KR101041684B1 - 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템 - Google Patents

전기 자동차의 충전 및 구동 시스템 Download PDF

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(주)신한전자
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Abstract

본 발명은 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템은 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위한 급전 모듈의 컨버팅부가 전기 자동차를 구동하기 위한 구동 모듈의 인버팅부와 스위칭 소자를 공유한다. 또한 급전 모듈이 외부 전원으로부터 비접촉 자기 유도 방식으로 전기를 공급받을 수 있다.
본 발명에 따르면 전기 자동차에 사용되는 스위칭 소자의 수를 줄여 비용을 절감할 수 있으며, 전기 자동차가 비접촉으로 전원을 공급받으므로 사용자가 편리하게 전기 자동차를 이용할 수 있다.

Description

전기 자동차의 충전 및 구동 시스템 {Charging and driving system for electric automobile}
본 발명은 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 자동차의 배터리를 충전하기 위한 급전 모듈의 컨버팅부와 전기 자동차를 구동하기 위한 구동 모듈의 인버팅부가 스위칭 소자를 공유하는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에 관한 것이다.
최근 환경 오염을 유발하는 기존의 화석 연료를 이용한 자동차를 대신하여 전기 자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 전기 자동차는 전기를 에너지원으로 이용하므로 매연과 이산화탄소가 거의 발생되지 않는다. 따라서 앞으로 전기 자동차는 친환경 교통수단으로 그 역할이 커질 것이다.
일반적으로 전기 자동차는 외부 전원으로부터 교류의 전기를 입력받아 이를 배터리에 저장하고, 운행시 배터리에 저장된 전기를 이용하여 전기 자동차에 내장된 구동 모터를 동작시켜 운행한다. 이를 위해서 전기 자동차는 입력된 교류의 전기를 배터리의 규격에 맞게 직류로 변환하는 컨버터와, 배터리로부터 전기를 공급받아 구동 모터의 규격에 맞게 변환하는 인버터를 구비한다. 통상적으로 구동 모터는 3상 전기를 이용하며, 이에 따라 인버터는 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 스위칭 소자를 구비하여 직류를 3상의 교류로 변환한다. IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 스위칭 소자는 인버터 뿐만 아니라 컨버터에도 필수적으로 사용된다. 이러한 스위칭 소자에 대해 종래의 전기 자동차는 인버터와 컨버터가 각각 별도로 구비하여 불필요한 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한 종래의 전기 자동차는 외부 전원과 직접 연결되는 접촉식 충전 방식으로 충전 완료까지 약 7시간 정도 소요된다. 이렇게 전기 자동차는 충전하는 데 시간이 오래 걸리는 반면, 한 번 충전으로 운행할 수 있는 거리가 짧다. 따라서, 전기 자동차는 자주 충전을 해주어야 하며, 충전이 오래 걸리고, 충전시 외부 전원과 직접 연결해야 하는 불편함이 있다.
