KR20220152039A - 최소 요구 충전량을 이용한 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전 장치로서, 전기차; 전기차에 전력을 공급하여 상기 전기차의 배터리를 충전시키는 충전기; 상기 충전기의 패널 또는 상기 사용자의 단말기를 통해 충전 방식이 선택되는 충전 방식 선택부; 를 포함할 수 있고, 충전 방식 선택부에 의해 충전 방식이 선택된 후, DR(Demand response) 발령 또는 부하별 시간대 중 적어도 어느 하나를 반영한 충전 스케쥴을 산출하는 스마트 충·방전부가 마련될 수 있다.
충전 스케쥴이 취소되거나 정지되는 경우를 대비해, 상기 충전 스케쥴의 초기 시간대에 최소 요구 충전량이 설정되는 최소 요구 충전량 설정부가 구비될 수 있다.

Description

최소 요구 충전량을 이용한 충전 장치{Charging Device with Minimized demand charging capacity}

본 발명은 최소 요구 충전량을 이용한 충전 장치에 관한 것이다.

전기차(EV)의 충전시 사용자는 스마트 충·방전 모드를 선택할 수 있고, 스마트 충·방전 모드는 사용자의 수요 요구, 전력을 공급하는 전력원의 전력 상황, 시간별 요금제의 적용 등을 고려하여 충전 스케쥴을 조절하여 충전하는 방식일 수 있다.

본 발명은 스마트 충전 및 방전을 할 수 있는 스마트 충·방전 모드에 의한 충전 스케쥴에 있어서, 사용자의 급한 용무 등의 갑작스런 충전 스케쥴의 취소 또는 정지후 이동을 위한 최소한의 전력 공급을 위한 전기차용 충전 장치일 수 있다.

본 발명은 충전 장치로서, 전기차; 전기차에 전력을 공급하여 상기 전기차의 배터리를 충전시키는 충전기; 상기 충전기의 패널 또는 상기 사용자의 단말기를 통해 충전 방식이 선택되는 충전 방식 선택부; 를 포함할 수 있고, 충전 방식 선택부에 의해 충전 방식이 선택된 후, DR(Demand response) 발령 또는 부하별 시간대 중 적어도 어느 하나를 반영한 충전 스케쥴을 산출하는 스마트 충·방전부가 마련될 수 있다.

충전 스케쥴이 취소되거나 정지되는 경우를 대비해, 상기 충전 스케쥴의 초기 시간대에 최소 요구 충전량이 설정되는 최소 요구 충전량 설정부가 구비될 수 있다.

스마트 충·방전부에 의해서 수정 전의 충전 스케쥴이 산출되고, 최소 요구 충전량이 관리자에 의해 기 설정되거나, 사용자에 의해서 직접 설정되는 경우, 상기 수정 전의 충전 스케쥴은 상기 최소 요구 충전량을 반영한 수정 후의 충전 스케쥴이 산출될 수 있다.

스마트 충·방전부에서는, 충전될 전기차의 출차 날짜와 출차 시간이 설정되며, 전력 계통(grid)의 요청시 상기 전기차로부터 상기 전력 계통으로 전기가 역전송되고, 부하별 시간대 또는 DR 발령을 반영한 충전 스케쥴이 산출될 수 있다.

스마트 충·방전부에 의해 상기 충전 스케쥴과 함께 상기 전기차의 충전 완료에 필요한 총 충전량이 산출될 수 있고, 충전 스케쥴의 첫번째 시간대에 상기 전기차에 공급되는 최소 요구 충전량이 설정될 수 있으며, 총 충전량에서 상기 최소 요구 충전량을 뺀 차이인 잔여 충전량이 상기 DR 발령 또는 부하별 시간대중 적어도 어느 하나를 반영하여 분배될 수 있다.

충전 스케쥴은 부하별로 시간대가 분할되며, 분할된 시간대는 전력 소비가 낮은 순서대로 경부하, 중부하, 최대부하를 포함하고, 잔여 충전량은 상기 최소 요구 충전량이 분배된 시간대를 제외한 나머지 시간대에 상기 경부하, 중부하, 최대부하의 순서대로 분배될 수 있다.

스마트 충·방전부에는 상기 전기차로부터 전력 계통(grid)로 전기를 역전송하는 스마트 방전 모드가 마련될 수 있고, 스마트 방전 모드는 전력 소비 주체가 전력 계통의 과잉 공급된 전력을 소비하기로 약속하고 상기 약속을 이행함으로써 전력 공급원으로부터 소정의 보상을 받는 플러스 DR과 연계할 수 있으며, 플러스 DR발령시 과잉 전기가 공급되는 시간대는 제1 시간대, 상기 제1 시간대가 아니고 전력 공급보다 수요가 높은 시간대는 제2 시간대이고, 제1 시간대에는 상기 전기차는 전력 계통으로부터 전력을 공급받아 충전되며, 제2 시간대에는 상기 전기차는 전력 계통으로 전력을 역송할 수 있다.

전기차가 주차장 등에 설치된 충전기를 통해 전기를 공급받는 경우, 수요 반응(DR)을 반영한 부하별 다양한 시간대가 설정될 수 있고, 분별된 시간대중 전력 소비가 상대적으로 적은 때에 전기차를 충전하고 상대적으로 전력 소비가 높은 때는 전기차에서 전력 계통(grid)로 전력을 역전송할 수 있는 스마트 충·방전부가 마련될 수 있다.

