KR20150097978A - 전기차 전원공급 장치, 전원공급 방법 및 이를 구비한 차량 - Google Patents

전기차 전원공급 장치, 전원공급 방법 및 이를 구비한 차량 Download PDF

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조성현
오종화
박현배
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유성민
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Abstract

본 발명은 엔진에서 발생되는 동력을 전기를 변환하는 발전부, 하나 이상의 배터리를 수용하는 전원부, 상기 발전부에서 발생된 전기를 배터리로 공급하는 충전부를 포함하는 전기차 전원공급 장치, 전원공급 방법 및 이를 구비한 차량을 개시한다.

Description

전기차 전원공급 장치, 전원공급 방법 및 이를 구비한 차량{Power supply device and method for electric car and vehicle}
본 발명은 전기차 전원공급 장치, 전원공급 방법 및 이를 구비한 차량으로, 더욱 상세하게는 자체적으로 전력을 생산하여 배터리를 충전하고 이를 차량 내 사용된 배터리와 교환하거나 직접 차량의 배터리를 충전할 수 있도록 한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는데, 가솔린과 디젤은 인간에게 유해한 물질을 발생하여 대기오염을 일으킬 뿐만 아니라 원유의 고갈로 인하여 각 산업계에서는 대체에너지 개발을 서두르고 있으며 이에 대한 대안으로 전기차를 개발하여 운행하고 있다.
하지만 전기차의 경우 현재 충전에 소요되는 시간이 가솔린과 디젤차량 보다 많이 소요되어 운행에 지장을 초래하고 있고, 충전인프라 또한 부족하여 전기차를 상용화하는데 많은 어려움이 있다.
현재 이에 대한 해결책으로 배터리와 연료를 같이 사용하는 하이브리드 자동차가 제공되어 사용하고 있으나, 하이브리드 자동차 경우에도 주행시 연료를 소모하여 대기오염을 일으키는 배기가스 배출을 억제 할수 없고, 전기모터로 구성된 차에 비해 가격이 비싸고 차체가 무거워지는 문제점이 발생한다
따라서, 한국공개특허 제2012-0139558호는 배선전로를 이용한 이동형 전기자동차 충전시스템 및 그 운용방법에 대해서 개시하고 있으나, 상기 특허에 개시된 기술은 배전선로를 통해 전기차를 충전하기 때문에 전선주가 설치되지 않은 곳에서는 활용이 불가능하고, 충전시간이 길기 때문에 도시와 같이 차량이 많은 과밀지역에서는 활용하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전기차 전원공급 장치의 자체 발전을 통하여 전기차의 배터리를 충전하는 환경을 제공한다.
본 발명은 전기차 전원공급 장치에서 충전된 배터리를 스테이션까지 신속하게 공급 및 회수하여 전기차의 배터리 충전에 대한 시간지연을 최소화 한다
본 발명은 충전이 필요한 전기차에 장소의 제약이 없이 상시로 충전 서비스를 제공한다.
본 발명은 전기 공급 인프라를 제공하여 탄소 배출량 감소, 운전자의 이용편의 증대 및 전기 자동차의 교통수단의 극대화를 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차 전원공급 장치는 차량의 엔진에서 발생되는 동력을 전기로 변환하는 발전부, 하나 이상의 배터리를 수용하는 전원부 및 상기 발전부에서 발생된 전기를 배터리로 공급하는 충전부를 포함한다.
이 때, 상기 발전부는, 동력을 전기로 변환시키는 발전기, 엔진에서 발생된 동력을 상기 발전기로 전달하는 PTO, 상기 발전기에서 발생된 전기의 전압을 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 전원부는 상기 배터리에 연결되는되는 제1 BMS, 상기 제1 BMS에 전달되는 전기를 제어하는 제2 BMS를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 전원부는 충전된 배터리를 스테이션으로 공급하며, 스테이션에서 사용된 배터리를 회수하는 이송부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 충전부는 상기 발전부에서 생성된 전기를 상기 전원부 및 전기차로 전달하는 충전기 포함할 수 있다.
이 때, 전원공급장치 내에는 상기 배터리의 충전량을 제어하며, 발전 가능여부를 판단하는 통합제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 통합제어부는 차량의 이동속도 및 엔진회전수를 판단하여 상기 발전부를 가동할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차 전원공급 방법은 하나 이상의 배터리를 수용하는 단계, 발전부를 통해 상기 배터리를 충전하는 단계, 상기 충전이 완료된 배터리를 스테이션으로 이송하고, 방전된 배터리를 차량의 전원부로 이송하는 단계를 포함한다.
