KR102584748B1 - 전기차 충전기를 통합 관리하는 통합 게이트웨이를 포함하는 계층적 전기차 충전 시스템 및 이를 지원하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 전기차 충전기를 통합 관리하기 위한 계층적 전기차 충전 시스템을 제공한다.
보다 구체적으로, 상기 시스템은 가상의 식별자(Identifier)가 부여되고, 상기 가상의 식별자로 그룹핑되는 적어도 하나의 전기차 충전기; OCPP(Open Charge Point Protocol) 클라이언트 기능을 배포하고, 상기 OCPP 클라이언트 기능의 활성화 또는 비활성화를 통해 상기 적어도 하나의 전기차 충전기를 제어 및 관리하는 충전 관제 서버; 및 상기 OCPP 클라이언트 기능을 상기 충전 관제 서버로부터 수신하여 설치하고, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기와 LAN(Local Area Network) 통신을 통해 연결되어 충전 정보를 수집하며, 상기 충전 관제 서버와 WAN(Wide Area Network) 통신을 통해 연결되어 상기 수집된 충전 정보를 전송하는 통합 게이트웨이를 포함하여 구성됨으로써 전기차 충전기의 확장 및 유지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기차 충전기를 통합 관리하는 통합 게이트웨이를 포함하는 계층적 전기차 충전 시스템 및 이를 지원하기 위한 방법{Hierarchical electric vehicle charging system including an integrated gateway for integrated management of electric vehicle chargers and method for supporting the same}

본 명세서는 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전기차 충전기를 통합 관리하는 통합 게이트웨이를 포함하는 계층적 전기차 충전 시스템 및 이를 지원하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기차 충전기는 전기차의 충전을 위해 전기차 충전기에 구현된 ISO 15118 표준 기술을 통해 전기차와 충전을 위한 절차를 수행한다.

ISO 15118 표준은 전기차와 전기차 충전기 사이의 통신에 대해 정의된 국제 표준으로 충전의 시작 및 종료를 위한 절차 및 규약에 대해 정의되어 있다.

추가적으로, 종래의 전기차 충전기에는 전기차 충전기를 제어하거나 충전기 상태에 대해 모니터링하기 위하여 OCPP 표준 기술을 위한 시스템이 내장되어 있으며, OCPP 표준 기술에 의거하여 전기차 충전기에 대해 제어하거나 전기차 충전기에 대한 정보를 상위의 충전관제시스템에서 관리 할 수 있다.

OCPP 표준 기술은 전기차와 전기차 충전기 간 충전 절차에 관여하는 것이 아니라, 전기차 충전기를 제어하거나 충전 상태 정보의 관리를 위한 기능이다.

도 1은 기존의 전기차 충전기의 구성과 충전기 제어 및 충전기 상태정보를 관리하는 시스템을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 전기차 충전기는 각각 ISO 15118 기능과 OCPP 클라이언트 기능을 통합하여 내장하고 있으며, 상위시스템 (충전관제시스템)과는 WAN(Wide Area Network)으로 연결되어 있다.

상위시스템과 전기차 충전기 간 연결을 위해서 사용하는 WAN은 LTE와 같은 셀룰러망 혹은 이더넷과 같은 유선 연결망을 활용하고 있다. 전기차 충전기는 ISO 15118 표준에 의거하여 전기차와 충전 절차의 시작 및 종료를 수행하며, OCPP 표준에 의거하여 전기차 충전기에 대한 제어 및 전기차 충전기의 상태 정보를 상위의 충전관제시스템에 전달한다.

또한, 기존의 전기차 충전기는 각 전기차 충전기에 OCPP 클라이언트 기능이 내장되어 현재 전기차 충전기 상태에 상위시스템과 통신을 수행하나, 전기차 충전기의 상태 정보 취득을 위한 OCPP 클라이언트 기능을 모든 충전기에 각각 내장하여 설계하는 것은 시스템 구현과 운용에 있어 효율적이지 않다.

즉, 기존의 전기차 충전기를 통한 전기차 충전 방법은 (1) 종단 모든 충전기에 OCPP 클라이언트 기능 구현을 위한 불필요한 하드웨어 및 소프트웨어가 사용되어 시스템 리소스가 낭비되고, (2) 종단 모든 충전기가 충전기 제어 및 상태 정보를 상위의 충전관제시스템과 연결하기 위해 각각 WAN을 사용해야 해서, WAN (LTE 혹은 이더넷)으로 상위시스템 (충전관제시스템)에 연결되므로, 불필요한 통신 연결 및 이를 위한 유지비용(혹은 통신 비용)이 소요되며, 특히 충전기의 개수가 늘어날수록 WAN 연결이 선형적으로 증가하며 전기차 충전기 설치 및 확장 시, WAN 연결(혹은 통신 설비 구축)을 고려해야 하는 제약사항까지 발생하며, (3) 종단 충전기가 독립적으로 충전기 정보를 상위의 충전관제시스템에 보고하므로, 종단 전기차 충전기의 OCPP 클라이언트 기능 고장이 발생할 경우, 이에 대응하기 위한 이중화 설계에 취약하며, (4) 종단 충전기가 인접 충전기의 상태 정보를 충전 관제시스템을 통해서만 알 수 있으므로, 전기차 충전 스케줄링을 위한 정보 공유가 효율적이지 않은 점이 발생한다(즉, Edge Computing과 같은 효율적 정보 공유가 불가하다).