본 발명의 목적은 컨버터와 인버터가 스위칭 소자를 공유하여 비용을 절감할 수 있는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 전기 자동차를 외부 전원에 직접적으로 연결할 필요 없이 지정된 장소에 주차하는 것만으로도 충전시킬 수 있으며, 빠른 충전이 가능하여 충전 시간을 줄일 수 있는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템은 배터리, 급전 모듈, 구동 모듈을 포함한다. 급전 모듈은 배터리를 충전하기 위한 것으로, 수전부와 컨버팅부를 구비한다. 수전부는 외부 전원으로부터 전기를 공급받으며, 컨버팅부는 수전부에 공급된 전기를 배터리의 규격에 맞게 변환한다. 구동 모듈은 구동 모터와 인버팅부를 구비한다. 구동 모터는 전기 자동차를 구동하며, 인버팅부는 배터리로부터 전기를 공급받아 구동 모터의 규격에 맞게 변환한다. 급전 모듈의 컨버팅부는 구동 모듈의 인버팅부와 스위칭 소자를 공유한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에서 스위칭 소자는 2개의 스위치와 연결되며, 스위칭 소자는 2개의 스위치 제어를 통해 급전 모듈의 컨버팅부와 구동 모듈의 인버팅부에 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템의 수전부는 급전 유닛, 픽업 유닛을 구비할 수 있다. 급전 유닛은 외부 전원과 직접 연결되어 전기를 공급받는다. 픽업 유닛은 급전 유닛으로부터 이격되어 전기 자동차에 장착되며 급전 유닛으로부터 비접촉 자기 유도 방식으로 전기를 공급받는다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에서 급전 유닛은 미앤더 형상이며, 픽업 유닛은 미앤더 형상인 급전 유닛에 삽입 가능한 복수의 수전판을 구비할 수 있다. 복수의 수전판이 미앤더 형상인 급전 유닛에 삽입되어 교차 배열되면서 픽업 유닛이 전기를 공급받는다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에서 급전 모듈은 복수의 수전판과 동일한 수의 컨버팅부를 구비하고, 복수의 수전판은 각각의 컨버팅부를 통해 배터리와 연결될 수 있다. 복수의 컨버팅부는 각각 구동 모듈의 인버팅부와 스위칭 소자를 공유한다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템은 컨버팅부와 인버팅부가 스위칭 소자를 공유하므로 전기 자동차에 사용되는 IGBT 등과 같은 스위칭 소자의 수를 줄일 수 있다. 따라서 전기 자동차의 가격을 낮출 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템은 전기 자동차에 외부 전원에 직접 연결하지 않고 자기 유도 방식으로 충전하기 때문에 전기 자동차를 지정된 공간에 주차하는 것만으로도 충전이 가능하다. 특히 급전 유닛을 미앤더 형상으로 하여 복수의 수전판에 동시에 전기를 공급함으로써 전기 자동차를 급속으로 충전할 수 있다. 따라서 전기 자동차 충전시 별도로 외부 전원 연결이 필요 없으며, 충전 시간도 단축되어 전기 자동차를 편리하게 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에서 충전하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전을 위한 주차 공간을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급전 유닛이 미앤더 형상이고 픽업 유닛이 복수의 수전판을 구비하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급전 유닛이 미앤더 형상이고 픽업 유닛이 복수의 수전판을 구비하여 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템(1000)은 배터리(1100), 급전 모듈(1200), 구동 모듈(1300)을 포함한다.
급전 모듈(1200)은 수전부(1210)와 컨버팅부(1220)를 구비한다. 수전부(1210)는 외부 전원(100)과 연결되어 외부 전원(100)으로부터 전기를 공급받는다. 컨버팅부(1220)는 수전부(1210)에 공급된 전기를 배터리(1100)의 규격에 맞게 변환한다. 일반적으로 외부 전원(100)은 교류이므로 컨버팅부(1220)에서는 교류를 직류로 변환하고, 배터리(1100)의 전압에 맞게 승압한다. 이를 위해 컨버팅부(1220)는 컨버터(1221)와 승압 회로(1222)를 구비한다. 승압 회로(1222)는 1개의 IGBT 등과 같은 스위칭 소자를 필요로 한다.
구동 모듈(1300)은 구동 모터(1310)와 인버팅부(1320)를 구비한다. 구동 모터(1310)는 전기로 동작되며, 전기 자동차를 구동한다. 인버팅부(1320)는 배터리(1100)와 연결되어, 배터리(1100)로부터 전기를 공급받아 구동 모터(1310)의 규격에 맞게 변환한다. 배터리(1100)에서 출력되는 전기는 단상의 직류인데 일반적인 전기 자동차의 구동 모터(1310)는 3상 교류 전기를 사용하므로, 인버팅부(1320)는 단상의 직류를 3상의 교류로 변환한다. 이를 위해 인버팅부(1320)는 6개의 IGBT 등과 같은 스위칭 소자를 필요로 한다.
