KR20110037523A - 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자동차를 주차할 수 있는 주차장 등에 충방전 시스템을 구비하고, 전기 자동차가 주차장에 주차하게 될 때 비접촉 전력 전송 방식을 이용하여 전원이 전기 자동차의 배터리에 자동으로 충전되도록 하는, 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템은, 연료 전지, 태양 전지 등과 같은 분산전원과, 전력저장용 배터리 및 에너지 관리 시스템(EMS)이 유선 또는 무선 통신 네트워크와 함께 전기적인 네트워크로 연결되며, 분산전원 또는 계통으로부터 전력 변환된 직류전력을 고주파 교류전력으로 변환하여 비접촉 방식으로 전송하는 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS); 및 전기 자동차에 장착되고 상기 1차측 비접촉 전력 전송부에 일정 간격으로 가까워질 때 상기 1차측 비접촉 전력 전송부로부터 전력을 전송받아 전기 자동차의 배터리에 충전시키는 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 전기 자동차용 충방전 시스템의 전력 변환 단계를 최소화하여 전력 손실을 최소화 할 수 있다. 또한, 기존과 같이 충전 장치의 출력단자에 전선으로 연결된 플러그를 전기 자동차에 꽂는 과정 없이 전기 자동차를 충전하기 때문에 안전사고를 방지할 수 있고, 운전자가 전기 자동차를 충전하기에 편리하며, 충방전 시스템의 유지 관리가 용이해진다. 그리고, 주유소, 주차장, 개인주택 등에 설치가 가능하며, 환경에 따라 태양광, 연료전지, 풍력, 엔진 발전기 등 신재생 에 너지원을 변경할 수 있어 유연하고 친환경적인 충방전 시스템을 구현할 수 있다.
전기 자동차, 충방전, 플러그인, 하이브리드, 배터리, 교류, 직류, EMS

Description

비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템 및 방법{Electric vehicle charging and discharging system and method using the contactless power transmission method}
본 발명은 전기 자동차(Electric Vehicle)나 플러그인 하이브리드 전기 자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)에 전기를 충전하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차를 주차할 수 있는 주차장 등에 충방전 시스템을 구비하고, 전기 자동차가 주차장에 주차하게 될 때 비접촉 전력 전송 방식을 이용하여 전기 자동차의 배터리가 자동으로 충전되도록 하는, 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현대는 빠른 기술발달과 더불어 인류는 환경오염이라는 심각한 문제가 발생하게 되었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위해 환경 친화적인 시스템 개발 및 에너지에 대한 연구를 진행하고 있다.
이에, 기존의 휘발유나 경유를 사용하는 자동차에 전기 에너지를 겸하여 사용하는 하이브리드(hybrid) 전기 자동차가 출시되고 있다.
최근 전기 자동차는 환경오염 문제의 대안적인 교통 시스템으로 제시되었음에도 불구하고 짧은 1회 충전 주행거리와 긴 충전시간 등 개선되어야 할 문제점을 가지고 있다.
일반적인 하이브리드의 주요 문제점은 제한된 전체 전기 이동 범위에 의해, 통상적인 하이브리드 추진(propulsion) 수단의 전체 퍼텐셜(potential)이 현실화되지 않는다는 것이다. 이러한 문제는 더 큰 전체 전기 범위에 허용하기 위한 차량의 에너지 저장 용량 증가에 의해 제기된다. 에너지 저장 시스템이 외부 공급에서 오프셋으로 변경되고 연료 소비를 줄일 수 있다. 이러한 유형의 추진 시스템이 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)로 알려져 있다.
플러그인 하이브리드 전기 자동차의 주요 문제점은 배터리의 비용 및 제한된 배터리 수명이다. 자동차에 크기가 맞추어진 일반적인 하이브리드 추진 수단이 약 1kwh의 용량을 가지는 에너지 저장 수단을 쓸 수 있으며, 합리적인 물리적 증량 및 부피 내에서 유용한 전체-전기 범위를 획득하기 위해, 플러그인 하이브리드 배터리 시스템이 강하게 사이클링(cycling)하여야 한다. 강한 사이클링이 배터리 수명을 감소시킨다. 플러그인 배터리가 일반적인 하이브리드 차량의 배터리보다 훨씬 더 크고, 비례적으로 더 비싸다. 따라서 플러그인 하이브리드에 관한 비용 부담이 일반적인 하이브리드 차량보다 더 심각하다.