따라서, 본 명세서는 전기차 충전기가 상위 시스템인 OCPP 서버(또는 충전관제시스템)과 직접 통신하는 것이 아닌, 전기차 충전기를 통합 관리할 수 있는 통합 게이트웨이를 통하여 전기차 충전기 정보를 취합 및 관리하는 계층적 전기차 충전시스템을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서는 전기차 충전기를 통합 관리하기 위한 계층적 전기차 충전 시스템에 있어서, 가상의 식별자(Identifier)가 부여되고, 상기 가상의 식별자로 그룹핑되는 적어도 하나의 전기차 충전기; OCPP(Open Charge Point Protocol) 클라이언트 기능을 배포하고, 상기 OCPP 클라이언트 기능의 활성화 또는 비활성화를 통해 상기 적어도 하나의 전기차 충전기를 제어 및 관리하는 충전 관제 서버; 및 상기 OCPP 클라이언트 기능을 상기 충전 관제 서버로부터 수신하여 설치하고, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기와 LAN(Local Area Network) 통신을 통해 연결되어 충전 정보를 수집하며, 상기 충전 관제 서버와 WAN(Wide Area Network) 통신을 통해 연결되어 상기 수집된 충전 정보를 전송하는 통합 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 통합 게이트웨이는 마스터(master)에 해당하는 제1 통합 게이트웨이 및 상기 제1 통합 게이트웨이의 고장 발생 시 상기 제1 통합 게이트웨이를 대신하는 슬레이브(slave)에 해당하는 적어도 하나의 제2 통합 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 적어도 하나의 제2 통합 게이트웨이는 상기 제1 통합 게이트웨이와 상기 LAN을 통해 연결되고, 상기 제1 통합 게이트웨이에 의해 활성화 또는 비활성화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 적어도 하나의 제2 통합 게이트웨이는 상기 제1 통합 게이트웨이의 고장이 발생된 경우, 상기 제1 통합 게이트웨이를 대신할 후보 제1 통합 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 제1 통합 게이트웨이로부터 일정 횟수 응답이 없는 경우, 상기 후보 제1 통합 게이트웨이를 상기 제1 통합 게이트웨이로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 정보는 상기 제1 통합 게이트웨이에 연결된 전기차 충전기의 충전 상태에 대한 정보 또는 충전을 수행할 전기차의 배터리 잔량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 상태 정보는 상기 제1 통합 게이트웨이에 연결된 전기차 충전기의 충전 속도에 대한 정보 또는 충전을 완료하기까지 남은 충전 시간에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 가상의 식별자는 OCPP에 정의된 전기차 충전기의 식별자 및 상기 충전 상태 정보 중 적어도 하나에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 적어도 하나의 전기차 충전기는 전기차 충전기의 충전 속도 또는 충전을 완료하기까지 남은 충전 시간 중 적어도 하나에 기초하여 상기 가상의 식별자로 그룹핑되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 제1 통합 게이트웨이는, 상기 LAN을 통해 상기 적어도 하나의 전기차 충전기로 상기 충전 정보를 요청하고, 상기 요청한 충전 정보를 상기 LAN을 통해 수신하며, 상기 수신한 충전 정보를 상기 WAN을 통해 상기 충전 관제 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 관제 서버는, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대해 충전 속도 및 배터리 잔량을 기준으로 충전 스케쥴링을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기를 복수의 그룹들로 그룹핑하되, 각 그룹 내 전기차 충전기는 동일한 충전 속도를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 복수의 그룹들은 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 포함하되, 상기 제1 그룹, 상기 제2 그룹 및 상기 제3 그룹 순서로 충전 속도가 낮아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기를 충전할 전기차의 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 상기 배터리 잔량이 동일한 경우 충전 완료까지 남은 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 상기 제1 그룹의 전기차 충전기들 간의 우선순위를 결정하는 제1 단계; 상기 제1 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 만족할 때까지 피크 쉐이빙(peak shaving)을 수행하는 제2 단계; 상기 제1 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 모두 만족하지 못한 경우, 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 가지는 전기차 충전기를 충전할 전기차의 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 상기 배터리 잔량이 동일한 경우 충전 완료까지 남은 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 상기 제2 그룹의 전기차 충전기들 간의 우선순위를 결정하는 제3 단계; 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제3 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 만족할 때까지 피크 쉐이빙(peak shaving)을 수행하는 제4 단계; 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제3 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 모두 만족하지 못한 경우, 상기 제3 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 가지는 전기차 충전기를 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 상기 배터리 잔량이 동일한 경우 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 상기 제3 그룹의 전기차 충전기들 간의 우선순위를 결정하는 제5 단계; 및 상기 제1 단계 내지 상기 제5 단계에 의해 정렬된 전기차 충전기의 순서대로 전기차 충전기의 전력을 턴-오프(turn-off)시키는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력 변화가 발생한 경우, 상기 제1 그룹, 상기 제2 그룹 및 상기 제3 그룹에 대한 피크 쉐이빙을 재수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소한 경우, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하는 경우, 상기 제1 단계 내지 제5 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소한 경우, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하지 않는 경우, 상기 제3 단계 내지 제5 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소한 경우, 상기 제2 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제3 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하는 경우, 상기 제3 단계 내지 제5 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소한 경우, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하지 않는 경우, 상기 제5 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 증가한 경우, 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙된 전기차 충전기를 상기 제1 그룹의 충전 속도로 복구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 명세서에서 상기 충전 스케쥴링은, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 증가한 경우, 상기 제3 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙된 전기차 충전기를 상기 제2 그룹의 충전 속도로 복구하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서는 각 종단의 전기차 충전기에 OCPP 클라이언트 기능이 내장될 필요가 없으므로, 종단 전기차 충전기 관점에서 효율적 설계가 가능하고, 종단 전기차 충전기가 WAN으로 상위 시스템과 연결될 필요가 없으므로, 전기차 충전기를 확장할 수 있으며, 이에 대한 유지 비용이 절감되는 효과가 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 기존의 전기차 충전기의 구성과 충전기 제어 및 충전기 상태정보를 관리하는 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이를 포함한 계층적 전기차 충전 시스템의 일례를 나타낸 도이다.
도 3은 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이를 이용한 계층적 전기차 충전시스템에서 통신 방식의 일례를 나타낸 도이다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템에서 정보의 흐름의 일례를 나타낸 도이다.
도 5 내지 도 8은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기 peak shaving 스케줄링 방법의 일례들을 나타낸 도이다.
도 9는 본 명세서에서 제안하는 우선순위 기반 Peak shaving을 수행하기 위한 전기차 충전 스케쥴링 구성의 일례를 나타낸 도이다.
도 10은 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템의 확장 구조의 일례를 나타낸 도이다.
도 11은 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템의 확장 구조의 또 다른 일례를 나타낸 도이다.
도 12는 도 11의 시스템에서 정보의 흐름의 일례를 나타낸 도이다.
도 13은 본 명세서에서 제안하는 마스터 통합 게이트웨이 및 슬레이브 통합 게이트웨이로 구성된 계층적 전기차 충전 시스템의 또 다른 일례를 나타낸 도이다.
도 14는 본 명세서에서 제안하는 마스터 통합 게이트웨이 및 슬레이브 통합 게이트웨이로 구성된 계층적 전기차 충전 시스템의 또 다른 일례를 나타낸 도이다.
도 15는 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템에서 충전 제어를 수행하는 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 16은 본 명세서에서 제안하는 충전 스케쥴링 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 17은 본 명세서에서 제안하는 장치의 내부 블록도의 일례를 나타낸다.
도 18은 본 명세서에서 제안하는 방법이 적용될 수 있는 차량 장치의 내부 블록도의 일례를 나타낸 도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥 상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하, 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이를 이용하여 전기차 충전기 정보를 취합 및 관리하는 계층적 전기차 충전시스템에 대해 관련 도면을 참고하여 구체적으로 살펴본다.

도 2는 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이를 포함한 계층적 전기차 충전 시스템의 일례를 나타낸 도이다.

도 2의 계층적 전기차 충전 시스템(10)은 충전 관제 시스템(100), 통합 게이트웨이(200), 적어도 하나의 전기차 충전기(300) 및 적어도 하나의 전기차(400)를 포함여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 시스템은 종단의 전기차 충전기(300)와 충전관제시스템 (또는 OCPP 서버, 100) 사이에 OCPP 클라이언트를 위한 통합 게이트웨이(200)를 위치시키는 계층적 구조로 구성된다. 상기 통합 게이트웨이는 다수의 전기차 충전기들을 제어 및 관리하는 게이트웨이로, 각 전기차 충전기와 통합 게이트웨이는 LAN (Local Area Network)으로 연결되어 있으며, 상기 통합 게이트웨이는 LAN을 통해 수집한 전기차 충전기 정보를 WAN을 통해 외부의 충전관제시스템과 통신한다.

