KR102429217B1 - 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템 - Google Patents

전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차량 충전장치의 충전케이블 및 플러그의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 정확하게 산출함과 동시에 산출된 오차율을 적용하여 전력을 공급하도록 구성됨으로써 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시킬 수 있으며, 기준계 전력량 산출단계(S60) 및 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)가 수학식 1을 이용하여 기준계 전력량(N nom) 및 기준전력량계 전력량(N act)을 산출함과 동시에 오차율 산출단계(S80)가 수학식 2를 이용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하도록 구성됨으로써 연산처리의 속도 및 정확성을 개선시킬 수 있는 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템에 관한 것이다.

Description

전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템{Error detecting method for charger of electric vehicle and charging managament system therewith}
본 발명은 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 전기차량 충전장치의 충전케이블 및 플러그의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 정확하게 산출함으로써 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시킬 수 있는 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차산업 및 배터리 기술이 고도화됨과 동시에 환경문제에 대한 관심이 급증함에 따라 차량에 전기에너지를 축전하여 축전된 전기에너지를 동력원으로 사용하는 전기자동차(EV, Electric Vehicle)에 대한 관심 및 보급률이 급증하고 있다.
이러한 전기자동차(EV)는 통상의 차량에 구비된 차체 및 부속장비들과, 전력이 축전되는 배터리와, 배터리에 축전된 전력을 이용하여 동력을 발생시키는 전기모터와, 차체에 설치되어 전기 충전장치의 충전플러그와 접속하는 충전커넥터로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 전기차량은 전력을 동력원으로 사용하기 때문에 배기가스를 배출하지 않아 친환경적일 뿐만 아니라 차량소음이 적은 장점을 가지나, 아직 배터리 기술의 한계로 인해 주행거리가 짧아 배터리 충전이 자주 이루어져야 하는 단점을 갖는다.
이에 따라 전기차량의 발전과 비례하여 전기차량으로 전력을 공급하기 위한 전기차량 충전소 등의 인프라 또한 확장되고 있고, 이러한 전기차량 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로 전기차량 충전장치는 외부로부터 전력케이블을 통해 전력을 공급받은 후, 충전케이블 및 플러그를 통해 전기차량으로 전력을 공급하는 방식으로 운영되고 있으나, 자체 저항을 갖는 충전케이블 및 플러그의 특성으로 인해 이들 구간에서 전력손실이 발생하게 된다. 특히 충전케이블은 최소 5m 이상의 소정 길이를 갖기 때문에 큰 전력손실을 유발하게 된다.
그러나 종래의 전기차량 충전장치에는 이러한 충전케이블 및 플러그의 전력손실을 전혀 감안하지 않고 전기를 충전하고 있기 때문에 요금에 부과되는 전력량과 실제 전기차량에 공급되는 전력량에 오차가 발생하게 된다.
이에 따라 본 발명의 출원인은 우리나라에 설치된 3만대 이상의 전기차량 충전장치들 중 일부를 택일하여 전기차량 충전장치의 디스플레이 패널에 표시되는 전력량과 전기자동차에 실제로 공급되는 최종 전력량을 비교하는 테스트를 수행하였고, 실제 이들의 오차율이 높다는 것을 발견하였다.
즉 종래의 전기차량 충전장치는 충전케이블 및 플러그로 인한 전력 손실을 고려하니 않은 채, 전기차량 충전장치 내부의 전력량계 값을 디스플레이 패널에 그대로 표기(충전요금에 부과) 하였고, 이로 인하여 소비자들은 요구했던 배터리 충전을 채우지 못하였음에도 부과된 비용을 지불해왔다.
도 1은 국내공개특허 제10-2014-0061603호(발명의 명칭 : 전기 차량용 충전장치)에 개시된 전기 차량용 충전장치를 나타내는 구성도이다.
도 1의 전기 차량용 충전장치(이하 종래기술이라고 함)(100)는 충전기(110)와 인접한 위치에 독립적으로 설치되어 충전기(110)로 공급되는 전력 공급량에 비례하는 광펄스를 출력하는 디지털 전력량계(120)와, 충전기(110) 내부에 설치되어 디지털 전력량계(120)로부터 인출되는 전력선(112)을 개폐시키는 스위치(103)와, 사용자가 입력한 충전비용에 따른 전력을 전기차량으로 공급하며 외면에 디지털 전력량계(120)로부터 출사되는 광펄스 신호 수광하는 수광 센서부(111)와, 충전기(110)로부터 인출되는 충전케이블(118)과, 충전케이블(118)의 단부에 설치되는 플러그(119)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 종래기술(100)은 충전기(110)가 디지털 전력량계(120)로부터 전력량에 따라 진폭이 가변되는 광펄스 신호를 수신하여 유효전력량을 검출한 후, 검출된 유효전력량에 따라 전력이 공급되도록 구성됨으로써 전기차량으로 공급되는 전력량과 충전요금에 산정되는 전력량의 오차를 줄여 충전요금에 대한 사용자의 신뢰도를 높일 수 있는 장점을 갖는다.
