KR20110047950A - 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템 - Google Patents

스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템 Download PDF

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벽산파워 주식회사
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Abstract

본 발명은 전력 서비스 운영 시스템과 연동하여 전기 자동차의 충전 서비스를 제공할 빌딩 또는 아파트 내의 계층 구조적 전기 자동차의 충전 시스템에 있어서, 개별 주차 구획에 각각 설치되며 전기 자동차로 전력을 공급하고, 공급되는 전력량을 계량하여 충전 정보를 유무선 통신을 통해 전송하기 위한 하나 이상의 스마트 콘센트와 상기 스마트 콘센트에서 수행될 수 없는 상위 기능을 수행하고, 충전자의 편의를 위해 각 층 또는 일정 구역 단위 공간에 키오스크 형태로 설치되어 하나 이상의 스마트 콘센트를 통합적으로 제어하기 위한 통합 충전 관리 수단과 상기 통합 충전 관리 수단과의 네트워크를 통해 충전 서비스를 통합 관리하고 전력 계통과 연동되어 다양한 충전 서비스를 제공하기 위한 충전 운영 수단을 포함하여 구성되며, 단독형 충전대를 기존의 일반 콘센트 형태의 간단한 스마트 콘센트로 대체함으로써 제작 및 설치 비용을 획기적으로 낮추고, 특히 기존 주차시설에 설비교체나 별도 공간 확보 없이 바로 적용하여 전기자동차 보급에 걸림돌이 되는 충전 인프라 구축 및 확대에 크게 기여하게 되는 효과가 있는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차의 충전 시스템을 제공한다.

Description

스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템{Hierarchical Electric Automobile Charging System Using Smart Outlets}
본 발명은 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개별 주차 구획에 스마트 콘센트를 설치하고 각 스마트 콘센트를 통합 충전 관리 수단이 제어하며, 충전 운영 수단의 통합 충전 서비스 관리를 통해 빌딩이나 아파트내 등의 충전 지역 내에 충전대를 설치하는 대신, 스마트 콘센트 기반으로 계층구조적 분산 형태로 설치하여 충전 인프라 구축 비용을 획기적으로 절감하며, 빌딩내의 전력계통과 연동하여 주차된 전기 자동차의 배터리가 가지는 전력저장기능을 활용하여 충전비용 경감은 물론 빌딩의 UPS를 비롯한 전력 설비 용량을 최적화하고, 증설에 따른 비용을 최소화하도록 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템에 관한 것이다.
전기자동차는 주행을 위해 배터리를 충전해야 하는데 이는 전용 충전대 혹은 충전 설비를 통하여 수행된다.
저속 충전을 위해서는 개인 주택의 경우 차고내의 일반 콘센트에 꽂아서 사용할 수도 있다. 하지만, 공공 주차장 등에서 다수의 전기 자동차가 충전하는 경우 과금 및 인증을 위해 전력량 계량 기술 및 통신망 기술이 필요하다.
이는 스마트 미터링 기술이며, 이를 통합 관리하는 플랫폼으로 미들웨어 기술 및 주차구역내의 무정전 전원공급(Uninterruptible Power Supply, 이하 'UPS') 계통을 포함하는 수배전반 및 분전반을 통한 전력계통, 수요관리 및 외부 전력망 연동 기술(V2G) 그리고 분산전원 전환 기술 등이 주요한 배경 기술이다.
고속 충전을 위해서는 별도의 고속 충전 기술이 필요하며, 충전대의 도난이나 훼손 그리고 해킹 방지 등을 고려한 키오스크 형태의 충전대 제조기술도 필요하며, 과금 및 인증을 위한 스마트카드 연동 기술 및 터치패널 등 편리한 사용자 연계화면 제공기술도 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 계층구조적 설계로 스마트 콘센트를 기반으로 통합 충전 관리 수단을 통해 관리하면서 최종 상위 충전 운영 수단과 연계하여 계층적인 충전 설비 시스템을 운영하기 위한 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 통합 충전 관리 수단의 기능을 강화하여 빌딩내의 UPS 계통 연동을 포함하여 수배전 및 분전 설비와의 연동을 통하여 전기 자동차 충전에 따른 전력설비의 구축 및 증설을 최적화하기 위한 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 충전 모드를 제공하여 사용자의 선택에 따라 충전 서비스에 대한 해택을 부여할 수 있는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 자동차 충전에 따른 전력설비를 최적화하기 위해 기존의 콘센트를 동일한 형태의 스마트 콘센트로 대체하는 것으로 충전대의 기능을 수행할 수 있도록 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템을 제공함에 있다.
