KR101304192B1

KR101304192B1 - 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템

Info

Publication number: KR101304192B1
Application number: KR1020120030749A
Authority: KR
Inventors: 김성곤; 조상현; 김영찬; 조완진; 김은주
Original assignee: 재단법인 전북자동차기술원
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-09-05

Abstract

본 발명은 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템에 관한 것으로, 상기 동력인출장치(1)의 후단에 연결 설치되는 변속장치(10)와; 상기 변속장치(10)의 후단에 병렬로 설치되어 상기 동력인출장치(1)와 선택적으로 연결되는 유압펌프(20) 및 발전기(30)와; 상기 발전기(30)의 후단에 연결 설치되는 전력변환부(40)와; 상기 전력변환부(40)의 후단에 연결 설치되는 전원선택부(50)와; 상기 전원선택부(50)에 병렬 연결되어 상용전원으로부터 공급되는 전기에너지를 이용하여 충전을 행하는 차량충전기(60)와; 상기 전원선택부(50)의 후단에 연결 설치되며, 내부에 배터리(71)와 배터리관리시스템(72)을 구비하는 전력저장유닛(70) 및; 상기 전력저장유닛(70)의 후단에 설치되어 상기 전력저장유닛(70)에 저장된 전기에너지를 전기자동차에 충전시키는 충전유닛(80)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 전기자동차의 배터리가 방전되었을 때 차량을 견인하지 않고도 현장에서 구난 차량에 구비된 충전시스템을 이용하여 전기자동차의 배터리를 신속하게 충전할 수 있다.

Description

전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템{BATTERY CHARGING SYSTEM OF WRECKER FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차 등이 고장 났을 때 긴급히 출동하여 전기자동차를 견인하는 전기자동차 긴급 구난용 차량에 있어서 구난용 차량 내에 충전시스템을 구비하여 현장에서 곧바로 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템에 관한 것이다.

화석연료의 고갈에 대처하고 CO₂저감을 통한 지구환경을 개선하기 위한 하나의 방안으로서 최근 하이브리드자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전기자동차(EV, Electric Vehicle), 연료전지자동차(FCV, Fuel Cell Vehicle) 등이 개발되어 운행되고 있고, 이러한 개발추세는 계속 지속될 것이며 특히 전기자동차의 개발이 더욱 두드러질 것으로 예상된다.

전기자동차가 운행되기 위해서는 전기자동차에 설치된 배터리를 충전할 수 있는 충전시스템 인프라가 구축되어야 하지만, 현재로서는 인프라 구축이 극히 저조한 실정으로 전기자동차의 보급이 확대될 경우, 이로 인한 많은 문제가 발생될 것으로 예상되므로 사전에 이에 대처할 필요가 있다.

현재 가솔린 엔진 자동차나 디젤엔진 자동차의 경우 연료가 부족한 경우 주유소가 인근에 많이 설치되어 있기 때문에 큰 문제가 되질 않으나, 충전인프라가 부족한 현재 상황에서 전기자동차의 배터리가 방전된 경우 어쩔 수 없이 구난 차량으로 견인하여야 한다.

일반 차량이 방전된 경우에는 일본 공개특허 제1998-285712호(차량의 자동 충전 장치) 등과 같은 견인차량을 통해 그 자리에서 충전이 이루어질 수 있으나, 전기자동차의 배터리가 방전되어 운행이 정지된 경우에는 종래의 통상적인 형태의 구난 차량들로부터 배터리를 충전할 수 없고, 따라서 차량을 견인하여 충전 가능한 장소까지 이동시켜야 하며, 이 경우 운전자는 목적지로의 운행이 불가능하여 불편이 따른다.

