KR20240001854A - 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 엔진룸에 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있게 오리피스 관을 설치하고, 맞바람을 가속시켜 풍력발전기로 얻은 전력을 배터리에 충전할 수 있게 구성함으로써, 별도로 충전하지 않고도 자동차를 사용하는 동안 안정적으로 충전 작용이 이루어질 수 있게 한다. 특히, 본 발명은 이러한 배터리 충전장치를 전기차에 적용함으로써, 전력을 주로 동력으로 사용함에 따라 전력 소비가 많이 발생하더라도 충분한 전력을 공급하여 안정적으로 사용할 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 상기 오리피스 관을 자동차에 미리 구성된 그릴 안쪽에 설치하여 그릴을 통과하는 맞바람을 이용하여 풍력 발전이 이루어지게 구성함으로써, 오리피스 관을 쉽게 장착하여 필요한 전력을 얻을 수 있게 한다.

Description

풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치{BATTERY CHARGING APPARATUS FOR VEHICLE USING WIND POWER}

본 발명은 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람이 오리피스 관을 통과하게 해서 가속(加速)시켜 풍력 발전에 이용할 수 있게 구성함으로써, 자동차 자체에서 생성한 전력으로 충전할 수 있게 한 것이다. 특히, 자동차가 저속으로 주행하더라도 오리피스 관을 통해 충분한 풍속을 얻을 수 있어 전기차 등에서 필요한 전력도 충분하게 얻을 수 있게 한 것이다.

일반적으로 전기차와 같이 전력을 동력으로 사용하여 주행하는 자동차는 배터리의 동력 소모가 많아짐에 따라 원하는 시기에 배터리를 쉽게 충전할 수 있어야 한다. 이에, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 다양한 방식으로 배터리를 충전할 수 있는 기술이 개발되어 있다.

(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2022-0084760호

전기차 충전 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매개서버와 결제서버를 이용하여 EV 충전기에 전기차 충전시 충전 부하, 계절 또는 시간 등 충전조건에 따른 충전비용의 정산이 가능하고, 사용자단말기를 통해 편리한 결제가 가능한 전기차 충전 관리 시스템에 관한 것이다. 이에 따른 전기차 충전 관리 시스템은 사용자단말기와; 전기차와; 상기 전기차의 충전을 위해 설치되는 EV 충전기와; 상기 사용자단말기 및 상기 EV 충전기와 정보의 송수신이 가능한 매개서버와; 상기 매개서버 및 상기 사용자단말기와 정보의 송수신이 가능한 결제서버를; 포함하되, 상기 전기차는 상기 EV 충전기의 연결 부위에 고유번호를 갖는 태그가 구비되고, 상기 EV 충전기는 충전을 위해 연결된 전기차의 태그 정보와 상기 전기차로 공급되는 전력량 정보를 상기 매개서버로 송신하며, 상기 매개서버는 상기 사용자단말기로부터 입력된 사용자 정보와 상기 EV 충전기에서 수신된 태그 정보 및 전력량 정보가 사용자별로 구분되어 저장된 사용자DB가 구비되고, 상기 결제서버는 상기 전기차의 충전 당시의 충전 조건과 상기 매개서버에서 수신받은 전력량 정보를 조합하여 충전비용을 산정하고, 산정된 충전비용에 대해 결제요청 정보를 상기 태그 정보에 매칭된 사용자단말기로 송신하며, 상기 사용자단말기는 수신된 상기 결제요청 정보의 정산이 가능한 애플리케이션이 설치된 것을 특징으로 한다.

