KR101746177B1 - 전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법 - Google Patents

전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법이 개시된다. 본 발명은 전기 자동차 배터리 충전장치에 있어서, 시간별 전력 요금이 포함된 전력정보와 전기 자동차 배터리 정보를 송수신하는 통신모듈, 전기 자동차 배터리 충전모드에 관한 사용자 명령을 입력 받는 충전모드 설정모듈, 입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 충전전력을 상호 연결시키는 충전 스위치 및 전력 정보와 배터리 정보를 이용하여 배터리 충전량을 설정하고, 설정한 시간 범위 이내에서 단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 상기 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역과 충전 전력을 포함하는 충전 정보를 설정하고, 충전 정보를 기초로 제어 신호를 상기 충전 스위치에 입력시키는 충전제어모듈을 포함한다.

Description

전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법{Charging method and apparatus for electric vehicle}
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 지능형 전력망(이하, 스마트 그리드)상에서 전기 자동차 배터리 충전을 위한 전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 환경문제와 에너지 자원 문제가 중요시되는 가운데 이를 해결하기 위한 전기 자동차(Electric Vehicle)와 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Vehicle)가 미래의 운송수단으로 각광받고 있다.
여기서 기존 하이브리드 전기 자동차의 배터리 충전을 위한 전력은 회생제동과 엔진으로부터 발생되는 발전기 구동에 의해 공급되었지만 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차는 국가 전력망 또는 분산전원으로부터 전기 자동차 배터리 충전을 위한 전력을 공급받을 수 있다.
한편, 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차가 출퇴근용으로 사용되면 오전에 운행하고 저녁시간에 충전하는 패턴은 일정 시간대에 국가 전력망 또는 분산전원에 상당히 나쁜 영향을 주며, 전력망 전체 최대 소비량을 증가시키게 된다.
이는 전력의 최대 소비량에 맞춰진 양으로 혹시라도 더 많은 전력이 사용될 경우 10% 정도 예비율을 가지는 현재의 전력시스템상에서는 추가적인 발전설비가 필요하고 버려지는 전기가 많아 에너지 효율이 떨어진다.
이에 따라 최근 에너지 효율 및 에너지 절감을 위해 전력망을 지능화하는 스마트 그리드 시스템이 구축되고 있으며, 중앙으로부터 일방적으로 전기가 공급되던 수직적 체계에서 벗어나, 마이크로 그리드와 분산전원방식과 같은 양방향 수평적 공급체계를 마련하고 있다.
여기서 스마트 그리드 시스템의 핵심은 전력망에 지그비(ZigBee), 전력선 통신 등의 정보통신기술을 합쳐 소비자와 전력회사가 실시간으로 정보를 주고받는 것으로서 전기요금이 저렴할 때 전기를 쓰고, 자동으로 전기요금이 저렴한 시간대에 작동하게 하는 것도 가능하다.
그런데 기존 전기 자동차 충전장치는 전기요금에 관계없이 즉시 충전을 실행하고 있으며, 이는 국가 전력망 또는 분산전원에 상당히 나쁜 영향을 미치고 있으며 전기 자동차 배터리 충전에 필요한 전기를 저렴하게 사용하지 못하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 최저점 충전 전력요금이 위치한 시간 대역에 전기 자동차 배터리를 충전하는 전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 전기 자동차 배터리 충전장치는, 시간별 전력 요금이 포함된 전력정보와 상기 전기 자동차 배터리 정보를 송수신하는 통신모듈과, 상기 전기 자동차 배터리 충전모드에 관한 사용자 명령을 입력받는 충전모드 설정모듈과, 입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 충전전력을 상호 연결시키는 충전 스위치 및 상기 전력 정보와 배터리 정보를 이용하여 배터리 충전량을 설정하고, 설정한 시간 범위 이내에서 단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 상기 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역과 충전 전력을 포함하는 충전 정보를 설정하고, 상기 충전 정보를 기초로 상기 제어 신호를 상기 충전 스위치에 입력시키는 충전제어모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전제어모듈은, 미리 설정된 시간 범위 이내에서 최저 충전 전력 요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리를 충전하는 에코(Eco) 