상기한 본 발명의 목적은, 전력 서비스 운영 시스템과 연동하여 전기 자동차의 충전 서비스를 제공할 빌딩 또는 아파트 내의 계층 구조적 전기 자동차의 충전 시스템에 있어서, 개별 주차 구획에 각각 설치되며 전기 자동차로 전력을 공급하고, 공급되는 전력량을 계량하여 충전 정보를 유무선 통신을 통해 전송하기 위한 하나 이상의 스마트 콘센트; 상기 스마트 콘센트에서 수행될 수 없는 상위 기능을 수행하고, 충전자의 편의를 위해 각 층 또는 일정 구역 단위 공간에 키오스크 형태로 설치되어 하나 이상의 스마트 콘센트를 통합적으로 제어하기 위한 통합 충전 관리 수단; 및 상기 통합 충전 관리 수단과의 네트워크를 통해 충전 서비스를 통합 관리하고 전력 계통과 연동되어 다양한 충전 서비스를 제공하기 위한 충전 운영 수단을 포함하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 상기 스마트 콘센트는, 벽체 매입을 위한 일체형 케이스; 전기 자동차 플러그를 꼽기 위한 콘센트단; 및 충전 상태 정보 확인을 위한 디스플레이 모듈과 스마트 미터링 기능을 수행하기 위한 스마트 미터링 보드를 포함하는 스마트 모듈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 스마트 미터링 보드는 충전 알고리즘을 수행하기 위한 시피유(CPU); 충전을 위한 기본 프로그램과 충전 정보를 저장하기 위한 메모리; 전력 측정을 위한 전류기; 전력 공급의 온/오프 제어를 위한 릴레이; 및 상기 통합 충전 관리 수단과의 통신을 위한 유무선 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 통합 충전 관리 수단은 다수의 개별 스마트 콘센트와 매쉬(Mesh) 네트워크 기반의 지그비(Zigbee)로 이루어진 무선 통신망을 통해 상기 스마트 콘센트와 연동되며, 충전 서비스 알고리즘 수행 모듈; 사용자 연계화면 모듈; 및 과금 및 인증을 위한 확인 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 과금 및 인증을 위한 확인 수단은 스마트 카드 리더기와 충전 티켓 리더기 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 통합 충전 관리 수단의 상위 기능은 충전에 따른 과금에 대한 신용카드 및 현금 결제와, 주차요금과의 통합 정산 결제 및 충전 모드 선택 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 충전 모드 선택 기능은 일반 모드(Normal Mode), 수요 관리 모드(Demand Run Mode), 무정전 전원공급 모드(Uninterruptible Power Supply Mode), 및 분산 전원 모드(Distributed Generation Mode) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 수요 관리 모드는 실시간 전력 요금이 증가할 경우 특정 설정된 요금 이상이면 충전을 중단하고, 중단 시간이 최대 설정된 시간을 넘지 않는 선에서 충전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 무정전 전원 공급 모드는 정전이 발생할 경우 전기 자동차 배터리가 무정전 전원 공급 장치 배터리팩에 자동 연결되어 배터리 지속시간을 확장시켜 주도록 허용하여 이에 대한 보상으로 낮은 충전 요금을 과금하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 분산 전원 모드는 빌딩 전체가 전지 자동차 배터리를 활용하여 분산 전원의 역할을 하도록 하기 위해, 분산 전원 모드를 선택하지 않은 전기 자동차 배터리만을 충전망에서 절체하고 분산 모드를 선택한 전기 자동차의 배터리의 용량을 분산전원으로 활용하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 통합 충전 관리 수단은 웹 기반으로 피씨(PC)나 휴대 단말기를 이용하여 자신의 차량 충전 상태 정보, 과금 정보, 실시간 수요관리 프로그램, 이벤트 정보, 스마트 카드 포인트 정보 등을 종합하여 충전, 정지, 방전의 시간대 별 제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 단독형 충전대를 기존의 일반 콘센트 형태의 간단한 스마트 콘센트로 대체함으로써 제작 및 설치 비용을 획기적으로 낮추어 주며, 특히 기존 주차시설에 설비교체나 별도 공간 확보 없이 바로 적용하여 전기자동차 보급에 걸림돌이 되는 충전 인프라 구축 및 확대에 크게 기여하게 되는 효과가 있다.
