KR20190134374A - 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대가 가능하며 가정이나 지하 등의 벽부에 설치된 콘센트에 접속하여 전기차를 충전할 수 있고 서버와 무선 통신이 가능한 IoT 형 전기차 충전기에 관한 것으로,
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기는, 본체를 형성하는 케이스에 상용 전력에 접속되는 제1 접속 부재와 전기차의 충전 케이블이 접속되는 제2 접속 부재와 충전 제어 명령을 입력하고 충전 정보를 제공하는 디스플레이부가 구비되고, 본체 내부에는 충전 제어 모듈이 구비되며, 상기 충전 제어 모듈은, AC 입력부와, 상기 AC 입력부에서 입력되는 전력을 차단 또는 연결하는 차단부와, 상기 차단부를 매개로 상기 AC 입력부에 연결되는 콘센트부와, 상기 콘센트부의 전력선에 연결되는 전류 검출부와, 전기차에 충전되는 전력을 산출하는 충전전력 산출부와, 제어부에 시간 정보를 제공하는 타이머와, 운영서버와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제1 통신부와, 사용자 단말기와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제2 통신부, 및, 사용자의 요청에 따라 상기 차단부를 온오프 제어하여 상기 콘센트부에 연결된 전기차의 충전이 이루어지도록 제어하고, 충전을 위한 각종 정보를 상기 운영서버와 상기 사용자 단말기 전송하도록 상기 제1 통신부 및 상기 제2 통신부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기{Portable charger for electric vehicle}
본 발명은 전기차 충전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대가 가능하며 가정이나 지하 등의 벽부에 설치된 콘센트에 접속하여 전기차를 충전할 수 있고 서버와 무선 통신이 가능한 IoT 형 전기차 충전기에 관한 것이다.
일반적으로, 전기차는 가솔린 또는 디젤 이용 자동차보다 차량 내에 장착된 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제로 장기간 실용화되지 못하였다. 그러나, 최근 화석 에너지의 고갈과 환경오염으로 인해 화성 에너지를 사용하지 않고 전기 에너지를 이용하는 전기차에 대한 관심이 고조되면서 이에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 왔다.
한편, 이러한 전기차 보급에 가장 큰 애로 사항은 충전 인프라의 부족으로 알려지고 있다. 즉, 전기차의 수요가 증대하면서 전기차 이용자가 증가함에 따라 충전기의 설치 대수도 증가해야 함에도 불구하고 전기차 충전 인프라는 여전히 부족하여 전기차 보급 속도의 최대 저해 요인이 되고 있다.
따라서, 기존 전기차 충전 인프라를 대체할 수 있는 새로운 충전 인프라 확충 방안이 필요하다.
또한, 최근에는 사용자 스스로 전기차를 충전하는 무인 충전시스템이 일반화되고 있다. 전기차 무인 충전 시스템은 사용자가 직접 충전기를 조작하면서 사용하기에는 어려운 점이 있으며, 고장 등의 비상 상황을 실시간으로 파악하여 조치하는데도 어려움이 있는 실정이다. 또한, 충전에 따른 비용을 결제하고, 원격으로 충전 시스템이 최적의 조건에서 구동되도록 제어하는 데도 한계를 나타내고 있다.
또한, 무인 충전시스템을 운영하기 위해서는 충전기의 제어를 위하여 충전기와 함께 유무선의 통신설비가 시공되어야 하는데, 상기 유무선 통신설비를 시공하는 데도 많은 비용과, 인력, 시간 등이 요구된다.
또한, 종래 충전 인프라에 투입된 고정 설치형 입식 충전기는 크고, 무겁고, 고가일 뿐만 아니라 입식 충전기의 사이즈 및 무게에 따른 설치 공간 확보 및 설치 공간으로의 이동에 따른 비용 발생의 부담이 가중된다. 아울러, 충전기 설치를 위한 별도의 설치공사에 따른 비용도 동반되는 문제점이 있었다.
