KR101245540B1 - 주위 전기 자동차를 이용해 방전된 전기 자동차에게 충전서비스를 제공하는 과금 가능 휴대형 장치 - Google Patents

주위 전기 자동차를 이용해 방전된 전기 자동차에게 충전서비스를 제공하는 과금 가능 휴대형 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차의 배터리가 완전히 방전되어 운행이 불가능 할 때 이동형 발전기를 탑재하고 직접 전력을 생산하거나 저장된 전력을 제공할 수 있는 차량과 전력 전송 케이블로 연결하고 BMS(Battery Management System)와 통신하고, 전력을 제어함으로써 방전차량을 충전시키며 사용자의 유/무선 휴대 단말기로 제어 신호의 입력이나 과금 처리가 가능하도록 한 휴대형 충전장치에 관한 것이다.

Description

주위 전기 자동차를 이용해 방전된 전기 자동차에게 충전서비스를 제공하는 과금 가능 휴대형 장치{Portable Device for Providing Charging and Billing Service for Discharged Electric Vehicle using Other Electric Vehicle}
본 발명은 과금이 가능한 휴대형 충전장치에 관한 것으로서, 전기 자동차의 배터리가 완전히 방전되어 운행이 불가능 할 때 이동형 발전기를 탑재하고 직접 전력을 생산하거나 저장된 전력을 제공할 수 있는 차량과 충전 케이블로 연결하고 각 차량의 BMS(Battery Management System)와의 통신을 통해 안전하고 편리하게 전력을 공급함으로써 방전차량을 충전시키며 사용자의 유/무선 휴대 단말기로 제어 신호의 입력이나 과금 처리가 가능하도록 한 휴대형 충전장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 자동차의 경우 배터리가 방전되면 점프 케이블을 사용하여 다른 차량의 배터리에 연결한 후 시동하여 운행할 수 있다. 그러나, 점프 케이블을 연결하는 운전자는 점프 케이블 연결 시에 스파크가 빈번하게 발생하기 때문에 안전성에 심각한 문제가 발생할 수 있어 사용에 많은 부담감을 갖게 된다.
또한, 최근에는 순수 전기자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기자동차가(이하 전기자동차) 각광을 받고 있는데, 전기자동차는 배터리가 완전 방전되거나 배터리에 충전된 전력이 일정량 이상 사용된 경우에 배터리를 재충전할 필요가 있다. 전기 자동차는 BMS(Battery Management System)를 장착하여 배터리의 상태를 관리하고 충전과 운행 시 배터리 모니터링을 가능하게 함으로써, 운전석 앞의 계기판에 현재의 배터리 상태를 표시하도록 제어할 수 있지만, 운전자의 부주의로 인하여 배터리 재충전 시기를 놓쳐 자동차를 운행할 수 없는 상황이 발생될 수 있다.
방전된 전기 자동차의 운전자는 배터리를 충전할 수 있는 가정이나 서비스 센터 등 충전소까지 차량을 견인하여 충전을 시도하거나, 운행중인 다른 차량 또는 긴급 출동 서비스 차량으로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전하거나, 배터리를 교체하여 운행할 수 있다. 주위의 운행중인 전기자동차와 점프케이블을 통해 전원을 공급받는 경우, 차량 견인이나 배터리 교체 없이 간편하게 방전차량을 충전시킬 수도 있지만, 이 경우 두 차량에 탑재된 배터리의 특성이 맞지 않는 경우 위험성이 높다는 문제점이 있다. 새로운 배터리로 교체하는 경우 교체에 따른 많은 시간과 높은 배터리 비용이 소비자에게 부담될 수 있으며, 중고 배터리로 교체하는 경우 신용 및 안전성 문제로 인해 많은 사용자들과 분쟁이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 전기 자동차의 배터리가 방전되어 운행이 불가능 할 때 서비스 제공을 목적으로 하는 개인 사업자 또는 서비스 센터 직원 등이 이동형 발전기를 탑재하고 전력을 생산하는 자동차 또는 여분의 전력을 공급 가능한 차량을 각각 충전 케이블로 연결하고 각 차량의 BMS(Battery Management System)와의 통신을 통해 안전하고 편리하게 전력을 공급함으로써 방전된 차량을 충전시키며 사용자의 유/무선 제어 단말기로 제어 신호의 입력이나 과금 처리가 가능하도록 한 휴대형 충전장치를 제공하는데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 휴대형 충전장치는, 충전 대상인 제1차량의 인렛에 연결하기 위한 커넥터와 전력 전송 케이블과 통신선, 웨이크업 (Wake-Up) 신호선, 제어파일럿 신호선을 포함한 제 1 충전 케이블; 전력을 공급할 제2차량의 인렛에 연결하기 위한 커넥터와 전력 전송 케이블과 통신선, 웨이크업 신호선, 제어파일럿 신호선을 포함한 제 2 충전 케이블; 상기 제 2 충전 케이블의 전력 전송 케이블로부터 상기 제 2 충전 케이블의 전력 전송 케이블로 전력을 공급하기 위한 전력 제어부; 상기 제 1 충전 케이블에 연결된 상기 제1차량의 BMS와 통신을 위한 통신선 및 웨이크업 신호선, 제어파일럿 신호선과 상기 제 2 충전 케이블에 연결된 상기 제2차량의 BMS와 통신을 위한 통신선 및 웨이크업 신호선, 제어파일럿 신호선에 연결된 통신 제어부; 및 상기 통신 제어부를 통한 상기 제1차량 및 상기 제2차량과에 설치된 제어파일럿 회로가 전달하는 제어파일럿 신호에 기초하여 각 차량을 인식하고, 웨이크업 신호선을 통해 BMS를 구동하기 위한 12V전원을 인가하고, 상기 제 1 차량과 제 2 차량의 BMS로부터 배터리 상태정보를 수신하여 공급가능한 전력량과 사용자의 충전 요구량을 받고, 충전 시작 요청에 따라 전력 제어부의 전력 공급 스위치를 제어함으로써 충전을 시작하고, 종료하도록 하는 충전 관리부를 포함한다.
