KR101866645B1 - 전기차 충전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전기차 충전 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

복수 개의 전기차 충전기들에 대해 중앙 제어 방식으로 충전 가능 여부를 전달하는 컴퓨팅 장치가 제공된다. 상기 컴퓨팅 장치는 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 파라미터 집합을 수신하는 통신부, 상기 파라미터 집합에 포함되는 필요 충전슬롯의 개수, 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 전기차가 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스를 이용하여 여유충전슬롯의 개수를 계산하는 계산부 및 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수에 따라 충전 가능한 전기차 충전기를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.

Description

전기차 충전 제어 장치 및 방법{CONTROLLING APPARATUS AND METHOD FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLES}
전기차 충전기의 제어 장치 및 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 전기차와 연결된 전기차 충전기들에게 충전 슬롯을 할당하고 제어하는 컴퓨팅 장치 및 그 제어 방법에 연관된다.
종래의 가솔린 또는 디젤 기반의 자동차들이 갖는 환경 오염, 온실가스 배출 등의 문제로 인해 친환경 에너지를 이용하는 전기 자동차가 그 대안으로 부상하고 있다. 미래 사회에서 전기 자동차의 보급률은 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 대한민국 정부 역시 2010년 발표한 스마트그리드 국가 로드맵의 하나로서 저탄소 녹색성장 기반 조성을 위해 지능형 운송 수단을 연구 추진분야로 지정하였다.
다만, 많은 개수의 전기차의 보급은 기존 전력망이 갖는 안정성에 위협으로 작용할 수 있다. 성공적인 전기차의 보급과 복잡한 전기 네트워크의 안정성을 유지하기 위해서는 ICT(Information and Communication Technology) 기반의 에너지 관리 기술이 필요할 것으로 예상된다. 또한, 전기차의 충전 부하는 일반적인 가정집 또는 아파트 단지에서 소모되는 전력 부하량 보다 비교적으로 그 크기가 클 것으로 예상되기 때문에 효율적인 충전 관리의 필요성이 대두되고 있다.
전기차와 연결된 전기차 충전기에게 데이터 통신을 수행하여 충전 가능 여부를 제어하는 컴퓨팅 장치와 그를 이용하는 전기차 충전기의 다양한 측면들 및 실시예들이 제시된다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않은 몇 개의 측면들은 아래에서 서술된다.
일측에 따르면, 복수 개의 전기차 충전기들에 대해 중앙 제어 방식으로 충전 가능 여부를 전달하는 컴퓨팅 장치가 제공된다. 상기 컴퓨팅 장치는 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 파라미터 집합을 수신하는 통신부, 상기 파라미터 집합에 포함되는 필요 충전슬롯의 개수, 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 전기차가 상기 전기차 충전기로부터 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스를 이용하여 여유충전슬롯의 개수를 계산하는 계산부 및 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수에 따라 충전 가능한 전기차 충전기를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 결정부는 상기 파라미터 집합에 포함되는 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합과 상기 제1 인덱스를 비교하여 충전 가능한 전기차 충전기를 결정할 수 있다. 또한, 상기 결정부는 상기 제1 인덱스가 상기 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합 내에 포함되는 경우, 상기 파라미터 집합을 전송한 제1 전기차 충전기를 충전 가능한 충전기로서 결정할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 계산부는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 소정의 임계치를 비교하여, 상기 비교의 결과에 따라 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각을 적어도 두 개의 전기차 충전 집합으로 분리할 수 있다. 또한, 상기 결정부는 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수에 기초하여 상기 적어도 두 개의 전기차 충전 집합 중 제1 전기차 충전 집합에 포함되는 전기차 충전기를 상기 충전 가능한 전기차 충전기로서 결정할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수보다 제1 전기차 충전 집합 내에 포함되는 전기차 충전기들의 개수가 작은 경우, 상기 결정부는 제1 전기차 충전 집합 내에 포함되는 전기차 충전기들의 개수 이상에서 상기 충전제한 대수 이하의 범위 내에서 전기 요금을 최소로 만드는 특정 개수의 전기차 개수를 제2 전기차 충전 집합에서 선택할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 결정부는 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 복수 개의 충전 가능한 전기차 충전기들을 결정하고, 상기 통신부는 상기 복수 개의 충전 가능한 전기차 충전기들의 식별 정보를 기설정된 충전구역 내로 전송할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 복수 개의 전기차 충전기들로부터 각각의 상태벡터를 수신하고, 충전 가능 여부를 결정하도록 하는 충전 허용 인덱스를 방송(broadcasting)하여 분산 제어 방식으로 동작하는 컴퓨팅 장치가 제공된다. 상기 컴퓨팅 장치는 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 상태벡터를 수신하는 통신부, 기설정된 충전구역에 대응하는 전체 공급 전력량과 전기차 충전과 구분되는 기본 사용 전력량을 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수를 계산하는 계산부 및 상기 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 상태벡터와 상기 충전제한 대수를 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전 허용 인덱스를 결정하는 결정부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 충전 허용 인덱스는 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각이 임의적으로 선택하는 인덱스와 비교되어, 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각의 충전 허용 여부를 결정하는데 이용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 결정부는 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각의 상태벡터 내에 제1 모드에 대응하는 전기차 충전기들의 개수와 상기 충전제한 대수의 크기를 비교할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 전기차의 충전에 연관되는 파라미터 또는 상태벡터를 생성하고, 서버로 전송하여 충전 여부를 결정하는 전기차 충전기가 제공된다. 상기 전기차 충전기는 전기차가 전기차 충전기에 연결되는 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 제1 충전슬롯에서의 상기 전기차의 제1 충전 상태 정보를 확인하는 확인부, 상기 전기차에 연관되는 사용자로부터 상기 전기차가 분리될 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스 및 상기 제2 충전슬롯에 상기 전기차의 목표 충전량에 대응하는 제2 충전 상태 정보를 입력 받는 획득부 및 상기 제1 충전 상태 정보 및 상기 제2 충전 상태 정보를 이용하여 필요 충전슬롯의 개수를 계산하는 계산부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 전기차 충전기는 기설정된 충전구역 내의 복수 개의 전기차 충전기를 관리하는 서버로부터 충전 제어 신호를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 계산부는 상기 제1 인덱스, 상기 제2 인덱스, 상기 제1 충전 상태 정보, 상기 제2 충전 상태 정보 및 상기 필요 충전슬롯의 개수를 포함하는 파라미터 집합을 생성하고, 상기 통신부는 상기 서버로 상기 파라미터 집합을 전송할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 통신부는 제3 충전슬롯에서의 충전 허용 전기차 집합을 포함하는 상기 충전 제어 신호를 수신하고, 상기 확인부는 상기 수신된 충전 제어 신호로부터 전기차 충전기에 대응하는 식별정보를 확인하여 상기 제3 충전슬롯에서의 충전 진행 여부를 결정할 수 있다,
