KR102106755B1 - 전기차의 충전정보 제공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자의 요청에 따라 전기차의 상태정보를 전송하여 충전 지원서비스를 요청하고, 제공되는 충전 지원정보를 출력하는 차량단말기; 및 상기 차량단말기로부터의 상기 충전 지원서비스 요청에 따라 상기 전기차의 상태정보를 기반으로 충전소 위치를 검색하여 제공할 뿐만 아니라, 비상 급전차의 이용시 상기 비상 급전차를 배차시키는 충전지원서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충전정보 제공장치에 관한 것이다.

Description

전기차의 충전정보 제공장치{PROVIDING APPARATUS OF CHARGING INFORMATION FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차의 충전정보 제공장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기차에서 충전 지원서비스를 요구할 경우 인근 충전소의 위치를 제공하거나, 비상 급전차의 요청시 충전 서비스를 제공할 수 있도록 지원하는, 전기차의 충전정보 제공장치에 관한 것이다.

최근 들어 환경 유해 가스 저감을 위한 노력의 일환으로 종래의 화석 연료 자동차를 대신할 친환경 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.

친환경 자동차의 하나인 전기 자동차는 차량 내부에 전기를 충전할 수 있는 배터리가 구비되고, 배터리에 충전된 전기의 힘으로 차량 모터를 구동하여 운행하는 자동차이다.

종래의 화석 연료 자동차가 주유소 등과 같은 시설에서 연료를 주입하는 것과 마찬가지로 전기 자동차 역시 전기 충전 스테이션(예컨대, 충전기)에서 배터리에 전기를 충전하여 운행한다. 이러한 충전 스테이션은 전국에 걸쳐 설치되며, 충전인프라를 구축하고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0021310호(2011. 03. 04. 공개, 발명의 명칭 : 전기자동차의 비상전원 공급 방법)에 개시되어 있다.

전기 자동차의 충전은 운행을 하지 않을 때에는 주거지역이나 충전소에서 이루어지지만, 운행 중 배터리의 충전상태가 부족할 경우에는 인근 충전소를 찾아 충전하거나 이동이 곤란할 경우에는 비상급전을 받아야 한다. 하지만, 이러한 경우 이에 대한 정보를 서비스 받기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기차에서 충전 지원서비스를 요구할 경우 인근 충전소의 위치를 제공하거나 비상 급전차의 요청시 충전 서비스를 제공할 수 있도록 지원하는, 전기차의 충전정보 제공장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비상급전을 지원하는 비상 급전차의 충전장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 일 측면에 따르면, 본 발명은 사용자의 요청에 따라 전기차의 상태정보를 전송하여 충전 지원서비스를 요청하고, 제공되는 충전 지원정보를 출력하는 차량단말기; 및 상기 차량단말기로부터의 상기 충전 지원서비스 요청에 따라 상기 전기차의 상태정보를 기반으로 충전소 위치를 검색하여 제공할 뿐만 아니라, 비상 급전차의 이용시 상기 비상 급전차를 배차시키는 충전지원서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충전정보 제공장치를 제공한다.

본 발명에 따른 전기차의 충전정보 제공장치는 전기차에서 충전 지원서비스를 요구할 경우에 인근 충전소의 위치를 제공하거나 비상 급전차의 요청시 충전 서비스를 제공할 수 있으며, 이를 통해 전기차의 보급을 촉진시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 비상 급전차가 배전선로로부터 충전을 실시할 때 안정적인 충전이 이루어지도록 하며, 비상 급전차의 운영으로 배전선로의 피크 부하를 분산시킬 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공장치에서 제공되는 비상 급전차의 급속충전기를 나타낸 회로구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 충전정보 제공장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공장치를 나타낸 블록구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 충전정보 제공장치는, 차량단말기(10) 및 충전지원서버(30)를 비롯하여 데이터베이스(40)를 포함한다.

차량단말기(10)는 사용자의 요청에 따라 전기차의 상태정보를 충전지원서버(30)에 전송하여 충전 지원서비스를 요청하고, 충전지원서버(30)에서 제공되는 충전 지원정보를 출력하여 사용자가 충전정보를 제공받을 수 있도록 한다.

