KR20230046357A - 전기차량용 무선충전 집전장치 장착을 위한 통신변환 어댑터 및 자기장 차폐물 - Google Patents

전기차량용 무선충전 집전장치 장착을 위한 통신변환 어댑터 및 자기장 차폐물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차량용 무선충전 집전장치 장착을 위한 통신변환 어댑터 및 자기장 차폐물에 관한 것으로서, 기존 전기차량에 무선충전을 적용하기 위해 필요한 차량 충전관련 장치의 인터페이스 정보와 별도의 복잡한 전력선과 통신선이 추가로 요구되지 않는 간결하고 경량성이 보장되는 통신변환 어댑터의 기구 및 방법에 관한 것이다. 또한, 제안하는 기술을 활용하여 기존 유선충전 전기차량에 안정적인 무선충전 방식을 적용하기 위해 요구되는 자기장 차폐물의 구조 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 제안하는 기술의 경우, 기존 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위해 복잡한 다수의 전력변환부를 구비하지 않고, 기존 전기차량의 일부 급속 충전 장치를 활용하고 통신 어댑터의 간단한 구조 변경만으로도 유선충전 방식과 무선충전 방식 모두를 지원 가능하도록 한다.
또한, 무선충전의 경우, 자기장을 활용하여 전력전달을 수행한다. 전력전달에 활용되는 자기장으로 인해 인체의 악영향과 주변기기의 오작동에 영향을 주지 않도록 국제적인 기준을 만족하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 효과적인 자기장 차폐를 위해 기구적으로 매우 간단하며 저비용의 구조로 효과적인 자기장 차폐를 제공한다.

