KR102632729B1 - 전기차 화재 방지 기능과 배터리 성능 평가 기능을 내장하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 전기차 충전 장치 및 이를 이용한 방법 - Google Patents

전기차 화재 방지 기능과 배터리 성능 평가 기능을 내장하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 전기차 충전 장치 및 이를 이용한 방법 Download PDF

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Abstract

전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치를 이용하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 방법에 있어서, (a) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 이후, 상기 전기차 충전 장치가, 충전 전류가 일정하게 유지되는 상태로 충전되는 정전류(Constant Current) 충전 모드로 상기 전기차 배터리에 대한 충전을 개시하는 단계; 및 (b) 상기 전기차 충전 장치가, 제t 시점부터 제(t+1) 시점까지 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압인 제t 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류인 제t 전류값을 측정하고, 상기 제t 전압값, 상기 제t 전류값, 상기 제t 시점 및 상기 제(t+1) 시점을 참조하여 제t 전력량 정보를 획득하는 과정을 상기 t를 증가시켜가면서 반복하는 단계;를 포함하되, 상기 (b) 단계에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+m - 상기 m은 0 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 충전 상태(SOC, State of Charge)가 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 정전압(Constant Voltage) 충전 모드 - 상기 정전압 충전 모드는 상기 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 상기 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전됨 - 로 변환시키는 단계;를 포함하는 방법 및 전기차 충전 장치가 개시된다.

Description

전기차 화재 방지 기능과 배터리 성능 평가 기능을 내장하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 전기차 충전 장치 및 이를 이용한 방법{ELECTRIC VEHICLE CHARGING STATION FOR SAFELY AND EFFICIENTLY CHARGING ELECTRIC VEHICLE, INCLUDING A FUNCTION OF PREVENTING FIRE OF ELECTRIC VEHICLE, AND A FUNCTION OF EVALUATING BATTERY PERFORMANCE, AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 전기차 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기차 화재 방지 기능과 배터리 성능 평가 기능을 포함하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 전기차 충전 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.
최근, 전기차에 대한 관심이 높아지고 전기차의 보급이 증가하면서, 전기차에 의한 화재가 이슈로 떠오르고 있다. 이러한 전기차의 화재는 대부분 내장된 배터리에서 시작하는데, 화재의 원인으로 크게 제조상의 문제로 인한 내부 합선, 교통사고와 같은 충돌로 인한 배터리 팩의 손상 및 배터리의 반복된 과충전으로 인한 노화 등을 꼽을 수 있다.
이와 관련하여, 국립소방연구원에서 2021년 11월에 출간된 전기차 화재 대응에 관한 보고서를 확인하면, 2021년 7월 기준으로 국내에서 교통사고에 의해 발생된 화재 건수를 제외하고, 전기차의 배터리에 의해 발생한 화재 건수는 2018년 5월 현대자동차 울산공장의 전기차 화재를 시작으로 총 17건이 확인되었다. 구체적으로, 여름에 충전하는 경우, 급속충전(DC) 하는 경우에 주로 화재가 발생하고 있으며, 급속충전 과정에서도 주로 종반부 또는 종료한 이후에 발생하는 것으로 나타나고 있다.
또한, 2020년 차량 1만대당 화재 발생 비율을 확인하면, 내연기관 자동차의 차량 1만대 당 화재 발생 비율은 1.88이고, 전기차의 차량 1만대당 화재 발생 비율은 1.63인데, 이 중 전기차의 교통사고에 의한 화재 건수를 제외하여 순수하게 배터리에서 발화된 화재로 한정하면, 전기차의 1만대 당 화재 발생 비율은 0.52이며, 이는 내연기관 자동차에 비해 화재 발생 비율이 낮다는 것을 확인할 수 있다. 다만, 전기차에 화재가 발생한 경우, 내연기관 자동차에 비해 소화하기가 어렵고 오랜 시간이 걸린다는 문제가 존재한다.
한편, 전기차의 화재 발생 시, 일선 소방서에서 전기차를 소화하는 방법으로 주수에 의한 냉각 소화, 질식소화덮개를 활용한 질식 소화, 이동형 간이수조를 이용한 냉각 소화가 있으나, 주수에 의한 냉각 소화의 경우, 배터리가 차체 내부에 매립되어 있어 냉각 효과가 미미하고, 질식소화덮개를 활용하는 경우, 고온의 환경에서 리튬배터리가 분해되면서 생성되는 다량의 가연성 가스및 조연성 가스가 유출되어 소화 능력이 떨어지며, 수조를 이용한 냉각 소화의 경우, 작업시간이 오래 걸린다는 문제점이 존재하여 어느 하나 명확한 화재 대응 방안이라고 할 수 없는 실정이다.
따라서, 전기차 배터리의 과충전 및 노화를 방지하여 수명을 최대로 연장하고, 전기차 배터리의 화재를 미연에 방지함으로써 전기차를 안전하게 사용할 수 있는 개선 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기차 배터리를 충전 전류가 일정하게 유지되는 정전류 충전 모드에서 충전을 진행하면서 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 충전 전압이 일정하게 유지되는 정전압 충전 모드로 변환시키는 시점으로 판단함으로써 전기차 배터리의 충전율을 적절히 제어하는 기능을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 안전 모드가 선택된 경우, 정전압 충전 모드로 충전하다가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 적절한 시점에 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하여 전기차 화재를 미연에 방지하는 기능을 제공하는 전기차 충전 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기차 배터리의 회차별로 충전을 반복 수행한 데이터를 참조하여 전기차 배터리의 건강 수명을 효과적으로 추정하고, 이를 바탕으로 제1 임계 용량을 재설정하는 전기차 충전 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기차 배터리의 회차별로 충전을 반복 수행한 데이터를 참조하여 전기차 배터리에 흐르는 충전 전류로부터 주파수의 범위, 진폭, 스펙트럼 정보를 획득하며, 이를 참조하여 각 회차에서의 전기차 배터리의 건강수명을 효과적으로 평가하는 전기차 충전 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치를 이용하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 방법에 있어서, (a) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 이후, 상기 전기차 충전 장치가, 충전 전류가 일정하게 유지되는 상태로 충전되는 정전류(Constant Current) 충전 모드로 상기 전기차 배터리에 대한 충전을 개시하는 단계; 및 (b) 상기 전기차 충전 장치가, 제t 시점부터 제(t+1) 시점까지 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압인 제t 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류인 제t 전류값을 측정하고, 상기 제t 전압값, 상기 제t 전류값, 상기 제t 시점 및 상기 제(t+1) 시점을 참조하여 제t 전력량 정보를 획득하는 과정을 상기 t를 증가시켜가면서 반복하는 단계;를 포함하되, 상기 (b) 단계에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+m - 상기 m은 0 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 충전 상태(SOC, State of Charge)가 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 정전압(Constant Voltage) 충전 모드 - 상기 정전압 충전 모드는 상기 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 상기 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전됨 - 로 변환시키는 단계;를 포함하는 방법이 개시된다.
