KR20100023908A - 차량 배터리를 충전하기 위한 기계적인 방법, 관련 시스템 및 기반 시설 - Google Patents

차량 배터리를 충전하기 위한 기계적인 방법, 관련 시스템 및 기반 시설 Download PDF

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알란 제이. 고쳐
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Abstract

본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설은 차량의 재충전 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다. 기술된 방법은 (a) 차량이 정지하고 있는 동안, 기계적인 동력을 사용하여 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키는 단계; (b) 발전기로서 상기 전기 견인 모터를 사용하는 것에 의해 상기 샤프트의 회전을 전기 에너지로 변환하는 단계; 및 (c) 차량의 상기 재충전 배터리에서 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함한다. 차량의 재충전 배터리를 충전하기 위한 시스템은 재충전 배터리, 전기 견인 모터, 및 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된 외부 차량 인터페이스를 포함한다. 차량의 재충전 배터리를 충전하기 위하여 기술된 기반 시설은 하나 이상의 충전 스테이션을 포함하고, 각각의 스테이션은 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된 외부 차량 인터페이스를 포함한다.
차량, 재충전 배터리, 충전, 스테이션

Description

차량 배터리를 충전하기 위한 기계적인 방법, 관련 시스템 및 기반 시설{MECHANICAL METHODS FOR CHARGING A CAR BATTERY, RELATED SYSTEMS AND INFRASTRUCTURE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 모든 목적을 위하여 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 2007년 6월 4일자 출원된 미국 임시 특허출원 제60/932,945호에 대해 우선권을 주장한다.
본원에 기술된 방법, 시스템, 기반 시설은 일반적으로 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 또는 전기 차량일 수 있는 차량의 재충전 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다. 이러한 것은 특히 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 차량의 전기 견인 모터(electric traction motor)의 샤프트를 회전시키는 것에 의해 차량의 재충전 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다.
배터리 충전 방법에 관하여 많은 조사 보고서가 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,310,464호는 전기차용 배터리를 충전하기 위한 장치를 개시한다. 장치는 배터리 충전 컨트롤러, 배터리 충전기, 및 배터리를 포함한다. 충전하 상태(under-charge condition)를 검출하는 것에 의해, 장치는 배터리가 예측된 양만큼 충전되 는 충전 공정을 개시하고, 이러한 것은 컨트롤러에 의해 검출된 충전의 정도에 의존한다. 충전기는 전기 그리드로부터 외부에서 공급된 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고, 배터리를 충전하도록 전기 신호를 출력한다. 충전 컨트롤러는 이론적인 충전이 도달되었다는 것을 검출한 후에 충전 공정을 종료한다.
차량의 배터리를 재충전하기 위한 새로운 배터리 충전 방법이 필요하다. 차량은 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 또는 전기차일 수 있다.
본원에 개시된 방법, 시스템, 및 기반 시설은 일반적으로 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 또는 전기차일 수 있는 차량의 재충전 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다. 이러한 것은 특히 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 차량의 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키는 것에 의해 차량의 재충전 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다.