일반적으로 전기차량 충전장치는 외부로부터 전력선(112)을 통해 전력을 공급받은 후, 충전케이블(118) 및 플러그(119)를 통해 공급받은 전력을 전기차량으로 공급하는 방식으로 운영되나, 자체 저항을 갖는 충전케이블(118) 및 플러그(119)의 특성으로 인해 이들 구간에서 전력손실이 발생하게 된다. 특히 충전케이블(118)은 최소 5m 이상의 소정 길이를 갖기 때문에 큰 전력손실을 유발하게 된다.
그러나 종래기술(100)은 이러한 충전케이블(118) 및 플러그(119)의 전력손실을 전혀 감안하지 않은 것으로서, 충전케이블(118) 및 플러그(119)의 전력손실로 인해 디지털 전력량계(120)에서 측정된 전력공급량 보다 실제 플러그(119)를 통해 출력되는 전력량이 작은 문제점이 발생하고, 이에 따라 전기차량으로 공급된 전력량 보다 비싼 충전요금이 부과되어 충전서비스의 정확성 및 신뢰도가 저하되는 단점을 갖는다.
예를 들어, 디지털 전력량계(120)로부터 전력선(112)을 통해 충전기(110)로 공급되는 전력량이 220V라고 가정할 때, 디지털 전력량계(120)는 220V에 대응되는 광펄스를 충전기(110)로 송출하고, 충전기(110)는 수광 센서부(111)를 통해 전송받은 광펄스에 따라 220V에 대한 충전요금을 부과하게 되나, 실질적으로 플러그(119)를 통해 차량으로 공급되는 전력량은 충전케이블(118) 및 플러그(119)의 전력손실로 인해 220V 미만의 전력이 공급된다.
즉 충전케이블 및 플러그의 전력손실을 감안하여 실제 공급되는 전력량과 요금산정에 적용되는 차량에 공급되는 전력량의 오차율을 절감시켜 전기충전 서비스의 정확성 및 신뢰도를 높이기 위한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 전기차량 충전장치의 충전케이블 및 플러그의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 정확하게 산출함과 동시에 산출된 오차율을 적용하여 전력을 공급하도록 구성됨으로써 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시킬 수 있는 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 기준계 전력량 산출단계(S60) 및 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)가 수학식 1을 이용하여 기준계 전력량(N nom) 및 기준전력량계 전력량(N act)을 산출함과 동시에 오차율 산출단계(S80)가 수학식 2를 이용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하도록 구성됨으로써 연산처리의 속도 및 정확성을 개선시킬 수 있는 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 컨트롤러가 수집된 전력량(충전량) 데이터가 1)이전 주기의 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함될 때, 수집된 전력량 데이터를 무효한 데이터로 판별하되, 2)이전 주기의 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되지 않을 때, 수집된 전력량 데이터를 유효한 데이터로 판별한 후, 유효한 데이터로 판별된 전력량 데이터를 충전관리서버로 전송하고, 충전관리서버가 컨트롤러로부터 충전전력정보를 전송받지 않을 때, 이전 주기의 전력량을 현재의 전력량으로 대체하여 저장함으로써 데이터 송수신의 효율성을 극대화시킴과 동시에 방대한 데이터 전송으로 인한 네트워크 부하를 효과적으로 절감시킬 수 있는 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법 및 이를 이용한 충전 관리시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 하우징과, 상기 하우징에 인출되는 충전케이블과, 상기 충전케이블의 단부에 설치되는 플러그와, 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 충전케이블로 공급되는 전력을 측정하는 기준계를 포함하는 전기차량 충전장치들; 상기 전기차량 충전장치들 각각에 연결되어 해당 전기차량 충전장치를 관리 및 제어하며, 해당 전기차량 충전장치의 충전에 따른 충전 전력량 정보를 포함하는 충전전력정보를 생성하는 컨트롤러들; 상기 전기차량 충전장치들의 컨트롤러들로부터 전송받은 충전전력정보를 저장 및 모니터링 하는 충전관리서버를 포함하고, 상기 컨트롤러들은 기 설정된 주기마다 해당 전기차량 충전장치의 상기 기준계의 전력량과 상기 플러그의 전력량의 오차율(δW dut)을 산출하는 테스트모듈; 상기 테스트모듈로부터 입력된 오차율(δW dut)을 감안하여 충전이 이루어지도록 전기차량 충전장치의 충전을 제어하는 충전관리모듈; 연결된 전기차량 충전장치의 기준전력량계로부터 전력량 정보를 수집하는 데이터 수집모듈; 상기 데이터 수집모듈에 의해 수집된 전력량이 이전에 수집된 전력량을 기준으로 한 임계범위 이내에 포함되는지를 비교하며, 1)수집된 전력량이 이전 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되지 않으면, 수집된 전력량을 유효데이터로 판별하며, 2)수집된 전력량이 이전 전력량을 기준으로 한 임계범위 이내에 포함되지 않으면, 수집된 전력량을 무효데이터로 판별하는 수집데이터 선별모듈; 상기 수집데이터 선별모듈에 의해 유효데이터 선별된 전력량 데이터를 상기 충전관리서버로 전송하는 데이터 송수신모듈을 포함하고, 상기 충전관리서버는 상기 컨트롤러들로부터 전송받은 전력량 데이터를 저장하되, 전력량 데이터를 전송하지 않은 컨트롤러가 존재할 때, 해당 