KR20210148759A

KR20210148759A - 배터리의 수명 향상을 위해 soc를 적용한 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템, 충방전 스케쥴링 서버 장치 및 충방전 스케쥴링 방법

Info

Publication number: KR20210148759A
Application number: KR1020200066071A
Authority: KR
Inventors: 장동식; 박기준; 손찬; 임유석; 임지현
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-12-08

Abstract

본 발명의 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템은, 전기자동차의 배터리에 관련된 하드웨어 특성 정보 및 온도 관련 정보를 수집하는 연계 장치; 상기 배터리 특성 정보 및 온도 관련 정보를 이용하여, 각 배터리에 대하여 수명 향상을 위한 충방전 SoC 레벨을 설정하고, 상기 충방전 SoC 레벨에 따른 충방전 스케쥴을 생성하고, 이에 대한 충방전을 수행하는 서버 장치; 및 상기 충방전 스케쥴 생성에 필요한 정보 및 생성된 충방전 스케쥴을 저장하는 운영 DB를 포함할 수 있다.

Description

배터리의 수명 향상을 위해 SOC를 적용한 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템, 충방전 스케쥴링 서버 장치 및 충방전 스케쥴링 방법{Charge/Discharge Scheduling Management System, Charge/Discharge Scheduling Server Apparatus and Charge/Discharge Scheduling Method for Electric Vehicle with SOC control}

본 발명은 전기자동차 배터리의 수명 향상을 위한 충방전 관리 방안으로서 전기 차량의 충방전 스케쥴링 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히, 배터리 SOC 및 충방전 패턴 분석에 따른 충방전으로 배터리 수명을 연장할 수 있는 전기 차량의 충방전 스케쥴링 방법 및 시스템에 관한 것이다.

전기자동차(EV, Electric Vehicle)는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 전기 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 의미한다.

전기차는 엔진이 전기 모터로 대체된 것 외에 내연기관 자동차와 유사하지만, 기존의 내연기관 자동차가 제도적 체계하에서 형성된 주유 공급 시설 등을 통해 자동차의 구동 에너지원을 공급받을 수 있는 점과 다르게 전기차는 전기차 충전소나 충전 스테이션 등의 전기차를 충전하기 위한 시설 이외에도 가정이나 주차장 등에 설치된 전기 콘센트를 통해 자동차의 구동 에너지원을 손쉽게 공급받을 수 있다는 차이점이 있다. 전기차는 전기차 충전소외에도 건물의 주차장이나 가정 등의 장소에서 전기차의 충전이 가능하므로, 각자의 성향에 따라서 전기차의 배터리에 대한 충전을 수행할 수 있다.

그러나 전기자동차의 배터리는 각 모델에 따라 충전과 방전에 대한 서로 다른 특성을 가지고 있어 적절하지 않은 충전과 방전이 이루어지는 경우에 전기차의 구입 비용에서 40% 이상의 부분을 차지하는 고가의 배터리에 대한 성능이 저하되며, 충방전의 회수와 패턴에 따라 배터리의 생애주기에 차이가 발생할 수 있다. 이와 같은 전기차 사용자의 성향에 따른 배터리 운영으로 인해 배터리 제조사나 자동차 보험사 등은 배터리 보증에 따른 손실이 발생할 수 있으며, 또한 배터리에 대한 이력이 없는 경우에 이에 대한 보증이나 보상에 대한 기준을 마련하기 어려운 문제점이 있다.

나아가서 일반적으로 배터리를 충전하는데 있어서, 충전량이 일정 수준 이상으로 채워지면 완전 충전까지는 더욱 느린 속도로 충전이 이루어져서 동일한 충전 용량으로 고려해 볼 때 일정 수준 이상에서의 배터리 충전은 상대적으로 오랜 시간이 소요되므로 전기차 충전소의 운영적 측면에서 충전 시간에 따른 손실이 발생할 수 있다.

이와 같이 전기차와 관련된 다양한 분야의 사업자들이 전기차의 사용자가 전기차 배터리를 어떻게 사용하느냐에 따라 경제적인 이해관계가 발생되며, 전기차의 사용자 입장에서도 전기차 배터리를 적절하게 유지해야 전기차 운행에 편리성이 도모될 수 있으므로, 전기차에 대한 배터리의 운영을 적절하게 관리할 필요가 있다.

VGI(Vehicle-Grid Integration)는 전기자동차와 충전기가 디지털 통신을 통해 전기와 정보를 양방향으로 전송하는 기술로, 전기요금이 비싸거나 전기사용량이 많은 시간대를 피해 값싸게 충전하거나 전력피크수요를 저감하는 것은 물론(V1G), 전기차에 저장된 전기를 다시 전력망으로 보내거나(V2G), 건물 등으로 보내 사용할 수 있도록 함으로써(V2B) 전기차를 에너지저장장치(ESS) 처럼 사용하게 하는 기술과 서비스를 의미한다.

그러나, 무분별한 잦은 충방전은 자동차 배터리의 수명을 떨어뜨리는 것이 일반적으로 알려진 사실인 바, 차량 소유자들이 VGI 기술과 서비스에 참여할 메리트(유인요인)가 마땅치 않았다.

즉, 전기자동차의 배터리 에너지를 활용하기 위해서는 충전 비용을 지불하고 배터리에 에너지를 저장하여 소유하는 전기자동차 보유자가 충방전에 대한 제어 권한을 전력회사 등 제3자가 이용할 수 있도록 허용하는 등의 동의와 적극적인 참여가 필수적이다.

이를 위해서는 전기자동차 보유자가 배터리 활용을 허용하고 참여함으로써 기대할 수 있는 요금절감이나 인센티브 등의 동기 요인이 충분해야 하고, 빈번한 충방전에 의한 배터리 수명 감소 등에 대한 우려, 충방전 중간에 갑자기 출차 할 경우 충전량이 충분하지 않을 수 있다는 불안 등을 해소할 수 있어야한다. 또한, V2G 등으로 빈번한 충방전을 통해 배터리 에너지를 활용하려면 전기자동차를 생산하는 OEM 또는 배터리 제조사의 배터리 수명에 대한 품질 요건을 충족해야 하는 제약이 있다.

하지만, 종래의 전기자동차 충방전 스케줄링 방법은 전기자동차 보유자의 동의 및 참여 과정에 관한 사항이 고려되고 있지 않으며, 특히 충방전에 따른 제약 조건과 배터리 수명에 미치는 여러 인자들에 대한 과학적 연구 결과들이 충분히 고려되지 않고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 충전 방식 및 충방전 스케줄의 차량 이용 제약 사항에 대한 고려가 없는 일반적인 V1G, V2G 적용 충전의 제어 사례를 비교하기 위한 것이다.

전기자동차는 운송 수단이 주된 목적이기 때문에, 충방전 스케줄을 설계할 때에는 차량의 운송에 불편함이 없어야 하는 제약이 존재한다. 따라서 효율적인 V1G, V2G 충방전 스케줄을 설계하기 위해서는 차량의 이용 패턴을 고려해야 하나, 종래의 방식에서는 전기자동차가 충전기와 연결되면 완충하는 것을 목표로 하거나, 연결 시점에서 전기자동차 보유자가 입력한 SOC 목표 값을 정격으로 충전하는 방식이 이용되며, 이러한 목표를 달성하는데 시간별 충전 요금을 반영하여 충전 비용을 최소화하는 방식이 일부 적용되고 있다.

또한, V1G, V2G의 충방전 스케줄을 설정할 때 차량의 이용 패턴 정보를 이용하는 사례가 있으나, 이 경우에 있어서도 완충 또는 SOC 목표 값을 충족하는 것을 목표로 하고, 중간 과정에서 충전량, 충전 속도, 역송 등을 제어하여 배터리를 이용하는 방식이 시도되고 있을 뿐이다.

즉, 차량의 이용 패턴 정보와 이용 패턴의 통계적 분포를 이용하면, 충방전 스케줄의 범위와 속도를 유연하게 설계할 수 있으나 종래의 방법은 이들 정보를 제한적으로 이용하고 있다.

한편, 주파수 조정 등 전력 계통 서비스에 활용되는 종래의 에너지 저장장치(energy storage system; ESS) 배터리는 충방전을 통해 에너지를 저장하고 공급하는 목적으로만 사용되어 제어가 용이하며, 전력 계통용 ESS는 변전소 등에 대규모로 집중 설치되어 모니터링 및 관리가 쉬운 특징이 있다. 이에 반하여 전기자동차 배터리는 차량의 운영, 즉 이동 목적이 우선시되기 때문에 전력 계통 서비스 참여가 이동 요건에 따라 제한적이고, 배터리를 소유한 전기자동차 보유자의 자발적인 참여가 필수적이며, 개별 전기자동차의 배터리 용량이 작아서 분산된 배터리 자원을 집합적으로 운영하여 전력 계통 서비스를 제공하기 때문에 복잡한 연산과 예측, 합의, 거래 과정이 요구된다는 점에 차이가 있다.

또한, 전기자동차는 자체가 피크 시간 등에 충전 부하를 유발하는 장치이며, 충전 위치가 일정하지 않고, 충전 완료 시점도 불규칙하여 특정 시간에 전력 계통 서비스 참여를 위한 제어를 이행하는 과정에서 이들 불확실성을 효과적으로 관리해야 한다는 점에서 종래의 ESS 운영과 차이가 커, 어려움이 존재한다.

대한민국 등록특허 10-1870285호 : 전기자동차의 연속적 충전을 위한 시스템 및 방법

본 발명은 전기자동차 배터리 활용을 위한 집합적 충방전 스케줄 생성/관리에 있어 배터리 수명 확보가 가능한 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및 관리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 전기자동차의 충전기 연결율을 근본적으로 개선하여 전기자동차 배터리의 V1G, V2G 활용 가치를 높이는 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및 관리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 전기자동차 배터리의 수명을 향상시키는 충방전 관리 방법을 제공하여, V1G, V2G에 대한 전기자동차 보유자의 배터리 수명 우려를 해소하고, V1G, V2G에 대한 전기자동차 보유자의 적극적 참여 유도할 수 있는 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및 관리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템은, 전기자동차의 배터리에 관련된 하드웨어 특성 정보 및 온도 관련 정보를 수집하는 연계 장치; 상기 배터리 특성 정보 및 온도 관련 정보를 이용하여, 각 배터리에 대하여 수명 향상을 위한 충방전 SoC 레벨을 설정하고, 상기 충방전 SoC 레벨에 따른 충방전 스케쥴을 생성하고, 이에 대한 충방전을 수행하는 서버 장치; 및 상기 충방전 스케쥴 생성에 필요한 정보 및 생성된 충방전 스케쥴을 저장하는 운영 DB를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 연계 장치는, 상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 수요예측에 필요한 정보를 수집하는 수요예측 정보 수집부; 상기 전기자동차가 충전 또는 방전하는 지역의 기상 정보를 수집하는 기상 정보 수집부; 상기 전기자동차의 전력 관련 특성 정보를 수집하는 자동차 특성 정보 수집부; 상기 전기자동차에 적용되는 전력 요금 정보를 수집하는 전력 요금 정보 수집부; 충전 또는 방전을 수행하는 충전기에 대한 정보를 수집하는 충전기 수집부; 및 충전 또는 방전을 위한 주정차 비용 정보를 수집하는 주정차 비용 정보 수집부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 서버 장치는, 상기 연계 서버로부터 관련 정보를 수신하는 연계 정보 수신부; 상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 관리에 상기 전기자동차가 참여할 수 있는 충방전 스케쥴을 생성하여 상기 전기자동차에 전달하는 스케쥴 생성/전달부; 상기 전기자동차에 대한 충방전 기준부하를 생성하는 충전 기준부하 생성부; 상기 충방전 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 충방전을 수행하는 VGI 충방전 제어부; 충방전에 관련된 전력 서비스를 위해 필요한 데이터 통신을 수행하는 전력 서비스 송수신부; 상기 충방전에 관련된 전력 서비스를 지원하는 전력 서비스 관리부; 및 상기 충방전 제어부가 수행한 충방전에 대한 비용을 정산하는 정산부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 운영 DB에는, 상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 관리에 참여하는 고객 정보로서 참여 고객 정보; 상기 전기자동차에 대한 정보; 상기 충방전 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 수행한 충방전 이력에 정보로서 VGI 관리 이력 정보; 상기 충방전을 수행하는 충전기 정보; 상기 충전기를 관리하는 충전 사업자 정보; 상기 충방전 수행에 대한 기온 정보; 및 상기 전기자동차의 배터리 특성 정보가 기록될 수 있다.

여기서, 상기 충방전 기준부하 생성부는, 상기 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고, 상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 통상 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고, 상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 수명 유지에 적합한 제2 SoC 레벨을 결정할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 상기 최소 SoC 레벨까지는 신속성을 우선하여 충전하고, 상기 제1 SoC 레벨까지는 경제성을 우선하여 충전하고, 상기 제2 SoC 레벨까지는 전력 계통 상황을 반영하여 충전할 수 있다.

여기서, 상기 서버 장치는, 스마트 충전 관리 모드로 충전기와 연결된 차량에서 잉여 SOC를 계산하여 공급 가능한 총 잉여 SOC를 산출하고, 당일에 다른 차량들의 충전 스케줄을 바탕으로 전력계통 서비스에 적합한 수요 차량을 선별할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법은, 전기자동차의 충방전 스케쥴 설정에 필요한 정보를 취득하는 단계; 상기 취득한 정보를 이용하여 충방전 스케쥴을 설정하는 단계; 계통 전력 서비스를 요청받는 단계; 상기 요청받은 전력 서비스 참여시 적용할 상기 전기자동차 배터리의 집합적 충방전 기준부하를 생성하는 단계; 상기 전력 서비스의 참여 여부에 대하여 전기자동차 보유자의 승인을 받는 단계; 및 상기 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용한 상기 전력 서비스를 위한 충방전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전력 서비스의 상기 전기자동차의 서비스 참여를 확인하고, 참여에 대한 비용 정산을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 계통에 대한 전력 서비스를 요청받는 단계 이후, 상기 설정된 충방전 스케쥴을 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 스케쥴을 설정하는 단계, 상기 충방전 기준부하를 생성하는 단계 및 상기 충방전을 수행하는 단계 중 하나 이상에서는, 상기 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고, 상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 통상 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고, 상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 수명 유지에 적합한 제2 SoC 레벨을 결정하여 반영할 수 있다.

여기서, 상기 충방전을 수행하는 단계에서는, 상기 최소 SoC 레벨까지는 신속성을 우선하여 충전하고, 상기 제1 SoC 레벨까지는 경제성을 우선하여 충전하고, 상기 제2 SoC 레벨까지는 전력 계통 상황을 반영하여 충전할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전기자동차의 충방전 스케쥴링 서버 장치는, 전기자동차의 배터리에 관련된 하드웨어 특성 정보 및 온도 관련 정보를 수신하는 연계 정보 수신부; 상기 전기자동차에 대한 충방전 스케쥴을 생성하여 상기 전기자동차에 전달하는 스케쥴 생성/전달부; 상기 전기자동차의 배터리에 대한 적용 SoC 레벨들 및 충방전 기준부하를 생성하는 충방전 기준부하 생성부; 및 상기 충방전 스케쥴, 적용 SoC 레벨들 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 충방전을 수행하는 충방전 제어부를 포함할 수 있다.

여기서, 충방전에 관련된 전력 서비스를 위해 필요한 데이터 통신을 수행하는 전력 서비스 송수신부; 상기 충방전에 관련된 전력 서비스를 지원하는 전력 서비스 관리부; 및 상기 충방전 제어부가 수행한 충방전에 대한 비용을 정산하는 정산부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 기준부하 생성부는, 상기 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고, 상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 일상 이동 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고, 상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 저장 열화가 낮은 제2 SoC 레벨을 결정할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 기준부하 생성부는, 온도에 따라 상기 제2 SoC 레벨을 낮게 결정할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 상기 제1 SoC 레벨과 상기 제2 SoC 레벨 사이의 구간에서 전력 판매를 수행하되, 경부하 시간과 피크 부하시간의 요금 차이를 이용하여, 요금이 낮은 경부하 시간에 충전을 진행하여 잉여 SOC를 확보하고 요금이 비싼 시간에 다른 전기자동차에 충전 전력을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 갑작스런 출차 발생 빈도가 높은 경우, 상기 제1 SoC 레벨까지도 신속성을 우선하여 충전할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 전기자동차 보유자가 입력한 패턴 또는 이전 이용 패턴으로부터 결정되는 목표 SoC 레벨 범위의 최소값이 상기 제2 SoC 레벨 보다 높은 경우, 상기 제2 SoC 레벨 보다 높은 범위를 가지는 시간을 최소화하도록 충전할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 출차 예정 시각에 대한 소정 기준 시간 전에는 목표 SoC 레벨 범위의 최소값에 도달하도록 충전할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 상기 배터리에 적용할 최대 충전 속도를, 상기 배터리의 품질 보증에 포함한 최대 충전 속도, 연결되어 있는 충전기의 최대 전력, 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충전 속도, SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충전 속도 중 최소값으로 설정할 수 있다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 상기 배터리에 적용할 최대 방전 속도를, 상기 배터리의 품질 보증에 포함한 최대 방전 속도, 연결되어 있는 충전기의 최대 역송 전력, 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 방전 속도, SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 방전 속도 중 최소값으로 설정할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및/또는 관리 시스템을 실시하면, 전기자동차 배터리 활용을 위한 집합적 충방전 스케줄 생성/관리에 있어 배터리 수명 확보가 가능한 이점이 있다.

본 발명의 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및/또는 관리 시스템은, 전기자동차의 충전기 연결율을 근본적으로 개선하여 전기자동차 배터리의 V1G, V2G 활용 가치 증대하는 이점이 있다.

본 발명의 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및/또는 관리 시스템은, 전기자동차 배터리의 저장 열화, 충방전 주기 열화에 미치는 변수들을 관리하는 충방전 관리 서비스를 제공하여 전기자동차 보유자들이 충전기 연결을 일상적으로 하도록 유인하는 이점, 특히, 배터리 수명 관리 서비스를 통해서 완속 충전 중심으로 충전 패턴을 유도하고, 주차시간 대부분을 충전기와 연결하도록 하여, V1G 및 V2G 서비스에 필수적인 충전기 연결율 향상을 달성하는 이점이 있다.

본 발명의 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및/또는 관리 시스템은, 전기자동차의 V1G, V2G 전력 계통 서비스 참여 및 참여율 향상을 통해 전기자동차 배터리를 이용한 계통 피크 완화, 주파수 조정, 신재생 발전 수용성 확보 등의 활용 가치 향상시키는 이점이 있다.

본 발명의 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및/또는 관리 시스템은, 잉여 SOC를 활용하여 전기자동차 배터리에 저장된 전력 에너지의 거래를 통한 계통 편익의 구현 및 집합적 충방전 서비스의 수익성을 강화하는 이점이 있다. 특히, V1G, V2G 요청이 빈번하지 않은 상황에서 이러한 서비스를 통해 전기자동차의 충전기 연결율을 높여, 집합적 충전관리 사업자의 수익 모델을 강화할 수 있다.

