KR20200093403A - 차량 간 전기 동력을 전송하는 방법, 시스템 및 자동차의 휠 - Google Patents

차량 간 전기 동력을 전송하는 방법, 시스템 및 자동차의 휠 Download PDF

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현대자동차주식회사
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Abstract

여기에서 개시된 것은 하나의 전기 차량에서 다른 차량으로 전기 동력을 무선으로 전송하는 시스템과 전하를 전송하는 방법이다. 충전 시스템은 사는 차량과 파는 차량 사이의 통신 링크를 수립할 수 있고, 전기 동력을 전송하는 것에 연관된 금융 거래를 용이하게 하기 위하여 장터 서버와 통신할 수 있다. 본 개시는 차량들이 움직이는 동안 전하의 차량-대-차량 전송을 위해 제공된다.

Description

차량 간 전기 동력을 전송하는 방법, 시스템 및 자동차의 휠{METHOD AND SYSTEM OF TRANSFERRING ELECTRIC POWER BETWEEN VEHICLES AND WHEEL OF VEHICLE}
본 개시는 전기 자동차를 충전하고 충전과 관련한 금융 거래를 용이하게 하기 위한 시스템 및 방법과, 상기 시스템 및 방법에 사용하기 위한 자동차의 휠에 관한 것이다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 단지 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공하기 위한 것일 뿐, 종래 기술을 구성하지는 아니한다.
전기 자동차는 가솔린과 같은 석유 기반 연료에 의하여 구동되는 차량의 대안으로서 개발되고 있다. 전기에 의하여 구동되는 차량은 이와 다른 차량에서 연소 과정 동안 방출될 수 있는 배기 오염원을 제거하거나 줄일 수 있고, 결과적으로 차량 소음을 감소시킬 수 있다.
전기 자동차는 일반적으로 배터리에 의하여 동력을 얻게 되는데, 계속적인 작동을 위하여 상기 배터리를 주기적으로 재충전하는 것이 수반된다. 일반적으로, 전기 자동차는 자동차가 주차된 곳에서 소유자의 집 또는 휴게소와 같이 도로 상의 미리 설정된 위치에 있는 전용 충전 스테이션에서 벽에 부착된 콘센트로부터 충전된다. 급속 충전기조차도 자동차를 완전히 충전하기 위해서는 30분 이상이 소요되는데, 약 5분 정도 소요되는 가솔린 자동차의 주유 절차에 익숙한 고객에게는 상당한 지연 시간으로 인식될 수 있다. 게다가, 전기 자동차는 가솔린-동력 자동차에 비하여 보다 짧은 1회 주유 후 주행거리를 가지고 있어, 고객들에게 익숙한 종래 기술과 비교할 때 주유 정차가 더 길고 더 자주 일어나게 한다.
전기 자동차의 대수가 늘어남에 따라, 충전 문제를 위한 요구는 증가하고 있다. 몇몇 지역에서는, 충전 장치가 도로에 직접 매설되어 충전 장치 위를 지나가는 차량은 작동 중임에도 충전된다. 그러나, 모든 도로에 이러한 충전 장치가 건설될 수 없고, 예를 들어 아마도 고속도로에는 동적 충전 차선이 건설될 수 있는 반면 도심 도로에는 동적 충전 차선이 건설되지 않을 것이다. 전하가 완전히 소진된 차량은 움직일 수 없고 충전소가 없다면 버리는 것이 효과적일 수 있다.
유사하게 전국적인 다수의 전기 자동차를 충전하는 경제성은 이 영역에서 더 많은 것이 결정되어야 하는 단지 초기 단계이다.
더 많은 적용 가능 분야가 여기에서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명 및 특정 실시예들은 예시의 목적일 뿐 본 개시의 범위를 한정하고자 함이 아님을 이해해야 한다.
본 개시는 차량들이 도로를 따라 이동하고 있을 때 차량들 사이에서 전기 동력을 수신 또는 송신할 수 있는 방법 및 시스템을 기재한다.
여기에서 개시되는 것은 차량 간 전기 동력을 전송하는 방법이다. 상기 방법은 프로세서에 의하여, 제1차량의 충전 레벨을 결정하는 단계, 그리고 상기 프로세서에 의하여, 상기 충전 레벨에 기초하여 제1차량의 사는 모드와 파는 모드 중 하나를 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 차량-대-차량 통신에 의하여, 제2차량과의 통신 링크를 수립하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제1차량이 파는 모드이면 제2차량이 사는 모드인지 또는 제1차량이 사는 모드이면 제2차량이 파는 모드인지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 제1차량이 사는 모드이고 제2차량이 파는 모드이면, 상기 방법은 수신할 전기 동력의 양을 결정하고 제2차량으로부터 전기 동력의 상기 양을 수신하기 시작하는 단계를 포함할 수 있다. 제1차량이 파는 모드이고 제2차량이 사는 모드이면, 상기 방법은 전송할 전기 동력의 양을 결정하고 전기 동력의 상기 양을 제2차량에 전송하기 시작하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시는 또한 차량 간 전기 동력을 전송하는 시스템을 기재하고 있다. 상기 시스템은, 제1차량 내에, 하나 이상의 프로세서와, 상기 하나 이상의 프로세서와 통신하는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 제2차량과 직접 또는 간접으로 통신하도록 된 통신 시스템을 또한 포함할 수 있다. 상기 시스템은 제2차량에 전기 동력을 전송하거나 제2차량으로부터 전기 동력을 수신하기 위한 충전 요소를 포함할 수 있다. 상기 충전 요소는 상기 하나 이상의 프로세서와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 프로세서는 사는 모드와 파는 모드를 활성화시키도록 되어 있으며, 제2차량이 사는 모드 또는 파는 모드에 있는지를 결정하도록 되어 있을 수 있다.
