KR101420366B1 - 전기자동차용 무선전력 전송장치 - Google Patents

전기자동차용 무선전력 전송장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체형으로 이루어진 전기자동차용 무선충전 설비로서, 공용 주차장 등에 설치되어 수신 패드의 장착위치가 다른 다양한 규격의 전기자동차에 효율적인 방법으로 무선전력을 공급하는 전기자동차용 무선전력 전송장치를 구현하였다. 본 발명에 따른 전기자동차용 무선전력 전송장치는 다수의 전송 패드를 통해 대용량의 무선전력을 공급하여 전기자동차에 급속충전이 가능하며, 설치장소에 제약이 없으므로 옥내외 주차장에 용이하게 구축될 수 있고, 무선통신망을 통해 무인운영이 가능하므로 전국적인 전기자동차용 충전 인프라 구축에 유용하게 활용될 수 있다.

Description

전기자동차용 무선전력 전송장치{WIRELESS POWER TRANSFER APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 무선전력 전송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 방식으로 충전전력을 공급하는 전기자동차용 무선전력 전송장치에 관한 것이다.
최근, 전기자동차의 대중화에 따라 간단하고 편의성을 증대시킨 충전방법이 요구되고 있으며, 안전하고 빠른 충전방식이 개발되고 있다. 또한, 전기자동차에 플러그를 꽂아 충전하는 유선충전 방식의 불편함을 해소할 수 있는 다양한 비접촉식 무선충전 방식이 제안되고 있다.
전기자동차의 충전은 자기유도(Magnetic Induction) 방식과 자기공명(Resonant Magnetic Coupling)을 이용하여 근거리로 무선충전을 수행하는 비접촉식 충전방식이 상용화 단계에 있다. 종래, 전기자동차 무선충전 방식은 무선전력을 수신하는 1개의 수신 패드를 차량의 하부에 장착하고 이에 대응하는 무선충전기의 전송 패드 1개를 주차구역의 특정위치에 대칭되게 설치하여 비접촉식 충전을 수행한다. 이러한 종래 무선 충전방식은 무선전송의 특성상 전송효율(70~90%)이 낮아서 유선충전에 비해 충전에 장시간이 소요되므로 주로 전용 주차장에 설치하여 야간시간 동안 충전하는데 이용되고 있다.
상기 자기유도 방식은 무선전력 송신부 코일에서 자기장을 발생시키면 그 자기장의 영향으로 무선전력 수신부 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용한 방식이다. 자기유도 방식은 전송효율이 매우 높다는 장점이 있지만, 송신 코일과 수신 코일이 수cm 이상 떨어지거나 코일의 중심이 일치하지 않으면 전송효율이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 보완한 것이 자기장 공진방식이다. 자기장 공진방식은 송신 코일과 수신 코일에 공진 기능을 부가하여 무선 송수신 거리를 늘리고 전송효율을 높였다.
상기 자기공명 방식은 자기유도 방식과 달리 멀리 떨어진 곳에서도 높은 효율로 무선전력 송수신이 가능하다는 장점이 있지만, 실제 충전이 이루어지는 환경에서는 송수신 모듈의 설치위치, 동작상태의 변화, 주변 도체의 영향 등으로 인해전송효율이 저하되는 단점을 가지고 있으나 점차 성능이 개선되고 있다. 자기공명 방식은 인체에 큰 영향을 줄 수준은 아니지만, 자기장이 집중되는 송수신 코일 근처에서는 각국의 규제 수준보다 높은 전자기파를 발생시키는 문제점을 내포하고 있다.
전자태그(RFID; Radio-Frequency Identification)는 전파를 이용해 먼 거리에서 정보를 인식하는 기술이다. 전자태그는 안테나와 집적 회로로 이루어지는데, 집적 회로 안에 정보를 기록하고 안테나를 통해 판독기에 정보를 송신한다. 이 정보는 태그가 부착된 대상을 식별하는 데 이용된다. 전자태그 판독기는 전파를 통해 전자태그와 정보를 교신하므로, 짧은 거리는 물론 먼 거리에서도 태그를 읽을 수 있으며 교신 사이에 있는 물체를 통과해서 정보를 수신할 수도 있다.
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국제공개특허 WO2011/049352 A3 (발명의 명칭: 전기자동차용 무선충전시스템 및 그 충전방법(한국등록특허10-1298223호))
전기자동차를 유선으로 충전하는 데 가정용 전원으로는 6~8시간이 소요되고, 급속충전기로도 최소 20분 이상이 소요되고 있으며, 주행거리가 길어짐에 따라 충전시간은 더욱 늘어난다. 또한 하루에도 수차례씩 굵은 충전 케이블을 전기자동차에 직접 꼽아야하는 불편함이 있고, 눈이나 비가 올 때나 어두울 때는 감전의 위험이 높아 사용자의 각별한 주의가 요구된다.
