KR20170125586A

KR20170125586A - 전기 자동차의 충전 장치 및 그의 통신 방법

Info

Publication number: KR20170125586A
Application number: KR1020160055556A
Authority: KR
Inventors: 신광섭; 김경석
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-15
Also published as: KR102606792B1

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치는 유선으로 연결된 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)와 신호를 송수신하는 제1 송수신부, 무선으로 연결된 EVSE와 신호를 송수신하는 제2 송수신부, 상기 제1 송수신부 및 상기 제2 송수신부 간의 전환을 설정하는 전환부, 그리고 상기 전환부를 제어하며, PLC(Power Line Communication)를 이용하여 상기 제1 송수신부 또는 상기 제2 송수신부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전기 자동차의 충전 장치 및 그의 통신 방법{CHARGING APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE AND COMMUNICATION METHOD OF THE SAME}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차의 충전 장치 및 그의 통신 방법에 관한 것이다.

전기 자동차(Electric Vehicle, EV) 또는 플러그-인 하이브리드 자동차(Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV)와 같은 친환경 자동차는 배터리 충전을 위하여 충전소에 설치된 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE)를 이용한다.

이때, 전기 자동차는 완속 충전 방식 또는 고속 충전 방식에 따라 충전될 수 있다. 완속 충전 시 약 7시간의 충전 시간이 소요되며, 고속 충전 시 약 30분의 충전 시간이 소요될 수 있다.

한편, 고속 충전에 대한 니즈가 증가함에 따라, 전기 자동차를 무선으로 충전하기 위한 연구가 시작되고 있다. 이에 따라, 전기 자동차의 유선 충전을 위하여 EV와 EVSE가 PLC(Power Line Communication)를 수행하고, 무선 충전을 위하여 EV와 EVSE가 WiFi 통신을 수행하고자 하는 시도가 있다.

다만, 이를 위하여 전기 자동차의 충전 장치가 PLC 통신과 WiFi 통신을 모두 지원해야 하므로, 충전 장치 내부의 하드웨어 및 소프트웨어 설계의 복잡도가 증가할 수 있다. 또한, WiFi 통신은 주변에서 널리 사용되고 있으므로, 간섭 및 충돌이 발생할 가능성이 크고, 이에 따라 신호 감쇄 측정이 어려운 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기 자동차의 충전 장치 및 그의 통신 방법을 제공하는 데 있다.

상기 전환부는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

상기 스위칭 소자가 온 상태 및 오프 상태 중 하나이면, 상기 스위칭 소자는 상기 제1 송수신부와 연결되고, 상기 스위칭 소자가 온 상태 및 오프 상태 중 나머지 하나이면, 상기 스위칭 소자는 상기 제2 송수신부와 연결될 수 있다.

상기 제2 송수신부는, 저주파용 안테나를 포함할 수 있다.

상기 저주파용 안테나는 1.8MHz 내지 30MHz를 포함하는 주파수 대역에서 적용 가능할 수 있다.

상기 제2 송수신부는 접지면, 상기 접지면에 평행하게 형성되는 도선, 그리고 상기 도선과 상기 접지면 사이에 연결되는 부하를 포함할 수 있다.

상기 접지면은 지면과 이격되어 평행하게 배치될 수 있다.

상기 제2 송수신부는 비버리지 안테나(beverage antenna)를 포함할 수 있다.

상기 제2 송수신부는 전기 자동차의 바닥면에 지면을 향하여 배치될 수 있다.

상기 전환부와 상기 제2 송수신부 사이에 배치되는 증폭부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치의 통신 방법은 상기 충전 장치에 유선으로 연결된 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)와 통신하는 제1 통신 모드 및 상기 충전 장치에 무선으로 연결된 EVSE와 통신하는 제2 통신 모드 중 하나를 선택하는 단계, 선택된 통신 모드로 통신하기 위한 설정을 수행하는 단계, 그리고 상기 선택된 통신 모드로 통신하는 단계를 포함하며, 상기 제1 통신 모드 및 상기 제2 통신 모드는 모두 PLC(Power Line Communication)를 수행한다.