본원에 개시된 방법은 차량의 재충전 배터리를 충전하는 방법에 관한 것이다. 차량은 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 또는 전기차일 수 있다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: (a) 차량이 정지하고 있는 동안, 기계적인 동력을 사용하여 차량의 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키는 단계; (b) 전기 발전기로서 전기 견인 모터를 사용하는 것에 의해 샤프트의 회전을 전기 에너지를 변환시키는 단계; (c) 차량의 재충전 배터리에 전기 에너지를 저장하는 단계.
차량의 재충전 배터리를 충전하기 위한 시스템이 또한 기술된다. 시스템은 (a) 차량의 재충전 배터리; (b) 차량의 전기 견인 모터; (c) 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 상기 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된 외부 차량 인터페이스를 포함한다. 전기 견인 모터는 재충전 배터리를 충전하도록 샤프트의 회전을 전력으로 변환시킨다.
부가적으로, 차량의 재충전 배터리를 충전하기 위한 기반 시설이 기술된다. 기반 시설은 하나 이상의 충전 스테이션을 포함한다. 각각의 충전 스테이션은 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 차량의 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된 외부 차량 인터페이스를 포함한다. 전기 견인 모터는 재충전 배터리를 충전하도록 샤프트의 회전을 전력으로 변환시킨다.
도 1은 차량의 재충전 배터리를 기계적으로 재충전하도록 사용될 수 있는, 전기 모터에 의해 구동되는 동력계(dynamometer)와 유사한 롤러 시스템을 도시한 도면.
도 2는 차량의 재충전 배터리를 기계적으로 충전하도록 사용될 수 있으며 차량에 의해 구동되는 가늘고 긴 롤러 시스템을 도시한 도면.
본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설의 보다 전체적인 이해를 제공하기 위하여, 다음의 설명은 방법, 파라미터, 예 등과 같은 많은 특정의 상세를 설정한다. 그러나, 이러한 설명이 본원에 기술된 방법, 시스템, 기반 시설의 범위에서 제한으로서 의도되지 않고, 가능한 변형의 보다 양호한 이해를 제공하도록 의도된다.
본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설은 일반적으로 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 또는 전기차일 수 있는 차량의 재충전 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다. 이러한 것은 특히, 배터리를 충전하는 전기 신호의 출력이 이어지는, 직류 전력으로의 외부 공급 교류 전력의 변환을 수반하지 않는 방법을 사용하여 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다.
본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설은 전형적으로 전력을 생산하도록 발전기로서 차량(예를 들어, 자동차, 기관차 등)의 전기 견인 모터의 사용을 수반한다. 전기 견인 모터는 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 및 전기차에 동력을 공급하도록 사용된다. 전기 견인 모터는 차량이 구동중에 감속될 때 재생식 제동 원리를 사용하여 차량의 배터리(예를 들어, 리튬 티탄산염 배터리)를 재충전할 수 있다. 전형적으로, 차량의 전기 견인 모터는 이러한 제동 동안 발전기로서 동작하고, 그 전기 출력은 배터리 또는 캐패시터와 같은 전기 저장 장치에 연결된다.
일부 변형예에서, 차량의 전기 견인 모터는 비록 운전자 또는 승객이 존재할 수 있을지라도 차량이 정지하고 있을 때(즉, 차량의 부품들은 움직이지만 차량 자체가 정지하고 있을 때) 차량의 배터리를 재충전하도록 사용된다. 기계적인 동력은 차량의 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 사용된다. 기계적인 동력은 전기 견인 모터에 의해 전력으로 변환되고, 전력은 차량의 배터리를 재충전하도록 사용된다.
일부 변형예에서, 외부 차량 인터페이스는 전기 견인 모터에 기계적인 동력을 전달하기 위해 사용된다. 외부 차량 인터페이스는 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된다. 전기 견인 모터는 차량의 재충전 배터리를 충전하도록 샤프트의 회전을 전력으로 변환시킨다. 이러한 인터페이스의 비제한적인 예는, 전기 모터에 의해 구동되는 동력계와 유사한 롤러 시스템(도 1); 차량에 의해 구동되는 가늘고 긴 롤러 시스템(도 2); 및 전기 견인 모터의 샤프트에 대한 직접적인 기계적 연결 또는 링크 장치를 포함한다. 기계적인 링크 장치는 별도의 모터에 의해 회전될 수 있다.