여기서, LAN은 LTE 등과 같은 3G, 4G, 5G 등 이동통신, 이더넷 등일 수 있으며, LAN은 이더넷, 484, CAN, Wi-Fi 등일 수 있다.

즉, 각 종단의 전기차 충전기에는 OCPP 클라이언트 기능이 내장될 필요가 없으므로, 종단 전기차 충전기 관점에서 효율적 설계가 가능하며(OCPP 클라이언트 기능은 통합 게이트웨이에만 내장됨), 부수적으로 종단 전기차 충전기가 WAN으로 상위시스템과 연결될 필요가 없으므로, 전기차 충전기 확장 및 유지 비용의 절감이 가능하다.

도 2의 시스템에 의하면, 복수의 전기차 충전기는 LAN을 통해 통합 게이트웨이에 연결되며, 통합 게이트웨이는 WAN을 통해 상위 시스템인 충전관제시스템에 연결된다.

도 2의 전기차(400)와 관련된 설명은 후술할 도 18을 참고하기로 한다.

도 3은 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이를 이용한 계층적 전기차 충전시스템에서 통신 방식의 일례를 나타낸 도이다.

즉, 도 3은 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이 구조를 포함하는 전기차 충전 시스템에서 각각의 전기차 충전기, 통합 게이트웨이, 상위 충전관제시스템 간 통신 방법을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 충전관제시스템과 통합 게이트웨이는 WAN으로 통신을 수행하고, 통합 게이트웨이와 전기차 충전기 간에는 LAN으로 통신하는 것을 볼 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템은 소규모 공동 주택에서 전기차 충전기를 그룹으로 묶어서 관리할 수 있거나, 혹은 대규모 전기차 충전기가 있는 공간에서 가상으로 전기차 충전기 그룹을 묶어서 관리할 수 있다. 이러한 그룹핑을 통해 통합 게이트웨이를 통한 분산 그룹 관리를 수행할 수도 있다. 또한, 물리적 위치로 전기차 충전기를 그룹핑하는 것 뿐만 아니라, 물리적으로 떨어진 전기차 충전기를 가상으로 그룹핑하여 하나의 통합 게이트웨이에서 관리할 수 있으며, 이를 통해 전기차 충전기를 글로벌하게 효율적으로 제어할 수 있다.

예를 들어, 전기차 충전 속도 별로 전기차 충전 그룹을 설정할 수도 있고, 전기차 충전 잔존 시간을 기반으로 물리적으로 떨어진 전기차 충전 그룹을 설정할 수도 있다. 즉, 통합 게이트웨이 내부 (intra 통합 게이트웨이)에서 원하는 목적(예를 들어, 충전 효율 향상 혹은 피크 쉐이빙)에 따라 논리적인 전기차 충전 그룹 설정 및 통합 게이트웨이 간 (inter 통합 게이트웨이) 전기차 충전 그룹을 설정할 수 있다. 충전 그룹을 설정하기 위해서는 OCPP에 정의된 충전기 ID 및 해당 충전기 상태(Status) (전기차 잔존 배터리량 등)을 통해 가상의 ID를 설정하고, 해당 ID를 그룹핑하여 충전기 그룹을 설정할 수 있다.

그리고, 전기차 충전기에 공급된 전력의 계량을 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 배전반을 통해 전기차 충전 그룹에 공급된 전력 계량 정보를 통합 게이트웨이에서 모니터링할 수 있다. 또한, 상기 통합 게이트웨이는 각 전기차 충전기의 충전정보 (충전 상태(status), 충전량 등)를 수집하고, 상기 수집된 충전 정보를 상위의 충전관제시스템에 전달한다. 상기 충전관제시스템은 수집된 충전 정보를 통해 각 전기차 충전기의 충전제어(충전 스케줄링, 부하관리 등)를 수행한다.

도 3에서, CP는 control pilot을, PLC는 Power Line Communication을 나타낸다.

본 명세서에서 사용하는 피크 쉐이빙(peak shaving)의 의미는 전기차 충전기의 전력을 낮춘다는 의미로 해석될 수 있으며, 충전 속도는 전기차 충전기가 전기차에 충전을 하는 속도를 의미하며, 배터리 잔량은 전기차에 남아 있는 배터리량을 의미하며, 충전 시간은 전기차 충전기가 전기차에 충전을 완료하기까지 걸리는 시간을 의미할 수 있다.

도 4는 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템에서 정보의 흐름의 일례를 나타낸 도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 통합 게이트웨이는 배전반으로부터 계량 정보를 수신하고, 각 전기차 충전기로부터 충전 정보를 수신하여 이를 기초로 각 전기차 충전기의 충전 제어를 수행한다. 상기 충전 제어는 충전 스케쥴링, 부하관리 등을 의미할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상위의 충전관제시스템이 각 충전기 정보에 대해 수집하거나 충전기 제어를 수행하기 위해, 상기 충전관제시스템은 통합 게이트웨이에 OCPP 기능을 배포한다. 상기 통합 게이트웨이는 OCPP 기능에 대해 배포 받은 후, OCPP 클라이언트 기능을 활성화시킨다. 즉, 상기 통합 게이트웨이는 자신에 연결된 전기차 충전기에 현재의 충전 status, 충전량 등에 대한 정보를 LAN을 통해 요청하고, 이를 취합하여 상기 충전관제시스템에 보고한다. 상기 충전관제시스템(또는 통합 게이트웨이)은 상기 취합된 정보를 통해 현재 전기차 충전기의 상태에 대해 판단하며, 전기차 충전을 안정적으로 수행할 수 있는 충전 스케줄링 및 부과관리 기능을 수행하기 위해 하위의 전기차 충전기에 충전 관련 제어 명령을 전달한다.

다음으로, 본 명세서에서 제안하는 피크쉐이빙을 위한 충전 스케줄링 방법에 대해 관련 도면을 참고하여 구체적으로 살펴본다.

후술할 충전 스케쥴링 방법은 전기차 충전기 및/또는 전기차에 구현되어 충전 제어가 수행될 수 있다.

전기차 충전 스케줄링은 다양한 목적을 위해 운용될 수 있으나, 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템은 피크쉐이빙을 위한 충전 스케줄링으로 운용하는 것으로 한다. 즉, 상기 계층적 전기차 충전 시스템에서 전기차 충전기 운용 알고리즘은 피크쉐이빙을 통해 과부하를 제어하기 위한 목적으로 운용된다. 본 명세서에서는 전기차 충전기 운용 알고리즘을 '우선순위 기반 피크 쉐이빙 기법(Priority peak Shaving Method)'이라 정의하기로 한다.