사용자가 이러한 스마트 충전 및 방전을 선택한 경우, 가장 효율적이고 저렴한 요금제가 선택되는 충전 스케쥴이 산출될 수 있다.

그러나, 이러한 스마트 충전 및 방전에 있어서, 사용자의 급한 용무 등의 이유로 충전 스케쥴을 갑작스럽게 취소하거나 정지할 수 있고, 이러한 경우 충전 스케쥴의 상황에 따라 충전 스케쥴의 초반 시간대에는 충전을 전혀 하지 않을 수 있으며, 이러한 경우 사용자의 전기차는 전혀 충전히 되지 않아, 사용자는 다른지역으로 이동시 큰 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 최소 요구 충전량을 충전 스케쥴의 초기에 설정할 수 있고, 최소 요금을 산출한 충전 스케쥴은 수정될 수 있다. 이러한 수정된 충전 스케쥴의 초기에 최소 요구 충전량이 분배될 수 있고, 그 이후 시간대는 전력 소비의 경중에 따라 나뉠 수 있는 경부하, 중부하, 최대부하를 순서대로 잔여 충전량이 분배됨으로써 사용자에게 최적의 요금 선택을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 최소 요구 충전량 설정부를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 최소 요구 충전량이 반영된 충전 스케쥴을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 배터리의 누적 충전량을 나타낸 것이다.
도 4는 전기차, 충전기, 센터 제어부 간의 데이터 흐름을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 충전 방식 선택부를 개념적으로 설명한 것이다.
도 6은 본 발명의 스마트 충·방전부를 개념적으로 설명한 것이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 전체 충전 과정의 일부를 설명한 것이다.

사용자는 커넥터 케이블(210)을 이용하여 전기차(100)와 주차 시절에 마련된 충전기(200)를 전기적으로 연결하여 전기차(100)를 충전할 수 있다. 이 경우, 사용자가 충전 시퀀스 시작전에 다양한 충전 모드를 선택할 수 있는 충전 방식 선택부(400)가 마련될 수 있다. 사용자가 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결함으로써 충전을 하는 단계 이전에 사용자가 등록된 사용자인지를 판별하는 인증 과정을 진행할 수 있다. 커넥터 연결, 인증 단계, 충전 단계의 순서 및 방법은 하기에 설명될 수 있다.

사용자는 충전 방식 선택부(400)를 통해 일반 충전 모드 또는 스마트 충·방전 모드를 선택할 수 있다. 일반 충전 모드는 충전 개시후 충전 완료까지 충전기(200)의 최대 출력으로 충전을 진행하는 것일 수 있고, 스마트 충·방전 모드는 사용자의 수요 요구, 전력을 공급하는 전력원의 전력 상황, 시간별 요금제의 적용 등을 고려하여 충전 스케쥴을 조절하여 충전하는 방식일 수 있다. 즉, 충전 방식 선택부(400)에는 스마트 충·방전부(410)가 마련될 수 있다.

즉, 일반 충전 모드는 일반적인 내연기관 차량의 주유와 마찬가지로, 충전기(200)에서 전기차(100)로 공급될 수 있는 특정 시간당 전력량(kwh)이 설정될 수 있고, 사용자가 일반 충전 모드 선택후 어느 정도의 충전량을 원하는지를 선택함으로써, 상기 특정 시간당 전력량으로 계속적으로 공급함으로서 충전이 될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 50%의 충전량을 입력하고, 초기에 충전기(200)에 설정된 특정 시간당 전력량이 7kwh인 경우, 사용자의 전기차(100)의 50% 용량까지 전력이 충전될 때까지 시간당 7kw의 단위로 전기가 일정하게 공급될 수 있다.

이에 비해 스마트 충·방전 모드에서는 최소 요구 충전량, 출차 시간, 스마트 방전 모드, 스마트 충전 모드 등의 다양한 선택이 가능할 수 있다.

최소 요구 충전량은 예를 들어, 최소 요구 충전량에 50%가 입력된 경우, 적어도 50%이상이 충전될 수 있다.

출차 시간은 스마트 충·방전 모드시 적용되는 것으로, 출차 시간을 반영하여 충전 프로파일 또는 충전 스케쥴이 생성될 수 있다.

사용자는 출차 시간란에서 출차되는 날짜를 지정할 수 있는 D-Day 설정할 수 있고, 출차 시간 설정 박스를 이용해 상기 출차되기를 희망하는 날짜에 출차 시간을 입력할 수 있다.

D-Day 설정의 일 실시 예로, 출차 시간란에서는 D-Day을 설정할 수 있고, D+1을 선택시 설정 시점으로부터 다음날, 익일을 의미할 수 있으며, D+2는 설정 실점으로부터 이틀 후를 의미할 수 있다. 마찬가지로, D+3은 삼일 후를 의미하고, D+0은 설정하는 시점의 오늘을 의미할 수 있다. D-Day 설정 아이콘을 클릭하거나 터치함으로써, D+1, D+2, D+3, D+0, D+1 의 순서대로 순차로 설정이 변경될 수 있다. 출차 시간 설정 박스를 통해 사용자가 설정마다 새롭게 출차 시간을 입력할 수 있고, 출차 시간이 일정하게 반복되는 경우에는 사용자는 이전에 지정한 출차 시간이 제시되어 그대로 사용자가 선택할 수 있다.

