KR20220159890A

KR20220159890A - 무선 전력 전송을 위한 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20220159890A
Application number: KR1020220057722A
Authority: KR
Inventors: 장진수; 성현제; 김범진
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2022-12-05

Abstract

전기차 전원 공급 장치(EVSE)로부터 전력을 제공받는 전기차 또는 EVSE에 탑재되는 전자 장치는, 적어도 하나 이상의 충전기(SECC)에 연결되는 복수의 EVSE 중 어느 하나를 제1 EVSE로 선택한 후 무선통신 연결(association)을 수행하고, 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)을 수행하고, 전기차가 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 전기차와 제1 EVSE 간의 페어링(pairing)을 수행한다.

Description

무선 전력 전송을 위한 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR COMMUNICATION ASSOCIATION, POSITIONING, AND PAIRING FOR WIRELESS POWER TRANSFER}

본 발명은 무선 전력 전송을 위한 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 충전기가 공존하는 상황에서 전기차에 의해 수행되는 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법, 상기 방법을 이용하는 전기차의 통신 연결, 측위, 페어링 장치에 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. HEV는 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.

충전시, 차량은 충전소에 진입하여 WLAN을 통해 충전하고자 하는 충전기와 통신 연결 후 충전을 진행하는 것이 일반적이다. 이때, 여러 대의 충전기가 공존하는 충전소에서는 차량이 실제 충전하고자 하는 충전기가 아닌 다른 충전기와 통신 연결이 될 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전원공급 디바이스로부터 전력을 제공받는 전기차에 의해 수행되는 통신 연결, 위치 측정, 및 페어링 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 통신 연결 방법, 위치 측정, 및 페어링 방법을 이용하는 전기차의 통신 연결, 위치 측정, 및 페어링 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전기 자동차 또는 전기차를 위한 전원 공급 장치(EVSE, Electric Vehicle Supply Equipment) 중 적어도 어느 한 쪽에 배치되는 PPD(Pairing and Positioning Device)에 의하여 association, positioning, 및 pairing까지 가능한 프로세스의 프로토콜, PPD 메시지를 위한 송수신 프로토콜을 제안하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 전원 공급 장치(EVSE)로부터 전력을 제공받는 전기차에 탑재되는 전자 장치는 프로세서; 및 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나 이상의 명령을 저장하는 메모리를 포함한다. 전자 장치는 프로세서에 의하여 적어도 하나 이상의 명령이 실행됨으로써, 적어도 하나 이상의 충전기(SECC)에 연결되는 복수의 EVSE로부터 식별 가능한 정보를 수신하고, 복수의 EVSE 중 어느 하나를 제1 EVSE로서 선택하고, 제1 EVSE와 무선통신 연결(association)을 수행하고, 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하고, 전기차가 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 전기차의 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 하나에 속할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 측위를 수행함에 있어서, 전기차 내에 탑재되는 제2 전자 장치와 협력하여 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 측위를 수행함에 있어서, 전기차의 전력 수신 장치와 제1 EVSE의 전력 송신 장치 간의 거리가 소정의 범위 내인 경우, EVSE 측 제2 타입(Anchor)의 전자 장치를 통해 감지되는, 전력 수신 장치에 근접한 전기차 측 제1 타입(Tag)의 전자 장치의 위치 값을 이용하여 전력 송신 장치의 위치를 추정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 측위 결과 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 페어링을 수행함에 있어서, 전자 장치가 전기차의 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화될 지 여부가 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 페어링을 수행함에 있어서, 제1 EVSE로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 검증된 EV PPDID가 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 무선통신 연결을 수행함에 있어서, 제1 EVSE를 선택한 후에 수신된 메시지의 VSE(Vendor Specific Element) 필드와 제1 EVSE의 식별 가능한 정보가 일치하는 지에 따라, 무선통신 연결의 성공 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 전원 공급 장치(EVSE)에 탑재되는 전자 장치는 프로세서; 및 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나 이상의 명령을 저장하는 메모리를 포함한다. 전자 장치는 프로세서에 의하여 적어도 하나 이상의 명령이 실행됨으로써, 전자 장치의 식별 가능한 정보를 브로드캐스트하고, 브로드캐스트된 식별 가능한 정보를 수신한 전기차와 무선 통신 연결(association)이 설정되면, 전기차가 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하고, 전기차가 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 EVSE의 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 하나에 속할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 측위를 수행함에 있어서, EVSE 내에 탑재되는 제2 전자 장치와 협력하여 전기차가 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 측위를 수행함에 있어서, 전기차의 전력 수신 장치와 전력 송신 장치 간의 거리가 소정의 범위 내인 경우, EVSE 측 제2 타입(Anchor)의 전자 장치를 통해 감지되는, 전력 수신 장치에 근접한 전기차 측 제1 타입(Tag)의 전자 장치의 위치 값을 이용하여 전력 송신 장치의 위치를 추정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 측위 결과 전기차가 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 페어링을 수행함에 있어서, 전자 장치가 EVSE의 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화될 지 여부가 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 페어링을 수행함에 있어서, 전기차로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 선택된 EVSE PPDID가 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 전기차로 송신되는 메시지를 이용하여 현재 진행되는 시퀀스가 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 중 어느 시퀀스인 지를 표시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 전원 공급 장치(EVSE)로부터 전력을 제공받는 전기차가 전력을 공급받기 위해 수행하는 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법은 적어도 하나 이상의 충전기(SECC)에 연결되는 복수의 EVSE로부터 브로드캐스트되는 식별 가능한 정보를 전기차가 수신하는 단계; 전기차가 복수의 EVSE 중 어느 하나를 제1 EVSE로서 선택하는 단계; 전기차가 제1 EVSE와 무선통신 연결(association)을 수행하는 단계; 전기차 및 제1 EVSE 중 적어도 하나 이상에 의하여, 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하는 단계; 및 전기차 및 제1 EVSE 중 적어도 하나 이상에 의하여, 전기차가 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법은 무선통신 연결이 수행된 후 측위를 수행하는 단계 이전에, 전기차에 탑재되는 적어도 하나 이상의 제1 전자 장치의 지상으로부터 높이를 충전기(SECC)가 수신하는 단계; 및 SECC는 제1 EVSE에 탑재되는 적어도 하나 이상의 제2 전자 장치의 지상으로부터 높이가 적어도 하나 이상의 제1 전자 장치의 지상으로부터 높이와 대응되도록 제1 EVSE에 연결된 ACD-S 충전 모듈을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법에서 측위를 수행하는 단계는, 전기차 내에 탑재되는 복수의 제1 전자 장치들과 제1 EVSE 내에 탑재되는 복수의 제2 전자 장치들이 서로 협력하여 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법에서 측위를 수행하는 단계 이후 전기차가 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 페어링을 수행하는 단계는, 전기차에 탑재되는 복수의 제1 전자 장치들 각각을, 전기차의 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화할 지 여부를 결정하는 단계; 및 제1 EVSE에 탑재되는 복수의 제2 전자 장치들 각각을, 제1 EVSE의 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화할 지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법에서 페어링을 수행하는 단계는, 제1 EVSE에 탑재되는 제2 전자 장치가, 전기차로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 선택된 EVSE PPDID가 전기차에 탑재되는 제1 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는 단계; 및 제1 전자 장치가, 제1 EVSE로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 검증된 EV PPDID가 제2 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법에서 무선통신 연결을 수행하는 단계는, 전기차에 탑재된 제1 전자 장치가 제1 EVSE를 선택한 후에 수신된 메시지로부터 VSE(Vendor Specific Element) 필드를 추출하는 단계; 및 VSE 필드와 제1 EVSE의 식별 가능한 정보가 일치하는 지에 따라, 무선통신 연결의 성공 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 충전기가 공존하는 충전소에서 차량이 실제 충전하고자 하는 충전기와 자동연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 자동차 또는 전기차를 위한 전원 공급 장치(EVSE, Electric Vehicle Supply Equipment) 중 적어도 어느 한 쪽에 배치되는 PPD(Pairing and Positioning Device)에 의하여 association, positioning, 및 pairing까지 한번에 수행될 수 있다.

