KR102552078B1 - 전기차의 충방전 스케쥴링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전설비와 연결된 V2G 기능이 탑재된 전기차의 충전을 위해 입력된 충전조건에 따른 기설정된 충전 스케쥴을 수행하되, 상기 기설정된 충전 스케쥴과 별개로 추가적인 충전 및 방전을 짝을 이뤄 1회 이상 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차의 충방전 스케쥴링 방법으로서, 본 발명에 의하면, 전기차의 충방전 스케쥴에 의해서 차량이 저온 방치 후에도 PE(Power Electric) 부품들의 온도를 상승시켜 공조 및 주행 효율을 높일 수 있게 하는 전기차의 충방전 스케쥴링 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

Description

전기차의 충방전 스케쥴링 방법{SCHEDULING METHOD OF RECHARGE AND DISCHARGE FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기를 동력에너지로 사용하는 전기자동차에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기자동차의 충전 및 방전을 스케쥴링하는 방법에 관한 것이다.

전기를 동력으로 사용하는 전기자동차는 배터리 용량의 한계로 인해 배터리를 주기적으로 충전하여야 하고, 전기자동차의 배터리를 충전하는 데 소요되는 시간이 길기 때문에 대부분 예약충전 기능을 탑재하고 있다.

전기차의 충전은 충전설비(EVSE, Electric Vehicle Supply Equipment)을 통해서 전력망(이하, 전력 그리드(grid))을 통해서 전력을 공급받아 배터리를 충전하게 된다.

이러한 전력의 공급을 G2V(grid to vehicle)라 하는데, 최근에는 V2G 기술이 개발되었는데, 이는 이러한 기능이 탑재된 차량은 충전설비를 통해서 배터리를 방전하여 전력 그리드로 전력을 되돌려 파는 개념이다.

한편, 차량은 저온에서 방치된 후 주행 시 PE(Power Electric) 부품들의 온도가 매우 낮아서 공조 및 주행 효율이 매우 낮아지게 된다.

난방 시에는 PTC히터 또는 H/P를 사용하지만 외기 온도가 낮기 때문에 효율이 높지 못하며, 주행 시에도 PE(Power Electric) 부품의 온도가 너무 낮으면 모터 drag 등으로 인해 상온일 때보다 연비가 낮아질 수밖에 없다.

전기차의 경우에는 충전 시 OBC(On-Board Charger)의 발생열에 의해 PE(Power Electric) 부품의 온도를 올릴 수 있으나 이는 비용을 들여 충전시에만 가능하게 되고, V2G 기능이 없이는 방전이 불가하기 때문에 차량이 만충 상태에서는 충전도 수행할 수가 없다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1690148호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 전기차의 충방전 스케쥴에 의해서 차량이 저온 방치 후에도 PE(Power Electric) 부품들의 온도를 상승시켜 공조 및 주행 효율을 높일 수 있게 하는 전기차의 충방전 스케쥴링 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 전기차의 충방전 스케쥴링 방법은, 충전설비와 연결된 V2G 기능이 탑재된 전기차의 충전을 위해 입력된 충전조건에 따른 기설정된 충전 스케쥴을 수행하되, 상기 기설정된 충전 스케쥴과 별개로 추가적인 충전 및 방전을 짝을 이뤄 1회 이상 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 외기 온도를 판단하는 단계 및 상기 외기 온도를 판단하는 단계에 의한 판단 결과, 외기 온도가 설정값보다 작은 경우 상기 추가적인 충전 및 방전에 대한 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 추가적인 충전 및 방전은 상기 기설정된 충전 스케쥴에 의한 충전의 완료 이후 수행하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 충전조건에 상기 전기차의 재운행 시각이 설정된 경우, 상기 추가적인 충전 및 방전은 상기 재운행 시각에 맞춰 종료되도록 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추가적인 충전은 충전요금이 저렴한 시간에 수행되는 것으로 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 추가적인 충전과 방전의 양은 서로 동일한 양인 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 추가적인 충전과 방전은 충전요금이 저렴한 시간대에서 상기 추가적인 충전과 방전의 횟수 및 상기 추가적인 충전과 방전의 1회의 양을 고려하여 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전기차의 충방전 스케쥴링 방법에 의하면, 충전 및 방전시 필연적으로 발생되는 열을 이용할 수 있도록 충방전을 스케쥴링함으로써, 차량이 저온 방치 후에도 PE(Power Electric) 부품들의 온도 상승을 기할 수 있어 차량의 공조 및 주행 효율을 높일 수가 있다.

