KR20120070651A - 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템 - Google Patents

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윤현정
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 전력공급 제어방법은, 차량의 위치와 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계 및 상기 위치 및 배터리에 관한 정보를 토대로, 상기 차량의 배터리를 충전 시킬 수 있도록 상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에 전력을 공급하는 단계를 포함한다.

Description

전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템{Method for controlling power supply, method for managing power and power system}
본 발명은 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차와 관련된 전력의 수요와 공급을 실시간 및 양방향으로 제어할 수 있는 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템에 관한 것이다.
전세계적으로 가장 시급한 현안으로 지목되고 있는 기후변화와 석유연료의 고갈 이슈는 많은 전문가들의 예상보다 더 빠르게 전기자동차의 상용화를 촉진하고 있다. 최근 몇 년 사이에, 자동차 제조 선진국들을 중심으로 전기 자동차 기술 개발이 빠르게 전개되고 있는데, 이는 각국의 전력 계통에도 큰 변혁이 이루어져야 함을 직접적으로 시사하고 있다. 전기자동차 상용화의 최대 관건으로 많은 전문가들이 충전 인프라를 지목하고 있는데, 이는 두 가지 관점에서 다음과 같은 문제를 야기할 수 있다.
첫 번째, 전기 자동차는 그 속성상 근거리 및 중장거리 이동성을 갖고 있으며 따라서 일반 가정의 가전기기와 달리 전력에 대한 수요 예측이 매우 어려워진다. 두 번째, 현재의 전력망은 IT 기술과 결합되어 보다 지능적으로 진화하고 있으나, 전기 자동차 보급에 따른 급속 충전 수요가 증가하면 이에 대해 미리 예비 전력을 준비해두지 못하면 자칫 수요에 따른 공급이 원활하지 못하는 경우가 발생하며 이는 소비자의 큰 손실로 이어질 가능성이 높다.
일찍이 텔레매틱스/ITS 기술은 위치정보와 무선통신망을 이용하여 자동차 운전자에게 교통안내, 긴급구난 정보를 제공하고, 동승자에게 인터넷, 영화, 게임 등 인포테인먼트 서비스를 제공하는 차량형 멀티미디어 서비스 제공을 시작으로 미래에는 능동적인 차량 안전 확보 및 지능화된 차량정보 제공을 통한 운전자 편의 증진 서비스 제공을 목표로 기술 개발이 진행되어 왔고, 최근 들어 차량안전과 편의 증진 서비스가 대두됨에 따라 그의 기반이 되는 차량 정보, 즉, 자동차용 전자장치(ECU)을 통해 얻을 수 있는 차량 고장코드, 차량속도, 엔진 회전 수, 냉각수 온도 등 차량 상태를 포함하는 데이터를 수집하여 다양한 차량정보 기반 텔레매틱스/ITS 서비스를 개발하고 있다. 이는 또한 원격차량 진단을 통한 정비 예약 및 긴급출동, 차량 주행 정보별 보험료 차등 적용 등의 다양한 컨버젼스 서비스를 가능하게 한다.
스마트그리드는 IT를 활용하여 전력 생산/소비 정보를 양방향 및 실시간으로 유통함으로써 에너지 효율을 최적화하고 전력의 분산화를 통해 차별화된 품질의 전력 공급, 자동화된 고장 복구 등의 효율적 전력 제어와 경제적 사용을 가능하게 하는 전력 IT 융합기술로 정의된다. 스마트그리드는 기존 전력 시스템에서 발생되어 온 여러 가지 문제점들을 보완하고, 신재생에너지 사용의 촉진 및 전기적 수송의 발전 등 새로운 전력 수요가 증가하면서 보다 지능적이고 효율적으로 전력 계통을 운용하기 위해 제안된 기술이다. 스마트그리드의 발전 단계를 살펴보면, 공급망의 효율성 증대 단계, 수요 효율성의 증대 단계, 신재생 에너지원 증대 단계, 분산형 제어 시스템의 구현 단계를 거쳐 새로운 비즈니스 모델의 자유로운 구현 단계로 진화하는데, 특히, 전기적 수송의 대중화는 맨 마지막 단계와 연관성이 높다.
