KR102670271B1 - 전기차 충전 시스템에서 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 방법 및 이를 지원하는 장치 - Google Patents

전기차 충전 시스템에서 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 방법 및 이를 지원하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 전기차 충전 시스템에서 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 전기차 충전기에 있어서, 상기 전기차 충전기의 셀프 고장 진단 수행을 명령하는 명령 메시지를 관제 시스템으로부터 수신하고, 상기 수신된 명령 메시지에 기초하여 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정하는 통신 제어 모듈; 및 상기 설정된 테스트 모드의 복수의 상태들에서 셀프 고장 진단 관련 테스트를 수행하여 상기 전기차 충전기의 상태를 확인하고, 상기 확인된 전기차 충전기의 상태에 대한 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 통신 제어 모듈로 전송하는 셀프 고장 진단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 본 명세서는 원격 제어를 통해 전기차 충전기의 상태에 대해 셀프 고장 진단을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기차 충전 시스템에서 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 방법 및 이를 지원하는 장치 {apparatus and method for remotely performing self-failure diagnosis in an electric vehicle charging system}
본 명세서는 전기차 충전 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로, 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 전기차 충전 시스템의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 전기차 충전 시스템은 관제 시스템, 전기차 충전기 및 전기차를 포함하여 구성된다.
상기 전기차 충전 시스템은 전기차 충전기와 전기차, 전기차 충전기와 연계되는 관제 시스템을 포함하여 전기차의 충전을 지원한다.
상기 관제 시스템은 전기차의 상태 및 전기차 충전기의 상태를 모니터링한다. 구체적으로, 상기 관제 시스템은 OCPP 프로토콜을 통해 상기 전기차 충전기와 통신할 수 있다.
상기 전기차 충전기는 공급 장치 통신 제어기(Supply Equipment Communication Controller, SECC) 모듈을 포함한다. 상기 SECC는 전기차 충전기에 구비되는 통신 모듈로써, 상기 관제 시스템과 OCPP(Open Charge Point Protocol) 통신에 기초하여 전기차 충전기의 제어 정보 및 전기차 충전기의 상태 정보를 송수신할 수 있다.
상기 SECC는 전기차에 포함되는 제어 시스템인 전기차 통신 제어기(Electric Vehicle Communication Controller, EVCC)와 ISO 15118 규약에 기반한 통신을 통해 전기차 충전 관련 정보를 송수신한다.
하지만, 종래의 전기차 충전 시스템의 경우, OCPP에서 전기차 충전기 상태 정보를 확인할 수 있는 메시지 포맷만을 제공할 뿐, 전기차 충전기 상태 확인을 위한 절차 및 방법, 특히 전기차 충전기 어떤 고장인지 혹은 어느 부분이 고장인지에 대해 확인하기 위한 절차 및 방법에 대해서는 정의되어 있지 않다.
따라서, 본 명세서는 (전기차가 연결이 안되는 있는 상황에서도) 전기차 충전기 내부의 기능을 셀프(또는 자가) 진단할 수 있는 셀프 고장 진단 장치와 원격으로 셀프 고장 진단 장치를 운영하는 운영 시스템에 대한 내용을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 명세서는 전기차 충전기에 대한 셀프 고장 진단을 수행하기 위한 방법과 전기차 충전기의 에러 상태를 판단하는 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 명세서는 셀프 고장 진단을 위해 OCPP에서 정의된 메시지 내에 셀프 고장 진단과 관련된 새로운 필드를 정의함에 목적이 있다.
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 충전 시스템에서 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 전기차 충전기에 있어서, 상기 전기차 충전기의 셀프 고장 진단 수행을 명령하는 명령 메시지를 관제 시스템으로부터 수신하고, 상기 수신된 명령 메시지에 기초하여 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정하는 통신 제어 모듈; 및 상기 설정된 테스트 모드의 복수의 상태들에서 셀프 고장 진단 관련 테스트를 수행하여 상기 전기차 충전기의 상태를 확인하고, 상기 확인된 전기차 충전기의 상태에 대한 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 통신 제어 모듈로 전송하는 셀프 고장 진단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 셀프 고장 진단 모듈은, 상기 셀프 고장 진단 모듈 내에 설치되고, 충전 플러그(Plug)가 결합되는 충전 단자; 전기차의 충전 및 방전을 테스트하기 위한 에뮬레이터(emulator); 전기차의 충전 테스트 동안 전압 및 전류를 측정하기 위한 전압 및 전류 측정 모듈; 및 전기차 충전 모드 변경을 반영하기 위한 가변 부하 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 충전 단자는 상기 충전 플러그가 결합되는 전기차의 충전 단자와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 가변 부하 모듈은, CC(Constant Current), CP(Constant Power) 또는 CV(Constant Voltage) 모드로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 셀프 고장 진단 모듈과 상기 충전 플러그는 제어 파일럿(control pilot, CP) 라인, 근접 파일럿(proximity pilot, PP) 라인, 보호 접지(protective earth, PE) 라인, AC 라인 및 DC 라인으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 복수의 상태들은 각각 결합해체(unmated) 상태, 결합(mated) 상태, 초기화(initialize) 상태, 케이블 점검(cable check) 상태, 사전 충전(PreCharge) 상태, 충전(Charge) 상태 및 전원 차단(Power Down) 상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 전기차 충전기의 상태에 대한 정보는 상기 전기차 충전기의 정상 상태 또는 에러 상태에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 결합해체(unmated) 상태는 셀프 고장 진단의 테스트를 위해 테스트 모드를 설정하기 위한 상태이며, 상기 테스트 모드의 설정은 상위 레벨 통신 지원 여부, 식별 모드, 인증 및 승인 모드, 충전 모드, 디바이스 안전을 위해 수용 가능한 최대 전류 및 전압, 충전 테스트 시간, 충전 에너지량 또는 제공할 수 있는 최대 전류 중 적어도 하나를 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 결합해체(unmated) 상태에서 에러 여부는, 상기 테스트 모드의 설정 값에 대한 확인 또는 상기 CP 라인의 전압의 확인을 통해 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 결합(mated) 상태는 셀프 고장 진단 모듈의 물리적 연결을 확인하기 위한 상태이며, 상기 결합(mated) 상태에서 에러 여부는, 상기 CP 라인의 전압 확인, 상기 PE 라인의 전압 확인 또는 상기 PP 라인의 전압 확인을 통해 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 초기(initialize) 상태는 하위 레벨 통신에 대한 테스트를 진행하기 위한 상태이며, 상기 초기(initialize) 상태에서 에러 여부는, 일정 비율의 듀티 사이클을 가지는 신호의 전송 여부, DC 출력 전압과 임계 전압과의 비교, PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 사이클과 최대 허용 전류와의 매칭 여부로 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 케이블 점검(cable check) 상태에서 에러 여부는, 상기 CP 라인의 전압 확인, DC 충전에서의 절연 시험 결과 여부로 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 