KR20180132549A - 전기 자동차의 안전한 충전방법 - Google Patents

전기 자동차의 안전한 충전방법 Download PDF

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Abstract

전기 자동차의 위치 기반 충전방법은 사용자 및 공급자의 특정 속성들에 따라 다양한 충전 메커니즘을 적용하여 전기 자동차의 안전한 충전을 제공한다. 전기 자동차의 운전자가 전기 자동차를 전기 자동차 공급 장비에 연결할 때, 전기 자동차 공급 장비에 의해 운전자 특정 파라미터들의 세트를 포함하는 메시지가 안전하게 수신된다. 운전자 특정 파라미터 세트에 기반하여, 안전통지가 전기 자동차 공급 장비의 소유자에게 전송되어 운전자가 전기 자동차를 충전하도록 허가를 요청한다. 전기 자동차의 적용 가능한 충전 메커니즘은 전기 자동차 공급 장비에 전송된 소유자의 승인 메시지와 운영자 특정 파라미터 세트를 기반으로 적용된다.

Description

전기 자동차의 안전한 충전 방법{SECURE CHARGING METHOD FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 전기 자동차(electric vehicle, EV)에 관한 것으로, 특히, 전기 자동차 공급 장비에 상이한 충전 메커니즘을 적용할 수 있게 하고, 사용자 및 교환된 데이터를 위한 안전하고 개인적인 통신을 제공하는 전기 자동차의 위치 기반 충전 방법에 관한 것이다.
때로는 전기 자동차 충전소라고 하는 전기 자동차 공급 장비(electric vehicle supply equipment, EVSE)는 전기 배터 구동 자동차, 가솔린/전기 배터리 구동 자동차 하이브리드 등과 같은 플러그인 전기 자동차(plug-in electric vehicle, PEV 또는 plug-in EV)를 충전하는 데 사용된다. EVSE는 지정된 충전 위치(상업용 주유소와 유사), 주차 공간 근처, 주거 등에 위치 할 수 있다. EV 운전자는 EV 운전자에 특정한 설정 및/또는 셋팅을 가질 수 있는 충전 서비스 제공자(charging service provider, CSP)와 관련된 계좌와 연관될 수 있다. 이러한 설정 및/또는 셋팅의 예는, EV 운전자가 일주일 내내 다양한 시간에 전기 에너지에 대해 지불하고자 하는 전력 비용 및/또는 하나 이상의 유형의 충전 서비스(직장, 공공 주차장, 집), "집(home)" 대 "외부" CSP에 대한 액세스 자격 증명 및/또는 로밍 파라미터, 경보 및 통보 설정(예를 들어, 운전자가 수신하기를 원하는 충전 세션에 관한 경보 및 통보의 유형 및 빈도) 등의 비용/가격 파라미터를 포함한다. 이러한 설정설정는 셋팅은, 인터넷, 지역 네트워크, 광역 네트워크 등을 통해 액세스될 수 있는 포털, 사이트 또는 애플리케이션과 같은 EV 제조자 및/또는 CSP에 의해 제공되는 서비스 포털을 통해 EV운전자에 의해 입력, 관찰 및/또는 관리될 수 있다.
PEV의 특정 설정은 PEV의 인케빈(in-cabin) 사용자 인터페이스를 통해 셋팅 및/또는 관리될 수 있다. 그러나 이러한 PEV 특정 파라미터들은 EV 운전자마다 다르다. 따라서, 동일한 PEV에 대한 액세스를 갖는 상이한 EV 운전자들(예를 들어, 가족 구성원 또는 공유 EV 군의 사용자들)은 상이한 EV 운전자 특정 설정을 셋팅하거나 선택하는데 실질적으로 이 방법을 사용할 수 없다. 현재 PEV와 EVSE 간의 데이터 교환은 에너지 전달 및 관련 안전 항목의 내장형(embedded) 제어와 관련된 파라미터로 제한된다. 현재 존재하는 시스템을 사용하여 PEV 레벨과 PEV 운전자 특정 파라미터가 PEV와 EVSE 간에 교환될 수 없다. 따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 전기 자동차의 위치 기반 충전 방법이 요구된다.
전기 자동차의 위치 기반 충전 방법은 다양한 충전 요금율(charging rate, CR)로, 플러그인 전기 자동차(plug-in electric vehicle, PEV), 전기 배터 구동 자동차, 가솔린/전기 배터리 구동 자동차 하이브리드 등과 같은, 전기 자동차(EV)의 충전을 제공한다. 전기 자동차의 운전자가 전기 자동차를 전기 자동차 공급 장비(electric vehicle supply equipment, EVSE)에 연결할 때, 운전자 특정 파라미터의 세트를 포함하는 메시지가 전기 자동차 공급 장비에 의해 수신된다. 운전자 특정 파라미터 세트는 운전자 식별 데이터, 운전자와 관련된 홈(home) 공급자를 나타내는 식별 데이터, 전기 자동차 식별 데이터, 요청된 전력량 및 충전 종료시간을 포함한다
운전자 특정 파라미터의 세트로부터 운전자가 상기 전기 자동차 공급 장비에 대한 개인 권한 액세스를 갖는 홈 사용자(home user)인지 결정된다. 운전자가 홈 사용자로 결정되는 경우, EVSE는 EV를 충전한다. 그러나, 운전자가 홈 유자가 아닌 것으로 결정되면, 전기 자동차 공급 장비의 소유자에게 통보 메시지가 전송된다. 소유자는 인가 메시지를 EVSE로 다시 전송한다. 인가 메시지가 EV의 운전자에게 요금을 부과하지 않는 게스트 사용자(guest user)로서 전기 자동차의 운전자에게 인가 즉, 권한을 부여하면, EV의 배터리가 충전되고 그와 관련된 충전 요금은 전기 자동차 공급 장비의 소유자의 계정으로부터 인출된다.
