KR20190134881A - IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템 - Google Patents

IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차 충전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IoT망을 이용하여 충전기와 관제서버 사이의 통신이 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 다수의 충전기에 대한 통합 관제 및 원격 제어가 가능하도록 하고, IoT망을 이용한 통신은 충전기에 탈부착되는 IoT통신장치에 의해 이루어지도록 함으로써, 통신환경에 대한 업그레이드 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 충전기의 고장, 고장에 대한 예측, 기타 이상 증상에 대한 인지가 가능하도록 함으로써 충전기에 대한 신속하고 효율적인 관리가 이루어질 수 있도록 하는 IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템에 관한 것이다.

Description

IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템{An Electric Vehicle Charging System Possible of Remote Control Using IoT Network}
본 발명은 전기차 충전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IoT망을 이용하여 충전기와 관제서버 사이의 통신이 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 다수의 충전기에 대한 통합 관제 및 원격 제어가 가능하도록 하고, IoT망을 이용한 통신은 충전기에 탈부착되는 IoT통신장치에 의해 이루어지도록 함으로써, 통신환경에 대한 업그레이드 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 충전기의 고장, 고장에 대한 예측, 기타 이상 증상에 대한 인지가 가능하도록 함으로써 충전기에 대한 신속하고 효율적인 관리가 이루어질 수 있도록 하는 IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템에 관한 것이다.
최근 들어 환경 유해 가스 저감을 위한 노력의 일환으로 종래의 화석 연료 자동차를 대신할 친환경 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.
친환경 자동자의 하나인 전기자동차는 차량 내부에 전기를 충전할 수 있는 배터리가 구비되고, 배터리에 충전된 전기의 힘으로 차량 모터를 구동하여 운행하는 자동차이다.
종래의 화석 연료 자동차가 주유소 등과 같은 시설에서 연료를 주입하는 것과 마찬가지로 전기자동차 역시 전기 충전 스테이션(예컨대, 충전기)에서 배터리에 전기를 충전하여 운행한다.
다만, 전기자동차는 아직 화석 연료 자동차에 비해 그 비중이 크게 늘지 못하고 있고, 이는 전기자동차 충전소의 부족과 1회 충전에 따른 전기자동차의 주행거리가 크게 늘지 못하고 있음에 일정 부분 원인이 있으며, 이에 따라 전기자동차를 운행하는 운전자도 지속적인 충전의 어려움을 겪고 있는 실정이다.
또한, 전기자동차의 충전소나 충전기를 관리할 수 있는 시스템이 부재하여 원활한 관리가 이루어지고 있지 않으며, 충전기의 고장이나 성능저하, 혼잡한 상황 등에 제대로 대처하지 못하여 그나마 부족한 충전소도 제대로 이용할 수 없는 상황이다. 더불어, 충전소나 충전기를 관리하기 위해서는 상태 정보를 송수신할 수 있는 통신시스템이 필수적인데 종래에는 아래 특허문헌과 같이 모뎀을 이용하거나 건물의 인터넷 라인 등을 이용함에 따라 통신비가 과도하게 부과되고, 설치 및 관리에 많은 비용과 시간이 소모되어 충전소의 운영과 관리에 어려움이 발생하는 문제가 있었다.
(특허문헌)
등록특허공보 제10-1338003호(2013. 12. 02. 등록) "전기자동차 충전을 위한 전력선 통신 모뎀 및 전력선 통신 시스템"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 저렴한 비용으로 다수의 충전기에 대한 통합 관제 및 원격 제어가 가능하도록 하고, 통신환경에 대한 업그레이드 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 전기차 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 충전기에 대한 신속하고 효율적인 관리가 가능하도록 하는 전기차 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 대기 상태에서의 전기 누출 및 전자파에 의한 피해를 방지할 수 있도록 하는 전기차 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 충전기의 고장 등이 발생한 경우에도 사용자의 불편을 최소화할 수 있도록 하는 전기차 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 충전기의 사용에 대한 혼잡을 해소하고, 충전시스템 운영에 대한 수익 또한 극대화할 수 있도록 하는 전기차 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템은 일정 위치에 설치되어 전기차를 충전하는 충전기와; 상기 충전기에 탈착 가능하도록 결합되어 충전기와 관제서버 사이에서 무선으로 정보를 송수신하는 IoT통신장치와; 상기 IoT통신장치와 무선으로 정보를 송수신하여 충전기의 상태를 관리하고 원격 제어가 가능하도록 하는 관제서버;를 포함하고, 상기 IoT통신장치는 IoT전용망을 이용하여 정보를 송수신하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 충전기에 관한 정보를 실시간으로 수신하여 감시하는 충전기상태감시부와, 상기 충전기로부터 전기차에 공급되는 전력공급량에 따라 충전기의 고장을 검출하는 고장검출부를 포함하고, 상기 고장검출부는 복수 충전기에서의 전력공급량을 수신하는 전력공급량수신모듈과, 각 충전기의 설정정보에 따라 전력공급량을 조정하는 전력공급량조정모듈과, 각 충전기의 보정된 공급량이 일정 범위를 벗어나는 경우 충전기에 이상이 있다고 판단하는 충전이상검출모듈을 포함하며, 상기 충전이상검출모듈은 각 충전기의 조정된 전력공급량을 평균하여 평균값을 산정하는 평균공급량산출모듈과, 평균 공급량이 일정 범위를 벗어나는 경우 고장이 의심된다는 신호를 출력하는 고장의심출력모듈과, 고장이 의심된다는 신호가 출력된 경우 조정된 전력공급량이 일정 시간 이상 평균공급량의 일정 범위를 벗어나는 경우 고장을 확정하여 알리는 고장확정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 상기 고장검출부에서 고장이 검출되지는 않았으나 고장이 예측된다는 신호를 생성하는 고장예측부를 포함하고, 상기 고장예측부는 각 충전기에서 출력되는 전력공급량과 정상상태에서의 전력공급량을 비교하여 변화량을 산출하는 공급변화량산출모듈과, 산출된 변화량이 설정된 기준값을 벗어나는 경우 일정 기간 내에 고장이 발생한다는 예측 신호를 생성하는 고장예측생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 상기 고장예측부에서 고장 발생이 예측된다는 신호가 출력되지 않은 경우, 일정 기간 전력공급량의 변화율을 분석하여 충전기에 이상이 있다는 신호를 생성하는 이상인지부를 포함하고, 상기 이상인지부는 일정 기간 동안 충전기에서 공급되는 전력공급량을 단위 기간별로 나누어 변화율을 산출하는 변화율확인모듈과, 산출된 변화율이 기준치를 벗어나는 경우 충전기가 정상이 아닌 상태에 있다는 신호를 생성하는 이상정보생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 대기 상태에서의 충전기 이상을 감지하는 대기전력감시부를 포함하고, 상기 대기전력감시부는 충전기의 전력공급량 중 대기 상태에서의 전력공급량을 선별하는 대기전력공급량검출모듈과, 대기 상태에서의 전력공급량이 기준값을 초과하는 경우 충전기 이상 신호를 출력하는 충전기이상감지모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 충전기에서 발생되는 전자파를 감시하는 전자파감시부를 포함하고, 상기 전파감시부는 상기 충전기로부터 측정된 전자파의 양에 관한 정보를 수신하는 전자파정보수신모듈과, 수신된 전자파의 양이 일정값을 초과하는 경우 충전기의 충전속도를 낮추는 충전속도조정모듈과, 충전속도의 조정에도 전자파의 양이 줄지 않는 경우 충전기의 작동을 일시적으로 중지시키는 일시정지모듈과, 일시정지되고 일정 시간이 경과한 후에도 발생되는 전자파의 양이 줄지 않는 경우 충전기를 비활성화하는 비활성화모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 충전기의 고장, 비활성화 발생시 충전기에 의한 충전정보를 비상용충전기에 연동시켜 비상용충전기에 