KR101738043B1

KR101738043B1 - 전기자동차 충전 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101738043B1
Application number: KR1020150043483A
Authority: KR
Inventors: 오성철; 박대수; 김태경; 김기호; 정용운
Original assignee: 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-05-29
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: KR20160115558A

Abstract

본 발명은 전기자동차 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 완속 충전기에서 스크린을 없애고 스마트폰으로 충전상태를 보여줌으로써 충전기를 구매할 때 좀 더 저렴하게 소비자들에게 제공할 수 있고, 장소에 구애받지 않고 스마트폰을 통하여 차량의 충전상태를 알 수 있는 전기자동차 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 기존의 완속 충전기에서 스크린을 없애고 스마트폰으로 충전상태를 보여줌으로써 충전기를 구매할 때 좀 더 저렴하게 소비자들에게 제공할 수 있고, 장소에 구애받지 않고 스마트폰을 통하여 차량의 충전상태를 알 수 있기 때문에 편리함까지 제공하는 효과가 있다.

Description

전기자동차 충전 시스템 및 방법{electrical vehicle charging system and method}

본 발명은 전기자동차 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 완속 충전기에서 스크린을 없애고 스마트폰으로 충전상태를 보여줌으로써 충전기를 구매할 때 좀 더 저렴하게 소비자들에게 제공할 수 있고, 장소에 구애받지 않고 스마트폰을 통하여 차량의 충전상태를 알 수 있는 전기자동차 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.

자동차는 인류의 문명에 매우 큰 기여를 한 발명품이다. 그러나, 자동차를 사용하려면 한정된 자원인 석유를 사용해야만 한다. 또한 자동차를 이용하기 위해 석유를 소비하는 과정에서 환경오염의 문제가 발생한다. 지구상에 매장된 석유자원의 고갈과 친환경 규제 강화로 전기로 갈 수 있는 전기자동차가 개발되었다.

개발되고 있는 전기자동차에는 순수 전기자동차(Batttery Powered Electric Vehicle)와 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle) 및 연료전지 전기 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle) 등이 있다. 특히, 플러그인(Plug-in) 하이브리드 전기자동차와 순수 전기 자동차는 차량 내부에 구비된 고압 배터리로부터 구동에 필요한 전력을 공급받는 전기자동차이다.

도 1은 일반적인 제어 파일럿(PILOT) 등가회로를 나타내는 도면으로서, 종래에는 전기자동차(EV)(20)를 충전할 때 충전순서는 전기자동차(20)가 연결되기 전까지 충전기(10)는 대기상태로 있다가 전기자동차(20)의 인렛과 충전기(10)의 커넥터가 연결되면 충전기(10)에서 AC 전압이 온보드 충전기(On-board Charger)에 인가되고, 온보드 충전기(On-board Charger)에 저장된 전압이 전기자동차(20)의 배터리에 공급되어 충전이 이루어졌다. 즉, 종래에는 전기자동차를 충전할 때 충전기는 단지 전기자동차에 AC 전원을 공급하는 역할을 한다.

도 2는 통상적인 동작 상태에서 충전기의 전형적인 충전 사이클을 나타내는 도면으로서, 이에 대한 연결 시퀀스를 하기의 표 1에서 설명한다.

