KR100963529B1 - Electric station and charging system with fuel cell system and control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차의 집중적인 충전에 의한 계통전력의 부하를 충당하기 위해 충전소에 구비된 연료전지 발전기를 이용한 보조전력를 공급할 수 있는 전기차 충전소와 충전기 및 그의 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 연료전지 발전기를 포함한 충전소에서 다수의 전기차를 충전할 때 보조 전력원인 연료 전지의 효율을 최적화하고 수명저하를 최소화하도록 다수 자동차의 충전시간을 스케줄링하고 연료전지 발전기의 작동 및 출력을 제어하는 것이다.The present invention relates to an electric vehicle charging station and charger that can supply auxiliary power using a fuel cell generator provided in the charging station to cover the load of the system power by intensive charging of the electric vehicle, and a control method thereof. More specifically, when charging a large number of electric vehicles in a charging station including a fuel cell generator, the charging time of the multiple vehicles is scheduled and the operation and output of the fuel cell generator are controlled so as to optimize the efficiency of the fuel cell as an auxiliary power source and minimize the lifespan. It is.
Description
본 발명은 전기차의 집중적인 충전에 의한 계통전력의 부하를 충당하기 위해 충전소에 구비된 연료전지 시스템을 이용해 보조전력를 공급할 수 있는 전기차충전소와 충전기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 연료전지 발전기를 포함한 충전소에서 다수의 전기차를 충전할 때 보조 전력공급원인 연료 전지의 효율을 최적화하고 수명저하를 최소화하도록 다수 자동차의 충전시간을 스케줄링하고 연료전지의 작동 및 출력을 제어하는 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric vehicle charging station and a charger capable of supplying auxiliary power using a fuel cell system provided in a charging station to cover a load of system power by intensive charging of an electric vehicle, and a control method thereof. More specifically, the present invention is to optimize the efficiency of the fuel cell as a secondary power supply when charging a plurality of electric vehicles in a charging station including a fuel cell generator, and to schedule the charging time of a plurality of vehicles to minimize the reduction of life and to operate the fuel cell and A device and method for controlling output.
최근 에너지와 환경 문제가 주요한 이슈로 부각되면서 기존 내연기관 자동차에 대비하여 효율이 높고 배출가스가 적은 친환경 신기술 자동차를 일컫는 그린카에 대한 관심이 높아지고 있다. 그린카에는 하이브리드차를 비롯해 플러그인 하이브리드차, 클린 디젤차, 연료전지차, 전기자동차 등이 포함된다. 최근 정부는 전기자동차를 2011년 양산하는 계획을 발표하는 등 전기자동차의 수요가 급증할 것으로 예상이 되는 상황이다.Recently, as energy and environmental issues have emerged as major issues, there is a growing interest in green cars, which are eco-friendly new technology vehicles that have high efficiency and low emissions compared to existing internal combustion engine cars. Green cars include hybrid cars, plug-in hybrid cars, clean diesel cars, fuel cell cars, and electric cars. Recently, the government announced plans to mass-produce electric vehicles in 2011, and demand for electric vehicles is expected to skyrocket.
이러한 전기차나 하이브리드 자동차 등 전기충전이 필요한 차량이 본 발명의 충전소 시스템의 충전 대상이 된다. 이하 전기 자동차 또는 전기차라 함은 전기 충전이 필요한 모든 차량을 지칭한다. 전기차의 경우 전문적인 충전소 이외에도 직장 및 가정의 주차장 등에서 충전이 가능한데 1회 충전 시 일반적으로 4 ~ 6시간이상 소요되고 급속 충전시에도 30분 ~ 1시간 이상 충전이 필요하다. 일반적인 주행자가 전기차를 운행하지 않는 출근 전이나 퇴근 후 시간대에 대부분 충전이 집중적으로 이루어 질것으로 예상할 수 있다.A vehicle requiring electric charging such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is a charging target of the charging station system of the present invention. Hereinafter, the electric vehicle or the electric vehicle refers to all vehicles requiring electric charging. In addition to professional charging stations, electric vehicles can be charged at parking lots in workplaces and homes. It usually takes 4-6 hours or more for a single charge and 30 minutes to 1 hour or more for rapid charging. It can be expected that charging will be concentrated most of the time before or after work when the general driver does not operate the electric vehicle.
그런데 현재 일반 가정에서 전력의 피크부하는 약 3㎾수준으로 설계가 되어 있으며 1일 100㎞를 운행하는 전기차에는 약 20㎾h급 용량의 배터리가 장착된다. 만일 이 전기차 1대를 1시간 동안 급속충전할 경우 일반 가정용으로 설계된 피크 부하의 약 7배에 달하는 20㎾ 이상의 전력이 1시간 동안 지속적으로 공급되어야 원만한 충전이 이루어질 것이고 이는 차량 100대가 동시에 충전하는 경우 약 2 ㎿급 발전시설이 필요함을 의미한다. 현재 상태에서 이와 같이 단시간에 많은 차량이 한꺼번에 충전함으로써 각 발전소에서 공급되는 전원이 불충분하여 계통전원에 무리가 발생하는 등 안정성에 심각한 문제를 야기할 염려가 있다.By the way, the peak load of electric power in general home is designed to be about 3㎾ level, and the electric vehicle which runs 100km per day is equipped with a battery of about 20㎾h class capacity. If one electric vehicle is rapidly charged for one hour, a smooth charging will be required for one hour of continuous supply of more than 20 kW of electric power, about seven times the peak load designed for general household use, for one hour. This means that about 2MW power generation facilities are needed. In the current state, such a large number of vehicles in a short time to charge at the same time, there is a concern that the power supplied from each power plant is insufficient, causing serious problems in the stability, such as generating a lot of system power.
