KR101220809B1 - 전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 주차구역에 설치되는 카스토퍼를 이용하여 전기자동차의 비접촉 충전 스테이션을 설치함으로써 비접촉 충전에 대한 사용 편리성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법을 제공한다. 전기자동차 비접촉 충전 장치는, 차량에 무선으로 전력을 전송하는 전기자동차 비접촉 충전 장치에 있어서, 차량의 주차 또는 정차를 위한 주차구역에 설치되는 카스토퍼 하우징; 카스토퍼 하우징에 착탈가능하게 설치되며 비접촉 충전용 일차코일을 내장하는 전력 전송부; 및 카스토퍼 하우징 내에 설치되며 전기에너지를 물리적인 힘으로 변환하여 전력 전송부의 주차구역 바닥면에서의 높이를 조절하는 위치 조정부를 구비한다.

Description

전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법{WIRELESS CHARGING APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE AND METHOD FOR PROVIDING ELECTRIC VEHICLE WIRELESS CHARGING SERVICE USING SAME}
본 발명은 전기자동차 비접촉 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주차구역에 설치되는 카스토퍼(Car Stopper)를 이용하여 비접촉 충전 스테이션을 간편하게 설치하고 비접촉 충전 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법에 관한 것이다.
한국공개특허공보 제10-2011-0063240호 공보에는, 지면 하부의 일측에 가압판과 유압 실린더를 설치하고 가압판을 밀어 내리는 차량의 하중에 의해 지면 하부의 타측에 설치되는 비접촉 충전용 일차코일이 차량의 이차코일을 향하여 소정 위치로 상승하는 일차코일 상승형 비접촉 충전장치가 나타나 있다. 또한, 상기의 공보에는 차량의 크기 즉 대형차, 중형차 및 소형차에 대응하는 서로 다른 크기의 오목부를 두고, 각 오목부에 삽입되는 타이어의 크기에 따라 가압판에 서로 다른 압력이 가해지도록 함으로써 일차코일의 상승 높이를 변화시키는 기술이 나타나 있다.
전술한 종래 기술은 비접촉 충전 스테이션의 바닥 하부에 오목부, 가압판, 유압 실린더, 일차코일 등을 설치해야 하므로 충전 스테이션의 설치 장소에 많은 제약이 따를 뿐만 아니라 장치의 구성요소가 지면 하부에 매설되는 구조이므로 충전 스테이션을 설치하기가 어렵다. 또한, 전술한 종래 기술은 사용자가 비접촉 충전 서비스를 이용할 때 자신의 차종에 맞는 오목부를 찾아 차량의 타이어를 삽입해야 하므로 비접촉 충전 서비스를 이용하기가 번거롭다.
한국공개특허공보 제10-2011-0063240호(2011.06.10)
본 발명의 목적은 차량의 정차나 주차를 위한 주차구역에 설치되는 카스토퍼(Car Stopper)를 이용하여 전기자동차 비접촉 충전 스테이션을 간편하게 설치할 수 있고 비접촉 충전에 대한 사용 편리성과 설비 효율성을 향상시킬 수 있는 전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기자동차 비접촉 충전을 위한 일차코일이 탑재되는 카스토퍼를 이용함으로써 차종에 상관없이 카스토퍼와 마주하여 위치하는 차량 하부에 이차코일이 설치되어 있는 차량에 대하여 편리하면서 효율적으로 비접촉 충전 서비스를 제공할 수 있는 전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치는, 차량에 무선으로 전력을 전송하는 전기자동차 비접촉 충전 장치에 있어서, 차량의 주차 또는 정차를 위한 주차구역에 설치되는 카스토퍼 하우징; 카스토퍼 하우징에 착탈가능하게 설치되며 비접촉 충전용 일차코일을 내장하는 전력 전송부; 및 카스토퍼 하우징 내에 설치되며 전기에너지를 물리적인 힘으로 변환하여 전력 전송부의 주차구역 바닥면에서의 높이를 조절하는 위치 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 위치 조정부는, 카스토퍼 하우징 내에 설치되는 액추에이터; 및 전력 전송부를 지지하며 액추에이터에 결합하고 액추에이터의 힘에 의해 회전하거나 그 길이를 신장 또는 수축하여 상기 전력 전송부를 승강 왕복 운동시키는 암을 구비한다.
일 실시예에서, 전력 전송부는, 일차코일이 내장된 판상의 절연성 케이스; 카스토퍼 하우징에 고정되며 카스토퍼 하우징 측으로 전력 또는 신호를 전송하는 외부 케이블의 커넥터와 결합하는 소켓-인렛; 및 일차코일과 소켓-인렛 사이를 연결하는 내부 케이블을 구비한다.
일 실시예에서, 전기자동차 비접촉 충전 장치는, 주차구역 외부에 설치되거나 주차구역의 바닥면 또는 카스토퍼 하우징에 설치되며 주차구역의 특정 위치에 위치하는 차량을 감지하는 차량 감지부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 전기자동차 비접촉 충전 장치는, 차량의 차종을 식별하는 차종 식별부, 또는 차량의 특정 부분의 지상고를 측정하는 높이 측정부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 전기자동차 비접촉 충전 장치는, 카스토퍼 하우징에 케이블을 통해 결합하며 전력 전송부에 전력을 공급하고 위치 조정부를 제어하는 충전기를 더 포함한다.
일 실시예에서, 충전기는, 차량 감지부로부터 수신한 제1 신호를 인식하고 제1 신호에 기초하여 비접촉 충전 서비스 개시 신호를 생성 및 출력하는 메인 제어부; 차종 식별부 또는 높이 측정부로부터 수신한 제2 신호를 인식하고 제2 신호에 기초하여 전력 전송부가 특정 높이에 위치하도록 위치 조정부를 제어하는 높이 제어부; 메인 제어부로부터의 비접촉 충전 서비스 개시 신호에 응하여 전원소스로부터의 전력이 위치 조정부 및 전력 전송부에 공급되도록 활성화되는 스위칭부; 및 차량 측과 비접촉 충전 서비스를 위한 데이터 및 신호를 송수신하는 통신부를 구비한다. 여기서, 충전기는 차량 측으로부터의 비접촉 충전 완료 신호 수신 시, 차량 감지부로부터의 차량 위치 이탈 신호 수신 시, 또는 차량 측으로부터의 비접촉 충전 중지 요청 신호 수신 시 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 종료하고 위치 조정부를 제어하여 전력 전송부를 원위치로 복귀시킨다.