컨트롤러의 이전 전력량을 현재 전력량으로 대체하여 저장하고, 상기 테스트모듈의 동작 과정(S1)은 기준전력량계 및 상기 충전플러그가 전기적으로 연결되도록 하는 기준전력량계 연결단계(S10); 펄스계수기 및 상기 기준계와, 상기 펄스계수기 및 상기 기준전력량계가 연결되도록 하는 펄스계수기 연결단계(S20); 상기 플러그를 전기차량의 커넥터에 접속시킨 후, 해당 전기차량 충전장치의 충전을 시작하는 플러그 접속 및 충전단계(S40); 상기 펄스계수기가 상기 기준계의 전력량에 따른 주기(T) 동안의 펄스를 계수함과 동시에 상기 기준전력량계의 전력량에 따른 주기(T) 동안의 펄스를 계수하는 펄스계수 측정단계(S50); 상기 펄스계수기가 상기 펄스계수 측정단계(S50)에 의해 측정된 상기 기준계의 펄스 계수(N dut)및 다음의 수학식 1을 이용하여 상기 기준계의 전력량(N nom)을 산출하는 기준계 전력량 산출단계(S60); 상기 펄스계수기가 상기 펄스계수 측정단계(S50)에 의해 측정된 상기 기준전력량계의 펄스 계수 및 상기 수학식 1을 이용하여 상기 기준전력량계의 전력량(N act)을 산출하는 기준전력량계 전력량 산출단계(S70); 상기 펄스계수기가 다음의 수학식 2와, 상기 기준계 전력량 산출단계(S60)에 의해 산출된 상기 기준계의 전력량(N nom), 상기 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)에 의해 산출된 상기 기준전력량계 전력량(N act)을 활용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하는 오차율 산출단계(S80)를 포함하는 것이다.
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상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 전기차량 충전장치의 충전케이블 및 플러그의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 정확하게 산출함과 동시에 산출된 오차율을 적용하여 전력을 공급하도록 구성됨으로써 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 기준계 전력량 산출단계(S60) 및 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)가 수학식 1을 이용하여 기준계 전력량(N nom) 및 기준전력량계 전력량(N act)을 산출함과 동시에 오차율 산출단계(S80)가 수학식 2를 이용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하도록 구성됨으로써 연산처리의 속도 및 정확성을 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 컨트롤러가 수집된 전력량(충전량) 데이터가 1)이전 주기의 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함될 때, 수집된 전력량 데이터를 무효한 데이터로 판별하되, 2)이전 주기의 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되지 않을 때, 수집된 전력량 데이터를 유효한 데이터로 판별한 후, 유효한 데이터로 판별된 전력량 데이터를 충전관리서버로 전송하고, 충전관리서버가 컨트롤러로부터 충전전력정보를 전송받지 않을 때, 이전 주기의 전력량을 현재의 전력량으로 대체하여 저장함으로써 데이터 송수신의 효율성을 극대화시킴과 동시에 방대한 데이터 전송으로 인한 네트워크 부하를 효과적으로 절감시킬 수 있게 된다.
도 1은 국내공개특허 제10-2014-0061603호(발명의 명칭 : 전기 차량용 충전장치)에 개시된 전기 차량용 충전장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 전기차량 충전장치를 나타내는 개요도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 4는 도 3을 설명하기 위한 구성 개요도이다.
도 5의 (a), (b)는 도 3의 플러그 접속 및 충전단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예인 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 7은 도 6을 설명하기 위한 구성 개요도이다.
도 8은 도 3의 전기차량 충전장치 오차 시험 방법이 적용되는 충전 관리시스템을 나타내는 구성도이다.
도 9는 도 8의 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 수집데이터 선별모듈을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 전기차량 충전장치를 나타내는 개요도이다.
본 발명에 적용되는 전기차량 충전장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부로부터 전력케이블(10)이 인입되되, 타측에 충전케이블(C)이 인출되는 함체로 형성된다. 이때 충전케이블(C)의 단부에는 충전플러그(5)가 설치된다.
또한 전기차량 충전장치(1)의 내부에는 인입된 전력케이블(10)과의 연결을 스위칭하는 스위치(11)가 설치된다.
또한 전기차량 충전장치(1)의 내부에는 계략측정모듈 등의 기준계(12)가 설치되고, 기준계(12)는 스위치(11) 및 충전케이블(C)에 연결되는 내부 전원선(121)과 전기적으로 연결되어 전기차량 충전장치(1)의 전력량을 검출한다.
이때 기준계(12)는 전기차량 충전장치(1)로부터 충전케이블(C)로 공급되는 전력을 측정하도록 내부 전원선(121) 및 충전케이블(C)이 연결되는 지점과 인접하게 설치되는 것이 바람직하다.