일례로서, (c) 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n - 상기 n은 1 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, (d) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 - 상기 s는 1 이상인 정수 - 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지 측정된 제1_t 전압값 및 제1_t 전류값, 상기 제1_t 전압값, 상기 제1_t 전류값, 상기 제1_t 시점 및 상기 제1_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제1_t 전력량 정보와 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 측정된 제s_t 전압값 및 제s_t 전류값, 상기 제s_t 전압값, 상기 제s_t 전류값, 상기 제s_t 시점 및 상기 제s_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제s_t 전력량 정보 각각을 참조하여, 상기 전기차 배터리의 제1 최대 충전 가능 용량 대비 제s 최대 충전 가능 용량의 비율인 제s 건강 상태(SOH, State of Health)를 추정하고, 상기 제s 건강 상태를 참조하여 상기 전기차 배터리의 제(s+1) 회차 충전을 위한 상기 제1 임계 용량을 제1_s 임계 용량으로서 재설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, (e) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지의 제1_t 전류값을 측정하는 프로세스; 내지 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지의 제s_t 전류값을 측정하는 프로세스;를 수행하고, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 주파수 범위, 진폭 및 스펙트럼 정보를 획득하며, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 상기 주파수 범위, 상기 진폭 및 상기 스펙트럼 정보를 참조하여 상기 전기차 배터리의 각 회차에서의 건강 상태를 추정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, 상기 (b) 단계에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 t를 상기 k부터 상기 k+m까지 증가시키면서 반복하는 동안에 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류가 일정하게 유지되도록 함으로써 상기 전기차 배터리의 상기 양단에 걸리는 상기 충전 전압을 증가시키도록 하며, 상기 t가 상기 k+m 일 때 상기 충전 전압이 상기 전기차 배터리의 화재 방지 및 수명 연장을 위해 기설정된 안전 충전 종단 전압에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 정전압 충전 모드로 변환시키는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, 상기 (b) 단계에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t에 대한 전체 구간인 상기 k부터 상기 k+z까지의 구간에 대해 하나의 그룹으로 묶이는 단위를 g 개라고 할 때, 상기 t가 (i-1)*g부터 i*g-1까지의 구간을 제i 그룹핑 구간이라고 할 때, 상기 t 를 (i-1)*g부터 i*g-1까지 증가시켜가면서 반복하는 동안에, 상기 t가 상기 (i-1)*g 일 때의 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 t가 상기 i*g-1 일 때의 제i*g-1 전력량 정보 각각을 모두 적산한 제i 그룹 적산 전력량 정보를 추가로 획득하되, 상기 t가 상기 i*g-1 일 때, 상기 제(i-1)*g 전압값 내지 상기 제i*g-1 전압값, 상기 제(i-1)*g 전류값 내지 상기 제i*g-1 전류값, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, 상기 전기차 충전 장치가, 복수의 전기차의 차종, 복수의 전기차 배터리의 종류, 복수의 전기차의 사용 용도, 복수의 전기차 배터리의 사용 정보, 복수의 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 복수의 전기차 배터리의 최적 충방전 대역 정보를 관리하고 있는 상기 데이터베이스를 참조로 하여, 상기 전기차의 차종, 상기 전기차 배터리의 종류, 상기 전기차의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 특정 최적 충방전 대역 정보를 획득하고, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 모니터링하여 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 상한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하고, 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 하한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 방전을 중단하여 새로운 회차의 충전을 시작하도록 지원하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, 상기 (a) 단계 이전에, (a0) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 것으로 감지되면, 상기 전기차 충전 장치는, 상기 전기차 배터리의 상기 화재 방지 기능이 적용되어 상기 전기차 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 안전 모드 및 상기 전기차의 장거리 운행을 위해 상기 전기차 배터리의 최대 충전 가능 용량으로 충전할 수 있는 장거리 모드 중 하나를 자동으로 선택하거나, 상기 전기차의 사용자로 하여금 상기 안전 모드 및 상기 장거리 모드 중 하나를 선택하도록 지원하는 단계;를 더 포함하되, 상기 전기차 충전 장치는, (i) 상기 안전 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하며, (ii) 상기 장거리 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 상기 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것을 감지하지 않고 계속 충전을 지속하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치에 있어서, 인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및 상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, (I) 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 이후, 충전 전류가 일정하게 유지되는 상태로 충전되는 정전류(Constant Current) 충전 모드로 상기 전기차 배터리에 대한 충전을 개시하는 프로세스; 및 (II) 제t 시점부터 제(t+1) 시점까지 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압인 제t 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류인 제t 전류값을 측정하고, 상기 제t 전압값, 상기 제t 전류값, 상기 제t 시점 및 상기 제(t+1) 시점을 참조하여 제t 전력량 정보를 획득하는 과정을 상기 t를 증가시켜가면서 반복하는 프로세스;를 수행하되, 상기 (II) 프로세스에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+m - 상기 m은 0 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 충전 상태(SOC, State of Charge)가 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 정전압(Constant Voltage) 충전 모드 - 상기 정전압 충전 모드는 상기 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 상기 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전됨 - 로 변환시키는 프로세스;를 수행하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
일례로서, 상기 프로세서가, (III) 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n - 상기 n은 1 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원하는 프로세스;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
일례로서, 상기 프로세서가, (IV) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 - 상기 s는 1 이상인 정수 - 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지 측정된 제1_t 전압값 및 제1_t 전류값, 상기 제1_t 전압값, 상기 제1_t 전류값, 상기 제1_t 시점 및 상기 제1_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제1_t 전력량 정보와 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 측정된 제s_t 전압값 및 제s_t 전류값, 상기 제s_t 전압값, 상기 제s_t 전류값, 상기 제s_t 시점 및 상기 제s_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제s_t 전력량 정보 각각을 참조하여, 상기 전기차 배터리의 제1 최대 충전 가능 용량 대비 제s 최대 충전 가능 용량의 비율인 제s 건강 상태(SOH, State of Health)를 추정하고, 상기 제s 건강 상태를 참조하여 상기 전기차 배터리의 제(s+1) 회차 충전을 위한 상기 제1 임계 용량을 제1_s 임계 용량으로서 재설정하는 프로세스;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
일례로서, 상기 프로세서가, (V) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지의 제1_t 전류값을 측정하는 서브 프로세스; 내지 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 제s_t 전류값을 측정하는 서브 프로세스;를 수행하고, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 주파수 범위, 진폭 및 스펙트럼 정보를 획득하며, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 상기 주파수 범위, 상기 진폭 및 상기 스펙트럼 정보를 참조하여 상기 전기차 배터리의 각 회차에서의 건강 상태를 추정하는 프로세스;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시된다.
일례로서, 상기 (II) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 t를 상기 k부터 상기 k+m까지 증가시키면서 반복하는 동안에 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류가 일정하게 유지되도록 함으로써 상기 전기차 배터리의 상기 양단에 걸리는 상기 충전 전압을 증가시키도록 하며, 상기 t가 상기 k+m 일 때 상기 충전 전압이 상기 전기차 배터리의 화재 방지 및 수명 연장을 위해 기설정된 안전 충전 종단 전압에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 정전압 충전 모드로 변환시키는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
일례로서, 상기 (II) 프로세스에서, 상기 프로세서가, 상기 t에 대한 전체 구간인 상기 k부터 상기 k+z까지의 구간에 대해 하나의 그룹으로 묶이는 단위를 g 개라고 할 때, 상기 t가 (i-1)*g부터 i*g-1까지의 구간을 제i 그룹핑 구간이라고 할 때, 상기 t 를 (i-1)*g부터 i*g-1까지 증가시켜가면서 반복하는 동안에, 상기 t가 상기 (i-1)*g 일 때의 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 t가 상기 i*g-1 일 때의 제i*g-1 전력량 정보 각각을 모두 적산한 제i 그룹 적산 전력량 정보를 추가로 획득하되, 상기 t가 상기 i*g-1 일 때, 상기 제(i-1)*g 전압값 내지 상기 제i*g-1 전압값, 상기 제(i-1)*g 전류값 내지 상기 제i*g-1 전류값, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
일례로서, 상기 프로세서가, 복수의 전기차의 차종, 복수의 전기차 배터리의 종류, 복수의 전기차의 사용 용도, 복수의 전기차 배터리의 사용 정보, 복수의 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 복수의 전기차 배터리의 최적 충방전 대역 정보를 관리하고 있는 상기 데이터베이스를 참조로 하여, 상기 전기차의 차종, 상기 전기차 배터리의 종류, 상기 전기차의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 특정 최적 충방전 대역 정보를 획득하고, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 모니터링하여 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 상한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하고, 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 하한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 방전을 중단하여 새로운 회차의 충전을 시작하도록 지원하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
일례로서, 상기 (I) 프로세스 이전에, 상기 프로세서가, (I-0) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 상기 화재 방지 기능이 적용되어 상기 전기차 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 안전 모드 및 상기 전기차의 장거리 운행을 위해 상기 전기차 배터리의 최대 충전 가능 용량으로 충전할 수 있는 장거리 모드 중 하나를 자동으로 선택하거나, 상기 전기차의 사용자로 하여금 상기 안전 모드 및 상기 장거리 모드 중 하나를 선택하도록 지원하는 프로세스;를 더 수행하되, (i) 상기 안전 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (I) 프로세스 및 상기 (II) 프로세스를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하며, (ii) 상기 장거리 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (I) 프로세스 및 상기 (II) 프로세스를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 상기 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것을 감지하지 않고 계속 충전을 지속하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치가 개시된다.
