KR20230017726A - 전기 자동차 충전기 관리 시스템 - Google Patents

전기 자동차 충전기 관리 시스템 Download PDF

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문효종
문효익
강태영
경신수
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주식회사 디앤
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Abstract

본 발명은 주차장에 설치된 전기 자동차 충전기를 관리하는 시스템에 관한 것이다. 전기 자동차 충전기 관리 시스템은 MVDC(Medium voltage direct current) 계통을 구성하는 복수의 완속 충전기, 태양광 패널 컨버터, 에너지 저장 장치 컨버터, 인버터 및 직류 계통 스위치와, 이들을 제어하는 관리 서버를 포함할 수 있다.

Description

전기 자동차 충전기 관리 시스템{System of managing chargers for electric vehicles}
본 발명은 주차장에 설치된 전기 자동차 충전기를 관리하는 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차(EV)가 활성화되고 있는 시점에서, 전기 자동차의 충방전을 위한 인프라 구축 및 급속충전에 대한 전력수요가 급증하고 있다. 그러나 기존에 아파트나 건물에 설치되어 있는 EV 충전기의 수는 주차면수에 비교하여 매우 적다. 또한, 급속 충전기는 완속 충전기에 비하여 더 적은 수가 있기에 전기 자동차가 늘어갈수록 충전문제가 발행할 가능성은 점점 더 높아지고 있다.
전기 자동차가 증가하고 있는 가운데, 설치된 EV 충전기의 대부분은 급속 충전기이다. 설치비와 유지비, 전력 사용량의 문제로 인하여, 많은 수의 급속 충전기를 동일 주차장에 설치하는 경우는 매우 드물다. 현재 운용중인 대부분의 급속 충전기를 이용하더라도 적어도 30분의 충전 시간이 소요되며, 충전중인 다른 차량으로 인한 대기 시간까지 발생할 수 있다. 또한 급속 충전의 경우에는 배터리 용량의 80%까지만 충전이 되며, 완속 충전의 경우에만 100% 충전기 가능하다.
아파트나 건물내의 급속 충전기의 수가 부족하여 전기 자동차의 보급에 문제가 발생하고 있다. 전력 계통이 특정 건물에 공급하는 전력은 정해져 있다. 전기 자동차 충전시 전력 사용량은 급증하여 공급 전력을 초과하게 되면, 정전사고가 발생하거나, 충전 효율이 감소할 수 있다. 예를 들어 건물의 계약전력이 2000kVA이고, 현재 건물의 전력사용량이 1200kVA일 경우, 500kW급 급속 충전기는 1대만 사용 가능하다. 만일 500kW급 급속 충전기 2대를 사용하게 되면, 변압기 과열, 건물의 차단기가 작동하여 정전 사고가 발생할 수 있다.
건물의 공급 전력의 범위 내에서 전기 자동차의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 전기 자동차 충전기 관리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 전력 계통으로부터 주차장이 설치된 건물에 공급되는 부하 전력의 피크를 억제하면서 복수의 전기 자동차를 동시에 충전하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템이 제공된다. 전기 자동차 충전기 관리 시스템은 주차장에 배치된 복수의 완속 충전기, 태양광 패널의 출력 전력을 변환하는 태양광 패널 컨버터, 상기 태양광 패널 컨버터의 출력 전력을 변환하여 에너지 저장 장치에 저장하며, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 변환하여 출력하는 에너지 저장 장치 컨버터, 전력 계통으로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하며, 상기 완속 충전기에 연결된 전기 자동차, 상기 태양광 패널 컨버터 및 상기 에너지 저장 장치 컨버터 중 하나 이상이 출력한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 건물에 공급하는 인버터, 상기 태양광 패널 컨버터, 상기 에너지 저장 장치 컨버터, 상기 인버터 및 상기 복수의 완속 충전기로 구성된 MVDC(Medium voltage direct current) 계통에서, 직류 전력을 공급하는 전원 및 직류 전력을 공급받는 부하를 전기적으로 연결하는 직류 계통 스위치 및 부하 전력을 모니터링하여 상기 부하 전력이 피크 이하이면 상기 태양광 패널 컨버터, 상기 에너지 저장 장치 컨버터 및 상기 인버터 중 하나 또는 모두가 직류 전력을 상기 완속 충전기에 공급하며, 상기 부하 전력이 피크를 초과하면 상기 건물에 교류 전력을 공급하도록 제어하는 관리 서버를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 관리 서버는 상기 부하 전력을 모니터링하며, 상기 MVDC 계통에서 상기 전원 및 상기 부하를 선택하는 직류 전력 제어부, 상기 태양광 패널 컨버터, 상기 에너지 저장 장치 컨버터 및 상기 인버터 중 상기 직류 전력 제어부에 의해 전원으로 선택된 전력 변환 장치를 작동시키는 전력변환장치 제어부, 상기 MVDC 계통의 전송 선로를 모니터링하여 이상 상태를 검출하는 전송 선로 관리부 및 상기 완속 충전기의 작동을 제어하는 충전기 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 직류 전력 제어부는 상기 완속 충전기에 연결된 전기 자동차의 충전 경향을 이용하여 전력을 회수할 전기 자동차를 선택할 수 있다.