충전모드, 짧은 시간 내에 고압을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하는 급속 충전모드, 상기 전기 자동차 배터리를 100% 충전하는 만 충전모드 및 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트 충전모드 중 상기 사용자의 입력에 따라 선택된 어느 하나의 모드로 상기 배터리를 충전하도록 상기 충전 스위치를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전제어모듈은, 2개 이상의 조합으로 충전모드를 설정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전제어모듈은, 현재 시각이 충전 시간 대역에 위치하는 경우, 상기 전기 자동차 배터리 충전 상태를 확인하고, 충전이 가능한 경우, 상기 충전 스위치를 제어하여 상기 전기 자동차 배터리에 충전 전력을 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전제어모듈은, 충전중인 상태에서 주기적으로 전기 자동차 배터리의 충전 상태를 파악하고, 전기 자동차 배터리가 만 충전, 완충전, 불안정 상태 및 현재시각이 충전 종료시각인 경우, 상기 충전 스위치를 OFF 상태로 전환하여 충전종료를 수행할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 전기 자동차 배터리 충전장치는, 상기 전기 자동차 배터리에 공급되는 충전 전력을 선택하는 충전전력 설정모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전전력 설정모듈은, 충전제어모듈의 제어 신호에 따라 입력된 충전요금에 따라 충전전력 공급원을 선택하여 상기 전기 자동차 배터리로 충전전력을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 충전모드 설정모듈은, 상기 자동차 배터리에 공급되는 충전 제한 시간을 설정하기 위한 사용자 명령을 입력받을 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전전력 공급원은, 전기 자동차(Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle) 배터리에 저장된 충전 전력으로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전력정보, 전기 자동차 배터리정보 및 사용자에 의해 설정된 충전모드를 저장하기 위한 저장모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전력정보는 에너지원, 날짜 또는 시간대별 전력요금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 전기 자동차 배터리 충전방법은 미리 설정된 시간 범위 내에서 스마트 그리드 관리센터로부터 수신한 전력정보와 사용자가 설정한 충전모드, 배터리의 상태 등의 정보를 이용하여 전기 자동차 배터리에 필요한 충전량을 설정하는 단계와, 단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역을 산출하여 충전정보를 산출하는 단계와, 시간 대역을 기초로 최저점 충전전력요금이 위치한 시간 대역에 전기 자동차 배터리를 충전하도록 제어 신호를 충전 스위치에 입력시키는 충전전력을 제공하기 위한 충전 제어 단계 및 상기 충전 스위치를 이용하여 상기 입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 충전전력공급원의 전력을 상호 연결시키는 연결 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 산출 단계 이전에, 미리 설정된 시간 범위 이내에서 최저 충전 전력 요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리를 충전하는 에코(Eco) 충전모드, 짧은 시간 내에 고압을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하는 급속 충전모드, 또는 상기 만 충전모드 또는 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트(Smart) 모드 등 한가지 또는 조합으로 사용자가 선호하는 충전모드를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 현재 시각과 충전 시작 시간이 동일한지 판단하고, 동일한 경우 배터리의 상태를 확인하고, 충전이 가능한 경우에는, 필요한 경우, 충전전력을 설정하는 단계 및 상기 선택된 충전전력으로부터 상기 전기 자동차 배터리로 충전 전력을 공급하기 위해 충전스위치를 ON 모드로 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 충전중인 과정에서, 주기적으로 배터리의 상태를 확인하여, 만 충전, 완충전이거나, 배터리가 불안정 상태일 경우와, 현재 시각이 충전종료시각인 경우 상기 전기 자동차 배터리에 충전전력 공급을 위한 충전스위치를 OFF 모드로 동작하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 전기 자동차 배터리 충전 시작을 설정함과 동시에 전기 