사용자는 스마트 방전 모드를 통해, 스마트 방전 모드 설정후 전력 계통(Grid)의 요청이 있는 경우, 기 설정된 방전 설정을 이용하여 전기차(100)에서 전력 계통으로 방전이 될 수 있다. 이러한 전기차(100)에서 충전기(200)를 통해 전력 계통으로의 역전송은 플러스 DR과 연계하여 사용될 수 있다. 수요 반응(Demand response, 이하 DR)이란 현재 전력량의 수요에 맞추기 위해 전기 사용자가 사용량을 변화시키는 것일 수 있다. 플러스 DR이란 전기 소비 주체가 전력 계통의 과잉 공급된 전력을 소비하기로 약속하고, 그러한 약속을 이행함으로써 전력 공급원으로부터 소정의 보상을 받는 방식일 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전 또는 풍력으로 인한 과잉 전기 공급으로 인한 플러스 DR이 발령된 경우, 과잉 전기 공급되는 시간대를 제1 시간대, 과잉으로 전기가 공급되지 않아 수요가 앞서는 시간대를 제2 시간대라고하면, 사용자는 제1 시간대에 충전기(200) 등을 통해 전력 계통의 과잉 전기를 충전으로 소비하고, 제2 시간대에는 잔류하는 전기차(100)의 전기를 전력 계통으로 역송할 수 있다. 즉, 전기차(100) 사용자는 이전 화석 연료 자동차의 자원을 소비만 하는 주체가 아니라 전체적인 전력 계통의 밸런싱을 위해 전기 에너지를 재조정할 수 있는 주체가 될 수 있다.

스마트 충전 모드는 최소 요금 충전 모드, DR 연계 충전 모드, 복합 충전 모드를 포함할 수 있다.

최소 요금 충전 모드는 이름 그대로, 충전시 최소의 요금만 소비되는 충전 스케쥴을 산출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 하루의 전력 소비량에 따라, 하루의 시간대를 경부하, 중간부하, 최대부하로 분류할 수 있다. 예를 들어, 최대부하는 전력 소비가 가장 높은 시간대일 수 있고, 중간부하, 경부하의 순서대로 전력 소비가 낮은 시간대일 수 있다. 따라서, 사용자가 최소 요금 충전 모드를 선택시, 경부하, 중간부하, 최대부하의 순서대로 경중을 주어 충전 시간대를 분배할 수 있다.

DR 연계 충전 모드는 DR을 위한 CBL을 생성하는 모드일 수 있다. 고객기준부하(Customer Baseline Load, CBL)는 전력 거래소의 지시 등으로 전기 소비를 절감하지 않았다면 사용했을 평상시 사용 전력량을 예측한 값일 수 있다. 즉, DR 연계 충전 모드는 DR 발령 시간대를 우선적으로 하여 충전 스케쥴을 산출하는 모드일 수 있다. 또한, 복합 충전 모드는 DR을 고려한 최소 요금을 산출하는 모드일 수 있다. 즉, '복합'은 '최소 요금 충전 모드'와 'DR 연계 충전 모드'의 동시 적용을 의미할 수 있다.

사용자가 스마트 충·방전 모드를 선택하는 경우, 최소 요금 충전 모드, DR 연계 충전 모드, 복합 충전 모드 등의 선택을 하면, 선택을 반영한 충전 스케쥴이 산출될 수 있다. 이는 예를 들어, 도면의 푸른색 막대로 표시된 충전 전력일 수 있다. 최소 요금 충전 모드, DR 연계 충전 모드, 복합 충전 모드 등의 선택이 반영된 충전 스케쥴은 전력 소비가 높은 오전 9시부터 오후 5시까지는 충전을 하지않고, 6시부터 일정 수치로(6시 1, 7시 1, 8시 3 등, 단위는 kwh) 충전이 될 수 있고, 소비 전력이 급감하는 밤 11시부터는 최대 충전량으로 전기차(100)가 충전될 수 있다. 즉, 이러한 DR을 반영하고, 부하별 최소 요금제가 복합적으로 결합되어 산출된 충전 스케쥴은 사용자에게 금전적인 이득을 줄 수 있고, 부족한 전력 공급 시간대에서는 소비를 줄이고 과잉되어 낭비되는 전력 공급 시간대에서는 필요 전기를 소비함으로써 산업 전반에 걸쳐서 큰 이득을 볼 수 있다.

그러나, 이러한 경제적인 이득을 위한 충전 스케쥴의 경우, 전기차(100) 사용자의 급한 용무 등으로 충전 스케쥴을 전체로 완료하지 않고 중간에 멈출시 문제가 생길 수 있다. 예를 들어, 파란색 막대처럼 오후 6시부터 충전을 시작하는 충전 스케쥴대로 전기차(100)가 충전되는 경우에, 사용자가 급한 용무가 발생하여 충전을 중간에 멈추고 다른 지역으로 이동하려는 경우, 전기차(100)의 이동에 필요한 최소 요구 전력이 충전되지 않아 전기차(100) 사용자의 불편이 초래될 수 있다. 따라서, 사용자가 스마트 충·방전 모드를 선택하는 경우에도 중간에 충전 스케쥴을 무시하고 다른 일정을 위해 이동할 수 있는 최소한의 충전을 하는 최소 요구 충전량 설정부(420)가 마련될 수있다.

