KR20120072195A - 전기 자동차의 배터리 충전장치 및 방법 - Google Patents

전기 자동차의 배터리 충전장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법에 관한 것으로서, 충전기와 전력 정보를 송수신하는 통신부, 전기 자동차의 모터를 구동하기 위한 구동 동력원으로 사용하는 배터리, 배터리와 연결되어 배터리 상태를 모니터링, 배터리 관리 및 배터리 정보를 제공하는 BMS, 배터리의 충전 모드를 선택하고, 충전 제한 시간 대역을 설정하는 충전 모드 설정부 및 배터리 정보와 충전 모드를 기초로 상기 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하고, 전력 정보를 이용하여 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 충전량에 따라 단위 시간별 요금을 기초로 최적 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 충전 정보를 설정하고, 상기 충전 정보를 기반으로 상기 배터리로 충전 전력의 공급 및 차단을 요청하는 충전 제어부를 포함한다.

Description

전기 자동차의 배터리 충전장치 및 방법{Apparatus and method Electric Vehicle battery charging}
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 최저 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차의 배터리 충전장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 환경문제와 에너지 자원 문제가 중요시되는 가운데 이를 해결하기 위한 전기 자동차(Electric Vehicle)와 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in Hybrid Vehicle)가 미래의 운송수단으로 각광받고 있다.
여기서 기존 하이브리드 전기 자동차 배터리 충전을 위한 전력은 회생제동과 엔진으로부터 발생되는 발전기 구동에 의해 일부 공급되었지만 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차가 활성화되기 위해서는 국가 전력망 또는 분산전원으로부터 전기 자동차 배터리 충전을 위한 전력을 공급해야 한다.
한편, 전기 자동차와 플러그인 하이브리드 자동차가 출퇴근용으로 사용되면 오전에 운행하고 저녁시간에 충전하는 패턴은 일정 시간대에 국가 전력망 또는 분산전원에 상당히 나쁜 영향을 주며, 전력망 전체 최대 소비량을 증가시키게 된다.
이는 전력의 최대 소비량에 맞춰진 양으로 혹시라도 더 많은 전력이 사용될 경우 10% 정도 예비율을 가지는 현재의 전력시스템상에서는 추가적인 발전설비가 필요하고 버려지는 전기가 많아 에너지 효율이 떨어진다.
이에 따라 최근 에너지 효율 및 에너지 절감을 위해 전력망을 지능화하는 스마트 그리드 시스템이 구축되고 있으며, 중앙으로부터 일방적으로 전기가 공급되던 수직적 체계에서 벗어나, 마이크로 그리드와 분산전원방식과 같은 양방향 수평적 공급체계를 마련하고 있다.
여기서 스마트 그리드 시스템의 핵심은 전력망에 지그비(ZigBee), 전력선 통신 등의 정보통신기술을 합쳐 소비자와 전력회사가 실시간으로 정보를 주고받는 것으로서 전기 요금이 저렴한 시간에 자동으로 배터리를 충전할 수 있다.
그러나 기존 배터리를 충전하는 기술은 전기요금에 관계없이 즉시 충전을 실행함으로써, 충전에 필요한 전기를 저렴하게 사용하지 못하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 배터리 정보와 사용자가 선호하는 충전모드를 기초로 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하고, 전력 정보를 이용하여 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 단위 시간별 요금을 기초로 최저 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차의 배터리 충전장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하며, 본 발명의 전기 자동차의 배터리 충전장치는, 충전기와 전력 정보를 송수신하는 통신부와, 전기 자동차의 모터를 구동하기 위한 구동 동력원으로 사용하는 배터리와, 상기 배터리와 연결되어 상기 배터리 상태를 모니터링, 배터리 관리 및 배터리 정보를 제공하는 BMS와, 상기 배터리의 충전 모드를 선택하고, 충전 제한 시간 대역을 설정하는 충전 모드 설정부; 및 상기 배터리 정보와 상기 충전 모드를 기초로 상기 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하고, 상기 전력 정보를 이용하여 상기 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 상기 충전량에 따라 단위 시간별 요금을 기초로 최적 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 충전 정보를 설정하고, 상기 충전 정보를 기초로 상기 전력의 공급 및 차단을 상기 충전기에 요청하는 충전 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 시간 대역은 충전 시작 시점이 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전 모드 설정부는, 즉시 충전하기 위한 즉시충전모드 또는 일정 시간 내에서 가장 저렴한 시간대에 충전 하기 위한 에코(Eco) 충전모드, 배터리의 100%를 충전하기 위한 만 충전모드 및 배터리의 수명, 효율성을 고려하여 일정비율만 충전하는 스마트 충전모드 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충전 모드 설정부는, 2개 이상의 조합으로 충전 모드를 설정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전 제어부는, 상기 충전 정보를 기반으로 충전기에 충전 시작과 충전 종료를 요청하여 충전 전력의 공급 및 차단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충전 제어부는, 상기 충전기로 복수의 충전 전력이 공급되는 경우, 상기 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하고, 상기 충전량에 따라 상기 단위 시간별 요금을 산출하여 충전정보로 저장하며, 상기 충전 정보를 이용하여 최적 요금으로 충전 가능한 충전 전력을 선택하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충전 모드 설정부는, 상기 충전모드를 저장하여 재 사용할 수 있다.