	상태	조건
1	A	자동차가 연결되지 않음 - 전체 발전기 전압은 Va에서 전원공급장치로 측정한다. 발전기 신호 Vg는 +12V 직류 전압이다.
2	B	케이블 어셈블리를 자동차와 전원공급장치에 연결한다. 이 조건은 Va에서 측정한 9V 신호로 검출된다. 신호 발생기에서 나온 저압(Vg)은 정상상태 +12V 직류 또는 전원공급장치를 에너지 공급에 즉시 사용할 수 있다면 ± 12V, 1kHz 신호가 될 수 있다.
3	B	이제 전원공급장치는 에너지를 공급할 수 있으며, 자동차에서 이용 가능한 전류를 나타낸다. 다이오드 D의 존재는 -12V로 검출되며, 9V 신호는 연결된 자동차를 신뢰할 수 있음을 의미한다는 것을 보증하는 것이다.
4	B → C, D	S2는 요구사항의 함수로서 자동차에 의해 닫히며 자동차가 에너지를 수신할 수 있다는 것을 나타낸다. On의 닫힘에 대한 타이밍 요구사항은 없다.
5	C, D	전원공급장치가 회로를 닫는다. 스위치 닫힘 타이밍은 다른 요구사항(지불, 데이터 교환)에 따라 달라질 수도 있다. 상태 D가 검출되면 스위치는 환기 요구사항이 충족되는 경우에만 닫힐 것이다.
6	C, D	자동차에서 인출된 전류, 타이밍 및 전류 분포는 자동차에 의해 결정된다. 전류는 듀티 사이클에 나타낸 것을 초과할 수 없다.
7	C, D	전력 감소에 대한 외부 수요. 이러한 수요는 계통으로부터 또는 전원공급장치의 수동설정으로 생길 수도 있다. 자동차는 전류 수요를 듀티 사이클에 나타난 것으로 조정한다.
8	C, D	충전 종료, 자동차에 의해 결정됨
9	C, D → B	자동차가 단로를 요구한다. 이것은 개방된 근접 접점의 결과가 될 수 있다.
10	B	전원공급장치가 상태 B(자동차에서 S2가 개방되는 것)를 검출하고 접촉기를 개방한다.
11	A	자동차나 전원공급장치에서 케이블 어셈블리가 완전히 제거되었는지는 12V 신호로 검출된다.
비고 충전 기간이 종료된다면 플러그를 제거하는 것이 허용된 전원공급장치는 상태 A로 들어감으로써 종료된다.

도 2는 기존 충전기의 일반적인 충전 사이클을 나타내고, 표 1은 충전 사이클에 대한 동작 순서를 나타낸다. 도 3은 충전기 제어부의 제어 흐름을 나타내는 도면으로서, 도 2와 표 1을 비교하여 살펴보면 충전기는 12V를 유지하고 있다가 전기자동차의 인렛에 충전기 커넥터가 연결되면 9V로 전압이 떨어진다. 이 때 파일럿 회로(PILOT Circuit)의 S2 스위치가 닫히면서 전압이 6V로 떨어진다. 전기자동차에서 전류를 도출하여 차량충전상태를 확인하고 충전완료명령이 전기자동차에서 전달되면 충전기 커넥터를 차량 인렛에서 분리한다. 이 때 파일럿 회로(PILOT Circuit)에 있는 S2 스위치는 오프(OFF)되고 연결이 완전이 해체된다. 그리고 충전기는 다시 12V를 유지한다.

도 4는 종래의 충전기에서 유저 인터페이스(UI)로의 신호 흐름을 나타내는 도면으로서, 충전기(10)의 내부에 있는 제어부(11)에서 RS232 통신부(12)를 통하여 충전기(10)의 내부에 부착되어 있는 디스플레이 유저 인터페이스(UI)(13)로 신호가 전송된다.

전술한 바와 같이 종래에는 전기자동차를 충전하기 위한 완속 충전기에 충전 상태를 보여주기 위한 스크린이 구비되어 충전기의 가격이 상승되는 요인이 되었으며, 충전기의 제어부를 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

또한 종래의 충전기는 전력사용 비용이 비교적 저렴한 심야전력을 이용하여 전기자동차를 충전할 수 있는 시스템이 구비되지 않아 전기자동차의 충전 비용을 줄일 수 없다는 문제점이 있었다.