전기적 수송 시스템, 즉, 기존의 가솔린이 아닌 전기적 에너지를 이용해 이동성을 갖는 전기 자동차는 한번의 충전으로 대략 150 ~ 200km 의 주행능력을 가지며 이는 상황과 여건에 따라 충전이 지속적으로 이루어져야 함을 의미한다. 전기 자동차는 그 속성상 가정용/빌딩용 전력 수요 전자제품과 달리 이동성이 매우 높아서 충전에 대한 수요를 예측하기가 어렵다. 전력 설비는 전력 피크에 맞춰 계속 증대할 수 없으며, 또한 해당 지역의 전기 예비력이 부족한 경우에는 제 때에 원하는 만큼의 전기를 공급받지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 어려움은 전기 자동차의 대중화에 치명적인 단점으로 작용할 수 있으며, 아울러 전력 계통 관점에서도 스마트그리드가 지향하는 목표를 이루어가는데 걸림돌로 작용할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전기 자동차의 배터리의 충전상태를 실시간으로 모니터링하고, 배터리 상태와 차량의 위치정보에 따라 충전 스테이션에 미리 전력을 공급해 놓음으로써 원활한 전력 공급이 이루어지도록 하는 것이다. 아울러, 차량 단말기는 배터리 상태가 특정 조건 이하로 떨어지면 이를 차량 내 헤드 유닛 혹은 사용자 휴대장치를 통해 알리고 내비게이션 맵과 연동하여 현재 위치하고 있는 지역의 근방 충전 스테이션의 위치정보와 충전 대기시간, 충전 가능 여부 등에 대한 정보를 실시간으로 공유할 수 있는 양방향 전기 자동차 텔레매틱스 기술을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 전력공급 제어 방법은, 차량의 위치와 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계 및 상기 위치 및 배터리에 관한 정보를 토대로, 상기 차량의 배터리를 충전 시킬 수 있도록 상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 전력 관리 방법은, 보유 전력량과 차량의 배터리 상태에 따라, 전력 센터로부터 전력을 공급받는 단계 및 상기 충전 스테이션의 위치 정보, 예상 대기 시간, 충전 가격 정보 및 상기 충전 스테이션이 보유한 전력량 중 적어도 하나를 상기 차량에 전송하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 전력 시스템은, 배터리에 관한 정보를 전송하는 차량 단말기 및 상기 배터리에 관한 정보 및 상기 차량 단말기의 위치에 관한 정보를 토대로, 상기 차량의 배터리를 충전 시킬 수 있도록 상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에 전력을 공급하는 전력 센터 서버를 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 발명을 통해 이동성을 갖는 전기자동차 등장에 따른 전력의 수요와 공급을 텔레매틱스 시스템과 이동통신 네트워크의 이동성 관리 기능을 이용하여 실시간으로 조정해줌으로써 전력계통에서 단계별로 생산되는 발전량을 실시간으로 제어하고 배전할 수 있다. 동시에 전기자동차 사용자 측면에서는 장거리 운행에 따른 배터리 방전에 대한 걱정과 우려를 경감시킴으로써 전기자동차 보급 확산 및 효과적인 스마트그리드 구축에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념을 보여주는 전체 전력 센터 및 전기차 충전시설과 차량내 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 전력 센터 서버로 전송되는 차량에 대한 정보를 나타내는 예시도이다.
도 4는 3GPP 기반의 이동망 구조를 나타내는 예시도이다.
도 5는 차량의 단말기가 네트워크에 등록(Attach)하는 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 트래킹 영역 갱신을 하는 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 차량의 위치에 관한 정보가 전력 센터 서버로 전송되는 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 차량의 위치에 관한 정보가 전력 센터 서버로 전송되는 다른 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력공급 제어방법 및 전력 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 차량의 배터리 잔여량을 파악하고 충전이 필요한 경우에 차량의 현재 위치와 배터리 상태 정보를 전력 관리 서버에 전송하여 충전할 수 있도록 하는 것이다. 전력 센터 서버는 차량 위치 주변의 충전 스테이션에 예비 전력을 준비시키고 차량에도 충전 가능 여부에 대한 충전소 상태 정보와 가격 정보 등 부가정보를 알려주어서 실시간으로 차량과 관련된 전력의 수요와 공급을 실시간 및 양방향으로 조절하는 방법에 대한 것이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템을 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 개념을 보여주는 전체 전력 센터 및 전기차 충전시설과 차량내 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전력공급 제어방법, 전력 관리 방법 및 전력 시스템을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 전력 센터 서버로 전송되는 차량에 대한 정보를 나타내는 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 시스템은, 전력 센터와 차량 및 충전 스테이션을 포함한다. 여기서 차량은 전기자동차로서, 텔레메틱스 유닛과 차량용 충전 제어 유닛으로 구성된 차량 단말기를 포함하고, 충전 스테이션은 충전기 제어 유닛과, 전력용량 제어기 및 로컬 에너지 저장장치를 포함한다.
차량이 주행을 하면서 차량용 충전 제어 유닛(220)을 통해 지속적으로 내부 배터리의 충전상태를 모니터링 하다가 운전자 혹은 차량용 충전 제어 유닛(220)에 의해 충전이 필요한지 여부를 판단한다.
배터리의 충전이 필요할 때, 배터리에 관한 정보 및 전기자동차의 위치에 관한 정보가 전기자동차의 위치 부근의 충전 스테이션(300_1, 300_2, 300_3)들에게 전달된다.
그리고 충전이 필요한 전기자동차의 텔레매틱스 유닛(210)과 충전 스테이션의 전력용량제어기(320)간에 양방향 통신이 설정되고, 충전 스테이션의 로컬 에너지 저장장치(330)내의 예비전력량, 예상대기시간, 요금과 같은 정보가 텔레매틱스 유닛(210)으로 전달된다. 운전자는 충전 스테이션으로부터 전달된 정보를 바탕으로 텔레매틱스 유닛(210)을 통해 특정 충전 스테이션에 충전을 예약하고, 충전스테이션은 전기자동차에 POI(Point Of Interest)를 전달함으로써 전기자동차를 충전스테이션까지 안내한다.
여기서, 충전스테이션이 보유한 전력량이 차량이 요청한 요구전력량에 비해 부족한 경우, 전력 센터는 미리 해당 충전 스테이션에 전력을 공급하여, 차량이 충전을 위해 방문했을 때 전력공급에 문제가 없도록 예비시킬 수 있다.