본 발명의 실시예에 따르면, EV와 EVSE 간의 무선 통신 및 무선 충전을 효율적으로 수행할 수 있다. 특히, 하드웨어 및 소프트웨어적 복잡도를 증가시키지 않고도, 유선 충전/유선 통신 및 무선 충전/무선 통신을 모두 지원하는 EV의 충전 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 전기 자동차의 충전 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 4는 EV와 EVSE 간의 연결 방법을 예시하는 도면이다.
도 5는 단상(single phase)용 베이직 인터페이스 Type 1의 예이고, 도 6은 삼상(three phase)용 베이직 인터페이스 Type 2의 예이다.
도 7 내지 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 9는 도 7 내지 8의 전기 자동차 충전 시스템의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템을 나타내며, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치의 일부를 나타내며, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치의 일부가 전기 자동차에 장착된 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 통신 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 EV의 PLC 연계 방법을 나타내는 순서도이며, 도 15는 도 11의 과정 중 밸리데이션(validation) 과정을 구체적으로 나타내는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 신호 감쇄 보상 방법이 적용되는 일 예를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 전기 자동차의 충전 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 전기 자동차(Electric Vehicle, EV, 10)는 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE, 20)로부터 충전될 수 있다. 이를 위하여, EVSE(20)에 연결된 충전 케이블이 EV(10)의 주입구에 연결될 수 있다. 여기서, EVSE(20)는 AC 또는 DC를 공급하는 설비이며, 충전소에 배치되거나, 가정 내에 배치될 수 있으며, 휴대 가능하도록 구현될 수도 있다. 본 명세서에서, EVSE(20)는 충전소(supply), AC 충전소(AC supply), DC 충전소(DC supply), 소켓-아웃렛(socket-outlet) 등과 혼용될 수 있다.

충전 장치(100)는 EV(10) 내에 포함되며, EV(10) 내의 ECU(Electronic Control Unit, 200)와 연결된다.

EV(10)를 충전하는 모드(charging mode)는 EVSE(20)와 EV(10) 간의 연결 방법에 따라 여러 가지로 분류될 수 있다. 예를 들어, 표준화된 소켓-아웃렛을 이용하여 EV(10)와 AC 공급 네트워크를 연결하는 모드 1, EV(10)와 플러그 또는 인케이블 컨트롤 박스(in-cable control box)의 일부 간의 전기적 충격에 대한 보호 시스템 및 CP(Control Pilot) 기능을 이용하여 EV(10)와 AC 공급 네트워크를 연결하는 모드 2, CP 기능이 EVSE의 제어 장비로 확장하는 전용 EVSE(dedicated EVSE)를 이용하여 EV(10)와 AC 공급 네트워크를 영구적으로 연결하는 모드 3, 그리고 CP 기능이 DC EV 충전 스테이션으로 확장하는 DC EV 충전 스테이션(예, 오프-보드 충전기)을 이용하여 EV(10)와 공급 네트워크를 연결하는 모드 4로 분류될 수 있다.

한편, EV(10)와 EVSE(20)는 여러 가지 방법으로 연결될 수 있다. 도 2 내지 4는 EV(10)와 EVSE(20) 간의 연결 방법을 예시하는 도면이다.

도 2를 참조하면, EV(10)와 EVSE(20)는 충전 케이블(50)을 이용하여 연결되며, 충전 케이블(50)의 플러그는 EV(10)에 영구적으로 장착될 수 있다. 이때, 충전 케이블(50)은 가정용 또는 산업용 소켓-아웃렛에 연결되거나, 충전소에 연결될 수 있다.

도 3을 참조하면, EV(10)와 EVSE(20)는 탈착 가능한(detachable) 충전 케이블(50)를 이용하여 연결되며, 충전 케이블(50)는 차량측 커넥터(52)와 EVSE측 플러그(54), 즉 벽에 고정된 소켓-아웃렛측 또는 충전소측 커넥터(54)를 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, EV(10)와 EVSE(20)는 충전 케이블(50)을 이용하여 연결되며, 충전 케이블(50)은 충전소에 영구적으로 장착될 수 있다.

이와 같이 분류된 EV(10)를 충전하는 모드(charging mode)에 따라, 그 사용 환경이 달라질 수 있다. 예를 들어, 모드 1은 공급 측에서 16A를 초과하지 못하며, 250V AC 싱글 1186 페이스 또는 480V AC 삼상을 초과하지 못하고, 파워 및 보호 접지 컨덕터를 이용한다. 모드 2는 32A 및 250V AC 단상 또는 480V AC 삼상을 초과하지 못하며, 표준화된 단상 또는 삼상 소켓 아웃렛을 사용한다. 모드 3은 AC 공급 네트워크에 영구적으로 연결되는 EVSE를 통하여 EV를 연결하는데 사용된다. 모드 4는 충전 케이블이 충전소에 영구적으로 장착된 경우에 사용된다.