KR

10-0949260

B1

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 기존의 완속 충전기에서 스크린을 없애고 스마트폰으로 충전상태를 보여줌으로써 충전기를 구매할 때 좀 더 저렴하게 소비자들에게 제공할 수 있고, 장소에 구애받지 않고 스마트폰을 통하여 차량의 충전상태를 알 수 있기 때문에 편리함까지 제공할 수 있도록 한 전기자동차 충전 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 유저 인터페이스 장치인 스마트폰에 전기자동차를 심야전력을 사용하여 충전할 수 있는 충전 예약기능 프로그램이 탑재됨으로써 정해진 심야시간에 전기자동차의 충전이 이루어져 전기자동차 충전비용을 줄일 수 있고 부하 평준화에 기여할 수 있도록 한 전기자동차 충전 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차 충전 시스템의 일 측면에 따르면, 전기자동차의 충전상태를 파악하여 충전기를 제어하고 심야전력을 사용하여 전기자동차의 충전이 가능한 프로그램이 탑재되어 사용자를 인식하고 충전기의 상태를 실시간으로 모니터링하는 유저 인터페이스 장치; 및
상기 유저 인터페이스 장치의 제어에 따라 충전기의 상태를 확인하여 상기 유저 인터페이스 장치로 데이터를 선택하여 송신하고 심야전력을 예약된 시간에 사용하여 전기자동차를 충전하는 기능 및, 배터리 충전량 상태에 따라 파악된 충전시간에 충전을 실시하는 기능을 구비하는 충전기를 포함한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차 충전 방법의 일 측면에 따르면, (a) 충전기의 커넥터에서 마이크로 컨트롤러로 정상상태 메시지를 송신하는 단계; (b) 상기 마이크로 컨트롤러에서 송신할 데이터를 선택하여 블루투스 모듈로 송신하는 단계; (c) 상기 블루투스 모듈에서 수신한 데이터를 유저 인터페이스 장치로 송신하는 단계; (d) 상기 블루투스 모듈에서 상기 유저 인터페이스 장치로부터 정상상태 메시지를 수신하여 상기 마이크로 컨트롤러로 데이터를 송신하는 단계; (e) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로 전기자동차가 연결 알림 신호를 송신하는 단계; (f) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 유저 인터페이스 장치로부터의 충전 요청에 따라 상기 커넥터로 충전 제어 온(ON)을 명령하는 단계; 및 (g) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러의 명령에 따라 전기자동차로 전원을 공급하는 단계;를 포함하고, 상기 단계(g) 이후에, (h) 상기 유저 인터페이스 장치에서 상기 마이크로 컨트롤러로 전기자동차의 심야시간 충전을 위한 예약을 명령하는 단계; (i) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로 출력 제어 오프(OFF)를 명령하는 단계; (j) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로 전기자동차의 심야시간 충전을 위한 예약된 시간임을 알리는 단계; (k) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로 충전 제어 온(ON)을 명령하는 단계; 및 (l) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러의 명령에 따라 전기자동차로 전원을 공급하는 단계; (m) 전기자동차에서 상기 마이크로 컨트롤러로 배터리 충전량 상태를 송신하는 단계; (n) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로, 상기 수신한 배터리 충전량 상태에 따라 파악된 충전시간을 명령하는 단계; (o) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로부터 명령된 충전시간이 되면 전기자동차로 전원을 공급하는 단계; (p) 전기자동차에서 상기 마이크로 컨트롤러로 배터리 충전완료 및 상기 커넥터 해제를 명령하는 단계; 및 (q) 상기 마이크로 컨트롤러의 제어에 의해 상기 커넥터가 전기자동차에서 해제되는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 기존의 완속 충전기에서 스크린을 없애고 스마트폰으로 충전상태를 보여줌으로써 충전기를 구매할 때 좀 더 저렴하게 소비자들에게 제공할 수 있고, 장소에 구애받지 않고 스마트폰을 통하여 차량의 충전상태를 알 수 있기 때문에 편리함까지 제공하는 효과가 있다.