그렇다고 전기차 충전에 소요되는 일시적인 피크 전력을 감당하기 위해 새로운 발전소와 새로운 송배전 시스템을 건설하는 것은 온실가스를 유발하는 현재의 발전시스템을 증가시키는 것이자 엄청난 비용의 투자가 필요한 일로 현실적으로 쉽지 않은 일이다.However, the construction of new power plants and new transmission and distribution systems to meet the temporary peak power required to charge electric vehicles is an easy task that increases the current generation system that generates greenhouse gases and requires a huge investment of investment.
본 발명은 상기와 같이 전기차의 집중 충전에 의한 계통전력의 심각한 부하 집중 문제를 해결하기 위해 계통전력을 보조 하기 위한 보조전력을 제시하되, 거대 발전소 및 송배전 시스템을 건설할 필요 없이 충전소마다 간단히 설치 가능한 연료전지 발전기를 보조전력원으로 제안하고자 한다.The present invention proposes an auxiliary power to assist the grid power to solve the serious load concentration problem of the grid power by the concentrated charging of the electric vehicle as described above, can be easily installed at each charging station without the need to build a large power plant and transmission and distribution system A fuel cell generator is proposed as an auxiliary power source.
연료 전지에는 알칼리 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고분자 전해질 연료전지, 고체산화물 연료전지, 직접 메탄올 연료전지 등 다양한 연료전지가 있다. 충전소의 설치 위치나 조건에 따라 다양한 연료전지가 보조전력원으로 사용될 수 있다. 이 가운데 고분자전해질 연료전지는 높은 발전효율을 가지고 있으며 빠르게 부하를 충당할 수 있으며 발전된 전력의 송배전 비용도 상대적으로 낮아 우수한 보조전력원이 될 수 있다.Fuel cells include various fuel cells such as alkaline fuel cells, molten carbonate fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, solid oxide fuel cells, and direct methanol fuel cells. Various fuel cells may be used as auxiliary power sources depending on the installation location or conditions of the charging station. Among them, the polymer electrolyte fuel cell has a high power generation efficiency, can quickly meet the load, and can be an excellent auxiliary power source because the transmission and distribution cost of the generated power is relatively low.
또한 본 발명에 의하면, 상기 보조전력원을 충전소 외부와도 전력을 송배전 할 수 있는 분산발전원으로 활용할 수 있어 국지적인 계통전력의 부하 집중을 해결하는 방안이 될 수 있다.In addition, according to the present invention, the auxiliary power source can be utilized as a distributed generation source that can transmit and distribute power with the outside of the charging station, it can be a way to solve the load concentration of the local grid power.
나아가 본 발명은 상기 충전소 시스템을 이용하여 동시에 또는 산발적으로 다수의 전기차를 충전할 때 보조전력원인 연료전지가 매 순간의 충전요구에 즉시적으로 응답하여 작동할 때 생기는 문제를 해결하고자 한다.Furthermore, the present invention is intended to solve the problem that occurs when the fuel cell as an auxiliary power source immediately responds to the charging request at every moment when charging a plurality of electric vehicles simultaneously or sporadically using the charging station system.
즉, 계통전력의 심각한 부하 집중 시 계통전력을 보조 하기 위해, 일정량 이상의 계통 부하가 감지되면 연료전지 발전기가 순시적으로 작동하기 시작한다. 이때, 다수 충전 차량의 랜덤한 충전 시작과 완료에 따라 연료전지 발전기는 온(on)과 오프(off)를 반복하게 되고, 연료전지의 출력부하는 요동하게 된다. 이 경우 연료전지의 수명 저하와 효율 감소라는 문제가 생긴다.In other words, in order to assist the grid power in the event of serious load concentration, the fuel cell generator starts to operate instantaneously when a certain amount of grid load is detected. At this time, the fuel cell generator is repeatedly turned on and off according to random charging start and completion of the multiple charging vehicle, and the output load of the fuel cell is fluctuated. In this case, problems such as deterioration of fuel cell life and efficiency decrease.
