KR20220118826A - 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치 - Google Patents

Abstract

전기 버스에서, 팬터그래프 충전 접촉부와 차량의 컨택트바와 거리를 이용하여 고속하강과 저속 정밀하강을 통해 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바 간의 부드러운 접촉을 유도함과 동시에 전체적인 충전시간을 단축하면서 접촉소음 및 접촉부 마모를 감소하도록 한 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치에 관한 것으로서, 하향식 팬터그래프를 이용하여 충전 대상 전기 버스에 탑재된 컨택트바와 접촉을 통해 전기 버스를 충전하는 팬터그래프 충전장치를 포함하고, 팬터그래프 충전장치는 전기 버스의 상부와 컨택트바의 거리를 측정하여 거리 차를 산출하고, 산출한 거리 차로 차량에 탑재된 컨택트바의 상태를 판별하며, 컨택트바의 상태가 정상이면 팬터그래프 이중 속도제어신호를 발생하여, 팬터그래프의 하향 이동 속도를 고속과 저속 정밀 제어를 조합하여 제어하여, 전체적인 팬터그래프 하향 이동시간을 단축시켜 충전 시간 단축을 도모하고, 부드러운 접촉을 통해 접촉부 접촉 소음과 마모를 감소시킨다.

Description

전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치{Contact control device between pantograph for electric vehicle charging and contact bar}

본 발명은 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치에 관한 것으로, 특히 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서, 팬터그래프 충전접촉부와 차량의 컨택트바와 거리를 정확하게 측정하고, 측정한 거리를 이용하여 고속하강과 저속 정밀하강을 조합하여 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바 간의 부드러운 접촉을 유도함과 동시에 전체적인 충전시간을 단축하면서 접촉소음 및 접촉부 마모를 감소하도록 한 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치에 관한 것이다.

가솔린이나 경유 등의 화석 연료를 사용하는 자동차들은 화석 연료의 고갈 및 지구 온난화 문제를 야기하고 있고, 그 결과 환경 보호를 위한 이산화탄소 및 배출가스의 규제가 강화되고 있다. 이에 대한 대안으로 전기차들이 서서히 보급되고 있으나, 한번 충전으로 운행할 수 있는 거리가 아직 충분하지 않고 충전 인프라의 구축도 더뎌 전기차의 보급에 장애물로 작용하고 있다.

특히, 정해진 노선을 주행하는 전기 버스는 한번 충전으로 노선을 충분히 운행할 수 있으므로 한번 충전으로 주행할 수 있는 거리의 제약이 상대적으로 문제가 되지 않고, 전기 버스가 모이는 차고지에 충전 시스템을 구비하면 되므로 충전 인프라의 구축도 상대적으로 용이하다.

전기 버스를 차고지에 설치된 충전 시스템을 이용하여 충전할 경우, 전기 버스 충전구에 충전기를 삽입하여 충전하는 충전 방식, 접촉을 통해 충전을 하는 충전 방식 등이 있다.

특히, 후자는 팬터그래프와 같은 충전 장치를 이용하여 충전을 한다.

하향식 팬터그래프 충전시스템의 충전 가능한 범위는 차량의 높이와 밀접한 관계가 있다. 특히, 지면에서부터 차량 지붕의 컨택트바까지의 높이는 충전 가능한 차량의 범위를 결정하는 가장 중요한 요소이다.

충전을 위한 하향식 팬터그래프의 하강거리 제어는 단일 속도로 하강하여 팬터그래프의 충전접촉부가 차량의 컨택트부에 접촉된 후, 접촉 압력을 유지하기 위해 일정거리 하강 후 정지하는 방식이 주로 사용된다.

이러한 하향식 팬터그래프 충전시스템은 팬터그래프 충전접촉부와 차량의 컨택트바가 접촉될 때 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바간의 거리와 무관하게 동일한 속도로 접촉되므로, 접촉 소음이 과도하게 발생하여 차량내 승객의 불안감을 증가시키고 과도한 충격 피로 및 마모를 일으키는 단점이 있다.