또한, 배터리 충전 시스템은 계통의 교류 전력을 직류로 변환한 다음 충전부의 출력단자에 전선으로 연결된 플러그를 전기 자동차에 꽂아 충전한다. 따라서, 교류 전력을 직류로 변환할 때 전력손실이 발생하며 충전장치에 전선으로 연결된 플러그를 자동차에 꽂아 충전할 경우 스파크 현상이 일어나는 등 사용자의 안전에 문제를 일으킬 수 있다. 또한, 다수의 이러한 플러그 타입 충전장치가 주차장 또는 충전소에 설치되어 있을 경우 유지 관리가 어려운 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기 자동차를 주차할 수 있는 주차장 등에 충방전 시스템을 구비하고, 전기 자동차가 주차장에 주차하게 될 때 비접촉 전력 전송을 이용하여 전기 자동차의 배터리가 자동으로 충전되도록 하는, 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차 충방전 시스템은, 연료 전지, 태양 전지 등과 같은 분산전원과, 전력저장용 배터리 및 에너지 관리 시스템(EMS)이 유선 또는 무선 통신 네트워크와 함께 전기적인 네트워크로 연결되어 있는 전기 자동차 충방전 시스템에 있어서, 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 양방향 DC/AC 컨버터; 상기 분산 전원의 출력을 승압된 직류 전력으로 변환하는 DC/DC 컨버터; 전력저장용 배터리를 충방전하는 양방향 DC/DC 컨버터; 상기 직류 전력을 고주파 교류전력으로 변환하여 비접촉 방식으로 전송하는 1차측 비접 촉 전력 전송부(CPTS); 및 전기 자동차에 구비되고 상기 1차측 비접촉 전력 전송부에 일정 간격으로 가까워질 때, 상기 1차측 비접촉 전력 전송부로부터 전력을 전송받아 상기 전기 자동차의 배터리에 충전시키는 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)를 포함한다.
여기서, 상기 DC/DC 컨버터는, 연료전지의 출력을 승압된 직류전력으로 변환하기 위한 제1 DC/DC 컨버터; 및 태양전지의 출력을 승압된 직류전력으로 변환하기 위한 제2 DC/DC 컨버터를 포함한다.
또한, 상기 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)의 높이 또는 상기 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)의 높이를 조절하기 위한 위치조절장치를 더 포함한다.
또한, 상기 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)는 직류전력을 고주파 교류전력으로 변환하는 공진형 인버터와 고주파 변압기의 1차측을 포함하고, 상기 전기 자동차에 장착된 상기 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)는 상기 고주파 변압기의 2차측과 고주파 교류전력을 정류하는 능동형 정류기를 포함한다.
그리고, 상기 계통전압을 강압하기 위한 상용 변압기와 상기 계통으로부터 충방전 시스템을 차단하기 위한 차단부를 더 포함한다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템은, DC 버스 상의 직류 전력을 공진형 인버터에 의해 고주파 교류전력으로 변환시킨 후 고주파 변압기의 1차측을 통해 고주파 변압기의 2차측으로 비접촉 전력 전송을 하는 1차측 비접촉 전력 전송부; 및 전기자동차 의 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 장착되고, 상기 고주파 변압기의 1차측으로부터 고주파 교류전력을 비접촉 방식으로 전송받는 고주파 변압기의 2차측과 상기 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 가까운 위치에 장착되며 상기 전송받은 교류전력을 정류시키는 능동형 정류기로 구성되며, 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 일정 간격으로 근접할 때 상기 고주파 교류전력을 전송받아 능동형 정류기에 의해 정류시킨 다음 상기 전기자동의 배터리에 충전하는 2차측 비접촉 전력 전송부를 포함한다.
또한, 상기 1차측 고주파 변압기의 양단 및 상기 2차측 고주파 변압기의 양단에는 상기 전기 자동차의 자동 주차를 위한 주차 센서가 각각 부착되어 있다.