더 나아가, 본 개시는 차량 간 전기 동력을 전송하기 위한 자동차의 휠을 기재하고 있다. 상기 자동차의 휠은 휠 중심, 상기 휠 중심 주위로 배치된 실린더 형상의 배럴, 상기 휠 중심으로부터 배럴까지 연장된 복수개의 스포크, 그리고 배럴 주위를 감싸는 전도 요소를 포함할 수 있다. 상기 배럴과 스포크는 비전도성 탄소 섬유 재질로 만들어질 수 있다. 상기 배럴의 내주면 상에는 페라이트 층이 배치될 수 있다. 또한, 상기 적어도 일부의 스포크는 페라이트 층을 포함할 수 있다. 상기 전도 요소는 전기 절연 물질로 된 삽입 물질의 층 내에 배치될 수 있다.
본 개시에 따르면, 낮게 충전된 차량은 유사한 충전 장치를 가진 잘 충전되거나 완전히 충전된 차량과 페어링될 수 있고, 차량이 서로 근접하여 있을 때, 심지어 차량들이 도로를 따라 이동하고 있을 때 어느 정도의 전기 동력을 수신할 수 있다. 이것은 편리함을 제공하고 여행 도중 정차를 피하게 한다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 개시가 잘 이해되도록 예시의 방식으로 다양한 형태가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 개시의 원리에 따른 충전 중인 두 개의 차량을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 원리에 따라 구성된 휠의 절개 사시도이다.
도 3은 도 2의 '3'을 따라 절개한 휠의 부분의 단면도이다.
도 4는 여기에서 개시된 방법 또는 시스템과 연계하여 사용 가능한 무선 충전 장치를 포함하는 차량 도어를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시의 원리에 따라 전하 전송을 용이하게 하기 위하여 두 대의 차량이 그들의 목적지까지의 경로 상에서 내비게이션 루트를 조정하는 개념도이다.
도 6은 본 개시의 원리에 따른 방법 또는 시스템을 사용하기 위한 사용자 인터페이스를 도시한 도면이다.
도 7은 본 개시의 원리에 따라 전기 동력을 충전 장치가 구비된 하나의 차량에서 다른 차량으로 전송하는 방법의 단계를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 원리에 따라 차량 사이의 통신을 설립하고 전하를 전송하는 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 원리 및 그것의 다양한 구성요소들의 역할에 따라 구성된 시스템의 구성요소들의 개략도이다.
여기에서 개시된 도면들은 단지 예시의 목적일 뿐 어떠한 방식으로든 본 개시의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
이어지는 설명은 본질 상 단지 예시를 위한 것이고 본 개시, 응용, 또는 사용을 제한하기 위한 의도는 아니다. 도면 전체를 통해 대응하는 도면 번호는 유사하거나 대응하는 부품들 및 특징들을 가리키는 것임을 이해하여야 한다.
본 개시는 후술하는 사안에 한정되지 아니하고 서로 다른 형태들로 이해될 것이다. 제공된 실시예들은 단지 본 개시를 완벽하게 만들고 통상의 기술자에게 본 개시의 범위를 완전히 알려주기 위하여 제공된다. 도면들에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 언급한다.
본 명세서 및 청구범위 전체에서, 명백히 달리 언급되지 않는 한, "포함하다"는 단어 및 "포함하는"과 같은 변형은 언급된 요소들의 포함을 의미하지만 다른 요소들의 배제를 의미하는 것이 아님을 이해하여야 한다.
전기 자동차의 충전의 용이성을 증가시키는 하나의 방법은 동적 충전, 즉 차량이 움직이는 동안 차량의 배터리 또는 전원 공급원의 충전을 허용하는 장치를 전기 자동차에 장착시키는 것일 수 있다. 이러한 경우, 하나의 차량에 의하여 수신되어야 하는 전하의 공급원은 다른 움직이는 전기 자동차일 수 있다. 예를 들어, 완충 또는 거의 완충된 차량은 과잉 전하로부터의 전기 동력을 덜 충전된 차량에 전송하는 동력 전송 모드를 활성화할 수 있다.
