KR20180046525A - 복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치 - Google Patents

복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유선 및 무선충전모듈을 동시에 탑재한 전기자동차에 관한 것이다. 바람직한 실시예에서 본 발명은 외부 유선충전장치로부터 유선으로 전력을 수신하는 유선충전모듈, 외부 무선충전장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선충전모듈, 상기 유선충전모듈 및 무선충전모듈을 택일적으로 배터리와 연결하는 스위칭부, 및 상기 스위칭부를 제어하여 상기 유선충전모듈 또는 무선충전모듈 중 어느 하나가 배터리를 충전하도록하는 제어부를 포함한다.

Description

복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치 {ELECTRIC VEHICLE CHARGING DEVICE FOR PROVIDING WIRE AND WIRELESS CHARGING MEANS}
본 발명은 전기자동차의 충전기술에 관한 것이다.
전기자동차는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용하여 주행하는 자동차이다. 전기자동차의 배터리를 충전하는 기술로는 유선충전과 무선충전이 있다.
유선충전기술은 충전장치의 충전케이블을 직접 전기자동차에 연결한 후 배터리를 충전하는 방법이고, 무선충전기술은 직접적인 케이블 연결없이 전기에너지를 전달하는 방법이다. 예를 들어 대한민국 특허등록공보 제10-1132770호는 유선충전기술과 그에 대한 과금에 대해 개시한다.
그런데 종래기술에 따르면 하나의 충전장치는 유선충전 또는 무선충전만 가능했다. 따라서, 충전장소를 유선 또는 무선으로 구분해야만 했고, 이에 따라 부지선정과 장비설치에 관한 비용이 증가하는 문제가 발생했다.
본 발명의 발명가는 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 기술을 완성하기 위하여 오랫동안 연구 노력한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치를 제공하는 것에 있다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전기자동차를 유선으로 충전하는 유선충전부;
전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선충전부;
외부 분전반으로부터 전력을 공급받아 상기 유선충전부 및 무선충전부에 전력을 제공하는 컨버터; 및
복수의 전기자동차를 충전할 때 유선충전부 및 무선충전부에 할당되는 전력량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치를 제공한다.
바람직한 실시예에서 본 발명의 제어부는 상기 컨버터를 통해 충전되는 전기자동차의 개수가 단수에서 N개(단, N은 2 이상의 정수)로 전환될 때, 상기 컨버터의 최대용량을 N분하여 각각의 충전부로 전달하도록 제어하는 것이 좋다.
바람직한 실시예에서 본 발명의 제어부는 제2항의 초기 전력분배 이후에 복수의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 모니터링하여,
어느 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량이 감소하면,
다른 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 증가시키는 것이 좋다.
위와 같은 본 발명에 따르면, 유선충전을 위한 주차구역과 무선충전을 위한 주차구역을 별도로 분리하지 않아도 되므로 장소확보를 위한 비용 등을 절감시킬 수 있다.
또한, 하나의 충전장치로 유선충전하거나 무선충전할 수 있으므로 유무선충전장치를 각각 설치하는 것에 비해 비용이 절약되는 효과가 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치의 사용상태도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 전기자동차 충전장치에서 복수의 전기자동차를 충전할 때 전력분배하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 전기자동차 충전장치로 충전하는 전기자동차를 설명하기 위한 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 하나의 전기자동차 충전장치를 이용하여 복수의 전기자동차를 충전한다. 충전수단으로는 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공한다. 하나의 충전장치를 통해 복수의 전기자동차를 충전하기 때문에 충전장치의 최대충전용량을 적절하게 분배해야한다. 이하에서 이를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치의 사용상태도를 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 전기자동차 충전장치(200)는 전기자동차를 유선으로 충전하는 유선충전부(210), 전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선충전부(220), 및 복수의 차량(11, 12, 13)에 대해 충전 중일 때 유선충전부(210) 및 무선충전부(220)에 할당되는 전력량을 제어하는 제어부(230)를 포함한다.
이와 같은 구성에 따라 전기자동차 충전장치(200)는 복수의 전기자동차(11, 12, 13)를 유선 및/또는 무선으로 충전할 수 있다. 즉, 하나의 충전장치(200)는 1번 전기자동차(11), 2번 전기자동차(12), 3번 전기자동차(13)를 동시에 충전할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차 충전장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 충전장치(200)는 분전반(20)으로부터 전력을 공급받는다. 공급된 전력은 컨버터(240)를 통해 유선충전규격 또는 무선충전규격에 맞는 전력으로 변환된다. 컨버터(240)에서 출력된 전력은 유선충전케이블(211), 복수의 무선충전패드(221, 222)를 통해 전기자동차에 전달된다.