이때, 차량단말기(10)는 GPS 모듈(11), 배터리 상태감지부(12), 통신모듈(15), 표시부(14), 키입력부(16) 및 제어부(13)를 포함한다.

GPS 모듈(11)은 전기차의 현재 위치를 측정하여 위치정보를 제어부(13)에 제공한다.

배터리 상태감지부(12)는 전기차의 배터리 상태 즉, 충전상태를 감지하여 제공한다.

통신모듈(15)은 통신망(20)을 통해 충전지원서버(30)와 무선통신을 수행하여 충전 지원서비스를 제공받는다.

표시부(14)는 충전 지원정보를 표시하고, 충전지원서버(30)에서 요청한 정보를 표시하여 사용자가 선택할 수 있도록 표시한다.

키입력부(16)는 사용자의 선택사항을 입력받기 위해 제공된다.

즉, 충전 지원서비스의 요청, 고객 동의, 비상 급전차(50)의 이용시 사용자의 의사를 표시할 수 있도록 한다.

제어부(13)는 키입력부(16)의 선택사항에 따라 통신모듈(15)을 통해 충전지원서버(30)와 접속하여 충전 지원서비스를 요청하고, 충전지원서버(30)에서 제공되는 충전 지원정보를 표시부(14)에 출력하며, 충전지원서버(30)의 요청에 따라 위치정보 및 배터리 상태와 키입력부(16)의 선택사항을 충전지원서버(30)에 제공한다.

따라서, 차량단말기(10)를 통해 전기차의 운행 중 충전 지원서비스를 받고자 할 경우, 사용자는 키입력부(16)를 통해 충전 서비스를 요청할 수 있다. 사용자로부터 충전 서비스 요청이 입력되면, 통신모듈(15)은 통신망(20)을 통해 충전지원서버(30)와 접속하게 되고, 제어부(13)는 키입력부(16)를 통해 요청된 충전 서비스를 충전지원서버(30)에 요청한다.

이후 차량단말기(10)는 충전지원서버(30)로부터 제공되는 충전 지원정보를 수신받아 표시부(14)에 출력하고, 키입력부(16)를 통해 사용자의 선택사항이 입력될 경우 입력된 선택사항을 충전지원서버(30)로 전송한다.

한편, 충전지원서버(30)에서 전기차의 상태정보를 요청할 경우, 차량단말기(10)는 GPS 모듈(11) 및 배터리 상태감지부(12)로부터 측정된 위치정보 및 배터리의 충전상태를 전송하고, 접근가능한 충전소의 위치정보를 제공하게 될 경우 표시부(14)에 이를 출력한다.

또한, 비상 급전차(50)의 이용정보가 제공될 경우, 차량단말기(10)는 이를 표시부(14)에 출력하고, 키입력부(16)를 통해 입력되는 사용자의 선택사항을 충전지원서버(30)에 전달한다.

충전지원서버(30)는 차량단말기(10)로부터의 충전 지원서비스 요청에 따라 전기차의 상태정보를 기반으로 충전소 위치를 검색하여 제공할 뿐만 아니라, 비상 급전차(50)의 이용시 비상 급전차(50)를 전기차의 위치정보를 기반으로 배차시킨다.

또한, 본 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공장치는, 충전지원서버(30)에서 제공하기 위한 충전소의 위치정보, 충전 전력요금, 서비스 이용요금, 고객정보 중 적어도 하나 이상을 저장하는 데이터베이스(40)를 포함한다.

충전지원서버(30)는 계절별, 시간대별 전기차 충전 전력요금을 고지하고, 충전 지원서비스를 이용하는 이용요금을 고지할 수 있다.

또한, 비용발생시 결제를 위해 고객정보를 통해 결제계좌 및 서비스 이용요금의 지불에 대한 동의를 사전에 등록할 수도 있다.

비상 급전차(50)는 지정된 관리지점에서 대기하면서 초대형 배터리를 통해 충전하면서 대기할 수도 있고, 비상시 현장에서 배전선로와 비접촉식으로 집전코일 통해 전원을 공급받아 초대형 배터리를 충전할 수도 있으며, 휘발유 비상발전기를 통해 초대형 배터리를 충전할 수도 있다.

이 때 비상 급전차(50)는 배전선로로부터 비접촉으로 전원을 공급받아 충전하기 위한 급속충전기를 포함한다.