종래, 전기자동차의 무선충전 방식은 무선전력을 전송하는 전송 패드와 무선전력을 수신하는 수신 패드의 간격이 멀어지면 무선전송 효율이 크게 낮아져서 유선충전에 비해 충전에 더 많은 시간이 소요되고 차량 주변에 전자기파를 발생시키는 문제점이 있으므로, 전기자동차에 탑재된 대용량의 배터리를 빠르게 충전하기 위해서는 송신 패드와 수신 패드를 근거리로 위치시켜 무선전력 전송효율을 높여야 하는 과제를 가지고 있다.
더욱이, 종래 전기자동차용 무선충전기는 무선전력을 수신하는 1개의 수신 패드를 차량의 하부에 장착하고 이에 대응되는 전송 패드 1개를 주차구역의 특정위치에 대칭되게 설치하여 무선전력이 송수신 되도록 한 것으로, 수신 패드의 위치나 규격이 다른 전기자동차들이 무선충전기를 공용으로 사용하기 위해서는 주차장에 다양한 규격의 무선충전 장치를 설치해야 하는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 전기자동차의 무선충전은 전송효율 문제로 유선충전에 비해 충전시간이 더 소요되므로 대용량의 무선전력을 공급하여야 충전시간을 단축할 수 있는데, 1개의 전송 패드와 1개의 수신 패드를 사용하는 종래 무선충전 방식은 대용량의 무선전력을 송수신하기에는 크기나 두께의 제약을 받는 전기자동차용 송수신 패드의 구조적 한계로 인해 충전시간의 단축이 어렵다.
또한, 종래 전기자동차용 무선충전 장치는 무선전력 공급장치와 전송 패드를 분리하여 주차구역에 각각 설치하므로, 주차장에 다수의 무선충전 장치를 설치할 경우에는 무선전력 공급장치를 위한 별도의 공간이 필요하므로 기존 주차장의 주차구역을 변경하거나 주차면적을 축소시켜야 하는 문제점이 있으며, 무선충전 장치의 설치에도 많은 공사비가 소요되는 문제점이 있다.
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본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 이를 위한 본 발명의 전기자동차용 무선전력 전송장치는, 박스(box) 형태로 이루어진 본체(20)의 상단에 고정되거나 또는 위치이동이 가능한 다수의 전송 패드(23-1,23-2,23-3)와 전자태그 판독기(21) 및 근거리 무선통신 모듈(22)이 마련되고, 본체의 내부에는 무선전력 제어기와 이동용 레일이 구비되어 일체형으로 무선전력 전송장치가 구성된 것으로, 공용 주차장에 설치되어 수신 패드의 장착위치가 다른 여러 종류의 전기자동차에 다수의 전송 패드로 대용량의 충전전력을 고효율로 공급하여 급속충전이 되도록 한 것이 특징이다.
본 발명의 제1~4 실시예에 따른 무선전력 전송장치는, 무선통신망(40)으로 외부와 충전정보가 교환되고, 전력망(41)에 연결되어 무선전력 공급기(42)를 통해 무선전력 전송장치(50)에 충전전력이 공급되는 것으로, 차량검지 센서(51)에 의해 전기자동차의 주차구역 정차가 인식되면 무선전력 제어기(52)를 통해 전자태그 판독기(53)와 근거리 무선통신 모듈(54)이 작동된다. 이때, 전기자동차의 전자태그(60) 정보를 판독하여 수신 패드의 장착위치 정보와 전송규격 정보를 식별한 후, 무선전력 제어기(52)를 통해 다수의 전송 패드(55) 중에서 1개 이상 다수의 전송 패드를 가동시켜 무선전력을 대용량으로 전송하도록 한 것이다.
이때, 무선전력 전송장치 위에 정차한 전기자동차는, 근거리 무선통신 모듈(61)를 통해 무선전력 전송장치의 근거리 무선통신 모듈(54)로부터 수신한 무선충전 정보를 바탕으로 수신전력 제어기(63)와 무선충전 단말기(64)를 가동시키고, 장착된 1개 이상 다수의 수신 패드(62)로 대용량의 무선전력을 수신하여 수신전력 제어기(63)로 충전전력으로 변환한 후 충전제어기(65)를 통해 배터리(66)를 급속충전하는 것이다. 운전석에 비치되는 무선충전 단말기(64)는 무선통신망(40)과 연결되어, 전기자동차의 무선충전 관리정보를 무선충전관리소에 전송하고 무선충전 과정을 디스플레이 하며 충전량에 대한 온라인 결제를 수행하는 기능을 한다.
이를 위한 본 발명의 제1 및 제4 실시예에 따른 전기자동차용 무선전력 전송장치는 주로 옥외 주차장에 설치하여 사용하는 것으로, 눈이나 비가 올 때에도 무선충전이 가능하도록 본체 상단에 다수의 전송 패드가 고정되어 일체형으로 이루어진 옥외 방수형 구조다.
