KR20220134382A - Ami 및 전기차 충전 통합장치, 전기차 충전 통합 제어 방법 - Google Patents

Ami 및 전기차 충전 통합장치, 전기차 충전 통합 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 AMI 및 전기차 충전 기능이 통합된 충전 통합장치는, AMI 서버를 위한 프로토콜 및 EVC 운영 서버를 위한 프로토콜을 처리하는 주제어모듈; 인입 선로의 전력으로 전기차에 대한 충전 경로를 제어하는 EV 충전제어 모듈; 상기 AMI 서버 및 상기 EVC 운영 서버와 데이터 통신을 수행하는 옥외통신모듈; 옥내에 기설치된 전력량계와 데이터 통신을 수행하는 옥내 통신모듈; 및 상기 전기차와 데이터 통신을 수행하는 EV 제어통신모듈을 포함하되, 상기 전기차를 충전하는데 가용될 수 있는 상기 인입 선로의 잔여 용량을 확인하는 것을 특징으로 한다.

Description

AMI 및 전기차 충전 통합장치, 전기차 충전 통합 제어 방법{INTEGRATED DEVICE FOR AMI and ELECTRIC VEHICLE CHARGING and INTEGRATED CONTROL METHOD OF ELECTRIC VEHICLE CHARGING}
본 발명은 AMI 및 전기차 충전 통합장치, 전기차 충전 통합 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 전기차의 비중이 더욱 높아지는 추세에 대응하여 검침설비, 기존계량설비를 최대한으로 이용하여 전기차 충전을 운영할 수 있는 구성 및 운영 절차를 창안하여 시설 투자비를 절감할 수 있는 AMI 및 전기차 충전 통합장치, 전기차 충전 통합 제어 방법에 관한 것이다.
전기자동차의 보급이 지속적으로 증가함에 따라서 고객의 전기차 충전을 위한 충전설비와 전력량계 설비가 추가로 시설되고 있다. 현재는 두 개의 시설이 독립적으로 운영되어 통신 및 전력량계가 모두 중복으로 시설되고 있기 때문에 투자비용과 운영 비용이 높은 실정이다.
AMI(Advanced Metering Infrastructurem, 또는 원격검침) 시스템은 고객 구내에 설치된 전력량계를 통신장치에 연결하여 고객의 전기사용정보를 AMI 서버(2)로 전송한다.
도 1은 기존의 독립 건물 또는 단독 주택에 전기차 충전설비 공급 방식을 도시한 블록도이다.
도시한 전력 공급 구조에서, 독립주택 등 개별고객의 전기차(7) 충전과 관련한 전기요금제는 가정 또는 상가등 기존 일반 대상의 요금제와 다른 구성을 가지고 있다. 따라서 충전기(50)에 별도의 전용 전력량계(70)를 부설하고 AMI 모뎀(80)을 시설하여 검침을 수행한다.
EV 충전장치(50) 또는 EV 충전기(54)에 법정전력량계 수준의 계량기능을 갖추도록 정부의 기술기준에서 요구하고 있으나, 현재 AMI 구축사업으로 보급하고 있는 지능형 전력량계의 다양한 기능을 내장하고 있지 않아 별도의 전력량계(70) 및 이를 위한 검침 통신 장치(20)를 부설하여 운영 중이다.
전기차의 요금제는 계시별요금제 즉 심야시간대와 주간시간대의 1kwh당 적용 요금이 다르게 과금하고 있으며, 계시별요금제를 원격 변경 및 관리하기 위하여 일반적으로 LTE 통신을 적용하고 있다.
도 2는 계시별요금제의 개요 및 구분 계량 구조를 예시한 개념도이다.
계시별요금제(TOU:Time of Use)는 계절과 월 별로 하루 24시간을 몇 개의 시간구간으로 분리하여 각각의 시간구간별로 독립적으로 전력사용량을 누적 계수하고, 이러한 시간별 누적전력사용지침을 전송하여 단위전력량대비 요금 요율을 차등화하여 고객에게 과금하는 방식이다.
국내의 대부분의 저압 고객은 단일 요금제 혹은 누진 요금제로 시간대별 구분계량과는 방식이 상이하다. 가정용 고객에 보급되는 범용적인 전기차 충전기는 단상전원에 최대소비전력 7kw를 이용하고 있다.
독립주택의 일반 가정 부하는 5 ~ 10kW의 계약전력을 가진다. 계약전력은 한 순간 최대 소비 전력부하를 의미한다.