또한, 인가 메시지는 EV 운전자에 대한 EVSE에 대한 액세스를 거부하거나 운전자가 EVSE를 유료로 사용하도록 허가할 수 있다. 후자의 경우, 전기 자동차의 운전자가 내부 로밍 충전(internal roaming charging, IRC) 또는 외부 로밍 충전(external roaming charging, ERC)을 요청하는지가 결정된다. 내부 로밍 충전은 운전자와 관련되지 않은 전기 자동차 공급 장비(즉, 운전자의 개인 권한 액세스 EVSE가 아닌 EVSE)에서 전기 자동차의 배터리를 충전하는 것이지만, 운전자와 관련된 공급자 네트워크 내에서 충전하는 것이다.
외부 로밍 충전은 운전자와 관련된 공급자 네트워크에 속하지 않은 전기 자동차 공급 장비에서 전기 자동차의 배터리를 충전하는 것이다. 내부 충전 요금율은 내부 로밍 충전(IRC)과 관련되며 외부 충전 요금율은 외부 로밍 충전(ERC)과 관련된다. EV의 운전자가 IRC 또는 ERC를 요청하는지 여부가 결정되면, 전기 자동차의 배터리가 충전되고, 운전자의 계좌에서는 내부 충전 요금율 또는 외부 충전 요금율이 적용되는지에 기반한 충전 요금이 인출된다.
보안 및 프라이버시와 관련하여, 전기 자동차의 운전자로부터 전기 자동차 공급 장비로 전송되는 충전 요청은 운전자가 IRC 또는 ERC를 요청하는지 여부가 결정됨에 따라 암호화된다. IRC의 경우 이중 서명 암호화가 충전 요청에 적용되고, ERC의 경우 삼중 서명 암호화가 충전 요청에 적용된다.
IRC에서 사용되는 이중 서명 암호화의 경우 충전 요청은 충전 주문 정보(charging order information, COI)와 과금 정보(billing information, BI)의 두 부분으로 나뉘며 각각 고유한 암호화 프로토콜을 사용하여 암호화된다. COI는 방문 에그리게이터(visiting aggregator, VAG)로 전송되고 BI는 운전자의 홈 공급자(home supplier, HS)로 전송되므로, VAG는 필요한 정보를 수신할 수 있지만 VAG로부터 운전자의 개인 정보(BI에 포함)에 대한 액세스를 제거한다. 마찬가지로, ERC에서 사용되는 삼중 서명 암호화의 경우 충전 요청은 COI, 인가 정보(authorization information, AI) 및 BI의 세 부분으로 나뉜다. 이 경우 각 부분은 고유한 암호화 프로토콜을 사용하여 다시 암호화된다. COI는 외부 애그리게이터(external aggregator, EAG)로 전송되고 AI는 브로커(broker, BR)로 전송되며 BI는 다시 HS로 전송된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 다음의 상세한 설명 및 도면을 추가로 재검토함으로써 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 개인 홈 충전 모드로 동작하는 본 발명에 따른 전기 자동차의 위치 기반 충전 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2는 내부 로밍 충전 모드로 동작하는 전기 자동차에 대한 위치 기반 충전 방법을 개략적으로 도시한다.
도 3은 외부 로밍 충전 모드에서 동작하는 전기 자동차에 대한 위치 기반 충전 방법을 개략적으로 도시한다.
유사한 도면 부호는 첨부 도면 전반에 걸쳐 일관되게 대응하는 특징을 나타낸다.
전기 자동차의 안전한 충전 방법은 플러그인 전기 자동차(PEV), 전기 배터리 구동 자동차, 가솔린/전기 배터리 구동 자동차 하이브리드 등과 같은 전기 자동차(EV)의 충전을 다양한 충전 요금율(CR)로 제공한다. 이 방법은 운전자에 의해 전기 자동차를 전기 자동차 공급 장비(EVSE)에 연결하고, 운전자 특정 파라미터를 EVSE로 전송하고, 전기 자동차의 배터리를 충전하고, 그렇게 하도록 인가된 경우 전기 자동차 공급 장비의 소유자의 계좌로부터 이와 관련된 요금을 인출하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 운전자 특정 파라미터는 스마트 카드(smart card, SC) 등에 저장된다. 운전자는 스마트 카드를 EVSE에 삽입하여 운전자 특정 파라미터를 EVSE로 전송하여 충전 인가 프로세스를 시작할 수 있다. 운전자 특정 파라미터는 운전자 식별 데이터, 운전자와 관련된 홈 공급자를 나타내는 식별 데이터, 전기 자동차 식별 데이터, 요청된 전력량 및 충전 종료시간을 포함한다.