이하에서 도 2를 더 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
먼저, 차량의 단말기, 예컨대 차량용 충전 제어 유닛이 배터리를 모니터링하면서(S210), 배터리의 잔량이 임계값 보다 작은지 여부를 판단한다(S220). 배터리의 잔량이 임계값 보다 작은 경우, 차량의 단말기, 예컨대 텔레매틱스 유닛은 차량의 위치에 관한 정보와, 배터리에 관한 정보를 전력 센터로 전송한다. 차량의 단말기가 전력 센터로 전송하는 데이터는, 도 3에 구체적으로 예시되어 있다. 즉, 차량의 단말기가 전력 센터로 전송하는 데이터는 차량 및 운전자 식별 ID, 차량의 위치 정보, 차량의 충전상태 정보, 차량의 충전구성 정보 및 차량의 진단 정보를 포함할 수 있다. 차량의 충전상태 정보는, 전력잔여 배터리양, 배터리 온도, 잔여 마일리지 등일 수 있고, 차량의 충전구성 정보는 배터리의 정격전압, 마지막 충전 시간, 과금 정보 등일 수 있다. 차량의 진단 정보는 배터리 온도, 모터 이상여부 등일 수 있다.
한편, 배터리에 관한 정보는, 차량의 단말기에 설치된 응용에 의해 진행될 수 있다. 즉, 차량의 단말기가 전력 센터 서버와 직접 연결된 이동통신망을 통해 사용자 데이터 형태로 보고할 수 있다. 차량의 위치에 관한 정보는 직접 전력 센터 서버로 전송되지 않고, 이동통신망을 통해 다양한 방법으로 전송될 수 있으며, 이러한 구체적인 예들에 대해서는 도 4 내지 도 9를 참조하여 후술한다.
전력 센터 서버는 차량의 위치에 관한 정보와 배터리에 관한 정보를 수신하고, 차량의 위치 부근의 충전 스테이션이 보유한 전력량이 차량의 배터리를 충전할 수 있을 만큼 충분한지 판단한다(S240).
구체적으로, 전력 센터 서버는 차량의 단말기로부터 배터리에 관한 정보를 수신하면, 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에게 보유한 전력량에 대해 조회하고, 조회결과 수신된 보유 전력량과, 수신된 배터리에 관한 정보를 비교하여, 충전 스테이션이 보유한 전력량이 차량의 배터리를 충전할 수 있을 만큼 충분한지 판단할 수 있다. 또는, 전력 센터 서버는 차량의 단말기로부터 배터리에 관한 정보를 수신하면, 배터리에 관한 정보를 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에게 전송하여 각 충전 스테이션이 판단할 수 있도록 할 수 있다.
충전 스테이션의 보유 전력량이 차량의 배터리를 충전할 있을 정도로 충분한 경우, 전력 센터 서버는 해당 충전 스테이션의 위치, 대기시간, 보유 전력량에 관한 정보를 차량의 단말기로 전송할 수 있다(S250). 또는, 충전 스테이션의 보유 전력량이 차량의 배터리를 충전할 있을 정도로 충분한 경우, 충전 스테이션이 자신의 위치, 대기시간, 보유 전력량에 관한 정보를 차량의 단말기로 전송할 수 있다.
그리고, 차량과 충전 스테이션간에 양방향 통신이 설정되어, 충전의 예약과 충전 스테이션의 안내가 진행된다(S260). 구체적으로 차량의 단말기, 예컨대 텔레매틱스 유닛과 충전 스테이션의 전력용량제어기 간에 양방향 통신이 설정되고, 차량의 단말기는 충전을 예약하고, 전력용량제어기는 차량이 충전 스테이션으로 올 수 있도록 위치 안내, 가격 정보 안내 등을 할 수 있다. 여기에서,
한편, 충전 스테이션의 보유 전력량이 차량의 배터리를 충전할 수 있을 정도로 충분하지 않은 경우, 전력 센터 서버는 충전 스테이션으로 전력을 공급한다(S270).
구체적으로, 전력 센터 서버가 충전 스테이션의 보유 전력량이 차량의 배터리를 충전할 수 있을 정도로 충분한지 여부를 판단한 경우, 전력 센터 서버가 해당 충전 스테이션에 전력을 미리 공급할 수 있다. 또는 보유 전력량이 차량의 배터리를 충전할 수 있을 정도로 충분한지 여부를 충전 스테이션이 판단한 경우, 충전 스테이션은 전력 센터 서버로 필요한 양의 전력을 요청하고, 전력 센터 서버는 요청된 전력 수요량을 해당 충전 스테이션에 전력을 공급할 수 있다.
충전 스테이션은, 전력을 공급받은 이후, 배터리 충전이 가능한지 여부를 판단하고(S280), 가능하다고 판단하면, 충전 스테이션의 위치, 대기시간, 보유 전력량에 관한 정보를 차량의 단말기로 전송한다(S250). 만약, 배터리 충전이 불가능한 경우에는, 전력 센터 서버가 이에 대한 정보를 차량의 단말기로 알리고, POI 영역을 확장하여, 다른 충전 스테이션에 미리 전력을 공급할 수 있다.
이하에서는 차량의 위치에 관한 정보가 전력 센터 서버로 전송되는 예들을 설명한다.
먼저, 이동통신 네트워크가 지원하는 솔루션을 설명한다.
이동통신 망은 이동성관리(mobility management)를 위해 주기적으로 이동통신 망 서버에 단말기의 현재 위치를 업데이트하는 위치정보 갱신(location area update) 절차를 수행하고, 위치정보 갱신(location area update) 절차에 의해 단말기의 위치 정보가 네트워크의 MME(mobility management entity), HLR(Home location register) 또는 HSS(Home Subscriber Server)에 저장되고 유지된다. MME, HLR/HSS 등에 저장되는 위치정보는 단말기가 위치하는 기지국 정보 정도의 수준일 수 있다. 이러한 위치정보 갱신(location area update) 절차는 응용에 의해 트리거 되는 절차가 아닌, 이동통신망 자체의 기본 절차이다.