이러한 국내 상황에서, 고객이 전기차 충전을 위해 충전기를 이용하려면 기존의 인입선로 용량(IT)으로는, 하기 수학식 1과 같이, 가정용 부하 전류(IH)와 전기차 충전부하 전류(IE)를 동시에 감당할 수 없다. 도 1의 구성은 이러한 사정에 따른 문제점이 존재한다.
Figure pat00001
가정의 실시간 전력소비 부하를 알수 없는 상황에서 전기차를 최대부하로 충전하게 되면 전력선에 과부하 즉 전류가 규격상의 허용치이상으로 흘러 열이 발생하고, 지속되면 화재가 발생할 수도 있다.
도 3은 상술한 화재 위험을 방지하기 위해 미국에서 전류 센서 연계를 통한 충전부하 제어 사례를 도시한 개념도이다.
도시한 제어 구성은, 별도의 전류 센서를 설치하고 전기차 충전기와 연결하여 현재 가정용 부하에서 사용하는 전력량에 대한 전류(또는 전력량)을 감지하고 이와 연동하여 전기차 충전기의 부하를 조절하는 방식이다. 이러한 방식은 별도의 센서장치를 설치하기 위한 공사와 자재가 필요한 단점이 있다.
국내에서는 기존에 각각의 시스템이 독립적으로 운영되어 상호간의 실시간 전력소비를 확인할 수 없어 인입 전력선의 허용전류가 더 높은 굵은 전선으로 교체하여 시공하거나, 별도의 추가 전력선을 시공하였다. 따라서 공사비용이 발생하여 고객에 부담이 되고 사내업무가 증대되었다. 특히, 가정용 태양광발전기나 ESS가 존재할 경우, 이러한 문제는 더욱 복잡하여졌다.
기존 시스템의 문제점을 정리하면, 첫째로, 전기자동차 충전장치용 전력량계와 기존의 일반(가정)부하용 AMI 시스템이 별개로 동작하여 통신 요금과 검침인프라가 중복된 시설투자가 발생하고, 둘째로, 기존 인입선에 적합한 부하제어를 고려하지 않고 있으므로 인입전력선의 중복 시설 또는 용량 증대 공사로 고객과 회사의 시설 투자비와 업무가 증가하고 고객의 대기시간이 길어지고 있다.
전체 계통의 전력수급 상황에 따라 전기차 충전을 관리하며, 기존의 단순 충전기에서 벗어나, 통신을 통하여 온라인으로 전기차 운영시스템(서버)에 원격 접속하여 전력상황에 따라서 전기차를 관리하는 기술이 필요하다.
대한민국 등록공보 10-1189852호
본 발명은 실시간 전력소비정보를 충전인프라에서 참고하여 인입선로의 허용 용량 이내로 충전전력 운영하는 AMI 및 전기차 충전 통합장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 충전인프라(EVC)와 검침인프라(AMI)를 연계하여 통신회선을 공유하고 중복투자를 방지할 수 있는 AMI 및 전기차 충전 통합장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 AMI 및 전기차 충전 기능이 통합된 충전 통합장치는, AMI 서버를 위한 프로토콜 및 EVC 운영 서버를 위한 프로토콜을 처리하는 주제어모듈; 인입 선로의 전력으로 전기차에 대한 충전 경로를 제어하는 EV 충전제어 모듈; 상기 AMI 서버 및 상기 EVC 운영 서버와 데이터 통신을 수행하는 옥외통신모듈; 옥내에 기설치된 전력량계와 데이터 통신을 수행하는 옥내 통신모듈; 및 상기 전기차와 데이터 통신을 수행하는 EV 제어통신모듈을 포함하되, 상기 전기차를 충전하는데 가용될 수 있는 상기 인입 선로의 잔여 용량을 확인하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 주제어모듈 또는 상기 EV 충전제어 모듈은, 옥외의 상기 인입 선로의 허용전류 용량에 대한 사전 설정값으로서 용량 정보를 저장하며, 기설된 전력량계의 순시 부하으로부터 상기 인입 선로의 가용 잔여 용량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 EV 충전제어 모듈 및 상기 EV 제어통신 모듈은, 상기 전기차의 충전 제어장치와 통신하면서, 하기 수학식에 따른 조건을 만족하도록 IE를 설정하여 충전을 수행할 수 있다.
