KR20220134947A

KR20220134947A - 전기자동차 비접촉 충전시스템 및 이를 이용한 충전방법

Info

Publication number: KR20220134947A
Application number: KR1020210040260A
Authority: KR
Inventors: 김서현; 이운영; 신병철; 김의현; 최지환; 김승연; 김동한
Original assignee: 중부대학교 산학협력단
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-06
Also published as: KR102626006B1

Abstract

본 발명의 전기자동차 비접촉 충전시스템은, 전력을 수전하는 집전부가 구비된 전기자동차를 비접촉으로 충전하는 시스템에 있어서, 상기 전기자동차가 정차하는 공간이 주차차선으로 표시된 파킹스팟 안쪽의 길이 방향 양측 지면에 설치되어 타이어의 위치를 판별하도록 센싱하는 센싱부; 상기 파킹스팟의 중앙에는, 이동단말로 전송한 상기 전기자동차의 정보와, 상기 센싱부에서 센싱한 정보를 토대로 외부에서 전원을 공급받는 급전부의 위치를 상기 집전부에 인접하도록 조절하는 위치 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차 비접촉 충전시스템 및 이를 이용한 충전방법{ELECTRIC VEHICLE NON-CONTACT CHARGING SYSTEM AND CHARGING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 전기자동차 비접촉 충전시스템 및 이를 이용한 충전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다양한 전기자동차의 하부에 설치된 집전부의 위치에 급전부가 인접하여 비접촉 충전하도록 이루어지는 전기자동차 비접촉 충전시스템 및 이를 이용한 충전방법에 관한 것이다.

전기 자동차(electric vehicle)은 전동기로 바퀴를 굴려 움직이는 자동차로서, 휘발유, 경유, 천연가스 등의 화석연료와 공기의 혼합물을 내연기관 내에서 폭발시켜 피스톤을 움직임으로써 움직이는 보통의 자동차와 구별된다.

일반적으로, 전기 자동차는 차에 실린 축전지로부터 에너지를 얻는 차(battery electric vehicle)를 의미한다.

전기자동차의 배터리를 충전함에 있어서 다양한 충전방식이 이용되고 있는데, 충전소에 설치된 충전기의 케이블을 차량에 직접 연결하여 충전하는 플러그 인 방식, 또는 1차 코일과 2차 코일에 의해 발생하는 전자유도 현상을 이용하는 비접촉식 충전방식 등이 있다.

이러한 비접촉식 충전방식은, 1차 코일을 지상에 설치(급전)하고 1차 코일을 비접촉식으로 통과하게 되는 2차 코일을 차량에 설치(집전)하여, 1, 2차 코일 사이에서 발생하는 전자유도현상을 이용해 차량내 탑재된 배터리를 충전하게 되는데, 비접촉식 충전방식에서 1차 코일과 2차 코일의 거리가 가까우면 충전효율은 높아지지만, 거리가 멀어지면 멀어질수록 충전효율은 낮아지게 된다.

전기자동차의 종류에 따라, 지면에서 전기자동차의 배터리까지의 거리가 각각 다르고, 전륜과 후륜 사이의 거리도 각각 다르기 때문에 전기자동차의 저면에 설치된 2차 코일의 위치(지면으로부터의 높이)에도 차종별로 차이가 생기게 되고, 그 결과 지면에 설치한 1차 코일과 2차 코일간의 간격도 달라지게 되며, 결국 2차 코일이 높은 위치에 있는 차량은 1차 코일과 간격이 커져서 충전 효율이 낮아지는 등 적정한 충전 효율을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 지정된 위치에 딱 맞게 정차하지 않아도 다양한 전기자동차의 하부에 설치된 집전부의 위치에 급전부가 인접하여 비접촉 충전하도록 이루어지는 전기자동차 비접촉 충전시스템 및 이를 이용한 충전방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전력을 수전하는 집전부가 구비된 전기자동차를 비접촉으로 충전하는 시스템에 있어서, 상기 전기자동차가 정차하는 공간이 주차차선으로 표시된 파킹스팟 안쪽의 길이 방향 양측 지면에 설치되어 타이어의 위치를 판별하도록 센싱하는 센싱부; 상기 파킹스팟의 중앙에는, 이동단말로 전송한 상기 전기자동차의 정보와, 상기 센싱부에서 센싱한 정보를 토대로 외부에서 전원을 공급받는 급전부의 위치를 상기 집전부에 인접하도록 조절하는 위치 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기자동차 비접촉 충전시스템에 의하여 달성된다.

