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KR20210138088A - 가정용 사용자가 전기 차량을 포함한 상이한 부하 간의 전력을 관리하기 위한 전력 관리 시스템을 갖는 컨버터 - Google Patents

가정용 사용자가 전기 차량을 포함한 상이한 부하 간의 전력을 관리하기 위한 전력 관리 시스템을 갖는 컨버터 Download PDF

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KR20210138088A
KR20210138088A KR1020217033612A KR20217033612A KR20210138088A KR 20210138088 A KR20210138088 A KR 20210138088A KR 1020217033612 A KR1020217033612 A KR 1020217033612A KR 20217033612 A KR20217033612 A KR 20217033612A KR 20210138088 A KR20210138088 A KR 20210138088A
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KR
South Korea
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power
user
drawn
converter
electrical
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KR1020217033612A
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English (en)
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KR102834433B1 (ko
Inventor
피터 이브라힘
하니 바헤디
진-후구에스 데스체네스
마르크-안드레 포르게트
Original Assignee
디씨벨 인크.
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Publication date
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Abstract

컨버터의 전력 출력을 관리하기 위한 장치 및 방법이 본 개시에 의해 제공되고, 본 개시는 가정의 전기 인입구에 의해 인출된 전력을 측정하기 위한 전기 인입구 전력 센서, 전력 인출 증가 예측 모듈, 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프가 발생하는 경우 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하지 않도록 하기 위해 전력 컨버터에 의해 출력된 전류 레벨 제한하도록 전력 할당을 관리하는 전력 예산 제어기, 사용자가 전기 차량을 충전하기 위해 전력 컨버터에 의해 출력된 전류 레벨에 대한 변경을 요청할 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 포함하고, 전력 예산 제어기는 인출된 전력을 조정할 것을 사용자에게 제안하고 사용자의 조정에 따라 할당을 재할당하기 위해 사용자가 변경을 확인하게 한다.

Description

가정용 사용자가 전기 차량을 포함한 상이한 부하 간의 전력을 관리하기 위한 전력 관리 시스템을 갖는 컨버터
본 출원은 2019년 3월 19일에 출원된 미국 가특허출원 제62/820,659호로부터 우선권을 주장하며, 이는 본 출원에 참조로 통합된다.
발명의 분야
본 출원의 주제는 전반적으로 전력 관리 시스템 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 EV 충전기와 같은 전력 컨버터와 함께 작동하는 전력 관리 시스템에 관한 것이다.
이 섹션은 청구범위에 인용된 본 발명에 대한 배경 또는 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 출원의 설명은 추구될 수 있는 개념을 포함할 수 있지만 반드시 이전에 구상되거나 추구된 것은 아니다. 따라서, 본 출원에 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명된 것은 본 출원의 설명 및 청구범위에 대한 선행 기술이 아니며 이 섹션에 포함되어 선행 기술로 인정되지 않는다.
태양광 패널을 이용한 재생 가능하고 친환경적인 에너지 자원 사용에 대한 사람들의 관심이 높아짐에 따라 전기 자동차가 대중화되고 있다. 대부분의 경우 이러한 기술은 전력망(power grid) 또는 가정용 전기 배선에 연결되어 작동해야 한다. 또한, 하루 중 시간대별로 전기 요금이 변동되는 지역에서, 전기 차량 및/또는 태양광 에너지를 사용하는 것이 소비자가 에너지 소비 및 생산을 관리하여 더 저렴한 에너지 요금 혜택을 받을 수 있다면 더 매력적일 수 있다.
태양광 패널 또는 광전지(이하 "PV") 시스템은 일반적으로 DC 전력을 생성하는 오염 및 배출물을 유발하지 않는 에너지원으로서 특정 장점을 갖는다. 이 에너지를 생활 기기와 함께 사용하기 위해, 인버터가 일반적으로 사용된다. 인버터는 광전지(PV) 태양광 패널의 가변 직류(DC) 출력을 상업용 전기 그리드(electrical grid)에 공급하거나 로컬, 오프 그리드(off-grid) 전기 네트워크에서 사용할 수 있는 유틸리티 주파수 교류(AC)로 변환하는 일종의 전기 컨버터이다. 독립형 인버터, 계통 연결형(grid-tie) 인버터, 배터리 백업 인버터 및 지능형 하이브리드 인버터와 같이 태양광 패널과 함께 사용되는 여러 유형의 인버터가 있다.
태양광 패널의 발전량은 변동이 심하고 부하의 전력 소비량과 쉽게 동기화되지 않을 수 있기 때문에 태양광 발전이 없을 때 지능형 하이브리드(스마트 그리드) 인버터로 에너지 저장 및 소비를 관리하기 위해 예를 들어, 배터리 또는 기타 저장 시스템에 나중에 사용할 수 있도록 에너지를 저장해야 한다.
더욱이, 전기 자동차("EV")가 점점 더 대중화되고 있다. 일련 번호 PCT/CA2018/051291을 갖는 국제 PCT 특허 출원에서 출원인에 의해 개시된 충전기와 같은 새로운 "레벨 3" 충전 시스템은 AC 전력에 추가하여 가정용 충전 유닛용 DC 전력을 제공할 수 있다. DC 전력을 생산하더라도, PV 패널 출력은 배터리를 충전하기 위해 EV 차량에 직접 공급될 수 없다는 것이 언급되어야 한다.
레벨 2 전력 소비의 경우, 차량의 충전으로 인해 주거용 전기 인입구(electrical entry) 또는 메인 회로 패널이 허용된 전력 예산(power budget)보다 더 많이 소모될 가능성(따라서, 메인 차단기가 트립되어 그 결과로 패널이 배전 변압기로부터 연결 해제되는)이 상당히 낮다. 그러나 대부분의 가정용 전기 패널에 7kW 초과의 부하가 몇 시간의 지속 기간 동안 추가되면, 가정용 전기 패널의 총 전력 예산을 초과할 위험이 증가한다. 마찬가지로, 많은 AC 유닛 또는 기타 사용량이 많은 전기 제품을 사용하면 가정의 전기 예산에 높은 부하가 발생할 수 있다.
따라서, 사용자가 가정의 전기 네트워크에 과부하를 주지 않고 가정에 정의된 예산을 초과하지 않고 우선 순위에 따라 전기 차량 충전을 포함하여 에너지 소비를 관리할 수 있는 에너지 관리 시스템에 대한 요구가 존재한다.
한편, EV의 배터리 및 태양광 패널이 좋은 에너지원이라는 사실에도 불구하고, 전력 부하를 감소시키고/하거나 더 낮은 가능한 에너지 요금의 장점을 얻기 위해 현재 이를 사용하기가 어렵다.
따라서, 가정의 에너지 소비를 최소화하고/하거나 필요에 따라 전력망을 돕기 위해 상이한 부하 및 소스 사이의 전력을 관리할 수 있는 전력 관리 시스템에 대한 필요성도 존재한다.
본 특허 출원은 개별적으로 또는 조합하여 적용될 수 있는 보완적 개선을 제공한다.