따라서 현재와 같이 충전인프라가 부족한 상황에서는 구난 차량에 충전시스템을 구비하여 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있도록 할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로, 구난용 차량에 충전시스템을 구비함으로써 전기자동차의 배터리를 신속히 충전할 수 있도록 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템을, 동력인출장치의 후단에 연결 설치되는 변속장치와; 상기 변속장치의 후단에 병렬로 설치되어 상기 동력인출장치와 선택적으로 연결되는 유압펌프 및 발전기와; 상기 발전기의 후단에 연결 설치되는 전력변환부와; 상기 전력변환부의 후단에 연결 설치되는 전원선택부와; 상기 전원선택부에 병렬 연결되어 상용전원으로부터 공급되는 전기에너지를 이용하여 충전을 행하는 차량충전기와; 상기 전원선택부의 후단에 연결 설치되며, 내부에 배터리와 배터리관리시스템을 구비하는 전력저장유닛 및; 상기 전력저장유닛의 후단에 설치되어 상기 전력저장유닛에 저장된 전기에너지를 전기자동차에 충전시키는 충전유닛으로 구성하는 것에 의해 달성된다.

이때 상기 전원선택부, 차량충전기, 전력저장유닛 및 충전유닛에는 각각 통신장치가 구비될 수 있다.

또한 상기 변속장치는 동력인출장치의 출력을 유압펌프 또는 발전기에 선택적으로 전달하거나 또는 출력을 전달하지 않고 중립 상태에 놓일 수 있도록 유압-중립-발전의 3가지 선택기능을 가지고, 상기 변속장치에는 선택 레버가 연결 설치될 수 있다.

그리고 상기 발전기는 RFPM 방식 및 AFPM 방식 중 어느 하나의 방식으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기자동차의 배터리가 방전되어 주행을 지속할 수 없는 상태일 때 충전시스템 인프라가 구축되지 않은 장소에서도 구난 차량에 구비된 충전시스템을 이용하여 자동차의 배터리를 신속하게 충전할 수 있다.

또한 본 발명은 동력인출장치의 후단에 유압-중립-발전의 3가지 선택기능을 가지는 별도의 변속장치가 구비되어 있어 유압장치의 구동, 발전 및 중립 상태를 자유로이 선택할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템을 보여주는 구성도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

일반적으로 구난차, 청소차, 작업차와 같은 특수차량을 제작할 때에는 먼저 완성차 제조업체에서 각각의 용도에 적합한 구조의 기본차량을 제작하여 특수차량 제조업체에 공급하면, 특수차량 제조업체는 공급된 기본차량에 작업 수행에 필요한 제반 작업장치를 설치함으로써 작업차의 제작을 완성하게 되는데, 이때 완성차 제조업체에서 공급하는 기본차량에는 통상 동력인출장치(Power Take Off, 1)가 설치되어 있고, 본 발명은 이러한 동력인출장치(1)가 설치된 기본차량에 도 1에 도시된 바와 같이 변속장치(10)와, 유압펌프(20), 발전기(30), 전력변환부(40), 전원선택부(50), 차량충전기(60), 전력저장유닛(70) 및 충전유닛(80)으로 이루어진 충전시스템을 추가 장착하는 것으로 실시된다.

통상 동력인출장치(1)가 구비된 구난 차량에는 동력인출장치(1)의 후단에 견인 작업에 필요한 동력을 제공하는 유압펌프(20)가 직렬로 설치되는데, 본 발명은 이러한 통상의 구난 차량에서와 달리 동력인출장치(1)의 후단에 변속장치(10)가 구비되고, 이 변속장치(10)에 유압펌프(20)와 발전기(30)가 각각 선택적으로 연결되며, 이러한 발전기(30)에는 다시 전력변환부(40)와 전원선택부(50) 및 전력저장유닛(70) 등이 차례로 연결된다.

이때 본 발명의 변속장치(10)는 동력인출장치(1)의 출력을 유압펌프(20) 또는 발전기(30)에 선택적으로 전달하거나 또는 출력을 전달하지 않고 중립 상태에 놓일 수 있도록 유압-중립-발전의 3가지 선택기능을 가지며, 이를 위해 변속장치(10)에는 선택 레버(도시하지 않음)가 연결 설치되고, 이에 의해 작업자는 선택 레버를 조작함으로써 간편하게 3가지 기능 중의 한 가지 기능을 선택할 수 있다.