EVSE가 운전자 특정 파라미터 세트를 포함하는 메시지를 수신하면, 운전자가 홈 사용자인지 아닌지에 대한 결정이 내려져야 한다. 운전자 특정 파라미터 세트는 운전자가 전기 자동차 공급 장비에 대한 개인 권한 액세스를 갖는 홈 사용자인지 여부를 설정할 수 있다. 운전자가 홈 사용자로 결정되면 EVSE는 EV를 충전한다. 특히 사용자가 개인 권한이 있는 사용자인 경우, EVSE 또는 로컬 인가 서버(회사에서 개인 충전인 경우)에서 로컬로 인가가 수행될 수 있다. 그렇지 않으면, 원격으로 홈 공급자에 연락하여 인가가 수행될 수 있다. 충전하기 전에 사용자가 홈 사용자인지 여부를 확인할 수 있도록, 홈 충전 포인트를 사용하여 특정 자동차를 충전할 수 있는 권한이 부여된 구성원에 대한 정보를 EVSE 또는 로컬 데이터베이스(개인 회사 충전인 경우)에 저장할 수 있다.
사용자는 EV와 해당 EV를 충전할 수 있도록 인가된 사용자 리스트를 제공하여 공급자와 계약을 체결 할 수 있다. 고유 사용자 ID(unique user ID, UID)는 등록 중 각 사용자에게 지정된다. 공급자는 사용자 및 공급자 자체에 대한 데이터가 포함 된 스마트 카드(SC)를 사용자에게 제공할 수도 있다. 스마트 카드를 사용하면 사용자 기반 인가 및 다중 사용자 과금이 가능하므로 PEV의 오용을 피하고 공정한 지불을 구현하는데 도움이 된다. 스마트 카드 상에 저장된 정보는 사용자의 공공/개인 키 페어(이하에 상세히 기술되는 바와 같이 암호화 및 프라이버시를 위해), 사용자의 UID, 공급자의 공공 키 및 공급자 ID(supplier ID, SID)의 해시(hash)를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 사용자의 개인 키는 스마트 카드에 암호화되어 저장되며 사용자가 등록 중에 제공된 올바른 개인 식별 번호(personal identity number, PIN)를 입력해야만 검색할 수 있다. 각 EV에는 생산 중에 고유한 자동차 ID(VID)가 제공되며, 공급자는 이 ID를 사용하여 EV를 고유하게 식별할 수 있다. 프라이버시 보호를 위해, 전기 자동차는 충전하는 동안 실제 ID를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 대신, 공급자는 실제 ID 대신 충전 중에 사용될 실제 자동차 ID에 매핑되는 가명 ID(pseudonym ID, PID) 세트를 생성할 수 있다. 공급자는 실제 ID와 데이터베이스에 있는 해당 가명 ID 간의 매핑을 유지한다. 이 외에도 가명 ID(PID)의 세트가 EV의 펌웨어에 저장된다. 따라서, 충전시 EV는 하나의 PID를 임의로 선택하여 충전을 요청하는데 사용할 수 있다.
실제 차량 ID와 가명 ID 매핑에 더하여, 공급자는 자기의 데이터베이스에 허용된 사용자 및 차량 리스트에 대한 데이터를 보관할 수 있다. 이 정보는 EV의 오용을 피하고 사용자 간에 공정한 지불을 하기 위해 필요하다.
공급자는 자기에게 속한 모든 스마트 미터(SM) 및 EVSE에 대한 인증서를 준비하고, 이들 각각의 공공/개인 키 페어(pair)를 구성한다. 또한, 모든 EVSE에는 공공 키 링(SM, 공급자 및 브로커의 공공 키) 및 홈 공급자 ID의 해시 h(HSID)가 저장된다. 애그리게이터 및 EVSE의 공공 키는 SM에도 설치될 수 있다. 이에 더하여, 개인 EVSE의 경우 스마트 카드 번호(smart card number)의 해시 h(SCN) 및 자동차 ID와 같은 권한있는 사용자에 대한 데이터가 EVSE의 메모리에 저장될 수 있다.
초기 등록 단계가 모두 끝나면, 공급자는 브로커(BR)가 액세스할 수 있는 디렉토리 서비스에 리스트를 업로드하여 브로커(BR)가 사용할 수 있는 등록된 사용자 리스트를 만들 수 있다. 또한, 공급자는 신규 사용자가 등록하고 기존 사용자가 떠남에 따라 정기적으로 새로운 데이터를 디렉토리로 전송할 수 있다. 반면, BR은 주기적으로 새로운 데이터를 가져와서 데이터베이스를 업데이트 할 수 있다.
운전자가 EV를 EVSE에 처음 연결하고 스마트 카드(SC)를 카드 판독기(card reader, CRD)에 삽입할 때, 충전 포인트에는 사용 가능한 충전 유형(레벨1, 레벨2, 레벨3...), 충전 요금율(CR), 최대 가용 전력량 등과 같은 일반 정보를 사용자가 볼 수 있는 디스플레이 화면이 있다. CR은 일정 기간에 걸친 전기의 가격 정보로서, 수요와 공급의 변화에 기반하여 시간에 따라 다를 수 있다. 전기 자동차가 EVSE에 연결되고 사용자가 스마트 카드를 카드 판독기에 삽입하면 스마트 카드는 사용자가 충전을 시작하기 전에 사용자에게 암호/PIN을 입력하도록 유도한다. 운전자가 PIN을 입력하면, EVSE의 인터페이스 화면에서 운전자는 요청된 전력량(requested power amount, RPA)과 충전 종료시간(charging end time, CET)을 포함하는 충전 정보(charging information, CI)를 선택할 수 있다. 그러면 운전자의 SC(운전자를 대신하여)와 EVSE 간의 충전 요청이 시작된다. PID, h(HSID), 사용자의 스마트 카드 번호의 해시 h(SCN), 자동차 ID의 해시 h(VID) 및 CI를 포함하는 초기 메시지(initial message, InMess)가 운전자의 SC에서 EVSE로 전송된다.