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 계산부는 제3 충전슬롯에 대응하는 제3 인덱스, 상기 제2 인덱스 및 상기 필요 충전슬롯의 개수를 비교하여 상기 전기차 충전기의 작동 모드를 계산할 수 있다. 또한, 상기 계산부는 상기 전기차 충전기의 충전 필요 여부를 나타내고, 상기 작동 모드를 나타내는 상태벡터를 생성하고, 상기 통신부는 상기 서버로 상기 상태벡터를 전송할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전기차 충전기의 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치의 작동 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 2는 다른 일실시예에 따른 전기차 충전기의 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치의 작동 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 3은 일실시예에 따라 서버와의 통신으로 전기차의 충전을 제어하는 전기차 충전기의 작동 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 4는 일실시예에 따른 시스템 관점에서의 충전 제어 방식을 설명하는 예시도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 일실시예에 따라 분산 제어 방식으로 충전슬롯을 제어하는 컴퓨팅 장치의 동작을 설명하는 예시도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서 상에서 충전슬롯은 미리 지정된 시간 단위로서 전기차가 전기차 충전기로부터 전력을 공급받는 시간을 나타낼 수 있다. 예시적으로, 하루를 24개의 충전슬롯으로 나누는 경우에, 하나의 충전슬롯은 한 시간을 나타낼 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전기차 충전기의 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치의 작동 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 전기차 충전기의 동작을 제어하는 방법(100)은 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 파라미터 집합을 수신하는 단계(110), 상기 파라미터 집합에 포함되는 필요 충전슬롯의 개수, 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 전기차가 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스를 이용하여 여유충전슬롯의 개수를 계산하는 단계(120), 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수에 따라 충전 가능한 전기차 충전기를 결정하는 단계(130) 및 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 복수 개의 충전 가능한 전기차 충전기들을 결정하여 상기 복수 개의 충전 가능한 전기차 충전기들의 식별 정보를 기설정된 충전구역 내로 전송하는 단계(140)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 설명을 위해, 한 시간(1 hour)에 포함되는 충전슬롯의 개수를 Nslot으로 정의하고, 하나의 충전슬롯이 갖는 시간 간격을 Tslot으로 정의할 수 있다. 상기 Nslot 및 상기 Tslot에 관한 정의에 따라, 상기 Nslot 및 상기 Tslot들은 아래의 수학식 1과 같은 관계를 가질 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00001
상기 수학식 1과 같, Tslot이 정의되는 경우에 Tslot은 분(minutes)을 단위로 가질 수 있다. 또한, i 번째 충전슬롯에서 미리 지정된 충전구역 내의 전기차에 전력 공급을 할 수 있는, 다시 말하여 충전 가능한 상태의 전기차 충전기의 개수가 Cslot(i)로 정의될 수 있다. Cslot(i)의 범위는 0 보다 크거나 같은 정수를 가질 수 있다.
단계(110)에서 컴퓨팅 장치는 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 파라미터 집합을 수신할 수 있다. 본 실시예에서 컴퓨팅 장치는 미리 지정된 충전구역 내에 존재하는 전기차 충전기의 동작을 제어하는 충전 제어 또는 운영 센서(COC: Charging Operation Center)의 서버를 나타낼 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 현재 시점에 대응하는 제1 충전슬롯이 나타내는 제1 인덱스 i를 계산할 수 있다. 예시적으로, t 시점에서 제1 인덱스 i가 1로 정의된다면, 상기 컴퓨팅 장치는 t + Tslot 시점에서 제1 인덱스 i를 새로운 값인 2로 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 파라미터 집합은 k 번째 전기차가 k 번째 전기차 충전기로부터 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스 ik out을 포함할 수 있다. 예시적으로, 제2 인덱스 ik out는 상기 k 번째 전기차에 연관되는 사용자로부터 상기 k 번째 전기차 충전기로 직접 입력되거나 또는 데이터 통신을 이용하여 사용자의 단말기로부터 상기 k 번째 전기차 충전기로 전송될 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 파라미터 집합은 k 번째 전기차가 k 번째 전기차 충전기에 연결된 시점의 제3 충전슬롯에 대응하는 제3 인덱스 ik in을 포함할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따르면, 파라미터 집합은 상기 제2 충전슬롯에서 상기 k 번째 전기차의 목표 충전량에 대응하는 충전 상태 정보(SOC: State Of Charge) SOCk out를 포함할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따르면, 파라미터 집합은 상기 k 번째 전기차가 k 번째 전기차 충전기에 연결된 시점의 제3 충전슬롯에 대응하는 충전 상태 정보를 포함할 수 있다. 또 다른 일실시예로서, 파라미터 집합은 상기 k 번째 전기차에 대응하는 에너지 용량 ek 및 단위 시간 당 충전 전력율(charging power rate) rk를 포함할 수 있다. 또한, 파라미터 집합은 상기 k 번째 전기차에 대응하는 필요 충전슬롯의 개수 Nk를 포함할 수 있다. 상기 필요 충전슬롯의 개수 Nk는 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00002
또한, 파라미터 집합은 상기 k 번째 전기차에 연관되는 사용자가 선택한 충전슬롯의 인덱스 집합 Ik를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, Ik는 상기 사용자가 상기 k 번째 전기차의 충전을 시작하기를 원하는 인덱스 ik start및 상기 사용자가 상기 k 번째 전기차의 충전을 종료하기를 원하는 인덱스 ik end를 포함할 수 있다.
일실시예로서, 상기 k 번째 전기차가 연결된 k 번째 전기차 충전기가 충전 서비스를 시작하는 경우에 컴퓨팅 장치는 상기 k 번째 전기차 충전기로부터 아래의 수학식 3과 같이 정의된 파라미터 집합 Ωk를 수신할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00003
단계(120)에서 컴퓨팅 장치는 상기 k 번째 전기차에 연관되는 여유충전슬롯의 개수 Mk를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 임의의 시점을 나타내는 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 i, 상기 k 번째 전기차의 필요 충전슬롯의 개수 Nk(i)및 상기 k 번째 전기차가 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스 ik out를 이용하여 여유충전슬롯의개수 Mk를 계산할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 4와 같이 여유충전슬롯의 개수 Mk를 계산할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00004
예시적으로, 상기 수학식 4에 따라 계산된 여유충전슬롯의 개수 Mk은 k 번째 전기차 충전기에 연결된 k 번째 전기차가 분리되기 까지 충전될 수 있는 여유 충전슬롯을 나타낼 수 있다. 여유충전슬롯의 개수 Mk가 높은 값을 가질수록, 현재 k 번째 전기차는 충전할 기회가 많이 남아있다고 해석될 수 있고, 여유충전슬롯의 개수 Mk가 낮은 값을 가질수록, 현재 k 번째 전기차는 충전할 기회가 적게 남아있다고 해석될 수 있다.