여기서, 모드 2, 모드 3 및 모드 4에는 EVSE(20) 또는 EVSE(20) 및 EV(10) 간에 요구되는 조건이 있다.

먼저, 보호 컨덕터(protective conductor, PE 컨덕터)의 전기적인 연속성(electrical continuity)을 검출하는 것이다(detection of the electrical continuity of the protective conductor). 모드 2, 모드 3 및 모드 4로 충전하는 동안, PE 컨덕터의 전기적인 연속성은 EVSE에 의하여 지속적으로 모니터링되어야 한다. PE 컨덕터의 전기적인 연속성이 없는 경우, EVSE(20)는 차단되어야 한다(switched off).

다음으로, 차량이 적절하게 연결되어 있는지를 입증하는 것이다(verification that the vehicle is properly connected). EVSE(20)는 커넥터가 차량 주입구에 적절하게 삽입되어 있는지와 EVSE(20)에 적절하게 연결되어 있는지를 결정할 수 있다.

다음으로, 지속적으로 보호 접지 연속성을 체크하는 것이다(continuous protective earth continuity checking). EVSE(20)와 차량 간의 설비 접지 연속성은 지속적으로 입증되어야 한다.

다음으로, 차량에 전력 공급을 위한 전원을 제공하는 것이다(energization of power supply to the vehicle). EVSE(20)와 EV(10) 간의 파일럿 기능이 전원 공급을 허락하는 단일 상태로 정확하게 설정되지 않으면, 시스템의 전원 공급은 수행되지 않을 것이다.

다음으로, 차량에 전력 공급을 위한 전원을 단절하는 것이다(de-energization of the power supply to the vehicle). 파일럿 기능이 차단되거나, 파일럿 와이어 단일 상태가 더 이상 전원 공급을 허락하지 않는 경우, 차량 케이블 로의 전력 공급은 차단될 것이나, 제어 회로에는 여전히 전력이 남아 있을 것이다.

한편, 모드 1, 모드 2 및 모드 3에서는 디지털 통신이 선택적으로 가능하다. 모드 4에서는 전용 오프 보드 충전기를 제외한, 오프 보드 충전기를 차량이 제어하기 위하여 디지털 정보 교환이 이루어질 수 있다.

또한, 모드 1, 모드 2 및 모드 3에서는 PE 컨덕터가 EVSE(20)의 접지 단자와 차량의 노출된 컨덕터 간의 등위의 연결을 수립하기 위하여 사용될 수 있다.

다음으로, EV와 EVSE 간의 연결을 위한 인터페이스를 설명한다. EV(10)를 충전하는 모드(charging mode)에 따라 적용 가능한 인터페이스 유형은 표 1과 같다.

EV(10)와 EVSE(20)를 연결하기 위하여, 먼저 접지 연결이 선행되어야 하며, 근접(proximity) 및 파워 연결이 이루어진 후, 파일럿 연결(pilot connection)이 수행되어야 한다. EV(10)와 EVSE(20)의 연결을 해제하기 위하여, 파일럿 연결이 가장 먼저 해제되어야 하며, 접지 연결이 최종적으로 해제되어야 한다.

베이직 (AC) 인터페이스(IEC62196-2)는 Type 1, Type 2, Type 3로 구분되며, 표 1에 따라 모드 별로 충전 케이블(50)의 커넥터(52) 및 플러그(54)에 적용 가능하다.

베이직 인터페이스는, 예를 들어 최대 7개의 컨택트를 포함할 수 있다. 도 5는 단상(single phase)용 베이직 인터페이스 Type 1의 예이고, 도 6은 삼상(three phase)용 베이직 인터페이스 Type 2의 예이다. 여기서, 삼상용 인터페이스는 단상을 공급하도록 사용될 수도 있다. 다만, 이는 예시에 지나지 않으며, 인터페이스의 형상, 컨택스의 개수, 위치 및 크기는 다양하게 변형될 수 있다.

