KR101390298B1 - 전기자동차의 무인 충전 시스템 및 방법 - Google Patents

전기자동차의 무인 충전 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기자동차의 무인 충전 시스템은 전기자동차의 배터리의 충전상태를 판단하여 상기 배터리의 충전을 위한 전력공급을 제어하는 전력공급 제어장치; 상기 전력공급 제어장치와 연결되어 외부와의 통신을 수행하는 전기자동차용 통신장치; 상기 전기자동차용 통신장치와 통신하는 전력공급장치용 통신장치; 및 상기 전기자동차용 통신장치와 상기 전력공급장치용 통신장치 상호간의 통신에 의해 상기 전력공급 제어장치에서 판단된 상기 배터리의 충전상태정보를 공유하여 상기 전기자동차의 배터리로 전력을 공급하는 전력공급장치를 포함한다. 본 발명에 의하면, 배터리 충전소에 주차된 비접촉 자기유도 충전방식의 온라인 전기자동차 또는 플러그인 방식의 전기자동차의 배터리를 무인 원격 제어에 의해 충전함으로써, 전기자동차의 사용자가 원하는 시간에 배터리의 충전이 가능하고, 배터리가 방전된 경우에도 무인 원격제어에 의해 효율적으로 배터리를 충전시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전기자동차의 무인 충전 시스템 및 방법{UNMANNED CHARGING SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 무인 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 충전소에 주차된 비접촉 자기유도 충전방식의 온라인 전기자동차 또는 플러그인 방식의 전기자동차의 배터리를 무인 원격 제어에 의해 충전시키기 위한 전기자동차의 무인 충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기를 원동력으로 하는 비접촉 자기유도 충전 방식의 온라인 전기자동차와 플러그인(Plug-in) 충전 방식의 전기자동차는 전력저장장치의 크기, 종류에 관계없이 구동 전력을 저장하기 위하여 배터리를 사용하게 되며, 배터리를 충전하기 위하여 충전 인프라가 필요하다. 이러한 충전 인프라는 비접촉 자기유도방식의 배터리 충전소 및 플러그 인(Plug-in) 충전 방식 배터리 충전소가 있다. 전기자동차의 경우 내연기관보다 연료 충전 시간이 오래 걸리는 불편함이 있어 사용자가 차량을 사용하지 않을 때 충전이 되길 원하고, 차량 운행시 배터리가 최적의 상태로 충전되기를 원한다. 그리고 배터리 충전소에서 충전을 마치고 장기 주차시 배터리는 충전 완료 후 전기자동차는 배터리를 사용하지 않아도 시간에 따라 방전되는 현상이 발생되고, 이후 자가 방전이 과도하게 일어나게 되면 배터리는 손상되며, 혹은 전기자동차에 누설전류가 발생되면 급격하게 배터리의 누설 방전이 이루어져 이 또한 배터리는 손상을 입게 된다. 이러한 배터리의 손상을 막기 위하여 전기자동차의 소유주는 배터리가 자가 방전이 과하게 진행되어 배터리가 손상되기 전에 무선상으로 원격제어를 통한 충전기에서의 배터리 충전을 원할 것이다. 따라서, 이러한 문제 상황 등을 고려한 효과적인 배터리 충전 관리 시스템이 필요하다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 충전소에 주차된 비접촉 자기유도 충전방식의 온라인 전기자동차 또는 플러그인 방식의 전기자동차의 배터리를 무인 원격 제어에 의해 충전할 수 있도록 한 전기자동차의 무인 충전 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차의 무인 충전 시스템의 일 측면에 따르면, 전기자동차의 배터리의 충전상태를 판단하여 상기 배터리의 충전을 위한 전력공급을 제어하는 전력공급 제어장치; 상기 전력공급 제어장치와 연결되어 외부와의 통신을 수행하는 전기자동차용 통신장치; 상기 전기자동차용 통신장치와 통신하는 전력공급장치용 통신장치; 및 상기 전기자동차용 통신장치와 상기 전력공급장치용 통신장치 상호간의 통신에 의해 상기 전력공급 제어장치에서 판단된 상기 배터리의 충전상태정보를 공유하여 상기 전기자동차의 배터리로 전력을 공급하는 전력공급장치를 포함한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차의 무인 충전 방법의 일 측면에 따르면, (a) 전기자동차와 통신이 가능한 전력공급장치가 상기 전기자동차의 배터리 충전을 요청하는 신호를 입력받는 단계; (b) 상기 전력공급장치가 상기 배터리의 충전요청신호를 입력받으면 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치와 쌍방향 통신을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 전력공급장치가 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치와의 쌍방향 통신을 통해서 상기 전기자동차의 배터리의 충전 효율 및 자가 방전량 정보를 공유하여 상기 배터리를 충전시키기 위한 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 충전소에 주차된 비접촉 자기유도 충전방식의 온라인 전기자동차 또는 플러그인 방식의 전기자동차의 배터리를 무인 원격 제어에 의해 충전함으로써, 전기자동차의 사용자가 원하는 시간에 배터리의 충전이 가능하고, 배터리가 방전된 경우에도 무인 원격제어에 의해 효율적으로 배터리를 충전시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온라인 전기자동차의 무인 충전 시스템 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 전기자동차의 무인 충전 시스템 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 무인 충전 방법을 나타내는 도면.
