KR102581958B1 - 유선충전과 무선충전이 모두 가능한 전기자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선충전과 유선충전이 모두 가능한 전기자동차에 관한다.
본 발명의 전기자동차는 제어부에 의해 접속이 제어되는 릴레이장치를 포함하며, 무선충전이 가능한 곳에서는 무선충전부와 배터리를 연결하고 무선충전이 어려운 곳에서는 유선충전부와 배터리를 연결하여 충전을 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 릴레이와 무선전력 수신패드, 전압조절기의 추가로 종래의 유선충전만 가능한 전기자동차를 유/무선 충전이 가능한 전기자동차로 만들 수 있고, 무선충전 인프라가 부족한 환경에서 유선충전을 이용함으로써 사용자의 불편을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

Description

유선충전과 무선충전이 모두 가능한 전기자동차 {ELECTRIC VEHICLE CAPABLE OF BOTH WIRED AND WIRELESS CHARGING}
본 발명은 전기자동차의 충전에 관하며, 특히 무선 충전이 가능한 전기자동차에 관한다.
일반적으로 자동차는 주유를 위해 정기적으로 주유소를 방문해야 한다. 마찬가지로 전기자동차는 충전을 위해 전기자동차 충전소를 찾는다. 전기는 어디에나 있기는 하지만 가정용 전력은 전압이 낮아서 충전시간이 오래 걸리기 때문에 빠른 충전을 위해서는 충전소를 찾는다. 충전소에서 운전자는 여러 규격의 케이블 중에서 자신의 전기자동차의 충전방식에 해당하는 케이블을 골라 연결하고, 과금 등을 위해 사용자 인증절차를 거친 후에 충전을 시작한다. 이러한 과정은 전기자동차에서 내려서 진행해야 하므로 장애인이나 노약자들은 이용에 불편을 겪을 수 있다.
이렇게 유선충전이 어려운 운전자들을 위해 전기자동차의 무선충전에 관한 연구도 이루어지고 있다. 자동차 기술자 협회인 SAE(Society for Automobile Engineers)는 무선충전 방식으로 3kW, 7kW에 이어 11kW의 전력을 송신하는 표준화를 진행하고 있다. 하지만 전체 자동차 시장 중 전기자동차가 차지하는 비율은 0.1%에 불과하고, 전체 전기자동차 중 무선충전 방식을 사용하는 전기자동차는 또 0.1%뿐이어서 무선충전을 위한 충전 인프라는 극히 미미한 실정이다. 따라서 무선충전만 가능한 전기자동차는 사용자가 무선충전 인프라 부족으로 심한 불편을 겪게 될 것이다. 그러므로 무선충전이 가능한 전기자동차는 유선충전 기능도 함께 포함하고 있어야 무선충전 인프라 부족으로 인한 불편을 최소화 할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0036695호에 개시된 발명은 무선송신패드와 무선수신패드를 가지는 무선충전시스템에 관한 것으로 무선충전에 관해서만 개시하고 있다. 따라서 유선충전과 무선충전을 함께 포함하고 있는 전기자동차에 대해서는 개시하지 못하므로 무선충전 인프라 부족에 의해 발생하는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 방안은 제시하지 못하는 상황이다.
본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 전기자동차 무선충전 인프라 부족 문제의 해결을 위해 연구 노력해 왔다. 전기자동차에 무선충전은 물론 유선충전도 가능하게 함으로써 무선충전이 불가능한 곳에서는 유선충전을 이용할 수 있는 전기자동차를 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 무선충전 인프라 부족에 따른 불편을 해소하기 위해 무선충전과 유선충전이 동시에 가능한 전기자동차를 구현함에 있다.
전체 자동차시장에서 전기자동차가 차지하는 비중은 극히 작고, 그 중 무선충전이 가능한 전기자동차가 차지하는 비중은 더더욱 작기 때문에 무선충전을 위한 인프라는 매우 부족한 현실이다. 그래서 무선충전만 가능한 자동차로는 사용자가 그 불편을 감당하기 어려우므로 기존 유선충전만 가능한 전기자동차의 구조를 변경하여 유/무선 모두 충전이 가능한 전기자동차를 제공하는 것이 본 발명이 이루려는 목적이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명은 무선충전과 유선충전이 모두 가능한 전기자동차에 관한 것으로,
유선충전을 위한 교류-직류 변환기 및 직류-직류 변환기를 포함하는 유선충전 변환부와, 무선충전을 위한 무선 전력 수신 패드 및 정류기/전압조절기를 포함하는 무선충전 수신부와, 상기 직류-직류 변환기 또는 상기 정류기/전압조절기의 출력을 선택적으로 배터리에 전달하기 위한 릴레이부와, 전력 저장을 위한 배터리 및 상기 릴레이를 제어하기 위한 하나 이상의 프로세서 및 메모리로 구성된 제어부를 포함하되,
상기 무선충전 수신부가 상기 제어부에 무선충전을 위한 요청 메시지를 전달하면, 상기 제어부는 상기 메모리에 무선충전을 위한 소프트웨어가 저장되어 있는지 확인하여 무선충전을 위한 소프트웨어가 상기 메모리에 저장되어 있으면, 상기 무선충전 수신부에 무선충전이 가능함을 확인하는 메시지를 전송하고 상기 릴레이를 제어하여 상기 무선충전을 위한 상기 무선충전 수신부의 출력을 상기 배터리에 연결하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전기자동차는 유/무선 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 메모리에 무선충전을 위한 소프트웨어가 저장되어 있지 않으면 상기 통신부를 통해 소프트웨어를 전송받아 상기 메모리에 저장한다.
