KR20190005310A - 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광패널 장착 전기 자동차의 충전방식에 있어 무선충전 방식을 적용한 최첨단 충전방식을 적용하되 리튬이온 방식에 비해 친환경적이며 차량원가를 상대적으로 줄일 수 있고 인프라 구성시 적은 금액으로도 구축 가능한 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 패널 전기 자동차 충전시스템 {SOLAR PANEL ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM}
본 발명은 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템에 관한 것으로, 자세하게는 태양광패널 장착 전기 자동차의 충전방식에 있어 무선충전 방식을 적용한 최첨단 충전방식을 적용하되 리튬이온 방식에 비해 친환경적이며 차량원가를 상대적으로 줄일 수 있고 인프라 구성시 적은 금액으로도 구축 가능한 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템에 관한 것이다.
화석 연료의 연소가 아닌 전기에너지를 통해 동력을 발생시켜 배기가스가 발생하지 않는 장점이 있는 전기 자동차는 실질적으로 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 중량, 충전시간 등의 문제로 실용화되지 못하다 최근 화석 연료 연소에 따른 공해문제가 심각하게 제기되면서 재조명을 받으며 활발한 개발이 이루어지고 있다.
이러한 전기 자동차의 상용화에 있어 가장 중요한 요소는 에너지의 공급원인 배터리로서, 배터리의 소형 경량화 및 충전시간의 단축과 효율적인 전력관리가 전기 자동차 실용화를 위한 선결 과제라 할 수 있다.
이와 더불어 요구되는 것이 충전시설 확보 문제로서 전기 자동차가 등장과 함께 충전 인프라 구축도 활발히 이루어지고 있으며, 이미 가정용 충전기를 이용한 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전장치, 무선 충전장치 등 다양한 충전방식이 등장하고 있고, 충전사업 비즈니스 모델도 나타나고 있다.
향후 전기 자동차의 보급이 대중화될 것으로 예상됨에 따라 충전시간을 단축하면서도 안전성과 편의성을 증대시킨 충전방식이 요구되고 있으며, 이에 따라 콘센트에 플러그를 꽂아 사용하는 유선충전방식의 불편함을 해소할 수 있는 비접촉식 충전방식도 제안되고 있다.
일반적인 근거리 무선충전방식은 플러그를 직접 꽂지 않기 때문에 비교적 안전하고 편리하다는 장점이 있지만 비 접촉되는 코일 패널 간 거리에 따라 전송효율이 크게 낮아지는 문제점이 있으므로, 전기 자동차에 탑재된 대전력 배터리를 효율적으로 운용하기 위해서는 충전장치뿐 아니라 배터리, 전력관리 계통, 모터를 혁신적으로 개선해야 하는 과제도 남아 있다.