본 발명의 전기자동차 충방전 스케쥴링 방법 및/또는 관리 시스템은, 집합적 충방전 서비스에 가입된 차량 간의 잉여 SOC 충방전 거래를 통하여 경부하 시간의 부하 비중을 높이고, 피크 부하시간의 충전 부하 감소를 유도하는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 충전 방식 및 일반적인 V1G, V2G 적용 충전의 제어 사례를 비교한 그래프.
도 2는 리튬 이온 배터리의 열화 원인, 과정 및 결과를 표현한 도식.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 활용을 위한 집합적 충방전(VGI) 스케줄 관리 시스템을 도시한 블록도.
도 3b는 도 3a의 VGI 스케줄 관리 시스템을 적용할 수 있는 전기자동차 배터리 활용을 위한 물리적 계통 구성을 도시한 연결 구성도.
도 4는 도 3a의 연계 장치의 내부 구성 요소들을 도시한 블록도.
도 5는 도 3a의 서버 장치의 내부 구성 요소들을 도시한 블록도.
도 6은 도 3a의 운영 DB의 내부 저장 구조들을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 집합적 충방전 스케쥴링 서비스 방법을 도시한 흐름도.
도 8은 종래 기술에 따른 충방전 서비스를 포함한, 전기자동차 보유자가 실감할 수 있는, 전체 충방전 스케쥴링 및 처리 방법을 도시한 흐름도.
도 9는 스마트 충전 관리모드의 SOC 구분 및 그에 따른 전력계통 서비스 유형을 나타낸 개념도.
도 10은 SOC 수준, 기온에 따른 리튬이온 배터리 저장 열화의 용량 감쇠 변화를 비교한 그래프들.
도 11은 SOC 수준과 기온에 따른 리튬이온 배터리 저장 열화의 내부 저항 변화를 비교한 그래프들.
도 12는 전력계통서비스 요청이 없는 평일의 스마트 충전 스케줄에 대한 실시예를 도시한 그래프들.
도 13은 도 4의 흐름도에 도시한 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법을 집합적 충전관리를 이용한 V1G 전력계통 서비스 참여의 경우로 구체화한 흐름도.
도 14는 피크감축 V1G 전력계통서비스 참여를 위한 충전스케줄 변경 생성 실시예들을 나타낸 그래프들.
도 15는 도 4의 흐름도에 도시한 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법을 집합적 충전관리를 이용한 V2G 전력계통 서비스 참여의 경우로 구체화한 흐름도.
도 16은 V2G 전력계통서비스 참여를 위한 충전스케줄 변경 생성 실시예들을 나타낸 그래프들.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 2는 리튬 이온 배터리의 열화 원인, 과정 및 결과를 표현한 도식이다. 도 2를 참조하여 전기자동차 배터리의 열화(수명 단축)의 원인에 대하여 먼저 살펴보겠다.

전기자동차에 널리 사용되는 리튬 배터리는 자연 감축에 따라 시간이 경과하면서 수명이 감축되고, 그 중간에서 충방전을 반복함에 따라 수명 감축이 심해진다. 수명 감축에 영향을 주는 인자들은 용량 출력(capacity throughput; Ah), 배터리 온도, 충전상태(state of charge; SOC), ΔSOC, 방전 깊이(depth of discharge; DOD), 충방전 전류의 크기 등으로 알려져 있다. 수명 감축은 이들 인자로 인하여 리튬이온의 감소, 활성 물질 감소, 전하이동 제약 등이 발생하면서 진행된다.

배터리의 열화 정도에 대한 평가는 일반적으로 2가지 지표를 활용하여 평가된다. 용량 감쇠(capacity fade; CF)는 최초 배터리에 비하여 배터리의 에너지 저장 용량이 줄어드는 현상으로 이로 인하여 전기자동차의 주행거리가 감소하며, 출력 감쇠(power fade; PF)는 배터리의 내부 저항, 임피던스 등이 증가하여 충방전 효율이 점차 떨어지는 현상을 일컬으며, 하기 수학식 1 및 수학식 2에 따른 등가 회로 산식으로 측정된다. 일반적으로 전기자동차에 사용되는 리튬 배터리는 초기 용량의 80% 수준으로 떨어지면 교체주기에 도달한 것으로 간주된다.

상기 수학식에서, Q₀와 Q_t는 각각 초기 및 측정시점(t)의 충전 용량을 의미하며, μ_CF는 배터리 교체시점의 용량 계수로서 용량 80% 이하를 의미하는 0.2가 주로 사용된다. 또한 R^ct, R^o는 각각 등가회로의 내부저항과 전하이동(charge-transfer) 저항을 의미하며, μ_PF는 배터리 교체시점의 총 저항을 나타내는 계수로 저항이 두 배 증가하는 경우를 의미하는 2가 주로 사용된다.

전기자동차 배터리에 사용되는 리튬 이온 배터리는 리튬 이온 전해질, 음극 활성물질, 음극기재(Cu), 양극기재(Al), 분리막, 탄소전극, 리튬 금속산화물 등으로 구성되며, 충방전을 반복하면서 고체전해질계면상(solid electrolyte interphase; SEI) 성장, 전해질 분해, 탄소전극 박리, 구조적 무질서(structural disorder), 전극입자 균열, 전이 금속 용해 등의 현상으로 도 1과 같이 성능이 저하되는 것으로 알려져 있다.

배터리의 열화 과정은 고온일 경우 음극/전해질 경계면에서의 전해질 분해로 인한 리튬 이온이 소실되고 음극 표면에서 SEI 레이어가 생성되면서 열화가 진행되며, 저온에서는 전극 주변의 리튬이 분해되면서 리튬의 동적 반응이 약화되고, 전류 분포가 불균일해져 리튬 피복 현상 발생한다. 이와 함께 충방전 전류가 증가하면 박리 현상으로 리튬 결정이 생성되어 2차 활성 부피가 감소한다.

일반적으로 리튬 배터리의 수명은 시간이 경과함에 따라 루트 함수로 감소하며, 충방전 횟수에 따라 비례하여 감소하는 것으로 알려져 있다. 배터리의 수명 열화는 에너지를 저장하고 유지하는 데에 따른 저장 열화와, 충전과 방전을 반복함에 따른 충방전 주기 열화로 구분할 수 있는데, 저장 열화는 온도, SOC에 영향을 받고, 충방전 주기 열화는 온도, SOC, ΔSoC, 충방전 전류에 영향을 받는다. 전기자동차의 경우, 운행 또는 충전 중에는 충방전 주기 열화가 배터리의 수명에 영향을 미치고, 주차 중에는 저장 열화가 영향을 미친다고 할 수 있다. 하지만 대부분의 배터리 수명 평가에서 적용되는 가속 실험에서는 자동차가 90% 이상의 시간을 보내는 주차 중의 저장 열화 영향을 다루지 못하고 있다.

고온(33℃이상)에서 SOC를 높게 유지하면 배터리 열화가 심화되어 용량 감쇠와 출력 감쇠가 동시에 일어나는 반면에 실온(18~25℃)에서는 SOC를 높게 유지하여도 수명에 미치는 영향이 크지 않다. 리튬 배터리는 SOC가 40~60%일 때 내부 저항이 최소화되어 충방전에 따른 열손실이 최소화된다. 반면에 SOC가 높거나 낮을 경우 내부 저항이 커져서 이러한 범위에서 충방전을 진행하면 온도가 증가하여 배터리 온도를 높일 가능성이 더 높아진다. 충방전 주기 열화에서 방전율(discharge rate), ΔSOC 효과는 미비하고, 용량 출력에 실질적으로 더 큰 영향을 받는 것으로 보고되고 있다.

전기자동차 OEM들은 배터리 수명에 미치는 온도 영향을 최소화하기 위해 차량 내부에 배터리 온도관리 기능을 두어서, 운행 중에 고온일 경우 공랭 또는 수냉 장치를 가동하여 배터리 온도를 낮추고, 저온일 경우 히트 펌프 등의 가열 장치를 가동하여 배터리 온도를 높이는 기능을 갖추기도 한다. 하지만 전기자동차가 대부분의 시간을 보내는 주차 시간과 충전 시간에는 자동차에 의한 배터리 온도 관리 기능이 작동하지 않는다.

한편, 전기자동차의 배터리 수명은 자동차의 주행 패턴에 따라서도 영향을 받는다. 자동차의 배터리는 가속시에는 전류량이 증가하는 형태의 방전, 감속시에는 회생 충전, 정속 주행에서는 전류량이 일정한 방전의 형태로 작동한다. 가속과 감속이 빈번한 도심지 중심의 주행 패턴을 가진 차량은 정속 운전을 주로 하는 고속도로 중심을 주행패턴을 가진 자동차에 비하여 수명이 짧으며, 급가속을 자주하는 과도한 운행 패턴에서는 수명이 2년가량 짧아지는 것으로 알려져 있다. 또한 동일한 운행 패턴에서 급속 충전을 중심으로 충전을 할 경우 완속 충전에 비해 수명이 1.2년가량 짧아지는 것으로 보고되고 있다. 이와 함께 100% 완충과 0% 완전 방전을 피하여 평상시 SOC를 20~80%로 유지하고, 리튬 배터리 팩을 구성하는 셀들 사이의 불균형을 해소하여 배터리 수명 유지를 위해 월 1회 정도 배터리의 SOC를 20%에서 100%까지 완속 충전을 하도록 권고되고 있다.

따라서, 충방전을 통해서 전기자동차 배터리의 에너지를 효과적으로 이용하기 위해서는 상기와 같은 리튬 배터리의 수명에 미치는 인자들의 영향들을 적정하게 제어함으로써 배터리 수명에 대한 전기자동차 보유자들의 우려를 해소할 수 있으며, 충전기와 전기자동차가 연결된 시간 동안에 이들 인자들을 배터리 수명에 유익하도록 관리함으로써 배터리 수명을 더 향상시킬 수 있는 기회가 있다.

본 발명은 배터리 수명에 영향을 미치는 인자들을 효과적으로 관리하여 충방전 제어에 대한 전기자동차 보유자의 수명 감소 우려를 해소하고자 제안되었다.

구체적으로, 온도, SOC 수준, ΔSOC, DOD 등 전기자동차 리튬 배터리의 수명에 미치는 영향을 미치는 인자들을 반영하여 충방전 스케줄을 설정하고 운영함으로써 V1G, V2G 적용에 따른 배터리의 수명 감소 요인을 억제한다. 특히, 전기자동차가 대부분의 시간을 보내는 주차 상태에서 이들 변수들을 관리함으로써 배터리 수명을 향상시킬 수 있는 기회를 제공한다.

또한, 배터리 수명 관리 서비스를 통해 전기자동차의 충전기 연결율 향상을 지향한다.

구체적으로, 배터리의 수명을 향상시키는 관리 방법을 제공하여 전기자동차 보유자들이 충전기 연결을 일상적으로 하도록 유인하고, 특히, 배터리 수명 관리 서비스를 통해서 완속 충전 중심으로 충전 패턴을 유도하고, 주차시간 대부분을 충전기와 연결하도록 하여 충전기 연결율을 향상시킨다.

또한, 주행, 충전의 패턴과 이의 확률적 분포를 반영한 충전 및 방전 스케줄을 생성, 관리한다.

구체적으로, 충방전 스케줄 생성에 전기자동차 보유자의 평균적인 주행 거리 패턴, 충전 패턴의 확률적 분포를 반영하고, 특히, 충전 목표 SOC를 달성하는 방법에서 이들 정보를 활용하여 목표 SOC를 목표 값이 아닌 범위로 관리함으로써 충방전 스케줄의 유연성을 확보하고, 배터리 에너지의 이용 가치를 향상시킨다.

또한, 잉여 SOC를 활용한 전기자동차 배터리 사이의 충방전 전력 거래를 통한 계통 편익의 구현 및 집합적 충방전 서비스의 수익성을 강화한다.

구체적으로, 집합적 충방전 서비스에 가입된 차량 간의 잉여 SOC 충방전 거래를 통하여 경부하 시간의 부하 비중을 높이고, 피크 부하시간의 충전 부하 감소 유도하고, 특히, V1G, V2G 요청이 빈번하지 않은 상황에서 이러한 서비스를 통해 전기자동차의 충전기 연결율을 높이고, 집합적 충전관리 사업자의 수익 모델 강화한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 활용을 위한 집합적 충방전(VGI) 스케줄 관리 시스템을 도시한다.

도 3b는 도 3의 VGI 스케줄 관리 시스템을 적용할 수 있는 전기자동차 배터리 활용을 위한 물리적 계통 구성을 도시한다.

도시한 VGI 스케줄 관리 시스템은, 자동차 배터리에 관련된 하드웨어 특성 정보 및 온도 관련 정보를 수집하는 연계 장치(100); 상기 배터리 특성 정보 및 온도 관련 정보를 이용하여, 각 배터리에 대하여 수명 향상을 위한 충방전 SoC 레벨을 설정하고, 상기 충방전 SoC 레벨에 따른 충방전 스케쥴을 생성하고, 이에 대한 충방전을 수행하는 서버 장치(200); 및 상기 충방전 스케쥴 생성에 필요한 정보 및 생성된 충방전 스케쥴을 저장하는 운영 DB(400)를 포함할 수 있다.

상기 연계 장치(100), 서버 장치(200) 및 운영 DB(400)에 대한 상기 기재는 본 발명의 사상에 따른 배터리 수명 향상을 위한 충방전 SoC 레벨에 따른 충방전 스케쥴링을 위한 부분들만을 명시한 것이다.

전기자동차 배터리 에너지의 집합적 활용을 위한 충전 및 방전 스케줄의 생성 및 관리 시스템은 본 발명의 사상을 구현하는 서버 장치(200)와 서버 장치(200)의 기능을 지원하는 보조 시스템 및 연계 시스템들로 구성된다.

도시한 VGI 스케줄 관리 시스템은 VGI 구축을 위한 다른 주체들과 데이터 통신을 수행하는데, 각 다른 주체들에 대하여 기술하면 다음과 같다.

도시한 전기자동차(electric vehicle)는 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 승객, 화물 등을 운반하는 장치로 내장된 배터리 운영시스템(battery management system; BMS), 충전 장치(on-board charger; OBC) 등을 갖추고 충전기와 통신하여 충전이 이루어지며, 저장된 전력을 전력 계통으로 역송할 수 있다.

도시한 전기자동차 충전기(electric vehicle station equipment; EVSE)는 전기자동차를 전력망과 연결하여 전력을 제공하고 충전을 물리적으로 관리하는 장치를 의미한다. 충전기는 충전을 위해 필요한 정보를 전기자동차로부터 수신하고, 충전사업자 또는 충전기 관리시스템 등으로부터 필요한 정보를 수신하여 충전 전력을 전송하며, 필요에 따라 역송 등의 제어를 할 수 있다.

도시한 충전 사업자는 전기자동차의 충전기를 관리하여 충전 서비스를 제공하는 개체를 의미한다. 충전 사업자는 충전기를 직접 설치하여 운영하거나, 임차하거나 로밍 등의 형태로 다른 충전 사업자의 충전기를 통해 서비스를 제공할 수 있다.

도시한 집합적 충전 관리 사업자(vehicle grid integration(VGI) aggregator)는 전기자동차 배터리에 대하여 집합적 충전 관리 서비스를 제공하고, 배터리를 이용하여 전력계통 서비스를 수행하는 개체를 의미한다. 집합적 충전 관리 사업자는 충전기와 연결된 전기자동차 배터리에 대하여 배터리의 수명관리에 적합한 방법으로 충방전 스케줄을 설정하여 충전사업자 또는 개별 충전기에 전달한다. 또한 충전기와 연결된 전기자동차 배터리를 이용하여 필요한 전력 계통 서비스를 수행할 수 있으며, 이를 위해 설정된 충방전 스케줄을 변경할 수 있다.

집합적 충전 관리 사업자는 별도의 사업자이거나, 전력 유틸리티, 충전 사업자, 수요관리(DR) 사업자 등이 병행하여 수행할 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 다른 집합적 충전 관리 사업자, 충전사업자, 주차장 관리사업자, 건물 에너지관리시스템(energy management system; EMS) 등과 연계하여 계층적으로 운영될 수도 있다.

도시한 전력계통 서비스는, 집합적 충전 관리 사업자가 전기자동차의 배터리를 V1G, V2G로 활용하는 전력 계통 서비스로서, (1) 건물 등 전력 수요자를 대상으로 하는 긴급 전력 등의 에너지 제공, (2) 배전계통 운영자(DSO)를 대상으로 하는 피크 감축 또는 피크 부하 이전, 무효전력 보상, 3상 균형, (3) 송전계통 운영자 또는 독립계통 운영자(ISO), 수요관리 사업자 등을 대상으로 제공하는 피크 감축 또는 피크 부하 이전, 수요반응(DR) 시장 참여, 순동 예비력 제공, 주파수 조정 서비스, (4) 신재생 발전의 수용성 확보를 위한 풍력 밸런싱, 램핑 속도 조정, 태양광(PV) 피크 발전량에 맞게 부하 이전 등이 있을 수 있다.

도 4는 도 3a의 연계 장치의 내부 구성 요소들을 도시한 블록도이다. 도 4는 도 3a의 연계 장치에 대하여, 본 발명의 사상의 구현을 위한 구성요소들과, 일반적인 VGI 시스템의 구현을 위한 구성요소들을 함께 도시한다.

도시한 연계 장치(100)는, 전력 수요예측에 필요한 정보를 수집하는 수요예측 정보 수집부(110); 기상 정보를 수집하는 기상 정보 수집부(120); 전기자동차의 전력 관련 특성 정보를 수집하는 자동차 특성 정보 수집부(130); 전력 요금 정보를 수집하는 전력 요금 정보 수집부(140); 충전기에 대한 정보를 수집하는 충전기 수집부(150, 160); 충/방전시 주정차 비용 정보를 수집하는 주정차 비용 정보 수집부(170)를 포함한다.

도시한 연계 장치(100)는, 충방전 스케줄 생성과 관리에 필요한 정보를 관련 외부 주체의 서버들로부터 수신받아, 상기 서버 장치(200)로 제공한다. 즉, 상기 연계 장치(100)는 상기 서버 장치(200)를 위한 일종의 통신 인터페이스 역할을 수행한다고 볼 수 있다.

상기 수요예측 정보 수집부(110)는, 전력계통 서비스 사업자, DR(전력수요관리) 사업자, DR 시장, EMS 등 운영 시스템으로부터, 수요예측에 필요한 정보 및/또는 수요예측 정보를 수집할 수 있다.

상기 기상 정보 수집부(120)는, 기상청의 기상예측 시스템으로부터 특정 전기자동차의 충/방전 예정지에 대한 일일 기상 정보, 특히, 기온에 대한 정보를 수집할 수 있다.

상기 자동차 특성 정보 수집부(130)는, 전기자동차 OEM 서버로부터 특정 전기자동차 기종에 대한 배터리 용량, 배터리 특성 및 연비 등의 정보를 수집할 수 있다.

상기 전력 요금 정보 수집부(140)는, 전력 유틸리티 또는 충전 사업자 운영 시스템으로부터 충전 요금 및 방전 요금에 대한 정보를 수집할 수 있다.