또한 전기차량 충전장치(1)의 함체의 외면에는 기준계(12)에서 검출된 전력량이 전시되는 디스플레이 패널(미도시)이 설치된다.
또한 전기차량 충전장치(1)는 사용자로부터 입력되거나 또는 예약된 바에 따른 전력을 전기차량으로 공급하게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법을 나타내는 플로차트이고, 도 4는 도 3을 설명하기 위한 구성 개요도이고, 도 5의 (a), (b)는 도 3의 플러그 접속 및 충전단계를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 일실시예인 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S1)은 전기차량 충전장치(1)의 충전케이블(C) 및 플러그(5)의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치(1)로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 정확하게 산출함으로써 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높임과 더불어 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시키기 위한 것이다.
또한 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 기준전력량계 연결단계(S10)와, 펄스계수기 연결단계(S20), 플러그 접속 및 충전단계(S40), 펄스계수 측정단계(S50), 기준계 전력량 산출단계(S60), 기준전력량계 전력량 산출단계(S70), 오차율 산출단계(S80)로 이루어진다.
기준전력량계 연결단계(S10)는 기준전력량계(3)를 플러그(5)의 단부(P)와 연결하는 단계이다.
즉 기준전력량계(3)는 기준전력량계 연결단계(S10)를 통해 플러그(5)와 연결됨으로써 플러그(5)의 전력량을 검출한다.
펄스계수기 연결단계(S20)는 펄스계수기(7)를 전기차량 충전장치(1)의 기준계(12)와 연결한다.
이때 펄스계수기(7)는 펄스계수기 연결단계(S20)를 통해 전기차량 충전장치(1)의 기준계(12)와 연결됨에 따라 전기차량 충전장치(1)으로부터 공급되는 전력에 따른 주기(T) 동안의 펄스를 계수하게 된다.
또한 펄스계수기 연결단계(S20)는 펄스계수기(7)를 기준전력량계(3)와 연결한다.
이때 펄스계수기(7)는 펄스계수기 연결단계(S20)를 통해 기준전력량계(3)와 연결됨으로써 플러그(5)의 단부(P)의 전력에 따른 주기(T) 동안의 펄스를 계수할 수 있게 된다.
플러그 접속 및 충전단계(S40)는 도 5의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 플러그(5)를 전기차량의 커넥터(91)에 접속시키거나 또는 플러그(5)에 별도의 저항부하(93)를 접속시킨 후, 전기차량 충전장치(1)의 충전을 시작하는 단계이다.
펄스계수 측정단계(S50)는 펄스계수기(7)가 전기차량 충전장치(1)의 기준계(12)와 연결되어 전기차량 충전장치(1)로부터 공급되는 전력량에 따른 펄스를 계수함과 동시에 기준전력량계(3)와 연결되어 플러그(5)를 통해 전기차량(또는 저항부하)으로 공급되는 전력량에 따른 펄스를 계수하는 단계이다.
일반적으로 전기차량 충전장치(1)로부터 인출되는 충전케이블(C)은 대략 최소 5m 이상의 길이로 제작됨에 따라 전기차량 충전장치(1)로부터 공급되는 전력은 충전케이블(C) 및 플러그(5)의 부하로 인해 전력손실이 발생하게 되고, 플러그(5)를 통해 전기차량으로 공급되는 실제 전력량과 전기차량 충전장치(1)에서 측정된 전력량의 오차가 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 펄스계수기(7)가 전기차량 충전장치(1)로부터 공급되는 전력량에 따른 펄스를 계수함과 동시에 플러그(5)의 전력량에 따른 펄스를 계수하도록 구성됨으로써 플러그(5)를 통해 차량으로 공급되는 실제 전력량과 전기차량 충전장치(1)로부터 공급되는 전력량에 대한 펄스를 정확하게 계수할 수 있도록 하였다.
기준계 전력량 산출단계(S60)는 펄스계수 측정단계(S50)에 의해 전기차량 충전장치(1) 및 플러그(5)의 전력공급에 따른 펄스계수가 완료될 때 진행되며, 펄스계수기(7)가 기준계(12)의 펄스계수값을 활용하여 주기(T) 동안 전기차량 충전장치(1)의 전력량(N nom)을 산출하는 단계이다.
또한 기준계 전력량 산출단계(S60)는 다음의 수학식 1을 통해 전기차량 충전장치(1)의 전력량(N nom)을 산출한다.
Figure 112020113346509-pat00001
이때 ‘N dut‘는 기준전력량계에서 발생한 펄스 수량 이고, ‘f nom‘은 기준전력량계에서 전력에 비례하여 발생하는 주파수이고, ‘m‘은 기준전력량계의 상수(예 : 단상 - 1, 3상 - 3)이고, ‘U r‘은 기준전력량계에 공급되는 전압이고, ‘I r‘은 기준전력량계에 공급되는 전류이고, ‘C m‘은 전기자동차 충전기(또는 모듈)의 계기정수 (pulse/kWh)이다.