팬터그래프 방식을 이용한 전기차 충전시스템에 대해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 은 버스, 철도 등 교통수단 및 시설의 안전도와 경제적·효과적 전력 공급을 위해, 노선에 일정 블록을 설정하고 동 블록의 이동을 통하여 차량 운행을 제어하는 것으로, 블록설정, 반도체 소자를 통한 전력제어, 차량 운행제어 프로세스를 제공한다. 특히, 블록설정은 P-GL의 경우 차량 및 편성 단위로 하되 전차선(가선)의 지지대 즉, 전주의 길이 범위 내에 가선상(가선의 지탱·유지를 위한 보조선) 또는 가선 지지 전주 등에 설치하여, 전기에너지를 효율적 공급하고 차량의 정확한 위치 정보 등을 제공할 수 있는 Guide Line과 이를 적용한 버스 등 차량도 일반 도로상에서 철도와 같은 기능과 효과를 갖게한다.

그러나 상기와 같은 종래기술들은 팬터그래프 충전 방식을 이용하여 전기 버스와 같은 차량을 충전할 수는 있으나, 팬터그래프를 하강시켜 컨택트바와 접촉시키는 방식이므로, 접촉 소음이 과도하게 발생하여 차량내 승객의 불안감을 증가시키고 과도한 충격 피로 및 마모를 일으키는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2014-0016668(2014.02.10. 공개)(버스 등 수단의 전기동력화, 무가선화)

따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 하향식 팬터그래프 충전시스템을 이용한 전기 버스 충전방식과 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기차(예를 들어, 전기 버스)에서, 팬터그래프 충전접촉부와 차량의 컨택트바와 거리를 정확하게 측정하고, 측정한 거리를 이용하여 고속하강과 저속 정밀하강을 조합하여 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바 간의 부드러운 접촉을 유도함과 동시에 전체적인 충전시간을 단축하면서 접촉소음 및 접촉부 마모를 감소하도록 한 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 차량의 컨택트바의 정 위치를 정확하게 인지할 수 있도록 한 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치"는,

하향식 팬터그래프를 이용하여 충전 대상 전기 버스에 탑재된 컨택트바와 접촉을 통해 전기 버스를 충전하는 팬터그래프 충전장치를 포함하고,

상기 팬터그래프 충전장치는,

상기 전기 버스의 상부와 컨택트바의 거리를 측정하여 제1 및 제2 거리측정신호를 발생하는 거리 측정부;

상기 거리 측정부에서 발생한 제1 및 제2 거리측정신호를 이용하여 거리 차를 산출하고, 산출한 거리 차로 차량에 탑재된 컨택트바의 상태를 판별하며, 상기 컨택트바의 상태에 이상이 있으면 컨택트바 이상상태를 통보해주고, 상기 컨택트바의 상태가 정상이면 팬터그래프 이중 속도제어신호를 발생하는 충전 제어부; 및

상기 충전 제어부에서 발생한 팬터그래프 이중 속도제어신호에 따라 팬터그래프의 하향 이동 속도를 제어하는 팬터그래프 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 "전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치"는,

상기 전기 버스에 탑재되며, 차량 정보를 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치에 전송하고 충전을 요청하며, 상기 팬터그래프 충전장치의 제어에 따라 충전을 하는 차량 충전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 거리 측정부는,

상기 충전 대상 전기 버스의 상부에 탑재된 컨택트바에 초음파를 발신하고, 반사된 초음파를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바 돌출부 간의 거리를 측정하여 제1 거리측정신호를 발생하는 초음파 센서; 및

상기 충전 대상 전기 버스의 상부에 레이저를 발신하고, 반사된 레이저 신호를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부와 전기 버스 상부 간의 거리를 측정하여 제2 거리측정신호를 발생하는 레이저 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 초음파 센서 및 레이저 센서는 상기 팬터그래프에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 팬터그래프 충전장치는,

상기 차량 충전 장치로부터 전송된 충전 관련 데이터를 수신하여 상기 충전 제어부에 전달하는 통신 모듈; 및

상기 충전 제어부에서 발생한 컨택트바 이상상태 정보를 전기 버스 운전자 또는 차량 관리자의 휴대 단말로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 충전 제어부는,

상기 통신 모듈 및 거리 측정부에서 전송된 충전 관련 데이터 및 제1 및 제2 거리측정 신호를 입력받는 입력부;

상기 입력부를 통해 입력된 제1 및 제2 거리측정 신호를 이용하여 거리 차를 산출하는 거리차 산출부;

상기 거리차 산출부에서 산출한 거리차를 기초로 컨택트바의 상태를 판별하는 컨택트바 상태 판별부; 및

상기 컨택트바 상태 판별부에 의해 컨택트바 이상상태로 판별이 되면, 컨택트바 이상상태 정보를 생성하여 통신부에 전달하는 컨택트바 이상상태 통보부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 컨택트바 상태 판별부는 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위 이내이면 컨택트바가 정상상태라고 판별을 하고, 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위를 벗어나면 컨택트바가 이상상태라고 판별하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 충전 제어부는,