연료전지의 시동 시나 작동정지 때 발생하는 개방회로 전압(ocv) 상태는 일반적인 셀 전압(0.7 V) 보다 다소 높은 고전압(1 V)을 유발하며 이로 인해 연료전지의 수명이 단축된다고 이미 알려져 있다. 시동/작동정지 횟수가 적은 정치형 연료전지가그렇지 않은 자동차형 연료전지보다 평균수명이 약 10 배 정도 긴 것도 이 때문이다. 따라서 연료전지가 발전 시작과 중단을 반복하는 횟수가 많을수록 연료 전지의 수명은 저하될 것이다.The open circuit voltage (ocv) state, which occurs during start-up or shutdown of a fuel cell, is known to cause a high voltage (1 V) that is somewhat higher than a typical cell voltage (0.7 V), which shortens the life of the fuel cell. This is why stationary fuel cells with fewer start / stop cycles have an average lifespan of approximately 10 times longer than non-car fuel cells. Therefore, the more the fuel cell starts and stops generating power, the longer the life of the fuel cell will decrease.
연료전지의 효율은 출력 부하에 따라 달라지는 특성이 있다. 도 4는 연료전지의 효율이 출력 부하에 따라 달라지는 것을 보여주고 있다. 또한, 연료전지 효율이 우수한 최적화 구간이 있음을 보여주고 있다. 따라서 연료전지의 출력부하가 관리되지 않고 효율이 낮은 구간에서 주로 작동된다면 연료전지의 효율이 낮아질 것이다. The efficiency of a fuel cell is dependent on the output load. 4 shows that the efficiency of the fuel cell depends on the output load. In addition, it shows that there is an optimization section with excellent fuel cell efficiency. Therefore, if the output load of the fuel cell is not managed and is mainly operated in a low efficiency section, the efficiency of the fuel cell will be lowered.
본 발명은 보조전력공급원으로 연료전지 발전기를 포함하는 충전소에서 적어도 하나 이상의 전기차를 동시에 또는 순차적으로 충전할 때 다수 자동차의 충전시간을 스케줄링하여 충전하고 연료전지발전기의 작동 및 출력을 제어하는 장치와 방법을 제공하여 보조 전력원인 연료 전지의 효율을 최적화하고 수명저하를 최소화하기 위한 것이다. The present invention is an apparatus and method for scheduling and charging the charging time of a plurality of cars when charging at least one or more electric vehicles simultaneously or sequentially in a charging station including a fuel cell generator as an auxiliary power supply and controlling the operation and output of the fuel cell generator. The purpose of the present invention is to optimize the efficiency of the fuel cell as an auxiliary power source and to minimize the life degradation.
본 발명의 전기차 충전소는 충전소로 계통전력이 유입되는 주전력 공급부와 상기 충전소에 구비된 연료전지 발전기를 포함하는 전기차 충전소로서,An electric vehicle charging station of the present invention is an electric vehicle charging station including a main power supply unit into which the system power flows into the charging station and a fuel cell generator provided at the charging station.
적어도 하나 이상의 전기차 사용자가 충전 요구 시간값을 입력하는 입력부;An input unit for inputting a charge request time value by at least one electric vehicle user;
상기 적어도 하나 이상의 전기차의 배터리에 연결되어 충전필요전력량을 측정하는 계측부;A measurement unit connected to a battery of the at least one electric vehicle to measure an amount of power required for charging;
상기 충전요구시간 값과 상기 충전 필요전력량 값을 읽고 상기 충전요구시간값 및 상기 충전필요전력량 값을 입력값으로 최적화 방법을 수행하고 결정변수를 산출하는 동시에 상기 연료전지발전기의 공급전력을 결정하는 최적화 논리 제어기;An optimization method of reading the charge request time value and the charge required power amount value, performing an optimization method using the charge request time value and the charge power amount value as input values, calculating a decision variable and determining the supply power of the fuel cell generator; Logic controller;
상기 최적화 논리 제어기로부터 상기 결정변수를 읽고 상기 전기차의 충전스케줄을 확정하고, 상기 전기차의 충전을 제어하는 전력공급제어부; 및A power supply control unit configured to read the determination variable from the optimization logic controller, determine a charging schedule of the electric vehicle, and control charging of the electric vehicle; And
상기 최적화논리제어기로부터 산출된 상기 연료전지발전기가 부담해야 할 공급전력에 따라 상기 연료전지발전기의 작동 및 출력을 제어하는 연료전지 관리시스템;을 포함하는 전기차 충전소이다.And a fuel cell management system for controlling the operation and output of the fuel cell generator according to the supply power to be charged by the fuel cell generator calculated from the optimization logic controller.
또한, 본 발명의 전기차 충전소는 상기 충전소 외부의 하나 이상의 연료전지 발전기에서 생산된 전력을 공급받기 위한 예비 전원부를 포함할 수 있다.In addition, the electric vehicle charging station of the present invention may include a preliminary power supply for receiving the power produced by at least one fuel cell generator outside the charging station.
상기 연료전지발전기는 고분자전해질 연료전지인 것이 바람직할 것이다.Preferably, the fuel cell generator is a polymer electrolyte fuel cell.
한편, 본 발명의 전기차 충전소의 충전기는On the other hand, the charger of the electric vehicle charging station of the present invention
계통전력이 유입되는 주전력 공급부로부터 전력을 공급받으며, 충전기의 부하가 일정량 이상인 경우 충전소에 구비된 연료전지 발전기로부터 추가로 전력공급을 받으며, Power is supplied from the main power supply to which the grid power flows. If the load of the charger is over a certain amount, the power is additionally supplied from the fuel cell generator provided in the charging station.