의한 충전이 가능하도록 하는 비상충전기연동부를 포함하고, 상기 비상충전기연동부는 고장, 비활성화가 발생한 충전기 주변의 비상용충전기를 검색하는 충전기검색모듈과, 검색된 비상용충전기에 현재 충전중인 충전정보를 연동시키는 충전정보연동모듈과, 연동된 비상용충전기의 위치를 사용자에게 전송하는 위치정보송신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 사용자단말기에 의한 제어에 따라 충전기의 작동을 조절하는 충전제어부를 포함하고, 상기 충전제어부는 충전을 개시하는 충전개시모듈, 충전을 종료하는 충전완료모듈, 고장 또는 이상 발생시 충전기의 작동을 중단하는 충전중단모듈, 충전시 충전속도를 조절하는 충전속도설정모듈을 포함하며, 상기 충전속도설정모듈은 충전기가 연결된 전력공급원에 현재 부하상태에 관한 정보를 요청하는 부하정보요청모듈과, 부하상태에 따라 충전속도를 결정하는 충전속도결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 각 충전기에 대한 예약이 이루어지도록 하는 충전예약부를 포함하고, 상기 충전예약부는 각 충전기의 상태를 표시하는 충전기상태표시모듈과, 충전할 충전기가 선택되는 충전기선택모듈과, 선택된 충전기의 예약할 시간을 설정하는 예약시간선택모듈과, 선택된 예약시간의 단가를 표시하는 단가표시모듈을 포함하며, 상기 단가표시모듈은 예측되는 충전기 사용량에 따라 단가를 설정하여 표시하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 관제서버는 특정 시간대의 충전기 사용량을 예측하는 충전기사용량예측부를 포함하고, 상기 충전기사용량예측부는 충전기 사용량을 예측하는 신경망을 구축하는 신경망구축부와, 사용량 예측에 필요한 입력 변수들을 수집하는 입력변수수집부와, 수집된 입력변수들을 구축된 신경망에 입력하여 특정 시간대의 충전사용량을 출력하는 사용량출력부를 포함하며, 상기 신경망구축부는 월, 요일, 기온, 기상상태, 시간대에 관한 정보를 신경망의 변수로 입력하는 변수입력모듈과, 신경망에 임의의 가중치를 설정하는 가중치설정모듈과, 설정된 가중치에 따라 신경망으로부터 전력사용량에 관한 정보가 출력되도록 하는 전력사용량출력모듈과, 출력된 전력사용량과 실제 전력사용량 사이의 오차를 산출하는 오차산출모듈과, 오차가 일정 범위 이하가 될 때까지 가중치를 갱신하는 가중치갱신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 충전예약부는 사용자의 차량 배터리에 관한 정보를 수신하는 배터리정보수신모듈과, 선택된 충전기의 속도에 관한 정보를 수신하는 충전기정보수신모듈과, 배터리의 전력 잔량 및 충전기 속도에 따라 예상 종료시간을 산출하는 예상종료시간산정모듈과, 설정된 단가와 예상종료시간에 따라 예상결제액을 계산하여 표시하는 예상결제액표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 충전기상태표시모듈은 각 충전기의 충전가능, 충전중, 예약중, 정지중, 점검중 중 하나의 상태를 표시하는 가능여부표시모듈과, 충전기가 충전중이거나 예약중인 경우 각 충전기의 충전종료시간 또는 예상종료시간을 표시하는 가능시간표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기차 충전시스템에 있어서, 상기 IoT통신장치는 충전기를 연결하는 충전기연결부와, 관제서버와 무선으로 정보를 송수신하는 무선송수신부와, 무선송수신부의 주파수 대역을 변경하는 주파수대역변경부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 IoT망을 이용하여 충전기와 관제서버 사이의 통신이 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 다수의 충전기에 대한 통합 관제 및 원격 제어가 가능하도록 하고, IoT망을 이용한 통신은 충전기에 탈부착되는 IoT통신장치에 의해 이루어지도록 함으로써, 통신환경에 대한 업그레이드 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 충전기의 고장, 고장에 대한 예측, 고장이 아닌 이상에 대한 인지가 가능하도록 함으로써 충전기에 대한 관리가 신속하고 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 대기 상태에서의 전기 누출과 과도한 전자파의 발생을 감시하도록 함으로써 이에 의한 피해를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 충전기의 고장 등이 발생한 경우에도 이동이 가능한 비상용충전기를 통해 대체 충전이 이루어지도록 함으로써, 사용자의 불편을 최소화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 특정 시간대의 충전기 사용량을 예측하여 이에 따른 충전단가가 설정될 수 있도록 함으로써 충전기의 사용에 대한 혼잡을 해소하고 원활한 운영이 가능하도록 하며, 충전시스템 운영에 대한 수익 또한 극대화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전시스템의 구성도
도 2는 도 1의 관제서버의 구성을 나타내는 블럭도
도 3은 도 2의 정보등록부의 구성을 나타내는 블럭도
도 4는 도 2의 실시간모니터링부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 도 4의 충전이상검출모듈의 구성을 나타내는 블럭도
도 6은 도 4의 대기전력감시부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 4의 전자파감시부의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 2의 비상충전기연동부의 구성을 나타내는 블럭도
도 9는 도 2의 충전제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 10은 도 2의 충전예약부의 구성을 나타내는 블럭도
도 11은 도 2의 충전기사용량예측부의 구성을 나타내는 블럭도
도 12는 도 11에 의해 구축된 신경망의 일 예를 나타내는 참고도
도 13은 도 2의 데이터수집부의 구성을 나타내는 블럭도
도 14는 도 1의 충전기의 구성을 나타내는 블럭도
도 15는 충전기와 IoT통신장치의 결합예를 나타내는 참고도
도 16은 도 1의 IoT통신장치의 구성을 나타내는 블럭도
도 17은 이동형충전기의 일 예를 나타내는 참고도
이하에서는 본 발명에 따른 IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 IoT망을 활용한 원격제어기능을 갖는 전기차 충전시스템을 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명하면, 상기 전기차 충전시스템은 일정 위치에 설치되어 전기차를 충전하는 충전기(2)와; 상기 충전기(2)에 탈착 가능하도록 결합되어 충전기(2)와 관제서버(1) 사이에서 무선으로 정보를 송수신하는 IoT통신장치(3)와; 상기 IoT통신장치(3)와 무선으로 정보를 송수신하여 충전기(2)의 상태를 관리하고 원격 제어가 가능하도록 하는 관제서버(1)와; 충전기(2)의 이상 발생시 대체 충전이 가능하도록 이동식으로 형성되는 비상용충전기(4)와; 관제서버(1)로부터 충전기(2)에 관한 정보를 수신하고 충전기(2)에 대한 제어 명령을 입력할 수 있도록 하는 사용자단말기(5)와; 충전기(2)에 관한 정보를 송수신하여 충전기(2)를 관리할 수 있도록 하는 관리자단말기(6)를 포함한다.
본 발명에 따른 전기차 충전시스템은 IoT망을 이용하여 충전기(2)와 관제서버(1) 사이에 통신이 이루어지도록 함으로써 통신망 구축을 위한 비용을 줄이고 저렴한 통신비용으로 정보의 송수신이 가능하도록 한다. 바람직하게는 LoRa망을 이용하여 통신이 이루어지도록 하며, LoRa망과 연결되는 IoT통신장치(3)는 충전기(2)에 탈착 가능하도록 구성되어 통신 환경의 변화에 쉽게 대응할 수 있고, 고장 및 오류로 인한 유지보수도 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 전기차 충전시스템은 실시간으로 충전기(2)에 대한 정보를 송수신하도록 하면서, 충전기(2)의 고장 및 다양한 이상 현상에 대한 감시가 가능하도록 하고, 비상시에는 이동이 가능한 비상용충전기(4)에 의해 충전이 가능하도록 함으로써 이상이 발생하는 경우에도 사용자의 불편을 최소화할 수 있도록 한다. 충전소 및 충전기의 숫자가 부족한 상황에서 고장 등에 대한 신속한 대처는 충전시스템의 운영에 매우 중요한 사항이라 할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 전기차 충전시스템은 일정 시점의 충전기사용량을 예측하여 이에 따른 충전단가가 책정되도록 함으로써 각 충전기에 대한 혼잡을 분산시키고 충전시스템 운영에 따른 이익 또한 극대화될 수 있도록 하고, 충전 예약시에는 배터리 및 충전기의 정보를 이용하여 충전 종료시간을 산정하도록 함으로써 사용자의 편의성과 충전시스템의 운영 효율성을 높일 수 있도록 한다.