상기 충전기 연결정보 수집부(150)는, 전력 유틸리티 또는 충전 사업자 운영 시스템으로부터 특정 전기자동차의 충전기 연결 여부, 출차 예정 시각, 목표 SOC 등의 설정값 정보들을 수집할 수 있다.

상기 충전기 정보 수집부(160)는, 전력 유틸리티 또는 충전 사업자나 주차 사업자 운영 시스템으로부터 특정 충전기에 대한 충전 용량, 적용 요금제, 충방전 속도, V2G 기능 지원 등의 규격 정보를 수집할 수 있다.

상기 주정차 비용 정보 수집부(170)는, 충전 사업자나 주차 사업자 운영 시스템으로부터 특정 전기자동차가 접속할 것으로 예상되는 충전소를 이용하는데 필요한 주차 비용이나 정차 비용, 충전기 점유 비용에 대한 정보를 수집할 수 있다.

도 5는 도 3a의 서버 장치의 내부 구성 요소들을 도시한 블록도이다. 도 5는 도 3a의 서버 장치에 대하여, 본 발명의 사상의 구현을 위한 구성요소들과, 일반적인 VGI 시스템의 구현을 위한 구성요소들을 함께 도시한다.

도시한 서버 장치(200)는, 상기 연계 서버로부터 관련 정보를 수신하는 연계 정보 수신부(210); 상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 관리에 상기 전기자동차가 참여할 수 있는 충방전 스케쥴을 생성하여 상기 전기자동차에 전달하는 스케쥴 생성/전달부(240); 상기 전기자동차에 대한 충방전 기준부하를 생성하는 충전 기준부하 생성부(250); 상기 충방전 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 충방전을 수행하는 VGI 충방전 제어부(260); 충방전에 관련된 전력 서비스를 위해 필요한 데이터 통신을 수행하는 전력 서비스 송수신부(220); 상기 충방전에 관련된 전력 서비스를 지원하는 전력 서비스 관리부(280); 및 상기 충방전 제어부가 수행한 충방전에 대한 비용을 정산하는 정산부(270)를 포함할 수 있다.

상기 서버 장치(200)는 상기 연계 정보 수신부(210)를 통해, 개별 충전기, 충전사업자의 충전관리 시스템, 다수의 충전기가 설치된 장소의 EMS, 주차 건물의 주차관리시스템 등으로부터 개별 전기자동차 또는 전기자동차 집합에 대하여 전기자동차 보유자 식별정보, 연결시점의 SOC, 목표 SOC, 출차 시간, V1G 또는 V2G 충전관리 서비스 참여 요청 등의 정보를 수신하여, 상기 스케쥴 생성/전달부(240)에 내장된 충방전 관리 알고리즘을 적용하여 충방전 스케줄을 생성한다.

상기 스케쥴 생성/전달부(240)는 생성된 스케줄 또는 제어 명령을 개별 충전기, 충전사업자의 충전관리 시스템, EMS, 주차관리시스템 등에 전달하여 스케줄에 따라 충전기가 연결된 전기자동차의 충전을 관리하도록 한다.

상기 스케쥴 생성/전달부(240)는 전기자동차 OEM의 차량 충방전 특성 정보, 충전기 정보, 전기자동차 보유자 정보, 기온 정보, 전력 유틸리티 또는 충전사업자의 요금 정보 등을 활용하여 충전 스케줄을 설정할 수 있고, 연결된 전기자동차의 충전 스케줄에 따른 1일 부하 예측 정보를 생성한다. 1일 부하 예측 정보는 제어의 범위에 따라 개별 충전기, 충전사업자, 개별 건물, 특정 지역, 특정 배전선로 등으로 다양하게 도출될 수 있다.

상기 충방전 기준부하 생성부(250)는, 전기자동차 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고, 상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 일상 이동 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고, 상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 저장 열화가 낮은 제2 SoC 레벨을 결정할 수 있다.

구현에 따라, 상기 충방전 제어부(260)는, 상기 최소 SoC 레벨까지는 신속성을 우선하여 충전하고, 상기 제1 SoC 레벨까지는 V1G 정책에 따라 경제성을 우선하여 충전하고, 상기 제2 SoC 레벨까지는 V2G 정책에 따라 전력 계통 상황을 반영하여 충전을 수행할 수 있다. 그러나, 상기 제1 SoC 레벨은 일상 이동 주행을 위한 기본 충전 레벨로서 관리하는 것이 보다 바람직한 바, 이 관점에서 V1G 및 V2G 서비스는 상기 제1 SoC 레벨 부터 상기 제2 SoC 레벨까지는 적용하는 것이 보다 유리하다.

또한, 충방전 기준부하 생성부(250)는, 전기자동차 보유자의 지정 또는 이전 이용 패턴으로부터 결정되는 출차시의 충전 목표 SoC 레벨과, 이전 이용 패턴으로부터 상하로 여유 범위(ΔSoC)를 적용한 목표 SoC 레벨 범위를 결정할 수 있으며, 이에 따라, 상기 충방전 제어부(260)는, 상기 목표 SoC 레벨 범위의 최소값이 상기 제2 SoC 레벨 보다 높은 경우, 상기 제2 SoC 레벨 보다 높은 범위를 가지는 시간을 최소화하도록 충전을 제어할 수 있다.

상기 충방전 제어부(260)는, 상기 배터리에 적용할 최대 충전 속도 및 최대 방전 속도를 소정의 방법에 따라 설정하여 충방전에 이용할 수 있다.

서버 장치(200)는 충전 스케줄을 통해 생성된 1일 부하 예측 정보를 활용하여 전기자동차 배터리를 이용하는 전력 계통 서비스에 참여하고, 이들 서비스를 위해 미리 설정된 충방전 스케줄을 변경할 수 있다.

서버 장치(200)를 운영하여 전기자동차의 배터리의 충전 스케줄을 관리하고, 배터리 이용 서비스를 제공하는 개체는 배터리를 이용한 계통 서비스를 ISO, TSO, DSO, 전력 유틸리티, 발전사업자, 신재생발전 운영자, 건물 EMS 등에 제공할 수 있다.

서버 장치(200)를 운영하는 개체는 이들 사업자들로부터 부하 감축 또는 증가, 부하 이전, 전력 역송 등의 요청을 받으면, 해당 시간의 충전 스케줄 변경 여부 및 변경이 가능한 수준을 파악하여 요청에 참여하고, 이를 위해 설정된 충방전 스케줄을 변경할 수 있다. 또한 변경된 스케줄을 충전기에 전달하여 충방전 제어가 이루어지도록 한다.

서버 장치(200)는 생성된 충방전 스케줄에 따라 전기자동차 배터리의 충방전이 진행되는지를 모니터링 할 수 있다. 충방전 스케줄을 운영하는 중에 충전기가 설치된 장소에서 정전이 발생하거나 통신 오류 등이 발생하는지 여부를 확인하여 문제가 있는 충전기를 판별하고, 그 결과를 충전 사업자 등 충전기 운영에 책임이 있는 주체와 전기자동차 보유자에게 전달할 수 있으며 전력 계통 서비스 요건을 이행하기 위해 집합적 충방전 스케줄을 변경할 수 있다.

서버 장치(200)는 충방전 스케줄이 진행되는 중에 계획된 시간과 달리 출차 하는 차량이 생기거나 새로 충전기와 연결되는 전기자동차가 생기면 이를 파악하여 전력 계통 서비스 요건을 이행하기 위해 집합적 충방전 스케줄 생성을 변경시킬 수 있다. 집합적 충방전 스케줄은 전력계통 서비스에 참여하는 개별 차량의 시간대별 충방전량을 변경하거나 충방전 방향을 바꾸거나 충방전 제어 우선순위에서 제외되었던 차량을 새로 포함시키는 형태로 이루어질 수 있다.

도 6은 도 3a의 운영 DB의 내부 저장 구조들을 도시한 블록도이다. 도 6은 도 3a의 운영 DB에 대하여, 본 발명의 사상의 구현을 위한 저장 구조들과, 일반적인 VGI 시스템의 구현을 위한 저장 구조들을 함께 도시한다.

도시한 바와 같이, 상기 운영 DB(400)에는, 상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 관리에 참여하는 고객 정보로서 참여 고객 정보(410); 상기 전기자동차에 대한 정보(420); 상기 충방전 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 수행한 충방전 이력에 정보로서 VGI 관리 이력 정보(430); 상기 충방전을 수행하는 충전기 정보(440); 상기 충전기를 관리하는 충전 사업자 정보(450); 상기 충방전 수행에 대한 기온 정보(460); 상기 전기자동차의 배터리 특성 정보(470)의 형태로 구분되어 정보들이 저장될 수 있다.

다시말해, 충방전 스케줄 생성 및 관리를 위한 보조 시스템인 데이터베이스 장치로서 상기 운영 DB(400)는 참여고객 정보, 전기자동차 차량 정보, 충방전 스케줄 관리 이력 정보, 충전기 정보, 충전 사업자 정보, 충전 요금 정보, 기상정보 등을 저장하고 관리한다.

참여고객 정보(410)로서, 전기자동차 보유자의 식별 정보, 차량 번호, 차대 번호, 차종 정보, 차량 용도(출퇴근, 업무용, 사업용, 가사용 등), 주된 충전장소, 1일 평균 주행 거리 및 주행 거리의 분포, 충전 패턴(충전 연결 시간, 출차 시간, 목표 SOC 등) 및 분포, 전기자동차 배터리 이용 참여 이력, 배터리 이용 참여에 따른 인센티브 등의 수익 정보, 충방전 스케줄 이행에 따른 충전 요금 절감 정보 등이 적용될 수 있다.

전기자동차 차량 정보(420)로서, 전기자동차 OEM의 차량 충방전 특성 정보, 배터리 용량, 최소/최대 SOC, 최대 방전 속도(급가속, 제로백 등), 충방전 효율, 배터리의 품질 보증과 관련된 충방전 제약 조건 등이 적용될 수 있다.

충방전 스케줄 관리 이력 정보(430)로서, 집합적 충방전 스케줄 생성 이력 및 실제 부하 정보, 전력계통 서비스를 위해 충방전 스케줄의 변경 이력 및 실제 부하 정보, 전력계통 서비스 참여 이행 실적 정보, 전력계통 서비스 참여에 따른 인센티브 등의 수익 정보 등이 적용될 수 있다.

충전기 정보(440)로서, 충전기 용량, 충전사업자 식별 정보, 최대 충전 전력, 충방전 효율, 설치 위치, 설치 장소의 특성(건물내, 건물밖, 캐노피 여부, 주차요금 부과 여부 등), 설치 장소의 배전선로 정보, 전력 공급 계약 정보 등이 적용될 수 있다.

충전 사업자 정보(450)로서, 집합적 충전 관리에 참여하는 충전 사업자의 식별, 충전 사업자가 운영하는 충전기 정보, 충전 사업자의 서비스 고객 정보, 충전 서비스 요금 정보 등이 적용될 수 있다.

기온 정보(460)로서, 당일의 지역별 시간대별 기온 예측 정보, 충전 장소의 시간대별 기온 정보, 시간대별 기온의 이력 정보 등이 적용될 수 있다.

요금 정보(미도시)로서, 충전사업자 또는 전력 유틸리티의 시간대별 충전 요금 정보, 전기자동차 배터리의 이용에 따른 인센티브 정보 등이 적용될 수 있다.

배터리 특성 정보(470)로서, 배터리 수명에 관한 가속실험 등을 통해 얻어지는 배터리의 충방전 손실 및 효율에 영향을 미치는 변수들에 관한 정보로 충방전 이력 또는 사용 기간 등에 따르는 충방전 손실 계수의 변화, 배터리의 온도에 따른 충방전 손실 계수 등이 적용될 수 있다.

다음은 상기 서버 장치가 상기 연계 장치의 협조를 받아, 외부 서버와 정보의 수신 및/또는 교환 과정의 예들을 살펴본다.

서버 장치(200)는 연계 장치(100)를 통해 충방전 스케줄 생성과 관리에 필요한 정보를 수신하고, 충방전 스케줄 생성 결과를 주고 받아 충방전이 생성된 스케줄에 따라 이루어지도록 하고, 기온 정보, 계통의 운영 정보, 전력 계통 서비스 요청 정보, 전력 계통 서비스 이행 정보, 전력 계통 서비스 참여에 대한 수익 정보 등을 교환할 수 있다.

기온 정보 연계에 있어서 서버 장치(200) 또는 연계 장치(100)는, 기상 정보 제공 시스템과 연계하여 충방전 스케줄의 대상이 되는 시간의 기상 정보를 수신할 수 있다. 이들 정보를 활용하여 충방전 스케줄 설정에 이용할 수 있다. 또한 서버 장치는 충전기 또는 충전 관리시스템으로부터 충전기가 설치된 장소의 기온 정보를 수신하여, 이를 기록하여 저장하고, 기상 정보 제공 시스템의 예측 정보와 충전기가 설치된 장소의 실제 기온을 비교하여 이들 사이의 상관관계를 도출할 수 있다.

서버 장치(200)는 이들 상관관계를 이용하여 충전기가 설치된 장소의 기온을 예측하여 충방전 스케줄 설정에 이용할 수 있다. 서버 장치(200)는 또한 기온 측정장치가 설치되지 않았으나 유사한 환경에서 운영되는 충전기에 대해서 이들 상관관계를 적용하여 충전 스케줄 설정에 이용할 수 있다. 이와 더불어 서버 장치는 충전기가 설치된 장소의 특성, 예를 들어 건물 내부인지, 건물 외부인지, 캐노피가 설치되어 있는지 등을 고려하여 상관관계를 보정하거나 달리 적용할 수 있다.

계통 운영 정보 연계에 있어서 서버 장치(200)는, ISO, TSO, DSO, 건물 EMS, 수요관리사업자 운영 시스템 등과 연계하여 전력 수요 예측 정보 등을 수신하고, 이들 정보를 충방전 스케줄 설정 및 운영에 이용할 수 있다. 구체적으로 서버 장치(200)는 TSO 또는 DSO 등의 계통 피크 발생 예측 여부, 예측 피크 발생량, 피크 발생 예상 시간 등의 전력 수요 예측 정보를 활용하여 당일의 집합적 충방전 스케줄의 제어 범위, 시간대 등의 예측 정보를 생성하여 이용할 수 있다.

전력 계통 서비스 연계에 있어서, 집합적 충전 관리 사업자는, 전력 계통 서비스를 운영하는 개체로부터 전력 계통 서비스 요청을 수신할 수 있다. 또한 집합적 충전 관리 사업자는 집합적 충방전 스케줄을 통해 가용한 배터리 이용 범위를 계산하고 이를 바탕으로 전력 계통 서비스 운영자가 운영하는 수요자원 거래시장, 주파수 조정 서비스 시장 등의 참여를 결정할 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 전력 계통 서비스 요청에 대해 서버 장치를 통해 전력 계통 서비스 요청의 이행 가능성, 가용 배터리 에너지의 크기, 충방전 속도 등을 확인하여, 전력 계통 서비스 참여 여부를 결정할 수 있고 그 결과를 전력 계통 서비스 운영 개체에게 전달할 수 있다. 전력 계통 서비스 참여가 결정되면, 집합적 충전 관리 사업자는 서버 장치를 통해 충방전 스케줄을 조정하여 충전기와 연결된 전기자동차, 충전 사업자 등에 전달할 수 있다.

전력 계통 서비스 이행 정보 연계에 있어서, 집합적 충전 관리 사업자는 전력 계통 서비스에 참여하여 피크감축, 주파수 조정 서비스 등의 이행 실적을 분석하여, 그 결과를 전력 계통 서비스 운영 개체에게 실시간 또는 참여가 종료된 일정 시간 이후에 전달할 수 있다. 전력 계통 서비스 운영 개체는 이행 실적 결과를 바탕으로 정해진 기준에 따라 인센티브 또는 정산금 등 산정하여 집합적 충전 관리 사업자에게 전달할 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 전력 계통 서비스 운영 개체의 산정 결과를 바탕으로 전력 계통 서비스에 참여한 전기자동차 보유자 또는 충전사업자 등에 대한 인센티브 또는 정산금을 결정하여, 이를 해당 개체에게 전달할 수 있다. 또한 인센티브 또는 정산금에 대한 이력을 일정한 주기 단위로 정리하여 정산할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 집합적 충방전 스케쥴링 서비스 방법을 도시한 흐름도이다.

도시한 충방전 스케쥴링 방법은, 충방전 스케쥴 설정에 필요한 정보를 취득하는 단계(S340); 충방전 스케쥴 설정 단계(S360); 계통에 대한 전력 서비스(즉, 전력계통 서비스)를 요청받는 단계(S410); 상기 요청받은 전력 서비스 참여시 적용할 상기 전기자동차 배터리의 집합적 충방전 기준부하를 생성하는 단계(S440); 상기 전력 서비스의 참여 여부에 대하여 전기자동차 보유자의 승인을 받는 단계(S460); 상기 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용한 상기 전력 서비스를 위한 충방전을 수행하는 단계(S480); 및 상기 전력 서비스의 상기 전기자동차의 서비스 참여를 확인하고, 참여에 대한 비용 정산을 수행하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.

구현에 따라, 상기 계통에 대한 전력 서비스를 요청받는 단계 이후, 상기 설정된 충방전 스케쥴을 재설정(조정)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 충방전 스케쥴 설정에 필요한 정보를 취득하는 단계(S340) 및 충방전 스케쥴 설정 단계(S360)의 전부 또는 일부는, 전기자동차가 충전기에 접속되지 않은 상태에서 서버 장치(200)에 의해 수행될 수 있다. 반면, 상기 계통에 대한 전력 서비를 요청받는 단계(S410) 이후의 단계들은 전기자동차가 충전기에 접속된 상태에서 수행될 수 있다.

구현에 따라, 상기 전기자동차 보유자의 승인을 받는 단계(S460)는, 상기 전력계통 서비스를 요청받는 단계(S410) 이전에, 미리 전기자동차 보유자로부터 미래의 특정 전력계통 서비스의 승낙을 미리 받아 기록하는 방식으로 수행될 수도 있다.

도 8은 종래 기술에 따른 충방전 서비스를 포함한, 이용자(전기자동차 보유자)가 실감할 수 있는, 전체 충방전 스케쥴링 및 처리 방법을 도시한 흐름도이다.

도 8에서는 서비스 가입 여부 확인 과정(SS120) 및 일반 모드와 요금 최소화 모드에 대한 과정들을 함께 도시하였으며, 전력 계통 서비스에 연관된 스케쥴링/처리 서비스 종료후 정산 과정들을 상세히 나타낸다.

서비스 가입 절차 및 이에 따른 가입자 정보 및 가입자 의사 접수 및 기록 과정은 일반적인 온라인 서비스 가입 절차와 유사하므로 상세 설명을 생략하였다.

도시한 흐름도에서, 서비스에 가입된 차량이 서비스를 수행하는 충전기에 연결되면(S110), 해당 차량의 서비스 가입 여부를 확인후(S120), 해당 차량에 적용할 충전 모드를 확인한다(S125).

스마트 충전 모드인 경우, 전송받은 충방전 스케쥴 정보를 확인하고, 차량 상태 및 전력 계통 상태를 모니터링한다(S380).