상기 컨택트바 상태 판별부에 의해 컨택트바가 정상상태라고 판별이 되면, 상기 팬터그래프의 고속 하강을 위한 고속 하강 속도제어신호와 저속 정밀하강을 위한 저속 정밀하강 속도제어신호를 산출하여 팬터그래프의 하강 속도를 제어하는 팬터그래프 속도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 고속 하강 속도제어신호는 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바가 접촉하기 이전의 설정된 일정거리만큼만 팬터그래프를 고속으로 하강하기 위한 속도 제어신호이며, 상기 저속 정밀하강 속도제어신호는 상기 팬터그래프 충전접촉부와 상기 컨택트바의 접촉 시 부드러운 접촉을 유도하기 위한 속도 제어신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기 버스에서, 팬터그래프 충전접촉부와 차량의 컨택트바와 거리를 정확하게 측정하고, 측정한 거리를 이용하여 고속하강과 저속 정밀하강을 조합하여 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바 간의 부드러운 접촉을 유도함과 동시에 전체적인 충전시간을 단축하면서 접촉소음 및 접촉부 마모를 감소해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 팬터그래프(Pantograph)를 이용하여 충전을 하는 전기 버스에서, 팬터그래프 충전접촉부와 차량의 컨택트바와 거리를 정확하게 측정하고, 측정한 거리를 이용하여 컨택트바의 이상상태 시, 이를 버스 운전사 또는 버스 관리자의 휴대 단말로 전송하여, 충전이 이루어지지 않거나 오동작이 발생하는 것을 사전에 방지할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치의 전체 구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바 간의 접촉 예시도,
도 3은 본 발명에서 팬터그래프 충전장치의 실시 예 블록 구성도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치의 개략 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 예시도로서, 차량 충전 장치(100), 파워 뱅크(200), 브릿지(300) 및 팬터그래프 충전장치(400)를 포함한다.

파워뱅크(200)는 수배전반을 통해 공급되는 전력을 충전 전력으로 변환하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)에 공급해주는 역할을 한다.

차량 충전 장치(100)는 전기 버스(101 - 104)에 탑재되며, 차량 정보를 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)에 전송하고 충전을 요청하며, 상기 팬터그래프 충전장치(400)의 제어에 따라 충전을 하는 역할을 한다.

본 발명에서는 팬터그래프 충전장치(400)가 4대의 전기 버스(101 - 104)를 충전하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 하나의 팬터그래프 충전장치(400)를 이용하여 더 적은 수(1대 내지 3대) 또는 더 많은 수(예를 들어, 10대 이상)의 전기 버스를 충전할 수 있다.

상기 차량 충전 장치(100)는 전기 버스(예를 들어, 103)의 차량 운전석 위 전고에 설치되어, 상기 팬터그래프 충전장치(400)와 집적 접촉되어 충전 전력을 공급받아 배터리를 충전하는 충전부(110), 충전 시 차량 정보를 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)로 전송하고 충전을 요청하는 차량 장치(120)를 포함한다.

상기 충전부(110)는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 전기 버스(103)에 설치되며 상기 팬터그래프 충전장치(400)와 직접 접촉을 통해 충전 전력을 공급받아 배터리를 충전시킨다. 이러한 충전부(110)는 모든 전기 버스에 개별적으로 마련되어 있다. 도 2a 및 도 2b에서 참조부호 111, 112는 충전 전력을 직접 접촉식으로 공급받는 컨택트바를 나타낸 것이다.

브릿지(300)는 상기 팬터그래프 충전장치(400)를 이동시킬 수 있는 이동 레일(304)이 형성되어, 팬터그래프 충전장치(400)가 이동 레일(304)을 타고 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.

브릿지(300)는 팬터그래프 충전장치(400)를 이동시키기 위한 건축물을 의미할 수 있다. 브릿지(300)는 팬터그래프 방식으로 충전되는 전기 버스보다 높게 형성되어, 브릿지(300)의 하단에서 충전을 위해 진입 또는 진출하는 전기 버스가 브릿지(300)에 충돌하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

팬터그래프 충전장치(400)는 하향식 팬터그래프를 이용하여 충전 대상 전기 버스에 탑재된 컨택트 바(예를 들어, 111, 112)와 접촉을 통해 전기 버스를 충전하는 역할을 한다.