제어부(230)는 복수의 전기자동차를 충전할 때 유선충전부 및 무선충전부에 할당되는 전력량을 제어한다. 하나의 차량을 충전할 때는 충전장치(200)의 최대출력과 충전표준, 그리고 전기자동차의 잔여 배터리 량과 같은 사항들을 고려하여 충전하면 된다. 그러나, 하나의 충전장치를 이용하여 복수의 전기자동차를 충전할 때는 각 전기자동차에 할당되는 전력량을 적절하게 분배해야한다.
[제어부의 초기전력분배]
바람직한 실시예에서 제어부(230)는 컨버터(240)를 통해 충전되는 전기자동차의 개수가 단수에서 N개(단, N은 2 이상의 정수)로 전환될 때, 컨버터(또는 충전장치)의 최대용량을 N분하여 각각의 충전부로 전달한다. 예를 들어 충전장치(200)의 최대충전용량이 50KW이고 충전 중인 전기자동차가 2개인 경우에는, 각각의 전기자동차에 25KW를 분배한다. 이때 무선충전모듈이 사용하는 표준규격이 최대출력을 20KW로 제한하는 경우에는 무선충전모듈을 사용하는 전기자동차에 20KW를 분배하고, 유선충전모듈을 사용하는 전기자동차에 나머지 용량을 분배할 수 있다.
[제어부의 전력재분배]
제어부(230)는 초기 전력분배 이후에 복수의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 모니터링하여, 어느 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량이 감소하면, 다른 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 증가시킨다. 예를 들어, 어느 하나의 전기자동차가 완충에 가까워옴에 따라 단위시간당 충전되는 전력량이 초기 전력분배량보다 감소하면, 나머지 전력을 다른 전기자동차에 공급하는 것이다.
제어부의 초기전력분배와 그 이후의 전력재분배를 보다 상세하게 설명하기 위해 도 3을 예로 들어 설명한다.
도 3은 본 발명의 전기자동차 충전장치에서 복수의 전기자동차를 충전할 때 전력분배하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에서 C1은 먼저 충전을 시작한 전기자동차의 단위시간당 충전전력을 나타내는 그래프이다. C2는 소정의 시간 이후에 충전을 시작한 두번째 전기자동차이다.
T0구간에서 충전장치는 하나의 전기자동차에 대해서만 충전을 진행중이다. 따라서 제어부는 충전장치의 충전용량을 다른 전기자동차에 분배하지 않아도 된다.
1000sec 지점에서 두번째 전기자동차가 충전을 개시한다. T1 구간은 제어부의 초기전력분배를 설명하는 구간이다. 제어부는 각각의 전기자동차에 전력을 분배한다.
3200sec 지점부터 T2 구간이 시작된다. T2 구간에서 제어부는 기 분배된 전력을 재분배한다. C1에서 알 수 있듯이, 첫번째 전기자동차에 충전되는 전력량은 점차 감소된다. 제어부는 감소되는 전력량만큼을 두번째 전기자동차에 재분배한다. C2에서 알 수 있듯이 두번째 전기자동차에 충전되는 전력량이 점차 증가한다.
5000sec 지점부터 T3 구간이 시간된다. T3 구간에서 첫번째 전기자동차는 충전이 완료된다. 그러므로 제어부는 첫번째 전기자동차에 전력을 분배하지 않고 두번째 전기자동차에 모두 투입한다.
도 4는 본 발명의 전기자동차 충전장치로 충전하는 전기자동차를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어 도 1의 1번 전기자동차(11)는 유선충전부(210)에 연결되는 동시에 무선충전부(220)에 연결된다. 1번 전기자동차(11)는 유선충전 또는 무선충전 중에서 보다 신속한 충전이 가능한 충전모듈을 선택하여 충전할 수 있다. 예를 들어 전기자동차의 제어부는 유선충전량과 무선충전량을 비교연산하여 보다 신속하게 충전할 수 있는 충전모듈을 선택하여 충전할 수 있다. 한편, 다른 실시예에서 본 발명의 전기자동차 충전장치(200)는 제어부(230)를 이용하여 유선충전량과 무선충전량을 비교연산하고, 보다 신속하게 전기자동차(11)를 충전할 수 있는 충전모듈을 선택하여 충전할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 전기자동차(100)는 도 4에서 알 수 있듯이, 유선충전모듈(110), 무선충전모듈(120), 스위칭부(130), 배터리(140), 제어부(150)를 포함한다. 전기자동차(100)는 외부의 전기자동차 충전장치(200)로부터 유선 또는 무선으로 전기에너지를 공급받아 배터리(140)를 충전한다.