특히, 전기자동차 주차시 배터리를 전력저장장치로 활용하는 서비스를 발굴함으로써 운전자가 충전 요금 할인, 면제 더 나아가 인센티브를 받을 수 있는 효과가 있다.
따라서 전기자동차 보급에 걸림돌이 되는 충전 인프라 구축 및 확대에 크게 기여하여 충전 인프라 확보에 필요한 비용은 전기자동차 보급에 따라 발생하는 추가비용이므로, 이를 획기적으로 줄임으로써 배터리 가격의 빠른 하락과 더불어 전기자동차 일반화를 크게 앞당길 수 있는 효과가 있다.
기존 빌딩의 주차장 설비에도 별도의 시설물 변경이나 공간 확보 필요성을 제거하여 그 효용성이 매우 크며, 제도나 정책적으로 공공 시설물에 전기자동차 주차장 설비가 필수적으로 확보되어야 할 경우, 최소의 예산으로 손쉽고 빠르게 구축할 수 있어 정책 시행이 매우 용이한 효과가 있다.
또한, 주차된 전기자동차의 배터리를 활용하여 일반 모드(Normal Mode), 수요 관리 모드(Demand Run Mode), 무정전 전원공급 모드(Uninterruptible Power Supply Mode), 분산 전원 모드(Distributed Generation Mode)를 보다 적은 비용으로 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트의 스마트 모듈부의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트의 스마트 모듈부의 회로 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전 모드 선택 기능의 사용자 연계 화면을 나타낸 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 서비스 운영 시스템(500)과 연동하여 전기 자동차(10)의 충전 서비스를 제공할 빌딩 또는 아파트 내의 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차의 충전 시스템은, 공급되는 전력량을 계량하여 충전 정보를 유무선 통신을 통해 전송하기 위한 스마트 콘센트(100)와, 상기 스마트 콘센트(100)에서 수행될 수 없는 상위 기능을 수행하고, 충전자의 편의를 위해 각 층 또는 일정 구역 단위 공간에 키오스크 형태로 설치되어 스마트 콘센트(100)들을 통합적으로 제어하기 위한 통합 충전 관리 수단(200), 및 상기 통합 충전 관리 수단(200)과의 네트워크를 통해 충전 서비스를 통합 관리하고 전력 계통과 연동되어 다양한 충전 서비스를 제공하기 위한 충전 운영 수단(300)을 포함하여 구성된다.
상기 스마트 콘센트(100)는 주차 지역별(주차시설A, 주차시설B)로 1개의 통합 충전 관리 수단(200)으로 관리되며, 또한 여러개의 통합 충전 관리 수단(200)들은 상위의 충전 운영 수단(300)으로 연결되어 통합 관리된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트의 스마트 모듈부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스마트 콘센트의 스마트 모듈부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
상기 스마트 콘센트(100)는 벽체 매입을 위한 일체형 케이스(120)와, 상기 전기 자동차(10) 플러그를 꼽기 위한 콘센트단(110)과, 충전 상태 정보 확인을 위한 디스플레이 모듈(140)과 스마트 미터링 기능을 수행하기 위한 스마트 미터링 보드(150)를 포함하는 스마트 모듈부(130)로 구성된다.
상기 스마트 미터링 보드(150)는 충전 알고리즘을 수행하기 위한 시피유(CPU)(152)와, 충전을 위한 기본 프로그램과 충전 정보를 저장하기 위한 메모리(154)와, 전력 측정을 위한 전류기(156)와, 전력 공급의 온/오프 제어를 위한 릴레이(158)와, 상기 통합 충전 관리 수단(200)과의 통신을 위한 유무선 통신 모듈(160)을 포함하여 구성된다.