상기 관제서버(1)는 충전기(2)에 관한 정보를 수신하여 상태를 감시하고, 충전기(2)의 작동에 관한 제어신호를 충전기(2)로 전달하여 원격제어가 이루어지도록 하는 구성으로, 더욱 정확하게는 상기 IoT통신장치(3)와의 무선 통신을 통해 정보를 송수신하도록 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 관제서버(1)는 IoT망을 이용하여 정보를 송수신함에 따라 저렴한 비용으로 감시 및 제어에 필요한 다양한 정보들을 송수신할 수 있게 된다. 상기 관제서버(1)는 충전기 및 사용자에 관한 정보를 등록하는 정보등록부(10), 충전기(2)의 상태를 실시간으로 감시하는 실시간모니터링부(11), 충전기(2)의 이상 발생시 비상용충전기(4)에 의해 대체 충전이 가능하도록 하는 비상충전기연동부(12), 충전기의 작동을 제어하는 충전제어부(13), 충전을 예약하는 충전예약부(14), 일정 시간대의 충전기(2) 사용량을 예측하는 충전기사용량예측부(15), 충전 비용을 정산 및 결제하는 정산결제부(16), IoT통신장치(3)와 무선통신을 실시하는 무선통신부(18), 각 사용자의 차량 배터리와 정보를 송수신하는 BMS연동부(19)를 포함할 수 있다.
상기 정보등록부(10)는 충전기 및 사용자에 대한 정보를 등록하는 구성으로, 충전기등록부(101) 및 사용자등록부(102)를 포함한다.
상기 충전기등록부(101)는 충전기(2)가 위치한 충전소에 대한 정보를 등록하는 충전소정보등록모듈(101a)과, 충전기(2)에 대한 정보를 등록하는 충전기정보등록모듈(101b)을 포함할 수 있으며, 충전소정보등록모듈(101a)은 충전소의 운영기관, 위치, 충전기의 대수 등에 관한 정보를 등록하고, 충전기정보등록모듈(101b)은 충전기의 사양, 충전속도, 위치 등에 관한 정보를 등록하도록 할 수 있다. 따라서, 상기 충전기등록부(101)는 충전소 및 충전기별로 관리 및 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 사용자등록부(102)는 충전시스템을 이용하는 사용자의 정보를 등록하는 구성으로, 사용자를 식별하기 위한 ID 등의 정보를 등록하는 사용자식별정보저장모듈(102a), 사용자의 단말기 정보를 등록하는 사용자단말정보저장모듈(102b), 사용자의 차량 배터리 정보를 등록하는 사용자배터리정보저장모듈(102c)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 사용자등록부(102)는 사용자를 식별하여 각 사용자에 대한 충전정보의 관리와 과금 등이 이루어지도록 할 수 있고, 충전에 관한 정보를 등록된 사용자단말기(5)를 통해 제공할 수 있으며, 사용자단말기(5)의 제어에 따라 충전기(2)가 작동하도록 할 수 있고, 사용자의 차량 배터리로부터 정보를 수신하여 충전 예약, 충전 등의 기초정보로 이용되도록 할 수 있다.
상기 실시간모니터링부(11)는 충전기(2)의 상태를 실시간으로 감시하는 구성으로, 충전기(2)의 전력공급량, 예약정보, 이상정보 등에 따라 충전기(2)의 현재 상태를 파악하여 제공하도록 할 수 있고, 충전기(2)의 다양한 이상 정보를 검출하여 확인하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 실시간모니터링부(11)는 도 4에 도시된 바와 같이 충전기상태감시부(111), 고장검출부(112), 고장예측부(113), 이상인지부(114), 대기전력감시부(115), 전자파감시부(116)를 포함할 수 있다.
상기 충전기상태감시부(111)는 충전기(2)의 현재 상태를 감시하는 구성으로, 통신이상확인모듈(111a), 상태정보수신모듈(111b), 상태정보전송모듈(111c)을 포함할 수 있다.
상기 통신이상확인모듈(111a)은 각 충전기(2)와의 통신상태를 확인하는 구성으로, 상태를 확인하기 위한 신호를 각 충전기(2)로 송신하도록 할 수 있으며, 이에 대한 응답신호를 수신하여 통신의 이상 여부, 통신 상태의 저하 여부 등을 확인하도록 할 수 있다.
상기 상태정보수신모듈(111b)은 각 충전기(2)의 상태에 관한 정보를 수신하는 구성으로, 충전기(2)로부터 전력공급량에 대한 정보를 수신하여 현재 대기 상태인지, 충전 중인지 등에 관한 상태를 파악할 수 있으며, 상기 충전예약부(14)에 의해 예약되는 정보에 따라 예약중인지 여부도 파악할 수 있도록 하고, 고장 등의 여부에 따라 작동이 중단중인지, 점검중인지 등에 관한 상태도 파악할 수 있도록 한다.
상기 상태정보전송모듈(111c)은 상태정보수신모듈(111b)에 의해 파악된 정보에 따라 충전기(2)의 상태에 관한 정보를 전송하는 구성으로, 사용자단말기(5)와 관리자단말기(6)로 전송하도록 할 수 있으며, 별도의 디스플레이를 통해 충전소 및 충전기에 관한 정보가 표시되도록 할 수도 있다.
상기 고장검출부(112)는 각 충전기(2)로부터 전기차로 공급되는 전력공급량을 비교하여 충전기(2)의 고장을 검출할 수 있도록 하는 구성으로, 각 충전기(2)의 사양 및 설정정보에 따른 차이를 배제하기 위하여 전력공급량 정보를 조정하여 비교하도록 한다. 이를 위해, 상기 고장검출부(112)는 전력공급량수신모듈(112a), 전력공급량조정모듈(112b), 충전이상검출모듈(112c)을 포함할 수 있다.
상기 전력공급량수신모듈(112a)은 각 충전기(2)로부터 전력공급량에 관한 정보를 수신하는 구성으로, 일정 시간 동안에 공급되는 전력량에 관한 정보를 수신하도록 한다.
상기 전력공급량조정모듈(112b)은 각 충전기(2)로부터 수집되는 전력공급량에 관한 정보를 동일한 조건 하에서 비교가 가능하도록 하기 위해 조정하는 구성으로, 각 충전기(2)의 실제 작동시간과 충전속도 등에 관한 정보를 이용하여 동일한 작동시간에서 동일한 충전속도를 기준으로 전력공급량을 비교할 수 있도록 한다. 예를 들어 일 충전기의 충전속도와 충전작동시간이 타 충전기보다 각각 2배인 경우에는 전력공급량을 4로 나누어 전력공급량의 비교에 사용하도록 한다.
상기 충전이상검출모듈(112c)은 상기 전력공급량조정모듈(112b)에 의해 조정된 전력공급량을 이용하여 충전기(2)의 고장을 검출하는 구성으로, 각 충전기(2)의 전력공급량이 일정 범위를 벗어난 경우 고장으로 검출하도록 할 수 있으며, 바람직하게는 주변 조건에 의한 영향을 최소화하기 위해 동일 지역 또는 동일 충전소 내의 충전기(2) 간에 비교가 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 충전이상검출모듈(112c)은 고장 검출의 정확성을 높이기 위해 평균공급량을 이용하도록 하며, 일정 시간 이상 범위를 벗어나는 경우에 고장으로 검출하도록 한다. 이를 위해, 상기 충전이상검출모듈(112c)은 평균공급량산출모듈(112c-1), 고장의심출력모듈(112c-2), 고장확정모듈(112c-3)을 포함할 수 있다.