도시한 S410 단계에서 전력계통 서비스 요청이 없는 경우, 단순 충방전 수행 및 이에 대한 이력 업데이트 과정(S415)을 수행한다.

도시한 S410 단계에서 전력계통 서비스 요청이 존재하면, 요청 서비스에 따라, 해당 전기자동차에 대한 충방전 스케쥴을 재설정한다(S430). 다음, 재설정된 충방전 스케쥴에 따라 집합적 충전 기준부하를 생성하고(S440), 도시한 S460 단계에서 전기자동차 보유자에게 해당 요청에 대한 전력 계통 서비스 참여 여부를 확인한다.

상기 필요한 정보를 취득하는 단계(S340)는, 이전 시점의 차량 연결시나 연계 장치(100)를 이용하여 외부 서버로부터 입력받는 방식으로, 도 7의 차량 연결에 대한 흐름과 무관하게 수행될 수 있으며, 또한, 상기 충방전 스케쥴을 설정하는 단계(S360)도 차량 연결에 대한 흐름과 무관하게 서버 장치(200) 내에서 수행될 수 있는 바, 별도로 외부에서 입력되는 것과 같이 표현하였다.

상기 필요한 정보를 취득하는 단계(S340)는, 본 발명의 사상에 따른 스마트 충전 모드에서는 반드시 필요한 과정이지만, 여기서, 취득된 정보는 일반 모드나 요금 최소화 모드에서도 사용될 수 있다.

상기 필요한 정보를 취득하는 단계(S340)에서는 본 발명의 사상에 따른 전기자동차의 충전기 연결 및 충방전 스케줄 생성을 위한 정보를 취득하는데, 그 이전 과정을 포함한 구체적인 과정을 예시하면 하기와 같다.

전기자동차가 충전기와 연결되어 충전을 시작하게 되면, 집합적 충전관리 사업자의 서버 장치(200)는 충전기 등을 통해 전기자동차를 식별하고, 해당 차량의 충전 시작 정보와 전기자동차 보유(소유)자의 충전 설정 정보를 수신한다. 충전 시작 정보는 충전기 연결 시간, 연결 시점의 SOC 등이 있으며, 전기자동차 보유자의 충전 설정 정보는 충전 모드, 목표 SOC, 목표 SOC의 범위, 출차 시간 등의 정보이며, 전기자동차 보유자는 충전기 단말장치 또는 스마트폰 앱 등을 통해서 필요한 충전 변수를 설정할 수 있다.

전기자동차 보유자가 선택하는 충전 모드는 일반 충전 모드, 요금 최소화 모드, 스마트 충방전 모드로 구분될 수 있다. 서버 장치(200)는 전기자동차 보유자의 불편을 최소화하기 위하여 전기자동차 보유자의 선택을 기준으로 충방전 스케줄을 설정할 수 있다.

여기서, 일반 충전 모드(D_mode; dump mode)의 경우 종래 방식에 의한 충전으로 목표 SOC까지 정격으로 충전을 진행하며, 목표 SOC 도달 이후에는 더 이상 충전을 진행하지 않고, 목표 SOC를 계속 유지한다.

여기서, 요금 최소화 충전 모드(P_mode; price mode)의 경우 계시별(TOU) 요금제, 충전사업자 요금제 등 요금제와 출차 시간을 동시에 고려하여 충전 요금을 최소화하는 방식으로 충전 스케줄을 설정한다. 출차 시점, 목표 SOC, 요금제를 동시에 고려하여, 충전 시작 시간과 출차 시간 사이의 시간 범위에서 요금이 가장 낮은 시간대의 충전량을 최대로 하고, 목표 SOC를 도달하지 못했을 경우 그 차이는 요금이 높아지는 시간대의 순서로 목표 SOC를 충족하는 방식으로 하기 수학식 3과 같이 충전 스케줄이 설정될 수 있다.

또한, 상기 모드에서 서버 장치(200)는 충전 요금 최소화를 위해서 목표 SOC를 목표 값(레벨)이 아닌 목표 SOC 레벨 범위로 관리할 수 있다. 여기에서, P_i와 ΔSOC_i는 각각 i시간대의 요금, 충전량을 의미한다.

상기 일반 충전 모드 및 요금 최소화 모드는 본 발명의 사상에 따른 집합적 충방전과 무관하므로, 더 이상의 상세 설명을 생략하겠다.

본 발명의 사상에 따른 상기 스마트 충전관리 모드(S_mode; smart mode)는 출차 시간의 SOC 목표량, 배터리 수명 비용 최소화, 충전 요금 최소화 등을 제약 요건을 반영하여, 전기자동차의 소유자의 편익을 최대화하고, 충전과 방전을 동시에 진행하여 전기자동차 배터리를 전력 계통 서비스에 이용하는 충전모드이다.

이 모드에서 서버 장치(200)는 전기자동차 보유자의 충전 모드 선택이 효과적으로 이루어질 수 있도록 각 충전모드 선택에 따른 충전요금, 전력계통 서비스 참여에 따른 예상 편익 등을 산출하여 충전 모드 선택 시점에 해당 정보를 전기자동차 보유자에게 제공할 수 있다. 또한 서버 장치는 전기자동차 보유자의 주행 패턴, 과거 충전 이력 등을 이용하여 충전 모드를 자동으로 설정하거나 최적의 모드를 계산하여 추전 할 수 있다.

상기 서버 장치(200)는 스마트 충전관리 모드에 따른 충방전 스케줄을 설정하기 위해 필요한 정보를 아래와 같이 보조 시스템과 연계 시스템으로부터 수신할 수 있다.

참여고객 정보로서, 평일과 주말/휴일이 구분된 1일 평균 주행 거리 및 주행 거리의 분포, 충전 패턴(충전 연결 시간, 출차 시간, 목표 SOC 등) 및 분포, 충전모드 선택 이력, 전기자동차 배터리 이용 참여 이력 등.

전기자동차 차량 정보로서, 전기자동차 OEM의 차량 충방전 특성 정보, 배터리 용량, 최소/최대 SOC, 최대 방전 속도(급가속, 제로백 등), 충방전 효율, 배터리의 품질 보증과 관련된 충방전 제약 조건 등.

충전기 정보로서, 충전기 용량, 충전사업자 식별 정보, 최대 충전 전력, 충방전 효율, 설치 위치, 설치 장소의 특성(건물내, 건물밖, 캐노피 여부, 주차요금 부과 여부 등), 설치 장소의 배전선로 정보, 전력 공급 계약 정보 등.

충전 사업자 정보로서, 집합적 충전 관리에 참여하는 충전 사업자의 충전기 정보.

기온 정보로서, 당일의 지역별 시간대별 기온 예측 정보, 충전 장소의 시간대별 기온 정보, 기온 예측과 충전 장소의 시간대별 기온의 상관관계 정보 등.

요금 정보로서, 충전사업자 또는 전력 유틸리티의 시간대별 충전 요금 정보, 전기자동차 배터리의 이용에 따른 인센티브 정보 등.

배터리 특성 정보로서, 충방전 이력 또는 사용 기간 등에 따르는 충방전 손실 계수의 변화, 배터리의 온도에 따른 충방전 손실 계수의 변화 등.

도 9는 스마트 충전 관리모드의 SOC 구분 및 그에 따른 전력계통 서비스 유형을 나타낸 개념도이다.

도 10은 SOC 수준, 기온에 따른 리튬이온 배터리 저장 열화의 용량 감쇠 변화를 비교한 그래프들이다.

도 11은 SOC 수준과 기온에 따른 리튬이온 배터리 저장 열화의 내부 저항 변화를 비교한 그래프들이다.

상기 충전 스케쥴 설정 단계(S140) 및 상기 집합적 충방전 기준부하를 생성하는 단계(S440) 등에서는, 스마트 충전 관리 모드의 충방전 스케줄 생성을 위한 SOC 수준을 구분하는데, 이를 상술하면 다음과 같다.

아래와 같이, 스마트 충전 관리 모드에서 서버 장치는 배터리 성능과 제어 범위, 전기자동차 보유자의 출차 시점의 SOC 목표량, 평일 주행거리를 반영한 SOC 소비량(ΔSoC_drive) 등을 활용하여 SOC 수준을 세분화하고, 각각의 SOC 수준에 대하여 충방전의 제어 범위를 다르게 적용할 수 있다.

도면에서, 최소 SOC (SOC_min)는 배터리의 수명 및 성능 관리를 위한 최소 SOC량이다. 일반적으로 전기자동차 배터리는 SOC를 항상 20% 이상을 유지하여야 성능이 유지되는 것으로 알려져 있다. 최소 SOC 수준은 전기자동차 OEM 또는 배터리 제조사의 성능 요건 등에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 서버 장치(200)는 충전기에 연결되었을 때, 연결 시점의 SOC를 파악하여 SOC가 최소 SOC 미만이면, 최소 SOC를 신속하게 도달할 수 있도록 충전 스케줄을 설정하고, 설정된 스케줄에서 최소 SOC 도달 시간을 계산한다.

도면에서, Level 1 SOC(SOC_{level_1})는 전기자동차 보유자가 갑작스런 사유로 예정된 출차 시간보다 이른 시간에 출차를 할 경우에 일상적인 이동을 위해 필요한 낮은 수준의 SOC를 의미한다.

예를 들어, 출퇴근 용도로 사용하고, 하루 평균 이동 거리가 100km이며, 주로 이용하는 충전기가 근무지에 있을 경우, 완충시의 주행거리가 400km인 전기자동차는 하루에 필요한 주행을 위해 충전해야 하는 SOC(ΔSoC_drive)가 25% 내외이므로 매일 충전을 할 경우 출차시에 필요한 SOC는 굳이 80% 이상으로 할 필요가 없으며, 불확실성을 감안하더라도 50~70% 정도의 SOC를 충전하면 이용에 불편이 없을 수 있다.

예를 들어, 전기자동차 보유자의 주행 패턴에서 다음 충전 시점까지의 일상적인 이동거리가 80km이고 전기자동차가 완충시에 400km를 주행하는 차량일 경우, ΔSoC_drive가 20%이므로 최소 SOC가 20%일 경우 SOC_{level_1}는 40%가 될 수 있다. 따라서 SOC_{level_1} 기준 값은 전기자동차 차량의 종류, 전기자동차 보유자의 주행 패턴에 따라 달라질 수 있다. 또한 최소 SOC에서 SOC_{level_1}까지의 충전 스케줄은 전기자동차 보유자의 갑작스런 출차 발생 빈도와 시간대별로 적용되는 충전 요금에 따라 스케줄을 달라질 수 있다. 즉, 갑작스런 출차 발생 빈도가 높은 차량은 SOC_{level_1} 도달 시점을 빨리 가져갈 수 있고, 출차시간이 일정한 차량은 SOC_{level_1} 도달 시점을 늦게 가져갈 수 있다. 또한 SOC_{level_1} 도달 시점을 늦게 할 수 있는 경우 충전 요금이 낮게 되도록 시간대별 충전량을 유연하게 설정할 수 있다. 전기자동차 배터리의 SOC가 SOC_min과 SOC_{level_1} 범위에 있을 경우 서버 장치는 시간별 충전량, 충전속도를 제어하는 형태로 충전 스케줄을 설정하며 방전은 긴급한 상황에서만 시행할 수 있도록 제한된다.

도면에서, Level 2 SOC(SOC_{level_2})는 전기자동차 보유자의 출차 시점의 목표 SOC 범위와 SOC_{level_1}의 중간에 있는, 저장 열화가 최소가 되는 구간으로 전기자동차 배터리를 이용하여 전력 계통 서비스를 할 수 있는 SOC 범위로서 배터리의 상태, 각 시간에서의 충전 장소 온도 등에 따라 범위가 달라질 수 있다. 예를 들어, 충전 장소의 온도가 33℃ 이상일 경우 SOC를 높게 유지하면 배터리 수명이 단축되므로, SOC_{level_2}는 50%로 설정될 수 있으며, 충전 장소의 온도가 18℃~28℃일 경우 SOC가 높아도 배터리 수명에 미치는 영향이 거의 없으므로 SOC_{level_2}는 80%로 설정될 수 있다. 전기자동차용 리튬 배터리는 SOC가 40%~60%일 경우 내부 저항이 최소화되어 충방전에 따른 열손실이 최소화되므로 배터리 수명 감소와 열손실이 최소화되도록 SOC_{level_2}의 범위는 40%~60%에서 정해질 수 있다.

전기자동차 배터리의 SOC가 SOC_{level_1}에서 SOC_{level_2} 범위에 있을 때, 서버 장치는 해당 전기자동차의 배터리를 충전과 방전에 동시에 이용할 수 있고, 제어할 수 있는 전력량의 범위는 “SOC_{level_2}-SOC_{level_1}”, 또는 “SOC_{target_min}-SOC_{level_1}”의 절대값이 될 수 있다. 충방전의 제어 속도는 배터리의 사양이나 OEM의 배터리 품질보증 조건, 충전기의 사양 등에 따라 달라질 수 있다.

도면에서, Level 3 SOC(SOC_{level_3})는 SOC_{level_2}와 출차 목표 SOC 최소값 사이에 있는 값으로 배터리의 저장 수명에 영향을 줄 수 있어서 유지시간을 가급적 짧게 해야 하는 SOC 범위에 해당한다. SOC_{level_3}는 SOC_{level_2} 및 출차 목표 SOC의 범위에 따라 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, SOC_{level_2}가 60%이고, 출차목표 SOC가 70±10%로 설정되어 있는 경우, SOC_{level_3}는 존재하지 않는다.

도면에서, 출차 목표 SOC(SOC_target, SOC_{target_min}, SOC_{target_max})는 출차 목표 SOC는 충전기를 연결할 때 전기자동차 보유자가 입력한 값이거나 전기자동차 보유자의 충전 패턴에 기초하여 자동으로 산출된 값일 수 있다. 종래의 출차 목표 SOC 관리 방식과 달리, 스마트 충전 관리 모드에서의 목표 SOC는 전기자동차 배터리 이용한 전력 계통 서비스 운영의 유연성을 확보하기 위해, 목표 SOC를 반드시 달성해야 하는 값으로 인식하기보다 범위의 값으로 간주한다. 예를 들어, 완충 시에 400km를 주행할 수 있는 전기자동차의 소유자가 SOC 목표 값을 80%로 설정하였다고 하고, 다음 충전 시점까지의 주행 거리가 160km일 경우 ΔSOC_drive가 40%이므로, 전기자동차 보유자가 다음 충전 시점까지 이동 거리 목표를 달성하기 위해 충전이 필요한 SOC 수준은 최소 SOC 20%와 ΔSoC_drive의 합인 60% 이상이 되며, 이 경우 충전량 부족으로 인해 차량 운영에 문제가 발생할 가능성이 낮아진다. 이에 따라 서버 장치는 전기자동차 보유자가 출차 SOC를 80%로 입력하였더라도 목표 SOC를 80±15%의 형태로 관리할 수 있으며, 목표 SOC를 범위로 관리함에 따라 배터리의 전력 계통 서비스 이용에 대한 제약을 줄일 수 있다.

목표 SOC의 범위는 전기자동차 보유자의 선호, 차량 이용 패턴의 변동성 등에 따라 차량마다 달라질 수 있다. 즉, ΔSoC_drive의 변동이 큰 전기자동차는 목표 SOC 범위를 좁게 설정할 수 있으며, ΔSoC_drive의 변동이 작은 전기자동차는 범위를 넓게 설정할 수 있다. 서버 장치는 전기자동차의 출차 시점까지의 잔여 시간, 현재의 SOC 수준 등을 종합적으로 고려하여 충방전 스케줄을 설정할 수 있다. 예를 들어, 출차시간이 18시이고, 출차 목표 SOC가 70%이며, 17시에 60%일 경우, 서버 장치는 17시에서 18시 사이에 충방전을 통해 10±5%의 전력량을 충전하도록 스케줄을 생성할 수 있어서 충방전을 유연하게 운영할 수 있다.

도면에서, 최대 SOC(SOC_max)는 배터리의 수명에 영향을 주는 과도한 충전량을 회피하기 위한 것으로, 배터리의 종류 및 제작사에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 서버 장치는 전기자동차 OEM, 배터리 제조사로부터 최대 SOC에 대한 정보를 받아 이를 적용할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 배터리의 수명에 영향을 주지 않는 SOC의 최대 값은 80% 내외로 되어 있으나, 전기자동차 OEM에서 배터리 수명 유지를 위해 내부적으로 10%의 여유를 두고 최대 충전량을 관리하므로, 100%가 최대 SOC인 경우도 있을 수 있다.

서버 장치(200)는 전기자동차 배터리의 SOC 수준에 따라 활용되는 전력 계통 서비스를 달리 운영할 수 있다. SOC가 최소 SOC에서 SOC_{level_1} 사이에 있을 때, 서버 장치(200)는 전기자동차 배터리를 V1G 즉, 시간에 따라 충전량, 충전 속도에 활용할 수 있다. SOC가 SOC_{level_1}에서 SOC_{level_2} 사이에 있을 때, 전기자동차 배터리는 V2G 즉, 충방전을 동시에 제어하는 전력 계통 서비스에 활용될 수 있다.

이들 SOC의 기준 값은 차량별, 계절별, 충전기의 사양, 설치 장소 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 여름철 온도가 높은 낮 시간에는 배터리의 수명 연장을 위해 SOC 수준을 낮게 유지하도록 범위가 설정될 수 있는데, 같은 날이라 하더라도 지하주차장 등과 같이 실내에 설치된 충전기의 경우는 기온이 높지 않으므로 SOC 범위가 더 높을 수 있다. 또한 충전사업자 별로 충전 요금이 다를 수 있으므로 충전 요금을 최소화해야 하는 제약에 따라 시간별 충방전 스케줄이 달라질 수 있다.

서버 장치(200)는 전기자동차 보유자의 과거 충전 이용 패턴을 이용하여 당일의 충전 이용 패턴을 추출하여 스케줄링을 진행할 수 있다. 또한 겨울의 경우 히터 등으로 주행거리가 20%이상 감소하므로 계절에 따른 전기자동차 연비 변화를 반영하여 SOC 목표량을 설정할 수 있다.

또한, 상기 충방전 스케쥴 설정 단계(S360) 및/또는 충방전 기준부하 생성 단계(S440)의 수행에 있어, 다음과 같은 전기자동차 배터리의 전력계통 서비스 활용을 위한 제약 조건을 반영할 수 있다.

서버 장치(200)는 전기자동차 배터리의 SOC 범위에 따라 전력 계통 서비스 활용을 달리 운영할 수 있다. SOC가 최소 SOC 이하일 경우 최소 SOC에 빨리 도달하는 것이 우선시되므로 서버장치는 이 상태에 있는 전기자동차 배터리는 전력 계통 서비스 대상에서 제외한다.

배터리 SOC가 최소 SOC에서 SOC_{level_1} 사이에 있을 때, 서버 장치는 전기자동차 배터리를 V1G 즉, 시간에 따라 충전량, 충전 속도에 활용할 수 있다. SOC가 SOC_{level_1}에서 SOC_{level_2} 사이에 있을 때, 전기자동차 배터리는 V2G 즉, 충방전을 동시에 제어하는 전력 계통 서비스에 활용될 수 있다.