Figure pat00002
(여기서, IH : 전력량계의 순시 부하, IE : 전기차 충전 전류, IT : 인입 선로의 허용전류 용량)
여기서, 상기 EV 충전제어 모듈은, 현재 충전하는 전력량과 충전관리, 전기 품질 관리를 위한 기초 계측값들을 실시간 측정하여 상기 주제어모듈로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 주제어모듈은, 상기 EV 충전제어 모듈로부터 수집한 기초 계측값들을 기반으로 과금에 필요한 정기검침값, LP정보, 계시별요금제를 위한 시간대별 전력사용량 정보, 계시별요금제를 위한 TOU 스케쥴 정보의 관리 중 하나 이상의 일반적인 전력량계가 수행하는 정보를 산출할 수 있다.
여기서, 상기 주제어모듈은, 상기 전력량계로부터 수집된 검침 정보를 상기 AMI 서버로 전송하고, 상기 전기차를 충전한 전력량을 EVC 서버로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 주제어모듈은, 상기 전기차에 대한 충전 정보를 처리하는 Normal world; 및 상기 전력량계로부터의 검침 정보를 처리하는 secure world를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 Normal world는, global platform 표준체계에 부합되는 TEE(trusted excution environment) Driver와 TEE API를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 secure world는, 전송 및 수신하는 정보의 암호처리, 암호키 관리 및 인증수행을 수행하는 암호모듈이며, 전력회사와 충전사업자의 인증서, 공개 암호키쌍, 대칭 암호키쌍 중 적어도 하나에 대하여 각각 별개의 복수개로 운영하며, 각 사업자의 APP의 요구에 따라 암복호화 또는 상호인증기능을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 secure world는, 상기 전력회사의 원격 검침 기능을 TA(Trusted Application)을 이용하여 수행할 수 있다.
여기서, 상기 Normal world를 통하여 전력량계가 접속되는 경우, 상기 전력량계에 대한 물리적인 통신계층에서의 접속관리 및 인증은 상기 Normal world에서 수행하며, 상기 전력량계의 응용계층의 프로토콜 및 상호 인증은 상기 secure world에서 수행할 수 있다.
여기서, 외부의 AMI 서버 접속과 정보 전송은 상기 secure world에 탑재된 상기 TA에서 주관하여 처리하며, 상기 Normal world에 구비된 검침 APP는 단순히 정보를 중계 전송하는 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 전기차에 대한 충전 기능은 상기 Normal world에서 운영되는 APP에서 수행되되, 최대부하관리를 위해 요구되는 일반부하의 전력량계에서 계측한 실시간 전력소비 정보는 상기 secure world에 탑재된 AMI TA로부터 취득될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전기차 충전 통합 제어 방법은, 옥외 인입 선로의 허용 용량 정보를 취득하여 저장하는 단계; 전기차의 충전 요청을 확인하면, 옥내에 설치된 전력량계로부터 순시 부하 정보를 전송받는 단계; 인입 선로의 용량 초과 여부를 점검하고, 상기 전기차에 대한 충전 전류를 결정하는 단계; 상기 충전 전류 만큼 상기 인입 선로에서 상기 전기차로 전류가 흐르도록, 상기 인입 선로에서 상기 전기차로의 전력 전달 경로를 제어하는 단계; 및 상기 전기차에 대한 충전 수행의 결과 정보를 외부 서버로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전 전류를 결정하는 단계에서는, 상기 전기차의 충전 제어장치와 통신하면서, 하기 수학식에 따른 조건을 만족하도록 IE를 설정할 수 있다.
Figure pat00003
(여기서, IH : 전력량계의 순시 부하, IE : 전기차 충전 전류, IT : 인입 선로의 허용전류 용량)
여기서, 일반적인 구내부하보다 우선하여 전기차의 충전을 수행할 것을 지시받는 단계를 더 포함하고, 상기 충전 전류를 결정하는 단계에서는, 옥내 부하의 비중을 감소시키고 전기차 충전 부하 전류를 증가시킬 수 있다.
여기서, 상기 결과 정보를 외부 서버로 전송하는 단계에서는, 전기차를 충전한 전력량을 외부의 EVC 서버로 전송하여 과금 수행을 지원할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치를 실시하면, AMI 검침인프라와 EVC전기차 충전인프라를 연계하고 구성기기와 통신회선을 공유하여 경제성이 향상되는 이점이 있다.
본 발명의 AMI 및 전기차 충전 통합장치는, EVC 전기차 충전인프라가 요구하는 추가적인 공급전력 증대를 위하여 기존의 인입선로의 교체 또는 추가 증설없이 실시간 계량정보를 이용하여 유연하게 운영함으로서 비용과 시간을 절약가능한 이점이 있다.
