KR101251633B1 - 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주차장에서 비접촉 자기유도 충전 방식으로 배터리 충전을 하는 과정에서 차량의 전장 길이를 파악하여 충전 동작 모드를 결정할 수 있도록 한 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 온라인 전기자동차의 충전을 위한 상용전원을 공급하기 위한 상용전원 공급부;서로 중첩되지 않고 이웃하는 복수 개의 충전 영역들을 갖도록 설치되는 급전 선로를 구비하고, 상기 복수 개의 충전 영역들에 각각 대응하여 구비되어 진입된 차량의 크기를 알려주는 차량진입 확인센서를 구비하는 주차장 충전부;온라인 전기자동차의 충전 상태를 알려주기 위하여 차량 인터페이스부에 연결되고, 차량 진입 및 크기를 확인하고 진입 차량에 해당하는 충전 동작 모드를 판단하는 제어부;급전 인버터 및 절체 스위치를 구비하고 상기 제어부의 제어에 의해 충전 동작 모드에 따라 상기 복수개의 충전 영역들중에서 선택된 충전 영역들의 급전 선로에 상용 전원의 공급을 스위칭하는 충전 동작 모드 결정부;를 포함한다.

Description

비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법{System and Method for Charging of Electric Vehicle Battery with Non Contact Electromagnetic Inductive Charging in Parking Lot}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로, 구체적으로 주차장에서 비접촉 자기유도 충전 방식으로 배터리 충전을 하는 과정에서 차량의 전장 길이를 파악하여 충전 동작 모드를 결정할 수 있도록 한 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.

경제 발전에 따라 자동차에 대한 수요가 폭발적인 증가세를 보이고 있고, 자동차 수요가 늘어남에 따라 자동차에서 배출되는 배기가스가 환경오염의 주요 원인이 되고 있다.

이에 자동차의 배출가스를 감소시키기 위한 요구가 이어지고 있으며, 배출가스를 줄일 수 있는 자동차의 연구 및 개발이 진행되고 있다. 더 나아가 배출가스를 발생하지 않는 전기 자동차의 상용화가 부분적으로 시도되고 있다.

전기차량은 전기를 전력공급원으로 하여 운행하는 차량을 의미하며, 차량 자체에 전력공급원으로 충전이 가능한 배터리를 탑재하고, 탑재된 배터리에서 공급되는 전력을 이용하여 운행하는 것을 말한다. 이에 전기자동차는 크게 전기에 의해 구동되어 전기 자동차를 운행시키기 위한 전기모터와, 그 전기 모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다.

최근에는 배터리에 전기를 공급하고 충전하기 위하여 플러그인(PLUG-IN) 충전 방식이 주로 사용되고 개발되어 왔다. 상기 플러그인 방식은 전기자동차의 플러그인 충전 장치를 통하여 배터리에 전원을 1회적으로 공급 충전하고 이를 이용하여 전기자동차를 운행하는 방식을 말한다.

상기 플러그인 충전 방식은 전기자동차용 배터리의 충전시간이 오래 걸리며, 한번 충전에 의해 주행하는 거리가 제한적이다. 보통 전기 자동차의 충전은 1 ~ 8시간 정도 소요되는데, 이와 같은 긴 충전 시간 동안 차량을 안전하게 관리하는 것도 어려운 문제점이 발생한다.

따라서 전기자동차는 목적한 이동거리를 확보하기위해서는 자주 충전을 해주어야만 하므로, 전기차량의 운행에 있어서 충전소의 설치 및 충전시스템은 아주 중요한 문제이다.

또한, 충전하는 동안에 비, 눈 등의 외부 환경에 영향을 받지 않는 상태에서 충전이 이루어져야 한다. 나아가, 전기 자동차의 충전 시스템을 현재의 주유소와 같은 형태로 만드는 경우에는 충전 수요를 감당할 수가 없다.