상기 충전 관리부는 세부적으로 전력 제어부와 통신 제어부를 제어하는 충전 제어부; 충전 제어부로 송/수신되는 이벤트와 메시지를 표시하기 위한 디스플레이부; 공급할 충전량의 설정, 충전의 시작등 사용자의 요구를 입력 가능한 터치스크린 또는 키패드 등과 같은 입력부; 자체 디스플레이부와 입력부를 대신하여 사용자의 원격 제어 단말기를 이용하여 동일한 작업을 수행하기 위해 연결되는 유선 또는 무선 통신부; 충전이 완료된 후 충전 요금을 정산하기 위해 충전 요금을 계산하고 과금하는 과금부를 포함한다.
제 1 차량과 제 2 차량의 BMS로부터 배터리 상태 정보를 수신함으로써 자동으로 방전된 차량과 전력을 공급할 차량을 인지하는 것이 가능하다. 그러나, 편의를 위하여 제 1 차량은 방전된 차량으로 제 1 충전 케이블에 연결하고, 제 2 차량은 전력을 공급할 차량으로 제 2 충전 케이블로 연결되는 것으로 구분한다.
충전의 시작과 종료는 충전 관리부를 통해 이루어지는 것이 일반적이나, 충전 관리부와 전력 제어부를 독립적으로 운영하는 것 또한 가능하다. 즉, 충전 관리부는 충전을 시작할 때 방전차량의 소유자가 요구한 충전 요구량을 전력 제어부에 통보하고, 전력 제어부는 충전이 완료되었을 때 충전 관리부로 신호를 전달함으로써, 충전 완료를 충전 관리부가 인지하게 할 수 있다. 이 때, 충전 관리부는 통신 제어부로부터 이상 신호가 전달되었을 경우 전력 제어부를 제어하여 충전을 정지시키거나 전류의 양을 조절 할 수 있다.
충전 제어부로 송수신되는 사용자의 요구사항 또는 BMS의 상태정보 등의 이벤트 또는 메시지는 디스플레이부에 표시되며, 공급할 충전량의 설정, 충전의 시작 등 사용자의 요구를 입력 가능한 터치스크린 또는 키패드 등을 입력부에 연결하여 사용하는 것이 가능하다. 또한, 유선 또는 무선 통신이 가능한 통신부를 통하여 외부의 제어 단말에서 상기 방식과 동일한 작업을 수행할 수 있으며, 발생되는 이벤트와 메시지를 제어 단말에서 동시에 수신하는 것 또한 가능하다.
상기 전력 제어부가 상기 요구 충전량만큼 상기 제1차량의 전력 전송 케이블로 전력을 공급하면, 상기 충전 관리부는 전력 제어부의 전력 공급 스위치를 제어하여 전력 공급을 중단시킨다. 이후 제 1 차량과 2차량으로부터 충전 종료 메시지를 수신하고, 이에 대한 충전 종료 응답을 전송한 후, 웨이크업 신호에 인가된 12V전원을 차단함으로써 충전을 종료할 수 있다
또한, 상기 제1차량이 배터리 또는 BMS의 문제로 인해 통신 제어부를 통해 충전 종료를 요청하면 충전 관리부는 즉각 전력 제어부의 스위치를 제어하여 전력 공급을 중단하고, 통신 제어부를 통해 제 1 차량으로 충전 종료 응답 메시지를 전송할 수 도 있다. 휴대형 충전기는 이후 제 2 차량으로부터 전달되는 충전 종료 메시지에 응답할 수도 있다.
또한, 상기 제2차량이 배터리 또는 BMS의 문제로 인해 통신 제이부를 통해 충전 종료를 요청하면 충전 관리부는 즉각 전력 제어부의 스위치를 제어하여 전력 공급을 중단하고, 통신 제어부를 통해 제 2 차량으로 충전 종료 응답 메시지를 전송할 수 도 있다. 휴대형 충전기는 이후 제 1 차량으로부터 전달되는 충전 종료 메시지에 응답할 수도 있다.
상기 충전 제어부가 충전을 종료한 후 휴대형 충전장치의 디스플레이 또는 유선 또는 무선으로 통신하는 통신부를 통하여 외부의 제어 단말로 충전 완료 정보를 전송한 후, 상기 충전 완료 정보에 대한 승인 또는 승인 메시지를 수신하면 상기 충전 완료 정보에 포함된 충전량 정보에 따라 과금 정보를 계산하고 상기 제1차량 운전자에 대해 상기 과금 정보에 따른 과금 처리를 수행한다.
상기 과금부 또는 상기 과금부로부터 상기 과금 정보를 수신하는 상기 제어 단말이, 상기 제1차량 운전자의 결제 수단을 통해 전자 지불 처리할 수 있다. 상기 과금 처리는 직접적인 금전거래를 통해 이루어지거나, 유/무선 네트워크와 연동되어 충전식 스마트 카드, 또는 신용카드, 하이패스 카드, 휴대폰의 소액결재 등과 같은 다양한 전자지불 시스템을 통해 결제가 진행될 수 있다. 이때, 상기 제1차량 운전자의 주민등록 번호 정보, 계좌 정보, 신용카드정보, 또는 USIM 정보를 필요로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일면에 따른 충전 방법은, 충전 대상인 제1차량과 전력공급차량인 제2차량에 연결된 전력 전송 케이블과 웨이크업 신호선, 제어파일럿 신호선을 통신선을 포함한 충전 케이블을 휴대형 충전장치에 연결시키고, 상기 휴대형 충전장치를 이용하여, 상기 제1차량의 제어파일럿 회로와 연결되는 제어파일럿 신호선과 상기 제2차량의 제어파일럿 회로와 연결되는 제어파일럿 신호선을 통해 각 차량을 인식하고, 웨이크업 신호선을 통해 BMS에 구동 전원인 12V를 공급하면, 상기 제1차량과 제 2 차량은 연결된 통신선을 통해 BMS 상태 정보를 휴대형 충전장치로 제공한다. 이 후, 휴대형 충전장치는 제 2 차량의 BMS 상태 정보로부터 공급가능한 전력량을 산출하여 방전차량의 소유자에게 전달하고, 방전차량의 소유자는 공급가능한 전력량 이하의 전력량을 휴대형 충전기로 요구하고, 시작 요청을 수행함으로써 상기 요구 충전량만큼 상기 제2차량의 전력 전송 케이블을 통해 상기 제1차량의 배터리로 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 전력을 공급할 차량이 차량 내의 BMS 정보를 사전에 인지하고 있다면, 충전 케이블이 연결되기 전에 공급가능한 전력량을 방전차량의 소유자에게 전달할 수도 있다.
