KR20210018036A - 전력 전송에서의 페어링 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)에 의해 수행되는 페어링 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 페어링 제어 방법은, 전기차(Electrical Vehicle; EV)와 충전세션 개시 절차를 수행하는 단계; 상기 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환하는 단계; 상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하는 단계; 및 상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전력 전송에서의 페어링 제어 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PAIRING IN POWER TRANSFER}
본 발명은 전력 전송에서의 페어링 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기차에 대해 무선 또는 유선으로 전력을 공급하기 위해 수행되는 페어링을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 개발되고 있는 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)는 배터리의 동력으로 모터를 구동하여, 종래의 가솔린 엔진 자동차에 비해 배기 가스 및 소음 등과 같은 공기 오염원이 적으며, 고장이 적고, 수명이 길고, 운전 조작이 간단하다는 장점이 있다.
전기 자동차는 구동원에 따라 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 및 전기 자동차(EV)로 분류된다. HEV에는 주전력인 엔진과 보조 전력인 모터를 가지고 있다. PHEV는 주전력인 모터와 배터리가 방전될 때 사용되는 엔진을 가지고 있다. EV는 모터를 가지고 있으나, 엔진은 가지고 있지 않다.
전기차 충전 시스템은 기본적으로 상용 전원의 배전망(grid)이나 에너지 저장 장치의 전력을 이용하여 전기차에 탑재된 배터리를 충전하는 시스템으로 정의할 수 있다. 이러한 전기차 충전 시스템은 전기차의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기차 충전 시스템은 케이블을 이용한 전도성 충전 시스템이나 비접촉 방식의 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있다.
전기차 충전 제어는 전기차와 충전 스테이션 상호간 통신 프로토콜을 통해서 수행되며, 전기차의 EVCC와 공급장치의 SECC 간에 페어링이 이루어진 후 전기차로의 전력 전송이 수행된다. 따라서, 전기차와 공급장치 간의 페어링 성공 확률을 높일 수 있는 방안이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)에 의해 수행되는 페어링 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 페어링 제어 방법을 이용하는 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은 전기차(Electrical Vehicle; EV)에 의해 수행되는 충전 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)에 의해 수행되는 페어링 제어 방법은, 전기차(Electrical Vehicle; EV)와 충전세션 개시 절차를 수행하는 단계; 상기 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환하는 단계; 상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하는 단계; 및 상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, SECC는 ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 적어도 하나의 다른 SECC와 통신할 수 있다.
상기 페어링 제어 방법은, 상기 SECC가 ISEP 메시지를 이용해 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하는 단계는, 각 SECC가 브로드캐스트하는 이벤트 알림 메시지에 포함된 SECC에 대한 정보를 검토하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID, BSSID, IP, Port 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 ISEP는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항(optional)일 수 있다.
또한, 상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)는, 프로세서; 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 전기차(Electrical Vehicle; EV)와 충전세션 개시 절차를 수행하도록 하는 명령; 상기 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환하도록 하는 명령; 상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하도록 하는 명령; 및 상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 전력공급을 제어하는 장치는 ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 적어도 하나의 다른 SECC와 통신할 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령은, 상기 SECC가 ISEP 메시지를 이용해 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보를 획득하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하도록 하는 명령은, 각 SECC가 브로드캐스트하는 이벤트 알림 메시지에 포함된 SECC에 대한 정보를 검토하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID, BSSID, IP, Port 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 ISEP는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항(optional)일 수 있다.
또한, 상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용될 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라 전기차(Electrical Vehicle; EV)에 의해 수행되는 충전 제어 방법은, 공급제어장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)와 충전세션 개시 절차를 수행하는 단계; 상기 공급제어장치와 페어링 메시지를 교환하는 단계; 페어링 결과와 관련한 페어링 응답 메시지를 상기 공급제어장치로부터 수신하는 단계; 상기 페어링 결과가 실패인 경우 상기 페어링 응답 메시지에 포함된 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 추출하는 단계; 및 상기 대체 SECC에 대한 정보를 이용해 다른 SECC와의 페어링을 시도하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보는, ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 복수의 SECC 간에 이루어지는 통신을 통해 획득될 수 있다.
상기 ISEP는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항(optional)일 수 있다.
또한, 상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 전기차가 어떤 공급 장치와의 페어링에 실패하는 경우에도, 대체 공급장치에 대한 정보를 통해 다른 공급장치와의 페어링을 수행할 수 있다.
그에 따라 전기차 및 공급장치 간의 안정적인 페어링 및 전력 공급을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 전기차 유선 충전을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 전기차 전력 전송 제어에 사용되는 통신 방법을 나타낸다.
도 4a는 전력 전송을 위한 통상적인 페어링 절차의 성공예를 도시한다.
도 4b는 전력 전송을 위한 통상적인 페어링 절차의 실패예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링 방법이 구현될 수 있는 계층적 SECC 아키텍쳐의 일 예를 도시한다.
도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISEP 이벤트 알림(Announce) 메시지 구조를 나타낸다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 ISEP 이벤트 요청 및 응답 메시지의 구조를 나타낸다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리거링 이벤트 메시지 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 프로액티브 메시지를 이용해 페어링을 수행하는 방법의 일 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링 제어 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 제어 방법의 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 제어 장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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.
본 명세서에 사용되는 일부 용어를 정의하면 다음과 같다.
전기차(Electric Vehicle, EV)는 49 CFR(code of federal regulations) 523.3 등에서 정의된 자동차(automobile)를 지칭할 수 있다. 전기차는 고속도로 이용 가능하고, 차량 외부의 전원공급원으로부터 재충전 가능한 배터리 등의 차량 탑재 에너지 저장 장치에서 공급되는 전기에 의해 구동될 수 있다. 전원공급원은 주거지나 공용 전기서비스 또는 차량 탑재 연료를 이용하는 발전기 등을 포함할 수 있다.
전기차(electric vehicle, EV)는 일렉트릭 카(electric car), 일렉트릭 오토모바일(electric automobile), ERV(electric road vehicle), PV(plug-in vehicle), xEV(plug-in vehicle) 등으로 지칭될 수 있고, xEV는 BEV(plug-in all-electric vehicle 또는 battery electric vehicle), PEV(plug-in electric vehicle), HEV(hybrid electric vehicle), HPEV(hybrid plug-in electric vehicle), PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등으로 지칭되거나 구분될 수 있다.
플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)는 전력 그리드에 연결하여 차량 탑재 일차 배터리를 재충전하는 전기차로 지칭될 수 있다.