상기 위치 조절 수단은, 상기 파킹스팟의 중앙에 형성된 제1 홈; 상기 제1 홈에 설치되고 상기 급전부를 상하 방향으로 이동시키는 수직이동부; 상기 수직이동부 상부에 설치되고, 상기 급전부를 수평 방향으로 이동시키는 수평이동부; 및 상기 수평이동부 상부에 설치되고, 상기 급전부를 회전시키는 회전부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 충전시스템은, 상기 전기자동차의 충전 중에는, 지면 속 제2 홈에 수납되었다가 인출되고, 충전 정보를 알리는 디스플레이를 구비하는 알림부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

전기자동차 비접촉 충전시스템을 이용한 충전방법으로서, 상기 전기자동차가 상기 파킹스팟에 진입 후 정차하는 단계; 상기 이동단말로 상기 전기자동차의 고유 정보를 상기 충전시스템을 제어하는 제어부에 전송하는 단계; 상기 이동단말로 상기 전기자동차의 충전을 요청하는 단계; 상기 전기자동차의 고유 정보 및 상기 센싱부가 센싱한 타이어의 위치 정보를 판단하여 상기 집전부의 위치를 파악하는 단계; 상기 집전부에 상기 급전부가 인접하도록 위치 조절 수단 작동 단계; 및 충전 시작 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 충전 시작 단계 이후에는, 알림부가 제2 홈에서 인출되고, 상기 알림부에는 충전 정보를 출력하는 단계; 충전이 종료되고 상기 이동 단말에서 자동 결제가 이루어지는 단계; 및 상기 알림부가 상기 제2 홈으로 다시 인입되는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 전기자동차의 종류에 따라 전륜과 후륜의 거리가 다르고 지면으로부터 집전부의 높이가 다른데, 급전부를 위치 조절 수단으로 위치를 가변시켜 충전 효율을 극대화하는 효과를 제공할 수 있게 된다.

특히, 파킹스팟에 센싱부를 마련하여, 전기자동차의 정차된 상태(위치 좌표)를 파악하고, 이동단말로 전기자동차의 고유 정보(차종)를 전송함으로써, 급전부의 도달 위치를 판단하는 효과를 제공할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템의 일례를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 전기자동차가 파킹스팟에 정차했을 때 도 1의 A-A'선을 나타내는 측면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 전기자동차가 파킹스팟에 정차했을 때 도 1의 B-B'선을 나타내는 측면도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템의 위치 조절 수단의 작동을 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템을 이용한 충전방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

그리고, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템의 일례를 나타내는 개략적인 평면도이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 전기자동차가 파킹스팟에 정차했을 때 도 1의 A-A'선을 나타내는 측면도이며, 도 3의 (a) 및 (b)는 전기자동차가 파킹스팟에 정차했을 때 도 1의 B-B'선을 나타내는 측면도이다. 또한, 도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템의 위치 조절 수단의 작동을 나타내는 개략적인 측단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템을 이용한 충전방법을 나타내는 순서도이다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 구분하기 위하여 개략적인 라인으로 나타내거나 확대하여 나타내었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 방식대로 지정된 위치에 딱 맞게 정차하지 않고 파킹스팟(10) 내부에만 정차하면, 다양한 전기자동차(200)의 하부에 설치되어 전력을 수전하는 집전부(220)의 위치에 외부에서 전원을 공급받는 급전부(120)가 인접하여 비접촉 충전하도록 이루어지는 것으로, 센싱부(140)와 위치 조절 수단(130) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서 집전부(220)는, 통상의 전기자동차(200)의 하측 내부에 장착되는 것으로 배터리를 통칭하는 것으로 한다.

또한, 급전부(120)는, 외부에서 공급받는 전기로 집전부(220)에 전력을 공급해주는 구성이다.

또한, 비접촉 충전(무선 충전)의 방식으로 전송거리 10m 이내이고 전송효율은 1m에서 90%, 2m에서 40%인 자기공진방식과, 전송거리 수 mm 내외이고 전송효율은 수 mm 이내 90%인 자기유도방식 및 전송거리 수 km 내외이고 전송효율은 10~50%인 전자기파방식이 있는데, 본 발명에서는 어느 한 방식에 국한되지 않고 다양한 위치에 위치한 집전부(220)에 가장 효율을 높일 수 있는 위치로 급전부(120)를 위치하도록 하는 것이다.

또한, 집전부(220)가 전기자동차(EV)냐, 하이브리드자동차(HEV)냐, 플러그인하이브리드자동차(PHEV)냐, 수소연료전지자동차(FCEV)냐에 따라 배터리의 크기나 위치가 다른데, 이를 사용자가 입력하는 정보(전기자동차(200) 고유 정보로, 차량 모델 정보 등이 있음.)와 정차된 상태 정보(센싱부(140)에 센싱된 3개 이상의 타이어 위치 정보.)로 집전부(220)에 가장 효율을 높일 수 있는 위치로 급전부(120)를 위치하도록 할 수 있는 것이다.

