KR20140141784A - 풍력을 사용하여 충전한 축전지를 보조배터리로 사용하는 전기자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차에 관한 것으로, 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구가 구비되어 자동차 주행시에 풍력팬의 회전력에 의해 발생되는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 풍력 충전 장치와, 상기 전기자동차 주행시 상기 풍력 팬에 공기를 공급하는 공기유입수단을 구비하고, 상기 전기자동차는 상기 풍력 충전 장치의 축전지 또는 전기자동차 배터리 모듈이 전기 계통에 따라 차량 콘트롤러에 연동되고, 상기 차량 콘트롤러의 제어에 의해 전기 모터(M)를 구동하는 모터 구동부와 상기 모터 구동부에 의해 차축 구동 모터(전기 모터)가 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구가 있는 풍력 충전 장치를 구비하고 공기유입구 뒷단에 있는 공기토출구의 좌우측 면에 형성된 가이드에 의해 공기토출구로 바람을 모아 풍력팬을 동작하여 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하며, 전기배터리의 소모시 풍력 충전 장치의 축전지를 전기 자동차의 배터리 모듈의 보조 배터리로 사용하는 효과가 있다.

Description

풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차{Electric vehicle for charging the electricity by using wind power}
본 발명은 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구와 가이드부 및 공기토출구를 구비하고 풍력 충전 장치를 구비하여 자동차 주행시 공기유입구를 지나 공기토출구의 좌우측 면에 형성된 가이드부를 통해 공기토출구로 바람을 모아 풍력팬을 회전시켜 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전하는, 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차에 관한 것이다.
일반 자동차는 가솔린 엔진, 디젤 엔진 등을 사용하며, 시동시 점화 플러그를 통해 자동차의 엔진을 구동하여 자동차의 화석 연료(경유, 휘발유, 가스, LPG 등)의 연소로부터 ECU(Electronic Control Unit)의 제어에 의해 차축의 구동 모터를 구동하여 주행하며 배기 가스가 발생하여 매연과 공해 등의 환경 문제가 발생한다. 그러므로, 가솔린 엔진, 디젤 엔진을 사용하는 일반 자동차는 엔진 출력, 연비 향상, 배기가스 저감 기술이 필요하다.
내연기관 자동차(ICV:Internal Combustion Vehicle)는 탄화수소계 연료를 엔진의 내부에서 압축, 발화, 폭발, 팽창시켜 발생하는 에너지를 사용하여 석유 상태에서의 화학적 에너지가 산화(연소)되면서 발생되는 열, 압력, 소리의 에너지 중 압력 에너지를 차륜의 바퀴를 구동하는 운동 에너지에 의해 작동한다.
전기자동차(EV, Electric Vehicle)는 1873년 가솔린 엔진을 사용하는 자동차보다 먼저 제작되었으나, 전기자동차 배터리의 무거운 중량, 전기 자동차 배터리 충전에 걸리는 시간(8시간) 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 석유 자원 고갈과 배기가스 공해 등의 환경 문제가 제기되면서 다시 개발되고 있다.
전기자동차(EV)는 엔진을 사용하지 않고 전기자동차 배터리로부터 축전되어 있는 화학 에너지가 방전될 때 전기 에너지를 공급받아 ECU의 제어에 의해 전기 모터를 구동하여 동작되며, 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있다.
전기자동차는 자동차 엔진이 전기자동차 배터리와 전기 모터로 대치된 것 외에 내연기관 자동차들과 차이가 있으며, 전기자동차를 실용화하기 위해 에너지의 공급원인 전기자동차 배터리의 경량·소형화 및 배터리의 보다 짧은 충전시간이 요구된다.
전기자동차 배터리는 Cell 단위의 다수의 배터리가 모여진 전기자동차용 배퍼리 팩에는 전지의 온도, 전압, 전류를 관리하는 BMS(Battery Management System), 전기 자동차의 구동을 제어하고 고장을 진단하고 제어하는 ECU(Electronic Control Unit), 공랭식 또는 수냉식으로 전기자동차용 배터리 팩에 온도를 유지하는 냉각팬과 냉각 시스템을 구비한다.