본 발명은 전기차 배터리를 충전 전류가 일정하게 유지되는 정전류 충전 모드에서 충전을 진행하면서 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 충전 전압이 일정하게 유지되는 정전압 충전 모드로 변환시키는 시점으로 판단함으로써 전기차 배터리의 충전율을 적절히 제어하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 안전 모드가 선택된 경우, 정전압 충전 모드로 충전하다가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 적절한 시점에 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하여 전기차 화재를 미연에 방지하는 기능을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기차 배터리의 회차별로 충전을 반복 수행한 데이터를 참조하여 전기차 배터리의 건강 수명을 효과적으로 추정하고, 이를 바탕으로 제1 임계 용량을 재설정하는 전기차 충전 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기차 배터리의 회차별로 충전을 반복 수행한 데이터를 참조하여 전기차 배터리에 흐르는 충전 전류로부터 주파수의 범위, 진폭, 스펙트럼 정보를 획득하며, 이를 참조하여 각 회차에서의 전기차 배터리의 건강수명을 효과적으로 평가하는 전기차 충전 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치의 세부 구조를 보다 상세히 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치가 그룹핑 구간 각각에서 측정된 전압값 및 전류값, 전압값 및 전류값을 이용하여 획득된 전력량 정보 및 그룹 적산 전력량 정보를 획득하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치가 전기차에 충전되는 전력량 정보를 분석한 결과 데이터를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치가 전기차의 충전 및 방전의 대역폭을 달리하여 전기차 배터리의 수명을 측정한 결과 데이터를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차를 충전하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.
또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, "포함하다"라는 단어 및 그것의 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다.
더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
여기에 제공되는 본 발명의 제목이나 요약은 단지 편의를 위해 제공되는 것으로 이 실시 예들의 범위 또는 의미를 제한하거나 해석하지 않는다.
참고로, 아래에서 각각의 구성요소들이 단수로 기재되었다고 하더라도, 복수의 가능성을 배제하는 것은 아니다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 전기차 충전 장치(100)를 개략적으로 도시한 것으로, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하며, 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하기 위한 인스트럭션들을 저장하는 메모리(110)와, 메모리(110)에 저장된 인스트럭션들에 응답하여 수행될 수 있는 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하며, 전기차를 안전하고 효율적으로 충전 하는 동작을 수행하는 프로세서(120)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 전기차 충전 장치(100)는 전형적으로 컴퓨팅 장치(예컨대, 컴퓨터 프로세서, 메모리, 스토리지, 입력 장치 및 출력 장치, 기타 기존의 컴퓨팅 장치의 구성요소들을 포함할 수 있는 장치; 라우터, 스위치 등과 같은 전자 통신 장치; 네트워크 부착 스토리지(NAS) 및 스토리지 영역 네트워크(SAN)와 같은 전자 정보 스토리지 시스템)와 컴퓨터 소프트웨어(즉, 컴퓨팅 장치로 하여금 특정의 방식으로 기능하게 하는 인스트럭션들)의 조합을 이용하여 원하는 시스템 성능을 달성하는 것일 수 있다.
또한, 컴퓨팅 장치의 프로세서는 MPU(Micro Processing Unit) 또는 CPU(Central Processing Unit), 캐쉬 메모리(Cache Memory), 데이터 버스(Data Bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.
그러나, 컴퓨팅 장치가 본 발명을 실시하기 위한 미디엄, 프로세서 및 메모리가 통합된 형태인 integrated 프로세서를 포함하는 경우를 배제하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치의 세부 구조를 보다 상세히 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 전기차 충전 장치(100)는 앞서 말한 메모리(110), 프로세서(120) 이외에도 콘센트(130), 사용자 인증부(140), 전력 정보 검출부(150), 전력 제어부(160), 타이머(170), 표시부(180), 전원 수신부(190) 등을 더 포함할 수도 있고, 콘센트(130), 사용자 인증부(140), 전력 정보 검출부(150), 전력 제어부(160), 타이머(170), 표시부(180), 전원 수신부(190) 등을 내부에 포함하지 않더라도, 전기차 충전 장치(100)는, 외부에 있는 콘센트(130), 사용자 인증부(140), 전력 정보 검출부(150), 전력 제어부(160), 타이머(170), 표시부(180), 전원 수신부(190) 등과 연동되거나 전기차 충전 장치(100)의 통신부(195)를 통해 통신 가능할 수도 있다. 여기서, 통신부(195)는, 전기차 충전 장치(100)의 AMR, IR, HOST, SPI INTERFACE 등을 통하여 다른 장치와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
이와 같은 사용자 인증부(140), 전력 정보 검출부(150), 전력 제어부(160), 타이머(170), 표시부(180) 중 적어도 일부는 프로세서(120)와 연동하여 기능을 수행할 수 있을 것인데, 가령 프로세서(120)로부터 소정의 지시를 받아 각각의 기능을 수행할 수 있을 것이다.
이하에서는 전기차 충전 장치(100)의 각각의 구성요소에 대해 보다 자세히 살펴보도록 한다.
우선, 전원 수신부(190)는 도 2의 우측에 도시된 전원부로부터 소정의 전력을 수신하는 기능을 수행할 수 있으며, 이와 같이 수신된 전력을 콘센트(130)를 통해 전기차에 제공할 수 있을 것이다. 이를 위해, 콘센트(130)는 전기차와 결합된 플러그를 통해 전력 공급을 위한 접속이 이루어질 것이다.
다음으로, 사용자 인증부(140)는 전기차를 충전하고자 하는 사용자의 정보를 입력 받는 기능을 수행할 수 있고, 사용자 정보가 확인되면, 해당 사용자에 대해 과금이 이루어지도록 지원할 수 있으며, 추후 설명할 전기차 배터리의 건강 상태를 매칭시켜 기록하도록 지원할 수도 있다.
또한, 사용자 인증부(140)는 플러그 등을 통해 전기차가 콘센트(130)에 접속된 것으로 감지되면, 전기차를 충전하고자 하는 사용자로부터 (1) 전기차 배터리의 화재 방지 기능이 적용되어 전기차 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 안전 모드 및 (2) 전기차의 장거리 운행을 위해 전기차 배터리의 최대 충전 가능 용량으로 충전할 수 있는 장거리 모드 중 하나를 선택 받거나, 기설정된 모드로 자동으로 선택되도록 지원하도록 할 수 있다. 가령, 디폴트로서 안전 모드로 동작하여 충전하도록 지원하되, 사용자로 하여금 장거리 운행이 필요한 경우에 장거리 모드로 선택하도록 지원함으로써 최대 충전 가능 용량으로 충전되도록 할 수도 있다.
또한, 사용자 인증부(140)를 통해서는 전기차 사용자의 인증 정보 및 결제 정보 등의 입력이 이루어질 수도 있는데, 이러한 사용자의 정보는 마그네틱 카드, IC 카드, RFID 칩 및 사용자 키패드 입력 중 적어도 하나로부터 획득될 수 있다. 이 때, IC 카드, 마그네틱 카드는 사용자 식별 정보를 포함하는 신용카드, 후불카드, 선불카드 등이 될 수 있다.
다음으로, 표시부(180)는 전기차 충전 장치(100)의 충전 상태를 표시할 수 있는 LED 또는 디스플레이 등으로 구현될 수 있으며, 이를 통해 전기차 사용자의 인증 동작 및 전기차의 충전에 따른 충전 전력량에 대한 정보 등을 표시하여 줄 수 있다. 물론, 표시부(180)가 전기차 충전 장치(100)에 포함되어 있지 않더라도, 사용자에 대응되는 단말(가령, 스마트폰)의 표시부(180)를 통해서 디스플레이되도록 구현될 수도 있음은 물론이라 할 것이다.
다음으로, 전력 정보 검출부(150)는 전기차 충전 장치(100)의 콘센트(130)로부터 획득되는 전기차 배터리의 양단의 전압, 전기차 배터리에 흐르는 전류 등의 정보를 검출하고 이로부터 전력 정보, 전력량 정보 등을 획득하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 전력 정보 검출부(150)는 전기차 충전 장치(100)의 좌측에 도시된 전기차와 연결된 저항기의 전압 및 전류 판독 값을 측정하여 저항기에 소비되는 전력량을 산출하며, 공급 전원을 통해 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리하기 위한 멀티플렉서(MUX, Multiplexer) 및 아날로그/디지털 컨버터(ADC, Analog-to-Digital converter) 회로(미도시)를 포함할 수 있다.
다음으로, 전력 제어부(160)는 타이머(170)를 통해 획득되는 시간 정보를 참조하여 전기차가 충전되는 전체 시구간에서 기설정된 단위 구간으로 그룹핑을 수행하고, 동일 그룹 내에서 소정 단위 구간마다 측정된 전압값, 전류값, 각각의 단위 구간 동안 획득된 전력량 정보 및 동일 그룹 내의 단위 구간별로 획득된 전력량 정보를 모두 적산한 그룹 적산 전력량 정보를 획득하여 별도의 데이터베이스(가령, 메모리(110))에 저장하여 관리함으로써, 충전 중인 전기차 배터리의 충전 곡선을 추정하고 이를 확인하도록 지원할 수 있어 적절한 시기에 충전을 중단하도록 제어할 수 있다.