이 때, 본 발명에 따른 차량 전원공급 방법은 상기 배터리의 충전상태를 제어하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 차량 전원공급 방법은 차량의 이동속도 및 엔진회전수를 판단하여 발전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차 전원공급장치를 구비한 차량은 차량의 엔진에서 발생되는 동력을 전기로 변환하는 발전부, 하나 이상의 배터리를 수용하는 전원부, 상기 발전부에서 발생된 전기를 배터리로 공급하는 충전부, 충전된 배터리를 스테이션으로 공급하며, 스테이션에서 사용된 배터리를 회수하는 이송부 및 상기 배터리의 충전량을 제어하며, 발전 가능여부를 판단하는 통합제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전원 공급장치의 자체 발전을 통하여 전기차의 배터리를 충전하는 환경을 제공할 수 있다.
본 발명은 전원 공급장치에서 충전된 배터리를 스테이션까지 신속하게 공급 및 회수하여 전기차의 배터리 충전에 대한 시간지연을 최소화 할 수 있다.
본 발명은 충전이 필요한 전기차에 장소의 제약이 없이 상시로 충전 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명은 전기 공급 인프라를 제공하여 탄소 배출량 감소, 운전자의 이용편의 증대 및 전기 자동차의 교통수단의 극대화를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 충전 차량 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 충전 차량을 제공하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 이동형 충전 차량을 도시한 예이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기차 전원공급 장치를 도시한 블록도이다.
도1을 참조하면, 엔진에서 발생되는 동력을 전기를 변환하는 발전부(210), 하나 이상의 배터리를 수용하는 전원부(220), 상기 발전부에서 발생된 전기를 배터리로 공급하는 충전부(230), 충전된 상기 배터리(221)를 스테이션(400)으로 공급하며, 상기 스테이션(400)에서 사용된 배터리를 회수하는 이송부(300) 및 배터리(221)의 충전량을 제어하며, 발전 가능여부를 판단하는 통합제어부(250)를 포함하여 형성될 수 있다.
발전부(210)는 발전기(211), 동력인출장치(PTO, POWER TAKE OFF)(212), 컨버터(213)을 포함할 수 있다. 발전기(211)는 엔진에서 발생된 동력을 상기 동력인출장치(212)를 통하여 전달받아 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 컨버터(213)로 전달한다. 컨버터(213)는 AC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터로 형성될 수 있으며, 전달받은 전기를 배터리의 용량에 따른 적정 전압으로 변환시킬 수 있다.
충전부(230)는 상기 발전부(210)에서 생성되며, 변환된 전기를 전원부(220) 및 전기차(100)로 직접 전달하는 충전기(231)를 포함할 수 있다. 또한 충전부에는 충전기(231)의 전기를 전달할 수 있도록 전기차(100)의 포트(112)와 연결되는 포트(232) 및 배선라인(미도시)가 형성될 수 있다. 포트(232)는 직류-직류 변환기와 연결되어 방전된 차량의 배터리 및 충전 스테이션의 배터리를 충전하는 도구일 수 있다
전원부(220)는 적어도 하나 이상의 배터리(221), 상기 배터리(221)에 각각 연결되어 배터리의 용량과 상태를 측정하는 제1 BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)(222), 상기 제1 BMS(222)에 전달되는 전기를 제어하는 제2 BMS(223)를 포함할 수 있다.
충전부에서 전달되는 전기는 제2 BMS(223)으로 전달된다. 제2 BMS(223)에서는 다수의 제1 BMS(222)와 연결되어 배터리(221)의 충전량을 판단하고, 일부 배터리의 충전량이 전체 충전량에서 미달일 경우 (예 : 90%이하) 일 경우를 판단하여 발전부(210)에서 생성되는 전기를 충전시킬 수 있으며, 전기차 충전시에 각 배터리의 충전량을 파악하여 충전량이 제일 높은 배터리로 충전을 진행하거나 스테이션으로 이동시킬수 있도록 제어할 수 있다.
이송부(300)는 배터리 교체작업시에 이용되며 전원공급장치(200)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 전원공급장치에서 공급되거나 스테이션에서 회수되는 배터리를 수납하고, 좌우로 이동시키기 위한 보관부(310), 보관부에서 이동된 배터리를 승강시키기 위한 리프트(320)를 포함할 수 있다. 이송부(300)의 상세한 구성은 이하 도3을 참조하여 후술한다.
충전이 완료된 배터리는 이송부(300)를 통해 전원부(240)에서 스테이션(400)으로 이동 될수 있다. 전원부(240) 상단에는 배터리가 스테이션으로 이동되기 위해 상하방향으로 작동되는 도어구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 도어구동부는 구체적으로 도시하지는 않았으나 압축공기에 의해 작동되는 공압실린더와, 이 공압실린더의 작동을 제어하는 제어밸브를 포함하는 공압유닛, 전기에 의해 작동되는 전동 모터를 더 포함할 수 있다.