사전 충전(PreCharge) 상태에서 에러 여부는, 사전 충전 관련 응답 신호의 수신 여부, DC 전압과 셀프 고장 진단 모듈에서 요청한 전압과의 비교를 통해 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 충전(Charge) 상태에서 에러 여부는, 일정 시간 동안의 전력 전달 응답 신호의 전송 여부, 충전 상태 응답 신호의 전송 여부 또는 기 정의된 전력량으로 AC 및 DC의 전달 여부로 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 전원 차단(power down) 상태에서 에러 여부는, 일정 시간 동안의 전력 전달 응답 신호의 전송 여부, 세션 종료 응답 신호의 전송 여부 또는 CP 라인의 전압 확인으로 판단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 테스트 결과는 OCPP(Open Charge Point Protocol)에서 정의되는 데이터 전달 요청 메시지에 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서는 전기차 충전 시스템에서 원격으로 셀프 고장 진단을 수행하는 전기차 충전기에 있어서, 관제 시스템과 통신하며, 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정하는 통신 제어 모듈; 및 셀프 고장 진단 모듈을 포함하되, 상기 셀프 고장 진단 모듈은, 상기 설정된 테스트 모드의 복수의 상태들에서 주기적으로 셀프 고장 진단 관련 테스트를 수행하여 상기 셀프 고장 진단 모듈의 상태를 확인하고, 상기 확인된 셀프 고장 진단 모듈의 상태에 대한 정보를 포함하는 얼라이브(alive) 메시지를 상기 통신 제어 모듈로 보고하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상기 셀프 고장 진단 모듈의 상태 확인은 상기 셀프 고장 진단 모듈에 포함된 리지스터(register)에 대해 읽기(Read) 및 쓰기(Write) 과정을 진행하고, 상기 읽기(Read) 및 쓰기(Write) 과정이 정상인 경우, 상기 얼라이브(alive) 메시지가 생성되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
또한, 본 명세서는 전기차 충전 시스템에서 원격으로 전기차 충전기에서 셀프 고장 진단을 수행하는 방법에 있어서, 상기 전기차 충전기의 셀프 고장 진단 수행을 명령하는 명령 메시지를 관제 시스템으로부터 수신하는 단계; 상기 수신된 명령 메시지에 기초하여 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정하는 단계; 상기 설정된 테스트 모드에 따라 테스트를 수행하여 상기 전기차 충전기의 상태를 확인하는 단계; 및 상기 확인된 전기차 충전기의 상태에 대한 정보를 포함하는 보고 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서는 (전기차가 연결이 안되는 있는 상황에서도) 전기차 충전기 내부의 기능을 원격 제어를 통해 셀프 진단할 수 있는 효과가 잇다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 일반적인 전기차 충전 시스템의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템의 개념도의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기의 또 다른 내부 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단에 사용될 수 있는 다양한 방식의 커넥터들의 일례를 나타낸 도이다.
도 5는 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단 장치의 내부 블록도의 일례를 나타낸 도이다.
도 6은 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단 장치의 인터페이스의 일례를 나타낸 도이다.
도 7은 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단 장치의 내부 블록도 또는 내부 회로도의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 명세서에서 제안하는 방법에 적용될 수 있는 파일럿선 전압의 일례를 나타낸다.
도 9는 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템에서 원격 제어를 통해 셀프 고장 진단을 수행하는 전기차 충전기의 내부 블록도의 일례를 나타낸다.
도 10은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템에서 원격 제어를 통해 전기차 충전기에서 셀프 고장 진단을 수행하는 방법을 나타낸 순서도이다.
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.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템의 개념도의 일례를 나타낸다.
즉, 본 명세서는 전기차 충전기의 상태 및 고장 여부에 대한 진단을 관제 시스템을 통해 원격으로 모니터링 할 수 있는 전기차 충전 시스템을 제공한다.
도 2를 참조하면, 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템(10)은 관제 시스템(100), 및 셀프 고장 진단 장치(230)를 포함하는 전기차 충전기(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 셀프 고장 진단 장치는 상기 전기차 충전기에 임베디드 시스템으로 구성될 수 있다.
상기 셀프 고장 진단 장치(230)는 전기차 충전기의 고장 여부를 진단하기 위한 에뮬레이터(emulator)로서, 간략히 에뮬레이터, 전기차 에뮬레이터, 셀프 고장 진단 모듈 등으로 호칭될 수 있다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 상기 전기차 충전기에 포함된 SECC(210)와 통신을 수행하거나 또는, 상기 관제 시스템과 직접 통신을 수행할 수 있다. 상기 셀프 고장 진단 장치는 CAN (Controller Area Network), RS-485, Modbus 등과 같은 다양한 방식을 통해 상기 SECC와 통신할 수 있다.
도 3은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기의 또 다른 내부 블록도를 나타낸다.
도 3을 참고하면, 셀프 고장 진단 장치와 SECC는 CAN, RS-485, Modbus 등의 통신을 통해 연결되고, SECC는 관제 시스템과 통신 및 전기차 충전 플러그를 통해 전기차와 연결되어 있는 것을 볼 수 있다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 전기차 충전기의 고장 진단을 수행하기 위한 전기차 에뮬레이터로써, 상기 셀프 고장 진단 장치의 외부 단자는 전기차 충전 단자(220)와 동일한 외부 단자로 구성되어, 상기 외부 단자에 전기차 충전 플러그를 연결 또는 결합 또는 꼽을 수 있다. 상기 셀프 고장 진단 장치의 외부 단자는 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 방식의 커넥터들 모두를 지원할 수 있다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단에 사용될 수 있는 다양한 방식의 커넥터들의 일례를 나타낸 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 완속충전 방식의 커넥터들과 급속충전 방식의 커넥터들로 분류될 수 있으며, 완속충전 방식의 커넥터는 단상에 해당하는 Type 1과 3상에 해당하는 Type 2로 구분되고, 급속충전 방식의 커넥터는 DC Combo(Type 1), DC Combo(Type 2) 및 CHAdeMO로 구분될 수 있다.
도 2에서 설명한 내용으로 다시 돌아와서, 상기 관제 시스템은 OCPP 프로토콜을 통해 전기차 충전기 상태 정보 및 전기차 상태 정보를 모니터링한다.
즉, 상기 관제 시스템은 상기 전기차 충전기와 OCPP 프로토콜에서 정의된 메시지의 송수신을 통해 전기차 충전기로부터 전기차 충전기 상태 정보를 수신할 수 있다.
아래 표 1 내지 표 3은 본 명세서에서 제안하는 관제 시스템과 전기차 충전기 간 OCPP 프로토콜을 통해 전기차 충전기 상태 정보를 송수신하기 위해 새롭게 정의한 메시지 포맷의 일례들을 나타낸 표이다.
먼저, 표 1은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기의 상태 정보를 지원하기 위해 OCPP 1.6에서 정의된 상태 알림 요청 메시지(StatusNotification.Req)에 관련 필드들을 새롭게 정의한 일례를 나타낸다.
즉, 전기차 충전기의 상태 정보를 관제 시스템과 전기차 충전기 간에 송수신하기 위해 OCPP 1.6에서 정의된 상태 알림 요청 메시지에 상태 필드(status field), 벤더 식별자 필드(vendorId field) 및 벤더 에러 코드 필드(vendorErrorCode field)를 표 1과 같이 새롭게 정의할 수 있다.