또한, 유저 인터페이스 장치인 스마트폰에 전기자동차를 심야전력을 사용하여 충전할 수 있는 충전 예약기능 프로그램이 탑재됨으로써 정해진 심야시간에 전기자동차의 충전이 이루어져 전기자동차 충전비용을 줄일 수 있고 부하 평준화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 제어 파일럿(PILOT) 등가회로를 나타내는 도면.
도 2는 통상적인 동작 상태에서 충전기의 전형적인 충전 사이클을 나타내는 도면.
도 3은 충전기 제어부의 제어 흐름을 나타내는 도면.
도 4는 종래의 충전기에서 유저 인터페이스(UI)로의 신호 흐름을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 충전기에서 유저 인터페이스로 장치로의 신호 흐름을 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 실제 하드웨어 구성을 나타내는 도면.
도 7은 도 5에서 마이크로 컨트롤러가 내장된 충전기 제어부에서 유저 인터페이스 장치로의 신호 흐름을 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 실제 하드웨어 구성을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 전기자동차 충전기의 블럭 다이어그램(EV Charger block diagram)을 나타내는 도면.
도 10은 도 5에서 충전기의 마이크로 컨트롤러에서 블루투스 모듈을 통해 유저 인터페이스 장치로 신호가 전송되는 과정을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 심야 전력을 이용하여 충전을 하기 위한 예약 방법을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 전기자동차 충전을 위한 제어 방법을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 심야 전력을 이용하여 충전을 하기 위한 예약 방법을 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 충전기에서 유저 인터페이스로 장치로의 신호 흐름을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 실제 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충전기(30)는 제어부(31)에서 RS232 통신부(32)를 거쳐 바로 유저 인터페이스 장치(40)로 신호가 전송되지 않고, 모든 신호를 마이크로 컨트롤러(33)에서 받아서 그 중에 필요한 신호를 블루투스 모듈(34)로 보내줄 뿐만 아니라 예약기능을 함께 수행한다. 특히 유저 인터페이스 장치(40)는 기존과 같이 충전기의 내부에 있는 디스플레이 유저 인터페이스(UI)가 아니라 블루투스 모듈(34)을 통해 통신이 가능한 스마트폰을 이용한 유저 인터페이스(UI)로 구성된다.

도 7은 도 5에서 마이크로 컨트롤러가 내장된 충전기 제어부에서 유저 인터페이스 장치로의 신호 흐름을 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 실제 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 충전기(30)는 제어부(35)와, 통신부(32)와, 블루투스 모듈(34)을 포함하고, 이러한 구성을 갖는 충전기(30)는 유저 인터페이스 장치(40)와 통신한다.

제어부(35)는 전술한 도 5에서의 마이크로 컨트롤러가 내장되어 필요한 신호를 블루투스 모듈(34)로 보내줄 뿐만 아니라 예약기능을 함께 수행한다. 이러한 예약기능에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명하기로 한다. 이러한 제어부(35)는 유저 인터페이스 장치(40)와의 통신에 의해 RS232 신호를 송수신하고, 유저 인터페이스 장치(40)에 의해 제어된다.

통신부(32)는 RS232 통신방식으로 제어부(35)에서 블루투스 모듈(34)로 신호를 전달한다.

블루투스 모듈(34)은 제어부(35)에서 전달되되는 신호를 통신부(32)를 통해 수신하여 유저 인터페이스 장치(40)로 전송한다.

유저 인터페이스 장치(40)는 전술한 바와 같이 블루투스 모듈(34)을 통해 통신이 가능한 유저 인터페이스 장치로서 스마트폰을 유저 인터페이스 장치로 사용 가능하며 그 외에 블루투스 모듈(34)과 통신이 가능한 스마트 기기 등이 사용될 수 있다. 이러한 유저 인터페이스 장치(40)는 기존 충전기에 설치되어 기존 앱을 통해 신호의 값만을 디스플레이하는 것이 아니라, 충전기(30)의 제어부(35)를 제어할 수 있는 앱이 탑재된다.

도 9는 본 발명의 전기자동차 충전기의 블럭 다이어그램(EV Charger block diagram)을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 충전기(30)는 통신부(32)와, 유저 인터페이스 장치(40)와, 제어부(35)와, 커넥터(36)를 포함하고, 전기자동차(EV)(50)는 인렛(51)과, 온보드 충전기(On-board Charger)(52)와, 배터리(Battery)(53)를 포함한다.

통신부(32)는 스마트폰을 포함하는 스마트 기기 등의 유저 인터페이스 장치(40)와 통신하고 전기자동차(EV)(50)와 신호를 주고 받는다. 전기자동차(EV)(50)의 배터리(Battery)(53) 충전을 위해 충전기(30)의 커넥터(36)가 전기자동차(EV)(50)의 인렛(51)에 연결되면 전기자동차(EV)(50)의 배터리(Battery)(53)의 충전 상태에 관해 전송되는 신호를 유저 인터페이스 장치(40)로 전송하고, 유저 인터페이스 장치(40)에서 전달되는 제어신호를 전기자동차(EV)(50)로 전송한다.

