[논문]WiFi 기반 스마트폰 어플리케이션을 이용한 전기자동차 충전제어시스템

노선희; 이경중; 기영훈; 안현식

doi:10.5370/kiee.2013.62.8.1138

WiFi 기반 스마트폰 어플리케이션을 이용한 전기자동차 충전제어시스템
Electric Vehicle Charging Control System using a Smartphone Application Based on WiFi Communication 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.8, 2013년, pp.1138 - 1143

노선희 (Dept. of Electronic Engineering, Kookmin University) , 이경중 (Dept. of Electronic Engineering, Kookmin University) , 기영훈 (Dept. of Electronic Engineering, Kookmin University) , 안현식 (Dept. of Electronic Engineering, Kookmin University)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a smartphone application based on a wireless fidelity(WiFi) in order to control the charging of electric vehicle(EV) and monitor the charging status together with the vehicle history information. The driver obtains much information on vehicle status through a smartphone application which communicates with the electric vehicle supply equipment(EVSE) management server while the EV also communicates with the EVSE for the authentification through controller area network(CAN). We also implement the simulator for the EV charging control system to verify the functions of the proposed application where the simulator consists of an EV model, an EVSE, and a smartphone. It is shown by the simulator that the proposed smartphone application allows the driver to control and to monitor the charging process of an EV conveniently and, moreover, it can provide the driver with vehicle information stored in the EVSE management server.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

EV 충전시뮬레이터는 EV 모델, EVSE, 각각의 모니터링 PC 및 스마트폰으로 구성하였다. 또한, EV운전자에 공간적 제약을 줄이고 편의성을 제공하기 위하여, WiFi 기반 EV 충전제어 스마트폰 어플리케이션을 제안하였다. 스마트폰 어플리케이션을 이용하여 EV 충전제어가 효과적으로 제어 되는 것을 확인하였으며, EV 충전 국제표준인 IEC 61851-24에 따른 충전인증절차가 수행되는 것도 확인하였다.
본 논문에서는 Bluetooth의 짧은 전송가능거리로 인한 한계를 해결하기 위하여 WiFi 무선 통신을 이용하여 스마트폰을 EV 충전 인터페이스 장치로 적용하는 방법을 제안한다. 또한, 스마트폰을 이용한 WiFi 기반 EV 충전제어시스템의 타당성을 검증하기 위해 EV 충전시뮬레이터를 구현하여 성능을 확인한다.
본 논문에서는 EV 충전제어시스템에 활용할 수 있는 스마트폰 어플리케이션을 개발하고 충전시뮬레이터를 통하여 그 효용성을 확인하였다. EV 충전시뮬레이터는 EV 모델, EVSE, 각각의 모니터링 PC 및 스마트폰으로 구성하였다.