일부 변형예에서, 차량의 전기 버스 및 제어 시스템은 발전기 모드에서 전기 견인 모터를 스위칭하고 관리하도록 제공될 수 있다. 제어 시스템은 제한없이, 충전 상태를 모니터하고 대기 온도를 보상하는 내부 전자 제어 시스템; 발전기와 센서 온도를 모니터하는 안전 센서들; 및 배터리 시스템에 고전류(high amperage) 공급을 제공하는 버스 시스템을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 배터리 충전 상태를 모니터하는 제어 시스템 또는 발전기 및/또는 배터리 온도를 모니터하는 안전 센서는 필요하지 않을 수 있다.
일부 변형예에서, 배터리는 충전을 받아들이는 배터리의 능력에 의해 결정되는 속도로 충전된다. 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 사용된 기계적인 동력은 배터리의 형태에 따라서 적절한 속도를 달성하도록 선택된다.
본원에 기술된 기반 시설은 배터리를 충전하도록 직류 전력으로의 외부 공급 교류 전력의 변환없이 차량의 배터리를 충전하기 위한 하나 이상의 스테이션을 제공한다. 각각의 충전 스테이션은 상기된 인터페이스와 같은, 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 차량의 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된 외부 차량 인터페이스를 포함한다. 전기 견인 모터는 배터리를 충전하도록 샤프트의 회전을 전력으로 변화시킨다. 기반 시설은 2개 이상의 충전 스테이션을 포함할 수 있으며, 충전 스테이션들은 1 내지 500 마일 떨어져 있다. 일부 변형예에서, 2개 이상의 충전 스테이션은 5 내지 500 마일 떨어져 있다. 일부 변형예에서, 충전 스테이션들은 10 내지 500 마일 떨어져 있다.
비록 본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설이 일부 실시예들과 관련하여 기술되었을 지라도, 이는 본원에 설정된 특정 형태에 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설의 범위는 단지 특허청구범위에 의해 제한된다. 부가적으로, 비록 특징이 특정 변형예 또는 실시예와 관련하여 나타났을지라도, 당업자는 기술된 변형예 또는 실시예의 다양한 특징들이 본원에 기술된 방법, 시스템, 및 기반 시설에 따라서 조합될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
또한, 비록 개별적으로 열거되었을지라도, 다수의 수단, 요소 또는 방법 단계들은 예를 들어 단일 장치 또는 방법에 의해 실행될 수 있다. 부가적으로, 비록 개별적인 특징이 상이한 청구항에 포함될지라도, 이것들은 유익하게 조합되고, 상이한 청구항들에서의 포함은 특징의 조합이 실행 가능하지 않고 및/또는 유익하지 않다는 것을 내포하는 것은 아니다. 또한, 청구항의 하나의 카테고리에서 특징의 포함이 이 카테고리에 대한 제한을 부가하지 않고, 오히려 이 특징이 적절하게 다른 청구항 카테고리에 동등하게 적용할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 및 구문, 및 그 변형예는 달리 지시되지 않으면 제한에 대비되는 것으로서 개방적인 것으로서 해석되어야 한다. 이전의 예로서; 용어 "포함하는"은 "제한 없이 포함하는"을 의미하도록 이해되어야 하며; 용어 "예" 또는 "일부 변형예"들은 그 배타적 또는 제한적 목록이 아니라 설명에 있는 물품의 에시적인 예를 제공하도록 사용되며; "종래의", "전형적", "통상의", "표준의", "공지의" 및 유사한 의미의 용어와 같은 형용사적 표현은 주어진 시간 기간에 대해 기술된 물품 또는 주어진 시간에 이용 가능한 물품을 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 하며, 대신 현재 또는 미래의 임의의 시간에 이용 가능하거나 또는 공지될 수 있는 종래의, 전형적인, 통상의 또는 표준 기술을 포용하도록 이해되어야 한다. 마찬가지로, 접속사 "및"과 관련된 일군의 용어들은 물품들의 각각 및 전체가 그룹으로 존재하는 것을 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 하며, 오히려 달리 지적되지 않으면 "및/또는"으로서 이해되어야 한다. 유사하게, 접속사 "또는"과 관련된 일군의 용어는 그룹 중에서 상호 배타적으로 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 하며, 오히려 달리 지시되지 않으면 "및/또는"으로서 이해되어야 한다. 또한, 비록 본원에 기술된 방법, 시스템 및 기반 시설의 용어, 요소 또는 구성 요소들이 단수 표현으로 기술 또는 청구되었을지라도, 단수 표현에 대한 제한이 명백하게 지시되지 않으면, 복수 표현은 그 범위 내에 있는 것으로 도모된다. "하나 이상", "적어도", "그러나 이에 제한되지 않는", "일부 변형예에서" 또는 일부 예에서 다른 유사한 구문과 같은 넓은 단어 및 구문의 실재는 좁은 경우가 이러한 넓은 구문이 없을 수 있는 예에서 의도 또는 요구되는 것을 의미하도록 이해되지 않아야 한다.

