KR20230085754A - 전기차용 휴대용 배터리 충전 장치, 배터리 충전 회로 모듈 및 이를 포함하는 배터리 충전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차용 휴대용 배터리 충전 장치, 배터리 충전 회로 모듈 및 이를 포함하는 배터리 충전 시스템에 관한 것으로, 온보드충전기(On Board Charge; OBC) 및 상기 온보드충전기를 통해 충전되는 배터리를 포함하는 전기자동차와 상용 교류 전압을 공급하며 제 1 충전 커넥터를 포함하는 전원공급원을 전기적으로 연결하여 상기 배터리를 충전하는 휴대용 배터리 충전 장치는 상기 전원공급원과 상기 제 1 충전 커넥터를 통해 연결되는 제 1 충전구; 상기 제1 충전구로부터 공급되며 상기 전원공급원의 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부; 상기 제 1 충전구 또는 상기 AC 전원경로부와 연결되어 상기 상용 교류 전압 을 DC 충전 전원으로 변환시키는 DC 충전부; 및 상기 상용 교류 전압 및 상기 DC 충전 전원을 상기 전기자동차에 공급하는 제 2 충전 커넥터를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 전기차 충전 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차용 휴대용 배터리 충전 장치, 배터리 충전 회로 모듈 및 이를 포함하는 배터리 충전 시스템 에 관한 것이다.
최근 온실가스 및 미세먼지 감축을 위한 전세계적 환경규제로 전기자동차의 보급이 가속되고 있다. 현재 세계 각 국가들은 전기자동차 보급 확대를 위해 구매 보조금 및 세제 감면 같은 지원제도를 시행하고 있다.
상기 전기자동차는 배터리의 전원으로 구동되는 모터를 동력원으로 하여 주행한다. 이러한 전기자동차는 운전자가 엑셀 페달을 조작하면 컨트롤러가 엑셀 페달을 밟는 양에 따라 인버터의 게이트 주파수를 제어하여 배터리의 직류 전원을 PWM(pulse width modulation) 방식으로 제어하여 소정의 전류량을 모터에 공급하고, 이때 상기 모터는 상기 인버터에서 공급되는 전류량에 따라 일정 토크가 발생되어 구동될 수 있다. 상기 전기자동차의 배터리는 충전 용량이 한정된 2차 전지를 이용하기 때문에 상기 전기자동차가 일정 시간 주행하면 상기 배터리에 충전된 전력이 소모되어 방전되므로 방전 전에 상기 배터리를 충전해 주어야한다. 상기 전기자동차의 배터리 충전 시스템은 크게 충전 방식, 연결 방식, 통신 및 제어 방식에 따라 구분할 수 있다.
상술한 전기자동차의 배터리 충전 시스템에서 충전 방식은 접촉식(Conductive) 충전 방식과, 유도식(Inductive) 충전 방식 그리고 배터리 교환 방식(Battery Swapping)으로 구분할 수 있다. 또한, 상기 전기자동차의 배터리 충전 시스템에서 전기적 연결 장치는 주유기에 해당하는 커넥터(Connector) 및 주유구에 해당하는 상기 전기자동차에 장착되는 인렛(Inlet)이 있으며 단상 및 삼상 교류형, 직류 전용 그리고 교류와 직류가 함께 있는 콤보형으로 구분할 수 있다. 상기 전기자동차 충전시스템에서 통신 방식은 CAN(Controller Area Network) 통신방식과 PLC(Power Line Communication) 통신방식으로 구분할 수 있다. 상기 전기자동차 충전시스템의 분류는 절대적인 것이 아니며, 실제적으로는 2개 이상의 방식이 결합되는데, 근래 들어 많이 각광받고 있는 방식은 접촉식 충전방식에 따른 교류 충전 스탠드이다.
상기 접촉식 충전 방식에 따른 교류 충전 스탠드는 충전 장치가 아니고 충전을 위하여 교류 전원을 공급해주는 전원공급장치에 해당되며 실제 충전은 상기 전기자동차 내부의 3.3kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(On Board Charge; OBC)가 담당하며, 교류 전원을 사용하기 때문에 완속충전방식에 해당하여 충전 시간은 7시간 내지 8시간 소요되며 주로 심야시간대의 저렴한 전력을 이용하여 충전하므로 스마트그리드 측면에서 매우 바람직하다.
최근 전기자동차의 일회 충전에 따른 이동 가능거리에 대한 요구가 늘어나면서 배터리의 용량이 증가하고 있기 때문에, 최소 30kwh 이상의 대용량 배터리를 사용하는데, 그에 따라 충전 장치 역시 상기 배터리에 대응하는 대용량이여야 한다.
예컨대, 30kwh 이상의 대용량 배터리를 충전하기 위해서는 6.6kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(OBC)가 필요하며, 이를 위해서는 상기 온보드충전기가 필요로 하는 전력량이 공급되어야 한다. 그러나, 6.6kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(OBC)는 3.3kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(OBC)보다 무겁고 많은 부피를 차지하며, 이는 전기자동차의 비용을 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 전기자동차의 제조업자는 비용을 고려하여, 3.3kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(OBC)를 채택하는 경우가 존재한다.
그러나, 3.3kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(OBC)를 통해 상기 전기자동차에 탑재된 대용량 배터리를 충전시키기 위해서는 3.3kW의 충전용량을 갖는 온보드충전기(OBC)보다 더 많은 충전 시간을 필요로 하기 때문에, 상기 전기자동차의 저변 확대를 저하시킬 수 있다.
