KR20210001532A - 전기 자동차의 충전 시스템 - Google Patents

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KR20210001532A
KR20210001532A KR1020190077785A KR20190077785A KR20210001532A KR 20210001532 A KR20210001532 A KR 20210001532A KR 1020190077785 A KR1020190077785 A KR 1020190077785A KR 20190077785 A KR20190077785 A KR 20190077785A KR 20210001532 A KR20210001532 A KR 20210001532A
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Abstract

전기 자동차의 충전 시스템은, 차량 운행중 발생하는 진동을 이용하여 압전 에너지 발전 유닛, 상기 압전 에너지 발생 유닛으로부터 발생된 전기 에너지를 저장하는 축전 유닛, 상기 축전 유닛의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 컨버터 및 상기 전원 컨버터로부터 전달받은 전원을 저장하는 주배터리를 포함한다.

Description

전기 자동차의 충전 시스템{METHOD OF CHARGIN AN ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차의 충전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주행 중 진동을 이용하여 전기 자동차의 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차의 충전 시스템에 관한 것이다.
기존의 전기자동차는 매연 발생 없이 배터리에 충전된 전원을 사용하여 전기모터를 구동하여 충분한 가속력과 주행 속도로 자유롭게 움직일 수 있다. 그러나 전기자동차에 전원을 공급하기 위한 배터리의 경우 장거리 주행을 위해서 충분하게 준비할 경우. 배터리의 수가 많아지고 차체 무게가 무거워져 주행 거리에 한계가 있다. 나아가, 충전 시간이 장시간 소요되어 신속하게 이동할 수 없는 단점이 있다. 또, 충전과 완전 방전으로 배터리의 수명 단축이 심각하여 배터리 교체 비용과 폐기된 배터리가 환경 오염원이 될 수 있어 무공해 대체 교통수단으로 사용하기 어려운 점이 있다.
한편, 전기자동차가 배터리 전원만을 이용하여 주행하는 것에 비하여 가솔린, 디젤 엔진과 결합한 형태인 하이브리드 자동차(hybrid electric vehicle)는 출발과 가속은 내연기관의 힘으로, 주행은 전기 모터의 힘으로 주행하여 효율이 높고, 매연이 적어 차세대 교통수단으로 각광받고 있다. 그러나, 기계 구조와 기능이 복잡하고 고갈되는 석유 에너지를 동시에 사용해야 하기 때문에 한계점이 있다.
이에 전기 자동차는 한정된 배터리 용량을 극복하고 에너지 효율을 개선하기 위하여, 회생 제동 에너지를 이용하고 있다. 회생 제동 에너지는 주행 중 차량의 감속 또는 제동시 주행 방향으로의 관성 에너지를 이용하여 모터의 전류 방향을 변경하거나 회전자의 회전 방향을 변경함으로써 모터를 발전자로 이용한다. 이로써 모터가 발전자로 기능함으로써 배터리를 충전할 수 있다.
하지만, 회생 제동 에너지로 배터리를 충전하는 기술 또한 용량의 한계가 존재한다. 이로 인해 배터리 충전을 위한 다른 에너지원을 확보하는 것이 요구된다.
본 발명의 일 목적은 주행 중 발생하는 진동 에너지를 이용하여 전기 자동차의 배터리를 충전할 수 있는 전기 자동차의 충전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은, 차량 운행중 발생하는 진동을 이용하여 압전 에너지 발전 유닛, 상기 압전 에너지 발생 유닛으로부터 발생된 전기 에너지를 저장하는 축전 유닛, 상기 축전 유닛의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 컨버터 및 상기 전원 컨버터로부터 전달받은 전원을 저장하는 주배터리를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압전 에너지 발생 유닛은 차량의 서스펜션과 부착된 압전부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압전부는 차량의 서스펜션과 부착된 한 쌍의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재된 압전 패드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압전 패드는 압전 세라믹 물질을 포함할 수 있으며, 상기 압전 패드는 ABO3 구조를 갖는 피에조 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 시스템에 따르면, 차량 주행시 발생하는 진동 에너지를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
나아가, 압전 에너지 발생 유닛에 포함된 압전 패드가 차량의 서스펜션 유닛에 부착됨으로써, 주행시 진동이 가장 크게 발생할 수 있는 위치에서 장착된 압전 에너지 발생 유닛이 높은 효율로 에너지를 발생시 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도1의 압전 에너지 발전 유닛을 설명하기 위한 정면도이다.