플러그인 차량(Plug-in vehicle, PV)은 본 명세서에서 전기차 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)로부터 물리적인 플러그와 소켓을 사용하지 않고 무선 충전 방식을 통해 재충전 가능한 차량으로 지칭될 수 있다.
중량 자동차(Heavy duty vehicles; H.D. Vehicles)는 49 CFR 523.6 또는 CFR 37.3(bus)에서 정의된 네 개 이상의 바퀴를 가진 모든 차량을 지칭할 수 있다.
경량 플러그인 전기차(Light duty plug-in electric vehicle)는 주로 공공 거리, 도로 및 고속도로에서 사용하기 위한 재충전 가능한 배터리나 다른 에너지 장치의 전류가 공급되는 전기 모터에 의해 추진력을 얻는 3개 또는 4개 바퀴를 가진 차량을 지칭할 수 있다. 경량 플러그인 전기차는 총 중량이 4.545㎏보다 작게 규정될 수 있다.
무선 충전 시스템(Wireless power charging system, WCS)은 무선 전력 전송과 얼라인먼트 및 통신을 포함한 GA와 VA 간의 제어를 위한 시스템을 지칭할 수 있다.
무선 전력 전송(Wireless power transfer, WPT)은 유틸리티(Utility)나 그리드(Grid) 등의 교류(AC) 전원공급 네트워크에서 전기차로 무접촉 수단을 통해 전기적인 전력을 전송하는 것을 지칭할 수 있다.
유틸리티(Utility)는 전기적인 에너지를 제공하며 통상 고객 정보 시스템(Customer Information System, CIS), 양방향 검침 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI), 요금과 수익(Rates and Revenue) 시스템 등을 포함하는 시스템들의 집합으로 지칭될 수 있다. 유틸리티는 가격표 또는 이산 이벤트(discrete events)를 통해 플러그인 전기차가 에너지를 이용할 수 있도록 한다. 또한, 유틸리티는 관세율, 계측 전력 소비에 대한 인터벌 및 플러그인 전기차에 대한 전기차 프로그램의 검증 등에 대한 정보를 제공할 수 있다.
스마트 충전(Smart charging)은 EVSE 및/또는 플러그인 전기차가 차량 충전율이나 방전율을 그리드 용량이나 사용 비용 비율의 시간을 최적화하기 위해 전력 그리드와 통신하는 시스템으로 설명할 수 있다.
자동 충전(Automatic charging)은 전력을 전송할 수 있는 1차측 충전기 어셈블리(primary charger assembly)에 대하여 적절한 위치에 차량을 위치시키고 인덕티브 충전하는 동작으로 정의될 수 있다. 자동 충전은 필요한 인증 및 권한을 얻은 후에 수행될 수 있다.
상호운용성(Interoperabilty)은 서로 상대적인 시스템의 성분들이 전체 시스템의 목적하는 동작을 수행하기 위해 함께 작동할 수 있는 상태를 지칭할 수 있다. 정보 상호운용성(Information interoperability)은 두 개 이상의 네트워크들, 시스템들, 디바이스들, 애플리케이션들 또는 성분들이 사용자가 거의 또는 전혀 불편함 없이 안전하고 효과적으로 정보를 공유하고 쉽게 사용할 수 있는 능력을 지칭할 수 있다.
유도 충전 시스템(Inductive charging system)은 두 파트가 느슨하게 결합된 트랜스포머를 통해 전기 공급 네트워크에서 전기차로 정방향에서 전자기적으로 에너지를 전송하는 시스템을 지칭할 수 있다. 본 실시예에서 유도 충전 시스템은 전기차 충전 시스템에 대응할 수 있다.
유도 커플러(Inductive coupler)는 GA 코일과 VA 코일로 형성되어 전력이 전기적인 절연을 통해 전력을 전송하는 트랜스포머를 지칭할 수 있다.
유도 결합(Inductive coupling)은 두 코일들 간의 자기 결합을 지칭할 수 있다. 두 코일은 그라운드 어셈블리 코일(Ground assembly coil)과 차량 어셈블리 코일(Vehicle assembly coil)을 지칭할 수 있다.
그라운드 어셈블리(Ground assembly, GA)는 GA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 그라운드 또는 인프라스트럭처(infrastructure) 측에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로(magnetic path)를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, GA는 무선 충전 시스템의 전력 소스로서 기능하는 데 필요한 전력/주파수 변환 장치, GA 컨트롤러 및 그리드로부터의 배선과 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
차량 어셈블리(Vehicle assembly, VA)는 VA 코일과 다른 적절한 부품을 포함하여 차량에 배치되는 어셈블리를 지칭할 수 있다. 다른 적절한 부품은 임피던스와 공진주파수를 제어하기 위한 적어도 하나의 부품, 자기 경로를 강화하기 위한 페라이트 및 전자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, VA는 무선 충전 시스템의 차량 부품으로서 기능하는 데 필요한 정류기/전력변환장치와 VA 컨트롤러 및 차량 배터리의 배선뿐 아니라 각 유닛과 필터링 회로들, 하우징 등의 사이의 배선을 포함할 수 있다.
전술한 GA는 서플라이 디바이스(supply device), 전력공급측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 전기차 디바이스(EV device), 전기차량 측 장치 등으로 지칭될 수 있다.
전력공급측 장치(supply device)는 전기차량측 장치에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 전력 공급측 장치는 1차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 전력 공급측 장치는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 전력 공급측 장치는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.
전기차량측 장치(EV device)는 전력 공급측 장치에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 전기차량측 장치는 2차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 전기차량측 장치는 전력공급측 장치로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 전기차량측 장치는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.
그라운드 어셈블리 컨트롤러(Ground Assembly controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다.
차량 어셈블리 컨트롤러(Vehicle Assembly controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다.
전술한 GA 컨트롤러는 전력공급측 장치의 서플라이 파워 서킷(supply power circuit, SPC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 파워 서킷(EV power circuit, EVPC)로 지칭될 수 있다.
마그네틱 갭(Magnetic gap)은 리츠선(litz wire)의 상부 또는 GA 코일의 마그네틱 재료의 상부의 가장 높은 평면과 상기 리츠선의 하부 또는 VA 코일의 마그네틱 재료의 가장 낮은 평면이 서로 정렬되었을 때 이들 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
주위 온도(Ambient temperature)는 직접적으로 햇빛이 비치지 않는 대상 서브시스템의 대기에서 측정된 그라운드 레벨 온도를 지칭할 수 있다.