필드 이름
(field name)		 필드 타입
(field type)		 카드
(card)		 내용
(Description)
connectorId Integer 1..1 Required. The id of the connector for which the status is reported. Id '0'(zero) is used if the status for the Charge Point main controller
errorCode ChargePointErrorCode 1..1 Required. This contains the error code reported by the Charge Point.
Info Cistring50Type 0..1 Optional. Additional free format information related to the error
Status ChargePointStatus 1..1 Required. This contains the current status of the Charge Point.
Timestamp dateTime 0..1 Optional. The time for which the status is reported. If absent time of receipt of the message will be assumed.
vendorId CiString255Type 0..1 Optional. This identifies the vendor-specific implementation.
vendorErrorCode CiString50Type 0..1 Optional. This contains the vendor-specific error code.
표 1에서, 상기 vendorId 필드 및 vendorErrorCode 필드는 충전기 제조사가 이미 정의하여 사용 가능한 필드로서, 상기 필드를 이용하여 전기차 충전기의 진단 결과를 CMS로 전송할 수 있다.
여기서, Card 가 0..1 이므로, 해당 필드에는 최대 1개의 값을 포함하여 전송할 수 있다.
다음으로, 표 2는 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기의 상태 정보를 지원하기 위해 OCPP 1.6에서 정의된 데이터 전송 요청(DataTransfer.Req) 메시지에 관련 필드들을 새롭게 정의한 일례를 나타낸다.
즉, 표 2와 같이 데이터 전송 요청(DataTransfer.Req) 메시지에 전기차 충전기의 상태 진단 결과에 따른 messageId 와 data field를 새롭게 정의하고, 전기차 충전기의 상태 진단 결과를 포함하는 DataTransfer.Req 를 CMS로 전송할 수 있다.
필드 이름
(field name)		 필드 타입
(field type)		 카드
(card)		 내용
(Description)
vendorId CiString255Type 1..1 Required. This identifies the vendor-specific implementation.
messageId Cistring50Type 0..1 Optional. Additional identification field
data Text Length undefined 0..1 Optional. Data without specified length or format.
또한, 전기차 충전기의 상태 정보의 전송은 OCPP 2.0과 OCPP 2.0.1에서 정의된 메시지를 이용할 수도 있다. 다만, OCPP 2.0과 OCPP 2.0.1은 OCPP 1.6에서 정의된 상태 알림 요청 메시지(StatusNotification.Req)의 용도가 변경되어 OCPP 1.6에서와 같이 상태 알림 요청 메시지를 이용할 수는 없으나, OCPP 2.0과 OCPP 2.0.1에 정의된 데이터 전송 요청 메시지(DataTransfer.Req)를 통해 상기 전기차 충전기의 상태 정보를 전송할 수 있다.
즉, 표 3은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전기의 상태 정보를 지원하기 위해 OCPP 2.0 및 OCPP 2.0.1에서 정의된 데이터 전송 요청(DataTransfer.Req) 메시지에 관련 필드들을 새롭게 정의한 일례를 나타낸다.
필드 이름
(field name)		 필드 타입
(field type)		 카드
(card)		 내용
(Description)
messageId String[0..50] 0..1 Optional. May be used to indicate a specific message or implementation.
data anyType 0..1 Optional. Data without specified length or format.This needs to be decided by both parties (Open to implementation).
vendorId String[0..255] 1..1 Required. This identifies the vendor-specific implementation.
표 1 내지 표 3에서 살핀 것과 같이, OCPP 1.6, OCPP 2.0, 그리고 OCPP 2.0.1에서 동시에 활용할 수 있는 데이터 전송 요청(DataTransfer.Req) 메시지를 활용하여 전기차 충전기의 정상 동작 여부와 관련된 상태 정보를 송수신하는 것이 바람직할 수 있다.
도 5는 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단 장치의 내부 블록도의 일례를 나타낸 도이다.
도 5를 참고하면, 셀프 고장 진단 장치(230)는 가변 부하 모듈(231), 전압/전류 측정 모듈(232), 전기차 에뮬레이터(233) 및 전기차 충전 단자(또는 전기차 충전 소켓, 234)을 포함할 수 있다.
앞서 살핀 바와 같이, 상기 전기차 충전 단자 또는 소켓(234)는 전기차의 외부 단자와 동일한 형태로 구성될 수 있다.
상기 전기차 에뮬레이터(233)는 전기차 충전 및/또는 방전을 테스트하기 위한 전기차 모델링 시스템으로 구성되어 있다. 특히, 상기 전기차 에뮬레이터는 전기차 배터리 상태를 모델링 하기 위하여 가상으로 배터리 잔존 에너지 20%, 80% 등의 특성을 모델링할 수 있다.
상기 전압/전류 측정 모듈(또는, 계량 모듈)은 전기차 충전 테스트 시 전압과 전류를 측정하기 위한 소자로 구성되어 있다.
상기 가변 부하 모듈(또는 최종 부하 단)은 전기차 충전 모드 변경을 반영하기 위해 CC(Constant Current)/CP(Constant Power)/CV(Constant Voltage) 모드로 변경할 수 있도록 가변 부하로 구성될 수 있다.
다음으로, 셀프 고장 진단 장치를 통해 전기차 충전기의 진단을 수행하는 방법에 대해 구체적으로 살펴본다.
전기차 충전기를 사용한 후, 전기차 충전 단자는 셀프 고장 진단 장치의 외부 단자에 연결되거나 또는, 상기 전기차 충전기에 연결되어 있는 거치대에 거치될 수 있다.
이후, 관제 시스템은 주기적 혹은 사용자 설정에 따라 전기차 충전기로 셀프 고장 진단 수행을 요청한다. 이 때, 상기 관제 시스템은 표 1 내지 표3에서 살핀 OCPP 1.6, OCPP 2.0 및 OCPP2.01에 정의된 데이터 전송 요청(DataTransfer.Req) 메시지를 통해 전기차 충전기(또는 SECC)로 셀프 고장 진단 수행을 지시한다. 상기 SECC는 상기 지시된 고장 진단 수행에 따라 셀프 고장 진단 장치와 전기차 충전기로 고장 진단을 위한 사전 설정을 요청한다.
이후, 상기 고장 진단을 위한 사전 설정이 완료된 경우, 전기차 충전기는 상기 셀프 고장 진단 장치에 전기차 충전 및/또는 방전을 위한 신호를 인가한다.
이후, 상기 셀프 고장 진단 장치는 후술할 절차에 따라 전기차 충전기의 상태에 대한 진단을 수행한다.
도 6은 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단 장치의 인터페이스의 일례를 나타낸 도이며, 도 7은 본 명세서에서 제안하는 셀프 고장 진단 장치의 내부 블록도 또는 내부 회로도의 일례를 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 셀프 고장 진단 장치(230)는 충전 플러그(220) 및 SECC(210)와 연결되어 있다.
즉, 상기 셀프 고장 진단 장치는 제어 파일럿(Control Pilot, CP)을 통해 상위 계층 통신 및 하위 계층 통신이 이루어지고, CP 라인에는 CP 상태 제어를 위하여 컨트롤러(Controller) 및 모뎀(modem)이 연결되어 있다.
AC/DC 라인에는 전압/전류를 측정할 수 있는 모듈이 연결되어 있다.