또한, 단계(120)에서 컴퓨팅 장치는 미리 지정된 충전구역 내에 존재하는 전기차 충전기 각각으로 수신된 파라미터 집합을 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전을 원하는 전기차 충전기의 개수 C(i)를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 5와 같이 충전을 원하는 전기차 충전기의 개수 C(i)를 계산할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00005
충전을 원하는 전기차 충전기의 개수 C(i)는 미리 지정된 충전구역 내에 존재하는 K 개의 전체 전기차 충전기 중 필요 충전슬롯이 0보다 크고, 연결된 전기차가 분리될 예정인 충전슬롯에 대응하는 인덱스 ik out와 현재 시점에 대응하는 인덱스 i의 차이가 0보다 큰 전기차 충전기들의 개수를 합한 것으로 나타낼 수 있다.
또한, 단계(120)에서 컴퓨팅 장치는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 소정의 임계치를 비교할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 상기 비교의 결과에 따라 복수 개의 전기차 충전기 각각을 적어도 두 개의 충전 집합으로 분리할 수 있다.
일실시예로서, 컴퓨팅 장치는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수를 소정의 임계치인
Figure 112016063586537-pat00006
와 비교하여 상기 복수 개의 전기차 충전기들을 두 개의 충전 집합으로 분리할 수 있다. 본 실시예에서 소정의 임계치로
Figure 112016063586537-pat00007
가 이용되는 것은 본 발명의 사상의 이해를 돕기 위한 예시적인 선택일 뿐 다른 실시예들의 범위를 제한하거나 한정하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다.
보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 상기 복수 개의 전기차 충전기들로부터 아래의 수학식 6과 같은 조건을 이용하여 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00008
를 분리할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00009
또한, 컴퓨팅 장치는 상기 복수 개의 전기차 충전기들로부터 아래의 수학식 7과 같은 조건을 이용하여 제2 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00010
를 분리할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00011
제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00012
의 원소의 개수가 U(i)로서 정의되는 경우에, 제2 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00013
의 원소의 개수 X(i)는 상기 C(i)에서 상기 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00014
의 원소의 개수 U(i)를 제거한 C(i) - U(i)로서 정의될 수 있다.
다른 일실시예로서, 컴퓨팅 장치는 분리된 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00015
및 제2 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00016
의 성분들을 오름차순(ascending order)으로 소팅(sorting)할 수 있다. 예시적으로, 소팅된 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00017
은 아래의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00018
상기 수학식 8에서,
Figure 112016063586537-pat00019
의 제1 열 성분은 오름차순으로 소팅된 여유충전슬롯의 개수를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 수학식 8에서,
Figure 112016063586537-pat00020
의 제2 열 성분은 각각의 여유충전슬롯의 개수에 대응하는 전기차 충전기의 식별 정보(ID: Identification)를 나타낼 수 있다.
또한, 소팅된 제2 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00021
은 아래의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00022
마찬가지로, 상기 수학식 9에서,
Figure 112016063586537-pat00023
의 제1 열 성분은 오름차순으로 소팅된 여유충전슬롯의 개수를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 수학식 9에서,
Figure 112016063586537-pat00024
의 제2 열 성분은 각각의 여유충전슬롯의 개수에 대응하는 전기차 충전기의 식별 정보(ID: Identification)를 나타낼 수 있다.
단계(130)에서 컴퓨팅 장치는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수 Climit(i)에 따라 충전 가능한 전기차 충전기를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 충전제한 대수 Climit(i)는 제1 인덱스 i에 대응하는 제1 충전슬롯에서 동시에 충전할 수 있는 전기차 충전기들의 충전제한 대수를 나타낼 수 있다. 일실시예로서, 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 10에 따라 상기 충전제한 대수 Climit(i)을 계산해낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00025
Lcontract는 미리 지정된 충전구역에 공급되기로 예정된 전체 전력량을 나타낼 수 있다. LBase(i)는 제1 인덱스 i에 대응하는 제1 충전슬롯에서 전기차 충전과 구분되는 기본 사용 전력량을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, LBase(i)는 제1 충전슬롯에 대응하는 시간대에 전기차 충전을 제외한 다른 용도로 사용되는 전력량의 예측값(kW)을 나타낼 수 있다. ξ는 예측값인 LBase(i)에 존재할 수 있는 오류를 보정하는 상수(kW)를 나타낼 수 있다. γ는 충전구역 내에 존재하는 동일한 충전율을 갖는 전기차 충전기들의 충전율(kW)을 나타낼 수 있다.
일실시예로서, 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00026
의 원소의 개수 U(i)가 충전제한 대수 Climit(i)보다 큰 경우, 컴퓨팅 장치는 오름차순으로 소팅된 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00027
의 성분을 제1 행부터 제Climit(i) 행까지 Climit(i)개 만큼 추출할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 추출된 Climit(i)개의 각각의 행 성분에 대응하는 전기차 충전기들을 제1 충전슬롯에서 충전 가능한 전기차 충전기로서 결정할 수 있다. 단계(140)에서 컴퓨팅 장치는 Climit(i)개의 각각의 행 성분을 이용하여 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 11과 같이 집합 S(i)를 생성할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00028
단계(140)에서 컴퓨팅 장치는 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)을 미리 설정된 충전구역 내로 전송할 수 있다. 예시적으로, k 번째 전기차 충전기의 식별 정보(IDk)가 S(i)에 포함되는 경우, k 번째 전기차 충전기의 필요 충전슬롯 Nk(i)는 아래의 수학식 12와 같은 관계로 정리될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00029
다른 일실시예로서, k 번째 전기차 충전기의 식별 정보(IDk)가 S(i)에 포함되지 않는 경우, k 번째 전기차 충전기의 필요 충전슬롯 Nk(i)는 아래의 수학식 13과 같은 관계로 정리될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00030
다른 일실시예로서, 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00031
의 원소의 개수 U(i)가 충전제한 대수 Climit(i)보다 작거나 같은 경우, 우선적으로 컴퓨팅 장치는 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00032
내에 포함되는 전체의 전기차 충전기들을 충전 가능한 전기차 충전기로서 결정할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 Climit(i)와 C(i)의 최소값에서 U(i)를 제거한 min(Climit(i), C(i)) - U(i)개수 만큼을 제2 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00033
에서 추출할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 오름차순으로 소팅된 제2 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00034
의 성분을 제1 행부터 제 min(Climit(i), C(i)) - U(i)행까지 min(Climit(i), C(i)) - U(i)개 만큼 추출할 수 있다. 단계(140)에서 컴퓨팅 장치는 min(Climit(i), C(i))개의 각각의 행 성분을 이용하여 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 14와 같은 S(i)를 생성할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00035
다른 일실시예로서, 컴퓨팅 장치가 관리하는 지정된 충전구역 내에 서로 다른 충전속도를 갖는 전기차 충전기 그룹이 존재하는 경우를 가정하자. 컴퓨팅 장치는 각각의 전기차 충전기 그룹에 대응하는 충전속도 rn에 따라 각각의 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 Sn(i)를 생성할 수 있다.