공개특허공보 제10-2015-0125849호 (2015.11.10)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양광패널 장착 전기 자동차의 충전방식에 있어 무선충전 방식을 적용한 최첨단 충전방식을 적용하되 리튬이온 방식에 비해 친환경적이며 차량원가를 상대적으로 줄일 수 있고 인프라 구성시 적은 금액으로도 구축 가능한 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 전기 자동차 충전시스템에 있어서, 유기 태양전지(OPV, Organic Photovoltaics)로 이루어지며, 전기 자동차의 보닛 및 지붕부분과 창문 중 선택되는 부분에 설치되어 태양광을 통해 전력을 생산하는 제1태양광 패널부; 니켈-수소전지로 이루어지며 공급되는 전력을 통한 충전과 전기 자동차 구동을 위한 전력을 공급하는 제1전력저장부; 상기 제1전력저장부를 통해 공급되는 전력을 통해 동력을 발생시켜 전기 자동차를 움직이되, 기존 영구자석을 전자석으로 대체한 직류 모터로 이루어지는 구동부; 전기 자동차 외측의 전자기 유도에 의해 전력을 인가받는 2차코일부 및 상기 2차코일부의 생성전력을 설정된 전압의 직류 전원으로 변환하는 정류부를 구비하며, 상기 정류부 또는 상기 제1태양광 패널부에서 인가되는 전력을 통해 상기 제1전력저장부를 충전하는 전력관리부; 지정된 장소에 설치되며 인가된 전력을 통해 전자기 유도를 발생시키는 1차코일부를 구비한 다수의 전력공급 스테이션; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 전력공급 스테이션은 복수의 지주를 통해 지지되어 설정된 구역의 지붕을 형성하며 태양광을 통해 전력을 생산하는 제2태양광 패널부와, 상기 제2태양광 패널부에서 생산된 전력을 저장하는 제2전력저장부 및 상기 제2전력저장부에 저장된 전력을 교류전력으로 변환하여 상기 2차코일부에 인가하는 인버터부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력공급 스테이션은 전기 자동차의 접근을 감지하여 상기 2차코일부에 전력이 인가되도록 제어하는 감지부와, 상기 1차코일부 및 2차코일부의 전자기 유도가 원활하도록 차량의 위치를 안내하는 유도부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1전력저장부는 전기 자동차에 기본적으로 고정설치되는 타입의 고정형 배터리와, 원통형 외관에 상단에 손잡이가 형성되며 교체 가능한 이동형 배터리로 구성될 수 있다.
본 발명을 통해 차량의 표면에 설치된 태양광 패널을 통해 기상상태가 양호한 상태에서 상시 전력생산이 이루어질 수 있을 뿐 아니라 다양한 장소에 구비되되 역시 태양광을 통해 전력을 생산, 공급할 수 있는 전력공급 스테이션을 통해 필요한 전력을 공급받을 수 있어 전기 자동차 운용을 위한 에너지 절감이 획기적으로 이루어질 수 있다.
또한, 무선충전 방식을 적용한 최첨단 충전방식을 적용하여 매우 편리하면서도 안전하게 전기 자동차의 충전이 이루어질 수 있으며 리튬이온 방식에 비해 친환경적이며 차량원가를 상대적으로 줄일 수 있고 인프라 구성시 적은 비용으로 구축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전체 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 구조를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1태양광 패널의 설치 모습을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동형 전력저장부의 외형을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기적인 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전체 구성을 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 구조를 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1태양광 패널의 설치 모습을 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동형 전력저장부의 외형을 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기적인 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.
본 발명은 전기 자동차의 효과적인 에너지 관리를 위한 방안으로 전기 자동차의 구성과, 전기 자동차를 충전하기 위한 스테이션에 대한 다각적인 접근이 시도된다.
먼저, 전기 자동차의 구성에 대한 접근으로 제1태양광 패널부(110)와, 제1전력저장부(120)와, 구동부(130)와, 전력관리부(140)의 세부 구성이 구비되며, 이를 충전하기 위한 충전소 역할의 전력공급 스테이션(200)이 자동차의 구성 외로 구비된다.
상기 제1태양광 패널부(110)는 말 그대로 태양광을 통해 전력을 생산하는 구성으로, 전기 자동차 차체, 구체적으로 전기 자동차의 보닛 및 지붕부분과 전후좌우에 구비된 창문 중 선택되는 부분에 설치되며, 유기 태양전지(111)(OPV, Organic Photovoltaics)로 이루어진다.
태양전지의 재료로는 일반적으로 실리콘 같은 무기 반도체가 사용되지만, 본 발명에서는 가공성이 뛰어나고 재료 가격이 저렴한 유기 재료를 사용하여 만들어진 OPV 솔라패널을 사용하게 되며, 효과적으로 태양광 입사가 이루어지는 전기 자동차의 보닛 및 지붕을 비롯하여 필요시 전후좌우 창문에 설치함으로 평상시 태양광을 통한 발전 및 충전한 전력을 사용하며 에너지를 크게 절감한다.