한편, 스테이션(400)은 전원공급장치(200)에서 완충 및 방전 배터리를 교환하는 교환부(410), 배터리를 보관하는 적재부(420)로 형성될 수 있다. 예컨대, 교환부(410)은 전기차(100)의 수납부(110)에 설치된 배터리(120)를 교환할수 있도록 클램핑수단(미도시), 승강로드(미도시), 이송레일(미도시)를 포함하여 형성될 수 있으며, 배터리 적재부(420)은 복수의 배터리가 일 열을 이루도록 좌우로 배열되고 이 일 열의 배터리가 상측에 다시 배터리가 다층으로 적층되는 형태가 되도록 수직본체 내부에 구성되는 적층식 보관대 방식으로 형성될 수 있다.
통합제어부(250)는 전원공급장치(200)의 이동속도와 엔진(미도시)의 회전수를 판단하여 발전부를 가동시킬 수 있다. 이동속도는 전력을 발생시키는 동력인출장치(212)의 동력원이 될 수 있는 속도일 수 있다. 예를 들어, 전원공급장치의 이동속도가 40km/h이상이거나 엔진의 회전수가 4000 RPM 이상일 때 동력을 인출하면 엔진과 동력전달장치(미도시)에 부하를 가져올 수 있다. 따라서 통합제어부(250)는 이동속도가 40Km/h 미만 및 엔진 회전수 4000 RPM 일 경우 발전부를 가동시키는 것이 바람직하나 여러 주행조건과 환경을 고려하여 이에 한정하지 않는다. 그러므로 동력인출장치(212)는 차량 엔진의 동력을 주행과는 관계 없이 전력을 발생시키는 용도로 사용될 수 있고, 차량 이동간에 전력을 발생시키는 용도로 사용 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기차에 전원을 공급하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기차에 전원을 공급하는 방법은 단계 210에서 하나 이상의 차량 충전용 배터리(211)를 수용하고, 단계 220에서 발전부(210)를 통해 상기 배터리(211)를 충전하며, 단계 230에서 충전이 완료된 배터리를 스테이션(400)으로 이송하고, 스테이션(400)에서 사용된 배터리를 차량의 전원부(220)로 이송한다.
본 발명의 일측에 따르면, 전기차에 전원을 공급하는 방법은 배터리의 충전 상태를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전원장치에 수용된 배터리(221)와 연결된 제1BMS(222)를 통해 충전된 전력량 신호를 제2BMS(223)로 전달한다. 제2BMS(223)는 신호를 전달받아 배터리의 충전량을 판단하고, 일부 배터리의 충전량이 전체 충전량에서 미달일 경우 (예 : 90%이하) 해당 배터리(221)에 발전부(210)에서 생성되는 전기를 충전 시킨다.
또한, 전기차에 전원을 공급하는 방법은 전원공급장치(200)의 이동속도 및 엔진(미도시)회전수를 판단하여 발전하는 단계를 더 포함할 수 있다. 통합제어부(250)에서는 통합제어부(250)는 전원공급장치(200)의 이동속도와 엔진(미도시)의 회전수를 판단하여 발전부를 가동시킬 수 있다. 이동속도는 전력을 발생시키는 동력인출장치(212)의 동력원이 될 수 있는 속도일 수 있다. 예를 들어, 전원공급장치(200)의 이동속도가 40km/h이상이거나 엔진의 회전수가 4000 RPM 이상일 때 동력을 인출하면 엔진과 동력전달장치(미도시)에 부하를 가져올 수 있다. 따라서 통합제어부(250)는 이동속도가 40Km/h 미만 및 엔진 회전수 4000 RPM의 조건이 주어졌을 때 발전부를 가동시키는 것이 바람직하나 여러 주행조건과 환경을 고려하여 이에 한정하지 않는다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 전기차 전원공급장치를 구비한 차량을 도시한 예이다.
도3을 참조하면, 전기차 전원공급장치를 구비한 차량은 전원공급장치(200)와 이송부(300)를 포함하여 형성될 수 있다.
이송부(300)는 배터리 교체작업시에 이용되며 전원공급장치(200)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 전원공급장치에서 공급되거나 스테이션에서 회수되는 배터리를 수납하고, 좌우로 이동시키기 위한 보관부(310), 보관부에서 이동된 배터리를 승강시키기 위한 리프트(320)를 포함할 수 있다.
보관부에 수납된 배터리는 보관부(310)의 이동장치(311)를 통해 리프트(32)로이동하며, 보관부는 컨베이어 시스템(미도시), 레일 시스템(미도시)으로 형성될 수 있다. 이동된 배터리는 리프트(320)의 링크(321)를 통해 승강된다.
이송부에 구체적으로 도시하지는 않았지만 상술한 보관부와 리프트를 작동시켜 배터리를 이동시킬 수 있는 유압공압(미도시) 및 모터유닛(미도시)을 더 구비할 수 있다. 이송부(300)를 통해 충전된 배터리는 전원부(240)에서 스테이션(400)으로 이동될 수 있으며, 방전된 배터리는 스테이션(400)에서 전원부(240)로 이동될 수 있다.
한편, 리프트(32)를 마주보는 차량의 상단에는 배터리가 스테이션으로 이동되기 위해 상하방향으로 작동되는 도어구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 도어구동부는 구체적으로 도시하지는 않았으나 압축공기에 의해 작동되는 공압실린더와, 이 공압실린더의 작동을 제어하는 제어밸브를 포함하는 공압유닛, 전기에 의해 작동되는 전동 모터를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 전기차
200: 전원공급장치
300: 이송부
400: 차량