도 4는 전기자동차의 배터리 충전방식의 일예를 나타내는 도면.
도 5는 무선원격제어 배터리 충전방식의 일예를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 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 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온라인 전기자동차의 무인 충전 시스템 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플러그인 전기자동차의 무인 충전 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
온라인 전기자동차란 비접촉 자기유도 방식으로 충전하는 전기자동차를 말하며, 플러그인 전기자동차란 충전선을 플러그인(plug-in) 방식으로 전기자동차에 삽입하여 충전하는 전기자동차를 말한다.
도면을 참조하면, 도 1의 온라인 전기자동차(100)는 전력공급장치(200)에 연결되어 지면에 가깝게 매설된 급전선(210)에 흐르는 전류로부터 비접촉 자기유도 방식으로 전력을 공급받는다. 즉 급전선(210)에 흐르는 전류로부터 자기장(211)이 발생하고, 이러한 자기장(211)으로부터 온라인 전기자동차(100)에 설치된 집전장치(160)가 전력을 집전하여 배터리(110)에 충전되게 된다.
도 2의 플러그인 전기자동차(100)는 전력공급장치(200)에 연결된 충전선(220)이 직접 전기자동차(100)의 배터리(110)에 플러그인(plug-in) 되어 충전을 실시하게 된다.
이외의 구조는 도 1의 온라인 전기자동차와 도 2의 플러그인 전기자동차가 동일하며, 이하 도 1 및 도 2를 참조한 설명에서, 도 1의 온라인 전기자동차와 도 2의 플러그인 전기자동차를 총칭하여 '전기자동차'(100)라 칭하기로 한다.
전력공급 제어장치(140)는 전기자동차(100)의 배터리(110)의 충전상태를 판단하여 배터리(110)의 충전을 위한 전력공급을 제어한다. 전력공급 제어장치(140)는 전기자동차(100)의 배터리(110)의 충전 상태 및 충전 시간을 계산하여 배터리의 충전을 통합적으로 제어하는 장치로서, 집전장치(160)의 동적제어와 전기자동차용 통신장치(130)를 통해서 전력공급장치(200)로 전력공급을 요청한다.
전력공급 제어장치(140)는 설정된 충전완료시간에 배터리(110)의 충전이 완료된 이후에 배터리(110)의 자가 방전 및 누설 방전에 의한 방전량을 체크하여 배터리(110)의 충전량이 부족한 경우 전기자동차용 통신장치(130)를 통해 전력공급장치(200)로 배터리(110)의 충전량이 부족함을 알리는 신호를 전송한다.
전기자동차용 통신장치(130)는 전력공급 제어장치(140)와 연결되어 전기자동차(100)에서 전력공급장치(200)의 통신장치(230)와 무선으로 통신을 가능하게 한다. 전기자동차용 통신장치(130)는 전기자동차의 사용자가 원하는 시간에 전력을 공급하고 차단할 수 있도록 제어할 수 있는 전력공급 제어장치(140)와 전력공급장치(200) 상호간에 통신을 가능하게 한다.