상기 컨트롤러(controller)는 CAN 통신을 통해 SECC가 설정해 준 테스트 모드에 따라 셀프 고장 진단 장치를 설정하고 동작시킨다. 상기 컨트롤러는 테스트 모드에 따라 modem 송수신 상태 및 AC/DC 라인의 전압/전류 측정값을 상기 SECC에 보고한다. 또는, 상기 컨트롤러는 상기 컨트롤러에서 측정되는 측정 값을 기반으로 정상 상태와 에러 상태를 구분하여 상기 SECC에 보고한다.
아래 표 4는 도 7의 셀프 고장 진단 장치의 내부 연결 상태에 따른 자동차 상태의 일례들을 나타낸 표이다.
자동차 상태 연결된 자동차 충전 가능 파일럿선 전압
state A 아니요 아니오 12V
state B 예 아니오 9V
state C 예 자동차 준비 6V 충전 영역 환기 불필요
state D 예 자동차 준비 3V 충전 영역 환기 필요
state E 예 아니오 0V
state F 예 아니오 -12V 전원공급장치 사용 불가
표 4에서, state C의 충전 영역 환기 불필요 또는 state D의 충전 영역 환기 필요는 상위 계층(또는 상위 레벨)의 지시에 따라 설정되는 것으로, 상기 셀프 고장 진단 장치는 상기 상위 계층이 지시하는 값에 기초하여 state를 변경한다.
도 8은 본 명세서에서 제안하는 방법에 적용될 수 있는 파일럿선 전압의 일례를 나타낸다. 즉, 도 8은 표 4에 기재된 파일럿선 전압을 도식화하여 나타낸 도이다.
상기 셀프 고장 진단 장치의 진단은 충전 시퀀스 단계에 대응하여 진행될 수 있다. 따라서, 상기 셀프 고장 진단 장치에서 수행되는 진단은 결합해체(Unmated) 상태, 결합(Mated) 상태, 초기화(Initialized) 상태, 케이블 점검(Cable Check) 상태, 프리차지(PreCharge) 상태, 차지(Charge) 상태 및 전원 차단(Power Down) 상태에서 수행될 수 있다.
도 7을 참고하여 표 4의 상태에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
State A는 셀프 고장 진단 장치에 충전 플러그가 연결되지 않았거나 충전 플러그가 거치대에 놓여지지 않은 상태로서, 충전이 가능하지 않은 상태로, 파일럿선 전압은 12v를 나타내며, unmated 상태에 해당할 수 있다.
그리고, State B는 도 7의 1번 스위치(710)가 닫힌 경우이며, 셀프 고장 진단 장치에 충전 플러그가 연결되거나 또는 충전 플러그가 거치대에 놓여있는 상태이나 아직 충전은 가능하지 않은 상태이며, 파일럿선 전압은 12V보다 낮은 9V를 나타낸다.
그리고, State C 또는 State D는 도 7의 1번 스위치(710) 및 2번 스위치(720)가 닫힌 경우이며, 충전이 가능한 상태로 파일럿선 전압은 더욱 낮아져 각각 6V 또는 3V가 된다. 상기 State C는 충전 영역에 환기가 불필요하며, 상기 State D는 충전 영역에 환기가 필요하다.
그리고, State E 또는 State F는 셀프 고장 진단 장치에 충전 플러그가 연결되거나 충전 플러그가 거치대에 놓여진 상태이나 충전이 가능하지 않은 상태로, 파일럿선 전압은 각각 0V 또는 -12V를 나타내며, 상기 State F는 전원 공급 장치의 사용이 불가능한 상태를 나타낸다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 충전 플러그(plug)의 연결이 감지되는 경우, 상기 셀프 고장 진단 장치는 (1) 통신 경로 및 레지스터 제어 테스트, (2) 물리적 연결 테스트, (3) 하위 레벨 통신 테스트 및 (4) 충전 세션 테스트의 테스트 모드를 통해 앞서 살핀 결합해체(Unmated) 상태, 결합(Mated) 상태, 초기화(Initialized) 상태, 케이블 점검(Cable Check) 상태, 프리차지(PreCharge) 상태, 차지(Charge) 상태 및 전원 차단(Power Down) 상태에서 전기차 충전기 상태에 대해 고장 진단을 수행한다.
상기 충전 플러그의 연결이 감지되는 경우는 상기 셀프 고장 진단 장치에 상기 충전 플러그가 연결 또는 결합된 경우이거나, 상기 충전 플러그가 상기 셀프 고장 진단 장치의 거치대에 연결 또는 결합된 상태를 의미할 수 있다.
이하에서, 셀프 고장 진단 장치에서 테스트 모드에 따라 복수의 상태들 각각에서 셀프 고장 진단을 수행하는 방법에 대해 도 6 내지 도 8을 참고하여 보다 구체적으로 살펴본다.
통신 경로 및 레지스터 제어 테스트
먼저, 셀프 고장 진단 장치에서 수행되는 통신 경로 및 레지스터 제어 테스트(이하 '제1 테스트'라 함)에 대해 살펴본다.
상기 제1 테스트는 앞서 살핀 연결해체(Unmated) 상태에서 테스트를 설정하는 과정이다.
먼저, 관제 시스템은 OCPP 통신을 통해 전기차 충전기 진단을 위해 SECC로 테스트 모드를 설정한다. 상기 제1 테스트는 표 4의 State A에서 수행될 수 있다.
상기 테스트 모드의 설정은 전기차 충전기 측과 셀프 고장 진단 장치 측에서 각각 설정될 수 있다.
전기차 충전기 측 설정
- 상위 레벨 통신 지원 여부
- 식별, 인증/승인 모드
- 충전 모드: AC, DC (단, 상위 레벨 통신을 지원하지 않은 경우에는 AC만 선택 가능)
- 공급 가능한 최대 전력
셀프 고장 진단 장치 측 (즉, 전기 자동차 측) 설정
- 상위 레벨 통신 지원 여부
- 식별모드: PnC(Plug&Charge, 연결인식 자동충전), EIM(External Identification, 외부 식별 수단)
- 인증/승인 모드: 전기차 전원 공급장치에서 수행되며, 보조 액츄에이터의 도움을 받아 수행될 수 있음
- 충전 모드: AC, DC (단, 상위 레벨 통신을 지원하지 않은 경우에는 AC만 선택 가능)
- 디바이스 안전을 위하여 수용 가능한 최대 전류/전압
- 충전 테스트 시간
- 충전 에너지양 (amount of energy for charging): 전기차 출차 시간에 도달할 때까지 전기차에 필요한 에너지 또는 배터리의 SOC(State Of Charge) 값이 100 %가 되는 에너지
- 전원 공급 장치가 제공할 수 있는 최대 전류: AC 충전 모드에서 전원 공급 장치가 제공하는 파일럿 듀티 사이클의 오류 여부를 파악하기 위함
이후, 상기 SECC와 상기 셀프 고장 진단 장치 간 유선 통신(예: CAN 통신, RS-485, Modbus 등)을 통해, 상기 SECC는 전기차 충전기의 상태 진단을 위한 셀프 고장 진단 장치의 테스트 모드를 설정한다.