전기자동차 보유자의 주된 충전 목적은 출차 시간에 원하는 SOC 수준으로 배터리를 충전하는 것이므로, 서버 장치(200)는 예상 출차 시간이 가까워지면, 출차 목표 SOC를 달성할 수 있도록 스케줄을 생성해야 한다. 하지만 스마트 충전 관리 모드에서는 출차 목표 SOC를 목표 값이 아닌 범위로 관리하므로 출차 시점에 가까운 시간에서도 서버 장치는 전기자동차 배터리를 V2G 전력 계통 서비스에 활용할 수 있다. 스마트 충전 관리 모드에서는 SOC가 최대 SOC 상태에 도달하지 않도록 운영되므로, 이 범위는 제어 대상에서 제외된다.

또한, 상기 충방전 스케쥴 설정 단계(S360) 및/또는 충방전 기준부하 생성 단계(S440)의 수행에 있어, 다음과 같은 전력 계통 서비스 활용을 위한 충방전 속도에 대한 제약 조건을 반영할 수 있다.

스마트 충전 관리 모드에서는 충방전에 따른 배터리 수명 영향을 최소화하거나 수명을 향상시키기 위한 충방전 스케줄을 생성하므로, 제어 가능한 최대 충방전 속도는 전기자동차 OEM 또는 배터리 제조사의 품질 요구사항, 연결되어 있는 충전기의 사양, 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충방전 속도, SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충방전 속도 등을 고려하여 설정될 수 있다. 예컨대, 최대 충전 속도 및 최대 방전 속도는 하기 수학식 4 및 5에 따라 결정될 수 있다.

상기 수학식 4와 같이, 최대 충전 속도(

)는 전기자동차 OEM 또는 배터리 제조사가 품질 보증에 포함한 최대 충전 속도(

), 연결되어 있는 충전기의 최대 전력(

), 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충전 속도(

), SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충전 속도(

) 등의 최소값으로 설정될 수 있다.

상기 수학식 5와 같이, 최대 방전 속도(

)는 전기자동차 OEM 또는 배터리 제조사가 품질 보증에 포함한 최대 방전 속도(

), 연결되어 있는 충전기의 최대 역송 전력(

), 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 방전 속도(

), SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 방전 속도(

) 등의 최소값으로 설정될 수 있다.

최대 방전 속도에 대한 전기자동차 OEM 또는 배터리 제조사가 품질 보증이 없을 경우, 서버 장치는 전기자동차의 동작 특성을 참조하여 근사한 값을 적용할 수 있다. 예를 들어, 전기자동차는 급가속 시점에 최대 방전을 하므로, 해당 전기자동차의 제로백 시간과 차량 무게, 방전 효율 등을 기준으로 최대 방전 속도를 추정할 수 있다.

또한, 상기 충방전 스케쥴 설정 단계(S360) 및/또는 충방전 기준부하 생성 단계(S440)의 수행에 있어, 다음과 같은 전력 계통 서비스 활용을 위한 충방전량에 대한 제약 조건을 반영할 수 있다.

스마트 충전 관리 모드에서는 충방전에 따른 배터리 수명 영향을 최소화하거나 수명을 향상시키기 위한 충방전 스케줄을 생성하므로, 제어 가능한 충방전량(ΔSOC)은 SOC 수준, 전기자동차 보유자의 출차 목표 SOC 및 출차 시간, 기온, 배터리 특성 정보, 배터리 열화 상태 등에 따라 달라질 수 있다.

구현에 따라, SOC가 최소 SOC와 SOC_{level_1} 사이인 경우에서는 V1G를 이용한 전력 계통 서비스나 통상 주행을 위한 충전를 주로 수행하므로, 이 SOC 범위에서의 시간별로 제어할 수 있는 충전량의 범위는 0≤ΔSOC≤SOC_{level_1}이 될 수 있다.

SOC가 SOC_{level_1} 이상일 경우 V2G를 이용한 전력 계통 서비스를 수행할 수 있으며, 서버 장치가 이용할 수 있는 충방전량의 범위는 기본적으로 SOC_{level_1}≤ΔSOC≤SOC_{target_max}가 될 수 있다. 하지만 충방전량의 범위는 해당 시점의 기온과 출차 시간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 기온이 33℃ 이상일 경우 SOC를 높게 유지하면 배터리 수명이 단축되므로, 서버 장치는 낮 시간의 SOC 범위를 60% 이하가 되도록 설정할 수 있으며, 이 경우 해당 시간의 충방전량의 범위는 SOC_{level_1}≤ΔSOC≤SOC_60%가 될 수 있다. 또한, 출차 시간이 18시이고 목표 SOC의 범위가 80%±10%일 경우 서버 장치는 17시 이후의 충방전량 범위를 SOC_70%≤ΔSOC≤SOC_90%가 되도록 설정할 수 있다. 전기자동차용 리튬 배터리는 SOC가 40%~60%일 경우 내부 저항이 최소화되어 충방전에 따른 열손실이 최소화되므로, 서버장치는 또한 V2G 중의 SOC 범위가 40%~60%에서 동작하도록 스케줄을 생성할 수 있다.

또한, 상기 충방전 스케쥴 설정 단계(S360) 및/또는 충방전 기준부하 생성 단계(S440)의 수행에 있어, 다음과 같은 전력 계통 서비스 활용 시간에 관한 제약 조건을 반영할 수 있다.

스마트 충전 관리 모드에서 전력 계통 서비스 이용 여부는 기본적으로 배터리의 SOC 상태를 기준으로 운영되나, 각 SOC 수준에 도달하는 시점은 전기자동차 보유자의 출차 목표 SOC, 출차 시간, 충방전 속도에 대한 제약 조건, 전기자동차 보유자의 갑작스런 출차시간 변경 이력 및 분포, 특정 시간대의 충전요금, 전력 계통 서비스 요청의 가능성 및 예상 요청 시점 등에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 전력 계통 서비스의 요청이 없을 것으로 예상되는 여름철 특정일에 9시에 충전을 시작하는 전기자동차가 충전 시작 시점의 SOC가 15%, 출차시간이 18시, 출차 목표 SOC가 80%인 경우의 전기자동차에 대한 각 SOC 수준의 도달 시간에 대한 선택은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

0% ~ SOC_min 구간은, 최소 SOC는 배터리 성능을 위해 상시 필수적으로 유지해야 하는 SOC 수준이므로, 가급적 빨리 최소 SOC 수준에 도달하여야 하는 제약이 있다. 이 구간에서는 최대 충전 속도로 충전을 진행하며, 도달 시간은 배터리 및 충전기의 성능 특성, 충전기 연결시점의 SOC 수준 등에 따라 달라질 수 있다. 최소 SOC 수준 도달이 우선시되므로 이 구간에서는 충전 요금 등은 고려되지 않을 수 있다.

SOC_min ~ SOC_{level_1} 구간은, 전기자동차 차량별로 1일 평균 주행거리와 분포가 상이하므로 SOC_{level_1} 수준, 출차 목표 SOC 수준은 차량마다 상이할 수 있다. 또한 출차 시간과 갑작스런 출차 시간 변경 분포가 차량마다 상이하므로 각 SOC 수준이 요구되는 시점도 차량마다 다를 수 있다. 또한 전력 계통 서비스가 없을 것으로 예상되므로 스마트 충전 관리 모드는 배터리 손상 최소화와 충전 요금 최소화의 항목이 추가적으로 고려될 수 있다. 해당 차량이 갑작스런 출차 시간의 변경이 정규분포를 가진다고 할 때, 66%의 확률을 기준으로 하면 1σ(표준편차), 95%의 확률을 기준으로 하면 2σ에 해당하는 시점이 갑작스런 출차 시간 변경을 안정적으로 반영할 수 있는 SOC_{level_1} 도달 시점이 된다. 확률에 대한 선택은 집합적 충전관리 사업자의 정책, 전기자동차 보유자의 위험 선호도, 시간대별 충전 요금 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 여름철의 시간대별 충전요금이 09시~10시, 12시~13시, 17시~23시는 중간부하 요금, 10시~12시, 13시~17시는 피크부하 요금이 부과될 경우, 요금을 낮추기 위해 중간부하 요금 시간에 충전이 많이 되도록 SOC_{level_1} 도달시점을 앞당기거나 늦은 오후로 늦출 수 있다. 반면에 10시~12시, 17시~20시에 피크요금이 부과되고 오후에 중간부하 요금이 부과되는 겨울의 경우에는 SOC_{level_1} 도달 시점을 오후로 늦출 수 있다.

SOC_{level_1} ~ SOC_{level_2} 구간은, 전력 계통 서비스가 없을 것으로 예상되므로, SOC_{level_2}에서는 배터리 수명과 충전요금 등을 고려하여 시간에 따른 SOC 수준을 관리할 수 있다. 여름철의 경우 낮 시간에는 기온이 높아 SOC를 높게 유지하는 것이 배터리 수명에 좋지 않고 오후에는 피크 요금이 부과되므로, 배터리 수명과 충전요금을 동시에 고려하여 SOC는 가급적 SOC_{level_2} 범위에서 낮은 수준을 유지할 수 있다. 예를 들어, SOC_{level_2}가 70%일 경우, 피크요금을 피해서 16시까지의 SOC는 40% 범위를 유지하다가, 17시 이후부터 충전을 다시 시작하여 18시의 SOC를 70% 수준에 도달하도록 할 수 있다. 반면에 오후에 중간부하 요금이 부과되고 17시부터 피크요금이 부과되는 겨울에는 오후에도 충전을 계속하여 17시의 SOC를 출차 SOC에 도달하도록 할 수 있다.

SOC_{level_2} ~ SOC_target 구간은, 전력 계통 서비스가 없을 것으로 예상되므로, 스마트 충전관리 모드에서는 충전요금과 기온 등을 출차 목표 SOC 도달 시점을 달리할 수 있다. 예를 들어, 출차 시간 1시간 이전에 SOC_{target_min}에 도달하도록 할 수 있다. 여름철에는 출차 시점 이후의 기온 예측에 따라 기온이 33℃ 이상일 경우, 출차 SOC를 SOC_{target_min}이 되도록 설정할 수 있다.

한편, 전력 계통 서비스 요청이 있을 것으로 예상되는 여름철 특정일에는 예를 들어, 9시에 충전을 시작하는 전기자동차가 충전 시작 시점의 SOC가 15%, 출차시간이 18시, 출차 목표 SOC가 80%인 경우의 전기자동차에 대한 각 SOC 수준의 도달 시간에 대한 선택은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

0% ~ SOC_min 구간은, 최소 SOC는 배터리 성능을 위해 상시 필수적으로 유지해야 하는 SOC 수준이므로, 전력 계통 서비스 요청 예측과 관계없이 가급적 빨리 SOC_min 수준에 도달하도록 설정된다. 전력 계통 서비스 요청이 없는 경우와 마찬가지로 SOC_min 수준 도달이 우선시되므로 이 구간에서는 충전 요금 등은 고려되지 않을 수 있다.

SOC_min ~ SOC_{level_1} 구간은, 전력 계통 서비스 요청이 있을 것으로 예상되므로 스마트 충전 관리 모드는 배터리 손상 최소화, 충전 요금 최소화와 더불어 전력 계통 서비스 참여 항목이 추가적으로 고려될 수 있다. 요청되는 전력 계통 서비스가 특정 시간에 충전부하를 감축시키는 V1G 요구에 해당할 경우, 갑작스런 출차 시간 변경을 고려한 SOC_{level_1}도달 시점을 기준으로 특정 시간 이전에 SOC_{level_1}에 도달하도록 충전을 진행하여, 특정시간에는 충전이 발생하지 않도록 할 수 있다. 만일 특정 시간 이후의 충전 요금이 낮을 경우, 특정시간에는 충전을 하지 않고, 특정 시간 이후에 충전을 진행하여 SOC_{level_1}에 도달하도록 설정할 수도 있다. SOC_{level_1} 이하에서는 V1G 충전 제어만 수행하므로, 전기자동차의 SOC가 이 범위에 있을 때 V2G 전력 계통 서비스에는 참여하지 않는다. 만일 전기자동차의 출차 시간이 V1G 전력 계통 서비스가 요청되는 특정 시간에 인접하여 특정 시간에도 계속 충전이 필요한 경우에는 특정 시간 이전에 SOC 수준을 최대한 높게 하고, 특정 시간에는 충전량을 최소화하는 방식으로 충전 스케줄이 설정될 수 있다.

SOC_{level_1} 이상 구간은, SOC_{level_1}이상 에서는 V2G 전력 계통 서비스가 가능하며 제어가 가능한 SOC 범위는 SOC_{level_1}≤ΔSOC≤SOC_{target_max}에서 충방전량의 범위는 해당 시점의 기온과 출차 시간에 따라 달라질 수 있다. 스마트 충전 관리 모드에서는 출차 목표 SOC를 목표 값이 아닌 목표 범위로 관리하므로, V2G 제어가 가능한 시간은 출차 시간까지 가능하나, 출차 시간에 가까워지면 SOC_{target_min}≤ΔSOC≤SOC_{target_max}으로 SOC 제어 범위가 줄어들 수 있다. 예를 들어 V2G 전력 계통 서비스가 요청되는 시간에서 전기자동차가 SOC_{level_2}에 있고, 해당 차량의 출차 시간에 여유가 있을 경우 SOC의 제어 범위는 SOC_{level_1}≤ΔSOC≤SOC_{target_max}이 될 수 있지만, 해당 차량이 1~2시간 이내에 출차 할 것으로 예상되는 경우에는 SOC_{target_min}≤ΔSOC≤SOC_{target_max}으로 V2G 제어 범위가 달라질 수 있다.

예를 들어, 충전기 연결 시점의 SOC가 SOC_{level_1} 이상이거나, 출차 시간이 16시 등으로 충전시간이 짧은 경우, 각 SOC_{level_1}의 도달 시점이 달라질 수 있다.

SOC_level-1≤SOC_연결인 상태에서 충전기에 연결할 경우, 충전기 연결 시점에서 SOC가 SOC_{level_1} 이상이면, 해당 전기자동차는 연결 시점부터 V2G 전력 계통 서비스가 가능하다. 여름철의 낮 시간에는 SOC를 낮게 유지하는 것이 배터리 수명에 유리하므로, 이러한 차량은 충전기 연결 시점부터 방전을 진행하여 낮 시간 SOC 수준을 낮게 유지하도록 설정될 수 있다. 이 경우, 방전 여부는 역송 전력에 대한 비용과 역송 전력의 판매에 따른 이익을 비교하여 편익이 비용을 초과하는 경우에 허용될 수 있다. 예를 들어, 출퇴근용으로 사용되는 전기자동차가 심야의 경부하시간에 집 근처에서 충전을 진행하여 SOC가 높은 상태로 출근하여 9시에 SOC가 70%인 수준에서 충전기와 연결되면, 오전 또는 오후에 충전이 필요한 다른 차량에 충전된 전력을 역송으로 제공하고, 시간대별 전기요금 차이에 의한 이익이 발생할 수 있다. 이렇게 되면, 집합적 충전관리 사업자는 전력 수요가 높은 시간대의 전체(net) 충전 부하를 줄일 수 있고, 전력 계통 서비스 사업자는 피크 부하를 이전하는 효과가 있을 수 있다.

SOC_min≤SOC_연결≤SOC_{level_1}인 상태에서 충전기에 연결할 경우, 충전기 연결 시점에서 SOC가 이 범위에 있으면, 해당 전기자동차는 연결 시점에서 V1G 전력 계통 서비스가 가능하다. 이 경우 SOC_{level_1} 도달 시점은 출차 시간, 충전 요금에 따라 달리 설정할 수 있다. SOC_{level_1}에 도달하기 위해 필요한 ΔSOC가 크지 않으므로 요금이 낮은 시간을 기준으로 충전을 진행하고, 낮 시간에는 SOC를 낮게 유지한 후, 출차시간에 인접하여 출차 목표 SOC에 도달하는 충전 스케줄을 설정할 수 있다.

충전 시간이 짧게 설정된 경우, 출차 예정 시간이 18시 이후가 아니라 15시, 16시 등으로 설정되었으면, 계통의 피크 부하 시간대와 출차 시간이 인접하여 각 SOC 수준의 도달 시간과 전기자동차 배터리의 전력 계통 서비스 이용이 달라질 수 있다. 스마트 충전관리 모드에서도 전기자동차 충전의 주된 목적인 출차 시간의 목표 SOC 도달이 기본 제약 조건이기 때문에 출차 예정 시간 1시간 전에는 출차 목표 SOC 범위의 최소값에 도달하도록 스케줄을 생성하고, 그 이전의 시간에는 최대 충전 속도, 충전 요금 등을 기준으로 시간대별 충전량과 V1G, V2G 제어 범위를 정할 수 있다. 충전 시간이 짧아서 V1G, V2G 전력 계통 서비스의 활용 가능성이 낮을 경우, 서버 장치는 해당 차량을 전력 계통 서비스 활용 대상에서 우선순위를 낮추거나 제외할 수 있다.

또한, 상기 충방전 스케쥴 설정 단계(S360) 및/또는 충방전 기준부하 생성 단계(S440)의 수행에 있어, 다음과 같은 전력 계통 서비스 활용 비용에 관한 제약 조건을 반영할 수 있다.

전기자동차 배터리를 이용하여 전력 계통 서비스 요청에 참여하거나 전기자동차 보유자가 스마트 충전관리 모드를 선택하기 위해서는 스마트 충전 관리 모드에서는 충전 관리, 전력 계통 서비스 참여에 따른 비용에 비하여 이를 통해 얻을 수 있는 기대 이익이나 효용이 더 커야 한다는 제약이 있다.

충방전과 관련된 비용은 충전 전력 공급 비용, 충전 사업자의 충전 요금, 충전소 주차장 공간 점유 비용, 충방전 효율에 따른 에너지 소실 비용, 충방전에 따른 배터리의 수명 비용, SOC 유지에 따른 배터리 수명 비용, 차량을 충전기와 오랜 동안 연결함에 따른 전기자동차 보유자의 불편 비용, 특정 시점에서 목표한 SOC 수준을 충족하지 못함에 따른 전기자동차 보유자의 위험 비용 등이 고려될 수 있다.

스마트 충전 관리에 따른 편익은 충전 요금 절감, V1G 서비스 참여에 따른 인센티브, V2G 서비스 참여에 대한 인센티브, 전기자동차 차량 간의 잉여 충전전력 거래에 따른 편익 등이 있을 수 있다.

비용은 전력 계통 서비스에 대한 참여 정도/종류에 따라 다르므로, 상기 참여 정도에 따라 구분하여 살펴보겠다.

먼저, 스마트 충전 관리의 V1G 서비스 참여의 경우, 집합적 충전 관리에서 전기자동차 보유자가 선택하는 충전 모드는 종래의 충전 방식인 일반 충전 모드와 요금최소화 충전 모드, 스마트 충전관리 모드로 구분된다. 이에 따라 전기자동차 보유자는 요금최소화 충전 모드와 비교하여 스마트 충전 관리에서 V1G만 참여하는 경우를 비교하여, V1G 참여의 편익이 비용에 비해서 클 경우 스마트 충전관리를 통해 V1G에 참여할 수 있다.