특히 유해한 실리콘 방식 솔라 패널이 아닌 친화경적인 OPV 솔라 패널을 사용함으로 환경적인 측면에서의 장점과 함께 이러한 패널은 종이처럼 형태를 자유롭게 변경할 수 있을 뿐 아니라 투명한 특성으로 전후좌우 창문에서도 무리 없이 사용할 수 있어 태양광 발전을 위한 많은 면적의 확보가 이루어지게 된다.
상기 제1전력저장부(120)는 전기 자동차에 구비되는 배터리로서, 니켈-수소전지로 이루어지며 공급되는 전력을 통한 충전과 전기 자동차 구동을 위한 전력을 공급게 된다.
물론 배터리의 종류 중 요즘 대세로 활용되는 리튬이온 방식의 경우 한 번에 많은 양의 전기를 축적하는 장점이 있으나 ㎾당 제작비가 비싸고, 특히 유해물질로 인한 환경오염 문제가 지적되는 단점이 있다. 이는 제조시 혹은 제조 전후 공정에서 생기는 유해물질에 대한 문제이나 차량과 수명을 다한 후 폐기시 발생하는 유해 물질의 처리 또한 냉장고의 프레온가스나 핵 발전소 이상의 심각한 문제가 될 수 있다.
특히 환경적인 측면으로 리튬이온전지에 들어가는 리튬 및 코발트 혹은 그 화합물은 유독하며 피부질환 및 폐질환, 심장질환을 유발할 수 있다. 특히 코발트는 중금속에 분류되며, 리튬의 경우 폭발성이 있어 위험하다.
다음으로, 외교적인 측면에서 리튬이온은 대체로 골고루 수급되나, 코발트의 대부분은 콩고민주공화국, 중국, 러시아에서 생산되고, 특히 콩고의 수요가 압도적인데 콩고의 정부상황이 불안하여 내전이 끊이지 않는 작금을 상황을 고려할 때 긴 장래성을 가지고 활용하기에는 쉽지 않음에 따라 이에 대한 대안으로 환경에 무해하고 수급이 용이한 니켈수소배터리를 채용한다.
또한, 상기 제1전력저장부(120)는 전기 자동차에 기본적으로 고정설치되는 타입의 고정형 배터리(121)와, 원통형 외관에 상단에 손잡이가 형성되며 교체 가능한 이동형 배터리(122)로 구성될 수 있다.
상기 고정형 배터리(121)는 전기 자동차에 기본적으로 부착되는 형태의 배터리이며, 상기 이동형 배터리(122)는 첨부된 도면과 같은 원통형으로 중량 20㎏ 내외, 사이즈 φ 180×600가량의 외관에 손쉽게 이동 가능하고 교체가 가능하며 한 번에 교체로 200㎞가량 주행할 수 있는 용량으로 배터리를 소진시 교체하는 방식으로 사용할 수 있다. 이러한 고정형 배터리(121) 및 이동형 배터리(122)는 별도로 구비될 수도 있고, 함께 병렬로 연결하여 필요시 이동형 배터리(122)를 교체할 수 있도록 구성될 수 도 있다.
상기 구동부(130)는 상기 제1전력저장부(120)를 통해 공급되는 전력을 통해 동력을 발생시켜 전기 자동차를 움직이는 직류 모터로서, 특별히 기존 영구자석을 전자석으로 대체한 직류 모터로 이루어지게 된다.
기존 전기 자동차에 혹은 일반모터에 많이 쓰이는 영구자석은 네오디윰 자석으로, 실제로 강력한 힘이 요구되는 일반 산업용 전동기구는 물론 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등에 널리 사용된다.
실제 도요타의 프리우스, 테슬러, 혼다의 인사이트, 닛산의 리프 등 친환경 성능을 내세우며 제작되는 모든 전기 자동차는 앞서 언급한 바와 같이 환경오염의 원인이 되는 리튬이온전지를 배터리로 쓸 뿐 아니라 구동모터의 핵심부품으로 네오디윰자석(영구자석)을 사용한다.