이러한 팬터그래프 충전장치(400)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전기 버스(103)의 상부와 컨택트 바(111, 112)의 거리를 측정하여 제1 및 제2 거리측정신호를 발생하는 거리 측정부(420), 상기 거리 측정부(420)에서 발생한 제1 및 제2 거리측정신호를 이용하여 거리 차를 산출하고, 산출한 거리 차로 차량에 탑재된 컨택트 바(111, 112)의 상태를 판별하며, 상기 컨택트 바(111, 112)의 상태에 이상이 있으면 컨택트 바(111, 112) 이상상태를 통보해주고, 상기 컨택트 바(111, 112)의 상태가 정상이면 팬터그래프 이중 속도제어신호를 발생하는 충전 제어부(440), 및 상기 충전 제어부(440)에서 발생한 팬터그래프 이중 속도제어신호에 따라 팬터그래프(403)의 하향 이동 속도를 제어하는 팬터그래프 구동부(450)를 포함한다.

또한, 상기 팬터그래프 충전장치(400)는 상기 차량 충전 장치(100)로부터 전송된 충전 관련 데이터를 수신하여 상기 충전 제어부(440)에 전달하는 통신 모듈(410), 상기 충전 제어부(440)에서 발생한 컨택트 바 이상상태 정보를 전기 버스 운전자 또는 차량 관리자의 휴대 단말로 전송하는 통신부(460)를 더 포함할 수 있다.

상기 거리 측정부(420)는 상기 충전 대상 전기 버스(103)의 상부에 탑재된 컨택트 바(111, 112)에 초음파를 발신하고, 반사된 초음파를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 컨택트 바 돌출부(111a, 112a) 간의 거리를 측정하여 제1 거리측정신호를 발생하는 초음파 센서(421), 및 상기 충전 대상 전기 버스(103)의 상부에 레이저를 발신하고, 반사된 레이저 신호를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 전기 버스 상부 간의 거리를 측정하여 제2 거리측정신호를 발생하는 레이저 센서(422)를 포함한다.

여기서 초음파 센서(421) 및 레이저 센서(422)는 상기 팬터그래프(403)의 소정 위치에 설치될 수 있다. 소정 위치는 팬터그래프(403)의 충전 접촉부(403a, 403b)를 연결하는 부분 또는 충전 접촉부(403a, 403b)를 의미할 수 있다.

상기 충전 제어부(440)는 상기 통신 모듈(410) 및 거리 측정부(420)에서 전송된 충전 관련 데이터 및 제1 및 제2 거리측정 신호를 입력받는 입력부(441), 상기 입력부(441)를 통해 입력된 제1 및 제2 거리측정 신호를 이용하여 거리 차를 산출하는 거리차 산출부(442), 상기 거리차 산출부(442)에서 산출한 거리차를 기초로 컨택트 바(111, 112)의 상태를 판별하는 컨택트바 상태 판별부(443), 및 상기 컨택트바 상태 판별부(443)에 의해 컨택트바 이상상태로 판별이 되면, 컨택트바 이상상태 정보를 생성하여 통신부(460)에 전달하는 컨택트바 이상상태 통보부(444)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 컨택트바 상태 판별부(443)는 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위 이내이면 컨택트바가 정상상태라고 판별을 하고, 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위를 벗어나면 컨택트바가 이상상태라고 판별한다.

또한, 상기 충전 제어부(440)는 상기 컨택트바 상태 판별부(443)에 의해 컨택트바가 정상상태라고 판별이 되면, 상기 팬터그래프의 고속 하강을 위한 고속 하강 속도제어신호와 저속 정밀하강을 위한 저속 정밀하강 속도제어신호를 산출하여 팬터그래프의 하강 속도를 제어하는 팬터그래프 속도 제어부(445)를 더 포함할 수 있다.

상기 고속 하강 속도제어신호는 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 컨택트바(111, 112)의 돌출부(111a, 112a)가 접촉하기 이전의 설정된 일정거리만큼만 팬터그래프(403)를 고속으로 하강하기 위한 속도 제어신호이며, 상기 저속 정밀하강 속도제어신호는 상기 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 상기 컨택트바(111, 112)의 돌출부(111a, 112a) 접촉 시 부드러운 접촉을 유도하기 위한 속도 제어신호일 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 충전을 하고자 하는 전기 버스(예를 들어, 103)를 브릿지(300)의 하단에 위치한 충전 위치로 이동시킨다. 여기서 전기 버스를 충전 위치로 이동시키는 방법은 충전 위치에 차량 위치를 표시하여 운전자가 전기 버스를 정해진 충전 위치로 이동시키는 방법이 주로 사용된다.

