KR101187448B1 - 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템 - Google Patents

비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레귤레이터와 배터리 관리 시스템(BMS)간에 통신을 하고 레귤레이터와 배터리 사이에 배터리 전용 충전기를 설치하여 배터리의 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어지도록 한 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 집전 장치 모듈이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동 모터 및 배터리로 공급하는 레귤레이터;상기 레귤레이터와 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)간의 통신을 하는 통신 모듈;상기 통신 모듈을 통한 레귤레이터와 BMS간의 통신에 의해, 상기 레귤레이터로부터 공급되는 고전압,고전류를 받아 배터리에 만족하는 레벨의 전압 및 전류로 배터리를 충전하는 배터리 전용 충전기;를 포함하고,상기 배터리 전용 충전기는 상기 레귤레이터와 배터리 사이에 구성되고, 배터리의 각 셀간 전압차를 쇼트 및 바이패스(Bypass)의 방법으로 배터리 셀간 밸런스를 충족시키며 배터리를 충전하는 것이다.
전기 자동차, 배터리 충전, 전용 충전기, 비접촉 충전, 자기 유도, BMS

Description

비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템{Power supply system for non contact electromagnetic inductive charging of Electric Vehicle}
본 발명은 전기자동차의 전력 공급 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 레귤레이터와 배터리 관리 시스템(BMS)간에 통신을 하고 레귤레이터와 배터리 사이에 배터리 전용 충전기를 설치하여 배터리의 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어지도록 한 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있다. 이와 같이 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경 오염의 주요 원인이 되고 있다.
따라서, 자동차의 배출가스를 줄이도록 요구하고 있고, 업계에서 배출가스를 줄일 수 있는 자동차의 개발이 진행되고 있다. 더 나아가 배출가스를 발생하지 않는 전기 자동차의 상용화가 부분적으로 시도되고 있다.
전기차량은 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 차량을 의미하며, 차량 자 체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고, 탑재된 배터리에서 공급되는 전력을 이용하여 운행하는 전기자동차라 한다.
전기자동차는 크게 전기에 의해 구동되어 전기 자동차를 운행시키기 위한 구동 모터와, 그 구동 모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다.
전기자동차의 배터리는 충전시간이 오래 걸리며, 또한 한번 충전에 의해 주행하는 거리가 제한적이다. 따라서 전기자동차는 목적한 이동거리를 확보하기 위해서는 자주 충전을 해주어야만 하므로, 전기차량의 운행에 있어서 충전소의 설치 및 충전시스템은 아주 중요한 문제이다.
현재 제시되고 있는 전기 자동차의 충전 시스템은 상용 전원에 연결된 전선을 전기자동차에 직접 연결하여 충전하는 구조이다. 이러한 충전 방식은 지정된 장소에서만 충전이 가능하고 충전에 소요되는 시간이 길고, 주행중에는 충전이 불가하다.
보통 전기 자동차의 충전은 1 ~ 8시간 정도 소요되는데, 이와 같은 긴 충전 시간 동안 차량을 안전하게 관리하는 것은 매우 어렵다. 즉, 충전하는 동안에 비,눈 등의 외부 환경에 영향을 받지 않는 상태에서 충전이 이루어져야 한다.
전기 자동차의 상용화를 위해서는 그에 적합한 충전 시스템이 구축되어야 하는데, 충전 시간, 케이블을 이용한 충전에서의 외부 환경 영향 및 번거로움, 충전 시간 동안의 차량이 점유하는 공간 문제, 충전 효율 등의 문제가 해결되어야 한다.
특히, 이러한 플러그 인 충전 방식의 문제를 해결하기 위하여 새롭게 시도되고 있는 비접촉 자기 유도 방식의 전기자동차에서의 배터리 충전은 배터리 셀간의 밸런스를 효율적으로 관리하는 것이 필요하다.
배터리 셀간의 벨런스 관리가 이루어지지 않는 경우에는 배터리 수명이 단축되는 현상을 피할 수 없다.
본 발명은 비접촉 자기 유도 방식의 전기자동차에서 구동에 필요한 전력시스템을 높은 안전성과 효율성을 갖도록 구성한 전기자동차 배터리 충전을 위한 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 종래 기술의 플러그 인 방식의 전기자동차의 전력 공급 시스템의 문제를 해결하기 위한 것으로, 레귤레이터와 배터리 관리 시스템(BMS)간에 통신을 하고 레귤레이터와 배터리 사이에 배터리 전용 충전기를 설치하여 배터리의 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어지도록 한 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 급전선로에서 집전장치로 전원 공급 후 레귤레이터에서 MCU 및 배터리로 전력을 공급함으로써, 안정성 및 효율성을 높인 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 레귤레이터와 배터리 관리 시스템(BMS)간의 통신을 통하여 배터리 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어지도록 하고, 레귤레이터에서 발생하는 고전압이 고전류로 배터리에 충전되는 문제를 막아 배터리 셀의 수명을 연장할 수 있도록 한 전기자동차 배터리 충전을 위한 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템은 집전 장치 모듈이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동 모터 및 배터리로 공급하는 레귤레이터;상기 레귤레이터와 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)간의 통신을 하는 통신 모듈;상기 통신 모듈을 통한 레귤레이터와 BMS간의 통신에 의해, 상기 레귤레이터로부터 공급되는 고전압,고전류를 받아 배터리에 만족하는 레벨의 전압 및 전류로 배터리를 충전하는 배터리 전용 충전기;를 포함하고,상기 배터리 전용 충전기는 상기 레귤레이터와 배터리 사이에 구성되고, 배터리의 각 셀간 전압차를 쇼트 및 바이패스(Bypass)의 방법으로 배터리 셀간 밸런스를 충족시키며 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
삭제