도 1은 무선 전력 전송 시스템의 일 예에 대한 개념도이다.
도 2는 전력 전송을 위한 전기차와 충전 인프라 간의 일반적인 무선 통신 연결 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 Underbody 타입의 로봇 충전 시스템(ACD-U)를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 Arm-side 타입의 로봇 충전 시스템(ACD-S)를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 전원공급장치(EVSE)에 설치된 PPD(Pairing and Positioning Device)에서 전기 자동차에 설치된 PPD까지의 거리 및 위치를 측정하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차에서 충전소 내의 연결 가능한 EVSE 정보를 식별하고 사용자에게 표시하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 연결(WLAN association)을 위한 PPD Beacon 메시지에 대한 정보를 도시하는 테이블이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE/SECC 간 액티브 스캐닝에 의한 무선랜(WLAN) 연결(association) 과정을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE/SECC 간 패시브 스캐닝에 의한 무선랜 연결(WLAN association) 과정을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPD에 기반한 전기 자동차와 EVSE 간의 무선랜 연결(WLAN association) 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ACD-S 타입의 EVSE에서 측위(positioning)를 위한 Robot Arm 기반 PPD 위치 제어 과정을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위(positioning)를 위한 PPD Request 메시지에 대한 정보를 도시하는 테이블이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 측위(positioning)를 위한 PPD Response 메시지에 대한 정보를 도시하는 테이블이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위(positioning)를 위한 PPD Request 메시지 및 PPD Response 메시지의 구조에 대한 정보를 도시하는 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 ACD-U 타입의 EVSE인 경우에 복수의 PPD를 이용하여 전기 자동차와 EVSE 간 정밀 측위(positioning)를 위한 통신 과정을 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 ACD-U 타입의 EVSE 간 측위(positioning)를 위한 통신 프로토콜을 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 측위(positioning) 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링(Pairing) Request 메시지 및 Response 메시지의 구조에 대한 정보를 도시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)을 위하여 전기 자동차 측의 PPD를 선택적으로 활성화하는 과정을 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)을 위하여 선택된 PPD의 ID(PPDID) 정보를 식별하고 검증하는 메시지를 도시하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)이 이루어진 상태를 사용자에게 표시하는 사용자 인터페이스 화면을 도시하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)을 위한 메시지 송수신 프로토콜을 도시하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing) 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 PPD의 일반화된 구성을 도시하는 블록도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 PPD를 이용하여 수행되는 association, positioning, 및 pairing 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.

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 이용이 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 전원공급장치(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 프라이머리 디바이스(primary device, PD), 1차측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 세컨더리 디바이스(secondary device, SD), 2차측 장치 등으로 지칭될 수 있다.

전술한 GA는 서플라이 디바이스(supply device), 전원공급측 장치 등으로 지칭될 수 있고, 이와 유사하게 VA는 전기차 디바이스(EV device), 전기차량 측 장치 등으로 지칭될 수 있다.

프라이머리 디바이스(Primary device)는 세컨더리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 장치 즉, 전기차 외부의 장치일 수 있다. 프라이머리 디바이스는 1차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 프라이머리 디바이스는 전력을 전송하는 전원 소스로서 동작할 수 있다. 프라이머리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.

세컨더리 디바이스(Secondary device)는 프라이머리 디바이스에 무접촉 결합을 제공하는 전기차 탑재 장치일 수 있다. 세컨더리 디바이스는 2차측 장치로 지칭될 수 있다. 전기차가 전력을 받을 때, 세컨더리 디바이스는 프라이머리 디바이스로부터의 전력을 전기차로 전달할 수 있다. 세컨더리 디바이스는 하우징과 모든 커버들을 포함할 수 있다.

그라운드 어셈블리 컨트롤러(GA controller)는 차량으로부터의 정보를 토대로 GA 코일에 대한 출력 전력 레벨을 조절하는 GA의 일부분일 수 있다. 차량 어셈블리 컨트롤러(VA controller)는 충전 동안 특정 차량용 파라미터를 모니터링하고 GA와의 통신을 개시하여 출력 전력 레벨을 제어하는 VA의 일부분일 수 있다.

전술한 GA 컨트롤러는 프라이머리 디바이스 통신제어기(Primary device communication controller, PDCC)로 지칭될 수 있고, VA 컨트롤러는 전기차 통신제어기(electric vehicle communication controller, VA 제어기)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 프라이머리 디바이스에 대한 세컨더리 디바이스의 상대적인 위치를 찾는 절차 및/또는 세컨더리 디바이스에 대한 프라이머리 디바이스의 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(프라이머리 디바이스)와 차량(전기차)가 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(peer) 통신 실체들 사이의 관계 성립 절차를 포함할 수 있다.

명령 및 제어 통신(Command and control communication)은 무선 전력 전송 프로세스의 시작, 제어 및 종료에 필요한 정보를 교환하는 전기차 전력공급장치와 전기차 사이의 통신을 지칭할 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 프라이머리 디바이스를 감지하도록 그것을 활성화하는 것을 지칭할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 그 역도 가능하다.

SSID(Service set identifier)는 무선랜 상에서 전송되는 패킷의 헤더에 붙는 32-character로 이루어진 유니크한 식별자이다. SSID는 무선 장비에서 접속하려고하는 BSS(basic service set)를 구분해 준다. 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 보이기 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)가 될 수 있다. 독립적인(independent) BSS나 애드훅(ad hoc) 네트워크의 경우, BSSID는 임의의 값으로 생성될 수 있다.

충전 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. 충전 스테이션은 가정, 사무실, 공공장소, 도로, 주차장 등에 설치되는 적어도 하나 이상의 그라운드 어셈블리를 구비한 장소를 지칭할 수 있다.

본 명세서에서 연결(association)은 전기차 통신제어기(EVCC, Electric Vehicle Communication Controller) 및 충전 인프라를 제어하는 전원 공급 장치 통신제어기(SECC, Supply Equipment Communication Controller) 간에 무선 통신을 설정하는 절차를 의미하는 용어로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 무선 전력 전송(WPT, Wireless Power Transfer) 시스템의 일 예에 대한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 전기차 충전 시스템은 케이블을 이용한 전도성 충전 시스템 또는 비접촉 방식의 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 전기차 충전 시스템은 기본적으로 상용 전원의 배전망(grid)이나 에너지 저장 장치의 전력을 이용하여 전기차에 탑재된 배터리를 충전하는 시스템으로 정의할 수 있으며, 이러한 전기차 충전 시스템은 전기차의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

무선 충전을 위한 대표적인 표준인 SAE TIR J2954는 가벼운 의무 전기 및 플러그인 전기 자동차의 무선 충전을 위한 상호 운용성, 전자기 호환성, 최소 성능, 안전성 및 테스트를 위한 허용 기준을 정의하는 업계 표준 사양 가이드라인을 수립하고 있다.

무선 충전 시스템의 일 예를 나타내는 도 1을 참조하면, J2954표준에 따른 WCS(Wireless Communication System)는 유틸리티 인터페이스, 고주파 전력 인버터, 커플링 코일, 정류기, 필터, 선택적 레귤레이터, 그리고 차량 에너지 충전/저장 시스템과 유틸리티에 연결된 전력 인버터 간의 통신으로 구성될 수 있다. 유틸리티 인터페이스는 단상 또는 3상 AC 전원에 대한 기존 EVSE 연결과 유사하다.

전기 자동차의 무선 충전 시스템은 크게 아래와 같은 3 가지로 구분될 수 있다.