전기 버스(103)가 충전 위치에 주차한 상태에서, 전기 버스(103)의 충전부(110)가 외부에 노출되도록 한다. 여기서 충전부(110)의 상부는 항상 개방된 상태를 유지하여 충전부(110)가 외부에 항상 노출되는 노출 방식, 외부의 이물질 유입을 방지하기 위해 커버를 이용하여 커버를 개폐하는 방식을 이용할 수 있다. 노출 방식은 충전부(110)가 노출된 상태이므로 별다른 동작을 수행할 필요가 없으며, 커버 개폐 방식은 커버를 개방해야 한다. 커버는 모터를 이용하여 슬라이딩 방식으로 커버를 개방하는 방식을 이용할 수 있다. 커버를 슬라이딩 방식으로 개방하거나 폐쇄하는 것은 일반적인 방식이므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 본 발명은 노출 방식을 실시 예로 설명하므로, 커버를 개방시키는 동작은 수행할 필요가 없다.

전기 버스(103)가 충전 위치에 주차하면, 차량 충전 장치(100)의 차량 장치(120)에서 차량 정보를 생성하여 팬터그래프 충전장치(400)로 전송한다.

예컨대, 차량 장치(120)는 차량에 장착된 차량제어장치(VCU)나 변속기 또는 시동장치 등과 차량 장착 장치들과 캔 통신 등을 이용하여 연동하고, 해당 차량 장착 장치들로부터 변속 상태 및 시동 상태를 포함하는 차량 상태 정보를 검출할 수 있다. 아울러 검출한 차량 상태 정보를 분석하여, 차량이 충전 가능한 상태이면(주차 브레이크가 체결된 상태, 변속기가 P단에 위치, 차량 시동이 오프된 상태 등), 차량 식별 정보(ID)를 기초로 차량 정보를 생성하고, 생성한 차량 정보에 충전 요청 정보를 부가하여 최종적으로 차량 정보를 생성한다. 이어, 생성한 차량 정보를 무선 통신을 이용하여 상기 팬터그래프 충전장치(400)로 전송한다.

여기서 상기 전기 버스(103) 이외에 충전이 필요한 다른 전기 버스들도 상기 전기 버스(103)와 동일하게 동작하여, 차량 정보를 팬터그래프 충전장치(400)에 각각 전송한다.

상기 팬터그래프 충전장치(400)의 통신 모듈(410)은 상기 차량 충전 장치(100)로부터 전송된 차량 정보를 전기차 충전 정보로 수신하여 충전 제어부(440)에 전달한다.

충전 제어부(440)의 입력부(441)는 상기 통신 모듈(410)을 통해 전기차 충전 정보를 수신하면, 이를 내부의 마이크로프로세서나 마이컴 또는 중앙처리장치와 같은 제어장치에 전달하여, 전기 버스(103)의 충전이 이루어지도록 한다.

즉, 팬터그래프 충전장치(400)는 하향식 팬터그래프(403)를 이용하여 충전 대상 전기 버스(1030에 탑재된 컨택트 바(예를 들어, 111, 112)와 접촉을 통해 전기 버스(103)를 충전한다.

이를 위해, 팬터그래프 충전 장치(400)의 거리 측정부(420)는 상기 전기 버스(103)의 상부와 컨택트 바(111, 112)의 거리를 측정하여 제1 및 제2 거리측정신호를 상기 충전 제어부(440)에 발생한다.

즉, 상기 거리 측정부(420)는 초음파 센서(421)를 이용하여 상기 충전 대상 전기 버스(103)의 상부에 탑재된 컨택트 바(111, 112)의 주변에 초음파를 발신하고, 반사된 초음파를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 컨택트 바 돌출부(111a, 112a) 간의 거리를 측정하여 제1 거리측정신호를 발생한다.

아울러 레이저 센서(422)는 상기 충전 대상 전기 버스(103)의 상부에 레이저를 발신하고, 반사된 레이저 신호를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 전기 버스 상부 간의 거리를 측정하여 제2 거리측정신호를 발생한다.