본 발명의 AMI 및 전기차 충전 통합장치는, AMI 검침인프라 운영 사업자와 EVC전기차 충전인프라 운영사업자가 상이한 경우에도, TEE 기술을 이용하여 각 사업자간에 정보를 안전하게 보호하면서도 상호 교차 연계가 가능한 구조로 개방적인 운영 및 비즈니스 모델을 유연하게 적용할 수 있는 이점이 있다.
예컨대, 별도의 충전사업자 연계를 위한 보안강화형 인프라 구성/운영이 가능할 뿐만 아니라, 전기차충전, 스마트 가전, 분산전원 등 다양한 부하의 연계 운전 방법을 적용할 수 있다.
도 1은 기존의 독립 건물 또는 단독 주택에 전기차 충전설비 공급 방식을 도시한 블록도.
도 2는 계시별요금제의 개요 및 구분 계량 구조를 예시한 개념도.
도 3은 상술한 화재 위험을 방지하기 위해 미국에서 전류 센서 연계를 통한 충전부하 제어 사례를 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치의 전체 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치의 인프라 통합을 위한 주제어모듈의 상세 구성을 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 MI 및 전기차 충전 통합장치에서의 영역별 통신패킷의 처리 방식을 예시한 패킷 구조도.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 MI 및 전기차 충전 통합장치에서 전송되는 패킷의 구성예를 나타낸 패킷 구조도.
도 8은 본 발명의 사상에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치에서 수행될 수 있는 전기차 충전 통합 제어 방법을 도시한 흐름도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
(실시예 1)
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치의 전체 구성을 도시한 블록도이다.
본 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치(100)는, AMI 서버(3)를 위한 프로토콜 및 EVC 운영 서버(2)를 위한 프로토콜을 처리하는 주제어모듈(main controller)(200); 인입 선로(1)의 전력으로 전기차(7)에 대한 충전 경로를 제어(스위칭)하는 EV 충전제어 모듈(140); 상기 AMI 서버(3) 및 상기 EVC 운영 서버(2)와 데이터 통신을 수행하는 옥외 통신모듈(120); 옥내에 기 설치된 AMI측 전력량계(10)와 데이터 통신을 수행하는 옥내(구내) 통신모듈(110); 및 상기 전기차(7)와 데이터 통신을 수행하는 EV 제어 통신모듈(160)을 포함하되,
상기 주제어모듈(200) 및/또는 상기 EV 충전 제어모듈(140)은, 상기 전기차(7)를 충전하는데 가용될 수 있는 상기 인입 선로(1)의 잔여 용량을 확인하는 것을 특징으로 한다.
도 4에 도시한 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치(100)는, AMI측 및 EVC 운영측이 단일 주체(회사) 또는 동일 보안구성에서 운영되는 구조 및 방식을 구현한 것이다.
도시한 AMI 및 전기차 충전 통합장치(AMI+충전제어 통합장치로, 이하, 통합장치라 약칭하기도 함)(100)는 일반부하용 기설 전력량계(10)와 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 있다.
도시한 통합장치(100)는 주제어모듈(main controller)(200), EV 충전 제어모듈(140), 옥외 통신모듈(120), 옥내 통신모듈(110), EV 제어 통신모듈(160)로 구성되어, 장치는 기설 전력량계(10)로부터 옥내 통신모듈(110)을 이용하여 검침 정보를 수집한다. 예컨대, 상기 통합장치(100)는 기설 전력량계(10)로부터 실시간 순시 전류 전압, 소비전력을 수집할 수 있다.(수집 항목은 필요에 따라 선택적으로 구성될 수 있다)
도시한 통합장치(100)는 옥외 인입선로(1)의 허용전류 용량에 대하여 사전에(현장에서 또는 원격으로 획득 가능) 설정값으로서 용량 정보를 가지고 있다. 상기 통합장치(100)는 기설 전력량계(10)의 순시 부하(소비 전력 또는 전류)으로부터 옥외 인입선로(1)의 가용 잔여 용량을 산출한다. 다음, 상기 통합장치(100)는 EV 충전 제어모듈(140) 및 EV 제어 통신모듈(160)과 연계하여 전기차(7)의 충전 제어장치와 통신하고, 인입선로(1)의 가용 잔여 용량만큼 충전을 설정하여 안전하게 충전을 수행할 수 있다. 즉, 하기 수학식 2에 따른 조건을 만족하도록 IE를 설정하여 충전을 진행할 수 있다.