EVSE의 컴퓨터 판독 가능 메모리 또는 연결된 로컬 데이터베이스는 스마트 카드 번호의 해시 h(SCN) 및 차량 ID의 해시 h(VID)를 저장하도록 구성된다. EVSE로 전송된 메시지, InMess는 바람직하게는 h(SCN) 및 h(VID)의 형태로 전술한 식별 데이터를 포함한다. 스마트 카드에서 h(SCN) 및 h(VID)를 수신하면, EVSE는 스마트 카드에서 수신한 h(SCN) 및 h(VID) 페어(pair)가 EVSE 또는 로컬 데이터베이스에서 로컬로 사용 가능한지 확인한다. 운전자 정보가 로컬에 저장된 경우, 사용자는 개인 권한 액세스를 가지며 EVSE는 더이상의 인가 검사없이 즉시 충전을 허용한다. 그러나, 공정한 지불을 위해 EVSE는 현재 소비하는 사용자의 이름으로 전기 소비 보고서(electric consumption report, ECR)를 작성하여 필요에 따라 회사의 데이터베이스(회사에서 개인 충전인 경우) 또는 공급자에게 보낼 수 있다.
도 1은 EV의 사용자/운전자가 EVSE에 대한 개인 권한 액세스를 가진 홈 사용자이기도 한 비교적 단순한 상황을 도시한다. 여기서 사용자/운전자는 홈(또는 운전자에게 사적인 다른 충전 포인트)에서 EV를 충전한다. 이 경우, 통신에 참여한 당사자 및 장비는 EV의 사용자(U), 전기 자동차 공급 장비(EVSE)(10), 스마트 미터(SM)(12), 홈 애그리게이터(HAG) 및 홈 공급자(HS)(20)이다. 임의의 적절한 유형의 유선(Wired) 또는 무선 통신 네트워크 및/또는 프로토콜이 사용될 수 있음을 이해해야 하지만, SM(12) 및 HAG(16) 간의 통신은 3G 또는 GSM 네트워크와 같은 무선 네트워크(14)를 통해 이루어지는 것으로 도시된다. 유사하게, 유선 또는 무선 통신 네트워크(18) 및/또는 프로토콜의 임의의 적합한 유형이 HAG(16)와 HS(20) 사이의 통신을 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
사용자는 공급자와 계약한 전기 소비자이다. EVSE(10)는 스마트 그리드 시스템에 EV를 연결하는 충전 포인트로 사용되는 지능형 장치이다. 스마트 미터(12)는 전기 에너지 소비를 연속적으로 기록하고 이를 선택된 일정 간격으로 공급자에게 보내는 스마트 전자 장치이다. 여기에 사용된 공급자는 전기를 고객에게 판매하는 회사이다. 사용자가 계약을 맺은 공급자는 홈 공급자(HS)(20)이다. 이 경우 충전 프로세스를 최적화하고 전기 자동차에서 방전되는 전력을 집계하는 책임을 맡고 있는 다른 기관도 있다. 이들은 "애그리게이터"로 알려져 있다. 애그리게이터는 다른 공급자와 계약을 체결하고 최종 사용자에게 서비스를 제공한다. 사용자의 홈과 관련된 애그리게이터의 위치에 기반하여 애그리게이터에게 다른 이름이 부여된다. 홈 애그리게이터(HAG)(16)는 사용자의 계약된 위치에서 이 책임을 맡고 있는 애그리게이터이다.
아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 사용자는 내부 로밍 충전(IRC) 또는 외부 로밍 충전(ERC) 중 하나에 관여할 수 있다. IRC 중에, 사용자는 여전히 홈 공급자 네트워크 내에 있지만 HAG가 아닌, 이외의 애그리게이터와 통신한다. 이러한 다른 애그리게이터를 방문 애그리게이터(visiting aggregator, VAG)라고 한다. 외부 애그리게이터(external aggregator, EAG)라고 하는 세 번째 종류의 애그리게이터도 있다. EAG는 외부 공급자 네트워크에 속한 이들이다.
홈 충전의 경우 인가는 EVSE에서 로컬로 수행된다. 충전 아키텍쳐에서는 임의의 적합한 유형의 통신 네트워크가 상이한 기관들 및 장비들 사이에서 사용될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, EV와 EVSE(10) 사이의 통신은 전력선 통신(power line communication, PLC)을 통해 수행될 수 있다. PLC의 경우, 통신은 안전하며 EV와 EVSE(10) 사이에 추가 보안을 고려할 필요가 없다고 가정된다. EVSE(10) 및 SM(12)는 유선 또는 무선 통신의 적절한 유형을 사용하여 서로 연결할 수 있다. 개인 액세스 권한 충전 체계는 회사에서도 가능하다. 회사는 직원이 권한있는 사용자로서 무료 또는 할인된 금액으로 충전할 수 있도록 허용할 수 있다. 이는 인가가 인가 서버에서 로컬로 수행되는 홈 충전과 유사하다.