차량 지상고(Vehicle ground clearance)는 도로 또는 도로포장과 차량 플로어 팬의 최하부 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
차량 마그네틱 지상고(Vehicle magnetic ground clearance)는 리츠선의 바닥 최하위 평면 또는 차량에 탑재된 VA 코일의 절연 재료와 도로포장 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다.
차량 어셈블리(VA) 코일 표면 간격(Vehicle assembly coil surface distance)은 리츠선의 바닥 최하부의 평면 또는 VA 코일의 마그네틱 재료와 VA 코일의 최하위 외부 표면 사이의 수직 거리를 지칭할 수 있다. 이러한 거리는 보호 커버재 및 코일 포장재로 포장된 추가 아이템을 포함할 수 있다.
전술한 VA 코일은 2차 코일(secondary coil), 차량 코일(vehicle coil), 수신 코일(receiver coil) 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 그라운드 어셈블리 코일(ground assembly coil, GA coil)은 1차 코일(primary coil), 송신 코일(transmit coil) 등으로 지칭될 수 있다.
노출 도전 부품(Exposed conductive component)은 사람에 의해 접촉될 수 있고 평상시 전기가 흐르지 않지만 고장 시에 전기가 흐를 수 있는 전기적인 장치(예컨대, 전기차)의 도전성 부품을 지칭할 수 있다.
유해 라이브 요소(Hazardous live component)는 어떤 조건하에서 유해한 전기 쇼크를 줄 수 있는 라이브 구성요소를 지칭할 수 있다.
라이브 요소(Live component)는 기본적인 용도에서 전기적으로 활성화되는 모든 도체 또는 도전성 부품을 지칭할 수 있다.
직접 접촉(Direct contact)은 생물체인 사람의 접촉을 지칭할 수 있다.
간접 접촉(Indirect contact)은 절연 실패로 사람이 노출된, 도전된, 전기가 흐르는 활성 성분에 접촉하는 것을 지칭할 수 있다.(IEC 61140 참조)
얼라인먼트(Alignment)는 규정된 효율적인 전력 전송을 위해 전력공급측 장치에 대한 전기차량측 장치의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 전기차량측 장치에 대한 전력공급측 장치의 상대적인 위치를 찾는 절차를 가리킬 수 있다. 본 명세서에서 얼라인먼트는 무선 전력 전송 시스템의 위치 정렬을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
페어링(Pairing)은 전력을 전송할 수 있도록 배치된 단일 전용 그라운드 어셈블리(전력공급측 장치)와 차량(전기차)이 연관되는 절차를 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 페어링은 충전 스팟 또는 특정 그라운드 어셈블리와 차량 어셈블리 제어기의 연관 절차를 포함할 수 있다. 연관(Correlation/Association)은 두 피어 통신 실체들 사이의 관계 성립 절차를 포함할 수 있다.
하이 레벨 통신(High level communication)은 명령 및 제어 통신에서 담당하는 정보를 초과하는 모든 정보를 처리할 수 있다. 하이 레벨 통신의 데이터 링크는 PLC(Power line communication)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
저전력 기동(Low power excitation)은 정밀 포지셔닝과 페어링을 수행하기 위해 전기차가 전력공급측 장치를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.
SSID(Service set identifier)는 무선랜 상에서 전송되는 패킷의 해더에 붙는 32-character로 이루어진 유니크한 식별자이다. SSID는 무선 장비에서 접속하려고하는 BSS(basic service set)를 구분해준다. SSID는 기본적으로 여러 개의 무선랜을 서로 구별해준다. 따라서 특정한 무선랜을 사용하려는 모든 AP(access point)와 모든 단말(terminal)/스테이션(station) 장비들은 모두 같은 SSID를 사용할 수 있다. 유일한 SSID를 사용하지 않는 장비는 BSS에 조인하는 것이 불가능하다. SSID는 평문으로 그대로 보여지기 때문에 네트워크에 어떠한 보안 특성도 제공하지 않을 수 있다.
ESSID(Extended service set identifier)는 접속하고자 하는 네트워크의 이름이다. SSID와 비슷하지만 보다 확장된 개념일 수 있다.
BSSID(Basic service set identifier)는 통상 48bits로 특정 BSS(basic service set)를 구분하기 위해 사용한다. 인프라스트럭쳐 BSS 네트워크의 경우, BSSID는 AP 장비의 MAC(medium access control) 주소가 될 수 있다. 독립적인(independent) BSS나 애드훅(ad hoc) 네트워크의 경우, BSSID는 임의의 값으로 생성될 수 있다.
차징 스테이션(charging station)은 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리와 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 관리하는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리 제어기를 포함할 수 있다. 그라운드 어셈블리는 적어도 하나 이상의 무선통신기를 구비할 수 있다. 차징 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 전기차 유선 충전을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전기차 유선 충전 방법은 전기차 충전 케이블(30)과 전기차(10)의 적어도 하나의 구성요소 및 기존의 건물 또는 충전 스탠드에 설치되어 있는 전력 소켓(40)의 상호 동작으로 수행될 수 있다.
여기서, 전기차(10)는 일반적으로 배터리와 같이 충전 가능한 에너지 저장 장치로부터 유도된 전류를 동력장치인 전기 모터의 에너지원으로 공급하는 차량(automobile)으로 정의할 수 있다.
또한, 전기차(10)는 전기 모터와 일반적인 내연기관(internal combustion engine)을 함께 갖는 하이브리드 자동차를 포함할 수 있고, 자동차(automobile)뿐만 아니라 모터사이클(motocycle), 카트(cart), 스쿠터(scooter) 및 전기 자전거(electric bicycle)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차(10)는 유선으로 배터리를 충전할 수 있도록 플러그 접속구를 포함할 수도 있다. 이때, 유선으로 배터리를 충전할 수 있는 전기차(10)를 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)로 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차(10)에 구비된 플러그 접속구는 완속 충전을 지원하거나 급속 충전을 지원할 수 있다. 이때, 전기차(10)는 하나의 플러그 접속구를 통해 완속 충전과 급속 충전을 모두 지원하거나, 완속 충전과 급속 충전을 지원하는 각각의 플러그 접속구를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기차(10)는 완속 충전 또는 일반적인 전력 계통에서 공급되는 교류 전원을 통한 충전을 지원하기 위하여 온보드 충전기(On Board Charger)를 포함할 수 있다. 온보드 충전기는 완속 충전시 외부에서 유선으로 공급되는 교류 전원을 승압하고 직류 전원으로 변환하여 전기차(10)에 내장된 배터리에 공급할 수 있다. 따라서, 전기차(10)의 플러그 접속구에 완속 충전을 위한 교류 전원이 공급되는 경우 온보드 충전기를 거쳐 충전이 수행될 수 있고, 플러그 접속구에 급속 충전을 위한 직류 전원이 공급되는 경우 온보드 충전기를 거치지 않고 충전이 수행될 수 있다.