유저 인터페이스 장치(40)는 전술한 바와 같이 블루투스 모듈을 통해 통신이 가능한 유저 인터페이스 장치로서 스마트폰을 유저 인터페이스 장치로 사용 가능하며 그 외에 블루투스 모듈과 통신이 가능한 스마트 기기 등이 사용될 수 있다. 이러한 유저 인터페이스 장치(40)는 충전기(30)의 제어부(35)를 제어할 수 있는 앱이 탑재된다.

제어부(35)는 전기자동차(EV)(50)에서 송신되는 배터리의 충전상태에 관한 신호를 수신하여 통신부(32)를 통해 유저 인터페이스 장치(40)로 전달하고, 통신부(32)를 통해 전달되는 유저 인터페이스 장치(40)로부터의 제어신호를 커넥터(36)에 의해 연결된 전기자동차(EV)(50)로 전송한다. 또한 심야전력충전을 위한 예약기능을 함께 수행한다. 이러한 예약기능에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명하기로 한다.

커넥터(36)는 전기자동차(EV)(50)의 충전을 위해 전기자동차(EV)(50)의 인렛(51)에 연결된다.

전기자동차(EV)(50)의 온보드 충전기(On-board Charger)(52)는 배터리(Battery)(53)의 충전 상태를 측정하여 충전기(30)로 전송하고, 배터리(Battery)(53)의 충전을 위한 전원을 충전기(30)에서 공급받아 저장한다.

이와 같은 구성을 갖는 전기자동차 충전기의 충전 순서는, 전기자동차(50)(EV)가 연결되기 전까지 충전기(30)는 대기상태로 있다가 충전기(30)의 커넥터(36)가 전기자동차(50)(EV)의 인렛(51)에 연결되면 AC 전압이 온보드 충전기(On-board Charger)(52)에 인가되고, 온보드 충전기(On-board Charger)(52)에 저장된 전압이 배터리(Battery)(53)에 공급되어 충전이 이루어진다.

전술한 바와 같이, 기존의 충전기와 전기자동차(EV) 간의 통신은 전기자동차에서 충전기에 신호를 보내주는 단방향 통신이었지만, 본 발멸의 충전기와 전기자동차(EV) 간의 통신은 도 9에서와 같이 양방향 통신이 가능하게 하여 온보드 충전기(On-board Charger)에서 배터리(Battery)의 상태를 측정하여 충전기에 보내주면 충전기가 배터리(Battery)의 상태에 따라 충전 시간이나 충전량을 파악하여 충전를 할 수 있는 시스템이다.

전술한 본 발명의 충전기는 기존의 완속 충전기에서 스크린을 없애고 스마트폰으로 충전상태를 보여줌으로써 저가형으로 제조하여 소비자들에게 제공 가능하고, 장소에 구애받지 않고 스마트폰을 통하여 차량의 충전상태를 알 수 있기 때문에 편리함까지 제공한다. 또한 하기에서 설명될 심야전력충전(예약기능) 알고리즘이 탑재되어 전기자동차 충전비용을 줄일 수 있고 부하 평준화에 기여할 수 있다.

도 10은 도 5에서 충전기의 마이크로 컨트롤러에서 블루투스 모듈을 통해 유저 인터페이스 장치로 신호가 전송되는 과정을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 충전기의 상태가 조회(S10)되어 조회된 신호가 출력되면, 충전기의 마이크로 컨트롤러는 RS232 통신부에서 출력되는 신호를 수신하여 확인(S20)한다. 이때 마이크로 컨트롤러는 RS232 통신부에서 출력되는 신호들이 프로토콜 포맷(protocol format)을 나타내는 하기의 표 2에서와 같은 프로토콜 신호들과 같이 동일한 신호들로 송신되는지를 확인한다.

이어서, 마이크로 컨트롤러는 충전기의 상태가 정상상태인지를 확인(S30)한다. 이때 충전기의 상태를 확인하는 방법은 하기의 표 3의 항목 중에서 충전기의 상태를 조회하는 명령어인 CMD 값이 영문 소문자 's' 이면 충전기의 상태를 정상상태로 판단한다.