여기서 초음파 센서와 레이저 센서 2개를 이용하는 이유는, 초음파 센서만을 이용하여 신호 검출 시 검출된 신호가 컨택트 바의 높이인지를 정확히 알 수 없다. 이는 차량의 주차 위치가 달라지면 검출 위치가 달라지기 때문이다.

상기 초음파 센서(421)의 초음파 투사 영역과 레이저 센서(422)의 레이저 투사 영역은 미리 실험을 통해 설정할 수 있다. 실제 초음파 센서(421)는 컨택트 바(111, 112)의 높이를 측정하기 위한 것이며, 레이저 센서(422)는 전기 버스(103)의 높이를 측정하기 위한 것이므로, 그에 알맞게 초음파 및 레이저 투사 영역이 설정되도록, 초음파 센서 및 레이저 센서의 설치 위치 및 발사 위치 등을 설정하는 것이 바람직하다.

상기 거리 측정부(420)에서 발생한 제1 및 제2 거리측정신호는 입력부(441)를 통해 입력되고, 거리차 산출부(442)에 전달된다.

상기 거리차 산출부(442)는 상기 거리 측정부(420)에서 발생한 제1 및 제2 거리측정신호를 이용하여 거리 차를 산출한다.

즉, 제1 거리측정신호를 제1 거리값으로 수치화하고, 제2 거리측정신호를 제2 거리값으로 수치화한 후, 양자를 감산하여 그 차이를 산출한다(제2 거리값 - 제1 거리값 = 거리차).

이렇게 산출된 거리차 데이터는 컨택트부 상태 판별부(443)에 전달된다.

상기 컨택트바 상태 판별부(443)는 상기 거리차 산출부(442)에서 산출한 거리차를 기초로 컨택트 바(111, 112)의 상태를 판별한다.

즉, 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위 이내이면 컨택트바가 정상상태이며, 컨택트바가 정위치에 위치한 것으로 판별을 한다. 이와는 달리 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위를 벗어나면 컨택트바의 위치가 정위치가 아니거나 컨택트바의 이상상태라고 판별한다.

여기서 기준 거리차는 대부분의 전기 버스의 높이가 비슷하며, 컨택트 바의 높이 역시 비슷하다는 전제하에 설정되는 기준 거리차이다. 만약, 전기 버스의 높이가 다양하고 컨택트 바의 높이가 다양하다면, 미리 각각의 전기 버스의 형태에 따른 다양한 기준 거리차 값을 테이블 형태로 메모리에 저장해 놓고, 차량 정보를 통해 전기 버스의 형식이나 높이 등을 인식하고, 그에 알맞은 기준 거리차 값을 추출하여 사용할 수 있다.

여기서 컨택트 바(111,112)의 돌출부(111a, 112a)에 이물질이 쌓여 있거나, 컨택트바(111, 112)를 전기 버스(103)에 고정하는 고정부의 이상이 발생하여 컨택트바(111, 112)의 위치(높이)가 달라지거나, 전기 버스(103)의 바퀴가 펑크가 나 전기 버스(103)의 높이가 낮아지거나, 전기 버스(103)의 바퀴에 장해물이 있어 전기 버스(103)의 높이가 높아지는 경우 등에서, 산출한 거리차가 기준 거리차의 범위를 벗어날 수 있다.

이렇게 산출한 거리차가 기준 거리차의 범위를 벗어나면, 컨택트바 상태 판별부(443)는 컨택트바 이상상태 판별정보를 생성하여 컨택트바 이상상태 통보부(444)에 전달한다. 상기 컨택트바 이상상태 통보부(444)는 상기 컨택트바 상태 판별부(443)에 의해 컨택트바 이상상태로 판별정보가 전달되며, 이를 이용하여 컨택트바 이상상태 정보를 생성하여 통신부(460)에 전달한다.

상기 통신부(460)는 상기 충전 제어부(440)의 컨택트바 이상상태 통보부(444)에서 발생한 컨택트 바 이상상태 정보를 전기 버스 운전자 또는 차량 관리자 또는 충전 관리자의 휴대 단말로 전송하여, 전기 버스 운전자나 차량 관리자 또는 충전 관리자가 실시간으로 충전 불가능한 상태를 인지하도록 한다.