한편, 전기차 충전 케이블(30)은 충전 커넥터(31), 콘센트 소켓 접속부(33) 및 인케이블 컨트롤 박스(ICCB)(32) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 충전 커넥터(31)는 전기차(10)와 전기적으로 연결할 수 있는 접속 부일 수 있고, 인케이블 컨트롤 박스(ICCB; In-cable control box)(32)는 전기차(10)와 통신하여 전기차의 상태 정보를 수신하거나 전기차(10)로의 전력 충전을 제어할 수 있다.
여기서, 인케이블 컨트롤 박스(32)는 전기차 충전 케이블(10)에 포함되는 것으로 도시하였으나, 전기차 충전 케이블(10) 이외의 장소에 탑재되거나 SECC에 결합되거나 SECC로 대체될 수 있다.
여기서, 콘센트 소켓 접속부(33)는 일반적인 플러그나 코드셋 등의 전기 접속 기구로서 전력을 공급받는 콘센트에 접속될 수 있다.
예를 들어, 전력 소켓(40)은 기존에 전기차(10) 소유자의 집에 부속된 주차장, 주유소에서 전기차 충전을 위한 주차구역, 쇼핑 센터나 직장의 주차구역 등과 같이 다양한 장소에 설치된 콘센트를 지칭할 수 있다.
또한, 전력 소켓(40)이 설치된 건물이나 장소(예를 들면 스탠드)에 인케이블 컨트롤 박스(32) 또는 전기차(10)의 구성 요소 중 하나(예를 들면 EVCC)와 통신을 수행하여, 충전 절차를 제어하는 장치가 설치될 수 있는데, 이러한 장치를 SECC(Supply Equipment Communication Controller)로 지칭할 수 있다.
여기서, SECC는 유무선 통신을 통하여 전력망(power grid) 또는 전력망을 관리하는 인프라 관리 시스템(infrastructure management system), 전력 소켓(40)이 설치된 건물의 관리 서버(이하에서 설명하는 단지 서버) 또는 인프라 서버와 통신할 수 있다.
전력 소켓(40)은 전력 계통의 교류 전원을 그대로 공급할 수 있는데 예를 들어 1P2W(단상2선식)와 3P4W(3상4선식) 중 적어도 하나의 방식에 해당하는 교류 전원을 공급할 수 있다.
전기차 충전 케이블(30)은 완속 충전을 지원하여 완속 충전을 위한 전력을 전기차(10)에 공급할 수 있으며, 이때 완속 충전 전력량으로 3.3 ~ 7.7 (kWh) 사이의 전력을 전기차(10)에 공급할 수 있다.
또한, 전기차 충전 케이블(30)은 급속 충전을 지원하여 급속 충전을 위한 전력을 전기차(10)에 공급할 수도 있는데, 이때 급속 충전 전력량으로 50 ~ 100 (kWh) 사이의 전력을 전기차(10)에 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 전기차를 위한 무선 전력 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송은 전기차(electric vehicle, 10)의 적어도 하나의 구성요소와 차징 스테이션(charging station, 20)에 의해서 수행될 수 있고, 전기차(10)에 무선으로 전력을 전송하기 위해서 이용될 수 있다.
여기서, 전기차(10)는 일반적으로 배터리(12)와 같이 충전 가능한 에너지 저장 장치로부터 유도된 전류를 동력장치인 전기 모터의 에너지원으로 공급하는 차량(automobile)으로 정의할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 전기차(10)는 전기 모터와 일반적인 내연기관(internal combustion engine)을 함께 갖는 하이브리드 자동차를 포함할 수 있고, 자동차(automobile)뿐만 아니라 모터사이클(motocycle), 카트(cart), 스쿠터(scooter) 및 전기 자전거(electric bicycle)를 포함할 수 있다.
또한, 전기차(10)는 무선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 수신 코일이 포함된 수신 패드(11)를 포함할 수 있으며, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있도록 플러그 접속구를 포함할 수도 있다. 이때, 유선으로 배터리(12)를 충전할 수 있는 전기차(10)를 플러그인 전기차(Plug-in Electric Vehicle, PEV)로 지칭할 수 있다.
여기서, 차징 스테이션(20)은 전력망(power grid, 50) 또는 전력 백본(power backbone)에 연결될 수 있고, 전력 링크(power link)를 통하여 송신 코일이 포함된 송신 패드(21)에 교류(AC) 또는 직류(DC) 전력을 제공할 수 있다.
또한, 차징 스테이션(20)은 유무선 통신을 통하여 전력망(power grid, 50) 또는 전력망을 관리하는 인프라 관리 시스템(infrastructure management system) 또는 인프라 서버와 통신할 수 있고, 전기차(10)와 무선 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 무선 통신에는 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 셀룰러(cellular), 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network) 등이 있을 수 있다.
또한, 예를 들어 차징 스테이션(20)은 전기차(10) 소유자의 집에 부속된 주차장, 주유소에서 전기차 충전을 위한 주차구역, 쇼핑 센터나 직장의 주차구역 등과 같이 다양한 장소에 위치할 수 있다.
여기서, 전기차(10)의 배터리(12)를 무선 충전하는 과정은 먼저 전기차(10)의 수신 패드(11)가 송신 패드(21)에 의한 에너지 장(energy field)에 위치하고, 송신 패드(21)의 송신 코일과 수신 패드(11)의 수신 코일이 서로 상호작용 또는 커플링됨으로써 수행될 수 있다. 상호작용 또는 커플링의 결과로 수신 패드(11)에 기전력이 유도되고, 유도된 기전력에 의해 배터리(12)가 충전될 수 있다.
또한, 차징 스테이션(20)과 송신 패드(21)는 그 전부 또는 일부를 그라운드 어셈블리(Ground Assembly; GA)로 지칭할 수 있고, 그라운드 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.