여기서, 피크 쉐이빙 기법은 피크 부하 저감 또는 피크 부하 관리 기법으로 불리기도 하며, 전력 부하가 최고조인 시간 대에 대비해 유휴 전력을 저장했다가 피크 시간 대에 저장된 전력을 사용하는 기법을 의미한다.

본 명세서에서 제안하는 우선순위 기반 피크 쉐이빙 기법은 먼저 통합 게이트웨이에 연결된 충전기들을 충전 속도 별로 그룹핑한다. 이 경우, 물리적 혹은 가상으로 그룹 지어진 전기차 충전기들에 한하여 충전 속도 별로 그룹핑을 할 수 있다. 또한, 전기차 충전기의 충전 속도는 11kW, 7.7kW, 3.4kW로 제어할 수 있다고 가정한다.

이하, 상기 우선순위 기반 피크 쉐이빙 기법에 대해 단계 별로 살펴보기로 한다.

본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템(이하, 간략히 '시스템'으로 호칭하기로 한다)은 첫 번째로(Step 1), 전기차 충전기를 충전 속도 별로 그룹핑한다(11kW, 7.7kW, 3.2kW). 여기서, 충전 속도는 전기차 충전기가 전기차(또는 전기 차량)에 충전을 하는 속도를 나타낸다.

그리고, 상기 시스템은 과부하가 예상되는 경우, 이후 절차들(또는 Step 2 이후 절차들)을 수행한다. 상기 이후 절차들에 대해 살펴본다.

상기 시스템은 두 번째로(Step 2.) 전기차 충전기가 충전하여야 할 배터리 잔량을 기준으로 먼저 11kW를 내림차순으로 정렬하고 배터리 잔량이 같은 경우 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 충전 스케쥴링에 대한 우선순위를 결정한다.

세 번째로(Step 3), 상기 시스템은 11kW 충전기들을 정렬된 순서 차례대로 7kW로 만족 될 때까지 Shaving을 수행한다. 여기서, 쉐이빙은 전기차 충전기의 충전 속도 또는 전력을 낮추는 것을 의미할 수 있다.

네 번째로(Step 4), 상기 시스템은 만약 모든 11kW 충전기들에 대한 Shaving에서 만족하지 못하면, 아래의 Step 4-1 내지 Step 4-3-2 절차를 수행한다.

즉, 상기 시스템은 모든 11kW 충전기들에 대한 shaving을 만족하지 못한 경우, 11kW에서 Shaving된 7kW 충전기들을 포함하여 모든 7kW 충전기들을 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고 배터리 잔량이 같은 경우 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 충전 스케쥴링에 대한 우선순위를 결정한다(Step 4-1).

이후, 상기 시스템은 7kW 충전기들을 정렬된 순서로 차례차례 3.2kW로 만족될 때까지 Shaving을 수행한다(Step 4-2).

만약 모든 7kW 충전기에 대한 Shaving에서 만족하지 못하면, 상기 시스템은 Shaving된 모든 충전기들을 포함하여 3.2kW 충전기들을 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고 배터리 잔량이 같은 경우 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 충전 스케쥴링에 대한 우선순위를 결정한다(Step 4-3-1).

이후, 상기 시스템은 정렬된 순서대로 차례대로 전기차 충전기를 turn off한다(Step 4-3-2).

또한, 상기 시스템은 공급 전력 변화 감지 시 Peak Shaving을 재수행하기 위하여, 기존 Peak Shaving 정차가 Step 3에서 만족되는 경우, “state 1”, Step 4-2에서 만족되는 경우 “state 2”, Step 4-3-2에서 만족되는 경우, “state 3”로 각각 정의한다.

또한, 앞서 살핀 알고리즘 수행 중, 공급 전력 변화를 감지한 경우, 상기 시스템은 앞서 설명한 스케줄링 방법을 반복적으로 수행한다.

이하, 공급 전력의 변화가 있는 경우, state 1 내지 state 3에 따라 앞서 살핀 알고리즘을 수행하는 방법에 대해 살펴본다.

(방법 1)

방법 1은 공급 전력이 현재 보다 줄었을 경우에 대한 알고리즘 수행 방법에 관한 것이다.

Peak Shaving 이후 충전 서비스 도중, 현재보다 공급 전력이 줄어 들었을 경우, 시스템은 Peak Shaving을 새롭게 갱신하여 적용시키며, 다음과 같은 방법을 사용하여 알고리즘을 수행한다.

방법 1-1. “state 1”인 경우 (Peak Shaving 정차가 Step 3에서 만족되는 경우)

- 만약 11kW 충전기들 중 7kW로 shaving할 충전기가 존재하는 경우, 상기 시스템은 11kW의 잔여 충전기들만 포함하여 앞서 살핀 Step 2부터 알고리즘을 적용한다.

- 만약 11kW 충전기들 중 7kW로 shaving할 충전기가 존재하지 않는 경우(즉, “State 1”이나 모든 11kW 충전기들이 이미 shaving 된 경우), 상기 시스템은 Peak Shaving에 대한 알고리즘을 Step 4부터 적용한다.

방법 1-2. “State 2”인 경우(Peak Shaving 정차가 Step 4-2에서 만족되는 경우)

- 만약 7kW 충전기들 중 3.2Kw로 shaving할 충전기가 존재하는 경우, 상기 시스템은 7kW의 잔여 충전기들만 포함하여 Step 4-1부터 알고리즘을 적용한다.

- 만약 7kW 충전기들 중 3.2Kw로 shaving할 충전기가 존재하지 않을 경우, 상기 시스템은 Step 4-3-1부터 알고리즘을 적용한다.

방법 1-3. “State 3”일 경우(Peak Shaving 정차가 Step 4-3-2에서 만족되는 경우)

상기 시스템은 현재 충전 중인 충전기들에 대해 Step 4-3-2부터 알고리즘을 적용한다.

(방법 2)

방법 2는 전력 공급이 현재 보다 늘었을 경우에 대한 알고리즘 수행 방법에 관한 것이다.

방법 2-1. “State 1”일 경우(Peak Shaving 정차가 Step 3에서 만족되는 경우)

시스템은 늘어난 전력을 초과하지 않는 범위에서 7.7kW로 shaving된 충전기들을 11kW로 복구한다. 이때, 상기 시스템은 shaving과 반대 순서로 복구시킨다. 이때, 모든 충전기들이 복구가 되면 현재 State를 “State 0”으로 정의한다.

방법 2-2. “State 2” 일 경우(Peak Shaving 정차가 Step 4-2에서 만족되는 경우)

시스템은 7kW에서 3.2kW로 shaving된 충전기들을 shaving과 반대 순서로 7.7Kw로 복구를 수행하고, 모든 충전기들에 대한 복구가 완료된 경우, 현재 State 2를 “State 1”로 천이시킨다. 이때 가용할 전력이 남을 경우, 상기 시스템은 앞서 살핀 방법 2(특히, 방법 2-1)을 적용시킨다.