따라서, 최소 요구 충전량 설정부(420)는 스마트 충·방전 모드를 선택하는 경우, 사용자가 직접 설정하거나, 충전기(200)를 관리하는 관리자가 사용자의 스마트 충·방전 모드 선택시에는 무조건 적용되도록 설정할 수 있다. 이는 관리자의 설정에 따라 결정될 수 있고, 사용자가 직접 설정하는 경우에도 관리자가 추천하는 최소 요구 충전량을 선택 패널, 단말기의 앱 화면 등에 알람창을 통해 제시될 수 있다.

도면은 최소 요구 충전량이 7kwh로 설정된 경우를 나타낸 것일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 오후 6시부터 충전 스케쥴을 산출하기를 입력한 경우, 충전 스케쥴이 시작되는 오후 6시부터 오후 7시사이에는 무조건 전기차(100)의 배터리(140)로 7kwh의 전력이 공급되는 것을 알 수 있다. 오후 6시의 시간대 이후에는 원 충전 스케쥴에 따른 오후 6시의 시간대 공급량과 설정된 최소 요구 충전량을 차이만큼의 시간동안에는 충전을 멈추고, 상기 전력 차이를 이후 시간대의 일정 시간대에 분배할 수 있다. 상기 전력 차이를 분배하는 기준은 DR을 반영한 부하별 시간대의 경중 순서대로일 수 있다. 예를 들어, 소비 전력이 낮은 경부하 시간대에 상기 전력 차이를 먼저 분배하고, 순서대로 중부하, 최대부하로 분배될 수 있다.

따라서, 일 실시 예로 도면을 참조하면, 최대부하는 오전 9시부터 오후 6시로 설정될 수 있고, 경부하는 오후 11시부터 오전 7시까지로 설정될 수 있으며, 중부하는 하루중 최대부하와 경부하를 제외한 나머지 시간일 수 있다. 즉, 중부하는 오후 6시부터 오후 11시까지의 시간 및 오전 7시부터 오전 9시까지의 시간일 수 있다. 즉, 최소 요구 충전량을 반영한 수정된 충전 스케쥴은 수정전 원 충전 스케쥴과 비교해보면, 최대부하인 오전 9시부터 오후 6시까지는 수정 전, 후의 충전 스케쥴중 어느 하나도 충전을 시행하지 않고, 경부하 시간대인 오후 11시부터 오전 7시까지는 수정 전,후의 충전 스케쥴이 동일할 수 있으며, 최대부하 및 경부하 시간대를 제외한 나머지 시간대의 중부하 시간대에 나머지 전력 소비량을 분배할 수 있다.

따라서, 최소 요구 충전량을 반영해 전체적인 충전 스케쥴이 산출되는 과정을 살펴보면, 먼저 사용자가 선택한 스마트 충전의 최소 충전량, 출차 시간 등을 고려하여 전체 충전을 위해 필요한 총 충전량을 산출하고, DR을 반영한 부하별 시간대에 따라 충전량을 분배할 수 있다. 이 경우, 특정 수치로 기 설정되거나, 사용자에 의해서 직접 설정될 수 있는 최소 요구 충전량과 총 충전량간의 차이를 DR과 부하별 경중에 따라서 분배할 수 있다. 예를 들어, 총 충전에 필요한 총 충전량이 50kwh인 경우, 먼저 최소 요구 충전량을 충전 스케쥴의 시작 시간대인 오후 6시에 설정된 값인 7kwh가 충전될 수 있게 분배할 수 있고, 50-7의 43kwh를 경부하 시간대인 오후 11시부터 오전 7시까지의 시간대에 분배할 수 있다. 즉, 오후 11시부터 오전 7시까지 48kwh가 분배될 수 있다.(48=7*4+6*1+5*2+4*1) 그런후, 중부하 시간대에 5kwh(48-43)을 적절히 분배할 수 있다. 도면의 경우처럼, 오전 7시부터 오전 9시까지 3kwh(2*1+1*1)를, 오후 9시부터 오후 11시까지는 2kwh(1*1+1*1)를 분배할 수 있다.

이하에서는, 충전기(200)의 패널 또는 스마트폰의 단말기 등을 통해 사용자가 충전 방식을 선택하거나 사용자를 등록 하는 단계를 포함한 전체 충전 과정을 설명한다.

전기차(EV, Electric Vehicle)(100)를 충전하는 경우에, 커넥터 케이블(210)을 이용해 전기차(100)와 특정 충전기(200)를 전기적으로 연결한 후에 인증 과정을 시작할 수 있고, 사용자의 등록 인정이 완료된 경우 곧바로 충전 단계로 넘어갈 수 있다. 따라서, 일반적인 전기차(100)의 충전시, 충전기(200)에 마련된 패널 등에 사용자가 입력 또는 터치 등의 행위를 하여 인증 과정을 마친후 커넥터 케이블(210)을 전기차에 연결해 충전을 시작하는 것에 비해서 매우 편리할 수 있다.

본 발명의 인증 과정은 커넥터 케이블(210)이 연결된 후, 센터 제어부(300)로부터 전기차 사용자의 등록 여부를 기 등록된 등록여부값과 비교하여, 판단 신호를 충전기 통신제어모듈로 보내는 것일 수 있다. 커넥터 케이블(210)과 전기차(100)의 전기적 연결은 추출된 고유식별값의 전송을 위해서 필수적일 수 있고, 이러한 고유식별값을 이용하여 센터 제어부는 사용자의 등록 여부 또는 인증 여부를 판단함으로 인증 과정의 완료는 커넥터 케이블(210)의 연결후에 뒤따를 수 있다.