전력공급장치용 통신장치(230)는 전기자동차용 통신장치(130)와 무선으로 통신하여 전력공급장치(200)와 전기자동차(100)의 전력공급 제어장치(140) 상호간에 통신을 가능하게 한다. 전력공급장치용 통신장치(230)는 전기자동차(100)의 배터리(110)를 원격으로 제어하여 충전시키기 위한 자동차 사용자의 리모트 컨트롤러(remote-controller)(10)와 원격제어를 위한 각종 신호를 송수신한다.
전력공급장치(200)는 전기자동차용 통신장치(130)와 전력공급장치용 통신장치(230) 상호간의 통신에 의해 전력공급 제어장치(140)에서 판단된 배터리(110)의 충전상태정보를 공유하여 전기자동차(100)의 배터리(110)로 전력을 공급한다.
전력공급장치(200)는 배터리(110)의 충전 효율 및 자가 방전량 정보를 공유하여 배터리(110)가 급속하게 충전될 수 있는 충전량까지 급속 충전되도록 전력을 공급하고, 배터리(110)의 급속 충전 이후에는 배터리(110)의 셀간 전압을 고려하여 배터리(110)의 만충전시까지 배터리(110)가 완속 충전되도록 전력을 공급한다.
전력공급장치(200)는 배터리(110)의 충전완료시간이 입력되어 설정된 경우 전기자동차(100)의 전력공급 제어장치(140)와 쌍방향 통신을 수행하여 설정된 시간에 배터리(110)의 충전이 완료되도록 전력을 공급한다.
전력공급장치(200)는 전기자동차(100)의 전력공급 제어장치(140)로부터 배터리의 충전량이 부족함을 알리는 신호를 수신한 경우, 전기자동차 사용자의 리모트 컨트롤러(10)로 배터리 충전량이 부족함을 알리는 메시지를 전송하고, 리모트 컨트롤러(10)로부터 배터리 충전을 요청하는 신호가 수신되면 전기자동차(100)의 배터리(110)를 충전시킨다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차의 무인 충전 방법을 나타내는 도면이고, 도 4는 전기자동차의 배터리 충전방식의 일예를 나타내는 도면이며, 도 5는 무선원격제어 배터리 충전방식의 일예를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 전기자동차와 통신이 가능한 전력공급장치는 배터리 충전소에 주차된 전기자동차의 배터리 충전을 요청하는 신호가 입력되는지를 판단(S10)한다.
전력공급장치는 배터리 충전소에 주차된 전기자동차의 배터리 충전을 요청하는 신호가 입력된 후 무인 충전을 위하여 배터리의 충전완료시간 설정을 요구하는 신호가 입력되는지를 판단(S30)한다.
전력공급장치는 충전완료시간 설정을 요구하는 신호가 입력되지 않은 경우에는 전기자동차의 전력공급 제어장치와 쌍방향 통신(유/무선 통신 포함)을 수행(S50)한다. 전력공급장치는 전기자동차의 전력공급 제어장치와의 쌍방향 통신을 통해서 전기자동차의 배터리의 충전 효율 및 자가 방전량 정보를 공유(S70)하여 배터리를 충전시키기 위한 전력을 공급(S90)한다. 이때, 전력공급장치는 도 4에서와 같이, 먼저 배터리가 급속하게 충전될 수 있는 충전량까지 급속 충전되도록 전력을 공급한 후, 배터리의 셀간 전압을 고려하여 배터리의 만충전시까지 상기 배터리가 완속 충전되도록 전력을 공급한다. 또한, 전력공급장치는 온라인 전기자동차인 경우에는 급전라인으로부터 비접촉 자기유도 방식으로 전력을 공급하며, 플러그인 전기자동차인 경우에는 전기자동차의 배터리에 연결된 케이블을 통해서 플러그인 방식으로 전력을 공급하여 배터리를 충전시킨다.