또한, 상기 제어부는 상기 무선충전 수신부로부터 무선충전을 위한 요청 메시지를 전달받은 후 상기 메모리에 무선충전을 위한 소프트웨어가 없으면 상기 무선충전 수신부로 확인 메시지를 전송하지 않고 상기 릴레이를 제어하여 상기 무선충전 수신부의 출력을 상기 배터리에 연결되지 않도록 하고, 상기 무선충전 수신부는 상기 제어부로부터 상기 확인 메시지를 전달받지 못하면 외부 무선충전 송신기에 무선 전력 전송하지 않도록 요청하는 것이 바람직하다.
위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 상황에 따라 유선충전과 무선충전을 선택적으로 사용하여 전기자동차를 충전할 수 있는 효과가 있다.
따라서 무선충전이 가능하지 않은 곳에서는 유선충전 방식을 이용하여 전기자동차를 충전할 수 있으므로 무선충전 인프라 부족으로 인한 사용자의 불편을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 무선충전과 유선충전이 모두 가능한 전기자동차의 대략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 릴레이부의 구조를 보여준다.
도 3과 도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따라 무선충전을 진행하는 흐름도를 나타낸다.
도 5는 종래기술의 유선충전만 지원하는 전기자동차의 구조도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 종래기술에 따른 유선충전 방식을 사용하는 전기자동차의 구조도이다.
유선충전을 위해 전기자동차(500)는 교류-직류(AC-DC) 변환기(510), 직류-직류(DC-DC) 변환기(530) 및 배터리(540)를 포함한다.
유선 충전기(20)로부터 전달받은 교류 전류는 교류/직류 변환기(510)를 거치면 직류 전류로 바뀐다. 물론 충전을 위해 직류 전류를 사용하는 유선 충전기(20)로부터 직류 전류를 전달받으면 교류-직류 변환기(510)에서 전류를 변환할 필요가 없다.
직류로 변환된 전류는 모터(520)를 거쳐 직류-직류 변환기(530)로 전달되고, 직류-직류 변환기(530)는 전달받은 전류를 배터리(540)에 저장하기 위한 전압으로 변환하여 배터리(540)로 전달하여 전력을 저장한다. 같은 직류라도 충전기(20)로부터 받은 전류와 배터리(540)에 저장되는 전압이 다르기 때문에 변환이 필요한 것이다.
본 발명은 이러한 종래기술의 유선충전 구조를 유지하면서 무선충전을 지원하기 위해 무선충전 수신부와 릴레이부를 추가로 포함한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차의 대략적인 구조를 보여준다.
전기자동차(10)는 유선충전 변환부(110), 무선충전 수신부(120), 릴레이부(130), 배터리(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
유선충전 변환부(110)는 교류-직류 변환기(112)와 직류-직류 변환기(114)를 포함하며, 유선 충전기(20)로부터 전류를 전달받아 배터리(140)로 전달하는 구성은 전술한 종래기술의 방식과 같다.
무선충전 수신부(120)는 무선전력 수신패드(122)와 정류기/전압조절기(124)를 포함한다. 무선전력 수신패드(122)는 무선충전기(30)로부터 무선으로 송신되는 전력을 수신한다. 무선으로 전력이 전송되므로 무선충전기(30)와 무선전력 수신패드(122) 사이의 정렬이 중요하다.
무선전력 수신패드(122)는 무선충전기(30)로부터 20kHz~85kHz에 이르는 고주파수의 전류를 수신하기 때문에 정류기(rectifier)또는 전압조절기(regulator)를 거쳐야 배터리(140)에 저장할 수 있는 전류로 변환되는 것이다. 정류기/전압조절기(124)는 일종의 교류-직류 변환기 역할을 하는 것이다.