도 1은 전기차의 충방전 스케쥴링 시스템에 대한 개념도이다.
도 2는 OBC에 의한 폐열 발생 및 냉각수 순환을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 전기차의 충방전 스케쥴링 방법을 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 전기차의 충방전 스케쥴링 시스템에 대한 개념도이고, 도 2는 OBC에 의한 폐열 발생 및 냉각수 순환을 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 전기차의 충방전 스케쥴링 방법을 도시한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 전기차의 충방전 스케쥴링 방법을 설명하기로 한다.

본 발명은 차량이 저온에 방치 후 이용시에 PE(Power Electric) 부품들의 온도 저하에 의해 공조 효율 및 차량의 주행 성능이 저하되는 것을 충방전 스케쥴을 제어함으로써 향상시키고자 하는 것이다.

대개의 차량은 밤에는 방치되고 낮에 주로 운행이 되며, 전기차의 경우에 이러한 점 및 시간대별 다른 전기요금 등의 이유로 주로 밤에 충전을 실시하게 된다.

그런데, 전기차를 충방전하는 경우에 차량 내 탑재형 배터리 충전기인 OBC(On-Board Charger)는 필연적으로 열이 발생하게 되고, 본 발명은 이러한 폐열이 차량이 사용되기 전에 PE(Power Electric) 부품의 온도를 상승시키는 데 이용하고자 하는 것이다.

이러한 스케쥴링 방법을 위해 도 1과 같은 충방전 스케쥴링 시스템이 요구된다.

전력 그리드(EVSE)는 전기차의 CCM(Charge Control Manager) 제어기와 PLC 통신을 통해 배터리 충전기(OBC)와 충전 및 방전을 수행한다.

이 때 BMS(Battery Management System)와 배터리 충전기(OBC)는 CCM(Charge Control Manager) 제어기와 CAN 통신을 통해 충전기의 상태, 충방전 지령 및 허용량 등을 교환하며, CCM(Charge Control Manager)은 그 정보를 전력 그리드와 실시간으로 상호 교환하여 충전 및 방전을 수행하게 된다.

또한, 전력 그리드는 비용, 전력 수요량 등의 정보를 CCM(Charge Control Manager)에 알려주게 되며, CCM(Charge Control Manager)에서는 이 정보와 차량 상태 등을 고려하여 충방전 스케쥴을 수행하게 된다.

그래서, 이러한 스케쥴에 의해서 충방전이 반복 수행될 시 충방전 전류로 인해 배터리 충전기(OBC)에 발생열이 생성이 된다.

본 발명은 이렇게 발생된 열에 의해 PE(Power Electric) 부품 등의 온도가 상승하도록 유도하기 위해 충방전 스케쥴을 제어하는 것이며, 또한 이러한 발생열은 난방 효율을 향상시키는 역할도 하게 된다.

즉, 도 2의 전기자동차의 냉각 루프를 참조하면, 충전 또는 방전 시 배터리 충전기(OBC)의 온도를 모니터링한 후 일정 온도 이상에 도달하면, EWP(Electric Water Pump)를 구동하여 냉각수를 순환시켜 준다.

이럴 경우, 배터리 충전기(OBC)의 온도는 내려가지만, 모터 등과 같은 PE(Power Electric) 부품의 온도가 올라가므로 연비가 향상될 수 있으며, 루프 변경 시에는 3-way valve를 이용하여 칠러(chiller)의 온도를 상승시켜 난방 효율을 향상시킬 수가 있다.