제안 방법

EV 모델은 본 논문에서 제안된 어플리케이션을 효과적으로 검증할 수 있을 정도의 최소한의 크기로서 배터리 정보처리를 위한 MCU, 구동을 위한 DC 모터, DC 모터 드라이버, 배터리, EV 모델내에 배터리를 관리를 위한 BMS 및 EV 충전 상태를 확인하기 위한 MFC기반의 EV 모니터링 프로그램으로 구성된다. EV 모니터링 시스템은 그림 5와 같고, 상태(state) 창에 충전 인증(start), 충전시작(charging), 충전종료(idle) 및 운전모드(discharging)를 선택할 수 있도록 구현된다.
IEC 61851은 특정한 충전 조건에 맞게 여러 개의 파트로 구성되어 있으며, AC, DC 충전 방식 모드를 대상으로 한다[7]. IEC 61851이 가진 여러 파트 중 EV와 DC 충전기간의 통신 프로토콜 표준인 IEC 61851-24를 본 논문에서 구현하는 EV 충전제어시스템에 적용하고자 한다. IEC 61851-24는 일본이 제안하는 V2G(Vehicle to Grid) 인터페이스 표준으로 EV가 DC 전원에 접속하여 DC로 전력을 공급하는 전도성 충전장치 및 EVSE에 적용되는 표준안이다.
본 논문에서는 IEC 61851-24의 DC 충전 통신 절차에서 회로적으로 전달되는 신호는 배제하고, CAN 통신을 이용한 통신절차만을 EV 충전제어시스템에 적용한다. 또한, EV 모델과 EVSE간에 충전 전 송수신 되는 정보와 충전 시 교환하는 정보를 구분 짓기 위하여 각각을 충전인증부와 충전부로 나누어 실험을 진행한다.
본 논문에서는 Bluetooth의 짧은 전송가능거리로 인한 한계를 해결하기 위하여 WiFi 무선 통신을 이용하여 스마트폰을 EV 충전 인터페이스 장치로 적용하는 방법을 제안한다. 또한, 스마트폰을 이용한 WiFi 기반 EV 충전제어시스템의 타당성을 검증하기 위해 EV 충전시뮬레이터를 구현하여 성능을 확인한다. EV 충전시뮬레이터는 EV 모델, EVSE 및 스마트폰으로 구성되며, 스마트폰 어플리케이션은 WiFi를 통해 EVSE 관리서버에 접속하여 EV의 충전정보, 배터리 정보, EVSE 정보 등을 제공받고, EV 충전제어가 가능하다.
EV 충전제어시스템은 다양한 분산 전력원과 정보통신 인프라 기반의 부가가치 서비스로 이루어기 때문에 체계적으로 정의된 EV 충전관련 표준을 바탕으로 설계되어야 한다. 본 논문에서 제안하는 EV 충전제어시스템은 EV 모델, EVSE 및 스마트폰으로 구성되어 EV 모델과 EVSE는 DC 충전 방식과 CAN 기반 통신 인터페이스를 이용하며, 스마트폰 어플리케이션은 WiFi 통신을 통해 EVSE 관리서버에 접속하여 해당 EV 모델에 대한 충전 및 차량 이력관련 정보를 전달받는 구조로 제작되었다. EV 모델과 EVSE간의 통신 인터페이스관련 표준에는 ISO 15118, IEC 61851-24, SAE J2293, SAE J2847 등이 있는데, 이 중 IEC 61851은 EV 직접식 충전제어시스템으로 충전 통신 프로토콜과 충전 통신 절차 등이 정의되어있다.
본 논문에서 제안한 스마트폰 어플리케이션의 구조는 충전제어 뷰(home view)와 디스플레이 뷰(charging view)로 나뉘며, 충전제어 뷰는 EV 모델이 EVSE에 충전을 요청하기 위한 충전시작 버튼(charging), 충전종료 버튼(stop) 및 EVSE profile 버튼으로 구성되어 있다. EV 모델이 EVSE에 접속하면 그림 1의 wake up 신호가 활성화되고, 스마트 폰 충전제어 뷰의 충전시작 버튼을 누르면 EV 모니터링 프로그램에서 충전인증부를 진행한 것과 동일하게 인증절차가 수행된다.
EV 모델과 EVSE간에 송수신되는 모든 충전 정보는 EVSE 관리서버에 전달되고, 스마트폰은 WiFi를 통해 EVSE 관리서버에 접속하여 충전 정보를 실시간으로 확인한다. 본 논문에서는 IEC 61851-24의 DC 충전 통신 절차에서 회로적으로 전달되는 신호는 배제하고, CAN 통신을 이용한 통신절차만을 EV 충전제어시스템에 적용한다. 또한, EV 모델과 EVSE간에 충전 전 송수신 되는 정보와 충전 시 교환하는 정보를 구분 짓기 위하여 각각을 충전인증부와 충전부로 나누어 실험을 진행한다.

대상 데이터

또한, 스마트폰을 이용한 WiFi 기반 EV 충전제어시스템의 타당성을 검증하기 위해 EV 충전시뮬레이터를 구현하여 성능을 확인한다. EV 충전시뮬레이터는 EV 모델, EVSE 및 스마트폰으로 구성되며, 스마트폰 어플리케이션은 WiFi를 통해 EVSE 관리서버에 접속하여 EV의 충전정보, 배터리 정보, EVSE 정보 등을 제공받고, EV 충전제어가 가능하다.
본 논문에서는 EV 충전제어시스템에 활용할 수 있는 스마트폰 어플리케이션을 개발하고 충전시뮬레이터를 통하여 그 효용성을 확인하였다. EV 충전시뮬레이터는 EV 모델, EVSE, 각각의 모니터링 PC 및 스마트폰으로 구성하였다. 또한, EV운전자에 공간적 제약을 줄이고 편의성을 제공하기 위하여, WiFi 기반 EV 충전제어 스마트폰 어플리케이션을 제안하였다.
본 논문에서 제안한 스마트폰 기반 EV 충전제어시스템의 성능 분석을 위하여 EV 모델, EVSE, 모니터링 PC 및 스마트폰으로 구성된 충전시뮬레이터를 그림 3과 같이 구성한다. EVSE는 인터넷을 통하여 EVSE 관리서버에 EV 모델의 데이터를 전달하며, EVSE와 EV 모델은 CAN을 통하여 통신하고, EVSE 관리서버와 스마트폰은 WiFi를 이용해 정보를 전달한다.