변속장치(10)의 후단에는 사용자의 선택에 의해 동력인출장치(1)의 출력이 발전기(30)에 공급될 때 발전이 이루어지도록 발전기(30)가 설치되는데, 본 발명에 사용되는 발전기(30)는 다이렉트 드라이브 방식으로 구조가 간단하고 기어가 없어 내구성이 높아 효율성과 유지보수가 간편한 영구자석 동기형 발전기(PMSG, Permanent Magnet Synchronous Generator)를 사용하는 것이 바람직한데, 이때 본 발명의 발전기(30)는 단위면적당 발전 용량과 효율을 높일 수 있도록 회전자를 축방향(Radial Flux)으로 복수 형태를 취하는 RFPM(Radial Flux Permanent Magnet) 방식을 취하거나 또 면방향(Axial Flux)으로 복수형태를 취하는 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 방식의 2가지 방식 중의 어느 하나의 방식이 선택된다.

그리고 발전기(30)의 발전 용량은 후술하는 전력저장유닛(70)의 용량과 충전시간을 고려하여 20~50kW의 범위를 가지도록 설계된다.

또한, 변속장치(10)의 후단에는 발전기(30)와 병렬로 유압펌프(20)가 연결 설치되고, 작업자의 선택에 의해 동력인출장치(1)의 출력이 유압펌프(20)에 공급되며, 이 유압펌프(20)의 작동에 의해 전기차를 견인하기 위한 리프팅 및 트랙션 등의 작업이 이루어진다.

발전기(30)의 후단에는 전력변환부(40)가 연결 설치되는데, 이 전력변환부(40)는 발전기(30)에 의해 발전된 교류(AC) 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하여 후술하는 전력저장유닛(70)에 공급하며, 이때 전력변환부(40)의 전력변환 방식은 브리지(bridge) 또는 ZVS(Zero Voltage Switching), Z-Source, Multi-Level, Inter-leaving 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 전력을 변환시킨다.

전력변환부(40)의 후단에 연결 설치되는 전원선택장치(50)는 후술하는 전력저장유닛(70)에 공급하는 전력을 입력 전원의 상황에 따라 발전기(30)로부터 생산된 전력으로 선택하거나 또는 차량에 구비되는 차량충전기(60)로부터 공급되는 전력 중 어느 하나의 전력을 선택하여 전력저장유닛(70)에 공급하는 역할을 하며, 이를 위해 전원선택장치(50)에는 발전기(30)와 병렬로 차량충전기(60, On-board Charger)가 연결 설치되고, 이 차량충전기(60)의 끝단에는 상용 전원에 플러그 인되는 커넥터(61)가 설치되며, 이에 의해 필요한 경우 발전기(30)로부터 전력을 공급받는 대신 상용 전원으로부터 전력을 공급받아 전력저장유닛(70) 내부의 배터리를 충전시키며, 또한 전원선택장치(50)에는 차량충전기(60) 및 전력저장유닛(70)과 각각 통신할 수 있도록 통신장치가 구비된다.

후술하는 전력저장유닛(70) 내부의 배터리를 선택적으로 충전하기 위해 구비되는 차량충전기(60)에는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전력변환기(도시하지 않음)가 구비되고, 또한 전력저장유닛(70)에 구비되어 배터리의 충전 상태를 관리 제어하는 배터리관리시스템(72, BMS, Battery Management System) 및 전원선택장치(50)와 각각 통신할 수 있도록 통신장치가 구비되며, 이를 통해 차량충전기(60)는 충전 용량 등을 결정하여 전력저장유닛(70) 내부의 배터리를 충전시킨다.

그리고 전력저장유닛(70)의 내부에 설치되는 배터리(71)는 급속 충전이 가능하도록 50kW급의 용량을 가지는데, 이때 필요에 따라 20kW급까지 가변하여 충전할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

전원선택장치(50)의 후단에 연결 설치되는 전력저장유닛(70)은 그 내부에 전기에너지를 저장하는 배터리를 내장하여 전기자동차의 배터리가 방전되는 등의 원인으로 전기자동차의 운행이 정지되었을 때 전기자동차의 배터리를 충전하는 데에 필요한 전력을 공급함으로써 전기자동차를 충전할 수 있도록 하기 위한 것으로, 이러한 전력저장유닛(70)에는 전력을 저장하는 배터리(71)와, 이 배터리(71)에 전원을 공급하거나 차단하는 등 배터리의 상태를 모니터링하고 충전을 제어하는 배터리관리시스템(72, BMS, Battery Management System)이 구비되며, 이 배터리관리시스템(72)에는 통신장치가 내장되어 위에서 설명한 전원선택장치(50) 및 차량충전기(60)와 각각 통신하여 전력저장유닛(70) 내의 배터리(71)의 충전 상태와 충전을 관리한다.