한 가지 개선 사항은 소비에 가장 큰 가능한 점프가 발생한 경우 전기 인입구의 공칭 예산(nominal budget)을 초과하지 않도록 하나 이상의 EV 및/또는 다른 부하에 대해 충전기에 의해 제공되는 전력 레벨을 조정하도록 사용자에게 제안을 제공하는 양방향 EV 배터리 충전기와 같은 전력 컨버터에 관한 것이다. 따라서, 이에 따르면, 비충전 부하 전력 소비의 시간 기반 예측, 가장 큰 가능한 점프는 비충전 부하 전력 소비의 모델링 및/또는 이력 모니터링에 기초할 수 있다.
하나의 광범위한 양태에서, 본 개시는 AC 포트, 적어도 하나의 DC 포트, 전력 컨버터, 가정의 전기 인입구에 의해 인출되는 전력을 측정하기 위한 전기 인입구 전력 센서, 인출된 전력의 값을 수신하기 위한 입력부 및 전기 인입구에서 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 제공하는 출력부를 갖는 전력 인출 증가 예측 모듈, 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프가 발생할 경우 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하는 것을 방지하기 위해 전력 컨버터에 의해 출력된 전류 레벨을 제한하도록 전력 할당을 관리하는 전력 예산 제어기, 사용자가 전력 컨버터에 의해 출력되는 전류 레벨의 변경을 요청할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 포함하는 전력 변환 장치를 제공한다. 전력 예산 제어기는 사용자에게 인출된 전력을 조정할 것을 제안하고 사용자의 조정에 따라 할당을 재할당하기 위해 사용자가 변경을 확인하도록 한다.
본 출원에서 가정의 인입구는 하나 이상의 전력 부하 및/또는 소스에 연결된 임의의 전력 공급을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 그것은 충전기로 작동할 때 컨버터와 같은 일부 전력 부하에 연결된 로컬 발전기, 배터리 또는 기타 소스를 갖는 로컬 네트워크를 둘러싸게 된다.
일부 실시예에서, 변환 장치는 사용자를 줄이기 위한 옵션이 절체 가능한(sheddable) 부하 스위치를 더 포함하고, 제안은 현재 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 가정에 의해 인출되는 전력을 줄이기 위해 절체 가능한 부하 스위치를 여는(open) 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 예산 제어기에 의해 이루어진 제안은 현재 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 다른 전기 차량의 충전 강도를 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 예산 제어기에 의해 이루어진 제안은 현재 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 특정 전기 소비 장치를 스위칭함으로써 가정 부하를 감소시키는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 예산 제어기에 의해 이루어진 제안은 현재 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 배터리를 사용하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 배터리는 다른 전기 자동차의 배터리일 수 있다.
일부 실시예에서, 가장 큰 가능한 증가는 소비 패턴에 관한 장기간 관찰 데이터에 기초하여 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 예측기는 이용 가능한 소비 패턴에 대한 충분한 데이터를 수집할 때까지 가장 큰 가능한 증가에 대해 보다 공격적인 양을 예측할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 변환 장치는 EV 충전율, 인출된 메인 전력 및 전력 한계치(limit)를 보여주는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 변환 장치는 전기 인입구에서 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 변환 장치는 로컬 발전 소스 예를 들어, 태양광, 풍력, 마이크로 하이드로 또는 내연 기관 발전기로부터 수신된 전력을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 변환 장치는 사용자 입력 옵션 및 전력 컨버터에 인버터 및 정류기를 더 포함하여 하나의 EV로부터 DC 전력을 인출하여 다른 EV를 고속 충전할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 예산 제어기에 의해 이루어진 제안은 사용자가 가정용 부하를 턴 오프하도록 하고, 사용자 인터페이스는 스위치 오프를 확인하는 입력을 수신하고, 전력 예산 제어기는 EV의 충전 속도를 증가시키기 전에 전기 인입구 전력 센서에 의해 측정된 인출된 전력에 급격한 감소를 통해 스위치를 오프를 확인한다.
일부 실시예에서, 전력 변환 사용자 인터페이스의 사용자 인터페이스는 장치와 연관된 벽 장착 유닛 상의 디스플레이를 포함한다.
일부 실시예에서 사용자 인터페이스는 전력 예산 제어기와의 네트워크 또는 무선 통신에서 웹 브라우저 또는 앱 인터페이스를 포함한다.
일부 실시예에서, 전력 변환 장치의 전력 컨버터 공급부는 적어도 하나의 변환 모듈을 포함할 수 있다. 변환 모듈은 고전압에서 전력을 저장하기 위한 적어도 하나의 고전압 커패시터 및 회로를 포함한다. 회로 자체는 AC 포트와 직렬로 연결된 적어도 하나의 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 입력 단자와 고전압 커패시터의 대향 단부(opposed end) 사이에 연결된 2개의 다이오드 또는 고전압 스위치; 및 고전압 커패시터의 대향 단부와 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 스위치, 및 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 스위치로서, DC 부하는 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있는, 상기 저전압 스위치; 및 상기 회로에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고, 상기 2개의 중간 저전압 스위치 및 상기 2개의 단자 저전압 전력 스위치의 게이트 입력에 연결된 제어기를 포함한다.
일부 실시예에서, 변환 모듈의 제어기는 회로가 부스트 모드에서 동작하게 하기 위해 작동할 수 있으며, 고전압 커패시터의 전압은 AC 입력의 피크 전압보다 높고, 2개의 중간 저전압 전력 스위치와 2개의 단자 저전압 전력 스위치는 저전압 캐패시터를 고전압 캐패시터에 대한 원하는 전압의 미리 정해진 비율로 유지하고 따라서 고전압 캐패시터를 원하는 고전압으로 유지하기 위해, 저전압 커패시터에 존재하는 전압의 측정에 응답하여 이중화(redundant) 스위칭 상태로 스위칭되고, 정류기 회로는 DC 부하에 공급하고, AC 입력에서 저 고조파를 갖는 5-레벨 능동 정류기로서 전력을 흡수한다.
일 실시예에서, 변환 장치는 복수의 변환 모듈 소켓 또는 커넥터를 하우징하는 섀시를 포함하고, 모듈의 각각은 회로를 포함하고, 모듈은 부하에 DC 전력을 제공하기 위해 병렬로 작동한다.
일부 실시예에서, 회로는 양방향 정류기/인버터 회로일 수 있고, 양방향 정류기/인버터 회로는 AC 포트와 직렬로 연결된 인덕터, 저전압 커패시터, 제1 AC 단자와 고전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 고전압 전력 스위치, 고전압 커패시터의 대향 단부와 저전압 커패시터의 대향 단부 사이에 연결된 2개의 중간 저전압 전력 스위치 및 저전압 커패시터의 대향 단부와 제2 AC 단자 사이에 연결된 2개의 단자 저전압 전력 스위치를 포함하고, DC 포트는 고전압 커패시터의 대향 단부에 연결될 수 있고; 제어기는 양방향 정류기/인버터에서 전류 및/또는 전압을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서를 갖고 2개의 고전압 전력 스위치의 게이트 입력에 연결되는 정류기 모드용 제1 제어기이고, 고전압 커패시터의 전압이 AC 입력의 피크 전압보다 높은 부스트 모드에서 정류기 회로를 동작시키기 위한 2개의 중간 저전압 전력 스위치 및 2개의 단자 저전압 전력 스위치, 2개의 고전압 전력 스위치는 AC 입력의 주파수에서 스위치 온 및 오프하도록 제어되며, 저전압 캐패시터를 고전압 캐패시터에 대한 원하는 전압의 미리 정해진 비율로 유지하고 따라서 고전압 캐패시터를 원하는 고전압으로 유지하기 위해, 2개의 중간 저전압 전력 스위치와 2개의 단자 저전압 전력 스위치는 저전압 커패시터에 존재하는 전압 측정에 응답하여 이중화 스위칭 상태로 스위칭되고, 정류기 회로는 DC 부하에 공급하고, AC 입력에서 저 고조파를 갖는 5-레벨 능동 정류기로 전력을 흡수하고; 전력 컨버터는 2개의 고전압 전력 스위치, 2개의 중간 저전압 전력 스위치 및 2개의 단자 저전압 전력 스위치에 연결되고 2개의 고전압 전력 스위치를 생성하고 인가하도록 구성된 인버터 모드용 제2 제어기를 더 포함하고, 2개의 중간 저전압 전력 스위치 및 2개의 단자 저전압 전력 스위치 신호 파형은 저전압 커패시터가 DC 포트 및 AC 포트에 직렬 연결되고 DC 포트의 전압에 비례하여 미리 정해진 값으로 충전되도록 하는 제1 제어 신호, 및 상기 저전압 캐패시터가 상기 DC 포트와 연결이 해제되게 하고, AC 포트와 직렬 연결되게 하여 상기 저전압 캐패시터를 방전시키게 하는 제2 제어 신호를 포함한다.