따라서, 전기차에서 비상 급전차(50)를 요청할 경우, 충전지원서버(30)는 해당 지점에 근접한 비상 급전차(50)의 배차를 요청하여 비상 급전이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공장치에서 제공되는 비상 급전차의 급속충전기를 나타낸 회로구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 비상급전차의 급속충전기는 비상시 22.9KV의 배전선로로부터 전원을 공급받아 3상 380V로 변환하여 초대형 배터리(56)에 충전한다.

이를 위해 급속충전기는 집전 전압측정부(61), 위상차 측정부(62), 공진캡 조절부(64), 권선비 조절부(65), 충전스위치(55) 및 충전제어부(60)를 포함한다.

집전 전압측정부(61)는 배전선로(51)로부터 집전코일(52)을 통해 인입된 전압을 측정한다.

위상차 측정부(62)는 집전코일(52)을 통해 인입된 전압과 전류의 위상차를 측정한다.

공진캡 조절부(64)는 집전코일(52)과 초대형 배터리(56) 사이의 공진조건을 조절하기 위한 공진 커패시턴스를 조절하기 위해 병렬로 연결된 다수개의 공진캡(63)을 선택하기 위한 선택스위치를 포함하여 구성된다.

권선비 조절부(65)는 집전코일(52)을 통해 인입된 전압을 충전전압으로 변환하기 위한 변압기(53)의 권선비를 조절한다.

충전스위치(55)는 변압기(53)에서 3상 380V로 다운된 전원을 초대형 배터리(56)로 공급한다.

이 때, 충전스위치(55)는 초기 돌입전류를 차단하기 위한 프리차징 저항(54)을 포함하고 있어 초기 스위칭시 프리차징 저항(54)을 통해 돌입전류를 떨어뜨린 후 인입되도록 한다.

충전제어부(60)는 위상차 측정부(62)로부터 측정된 위상차에 따라 공진캡 조절부(64)의 선택스위치를 제어한다. 비접촉식으로 배전선로에서 전달된 전력의 교류주파수는 60Hz로 고정되어 있어 공진조건에 따라 다수개의 공진캡(63) 중 최대 유효전력이 전송될 수 있는 공진 커패시턴스를 선택할 수 있다.

또한, 충전제어부(60)는 집전 전압측정부(61)로부터 측정된 전압에 따라 권선비 조절부(65)를 제어한다. 즉, 급속충전기에 3상 380V가 수전될 수 있도록 변압기(53)의 2차측 권선수를 가변하여 권선비를 제어한다.

충전제어부(60)는 이와 같이 최대유효전력이 전송되도록 공진조건을 조절하고, 충전전압이 380V를 유지할 수 있도록 변압기(53)의 권선비를 조절한 후, 충전스위치(55)를 작동시켜 초대형 배터리(56)로 전원이 공급될 수 있도록 한다.

이 때, 충전제어부(60)는 초기 돌입전류를 차단하기 위해 프리차징 저항(54)을 통해 선로의 저항이 최대가 되도록 한 후, 돌입전류가 일정값 이하로 떨어질 경우 충전스위치(55)를 닫아 충전이 이루어질 수 있도록 한다.

이하, 최대유효전력이 전달되도록 공진 커패시턴스를 조절하는 방법에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

공진캡 조절부(64)를 제어하기 위한 커패시터의 정전용량은 전압과 전류의 위상차에 기초하여 계산된다.

유효전달전류는 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서, 유효전달전류는 리액턴스 X가 0이 되고, 위상차가 0이 되었을 때 최대값이 된다.

이때, Vo는 배전선로(51)의 전압인 22.9 kV의 최대값이 되고, 저항 R은 선로 및 급속충전기, 전기차의 충전 저항성분이 된다.

그리고, 리액턴스 X는 수학식 2와 같이 산출된다.

이때, I는 전류, X는 리액턴스, w는 주파수각, L은 자기 인덕턴스, C는 커패시턴스이다.

위의 수학식 1과 수학식 2에서 유효전달전력을 최대화하기 위해서는 위상차가 0이 되어야 하며, w는 고정되어 있어, 본 발명에서는 공진캡(63)의 C 값을 제어한다. 즉, 집전코일(52)에서의 전압과 전류의 위상차를 위상차 측정부(62)에서 측정한 후, 충전제어부(60)가 n개의 공진캡(63)을 선택할 수 있도록 공진캡 조절부(64)를 제어하여 RLC 직렬공진회로를 구성한다.