단상용 인터페이스에 대하여 바람직한 전류율은 250V 32A이고, 삼상용 인터페이스에 대하여 바람직한 전류율은 480V 32A이다. 일반적인 차량의 주입구는 단상용 인터페이스 및 삼상용 인터페이스에 상호 교환 가능하도록 디자인될 수 있다. 단상과 삼상에 대한 컨택트 위치의 표준 물리 구성은 표 2와 같다.

표 2에서, 각주에 대한 설명은 다음과 같다.

a. 컨택트 넘버(contact number)가 특정 위치를 나타내는 것은 아니다.

b. 일반적인 최대 전류율(maximum current rating)을 나타낸다. 모드 1에서의 최대 전류율은 16A이다. 전류율은 컨택트에 관한 함수이다. 바람직한 값은 지역적인 요구 조건에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 단상용에 대하여 몇몇 나라에서는 10A이나, 일반적으로는 16A이다.

c. 일반적인 전류율: 몇몇 나라에서는 30A가 표준 전류율이고; 10A 및 16A가 일반적인 전류율이다.

d. 몇몇 나라에서, 이 컨택트는 요구되는 전압을 획득하기 위하여 위상으로 연결될 수 있다.

e. 근접 기능(proximity function)을 위하여 사용되는 컨택트는 다른 기능을 수행할 수도 있다.

f. 중성 와이어(neutral wire)는 부하 밸런스를 위하여 생략될 수 있다.

g. 더 높은 전류율이 특정 디자인에서 허용될 수 있다.

h. 컨택트 6, 7을 위하여, 더 넓은 컨덕터 단면을 요구할 수 있다.

인터페이스는 CP(Control Pilot) 및 PD(Proximity Detection)을 위한 컨택트를 더 포함할 수 있다.

한편, 고속 충전에 대한 니즈가 증가함에 따라, 전기 자동차를 무선으로 충전하기 위한 연구가 시작되고 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 유선 충전뿐만 아니라 무선 충전을 지원하는 전기 자동차의 충전 장치 및 그의 통신 방법을 제공하고자 한다.

도 7 내지 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 9는 도 7 내지 8의 전기 자동차 충전 시스템의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 7을 참조하면, 전기 자동차(Electric Vehicle, EV, 10)의 충전 장치(100)는 유선 또는 무선으로 연결된 전기 자동차 충전 설비(Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE, 20, 30)로부터 충전될 수 있다. 여기서, EVSE(20)는 충전 장치(100)에 유선으로 연결된 EVSE를 나타내고, EVSE(30)는 충전 장치(100)에 무선으로 연결된 EVSE를 나타낸다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 유선으로 연결된 EVSE는 유선 EVSE(20)라 칭하고, 무선으로 연결된 EVSE는 무선 EVSE(30)라 칭할 수 있다.

충전을 위하여, 유선 EVSE(20)에 연결된 충전 케이블(50)이 EV(10)의 주입구에 연결될 수 있다. 또는, 무선 EVSE(30)의 무선 전력 송신을 위한 코일에 대향하여 EV(10)의 무선 전력 수신을 위한 코일이 배치되며, EVSE(30)와 EV(10)의 충전 장치(100) 간에 무선 통신 연결이 설정될 수 있다.

그리고, EV(10)와 EVSE(20, 30)는 PLC(Power Line Communication)를 이용하여 통신할 수 있다.

도 8 내지 9를 참조하면, EV(10)의 충전 장치(100)는 제1 송수신부(110), 제2 송수신부(120), 전환부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

제1 송수신부(110)는 유선 EVSE(20)와 신호를 송수신할 수 있다. 이를 위하여, 제1 송수신부(110)는 파일럿 기능(pilot function) 신호를 수신하는 CP(control Pilot) 포트, EVSE(20)의 접지와 연결되는 PE(Protective Earth) 포트 등을 포함할 수 있다.

제1 송수신부(110)와 신호를 송수신하는 유선 EVSE(20)는 CP 생성부(22), 충전 제어부(24) 및 PLC 노드(26)를 포함할 수 있다.

EVSE(20)의 CP 생성부(220)에서 생성된 CP(Control Pilot) 신호는 제1 송수신부(110)의 CP 포트로 입력된다. 여기서, CP 신호는 전력 전송 개시 또는 중단을 요청하거나, 전력량을 제어하는 신호일 수 있다. 그리고, EVSE(20)의 충전 제어부(24)는 EV(10)로의 전력 전송을 제어하며, EVSE(20)의 PLC 노드(26)는 전력 전송을 제어하기 위한 PLC를 수행한다.