일부 실시예에서, 컨버터는 프로세서, 및 지침을 포함하는 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있고, 상기 지침이 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 가정의 전기 인입구에 의해 인출된 전력 측정을 수행하게 하고, 인출된 측정된 전력을 사용하여 인출된 전력의 최대 가능한 점프의 값을 결정하게 하고, 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프가 발생하는 경우 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하는 것을 방지하기 위해 상기 전력 컨버터에 의한 전류 레벨 출력을 제한하는 전력 할당을 관리하게 하고, 전력 컨버터에 의해 출력된 전류 레벨로 변경하기 위한 사용자로부터의 요청을 수신한 것에 응답하여, 인출된 전력을 조정하기 위해 사용자에게 제안을 제공하게 하고, 조정에 관한 사용자로부터 확인을 수신하게 하고, 상기 사용자의 요청에 따라 상기 전력 할당을 재할당하게 한다.
하나의 광범위한 양태에서, 본 개시는 전력 컨버터를 갖는 가정의 전력 소비를 관리하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 가정의 전기 인입구에 의해 인출된 전력을 측정하는 단계, 인출된 측정된 전력을 사용하여 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 결정하는 단계, 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프가 발생하는 경우 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하는 것을 방지하기 위해 상기 전력 컨버터에 의해 전류 레벨 출력을 제한하는 전력 할당을 관리하는 단계, 전력 컨버터에 의해 출력되는 전류 레벨로 변경하기 위해 사용자로부터의 요청을 수신한 것에 응답하여, 인출된 전력을 조정하기 위해 상기 사용자에게 제안을 제공하는 단계, 조정과 관련하여 사용자로부터 확인을 수신하는 단계, 상기 사용자의 요청에 따라 상기 전력 할당을 재할당하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 조정과 관련하여 상기 사용자로부터 확인을 수신하는 단계는 상기 제안에 관한 사용자 지침을 수신하는 단계, 상기 사용자 지침에 기초하여 상기 제안을 구현하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 인출된 전력을 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계는 상기 컨버터에 대한 전력 할당을 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서 제안은 하나 이상의 다른 하우스 부하의 전력 소비를 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법의 일부 예에서, 상기 컨버터에 연결된 제2 EV의 충전 강도를 증가시키기 위해 상기 컨버터에 연결된 제1 EV의 충전기 강도를 감소시키기 위해 전력 할당을 조정한다.
다른 광범위한 양태에서, 본 개시는 전력 변환 장치를 제공하고, 상기 전력 변화 장치는 AC 포트, 적어도 하나의 DC 포트, 전력 컨버터, 가정의 전기 인입구에 의해 인출되는 전력을 측정하기 위한 전기 인입구 전력 센서, 및 지침을 갖는 메모리가 있는 프로세서를 포함하고, 상기 지침이 프로세서에 의해 실행될 때, 인출된 전력의 값을 수신하고 전기 인입구에서 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 제공함으로써 인출된 전력 증가를 예측하고; 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프가 발생할 경우 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하는 것을 방지하기 위해 전력 컨버터에 의한 전류 레벨 출력을 제한하도록 전력 할당을 관리하고; 전력 컨버터에 의해 출력된 현재 레벨에 대한 변경을 요청하는 사용자를 수신하고; 사용자에게 인출된 전력을 조정할 것을 제안하고 그리고 사용자 조정에 따라 할당을 재할당하기 위해 사용자가 변경을 확인하도록 한다.
방법의 일부 예에서, 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 결정하기 위해, 전기 인입구의 총 전력 소비에 대해 이전에 수집된 데이터가 또한 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이것은 소비의 가장 큰 가능한 점프를 예측하기 위해 다른 인공 지능 또는 기계 학습 알고리즘을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예에서, 방법은 로컬 전원으로부터 수신된 전력에 기초하여 상기 전력 할당을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예는 다음과 같은 첨부된 예시를 참조하여 더 잘 이해될 것이다:
도 1a는 폴 탑(pole-top) 변압기, 부하 센서 및 메인 회로 차단기 패널이 있는 주거용 전기 인입구(entry), 패널과 장치 사이의 240V AC 전력 라인, EV와 장치 사이의 CAN 버스 연결을 갖는 전기 차량(EV)과 장치 사이에서 연장되는 2개의 케이블 연결 및 태양광 패널 연결을 포함하는 가정용 EV 충전 시스템의 물리적 설치의 개략도이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른 전력 예산 제어기를 나타내는 블록도이다.
도 2a는 구현의 특정 예에 따른, 정류기 모드에서 동작하는 5-레벨 토폴로지 회로를 갖는 변환 회로의 회로도를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 인버터 모드에서 작동하는 5-레벨 토폴로지 회로를 갖는 배터리 장치 컨버터의 회로도를 도시한다.
도 3은 장치가 하나의 전기 차량을 충전하기 위해 전력 예산을 할당하는 본 개시의 일 실시예에 따른 장치의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 장치의 블록도를 예시하고, 장치는 가정과 2개의 전기 차량 사이에 전력을 분배하기 위해 전력 예산을 할당한다.
도 5는 사용자 요청에 따르기 위해 다수의 부하들 사이의 전력 할당을 조정하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따라 취해진 단계들의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이와의 인터페이스를 갖는 2대의 전기 차량을 충전할 수 있는 장치의 예를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 인터페이스 상에서 이용 가능한 다수의 옵션인 메인 메뉴를 보여주는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷(screenshot)을 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 2개의 EV 차량에 대한 EV 소비 패턴을 예시하는 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 EV 사용자를 위한 경제적 절감 및 CO2 방출 패턴을 예시하는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 기상 조건, 태양광 패널 효율 및 EV 충전 상태를 예시하는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 2개의 상이한 EV에 대한 충전 모드를 포함하는 에너지원 및 분배를 예시하는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 12는 각각의 사용자 및 그들의 순위에 대한 에코포인트(Ecopoint)를 포함하는 유사한 시스템을 가진 사용자를 위한 소셜 네트워킹 페이지를 예시하는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 13a는 가정의 총 에너지 소비를 나타내는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 13b는 충전 진행 및 EV 범위에 대한 정보를 갖는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 에코포인트 및 사용자의 이웃 순위를 예시하는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
도 15는 컨버터에 대한 고객 지원 옵션을 예시하는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷을 보여준다.