휴대 단말을 통해 컨택트바 이상상태 정보를 수신한 수신자는 전기 버스의 바퀴에 장해물이 있는지, 아니면 컨택트 바에 이물질이 쌓여 있는지, 아니면 컨택트바의 위치가 틀어 졌는지 등을 실시간으로 확인하고, 신속한 조치를 취하여, 정상적으로 충전이 이루어지도록 한다. 신속한 조치 이후에는 차량 장치를 통해 다시 충전 요청 정보를 팬터그래프 충전장치(400)로 전송하여, 전기 버스의 충전 동작이 다시 이루어지도록 한다.

한편, 상기 충전 제어부(440)의 컨택트바 상태 판별부(443)에 의해 컨택트바가 정상상태라고 판별이 되면, 컨택트바 상태 편별부(443)는 컨택트바 정상상태 정보를 생성하여 팬터그래프 속도 제어부(445)에 전달한다.

상기 팬터그래프 속도 제어부(445)는 팬터그래프의 고속 하강을 위한 고속 하강 속도제어신호와 저속 정밀하강을 위한 저속 정밀하강 속도제어신호를 산출하고, 산출한 속도제어신호를 팬터그래프 구동부(450)에 전달하여, 팬터그래프의 하강 속도를 제어한다.

주지한 바와 같이, 상기 고속 하강 속도제어신호는 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 컨택트바(111, 112)의 돌출부(111a, 112a)가 접촉하기 이전의 설정된 일정거리만큼만 팬터그래프(403)를 고속으로 하강하기 위한 속도 제어신호이며, 상기 저속 정밀하강 속도제어신호는 상기 팬터그래프 충전접촉부(403a, 403b)와 상기 컨택트바(111, 112)의 돌출부(111a, 112a) 접촉 시 부드러운 접촉을 유도하기 위한 속도 제어신호이다.

상기 팬터그래프 구동부(450)는 상기 충전 제어부(440)에서 발생한 팬터그래프 이중 속도제어신호에 따라 팬터그래프(403)의 하향 이동 속도를 제어하여, 팬터그래프 충전 접촉부(403a, 403b)와 컨택트 바(11, 112)의 돌출부(111a, 112a) 간을 접촉시켜, 전기 버스의 충전이 이루어지도록 한다. 여기서 속도 제어는 팬터그래프(403)를 하향 이동시키는 모터 속도 또는 실린더의 유압 조절을 통해 쉽게 구현할 수 있다.

즉, 팬터그래프(403)의 초기 이동 시에는 고속 하강을 통해 팬터그래프(403)를 컨택트 바(111, 112)의 돌출부(111a, 112a)에 접촉하기 이전의 일정거리 위까지 고속 이동을 하고, 이어, 일정거리 위에서부터는 저속 정밀 속도 제어를 통해 서서히 팬터그래프(403)가 하강을 하여, 컨택트바(111, 1120의 돌출부(111a, 112a)와의 부드러운 접촉을 유도한다. 접촉 판단은 압력 센서나 높이 센서 등을 이용하여 쉽게 구현할 수 있다.

이와 같이 초기 이동에는 고속 하강을 하고, 일정거리에서는 저속 정밀 하강을 통해, 팬터그래프 충전 접촉부와 컨택트바의 돌출부를 접촉시킴으로써, 부드러운 접촉을 유도함과 동시에 팬터그래프 충전 접촉부와 컨택트바의 돌출부 간의 전체적인 접촉 시간을 단축하여, 충전 시간 단축을 도모할 수 있다.

또한, 팬터그래프 충전 접촉부와 컨택트바의 돌출부 간의 부드러운 접촉으로 인해, 접촉부의 접촉 소음 및 마모를 줄여, 접촉부의 수명 연장을 도모할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 차량 충전 장치
101 - 104: 전기 버스
110: 충전부
120: 차량 장치
200: 파워뱅크
300: 브릿지
304: 이동 레일
400: 팬터그래프 충전장치
401: 이동수단
402: 팬터그래프 위치 조정수단
403: 팬터그래프
410: 통신모듈
420: 거리 측정부
421: 초음파 센서
422: 레이저 센서
440: 충전 제어부
441: 입력부
442: 거리차 산출부
443: 컨택트바 상태 판별부
444: 컨택트바 이상상태 통보부
445: 팬터그래프 속도 제어부
450: 팬터그래프 구동부
460: 통신부

Claims (9)