또한, 전기차(10)의 수신 패드(11)와 전기차의 다른 내부 구성요소 전부 또는 일부를 비히클 어셈블리(Vehicle Assembly; VA)로 지칭할 수 있는데, 여기서 비히클 어셈블리는 앞서 정의한 의미를 참조할 수 있다.
여기서, 송신 패드 또는 수신 패드는 비극성(non-polarized) 또는 극성(polarized)으로 구성될 수도 있다.
이때, 패드가 비극성이면 패드의 중앙에 하나의 극이 있고, 바깥 주변에 반대 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속(flux)은 패드의 중앙에서 나가고(exit), 패드의 모든 바깥 경계에서 복귀(return)하도록 형성될 수 있다.
또한, 패드가 극성인 경우, 패드의 어느 한쪽 끝에 각각의 극을 가질 수 있다. 여기서, 자속은 패드의 방향(orientation)에 기초하여 형성될 수 있다.
한편, 전기차 충전을 위한 통신 표준 문서인 ISO 15118에 따르면, EV 및 EV 충전기는 메시지를 교환하여 전체 충전 프로세스를 제어한다. 즉, 차량측 통신제어기(EVCC; Electric Veh`icle Communication Controller)와 전력공급측 통신제어기(SECC; Supply Equipment Communication Controller) 사이에 전기차 충전을 위한 통신이 이루어질 수 있다.
통신 전 EV는 먼저 충전기가 신뢰할 수 있는 운영자가 승인한 신뢰할 수 있는 시설인지 확인하기 위해 EV 충전기의 신원을 확인하고, 무단 액세스로부터 통신을 보호하기 위해 충전기와 보안 채널을 설정한다. 이러한 목표는 IETF RFC 5246에 정의된 표준화된 프로토콜 TLS(Transport Layer Security)에 의해 달성될 수 있다. TLS 세션은 IP 기반의 통신 연결 성립 절차 이후에 TLS 세션 설립 절차에 의해 생성될 수 있다. TLS의 보안은 EV 충전기가 속한 신뢰할 수 있는 운영자(operator)에 대한 EV의 신뢰 가정에 의존한다.
도 3은 본 발명이 적용되는 전기차 전력 전송 제어에 사용되는 통신 방법을 나타낸다.
전기차 충전 통신 표준 문서(예를 들어, ISO 15118-8, 15118-20)에 따르면, 전기차 충전을 위한 무선통신을 사용 시, 차량측 통신제어기(EVCC, Electric Vehicle Communication Controller)와 전력공급측 통신제어기(SECC, Supply Equipment Communication Controller) 사이의 통신 규격은 IEEE Std 802.11에 따를 수 있다. 즉, 전기차 전력 전송에는 차량측 통신제어기(EVCC)와 전력공급측 통신제어기(SECC) 간의 통신이 수반된다. 이때 하나의 EVSE마다 하나의 SECC가 사용되기도 하고, 복수의 EVSE가 하나의 SECC를 사용할 수도 있다.
또한, 유선 케이블을 통한 전력 전송은 IEC 61851에 따를 수 있다.
한편, VA(또는 EVCC)와 GA(SECC) 간에 수행되는 무선 충전 방법은 WPT WLAN 인지(Discovery) 단계, 무선통신 체결/충전장소 탐색(Association/Charging Spot Discovery) 단계, 위치정렬 승인 & 인증 및 위치정렬(Fine Alignment) 단계, 페어링(Pairing) 단계, 정렬 체크 및 무선충전 사전준비(Alignment Check & Pre-WPT) 단계, 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer) 단계 등을 포함할 수 있다.
여기서, 페어링은 EVCC가 충전을 위해 올바른 SECC와 통신하고 있음을 확인하는 절차로, EVCC 및 SECC 간에 수행되는 프로세스이다. 페어링은 유선 전력 전송, 무선 전력 전송에 모두 필요한 프로세스일 수 있다. 다만, 유선 전력 전송에서의 페어링과 무선 전력 전송에서의 페어링은 세부 절차가 다를 수 있다.
도 4a는 전력 전송을 위한 통상적인 페어링 절차의 성공예를 도시한다.
도 4a에서는 유선 케이블을 통한 전력 전송이 이루어지는 환경에서 하나의 EVSE 및 SECC가 사용되는 예를 도시한다. 즉, EVSE1은 자신에게 부여된 SECC1을 통해 EVCC와 통신한다.
도 4a를 참조하면, EVCC는 WIFIPairingReq 메시지를 SECC1으로 송신하고, EVSE1의 SECC1은 WIFIPairingRes 메시지를 EVCC에게 회신하는 WIFIPairingReq/Res 메시지 루프를 통해 페어링 절차가 수행된다.
여기서, EVCC가 SECC로 전송하는 WIFIPairingReq 메시지는 "PairingStatus"와 관련한 파라미터를 포함할 수 있다. 또한, WIFIPairingRes 메시지는 EVSEProcessing, Number_Of_Toggles, ResponseCode, EVSEID 등의 파라미터를 포함할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이 하나의 EVSE 및 이에 대응하는 하나의 SECC가 존재하는 경우 페어링 성공 확률이 높다 할 것이다.
도 4b는 전력 전송을 위한 통상적인 페어링 절차의 실패예를 도시한다.
도 4b는 유선 케이블을 통한 전력 전송이 이루어지는 환경에서 2개의 EVSE 및 각각의 EVSE에 대응하는 SECC가 EV 근처에 위치하는 예를 도시한다.
도 4b를 참조하면, 도 4a와 마찬가지로 EVCC는 WIFIPairingReq 메시지를 SECC1으로 송신하고, EVSE1의 SECC1은 WIFIPairingRes 메시지를 EVCC에게 회신하는 WIFIPairingReq/Res 메시지 루프를 통해 페어링 절차가 수행된다.
도 4b에 도시된 예에서처럼 EVCC가 통신 가능한 복수의 SECC가 존재하는 경우 페어링 실패 확률이 높아질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링 방법의 흐름도이다.
도 5에서는 EVCC가 통신 가능한 2개의 SECC가 근처에 위치하는 예를 도시한다. 앞서 도 4b를 통해 살펴본 바와 같이 EVCC가 통신 가능한 복수의 SECC가 존재하는 경우 페어링 실패 확률이 높아질 수 있는데, 본 발명에서는 이에 대한 해결책을 제시한다.