(특허문헌 2) 한국공개특허 제10-2021-0041172호

전기차를 충전하기 위한 이동식 충전장치와 상기 충전장치에 전원을 공급하는 전용 소켓 장치에 관한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 최근 급격하게 늘어나는 전기차를 충전하기 위한 충전장치를 고정식 충전장치가 아닌 전기차의 트렁크 등에 넣어서 다니면서 전기차 충전용 전원공급 전용 소켓에 이를 꼽고 충전할 수 있는 과금형 이동식 충전장치에 관한 것으로 상기 이동식 충전장치에 전원을 공급하는 전용 소켓이 전기차 충전 외의 다른 용도로 이용될 수 없도록 하는 기능을 내장한 장치와 이의 시스템에 관한 것이다. 또한, 상기 전용 소켓에 기존 콘센트에 사용되는 2P형 전기차 이동식 충전장치와 연결되거나, 3kW 이상급 이동식 충전장치를 기존 콘센트에 연결이 가능한 전용 젠더 장치를 통해 3kW 이하급 충전 기능을 갖도록 하는 시스템도 포함되어 있다.

(특허문헌 3) 한국공개특허 제10-2018-0128603호

전기차용 배터리 충전 장치 및 충전 방법에 관한 것이다. 실시예는 전원을 제공하는 배터리; 상기 배터리의 충전을 제어하는 배터리 관리 시스템; CP 신호를 입력 받고, 상기 CP 신호의 전압 레벨을 측정하는 CP 신호 측정부를 포함하는 제1 충전부; 및 상기 제1 충전부 및 상기 배터리 관리 시스템을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 CP 신호 측정부는, 상기 CP 신호가 상승 엣지 구간에서 소정의 임계레벨에 도달하면 인터럽트를 발생하는 인터럽트부; 및 상기 인터럽트가 발생하면 CP 신호의 전압 레벨을 측정하는 전압측정부를 포함하는 전기 자동차의 배터리 충전 장치를 제공할 수 있다.

한국공개특허 제10-2022-0084760호 (공개일: 2022.06.21) 한국공개특허 제10-2021-0041172호 (공개일: 2021.04.15) 한국공개특허 제10-2018-0128603호 (공개일: 2018.12.04)

하지만, 이러한 기존의 충전 방식은 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 충전시스템이 도심에 몰려 있음으로, 산간과 같이 도심에서 멀리 떨어져 있을 때는 자동차에 충전하기가 힘들다.

(2) 또한, 기존의 충전시스템은 배터리에 충전된 전력을 어느 정도 소비한 다음, 다시 배터리를 충전하는 방식으로 이루어진다. 이에, 배터리를 충전할 시기를 놓치면 배터리가 방전될 우려가 있다.

(3) 이처럼 방전된 배터리는 다시 충전할 수는 있으나, 배터리 성능이 떨어지게 되어 오랫동안 사용할 수 없어 유지보수 비용이 늘어나게 된다.

(4) 한편, 기존 충전시스템으로 전기차의 배터리를 충전할 때는 충전시간이 길다. 이에, 자동차를 바로 사용해야 할 때는 충전하기 어렵거나 다른 자동차를 사용해야 하는 불편함이 있다.

(5) 이에, 자체적으로 충전 시스템이 없는 자동차는 배터리의 전력을 소비함에 따라 다시 배터리를 충전해야 하고, 배터리 충전이 자주 이루어지지 않으면 배터리 방전으로 이어질 뿐만 아니라, 배터리의 충전 효율이 떨어진다.

(6) 배터리 충전에 필요한 설비를 시설하려면, 배터리 충전 설비, 이 설비를 시설할 공간, 배터리 충전 설비 운영에 필요한 인원 및 비용 등 추가로 큰 비용이 필요하다.

(7) 특히, 도심지와 같이 공간 활용에 한계가 있는 곳에서는 이러한 설비를 설치하는데도 한계가 있다.