Figure pat00004
도시한 통합장치(100)내 EV 충전 제어모듈(140)은 상기 수학식 2를 만족하도록 전기차 충전전류(IE)을 제어하고, 현재 충전하는 전류 및 전압, 전력량 등 요금계량과 충전관리, 전기품질(위상, 역률, Sag/swell 등)을 위한 전기와 관련된 기초 계측값들을 실시간 측정하고, 상기 주제어모듈(200)에 전송할 수 있다.
도시한 통합장치(100)내 EV 충전 제어모듈(140)은 EV 전기차(1)에서 제공하는 충전스케쥴 및 SoC 정보를 EVC 운영서버(2)로 전송하는 기능도 수행할 수 있다.
도시한 통합장치(100)내 EV 제어 통신모듈(160)은 V2G 통신을 지원하는 EV(1)와 통신하여 충방전스케쥴을 전송하거나 충방전 제어를 위한 명령을 전송하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 통합장치(100)내 주제어모듈(200)은 EV charger 모듈로서 EV 충전 제어모듈(140)로부터 수집한 기초 계측정보를 기반으로 과금에 필요한 정기검침값, LP정보, 계시별요금제를 위한 시간대별 전력사용량 정보, 계시별요금제를 위한 TOU 스케쥴 정보의 관리 등 일반적인 전력량계가 수행하는 정보를 산출하고 AMI 서버(3) 및 EVC 서버(2)와의 통신을 주도적으로 수행할 수 있다.
상기 통합장치(100)는 기설 전력량계(10)로부터 수집된 검침정보를 AMI 서버(3)로 전송하고, 전기차(7)를 충전한 전력량을 EVC 서버(2)로 전송하여 과금 수행을 지원할 수 있다.
상기 옥외 통신모듈(120)은 기설 AMI 통신방식(PLC, Wi-SUN)과 연계하거나 독립적인 LTE등 이동통신을 이용하여 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 옥내 통신모듈(110)은 PLC(전력선통신) 또는 wifi, wi-sun등 근거리 무선통신을 환경에 맞게 선택적으로 구성될 수 있다.
구현에 따라 상기 옥내 및 옥외 통신모듈(110, 120)은 통합되거나, 탈부착식의 모듈 형태로 구성되고, 현장 상황에 따라 선택적으로 최적 통신방식의 모듈(모뎀)을 장착하여 운영될 수 있다.
(실시예 2)
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치의 인프라 통합을 위한 주제어모듈(201)의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도시한 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치는, AMI측 및 EVC 운영측이 이원화된 주체(사업자) 또는 차등 보안구성에서 운영되는 구조 및 방식을 구현한 것이다.
도시한 본 실시예에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치도, 주제어모듈(main controller)(201), EV 충전 제어모듈, 옥외 통신모듈, 옥내 통신모듈, EV 제어 통신모듈로 구성되며, 기설 전력량계(10)로부터 상기 옥내 통신모듈을 이용하여 검침 정보를 수집할 수 있다. 이를 위해, 도시한 AMI 및 전기차 충전 통합장치(AMI+충전제어통합장치로, 이하, 통합장치)는 일반부하용 기설 전력량계(10)와 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 있다.
도 5에 도시한 구성은 전기차 충전과 AMI(검침) 주체가 다른 사업자인 경우에 보안성을 확보하기 위하여 TEE(trusted excution environment) 기술을 이용하였다. 즉, 도 4에 도시한 상술한 실시예 1의 경우 단일 사업자에 의한 운영 구성에서, 도 5에서는 주제어모듈에 TEE 기술을 적용하고 기기 간에 접속방식을 차별화한 구성이며, 다른 구성요소들(EV 충전 제어모듈, 옥외 통신모듈, 옥내 통신모듈 등)은 도 4의 경우와 거의 동일하다.
도시한 주제어모듈(200)은 TEE기술에서 정의하는 바와 같이 Normal world(220)와 secure world(240)로 분리구성되어 보안성이 높으며, 두 영역은 각각의 영역에서 응용프로그램(APP)들이 호출하는 API와 시스템 SW 영역의 SMC(Secure Monitor Call)(229)을 이용하여 상호작용을 수행할 수 있다.
상기 Normal world(220)의 TEE Driver(222)와 TEE API(224)는 global platform 표준체계에 부합되도록 개발하며, 상기 secure world(24)의 SW 모듈들(242, 244, 246)은 오픈소스인 OP-TEE를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 secure world(240)는 전송 및 수신하는 정보의 암호처리, 공개키쌍, 대칭키쌍 들의 관리 및 인증수행 등 일반적인 암호모듈의 기능을 수행한다.