적어도 하나 이상의 전기차 사용자가 충전 요구 시간값을 입력하는 입력부;An input unit for inputting a charge request time value by at least one electric vehicle user;
상기 적어도 하나 이상의 전기차의 배터리에 연결되어 충전필요전력량을 측정하는 계측부;A measurement unit connected to a battery of the at least one electric vehicle to measure an amount of power required for charging;
상기 입력부에 입력된 충전요구시간 값과 상기 계측부에서 측정된 충전 필요전력량 값을 읽고 상기 충전요구시간값 및 상기 충전필요전력량 값을 입력값으로 최적화 방법을 수행하고 결정변수를 산출하는 동시에 상기 연료전지발전기의 공급전력을 결정하는 최적화 논리 제어기;Read the charge request time value inputted to the input unit and the charge required power amount value measured by the measurement unit, perform an optimization method using the charge request time value and the charge required power amount value as input values, calculate a decision variable, and at the same time An optimization logic controller for determining the power supply of the generator;
상기 최적화 논리 제어기로부터 상기 결정변수를 읽고 상기 전기차의 충전스케줄을 확정하고, 상기 전기차의 충전을 제어하는 전력공급제어부; 및A power supply control unit configured to read the determination variable from the optimization logic controller, determine a charging schedule of the electric vehicle, and control charging of the electric vehicle; And
상기 최적화논리제어기로부터 산출된 상기 연료전지발전기가 부담해야 할 공급전력에 따라 상기 연료전지발전기의 작동 및 출력을 제어하는 연료전지관리시스템;을 포함할 수 있다.And a fuel cell management system controlling the operation and output of the fuel cell generator according to the supply power to be charged by the fuel cell generator calculated from the optimization logic controller.
충전소로 계통전력이 유입되는 주전력 공급부와 상기 충전소에 구비된 연료전지 발전기를 포함하는 본 발명의 전기차 충전소의 제어방법은,The control method of the electric vehicle charging station of the present invention comprising a main power supply unit for introducing the grid power into the charging station and a fuel cell generator provided in the charging station,
적어도 하나 이상의 전기차 사용자가 입력한 충전 요구 시간값과 상기 전기차의 배터리와 연결된 계측부가 측정한 충전 필요전력량 값의 조합을 입력 값으로 하여, 목적 함수를 이용한 최적화 방법에 의해 결정 변수를 산출하고 이에 따라 상기 전기차의 충전 시간을 스케줄링하고, 상기 전기차의 충전 및 상기 연료 전지 발전기의 작동을 제어하는 방법이다. A determination variable is calculated by an optimization method using an objective function using a combination of a charge request time value input by at least one electric vehicle user and a charge required power value measured by a measurement unit connected to a battery of the electric vehicle as an input value, and accordingly, a determination variable is calculated by an optimization method using an objective function. A method of scheduling the charging time of the electric vehicle, and controlling the charging of the electric vehicle and the operation of the fuel cell generator.
본 발명의 전기차 충전소는 충전소 외부의 하나 이상의 연료전지 발전기에서 생산된 전력을 공급받기 위한 예비 전원부를 포함할 수 있으며, 상기 예비 전원부는 충전기의 부하가 일정 수준 이상인 경우 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.The EV charging station of the present invention may include a preliminary power supply unit for receiving power generated by one or more fuel cell generators outside the charging station, wherein the preliminary power supply unit supplies power when the load of the charger is greater than or equal to a predetermined level. .
나아가 본 발명의 전기차충전소의 제어 방법은,Furthermore, the control method of the electric vehicle charging station of the present invention,
전기차 사용자의 충전요구시간 입력단계;A charging request time input step of the electric vehicle user;
상기 전기차의 배터리에 연결된 계측부가 전기차의 충전필요전력량을 측정하는 단계; A measurement unit connected to a battery of the electric vehicle measuring an amount of power required for charging the electric vehicle;
입력부가 충전요구시간을, 상기 계측부가 충전필요전력량을, 전력공급제어부가 기충전전력량의 정보를 최적화논리제어기로 전달하는 단계;Inputting, by the input unit, the charging request time, the measurement unit, and the amount of power required for charging;
상기 최적화논리제어기가 목적함수를 계산하고 결정변수를 산출하는 단계; Calculating, by the optimization logic controller, an objective function and calculating a decision variable;
충전스케줄을 확정하고 전력공급을 확정하는 단계; 및 Determining a charging schedule and confirming a power supply; And
상기 전력공급제어부가 전기차의 충전을 제어하고 이와 동시에 연료전지관리시스템이 연료전지 발전기의 작동과 출력을 제어하는 단계;를 포함한다.And controlling, by the power supply control unit, the charging of the electric vehicle and simultaneously controlling the operation and output of the fuel cell generator by the fuel cell management system.