이어서, 마이크로 컨트롤러는 블루투스 모듈을 통해 유저 인터페이스 장치로 전송할 신호를 선택(S40)한다. 마이크로 컨트롤러에 의해 선택된 신호는 블루투스 모듈로 전달(S50)되고, 블루투스 모듈에서 스마트폰 등의 유저 인터페이스 장치로 전송(S60)된다. 이때 전송되는 신호는 충전기 유저 인터페이스 프로토콜을 나타내는 하기의 표 4에서와 같이 6. 비상 정지 상태, 11. 파일럿(PILOT) 상태, 16. 스위치 상태, 24. 충전량, 33.누적전력량 등의 신호가 전송된다.

본 발명의 충전기 프로토콜에 대해 살펴보면, 기존의 충전기는 유저 인터페이스(UI)를 통하여 사용자 인식 및 충전기 상태에 대한 실시간 모니터링을 하였다. 그러나 본 발명의 충전기는 기존의 충전기에 사용되는 유저 인터페이스(UI)를 사용하지 않고, 블루투스(Bluetooth)와 충전기의 제어부를 제어할 수 있는 앱이 탑재된 유저 인터페이스 장치인 스마트폰을 이용하여 사용자 인식 및 충전기 상태에 대한 실시간 모니터링을 한다. 이에 의해 본 발명에서는 충전기에 대한 기존의 프로토콜을 분석하여 충전기와 연결된 유저 인터페이스 장치 간에 연동되는 통신 메시지를 확인하고, 분석한 프로토콜 중에 중요 메시지를 유저 인터페이스 장치인 스마트폰을 통해 실시간 모니터링 할 수 있게 된다. 하기의 표 4는 본 발명의 충전기의 유저 인터페이스(UI) 프로토콜을 나타낸다.

Byte	Bit	항목	Value	비고
6		비상 정지 상태	해제: 0×00, 동작: 0×01
11		파일롯(PILOT) 상태	12V:0×01, 9V:0×02, 6V:0×03, 3V:0×04, 0V:0×05
16		스위치 상태	OFF:0×00, ON:0×01
24		충전량	Hex, 1/1000단위 kWh
25			Ex)100(0×64) → [24]0×64 [25]0×00
26			[26]0×00 [27]0×00
27
30		충전종료 세부 상태	1:CP,2:비상정지,3:UI(카드),4:스위치(IO), 5:Keypad,6:케이블탈장,7:저전류,8:과전류, 9:절상(저전류),10:PWM -12V Fail, 11:MC 융착,12:과전압
33		누적량	단위:kWh, BCD
34			Ex) 12345.6 kWh → 0×00 0×12 0×34 0×56
35
36

도 11은 본 발명의 심야 전력을 이용하여 충전을 하기 위한 예약 방법을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 심야 전력을 사용하여 전기자동차를 충전하기 위한 과정을 살펴보면, 먼저 충전기의 커넥터가 전기자동차에 연결(S10)된다.

충전기는 커넥터가 전기자동차에 연결된 상태에서 전기자동차를 충전하기 위한 출력 제어를 오프(OFF)시켜 충전대기 상태를 유지(S20)한다.

이어서 충전기는 현재 시간이 심야 시간인지의 여부를 판단(S30)한다. 여기서 심야 시간은 기 설정되어 충전기에서 기 설정된 심야 시간을 기준으로 현재 시간이 심야 시간인지의 여부를 판단할 수 있게 된다.

이어서 충전기는 S30 단계에서 현재 시간이 기 설정된 심야 시간이 아닌 경우에는 계속해서 전기자동차를 충전하기 위한 출력 제어를 오프(OFF)시켜 충전대기 상태를 유지하고, 만약 현재 시간이 기 설정된 심야 시간인 것으로 판단되면 전기자동차를 충전하기 위한 출력 제어를 온(ON)(S40)시킨다.

그러나 전기자동차를 충전하기 위한 출력 제어를 온(ON) 상태로 제어시 에러가 감지(S50)된 경우에는 출력 제어를 오프(OFF)시켜 충전대기 상태를 유지하게 된다.

이어서, 충전기는 전기자동차를 충전하기 위한 출력 제어가 온(ON) 상태로 정상적으로 제어된 경우에는 전기자동차의 배터리 충전을 시작(S60)하고, 전기자동차의 배터리가 충전이 되면 충전이 완료(S70)된다.