상기 secure world(240)는 전력회사와 충전사업자의 인증서, 공개 암호키쌍, 대칭 암호키쌍 등을 각각 별개의 복수개로 운영하며, 각 사업자의 APP의 요구에 따라, 암복호화, 상호인증기능을 수행할 수 있다.
한국전력 등 공공기관의 경우, 국가암호모듈인증(KCMVP)받은 HW 또는 SW 형태의 암호모듈을 상기 secure world(240)에 탑재할 수 있다. 예컨대, 상기 secure world(240)는 전력회사의 원격검침 기능을 TA(Trusted Application)을 이용하여 수행할 수 있도록, 검침 TA SW 모듈(246)을 탑재할 수 있다.
보안이 지원되지 않는 구형 전력량계(14)의 경우에도, RS485, CAN등 유선인터페이스 구내통신모듈을 통하여 secure world(240)와 직접 접속되어 검침정보를 수집하고, 상기 Normal world(220)의 간섭 또는 정보 열람 및 왜곡을 방지하도록 격리하여 구성할 수 있다.
도면에서 Normal world(220)를 통하여 다른 전력량계(12)가 접속되는 경우에는, Wi-SUN, WiFi 등 물리적인 통신계층에서의 접속관리 및 인증은 상기 Normal world(220)에서 수행하며, 전력량계의 응용계층인 DLMS 프로토콜 및 상호 인증은 상기 secure world(240)에서 주관하여 수행하여, 상기 Normal world(220)에서는 전력량계 검침과 관련된 통신패킷의 암호화되지 않은 평문형태의 정보는 존재하지 않도록 구현하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 MI 및 전기차 충전 통합장치에서의 영역별 통신패킷의 처리 방식을 예시한 것이다.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 MI 및 전기차 충전 통합장치에서 전송되는 패킷의 구성예를 나타낸 것이다.
아울러, 상위 서버의 접속도 AMI 즉 검침 서버(3)와 EVC 충전서버(4)는 물리적으로 동일한 옥외 통신모듈을 공유하여 이용할 수 있으나, 논리적인 접속은 각각 분리되며, 암호 및 인증을 별도로 분리하여 접속하여 각각의 서비스 기능별로 보안을 유지할 수 있다.
AMI 서버(3) 접속과 정보전송은 secure world(240)에 탑재된 TA에서 주관하며, Normal world(220)에 있는 검침 APP(미도시)은 단순히 정보를 중계 전송하는 역할만을 수행할 수 있다.
EVC(전기차 충전)기능은 Normal world(220)에서 운영되는 APP(226)에서 주관하여 수행되며, 최대부하관리를 위해 요구되는 일반부하의 전력량계에서 계측한 실시간 전력소비 정보는 API(224)와 SMC(229)를 통하여 secure world(240)에 탑재된 AMI TA(246)로부터 취득할 수 있다.
EVC(전기차 충전)기능을 위해 공유되는 정보는 고객과 충전사업자, 전력회사 간에 사전에 합의에 의해 정해진 정보만을 선택적으로 공유하는 것이 유리하다.
사업자 간에 공유되는 정보는 secure world(240)에 저장된 상대방의 공개키를 이용하여 암호와 및 Signing을 수행하여 정보의 기밀성을 확보하고 위변조여부를 검출할 수 있도록 한다.
고객의 상황에 따라 일반적인 구내 부하보다 우선하여 전기차의 충전을 수행하여야 하는 필요가 있으며, 이러한 경우, 스마트폰 등의 원격단말의 통신이나 충전기의 사용자 인터페이스(버튼 등)를 통하여 주제어모듈(201)에 조작을 지시하고, 가정내의 H-EMS, 스마트가전등과 협업하여 일반적인 부하의 비중을 감소시키고 전기차 충전 용량을 증대하는 기능을 수행할 수 있다.
상기의 구내 일반부하와의 협업을 위하여 통합장치는 구내 home network와의 통신모듈(wifi등)을 내장하거나, 검침용 유무선 통신인터페이스를 구내 home network와 중계하는 장치를 별도로 두어 구성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 사상에 따른 AMI 및 전기차 충전 통합장치에서 수행될 수 있는 전기차 충전 통합 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 보다 구체적으로, 도시한 흐름도에 따른 전기차 충전 통합 제어 방법은, 도 4의 주제어모듈(200) 및/또는 EV 충전제어 모듈(140)에 의해 수행되거나, 도 5의 주제어모듈(201) 및/또는 EV 충전제어 모듈(140)에 의해 수행될 수 있다.