따라서, 상기 전기자동차의 저변 확대를 위해서 상기 전기자동차에 탑재된 대용량 배터리의 충전 시간을 개선시키는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전기자동차의 비용 상승을 억제하며 전기자동차에 탑재된 대용량 배터리의 충전 시간을 개선시키는 전기차용 휴대용 충전 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 전기차용 배터리 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 보드충전기(On Board Charge; OBC) 및 상기 온보드충전기를 통해 충전되는 배터리를 포함하는 전기자동차와 상용 교류 전압을 공급하며 제 1 충전 커넥터를 포함하는 전원공급원을 전기적으로 연결하여 상기 배터리를 충전하는 휴대용 배터리 충전 장치는 상기 전원공급원과 상기 제 1 충전 커넥터를 통해 연결되는 제 1 충전구; 상기 제1 충전구로부터 공급되며 상기 전원공급원의 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부; 상기 제 1 충전구 또는 상기 AC 전원경로부와 연결되어 상기 상용 교류 전압 을 DC 충전 전원으로 변환시키는 DC 충전부; 및 상기 상용 교류 전압 및 상기 DC 충전 전원을 상기 전기자동차에 공급하는 제 2 충전 커넥터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 DC 충전부는 상기 온보드충전기(On Board Charge; OBC)의 충전용량과 같거나 작은 충전 용량을 갖는 오프보드충전기(Off Board Charge; OBC)를 포함할 수 있다. 상기 오프보드충전기는 상기 상용 교류 전압에 포함된 노이즈를 제거하는 입력 필터; 상기 노이즈가 제거된 상기 상용 교류 전압을 정류시키는 정류기; 상기 정류기로부터 정류된 신호를 승압 또는 강압하여 상기 정류된 신호의 역률을 개선시키는 역률 보상(power factor corrector, PFC) 회로; 및 상기 역률 보상 회로부터의 출력 신호를 상기 전기자동차에 탑재된 배터리의 충전 전원으로 변환시키는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 충전 커넥터는 상기 단상 AC 교류 전원을 출력하는 AC단상 5핀과 DC 2핀을 포함하는 DC 콤보 규격을 따를 수 있다. 상기 AC단상 5핀과 상기 DC 2핀은 분리될 수 있다. 상기 DC 콤보 규격은 DC 콤보 Type 1 및 DC 콤보 Type 2 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 1 충전 커넥터는 상기 단상 AC 교류 전원을 출력하는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따를 수 있다.
일 실시예에서, 상기 온보드충전기는 제 1 충전 용량을 가지며, 상기 전원공급원은 상기 제 1 충전 용량보다 큰 제 2 충전 용량을 갖고, 상기 AC 전원경로부 또는 상기 DC 충전부는 상기 제 1 충전 용량보다 같거나 작은 제 3 충전 용량을 갖고, 상기 제 3 충전 용량과 상기 제 4 충전 용량의 총합은 상기 제 2 충전 용량과 같거나 작을 수 있다.
발명의 다른 실시예에 따르면, 전원공급원으로부터 공급되는 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부 및 상기 상용 교류 전압을 제 1 DC 충전 전원으로 변환하는 DC 충전부를 포함하는 휴대용 충전 장치를 통해서 전기자동차 내부에 탑재된 배터리를 충전시키는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈은 상기 상용 교류 전압을 수신하도록 상기 AC 전원경로부와 전기적으로 연결되는 AC 충전구; 상기 제 1 DC 충전 전원을 수신하도록 상기 DC 충전부와 전기적으로 연결되는 DC 충전구; 상기 AC 충전구를 통해 공급되는 상기 상용 교류 전압을 제 2 DC 충전 전원으로 변환하는 온보드충전기(On Board Charge; OBC); 및 상기 DC 충전구를 통해 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원, 상기 온보드충전기(OBC)를 통해 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원, 또는 이들의 총합에 대응하는 전원 중 어느 하나를 상기 배터리에 공급되도록 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전기차용 배터리 충전 회로 모듈은 상기 DC 충전구와 상기 배터리 사이에 배치되어 상기 배터리에 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원을 on/off 시키는 제 1 스위치; 및 기 온보드충전기(OBC)와 상기 배터리 사이에 배치되어 상기 배터리로 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원을 on/off 시키는 제 2 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 배터리 상태 및 상기 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나를 고려하여 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 on/of 동작을 제어할 수 있다. 상기 제 1 DC 충전 전원 및 상기 제 2 DC 충전 전원의 총합으로 충전되는 제 1 충전용량과 상기 전원공급원으로부터 공급되는 제 2 충전용량은 같거나 작을 수 있다. 상기 AC 충전구는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따른다.
일 실시예에서, 상기 배터리는 복수의 배터리 셀들을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀들이 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분리될 때, 상기 제어 모듈은 상기 제 1 그룹의 배터리 셀들을 상기 제 1 DC 충전 전원으로, 상기 제 2 그룹의 배터리 셀들을 상기 제 2 DC 충전 전원으로 충전되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상용 교류 전압을 공급하는 전원공급원; 상기 전원공급원으로부터 공급되는 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부 및 상기 상용 교류 전압을 제 1 DC 충전 전원으로 변환하는 DC 충전부를 포함하는 휴대용 충전 장치; 및 상기 AC 전원경로부로부터 바이패스되어 출력되는 상기 상용 교류 전압을 수신하도록 상기 AC 전원경로부와 전기적으로 연결되는 AC 충전구, 상기 변환하는 DC 충전부로부터 상기 제 1 DC 충전 전원을 수신하도록 상기 DC 충전부와 전기적으로 연결되는 DC 충전구, 상기 AC 충전구를 통해 공급되는 상기 상용 교류 전압을 제 2 DC 충전 전원으로 변환하는 온보드충전기(On Board Charge; OBC) 및 상기 DC 충전구를 통해 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원, 상기 온보드충전기(OBC)를 통해 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원, 또는 이들의 총합에 대응하는 전원 중 어느 하나를 상기 배터리에 공급되도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는 배터리 충전 장치를 포함하는 전기차용 배터리 충전 시스템가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기자동차와 전원공급원을 전기적으로 연결하여 상기 배터리를 충전하도록 공급되며 상기 전원공급원의 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부 및 상기 제 1 충전구 또는 상기 AC 전원경로부와 연결되어 상기 상용 교류 전압 을 DC 충전 전원으로 변환시키는 DC 충전부를 포함하는 휴대용 배터리 충전 장치를 제공함으로써, 전기자동차의 비용 상승 없이 전기자동차에 탑재된 대용량 배터리의 충전시간을 개선시킬 수 있다.
또한, 상기 전술할 이점을 갖는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈 및 전기차용 배터리 장치 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차용 배터리 충전 시스템의 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리를 충전하는 휴대용 충전 장치의 구성도이며, 도 2b는 휴대용 충전 장치의 오프보드충전기(OBC)의 구성도이다.
도 3는 전원공급원의 커넥터와 연결되는 휴대용 충전 장치의 충전구이다.