성능/효과

따라서 운전자는 WiFi를 통해 EV, EVSE 사이에 전송되는 모든 데이터들을 모니터링 할 수 있으므로 편의성을 보장받고, EV 충전을 제어할 수 있으므로 시·공간적 제약으로 인한 손실을 최소화할 수 있다.
위의 인증절차를 거친 후, 일정 시간이 지나면 EV 모니터링 시스템에서 charging을 선택한 것과 같이 그림 5 하단의 status창에 charging mode가 표시되고, 충전이 진행됨에 따라 SOC, 전압과 전류가 변하게 된다. 또한, 스마트폰 어플리케이션의 그림 7과 같이 충전제어 뷰에서 start 버튼을 선택하면, 그림 5와 같이 EV 모니터링 시스템의 status창에서 충전인증부 완료(init complete), 충전부(charging mode)를 진행한 것과 같은 결과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
배터리의 SOC는 EV 충전이 진행됨에 따라 값이 증가하는 것을 확인하였으며, 전압과 전류도 EV 모니터링 시스템과 동일하게 변하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 스마트폰 어플리케이션의 충전제어 뷰에서 stop 버튼을 선택하면 EVSE 모니터링 시스템의 status에 charging stop, EV 모니터링 시스템의 state창에 stop mode가 표시되고, 각 모니터링 시스템과 스마트폰 디스플레이 뷰의 충전 관련 정보들이 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
스마트폰 어플리케이션의 디스플레이 뷰는 그림 6과 같이 EV 충전이 진행되는 과정에서 SOC, 충전 진행 시간, 잔여 주행거리, 가격 정보 및 충전 상태를 EVSE 모니터링 시스템에서와 같이 동일한 정보를 표시한다. 배터리의 SOC는 EV 충전이 진행됨에 따라 값이 증가하는 것을 확인하였으며, 전압과 전류도 EV 모니터링 시스템과 동일하게 변하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 스마트폰 어플리케이션의 충전제어 뷰에서 stop 버튼을 선택하면 EVSE 모니터링 시스템의 status에 charging stop, EV 모니터링 시스템의 state창에 stop mode가 표시되고, 각 모니터링 시스템과 스마트폰 디스플레이 뷰의 충전 관련 정보들이 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
또한, EV운전자에 공간적 제약을 줄이고 편의성을 제공하기 위하여, WiFi 기반 EV 충전제어 스마트폰 어플리케이션을 제안하였다. 스마트폰 어플리케이션을 이용하여 EV 충전제어가 효과적으로 제어 되는 것을 확인하였으며, EV 충전 국제표준인 IEC 61851-24에 따른 충전인증절차가 수행되는 것도 확인하였다. 향후 스마트폰을 이용하여 부가적인 EV 충전 서비스 구현 및 클라우드 서비스 적용을 통해 충전데이터 전송방법에 대한 연구를 수행할 것이다.
그러나 스마트폰 어플리케이션은 EVSE 모니터링 프로그램과 EV 모니터링 프로그램에서 확인할 수 있는 다양한 정보 중 필수적인 데이터들을 운전자가 스마트폰으로 확인할 수 있도록 제공한다. 충전중인 EV 모델의 배터리 정보와 SOC로부터 계산된 충전 가격, 충전 진행 시간, 잔여 주행거리 및 EVSE에 대한 정보들을 제공받음으로 운전자의 편의성을 보장할 수 있다. 또한, WiFi 무선통신망을 사용함으로써 Bluetooth, ZigBee와 같은 무선 통신보다 넓은 통신가능거리를 가지고, 추후 GPS(Global Positioning System), 클라우드 서비스와도 접목이 가능하다.