일 실시예에서, 전기자동차 비접촉 충전 장치는, 차량에 대한 비접촉 충전 전력량에 기초하여 차량 측으로 과금 정보 또는 요금 결제 요청 신호를 전송하는 요금 결제 처리부를 더 포함한다. 여기서, 충전기 또는 요금 결제 처리부는 차량 측에 비접촉 충전 서비스 제어를 위한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법은, 전기자동차 비접촉 충전 장치를 구비하는 전기자동차 충전 운용 시스템에서 차량에 비접촉 충전 전력을 공급하고 공급한 충전 전력량에 대한 과금을 처리하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법으로서, 전기자동차 비접촉 충전 장치의 차량 감지부로부터 주차구역 내 특정 위치에 차량이 있는지 없는지를 알리는 제1 신호를 수신하는 제1 단계-여기에서, 전기자동차 충전 운용 시스템은 제1 신호에 기초하여 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 개시함-; 차량의 전자제어장치로, 또는 차량에 대응하여 미리 등록된 사용자의 휴대 단말기로 비접촉 충전 서비스 제공에 대하여 사용자 확인을 요청하는 충전 서비스 확인 요청 신호를 전송하는 제2 단계-여기에서, 전기자동차 충전 운용 시스템은 차량의 전자제어장치와는 근거리 무선 통신을 통해서 또는 차량의 전력 수신부와 자기유도(Magnetic inductive) 또는 자기공명(Magnetic Resonant) 결합하는 전력 전송부를 통해서 통신하거나, 사용자의 휴대 단말기와는 블루투스를 포함한 근거리 무선 통신 또는 인터넷을 통해 통신할 수 있음-; 차량의 전자제어장치, 차량의 차종을 식별하는 차종 식별부, 또는 상기 차량의 특정 부분의 지상고를 측정하는 높이 측정부로부터 상기한 지상고를 알리는 제2 신호를 수신하는 제3 단계; 주차구역의 카스토퍼 하우징에 탑재된 전력 전송부의 높이가 특정 높이로 조정되도록 충전 서비스 확인 요청 신호에 대응하여 차량 측으로부터 수신한 응답 신호 또는 제2 신호에 기초하여 위치 조정부를 제어하는 제4 단계; 전력 전송부로 전력을 공급하는 제5 단계-여기에서, 전력 전송부에 인가되는 전력은 자기유도 또는 자기공명 결합에 의해 전력 전송부로부터 차량의 전력 수신부로 전송됨-; 및 차량의 충전전력량에 대한 과금 정보 또는 요금 결제 요청 신호를 차량 측으로 전송하는 제6 단계를 구비한다.
일 실시예에서, 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법은, 제5 단계 후에, 차량 측으로부터 비접촉 충전 완료 신호를 수신하거나, 차량 감지부로부터 차량 위치 이탈 신호를 수신하거나, 또는 차량 측으로부터 비접촉 충전 서비스 중지 요청 신호를 수신하고, 수신한 신호에 기초하여 비접촉 충전 서비스를 종료하는 단계; 및 비접촉 충전 서비스의 종료 시에 위치 조정부를 제어하여 전력 전송부를 원위치로 복귀시키는 단계를 더 구비한다.
본 발명에 의하면, 주차구역에 설치되는 카스토퍼에 일차코일이 내장된 전력 전송부를 설치하고 그 높이를 조정함으로써 앞바퀴 앞쪽이나 뒷바퀴 뒤쪽에 이차코일이 내장된 전력 수신부를 구비한 차량에 대하여 사용하기 편리하고 효율적인 비접촉 충전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 차종 인식이나 차량 지상고 측정을 통해 비접촉 충전을 위한 무선 충전부들(전력 전송부 내의 일차코일과 전력 수신부 내의 이차코일) 간의 거리를 적정 거리로 조정함으로써 비접촉 충전 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 비접촉 충전 시 전력 전송부와 전력 수신부가 수 밀리미터 정도로 서로 근접 배치되도록 구현함으로써 수분이나 이물질 등의 외부 환경에 의한 비접촉 충전의 방해나 감전 등의 안전사고 발생의 위험성을 낮출 수 있으므로 다양한 외부의 노출 환경에 용이하게 적용 가능하다.
아울러, 종래의 일반적인 카스토퍼를 주차구역에 설치하는 방식과 유사하게 전력 전송부를 탑재한 카스토퍼를 주차구역에 간편하게 설치함으로써 효율적으로 비접촉 충전 스테이션을 구축할 수 있을 뿐만 아니라 카스토퍼가 설치될 수 있는 곳이라면 특별히 지면 환경에 제약을 받지 않고 비접촉 충전 스테이션을 간편하고 효율적으로 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 운전자는 카스토퍼에 차 바퀴가 접하도록 정차 또는 주차하는 것만으로 차량에서 내릴 필요가 없이 차량 내에서 전기자동차 충전 운용 시스템과의 연동을 통해 비접촉 충전 프로세스를 제어하거나 편리하게 요금 결제를 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기자동차 비접촉 충전 장치를 이용하는 전기자동차 충전 운용 시스템의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 전기자동차 비접촉 충전 장치를 이용하는 전기자동차 충전 운용 시스템의 또 다른 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치의 카스토퍼(Car Stopper)에 대한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 카스토퍼를 구비한 전기자동차 비접촉 충전 장치의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치의 카스토퍼에 대한 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 5의 카스토퍼에 대한 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6의 카스토퍼를 구비하는 전기자동차 비접촉 충전 장치의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템에 채용 가능한 충전기의 개략적인 구성도이다.
도 9는 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 부분 측면도이다.
도 10은 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템에 채용 가능한 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법의 일 실시예에 대한 개략적인 순서도이다.
도 11은 도 10의 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법에 채용 가능한 요금 결제 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 전기자동차 비접촉 충전 장치 및 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자나 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다. 아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기자동차 비접촉 충전 장치를 이용하는 전기자동차 충전 운용 시스템의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기자동차 충전 운용 시스템은 주차구역선(4)에 의해 구획된 주차구역(6)에 정차 또는 주차된 차량(2)에 대하여 비접촉 충전 서비스(Non-contact 또는 Wireless Charging Service)를 제공할 수 있도록 카스토퍼(10), 충전기(20) 및 카스토퍼(10)와 충전기(20)를 서로 연결하는 전력 전송용 또는 전력-신호 전송용 케이블(30)을 구비한다. 본 실시예의 전기자동차 충전 운용 시스템은 실내외 주차장에 적용된 경우로서 각 주차구역(6)에 카스토퍼(10)를 설치하고 하나의 충전기(20)에 복수의 카스토퍼(10)를 케이블(30)을 통해 연결한 구조를 구비한다.