상기 평균공급량산출모듈(112c-1)은 상기 전력공급량조정모듈(112b)에 의해 조정된 각 충전기(2)의 전력공급량을 평균하여 평균값을 산출하는 구성으로, 일정 지역 또는 일정 충전소 내의 충전기(2)들의 전력공급량 평균값을 산출하도록 할 수 있다.
상기 고장의심출력모듈(112c-2)은 특정 충전기(2)의 조정된 전력공급량이 산출된 평균값에서 일정 범위를 벗어나는 경우 고장의 의심된다는 신호를 출력하는 구성으로, 일정 시간 동안 전력공급량의 추적이 이루어지도록 한다.
상기 고장확정모듈(112c-3)은 고장의심출력모듈(112c-2)에 의해 고장이 의심된다는 신호가 출력된 경우, 해당 충전기(2)의 전력공급량을 일정 시간 동안 추적하도록 하고, 일정 시간 이상 평균값에서 일점 범위를 벗어나는 경우 고장을 확정하여 이에 대한 신호를 사용자단말기(5) 및 관리자단말기(6)로 전송할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 고장확정모듈(112c-3)은 전력공급량의 이상이 일정 시간 이상 지속되는 경우에만 고장으로 검출하여 순간적인 오작동으로 인한 오류를 배제하여 고장 검출의 정확성을 높이도록 할 수 있다. 또한, 고장 확정 신호에 의해 충전기(2)의 작동이 중단되도록 할 수 있으며, 충전 중이던 충전정보를 비상용충전기(4)에 연동시켜 충전이 계속되도록 할 수 있다.
상기 고장예측부(113)는 상기 고장검출부(112)에서 고장이 검출되지는 않았으나 일정 기간 내에 고장이 발생할 위험이 있다는 신호를 생성하는 구성으로, 공급변화량산출모듈(113a), 고장예측생성모듈(113b)을 포함할 수 있다.
상기 공급변화량산출모듈(113a)은 상기 충전기(2)로부터 수신되는 일정 시간대의 전력공급량과 기설정된 정상 상태에서의 전력공급량을 비교하여 그 변화량을 산출하도록 한다.
상기 고장예측생성모듈(113b)은 상기 공급변화량산출모듈(113a)에서 산출된 변화량이 기 설정된 기준값을 초과하는 경우 일정 기간 내에 고장이 발생한다는 신호를 생성하는 구성으로, 여기서 기준값은 정상상태에서 일정 기간이 지난 후에 고장이 발생한다는 것을 수치화한 것을 의미한다. 상기 기준값은 반복된 실험 데이터로 설정될 수 있으며, 일 예로 정상상태에서의 전력공급량이 20%로 설정되고 15일 이내에 고장이 발생할 기준값이 5%로 설정되어 있는데, 측정된 전력공급량이 24%인 경우에는 정상 상태와의 차이가 4%로 기준값 5% 이하이므로, 15일 이내에 고장이 발생할 수 있다는 신호를 출력하게 된다.
상기 이상인지부(114)는 상기 고장예측부(113)에서 고장이 예측된다는 신호가 출력되지 않았으나, 충전기(2)의 기능 저하가 의심되는 이상을 인지하여 이에 관한 신호를 출력하는 구성으로, 전력공급량의 변화율을 분석하도록 한다. 이를 위해, 상기 이상인지부(114)는 변화율확인모듈(114a)과 이상정보생성모듈(114b)을 포함할 수 있다.
상기 변화율확인모듈(114a)은 일정 기간 동안의 전력공급량 정보를 수집하여 단위 기간별로 전력공급량의 변화 정도를 나타내는 기울기를 산출하도록 하고, 상기 이상정보생성모듈(114b)에 의해 그 기울기를 기준치와 비교하여 기준치를 초과하는 경우 충전기(2)에 이상이 발생하고 있다는 신호를 출력하도록 한다. 따라서, 고장이 검출되거나 예측되지 않는 경우에도 충전기(2)의 기능 손상이 발생하고 있는 것을 감지하여 미리 이에 대한 신속한 대처가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 대기전력감시부(115)는 충전기(2)가 대기 상태에 있을 때 전력이 누출되는 현상이 있는지 감시하는 구성으로, 대기전력공급량검출모듈(115a), 충전기이상감지모듈(115b)을 포함할 수 있다.
상기 대기전력공급량검출모듈(115a)은 전력공급량에서 대기 상태에서의 전력공급량 정보를 추출하는 구성으로, 충전제어부(13)의 후술할 충전개시모듈(132) 및 충전완료모듈(135)에 의한 충전 개시, 종료 정보, 충전기(2)의 후술할 연결감지모듈(233)에 의해 감지되는 정보에 의해 대기 시점을 판단하도록 하고, 판단된 대기 시점의 전력공급량을 산출하도록 한다.
상기 충전기이상감지모듈(115b)은 상기 대기전력공급량검출모듈(115a)에 의해 검출되는 충전기(2) 대기 상태에서의 전력공급량이 일정값을 초과하는 경우 충전기(2)의 대기 상태에 이상이 있음을 감지하는 구성으로, 일정값을 초과하는 상태가 일정 시간 지속되는 경우 이상이 발생한 것으로 감지하도록 구성할 수도 있다. 상기 충전기이상감지모듈(115b)에 의해 이상이 있는 것으로 감지되는 경우, 충전기(2)가 대기상태에서도 전류의 누출이 이루어지는 것으로, 충전기(2)의 작동을 중단하고 이에 대한 조치가 취해질 수 있도록 한다.
상기 전자파감시부(116)는 충전기(2)에서 발생되는 전자파를 감시하는 구성으로, 충전기(2)로부터 발생되는 전자파는 충전하는 사람에게 악영향을 끼칠 뿐만 아니라, 충전하는 자동차, 주변 전자기기 등에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있으므로, 이를 실시간으로 감지하여 전자파에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 전자파감시부(116)는 도 7에 도시된 바와 같이 전자파정보수신모듈(116a), 충전속도조정모듈(116b), 일시정지모듈(116c), 비활성화모듈(116d)을 포함할 수 있다.
상기 전자파정보수신모듈(116a)은 충전기(2)에서 발생되는 전자파의 양에 대한 정보를 실시간으로 수신하는 구성으로, 충전기(2)의 후술할 전자파측정모듈(232)에 의해 측정되는 값을 수신하도록 한다.
상기 충전속도조정모듈(116b)은 수신된 전자파의 값이 기준값을 초과하는 경우, 충전속도를 낮추도록 하는 구성으로, 전류의 흐름을 줄여 전자파의 발생을 줄일 수 있도록 한다.
상기 일시정지모듈(116c)은 충전속도조정모듈(116b)에 의해 충전속도를 낮췄음에도 전자파가 기준값 이하로 내려가지 않는 경우 일정 시간 충전기(2)의 작동을 멈추도록 하는 구성으로, 일정 시간이 경과하여 전자파가 일정값 이하로 내려가면 자동으로 충전이 재개되도록 한다.
상기 비활성화모듈(116d)은 일시정지모듈(116c)에 의해 일정 시간 동안 충전기(2)의 작동을 중단했음에도 전자파값이 기준값 이하로 내려가지 않는 경우 충전기(2)를 비활성화하는 구성으로, 전자파에 대한 별도의 조치가 이루어진 후 충전기(2)가 작동될 수 있도록 한다.
상기 비상충전기연동부(12)는 충전 도중 또는 예약중 상기 고장검출부(112)에 의해 충전기(2)의 고장이 검출되거나 전자파 이상에 의해 충전기(2)가 비활성화되는 경우, 충전 또는 예약 중인 정보를 비상용충전기(4)와 연동시켜 비상용충전기(4)에 의한 충전이 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 비상충전기연동부(12)는 충전기(2)에 고장 등이 발생하는 경우에도 이동이 가능한 비상용충전기(4)에 의해 즉시 충전을 재개할 수 있어 사용자의 편의성을 높이도록 할 수 있다. 현재 충전소의 숫자가 부족하고, 전기차의 1회 주행거리가 길지 않으며, 충전기 등의 고장에 대한 관리가 제대로 이루어지지 않는 상황에서 충전기의 고장이 발생하는 경우에는 사용자에게 매우 큰 불편을 초래할 수 있는바, 이러한 비상용충전기(4)에 대한 연동은 충전시스템의 운영에 큰 도움을 줄 수 있다. 이를 위해, 상기 비상충전기연동부(12)는 도 8에 도시된 바와 같이 충전기검색모듈(121), 충전정보연동모듈(122), 위치정보송신모듈(123)을 포함할 수 있다.