변환된 직류 전류는 배터리(140)에 전달되기 전에 릴레이부(130)를 거친다. 릴레이부(130)는 제어부(140)의 제어에 의해 유선충전 변환부(110) 또는 무선충전 수신부(120)의 출력 전류를 배터리(140)에 연결해준다.
도 2는 릴레이부(130)의 구조를 좀 더 자세히 보여준다.
한 쌍의 릴레이(132, 134)는 제어부(150) 또는 무선충전 수신부(120)의 제어에 의해 무선충전 수신부(120)에서 전달되는 전류를 배터리(140)에 연결하거나 연결을 끊는다. 무선충전이 활성화 되면 릴레이(132, 134)는 연결되고, 무선충전이 비활성화 되면 릴레이(132, 134)는 연결이 끊긴다. 연결이 되면 무선충전 수신부(120)의 전류가 배터리(1430)에 전달되고, 연결이 끊기면 유선충전 변환부(110)의 전류가 배터리(140)로 전달되어 충전이 진행된다.
제어부(150)는 하나이상의 프로세서와 메모리로 구성될 수 있고, 무선충전 여부에 따라 릴레이부(130)를 제어하여 무선충전 수신부(120)의 출력을 배터리(140)에 전달할지 여부를 제어한다.
무선충전을 진행하기 위해 우선 무선충전 수신부(120)는 제어부(150)에 무선충전 요청 메시지를 전송한다. 전기자동차에 전원이 인가되어 무선충전 수신부(120)에도 전원이 인가되면 무선충전 수신부(120)는 제어부(150)에 무선충전을 위한 집전장치가 설치되어있음을 알리는 것이다. 제어부(150)는 차량내의 ECU(Electric Control Unit), EVC(Electric Vehicle Controller) 들 중 하나일 수 있다. 또한 무선충전 수신부(120)에도 ECU가 포함될 수 있다. 제어부(150)와 무선충전 수신부(120)는 CAN(Control Area Network), MOST(Multimedia Oriented Systems Transport), FlexRay, LIN(Local Interconnect Network) 등의 다양한 차량용 통신 네트워크를 이용하여 신호를 주고받는다.
무선충전 요청 메시지를 전달받은 제어부(150)는 메모리에 무선충전을 위한 제어 소프트웨어가 저장되어 있는지 확인한다.
소프트웨어가 메모리에 저장되어 있다면 무선충전 소프트웨어에 의해 제어부(150)는 릴레이부(130)를 제어하여 무선충전 수신부(120)와 배터리(140) 사이를 연결함으로써 무선충전을 시작할 수 있는 상태로 전환한다. 또한 무선 충전 수신부(120)에 소프트웨어가 설치되어 있음을 알리면 무선충전 수신부(120)는 무선충전기(30)에 무선충전을 위한 전력 전송을 요청할 수 있다. 무선충전이 시작되면 무선충전기(30)로부터 무선전력 수신패드(122)가 전력을 수신하여 릴레이부(140)를 거쳐 배터리(140)에 최종 전력을 저장함은 앞서 살펴본 바와 같다.
무선충전을 위한 소프트웨어가 메모리에 저장되어 있지 않으면 제어부(150)는 릴레이부(130)를 제어하여 무선충전 수신부(120)와 배터리(140) 사이의 연결을 끊는다. 유선충전 변환부(110)의 출력 전류가 무선충전 수신부(120) 쪽으로 전달되어 회로가 파손되는 것을 방지하기 위함이다. 소프웨어가 메모리에 저장되어 있지 않으면 제어부(150)는 무선충전 수신부(120)에 따로 확인 메시지를 전달하지는 않으므로, 무선충전 요청에 대한 응답을 받지 못한 무선충전 수신부(120)는 무선충전기(30)에 무선전력을 송신하지 말 것을 요청할 수 있다. 고전압, 고주파 전력전송은 무선충전 수신패드(122)가 없는 경우 전기자동차의 전기계통에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있고, 심한 경우 부품의 파손으로 인해 전기자동차 운행이 불가능한 상황이 발생할 수도 있다. 그러므로 무선충전을 위한 장치 또는 소프트웨어가 준비되지 않은 상태에서는 무선충전기(30)에 전력을 송신하지 말도록 요청하는 것이 바람직하다.
제어부(150)에서 이렇게 무선충전 수신부(120)의 설치여부 또는 무선충전 소프트웨어의 설치 여부에 따라 릴레이부(130)를 제어함으로써 사용자는 상황에 따라 전기자동차를 유선충전 또는 무선충전 방식으로 충전할 수 있고 무선충전 인프라가 부족함에 따른 불편을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 무선충전 수신부(120)가 설치되어 있고 무선충전을 위한 소프트웨어도 제어부(150)에 저장되어 있는 경우 무선충전을 진행하기 위한 간략한 흐름도이다.