이러한 전기차 배터리의 충전 곡선을 확인하여 적절한 시기에 충전을 중단함으로써 전기차 배터리의 화재를 예방하여 안전하게 사용하도록 하는 전력 제어부(160)의 동작 프로세스와 관련하여 도 3에서 구체적으로 설명하도록 하겠다.
한편, 전기차 충전 장치(100)의 전력 제어부(160) 및 전력 정보 검출부(150)는, 전기차 충전 장치(100)의 동작을 수행하는 프로세서(120)에 의해 실행될 수 있는데, 가령, 소프트웨어 및/또는 하드웨어적으로 제어가 이루어질 수 있을 것이다. 또한, 경우에 따라서는, 전기차 사용자의 스마트폰의 애플리케이션과 연동하여 전력 제어부(160) 및 전력 정보 검출부(150) 중 적어도 일부의 동작 또는 제어 상태를 확인 또는 제어하도록 지원할 수도 있을 것이다.
한편, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 충전 장치(100)의 내부 온도 또는 주변 온도를 검출하기 위한 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
가령, 전기차 충전 장치(100)는 온도 센서로부터 검출된 온도를 참조하여 계측된 전력 정보를 조정 및/또는 보상하여 줄 수 있다. 즉, 전기차 충전 장치(100)의 내부 온도 또는 주변 온도에 따라 전기차 충전 장치(100)에 의해 계측되는 값에 오차가 발생할 수 있다. 이러한 계측 값의 오차를 줄이기 위해, 전기차 충전 장치(100)는 온도 센서로부터 검출되는 전기차 충전 장치(100)의 내부 온도 또는 주변 온도를 참조하여 계측 값에 대한 조정/보상을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치가 그룹핑 구간 각각에서 측정된 전압값 및 전류값, 전압값 및 전류값을 이용하여 획득된 전력량 정보(소위, 단위 적산 전력량 정보) 및 그룹 적산 전력량 정보를 획득하는 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.
참고로, 도 3의 프로세스를 수행하기 이전에, 다음의 아래와 같은 프로세스가 선행될 수 있다.
가령, 전기차의 사용자가 플러그 등을 이용하여 전기차 충전 장치(100)의 콘센트(130)에 연결함으로써 전기차가 전기차 충전 장치(100)에 접속되도록 할 수 있다.
이때, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리의 화재 방지 기능이 적용되어 전기차 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 안전 모드가 디폴트로 선택되도록 설정할 수 있다. 다만, 사용자의 필요에 따라 장거리 운행이 필요한 경우에는 전기차 배터리의 최대 충전 가능 용량으로 충전할 수 있는 장거리 모드를 선택하도록 지원할 수도 있다.
전기차 충전 장치(100)는 안전 모드가 선택된 것으로 감지되면, 콘센트(130)에 연결된 플러그를 통해 전기차로 충전 전류가 일정하게 유지되는 상태로 충전되는 정전류(Constant Current) 충전 모드로 전기차 배터리에 대한 충전을 개시할 수 있다.
본격적으로 도 3을 참조하면, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리에 대한 충전을 개시할 때, 그룹핑을 위한 단위 시간의 묶음 수를 설정할 수 있다(S310). 여기서, 그룹핑의 개념은 뒤에서 보다 자세히 설명할 것이지만, 간단히 말해 데이터베이스 등에 기록하기 위한 그룹 적산 전력량을 산출하기 위한 복수 개의 단위 시간의 묶음을 의미하는 것으로서, 해당되는 단위 시간 동안의 그룹 적산 전력량을 구하여 이를 데이터베이스에 기록할 수 있다.
가령, g = 60 인 경우, 1초를 단위 시간이라고 할 때, 60개의 단위 시간이 모인 상태에서 적산 전력량 정보를 데이터베이스 등에 저장하겠다는 것이다.
다음으로, 전기차 충전 장치(100)는, 그룹 적산 전력량 값인 E 를 초기화하고, 60 회 반복되는지를 체크하기 위한 인자인 j 를 초기화할 수 있다(S320).
다음으로, 전기차 충전 장치(100)는, 단위 시간 동안 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류값을 측정하고, 상기 충전 전압값, 상기 충전 전류값, 및 상기 단위 시간을 참조하여 전력량 정보(소위, 단위 적산 전력량 정보: e[j])를 획득할 수 있다(S330).
이러한 단위 전력량 정보는, 이전 단위 시간 동안 이미 적산된 전력량 E 가 있는 경우, e[j] 를 E 에 더할 수 있을 것이고, E 가 0 인 경우에는 e[j] 를 E 의 값으로 업데이트할 수 있을 것이다(S340). 이때, 인자 j 를 증가시켜서, 60개의 단위 시간을 반복했는지 체크하여(S350), 아직 60개의 단위 시간을 반복한 상태가 아니라면, S330으로 돌아가서 다시 그 다음 단위 시간 동안 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류값을 측정하고, 상기 충전 전압값, 상기 충전 전류값, 및 상기 단위 시간을 참조하여 단위 적산 전력량 정보를 획득할 수 있다(S330).
이러한 반복 과정을 일반화하여 설명하면, 제t 시점부터 제(t+1) 시점까지 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압인 제t 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류인 제t 전류값을 측정하고, 상기 제t 전압값, 상기 제t 전류값, 상기 제t 시점 및 상기 제(t+1) 시점을 참조하여 제t 전력량 정보를 획득하는 과정을 상기 t를 증가시켜가면서 반복하는 과정을 수행하게 되는 것이다.
이와 같이 반복한 결과, 60 개의 단위 시간을 반복한 것으로 판단되면(S350), 60개의 단위 적산 전력량 정보를 합산한 그룹 적산 전력량 정보를 데이터베이스에 기록할 수 있다(S360). 이때, 각각의 단위 적산 전력량 정보와 이에 대응되는 전압값들과 전류값들 각각에 대해서도 데이터베이스에 기록할 수 있을 것이다. 여기서, 데이터베이스는 메모리(110)일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 반복하여 S330 내지 S350을 수행하는 도중에, 상기 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드로 변환시키는 타이밍을 결정할 수 있다.
구체적으로, 전기차 충전 장치(100)가, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+m (상기 m은 0 이상 z 이하인 정수임)일 때 상기 전기차 배터리의 충전 상태(SOC, State of Charge)가 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 전기차 충전 장치(100)의 프로세서(120)는 전력 제어부(160)로 하여금 상기 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드(즉, 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전되도록 함)로 변환시키도록 할 수 있다. 일 예로, 전기차 충전 장치(100)의 전력 제어부가 정전류 충전 모드로 충전을 진행하여 전기차 배터리의 충전 상태가 82%임이 감지되면, 전기차 배터리의 화재가 발생하지 않는 수준에서 안전하게 충전하기 위해 정전압 충전 모드로 변환시킬 수 있다.
또한, 전기차 충전 장치(100)는 t가 k+m 일 때 충전 전압이 전기차 배터리의 화재 방지 및 수명 연장을 위해 기설정된 안전 충전 종단 전압에 도달한 것으로 감지되면, 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드로 변환시킬 수도 있다.
일 예로, 전기차 배터리에 사용되는 리튬 이온 배터리는 방전 상태에서 충전을 개시하면, 초기에는 빠른 충전을 위해 일정한 전류값이 유지되도록 충전함으로써 전기차 배터리의 양단에 걸리는 전압이 점점 증가하게 되는데, 이때 일정 전압값 이상이 되면, 전기차 배터리에 충전되는 속도는 증가하지만 수명이 급격하게 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
그래서, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리의 양단에 인가되는 전압이 기설정된 안전 종단 전압에 도달한 것으로 감지되면, 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드로 변환시킬 수 있다. 이때, 안전 충전 종단 전압은 전기차 모델별, 여름 또는 겨울 등의 시기별로도 다르게 설정될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 전기차 충전 장치(100)는 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, t가 k+n(n은 1 이상 z 이하인 정수임)일 때 전기차 배터리의 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원할 수 있다.
일 예로, 전기차 충전 장치(100)의 전력 제어부가 기설정된 제1 임계 용량(가령, 82%) 또는 안전 종단 충전 전압에 도달한 것으로 감지되면, 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드로 변환시키며, 이후 소정 시간 충전 이후에 전기차 배터리의 충전 상태가 대략 85% 정도가 되었을 때, 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원함으로써 전기차 배터리의 화재를 사전에 방지하면서 수명을 효과적으로 늘릴 수 있는 효과가 있다.