상기 제1 테스트에서 상기 셀프 고장 진단 장치의 내부 블록도 내 1번 스위치(71도 7 참고)는 열려 있는 상태이므로, 전기차 충전기의 CP는 표 4의 State A 상태(파일럿선 전압: +12V) 이다.
이후, 상기 관제 시스템은 셀프 고장 진단 장치의 SECC로 진단의 시작을 지시하는 명령을 OCPP 통신을 통해 전송한다. 이 때, 표 1 내지 표 3에 해당하는 메시지 및 필드들이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 테스트에서 발생하는 에러를 판단하는 방법에 대해 살펴본다. 아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
상기 관제 시스템은 상기 SECC에 테스트 모드를 설정한 뒤 상기 설정된 테스트 모드에 대한 값을 확인하고, 상기 확인 결과 내용이 불일치하는 경우, OCPP 통신 에러로 판단한다.
그리고, 상기 SECC는 셀프 고장 진단 장치에 테스트 모드를 설정한 뒤 상기 설정된 값을 확인하고, 상기 확인 결과 내용이 불일치하는 경우, 상기 SECC와 상기 셀프 고장 진단 장치 간의 통신 에러로 판단한다.
그리고, 상기 SECC는 전기차 충전기의 CP controller 상태가 표 4의 State A(파일럿선 전압: +12V)가 아닌 경우, 상기 CP controller 상태의 에러로 판단한다.
물리적 연결 테스트
다음으로, 셀프 고장 진단 장치에서 수행되는 물리적 연결 테스트(이하 '제2 테스트'라 함)를 수행하는 방법에 대해 살펴본다.
제2 테스트는 앞서 살핀 연결(Mated) 상태에서, 물리적 장치의 연결 상태를 확인하는 과정이다.
먼저, 관제 시스템으로부터 진단의 시작을 지시하는 명령을 수신한 셀프 고장 진단 장치는 도 7의 1번 스위치를 닫는다.
이 경우, SECC의 CP 라인은 12V에서 9V로 전압이 낮아지며, 전기차 충전기의 CP controller의 상태는 표 4의 State A에서 State B로 바뀐다.
그리고, 상기 SECC는 PE(Proximity Earth) 그라운드 및 PP(Proximity Pilot) 전압을 체크한다.
물리적 연결 테스트에서 발생하는 에러를 판단하는 방법은 아래와 같다. 아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
먼저, 상기 SECC는 전기차 충전기의 CP controller 상태가 state B로 변경되지 않은 경우, CP controller 상태의 에러로 판단한다.
그리고, 상기 SECC는 PE 라인에서 0V 인지가 되지 않은 경우, PE 라인의 에러로 판단한다.
그리고, 상기 SECC는 PP 라인에서 전압 인지가 되지 않은 경우, PP 라인의 에러로 판단한다.
하위 레벨 통신 테스트
다음으로, 셀프 고장 진단 장치에서 수행되는 하위 레벨 통신 테스트(이하 '제3 테스트'라 함) 방법에 대해 살펴본다.
제3 테스트는 앞서 살핀 초기(initialize) 상태에서 수행되며, CP 라인에서 하위 계층 통신을 통해 매칭 프로세서를 시작하며 구체적인 절차는 다음과 같다.
먼저, 전기차 충전기의 CP controller는 5% 듀티 사이클(duty cycle)로 통신을 시작한다.
여기서, 셀프 고장 진단 장치가 상위 계층 통신을 지원하는지 여부에 따라 진단 모드의 절차가 구분되며, 상위 계층 통신을 지원하지 않은 경우 (AC 충전 가능)의 진단 모드는 다음과 같이 수행된다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 5% 듀티 사이클에 대하여 대응하지 않는다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치는 T_step_EF 동안 CP 상태를 state E/state F로 유지한다.
그리고, KS C IEC 61851－1 규격에 따라 전기차 충전기의 상태 진단을 진행하기 위하여 전기차 충전기는 10% ∼ 96%의 범주로 유효한 듀티 사이클을 설정한다.
다음으로, 상위 계층 통신을 지원하는 경우 (AC, DC 충전 가능) 진단 모드는 다음과 같이 수행된다.
먼저, 충전 파라미터들(Charging parameters)를 교환하는 매칭 프로세서를 진행한다.
이후, 전기차 충전기의 상태가 "매칭(matching)" (논리적 네트워크 연결 성공)로 전환되고, 매칭 성공 또는 매칭 실패를 알리는 D-LINK_READY.indication(링크 설정완료)을 상위 계층에 전달한 후, 전기차 충전기의 상태는 "matched" 상태로 전환된다.
그리고, DC 충전인 경우, 전기차 충전기 자체적으로 DC Power line의 전압을 진단할 수 있다.
제3 테스트 즉, 하위 레벨 통신 테스트에서 발생하는 에러를 판단하는 방법은 아래와 같다. 아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
먼저, 셀프 고장 진단 장치는 일정 시간이 지나도 전기차 충전기에서 5% 듀티 사이클의 신호를 전송하지 않거나, 신호의 duty가 (5 ± 여유 마진)%을 벗어난 경우, 5% 듀티 PWM 에러로 판단한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치와 SECC 양쪽에서 상기 매칭 프로세스 진행 중 오류가 발생하여 전기차 충전기의 상태가 'Unmatched' 상태인 경우, 상기 매칭 프로세스는 실패했다고 판단한다.
그리고, 상기 SECC는 DC 충전인 경우, 전기차 충전기에서 제공하는 DC 출력 전압이 특정 전압(예를 들어, 60V)보다 큰 경우, DC 최대 공급 전압 에러로 판단한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치는 AC 충전의 전기차 충전기가 PWM 듀티 사이클을 10% ∼ 96%로 변경하지 않거나 또는, PWM 듀티 사이클이 최대 허용 전류와 매칭되지 않은 경우 AC 충전 오류로 판단한다.
충전 세션 테스트
다음으로, 셀프 고장 진단 장치에서 수행되는 충전 세션 테스트(이하 '제4 테스트'라 함)에 대해 살펴본다.
상기 제4 테스트는 케이블 점검(Cable Check) 상태, 사전 충전(PreCharge) 상태, 충전(Charge) 상태 및 전원 차단(Power Down) 상태를 포함하며, 각 상태에서 수행되는 진단 절차에 대해 살펴본다.
제4 테스트는 케이블 점검(Cable Check) 상태에서 상기 제3 테스트의 매칭 프로세서가 종료된 후 전기차 충전을 준비하고, 통신 설정, 식별/인증/승인, 목표 설정과 충전 스케쥴링을 수행한다.
케이블 점검(Cable Check) 상태
먼저 통신을 설정한다. 이는 IP 기반 접속 연결을 진행하는 것을 말한다.
그리고, 데이터 링크를 설정한다. 이는 설정된 식별, 인증/승인 모드에 따른 식별, 인증과 승인 과정을 진행하는 것을 말한다.
그리고, 충전 목표 및 스케쥴링을 설정하는 V2G(Vehicle-to-Grid) setup을 수행한다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 도 7의 2번 스위치(720)를 닫아 CP 라인 상태를 표 4의 state C (또는 state D)로 변경한다. 상기 state C 및 state D는 모두 상기 셀프 고장 진단 장치에서 에너지 수신이 가능한 상태이다.