도 1은 차량-대-차량 무선 충전 배열상태에 있는 제1차량(11a)과 제2차량(11b)을 도시한다. 각 차량(11a, 11b)은 휠(10a, 10b)을 각각 가지고 있으며, 각 휠(10a, 10b)에는 후술하는 설명에 따라 구성된 무선 충전 장치가 장착되어 있다. 차량(11a, 11b)은 휠들(10a, 10b)이 근접하게 배치되어 전하(13)가 기부 차량으로부터 수신 차량에 보내질 수 있게 위치한다. 도 1의 배치에서, 화살표로 표시된 것처럼 차량들이 움직이고 있는 동안에 차량(11a)은 전하(13)를 차량(11b)에 공급하고 있다.
도 1에서, 차량(11a)의 휠(10a)은 그 상에 배치된 무선 충전 장치를 가지고 있으며, 전방 승객 측 휠인 반면, 전하(13)를 받는 차량(11b)의 휠(10b)은 운전자 측 휠이다. 본 개시의 원리에 따른 차량은 임의의 휠, 특히 편의성을 증가시키기 위하여 하나 이상의 휠 상에 이러한 충전 장치를 가질 수 있다.
도 2는 충전 시스템에 사용하기 위한 휠(10)의 하나의 예를 도시한다. 충전 시스템은 반드시 휠 상에 배치된 충전 요소를 사용할 필요는 없고, 다른 배치가 여기에서 기재되고 개시된 전하 전송 방법에 사용되기 위한 충전 시스템을 조립하기에 효율적일 수 있음을 주목해야 한다.
도 2에 도시된 장치에서, 휠(10)은 휠 중심(16)과, 상기 휠 중심(16) 주위로 경방향으로 배치된 실린더 형상의 배럴(12)을 포함한다. 배럴(12)은 외주면(14)과 내주면(19)을 포함한다. 복수개의 스포크(18)는 휠 중심(16)으로부터 배럴(12), 즉 배럴(12)의 림(15)까지 연장될 수 있다. 배럴과 스포크와 같은 휠 요소들은 실질적으로 비전도성 탄소 섬유 재질로 만들어질 수 있다.
전도 요소(22)는 배럴(12) 주위를 감싸고 있다. 상기 전도 요소(22)는 복수개의 권선(24)으로 배럴(12) 주위에 감겨진 와이어일 수 있다. 하나의 양상에서, 전도 요소(22)는 함께 꼬이고(twisted), 땋고(braided), 엮인(woven) 복수개의 가닥을 포함하는 리츠선(Litz wire)일 수 있다. 이러한 설명의 목적으로, 전도 요소(22)는, 비록 전도 요소(22)의 전체 길이가 감겨있지 않더라도, 코일로서 언급될 수 있다. 상기 코일은 구리를 포함하는 금속, 또는 전기 전하의 생성 및 전송을 위해 적절한 임의의 물질로 만들어질 수 있다.
본 개시의 휠(10)은 그 상에 페라이트(ferrite) 물질로 만들어진 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일(22)의 권선들(24) 사이의 결합을 향상시키기 위하여, 휠(10)은 배럴(12)의 내주면(19) 상에 페라이트 층(30)을 포함할 수 있다.
선택적으로, 일부 또는 모든 스포크(18)는 그들의 외측면 위에 배치된 페라이트 층(20)을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 휠의 단면도이다. 코일의 권선(24) 또는 전도 요소(22)는 기계적 안정성을 위하여 삽입 물질의 층(32) 내에 배치될 수 있다. 삽입 물질은, 예를 들어 폴리우레탄을 포함하는 폴리머와 같은 실질적으로 전기 절연 물질일 수 있다.
본 개시의 충전 시스템은 양방향 충전 능력을 가질 수 있다. 즉, 충전 시스템은 전하를 차량에 전송하거나 전하를 받는 것 모두가 가능할 수 있다. 도 2 및 3의 휠(10)을 포함하는 배열은 이러한 양방향 충전 능력을 가진다. 유사하게, 이러한 양상에서, 휠의 타이어는 충전 요소들에 의하여 영향을 받거나 간섭 받지 아니하고, 종래의 휠 상에 끼워지는 것과 같이 단순히 휠 상에 끼워진다.
앞에서 설명한 바와 같이, 휠과 같은 차량 요소와 연관된 충전 장치는 도로 상에서 유사하게 구비된 차량들로부터 전하를 사거나 파는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 낮게 충전된 차량은 유사한 충전 장치를 가진 잘 충전되거나 완전히 충전된 차량과 페어링될 수 있고, 하기의 설명을 참고하여 기재된 바와 같이 차량이 서로 근접하여 있을 때, 심지어 차량들이 도로를 따라 이동하고 있을 때 어느 정도의 전기 동력을 수신할 수 있다. 이것은 편리함을 제공하고 여행 도중 정차를 피하게 한다.
도 4는 본 개시의 다른 양상에 따른 차량(80)의 일부를 도시한다. 도 2 및 도 3과 같이 차량의 휠에 연계된 충전 장치 또는 충전 시스템 요소 대신, 충전 장치의 요소들은 차량(80)의 도어(82) 상에 또는 내에 위치할 수 있다. 하나의 양상에서, 상기 충전 장치는 마이크로파 동력 전송 안테나 시스템일 수 있다. 안테나 시스템은 전기 동력을 전송하기 위하여 수신기(84)와 송신기(86)를 포함할 수 있다. 송신기(86)는 송신 안테나 배열을 포함하고 수신기(84)는 수신 안테나 배열 또는 렉테나(rectenna)를 포함할 수 있다.