일 실시예로, 상기 직류 계통 스위치는 활선 상태에서 상기 MVDC 계통의 전송 선로로부터 대지로 흐르는 누설 전류를 이용하여 절연 저항을 측정하는 절연저항측정부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 절연저항측정부는 일단은 제1 전송 선로에 전기적으로 연결되고, 타단은 대지에 접지되며, 제1 기간 동안 상기 제1 전송 선로로부터 상기 대지를 향해 흐르는 제1 누설 전류를 측정하는 제1 누설 전류 측정부, 일단은 제2 전송 선로에 전기적으로 연결되고, 타단은 대지에 접지되며, 상기 제1 기간에 중첩하지 않는 제2 기간 동안 상기 제2 전송 선로로부터 상기 대지를 향해 흐르는 제2 누설 전류를 측정하는 제2 누설 전류 측정부, 상기 제1 기간 동안 상기 제1 누설 전류가 상기 제1 누설 전류 측정부를 통과하며, 상기 제2 기간 동안 상기 제2 누설 전류가 상기 제2 누설 전류 측정부를 통과하도록 상기 제1 누설 전류 측정부와 상기 제2 누설 전류 측정부를 제어하는 절연저항측정 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 누설 전류 측정부는, 상기 제1 전송 선로와 상기 대지 사이에 직렬로 연결된 제1 누설 전류 제한 저항, 상기 제1 누설 전류 제한 저항을 통과한 제1 누설 전류를 측정하는 제1 전류계 및 상기 제어부에 의해 온 오프되어 제1 누설 전류의 흐름을 조절하는 제1 스위치를 포함하며, 상기 제2 누설 전류 측정부는, 상기 제2 전송 선로와 상기 대지 사이에 직렬로 연결된 제2 누설 전류 제한 저항, 상기 제2 누설 전류 제한 저항을 통과한 제2 누설 전류를 측정하는 제2 전류계 및 상기 제어부에 의해 온 오프되어 제2 누설 전류의 흐름을 조절하는 제2 스위치를 포함할 수 없다.
일 실시예로, 상기 제1 누설 전류 제한 저항 및 상기 제2 누설 전류 제한 저항의 저항값은 상기 제1 전송 선로 및 상기 제2 전송 선로의 절연 저항보다 작을 수 있다.
일 실시예로, 상기 PV 컨버터는 상기 직류 계통 스위치는 활선 상태에서 태양광 패널에 연결된 전송 선로로부터 대지로 흐르는 누설 전류를 이용하여 절연 저항을 측정하는 절연저항측정부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 완속 충전기는 상기 주자창의 주차면마다 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 건물의 공급 전력의 범위 내에서 전기 자동차의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다.
도 1은 전기 자동차 충전기 관리 시스템을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 전기 자동차 충전기 관리 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 도시한 도면이다.
도 3은 전기 자동차 충전기 관리 시스템의 관리 서버가 수행하는 전력 제어를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 주차장에 설치된 완속 충전기를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 전원과 부하를 연결하는 전송 선로의 등가 회로를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 장치의 동작을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 PV와 PV 컨버터를 연결하는 한 쌍의 전송 선로 중 하나의 절연 저항을 측정하는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 PV와 PV 컨버터를 연결하는 한 쌍의 전송 선로 중 나머지 하나의 절연 저항을 측정하는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "고정되어" 있다거나 "체결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 고정되어 있거나 또는 체결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 고정되어" 있다거나 "직접 체결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.
도 1은 전기 자동차 충전기 관리 시스템을 예시적으로 도시한 도면이다.
에너지 관리 관점에서 볼 때, 주유소를 방문하는 기존의 가솔린 자동차들의 충전 방식보다 생활형 충전 방식이 전기 자동차에 더 효율적이라고 알려져 있다. 따라서, 주차 대수에 비해 상대적으로 적은 수의 급속 충전기로 운영되는 현재의 전기 자동차 충전 인프라보다, 주차 대수와 동일한 수의 완속 충전기를 에너지 관리 시스템을 통해 관리하는 새로운 전기 자동차 충전 인프라는 아파트와 같은 주거용 건물 및 상가와 같은 상업용 건물 등 대형 주차장을 구비한 건물에 보급하기 유리하다.
본 발명은 완속 충전기에 DC 방식의 계통 연계 방식을 도입하고, 차세대 전력반도체를 적용하여 충전기 크기를 크게 감소시켰다. 이로 인해, 완속 충전기의 안정성이 증대되고, 주차 대수당 완속 충전기 설치에 소요되는 공사 비용이 감소되어, 전기 자동차 충전기 관리 시스템을 비용 효과적으로 구축할 수 있다.
예를 들어, 주차 대수가 200대인 대형 주차장에 5kW급 완속 충전기를 모두 설치하면, 최대 약 1,000kW급의 대용량 에너지 공급이 필요해질 수 있다. 이를 위한 중앙 인버터와 계통 관리가 필요하며, 전력공급의 안정성을 위한 에너지 저장 장치(ESS)와 태양광 패널(PV)등의 도입이 필요하게 되었다. 전기 자동차 충전기 관리 시스템은 완속 충전기를 에너지 효율적으로 관리하기 위한 에너지 관리 솔루션이다.
전기 자동차 충전기 관리 시스템은 관리 서버(100), 인버터(200), 에너지 저장 장치 컨버터(300; 이하 ESS 컨버터), 태양광 패널 컨버터(400; 이하 PV 컨버터), 부하 전력 계측 장치(500), 직류 계통 스위치(600) 및 완속 충전기(700)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 전기 자동차 충전기 관리 시스템은 에너지 저장 장치(350; 이하 ESS) 및/또는 태양광 패널(450; 이하 PV)을 더 포함할 수 있다.
전기 자동차 충전기 관리 시스템의 인버터(200), ESS 컨버터(300), PV 컨버터(400), 직류 계통 스위치(600) 및 복수의 완속 충전기(700)는 MVDC(Medium voltage direct current) 계통을 구성한다. 주차 대수에 따라 달라지긴 하지만, 완속 충전기(700)가 설치되는 주차장의 면적은 대부분 넓다. 따라서, 송전 거리, 효율 및 신재생 에너지의 동시 이용을 고려할 때, 상용 교류 전압, 예를 들어, AC 220V로 송전하는 교류 계통보다는, 약 1.5kV 내지 약 100kV 범위의 직류 전압으로 송전하는 직류 계통인 MVDC가 적합하다. MVDC 계통은 전력 계통으로부터 전력을 공급받을 뿐 아니라, 전력 계통 또는 전력 계통에 연결된 건물 부하에 전력을 공급할 수도 있다.