상기 state C에서 CP 라인은 +6V, 상기 state D에서 CP 라인은 +3V이다.
DC 충전인 경우, 상기 셀프 고장 진단 장치는 전기차 충전기에 케이블 점검 요청(CableCheckReq) 메시지를 전송하여 케이블 점검을 요청한다.
상기 전기차 충전기는 전기 자동차 HV System과의 isolation을 체크한 후, 상기 체크 결과를 케이블 점검 응답(CableCheckRes) 메시지에 설정 또는 포함하여 셀프 고장 진단 장치로 전송한다.
케이블 점검 상태에서 에러를 판단하는 방법은 다음과 같다.
아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
셀프 고장 진단 장치와 SECC 모두 전기차 충전기(혹은 전원공급장치 통신제어기)와 셀프 고장 진단 장치 간의 올바른 어소시에이션(association)이 없거나 결합 과정에서 시간 초과가 발생하는 경우 상위 통신 설정 실패로 에러를 판단한다.
상기 SECC는 CP 상태가 state B에서 state C 혹은 state D로 바뀌지 않는 경우, CP 라인 에러로 판단한다.
상기 셀프 고장 진단 장치와 상기 SECC 모두 DC 충전인 경우, 절연 시험을 하였는데 오류가 있거나, 케이블 점검 요청(CableCheckRes) 메시지에 포함되어 있는 케이블 점검(CableCheck) 결과가 "Valid"가 아닌 경우 Isolation 오류라고 판단한다.
사전 충전(PreCharge) 상태
사전 충전(Precharge) 상태(DC 충전인 경우만 해당)에서 테스트하는 절차는 다음과 같다.
먼저, 에뮬레이터(emulator)는 사전 충전 요청(PreChargeReq) 메시지를 전송하여 사전 충전(PreCharge) 과정을 시작한다.
그리고, 전기차 충전기에서 전원을 공급할 수 있도록 스위치를 연결시킨다. 즉, 전기차 충전기 측의 접촉기를 닫는다.
그리고, 전기차 충전기의 D.C 공급기는 사전 충전 요청(PreChargeReq) 메시지를 통해 요청한 전압을 허용 가능한 최대 전류 범위 내에서 인가한다.
그리고, 셀프 고장 진단 장치는 DC 공급선에서 전압을 모니터링 한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치에 설정된 배터리 전압과 DC 공급선 전압의 차가 20V 미만일 때 셀프 고장 진단 장치의 연결해지 디바이스(disconnecting device) (도 7의 3번 스위치, 730)을 닫는다.
사전 충전(PreCharge) 상태에서 에러를 판단하는 방법은 다음과 같다.
아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
셀프 고장 진단 장치는 사전 충전 응답(PreChargeRes) 신호에 대한 수신 에러를 판단한다.
또한, 상기 셀프 고장 진단 장치는 전기차 충전기에서 전송하는 DC 전압이 셀프 고장 진단 장치에서 요청한 전압이 아닌 경우, DC 전압 오류로 판단한다.
충전(Charge) 상태
다음으로, 충전(Charge) 상태에서 테스트하는 방법에 대해 살펴본다.
먼저, 셀프 고장 진단 장치는 파워 전달 요청(PowerDeliveryReq) 메시지를 전송한다.
AC 충전의 경우, 상기 셀프 고장 진단 장치는 연결해지 디바이스(disconnecting device) (도 7의 4번 스위치, 740)를 닫고, 전기차 충전기도 전기차 충전기 측의 접촉기를 닫는다. 즉, 전기차 충전기에서 전원을 공급할 수 있도록 스위치를 연결시킨다.
상기 전기차 충전기는 에너지 전송이 가능해지면 전력 전달 응답(PowerDeliveryRes) 메시지를 전송한다.
만약 DC 충전의 경우, 현재 요구 요청/응답(CurrentDemandReq/Res) 메시지를 통하여 전기차 충전기에서 공급되는 전압/전류를 제어한다.
AC 충전의 경우, 충전 상태 요청/응답(ChargingStatusReq/Res) 메시지를 통해 충전 제어 및 재스케쥴링을 수행한다.
그리고, 전기차 충전기가 에너지를 전송하고, 셀프 고장 진단 장치는 전송되는 전압/전류를 모니터링한다.
충전(Charge) 상태
다음으로, 충전(Charge) 상태에서 에러를 판단하는 방법에 대해 살펴본다. 아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
셀프 고장 진단 장치는 전기차 충전기가 시간 내에 전력 전달 응답(PowerDeliveryRes) 메시지를 전송하지 않은 경우 에러로 판단한다.
그리고, 셀프 고장 진단 장치는 전기차 충전기가 시간 내에 CurrentDemandRes/ChargingStatusRes 메시지를 전송하지 않은 경우 에러로 판단한다.
그리고, 셀프 고장 진단 장치는 협상된 전력량으로 AC/DC를 전달하지 않은 경우 에러로 판단한다.
그리고, 셀프 고장 진단 장치는 접촉기 고장으로 인해 AC 혹은 DC 전력을 전달하지 않은 경우 에러로 판단한다.
전원 차단(Power Down) 상태
다음으로, 전원 차단(Power Down) 상태에서 테스트하는 방법에 대해 살펴본다.
먼저, 셀프 고장 진단 장치는 충전 테스트가 시작된 뒤, 설정된 "충전 테스트 시간"이 경과하면 전력 전달 요청(PowerDeliveryReq) 메시지를 전송한다. 즉, 에너지 전송 완료 요청을 나타내는 메시지를 전송한다.
AC 충전의 경우, 셀프 고장 진단 장치는 CP를 State B로 변경하고 연결해지 디바이스(disconnection device)를 열고, 전기차 충전기는 접촉기를 연다.
그리고, 상기 전기차 충전기는 "Not Ready" 상태 값을 설정하여 파워 전달 응답(PowerDeliveryRes) 메시지로 응답한다.
DC 충전의 경우, 전기차 충전기는 1A 이하로 전류량을 감소시킨다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 1A 이하로 전류량이 감소한 뒤 연결해지 디바이스(disconnection device)를 연다.
그리고, 전기차 충전기는 output 전압을 disable하고 접촉기를 열고, 전기차 충전기는 "Not Ready" 상태 값을 설정하여 파원 전달 응답(PowerDeliveryRes) 메시지로 응답한다.
상기 셀프 고장 진단 장치는 도 7의 스위치 2번(720)을 열어서 CP를 State B 로 변경한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치는 세션 종료 요청(SessiontStopReq) 메시지를 통해 PLC 통신 종료를 요청한다.
그리고, 전기차 충전기는 세션 종료 응답(SessionStopRes) 메시지로 응답한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치는 도 7의 스위치 1번(710)을 열어서 CP를 State A로 변경한다.
상기 전원 차단(Power Down) 상태에서 발생하는 에러를 판단하는 방법은 다음과 같다. 아래 내용 중 적어도 하나를 만족하는 경우 에러가 발생하였다고 판단할 수 있다.
셀프 고장 진단 장치는 전기 충전기가 시간 내에 파워 전달 응답(PowerDeliveryRes) 메시지를 전송하지 않은 경우 에러로 판단한다.