따라서, 요금최소화 충전 모드로 충전을 진행했을 때의 충전 비용을 추정한 결과와 스마트 충전 관리의 충전 비용을 비교하면, 요금 최소화 충전 모드에서는 충전 요금, 충전 효율에 따른 에너지 소실 비용, 충전소 주차 공간 점유 비용, SOC 유지에 따른 배터리 수명 비용 등이 있을 수 있으며, 스마트 충전 관리 모드에서는 충전 요금, 충전 효율에 따른 에너지 소실 비용, 충전소 주차 공간 점유 비용, SOC 유지에 따른 배터리 수명 비용, 전기자동차 보유자의 불편 비용 등이 있을 수 있으며, 이와 함께 V1G 참여에 따른 편익이 있을 수 있다. 예를 들어, 집합적 충전관리 사업자는 하기 수학식 6에 따라 비용과 편익을 계산하고 수익성이 있을 경우, 전기자동차 배터리를 이용한 V1G 서비스 참여를 결정할 수 있다.

다음, 스마트 충전 관리의 V2G 서비스 참여의 경우, 요금최소화 충전 모드로 충전을 진행했을 때의 충전 비용을 추정한 결과와 스마트 충전 관리의 V2G의 충방전 비용을 비교하면, 요금 최소화 충전 모드에서는 충전 요금, 충전 효율에 따른 에너지 소실 비용, 충전소 주차 공간 점유 비용, SOC 유지에 따른 수명 비용 등이 있을 수 있으며, 스마트 충전 관리 모드에서는 충전 요금, V2G를 위한 추가 충전 비용, 충방전 효율에 따른 에너지 소실 비용, 충전소 주차 공간 점유 비용, SOC 유지에 따른 배터리 수명 비용, 충방전에 따른 배터리 전기자동차 보유자의 불편 비용 등이 있을 수 있으며, 이와 함께 V2G 참여에 따른 인센티브 편익이 있을 수 있다. 예를 들어, 집합적 충전관리 사업자는 하기 수학식 7에 따라 비용과 편익을 계산하고 수익성이 있을 경우, 전기자동차 배터리를 이용한 V2G 서비스 참여를 결정할 수 있다.

다음, 전기자동차의 잉여 SOC를 다른 전기자동차의 충전 전력으로 제공하는 경우, 예컨대, 출퇴근용 차량이 심야에 집 근처에서 충전을 진행하여 충분한 SOC를 확보한 상태에서 오전에 근무지에서 충전기와 연결하는 경우, 스마트 충전 관리 모드에서는 해당 전기자동차의 잉여 SOC를 방전시켜서 같은 시간에 충전이 필요한 다른 전기자동차의 충전 전력으로 활용될 수 있다. 즉, 경부하 시간과 피크 부하시간의 요금 차이를 이용하여, 요금이 낮은 경부하 시간에 충전을 진행하여 잉여 SOC를 확보하고 요금이 비싼 낮 시간에 다른 전기자동차에 충전 전력을 제공할 수 있다. 이를 통해 전력 계통 서비스 개체는 전력 계통의 피크 감축, 부하 이전을 유도하고, 전기자동차 보유자는 전력 판매에 대한 이익을 수령하거나 그에 상응하는 만큼 충전 비용을 절감할 수 있고, 기온이 높거나 낮은 시간에 SOC를 낮게 관리하여 배터리의 수명 향상을 기대할 수 있다. 또한 집합적 충전관리 사업자는 전력 계통 서비스 사업자의 전력 계통 서비스 참여 요청이 빈번하게 발생하지 않은 경우에도 이러한 서비스를 통해 사업성을 강화할 수 있고, 이러한 거래를 통해서 V1G, V2G의 참여량과 참여 속도를 높임으로써 이들 서비스에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

잉여 SOC를 활용한 전기자동차 충전은 잉여 SOC(△SOC)를 제공하는 전기자동차 보유자는 하기 수학식 8과 같이 구해지는 경부하 시간의 충전 비용과 낮 시간 방전에 따른 비용에 비하여 방전 전력 판매 이익, SOC 수준을 낮게 유지함에 따른 배터리 수명 향상 편익 등을 비교하여 수익이 기대될 경우 참여할 수 있다. 반면에 잉여 SOC를 구매하는 전기자동차 보유자는 해당 시간의 충전비용이 충전사업자 등의 요금에 비하여 저렴할 경우 이들 서비스를 이용할 수 있다. 집합적 충전관리 사업자는 전기자동차 잉여 SOC의 거래에 따른 비용과 수수료 등의 수익을 비교하여 수익성이 기대될 경우 잉여 SOC 중계 거래를 시행할 수 있다.

집합적 충전 관리를 위해 필요한 정보 취득 과정은, 구현에 따라, 전력 계통 서비스 요청이 없는 경우에도, 즉, S410 단계의 서비스 요청 접수를 대기하는 중에도 수행될 수 있다.

충전기 연결 및 충전 스케줄 설정을 위한 정보 취득 과정으로서, 전기자동차가 충전기에 연결되면, 충전기는 전기자동차의 식별 번호, 연결 시점의 SOC 정보 등을 파악하여 서버 장치로 직접 전송하거나 충전 사업자의 충전 관리 시스템을 통해 서버 장치에 전송한다. 서버 장치(200)는 해당 전기자동차가 집합적 스마트 충전관리 서비스에 참여하는 차량인지를 파악하여 그 결과를 충전기로 직접 전송하거나 충전 사업자의 충전 관리 시스템을 중간 경로로 하여 충전기에 전송한다.

서버 장치(200)를 통해 집합적 스마트 충전관리 서비스 참여 차량 여부를 확인하면, 충전기는 충전기에 내장된 디스플레이 장치 또는 전기자동차 보유자의 스마트폰 등의 단말 장치를 통하여 전기자동차 보유자에게 선택할 수 있는 충전 모드와 출차 목표 SOC, 출차 시간 등의 정보를 입력하도록 요청한다. 서버 장치(200)는 전기자동차 보유자가 선택을 용이하게 하도록 과거의 충전 이력, 충전 패턴, 주행 패턴 등의 정보를 제공할 수 있으며, 각각의 충전 모드 선택에 따르는 비용, 편익, 위험성 등의 예측 값을 추출하여 제공하거나 기본(default) 값 형태로 자동으로 제공할 수 있다. 전기자동차 보유자가 충전 모드, 출차 목표 SOC, 출차 시간 등의 정보를 입력하면, 충전기는 직접 또는 충전사업자의 충전관리 시스템을 통해서 그 결과를 서버 장치(200)에 전송한다.

서버 장치(200)는 상기와 같은 전기자동차 사용자의 당일 충전과 관련된 입력 값과 함께, 전기자동차 및 전기자동차 보유자와 관련된 정보, 당일의 기상 예측 데이터, 충전 사업자 또는 전력 유틸리티의 충전 요금 정보, 당일의 전국, 지역, 배전 선로, 건물 EMS 등의 전력 수요 예측 정보, 충전기의 사양 및 지리적, 배전 선로에서의 전기적 위치 정보, 충전기가 설치된 장소의 주차요금 등의 충전 점유 비용 정보 등을 활용하여 개별 전기자동차에 대한 충전 스케줄을 설정할 수 있다(S360).

서버 장치(200)는 스마트 충전 관리 모드에 따른 충전 스케줄을 설정하는 단계(S360)에서 이들 정보와 전기자동차 보유자의 입력 사항을 비교하여 스마트 충전 관리 모드에 적합한지 여부를 판단하여, 적합하지 않은 차량은 스마트 충전 관리 모드 대상에서 제외하고, 전기자동차 보유자에게 그 결과를 전송하고, 요금 최소화 충전 모드, 일반 충전 모드 등의 대안을 선택하도록 유도할 수 있다. 예를 들어, 충전기 연결 시점의 SOC가 낮은 수준이고, 출차 시간까지의 시간 간격이 길지 않아서 일반 충전 모드로 충전을 진행하여도 출자 목표 SOC 수준을 달성하기 어려운 경우, 충전기 연결 시간이 짧아서 SOC 유지에 따른 배터리 열화 등이 관리될 수 없는 경우, 출차 시간이 오후 3시 등으로 전력 계통 서비스 요청이 발생할 가능성이 높은 시간대일 경우 등이 여기에 해당할 수 있다.

다음, 상기 S360 단계에서 개별 전기자동차에 대한 충전 스케줄 생성 및 관리 과정은 하기와 같다.

전력 계통 서비스에 대한 요청이 없을 경우, 개별 전기자동차에 대한 충전 스케줄은 충전 비용을 최소화하고 기온에 따른 SOC 수준을 관리하여 배터리의 SOC 저장 열화를 최소화하여 배터리의 수명을 향상시키는 원칙으로 설정된다. 충전 비용 최소화는 각 시간에 따라 달라질 수 있는 충전 요금의 변동이 활용되며, 배터리 수명 향상에는 기온에 따른 SOC의 저장 열화 영향과 SOC 수준에 따른 배터리 내부 저항의 변화 등의 관계가 이용될 수 있다. 이에 따라 각 시간에서의 충전 여부, 충전 속도, 충전량 등의 충전 스케줄 변수는 충전 요금에 따른 충전 비용, SOC 유지에 따른 배터리 열화 비용, ΔSOC에 따른 배터리 열화 비용 등을 종합 비교하여 총(net) 비용을 최소화하도록 하는 원칙으로 설정되며, 여기에 전기자동차 보유자의 충전 및 주행 패턴의 분포를 이용하여 각 SOC 수준에 도달하는 시점을 유연하게 설정하며, 출차 목표 SOC를 특정 목표 값이 아닌 범위로 관리함으로써 출차 시간 직전에서도 충전 스케줄을 유연하게 운영할 수 있다. 예컨대, 하기 수학식 9에 따른 SOC 기준을 따를 수 있다.

또한 충전기 연결 시점의 SOC 수준이 SOC_{level_1} 이상일 경우, 해당 전기자동차는 SOC_{level_1} 도달 시점까지 방전을 하도록 함으로써 방전 전력을 전력 판매 등의 부가적인 서비스에 활용하여 전기자동차 보유자의 총 충전 비용을 낮추고 집합적 충전관리 사업자의 수익성을 강화하는 것을 특징으로 한다.

도 12는 전력계통서비스 요청이 없는 평일의 스마트 충전 스케줄에 대한 실시예를 도시한다.

전력 계통 서비스 요청이 없는 경우의 스마트 충전 관리 모드의 충전 스케줄 생성의 구체적인 실시 예는 충전기 연결시간, 연결 시점의 SOC 수준, 출차 목표 SOC, 출차 시간, 충전 시간 동안의 기온 변화 등 여러 조건에 따라 상이할 수 있다.

다음, V1G, V2G 관련 전력계통 서비스 요청에 따른 절차들을 살펴보기에 앞서, 상기 서버 장치가 수행하는 전기자동차에 대한 집합적 충전 관리에 대하여 살펴보겠다.

전력 계통 서비스 요청이 없는 경우의 집합적 충전 관리의 서버 장치(200)는 개별 전기자동차에 대한 충전스케줄에 따라 충전이 진행되는지를 모니터링하고, 갑작스런 출차, 충전기 고장, 충전기가 설치된 장소의 정전 등의 사고 발생 여부, 충전 상태에 관한 통신 기능의 정상적인 작동 여부를 파악한다.

갑작스런 출차가 발생한 경우, 서버 장치(200)는 출자 시점, 출차 시점의 SOC 등을 기록하여 전기자동차 보유자의 충전 이력 정보를 업데이트 한다. 충전기 고장, 정전 등의 사고가 발생한 경우 서버 장치는 해당 차량을 스마트 충전 관리 대상에서 제외하며, 그 이력을 충전기 이력 정보에 업데이트 한다. 이와 함께 해당 정보를 전기자동차 보유자, 충전 사업자 등의 개체에게 전달하여 필요한 조치가 이루어지도록 유도한다. 통신 오류가 발생한 경우, 서버 장치(200)는 통신 오류의 발생 지점을 파악하여 해당 개체에게 전달하고, 통신 오류의 예상 복구 시점 정보를 수신한다. 정해진 충전 시간 내에 통신 오류의 복구가 어려울 것으로 예측되는 경우, 서버 장치(200)는 해당 차량을 스마트 충전 관리 모드에서 제외할 수 있다.

서버 장치(200)는 불시에 발생하는 전력 계통 서비스 요청에 참여할 수 있도록, 전국 단위, 지역 단위, 배전 선로 단위, 건물 단위의 충전 부하 예측 결과를 수신하거나 생성하고, 이를 바탕으로 각 시간에서 스마트 충전 관리를 통해 활용할 수 있는 전기자동차 배터리의 제어량, 제어 속도 등의 정보를 생성하고, 전국 단위, 지역 단위, 배전 선로 단위, 건물 단위의 집합적 충전 부하 상태를 모니터링 할 수 있다. 여기에서 시간은 전력 계통 서비스의 유형에 따라 시간, 분, 초 등으로 달라질 수 있다. 제어량은 개별 전기자동차의 부하량을 합산하여 계산될 수 있으며, 각 시간에서의 제어가 가능한 충전 부하량(kWh), 방전 부하량(kWh)으로 구분될 수 있다. 또한 전력 계통 서비스 사업자가 요청하는 서비스의 유형에 따라 집합적 기준부하(

)와 대비하여 증가 또는 감축이 가능한 집합적 충전부하로 구분될 수도 있다.

제어 속도는 주파수 조정, 풍력 밸런싱, 램핑 속도 조절, 무효 전력 보상 등과 같이 부하 변동의 속도가 고려되는 전력 계통 서비스에 참여하기 위해 필요한 것으로 충전 제어속도, 방전 제어속도 등으로 구분될 수 있으며, 이를 합산하여 하기 수학식 10 및 11에 따라 집합적 제어속도(

)를 산출하여 관리한다.

서버 장치(200)는 당일의 집합적 충전 스케줄을 운영하는 도중에 새로 충전기와 연결되는 전기자동차와 출차하는 전기자동차를 파악하여, 해당 차량의 충전 스케줄을 새로 생성하거나 기존 스케줄을 변동하는 등의 관리를 시행하고 일정 시간을 주기로 집합적 충전 스케줄을 업데이트하고, 불시에 발생할 수 있는 전력 계통 서비스 요청에 대비하기 위해 제어량, 제어 속도를 새로 계산할 수 있다. 여기에서 일정 시간 주기는 요청되는 서비스의 유형에 따라 시간, 분, 초 단위로 달라질 수 있다.

전력 계통 서비스 요청이 없는 경우의 집합적 충전관리는 개별 전기자동차 배터리의 잉여 SOC를 활용하여 충전스케줄을 설정하고 관리할 수 있다. 즉, 충전 시작 시점의 SOC가 SOC_{level_1} 수준 이상일 경우 해당 차량을 SOC_{level_1} 수준까지 방전을 하도록 스케줄을 생성하고, 방전된 에너지를 같은 시각 또는 당일 충전 요금이 가장 높은 시간대에 충전이 필요한 차량에게 공급함으로써 시간대별 요금 차이에 의한 거래를 생성하고 관리할 수 있다.

이를 위해 서버 장치(200)는 스마트 충전 관리 모드로 충전기와 연결된 차량에서 잉여 SOC를 계산하여 공급 가능한 총 잉여 SOC를 산출하고, 당일에 다른 차량들의 충전 스케줄을 바탕으로 적합한 수요 차량을 선별할 수 있다. 잉여 SOC에 대한 차량간 거래는 서버 장치가 직접 1:1로 중계하거나 집합적 충전관리 사업자가 구매를 대행하여 적합한 충전사업자 또는 개별 전기자동차에 재판매를 할 수도 있다.

도 13은 도 4의 흐름도에 도시한 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법을 집합적 충전관리를 이용한 V1G 전력계통 서비스 참여의 경우로 구체화한 흐름도이다.

상기 S410 단계에서 V1G 전력 계통 서비스 요청을 수신(접수)하면, 즉 생성된 상기 서비스 요청의 예측 정보를 수신하면, 기준 부하를 생성한다(S440).

서버 장치(200)는 전력 계통 서비스 사업자의 수요관리시스템, 부하예측시스템 등에서 생성되는 1일 부하예측 정보를 활용하여 V1G 전력 계통 서비스 요청 발생 여부, 요청되는 시간대, 요청되는 V1G 감축량 등의 예측 결과를 생성하고 이를 이용하여 연결되는 전기자동차의 스마트 중전 관리 스케줄을 생성할 수 있다. 또한 서버 장치(200)는 전력 계통 서비스 사업자가 운영하는 수요자원 거래시장, 주파수 조정 서비스 거래시장 등의 시장 제도에 참여하기 위하여 시간대별 부하 감축량을 설정하여 입찰정보를 생성할 수 있다. 이와 함께, 서버 장치(200)는 신뢰성 DR, 긴급 절전 등 전력 계통 서비스 사업자의 갑작스런 요청을 수신하였을 경우, 참여 가능한 감축량을 산정하여 그 결과를 전력 계통 서비스 사업자와 합의하고, 이에 따라 연결된 전기자동차의 충방전 스케줄을 변경하여 전력 계통 서비스를 시행할 수 있다.

전력 계통 서비스 요청에 참여하여 부하 감축, 부하 이전 등의 V1G 서비스에 참여한 전력량은 평상시 시간대별 충전 부하인 충전 기준 부하에 대하여 V1G 참여를 통해 변동시킨 부하의 양으로 계산될 수 있다. 충전 기준 부하는 V1G 참여가 없다는 가정 하에 생성되는 시간대별 충전 예측량을 의미하며, 개별 전기자동차의 경우, 일반 충전 모드에서의 시간대별 충전 부하, 전기요금 최소화 모드에서의 시간대별 충전 부하, 전력계통 서비스 참여가 없다는 가정 하에 생성된 스마트 충전관리 모드에서의 시간대별 충전 부하일 수 있으며, 전력 계통 서비스 사업자의 요건에 따라 다양하게 정의될 수 있다. 전기자동차 집합의 충전 기준 부하는 연결된 모든 차량이 일반모드로 충전할 경우의 시간대별 부하의 집합, 연결된 차량 중에 요금최소화 충전 모드를 선택한 차량의 시간대별 부하의 집합, 연결된 차량 중에 스마트 충전관리 모드를 선택한 차량의 시간대별 부하의 집합, 집합적 충전 관리 사업자가 과거의 시간대별 집합적 충전부하의 변동 이력을 기준으로 시간대별 평균 충전부하 형태로 예측한 값 등이 사용될 수 있으며, 전력 계통 서비스 사업자의 요건에 따라 다양하게 정의될 수 있다.

만약, 사전 설정 과정에서 해당 전기자동차가 V1G 서비스 참여를 승인한 경우, 상기 S360 단계에서는 개별 전기자동차에 대한 V1G 충전 스케줄 생성 및 관리를 다음과 같이 수행할 수 있다.

전기자동차 배터리를 활용하여 피크 감축, 부하 이전 등의 V1G 전력 계통 서비스에 참여하기 위해서는 특정 시간대의 예측되는 충전 기준 부하와 V1G 참여를 통해 실제로 측정한 충전 부하와의 차이를 비교해야 한다. 시간대별 충전 기준부하는 V1G 참여가 없다는 가정 하에 일반 충전 모드로 충전할 경우 또는 요금 최소화 충전 모드로 충전할 경우 또는 스마트 충전 관리 모드로 충전할 경우에 생성되는 충전 스케줄에서 예측되는 시간대별 충전 전력량으로 설정할 수 있으며, 전력 계통 서비스 사업자의 요건 및 서비스 유형에 따라서 다르게 정의될 수 있다.