내려간 배터리 충전기(OBC)의 온도는 충전 및 방전을 통해 다시 상승하게 된다.

이와 같은 시스템 및 개념에 의한 충방전 스케쥴링 방법은 도 3을 참조하여 살펴보면, 우선 S10에서 충전조건을 입력받는다.

충전조건은 예약충전 또는 예약 공조 설정 시간 입력이 될 수 있고, 출발 시간의 입력이 될 수 있다.

그런 다음, 충전설비로서 V2G 스탠드와 충전 커넥터에 의해 연결되면(S20), 통신을 통해서 설정 시간 및 그리드 전력 요금 등의 충전조건을 확인하게 된다(S30).

그리고, 본 발명에서는 센서에 의해 외기 온도를 계측한 값을 CCM(Charge Control Manager)이 판단하여 판단 결과에 따라 제어를 달리하게 된다.

CCM(Charge Control Manager)은 외기 온도를 0℃와 비교를 수행하고(S40), 그 결과 외기 온도가 0℃보다 낮지 않으면 기존에 설정된 예약 충전/공조 스케쥴에 의한 시행을 제어하여(S51), 기존 스케쥴에 맞는 충방전이 수행되도록 한다(S52).

S40의 판단 결과, 외기 온도가 0℃보다 작으면, 신규 스케쥴을 계산하게 된다(S61).

즉, 기존 스케쥴에 신규의 스케쥴을 추가하여 신규의 충방전 스케쥴을 계산함으로써, 차량이 출발 시점에서 PE(Power Electric) 부품의 온도가 상승될 수 있게 한다.

그리고, S61에 의해 재계산된 신규 스케쥴에 의해 충방전이 수행되도록 제어한다(S62).

이와 같은 신규 스케쥴 계산의 예를 이하에서 더 살펴본다.

첫 번째 케이스는 10시에 차량 운행을 종료해서 8시에 다시 운행하는 경우로서, 표 1은 기존 스케쥴에 의한 충방전의 스케쥴이며, 표 2는 본 발명에 의한 충방전의 스케쥴이다.

예약 충전의 조건은 저렴한 시간대가 1시~5시인 것으로 가정한 것으로서, 기존 스케쥴에 의하면, 1시부터 5시까지 4시간 동안 충전을 실시하여 순차적으로 40, 60, 80, 100으로 SOC가 채워지게 된다.

이는 시간당 충전량이 동일한 것으로 가정하고, 총 충전량을 4시간으로 나눈 계산 예시이며, 총 충전시간 및 시간당 충전량은 실시에 따라 달라질 수 있다.

시간대	10시	11시	12시	1시	2시	3시	4시	5시	6시	7시
스케쥴				충전	충전	충전	충전
SOC				40	60	80	100

시간대	10시	11시	12시	1시	2시	3시	4시	5시	6시	7시
스케쥴				충전	충전	충전	충전		방전	충전
SOC				40	60	80	100		80	100

본 발명에 의한 방법이 추가되어 예약충전을 실시하는 경우에는, 기존 스케쥴인 1시부터 5시까지 4시간 동안 충전을 실시하고, 추후 1회의 방전 및 1회의 충전을 추가 수행하고, 결과적으로 재운행 시간에는 SOC 100으로 충전되나, 방전 및 충전을 1회씩 더 하여 OBC가 2회 동작하게 된다.

이 경우, 방전과 충전의 반복에 의해서 전력비용의 부담은 없으며, OBC의 추가 가동에 의한 폐열에 의해 차량 운행전에 PE(Power Electric) 부품 등의 온도를 상승시킬 수가 있다.

그러므로, 충전과 기존 스케쥴에 의한 충전 만료 후 방전 및 충전을 1회 실시하는 것이 바람직하고, 충전이 완료되는 시점은 재운행 시각에 일치하는 것이 바람직하다. 또한, 방전 및 추가 충전은 각각 1시간씩일 수 있다.