1) 전력 연결용 GA 코일(12) 및 그리드 연결 파워 컨버터(11), 차량 시스템과의 통신 링크(13)

2) 정류, 필터링 구성요소를 갖는 VA 코일(21) 및 필요한 경우 레귤레이션/안전/셧다운에 필요한 충전 제어 전력 전자장치(charging control power electronics)(22), 그리고 베이스 스테이션 측과의 통신 링크(23)

3) 2 차 에너지 저장 시스템, 배터리 관리 시스템 구성요소 및 배터리 SOC, 충전율(charge rate) 및 기타 필요한 정보에 요구되는 차내(in-vehicle) 통신(CAN, LIN)에 필요한 관련 모듈

도 2는 전력 전송을 위한 전기차와 충전 인프라 간의 일반적인 무선 통신 연결 예시도이다.

일반적으로 전기차 충전 시 차량은 충전소에 진입하여 802.11n과 같은 WLAN(Wireless LAN) 무선 통신을 이용하여 충전하고자 하는 충전기와 통신 연결 후 충전을 진행한다.

하지만 다수의 충전기가 공존하는 충전소에 차량이 진입할 경우 차량은 사용자가 충전하고자 하는 충전기가 실제로 어느 것인지 알 수가 없기 때문에 통신 연결 전 사용자와 차량 간에 충전기 선택에 대한 과정이 필요하다.

충전 인프라 업체 서버에 DB로 구현된 충전소 정보를 차량측 서버를 통해 AVN이나 사용자 스마트폰 앱 등으로 띄워 사용자로 하여금 직접 충전기를 선택하게 하는 경우에는, 차량측 서버와 충전 인프라 업체 서버 간 LTE나 5G 기반의 광역 통신 환경 구축이 필요하고, 다양한 충전 인프라 업체와 OEM 들간에 상호 협의된 프로토콜 규약이 필요하며, 사용자에게 LTE나 5G 통신 이용 요금이 부과될 수 있기 때문에 경제적이지 못하다. 또한 RSSI 기반의 WLAN 통신 연결은 중간에 장애물이 있거나 거리가 멀면 도 2에 도시된 것처럼 사용자가 원하지 않는 충전기와 연결이 되게 할 수도 있기 때문에 신뢰성이 떨어진다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용되는 Underbody 타입의 로봇 충전 시스템(ACD-U)를 도시하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 Arm-side 타입의 로봇 충전 시스템(ACD-S)를 도시하는 도면이다.

전기차 충전 무선 통신 관련 국제 표준인 15118-8에서는 OSI 7 Layer의 2계층에 해당하는 MAC Frame의 VSE (Vendor Specific Element) Field를 통해 차량이 일반 AP가 아닌 충전기 AP에 연결될 수 있도록 하고 있다. 하지만 충전기/SECC의 VSE Field 내에는 Positioning 및 Pairing에 대한 정보가 무선 전력 전송 (WPT)을 제외하고는 제대로 정의되어 있지 않아, 도 3의 ACD-U 타입 또는 도 4의 ACD-S 타입과 같은 자동 연결 장치 (ACD)를 기반으로 한 로봇 충전 시스템에서는 차량이 충전기의 VSE Field 정보만으로 해당 충전기가 적절한 Positioning 및 Pairing 방법을 제공하는지 알 수가 없는 문제점이 있다.

이러한 경우 차량과 충전기 간 Positioning 및 Pairing을 위한 PPD (Pairing and Positioning Device)가 서로 일치하는 상대방을 탐색할 때까지 지속적으로 WLAN Association을 반복하게 만들 수 있어 매우 비효율적이다.

더불어 WLAN의 VSE Field에는 최대 충전 파워와 같은 상세 정보가 담겨 있지 않아 하나의 SECC와 다수의 EVSE가 공존하는 충전소에서는 사용자로 하여금 실제 충전하고자 하는 충전기에 적절하게 연결하지 못하게 할 수도 있다.

더불어 차량이 충전기/SECC와 WLAN Association 후에는 차량과 EVSE 간의 정밀한 정렬을 위해 Positioning 절차가 수행되어야 하는데, 무선 충전 (WPT)의 경우 차량측 패드와 EVSE 패드 간 정렬이 제대로 되어 있지 않으면 충전 효율이 떨어지거나 충전이 불가능한 상태가 된다. 더불어 Positioning이 완료되면 실제 연결하고자 하는 EVSE와 물리적인 연결이 가능한지 확인하는 절차가 필요한데, 만약 차량이 충전하고자 하는 EVSE와 물리적인 연결이 불가능 하다면 충전 역시 진행이 될 수 없기 때문에 WLAN Association 후에는 차량과 EVSE 간에 Pairing 절차가 수행되어야 한다. 이를 위해 무선 충전의 경우 IEC 61950-2 표준에 별도의 P2PS (Point to Point Signal)를 이용한 Positioning 및 Pairing에 대한 방법이 정의가 되어 있으나 도 3 또는 도 4와 같은 자동 연결 장치 (ACD) 기반의 로봇 충전 시스템의 경우에는 별도의 Positioning 및 Pairing 방법이 아직까지 어느 표준에도 정의되어 있지 않다.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 PPD를 이용하여 수행되는 association, positioning, 및 pairing 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.

도 26을 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 PPD(Pairing & Positioning Device)를 이용하여 전기차(EV)와 전기차 전원 공급 장치(EVSE) 간의 통신 연결(association)이 수행된다(S5100).

단계 S5100 이후에는 전기차(EV)와 전기차 전원 공급 장치(EVSE) 간의 위치 측정(positioning)이 수행된다(S5200). 단계 S5200에서 수행되는 전기차(EV)와 전기차 전원 공급 장치(EVSE) 간의 위치 측정(positioning)은 단계 S5100에서 수행되는 위치 측정보다 고도화되고 정밀한 위치 측정일 수 있다. 또한 단계 S5200에서 수행되는 위치 측정은 위치 정렬(aligning)을 포함할 수 있다.

단계 S5200 이후에는 전기차(EV)와 전기차 전원 공급 장치(EVSE) 간의 페어링(pairing)이 수행된다(S5300).

본 발명의 일 실시예에 따라서는 단계 S5100 내지 S5300은 사용자의 개입 없이 자동으로 수행되고, S5300의 결과로서 페어링이 성공하면 그 성공 결과만이 전기차의 운전자 또는 사용자에게 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따라서는 단계 S5100 내지 S5300 과정 각각에서 다음 단계로 진행되기 어려운 상황(예를 들어 실패한 경우)이 발생하면 그 상황에 대한 리포트가 전기차의 운전자 또는 사용자에게 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따라서는 단계 S5100 내지 S5300 과정 각각에서 다음 단계로 진행되기 위하여 전기차의 운전자 또는 사용자의 피드백이 필요한 경우에는, 그 피드백에 대한 요청이 전기차의 운전자 또는 사용자에게 제공될 수도 있다.

도 26의 각 단계는 전기차(EV) 및 전기차 전원 공급 장치(EVSE) 중 적어도 하나 이상에 탑재되는 PPD에 의하여 수행될 수 있다. 도 26의 각 단계는 각각의 PPD 내의 메모리에 컴퓨터에서 실행 가능한 프로그램 인스트럭션으로 저장되고, 프로그램 인스트럭션이 PPD 내의 메모리로부터 PPD 내의 프로세서로 로드되어 PPD 내의 프로세서에 의하여 실행됨으로써 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 도 26의 적어도 하나 이상의 단계는 전기차(EV)에 탑재된 EV PPD 및 전기차 전원 공급 장치(EVSE)에 탑재된 EVSE PPD의 협력 동작(cooperative operation)에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 도 26의 적어도 하나 이상의 단계는 전기차(EV)에 탑재된 복수개의 EV PPD 간의 협력 동작에 의하여 수행될 수 있다. 복수개의 EV PPD는 전기차(EV)의 전력 수신 장치(PAD)와의 거리 또는 상대적인 위치에 기반하여 제1 타입(Tag) 및 제2 타입(Anchor) 중 적어도 하나 이상으로 분류될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 도 26의 적어도 하나 이상의 단계는 전기차 전원 공급 장치(EVSE)에 탑재된 복수개의 EVSE PPD 간의 협력 동작에 의하여 수행될 수 있다. 복수개의 EVSE PPD는 전기차 전원 공급 장치(EVSE)의 전력 송신 장치(PAD)와의 거리 또는 상대적인 위치에 기반하여 제1 타입(Tag) 및 제2 타입(Anchor) 중 적어도 하나 이상으로 분류될 수 있다.