자동차 고유인증번호를 확인하는 절차를 수행하는 단계 및 상기 전기 자동차 고유인증번호를 확인하는 절차인 사용자 인증과정을 통하여 전기 자동차 배터리 충전을 시작하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 충전제어모듈의 제어 신호에 따라 입력된 충전요금에 따라 충전전력 공급원을 선택하여 상기 전기 자동차 배터리로 충전전력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 복수의 충전 전력 공급원으로부터 충전전력을 공급하거나, 가변 전류와 가변 전압을 이용한 가변 충전 전력을 공급하기 위한 충전 전력을 설정하는 충전 전력 선택단계와 미리 설정된 시간 범위 내에서 전력 정보를 이용하여 얻은 단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역과 최적의 충전 전력을 산출하여 충전정보를 설정하는 충전 전력 산출 단계와, 시간 대역을 기초로 최저점 충전전력요금이 위치한 시간 대역에 전기 자동차 배터리를 충전하도록 충전전력을 설정하고 제어 신호를 충전 스위치에 입력시키는 충전전력을 제공하기 위한 충전 제어 단계 및 상기 충전 스위치를 이용하여 상기 입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 충전전력을 상호 연결시키는 연결 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 가변 전압과 가변 전류 중 적어도 어느 하나를 선택하는 가변 충전 전력 선택 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전모드를 전기 자동차로부터 수신하여 전기 자동차 배터리에 필요한 충전량을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 전력정보를 이용하여 사용자가 설정한 시간정보 이내에서 충전 단위 시간대별로 전기 자동차 배터리 충전량에 따른 충전전력요금과 대응되는 시간순서를 산출하고, 상기 사용자가 설정한 시간정보를 기초로 최저점 충전전력요금이 위치한 시간 순서대로 전기 자동차 배터리를 충전함으로써 저렴한 비용으로 전기 자동차 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 충전전력 공급원이 제공되는 경우, 가장 저렴한 요금의 충전전력 공급원으로 전기 자동차 배터리를 충전함으로써 국가 전력망 또는 분산전원의 에너지 이용 효율성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 충전장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 충전장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 그리드 시간대별 에너지 가격을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복수의 충전전력 공급원에 대한 시간대별 설정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 충전방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 충전장치를 도시한 도면이다.
도 1에 따르면, 전기 자동차 배터리 충전장치(200)는 충전케이블(250)을 이용하여 전기 자동차 배터리로 충전 전력을 공급한다.
여기서, 상기 전기 자동차 배터리 충전장치는 온라인 유도 급전 방식을 이용하여 전기 자동차 배터리에 충전전력을 공급할 수 있으며, 전력 공급이 지상에서 무접촉 유도급전 방식을 채택함으로써 단선 및 전기 접촉 등에 의한 위험성이 없는 친환경적인 시스템을 구축할 수 있다.
또한, 전기 자동차 배터리 충전장치(200)는 통신수단을 이용하여 스마트 그리드(300)로 부터 전송된 전력정보를 수신한다.
상기 통신수단은 전력선통신 방식, 광대역 통신, 지그비, 광통신, 직렬 데이터 통신 등으로 구비될 수 있다.
그리고 상기 전기 자동차(100)는 전기 자동차 배터리 충전 전력을 구동 동력원으로 사용하는 전기 자동차 (EV; Electric Vehicle)가 그 예시이며, 내연 기관과 배터리를 동시에 구동 동력원으로 사용하는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등을 포함한다. 또한, 상기 전기 자동차(100)는 상기 전기 자동차 배터리 충전장치(200)와 동기화한다.
스마트 그리드(300)는 전기의 생산, 운반 및 소비과정에 정보통신기술을 접목하여 공급자와 소비자가 서로 상호작용하는 전력 시스템으로서 전력정보를 생성하는 스마트 그리드 관리센터(310)와 전기 자동차 배터리에 필요한 전력을 제공하는 충전전력공급원(320)을 포함한다.
상기 전력정보는 에너지원, 날짜, 시간대별 전력요금 등 전력공급자와 소비자가 서로 상호작용하도록 필요한 정보를 포함한다.
본 발명의 전기 자동차 배터리 충전장치(200)는 국가 중앙 전력망 또는 분산발전 시스템과 연계되어 전력 공급을 받을 수 있으며, 야간에 심야 유휴 전력을 이용하여 전지에 충전해서 저장하고 있다가 주간에 전력을 공급받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 충전장치를 도시한 블록도이다.