관리 서버(100)는 ESS 전력 및/또는 태양광 전력을 사용하여 부하 전력의 피크를 억제하면서 복수의 전기 자동차를 동시에 충전할 수 있도록 한다. 여기서, 부하 전력은 주차장이 설치된 건물의 부하 및 MVDC 계통에 공급하는 교류 전력을 포함한다. 즉, 관리 서버(100)는 전기 자동차 충전기 관리 시스템이 설치된 건물의 계약 전력을 초과하지 않으면서 완속 충전기(700)에 필요한 전력을 전력 계통, ESS(350) 및 PV(450) 중 하나 이상으로부터 공급할 수 있다. 관리 서버(100)는 통신 선로를 통해 인버터(200), ESS 컨버터(300), PV 컨버터(400), 부하 전력 계측 장치(500), 직류 계통 스위치(600) 및 복수의 완속 충전기(700)와 통신할 수 있다. 관리 서버(100)의 구성 및 동작은 이하에서 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
관리 서버(100)의 제어에 의해서, 인버터(200)는 전력 계통(Grid)으로부터 공급된 교류 전력을 제1 직류 전력으로 변환하는 직류-교류 전력 변환 장치이다. 한편, 인버터(200)는 ESS 컨버터(300), PV 컨버터(400) 및 완속 충전기(700)에 연결된 전기 자동차 중 하나 이상으로부터 공급된 제1 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급한다. 제1 직류 전력은 MVDC급일 수 있다.
ESS 컨버터(300)는 관리 서버(100)의 제어에 의해 작동하는 직류-직류 전력 변환 장치이다. ESS 컨버터(300)는 인버터(200) 및 PV 컨버터(400) 중 하나 이상로부터 공급된 직류 전력을 ESS(350)에 저장하며, ESS(350)에 저장된 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. ESS 컨버터(300)로부터 출력된 직류 전력은 인버터(200)를 거쳐 건물 부하 및 완속 충전기(700) 중 하나 또는 모두에 공급될 수 있다.
PV 컨버터(400)는 관리 서버(100)의 제어에 의해 작동하는 직류-직류 전력 변환 장치이다. PV 컨버터(400)는 PV(450)의 출력 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. PV 컨버터(400)로부터 출력된 직류 전력은 인버터(200)를 거쳐 건물 부하, ESS 컨버터(300)를 거쳐 ESS(450), 및 완속 충전기(700) 중 하나 이상에 공급될 수 있다.
부하 전력 계측 장치(500)는 부하 전력을 계측한다. 실시간으로 계측된 부하 전력은 관리 서버(100)에 제공된다. 관리 서버(100)는 부하 전력이 계약 전력을 초과하지 않도록 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및 PV 컨버터(400)를 작동한다.
직류 계통 스위치(600)는 관리 서버(100)의 제어에 의해 작동하여 직류 전력을 공급하는 전원 및 공급받을 부하를 선택한다. 예를 들어, 직류 계통 스위치(600)는 MVDC 계통 내에서 전원으로 작동하는 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및 PV 컨버터(400)와 부하로 작동하는 완속 충전기(700)간 MVDC 전송 선로를 연결 또는 해제할 수 있다. 한편, 직류 계통 스위치(600)는 전원으로 동작하는 ESS 컨버터(300), PV 컨버터(400), 완속 충전기(700)에 연결된 전기 자동차와 부하로 동작하는 인버터(200)간 MVDC 전송 선로를 연결 또는 해제할 수 있다.
완속 충전기(700)는 관리 서버(100)의 제어에 의해 작동하여 MVDC 전송 선로를 통해 공급받은 제1 직류 전력을 제3 직류 전력으로 변환하여 전기 자동차에 공급한다. 한편, 완속 충전기(700)는 전기 자동차에 저장된 제3 직류 전력을 제1 직류 전력으로 변환하여 인버터(200)에 제공할 수 있다. 완속 충전기(700)는 주차 면적당 1대 또는 한 쌍으로 설치된다.
도 2는 전기 자동차 충전기 관리 시스템의 구성을 기능적으로 도시한 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 관리 서버(100)는 직류 전력 제어부(110), 전력변환장치 제어부(120), 전송 선로 관리부(130), 충전기 제어부(140) 및 통신부(150)를 포함할 수 있다.
직류 전력 제어부(110)는 부하 전력을 기본적으로 모니터링하며, ESS(350)에 저장된 전력 및 PV(450)의 출력 전력을 추가적으로 또는 선택적으로 모니터링할 수 있다. 모니터링 결과에 따라, 직류 전력 제어부(110)는 직류 계통 스위치(600)를 구동하여 전원 및 부하를 선택하여 피크 억제를 위한 전력 제어를 수행한다.
추가적으로 또는 선택적으로, 직류 전력 제어부(110)는 충전기 제어부(140)를 통해 완속 충전기(700)에 연결된 전기 자동차에 저장된 전력도 모니터링할 수 있다. 전기 자동차의 배터리 충전율은 일정 수준, 예를 들어, 100%로 유지될 수 있다. 만일, 충전율이 전기 자동차의 전력 공급 또는 배터리 상태 저하 등의 요인에 의해 일정 수준 이하가 되면, 사용자의 요청이 없더라도 충전이 개시될 수 있다.
ESS(350)에 저장된 제2 직류 전력 및 PV(450)의 출력 전력만으로 피크 전력 제어가 어려우면, 전기 자동차에 저장된 전력도 인버터(200)에 공급될 수 있다. 일 실시예로, 직류 전력 제어부(110)는 충전기 제어부(140)를 통해 완속 충전기(700)에 연결된 전기 자동차 중에서 완충 상태에 있는 전기 자동차를 선택하여 전력을 회수할 수 있다. 다른 실시예로, 완속 충전기(700)와의 연결 시간, 분리 시간, 공급 전력량을 포함하는 전기 자동차의 충전 경향을 참조하여, 직류 전력 제어부(110)는 충전기 제어부(140)를 통해 전력을 회수할 전기 자동차를 선택할 수 있다. 예를 들어, 분리 시간이 상대적으로 짧으며 공급 전력량이 상대적으로 적은 충전 경향을 갖는 전기 자동차는 단거리를 주로 주행할 확률이 높다. 이 경우 충전율이 높지 않더라도 주행에 지장이 발생할 가능성이 상대적으로 낮으므로, 전력을 회수할 전기 자동차로 선택될 수 있다. 반대로, 분리 시간이 상대적으로 길고 공급 전력량이 상대적으로 많은 충전 경향을 갖는 전기 자동차는, 장거리를 주로 주행할 확률이 높다. 따라서 이러한 충전 경향을 갖는 전기 자동차는 선택되지 않을 수 있다.