본 발명의 전기차 충전소나 충전기 또는 전기차 충전소의 제어 방법을 통해 다수 충전 차량의 랜덤한 충전요구에 대응하여 다수 전기차를 원하는 시간 내에 충전하면서도 연료전지 발전기의 온/오프 반복 횟수를 최소화할 수 있다. 또, 연료전지 발전기의 에너지 효율을 극대화하도록 연료전지의 출력을 제어할 수 있게 된다. 이에 따라 보조 전력 공급원인 연료전지의 수명을 연장하고 연료전지 발전기의 효율을 향상시킬 수 있다. According to the control method of the electric vehicle charging station, the charger or the electric vehicle charging station of the present invention, in response to a random charging request of the multiple charging vehicle, the number of on / off repetition of the fuel cell generator can be minimized while charging the multiple electric vehicles within a desired time. In addition, the output of the fuel cell can be controlled to maximize the energy efficiency of the fuel cell generator. Accordingly, it is possible to extend the life of the fuel cell as an auxiliary power source and to improve the efficiency of the fuel cell generator.
상기 연료전지 발전기를 고분자전해질 연료전지 발전기로 제안함으로써 별개의 발전소 건설이나 방대한 송배전 시설 건설 비용의 투자 없이도 계통전원에 무리가 가지 않으면서 적절하게 한 대 이상의 전기차를 원하는 시간 내에 충전 할 수 있다.By proposing the fuel cell generator as a polymer electrolyte fuel cell generator, one or more electric vehicles can be appropriately charged in a desired time without being burdened by the system power supply without investing in a separate power plant construction or a huge transmission and distribution facility construction cost.
도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전소의 개념도.
도 2 는 본 발명에 따른 전기차 충전소의 제어 장치의 구성도.
도 3 는 본 발명에 따른 전기차 충전소의 제어 방법의 흐름도.
도 4 는 출력부하와 연료전지의 에너지효율과의 관계를 나타낸 도면.1 is a conceptual diagram of an electric vehicle charging station according to the present invention.
2 is a block diagram of a control device of an electric vehicle charging station according to the present invention.
3 is a flowchart of a control method of an electric vehicle charging station according to the present invention;
4 is a diagram showing a relationship between output load and energy efficiency of a fuel cell.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전소의 간략한 개념도이고 도 2는 본 발명의 전기차 충전소의 제어장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전기차 충전소의 제어 방법의 기본적 흐름도이다.1 is a schematic conceptual view of an electric vehicle charging station according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a control apparatus of an electric vehicle charging station of the present invention, and FIG. 3 is a basic flowchart of a control method of an electric vehicle charging station according to the present invention.
도 1에는 본 발명에 따른 전기차 충전소(100)의 연료전지 발전기를 이용한 충전의 기본 개념이 도시되어 있다. 본 발명의 전기차 충전소(100)는 주전력공급부(200), 연료전지발전기(300), 및 충전기(400)를 포함한다.1 illustrates a basic concept of charging using a fuel cell generator of an electric
본 발명에서는 상기 주전력공급부(200) 이외에 충전소(100)에 보조전력원으로 연료전지 발전기(300)를 구비한다. 연료 전지에는 알칼리 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고분자 전해질 연료전지, 고체산화물 연료전지, 직접 메탄올 연료전지 등 다양한 연료전지가 있다. 충전소의 설치 위치나 조건에 따라 다양한 연료전지가 보조 전력원으로 사용될 수 있으나, 발전 효율, 부하의 추종속도 등을 고려할 때 고분자전해질 연료전지인 것이 바람직하다. 상기 연료전지 발전기(300)의 용량은 충전소(100)의 부하의 집중도 등을 고려하여 충전소마다 다르게 설계될 수 있다. In the present invention, in addition to the main
상기 연료전지 발전기(300)는 해당 충전소(100)에서 보조전력을 공급하는 역할 뿐만 아니라 생산된 잉여 전력을 해당 충전소(100)의 외부로 공급할 수 있다. 반대로 상기 연료전지 발전기(300)의 전력공급에도 불구하고 해당 충전소(100)에 추가적인 전력의 공급이 필요하다면 가까운 인근 지역의 다른 충전소에 구비된 연료전지 발전기로부터 전력을 공급받을 수 있다.The
이와 같이 상기 충전소(100) 외부의 하나 이상의 연료전지 발전기에서 생산된 전력을 공급받거나 상기 충전소(100)에 구비된 연료전지 발전기(300)에서 발전된 전력을 외부로 공급하기 위해 예비 전원부(500)가 구비된다.As described above, in order to receive power generated from one or more fuel cell generators outside the charging
도 2에는 본 발명의 전기차 충전소의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 적어도 하나 이상의 전기차가 랜덤하게 충전소로 들어와 충전을 요구하는 상황에서 본 발명의 전기차 충전소와 충전기 및 그 제어방법의 바람직한 실시예를 도 2 및 도 3을 참조하여 함께 설명한다.2 shows a preferred embodiment of the electric vehicle charging station of the present invention. In the situation where at least one electric vehicle randomly enters the charging station and requires charging, a preferred embodiment of the electric vehicle charging station, the charger and the control method of the present invention will be described together with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2에 의하면, 본발명의 충전소의 바람직한 제어방법은 충전요구시간 입력단계; 충전필요량 측정단계; 충전요구시간, 충전필요전력량, 기충전전력량 등의 정보전달 단계; 목적함수 계산 및 결정변수 산출단계; 충전스케줄 및 전력공급 확정단계; 및 전기차 충전 제어 및 연료전지 발전기의 작동과 출력 제어단계;를 포함한다.According to Figure 2, a preferred control method of the charging station of the present invention is a charging request time input step; Filling required amount measuring step; Information transfer step such as charge request time, charge required power amount, and precharge power amount; Calculating an objective function and calculating a decision variable; Charging schedule and power supply confirmation step; And operation and output control of the electric vehicle charging control and the fuel cell generator.