전기자동차는 차체와, 차체의 바닥부에 다수의 배터리를 연결하여 구성된 배터리 모듈과, 배터리 모듈에서 공급되는 전원으로 자동차를 구동하여 차축을 회전시켜 자동차의 주행이 이루어지도록 하는 구동모터로 구성되며, 배터리 모듈의 충전을 위한 충전장치가 별도로 구비된다. 전기 자동차의 배터리로부터 공급된 전기의 힘으로 전기모터를 구동시키고, 전기모터의 구동력을 이용하여 트랜스미션(Transmission, 변속기)에 의해 전기모터의 회전 운동에 의해 차축의 바퀴들을 회전시켜 차량의 주행이 이루어진다.
그러나, 전기자동차는 배터리 모듈의 축전지에 충전되어 있던 전력이 차량주행에 의하여 완전히 소모된 후, 별도의 전기충전소에서 전기자동차의 배터리 모듈과 연결된 충전 플러그에 전기충전소의 외부전원을 연결하여 재충전시켜야 하는 번거로움이 있으며, 배터리 모듈의 충전시간이 길 뿐만 아니라 실질적으로 주행하면서 축전지를 충전시키는 것은 거의 불가능하다. 또한, 전기자동차의 배터리 모듈은 한 번의 충전으로 200㎞ 내외의 짧은 거리, 최고 시속 150km/h으로 주행할 수 있으나, 전기자동차의 배터리의 전기가 부족시 또는 장거리 주행시 여러 번에 걸쳐 주행을 멈추지않도록 배터리를 충전해야 하지만 전기자동차 배터리 충전시간이 8시간 정도 소요되므로 실용성이 많이 떨어지므로 엔진(Engine)과 전기 모터(M)를 공동으로 사용하는 하이브리드 전기자동차가 연구개발되게 되었다.
일본 기업은 내연기관 구동 시 발생하는 전기를 배터리에 저장 활용하는 하이브리드 전기자동차(HEV, Hybrid EV), 미국 기업은 전기를 주동력원으로 배터리 잔량에 따라 엔진을 발전하는 플러그 인 전기자동차(PHEV, Plug-in Hybrid EV)(기본 충전 4.5 시간, 급속 충전 30분), 그리고 EU는 클린 디젤차(CDV), 중국 기업은 전기자동차 배터리로만 주행하는 배터리 전기자동차(BEV, Battery Electric Vehicle)에 보급 가능성을 전망하고 자국 전기자동차 기술을 강점으로 부각시키는 전략으로 전기자동차가 개발되고 있다.
BEV는 2차 전지(니켈 카드뮴 전지, 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지)를 전기자동차 배터리로 사용한다.
전기자동차의 전기를 공급하는 방식은 연료 전지(fuel cell)와 배터리(battery)의 2가지 방식이 있으며, 연료 전지(fuel cell)는 물(H2O)을 전기분해(electrolysis)하여 수소(H)와 산소(O)를 반응시켜 열과 전기를 생성하는 원리를 사용한다.
최근, 덴마크와 네델란드의 풍차 기술로부터 발전된 기존의 화석 연료, 석유 연료를 대체하는 차세대 에너지로 각광받고 있는 풍력 발전은 윈드 팜, 윈드 파크 등지에서 바람이 강한 지역에서 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 터빈(Wind Turbine)을 설치하고, 풍속에 따라 회전하는 3개의 블레이드가 구비된 풍자 로터(rotor)에 회전에 의해 기어박스와 발전기를 구동하여 전력을 생성하고 제어기의 제어에 따라 충전회로에 의해 풍력 에너지가 전력으로 변환된 전기를 축전지에 충전한다.
그러나, 전기자동차에 전기자동차 배터리와 풍력 충전장치가 구비 되지않았으며, 이러한 필요성에 따라 자동차의 주행시에 전기 자동차의 배터리를 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 장치가 필요하게 되었다.