상세히 설명하면, 한 주차 시설 공간에 다수의 스마트 콘센트(100)가 설치되는데, 이 스마트 콘센트(100)들은 주차 지역별로 1개의 통합 충전 관리 수단(200)으로 관리되며, 또한 여러 개의 주차 시설 공간들이 상위의 충전 운영 수단(300)으로 연결되어 통합 관리된다.
스마트 콘센트(100)는 일반 콘센트와 유사한 구조의 일체형 케이스(120)와 전면의 케이스 커버로 구성되며 그 내부에는 전기자동차 플러그를 꽂을 수 있는 전방의 콘센트단(110) 연결구성물과, 전원선을 연결하는 후방의 연결구성물, 그리고 디스플레이 모듈(140)로 금형이 만들어져 있다.
그리고, 스마트 미터링 기능을 할 수 있는 스마트 미터링 보드(150)가 내장되어 있는데, 이 스마트 미터링 보드(150)에는 전력 측정을 위한 전류기(CT)(156)와, 온/오프 제어를 위한 릴레이(158)와, 무선통신을 위한 지그비(Zigbee) 등의 무선 모듈과 유선 배선이 가능할 경우 필요시 RS485 등의 유선모듈을 포함하는 유무선 통신 모듈(160)로 구성된다.
또한, 이러한 기능을 수행하기 위해 시피유(152) 및 메모리(154)가 상기 스마트 미터링 보드(150)에 내장되어 있다.
주차장에 전기 자동차 개별 주차 구획별로 스마트 콘센트(100)를 설치하고, 이 공간 내에서 지그비 매쉬(Mesh) 네트워크로 각각의 스마트 콘센트(100)와 연동되는 통합 충전 관리 수단(200)이 설치된다.
상기 통합 충전 관리 수단(200)은 무인 키오스크 형태로 만들어져 주차장에서 빌딩이나 아파트 건물에 들어가는 입구에 무인 주차 요금정산기나 무인 택배 관리시스템 위치에 독립적으로 설치되거나 무인 주차 요금 정산기나 무인 택배 시스템내에 통합 설치될 수 있는 것이 바람직하다.
거리주차인 경우에는 피디에이(PDA) 형태의 단말로 만들어져서 거리 주차인 경우 주차 요원이 들고 다니면서 주차요금과 연동하여 통합 운영할 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고 공공건물이나 백화점, 음식점, 병원 등의 주차장에서는 주차확인을 하는 장소에 무인 키오스크를 설치하거나 관리요원들이 피디에이를 이용하여 운영하도록 하는 것이 바람직하다.
전력은 전력서비스 사업자 망으로부터 발전소(1), 송전소(2), 변전소(3), 배전단(4)망을 통해 주차시설내로 인입된다.
주차시설내에는 수배전반(20)에서 시설내 전압으로 감압되어 각 분전반을 통해 각 말단 스마트 콘센트(100)로 제공된다.
UPS 분전반과 연동될 경우 정전시 플러그에 연결된 전기자동차 배터리는 UPS 배터리로 자동 연결되어 인버터 없이도 활용이 가능하다. 또한 분전반내 인버터기능을 활용하면 분산전원으로도 활용이 가능하다.
최상위의 충전 운영 수단(300)은 항상 전력망 사업자 서버와 연계를 통해 V2G 형태의 수요관리서비스 등의 부가서비스 기능이 가능하다.
상기 통합 충전 관리 수단(200)은 다수의 개별 스마트 콘센트와 매쉬(Mesh) 네트워크 기반의 지그비(Zigbee)로 이루어진 무선 통신망을 통해 스마트 콘센트(100)와 연동되고, 충전 서비스 알고리즘 수행 모듈(미도시)과 사용자 연계화면 모듈(미도시)과 과금 및 인증을 위한 확인 수단(미도시)으로 구성된다.