그리고, SECC는 CP 상태가 state B로 변경(또는 변환)되지 않은 경우 에러로 판단한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 장치는 충전기가 시간 내에 세션 종료 응답(SessionStopRes) 메시지를 전송하지 않은 경우 에러로 판단한다.
그리고, 상기 SECC는 CP 상태가 state A로 변환하지 않은 경우 에러로 판단한다.
도 9는 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템에서 원격 제어를 통해 셀프 고장 진단을 수행하는 전기차 충전기의 내부 블록도의 일례를 나타낸다.
상기 전기차 충전기(200)는 원격 제어를 통해 셀프 고장 진단을 수행하기 위해 통신 제어 모듈(210) 및 셀프 고장 진단 모듈(220)을 포함할 수 있다.
상기 통신 제어 모듈은 앞서 살핀 SECC일 수 있다.
상기 통신 제어 모듈은 상기 전기차 충전기의 셀프 고장 진단 수행을 명령하는 명령 메시지를 관제 시스템으로부터 수신하고, 상기 수신된 명령 메시지에 기초하여 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정한다.
그리고, 상기 셀프 고장 진단 모듈은 상기 통신 제어 모듈에 의해 설정된 테스트 모드의 복수의 상태들에서 셀프 고장 진단 관련 테스트를 수행하여 상기 전기차 충전기의 상태를 확인하고, 상기 확인된 전기차 충전기의 상태에 대한 정보를 포함하는 보고 메시지를 상기 통신 제어 모듈로 전송한다.
상기 복수의 상태들은 각각 결합해체(unmated) 상태, 결합(mated) 상태, 초기화(initialize) 상태, 케이블 점검(cable check) 상태, 사전 충전(PreCharge) 상태, 충전(Charge) 상태 및 전원 차단(Power Down) 상태일 수 있다.
또한, 상기 전기차 충전기의 상태에 대한 정보는 상기 전기차 충전기의 정상 상태 또는 에러 상태에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 테스트 결과는 OCPP(Open Charge Point Protocol)에서 정의되는 데이터 전달 요청 메시지에 포함될 수 있다.
상기 셀프 고장 진단 모듈은 도 5를 참고하면 충전 단자, 에뮬레이터, 전압 및 전류 측정 모듈 및 가변 부하 모듈을 포함할 수 있다.
먼저, 상기 충전 단자는 상기 셀프 고장 진단 모듈 내에 설치되고, 충전 플러그(Plug)가 결합될 수 있으며, 상기 충전 플러그가 결합되는 전기차의 충전 단자와 동일할 수 있다.
그리고, 상기 에뮬레이터(emulator)는 상기 전기차의 충전 및 방전을 테스트한다.
그리고, 전압 및 전류 측정 모듈은 상기 전기차의 충전 테스트 동안 전압 및 전류를 측정한다.
그리고, 상기 가변 부하 모듈은 전기차 충전 모드 변경을 반영하기 위한 것으로, CC(Constant Current), CP(Constant Power) 또는 CV(Constant Voltage) 모드로 설정될 수 있다.
도 6을 참고하면, 상기 셀프 고장 진단 모듈은 상기 충전 플러그와 제어 파일럿(control pilot, CP) 라인, 근접 파일럿(proximity pilot, PP) 라인, 보호 접지(protective earth, PE) 라인, AC 라인 및 DC 라인으로 연결될 수 있다.
상기 셀프 고장 진단 모듈은 테스트 모드에서 각 상태 별로 테스트를 수행하고, 각 상태에서 전기차 충전기의 정상 상태 또는 에러 상태 여부를 판단할 수 있다.
먼저, 상기 결합해체(unmated) 상태는 셀프 고장 진단의 테스트를 위해 테스트 모드를 설정하기 위한 상태이다.
여기서, 상기 테스트 모드의 설정은 상위 레벨 통신 지원 여부, 식별 모드, 인증 및 승인 모드, 충전 모드, 디바이스 안전을 위해 수용 가능한 최대 전류 및 전압, 충전 테스트 시간, 충전 에너지량 또는 제공할 수 있는 최대 전류 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.
상기 결합해체(unmated) 상태에서 에러 여부는 상기 테스트 모드의 설정 값에 대한 확인 또는 상기 CP 라인의 전압의 확인을 통해 판단될 수 있다.
또한, 상기 결합(mated) 상태는 셀프 고장 진단 모듈의 물리적 연결을 확인하기 위한 상태이다. 상기 결합(mated) 상태에서 에러 여부는 상기 CP 라인의 전압 확인, 상기 PE 라인의 전압 확인 또는 상기 PP 라인의 전압 확인을 통해 판단될 수 있다.
또한, 상기 초기(initialize) 상태는 하위 레벨 통신에 대한 테스트를 진행하기 위한 상태이다. 상기 초기(initialize) 상태에서 에러 여부는 일정 비율의 듀티 사이클을 가지는 신호의 전송 여부, DC 출력 전압과 임계 전압과의 비교, PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 사이클과 최대 허용 전류와의 매칭 여부로 판단될 수 있다.
또한, 상기 케이블 점검(cable check) 상태에서 에러 여부는 상기 CP 라인의 전압 확인, DC 충전에서의 절연 시험 결과 여부로 판단될 수 있다.
또한, 상기 사전 충전(PreCharge) 상태에서 에러 여부는 사전 충전 관련 응답 신호의 수신 여부, DC 전압과 셀프 고장 진단 모듈에서 요청한 전압과의 비교를 통해 판단될 수 있다.
또한, 상기 충전(Charge) 상태에서 에러 여부는 일정 시간 동안의 전력 전달 응답 신호의 전송 여부, 충전 상태 응답 신호의 전송 여부 또는 기 정의된 전력량으로 AC 및 DC의 전달 여부로 판단될 수 있다.
또한, 상기 전원 차단(power down) 상태에서 에러 여부는 일정 시간 동안의 전력 전달 응답 신호의 전송 여부, 세션 종료 응답 신호의 전송 여부 또는 CP 라인의 전압 확인으로 판단될 수 있다.
또 다른 실시 예로, 본 명세서는 셀프 고장 진단 장치 스스로 고장 진단을 수행할 수 있으며 구체적인 방법은 아래와 같다.
전기차 충전기에 포함되는 셀프 고장 진단 모듈은 통신 제어 모듈에 의해 설정된 테스트 모드의 복수의 상태들에서 주기적으로 셀프 고장 진단 관련 테스트를 수행하여 상기 셀프 고장 진단 모듈의 상태를 확인하고, 상기 확인된 셀프 고장 진단 모듈의 상태에 대한 정보를 포함하는 얼라이브(alive) 메시지를 상기 통신 제어 모듈로 보고할 수 있다.
여기서, 상기 셀프 고장 진단 모듈의 상태 확인은 상기 셀프 고장 진단 모듈에 포함된 리지스터(register)에 대해 읽기(Read) 및 쓰기(Write) 과정을 진행하고, 상기 읽기(Read) 및 쓰기(Write) 과정이 정상인 경우, 상기 얼라이브(alive) 메시지가 생성될 수 있다.
