KR20170139704A

KR20170139704A - 전기차량 충전 시스템

Info

Publication number: KR20170139704A
Application number: KR1020160071407A
Authority: KR
Inventors: 임상진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-12-20

Abstract

복수개의 차량 충전이 가능하도록 각 차량의 충전구역이 분할되어 있는 충전소; 상기 충전소내에 마련되어 상기 충전구역으로 진입한 차량에 전력공급을 할 수 있는 하나 이상의 충전기; 및 상기 충전구역에 진입한 차량정보에 따라 충전순서를 결정하고, 상기 충전순서대로 상기 충전기를 이용해 충전을 수행하는 제어부;를 포함하는 전기차량 충전 시스템을 소개한다.

Description

전기차량 충전 시스템{CHARGING SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차량을 충전하는 충전소의 효율적인 활용을 위한 전기차량 충전 시스템에 관한 것이다.

최근 대기 오염 등 환경 문제의 인식 변화에 따라 무공해차량 개발이 진행되고 있으며 이런 추세와 함께 전기자동차의 관심과 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한, 이전에는 저속 전기자동차(최고속도 60km 이하)의 주행가능 도로가 제한적 경로에 한정되었다. 하지만 최근에는 최고시속 160km 이상 가능한 전기자동차의 등장으로 운행도로 제한이 일반 자동차의 수준에 이르게 되었다.

전기자동차는 주행 동력원으로 배터리를 탑재하고 있고, 이 배터리를 동력원으로 이용하는 모터 구동에 의하여 주행이 이루어진다. 전기자동차의 주행중, 회생제동시 모터에 의한 발전이 이루어져 배터리에 대한 충전이 이루어진다. 하지만 주행중에는 그 충전량 이상의 배터리 방전이 이루어지므로 일정 거리 및 시간이 지나면 반드시 배터리에 대한 충전이 이루어져야 한다.

전기자동차의 상용화에 따라 가정이나 연구소 등 한정된 공간에서 배터리를 직접 충전하는 플러그 인 타입이 도입되고 있다. 하지만 장거래 주행과 같은 상황에서는 충전소를 이용할 수밖에 없다. 전기자동차의 충전을 위한 충전소의 인프라가 아직까지 완전하게 갖추어져 있지 않지만, 향후에는 전기자동차를 위한 충전소가 일반 주유소와 같이 많은 장소에 구축되어야 할 것이다.

이와 병행하여 상기 충전소의 차량 충전과 관련된 전력 시스템에 대한 많은 개발이 필요하다. 왜냐하면 전기자동차의 높은 보급은 부하 및 전력 품질의 측면에서 전력 시스템에 부담으로 작용하기 때문이다. 따라서 전기자동차의 충전 관리를 위한 연구결과물이 많이 발표되고 있는데, 상기 연구결과물은 전기 부하 프로파일을 근거로 하여 피크 부하를 최소화하는 것에 대해 초점을 맞추고 있다. 그러나 이러한 전력 계통 운영측면의 요구 외에 총 충전비용을 최소화하기 또는 특정 시간 동안에 충전 상태를 최대화하기 등과 같은 전기자동차 소유자의 다양한 요구가 존재한다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 2012-0087771 A

본 발명은 전기차량의 충전전력량뿐만 아니라 다양한 제어변수들을 이용하여 충전소를 이용하는 전기차량의 충전순서를 결정함으로써 충전소 충전 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있는 전기차량의 충전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차량의 충전 시스템은 복수개의 차량 충전이 가능하도록 각 차량의 충전구역이 분할되어 있는 충전소; 상기 충전소내에 마련되어 상기 충전구역으로 진입한 차량에 전력공급을 할 수 있는 하나 이상의 충전기; 및 상기 충전구역에 진입한 차량정보에 따라 충전순서를 결정하고, 상기 충전순서대로 상기 충전기를 이용해 충전을 수행하는 제어부;를 포함한다.