또한, 상기 전기 자동차에는 상기 고주파 변압기의 1차측과 2차측에 있는 주차 센서를 이용하여 앞 범퍼와 뒷 범퍼에 장착된 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 접근한 후 정차하도록 하는 자동 주차 시스템이 구비되어 있다.
그리고, 상기 전기 자동차가 상기 고주파 변압기의 1차측으로부터 수 m 이내에서 운전자에 의해 자동 주차 모드로 진입하면, 상기 자동 주차 시스템은 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 위치한 상기 고주파 변압기의 2차측이 정확하게 상기 고주파 변압기의 1차측에 일정 간격으로 접근하도록 유도하여 상기 전기 자동차가 정차하게 하며, 상기 전기 자동차는 상기 고주파 변압기의 1차측으로부터 상기 고주파 변압기의 2차측을 통해 전송받은 전력으로 배터리를 충전시킨다.
다른 한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법은, 연료 전지, 태양 전지 등과 같은 분산전원과 전력저장용 배터리, 에너지 관리 시스템(EMS) 및 비접촉 전력 전송 시스템이 유선 또는 무선 통신 네트워크와 함께 전기적인 네트워크로 연결되어 있는 시스템의 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법으로서, (a) 교류계통으로부터 DC/AC 컨버터에 의해 변환된 직류전력 또는 분산전원으로부터 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류전력이 1차측 비접촉 전력 전송 시스템으로 인가되는 단계; (b) 상기 1차측 비접촉 전력 전송 시스템에 전기 자동차가 일정 간격으로 근접하는 단계; (c) 상기 직류전력이 상기 1차측 비접촉 전력 전송 시스템의 고주파 변압기 1차측에서 상기 전기 자동차의 고주파 변압기 2차측으로 전송되는 단계; 및 (d) 상기 전기 자동차의 고주파 변압기 2차측에 고주파 교류전력이 정류된 후 상기 전기 자동차의 배터리에 충전되는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 전기 자동차가 자동 주차 시스템에 의해 상기 1차측 비접촉 전력 전송 시스템에 근접함에 따라, 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 근접한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 고주파 변압기의 1차측 양단 및 상기 고주파 변압기의 2차측 양단에 부착된 주차 센서를 이용하여 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 근접한다.
그리고, 상기 (c) 단계는, 상기 직류전력이 공진형 인버터를 통해 고주파 교류전력으로 변환된 다음 상기 고주파 변압기의 1차측을 통해 상기 전기 자동차에 위치한 고주파 변압기의 2차측에 비접촉 방식으로 전송되고, 상기 고주파 변압기의 2차측 고주파 교류전력은 능동형 정류기를 통해 정류된 다음 상기 전기 자동차의 배터리에 충전된다.
본 발명에 의하면, 전기 자동차용 충방전 시스템의 전력 변환 단계를 최소화하여 전력 손실을 최소화 할 수 있다.
또한, 기존과 같이 충전 장치의 출력단자에 전선으로 연결된 플러그를 전기 자동차에 꽂는 과정 없이 전기 자동차를 충전하기 때문에 안전사고를 방지할 수 있고, 운전자가 전기 자동차를 충전하기에 편리하며, 충방전 시스템의 유지 관리가 용이해진다.
그리고, 주유소, 주차장, 개인주택 등에 설치가 가능하며, 환경에 따라 태양광, 연료전지, 풍력, 엔진 발전기 등 신재생 에너지원을 변경할 수 있어 유연하고 친환경적인 충방전 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차 충방전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 자동차 충방전 시스템(100)은, 연료 전지(Fuel Cell)(102), 태양 전지(Solar Cell)(104), 전력저장용 배터리(Battery)(106), 에너지 관리 시스템(Energy Management System)(108) 및 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(CPTS:Contactless Power Transmission System)(110)이 유선 또는 무선 통신 네트워크와 함께 전기적인 네트워크로 연결되어 있다.
또한, 전기 자동차 충방전 시스템(100)은 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)으로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받아 자동차 내부에 구비된 배터리에 충전하는 2차측 비접촉 전력 전송 시스템(142)이 장착되어 있는 전기 자동차(140)를 포함한다. 여기서 전기 자동차(140)는 예컨대, 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)를 들 수 있다.