상기 충전기검색모듈(121)은 상기 고장검출부(112), 전자파감시부(116) 등에 의해 충전기(2)의 고장, 이상 등이 감지되는 경우 충전기(2) 주변의 비상용충전기(4)를 검색하는 구성으로, 비상용충전기(4)의 위치정보를 이용하여 근거리의 비상용충전기(4)들을 검색하도록 한다.
상기 충전정보연동모듈(122)은 검색된 비상용충전기(4) 중 가장 근거리의 비상용충전기(4)에 대해 충전정보를 연동시키는 구성으로, 남은 충전량을 계속 충전할 수 있도록 하고, 모든 충전량이 합산되어 결제가 이루어질 수 있도록 한다.
상기 위치정보송신모듈(123)은 충전정보가 연동된 충전기의 위치정보를 사용자에게 전송하는 구성으로, 사용자가 직접 비상용충전기(4)를 찾아 연결할 수 있도록 한다.
상기 충전제어부(13)는 충전기(2)의 작동을 제어하는 구성으로, 사용자인증모듈(131), 충전개시모듈(132), 충전속도설정모듈(133), 충전중단모듈(134), 충전완료모듈(135)을 포함할 수 있다.
상기 사용자인증모듈(131)은 충전기(2)를 사용하는 사용자를 인증하는 구성으로, 상기 사용자단말기(5)를 통해 입력되는 사용자정보에 따라 등록된 사용자인지를 인증하도록 하거나 또는 충전기(2)의 후술할 사용자인증부(21)를 통해 전송되는 사용자정보에 따라 사용자를 인증하도록 할 수 있다. 사용자인증모듈(131)에 의해 사용자가 인증되면 해당 사용자의 등록된 단말기로 충전에 대한 정보가 제공되며, 사용자단말기(5)를 통해 충전기(2)를 제어할 수 있게 되고, 사용자 차량의 배터리 관리 시스템(BMS,Battery Management System)과 연동되어 배터리에 대한 정보를 수신할 수 있게 된다.
상기 충전개시모듈(132)은 충전기(2)에 의한 충전의 개시가 이루어지도록 하는 구성으로, 사용자단말기(5)의 입력에 따라 충전이 개시되도록 할 수 있다.
상기 충전속도설정모듈(133)은 충전시 충전속도를 설정하는 구성으로, 충전기(2)에 전력을 공급하는 전력공급원의 부하 정보에 따라 충전속도를 결정하도록 한다. 일반적으로 충전기(2)는 건물이나 기타 한전으로부터 공급되는 전력을 이용하여 충전을 실시하게 되는데, 상기 충전속도설정모듈(133)은 충전기(2)와 연결되는 건물이나 특정 시설물로부터 현재 전력사용량에 대한 정보를 수신하도록 하고, 이러한 부하 정보에 따라 전력사용량이 많은 경우에는 충전속도를 낮추고, 전력사용량이 적은 경우에는 충전속도를 높여 충전이 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 충전속도설정모듈(133)은 충전기(2)의 사용에 따라 다른 부하에 미치는 영향을 최소화하도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 충전속도설정모듈(133)은 부하정보요청모듈(133a)에 의해 건물, 시설물 등의 전력관리시스템에 전력사용량에 대한 정보를 요청하도록 하며, 전력사용량 정보에 따라 충전속도결정모듈(133b)에 의해 충전속도를 결정하도록 한다.
상기 충전중단모듈(134)은 충전중 충전기(2)의 작동을 중단하는 구성으로, 상기 실시간모니터링부(11)에 의해 고장 등이 발생하는 경우 충전기(2)의 작동을 멈추도록 할 수 있다.
상기 충전완료모듈(135)은 충전의 완료 후 전력공급을 중단하는 구성으로, 공급된 전력량에 대한 정보를 정산결제부(16)로 전달하여 이에 대한 정산 및 결제가 이루어질 수 있도록 한다.
상기 충전예약부(14)는 충전기(2)의 사용을 예약하는 구성으로, 바람직하게는 사용자단말기(5)를 통해 예약을 실시할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 충전예약부(14)는 사용자단말기(5)를 통해 입력되는 정보에 따라 예약을 등록하도록 하며, 특히 시간대별로 충전기사용량을 미리 예측하여 예측된 충전기사용량에 따른 단가 설정이 이루어지도록 한다. 따라서, 예상 충전기사용량이 많은 때에는 비싼 단가를 책정하여 충전기 사용자를 분산시키는 효과를 가질 수 있도록 하고, 충전시스템의 운영자 입장에서는 수익을 극대화하는 효과를 가질 수 있도록 한다. 상기 충전예약부(14)는 도 10에 도시된 바와 같이 충전기상태표시모듈(141), 충전기선택모듈(142), 예약시간선택모듈(143), 단가표시모듈(144), 배터리정보수신모듈(145), 충전기정보수신모듈(146), 예상종료시간산정모듈(147), 예상결제액표시모듈(148), 예약완료모듈(149)을 포함할 수 있다.
상기 충전기상태표시모듈(141)은 충전기(2)의 상태를 시간대별로 표시하는 구성으로, 충전중인지, 예약중인지, 충전이 가능한지 등의 정보가 표시되도록 하며, 충전중이거나 예약중인 경우 예상종료시간과 함께 충전이 가능한 시간도 표시하도록 한다. 이를 위해, 상기 충전기상태표시모듈(141)은 가능여부표시모듈(141a)을 통해 각 시간대의 충전 가능 여부를 표시하도록 하며, 충전중이거나 예약중인 경우에는 가능시간표시모듈(141b)에 의해 충전 또는 예약의 예상종료시간을 함께 표시하도록 한다. 상기 가능시간표시모듈(141b)은 충전중인 경우 충전속도와 충전중인 배터리의 잔량을 고려하여 예상종료시간을 표시하게 되며, 예약중인 경우에는 상기 예상종료시간산정모듈(147)에 의해 산정되는 시간을 표시하도록 한다.
상기 충전기선택모듈(142)은 충전이 이루어질 충전기(2)를 선택하는 구성으로, 사용자단말기(5)의 입력에 따라 충전기가 선택되도록 할 수 있다.
상기 예약시간선택모듈(143)은 선택된 충전기(2)에 대한 예약시간을 선택하는 구성으로, 시간대별로 표시되는 단가정보를 고려하여 예약을 원하는 시간이 선택될 수 있도록 한다.
상기 단가표시모듈(144)은 시간대별 단가 정보를 표시하는 구성으로, 상기 충전기사용량예측부(15)에 의해 예측되는 시간대별 충전기사용량에 따라 충전 단가를 설정하여 표시하도록 한다. 앞서 설명한 바와 같이 충전기사용량에 따라 단가를 표시하도록 함으로써 충전기(2) 사용에 대한 혼잡도를 완화하고 충전시스템의 운영 수익을 높이도록 할 수 있다.
상기 배터리정보수신모듈(145)은 사용자의 차량 배터리에 대한 정보를 수신하는 구성으로, 차량의 배터리 관리 시스템(BMS)과 무선 통신을 실시하여 배터리 잔량에 대한 정보를 체크하고 이에 따른 예상종료시간과 예상결제액이 산정될 수 있도록 한다.
상기 충전기정보수신모듈(146)은 사용자가 선택한 충전기(2)의 정보를 수신하는 구성으로, 충전기(2)의 사양, 충전속도 등에 관한 정보에 따라 예상종료시간이 산정될 수 있도록 한다.