하지만, 네오디윰 자석에는 크게 두 가지 문제가 있다. 첫째는 환경문제로서, 네오디윰은 연소 및 폭발성이 있으며 무엇보다 독성을 품고 있어 피부는 물론 폐나 간 등 내장기관에 악영향을 미칠 수 있다.
둘째는 외교문제로 네오디윰의 생산의 대부분은 중국에서 행하여 진다. 전기 자동차의 수요가 폭발적으로 늘어나고 있는 작금의 현실에 있어 만약 중국과의 관계가 나빠져 수입이 원활하게 이루어지지 않는다면 소재수급에 문제가 발생하고 자원전쟁이 이뤄지며 산업의 붕괴에도 이를 수 있으므로 본 발명에서는 이에 대한 대응으로 전자석을 사용한다. 즉 영구자석을 사용하지 않는 모터를 사용하여 근본적으로 수급의 문제를 해결하게 된다.
상기 전력관리부(140)는 전기 자동차의 전력을 총괄적으로 관리하는 회로로서 전기 자동차 외측의 전자기 유도에 의해 전력을 인가받는 2차코일부(141) 및 상기 2차코일부(141)의 생성전력을 설정된 전압의 직류 전원으로 변환하는 정류부(142)를 구비하며, 상기 정류부(142) 또는 상기 제1태양광 패널부(110)에서 인가되는 전력을 통해 상기 제1전력저장부를 충전하게 된다.
다음으로, 전기 자동차 외 구성인 전력공급 스테이션은 지정된 장소에 복수로 설치되며 인가된 전력을 통해 전자기 유도를 발생시키는 1차코일부(210)를 구비하게 된다. 구체적으로 대형마트, 관공서 등의 옥상 및 옥외 주차장 혹은 도로 위에 주차장 형태로 전력공급 스테이션을 곳곳에 설치하여 전기 자동차를 주차만 하면 바로 충전이 가능한 체계를 구축하게 된다.
기본적으로 코드(와이어) 레스 구조로 콘센트를 꽂지 않고도 충전원인 1차코일부 근처에 주차하면 자동 충전되는 방식이 적용되는 것으로 주차장이 나이더라도 다양한 장소에 전력공급 스테이션(200)을 설치하여 무선방식으로 실시간 충전이 가능한 방식을 사용하게 되며, 이러한 무선 충전방식은 1차코일부(210)와 2차코일부(141)가 떨어진 상태에서도 충전 가능하고 충전효율의 향상을 위한 활발한 연구가 이루어지고 있다.
이때 상기 전력공급 스테이션(200)은 복수의 지주를 통해 지지되어 설정된 구역의 지붕을 형성하며 태양광을 통해 전력을 생산하는 제2태양광 패널부(220)와, 상기 제2태양광 패널부(220)에서 생산된 전력을 저장하는 제2전력저장부(230) 및 상기 제2전력저장부에 저장된 전력을 교류전력으로 변환하여 상기 2차코일부(141)에 인가하는 인버터부(240)를 구비하게 된다.
즉 대형마트, 관공서 및 도로 위, 구체적으로 중앙분기점을 기준으로 T형 구조물을 연속적으로 만들어 그 위에 제2태양광 패널부(220)를 부착하여 전기를 지속적으로 발생시킬 수 있는 전력공급 스테이션(200)을 만든다.
이에 대한 인프라 구성이 필수불가결한 조건은 아니므로 기초 인프라 비용이 많이 필요한 것은 아니고, 기본적으로 전기 자동차에는 배터리, 즉 제1전력저장부(120)가 구성되어 있고 전기 자동차 표면에 제1태양광 패널부(110)를 구축하는 것만으로도 주행 중 완전 방전되는 위험한 상황까지 가지 않는다.