도 12를 참조하여 무선전력 전송장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다. 전기자동차가 주차구역에 진입하여 타이어 정지판에 의해 정차하면, 타이어 정지판에 구비된 차량검지용 센서의 신호에 의해 무선전력 전송장치의 상단에 구비된 전자태그(RFID) 판독기와 근거리 무선통신 모듈이 가동되어, 전기자동차의 전자태그 정보를 판독하여 장착된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 확보하고, 근거리 무선통신 모듈을 통해 운전석에 비치된 무선충전 단말기에 무선전력 전송장치의 정보를 제공하여 배터리 충전량과 충전진행 정보와 운전자의 선택정보 및 결제정보를 교신하며, 확보된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 토대로 장치에 마련된 다수의 전송 패드에서 수신 패드와 대칭되는 1개 이상 다수의 전송 패드에 전원을 공급하며, 무선전력전송 제어기로 선택된 전송 패드의 자기공진 또는 자기공명을 위한 주파수 및 매칭 소자를 조정하여 수신 패드와 정합 과정을 수행한 후에, 정합된 1개 이상 다수의 전송 패드에서 1개 이상 다수의 수신 패드로 고효율의 무선전력이 전송되도록 하여, 무선통신 모듈을 통해 충전완료 정보가 수신되면 무선전력 전송 과정이 완료되고, 무선전력 전송장치는 가동대기(STAND BY) 상태가 되어 다른 전기자동차의 무선충전을 위해 대기상태를 유지한다.
또한, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 전기자동차용 무선전력 전송장치는 주로 옥내 주차장에 설치하여 사용하는 것으로, 무선전력 수신 패드의 장착위치가 상이한 여러 종류의 전기자동차에 무선충전을 효율적으로 수행하기 위하여, 수신 패드의 위치에 대칭되게 전송 패드를 근거리로 이동시켜 정합 과정을 통해 고효율로 무선전력을 전송하기 위한, 가변형 구조의 무선전력 전송장치이다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 작동과정은 상기한 제 1 및 제 4 실시예와 대부분의 작동과정이 일치하나, 중간 단계에서 수신 패드의 장착위치 정보에 의해 전송 패드가 수신 패드와 대칭되는 근거리로 위치이동 하는 과정이 추가된 것이다.
도 13를 참조하여, 무선전력 전송장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다. 전기자동차가 주차구역에 진입하여 타이어 정지판에 의해 정차하면, 타이어 정지판에 구비된 차량검지용 센서의 신호에 의해 무선전력 전송장치의 상단에 구비된 전자태그(RFID) 판독기와 근거리 무선통신 모듈이 가동되어, 전기자동차의 전자태그 정보를 판독하여 장착된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 확보하고, 수신 패드의 위치정보에 따라 전송 패드가 대칭되는 근거리로 위치이동 하며, 근거리 무선통신 모듈을 통해 운전석에 비치된 무선충전 단말기에 무선전력 전송장치의 정보를 제공하여 배터리 충전량과 충전진행 정보와 운전자의 선택정보 및 결제정보를 교신하며, 확보된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 토대로 장치에 마련된 다수의 전송 패드에서 수신 패드와 대칭되는 1개 이상 다수의 전송 패드에 전원을 공급하며, 무선전력전송 제어기로 선택된 전송 패드의 자기공진 또는 자기공명을 위한 주파수 및 매칭 소자를 조정하여 수신 패드와 정합 과정을 수행한 후에, 정합된 1개 이상 다수의 전송 패드에서 1개 이상 다수의 수신 패드로 고효율의 무선전력이 전송되도록 하여, 무선통신 모듈을 통해 충전완료 정보가 수신되면 이동된 전송 패드가 정위치로 복귀되어 무선전력 전송 과정이 완료되고, 무선전력 전송장치는 가동대기(STAND BY) 상태가 되어 다른 전기자동차의 무선충전을 위해 대기상태를 유지한다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 가변형 구조의 전기자동차용 무선전력 전송장치는, 본체(20)에 내장된 무선전력 제어기(52)의 제어에 의해 본체(20)의 상단에서 전송 패드(23-1,23-2,23-3,23-4)가 각각 또는 전부가 동시에 수평 이동될 수 있도록, 본체(20)의 홈 베이스(24)에서 전송 패드(23-1~3)가 분리되어 본체(20)에 내장된 이동용 레일(26)을 따라 수평으로 이동되도록 한 것이다. 수평 이동되는 전송 패드에 리프트 기능을 추가하여 수신 패드와의 사이를 근거리로 유지시킬 경우, 무선전력의 전송효율이 더욱 상승 되어 바람직하다.
또한, 본 발명의 전기자동차용 무선전력 전송장치는 본체의 둘레에 주차 유도용 프레임을 추가로 장착하여, 전기자동차가 주차구역에 진입시 타이어 압력으로부터 전송장치의 파손과 충격을 막고 전송장치의 상부로 전기자동차가 바르게 주차되도록 유도하는 것으로, 전송장치의 설치와 유지보수를 용이하게 하고자 전송장치 본체와 주차 유도용 프레임을 착탈식으로 구성한 것이다.
