KR101505744B1 - 지능형 멀티 충전 시스템 - Google Patents

지능형 멀티 충전 시스템 Download PDF

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유광택
이진용
고홍기
강군화
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피에스텍주식회사
엘에스전선 주식회사
주식회사 스파이어테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 지능형 멀티 충전 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 부하 전력에서의 피크 전력을 연산하여 피크 전력 내부에서 전력을 분산 제어하는 것에 의하여, 경제적이고 지능적인 방식으로 다수의 전기 자동차를 충전할 수 있고, 전력을 효율적으로 관리할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 적어도 하나의 전기 자동차에 각각 연결되어 전기를 충전시키는 적어도 하나의 충전 단말; 상기 전기 자동차가 주차되는 주차장 또는 상기 주차장을 포함하는 관리 영역 내에 소요되는 부하 전력을 실시간으로 검침하는 원격 검침부와, 수요 전력 관리에 필요한 정보를 수신받거나 설정할 수 있는 수요 관리부를 포함하는 수요 관리 모듈; 및 상기 충전 단말의 충전 상태를 제어 및 표시하고, 상기 전기 자동차의 배터리 상태와 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 분석하여 그 분석 결과에 따라 상기 배터리로의 충전을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함하고, 상기 메인 컨트롤러는 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 이용하여 피크 전력량을 연산하고, 상기 연산된 피크 전력량 내에서 외부 전력 공급원으로부터 상기 충전 단말로의 전력 공급을 제어하는 지능형 멀티 충전 시스템을 개시한다.

Description

지능형 멀티 충전 시스템{INTELLIGENT MULTI-CHARGING SYSTEM}
본 발명의 일 실시예는 지능형 멀티 충전 시스템에 관한 것이다.
전기차는 전기로 동력을 전달받는 차로서, 1880년대말에 등장해서 승용차렵?갬버스 운송 등에 이용되었다. 자동차 산업의 초기에 해당하는 약 1920년대에 상대적으로 낮은 속력과 전지의 재충전 때문에 제한된 주행거리가 큰 문제가 되지 않았던 무렵에는 전기자동차가 특히 도시에서 사용하는 사치품 자동차로서, 매우 근접한 지점들을 연결하는 화물 운반차인 석유 연료 자동차와 경쟁 상태에 있었다. 다만, 시간이 흐를수록 전지의 재충전 문제로 인해 석유 연료 자동차와의 경쟁에서 점차 밀리기 시작하였다.
최근에는 세계 각국별로 환경오염에 따른 이산화탄소 배출을 감소시키기 위해 전기자동차에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한, 전지의 재충전을 위한 충전소 설치 등의 인프라를 구축함으로써 전기자동차의 활성화에 많은 노력을 기울이고 있다.
세계적으로 많은 자동차가 보급되고 운행되고 있으나, 전체 차량의 80%는 항상 주차상태로 존재하고 있다. 따라서 전기자동차에 전력이 충전되어 있는 상태라면, 매우 많은 양의 전력이 주차된 전기자동차 내부에서 활용되지 못한채로 남아있게 된다. 이러한 잉여 전력들을 전력 사용치가 높은 시간대에 활용하고, 전력 사용치가 낮은 시간대에 다시 충전을 할 수 있다면, 전력 사용의 효율성은 매우 극대화 될 수 있다.
최근 스마트 그리드(Smart Grid)가 이러한 측면에서 각광을 받고 있다. 스마트 그리드(Smart Grid)란, 지능형 전력망이라는 뜻으로 전력회사의 통합제어 센터와 발전소, 송전탑, 전주, 가전제품 등에 설치된 센서가 쌍방향으로 실시간 정보를 교환하며, 최적의 시간에 전력을 주고받음으로써 가장 효율적인 전력의 생산과 소비가 가능한 시스템을 말한다. 예를 들어, 전력요금이 비싼 낮시간의 냉방은 자제하고 요금이 상대적으로 저렴한 밤시간에 세탁기 등을 돌리도록 조절할 수 있으며, 전기자동차라면 심야시간에만 충전하게 할 수 있다. 또한 태양광 발전 등으로 생산된 전기를 거래소를 통해 거래할 수도 있다. 차세대 친환경 기술시장의 가장 크고 빠른 성장을 보일 부문으로 꼽히는 스마트 그리드 시스템을 통해 기존 발전량의 10% 이상을 절감할 수 있다. 따라서 전력 낭비를 줄이고 재생 에너지의 사용이 실용화되면 지구 온난화 완화에도 도움이 된다.
따라서 전기자동차의 주차와 충전을 동시에 진행할 수 있는 통합 운영 시스템에 제공될 수 있고, 이러한 시스템에서 전력사용량이 높은(전력 단가가 높은) 시간대에는 전기자동차에 충전된 전력을 외부로 공급하고, 전력사용량이 낮은(전력 단가가 낮은) 시간대에는 전기자동차에 전력을 충전할 수 있다면 효율적인 전력의 생산과 소비가 가능하게 된다.