도시한 전기차 충전 통합 제어 방법은, 옥외 인입 선로의 허용 용량 정보를 취득하여 저장하는 단계(S110); 전기차의 충전 요청을 확인하면(S120), 옥내에 설치된 전력량계로부터 순시 부하 정보를 전송받는 단계(S130); 상기 인입 선로의 용량 초과 여부를 점검하고, 상기 전기차에 대한 충전 전류를 결정하는 단계(S160); 상기 충전 전류 만큼 상기 인입 선로에서 상기 전기차로 전류가 흐르도록, 상기 인입 선로에서 상기 전기차로의 전력 전달 경로를 제어하는 단계(S180); 및 상기 전기차에 대한 충전 수행의 결과 정보를 외부 서버로 전송하는 단계(S190)를 포함할 수 있다.
상기 전기차의 충전 요청을 확인(S120)하는 것은, 충전기의 충전 플러그가 상기 전기차의 충전 소켓에 물리적으로 체결되는 것을 확인하는 방식으로 수행될 수 있다.
상기 옥외 인입 선로의 허용 용량 정보는, 외부의 AMI 서버(도 5의 3)로부터 전송받거나, AMI 및 전기차 충전 통합장치의 제작 또는 설치시에 내부에 기록되는 방식으로 상기 S110 단계가 수행될 수 있다.
상기 충전 전류를 결정하는 단계(S160)에서는, 상기 전기차의 충전 제어장치와 통신하면서, 상기 수학식 2에 따른 조건을 만족하도록 IE를 설정할 수 있다.
구현에 따라, 상기 충전 전류를 결정하는 단계(S160)에서는, 상기 전기차를 충전하기 위한 최소 충전 전류를 적용하여도, 상기 수학식 2의 조건을 만족시키지 못하는 경우, 용량 불충분으로 충전 불가능으로 절차를 종료할 수 있다.
구현에 따라, 일반적인 구내 부하보다 우선하여 전기차의 충전을 수행할 것을 지시받는 단계(S140)를 더 포함하고, 상기 충전 전류를 결정하는 단계에서는, 옥내 부하의 비중을 감소시키고 전기차 충전 부하 전류를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 도 8의 S160 단계가 S150 단계로 대체된다.
상기 결과 정보를 외부 서버로 전송하는 단계(S190)에서는, 전기차를 충전한 전력량을 외부의 EVC 서버로 전송하여 과금 수행을 지원할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 인입 선로 2 : EVC 운영 서버
3 : AMI 서버 7 : 전기차
8 : 일반부하 10 : 기설 전력량계
100 : AMI 및 전기차 충전 통합장치
110 : 옥내(구내) 통신모듈 120 : 옥외 통신모듈
140 : EV 충전 제어모듈 160 : EV 제어 통신모듈
200, 201 : 주제어모듈(main controller)
220 : Normal world 240 : secure world
222 : TEE Driver 224 : TEE API
229 : SMC(Secure Monitor Call)

Claims (17)

  1. AMI 및 전기차 충전 기능이 통합된 충전 통합장치로서,
    AMI 서버를 위한 프로토콜 및 EVC 운영 서버를 위한 프로토콜을 처리하는 주제어모듈;
    인입 선로의 전력으로 전기차에 대한 충전 경로를 제어하는 EV 충전제어 모듈;
    상기 AMI 서버 및 상기 EVC 운영 서버와 데이터 통신을 수행하는 옥외통신모듈;
    옥내에 기설치된 전력량계와 데이터 통신을 수행하는 옥내 통신모듈; 및
    상기 전기차와 데이터 통신을 수행하는 EV 제어통신모듈을 포함하되,
    상기 전기차를 충전하는데 가용될 수 있는 상기 인입 선로의 잔여 용량을 확인하는 충전 통합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주제어모듈 또는 상기 EV 충전제어 모듈은,
    옥외의 상기 인입 선로의 허용전류 용량에 대한 사전 설정값으로서 용량 정보를 저장하며, 기설된 전력량계의 순시 부하으로부터 상기 인입 선로의 가용 잔여 용량을 산출하는 충전 통합장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 EV 충전제어 모듈 및 상기 EV 제어통신 모듈은,
    상기 전기차의 충전 제어장치와 통신하면서, 하기 수학식에 따른 조건을 만족하도록 IE를 설정하여 충전을 수행하는 충전 통합장치.