상기 확인 수단은 스마트 카드 리더기(미도시)와 충전 티켓 리더기(미도시)로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전 모드 선택 기능의 사용자 연계 화면을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 모든 운전자는 전기 자동차(10) 주차 및 충전과 관련된 서비스를 통합 충전 관리 수단(200)의 사용자 연계화면을 통하여 제공받을 수 있다.
운전자는 주차시설에 진입하여 충전 주차가 가능한 주차공간에 주차를 한 후 해당 스마트 콘센트(100)에 플러그를 꼽는다. 그리고 스마트 미터 번호, 예를 들면 '203'을 기억한 후 혹은 별도의 간단한 충전권 티켓을 발급받아서, 빌딩 승강기 입구로 가서 거기에 설치된 통합 충전 관리 수단(200)로 가서 사용자 연계화면을 통해 충전을 시작한다.
즉, 화면에 스마트 콘센트(100)에 해당 번호를 입력하면 (즉,??203??) 혹은 받은 충전권 티켓을 입력하면 스마트 콘센트(100)의 릴레이(158)가 연결되고 이때 전기가 흐르면서 전기 자동차(10)의 배터리 부하상태가 보여진다.
만일 잘못 입력을 하면 연결되지 않은 콘센트이거나 이미 사용 중인 콘센트이므로 잘못 되었음을 알 수가 있다.
그리고 충전시간 및 비용 등을 확인한 후 주차권 번호 혹은 스마트카드 혹은 입주자 비밀번호 등을 입력하면 인증 및 과금이 가능하게 된다. 원하는 충전이 끝나면 자동적으로 릴레이(158)가 열려서 전력공급이 정지된다.
한편, 비용절감 방법으로 첫째 수요 관리 모드(Demand Run Mode)를 누르면 전기 요금에 따라 전기요금이 높을 때는 충전을 중지하도록 하여 총 충전시간은 길어지지만 충전금액은 낮아지게 된다.
그리고, 무정전 전원공급 모드(Uninterruptible Power Supply Mode)를 누르면 빌딩이 정전시에 본 전기자동차의 배터리를 UPS 용으로 사용을 허락하는 것으로 대부분 정전이 일어날 확률이 매우 적기 때문에 실제적으로는 운전자나 자동차배터리에 영향이 대부분 없으나, 이러한 기능을 빌딩주에게 제공함으로써 빌딩주는 UPS 설계용량을 줄일 수 있어 이에 대한 보상차원에서 충전비용을 내려줄 수 있는 것이다.
또한, 분산 전원 모드(Distributed Generation Mode)는 보다 적극적으로 각 콘센트단이나 분전반 지선단에 인버터를 설치하여 정전시 UPS 기능이나 전기요금에 적극적 수요관리를 할 수 있어 보다 많은 충전비용을 절약하고 더 나아가 주차요금 보상 및 인센티브도 받을 수 있도록 한다.
상기한 수요 관리 모드(Demand Run Mode)시에는 충전 운영 수단(300)에서 전력망사업자로로부터 수요 관리 프로그램을 연동시키면 실시간 전기 요율 정보를 받아서 이를 통합 충전 관리 수단(200)으로 보내고 이를 기반으로 충전수행하도록 한다.
예를 들면, 실시간 요금제(RTP: Real Time Pricing) 기반으로 수행할 경우 요율이 일정 값을 넘어가면 충전을 멈추고 다시 떨어지면 재충전을 수행하도록 하는 것이다.
이때 충전정지에 따른 지연시간을 감안하여 최대 정지 시간도 설정하도록 할 수 있다. 이는 각각의 스마트 콘센트(100) 단위로 운전자가 설정한 방법대로 수행된다.
무정전 전원공급 모드는 빌딩 등에서 정전이 발생할 경우, UPS 분전함 혹은 분전반에서 바로 UPS 배터리백업 전원이 즉시 동작하게 된다.
이때 외부전원이 차단되므로 충전은 정지되게 된다. UPS 분전반 내에서 현재 연결되어 있는 전기 자동차(10) 배터리를 그대로 UPS 배터리에 연결시켜 UPS 전력공급 용량을 증대시키는 데 사용한다.