또한, 전기 자동차 충방전 시스템(100)은 연료 전지(102)와 태양 전지(104)의 출력이 전기 자동차(140)의 배터리를 충전하는데 필요한 전력보다 적을 경우 계통으로부터 양방향 DC/AC 컨버터(Bidirection DC/AC)(120)를 통해 부족한 전력을 수전하고, 연료 전지(102)와 태양 전지(104)의 출력이 전기 자동차(140)의 배터리를 충전하는데 필요한 전력보다 많을 경우 양방향 DC/AC 컨버터(120)를 통해 잉여전력을 계통으로 송전한다.
또한, 연료 전지(102)의 출력은 DC 버스(130)와 연료 전지(102) 사이의 제1 DC/DC 컨버터(132)를 통해 승압된 직류전력으로 변환되어 DC 버스(130)로 전달된 다.
또한, 태양 전지(104)의 출력은 DC 버스(130)와 태양 전지(104) 사이의 제2 DC/DC 컨버터(134)를 통해 승압된 직류전력으로 변환되어 DC 버스(130)로 전달된다.
또한, 전력저장용 배터리(106)는 DC 버스(130)와 전력저장용 배터리(106) 사이에 양방향 DC/DC 컨버터(136)를 통해 충방전되며 에너지 버퍼 역할을 한다.
또한, DC 버스(130)에는 직류 전력을 공진형 인버터와 고주파 변압기의 1차측을 통해 비접촉 방식으로 전력을 전송하는 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)이 연결되어 있다.
또한, 계통전압을 강압하기 위한 상용 변압기(124)와 계통으로부터 전기자동차 충방전 시스템(100)을 차단하기 위한 차단부(Circuit Braker)(122)가 계통과 양방향 DC/AC 컨버터(120) 사이에 연결되어 있다.
그리고, 에너지 관리 시스템(108)은 전기 자동차 충방전 시스템(100)의 전력 흐름(Power Flow)을 통합 감시 제어한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전력 전송 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉 전력 전송 시스템은, 주차장 등에 설치된 충전 시스템에 구비되는 공진형 인버터(Resonant Inverter)(210)와, 전기 자동차에 구비되는 능동형 정류기(Controlled Rectifier)(220) 및 그 중간에 위치 하는 고주파 변압기(230)로 이루어진다.
여기서, 고주파 변압기(230)는 공진형 인버터(210) 측에 있는 고주파 변압기1차측(232)과 능동형 정류기(220) 측에 있는 고주파 변압기 2차측(234)으로 구성된다.
능동형 정류기(220)를 구비하고 있는 전기 자동차는 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)에 일정 간격으로 가까워질 때, 고주파 변압기(230)의 1차측(232)으로부터 고주파 변압기(230)의 2차측(234)을 통해 비접촉 방식으로 전력을 전송받아 정류 후 내부에 구비된 배터리에 충전시키는 2차측 비접촉 전력 전송 시스템(142)을 포함한다.
그런데, 1차측 CPTS(110)에 전기 자동차(140)가 접근함에 따라 전기 자동차(140)의 범퍼에 위치한 2차측 CPTS(142)가 근접하게 되나, 범퍼의 높이는 차량의 종류에 따라 각각 다르므로 1차측 CPTS(110)와 2차측 CPTS(142)가 일직선 상으로 근접하지 못하게 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 도시하지는 않았지만 1차측 CPTS(110) 또는 2차측 CPTS(142)의 고주파 변압기(232, 234) 측에 위치조절장치를 구비하여, 이를 통해 고주파 변압기의 1차측(232)과 고주파 변압기의 2차측(234)이 일직선 상으로 근접하도록 위치를 조절할 수 있다.
또한, 고주파 변압기의 2차측(234) 높이에 대해 표준 높이로 몇 개를 설정하고, 1차측 CPTS(110)를 각각의 표준 높이에 따라 여러대 설치하여 고주파 변압기의 2차측(234) 높이와 가장 근접한 1차측 CPTS(110)가 자동적으로 동작하게 할 수 있 다.
한편, 본 발명에 따른 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차용 충전 시스템은 주차장이나 주유소, 개인주택 등에 설치할 수 있으며, 이런 장소에 본 발명에 따른 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)을 포함하는 전기 자동차용 충전 시스템으로 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 공진형 인버터(210)와 고주파 변압기(230)의 1차측(232)이 전기 자동차용 충전 시스템에 연결된다.