상기 예상종료시간산정모듈(147)은 차량의 배터리 정보와 충전기(2) 정보를 고려하여 예약시 예상종료시간을 산정하는 구성으로, 배터리 잔량과 충전속도에 따라 예상종료시간을 산정하여 표시하도록 한다.
상기 예상결제액표시모듈(148)은 예상종료시간, 설정된 단가에 따라 예상결제액을 산출하여 표시하는 구성으로, 이에 따른 사용자의 선택이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 예약완료모듈(149)은 충전기(2)에 대한 예약정보를 저장하는 구성으로, 저장된 예약정보에 따라 충전기(2)의 상태가 표시되고, 사용자단말기(5)로 예약 정보가 전달되어 예약된 시간에 충전을 실시할 수 있도록 한다.
상기 충전기사용량예측부(15)는 일정 시간대의 충전기사용량에 관한 정보를 예측하는 구성으로, 바람직하게는 신경망에 의해 충전기사용량을 예측할 수 있도록 한다. 신경망은 경험을 통해 자신의 규칙을 만들 수 있는 구조와 능력을 가진 인간의 두뇌를 모형화하여 문제 해결 능력ㅇ르 갖게 한 수학정 모델의 하나로 입력층(15a), 은닉층(15b), 출력층(15c)으로 구성되어 학습을 통해 최적화된다. 상기 충전기사용량예측부(15)는 이러한 신경망을 이용하여 특정 시간대의 충전기사용량을 예측하도록 하며, 이를 위해 신경망구축부(151), 입력변수수집부(152), 사용량출력부(153)를 포함할 수 있다.
상기 신경망구축부(151)는 충전기사용량에 미치는 입력 변수들을 이용하여 충전기사용량을 예측하는 신경망을 구축하는 구성으로, 월, 요일, 시간대, 기온, 기상상태를 입력변수로 하고, 해당 시간대의 전력사용량을 출력값으로 하여 충전기사용량을 예측하는 신경망을 구축하도록 한다. 상기 신경망구축부(151)는 신경망에 입력변수들을 입력하고 임의의 가중치를 설정하여 전력사용량을 출력할 수 있도록 하며, 출력된 전력사용량과 실제 전력사용량을 비교하여 오차를 산정하고 오차를 줄이는 방향으로 가중치를 수정하도록 하며, 오차가 일정값 이하가 될때까지 가중치를 수정하는 과정을 반복하여 신경망을 최적화할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 신경망구축부(151)는 변수입력모듈(151a), 가중치설정모듈(151b), 전력사용량출력모듈(151c), 오차산출모듈(151d), 가중치갱신모듈(151e)을 포함할 수 있다.
상기 변수입력모듈(151a)은 충전기사용량에 영향을 미치는 값들을 신경망에 입력하는 구성으로, 과거 특정 월, 요일, 시간대, 기온, 기상상태를 입력변수로 설정하도록 한다.
상기 가중치설정모듈(151b)은 신경망 구축 초기에 층간 노드 사이의 상관관계를 의미하는 가중치를 설정하는 구성으로, 임의의 값을 설정하여 신경망에 의한 연산을 시작하도록 하며, 상기 오차산출모듈(151d)에 의해 산정되는 오차에 따라 반복적인 갱신이 이루어져 최적화되도록 한다.
상기 전력사용량출력모듈(151c)은 각 노드의 출력값과 가중치를 곱하여 합함으로써 다음 층 노드의 입력값을 산출하고, 입력층(15a)에서 출력층(15c)까지 이러한 과정이 반복되도록 하여 전력사용량에 해당하는 출력값을 산출하도록 한다.
상기 오차산출모듈(151d)은 상기 전력사용량출력모듈(151c)에서 출력되는 전력사용량과 실제 입력변수에 해당하는 때의 전력사용량을 비교하여 오차를 산정하는 구성으로, 산정된 오차에 따라 가중치가 갱신될 수 있도록 한다.
상기 가중치갱신모듈(151e)은 상기 오차산출모듈(151d)에서 산정되는 오차에 따라 오차를 줄이는 방향으로 가중치를 수정하는 구성으로, 오차가 일정 범위 이내가 될 때까지 가중치를 갱신하도록 한다. 다시 말해, 오차가 일정 범위 밖인 경우 가중치를 수정하여 다시 전력사용량출력모듈(151c)을 거치도록 하며, 실제 전력사용량과의 비교를 통해 다시 오차를 산정하고 가중치의 수정이 이루어지도록 한다. 이때, 상기 가중치갱신모듈(151e)은 입력층, 은닉층, 출력층이 아닌 그 반대 방향으로 가중치를 갱신해 나가는 역전파 알고리즘을 사용하도록 할 수 있다.
상기 신경망구축부(151)에 의한 신경망 구축과정을 좀 더 구체적으로 설명하면, 입력층의 입력노드들을 x1,…, xp, 출력층의 출력노드를 y, 은닉층의 은닉노드들을 z1,…,zq로 가정할 경우 은닉노드의 값 zk는 아래 [수학식 1]과 같이 표시될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(k = 1,…,q)
이때, ωjk는 입력노드 j에서 은닉노드 k로 가는 연결줄(시냅스, synapse)에 붙은 계수, 즉 가중치이고, ω0k는 노드 k에 영향을 주는 상수항이며, f1(u)는 활성화 함수를 뜻한다. 활성화 함수는 로지스틱 함수, Hyperbolic tangent 함수, 무변환함수 등의 비선형함수가 사용될 수 있다. 이렇게 z1,…, zq가 정해지면 아래 [수학식 2]와 같이 이들과 bias(ω0k) 결합에 활성화 함수 f2를 취하여 출력변수 y를 출력하도록 한다.
[수학식 2]
Figure pat00002
그리고 이렇게 출력된 출력변수 y를 실제값과 비교하여 오차를 산출하며, 오차가 일점 범위 내가 될 때까지 가중치를 갱신하며 신경망을 학습시키거나 설정된 일정 횟수만큼 신경망을 학습시키도록 할 수 있다.
도 12는 이러한 신경망의 학습 과정을 거쳐 도출된 충전기사용량 예측을 위한 신경망으로, 입력층(15a)은 입력변수가 월, 요일, 시간대, 기온, 기상상태로 설정되어 입력노드 x1~x5에 각각 입력되었으며, 은닉층(15b)에는 z1,z2,z3의 3개 은닉노드가 형성되고 출력층(15c)에서는 출력노드 y0을 통해 전력사용량값이 출력되도록 하였다. 이렇게 출력된 전력사용량값을 실제 전력사용량값과 비교하여 오차를 산정하도록 하였으며, 오차를 줄이는 방향으로 가중치를 갱신하면서 최적의 가중치를 산출하도록 하였다.
상기 입력변수수집부(152)는 상기 신경망구축부(151)에서 구축된 신경망을 이용한 특정 시간대의 충전기사용량(전력사용량)을 예측하기 위해 정보를 수집하는 구성으로, 예측하고자 하는 월, 요일, 시간대의 기온, 기상상태를 기상청 서버 등을 이용하여 수집하도록 할 수 있으며, 일 예로 WRF(기상수치예보모델)을 이용하여 특정 시점의 기상정보를 예측하도록 하여 예측된 기상정보를 수집하도록 할 수 있고, 수집된 정보는 구축된 신경망에 입력변수로 입력되도록 할 수 있다.
상기 사용량출력부(153)는 상기 입력변수수집부(152)에서 수집된 정보를 신경망에 입력하여 전력사용량을 출력하는 구성으로, 출력된 값을 일정 기준으로 분류하여 전력사용량이 많을 경우에는 높은 충전단가를 설정하도록 하고 전력사용량이 적을 경우에는 낮은 충전단가를 설정할 수 있도록 한다.
상기 정산결제부(16)는 충전이 완료된 후 충전에 따른 비용을 정산하여 결제하도록 하는 구성으로, 상기 충전완료모듈(135)의 실행과 함께 설정된 단가 및 사용시간에 따라 충전비용을 정산하여 결제하도록 하며, 사용자단말기(5)에 의해 결제가 이루어지도록 할 수 있고, 결제가 이루어진 경우에만 차량으로부터 충전기(2)가 분리되도록 구성할 수 있다.