이 경우 스마트 콘센트 부분에는 아무런 추가적 장치를 설치할 필요가 없으며 UPS 분전반 내에 외부 배터리 연동장치만 설치하면 되므로 UPS 전력공급 설비 용량 감축에 따른 비용을 절감할 수 있어 이를 운전자에게 보상해주는 것이다.
운전자 관점에서는 대부분의 경우 정전이 일어나지 않기 때문에 실제적으로는 아무런 불편도 감수하지 않고 충전비용절감 혜택을 누리게 되는 것이다.
분산 전원 모드에서는 보다 적극적 방법으로 이를 선택한 운전자의 자동차배터리만을 모아서 하나의 분산전원으로 활용하는 것이다. 즉, 빌딩 전체의 전력 운용 차원에서 분산전원이 필요한 경우 분산 정원 모드를 선택하지 않은 자동차는 충전 전력 시스템은 스마트콘센트에서 차단시키고 분산 전원 모드를 선택한 자동차의 배터리만을 모아서 이와 연결된 상위 분전반이나 수배전반에 인버터 장치를 달아서 이를 통해 원하는 교류전력을 생산, 내부 사용이나 외부 송출을 할 수 있다.
이 경우 운전자는 충전비용 절감 혹은 면제 더 나아가 인센티브 보상까지도 가능하다.
빌딩 내부에서 스마트 콘센트(100)를 구역별로 나누어 고속 충전과 저속 충전으로 분류를 하고 고속 충전인 경우 3상 380V (혹은 미주지역 480V) 전원을 사용하고, 저속 충전인 경우 단상 220V (혹은 미주지역 120V) 단상을 사용하여 분전반별로 분류한다.
이때 고속 충전 및 저속 충전별로 설치 개수에 따른 분전반의 전력설비 용량을 계산하는 것이 필요하다.
즉, 스마트 콘센트(100) 개수를 N(개), 평균 충전시간을 T(시간), 충전용량을 E(kW)라고 할 때, 스마트 콘센트(100)의 상태가 1.충전중, 2.충전완료, 3.충전대기의 3가지 상태일 경우 스마트 콘센트(100)가 각각의 상태일 확률을 P1, P2, P3라고 하면 최적 충전설비 용량은 N × P1 × E (kW)가 된다.
여기서 P1은 마르코프 천이모델 (Markovian Transient Model)과 Erlang 계수를 통해 구할 수 있다. 이는 역으로 주어진 분전반 용량에서 최적의 스마트 콘센트(100) 개수를 구할 때도 사용할 수 있다.
또한 설치된 스마트 콘센트(100) 개수에서, 빌딩에 정전이 발생했을 때 UPS 연동을 통해 사용가능한 배터리 용량은 N × P2 × E × T × Pups[kWh] 이고 (여기서 Pups는 운전자가 UPS 모드를 택했을 확률), 분산전원으로 사용가능한 용량은 N × P2 × E × Pdg[kW] (여기서 Pdg는 운전자가 DG 모드를 택했을 확률)이다.