하지만, 이러한 시스템이 현재까지 개발되지 못한 상태이므로, 주차된 전기자동차에 잔류하고 있는 사용되지 않는 전력량이 상당히 큰 문제점이 있다. 특히 전기차에 잔류하고 있는 전력량은 가정의 하루 전기사용량의 수십 배에 이른다. 또한, 전기차 충전은 보통 출/퇴근 시간에 오피스 밀집지역이나 주거지역에서 이루어지게 되므로, 이 지역에서 동시간대에 전력사용의 피크가 발생하여 이를 위한 발전설비를 늘려야만 하는 문제점이 발생한다.
공개특허공보 제10-2013-0047901호 '전기자동차의 배터리 충전 관리 방법, 이를 위한 충전관리장치 및 이를 위한 시스템' 등록특허공보 제10-1233717호 '스마트 커넥터를 이용한 충전 및 과금시스템'
본 발명의 일 실시예는 부하 전력에서의 피크 전력을 연산하여 피크 전력 내부에서 전력을 분산 제어하는 것에 의하여, 경제적이고 지능적인 방식으로 다수의 전기 자동차를 충전할 수 있고, 전력을 효율적으로 관리할 수 있는 지능형 멀티 충전 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지능형 멀티 충전 시스템은 적어도 하나의 전기 자동차에 각각 연결되어 전기를 충전시키는 적어도 하나의 충전 단말; 상기 전기 자동차가 주차되는 주차장 또는 상기 주차장을 포함하는 관리 영역 내에 소요되는 부하 전력을 실시간으로 검침하는 원격 검침부와, 수요 전력 관리에 필요한 정보를 수신받거나 설정할 수 있는 수요관리부를 포함하는 수요 관리 모듈; 및 상기 충전 단말의 충전 상태를 제어 및 표시하고, 상기 전기 자동차의 배터리 상태와 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 분석하여 그 분석 결과에 따라 상기 배터리로의 충전을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함하고, 상기 메인 컨트롤러는 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 이용하여 피크 전력량을 연산하고, 상기 연산된 피크 전력량 내에서 외부 전력 공급원으로부터 상기 충전 단말로의 전력 공급을 제어할 수 있다.
또한, 본 시스템은 충전용 어플리케이션을 탑재하고, 상기 충전용 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 메인 컨트롤러에 연결되어 상기 전기 자동차의 배터리 상태와 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 표시하는 사용자 단말을 더 포함할 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는 상기 연산된 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말로의 전력 공급을 시간대 별로 순차적으로 제어할 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는 상기 연산된 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말에 감소된 전력으로 병렬 공급할 수 있다.
상기 충전 단말은 상기 전기 자동차에 연결되는 단위 포트를 소정 개수로 각각 그룹화한 적어도 하나의 충전 포트와, 상기 그룹화된 충전 포트에 각각 연결되어 충전 상태를 각각 제어 및 표시하는 보조 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는, 상기 각각의 충전 단말이 감소된 전력으로 병렬로 충전 중인 경우, 상기 배터리 상태가 기준 전압 이하로의 충전 상태인 전기 자동차에는 동일한 그룹 내의 다른 전기 자동차에서 각각 일정 전력량을 이전시켜 충전시킬 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는 상기 충전 단말과의 데이터 송수신을 위한 제1 데이터 송수신부; 상기 사용자 단말과의 데이터 송수신을 위한 제2 데이터 송수신부; 상기 수요 관리 모듈과의 데이터 송수신을 위한 제3 데이터 송수신부; 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 실시간으로 감지하는 부하 전력 감지부; 상기 부하 전력 정보를 분석하여 최대 전력 수요가 발생되는 시간 대의 피크 전력량을 연산하는 피크 전력량 연산부; 상기 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말로의 전력 공급을 시간대 별로 순차적으로 수행하는 순차 공급부; 상기 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말에 감소된 전력으로 병렬 공급하는 병렬 공급부; 상기 피크 전력량이 부하 전력의 미리 설정된 기준 전력량을 초과하는 지 여부를 판단하는 부하 전력 예측부; 상기 사용자 단말의 사용자 인증을 위한 사용자 인증부; 상기 사용자 단말로부터 상기 배터리의 충전 요청 및 결재 정보를 수신하고, 충전 완료후 해당 금액을 과금하는 사용자 과금부; 각각의 충전 단말의 기기 상태를 감지하고, 상기 감지 결과를 기초로 하여 상기 전기 자동차에 연결될 충전 단말을 배정하는 단말 배정부; 상기 제1 내지 제3 데이터 송수신부에서 송수신되는 데이터를 표시하는 제1 디스플레이부; 및 각각의 구성요소의 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함할 수 있다.