예를 들어, 스마트 충전 관리 모드로 설정된 충전 스케줄을 충전 기준부하로 하여 V1G 전력 계통 서비스에 참여할 경우 충전 스케줄의 생성 및 변경은 다음과 같은 과정으로 진행될 수 있다.

스마트 충전관리 모드에서는 SOC 수준에 따라 전력 계통 서비스의 참여 여부 및 참여 수준이 달라질 수 있다. 즉, SOC가 최소 SOC 이하일 경우 배터리 수명 관리를 위해 전력 계통 서비스에 참여하지 않으며, SOC 수준이 SOC_{level_1} 까지는 V1G를 이용한 전력 계통 서비스, SOC_{level_1} 이상에서는 V2G를 이용한 전력 계통 서비스의 참여가 가능할 수 있다.

특정 시간에 부하 감축을 요구하는 V1G 전력계통 서비스 요청이 있고, 해당 시간에 연결된 전기자동차 배터리의 SOC가 SOC_min≤SOC≤SOC_{level_1}인 상태에 있을 것으로 예측되는 경우, 해당 차량의 충전 기준 부하는 정속으로 충전하여 SOC_{level_1}에 도달하는 스케줄을 기준으로 설정될 수 있다. 해당 차량의 V1G 전력 계통 서비스 참여는 SOC_{level_1}에 도달하는 시점을 V1G 요구가 발생한 특정 시간 이전으로 앞당기거나, 특정 시간 이후로 늦추거나, 특정 시간에서의 충전 속도를 느리게 하여 충전량을 줄이는 방법 등이 사용될 수 있다. 이들 방법에 대한 선택은 해당 일의 시간대별 충전요금, 전기자동차 보유자의 출차 목표 SOC, 출차 시간, 주행 및 충전 패턴의 분포 등에 따르는 SOC_{level_1} 도달 시점, V1G 참여에 따른 인센티브 수준 등에 따라 달라질 수 있다. SOC_{level_1} 도달 시점이 특정 시간 이후일 것으로 예측되는 충전스케줄을 가지고 있는 전기자동차의 경우, 예정된 스케줄의 충전 요금 비용과 V1G 참여 스케줄에 따른 충전 요금 비용, V1G 참여량에 따른 인센티브 금액 등을 비교하여 비용이 최소화되는 조건으로 V1G 참여 스케줄 및 참여량을 결정할 수 있다. SOC_{level_1} 도달 시점이 특정 시간과 겹칠 경우, 특정 시간 이전에 충전 속도를 빠르게 하여 충전량을 높이고, 특정 시간에는 충전 속도를 느리게 하여 SOC_{level_1}에 도달하는 형태로 V1G에 참여할 수도 있다.

특정 시간에 부하 감축을 요구하는 V1G 전력계통 서비스 요청이 있고, 해당 시간에 연결된 전기자동차 배터리의 SOC가 SOC_{level_1}≤SOC≤SOC_target 사이에 있을 것으로 예측되는 경우, 해당 차량의 충전 기준부하는 출차 시점까지 정속으로 충전하여 출차 시점에 출차 목표 SOC를 달성하는 스케줄로 설정될 수 있다. 또는 SOC 수준을 일정하게 유지하여 SOC에 따른 배터리 수명 영향을 최소화하고, 출차 시점에 임박하여 출차 목표 SOC를 달성하는 방식이 이용될 수 있다. 여기에서 V1G 전력 계통 서비스 참여는 소극적인 방법으로는 특정 시간에 충전을 하지 않거나, 적극적인 방법으로는 방전을 하여 배터리의 전력을 역송하는 형태로 참여할 수 있다. 참여 방법에 대한 결정은 충전 기준부하의 산정 방식, 해당 일의 시간대별 충전요금, 전기자동차 보유자의 출차 목표 SOC, 출차 시간, 주행 및 충전 패턴의 분포 등에 따라 달라질 수 있다.

정속으로 충전하는 것을 충전 기준부하로 설정하기로 정의한 경우, 전기자동차는 특정 시간에 충전을 진행하지 않고 다른 시간대에 충전이 진행되도록 하여 V1G에 참여하거나 특정 시간에 방전을 진행하여 V1G 참여 인센티브를 많이 받는 형태로 참여할 수 있다. 참여량, 참여 여부에 대한 결정은 총 충전비용을 최소화하는 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 충전 기준 부하의 총 충전 비용과 V1G 참여에 따른 총 충전 비용을 비교하여 그 차이가 가장 큰 방식으로 V1G 참여 수준을 결정할 수 있다.

배터리 SOC를 일정하게 유지하다가 출차시간에 임박하여 충전량을 증가시켜 출차 목표 SOC에 도달하도록 하는 충전 스케줄이 충전 기준 부하로 정의될 경우, V1G에 대한 참여는 V1G를 요청하는 특정 시간대가 충전 스케줄에서 어느 시간에 위치하느냐에 따라 달라질 수 있다. 특정 시간대가 SOC를 일정하게 유지하는 시간대에 포함되어 있을 경우, 충전 스케줄에서 충전을 하지 않으므로 V1G 참여는 방전을 통한 역송만 가능하다. 이 경우 서버 장치는 특정 시간대 이전에 SOC 수준을 SOC_{level_2}의 되도록 충전을 하고, 특정 시간대에는 SOC_{level_1} 수준까지 방전을 하도록 스케줄을 변경하여 V1G에 참여할 수 있다. 이 경우 방전 깊이(depth of discharge; DOD)는 해당 차량의 출차 시간, 출차 목표 SOC 범위에 따라 달라질 수 있다.

한편, 특정 시간대가 출차 목표 SOC를 위해 충전량을 증가시키는 시간대에 포함되어 있을 경우, 충전을 중지하거나 충전 속도를 줄여서 충전량을 감소시키는 방법으로 V1G 참여가 가능할 수 있다. 이 경우 서버 장치는 출차 시점의 SOC 수준을 출차 목표 SOC 최소값이 되도록 스케줄을 변경함으로써 V1G 참여를 진행할 수 있다. 각각의 경우에서 V1G 참여 여부, 참여 정도는 충전 기준 부하 스케줄의 충전 비용과 V1G 참여의 충전 비용을 비교하여 편익을 최대화하는 방식으로 결정될 수 있다.

도 14는 피크감축 V1G 전력계통서비스 참여를 위한 충전스케줄 변경 생성 실시예들 나타낸 그래프들이다.

전력 계통 서비스 사업자가 특정 시간에 V1G 참여 감축량을 제시하여, 참여 여부를 결정하도록 요청한 경우, 집합적 충전관리 사업자는 계산된 V1G 감축 참여량을 요청된 V1G 참여 감축량과 비교하여 이를 충족하는 경우 감축 이행을 서로 합의할 수 있다. 요청된 V1G 참여 감축량이 계산된 V1G 참여 감축량에 비하여 작은 경우, 우선순위를 정하여 하위에 있는 전기자동차의 충전 스케줄을 변경하지 않을 수 있다. 반대의 경우로 요청된 V1G 참여 감축량이 더 큰 경우, 집합적 충전 관리 사업자는 요청된 V1G 참여 감축량을 전력 계통 서비스 사업자와 서로 협상할 수 있다. 전력 계통 서비스 사업자가 V1G 참여 감축량을 제시하지 않고, 참여 요청만 하는 경우, 집합적 충전관리 사업자는 산출된 감축 가능량을 제시하고, 감축 이행을 서로 합의할 수 있다.

집합적 충전관리 사업자는 V1G 전력계통 서비스를 이행함에 있어서, 감축량 이행의 신뢰성과 감축 이행 편익을 최대화하는 방법으로 우선순위를 정할 수 있다. 예를 들어, V1G 참여 전기자동차에 대한 우선순위는 하기 수학식 12와 같이 계산될 수 있다.

여기서,

는 시간 t에서의 전기자동차 i의 제어 가능량(kWh)을 의미하며 충전량을 통해 V1G에 참여하는 경우와 방전량을 통해 V1G에 참여하는 경우가 구분될 수 있다, P_i는 전기자동차 i의 V1G 이행 확률로 해당 전기자동차의 과거 참여 실적을 바탕으로 계산된다.

는 출차 예정시간과의 시간 간격을 의미한다. ω₁, ω₂, ω₃는 이들 변수의 가중치를 나타낸다. PI 점수가 클수록 우선순위가 높게 설정된다.

V1G 참여 감축량이 결정되면, 서버 장치는 개별 전기자동차의 충전 스케줄을 변경하고, 그 결과를 충전사업자, 전기자동차 보유자, 충전기 등에 전달하여, 스케줄 변경이 이행되도록 한다. 서버 장치는 스케줄 변경 메지시의 전송 결과, 변경된 스케줄에 따라 충방전이 진행되는지 여부, 통신 상태의 정상 작동 여부, 정전 등으로 인한 충전 중단 여부, 전기자동차 보유자의 갑작스런 출차로 인한 충전 중단 여부 등을 모니터링 하여 합의된 감축 이행량을 충족할 수 있도록 관리할 수 있다.

정전, 통신 오류, 갑작스런 출차 등이 발생하여 합의된 감축 이행량의 달성이 어려울 것으로 예상되는 경우, 집합적 충전 관리 사업자는 충방전 스케줄을 변경하여 감축 이행량 목표를 달성할 수 있다. 충전 스케줄 변경은 1차적으로 각 시간에서의 충전 부하 감소 범위를 높이는 방법을 이용하고, 2차적으로는 SOC_{level_2} 범위에 있는 전기자동차가 방전을 하도록 변경하는 방법이 이용될 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 감축 이행 목표 달성의 신뢰성을 높이기 위한 방법으로 별도의 저장 장치로 ESS 또는 재생 전기자동차 배터리를 구비하여, 저장된 전력을 이용할 수 있다.

전력 계통 서비스 사업자에 대한 V1G 충전 부하 감축이 완료되면, 서버 장치는 감축량을 산정하여 그 결과를 전력 계통 서비스 사업자에게 전송한다. 전력 계통 서비스 사업자는 전송된 감축 결과를 확인하여 감축량에 대한 인센티브 지급액을 결정하여 집합적 충전 관리 사업자에게 통지한다. 감축량에 대한 확인 및 정산은 실시간으로 진행되거나 별도의 계량 정보 확인 작업을 통해 나중에 따로 진행될 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 개별 전기자동차의 V1G 감축 참여량을 계산하여, 전기자동차 보유자, 충전 사업자, 충전 주차공간 임대 사업자 등에게 정해진 기준에 따라 배분하여 그 결과를 관련 개체들에게 전달할 수 있다. 인센티브를 배분함에 있어서 정전, 갑작스런 출차, 통신 오류 등으로 계획된 V1G 감축을 성공적으로 완료하지 않은 경우와 이를 보완하기 위해 계획된 V1G 감축보다 더 많은 감축을 진행한 경우는 별도의 기준을 정하여 인센티브 배분을 달리 진행할 수 있다.

V1G 참여가 완료되면 서버장치는 각 V1G 참여 요청 이벤트에 대한 이력을 데이터베이스에 저장하여 갱신하고, 전기자동차 보유자, 충전 사업자, 충전 주차공간 임대 사업자, 전력 계통 서비스 사업 등의 참여 이력 및 참여 실적 분포 데이터를 갱신한다.

V1G 요청은 특정 시간대에 전기 사용량을 높여서 부하를 증가시키는 경우가 있을 수 있다. 특정 시간대에 전기 사용량을 늘리는 요청은 태양광 등 신재생 전원의 과도한 발전으로 인하여 발생하는 Duck 커브 문제를 해소하거나, 과도한 발전으로 인하여 신재생 발전으로 의도적으로 계통에서 제외하는 경우 등의 문제를 해소하기 위해 요청될 수 있다.

특정 시간대 전력 사용량 증가를 요청 받는 경우, 전기자동차는 해당 시간의 충전부하를 높이는 형태로 부하를 형태로 V2G 전력 계통 서비스에 참여할 수 있다. 기본적으로 충전 부하를 증가시키는 형태의 V2G 참여는 SOC가 SOC_{target_max} 상태에 있지 않은 모든 SOC 상태에서 이행이 가능하며, 이행 가능량은 스마트 충전관리 스케줄에서 출차 시점 1시간 전까지는 SOC_{level_2}, 출차 시점이 임박한 상황에서는 SOC_{target_max}가 될 수 있다. 전력 사용량 증가 속도는 온도 및 SOC 수준에 따른 최대 충전 속도, 배터리 특성, 충전기 특성 등에 따라 달라질 수 있다.

특정 시간대에 전력 사용량을 증가 시키는 경우는 Duck 커브 등과 같이 사전 예측이 가능한 경우와 갑작스런 신재생 발전량의 급증 등과 같이 사전 예측이 불가한 경우로 구분하여 개별 전기자동차의 충전 관리를 시행할 수 있다. 사전 예측이 불가한 경우, 전력 계통 서비스 사업자로부터 충전 부하 증가 요청을 받으면 집합적 충전 관리 사업자는 서버 장치를 통하여 개별 전기자동차의 SOC 수준을 파악하여 충전 부하 증가가 가능한 양을 파악하여, 충전 스케줄 변경을 진행할 수 있다.

사전 예측이 불가한 경우의 특정 시간대의 충전 부하 증가 가능량은 해당 시간의 SOC 수준, 출차 시점, 충전과 관련한 제약조건 등에 따라 달리 적용될 수 있다. 스마트 충전 관리에 의한 충전 스케줄의 시간대별 SOC 수준을 기준으로 이행 가능량은 출차 시점 1시간 전까지는 SOC_{level_2}, 출차가 임박한 시점에서는 SOC_{target_max}가 될 수 있다. 전력 사용량 증가 속도는 온도 및 SOC 수준에 따른 최대 충전 속도, 배터리 특성, 충전기 특성 등에 따라 달라질 수 있다.

사전 예측이 가능한 경우, 집합적 충전 관리 사업자는 예측되는 특정 시간대의 충전량을 최대로 하기 위하여, 특정 시간대 이전의 SOC 수준을 낮게 유지되도록 충전 스케줄을 변경할 수 있다. 특정 시간대 이전의 SOC 수준은 전기자동차의 SOC_{level_1}의 수준, 출차 목표 SOC, 출차 시간 등에 따라 달라질 수 있다. 배터리 수명 관리를 위해 최소 SOC는 충전 부하 증가 요청과 관계없이 필수적으로 충족되어야 하는 사항으로 관리된다. 특정 시간대 이전의 스마트 충전 관리의 예상 SOC 수준이 SOC_{level_1}으로 설정되어 있을 경우, SOC_{level_1}는 전기자동차 보유자의 운영 제약 사항에 해당하기 때문에 서버 장치는 특정 시간대까지 SOC 수준을 SOC_{level_1}이 되도록 스케줄을 설정한다. 스마트 충전 관리에서 SOC_{level_1}에 도달하는 시간이 특정 시간대 이후로 계획되어 있는 경우, 서버 장치는 특정시간대 이전의 SOC를 최소 SOC 수준으로 낮추도록 설정을 변경할 수 있다.

특정 시간대 이전의 스마트 충전 관리의 예상 SOC 수준이 출차 목표 SOC 최소값으로 설정되어 있을 경우, 전기자동차 보유자의 운영 제약 사항에 해당하기 때문에 서버 장치는 특정 시간대까지 SOC 수준을 출차 목표 SOC 최소값이 되도록 스케줄을 설정한다. 이 경우 특정 시간대에 충전부하 증가에 활용할 수 있는 SOC 범위는 SOC_{target_min}≤ΔSOC≤SOC_{target_max}가 될 수 있다. 스마트 충전 관리에서 출차 목표 SOC 최소값에 도달하는 시간이 특정 시간대 이후로 계획되어 있는 경우, 서버 장치는 특정시간대 이후에 충전량을 증가시켜서 출차시간에 출차 목표 SOC에 도달할 수 있는 최대 SOC 수준, 특정 시간에 최대로 충전 가능한 충전량 등을 계산하여, 특정 시간 이전에 유지해야하는 SOC 수준을 정의할 수 있다.

도 15는 도 4의 흐름도에 도시한 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법을 V2G 전력계통서비스 참여의 경우로 구체화하여 표현한 흐름도이다. 도시한 흐름도에 따른 충방전 스케쥴링 방법을 실시하는 서버 장치(200)는, V2G 전력 계통 서비스 요청이 예측, 발생한 경우, 집합적 충전 관리를 수행한다.

먼저, 전력 계통 서비스의 V2G 요청을 구분한다. 전력 계통의 수요 공급 균형을 위한 V2G 요청은 주파수 조정과 같이 특정 시간대에 부하를 증감 형태로 관리하는 경우, 특정 시간대에 부족한 전력 공급을 확보하기 위해 배터리의 전력을 역송하는 경우로 구분할 수 있다.

특정 시간대에 부하를 증감 형태로 관리하는 경우는 불규칙한 신재생 발전, 부하 변동 등으로 인하여 일시적으로 발생하는 수요와 공급의 불균형과 그에 따른 전압, 주파수 등의 전력 품질 문제를 해소하기 위해 요청될 수 있다. 특정 시간대 전력 역송에 대한 요청은 발전기 등 전력 공급 설비에 문제가 발생하여 전력 공급에 장애가 생긴 경우 배터리에 저장된 에너지로 발전설비를 대체하는 형태의 요청 등을 의미한다.

특정 시간대에 부하를 증감 형태로 조절하는 요청을 받는 경우, 집합적 충전 관리 사업자는 해당 시간대의 SOC가 SOC_{level_1}≤SOC≤SOC_{level_2}사이에 있는 전기자동차 배터리를 활용하여 이러한 서비스 요청에 참여할 수 있다. 이 경우 증감으로 제어할 수 있는 배터리 에너지의 범위는 SOC_{level_1}≤ΔSOC≤SOC_{level_2}가 될 수 있다. ΔSOC는 충전 장소의 기온, 출차 시간, 출차 목표 SOC 등에 따라 달라질 수 있다. 최대 충방전 속도는 전기자동차 OEM의 배터리 품질 제약, 충전기 사양, 기온, SOC 수준 등에 따라 달라질 수 있다.

특정 시간대 전력 역송에 대한 요청은 전국 단위의 송전 계통, 광역 지역 단위의 계통, 배전 단위의 계통, 대학 캠퍼스, 산업 단지 등의 마이크로 그리드, 특정 배전 선로, 특정 건물 단위에서 요청이 발생할 수 있다. 또한 발전기 고장 등의 문제를 해소하기 위한 전력 역송은 특정 시간대에 충전 부하를 줄여서 간접적으로 발전기 대체 효과를 제공하는 경우와 전력 저장 장치(ESS)처럼 순(net) 역송을 하는 경우로 구분될 수 있다. 일반적으로 전국 단위, 광역 지역 단위의 역송 요청은 충전 부하 감축을 통한 간접적 발전기 대체 효과에 해당하는 경우가 많고, 마이크로 그리드, 특정 배전선로 이하의 역송 요청은 순 역송에 해당하는 경우가 많을 수 있다.