도 16은 일 실시예에 따른 태양광 패널 정보, EV 충전기 정보 및 기후의 요약을 예시하는 컨버터의 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시예", "일 실시예" 또는 유사한 언어에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에서 "하나의 실시예에서", "일 실시예에서"라는 문구의 출현 및 유사한 언어는 반드시 그런 것은 아니지만 모두 동일한 실시예를 지칭할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 설명된 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 한 본 발명의 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다. 이제 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 참조할 것이다.
본 출원 전체에서 "EV 레벨 2 장치"라는 용어는 단상 AC EV 장치를 지칭하고, "EV 레벨 3 장치"라는 용어는 DC EV 장치를 지칭한다.
도 1a는 북미에서 가장 일반적인 유형의 전력 전달인 것으로 분할 단상 메인 전력이 전신주 상부 변압기로부터 전달되는 실시예의 물리적 컨텍스트를 예시한다. 변압기는 전형적으로 배전선에서 14.4kV 또는 25kV 단상(single-phase) 전력을 수신하고, 변압기는 소수의 가정이나 전기 인입구에 분할 위상 240VAC로 전달되는 약 50kVA 내지 167kVA의 전력을 처리할 수 있다. 각각의 전기 인입구는 전형적으로 240VAC에서 100A 내지 200A의 전력, 즉 약 24kVA 내지 48kVA를 처리하도록 구성된다(일반적으로, 1kVA는 1kW에 해당한다고 가정). 도시된 바와 같이, 변환 장치 또는 디바이스는 AC 연결을 통해 네트워크에 연결되고, 다수의 차량 및/또는 태양광 패널에 연결할 수 있다. 이것은 한 포트에서 AC 또는 DC 전력을 수신하고 다른 포트에서 AC 또는 DC를 제공하는 능력을 통해 장치가 제공하는 장치의 양방향(정류기/인버터) 성질 덕분에 달성될 수 있다.
전기 인입구는 전형적으로 사용량 측정기, 총 허용 부하(예를 들어, 100A 또는 200A)에 해당하는 정격을 갖는 메인 차단기, 및 분할 위상 240VAC 입력으로부터 240VAC 전력 또는 120VAC 전력이 공급될 수 있는 각각의 가정 회로에 대한 회로 차단기가 있는 패널을 포함한다. 대부분의 회로 차단기는 15A 내지 30A 사이의 용량을 갖지만, 일부는 더 낮을 수 있고(즉, 10A), 일부는 대형 기기의 경우 40A와 같이 더 클 수 있다. 일부 국가에서는, 전기 인입구가 40A 내지 60A와 같이 더 낮은 용량을 가지며, 모든 가정 회로에서 240VAC를 사용하는 국가에서는 전력은 분할 위상이 아니라 일반 단상 240VAC(사용된 전압 레벨은 약 100V에서 250V까지 다양함)이다.
실시예는 분할 단상 240VAC 전력 시스템으로 제한되지 않으며, 본 출원에 개시된 실시예는 집이나 사업체의 전기 인입구에 전달되는 임의의 기존 AC 전압의 단상 또는 3상인 사용 중인 전력 네트워크에 적응될 수 있다는 것을 이해될 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 변환 장치는 40A 내지 80A와 같은 더 큰 정격 전류를 갖는 차단기를 통해 메인 패널의 회로 차단기에 연결되지만, 개시된 장치는 원한다면 100A 초과를 소비할 수 있다. 장치에 특정한 회로 차단기의 필요성은 전기 코드에 의해 결정된다. 장치를 패널에 연결하는 케이블은 이러한 고전류에 대하여 정격이다. 전기 패널에 대한 연결은 직접 고정 배선일 수 있거나, 장치가 케이블 및 플러그 예컨대, 오븐이나 의류 건조기와 같은 가전 제품에 사용되는 것들과 유사한 것들을 사용하여 패널에 연결되도록 전기 패널에 고전압 소켓이 설치 및 연결될 수 있다. 장치는 장치를 포함한 전체 패널에 의해 인출된 부하를 감지하는 단일 부하 센서에 연결된 것으로 도시된다. 장치 케이블은 당업계에 공지된 통상적인 장치 케이블 및 플러그일 수 있다.
일부 실시예에서, 컨버터는 단방향 또는 양방향 모듈식 컨버터 회로로부터 이익을 얻는 모듈식 멀티 레벨 회로일 수 있다. 일 실시예에서, 컨버터 회로 또는 모듈들은 3개, 5개 또는 7개 레벨 토폴로지를 포함하는 멀티 레벨 컨버터 토폴로지일 수 있다. 본 개시의 상이한 실시예와 함께 사용될 수 있는 5 레벨 팩형(packed) U-셀(PUC 5)의 세부사항은 출원인에 의해 공개 번호 WO/2019/071359와 일련 번호 PCT/CA2018/051291로 국제 PCT 특허 출원에 개시되어 있다.
언급된 바와 같이, 컨버터는 역률 보정(power factor correction)을 갖는 능동 정류기를 제공하는 정류기 모드에서 작동하는 5-레벨 팩형 U-셀 토폴로지를 특징으로 할 수 있다. 이 장치는 다른 유형의 컨버터에 비해 몇 가지 주목할 만한 장점이 있으며 입력 측 전류 고조파를 줄이거나 제거하면서 상기 AC 피크 출력을 허용하는 부스트 모드 동작을 특징으로 한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 정류기 모드에서 작동하는 변환 회로(100)는 AC 입력(105), AC 입력(105)과 직렬로 연결된 유도 필터(110), 및 5-레벨 토폴로지 회로(115)를 포함한다.
이 비제한적인 예에서 유도성 필터(110)는 2.5mH 인덕터이다. 전형적인 1 내지 3kW 범위의 전력을 전달하기 위해(전체 전력에서 저전력으로의 모든 충전 상태 동안), 1mH 라인 인덕터는 기존 표준을 준수하는 우수한 결과를 제공했다. 더 높은 전력 범위의 경우, 인덕턴스가 감소될 수 있다; 예를 들어, 높은 전력량(예를 들어, 2kW 초과, 바람직하게는 3kW 초과, 더욱 바람직하게는 대략 5kW) 정격 전력의 경우, 유도성 필터(110)는 대신 500μH 인덕터를 사용할 수 있다. 편리하게도, 본 디자인은 부분적으로 유도성 필터(110)의 작은 크기로 인해 전체 전력 변환 회로(100)의 작은 기하학적 구조를 허용한다. 유도성 필터(110)는 애플리케이션, 전력 등급, 유틸리티 전압 고조파, 스위칭 주파수 등에 기초하여 선택된 디자인에 따라 변할 수 있다. 가장 단순한 이러한 필터는 단일 인덕터이지만, 대안적인 실시예에서 유도성 필터(110)는 인덕터(들)와 커패시터(들)의 조합, 예를 들어, 그 자체가 접지에 연결된 커패시터(예를 들어, 30μF)에 연결된 인덕터(예를 들어, 2mH)를 포함할 수 있다. 필터의 선택은 전체 디자인 크기와 손실에 영향을 미치며, 필터가 클수록 전체 디자인 크기가 커지고 일반적으로 더 많은 손실이 발생한다.