두 번째 케이스는 1시에 차량 운행을 종료해서 11시에 다시 운행하는 경우로서, 표 3은 기존 스케쥴에 의한 충방전의 스케쥴이며, 표 4는 본 발명에 의한 충방전의 스케쥴인데, 역시 저렴한 시간대가 1시~5시인 것으로 가정한 것이다.

그리고, SOC 조건이 입력된 경우로서, 운행 종료시 SOC는 40으로 가정하고, 출발시 조건도 40인 경우이다.

그래서, 표 3과 같이, 기존 스케쥴에 의하면, 충전이 실시되지 않는다.

시간대	1시	2시	3시	4시	5시	6시	7시	8시	9시	10시
스케쥴	스케줄 미수행
SOC	40									40

시간대	1시	2시	3시	4시	5시	6시	7시	8시	9시	10시
스케쥴	충전	충전	충전					방전	방전	방전
SOC	60	80	100					80	60	40

그러나, 본 발명에 의한 방법이 추가되어 실시하는 경우에는, 기존 스케쥴과 달리 충전 및 방전을 1회 이상 실시하도록 제어된다.

SOC 40인 상태이므로, 3회까지의 충전이 가능하고, 3회의 충전을 하는 경우 3회의 방전이 실시될 수 있도록 한다. 그러므로, SOC 상태에 따라 1회 또는 2회가 될 수도 있다.

그리고, 충전은 저렴한 시간대를 이용하고, 낮시간에 방전을 함으로써 비용 부담이 없도록 한다.

또한, 방전이 완료되는 시점은 재운행 시각에 일치하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 전기차 충방전 스케쥴링 방법은 일정한 외기 온도 조건에서 기존 방법의 충방전 스케쥴에 추가의 충방전을 실시하도록 제어함으로써 차량의 재운행 전 PE(Power Electric) 부품 등의 온도 상승을 유도할 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

S10 : 충전조건 입력
S20 : 충전설비 연결
S30 : 충전조건 확인
S40 : 외기온도 판단
S51 : 기존 스케쥴에 의한 충방전 제어
S52 : 기존 스케쥴에 의한 충방전 수행
S61 : 신규 스케쥴 계산
S62 : 신규 스케쥴에 의한 충방전 수행

Claims (7)

1. 삭제
2. 충전설비와 연결된 V2G 기능이 탑재된 전기차의 충방전 스케쥴링 방법으로서,
   예약충전 여부 또는 예약 공조 설정 시간 및 재운행 시각을 포함하는 충전 조건이 입력되는 단계;
   외기 온도를 판단하는 단계;
   상기 외기 온도가 설정값 이상인 경우, 상기 충전 조건에 따라 기설정된 충전 스케쥴에 부합되게 충전 및 방전을 수행하는 단계; 및
   상기 외기 온도가 설정값보다 작은 경우 상기 기설정된 충전 스케쥴과 별개로 추가적인 충전 및 방전을 짝을 이뤄 1회 이상 수행하기 위한 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 단계를 포함하는,
   전기차의 충방전 스케쥴링 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 추가적인 충전 및 방전은 상기 기설정된 충전 스케쥴에 의한 충전의 완료 이후 수행하는 것을 특징으로 하는,
   전기차의 충방전 스케쥴링 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 충전조건에 상기 전기차의 재운행 시각이 설정된 경우, 상기 추가적인 충전 및 방전은 상기 재운행 시각에 맞춰 종료되도록 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 것을 특징으로 하는,
   전기차의 충방전 스케쥴링 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 추가적인 충전은 충전요금이 저렴한 시간에 수행되는 것으로 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 것을 특징으로 하는,
   전기차의 충방전 스케쥴링 방법.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 추가적인 충전과 방전의 양은 서로 동일한 양인 것을 특징으로 하는,
   전기차의 충방전 스케쥴링 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 추가적인 충전과 방전은 충전요금이 저렴한 시간대에서 상기 추가적인 충전과 방전의 횟수 및 상기 추가적인 충전과 방전의 1회의 양을 고려하여 신규 충방전 스케쥴을 계산하는 것을 특징으로 하는,
   전기차의 충방전 스케쥴링 방법.

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