즉 기준계 전력량 산출단계(S60)는 전술하였던 수학식 1을 이용하여 주기(T) 동안 전기차량 충전장치(1)의 전력량(N nom)을 산출한다.
기준전력량계 전력량 산출단계(S70)는 펄스계수 측정단계(S50)에 의해 전기차량 충전장치(1) 및 플러그(5)의 전력공급에 따른 펄스계수가 완료될 때 진행되며, 펄스계수기(7)가 기준전력량계(3)의 펄스계수값을 활용하여 주기(T) 동안 기준전력량계(3)의 전력량(N act)을 산출하는 단계이다. 이때 기준전력량계(3)의 전력량(N act)은 플러그(5)의 전력량을 의미함은 당연하다.
또한 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)는 전술하였던 수학식 1을 통해 기준전력량계(3)의 전력량(N act)을 산출한다.
오차율 산출단계(S80)는 펄스계수기(7)가 기준계 전력량 산출단계(S60)에 의해 산출된 기준계(12)의 전력량(N nom)과 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)에 의해 산출된 기준전력량계(3)의 전력량(N act)을 활용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하는 단계이다.
또한 오차율 산출단계(S80)는 다음의 수학식 2를 이용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출한다.
Figure 112020113346509-pat00002
이때 ‘δW dut‘는 충전전력량 오차율(%)이고, ‘N act‘는 기준전력량계의 전력량 값이고, ‘N nom‘은 기준계(충잔장치)의 전력량 값이다.
즉 오차율 산출단계(S80)는 수학식 2를 통해, 기준계(12)의 전력량(N nom) 및 기준전력량계(3)의 전력량(N act)의 실제 오차율을 신속하고 정확하게 산출할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예인 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법을 나타내는 플로차트이고, 도 7은 도 6을 설명하기 위한 구성 개요도이다.
본 발명의 제2 실시예인 제2 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S200)은 도 6에 도시된 바와 같이, 계측기 연결단계(S210)와, 전력분석기 연결단계(S220), 플러그 접속 및 충전단계(S230), 기준계 전력량 수신단계(S240), 계측기 전력량 수신단계(S250), 오차율 산출단계(S260)로 이루어진다.
계측기 연결단계(S210)는 도 7에 도시된 바와 같이, 전류 및 전압을 측정하는 계측기(93)를 플러그(5)의 단부(P)와 연결하는 단계이다.
즉 계측기(93)는 계측기 연결단계(S10)를 통해 플러그(5)와 연결됨으로써 플러그(5)의 전력량을 검출한다.
전력분석기 연결단계(S220)는 전력분석기(9)를 계측기 연결단계(S10)에 의해 설치된 계측기(93)와 통신 가능하도록 연결시키는 단계이다.
즉 전력분석기(9)는 전력분석기 연결단계(S220)를 통해 계측기(93)와 연결됨에 따라 계측기(93)에서 측정된 플러그(5)의 전력량을 계측기(93)로부터 전달받을 수 있게 된다.
또한 전력분석기 연결단계(S220)는 전기차량 충전장치(1)와 통신 가능하도록 연결되어 전기차량 충전장치(1)로부터 기준계(12)의 전력량 또는 디스플레이 패널에 전시되는 전력량을 전달받을 수 있게 된다.
플러그 접속 및 충전단계(S230)는 도 5에서 전술하였던 바와 같이, 플러그(5)를 전기차량의 커넥터(91)에 접속시키거나 또는 플러그(5)에 별도의 저항부하(93)를 접속시킨 후, 전기차량 충전장치(1)의 충전을 시작하는 단계이다.
기준계 전력량 수신단계(S240)는 전력분석기(9)가 전기차량 충전장치(1)로부터 기준계(12)에서 측정된 전력량(전기차량 충전장치의 전력량)(N nom)을 수신 받는 단계이다.
계측기 전력량 산출단계(S250)는 전력분석기(9)가 계측기(93)로부터 계측기(93)에서 측정된 전력량(플러그의 전력량)(N act)을 수신 받는 단계이다.
오차율 산출단계(S260)는 전력분석기(9)가 기준계 전력량 수신단계(S240)를 통해 수신 받은 기준계(12)의 전력량(N nom)과 계측기 전력량 수신단계(S250)를 통해 수신 받은 계측기(93)의 전력량(N act)을 활용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하는 단계이다.
또한 오차율 산출단계(S260)는 전술하였던 수학식 2를 이용하여 오차율(δW dut)을 산출한다.
이와 같이 본 발명의 전기차량 충전장치 오차 시험 방법(S1), (200)들은 충전플러그(C) 및 충전플러그(9)의 부하로 인한 전력손실을 감안하여 오차율(δW dut)을 산출하도록 구성됨으로써 충전요금 부과에 적용되는 전력량과 실제 차량에 공급되는 전력량의 오차를 절감시켜 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시킬 수 있게 된다.
도 8은 도 3의 전기차량 충전장치 오차 시험 방법이 적용되는 충전 관리시스템을 나타내는 구성도이다.