도 4a와 도 4b는 휴대용 충전 장치의 충전 커넥터와 연결되는 전기차용 배터리 충전 장치의 상세한 결합부이다.
도 5a 내지 도 5c는 배터리(c)에 공급되는 복수의 충전 전원과 배터리 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리를 충전하는 휴대용 충전 장치의 구성도이며, 도 2b는 휴대용 충전 장치의 오프보드충전기(OBC)의 구성도이다.
도 3는 전원공급원의 커넥터와 연결되는 휴대용 충전 장치의 충전구이다.
도 4a와 도 4b는 휴대용 충전 장치의 충전 커넥터와 연결되는 전기차용 배터리 충전 장치의 상세한 결합부이다.
도 5a 내지 도 5c는 배터리(c)에 공급되는 복수의 충전 전원과 배터리 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역 또는 부분을 다른 영역 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역 또는 부분을 지칭할 수 있다. 또한, 이하 상술할 ‘충전 전원’은 충전 전압, 충전 전류 또는 충전 전력 중 어느 하나로 해석될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 부재 또는 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차용 배터리 충전 시스템의 구성도이다.
도 1를 참조하면, 전기차용 배터리 충전 시스템(10)은 전기차용 배터리 충전 장치(100), 휴대용 충전 장치(200) 및 전원공급원(300)을 포함할 수 있다. 여기서, 은 전기차용 배터리 충전 장치(100)은 전기차용 배터리 충전 장치(100)는 전기자동차 내에 배치되는 장치이며, 전원공급원(300)는 직류(DC) 전원 및 교류(AC) 전원 중 적어도 하나를 전기차용 배터리 충전 장치(100)로 공급하는 전원 장치로서, 전기자동차 충전소나 아파트 단지 같은 공공 장소 내에 배치될 수 있다. 휴대용 충전 장치(200)는 필요 시 전기차용 배터리 충전 장치(100)와 전원공급원(300) 사이에 배치되어 전원공급원(300)으로부터의 공급되는 전원을 전기차용 배터리 충전 장치(100)에 전달할 수 있다.
전기자동차의 충전 타입은 충전 용량에 따라 완속 충전과 급속 충전으로 구분할 수 있다. 상기 완속 충전은 3 kw 내지 7 kw 용량으로 충전될 수 있으며, 상기 급속 충전은 7 kw 이상의 용량으로 충전될 수 있다. 예컨대, 상기 급속 충전은 50 kw 용량으로 충전될 수 있으며 350 kw 용량으로 충전되는 경우 초급속 충전으로 세분화할 수 있다. 상기 급속 충전은 AC 전원 또는 DC 전원이 이용되며, 상기 완속 충전은 AC 전원이 이용될 수 있다. 바람직하게, 상기 전기자동차의 크기 및 무게를 줄이기 위해서 상기 급속 충전을 위한 전력변환장치가 상기 전기자동차에 내장되지 않고 외부 충전소에 배치되는 경우, 상기 급속 충전은 고전력의 DC 전원이 상기 전기자동차로 공급되어 수행될 수 있다.
그러나, 전술한 전력변환장치를 상기 전기자동차에 내장하지 않는 경우 충전소가 없는 지역에서는 상기 전기자동차를 충전을 할 수 없기 때문에 상용 AC 교류를 공급받아 상기 전기자동차를 충전시키는 차량용 탑재 충전기(on board charger, OBC)가 상기 전기자동차 내부에 장착될 수 있다. 상기 OBC는 상용 AC 전원을 상기 전기자동차에 탑재된 배터리(BP, 10)의 DC 전원으로 변환하는 전력변환장치이다. 바람직하게, 상기 전기자동차의 크기와 무게를 줄여야 하고 전력계통에서 7 kW 이상의 고전력을 제공할 수 있는 곳이 한정적이기 때문에 상기 OBC는 상기 완속 충전을 위해서만 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전기자동차 내부에 장착된 OBC의 충전용량이 상용 교류 전원(예, AC 220V), 3.3 kw이고, 전원공급원(300)가 220V, 6.6 kw 충전용량을 갖는 환경에서 상기 전기자동차가 전원공급원(300)에 직접 전기적으로 연결되어 충전되는 경우, 비록 전원공급원(300)의 충전용량이 내부에 장착된 OBC의 충전용량보다 크더라도 상기 전기자동차는 3.3 kw 충전용량으로 충전되어 6.6 kw 충전용량으로 충전되는 시간보다 더 늦게 충전될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 충전 시간을 개선시키기 위해서 휴대용 충전 장치(200)가 전기차용 배터리 충전 장치(100)와 전원공급원(300) 사이에 배치되어 상기 전기자동차의 배터리(10)를 충전시킬 수 있다.
본 발명에서 상용 교류 전원은 AC 220V,또는 AC 110V로서 일반 사무실이나 가정에서 사용되는 가정용 교류 전원을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전원공급원(300)은 제 1 커넥터 어셈블리를 통해 교류 전압 220V를 휴대용 충전 장치(200, PCD)에 교류 전압 220V를 공급할 수 있다. 상기 제 1 커넥터 어셈블리는 교류 전원을 공급하는 라인(L1)을 갖는 케이블 및 상기 케이블과 전기적으로 연결되는 제 1 충전 커넥터(CA1)를 포함할 수 있다. 제 1 충전 커넥터(CA1)는 완속 충전을 위한 AC 단상 5핀 type 1(단상)의 커넥터일 수 있다. AC 단상 5핀 type 1의 커넥터는 + AC 단자, - AC 단자, 접지 단자(GND), 통신 단자(control pilot, CP) 및 근접감지(PD) 단자를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 충전 커넥터(CA1)는 완속 또는 급속 충전을 위한 AC 단상 7핀 type 2(3상)의 커넥터일 수 있다. AC 단상 7핀 type 2의 커넥터는 3 개의 AC 단자들, 접지 단자(GND), neutral 단자, 통신 단자(control pilot, CP) 및 근접감지(proximity detection, PD) 단자를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이들 커넥터 타입에 제한되지 않으며, 교류 전원 220 V를 공급할 수 있는 다양한 형태의 커넥터가 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 휴대용 충전 장치(200, PCD)는 전원공급원(300)의 제 1 충전 커넥터(CA1)와 결합되는 제 1 충전구(C1)를 포함하여, 제 1 충전구(C1)를 통해 전원공급원(300)과 전기적으로 연결되어 전원공급원(300)로부터 상용 교류 전원 (예: 220V)를 공급받을 수 있다. 제 1 충전구(C1)는 AC 단상 5핀 type 1(단상) 또는 AC 단상 7핀 type 2의 커넥터와 결합될 수 있다.