전기 자동차는 충전과 구동이 동시에 일어나는 것이 아니라, 선택적으로 발생된다. 즉, 전기 자동차가 충전될 때에는 구동 모듈(1300)이 동작하지 않으며, 전기 자동차가 구동될 때에는 급전 모듈(1200)이 동작하지 않는다. 따라서 급전 모듈(1200)과 구동 모듈(1300)에 구비된 스위칭 소자가 동시에 사용되지 않으므로, 급전 모듈(1200)의 컨버팅부(1220)와 구동 모듈(1300)의 인버팅부(1320)가 하나의 스위칭 소자(1400)를 공유할 수 있다. 본 실시예에서는 인버팅부(1320)에 구비된 스위칭 소자(1400)를 컨버팅부(1220)가 공유하는 형태이지만, 이에 한정되지 않고 컨버팅부(1220)에 구비된 스위칭 소자를 인버팅부(1320)가 공유하는 형태가 될 수도 있다.
스위칭 소자(1400)는 2개의 스위치(SW1, SW2)와 연결된다. 2개의 스위치(SW1, SW2)는 각각 일단이 컨버팅부(1220)와 연결되고 타단이 인버팅부(1320)와 연결된다. 스위칭 소자(1400)는 2개의 스위치(SW1, SW2)를 제어하여 컨버팅부(1220) 및 인버팅부(1320)에 선택적으로 연결된다. 즉, 전기 자동차가 충전되는 경우에는 2개의 스위치(SW1, SW2)가 컨버팅부(1220)와 연결되고(SW1이 1a에 연결되고, SW2가 2a에 연결됨), 전기 자동차가 구동되는 경우에는 2개의 스위치(SW1, SW2)가 인버팅부(1320)와 연결된다(SW1이 1b에 연결되고, SW2가 2b에 연결됨).
이와 같이 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템(1000)에서 컨버팅부(1220)와 인버팅부(1320)가 하나의 스위칭 소자를 공유함으로써 전기 자동차에 사용되는 스위칭 소자의 수를 줄일 수 있다. 이를 통해 전기 자동차의 제조 단가를 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 회로도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템에서 충전하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템(2000)은 배터리(2100), 급전 모듈(2200), 구동 모듈(2300)을 포함한다. 배터리(2100)와 구동 모듈(2300)은 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
급전 모듈(2200)은 수전부(2210)와 컨버팅부(2220)를 구비한다. 수전부(2210)는 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛(2212)을 구비한다. 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛(2212)은 서로 이격되어 위치하며, 바람직하게는 급전 유닛(2211)은 주차장과 같이 미리 지정된 위치에 설치되며 픽업 유닛(2212)은 전기 자동차(200)의 내부에 장착된다.
급전 유닛(2211)은 외부 전원과 직접 연결되어 전기를 공급받는다. 급전 유닛(2211)에는 교류의 전기가 공급되며, 이는 고주파 전력 변환 장치에 의해 고주파로 변환되어 공급될 수 있다. 고주파는 에너지 효율이 높아 자기 유도 방식으로 전기를 공급하기에 적합하다.
급전 유닛(2211)의 내부는 리츠 케이블(Litz cable)이 페라이트로 형성된 코어에 권선되어 있는 구조일 수 있다. 리츠 케이블은 지름 0.1mm 정도의 가는 에나멜선 또는 폴리우레탄선 등을 수십 내지 수백 가닥을 각각 1가닥씩 특수한 절연체로 도포하거나 견사(絹絲)로 감은 전선이다. 리츠 케이블은 표면적을 물리적으로 크게 하기 위한 것으로, 전기적으로는 표피 효과를 작게 하여 주파수 특성을 개선한다.
픽업 유닛(2212)은 급전 유닛(2211)로부터 자기 유도 방식에 의해 전기를 공급받는다. 이를 위해 픽업 유닛(2212)에는 코일이 감겨 있으며, 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛(2212)은 전기 자동차(200)가 주차될 때 서로 대향되도록 매설 및 장착되어야 한다. 또한 충전시 픽업 유닛(2212)과 급전 유닛(2211) 사이의 이격 거리가 10㎜ 이내가 되는 것이 바람직하다. 그러나 지정된 위치에 설치된 급전 유닛(2211)과 전기 자동차(200)에 장착된 픽업 유닛(2212)이 평소에 10㎜ 이내의 이격 거리를 유지할 수가 없다.