본 발명에 따른 휴대형 충전장치는, 서비스 제공을 목적으로 하는 개인 사업자 또는 서비스 센터 직원 등이 이동형 발전기를 탑재하고 전력을 생산하는 자동차 또는 여분의 전력을 공급 가능한 전기자동차와 BMS와의 통신을 통해 방전차량을 충전하는 데 이용될 수 있으며, 관리자의 복잡한 조작 없이 다양한 종류의 배터리를 탑재한 차량과 서로 연결하여 충전시킬 수 있고 내장된 회로나 휴대 단말을 이용해 충전시 제어를 편리하게 수행될 수 있으며, 과금 처리가 바로 이루어지도록 할 수 있으므로 방전차량의 소유자와 전력공급차량의 소유자가 모두 편리하게 충전 서비스를 이용할 수 있게 된다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치를 이용한 충전 서비스 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치를 이용한 충전 서비스 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치를 이용한 충전 시의 충전 종료 조건의 여러 가지를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
특히, 이하에서 언급되는 차량(방전차량, 전력공급차량 등)은 재충전 가능한 배터리에 충전된 전력을 에너지로 이용하는 플러그인 전기 자동차인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 이하에서 언급되는 차량은 배터리를 필요로 하는 가스, 휘발유, 경유 등 화석 연료를 사용하여 운행되는 일반 차량일 수도 있으며, 차량의 연료 사용량을 줄이기 위해 전기 모터를 보조 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기자동차일 수도 있다. 또한, 차량의 크기는 무관하며 승용차뿐만 아니라, 승합차, 버스, 트럭, 트레일러, 기타 특수차에 대하여도 이하에서 기술하는 기술이 유사하게 적용될 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치(110)를 이용한 충전 서비스 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 충전 서비스 시스템(100)은, 배터리가 방전되어 충전이 필요한 충전 대상인 방전차량(112)과, 배터리가 충전되어 있어서 전력을 공급할 수 있는 전력공급차량(113)과, 충전 케이블을 통해 접속시키는 휴대형 충전장치(110), 휴대형 충전장치(110)에 연결되어 방전차량(112)과 전력공급차량(113)를 각각 연결시키기 위한 충전 케이블(240/250), 및 휴대형 충전장치(110)와 유선 또는 무선으로 필요한 신호를 주고 받을 수 있는 제어단말(120)을 포함한다. 또한, BMS(Battery Management System)의 구동 전원을 공급하는 배터리(111)을 포함한다.
각 충전 케이블(240/250)은 배터리에 전력을 공급하기 위해 연결된 전력 전송 케이블과 차량의 연결여부를 인지하는 제어파일럿 신호선, 배터리(111)를 이용해 BMS의 구동전원을 전달하는 웨이크업 신호선, BMS의 상태정보를 교환하기 위한 통신선으로 구성된다.
방전차량(112)의 인렛으로 휴대형 충전장치(110)의 충전 케이블(240)이 연결될 수 있고, 전력공급차량(113)의 인렛으로 휴대형 충전장치(110)의 다른 충전 케이블(250)이 연결될 수 있다.
휴대형 충전장치(110)는 방전차량(112)과 전력공급차량(113)의 제어파일럿 회로를 통해 제어 파일럿 신호를 수신함으로써 각 차량의 접속을 인식하고, 웨이크업 신호선을 통해 BMS의 구동을 위한 12V 전원을 각 차량(112/113)의 BMS로 전달한다. 각 차량(112/113)의 BMS에 전원이 인가되면, BMS는 통신선을 통해 각 차량(112/113)의 배터리의 잔여 전력량(SOC: State of Charge, %로 전송)과 정전류 값, 정전압 값등 배터리의 상태 정보를 휴대형 충전장치(110)로 전달할 수 있다. 휴대형 충전장치(110)는 전달된 상기 잔여 전력량에 의해 방전차량(112)과 전력공급차량(113)을 결정할 수 있으며, 전력공급차량(113)으로부터 받은 배터리 상태정보에 의존하여 공급 가능한 전력량을 결정하고, 방전차량(112)의 사용자로부터 받은 요구 충전량 및 충전 시작 요청에 따라, 휴대형 충전기(110)은 전력 제어 스위치(223/225)를 제어함으로써 전력을 방전차량으로 공급할 수 있다. 그러나, 전력공급차량(113)의 BMS 정보를 사전에 인지하고 있다면, 각 충전 케이블 (111/112)이 연결되기 전에 공급 가능한 전력량을 방전차량(112)의 소유자에게 전달할 수 있다.
여기서 전력공급차량(113)은 서비스 제공을 목적으로 하는 개인 사업자 또는 서비스 센터 직원 등이 이동형 발전기를 탑재하고 전력을 생산하는 자동차 또는 여분의 전력을 공급 가능한 전기자동차일 수 있고, 휴대형 충전장치(110)는 각 차량의BMS와 통신을 통해 배터리 상태정보를 모니터링하고, 전력을 제어함으로써 방전차량(112)의 배터리가 충전되도록 할 수 있다.