본 출원을 통하여, 충전소 내 단일 또는 복수의 충전기/SECC가 공존하고 해당 충전기/SECC에 단일 또는 복수의 유무선 충전 장치/EVSE(예를 들어, 유무선 충전 패드, 로봇 암 등)가 설치된 충전소에서 Positioning 및 Pairing을 위한 PPD (Positioning & Pairing Device)를 이용하여 사용자가 또는 차량이 실제 충전하고자 하는 충전기/SECC와 WLAN Association부터 해당 유무선 충전 장치/EVSE 와의 Positioning 및 Pairing까지 한 번에 수행 가능한 방법을 제안한다. PPD를 이용한 Association, Positioning 및 Pairing 방법을 위하여 정의되는 별도의 PPD 메시지 송수신 프로토콜이 개시된다. 또한 PPD를 이용한 Association, Positioning 및 Pairing 방법의 이해를 돕기 위한 구현 예시가 개시된다.

A. WLAN Association

차량과 충전기 간 WLAN Association(S5100)을 위한 절차가 이하의 도 5 내지 도 10에 의하여 도시된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE/SECC 간 액티브 스캐닝에 의한 무선랜 연결(WLAN association) 과정을 도시하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE/SECC 간 패시브 스캐닝에 의한 무선랜 연결(WLAN association) 과정을 도시하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPD에 기반한 전기 자동차와 EVSE 간의 무선랜 연결(WLAN association) 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 차량과 충전기 간 WLAN Association을 위한 절차는 다음과 같다. 도 10에 도시된 각 단계는 전기차 통신제어장치(EVCC, Electric Vehicle Communication Controller) 및 EV PPD Controller(210) 중 적어도 하나 이상에 의하여 단독으로 또는 상호 협력하여 수행될 수 있다.

설명의 편의상 도 8 및 도 9에서 각 PPD는 UWB 통신을 사용하고, PPD Beacon 신호는 주기적으로 Broadcasting되는 것을 가정한다.

충전소 내 각각의 충전기/SECC(110, 120)는 자신의 SSID 및 각각의 유무선 충전 장치/EVSE 내 상세 정보를 EVSE PPD(112, 114, 122)를 통해 Broadcasting 한다. 이때 EVSE PPD(112, 114, 122) 각각은 PPD 비콘(beacon)으로 이해될 수 있다.

충전소에 진입한 차량은 Broadcasting된 각각의 PPD 신호를 차량에 장착된 EV PPD를 통해 수신함으로써 PPD 비콘을 스캐닝한(S1020) 후 각각의 EVSE의 PPD(112, 114, 122) 까지의 거리 및 상대 위치를 추정함으로써 각각의 EVSE 정보를 확인한다(S1030). 이를 위한 방법으로는 다양한 방법이 있을 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의상 PPD가 UWB를 사용하는 실시예가 도시된다. 다만 본 발명의 사상은 예시된 실시예를 포함하여 당업자가 통상적으로 설계 변경한 범위까지 미치며, 본 발명의 사상이 열거된 실시예에 한정되어 해석되어서는 아니 될 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 전원공급장치(EVSE)에 설치된 EVSE PPD(Pairing and Positioning Device)에서 전기 자동차(EV)에 설치된 EV PPD까지의 거리 및 위치를 측정하는 과정을 도시하는 도면이다.

도 5에서 도시된 것처럼 EVSE에 장착된 하나의 UWB Tag와 차량에 장착된 다수의 UWB Anchor를 통해 흔히 알려진 TDoA (Time Difference of Arrival)와 같은 방법으로 EVSE PPD 까지의 대략적인 거리 및 위치를 추정할 수 있다.

이때 차량과 충전기의 PPD 개수와 설치 위치는 통신 기법 및 측위 기법에 따라 적절한 개수와 위치로 선택될 수 있다. 통신 기법 및 측위 기법은 특정한 방법으로 한정되지 않는다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차(EV)에서 충전소 내의 연결 가능한 EVSE 정보를 식별하고 사용자에게 표시하는 과정을 도시하는 도면이다.

차량에서 각각의 EVSE PPD(112, 114, 122) 까지의 거리 및 위치 측위가 완료되면, 도 6에 도시된 것처럼 차량은 AVN이나 차량과 연동 가능한 스마트폰 앱을 통해 식별된 EVSE PPD(112, 114, 122), 각 EVSE PPD(112, 114, 122)까지의 거리, 및 상대적인 위치(차량의 진행 방향과 대비되는 방향, 및 거리를 포함), 또한 각 EVSE의 전원 공급 방식 등에 대한 정보를 사용자에게 표시함으로써 차량이 충전소 내 어떤 EVSE와 연결할 지 사용자에게 선택을 유도할 수도 있다(S1030). 또 다른 실시예에서는 사용자에게 EVSE를 표시할 수 있지만 차량이 스스로 EVSE를 선택하게끔 설정되어 있을 수도 있다. 차량이 스스로 EVSE를 선택하게 설정된 실시예에서는 차량에 내장된 EVSE 선택 알고리즘에 따라 자동으로 EVSE가 선택될 수 있다(S1030). 즉, 도 10의 단계 S1030은 차량에 내장된 EVSE 선택 알고리즘에 따라 자동으로 이루어질 수도 있고, 차량이 식별된 EVSE 선택을 위해 필요한 정보를 사용자에게 제공하고, 사용자의 선택을 수신함으로써 이루어질 수도 있다.

EVSE 선택 알고리즘은 특정한 방식에 국한되지 않으며, 예시적으로 차량과 충전 가능한 EVSE 선별 후 EVSE 까지의 거리가 가깝거나 또는 최대 충전 파워가 큰 EVSE를 선택하게끔 할 수 있다. 차량이 연결하고자 하는 EVSE가 결정되면 차량은 해당 EVSE를 제어하는 SECC와 WLAN을 통해 무선 통신 연결을 시도한다.

Active Scanning과 Passive Scanning 중 어느 방식이 수행될 것인지 결정되면(S1040), 다음의 과정이 수행된다.

먼저 Active Scanning(S1050)의 경우에는 도 8에 도시된 것과 같이 차량(또는 EV PPD Controller(210), EVCC(220))이 Probe Request 후 각각의 SECC(110, 120)로 부터 받은 Probe Response 메시지 내 SSID 값 중 이전에 선택한 EVSE 정보 내 SSID 값과 일치하는 값을 갖는 SECC와 연결을 수행할 수 있다.

Passive Scanning(S1060)의 경우에도 마찬가지로 도 9에 도시된 것과 같이 차량(또는 EV PPD Controller(210), EVCC(220))이 각각의 SECC(110, 120)로부터 예를 들어 WLAN을 경유하여 송출되는 Beacon 정보 내 SSID 값 중 이전에 선택한 EVSE 정보 내 SSID 값과 일치하는 값을 갖는 SECC가 있으면 해당 SECC와의 연결을 수행한다.

단계 S1050 및 S1060에서 저장되는 정보는 Probe Response 또는 WLAN Beacon 수신 정보 내의 VSE(Vendor-Specific Element) field일 수 있다. 단계 S1070에서는 PPD Beacon을 통해 선택한 EVSE 정보와 Probe Response 또는 Beacon의 VSE 내의 EVSE 정보가 일치하는 지 확인한다. 이때 VSE 정보가 불일치하는 경우, 사용자에게 WLAN 연결 불가능 표시 후 재시도함을 알릴 수 있다.