센싱부(140)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력을 수전하는 집전부(220)가 구비된 전기자동차(200)가 정차하는 공간이 주차차선(12)으로 표시된 파킹스팟(10)의 안쪽으로 구비되되, 파킹스팟(10)의 길이 방향으로 양측 지면에 설치되어 타이어의 위치를 센싱할 수 있다.

이를 위하여 센싱부(140)는, 압전센서, 가압센서 등으로 이루어지고 지면에 추가적으로 펼쳐지는 패드의 형상이거나 지면에 매립되되 전기자동차(200)가 정차했을 때, 전기자동차(200) 4개의 타이어 중 어느 3개 이상의 타이어의 위치 정보를 습득할 수 있다.

즉, 사용자가 이동단말(300)로 입력하는 전기자동차(200)의 고유 정보와 센싱부(140)에서 센싱한 정차된 전기자동차(200)의 위치를 파악하면, 정차된 전기자동차(200) 집전부(220)의 정확한 위치를 파악할 수 있게 되는 것이다.

위치 조절 수단(130)은, 이러한 파킹스팟(10)의 중앙에 형성되고, 이동단말(300)로 전송한 전기자동차(200)의 정보와, 센싱부(140)에서 센싱한 정보를 토대로 외부에서 전원을 공급받는 급전부(120)의 위치를 집전부(220)에 인접하도록 조절하기 위한 구성이다.

위치 조절 수단(130)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 파킹스팟(10)의 중앙에 형성된 제1 홈(112), 제1 홈(112)에 설치되고 급전부(120)를 상하 방향으로 이동시키는 수직이동부(132), 수직이동부(132) 상부에 설치되고, 급전부(120)를 수평 방향으로 이동시키는 수평이동부(134) 및 수평이동부(134) 상부에 설치되고, 상기 급전부(120)를 회전시키는 회전부(136)를 포함하여 이루어질 수 있다 .

이를 위해 위치 조절 수단(130)은, 모터, 엑추에이터 등을 구비할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템(100)은, 전기자동차(200)의 충전 중에는, 제2 홈(151)에 수납 되었다가 인출되고, 충전 정보, 가령 충전 진행 여부, 충전에 남은 시간 등을 알리는 디스플레이를 구비하는 알림부(150)를 더 포함할 수 있다.

도 6을 참조하여, 전기자동차 비접촉 충전시스템(100)을 이용한 충전방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

전기자동차(200)가 파킹스팟(10)에 진입 후 정차하는 단계(S10)는 전기자동차(200)가 급진부의 위치에 맞춰 주차할 필요 없이 파킹스팟(10) 내부에 자유롭게 정차할 수 있음을 나타낸다.

이동단말(300)로 전기자동차(200)의 고유 정보를 충전시스템(100)을 제어하는 제어부(160)에 전송하는 단계(S20)는, 차종을 구분하여 기존 차종이 갖고 있는 전륜과 후륜의 거리 또는 지면으로부터 집전부(220)의 높이를 파악하기 위함이다.

이동단말(300)로 전기자동차(200)의 충전을 요청하는 단계(S30)는, 무선 충전에 가장 큰 이점인 내리지 않고 충전을 할 수 있는 것이다.

이동단말(300)로 전기자동차(200)의 고유 정보를 충전시스템(100)을 제어하는 제어부(160)에 전송하는 단계(S20)에서의 전기자동차(200)의 고유 정보와 센싱부(140)가 센싱한 타이어의 위치 정보를 판단하여 집전부(220)의 위치를 파악하는 단계(S40)는, 궁극적으로 집전부(220)의 정확한 위치를 파악하기 위한 것이다. 도 2나 도 3에 도시된 바와 같이, 차종에 따라 전륜과 후륜의 거리가 다르고 지면으로부터 집전부(220)의 높이가 다르고, 또한, 도 1에 가장하여 도시한 비뚤어지게 주차된 전기자동차(200)의 타이어 위치로 주차된 방향을 판별할 수 있게 된다.

집전부(220)에 급전부(120)가 인접하도록 위치 조절 수단(130) 작동 단계(S50)은 집전부(220)의 위치를 파악하는 단계(S40)에서 얻은 집전부(220)의 결과값에 따라 수직이동부(132), 수평이동부(134), 회전부(136)를 차례로 구동하여 집전부(220)와 급전부(120)의 가장 효율이 높은 거리를 갖도록 구동한다.