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 자동차의 엔진룸에 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있게 오리피스 관을 설치하고, 맞바람을 가속시켜 풍력발전기로 얻은 전력을 배터리에 충전할 수 있게 구성함으로써, 별도로 충전하지 않고도 자동차를 사용하는 동안 안정적으로 충전 작용이 이루어질 수 있게 한 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 이러한 배터리 충전장치를 전기차에 적용함으로써, 전력을 주로 동력으로 사용함에 따라 전력 소비가 많이 발생하더라도 충분한 전력을 공급하여 안정적으로 사용할 수 있게 한 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 오리피스 관을 자동차에 미리 구성된 그릴 안쪽에 설치하여 그릴을 통과하는 맞바람을 이용하여 풍력 발전이 이루어지게 구성함으로써, 오리피스 관을 쉽게 장착하여 필요한 전력을 얻을 수 있게 한 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치는, 자동차의 엔진룸(R)에 설치되어 자동차가 주행할 때 자동차에 부딪히는 바람을 받아들여 통과하게 하는 오리피스 관(100); 상기 오리피스 관(100)의 출구 측에 설치되는 로터(200); 및 상기 로터(200)의 회전력으로 발전하고, 발전하여 생긴 전력을 배터리에 충전하게 하는 발전기(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 배터리 충전장치는, 전기차에 설치되되, 상기 오리피스 관(100)은 자동차 하부를 통해 엔진룸(R)으로 유입하는 공기로 발전하게 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배터리 충전장치는, 그릴이 있는 자동차에 설치되되, 상기 오리피스 관(100)은 그릴을 통해 엔진룸(R)으로 유입하는 공기나, 상기 오리피스 관(100)을 흡기관에 연결하여 발전하게 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 사용하여 풍력 발전하여 얻은 전력으로 배터리를 충전함에 따라, 배터리를 별도로 충전할 수 있는 시설이나 장비가 없이도 배터리를 충전하여 편리하게 사용할 수 있다.

(2) 이때, 맞바람은 오리피스 관을 통과하게 해서 로터를 통과하는 속도가 높아지게 구성함으로써, 풍력 발전 효율을 높일 수 있다.

(3) 특히, 본 발명에 따른 배터리 충전장치는 전기차에 장착해서 사용할 때는 전기차의 주요 동력원인 배터리를 안정적으로 충전할 수 있다. 이에, 충전설비가 없는 산간 등 도심에서 멀리 떨어진 곳에서도 안정적으로 배터리를 충전하여 전기차를 이용할 수 있다.

(4) 또한, 본 발명에 따른 배터리 충전장치는 그릴이 있는 자동차에서는 오리피스 관을 그릴 안쪽에 설치함으로써, 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람으로 바로 풍력 발전이 이루어지게 해서 구성을 최소화하면서도 충분한 풍력 발전 효과를 얻을 수 있다.

(5) 이때, 풍력 발전은 자동차가 주행하는 동안 계속해서 이루어지게 되므로, 배터리의 충전과 방전 작용이 함께 이루어지게 되어 배터리가 방전되는 것을 방지할 수 있다.

(6) 한편, 배터리를 충전할 때 사용되는 충전 설비, 이러한 설비를 설치할 공간, 이러한 설비를 운영하고 관리하는 비용과 인력이 필요하지 않아 유지보수 비용을 한층 더 줄일 수 있다.

(7) 배터리의 충전 효율이 떨어지지 않는 한, 자동차를 사용함에 따라 주행할 때마다 주기적으로 배터리 충전이 이루어지게 되므로, 배터리를 오랫동안 사용할 수 있다. 특히, 자동차로 출퇴근하거나 업무용으로 사용할 때처럼 하루에 주행 시간이 일정 시간 이상일 때는 항상 배터리가 완충 상태를 유지하게 할 수도 있다.

[도 1]은 본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치가 설치된 전기차를 보여주는 측면도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치가 설치된 전기차를 보여주는 평면도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치의 구성을 보여주는 개략도이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치가 설치된 그릴이 구성된 자동차를 보여주는 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 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 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[배터리 충전장치의 구성]

본 발명에 따른 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치에는, [도 1] 내지 [도 4]와 같이, 오리피스 관(100), 로터(200), 그리고 발전기(300)가 포함된다.