마찬가지로, 단계(140)에서 컴퓨팅 장치는 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)을 미리 설정된 충전구역 내로 전송할 수 있다. 앞서 기재한 수학식 12 및 수학식 13을 이용한 필요 충전슬롯의 관계는 본 실시예에서도 그대로 적용 가능할 것이다.
본 실시예에 따를 때, 충전구역 내에 존재하는 전기차 충전기들은 자신의 식별 정보가 S(i)에 포함되어 있는지 확인하고, 상기 확인의 결과에 따라 충전 여부를 결정할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예에서 컴퓨팅 장치는 각각의 전기차 충전기들의 충전 여부를 결정하여 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)를 전송하고, 중앙 제어 방식의 전기차 충전 제어로서 이용될 수 있다.
또 다른 일실시예로서, 제1 충전 집합
Figure 112016063586537-pat00036
의 원소의 개수 U(i)가 충전제한 대수 Climit(i)보다 작거나 같은 경우에 컴퓨팅 장치는 코스트 함수를 이용하여 충전 슬롯당 충전 가능한 전기차 충전기들의 개수 y를 [U(i), min(Climit(i),C(i))]범위안에서 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 인덱스 i+j에 대응하는 충전슬롯의 예측 충전 부하를 아래의 수학식 15와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00037
또한, 제1 지시 함수(indicator function)
Figure 112016063586537-pat00038
는 아래의 수학식 16과 같이 정의될 수 있다. 상기 제1 지시 함수
Figure 112016063586537-pat00039
는 k 번째 전기차 충전기가 충전 서비스를 제공하는 경우에는 1을 출력하고, 충전 서비스를 제공하고 있지 않은 경우에는 0을 출력하도록 정의될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00040
또한, 제2 지시 함수
Figure 112016063586537-pat00041
는 아래의 수학식 17과 같이 정의될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 지시 함수는 충전슬롯 시간 인덱스 i+j에 대응하는 충전슬롯에서 상기 k 번째 전기차 충전기가 충전슬롯을 필요로 하는지 여부를 나타낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00042
또한, 제3 지시 함수
Figure 112016063586537-pat00043
는 아래의 수학식 18과 같이 정의 될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 지시 함수는 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)에 k 번째 전기차 충전기의 식별 정보가 포함되는지 여부를 나타낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00044
$(i)는 제1 인덱스 i에 대응하는 제1 충전슬롯의 단위 충전슬롯 당 전기차 한대가 지불할 전기 비용을 나타내는 함수로 정의될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 Cost(y)를 아래의 수학식 19와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00045
또한, 컴퓨팅 장치는 Cost(y)를 최소로 하는 충전슬롯 당 충전가능한 전기차 충전기들의 개수 y 값을 계산할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 계산된 y 개 만큼의 전기차 충전기들을 충전 가능한 전기차 충전기들의 집합 S(i)의 원소로 결정할 수 있다.
도 2는 다른 일실시예에 따른 전기차 충전기의 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치의 작동 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 전기차 충전기의 동작을 제어하는 방법(200)은 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 상태벡터를 수신하는 단계(210), 기설정된 충전구역에 대응하는 전체 공급 전력량과 전기차 충전과 구분되는 기본 사용 전력량을 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수를 계산하는 단계(220), 상기 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 상태벡터와 상기 충전제한 대수를 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전 허용 인덱스를 결정하는 단계(230) 및 상기 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기로 결정된 충전 허용 인덱스를 전송하는 단계(240)를 포함할 수 있다.
단계(210)에서 컴퓨팅 장치는 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 상태벡터를 수신할 수 있다. 예시적으로, k 번째 전기차 충전기로부터 전송되는 상태벡터 Ek는 아래의 수학식 20과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00046
보다 구체적으로, k 번째 전기차 충전기가 전기차를 충전할 필요가 있는 경우에 제1 열 성분 ck는 1로 정의될 수 있다. 반면, k 번째 전기차 충전기가 충전 서비스를 제공할 필요가 없는 경우에 제1 열 성분 ck는 0으로 정의될 수 있다. 또한, k 번째 전기차 충전기가 조정 참여불가 모드(uncoordinated mode)인 경우에 제2 열 성분 uk는 1로 정의될 수 있다. 본 명세서 상에서 조정 참여불가 모드는 전기차가 원하는 충전 상태를 달성하기 위한 여유 충전슬롯의 개수가 부족한 상태로서, 남은 충전슬롯 동안 계속 충전을 해야 하는 전기차 충전기의 상태를 나타낼 수 있다. 반면, k 번째 전기차 충전기가 조정 참여가능 모드(coordinated mode)인 경우에 제2 열 성분 uk는 0으로 정의될 수 있다. k 번째 전기차 충전기가 자신의 상태에 따라 상태벡터를 결정하는 과정에 관한 자세한 설명은 이하에서 추가될 도면에서 보다 상세히 설명될 것이다.
미리 지정된 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기 각각은 자신의 상태에 대응하는 상태벡터를 생성하고, 충전 제어 센터로 전송할 수 있다. 단계(210)에서 충전 제어 센터는 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기들로부터 복수 개의 상태벡터를 수신하고, 수신된 상태벡터들을 이용하여 상태행렬 E(i)를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상태행렬 E(i)는 아래의 수학식 21과 같이 생성될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00047
단계(220)에서 컴퓨팅 장치는 기설정된 충전구역에 대응하는 전체 공급 전력량과 전기차 충전과 구분되는 기본 사용 전력량을 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 충전슬롯은 제1 인덱스 i에 대응하는 충전슬롯을 나타낼 수 있다. 컴퓨팅 장치는 상기 수학식 10과 같이 충전제한 대수 Climit(i)를 계산할 수 있고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
단계(230)에서 컴퓨팅 장치는 상기 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 상태벡터와 상기 충전제한 대수를 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전 허용 인덱스 p(i)를 결정할 수 있다. 본 실시예에서 컴퓨팅 장치는 충전 서비스를 필요로 하는 전기차 충전기들의 개수 C(i)를 아래의 수학식 22과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00048
또한, 컴퓨팅 장치는 조정 참여불가 모드로서 동작하는 전기차 충전기들의 개수 U(i)를 아래의 수학식 23와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00049
상기 수학식 22 및 상기 수학식 23에서 K는 컴퓨팅 장치가 COC(Charging Operation Center)로서 동작하는 충전구역 내에 존재하는 전체 전기차 충전기들의 개수를 나타낼 수 있다.