충전 시작 단계(S60)는 위치 조절 수단(130)에 의해 급전부(120)가 집전부(220)에 인접하면 충전을 시작하는 단계이다.

알림부(150)가 제2 홈(151)에서 인출되고, 알림부(150)에는 충전 정보를 출력하는 단계(S70)는 충전중인 전기자동차(200)를 충전을 하려고 온 예비 사용자에게 '충전 정보', 즉 충전에 남은 시간이 얼마인지 등의 알림을 줄 수 있는 단계이다.

충전이 종료되고 상기 이동 단말에서 자동 결제가 이루어지는 단계(S80)가 종료되면 알림부(150)가 제2 홈(151)으로 다시 인입되는 단계(S90)를 거쳐 사용자는 파킹스팟(10)에서 빠져나갈 수 있게 된다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템(100)은, 전기자동차(200)의 종류에 따라 전륜과 후륜의 거리가 다르고 지면으로부터 집전부(220)의 높이가 다른데, 급전부(120)를 위치 조절 수단(130)으로 위치를 가변시켜 충전 효율을 극대화할 수 있게 된다.

특히, 파킹스팟(10)에 센싱부(140)를 마련하여, 전기자동차(200)의 정차된 상태(위치 좌표)를 파악하고, 이동단말(300)로 전기자동차(200)의 고유 정보(차종)를 전송함으로써, 급전부(120)의 도달 위치(전기자동차(200)의 집전부(220) 위치에 대응하도록)를 판단할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템(100)은, 본 발명에서 설명되는 기술적 특징을 갖는 것으로서, 형상, 모양, 규격 등이 다양하게 이루어질 수 있음은 물론이고, 상술한 실시예 및 변형예들의 혼합으로 이루어질 수도 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 전기자동차 비접촉 충전시스템
110 충전부
112 제1 홈
120 급전부
130 위치 조절 수단
132 수직이동부
134 수평이동부
136 회전부
140 센싱부
150 알림부
151 제2 홈
160 제어부
200 전기자동차
220 집전부
300 이동단말
10 파킹스팟
12 차선
20 무선통신부

Claims

전력을 수전하는 집전부가 구비된 전기자동차를 비접촉으로 충전하는 시스템에 있어서,
상기 전기자동차가 정차하는 공간이 주차차선으로 표시된 파킹스팟 안쪽의 길이 방향 양측 지면에 설치되어 타이어의 위치를 판별하도록 센싱하는 센싱부;
상기 파킹스팟의 중앙에는, 이동단말로 전송한 상기 전기자동차의 정보와, 상기 센싱부에서 센싱한 정보를 토대로 외부에서 전원을 공급받는 급전부의 위치를 상기 집전부에 인접하도록 조절하는 위치 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기자동차 비접촉 충전시스템.
제1항에 있어서,
상기 위치 조절 수단은,
상기 파킹스팟의 중앙에 형성된 제1 홈;
상기 제1 홈에 설치되고 상기 급전부를 상하 방향으로 이동시키는 수직이동부;
상기 수직이동부 상부에 설치되고, 상기 급전부를 수평 방향으로 이동시키는 수평이동부; 및
상기 수평이동부 상부에 설치되고, 상기 급전부를 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기자동차 비접촉 충전시스템.
제1항에 있어서,
상기 충전시스템은,
상기 전기자동차의 충전 중에는,
지면 속 제2 홈에 수납되었다가 인출되고, 충전 정보를 알리는 디스플레이를 구비하는 알림부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기자동차 비접촉 충전시스템.
제1항에 따른 전기자동차 비접촉 충전시스템을 이용한 충전방법으로서,
상기 전기자동차가 상기 파킹스팟에 진입 후 정차하는 단계;
상기 이동단말로 상기 전기자동차의 고유 정보를 상기 충전시스템을 제어하는 제어부에 전송하는 단계;
상기 이동단말로 상기 전기자동차의 충전을 요청하는 단계;
상기 전기자동차의 고유 정보 및 상기 센싱부가 센싱한 타이어의 위치 정보를 판단하여 상기 집전부의 위치를 파악하는 단계;
상기 집전부에 상기 급전부가 인접하도록 위치 조절 수단 작동 단계; 및
충전 시작 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기자동차 비접촉 충전시스템을 이용한 충전방법.
제4항에 있어서,
상기 충전 시작 단계 이후에는,
알림부가 제2 홈에서 인출되고, 상기 알림부에는 충전 정보를 출력하는 단계;
충전이 종료되고 상기 이동 단말에서 자동 결제가 이루어지는 단계; 및
상기 알림부가 상기 제2 홈으로 다시 인입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기자동차 비접촉 충전시스템을 이용한 충전방법.