제2 송수신부(120)는 무선 EVSE(30)와 신호를 송수신한다. 이를 위하여, 제2 송수신부(120)는 안테나를 포함할 수 있다. 여기서, 안테나는 저주파용 안테나, 예를 들어, 1.8MHz 내지 30MHz를 포함하는 주파수 대역에서 적용 가능한 안테나일 수 있다. PLC(Power Line Communication)을 위한 주파수 대역이 1.8MHz 내지 28MHz이므로, 제2 송수신부(120)는 PLC(Power Line Communication)를 위한 신호를 송수신하는 것이 가능하다.

제2 송수신부(120)와 신호를 송수신하는 무선 EVSE(30)는 충전 제어부(32) 및 PLC 노드(34)를 포함할 수 있다. EVSE(30)의 충전 제어부(32)는 EV(10)로의 전력 전송을 제어하며, EVSE(30)의 PLC 노드(34)는 전력 전송을 제어하기 위한 PLC를 수행한다.

한편, 유선 충전/유선 통신 및 무선 충전/무선 통신을 모두 지원하는 본 발명의 실시예에 따른 충전 장치(100)는 유선 EVSE(20)와 통신하기 위한 제1 송수신부(110) 및 무선 EVSE(30)와 통신하기 위한 제2 송수신부(120)의 동작을 전환하여야 한다. 예를 들어, 유선 EVSE(20)에 의하여 충전되는 경우, 제1 송수신부(110)가 동작하여야 하고, 무선 EVSE(30)에 의하여 충전되는 경우, 제2 송수신부(120)가 동작하여야 한다. 이를 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 충전 장치(100)는 제1 송수신부(110) 및 제2 송수신부(120) 간의 전환을 설정하는 전환부(130)를 포함한다. 이때, 전환부(130)는 제어부(140)에 의하여 제어될 수 있다.

즉, 제어부(140)는 전환부(130)를 제어하여, 제1 송수신부(110)가 동작하도록 제어하거나, 제2 송수신부(120)가 동작하도록 제어할 수 있다.

그리고, 제어부(140)는 PLC(Power Line Communication)를 이용하여 제1 송수신부(110)의 동작 또는 제2 송수신부(120)의 동작을 제어하며, 배터리(300)의 충전을 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(140)는 제1 송수신부(110)의 CP 포트를 통하여 수신되는 파일럿 기능(pilot function)을 처리하는 PF(Pilot Function) 로직을 포함할 수 있다. 도시되지 않았으나, 제1 송수신부(110)는 PD(Proximity Detection) 포트를 더 포함할 수 있으며, 제어부(140)는 PD 포트를 통하여 수신되는 신호를 이용하여 EVSE(20)의 커넥터의 주입 여부를 검출하는 PD(Proximity Detection) 로직을 포함할 수 있다. 또는, 제어부(140)는 제2 송수신부(120)로부터 수신되는 신호를 처리하는 디지털 신호 처리 유닛(Digital Signal Processing Unit)을 포함할 수 있으며, 제2 송수신부(120)와 무선 EVSE(30) 간의 연결을 위한 설정을 제어할 수도 있다.

이하, 충전 장치(100)의 제1 송수신부(110) 및 제2 송수신부(120) 간의 전환을 구체적으로 설명한다.

도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템을 나타내며, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치의 일부를 나타내며, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치의 일부가 전기 자동차에 장착된 예를 나타낸다.

도 10 내지 12를 참조하면, 전기 자동차(Electric Vehicle, EV, 10)의 충전 장치(100)는 유선 EVSE(20) 또는 무선 EVSE(30)로부터 충전될 수 있다. 예를 들어, EV(10)는 유선 EVSE(20)와 유선으로 연결된 케이블을 통하여 전력을 수신하거나, 무선 EVSE(30)의 무선 충전용 코일로부터 전력을 수신할 수 있다.

이를 위하여, EV(10)와 유선 EVSE(20) 또는 무선 EVSE(30) 간에는 통신이 수행될 필요가 있다.

도 7 내지 9에서 설명한 바와 같이, EV(10)의 충전 장치(100)는 제1 송수신부(110)를 통하여 유선 EVSE(20)와 통신하거나, 제2 송수신부(120)를 통하여 무선 EVSE(30)와 통신할 수 있다.