상기 메인 컨트롤러는 상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기를 각각의 충전 단말에 시간, 일, 월 및 년별로 충전하는 충전량 및 충전시간을 누적하여 저장하는 충전 데이터베이스; 상기 충전 전기를 공급받는 전기 자동차 및 사용자에 대한 정보를 누적하여 저장하는 사용자 데이터 베이스; 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보, 상기 피크 전력량 정보를 누적하여 저장하는 전력량 데이터 베이스; 및 상기 충전 데이터베이스, 사용자 데이터 베이스 및 전력량 데이터 베이스에 각각 저장된 정보를 요청받는 경우, 해당 정보를 별도로 추출하여 전송하는 정보 전송부를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 컨트롤러와 상기 충전 포트 사이에는 상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기가 기준 전기 이상으로 공급되는 경우 자동으로 차단되는 스마트 차단부가 더 구비될 수 있다.
상기 보조 컨트롤러는 상기 메인 컨트롤러와의 데이터 송수신을 위한 제4 데이터 송수신부; 상기 전기 자동차의 OBD 시스템과의 데이터 송수신을 위한 제5 데이터 송수신부; 각각의 충전 포트와 전기 자동차의 연결 상태를 감지하는 포트 감지부; 상기 배터리의 제품 정보, 충전 잔여량, 필요 충전량에 대한 배터리 정보를 감지하는 배터리 상태 감지부; 상기 충전 정보에 기초하여 상기 배터리로의 충전 전류, 충전 시간, 충전 종료 시간, 요금 정보에 관한 충전 정보를 연산하는 충전 정보 연산부; 상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기가 기준 전기 이상으로 공급되는 지 여부를 감지하는 이벤트 감지부; 상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기가 상기 배터리의 필요 충전량에 도달하는 경우 상기 스마트 차단부를 강제로 차단시키는 충전 차단부; 상기 제4 및 제5 데이터 송수신부에 의하여 송수신되는 데이터를 표시하는 제2 디스플레이부; 및 상기 메인 컨트롤러의 제어에 의하여 각각의 구성요소의 동작을 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제1 제어부는 상기 포트 감지부에 의하여 감지된 충전 포트와 전기 자동차의 연결 개수가 기준 개수보다 작은 경우 상기 순차 공급부를 동작시킬 수 있다.
상기 제1 제어부는 상기 포트 감지부에 의하여 감지된 충전 포트와 전기 자동차의 연결 개수가 기준 개수보다 큰 경우 상기 병렬 공급부를 동작시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 멀티 충전 시스템은 부하 전력에서의 피크 전력을 연산하고, 연산된 피크 전력 내부에서 전력을 분산 제어하고 있기 때문에, 경제적이고 지능적인 방식으로 다수의 전기 자동차를 충전할 수 있고, 전력을 효율적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 멀티 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 지능형 멀티 충전 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 메인 컨트롤러를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 보조 컨트롤러를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 5a 및 5b는 도 3의 메인 컨트롤러의 동작을 나타내는 도면이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 멀티 충전 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 지능형 멀티 충전 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 3은 도 1의 메인 컨트롤러를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 4는 도 1의 보조 컨트롤러를 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 5a 및 5b는 도 3의 메인 컨트롤러의 동작을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 멀티 충전 시스템은 충전 단말(10), 메인 컨트롤러(20), 사용자 단말(30) 및 수요 관리 모듈(40)을 포함한다.
한편, 본 발명에서의 수요 관리 모듈(40)은 전기 자동차(1)를 위한 주차장을 구비한 건물 또는 건물이 밀집된 지역에서 부하에 제공되는 소비 전력량을 계측 및 검침하는 원격 검침(AMR; Automatic Meter Reading)부와, 수요 전력 관리에 필요한 정보를 수신받거나 설정할 수 있는 수요 관리부를 포함하는 장치로서, 메인 컨트롤러(20)와 PLC(Power Line Communication)를 통하여 연결되어 배전선에 고주파 신호를 중첩하여 데이터 신호를 송수신한다. 그러나, 본 발명에서는 수요 관리 모듈(40)과 메인 컨트롤러(20)와의 통신 방식에 대하여 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서의 OBD(On-Board Diagnostics) 시스템(2)은 차량에 적용되는 각종 기계 장치들과 전자 장치들에 연동되어 전기 자동차(1)의 결함이나 배터리 정보를 감지하는 시스템이다.
상기 충전 단말(10)은 복수 개로 구비될 수 있고, 복수 개의 전기 자동차(1)에 각각 연결되어 전기를 충전시키는 장치이다.
이러한 충전 단말(10)은 충전 포트(11) 및 보조 컨트롤러(12)를 포함한다.
상기 충전 포트(11)는 복수 개의 전기 자동차(1)의 입력 단자에 충전 케이블(charge cable)을 통하여 각각 연결되도록 단위 포트가 복수 개로 구비된다. 이러한 단위 포트는 소정 개수로 그룹화되어 충전 포트(11)를 구성한다. 상기 소정 개수는 8개일 수 있다. 즉, 상기 충전 포트(11)는 8개의 단위포트가 하나의 그룹으로 형성되어 있다. 상기 충전 포트(11)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 7KW 30포트로 구성될 수 있다.