카스토퍼(10)는 전기자동차 등의 차량에 비접촉 충전 서비스를 제공하기 위한 구성부이며, 종래의 카스토퍼(Car Stopper)와 유사한 외관을 구비하고 주차구역에 바닥에 돌출되도록 설치되어 주차턱 또는 주차블럭의 기능을 수행한다. 특히, 본 실시예의 카스토퍼(10)는 차량 등으로부터의 충격에 온전히 견딜 수 있는 내구성을 구비하고 카스토퍼(10)에 차량이 접촉하며 정차 또는 주차할 때 특정 차량에 대하여 간편하게 비접촉 충전 서비스를 제공하기 위한 구성부이다. 여기에서, 비접촉 충전 서비스를 받을 수 있는 특정 차량은 차량 주정차 시 일차코일이 탑재된 카스토퍼와 마주하도록 차량의 앞바퀴의 앞쪽이나 뒷바퀴의 뒤쪽에 이차코일이 탑재된 전력 수신부를 구비하는 차량에 대응하며, 그러한 차량으로는 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 구동하는 전기자동차나 하이브리드 자동차뿐만 아니라 상기한 전력 수신부를 구비하고 전력 수신부를 통해 배터리를 충전하는 다양한 형태와 용도의 차량을 포함할 수 있다.
충전기(20)는 외부의 전력 소스로부터 받은 전력을 변환하여 카스토퍼(10)에 공급하는 수단 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 구성부이다. 전력 소스는 초고압, 고압, 저압 등의 상용 전력이나, 태양광 발전기, 풍력 발전기, 연료전지 발전기 등의 각종 발전 시스템에서 공급하는 전력을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 충전기(20)는 인덕티브(Inductive) 충전 즉 비접촉 충전을 위하여 카스토퍼(10)에 구비되는 전력 전송부의 일차 회로(일차 코일을 포함함)을 통해 차량에 구비되는 전력 수신부의 2차 회로(이차 코일을 포함함)로 교류 전력을 공급하는 것에 대응한다. 충전기(20)는 복수의 주차구역(6)에 설치된 카스토퍼(10)를 통해 복수의 차량(2)에 동시에 또는 선택적으로 비접촉 충전 서비스를 제공할 수 있도록 소정의 스위칭부를 구비할 수 있다. 또한, 충전기(20)는 비접촉 충전 서비스를 위하여 사용자 인터페이스, 전력공급장치, 충전전력량계, 사용자인식 장치(카드리더 등), 유선 또는 무선 통신장치 등을 구비할 수 있다. 이러한 충전기(20)는 충전 인프라상의 정보시스템(충전기 관리 시스템 등)이나 네트워크상의 각종 서버와의 데이터 통신을 위하여 소정 통신 규격을 준수하도록 설치되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 전기자동차 비접촉 충전 장치를 이용하는 전기자동차 충전 운용 시스템의 또 다른 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
본 실시예에 따른 전기자동차 충전 운용 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이 도로 옆 양측의 주차구역(6)에 전기자동차 비접촉 충전 장치가 설치되는 것을 제외하고 도 1을 참조하여 앞서 설명한 전기자동차 충전 운용 시스템과 실질적으로 동일하다.
본 실시예에서는 전기자동차 비접촉 충전 장치가 도로(8) 옆에 차량을 평행 주차하도록 형성된 주차구역(6)에 설치되는 경우를 설명하지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 전기자동차 비접촉 충전 장치가 도로(8) 옆에 중앙선(9)과 직교하도록 그어진 주차구역선(미도시)에 의해 한정되는 주차구역이나 중앙선(9)에 대하여 빗금 형태로 그어진 주차구역선(미도시)에 의해 한정되는 주차구역에도 적용될 수 있다.
전술한 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템은 전력 전송부로서 카스토퍼(10)를 이용함으로써 실내외 주차장이나 도로 옆 일반 주차구역에 간편하게 설치될 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템은 가변높이의 전력 전송부를 탑재한 카스토퍼를 이용함으로써 실내외 주차장 외에 주차타워나 이면 도로의 주차구역이나 비탈진 주택가 주차구역 등에도 간편하게 설치될 수 있다.
다음은 도 1 및 도 2를 참조하여 앞서 설명한 전기자동차 충전 운용 시스템에 채용할 수 있는 전기자동차 비접촉 충전 장치의 각 구성요소의 실시예를 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치의 카스토퍼의 개략적인 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 전기자동차 비접촉 충전 장치의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치의 카스토퍼(10)는 카스토퍼 하우징(11), 전력 전송부(12) 및 위치 조정부(13)를 구비한다.
카스토퍼 하우징(11)은 주차구역에서 차량의 정차 또는 주차 위치를 지정하도록 주차구역의 바닥면으로부터 일정 높이를 가지는 주차턱 또는 주차블럭 형태로 설치된다. 카스토퍼 하우징(11)의 외관은 약 15㎝ 내지 약 25㎝ 정도의 높이와 막대형 육면체 형태를 구비하고, 그 일측 방향에서의 단면은 사다리꼴 형태를 구비할 수 있다. 또한, 카스토퍼 하우징(11)은 외부로부터 내부로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있도록 기밀한 구조를 구비하는 것이 바람직하다.
전력 전송부(12)는 비접촉 충전용 일차코일(121)이 소정의 절연성 케이스(122)에 내장된 충전 패드 형태를 구비하고 카스토퍼 하우징(11)에 탑재된다. 본 실시예에서 전력 전송부(12)는 주차구역에 정차 또는 주차된 차량에 대하여 비접촉 전력 전송을 행할 때 주차구역의 바닥면으로부터의 높이가 차량의 대응 지상고에 따라 가변될 수 있도록 설치된다.
본 실시예에 있어서 전력 전송부(12)는 카스토퍼 하우징의 외부에서 전력 또는 신호를 전송하는 외부 케이블의 커넥터와 연결될 수 있도록 카스토퍼 하우징(11)에 고정되는 소켓-인렛(123), 및 일차코일(121)과 소켓-인렛(123) 사이를 연결하는 내부 케이블(125)을 구비한다. 소켓-인렛(123)을 보호하기 위하여 소켓-인렛(123)의 일측 가장자리에는 덮개(124)가 카스토퍼 하우징(110 외측에 착탈가능하게 설치될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 소켓-인렛(123)은 카스토퍼(10)의 설치 및 사용 편의성을 높이기 위해 설치된 것이지만, 전기자동차 충전 운용 시스템의 다양한 형태의 구현에 따라 카스토퍼 하우징(11)의 내부나 다른 위치에 설치되거나 생략될 수 있다. 소켓-인렛(123)이 생략되는 경우, 내부 케이블(125)은 전력 전송부(12)와 충전기 사이에 직접 연결되도록 하도록 구현될 수 있다.
위치 조정부(13)는 전력 전송부(12)의 높이를 조정하기 위한 수단 또는 그러한 기능을 수행하는 구성부로서 차량으로의 비접촉 전력 전송시 차량의 전력 수신부(도 8의 참조부호 201 참조) 내의 이차코일과 전력 전송부(12) 내의 일차코일(121) 사이의 간격이 특정 간격이 되도록 카스토퍼 하우징(11) 내에 설치되어 전력 전송부(12)의 높이를 제어한다. 위치 조정부(13)에서의 높이 제어시, 위치 조정부(13)의 일단에 결합된 전력 전송부(12)는 카스토퍼 하우징(11)의 상부측 개구부(111)로부터 빠져나와 분리된다.