운전자가 홈 사용자가 아닌 것으로 결정되면, 통보 메시지는 전기 자동차 공급 장비의 소유자에게 전송된다. 예를 들어, 개인에 속하는 충전 포인트의 경우, 충전 포인트 소유자의 공급자는 SMS 문자 메시지 등과 같은 통신 방법을 통해 소유자에게 연락 할 수있다. 소유자는 인가 메시지를 다시 EVSE로 전송한다. 통보 메시지에서, 소유자는 충전 포인트에서 충전할 게스트 사용자의 권한을 부여하거나 거부하도록 요청받는다. 아래에서 더 자세히 설명하는 것처럼, 소유자는 다른 지불 옵션 중에서 선택하도록 추가로 요청된다. 마찬가지로, 파트너 회사에서 충전하려는 게스트 사용자의 경우, 필요한 허락을 임시 권한 형태로 제공할 수 있음을 회사의 인가 서버가 관리인에게 알릴 수 있다. 두 경우 모두, 소유자의 응답은 충전 거부, 무료 충전 허용 또는 유료 충전 허용이 될 수 있다. 소유자가 충전을 거부하면 EVSE가 그에 따라 행동한다.
인가 메시지가 EV의 운전자에게 요금을 부과하지 않고, 전기 자동차의 운전자에게 게스트 사용자로서 권한을 부여하면, EV의 배터리가 충전되고 그와 관련된 충전 요금은 전기 자동차 공급 장비의 소유자의 계좌로부터 인출된다. 권한 부여 메시지가 EVSE를 유료로 사용하도록 운전자에게 권한을 부여한 경우, 다음으로 전기 자동의 운전자가 내부 로밍 충전(IRC) 또는 외부 로밍 충전(ERC)를 요청하는지 여부가 결정된다. 내부 로밍 충전은 운전자와 관련되지 않은 전기 자동차 공급 장비(즉, 운전자의 개인 권한 액세스 EVSE가 아닌 EVSE)에서 전기 자동차의 배터리를 충전하는 것이지만 운전자와 관련된 공급자 네트워크 내에서 충전하는 것이다. 외부 로밍 충전은 운전자와 관련된 공급자 네트워크에 속하지 않은 전기 자동차 공급 장비에서 전기 자동차의 배터리를 충전하는 것이다.
도 2는 도 1의 홈 충전과 유사하지만, 운전자가 EV를 EVSE(10')(이는 운전자의 홈 EVSE(10)로부터 떨어져 있다)에 연결하는 IRC를 도시한다. 네트워크(14)를 통해 HAG(16)와 통신하는 SM(12)(EVSE(10)와 통신함)을 포함하는 운전자의 홈 시스템과 유사하게, EVSE(10')는 네트워크(14')를 통해 방문 애그리게이터(VAG)(22)와 통신하는 스마트 미터(12')와 통신한다. VAG(22)는 네트워크(18)를 통해 HS(20)와 통신한다.
도 3의 ERC 시나리오에서, EV는 EVSE(10')에 연결되지만, 도 2의 IRC 시나리오에서와 같이, VAG(22)와 통신하지 않고, SM(12')은 네트워크(14')를 통해 외부 애그리게이터(24)와 통신한다. 외부 애그리게이터(EAG)(24)는 네트워크(26)를 통해 외부 공급자(28)와 통신한다. 외부 공급자(ES)는 가정 공급자(HS)(20) 이외의 공급자이다. 외부 공급자(28)는 네트워크(30)를 통해 브로커(BR)(32)와 통신한다. 가정 공급자(20)는 또한 네트워크(36)를 통해 브로커(32)에 연결된다. 브로커(BR)(32)는 인가 및 지불 거래, 분쟁을 해결하고 개인 정보 침해로부터 사용자를 보호하기 위해, 홈과 외부 공급자 간의 조정자 역할을 하는 신뢰할 수 있는 제3자이다. BR(32)은 공급자들 간의 통신을, 그들의 정체를 서로에게 공개하지 않고, 가능하게 한다. 공공 키 암호는 이 충전 모델에서 여러 기관 간의 통신에 사용된다. 따라서, 공급자 및 브로커에 대한 인증서를 발급하는 신뢰할 수 있는 인증 기관(certificate authority, CA)(34)도 이 모델에 포함된다.
인증 기관(CA)(34)은 공급자 및 브로커(BR)(32)에 대한 인증서를 생성 및 배포한다. 또한, 각 공급자(20, 28)는 자신의 공공 키를 다른 공급자 및 브로커(32)에게 공개한다. 공급자(20, 28)는 그들의 자격 증명(credential)을 제시함으로써 브로커(32)에 등록한다. 또한, 공급자는 브로커와 함께 청구서(billing)를 연다. 애그리게이터(16, 24)는 각각의 공급자(20, 28)와 최종 사용자에게 충전/방전 서비스를 제공하기로 합의한다. 계약 합의를 유지하는 동안, 애그리게이터는 공급자로부터 인증서를 얻는다. 또한, 애그리게이터들은 서비스를 제공할 영역에 대한 스마트 미터의 공공 키 리스트를 얻는다.
