KR20160104349A - 전력선 통신 케이블 - Google Patents

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Abstract

전력선 통신 케이블에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신 케이블은 PLC 신호를 전송하는 단일 가닥의 PLC 신호 전송 라인 및 그라운드 라인이 서로 교차하면서 나선형으로 꼬여져 있는 이루어지고, 전력선 통신의 신호 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

전력선 통신 케이블{Power line communication cable}
본 발명은 전력선 통신 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 충전시 신호 왜곡을 방지할 수 있는 전력선 통신 케이블에 관한 것이다.
환경 오염 및 에너지 고갈의 문제가 대두됨에 따라 기존의 석탄에너지를 대체할 수 있는 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행중에 있으며, 그 중 하나가 전기자동차이다. 전기자동차가 세계 자동차 시장에 성공적으로 안착하기 위해서는 전기자동차 충전 인프라시설이 완벽하게 갖추어져야 한다.
일반적으로 전기차 충전 시스템은 크게 충전방식, 연결방식, 통신 및 제어방식에 따라 구분될 수 있다. 충전방식은 접촉식(Conductive), 유도식(Inductive) 충전방식 그리고 배터리 교환방식(Battery Swapping)으로 구분가능하다. 전기적 연결 장치는 주유기에 해당하는 커넥터(Connector) 및 자동차의 주유구에 해당하는 인렛(Inlet)이 있으며 단상 및 삼상 교류용, 직류 전용 그리고 교류 및 직류가 함께 있는 콤보(Combo)형으로 구분된다. 통신방식은 크게 일본에서 사용하는 CAN 통신방식과 미국 및 유럽에서 선호하는 전력선 통신(Power Line Communication, PLC) 방식이 있다.
특히, 안정적인 충전과 다양한 부가서비스를 지원하기 위해서는 전기자동차와 충전 시스템간의 통신시설이 중요한 이슈가 되며, 현재 국제 표준기구인 ISO/IEC에서는 전력선 통신(Power Line Communication: PLC) 기술을 전기자동차 충전시스템을 위한 통신기술로 선정하고 IEC 15118 Vehicle to grid communication interface 표준화를 진행 중이다.
전력선 통신(Power line communication, PLC)은 전력선을 이용하는 통신 방식으로써, 사용 교류 신호를 전송매체로 하여 전력선을 통신선으로 사용하기 때문에 전력이 공급되는 곳에서는 어디서나 통신이 가능하다는 장점이 있다.
전력선 통신에서, 신호 라인은 통신 성능 측면에서는 동축 케이블을 사용하는 것이 바람직하지만 동축 케이블을 사용하게 되면 비용이 지나치게 증가하게 된다. 따라서 저가의 싱글 와이어를 사용하면서도 신호 왜곡 없이 전력선 통신을 안정적으로 수행할 수 있는 전력선 통신 케이블 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전력선 통신시에 데이터 손실 및 신호 왜곡을 방지할 수 있는 전력선 통신 케이블을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 통신 케이블은 PLC 신호를 전송하는 단일 가닥의 PLC 신호 라인 및 그라운드 라인이 서로 교차하면서 나선형으로 꼬여져 이루어진다.
상기 PLC 신호 라인의 재질은 구리일 수 있다.
상기 전력선 통신 케이블은 1.8MHz 내지 28MHz 대역폭에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전력선 통신 케이블에 의하면, 전력선 통신시에 신호가 손실되거나 왜곡되는 현상을 방지하여 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