그리고 상기 구동 모터로 공급되는 전력이 역방향으로 흐르는 것을 방지하기 위해, 배터리 전용 충전기와 구동 모터의 구동 제어를 위한 MCU 사이에 구성되는 제 1 역방향 방지 다이오드와,상기 레귤레이터와 배터리 전용 충전기 사이에 구성되는 제 2 역방향 방지 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 BMS는,상기 레귤레이터와 통신을 하여 레귤레이터로부터 공급되는 전력을 배터리에 공급되도록 하여 배터리를 충전시키고, 배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리충전 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 BMS의 제어에 의해 on/off되는 제 1,2 배터리 스위치를 더 포함하고, 상기 제 1 배터리 스위치는 배터리의 전원이 구동 모터의 구동 제어를 위한MCU로 공급될 때 on되는 것으로 배터리 전용 충전기와 MCU 사이에 구성되고,상기 제 2 배터리 스위치는 레귤레이터와 배터리 전용 충전기 사이에 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 충전 동작에서의 안전성과 효율성을 높인 비접촉 자기 유도 방식의 전기자동차 배터리 충전을 가능하게 한다.
둘째, 레귤레이터와 배터리 관리 시스템(BMS)간의 통신을 통하여 배터리 충전시에 안정된 전압이 공급되도록 하여 배터리 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어지도록 한다.
셋째, 배터리 전용 충전기를 이용한 충전 동작에 의해 배터리 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어져 배터리 수명을 연장할 수 있다.
넷째, 도로에 매립된 급전 선로로부터 전력을 공급받음으로써, 특정한 장소에서 충전하여야하는 불편을 해소할 수 있다.
다섯째, 도로에 주차 또는 정차 중에 수시로 전력을 공급받음으로써, 충전 시간을 현저하게 감소시킬 수 있으며 배터리 용량을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템의 구성도이다.
본 발명은 레귤레이터와 배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management System)간의 통신을 통해 셀간 전압을 체크하고 레귤레이터에서 발생시킨 전력을 판단하여 배터리에 만족하는 전압으로 일정 전류량으로 통과시켜 안정적으로 배터리를 충전시킨다.
그리고 레귤레이터와 배터리 사이에 배터리 전용 충전기를 설치하여 배터리의 셀간 밸런스를 충족시킴으로써 배터리의 수명연장과 MCU로의 전력공급을 안전하고 효율적으로 제공할 수 있도록 한 것이다.
비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템은 급전선로(32)에서의 AC전원을 자기장의 형태로 집전장치 모듈(pick-up module)(31)로 공급받는다.
여기서 받은 AC전원은 DC전원으로 변환하여 레귤레이터(30)를 통해 MCU(Motor Controller Unit)(22)로 공급되어 구동 모터(21)를 제어하게 되고 상기 구동 모터(21)를 구동하고 남은 잉여 전원으로 배터리(27)를 충전하며 BMS(25)를 통해 배터리(27)의 제어와 실시간 상태를 체크하는 방식이다.
그리고 이하의 설명에서 급전 선로는 도로 지면에 매설되는 형태이고, 그 매설 깊이, 형태, 전원 공급 방식은 충전 방식, 적용 대상이되는 자동차 구조에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.
본 발명은 레귤레이터와 BMS간의 통신회선을 연결하여 레귤레이터로부터 공급되는 고전압, 고전류를 배터리에 만족하도록 전압 및 일정 전류로 공급할 수 있도록 하기 위한 레귤레이터와 BMS간의 통신 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템은 도 1 에서와 같이 셀간 밸런스 관리의 효율성을 높이고, 안정적인 충전을 위하여 다음과 같은 구성을 갖는다.
먼저, 비접촉 자기 유도 방식의 충전을 위하여 AC 전류를 제공하는 급전 선로(32)와, 급전 선로(32)로부터 AC 전류를 받아 집전하는 집전 장치 모듈(Pick-up module)(31)과, 집전 장치 모듈(Pick-up module)(31)이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동 모터(21) 및 배터리(27)로 공급하는 레귤레이터(30)와, 상기 레귤레이터(30) 또는 배터리(27)로부터 전원을 공급받아 모터의 구동을 제어하는 MCU(22)와 MCU(22)의 구동 제어에 의해 구동하는 구동 모터(21)와, 레귤레이터(30)와 배터리(27) 사이에 구성되어 배터리의 각 셀간 전압차를 쇼트 및 바이패스(Bypass)의 방법으로 배터리 셀간 밸런스를 충족시키며 배터리(27)를 충전하는 배터리 전용 충전기(26)와, MCU(22)로 공급되는 전력이 역방향으로 흐르는 것을 방지하기 위해 배터리 전용 충전기(26)와 MCU(22) 사이에 구성되는 제 1 역방향 방지 다이오드(23) 및 레귤레이터(30)와 배터리 전용 충전기(26) 사이에 구성되는 제 2 역방향 방지 다이오드(28)를 포함하고 구성된다.
그리고 레귤레이터(30)와 통신을 하고, 레귤레이터(30)로부터 공급되는 전력을 배터리(27)에 적합하게 공급되도록 하여 배터리(27)를 안정적, 효율적으로 충전시키고 배터리(27)의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리충전 동작을 제어하는 BMS(25)와, BMS(25)의 제어에 의해 레귤레이터(30)로부터 공급되는 전원을 MCU(22) 및 배터리 전용 충전기(26)로 공급되도록 스위칭하는 제 1,2 배터리 스위치(24)(29)를 포함한다.
제 1 배터리 스위치(24)는 배터리(27)의 전원이 MCU(22)로 공급될 때 on되는 것으로 배터리 전용 충전기(26)와 MCU(22) 사이에 구성된다.
그리고 제 2 배터리 스위치(29)는 레귤레이터(30)와 배터리 전용 충전기(26) 사이에 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템은 레귤레이터(30)와 배터리(27) 사이에 배터리 전용 충전기(26)를 설치하여 각 셀간 전압차를 쇼트 및 바이패스의 방법으로 배터리 셀간 밸런스를 충족시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템은 레귤레이터와 배터리 관리 시스템(BMS)간의 통신을 통하여 배터리 셀간 밸런스 관리가 효율적으로 이루어지도록 하고, 레귤레이터에서 발생하는 고전 압이 고전류로 배터리에 충전되는 문제를 막아 배터리 셀의 수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템의 구성도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21. 구동 모터 22. MCU
23. 제 1 역방향 방지 다이오드 24. 제 1 배터리 스위치
25. BMS 26. 배터리 전용 충전기
27. 배터리 28. 제 2 역방향 방지 다이오드
29. 제 2 배터리 스위치 30. 레귤레이터
31. 집전 장치 모듈 32. 급전 선로