충전 관리시스템(20)은 도 8에 도시된 바와 같이, 전술하였던 도 3의 전기차량 충전장치(1)를 관리 및 제어하는 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들과, 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들을 관리 및 제어하는 충전관리서버(23)와, 충전관리서버(23)에서 제공하는 충전서비스 플랫폼(24)에 연계하여 충전서비스를 제공받는 클라이언트(25)와, 충전관리서버(23) 및 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들 사이의 데이터 이동경로를 제공하는 통신망(29)으로 이루어진다.
통신망(29)은 충전관리서버(23) 및 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들 사이의 데이터 이동경로를 제공하며, 상세하게로는 광역통신망(WAN), 이동통신망, 유선통신망, LTE, 3G, 4G, 5G 등으로 구성될 수 있다.
클라이언트(25)는 사용자(User)가 소지한 단말기이며, 상세하게로는 데스크탑 PC(Desk-top PC), 노트북(Note-book), 스마트폰(Smart-phone), 태블릿PC(Tablet PC) 등으로 구성될 수 있다.
또한 클라이언트(25)는 사용자의 요청에 따라, 충전관리서버(23)에서 제공하는 충전서비스 플랫폼(24)에 연동하여 충전관리서버(23)로 데이터를 요청하며, 요청데이터에 대응되는 응답데이터를 디스플레이 할 수 있다. 이때 충전서비스라고 함은, 전기차량 충전장치가 구비된 주차장에 대한 정보, 충전예약, 충전에 따른 결제 서비스 등을 포함할 수 있다.
또한 클라이언트(9)에는 충전서비스 플랫폼(8)과 연동하여 사용자에게 충전서비스를 제공하기 위한 소프트웨어, 어플리케이션 및 응용프로그램이 설치될 수 있다.
도 9는 도 8의 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 9의 컨트롤러(21)는 전기차량 충전장치(1)의 전반적인 동작을 관리 및 제어한다.
또한 컨트롤러(21)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제어모듈(210)과, 메모리(211), 데이터 송수신모듈(212), 충전관리모듈(213), 테스트 모듈(214), 데이터 수집모듈(215), 수집데이터 선별모듈(216), 충전전력정보 생성모듈(217)로 이루어진다.
제어모듈(210)은 컨트롤러(21)의 O.S(Operating System)이며, 제어대상(211), (212), (213), (214), (215), (216), (217)들을 관리 및 제어한다.
또한 제어부(210)는 기 설정된 주기 마다, 테스트 모듈(214)을 실행시키고, 테스트 모듈(214)에 의해 오차율(δW dut)이 산출되면, 산출된 오차율 데이터(δW dut)를 충전관리모듈(213)로 입력한다.
메모리(211)에는 해당 전기차량 충전장치(1)의 식별정보가 기 설정되어 저장된다.
또한 메모리(211)에는 데이터 수집모듈(215)에 의해 수집된 수집데이터와, 충전전력정보 생성모듈(217)에 의해 생성된 충전전력정보가 임시 저장된다.
충전관리모듈(213)은 전기차량 충전장치(1)의 전반적인 동작을 관리 및 제어한다.
또한 충전관리모듈(213)은 후술되는 테스트모듈(214)로부터 입력된 오차율(δW dut)을 감안하여 충전이 이루어지도록 전기차량 충전장치(1)의 충전을 제어함으로써 충전케이블 및 플러그의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 줄일 수 있게 된다.
테스트 모듈(214)은 제어모듈(210)의 제어에 따라 기 설정된 주기 마다 실행되며, 전술하였던 도 3 내지 5의 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S1) 또는 전술하였던 도 6과 7의 제2 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S200)을 이용하여 오차율(δW dut)을 산출한다.
이때 테스트 모듈(214)에 의해 산출된 오차율(δW dut)은 제어모듈(210)의 제어에 따라 충전관리모듈(213)로 입력되고, 충전관리모듈(213)은 테스트모듈(214)로부터 입력된 오차율(δW dut)을 감안하여 충전이 이루어지도록 전기차량 충전장치(1)를 제어한다.
데이터 수집모듈(214)은 기준전력량계(3)로부터 실시간으로 전력량(충전량) 정보를 수집한다.
수집데이터 선별모듈(215)은 데이터 수집모듈(214)에 의해 수집된 수집데이터 중 유효한 데이터를 선별한다.
도 10은 도 9의 수집데이터 선별모듈을 나타내는 블록도이다.
측정데이터 선별모듈(216)은 도 10에 도시된 바와 같이, 수집데이터 입력모듈(2161)과, 비교 및 판별모듈(2162)로 이루어진다.
수집데이터 입력모듈(2161)은 데이터 수집모듈(215)에 의해 수집된 전력량데이터를 입력받는다.
비교 및 판별모듈(2162)은 기 설정된 임계범위를 활용하여, 수집데이터 입력모듈(2161)에 의해 입력된 전력량 데이터가, 이전에 수집된 전력량을 기준으로 한 임계범위 이내에 포함되는지를 비교한다.