상기 충전구역마다 마련되어 상기 제어부로부터 결정되는 해당 충전구역의 충전순서를 포함하는 충전정보를 디스플레이할 수 있는 디스플레이부;를 포함한다.

상기 제어부는 상기 충전구역에 진입한 순서가 빠른 차량 순서대로 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 충전구역에 진입한 차량의 SOC(State Of Charge)를 감지하고, 상기 SOC의 크기에 따라 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 SOC의 크기가 큰 차량 순서대로 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 SOC 크기가 작은 차량 순서대로 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 충전구역에 진입한 차량의 예약충전정보를 감지하고, 상기 예약충전정보에 포함되어 있는 충전시간에 이미 예약된 다른 차량의 예약충전정보가 없는 경우에는 상기 충전시간에 상기 차량의 충전순서를 최우선순서로 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 예약충전정보에 포함되어 있는 충전시간에 이미 예약된 다른 차량의 예약충전정보가 있는 경우에는 상기 충전시간에 상기 차량의 충전순서를 이미 예약충전을 한 다른 차량의 다음순서로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따를 경우 전기차 충전기의 활용 빈도를 극대화할 수 있어 충전기의 활용성 및 효율성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 충전대기 차량의 운전자가 앞선 차량의 이동불가로 시간을 낭비하는 것을 막을 수 있으며, 충전소에서 전체적으로 어떤 순서에 의해 충전을 진행할지를 정해 각 목적에 맞는 충전소의 운영이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차량 충전 시스템 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차량 충전 시스템 구성도
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기차량 충전 시스템 구성도
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기차량 충전 시스템 구성도

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 전기차량의 충전 시스템은 도1에서 도시하고 있는 바와 같이 복수개의 차량 충전이 가능하도록 각 차량의 충전구역(20)이 분할되어 있는 충전소(10); 상기 충전소(10)내에 마련되어 상기 충전구역(20)으로 진입한 차량에 전력공급을 할 수 있는 하나 이상의 충전기(30); 및 상기 충전구역(20)에 진입한 차량정보에 따라 충전순서를 결정하고, 상기 충전순서대로 상기 충전기(30)를 이용해 충전을 수행하는 제어부(40);를 포함한다.

도1~4에서는 본 발명에 따른 충전소(10)에 대한 이해를 돕기 위하여 충전구역(20)은 8개, 충전기(30)는 2개를 포함하는 충전소(10)를 제시하고 있다.(본 발명의 이해를 돕기 위하여 이하부터는 본 발명에 따른 충전소(10)가 도1에 도시된 바와 같이 구성되어 있다고 가정하고 설명하도록 하겠다.) 충전구역(20)은 차량이 진입하여 충전기(30)에 의하여 충전이 가능하다면 어떤 방식으로 분할되어도 상관없으며 그 개수도 충전소(10)의 충전가용범위에 따라 다양한 값을 가질 수 있을 것이다. 충전기(30)의 개수 역시 하나 이상의 값을 가질 것인데, 분할된 충전구역(20)의 개수보다 많은 것은 의미가 없으므로 본 발명에 따른 충전소(10)의 충전기(30)의 최대개수는 충전구역(20)의 개수와 동일할 것이다. 또한 충전소(10) 내에 마련되는 충전기(30)의 종류도 한 종류의 충전기(30)에만 국한되는 것이 아니라 다양한 종류의 충전기(30) 타입을 이용하여도 무방할 것이다.(예를 들어 일부는 6kW 충전기(30)로 대형차량의 충전에 활용되고 나머지 충전기(30)는 3kW 충전기(30)로 마련하여 소형차량의 충전에 활용할 수 있을 것이다.)