Claims (11)

  1. 엔진에서 발생되는 동력을 전기를 변환하는 발전부(210) ;
    하나 이상의 배터리를 수용하는 전원부(220) ;
    상기 발전부에서 발생된 전기를 배터리로 공급하는 충전부(230) ;
    를 포함하는 전기차 전원공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전부(210)는
    동력을 전기로 변환시키는 발전기(211) ;
    엔진에서 발생된 동력을 상기 발전기로 전달하는 PTO(212) ;
    상기 발전기에서 발생된 전기의 전압을 변환하는 컨버터(213) ; 를 포함하는 전기차 전원공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원부(220)는
    상기 배터리(221)에 연결되는되는 제1 BMS(222) ;
    상기 제1 BMS(222)에 전달되는 전기를 제어하는 제2 BMS(223) ;를 포함하는 전기차 전원공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    충전된 상기 배터리(221)를 스테이션(400)으로 공급하며, 상기 스테이션(400)에서 사용된 배터리를 회수하는 이송부(300) ;를 더 포함하는 전기차 전원공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전부(230)는
    상기 발전부(210)에서 생성된 전기를 상기 전원부(220) 및 전기차(100)로 전달하는 충전기(231) ; 를 포함하는 전기차 전원공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 충전량을 제어하며, 발전 가능여부를 판단하는 통합제어부(250) ;를 더 포함하는 전기차 전원공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통합제어부(250)는 차량의 이동속도 및 엔진회전수를 판단하여 상기 발전부(210)를 가동하는 전기차 전원공급 장치.
  8. 하나 이상의 배터리를 수용하는 단계;
    발전부를 통해 상기 배터리를 충전하는 단계;
    상기 충전이 완료된 배터리를 스테이션으로 이송하는 단계;
    를 포함하는 전기차 전원공급 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리의 충전상태를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 전기차 전원공급 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전원공급장치의 이동속도 및 엔진회전수를 판단하여 발전하는 단계;
    를 더 포함하는 전기차 전원공급 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 전기차 전원공급 장치를 포함하는 차량.
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