Description

전기차량용 무선충전 집전장치 장착을 위한 통신변환 어댑터 및 자기장 차폐물{Communication conversion adapter and magnetic field shield for installation of wireless charging apparatus in electric vehicle}
본 발명은 전기차량용 무선충전 집전장치 장착을 위한 통신변환 어댑터 및 자기장 차폐물에 관한 것으로서, 기존 전기차량에 무선충전을 적용하기 위해 필요한 차량 충전관련 장치의 인터페이스 정보와 별도의 복잡한 전력선과 통신선이 추가로 요구되지 않는 간결하고 경량성이 보장되는 통신변환 어댑터의 기구 및 방법에 관한 것이다. 또한, 제안하는 기술을 활용하여 기존 유선충전 전기차량에 안정적인 무선충전 방식을 적용하기 위해 요구되는 자기장 차폐물의 구조 및 방법에 관한 것이다.
종래의 기존 전기차량에 유선충전과 무선충전 방식을 모두 지원하는 시스템의 경우, 시스템 내부에는 유선충전을 지원하는 통신선 및 전력변환부와 무선충전을 지원하는 통신선 및 전력변환부가 별도로 탑재되어야 한다. 이러한 방식은 유선충전과 무선충전을 모두 지원하기 위해 다수의 복잡한 통신선 및 전력변환부가 필요하게 됨에 따라, 전체 시스템의 크기와 부피가 매우 비대해지며 무게가 무거워진다. 아울러, 차량별로 충전관련장치의 인터페이스 정보가 필요하므로 before market 에서만 무선충전장치의 추가 장착이 가능하다.
종래의 기존 전기차량에 무선충전 방식을 지원하고자 할 경우, 인체에 대한 악영향과 주변기기의 오작동으로부터 보호하기 위한 자기장 차폐 구조물과 관련된 개발이 미비하므로 이를 지원하기 위한 자기장 차폐 기술이 요구된다.
KR 10-1936225 B1
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 기존의 유선충전을 위한 전력변환부와 무선충전을 위한 전력변환부가 개별로 분리된 방식이 아닌 기존 유선충전 방식의 급속 충전 모듈을 활용함으로써, 무선충전에 필요한 별도의 복잡한 통신선 및 전력변환부의 추가가 요구되지 않으므로 기존 구조 대비 무게와 부피를 줄이고 전력밀도를 향상시키는데 그 목적이 있다. 또한, 기존 유선 충전 어댑터의 타입에 따른 사용자의 다양한 선택 기능을 제공하는데 다른 목적이 있다. 아울러 차량별로 충전관련장치의 인터페이스 정보없이 애프터 마켓(after market)에서 임의의 유선충전 전기차에 장착할 수 있는 무선충전 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기존 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위해서 인체영향과 주변기기의 작동을 고려할 때 자기장 차폐가 매우 중요하다. 따라서, 본 발명은 기존 전기차량에 무선충전을 적용할 경우에 대해 자기장 차폐을 위한 자기장 차폐물의 구조와 방법을 제안하는데 또 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기존 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위해 복잡한 다수의 전력변환부를 구비하지 않고, 기존 전기차량의 일부 급속 충전 장치를 활용하고 통신 어댑터의 간단한 구조 변경만으로도 유선충전 방식과 무선충전 방식 모두를 지원하는 방법.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기존 전기차량에 안정적인 무선충전을 위해 주변의 인체 영향과 주변기기의 오작동에 영향을 주지 않는 자기장 차폐영역 선정, 자기장에 취약한 전장장치 선정기반 라운딩 형태의 자기장 차폐 구조 및 방법.
본 발명에 의하면, 제안하는 기술의 경우, 기존 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위해 복잡한 다수의 전력변환부를 구비하지 않고, 기존 전기차량의 일부 급속 충전 장치를 활용하고 통신 어댑터의 간단한 구조 변경만으로도 유선충전 방식과 무선충전 방식 모두를 지원 가능한 효과가 있다.
또한, 무선충전의 경우, 자기장을 활용하여 전력전달을 수행한다. 전력전달에 활용되는 자기장으로 인해 인체의 악영향과 주변기기의 오작동에 영향을 주지 않도록 국제적인 기준을 만족하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 효과적인 자기장 차폐를 위해 기구적으로 매우 간단하며 저비용의 구조로 효과적인 자기장 차폐를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 기존 유선 충전 지원이 가능한 전력변환부 구성의 개념도.
도 2는 제안하는 유·무선 충전 모두 지원이 가능한 전력변환부 구성의 개념도.
도 3은 유·무선 충전 디스플레이 UI 구성의 실시 예.
도 4는 Chademo 방식의 어댑터를 적용한 무선충전 구성의 개념도.
도 5는 DC 콤보 방식의 어댑터를 적용한 무선충전 구성의 개념도.
도 6은 북미식 DC 콤보 방식의 어댑터를 적용한 무선충전 구성의 개념도.
도 7은 유·무선 통신 프로토폴 변환 도식의 개념도.
도 8은 기존의 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위한 자기장 차폐의 실시 예.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 기존 유선 충전 지원이 가능한 전력변환부 구성 중 하나의 개념도이다.
각 구성은 다음과 같다. 상용전원을 입력으로 받아 완속 및 고속으로 유선충전을 수행하는 회로부, 고전압의 완속 및 급속충전을 위한 연결단자, 고전압배터리가 포함된다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 개념도의 단순화를 위해 도 1에 표시되지 않았지만 차량용 전장의 전원을 담당하는 저전압 배터리와 저전압 직류변환장치(LDC)도 도 1에 포함될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 제안하는 유·무선 충전 모두 지원이 가능한 전력변환부 구성 중 하나의 개념도이다.