대한민국 특허청 공개특허공보 10-2007-0038588
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구와 가이드부 및 공기토출구를 구비하고 풍력 충전 장치를 구비하여 자동차 주행시 공기유입구를 지나 공기토출구의 좌우측 면에 형성된 가이드부를 통해 공기토출구로 바람을 모아 풍력팬을 회전시켜 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전하는, 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차는 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구가 구비되어 자동차 주행시에 풍력팬의 회전력에 의해 발생되는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 풍력 충전 장치(100)와, 상기 전기자동차 주행시 상기 풍력팬에 공기를 공급하는 공기유입수단(700)을 구비하고, 상기 전기자동차는 상기 풍력 충전 장치의 축전지(140) 또는 전기자동차 배터리 모듈(212)이 전기 계통에 따라 차량 콘트롤러(210)에 연동되고, 상기 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 전기 모터(M)를 구동하는 모터 구동부(220)와 상기 모터 구동부(220)에 의해 차축 구동 모터(전기 모터)(230)가 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기유입수단(700)은 공기를 모으는 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)가 포함되되, 상기 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)는 상하좌우면을 감싸고 앞면과 뒷면이 개방되며, 앞면은 공기가 유입되는 공기유입구(109)이고, 상기 뒷면은 상기 공기유입구(109)를 통해 유입된 공기가 토출되는 공기토출구(107)이며, 상기 공기유입구의 면적은 상기 공기 토출구의 면적보다 크게 만들어 공기유입구(109)의 공기 유입속도보다 공기토출구(107)의 공기속도가 빠르도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 공기유입구는 차량 앞면의 본네트와 차량의 저면 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 공기유입구의 앞쪽에는 바람을 통과시키고 이물질이 통과하지 못하도록 커버가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 풍력팬은 상기 공기토출구의 뒷단에 설치되되, 풍력팬의 회전축은 공기토출구의 면에 수직으로 배치되며, 상기 풍력팬은 프로펠러 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 풍력팬은 공기토출구(107)의 뒷단에 설치되되, 풍력팬의 회전축은 공기토출구의 면과 수평으로 배치되며, 상기 풍력팬은 레이디얼 팬 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 레이디얼 팬의 지름이 D이고 공기 토출구의 높이가 h인 경우, 공기토출구의 중심선(105)이 레이디얼 팬의 중심선(106) 보다 상방에 위치하고 레이디얼 팬의 지름(D)은 2h < D < 4h 이내에 존재하며, 상기 공기유입구(109)와 상기 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)를 통해 공기토출구(107)로 바람이 유입되면, 레이디얼 팬이 회전하여 풍력 충전 장치의 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 풍력 충전 장치(100)는 바람 발생시 상기 공기유입구를 통과하고 상기 가이드부를 지나 상기 공기토출구로 토출되는 바람에 의해 회전되는 풍력팬(110); 상기 풍력팬의 회전력에 의해 기어들과 연결된 발전기를 구동하여 교류 전압을 발생시키는 발전기(120); 상기 발전기(120)로부터 공급된 AC 전압을 정류하여(Voltage Regulator) DC전압으로 변환하는 전력변환장치(121); 상기 전력변환장치(121)로부터 공급된 DC 전압을 충전하는 충전 회로(130); 상기 충전회로(130)에 연결되어 충전량을 표시하는 충전 표시부(131); 상기 충전회로(130)로부터 공급되는 전기를 충전하는 축전지(140); 풍력 충전 장치(100)의 전원 ON/OFF 동작을 구동하는 전원 버튼(142); 및 전기 자동차의 차량 콘트롤러와 연결되고 전원 버튼의 동작에 따라 풍력 충전 장치를 구동하는 콘트롤러(141)를 포함한다.
상기 풍력 충전 장치(100)는 상기 풍력팬 동작시 풍력팬의 회전축에 연결되어 풍력팬의 구동음과 회전축의 소리가 포함되는 음향 신호를 입력받는 음향 입력 수단과, 입력된 음향 신호를 변조하는 음향 변조 수단과, 상기 음향 변조 수단을 통해 변조된 음향 신호를 증폭하여 출력하는 음향 출력부를 더 포함한다.
상기 풍력 충전 장치(100)는 바람을 통과시키고 이물질을 필터링하면서 공기유입구에 형성된 커버를 더 포함한다.