이때, 전환부(130)는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 스위칭 소자는 제어부(140)와 제1 송수신부(110) 및 제2 송수신부(120) 사이에 배치되며, 스위칭 소자의 온오프(On Off)에 따라 제1 송수신부(110)와 연결되거나, 제2 송수신부(120)와 연결될 수 있다. 스위칭 소자는, 예를 들어 RF(Radio Frequency) 스위치일 수 있다.

스위칭 소자(130)가 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태 중 하나이면, 스위칭 소자(130)는 제1 송수신부(110)와 연결되고, 스위칭 소자(130)가 온 상태 및 오프 상태 중 나머지 하나이면, 스위칭 소자(130)는 제2 송수신부(120)와 연결될 수 있다.

예를 들어, 스위칭 소자(130)가 온 상태인 경우, 제어부(140), 전환부(130) 및 제1 송수신부(110)가 서로 연결되어, 제1 송수신부(110)가 유선 EVSE(20)와 신호를 주고 받을 수 있다. 그리고, 스위칭 소자(130)가 오프 상태인 경우, 제어부(140), 전환부(130) 및 제2 송수신부(120)가 서로 연결되어, 제2 송수신부(120)가 무선 EVSE(30)와 신호를 주고 받을 수 있다.

여기서, 제2 송수신부(120)는 접지면(122), 접지면(122)에 평행하게 형성되는 도선(124), 그리고 도선(124)과 접지면(122) 사이에 연결되는 부하(126)를 포함할 수 있다.

이때, 제2 송수신부(120)는 전기 자동차의 바닥면에 지면을 향하여 배치될 수 있으며, 접지면(122)은 지면과 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 접지면(122)은 강화 플라스틱 소재를 포함할 수 있다.

이러한 제2 송수신부(120)는, 예를 들어 비버리지 안테나(beverage antenna)를 포함할 수 있다.

제2 송수신부(120)가 비버리지 안테나를 포함하는 경우, 제2 송수신부(120)는 저주파, 예를 들어 1.8MHz 내지 28MHz의 주파수 대역에 적용될 수 있다. 이에 따라, 제2 송수신부(120)는 PLC에 적용될 수 있다. 도 12에서 제2 송수신부(120)가 전기 자동차의 외부에 장착되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 송수신부(120)는 전기 자동차의 내부에 장착될 수도 있다.

한편, 제2 송수신부(120)와 무선 EVSE(30) 간 통신 시, 제1 송수신부(110)와 유선 EVSE(20) 간 통신 시에 비하여 큰 신호 감쇄가 일어날 수 있다. 이에 따라, 제2 송수신부(120)의 안테나 이득을 얻을 필요가 있으며, 이를 위하여 전환부(130)와 제2 송수신부(120) 사이에는 증폭부(150)가 더 포함될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 장치를 이용하여 통신하는 방법을 설명한다.

도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 통신 방법을 나타내는 순서도이다.

도 13을 참조하면, EV(10)는 제1 통신 모드 및 제2 통신 모드 중 하나를 선택한다(S100), 여기서, 제1 통신 모드는 제1 송수신부(110)를 통하여 유선 EVSE(20)와 통신하는 모드를 의미하고, 제2 통신 모드는 제2 송수신부(120)를 통하여 무선 EVSE(30)와 통신하는 모드를 의미한다. 이때, 통신 모드는 사용자에 의하여 설정된 정보에 의하여 선택되거나, ECU(200)에 의하여 자동으로 선택되거나, 충전 장치(100)의 제어부(140)에 의하여 선택될 수 있다.

다음으로, EV(10)는 선택된 통신 모드로 통신하기 위한 설정을 수행한다(S110). 제1 통신 모드로 선택된 경우, EV(10)는 유선 EVSE(20)와 연결하기 위한 설정을 수행하고, 제2 통신 모드로 선택된 경우, EV(10)는 무선 EVSE(30)와 연결하기 위한 설정을 수행할 수 있다.

다음으로, EV(10)는 선택된 통신 모드로 통신한다(S120). 이때, 제1 통신 모드 및 제2 통신 모드는 모두 PLC(Power Line Communication)을 이용하는 통신 모드일 수 있다.

한편, EV(10)와 EVSE(20)가 PLC를 수행하기 위하여, 연계(association)가 필요하다.