따라서 본 실시예에서는 급전 유닛(2211)에 갭 센서(2213)와 구동부(2214)가 장착된다. 갭 센서(2213)는 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛(2212)의 이격 거리를 감지한다. 갭 센서(2213)는 초음파 센서 또는 레이저 센서 등이 될 수 있다. 다른 실시예에서는 갭 센서(2213)가 픽업 유닛(2212)에 장착될 수도 있다.
구동부(2214)는 급전 유닛(2211)과 연결되어 급전 유닛(2211)의 위치를 변화시킨다. 이를 위해 구동부(2214)는 모터 등을 구비할 수 있다. 구동부(2214)의 설치 위치는 급전 유닛(2211)의 위치에 따라 다양하게 바뀔 수 있다. 구동부(2214)는 충전시에 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛(2212)의 이격 거리가 10mm 이내가 되도록 급전 유닛(2211)을 이동시키고, 충전하지 않는 경우에는 급전 유닛(2211)을 원래 위치로 이동시킨다. 본 실시예에서는 구동부(2214)가 급전 유닛(2211)에 장착되어 급전 유닛(2211)의 위치를 변화시키지만, 다른 실시예에서는 구동부(2214)가 픽업 유닛(2212)과 연결되어 픽업 유닛(2212)의 위치를 변화시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전을 위한 주차 공간을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기 자동차의 주차 공간(300)에는 급전 유닛(2211)이 설치된다. 충전을 위해서는 전기 자동차에 장착된 픽업 유닛이 급전 유닛(2211)과 대향되어야 하는데, 이는 전기 자동차가 주차 공간(300)의 특정 위치에 정확하게 주차되어야만 가능하다.
이를 위해서 주차 공간에는 가이드부(310)와 진입 감지 센서(320)가 설치될 수 있다. 가이드부(310)는 진입로(311), 유도부(312), 스토퍼(313)를 구비한다. 진입로(311)는 전기 자동차의 바퀴가 위치하는 부분으로, 바닥면에 홈을 파거나 레일을 설치하여 형성할 수 있다. 운전자는 진입로(311)로 전기 자동차의 바퀴를 진입시킴으로써 주차를 할 수 있다. 본 실시예에서 진입로(311)는 양측에 형성되어 있으나 다른 실시예에서는 일측에만 형성될 수도 있다. 유도부(312)는 진입로(311)의 입구측에 위치하는 것으로, 전기 자동차의 바퀴가 자연스럽게 진입로(311)로 진입되도록 한다. 유도부(312)는 테이퍼(taper) 형상으로 좁아진 끝단이 진입로(311)와 일치하게 된다. 스토퍼(313)는 진입로(311)의 끝단에 위치하여, 전기 자동차의 바퀴가 더 이상 진행하지 못하도록 막아준다. 이와 같이 가이드부(310)를 통해 전기 자동차는 특정 위치에 주차될 수 있으며, 따라서 전기 자동차에 장착된 픽업 유닛이 급전 유닛(2111)과 정확하게 마주보게 된다.
진입 감지 센서(320)는 전기 자동차가 특정 위치에 진입하였는지 여부를 감지한다. 진입 감지 센서(320)는 적외선 센서 등이 될 수 있다. 본 실시예에서는 정확한 감지를 위해서 진입 감지 센서(320)가 6개 설치되지만, 이에 한정되는 것은 아니고 전기 자동차의 위치를 감지할 수 있을 정도로 설치되면 된다. 진입 감지 센서(320)는 주차 공간(300)의 바닥에 설치되지만, 센서의 종류나 설치 공간의 상황에 따라 주차 공간(300)의 측면에 설치되거나 스토퍼(313) 등에 설치될 수도 있다.
전기 자동차가 충전을 하기 위해서는 우선 주차 공간(300)으로 진입한다. 주차 공간(300)에 진입한 전기 자동차는 바퀴가 가이드부(310)의 유도부(312)에 의해 진입로(311)로 유입되며, 스토퍼(313)가 설치된 위치까지 진입하게 된다.