일실시예로서, 조정 참여불가 모드로서 동작하는 전기차 충전기들의 개수 U(i)가 충전제한 대수 Climit(i) 보다 작거나 같은 경우에 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 24과 같이 충전 허용 인덱스 p(i)를 결정할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00050
다른 일실시예로서, 조정 참여불가 모드로서 동작하는 전기차 충전기들의 개수 U(i)가 충전제한 대수 Climit(i) 보다 큰 경우에 컴퓨팅 장치는 아래의 수학식 25와 같이 충전 허용 인덱스 p(i)를 결정할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00051
단계(240)에서 컴퓨팅 장치는 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기로 결정된 충전 허용 인덱스 p(i)를 전송할 수 있다. 각각의 전기차 충전기들이 충전 허용 인덱스 p(i)를 수신하고, 이를 이용하여 충전 여부를 결정하는 과정에 관한 보다 자세한 설명은 아래에 추가될 도면에서 함께 설명될 것이다.
다른 일실시예로서, 컴퓨팅 장치가 관리하는 지정된 충전구역 내에 서로 다른 충전속도를 갖는 전기차 충전기 그룹이 존재하는 경우를 가정하자. 컴퓨팅 장치는 각각의 전기차 충전기 그룹에 대응하는 충전속도 rn에 따라 각각의 전기차 충전기 그룹 별로 상이한 충전허용지수 pn(i)를 생성할 수 있다.
도 2에서 도시되지는 않았지만, 컴퓨팅 장치는 완전하게 분산된 충전 제어 방식(Fully-Distributed Charging Control Methods)에 따라 전기차 충전기들의 충전 여부를 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치를 이용하는 서버는 시간 별, 일 별, 월 별, 계절 별 등과 같이 기설정된 기간 내의 전기차의 출발, 도착 패턴과 출발 시의 충전 상태 정보 등을 내부의 메모리에 저장할 수 있다. 저장된 정보를 이용하여 컴퓨팅 장치는 전체 충전슬롯에 상응하는 충전 허용 인덱스 집합 P = {p(1), p(2), … , p(i)}을 미리 결정할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 미리 결정된 충전 허용 인덱스 집합 P를 각각의 전기차 충전기에 미리 전송할 수 있다. 각각의 전기차 충전기는 전달된 충전 허용 인덱스 집합 P를 독립적으로 이용하여 각각의 충전슬롯에 충전 진행 여부를 결정할 수 있다.
다른 일실시예로서, 각각의 전기차 충전기들이 전기차에 연관되는 사용자로부터 입력 받은 필요 충전슬롯의 개수 만큼 Ik in에서 Ik out까지 구간 내에서 충전 가능한 슬롯을 임의적으로 선택하여 충전하는 실시예 또한 구현 가능할 것이다.
또 다른 일실시예로서, 컴퓨팅 장치는 아래의 방법과 같이 충전 허용 인덱스 p(i)를 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 k 번째 전기차 충전기에 대해 제1 인덱스 i에 대응하는 제1 충전슬롯에서 남아있는 충전슬롯의 개수 Rk(i)를 아래의 수학식 26와 같이 예측할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00052
컴퓨팅 장치는 제1 충전슬롯으로부터 j 번째 충전슬롯 이후의 예측된 부하의 크기를 아래의 수학식 27과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00053
본 실시예에서, 제1 지시 함수는 아래의 수학식 28과 같이 정의될 수 있다. 제1 지시 함수는 k 번째 전기차 충전기가 제i+j 충전슬롯에서 충전이 필요한 경우는 1을 출력하고, 그렇지 않은 경우는 0을 출력할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00054
x는 아래의 수학식 29과 같이 정의되는 베르누이(Bernoulli) 임의 변수를 나타낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00055
또 다른 일실시예로서, 조정 참여불가 모드로서 동작하는 전기차 충전기들의 개수 U(i)가 충전제한 대수 Climit(i) 보다 작거나 같은 경우에 컴퓨팅 장치는 충전슬롯 당 충전 가능한 전기차 충전기들의 개수 y를 [U(i), min(Climit(i),C(i))]범위에 대한 코스트 함수 Cost(y)를 아래의 수학식 30와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00056
컴퓨팅 장치는 Cost(y)의 초기값을 0으로 설정하고, n이 0에서 N까지 증가하는 동안 상기 수학식 30과 같이 Cost(y)를 새롭게 정의해 나갈 수 있다. $(i)는 제1 인덱스 i에 대응하는 제1 충전슬롯의 단위 시간 당 전기 요금의 비율을 나타내는 함수이다. 컴퓨팅 장치는 Cost(y)/N을 최소로 하는 y를 계산해낼 수 있다. 컴퓨팅 장치는 계산된 y*를 이용하여 충전 허용 인덱스 p(i)를 아래의 수학식 31과 같이 새롭게 정의할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00057
도 3은 일실시예에 따라 서버와의 통신으로 전기차의 충전을 제어하는 전기차 충전기의 작동 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 전기차의 충전을 제어하는 전기차 충전기의 제어 방법(300)이 도시된다. 전기차 충전기의 제어 방법(300)은 전기차가 전기차 충전기에 연결되는 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 제1 충전슬롯에서의 상기 전기차의 제1 충전 상태 정보를 확인하는 단계(310), 상기 전기차에 연관되는 사용자로부터 상기 전기차가 분리될 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스 및 상기 제2 충전슬롯의 상기 전기차의 목표 충전량에 대응하는 제2 충전 상태 정보를 획득하는 단계(320) 및 상기 제1 충전 상태 정보 및 상기 제2 충전 상태 정보를 이용하여 필요 충전슬롯의 개수를 계산하는 단계(330)를 포함할 수 있다.