특히, 전기자동차 충전시에 전기자동자측 수신단에서 신호가 손실되는 것을 방지하여 신호 품질을 현저히 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전에 사용되는 전력선 통신 케이블(100)을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 관련된 전기자동차 충전 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차와 전기자동차 충전 시스템이 케이블 어셈블리를 통해 연결된 형태의 일 예를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 PLC 신호 전송의 예시로, 표준 DIN70121에서 규정하고 있는 것을 도시한 것이다.
도 5는 PLC 신호 전송 라인의 신호 손실 측정 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차 충전에 사용되는 PLC 신호 전송 케이블(100)을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 전력선 통신 케이블(100)은 PLC 신호를 전송하는 PLC 신호 라인(110)과 그라운드 라인(120)이 서로 교차하며 나선형으로 꼬여(twisted) 있는 것을 확인할 수 있다.
PLC 신호 라인은 사용하는 주파수에 따라 여러 가지 형태의 라인이 사용될 수 있다. 그리고 사용 제품에 따라 여러 규격이 있고 그에 해당되는 대역폭(bandwidth)이 정해져 있다. 전기자동차의 충전에 사용되는 PLC 통신 규격은 HPGP(HomePlug GreenPhy)가 적용되는데, 대역폭으로 1.8MHz ~ 28MHz를 사용한다.
전기자동차의 급속 충전시 PLC 통신으로 충전설비(Electric Vehicle Supply Equipment)와 전기자동차(Electric Vehicle)간 전류 충전 상태, 과금, 긴급상황(emergency) 등을 제어하게 된다.
종래 PLC 신호 라인은 단일 가닥(single wire)으로 되어 있는데, 신호 손실이 많이 발생하는 문제점이 있었다. 본 발명에서와 같이 단일 가닥(single wire)의 PLC 신호 라인(110)을 그라운드 라인(120)과 꼬아서 사용하면 PLC 신호 품질을 개선할 수 있다. 특히 전기자동차측에 사용할 경우 송신 레벨을 왜곡 없이 일정하게 유지할 수 있다. 이때 PLC 신호 라인(110)의 재질에는 특별한 제약은 없으나 구리 재질의 신호 라인을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예와 관련된 전기자동차 충전 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 전기자동차(210)를 충전하기 위한 충전 인프라는 단상교류(AC) 전원을 활용한 완속 충전 스탠드(220)와 지중에서 고압의 전원을 받아 직류(DC)로 변환하여 전원을 공급하는 급속 충전 스탠드(230)가 있다.
AC 전원을 공급하는 완속 충전 스탠드(220)는 AC 전원으로부터 전기를 공급받아 전기자동차(210)로 AC 전력을 공급하는 장치이다. 전기자동차(210)는 OBC(On-Board Charger; 211)를 통해 완속 충전 스탠드(220)로부터 공급되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 배터리(212)에 전력을 충전한다.
반면, DC 전원을 공급하는 급속 충전 스탠드(230)는 AC 전원으로부터 전기를 공급받아 DC 전원으로 변환하여 전기자동차(210)로 공급하며, 공급된 DC 전원은 별도의 변환과정 없이 배터리(212)에 충전한다.
도 2에는 도시되지 않았으나, 완속 충전 스탠드(220) 및 급속 충전 스탠드(230)는 사용자로부터 요구되는 충전 정보를 입출력할 수 있는 장치, 충전 과정을 제어할 수 있는 제어 시스템, 충방전되는 전력량을 검침하기 위한 스마트 미터기, 충전 시스템 운영 및 과금 기능을 수행하는 운영 시스템과 통신하기 위한 통신 장치 및 전기자동차 충전 제어를 위한 통신장치 등을 포함한다.
즉, 전기자동차 충전에는 전력을 공급하기 위한 고전압, 고전류 인터페이스와 과금이나 충전 제어를 위한 통신 인터페이스를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차와 전기자동차 충전 설비가 케이블 어셈블리를 통해 연결된 형태의 일 예를 나타내는 블럭도로, 전기자동차 충전 시스템과 전기자동차 간의 PLC 신호의 송수신을 위한 인터페이스를 설명하기 위한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차 충전 설비(300)는 케이블 어셈블리(310)를 통해 전기자동차(320)와 연결된다.
