KR101056166B1 - 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 집전장치모듈에서 나오는 자기유도에너지의 잉여 에너지를 배터리의 충전상태와 관계없이 별도의 에너지 저장부에 저장되도록 하여 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템을 제공하기 위한 것으로서, 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터를 구동시키는 배터리 처리부와, 구동모터에서 나오는 회생제동 에너지 및 급전선로로부터 집전된 자기유도 에너지 중 적어도 하나를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 배터리로 충전시키는 회생제동 처리부와, 집전하여 공급받은 에너지를 배터리의 충전상태를 기반으로 상기 배터리 처리부내의 배터리를 충전시키거나, 또는 잉여 에너지를 상기 회생제동 처리부로 공급하는 자기유도 처리부와, 구동모터의 구동을 위한 제어신호를 배터리 처리부로 출력하고, 상기 회생제동 처리부 및 자기유도 처리부에서 공급되는 에너지의 배분을 제어하는 MCU와, 상기 MCU에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 배터리 처리부로부터 공급되는 전원으로 구동되어 회생제동 에너지를 상기 회생제동 처리부로 출력하는 구동모터를 포함하는데 있다.
전기자동차, 회생제동, 자기유도 에너지, 집전장치, 급전 선로, 배터리

Description

비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템{power supply control system of electric vehicle with non contact electromagnetic inductive charging}
본 발명은 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차에서 급전 선로로부터 공급되는 자기유도 에너지를 효율적으로 분배하여 전기자동차의 전력 공급 시스템의 동력배분에 따른 에너지의 효율성을 증대시킬 수 있는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템에 관한 것이다.
경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있다. 이와 같이 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경오염의 주요 원인이 되고 있다.
따라서 자동차의 배출가스를 줄이기 위한 다양한 연구들이 지속적으로 진행되고 있으며, 업계에서는 배출가스를 줄일 수 있는 자동차의 개발이 진행되고 있다. 이러한 연구들과 개발의 결과로서 배출가스를 발생하지 않는 전기자동차의 상용화가 부분적으로 시도되고 있다.
전기자동차는 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 차량을 의미하며, 차량 자체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고, 탑재된 배터리에서 공급되는 전력을 이용하여 운행하는 자동차를 말한다.
이러한 전기자동차의 구성은 크게 일반 자동차와 동일한 구성요소를 갖는 자동차의 기본적인 기능부와 함께, 크게 전기에 의해 구동되어 자동차를 운행시키기 위한 구동모터와, 그 구동모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다.
그러나 전기자동차에 구성되는 배터리는 충전시간이 오래 걸리며, 또한 한번 충전으로 주행하는 거리가 매우 제한적이다. 따라서 전기자동차는 목적한 이동거리를 확보하기 위해서 자주 충전을 해주어야만 하므로, 전기자동차의 운행에 있어서 이러한 문제점들을 해소하기 위한 충전소의 설치 및 충전시스템은 아주 중요한 기술 분야이다.
현재 제시되고 있는 전기자동차의 충전 시스템은 상용 전원에 연결된 전선을 전기자동차에 직접 연결하여 충전하는 플러그 인 충전 방식을 사용하고 있다. 이러한 플러그 인 충전 방식은 충전 방식은 지정된 장소에서만 충전이 가능하고 충전에 소요되는 시간이 길고, 주행 중에는 충전이 불가하다.
또한, 이러한 플러그 인 충전 방식을 이용한 전기자동차의 충전은 1 ~ 8시간 정도 소요되는데, 이와 같은 긴 충전 시간으로 인해 자동차 운행에 제한을 받게 되며, 긴 충전 시간 동안 차량을 외부환경으로부터 안전하게 보호하기 위해 관리되어야 하기 때문에 충전에 따른 많은 제약과 불편함을 가지게 된다.