5-레벨 회로는 고전압 커패시터(120), 적어도 하나의 저전압 커패시터(125), 제1 단자(135)와 고전압 커패시터(120)의 개별 대향 단부(145a, 145b) 사이에 연결된 두 개의 고전압 전력 스위치(130a, 130b), 고전압 커패시터(120)의 2개의 대향 단부(145a, 145b) 중 각각의 단부와 저전압 커패시터(125)의 각각의 대향 단부(155a, 155b) 사이에 각각 연결된 2개의 중간 저전압 전력 스위치(140a, 140b), 및 제2 입력 단자(160)와 저전압 커패시터(125)의 대향 단부(155a, 155b) 중 각각의 단자 사이에 각각 연결된 2개의 단자 저전압 전력 스위치(150a, 150b)를 포함한다.
도 2b를 참조하면, 일 실시예에 따른 인버터 모드에서 작동하는 5-레벨 전력 컨버터에 대한 토폴로지(100)가 도시되어 있다. AC 부하(202)는 스위칭 소자만이 연결된 회로의 유일한 노드에 대응하는 제1 단자(135) 및 제2 단자(160) 양단에 연결된다. 제1 단자(135)와 제2 단자(160) 사이에 생성된 전압은 인버터 출력 전압(V)이며, 이는 예시적으로 5-레벨 PWM(Pulse Width Modulation) 파형이다.
PUC 5 회로가 정류기 및 인버터 스위칭에서 어떻게 기능하는지에 대한 세부사항 뿐만 아니라 PUC 5의 스위칭 상태에 대한 세부사항은 출원인에 의해 공개 번호 WO/2019/071359와 일련 번호 PCT/CA2018/051291을 갖는 국제 PCT 특허 출원에 개시되었다.
일부 실시예에서, 본 개시는 사용자의 요청의 구현을 허용하기 위한 전력 관리 시스템을 제공한다. 도 1b에서 충전기와 작동하는 전력 예산 제어기를 보여주는 블록도를 예시한다.
로깅 모듈(1904)은 각각의 날짜 내의 다양한 서브 기간 동안 시간에 따라 정류기 회로에 의해 인출된 임의의 전력보다 적은 센서(1102)에 의해 측정된 전류로부터 유도된 적어도 하나의 파라미터를 메모리에 저장한다. 이 파라미터는 현재 비충전 부하와 현재 시간 기간 동안의 비충전 부하의 가능한 가장 큰 증가일 수 있다. 부하의 점프는 턴 온되는 하나 이상의 기기로부터 파생될 수 있다. 히트 펌프 및 에어컨 압축기 모터와 같은 AC 모터는 전형적으로 시동할 때 정상 상태 전류의 적어도 두 배를 소비한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 인출된 전력의 증가 확률은 원하는 가능성 내 예컨대, 97% 확률 내일 수 있다.
가용 가능한 전력 예측기 계산기(1108)는 현재 인출된 값 및 로깅 모듈 파라미터를 수신하고, 미리 결정된 전기 인입구 최대 전력 부하의 함수로서 전력 예산 제어기(1906)에 최대 충전 부하 값을 제공한다. 전기 인입구의 최대 부하 값은 사용자 인터페이스를 사용하여 설정될 수 있다.
전력 예산 제어기(1906)는 최대 충전 부하 값 및 배터리 관리 인터페이스로부터 원하는 충전 전압 값 및 원하는 충전 전류 값을 수신하고 제어 입력을 정류기 회로에 제공한다.
일 실시예에서, 가장 큰 가능한 증가는 장기간 관측 데이터에 기초하여 결정된다. 그러한 데이터가 획득될 때까지, 가용 가능한 전력 예측기는 보다 보수적으로 거동할 수 있으며, 예측에 대한 확실성이 증가함에 따라 예측기 계산기는 더 공격적일 수 있다.
다른 실시예에서, 전력 소비의 변화는 주요 가정용 부하의 수 및 크기를 결정하기 위해 분석된다. 그런 다음 이러한 부하에 대한 거동 패턴이 검출된다. 온되어 있는 것으로 추정되는 부하는 턴 오프될 수만 있으므로 전체 부하를 증가시킬 위험에 기여하지 않는다. 부하가 턴 온 될 확률은 다른 부하의 상태, 하루 중 시간 및 년 중 시간을 기반으로 한다. 예를 들어, 온수기가 오프되어 있는 경우 물 사용량으로 인해 오전 7시부터 오전 8시까지는 오후 11시부터 오전 6시보다 어느 순간에 온수기가 켜질 가능성이 더 높을 수 있다. 여름에는 전기 난방 부하가 턴 온되지 않는 반면 AC는 더 가능성이 높으며, 겨울에는 그 반대가 적용될 수 있다. 거동 패턴과 부하가 온 상태에 대한 현재 추정을 기반으로, 가용 가능한 전력 예측기는 전력의 가장 큰 즉각적인 증가를 예측할 수 있다.
전력 예산 제어기(1906)는 소비를 위해 충전기에 어떤 전력이 이용가능한지를 결정하기 위해 전력의 가장 큰 가능한 증가의 위험을 고려하고, 전력 예산 제어기는 정류기 회로 및/또는 DC-DC 다운 컨버터가 요청된 전력이 너무 클 때 EV에 전달되는 DC 전력을 조정하도록 한다.
또한, 전력 예산 제어기(1906)는 충전율을 설정할 때 배터리 열화를 고려할 수 있다. 이것은 미리 결정된 최대 충전 전류 또는 전력 값을 참조하는 것을 포함할 수 있다. 아래에 설명된 것처럼, 사용자가 선택한 충전 공격성 레벨(charge aggressivity level)도 참조될 수 있다.
일 실시예에서, 가용 가능한 전력 예측기 모듈(1108)이 전력 예산(인입구 한계치)을 초과할 위험이 있을 수 있는 전력 증가가 가능하다고 예측할 때, 상당한 부하가 전력 예산을 초과할 수 있는 전력을 인출하는 것을 방지하기 위해 옵션의 절체 가능한 부하 스위치(sheddable load switch)(1922)가 사용될 수 있다. 이것은 전기 인입구의 전력 예산을 초과하지 않도록 추가된 부하를 지연시키거나 시프트시킬 수 있다. 추가 부하가 전력 예산을 초과할 수 있는 위험과 함께 부하가 전기 패널로부터 전류를 인출하는 것을 방지하기 위해 절체 가능한 부하 스위치는 하나 이상의 전기 부하와 전기 패널, 예를 들어, 온수기 사이에 연결된 라인 전압 전력 스위치를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 부하 스위치는 부하가 현재 전력을 인출하고 있는지 여부를 측정하기 위한 센서, 예를 들어 전류 센서를 포함한다. 이러한 방식으로, 전력 예산 제어기는 문제의 부하가 전력을 인출하고 있는지 여부를 검출할 수 있다. 절체 가능한 부하 스위치가 열렸을 때 연결 해제된 부하가 전력을 인출하려고 할 때를 검출하는 센서를 장착할 수 있으며, 이 경우 전력 예산 제어기는 그에 따라 DC 충전 전력을 줄인 후 부하를 다시 연결하기로 결정할 수 있다.