VSE 정보가 일치하면, WLAN Association이 수행된다(S1080). 도 8 내지 도 10을 함께 참조하면, 단계 S1080은 EVCC(220)로부터 선택된 SECC A(110)로 WLAN Association Request가 전송되고, SECC A(110)가 WLAN Assciation Response를 응답함으로써 수행된다.

도 2와 같은 Use Case 외에도 충전소 Layout에 따라 다양한 형태의 Use Case가 있을 수 있지만, 차량이 수신한 EVSE PPD 정보를 통해 해당 EVSE 까지의 거리 및 상대 위치를 실시간으로 측위하고, 해당 EVSE의 상세 정보를 사용자 또는 차량에 전달하여 실제로 충전하고자 하는 EVSE를 선택하게 한다면, 차량은 충전소 Layout에 관계없이 사용자가 원하는 EVSE를 제어하는 SECC와 WLAN으로 한번에 연결이 가능하다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 연결(WLAN association)을 위한 PPD Beacon 메시지에 대한 정보를 도시하는 테이블이다.

도 7을 참조하면, 해당 메시지가 PPD 어플리케이션 중 어느 단계와 관련되는 것인지에 대한 필드(PPD_APPLICATION_TYPE)를 포함하여 EVSE에 대한 정보(예를 들어 EVSEPPDID, EVSEID, SSID, EVSE_CHARGING TYPE, EVSE_CHARGING CAPACITY) 등이 PPD 비콘 메시지에 포함될 수 있다.

B. Positioning

차량과 충전기 간 Positioning(S5200)을 위한 절차가 이하의 도 11 내지 도 18에 의하여 도시된다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 ACD-U 타입의 EVSE 간 측위(positioning)를 위한 통신 프로토콜을 도시하는 도면이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 측위(positioning) 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.

앞선 WLAN Association 과정에 의하여 SECC A(110)의 EVSE 2가 선택된 것을 가정하여, 이후의 Positioning 과정이 예시적으로 개시된다.

사용자 또는 차량이 충전하고자 하는 EVSE가 결정되고 해당 SECC(110)와의 WLAN Association이 완료되면, EVSE 측 PPD(114, 114a)는 PPD Beacon 메시지 송출을 중단하고, 차량은 실제 충전하고자 하는 EVSE 와 Positioning을 수행한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 EV와 EVSE 간 측위(positioning) 과정은 도 12 및 도 13의 정보를 포함하고 도 14의 구조를 가지는 PPD 메시지를 이용하여 수행될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위(positioning)를 위한 PPD Request 메시지에 대한 정보를 도시하는 테이블이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 측위(positioning)를 위한 PPD Response 메시지에 대한 정보를 도시하는 테이블이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 측위(positioning)를 위한 PPD Request 메시지 및 PPD Response 메시지의 구조에 대한 정보를 도시하는 도면이다.

차량과 EVSE는 WLAN Association 시와는 달리 PPD를 TWR (Two Way Ranging) 방식으로 전환하여 차량이 도 12의 PPD Request 메시지를 송신하면, EVSE는 도 13의 PPD Response 메시지로 응답한다(S2010). 이를 통해 차량과 EVSE 모두 서로의 PPD 신호를 주고받음으로써 소요된 시간 값을 기준으로 상대측 PPD 까지의 거리를 계산할 수 있으며, 3개 이상의 PPD를 통해 계산된 거리 값으로 기본적인 상대 위치 추정이 가능해진다(S2020). 이는 TDoA 방식과는 달리 실시간으로 위치 정보의 빠른 업데이트가 가능하기 때문에 좀 더 정밀한 위치 측위를 가능하게 한다. 다만 공지된 TWR 방식은 공지된 TDoA 방식보다 전력 소모가 큰 것으로 알려져 있으며, 전력 소모와 위치 측위의 정밀도를 고려하여 알려진 통신 방식들 중 적어도 하나 이상이 본 발명의 목적에 부합하게 선택적으로 적용될 수 있다.

또한 도 12 및 도 13에서 도시되는 것처럼 EVSE PPD(114, 114a)의 PPD_APPLICATION_TYPE 값이 0x02 (Positioning)으로 변경되어 송출되기 때문에, 충전소 내 다른 차량이 진입하여 WLAN Association 시에는 해당 EVSE를 선택에서 제외 가능하다. 이는 충전소 내 차량과 충전기 간 N:N 상황에서 통신 혼잡도를 크게 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

도 14에 도시되는 것처럼, Association 과정과 달리 Positioning 과정에서는 EVPPD 및 EVSE PPD의 Anchor Status, Tag Status, Cast Type 등이 추가적으로 정의된다. 또한 ACD-U 타입의 경우에는 EVPPD 및 EVSE PPD의 Anchor Status, Tag Status, Cast Type이 정의되고, ACD-S 타입의 경우에는 Anchor 의 Z Offset, Tag의 Z Offset이 정의되어 후술하는 도 11의 과정을 이용하여 효율적인 측위를 구현할 수 있다.

정밀한 측위를 위하여 EV PPD는 전력 수신 패드에 가까운 제1 타입(Tag)의 EV PPD 1(212), 및 전력 수신 패드와 일정한 거리를 두고 배치되는 제2 타입(Anchor)의 EV PPD 2~3(212a)로 구분될 수 있다.

마찬가지로 선택된 EVSE 2의 EVSE PPD 역시 전력 송신 패드에 가까운 제1 타입(Tag)의 EVSE PPD 1(114), 및 전력 송신 패드와 일정한 거리를 두고 배치되는 제2 타입(Anchor)의 EVSE PPD 2~3 (114a)로 구분될 수 있다.

측위 과정은 각 충전 장치의 종류에 맞도록 보다 효율적인 Positioning을 수행할 수 있다. 예를 들어 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ACD-S 타입의 EVSE에서 측위(positioning)를 위한 Robot Arm 기반 PPD 위치 제어 과정을 도시하는 도면이다.

ACD 시스템은 도 3과 도 4에서 도시된 각각의 충전 로봇 장치 형태에 맞는 효율적인 Positioning을 수행할 수 있다. 도 3에 도시된 ACD-S의 경우, 도 11에서 도시된 것처럼 지상에서부터 차량 PPD(212, 212a)까지의 높이를 도 12 및 도 14의 ACD-S Positioning Request 메시지로 WLAN을 통해 SECC에 알린다. 이를 수신한 SECC는 로봇 충전 장치에 부착된 PPD(112)를 차량 PPD(212, 212a) 높이와 수평이 되도록 맞춘 후 차량과 Positioning을 수행한다. 도 11에서 도시된 방법을 이용하면 3차원 공간에서의 Positioning 연산 부담을 2차원 공간으로 줄임으로써, 보다 빠른 연산 시간 확보가 가능하고 위치 추정 오차를 줄일 수 있다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 ACD-U 타입의 EVSE인 경우에 복수의 PPD를 이용하여 전기 자동차와 EVSE 간 정밀 측위(positioning)를 위한 통신 과정을 도시하는 도면이다.

ACD-U 타입의 경우, 도 12 내지 도 14의 ACD-U Positioning Request 및/또는 Response 메시지를 WLAN 통신으로 송수신하며(S2010), 위치를 추정한다(S2020).

도 15와 같이 차량과 EVSE 간 PPD 멀티 통신을 통해 EVSE 측의 전력 송신 패드가 차량과 멀리 떨어져 있어 차량 외부에 위치하는 것으로 인식되는 상태에서는(S2030) 차량 외곽에 설치되어 있는 Anchor EV PPD(212a)로 EVSE 측의 송신 패드의 위치를 계속하여 추정할 수 있다(S2020).