다만, 전기차의 사용자가 플러그를 이용하여 콘센트에 연결함으로써 전기차가 전기차 충전 장치(100)에 접속된 상태에서, 전기차의 사용자로부터 장거리 운행을 위한 장거리 모드가 선택되었음이 감지되면, 전기차 충전 장치(100)가 정전류 충전 모드에서 충전을 지속하여 기설정된 제1 임계 용량(가령, 82%) 또는 안전 충전 종단 전압에 도달한 것으로 감지하여 정전압 모드로 변환시키며, 이후 제2 임계 용량(가령, 85%)에 도달한 것을 감지하지 않고 전기차 배터리의 충전 상태가 100%가 될 때까지 충전을 지속하도록 할 수도 있다.
이와 같이, 전기차 충전 장치(100)가 전기차와 접속된 이후로 충전을 수행한 결과 데이터의 예시를 추후 도 4를 참조하여 설명하도록 하겠다.
한편, 이하에서는 S360에 의해 하나의 그룹핑 구간에 대한 각종 정보가 데이트베이스에 기록되는 프로세스를 적어도 1회 반복하는 과정을 일반화하여 설명하도록 한다.
일 예로, 전기차 충전 장치(100)의 전력 제어부(160)는 시간 t에 대한 전체 구간인 k부터 k+z까지의 구간에 대해 하나의 그룹으로 묶이는 단위를 g개로 설정할 수 있으며, t가 (i-1)*g부터 i*g-1까지의 구간을 제i 그룹핑 구간으로 설정할 수 있다. 여기서, t 는 변수로 이해하면 될 것이고 k, z 는 t에 대한 값으로 이해하면 될 것이다.
가령, g=60 인 경우, 총 60개의 단위 데이터를 같은 조건 하에 포함하여 적산 전력량 계산에 사용하기 위한 하나의 그룹핑 구간으로 설정한 것이다.
t가 (i-1)*g부터 i*g-1까지의 구간을 제i 그룹핑 구간이라고 할 때, 전기차 충전 장치(100)는 t 를 (i-1)*g부터 i*g-1까지 증가시켜가면서 반복하는 동안에, t가 상기 (i-1)*g 일 때의 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 t가 i*g-1 일 때의 제i*g-1 전력량 정보 각각을 모두 적산한 제i 그룹 적산 전력량 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 t가 상기 i*g-1 일 때, 상기 제(i-1)*g 전압값 내지 상기 제i*g-1 전압값, 상기 제(i-1)*g 전류값 내지 상기 제i*g-1 전류값, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리할 수 있다.
이와 같은 식으로 S360이 복수 회 수행된다면, 다음과 같은 프로세스가 수행될 수 있다.
구체적으로, 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 (상기 s는 1 이상인 정수) 반복 수행한 상태에서, 전기차 충전 장치(100)가, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지 측정된 제1_t 전압값 및 제1_t 전류값, 상기 제1_t 전압값, 상기 제1_t 전류값, 상기 제1_t 시점 및 상기 제1_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제1_t 전력량 정보와 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 측정된 제s_t 전압값 및 제s_t 전류값, 상기 제s_t 전압값, 상기 제s_t 전류값, 상기 제s_t 시점 및 상기 제s_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제s_t 전력량 정보 각각을 참조하여, 상기 전기차 배터리의 제1 최대 충전 가능 용량 대비 제s 최대 충전 가능 용량의 비율인 제s 건강 상태(SOH, State of Health)를 추정하고, 상기 제s 건강 상태를 참조하여 상기 전기차 배터리의 제(s+1) 회차 충전을 위한 상기 제1 임계 용량을 제1_s 임계 용량으로서 재설정할 수 있다.
가령, 전기차 충전 장치(100)는 A 전기차의 전기차 배터리에 대한 충전을2000회 수행한 데이터를 보유하고 있는 상태에서, A 전기차의 전기차 배터리에 대한 2001회차 충전을 수행하는 경우를 가정하면, 제1 회차 충전(사용자가 처음 전기차 충전 서비스에 가입한 시점으로 상정할 수 있음) 및 제2000 회차 충전을 수행함에 따라 획득된 각각의 전력량 정보를 참조하여 제1 회차때의 제1 최대 충전 가능 용량으로서의 100kWh 라는 값과 제2000 회차때의 제2000 최대 충전 가능 용량으로서 90kWh라는 값을 획득하고 이를 기준으로 제1 임계 용량과 제2 임계 용량에 대한 보정을 수행할 수 있다.
이에 따르면, 전기차 충전 장치(100)는 제1 최대 충전 가능 용량 대비 제2000 최대 충전 가능 용량의 비율에 해당되는 제2000 건강 상태를 90%로 추정할 수 있으며, 이에 따라 전기차 배터리에 대한 2001회 충전 시, 최초의 제1 임계 용량의 90% 수준으로 제1_2000 임계 용량을 재설정하여 보정하기 때문에 사용 기간이 누적되더라도 이를 반영하여 안전하게 전기차 배터리를 충전하여 화재를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 반복 수행한 상태에서, 전기차 충전 장치(100)가, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지의 제1_t 전류값을 측정하는 프로세스; 내지 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지의 제s_t 전류값을 측정하는 프로세스;를 수행하고, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 주파수 범위, 진폭 및 스펙트럼 정보를 획득하며, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 상기 주파수 범위, 상기 진폭 및 상기 스펙트럼 정보를 참조하여 상기 전기차 배터리의 각 회차에서의 건강 상태를 추정할 수도 있다.
상기와 같은 프로세스는 다음과 같은 현상으로 인해 매우 중요도가 높다 할 수 있다. 즉, 전기차 배터리를 구성하는 리튬 이온 전지는 충전과 방전을 반복함에 따라 (i) 전극의 표면에 형성되는 고체 전해질 계면(SEI)층에 리튬 이온이 갇히는 경우, (ii) 전해질이 전극 물질과의 화학 반응, 공기 노출 또는 고온으로 인해 열화가 되는 경우, 및 (iii) 전극의 표면에 작은 바늘 모양의 구조인 리튬 덴드라이트가 생성되어 분리막의 구조가 변형되는 경우 등의 이유로 충전 가능한 최대 충전 용량이 감소할 수 있으므로, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리의 충전 용량 및 수명이 감소하는 정도를 반영하여 안전하게 충전 가능한 수준에서 충전을 중단하도록 보정할 필요가 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치가 전기차에 충전되는 전력량 정보를 분석한 결과 데이터를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 전기차 충전 장치(100)가 2022년 2월 28일 11시 31분경에, 전기차의 사용자가 플러그를 이용하여 전기차 충전 장치(100)의 콘센트에 연결함으로써 접속된 것을 감지할 수 있다.
이후, 전기차 충전 장치(100)는 전기차에 전원을 공급됨에 따라 충전이 시작되는 2022년 2월 28일 11시 31분경부터 충전이 종료되는 2022년 2월 28일 12시 18분경까지의 전기차 배터리에 충전되는 전력량 정보를 그래프로서 확인할 수 있다.
일 예로, 전기차 충전 장치(100)는 2022년 2월 28일 11시 31분경부터 약 5분 가량은 전기차 배터리가 방전된 상태(배터리 전압이 낮아져있는 상태임)에서 정전류 충전 모드로 충전이 진행됨에 따라 전기차 배터리의 양단에 인가되는 전압이 빠르게 증가하여 충전 전력이 3.5kW에 도달함을 확인할 수 있다.
이후, 전기차 충전 장치(100)는 3.5kW의 충전 전력을 유지하면서 충전을 계속 진행하며, 전기차 배터리의 충전 상태가 82%가 되는 제1 임계 용량(410)에 도달한 것으로 감지되면, 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드로 변환시킬 수 있고, 이때 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전되도록 하기 위해 전류값이 줄어들어 충전되는 전력이 점점 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 전기차 충전 장치(100)는 충전 전력이 점점 감소하는 정전압 충전 모드로 충전을 지속하여 전기차 배터리의 충전 상태가 가령 85%가 되는 제2 임계 용량(420)에 도달한 것으로 감지되면, 전기차 배터리의 화재를 방지하고 수명을 늘리기 위해 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원할 수 있고, 이에 따라 전기차 배터리의 충전 전력이 0kW까지 빠르게 감소하여 1회차의 충전이 종료되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리에 대한 충전을 수행할 때, 임피던스 분광법을 활용하여 제1 회차 충전 내지 제s 회차 충전 각각에서 전기차 배터리에 흐르는 충전 전류의 주파수 범위, 진폭, 스펙트럼 정보 등을 측정하며, 충전 전류가 미세하게 변화하는 노이즈 성분을 통해 전극의 결함, 전해질의 불순물, 덴드라이트의 부피 등의 정도를 간접적으로 파악할 수 있고, 이를 참조로 각 충전 회차에서의 전기차 배터리의 건강 상태를 효과적으로 추정할 수 있다.