IRC 또는 ERC의 결정은 운전자 특정 파라미터 세트를 기반으로 한다. EVSE로 전송된 파라미터에는 운전자의 홈 공급자 ID(HSID)의 해시 h(HSID)가 포함된다. EVSE는 자체 공급자 ID의 해시도 저장한다. 따라서, EVSE가 h(HSID)를 포함하는 초기 메시지를 수신하면, h(HSID)를 EVSE에 저장된 공급자 ID의 해시 값과 비교함으로써, 운전자가 EVSE에 저장된 것과 동일한 공급자에 속하는지 여부를 확인할 수 있다. 두 해시 값이 일치하면 IRC 프로토콜이 적용되고, 그렇지 않으면 ERC 프로토콜이 선택된다.
EVSE에서 SC로의 초기 응답 메시지(initial response message, InResMess)의 내용은 이 비교의 결과에 따라 달라진다. IRC의 경우 EVSE는 InMess를 고유 거래(transaction) ID(TID), 충전 요금율(CR) 및 최대 지불(maximum payment , MP)로 연관시켜 초기 응답 메시지(InResMess)를 준비한다. MP는 요청 된 전력량에 대해 운전자에게 지불이 청구되는, CR의 가격 비율로 계산된 대략적인 최대 지불 금액이다. 이는 TID를 사용하여 특정 충전을 고유하게 식별할 수 있도록 하여, 특정한 충전 세션을 식별하는 고유한 번호를 산출하도록 한다. MP는 지불 승인 목적으로 사용된다. 실제 전력 사용량 및 실제 지불은 청구가 완료된 후 계산된다. 이는 운전자가 중간에 또는 최대 요청 전력에 도달하기 전에 충전을 중단하기로 결정할 수 있기 때문이다. 내부 충전 요금율은 내부 로밍 충전(IRC)과 관련되며 외부 충전 요금율은 외부 로밍 충전(ERC)과 관련된다. EV의 운전자가 IRC를 요구하는지 ERC를 요구하는지 여부가 결정되면, 전기 자동차의 배터리가 충전되고, 내부 충전 요금율이 적용되는지 외부 충전 요금이 적용되는지에 기반한 충전 요금이 운전자의 계좌에서 인출된다. 상업용 충전 포인트의 경우, 개인 및 게스트 충전을 확인하는 단계를 생략하고 IRC 및 ERC만 고려하도록 EVSE를 구성할 수 있다.
보안 및 개인 정보 보호를 위해 익명의 충전 및 지불은 중첩(nested) 서명 사용을 통해 가능하다. 중첩 서명은 충전 요청 메시지를 준비하는 데 사용된다. 로밍 충전 중에, 충전 요청 메시지는 외부 네트워크를 통해 홈 공급자를 향해 이동할 필요가 있다. 따라서 보안을 강화하지 않으면 운전자의 민감한 정보가 외부 애그리게이터(EAG), 외부 공급자(ES) 또는 브로커(BR)와 같은 외부 기관에 노출될 위험이 있다. 마찬가지로, 외부 기관은 홈 공급자 및 BR로부터 그들과 관련된 충전 요청 메시지의 내용을 숨길 필요가 있다. 또한, 외부 공급자와 브로커는 운전자 정보에 대한 액세스 수준이 동일할 필요는 없다. 이 보안 이슈는 메시지를 부분으로 나누고, 경로 상의 각 기관이 다른 부분이 아닌 해당 메시지만 볼 수 있도록 이들을 각각 다른 키로 암호화하여 다룰 수 있다. 그러나 분쟁 발생시 분쟁을 해결하기 위해 충전 요청 메시지의 서로 다른 부분을 함께 연결할 수 있어야 한다. 이는 중첩 서명(즉, 이중 및 삼중 서명)을 사용하여 충족된다. 이중 서명 및 삼중 서명은 각각 IRC 및 ERC에 대한 충전 요청을 준비하는 데 사용된다.
IRC(즉, 이중 서명 암호화)의 경우, 스마트 카드(SC)는 먼저 필요한 이중 서명을 생성한다. 이중 서명은 충전 주문 정보(COI) 및 과금 정보(BI)가 포함한다. COI는 초기 응답 단계에서 수신된 PID, 거래 ID, CI, CR 및 MP를 포함한다. BI는 PID, TID, UID 및 MP를 포함한다. SC는 충전 요청(charging request, CReQ)을 준비한다. CReQ는 두 부분, 즉 방문 애그리게이터(VAG)에게로 전달되는 첫 번째 부분과 홈 공급자(HS)에게로 전달되는 두 번째 부분으로 구성된다. HS를 대상으로하는 두 번째 부분은 HS의 공공 키를 사용하여 암호화된다. 또한 SC는 CReQ 메시지에 타임 스탬프를 첨부한다.
그런 다음 SC는 충전 요청 메시지를 EVSE로 전송한다. 메시지는 EVSE에서 SM으로 전달된 다음 VAG로 전송되고 마지막으로 HS로 전달된다. 각 단계에서 CReQ 메시지는 수신자의 공공 키를 사용하여 암호화되고 발신자의 개인 키로 서명된다. 이러한 방식으로 CReQ 메시지를 보내면 CReQ는 통신 전체를 통해 안전하게 유지된다. 또한, UID는 VAG에 액세스할 수 없는 BI에만 포함되기 때문에, 운전자는 VAG에 익명으로 남아 있다. 또한, VAG는 PID가 실제 자동차 ID가 아니기 때문에 PID 정보를 사용하여 사용자를 추적할 수 없다. 그러나, 실제 자동차 ID와 PID 간의 매핑이 HS의 데이터베이스에서 발견되기 때문에, HS는 PID에 대응하는 실제 자동차 ID를 검색할 수 있다. 따라서 HS는 UID와 실제 자동차 ID를 사용하여 사용자를 인증하고, 사용자에게 과금할 수 있다. 또한, HS는 충전 정보에만 관련된 CI 및 CR을 보지 않는다. VAG 및 HS는 TID 및 PID를 사용하여 특정 충전을 고유하게 식별할 수 있다.