그러나, 인증 과정의 시작은 커넥터 케이블(210)의 연결 전에도 시작될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 자신이 미등록 사용자임을 이미 인지하고, 충전기의 패널을 통해서 등록 절차를 진행하는 경우에는, 충전기에 차번호, 회원카드 번호 등의 사용자를 인증할 수 있는 정보를 충전기 패널에 먼저 입력할 수 있고, 충전기 패널의 지시를 따라, 커넥터 케이블(210)를 전기차에(100)에 연결할 수 있다.

즉, 차번호 또는 회원카드 번호 입력으로 본인 인증후, 커넥터 케이블을 연결하여 고유식별값과 함께 본인 인증 정보를 센터 제어부로 전송할 수 있고, 이러한 차번호, 회원카드 중 적어도 어느 하나의 정보와 고유식별값을 이용하여 센터 제어부(300)는 사용자의 등록여부를 표시하는 등록여부값을 수정, 변경, 또는 등록함으로써 사용자는 센터 제어부에 등록될 수 있다.

또한, 사용자는 일단 충전기(200)의 커넥터 케이블(210)을 자신의 전기차(100)에 연결한 후, 충전기 패널의 표시 화면의 인증 여부에 따라, 다음 절차를 진행할 수 있고, 인증된 경우네는 바로 충전을 시작될 수 있으며, 미등록된 사용자임을 알리는 표시를 본 후, 자신의 차번호 또는 회원카드번호 등을 입력하여 등록 단계를 개시할 수 있다. 따라서, 커넥터 연결후 인증 과정의 완료가 후에 진행될 수 있고, 인증 과정의 시작은 커넥터 연결 전 또는 후에 가능할 수 있다.

전기차(100)에 커넥터 케이블(210)을 연결시킨 후의 인증 과정은 충전기(200)의 패널 등을 통하여 패널 화면을 입력 또는 터치함으로써 진행되거나, 스마트폰 등의 단말기에 설치된 어플리케이션을 통해 진행될 수 있다. 스마트폰의 앱을 이용하여 인증 과정이 진행되는 경우에는, 사용자는 앱을 통해 현재 충전하고자 하는 충전기(200)의 위치를 특정하고, 등록된 카드 번호나 차 번호 등을 입력함으로써 인증 과정이 진행될 수 있다. 따라서, 스마트폰 등의 단말기를 통해 카드 번호나 차 번호를 입력하는 과정은 충전기(200)에 카드 번호 또는 차 번호를 입력 또는 터치하거나 카드를 태킹하는 것에 대응할 수 있다. 따라서, 이하에서는 편의상 사용자가 충전기(200)를 이용하여 인증 과정을 진행하는 것으로 설명한다.

또한, 전기차(100)에 전력을 공급하는 전력 공급부(240)가 마련된 충전기(200)는, 주차지역에 복수로 마련될 수 있고, 충전 스팟(charging sopt)으로서의 충전기들의 데이터 또는 신호를 모아 관리할 수 있는 충전 스테이션(charging station)이 구비될 수 있다. 전기차(100) 또는 충전기(200)의 신호 또는 데이터는 인증 여부를 판단하는 센터 제어부(300)로 연결될 수 있고, 이러한 충전기(200)와 센터 제어부(300)간의 연결은 특정 지역에 인접한 충전기(200)들의 정보를 모아서 센터 제어부(300)와 연결하는 충전 스테이션을 통해서 이루어질 수 있다. 따라서, 설명의 편의상 한대의 전기차(100)와 하나의 충전기(200)가 서로 통신한 정보를 하나의 충전기(200)에서 센터 제어부(300)로 바로 연결하는 것으로 간략화하여 설명할 수 있다.

인증이란 센터 제어부(300)에 회원카드번호 또는 차번호가 등록되었는지 여부를 확인하는 절차일 수 있다. 일반적으로, 사용자의 등록이 완료된 경우에도, 사용자는 충전기(200)의 패널 등에 회원카드번호나 차번호 등의 인증 번호를 입력한 후에야 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결하여 충전을 시작할 수 있다. 따라서, 특정 준비된 카드를 충전기(200)에 태킹하거나, 인증 번호 등을 입력하는 행위가 필요하지 않을 수 있다.

즉, 인증을 자동으로 한다는 기술적 특징에 더하여, 사용자가 별도의 외부장치를 이용하지 않고도 충전시 반드시 수행되어야 하는 케이블 연결만을 통해서 자동 식별되고, 회원여부 또는 인가 여부를 결정할 수 있는 기술적 특징을 가지고 있다.

따라서, 사용자는 처음의 등록 단계를 제외하면, 충전기(200)의 패널 등으로 별도의 인증 단계를 거치지 않고서 곧바로 커넥터 케이블(210)을 충전기(200)에서 분리하여 전기차(100)에 전기적으로 연결함으로써 바로 충전을 시작할 수 있고, 등록을 통해 결제 카드를 미리 설정,등록한 경우에는, 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결하는 행위만으로 충전과 결제가 모두 완료될 수 있어, 사용자는 매우 편리할 수 있다.