도1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 충전소(10)는 충전구역(20)이 8개로 분할되며 충전기(30)는 2개가 마련이 된다. 또한, 각 충전구역(20)에는 충전기(30)로부터 전력을 공급받을 수 있도록 차량에 연결될 수 있는 충전케이블이 마련될 수 있을 것이다. 또한 비록 도면에 표시되지는 않았지만 각 충전구역(20)마다 상기 제어부(40)로부터 결정되는 해당 충전구역(20)의 충전순서를 포함하는 충전정보를 디스플레이할 수 있는 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 디스플레이부는 기본적으로 상기 제어부(40)에서 결정한 각 충전구역(20)의 충전순서를 디스플레이할 수 있는데, 이를 통해 충전소(10)에 도착한 운전자의 자신의 차량의 충전순서가 어느 정도 되는지를 미리 확인할 수 있으며, 이를 통해 운전자는 자신의 일정과 차량의 충전순서를 비교하여 상기 충전소(10)에서 충전을 진행할 것인지 여부를 결정할 수 있을 것이다. 앞서 말했듯이 이외에 다양한 충전정보를 디스플레이부에서 디스플레이가 가능한데, 충전량, 충전완료시간 등의 정보가 이에 해당될 수 있을 것이다. 충전량 또는 충전완료시간에 대한 정보는 충전구역(20)에 진입한 차량과의 통신을 통해 제어부(40)에서 감지할 수 있는데, 차량에 각 충전구역(20)에 마련된 충전케이블이 연결되는 경우 상기 제어부(40)는 상기 충전케이블에 마련된 통신라인을 통하여 충전량 또는 충전완료시간에 대한 정보를 감지할 수 있을 것이다.

이와 같이 구성된 전기차량의 충전 시스템의 구체적인 운용 방법은 도2 내지 도4에서 도시하고 있는데, 도2의 경우부터 먼저 살펴보도록 하자. 도2는 일반적인 경우에 차량의 충전순서를 결정하는 방법에 대한 도면이다. 도2를 살펴보면 알 수 있듯이 충전구역2에는 09:00에 진입한 차량이 정차되어 있으며, 충전구역4에는 09:20에 진입한 차량이 정차되어 있고, 충전구역8에는 10:00에 진입한 차량이 정차되어 있고, 마지막으로 충전구역5에는 차량 충전을 위하여 차량이 막 진입하고 있다.

이와 같은 경우 일반적인 모드에서 본 발명에 따른 제어부(40)는 충전구역(20)에 진입한 순서가 빠른 차량 순서대로 충전순서를 결정하게 된다. 즉, 가장 먼저 충전구역(20)에 진입한 차량인 충전구역2의 차량이 1순위가 되며, 충전구역4의 차량이 2순위가 되고 충전구역8의 차량이 3순위가 되며 충전구역5에 진입할 차량이 충전순위4가 될 것이다. 따라서 이와 같이 결정된 순서에 따라 충전을 진행하면 되는데 도2에서 볼 수 있듯이 충전기(30)가 2개 마련되어 있으므로 우선적으로 충전구역2,4 차량이 충전이 될 것이며, 충전구역2,4 중 한 충전구역(20)에서 충전이 종료되게 되면, 충전구역8 차량의 충전이 진행되게 될 것이다.

도2와 같이 일반적인 경우와 달리 충전소(10)의 충전 전략을 다르게 운용할 수 있는 방법이 존재하는데 도3이 바로 이에 해당하는 경우로써 충전구역(20)에 진입한 차량의 SOC(State Of Charge)를 기준으로 충전순서를 결정하게 된다. 본 발명에서 배터리 SOC에 따라 충전순서를 결정하는 이유는 배터리 SOC 상황에 따라 충전구역(20)에 진입한 순서와 관계없이 충전순서를 달리 적용하는 것이 충전효율 측면에서 더욱 유리할 수 있기 때문이다.

예를 들어 충전구역(20)에 진입한 차량의 SOC가 크다면 짧은 충전시간만으로 차량의 충전을 완료시킬 수 있다. 따라서 이 같은 경우에는 충전에 오랜 시간을 필요로 하는 다른 차량보다 우선적으로 충전을 진행하여 충전을 완료시키고 충전시간이 오래 소요되는 차량을 나중에 충전시키는 것이 효율적일 수 있다.