따라서, 기존의 입식 충전기 이외에 사용자가 휴대하면서 간편하게 전기차를 충전할 수 있는 저가의 휴대용 충전기 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 전기차 사용자가 상용 전원이 공급되는 어떠한 장소에서도 편리하게 전기차에 전력을 공급할 수 있도록 한 휴대용 전기차 충전기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 충전과 함께 과금되어 편리하게 사용할 수 있으며, 운영 및 유지 비용을 절감할 수 있는 IoT 형 전기차 충전기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 충전기와 사용자가 스마트 폰을 조작하여 충전기의 작동을 제어할 수 있도록 한 휴대용 전기차 충전기를 제어하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기는, 본체를 형성하는 케이스에 상용 전력에 접속되는 제1 접속 부재와 전기차의 충전 케이블이 접속되는 제2 접속 부재와 충전 제어 명령을 입력하고 충전 정보를 제공하는 디스플레이부가 구비되고, 본체 내부에는 충전 제어 모듈이 구비되며,
상기 충전 제어 모듈은, AC 입력부와, 상기 AC 입력부에서 입력되는 전력을 차단 또는 연결하는 차단부와, 상기 차단부를 매개로 상기 AC 입력부에 연결되는 콘센트부와, 상기 콘센트부의 전력선에 연결되는 전류 검출부와, 전기차에 충전되는 전력을 산출하는 충전전력 산출부와, 제어부에 시간 정보를 제공하는 타이머와, 운영서버와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제1 통신부와, 사용자 단말기와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제2 통신부, 및, 사용자의 요청에 따라 상기 차단부를 온오프 제어하여 상기 콘센트부에 연결된 전기차의 충전이 이루어지도록 제어하고, 충전을 위한 각종 정보를 상기 운영서버와 상기 사용자 단말기 전송하도록 상기 제1 통신부 및 상기 제2 통신부를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 충전 제어 모듈은 본체를 형성하는 케이스의 일측에 구비되며, 사용자가 소지한 카드로 충전에 대한 비용을 결제하는 카드 리더부를 더 포함하고, 상기 제어부는 카드 결제 요청 정보가 상기 운영서버에 전송되도록 상기 제1 통신부를 제어하도록 구성된다.
여기서, 상기 제1 통신부는 자원 할당의 최소 단위인 하나의 리소스 블록에 정보를 실어 전송하는 NB-IoT 통신모듈로 구성되고, 나아가, 상기 제1 통신부는 LTE 데이터 대역 사이에 존재하는 가드 대역의 리소스 블록에 정보를 실어 전송하는 NB-IoT 통신모듈로 구성될 수 있다.
본 발명은 상용 전원이 공급되는 어떠한 장소에서도 편리하게 전기차에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 충전과 함께 과금이 진행될 수 있어 편리하게 사용할 수 있으면서 운영 및 유지 비용이 절감된다.
또한, 본 발명은 사용자가 스마트 폰을 조작하여 충전기의 작동을 제어할 수 있어 사용자 편리성이 향상된다.
또한, 본 발명은 지하 주차장과 같이 통신 상태가 상대적으로 열악한 곳에서도 효율적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 전기차 충전기를 나타낸 사시도,
도 2는 본 실시예에 따른 전기차 충전기의 연결 구조를 나타낸 블록도,
도 3은 본 실시예에 따른 전기차 충전기의 주요 구성을 나타낸 블록도.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 후술되는 본 발명의 실시예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 전기차 충전기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 전기차 충전기의 연결 구조를 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 전기차 충전기의 주요 구성을 나타낸 블록도이다.
본 실시예의 충전기(100)는 본체를 형성하는 하우징(101)의 일 측부에 계통 전력에 접속되기 위한 전원 케이블(102)이 연결되고, 하우징(101)의 전면에는 전기차의 충전 케이블(미도시)이 접속되기 위한 충전 소켓(103)이 마련된다. 전원 케이블(102)은 계통 전력에 접속되는 제1 접속 부재를 형성하고, 충전 소켓(103)은 전기차가 접속되는 제2 접속 부재를 형성한다. 제2 접속 부재는 소켓 구조로 구성되는 것을 예시하였으나, 플러그 구조로 구성될 수도 있다.