단계(310)에서 k 번째 전기차 충전기는 전기차가 상기 k 번째 전기차 충전기에 연결되는 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 ik in을 확인할 수 있다. 또한, k 번째 전기차 충전기는 상기 제1 충전슬롯에서의 상기 전기차의 제1 충전 상태 정보 SOCk in을 확인할 수 있다.
단계(320)에서 k 번째 전기차 충전기는 전기차에 연관되는 사용자로부터 적어도 하나의 충전 정보를 획득할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전기차 충전기는 디스플레이를 포함하고, 상기 디스플레이를 통한 사용자의 접촉(contact)으로부터 상기 충전 정보를 획득할 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 전기차 충전기는 키보드(keyboard) 등과 같은 입력 장치를 포함하고, 상기 입력 장치를 통하여 상기 사용자로부터 상기 충전 정보를 획득할 수 있다. 또 다른 일실시예에 따르면, 전기차 충전기는 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 통신 인터페이스를 통하여 상기 사용자에 연관되는 단말기로부터 상기 충전 정보를 수신할 수 있다. 상기 통신 인터페이스는 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 인터넷 인터페이스와 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등의 근거리 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 예시적으로, 전기차 충전기는 상기 충전 정보로서 상기 전기차가 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스 ik out 및 상기 제2 충전슬롯의 상기 전기차의 목표 충전량에 대응하는 제2 충전 상태 정보 SOCk out를 획득할 수 있다. 또한, 전기차 충전기는 상기 충전 정보로서 사용자로부터 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합 Ik를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로, 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합 Ik은 사용자가 전기차의 충전을 희망하는 충전슬롯 구간의 시작 정보와 종료 정보를 포함할 수 있다.
단계(330)에서 k 번째 전기차 충전기는 제1 충전 상태 정보 SOCk in 및 제2 충전 상태 정보 SOCk out를 이용하여 필요 충전슬롯의 개수 Nk(i)를 계산할 수 있다. 상기 필요 충전슬롯의 개수 Nk(i)를 계산하는 과정에 관한 자세한 설명은 상기 수학식 2에 관한 설명이 그대로 적용될 수 있기 때문에 생략하기로 한다.
본 실시예에서 k 번째 전기차 충전기는 충전 상태를 제어하는 서버로부터 분산 제어를 받기 위한 상태벡터 Ek를 생성할 수 있다. 일실시예로서, k 번째 전기차 충전기에 전기차가 충전이 필요한 경우에 상태벡터 Ek의 제1 열 성분인 충전 상태 ck는 1을 나타낼 수 있다. 다른 일실시예로서, k 번째 전기차 충전기에 전기차가 충전이 필요하지 않거나 연결되지 않은 경우에 상태벡터 Ek의 제1 열 성분인 충전 상태 ck는 0을 나타낼 수 있다.
예시적으로, k 번째 전기차 충전기에 전기차가 충전이 필요한 상태를 가정하자. k 번째 전기차 충전기는 충전 제어 센터로 상기 k 번째 전기차 충전기에 대응하는 식별 정보와 함께 제1 상태벡터 [10]을 전송할 수 있다.
k 번째 전기차 충전기는 현재 시점에 상응하는 제3 충전슬롯의 제3 인덱스 i와 상기 제2 인덱스 ik out 및 필요 충전슬롯의 개수 Nk(i)를 이용하여 상기 k 번째 충전기의 제3 충전슬롯에 대응하는 모드를 결정할 수 있다.
일실시예로서, Nk(i)+μ보다 ik out-i가 크고, 제3 인덱스 i가 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합 Ik에 포함되지 않는 경우에, k 번째 전기차 충전기는 자신의 상태를 조정 참여가능 모드(coordinated mode)로 정의할 수 있다. μ는 소정의 임계치로서, 임의의 값을 나타낼 수 있다. 조정 참여가능 모드인 경우에, k 번째 전기차 충전기는 자신의 상태벡터의 제2 열 성분 uk를 0으로서 정의할 수 있다. 예시적으로, k 번째 전기차 충전기에 전기차가 충전을 필요로 하고, 조정 참여가능 모드에 있는 경우에 제1 상태벡터 [10]을 충전 제어 센터로 전송할 수 있다.
본 실시예에서, k 번째 전기차 충전기는 0보다 크고 1보다 작은 범위에서 임의의 난수 q를 선택할 수 있다. k 번째 전기차 충전기는 q와 max(0, p(i))의 크기를 비교하여 q가 max(0, p(i))보다 작거나 같은 경우에 제3 충전슬롯에서 충전을 진행할 수 있다. p(i)는 컴퓨팅 장치, 다시 말하여 충전 제어 센터로부터 전송된 충전 허용 인덱스 p(i)를 나타낼 수 있다.
다른 일실시예로서, Nk(i)+μ과 ik out-i의 크기가 작거나 같은 경우에 또는 제3 인덱스 i가 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합 Ik의 원소로서 포함되는 경우에, k 번째 전기차 충전기는 자신의 상태를 조정 참여불가 모드(uncoordinated mode)로 정의할 수 있다. 예시적으로, k 번째 전기차 충전기에 전기차가 충전을 필요로 하고, 조정 참여불가 모드에 있는 경우에 제2 상태벡터 [11]을 충전 제어 센터로 전송할 수 있다. 마찬가지로, k 번째 전기차 충전기는 0보다 크고 1보다 작은 범위에서 임의의 난수 q를 선택할 수 있다. 다만, k 번째 전기차 충전기는 |min(0, p(i))|와 q의 크기를 비교하여, q가 |min(0, p(i))|보다 큰 경우에 제3 충전슬롯에서 충전을 진행할 수 있다.
k 번째 전기차 충전기는 필요 충전슬롯의 개수 Nk(j)가 0이 되는 충전슬롯에서 충전을 종료할 수 있다. 이 경우에, k 번째 전기차 충전기는 전기차와의 연결이 분리되고, 제3 상태벡터 [00]을 충전 제어 센터로 전송할 수 있다.
일실시예로서, k 번째 전기차 충전기는 하나의 충전슬롯에 대응하는 시간 간격인 Tslot이 경과되는 경우에 주기적으로 충전 제어 센터로 상태벡터 Ek(i)를 전송할 수 있다.