상기 데이터수집부(17)는 충전기(2)의 관리 및 제어를 위한 정보를 수집하여 저장하는 구성으로, 충전기(2)의 사용 시간에 관한 정보를 저장하는 충전기사용정보수집모듈(171), 충전기사용량을 예측하기 위한 기상정보를 수집하는 기상정보수집모듈(172), 전력사용량에 관한 정보를 수집하여 저장하는 전력사용량정보수집모듈(173) 등을 포함할 수 있다.
상기 무선통신부(18)는 상기 IoT통신장치(3)와 무선통신을 실시하는 구성으로, IoT 통신망을 이용하여 정보를 송수신하도록 하며, 바람직하게는 LoRa망을 이용하도록 할 수 있다.
상기 BMS연동부(19)는 사용자의 차량 배터리 관리 시스템(BMS)와 연동을 실시하는 구성으로, 상기 사용자배터리정보저장모듈(102c)에 의해 저장되는 정보에 따라 BMS와 무선으로 통신하여 배터리 잔량 등에 관한 정보를 수신하도록 할 수 있으며, 바람직하게는 IoT 통신망을 이용하여 연결되도록 할 수 있다.
상기 충전기(2)는 일정 위치에 설치되어 전기차를 충전하는 구성으로, 관제서버(1)로부터 수신되는 신호에 따라 충전 동작을 실행하도록 할 수 있고, 충전기(2) 상태에 관한 정보를 측정하여 관제서버(1)로 전달하도록 한다. 또한, 상기 충전기(2)는 사용자정보를 인식하여 전달하도록 할 수 있으며, 차량의 배터리 관리 시스템(BMS)을 인식하여 배터리 정보를 전달하도록 할 수도 있고, 상기 IoT통신장치(3)가 결합되어 IoT통신망을 통해 정보를 송수신할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 충전기(2)는 도 14에 도시된 바와 같이 사용자인증부(21), 충전작동부(22), 상태측정부(23), 통신장치장착부(24)를 포함할 수 있다.
상기 사용자인증부(21)는 충전기(2)를 통해 사용자를 인식할 수 있도록 하는 구성으로, 관제서버(1)는 사용자단말기(5)를 통하여 사용자를 인식하고 인증하도록 할 수 있으나, RFID 등을 통해 충전기(2)에 의해서도 사용자를 인식하고 인증하도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 관제서버(1)는 사용자의 차량에 대한 BMS정보를 IoT망을 이용한 무선 통신을 통해 획득하도록 할 수 있으나, 충전기(2)를 통해 직접 차량의 배터리 관리 시스템(BMS)과 통신하여 정보를 취득하고 이를 관제서버(1)로 전달하도록 할 수도 있다. 이를 위해, 사용자인증부(21)는 사용자정보를 인식하는 사용자정보인식모듈(211), 인식된 정보를 관제서버(1)로 전송하는 사용자정보송신모듈(212), 인증된 사용자 차량의 BMS정보를 인식하는 BMS정보인식모듈(213), 인식된 BMS정보를 관제서버(1)로 전송하는 BMS정보송신모듈(214)을 포함할 수 있다.
상기 충전작동부(22)는 관제서버(1)로부터 전송되는 제어신호에 따라 충전기(2)를 작동시키는 구성으로, 사용자단말기(5) 또는 관리자단말기(6)에 의해 입력되는 정보에 따라 충전의 개시 및 종료, 중단 등의 동작이 이루어지도록 한다.
상기 상태측정부(23)는 충전기(2)의 상태정보를 측정하여 관제서버(1)로 전송하는 구성으로, 전력공급량측정모듈(231)에 의해 충전기(2)로부터 공급되는 전력의 양을 측정하도록 하고, 전자파측정모듈(232)에 의해 충전기(2)로부터 발생되는 전자파를 측정하도록 하며, 연결감지모듈(233)에 의해 차량의 연결 여부를 감지하도록 한다.
상기 통신장치장착부(24)는 상기 IoT통신장치(3)가 탈착 가능하도록 결합되는 구성으로, 도 15에 도시된 바와 같이 충전기(2)의 일 지점에 일정 공간을 마련하여 IoT통신장치(3)가 수용되도록 할 수 있으며, 정보의 송수신이 가능한 다양한 형태로 결합되도록 할 수 있다.
상기 IoT통신장치(3)는 상기 충전기(2)에 탈착 가능하도록 결합되며, 충전기(2)와 관제서버(1) 사이에서 IoT망을 이용한 정보의 송수신이 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 IoT통신장치(3)는 충전기연결부(31)를 마련하여 충전기(2)와 유선 연결이 이루어지도록 함으로써 정보의 송수신이 가능하도록 하고, 무선송수신부(32)를 통해 관제서버(1)와 IoT망을 이용하여 무선 통신을 실시하도록 하며, 이때 무선송수신부(32)는 저전력 장거리 통신(LPWA,Low Power Wide Area)기술을 이용한 LoRa(Long Range)망을 이용하도록 할 수 있다. 또한, 상기 IoT통신장치(3)는 무선 송수신의 주파수 대역을 변경할 수 있는 주파수대역변경부(33)를 포함하여 다양한 주파수 대역을 갖는 통신 환경에 적응하도록 할 수 있다.
상기 비상용충전기(4)는 도 17에 도시된 바와 같이 이동식으로 형성되어 전기차를 충전하는 구성으로, 일정 지역에서 자유롭게 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 상기 비상용충전기(4)는 평상시에는 사용이 불가능하며, 상기 비상충전기연동부(12)에 의해 충전정보가 연동되는 경우에만 사용이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 비상용충전기(4)는 충전기(2)의 고장 등 발생시 충전기(2)를 대체하여 충전을 실시하도록 함으로써 사용자의 불편을 최소화하도록 할 수 있다.