전기 자동차 배터리 충전장치(200)는 전기 자동차 배터리 충전전력을 공급하며, 통신모듈(210), 충전모드 설정모듈(220), 충전전력 설정모듈(230), 충전스위치(240), 충전케이블(250), 저장모듈(260) 및 충전제어모듈(270)을 포함한다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 상기 통신모듈(210)은 스마트 그리드 관리센터(310)로 부터 정보를 송수신하는 제1통신수단(210a)과 전기 자동차(100)로 부터 전기 자동차 정보를 송수신하는 제2통신수단(210b)을 포함한다.
여기서 상기 통신모듈(210)을 분리하였으나, 통합모듈로 구비할 수 있다.
상기 충전모드 설정모듈(220)은 사용자가 선호하는 전기 자동차 배터리 충전모드를 설정한다. 전기 자동차 배터리 충전전력에 따라 짧은 시간 안에 고압을 이용하여 충전하는 급속 충전모드와 사용자가 설정한 시간정보 이내에서 최저점 전력요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리가 충전되도록 선택하는 에코 충전모드를 포함한다.
또한, 상기 충전모드 설정모듈(220)은 상기 전기 자동차 배터리를 100%충전하는 만 충전모드 및 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트 모드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전모드 설정모듈(220)은 1개 또는 다수의 조합으로 충전모드를 설정할 수 있다.
또한, 모든 충전모드에서 사용자가 상기 자동차 배터리에 공급되는 충전 제한 시간을 설정할 수 있다.
예를 들어, 10시간 이내, 또는 내일 아침 출근 시간 전까지 등의 제한 시간을 설정 할 수 있다.
한편, 상기 충전모드는 자동차 정보로부터 제공 받을수 있다.
상기 충전전력 설정모듈(20)은 다양한 전력공급원이 있거나, 가변적 충전전력 이 공급되는 경우 충전 전력을 선택한다.
충전전력 설정모듈(230)은 충전제어모듈의 제어 신호에 따라 입력된 충전요금에 따라 충전전력 공급원을 선택하여 전기 자동차 배터리로 충전 전력을 제공할 수 있다.
복수의 충전전력 공급원이 있는 경우, 제어모듈의 신호에 따라 필요한 요금의 충전전력 공급원을 선택하여 충전전력을 제공할 수 있으며, 또한, 제어신호에 따라 가변전압과 가변전류를 이용한 가변전력을 충전전력으로 공급할 수 있도록 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 가변전압은 220V, 120V, 가변전류는 10A, 20A, 100A 등으로 구비되어, 상기 충전모드와 배터리의 상태를 고려하여 선택하여 공급하도록 구비될 수 있다.
상기 충전전력 공급원은 전력회사의 발전소, 마이크로 그리드 및 분산 전원 등을 포함하고 있으며, 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차 배터리에 저장된 충전전력을 공급원으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 충전전력 공급원은 전기 자동차(Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle) 배터리에 저장된 충전 전력을 사용하는 V2G(Vehicle-To-Grid)로 구비된다.
충전스위치(240)는 입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 충전전력을 상호 연결시키는 기능을 하며, 충전케이블(250)을 통해 전기 자동차 배터리에 충전전력을 공급한다.
저장모듈(260)은 전력정보, 전기 자동차 배터리정보 및 배터리 충전정보 등을 저장한다.
충전제어모듈(270)은 배터리의 정보와 충전모드, 전력정보를 이용하여 필요한 충전량을 설정하고, 미리 설정된 시간 범위 내에서 전력정보를 이용하여 최저 충전 전력 요금으로 상기 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역을 산출하고, 시간 대역을 기초로 최저점 충전전력요금이 위치한 시간 대역에 전기 자동차 배터리를 충전하도록 상기 제어 신호를 상기 충전 스위치에 입력시키는 기능을 수행한다.
충전제어모듈(270)은 다양한 충전전력이 제공되는 경우, 시간 대역 산출과정에서 충전전력을 설정하며 제어 과정에서 충전전력 설정 후 충전 스위치(240)를 제어한다.
구체적으로, 도 3 또는 도 4를 참조하여, 충전제어모듈(270)의 전기 자동차 배터리 충전기능을 설명한다.
먼저, 충전제어모듈(270)은 전력정보, 전기 자동차 배터리 정보, 사용자 선호 충전모드를 이용하여 자동차 배터리에 필요한 충전량을 설정한다. 그리고 다음과 같은 수식으로 단위시간당 전력의 단가를 계산한다.