고전류를 인출하는 일부 부하는 대기 상태, 예를 들어, 약 100와트 미만에서 작은 부하를 인출하는 제어 전자 기기를 포함한다. 이 경우, 절체 가능한 부하 스위치가 열려 있는 동안 절체 가능한 부하에 바이패스(bypass) 저전력 AC를 포함할 수 있다. 저전력 AC 바이패스 연결의 예는 절체 가능한 부하의 전자 기기에 약 10와트에서 수십 와트의 전력을 제공하도록 구성된 절연 변압기(isolation transformer)이다. 부하가 스위치 온되면, 절체 가능한 부하 스위치 모듈은 절연 변압기의 부하 측에서 전력 인출을 검출하고 그런 다음, 절체 가능한 부하가 완전히 AC 전력에 다시 연결되는 것을 허용하기 위해 DC 충전 전력을 줄일지 여부 또는 동일한 레이트로 DC 충전을 계속해야 하는지 여부를 결정하기 위해 전력 예산 제어기에 신호를 보낸다. DC 충전 부하 수요가 종료되고 허용되면 절체 가능한 부하가 다시 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템이 예산 초과를 피하기 위해 한계치를 전부 셋업한 후, 사용자는 여전히 이 설정 변경에 대한 요청을 제출할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 시스템에 의해 허용된 것보다 더 빨리 EV 차량을 충전하도록 요청할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 시스템은 전력 인출 증가 예측 모듈(1108) 및 로깅 모듈에서 가용 가능한 데이터를 사용하여 가정 부하를 줄이고 더 높은 충전 공격성으로 차량을 충전할 가능성을 생성할 것을 사용자에게 제안할 수 있다.
일 예에서, 시스템은 상이한 부하에 대해 상이한 센서를 사용하거나 스마트 홈 시스템을 사용하여 상이한 부하를 인식하고 그에 따라 필요한 제안을 발송할 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자는 시스템이 사용자의 요청에 따라 컨버터 전력 허용 예산을 변경하기 전에 변경을 구현하고 변경이 구현되었음을 컨버터로 확인할 필요가 있을 수 있다.
실시예에서 그리고 일부 제안에 대해, 시스템은 사용자로부터 확인을 수신할 때 변경을 구현할 수 있다. 예를 들어, 두 대의 EV가 동시에 충전 중이고 사용자가 그 중 하나의 충전 강도를 높이고자 하는 경우, 컨버터는 다른 EV의 충전 강도를 낮추도록 제안할 수 있으며 사용자의 확인에 따라 이러한 변경을 구현할 수 있다. 다른 예에서, 부하는 스마트 홈 시스템과 함께 작동하는 건조기와 같은 가전 기기일 수 있다. 확인을 수신하면, 컨버터는 스마트 홈 시스템과 통신하여 특정 부하를 턴 오프하여 충전 강도를 증가시킬 수 있다.
일 예에서, 컨버터는 특정 전기 기기와 독립적으로 통신할 수 있거나 이전에 설명된 바와 같이 가정 부하를 줄이고 사용자 제안에 대처하기 위해 절체 가능한 부하 스위치를 가질 수 있다.
모듈은 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 지침일 수 있고 하나 이상의 프로세서에 의해 수행될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 이것은 컨버터 회로에 연결되거나 컨버터를 제어하는 클라우드 기술과 같은 원격 위치에 있는 컴퓨터 디바이스를 포함할 수 있다.
도 3의 실시예는 사용자가 EV를 충전하기 위해 서두르지 않을 때 충전율을 억제하기 위해 사용자 입력에 응답하는 충전 전력 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. EV는 고속 충전을 허용할 수 있고, 본 출원에 개시된 실시예는 약 25kVA의 전력으로 충전을 허용할 수 있지만, 배터리 수명은 반복되는 고속 충전에 의해 감소될 수 있다. 추가로, 충전 전력 프로그램 모듈은 충전을 위한 시간 프로그램을 선택하는 데, 즉 시간 가변 에너지 비용 및/또는 배전 네트워크 내의 전력 가용성에 따라 전력 소비를 지연 및/또는 달리 조정하는 데 사용될 수 있다. 충전 커넥터는 예를 들어, 배터리가 고속 충전을 요청할 때 충전 공격성 레벨, 즉 가변 레벨 충전 레이트를 선택하기 위한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 대안적으로, 충전 전력 프로그램 파라미터를 설정하기 위해 원격 사용자 인터페이스가 사용될 수 있도록 네트워크 인터페이스가 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 사용자는 가정의 전기 비용을 최소화하기 위해 컨버터의 에너지 관리 시스템을 요청할 수 있다. 다시 시스템은 특정 제안을 하고 이를 구현하기 위해 사용자의 확인을 요청할 수 있다.
예를 들어, 에너지 관리 시스템은 특정 시간에 전기 요금이 더 높다는 것을 인식하고 에너지 요금을 줄이기 위해 에너지 요금 피크 시간 동안 일부 부하를 줄이도록 사용자에게 제안할 수 있다. 일부 다른 예에서, 시스템은 피크 시간 동안 가정용 에너지 사용을 위해 백업 배터리 또는 EV 배터리와 같은 로컬 에너지 소스를 사용하도록 제안할 수 있다. 이렇게 하면 에너지 요금이 낮은 시간대에 백업 배터리 또는 EV 배터리를 충전하고, 피크 시간에 사용하여 가정의 에너지 비용을 줄이거나 심지어 에너지 소비 피크 시간에 네트워크에 도움을 줄 수 있다.
네트워크 인터페이스(1902)는 컴퓨터와 연관된 이더넷, Wi-Fi 등과 같은 통상적인 데이터 인터페이스일 수 있다. 로깅 모듈(1904), 전력 예산 제어기(1906), 가용 가능한 전력 예측기(1908) 및 충전 전력 프로그램 모듈(1910)은 컴퓨터의 메모리에 저장된 소프트웨어로 구현될 수 있고 컴퓨터의 프로세서에 의해 실행되어 아래에 설명된 바와 같은 동작을 수행할 수 있다.
도 3은 전기 인입구에 연결된 센서(1102)를 갖는 장치(1100)의 실시예를 도시한다. 전력 인출 예측 모듈(1108)은 에너지 소비 패턴에 관한 정보를 수신하고, 일 실시예에서 인출된 최대 전력을 예측하기 위해 이 정보를 저장할 수 있다. 전력 예산(1106)은 센서(1102)로부터 예측 부하 뿐만 아니라 총 부하를 수신하고 전력 컨버터(1104)로부터 정보를 수신하고 전기 차량을 충전하기 위한 전력 예산을 관리한다.
사용자가 예를 들어, 도 11에 도시된 "FAST/ECO" 충전 심볼을 터치하여 차량의 고속 충전을 요청할 때, 충분한 전력을 가용할 수 없는 경우 시스템은 EV 충전 예산을 증가시킬 수 있는 방법에 대한 제안을 제공할 수 있다. 이것은 절체 가능한 부하 스위치(1922)를 사용하여 일부 절체 가능한 부하의 연결을 해제하거나 대안적으로 특정 부하를 갖는 특정 디바이스를 스위치 오프하도록 사용자에게 요청하는 것을 포함할 수 있다. 시스템은 센서를 사용하여 이 스위치 오프를 인식하거나 사용자에게 확인을 요청할 수 있다.