위에서 살핀 각 상태에서의 고장 진단을 수행하는 구체적인 절차 및 에러 판단 여부는 앞서 살핀 내용을 참조하기로 한다.
도 10은 본 명세서에서 제안하는 전기차 충전 시스템에서 원격으로 전기차 충전기에서 셀프 고장 진단을 수행하는 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 전기차 충전기는 상기 전기차 충전기의 셀프 고장 진단 수행을 명령하는 명령 메시지를 관제 시스템으로부터 수신한다(S1010).
그리고, 상기 전기차 충전기는 상기 수신된 명령 메시지에 기초하여 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정한다(S1020).
그리고, 상기 전기차 충전기는 상기 설정된 테스트 모드에 따라 측정된 테스트 결과를 보고하기 위한 보고 메시지를 상기 관제 서버로 전송한다(S1030).
상기 테스트 결과는 상기 전기차 충전기의 상태 정보를 포함하고, 상기 전기차 충전기의 상태 정보는 상기 전기차 충전기의 정상 상태 또는 에러 상태에 대한 정보를 포함할 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: 전기차 충전 시스템

Claims (19)

  1. 전기차 충전 시스템에서 원격 제어를 통해 셀프 고장 진단을 수행하는 전기차 충전기에 있어서,
    상기 전기차 충전기의 상태와 관련된 전기차 충전기의 상태 정보를 포함하는 상태 관련 요청 메시지를 관제 시스템으로 전송하고, 상기 전기차 충전기의 셀프 고장 진단 수행을 명령하는 명령 메시지를 관제 시스템으로부터 수신하고, 상기 수신된 명령 메시지에 기초하여 셀프 고장 진단을 위한 테스트 모드를 설정하기 위한 통신 제어 모듈; 및
    상기 설정된 테스트 모드의 복수의 상태들에서 셀프 고장 진단 관련 테스트를 수행하고, 상기 수행된 테스트의 테스트 결과를 보고하기 위한 보고 메시지를 전송하는 셀프 고장 진단 모듈을 포함하되,
    상기 전기차 충전기의 상태 정보는 전기차 충전기의 현재 상태를 나타내는 상태 필드, 전기차 충전기의 제조사를 나타내는 벤더 ID 필드 및 전기차 충전기의 에러와 관련된 벤더 에러 코드 필드를 포함하며,
    상기 보고 메시지는 상기 전기차 충전기의 상태 진단 결과와 관련된 정보를 포함하며,
    상기 상태 진단 결과와 관련된 정보는 전기차 충전기의 제조사를 나타내는 벤더 ID 필드, 전기차 충전기의 상태 진단 결과를 포함하는 메시지를 나타내는 메시지 ID 필드 및 전기차 충전기의 상태 진단 결과를 나타내는 데이터 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 셀프 고장 진단 모듈은,
    상기 셀프 고장 진단 모듈 내에 설치되고, 충전 플러그(Plug)가 결합되는 충전 단자;
    상기 통신 제어 모듈과 유선 통신으로 연결되며, 상기 명령 메시지에 기초하여 전기차의 충전 및 방전을 테스트하기 위한 테스트 모드를 설정하는 에뮬레이터(emulator);
    전기차의 충전 테스트 동안 전압 및 전류를 측정하기 위한 전압 및 전류 측정 모듈; 및
    전기차 충전 모드 변경을 반영하기 위한 가변 부하 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 충전 단자는 상기 충전 플러그가 결합되는 전기차의 충전 단자와 동일한 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 가변 부하 모듈은,
    CC(Constant Current), CP(Constant Power) 또는 CV(Constant Voltage) 모드로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 셀프 고장 진단 모듈과 상기 충전 플러그는 제어 파일럿(control pilot, CP) 라인, 근접 파일럿(proximity pilot, PP) 라인, 보호 접지(protective earth, PE) 라인, AC 라인 및 DC 라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 상태들은 각각 결합해체(unmated) 상태, 결합(mated) 상태, 초기화(initialize) 상태, 케이블 점검(cable check) 상태, 사전 충전(PreCharge) 상태, 충전(Charge) 상태 및 전원 차단(Power Down) 상태이며,
    상기 테스트 모드는 통신 경로 및 레지스터 제어 테스트, 물리적 연결 테스트, 하위 레벨 통신 테스트 및 충전 세션 테스트인 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  7. 삭제
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 통신 경로 및 레지스터 제어 테스트는 상기 결합해체(unmated) 상태에서 수행되는 셀프 고장 진단의 테스트를 위해 테스트 모드를 설정하기 위한 테스트이며,
    상기 통신 경로 및 레지스터 제어 테스트 모드의 설정은 상위 레벨 통신 지원 여부, 식별 모드, 인증 및 승인 모드, 충전 모드, 디바이스 안전을 위해 수용 가능한 최대 전류 및 전압, 충전 테스트 시간, 충전 에너지량 또는 제공할 수 있는 최대 전류 중 적어도 하나를 설정하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 통신 경로 및 레지스터 제어 테스트에서 에러 여부는,
    상기 테스트 모드의 설정 값에 대한 확인 또는 상기 CP 라인의 전압의 확인을 통해 판단되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 물리적 연결 테스트는 상기 결합(mated) 상태에서 수행되는 셀프 고장 진단 모듈의 물리적 연결을 확인하기 위한 테스트이며,
    상기 물리적 연결 테스트에서 에러 여부는,
    상기 CP 라인의 전압 확인, 상기 PE 라인의 전압 확인 또는 상기 PP 라인의 전압 확인을 통해 판단되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 하위 레벨 통신 테스트는 상기 초기화(initialize) 상태에서 수행되는 하위 레벨 통신에 대한 테스트이며,
    상기 하위 레벨 통신 테스트에서 에러 여부는,
    일정 비율의 듀티 사이클을 가지는 신호의 전송 여부, DC 출력 전압과 임계 전압과의 비교, PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 사이클과 최대 허용 전류와의 매칭 여부로 판단되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 충전 세션 테스트는 상기 케이블 점검 상태, 상기 사전 충전 상태, 상기 충전 상태 및 상기 전원 차단 상태에서 수행되는 상기 하위 레벨 통신 테스트의 종료 후 전기차 충전을 준비하고 통신 설정, 식별, 인증, 승인, 목표 설정 및 충전 스케쥴링을 수행하는 테스트인 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 사전 충전(PreCharge) 상태에서 에러 여부는,
    사전 충전 관련 응답 신호의 수신 여부, DC 전압과 셀프 고장 진단 모듈에서 요청한 전압과의 비교를 통해 판단되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 충전(Charge) 상태에서 에러 여부는,
    일정 시간 동안의 전력 전달 응답 신호의 전송 여부, 충전 상태 응답 신호의 전송 여부 또는 기 정의된 전력량으로 AC 및 DC의 전달 여부로 판단되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전원 차단(power down) 상태에서 에러 여부는,
    일정 시간 동안의 전력 전달 응답 신호의 전송 여부, 세션 종료 응답 신호의 전송 여부 또는 CP 라인의 전압 확인으로 판단되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 수행된 테스트의 테스트 결과는 OCPP(Open Charge Point Protocol)에서 정의되는 데이터 전달 요청 메시지에 포함되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전기.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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