방법 2-3. “State 3”일 경우(Peak Shaving 정차가 Step 4-3-2에서 만족되는 경우)

시스템은 turn off된 충전기들을 반대 순서로 다시 turn on시켜 충전 서비스를 시작한다. 만약 모든 충전기들의 충전이 on이 되는 경우, 현재 State를“State 2”로 천이시킨다. 이후 가용할 전력이 남을 경우, 상기 시스템은 앞서 살핀 방법 2(특히, 방법 2-2)를 적용시킨다.

도 5 내지 도 8은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기 peak shaving 스케줄링 방법의 일례들을 나타낸 도이다.

즉, 도 5는 앞서 살핀 알고리즘은 step 1, 도 6은 step 2, 도 7은 step 3, 도 4는 step 4에서 각각의 스케쥴링 방법을 나타낸다. 해당 도면에서 S는 충전 속도를, T는 충전 시간을, B는 배터리 잔량을 나타낸다.

도 5를 참고하면, 전기차 충전기의 충전 속도 별로 전기차 충전기가 그룹핑되어 있는 것을 볼 수 있다. 도 5에서, 각 그룹의 정렬 순서는 충전 속도가 11kW, 7.7kW, 3.2Kw 순과 같이 내림차순으로 정렬되어 있는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 그룹 내에서는 배터리 잔량, 충전 시간 순으로 전기차 충전기가 내림차순으로 정렬되어 있는 것을 볼 수 있다.

도 7 및 도 8은 앞서 살핀 충전 속도가 11KkW 및 7.7kW 그룹의 전기차 충전기를 충전 속도가 7.7kW 및 3.2kW로 각각 피크 쉐이빙을 수행하는 일례를 나타내며, 이에 대한 보다 구체적인 내용은 앞서 살핀 본 명세서에서 제안하는 우선순위 기반 피크 쉐이빙 알고리즘을 참고하기로 한다.

도 9는 본 명세서에서 제안하는 우선순위 기반 피크 쉐이빙을 수행하기 위한 전기차 충전 스케쥴링 구성의 일례를 나타낸 도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 전기차 충전 스케쥴링의 내부 구성은 charger array, 우선순위 결정부(priority decision), 우선순위 큐(priority queue), 충전 제어 스크립트 및 우선순위 스택(priority stack)을 포함한다.

상기 우선순위 결정부에서는 전기차 충전기들에 대해 충전시간 내림차순으로 정렬하고 이후 배터리 잔여량 내림차순으로 정렬한다.

또한, 충전 제어 스크립트에서는 peak shaving 모듈 및 복구 모듈을 포함하고, peak shaving 모듈에서 생성된 stack은 우선순위 스택으로 전달된다.

앞서 살핀, 본 명세서에서 제안하는 통합 게이트웨이를 이용한 계층적 전기차 충전 시스템은 통합 게이트웨이 추가(혹은 제거)를 통해 응용 범위를 확장(혹은 통합)할 수 있다. 즉, 다른 공간 (혹은 같은 공간 내 가상의 그룹핑을 통한 새로운 별도의 그룹을 형성)의 전기차를 각각 통합 게이트웨이에서 관리할 수도 있고, 분산적으로 나누어 관리할 수도 있다. 모든 통합 게이트웨이들에 연결된 전기차의 정보를 상위의 충전관제시스템에 보고하여 전체적으로 관리할 수 있다. 도 10은 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템의 확장 구조의 일례를 나타낸 도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 충전관제시스템은 복수의 통합 게이트웨이들과 WAN을 통해 연결되고, 상기 충전관제시스템은 통합 게이트웨이의 OCPP 클라이언트 기능을 활성화 혹은 비활성화 시킬 수 있으며, 이를 통해 충전관제시스템의 형상을 변경할 수 있다.

도 11은 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템의 확장 구조의 또 다른 일례를 나타낸 도이다.

보다 구체적으로, 도 11은 계층적 전기차 충전 시스템의 로컬 네트워크(local network) 확장 구조의 일례들을 나타낸다.

도 11을 참고하면, 전기차 충전 상태에 따라 통합 게이트웨이가 관리하는 전기차의 그룹은 적응적으로 변경될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 통합 게이트웨이를 수평적으로 확장하여 전기차 충전 제어 인프라를 확장할 수 있다.

또한, 통합 게이트웨이 간 논리적인 마스터 및 슬레이브 구조를 정의할 수 있다. 이 경우, 마스터 통합 게이트는 상위에 위치하고 슬레이브 통합 게이트웨이는 상기 마스터 통합 게이트 하위에 위치하는 논리적인 구조를 가지며, 상기 슬레이브 게이트웨이는 상기 마스터 통합 게이트웨이에 의해 비활성될 수 있다. 상기 슬레이브 게이트웨이가 비활성화된 경우, 상기 슬레이브 게이트웨이가 관리하는 전기차 충전기는 인접 활성 슬레이브 게이트웨이 혹은 마스터 게이트웨이로 이관되어 관리된다. 도 11에 도시된 바와 같이 마스터 통합 게이트웨이 및 슬레이브 통합 게이트웨이로 구성된 경우, 슬레이브 통합 게이트웨이는 LAN을 통해 마스터 통합 게이트웨이에 연결되며, 슬레이브 통합 게이트웨이에서 취합한 정보는 LAN을 통해 마스터 통합 게이트웨이에 전달되고, 마스터 통합 게이트웨이에서 WAN을 통해 상위 시스템에 전달된다.

상기 마스터 통합 게이트웨이는 상기 충전관제시스템과의 주 통신역할을 담당하며, 상기 마스터 통합 게이트웨이는 하위 CP 및 슬레이브 통합 게이트웨이가 관리하는 전기차의 충전 스케줄링 및 부하관리의 주 역할을 담당한다.

상기 슬레이브 통합 게이트웨이는 상위 마스터 통합 게이트웨이와의 주 통신 역할을 담당하며, 상기 슬레이브 통합 게이트웨이는 하위의 전기차의 충전 스케줄링 및 부하관리의 주 역할을 담당한다.

도 12는 도 11의 시스템에서 정보의 흐름의 일례를 나타낸 도이다.

도 12에서, 마스터 통합 게이트웨이는 하위 충전 CP 및 슬레이브 통합 게이트웨이의 부하 관리를 수행한다.

도 13은 본 명세서에서 제안하는 마스터 통합 게이트웨이 및 슬레이브 통합 게이트웨이로 구성된 계층적 전기차 충전 시스템의 또 다른 일례를 나타낸 도이다.

도 13은 마스터 통합 게이트웨이가 아파트 관리 시스템(또는 모니터링 시스템) 및 충전관제시스템(또는 충전사업자 또는 OCPP 서버)과 WAN으로 연결되어 있는 일례를 나타낸다.

도 13에서, 마스터 통합 게이트웨이는 하위 충전 CP 및 슬레이브 통합 게이트웨이의 부하 관리를 수행한다.

도 14는 본 명세서에서 제안하는 마스터 통합 게이트웨이 및 슬레이브 통합 게이트웨이로 구성된 계층적 전기차 충전 시스템의 또 다른 일례를 나타낸 도이다.