여기서, 휴대형 충전장치(110)는 자체에 구비된 디스플레이 수단 위에서의 터치 입력 방식 또는 자체에 구비된 버튼의 누름 방식으로 사용자로부터 위와 같은 요구 충전량이나 충전 시작 요청을 입력받을 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제어 단말(120)은 휴대형 충전장치(110)의 연결 포트를 통해 유선으로 연결되어 이더넷(Ethernet), 시리얼 케이블(Serial Cable), CAN(Controller Area Network) 등과 같은 다양한 유선 통신 방식으로 연결되거나, 휴대형 충전장치(110)의 무선통신모듈을 통해 무선랜, 지그비, 블루투스, 또는 NFC(Near Field Communication) 방식 등 근거리 무선 통신으로 연결될 수 있다. 이에 따라 휴대형 충전장치(110)는 제어 단말(120)과의 유선 또는 무선 통신으로 제어 단말(120)을 통해 사용자가 입력한 위와 같은 요구 충전량이나 충전 시작 요청을 입력받을 수도 있다. 또한, 과금을 위해 스마트 폰(Smart phone)을 이용하여 무선인터넷(WiBro, WiFi 등) 등의 네트워크에 접속함으로써 과금을 처리할 수 있다.
여기서, 제어 단말(120)은 전용 유선 또는 무선 단말일 수 있고, 또한, 이동통신망(WCDMA, GSM 등), 무선인터넷(WiBro, WiFi 등) 등의 네트워크를 통해 통신하는 스마트폰, 셀룰러폰(Cellular phone), 피씨에스폰(PCS phone: Personal Communications Services phone), 무선 통신이 가능한 동기식/비동기식 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000), 개인용 디지털 보조기(PDA:Personal Digital Assistant), 왑폰(WAP phone: Wireless application protocol phone), 모바일 게임기(mobile play-station), 기타 PMP(Portable Multimedia Player) 등의 휴대형 또는 이동 단말일 수도 있으며, 경우에 따라서는 노트북 PC, 데스크탑 PC, 팜 PC(Palm Personal Computer) 등이나 기타 다른 전자 기기와 통신할 수 있는 가정용 또는 기업용 사회 전반의 다양한 전자 기기 또는 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 위와 같은 휴대형 충전장치(110)는 사용자 또는 서비스 센터 직원 등이 주위의 전력 제공이 가능한 차량(113)을 이용해 방전차량(112)을 충전하는 데 손쉽게 이용될 수 있으며, 차량을 서로 연결하여 간단히 충전시킬 수 있고 내장된 회로나 제어 단말(120)을 이용해 충전시의 제어가 편리하게 수행될 수 있다. 또한, 이하에서 기술하는 바와 같이, 과금 처리가 바로 이루어지도록 할 수도 있어서 방전차량(112)의 소유자와 전력공급차량(113)의 소유자가 모두 편리하게 충전 서비스를 이용할 수 있게 된다.
이하, 도 2, 도3, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치(110)에 대하여 좀 더 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치(110)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치(110)는, 충전 관리부(210), 전력 제어부(220), 통신 제어부(230), 제 1 충전 케이블(240), 및 제 2 충전 케이블(250)을 포함한다.
각 충전 케이블(240/250)은 각 차량에 연결하기 위해 사용하며, 충전 관리부(210)은 전력 제어부(220)과 통신 제어부(230)으로부터 수신되는 메시지에 기반하여 전력 제어부(220)를 제어하여 전력 공급을 시작하고 중단할 수 있다. 전력 제어부(220)로는 충전 케이블(240/250)의 전력전송 케이블이 연결되고, 통신 제어부(230)는 제어 파일럿 신호, 웨이크업 신호선, 통신선을 통해 각 차량(112/113)과 연결되어 각 차량(112/113)의 BMS와 통신을 통해 상태 정보를 교환하고, 수신된 메시지를 분석하여 충전 관리부(210)로 전달할 수 있다. 각 충전 케이블(240/250)은, 각각 연성 케이블(242/252)과 차량의 인렛과 연결하기 위한 커넥터(241/251)를 포함한다.
휴대형 충전장치(110)의 전력 제어부(220)가 양방향으로 전력 전송이 가능하고, 유연하게 전압과 전류를 조절하는 것이 가능하다면 BMS의 상태 정보 메시지를 통해 방전차량(112)과 전력공급차량(113)를 구분할 수 있기 때문에 제 1 충전 케이블(240)과 제 2 충전 케이블(250)의 역할을 구분할 필요가 없다. 본 발명에서는 편의를 위해 제 1 충전 케이블 (240)의 커넥터(241)는 방전차량(112)의 인렛으로 연결되며, 제 2 충전 케이블(250)의 커넥터(251)는 전력공급차량(113)의 인렛으로 연결된다고 가정한다.
또한, 전력 제어부(220)는 전류 측정 센서(224/226)와 전력전송 제어 스위치(223/225)를 포함한다. 전력전송 제어 스위치(223/225)는 충전 관리부(210)로부터 전달되는 제어 신호에 따라 전력 공급을 제어하는 스위치이다. 전류 측정 센서(223/225)는 각 충전 케이블에 공급되는 전류의 양을 측정하는 센서이다.
효율적인 충전을 수행하기 위한 알고리즘은 전력 제어부(220) 또는 충전 관리부(210) 내의 충전 제어부(211)에 포함되어 있을 수 있다. 예를 들어, 현재는 충전을 위해 CC(Constant Current) 모드로 전력을 공급하다가 방전차량(112)의 배터리가 80%정도의 충전이 되면 CV(Constant Current) 모드로 변경하여 완전히 충전되는 것을 시도 하는 것이 일반적이지만, 최근에는 먼저 배터리가 허용할 수 있는 높은 전류를 공급한 후 서서히 전류를 낮추는 것이 배터리에 더 유리한 것으로 알려져 있다. 그러므로, 충전 관리부(210) 또는 전력 제어부(220)는 배터리의 안정성을 확보하고, 효율적이면서 신속한 충전을 위해 다양한 패턴으로 충전을 시도할 수 있는 충전 알고리즘을 가지고 있을 수 있다.