상기 차량 콘트롤러(210)는 상기 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 만충전시 자동으로 풍력 충전 장치의 전원을 OFF 시키는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 콘트롤러(210)는 전기자동차의 전체적인 제어 기능을 제공하고, 기본적인 전기자동차 배터리 모듈의 잔존용량과 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 충전 전력량 모니터링, 배터리 상태를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 콘트롤러(210)는 상기 풍력 충전 장치의 콘트롤러와 전원부와 연결되고, 사용자의 선택에 따라 상기 풍력 충전 장치를 ON/OFF 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차는 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구와 가이드부 및 공기토출구를 구비하고 풍력 충전 장치를 구비하여 자동차 주행시 공기유입구를 지나 공기토출구의 좌우측 면에 형성된 가이드부를 통해 공기토출구로 바람을 모아 풍력팬을 회전시켜 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전하고, 전기배터리의 소모시 풍력 충전 장치의 축전지를 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 도 1b의 전기자동차 앞면의 풍력충전 장치 좌우측면의 가이드에 의해 바람을 모으는 전기자동차의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차의 구성도를 나타낸다.
도 4는 전기자동차에서 풍력으로 전력을 충전하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 도 1b의 전기자동차 앞면의 풍력충전 장치 좌우측면의 가이드에 의해 바람을 모으는 전기자동차의 평면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차는 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구(109), 가이드부(101) 및 공기토출구(107)를 구비하여 바람이 풍력 충전 장치(100)로 유입되도록 하고, 자동차 주행시에 전기자동차 앞면의 철망 구조의 커버가 구비된 공기 유입구(109)를 지나 공기토출구(107)의 좌우측 면에 형성된 가이드부(101)에 의해 공기토출구(107)로 바람을 모아 풍력팬의 회전력에 의해 교류 발전기와 전력변환장치(AC 전압->DC 전압으로 변환)를 구동하여 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전한다.
풍력 충전 장치(100)는 바람을 통과시키고 이물질을 필터링하면서 공기유입구(109)에 형성된 철망 구조의 커버를 더 포함한다.
전기 자동차의 차량 콘트롤러는 눈, 비, 우천시 또는 고속도로 주행시 전원 버튼을 조작하여 풍력 충전 장치의 전원을 ON/OFF 시킨다.
상기 전기자동차는 배터리 모듈(212)의 충전을 위한 전기자동차 배터리 충전기(211)를 구비되며, 이와는 별도로 전기자동차의 앞면에 공기토출구(10) 뒷단에 풍력 충전 장치(100)를 구비하고, 배터리 모듈(212)이 컨버터(213)를 통해 차량 콘트롤러와 연결되어 전기자동차의 차체와 설비 및 차체의 바닥부에 다수의 배터리를 연결하여 구성된 전기자동차 배터리 모듈(212)을 구비하며, 전기자동차 배터리 모듈(212)로부터 공급되는 전원으로 모터 구동부(220)에 의해 차축 구동 모터(전기 모터)(230)를 구동하여 차축을 회전시켜 자동차의 주행이 이루어지도록 한다.
전기자동차 배터리 모듈은 Cell 단위의 다수의 배터리가 모여진 전기자동차용 배퍼리 팩에는 전지의 온도, 전압, 전류를 관리하는 BMS(Battery Management System), 전기 자동차의 구동을 제어하고 고장을 진단하고 제어하는 ECU(Electronic Control Unit), 공랭식 또는 수냉식으로 전기자동차용 배터리 팩에 온도를 유지하는 냉각 시스템을 구비한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차를 나타낸 도면이다.
풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차는 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구가 구비되어 자동차 주행시에 풍력팬의 회전력에 의해 발생되는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 풍력 충전 장치(100)와, 상기 전기자동차 주행시 상기 풍력 팬에 공기를 공급하는 공기유입수단(700)을 구비하고, 상기 전기자동차는 상기 풍력 충전 장치의 축전지(140) 또는 전기자동차 배터리 모듈(212)이 전기 계통에 따라 차량 콘트롤러(210)에 연동되고, 상기 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 전기 모터(M)를 구동하는 모터 구동부(220)와 상기 모터 구동부(220)에 의해 차축 구동 모터(전기 모터)(230)가 구동되는 것을 특징으로 하는 한다.