배전선로(51)의 선로정수(R,L,C,G)는 발전소 위치 및 부하 종류의 함수이며 측정하는 지점에 따라 모두 다르게 된다.

따라서, 최대 유효전력이 전달될 수 있도록 하기 위해서는 집전코일(52)의 L(self inductance) 값을 크게 하거나 공진캡 조절부(64)를 통해 공진캡(63) C(Capacitance)를 조절할 수 있다.

즉, LC 공진주파수(w)는 수학식 3과 같다.

그러나, 본 발명에서는 공진주파수가 60 Hz로 고정되어 있고, 집전코일(52) 및 선로의 인덕턴스 L값이 고정되어 있으므로, 공진캡 C는 수학식 4와 같이 결정된다.

공진조건은, 위상각에 의해 검증되는데 위상각이 0이 되어야만 공진조건이 확인되며, 유효전력 전달이 최대가 된다.

수학식 5에서처럼 위상각에 따라 C값을 제어하게 되는데, w,L,R 이 고정되어 있으므로, 제어하는 C 값에 따라 위상각이 변화하게 된다.

따라서, 공진캡 조절부(64)의 선택스위치를 통해 공진캡(63) C를 증가시키거나 감소시켜 가면서 위상차가 0이 되는 공진캡을 결정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전기차 충전정보 제공장치에 따르면, 전기차에서 충전 지원서비스를 요구할 경우 인근 충전소의 위치를 제공하거나 비상 급전차의 요청시 충전 서비스를 제공할 수 있으며, 이를 통해 전기차의 보급을 촉진시킬 수 있고, 비상 급전차가 배전선로로부터 충전을 실시할 때 안정적인 충전이 이루어질 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전정보 제공방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차의 충전정보 제공방법에 따르면, 먼저 충전지원서버(30)가 전기차의 차량단말기(10)로부터 충전 지원서비스 요청을 접수한다(S10).

즉, 전기차의 운행 중 배터리의 충전이 필요하여 사용자가 차량단말기(10)를 통해 충전 지원서비스를 요청할 경우, 통신망(20)을 통해 충전지원서버(30)가 이를 접수한다.

충전지원서버(30)는 충전 지원서비스가 접수된 경우 차량단말기(10)로 데이터베이스(40)에 저장된 충전 지원정보를 제공한다(S12).

즉, 데이터베이스(40)에 저장된 전기차 충전 전력요금, 서비스 이용요금, 대금 청구방법 등 충전 지원 서비스와 관련된 충전 지원정보를 제공한다.

이후 사용자로부터 서비스를 이용하겠다는 고객 동의를 요구할 수 있다(S14).

이를 위해, 고객 등록시 비용이 발생할 경우 결제를 위해 고객정보를 통해 결제계좌 및 서비스 이용요금의 지불에 대한 동의를 사전에 등록할 수도 있다.

이 때, 고객 동의가 이루어지지 않은 경우에는 서비스 제공을 중지하게 된다.

그러나, 고객 동의가 이루어진 경우에는 충전지원서버(30)는 전기차의 상태정보를 차량단말기(10)로 요청하여 입력받는다(S16).

충전지원서버(30)는 차량단말기(10)로부터 전기차의 상태정보가 입력될 경우 상태정보에 포함된 전기차의 위치정보를 기반으로 충전소의 위치를 검색한다(S18).

그리고, 충전지원서버(30)는 배터리의 상태 즉, 배터리의 충전량으로 접근가능한 충전소의 존재여부를 판단한다(S20).

상기 단계(S20)의 판단결과 접근 가능한 충전소가 존재할 경우, 충전지원서버(30)는 충전소 위치정보를 제공한다(S22).

그러나, 판단결과 접근 가능한 충전소가 존재하지 않을 경우에는, 충전지원서버(30)는 비상 급전차의 이용정보를 차량단말기(10)에 제공한다(S24).

이후, 충전지원서버(30)는 차량단말기(10)로부터 비상 급전차(50)의 이용요청이 접수되는지 여부를 판단한다(S26).