상기 보조 컨트롤러(12)는 그룹화된 충전 포트(11)에 각각 연결되어 충전 상태를 각각 제어 및 표시하는 장치이다. 상기 보조 컨트롤러(12)는 적어도 4개 이상 구비된 8포트 충전 포트(11)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 상기 보조 컨트롤러(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 충전 포트(11)와 PWM(Pulse Width Modulation) 파형을 전송하는 대역 내 데이터 통신을 이용하여 데이터를 송수신한다.
상기와 같은 기능을 구현하기 위하여, 상기 보조 컨트롤러(12)는 제4 데이터 송수신부(121), 제5 데이터 송수신부(122), 포트 감지부(123), 배터리 상태 감지부(124), 충전 정보 연산부(125), 이벤트 감지부(126), 충전 차단부(127), 제2 디스플레이부(128) 및 제2 제어부(129)를 포함한다.
상기 제4 데이터 송수신부(121)는 메인 컨트롤러(20)와의 데이터 송수신을 위한 장치로서, RS485 통신 규약에 따른 시리얼 인터페이스를 통하여 메인 컨트롤러(20)와 접속될 수 있으나, 본 발명에서는 이를 한정하는 것은 아니고 PLC(Power Line Communication), ZigBee 등과 같은 디지털 통신 방식도 적용될 수 있다.
상기 제5 데이터 송수신부(122)는 전기 자동차(1)의 OBD 시스템(2)과의 데이터 송수신을 위한 장치로서, 통신망에 정의된 프로토콜 스택(예를 들면, USB 프로토콜, 이더넷 프로토콜)을 기반으로 OBD 시스템(2)에 구비된 프로그램에 정의된 통신 프로토콜을 이용하여 상호간 데이터를 송수신할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 와이파이(wifi) 방식, 지그비(zigbee) 방식, 블루투스(bluetooth) 방식, 3G 방식, 4G 방식, LTE 방식 및 그 등가 방식 등의 다양한 유무선 통신 인터페이스도 적용될 수도 있다.
상기 포트 감지부(123)는 각각의 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 연결 상태를 감지한다. 즉, 상기 포트 감지부(123)는 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 입력 단자와 결합 및 접속 여부를 감지한다.
상기 배터리 상태 감지부(124)는 배터리의 제품 정보, 충전 잔여량, 필요 충전량에 대한 배터리 정보를 감지한다. 상기 배터리 상태 감지부(124)는 제5 데이터 송수신부(122)를 통하여 전기 자동차(1)의 OBD 시스템(2)에 배터리의 제품 정보, 충전 잔여량, 필요 충전량에 대한 배터리 정보를 요청하고, 전기 자동차(1)의 OBD 시스템(2)으로부터 해당 배터리 정보를 수신한다.
상기 충전 정보 연산부(125)는 배터리 정보에 기초하여 배터리로의 충전 전류, 충전 시간, 충전 종료 시간, 요금 정보에 관한 충전 정보를 연산한다. 즉, 상기 충전 정보 연산부(125)는 전기 자동차(1)의 OBD 시스템(2)으로부터 수신된 배터리 정보를 기초하여, 배터리로 충전될 전류, 충전 시간, 충전 종료 시간, 충전에 소요되는 요금 정보를 미리 저장된 프로그램에 의하여 연산한다.
상기 이벤트 감지부(126)는 전기 자동차(1)로 공급되는 충전 전기가 기준 전기 이상으로 공급되는 지 여부를 감지한다. 즉, 상기 이벤트 감지부(126)는 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 입력 단자의 탈락, 배터리의 조기 만충전, 전류 누설 등과 기타 장애 상황 발생 여부를 감지한다.
상기 충전 차단부(127)는 전기 자동차(1)로 공급되는 충전 전기가 배터리의 필요 충전량에 도달하는 경우 스마트 차단부(130)를 강제로 차단시킨다. 즉, 상기 충전 차단부(127)는 전기 자동차(1)가 만 충전이 된 경우에 보조 컨트롤러(12)와 충전 포트(11) 사이에 구비된 스마트 차단부(130)를 강제로 차단시킨다.
상기 제2 디스플레이부(128)는 제4 데이터 송수신부(121) 및 제5 데이터 송수신부(122)에 의하여 송수신되는 데이터를 사용자가 볼 수 있도록 표시하는 장치이다. 이러한 제2 디스플레이부(128)는 이와 관련하여 사용자의 터치 입력이 가능하도록 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Liquid Emitting Diode), OLED(Organic LED), AMOLED(Active Matrix OLED) 방식을 사용한다.