일 예로, 충전 전류의 주파수 범위를 확인하면, 전극의 결함의 노이즈 성분은 수 킬로헤르츠(kHz) 내지 수 메가헤르츠(MHz)의 범위를 가지며, 전해질의 불순물의 노이즈 성분은 수 밀리헤르츠(mHz) 내지 수 킬로헤르츠(kHz)의 범위를 가지고, 리튬 덴드라이트의 노이즈 성분은 수 킬로헤르츠(kHz) 내지 수 메가헤르츠(MHz)의 범위를 가질 수 있다.
또한, 충전 전류의 진폭을 확인하면, 전극의 결함의 노이즈 성분은 수 밀리볼트(mV)의 진폭값을 가지며, 전해질의 불순물의 노이즈 성분은 수 마이크로볼트(μV)의 진폭값을 가지고, 리튬 덴드라이트의 노이즈 성분은 수 나노볼트(nV)의 진폭 값을 가질 수 있다.
또한, 충전 전류의 스펙트럼 정보를 확인하면, 전극의 결함의 노이즈 성분은 단일 피크가 있는 협대역 스펙트럼을 가지며, 전해질의 불순물의 노이즈 성분은 여러 개의 피크가 있는 넓은 스펙트럼을 가질 수 있다.
한편, 전기차 충전 장치(100)는 임피던스 분광법을 활용하여 리튬 덴드라이트의 부피를 간접적으로 파악할 수 있다.
일 예로, 전기차 충전 장치(100)는 전기차 배터리에 리튬 덴드라이트를 측정하기 위한 수 킬로헤르츠(kHz) 범위의 주파수를 가지는 테스트 전압 신호를 인가하며, 전기차 배터리의 양단에 인가된 전압과 배터리에 흐르는 전류값을 측정함으로써 전기차 배터리의 임피던스 값을 산출할 수 있고, 이를 리튬 덴드라이트가 없는 테스트 배러티 셀에서 측정된 임피던스 값과의 차이를 계산하여 리튬 덴드라이트의 부피를 정량화할 수 있다.
따라서, 전기차 배터리의 수명에 많은 영향을 주는 전극의 결함, 전해질의 불순물, 리튬 덴드라이트의 부피 등을 간접적으로 파악이 가능하게 됨으로써 전기차 배터리의 각 충전 회차에서의 건강 수명을 효과적으로 추정할 수도 있다.
또한, 전기차 충전 장치(100)에는 전기차 배터리의 시계열적인 누적 충전 데이터가 기록되어 있기 때문에, 향후 전기차 배터리의 중고 거래 등이 활성화 된다면, 이에 대한 안정성을 인증해줄 수 있을 것이다.
그리고, 전기차 배터리의 충전 및 방전을 더 반복하여 건강 상태가 80% 미만이 되면, 전기차 배러티로서의 수명이 다한 것으로 판단하고, 풍력발전 또는 태양광발전 등의 ESS(Energy Storage System)에서 사용되도록 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 장치가 전기차의 충전 및 방전의 대역폭을 달리하여 전기차 배터리의 수명을 측정한 결과 데이터를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 전기차 충전 장치(100)가 전기차 배터리에 대한 충전 및 방전의 대역폭을 100%-25%, 100%-40%, 85%-25%, 100%-50%, 75%-25%, 75%-45% 및 75%-65%로 각각 달리하여 1C(즉, 1시간만에 충전이 완료되도록 하는 속도)로 충전하였을 때 충전된 충전 용량의 변화를 최소 4000회 이상을 수행하여 측정한 결과를 나타내고 있다.
이때, 가장 많은 에너지를 사용하기 위해 100%-25%로 충전 및 방전을 수행하는 경우, 1000회 수행하였을 때 충전 용량이 90% 수준이 되었으며, 2000회 수행하였을 때 충전 용량이 86% 수준이 되었고, 4000회 수행하였을 때에는 80% 미만으로 대략 79% 수준으로 감소한 것을 확인할 수 있다.
일반적으로, 전기차 배터리는 최초 충전 가능한 최대 충전 용량과 대비하여 80% 수준이 되었을 때 수명이 다한 것으로 판단하는데, 전기차 배터리의 충전 및 방전을 100%-25%의 대역폭에서 사용하는 경우에 충전 및 방전을 4000회(소위, 전기차 배터리의 충전 및 방전을4000회 수행하는데 10년 정도 소요됨) 수행하기 전에 수명이 다하게 되므로 교체 주기가 상대적으로 짧아서 사용하기에 적절하지 않다고 판단할 수 있다.
한편, 전기차 배터리의 수명을 좀 더 늘리기 위해 충전 및 방전 대역폭을 변화시킬 수 있는데, 충전 및 대역폭이 60%로 동일한 100%-40%와 85%-25%를 비교하면, 충전 및 방전을 4000회 수행하였을 때 기준으로 100%-40%로 충전 및 방전을 수행한 경우에는 충전 용량이 초기 대비 82% 수준이 되었으며, 85%-25%로 충전 및 방전을 수행한 경우에는 충전 용량이 초기 대비 86% 수준이 되었음을 확인할 수 있다.
다른 예로, 전기차 배터리의 충전 및 방전 대역폭이 50%로 동일한 100%-50% 및 75%-25%를 비교하면, 충전 및 방전을 4000회 수행하였을 때 기준으로 100%-50%로 충전 및 방전을 수행한 경우에는 충전 용량이 초기 대비 83% 수준이 되었으며, 75%-25%로 충전 및 방전을 수행한 경우에는 충전 용량이 초기 대비 89% 수준이 되었음을 확인할 수 있다.
그래서, 전기차 배터리의 수명을 효과적으로 연장하기 위해서는, 대역폭의 상한값을 100% 에서 소정 제1 값으로 낮추는 것이 가장 중요하며, 대역폭의 하한값을 0% 이 아닌 소정 제2 값으로 높이는 것이 다음으로 중요하다는 결론을 도출할 수 있었다.
이때, 전기차 배터리의 충전 및 방전의 대역폭을 50% 미만인 75%-45% 또는 75%-65%로 선택하는 경우(도 5의 가장 위에 포진하고 있는 두 개의 그래프)에는 전기차 배터리의 수명을 수치적으로는 가장 연장하여 사용할 수도 있겠으나, 이 경우에는 그만큼 전기차 배터리의 충전을 너무 자주하게 될 것이므로, 이로 인해 충전의 불편함을 야기할 것이다.
따라서, 도 5를 참조하면, 충전 용량, 시간, 비용, 전기차 배터리의 수명 등을 고려하였을 때, 전기차 배터리의 충전 및 방전을 85%-25%로 수행하는 것이, 전기차 배터리의 수명과 충전 횟수의 빈도의 trade off를 같이 고려하였을 때, 가장 최적의 옵션으로 볼 수 있을 것이다.
다만, 도 5 를 통해 최적의 옵션으로 언급된 85%-25% 의 충방전 대역은 하나의 예시에 불과한 것으로서, 전기차의 차종, 전기차 배터리의 종류, 전기차의 사용 정도, 전기차 배터리의 사용 정도, 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 등 중 적어도 일부에 해당되는 특정 최적 충방전 대역이 결정될 수도 있을 것이다.
이를 위해, 전기차 충전 장치(100)가, 복수의 전기차의 차종, 복수의 전기차 배터리의 종류, 복수의 전기차의 사용 용도, 복수의 전기차 배터리의 사용 정보, 복수의 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 복수의 전기차 배터리의 최적 충방전 대역 정보를 관리하고 있는 데이터베이스를 참조로 하여, 전기차 충전 장치(100)를 통해 충전을 하고자 하는 사용자의 상기 전기차의 차종, 상기 전기차 배터리의 종류, 상기 전기차의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 특정 최적 충방전 대역 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 모니터링하여 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 상한값인 것으로 감지되면, 전기차 충전 장치(100)는 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하고, 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 하한값인 것으로 감지되면, 전기차 충전 장치(100)는 상기 전기차 배터리의 방전을 중단하여 새로운 회차의 충전을 시작하도록 지원할 수 있다.
물론, 해당 전기차 배터리의 충방전 횟수에 따라 상기 데이터베이스 상에서 해당되는 충방전 대역 정보(즉, 조정된 상한값 및/또는 조정된 하한값)를 불러와서 참조할 수 있을 것이다.