전력변환장치 제어부(120)는 직류 전력 제어부(110)에 의해 전원으로 선택된 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및/또는 PV 컨버터(400)를 작동시킨다. 즉, 전력변환장치 제어부(120)는 인버터 및 컨버터의 PWM(Pulse width modulation) 스위칭 제어를 위한 PWM 제어 신호를 생성하여 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및/또는 PV 컨버터(400)에 전송한다.
한편, 전력변환장치 제어부(120)는 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및 PV 컨버터(400)의 입력 및 출력을 모니터링하여 이상 작동을 검출한다. 전력변환장치 제어부(120)는 이상 작동이 검출된 인버터(200), ESS 컨버터(300) 또는 PV 컨버터(400)를 정지시킨다.
전송 선로 관리부(130)는 MVDC 계통을 구성하는 전송 선로를 모니터링하여 이상 상태를 검출한다. 특히, 완속 충전기(700)가 설치된 주차장에서, MVDC 전송 선로는 주차장 바닥에 매설되며, PV(450)와 PV 컨버터(400)간에도 전송 선로가 지중에 매설될 수 있다. 따라서 전선 피복의 노후 등으로 인해 지락이 발생하면, 상당한 전력 손실뿐 아니라 사고 발생 가능성이 증가하게 된다. 전송 선로 관리부(130)는 MVDC 전송 선로에서 측정된 누설 전류 및 이로부터 산출된 절연 저항을 이용하여 지락 발생을 검출하며, 지락이 검출되면 완속 충전기(700)로의 송전이 중지되도록 한다.
충전기 제어부(140)는 완속 충전기(700)의 작동을 제어한다. 충전기 제어부(140)는 사용 승인된 완속 충전기(700)를 작동시켜 전기 자동차가 충전되도록 한다. 한편, 충전기 제어부(140)는 완속 충전기(700)를 작동시켜 전기 자동차에서 전력을 회수할 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 충전기 제어부(140)는 전기 자동차별 충전 이력을 생성할 수 있다. 충전 이력은 연결 시각, 분리 시각, 공급 전력량, 회수 전력량, 충전 시간을 포함할 수 있다. 충전 이력은 사용자에게 통보되며, 충전 비용 산출에 이용된다. 한편, 충전 이력으로부터 전기 자동차별 충전 경향이 유도될 수 있다. 연결 시간은 분리 시각에서 연결 시각을 차감하여 산출되며, 분리 시간은 연결 시각에서 직전 분리 시각을 차감하여 산출될 수 있다.
통신부(150)는 관리 서버(100)와 전기 자동차 충전기 관리 시스템의 다른 구성부간 통신을 담당한다. 통신부(150)는 유선 또는 무선 통신방식으로 동작할 수 있다.
PV 컨버터(400)는 PWM 드라이버(410), 전력 반도체 스위치(420) 및 절연저항측정부(430)를 포함할 수 있다. 인버터(200)와 ESS 컨버터(300)의 기능적 구성은 PV 컨버터(400)의 기능적 구성과 유사하므로, PV 컨버터(400)를 주로 설명한다.
PWM 드라이버(410)는 복수의 전력 반도체 스위치(220)를 구동하는 PWM 신호를 생성한다. 전력 반도체 스위치(420)는 고전압-고전류를 지원하는 IGBT(Insulated-gate bipolar transistor), SiC MOSFET(Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor), GaN MOSFET, Ga2O3 MOSFET 등일 수 있다. 전력 반도체 스위치(420)에 의해, 출력측 직류 전압이 승압 또는 강압될 수 있다. 한편, 인버터(200)의 경우, 전력 반도체 스위치(420)에 의해, 교류 전력이 직류 전력으로 변환되거나 직류 전력이 교류 전력으로 변환될 수 있다.
절연저항측정부(430)는 PV(450)와 PV 컨버터(400)간 전송 선로 또는 직류 계통 스위치(600)와 PV 컨버터(400)간 전송 선로의 누설 전류를 측정하여 지락 발생을 감지한다. 특히 절연저항측정부(430)는 전송 선로가 활성 상태일 때 지락 발생을 감지할 수 있다. 이하에서 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
직류 계통 스위치(600)는 연결 제어부(610), 복수의 릴레이(620) 및 절연저항측정부(630)를 포함할 수 있다. 복수의 릴레이(620) 각각의 일단은 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및 PV 컨버터(400)에 연결된 전송 선로에 연결되며, 타단은 완속 충전기(700)에 연결된 전송 선로에 연결된다. 연결 제어부(610)는 직류 전력 제어부(110)에 의해 복수의 릴레이(620)를 구동하여 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및 PV 컨버터(400) 중 하나 이상과 완속 충전기(700)를 전기적으로 연결한다.
절연저항측정부(630)는 직류 계통 스위치(600)와 완속 충전기(700)간 전송 선로의 누설 전류를 측정하여 지락 발생을 감지한다. 특히 절연저항측정부(630)는 전송 선로가 활성 상태일 때 지락 발생을 감지할 수 있다. 이하에서 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
완속 충전기(700)는 충방전 제어부(710), 직류-직류 컨버터(720), 전력량계(730)를 포함할 수 있다. 충방전 제어부(710)는 전기 자동차의 연결 및 분리를 감지한다. 전기 자동차가 연결되고 전력 충전이 승인되면, 충방전 제어부(710)는 직류-직류 컨버터(720)를 구동하여 전력을 전기 자동차에 공급하거나 전력을 전기 자동차로부터 회수할 수 있다. 전력량계(730)는 전기 자동차에 공급하거나 전기 자동차로부터 회수한 전력을 계측한다. 계측된 공급 전력량 및 회수 전력량은 충방전 제어부(710)에 의해 충전기 제어부(140)로 전송된다.
도 3은 전기 자동차 충전기 관리 시스템의 관리 서버가 수행하는 전력 제어를 예시적으로 도시한 도면이다.
부하 전력의 피크를 억제하면서 복수의 전기 자동차를 동시에 충전할 수 있도록 하기 위해서, 전기 자동차 충전기 관리 시스템은 부하 전력을 계측한다.