따라서 전기 자동차의 상용화를 위해서는 이러한 문제점들을 해소할 수 있는 그에 적합한 충전 시스템이 구축되어야 한다. 즉, 충전 시간, 케이블을 이용한 충전에서의 외부 환경 영향 및 번거로움, 충전 시간 동안의 차량이 점유하는 공간 문제, 충전 효율 등의 문제가 해결되어야 한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 집전장치모듈에서 나오는 자기유도에너지의 잉여 에너지를 배터리의 충전상태와 관계없이 별도의 에너지 저장부에 저장되도록 구성함으로써, 시스템의 에너지 효율성과 안전성을 확보할 수 있는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차에서 급전 선로에서 공급되는 자기유도 에너지와 배터리에서 공급되는 에너지를 구동모터로 들어오는 각각의 에너지를 배터리를 통해서 한쪽에서만 공급되도록 제어하여 동력배분을 위한 제어를 단순화시킬 수 있는 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템의 특징은 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터를 구동시키는 전원으로 공급 하는 배터리 처리부와, 구동모터에서 나오는 회생제동 에너지 및 급전선로로부터 집전된 자기유도 에너지 중 적어도 하나를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전시키는 회생제동 처리부와, 급전 선로로부터 집전하여 공급받은 에너지를 배터리의 충전상태를 기반으로 상기 배터리 처리부내의 배터리를 충전시키거나, 또는 잉여 에너지를 상기 회생제동 처리부로 공급하는 자기유도 처리부와, 구동모터의 구동을 위한 제어신호를 배터리 처리부로 출력하고, 상기 회생제동 처리부 및 자기유도 처리부에서 공급되는 에너지의 배분을 제어하는 MCU(Motor Controller Unit)와, 상기 MCU에서 출력되는 구동신호를 입력으로 상기 배터리 처리부로부터 공급되는 전원으로 구동되어 회생제동 에너지를 상기 회생제동 처리부로 출력하는 구동모터를 포함하는데 있다.
바람직하게 상기 회생제동 처리부는 구동모터로부터 회생되는 에너지를 승압시키는 DC-DC 컨버터와, 상기 승압된 회생제동 에너지 및 상기 자기 유도 처리부(400)에서 공급되는 자기유도 에너지를 저장하는 에너지 저장부와, 상기 MCU의 제어로 배터리의 충전상태에 따라 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 배터리 처리부로 공급되도록 제어하는 재생 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 자기 유도 처리부는 급전 선로로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하는 집전장치 모듈(pick-up module)과, 상기 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 상기 회생제동 처리부 및 배터리 처리부 중 적어도 하나로 공급하는 레귤레이터와, 상기 MCU의 제어로 배터리의 충전상태에 따라 상기 레귤레이터에서 변환된 전류의 동력분배를 제어하는 레귤레이터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 MCU는 배터리의 SOC(State Of Charge) 레벨이 특정값 이하로 떨어진 경우에는 상기 배터리로 자기유도 에너지를 충전시키고, 아닌 경우는 상기 회생재동 처리부로 자기유도 에너지의 잉여 에너지를 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 배터리 처리부는 자기유도 처리부에서 공급되는 자기 유도 에너지 및 회생제동 처리부에서 공급되는 회생제동 에너지 중 적어도 하나를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터의 구동을 위한 전원을 공급하는 배터리와, 상기 MCU의 제어로 자기유도 처리부 및 회생제동 처리부와 각각 통신을 하여 공급되는 에너지를 배터리에 적합하게 공급되도록 하여 배터리를 충전시키고, 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 급전 선로에서 공급되는 자기유도 에너지의 잉여 에너지를 별도의 에너지 저장부에 저장하도록 하여, 배터리가 이미 충분히 충전되어 있는 경우에도 버려지는 에너지를 효과적으로 확보할 수 있다.
둘째, 급전 선로에서 공급되는 자기유도 에너지와 배터리에서 공급되는 에너 지를 구동모터로 들어오는 각각의 에너지를 배터리를 통해서 한쪽에서만 공급되도록 제어함으로써, 구동모터를 구동하는데 필요한 급전라인을 최소화할 수 있어 동력배분을 위한 제어가 단순해지는 효과가 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 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 1 은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 1과 같이, 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템은 구동모터(100)와, 회생제동 처리부(200)와, 배터리 처리부(300)와, 자기유도 처리부(400)와, MCU(Motor Controller Unit)(500)로 구성된다.
상기 배터리 처리부(300)는 에너지를 저장하기 위한 배터리(310)를 포함하고, 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터(100)를 구동시키는 전원을 공급한다.
상기 회생제동 처리부(200)는 상기 구동모터(100)에서 나오는 회생제동 에너지와 급전 선로(600)로부터 집전된 자기유도 에너지 중 적어도 하나를 에너지 저장부(220)에 저장하고, 배터리의 충전상태(SOC)를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부(300) 내의 배터리(310)로 공급하여 배터리(310)를 충전시킨다.