도 14를 참고하면, 만약 마스터 통합 게이트웨이가 고장난 경우 슬레이브 통합 게이트웨이를 통해 마스터 통합 게이트웨이가 대체될 수 있으며, 이를 통해 마스터 통합 게이트웨이에 대한 이중화 구조를 가질 수 있다. 마스터 통합 게이트웨이가 고장 날 경우를 대비하여 충전관제시스템은 슬레이브 통합 게이트웨이 중 마스터 통합 게이트웨이가 될 수 있는 후보군을 미리 정의하고, 마스터 통합 게이트웨이로부터 3회 이상 응답이 없는 경우 후보군의 슬레이브 통합 게이트웨이에 마스터 통합 게이트웨이에 대한 기능을 활성화 시킨다.

이러한 동작을 위해 마스터 통합 게이트웨이 외에 최소 하나 이상의 슬레이브 통합 게이트웨이는 WAN을 통해 상위의 충전관제시스템과 연결을 미리 설정할 수 있다.

도 15는 본 명세서에서 제안하는 계층적 전기차 충전 시스템에서 충전 제어를 수행하는 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.

전기차 충전기를 통합 관리하기 위한 계층적 전기차 충전 시스템은 적어도 하나의 전기차 충전기, 충전 관제 서버, 통합 게이트웨이 및 전기차를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 적어도 하나의 전기차 충전기 각각에는 가상의 식별자(Identifier)가 부여되고, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기는 상기 부여된 가상의 식별자로 그룹핑될 수 있다.

상기 가상의 식별자는 OCPP에 정의된 전기차 충전기의 식별자 및 상기 충전 상태 정보 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기는 전기차 충전기의 충전 속도 또는 충전을 완료하기까지 남은 충전 시간 중 적어도 하나에 기초하여 상기 가상의 식별자로 그룹핑될 수 있다.

그리고, 상기 충전 관제 서버는 OCPP(Open Charge Point Protocol) 클라이언트 기능을 배포하고, 상기 OCPP 클라이언트 기능의 활성화 또는 비활성화를 통해 상기 적어도 하나의 전기차 충전기를 제어 및 관리한다.

상기 충전 관제 서버는 충전 관제 시스템, 관리 서버, 중앙 제어 서버, 충전 사업자 서버, OCPP 서버 등으로 호칭될 수 있다.

먼저, 충전 관제 서버는 OCPP 클라이언트 기능을 통합 게이트웨이로 배포한다(S1510).

그리고, 상기 통합 게이트웨이는 상기 배포된 OCPP 클라이언트 기능을 수신하여 설치한다(S1520).

그리고, 상기 통합 게이트웨이는 적어도 하나의 전기차 충전기로부터 충전 정보를 수집한다(S1530).

그리고, 상기 통합 게이트웨이는 상기 충전 관제 서버로 상기 수집된 충전 정보를 전송한다(S1540).

그리고, 상기 충전 관제 서버는 상기 통합 게이트웨이로부터 수신된 충전 정보에 기초하여 전기차 충전기의 충전 제어 및 관리를 위해 우선순위 기반 피크 쉐이빙 알고리즘 즉, 충전 스케쥴링을 수행한다(S1550).

여기서, 상기 충전 스케쥴링은 적어도 하나의 전기차 충전기에 대해 충전 속도 및 배터리 잔량을 기준으로 수행될 수 있다.

여기서, 충전 정보는 통합 게이트웨이에 연결된 전기차 충전기의 충전 상태에 대한 정보 또는 충전을 수행할 전기차의 배터리 잔량 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 충전 상태 정보는 상기 통합 게이트웨이에 연결된 전기차 충전기의 충전 속도에 대한 정보 또는 충전을 완료하기까지 남은 충전 시간에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 통합 게이트웨이는 마스터(master)에 해당하는 제1 통합 게이트웨이 및 상기 제1 통합 게이트웨이의 고장 발생 시 상기 제1 통합 게이트웨이를 대신하는 슬레이브(slave)에 해당하는 적어도 하나의 제2 통합 게이트웨이를 포함할 수 있다.

상기 제1 통합 게이트웨이 및 상기 제2 통합 게이트웨이는 간략히 각각 마스터 통합 게이트웨이 및 슬레이브 통합 게이트웨이로 호칭될 수 있다.

또한, 상기 적어도 하나의 제2 통합 게이트웨이는 상기 제1 통합 게이트웨이와 상기 LAN을 통해 연결되고, 상기 제1 통합 게이트웨이에 의해 활성화 또는 비활성화될 수 있다.

상기 적어도 하나의 제2 통합 게이트웨이는 상기 제1 통합 게이트웨이의 고장이 발생된 경우, 상기 제1 통합 게이트웨이를 대신할 후보 제1 통합 게이트웨이를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 통합 게이트웨이로부터 일정 횟수 응답이 없는 경우, 상기 후보 제1 통합 게이트웨이를 상기 제1 통합 게이트웨이로 설정할 수 있다.

도 16은 본 명세서에서 제안하는 충전 스케쥴링 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.

도 16a는 충전 스케쥴링 방법의 전체적인 과정을 나타내며, 도 16b는 충전 스케쥴링에서 우선순위 기반 피크 쉐이빙을 수행하는 구체적인 방법의 일례를 나타낸다.

본 명세서에서 제안하는 우선순위 기반 피크 쉐이빙 알고리즘 즉, 충전 스케쥴링은 충전 관제 서버 또는 통합 게이트웨이에서 수행될 수 있으며, 이를 모두 포함하기 위해 도 16에서는 시스템에서 충전 스케쥴링을 수행하는 것으로 가정한다.

먼저, 시스템은 적어도 하나의 전기차 충전기를 충전 속도를 고려하여 복수의 그룹들로 그룹핑한다(S1610). 즉, 각 그룹 내 전기차 충전기는 동일한 충전 속도를 가지게 된다.

상기 복수의 그룹들은 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 포함할 수 있으며, 상기 제1 그룹, 상기 제2 그룹 및 상기 제3 그룹 순서로 충전 속도가 낮아지는 것으로 정의할 수 있다.

이후, 전기차 충전기에 대한 충전 제어 즉, 충전 스케쥴링이 필요한 경우, 상기 시스템은 각 그룹에 대해 충전 속도, 배터리 잔량 및 충전 시간에 기초하여 충전 우선순위를 결정하고, 전기차 충전기의 충전 속도를 낮추기 위한 피크 쉐이빙을 수행한다(S1620).

이하에서, S1620 단계에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.

상기 시스템은 제1 그룹의 전기차 충전기를 충전할 전기차의 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 상기 배터리 잔량이 동일한 경우 충전 완료까지 남은 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 상기 제1 그룹의 전기차 충전기들 간의 우선순위를 결정한다(S1621).

그리고, 상기 시스템은 상기 제1 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 만족할 때까지 피크 쉐이빙(peak shaving)을 수행한다(S1622).