무선 충전방식의 기술의 지속적인 개발로 충전 효율이나 충전을 위한 거리가 충분히 개선될 것이라 판단하며 현재 사용되는 리튬이온은 환경, 비용 등의 이유 등으로 향후 10년 안에 니켈-수소 방식으로 바뀔 것이다.
또한, 상기 전력공급 스테이션(200)은 전기 자동차의 접근을 감지하여 상기 2차코일부(141)에 전력이 인가되도록 제어하는 감지부(250)와, 상기 1차코일부(210) 및 2차코일부(141)의 전자기 유도가 원활하도록 차량의 위치를 안내하는 유도부(260)를 더 포함할 수 있다. 즉 사용자가 주차를 하는 것만으로도 상기 감지부(250)가 차량을 감지하여 자동 충전이 이루어지도록 하며, 이때 정확한 위치에 주차하여 충전효율을 높일 수 있도록 방향을 지시하는 유도 등으로 구성된 유도부(260)가 상기 감지부(250)와 연계하여 차량의 주차방향을 정확하게 안내하게 된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 제1태양광 패널부 111: 유기 태양전지
120: 제1전력저장부 121: 고정형 배터리
122: 이동형 배터리 130: 구동부
140: 전력관리부 141: 2차코일부
142: 정류부 200: 전력공급 스테이션
210: 1차코일부 220: 제2태양광 패널부
230: 제2전력저장부 240: 인버터부
250: 감지부 260: 유도부

Claims (4)

  1. 전기 자동차 충전시스템에 있어서,
    유기 태양전지(111)(OPV, Organic Photovoltaics)로 이루어지며, 전기 자동차의 보닛 및 지붕부분과 창문 중 선택되는 부분에 설치되어 태양광을 통해 전력을 생산하는 제1태양광 패널부(110);
    니켈-수소전지로 이루어지며 공급되는 전력을 통한 충전과 전기 자동차 구동을 위한 전력을 공급하는 제1전력저장부(120);
    상기 제1전력저장부(120)를 통해 공급되는 전력을 통해 동력을 발생시켜 전기 자동차를 움직이되, 기존 영구자석을 전자석으로 대체한 직류 모터로 이루어지는 구동부(130);
    전기 자동차 외측의 전자기 유도에 의해 전력을 인가받는 2차코일부(141) 및 상기 2차코일부(141)의 생성전력을 설정된 전압의 직류 전원으로 변환하는 정류부(142)를 구비하며, 상기 정류부(142) 또는 상기 제1태양광 패널부(110)에서 인가되는 전력을 통해 상기 제1전력저장부(120)를 충전하는 전력관리부(140);
    지정된 장소에 설치되며 인가된 전력을 통해 전자기 유도를 발생시키는 1차코일부(210)를 구비한 다수의 전력공급 스테이션(200); 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력공급 스테이션(200)은 복수의 지주를 통해 지지되어 설정된 구역의 지붕을 형성하며 태양광을 통해 전력을 생산하는 제2태양광 패널부(220)와, 상기 제2태양광 패널부(220)에서 생산된 전력을 저장하는 제2전력저장부(230) 및 상기 제2전력저장부(230)에 저장된 전력을 교류전력으로 변환하여 상기 2차코일부(141)에 인가하는 인버터부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력공급 스테이션(200)은 전기 자동차의 접근을 감지하여 상기 2차코일부(141)에 전력이 인가되도록 제어하는 감지부(250)와, 상기 1차코일부(210) 및 2차코일부(141)의 전자기 유도가 원활하도록 차량의 위치를 안내하는 유도부(260)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1전력저장부(120)는 전기 자동차에 기본적으로 고정설치되는 타입의 고정형 배터리(121)와, 원통형 외관에 상단에 손잡이가 형성되며 교체 가능한 이동형 배터리(122)로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 패널 전기 자동차 충전시스템.
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