Claims (5)

  1. 집전 장치 모듈이 집전한 AC 전류를 DC 전류로 변환하여 구동 모터 및 배터리로 공급하는 레귤레이터;
    상기 레귤레이터와 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)간의 통신을 하는 통신 모듈;
    상기 통신 모듈을 통한 레귤레이터와 BMS간의 통신에 의해, 상기 레귤레이터로부터 공급되는 고전압,고전류를 받아 배터리에 만족하는 레벨의 전압 및 전류로 배터리를 충전하는 배터리 전용 충전기;를 포함하고,
    상기 배터리 전용 충전기는 상기 레귤레이터와 배터리 사이에 구성되고, 배터리의 각 셀간 전압차를 쇼트 및 바이패스(Bypass)의 방법으로 배터리 셀간 밸런스를 충족시키며 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 모터로 공급되는 전력이 역방향으로 흐르는 것을 방지하기 위해,
    배터리 전용 충전기와 구동 모터의 구동 제어를 위한 MCU 사이에 구성되는 제 1 역방향 방지 다이오드와,
    상기 레귤레이터와 배터리 전용 충전기 사이에 구성되는 제 2 역방향 방지 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는,
    상기 레귤레이터와 통신을 하여 레귤레이터로부터 공급되는 전력을 배터리에 공급되도록 하여 배터리를 충전시키고,
    배터리의 SOC(State Of Charge)를 체크하여 배터리충전 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS의 제어에 의해 on/off되는 제 1,2 배터리 스위치를 더 포함하고,
    상기 제 1 배터리 스위치는 배터리의 전원이 구동 모터의 구동 제어를 위한MCU로 공급될 때 on되는 것으로 배터리 전용 충전기와 MCU 사이에 구성되고,
    상기 제 2 배터리 스위치는 레귤레이터와 배터리 전용 충전기 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차 전력 공급 시스템.
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