또한, 충전기(100)는 전면에 충전을 위하여 사용자로부터 명령을 입력받고, 충전 진행 정보를 사용자에게 제공하는 디스플레이부(104)가 마련된다. 디스플레이부(104)는 충전기의 온오프, 충전량 등의 정보를 입력할 수 있는 사용자 선택 메뉴를 제공하고, 입력된 명령에 따라 충전을 진행하며 그 정보를 다시 사용자에게 제공한다.
상기와 같은 구성의 충전기(100)는 전원 케이블(102)이 인출 가능하도록 하우징(101) 내부에 수용되어 사용자가 쉽게 휴대 및 이동 가능하도록 구성되고, 가정이나 건물의 지하 주차장 등과 같이 220V의 상용 전원이 공급되는 콘센트가 설치된 모든 위치에서 사용될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 충전기(100)는 계통 전력(10)에 접속되어 계통 전력으로부터 공급되는 전류를 전기차(20)에 제공하여 충전이 이루어지도록 한다. 또한, 충전기(100)는 운영서버(30)와 무선 통신으로 연결되어 충전에 따른 과금 등이 이루어지고, 사용자 단말기(40)와 무선 통신으로 연결되어 사용자 단말기(40)의 조작으로 충전 제어가 이루어지도록 구성된다. 여기서 사용자 단말기는 스마트 폰일 수 있다.
충전기(100), 운영서버(30) 및 사용자 단말기(40)는 무선 통신수단으로 연결되는 네트워크를 구성한다. 하나의 운영서버(30)에는 다수의 충전기(100)가 연결될 수 있으며, 사용자 단말기(40)에는 전기차 충전 시스템이 어플리케이션 형태로 탑재되어 실행된다.
또한, 충전기(100)는 케이스(101) 내부에 충전과 디스플레이를 제어하는 회로가 인쇄회로 및 집적회로 형태로 구성되어 배치된다.
도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 본 실시예의 충전기(100)는 AC 입력부(120)와, AC 입력부(120)에서 입력되는 전력을 차단 또는 연결하는 차단부(121)와, 차단부(121)를 매개로 AC 입력부(120)에 연결되는 콘센트부(130)와, 콘센트부(130)의 전력선에 연결되는 전류 검출부(140)와, 전기차에 충전되는 전력을 산출하는 충전전력 산출부(150)와, 제어부에 시간 정보를 제공하는 타이머(160)와, 콘센트부(130)에 전기차가 연결될 때 자동차 배터리(50)에 충전이 이루어지도록 제어하는 제어부(110)와, 운영서버(30)와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제1 통신부(170)와, 사용자 단말기(40)와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제2 통신부(180)와, 비용을 결제하기 위한 카드 리더부(180)를 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 충전 시간, 충전 전력량 등의 정보를 임시 저장하기 위한 메모리가 더 구비될 수 있다.
AC 입력부(120)는 3상 4선식 전력선에 연결될 수 있으며, 계통으로부터 전력을 공급받아 전기차를 충전시킨다. 콘센트부(130)는 전기차의 플러그를 접속시켜 자동차 배터리(50)를 충전시킨다. 충전전력 산출부(150)는 전류 검출부(140)에서 검출되는 전류 정보와 타이머(160)의 시간 정보 등을 이용하여 자동차 배터리(50)에 충전되는 충전 전력량을 산출한다. 타이머(160)는 디스플레이부(104) 또는 사용자 단말기(40)에서 수신한(즉, 사용자가 요청한) 충전 요청 전력량 정보에 기초하여 충전에 수요되는 예상 시간과 충전 경과 시간 등의 정보를 산출한다.
제어부(110)는 사용자의 요청에 따라 차단부(121)를 온오프 제어하여 전기차의 충전이 진행되도록 제어한다. 즉, 제어부(110)는 콘센트부(130)에 전기차의 플러그가 접속되고, 디스플레이부(104) 또는 사용자 단말기(40)에서 충전 명령(즉, 사용자로부터 충전 요청)이 수신되면 차단부(121)를 온시켜 충전이 이루어지도록 하고, 충전전력 산출부(150)에서 산출되는 충전 전력량이 충전 요청 전력량 정보에 도달하면 차단부(121)를 오프시켜 충전을 종료한다. 이를 위한 제어부(110)는 충전전력 산출부(150)에서 제공되는 충전 전력량을 충전 요청 전력량과 실시간으로 비교한다.