특정 시간대에 충전 부하를 줄여서 간접적으로 발전기를 대체하는 형태의 전력 계통 서비스는 V1G 서비스와 유사한 요건이므로 전기자동차의 집합적 충전 관리를 통한 V1G와 같은 형태로 서비스를 운영할 수 있다. 반면에 순 역송에 대한 요청이 발생하면, 집합적 충전 관리 사업자는 해당 지역, 선로에 연결되어 있는 전기자동차의 충전 스케줄을 순 역송이 이루어질 수 있도록 변경할 수 있다. 순 역송에서는 V1G의 충전 기준 부하를 적용할 수 없으므로, 특정 시간대의 충전을 중단하고, 방전이 가능한 SOC 상태의 차량을 확인하여 순 역송 서비스를 시행할 수 있다.

다음, V2G 전력 계통 서비스 요청에 대한 개별 전기자동차 충전 관리를 수행한다. 주파수 조정과 같이 특정 시간대에 부하를 증감 형태의 전력 계통 서비스 참여를 요청 받는 경우, 요청 받은 시간대의 SOC가 SOC_{level_1}≤SOC≤SOC_{level_2}사이에 있는 전기자동차 충방전 제어로 충전 스케줄을 변경하여 서비스에 참여할 수 있다.

서비스 요청이 예측되지 않은 경우, 서버 장치는 요청을 받은 시점에서 연결된 전기자동차의 개별 충전스케줄을 확인하여, 충방전 제어가 가능한 SOC 범위에 있는 차량을 파악하고, 해당 차량의 ΔSOC를 계산하여 충전스케줄 변경하고, 그 메시지를 충전기, 충전사업자의 충전 관리 시스템 등에 전송하여 변경된 스케줄에 따라 충방전이 이루어질 수 있도록 관리할 수 있다.

부하 증감 서비스 요청이 사전에 예측되는 경우, 서버 장치는 충전 스케줄을 확인하여 해당 시간의 SOC가 SOC_{level_1}≤SOC≤SOC_{level_2}에 있도록 충전 스케줄을 변경하거나 부하 증감의 ΔSOC 범위를 가장 크게 하는 방향, 즉 SOC를 SOC_{level_1}과 SOC_{level_2}의 중앙값에 위치하도록 스케줄을 조정할 수 있다. 충전 장소의 기온, 출차 시간, 출차 목표 SOC 등에 따라 SOC_{level_1}, SOC_{level_2}이 달라지므로 ΔSOC도 이들 변수에 따라 달라질 수 있다.

부하 증감이 요청되는 시간이 전기자동차의 출차 시간에 인접한 경우, 차량의 운행에 불편을 주지 말아야 하는 제약으로 인하여, ΔSOC의 범위가 달라질 수 있다. 예를 들어, 출차 시간 1시간 전부터는 방전에 비하여 충전의 비중을 더 높여서 SOC를 출차 목표 SOC의 최소값이 되도록 하고, 제어 가능한 충방전 SOC 범위를 SOC_{target_min}≤SOC≤SOC_{target_max}로 조정할 수 있다. 부하 증감 전력 계통 서비스에서의 충방전 속도는 전기자동차 OEM의 품질 요구사항, 전기자동차 배터리의 특성, 충전기의 특성, 온도 등에 따라 달라질 수 있다.

정전, 발전기 고장, 국부적이고 일시적인 전력수요 급증 등의 전력 공급 문제를 해소하기 위해 전력 계통 서비스 사업자로부터 순 역송 서비스 요청이 있을 경우, 서버 장치는 해당 지역, 선로에 연결된 전기자동차의 충전 스케줄을 확인하여, 서비스가 요청된 시간대에 역송이 가능한 차량을 확인하여 충전 스케줄을 변경할 수 있다.

또한, 충전 부하로 인한 전력 수요를 최소화하기 위해 역송이 불가한 차량의 충전을 중지하거나 충전 속도를 최소화하도록 충전 스케줄을 변경할 수 있다. 배터리의 수명, 전기자동차 보유자의 이동 불편 등의 제약을 반영하여, 역송이 가능한 전기자동차는 특정 시간대의 SOC가 SOC_{level_1}≤SOC≤SOC_{target_max}범위에 있는 차량이 될 수 있으며, 역송 범위는 출차 시간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 출차 시간에 여유가 있는 경우 방전 전력량은 SOC_{level_1} 수준까지 될 수 있으며, 출차 시간이 임박한 경우에는 출차 목표 SOC 최소값 수준으로 설정될 수 있다.

도 16은 V2G 전력계통서비스 참여를 위한 충전스케줄 변경 생성 실시예들을 나타낸 그래프들이다. 도시한 그래프들을 참조하여 V2G 전력 계통 서비스 요청에 대한 집합적 전기자동차 충전 관리를 수행하는 과정을 설명한다.

V1G 전력 계통 서비스 참여와 마찬가지로, V2G 전력 계통 서비스 요청이 수신되거나 해당 요청이 예상되는 경우, 집합적 충전관리 사업자는 서버 장치를 통해 충전 스케줄 변경으로 특정 시간에 제어가 가능한 집합적 충전 부하 제어량을 계산하여 V1G 서비스 참여를 결정할 수 있다.

특정 시간에 제어가 가능한 집합적 충전 부하의 양은 충전 스케줄 변경을 통해 구현 가능한 개별 전기자동차의 제어 가능량을 합산하여 결정할 수 있으며, 전력 계통 서비스 사업자와 합의된 제어 이행의 신뢰성을 확보하기 위해 제어 가능량 합산 결과를 조정할 수 있다.

전력 계통 서비스 사업자가 특정 시간에 V2G 참여 제어량을 제시하여, 참여 여부를 결정하도록 요청한 경우, 집합적 충전관리 사업자는 계산된 V2G 제어 가능량을 요청된 제어량과 비교하여 이를 충족하는 경우 V2G 제어 이행을 서로 합의할 수 있다. 요청된 V2G 제어량이 계산된 V2G 제어 가능량에 비하여 작은 경우, 집합적 충전관리 사업자는 이행의 신뢰성과 편익을 최대화하는 방법으로 상기 수학식 12 등을 활용하여 우선순위를 정할 수 있다. 이를 통해 우선순위에서 하위에 있는 전기자동차의 충전 스케줄을 변경하지 않을 수 있다. 반대의 경우로 요청된 V2G 제어량이 더 큰 경우, 집합적 충전 관리 사업자는 요청된 V2G 제어량을 전력 계통 서비스 사업자와 서로 협상할 수 있다. 전력 계통 서비스 사업자가 V2G 제어 요청량을 제시하지 않고, 참여 요청만 하는 경우, 집합적 충전관리 사업자는 산출된 제어 가능량을 제시하고, 그 이행을 서로 합의할 수 있다.

V2G 참여 제어량이 결정되면, 서버 장치는 개별 전기자동차의 충전 스케줄을 변경하고, 그 결과를 충전사업자, 전기자동차 보유자, 충전기 등에 전달하여, 스케줄 변경을 진행한다. 서버 장치는 스케줄 변경 메지시의 전송 결과, 변경된 스케줄에 따라 충방전이 진행되는지 여부, 통신 상태의 정상 작동 여부, 정전 등으로 인한 충전 중단 여부, 전기자동차 보유자의 갑작스런 출차로 인한 충전 중단 여부 등을 모니터링 하여 합의된 감축 이행량을 충족할 수 있도록 관리할 수 있다.

주파수 조정 등과 같은 V2G의 경우, 충전 부하 감축을 목적으로 운영되는 V1G와 달리 V2G가 요청되는 시간대가 짧고 전력 품질 등과 밀접한 관련이 있으므로, 서버 장치는 V2G 참여에 따른 충방전 전력의 분, 초 단위로 측정 주기를 달리 적용할 수 있다.

정전, 통신 오류, 갑작스런 출차 등이 발생하여 합의된 제어 목표 달성이 어려울 것으로 예상되는 경우, 집합적 충전 관리 사업자는 충방전 스케줄을 변경하여 제어 목표를 달성할 수 있다. 충전 스케줄 변경은 1차적으로 각 시간에서의 충전 제어 범위를 높이는 방법을 이용하고, 2차적으로는 우선순위에서 하위에 있는 전기자동차의 충방전 스케줄을 변경하는 방법이 이용될 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 V2G 목표 달성의 신뢰성을 높이기 위한 방법으로 별도의 ESS 등을 구비하여, 저장된 전력을 이용할 수 있다.

전력 계통 서비스 사업자에 대한 V2G 참여가 완료되면, 서버 장치(200)는 감축량을 산정하여 그 결과를 전력 계통 서비스 사업자에게 전송한다. 전력 계통 서비스 사업자는 전송된 제어 결과를 확인하여 V2G 제어량에 대한 인센티브 지급액을 결정하여 집합적 충전 관리 사업자에게 통지한다. 제어량에 대한 확인 및 정산은 실시간으로 진행되거나 별도의 계량 정보 확인 작업을 통해 나중에 따로 진행될 수 있다. 집합적 충전 관리 사업자는 개별 전기자동차의 V2G 참여량을 계산하여, 전기자동차 보유자, 충전 사업자, 충전 주차공간 임대 사업자 등에게 정해진 기준에 따라 배분하여 그 결과를 관련 개체들에게 전달할 수 있다. 인센티브를 배분함에 있어서 정전, 갑작스런 출차, 통신 오류 등으로 계획된 V2G 스케줄을 성공적으로 완료하지 않은 경우와 이를 보완하기 위해 계획된 V2G 참여보다 더 많은 참여를 진행한 경우는 별도의 기준을 정하여 인센티브 배분을 달리 진행할 수 있다.

V2G 참여가 완료되면 서버 장치(200)는 각 V2G 참여 요청 이벤트에 대한 이력을 데이터베이스에 저장하여 갱신하고, 전기자동차 보유자, 충전 사업자, 충전 주차공간 임대 사업자, 전력 계통 서비스 사업 등의 참여 이력 및 참여 실적 분포 데이터를 갱신한다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 연계 장치 110 : 수요예측 정보 수집부
120 : 기상 정보 수집부 130 : 자동차 특성 정보 수집부
140 : 전력 요금 정보 수집부 150, 160 : 충전기 수집부
170 : 주정차 비용 정보 수집부 200 : 서버 장치
210 : 연계 정보 수신부 220 : 전력 서비스 송수신부
240 : 스케쥴 생성/전달부 250 : 충전 기준부하 생성부
260 : VGI 충방전 제어부 270 : 정산부
280 : 전력 서비스 관리부 400 : 운영 DB

Claims

전기자동차의 배터리에 관련된 하드웨어 특성 정보 및 온도 관련 정보를 수집하는 연계 장치;
상기 배터리 특성 정보 및 온도 관련 정보를 이용하여, 각 배터리에 대하여 수명 향상을 위한 충방전 SoC 레벨을 설정하고, 상기 충방전 SoC 레벨에 따른 충방전 스케쥴을 생성하고, 이에 대한 충방전을 수행하는 서버 장치; 및
상기 충방전 스케쥴 생성에 필요한 정보 및 생성된 충방전 스케쥴을 저장하는 운영 DB
를 포함하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 연계 장치는,
상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 수요예측에 필요한 정보를 수집하는 수요예측 정보 수집부;
상기 전기자동차가 충전 또는 방전하는 지역의 기상 정보를 수집하는 기상 정보 수집부;
상기 전기자동차의 전력 관련 특성 정보를 수집하는 자동차 특성 정보 수집부;
상기 전기자동차에 적용되는 전력 요금 정보를 수집하는 전력 요금 정보 수집부;
충전 또는 방전을 수행하는 충전기에 대한 정보를 수집하는 충전기 수집부; 및
충전 또는 방전을 위한 주정차 비용 정보를 수집하는 주정차 비용 정보 수집부
를 포함하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서버 장치는,
상기 연계 서버로부터 관련 정보를 수신하는 연계 정보 수신부;
상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 관리에 상기 전기자동차가 참여할 수 있는 충방전 스케쥴을 생성하여 상기 전기자동차에 전달하는 스케쥴 생성/전달부;
상기 전기자동차에 대한 충방전 기준부하를 생성하는 충전 기준부하 생성부;
상기 충방전 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 충방전을 수행하는 VGI 충방전 제어부;
충방전에 관련된 전력 서비스를 위해 필요한 데이터 통신을 수행하는 전력 서비스 송수신부;
상기 충방전에 관련된 전력 서비스를 지원하는 전력 서비스 관리부; 및
상기 충방전 제어부가 수행한 충방전에 대한 비용을 정산하는 정산부
를 포함하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 운영 DB에는,
상기 전기자동차와 연계되는 계통의 전력 관리에 참여하는 고객 정보로서 참여 고객 정보;
상기 전기자동차에 대한 정보;
상기 충방전 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 수행한 충방전 이력에 정보로서 VGI 관리 이력 정보;
상기 충방전을 수행하는 충전기 정보;
상기 충전기를 관리하는 충전 사업자 정보;
상기 충방전 수행에 대한 기온 정보; 및
상기 전기자동차의 배터리 특성 정보가 기록되는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
제3항에 있어서,
상기 충방전 기준부하 생성부는,
상기 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고,
상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 통상 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고,
상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 수명 유지에 적합한 제2 SoC 레벨을 결정하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
제5항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 최소 SoC 레벨까지는 신속성을 우선하여 충전하고,
상기 제1 SoC 레벨까지는 경제성을 우선하여 충전하고,
상기 제2 SoC 레벨까지는 전력 계통 상황을 반영하여 충전하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서버 장치는,
스마트 충전 관리 모드로 충전기와 연결된 차량에서 잉여 SOC를 계산하여 공급 가능한 총 잉여 SOC를 산출하고, 당일에 다른 차량들의 충전 스케줄을 바탕으로 전력계통 서비스에 적합한 수요 차량을 선별하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 관리 시스템.
전기자동차의 충방전 스케쥴 설정에 필요한 정보를 취득하는 단계;
상기 취득한 정보를 이용하여 충방전 스케쥴을 설정하는 단계;
계통에 대한 전력 피크 수요 저감 서비스 또는 V2G(Vehicle To Grid) 서비스를 요청받는 단계;
상기 요청받은 전력 서비스 참여시 적용할 상기 전기자동차 배터리의 집합적 충방전 기준부하를 생성하는 단계;
상기 전력 서비스의 참여 여부에 대하여 전기자동차 보유자의 승인을 받는 단계; 및
상기 스케쥴 및 상기 충방전 기준부하를 적용한 상기 전력 서비스를 위한 충방전을 수행하는 단계
를 포함하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법.
제8항에 있어서,
상기 전력 서비스의 상기 전기자동차의 서비스 참여를 확인하고, 참여에 대한 비용 정산을 수행하는 단계
를 더 포함하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법.
제8항에 있어서,
상기 계통에 대한 전력 피크 수요 저감 서비스 또는 V2G(Vehicle To Grid) 서비스를 요청받는 단계 이후,
상기 설정된 충방전 스케쥴을 재설정하는 단계
를 더 포함하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법.
제8항에 있어서,
상기 충방전 스케쥴을 설정하는 단계, 상기 충방전 기준부하를 생성하는 단계 및 상기 충방전을 수행하는 단계 중 하나 이상에서는,
상기 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고,
상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 통상 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고,
상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 수명 유지에 적합한 제2 SoC 레벨을 결정하여 반영하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법.
제11항에 있어서,
상기 충방전을 수행하는 단계에서는,
상기 최소 SoC 레벨까지는 신속성을 우선하여 충전하고,
상기 제1 SoC 레벨까지는 경제성을 우선하여 충전하고,
상기 제2 SoC 레벨까지는 전력 계통 상황을 반영하여 충전하는 전기자동차의 충방전 스케쥴링 방법.
전기자동차의 배터리에 관련된 하드웨어 특성 정보 및 온도 관련 정보를 수신하는 연계 정보 수신부;
상기 전기자동차에 대한 충방전 스케쥴을 생성하여 상기 전기자동차에 전달하는 스케쥴 생성/전달부;
상기 전기자동차의 배터리에 대한 적용 SoC 레벨들 및 충방전 기준부하를 생성하는 충방전 기준부하 생성부; 및
상기 충방전 스케쥴, 적용 SoC 레벨들 및 상기 충방전 기준부하를 적용하여 충방전을 수행하는 충방전 제어부
를 포함하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제13항에 있어서,
충방전에 관련된 전력 서비스를 위해 필요한 데이터 통신을 수행하는 전력 서비스 송수신부;
상기 충방전에 관련된 전력 서비스를 지원하는 전력 서비스 관리부; 및
상기 충방전 제어부가 수행한 충방전에 대한 비용을 정산하는 정산부
를 더 포함하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제13항에 있어서,
상기 충방전 기준부하 생성부는,
상기 배터리의 수명 및 성능 유지를 위한 최소 충전량에 대한 최소 SoC 레벨을 결정하고,
상기 전기자동차의 주행 이력으로부터 일상 이동 주행을 위한 제1 SoC 레벨을 결정하고,
상기 배터리의 상태 정보로부터 배터리 저장 열화가 낮은 제2 SoC 레벨을 결정하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제15항에 있어서,
상기 충방전 기준부하 생성부는,
온도에 따라 상기 제2 SoC 레벨을 낮게 결정하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제15항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 최소 SoC 레벨까지는 신속성을 우선하여 충전하고,
상기 제1 SoC 레벨까지는 경제성을 우선하여 충전하고,
상기 제2 SoC 레벨까지는 전력 계통 상황을 반영하여 충전하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제15항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 제1 SoC 레벨과 상기 제2 SoC 레벨 사이의 구간에서 전력 판매를 수행하되, 경부하 시간과 피크 부하시간의 요금 차이를 이용하여, 요금이 낮은 경부하 시간에 충전을 진행하여 잉여 SOC를 확보하고 요금이 비싼 시간에 다른 전기자동차에 충전 전력을 제공하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제17항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
갑작스런 출차 발생 빈도가 높은 경우, 상기 제1 SoC 레벨까지도 신속성을 우선하여 충전하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제17항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
전기자동차 보유자의 지정 또는 이전 이용 패턴으로부터 결정되는 목표 SoC 레벨 범위의 최소값이 상기 제2 SoC 레벨 보다 높은 경우, 상기 제2 SoC 레벨 보다 높은 범위를 가지는 시간을 최소화하도록 충전하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제20항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
출차 예정 시각에 대한 소정 기준 시간 전에는 목표 SoC 레벨 범위의 최소값에 도달하도록 충전하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제13항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 배터리에 적용할 최대 충전 속도를, 상기 배터리의 품질 보증에 포함한 최대 충전 속도, 연결되어 있는 충전기의 최대 전력, 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충전 속도, SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 충전 속도 중 최소값으로 설정하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.
제13항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 배터리에 적용할 최대 방전 속도를, 상기 배터리의 품질 보증에 포함한 최대 방전 속도, 연결되어 있는 충전기의 최대 역송 전력, 온도별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 방전 속도, SOC 수준별 배터리에 영향을 미치지 않는 최대 방전 속도 중 최소값으로 설정하는 전기자동차 충방전 스케쥴링 서버 장치.