바람직하게는, 충전케이블을 이용하여 상기 전력을 공급받는 충전단자;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전 제어부는, 상기 배터리 충전 전압이 한계 전압 이상이 되면 충전기로부터 공급되는 상기 전력을 차단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 충전 제어부는, 현재 시간과 상기 충전 가능한 시간 대역이 일치하는 경우 상기 배터리에 상기 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
바람직하게는, 상기 충전 제어부는, 현재 시간과 상기 충전 가능한 시간 대역이 불일치 하는 경우, 상기 배터리에 상기 전력을 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하며, 본 발명의 전기 자동차 배터리 충전 방법은 충전모드를 설정하는 단계와, 인증 과정을 수행하는 단계와, 전력 정보를 수신하는 단계와, 배터리 정보를 확인하는 단계와, 배터리 정보를 기초로 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하는 단계와 상기 전력 정보를 이용하여 상기 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하는 단계와, 상기 단위 시간별 요금을 기초로 최적 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 충전정보로 저장하는 단계 및 충전정보를 기반으로 충전기에 배터리로 상기 전력을 공급 및 차단을 요청하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 충전 전압이 한계 전압 이상이 되면 전력을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 현재 시간과 상기 충전 가능한 시간 대역이 일치하는 경우 상기 배터리에 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 현재 시간과 상기 충전 가능한 시간 대역이 불일치 하는 경우 배터리에 전력을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충전 정보를 기반으로 충전기에 충전 시작과 충전 종료를 요청하여 충전 전력의 공급 및 차단을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 배터리 충전 정도를 기초로 배터리 충전에 필요한 충전량 계산하고, 전력 정보를 이용하여 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 단위 시간별 요금을 기초로 최적의 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 배터리를 충전을 요청함으로써, 저렴한 비용으로 전기 자동차 배터리를 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배터리를 자동 충전함으로써 운전자의 편의성을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 복수의 충전전력 공급원이 제공되는 경우, 전력 공급원을 분산함으로써 에너지 이용 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 충전기를 통하여 전기 자동차를 충전하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그리드 시간대별 에너지 가격을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 충전방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차 배터리 충전장치에 대하여 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 상기 전기 자동차 배터리 충전장치는(100) 충전케이블을 이용하여 상기 지능형 전력망(300)과 연결된 충전기(200)로부터 전력을 공급받는다.
전기 자동차는 배터리 충전 전력을 구동 동력원으로 사용하는 전기 자동차 (EV; Electric Vehicle)가 그 예시이며, 내연 기관과 배터리를 동시에 구동 동력원으로 사용하는 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등을 포함한다.
그리고 상기 배터리를 충전하기 위한 전력은 국가 중앙 전력망 또는 분산발전 시스템과 연계되어 공급 받을 수 있다.
또한, 상기 전기 자동차의 배터리 충전장치(100)는 충전단자(110), 통신부(120), 배터리(130), BMS(140), 충전 모드 설정부(150), 충전 제어부(160) 및 저장부(170)을 포함한다.
도 2에 따르면, 상기 충전단자(110)는 충전기와 연결된 충전케이블을 이용하여 전력을 공급받아 배터리로 전달한다.
또한 충전단자(110)는 충전케이블에 포함된 시그널 회선이 접속되며, IEC 69810-2, IEC 62196-2 등 충전케이블의 규격에 따라 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 충전단자(110)는 IEC 62196-2 규격에 따라 파워(power), 시그널(signal), 접지(earth) 용 5개의 충전 케이블 핀이 삽입되는 소켓 타입으로 구비될 수 있다.
여기서 상기 충전단자(110)는 충전 케이블을 이용하여 상기 충전기(200)와 데이터를 교환하는 수단으로 사용할 수 있다..
상기 통신부(120)는 충전 전력 요금 정보가 포함된 전력 정보를 수신한다.
또한 상기 통신수단(120)은 충전기 통신부(210)와 동기화되어 각종 데이터를 상호 교환하도록 구비될 수 있다.
그리고 통신부(120)는 통신망을 이용하여 상기 충전기 통신수단(210)과 동기화되고, 충전 정보를 교환하도록 구비되며, 상기 통신망은 광대역 통신, 유선통신, 무선통신, 지그비 및 전력선 통신 방식을 포함한다.