마이크로파 안테나 배열은 파는 차량으로부터 사는 차량까지 정확하게 복사를 안내하기 위하여 빔형성기(beamforming)를 이용할 수 있다. 빔형성기는 전송될 에너지의 겨냥을 허용하여 수신하는 차량이 송신하는 차량보다 약간 앞 또는 약간 뒤에 있을 수 있게 한다. 또한, 수신기와 안테나 사이에 근거리 무선 결합이 없기 때문에 보다 긴 거리 동력 전송이 가능할 수 있다.
도 4에 도시된 양상에서, 수신기(84)와 송신기(86)를 덮는 도어(82)의 일부는 강철보다는 유리섬유와 같이 마이크로파 복사의 즉각적인 전송을 허용하는 재료로 만들어질 수 있다. 도어(82) 내의 요소는 자동차 배터리와 전기적으로 접속되어 있고, 전하를 전송하는데 무선주파수(radio frequency) 회로의 사용을 수반할 수 있다.
도 5는 꽉 찬 전하(44)를 가지고 목적지까지의 루트(48) 상에 있는 제1차량(40)과, 낮은 양의 전하(46)를 가지고 목적지(60)까지의 다른 루트(50) 상에 있는 제2차량(42)을 도시한다. 이후 더 상세히 설명하는 바와 같이, 제2차량(42)은 정차하고 충전하는데 시간을 보내기 보다는 배터리를 동적으로 충전하고자 하는 바람 덕택에 동력을 사는 모드에 있을 수 있고, 이 전하를 얻기 위하여 동력을 파는 모드에 있는 차량을 식별하기 위해 신호를 방송할 수 있다(예를 들어, 차량-대-차량(V2V) 네트웍에 의하여). 한편, 제1차량은 동력을 파는 모드에 있거나, 만약 그렇지 않다면, 영역 내의 다른 차량이 동력을 사는 모드를 활성화했음을 나타내고 사용자가 동력을 파는 모드를 활성화하고 싶어 하는지 여부를 묻는 사용자를 위한 프롬프트(prompt)를 디스플레이할 수 있다. 제1차량(40)과 제2차량(42)이 전송할 전하의 양과 관련된 가격에 대하여 합의에 이르면, 차량들(40, 42)은 그들의 충전 요소들이 정렬되고 전기 동력이 전송될 수 있을 정도의 근접한 상태에 있을 수 있는 길을 검색할 수 있고, 합의에 이른 동력 레벨에 도달할 때까지 공통 루트(52)를 운행할 수 있다. 이 때, 절차의 시작에 비하여, 제1차량(40)은 증가된 전하의 양(54)을 갖게 되고 제2차량(42)은 감소된 전하의 양(56)을 갖게 된다.
여기에서 개시된 방법들은 적어도 하나 이상의 제어기에 의하여 실행될 수 있음을 이해하여야 한다. "제어기"라는 용어는 메모리와 하나 이상의 단계를 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 메모리는 알고리즘 단계를 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 특별히 이하에서 더욱 설명되는 하나 이상의 프로세스를 수행하기 위한 알고리즘 단계를 실행하도록 되어 있다.
더 나아가, 본 개시의 제어 로직은 프로세서, 제어기, 또는 유사한 것에 의하여 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터가 판독 가능한 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 판독 가능한 매체의 예들로는, 이에 한정되지 아니하지만, 롬(ROM), 램(RAM), 컴팩트 디스크(CD)-롬(ROM), 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래시 드라이브, 스마트 카드, 광학 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체는 또한 네트웍에 결합된 컴퓨터 시스템에 분산되어 컴퓨터가 판독 가능한 매체는 분산 형태로 저장되고 실행될 수 있다.
여기에서 기재된 전기 자동차는 전기 전하를 동적인 방식으로 사거나 팔기 위한 온라인 장터 내에서 작동할 수 있다. 이러한 장터는 (예를 들어, 차량 식별 번호에 의하여) 결국 특정 차량에 링크되는 사용자 계좌의 생성 및 유지를 허용할 수 있다. 사용자 계좌는 동적 충전 거래와 연관된 비용의 지불 및 수령을 용이하게 하기 위하여 사용자를 위한 재정 정보에 또한 링크될 수 있다.
상기 장터는 차량 내의 사용자 인터페이스를 통하여 접속될 수 있고, 차량의 내비게이션 시스템에 작동적으로 연결될 수 있다.