물론, V2G 등의 전력 계통으로의 역전송이나, 플러스 DR(Plus DR), 최소필요 충전량 설정 또는 출차시간 설정 등을 연계한 스마트 충전이 마련될 수 있고, 충전기(200) 패널의 초기화면에서 사용자는 이러한 스마트 충전 또는 일반 충전중 선택을 해야하는 경우도 있다. 그러나, 이는 인증 과정과 무관하게 선 설정될 수 있고, 등록이 완료된 사용자는 기존의 설정을 이용하여 충전을 반복할 수 있다. 즉, 센터 제어부(300)에 인증 등록이 완료된 사용자는 과거의 충전 설정을 센터 제어부(300)에 저장할 수 있고, 이를 토대로 사용자가 변경을 하지 않고 커넥터케이블을 전기차(100)에 연결하면 기존의 설정대로 바로 충전이 시작됨으로써, 이 경우에도 사용자는 단지 충전기(200)의 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결하는 행위만으로 모든 충전 시퀀스를 완료할 수 있다.

전기차(100)는 충전기(200)와 신호 또는 데이터를 주고받을 수 있는 전기차 통신제어모듈(120), 배터리(140), 배터리(140)를 제어할 수 있는 배터리 제어부(160)(BMS)를 포함할 수 있다. 전기차 통신제어모듈(120)은 EVCC(Electric Vehicle Communication Controller)일 수 있다. EVCC는 전기차(100)의 급속 및 완속 충전을 위해 차량 내부의 제어 장치와 충전 인프라 사이의 통신을 제어할 수 있고, 전기 자동차 충전시 충전 인프라와의 통신을 통해 전압, 전류 등 충전 상태 제어, 요금 정보 제공 및 보안인증 기능을 수행할 수 있는 통신제어모듈일 수 있다. 즉, 충전기(200)에 연결된 커넥터 케이블(210)이 전기차(100)에 연결되면, 전기차 통신제어모듈(120)은 PWM 신호를 감지하여 충전기(200)의 충전기 통신제어모듈(220)로 신호를 보냄으로써 통신이 시작될 수 있다. 충전기 통신제어모듈(220)은 SECC(Supply Equipment Communication Controller)일 수 있다. 따라서, 커넥터 케이블(210)로 인해 전기차(100)와 충전기(200)가 전기적으로 연결됨으로써, 전기차 통신제어모듈(120)과 충전기 통신제어모듈(220)은 서로간에 신호 또는 정보를 주고 받을 수 있다.

커넥터 케이블(210)은 전력선 통신(PLC, Power-line communication) 방식일 수 있다. PLC는 전력을 공급하는 전력선을 매개로 음성 등의 데이터를 주파수 신호에 실어서 통신하는 기술일 수 있다.

따라서, 충전기(200)에 연결된 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결하는 경우, 커넥터 케이블(210)은 전기차 충전 표준 규격에 의해 CP(Control Pilot) 신호선을 통해서 신호 또는 데이터의 정보 교환을 하고, 전력 공급을 위한 전력선은 별도로 마련될 수 있다. 이러한 전력선 통신을 이용하여 충전하는 방식을 CCS(Combined Charging System) 또는 CCS 콤보(combo)라고 할 수 있다.

전기차(100)와 커넥터 케이블(210) 연결시, CCS 충전을 지원하는 전기차(100)에서는 전기차(100)의 EVCC와 충전기(200)의 SECC는 TCP/IP에 기반한 네트워크 통신을 통해 데이터를 교환할 수 있다. 따라서, 전기차(100)와 충전기(200)가 쌍방으로 통신을 할 수 있기에 전기차(100)의 고유식별값을 전기차(100)에서 충전기(200)로 전송하거나, 추출할 수 있고, 이러한 고유식별값을 사전에 센터 제어부(300)에 등록하면, 그 등록된 차량은 등록이후에는 인증 또는 인가 여부를 별도의 수단없이도 자동으로 처리할 수 있어 사용자의 편의성이 증대될 수 있다.

전기차(100)에서 취득가능한 고유식별값으로는 전기차(100)의 EVCC에서 제공하는 네트워크 고유값인 맥 어드레스(MAC Address) 또는, 충전통신 과정에서 교환되는 EVID, EVCCID값 등일 수 있다. 맥 어드레스는 전세계에서 고유한 랜카드의 고유값일 수 있고, 맥 어드레스는 랜 카드 또는 스마트폰 등의 통신 장비 하나당 맥 어드레스가 하나만 부여될 수 있기에 네트워크상의 주민등록번호처럼 사용될 수 있다. EVID는 전기차(100) 제조사에 따라 같은 값으로 설정될 수 있다.

배터리(140)의 충전 상태나 전압, 전류 등의 전기적 상태는 배터리 제어부(160)에 의해서 제어,관리될 수 있고, 배터리 제어부(160)는 배터리(140)의 상태를 전기차 통신제어모듈(120)을 통해 충전기 통신제어모듈(220)로 보냄으로써, 배터리(140) 잔여량(SoC) 등의 정보를 계속적으로 전송할 수 있다.

충전기(200)는 전기차 통신제어모듈(120) 또는 센터 제어부(300)와 신호 또는 데이터를 주고받을 수 있는 충전기 통신제어모듈(220), 전력 계통(Grid)로부터 전력을 공급받아 전기차(100)의 배터리(140)를 충전시킬 수 있는 전력 공급부(240)를 포함할 수 있다. 전기차 통신제어모듈(120) 및 충전기 통신제어모듈(220)간의 신호 또는 데이터를 주고받을 수 있는 케이블과, 전력 공급부(240) 및 배터리(140)간에 전력을 주고받을 수 있는 케이블은 구별될 수 있으나 각각의 케이블은 커넥터 케이블(210)에 포함될 수 있고, 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결함으로써 각 케이블도 전기적으로 연결되어 양방향으로 통신할 수 있다. 배터리(140)와 전력 공급부(240)간에도 V2G(Vehicel to Grid) 방식으로 전기차(100)에서 충전기(200)로 전력이 역송될 수 있으나, 편의상 충전 방식에만 집중하여 충전기(200)로부터 전기차(100)의 배터리(140)가 충전되는 경우만 고려할 수도 있다.