또한, 휴대용 충전 장치(200, PCD)는 상용 교류 전원(예: 220V)를 상기 전기자동차에 탑재된 배터리(BP, 10)을 충전할 수 있는 DC 전원으로 변환한다. 이후 전기차용 배터리 충전 장치(100)는 상기 상용 교류 전원(예: 220V) 및 상기 변환된 DC 전원을 제 2 커넥터 어셈블리를 통해 전기차용 배터리 충전 장치(100)로 공급할 수 있다. 상기 제 2 커넥터 어셈블리는 상기 변환된 DC 전원을 전달하는 라인(L2)을 갖는 제 1 케이블, 상기 상용 교류 전원(예: 220V)을 전달하는 라인(L3)을 갖는 제 2 케이블 및 상기 제 1 및 상기 제 2 케이블들과 전기적으로 연결되는 커넥터(CA2)를 포함할 수 있다. 휴대용 충전 장치(200, PCD)에 대한 상세한 설명은 후술할 도 2 및 도 4a와 도 4b을 참조할 수 있다.
일 실시예에서, 전기차용 배터리 충전 장치(100)는 휴대용 충전 장치 (200)로부터 전달되는 제 1 충전 전원을 수신하는 결합부(40), 결합부(40)와 전기적으로 AC 연결되며 상기 제 1 충전 전원을 변환하는 온보드충전기(On Board Charge; OBC, 20) 그리고 결합부(40) 및 온보드충전기(On Board Charge; OBC, 20)와 각각 전기적으로 DC 연결되는 결합부(40) 및 온보드충전기(On Board Charge; OBC, 20) 중 적어도 하나 이상으로부터 수신된 제 1 충전 전원을 제 2 충전 전원으로 가공하여 배터리(10)로 공급하는 제어 모듈(CM, 30)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 충전 전원은 DC 전압과 AC 전압을 포함한다. 상기 DC 전압은 급속 충전을 위한 DC 출력 전압(예: DC 450V, DC 500V)보다 낮은 전압(예: DC 72V)이며, 상기 AC 전압은 교류 출력전압 220V일 수 있다.
일 실시예에서, 결합부(40)는 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)를 포함할 수 있다. 제 2 충전구(C2)는 전술한 휴대용 충전 장치(200, PCD)의 커넥터(CA2)와 결합되어, 상기 제 2 커넥터 어셈블리의 라인(L2)을 통해 공급되는 상기 변환된 DC 전원(이하, 제 1 DC 충전 전원이라 칭함)을 수신한다. 제 3 충전구(C3)는 전술한 휴대용 충전 장치(200, PCD)의 커넥터(CA2)와 결합되어, 상기 제 2 커넥터 어셈블리의 라인(L3)을 통해 공급되는 상기 상용 교류 전원(예: 220V)을 수신한다. 이하 제 2 충전구(C2)는 DC 충전구로, 제 3 충전구(C3)는 AC 충전구로 정의될 수 있다. 상기 AC 충전구는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따른다. 그러나, 본 발명은 이들 규격에 한정되지 않으며, 교류 전압 220V를 제공하는 다양한 형태의 커넥터 타입이 적용 가능하다.
온보드충전기(OBC, 20)는 AC 라인(L4)를 통해 제 3 충전구(C3) 또는 AC 충전구와 전기적으로 연결되며, AC 라인(L4)를 통해 공급되는 상기 상용 교류 전원(예: 220V)을 제 2 DC 충전 전원으로 변환할 수 있다. 상기 제 2 DC 충전 전원은 상기 제 1 DC 충전 전원과 동일한 충전 용량을 가질 수 있다. 구체적으로, 동일한 조건의 배터리를 상기 제 1 DC 충전 전원 또는 상기 제 2 DC 충전 전원을 통해 충전시킬 때, 충전 시간이 동일하다. 다른 실시 예에서, 후술할 배터리(10)의 논리적 분할을 통해, 상기 제 1 DC 충전 전원과 상기 제 2 DC 충전 전원이 결정될 수 있다. 예컨대, 논리적으로 분할된 배터리(10)의 제 1 배터리 셀들이 상기 제 1 DC 충전 전원으로 충전되고 배터리(10)의 나머지 제 2 배터리 셀들이 상기 제 2 DC 충전 전원으로 충전되며, 상기 제 1 배터리 셀들의 개수보다 상기 제 2 배터리 셀들의 개수가 많은 경우, 상기 제 1 배터리 셀들의 충전 시간과 상기 제 2 배터리 셀들의 충전 시간을 밸런싱하기 위해서, 상기 제 1 DC 충전 전원보다 상기 제 2 DC 충전 전원이 높을 수 있다. 즉, 상기 제 1 DC 충전 전원으로 상기 제 1 배터리 셀들을 충전하는 시간과 상기 제 1 DC 충전 전원보다 높은 상기 제 2 DC 충전 전원으로 상기 제 2 배터리 셀들을 충전하는 시간은 동일하거나 유사할 수 있다.
또한, 온보드충전기(OBC, 20)는 DC 라인(L5)를 통해 제어 모듈(CM, 30)와 전기적으로 DC 연결될 수 있다. 온보드충전기(OBC, 20)는 DC 라인(L5)를 통해 상기 제 2 DC 충전 전원을 제어 모듈(CM, 30)에 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 온보드충전기(OBC, 20)에 대한 상세한 동작 설명은 후술할 휴대용 충전 장치(200, PCD)의 오프보드충전기(Off Board Charge; OBC)에 대한 설명을 참조할 수 있다.