본 실시예에 있어서 위치 조정부(13)는 카스토퍼 하우징(11)에 탑재되는 실린더(131), 및 실린더(131)의 압력에 의해 실린더 내부와 외부 사이에서 왕복 운동하며 그 노출 길이를 신장 또는 축소함으로써 전력 전송부(12)를 주차구역 바닥면에 직교하는 높이 방향으로 일정 범위 내에서 승강 왕복 운동시키는 피스톤부(132)를 구비한다.
본 실시예에 따른 카스토퍼(10)를 구비한 전기자동차 비접촉 충전 장치의 작동과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 주차구역에 정차하거나 주차한 차량으로부터의 압력이 카스토퍼(10)에 설치된 감압 센서(14)에 의해 감지되면, 전기자동차 비접촉 충전 장치는 해당 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 제공하기 위해 기동한다.
여기에서, 감압 센서(14)는 카스토퍼(10)의 일면에 작용하는 일정 압력 이상의 압력 세기를 감지하는 압력 센서의 일종으로 차량의 타이어가 누르는 압력을 검출하고 검출한 압력을 전기신호로 변환하여 충전기로 전송한다. 감압 센서(14)로는 고분자 감압센서나 감압도전성 고무센서나 진동식 압력센서 등이 이용될 수 있다. 전술한 감압 센서(14)는 전기자동차 비접촉 충전 장치에 있어서 주차구역에 진출입하는 차량을 감지하도록 주차구역 외부에 설치되거나 주차구역의 지면 또는 카스토퍼 하우징에 설치되는 차량 감지부에 대한 일례이다. 즉, 본 발명의 전기자동차 비접촉 충전 장치는 감압 센서(14) 대신에 주차구역의 바닥이나 상부에 설치되는 차량 감지기를 구비할 수 있다.
또한, 전기자동차 비접촉 충전 장치는 차량 감지기로서 접촉 방식의 센서 이외에 무접촉 방식의 센서를 구비할 수 있는데, 예컨대 무접촉 방식의 센서로는 주차구역의 특정 위치에서의 차량 유무를 감지할 수 있는 초음파 센서나 적외선 센서 또는 비전 센서 등이 이용될 수 있다. 이러한 무접촉 방식의 센서는 주차구역 외부에 설치될 수 있다. 여기에서 비전(Vision) 센서는 CCD(Charged coupled device) 카메라와 카메라에서 촬영한 영상을 영상처리기술로 처리하여 영상 내의 물체를 인식하는 센서를 지칭한다.
다음으로, 주차구역 내에서 차량이 감지되고, 차량 측으로부터 비접촉 충전 서비스 요청 신호가 수신되면, 위치 조정부(131)는 도 4에 도시한 바와 같이 전력 전송부(12)의 높이를 미리 정해진 높이로 상승시킨다.
비접촉 충전 서비스 요청 신호는 차량 감지부에서의 출력 신호나 주차구역에 정차하거나 주차한 차량 측과의 통신에 기초하여 충전기(또는 충전기의 메인 제어부)에서 생성 및 출력되는 별도의 제어 신호에 대응될 수 있다.
전력 전송부(12)의 높이를 미리 정해진 높이로 상승시키기 위하여, 본 실시예의 전기자동차 비접촉 충전 장치는 카스토퍼(10)에 설치되어 차량의 특정 부분의 지상고를 측정하는 높이 측정부(15)를 구비할 수 있다. 높이 측정부(15)는 차량에 탑재된 전력 수신부 또는 전력 수신부가 설치되어 있는 차량 하부의 높이(지상고)를 측정하기 위한 것으로, 거리 측정이 가능한 적외선 센서, 두 개의 초음파 센서, 레이저 센서 등이 이용될 수 있다.
전술한 높이 측정부(15)는 차량의 특정 부분의 지상고를 측정하기 위한 것으로, 이를 적절한 수단이나 구성부로 대체하는 것이 가능하다. 예를 들면, 주차구역에 정차 또는 주차한 차량의 차종을 식별하는 수단이 이용될 수 있는데, 예를 들면, 차종을 감지할 수 있는 비전 센서나, 차종 정보를 제공하도록 차량에 부착된 RFID 태그와 통신하는 RFID 리더나, 차종 정보를 제공하는 차량의 전자제어장치와 블루투스 등의 근거리 무선 통신을 통해 연결되는 충전기의 통신장치 및 사용자인식 장치 등이 이용될 수 있다. 여기에서, 사용자인식 장치는 차량 측으로부터 블루투스를 통해 전송되는 사용자 식별 코드를 인식하는 장치이며, 사용자 식별 코드는 비접촉 충전 서비스에 가입한 가입자의 고유 코드이거나 개인 식별용 번호(주민번호, 전화번호, 카드번호 등)를 포함할 수 있다. 비전 센서나 RFID 리더나 사용자인식 장치 등의 차종 식별 수단에 의해 주차구역에 있는 차량의 차종이 인식되면, 전기자동차 비접촉 충전 장치의 충전기 내의 메인 제어부 또는 높이 제어부에서는 인식된 차종에 기초하여 메모리 등의 저장장치에 미리 저장된 해당 차량의 정보로부터 해당 차량의 특정 부분의 지상고를 획득할 수 있다.
다음으로, 전력 전송부(12)의 높이 조정이 완료되면, 전기자동차 비접촉 충전 장치의 충전기는 카스토퍼(10)의 소켓-인렛(123)과 내부 케이블(125)을 통해 전력 전송부(12)의 일차코일에 전력을 공급하고, 전력 전송부(12)의 일차코일과 차량의 전력 수신부의 이차코일 간의 자기유도(Magnetic inductive) 또는 자기공명(Magnetic Resonant) 결합에 의해 일차코일의 전력이 차량의 이차코일을 통해 차량 배터리에 충전되도록 동작한다.
비접촉 충전의 효율을 높이기 위하여, 자기유도 결합의 경우, 일차코일은 이차코일과 서로 마주하도록 배치되는 것이 바람직하며, 자기공명 결합의 경우, 일차코일과 이차코일은 마주하는 것에 크게 상관없이 서로 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치의 카스토퍼의 개략적인 평면도이다. 도 6은 도 5의 카스토퍼를 Ⅵ-Ⅵ 선에 의해 절단한 개략적인 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전 장치의 카스토퍼(10a)는 카스토퍼 하우징(11a), 전력 전송부(12a) 및 위치 조정부를 구비한다.