도 6은 차량의 헤드 유닛(72)을 통하여 접속 가능한 장터에 접속하기 위한 사용자 인터페이스(70)를 도시한다. 에너지 장터 응용프로그램은 배경에서 항시 구동될 수 있거나, 사용자에 의하여 수동으로 및 필요에 따라 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 도 6의 상부 패널에 도시된 바와 같이, 사용자는 목적지까지의 루트를 제공하도록 내비게이션 시스템에 명령한다. 충전 시스템은, 하나 이상의 프로세서를 사용하고 내비게이션 시스템과 작동적으로 연결되어 있는 덕택에, 배터리의 충전 레벨을 체크하고, 메모리에 저장된 연료 효율 추정치를 사용하여 현재의 충전 레벨이 재충전 없이는 요구된 목적지에 도달하기에 불충분하다는 것을 계산한다. 상부 패널에서, 헤드 유닛(72)은 동력을 사는 모드에 진입할 것인지, 차량을 충전하기 위해 정차할 것인지를 포함하는 옵션을 제공하며 경고 메시지(76)를 디스플레이한다. 사용자는 키(74)를 사용하여 이 질문에 답변을 할 수 있다. 하부 패널에서, 사용자는 시스템에 동력을 사는 모드에 진입할 것을 명령하고 동력을 사기 위한 제2차량을 식별한다(하기에서 설명되는 바와 같이). 헤드 유닛(72)은 이제 전하량과 사용자가 구매하기로 선택한 동력 단위에 대한 비용과 함께 구매 현황(78)을 디스플레이한다.
시스템과 연관된 응용은 본 개시의 범위 내에 머무르며 다양한 방식으로 원하는 대로 변경될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 동력을 사는 모드에서 그가 지불할 여지가 있는 에너지의 킬로와트시 당 최고 가격, 또는 동력을 파는 모드에서 킬로와트시 당 최소 가격과 같은 다양한 파라미터를 제공할 수 있는 디폴트 세팅과 함께 프로파일을 설정할 수 있다. 응용방법은 또한 다른 차량이 요청을 할 때마다 또는 사용자가 팔고자 하는 특정한 운전 기간 동안에만 사용자가 프롬프트를 받기를 원하는지 여부를 저장할 수 있다. 사용자는 또한 고객으로부터 충전을 가능하게 하기 위하여 기꺼이 갈 의지가 있는 내비게이션 목적지로부터 벗어난 최대 거리를 특정할 수 있다. 프로세서는 추정된 충전 시간, 추정된 비용을 계산하고 이들을 디스플레이하는 등을 할 수 있다.
도 7은 특정된 목적지에 도달하기 위하여 차량의 충전이 필요한지 여부, 또는 충분한 과잉 전하를 가지고 있고 동력을 파는 모드에서 사용될 수 있는지 여부를 결정하고, 행동을 취하도록 프롬프트를 제공하는 방법(100)을 도시한다. 방법(100)의 제1단계(110)에서, 차량은 사용자에 의하여 특정된 목적지까지의 경로를 검색하기 시작한다. 적어도 하나 이상의 프로세서 또는 제어기에 의하여, 단계(120)에서 시스템은 메모리에 저장된 적어도 하나 이상의 효율값을 사용하여 상기 목적지에 도달하기 위하여 얼마나 많은 전하가 요구되는지를 계산한다. 상기 프로세서는, 적어도 이 단계를 위하여, 내비게이션 시스템과 배터리에 전기적으로 연결되어 있다.
단계(130)에서, 시스템은 목적지에 도달하기까지 요구되는 동력의 양을 배터리에 가용 가능한 양과 비교한다. 시스템은 내비게이션 시스템과 상호 작용하여 차량이 취해야 하는 루트를 결정하고, 루트에 대한 정보와, 상기 루트를 횡단할 때 차량에 의하여 얼마나 많은 양의 전하가 소비될 것으로 예상되는지에 영향을 주는 도로의 형태, 속도 제한, 현재 교통상황, 날씨, 가열 및/또는 냉각 시스템에서 요구되는 동력 등과 같은 현재 상태에 대한 정보를 저장하고 있는 하나 이상의 데이터베이스에 또한 접속할 수 있다. 몇몇 양상에서, 수많은 차량으로부터의 데이터가 장터 서버에 보고될 수 있고, 장터 서버는 기계 학습을 사용하여 에너지 사용 추정을 향상시킬 수 있다. 다른 예에서, 차량의 프로세서 그 자체가 기계 학습 능력을 가지고 있고, 특히 시스템이 몇 달 또는 몇 년 동안 루트를 운행하는 다양한 사용자들의 경향과 패턴을 학습함에 따라 향상된 추정을 제공할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 50km의 루트를 제안하고 차량이 약 6.5 km/kWh의 에너지 효율을 가질 것으로 충전 시스템 및 그 프로세서가 결정하는 경우, 시스템은 목적지에 도달하기 위하여 차량이 약 7.7 kWh의 동력을 소모할 것으로 결정할 수 있다. 만약 차량이 이 실시예에서 30 kWh의 전하를 가지는 가득 찬 배터리로 시동되었으면, 차량은 여행에서 약 22 kWh의 여유를 가지게 된다. 따라서, 만약 사용자가 선택한다면, 차량은 동력을 파는 모드로 진입할 수 있으며, 재충전의 요구 없이 여전히 목적지까지 도착할 수 있는 반면 그 용량의 약 70%까지 판매할 수 있다.