무선충전 수신부(120)가 무선충전장치가 설치되어있음을 알리는 메시지를 제어부(150)에 전송하면(S310), 제어부(150)는 무선충전을 위한 소프트웨어가 메모리에 저장되어있는지 확인한 후(S320) 소프트웨어가 설치되어있음을 확인하는 메시지를 무선충전 수신부(120)에 전송한다(S330). 무선충전 수신부(120)가 전송하는 메시지는 index_wcs = 0x00 으로 정의하고 제어부(150)가 전송하는 메시지는 index_ecu = 0x01 등으로 정의할 수 있다.
확인 메시지 전송 후 제어부(150)는 릴레이부(130)를 연결하여 무선충전 전력이 배터리(140)에 연결되도록 하고, 확인 메시지를 전송 받은 무선충전 수신부(120)는 무선충전기에 전력송신을 요청하여 무선충전을 진행할 수 있다.
도 4는 무선충전 수신부(120)는 설치되어 있으나 제어부(150)에 무선충전을 위한 소프트웨어가 설치되어 있지 않은 경우의 대략적인 흐름도를 나타낸다.
무선충전 수신부(120)에서 무선충전장치가 설치되어있음을 알리며 무선충전을 요청하는 메시지를 제어부(150)에 전송하면(S410) 제어부(150)는 무선충전 소프트웨어가 메모리에 저장되어있는지 확인한다(S420). 무선충전 소프트웨어가 저장되어있지 않으면 별도의 확인 메시지를 무선충전 수신부(120)에 전송하지는 않고 릴레이부(130)를 제어하여 무선충전 수신부(120)가 배터리에 연결되지 않도록 한다.
무선충전 수신부(120)는 일정시간 제어부(150)의 응답을 기다려 확인메시지가 오지 않으면 제어부(150)에 소프트웨어가 없는 것으로 판단하여 무선 충전기에 무선충전 중단을 요청(S450)한다.
다른 실시예로 제어부(150)는 무선충전 수신부(120)의 무선충전 요청이 있으면 무선충전을 위한 하드웨어가 설치되어있음을 알 수 있으므로, 유/무선의 통신부(미도시)를 통해 외부의 서버나 저장소로부터 무선충전을 위한 소프트웨어를 다운로드 받을 수 있고(S440), 소프트웨어 다운로드 후에는 무선충전 수신부(120)의 요청에 응답하여 무선충전을 진행할 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독가능매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독가능매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체, 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급언어코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (3)

  1. 유선충전을 위한 교류-직류 변환기 및 직류-직류 변환기를 포함하는 유선충전 변환부;
    무선충전을 위한 무선 전력 수신 패드 및 정류기/전압조절기를 포함하는 무선충전 수신부;
    상기 직류-직류 변환기 또는 상기 정류기/전압조절기의 출력을 선택적으로 배터리에 전달하기 위한 릴레이;
    전력 저장을 위한 배터리; 및
    상기 릴레이를 제어하기 위한 하나 이상의 프로세서 및 메모리로 구성된 제어부를 포함하되,
    상기 무선충전 수신부가 상기 제어부에 무선충전을 위한 요청 메시지를 전달하면, 상기 제어부는 상기 메모리에 무선충전을 위한 소프트웨어가 저장되어 있는지 확인하여 무선충전을 위한 소프트웨어가 상기 메모리에 저장되어 있으면, 상기 무선충전 수신부에 무선충전이 가능함을 확인하는 메시지를 전송하고 상기 릴레이를 제어하여 상기 무선충전을 위한 상기 무선충전 수신부의 출력을 상기 배터리에 연결하며,
    유/무선 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 메모리에 무선충전을 위한 소프트웨어가 저장되어 있지 않으면 상기 통신부를 통해 외부 서버로부터 소프트웨어를 전송받아 상기 메모리에 저장하며, 상기 무선충전 수신부로부터 무선충전을 위한 요청 메시지를 전달받은 후 상기 메모리에 무선충전을 위한 소프트웨어가 없으면 상기 무선충전 수신부로 확인 메시지를 전송하지 않고 상기 릴레이를 제어하여 상기 무선충전 수신부의 출력을 상기 배터리에 연결되지 않도록 하고,
    상기 무선충전 수신부는 상기 제어부로부터 상기 확인 메시지를 전달받지 못하면 외부 무선충전 송신기에 무선 전력 전송을 요청하지 않는 것을 특징으로 하는, 무선충전과 유선충전이 모두 가능한 전기자동차.
  2. 삭제
  3. 삭제
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