이 경우, 본 발명의 전기차 충전 장치(100)는, 위에서 언급한 프로세스들에 의해 단위 적산 전력량과 그룹 적산 전력량의 추이를 기록하고 분석하는 도중에, 최적의 옵션으로서의 충방전 대역 정보에 해당되는 상한값(또는 조정된 상한값) 및 하한값(또는 조정된 하한값)을 감지할 수 있으며, 최적의 옵션으로서의 충방전 대역 정보에 해당되는 상한값(또는 조정된 상한값)에 해당되는 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하고, 상기 전기차 배터리의 상기 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 상기 하한값(또는 조정된 하한값)인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 방전을 중단하여 새로운 회차의 충전을 시작하도록 지원할 수도 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차를 충전하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 전기차를 충전하기 위한 시스템(500)은, k개의 전기차 충전 충전 장치(100-1, ??, 100-k)와 전기차 k개의 전기차 충전 충전 장치(100-1, ??, 100-k) 각각에 대응되는 k개의 전기차(510-1, ??, 510-k) 중 적어도 하나를 충전하도록 지원하는 서버(520)를 포함할 수 있다.
전기차를 충전하기 위한 시스템(500)에서, k개의 전기차 충전 충전 장치 (100-1, ??, 100-k) 중 특정 전기차 충전 장치(100)는, 콘센트(130)에 특정 전기차 충전 장치(100)에 대응되는 특정 전기차(510)가 접속된 것으로 판단되면 사용자로 하여금 사용자 인증부(140)에 사용자 인증 정보를 입력하도록 요청할 수 있다. 그리고, 특정 전기차 충전 장치(100)는 기설정된 인증대기시간 이내에 사용자 인증 정보가 입력되는 경우 이를 참조로 하여 사용자 인증을 수행하고, 그 결과에 따라 특정 전기차(510)에 공급되는 충전전력을 유지하거나 전력 공급을 차단할 수 있다.
다음으로, 특정 전기차 충전 장치(100)의 프로세서(120)는 사용자 인증 결과에 대응하여 특정 전기차 충전 장치(100)에 접속된 특정 전기차(510)로 공급되는 충전 전력을 유지하는 상태에서, 특정 전기차(510)로 공급되는 충전 전력에 따른 공급 전력량을 전력 정보 검출부(150)에서 계측하여 계측된 공급 전력량을 특정 전기차(510)의 사용자에 대한 정보와 매칭하여 기록할 수 있다.
또한, 특정 전기차 충전 장치(100)의 프로세서(120)는 사용자 인증 결과에 대응하여 특정 전기차 충전 장치(100)에 접속된 특정 전기차(510)로 공급되는 충전전력을 유지하는 상태에서, 특정 전기차(510)로 공급되는 충전 전력이 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 정전류 충전 모드에서 정전압 충전 모드로 변환시키며, 정전압 충전 모드로 계속 충전하여 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 특정 전기차(510)의 충전이 완료된 것으로 판단하여 충전을 중단하도록 지원할 수 있다.
이때, 특정 전기차(510)의 충전이 완료된 상태에서 특정 전기차 충전 장치(100)로부터 특정 전기차(510)가 분리되어 특정 전기차 충전 장치(100)가 무부하 상태가 되는 것이 확인되면, 특정 전기차 충전 장치(100)의 프로세서(120)는, 특정 전기차(510)에 대한 충전 전력의 계량을 종료하고, 특정 전기차(510)에 대한 충전 전력의 계량이 시작된 시점부터 종료된 시점까지의 충전 전력량을 특정 전기차(510)의 사용자에 대응되는 최종 충전 전력량으로 획득함으로써, 특정 전기차(510)의 사용자에게 최종 충전 전력량에 따른 과금이 가능하게 될 수 있다.
또한, 특정 전기차 충전 장치(100)의 프로세서(120)는, 획득된 최종 충전 전력량에 대한 정보를 서버(520)로 전송하여, 서버(520)로 하여금 특정 전기차 충전 장치(100)에서 계량된 전체 사용 전력량과 최종 충전 전력량을 별도로 관리하도록 지원할 수 있다.
이때, 특정 전기차 충전 장치(100)의 프로세서(120)는, 획득된 최종 충전 전력량에 대한 정보를 포함하는 사용 정보를 별도로 생성하여 저장하거나 서버(520)로 전송할 수도 있는데, 이는 사용자 정보, 계량 시작시각, 계량 시작시각에 대응되는 계량값, 계량 종료시각, 계량 종료시각에 대응되는 계량값, 특정 전기차 충전 장치(100)의 상태, 서버 전송 시도 및 전송 시각 등의 정보를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치를 이용하여 전기차를 안전하고 효율적으로 충전하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 이후, 상기 전기차 충전 장치가, 충전 전류가 일정하게 유지되는 상태로 충전되는 정전류(Constant Current) 충전 모드로 상기 전기차 배터리에 대한 충전을 개시하는 단계; 및
    (b) 상기 전기차 충전 장치가, 제t 시점부터 제(t+1) 시점까지 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압인 제t 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류인 제t 전류값을 측정하고, 상기 제t 전압값, 상기 제t 전류값, 상기 제t 시점 및 상기 제(t+1) 시점을 참조하여 제t 전력량 정보를 획득하는 과정을 상기 t를 증가시켜가면서 반복하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 (b) 단계에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+m - 상기 m은 0 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 충전 상태(SOC, State of Charge)가 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 정전압(Constant Voltage) 충전 모드 - 상기 정전압 충전 모드는 상기 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 상기 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전됨 - 로 변환시키는 단계;
    를 포함하며,
    상기 (a) 단계 이전에,
    (a0) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 것으로 감지되면, 상기 전기차 충전 장치는, 상기 전기차 배터리의 상기 화재 방지 기능이 적용되어 상기 전기차 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 안전 모드 및 상기 전기차의 장거리 운행을 위해 상기 전기차 배터리의 최대 충전 가능 용량으로 충전할 수 있는 장거리 모드 중 하나를 자동으로 선택하거나, 상기 전기차의 사용자로 하여금 상기 안전 모드 및 상기 장거리 모드 중 하나를 선택하도록 지원하는 단계;
    를 더 포함하되,
    상기 전기차 충전 장치는, (i) 상기 안전 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하며, (ii) 상기 장거리 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 상기 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것을 감지하지 않고 계속 충전을 지속하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (c) 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n - 상기 n은 1 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (d) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 - 상기 s는 1 이상인 정수 - 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지 측정된 제1_t 전압값 및 제1_t 전류값, 상기 제1_t 전압값, 상기 제1_t 전류값, 상기 제1_t 시점 및 상기 제1_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제1_t 전력량 정보와 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 측정된 제s_t 전압값 및 제s_t 전류값, 상기 제s_t 전압값, 상기 제s_t 전류값, 상기 제s_t 시점 및 상기 제s_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제s_t 전력량 정보 각각을 참조하여, 상기 전기차 배터리의 제1 최대 충전 가능 용량 대비 제s 최대 충전 가능 용량의 비율인 제s 건강 상태(SOH, State of Health)를 추정하고, 상기 제s 건강 상태를 참조하여 상기 전기차 배터리의 제(s+1) 회차 충전을 위한 상기 제1 임계 용량을 제1_s 임계 용량으로서 재설정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (e) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지의 제1_t 전류값을 측정하는 프로세스; 내지 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지의 제s_t 전류값을 측정하는 프로세스;를 수행하고, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 주파수 범위, 진폭 및 스펙트럼 정보를 획득하며, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 상기 주파수 범위, 상기 진폭 및 상기 스펙트럼 정보를 참조하여 상기 전기차 배터리의 각 회차에서의 건강 상태를 추정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 전기차 충전 장치가, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 t를 상기 k부터 상기 k+m까지 증가시키면서 반복하는 동안에 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류가 일정하게 유지되도록 함으로써 상기 전기차 배터리의 상기 양단에 걸리는 상기 충전 전압을 증가시키도록 하며, 상기 t가 상기 k+m 일 때 상기 충전 전압이 상기 전기차 배터리의 화재 방지 및 수명 연장을 위해 기설정된 안전 충전 종단 전압에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 정전압 충전 모드로 변환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 전기차 충전 장치가, 상기 t에 대한 전체 구간인 상기 k부터 상기 k+z까지의 구간에 대해 하나의 그룹으로 묶이는 단위를 g 개라고 할 때, 상기 t가 (i-1)*g부터 i*g-1까지의 구간을 제i 그룹핑 구간이라고 할 때, 상기 t 를 (i-1)*g부터 i*g-1까지 증가시켜가면서 반복하는 동안에, 상기 t가 상기 (i-1)*g 일 때의 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 t가 상기 i*g-1 일 때의 제i*g-1 전력량 정보 각각을 모두 적산한 제i 그룹 적산 전력량 정보를 추가로 획득하되,