이와 같이, 전기 자동차의 상용화를 위해서는 그에 적합한 충전 시스템 및 주차장 충전 시스템이 구축될 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 주차장에서 비접촉 자기유도 충전 방식으로 배터리 충전을 하는 과정에서 차량의 전장 길이를 파악하여 충전 동작 모드를 결정할 수 있도록 한 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 각 차종의 픽업장치 범위에 맞게 형상화 되어있는 충전 동작 모드를 결정하고, 충전 동작 모드에 맞추어 전력을 공급하여 충전을 하는 것에 의해 전력 충전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 각 차종의 픽업장치 범위에 맞게 형상화 되어있는 충전 동작 모드에 맞추어 전력을 공급하여 충전을 하는 것에 의해 비접촉 자기유도 충전 방식에서의 자기장의 영향도 줄일 수 있도록 한 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 충전 주차장에 서로 영역이 중첩되지 않는 복수개의 충전 영역들이 인접되도록 급전 선로를 구비하여 차량의 크기에 따라 복수개의 충전 영역들을 구성하는 급전 선로에 선택적으로 전력을 공급하여 충전을 할 수 있도록 한 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템은 온라인 전기자동차의 충전을 위한 상용전원을 공급하기 위한 상용전원 공급부;서로 중첩되지 않고 이웃하는 복수 개의 충전 영역들을 갖도록 설치되는 급전 선로를 구비하고, 상기 복수 개의 충전 영역들에 각각 대응하여 구비되어 진입된 차량의 크기를 알려주는 차량진입 확인센서를 구비하는 주차장 충전부;온라인 전기자동차의 충전 상태를 알려주기 위하여 차량 인터페이스부에 연결되고, 차량 진입 및 크기를 확인하고 진입 차량에 해당하는 충전 동작 모드를 판단하는 제어부;급전 인버터 및 절체 스위치를 구비하고 상기 제어부의 제어에 의해 충전 동작 모드에 따라 상기 복수개의 충전 영역들중에서 선택된 충전 영역들의 급전 선로에 상용 전원의 공급을 스위칭하는 충전 동작 모드 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 주차장 충전부는,차량의 진입시에 정위치에 차량을 위치시키기 위한 바퀴 접촉 확인 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

그리고 상기 각각의 충전 영역들은 가로와 세로의 크기가 모두 동일한 규격을 갖는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 방법은 서로 중첩되지 않고 이웃하는 복수개의 충전 영역들을 갖도록 설치되는 급전 선로를 구비하는 충전 주차장에서의 충전을 위하여,충전 주차장에 차량이 진입하면 상기 각각의 충전 영역에 대응하여 구비되어 진입된 차량의 크기를 알려주는 차량진입 확인센서를 통하여 진입 차량의 전장 길이를 인식하는 단계;상기 진입 차량의 전장 길이를 기준으로 충전 동작 모드를 결정하고, 결정된 충전 동작 모드에 따라 충전 영역들을 선택하는 단계;상기 결정된 충전 동작 모드에 따라 상기 복수개의 충전 영역들중에서 선택된 충전 영역들의 급전 선로에만 전력이 공급되도록 하여 충전을 시작하는 단계;배터리 충전 상태를 모니터링하여 충전이 완료되면 전력 공급을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 주차장에서 비접촉 자기유도 충전 방식으로 배터리 충전을 하는 과정에서 차량의 전장 길이를 파악하여 충전 동작 모드를 결정할 수 있다.

둘째, 충전 동작 모드에 맞추어 전력을 공급하여 충전을 하는 것에 의해 전력 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

셋째, 충전 동작 모드에 맞추어 전력을 공급하여 충전을 하는 것에 의해 비접촉 자기유도 충전 방식에서의 자기장의 영향을 줄일 수 있다.

넷째, 충전 주차장에 진입하는 차량의 전장 길이에 맞게 충전 동작 모드가 자동으로 결정되므로 시간과 공간적인 측면에서 운전자의 편의를 도모할 수 있다.