상기 제2 제어부(129)는 메인 컨트롤러(20)로부터 전송된 제어 신호에 의하여 보조 컨트롤러(12)를 구성하는 각각의 구성요소(즉, 제4 데이터 송수신부(121), 제5 데이터 송수신부(122), 포트 감지부(123), 배터리 상태 감지부(124), 충전 정보 연산부(125), 이벤트 감지부(126), 충전 차단부(127), 제2 디스플레이부(128))의 동작을 제어하는 장치이다.
상기와 같이 구성된 충전 단말(10)은 B-type 충전으로 전기 자동차(1)와 연결되도록 소켓 아울렛을 장착한 충전 포트(11)와, IEC 61851-1 호환 제어 파일럿 인터페이스가 구비된 보조 컨트롤러(12)로 간단하게 구현될 수 있다.
한편, 상기 보조 컨트롤러(12)와 충전 포트(11) 사이에는 전기 자동차(1)로 공급되는 충전 전기가 기준 전기 이상으로 공급되는 경우 자동으로 차단되는 스마트 차단부(130)가 더 구비될 수 있다. 상기 스마트 차단부(130)는 전기 자동차(1)로 공급되는 충전 전기에 관한 정보를 계측하는 기능도 수행할 수 있다. 즉, 상기 스마트 차단부(130)는 스마트 미터(Smart Meter)가 사용될 수 있다.
상기 메인 컨트롤러(20)는 충전 단말(10)의 충전 상태를 제어 및 표시하고, 전기 자동차(1)의 배터리 상태와 수요 관리 모듈(40)의 부하 전력 정보를 분석하여 그 분석 결과에 따라 배터리로의 충전을 제어한다. 상기 메인 컨트롤러(20)는 수요 관리 모듈(40)의 부하 전력 정보를 이용하여 피크 전력량을 연산하고, 상기 연산된 피크 전력량 내에서 외부 전력 공급원으로부터 충전 단말(10)로의 전력 공급을 제어할 수 있다. 또한, 상기 메인 컨트롤러(20)는 상기 연산된 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말(10)로의 전력 공급을 시간대 별로 순차적으로 제어하거나, 상기 연산된 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말(10)에 감소된 전력으로 병렬 공급할 수 있다. 또한, 상기 메인 컨트롤러(20)는, 각각의 충전 단말(10)이 감소된 전력으로 병렬로 충전 중인 경우, 배터리 상태가 기준 전압 이하로의 충전 상태인 전기 자동차(1)에는 동일한 그룹 내의 다른 전기 자동차(1)에서 각각 일정 전력량을 이전시켜 충전시킬 수 있다.
상기와 같은 기능을 구현하기 위하여, 상기 메인 컨트롤러(20)는 제1 데이터 송수신부(211), 제2 데이터 송수신부(212), 제3 데이터 송수신부(213), 부하 전력 감지부(221), 피크 전력량 연산부(222), 순차 공급부(231), 병렬 공급부(232), 부하 전력 예측부(233), 사용자 인증부(241), 사용자 과금부(242), 단말 배정부(243), 제1 디스플레이부(250), 충전 데이터베이스(261), 사용자 데이터 베이스(262), 전력량 데이터 베이스(263), 정보 전송부(270) 및 제1 제어부(280)를 포함할 수 있다.
상기 제1 데이터 송수신부(211)는 충전 단말(10)과의 데이터 송수신을 위한 장치로서, RS485 통신 규약에 따른 시리얼 인터페이스를 통하여 충전 단말(10)의 보조 컨트롤러(12)와 접속될 수 있으나, 본 발명에서는 이를 한정하는 것은 아니고 PLC, ZigBee 등과 같은 디지털 통신 방식도 적용될 수 있다.
상기 제2 데이터 송수신부(212)는 사용자 단말(30)과의 데이터 송수신을 위한 장치로서, 와이파이(wifi) 방식, 지그비(zigbee) 방식, 블루투스(bluetooth) 방식, 3G 방식, 4G 방식, LTE 방식 및 그 등가 방식 등의 다양한 무선 통신 인터페이스를 통하여 접속될 수 있으나, 본 발명에서는 통신 종류에 대하여 한정하는 것은 아니다.
상기 제3 데이터 송수신부(213)는 수요 관리 모듈(40)과의 데이터 송수신을 위한 장치로서, 수요 관리 모듈(40)과 PLC(Power Line Communication)를 통하여 연결되어 배전선에 고주파 신호를 중첩하여 데이터 신호를 송수신한다. 그러나, 본 발명에서는 메인 컨트롤러(20)와 수요 관리 모듈(40)과의 통신 방식에 대하여 한정하는 것은 아니다.
상기 부하 전력 감지부(221)는 수요 관리 모듈(40)의 부하 전력 정보를 실시간으로 감지하는 장치이다. 즉, 상기 부하 전력 감지부(221)는 수요 관리 모듈(40)로부터 제3 데이터 송수신부(213)를 통하여 부하 전력 정보를 실시간으로 수신한다.