상기와 같이, 개별 주차 구획마다 스마트 콘센트(100)를 설치하고 각 스마트 콘센트(100)를 통합 충전 관리 수단(200)이 제어하며, 충전 운영 수단(300)의 통합 충전 서비스 관리를 통해 빌딩이나 아파트내 등의 충전 지역 등의 충전대를 설치하는 대신, 스마트 콘센트 기반으로 계층구조적 분산 형태로 설치하여 충전 인프라 구축산 형태로획기적으로 절감하며, 빌딩내의 전력계통과 연동하여 주차된 전기 자동차의 배터리가 가지는 전력저장기능을 활용하여 충전비용 경감은 물론 빌딩의 UPS를 비롯한 전력 설비 용량을 최적화하고, 증설에 따른 비용을 최소화하도록 하는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명이 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 발전소 2 : 송전소
3 : 변전소 4 : 배전단
10 : 전기 자동차 20 : 수배전반
30 : UPS 분전반 50 : 전력선
60 : 로컬 네트워크 망 100 : 스마트 콘센트
110 : 콘센트 단 120 : 일체형 케이스
130 : 스마트 모듈부 140 : 디스플레이 모듈
150 : 스마트 미터링 보드 152 : 씨피유(CPU)
154 : 메모리 156 : 전류기(CT)
158 : 릴레이 160 : 유무선 통신 모듈
200 : 통합 충전 관리 수단 300 : 충전 운영 수단
500 : 전력 서비스 운영 시스템

Claims (11)

  1. 전력 서비스 운영 시스템과 연동하여 전기 자동차의 충전 서비스를 제공할 빌딩 또는 아파트 내의 계층 구조적 전기 자동차의 충전 시스템에 있어서,
    개별 주차 구획에 각각 설치되며 전기 자동차로 전력을 공급하고, 공급되는 전력량을 계량하여 충전 정보를 유무선 통신을 통해 전송하기 위한 하나 이상의 스마트 콘센트;
    상기 스마트 콘센트에서 수행될 수 없는 상위 기능을 수행하고, 충전자의 편의를 위해 각 층 또는 일정 구역 단위 공간에 키오스크 형태로 설치되어 하나 이상의 스마트 콘센트를 통합적으로 제어하기 위한 통합 충전 관리 수단; 및
    상기 통합 충전 관리 수단과의 네트워크를 통해 충전 서비스를 통합 관리하고 전력 계통과 연동되어 다양한 충전 서비스를 제공하기 위한 충전 운영 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스마트 콘센트는,
    벽체 매입을 위한 일체형 케이스;
    전기 자동차 플러그를 꼽기 위한 콘센트단; 및
    충전 상태 정보 확인을 위한 디스플레이 모듈과, 스마트 미터링 기능을 수행하기 위한 스마트 미터링 보드를 포함하는 스마트 모듈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스마트 미터링 보드는
    충전 알고리즘을 수행하기 위한 시피유(CPU);
    충전을 위한 기본 프로그램과 충전 정보를 저장하기 위한 메모리;
    전력 측정을 위한 전류기;
    전력 공급의 온/오프 제어를 위한 릴레이; 및
    상기 통합 충전 관리 수단과의 통신을 위한 유무선 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 충전 관리 수단은 다수의 개별 스마트 콘센트와 매쉬(Mesh) 네트워크 기반의 지그비(Zigbee)로 이루어진 무선 통신망을 통해 상기 스마트 콘센트와 연동되며,
    충전 서비스 알고리즘 수행 모듈;
    사용자 연계화면 모듈; 및
    과금 및 인증을 위한 확인 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 과금 및 인증을 위한 확인 수단은 스마트 카드 리더기와 충전 티켓 리더기 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 충전 관리 수단의 상위 기능은 충전에 따른 과금에 대한 신용카드 및 현금 결제와, 주차요금과의 통합 정산 결제 및 충전 모드 선택 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충전 모드 선택 기능은 일반 모드, 수요 관리 모드, 무정전 전원 공급 모드, 및 분산 전원 모드 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수요 관리 모드는 실시간 전력 요금이 증가할 경우 특정 설정된 요금 이상이면 충전을 중단하고, 중단 시간이 최대 설정된 시간을 넘지 않는 선에서 충전을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 무정전 전원 공급 모드는 정전이 발생할 경우 전기 자동차 배터리가 무정전 전원 공급 장치 배터리팩에 자동 연결되어 배터리 지속시간을 확장시켜 주도록 허용하여 이에 대한 보상으로 낮은 충전 요금을 과금하도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 분산 전원 모드는 빌딩 전체가 전지 자동차 배터리를 활용하여 분산 전원의 역할을 하도록 하기 위해, 분산 전원 모드를 선택하지 않은 전기 자동차 배터리만을 충전망에서 절체하고 분산 모드를 선택한 전기 자동차의 배터리의 용량을 분산전원으로 활용하도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 충전 관리 수단은 웹 기반으로 피씨(PC)나 휴대 단말기를 이용하여 자신의 차량 충전 상태 정보, 과금 정보, 실시간 수요관리 프로그램, 이벤트 정보, 스마트 카드 포인트 정보 등을 종합하여 충전, 정지, 방전의 시간대 별 제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 콘센트 기반의 계층 구조적 전기 자동차 충전 시스템.
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