도 14는 EV의 PLC 연계 방법을 나타내는 순서도이며, 도 15는 도 11의 과정 중 밸리데이션(validation) 과정을 구체적으로 나타내는 순서도이다. 도 14 내지 15의 연계 과정은 제1 통신 모드 및 제2 통신 모드에 공통적으로 적용될 수 있으며, 제1 통신 모드 및 제2 통신 모드의 특성에 따라 일부 단계가 추가되거나, 변경되거나, 삭제될 수 있다.

도 14를 참조하면, EV(10)의 충전 장치(100)와 유선 EVSE(20) 또는 무선 EVSE(30)가 연결되면, EV(10)의 충전 장치(100)는 PLC노드를 구성(configuration of the PLC node)하고(S210), EVSE(20) 내의 PLC노드를 발견(discovery of the PLC node)한다(S212).

EVSE(20)가 PLC노드를 포함하지 않는 경우(Non PLC EVSE, S214), PLC 연계는 실패(association fail)한다(S216).

EVSE(20)가 PLC노드를 포함하는 경우(EVSE with PLC, S218), EV(10)의 충전 장치(100)는 밸리데이션(validation of the Association) 과정을 수행한다(S220).

도 15를 참조하면, 밸리데이션 과정을 수행하기 위하여, EV(10)의 충전 장치(100)는 SLAC 과정을 수행하여야 한다(S310). SLAC는 홈플러그 그린파이 스테이션(HomePlug GreenPHY stations) 간의 신호 강도를 측정하기 위한 프로트콜이다.

EV(10)의 충전 장치(100)가 소정 강도의 신호를 수신한 경우, EV(10)의 충전 장치(100)는 밸리데이션이 수행된 것으로 판단하고(EVSE_FOUND, S312), 논리 네트워크 설정(set-up logical network)을 수행하여(S314), 링크가 연결된다(S316). 이에 반해, EV(10)의 충전 장치(100)가 신호를 수신하지 못한 경우, EV(10)의 충전 장치(100)는 밸리데이션이 수행되지 못한 것으로 판단하며(EVSE_NOT FOUND, S318), 링크가 연결되지 않는다(No link, S320).

한편, 제1 통신 모드에서는, EV(10)의 충전 장치(100)가 신호를 수신하였는지에 대한 판단이 애매한 경우, EV(10)의 충전 장치(100)는 EVSE(20)가 잠재적으로 발견된 것으로 판단하고(EVSE_ POTENTIALLY_FOUND, S322), CP 신호를 이용하여 밸리데이션을 수행할 수 있다(Validation by Control Pilot, S324). CP 신호가 성공적으로 수신되는 경우, EV(10)의 충전 장치(100)는 밸리데이션이 수행된 것으로 판단하고(S326), 논리 네트워크 설정을 수행하여(S314), 링크가 연결된다(S316). 이에 반해, CP 신호를 수신하지 못한 경우, EV(10)의 충전 장치(100)는 밸리데이션이 수행되지 못한 것으로 판단하며(S328), 링크가 연결되지 않는다(S320).

다시 도 14를 참조하면, 링크가 연결된 후, 상위 계층에서의 연계 과정(association process)를 시작하며(S222), 연계가 성공한다(Association success, S224).

한편, EVSE와 EV가 PLC를 수행하는 과정에서 신호의 감쇄(attenuation)가 일어날 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, EVSE와 EV 간 연계 설정 중 밸리데이션을 위하여 진행하는 SLAC 프로토콜을 이용하여 신호의 감쇄를 보상할 수 있다.

도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 자동차의 신호 감쇄 보상 방법이 적용되는 일 예를 나타낸다.

도 16을 참조하면, EV(10)의 충전 장치(100)가 -72dBm/Hz의 신호를 송신하는 것을 가정한다. 이때, EV(10) 내에서 -4dBm/Hz의 감쇄가 일어나므로, EV(10)의 소켓에서 출력되는 신호는 -76dBm/Hz이다.

한편, 충전 케이블(50)을 통하여 -2dBm/Hz의 감쇄가 일어난 후, EVSE(20)의 소켓에는 -78dBm/Hz의 신호가 입력된다. 이후, EVSE(20) 내에서 -3dBm/Hz의 감쇄가 일어나며, EVSE(20)의 PLC 노드(26)는 -81dBm/Hz의 신호를 수신한다.