전력 공급부(240)는 커넥터 케이블(210)이 전기차(100)에 연결되는 경우에도 곧바로 충전을 시작하는 것이 아니라, 센터 제어부(300)에서 등록이 인정된 사용자임을 판단한 신호를 충전기 통신제어모듈(220)에서 확인함으로써, 충전시퀀스가 시작되어 전력을 배터리(140)에 공급할 수 있다. 이는 충전기(200)에서 선 인증을 마친 사용자가 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 전기적으로 연겸함과 동시에 충전이 되는 것과는 차이가 있을 수 있다.

센터 제어부(300)는 충전기 통신제어모듈(220)과 신호 또는 데이터를 주고받을 수 있다. 전기차(100) 및 충전기(200)의 통신 제어모듈간의 전기적 연결로 통신이 시작되는 경우, 충전기(200) 및 센터 제어부(300)간의 통신도 시작될 수 있다.

전체적인 충전 과정을 살펴보면, 사용자의 전기차(100)가 충전기(200)가 마련된 주차지역에 진입하고, 충전기(200) 패널의 초기화면 상태는 충전 방식을 선택할 수 있는 화면 상태일 수 있다. 예를 들어, 스마트 충전,방전 또는 일반 충전을 선택할 수 있다. 이 화면은 사용자가 아직 커넥터 케이블(210)을 충전기(200)로부터 분리하기 전인 상태일 수 있고, 커넥터 케이블(210)이 분리되면, 전기차(100)에 커넥터를 연결하라는 내용의 화면으로 전환될 수 있다. 따라서, 사용자가 별도의 화면 터치나 입력없이 커넥터 케이블(210)을 바로 분리시키는 경우에는 다음 화면으로 넘어갈 수 있으나, 사용자가 특정 충전 방식을 선택하여 설정하는 경우에는 충전 방식 설정 화면으로 넘어갈 수 있다.

예를 들어, 스마트 충전 방식은 V2G 등의 전력 계통으로의 역전송이나, 플러스 DR(Plus DR), 최소필요 충전량 설정 또는 출차시간 설정 등을 연계한 것일 수 있고, 비용을 절감하기 위한 V2G 등을 연계하여 스마트 방전을 할수도 있다.

일반 충전 방식은 상기의 V2G나 출차 시간 설정등의 그리드를 이용한 비용 절감 방식이 아닌 일반 화석 연료 차량의 주유 방식과 마찬가지로, 목표 충전양을 설정하고 그에 따른 충전을 하는 방식일 수 있다.

스마트 충전 방식 또는 일반 충전 방식은 사용자의 센터 제어부(300)에 대한 등록 여부와는 무관할 수 있다.

전체 충전 과정을 살펴보면, 사용자가 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 전기적으로 연결하면, 전기차(100) 및 충전기 통신제어모듈(220)이 서로간의 연결을 감지하여 통신을 시작할 수 있고, 이 단계에서 전기차 통신제어모듈(120)로부터 전기차(100)의 고유식별값이 전송될 수 있다. 고유식별값 전송과 함께 전기차(100)의 배터리(140) 상태나, 남은 배터리(140) 충전량 등의 정보가 전송될 수 있다. 즉, 커넥터 케이블(210)의 연결후 인증 과정을 거친후에 충전이 시작되기에 고유식별값 전송과 배터리(140)에 대한 정보의 전송은 별개의 시간에 이루어질수도, 동시에 이루어질수도 있다.

충전기 통신제어모듈(220)은 전기차 통신제어모듈(120)로부터 고유식별값을 전송받은후, 이 고유식별값이 센터 제어부(300)에 등록된 사용자인지를 판단하기 위해 센터 제어부(300)로 정보를 전송할 수 있고, 센터 제어부(300)는 전송받은 고유식별값을 센터 제어부(300)의 데이터베이스와 비교하여 등록된 사용자인지 여부를 판단할 수 있다.

센터 제어부(300)로부터 등록된 고유식별값인지에 대한 판단여부 신호가 충전기 통신제어모듈(220)에 도달하면, 등록된 값인지에 따라 이후 단계가 나뉠 수 있다. 이미 선 등록된 전기차(100)이면, 충전기(200)는 이미 받거나 앞으로 받을 배터리(140)의 상태 정보를 바탕으로 충전을 시작할 수 있다. 이 경우, 센터 제어부(300)에서는 등록된 사용자의 현재 사용 직전의 설정된 충전 방식을 그대로 적용하여 바로 충전을 시작할 수 있다. 사용자는 충전기(200) 패널 또는 스마트폰 등의 단말기 어플리케이션을 통해서 충전 방식을 변경할 수 있다. 또한, 선 등록시 충전 금액을 결제할 카드도 미리 등록함으로써 자동으로 카드에 결제될 수 있다.

따라서, 선 등록된 전기차(100)인 경우, 사용자는 단지 커넥터 케이블(210)을 전기차(100)에 연결하는 하나의 행위만으로 인증, 충전, 결제가 모두 이루어질 수 있다.