제어 모듈(CM, 30)은 DC 라인(L6)를 통해 제 2 충전구(C2)는 DC 충전구와 전기적으로 연결되며, DC 라인(L6)를 통해 제 2 충전구(C2)로부터 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원을 수신할 수 있다. 또한, 제어 모듈(CM, 30)은 온보드충전기(OBC, 20)로부터 공급 상기 제 2 DC 충전 전원을 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 모듈(CM, 30)은 상기 제 1 DC 충전 전원 또는 상기 제 2 DC 충전 전원 사이의 전위차 및 충돌을 방지하도록 스위칭 제어할 수 있다. 예컨대, 제어 모듈(CM, 30)은 상기 제 1 DC 충전 전원과 상기 제 2 DC 충전 전원 중 적어도 하나 이상이 배터리(BP, 10)에 공급되도록 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어 모듈(CM, 30)은 상기 제 1 DC 충전 전원 또는 상기 제 2 DC 충전 전원 사이의 전위차 및 충돌을 고려하여 상기 제 1 DC 충전 전원, 상기 제 2 DC 충전 전원 또는 상기 제 1 DC 충전 전원과 상기 제 2 DC 충전 전원의 총합 전원을 배터리(BP, 10)로 출력할 수 있다.
일 실시예에서,
일 실시예에서, 제 1 스위치(SW1)는 결합부(40)의 제 2 충전구(C2)와 배터리(10) 또는 제어 모듈(CM, 30) 사이에 배치되어 배터리(10)로 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원을 제어 모듈(CM, 30)의 제어 하에 on/off 시킬 수 있다. 제 2 스위치(SW1)는 온보드충전기(OBC, 20)와 배터리(10) 또는 제어 모듈(CM, 30) 사이에 배치되어 배터리(10)로 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원을 제어 모듈(CM, 30)의 제어 하에 on/off 시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제어 모듈(CM, 30), 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)는 하나의 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현되거나(40), 제어 모듈(CM, 30)은 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW1)와 각각 개별 소자로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 제어 모듈(CM, 30)은 상기 제 1 DC 충전 전원이 배터리(10)로 공급될 때 적어도 일부 또는 전체가 온보드충전기(OBC, 20)로 전달되지 않도록 제 1 차단 필터(미도시함)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 차단 필터는 상기 제 1 DC 충전 전원을 배터리(10)로 공급하며 온보드충전기(OBC, 20)로 상기 제 1 DC 충전 전원이 공급되지 못하도록 할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 제어 모듈(CM, 30)은 상기 제 2 DC 충전 전원이 배터리(10)로 공급될 때 적어도 일부 또는 전체가 DC 라인(L6)으로 전달되지 않도록 제 2 차단 필터(미도시함)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 2 차단 필터는 상기 제 2 DC 충전 전원을 배터리(10)로 공급하며 DC 라인(L6)으로 상기 제 2 DC 충전 전원이 공급되지 못하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 모듈(CM, 30)은 배터리(10)의 상태 및 배터리(10)의 충전상태 중 적어도 하나를 고려하여 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)의 on/of 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어 모듈(CM, 30)은 배터리(10)을 총 충전 전원으로 충전할지 아니면 상기 제 1 DC 충전 전원 또는 상기 제 2 DC 충전 전원 중 어느 하나로 충전할지를 결정하여, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)을 동시에 on 또는 off 시키거나 아니면 제 1 스위치(SW1)를 on 상태로 제 2 스위치(SW2)를 off 상태로 또는 제 1 스위치(SW1)를 off 상태로 제 2 스위치(SW2)를 on 상태가 되도록 스위치할수 있다.
일 실시예에서, DC 라인(L6)을 통해 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원과 DC 라인(L5)을 통해 공급되는 상기 제 2 충전 전원의 총합으로 공급되는 제 1 충전용량은 전원공급원(300)이 갖고 있는 제 2 충전용량과 동일하거나 유사할 수 있다.
따라서, 전기자동차의 사용자 입장에서는 후술할 휴대용 충전 장치(200, PCD)을 사용함으로써 선택적으로 전원공급원(300)이 갖고 있는 제 2 충전용량으로 배터리(10)를 충전하거나 전기차용 배터리 충전 장치(100)에 직접 전원공급원(300)을 연결하여 온보드충전기(OBC, 20)가 갖고 있는 상기 제 2 충전용량보다 낮은 제 3 충전용량으로 배터리(10)를 충전할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리(10)는 복수의 배터리 셀들을 포함하며, 상기 복수의 배터리 셀들이 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분리될 수 있다. 상기 제 1 그룹의 배터리 셀들에 의한 충전 용량과 상기 제 2 그룹의 배터리 셀들에 의한 충전 용량은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 만약 제 1 그룹의 배터리 셀들에 의한 충전 용량과 제 2 그룹의 배터리 셀들에 의한 충전 용량이 동일한 경우, 상기 제 1 DC 충전 전원 또는 상기 제 2 DC 충전 전원은 동일할 수 있다. 반면 상기 제 1 그룹의 배터리 셀들에 의한 충전 용량과 상기 제 2 그룹의 배터리 셀들에 의한 충전 용량이 다른 경우, 상기 제 1 DC 충전 전원 또는 상기 제 2 DC 충전 전원은 서로 다른 충전 전원의 크기를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리를 충전하는 휴대용 충전 장치(200)의 구성도이다. 휴대용 충전 장치(200)는 온보드충전기(OBC, 20)를 통해 충전되는 배터리(10)를 포함하는 전기자동차와 전원공급원(300)을 전기적으로 연결하여 배터리(10)를 충전시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 휴대용 충전 장치(200)는 전원공급원(300)과 제 1 충전 제 1 충전 커넥터(CA1)를 통해 연결되는 제 1 충전구(C1)및 제1 충전구(C1)로부터 공급되며 전원공급원(300)의 상용 교류 전압(예: 220[V])를 바이패스시키는 AC 전원경로부(210); 제 1 충전구(C1) 또는 AC 전원경로부(210)와 연결되어 상기 교류 전압 220[V]을 DC 충전 전원으로 변환하는 DC 충전부(220) 및 상기 교류 전압 220[V] 및 상기 DC 충전 전원 중 적어도 하나를 상기 전기자동차로 공급하는 커넥터 어셈블러(220)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, DC 충전부(220)는 전술한 온보드충전기(On Board Charge; OBC, 20)와 유사한 충전 용량을 갖는 오프보드충전기(Off Board Charge; OBC)를 포함할 수 있다. 상기 오프보드충전기는 전원공급원(300)의 상기 교류 전압 220[V]에 포함된 노이즈를 제거하는 입력 필터(221), 상기 노이즈가 제거된 상기 교류 전압 220[V]를 정류시키는 정류기(222), 정류기(223)로부터 정류된 신호를 승압 또는 강압하여 상기 정류된 신호의 역률을 개선시키는 역률 보상(power factor corrector, PFC) 회로(223); 및 상기 역률 보정 회로부터의 출력 신호를 상기 전기자동차에 탑재된 배터리(10)의 충전 전력 값으로 변환하는 DC/DC 컨버터(224)를 포함할 수 있다.