이러한 판단에 기초하여, 시스템은 그 후 단계(140)에서 사용자에게 옵션들을 디스플레이한다. 만약 차량이 목적지에 도착하기에 충분한 전하를 가지고 있다면, 사용자 인터페이스는 이 점을 알려줄 것이다. 만약 차량이 과잉 전하를 가지고 있다면, 시스템은 사용자에게 동력을 파는 모드에 진입하도록 프롬프트를 띄울 수 있다. 만약 차량이 목적지에 도달하기에 충분하다고 인지되는 전하보다 더 적게 가지고 있다면, 시스템은 사용자에게 충전을 위하여 충전소에 정차하는 것 또는 동적 연결로 전기 동력을 판매할 파트너를 찾도록 시도하는 것 중 어느 것을 선호하는지를 묻는 프롬프트를 띄울 수 있다.
그 후, 사용자는 옵션들 중 선택할 수 있다(150).
도 8은 두 개의 차량 사이의 연결을 수립하는 방법(200) 및 전기 전하의 전송이 되도록 하는 단계들을 도시한다. 단계(210)에서, 두 개의 차량 사이에서 정보를 전송하도록 제1차량은 근거리 전용 통신(dedicated short-range communication; DSRC) 장치, 와이파이(WiFi), 블루투스, 차량-대-차량 네트웍 또는 이와 유사한 것과 같은 통신 링크를 설립할 수 있다. V2V 네트웍은 802.11p 무선 프로토콜을 사용하여 차량들 사이에서 데이터를 교환할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 무선 네트웍은 5G-기반 통신을 사용할 수 있다.
단계(220)에서 두 개의 차량은 적어도 전송될 전하의 양과 이러한 동력 전송과 관련된 비용을 결정하는 동력 전송 합의를 이루도록 통신 연결을 이용할 수 있다. 비용 합의는 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 제1, 2차량의 사용자는 거래 시 사용자 인터페이스에 원하는 가격을 입력하거나 사용자 계좌에 연관되어 남아 있는 전하를 사거나 팔기 위하여 수락 가능한 가격의 범위를 수정되기 전까지 미리 정할 수 있다. 다른 양상에서, 장터 서버 자체가 가격 또는 가격 범위를 선택하고 이 가격을 제1, 2차량의 사용자에 의하여 승인을 받기 위하여 제1, 2차량 모두의 사용자 인터페이스에 전달할 수 있다.
단계(230)에서, 차량의 충전 부분들(휠 또는 도어)이 정렬되어 전기 동력이 하나의 차량에서 다른 차량으로 전송될 수 있다. 이 단계는 차량의 운전자에 의하여 안내되거나 하나 또는 두 개의 차량의 내비게이션 시스템에 의하여 보조될 수 있다. 더욱 정확한 정렬은 충전 장치들 사이의 거리를 감소시킬 수 있으므로 더 효율 좋은 전송을 가능하게 할 수 있다.
선택적 단계(240)는 동력을 전송하기에 충분할 만큼 차량의 충전 부분들이 정렬 및/또는 근접한지 여부를 시험하기 위하여 제2차량이 제1차량에 동력 펄스를 보내는 것을 포함한다. 이 시험 펄스는 기간이 짧을 수 있으며, 전송된 전하의 몇 퍼센트가 제1차량에 의하여 실제로 수신되는지를 결정하기 위하여 차량들은 V2V 네트웍에 의하여 통신할 수 있다. 만일 그 양이 설정된 한계값을 만족하거나 한계값 이상이면, 충전 시스템은 단계(250)로 진행하여 제2차량으로부터 제1차량으로 일련의 펄스들 또는 실질적으로 계속되는 전하를 보내는 동력 전송을 시작한다. 단계(240)가 성공적이지 않으면, 각 내비게이션 시스템은 하나 또는 두 개의 차량의 위치를 조정하여 차량들을 정렬하고 충전이 생산적이도록 하거나 거래를 포기할 수 있다.
합의된 전기 동력의 전송 후, 동력 전송은 단계(260)에서 완료된다. 동력 전송의 완료에 후속하여, 단계(270)에서 V2V 네트웍을 통한 차량 사이의 통신은 중단되고 단계(280)에서 금전적인 거래가 장터 서버를 사용하여 완료될 것이다.
비록 도 8의 흐름도에서 단계(280)가 최종 단계로 도시되어 있지만, 몇몇 경우에 통신 종료가 이어지지 않으며 단계(270) 또는 단계(260)와 동시에 수행될 수 있다.
몇몇 경우에, 단계(250)(동력 전송의 시작)와 단계(260)(동력 전송의 완료) 사이에 완전한 양의 전기 전하가 전송되지 않을 수 있다. 이것은 다양한 팩터들 또는 다양한 이유들에 기인할 수 있는데, 예를 들어 전송될 전하의 양이 20분을 필요로 할 때, 거래는 시작될 수 있고, 교통 혼잡 또는 도로 폐쇄로 인하여 파는 차량이 목적지에 도달하기 위하여 시기 적절하게 10분 내에 경로를 바꿀 수 있다. 이러한 경우, 단계(260)와 단계(270)(동력 전송 및 차량 사이의 통신 중단)는 단지 전송의 일부만이 완료되었다고 결론지을 수 있다. 동력 전송이 완료되면, 시스템은 완전한 양의 전하가 전송되거나 수신되었는지 여부를 감시한다. 만약 완전한 양의 전하가 전송되지 않았고 두 차량 사이의 통신이 다시 수립되지 않았으면, 전송된 에너지의 양이 장터 서버에 보고되고, 사는 모드에 있는 차량의 운전자는 전송된 양을 위한 금액만을 지불할 수 있다.