ERC(즉, 삼중 서명 암호화)의 경우, SC는 먼저 필요한 삼중 서명(triple signature, TS)을 생성한다. 삼중 서명은 충전 주문 정보(COI), 인가 정보(AI) 및 과금 정보(BI)의 세 부분으로 구성된 해시로부터 준비된다. 외부 애그리게이터/공급자는 운전자 정보에 대한 액세스 수준이 같으며 COI만 볼 수 있다. AI에는 BR에 의한 인가에 필요한 정보가 들어 있다. BR은 AI의 내용은 볼 수 있지만 COI 및 BI는 볼 수 없다. 반면에 BI는 홈 공급자만 볼 수 있다. COI은 가명 ID(PID), 거래 ID(TID), 충전 정보(CI), 충전 요금율(CR) 및 최대 지불(MP)을 포함한다. AI는 가명 ID(PID), 거래 ID(TID), 홈 공급자 ID(HSID) 및 최대 지불(MP)을 포함한다. BI는 가명 ID(PID), 거래 ID(TID), 사용자 ID(UID) 및 최대 지불(MP)을 포함한다.
그런 다음 SC는 외부 공급자에 대한 메시지(message to the external supplier, MtoES), 브로커에 대한 메시지(message to the broker, MtoBR) 및 주택 공급자에 대한 메시지(message to the home supplier, MtoHS)의 세 부분을 포함하는 충전 요청(CReQ)을 준비한다. BR 및 HS로가는 메시지의 부분들은 공유된 비밀 키 K1 및 K2로 암호화된다. 그런 다음 SC는 충전 요청 메시지를 EVSE로 전송한다.
그런 다음 CReQ가 EVSE에서 SM으로 전송되고, 다음으로 SM에서 외부 애그리게이터(EAG)로 전송되고, EAG에서 외부 공급자(ES)로 전송된다. CReQ가 ES에 도달하면, ES는 MtoBR || MtoHS를 BR에 보낸다. 반면 BR은 HS에 MtoHS를 전송한다. IRC의 케이스와 마찬가지로, 각 단계에서 CReQ 메시지는 수신자의 공공 키를 사용하여 암호화되고 발신자의 개인 키로 서명된다. 동일한 프로토콜에 따라, 오직 HS만이 사용자의 실제 정체를 알 수 있다. EAG, ES 및 BR은 사용자의 정체를 알 수 없다. 더욱이, HS의 ID가 AI에 내장되어 있고 AI는 BR에서만 액세스할 수 있기 때문에, EAG와 ES는 HS의 정체를 알 수 없다.
ES와 HS는 사용자 인가 및 지불 거래 목적을 위해 통신할 필요가 있다. 그러나, HS에 대한 ES의 정체를 밝히면 주택 공급자가 사용자 개인 정보를 침해할 수 있다. 따라서 잠재적인 개인 정보 침해를 피하기 위해 익명의 메시지 교환이 공급자 간에 사용된다. 위에서 설명한 방법은 익명성을 확보하고 공급자 간의 지불 거래를 원활하게 하기 위해 중첩 서명과 중개자로서의 BR에 의존한다. ES가 사용자로부터 CReQ 메시지를 수신하면, ES는 MtoES를 저장하고 MtoBR || MtoHS를 BR로 보낸다. BR이 ES로부터 MtoBR || MtoHS를 수신하면, BR은 MtoBR을 취하고 MtoHS를 HS로 보낸다. BR은 MtoBR의 AI정보에서 HS의 공급자 ID를 얻을 수 있다. 이 시점에서 BR은 ES와 HS의 실제 정체를 알게된다. 그러나, ES와 HS는 서로 알지 못한다.
관련 당사자가 각각 CReQ 메시지의 일부를 수신한 후 다음과 같이 인가가 수행된다. HS는 인가 응답(authorization response, AuthReS)으로 BR에 응답한다. 여기에는 "허용"또는 "거부"중 하나의 결정이 포함된다. 부인 방지를 위해, AuthReS는 HS가 서명한다. BR은 AuthReS를 받으면 HS로부터 시작된 AuthReS를 확인한다. 그런 다음 BR은 그것을 서명하고 ES로 보낸다.
모든 당사자(ES, BR 및 HS)는 CReQ 메시지 중에 PID || TID || MP를 수신했으므로, TID를 사용하여 특정 충전 세션을 고유하게 차별화할 수 있다. BR에서 서명한 AuthReS는 HS가 사용자를 인가했고 ES가 그 돈을 받을 것이라는 보증으로 ES가 취한다. 그런 다음 ES는 이를 되돌려 보낸다. 충전이 끝나면 운전자는 자신의 공공 키를 사용하여 전기 소비 보고서(electric consumption report, ECR)에 서명하고 EVSE로 보낸다. 모든 기관(EAG, ES, BR 및 HS)은 ECR 사본을 받는다. BR은 참조된 TID 번호를 사용하여 HS의 계좌에서 ES의 계좌로 돈을 이체한다. 한편 HS는 동일한 TID를 사용하여 사용자에게 지불을 청구한다. 이러한 방식으로, 인가 및 지불 거래는 ES 및 HS가 자신의 정체를 서로 밝히지 않고 수행된다.