또한, 본 발명의 전기자동차용 무선전력 전송장치는, 친환경 에너지를 저장하여 비상전력으로 활용하는 무선전력 전송장치를 구현하기 위하여, 태양광발전과 풍력발전 및 연료전지를 통해 확보된 전력을 외부의 전력저장용 배터리에 저장하였다가, 무선통신망으로 통제되는 무선전력 공급기의 제어를 통해 무선전력 전송장치에 충전전력이 공급될 수 있도록 예비 전력망을 구성한 것이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 무선전력 전송장치는 충전 플러그를 사용하지 않는 비접촉 무선방식으로 사용이 간편하고 안전하며, 공용 주차장 등에 설치되어 수신 패드의 장착위치가 다른 다양한 규격의 전기자동차에 효율적인 방법으로 무선전력을 공급하는 무선충전 수단이다. 본 발명은 복수(다수)의 전송 패드를 통해 대용량의 무선전력을 공급하여 전기자동차에 급속충전이 가능하도록 구현되므로, 충전 인프라 구축에 활용되어 전기자동차의 대중화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선전력 전송장치의 본체 둘레에 별도의 주차 유도용 프레임을 장착하여, 전기자동차가 주차구역에 진입시 타이어 충격으로부터 무선전력 전송장치를 보호하고, 무선전력 전송장치 위로 전기자동차가 바르게 위치되도록 주차를 유도하여, 무선충전을 위한 지정 위치에 전기자동차가 빠르게 이동하고 정차할 수 있도록 시간을 단축시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 무선전력 전송장치는 일체형으로 구성되어 기존 주차구역의 구획변경 없이 설치될 수 있고 설치비용이 저렴하여, 경제적으로 충전 인프라를 구축할 수 있는 효과가 있다.
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도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 무선전력 전송장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 무선전력 전송장치의 본체와 주차 유도용 프레임을 나타낸 도면.
도3은 본발명의 제1실시예에 따른 무선전력 전송장치의 단면을 나타낸 도면.
도4는 본발명의 제2실시예에 따른 무선전력 전송장치의 본체를 나타낸 예시도.
도5는 본발명의 제2실시예에 따른 무선전력 전송장치의 단면을 나타낸 도면.
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전송패드의 이동을 나타낸 제1예시도.
도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 전송패드의 이동을 나타낸 제2예시도.
도8은 본 발명의 제3실시예에 따른 무선전력 전송장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면.
도9는 본 발명의 제4실시예에 따른 무선전력 전송장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면.
도10은 본 발명의 제4실시예에 따른 무선전력 전송장치의 본체 하부가 지면에 매설된 것을 나타낸 도면.
도11은 본 발명에 따른 무선전력 전송장치의 블록 구성도.
도12는 본 발명의 제1 및 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 동작을 나타낸 흐름도.
도13은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 동작을 나타낸 흐름도.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 무선전력 전송장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면이고, 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 본체와 주차 유도용 프레임을 나타낸 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치는 주차구역(10)에 설치된다.
본 발명에 따른 무선전력 전송장치는 본체(20), 적어도 하나 이상의 전송패드(23(23-1,23-2,23-3)), 전자태그 판독기(12), 근거리무선통신 모듈(22) 무선전력 제어기(52)를 포함하여 구성된다.
상기 본체(20)는 박스(box) 형상으로서, 본체(20)의 상단 커버에 적어도 하나 이상의 전송 패드(23-1,23-2,23-3)와 전자태그 판독기(21), 근거리 무선통신 모듈(22)을 구비하고 둘레에 주차 유도용 프레임(30)을 장착한다.
상기 적어도 하나 이상의 전송패드(23-1,23-2,23-3)는 본체 상부에 구비되며, 수신패드를 통해 전기자동차에 충전전력을 공급한다.
상기 전자태그 판독기(12)는 본체 상부에 구비되며, 상기 전송 패드의 좌우 일 측에 설치된다. 전자태그 판독기(12)는 차량측의 전자태그와 교신하여 전자태그에 저장된 정보를 검출한다.
상기 근거리 무선통신 모듈(22)은 본체 상부에 구비되며, 상기 전송 패드(23-1)의 좌우 일 측에 설치된다. 근거리 무선통신 모듈(22)은 차량의 무선충전 단말기측에 무선전력 전송장치의 각종 정보를 전송한다.
본 발명은 수신 패드의 장착 위치가 다른 여러 종류의 전기자동차에 효율적인 무선전력 공급수단으로 고용량의 충전전력을 공급하여 급속충전이 이루어지도록 하는 무선전력 전송장치를 구현한 것이다.
도1에 자동차의 타이어(12-1~4)가 도시된 것은 주차구역(10)에 정차된 전기자동차를 나타낸 것으로, 이하 설명에서는 중복되는 타이어 부호에 대한 기재는 생략한다.