상기 자기유도 처리부(400)는 급전 선로(600)로부터 자기장을 통한 비접촉 방식으로 집전하여 공급받은 에너지를 배터리의 충전상태(SOC)를 기반으로 상기 배터리 처리부(300)내의 배터리를 충전시키거나 또는 잉여 에너지를 상기 회생제동 처리부(200)로 공급한다.
상기 MCU(500)는 구동모터(100)의 구동을 위한 제어신호를 배터리 처리부(300)로 출력하고, 상기 회생제동 처리부(200) 및 자기유도 처리부(400)에서 공급되는 에너지의 배분을 제어한다.
상기 구동모터(100)는 상기 MCU(500)에서 출력되는 제어신호를 입력받은 상기 배터리 처리부(300)에서 공급되는 전원으로 구동되고, 구동으로 발생되는 회생제동 에너지를 회생제동 처리부(200)로 출력한다.
삭제
먼저, 상기 자기 유도 처리부(400)는 집전장치 모듈(pick-up module)(410)과, 레귤레이터(420)와, 레귤레이터 제어기(430)를 포함한다. 이때, 상기 집전장치 모듈(410)은 급전 선로(600)로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하여 구동모터(100)의 구동에 필요한 에너지를 공급받는다. 그리고 상기 레귤레이터(420)는 상기 집전장치 모듈(410)이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 상기 회생제동 처리부(200) 및 배터리 처리부(300) 중 적어도 하나로 공급한다. 이때, 상기 레귤레이터 제어기(430)는 배터리 처리부(300)내 배터리(310)의 충전상태(SOC)에 따라 MCU(500)의 제어로 상기 레귤레이터(420)에서 변환된 자기유도 에너지의 동력배분을 제어한다. 즉, 배터리(310)의 SOC(State Of Charge) 레벨이 특정값(0.4~0.7) 이하로 떨어진 경우에는 상기 배터리 처리부(300)내의 배터리(310)로 자기유도 에너지를 충전시키고, 아닌 경우는 상기 회생재동 처리부(200)로 자기유도 에너지의 잉여 에너지를 공급한다.
다음으로 상기 회생제동 처리부(200)는 DC-DC 컨버터(210)와, 에너지 저장부(220)와, 재생 제어기(230)를 포함한다. 이때, 상기 DC-DC 컨버터(210)는 구동모터(100)로부터 회생되는 에너지를 승압시켜 출력하며, 상기 에너지 저장부(220)는 상기 DC-DC 컨버터(210)에서 승압된 회생제동 에너지 및 상기 자기 유도 처리부(400)에서 공급되는 자기유도 에너지를 저장한다. 그리고 상기 재생 제어기(230)는 배터리(310)의 충전상태에 따라 MCU(500)의 제어로 상기 에너지 저장부(220)에 저장된 에너지를 배터리 처리부(300)로 공급되도록 제어한다. 즉, 배터리(310)의 SOC(State Of Charge) 레벨이 특정값(0.4~0.7) 이하로 떨어진 경우에는 상기 배터 리 처리부(300)내의 배터리(310)로 에너지 저장부(220)에 저장된 에너지를 충전시킨다.
이어 상기 배터리 처리부(300)는 배터리(310)와, BMS(Battery Management System)(320)를 포함한다. 이때, 상기 배터리(310)는 상기 자기유도 처리부(400)에서 공급되는 자기 유도 에너지 및 상기 회생제동 처리부(220)에서 공급되는 회생제동 에너지를 충전하고, 이렇게 충전된 에너지를 방전하여 구동모터(100)에 구동을 위한 전원으로 공급한다. 그리고 상기 BMS(320)는 MCU(500)의 제어로 상기 레귤레이터 제어기(430) 및 상기 재생 제어기(230)와 각각 통신을 하여 레귤레이터(420) 및 에너지 저장부(220)로부터 공급되는 에너지를 상기 배터리(310)에 공급되도록 하여 배터리(310)를 충전시키고, 배터리(310)의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어한다.
참고로 종래의 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템은 자기유도 처리부(400)내 레귤레이터(420)의 자기유도 에너지가 구동모터(100)로 공급되어, 구동모터(100)의 구동 후 남은 잉여 에너지가 배터리로 충전되는 방식으로 구성되고 있습니다. 그러나 이러한 구성은 배터리(310)의 충전상태가 더 이상 충전하지 못하는 경우에는 자기유도 에너지의 잉여 에너지가 그대로 버려지는 문제를 발생시키게 된다.