특히, 상기 오리피스 관(100)은 자동차의 엔진룸(R)에 장착되어 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들여 속도가 빨라지게 해서 로터(200)가 고속으로 회전하게 해서 풍력 발전을 일으킬 수 있게 구성함으로써, 자동차가 주행하는 동안 풍력 발전을 통해 발전한 전력을 배터리에 충전하게 해서 자동차 주행으로 방전되는 배터리를 바로 충전하여 안정적으로 운행할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 충전장치는 전기차에 장착함으로써, 전기차가 주행할 때 전기차 하부를 통해 엔진룸(R)으로 유입하는 맞바람을 사용하여 풍력 발전하게 구성하여 전기차에서 필요한 충분한 전력을 배터리에 충전할 수 있게 한 것이다.

그리고 본 발명에 따른 배터리 충전장치는 그릴이 있는 자동차에 설치할 때는 그릴 뒤에 상기 오리피스 관(100)이 위치하게 해서 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람이 바로 오리피스 관(100)을 통과하게 해서 풍력 발전이 이루어지게 구성함으로써, 풍력 발전 효과를 한층 더 높일 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도면부호 "R"은 자동차에서 자동차 실내와 구획되어 엔진이나 모터와 같은 동력발생장치가 설치되는 공간인 엔진룸을 나타낸다.

가. 오리피스 관

오리피스 관(100)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 엔진룸(R)에 설치되어 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있게 설치된다.

이때, 상기 오리피스 관(100)은 풍력 발전에 필요한 바람이 유입하여 가속하게 해서 발전기(300)에서 풍력 발전이 이루어지게 하기 위한 것으로, 자동차가 주행할 때 정면에서 불어오는 맞바람을 받아들일 수 있는 위치에 장착하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 상기 오리피스 관(100)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 그릴이 없는 자동차, 예를 들어서, 전기차에 장착할 때는 전기차 하부를 통해 전기차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오리피스 관(100)은, [도 4]와 같이, 그릴이 있는 자동차에 설치할 때는, 통상 자동차가 주행할 때 엔진룸(R) 냉각 등을 목적으로 그릴을 통해 맞바람이 들어오게 하므로, 그릴 뒤에 오리피스 관(100)이 위치하게 설치함으로써, 자동차가 주행할 때 발생한 맞바람이 그릴과 오리피스 관(100)을 차례로 통과하게 해서 풍력 발전이 이루어지게 하고, 특히 오리피스 관(100)을 통과한 맞바람은 그 속도가 높아짐에 따라 엔진룸(R) 안에서의 냉각 효율도 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다. 그리고 이처럼 그릴을 사용하는 자동차는 흡기관을 사용하게 되므로, 이 흡기관에 오리피스 관(100)을 장착하여 흡기관을 통해 가속된 공기가 엔진에 공급되게 하면서 동시에 풍력 발전에 필요한 풍력을 얻을 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 오리피스 관(100)은, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들여 풍력 발전이 이루어지게 하는데, 이때 풍력 발전의 효율을 높일 수 있도록, 즉 후술하는 로터(200)의 회전 속도를 높일 수 있도록 입구 부분에서 안으로 갈수록 좁아지게 형성된 관을 말한다.

이러한 오리피스 관(100)은 맞바람이 유입하는 입구 부분의 단면적이 유입 후 오리피스 관(100)을 빠져나가는 출구 부분의 단면적 보다 넓음으로, 그만큼 속도도 오리피스 관(100)의 입구보다 출구에서가 더 빨라지게 된다. 이에, 후술하는 로터(200)는 오리피스 관(100)의 출구 측에 설치하여 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람보다 더 강한 바람을 받아 더욱 빠르게 회전하게 된다.

이에, 상기 오리피스 관(100)의 출구 측에는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 로터(200)가 장착된다.

나. 로터

로터(200)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 오리피스 관(100)에 설치되어, 상기 이 오리피스 관(100)을 통과하는 바람으로 제자리에서 회전하게 장착된다.