    Figure pat00005

    (여기서, IH : 전력량계의 순시 부하, IE : 전기차 충전 전류, IT : 인입 선로의 허용전류 용량)
  4. 제3항에 있어서,
    상기 EV 충전제어 모듈은,
    현재 충전하는 전력량과 충전관리, 전기 품질 관리를 위한 기초 계측값들을 실시간 측정하여 상기 주제어모듈로 전송하는 충전 통합장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주제어모듈은,
    상기 EV 충전제어 모듈로부터 수집한 기초 계측값들을 기반으로 과금에 필요한 정기검침값, LP정보, 계시별요금제를 위한 시간대별 전력사용량 정보, 계시별요금제를 위한 TOU 스케쥴 정보의 관리 중 하나 이상의 일반적인 전력량계가 수행하는 정보를 산출하는 충전 통합장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 주제어모듈은,
    상기 전력량계로부터 수집된 검침 정보를 상기 AMI 서버로 전송하고, 상기 전기차를 충전한 전력량을 EVC 서버로 전송하는 충전 통합장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주제어모듈은,
    상기 전기차에 대한 충전 정보를 처리하는 Normal world; 및
    상기 전력량계로부터의 검침 정보를 처리하는 secure world
    를 포함하는 충전 통합장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 Normal world는,
    global platform 표준체계에 부합되는 TEE(trusted excution environment) Driver와 TEE API를 포함하는 충전 통합장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 secure world는,
    전송 및 수신하는 정보의 암호처리, 암호키 관리 및 인증수행을 수행하는 암호모듈이며,
    전력회사와 충전사업자의 인증서, 공개 암호키쌍, 대칭 암호키쌍 중 적어도 하나에 대하여 각각 별개의 복수개로 운영하며, 각 사업자의 APP의 요구에 따라 암복호화 또는 상호인증기능을 수행하는 충전 통합장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 secure world는,
    상기 전력회사의 원격 검침 기능을 TA(Trusted Application)을 이용하여 수행하는 충전 통합장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 Normal world를 통하여 전력량계가 접속되는 경우,
    상기 전력량계에 대한 물리적인 통신계층에서의 접속관리 및 인증은 상기 Normal world에서 수행하며,
    상기 전력량계의 응용계층의 프로토콜 및 상호 인증은 상기 secure world에서 수행하는 충전 통합장치.
  12. 제11항에 있어서,
    외부의 AMI 서버 접속과 정보 전송은 상기 secure world에 탑재된 상기 TA에서 주관하여 처리하며,
    상기 Normal world에 구비된 검침 APP는 단순히 정보를 중계 전송하는 역할을 수행하는 충전 통합장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전기차에 대한 충전 기능은 상기 Normal world에서 운영되는 APP에서 수행되되, 최대부하관리를 위해 요구되는 일반부하의 전력량계에서 계측한 실시간 전력소비 정보는 상기 secure world에 탑재된 AMI TA로부터 취득되는 충전 통합장치.
  14. 옥외 인입 선로의 허용 용량 정보를 취득하여 저장하는 단계;
    전기차의 충전 요청을 확인하면, 옥내에 설치된 전력량계로부터 순시 부하 정보를 전송받는 단계;
    인입 선로의 용량 초과 여부를 점검하고, 상기 전기차에 대한 충전 전류를 결정하는 단계;
    상기 충전 전류 만큼 상기 인입 선로에서 상기 전기차로 전류가 흐르도록, 상기 인입 선로에서 상기 전기차로의 전력 전달 경로를 제어하는 단계; 및
    상기 전기차에 대한 충전 수행의 결과 정보를 외부 서버로 전송하는 단계
    를 포함하는 전기차 충전 통합 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 충전 전류를 결정하는 단계에서는,
    상기 전기차의 충전 제어장치와 통신하면서, 하기 수학식에 따른 조건을 만족하도록 IE를 설정하는 전기차 충전 통합 제어 방법.
    Figure pat00006

    (여기서, IH : 전력량계의 순시 부하, IE : 전기차 충전 전류, IT : 인입 선로의 허용전류 용량)
  16. 제14항에 있어서,
    일반적인 구내부하보다 우선하여 전기차의 충전을 수행할 것을 지시받는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 충전 전류를 결정하는 단계에서는,
    옥내 부하의 비중을 감소시키고 전기차 충전 부하 전류를 증가시키는 전기차 충전 통합 제어 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 결과 정보를 외부 서버로 전송하는 단계에서는,
    전기차를 충전한 전력량을 외부의 EVC 서버로 전송하여 과금 수행을 지원하는 전기차 충전 통합 제어 방법.
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