통신 제어부(230)는 각각 제1충전 케이블 (240) 의 통신선과 웨이크업 신호선, 제어파일럿 신호선과 제2충전 케이블(250) 의 통신선과 웨이크업 신호선, 제어파일럿 신호선에 연결되어 있다. 통신 제어부(230)의 통신선은 CAN(Controller Area Network) 또는 PLC(Power Line Communication)를 이용할 수 있으며 방전차량(112)과 전력공급차량(113)의 BMS로부터 배터리 상태 정보를 얻을 수 있다. 여기서, CAN 통신을 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 다른 통신 방식이 사용될 수도 있다. 제어파일럿 신호선은 각 차량(112/113)의 인렛에 휴대형 충전장치(110)의 각 케이블(240/250)이 연결되었는지를 평가하기 위한 신호를 받는 신호선이며, 웨이크업 신호선은 각 차량(112/113)의 BMS로 구동 전원을 인가하기 위한 신호선이다. 이 신호선에 인가된 12V 전원을 통해 방전차량(112)의 배터리가 완전히 방전되더라도 구동전원을 받음으로써 동작이 가능하게 한다.
또한, 충전 관리부(210)는 충전 제어부(211), 입력부(212), 디스플레이부(213), 통신부(214), 및 과금부(215)를 더 포함한다.
충전 관리부(210)는 통신 제어부(230)에서의 방전차량(112)의 제어파일럿 신호선과 전력공급차량(113)의 제어파일럿 신호선을 통해 각 차량(112/113)의 접속을 인식할 수 있다. 각 차량의 연결이 인식되면 충전 관리부(210)는 통신 제어부(230)의 웨이크업 신호선을 통해 12V전류를 공급함으로써 각 차량의 BMS를 구동시킨다. 이후 충전 관리부(210)는 통신 제어부(230)의 통신선을 통해 방전차량(112)과 전력공급차량(113)으로부터 배터리 상태정보를 수신할 수 있다. 이에 기반하여 충전 제어부(211)는 전력공급차량(113)의 공급 가능한 전력량을 산출 할 수 있으며, 사용자로부터 입력받는 공급 가능 전력량 이하의 요구 충전량 및 충전 시작 요청에 따라 해당 요구 충전량만큼 전력공급차량(113)의 전력 전송 케이블을 통해 방전차량(112)의 전력 전송 케이블로 전력을 공급하도록 전력 제어부(220)를 제어함으로써, 방전차량(112)의 배터리가 충전되도록 할 수 있다.
여기서, 휴대형 충전장치(110)는 자체에 구비된 LCD 등의 디스플레이부(213)의 화면 위에서의 터치 입력 방식 또는 자체에 키패드를 구비하여 사용자가 누름 버튼을 입력부(212)가 인지함으로써 요구 충전량과 충전 시작 요청을 입력 받을 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제어 단말(120)은 휴대형 충전장치(110)의 통신부(214)의 연결 포트를 통해 유선으로 연결되어 시리얼 통신(Serial Communication), CAN(Controller Area Network)과 같은 유선 통신 방식으로 연결되거나, 통신부(214)의 무선통신모듈을 통해 무선랜, 지그비, 블루투스, 또는 NFC(Near Field Communication) 방식 등 근거리 무선 통신이나, 이동통신(WCDMA, GSM 등), 무선인터넷(WiBro, WiFi 등) 등의 네트워크를 이용한 통신 방식으로 연결될 수도 있으며, 이에 따라 휴대형 충전장치(110)는 제어 단말(120)과의 유선 또는 무선 통신으로 제어 단말(120)을 통해 사용자가 입력한 위와 같은 요구 충전량이나 충전 시작 요청을 입력 받을 수도 있다.
충전 관리부(210)가 충전을 종료한 후 유선 또는 무선 통신하는 통신부(214)를 통하여 외부의 제어 단말(120)로 충전 완료 정보를 전송한 후, 해당 충전 완료 정보에 대한 제어 단말(120)로부터의 승인 통보를 수신하면, 과금부(215)는 충전 완료 정보에 포함된 충전량 정보에 따라 과금 정보를 계산하고 방전차량(112)의 운전자에 대해 해당 과금 정보에 따른 과금 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 전력량(VAh) 당 미리 정해진 가격의 과금 정보가 계산될 수 있다.
이하 도 3의 흐름도를 참조하여 위와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대형 충전장치(110)를 포함한 충전 서비스 시스템(100)의 동작을 좀 더 자세히 설명한다.
먼저, 제1충전 케이블(240)을 방전차량(112)에 연결하고(S10), 제2충전 케이블(250)을 전력공급차량(113)에 연결한다(S11). 충전 케이블(240/250)은 전력 전송 케이블과, 배터리 상태정보를 교환하기 위한 통신선 및 BMS 구동을 위한 전력을 공급하는 웨이크업 신호선, 충전 케이블의 연결을 확인하는 제어파일럿 신호선을 포함한다.