각각의 단계 및 본 발명의 전기차충전소의 바람직한 실시예의 구성을 아래에서 상세히 설명하겠다. Each step and the configuration of the preferred embodiment of the electric vehicle charging station of the present invention will be described in detail below.
일부 충전중이거나 충전 대기 중인 총 N-1대의 전기차가 충전소에 있는 상황이다. 임의의 새로운 전기차가 충전소로 와서 임의의 비어있는 j번재 충전위치로 와 충전을 원한다고 하자.There are a total of N-1 electric vehicles at the charging station that are partially charging or waiting to be charged. Suppose any new electric vehicle comes to the charging station and wants to come to any empty j charging position.
j번째 전기차의 운전자는 먼저 충전요구시간 tdemand(j)를 입력부(610)에 입력한다. 상기 충전요구시간은 운전자의 필요에 따라 다양하게 입력될 수 있다.The driver of the j-th electric vehicle first inputs a charging request time t demand (j) to the
충전소의 계측부(600)는 상기 j번째 전기차의 배터리와 연결되어 충전필요전력량 Edemand(j)을 측정한다. The
상기 입력부(610)에 입력된 충전요구시간 tdemand(j)및 계측부(600)에서 측정한 충전필요전력량 Edemand(j)은 최적화논리제어기(700)로 전달된다. Charge demand time t demand (j) input to the
한편, 앞서 충전 중 또는 충전 대기 중인 나머지 N-1대의 전기차들도 각기 충전소에 온 직후 각각의 충전요구시간 tdemand(i)들을 입력하고 상기 입력부(610)가 그 값들을 전달하였으므로 최적화논리제어기(700)는 상기 전기차들에 대한 충전요구시간값들을 이미 저장하고 있다. 또, 상기 계측부(600)가 이미 있던 N-1 대의 전기차들의 충전필요전력량값 Edemand(i)들을 이미 계측하여 상기 최적화논리제어기(700)에 전달한 상태이다.Meanwhile, the remaining N-1 electric vehicles, which are being charged or waiting for charging, also input their respective charging demand times t demand (i) immediately after they come to the charging station, and the
전력공급제어부(800)는 N대의 충전 대상 전기차 전체에 대해 상기 주전력공급부와 보조전원인 상기 연료전기발전기가 이미 공급한 전력으로 충전한 기충전전력량인 E1(t)와 E2(t)를 계산하여 상기 최적화논리제어기(700)로 전송한다. The power
상기 최적화논리제어기(700)는 상기 tdemand(i)값 및 Edemand(i)값들을 입력값으로 하여 최적화의 방법을 수행하는데, 최적화는 특정의 집합 위에서 정의된 실수 값, 함수, 정수에 대해 그 값이 최대나 최소가 되는 상태를 해석하는 수학의 한가지 방법론으로 응용수학이나 산업공학 등에서 일반적인 방법론으로 이용되고 있다.The
보다 구체적으로 본 발명의 실시예의 최적화를 설명하면, 상기 최적화논리제어기(700)는 미리 설정된 최적화구간인 M 시간에 대해 상기 N개의 충전요구시간값들 tdemand(i)및 N개의 충전필요전력량값들 Edemand(i)를 입력값으로 하여 목적함수를 계산하여 N개의 결정변수 xi를 산출한다.In more detail, in the optimization of the embodiment of the present invention, the
이때 제약조건은 연료전지의 효율의 최적화이다. 제약조건으로 연료전지발전기의 온/오프 횟수의 최소화를 추가할 수도 있다. 미리 설정된 최적화 구간 M 시간은 10시간 정도가 바람직하지만, 충전소의 규모나 전기차 충전 차량들의 충전 필요 시간을 고려하여 다르게 설정할 수도 있다.The constraint is the optimization of the efficiency of the fuel cell. Constraints may add to minimizing the number of on / off cycles of a fuel cell generator. The preset optimization section M time is preferably about 10 hours, but may be set differently in consideration of the size of the charging station or the charging time required for the electric vehicle charging vehicles.
다음은 그 구체적 수식이다. The following is the specific formula.
목적함수:Objective function:
N: 총 자동차 대수, M: 최적화 구간 (시간) N: total number of cars, M: optimization interval (hours)
제약조건 :Constraints:
여기서 연료전지의 효율함수 f 는 개별 연료전지발전기의 설계에 따라 달라지는 함수이며, 하나의 예시에 지나지 않는다.Here, the fuel cell efficiency function f is a function that depends on the design of the individual fuel cell generator, and is only one example.