도 9는 본 개시의 원리에 따른 에너지 공유 절차(300)의 상세도이다. 이 절차에서, 사는 모드에 있는 제1차량(302)과 파는 모드에 있는 제2차량(304)은 장터 서버(306)를 이용하는 에너지 공유 장터에 사전 등록된다. 차량들이 서로서로 근접함에 따라(308), 제1차량(302)은, 하나의 양상에서, V2V 네트웍에 의하여 제2차량(304)에 에너지를 사겠다는 요청을 보낸다(310).
이 경우, 제2차량(304)은 V2V 네트웍을 통하여 전송할 에너지를 위한 가격과 인터페이스 정보를 보낸다(312). 그러면, 제1차량(302)은 충전 호환성을 검증하고, 자동으로 또는 사용자에게 프롬프트를 띄우고 긍정적인 답변을 수신하는 것에 의하여 가격과 전하량이 수용 가능한 것으로 결정한다(314). 만약 가격과 전하량이 수용 가능한 것으로 결정되면, 시스템은 제2차량(304)에 승인을 보낸다(316).
그러면, 두 차량은 정렬되고 동력 전송을 준비하는 단계를 시작한다. 차량(302, 304)의 충전 시스템은 루프(318)를 시작하고, 루프(318)는 조건들이 동력 전송을 할 수 있는지 여부를 결정하는 기능을 한다. 이 루프(318)에서 제2차량(304)은 동력 펄스를 제1차량(302)에 보내고(320), 제1차량(302)은 충전 효율이 충전을 진행하기에 충분할 만큼 높은지 여부를 결정하기 위하여 점검한다(322). 이것은 두 차량(302, 304)의 다양한 거리와 정렬 상태에서 임의의 횟수만큼 반복될 수 있다. 조건들이 충전을 위하여 수용 가능한 것으로 밝혀지면, 제1차량(302)은 제2차량(304)에 신호를 보내 동력 전송을 시작할 수 있다(324).
그러면, 제2차량(304)은 제1차량(302)에 합의된 전하량을 전송할 때까지 또는 충전이 완료될 수 없는 상황이 발생될 때까지 동력을 전송한다(326). 단계(328)에서 충전은 멈춰지고 차량(302, 304)은 서로 멀어질 수 있다. 차량(302, 304)이 여전히 서로 통신 중이라면, 제2차량(304)은 제1차량(302)에 충전 기간이 종료되었다는 통지를 보내고(330), 전송된 동력에 대해 지불해야 하는 가격의 업데이트를 제공할 수 있다. 제2차량(304)은 또한 동일한 정보에 대한 통지를 장터 서버(306)에 보낼 수 있고(332), 장터 서버(306)는 그 후 사용자의 금융 기관에 접속할 것이고 구매한 에너지의 양에 대한 금액을 인출할 계좌를 제1차량(302)에 확인할 수 있다(334). 그러면, 제1차량(302)은 이러한 상세 사항을 확인하여 주고(336), 그 후 거래는 종료될 수 있다.
본 개시에서 설명된 바와 같은 시스템, 네트웍, 방법은 수동으로 조작되는 차량과 자율주행 차량 모두에서 실시될 수 있다. 예를 들어, 두 대의 수동으로 조작되는 차량은, 두 대의 자율주행 차량 또는 한 대의 수동으로 조작되는 차량과 한 대의 자율주행 차량에서 수행될 수 있는 것과 같이, 서로 통신하고 전하를 전송할 수 있다. 자율주행 차량의 관여가 특히 주목할만한 상황이 있을 수 있다. 예를 들어, 사람이 운전자일 때 사는 모드의 차량과 파는 모드의 차량이 서로 조직될 정도로 충분히 근접하게 존재하는 것은 적어도 부분적으로는 우연일 수 있다. 그러나, 한 무리의 자율주행 차량은 서로 조직될 수 있고 장터를 통하여 통신하는 다른 차량과 전하를 사거나 팔도록 조직될 기회를 대체로 끊임없이 검색할 수 있다. 그러한 차량들 내의 사람인 승객은 루트를 결정하기 위하여 차량과 상호작용하지 않기 때문에, 루트에 약간의 변경을 가하고 속도를 조정하는 것을 심지어 승객이 알아채지 못할 수 있고, 이는 전체 이동 시간에 심각하게 영향을 끼치지 않으면서 원하는 동력 수준으로 차량이 여행을 마칠 수 있도록 허용한다. 더 나아가, 충전 요소들이 서로 근접할수록 전하 전송 효율이 증가하는 시스템을 위하여, 자율주행 차량은 인간인 운전자가 하는 것보다 충돌 없이 서로 더욱 근접되도록 운전하기에 더 적합하다.