이에 따라, 통신 제어부(230)는 파일럿 회로(pilot circuit)를 이용하여 방전차량(112)과 전력공급차량(113)의 충전 케이블이 휴대형 충전기(110)에 연결되었다는 것을 확인하는 제어파일럿 신호(control pilot signal)를 확인하면(S20/S21), 각 차량(112/113)의 웨이크업(WakeUp) 신호를 이용하여 BMS 구동을 위한 12V 전원을 각 차량(112/113)의 BMS에 공급한다(S30, S31). 각 차량(112/113)의 BMS가 동작하고, BMS는 배터리 상태 정보를 전송하게 된다(S40, S41). BMS가 전송하는 배터리 상태 정보(S40, S41)는 배터리 잔여 충전량(SOC)과 정전류 값, 정전압 값을 포함한다. 통신 제어부(211)는 BMS로부터 배터리 상태 정보를 포함하는 메시지를 받아 충전 제어부(211)로 전달한다. 충전 제어부(211)는 전력공급차량(113)으로부터 전달된 배터리 상태 정보 메시지로부터 공급 가능한 전력량을 결정하고(S42), 디스플레이부(270)를 통해 사용자가 인지할 수 있도록 한다. 또한, 통신부(214)를 통해 제어단말(120)로 메시지를 전송할 수 있다. 공급 가능한 전력량은 전력을 공급하는 공급자에 의해 결정될 수도 있겠지만, 기본값은 전력공급차량(113)의 BMS가 전달한 SOC값의 50%로 한다. 충전 서비스를 목적으로 하는 자가발전이 가능한 자동차의 경우 BMS의 SOC를 무한대로 설정함으로써 완전 충전도 가능하게 할 수 있으며, 충전이 완료되면 CC모드 에서 CV모드로 변경되기 때문에 휴대형 충전장치(110)는 충전의 종료를 쉽게 인지 할 수 있다.
방전차량(112) 또는 전력공급차량(113)이 전송한 BMS 상태정보 메시지에 어떠한 오류가 포함되어 있는 경우 충전 불가 메시지를 디스플레이부(213)에 표시할 수 있다. 또한, 통신부(212)를 통해 제어단말(120)로 동일한 메시지를 전달할 수 있다.
한편, 위와 같이 충전 준비가 완료되고, 요구하는 충전량이 공급가능한 충전량보다 적은 경우 사용자는 디스플레이부(213)의 화면 위에서의 터치 입력 방식이나, 입력부(212)에 구비된 키패드의 버튼 누름 방식 등으로 요구 충전량(S50)과 충전 시작 요청(S60)을 입력할 수 있으며, 이외에도 통신부(214)의 유선연결포트나 무선통신모듈을 통해 통신하는 제어 단말(120)에서 사용자에 의해 입력된 위와 같은 요구 충전량이나 충전 시작 요청을 전송하면 통신부(214)가 이를 수신하여 충전 제어부(211)로 전달할 수도 있다. 또한, 전력공급차량(113)의 공급 가능한 전력량이 적은 경우, 충전 서비스를 포기하는 것 또한 가능하다. 이러한 경우 충전 종료(S43) 순서를 수행하게 된다.
휴대형 충전장치(110)와 통신하기 위하여 제어 단말(120)에는 소정 어플리케이션이 미리 설치될 수 있으며, 해당 어플리케이션의 실행으로 휴대형 충전장치(110)와 방전차량(112) 및 전력공급차량(113) 간에 송수신되는 모든 상태 정보 메시지(S40, S41)는 충전 관리부(210)에 연결된 통신부(214)에 의해 제어 단말(120)로 전송되므로 디스플레이부(213)와 동시에 확인할 수 있다. 또한, 제어 단말(120)에서 요구 충전량(S50)이나 충전 시작 요청(S60)에 대한 정보를 입력하고 통신부(214)를 통해 충전 관리부(210)로 전송함으로써 디스플레이부(213)의 터치 패널 또는 입력부(212)에 연결된 키패드 등과 동일한 역할을 수행할 수 있다. 제어 단말(120)에 설치된 어플리케이션은 하기하는 바와 같이 과금 처리도 수행할 수 있다.
충전 시작에 대한 정보가 입력되면(S60), 충전 제어부(211)는 제 2 충전 케이블(250)에 접속된 전력공급차량(113)의 배터리로부터 제 1 충전 케이블(220)에 접속된 방전차량(112)의 배터리로 전력을 공급하기 위해 전력 제어부(220)의 전력전송 제어 스위치(223)를 제어한다(S61). 충전이 시작되면서 통신 제어부(230)는 통신선을 이용하여 방전차량(112)과 전력공급차량(113)의 BMS으로부터 현재 배터리의 상태 정보를 수신하고 (S40, S41), 충전 제어부(211)로 통보한다. 충전 제어부(211)는 계측된 전력량과 각 BMS로부터 받은 전력량을 디스플레이부(213) 또는 제어 단말(120)으로 표시함으로써 사용자에게 신뢰성을 줄 수 있다.
충전 제어부(211)는 위와 같이 사용자가 입력한 해당 요구 충전량만큼 전력공급차량(113)의 제 2 충전 케이블(250)을 통해 방전차량(112)의 제 1 충전 케이블로 전력을 공급하기 위해 전력 제어부(220)의 전류 측정 센서(224 또는 225)의 신호를 분석하여 공급되는 전압 값, 전류 값, 공급되는 누적 전력량 등을 설정된 시간 단위로 파악할 수 있다. 또한, 충전 관리부(210)는 통신 제어부(230)를 통해 연결된 통신선을 이용하여 방전차량(112)과 전력공급차량(113)의 BMS로부터 배터리 상태 정보를 얻어 전력 제어부(212)의 전류 측정 센서(224 또는 225)에 기초하여 계측한 값과 비교 함으로써 사용자에게 신뢰성을 주고, 차량 내의 문제점을 발견할 수 있다.
충전 관리부(210)는 효율적인 충전을 수행하고, 과충전과 과방전의 방지를 위해서 다양한 방법으로 전력을 공급할 수 있도록 전력 제어부(210)를 제어할 수 있다. 현재는 충전을 위해 CC(Constant Current) 모드로 전력을 공급하다가 방전차량(112)의 배터리가 80%정도의 충전이 되면 CV(Constant Current) 모드로 변경하여 완전히 충전되는 것을 시도 하는 것이 일반적이지만 최근에는 먼저 배터리가 허용할 수 있는 높은 전류를 공급한 후 서서히 전류를 낮추는 것이 배터리에 더 유리한 것으로 알려져 있다. 그러므로, 충전 관리부(210) 또는 전력 제어부(220)는 배터리의 성능을 최대화하고, 배터리가 최소로 손상될 수 있는 다양한 방법으로 충전을 시도할 수 있는 충전 알고리즘을 가지고 있을 수 있다.