도 16과 같이 EVSE 측의 전력 송신 패드가 차량 하부에 위치하는 것으로 인식되는 상태에서는(S2030) 차량 측의 전력 수신 패드에 설치된 Tag EV PPD(212)를 통해 차량 하부에 위치하는 EVSE 측의 전력 송신 패드의 위치를 추정한다(S2040).

즉, 차량 측 외곽에는 Anchor EV PPD(212a)가 배치되고, 전력 수신 패드에는(전력 수신 패드와 X-Y 평면에서 위치가 동일한 위치에는) Tag EV PPD(212)가 배치될 수 있다. 마찬가지로 EVSE 측 전력 송신 패드 중심에는 Tag EVSE PPD(114)가, EVSE의 외곽에는 Anchor EVSE PPD(114a)가 각각 설치될 수 있다.

차량과 충전기 간 Positioning 시작 후, TWR 방식으로 PPD Req/Res 메시지를 송수신하면(S2010) EVSE 측 송신 패드의 Tag EVSE PPD(114)로부터 차량 측 각각의 Anchor EV PPD(122a)까지의 송수신 신호를 통해 EVSE 측 송신 패드의 위치를 추정할 수 있다(S2020).

차량에서 감지된 EVSE의 Tag PPD(114) 좌표가 차량 기준으로 차량 하부 위치로 인식되면(S2030), 복수의 PPD 간의 Reg/Res 메시지를 송수신하고 Multi Positioning을 수행하여, 즉, 차량과 EVSE 간 멀티 PPD 메시지를 송수신함으로써(S2040), EVSE에서 차량 수신 패드의 위치를 추정할 수 있다(S2050). 또한 EVSE에서 차량 수신 패드 위치 추정 정보를 차량에 송신하고(S2054), 차량에서 EVSE 송신 패드의 위치를 재추정한(S2060) 후, 추정된 EVSE 위치가 차량 하부 좌표인 지 다시 확인한(S2070) 후에 추정된 EVSE 위치가 차량 하부 좌표이면 EVCC(220)가 자동으로 또는 사용자 확인을 거쳐 Positioning이 완료된다(S2080). 이후 차량이 주차되고(S2084) Positioning 프로세스가 종료된다.

단계 S2060에서는 EVSE 측 Anchor EVSE PPD(114a)를 통해 감지한 차량 수신 패드 측 Tag EV PPD(122)의 위치 값을 이용하여 차량 하부의 EVSE 측 송신 패드의 위치를 추정할 수 있다.

C. Pairing

Positioning이 완료되면 차량은 실제 충전하고자 하는 유무선 충전 장치/EVSE 와 Paring을 수행한다(S5300).

차량과 충전기 간 Pairing을 위한 절차가 이하의 도 19 내지 도 24에 의하여 도시된다.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)을 위한 메시지 송수신 프로토콜을 도시하는 도면이다.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing) 시퀀스를 도시하는 동작 흐름도이다.

도 23 및 도 24의 페어링(Pairing) 과정은 도 19에 예시된 구조를 가지는 페어링 Request 메시지 및 Response 메시지를 이용하여 수행될 수 있다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 페어링(Pairing) Request 메시지 및 Response 메시지의 구조에 대한 정보를 도시하는 도면이다.

도 19를 참조하면, 차량은 자신의 EV PPDID 정보와 WLAN Association 단계에서 선택한 EVSE PPD 정보 (Selected EVSE PPDID)를 WLAN 통신을 통해 Pairing Request 메시지에 실어 보낼 수 있다(S3010).

이때 차량/EVCC(220)는 유무선 충전 장치/EVSE의 위치와 형태를 기반으로 EVSE와 가장 가까운 위치에 있는 EV PPD를 선택하여 PPD Request 메시지를 송신할 수 있다. 도 19에 도시된 것처럼, ACD-U 타입의 충전 장치에서 Pairing Request 메시지는 Selected EVSE PPD ID와 함께 Selected EVSE의 VSE 정보를 부가적으로 포함할 수 있다.

Pairing Response 메시지는 Moving Device 필드와 Verified EV PPD ID를 포함하며, 특히 Verified EV PPD DD를 통하여 Pairing 과정의 성공 여부가 결정될 수 있다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)을 위하여 전기 자동차 측의 PPD를 선택적으로 활성화하는 과정을 도시하는 도면이다.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)을 위하여 선택된 PPD의 ID(PPDID) 정보를 식별하고 검증하는 메시지를 도시하는 도면이다.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차와 EVSE 간 페어링(Pairing)이 이루어진 상태를 사용자에게 표시하는 사용자 인터페이스 화면을 도시하는 도면이다.

설명의 편의상 ACD-U 시스템이 예시된다. 도 20과 같이 Pairing 단계로 진입하면, 차량 측 전력 수신 패드의 UWB Tag PPD(212)가 활성화되고, 차량 측의 Anchor 타입의 EV PPD(212a)는 비활성화될 수 있다.

Pairing 단계로 진입하면 EVSE 측의 Anchor 타입 EVSE PPD(114a)가 활성화되고, Tag 타입 EVSE PPD(114)가 비활성화될 수 있다.

이를 Association 및 Positioning 과정과 비교하면, Association 과정에서는 Tag 타입 EVSE PPD(114)와 Anchor 타입 EV PPD(212a) 간의 통신을 통하여 단순화한 위치 측정 및 차량과 EVSE 간의 상대적 위치, 거리 등의 변화를 추적할 수 있다. Positioning 단계에서는 정밀한 위치 측정과 위치 정렬(aligning)이 함께 수행될 수 있으며, 이 때에는 Tag EVSE PPD(114), Anchor EVSE PPD(114a), Tag EV PPD(212), Anchor EV PPD(212a)가 모두 활성화될 수 있다. Pairing 과정에서는 Tag EV PPD(212) 및 Anchor EVSE PPD(114a)가 활성화되어 유선/무선 전력 공급을 위한 준비 과정으로서 Pairing이 수행될 수 있다.

활성화된 EV PPD(212)로부터의 Pairing Req 메시지를 수신한 충전기/SECC(110)는 자신이 관리하는 각각의 EVSE PPD Anchor(112, 114/114a)를 통해 수신된 EV PPD 정보, 수신 시간 및 RSSI 값 등을 확인한 후 메시지 수신 시간이 가장 짧거나, RSSI 값이 가장 크게 인식된 EVSE PPD(114a)를 차량과의 Pairing 장치로 인식한다(S3020). 더불어 해당 EVSE PPDID 정보가 차량으로부터 받은 Selected EVSE PPDID 정보와 일치하는지 확인한(S3030) 후 PPD Response 메시지 및 Pairing Response 메시지를 차량으로 송신한다(S3040). 이때 차량으로부터 받은 EV PPDID 정보를 그대로 실어 보내고, PPD Response 메시지 내 PPD_APPLICATION_TYPE을 Pairing (0x03)으로 변경한다. 이때 SECC(110)가 수신한 EV PPDID 정보를 포함하여 Pairing Response 메시지를 보내되, 앞선 S3020 단계에서 인식된 EVSE PPD(114a), 즉, 가장 EV PPD Req 메시지 수신 시간이 짧거나 가장 큰 RSSI 값이 인식된 EVSE의 EVSE PPD(114a)를 통하여 PPD Response 메시지가 송신된다(S3040).

차량은 WLAN을 통해 수신한 Pairing Response 메시지 응답이 정상이고, Pairing Response 메시지에 포함된 EV PPDID 정보, 즉, Verified EV PPDID가 자신의 EV PPDID와 일치하면(S3050) 해당 EVSE와 Pairing 되었다고 판단 후 도 22와 같이 Pairing 성공 또는 Pairing 상태임을 사용자에게 표시할(S3060) 수 있다. 단계 S3030 또는 S3050에서 일치하지 않으면 Pairing 실패를 사용자에게 표시할(S3070) 수 있다. 도 19의 메시지 구조를 참조하면, Pairing이 실패한 후 Alternative SECC List가 참조되어 단계 S3020 이후의 과정이 다시 수행될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 선택적으로 차량이 해당 EVSE의 PPD가 보낸 메시지에 대한 Authenticity 와 Integrity를 확인하기 위해 도 21에서 도시된 것처럼 EVSE는 차량으로부터 수신한 난수를 서명하여 PPD 메시지에 실어 보낸다. 서명 알고리즘은 EV와 EVSE 간 상호 합의된 서명 알고리즘을 사용할 수 있으며, 각각의 PPD 메시지에 지원 가능한 서명 알고리즘을 표시할 수도 있다.