상기 공기유입수단(700)은 공기를 모으는 가이드부(101A, 101B,101C, 101D)가 포함되되, 상기 가이드부(101A, 101B,101C, 101D)는 상하좌우면을 감싸고 앞면과 뒷면이 개방되며, 앞면은 공기가 유입되는 공기유입구(109)이고, 상기 뒷면은 상기 공기유입구(109)를 통해 유입된 공기가 토출되는 공기토출구(107)이며, 상기 공기유입구의 면적은 상기 공기 토출구의 면적보다 크게 만들어 공기유입구(109)의 공기 유입속도보다 공기토출구(107)의 공기속도가 빠르도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 공기유입구는 차량 앞면의 본네트와 차량의 저면 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 공기유입구의 앞쪽에는 바람을 통과시키고 이물질이 통과하지 못하도록 커버가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 풍력팬은 본 발명의 제1 실시예에서는, 도 1a 및 도 1b에 도시되 바와 같이, 상기 공기유입구의 뒷단에 설치되되, 풍력팬의 회전축은 공기토출구의 면에 수직으로 배치되며, 상기 풍력팬은 프로펠러 형태인 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에서는, 상기 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차의 앞면에 형성된 통풍구의 유입면적(L x H)을 크게 함으로써 공기토출구(107)의 토출면적(ℓx h)으로(여기서, L은 차량 앞면의 큰 직사각형 형태의 유입면인 공기유입구의 길이, H는 공기유입구의 높이, h는 작은 직사각형 형태의 공기토출구의 높이, ℓ은 공기토출구의 길이) 공기 토출량이 커지게 하여 풍전 충전 장치에서 효율적으로 충전되도록 공기유입구(109)에서 공기토출구(107)의 인입 구조로 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)가 형성된다.
상기 풍력팬은 도 2에 도시된 바와 같이, 공기토출구(107)의 뒷단에 설치되되, 풍력팬의 회전축은 공기토출구의 면과 수평으로 배치되며, 상기 풍력팬은 레이디얼 팬 형태인 것을 특징으로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 풍력 팬으로 레이디얼 팬을 사용하는 경우, 상기 레이디얼 팬의 지름이 D이고 공기 토출구의 높이가 h인 경우, 공기토출구의 중심선(105)이 레이디얼 팬의 중심선(106) 보다 상방에 위치하고 레이디얼 팬의 지름(D)은 2h < D < 4h 이내에 존재하며, 상기 공기유입구(109)와 상기 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)를 통해 공기토출구(107)로 바람이 유입되면, 예를들면 레이디얼 팬의 지름(D)의 D/3~D/4의 크기의 팬을 가진 레이디얼 팬이 회전하여 풍력 충전 장치의 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하게 된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에서는, 별도로 그림에 도시하지 않았지만, 자동차의 앞면의 본네트 면상에 공기유입구가 형성된 풍력 충전 장치를 구비하여 풍력을 사용하여 전기를 충전할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차의 구성도를 나타낸다.
본 발명에 따른 풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차는 자동차의 앞 부분에 공기유입구가 구비되어 자동차 주행시에 프로펠러 형태의 풍력팬의 회전력에 의해 발생되는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 풍력 충전 장치(100)와, 전기자동차 앞면에 공기토출구(107)의 좌우측 면에 형성된 가이드부(101)를 구비하고, 상기 풍력팬 동작시 풍력팬의 회전축에 접속된 음향 출력부에 의해 음향 신호를 출력하며, 상기 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140) 또는 전기자동차 배터리 모듈(212)과 전기 계통에 따라 차량 콘트롤러(210)에 연동되고, 상기 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 전기 모터(M)를 구동하는 모터 구동부(220)와 상기 모터 구동부(220)에 의해 차축 구동 모터(전기모터)(230)를 구동한다.
풍력 충전 장치(100)는 풍력에 의해 회전하는 풍력팬(110), 음향 출력부(111), 발전기(120), 전력변환장치(121), 충전 회로(130), 충전표시부(131), 축전지(140), 풍력 장치의 콘트롤러(141), 전원 버튼(142)으로 구성된다.
풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 풍력 충전 장치는 공기유입구(109)를 지나 가이드부(101)에 의해 공기토출구(107)로 토출된 바람으로부터 회전하는 풍력팬의 블레이드(Blade,회전날개), 회전축(Shaft)을 포함한 회전자(Rotor)로 구성되고, 풍력팬의 회전에 의해 풍력 에너지를 발생시키며, 기어박스의 기어들과 연결되어 교류 발전기(Generator)(120)를 작동시켜 AC 전압을 생성한다.
전력변환장치(121)는 교류 발전기(120)로부터 생성된 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고, 충전 회로(130)에 의해 생성되는 DC 전압을 축전지(140)로 충전한다.