전기 자동차의 진입 여부는 진입 감지 센서(320)가 감지한다. 진입 감지 센서(320)를 통해 전기 자동차가 일정한 위치에 주차된 것을 감지하면, 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛은 서로 마주보게 된다. 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛이 서로 마주보는 상태에서, 구동부는 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛의 이격 거리를 조정한다. 이 경우 구동부는 급전 유닛(2211) 또는 픽업 유닛 중 어느 하나를 이동시키거나, 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛 모두를 이동시켜 이격 거리를 조정할 수 있다. 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛의 이격 거리는 10㎜ 이내가 되도록 한다.
급전 유닛(2211)과 픽업 유닛의 이격 거리가 10㎜ 이내로 조정되면 자기 유도 방식에 의해 픽업 유닛에 전기가 공급된다. 급전 유닛(2211)과 픽업 유닛의 이격 거리가 10㎜ 보다 크면 픽업 유닛에 유도 전류가 잘 발생되지 않아 픽업 유닛이 전기를 제대로 공급받을 수 없다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 급전 유닛이 미앤더 형상이고 픽업 유닛이 복수의 수전판을 구비하는 것을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 급전 유닛이 미앤더 형상이고 픽업 유닛이 복수의 수전판을 구비하여 비접촉으로 전기를 공급받는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템을 개념적으로 나타내는 회로도이다.
픽업 유닛이 하나의 수전판으로 형성된 경우 유도되는 전류에 한계가 있어 많은 양의 전기를 공급받지 못한다. 많은 양의 전기를 공급받기 위해 픽업 유닛의 크기를 크게 하면 전기 자동차에 장착하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 픽업 유닛의 크기를 무조건 크게 할 수는 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 급전 유닛(3211)을 미앤더(meander) 형상으로 형성하고, 픽업 유닛(3212)이 복수의 수전판(3212a)을 구비하도록 한다. 복수의 수전판(3212a)에는 각각 코일이 감겨 있다. 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)은 복수의 골(valley)과 산(ridge)으로 이루어져 있다. 이 경우 급전 유닛(3211)에는 미앤더 형상의 길이(L) 방향으로 복수의 리츠 케이블(400)이 내장된다.
충전시 픽업 유닛(3212)에 구비된 복수의 수전판(3212a)이 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)에 삽입되어 교차 배열된다. 보다 정확하게는 복수의 수전판(3212a)은 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 골에 삽입된다. 복수의 수전판(3212a)이 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)에 삽입되어 교차 배열되는 경우에도 수전판(3212a)과 급전 유닛(3211)의 골과의 이격 거리는 10㎜ 이내가 되도록 한다. 이를 위해 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 골의 폭(W)은 수전판(3112a)의 두께보다 20㎜ 이내의 차로 커야한다.
이와 같이 복수의 수전판(3212a)이 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)에 삽입되어 교차 배열되어 전기를 공급받는 경우, 복수의 수전판(3212a)에서 동시에 전기를 공급받으므로 많은 양의 전기를 빠른 시간에 공급받을 수 있다. 따라서 전기 자동차의 급속 충전이 가능하다. 또한 급전 유닛(3211)이 미앤더 형상이므로 좁은 공간에도 설치가 가능하여 전기 자동차의 공간 효율성을 높일 수 있다.
급전 유닛(3211)이 미앤더 형상으로 형성되고 픽업 유닛(3212)이 복수의 수전판(3212a)을 구비하는 경우에도, 전기 자동차가 가이드부를 따라 주차하면 픽업 유닛(3212)의 복수의 수전판(3212a)이 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 골에 자연스럽게 삽입될 수도 있다. 그러나, 수전판(3212a)과 급전 유닛(3211)의 골과의 이격 거리가 10㎜ 이내인 점을 고려할 때, 급전 유닛(3211)과 픽업 유닛(3212)을 마주도록 위치시킨 후 미세 조정을 하여 픽업 유닛(3212)의 수전판(3212a)을 급전 유닛(3211)에 삽입하는 것이 바람직하다.