그리고, 상기 시스템은 상기 제1 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 모두 만족하지 못한 경우, 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 가지는 전기차 충전기를 충전할 전기차의 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 상기 배터리 잔량이 동일한 경우 충전 완료까지 남은 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 상기 제2 그룹의 전기차 충전기들 간의 우선순위를 결정한다(S1623).

그리고, 상기 시스템은 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제3 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 만족할 때까지 피크 쉐이빙(peak shaving)을 수행한다(S1624).

그리고, 상기 시스템은 상기 제2 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도가 상기 제3 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 모두 만족하지 못한 경우, 상기 제3 그룹의 전기차 충전기의 충전 속도를 가지는 전기차 충전기를 배터리 잔량을 기준으로 내림차순으로 정렬하고, 상기 배터리 잔량이 동일한 경우 충전 시간을 기준으로 내림차순으로 정렬하여 상기 제3 그룹의 전기차 충전기들 간의 우선순위를 결정한다(S1625).

그리고, 상기 시스템은 S1621 단계 내지 S1625 단계에 의해 정렬된 전기차 충전기의 순서대로 전기차 충전기의 전력을 턴-오프(turn-off)시킨다.

또한, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력 변화가 발생한 경우, 상기 시스템은 상기 제1 그룹, 상기 제2 그룹 및 상기 제3 그룹에 대한 피크 쉐이빙을 재수행한다(S1630).

만약 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소하고, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하는 경우, 상기 시스템은 S1621 단계 내지 S1625 단계를 수행할 수 있다.

또는, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소하고, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하지 않는 경우, 상기 시스템은 S1621 단계 내지 S1625 단계를 수행할 수 있다.

또한, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소하고, 상기 제2 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제3 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하는 경우, 상기 시스템은 S1623 단계 내지 S1625 단계를 수행한다.

또는, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 감소하고, 상기 제1 그룹의 전기차 충전기 중 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙할 전기차 충전기가 존재하지 않는 경우, 상기 시스템은 S1624 단계 내지 S1625 단계를 수행한다.

또한, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 증가한 경우, 상기 시스템은 상기 제2 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙된 전기차 충전기를 상기 제1 그룹의 충전 속도로 복구한다.

또한, 상기 적어도 하나의 전기차 충전기에 대한 공급 전력이 현재의 공급 전력보다 증가한 경우, 상기 시스템은 상기 제3 그룹의 충전 속도로 피크 쉐이빙된 전기차 충전기를 상기 제2 그룹의 충전 속도로 복구한다.

도 17은 본 명세서에서 제안하는 장치의 내부 블록도의 일례를 나타낸다.

본 명세서에서 제안하는 방법 또는 기능을 구현하기 위한 장치(1000)는 제어부 (또는 프로세서, 1020), 저장부(일시적 또는 비 일시적 저장장치)(또는 메모리, 1030), 데이터 전송을 위한 버스(미도시) 또는 외부와 통신을 수행하기 위한 통신부(1010) 및 출력부(1040)를 포함할 수 있다.

여기서, 장치는 본 명세서에서 언급하는 모든 장치를 포함하는 것으로, 충전관제시스템, 통합 게이트웨이, 전기차 충전기, 전기차 등을 포함할 수 있다.

저장부는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

통신부는 유선 및/또는 무선 통신 모듈로 구성될 수 있다. 예를 들어, 통신부는, 와이파이(Wireless Fidelity, Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 엔에프씨(near field communication: NFC), 와이브로(Wireless Broadband Internet: Wibro), 3G, 4G, 5G, 6G 등의 무선 통신모듈과 이더넷(Ethernet) 등의 유선 랜(LAN)과 같은 유선 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 통신부는 네트워크를 통해 사용자 장치와 유/무선 통신을 수행할 수 있다.

상기 통신부가 무선 통신부인 경우, RF 모듈로 호칭될 수 있으며, 무선 신호를 송수신하기 위한 안테나를 포함할 수 있다.

제어부는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티 프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부, 음향 출력부, 햅팁 모듈, 광 출력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 디바이스와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부로써 기능함과 동시에, 디바이스와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

도 18은 본 명세서에서 제안하는 방법이 적용될 수 있는 차량 장치의 내부 블록도의 일례를 나타낸 도이다.

본 명세서에서 제안하는 방법 또는 기능을 구현하기 위한 차량 장치는 전기 자동차, 전기차 등으로 호칭될 수 있으며, 프로세서, AI 장치, 메모리, 인터페이스부, 전원 공급부, 입력장치, 영상장치, 통신장치, 디스플레이장치, 무선전력 수신장치 등을 포함할 수 있다.

먼저, 프로세서는, 통신 장치를 통해, 외부로부터 신호, 정보 또는 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 상기 프로세서는 외부로 신호, 정보 또는 데이터를 전송할 수 있다.

프로세서는, 영상 장치에 포함된 내부 카메라 및 외부 카메라 중 적어도 어느 하나에서 수신되는 영상 데이터에 기초하여, 무선전력 송신장치를 특정할 수 있다. 프로세서는, 영상 데이터에 영상 처리 알고리즘을 적용하여 무선전력 송신장치를 특정할 수 있다. 예를 들면, 프로세서는, 외부로부터 수신되는 정보와 영상 데이터를 비교하여 무선전력 송신장치를 특정할 수 있다. 예를 들면, 정보는, 차량의 경로 정보, 무선전력 송신장치의 위치 정보, 및 무선충전 시스템 이용 이력 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

AI 장치는 인공지능 에이전트(artificial intelligence agent)를 포함할 수 있다. 인공지능 에이전트는, 입력 장치를 통해 획득된 데이터를 기초로 기계 학습(machine learning)을 수행할 수 있다. 인공지능 에이전트는, 기계 학습된 결과에 기초하여, 디스플레이장치 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다.

메모리는, 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리는, 프로세서에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.

인터페이스부는, 차량 장치 내에 구비되는 적어도 하나의 전자 장치와 유선 또는 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 인터페이스부는, 통신 모듈, 단자, 핀, 케이블, 포트, 회로, 소자 및 장치 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.

전원 공급부는, 차량 장치에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부는, 프로세스로부터 제공되는 제어 신호에 따라 동작될 수 있다.

입력 장치는, 사용자 입력을 수신할 수 있다. 입력 장치는, 사용자 입력을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 입력 장치에 의해 전환된 전기적 신호는 제어 신호로 전환되어 디스플레이장치에 제공될 수 있다.

입력 장치는, 터치 입력부, 제스쳐 입력부, 기계식 입력부 및 음성 입력부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 터치 입력부는, 사용자의 터치 입력을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 터치 입력부는, 사용자의 터치 입력을 감지하기 위해 적어도 하나의 터치 센서를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 터치 입력부는 디스플레이장치에 포함되는 적어도 하나의 디스플레이와 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한, 터치 스크린은, 차량 장치와 사용자 사이의 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 함께 제공할 수 있다. 제스쳐 입력부는, 사용자의 제스쳐 입력을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 제스쳐 입력부는, 사용자의 제스쳐 입력을 감지하기 위한 적외선 센서 및 이미지 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제스쳐 입력부는, 사용자의 3차원 제스쳐 입력을 감지할 수 있다. 이를 위해, 제스쳐 입력부는, 복수의 적외선 광을 출력하는 광출력부 또는 복수의 이미지 센서를 포함할 수 있다.