입력 필터(221)는 EMI 필터로서, AC 전원을 배터리의 충전 전압(DC)으로 변환하는 OBC 특성 상 스위칭에 의한 고조파 성분을 제거한다. 역률 보상 회로 (223)는 벅/부스트(buck/boost) 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, PFC 회로는 브릿지리스 PFC 회로 및 전파정류 다이오드를 사용한 승압형 PFC 회로를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터(224)에는 위상천이 풀 브릿지(PSFB : Phase Shift Full-bridge) 컨버터나, LLC 공진형 컨버터가 사용될 수 있다. 한편, 단방향 OBC에는 방향성을 갖는 다이오드가 있어 양방향 OBC에 적용할 수가 없기 때문에, 양방향 OBC는 PFC 회로 대신 풀브릿지 타입의 인버터가 사용되며, DC-DC 컨버터에는 PSFB 방식이나 LLC 공진형 또는 CLLC 공진형 방식의 DAB(Daul Active Bridge) 컨버터가 주로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 커넥터 어셈블러(220)는 DC 라인(L2), AC 라인(L3) 및 제 2 충전 커넥터(CA2)를 포함할 수 있다. 제 2 충전 커넥터(CA2)는 상기 단상 AC 교류 전원(예 220[V])를 출력하는 AC단상 5핀과 DC 2핀을 포함하는 DC 콤보 규격을 갖는다. 여기서, 상기 DC 콤보 규격은 DC 콤보 Type 1 및 DC 콤보 Type 2 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전원공급원(300)의 제 1 커넥터 어셈블리에 포함된 제 1 충전 커넥터(CA1)는 상기 단상 AC 교류 전원(예 220[V])를 출력하는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따를 수 있다. 상기 상용 교류 전압은 단상 또는 3상 AC 220[V] 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전술한 전기자동차의 온보드충전기(On Board Charge; OBC, 20)는 제 1 충전 용량(예컨대, 3.3kW/h)을 가지며, 전원공급원(300)은 상기 제 1 충전 용량(예컨대, AC 220V, 3.3kW/h)과 다른 제 2 충전 용량을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 충전 용량(예컨대, AC 220V, 6.6 kW/h)은 상기 제 1 충전 용량보다 클 수 있다. AC 전원경로부(210)를 통해 공급되는 상기 교류 전압 220[V]가 갖는 제 3 충전 용량과 DC 충전부(220)의 오프보드충전기(OBC)가 갖는 제 4 충전 용량은 제 1 충전 용량(예컨대, 3.3kW/h)과 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 충전 용량은 상기 제 2 충전 용량보다 작고, 상기 제 1 충전 용량은 상기 제 3 충전 용량 또는 상기 제 4 충전 용량과 같을 수 있다. 여기서, 상기 제 3 충전 용량과 상기 제 4 충전 용량의 총합은 상기 제 2 충전 용량과 같거나 작을 수 있다.
도 3는 전원공급원의 제 1 충전 커넥터(CA1)와 연결되는 휴대용 충전 장치의 충전구(C1)이다.
도 3를 참조하면, 제 1 충전 커넥터(CA1)와이 충전구(C1)는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따른다. 전술한 바와 같이, AC 단상 5핀 type 1의 커넥터는 + AC 단자(S1), - AC 단자(S2), 접지 단자(G), 통신 단자(P1) 및 근접감지(P2) 단자를 포함할 수 있다.
도 4a와 도 4b는 휴대용 충전 장치의 제 2 충전 커넥터(CA2)와 연결되는 전기차용 배터리 충전 장치(100)의 결합부(40)이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 결합부(40)는 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)를 포함할 수 있다. 제 2 충전구(C2)는 전술한 제 1 충전구(C1)와 같이 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따른다. 제 2 충전구(C2)에 전술한 제 1 충전구(C1)에 관한 설명을 참조할 수 있다. 제 3 충전구(C3)는 DC(+) 단자(S3)와 DC(-) 단자(S4)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도 4a와 같이 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)는 일체형으로 하나의 충전구로 구현될 수 있다. 또는 도 4b와 같이 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)는 각각 별도의 충전구로 구현될 수 있다.
도 4a와 같이 일체형으로 구현될 경우, 사용자가 쉽게 한번에 제 2 충전 커넥터(C2)를 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)와 결합시켜 빠르게 충전이 가능하고, 도 4b와 같이 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)가 공간적으로 분리된 경우, 사용자가 AC용 제 2 충전 커넥터(C2’)와 DC용 제 2 충전 커넥터(C2’’)를 각각 제 2 충전구(C2) 및 제 3 충전구(C3)와 결합시켜야 하는 불편함이 있지만, 사용자가 선택적으로 AC 전원 또는 DC 전원을 연결할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 배터리(10)에 공급되는 복수의 충전 전원과 배터리 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 배터리(10)는 복수의 배터리 셀들(C)을 포함하며, 복수의 배터리 셀들(C)을 복수의 배터리 모듈(M)로 그룹핑되며, 복수의 배터리 모듈(M)은 하나의 배터리 팩(P)으로 구성될 수 있다. 예컨대, 3개의 배터리 셀들(C)은 하나의 배터리 모듈(M)을 구성하며, 8개의 배터리 모듈(M)은 하나의 배터리 팩(P)을 구성한다. 도 5a 내지 도 5c을 설명의 이해를 돕기 위해 24개의 배터리 셀들을 예를 들어 설명하지만, 배터리 모듈(M)을 구성하는 배터리 셀의 개수 및 배터리 팩(P)을 구성하는 배터리 모듈(M) 개수는 전기자동차의 충전 용량에 의해 다양하게 구성될 수 있을 것이다.