이를 위해 급전 유닛(3211)과 픽업 유닛(3212)에 감지부(3213a, 3213b)와 미세 조정부(3214)가 장착될 수 있다. 감지부(3213a, 3213b)는 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 상부와 복수의 수전판(3212a)의 하부가 서로 마주보는지를 감지한다. 본 실시예에서 감지부(3213a, 3213b)는 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 상부에 설치된 발광부(3213a)와 복수의 수전판(3212a)의 하부에 설치된 수광부(3213b)를 구비하는 광센서이지만, 이에 한정되지 않고 다양한 종류의 센서가 될 수 있다. 또한 발광부(3213a)와 수광부(3213b)의 설치 위치가 서로 반대가 될 수도 있다. 급전 유닛(3211)에 설치된 발광부(3213a)가 빛을 방출하면 복수의 수전판(3212a)에 설치된 수광부(3213b)에서 이를 감지함으로써, 급전 유닛(3211)과 복수의 수전판(3212a)이 서로 마주보는지를 감지한다.
미세 조정부(3214)는 픽업 유닛(3212)에 설치되어, 픽업 유닛(3212)을 길이 방향 및 폭 방향으로 이동시키며, 회전시키는 것도 가능하다. 다른 실시예에서는 미세 조정부(3214)가 급전 유닛(3211)에 설치될 수도 있다.
전기 자동차가 주차 공간에 설치된 가이드부를 따라 주차하는 경우에는 급전 유닛(3211)과 픽업 유닛(3212)은 서로 마주보며 위치하게 된다. 이 때 감지부(3213a, 3213b)가 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 상부와 복수의 수전판(3212a)의 하부가 서로 마주보는지를 감지한다. 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 상부와 복수의 수전판(3212a)의 하부가 서로 마주보지 않는 경우에는 미세 조정부(3214)가 픽업 유닛(3212)을 이동시켜 급전 유닛(3211)의 상부와 복수의 수전판(3212a)의 하부가 서로 마주보도록 한다.
이 경우 미세 조정부(3214)는 픽업 유닛(3212)을 회전시키면서 수광부(3213b)가 발광부(3213a)에서 방출된 빛을 가장 많이 감지하는 위치를 찾고, 픽업 유닛(3212)을 길이 방향 및 폭 방향으로 이동시키면서 수광부(3213b)가 발광부(3213a)에서 방출된 빛을 가장 많이 감지하는 위치를 찾는다. 이 위치가 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 상부와 복수의 수전판(3212a)의 하부가 서로 마주보는 위치가 된다.
이 후, 미세 조정부(3214)는 픽업 유닛(3212)을 폭 방향으로 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 골의 폭(W)의 절반만큼 이동시킨다. 이러한 이동을 통해 픽업 유닛(3212)의 복수의 수전판(3212a)이 급전 유닛(3211)에 삽입될 수 있다.
미세 조정부(3214)에서 미세 조정이 완료되면, 구동부는 급전 유닛(3211) 또는 픽업 유닛(3212) 중 적어도 하나를 이동시켜 복수의 수전판(3212a)이 급전 유닛(3211)에 삽입되도록 한다. 미세 조정부(3214)와 구동부는 별개의 독립된 구성일 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있다.