전기자동차 충전 설비(300)의 전력 전송 라인(301, 302)은 케이블 어셈블리의 전력 전송 라인(311, 312)에 커플링되고, 이는 다시 전기자동차(320)의 충전기(charger; 321)에 커플링되어 전력 전송 및 전력선 신호 전송에 활용된다. 전력 전송 라인을 활용하여 전력선 신호를 커플링하는 경우, PLC 신호 전송 라인은 PLC 신호 커플링 인터페이스(303, 322)를 포함한다. 전력선 신호를 커플링하는 경우, PLC 신호 전송 라인(307)은 전원 스위치 뒤에 커플링하거나 바이패스 필터(bypass filter)로 전원스위치 전후를 연결하여 전원 스위치 앞에 커플링할 수 있다.
또는, 별도의 PLC 신호 전송 라인을 구비하지 않고 제어 파일럿 선을 활용하여 PLC 신호를 송수신하는 경우, 전기자동차 충전 설비(300)의 그라운드 터미널(304)과 제어 파일럿 선(305)은 케이블 어셈블리(310)의 그라운드 터미널(313) 및 제어 파일럿 선(314)에 커플링되고, 이는 다시 전기자동차 내부로 연결된다. 제어 파일럿 선을 활용하여 전력선 신호를 커플링하는 경우, 전기자동차 충전 시스템(300) 및 전기자동차(320)는 케이블 어셈블리(310)와 PLC 신호 커플링 인터페이스(306,323)를 포함한다.
도 3에는 도시되지 않았으나, 제어 파일럿 선에 PLC 신호 커플링시 PWM 12V 파형 손상 또는 신호 왜곡을 방지하기 위해 인덕티브 커플링을 이용할 수 있다.
한편, 전기자동차(320)는 전력 전송 라인(311, 312)으로부터 공급되는 전력을 충전기(321)를 통해 배터리(324)로 전송하여 충전하고, 충전과정에 대한 모니터링 및 제어를 위해 충전 제어부(325) 및 절연 모니터부(326)를 포함한다. 상기 충전 제어부(325)는 PLC 신호 전송 라인(327)을 통해 제어될 수 있다.
즉, 도 3에서 상부(330)는 전기자동차 충전을 위한 전력을 전송하는 부분, 하부(340)는 충전 제어를 위한 PLC 신호를 전송하는 부분이라고 할 수 있다.
도 4는 PLC 신호 전송의 예시로, 표준 DIN70121에서 규정하고 있는 것을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 전기자동차 충전 설비(310)와 전기자동차(320)에 각각 PLC 통신을 위한 PLC 칩셋(312, 322)이 형성되어 있고, PLC 신호 전송 라인(314)와 그라운드 라인(316)으로 연결되어 있다. 이러한 회로에서 도 1에서 살펴본 것과 같은 전력선 통신 케이블을 사용하게 되면, 종래의 전력선 라인을 사용할 때 보다 신호 품질을 현저히 좋게 할 수 있다. 신호 품질의 개선 정도는 아래 도 5를 통해 확인할 수 있다. 그외 상세 회로도는 표준에서 규정하고 있고, 종래의 전기자동차 충전 설비 및 전기자동차의 구성과 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 PLC 신호 전송 라인의 신호 손실 결과를 측정한 것으로, 도 5(a)는 종래의 전력선 통신 라인을 이용한 경우이고, 도 5(b)는 본 발명에 따른 전력선 통신 케이블을 이용한 경우이다.
도 5를 참조하면, 종래의 전력선 통신 인의 경우에는 최대 손실이 11.67dB 발생되었으나 본 발명에 따른 전력선 통신 케이블을 사용한 결과 최대 손실이 1.58dB에 불과한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110: PLC 신호 전송 라인 120: 그라운드 라인
210: 전기자동차 220: 완속 충전 스탠드
230: 급속 충전 스탠드 300: 전기자동차 충전 설비
310: 케이블 어셈블리 320: 전기자동차

Claims (3)

  1. PLC 신호를 전송하는 단일 가닥의 PLC 신호 전송 라인 및 그라운드 라인이 서로 교차하면서 나선형으로 꼬여져 있는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PLC 신호 전송 라인의 재질은 구리인 것을 특징으로 하는 전력선 통신 케이블.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전력선 통신 케이블은 1.8MHz 내지 28MHz 대역폭에서 사용되는 것을 특징으로 하는 전력선 통신 케이블.
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