Figure 112010085412623-pat00001
여기서 단위시간당 전력의 단가계산을 수행하는 Price(i,t)를 이용하여 사용자가 설정한 또는 기본적으로 설정된 제한시간 조건을 만족해야 하며, 최저 단가부터 P(i,t)를 합하면서 전체 전력이 상기 충전모드를 이용하여 설정된 충전량을 충족하는 가장 효율적인 적어도 하나의 시간대를 포함하는 충전정보를 설정한다.
예를 들어, 전기 자동차 배터리 충전량이 30kwh 가 필요하고, 사용자가 충전시간을 8시간 이내 또는 출근시간까지로 설정하는 경우 충전제어모듈(250)은 최저 충전전력요금에 대응되는 시간대인 AM0 ~ AM3를 산출하고 충전정보로 저장한다.
그리고 충전제어모듈(270)은 최저점 충전전력요금이 위치한 AM 0시 ~ AM 3시에 충전 스위치를 제어하여 전기 자동차 배터리를 충전한다.
한편, 전기 자동차 배터리 충전량이 40kwh 가 필요한 경우, AM 0시 ~ AM 3시와 AM 4시 ~ AM 5시를 산출하여 충전정보를 설정하고 전기 자동차 배터리를 충전하도록 한다.
한편, 도 4와 같이 복수의 충전전력 공급원이 제공되는 경우 충전제어모듈(270)은 사용자가 설정한 시간정보 이내에서 에너지원 A와 에너지원 B의 충전전력 단가를 계산하고, 최저점 충전 전력 요금의 충전전력 공급원을 산출하여 충전정보로 설정한다.
예를 들어, 전기 자동차 배터리 충전량이 30kwh가 필요한 경우, 충전제어모듈(270)은 충전 단위 시간대별로 가장 충전전력 요금이 저렴한 PM 10시, PM 11시대는 에너지원 B로 배터리를 충전하고 AM 1시, AM2시대는 에너지원 A를 선택하여 전기 자동차 배터리를 충전한다.
그리고 상기 에너지원 A, B는 연료전지, 풍력발전, 태양광 등 분산전원을 포함하고 있으며, 또한 심야전기를 별도의 충전지에 저장한 충전전력 공급원을 포함한다.
예를 들어, 태양광 발전이 공급되는 경우, 주간에는 태양광 전력을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하고, 야간에는 중앙 전력망을 통해 공급되는 심야전력으로 전기 자동차 배터리를 충전할 수 있다.
그리고 상기 충전전력 공급원은 가변 전력으로 공급할 수 있으며, 충전제어모듈(270)은 배터리 상태와 효율적인 측면을 고려해서 특정 전력원으로 부터 공급되는 충전전력을 가변적으로 공급하여 충전을 수행함으로써 배터리의 수명을 연장하기 위한 스마트 충전방법도 제공할 수 있으며, 이런 경우 전력원 뿐만 아니라 최적의 충전전력을 산출하여 충전정보에 저장하고, 제어신호에 따라 충전전력설정수단은 가변적 충전전력을 제공하며 활용할 수 있다.
또한, 충전제어모듈(270)은 현재시각과 충전정보에 저장된 충전 시간대를 비교하여 충전시작이 필요한 경우에는 먼저 배터리의 상태를 확인하고, 충전할 수 있는지를 판단하고, 충전이 가능할 경우, 충전스위치(240)를 작동하여 전기 자동차 배터리를 충전한다.
또한, 충전제어 모듈(270)은 미리 설정된 시간 범위 이내에서 최저 충전 전력 요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리를 충전하는 에코(Eco) 충전모드, 짧은 시간 내에 고압을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하는 급속 충전모드, 상기 전기 자동차 배터리를 100% 충전하는 만 충전모드 및 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트 충전모드 중 상기 사용자의 입력에 따라 선택된 어느 하나의 모드로 상기 배터리를 충전하도록 상기 충전 스위치를 제어(240)할 수 있다.
상기 충전제어모듈(270)은 2개 이상의 조합으로 충전모드를 설정할 수 있다.