일 실시예에서, 장치는 부하를 줄이기 위해 전기 디바이스에 연결하고 이를 원격에서 제어할 수 있다. 이것은 사용자 확인에 의해 수행되거나 완전히 자동으로 수행되도록 설정할 수 있다.
도 4는 장치(1100)가 2대의 전기 자동차의 충전을 관리하는 시나리오를 도시한다. 이 시나리오에서 전력 예산 제어기(1106)는 2대의 차량의 충전 예산을 관리해야 한다. 위에서 언급한 옵션 외에 사용자가 차량의 고속 충전 또는 부스트(boost) 충전을 요청할 경우, 시스템은 다른 EV의 충전 속도를 낮추거나 다른 EV의 배터리를 사용하여 고속 충전을 요청한 Ev의 배터리를 급속 충전할 수도 있다. 2대의 차량을 충전하기 위한 디바이스(1100)의 예가 도 6에 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전기 인입구로부터 인출된 전력이 미리 결정된 한계치를 초과하지 않도록 하기 위해 컨버터의 관리 시스템에 의해 취해진 단계의 전력 할당을 관리하기 위해 본 발명에 의해 취해진 단계의 예를 도시한다. 적어도 하나의 센서는 인입구에 의해 예를 들어 가정에서 인출된 전력을 측정하는 데 사용될 수 있다. 이 데이터는 이력 데이터 수집 또는 로깅 모듈에서 수집될 수 있다. 이 데이터는 가정의 다른 섹션에서 또는 심지어 각각의 전기 기기 또는 디바이스 별로 전력 소비를 측정하는 다수의 다른 센서를 포함할 수 있다. 일 예에서, 데이터는 필요한 데이터를 제공하기 위해 필요한 센서를 제자리에 갖는 스마트 홈 시스템으로부터 페치(fetch)될 수 있다. 다른 예에서, 컨버터는 스마트 허브로 작동하고 상이한 가전 기기를 관리하고 이들과 직접 상호작용하고 사용 시간, 온도 및 특정 계절 특성에 따른 사용 빈도, 요일, 월, 계절 뿐만 아니라 일기 예보에 기초한 소비 패턴과 같은 소비 및 기타 필수 정보를 측정할 수 있다. 또한, 사용자는 로깅 모듈 또는 이력 데이터 수집기에 소비의 증가 또는 감소를 유발할 수 있는 특정 이벤트를 추가하거나 제거할 수 있다. 일부 특정 이벤트는 집이 비어 있거나 특정 이벤트가 발생하는 시간 또는 근무일 중 아침과 같이 EV(들)를 완전히 충전해야 하는 시간을 포함할 수 있다.
이러한 방식으로 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값이 계산될 것이다. 이 데이터와 현재 인출된 전력을 사용하여 컨버터는 EV(들), 백업 배터리 또는 임의의 다른 부하와 같은 다양한 디바이스에 제공할 수 있는 전력량을 할당한다. 이 양은 태양광 패널, 로컬 발전기 또는 백업 배터리와 같은 소스로부터 수신된 에너지의 양에 의해 조정될 수 있다.
사용자가 이 전력 할당에 대한 변경을 요청하면, 컨버터 전력 관리기는 사용자에게 다른 제안을 제공할 수 있고 사용자에게 제안을 확인하도록 요청할 수 있다. 이것은 사용자에게 변경을 구현하고 구현을 확인하도록 요청하거나 변경을 구현하기 위한 허가를 요청하는 것을 포함할 수 있다. 반면에 사용자가 변경을 확인하지 않으면 컨버터가 다른 제안을 할 수 있지만 확인을 받을 때까지 동일한 방식으로 계속 작업한다.
일부 실시예에서, 컨버터는 유사한 상황에서 동일한 제안을 구현하기 위한 허가를 사용자에게 요청할 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자는 인터페이스를 사용하여 옵션의 우선 순위를 정할 수 있고 따라서 제안의 순서를 변경하거나 특정 제안을 자동으로 수락하도록 시스템을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은 수용된 제안으로부터 학습하고 이전 사용자 확인 패턴에 기초하여 변경 순서를 수정할 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 이러한 제안을 수정하기 위해 당업계에 알려진 기계 학습 및 AI 알고리즘을 사용할 수 있다.
도 7 내지 16은 인터페이스 및 시스템이 원격에서도 모바일 앱, 컴퓨터 또는 임의의 다른 엔드 디바이스를 사용하여 사용자에 의해 관리되고 관측될 수 있는 방법을 도시한다.
도 7에 도시된, 시스템은 태양광 패널, EV 배터리 또는 시스템에 연결된 다른 배터리(백업 배터리), 가정 소비 등에 관한 정보를 제공하고 사용자가 그에 따라 그것들을 관리할 수 있도록 한다.
도 8에서, 시스템은 하나 이상의 EV의 충전에 관한 정보, 전력 소비 및 기타 필요한 정보를 사용자에게 제공한다.
도 9는 소비된 에너지의 탄소 배출 및 사용자에 의해 절약된 돈에 관해 사용자에게 제공되는 정보를 보여준다. 도 10에서, 인터페이스는 일기 예보 정보를 추가로 제공하고 전력 허용량을 관리하는 데 사용할 수 있다. 예를 들어, 더운 날은 사용자가 AC를 사용함을 나타낼 수 있거나 흐린 날은 태양광 패널의 낮은 에너지 생산을 나타낼 수 있다.
도 11은 여기에서 모바일 앱으로서 수신 및 소비된 에너지 할당이 있는 인터페이스를 보여준다.
일부 실시예에서, 도 11의 디스플레이는 각각의 EV의 저장 용량, 각각의 EV의 충전 백분율, 각각의 EV에 대한 충전 스케쥴, 예를 들어 ECO, FAST, 또는 옵션으로 다른 레벨의 FAST 충전, 다른 EV를 충전하기 위해 더 많은 전력 예산을 제공하기 위해 EV로부터 DC 전력이 인출되고 있는지 여부, 전력망 이외의 소스 예를 들어, 태양광, 축전지, 풍력 등의 전력 기여, 총 전력 예산, 즉, 그리도 전력만 있는 경우 메인 전기 인입구 차단기 값, 가정 부하에서 전기 인입구로부터 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프, 더 많은 EV 충전 용량을 제공하기 위해 절체된 부하에 대한 정보 등 중 하나 이상을 도시할 수 있다. 또한 예를 들어, EV 차량의 충전 강도가 변경을 요청하는 경우, 사용자의 확인 후에 구현되거나 사용자에 의해 구현되고 화면에서 확인되는 제안이 디스플레이 상에 도시될 수 있다.
도 12를 참조하면, 각각의 사용자 및 그들의 순위에 대한 에코포인트를 포함하는 유사한 시스템을 가진 사용자에 대한 소셜 네트워킹 페이지를 예시하는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷. 예시된 바와 같이, 이웃 또는 커뮤니티의 사용자는 자신의 프로필을 가질 수 있고 에너지 소비 패턴을 포함하는 데이터를 교환할 수 있다. 이것은 분배 네트워크의 문제를 피하기 위해 에너지 소비를 조정하는 이웃을 포함할 수 있다. 또한, 구성원들이 필요에 따라 에너지를 서로 사고 팔 수 있는 것을 포함하여 사용하는 것을 허용할 수 있다.