여기서, 상기 전력정보는 충전 전력 요금 정보를 포함하고 있으며, 에너지원, 날짜, 시간 등에 따라 전력 공급자에 의해 전력 요금이 실시간으로 변경될 수 있으며, 또한 평균 가격, 예상 가격등은 미리 제공 될 수 있다.
상기 배터리(130)는 전기 자동차 구동 동력인 모터를 구동하기 위한 전력원으로 제공한다.
상기 BMS(140)는 상기 배터리를 관리하며, 필요시 상태 정보를 제공한다
상기 충전 모드 설정부(150)는, 즉시 충전하기 위한 즉시충전모드 또는 일정 시간 내에서 가장 저렴한 시간대에 충전 하기 위한 에코(Eco) 충전모드등을 설정할 수 있으며, 또한 배터리의 100%를 충전하기 위한 만 충전모드 및 배터리의 수명, 효율성을 고려하여 일정비율만 충전하는 스마트 충전모드등에서 하나 또는 2개 이상의 조합으로 사용자가 선호하는 충전모드를 설정할 수 있다
상기 충전모드는 한번 설정 후, 선호하는 기본 모드를 저장하고, 이 후에 별다른 선택이 없이 기본 모드로 재 활용 할 수 있다
그리고, 상기 충전 모드에서 충전을 완료하기 위한 제한 시간을 설정하고, 필요한 시간 대역을 설정하며 상기 배터리를 충전할 수 있다.
상기 충전 제어부(160)는 인증 완료후, 상기 배터리 정보와 사용자가 선호하는 충전모드를 기초로 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하고, 상기 전력정보를 이용하여 상기 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 상기 단위 시간별 요금을 기초로 최적의 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 충전정보를 설정하고, 충전정보를 기반으로 상기 배터리로 상기 전력을 공급하기 위한 충전제어를 실행한다.
충전기에서 공급 가능한 전력이 다양한 경우, 예로 다양한 공급원이거나, 다양한 전력량이 제공하는 경우에는 충전 제어부(160)는 배터리를 충전하기 위한 최적의 전력을 설정하고 최적의 시간대역을 산출하여 충전정보를 설정하고, 충전기에 충전 요청시 전력 정보를 포함하여 충전 요청을 할 수 있다
또한 상기 충전 제어부(160)는 현재 시각 충전정보의 충전 가능한 시간 대역의 시작 시간과 일치하는 경우 배터리의 상태를 확인하고, 충전이 가능한 경우, 충전기에 전력 공급을 요청한다.
또한 상기 충전 제어부(160)는 충전중인 상태에서, 배터리 상태를 주기적으로 점검하고 만충전, 완충전 또는 불안정 상태이면, 상기 충전기(200)에 상기 충전 전력 차단을 요청하여 충전을 중단한다.
그리고 충전중인 상태에서, 현재 시각과 상기 충전정보의 충전 종료시각과 일치 하는 경우 상기 충전기에 전력 차단을 요청한다.
충전 시간대가 여러 시간대로 나누어져 있는 경우를 대비하여, 충전 완료 상태가 아니면 상기 과정을 반복 수행한다.
구체적으로 도 3을 참조하여 상기 충전 제어부(160)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그리드 시간대별 에너지 가격을 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 배터리에 필요한 충전 전력이 3kwh가 필요하고, 충전 시작 시간을 10시간, 또는 충전 종료 시간을 AM 07시로 제한 시간이 설정되는 경우 상기 충전 제어부(160)는 시작 시간과 종료 시간을 기초로 최저 충전 전력으로 상기 배터리를 충전하기 위한 전체 시간을 3시간으로 설정하고, 최저 충전 요금이 위치한 AM 00시~AM 03시 시간대에 상기 전력이 공급되도록 충전정보를 설정한다.
그리고 충전 제어부(160)는 상기 최저 충전 요금이 위치한 AM 00시에 전력을 공급하기 위하여, 충전기에 충전 요청을 하고, AM 03시에 상기 배터리로 공급되는 전력을 차단을 요청하여 충전을 종료함으로써 최저 전력 요금으로 상기 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 상기 배터리에 필요한 충전 전력이 4Kwh가 필요한 경우, 배터리를 충전하기 위한 전체 시간을 4시간으로 산출하고, AM 00시 ~ AM 03시, AM 04시 ~ AM 05시,로 충전정보를 설정하고, 충전기로 배터리로 공급되는 전력을 공급 요청 및 차단 요청을 수행하고, 또한 반복 수행함으로써 최저 전력 요금으로 상기 배터리를 충전할 수 있다.