또, 연료전지의 효율이 좋은 구간을 설정하여 그 구간 내에서 연료 전지가 작동하도록 제약 조건을 주고 있다. 이 구간은 설계자의 임의로 선정할 수 있다.In addition, a section in which the fuel cell is efficient is set and a constraint condition is provided to operate the fuel cell in the section. This section may be chosen by the designer.
여기서 pfc _ min와 pfc _ max는 설계자가 설정한 연료전지 발전기(300) 출력의 하한값과 상한값이다. 상기 제약 조건에 의해 연료전지 발전기의 효율이 향상되면서 동시에 온/오프 횟수도 줄이게 되어 연료전지의 내구성도 우수해진다.Here, p fc _ min and p fc _ max are the lower limit and the upper limit of the output of the
산출된 결정변수 xi는 임의의 i번째 전기차의 충전개시 시간까지 남은 시간을 의미하며, xi에 의해 각각의 전기차의 충전 스케줄링이 가능해진다.The calculated decision variable x i means the remaining time until the charging start time of any i-th electric vehicle, and charging scheduling of each electric vehicle is possible by x i .
동시에, 상기 최적화논리제어기(700)는 상기 연료전지발전기(300)가 부담할 전력에 대해 상기 최적화 방식에 따른 공급전력을 산출한다.At the same time, the
최적화논리제어기(700)로부터 수신받은 결정변수 xi를 읽은 전력공급제어부(800)는 결정변수 xi에 따라 임의의 i번째 자동차의 충전스케줄을 정하고 그 충전을 제어한다.The
이 때, i 번째 자동차의 현재(t)의 충전 요구 전력은 At this time, the current required to charge the current (t) of the i-th car is
이다.to be.
상기 최적화논리제어기(700)로부터 연료전지 발전기가 부담할 전력 공급값를 수신한 연료전지발전기 관리시스템(310)은 연료전지발전기의 작동 및 연료전지의 출력을 제어한다.The fuel cell
연료전지 발전기(300)의 출력제어는 예를 들어 DC/DC 컨버터를 이용하여 제어될 수도 있으나 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이용할 수 있는 일반적인 다른 수단을 통해 제어할 수도 있다.The output control of the
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 실시예의 방법에 추가하여, 전력공급원으로서 예비 전원부(500)가 추가될 수 있다. 상기 예비 전원부는 충전기의 부하가 일정 수준 이상인 경우 전력을 공급한다. According to another embodiment of the present invention, in addition to the method of the above embodiment, a
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is not limited, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
100 : 전기차 충전소 200 : 주전력 공급부
300 : 연료전지 발전기 310 : FCMS(연료전지 관리시스템)
400 : 충전기 500 : 예비 전원부
600 : 계측부 610 : 입력부
700 : 최적화 논리 제어기 800 : 전력공급제어부
1 : 제 1 전기차 2 : 제 2 전기차
i : 제 i 전기차(i번째 전기차)
N : 제 N 전기차(N번째 전기차)100: electric vehicle charging station 200: main power supply
300: fuel cell generator 310: FCMS (fuel cell management system)
400: charger 500: spare power unit
600: measuring unit 610: input unit
700: optimization logic controller 800: power supply control unit
1: first electric car 2: second electric car
i: i-th electric car (i-th electric car)
N: Nth electric car (Nth electric car)
Claims (7)
적어도 하나 이상의 전기차 사용자가 충전 요구 시간값을 입력하는 입력부;
상기 적어도 하나 이상의 전기차의 배터리에 연결되어 충전필요전력량을 측정하는 계측부;
상기 충전요구시간 값과 상기 충전 필요전력량 값을 읽고 상기 충전요구시간값 및 상기 충전필요전력량 값을 입력값으로 최적화 방법을 수행하고 결정변수를 산출하는 동시에 상기 연료전지발전기의 공급전력을 결정하는 최적화 논리 제어기;
상기 최적화 논리 제어기로부터 상기 결정변수를 읽고 상기 전기차의 충전스케줄을 확정하고, 상기 전기차의 충전을 제어하는 전력공급제어부; 및
상기 최적화논리제어기로부터 산출된 상기 연료전지발전기가 부담해야 할 공급전력에 따라 상기 연료전지발전기의 작동 및 출력을 제어하는 연료전지 관리시스템; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차충전소.In the electric vehicle charging station including a main power supply unit for introducing the grid power into the charging station and a fuel cell generator provided in the charging station,
An input unit for inputting a charge request time value by at least one electric vehicle user;
A measurement unit connected to a battery of the at least one electric vehicle to measure an amount of power required for charging;
An optimization method of reading the charge request time value and the charge required power amount value, performing an optimization method using the charge request time value and the charge power amount value as input values, calculating a decision variable and determining the supply power of the fuel cell generator; Logic controller;
A power supply control unit configured to read the determination variable from the optimization logic controller, determine a charging schedule of the electric vehicle, and control charging of the electric vehicle; And
A fuel cell management system controlling the operation and output of the fuel cell generator in accordance with a supply power to be charged by the fuel cell generator calculated from the optimization logic controller; Electric vehicle charging station comprising a.