전술한 충전 방식에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 충전기는 커넥터가 전기자동차에 연결되더라도 바로 전기자동차의 충전을 위한 출력 제어를 온(ON)시켜 바로 충전을 시작하지 않고, 심야 시간인지의 여부를 판단하여 심야 시간인 경우에만 출력 제어를 온(ON)시켜 충전을 시작하게 된다. 즉, 본 발명에서는 충전기와 전기자동차의 연결 상태와 심야 시간인지의 여부를 판단하여 충전기와 전기자동차가 연결되고 심야 시간인 경우에 충전을 시작하게 된다.

도 12는 본 발명의 전기자동차 충전을 위한 제어 방법을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 충전기의 커넥터(36)에서 마이크로 컨트롤러(33)로 12V 신호를 전송(S10)한다.

이에 따라, 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)는 커넥터(36)로 정상상태 요청(request) 메시지를 전송(S20)하고, 커넥터(36)는 마이크로 컨트롤러(33)로 정상상태 OK 메시지를 전송(S30)한다.

이어서, 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)는 송신할 데이터를 선택하여 블루투스 모듈(34)로 송신(S40)하고, 블루투스 모듈(34)은 마이크로 컨트롤러(33)에서 송신된 데이터를 스마트폰(40)으로 송신(S50)한다.

스마트폰(40)은 블루투스 모듈(34)에서 데이터가 송신되면 정상상태 OK 메시지를 블루투스 모듈(34)로 송신(S60)하고, 블루투스 모듈(34)은 마이크로 컨트롤러(33)로 데이터를 송신(S70)한다.

이어서, 충전기의 커넥터(36)는 마이크로 컨트롤러(33)로 9V의 전기자동차 연결상태 신호를 송신(S80)한다. 마이크로 컨트롤러(33)는 커넥터(36)에서 9V의 전기자동차 연결상태 신호가 송신되면 충전기에 전기자동차(EV)(50)가 연결되었음을 인식한다.

이어서, 스마트폰(40)은 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)로 충전을 요청(S90)한다. 이에 따라, 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)는 커넥터(36)로 전기자동차(50)를 충전하기 위한 출력제어 온(ON)을 명령(S100)함으로써 커넥터(36)는 전기자동차(50)로 AC 전원(6V)을 공급(S110)한다.

도 13은 본 발명의 심야 전력을 이용하여 충전을 하기 위한 예약 방법을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 유저 인터페이스 장치인 스마트폰(40)에서 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)로 예약기능을 명령(S10)한다. 이에 따라, 마이크로 컨트롤러(33)는 심야전력을 사용하여 전기자동차를 충전하기 위한 시간을 설정하여 설정된 시간이 되면 충전을 시작하게 된다.

충전기의 커넥터(36)는 마이크로 컨트롤러(33)로 출력제어 오프(OFF)를 명령(S20)한다.

이어서, 충전기의 커넥터(36)는 현재 시간이 기 설정된 심야 시간임을 마이크로 컨트롤러(33)로 알린다(S30).

이에 따라, 마이크로 컨트롤러(33)는 커넥터(36)로 전기자동차(50)를 충전하기 위한 출력제어 온(ON)을 명령(S40)하고, 커넥터(36)는 마이크로 컨트롤러(33)의 명령에 따라 전기자동차(50)의 배터리 충전을 위한 AC 전원(6V)을 공급(S50)한다.

이어서, 전기자동차(50)는 배터리의 충전량 상태에 관한 정보를 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)로 송신(S60)한다.

충전기의 마이크로 컨트롤러(33)는 커넥터(36)로 전기자동차(50)의 배터리 충전을 위한 충전시간을 명령(S70)한다.

이에 따라, 커넥터(36)는 마이크로 컨트롤러(33)에서 전달받은 충전시간이 되면 전기자동차(50)의 배터리 충전을 위한 AC 전원(6V)을 공급(S80)한다.