사용자가 요구한 충전량에 도달되었는지에 대한 평가에 있어, 충전 제어부(211)가 사용자가 요구한 전력량을 전력 제어부(220)로 전달하면 전력 제어부(220)가 계측을 수행하고, 요구 전력량에 도달하였을 때 충전 완료 이벤트를 충전 제어부(211)로 전달할 수도 있다. 또한 다른 방법으로 전력 제어부(212)는 계측만 수행하여 충전 관리부(210)로 통보하고 충전 제어부(211)가 요구 충전량에 도달하였는지 평가할 수도 있다. 설명의 편의를 위해 전력 제어부(211)는 계측만 하고, 충전 제어부(211)가 평가를 하는 것으로 설명한다.
전력 제어부(220)가 계측 정보를 충전 관리부(210)로 전달하면, 충전 제어부(211)는 요구된 충전량에 도달하는지 점검하고, 요구된 충전량에 도달하면, 충전 제어부(211)는 전력 제어부(220)의 전력 전송 제어 스위치(223 또는 225)를 제어하고 전력 공급을 중단하도록 제어할 수 있다(S62). 이 후, 각 차량(112/113)의 BMS는 충전 종료에 대한 메시지를 통신선을 통해 통신 제어부(230)로 전달하고, 통신 제어부(230)은 이를 충전 제어부(211)으로 전달한다. 충전 제어부(211)는 통신 제어부(230)를 통해 충전 종료 메시지에 대한 응답을 각 차량으로 전송하고(S45/S46), 웨이크업 신호선을 통해 공급되는 12V BMS구동전원 공급을 중단함으로써 충전을 정지시킬 수 있다(S51/S52).
이와 같은 충전 종료 과정은 도 4의 (A)나 (B)와 같이 처리될 수도 있다.
예를 들어, 충전 중에, 도 4의 (A)와 같이, 방전차량(112)의 BMS가 배터리의 과열 또는 과충전 등과 같은 이상현상을 감지하면 충전 제어부(211)는 통신 제어부(230)를 통해 충전 종료 메시지를 수신하고, 즉시, 전력 제어부(220)의 전력전송 제어 스위치(223)를 제어하여 전력 공급을 중단시키고, 방전차량(112)과 전력공급차량(113)으로부터 충전 종료 메시지를 전송 받을 수 있고, 방전차량(112)과 전력공급차량(113)으로 해당 응답을 전송할 수 있다.
다른 예로서, 충전 중에, 도 4의 (B)와 같이, 전력공급차량(113)이 소유한 배터리 또는 발전기의 과열 또는 과방전 등과 같은 이상현상을 감지하면 충전 제어부(211)는 통신 제어부(230)를 통해 전력공급차량(113)으로부터 충전 종료 메시지를 수신하고, 즉시, 전력 제어부(220)의 전력전송 제어 스위치(225)를 제어하여 전력 공급을 중단시키고, 방전차량(112)과 전력공급차량(113)으로부터 충전 종료 메시지를 전송 받을 수 있고, 방전차량(112)과 전력공급차량(113)으로 해당 응답을 전송할 수 있다.
한편, 도 3에서, 위와 같이 충전이 종료되면, 충전 제어부(211)는 통신 제어부(230)에 포함된 웨이크업 신호로 전달되는 12V 전압 공급을 중지함으로써 BMS의 동작을 정지시킬 수 있다(S51, S52). 이때, 충전 제어부(211)는 디스플레이부(213)와 통신부(214)를 통한 제어 단말(120)로 충전 완료 정보를 전송할 수 있다(S70).
이에 따라 충전 관리부(211)는 해당 충전 완료 정보에 대하여 제어 단말(120)에 사용자가 입력하여 전송한 승인 통보를 제어 단말(120)로부터 수신할 수 있고(S71), 과금부(215)는 충전 완료 정보(S70)에 포함된 충전량 정보에 따라 과금 정보를 계산하고 방전차량(112)의 운전자에 대해 해당 과금 정보에 따른 과금 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 전력량(VAh) 당 미리 정해진 가격의 과금 정보가 계산될 수 있다.
방전차량(112)의 운전자는 해당 과금 정보에 대한 금액을 직접 현금으로 전력공급차량(113)의 운전자(서비스 센터 직원 등)에게 지불할 수도 있지만(S72), 방전차량(112)의 운전자의 결제 수단을 통해 전자 지불 처리할 수도 있다(S73).
예를 들어, 과금부(215)는 방전차량(112)의 운전자의 충전식 스마트 카드, 신용카드, USIM(Universal Subscriber Identity Module)이 장착된 휴대 단말 등의 결제 수단을 통해 전자 지불 처리가 이루어지도록 할 수 있으며, 과금부(215)가 제어 단말(120)로 해당 과금 정보를 전송하면 제어 단말(120)에서 위와 같은 결제 수단을 통하여 전자 지불 처리가 이루어지도록 할 수도 있다.