전기자동차의 배터리의 충전완료시간 설정을 요구하는 신호가 입력되는지를 판단하는 단계S30에서, 충전완료시간 설정을 요구하는 신호가 입력된 경우 전력공급장치는 전기자동차의 전력공급 제어장치와 쌍방향 통신을 수행하여 설정된 시간에 배터리의 충전이 완료될 수 있도록 전력을 공급(S110)한다. 예를 들어, 전기자동차의 사용자가 배터리 충전소에 주차된 전기자동차의 장기 주차를 원하여 무인 충전으로 전력공급장치에 충전완료시간을 입력하여 설정한 경우, 전력공급장치와 전기자동차의 전력공급 제어장치와의 쌍방향 통신으로 전기자동차의 사용시간을 고려한 배터리 충전시간 조절이 가능하다.
전기자동차의 전력공급 제어장치는 단계S110에서 설정된 충전완료시간에 배터리의 충전이 완료된 이후에 전기자동차가 장기 주차된 경우 배터리의 자가 방전 및 누설 방전에 의한 방전량을 체크(S130)하여 배터리의 충전 상태를 판단한다. 예를 들어, 전기자동차의 주차 기간이 장기화되어 미리 설정한 충전완료시간보다 더 길어 질 경우 전기자동차의 사용자가 배터리 충전소에 방문시까지 자가 방전 및 누설 방전으로 배터리의 방전이 발생할 수 있다. 이러한 경우 전기자동차의 전력공급 제어장치에서 배터리의 방전량을 체크하면서 배터리의 자가 방전 및 누설 방전에 대한 충전 상태를 판단한다.
전기자동차의 전력공급 제어장치는 배터리의 충전량이 부족한 경우에는 전력공급장치로 배터리의 충전이 필요한 상태임을 통지(S150)한다. 전력공급장치는 단계S150에서 배터리의 충전이 필요한 상태인 경우 전기자동차 사용자의 리모트 컨트롤러로 전기자동차의 배터리 충전량이 부족함을 알리는 메시지를 전송(S170)한다. 전력공급장치는 리모트 컨트롤러로부터 배터리 충전을 요청하는 신호가 수신(S190)되면 원격제어에 의한 배터리 충전을 시작(S210)한다. 예를 들어, 도 5에서와 같이, 전기자동차의 전력공급 제어장치는 배터리의 충전량이 부족한 것으로 확인되면 전기자동차의 사용자가 배터리 충전소에 주차된 자신의 차량을 찾으러 왔을 때 배터리가 일정 충전량을 유지할 수 있도록 전력공급장치로 전기자동차의 사용자에게 “배터리 충전 요망”이라는 메시지를 보내라는 명령 신호를 전송한다. 이후에 전력공급장치는 전기자동차의 사용자 리모트 컨트롤러로 “배터리 충전 요망”이라는 메시지를 전송한 후 충전 의사를 묻는 신호도 무선으로 발송한다. 이후 전력공급장치는 전기자동차의 사용자 리모트 컨트롤러로부터 일정 전력량의 배터리 충전을 요청하는 신호가 수신되면 무선원격제어에 의해 전기자동차의 배터리 충전을 시작한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 사용자 리모트 컨트롤러 100 : 전기자동차
110 : 배터리 130 : 전기자동차용 통신장치
140 : 전력공급 제어장치 160 : 집전장치
200 : 전력공급장치 210 : 급전선
220 : 충전선 230 : 전력공급장치용 통신장치

Claims (13)

  1. 전기자동차의 무인 충전 시스템으로서,
    전기자동차의 배터리의 충전량이 기설정된 값 미만이면 충전이 필요한 상태로 판단하고, 상기 배터리의 충전량이 기설정된 값 이상이면 충전이 필요하지 않은 상태로 판단하여 상기 배터리의 충전을 위한 전력공급을 제어하는 전력공급 제어장치;
    상기 전력공급 제어장치와 연결되어 외부와의 통신을 수행하는 전기자동차용 통신장치;
    상기 전기자동차용 통신장치와 통신하는 전력공급장치용 통신장치; 및
    상기 전기자동차용 통신장치와 상기 전력공급장치용 통신장치 상호간의 통신에 의해 상기 전력공급 제어장치에서 판단된 상기 배터리의 충전상태정보를 공유하여 상기 전기자동차의 배터리로 전력을 공급하는 전력공급장치를 포함하며,