    상기 t가 상기 i*g-1 일 때, 상기 제(i-1)*g 전압값 내지 상기 제i*g-1 전압값, 상기 제(i-1)*g 전류값 내지 상기 제i*g-1 전류값, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기차 충전 장치가, 복수의 전기차의 차종, 복수의 전기차 배터리의 종류, 복수의 전기차의 사용 용도, 복수의 전기차 배터리의 사용 정보, 복수의 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 복수의 전기차 배터리의 최적 충방전 대역 정보를 관리하고 있는 상기 데이터베이스를 참조로 하여, 상기 전기차의 차종, 상기 전기차 배터리의 종류, 상기 전기차의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 특정 최적 충방전 대역 정보를 획득하고,
    상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 모니터링하여 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 상한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하고, 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 하한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 방전을 중단하여 새로운 회차의 충전을 시작하도록 지원하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 전기차 배터리의 화재 방지 기능과 성능 평가 기능을 포함하는 전기차 충전 장치에 있어서,
    인스트럭션들을 저장하는 적어도 하나의 메모리; 및
    상기 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는, (I) 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 이후, 충전 전류가 일정하게 유지되는 상태로 충전되는 정전류(Constant Current) 충전 모드로 상기 전기차 배터리에 대한 충전을 개시하는 프로세스; 및 (II) 제t 시점부터 제(t+1) 시점까지 상기 전기차 배터리의 양단에 걸리는 충전 전압인 제t 전압값 및 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류인 제t 전류값을 측정하고, 상기 제t 전압값, 상기 제t 전류값, 상기 제t 시점 및 상기 제(t+1) 시점을 참조하여 제t 전력량 정보를 획득하는 과정을 상기 t를 증가시켜가면서 반복하는 프로세스;를 수행하되, 상기 (II) 프로세스에서, 상기 전기차 충전 장치가, 상기 t를 k부터 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+m - 상기 m은 0 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 충전 상태(SOC, State of Charge)가 기설정된 제1 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 정전압(Constant Voltage) 충전 모드 - 상기 정전압 충전 모드는 상기 충전 전압이 소정 전압으로서 일정하게 유지되거나 상기 소정 전압을 기준으로 소정 임계 범위 이내에서 변동되는 상태로 충전됨 - 로 변환시키는 프로세스;를 수행하며,
    상기 (I) 프로세스 이전에,
    상기 프로세서가, (I-0) 상기 전기차가 상기 전기차 충전 장치에 접속된 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 상기 화재 방지 기능이 적용되어 상기 전기차 배터리를 안전하게 충전할 수 있는 안전 모드 및 상기 전기차의 장거리 운행을 위해 상기 전기차 배터리의 최대 충전 가능 용량으로 충전할 수 있는 장거리 모드 중 하나를 자동으로 선택하거나, 상기 전기차의 사용자로 하여금 상기 안전 모드 및 상기 장거리 모드 중 하나를 선택하도록 지원하는 프로세스;를 더 수행하되, (i) 상기 안전 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (I) 프로세스 및 상기 (II) 프로세스를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하며, (ii) 상기 장거리 모드가 선택된 것으로 감지되면, 상기 (I) 프로세스 및 상기 (II) 프로세스를 수행하고, 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 상기 k+n 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것을 감지하지 않고 계속 충전을 지속하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서가, (III) 상기 t를 상기 k부터 상기 k+z까지 증가시켜가면서 반복하는 도중에, 상기 t가 k+n - 상기 n은 1 이상 z 이하인 정수임 - 일 때 상기 전기차 배터리의 상기 충전 상태가 기설정된 제2 임계 용량에 도달한 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 지원하는 프로세스;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서가, (IV) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 - 상기 s는 1 이상인 정수 - 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지 측정된 제1_t 전압값 및 제1_t 전류값, 상기 제1_t 전압값, 상기 제1_t 전류값, 상기 제1_t 시점 및 상기 제1_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제1_t 전력량 정보와 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 측정된 제s_t 전압값 및 제s_t 전류값, 상기 제s_t 전압값, 상기 제s_t 전류값, 상기 제s_t 시점 및 상기 제s_(t+1) 시점을 참조하여 획득된 제s_t 전력량 정보 각각을 참조하여, 상기 전기차 배터리의 제1 최대 충전 가능 용량 대비 제s 최대 충전 가능 용량의 비율인 제s 건강 상태(SOH, State of Health)를 추정하고, 상기 제s 건강 상태를 참조하여 상기 전기차 배터리의 제(s+1) 회차 충전을 위한 상기 제1 임계 용량을 제1_s 임계 용량으로서 재설정하는 프로세스;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서가, (V) 상기 전기차 배터리의 충전 및 방전을 제1 회차부터 제s 회차까지 반복 수행한 상태에서, 상기 전기차 배터리의 상기 제1 회차 충전의 제1_t 시점부터 제1_(t+1) 시점까지의 제1_t 전류값을 측정하는 서브 프로세스; 내지 상기 전기차 배터리의 상기 s 회차 충전의 상기 제s_t 시점부터 상기 제s_(t+1) 시점까지 제s_t 전류값을 측정하는 서브 프로세스;를 수행하고, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 주파수 범위, 진폭 및 스펙트럼 정보를 획득하며, 상기 제1_t 전류값 내지 상기 제s_t 전류값 각각의 상기 주파수 범위, 상기 진폭 및 상기 스펙트럼 정보를 참조하여 상기 전기차 배터리의 각 회차에서의 건강 상태를 추정하는 프로세스;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 (II) 프로세스에서,
    상기 프로세서가, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 t를 상기 k부터 상기 k+m까지 증가시키면서 반복하는 동안에 상기 전기차 배터리에 흐르는 상기 충전 전류가 일정하게 유지되도록 함으로써 상기 전기차 배터리의 상기 양단에 걸리는 상기 충전 전압을 증가시키도록 하며, 상기 t가 상기 k+m 일 때 상기 충전 전압이 상기 전기차 배터리의 화재 방지 및 수명 연장을 위해 기설정된 안전 충전 종단 전압에 도달한 것으로 감지되면, 상기 정전류 충전 모드에서 상기 정전압 충전 모드로 변환시키는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 (II) 프로세스에서,
    상기 프로세서가, 상기 t에 대한 전체 구간인 상기 k부터 상기 k+z까지의 구간에 대해 하나의 그룹으로 묶이는 단위를 g 개라고 할 때, 상기 t가 (i-1)*g부터 i*g-1까지의 구간을 제i 그룹핑 구간이라고 할 때, 상기 t 를 (i-1)*g부터 i*g-1까지 증가시켜가면서 반복하는 동안에, 상기 t가 상기 (i-1)*g 일 때의 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 t가 상기 i*g-1 일 때의 제i*g-1 전력량 정보 각각을 모두 적산한 제i 그룹 적산 전력량 정보를 추가로 획득하되, 상기 t가 상기 i*g-1 일 때, 상기 제(i-1)*g 전압값 내지 상기 제i*g-1 전압값, 상기 제(i-1)*g 전류값 내지 상기 제i*g-1 전류값, 상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서가, 복수의 전기차의 차종, 복수의 전기차 배터리의 종류, 복수의 전기차의 사용 용도, 복수의 전기차 배터리의 사용 정보, 복수의 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 복수의 전기차 배터리의 최적 충방전 대역 정보를 관리하고 있는 상기 데이터베이스를 참조로 하여, 상기 전기차의 차종, 상기 전기차 배터리의 종류, 상기 전기차의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 사용 정도, 상기 전기차 배터리의 충방전 시의 온도 중 적어도 일부에 매칭되는 특정 최적 충방전 대역 정보를 획득하고,
    상기 제(i-1)*g 전력량 정보 내지 상기 제i*g-1 전력량 정보 및 상기 제i 그룹 적산 전력량 정보를 모니터링하여 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 상한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 충전을 중단하도록 하고, 상기 전기차 배터리의 상기 특정 최적 충방전 대역 정보에 대응되는 하한값인 것으로 감지되면, 상기 전기차 배터리의 방전을 중단하여 새로운 회차의 충전을 시작하도록 지원하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전 장치.
  16. 삭제
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