다섯째, 충전 주차장에 진입하는 차량의 전장 길이에 맞게 충전 동작 모드가 자동으로 결정되므로 전기자동차 충전의 자동화가 가능하다.

여섯째, 전기자동차의 충전 상태를 실시간으로 확인하여 충전 동작을 제어하고 운전자가 알 수 있도록 표시함으로써, 사용자의 편의를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템의 구성 블록도
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템의 충전 동작을 위한 플로우 차트

이하, 본 발명에 따른 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템의 구성 블록도이다.

본 발명은 각 차종의 픽업장치 범위에 맞게 형상화 되어있는 충전 동작 모드를 결정하고, 충전 동작 모드에 맞추어 전력을 공급하여 충전을 하는 것에 의해 전력 충전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 충전 주차장은 전력 공급을 위한 급전 선로가 단일 규격의 충전 범위를 갖는 여러 충전 영역들이 서로 이웃되도록 설치되는 것이다.

즉, 본 발명은 충전 주차장에 서로 영역이 중첩되지 않는 복수개의 충전 영역들이 인접되도록 급전 선로를 구비하여 차량의 크기에 따라 복수개의 충전 영역들을 구성하는 급전 선로에 선택적으로 전력을 공급하여 충전을 할 수 있도록 한 것이다.

도 1에서와 같이, 충전 주차장에는 차량의 진입시에 정위치에 차량을 위치시키기 위한 바퀴 접촉 확인 센서 및 주차 정지 블록이 구비된다.

그리고 급전 선로의 설치는 가로와 세로의 크기가 동일한 규격으로 서로 중첩되지 않고 이웃하는 충전 영역들을 갖도록 설치된다.

즉, 충전 주차장을 여러개의 영역으로 구분하여 어느 하나의 영역에 1번 충전 동작 모드로 제 1 급전 선로가 구성되고, 1번 충전 동작 모드 영역에 이웃하여 2번 충전 동작 모드로 제 2 급전 선로가 구성되는 형태이다.

물론, 1,2번 충전 동작 모드만 구성되는 것이 아니고, 충전 주차장의 영역을 더 세분화하여 더 많은 충전 동작 모드로 구성될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 충전 영역들이 구성된 상태에서 차량이 작은 경우에는 제 1 급전 선로에만 전력을 공급하여 충전을 하고, 차량이 큰 것으로 판단되면 제 1,2 급점 선로 모두를 통하여 전력을 공급하여 충전을 하는 것이다.

그리고 각각의 모드의 충전 영역에 대응하여 차량 진입을 확인하여 진입된 차량의 크기를 알려주기 위한 차량 진입 확인 센서가 구비된다.

차량 진입 확인 센서의 센싱 신호는 제어부로 입력되고 제어부에서는 센싱 신호에 따라 차량 크기를 판단하여 충전 동작 모드를 결정하여 상용 전원을 선택적으로 스위칭할 수 있는 인버터 스위치를 제어한다.

이와 같이 본 발명은 비접촉 자기 유도 충전 방식의 전기자동차(이하 ,'온라인 전기자동차'라함)가 주차장에서 배터리 충전 시에 플러그인(plug-in) 충전이 아닌 비접촉 자기 유도 충전 방식으로 배터리를 충전하는 구성이다.