또한 비교 및 판별모듈(2162)은 입력된 전력량이 이전 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되지 않으면, 해당 입력된 전력량 데이터를 유효한 데이터인 유효데이터로 판별한다.
또한 비교 및 판별모듈(2162)은 입력된 전력량이 이전 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되면, 해당 입력된 전력량 데이터를 유효하지 않은 데이터인 무효데이터로 판별한다.
이때 비교 및 판별모듈(2162)에 의해 유효데이터로 선별된 전력량 데이터는 제어모듈(210)의 제어에 따라 충전전력정보 생성모듈(217)로 입력된다.
충전전력정보 생성모듈(217)은 수집데이터 선별모듈(216)에 의해 유효데이터로 선별된 충전량 데이터를 입력받으면, 입력된 충전량 데이터, 시간정보, 전기차량 충전장치의 식별정보를 포함하는 충전전력정보를 생성하고, 생성된 충전전력정보는 제어모듈(210)의 제어에 따라 데이터 송수신모듈(212)을 통해 충전관리서버(23)로 전송된다.
충전관리서버(23)는 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들로부터 전송받은 충전전력정보를 데이터베이스서버에 저장함과 동시에 데이터베이스서버에 저장된 충전전력정보들인 빅데이터를 분석하여 유의미한 정보를 생성 및 검출한다. 이때 유의미한 정보라고 함은 각 충전소의 이용 상태, 각 충전장치의 충전량 통계데이터 생성 등을 의미한다.
또한 충전관리서버(23)는 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들로부터 충전전력정보를 전송받지 않는 경우, 해당 컨트롤러의 이전 충전전력량을 현재의 충전전력량으로 대체하여 데이터베이스서버에 저장한다.
이때 만약 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들의 수량이 방대하여, 충전관리서버(23)가 실시간으로 각 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들로부터 충전전력정보를 전송받는다고 가정할 때, 불필요한 네트워크 부하 및 데이터소모가 발생하게 되나, 본 발명에서는 컨트롤러(21-1), ..., (21-N)들이 현재 전력량이 이전 전력량을 기준으로 임계범위를 벗어나는 경우에만, 충전전력정보를 충전관리서버(23)로 전송하고, 충전관리서버(23)가 충전전력정보를 전송받지 않는 경우, 해당 컨트롤러의 이전 충전전력량을 현재 충전전력량으로 대체시켜 저장함으로써 데이터 전송량을 획기적으로 절감시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 일실시예인 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S1)은 전기차량 충전장치의 충전케이블 및 플러그의 자체 저항으로 인한 전력손실로 인해 전기차량 충전장치로부터 공급되는 전력량과 실제 차량으로 공급되는 전력량의 오차를 정확하게 산출함과 동시에 산출된 오차율을 적용하여 전력을 공급하도록 구성됨으로써 전력계량 및 충전서비스에 대한 신뢰도 및 정확성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전력량 오차로 인한 소비자의 비용소모를 절감시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법(S1)은기준계 전력량 산출단계(S60) 및 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)가 수학식 1을 이용하여 기준계 전력량(N nom) 및 기준전력량계 전력량(N act)을 산출함과 동시에 오차율 산출단계(S80)가 수학식 2를 이용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하도록 구성됨으로써 연산처리의 속도 및 정확성을 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명의 충전 관리시스템(20)은 컨트롤러(21)가 수집된 전력량(충전량) 데이터가 1)이전 주기의 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함될 때, 수집된 전력량 데이터를 무효한 데이터로 판별하되, 2)이전 주기의 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되지 않을 때, 수집된 전력량 데이터를 유효한 데이터로 판별한 후, 유효한 데이터로 판별된 전력량 데이터를 충전관리서버로 전송하고, 충전관리서버가 컨트롤러로부터 충전전력정보를 전송받지 않을 때, 이전 주기의 전력량을 현재의 전력량으로 대체하여 저장함으로써 데이터 송수신의 효율성을 극대화시킴과 동시에 방대한 데이터 전송으로 인한 네트워크 부하를 효과적으로 절감시킬 수 있게 된다.