급전 유닛(3211)으로부터 각각 전기를 공급받은 복수의 수전판(3212a)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 컨버팅부(3220)를 통해 배터리(3100)와 연결된다. 이를 위해 급전 모듈(3200)은 복수의 수전판(3212a)과 동일한 수의 컨버팅부(3220)를 구비한다. 각각의 컨버팅부(3220)는 구동 모듈(3300)의 인버팅부(3320)와 각각 스위칭 소자(3400)를 공유한다. 각각의 스위칭 소자(3400)는 2개의 스위치를 통해 컨버팅부(3220) 및 인버팅부(3320)에 선택적으로 연결된다. 이에 대한 내용은 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
구동 모터(3310)가 3상 교류 전기를 사용하므로, 인버팅부(1320)는 6개의 IGBT 등과 같은 스위칭 소자를 이용하여 단상의 직류를 3상의 교류로 변환한다. 따라서 인버팅부(3320)가 컨버팅부(3220)와 공유하는 스위칭 소자의 수도 6개가 바람직하다. 이에 따라 픽업 유닛(3212)에 구비된 수전판(3212a)의 수는 6개인 것이 바람직하며, 미앤더 형상인 급전 유닛(3211)의 골의 수 또한 적어도 6개가 되어야 한다. 이와 같이 공유하는 스위칭 소자의 수가 많아질수록 전기 자동차 전체에 사용되는 스위칭 소자의 수가 줄어들게 되므로, 전기 자동차의 제조 단가를 더욱 낮출 수 있다.
본 발명의 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템은 전기로만 구동되는 자동차 뿐만 아니라 플러그인 하이브리드(Plug-In Type Hybrid Car) 등에도 적용이 가능하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000, 2000, 3000 : 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템
1100, 2100, 3100 : 배터리 1200, 2200, 3200 : 급전 모듈
1210, 2210 : 수전부 1220, 2220, 3220 : 컨버팅부
1300, 2300 : 구동 모듈 1310 : 구동 모터
1320, 3320 : 인버팅부 1400, 3400 : 스위칭 소자
2211, 3211 : 급전 유닛 2212, 3212 : 픽업 유닛
2213 : 갭 센서 2214 : 구동부

Claims (5)

  1. 배터리;
    외부 전원으로부터 전기가 공급되는 수전부와 상기 수전부에 공급된 전기를 상기 배터리의 규격에 맞게 변환하는 컨버팅부를 구비하며, 상기 배터리를 충전하는 급전 모듈;
    전기 자동차를 구동하는 구동 모터와, 상기 배터리로부터 전기를 공급받아 상기 구동 모터의 규격에 맞게 변환하는 인버팅부를 구비하는 구동 모듈; 및
    상기 급전 모듈의 컨버팅부와 상기 구동 모듈의 인버팅부에 선택적으로 연결되는 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1단이 상기 급전 모듈의 컨버팅부와 연결되고, 제2단이 상기 구동 모듈의 인버팅부와 연결되며, 제3단이 상기 스위칭 소자의 콜렉터 또는 이미터 중 어느 하나와 연결되는 제1 스위치; 및
    제1단이 상기 급전 모듈의 컨버팅부와 연결되고, 제2단이 상기 구동 모듈의 인버팅부와 연결되며, 제3단이 상기 스위칭 소자의 콜렉터 또는 이미터 중 상기 제1 스위치와 연결되지 않은 어느 하나와 연결되는 제2 스위치;를 더 포함하고,
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치의 제어를 통해 상기 스위칭 소자가 상기 급전 모듈의 컨버팅부와 상기 구동 모듈의 인버팅부에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수전부는
    외부 전원과 직접 연결되어 전기가 공급되는 급전 유닛과, 상기 급전 유닛으로부터 이격되어 전기 자동차에 장착되며 상기 급전 유닛으로부터 비접촉 자기 유도 방식으로 전기를 공급받는 픽업 유닛을 구비하는 것을 특징으로 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 급전 유닛은 미앤더 형상이며,
    상기 픽업 유닛은 상기 미앤더 형상인 급전 유닛에 삽입 가능한 복수의 수전판을 구비하고,
    상기 복수의 수전판이 상기 미앤더 형상인 급전 유닛에 삽입되어 교차 배열되면서 상기 픽업 유닛이 전기를 공급받는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 급전 모듈은 상기 복수의 수전판과 동일한 수의 컨버팅부를 구비하고,
    상기 복수의 수전판은 각각의 컨버팅부를 통해 상기 배터리와 연결되며,
    복수의 스위칭 소자가 각각 상기 복수의 급전 모듈의 컨버팅부와 상기 구동 모듈의 인버팅부에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 및 구동 시스템.
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