이와 같은 이동통신 망의 통상적인 이동성 관리 능력을 고려할 때, 네트워크 차원에서 제공할 수 있는 솔루션으로 두 가지 방법이 가능하다.
첫째, 사전 위치 정보 제공(proactive location provision) 방법을 설명한다.
이동통신망의 MME/HLR/HSS 등의 네트워크 노드들은 차량의 단말기 위치가 변경될 때 마다 전력 센터 서버로 단말기의 위치에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이때, 배터리 상태에 대한 이벤트가 발생하면, 예컨대 배터리가 임계치보다 작게 되면, 차량의 단말기로부터 전력 센터 서버로 배터리에 관한 정보가 전송되고, 전력 센터 서버는 수신된 정보들을 이용하여 해당 지역의 충전 시스템에 전력을 미리 준비시켜 놓는다. 이때, 전력 서버는 예비된 충전 스테이션의 정보를 자동차 단말로 전송한다. 즉, 전력 센터 서버가 배터리에 관한 정보를 수신하기 전에, 배터리에 관한 정보를 수신하는 것과 관계없이, 위치에 관한 정보를 수시로 제공받는다. 이러한 실시예의 자세한 내용은 도 4 내지 도 7을 참조하여 후술한다.
둘째, 반응적 위치 정보 제공 (reactive location acquisition) 방법을 설명한다.
전력 센터 서버가 차량의 단말기로부터 배터리에 관한 정보를 수신하면, 이를 감지한 후 단말기의 위치 정보를 저장하고 있는 네트워크 노드에게 위치 정보 전송을 요청한다. 그리고 요청에 대한 응답으로 전력 센터 서버는 단말기의 위치에 관한 정보를 수신한다. 즉, 네트워크 노드들은 단말기의 위치 정보를, 배터리의 상태와 관계없이 지속적으로 전달할 필요가 없다. 그러므로, 전력 센터 서버는 네트워크 노드로부터 수신된 위치 정보를 기반으로 차량이 위치하고 있는 인근 지역의 충전 시스템에 전력을 미리 예비할 수 있도록 조치함과 동시에 전력 서버는 예비된 충전소의 정보를 차량의 텔레매틱스 유닛으로 전송한다. 이러한 경우, 전력 센터 서버가 차량의 단말의 위치 정보를 저장하고 있는 네트워크 노드를 찾고 위치 정보를 획득해야하는데, 이러한 구체적인 방안에 대해서는 도 8을 참조하여 후술한다.
먼저, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 첫번째 사전 위치 정보 제공(proactive location provision) 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 도 4는 3GPP 기반의 이동망 구조를 나타내는 예시도이고, 도 5는 차량의 단말기가 네트워크에 등록(Attach)하는 절차를 나타내는 흐름도이고, 도 6은 트래킹 영역 갱신을 하는 절차를 나타내는 흐름도이고, 도 7은 차량의 위치에 관한 정보가 전력 센터 서버로 전송되는 절차를 나타내는 흐름도이다. 본 실시예는 3GPP LTE (Long Term Evolution) 기반의 이동통신망을 이용한 이동통신 네트워크 지원 솔루션에 해당한다.
3GPP 기반의 이동망은 도 4에서와 같이 기지국(eNodeB)과, MME, S-GW (Serving GW), P-GW(PDN GW), HLR/HSS 등과 같은 망 노드들로 구성된다.
여기서 P-GW를 통해 이동망과 외부 인터넷 망이 연결되며, 전력 센터 서버는 외부 인터넷 망에 위치하는 것으로 가정한다. 차량의 단말기는 일반 휴대 단말과 같이 셀룰라 인터페이스를 통해 이동망에 접속됨을 가정한다.
기지국(eNodeB)은 차량의 단말기로 셀룰라 무선 인터페이스를 제공하며, 시그날링(signaling) 메시지 및 사용자 데이터 트래픽(user data traffic)의 송수신을 위해 사용되는 무선 베어러(bearer) 설정 및 이동망 노드들까지의 패킷 커넥션(packet connection)을 설정한다.
MME는 차량의 단말기로부터 기지국(eNodeB)을 통해 수신되는 시그날링(Signaling) 메시지를 기반으로 단말기의 ID 식별, 위치 및 이동 관리, 인증 및 보안, 트래픽 전송을 위해 사용될 S-GW 선별 등의 기능을 제공한다.
P-GW는 이동망과 외부 인터넷 망을 연결하는 게이트웨이 기능을 수행한다.
단말기에서 수행되는 응용(application)에 따라 단말기과 다양한 외부 인터넷 망의 응용 서버 들로의 연결이 필요하게 되는데, S-GW는 단말기가 현재 위치하고 있는 로컬 망에서 응용 서버로 연결되기 위해 사용되는 P-GW까지의 패킷을 라우팅한다.
HLR/HSS는 이동 가입자의 가입 정보 및 위치 정보 등을 저장하는 일종의 중앙 데이터 베이스 시스템이다.
이러한 이동망은 위치가 시시 각각 변하는 차량의 단말기 위치 및 상태를 파악하고 관리하는 이동 관리 기능을 제공한다.