카스토퍼 하우징(11a)은 그 외관이 복수의 원통을 옆으로 나란히 연결한 형태를 가지는 것을 제외하고 도 3 및 도 4를 참조하여 앞서 설명한 카스토퍼 하우징(11)과 실질적으로 동일하다. 카스토퍼 하우징(11a)은 차 바퀴에 의해 눌리는 압력을 온전히 견딜 수 있도록 내구성이 우수한 복합재료나 금속성의 프레임을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 카스토퍼 하우징(11a)은 하부 하우징(112) 및 상부 하우징(114)을 구비한다. 하부 하우징(112)과 상부 하우징(114)을 이용하면, 카스토퍼(10a)의 설치를 용이하게 할 수 있다. 예를 들면, 먼저 하부 하우징(112)을 앵커 볼트와 너트 등의 고정수단(113)에 의해 주차구역의 바닥면에 견고히 고정하고, 하부 하우징(112) 상에 위치 조정부의 구성요소와 전력 전송부의 구성요소를 설치한 후 그 위에 상부 하우징(114)를 덮고 상부 하우징(114)과 하부 하우징(112)을 서로 단단히 결합함으로써 간편하게 카스토퍼(10a)를 설치할 수 있다.
전력 전송부(12a)는 비접촉 충전용 일차코일(121)이 소정의 절연성 케이스에 내장된 원반 형태를 구비하고 카스토퍼 하우징(11a)의 상부측 개구부에서 분리 가능하게 삽입 설치된다. 전력 전송부(12a)에 내장되는 일차코일(121)은 하나의 나선 형태 이외에 링 형태를 구비할 수 있고, 하나의 나선 구조를 구비할 수 있을 뿐만 아니라 복수의 나선 구조가 복수개 배열된 형태나 솔레노이드 코일 형태를 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 세 개의 전력 전송부(12a) 각각은 일차코일(121)에 연결되는 내부 케이블(125a)을 구비하며, 내부 케이블(125a)은 소정의 전기커넥터(126)을 통해 외부 케이블(126b)에 연결된다. 여기에서, 외부 케이블(126b)은 전기자동차 비접촉 충전 장치의 충전기와 전기커넥터(126)를 서로 연결한다. 외부 케이블(126b)은 주차구역 하부에 매설되거나 주차구역 상에 노출되는 구조로 설치될 수 있다.
위치 조정부는 모터(131a), 제1 기어(133), 제2 기어(134) 및 볼트형 승강부(135)를 구비한다. 제1 기어(133)는 모터(131a)의 회전축에 결합하고, 제2 기어(134)는 제1 기어(133)와 평기어 형태로 맞물려 제1 기어(133)의 회전에 따라 소정의 속도비로 회전하며, 볼트형 승강부(135)는 제2 기어(134)와 볼트-나사 형태로 맞물려 제2 기어(134)의 회전에 따라 제2 기어(134) 측에서부터 전력 전송부(12a) 측으로 일정 범위 내에서 승강 왕복 운동한다. 또한, 위치 조정부는 볼트형 승강부(135)를 보호하고 안내하며 또한 제2 기어(134)를 지지하도록 설치되는 원통 형태의 가이드(137)를 구비할 수 있다. 모터(131a)가 작동하면, 볼트형 승강부(135)의 일단에 결합된 전력 전송부(12a)는 카스토퍼 하우징(11a)의 상부측 개구부(도 7의 참조부호 111 참조)로부터 빠져나와 분리된다.
전술한 위치 조정부의 구조는 도 4를 참조하여 앞서 설명한 위치 조정부(13)와 함께 예시를 위한 것으로, 본 발명에서 위치 조정부의 실린더나 모터를 소정의 액추에이터(Actuator)로 대체할 수 있다. 실린더나 모터를 소정의 액추에이터로 대체하는 경우, 액추에이터에 연결되는 피스톤부나 볼트형 승강부는 액추에이터에 결합하고 액추에이터의 힘에 의해 회전하거나 또는 그 길이를 신장 또는 축소함으로써 전력 전송부를 승강 왕복 운동시키는 암(Arm)에 대응할 수 있다. 그리고, 도면에 도시하지 않았지만, 구현에 따라 암(Arm)은 소비자나 사업자의 요구에 따라 충전기의 소정 제어부에 탑재된 컴퓨터 프로그램에 의해 제어되는 다관절 로봇 형태로 구현될 수 있으며, 그러한 경우, 위치 조정부는 카스토퍼 하우징(11a)에서 전력 전송부(12a)를 1차적으로 상승시킨 후 차량에 부착된 전력 수신부를 추적하여 전력 전송부의 위치를 자동 조절하도록 설치될 수 있다.
도 7은 도 6의 카스토퍼를 구비하는 전기자동차 비접촉 충전 장치의 작동과정을 설명하기 위한 개략적인 부분 단면도이다.
도 7을 참조하면, 차량 감지부에 의해 주차구역 내 특정 위치에 정차하거나 주차한 차량이 감지되면, 충전기 측의 제어 신호에 따라 위치 조정부의 모터(131a)가 구동된다. 그리고, 모터(131a)의 구동에 따라 볼트형 승강부(135)는 원반형 전력 전송부(12a)를 제1 높이(H1)만큼 상승시킨다. 볼트형 승강부(135)가 상승 또는 하강할 때, 원반형 전력 전송부(12a)가 볼트형 승강부(135)의 회전에 따라 회전하는 것을 억제하기 위하여 볼트형 승강부(135)와 전력 전송부(12a) 사이에는 유동커넥터(136)가 설치된다. 유동커넥터(136)는 전력 전송부(12a)와 볼트형 승강부(135) 중 적어도 어느 하나에 대하여 접동 회전함으로써 볼트형 승강부(135)의 회전력이 전력 전송부(12a)에 전달되지 않도록 동작한다.
제1 높이(H1)는 차종 인식에 의해 확인된 차량의 특정 부분에 대한 지상고이거나 거리 센서(높이 측정부에 대응)에 의해 측정된 해당 부분에 대한 지상고에 대응한다. 예컨대, 차량의 특정 부분에 대한 지상고는 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)를 더한 제3 높이(H1+H2)가 되고, 이때 제2 높이(H2)는 전력 전송부(12a)의 일차코일과 차량의 전력 수신부(3)의 이차코일과의 거리에 대응하게 된다. 제2 높이(H2)는 상대적으로 낮은 주파수 특성을 가진 자기유도 결합 방식의 비접촉 충전에서 전력 전송 효율을 높이기 위해 수 밀리미터(㎜) 정도의 값을 갖는 것이 바람직하다.
다음으로, 충전기는 차량의 전력 수신부와 고효율로 전자기유도 또는 자기공명 결합할 수 있는 전력 전송부(12a)에 전력을 공급하여 차량의 배터리를 비접촉 충전 방식으로 충전한다.
