직장 내 전기차 스케줄링 이후 공정한 정산을 통한 자발적 협력 유도 방안 = A Fair Settlement Framework to Promote Voluntary Cooperation After Workplace EV Scheduling

국문 초록 (Abstract)

전기차 보급 확대에 따라 직장 내 충전 수요가 증가하면서, 피크 부하 상승에 따른 기본요금 증가와 시간대별 요금제에 따른 전력량요금 부담이 기업의 주요 운영 과제로 부상하고 있다. 이를 완화하기 위해 다양한 전기차 충전 스케줄링 기법이 제안되어 왔으나, 기존 연구의 상당수는 회사 관점의 전기요금 절감에 초점을 두고 있어 스케줄링 과정에서 발생하는 비용과 이익을 직원 간에 어떻게 공정하게 정산할 것인지에 대해서는 충분히 논의하지 못하였다. 정산 체계가 부재할 경우, 피크 억제를 위해 충전 시점이 조정된 직원에게 오히려 비용 손해가 전가되는 구조적 불공정성이 발생할 수 있으며, 이는 장기적인 협력 유지에 한계를 초래한다.
본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해, 충전 스케줄링 결과와 연동된 직장 내 기여도 기반 정산 프레임워크를 제안한다. 제안한 정산 구조의 핵심은 다음과 같다. 첫째, 최소 비용 보장 단계에서는 각 전기차가 자신의 연결 가능 시간 내에서 시간대별 요금제를 기준으로 달성 가능한 최소 충전요금을 산정하고, 실제 스케줄링 결과가 이를 초과할 경우 그 차액을 회사가 보전함으로써 스케줄링 참여로 인한 개인의 비용 손해를 사전에 제거한다. 둘째, 기여도 기반 정산 단계에서는 스케줄링을 통해 절감된 기본요금 중 최소 비용 보장 이후에 남는 잔여 이익을 협력적 게임이론의 Shapley Value를 이용해 분배함으로써, 피크 억제에 실질적으로 기여한 전기차일수록 더 큰 인센티브를 제공한다.
사례 연구 결과, 제안한 정산 체계는 회사의 피크 절감 효과를 유지하면서도 정산 체계 부재 시 발생하던 직원의 비용 손해 문제를 해소함을 확인하였다. 또한 모든 차량의 최소 충전비용을 보장하는 동시에, 기여도에 비례한 경제적 보상을 제공함으로써 회사와 직원 모두가 스케줄링 미적용 대비 순이익을 확보할 수 있음을 보였다. 더 나아가 연결 시간을 조정한 시나리오 분석을 통해, 단순한 연결 시간 증가가 아니라 피크 발생 가능 시점에서 실제로 제공된 충전 유연성이 기여도로 반영됨을 검증하였다.
종합하면, 본 연구에서 제안한 정산 모델은 기본요금 비중이 큰 산업용 요금 구조 하에서 스케줄링으로 창출된 이익을 공정하게 환원함으로써, 직원의 자발적 협력이 지속 가능한 직장 내 전기차 충전 운영 체계를 구축할 수 있음을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the increasing adoption of electric vehicles (EVs), workplace charging demand has grown rapidly, making the rise in peak demand–driven demand
charges and time-of-use (ToU) energy costs a critical operational challenge for companies. Although various EV charging scheduling methods have been proposed to mitigate these issues, most existing studies primarily focus on reducing electricity costs from the company’s perspective, while paying insufficient attention to how the costs and benefits arising from scheduling should be fairly allocated among employees. In the absence of an appropriate settlement mechanism, employees whose charging schedules are adjusted for peak reduction may incur higher charging costs, resulting in structural unfairness that undermines long-term cooperation.
To address this issue, this paper proposes a contribution-based settlement framework integrated with workplace EV charging scheduling. The proposed framework consists of two key components. First, a minimum cost guarantee mechanism ensures that each EV is settled at no more than the minimum
charging cost achievable within its declared connection time under the ToU tariff, thereby eliminating any potential individual loss caused by participation in scheduling. Second, the remaining benefits from reduced demand charges after the minimum cost guarantee are allocated using the Shapley value from cooperative game theory, so that EVs contributing more effectively to peak demand mitigation receive higher incentives.
Case studies demonstrate that the proposed settlement framework preserves the company’s peak reduction benefits while eliminating employee cost disadvantages observed under conventional ToU-based settlement. As a result, both the company and employees achieve net economic benefits compared to a no-scheduling baseline. Additional scenario analyses further confirm that contributions are determined not by the length of connection time itself, but by the actual charging flexibility provided during critical peak periods.
Overall, the proposed settlement framework enables a fair redistribution of scheduling-induced benefits under industrial tariff structures dominated by demand charges, thereby establishing a sustainable and cooperative workplace EV charging operation model.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 동향 3
• 3. 연구 범위 및 목적 6
• 4. 논문 구성 8
• II. 배경 이론 9
• 1. 직장 내 전기차 스케줄링 9
• 가. 목적함수: 회사 전기요금의 최소화 10
• 나. 충전 전력에 대한 제약조건 12
• 다. SoC에 대한 제약조건 13
• 라. 위 수학적 정식화에 대한 요약 15
• 2. Shapley Value 16
• 가. Shapley Value의 개요 16
• 나. Shapley Value의 정의 17
• 다. Shapley Value의 한계 18
• 3. 본 연구와의 연계 20
• III. 수리적 모델 정식화 22
• 1. 회사의 기본요금 절감액 산정 정식화 24
• 가. 스케줄링에 협조한 경우의 비용 계산 24
• 나. 스케줄링에 협조하지 않은 경우의 비용 계산 24
• 다. 두 경우의 비교를 통한 회사의 기본요금 절감액 정의 25
• 2 직원별 최소 비용 보장 정식화 26
• 가. 스케줄링에 협조한 경우의 비용 계산 26
• 나. 스케줄링에 협조하지 않은 경우의 비용 계산 26
• 다. 두 경우의 비교를 통한 보상액 및 잔여 이익 정의 27
• 3. Shapley Value 기반 기여도 산정 및 최종 요금 정산 정식화 28
• 가. 가치함수 정의 29
• 나. 일 단위 기여도 산정 30
• 다. 월 단위 기여도 산정 31
• 라. 최종 요금 정산 31
• IV. 사례 연구 34
• 1. 시나리오 구성 34
• 가. 시나리오 개요 34
• 나. 시뮬레이션 전제 및 입력 자료 34
• 2. 시나리오 분석 38
• 가. 시나리오 1: 회사의 스케줄링 없이, 직원들이 독립적으로 충전하는 사례 38
• 나. 시나리오 2: 스케줄링 수행 후, 기존 ToU 요금제를 그대로 적용하여 정산한 사례 40
• 다. 시나리오 3: 스케줄링 수행 후, 제안한 정산 모델을 적용하여 정산한 사례 43
• 라. 시나리오 4: 기여도가 낮았던 차량의 입력 시간을 조정한 사례 46
• V. 결론 53
• 참고문헌 56