따라서, 연료 전지(102)와 태양 전지(104)의 출력은 각각 제1 DC/DC 컨버터(132)와 제2 DC/DC 컨버터(134)를 통해 승압된 직류전력으로 변환되며, 연료전지(102)와 태양전지(104)의 출력이 자동차 배터리를 충전하는데 필요한 전력보다 적을 경우 양방향 DC/AC 컨버터(Bidirectional DC/AC)(120)를 통해 계통으로부터 교류전력이 직류전력으로 변환된다. 변환된 직류전력은 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 공진형 인버터(210)를 통해 고주파 교류전력으로 변환되어 고주파 변압기(230)의 1차측(232)에 전달된다.
이때, 고주파 변압기(230)의 1차측으로부터 비접촉 방식으로 전력을 전송받는 고주파 변압기(230)의 2차측(234)은 전기 자동차(140)의 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 장착되고, 전송받은 고주파 교류전력을 정류시키는 능동형 정류기(220)가 전기 자동차(140)의 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 가까운 위치에 장착된다.
따라서, 전기 자동차(140)가 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)에 가까이 접근하면, 고주파 변압기(230)의 2차측(234)이 고주파 변압기(230)의 1차측(232)에 일정 간격으로 근접하게 되고, 그에 따라 고주파 변압기(230)의 2차측(234)이 고주파 변압기(230)의 1차측(232)으로부터 교류전력을 전송받고 능동형 정류기(220)를 통해 정류시키게 된다.
또한, 고주파 변압기(230)의 1차측(232)의 양단 및 고주파 변압기(230)의 2차측(234) 양단에는 전기 자동차(140)의 자동 주차를 위한 주차 센서가 각각 부착되어 있다.
한편, 전기 자동차(140)는 고주파 변압기(230)의 1차측(232) 및 고주파 변압기(230)의 2차측(234)에 있는 주차 센서를 이용하여 앞 범퍼와 뒷 범퍼에 장착된 고주파 변압기(230)의 2차측(234)이 고주파 변압기(230)의 1차측(232)에 접근한 후 정차하도록 하는 자동 주차 시스템을 구비한다.
따라서, 전기 자동차(140)가 고주파 변압기(230)의 1차측(232)으로부터 수 m 이내에서 운전자에 의해 자동 주차 모드로 진입하면, 자동 주차 시스템은 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 위치한 고주파 변압기(230)의 2차측(234)이 정확하게 고주파 변압기(230)의 1차측(232)에 접근하도록 유도하여 전기 자동차(140)가 정차하며, 전기 자동차(140)는 고주파 변압기(230)의 1차측(232)으로부터 고주파 변압기(230)의 2차측(234)을 통해 전송받은 고주파 교류전력을 정류시킨 후 배터리에 충전시키게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법을 설명하기 위한 전체 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 연료 전지(102)와 태양 전지(104)의 출력은 각각 제1 DC/DC 컨버터(132) 및 제2 DC/DC 컨버터(134)를 통해 승압된 직류전력으로 변환된 다음 DC 버스(130)로 전달되고, 전력저장용 배터리(106)는 양방향 DC/DC 컨버터(120)를 통해 충방전되며 에너지 버퍼 역할을 한다(S410).
연료전지(102)와 태양전지(104)의 출력이 전기 자동차(140)의 배터리를 충전하는데 필요한 전력보다 적을 경우 계통으로부터 양방향 DC/AC 컨버터(Bidirectional DC/AC)(120)를 통해 부족한 전력을 수전하고, 연료전지(102)와 태양전지(104)의 출력이 전기 자동차(140)의 배터리를 충전하는데 필요한 전력보다 많을 경우 양방향 DC/AC 컨버터(120)를 통해 잉여전력을 계통으로 송전한다.
이어, 전기 자동차(140)가 도 4에 도시된 바와 같이 주차장 등에 설치된 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)에 근접한다(S320). 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 전기 자동차가 1차측 비접촉 전력 전송 시스템에 근접하여 배터리를 충전하는 것을 나타낸 도면이다.