이동 관리를 위해 사용되는 대표적인 절차는 단말기의 파워온(power-on) 등으로 인해 망에 접속하는 등록(Attach) 절차와, 단말기가 이동하여 새로운 트래킹 영역(tracking area, 하나 또는 그 이상의 기지국에 의해 커버되는 영역)에 진입하였을 때, 이동망에 이를 보고하기 위해 사용되는 트래킹 영역 갱신(Tracking Area Update) 절차 등이다.
도 5는 등록(Attach) 절차의 주요 신호 흐름을 보여준다.
단말기의 파워온에 의해 등록 절차가 시작되면, 단말기는 기지국(eNodeB)으로 등록 요청(Attach Request) 메시지를 전송한다. 이 등록 요청(Attach Request) 메시지에는 단말기의 고유 ID 또는 임시 ID가 포함되므로, 이 ID를 기반으로 기지국(eNodeB)은 망에 접속하고자 하는 단말기를 식별 할 수 있다.
등록 요청(Attach Request)을 수신한 기지국(eNodeB)은 이 메시지를 MME로 전달하며, 이때 기지국(eNodeB)이 커버하는 지역의 트래킹 영역 식별자 (tracking area ID, 이하 TAI라 함)와 기지국(eNodeB)마다 고유하게 할당된 셀 식별자를 포함시킨다.
등록 요청(Attach Request) 메시지를 수신한 MME는 이를 통해 망에 접속하는 단말기가 현재 어느 트래킹 영역에 있는지, 그리고 현재 접속하고 있는 기지국(eNodeB)이 어떤 것인지 식별이 가능하게 된다.
등록 요청(Attach Request) 메시지를 수신한 후, MME는 HLR/HSS로 단말기가 망에 접속한 사실과 위치를 알리기 위해, 갱신요청(Update Location Request) 메시지를 전송한다. 이 메시지에는 전송하는 MME의 ID 정보가 포함된다.
따라서, 갱신요청(Update Location Request) 메시지를 수신한 HLR/HSS는 MME의 ID를 기반으로 현재 단말기이 위치하는 지역의 MME를 식별하게 된다.
이후, 사용자 데이터 트래픽 전송을 위해 기지국(eNodeB)과 S-GW, 그리고 P-GW 간에 패킷 세션(packet session)이 설정되면, 최종적으로 등록 수락(Attach Accept) 메시지가 단말로 전달되며, 이후 사용자 데이터의 송/수신이 가능하게 된다.
사전에 정해진 시간에 따라 주기적으로, 또는 망에 접속한 단말기가 별도의 서비스 수행 없이 다른 트래킹 영역으로 이동할 경우, 트래킹 영역 갱신 절차가 시작되며, 도 6은 트래킹 영역 갱신(Tracking Area Update) 절차의 주요 신호 흐름을 보여준다.
단말기가 망에서 브로드캐스트되는 시스템 정보를 기반으로 새로운 트래킹영역에 진입하였음을 감지하게 되면, 단말기는 기지국(eNodeB)으로 트래킹 영역 갱신 요청(Tracking Area Update Request, 이하 TAU Request라 함) 메시지를 전송한다. 이 TAU Request 메시지에는 단말기의 TAI와 이전에 MME가 할당한 GUTI (Generally Unique Temporary ID)정보가 포함된다.
TAU Request 메시지를 수신한 기지국(eNodeB)은 이 메시지를 MME로 전달하며, 이때 GUTI 및 이전 TAI 정보 이외에, 기지국(eNodeB)이 커버하는 지역의 TAI와 기지국(eNodeB)마다 고유하게 할당된 셀 식별자(cell ID)를 포함시킨다.
TAU Request 메시지를 수신한 MME는 GUTI 정보를 이용해 GUTI를 할당한 MME가 자신인지 아닌지를 구분하게 되고, 자신이 아닌 경우 GUTI를 이용하여 이를 할당한 이전 MME(OLD-MME) 정보를 획득하고, 이전 MME(OLD-MME)로 단말기의 모든 정보(Subscription 및 Context 정보)를 요구하는 컨택스트 요청(Context Request) 메시지를 전송한다.
이전 MME(OLD-MME)로부터 수신된 컨택스트 응답(Context Response) 메시지 내에 포함된 단말기의 고유 국제 이동국 식별 번호(International Mobile Station Identity, 이하 IMSI라 함) 등의 ID 정보와 컨택스트 정보를 기반으로 새로운 MME(NEW-MME)는 사용자 데이터 트래픽 전송을 위해 기지국(eNodeB)와 S-GW, 그리고 P-GW 간에 패킷 세션을 재설정하는 절차를 수행한다. 여기서 새로운 MME(NEW-MME)는 단말기가 이동함에 따라 새로운 트래킹 영역을 지원(serving)하는 MME이고, 이전 MME(OLD-MME)는 이동전에 단말기가 위치했던 트래킹 영역을 지원했던 MME를 의미한다.
패킷 세션이 재설정 되었고, 단말기를 지원하는 MME가 변경된 경우, MME는 단말기가 새로운 트래킹 영역에 진입 하였음을 알리기 위해 HLR/HSS로 갱신요청(Update Location Request) 메시지를 전송하며, 이 메시지에는 전송하는 MME의 ID 정보가 포함된다.
따라서, 갱신 요청(Update Location Request) 메시지를 수신한 HLR/HSS는 MME ID를 기반으로 현재 단말이 위치하는 지역의 새로운 MME를 식별하게 된다.
즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 단말기의 등록 요청(Attach Request) 및 트래킹 영역 갱신(Tracking Area Update) 절차에 의해 HLR/HSS는 현재 단말기를 지원하고 있는 MME를 식별할 수 있게 되고, MME는 현재 단말기가 위치하고 있는 TAI와 기지국(eNodeB)의 셀 식별자를 획득할 수 있게 된다.
따라서 사전위치 정보 제공(proactive location provision)은 다음의 도 7에 도시된 방법으로 실시 될 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 단말기가 위치하는 트래킹 영역이 변경되어 단말기를 지원(serving) 하는 MME가 변경될 경우, HLR/HSS는 이를 MME로부터 통보받게 된다. 따라서, HLR/HSS가 갱신요청(Update Location Request) 메시지를 수신하고 단말기의 이전 MME(OLD-MME)와 새로운 MME(NEW-MME)가 상이한 것을 확인하면, HLR/HSS는 이를 전력 센터 서버로 알리기 위해 위치 보고(Location Report) 메시지를 전력 센터 서버로 전달한다.
이를 통해 전력 센터 서버는, 차량의 배터리의 상태에 관계없이, 실시간으로 단말기를 지원(serving) 하는 MME를 식별할 수 있게 되고, 따라서 단말기의 위치를 알 수 있게 된다. 이후, 단말기로부터 배터리 잔량이 기준치 이하로 떨어졌음을 알리는 배터리에 관한 정보를 수신하게 되면, 전력 센터 서버는 해당 MME가 관장하는 지역의 충전 스테이션에 전력을 사전에 분배할 수 있게 된다.
하나의 MME가 여러 기지국(eNodeB)이 관장하는 셀을 커버할 수 있으므로, 보다 세부적인 기지국 단위의 셀 정보가 필요하면, 전력 센터 서버는 HLR/HSS로부터 수신된 MME ID를 이용하여 해당 MME에게 현재 차량 단말기가 위치하는 기지국 영역인 TAI 및 셀 식별자를 요구할 수 있으며, 이를 위해 위치 질의(Location Inquiry) 메시지를 전송할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 반응적 위치 정보 획득(reactive location acquisition) 방법을 구체적으로 설명한다. 도 8은 차량의 위치에 관한 정보가 전력 센터 서버로 전송되는 다른 절차를 나타내는 흐름도이다.
앞서 설명한 실시예에 따른 방법은, HLR/HSS와 전력 센터 서버 간에 불필요한 시그날링 트래픽(signaling traffic)을 유발 할 수 있으므로, 본 실시예에서는 전력 센터 서버가 단말기로부터 배터리 잔량이 기준치 이하로 떨어졌음을 알리는 배터리에 관한 정보를 수신하면, 그 이후에 차량 단말기의 위치를 획득할 수 있다.
본 실시예에서는 전력 센터 서버가 단말기로부터 수신된 정보를 기반으로 단말기의 위치 정보를 저장, 관리하는 HLR/HSS의 유추할 수 있음을 가정한다.
전력 센터 서버는 해당 단말기의 정보를 저장하고 있는 HLR/HSS로 위치 정보를 획득하기 위한 위치 질의(Location Inquiry) 메시지를 전송한다.
앞서 설명한 실시예와 마찬가지로, 하나의 MME가 여러 기지국(eNodeB)이 관장하는 셀을 커버할 수 있으므로, 보다 세부적인 기지국 단위의 셀 정보가 필요하면, 위치 질의(Location Inquiry) 메시지를 수신한 HLR/HSS는 현재 단말기의 상세 위치 정보를 저장하고 있는 MME로 위치 질의(Location Inquiry) 메시지를 중계한다.
MME로부터 전송되는 차량 단말기가 위치하는 기지국 영역인 TAI 및 셀 식별자 정보를 포함하는 위치 질의 응답(Location Inquiry Ack) 메시지는 최종적으로 전력 세터 서버에 전달되며, 이를 통해 해당 MME 또는 기지국(eNodeB) 주변 지역의 충전 시스템에 전력을 미리 분배할 수 있게 된다.
앞서 설명한 실시예들은 이동망의 LCS(Location Service)를 위한 기능이 제공되지 않는 경우를 가정한 것이며, 이동망에 LCS 기능을 제공하는 네트워크 노드들이 있는 경우에는, LCS 기능을 활용할 수 있다. 이하에서 이동망에 LCS 기능을 제공하는 실시예에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력공급 제어방법 및 전력 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9에는 LCS 기능을 이용하여 전력 센터 서버가 차량의 단말기 위치를 획득하는 과정이 도시되어 있다.
LCS를 위해 이동망에는 MLC(Mobile Location Center) 등이 존재할 수 있으며, MLC는 여러 포지셔닝(positioning) 기법을 이용하여 이동단말의 미세 위치(fine-grained location) 정보와 속도까지 제공할 수 있다.
MLC는 그 위치에 따라 단말기의 홈망에 위치하여 게이트웨이 역할을 하는 게이트웨이 MLC(이하 GMLC라 함)과 단말기와의 포지셔닝 절차를 통해 위치 정보를 직접 제공하는 서빙(serving) MLC(이하 SMLC라 함)등으로 구분할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 전력 센터 서버가 차량 단말기로부터 배터리의 잔량이 기준치 이하로 떨어졌음을 통보 받으면, 차량 단말기의 현재 위치와 속도 등의 정보를 획득하기 위해, 단말기의 GMLC로 LCS 서비스 요청(Service Request) 메시지를 전송한다.