본 발명은 전술한 실시 예들에 한정되지 않으며, 이하의 청구범위 내의 어느 하나 및 모든 실시 예들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (8)

  1. 전기 자동차를 전기 자동차 공급 장비에 연결하는 단계;
    전기 자동차의 운전자와 관련되는 운전자 특정 파라미터 세트를 상기 전기 자동차 공급 장비가 수신하는 단계 - 상기 운전자 특정 파라미터 세트는 운전자 식별 데이터, 운전자와 관련된 홈(home) 공급자를 나타내는 식별 데이터, 전기 자동차 식별 데이터, 요청된 전력량 및 충전 종료시간을 포함한다;
    운전자가 상기 전기 자동차 공급 장비에 대한 개인 권한 액세스를 갖는 홈 사용자(home user)인지를 상기 운전자 특정 파라미터 세트로부터 결정하는 단계;
    운전자가 홈 사용자로 결정되면 전기 자동차의 배터리를 충전하는 단계;
    운전자가 홈 사용자가 아닌 것으로 결정되면, 상기 전기 자동차 공급 장비의 소유자에게 통보 메시지를 전송하는 단계;
    상기 전기 자동차 공급 장비의 소유자로부터 인가 메시지를 수신하는 단계;
    인가 메시지가 전기 자동차의 운전자에게 게스트 사용자(guest user)로서 인가한 경우, 전기 자동차의 배터리를 충전하고 상기 전기 자동차 공급 장비의 소유자의 계좌로부터 그와 관련된 충전 요금을 인출하는 단계;
    인가 메시지가 유료로 전기 자동차의 운전자가 전기 자동차의 배터리를 충전하도록 인가한 경우, 전기 자동차의 운전자가 내부 로밍 충전 또는 외부 로밍 충전을 요청하는지를 결정하는 단계 - 상기 내부 로밍 충전은 운전자와 관련되지 않으나 운전자와 관련된 공급자 네트워크 내의 상기 전기 자동차 공급 장비에서 전기 자동차의 배터리를 충전하는 것을 포함하고, 상기 외부 로밍 충전은 운전자와 관련된 공급자 네트워크에 속하지 않은 상기 전기 자동차 공급 장비에서 전기 자동차 배터리를 충전하는 것을 포함한다; 및
    전기 자동차의 배터리를 충전하고 전기 자동차의 운전자의 계좌로부터 그와 관련된 충전 요금을 인출하는 단계 - 상기 충전 요금은 내부 충전 요금율 및 외부 충전 요금율로 구성된 그룹으로부터 선택된 충전 요금율로부터 결정되고, 상기 내부 충전 요금율은 상기 내부 로밍 충전에 적용되고 상기 외부 충전 요금율은 상기 외부 로밍 충전에 적용된다;
    를 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  2. 제1항에 있어서,
    전기 자동차의 운전자로부터 상기 전기 자동차 공급 장비로 충전 요청을 전송하는 단계를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  3. 제2항에 있어서,
    전기 자동차의 운전자가 상기 내부 로밍 충전을 요청하는 경우, 상기 충전 요청에 이중 서명 암호화를 적용하는 단계를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  4. 제3항에 있어서,
    제1암호화 프로토콜로 상기 충전 요청의 제1부분을 암호화하는 단계; 및
    제2암호화 프로토콜로 상기 충전 요청의 제2부분을 암호화하는 단계
    를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 요청의 상기 제1부분이 방문 애그리게이터(aggregator)에게 전송되는 단계 - 상기 충전 요청의 상기 제1부분은 충전 주문 정보를 포함한다; 및
    상기 충전 요청의 상기 제2부분이 운전자와 관련된 홈 공급자에게 전송되는 단계 - 상기 충전 요청의 상기 제2부분은 과금 정보를 포함한다;
    를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  6. 제2항에 있어서,
    전기 자동차의 운전자가 상기 외부 로밍 충전을 요청하면 상기 충전 요청에 삼중 서명 암호화를 적용하는 단계를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제1암호화 프로토콜로 상기 충전 요청의 제1부분을 암호화하는 단계;
    제2암호화 프로토콜로 상기 충전 요청의 제2부분을 암호화하는 단계; 및
    제3암호화 프로토콜로 상기 충전 요청의 제3부분을 암호화하는 단계
    를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 충전 요청의 상기 제1부분을 외부 애그리게이터에 전송하는 단계 - 상기 충전 요청의 상기 제1부분은 충전 주문 정보를 포함한다;
    상기 충전 요청의 상기 제2부분을 브로커에게 전송하는 단계 - 상기 충전 요청의 상기 제2부분은 인가 정보를 포함한다; 및
    상기 충전 요청의 상기 제3부분을 운전자와 관련된 홈 공급자에게 전송하는 단계 - 상기 충전 요청의 상기 제3부분은 과금 정보를 포함한다;
    를 더 포함하는 전기 자동차의 안전한 충전방법.
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