다른 일실시예로서, k 번째 전기차 충전기는 자신의 상태를 나타내는 상태벡터 Ek(i)에 변화가 존재하는 경우에만, 변화된 Ek(i)를 충전 제어 센터로 전송할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 시스템 관점에서의 충전 제어 방식을 설명하는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 복수 개의 지역 충전 제어 센터(Local Charging Operation Center)(421, 422, 423)를 제어하는 토탈 충전 제어 센터(Total Charging Operation Center)(410)가 도시된다. 연결(431)은 토탈 충전 제어 센터(410)로부터 각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423)로 전달되는 전력을 나타내고, 연결(432)은 토탈 충전 제어 센터(410)과 각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423) 사이에서 송수신되는 정보를 나타낼 수 있다. 제m 지역 충전 제어 센터는 자신의 지역에 연관되는 충전제한 대수 Cm limit(i)를 아래의 수학식 32과 같이 계산해낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00058
제m 지역 충전 제어 센터는 자신의 지역에 공급되기로 예정된 전체 전력량
Figure 112016063586537-pat00059
로부터 제1 인덱스 i에 대응하는 제1 충전슬롯에서 자신의 지역에서 전기차 충전과 구분되는 기본 사용 전력량 Lm Base(i)를 제거하여서 충전제한 대수 Cm limit(i)를 계산할 수 있다. 또한, 제m 지역 충전 제어 센터는 Cm limit(i)에 기초하여 제1 충전슬롯에서 충전 가능한 전기차 충전기들의 개수인 Cm* slot(i)를 결정하고, 토탈 충전 제어 센터(410)로 전송할 수 있다.
마찬가지로, 토탈 충전 제어 센터(410)는 전체 지역에 연관되는 충전제한 대수 Ctotal limit(i)를 아래의 수학식 33과 같이 계산해낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00060
또한, 토탈 충전 제어 센터(410)는 각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423)로부터 결정된 각각의 Cm* slot(i)를 수신할 수 있다. 토탈 충전 제어 센터(410)는 수신된 복수의 Cm* slot(i)를 이용하여, 아래의 수학식 34와 같은 각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423)들이 할당 가능한 전기차 충전기들의 개수 Cm decision(i)를 방송할 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00061
각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423)는 Cm decision(i)를 수신하고, 각각의 전기차들에 방송하는 충전 허용 인덱스 pm(i)를 결정할 수 있다. 일실시예로서, Cm* slot(i)과 Cm decision(i)이 같은 경우에 각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423)는 본래의 Cm* slot(i)를 이용하여 pm(i)를 결정할 수 있다. 다른 일실시예로서, Cm* slot(i)과 Cm decision(i)이 상이한 경우에, 각각의 지역 충전 제어 센터(421, 422, 423)는 상기 수학식 29와 같은 방법으로 Cm decision(i)보다 작은 범위 내에서 최소 비용을 만족시키는 y를 결정하고, y를 이용하여 pm(i)를 결정할 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 일실시예에 따라 분산 제어 방식으로 충전슬롯을 제어하는 컴퓨팅 장치의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 5a를 참조하면 제1 전기차 충전기를 나타내는 충전슬롯(1), 제2 전기차 충전기를 나타내는 충전슬롯(2)과 제3 전기차 충전기를 나타내는 충전슬롯(3)이 도시된다. 그래프의 X 축은 충전슬롯에 대응하는 인덱스를 나타낼 수 있다. 일실시예로서, 제1 전기차 충전기에 제1 전기차가 연결되는 i1 in은 1이고, 제1 전기차가 분리 예정인 i1 out은 15이고, 제1 전기차의 필요 충전슬롯의 개수 N1은 10개인 경우를 가정하자. 또한, 제2 전기차 충전기에 제2 전기차가 연결되는 i2 in은 5이고, 제2 전기차가 분리 예정인 i2 out은 15이고, 제2 전기차의 필요 충전슬롯의 개수 N2는 5개이고, 제3 전기차 충전기에 제3 전기차가 연결되는 i3 in은 7이고, 제3 전기차가 분리 예정인 i3 out은 25이고, 제3 전기차의 필요 충전슬롯의 개수 N3는 7개라고 가정하자.
예시적으로, 제1 전기차 충전기, 제2 전기차 충전기 및 제3 전기차 충전기가 포함되는 제1 충전구역 내에서 충전 가능한 전기차 충전기의 개수가 1로서 제한되는 경우를 가정하자. 도 5b를 참조하면, 인덱스 1에 대응하는 타임슬롯에서 제1 전기차가 제1 전기차 충전기로 연결되고, 상기 제1 전기차 충전기는 충전 제어 서버로 [10] 상태벡터를 전송할 수 있다. 아직, 전기차들이 연결되지 않은 제2 전기차 충전기 및 제3 전기차 충전기에 대응하는 [00] 상태벡터를 포함하여 충전 제어 센터는 인덱스 1에 대응하는 상태행렬 E(1)을 가질 수 있다. 본 실시예에서 각각의 전기차 충전기는 자신의 상태벡터에 변화가 생기는 경우에, 새로운 상태벡터를 상기 충전 제어 서버로 전송할 수 있다.
인덱스 5에 대응하는 타임슬롯에서는 제2 전기차 또한 제2 전기차 충전기로 연결되어, 상기 제2 전기차 충전기 역시도 충전 제어 서버로 [10] 상태벡터를 전송할 수 있다. 아직, 제3 전기차가 연결되지 않은 제3 전기차 충전기에 대응하는 [00] 상태벡터를 포함하여 충전 제어 센터는 인덱스 5에 대응하는 상태행렬 E(5)를 가질 수 있다. 인덱스 7에 대응하는 타임슬롯에서는 제3 전기차 또한 제3 전기차 충전기로 연결되어, 상기 제3 전기차 충전기 역시도 충전 제어 서버로 [10] 상태벡터를 전송할 수 있다. 각각의 전기차 충전기들은 수신된 충전 허용 인덱스와 선택된 임의의 난수를 비교하고, 비교의 결과에 따라 자신들의 충전 수행 여부를 결정할 수 있다.