도 5a 내지 도 5c와 같이, 일 실시예에서, 배터리(10)는 논리적으로 2개 그룹으로 분리될 수 있다. 예컨대, 도 5a와 같이, 4개의 배터리 모듈들이 하나의 그룹을 이루어져서 제 1 그룹(L1)과 제 2 그룹(L2)은 각각 4개의 배터리 모듈들을 포함한다. 배터리 셀들이 이상적으로 모두 동일하다고 가정하면, 제 1 그룹(L1)과 제 2 그룹(L2)이 갖는 충전 용량은 동일할 것이다. 따라서, 전술한 제어 모듈(CM, 30)은 전술한 동일한 크기의 갖는 제 1 DC 충전 전원과 제 2 DC 충전 전원을 각각 제 1 그룹(L1)과 제 2 그룹(L2)으로 공급되도록 제어할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 5b와 같이, 3개의 배터리 모듈들을 포함하는 제 1 그룹(L1’)과 5개의 배터리 모듈들을 포함하는 제 2 그룹(L2’)으로 구분되며, 배터리 셀들이 이상적으로 모두 동일하다고 가정하면, 제 1 그룹(L1’)의 충전 용량은 제 2 그룹(L2’)의 충전 용량보다 작을 것이다. 따라서, 전술한 제어 모듈(CM, 30)은 배터리 충전의 밸런싱을 위해서, 제 1 DC 충전 전원과 상기 제 1 DC 충전 전원보다 큰 제 2 DC 충전 전원을 각각 제 1 그룹(L1’)과 제 2 그룹(L2’)으로 공급되도록 제어할 수 있다. 이는 상대적으로 적은 배터리 모듈을 포함하는 제 1 그룹(L1’)에는 제 1 DC 충전 전원을 공급하고 상대적으로 많은 배터리 모듈을 포함하는 제 2 그룹(L2’)에는 상기 제 1 DC 충전 전원보다 큰 상기 제 2 DC 충전 전원을 공급하므로, 제 1 그룹(L1’)과 제 2 그룹(L2’)의 충전 시간을 비슷하게 맞출 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 5c와 같이, 5개의 배터리 모듈들을 포함하는 제 1 그룹(L1’’)과 3개의 배터리 모듈들을 포함하는 제 2 그룹(L2’’)으로 구분되며, 배터리 셀들이 이상적으로 모두 동일하다고 가정하면, 제 1 그룹(L1’’)의 충전 용량은 제 2 그룹(L2’’)의 충전 용량보다 클 것이다. 따라서, 전술한 제어 모듈(CM, 30)은 배터리 충전의 밸런싱을 위해서, 상대적으로 큰 제 1 DC 충전 전원과 상기 제 1 DC 충전 전원보다 작은 제 2 DC 충전 전원을 각각 제 1 그룹(L1’’)과 제 2 그룹(L2’’)으로 공급되도록 제어할 수 있다. 이는 상대적으로 많은 배터리 모듈을 포함하는 제 1 그룹(L1’’)에는 제 1 DC 충전 전원을 공급하고 상대적으로 적은 배터리 모듈을 포함하는 제 2 그룹(L2’’)에는 상기 제 1 DC 충전 전원보다 작은 상기 제 2 DC 충전 전원을 공급하므로, 제 1 그룹(L1’)과 제 2 그룹(L2’)의 충전 시간을 비슷하게 맞출 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 전기차용 배터리 충전 시스템
100: 전기차용 배터리 충전 장치
PCD, 200: 휴대용 충전 장치
300: 전원공급 C1: 제 1 충전구
BP, 10: 배터리 OBC, 20: 온보드충전기
CM, 30: 제어 모듈 40: 결합부
C2: 제 2 충전구 C3: 제 3 충전구
CA1, CA2: 커넥터 SW1: 제 1 스위치
SW2: 제 2 스위치 L1 내지 L7: AC 라인, DC 라인
100: 전기차용 배터리 충전 장치
PCD, 200: 휴대용 충전 장치
300: 전원공급 C1: 제 1 충전구
BP, 10: 배터리 OBC, 20: 온보드충전기
CM, 30: 제어 모듈 40: 결합부
C2: 제 2 충전구 C3: 제 3 충전구
CA1, CA2: 커넥터 SW1: 제 1 스위치
SW2: 제 2 스위치 L1 내지 L7: AC 라인, DC 라인
Claims (15)
- 온보드충전기(On Board Charge; OBC) 및 상기 온보드충전기를 통해 충전되는 배터리를 포함하는 전기자동차와 상용 교류 전압을 공급하며 제 1 충전 커넥터를 포함하는 전원공급원을 전기적으로 연결하여 상기 배터리를 충전하는 휴대용 배터리 충전 장치로서,
상기 전원공급원과 상기 제 1 충전 커넥터를 통해 연결되는 제 1 충전구;
상기 제1 충전구로부터 공급되며 상기 전원공급원의 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부;
상기 제 1 충전구 또는 상기 AC 전원경로부와 연결되어 상기 상용 교류 전압 을 DC 충전 전원으로 변환시키는 DC 충전부; 및
상기 상용 교류 전압 및 상기 DC 충전 전원을 상기 전기자동차에 공급하는 제 2 충전 커넥터를 포함하는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 DC 충전부는 상기 온보드충전기(On Board Charge; OBC)의 충전용량과 같거나 작은 충전 용량을 갖는 오프보드충전기(Off Board Charge; OBC)를 포함하는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 오프보드충전기는
상기 상용 교류 전압에 포함된 노이즈를 제거하는 입력 필터;
상기 노이즈가 제거된 상기 상용 교류 전압을 정류시키는 정류기;
상기 정류기로부터 정류된 신호를 승압 또는 강압하여 상기 정류된 신호의 역률을 개선시키는 역률 보상(power factor corrector, PFC) 회로; 및
상기 역률 보상 회로부터의 출력 신호를 상기 전기자동차에 탑재된 배터리의 충전 전원으로 변환시키는 DC/DC 컨버터를 포함하는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 충전 커넥터는 상기 단상 AC 교류 전원을 출력하는 AC단상 5핀과 DC 2핀을 포함하는 DC 콤보 규격을 따르는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 AC단상 5핀과 상기 DC 2핀은 분리되는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 DC 콤보 규격은 DC 콤보 Type 1 및 DC 콤보 Type 2 중 어느 하나를 포함하는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 충전 커넥터는 상기 단상 AC 교류 전원을 출력하는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따르는 휴대용 배터리 충전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 온보드충전기는 제 1 충전 용량을 가지며,
상기 전원공급원은 상기 제 1 충전 용량보다 큰 제 2 충전 용량을 갖고,
상기 AC 전원경로부 또는 상기 DC 충전부는 상기 제 1 충전 용량보다 같거나 작은 제 3 충전 용량을 갖고,
상기 제 3 충전 용량과 상기 제 4 충전 용량의 총합은 상기 제 2 충전 용량과 같거나 작은 휴대용 배터리 충전 장치. - 전원공급원으로부터 공급되는 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부 및 상기 상용 교류 전압을 제 1 DC 충전 전원으로 변환하는 DC 충전부를 포함하는 휴대용 충전 장치를 통해서 전기자동차 내부에 탑재된 배터리를 충전시키는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈로서,