상기 충전제어모듈(270)은 현재 시각이 충전 시간 대역에 위치하는 경우, 상기 전기 자동차 배터리 충전 상태를 확인하고, 충전이 가능한 경우, 상기 충전 스위치를 제어하여 상기 전기 자동차 배터리에 충전 전력을 공급할 수 있다.
상기 충전제어모듈(270)은, 충전중인 상태에서 주기적으로 전기 자동차 배터리의 충전 상태를 파악하고, 전기 자동차 배터리가 만 충전, 완충전, 불안정 상태 및 현재시각이 충전 종료시각인 경우, 상기 충전 스위치를 OFF 상태로 전환하여 충전종료를 수행할 수 있다.
또한, 상기 충전제어모듈(270)은 충전중인 경우에는 일정한 주기로 전기 자동차 배터리 충전 상태를 파악하고 전기 자동차 배터리가 만 충전 상태이거나, 설정된 충전량을 만족하는 충전완료 상태이거나, 배터리의 불안정 상태인 충전 스위치를 OFF 상태로 스위칭하여 충전종료를 수행한다.
상기 충전제어모듈(270)은 충전중인 상태에서, 현재 시간과 충전정보에 저장된 충전 시간대를 비교하여 충전종료시각인 경우에는 충전 스위치를 OFF 상태로 스위칭하여 충전종료를 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 사용자가 설정한 시간정보 이내에서 가장 저렴한 요금으로 배터리를 충전할 수 있다.
다음으로, 전기 자동차 배터리 충전장치(200)의 자동차 배터리 충전방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동차 배터리 충전방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 스마트 그리드 관리센터(310)로부터 전력정보를 수신하여 저장모듈(240)에 저장한다(S401).
사용자는 전기자동차의 배터리의 충전을 위하여 충전기와 연결 상태를 설정한다. 일반적으로 케이블 연결을 통한 충전 시작을 의미한다.
그리고 충전케이블에 연결된 전기 자동차 배터리에 충전을 위한 선호하는 충전모드를 설정한다(S402).
상기 S402 단계에서, 사용자가 설정한 또는 미리 설정된 시간 범위 이내에서 최저 충전 전력 요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리를 충전하는 에코(Eco) 충전모드, 짧은 시간 내에 고압을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하는 급속 충전모드를 선택할 수 있으며, 상기 전기 자동차 배터리를 100% 충전하는 만충전모드 및 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트(Smart) 충전모드를 포함하여 1개 또는 2개 이상의 조합으로 선호하는 충전모드를 설정할 수 있다.
S 402 단계에서, 상기 충전모드는 사용자가 수동으로 설정 가능하며, 자동차의 정보를 통하여 사용자가 원하는 충전모드정보를 제공받을 수 있다.
한편, 일반적으로 충전제어모듈(270)은 전기 자동차 배터리 충전 시작을 설정함과 동시에 전기 자동차의 고유인증번호를 확인하는 절차를 수행하고, 사용자 인증과정을 통하여 전기 자동차 배터리 충전을 시작한다.
상기 전력공급 계약관계는 전기 자동차의 고유인증번호를 이용하여 스마트 그리드 관리센터와 동기화하고 자동차 충전 전용 요금을 별도로 요금부과 하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
그리고 인증과정은 별도의 결재 방법을 활용하는 경우, 생략할 수 있으며, 별도의 결재 방법이란 신용카드, 모바일 등으로 설정할 수 있다.
다음으로, 전기 자동차로부터 전기 자동차 배터리 정보를 수신하고, 전기 자동차 배터리종류, 충전상태 등을 확인하고(S403), 사용자가 요구하는 충전모드와 배터리의 효율적 사용을 고려한 전기 자동차 배터리 충전량을 설정한다(S404).
그리고 미리 설정된 시간 범위 내에서 전력 정보를 이용하여 얻은 단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 상기 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역과 필요에 따라 충전전력을 산출하여 충전정보를 설정한다(S405).
충전정보가 설정된 후, 충전장치는 다음과 같이 동작한다. 현재시각과 충전시작시간이 동일한지 판단하고(S406), 동일한 경우, 전기 자동차 배터리 상태를 확인하고(S407), 충전 가능 상태를 판단하여(S408) 충전이 가능한 경우, 전기 자동차 배터리에 충전전력 공급을 위한 충전스위치를 ON 모드로 동작시킨다(S410).