풍력 충전 장치를 구비하는 전기자동차는 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140) 또는 전기자동차 배터리 모듈(212)과 연결된 차량 콘트롤러(210), 전기자동차 차체와 설비를 구비하며, 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 모터를 구동하는 모터 구동부(220)와 모터 구동부에 의해 차축 구동 모터(230)를 구동한다.
전기자동차의 차량 콘트롤러(210)는 전기자동차의 전체적인 기능을 제어하고, 기본적인 전기자동차 배터리 모듈의 잔존용량과 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 충전 전력량 모니터링, 배터리 상태를 디스플레이하고, 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 만충전시 자동으로 풍력 충전 장치의 전원을 OFF시키고, 전기자동차 배터리 모듈의 전기 소모시 풍력 충전 장치(100)의 축전지를 구동하는 역할을 한다.
전기자동차의 차량 콘트롤러(210)는 풍력 충전 장치(100)의 콘트롤러와 전원부에 연결되고, 평탄한 도로, 고속도로 등의 평지에서는 사용자의 선택에 따라 풍력 전원 장치를 ON/OFF 시킬 수 있다.
풍력 충전 장치(100)는 바람 발생시 풍력 에너지를 전기 에너지로 충전되도록 공기유입구를 지나 가이드부를 통해 공기토출구로 토출되는 바람에 의해 회전되는 풍력팬과, 풍력팬의 회전력에 의해 기어들과 연결된 발전기를 구동하여 교류 전압을 발생시키는 교류 발전기(120); 상기 교류 발전기(120)로부터 공급된 AC 전압을 정류하여(Voltage Regulator) DC전압으로 변환하는 전력변환장치(Inverter)(121); 전력변환장치(121)로부터 공급된 DC 전압을 충전하는 충전 회로(130); 충전회로(130)에 연결되어 충전량을 표시하는 충전 표시부(131); 충전회로(130)로부터 공급되는 전기를 충전하는 축전지(140); 풍력 충전 장치(100)의 전원 ON/OFF 동작을 구동하는 전원 버튼(142); 및 전기 자동차의 차량 콘트롤러와 연결되고 전원 버튼의 동작에 따라 풍력 충전 장치를 구동하는 콘트롤러(141)로 구성된다.
풍력 충전 장치(100)는 풍력팬 동작시 풍력팬의 회전축에 연결되어 풍력팬의 구동음과 회전축의 소리가 포함되는 음향 신호를 입력받는 음향 입력 수단과, 입력된 음향 신호를 변조하는 음향 변조 수단과, 상기 음향 변조 수단을 통해 변조된 음향 신호를 증폭하여 출력하는 음향 출력부(111)를 더 포함한다.
음향 출력부(100)는 사용자의 버튼 조작에 따라 전원 버튼이 구비된 버튼부의 입력에 의해 선택적으로 음향 출력 기능의 ON/OFF를 제어하여 소리를 않나게 할 수 있다.
상기 풍력팬은 풍력 충전 장치의 차량 앞면에서 바람을 통과시키며 이물질을 필터링하는 커버를 구비하는 공기유입구(109)를 지나 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)를 통해 유입되는 바람을 공기토출구(107)로 토출되면 팬이 회전하며, 회전축은 풍력팬의 중심선에 구비되고, 동력전달부는 풍력팬의 회전축에 설치되어 풍력팬의 회전력을 전달하는 기어박스의 구동기어와 피동기어로 구성되고, 교류 발전기(120)는 풍력팬의 회전력에 의해 전기 에너지로 변환하여 AC 전압을 생산하고 전력변환장치(121)에 의해 AC전압을 DC 전압으로 변환하여 충전 회로(130)에 의해 축전지(140)를 충전시킨다.
전기자동차의 차량용 콘트롤러(ECU)는 평상시 전기자동차의 배터리를 사용하고, 전기자동차 배터리 소모량을 모니터링하고 있다가 전기자동차 배터시 소모시 풍력 충전 장치의 축전지를 사용하도록 제어하며, 풍력 충전 장치의 전원 ON/OFF를 제어할 수 있다.
도 4는 전기자동차에서 풍력으로 전력을 충전하는 방법을 나타낸 순서도이다.