상기 상용 교류 전압을 수신하도록 상기 AC 전원경로부와 전기적으로 연결되는 AC 충전구;
상기 제 1 DC 충전 전원을 수신하도록 상기 DC 충전부와 전기적으로 연결되는 DC 충전구;
상기 AC 충전구를 통해 공급되는 상기 상용 교류 전압을 제 2 DC 충전 전원으로 변환하는 온보드충전기(On Board Charge; OBC); 및
상기 DC 충전구를 통해 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원, 상기 온보드충전기(OBC)를 통해 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원, 또는 이들의 총합에 대응하는 전원 중 어느 하나를 상기 배터리에 공급되도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 DC 충전구와 상기 배터리 사이에 배치되어 상기 배터리에 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원을 on/off 시키는 제 1 스위치; 및
상기 온보드충전기(OBC)와 상기 배터리 사이에 배치되어 상기 배터리로 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원을 on/off 시키는 제 2 스위치를 더 포함하는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어 모듈은 상기 배터리 상태 및 상기 배터리의 충전 상태 중 적어도 하나를 고려하여 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 on/of 동작을 제어하는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 DC 충전 전원 및 상기 제 2 DC 충전 전원의 총합으로 충전되는 제 1 충전용량과 상기 전원공급원으로부터 공급되는 제 2 충전용량은 같거나 작은 전기차용 배터리 충전 회로 모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 AC 충전구는 AC단상 5핀을 포함하는 Type 1 규격을 따르는 휴대용 배터리 충전 장치 - 제 9 항에 있어서,
상기 배터리는 복수의 배터리 셀들을 포함하며,
상기 복수의 배터리 셀들이 제 1 그룹과 제 2 그룹으로 분리될 때, 상기 제어 모듈은 상기 제 1 그룹의 배터리 셀들을 상기 제 1 DC 충전 전원으로, 상기 제 2 그룹의 배터리 셀들을 상기 제 2 DC 충전 전원으로 충전되도록 제어하는 전기차용 배터리 충전 회로 모듈. - 상용 교류 전압을 공급하는 전원공급원;
상기 전원공급원으로부터 공급되는 상기 상용 교류 전압을 바이패스시키는 AC 전원경로부 및 상기 상용 교류 전압을 제 1 DC 충전 전원으로 변환하는 DC 충전부를 포함하는 휴대용 충전 장치; 및
상기 AC 전원경로부로부터 바이패스되어 출력되는 상기 상용 교류 전압을 수신하도록 상기 AC 전원경로부와 전기적으로 연결되는 AC 충전구, 상기 변환하는 DC 충전부로부터 상기 제 1 DC 충전 전원을 수신하도록 상기 DC 충전부와 전기적으로 연결되는 DC 충전구, 상기 AC 충전구를 통해 공급되는 상기 상용 교류 전압을 제 2 DC 충전 전원으로 변환하는 온보드충전기(On Board Charge; OBC) 및
상기 DC 충전구를 통해 공급되는 상기 제 1 DC 충전 전원, 상기 온보드충전기(OBC)를 통해 공급되는 상기 제 2 DC 충전 전원, 또는 이들의 총합에 대응하는 전원 중 어느 하나를 상기 배터리에 공급되도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는 배터리 충전 장치를 포함하는 전기차용 배터리 충전 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210174233A KR102612664B1 (ko) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 전기차용 휴대용 배터리 충전 장치, 배터리 충전 회로 모듈 및 이를 포함하는 배터리 충전 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210174233A KR102612664B1 (ko) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 전기차용 휴대용 배터리 충전 장치, 배터리 충전 회로 모듈 및 이를 포함하는 배터리 충전 시스템 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230085754A true KR20230085754A (ko) | 2023-06-14 |
| KR102612664B1 KR102612664B1 (ko) | 2023-12-12 |
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ID=86745035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210174233A KR102612664B1 (ko) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 전기차용 휴대용 배터리 충전 장치, 배터리 충전 회로 모듈 및 이를 포함하는 배터리 충전 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR102612664B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140079626A (ko) * | 2012-12-17 | 2014-06-27 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배터리 충전시스템 및 충전방법 |
| KR101506015B1 (ko) * | 2013-12-06 | 2015-03-31 | 이진국 | 전기차용 충전장치 |
| KR20190133396A (ko) * | 2018-05-23 | 2019-12-03 | 현대자동차주식회사 | 차량 배터리 충전용 전력 변환 장치 및 이의 제어 방법 |
| KR20210102553A (ko) * | 2020-02-11 | 2021-08-20 | 한국원자력연구원 | 전기차 충전 장치 및 이의 제어방법 |
-
2021
- 2021-12-07 KR KR1020210174233A patent/KR102612664B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| KR20140079626A (ko) * | 2012-12-17 | 2014-06-27 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배터리 충전시스템 및 충전방법 |
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| KR20210102553A (ko) * | 2020-02-11 | 2021-08-20 | 한국원자력연구원 | 전기차 충전 장치 및 이의 제어방법 |
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| KR102612664B1 (ko) | 2023-12-12 |
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