상기 피크 전력량 연산부(222)는 부하 전력 정보를 분석하여 최대 전력 수요가 발생되는 시간 대의 피크 전력량을 연산하는 장치이다. 즉, 상기 피크 전력량 연산부(222)는 부하 전력 감지부(221)에 의하여 수신된 실시간 부하 전력 정보를 이용하여 최대 전력 수요가 발생하는 시간 대의 피크 전력량을 연산한다.
상기 순차 공급부(231)는 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말(10)로의 전력 공급을 시간대 별로 순차적으로 수행하는 장치이다. 즉, 상기 순차 공급부(231)는 외부 전원 공급원으로부터 공급된 전력을 피크 전력량 연산부(222)에 의하여 연산된 피크 전력량 내에서 충전 단말(10)에 연결된 전기 자동차(1)의 배터리에 순차적으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 순차 공급부(231)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 3개의 충전 단말(10)에 연결된 3개의 전기 자동차(1)(EV#1, EV#2, EV#3)에 전력이 각각 A.M. 12~P.M. 2, P.M. 2~P.M. 4, P.M 4~P.M. 6의 시간대 별로 각각 2시간씩 순차 공급(Sequential Charging)된다.
상기 병렬 공급부(232)는 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말(10)에 감소된 전력으로 병렬 공급하는 장치이다. 즉, 상기 병렬 공급부(232)는 외부 전원 공급원으로부터 공급된 전력을 피크 전력량 연산부(222)에 의하여 연산된 피크 전력량 내에서 충전 단말(10)에 연결된 전기 자동차(1)의 배터리에 소정 비율만큼 감소된 전력으로 병렬식으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 병렬 공급부(232)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 3개의 충전 단말(10)에 연결된 3개의 전기 자동차(1)(EV#1, EV#2, EV#3)에 전력이 각각 A.M. 12~ P.M. 6의 시간대에 별로 감소된 전력(화살표의 폭이 좁아짐)으로 각각 6시간 또는 2시간(시간은 충전요금에 따라 구분될 수 있음) 동안 동일하게 병렬 공급(Reduced Parallel Charging)된다.
상기 부하 전력 예측부(233)는 피크 전력량이 부하 전력의 미리 설정된 기준 전력량을 초과하는 지 여부를 판단하는 장치이다. 즉, 상기 부하 전력 예측부(233)는 피크 전력량 연산부(222)에 의하여 연산된 피크 전력량을 허용 전력량값과 비교하여, 비교 결과를 제1 제어부(280)에 전송하여 보조 컨트롤러(12)(즉, 충전 차단부(127))에 제어명령을 전송하게 된다.
상기 사용자 인증부(241)는 사용자 단말(30)의 사용자 인증을 위한 장치로서, 사용자 단말(30)로부터 전기 자동차(1)의 충전에 대한 과금을 위한 사용자 단말(30) 정보와 사용자의 ID, 패스워드, 결제 정보(예를 들면, 카드, 계좌 등)를 입력받아 인증하는 역할을 수행한다. 상기 사용자 인증부(241)는 RFID 태그 및 리더기를 이용한 RFID 통신 방식 또는 번호판 자동 인식 시스템을 이용하여 자동적으로 이루어지도록 설계될 수도 있다.
상기 사용자 과금부(242)는 사용자 단말(30)로부터 배터리의 충전 요청 및 결재 정보를 수신하고, 충전 완료후 해당 금액을 과금하는 장치이다.
상기 단말 배정부(243)는 보조 컨트롤러(12)로부터 전송된 충전 단말(10)의 충전 상태를 기초로 하여 전기 자동차(1)에 연결될 충전 단말(10)을 배정하는 장치이다. 즉, 상기 단말 배정부(243)는 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 입력 단자의 연결 상태와 배터리의 충전 상태 등을 분석하여 충전 요청을 한 사용자의 전기 자동차(1)에 연결될 충전 단말(10)을 배정한다.
상기 제1 디스플레이부(250)는 제1 데이터 송수신부(211), 제2 데이터 송수신부(212) 및 제3 데이터 송수신부(213)에서 송수신되는 데이터를 사용자가 볼 수 있도록 표시하는 장치이다. 이러한 제1 디스플레이부(250)는 이와 관련하여 사용자의 터치 입력이 가능하도록 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Liquid Emitting Diode), OLED(Organic LED), AMOLED(Active Matrix OLED) 방식을 사용한다.
상기 충전 데이터 베이스(261)는 전기 자동차(1)로 공급되는 충전 전기를 각각의 충전 단말(10)에 시간, 일, 월 및 년 별로 충전하는 충전량 및 충전시간을 누적하여 저장한다. 상기 충전 데이터 베이스는 누적된 충전량 및 충전시간 정보를 엑셀 등을 이용하여 항목별로 매핑하여 저장할 수 있다.