후속연구

충전중인 EV 모델의 배터리 정보와 SOC로부터 계산된 충전 가격, 충전 진행 시간, 잔여 주행거리 및 EVSE에 대한 정보들을 제공받음으로 운전자의 편의성을 보장할 수 있다. 또한, WiFi 무선통신망을 사용함으로써 Bluetooth, ZigBee와 같은 무선 통신보다 넓은 통신가능거리를 가지고, 추후 GPS(Global Positioning System), 클라우드 서비스와도 접목이 가능하다.
스마트폰 어플리케이션을 이용하여 EV 충전제어가 효과적으로 제어 되는 것을 확인하였으며, EV 충전 국제표준인 IEC 61851-24에 따른 충전인증절차가 수행되는 것도 확인하였다. 향후 스마트폰을 이용하여 부가적인 EV 충전 서비스 구현 및 클라우드 서비스 적용을 통해 충전데이터 전송방법에 대한 연구를 수행할 것이다.
운전자가 스마트폰을 소지하고 있다면 인터넷이 가능한 범위 내에서 어플리케이션 실행만으로 EV 충전을 제어할 수 있다. 향후 충전제어 뷰는 충전시작 및 종료 버튼을 누름에 따라 변화하는 충전 데이터를 EVSE 관리서버에 저장하여 어플리케이션 상에서 확인하는 기능을 가질 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	EV의 개발 및 상용화를 위한 필수요소는 무엇인가?	최근 화석 연료 고갈에 대한 문제와 환경규제로 인하여전 세계적으로 EV의 개발과 보급에 대한 관심이 높아지고 있다. EV의 개발 및 상용화를 위해서 충전인프라 구축여부가 필수적인 요소로 부각되고 있으며, 실제로 미국, 유럽, 일본 등에서 EV 충전인프라를 확대 보급하는 사례가 늘어나고 있다[1,2]. 또한, EV 개발 및 상용화가 확산되면서 개인화된 정보시스템을 구축하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있으며, 특히 스마트폰을 이용하여 EV를 관리하는 스마트폰 어플리케이션 개발이 빠른 속도로 진행되고 있다.
	기존의 EV 충전제어시스템이 가진 한계점은 무엇인가?	기존의 EV 충전정보 모니터링 및 충전제어시스템은 EV 모니터링 프로그램과 EVSE 모니터링 프로그램을 통해서만 충전정보 확인 및 충전제어가 가능하기 때문에 시·공간적 제약이 존재하고, 운전자에게 실시간으로 정보를 제공하기 어렵다는 단점이 있었다. 이러한 EV 충전제어시스템에 스마트폰을 적용하는 것은 운전자에게 시·공간적 제약에서 오는 불편을 최소화시킬 수 있고, 실시간으로 대량의 정보를 전송하여 편의성을 제공한다는 측면에서 꾸준히 논의되고 있다.
	EV를 위한 스마트폰 어플리케이션이 제공하고 있는 서비스는 무엇인가?	또한, EV 개발 및 상용화가 확산되면서 개인화된 정보시스템을 구축하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있으며, 특히 스마트폰을 이용하여 EV를 관리하는 스마트폰 어플리케이션 개발이 빠른 속도로 진행되고 있다. EV를 위한 스마트폰 어플리케이션은 원격 시동 및 램프 제어, 원격 차량 진단 서비스뿐만 아니라 EV 내의 배터리 관리시스템(BMS : Battery Management System) 정보 등을 제공하고 있다. BMS 정보를 이용한 스마트폰 어플리케이션은 배터리의 충전 상태 및 주행 가능 거리 등 각종 정보를 원격으로 관리할 수 있다[3,4].

참고문헌 (12)

T. S. Ustun, C. R. Ozansoy and A. Zqyegh, "Implementint vehicle-to-grid(v2g) technology with iec 61850-7-420", IEEE Transactions on Smart Gri, vol. 4, no. 2, pp. 1180-1187, 2013.

상세보기
A. Ipakchi and F. Albuyeh, "Grid of the future", IEEE Power Energy Mag., vol. 7, no. 2, pp.55-68, 2009.

상세보기
H. J. Yun, S. Y. Lee and S. J Park, "Design of ev charging control system using mobile terminal", Procs. of the KSAE 2011 Annual Conference and Exhibition, pp. 1647-1651, 2011.
H. J. Yun and S. Y. Lee,"ODX-based vehicle mobile gateway for ev telematics", Procs. of International Conference on ICT Convergence 2011, pp. 672-675, 2011.
K. Koscher, A. Czeskis, F. Rosener, S. Patel, T. Kohno, S. Checkoway, D. McCoy, B. Kantor, D. Anderson, H. shacham and S. Savage, "Experimental security analysis of a modern automobile", Procs, of the 31st IEEE Symposium on Security and Privacy, pp. 447-462, 2010.
H. M. Lee, "Introduction of 'blueon' electric vehicle", The Journal of the Korean Society of Automotive Engineers, vol. 32, no. 8, pp. 42-48, 2010.
R. Falk and S. Fries, "Electric vehicle charging infrastructure - security considerations and approaches", Procs. of The Fourth International Conference on Evolving Internet, pp. 58-64, 2012.
S. Y. Lee and S. J. Park, "Technology and standards trends of electric vehicle ict", Procs, of the Elctronics and Telecommunications Trends, vol. 26, no. 6, pp. 58-67, 2011.
Smart Vehicle to Grid Interface, "SMARTV2G rapid charge station specifications," No.284953, 07.30, 2012.
Energy Smart Grid Association, "Communication interface between electric vehicle and conductive dc charger", SPS-SGS 03 001-1916, 11.28 2011.
S. H. Park and S. Y. Min, "A design of smart sensor network framework for intelligent vehicle", The Journal of Korea Information and Communications Society, vol. 36, no. 1, pp. 184-194, 2011.

원문보기 상세보기
E. Ferro and F. Potorti, "Bluetooth and wi-fi wireless protocols : a survey and a comparison", The Journal of IEEE Wireless Communications, pp. 12-26, 2005.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증