도 3은 도 1의 압전 에너지 발전 유닛에 포함된 압전 패드를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도1의 압전 에너지 발전 유닛을 설명하기 위한 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은, 압전 에너지 발전 유닛(110), 축전 유닛(130), 전원 컨버터(150) 및 배터리(170)를 포함한다. 상기 전기 자동차의 충전 시스템은 차량 주행시 발생하는 진동 에너지를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
압전 에너지 발전 유닛(110)은 압전 소자에 인가되는 압력 또는 진동에 의하여 압전 물질의 구조가 변경된다. 이때, 전기 에너지가 생성되어 배터리를 충전할 수 있다.
압전 에너지 발전 유닛(110)은 예를 들면, 차량의 서스펜션 유닛에 장착될 수 있다. 즉, 차량 주행중 서스펜션에 가장 큰 진동이 발생할 수 있다. 이때 발생하는 진동 에너지를 이용하여 압전 에너지 발전 유닛(110)이 전력을 생산할 수 있다. 즉, 압전 에너지 발전 유닛(110)은 서스펜션 유닛의 상부가 차체에 연결되는 연결 위치에 체결될 수 있다.
이러한 압전 에너지 발전 유닛(110)은 그 내부에 압전부(120)를 포함한다. 이때 압전부는 다양한 재질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 압전부(120)는 폴리머 또는 세라믹으로 마련될 수 있고, 폴리머 및 세라믹이 혼합된 하이브리드 형태로 마련될 수도 있다. 아울러 단결정체 또는 다결정체로 마련될 수 있다.
부연하면, 압전부(120)가 세라믹으로 이루어 질 경우 ABO3형인 피에조 세라믹을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 압전부(120)가 폴리머로 이루어질 경우, 압전 세라믹에 비해 압전 변형률이 정수배인 고무로 제작될 수 있다. 다만, 압전부(120)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 압전부(120)의 두께는 주행시 발생하는 주파수에 따라 조절될 수 있다. 이로써 임피던스 매칭이 발생하여 압전부(120)가 최적의 두께를 가질 수 있다.
압전 에너지 발전 유닛(110)은 각각의 차륜에 대응되는 서스펜션 유닛에 복수 개로 각각 장착된다. 이때, 압전 에너지 발전 유닛(110)은 서로 다른 공진 주파수를 가질 수 있다. 이로써, 차량 주행시 발생하는 주파수의 크기에 따라 대응되는 공진 주파수를 갖는 압전 에너지 발전 유닛(110)이 전기 에너지를 생성할 수 있다.
축전 유닛(130)은 압전 에너지 발생 유닛(110)으로 발생된 전기 에너지를 저장한다. 이때, 축전 유닛(130)은 교류 전류 전력을 저장할 수 있다.
전원 컨버터(150)는 상기 교류 전류 전력을 직류 전류 전력으로, 또는 직류 전류 전원을 교류 전류 전력으로 변환한다. 예를 들면, 축전 유닛(130)에 저장된 교류 전류 전원을 전달 받은 전원 컨버터(150)는 직류 전류 전원으로 변환하여 배터리(170)에 전달할 수 있다. 이때, 전원 컨버터(150)는 복수의 스위칭 소자들을 포함할 수 있다.
배터리(170)는 직류 전류를 저장한다. 한편, 모터를 구동하기 위하여 상기 배터리(170)는 전원 컨버터(150)를 통하여 구동 전력을 모터에 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 압전부(120)는 한 쌍의 전극들(121, 122) 및 전극들 사이에 개재된 압전 패드(125)를 포함할 수 있다.
압전 패드(125)에서 발생하는 전기로 인하여, 전극들 사이에 전위가 발생하고 이로써 압전부(120)로부터 전력이 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 자동차의 충전 시스템은 도로 상에 주행 중에 발생하는 진동 에너지를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
나아가, 압전 에너지 발생 유닛이 서스펜션의 상부에 구비됨으로써 차량에서 발생하는 진동 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 압전 에너지 발생 유닛 120: 압전부
130: 축전 유닛 150: 전원 컨버터
170: 배터리

Claims (5)

  1. 차량 운행중 발생하는 진동을 이용하여 압전 에너지 발전 유닛;
    상기 압전 에너지 발생 유닛으로부터 발생된 전기 에너지를 저장하는 축전 유닛;
    상기 축전 유닛의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 컨버터; 및
    상기 전원 컨버터로부터 전달받은 전원을 저장하는 주배터리를 포함하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전 에너지 발생 유닛은 차량의 서스펜션과 부착된 압전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압전부는 차량의 서스펜션과 부착된 한 쌍의 전극들; 및
    상기 전극들 사이에 개재된 압전 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압전 패드는 압전 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 압전 패드는 ABO3 구조를 갖는 피에조 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 충전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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