상기 사용자단말기(5)는 충전기(2) 사용자가 소지한 스마트폰 등의 모바일 단말기가 적용될 수 있으며, 상기 사용자단말정보저장모듈(102b)에 의해 정보가 저장되어 충전기(2)에 대한 상태 정보를 수신 받고, 제어신호를 입력하도록 할 수 있으며, 예약 및 결제 등이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 관리자단말기(6)는 충전시스템의 관리자가 소지한 스마트폰 등의 모바일 단말기가 적용될 수 있으며, 충전기(2)에 대한 상태 정보를 수신하여 관리가 이루어질 수 있도록 하고, 비상시에는 관리자단말기(6)를 통해 충전기(2)를 제어하도록 할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 관제서버
10: 정보등록부 101: 충전기등록부 102: 사용자등록부
11: 실시간모니터링부 111: 충전기상태감시부 112: 고장검출부
113: 고장예측부 114: 이상인지부 115: 대기전력감시부
116: 전자파감시부
12: 비상충전기연동부 121: 충전기검색모듈
122: 충전정보연동모듈 123: 위치정보송신모듈
13: 충전제어부 131: 사용자인증모듈 132: 충전개시모듈
133: 충전속도설정모듈 134: 충전중단모듈 135: 충전완료모듈
14: 충전예약부 141: 충전기상태표시모듈 142: 충전기선택모듈
143: 예약시간선택모듈 144: 단가표시모듈 145: 배터리정보수신모듈
146: 충전기정보수신모듈 147: 예상종료시간산정모듈
148: 예상결제액표시모듈 149: 예약완료모듈
15: 충전기사용량예측부 151: 신경망구축부 152: 입력변수수집부
153: 사용량출력부 16: 정산결제부
17: 데이터수집부 171: 충전기사용정보수집모듈
172: 기상정보수집모듈 173: 전력사용량정보수집모듈
18: 무선통신부 19: BMS연동부
2: 충전기
21: 사용자인증부 211: 사용자정보인식모듈 212: 사용자정보송신모듈
213: BMS정보인식모듈 214: BMS정보송신모듈
22: 충전작동부 23: 상태측정부 231: 전력공급량측정모듈
232: 전자파측정모듈 233: 연결감지모듈 24: 통신장치장착부
3: IoT통신장치
31: 충전기연결부 32: 무선송수신부 33: 주파수대역변경부
4: 비상용충전기 5: 사용자단말기 6: 관리자단말기

Claims (13)

  1. 일정 위치에 설치되어 전기차를 충전하는 충전기와;
    상기 충전기에 탈착 가능하도록 결합되어 충전기와 관제서버 사이에서 무선으로 정보를 송수신하는 IoT통신장치와;
    상기 IoT통신장치와 무선으로 정보를 송수신하여 충전기의 상태를 관리하고 원격 제어가 가능하도록 하는 관제서버;를 포함하고,
    상기 IoT통신장치는 IoT전용망을 이용하여 정보를 송수신하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 관제서버는
    충전기에 관한 정보를 실시간으로 수신하여 감시하는 충전기상태감시부와, 상기 충전기로부터 전기차에 공급되는 전력공급량에 따라 충전기의 고장을 검출하는 고장검출부를 포함하고,
    상기 고장검출부는 복수 충전기에서의 전력공급량을 수신하는 전력공급량수신모듈과, 각 충전기의 설정정보에 따라 전력공급량을 조정하는 전력공급량조정모듈과, 각 충전기의 보정된 공급량이 일정 범위를 벗어나는 경우 충전기에 이상이 있다고 판단하는 충전이상검출모듈을 포함하며,
    상기 충전이상검출모듈은,
    각 충전기의 조정된 전력공급량을 평균하여 평균값을 산정하는 평균공급량산출모듈과, 평균 공급량이 일정 범위를 벗어나는 경우 고장이 의심된다는 신호를 출력하는 고장의심출력모듈과, 고장이 의심된다는 신호가 출력된 경우 조정된 전력공급량이 일정 시간 이상 평균공급량의 일정 범위를 벗어나는 경우 고장을 확정하여 알리는 고장확정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 관제서버는
    상기 고장검출부에서 고장이 검출되지는 않았으나 고장이 예측된다는 신호를 생성하는 고장예측부를 포함하고,
    상기 고장예측부는,
    각 충전기에서 출력되는 전력공급량과 정상상태에서의 전력공급량을 비교하여 변화량을 산출하는 공급변화량산출모듈과, 산출된 변화량이 설정된 기준값을 벗어나는 경우 일정 기간 내에 고장이 발생한다는 예측 신호를 생성하는 고장예측생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 관제서버는
    상기 고장예측부에서 고장 발생이 예측된다는 신호가 출력되지 않은 경우, 일정 기간 전력공급량의 변화율을 분석하여 충전기에 이상이 있다는 신호를 생성하는 이상인지부를 포함하고,
    상기 이상인지부는,
    일정 기간 동안 충전기에서 공급되는 전력공급량을 단위 기간별로 나누어 변화율을 산출하는 변화율확인모듈과, 산출된 변화율이 기준치를 벗어나는 경우 충전기가 정상이 아닌 상태에 있다는 신호를 생성하는 이상정보생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 관제서버는
    대기 상태에서의 충전기 이상을 감지하는 대기전력감시부를 포함하고,
    상기 대기전력감시부는,
    충전기의 전력공급량 중 대기 상태에서의 전력공급량을 선별하는 대기전력공급량검출모듈과, 대기 상태에서의 전력공급량이 기준값을 초과하는 경우 충전기 이상 신호를 출력하는 충전기이상감지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 관제서버는
    충전기에서 발생되는 전자파를 감시하는 전자파감시부를 포함하고,
    상기 전파감시부는,
    상기 충전기로부터 측정된 전자파의 양에 관한 정보를 수신하는 전자파정보수신모듈과, 수신된 전자파의 양이 일정값을 초과하는 경우 충전기의 충전속도를 낮추는 충전속도조정모듈과, 충전속도의 조정에도 전자파의 양이 줄지 않는 경우 충전기의 작동을 일시적으로 중지시키는 일시정지모듈과, 일시정지되고 일정 시간이 경과한 후에도 발생되는 전자파의 양이 줄지 않는 경우 충전기를 비활성화하는 비활성화모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 관제서버는
    충전기의 고장, 비활성화 발생시 충전기에 의한 충전정보를 비상용충전기에 연동시켜 비상용충전기에 의한 충전이 가능하도록 하는 비상충전기연동부를 포함하고,
    상기 비상충전기연동부는,
    고장, 비활성화가 발생한 충전기 주변의 비상용충전기를 검색하는 충전기검색모듈과, 검색된 비상용충전기에 현재 충전중인 충전정보를 연동시키는 충전정보연동모듈과, 연동된 비상용충전기의 위치를 사용자에게 전송하는 위치정보송신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 관제서버는
    사용자단말기에 의한 제어에 따라 충전기의 작동을 조절하는 충전제어부를 포함하고,
    상기 충전제어부는,
    충전을 개시하는 충전개시모듈, 충전을 종료하는 충전완료모듈, 고장 또는 이상 발생시 충전기의 작동을 중단하는 충전중단모듈, 충전시 충전속도를 조절하는 충전속도설정모듈을 포함하며,
    상기 충전속도설정모듈은,
    충전기가 연결된 전력공급원에 현재 부하상태에 관한 정보를 요청하는 부하정보요청모듈과, 부하상태에 따라 충전속도를 결정하는 충전속도결정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 관제서버는
    각 충전기에 대한 예약이 이루어지도록 하는 충전예약부를 포함하고,
    상기 충전예약부는,
    각 충전기의 상태를 표시하는 충전기상태표시모듈과, 충전할 충전기가 선택되는 충전기선택모듈과, 선택된 충전기의 예약할 시간을 설정하는 예약시간선택모듈과, 선택된 예약시간의 단가를 표시하는 단가표시모듈을 포함하며,
    상기 단가표시모듈은 예측되는 충전기 사용량에 따라 단가를 설정하여 표시하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 관제서버는
    특정 시간대의 충전기 사용량을 예측하는 충전기사용량예측부를 포함하고,
    상기 충전기사용량예측부는 충전기 사용량을 예측하는 신경망을 구축하는 신경망구축부와, 사용량 예측에 필요한 입력 변수들을 수집하는 입력변수수집부와, 수집된 입력변수들을 구축된 신경망에 입력하여 특정 시간대의 충전사용량을 출력하는 사용량출력부를 포함하며,
    상기 신경망구축부는,
    월, 요일, 기온, 기상상태, 시간대에 관한 정보를 신경망의 변수로 입력하는 변수입력모듈과, 신경망에 임의의 가중치를 설정하는 가중치설정모듈과, 설정된 가중치에 따라 신경망으로부터 전력사용량에 관한 정보가 출력되도록 하는 전력사용량출력모듈과, 출력된 전력사용량과 실제 전력사용량 사이의 오차를 산출하는 오차산출모듈과, 오차가 일정 범위 이하가 될 때까지 가중치를 갱신하는 가중치갱신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 충전예약부는
    사용자의 차량 배터리에 관한 정보를 수신하는 배터리정보수신모듈과, 선택된 충전기의 속도에 관한 정보를 수신하는 충전기정보수신모듈과, 배터리의 전력 잔량 및 충전기 속도에 따라 예상 종료시간을 산출하는 예상종료시간산정모듈과, 설정된 단가와 예상종료시간에 따라 예상결제액을 계산하여 표시하는 예상결제액표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 충전기상태표시모듈은
    각 충전기의 충전가능, 충전중, 예약중, 정지중, 점검중 중 하나의 상태를 표시하는 가능여부표시모듈과, 충전기가 충전중이거나 예약중인 경우 각 충전기의 충전종료시간 또는 예상종료시간을 표시하는 가능시간표시모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 IoT통신장치는
    충전기를 연결하는 충전기연결부와, 관제서버와 무선으로 정보를 송수신하는 무선송수신부와, 무선송수신부의 주파수 대역을 변경하는 주파수대역변경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전시스템.
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