센터 제어부(300)로부터 등록된 고유식별값인지에 대한 판단여부 신호가 충전기 통신제어모듈(220)에 도달시, 고유식별값이 등록된 값이 아닌 경우에는, 센터 제어부(300)는 그 신호를 충전기 통신제어모듈(220)로 보내고, 충전기 통신제어모듈(220)은 충전을 시작하지 않은 채로 등록 단계로 넘어갈 수 있다.

등록 단계는 일반적인 등록 단계와 마찬가지로, 발급받은 회원카드번호나 차량 번호를 입력함으로써 등록 단계를 진행할 수 있다. 그러나, 등록 단계에서도 전기차(100)의 추출된 고유식별값이 센터 제어부(300)에 전송되어야하기에, 커넥터 케이블(210)은 등록 단계에서 전기차(100)에 연결된 상태일 수 있다. 즉, 등록 단계는 단순한 아이디, 패스워드를 등록시키는 것에 더해, 전기차(100)의 고유식별값을 센터 제어부(300) 인프라에 저장시키는 것일 수 있다.

따라서, 전기차(100)는 한번의 등록 단계를 완료함으로써, 이후에는 커넥터 케이블(210)의 전기적 연결만으로 사용 단계로 곧바로 들어가 충전을 할 수 있다.

100... 전기차 120... 전기차 통신제어모듈
140... 배터리 160... 배터리 제어부(BMS)
200... 충전기 210... 커넥터 케이블
220... 충전기 통신제어모듈 240... 전력 공급부
300... 센터 제어부 400... 충전 방식 선택부
410... 스마트 충·방전부
420... 최소 요구 충전량 설정부

Claims (7)

1. 전기차;
   상기 전기차에 전력을 공급하여 상기 전기차의 배터리를 충전시키는 충전기;
   상기 충전기의 패널 또는 상기 사용자의 단말기를 통해 충전 방식이 선택되는 충전 방식 선택부; 를 포함하고,
   상기 충전 방식 선택부에 의해 충전 방식이 선택된 후, DR(Demand response) 발령 또는 부하별 시간대 중 적어도 어느 하나를 반영한 충전 스케쥴을 산출하는 스마트 충·방전부가 마련되는 충전 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 충전 스케쥴이 취소되거나 정지되는 경우를 대비해, 상기 충전 스케쥴의 초기 시간대에 최소 요구 충전량이 설정되는 최소 요구 충전량 설정부가 마련되는 충전 장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 스마트 충·방전부에 의해서 수정 전의 충전 스케쥴이 산출되고,
   상기 최소 요구 충전량이 관리자에 의해 기 설정되거나, 사용자에 의해서 직접 설정되는 경우, 상기 수정 전의 충전 스케쥴은 상기 최소 요구 충전량을 반영한 수정 후의 충전 스케쥴이 산출되는 충전 장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 스마트 충·방전부에서는,
   상기 전기차의 충전에 필요한 최소량인 최소 요구 충전량이 설정되고,
   상기 충전될 전기차의 출차 날짜와 출차 시간이 설정되며,
   전력 계통(grid)의 요청시 상기 전기차로부터 상기 전력 계통으로 전기가 역전송되고,
   부하별 시간대 또는 DR 발령을 반영한 충전 스케쥴이 산출되는 충전 장치.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 스마트 충·방전부에 의해 상기 충전 스케쥴과 함께 상기 전기차의 충전 완료에 필요한 총 충전량이 산출되고,
   상기 충전 스케쥴의 첫번째 시간대에 상기 전기차에 공급되는 최소 요구 충전량이 설정되며,
   상기 총 충전량에서 상기 최소 요구 충전량을 뺀 차이인 잔여 충전량이 상기 DR 발령 또는 부하별 시간대중 적어도 어느 하나를 반영하여 분배되는 충전 장치.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 스마트 충·방전부에 의해 상기 충전 스케쥴과 함께 상기 전기차의 충전 완료에 필요한 총 충전량이 산출되고,
   상기 충전 스케쥴의 첫번째 시간대에 상기 전기차에 공급되는 최소 요구 충전량이 설정되며,
   상기 총 충전량에서 상기 최소 요구 충전량을 뺀 차이인 잔여 충전량이 산출되고,
   상기 충전 스케쥴은 부하별로 시간대가 분할되며,
   상기 분할된 시간대는 전력 소비가 낮은 순서대로 경부하, 중부하, 최대부하를 포함하고,
   상기 잔여 충전량은 상기 최소 요구 충전량이 분배된 시간대를 제외한 나머지 시간대에 상기 경부하, 중부하, 최대부하의 순서대로 분배되는 충전 장치.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 스마트 충·방전부에는 상기 전기차로부터 전력 계통(grid)로 전기를 역전송하는 스마트 방전 모드가 마련되고,
   상기 스마트 방전 모드는 전력 소비 주체가 전력 계통의 과잉 공급된 전력을 소비하기로 약속하고 상기 약속을 이행함으로써 전력 공급원으로부터 소정의 보상을 받는 플러스 DR과 연계하며,
   상기 플러스 DR발령시 과잉 전기가 공급되는 시간대는 제1 시간대, 상기 제1 시간대가 아니고 전력 공급보다 수요가 높은 시간대는 제2 시간대이고,
   상기 제1 시간대에는 상기 전기차는 전력 계통으로부터 전력을 공급받아 충전되며,
   상기 제2 시간대에는 상기 전기차는 전력 계통으로 전력을 역송하는 충전 장치.
   

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