1. 하향식 팬터그래프를 이용하여 충전 대상 전기 버스에 탑재된 컨택트바와 접촉을 통해 전기 버스를 충전하는 팬터그래프 충전장치를 포함하고,
   상기 팬터그래프 충전장치는,
   상기 전기 버스의 상부와 컨택트바의 거리를 측정하여 제1 및 제2 거리측정신호를 발생하는 거리 측정부;
   상기 거리 측정부에서 발생한 제1 및 제2 거리측정신호를 이용하여 거리 차를 산출하고, 산출한 거리 차로 차량에 탑재된 컨택트바의 상태를 판별하며, 상기 컨택트바의 상태에 이상이 있으면 컨택트바 이상상태를 통보해주고, 상기 컨택트바의 상태가 정상이면 팬터그래프 이중 속도제어신호를 발생하는 충전 제어부; 및
   상기 충전 제어부에서 발생한 팬터그래프 이중 속도제어신호에 따라 팬터그래프의 하향 이동 속도를 제어하는 팬터그래프 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
2. 청구항 1에서, 상기 전기 버스에 탑재되며, 차량 정보를 획득하여 상기 팬터그래프 충전장치에 전송하고 충전을 요청하며, 상기 팬터그래프 충전장치의 제어에 따라 충전을 하는 차량 충전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
3. 청구항 1에서, 상기 거리 측정부는,
   상기 충전 대상 전기 버스의 상부에 탑재된 컨택트바에 초음파를 발신하고, 반사된 초음파를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바 돌출부 간의 거리를 측정하여 제1 거리측정신호를 발생하는 초음파 센서; 및
   상기 충전 대상 전기 버스의 상부에 레이저를 발신하고, 반사된 레이저 신호를 이용하여 팬터그래프 충전접촉부와 전기 버스 상부 간의 거리를 측정하여 제2 거리측정신호를 발생하는 레이저 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
4. 청구항 3에서, 상기 초음파 센서 및 레이저 센서는 상기 팬터그래프에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
5. 청구항 1에서, 상기 팬터그래프 충전장치는,
   상기 차량 충전 장치로부터 전송된 충전 관련 데이터를 수신하여 상기 충전 제어부에 전달하는 통신 모듈; 및
   상기 충전 제어부에서 발생한 컨택트바 이상상태 정보를 전기 버스 운전자 또는 차량 관리자의 휴대 단말로 전송하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
6. 청구항 1에서, 상기 충전 제어부는,
   상기 통신 모듈 및 거리 측정부에서 전송된 충전 관련 데이터 및 제1 및 제2 거리측정 신호를 입력받는 입력부;
   상기 입력부를 통해 입력된 제1 및 제2 거리측정 신호를 이용하여 거리 차를 산출하는 거리차 산출부;
   상기 거리차 산출부에서 산출한 거리차를 기초로 컨택트바의 상태를 판별하는 컨택트바 상태 판별부; 및
   상기 컨택트바 상태 판별부에 의해 컨택트바 이상상태로 판별이 되면, 컨택트바 이상상태 정보를 생성하여 통신부에 전달하는 컨택트바 이상상태 통보부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
7. 청구항 6에서, 상기 컨택트바 상태 판별부는 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위 이내이면 컨택트바의 위치가 정위치이며 전기 버스의 주차 상태가 정상상태라고 판별을 하고, 산출한 거리차와 미리 설정된 기준 거리차를 비교하여, 상기 산출한 거리차가 상기 기준 거리차의 범위를 벗어나면 컨택트바의 위치가 정위치가 아니거나 이상상태라고 판별하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
8. 청구항 6에서, 상기 충전 제어부는,
   상기 컨택트바 상태 판별부에 의해 컨택트바가 정상상태라고 판별이 되면, 상기 팬터그래프의 고속 하강을 위한 고속 하강 속도제어신호와 저속 정밀하강을 위한 저속 정밀하강 속도제어신호를 산출하여 팬터그래프의 하강 속도를 제어하는 팬터그래프 속도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.
   
9. 청구항 8에서, 상기 고속 하강 속도제어신호는 팬터그래프 충전접촉부와 컨택트바가 접촉하기 이전의 설정된 일정거리만큼만 팬터그래프를 고속으로 하강하기 위한 속도 제어신호이며, 상기 저속 정밀하강 속도제어신호는 상기 팬터그래프 충전접촉부와 상기 컨택트바의 접촉 시 부드러운 접촉을 유도하기 위한 속도 제어신호인 것을 특징으로 하는 전기차 충전용 팬터그래프와 컨택트바의 접촉 제어장치.

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