Claims (22)

  1. 차량의 재충전 배터리를 충전하는 방법으로서,
    (a) 차량이 정지하고 있는 동안, 기계적인 동력을 사용하여 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키는 단계;
    (b) 발전기로서 상기 전기 견인 모터를 사용하는 것에 의해 상기 샤프트의 회전을 전기 에너지로 변환하는 단계; 및
    (c) 차량의 상기 재충전 배터리에서 전기 에너지를 저장하는 단계를 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 기계적인 동력은 외부 차량 인터페이스에 의해 제공되는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 차량 인터페이스는 차량의 하나 이상의 바퀴를 회전시키는 롤러 시스템을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 롤러 시스템은 다른 차량의 하나 이상의 바퀴에 의해 구동되는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 차량의 한쪽 측부는 상기 외부 차량 인터페이스가 차량의 하나 이상의 바퀴를 회전시킴으로써 상승되는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 차량 인터페이스는 상기 전기 견인 모터의 샤프트에 연결되는 기계적인 링크 장치를 포함하고, 상기 기계적인 링크 장치는 별도의 모터에 의해 회전될 수 있는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 차량 인터페이스는 터빈-압축 공기 유닛, 플라이휠, 전기 그리드, 및 배터리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 외부 소스에 의해 동력이 공급되는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 견인 모터는 차량 전기 버스 및 제어 시스템에 의해 발전기 모드로 스위칭되고 관리되는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 차량 전기 버스 및 제어 시스템은,
    충전 상태를 모니터하고 대기 온도를 보상하는 내부 전자 제어 시스템;
    발전기와 배터리 온도를 모니터하는 안전 센서들; 및
    상기 배터리에 고전류 공급을 제공하는 버스 시스템을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리는 충전을 받아들이는 배터리의 능력에 의해 결정되는 속도로 충전되며, 기계적인 동력은 상기 속도를 달성하도록 선택되는, 차량의 재충전 배터리 충전 방법.
  11. 차량의 재충전 배터리를 충전하기 위한 시스템으로서,
    (a) 차량의 재충전 배터리;
    (b) 차량의 전기 견인 모터; 및
    (c) 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 상기 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성된 외부 차량 인터페이스를 포함하며;
    상기 전기 견인 모터는 상기 재충전 배터리를 충전하도록 상기 샤프트의 회전을 전력으로 변환시키는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 외부 차량 인터페이스는 차량의 하나 이상의 바퀴를 회전시키는 롤러 시스템을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 롤러 시스템은 다른 차량의 하나 이상의 바퀴에 의해 구동되는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 차량의 한쪽 측부는 외부 차량 인터페이스가 차량의 하나 이상의 바퀴를 회전시킴으로써 상승되는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 외부 차량 인터페이스는 상기 전기 견인 모터의 샤프트에 대한 기계적인 링크 장치를 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서, 터빈-압축 공기 유닛, 플라이휠, 전기 그리드, 및 배터리로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 외부 차량 인터페이스를 위한 전원을 추가로 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 전기 견인 모터는 차량 전기 버스 및 제어 시스템에 의해 발전기 모드로 스위칭되어 관리되는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 차량 전기 버스 및 제어 시스템은,
    충전 상태를 모니터하고 대기 온도를 보상하는 내부 전자 제어 시스템;
    발전기와 배터리 온도를 모니터하는 안전 센서들; 및
    상기 배터리에 고전류 공급을 제공하는 버스 시스템을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전 시스템.
  19. 차량의 재충전 배터리를 충전하기 위한 기반 시설로서,
    하나 이상의 충전 스테이션을 포함하며,
    각각의 충전 스테이션은 차량이 정지하고 있는 동안 기계적인 동력을 사용하여 차량의 전기 견인 모터의 샤프트를 회전시키도록 구성되는 외부 차량 인터페이 스를 포함하며, 상기 전기 견인 모터는 상기 재충전 배터리를 충전하도록 상기 샤프트의 회전을 전력으로 변환시키는, 차량의 재충전 배터리 충전용 기반 시설.
  20. 제 19 항에 있어서, 1 내지 500 마일 떨어져 있는 2개 이상의 충전 스테이션을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전용 기반 시설.
  21. 제 20 항에 있어서, 5 내지 500 마일 떨어져 있는 2개 이상의 충전 스테이션을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전용 기반 시설.
  22. 제 21 항에 있어서, 10 내지 500 마일 떨어져 있는 2개 이상의 충전 스테이션을 포함하는, 차량의 재충전 배터리 충전용 기반 시설.
KR1020097027137A 2007-06-04 2008-06-03 차량 배터리를 충전하기 위한 기계적인 방법, 관련 시스템 및 기반 시설 KR20100023908A (ko)

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Patent event date: 20091228

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