즉, EVCC가 SECC1과의 WiFi 페어링을 시도하였으나 페어링 실패의 결과를 얻은 경우, SECC1은 실패 응답으로 "Response = No toggle"을 설정하여 회신할 수 있다. 이때, SECC1은, SECC1 외에 EVCC가 페어링 가능한 대체 SECC에 대한 정보를 "ListOfAlternativeSECCs = SECC2"과 같이 표시하여 WIFIPairingRes 메시지를 구성하고, 이를 EVCC로 전송한다.
다시 말해, SECC1은 EV와의 WiFi 페어링에서 실패라는 결과를 얻었지만, 페어링 성공에 대한 힌트를 EVCC로 제공하는 것이다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 ListOfAlternativeSECCs 파라미터를 포함하는 WiFiPairingRes 메시지가 제공될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링 방법이 구현될 수 있는 계층적 SECC 아키텍쳐의 일 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SECC 아키텍쳐는 하나 이상의 프록시 SECC를 포함할 수 있다. 프록시 SECC는 하나 이상의 EVSE 대응 SECC(SECC1, SECC2)와 통신할 수 있다. 각 SECC는 프록시 SECC에게 자신에 대한 정보를 송신하고, 프록시 SECC를 통해 주변에 위치하는 다른 SECC에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
예를 들어, EVCC와 SECC2의 페어링 절차에서 최종적으로 페어링 실패의 결론을 얻고, SECC2가 대체 SECC에 대한 정보로서 (IP1, Port 1)을 프록시 SECC를 통해 EVCC로 전달할 수 있다. 해당 정보를 수신한 EVCC는 다음번 페어링 상대로 (IP1, Port 1)에 매칭되는 SECC1을 선택할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, EV가 플러그인되어 있거나 파킹하고 있는 EVSE를 제어하는 SECC를 찾는 데 유용한 정보를 제공하기 위해 WiFiPairingRes 메시지 내에 ListOfAlternativeSECCs를 추가할 수 있다.
여기서, EVCC가 SECC로 전송하는 WiFiPairingReq 메시지는 "PairingStatus"와 관련한 파라미터를 포함할 수 있고, 해당 파라미터는 PairingStatus = {"Init", "EV_Ready_To_Toggle", "End_Of_Toggle" }의 값을 가질 수 있다.
또한, WiFiPairingRes 메시지는 EVSEProcessing, Number_Of_Toggles, ResponseCode, EVSEID 등의 파라미터를 포함할 수 있다. 여기서, EVSEProcessing 파라미터는 {"Ongoing", "Finished"}의 값을 가질 수 있다. Number_Of_Toggles 파라미터는 정수 값을 가질 수 있다. 또한, ResponseCode 파라미터는 {"OK", "Failed_Wrong_Number_of_Toggles", "Failed_No_State_B"} 등의 값을 가질 수 있다. 또한, EVSEID 파라미터는 스트링(string) 형태의 값을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 WiFiPairingRes 메시지는 또한, ListOfAlternativeSECCs 파라미터를 포함할 수 있으며, 해당 파라미터는 높은 확률을 갖는 SECC 순서대로 해당 SECC에 대한 (SSID, BSSID, IP, Port) 정보를 포함하는 리스트를 포함할 수 있다. 여기서, BSSID(Basic service set identifier)는 SECC의 WiFi 인터페이스의 MAC 주소로서, 한 충전소에서 여러 개의 SECC가 동일한 SSID를 사용하는 경우 BSSID를 이용해 SECC를 구분할 수 있다.
다시 말해, ListOfAlternativeSECC는 현재 SECC와의 페어링 프로세스가 실패할 때 EV가 우선순위에 따라 연결하도록 권장되는 모든 SECC의 리스트를 제공할 수 있다. ListOfAlternativeSECCs 파라미터가 제공되지 않는 경우에는, (SSID, BSSID, IP, Port) 값이 NULL(empty)로 채워질 수 있다.
대체 SECC에 대한 리스트가 주어지면 EV는 주어진 순서대로 SECC에 연결할 수 있다. 예를 들어, EV는 제공된 SSID를 사용하여 무선 네트워크에 연결하고 SDP(Session Description Protocol)를 시작하거나 또는 제공된 IP 주소 및 포트 번호로 SECC에 직접 연결할 수 있다.
이때, SECC가 ListOfAlternativeSECCs 정보를 준비하는 데 더 많은 시간이 필요한 경우, SECC는 "EVSEProcessing"을 "Ongoing"으로 설정하고 "ResponseCode"를 "OK" 이외의 값으로 설정하여 WiFiPairingRes를 전송할 필요가 있다.
한편, 무선전력전송(Wireless Power Transfer; WPT)에도 이와 유사한 페어링 메커니즘이 존재한다. 무선전력 전송에서 EVCC와 SECC는 페어링 Req/Res 메시지를 통해, EV가 위치하는 프라이머리 코어를 제어하는 SECC와 통신하고 있는지 확인할 수 있다.
페어링은 EV에 의한 시그널링 및 EVSE에 의한 시그널링의 두 종류의 페어링을 포함할 수 있다, EV에 의한 시그널링의 경우, SECC가 EV로부터 신호를 수신할 때 다른 SECC와 해당 신호를 공유한다. 하지만, EVSE에 의한 시그널링의 경우 해당 메커니즘을 사용할 수 없다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 WPT 페어링에 사용되는 PairingRes 메시지에 "ListOfAlternativeSECCs" 파라미터를 옵션 형태(optional)로 추가할 수 있다.
"ListOfAlternativeSECCs" 파라미터는 높은 확률을 갖는 순서대로 (SSID, BSSID, IP, Port) 리스트 정보를 포함할 수 있다. PairingRes 메시지 내에 ListOfAlternativeSECCs 파라미터가 제공되지 않는 경우에는 (SSID, BSSID, IP, Port) 값이 NULL(empty)로 채워질 수 있다.
정리하면 본 발명에서는, 전도성 전력 전송, 즉 케이블을 이용한 유선 전력 전송의 경우 ListOfAlternativeSECCs 파라미터를 WiFiPairingRes 메시지에 추가할 수 있다. 또한, 유도 전력 전송, 즉 무선 전력 전송의 경우에는 ListOfAlternativeSECCs 파라미터를 PairingRes 메시지에 추가할 수 있다. WiFiPairingRes 메시지 또는 PairingRes 메시지에 추가되는 ListOfAlternativeSECCs 파라미터는 높은 확률을 갖는 순서대로 (SSID, BSSID, IP, Port) 리스트 정보를 포함할 수 있으며, (SSID, BSSID, IP, Port) 모두 선택적으로 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 현재 SECC는, EV가 연결되어 있는 SECC가 어떤 것인지 또는 잘못된 EVSE 상에 파킹되어 있는지 알아낼 수 있다.