이때, 신호 감쇄 값을 계산하기 위하여 EV(10) 및 EVSE(20)에서 미리 정해진 신호 강도가 -50dBm/Hz라고 가정할 경우, EV(10)는 송신측 신호 감쇄 값을 -26dBm/Hz(=-76dBm/Hz-(-50dBm/Hz))로 계산한다. 그리고, EVSE(20)의 PLC 노드(26)는 SLAC 과정에서 신호 감쇄 값을 -31dBm/Hz(=-81dBm/Hz-(-50dBm/Hz))로 계산한 후, EVSE(20) 내 감쇄 값인 -3dB/Hz를 보상하여 -28dBm/Hz로 계산하고, 이를 EV(10)로 전송한다.

이에, EV(10)는 신호 감쇄에 대한 보상 이득을 -2dBm/Hz(=-28dBm/Hz-(-26dBm/Hz))로 계산하고, 보상 이득을 적용하여 EVSE(20)의 PLC 노드(26)와 통신한다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, EV(10)와 EVSE(20) 간의 PLC를 위하여 신호 감쇄로 인한 보상 이득을 미리 고정할 필요가 없으며, 동적으로 적용할 수 있다.

이러한 과정은 EV(10)와 무선 EVSE(30) 간의 제2 통신 모드에서도 유사하게 적용될 수 있다. 충전 케이블(50)에 비하여 무선 채널에서 신호 감쇄가 크게 일어나므로, 제2 송수신부(120)와 전환부(130) 사이에는 증폭기가 추가될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 전기 자동차
20: 전기 자동차 충전 설비
100: 충전 장치

Claims

전기 자동차의 충전 장치에 있어서,
유선으로 연결된 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)와 신호를 송수신하는 제1 송수신부,
무선으로 연결된 EVSE와 신호를 송수신하는 제2 송수신부,
상기 제1 송수신부 및 상기 제2 송수신부 간의 전환을 설정하는 전환부, 그리고
상기 전환부를 제어하며, PLC(Power Line Communication)를 이용하여 상기 제1 송수신부 또는 상기 제2 송수신부의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 전환부는 스위칭 소자를 포함하는 충전 장치.
제2항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 온 상태 및 오프 상태 중 하나이면, 상기 스위칭 소자는 상기 제1 송수신부와 연결되고,
상기 스위칭 소자가 온 상태 및 오프 상태 중 나머지 하나이면, 상기 스위칭 소자는 상기 제2 송수신부와 연결되는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 송수신부는,
저주파용 안테나를 포함하는 충전 장치.
제4항에 있어서,
상기 저주파용 안테나는 1.8MHz 내지 30MHz를 포함하는 주파수 대역에서 신호를 송수신하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 송수신부는
접지면, 상기 접지면에 평행하게 형성되는 도선, 그리고 상기 도선과 상기 접지면 사이에 연결되는 부하
를 포함하는 충전 장치.
제6항에 있어서,
상기 접지면은 지면과 이격되어 평행하게 배치되는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 송수신부는 비버리지 안테나(beverage antenna)를 포함하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 송수신부는 전기 자동차의 바닥면에 지면을 향하여 배치되는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 전환부와 상기 제2 송수신부 사이에 배치되는 증폭부를 더 포함하는 충전 장치.
전기 자동차의 배터리에 전력을 공급하는 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)와 통신하는 전기 자동차의 충전 장치의 통신 방법에 있어서,
상기 충전 장치에 유선으로 연결된 EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)와 통신하는 제1 통신 모드 및 상기 충전 장치에 무선으로 연결된 EVSE와 통신하는 제2 통신 모드 중 하나를 선택하는 단계,
선택된 통신 모드로 통신하기 위한 설정을 수행하는 단계, 그리고
상기 선택된 통신 모드로 통신하는 단계
를 포함하며,
상기 제1 통신 모드 및 상기 제2 통신 모드는 모두 PLC(Power Line Communication)를 수행하는 통신 방법.
제11항에 있어서,
상기 설정을 수행하는 단계는,
상기 충전 장치에 포함되는 스위칭 소자의 온오프(On Off)를 설정하는 단계를 포함하는 통신 방법.
제12항에 있어서,
상기 스위칭 소자가 온 상태 및 오프 상태 중 하나이면, 상기 스위칭 소자는 상기 유선으로 연결된 EVSE와 연결되고,
상기 스위칭 소자가 온 상태 및 오프 상태 중 나머지 하나이면, 상기 스위칭 소자는 상기 무선으로 연결된 EVSE와 연결되는 통신 방법.