구체적인 구성은 도 2에서와 같이, 온라인 전기자동차의 충전을 위한 상용전원을 공급하기 위한 상용전원 공급부(21)와, 차량의 진입시에 정위치에 차량을 위치시키기 위한 바퀴 접촉 확인 센서(26),각각의 모드의 충전 영역에 대응하여 차량 진입을 확인하여 진입된 차량의 크기를 알려주기 위한 차량 진입 확인 센서(27) 및 가로와 세로의 크기가 동일한 규격들로 서로 중첩되지 않고 이웃하는 충전 영역들을 갖도록 설치되는 급전 선로를 구비하는 주차장 충전부(25)와, 운전자에게 온라인 전기자동차의 충전 상태를 알려주기 위하여 차량 인터페이스부(23)에 연결되고, 바퀴 접촉 확인 센서(26) 및 차량 진입 확인 센서(27)에 의해 차량 진입 및 크기를 확인하고 충전 동작 모드를 판단하는 제어부(24)와, 급전 인버터 및 절체 스위치를 구비하고 상기 제어부(24)의 제어에 의해 충전 동작 모드에 따라 상용 전원의 공급을 스위칭하는 충전 동작 모드 결정부(22)를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 주차장 충전 시스템은 온라인 전기자동차가 비접촉 자기 유도 충전 시스템이 설치되어있는 충전 주차장으로 진입하게 되면, 충전 주차장 입구에 장착되어있는 차량진입 확인 센서(충전 주차장의 가장 외측에 설치된)에서 비접촉 자기 유도 충전 시스템 제어부(24)에 차량 진입 신호를 입력하게 된다.

이후 제어부(24)에서 비접촉 자기 유도 충전 시스템의 급전 인버터 제어부에 신호를 보내 인버터를 전력 공급 가동 상태로 전환 시킨다.

또한 차량이 진입하여 주차 정지 블록에 온라인 전기자동차의 바퀴가 안정적으로 접촉 되었다는 바퀴접촉 확인센서 신호가 제어부(24)에 입력되면, 제어부(24)에서 충전 주차장의 바닦 면의 서로 다른 위치에 설치된 차량진입 확인센서들의 센싱 신호를 기준으로 주차 정지 블록 에서부터 차량의 전장 길이를 파악하여 차량의 크기를 인식하고, 각 차종의 픽업장치 범위에 맞게 형상화 되어있는 충전 동작 모드를 결정한다.

그리고 제어부(24)에서 인버터 내의 절체 스위치를 각 충전 동작 모드에 맞추어 연결하고 전력을 공급하게 된다.

즉, 진입 차량의 크기가 소형인 경우에는 도 1의 1번 충전 동작 모드를 선택하여 전력을 공급하고, 진입 차량의 크기가 대형인 경우에는 1,2번 충전 동작 모드를 모두 선택하여 전력을 공급하여 충전을 하는 것이다.

이때 전력 공급은 온라인 전기자동차의 배터리 BMS(Battery Management System) 정보를 차량과 제어부(24)와의 통신으로 배터리 상태를 인식하게 하며 진행하게 된다.

이후 배터리 상태가 특정 SOC(State Of Charge) 레벨까지 충전이 되면, 자동적으로 인버터의 전원을 차단시키고, 온라인 전기자동차의 운전자에게 배터리 충전 완료 신호를 송출한다.

본 발명은 차량의 종류에 따라 도 1의 각 충전 동작 모드의 동작에 인버터 내의 절체 스위치를 이용하여 전력을 공급시켜 자기유도 충전 시스템의 전력 충전 효율을 향상시킬 수 있으며, 비접촉 자기유도 충전 방식에서의 자기장의 영향도 줄일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 주차장 충전 시스템의 온라인 전기자동차의 충전 제어 동작은 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템의 충전 동작을 위한 플로우 차트이다.

먼저, 충전 주차장에 차량이 진입하여(S301), 바퀴접촉 확인센서(26) 및 차량진입 확인센서(27)를 통하여 차량 진입이 완료되었는지를 판단한다.(S302)

차량 진입이 완료된 것으로 판단되면 진입 차량의 전장 길이를 인식하여(S303), 충전범위가 다른 충전 동작 모드를 결정하고 결정된 충전 동작 모드에 따라 서로 영역이 중첩되지 않는 충전 영역들을 선택한다.(S304)

그리고 상기 결정된 충전 동작 모드에 따라 상기 복수개의 충전 영역들중에서 선택된 충전 영역들의 급전 선로에 전력이 공급되도록 스위칭하여 상용전원 공급부(21)에서 전력을 공급하여 충전을 시작한다.(S305)

배터리 충전 상태를 모니터링하여(S306), 충전이 완료되었는지를 판단하고 충전이 완료되면 전력 공급을 차단하여 충전 동작을 종료한다.(S307)

이와 같은 본 발명에 따른 전기 자동차의 주차장 충전 시스템 및 방법은 주차장에서 비접촉 자기유도 충전 방식으로 배터리 충전을 하는 과정에서 차량의 전장 길이를 파악하여 충전 동작 모드를 결정할 수 있도록 한 것이다.