전기자동차에서 풍력으로 전력을 충전하는 방법은 전기자동차에 탑재된 풍력 충전 장치의 전원을 ON시키고 풍력 충전 장치의 콘트롤러를 동작시킨(S10) 후, 자동차 주행시 자동차 앞면의 공기유입구를 지나 가이드부를 통해 유입되는 바람을 공기토출구로 토출되면 풍력팬을 회전시키고, 풍력팬의 회전력에 의해 교류 발전기와 전력변환장치(AC전압->DC전압)가 구동되어 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하며(S20), 교류 발전기와 연결된 전력변환장치(AC전압->DC 전압)를 구동하여(S30) 생성되는 전기를 충전 회로에 의해 전기자동차의 배터리 레벨로 정류하여 축전지에 충전하는 단계(S40); 풍력 에너지를 전기 에너지로 충전시, 풍력 충전 장치의 회전축에 연결된 음향 출력부로 구동음을 증폭하여 스피커로 출력하는 단계(S60); 전기자동차의 차량 콘트롤러에서 기존 전기자동차 배터리의 잔존용량을 모니터링하고, 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 충전 전력량 모니터링하며, 배터리 상태를 디스플레이하다가 상기 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 만충전시(S50) 자동으로 풍력 충전 장치의 전원을 OFF 시킨다.
운전자는 필요에 따라 운전석에 구비된 전원 버튼을 눌러 차량의 콘트롤러를 동작시켜 전기자동차에 구비된 풍력 충전 장치의 전원을 ON/OFF 시킬 수 있다(S70).
전기 자동차는 전기 충전소에서 일정시간 동안 배터리 충전기(211)를 통해 전기자동차 배터리 모듈(212)로 소정의 DC 전압을 충전하고, 컨버터(DC-DC 컨버터)(213)에 의해 전기자동차 배터리 모듈의 소정의 DC 전압을 전기자동차 구동용 DC 전압으로 변환하여 전기자동차에 전원을 공급한다.
상기 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 인버터(Inverter)에 의해 전기자동차 구동용 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 모터 구동부(220)로 전력을 공급하고, 상기 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 전기 모터(M, AC 모터)를 구동하는 모터 구동부(220)와 상기 모터 구동부(220)에 의해 차축 구동 모터(전기 모터)(230)가 구동되는
전기자동차의 차량 콘트롤러(210)는 전기자동차의 전체적인 제어 기능을 제공하고, 기본적인 전기자동차 배터리 모듈과 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 충전 전력량 모니터링, 배터리 상태를 디스플레이하고, 상기 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 만충전시 자동으로 풍력 충전 장치의 전원을 OFF 시킨다.
자동차의 차량 콘트롤러(210)는 풍력 충전 장치의 콘트롤러와 전원부와 연결되고, 평탄한 도로, 고속도로, 언덕길 등의 도로 상태 및 눈, 비 우천시의 조건에 따라 사용자의 전원 버튼의 ON/OFF 선택에 따라 풍력 충전 장치(100)의 전원을 ON/OFF 시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
100: 풍력 충전 장치 109: 공기 유입구
101, 101A-D: 가이드부 107: 공기 토출구
110: 풍력팬 111: 음향 출력부
120: 발전기 121: 전력변환장치
130: 충전 회로 131: 충전표시부
140: 축전지 141: 풍력충전장치의 콘트롤러
142: 전원 버튼 210: 차량 콘트롤러
211: 배터리 충전기 212: 전기자동차 배터리 모듈
213: 컨버터 214: 인버터
220: 모터 구동부 230: 차축 구동 모터

Claims (13)

  1. 전기자동차의 앞 부분에 공기유입구가 구비되어 자동차 주행시에 풍력팬의 회전력에 의해 발생되는 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 풍력 충전 장치(100)와,
    상기 전기자동차 주행시 상기 풍력팬에 공기를 공급하는 공기유입수단(700)을 구비하고,