따라서 본 발명과 같이 배터리(310)의 충전상태가 더 이상 충전하지 못하는 경우에는 자기유도 에너지의 잉여 에너지를 별도의 에너지 저장부(220)에 저장되도록 구성함으로써, 자기유도 처리부(400)의 버려지는 잉여 에너지를 효율적으로 확 보할 수 있게 된다.
아울러, 종래에 구동모터(100)의 구동을 위해 공급되는 구동 에너지의 경우 자기유도 처리부(400)에서 공급되는 자기유도 에너지와 배터리 처리부(300)내 배터리(310) 방전 에너지를 모두 이용하고 있었지만, 본 발명의 경우 배터리(310) 방전에너지만을 이용하여 구동모터(100)의 구동 에너지를 공급함에 따라 배터리의 성능이 매우 중요한 요소로 작용한다. 따라서 배터리의 방전률은 20C~30C를 갖는 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식을 갖는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템의 구조를 나타낸 블록도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 구동모터 200 : 회생제동 처리부
210 : DC-DC 컨버터 220 : 에너지 저장부
230 : 재생 제어기 300 : 배터리 처리부
310 : 배터리 320 : BMS
400 : 자기유도 처리부 410 : 집전장치 모듈
420 : 레귤레이터 430 : 레귤레이터 제어기
500 : MCU 600 : 급전선로

Claims (5)

  1. 외부에서 입력되는 에너지를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터를 구동시키는 전원으로 공급하는 배터리 처리부와,
    구동모터에서 나오는 회생제동 에너지 및 급전선로로부터 집전된 자기유도 에너지 중 적어도 하나를 저장하고, 배터리의 충전상태를 기반으로 저장된 회생제동 에너지를 상기 배터리 처리부로 공급하여 배터리를 충전시키는 회생제동 처리부와,
    급전 선로로부터 집전하여 공급받은 에너지를 배터리의 충전상태를 기반으로 상기 배터리 처리부내의 배터리를 충전시키거나, 또는 잉여 에너지를 상기 회생제동 처리부로 공급하는 자기유도 처리부와,
    구동모터의 구동을 위한 제어신호를 배터리 처리부로 출력하고, 상기 회생제동 처리부 및 자기유도 처리부에서 공급되는 에너지의 배분을 제어하는 MCU(Motor Controller Unit)와,
    상기 MCU에서 출력되는 제어신호를 입력받은 상기 배터리 처리부에서 공급되는 전원으로 구동되어 회생제동 에너지를 상기 회생제동 처리부로 출력하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회생제동 처리부는
    구동모터로부터 회생되는 에너지를 승압시키는 DC-DC 컨버터와,
    상기 승압된 회생제동 에너지 및 상기 자기 유도 처리부(400)에서 공급되는 자기유도 에너지를 저장하는 에너지 저장부와,
    상기 MCU의 제어로 배터리의 충전상태에 따라 상기 에너지 저장부에 저장된 에너지를 배터리 처리부로 공급되도록 제어하는 재생 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 유도 처리부는
    급전 선로로부터 자기장의 형태로 공급되는 AC 전류를 입력받아 집전하는 집전장치 모듈(pick-up module)과,
    상기 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 상기 회생제동 처리부 및 배터리 처리부 중 적어도 하나로 공급하는 레귤레이터와,
    상기 MCU의 제어로 배터리의 충전상태에 따라 상기 레귤레이터에서 변환된 전류의 동력분배를 제어하는 레귤레이터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 MCU는 배터리의 SOC(State Of Charge) 레벨이 특정값 이하로 떨어진 경우에는 상기 배터리로 자기유도 에너지를 충전시키고, 아닌 경우는 상기 회생재동 처리부로 자기유도 에너지의 잉여 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리 처리부는
    자기유도 처리부에서 공급되는 자기 유도 에너지 및 회생제동 처리부에서 공급되는 회생제동 에너지 중 적어도 하나를 충전하고, 충전된 에너지를 방전하여 구동모터의 구동을 위한 전원을 공급하는 배터리와,
    상기 MCU의 제어로 자기유도 처리부 및 회생제동 처리부와 각각 통신을 하여 공급되는 에너지를 배터리에 공급되도록 하여 배터리를 충전시키고, 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리 충/방전 동작을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 전력 공급 제어 시스템.
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