또한, 충전 주차장에 설치되는 급전 선로를 서로 영역이 중첩되지 않는 충전 영역들이 복수개 구비되도록 설치하여 차량 크기에 따라 충전 영역을 선택할 수 있도록 한 것이다.

그러므로 각 차종의 픽업장치 범위에 맞게 형상화 되어있는 충전 동작 모드를 결정하고, 충전 동작 모드에 맞추어 전력을 공급하여 충전을 하는 것에 의해 전력 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

21. 상용전원 공급부 22. 충전 동작 모드 결정부
23. 차량 인터페이스 24. 제어부
25. 주차장 충전부 26. 바퀴 접촉 확인 센서
27. 차량 진입 확인 센서

Claims (5)

1. 온라인 전기자동차의 충전을 위한 상용전원을 공급하기 위한 상용전원 공급부;
   가로와 세로의 크기가 모두 동일한 규격으로 서로 중첩되지 않고 이웃하는 복수 개의 충전 영역들을 갖도록 설치되는 급전 선로를 구비하고, 상기 복수 개의 충전 영역들에 각각 대응하여 구비되어 진입된 차량의 크기를 알려주는 차량진입 확인센서를 구비하는 주차장 충전부;
   온라인 전기자동차의 충전 상태를 알려주기 위하여 차량 인터페이스부에 연결되고, 차량 진입 및 크기를 확인하고 진입 차량에 해당하는 충전 동작 모드를 판단하는 제어부;
   급전 인버터 및 절체 스위치를 구비하고 상기 제어부의 제어에 의해 급전 인버터내의 절체 스위치를 충전 동작 모드에 따라 선택적으로 연결하여 상기 복수개의 충전 영역들중에서 선택된 충전 영역들의 급전 선로에 상용 전원의 공급을 스위칭하는 충전 동작 모드 결정부;를 포함하고,
   상기 충전 동작 모드에 따라 선택되는 충전 영역들의 증감은 진입 차량의 길이 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주차장 충전부는,
   차량의 진입시에 정위치에 차량을 위치시키기 위한 바퀴 접촉 확인 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 가로와 세로의 크기가 모두 동일한 규격으로 서로 중첩되지 않고 이웃하는 복수개의 충전 영역들을 갖도록 설치되는 급전 선로를 구비하는 충전 주차장에서의 충전을 위하여,
   충전 주차장에 차량이 진입하면 상기 각각의 충전 영역에 대응하여 구비되어 진입된 차량의 크기를 알려주는 차량진입 확인센서를 통하여 진입 차량의 전장 길이를 인식하는 단계;
   상기 진입 차량의 전장 길이를 기준으로 충전 동작 모드를 결정하고, 결정된 충전 동작 모드에 따라 충전 영역들을 선택하는 단계;
   상기 결정된 충전 동작 모드에 따라 상기 복수개의 충전 영역들중에서 상기 선택된 충전 영역들의 급전 선로에만 전력이 공급되도록 급전 인버터 내의 절체 스위치를 연결하여 충전을 시작하는 단계;
   배터리 충전 상태를 모니터링하여 충전이 완료되면 전력 공급을 차단하는 단계;를 포함하고,
   상기 결정된 충전 동작 모드에 따라 충전 영역들을 선택하는 단계에서, 상기 충전 동작 모드에 따라 선택되는 충전 영역들의 증감은 진입 차량의 길이 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 자기유도 충전 방식을 갖는 전기 자동차의 주차장 충전 방법.
   

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