도1과 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치는 본체(20)의 둘레에 주차 유도용 프레임(30)을 설치한다. 상기 주차 유도용 프레임(30)은 내측에 충격흡수 재질로 만들어진 지지구(31)를 구비하여, 본체(20)를 견고하게 지지하도록 하고 무선전력 전송장치의 설치와 유지보수를 용이하게 한다. 상기 주차 유도용 프레임(30)의 진입부는 차량의 진입이 용이하게 경사면을 갖도록 설계되고, 프레임(30)의 좌우측에 타이어 정지판(11)을 설치하여, 주차구역(10)에 전기자동차가 진입시 무선전력 전송장치의 상부에 바르게 주차 되도록 한다. 또한, 본체(20)와 지지구(31) 사이에는 충격방지용 틈새(32)가 형성됨으로써, 외부 충격으로부터 본체(20)를 보호하고 충격방지용 틈새(32)를 통해 빗물이나 먼지 등이 외부로 쉽게 배출될 수 있다. 또한, 전송장치의 설치와 유지보수가 용이하도록 본체(20)와 주차 유도용 프레임(30)은 서로 분리가 용이한 착탈식으로 구현되는 것이 바람직하다. 상기 타이어 정지판(11)은 차량의 타이어를 감지하는 차량 검지용 센서(미도시)를 일측에 구비한다. 차량 검지용 센서는 차량의 타이어를 감지하여 차량이 지정된 위치에 정차되었는지 여부를 검출한다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치는 본체(20)를 본체 커버(20-1)가 복개하고 그 위에 무선전력 전송 패드(23)가 장착되도록 설계되었다. 상기 본체(20)의 양단에서는 상기 주차 유도용 프레임(30)에 체결된 충격흡수 재질의 지지구(31)가 본체(20)를 지지한다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 본체를 나타낸 예시도로서, 본체(20)와 전송패드(23)가 분리된 형상을 나타낸 도면이다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 가변형 구조의 전기자동차용 무선전력 전송장치에 관한 것이다.
본 발명은 본체(20)에 내장된 무선전력 제어기(52)의 제어에 의해, 본체(20)의 상부에서 전송 패드(23-1,23-2,23-3) 각각이 또는 전부가 동시에 수평 이동되도록 할 수 있다. 상기 전송 패드(23-1~3)는 본체(20)의 홈 베이스(24)에서 분리되어 도5에 도시된 바와 같이, 본체(20)에 내장된 이동용 레일(26)을 따라 수평으로 이동할 수 있다. 본 발명은 또한, 수평 이동되는 전송 패드에 리프트 기능을 추가하여 전기자동차측 수신 패드와의 사이를 근거리로 유지시킬 수 있으며, 이를 통해 무선전력의 전송효율을 더욱 상승시킬 수 있다. 도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전송패드의 이동을 나타낸 제1예시도이고, 도7은 제2예시도이다.
도6과 도7에 도시된 바와 같이, 무선전력 전송장치의 전송 패드(23-1,23-2,23-3)는, 전기자동차 수신 패드의 위치정보에 따라 각각 수평 이동하거나 모두 수평 이동할 수 있다. 본 예시에 따른 전송 패드(23-1,23-2,23-3)는 각각 혹은 전체가 수신 패드의 위치가 상이한 여러 종류의 전기자동차에 맞게 상/하단으로 자유롭게 위치 이동하여 효율적으로 무선전력 전송을 수행한다.
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치는 전송 패드(23-4)를 하나 더 추가로 포함하여 더 큰 용량의 무선전력 공급을 필요로 하는 중대형 전기자동차에 적용될 수 있다. 본 예시를 통해 알 수 있듯, 본 발명은 전기자동차의 크기와 배터리 용량에 따라 전송 패드를 제한 없이 다수 설치하여 무선전력 전송장치를 더욱 유용하게 구현할 수 있다. 도8에 도시된 제3 실시예의 기본적인 기능과 무선전력 전송 과정은 상기 제1실시예와 동일하므로 구체적 설명은 생략한다.
도9는 본 발명의 제4실시예에 따른 무선전력 전송장치의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 무선전력 전송장치는, 도로의 측면에 마련된 옥외 주차구역(10)에 주로 설치된다. 본 예시에 따른 무선전력 전송장치는 측면주차를 하기 위해 전기자동차가 전진과 후진할 때 타이어(12-1~4)가 무선전력 전송장치의 상부를 밟고 주행할 수 있도록, 도10에 도시된 바와 같이 무선전력 전송장치의 본체(20)를 주차구역 지면에 매설될 수 있다. 도10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 본체 하부가 주차구역 지면에 매설된 것을 나타낸 도면이다.
본 예시는 본체 커버(20-1)와 전송 패드(23, 23-1~3)의 두께를 얇게 하여 모서리를 경사면으로 하여 주차를 용이하게 하였다. 또한, 주차구역 바닥에 설치되는 굴곡형 타이어 정지판(11)도 전기자동차가 용이하게 전,후진할 수 있도록 하였다. 본 예시의 기본적인 기능과 무선전력 전송 과정은, 상기 본 발명의 제1 실시예와 동일하므로 구체적 설명은 생략한다.
도11은 본 발명에 따른 무선전력전송장치의 블록 구성도이다.
도11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선전력 전송장치는, 무선통신망(40)을 통해 외부와 충전정보를 교환하고, 무선전력 공급기(42)를 통해 전력망(41)과 연결되어, 충전전력을 공급받는다. 그리고, 차량검지 센서(51)를 통해 전기자동차의 주차구역 정차를 인식하면 무선전력 제어기(52)의 제어 하에 전자태그 판독기(53)와 근거리 무선통신 모듈(54)을 작동시킨다. 상기 무선전력 제어기(52)는 전자태그 판독기(53)를 통해 전기자동차의 전자태그(60)와 교신하여 수신 패드의 장착위치 정보와 전송규격 정보를 검출한 후, 적어도 하나 이상의 전송 패드(55)를 가동시켜 대용량의 무선전력을 무선으로 전송한다.