또한, 제어부(110)는 운영서버(30) 및 사용자 단말기(40)와 충전을 위한 각종 정보를 송수신하도록 제1 통신부(170) 및 제2 통신부(180)를 제어한다. 즉, 제어부(110)는 충전이 진행되는 동안에도 충전된 전력량, 경과 시간 또는 잔여 충전 시간, 충전 완료 여부 등의 정보를 운영서버(30)나 사용자 단말기(40)에 전송한다.
또한, 제어부(110)는 카드 리더부(190)를 통하여 카드가 삽입되거나 접근될 때 카드 정보를 운영서버(30)로 제공하여 결제가 이루어지도록 한다. 즉, 카드 리더부(190)를 감시하여 카드가 삽입되면, 결제를 위하여 운영서버(40)에 카드 승인을 요청한다. 충전 전력량 정보와 카드 승인 요청 등의 정보는 제1 통신부(170)를 통하여 운영서버(30)에 전송된다.
제1 통신부(170)는 운영서버(30)에 충전 및 카드 정보를 전송하는 통신망으로, 스마트 폰과 같은 무선 단말기의 통신을 위하여 설치된 통신망을 이용할 수 있는 통신모듈로 구성된다.
일 예로, 제1 통신부(170)는 LTE 통신망을 이용하여 통신이 가능한 IoT (Internet of Thing) 모듈로 구성될 수 있으며, 특히, NB-IoT(Narrow Band IoT) 모듈로 구성된다. NB-IoT 모듈은 소량의 정보를 간헐적으로 전송하는 통신 방식으로, 본 발명과 같이 충전기(100)의 충전 정보를 운영서버(40)로 전송하기 위한 통신모듈에 적용될 때, 저렴한 비용으로 정보를 전송할 수 있어 최적의 효율로 운영서버(40)와 정보 송수신이 이루어질 수 있다.
일반적으로 LTE 통신망을 이용한 IoT 모듈의 정보 전송은 주 데이터 라인에 의하여 이루어지며, 이 경우 대량의 정보 전송이 가능하고 정보 전송 속도가 빠른 장점이 있으나 정보 전송에 따른 비용이 비싼 단점이 있다.
반면, NB-IoT 모듈은 자원 할당의 최소 단위인 리소스 블록(Resource Block) 하나에 해당하는 180kHz 대역폭을 활용하여 저용량의 정보를 전송하는 방식이다. 따라서 운영서버(40)와 충전기(100) 사이에는 충전 전력량 정보, 과금 정보 등과 같이 단순한 저용량의 정보가 간헐적으로 전송되므로, NB-IoT 모듈로 구성되는 제1 통신부(170)는 하나의 운영서버(40)가 다수의 충전기(100)를 수용하면서 이들 사이에 정보의 송수신이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.
또한, NB-IoT 모듈을 이용한 상기 통신부(170)는 LTE 주파수 밴드에 정의된 가드 대역(Guard band)의 리소스 블록을 이용하여 정보를 전송하도록 구성된다. LTE 주파수 밴드에는 통상의 데이터를 전송하는 LTE 데이터 대역(Regular LTE Data band) 사이에 이들의 간섭을 방지하기 위한 180kHz 대역폭의 가드 대역이 삽입된다. 따라서 제1 통신부(170)는 LTE 통신의 가드 대역을 이용하여 정보를 전송함으로써, LTE 데이터에 간섭되지 않으면서 저전력으로 정보를 전송할 수 있는 장점이 있다.