    상기 전력공급장치는 상기 배터리의 충전완료시간이 입력되지 않은 경우 상기 배터리의 충전 효율 및 자가 방전량 정보를 공유하여 상기 배터리가 급속하게 충전될 수 있는 충전량까지 급속 충전되도록 전력을 공급하고, 상기 배터리의 급속 충전 후 상기 배터리의 셀간 전압을 고려하여 상기 배터리의 만충전시까지 상기 배터리가 완속 충전되도록 전력을 공급하며, 상기 전력공급장치는 상기 배터리의 충전완료시간이 입력되어 설정된 경우 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치와 쌍방향 통신을 수행하여 설정된 시간에 상기 배터리의 충전이 완료되도록 전력을 공급하고, 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치는 상기 설정된 충전완료시간에 상기 배터리의 충전이 완료된 이후에 상기 배터리의 자가 방전 및 누설 방전에 의한 방전량을 체크하여 상기 배터리의 충전량이 부족한 경우 상기 전력공급장치로 상기 배터리의 충전을 요청하며, 상기 전력공급장치는 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치로부터 배터리 충전을 요청받은 경우 상기 전기자동차의 사용자 리모트 컨트롤러로 배터리 충전량이 부족함을 알리는 메시지를 전송하고, 상기 리모트 컨트롤러로부터 배터리 충전을 요청하는 신호가 수신되면 상기 배터리를 충전시키는 전기자동차의 무인 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기자동차는 급전라인으로부터 비접촉 자기유도 방식으로 전력을 공급받는 온라인 전기자동차 또는 상기 전력공급장치와 상기 전기자동차의 배터리가 케이블로 연결되어 전력을 공급받는 플러그인 전기자동차인
    것을 특징으로 하는 전기자동차의 무인 충전 시스템.
  3. 삭제
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  7. 전기자동차의 무인 충전 방법으로서,
    (a) 전기자동차와 통신이 가능한 전력공급장치가 상기 전기자동차의 배터리 충전을 요청하는 신호를 입력받는 단계;
    (b) 상기 전력공급장치가 상기 배터리의 충전요청신호를 입력받으면 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치와 쌍방향 통신을 수행하는 단계;
    (c) 상기 전력공급장치가 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치와의 쌍방향 통신을 통해서 상기 배터리의 충전완료시간이 입력되지 않은 경우 상기 배터리의 충전 효율 및 자가 방전량 정보를 공유하여 상기 배터리가 급속하게 충전될 수 있는 충전량까지 급속 충전되도록 전력을 공급하고, 상기 배터리의 급속 충전 후 상기 배터리의 셀간 전압을 고려하여 상기 배터리의 만충전시까지 상기 배터리가 완속 충전되도록 전력을 공급하는 단계;
    (d) 상기 전력공급장치는 상기 배터리의 충전완료시간이 입력되어 설정된 경우 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치와 쌍방향 통신을 수행하여 설정된 시간에 상기 배터리의 충전이 완료되도록 전력을 공급하는 단계;
    (e) 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치는 상기 설정된 충전완료시간에 상기 배터리의 충전이 완료된 이후에 상기 배터리의 자가 방전 및 누설 방전에 의한 방전량을 체크하여 상기 배터리의 충전 상태를 판단하는 단계;
    (f) 상기 전력공급 제어장치는 상기 배터리의 충전량이 부족한 경우 상기 전력공급장치로 상기 배터리의 충전을 요청하는 단계;
    (g) 상기 전력공급장치는 상기 전기자동차의 전력공급 제어장치로부터 배터리 충전을 요청받은 경우 상기 전기자동차의 사용자 리모트 컨트롤러로 배터리 충전량이 부족함을 알리는 메시지를 전송하는 단계; 및
    (h) 상기 전력공급장치는 상기 리모트 컨트롤러로부터 배터리 충전을 요청하는 신호가 수신되면 상기 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는 전기자동차의 무인 충전 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 상기 전력공급장치는 급전라인으로부터 비접촉 자기유도 방식으로 전력을 공급하여 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는
    것을 특징으로 하는 전기자동차의 무인 충전 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 상기 전력공급장치는 상기 전기자동차의 배터리와 케이블로 연결된 플러그인 방식으로 전력을 공급하여 배터리를 충전시키는 단계를 포함하는
    것을 특징으로 하는 전기자동차의 무인 충전 방법.
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