한편, 상기 무선전력 전송장치 위에 정차한 전기자동차는, 근거리 무선통신 모듈(61)를 통해 무선전력 전송장치 측의 근거리 무선통신 모듈(54)로부터 수신한 무선충전 정보를 바탕으로 수신전력 제어기(63)와 무선충전 단말기(64)를 가동시킨다. 그리고, 적어도 하나 이상의 수신 패드(62)를 통해 대용량의 무선전력이 수신되면 수신전력 제어기(63)는 상기 수신된 무선전력을 충전전력으로 변환하고, 충전 제어기(65)는 상기 변환된 충전전력으로 배터리(66)를 급속 충전시킨다. 운전석에 비치되는 무선충전 단말기(64)는 상기 무선통신망(40)과 연결되어, 전기자동차의 무선충전 관리정보를 무선충전관리소에 전송하고 무선충전 과정을 디스플레이 하며 충전량에 따른 온라인 결제를 수행한다.
본 발명은 친환경 에너지를 이용하여 비상전력으로 활용하는 전기자동차용 무선전력 전송장치를 구현하기 위하여, 태양광발전(44)과 풍력발전(45) 및 연료전지(46)를 통해 확보된 전력을 외부의 전력저장용 배터리(43)에 저장하였다가 무선통신망으로 원격 통제되는 무선전력 공급기(42)의 제어를 통해 무선전력 전송장치(50)에 충전을 공급하는 예비 전력망을 구성할 수 있다.

도12는 본 발명의 제1 및 제4 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 동작을 나타낸 흐름도이다. 도12에 도시된 바와 같이, 본 예시에 따른 무선전력 전송장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
전기자동차가 주차구역에 진입하여 타이어 정지판에 의해 정차하면, 상기 무선전력 제어기(52)는 타이어 정지판에 구비된 차량검지용 센서(51)의 발신 신호를 인지하고 무선전력 전송장치의 상단에 구비된 전자태그(RFID) 판독기(53)와 근거리 무선통신 모듈(54)을 가동시킨다.(S10 ~ S30) 그리고, 전기자동차의 전자태그 정보를 판독하여 장착된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 검출하고, 근거리 무선통신 모듈(54)을 통해 운전석에 비치된 무선충전 단말측에 무선전력 전송장치의 정보를 제공한다.(S40 ~ S60) 이때, 상기 무선전력 전송장치의 정보는 배터리 충전량과 충전진행 정보와 운전자의 선택정보 및 결제정보 등이 될 수 있다. 상기 무선전력 제어기(52)는 상기 검출된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 참조하여 전기자동차 측의 수신 패드와 대면하는 전송 패드에 전원을 공급한다.(S70) 이후, 무선전력 제어기(52)는 상기 전송 패드의 자기공진 또는 자기공명을 위한 주파수 및 매칭 소자를 조정하여 수신 패드와 정합 과정을 수행한 후에, 정합된 다수의 전송 패드를 통해 고효율의 무선전력 전송이 이루어지도록 한다.(S80 ~ S90) 상기 무선전력 전송이 모두 완료되면, 무선전력 제어기(52)는 무선통신 모듈을 통해 충전완료 정보를 수신하고, 무선전력 전송장치를 가동대기(STAND BY) 상태로 전환하여, 다른 전기자동차의 무선충전이 시작될 때까지 가동대기 상태를 유지시킨다. (S100 ~ S120)
도13은 제2 및 제3 실시예에 따른 무선전력 전송장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 작동과정은 상기한 제 1 및 제 4 실시예와 전체적으로 동일하다. 다만, 중간 단계에서 수신 패드의 장착위치 정보에 의해 전송 패드가 수신 패드와 대칭되는 근거리(예: 최단 거리)로 위치이동 하는 과정(S250)이 추가되었다. 도13에 도시된 바와 같이, 본 예시에 따른 무선전력 전송장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
전기자동차가 주차구역에 진입하여 타이어 정지판에 의해 정차하면, 상기 무선전력 제어기(52)는 타이어 정지판에 구비된 차량검지용 센서(51)의 발신 신호를 인지하고 무선전력 전송장치의 상단에 구비된 전자태그(RFID) 판독기(53)와 근거리 무선통신 모듈(54)을 가동시킨다.(S200 ~ S220) 그리고, 전기자동차의 전자태그 정보를 판독하여 장착된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 검출하고, 검출된 정보에 따라 전송패드를 수신패드의 근거리(예: 최단거리)로 이동시킨다. (S230 ~ S250) 그리고, 근거리 무선통신 모듈(54)을 통해 운전석에 비치된 무선충전 단말측에 무선전력 전송장치의 정보를 제공한다.(S260)
상기 무선전력 제어기(52)는 상기 검출된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 참조하여 전기자동차 측의 수신 패드와 대면하는 전송 패드에 전원을 공급한다.(S270) 이후, 무선전력 제어기(52)는 상기 전송 패드의 자기공진 또는 자기공명을 위한 주파수 및 매칭 소자를 조정하여 수신 패드와 정합 과정을 수행한 후에, 정합된 다수의 전송 패드를 통해 고효율의 무선전력 전송이 이루어지도록 한다.(S280 ~ S290) 상기 무선전력 전송이 모두 완료되면, 무선전력 제어기(52)는 무선통신 모듈을 통해 충전완료 정보를 수신하고, 상기 이동된 전송 패드를 정위치로 복귀시킨다. (S300 ~ S320) 그리고, 무선전력 전송장치를 가동대기(STAND BY) 상태로 전환하여, 다른 전기자동차의 무선충전이 시작될 때까지 가동대기 상태를 유지시킨다. (S330)