즉, 전기 자동차(140)는 자동 주차 시스템에 의해 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)에 근접하게 되고, 그에 따라 고주파 변압기(230)의 2차측(234)이 고주파 변압기(230)의 1차측(232)에 근접하게 된다.
이때, 고주파 변압기(230)의 1 (232)의 양단 및 고주파 변압기(230)의 2차측(234)의 양단에 부착된 주차 센서를 이용하여 전기 자동차(140)의 고주파 변압기(230)의 2차측(234)이 고주파 변압기(230)의 1차측(232)에 근접하게 된다.
이어, 전기 자동차(140)가 충전모드로 들어가면, DC 버스(130) 상의 직류 전력이 1차측 비접촉 전력 전송 시스템(110)의 공진형 인버터(210)에 의해 고주파 교류전력으로 변환된 다음 고주파 변압기(230)의 1차측(232)을 통해 비접촉 방식으로 전기 자동차(140)의 고주파 변압기(230)의 2차측(234)으로 전송된다(S330).
고주파 변압기(230)의 1차측(232)으로부터 비접촉 방식으로 고주파 변압기(230)의 2차측(234)에 전송된 고주파 교류전력은 능동형 정류기(220)를 통해 정류된 후 전기 자동차(140)의 배터리에 충전된다(S340).
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전기 자동차를 주차할 수 있는 주차장 등에 충방전 시스템을 구비하고, 전기 자동차가 주차장에 주차하게 될 때 비접촉 전력 전송을 이용하여 전력이 전기 자동차의 배터리에 자동으로 충전되도록 하는, 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충방전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전력 전송 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법을 설명하기 위한 전체 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 전기 자동차가 비접촉 전력 전송 시스템에 근접하여 전원을 충전하는 것을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 전기 자동차 충방전 시스템 102 : 연료 전지
104 : 태양 전지 106 : 배터리
108 : EMS 110 : 1차측 CPTS
120 : 양방향 DC/AC 컨버터 122 : 차단부
124 : 상용 변압기 130 : DC 버스
132 : 제1 DC/DC 컨버터 134 : 제2 DC/DC 컨버터
136 : 양방향 DC/DC 컨버터 140 : 전기 자동차
142 : 2차측 CPTS 210 : 공진형 인버터
220 : 능동형 정류기 230 : 고주파 변압기
232 : 고주파 변압기 1차측 234 : 고주파 변압기 2차측

Claims (13)

  1. 연료 전지(Fuel Cell), 태양 전지(Solar Cell) 등을 포함하는 분산전원, 전력저장용 배터리(Battery) 및 에너지 관리 시스템(Energy Management System)이 유선 또는 무선 통신 네트워크와 함께 전기적인 네트워크로 연결되어 있는 전기 자동차 충방전 시스템에 있어서,
    계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 양방향 DC/AC 컨버터;
    상기 분산전원의 출력을 승압된 직류전력으로 변환하는 DC/DC 컨버터;
    전력저장용 배터리를 충방전하는 양방향 DC/DC 컨버터;
    직류전력을 고주파 교류전력으로 변환하여 비접촉 방식으로 전송하는 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS); 및
    전기 자동차에 구비되고 상기 1차측 비접촉 전력 전송부에 일정 간격으로 가까워질 때, 상기 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)로부터 전력을 전송 받아 상기 전기 자동차의 배터리에 충전시키는 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS);
    를 포함하는 전기 자동차 충방전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 연료전지의 출력을 승압된 직류전력으로 변환하기 위한 제1 DC/DC 컨버 터; 및
    상기 태양전지의 출력을 승압된 직류전력으로 변환하기 위한 제2 DC/DC 컨버터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충방전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)의 높이 또는 상기 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)의 높이를 조절하기 위한 위치조절장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충방전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)는 상기 직류전력을 고주파 교류전력으로 변환하는 공진형 인버터(Resonant Inverter)와 고주파 변압기의 1차측을 포함하고, 상기 전기 자동차에 위치한 상기 2차측 비접촉 전력 전송부(CPTS)는 상기 고주파 변압기의 2차측과 상기 고주파 교류전력을 정류하는 능동형 정류기(Controlled Rectifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충방전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계통의 전압을 강압하기 위한 상용 변압기; 및
    상기 계통으로부터 충방전시스템을 차단하기 위한 차단부(Circuit Braker);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충방전 시스템.