참고로, 자기유도 방식의 비접촉 충전 기술은 일차코일을 통과하는 자속을 변화시켜 이차코일에 전기를 만들어내는 현상을 이용하여 전력을 전송하는 공지된 기술이므로 본 명세서에서는 그것에 대한 상세한 설명을 생략한다. 또한, 자기공명 방식의 비접촉 충전 기술은 2007년 마린 솔라치치(Marin Soljacic) 교수팀이 제안한 방식 또는 그와 유사하게 공명을 이용하는 유도 결합 방식의 비접촉 충전 기술을 지칭하는 것으로 그 작동원리가 이미 널리 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 그에 대한 상세 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템에 채용 가능한 충전기의 개략적인 구성도이다.
도 8을 참조하면, 충전기(20)는 메인 제어부(201), 스위칭부(202), 높이 제어부(203), 통신부(204), 요금 결제 처리부(205), 충전 전력량계(206)를 구비한다.
메인 제어부(201)는 충전기 내의 각 구성요소의 동작과 상태를 제어한다. 또한, 메인 제어부(201)는 차량 감지부로부터 수신한 제1 신호를 인식하고 제1 신호에 기초하여 비접촉 충전 서비스 개시 신호를 생성 및 출력한다.
스위칭부(202)는 메인 제어부(200)의 제어 신호에 따라 활성화되어 전력 소스의 전력을 변환하여 카스토퍼(10 또는 10a)에 공급한다. 예를 들면, 스위칭부(202) 내의 복수의 스위치는 메인 제어부(201)로부터의 비접촉 충전 서비스 개시 신호에 응하여 전원 소스의 전력이 위치 조정부 및 전력 전송부에 순차적으로 공급되도록 메인 제어부(200)의 제어 신호에 따라 순차적으로 활성화될 수 있다.
또한, 스위칭부(202)는 복수의 주차구역에 설치된 카스토퍼를 통해 복수의 차량에 동시에 또는 선택적으로 비접촉 충전 서비스를 제공할 수 있도록 복수의 스위치 또는 스위칭 회로부를 구비할 수 있다.
높이 제어부(203)는 차종 식별부 또는 높이 측정부로부터 수신한 제2 신호를 인식하고 제2 신호에 기초하여 전력 전송부가 특정 높이로 이동하도록 위치 조정부를 제어한다. 이러한 높이 제어부(203)는 메인 제어부(201)의 일부 기능부로서 메인 제어부(201)에 탑재될 수 있다.
통신부(204)는 차량 측과 비접촉 충전 서비스를 위한 데이터 및 신호를 송수신한다. 예컨대, 통신부(204)는 차량 측에 대응하는 차량의 전자제어장치나 차량 사용자의 휴대 단말기와 무선 통신으로 연결되는 근거리 통신 모듈이나 범용 통신 모듈을 구비할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 블루투스 모듈을 포함하고, 범용 통신 모듈은 회선교환망이나 패킷교환망 또는 인터넷 등의 네트워크에 연결되는 통신 모듈을 포함한다. 또한, 통신부(204)는, 충전기의 메인 제어부나 요금 결제 처리부가 차량의 전자제어장치 또는 차량 사용자의 휴대 단말기와 서로 연동된 상태에서, 비접촉 충전 프로세스를 사용자 측에서 직접 제어할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 차량 측에 제공하도록 구현될 수 있다.
요금 결제 처리부(205)는 차량에 대한 비접촉 충전 전력량에 기초하여 차량 측으로 과금 정보 또는 결제 요청 신호를 전송한다. 예를 들면, 요금 결제 처리부(205)는 충전전력량계(206)에 의해 측정된 충전 전력량에 해당하는 요금을 해당 차량에 대하여 미리 적립된 마일리지나 포인트 또는 선결제 금액에서 차감하고, 차감한 요금(잔액) 정보와 남은 마일리지나 포인트 정보 등을 차량 측에 전송할 수 있다. 또한, 요금 결제 처리부(205)는 충전전력량계(206)에 의해 측정된 충전 전력량에 해당하는 과금 정보와 비접촉 충전 서비스를 제공한 사업자 정보를 포함하는 요금 결제 요청 신호를 차량 측에 전송할 수 있다. 이때, 차량 측에서는 과금 정보와 사업자 정보를 포함한 요금 결제 전문을 생성하여 네트워크상의 결제 시스템에 전송한 후 결제 시스템의 결제 승인시 요금 결제 완료 신호를 충전기(20)의 요금 결제 처리부(205)나 전기자동차 충전 운용 시스템으로 전송할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 충전기의 메인 제어부(200)는 차량 측으로부터의 비접촉 충전 완료 신호 수신시, 차량 감지부로부터의 차량 위치 이탈 신호 수신시, 또는 차량 측으로부터의 비접촉 충전 중지 요청 신호 수신시 해당 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 종료하고 높이 제어부(203)를 통해 위치 조정부를 제어하여 전력 전송부를 원위치로 복귀시킨다.
도 9는 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 부분 측면도이다.
본 실시예에 따른 전기자동차 충전 운용 시스템은 도 9에 도시한 바와 같이 차량(2)이 정차 또는 주차된 구역(주차구역)에 설치된 카스토퍼(10)를 이용하여 차량(2)의 배터리(7)를 비접촉 충전 방식으로 충전할 수 있도록 서비스한다.
좀더 구체적으로 비접촉 충전 과정을 설명하면, 주차구역 내에서 차량의 타이어(9)가 차량 감지부(14)를 일정 시간 이상 누른 채 차량이 정차 또는 주차하게 되면, 차량 감지부(14)는 미리 정해진 프로세스에 따라 작동하여 감지된 신호를 충전기(20)의 메인 제어부로 전송한다. 메인 제어부의 제어에 따라 카스토퍼(10)의 위치 조정부는 전력 전송부(121)와 전력 수신부(3) 사이의 간격이 소정 간격(H2)이 되도록 전력 전송부(121)의 높이를 일정 길이만큼 상승시킨다. 그 다음, 메인 제어부의 제어에 따라 스위칭부가 동작하여 충전기로부터 전력 전송부(121)로 전력이 공급되면, 전력 전송부(121)와 전력 수신부(201) 간의 자기유도 또는 자기공명 결합에 의해 충전기 측으로부터의 전력이 전력 전송부(121)에서 전력 수신부(3)로 전송되고, 전력 수신부(3)에서 획득되는 전력은 차량(2)의 충전제어장치(5) 또는 소정의 제어부의 제어에 따라 배터리(7)에 충전된다.
도 10은 본 발명의 전기자동차 충전 운용 시스템에 채용 가능한 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법의 일 실시예에 대한 개략적인 순서도이다.
도 10을 참조하면, 우선 전기자동차 충전 운용 시스템(이하, 간단히 '운용 시스템'이라 한다)은 차량 감지부로부터 제1 신호를 수신한다(S101). 실제로, 제1 신호는 충전기에 탑재된 메인 제어부에 입력되거나 메인 제어부에서 감지될 수 있다. 그리고, 제1 신호는 주차구역 내의 특정 위치에 차량이 정차 또는 주차되어 있는지 없는지를 시스템 측에 알리기 위한 신호로서, 예컨대 제1 신호의 레벨이 일정 크기 이상이면, 주차구역에 차량이 있는 것으로 판단하고, 제1 신호의 레벨이 일정 크기 미만이면, 주차구역에 차량이 없는 것으로 판단할 수 있다(S102).