GMLC가 현재 단말기가 위치하는 MME의 정보를 알지 못하는 경우, HLR/HSS로 LCS를 위한 중계(Send Routing Info for LCS) 메시지를 전송하며, HLR/HSS로부터의 응답(Ack) 메시지를 통해 MME의 정보를 획득한다.
GMLC는 획득한 MME 정보를 이용하여, 현재 단말기가 위치한 지역의 MME에게 단말기의 위치 정보를 요구하기 위해 가입자 위치 제공(Provide Subscriber Location) 메시지를 전송한다.
이를 수신한 MME는 현재 단말기가 망에 접속하지 않은 경우, 단말기와의 접속을 위해 페이징(Paging) 등을 포함하는 네트워크 트리거 서비스 요청(Network Triggered Service Request) 절차를 수행한다.
이후 단말기가 망에 접속하게 되면, MME는 단말기와의 포지셔닝 절차 수행이 가능한 SMLC로 위치 요청(Location Request) 메시지를 전송한다.
이를 수신한 SMLC는 각종 포지셔닝 기법을 사용하여 단말기의 세부 위치 및 속도 정보를 측정하여 위치 응답(Location Response) 메시지를 통해 MME로 보고한다.
위치 응답(Location Response) 메시지를 수신한 MME는 GMLC에게로 단말기의 세부 위치 및 속도 정보를 포함하는 가입자 위치 응답(Provide Subscriber Location Ack) 메시지를 전달하며, GMLC는 이를 최종적으로 LCS 서비스 응답(LCS service response) 메시지를 통해 전력 센터 서버로 전달한다. 이를 수신한 전력 센터 서버는 차량 단말기가 위치한 주변 지역의 충전 스테이션에 전력을 분배할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 실시예들과 달리, 전력 센터 서버는 다른 방법을 통해 차량의 위치를 알아낼 수 있다. 예컨대 전력 센터 서버는 어플리케이션 계층의 솔루션을 통해 차량의 위치를 알아낼 수 있다.
이동통신망은 차량 단말기와 전력 센터 서버 사이에 사용자 데이터 전송을 위한 전송(transport) 기능만을 제공한다고 가정하면, 차량에 설치된 내비게이션 등의 텔레매틱스 유닛의 GPS 기능을 이용하여 단말기는 실시간으로 자신의 현재 위치를 파악할 수 있다. 따라서 단말기가 현재 배터리 상태를 파악하고 충전이 필요한 시점이 되면, 무선통신 망(3G, 4G, WiFi, WAVE, DSRC(D), etc.)을 통해 전력 센터 서버로 데이터 연결 경로를 설정하고, 전력 센터 서버로 GPS 위치 정보와 함께 배터리 상태 보고를 사용자 데이터 형태로 전송할 수 있다.
앞서 설명한 이동통신 네트워크 지원 솔루션의 경우, 차량의 단말기에 GPS 수신기가 구비되지 않았거나 동작하지 않는 경우에도, 단말기가 이동통신망에 접속 기능만 있으면 해당 기능의 수행이 가능하다. 어플리케이션 계층 솔루션의 경우에는, 위치 정보를 보내기 위해 단말기 내부에 GPS 수신기가 요구되고, 이동통신 네트워크를 포함한 다양한 무선통신 네트워크를 통해 전송 기능이 수행 가능하다는 장점이 있다.
이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 전력 센터 서버가 전력공급을 제어하는 방법에 있어서,
    차량의 위치와 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 위치 및 배터리에 관한 정보를 토대로, 상기 차량의 배터리를 충전시킬수 있도록 상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에 전력을 공급하는 단계
    를 포함하는 전력공급 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급하는 단계는
    상기 위치에 관한 정보를 토대로, 상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션이 보유한 전력량을 조회하는 단계; 및
    상기 배터리에 관한 정보를 토대로, 보유한 전력량이 상기 배터리를 충전할 수 있는 전력량보다 적다고 판단된 충전 스테이션에 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급하는 단계는
    상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에 상기 차량의 위치 및 배터리에 관한 정보를 제공하는 단계; 및
    상기 충전 스테이션이 상기 배터리에 관한 정보를 토대로 요청한 전력 수요량을 상기 충전 스테이션에 공급하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 위치 부근에 충전가능한 충전 스테이션의 위치 정보, 예상 대기시간, 충전 가격 정보 및 상기 충전 스테이션이 보유한 전력량 중 적어도 하나를 상기 차량에 전송하는 단계를 더 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수신하는 단계는
    상기 차량의 위치가 변경될 때마다, 상기 차량에 설치된 단말기의 위치를 저장하고 있는 이동통신망의 MME(Mobility Management Entity), HLR(Home location register) 또는 HSS(Home Subscriber Server)로부터 상기 차량의 위치에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 배터리의 전력 잔여량이 기준치 이하인 이벤트가 발생될 때, 상기 차량 단말기로부터 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 HLR 또는 HSS는 현재의 MME로부터 상기 단말기의 위치정보에 대한 갱신요청을 수신함으로써 상기 현재의 MME가 이전에 위치정보 갱신요청을 한 이전의 MME와 다르다는 것을 확인하면 상기 현재의 MME의 식별자를 전송하는 것이고,
    상기 차량의 위치에 관한 정보를 수신하는 단계는
    상기 HLR 또는 HSS로부터 상기 현재의 MME의 식별자를 수신하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차량의 위치에 관한 정보를 수신하는 단계는
    상기 수신된 MME 식별자를 토대로, 상기 현재의 MME에게 현재 차량이 위치하는 기지국 영역인 트래킹 영역 및 셀(cell)에 관한 정보를 요청하는 단계; 및
    상기 현재의 MME로부터 상기 트래킹 영역 및 셀에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 수신하는 단계는