도 19 및 도 21을 참조하면, ACD 시스템의 경우 EVSE 측 로봇을 이동하면서 차량으로부터 수신 받은 EV PPD 신호의 수신 시간 및 RSSI 값의 변화를 기반으로 Pairing 여부를 부가적으로 확인할 수도 있다.

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송을 위한 PPD의 일반화된 구성을 도시하는 블록도이다.

도 25에 도시된 실시예에 나타낸 무선 전력 전송을 위한 PPD(4000)는 전기 자동차 측에 설치된 EV PPD(212, 212a) 및 전기차 전원공급설비(EVSE) 측에 설치된 EVSE PPD(112, 114, 114a, 122) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 무선 전력 전송을 위한 PPD(4000)는 적어도 하나의 프로세서(4100), 프로세서(4100)를 통해 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있는 메모리(4200) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 통신 인터페이스(4300)를 포함할 수 있다. 무선 전력 전송을 위한 PPD(4000)는 상술한 동작이 실행되는 적어도 하나 이상의 명령 또는 실행 과정에서 생성되는 데이터를 저장할 수 있는 저장 장치(4400)를 더 포함할 수 있다. 무선 전력 전송을 위한 PPD(4000)는 사용자와의 인터랙션을 위한 입력 인터페이스(4500), 및 출력 인터페이스(4600)를 더 포함할 수 있다. 무선 전력 전송을 위한 PPD(4000)에 포함된 각각의 구성 요소들은 시스템 버스(bus)(4700)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(4100)는 메모리(4200)에 저장된 프로그램 명령(program command/instruction)을 실행할 수 있고, 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU), 그래픽처리 장치(Graphics Processing Unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.

메모리(4200) 및 저장 장치(4400) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(4200)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

여기서, 적어도 하나 이상의 명령은, 적어도 하나 이상의 충전기(SECC)에 연결되는 복수의 EVSE로부터 브로드캐스트되는 식별 가능한 정보를 전기차가 수신하는 명령, 상기 전기차가 상기 복수의 EVSE 중 어느 하나를 제1 EVSE로서 선택하는 명령, 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 무선통신 연결(association)을 수행하는 명령, 상기 전기차 및 상기 제1 EVSE 중 적어도 하나 이상에 의하여, 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하는 명령, 및 상기 전기차 및 상기 제1 EVSE 중 적어도 하나 이상에 의하여, 상기 전기차가 상기 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 상기 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행하는 명령을 포함할 수 있다.

또한 적어도 하나 이상의 명령은, 상기 무선통신 연결이 수행된 후 상기 측위를 수행하는 단계 이전에, 상기 전기차에 탑재되는 적어도 하나 이상의 제1 전자 장치의 지상으로부터 높이를 충전기(SECC)가 수신하는 명령, 및 상기 SECC는 상기 제1 EVSE에 탑재되는 적어도 하나 이상의 제2 전자 장치의 지상으로부터 높이가 상기 적어도 하나 이상의 제1 전자 장치의 지상으로부터 높이와 대응되도록 상기 제1 EVSE에 연결된 ACD-S 충전 모듈을 제어하는 명령을 더 포함할 수 있다.

측위를 수행하는 명령은, 상기 전기차 내에 탑재되는 복수의 제1 전자 장치들과 상기 제1 EVSE 내에 탑재되는 복수의 제2 전자 장치들이 서로 협력하여 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정하는 명령을 포함할 수 있다.

페어링을 수행하는 명령은, 상기 측위를 수행하는 단계 이후 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 상기 전기차에 탑재되는 복수의 제1 전자 장치들 각각을, 상기 전기차의 상기 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화할 지 여부를 결정하는 명령, 및 상기 제1 EVSE에 탑재되는 복수의 제2 전자 장치들 각각을, 상기 제1 EVSE의 상기 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화할 지 여부를 결정하는 명령을 포함할 수 있다.

페어링을 수행하는 명령은 상기 제1 EVSE에 탑재되는 제2 전자 장치가, 상기 전기차로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 선택된 EVSE PPDID가 상기 전기차에 탑재되는 제1 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는 명령, 및 상기 제1 전자 장치가, 상기 제1 EVSE로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 검증된 EV PPDID가 상기 제2 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는 명령을 포함할 수 있다.

무선통신 연결을 수행하는 명령은 상기 전기차에 탑재된 제1 전자 장치가 상기 제1 EVSE를 선택한 후에 수신된 메시지로부터 VSE(Vendor Specific Element) 필드를 추출하는 명령, 및 상기 VSE 필드와 상기 제1 EVSE의 식별 가능한 정보가 일치하는 지에 따라, 무선통신 연결의 성공 여부를 판정하는 명령을 포함할 수 있다.

적어도 하나 이상의 명령은, 전기차로 송신되는 메시지를 이용하여 현재 진행되는 시퀀스가 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 중 어느 시퀀스인 지를 표시하는 명령을 포함할 수 있다.

적어도 하나 이상의 명령은, 전기차에 탑재된 제1 전자 장치가 측위를 수행함에 있어서, 상기 전기차의 전력 수신 장치와 상기 제1 EVSE의 전력 송신 장치 간의 거리가 소정의 범위 내인 경우, 상기 EVSE 측 제2 타입(Anchor)의 전자 장치를 통해 감지되는, 상기 전력 수신 장치에 근접한 상기 전기차 측 제1 타입(Tag)의 전자 장치의 위치 값을 이용하여 상기 전력 송신 장치의 위치를 추정하는 명령을 포함할 수 있다.

적어도 하나 이상의 명령은, EVSE에 탑재된 제2 전자 장치가 측위를 수행함에 있어서, 상기 전기차의 전력 수신 장치와 상기 전력 송신 장치 간의 거리가 소정의 범위 내인 경우, 상기 EVSE 측 제2 타입(Anchor)의 전자 장치로부터 상기 전력 수신 장치에 근접한 상기 전기차 측 제1 타입(Tag)의 전자 장치의 위치 값을 이용하여 상기 전력 수신 장치의 위치를 추정하는 명령을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 다수의 충전기가 배치된 충전소에서 차량이 실제 충전하고자 하는 충전기와 PPD(Positioning & Pairing Device)를 기반으로 편리하게 WLAN Association이 수행될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 복수의 SECC가 공존하고 해당 SECC에 단일 또는 복수의 EVSE(유무선 충전 패드, 로봇 암 등)가 설치된 충전소에서 PPD 기반으로 편리하게 Positioning 및 Pairing이 수행될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 제안된 PPD 통신 메시지를 활용하여 전기차 충전을 위한 부가적인 기능이 제공될 수 있다. 부가적인 기능은 예를 들어 사용자 인증, 전자 서명 등을 들 수 있다.

본 발명에 의하면 별도의 사용자 개입(AVN(Audio, Video, Navigation) 또는 App을 이용한 충전기 통신 연결 등)이 없이 전기차와 충전소 간 자동 연결(Automatic Association), 자동 위치 측정(Automatic Positioning), 자동 페어링(Automatic Pairing)이 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면 무선 충전 송수신 패드(PAD)의 주변에 배치되는 복수의 PPD를 사용하므로 추가적인 하드웨어(H/W)를 별도로 구성할 필요가 없다.