단계 1에서, 충전중인 전기 자동차가 없고, PV(450)는 발전중이며, 부하 전력도 피크 이하로 유지되고 있다. 따라서 전력 계통은 건물 부하에는 전력을 공급하지만, MVDC 계통으로 전력을 공급하지 않는다. 인버터(200)는 작동하지 않으며, 완속 충전기(700)로 공급되는 전력이 없으므로, PV(450)에 의해 생산된 전력은 ESS(350)를 충전하는데 이용된다.
단계 2에서, 충전중인 전기 자동차가 없고, PV(450)는 발전중이지만, 부하 전력이 피크를 초과하였으므로, 피크 억제를 위한 전력 제어가 개시된다. PV(450)에 의해 생산된 전력 및 ESS(350)에 저장된 전력은 인버터(200)에 의해 교류 전력으로 변환되어 건물 부하로 송전된다.
단계 3에서, 충전중인 전기 자동차가 있고, PV(450)는 발전중이며, 부하 전력도 피크 이하로 유지되고 있다. 따라서 전력 계통은 건물 부하에는 전력을 공급하지만, MVDC 계통으로 전력을 공급하지 않는다. 인버터(200)는 작동하지 않으며, 완속 충전기(700)로 공급되는 전력이 있으므로, PV(450)에 의해 생산된 전력은 전기 자동차 및 ESS(350)를 충전하는데 이용된다.
단계 4에서, 충전중인 전기 자동차가 있고, PV(450)의 발전량은 감소했지만, 부하 전력은 피크 이하로 유지되고 있다. 따라서 전력 계통은 건물 부하에는 전력을 공급하지만, MVDC 계통으로 전력을 공급하지 않는다. 인버터(200)는 작동하지 않으며, 완속 충전기(700)로 공급되는 전력이 단계 3보다 증가하였으므로, PV(450)에 의해 생산된 전력 및 ESS(350)에 저장된 전력이 전기 자동차 충전에 이용된다.
단계 5에서, 충전중인 전기 자동차가 있고, PV(450)의 발전량이 크게 감소했지만, 부하 전력은 피크 이하로 유지되고 있다. 따라서 전력 계통은 건물 부하 및 MVDC 계통으로 전력을 공급한다. 인버터(200)는 작동하여 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 완속 충전기(700)로 공급되는 전력이 단계 4보다 증가하였으므로, 인버터(200)에 의해 변환된 전력, PV(450)에 의해 생산된 전력 및 ESS(350)에 저장된 전력이 전기 자동차 충전에 이용된다.
단계 6에서, MVDC 계통이 건물 부하에 전력을 공급하여, 전력 계통은 건물 부하에 전력을 공급하지 않는 제로 에너지 상태가 된다. PV(450)는 정지했으나, 전기 자동차 및 ESS(450)에 저장된 전력이 회수되며, 인버터(200)에 의해 교류 전력으로 변환되어 건물 부하로 송전된다.
도 4는 주차장에 설치된 완속 충전기를 예시적으로 도시한 도면이다.
완속 충전기(700)는 주차장 바닥에 매설된 전송 선로(10a, 10b)를 통해 직류 전력을 전원으로부터 공급받는다. 완속 충전기(700)는 주차면마다 설치되는 주차 스토퍼로 구현될 수 있다. 주차 스토퍼는 주차면마다 쌍으로 설치되므로, 충전 소켓은 주차 스토퍼의 양 측면 중 주차면 경계에 가까운 측면에 배치되어 사용자가 충전 케이블(740)을 쉽게 연결할 수 있도록 한다.
도 5은 전원과 부하를 연결하는 전송 선로의 등가 회로를 예시적으로 나타낸 도면이다.
전선은 전기가 통하는 도전체 및 이를 둘러싼 절연물로 구성된다. 절연물인 전선 피복이 노후되거나 손상되면 해당 부분을 통해 누설 전류가 흘러나올 수 있다. 누설 전류로 인해 감전 사고 또는 화재가 발생할 수 있다.
활선 상태 전선의 누설 전류는 저항성 누설 전류와 용량성 누설 전류로 구분될 수 있다. 누설 전류는 상용 주파수보다 높은 주파수를 이용하여 전선과 대지 사이에 존재하는 임피던스 성분에 의한 누설 전류를 이용하여 측정할 수 있다. 다만, 이 방식을 이용하기 위해서는, 복잡한 측정 장치가 필요하며, 제작 및 설치 비용이 매우 비싼 문제점이 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 전송 선로(10)는 전기가 통하는 구리와 같은 금속의 도전체(11) 및 도전체(12)를 둘러싸고 있는 절연물(12)로 구성된다. 절연물(12)은 대부분 플라스틱 재질로 형성되어 유전체로서 기능할 수 있다. 이로 인해, 지중에 매설된 전송 선로(10)는 도전체(11)와 커패시터(20)로 구성된 등가 회로로 표현할 수 있다. 누설 전류(30)는 절연물(12)을 통하여 대지로 흐르게 된다. 전압이 높을수록 누설 전류(30)가 크므로 누설 전류(30)를 최소화 하기 위하여 절연물(12)의 두께와 재질을 적절하게 설정해야 한다. 전송 선로(10)가 정상적일 경우 누설 전류(30)는 대부분 수 uA 내지 수 mA로 흐르지만, 절연이 깨지거나 지락사고 발생시 누설 전류(30)는 높게 나타나며, 인체 감전 사고나 누설 전류(30)에 의한 전기화재의 원인이 될 수 있다.