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본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 전기자동차의 대중화에 따라 수반되는 충전 인프라 구축에 유용한 전기자동차용 무선전력 전송장치로서, 사용이 간편한 비접촉 방식으로 여러 종류의 전기자동차에 효율적인 무선전력 전송수단으로 급속충전을 제공하므로 전기자동차의 대중화와 관련 산업의 발전에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기자동차용 무선전력 전송장치는 일체형으로 이루어진 무선충전 설비로서, 설치장소에 제약이 없으므로, 옥내외 주차장에 용이하게 구축될 수 있으며, 무선통신망을 통해 무인운영이 가능하므로 전국적인 전기자동차용 충전 인프라 구축에 유용하게 활용될 수 있다.
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10 주차구역 표시선 11 타이어 정지판 겸용 차량검지 센서
12 전기자동차 타이어 20 무선전력 전송장치 본체
20-1 무선전력 전송장치 본체 커버 21 전자태그 판독기
22 근거리 무선통신 모듈 23 전송 패드
23-1~4 전송 패드 24 전송 패드용 홈 베이스
25 전원 케이블 26 이동용 레일
27 전원 인입구 30 주차 유도용 프레임(충격보호 겸용)
31 지지구(충격흡수 재질) 32 충격방지용 틈새
40 무선통신망 41 전력망
42 전력 제어기 43 전력저장용 배터리
44 태양광발전 45 풍력발전
46 연료전지 50 무선전력 전송장치
51 차량검지 센서 52 무선전력 제어기
53 전자태그 판독기 54 무선통신 모듈(전송장치용)
55 전송 패드(1,2~N) 60 전자태그
61 무선통신 모듈(전기자동차용) 62 수신 패드(1,2~N)
63 수신전력 제어기 64 무선충전 단말기
65 충전제어기 66 배터리(전기자동차용)

Claims (17)

  1. 주차구역(10) 내 일측에 설치되는 본체(20);
    상기 주차구역(10) 내 일측에 설치되고, 차량의 타이어를 감지하여 차량이 지정된 위치에 정차되었는지 여부를 검출하는 차량검지 센서;
    상기 본체의 상부에 설치되며, 무선전력 제어기의 제어에 따라 차량의 수신 패드측으로 무선전력을 공급하는 적어도 하나 이상의 전송 패드(23);
    상기 전송 패드의 좌우 일 측에 설치되며, 차량측의 전자태그와 교신하여 전자태그에 저장된 정보를 검출하는 전자태그 판독기(21);
    상기 전송 패드의 좌우 일 측에 설치되며, 차량의 무선충전 단말기측에 무선전력 전송장치의 각종 정보를 전송하는 근거리 무선통신 모듈(22);
    상기 본체의 내부에 설치되어 상기 구성장치들(21, 22, 23)을 제어하며, 무선통신망에 연결되고, 무선전력 공급기(42)를 통해 공급되는 전력의 무선전송을 제어하는 무선전력 제어기(52)를 포함하며, 상기 무선전력 제어기(52)는, 상기 전자태그 판독기(21)가 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 검출하면, 검출된 정보들을 바탕으로 상기 수신 패드와 대칭되는 전송 패드를 선택하고, 상기 근거리 무선통신 모듈(22)을 통해 교신한 차량측의 충전정보를 바탕으로 고효율 전송을 위한 정합 과정을 수행한 후, 무선 전력 공급을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  2. 주차구역(10) 내 일측에 설치되는 본체(20);
    상기 주차구역(10) 내 일측에 설치되고, 차량의 타이어를 감지하여 차량이 지정된 위치에 정차되었는지 여부를 검출하는 차량검지 센서;
    각 전송 패드가 이동 가능하도록 형성된 공간으로서, 상기 본체의 상부에 구비되는 홈 베이스(24);
    각 전송 패드의 이동을 위해, 상기 홈 베이스(24) 내부에 설치되는 이동용 레일(26);
    차량측 수신 패드와의 대면을 위해 상기 이동용 레일 위를 이동하며, 무선전력 제어기의 제어에 따라 차량의 수신 패드측으로 무선전력을 공급하는 적어도 하나 이상의 전송 패드(23);
    상기 전송 패드의 좌우 일 측에 설치되며, 차량측의 전자태그와 교신하여 전자태그에 저장된 정보를 검출하는 전자태그 판독기(21);
    상기 전송 패드의 좌우 일 측에 설치되며, 차량의 무선충전 단말기측에 무선전력 전송장치의 각종 정보를 전송하는 근거리 무선통신 모듈(22);
    상기 본체(20)의 내부에 설치되어 상기 구성장치들(21, 22, 23)을 제어하며, 무선통신망에 연결되고, 무선전력 공급기(42)를 통해 공급되는 전력의 무선전송을 제어하는 무선전력 제어기(52)를 포함하여 구성되며,
    상기 본체(20)의 둘레에 형성되며 차량의 타이어 압력에 의한 본체의 파손을 예방하고 바른 주차를 유도하는 주차 유도용 프레임(30)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 차량검지 센서는,
    상기 본체(20)의 좌우 양측에 별도로 마련된 타이어 정지판(11)에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 본체(20)는