상기 사용자 데이터 베이스(262)는 충전 전기를 공급받는 전기 자동차(1) 및 사용자에 대한 정보를 누적하여 저장한다. 상기 사용자 데이터 베이스(262)는 누적된 전기 자동차(1) 및 사용자에 대한 정보를 엑셀 등을 이용하여 종류별 또는 이름별로 매핑하여 저장할 수 있다.
상기 전력량 데이터 베이스(263)는 수요 관리 모듈(40)의 부하 전력 정보와 피크 전력량 정보를 누적하여 저장한다. 상기 전력량 데이터 베이스(263)는 누적된 부하 전력 정보와 피크 전력량 정보를 엑셀 등을 이용하여 시간대별 또는 전력량별로 매핑하여 저장할 수 있다.
상기 정보 전송부(270)는 충전 데이터베이스(261), 사용자 데이터 베이스(262) 및 전력량 데이터 베이스(263)에 각각 저장된 정보를 요청받는 경우, 해당 정보를 별도로 추출하여 전송한다. 즉, 상기 정보 전송부(270)는 충전 데이터베이스(261) 및 사용자 데이터 베이스(262)에 각각 저장된 정보를 사용자 또는 관리자로부터 요청받는 경우, 각각의 데이터 베이스에서 해당 정보를 추출하여 사용자 또는 관리자에게 전송한다.
상기 제1 제어부(280)는 각각의 구성요소(즉, 제1 데이터 송수신부(211), 제2 데이터 송수신부(212), 제3 데이터 송수신부(213), 부하 전력 감지부(221), 피크 전력량 연산부(222), 순차 공급부(231), 병렬 공급부(232), 부하 전력 예측부(233), 사용자 인증부(241), 사용자 과금부(242), 단말 배정부(243), 제1 디스플레이부(250), 충전 데이터 베이스(261), 사용자 데이터 베이스(262), 전력량 데이터 베이스(263) 및 정보 전송부(270))의 동작을 제어하는 장치이다.
또한, 상기 제1 제어부(280)는 포트 감지부(123)에 의하여 감지된 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 연결 개수가 기준 개수보다 작은 경우 순차 공급부(231)를 동작시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 제어부(280)는 포트 감지부(123)에 의하여 감지된 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 연결 개수가 기준 개수보다 큰 경우 병렬 공급부(232)를 동작시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 제어부(280)는 충전 포트(11)와 전기 자동차(1)의 연결 개수가 기준 개수인 4개 이하인 경우에는 순차 공급부(231)를 동작시키고, 4개 이상인 경우에는 병렬 공급부(232)를 동작시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 멀티 충전 시스템에 의하면, 부하 전력에서의 피크 전력을 연산하고, 연산된 피크 전력 내부에서 전력을 분산 제어하고 있기 때문에, 경제적이고 지능적인 방식으로 다수의 전기 자동차(1)를 충전할 수 있고, 전력을 효율적으로 관리할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 지능형 멀티 충전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1: 전기 자동차 2: OBD 시스템
10: 충전 단말 11: 충전 포트
12: 보조 컨트롤러 20: 메인 컨트롤러
30: 사용자 단말 40: 수요 관리 모듈
121: 제4 데이터 송수신부 122: 제5 데이터 송수신부
123: 포트 감지부 124: 배터리 상태 감지부
125: 충전 정보 연산부 126: 이벤트 감지부
127: 충전 차단부 128: 제2 디스플레이부
129: 제2 제어부 130: 스마트 차단부
211: 제1 데이터 송수신부 212: 제2 데이터 송수신부
213: 제3 데이터 송수신부 221: 부하 전력 감지부
222: 피크 전력량 연산부 231: 순차 공급부
232: 병렬 공급부 233: 부하 전력 예측부
241: 사용자 인증부 242: 사용자 과금부
243: 단말 배정부 250: 제1 디스플레이부
261: 충전 데이터 베이스 262: 사용자 데이터 베이스
263: 전력량 데이터 베이스 270: 정보 전송부
280: 제1 제어부

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 전기 자동차에 각각 연결되어 전기를 충전시키는 적어도 하나의 충전 단말;
    상기 전기 자동차가 주차되는 주차장 또는 상기 주차장을 포함하는 관리 영역 내에 소요되는 부하 전력을 실시간으로 검침하는 원격 검침부와, 수요 전력 관리에 필요한 정보를 수신받거나 설정할 수 있는 수요 관리부를 포함하는 수요 관리모듈; 및
    상기 충전 단말의 충전 상태를 제어 및 표시하고, 상기 전기 자동차의 배터리 상태와 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 분석하여 그 분석 결과에 따라 상기 배터리로의 충전을 제어하는 메인 컨트롤러를 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러는 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 이용하여 피크 전력량을 연산하며, 상기 연산된 피크 전력량 내에서 외부 전력 공급원으로부터 상기 충전 단말로의 전력 공급을 제어하고,
    상기 메인 컨트롤러는,