즉, 도3에서 도시하고 있는 바와 같이 충전구역2 차량의 SOC가 20%이고, 충전구역4 차량의 SOC가 40%이며, 충전구역8 차량의 SOC는 60%이고, 충전구역5에 진입하고 있는 차량의 SOC가 40%라면, 차량이 언제 충전구역(20)에 진입하였는지 여부와 관계없이 충전순서는 충전구역(20)8의 차량이 1순위가 되며, 충전구역4,5의 차량의 2순위가 되고, 충전구역2의 차량은 3순위가 되게 된다. 도3의 충전소(10)도 충전기(30)가 2개가 있으므로 이 경우 충전구역8의 차량은 우선적으로 충전이 될 것이며 동일한 SOC를 가지는 충전구역4,5의 차량 중 어느 차량을 우선적으로 충전할 것인지가 문제될 수 있는데, 이 경우에는 앞서 언급한 도2에 따른 충전순서 결정 방법을 차용하여 먼저 충전구역(20)에 진입한 충전구역4 차량의 순서를 충전구역5 차량의 순서보다 우선순위로 결정하는 것을 고려해 볼 수 있을 것이다.

SOC의 크기가 큰 순서대로 충전순서를 결정하는 것과 반대로 SOC의 크기가 작은 순서대로 충전순서를 결정할 수도 있는데, 이 같은 경우는 충전이 급박하게 필요한 차량에게 충전순서의 우선권을 부여하여 충전소(10)에 진입한 전기차량의 완전방전을 방지하기 위함이다. 이 같은 충전순서 결정방법을 이용하게 되면 도3에서 충전구역8의 차량이 1순위가 될 것이며, 충전구역4,5의 차량이 2순위가 되고 충전구역2의 차량이 3순위가 될 것이다.

마지막으로 도4의 경우는 충전구역(20)에 진입한 차량이 예약충전을 하고자 하는 경우의 충전 시스템에 관한 것이다. 예약충전의 경우에는 운전자가 예약시간으로 지정한 시간 동안만 충전을 진행하게 되는데, 운전자가 설정한 예약충전정보는 충전케이블이 충전구역(20)에 진입한 차량과 연결됨으로써 제어부(40)가 감지할 수도 있으며, 앞서 언급한 디스플레이부를 통해 운전자가 입력함으로써 제어부(40)가 감지할 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 예약충전의 경우에는 우선적으로 상기 제어부(40)에서 상기 충전구역(20)에 진입한 차량의 예약충전정보를 앞서 언급한 방법등을 이용하여 감지하고, 상기 예약충전정보에 포함되어 있는 충전시간에 이미 예약된 다른 차량의 예약충전정보가 없는 경우에는 상기 충전시간에 상기 차량의 충전순서를 최우선순서로 결정하고, 상기 예약충전정보에 포함되어 있는 충전시간에 이미 예약된 다른 차량의 예약충전정보가 있는 경우에는 상기 충전시간에 상기 차량의 충전순서를 이미 예약충전을 한 다른 차량의 다음순서로 결정하도록 한다.

도4에서 본 발명에 따른 예약충전 시스템의 일례롤 도시하고 있는데, 충전구역2의 차량은 08:00~08:30을 충전시간으로 하여 가장 먼저 충전예약을 하였으며, 충전구역8의 차량은 11:00~11:50을 충전시간으로 두 번째로 충전예약을 하였고, 충전구역4의 차량은 08:10~09:00를 충전시간으로 하여 세 번째로 충전예약을 하였으며, 충전구역5에 진입하는 차량은 08:20~10:00를 충전시간으로 마지막으로 충전예약을 한 경우이다. 이 경우 우선적으로 가장 먼저 충전예약을 한 충전구역2차량은 원하는 충전시간인 08:00부터 08:30까지 충전이 진행될 것이다. 두 번째로 예약한 충전구역8의 차량도 충전시간인 11:00부터 11:50까지 예약된 다른 차량이 존재하지 않으므로 해당 시간에 충전이 진행될 것이다. 문제는 충전구역2 차량의 충전시간과 충전시간이 중복되는 충전구역4와 충전구역5의 차량이다. 세 번째로 예약한 충전구역4 차량의 경우 충전구역2 차량과 08:10부터 08:30까지 충전시간이 중복된다. 따라서 이 경우 충전구역4차량은 충전구역2차량 충전순서의 다음순서가 되기 때문에 충전구역4 차량은 충전구역2차량의 충전이 종료된 이후에 충전이 가능할 것이다. 그러나 도4에 도시된 바와 같이 충전기(30)가 2개 있다면 충전구역2와 충전구역4를 동시에 충전하는 것이 가능하다. 따라서 이 경우에는 비록 충전구역4차량의 충전순서는 2순위이지만 08:10부터 09:00까지 예약충전이 가능하게 된다.