이 때, 차량단말기(10)로부터 비상 급전차(50)의 이용요청이 접수되면, 충전지원서버(30)는 전기차의 위치정보를 기반으로 하여 배차를 요청하여 비상 급전차(50)에 의한 비상 급전이 이루어질 수 있도록 한다(S28).

만약, 비상 급전차(50)의 이용요청이 접수되지 않을 경우에는 서비스가 종료된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 의한 전기차 충전정보 제공방법에 따르면, 전기차에서 충전 지원서비스를 요구할 경우 인근 충전소의 위치를 제공하거나 비상 급전차의 요청시 충전 서비스를 제공할 수 있으며, 이를 통해 전기차의 보급을 촉진시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 차량단말기 11 : GPS 모듈
12 : 배터리 상태감지부 13 : 제어부
14 : 표시부 15 : 통신모듈
16 : 키입력부 20 : 통신망
30 : 충전지원서버 40 : 데이터베이스
50 : 비상 급전차 51 : 배전선로
52 : 집전코일 53 : 변압기
54 : 프리차징 저항 55 : 충전스위치
56 : 초대형 배터리 60 : 충전제어부
61 : 집전전압 측정부 62 : 위상차 측정부
63 : 공진캡 64 : 공진캡 조절부
65 : 권선비 조절부

Claims (4)

1. 사용자의 요청에 따라 전기차의 상태정보를 전송하여 충전 지원서비스를 요청하고, 제공되는 충전 지원정보를 출력하는 차량단말기; 및
   상기 차량단말기로부터의 상기 충전 지원서비스 요청에 따라 상기 전기차의 상태정보를 기반으로 충전소 위치를 검색하여 제공할 뿐만 아니라, 비상 급전차의 이용시 상기 비상 급전차를 배차시키는 충전지원서버;를 포함하되,
   상기 비상 급전차는, 배전선로로부터 비접촉으로 전원을 공급받아 충전하기 위한 급속충전기를 포함하고,
   상기 급속충전기는, 상기 배전선로로부터 집전코일을 통해 인입된 전압을 측정하는 집전 전압측정부; 상기 집전코일을 통해 인입된 전압과 전류의 위상차를 측정하는 위상차 측정부; 상기 집전코일과 초대형 배터리 사이의 공진조건을 조절하기 위한 공진 커패시턴스를 조절하기 위한 공진캡 조절부; 상기 집전코일을 통해 인입된 전압을 충전전압으로 변환하기 위한 변압기의 권선비를 조절하는 권선비 조절부; 상기 변압기에서 변압된 전압을 상기 초대형 배터리로 공급하기 위한 충전스위치; 및 상기 위상차 측정부로부터 측정된 위상차에 따라 상기 공진캡 조절부를 제어하고, 상기 집전 전압측정부로부터 측정된 전압에 따라 상기 권선비 조절부를 제어하여 충전조건이 만족될 경우 상기 충전스위치를 작동시켜 충전을 수행하는 충전제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충전정보 제공장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 충전지원서버에서 제공하기 위한 충전소의 위치정보, 충전 전력요금, 서비스 이용요금 및 고객정보 중 적어도 하나 이상을 저장하는 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충전정보 제공장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 차량단말기는,
   상기 전기차의 위치를 측정하여 위치정보를 제공하는 GPS 모듈;
   상기 전기차의 배터리 상태를 감지하는 배터리 상태감지부;
   상기 충전지원서버와 무선통신을 수행하는 통신모듈;
   상기 충전 지원정보를 표시하기 위한 표시부;
   사용자의 선택사항을 입력하기 위한 키입력부; 및
   상기 키입력부의 선택사항에 따라 상기 통신모듈을 통해 상기 충전지원서버와 접속하여 상기 충전 지원서비스를 요청하고, 상기 충전지원서버에서 제공되는 상기 충전 지원정보를 상기 표시부에 출력하며, 상기 충전지원서버의 요청에 따라 위치정보, 배터리 상태 및 상기 키입력부의 선택사항 중 적어도 하나를 상기 충전지원서버에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충전정보 제공장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 충전스위치는, 초기 돌입전류를 차단하기 위한 프리차징 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충전정보 제공장치.
   

Images