또한, NB-IoT 모듈은 무선 신호가 단순화되어 전송 거리가 더 늘어나므로, 기존에는 무선 신호가 연결되지 않았던 위치에서도 정보 송수신이 이루어질 수 있다. 따라서 제1 통신부(170)는 건물의 지하 주차장과 같은 위치에서도 충전기(100)가 운영서버(30)와 효율적인 정보 전송이 이루어지도록 한다.
제2 통신부(180)는 사용자 단말기(40)로부터 충전 명령 등의 정보를 수신하고, 충전 진행 등의 정보를 송신하는 구성으로, 근거리 무선 통신수단을 구성된다. 일 예로, 제2 통신부(180)는 블루투스 모듈로 구성될 수 있으며, 사용자는 사용자 단말기(40)에서 실행되는 전기차 충전 제어용 애플리케이션으로 충전기(100)를 제어한다.
카드 리더부(190)는 충전기(100)의 일측에 구비되어 사용자가 소지한 체크카드나 신용카드를 이용하여 사용자에 의하여 직접 결제가 이루어지도록 하는 구성이다. 카드 리더부(190)는 마그네틱, 칩 또는 RF 방식의 카드를 읽을 수 있는 리더기로 구성되며, 카드 리더부(190)에서 수집되는 정보는 제1 통신부(170)를 통하여 운영서버(40)에 제공되어 충전에 대한 비용 결제가 이루어지도록 한다. 충전에 따른 결제는 사용자 단말기에서 실행되는 전기차 충전 제어용 애플리케이션에 의하여 이루어질 수도 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
100 : 충전기
110 : 제어부 120 : AC입력부
130 : 콘센트부 140 : 전류 검출부
150 : 충전전력 산출부 160 : 타이머
170 : 제1 통신부 180 : 제2 통신부
190 : 카드 리더부
30 : 운영서버 40 : 사용자 단말기

Claims (4)

  1. 본체를 형성하는 케이스에 상용 전력에 접속되는 제1 접속 부재와 전기차의 충전 케이블이 접속되는 제2 접속 부재와 충전 제어 명령을 입력하고 충전 정보를 제공하는 디스플레이부가 구비되고, 본체 내부에는 충전 제어 모듈이 구비되며,
    상기 충전 제어 모듈은,
    AC 입력부;
    상기 AC 입력부에서 입력되는 전력을 차단 또는 연결하는 차단부;
    상기 차단부를 매개로 상기 AC 입력부에 연결되는 콘센트부;
    상기 콘센트부의 전력선에 연결되는 전류 검출부;
    전기차에 충전되는 전력을 산출하는 충전전력 산출부;
    제어부에 시간 정보를 제공하는 타이머;
    운영서버와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제1 통신부;
    사용자 단말기와 연결되어 각종 정보를 전송하는 제2 통신부; 및,
    사용자의 요청에 따라 상기 차단부를 온오프 제어하여 상기 콘센트부에 연결된 전기차의 충전이 이루어지도록 제어하고, 충전을 위한 각종 정보를 상기 운영서버와 상기 사용자 단말기 전송하도록 상기 제1 통신부 및 상기 제2 통신부를 제어하는 제어부;를 포함하는, 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전 제어 모듈은,
    본체를 형성하는 케이스의 일측에 구비되며, 사용자가 소지한 카드로 충전에 대한 비용을 결제하는 카드 리더부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 카드 결제 요청 정보가 상기 운영서버에 전송되도록 상기 제1 통신부를 제어하도록 구성되는, 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 통신부는,
    자원 할당의 최소 단위인 하나의 리소스 블록에 정보를 실어 전송하는 NB-IoT 통신모듈로 구성되는, 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 통신부는,
    LTE 데이터 대역 사이에 존재하는 가드 대역의 리소스 블록에 정보를 실어 전송하는 NB-IoT 통신모듈로 구성되는, 휴대 가능한 IoT 형 전기차 충전기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220050260A (ko) * 2020-10-15 2022-04-25 국민대학교산학협력단 배터리 관리 시스템을 구비한 전기 자동차 충전 시스템
KR20220059218A (ko) 2020-11-02 2022-05-10 명지대학교 산학협력단 매우 넓은 충전 전압 범위를 가지는 배터리 충전기

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