문제는 마지막에 예약충전을 한 충전구역5의 차량이다. 충전구역5 차량의 경우 08:20부터 10:00까지를 충전시간으로 예약하였기 때문에 충전구역5 차량은 충전구역2차량과는 08:20부터08:30까지 충전시간이 중복되며 충전구역4차량과는 08:20부터 09:00까지 충전시간이 중복된다. 따라서 충전구역2,4차량과 동시에 중복되는 충전시간인 08:20~08:30은 충전순서가 3순위가 되며 충전구역4차량과 중복되는 충전시간인 08:30~09:00는 2순위가 되게 된다. 이 경우 08:30~09:00는 2순위가 되더라도 충전기(30)가 2개인 관계로 충전진행을 가능할 것이나 08:20~08:30은 충전순서가 3순위가 되므로 차량의 충전이 진행되지 않을 것이다. 물론 충전구역4차량의 충전시간이 종료되는 09:00 이후부터 10:00까지는 충전구역(20) 5차량의 충전순서가 1순위가 될 것이다.

예약충전의 경우 이와 같은 방식으로 충전순서가 결정될 것이며, 이와 같이 결정된 충전순서에 따른 예약충전 스케줄은 앞서 언급한 디스플레이부에 디스플레이 할 수도 있을 것이다. 따라서 상기 디스플레이부를 통해 운전자는 충전소(10)에 진입한 차량의 충전예약 정보를 한 눈에 파악할 수 있게 되며, 이를 자신의 일정과 비교하여 적절한 충전예약시간을 설정할 수 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 충전소 20: 충전구역
30: 충전기 40: 제어부

Claims

복수개의 차량 충전이 가능하도록 각 차량의 충전구역이 분할되어 있는 충전소;
상기 충전소내에 마련되어 상기 충전구역으로 진입한 차량에 전력공급을 할 수 있는 하나 이상의 충전기; 및
상기 충전구역에 진입한 차량정보에 따라 충전순서를 결정하고, 상기 충전순서대로 상기 충전기를 이용해 충전을 수행하는 제어부;를 포함하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 충전구역마다 마련되어 상기 제어부로부터 결정되는 해당 충전구역의 충전순서를 포함하는 충전정보를 디스플레이할 수 있는 디스플레이부;를 포함하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 충전구역에 진입한 순서가 빠른 차량 순서대로 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 충전구역에 진입한 차량의 SOC(State Of Charge)를 감지하고, 상기 SOC의 크기에 따라 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는 상기 SOC의 크기가 큰 차량 순서대로 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는 상기 SOC 크기가 작은 차량 순서대로 충전순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 충전구역에 진입한 차량의 예약충전정보를 감지하고, 상기 예약충전정보에 포함되어 있는 충전시간에 이미 예약된 다른 차량의 예약충전정보가 없는 경우에는 상기 충전시간에 상기 차량의 충전순서를 최우선순서로 결정하는 것을 특징으로 하는 전기차량 충전 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 제어부는 상기 예약충전정보에 포함되어 있는 충전시간에 이미 예약된 다른 차량의 예약충전정보가 있는 경우에는 상기 충전시간에 상기 차량의 충전순서를 이미 예약충전을 한 다른 차량의 다음순서로 결정하는 것을 특징으로 하는 전기차량 충전 시스템.