본 발명에서는 이를 위해 SECC들 간에 독점 통신(proprietary communication)이 필요하다. SECC들 간의 독점 통신을 본 발명에서는 ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)이라 부르기로 한다. ISEP 프로토콜은 크게 아래와 같은 3가지 유형의 메시징을 포함할 수 있다.
Figure pat00001
프로액티브(Proactive): 관찰된 이벤트(BCB 토글(전도성) 또는 신호 값(유도성))를 알리기 위해 SECC들에 대해 브로드캐스팅하는 메시지
Figure pat00002
리액티브(Reactive): 특정 BCB 토글 또는 신호를 수신한 가능한 올바른 SECC를 찾기 위한 SECC의 브로드캐스트-응답 메시지
Figure pat00003
트리거링(Triggering): 하나의 SECC가 다른 SECC에게 페어링 목적으로 EV에 대한 신호를 생성하도록 요청하는 메시지
본 발명의 일 실시예에 따른 ISEP는 UDP((Universal Datagram Protocol) 프로토콜을 이용하여 구현될 수 있다. 각 SECC는 정해진 UDP 포트(예를 들어, 151182)를 열어 ISEP에 사용할 수 있다. 또한, ISEP는 인코딩 방식으로 JSON을 사용할 수 있다.
도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISEP 이벤트 알림(Announce) 메시지 구조를 나타낸다.
도 7a에 도시된 ISEP 이벤트 알림(Announce) 메시지는 프로액티브 ISEP 메시지의 일 예로서, 브로드캐스트 기반 UDP 프로토콜을 사용할 수 있다.
각 SECC는 ISEP 이벤트 알림(Announce) 메시지를 통해 자신의 진행중인 세션에 연결할 수 없는 BCB 토글/신호 이벤트의 리스트를 알린다. AnnouncePeriod 파라미터는 각 SECC가 해당 이벤트 리스트를 알리는 주기의 취소값을 나타낼 수 있다. ISEP 이벤트 알림 메시지를 수신하는 SECC는 수신한 정보를 사용하여 페어링에 실패한 EV에게 시도할 수 있는 대체 무선 네트워크 또는 SECC의 IP 주소 및 포트 번호를 추천할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 ISEP 이벤트 요청(Request) 및 응답(response) 메시지의 구조를 나타낸다.
도 7b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 ISEP 이벤트 요청(Request) 메시지 및 ISEP 이벤트 응답(response) 메시지는, 리액티브 ISEP 메시지의 일 예이다.
리액티브 ISEP 메시지는 선택사항이며(optional) 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우에만 전송될 수도 있다. 리액티브 메시지는 또한, 브로드캐스트-응답 UDP 프로토콜을 사용할 수 있다. SECC가 특정 이벤트에 대한 문의를 브로드캐스트할 수 있고, 이를 수신한 SECC가 문의와 일치하는 토글 이벤트를 관찰했지만 진행 중인 자신의 세션에 연결되지 않은 경우 문의한 SECC에 대해 응답(유니캐스트)할 수 있다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리거링 이벤트 메시지 구조를 나타낸다.
도 7c에 도시된 트리거링 이벤트 요청 메시지 및 트리거링 이벤트 응답 메시지는 트리거링 ISEP 메시지의 예들이다. 트리거링 메시지는 페어링 신호가 EVSE에 의해 생성되어야 할 경우(예를 들어, LPE(Low Power Excitation) 페어링)에만 사용될 수 있다.
이때, 트리거링 요청-응답 메시지는 브로드캐스트-유니캐스트 메시지 형태일 수 있지만, 유니캐스트-유니태스트 형태도 가능하다. 보다 구체적으로, SECC는 임의로 선택된 값을 사용해 EV에게 신호를 보내도록 하는 요청을 브로드캐스트할 수 있다. 이를 수신한 하나 이상의 다른 SECC는 자신의 사용되지 않는 EVSE에서 임의의 값을 이용해 신호를 송신하고, 이후 해당 신호에 사용된 값을 표시하여 요청한 SECC에게 응답한다. 또한, SECC는 수신하는 SECC가 지정한 값을 사용해 EV에게 신호를 송신하도록 하는 요청을 유니캐스트로 송신할 수 있다. 이를 수신한 하나 이상의 다른 SECC는 지정된 값을 이용해 EV에게 신호를 송신하고, 이후 요청한 SECC에게 응답할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 프로액티브 메시지를 이용해 페어링을 수행하는 방법의 일 실시예를 도시한다.
충전 세션이 시작되고, EVCC가 충전 방식에 따라 WiFiPairingRes 메시지 또는 PairingRes 메시지를 SECC로 전송한다. 페어링 루프를 따라 메시지를 교환한 결과 페어링이 실패한 경우 EVCC는 해당 SECC로부터 잘못된 토글 또는 신호를 수신한다(S820). 이때, SECC는 주변의 다른 SECC들과의 ISEP 메시지 교환을 통해 보관하고 있던 ISEP.AnnounceEvents 메시지들을 살펴본다. SECC는 해당 메시지들 에 포함된 최근 이벤트들을 검토하여, 각 SECC에 대한 (SSID, BSSID, IP, Port)를 포함하는 리스트를 생성하고, 해당 리스트를 포함하는 WiFiPairingRes 또는 PairingRes 메시지를 EVCC 에게 제공할 수 있다(S821).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링 제어 방법의 순서도이다.
도 9에 도시된 페어링 제어 방법은 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC) 또는 공급 장치(EVSE)에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 페어링 제어 방법에서는, 우선 SECC가 ISEP 메시지를 이용해 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보를 획득하는 단계(S9100)가 선행될 수 있다. 다른 SECC에 대한 정보를 획득하는 절차는 도 7a 내지 도 7c 및 도 8을 통해 살펴본 바와 같이 SECC들 간에 교환되는 ISEP 메시지를 이용해 주기적으로 또는 필요에 따라 수행될 수 있다.
여기서, ISEP 메시지는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항(optional)일 수 있다. 또한, 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용될 수 있다.
충전세션이 개시되면(S920), SECC가 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환한다(S930).