도 5의 (b)는 정상 상태인 한 쌍의 전송 선로(10a, 10b)에서 발생한 누설 전류(31)의 루프를 나타낸다. 제1 및 제2 전송 선로(10a, 10b)는 전원과 완속 충전기(700) 사이에 전력을 전달한다. 여기서 전원은 인버터(200), ESS 컨버터(300) 및 PV 컨버터(400) 중 하나 이상이다. 즉, 제1 전송 선로(10a)는 직류 계통 스위치(600)에 의해 연결된 전원에서 완속 충전기(700)로 흐르는 전류의 경로이며, 제2 전송 선로(10b)는 완속 충전기(700)에서 전원으로 전류가 되돌아오는 경로이다. 제1 및 제2 전송 선로(10a, 10b)의 좌측단에는 전원의 전압 V가 인가된다. 정상 상태에서 발생한 누설 전류(31)는 제1 전송 선로(10a)로부터 전원측에 가장 가까운 커패시터-절연 저항(20)을 통해 대지로 흐르며, 완속 충전기(700)에 가장 가까운 커패시터-절연 저항(20')을 통해 다시 제2 전송 선로(10b)로 되돌아오는 루프를 가질 수 있다. 즉, 정상 상태에서는, 커패시터-절연 저항(20)을 통과하는 전류량도 크지 않으며, 대지를 통과하는 구간이 길기 때문에, 커패시터-절연 저항(20')을 통해 유입되는 전류량 역시 매우 작다.
도 5의 (c)는 지락 상태인 한 쌍의 전송 선로에서 발생한 누설 전류의 경로를 각각 나타낸다. (b)와 마찬가지로, 제1 및 제2 전송 선로(10a, 10b)는 전원과 완속 충전기(700) 사이에 전력을 전달하며, 제1 및 제2 전송 선로(10a, 10b)의 좌측단에는 전원에 의해 전압 V가 인가된다. 제2 전송 선로(10b)에 지락이 발생한 경우를 가정하면, 누설 전류(32)는 제1 전송 선로(10a)로부터 전원측에 가장 가까운 커패시터-절연 저항(20)을 통해 대지로 흐르며, 지락 지점(21)을 통해 다시 제2 전송 선로(10b)로 되돌아오는 루프를 가질 수 있다. 즉, 지락 상태에서는, 누설 전류가 지락 지점(21)에서 제2 전송 선로(10b)로 되돌아오기 때문에, 지락 지점(21)을 통해 유입되는 전류량이 매우 커질 수 있다.
도 6는 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 절연저항측정부의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6를 참조하면, 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 절연저항측정부(800)는 제1 전송 선로(10a)에 전기적으로 연결된 제1 누설 전류 측정부(810), 제2 전송 선로(10b)에 전기적으로 연결된 제2 누설 전류 측정부(820), 및 누설 전류를 측정하도록 제1 누설 전류 측정부(810) 및 제2 누설 전류 측정부(820)의 동작을 제어하는 절연저항측정 제어부(830)를 포함할 수 있다.
제1 누설 전류 측정부(810)의 일단은 제1 전송 선로(10a)의 도전체(11)에 전기적으로 연결되며, 타단은 대지에 접지된다. 제1 누설 전류 측정부(810)는 제1 누설 전류 제한 저항(811), 제1 누설 전류 제한 저항(811)을 통과한 제1 누설 전류를 측정하는 제1 전류계(812) 및 제어부(830)에 의해 온 오프되어 제1 누설 전류의 흐름을 조절하는 제1 스위치(813)를 포함할 수 있다. 제1 누설 전류 제한 저항(811), 제1 전류계(812) 및 제1 스위치(813)는 제1 전송 선로(10a)와 대지 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제2 누설 전류 측정부(820)의 일단은 제2 전송 선로(10b)의 도전체(11)에 전기적으로 연결되며, 타단은 대지에 접지된다. 제2 누설 전류 측정부(820)는 제2 누설 전류 제한 저항(821), 제2 누설 전류 제한 저항(821)을 통과한 제2 누설 전류를 측정하는 제2 전류계(822) 및 제어부(830)에 의해 온 오프되어 제2 누설 전류의 흐름을 조절하는 제2 스위치(823)를 포함할 수 있다. 제2 누설 전류 제한 저항(821), 제2 전류계(822) 및 제2 스위치(823)는 제2 전송 선로(10b)와 대지 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
제1 누설 전류 제한 저항(811) 및 제2 누설 전류 제한 저항(821)은 제1 전송 선로(10a) 및/또는 제2 전송 선로(10b)에 지락 발생 후 누설 전류 측정시에 제1 누설 전류 및 제2 누설 전류가 커지지 않도록 제한하는 역할을 한다. 여기서, 제1 누설 전류 제한 저항(811) 및 제2 누설 전류 제한 저항(821)은 제1 전송 선로(10a) 및 제2 전송 선로(10b)의 정상 상태에서 측정된 절연 저항보다 작을 수 있다.
절연저항측정 제어부(830)는 기능적으로 스위칭 제어부(831), 누설 전류 측정부(832) 및 절연저항 산출부(833)를 포함할 수 있다. 스위칭 제어부(831)는 제1 스위치(813)와 제2 스위치(823)를 교번하게 온시킬 수 있다. 누설 전류 측정부(832)는 제1 전류계(812) 및 제2 전류계(822)로부터 측정값을 읽어들일 수 있다. 절연 저항 산출부(833)는 제1 전압 V1이 인가된 전원, 제2 전압 V2가 인가된 부하 사이에 흐르는 정상 전류 및 측정된 누설 전류를 이용하여 절연 저항을 산출할 수 있다. 절연저항측정 제어부(830)에 의한 제1 누설 전류 측정부(810) 및 제2 누설 전류 측정부(820)의 동작은 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 활선 상태에서 절연저항을 측정하는 절연저항측정부의 동작을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 절연저항측정부(800)가 정상적으로 동작할 때 제1 누설 전류(40)의 루프 및 제2 누설 전류(41)의 루프를 각각 나타내며, (c)는 절연저항측정부(430, 630)가 비정상적으로 동작할 때 누설 전류의 루프를 나타낸다.
스위칭 제어부(831)는 제1 누설 전류와 제2 누설 전류가 중첩되지 않으면서 흐르도록 제1 스위치(813)와 제2 스위치(823)를 교번하게 온시킨다.