유선충전모듈(110)은 외부 유선충전장치(210)로부터 유선으로 전력을 수신한다. 유선충전모듈(110)은 유선충전케이블(211)을 통해 직접 전기에너지를 공급받으며 그 형식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 교류 삼상 380V를 이용하는 급속충전방식이나 교류 단상 220V를 이용하는 완송충전방식을 포함하여 새롭게 정의되는 유선충전표준을 모두 포함할 수 있다.
무선충전모듈(120)은 외부 무선충전장치(220)로부터 무선으로 전력을 수신한다. 무선충전모듈(120)이 무선으로 전력을 수신하기 위해 사용하는 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 근거리 무선전송방법으로 자기유도방식과 자기공명방식, 원거리 무선전송방법으로 마이크로파방식 및 레이져방식 등이 본 발명의 무선충전모듈(120)에 적용될 수 있다.
스위칭부(130)의 전단은 유선충전모듈(110) 및 무선충전모듈(120)에 연결되고, 후단은 배터리(140)에 연결된다. 스위칭부(130)는 스위칭소자를 이용하여 유선충전모듈(110) 및 무선충전모듈(120)에서 전달되는 전력을 택일적으로 배터리(140)에 전달한다.
배터리(140)는 전기에너지를 축적한다. 예를 들어 배터리(140)는 배터리팩, 배터리를 제어하는 BMS, 냉각부를 포함할 수 있다. 배터리팩은 복수의 배터리셀을 포함하는 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 배터리셀은 양극소재, 음극소재, 전해역, 분리막을 이용하여 제작한다. 다만, 본 발명에 사용되는 배터리(140)의 종류와 용량에는 특별한 제한이 없다.
제어부(150)는 유선충전모듈(110)에서 충전되는 전력량을 연산하고, 무선충전모듈(120)에서 충전되는 전력량을 연산한다. 제어부(150)는 연산된 전력량을 비교하여 어떤 충전모듈을 이용했을 때 더욱 신속하게 배터리(140)를 충전할 수 있는지 결정한다. 결정이 완료되면 제어부(150)는 스위칭부(130)를 제어하여 유선충전모듈(110) 또는 무선충전모듈(120) 중 어느 하나가 배터리(140)를 충전하도록 한다.
한편, 전기자동차 충전장치(200)는 유선충전장치(210) 및 무선충전장치(220)를 포함한다.
유선충전장치(210)는 유선충전케이블(211)을 통해 전기에너지를 공급한다. 또한, 유선충전장치(210)는 유선충전케이블(211)을 통해 공급하는 전기에너지의 특성 정보를 포함하는 제1제어신호를 전기자동차(100)에게 제공한다. 제1제어신호는 유선충전모듈(110)에 유선으로 연결될 수 있으며, 유선충전모듈(110)에 인가된 제1제어신호는 최종적으로 제어부(150)에 도달한다.
무선충전장치(220)는 무선전력전송기술을 이용하여 전기에너지를 공급한다. 예를 들어, 충전장소의 바닥 하부에 교류를 발생시키는 급전선로를 자성재료와 함께 매설하여 전력을 전달한다. 또한, 무선충전장치(220)는 공급하는 전기에너지의 특성 정보를 포함하는 제2제어신호를 전기자동차(100)에게 제공한다. 제2제어신호는 최종적으로 제어부(150)에 도달한다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (3)

  1. 전기자동차를 유선으로 충전하는 유선충전부;
    전기자동차를 무선으로 충전하는 적어도 하나 이상의 무선충전부;
    외부 분전반으로부터 전력을 공급받아 상기 유선충전부 및 무선충전부에 전력을 제공하는 컨버터; 및
    복수의 전기자동차를 충전할 때 유선충전부 및 무선충전부에 할당되는 전력량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 컨버터를 통해 충전되는 전기자동차의 개수가 단수에서 N개(단, N은 2 이상의 정수)로 전환될 때, 상기 컨버터의 최대용량을 N분하여 각각의 충전부로 전달하도록 제어하는 것인,
    복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 제2항의 초기 전력분배 이후에
    복수의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 모니터링하여,
    어느 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량이 감소하면,
    다른 하나의 충전부를 통해 충전되는 전력량을 증가시키는 것인,
    복수의 전기자동차에 대해 유선 및 무선 충전수단을 동시에 제공하는 전기자동차 충전장치.
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