    박스 형태의 구조품으로, 상부를 형성하는 커버부와 결합하여 몸체를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 전송 패드(23)는,
    상기 무선전력 제어기(52)의 제어 하에 자기유도 또는 자기공진 또는 자기공명 방식으로 차량측 수신 패드의 전송규격 조건에 맞게 무선전력을 정합하여 무선전송을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전자태그 판독기(21)는,
    차량측의 전자태그 정보를 판독하여, 차량측 수신 패드의 장착위치 정보와 전송규격 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 근거리 무선통신 모듈(22)은,
    차량측 근거리 무선통신 모듈과 교신하여, 상기 무선전력 제어기의 무선전력 전송정보를 차량측으로 송신하고 차량측의 배터리 충전량, 충전 진행정보, 운전자의 선택정보, 그리고 충전량에 따른 결제정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  8. 삭제
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 무선전력 제어기(52)는,
    상기 전자태그 판독기(21)가 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 검출하면, 검출된 정보들을 바탕으로 상기 적어도 하나 이상의 전송 패드가 수신 패드와 대면하도록 전송 패드들의 위치를 상기 이동용 레일(26)을 따라 이동시키고,
    상기 근거리 무선통신 모듈(22)을 통해 교신한 차량측의 충전정보를 바탕으로 고효율 전송을 위한 정합 과정을 수행한 후, 무선 전력공급을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 전송 패드(23)는,
    위/아래로 높이를 조절할 수 있는 리프트 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  11. 삭제
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 주차 유도용 프레임(30)은
    내측에, 상기 본체(20)를 견고하게 지지하고 본체(20)와 일정 간격의 틈새를 형성하도록 다수의 지지구(31)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 본체(20)는
    주차 시, 차량이 용이하게 상기 본체(20) 위로 진입할 수 있도록, 차량이 진입하는 측의 양쪽 측면을 사다리꼴의 경사면을 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 본체(20)는
    하부 일측이 주차구역의 지면에 매설되고, 지면 위로 노출되는 부분과 상부에 장착된 상기 전송 패드는 테두리가 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 무선전력 공급기(42)는
    태양광발전과 풍력발전 및 연료전지로 발전된 친환경 전력이 전력저장용 배터리(43)에 저장되었다가 비상전력으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 무선전력 제어기(52)는,
    차량이 주차구역에 진입하면, 상기 차량검지 센서를 통해 차량의 정차를 인식하고,
    상기 전자태그 판독기와 상기 근거리 무선통신 모듈을 작동시키고,
    상기 전자태그 판독기를 통해 차량의 전자태그와 교신하여 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 검출하고,
    상기 근거리 무선통신 모듈을 통해 차량내 무선충전 단말측에 충전정보를 전송하고,
    상기 수신 패드와 대면하는 전송 패드에 전원을 공급하고,
    상기 전송 패드의 정합을 조정하고,
    상기 정합된 전송 패드에서 무선전력을 전송하고,
    무선전력의 전송과정이 모두 완료되면, 상기 근거리 무선통신 모듈을 통해 충전완료 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
  17. 제 2 항에 있어서, 상기 무선전력 제어기(52)는,
    차량이 주차구역에 진입하면, 상기 차량검지 센서를 통해 차량의 정차를 인식하고,
    상기 전자태그 판독기와 상기 근거리 무선통신 모듈을 작동시키고,
    상기 전자태그 판독기를 통해 차량의 전자태그와 교신하여 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보를 검출하고,
    상기 검출된 수신 패드의 위치정보와 전송규격 정보에 따라 상기 전송 패드를 수신 패드의 근거리로 이동시키고,
    상기 근거리 무선통신 모듈을 통해 차량내 무선충전 단말측에 충전정보를 전송하고,
    상기 수신 패드와 대면하는 전송 패드에 전원을 공급하고,
    상기 전송 패드의 정합을 조정하고,
    상기 정합된 전송 패드에서 무선전력을 전송하고,
    무선전력의 전송과정이 모두 완료되면, 상기 근거리 무선통신 모듈을 통해 충전완료 정보를 수신하고,
    상기 이동된 전송 패드를 정위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 무선전력 전송장치.
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