도 7의 (a)를 참조하면, 제1 스위치(813)가 온 되는 제1 기간 동안에, 제2 스위치(823)는 오프되어 제1 전송 선로(10a)로부터 빠져나간 제1 누설 전류(40)가 측정될 수 있다. 제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제1 전압 V1이 인가된 전원측으로부터 제1 전송 선로(10a)에 유입된 정상 전류 중 일부는 제1 누설 전류 측정부(810)를 통해 대지로 흐를 수 있다. 대지로 흘러든 제1 누설 전류(40)는 제2 누설 전류 측정부(820)가 아닌 지점, 예를 들어, 제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제2 전압 V2이 인가된 완속 충전기(700)에 가까운 지점에서 제2 전송 선로(10b)에 되돌아올 수 있다. 즉, 제1 누설 전류 측정부(810)는 제1 기간 동안 제어된 지락 지점으로 동작하여 제2 전송 선로(10b)에 의해 가변되는 제1 누설 전류(40)의 전류량을 측정할 수 있다.
절연 저항 Rx는 다음과 같이 산출될 수 있다.
Rx = V1/I1 - R1
여기서, V1은 전원 양단에 걸린 전위차이고 그 전위차는 500 V이고, I1은 제1 누설 전류이고 그 측정값은 100 uA이며, R1은 제1 누설 전류 제한 저항이고 그 저항값은 100 kΩ이다. 제1 누설 전류(40)는 제2 전송 선로(10b)의 절연 저항에 의해 결정되며, 산출된 제2 전송 선로(10b)의 절연 저항은 4,900 kΩ이다.
동일하게, 도 7의 (b)를 참조하면, 제2 스위치(823)가 온 되는 제2 기간 동안에, 제1 스위치(813)는 오프되어 제2 전송 선로(10b)로 유입되는 제2 누설 전류가 측정될 수 있다. 제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제1 전압 V1이 인가된 전원측으로부터 제1 전송 선로(10a)에 유입된 정상 전류 중 일부는 제1 누설 전류 측정부(810)가 아닌 지점, 예를 들어, 제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제2 전압 V2이 인가된 완속 충전기(700)에 가까운 지점에서 대지로 흐를 수 있다. 대지로 흘러든 제2 누설 전류(41)는 제2 누설 전류 측정부(820)를 통해 제2 전송 선로(10b)에 되돌아올 수 있다. 즉, 제2 누설 전류 측정부(820)는 제2 기간 동안 제어된 지락 지점으로 동작하여 제1 전송 선로(10a)에 의해 가변되는 제2 누설 전류(41)의 전류량을 측정할 수 있다.
한편, 도 7의 (c)를 참조하면, 제1 스위치(813)와 제2 스위치(823)가 동시에 온 된 경우의 누설 전류의 루프를 나타낸다. 제1 스위치(813)와 제2 스위치(823)가 모두 온 되면, 제1 전송 선로(10a) 및 제2 전송 선로(10b) 모두에 지락이 발생한 상태이다. 따라서 매우 큰 누설 전류가 제1 누설 전류 측정부(810)를 통해 대지로 흘러 들어가며, 제2 누설 전류 측정부(820)를 통해 다시 제2 전송 선로(10b)로 되돌아 오게 된다. 따라서 제어부(830)는 제1 스위치(813)와 제2 스위치(823)를 교번하게 온 시켜야 한다.
도 8은 PV와 PV 컨버터를 연결하는 한 쌍의 전송 선로 중 하나의 절연 저항을 측정하는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 제1 및 제2 전송 선로(10a, 10b)이 접지된 PV(450)와 PV 컨버터(450) 사이에서 전력을 전달한다. PV(450)가 접지되지 않은 경우의 누설 전류의 루프는 도 7의 (a)와 실질적으로 동일할 수 있다. 지락이 발생하지 않은 정상 상태에서 제1 누설 전류 측정부(810)는 온 되고 제2 누설 전류 측정부(820)는 오프되면, 제1 누설 전류(50)는 제1 누설 전류 측정부(810)로부터 대지를 거쳐 전원(200)의 접지를 통해 돌아오는 루프를 가질 수 있다.
제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제1 전압 V1이 인가된 PV(450)로부터 제1 전송 선로(10a)에 유입된 정상 전류 중 일부는 제1 누설 전류 측정부(810)를 통해 대지로 흐를 수 있다. 대지로 흘러든 제1 누설 전류(50)는 제2 누설 전류 측정부(820)가 아닌 지점, 예를 들어, 제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제2 전압 V2이 인가된 PV 컨버터(400)에 가까운 지점에서 제2 전송 선로(10b)에 되돌아올 수 있다. 즉, 제1 누설 전류 측정부(810)는 제1 기간 동안 제어된 지락 지점으로 동작하여 제2 전송 선로(10b)에 의해 가변되는 제1 누설 전류(50)의 전류량을 측정할 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 제2 전송 선로(10b)에 지락이 발생하면, 제1 누설 전류 측정부(810)를 흐르는 제1 누설 전류(51)는 지락 지점(21)에서 제2 전송 선로(10b)로 돌아온다. 제1 누설 전류(51)의 전류량은 제1 누설 전류(50)의 전류량보다 수 내지 수백배 클 수 있다.
도 8의 (c)를 참조하면, 제1 전송 선로(10c)에 지락이 발생하면, 누설 전류(52)는 지락 지점(21)에서 발생한다. 대부분의 전류가 지작 지점(21)을 통해 누설되므로, 제1 누설 전류 측정부(810)가 측정할 수 있는 제1 누설 전류의 전류량은 매우 작거나 없을 수 있다. 즉, 제1 누설 전류 측정부(810)는 제1 전송 선로(10a)에 발생한 지락을 검출할 수 없다.
도 9는 PV와 PV 컨버터를 연결하는 한 쌍의 전송 선로 중 나머지 하나의 절연 저항을 측정하는 과정을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 제1 및 제2 전송 선로(10a, 10b)이 PV(450)과 PV 컨버터(400) 사이에서 전력을 전달한다. 지락이 발생하지 않은 정상 상태에서 제1 누설 전류 측정부(810)는 오프되고 제2 누설 전류 측정부(820)는 온 되면, 제1 전송 선로(10a)로부터 대지로 흐른 제2 누설 전류(60)는 제2 누설 전류 측정부(810)를 통해 제2 전송 선로(10b)로 돌아오는 루프를 가질 수 있다.