필요에 따라 충전전력설정모듈을 통한 충전전력을 설정(S409)하고, 충전스위치를 ON모드로 동작시킨다(S410)
S405 단계 이후에, 충전중인 상태에서는, 주기적으로 상기 전기 자동차로부터 전기 자동차 배터리 상태를 확인한다(S414). 그리고 S414 단계의 상기 전기 자동차 배터리 상태를 파악하여 만 충전, 완충전 또는 배터리의 불안정 상태를 판단한다(S415).
상기 S415 단계의 판단결과, 만 충전, 완충전 또는 불안정 상태이면 전기 자동차 배터리에 충전전력 공급을 차단하기 위한 충전스위치를 OFF 모드로 동작시킨다(S416).
한편, S405 단계 이후에, 현재 시각이 충전 종료시각인지 판단하여(S 417) 충전 종료 시각인 경우 전기 자동차 배터리에 충전전력 공급을 차단하기 위한 충전 스위치를 OFF 모드로 동작시킨다(S418).
최종적으로 S411과정을 통하여 만 충전 상태이거나, 사용자가 요구한 수준의 충전이 완료된 충전완료 상태인 경우, 배터리의 상태가 불안정한 경우에는 배터리의 충전을 완전히 종료하며, 충전정보의 충전 시간대가 여러 시간대로 나누어져 있는 경우에는 상기 과정을 반복 수행한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전장치에 관한 것으로, 플러그인 하이브리드 자동차등을 포함하는 전기 자동차 배터리 충전 전력을 구동 동력원으로 사용하는 전기 자동차와 스마트 그리드가 구축된 전기 충전소 및 가정용 전기 충전소에 적용될 수 있다.
100 : 전기 자동차 200 : 전기 자동차 배터리 충전장치
210 : 통신모듈 220 : 충전모드 설정모듈
230 : 충전전력 설정모듈 240 : 충전 스위치
250 : 충전 케이블 260 : 저장모듈
270 : 충전제어모듈 300 : 스마트 그리드
310 : 스마트 그리드 관리센터 320 : 충전전력 공급원

Claims (20)

  1. 전기 자동차 배터리 충전장치에 있어서,
    시간별 전력 요금이 포함된 전력정보와 상기 전기 자동차 배터리 정보를 송수신하는 통신모듈;
    복수의 충전전력 공급원으로부터 선택적으로 충전전력을 공급하거나, 가변 전류와 가변 전압을 이용하여 가변 충전 전력을 공급하기 위한 충전 전력을 설정하는 충전전력 설정모듈;
    상기 전기 자동차 배터리 충전모드에 관한 사용자 명령을 입력 받는 충전모드 설정모듈;
    입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 충전전력을 상호 연결시키는 충전 스위치; 및
    상기 전력 정보와 배터리 정보를 이용하여 배터리 충전량을 설정하고, 설정한 시간 범위 이내에서 단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 상기 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역과 최적의 충전 전력을 포함하는 충전 정보를 설정하고, 상기 충전 정보를 기초로 상기 제어 신호를 상기 충전 스위치에 입력시키는 충전제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제어모듈은,
    미리 설정된 시간 범위 이내에서 최저 충전 전력 요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리를 충전하는 에코(Eco) 충전모드, 짧은 시간 내에 고압을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하는 급속 충전모드, 상기 전기 자동차 배터리를 100% 충전하는 만 충전모드 및 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트 충전모드 중 상기 사용자의 입력에 따라 선택된 어느 하나의 모드로 상기 배터리를 충전하도록 상기 충전 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충전제어모듈은, 2개 이상의 조합으로 충전모드를 설정하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제어모듈은, 현재 시각이 충전 시간 대역에 위치하는 경우, 상기 전기 자동차 배터리 충전 상태를 확인하고, 충전이 가능한 경우, 상기 충전 스위치를 제어하여 상기 전기 자동차 배터리에 충전 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 충전제어모듈은, 충전중인 상태에서 주기적으로 전기 자동차 배터리의 충전 상태를 파악하고, 전기 자동차 배터리가 만 충전, 완충전, 불안정 상태 및 현재시각이 충전 종료시각인 경우, 상기 충전 스위치를 OFF 상태로 전환하여 충전종료를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전기 자동차 배터리에 