예를 들어, 과금부(215) 또는 제어 단말(120)은 전자 지불 시스템을 위한 어플리케이션을 탑재할 수 있으며, 이를 이용하여 과금부(215) 또는 제어 단말(120)은 전자 화폐 수단인 충전식 스마트 카드의 정보를 읽고 지불을 요청하고(S73) 잔액에서 차감하여 과금이 이루어지도록 할 수 있다(S74). 또는 전자지불 시스템은 이동통신망(WCDMA, GSM 등), 무선인터넷(WiBro, WiFi 등) 등의 네트워크를 통해 연동하는 시스템일 수도 있고, 이때에는 과금 정보와 함께 방전차량(112)의 운전자의 계좌 정보(계좌이체인 경우), 신용카드정보, 또는 USIM 정보 등 소정 결제 수단의 정보를 입력부(212)를 통해 직접 입력하거나 제어 단말(120)에 입력하면, 과금부(215) 또는 제어 단말(120)이 네트워크 상의 금융기관 등의 전자지불 시스템으로 지불을 요청하고, 전자지불 시스템에서는 공인인증 등을 통하여 승인함으로써 해당 과금에 대한 결제를 처리할 수도 있다. 전자지불 시스템은 승인 시 과금 정보에 포함된 전력공급차량(113)의 운전자(서비스 센터 직원 등)의 계좌나, 전력공급차량(113)의 운전자가 가맹점 회사인 경우에는, 해당 가맹점의 계좌로 해당 과금액을 이체할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
휴대형 충전장치(110)
제어단말(120)
충전 관리부(210)
충전 제어부(211)
입력부(212)
디스플레이부(213)
통신부(214)
과금부(215)
전력 제어부(220)
통신 제어부(230)

Claims (6)

  1. 충전 대상인 제1차량의 인렛에 연결하기 위한 전력전송 케이블과 통신선, 제어파일럿 신호선, 웨이크업 신호선으로 구성된 연성 케이블과 커넥터로 구성된 제1 충전 케이블;
    전력을 공급할 제2차량의 인렛에 연결하기 위한 전력전송 케이블과 통신선, 제어파일럿 신호선, 웨이크업 신호선으로 구성된 연성 케이블과 커넥터로 구성된 제2 충전 케이블;
    상기 제 1 충전 케이블의 전력전송 케이블 및 제 2 충전 케이블의 전력전송 케이블과 연결되어 상기 제2차량으로부터 상기 제1차량으로 공급되는 전력량을 계측하기 위한 전력 제어부;
    상기 제 1 충전 케이블의 통신선, 제어파일럿 신호선, 웨이크업 신호선과 상기 제 2 충전 케이블의 통신선, 제어파일럿 신호선, 웨이크업 신호선에 연결되며, CAN(Controller Area Network) 또는 PLC(Power Line Communication) 통신 방식을 지원하는 통신 제어부; 및
    상기 통신 제어부를 통한 상기 제1차량 및 상기 제2차량과의 상기 제어파일럿 신호선에 기초하여 각 차량을 인식하고, 상기 웨이크업 신호선을 통해 상기 제 1 차량과 제 2 차량의 BMS(Battery Management System)로 전원을 공급하는 것을 제어하고, 상기 통신선을 통해 구동되는 각 차량의 상기 BMS로부터 배터리 상태정보를 받아 공급 가능 전력량을 산출하고, 사용자로부터 입력받는 상기 공급 가능 전력량 이하의 요구 충전량 및 충전 시작 요청에 따라 상기 전력 제어부가 상기 요구 충전량만큼 상기 제2차량의 전력 전송 케이블을 통해 상기 제1차량의 전력 전송 케이블로 전력을 공급하도록 제어하는 충전 관리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    디스플레이 수단 위에서의 터치 입력 방식 또는 외부에 키패드를 구비하고 버튼 누름 방식으로 상기 요구 충전량 및 상기 충전 시작 요청을 입력받거나,
    유선 또는 무선 통신하는 통신부를 통하여 외부의 제어 단말과 통신하여 상기 제어 단말로부터 상기 요구 충전량 및 상기 충전 시작 요청을 입력받는 것을 특징으로 하는 휴대형 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 관리부는, 충전을 종료한 후 유선 또는 무선 통신하는 통신부를 통하여 외부의 제어 단말로 충전 완료 정보를 전송한 후, 상기 충전 완료 정보에 대한 상기 제어 단말로부터의 승인 통보를 수신하면 상기 충전 완료 정보에 포함된 충전량 정보에 따라 과금 정보를 계산하고 상기 제1차량 운전자에 대해 상기 과금 정보에 따른 과금 처리를 수행하는 과금부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 충전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 과금부 또는 상기 과금부로부터 상기 과금 정보를 수신하는 상기 제어 단말이, 상기 제1차량 운전자의 결제 수단을 통해 전자 지불 처리하는 것을 특징으로 하는 휴대형 충전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자 지불 처리는 전자 화폐 수단인 충전식 스마트 카드를 통해 이루어지거나, 네트워크로 연동하는 전자지불 시스템의 승인으로 결제가 이루어지도록 하는 상기 제1차량 운전자의 계좌 정보, 신용카드정보, 또는 USIM 정보를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대형 충전장치.
  6. 충전 대상인 제1차량에 연결된 전력 전송 케이블과 통신선, 제어파일럿 신호선, 웨이크업 신호선을 포함한 제1충전 케이블, 및 전력을 공급할 제2차량에 연결된 전력 전송 케이블과 통신선, 제어파일럿 신호선, 웨이크업 신호선을 포함한 제2충전 케이블을 휴대형 충전장치에 연결시키고,
    상기 휴대형 충전장치에서 CAN(Controller Area Network) 또는 PLC(Power Line Communication) 통신 방식에 기초하여,
    상기 제1차량 및 상기 제2차량과의 상기 제어파일럿 신호선에 기초하여 각 차량을 인식하고,
    상기 웨이크업 신호선을 통해 상기 제 1 차량과 제 2 차량의 BMS(Battery Management System)로 전원을 공급하며,
    상기 제1차량의 통신선과 상기 제2차량의 통신선을 통한 상기 제1차량 및 상기 제2차량과의 통신에 기초하여 상기 제1차량과 상기 제2차량의 상기 BMS로부터 배터리 상태정보를 수신하면,
    공급 가능 전력량을 자동으로 산출하고, 사용자로부터 입력받는 상기 공급 가능 전력량 이하의 요구 충전량 및 충전 시작 요청에 따라 상기 요구 충전량만큼 상기 제2차량의 전력 전송 케이블을 통해 상기 제1차량의 전력 전송 케이블로 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충전 방법.
KR1020110048349A 2011-05-23 2011-05-23 주위 전기 자동차를 이용해 방전된 전기 자동차에게 충전서비스를 제공하는 과금 가능 휴대형 장치 KR101245540B1 (ko)

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