상기 저장부(170)는 상기 통신수단(110)으로 전송된 전력정보, 시간 대역 정보 및 충전모드 정보 등을 저장하도록 구비된다.
다음으로, 전기 자동차 배터리 충전장치(100)의 전기 자동차의 배터리 충전 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차 배터리 충전 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 충전모드를 사용자가 설정하거나(S400), 상기 저장된 선호하는 충전모드 또는 이전에 설정한 충전모드를 활용할 수 있다
상기 충전모드는 즉시충전모드, 에코충전모드, 완충모드 또는 스마트충전 모드 중 어느 하나 또는 조합으로 선택하도록 구비될 수 있다.
또한 상기 충전 모드를 완료하는 제한 시간대역을 설정하고, 상기 시간 대역에 따라 상기 배터리를 충전할 수 있도록 구비될 수 있다.
그리고 전기 자동차 배터리 충전장치(100)와 충전기(200)가 상호 동기화되고 전기 자동차 고유인증번호를 확인하는 절차를 수행하고, 사용자 인증과정을 통과 한 후 배터리 충전을 시작한다.
경우에 따라서, 개인적인 충전기 장치인 경우에는 인증 과정을 생략할 수 있으며, 또한 별도의 인증 과정없이 다른 결재 수단을 이용할 수도 있다.
전력 정보를 수신한 후 전력정보를 저장한다(S402).
현재 배터리의 상태와 사용자가 선호하는 충전모드에 따라 필요한 배터리 충전량을 계산한다(S403).
그리고 전력 요금 정보를 이용하여 상기 충전 모드를 이용하여 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 상기 단위 시간별 요금을 기초로 최적 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 충전정보를 생성한다(S405).
바람직하게, 전력공급원이 다양하거나, 가변적 충전 전력이 공급되는 경우에는 배터리를 충전하기 위한 최적의 전력원 또는 전력레벨을 충전정보에 포함한다(S405).
다음으로, 현재 시각과 상기 충전정보의 충전 시작이 일치하는지 판단한다 (S406).
상기 S406 단계의 판단결과, 시간 대역이 일치하는 경우 상기 배터리 상태를 확인한다(S407).
다음으로 배터리 상태가 충전 가능하면(S408), 상기 충전기(200)로 충전 시작을 요청 한다(S410).
상기 과정에서 충전전력이 다양한 경우, 배터리를 충전하기 위한 최적의 충전 전력 정보를 포함(S409)하여 충전 시작을 요청할 수 있다.
상기 S405 단계 이후, 충전중인 상태에서는, 주기적으로 배터리 상태를 파악하여(S414) 100% 만 충전 상태이거나, 필요한 충전량이 만족된 충전 완료 상태이거나 상기 배터리가 불안정한 상태로 판단되는 경우(S415), 상기 충전기로 배터리로 충전 종료를 요청(S416)하여 충전 전력을 차단 한다.
한편, S405 단계 이후, 현재 시각과 충전 종료 시간을 비교하여(S417) 현재시각이 충전종료가 필요한 경우, 상기 충전기(200)로 충전 종료를 요청(S418).하여 상기 배터리로 충전 전력을 차단한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전장치에 관한 것으로, 플러그인 하이브리드 자동차등을 포함하는 전기 자동차 배터리 충전 전력을 구동 동력원으로 사용하는 전기 자동차와 지능형 전력망이 구축된 전기 충전소 및 가정용 전기 충전소에 적용될 수 있다.
100 : 전기 자동차 배터리 충전장치 110 : 충전단자
120 : 통신부 130 : 배터리
140 : BMS 150 : 충전 모드 설정부
160 : 충전 제어부 170 : 저장부
200 : 충전기 210 : 충전기 통신부
300 : 지능형 전력망

Claims (1)

  1. 충전기와 전력 정보를 송수신하는 통신부;
    전기 자동차의 모터를 구동하기 위한 구동 동력원으로 사용하는 배터리;
    상기 배터리와 연결되어 상기 배터리 상태를 모니터링, 배터리 관리 및 배터리 정보를 제공하는 BMS;
    상기 배터리의 충전 모드를 선택하고, 충전 제한 시간 대역을 설정하는 충전 모드 설정부; 및
    상기 배터리 정보와 상기 충전 모드를 기초로 상기 배터리 충전에 필요한 충전량을 계산하고, 상기 전력 정보를 이용하여 상기 충전 모드를 통해 설정된 시간 대역에 대응하는 단위 시간별 요금을 계산하며, 상기 충전량에 따라 단위 시간별 요금을 기초로 최적 요금으로 충전 가능한 시간 대역을 산출하여 충전 정보를 설정하고, 상기 충전 정보를 기초로 상기 전력의 공급 및 차단을 상기 충전기에 요청하는 충전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 충전장치.
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