공급되는 충전 전력을 선택하는 충전전력 설정모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 충전전력 설정모듈은, 충전제어모듈의 제어 신호에 따라 입력된 충전요금에 따라 충전전력 공급원을 선택하여 상기 전기 자동차 배터리로 충전전력을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    충전모드 설정모듈은, 상기 자동차 배터리에 공급되는 충전 제한 시간을 설정하기 위한 사용자 명령을 입력 받는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전력정보, 전기 자동차 배터리정보 및 사용자에 의해 설정된 전기 자동차 배터리 충전모드 정보를 저장하기 위한 저장모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전력정보는 에너지원, 날짜 또는 시간대별 전력요금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
  12. 복수의 충전전력 공급원으로부터 충전전력을 공급하거나, 가변 전류와 가변 전압을 이용한 가변 충전 전력을 공급하기 위한 충전 전력을 설정하는 충전 전력 선택단계;
    미리 설정된 시간 범위 내에서 스마트 그리드 관리센터로부터 수신한 전력정보와 사용자가 설정한 충전모드 및 배터리의 상태 등의 정보를 이용하여 전기 자동차 배터리에 필요한 충전량을 설정하는 단계;
    단위 시간별 충전 전력 요금을 기초로 최저 충전 전력 요금으로 전기 자동차 배터리를 충전시키기 위한 적어도 하나의 시간 대역과 최적의 충전전력을 산출하여 충전정보를 산출하는 단계;
    시간 대역을 기초로 최저점 충전전력요금이 위치한 시간 대역에 전기 자동차 배터리를 충전하도록 충전전력을 설정하고 제어 신호를 충전 스위치에 입력시키는 충전전력을 제공하기 위한 충전 제어 단계; 및
    상기 충전 스위치를 이용하여 상기 입력된 제어 신호에 따라 전기 자동차 배터리와 상기 충전전력 공급원의 전력을 상호 연결시키는 연결 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 산출 단계 이전에, 미리 설정된 시간 범위 이내에서 최저 충전 전력 요금이 위치한 충전 시간대에 전기 자동차 배터리를 충전하는 에코(Eco) 충전모드, 짧은 시간 내에 고압을 이용하여 전기 자동차 배터리를 충전하는 급속 충전모드, 전기 자동차 배터리를 100% 충전하는 만 충전모드 또는 상기 전기 자동차 배터리 성능을 연장하도록 배터리 충전 용량을 제한하는 스마트(Smart) 모드 중 적어도 하나의 조합으로 사용자가 선호하는 충전모드를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    현재 시각과 충전 시작 시간이 동일한지 판단하고, 동일한 경우 배터리의 상태를 확인하고, 충전이 가능한 경우에 충전전력을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 충전전력으로부터 상기 전기 자동차 배터리로 충전전력을 공급하기 위해 충전스위치를 ON 모드로 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    충전중인 과정에서, 주기적으로 배터리의 상태를 확인하여, 만 충전, 완충전이거나, 배터리가 불안정 상태일 경우와, 현재 시각이 충전종료시각인 경우 상기 전기 자동차 배터리에 충전전력 공급을 위한 충전스위치를 OFF 모드로 동작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    전기 자동차 배터리 충전 시작을 설정함과 동시에 전기 자동차 고유인증번호를 확인하는 절차를 수행하는 단계; 및
    상기 전기 자동차 고유인증번호를 확인하는 절차인 사용자 인증과정을 통하여 전기 자동차 배터리 충전을 시작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 충전제어모듈의 제어 신호에 따라 입력된 충전요금에 따라 충전전력 공급원을 선택하여 상기 전기 자동차 배터리로 충전전력을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  18. 삭제
  19. 제 12 항에 있어서, 가변 전압과 가변 전류 중 적어도 어느 하나를 선택하는 가변 충전 전력 선택 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 충전모드를 전기 자동차로부터 수신하여 전기 자동차 배터리에 필요한 충전량을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전방법.
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