그리고 배터리관리시스템(72)에는 과충전 지락 등으로부터 전력저장유닛(70)을 보호할 수 있도록 전원 단락 장치가 구비되며, 필요에 따라 리액터 및 코어류를 적용한 노이즈 제거회로가 포함되는 것이 바람직하다.

전력저장유닛(70)의 후단에는 충전 대상이 되는 전기자동차의 배터리와 접속되어 전기자동차의 배터리를 충전시킬 수 있도록 충전유닛(80)이 구비되며, 이 충전유닛(80)에는 전기자동차에 플러그 인되는 커넥터(81)가 구비된다.

그리고 전기자동차에 사용되는 리튬이온 또는 리튬이온 폴리머전지는 여러 셀이 직렬로 연결되어 있는데, 이때 각 배터리 셀 간 충전 전압의 불균형이 일어나면 배터리 성능이 급격히 저하되기 때문에 이를 방지하기 위해 충전유닛(80)에는 전기자동차에 구비되는 배터리관리시스템(72)과의 통신에 의해 전기자동차 배터리의 전압, 온도 등의 상세 정보를 공유하여 충전 작업을 적절히 제어할 수 있도록 통신기능이 구비되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 전기자동차 긴급 구난 차량에 충전장치를 구비함으로써 전기자동차의 배터리가 방전되었을 때 차량을 견인하지 않고도 현장에서 전기자동차의 배터리를 충전할 수 있기 때문에 차량의 구난에 소요되는 시간과 비용이 절감될 수 있다.

10: 변속장치 20: 유압펌프
30: 발전기 40: 전력변환부
50: 전원선택장치 60: 차량충전기
61: 커넥터 70: 전력저장유닛
71: 배터리 72: 배터리관리시스템
80: 충전유닛 81: 커넥터

Claims

동력인출장치(1)가 구비된 전기자동차 구난용 차량에 있어서,
상기 동력인출장치(1)의 후단에 연결 설치되는 변속장치(10)와;
상기 변속장치(10)의 후단에 병렬로 설치되어 상기 동력인출장치(1)와 선택적으로 연결되는 유압펌프(20) 및 발전기(30)와;
상기 발전기(30)의 후단에 연결 설치되는 전력변환부(40)와;
상기 전력변환부(40)의 후단에 연결 설치되는 전원선택부(50)와;
상기 전원선택부(50)에 병렬 연결되어 상용전원으로부터 공급되는 전기에너지를 이용하여 충전을 행하는 차량충전기(60)와;
상기 전원선택부(50)의 후단에 연결 설치되며, 내부에 배터리(71)와 배터리관리시스템(72)을 구비하는 전력저장유닛(70) 및;
상기 전력저장유닛(70)의 후단에 설치되어 상기 전력저장유닛(70)에 저장된 전기에너지를 전기자동차에 충전시키는 충전유닛(80)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전원선택부(50), 차량충전기(60), 전력저장유닛(70) 및 충전유닛(80)에는 각각 통신장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 변속장치(10)는 동력인출장치(1)의 출력을 유압펌프(20) 또는 발전기(30)에 선택적으로 전달하거나 또는 출력을 전달하지 않고 중립 상태에 놓일 수 있도록 유압-중립-발전의 3가지 선택기능을 가지고, 상기 변속장치(10)에는 선택 레버가 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 선택된 한 항에 있어서,
상기 발전기(30)는 RFPM 방식 및 AFPM 방식 중 어느 하나의 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발전기(30)는 영구자석 동기형 발전기인 것을 특징으로 하는 전기자동차 긴급 구난용 차량의 충전시스템.