도 2의 각 구성을 살펴보면, 도 1의 유선충전을 위한 충전부를 기반으로 하며 추가적인 무선충전을 위해 다음의 형태가 구성된다. 무선충전을 위해 집전패드 및 정류부와 레귤레이터를 포함하는 무선충전 제어장치(110), 원활한 무선충전을 위한 통신모듈인 무선충전 통신장치(120), 기존 전기차량용 유선충전을 위한 역률보상회로와 OBC(On-Board Charger)를 포함하는 유선충전 제어장치(130), 원활한 유선충전을 위한 유선충전 통신장치(140), 다양한 무선충전 포트지원을 위한 어댑터(150), 유선충전과 무선충전의 안정적인 절체를 담당하는 릴레이부(160) 및, 고전압배터리(170)를 포함한다. 이러한 구조를 통해 사용자의 기호 및 선택에 따라, 유선층전 혹은 무선충전이 가능하게 된다.
또한, 무선충전의 경우, 자기장을 활용하여 전력전달을 수행한다. 전력전달에 활용되는 자기장으로 인해 인체의 악영향과 주변기기의 오작동에 영향을 주지 않도록 국제적인 기준을 만족하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 효과적인 자기장 차폐를 위해 기구적으로 매우 간단하며 저비용의 구조로 효과적인 자기장 차폐를 지원함에 그 의의가 있다.
도 3은 유·무선 충전 모두 지원이 가능한 디스플레이 UI 구성의 실시 예이다.
이와 같은 UI를 통하여 사용자는 통신부에 의해 유,무선 충전을 위한 정보를 요청하고 제공받을 수 있다. 도 3의 추가적인 무선충전을 위해 다음의 표시정보가 사용된다. 즉, 무선 충전 차량 측 집전패드와 충전기 측 급전패드의 정렬상태, 충전기 측에서 제공된 현재까지의 전력량(kWh), 차량 측에서 제공받은 현재까지의 전력량(kWh), 현재 통신 수행 중인 충전기명 표시정보를 통해 사용자에게 무선충전시 사용되는 다양한 정보를 포괄하여 제공이 가능하다.
도 4는 Chademo 방식의 어댑터를 적용한 무선충전 구성의 개념도이다.
즉, 급속충전시 사용되는 Chademo 충전 커넥터를 이용할 경우 차량 내부의 충전구의 통신선과 연결되는 개념도이며 여기서 5번 및 6번 단자는 전력선이며 이를 통해 충전 전력이 배터리로 전달되고 무선 충전 제어장치에 직접 연결된다. 8번 및 9번 단자는 CAN 통신을 통하여 차량의 세부 정보 및 충전기의 세부 정보를 교환하기 위해 필요한 단자이며 무선 충전 통신장치에 연결된다. 7번 핀은 연결 확인을 위한 Sensor로 별도의 스위치 장치를 통하여 유·무선 충전방식 변환에 활용된다. 2번, 4번 및 10번 단자는 Digital 파형 신호로 별도의 릴레이 단자 및 차량의 Digital 파형을 수신하는 단자에 직접 연결된다.
도 5는 DC 콤보 방식의 어댑터를 적용한 무선충전 구성의 개념도이다.
즉, 급속충전시 사용되는 DC 콤보 충전 커넥터를 이용할 경우 차량 내부의 충전 구의 통신선과 연결되는 개념도를 나타낸다. 여기서, DC+ 및 DC- 단자는 전력선으로써 해당 선을 통하여 충전 전력이 배터리로 전달되며 무선 충전 제어장치에 직접 연결된다. CP 단자는 차량과 통신을 위한 Digital 파형을 전송하는 단자로 직접 연결된다. PE 단자는 접지를 위한 단자로써 차량의 PE 핀과 직접 연결된다. CS 단자는 연결 확인을 위한 Sensor로써 별도의 스위치 장치를 통하여 유·무선 충전방식 변환에 사용된다.
도 6은 북미식 DC 콤보 방식의 어댑터를 적용한 무선충전 구성의 개념도이다.
즉, 급속충전에서 사용되는 북미식 DC-Combo 충전 커넥터를 이용하여 차량 내부의 충전 구의 통신선과 연결되는 개념도를 나타낸다. 여기서, DC+ 및 DC- 핀은 전력선으로써 해당 선을 통하여 충전 전력이 배터리로 전달되며 무선 충전 제어장치에 직접 연결된다. CP 단자는 차량과 통신을 위한 Digital 파형을 전송하는 단자로 직접 연결된다. PE 단자는 접지를 위한 단자로써 차량의 PE 핀과 직접 연결된다. PP 단자는 연결 확인을 위한 Sensor로써 별도의 스위치 장치를 통하여 유무선 충전방식 변환에 사용된다.
도 7은 유·무선 통신 프로토폴 변환 도식의 개념도이다.
차량에서 충전구를 통하여 전달되는 유선 충전 프로토콜을 무선 충전 프로토콜로 변환하기 위한 맵핑(Mapping) 도식도이다. 구체적으로, 유선충전 차량 준비 확인이 무선충전 정렬과 맵핑이 될 수 있고, 유선 충전 케이블 연결 확인이 무선충전 준비 완료와 맵핑 될 수 있다. 유선 충전 해제 확인은 무선 충전 해제와 맵핑이 되며 통신 종료시 모든 작업을 초기화한다.
도 8은 기존의 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위한 자기장 차폐의 실시 예이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 무선충전의 집전장치가 장착되는 공간을 제외한 주변부에서는 차폐효과의 특성을 지니는 금속을 활용한 차폐가 효과적이다. 구체적인 차폐의 영역은 다음과 같은 항목을 고려한다. 첫째, 차량하부의 급전패드와 차량에 장착되는 집전패드로부터 유기되는 자기장의 영역을 고려하여 자기장 차폐의 영역 선정을 수행한다. 둘째, 차량 하부 구조에서 자기장에 의한 기기의 오작동에 취약한 지점을 고려하여 충분히 차폐가 되도록 한다. 도 8은 특정 차량에 적합한 차폐 기구물의 한 실시 예로써, 다양한 차량을 고려할 경우, 집전패드의 장착 위치, 차량의 하부구조 및 주변 전장 기기에 따라 다양한 형태의 실시 예가 있음을 이해하여야 한다.
110: 무선충전 제어장치
120: 무선충전 통신장치
130: 유선충전 제어장치
140: 유선충전 통신장치
150: 어댑터
160: 릴레이
170: 고전압 배터리

Claims (2)

  1. 기존 유선충전 전기차량에 무선충전 방식을 적용하기 위해 복잡한 다수의 전력변환부를 구비하지 않고, 기존 전기차량의 일부 급속 충전 장치를 활용하고 통신 어댑터의 간단한 구조 변경만으로도 유선충전 방식과 무선충전 방식 모두를 지원하는 방법.
  2. 기존 전기차량에 안정적인 무선충전을 위해 주변의 인체 영향과 주변기기의 오작동에 영향을 주지 않는 자기장 차폐영역 선정, 자기장에 취약한 전장장치 선정기반 라운딩 형태의 자기장 차폐 구조 및 방법.
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