 입력 전원을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2변환부; 및
    상기 충전 전력을 전기차로 공급하는 출력부,
    를 포함하고,
    상기 제1변환부 및 상기 제2변환부는,
    각각 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하는 것이고,
    상기 제1변환부 및 상기 제2변환부와 연결되며, 상기 직류 링크 전압을 상기 충전 전력으로 변환하는 제3변환부를 더 포함하고,
    상기 직류 링크 전압의 크기는 상기 전기차의 배터리의 충전 전압의 크기 및 상기 직류 입력 전원의 입력 방식에 기초하여 결정되는 것인, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 입력부에 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원 중 어느 하나만 공급되는 경우에도 상기 충전 전력을 상기 전기차로 공급하는, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    LVDC 그리드망으로부터 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것인, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    단극 또는 양극 방식으로 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것인, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직류 입력 전원의 전압의 크기는, 1500V, 750V, 380V 중 어느 하나인 것인, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는
    단상 또는 삼상 방식으로 상기 교류 입력 전원을 공급받는 것인, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기차와 연결되어, 배터리 충전량, 충전 전류의 크기, 배터리 온도, 예상 충전 시간 및 충전 전압의 크기를 포함하는 충전 상태 정보를 수신하고, 상기 전기차로 제공 가능한 가용충전내용을 송신하는 통신부;
    상기 충전 상태 정보에 기초하여 상기 전기차의 충전을 제어하는 제어부를 포함하는, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 충전 상태 정보, 상기 교류 입력 전원의 크기 및 상기 직류 입력 전원의 크기를 네트워크를 통해 연결된 사용자 단말로 전송하는 것인, 다중 입력 전기차 충전 장치.
  10. 다중 입력 전기차 충전 방법으로서,
    (a) 입력부에서 외부로부터 교류 입력 전원과 직류 입력 전원을 공급받는 입력 단계;
    (b) 제1변환부에서 상기 교류 입력 전원을 직류인 충전 전력으로 변환하는 제1변환 단계;
    (c) 제2변환부에서 상기 직류 입력 전원을 상기 충전 전력으로 변환하는 제2변환 단계;
    (d) 출력부에서 상기 충전 전력을 전기차로 공급하는 출력 단계,
    를 포함하고,
    상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계는,
    각각 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원을 직류 링크 전압으로 변환하고,
    (e) 상기 제1변환부 및 상기 제2변환부와 연결되는 제3변환부에서, 상기 직류 링크 전압을 상기 충전 전력으로 변환하는 제3변환 단계를 더 포함하고,
    상기 직류 링크 전압의 크기는 상기 전기차의 배터리의 충전 전압의 크기 및 상기 직류 입력 전원의 입력 방식에 기초하여 결정되는 것인, 다중 입력 전기차 충전 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 (a) 단계에서 상기 교류 입력 전원 및 상기 직류 입력 전원 중 어느 하나만 공급되는 경우에도 상기 충전 전력을 상기 전기차로 공급하는, 다중 입력 전기차 충전 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    LVDC 그리드망으로부터 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것인, 다중 입력 전기차 충전 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    단극 또는 양극 방식으로 상기 직류 입력 전원을 공급받는 것인, 다중 입력 전기차 충전 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 직류 입력 전원의 크기는, 1500V, 750V, 380V 중 어느 하나인 것인, 다중 입력 전기차 충전 방법.
  16. 다중 입력 전기차 충전 시스템으로서,
    제1항에 따른 다중 입력 전기차 충전 장치를 포함하고, 전기차와 연결될 수 있는 충전 스테이션;
    상기 충전 스테이션으로 상기 직류 입력 전원을 공급하는 직류 전력망; 및
    상기 충전 스테이션으로 상기 교류 입력 전원을 공급하는 교류 전력망,
    을 포함하는 다중 입력 전기차 충전 시스템.
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