다음, 주차구역에 차량이 있으면, 운용 시스템은 제1 신호에 응하여 해당 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 개시하고, 차량 측으로 비접촉 충전 서비스 제공에 대하여 사용자 확인을 요청하는 충전 서비스 확인 요청 신호를 전송한다(S103). 차량 측은 충전기의 메인 제어부와 무선 통신하는 차량의 전자제어장치, 또는 차량에 대응하여 미리 등록된 차량 사용자의 휴대 단말기에 대응한다.
다음, 충전 서비스 확인 요청 신호에 대하여 차량 측으로부터 응답 신호를 수신한다(S104). 수신한 응답 신호가 정상 응답이 아니면(S105), 차량 사용자의 오조작이나 변심 등을 고려하여 2회 정도 재차 충전 서비스 확인 요청 신호를 차량 측에 전송한 후 차량 측으로부터 응답 신호를 수신하고 재차 수신한 응답 신호가 정상 응답에 대응하는지 아닌지를 판단한다(S103 내지 S106). 한편, 응답 신호가 정상 응답에 대응하면(S105), 운용 시스템은 차종 식별부나 높이 측정부를 통해 차량의 전력 수신부 부분의 지상고를 확인한다(S107).
다음, 운용 시스템은 해당 차량에 대하여 확인된 지상고에 기초하여 높이 제어부를 통해 위치 조정부를 제어함으로써 카스토퍼의 전력 전송부를 일정 높이만큼 상승시킨다(S108).
다음, 운용 시스템은 외부의 전력 소스를 변환하여 카스토퍼의 전력 전송부로 공급하기 위해 스위칭부를 제어한다. 이때, 전력 전송부에 공급되는 전력은 전력 전송부와 자기유도 또는 자기공명 결합하는 전력 수신부를 통해 차량의 배터리에 충전된다(S109).
다음, 차량 측으로부터 비접촉 충전 완료 신호를 수신하거나, 차량 감지부로부터 차량 위치 이탈 신호를 수신하거나, 차량 측으로부터 비접촉 충전 서비스 중지 요청 신호를 수신하면, 즉 비접촉 충전 서비스 종료 요청에 상응하는 종료 신호를 수신하면(S110), 운용 시스템은 수신한 종료 신호에 기초하여 비접촉 충전 서비스를 종료한다. 비접촉 충전 서비스의 종료 시, 운용 시스템은 스위칭부를 제어하여 전력 전송부로의 전력 공급을 차단하고, 높이 제어부를 통해 위치 조정부를 제어하여 전력 전송부를 원위치로 복귀시킨다(S111). 여기에서, 전력 전송부의 원위치는 전력 전송부가 카스토퍼 하우징의 개구부(도 4 및 도 7의 참조부호 111 참조)에 삽입되어 개구부를 온전히 막는 위치에 대응할 수 있다.
그리고, 운용 시스템은 해당 차량에 공급한 충전 전력량에 대한 과금 정보 또는 요금 결제 요청 신호를 차량 측에 전송한다(S112). 과금 정보나 요금 결제 요청 신호는 블루투스 등의 근거리 무선 통신에 의해 운용 시스템에서 차량 측에 제공하는 사용자 인터페이스를 통해 전달될 수 있다.
도 11은 도 10의 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법에 채용 가능한 요금 결제 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 운용 시스템(100)은 우선 비접촉 충전 서비스를 통해 차량에 제공된 전력량에 대한 요금 결제를 요청하는 요금 결제 요청 신호를 차량 측(2a)에 전송한다(S1101). 여기에서, 차량 측은 운용 시스템과 서로 연동하는 차량의 전자제어장치 또는 차량 사용자의 휴대 단말기에 대응한다.
다음, 차량 측(2a)은 요금 결제 요청 신호에 기초하여 결제 프로그램을 활성화하고, 결제 프로그램을 통해 요금 결제 전문을 생성한다(S1102, S1103). 여기서, 결제 프로그램은 차량 측에서 직접 구동되는 어플리케이션이거나 차량 측에서 블루투스나 이동통신망 또는 인터넷 등의 네트워크를 통해 접속한 운용 시스템의 결제 인터페이스상에서 구동하는 프로그램일 수 있다.
다음, 차량 측(2a)은 생성한 요금 결제 전문을 운용 시스템을 통하거나 직접 네트워크상의 결제 시스템으로 전송한다(S1104). 여기에서, 요금 결제 전문은 충전전력량 요금에 대한 사용자 결제 정보와, 운용 시스템에 대한 사업자 또는 가맹점 정보를 포함한다. 그리고, 결제 시스템은 은행이나 카드사 등의 금융 관련 사업자의 시스템에 대응한다.
다음, 결제 시스템(110)은 차량 측(2a)으로부터 수신한 요금 결제 전문 내의 사용자 결제 정보를 인증한 후 해당 결제 요청 정보에 대하여 결제 승인을 처리하고(S1105), 요금 결제 승인 응답 신호를 차량 측(2a)에 전송한다(S1106).
다음, 운용 시스템(100)은 결제 시스템(110)으로부터 요금 결제 승인 정보를 수신하거나(S1107), 차량 측(2a)으로부터 요금 결제 요청 신호에 대한 응답 신호인 요금 결제 완료 신호를 수신하고(S1108), 해당 차량이나 비접촉 충전 서비스 사용자에 대한 고객 정보를 업데이트한다(S1109).
본 실시예에 의하면, 사용자는 차량에서 내리지 않고 비접촉 충전 서비스를 이용하여 차량 배터리를 간편하게 충전하며, 또한 비접촉 충전시 충전 프로세스를 직접 제어하거나 충전 상태를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 차량 내에서 충전 전력량에 대한 요금 결제를 편리하게 처리할 수 있다.
한편, 전술한 실시예의 전기자동차 비접촉 충전 장치와 이를 이용하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법은 비접촉 충전 서비스만을 제공하는 충전 스테이션에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 비접촉 충전 장치는 종래의 다양한 접촉 충전 장치를 혼용 또는 선택적으로 이용할 수 있도록 설치되는 전기자동차 복합 충전 스테이션이나 전기자동차 충전 운용 시스템에 함께 적용 가능하다.
또한, 전술한 실시예에서 용어 '자기유도'는 '전자기유도'와 혼용가능하고, 용어 '자기공명'은 '자계공명' 또는 '공명유도'와 혼용 가능하다. 아울러, 용어 '일차코일'과 '이차코일'은 자기유도 또는 자기공명 결합의 비접촉 충전 방식에 따라 '송신 코일'과 '수신코일'로 대체 사용 가능하다.