하나의 양상에서, 한 무리의 "파는 모드" 전용 자율주행 차량이 교통 혼잡 또는 인구 밀도가 높은 지역에 유지되고 배치될 수 있다. 이러한 차량들은 매우 높은 정도의 전하를 유지하고 있을 수 있고 주어진 지역을 순환하며 사는 모드에 있는 차량의 사용자에게 전하를 팔겠다고 제안할 수 있다.
수동으로 조작되는 차량의 충전 시스템은 배터리가 고갈되거나 고갈될 위험이 있을 때 도움을 요청하기 위한 충분한 자동화될 수 있다. 기부 차량은 앞에서 기재한 바와 같은 임의의 하나의 단계 또는 단계들의 조합을 수행하도록 된 자율주행 차량일 수 있다.
이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 청구범위에 있는 본 개시의 범위와 사상을 벗어남이 없이 다양한 변경, 추가 및 대체가 가능하다.

Claims (22)

  1. 차량 간 전기 동력을 전송하는 방법에 있어서,
    프로세서에 의하여, 제1차량의 충전 레벨을 결정하는 단계;
    상기 프로세서에 의하여, 상기 충전 레벨에 기초하여 제1차량의 사는 모드와 파는 모드 중 하나를 활성화시키는 단계;
    차량-대-차량 통신에 의하여, 제2차량과의 통신 링크를 수립하는 단계;
    제1차량이 파는 모드이면 제2차량이 사는 모드인지 또는 제1차량이 사는 모드이면 제2차량이 파는 모드인지를 결정하는 단계;
    제1차량이 사는 모드이고 제2차량이 파는 모드이면, 수신할 전기 동력의 양을 결정하고 제2차량으로부터 전기 동력의 상기 양을 수신하기 시작하는 단계; 그리고
    제1차량이 파는 모드이고 제2차량이 사는 모드이면, 전송할 전기 동력의 양을 결정하고 전기 동력의 상기 양을 제2차량에 전송하기 시작하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 링크를 수립한 후에 제2차량에 동력 펄스를 전송하거나 제2차량으로부터 동력 펄스를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    사는 모드 또는 파는 모드를 활성화시키기 전에 내비게이션 시스템에 목적지를 입력하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 목적지에 도착하기 위해 필요하다고 추정된 동력에 기초하여 수신하거나 전송할 전기 동력의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    제1차량과 제2차량은 사는 모드 또는 파는 모드에 있을 때 움직이고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    전기 동력을 전송하기 위하여 제1차량의 제1충전 요소를 제2차량의 제2충전 요소에 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제1충전 요소는 제1차량의 도어에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    사는 모드 또는 파는 모드는 차량의 사용자에 의하여 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    사는 모드 또는 파는 모드는 자동으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    전기 동력의 양을 전송하는 단계 전에 전기 동력을 사거나 팔기 위한 가격은 제1차량의 사용자 인터페이스에 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    제1차량이 사는 모드에 있으면, 상기 사용자 인터페이스는 충전소로부터 전기 동력을 구매하기 위한 최소 가격 옵션을 더 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 차량 간 전기 동력을 전송하는 시스템에 있어서,
    제1차량 내에,
    하나 이상의 프로세서;
    상기 하나 이상의 프로세서와 통신하는 사용자 인터페이스;
    제2차량과 직접 또는 간접으로 통신하도록 된 통신 시스템; 그리고
    제2차량에 전기 동력을 전송하거나 제2차량으로부터 전기 동력을 수신하기 위한 충전 요소;
    를 포함하고,
    상기 충전 요소는 상기 하나 이상의 프로세서와 전기적으로 연결되고,
    상기 프로세서는 사는 모드와 파는 모드를 활성화시키도록 되어 있으며, 제2차량이 사는 모드 또는 파는 모드에 있는지를 결정하도록 되어 있는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 통신 시스템에 의하여 제2차량과의 통신 링크가 수립된 후에, 충전 요소는 제2차량에 동력 펄스를 전송하거나 제2차량으로부터 동력 펄스를 수신하도록 되어 있는 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 충전 요소는 제1차량의 도어에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    사용자 인터페이스는 사는 모드 또는 파는 모드에 위치되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서에 전기적으로 연결된 위치 센서를 더 포함하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 위치 센서는 프로세서에 위치 데이터를 제공하도록 되어 있어 상기 프로세서는 제2차량에 전기 동력을 전송하거나 제2차량으로부터 전기 동력을 수신할 수 있는 위치에 제1차량이 있는지 여부를 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 차량 간 전기 동력을 전송하기 위한 자동차의 휠에 있어서,
    휠 중심;
    상기 휠 중심 주위로 배치된 실린더 형상의 배럴;
    상기 휠 중심으로부터 배럴까지 연장된 복수개의 스포크; 그리고
    배럴 주위를 감싸는 전도 요소;
    를 포함하는 자동차의 휠.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배럴과 스포크는 비전도성 탄소 섬유 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 휠.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 배럴의 내주면 상에는 페라이트 층이 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 휠.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 일부의 스포크는 페라이트 층을 포함하는 자동차의 휠.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 전도 요소는 전기 절연 물질로 된 삽입 물질의 층 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 휠.
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