영상 장치는, 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다. 영상 장치는, 내부 카메라 및 외부 카메라 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 내부 카메라는, 차량 내의 영상을 촬영할 수 있다. 외부 카메라는, 차량 외부 영상을 촬영할 수 있다. 내부 카메라는, 차량 장치 내의 영상을 획득할 수 있다. 영상 장치는, 적어도 하나의 내부 카메라를 포함할 수 있다. 영상 장치는, 내부 카메라에 의해 획득된 영상을 제공할 수 있다. 프로세서는, 내부 카메라에 의해 획득된 영상에 기초하여 사용자의 모션을 검출하고, 검출된 모션에 기초하여 신호를 생성하여, 디스플레이장치에 제공할 수 있다. 외부 카메라는, 차량 외부 영상을 획득할 수 있다. 영상 장치는, 적어도 하나의 외부 카메라를 포함할 수 있다. 영상 장치는, 외부 카메라에 의해 획득된 영상을 제공할 수 있다. 프로세서는, 외부 카메라에 의해 획득된 영상에 기초하여 사용자 정보를 획득할 수 있다.

통신 장치는, 외부 디바이스와 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 통신 장치는, 네트워크 망을 통해 외부 디바이스와 신호를 교환하거나, 직접 외부 디바이스와 신호를 교환할 수 있다. 외부 디바이스는, 서버, 이동 단말기 및 타 차량 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 통신 장치는, 통신을 수행하기 위해 안테나, 적어도 하나의 통신 프로토콜이 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 통신 장치는, 복수의 통신 프로토콜을 이용할 수도 있다.

예를 들어, 통신 장치는 C-V2X(Cellular V2X) 기술을 기반으로 외부 장치와 신호를 교환할 수 있다. 예를 들어, C-V2X 기술은 LTE 기반의 사이드링크 통신 및/또는 NR 기반의 사이드링크 통신을 포함할 수 있다.

예를 들어, 통신 장치는 IEEE 802.11p PHY/MAC 계층 기술과 IEEE 1609 Network/Transport 계층 기술 기반의 DSRC(Dedicated Short Range Communications) 기술 또는 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 표준을 기반으로 외부 디바이스와 신호를 교환할 수 있다.

통신 장치는 C-V2X 기술 또는 DSRC 기술 중 어느 하나만을 이용하여 외부 장치와 신호를 교환할 수 있다. 또는, 통신 장치는 C-V2X 기술 및 DSRC 기술을 하이브리드하여 외부 장치와 신호를 교환할 수 있다.

디스플레이장치는, 그래픽 객체를 표시할 수 있다.

이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시 예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시 예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10: 계층적 전기차 충전 시스템

Claims (21)

1. 전기차 충전기를 통합 관리하기 위한 계층적 전기차 충전 시스템에 있어서,
   충전 관제 서버;
   하나 또는 그 이상의 전기차 충전기들; 및
   상기 전기차 충전기들에 대한 충전 제어를 수행하는 통합 게이트웨이를 포함하되,
   상기 통합 게이트웨이는 상기 충전 관제 서버와 WAN(Wide Area Network) 통신을 통해 충전 정보를 송수신하며, 상기 전기차 충전기들과 LAN(Local Area Network) 통신으로 연결되어 상기 충전 정보를 수집하며,
   상기 통합 게이트웨이는 마스터 게이트웨이 및 상기 마스터 게이트웨이를 대체할 수 있는 슬레이브 게이트웨이를 포함하며,
   상기 통합 게이트웨이는 상기 전기차 충전기들을 각 전기차 충전기의 충전 속도를 고려하여 복수의 전기차 충전기 그룹들로 그룹핑하고, 전기차 충전기 그룹 별로 피크 쉐이빙 충전 스케쥴링 적용을 위한 그룹 충전 속도를 설정하고, 상기 전기차 충전 시스템의 과부하 여부에 기초하여 그룹 충전 속도가 높은 제1 전기차 충전기 그룹에 포함된 전기차 충전기의 충전 속도를 그룹 충전 속도가 낮은 제2 전기차 충전기 그룹의 그룹 충전 속도로 낮추는 상기 피크 쉐이빙 충전 스케쥴링의 수행 여부를 결정하는 계층적 전기차 충전 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 전기차 충전 시스템의 과부하 발생 시, 상기 피크 쉐이빙 충전 스케쥴링이 수행되는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 통합 게이트웨이는 각 전기차 충전기 그룹에 포함되는 전기차 충전기들의 배터리 잔량을 기준으로 전기차 충전기의 충전 속도를 낮추는 우선 순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 통합 게이트웨이는 상기 전기차 충전기들 간 배터리 잔량이 동일한 경우, 충전 완료까지 남은 충전 시간을 기준으로 전기차 충전기의 충전 속도를 낮추는 우선 순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 슬레이브 게이트웨이는 상기 마스터 게이트웨이와 LAN을 통해 연결되며, 상기 마스터 게이트웨이에 의해 활성화 또는 비활성화되는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 슬레이브 게이트웨이는 상기 마스터 게이트웨이에 대한 고장이 발생한 경우, 상기 마스터 게이트웨이를 대체하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 충전 정보는 상기 통합 게이트웨이에 연결된 전기차 충전기의 충전 상태에 대한 정보 또는 충전을 수행할 전기차의 배터리 잔량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 충전 상태 정보는 상기 통합 게이트웨이에 연결된 전기차 충전기의 충전 속도에 대한 정보 또는 충전을 완료하기까지 남은 충전 시간에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 전기차 충전기들 각각은 OCPP(Open Charge Point Protocol)에 정의된 가상의 식별자가 할당되는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
10. 제5 항에 있어서,
    상기 통합 게이트웨이는 상기 LAN을 통해 상기 전기차 충전기들로 상기 충전 정보를 요청하고, 상기 요청한 충전 정보를 상기 LAN을 통해 수신하며, 상기 수신된 충전 정보를 상기 WAN을 통해 상기 충전 관제 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
11. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 전기차 충전기 그룹들은 제3 전기차 충전기 그룹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전기차 충전기 그룹, 상기 제2 전기차 충전기 그룹 및 상기 제3 전기차 충전기 그룹 순서대로 그룹 충전 속도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 전기차 충전기 그룹에 포함된 전기차 충전기들에 대한 충전 속도를 상기 제2 전기차 충전기 그룹의 그룹 충전 속도로 모두 낮추지 못한 경우, 상기 제2 전기차 충전기 그룹에 포함된 전기차 충전기들에 대한 충전 속도를 상기 제3 전기차 충전기 그룹의 그룹 충전 속도로 낮추는 것을 특징으로 하는 계층적 전기차 충전 시스템.
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