또한, 본 발명은 무선 통신이 가능한 차량과 충전기에서 구현 가능하다. 또한, 본 발명은 PPD(Positioning & Pairing Device)를 제공하는 차량과 충전기에서 구현 가능하다. 또한, 본 발명은 유선/무선 충전이 가능한 자율 주행 차량에서 구현 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

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 프로그래머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 실시예와 도면에 소개된 길이, 높이, 크기, 폭 등은 이해를 돕기 위해 과장된 것일 수 있다.

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.

본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

전기차 전원 공급 장치(EVSE)로부터 전력을 제공받는 전기차에 탑재되는 전자 장치로서,
프로세서; 및
상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나 이상의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
상기 프로세서에 의하여 상기 적어도 하나 이상의 명령이 실행됨으로써,
적어도 하나 이상의 충전기(SECC)에 연결되는 복수의 EVSE로부터 식별 가능한 정보를 수신하고,
상기 복수의 EVSE 중 어느 하나를 제1 EVSE로서 선택하고,
상기 제1 EVSE와 무선통신 연결(association)을 수행하고,
상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하고,
상기 전기차가 상기 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 상기 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행하는, 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 전자 장치는 상기 전기차의 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 하나에 속하는, 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 측위를 수행함에 있어서, 상기 전기차 내에 탑재되는 제2 전자 장치와 협력하여 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정하는, 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 측위를 수행함에 있어서, 상기 전기차의 전력 수신 장치와 상기 제1 EVSE의 전력 송신 장치 간의 거리가 소정의 범위 내인 경우, 상기 EVSE 측 제2 타입(Anchor)의 전자 장치를 통해 감지되는, 상기 전력 수신 장치에 근접한 상기 전기차 측 제1 타입(Tag)의 전자 장치의 위치 값을 이용하여 상기 전력 송신 장치의 위치를 추정하는, 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 측위 결과 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 상기 페어링을 수행함에 있어서, 상기 전자 장치가 상기 전기차의 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화될 지 여부가 결정되는, 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 페어링을 수행함에 있어서, 상기 제1 EVSE로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 검증된 EV PPDID가 상기 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는, 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 무선통신 연결을 수행함에 있어서,
상기 제1 EVSE를 선택한 후에 수신된 메시지의 VSE(Vendor Specific Element) 필드와 상기 제1 EVSE의 식별 가능한 정보가 일치하는 지에 따라, 무선통신 연결의 성공 여부를 판정하는, 전자 장치.
전기차 전원 공급 장치(EVSE)에 탑재되는 전자 장치로서,
프로세서; 및
상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나 이상의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
상기 프로세서에 의하여 상기 적어도 하나 이상의 명령이 실행됨으로써,
상기 전자 장치의 식별 가능한 정보를 브로드캐스트하고,
상기 브로드캐스트된 식별 가능한 정보를 수신한 전기차와 무선 통신 연결(association)이 설정되면, 상기 전기차가 상기 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하고,
상기 전기차가 상기 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 상기 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행하는, 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 전자 장치는 상기 EVSE의 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 하나에 속하는, 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 측위를 수행함에 있어서, 상기 EVSE 내에 탑재되는 제2 전자 장치와 협력하여 상기 전기차가 상기 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정하는, 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 측위를 수행함에 있어서, 상기 전기차의 전력 수신 장치와 상기 전력 송신 장치 간의 거리가 소정의 범위 내인 경우, 상기 EVSE 측 제2 타입(Anchor)의 전자 장치로부터 상기 전력 수신 장치에 근접한 상기 전기차 측 제1 타입(Tag)의 전자 장치의 위치 값을 이용하여 상기 전력 수신 장치의 위치를 추정하는, 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 측위 결과 상기 전기차가 상기 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 상기 페어링을 수행함에 있어서, 상기 전자 장치가 상기 EVSE의 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화될 지 여부가 결정되는, 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 페어링을 수행함에 있어서, 상기 전기차로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 선택된 EVSE PPDID가 상기 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는, 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 전기차로 송신되는 메시지를 이용하여 현재 진행되는 시퀀스가 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 중 어느 시퀀스인 지를 표시하는, 전자 장치.
전기차 전원 공급 장치(EVSE)로부터 전력을 제공받는 전기차가 전력을 공급받기 위해 수행하는 통신 연결(association), 측위(positioning), 및 페어링(pairing) 방법에 있어서,
적어도 하나 이상의 충전기(SECC)에 연결되는 복수의 EVSE로부터 브로드캐스트되는 식별 가능한 정보를 전기차가 수신하는 단계;
상기 전기차가 상기 복수의 EVSE 중 어느 하나를 제1 EVSE로서 선택하는 단계;
상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 무선통신 연결(association)을 수행하는 단계;
상기 전기차 및 상기 제1 EVSE 중 적어도 하나 이상에 의하여, 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있을 때까지 측위(positioning)를 수행하는 단계; 및
상기 전기차 및 상기 제1 EVSE 중 적어도 하나 이상에 의하여, 상기 전기차가 상기 제1 EVSE로부터 전력을 제공받을 수 있도록 상기 제1 EVSE와 페어링(pairing)을 수행하는 단계;
를 포함하는, 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법.
제15항에 있어서,
상기 무선통신 연결이 수행된 후 상기 측위를 수행하는 단계 이전에,
상기 전기차에 탑재되는 적어도 하나 이상의 제1 전자 장치의 지상으로부터 높이를 충전기(SECC)가 수신하는 단계; 및
상기 SECC는 상기 제1 EVSE에 탑재되는 적어도 하나 이상의 제2 전자 장치의 지상으로부터 높이가 상기 적어도 하나 이상의 제1 전자 장치의 지상으로부터 높이와 대응되도록 상기 제1 EVSE에 연결된 ACD-S 충전 모듈을 제어하는 단계;
를 더 포함하는, 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법.
제15항에 있어서,
상기 측위를 수행하는 단계는,
상기 전기차 내에 탑재되는 복수의 제1 전자 장치들과 상기 제1 EVSE 내에 탑재되는 복수의 제2 전자 장치들이 서로 협력하여 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 지 여부를 판정하는 단계;
를 포함하는, 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법.
제15항에 있어서,
상기 측위를 수행하는 단계 이후 상기 전기차가 상기 제1 EVSE와 충전 가능한 위치에 있는 것으로 판정되면, 상기 페어링을 수행하는 단계는,
상기 전기차에 탑재되는 복수의 제1 전자 장치들 각각을, 상기 전기차의 상기 전력 수신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화할 지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 제1 EVSE에 탑재되는 복수의 제2 전자 장치들 각각을, 상기 제1 EVSE의 상기 전력 송신 장치와의 상대적인 위치 및 거리에 따라 구분되는 제1 타입(Tag) 또는 제2 타입(Anchor) 중 어느 타입에 속하는 지에 따라 비활성화할 지 여부를 결정하는 단계;
를 포함하는, 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법.
제15항에 있어서,
상기 페어링을 수행하는 단계는,
상기 제1 EVSE에 탑재되는 제2 전자 장치가, 상기 전기차로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 선택된 EVSE PPDID가 상기 전기차에 탑재되는 제1 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는 단계; 및
상기 제1 전자 장치가, 상기 제1 EVSE로부터 수신한 메시지로부터 추출되는 검증된 EV PPDID가 상기 제2 전자 장치의 PPDID와 일치하는 지 여부에 따라 페어링의 성공 여부를 판정하는 단계;
를 포함하는, 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법.
제15항에 있어서,
상기 무선통신 연결을 수행하는 단계는,
상기 전기차에 탑재된 제1 전자 장치가 상기 제1 EVSE를 선택한 후에 수신된 메시지로부터 VSE(Vendor Specific Element) 필드를 추출하는 단계; 및
상기 VSE 필드와 상기 제1 EVSE의 식별 가능한 정보가 일치하는 지에 따라, 무선통신 연결의 성공 여부를 판정하는 단계;
를 포함하는, 통신 연결, 측위, 및 페어링 방법.