다만, 도 5c를 참조하면, 인덱스 10에서 인덱스 14까지 연속으로 제1 전기차 충전기가 충전슬롯을 이용하는 과정이 도시된다. 제1 전기차 충전기의 i1 out은 15이지만, 인덱스 10 이전의 충전슬롯에서 제1 전기차 충전기는 5 개의 충전슬롯 밖에 이용하지 못했기 때문에 N1(10)=5가 된다. 그에 따라, 인덱스 i가 10인 경우에, i1 out-i의 크기와 N1(i)의 크기가 5로서 동일하게 되어 제1 전기차 충전기는 조정 참여불가 모드가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전기차 충전기는 인덱스 10에서부터 14의 구간까지 조정 참여불가 모드를 유지할 수 있다. 제1 전기차 충전기는 충전 제어 센터로 인덱스 10 전에 [11]의 상태벡터를 전송할 수 있다. 위와 같은 원리에 따라, 제2 전기차 충전기 및 제3 전기차 충전기도 같은 원리로 충전을 지속해 나갈 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c에서 도시되지 않았지만, k 번째 전기차 충전기를 이용하여 충전된 k 번째 전기차의 사용자에게는 아래의 방법에 따라 충전 요금이 정산될 수 있다. k 번째 전기차가 이용한 충전슬롯의 개수 Qk는 아래의 수학식 35를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00062
또한, k 번째 전기차의 충전 요금 비중 θk은 아래의 수학식 36을 이용하여 계산될 수 있다. 예시적으로, α는 1보다 큰 범위에서, β는 0보다 크고 1보다 작은 범위에서 선택되는 임의의 상수를 나타낼 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00063
또한, 요금 상수
Figure 112016063586537-pat00064
는 아래의 수학식 37을 통하여 계산될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00065
결과적으로, k 번째 전기차에 연관되는 사용자가 하루에 지불하게 되는 충전요금은 아래의 수학식 38을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112016063586537-pat00066
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (16)

  1. 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 파라미터 집합을 수신하는 통신부;
    상기 파라미터 집합에 포함되는 필요 충전슬롯의 개수, 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 전기차가 분리될 예정인 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스를 이용하여 여유충전슬롯의 개수를 계산하는 계산부; 및
    복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수에 따라 충전 가능한 전기차 충전기를 결정하는 결정부
    를 포함하고,
    상기 계산부는 상기 제2 인덱스에서 상기 제1 인덱스와 상기 필요 충전슬롯의 개수를 차감하여 상기 여유충전슬롯의 개수를 계산하고,
    상기 결정부는 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수를 소팅함으로써 상기 충전 가능한 전기차 충전기를 결정하는 컴퓨팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 파라미터 집합에 포함되는 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합과 상기 제1 인덱스를 비교하여 충전 가능한 전기차 충전기를 결정하는 컴퓨팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 제1 인덱스가 상기 요청된 충전슬롯의 인덱스 집합 내에 포함되는 경우, 상기 파라미터 집합을 전송한 제1 전기차 충전기를 충전 가능한 충전기로서 결정하는 컴퓨팅 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계산부는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 여유충전슬롯의 개수와 소정의 임계치를 비교하여, 상기 비교의 결과에 따라 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각을 적어도 두 개의 전기차 충전 집합으로 분리하는 컴퓨팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수에 기초하여 상기 적어도 두 개의 전기차 충전 집합 중 제1 전기차 충전 집합에 포함되는 전기차 충전기를 우선적으로 상기 충전 가능한 전기차 충전기로서 결정하는 컴퓨팅 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수보다 제1 전기차 충전 집합 내에 포함되는 전기차 충전기들의 개수가 작은 경우, 상기 결정부는 제1 전기차 충전 집합 내에 포함되는 전기차 충전기들의 개수 이상에서 상기 충전제한 대수 이하의 범위 내에서 전기 요금을 최소로 만드는 특정 개수의 전기차 개수를 선택하는 컴퓨팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 제1 충전슬롯에 대응하는 복수 개의 충전 가능한 전기차 충전기들을 결정하고, 상기 통신부는 상기 복수 개의 충전 가능한 전기차 충전기들의 식별 정보를 기설정된 충전구역 내로 전송하는 컴퓨팅 장치.
  8. 전기차 충전기에 연결된 전기차의 충전 여부를 결정하기 위한 상태벡터를 수신하는 통신부;
    기설정된 충전구역에 대응하는 전체 공급 전력량과 전기차 충전과 구분되는 기본 사용 전력량을 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전제한 대수를 계산하는 계산부; 및
    상기 충전구역 내에 존재하는 복수 개의 전기차 충전기 각각의 상태벡터와 상기 충전제한 대수를 이용하여 제1 충전슬롯에 대응하는 충전 허용 인덱스를 결정하는 결정부
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 전기차 충전기 각각은 소정 범위에서 선택된 임의의 난수와 상기 충전 허용 인덱스를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 제1 충전슬롯에서의 충전 진행 여부를 결정하는 컴퓨팅 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 결정부는 상기 복수 개의 전기차 충전기 각각의 상태벡터 내에 제1 모드에 대응하는 전기차 충전기들의 개수와 상기 충전제한 대수의 크기를 비교하는 컴퓨팅 장치.
  11. 전기차가 전기차 충전기에 연결되는 제1 충전슬롯에 대응하는 제1 인덱스 및 상기 제1 충전슬롯에서의 상기 전기차의 제1 충전 상태 정보를 확인하는 확인부;
    상기 전기차에 연관되는 사용자로부터 상기 전기차가 분리될 제2 충전슬롯에 대응하는 제2 인덱스 및 상기 제2 충전슬롯에서 상기 전기차의 목표 충전량에 대응하는 제2 충전 상태 정보를 입력 받는 획득부;
    상기 제1 충전 상태 정보 및 상기 제2 충전 상태 정보를 이용하여 필요 충전슬롯의 개수를 계산하는 계산부; 및
    기설정된 충전구역 내의 복수 개의 전기차 충전기를 관리하는 서버로부터 충전 제어 신호를 수신하는 통신부
    를 포함하고,
    상기 계산부는 상기 제1 인덱스, 상기 제2 인덱스, 상기 제1 충전 상태 정보, 상기 제2 충전 상태 정보 및 상기 필요 충전슬롯의 개수를 포함하는 파라미터 집합을 생성하고, 상기 통신부는 상기 서버로 상기 파라미터 집합을 전송하고,
    상기 서버는 상기 제2 인덱스에서 상기 제1 인덱스와 상기 필요 충전슬롯의 개수를 차감하여 상기 전기차의 여유충전슬롯의 개수를 계산하고, 상기 전기차의 여유충전슬롯의 개수를 이용하여 제3 충전슬롯에서의 충전 허용 전기차 집합을 계산하는 전기차 충전기.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 통신부는 제3 충전슬롯에서의 충전 허용 전기차 집합을 포함하는 상기 충전 제어 신호를 수신하고, 상기 확인부는 상기 수신된 충전 제어 신호로부터 전기차 충전기에 대응하는 식별정보를 확인하여 상기 제3 충전슬롯에서의 충전 진행 여부를 결정하는 전기차 충전기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 계산부는 제3 충전슬롯에 대응하는 제3 인덱스, 상기 제2 인덱스 및 상기 필요 충전슬롯의 개수를 비교하여 상기 전기차 충전기의 작동 모드를 계산하는 전기차 충전기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 계산부는 상기 전기차 충전기의 충전 필요 여부를 나타내고, 상기 작동 모드를 나타내는 상태벡터를 생성하고, 상기 통신부는 상기 서버로 상기 상태벡터를 전송하는 전기차 충전기.
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