상기 충전소 외부의 하나 이상의 외부 연료전지발전기에서 생산된 전력을 공급받기 위한 예비 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차충전소.The method of claim 1,
And a preliminary power supply unit for receiving electric power produced by at least one external fuel cell generator outside the charging station.
상기 연료전지발전기는 고분자전해질 연료전지인 것을 특징으로 하는 전기차충전소.3. The method according to claim 1 or 2,
The fuel cell generator is an electric vehicle charging station, characterized in that the polymer electrolyte fuel cell.
적어도 하나 이상의 전기차 사용자가 충전 요구 시간값을 입력하는 입력부;
상기 적어도 하나 이상의 전기차의 배터리에 연결되어 충전필요전력량을 측정하는 계측부;
상기 충전요구시간 값과 상기 충전 필요전력량 값을 읽고 상기 충전요구시간값 및 상기 충전필요전력량 값을 입력값으로 최적화 방법을 수행하고 결정변수를 산출하는 동시에 연료전지발전기의 공급전력을 결정하는 최적화 논리 제어기;
상기 최적화 논리 제어기로부터 상기 전기차에 대한 결정변수를 읽고 상기 전기차의 충전스케줄을 확정하고, 상기 전기차의 충전을 제어하는 전력공급제어부; 및
상기 최적화논리제어기로부터 산출된 상기 연료전지발전기가 부담해야 할 공급전력에 따라 상기 연료전지발전기의 작동 및 출력을 제어하는 연료전지관리시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.In the electric vehicle charger that receives power from the main power supply to which the grid power flows, and receives additional power from the fuel cell generator when the load of the charger is a certain amount or more,
An input unit for inputting a charge request time value by at least one electric vehicle user;
A measurement unit connected to a battery of the at least one electric vehicle to measure an amount of power required for charging;
Optimization logic that reads the charge request time value and the charge required power value, performs an optimization method using the charge request time value and the charge power required value as input values, calculates a decision variable, and determines the supply power of the fuel cell generator. Controller;
A power supply control unit configured to read a decision variable for the electric vehicle from the optimization logic controller, determine a charging schedule of the electric vehicle, and control charging of the electric vehicle; And
And a fuel cell management system for controlling the operation and output of the fuel cell generator according to the supply power to be charged by the fuel cell generator calculated from the optimization logic controller.
적어도 하나 이상의 전기차 사용자가 입력한 충전 요구 시간값과 상기 전기차의 배터리와 연결된 계측부가 측정한 충전 필요전력량 값의 조합을 입력 값으로 하여, 목적 함수를 이용한 최적화 방법에 의해 결정 변수를 산출하고 이에 따라 상기 전기차의 충전 시간을 스케줄링하고, 상기 전기차의 충전 및 상기 연료 전지 발전기의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차충전소의 제어 방법. In the control method of an electric vehicle charging station comprising a main power supply unit for introducing the grid power into the charging station and a fuel cell generator provided in the charging station,
A determination variable is calculated by an optimization method using an objective function using a combination of a charge request time value input by at least one electric vehicle user and a charge required power value measured by a measurement unit connected to a battery of the electric vehicle as an input value, and accordingly, a determination variable is calculated by an optimization method using an objective function. Scheduling the charging time of the electric vehicle, and controlling the charging of the electric vehicle and the operation of the fuel cell generator.
상기 전기차 충전소는 충전소 외부의 하나 이상의 연료전지 발전기에서 생산된 전력을 공급받기 위한 예비 전원부를 포함하며, 상기 예비 전원부는 충전기의 부하가 일정 수준 이상인 경우 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기차충전소의 제어 방법. 6. The method of claim 5,
The EV charging station includes a preliminary power supply unit for receiving electric power produced by at least one fuel cell generator outside the charging station, and the preliminary power supply unit supplies electric power when the load of the charger is higher than a predetermined level. Way.
전기차 사용자의 충전요구시간 입력단계;
전기차의 배터리에 연결된 계측부가 전기차의 충전필요전력량을 측정하는 단계;
입력부가 충전요구시간을, 상기 계측부가 충전필요전력량을, 전력공급제어부가 기충전전력량의 정보를 최적화논리제어기로 전달하는 단계;
상기 최적화논리제어기가 목적함수를 계산하고 결정변수를 산출하는 단계;
충전스케줄을 확정하고 전력공급을 확정하는 단계; 및
상기 전력공급제어기가 전기차 충전을 제어하고 이와 동시에 연료전지관리시스템이 연료전지 발전기의 작동과 출력을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전소의 제어 방법.In the control method of the electric vehicle charging station comprising a main power supply unit for introducing the grid power to the charging station and a fuel cell generator provided in the charging station,
A charging request time input step of the electric vehicle user;
A measurement unit connected to a battery of the electric vehicle measuring an amount of power required to charge the electric vehicle;
Inputting, by the input unit, the charging request time, the measurement unit, and the amount of power required for charging;
Calculating, by the optimization logic controller, an objective function and calculating a decision variable;
Determining a charging schedule and confirming a power supply; And
And controlling, by the power supply controller, the electric vehicle charging, and at the same time, controlling the operation and output of the fuel cell generator by the fuel cell management system.
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