    상기 전기자동차는 상기 풍력 충전 장치의 축전지(140) 또는 전기자동차 배터리 모듈(212)이 전기 계통에 따라 차량 콘트롤러(210)에 연동되고, 상기 차량 콘트롤러(210)의 제어에 의해 전기 모터(M)를 구동하는 모터 구동부(220)와 상기 모터 구동부(220)에 의해 차축 구동 모터(전기 모터)(230)가 구동되는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기유입수단(700)은 공기를 모으는 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)가 포함되되, 상기 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)는 상하좌우면을 감싸고 앞면과 뒷면이 개방되며, 앞면은 공기가 유입되는 공기유입구(109)이고, 상기 뒷면은 상기 공기유입구(109)를 통해 유입된 공기가 토출되는 공기토출구(107)이며, 상기 공기유입구의 면적은 상기 공기 토출구의 면적보다 크게 만들어 공기유입구(109)의 공기 유입속도보다 공기토출구(107)의 공기속도가 빠르도록 형성된 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기유입구는 차량 앞면의 본네트와 차량의 저면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공기유입구의 앞쪽에는 바람을 통과시키고 이물질이 통과하지 못하도록 커버가 구비된 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 풍력팬은 상기 공기토출구의 뒷단에 설치되되, 풍력팬의 회전축은 공기토출구의 면에 수직으로 배치되며, 상기 풍력팬은 프로펠러 형태인 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 풍력팬은 공기토출구(107)의 뒷단에 설치되되, 풍력팬의 회전축은 공기토출구의 면과 수평으로 배치되며, 상기 풍력팬은 레이디얼 팬 형태인 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이디얼 팬의 지름이 D이고 공기 토출구의 높이가 h인 경우, 공기토출구의 중심선(105)이 레이디얼 팬의 중심선(106)의 상방에 위치하고 레이디얼 팬의 지름(D)은 2h < D < 4h 이내에 존재하며, 상기 공기유입구(109)와 상기 가이드부(101A, 101B, 101C, 101D)를 통해 공기토출구(107)로 바람이 유입되면, 레이디얼 팬이 회전하여 풍력 충전 장치의 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전지에 충전하는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 풍력 충전 장치(100)는
    바람 발생시 상기 공기유입구를 통과하고 상기 가이드부를 지나 상기 공기토출구로 토출되는 바람에 의해 회전되는 풍력팬(110);
    상기 풍력팬의 회전력에 의해 기어들과 연결된 발전기를 구동하여 교류 전압을 발생시키는 발전기(120);
    상기 발전기(120)로부터 공급된 AC 전압을 정류하여(Voltage Regulator) DC전압으로 변환하는 전력변환장치(121);
    상기 전력변환장치(121)로부터 공급된 DC 전압을 충전하는 충전 회로(130);
    상기 충전회로(130)에 연결되어 충전량을 표시하는 충전 표시부(131);
    상기 충전회로(130)로부터 공급되는 전기를 충전하는 축전지(140);
    풍력 충전 장치(100)의 전원 ON/OFF 동작을 구동하는 전원 버튼(142); 및
    전기 자동차의 차량 콘트롤러와 연결되고 전원 버튼의 동작에 따라 풍력 충전 장치를 구동하는 콘트롤러(141);
    를 포함하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 풍력 충전 장치(100)는
    상기 풍력팬 동작시 풍력팬의 회전축에 연결되어 풍력팬의 구동음과 회전축의 소리가 포함되는 음향 신호를 입력받는 음향 입력 수단과, 입력된 음향 신호를 변조하는 음향 변조 수단과, 상기 음향 변조 수단을 통해 변조된 음향 신호를 증폭하여 출력하는 음향 출력부를 더 포함하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 풍력 충전 장치(100)는 바람을 통과시키고 이물질을 필터링하면서 공기유입구에 형성된 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 차량 콘트롤러(210)는 상기 풍력 충전 장치(100)의 축전지(140)의 만충전시 자동으로 풍력 충전 장치의 전원을 OFF 시키는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 차량 콘트롤러(210)는 전기자동차의 전체적인 제어 기능을 제공하고, 기본적인 전기자동차 배터리 모듈의 잔존용량과 풍력충전장치(100)의 축전지(140)의 충전 전력량 모니터링, 배터리 상태를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
  13. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 차량 콘트롤러(210)는 상기 풍력 충전 장치의 콘트롤러와 전원부와 연결되고, 사용자의 선택에 따라 상기 풍력 충전 장치를 ON/OFF 시키는 것을 특징으로 하는 풍력을 사용하여 전기를 충전하는 전기자동차.
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