이때, 상기 로터(200)는, [도 3]과 같이, 오리피스 관(100)의 출구 측에 장착함으로써, 단면적이 넓은 오리피스 관(100)의 입구 부분을 통과한 바람이 단면적이 작은 오리피스 관(100)의 출구 부분을 통과함에 따라 속도가 빨라진 바람이 이 로터(200)를 강제로 회전하게 해서 풍력 발전이 이루어질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로터(200)는, [도 3]과 같이, 오리피스 관(100)의 출구 측을 통해 가속되어 빠져나가는 바람의 수직 방향으로 배치되어 회전할 수 있게 구성함으로써, 오리피스 관(100)에서 빠져나오는 풍력이 로터(200)를 효과적으로 회전시켜 풍력 발전 효과를 한층 더 높일 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 로터(200)는 상술한 오리피스 관(100)에서 가속된 풍력을 받아 회전함에 따라 후술하는 발전기(300)를 통해 풍력 발전이 이루어지게 구성할 수도 있으나, 상기 로터(200)에는 증속기(Gear Box)를 추가하여 장착하는 것이 바람직하다. 여기서, 증속기는 로터(200)의 회전 속도를 증가시킴에 따라 발전기에서 발생하는 전력량을 늘리기 위한 일종의 기어 박스이다.

이처럼 회전하는 로터(200)는, [도 3]과 같이, 발전기(300)에 연결되어 풍력 발전으로 전력이 만들어지게 한다.

다. 발전기

발전기(300)는, [도 3]과 같이, 상술한 로터(200)와 연결되어 로터(200)가 회전함에 따라 풍력으로 발전하여 전력을 얻을 수 있게 제작된 통상의 기술로 제작된다.

즉, 상기 발전기(300)는 상술한 로터(200)가 직접 연결되거나 기어 박스를 통해 이 발전기(300)에 연결되고, 풍력으로 로터(200)가 회전함에 따라 그 회전력을 받아 발전기에서 전력이 생산되게 하는 풍력 발전기를 의미한다.

이처럼 상기 발전기(300)에서 생산한 전력을 배터리를 충전하는데 사용하게 된다. 그리고 잉여 전력은 자동차에서 사용되는 다른 전기기기나 전자기기에서 사용하게 회로를 구성하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 자동차의 엔진룸에 오리피스 관을 설치하여 자동차가 주행할 때 발생하는 맞바람을 받아들여 가속하게 하고, 이 오리피스 관에 설치된 로터가 회전함에 따라 발전기를 통해 풍력 발전으로 전력을 얻을 수 있게 구성함으로써, 자동차에서 필요한 전력을 자동차 자체에서 얻을 수 있게 되어 별도로 충전 시설이 없이도 자력으로 배터리를 충전할 수 있게 한 것이다. 이때, 상기 오리피스 관은 그릴이 있는 자동차에는 그릴 뒤에 설치하여 맞바람을 쉽게 받아들일 수 있게 설치하고, 전기차처럼 그릴이 없을 때는 자동차 하부를 통해 맞바람을 받아들일 수 있게 하여 자동차가 주행할 때는 언제든지 풍력 발전을 통해 자동차에서 필요한 전력을 얻을 수 있게 된다.

100: 오리피스 관
200: 로터
300: 발전기

Claims (3)

1. 자동차의 엔진룸(R)에 설치되어 자동차가 주행할 때 자동차에 부딪히는 바람을 받아들여 통과하게 하는 오리피스 관(100);
   상기 오리피스 관(100)의 출구 측에 설치되는 로터(200); 및
   상기 로터(200)의 회전력으로 발전하고, 발전하여 생긴 전력을 배터리에 충전하게 하는 발전기(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치.
   
2. 제1항에서,
   상기 배터리 충전장치는,
   전기차에 설치되되, 상기 오리피스 관(100)은 자동차 하부를 통해 엔진룸(R)으로 유입하는 공기로 발전하게 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치.
   
3. 제1항에서,
   상기 배터리 충전장치는,
   그릴이 있는 자동차에 설치되되, 상기 오리피스 관(100)은 그릴을 통해 엔진룸(R)으로 유입하는 공기나, 상기 오리피스 관(100)을 흡기관에 연결하여 발전하게 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전을 이용한 자동차의 배터리 충전장치.

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