  6. DC 버스 상의 직류전력을 공진형 인버터에 의해 고주파 교류전력으로 변환시키고, 상기 고주파 교류전력을 고주파 변압기의 1차측을 통해 고주파 변압기의 2차측으로 비접촉 방식으로 전송하는 1차측 비접촉 전력 전송부; 및
    전기 자동차의 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 장착되고, 상기 고주파 변압기의 1차측으로부터 고주파 교류전력을 비접촉 전력 전송 방식으로 전송받는 고주파 변압기의 2차측과 상기 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 가까운 위치에 장착되어 상기 전송받은 고주파 교류전력을 정류시키는 능동형 정류기로 구성되며, 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 일정 간격으로 근접할 때 상기 고주파 교류전력을 전송받아 상기 능동형 정류기에 의해 정류시킨 다음 상기 전기 자동차의 배터리를 충전하는 2차측 비접촉 전력 전송부;
    를 포함하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고주파 변압기의 1차측 양단 및 상기 고주파 변압기의 2차측 양단에는 상기 전기 자동차의 자동 주차를 위한 주차 센서가 각각 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기 자동차에는 상기 고주파 변압기의 1차측 및 상기 고주파 변압기의 2차측에 있는 주차 센서를 이용하여 앞 범퍼와 뒷 범퍼에 장착된 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 접근한 후 정차하도록 하는 자동 주차 시스템이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 자동차가 상기 고주파 변압기의 1차측으로부터 일정 간격 이내에서 운전자에 의해 자동 주차 모드로 진입하면, 상기 자동 주차 시스템은 앞 범퍼 및 뒷 범퍼에 위치한 상기 고주파 변압기의 2차측이 정확하게 상기 고주파 변압기의 1차측에 접근하도록 유도하여 상기 전기 자동차가 정차하게 하며, 상기 전기 자동차는 상기 고주파 변압기의 1차측으로부터 상기 고주파 변압기의 2차측을 통해 비접촉 방식으로 고주파 교류전력을 전송받아 능동형 정류기에 의해 정류한 다음 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충방전 시스템.
  10. 연료 전지(Fuel Cell), 태양 전지(Solar Cell), 전력저장용 배터리(Battery), 에너지 관리 시스템(Energy Management System) 및 비접촉 전력 전송 시스템이 유선 또는 무선 통신 네트워크와 함께 전기적인 네트워크로 연결되어 있는 시스템의 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법으로서,
    (a) 교류계통으로부터 양방향 DC/AC 컨버터에 의해 변환된 직류전력 또는 분산전원으로부터 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류전력이 1차측 비접촉 전력 전송 시스템으로 인가되는 단계;
    (b) 상기 1차측 비접촉 전력 전송 시스템에 전기 자동차가 근접하는 단계;
    (c) 상기 직류전력이 상기 1차측 비접촉 전력 전송 시스템의 고주파 변압기 1차측에서 상기 전기 자동차의 고주파 변압기 2차측으로 전송되는 단계; 및
    (d) 상기 전기 자동차의 고주파 변압기 2차측의 고주파 교류전력이 정류된 후 상기 전기 자동차의 배터리에 충전되는 단계;
    를 포함하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 전기 자동차가 자동 주차 시스템에 의해 상기 1차측비접촉 전력 전송 시스템에 근접함에 따라, 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 근접하는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 고주파 변압기의 1차측 양단 및 상기 고주파 변압기의 2차측 양단에 부착된 주차 센서를 이용하여 상기 고주파 변압기의 2차측이 상기 고주파 변압기의 1차측에 근접하는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 직류전력이 공진형 인버터를 통해 고주파 교류전력으로 변환된 다음 상기 고주파 변압기의 1차측을 통해 상기 전기 자동차에 위치한 고주파 변압기의 2차측에 비접촉 방식으로 전송되고, 상기 고주파 변압기 2차측의 고주파 교류전력은 능동형 정류기를 통해 정류된 후 상기 전기 자동차의 배터리에 충전되는 것을 특징으로 하는 비접촉 전력 전송을 이용한 전기 자동차 충전 방법.
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