2: 차량
10, 10a: 카스토퍼
11, 11a: 카스토퍼 하우징
12, 12a: 전력 전송부
13: 위치 조정부
20: 충전기
100: 전기자동차 충전 운용 시스템

Claims (10)

  1. 차량에 무선으로 전력을 전송하는 전기자동차 비접촉 충전 장치에 있어서,
    차량의 주차 또는 정차를 위한 주차구역에 설치되고 막대형 육면체 형태를 구비하는 카스토퍼 하우징;
    상기 카스토퍼 하우징에 착탈가능하게 설치되며 비접촉 충전용 일차코일을 내장하는 전력 전송부;
    상기 카스토퍼 하우징에 설치되며 카스토퍼 하우징에 대한 압력 감지를 통해 차량을 감지하고 비접촉 충전 서비스 개시를 위한 신호를 출력하는 차량 감지부;
    상기 전력 전송부와 비접촉 충전을 위해 결합하는 전력 수신부가 설치되어 있는 부분에 대한 차량의 지상고를 측정하고, 상기 전력 전송부의 높이 조정을 위한 신호를 출력하는 높이 측정부; 및
    상기 카스토퍼 하우징 내에 설치되며 상기 높이 측정부에서 측정한 지상고에 대응하여 그리고 전기에너지를 물리적인 힘으로 변환하여 상기 전력 전송부의 주차구역 바닥면에서의 높이를 조절하는 위치 조정부
    를 포함하되,
    상기 전력 전송부는 상기 카스토퍼 하우징의 상부측 개구부에서 분리 가능하게 설치되고 상기 일차코일이 내장된 판상의 절연성 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 조정부는,
    상기 카스토퍼 하우징 내에 설치되는 액추에이터; 및
    상기 전력 전송부를 지지하며 상기 액추에이터에 결합하고 액추에이터의 힘에 의해 회전하거나 그 길이를 신장 또는 수축하여 상기 전력 전송부를 승강 왕복 운동시키는 암
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 전송부는,
    상기 카스토퍼 하우징에 고정되며 상기 카스토퍼 하우징 측으로 전력 또는 신호를 전송하는 외부 케이블의 커넥터와 결합하는 소켓-인렛; 및
    상기 일차코일과 상기 소켓-인렛 사이를 연결하는 내부 케이블
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주차구역 외부에 설치되거나 상기 주차구역의 바닥면에 설치되며 상기 주차구역의 특정 위치에 위치하는 차량을 감지하는 차량 감지부를 더 포함하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차량의 차종을 식별하는 차종 식별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카스토퍼 하우징에 케이블을 통해 결합하며 상기 전력 전송부에 전력을 공급하고 상기 위치 조정부를 제어하는 충전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전기는,
    상기 차량 감지부로부터 수신한 제1 신호를 인식하고 제1 신호에 기초하여 비접촉 충전 서비스 개시 신호를 생성 및 출력하는 메인 제어부;
    상기 차종 식별부 또는 상기 높이 측정부로부터 수신한 제2 신호를 인식하고 제2 신호에 기초하여 상기 전력 전송부가 특정 높이에 위치하도록 상기 위치 조정부를 제어하는 높이 제어부;
    상기 메인 제어부로부터의 비접촉 충전 서비스 개시 신호에 응하여 전원소스로부터의 전력이 상기 위치 조정부 및 전력 전송부에 공급되도록 활성화되는 스위칭부; 및
    상기 차량 측과 비접촉 충전 서비스를 위한 데이터 및 신호를 송수신하는 통신부
    를 구비하되,
    상기 충전기는 상기 차량 측으로부터의 비접촉 충전 완료 신호 수신 시, 상기 차량 감지부로부터의 차량 위치 이탈 신호 수신 시, 또는 상기 차량 측으로부터의 비접촉 충전 중지 요청 신호 수신 시 상기 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 종료하고 상기 위치 조정부를 제어하여 전력 전송부를 원위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 차량에 대한 비접촉 충전 전력량에 기초하여 상기 차량 측으로 과금 정보 또는 요금 결제 요청 신호를 전송하는 요금 결제 처리부를 더 포함하고,
    상기 충전기 또는 상기 요금 결제 처리부는 차량 측에 비접촉 충전 서비스 제어를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 비접촉 충전 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전기자동차 비접촉 충전 장치를 구비하는 전기자동차 충전 운용 시스템에서 차량에 비접촉 충전 전력을 공급하고 공급한 충전 전력량에 대한 과금을 처리하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법에 있어서,
    상기 전기자동차 비접촉 충전 장치의 막대형 육면체 형태를 구비하는 카스토퍼 하우징에 설치된 차량 감지부로부터 주차구역 내 특정 위치에 차량이 있는지 없는지를 알리는 제1 신호를 수신하는 제1 단계-여기에서, 전기자동차 충전 운용 시스템은 제1 신호에 기초하여 상기 차량에 대한 비접촉 충전 서비스를 개시함-;
    상기 차량의 전자제어장치로, 또는 상기 차량에 대응하여 미리 등록된 사용자의 휴대 단말기로 비접촉 충전 서비스 제공에 대하여 사용자 확인을 요청하는 충전 서비스 확인 요청 신호를 전송하는 제2 단계;
    상기 차량의 비접촉 충전을 위한 전력 수신부가 설치되어 있는 부분에 대한 지상고를 측정하는 높이 측정부로부터 상기 지상고를 알리는 제2 신호를 수신하는 제3 단계;
    상기 주차구역의 카스토퍼 하우징에 탑재된 전력 전송부의 높이가 특정 높이로 조정되도록 상기 충전 서비스 확인 요청 신호에 대응하여 상기 차량 측으로부터 수신한 응답 신호 또는 상기 제2 신호에 기초하여 상기 위치 조정부를 제어하는 제4 단계;
    상기 전력 전송부로 전력을 공급하는 제5 단계-여기에서, 상기 전력 전송부에 인가되는 전력은 자기유도 또는 자기공명 결합에 의해 상기 전력 전송부로부터 상기 차량의 전력 수신부로 전송됨-; 및
    상기 차량의 충전전력량에 대한 과금 정보 또는 요금 결제 요청 신호를 상기 차량 측으로 전송하는 제6 단계
    를 포함하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제5 단계 후에,
    상기 차량 측으로부터 비접촉 충전 완료 신호를 수신하거나, 상기 차량 감지부로부터 차량 위치 이탈 신호를 수신하거나, 또는 상기 차량 측으로부터 비접촉 충전 서비스 중지 요청 신호를 수신하고, 수신한 신호에 기초하여 비접촉 충전 서비스를 종료하는 단계; 및
    상기 비접촉 충전 서비스의 종료 시에 상기 위치 조정부를 제어하여 전력 전송부를 원위치로 복귀시키는 단계
    를 더 포함하는 전기자동차 비접촉 충전 서비스 제공 방법.
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