    상기 각각의 충전 단말이 감소된 전력으로 병렬로 충전 중인 경우, 상기 배터리 상태가 기준 전압 이하로의 충전 상태인 전기 자동차에는 동일한 그룹 내의 다른 전기 자동차에서 각각 일정 전력량을 이전시켜 충전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    충전용 어플리케이션을 탑재하고, 상기 충전용 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 메인 컨트롤러에 연결되어 상기 전기 자동차의 배터리 상태와 상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 표시하는 사용자 단말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는 상기 연산된 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말로의 전력 공급을 시간대 별로 순차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는 상기 연산된 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말에 감소된 전력으로 병렬 공급하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 충전 단말은 상기 전기 자동차에 연결되는 단위 포트를 소정 개수로 각각 그룹화한 적어도 하나의 충전 포트와, 상기 그룹화된 충전 포트에 각각 연결되어 충전 상태를 각각 제어 및 표시하는 보조 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는
    상기 충전 단말과의 데이터 송수신을 위한 제1 데이터 송수신부;
    상기 사용자 단말과의 데이터 송수신을 위한 제2 데이터 송수신부;
    상기 수요 관리 모듈과의 데이터 송수신을 위한 제3 데이터 송수신부;
    상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보를 실시간으로 감지하는 부하 전력 감지부;
    상기 부하 전력 정보를 분석하여 최대 전력 수요가 발생되는 시간 대의 피크 전력량을 연산하는 피크 전력량 연산부;
    상기 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말로의 전력 공급을 시간대 별로 순차적으로 수행하는 순차 공급부;
    상기 피크 전력량 내에서 각각의 충전 단말에 감소된 전력으로 병렬 공급하는 병렬 공급부;
    상기 피크 전력량이 부하 전력의 미리 설정된 기준 전력량을 초과하는 지 여부를 판단하는 부하 전력 예측부;
    상기 사용자 단말의 사용자 인증을 위한 사용자 인증부;
    상기 사용자 단말로부터 상기 배터리의 충전 요청 및 결재 정보를 수신하고, 충전 완료후 해당 금액을 과금하는 사용자 과금부;
    각각의 충전 단말의 기기 상태를 감지하고, 상기 감지 결과를 기초로 하여 상기 전기 자동차에 연결될 충전 단말을 배정하는 단말 배정부;
    상기 제1 내지 제3 데이터 송수신부에서 송수신되는 데이터를 표시하는 제1 디스플레이부; 및
    각각의 구성요소의 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는
    상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기를 각각의 충전 단말에 시간, 일, 월 및 년별로 충전하는 충전량 및 충전시간을 누적하여 저장하는 충전 데이터베이스;
    상기 충전 전기를 공급받는 전기 자동차 및 사용자에 대한 정보를 누적하여 저장하는 사용자 데이터 베이스;
    상기 수요 관리 모듈의 부하 전력 정보, 상기 피크 전력량 정보를 누적하여 저장하는 전력량 데이터 베이스; 및
    상기 충전 데이터베이스, 사용자 데이터 베이스 및 전력량 데이터 베이스에 각각 저장된 정보를 요청받는 경우, 해당 정보를 별도로 추출하여 전송하는 정보 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보조 컨트롤러와 상기 충전 포트 사이에는 상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기가 기준 전기 이상으로 공급되는 경우 자동으로 차단되는 스마트 차단부가 더 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보조 컨트롤러는
    상기 메인 컨트롤러와의 데이터 송수신을 위한 제4 데이터 송수신부;
    상기 전기 자동차의 OBD 시스템과의 데이터 송수신을 위한 제5 데이터 송수신부;
    각각의 충전 포트와 전기 자동차의 연결 상태를 감지하는 포트 감지부;
    상기 배터리의 제품 정보, 충전 잔여량, 필요 충전량에 대한 배터리 정보를 감지하는 배터리 상태 감지부;
    충전 정보에 기초하여 상기 배터리로의 충전 전류, 충전 시간, 충전 종료 시간, 요금 정보에 관한 충전 정보를 연산하는 충전 정보 연산부;
    상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기가 기준 전기 이상으로 공급되는 지 여부를 감지하는 이벤트 감지부;
    상기 전기 자동차로 공급되는 충전 전기가 상기 배터리의 필요 충전량에 도달하는 경우 상기 스마트 차단부를 강제로 차단시키는 충전 차단부;
    상기 제4 및 제5 데이터 송수신부에 의하여 송수신되는 데이터를 표시하는 제2 디스플레이부; 및
    상기 메인 컨트롤러의 제어에 의하여 각각의 구성요소의 동작을 제어하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 제어부는 상기 포트 감지부에 의하여 감지된 충전 포트와 전기 자동차의 연결 개수가 기준 개수보다 작은 경우 상기 순차 공급부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 제어부는 상기 포트 감지부에 의하여 감지된 충전 포트와 전기 자동차의 연결 개수가 기준 개수보다 큰 경우 상기 병렬 공급부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 지능형 멀티 충전 시스템.
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