도 13a는 가정의 총 에너지 소비를 보여주는 컨버터의 인터페이스. 도 13b는 충전 진행 상황과 EV 범위에 대한 정보가 있는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다. 도 14는 일 실시예에 따른 에코포인트(Ecopoints) 및 사용자의 이웃 순위를 예시하는 컨버터의 인터페이스를 도시한다. 도 15는 컨버터에 대한 고객 지원 옵션을 예시하는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다. 도 16은 일 실시예에 따른 태양광 패널 정보, EV 충전기 정보 및 기후의 요약을 보여주는 컨버터 인터페이스의 스크린 샷을 도시한다.
일 실시예에서, 장치는 각각의 전기 디바이스가 전체 가정 부하에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 학습할 수 있는 캘리브레이션 모드(calibration mode)를 가질 수 있다. 총 부하에 대한 영향을 측정 및 등록하고 나중에 그에 따라 제안하기 위해 사용자에게 집에 있는 디바이스를 온 그리고 오프하도록 요청할 수 있다. 소비를 측정하고 그에 따라 제안을 하기 위해 집의 다른 부분에 센서가 있을 수도 있다.
도 6에 도시된, 장치(1100)는 장치 자체에 인터페이스를 가질 수 있게 하는 스크린을 가질 수 있다.
위의 설명은 특정 예를 참조하여 제공되었지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하기 위한 것이다.

Claims (25)

  1. 전력 변환 장치에 있어서,
    - AC 포트
    - 적어도 하나의 DC 포트;
    - 전력 컨버터;
    - 가정의 전기 인입구(electrical entry)에 의해 인출되는 전력을 측정하기 위한 전기 인입구 전력 센서;
    - 인출된 전력의 값을 수신하기 위한 입력부 및 상기 전기 인입구에서 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 제공하는 출력부를 갖는 전력 인출 증가 예측 모듈;
    - 인출된 전력의 상기 가장 큰 가능한 점프가 발생할 경우, 상기 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하는 것을 방지하기 위해 상기 전력 컨버터에 의해 출력되는 전류 레벨을 제한하도록 전력 할당을 관리하는 전력 예산 제어기;
    - 사용자가 전기 차량을 충전하기 위해 상기 전력 컨버터에 의해 출력된 상기 전류 레벨에 대한 변경을 요청할 수 있게 하는 사용자 인터페이스;를 포함하되,
    상기 전력 예산 제어기는 상기 사용자에게 상기 인출된 전력을 조정할 것을 제안하고, 상기 사용자의 조정에 따라 상기 할당을 재할당하기 위해 상기 변경을 상기 사용자가 확인하게 하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변환 장치는 상기 사용자를 줄이기 위한 옵션의 절체 가능한(sheddable) 부하 스위치를 더 포함하고, 상기 제안은 상기 전류 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 상기 가정에 의해 인출된 전력을 줄이기 위해 상기 절체 가능한 부하 스위치를 여는 것을 포함하는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제안은 상기 전류 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 다른 전기 차량의 충전 강도를 감소시키는 것을 포함하는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제안은 상기 전류 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 특정 전기 소비 장치를 스위칭함으로써 가정 부하를 감소시키는 것을 포함하는, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제안은 상기 전류 레벨 출력에 대한 요청된 변경을 달성하기 위해 배터리를 사용하는 것을 포함하는, 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리는 다른 전기 차량의 배터리인, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가장 큰 가능한 증가는 소비 패턴에 관한 장기간 관측 데이터에 기초하여 결정되는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 예측기는 가용 가능한 소비 패턴에 대한 충분한 데이터를 수집할 때까지 상기 가장 큰 가능한 증가에 대해 보다 공격적인 양을 예측할 수 있는, 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, EV 충전율, 인출된 메인 전원 및 전력 한계치를 보여주는 디스플레이를 더 포함하는, 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 인입구에서 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 표시하는 단계를 더 포함하는, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 로컬 발전 소스 예를 들어, 태양광, 풍력, 마이크로 하이드로(micro-hydro) 또는 내연 기관 발전기로부터 수신된 전력을 표시하는 단계를 더 포함하는, 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 컨버터의 인버터 및 정류기 및 다른 EV를 고속 충전하기 위해 하나의 EV로부터 DC 전력을 인출하는 사용자 입력 옵션을 더 포함하는, 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제안은 사용자가 가정용 부하를 턴 오프하도록 하는 것이고, 상기 사용자 인터페이스는 스위치 오프를 확인하기 위한 입력을 수신하고 상기 전력 예산 제어기는 상기 EV의 충전 레이트를 증가시키기 전에 상기 전기 인입구 전력 센서에 의해 측정된 인출된 전력의 급격한 감소를 통해 상기 스위치 오프를 확인하는, 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 장치와 관련된 벽 장착형 유닛 상의 디스플레이를 포함하는, 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 상기 전력 예산 제어기와 네트워크 또는 무선 통신하는 웹 브라우저 또는 앱 인터페이스를 포함하는, 장치.
  16. 전력 컨버터를 사용하여 전기 인입구의 전력 소비를 관리하는 방법에 있어서,
    - 상기 전기 인입구에 연결된 네트워크의 총 전력 소비를 결정하기 위해 상기 전기 인입구에서 인출된 전력을 측정하는 단계;
    - 상기 전기 인입구에서 상기 총 전력 소비를 사용하여 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 결정하는 단계;
    - 인출된 전력의 상기 가장 큰 가능한 점프가 발생한 경우, 상기 전기 인입구에 의해 인출된 전력이 미리 정의된 한계치를 초과하는 것을 방지하기 위해 상기 전력 컨버터에 의한 전력 출력을 제한하도록 상기 컨버터의 전력 할당을 관리하는 단계;
    - 상기 전력 할당에 변경을 적용하라는 사용자로부터의 요청을 수신한 것에 응답하여, 상기 사용자에게 인출된 전력을 조정하도록 제안을 제공하는 단계;
    - 상기 조정과 관련하여 상기 사용자로부터 확인을 수신하는 단계;
    - 그에 따라 상기 요청에 기초하여 상기 전력 할당을 재할당하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 조정에 관해 상기 사용자로부터 확인을 수신하는 단계는,
    - 상기 제안에 대한 사용자 지침을 수신하는 단계; 및
    - 상기 사용자 지침에 기초하여 상기 제안을 구현하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 인출된 전력을 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계는 상기 컨버터의 상기 전력 할당을 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 인출된 전력을 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계는 상기 전력 인입구에 연결된 하나 이상의 부하의 전력 소비를 조정하기 위한 제안을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
    - 상기 컨버터에 연결된 제2 EV의 충전율을 증가시키기 위해 상기 컨버터에 연결된 제1 EV의 충전율을 감소시키도록 상기 전력 할당을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 로컬 전원으로부터 수신된 전력에 기초하여 상기 전력 할당을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 로컬 전원은 태양광 패널(solar panel)인, 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 로컬 전원은 백업 배터리인, 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 로컬 전원은 상기 컨버터에 연결된 상기 제1 EV의 배터리인, 방법.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 인입구에서의 총 전력 소비를 사용하여 인출된 전력의 가장 큰 가능한 점프의 값을 결정하는 단계는 총 전력 소비에 대해 이전에 수집된 데이터를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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