    상기 배터리의 전력 잔여량이 기준치 이하인 이벤트가 발생될 때 상기 차량의 단말기가 전송하는 상기 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 배터리에 관한 정보를 수신한 때, 상기 단말기의 위치를 저장하고 있는 이동통신망의 MME(Mobility Management Entity), HLR(Home location register) 또는 HSS(Home Subscriber Server)로 상기 단말기의 위치에 관한 정보를 요청하고, 상기 요청에 대한 응답으로 상기 위치에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 위치에 관한 정보를 수신하는 단계는
    상기 HLR 또는 HSS로 상기 단말기의 위치에 관한 정보를 요청하는 단계; 및
    상기 HLR 또는 HSS로부터 현재 차량이 위치하는 기지국 영역인 트래킹 영역 및 셀(cell)에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 트래킹 영역 및 셀(cell)에 관한 정보는 상기 HLR 또는 HSS가 상기 MME에게 요청하여 획득한 것
    인 전력공급 제어방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수신하는 단계는
    상기 배터리의 전력 잔여량이 기준치 이하인 이벤트가 발생될 때 상기 차량의 단말기가 전송하는 상기 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 배터리에 관한 정보를 수신한 때, GMLC(Gateway Mobile Location Center)로 상기 단말기의 위치에 관한 정보를 요청하고, 상기 요청에 대한 응답으로 상기 위치에 관한 정보를 수신하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수신하는 단계는
    상기 차량의 단말기로부터, 상기 차량의 식별자, 상기 차량의 위치에 관한 정보, 상기 배터리의 전력 잔여량, 배터리의 온도, 배터리의 정격전압 및 마지막 충전시간 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 포함하는 것
    인 전력공급 제어방법.
  12. 충전 스테이션 서버가 전력을 관리하는 방법에 있어서,
    보유 전력량과 차량의 배터리 상태에 따라, 전력 센터로부터 전력을 공급받는 단계; 및
    상기 충전 스테이션의 위치 정보, 예상 대기 시간, 충전 가격 정보 및 상기 충전 스테이션이 보유한 전력량 중 적어도 하나를 상기 차량에 전송하는 단계
    를 포함하는 전력 관리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차량으로부터 충전에 대한 예약 요청을 제공받는 단계; 및
    상기 차량에게 상기 충전 스테이션의 POI(Point Of Interest) 정보를 제공하는 단계
    를 더 포함하는 전력 관리 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 차량의 위치와 배터리에 관한 정보를 수신하는 단계;
    상기 위치 및 배터리에 관한 정보를 토대로, 충전 스테이션이 보유한 전력량이 상기 배터리를 충전시킬 수 있는지 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 따라 상기 전력 센터로 전력 공급을 요청하는 단계
    를 더 포함하는 전력 관리 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전력 센터의 조회에 따라, 상기 보유 전력량을 상기 전력 센터로 알리는 단계
    를 더 포함하는 전력 관리 방법.
  16. 배터리에 관한 정보를 전송하는 차량 단말기; 및
    상기 배터리에 관한 정보 및 상기 차량 단말기의 위치에 관한 정보를 토대로, 상기 차량의 배터리를 충전시킬수 있도록 상기 차량의 위치 부근의 충전 스테이션에 전력을 공급하는 전력 센터 서버
    를 포함하는 전력 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 차량 단말기는
    상기 배터리를 모니터링하고, 상기 배터리의 전력 잔여량이 기준치 이하인 이벤트 발생시, 상기 배터리에 관한 정보 및 상기 위치에 관한 정보를 상기 전력 센터 서버로 전송하고,
    상기 충전 스테이션의 위치 정보, 예상 대기시간, 충전 가격 정보 및 상기 충전 스테이션이 보유한 전력량 중 적어도 하나를 수신하는 것
    인 전력 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 차량 단말기는
    GPS(Global Positioning System)를 통해 상기 차량 단말기의 위치를 파악하고, 상기 이벤트 발생시 3세대 통신, 4세대 통신, WiFi, WAVE 통신, DSRC(D) 중 어느 하나의 통신방식으로 상기 배터리에 관한 정보 및 상기 위치에 관한 정보를 상기 전력 센터 서버로 전송하는 것
    인 전력 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 전력 센터 서버는
    상기 차량의 위치가 변경될 때마다, 상기 차량 단말기의 위치를 저장하고 있는 이동통신망의 MME(Mobility Management Entity), HLR(Home location register) 또는 HSS(Home Subscriber Server)로부터 상기 차량의 위치에 관한 정보를 수신하고,
    상기 배터리의 전력 잔여량이 기준치 이하인 이벤트가 발생될 때, 상기 차량 단말기로부터 상기 배터리에 관한 정보를 수신하는 것
    인 전력 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 전력 센터 서버는
    상기 배터리의 전력 잔여량이 기준치 이하인 이벤트가 발생될 때 상기 차량의 단말기가 전송하는 상기 배터리에 관한 정보를 수신하면, MME(Mobility Management Entity), HLR(Home location register), HSS(Home Subscriber Server) 또는 GMLC(Gateway Mobile Location Center)로 상기 단말기의 위치에 관한 정보를 요청하고, 상기 요청에 대한 응답으로 상기 위치에 관한 정보를 수신하는 것
    인 전력 시스템.
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