제1 전송 선로(10a)와 제2 전송 선로(10b) 사이에 제1 전압 V1이 인가된 PV(450)로부터 제1 전송 선로(10a)에 유입된 정상 전류 중 일부는 커패시터-절연 저항(20)을 통해 대지로 흐를 수 있다. 대지로 흘러든 제2 누설 전류(60)는 제2 누설 전류 측정부(820)를 통해 제2 전송 선로(10b)에 되돌아올 수 있다. 즉, 제2 누설 전류 측정부(820)는 제2 기간 동안 제어된 지락 지점으로 동작하여 제1 전송 선로(10a)에 의해 가변되는 제2 누설 전류(60)의 전류량을 측정할 수 있다.
도 9의 (b)를 참조하면, 제1 전송 선로(10b)에 지락이 발생하면, 제2 누설 전류 측정부(820)를 흐르는 제2 누설 전류(61)는 지락 지점(21)에서 대지로 흘러든다. 제2 누설 전류(61)의 전류량은 제2 누설 전류(60)의 전류량보다 수 내지 수백배 클 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 특히, 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 특징은, 특정 도면에 도시된 구조에 한정되는 것이 아니며, 독립적으로 또는 다른 특징에 결합되어 구현될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 전력 계통으로부터 주차장이 설치된 건물에 공급되는 부하 전력의 피크를 억제하면서 복수의 전기 자동차를 동시에 충전하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템에 있어서,
    주차장에 배치된 복수의 완속 충전기;
    태양광 패널의 출력 전력을 변환하는 태양광 패널 컨버터;
    상기 태양광 패널 컨버터의 출력 전력을 변환하여 에너지 저장 장치에 저장하며, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전력을 변환하여 출력하는 에너지 저장 장치 컨버터;
    전력 계통으로부터 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하며, 상기 완속 충전기에 연결된 전기 자동차, 상기 태양광 패널 컨버터 및 상기 에너지 저장 장치 컨버터 중 하나 이상이 출력한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 건물에 공급하는 인버터;
    상기 태양광 패널 컨버터, 상기 에너지 저장 장치 컨버터, 상기 인버터 및 상기 복수의 완속 충전기로 구성된 MVDC(Medium voltage direct current) 계통에서, 직류 전력을 공급하는 전원 및 직류 전력을 공급받는 부하를 전기적으로 연결하는 직류 계통 스위치; 및
    부하 전력을 모니터링하여 상기 부하 전력이 피크 이하이면 상기 태양광 패널 컨버터, 상기 에너지 저장 장치 컨버터 및 상기 인버터 중 하나 또는 모두가 직류 전력을 상기 완속 충전기에 공급하며, 상기 부하 전력이 피크를 초과하면 상기 건물에 교류 전력을 공급하도록 제어하는 관리 서버를 포함하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 관리 서버는
    상기 부하 전력을 모니터링하며, 상기 MVDC 계통에서 상기 전원 및 상기 부하를 선택하는 직류 전력 제어부;
    상기 태양광 패널 컨버터, 상기 에너지 저장 장치 컨버터 및 상기 인버터 중 상기 직류 전력 제어부에 의해 전원으로 선택된 전력 변환 장치를 작동시키는 전력변환장치 제어부;
    상기 MVDC 계통의 전송 선로를 모니터링하여 이상 상태를 검출하는 전송 선로 관리부; 및
    상기 완속 충전기의 작동을 제어하는 충전기 제어부를 포함하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 직류 전력 제어부는 상기 완속 충전기에 연결된 전기 자동차의 충전 경향을 이용하여 전력을 회수할 전기 자동차를 선택하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 직류 계통 스위치는 활선 상태에서 상기 MVDC 계통의 전송 선로로부터 대지로 흐르는 누설 전류를 이용하여 절연 저항을 측정하는 절연저항측정부를 포함하되,
    상기 절연저항측정부는,
    일단은 제1 전송 선로에 전기적으로 연결되고, 타단은 대지에 접지되며, 제1 기간 동안 상기 제1 전송 선로로부터 상기 대지를 향해 흐르는 제1 누설 전류를 측정하는 제1 누설 전류 측정부;
    일단은 제2 전송 선로에 전기적으로 연결되고, 타단은 대지에 접지되며, 상기 제1 기간에 중첩하지 않는 제2 기간 동안 상기 제2 전송 선로로부터 상기 대지를 향해 흐르는 제2 누설 전류를 측정하는 제2 누설 전류 측정부;
    상기 제1 기간 동안 상기 제1 누설 전류가 상기 제1 누설 전류 측정부를 통과하며, 상기 제2 기간 동안 상기 제2 누설 전류가 상기 제2 누설 전류 측정부를 통과하도록 상기 제1 누설 전류 측정부와 상기 제2 누설 전류 측정부를 제어하는 절연저항측정 제어부를 포함하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 누설 전류 측정부는,
    상기 제1 전송 선로와 상기 대지 사이에 직렬로 연결된 제1 누설 전류 제한 저항, 상기 제1 누설 전류 제한 저항을 통과한 제1 누설 전류를 측정하는 제1 전류계 및 상기 제어부에 의해 온 오프되어 제1 누설 전류의 흐름을 조절하는 제1 스위치를 포함하며,
    상기 제2 누설 전류 측정부는,
    상기 제2 전송 선로와 상기 대지 사이에 직렬로 연결된 제2 누설 전류 제한 저항, 상기 제2 누설 전류 제한 저항을 통과한 제2 누설 전류를 측정하는 제2 전류계 및 상기 제어부에 의해 온 오프되어 제2 누설 전류의 흐름을 조절하는 제2 스위치를 포함하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 누설 전류 제한 저항 및 상기 제2 누설 전류 제한 저항의 저항값은 상기 제1 전송 선로 및 상기 제2 전송 선로의 절연 저항보다 작은 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 PV 컨버터는 상기 직류 계통 스위치는 활선 상태에서 태양광 패널에 연결된 전송 선로로부터 대지로 흐르는 누설 전류를 이용하여 절연 저항을 측정하는 절연저항측정부를 포함하는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 완속 충전기는 상기 주자창의 주차면마다 설치되는 전기 자동차 충전기 관리 시스템.
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