SECC는 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하고(S940), 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송한다(S950). 대체 SECC에 대한 정보를 생성할 때 SECC는, 각 SECC가 브로드캐스트하는 이벤트 알림 메시지에 포함된 SECC에 대한 정보를 검토할 수 있다. 여기서, 다른 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID, BSSID, IP, Port 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 제어 방법의 순서도이다.
도 10에 도시된 충전 제어 방법은 EVCC 또는 전기차(Electrical Vehicle; EV)에 의해 수행될 수 있다.
전기차는 우선 공급제어장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)와 충전세션 개시 절차를 수행하고(S1010), 공급제어장치와 페어링 메시지를 교환한다(S1020).
이후, 전기차는 페어링 결과와 관련한 페어링 응답 메시지를 상기 공급제어장치로부터 수신하는데(S1030), 페어링 결과가 실패인 경우 상기 페어링 응답 메시지에 포함된 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 추출한다(S1040).
여기서, 다른 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID, BSSID, IP, Port 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 다른 SECC에 대한 정보는, ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 복수의 SECC 간에 이루어지는 통신을 통해 얻어질 수 있다.
여기서, ISEP 메시지는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항(optional)일 수 있다. 상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용될 수 있다.
이후 전기차는 대체 SECC에 대한 정보를 이용해 다른 SECC와의 페어링을 시도할 수 있다(S1050).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 11에 도시된 실시예에 나타낸 전력공급 제어 장치(200)는 전력공급측 통신제어기(SECC, Supply Equipment Communication Controller) 또는 전력공급 장치(supply device)일 수 있다. 즉, 본 명세서에서 전력공급 제어 장치의 구성은 명칭에 한정되지 않으며, 기능에 의해 정의될 수 있다. 또한, 복수의 기능을 하나의 구성이 수행할 수 있으며, 하나의 기능을 복수의 구성이 수행할 수도 있다.
전력공급 제어 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서(210) 및 프로세서를 통해 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있는 메모리(220), 및 통신 모듈(230)을 포함할 수 있다.
프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있고, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽 처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있고, 읽기 전용 메모리(Read Only Memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 명령은, 전기차(Electrical Vehicle; EV)와 충전세션 개시 절차를 수행하도록 하는 명령; 상기 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환하도록 하는 명령; 상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하도록 하는 명령; 및 상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
한편, 전력공급 제어 장치(200)는 통신 모듈(230)을 통해 차량측 통신제어기(EVCC, Electric Vehicle Communication Controller)와의 통신을 제공할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 WiFi 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있고, 3G 통신 및 4G 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 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: 전기차 11: 수신 패드/수신 코일
12: 배터리 20: 차징 스테이션
21: 송신 패드/송신 코일 50: 전력망
100: 전기차(EV) 110: 전기차 통신제어장치(EVCC)
200: 공급장치(EVSE) 210: 공급측 통신제어장치(SECC)

Claims (22)

  1. 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)에 의해 수행되는 페어링 제어 방법으로서,
    전기차(Electrical Vehicle; EV)와 충전세션 개시 절차를 수행하는 단계;
    상기 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환하는 단계;
    상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송하는 단계를 포함하는, 페어링 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 SECC는 ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 적어도 하나의 다른 SECC와 통신하는, 페어링 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 SECC가 ISEP 메시지를 이용해 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는, 페어링 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하는 단계는,
    각 SECC가 브로드캐스트하는 이벤트 알림 메시지에 포함된 SECC에 대한 정보를 검토하는 단계를 포함하는, 페어링 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID(Service Set Identifier), BSSID(Basic Service Set Identifier), IP, Port 중 하나 이상을 포함하는, 페어링 제어 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 ISEP는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함하는, 페어링 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항인(optional), 페어링 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용되는, 페어링 제어 방법.
  9. 전기차로의 전력 공급을 제어하는 장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    전기차(Electrical Vehicle; EV)와 충전세션 개시 절차를 수행하도록 하는 명령;
    상기 전기차와 하나 이상의 페어링 메시지를 교환하도록 하는 명령;
    상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하도록 하는 명령; 및
    상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 포함하는 페어링 응답 메시지를 상기 전기차로 전송하도록 하는 명령을 포함하는, 전력 공급 제어 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 적어도 하나의 다른 SECC와 통신하는, 전력 공급 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 SECC가 ISEP 메시지를 이용해 적어도 하나의 다른 SECC에 대한 정보를 획득하도록 하는 명령을 포함하는, 전력 공급 제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기차와의 페어링 실패시 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 생성하도록 하는 명령은,
    각 SECC가 브로드캐스트하는 이벤트 알림 메시지에 포함된 SECC에 대한 정보를 검토하도록 하는 명령을 포함하는, 전력 공급 제어 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID(Service Set Identifier), BSSID(Basic Service Set Identifier), IP, Port 중 하나 이상을 포함하는, 전력 공급 제어 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 ISEP는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함하는, 전력 공급 제어 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항인(optional), 전력 공급 제어 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용되는, 전력 공급 제어 장치.
  17. 전기차(Electrical Vehicle; EV)에 의해 수행되는 충전 제어 방법으로서,
    공급제어장치(Supply Equipment Communication Controller; SECC)와 충전세션 개시 절차를 수행하는 단계;
    상기 공급제어장치와 페어링 메시지를 교환하는 단계;
    페어링 결과와 관련한 페어링 응답 메시지를 상기 공급제어장치로부터 수신하는 단계;
    상기 페어링 결과가 실패인 경우 상기 페어링 응답 메시지에 포함된 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 대체 SECC에 대한 정보를 이용해 다른 SECC와의 페어링을 시도하는 단계를 포함하는, 충전 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보는 SECC의 SSID(Service Set Identifier), BSSID(Basic Service Set Identifier), IP, Port 중 하나 이상을 포함하는, 충전 제어 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 하나 이상의 대체 SECC에 대한 정보는, ISEP(Inter-Supply Equipment Protocol)을 이용해 복수의 SECC 간에 이루어지는 통신을 통해 획득되는, 충전 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 ISEP는 프로액티브(Proactive) 유형, 리액티브(Reactive) 유형, 및 트리거링(Triggering) 유형의 메시지 중 하나 이상을 포함하는, 충전 제어 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 리액티브 유형의 메시지는 상기 프로액티브 메시지로 문제를 해결할 수 없는 경우 사용되는 선택사항인(optional), 충전 제어 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 트리거링 유형의 메시지는 페어링 신호가 전력공급장치(Electric Vehicle Supply Equipment; EVSE)에 의해 생성되는 경우 사용되는, 충전 제어 방법.
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