S1:전기차량 충전장치의 오차 측정 방법
S10:기준전력량계 연결단계 S20:펄스계수기 연결단계
S30:전력분석기 연결단계 S40:플러그 접속 및 충전단계
S50:펄스 계추 측정단계 S60:기준계 전력량 산출단계
S70:기준전력량계 전력량 산출단계 S80:오차율 산출단계
S200:제2 전기차량 충전장치의 오차 측정 방법
S210:계측기 연결단계 S220:전력분석기 연결단계
S230:플러그 접속 및 충전단계 S240:기준계 전력량 수신단계
S250:계측기 전력량 수신단계 S260:오차율 산출단계
1:전기차량 충전장치 3:기준 전력량계
5:플러그 7:펄스계수기
9:전력분석기 11:스위치
12:기준계 21-1, ..., 21-N:컨트롤러들
23:충전관리서버 25:클라이언트
29:통신망

Claims (3)

  1. 하우징과, 상기 하우징에 인출되는 충전케이블과, 상기 충전케이블의 단부에 설치되는 플러그와, 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 충전케이블로 공급되는 전력을 측정하는 기준계를 포함하는 전기차량 충전장치들;
    상기 전기차량 충전장치들 각각에 연결되어 해당 전기차량 충전장치를 관리 및 제어하며, 해당 전기차량 충전장치의 충전에 따른 충전 전력량 정보를 포함하는 충전전력정보를 생성하는 컨트롤러들;
    상기 전기차량 충전장치들의 컨트롤러들로부터 전송받은 충전전력정보를 저장 및 모니터링 하는 충전관리서버를 포함하고,
    상기 컨트롤러들은
    기 설정된 주기마다 해당 전기차량 충전장치의 상기 기준계의 전력량과 상기 플러그의 전력량의 오차율(δW dut)을 산출하는 테스트모듈;
    상기 테스트모듈로부터 입력된 오차율(δW dut)을 감안하여 충전이 이루어지도록 전기차량 충전장치의 충전을 제어하는 충전관리모듈;
    연결된 전기차량 충전장치의 기준전력량계로부터 전력량 정보를 수집하는 데이터 수집모듈;
    상기 데이터 수집모듈에 의해 수집된 전력량이 이전에 수집된 전력량을 기준으로 한 임계범위 이내에 포함되는지를 비교하며, 1)수집된 전력량이 이전 전력량을 기준으로 한 임계범위에 포함되지 않으면, 수집된 전력량을 유효데이터로 판별하며, 2)수집된 전력량이 이전 전력량을 기준으로 한 임계범위 이내에 포함되지 않으면, 수집된 전력량을 무효데이터로 판별하는 수집데이터 선별모듈;
    상기 수집데이터 선별모듈에 의해 유효데이터 선별된 전력량 데이터를 상기 충전관리서버로 전송하는 데이터 송수신모듈을 포함하고,
    상기 충전관리서버는
    상기 컨트롤러들로부터 전송받은 전력량 데이터를 저장하되, 전력량 데이터를 전송하지 않은 컨트롤러가 존재할 때, 해당 컨트롤러의 이전 전력량을 현재 전력량으로 대체하여 저장하고,
    상기 테스트모듈의 동작 과정(S1)은
    기준전력량계 및 상기 플러그가 전기적으로 연결되도록 하는 기준전력량계 연결단계(S10);
    펄스계수기 및 상기 기준계와, 상기 펄스계수기 및 상기 기준전력량계가 연결되도록 하는 펄스계수기 연결단계(S20);
    상기 플러그를 전기차량의 커넥터에 접속시킨 후, 해당 전기차량 충전장치의 충전을 시작하는 플러그 접속 및 충전단계(S40);
    상기 펄스계수기가 상기 기준계의 전력량에 따른 주기(T) 동안의 펄스를 계수함과 동시에 상기 기준전력량계의 전력량에 따른 주기(T) 동안의 펄스를 계수하는 펄스계수 측정단계(S50);
    상기 펄스계수기 상기 펄스계수 측정단계(S50)에 의해 측정된 상기 기준계의 펄스 계수(N dut)및 다음의 수학식 1을 이용하여 상기 기준계의 전력량(N nom)을 산출하는 기준계 전력량 산출단계(S60);
    상기 펄스계수기 상기 펄스계수 측정단계(S50)에 의해 측정된 상기 기준전력량계의 펄스 계수 및 상기 수학식 1을 이용하여 상기 기준전력량계의 전력량(N act)을 산출하는 기준전력량계 전력량 산출단계(S70);
    상기 펄스계수기 다음의 수학식 2와, 상기 기준계 전력량 산출단계(S60)에 의해 산출된 상기 기준계의 전력량(N nom), 상기 기준전력량계 전력량 산출단계(S70)에 의해 산출된 상기 기준전력량계 전력량(N act)을 활용하여 충전전력량의 오차율(δW dut)을 산출하는 오차율 산출단계(S80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 관리시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112022501618346-pat00017

    이때 ‘N dut‘는 전기자동차 충전기(또는 모듈)에서 발생한 펄스 수량 이고, ‘f nom‘은 기준전력량계에서 전력에 비례하여 발생하는 주파수이고, ‘m‘은 기준전력량계의 상수(예 : 단상 - 1, 3상 - 3)이고, ‘U r‘은 기준전력량계에 공급되는 전압이고, ‘I r‘은 기준전력량계에 공급되는 전류이고, ‘C m‘은 전기자동차 충전기(또는 모듈)의 계기정수 (pulse/kWh)이고,
    [수학식 2]
    Figure 112022501618346-pat00018

    이때 ‘δW dut‘는 충전전력량 오차율(%)이고, ‘N act‘는 상기 기준전력량계의 전력량 값이고, ‘N nom‘은 동일한 시간동안 상기 전기차량 충전장치의 상기 기준계의 전력량 값임
  2. 삭제
  3. 삭제
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