이어서, 전기자동차(50)는 충전기의 마이크로 컨트롤러(33)로 배터리 충전완료 및 커넥터 해제를 명령(S90)하고, 마이크로 컨트롤러(33)의 제어에 따라 전기자동차(50)에 연결되어 있는 커넥터(36)가 해제(S100)된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

30 : 충전기
31 : 제어부
32 : RS232 통신부
33 : 마이크로 컨트롤러
34 : 블루투스 모듈
40 : 유저 인터페이스 장치
50 : 전기자동차

Claims

전기자동차 충전 시스템으로서,
전기자동차의 충전상태를 파악하여 충전기를 제어하고 심야전력을 사용하여 전기자동차의 충전이 가능한 프로그램이 탑재되어 사용자를 인식하고 충전기의 상태를 실시간으로 모니터링하는 유저 인터페이스 장치; 및
상기 유저 인터페이스 장치의 제어에 따라 충전기의 상태를 확인하여 상기 유저 인터페이스 장치로 데이터를 선택하여 송신하고 심야전력을 예약된 시간에 사용하여 전기자동차를 충전하는 기능 및, 배터리 충전량 상태에 따라 파악된 충전시간에 충전을 실시하는 기능을 구비하는 충전기;
를 포함하는 전기자동차 충전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 충전기는,
상기 유저 인터페이스 장치의 제어에 따라 충전기의 상태를 확인하여 상기 유저 인터페이스 장치로 송신할 데이터를 선택하고 심야전력을 사용하여 전기자동차를 충전하기 위한 예약기능을 수행하는 제어부;
상기 유저 인터페이스 장치와 직렬 통신 방식으로 통신하는 통신부;
상기 제어부에서 선택된 데이터를 상기 통신부를 통해 전달받아 상기 유저 인터페이스 장치로 송신하고 상기 유저 인터페이스 장치에서 송신되는 제어신호를 상기 통신부를 통해 상기 제어부로 전송하는 블루투스 모듈; 및
상기 제어부의 제어에 따라 전기자동차와 연결되어 전원을 공급하거나 연결이 해제되어 전원공급을 차단하는 커넥터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 시스템.
전기자동차 충전 방법으로서,
(a) 충전기의 커넥터에서 마이크로 컨트롤러로 정상상태 메시지를 송신하는 단계;
(b) 상기 마이크로 컨트롤러에서 송신할 데이터를 선택하여 블루투스 모듈로 송신하는 단계;
(c) 상기 블루투스 모듈에서 수신한 데이터를 유저 인터페이스 장치로 송신하는 단계;
(d) 상기 블루투스 모듈에서 상기 유저 인터페이스 장치로부터 정상상태 메시지를 수신하여 상기 마이크로 컨트롤러로 데이터를 송신하는 단계;
(e) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로 전기자동차가 연결 알림 신호를 송신하는 단계;
(f) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 유저 인터페이스 장치로부터의 충전 요청에 따라 상기 커넥터로 충전 제어 온(ON)을 명령하는 단계; 및
(g) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러의 명령에 따라 전기자동차로 전원을 공급하는 단계;
를 포함하고,
상기 단계(g) 이후에,
(h) 상기 유저 인터페이스 장치에서 상기 마이크로 컨트롤러로 전기자동차의 심야시간 충전을 위한 예약을 명령하는 단계;
(i) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로 출력 제어 오프(OFF)를 명령하는 단계;
(j) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로 전기자동차의 심야시간 충전을 위한 예약된 시간임을 알리는 단계;
(k) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로 충전 제어 온(ON)을 명령하는 단계; 및
(l) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러의 명령에 따라 전기자동차로 전원을 공급하는 단계;
(m) 전기자동차에서 상기 마이크로 컨트롤러로 배터리 충전량 상태를 송신하는 단계;
(n) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로, 상기 수신한 배터리 충전량 상태에 따라 파악된 충전시간을 명령하는 단계;
(o) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로부터 명령된 충전시간이 되면 전기자동차로 전원을 공급하는 단계;
(p) 전기자동차에서 상기 마이크로 컨트롤러로 배터리 충전완료 및 상기 커넥터 해제를 명령하는 단계; 및
(q) 상기 마이크로 컨트롤러의 제어에 의해 상기 커넥터가 전기자동차에서 해제되는 단계
를 더 포함하는, 전기자동차 충전 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 단계(a)는,
(a1) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로 신호를 전송하는 단계;
(a2) 상기 마이크로 컨트롤러에서 상기 커넥터로 정상상태 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
(a3) 상기 커넥터에서 상기 마이크로 컨트롤러로 정상상태 메시지를 송신하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 충전 방법.
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