KR20250140407A - 차량배터리 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 차량의 휠을 구동시키는 메인 동력으로 사용되는 차량배터리를 충전하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 차량의 배터리셀에 충전용 전원을 공급하는 전기공급패드가 설치된 전기 차량으로 이동하여 상기 전기공급패드의 전극 접속단자와의 접촉을 통해 전기를 인가하는 차량배터리 충전장치에 관한 것이다.

Description

차량배터리 충전장치{Device for charging vehicle batteries}

본 발명은 전기 차량의 휠을 구동시키는 메인 동력으로 사용되는 차량배터리를 충전하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 차량의 배터리셀에 충전용 전원을 공급하는 전기공급패드가 설치된 전기 차량으로 이동하여 상기 전기공급패드의 전극 접속단자와의 접촉을 통해 전기를 인가하는 차량배터리 충전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리셀을 메인 동력으로 사용하는 전기 차량은 전기자동차, 전기지게차 등이 있다. 전기 차량의 배터리 충전기술의 첫번째 단계는 유선 충전기술이다. 유선 충전기의 본체에는 충전용 케이블이 연결되고, 상기 충전용 케이블 단부에 케이블 커넥터가 장착되며, 상기 케이블 커넥터를 전기차에 구비된 전기차 커넥터에 결합함으로써 유선 충전기로부터 전기 차량으로 전기가 공급되게 된다.

이러한 유선 충전기술 단계에서는 모든 전기 차량 소유자는 유선 충전기를 구매해야 하는 불편함이 있다. 유선 충전기의 충전용 케이블에서 발생되는 열을 최소화하기 위해 충전용 케이블의 도체의 직경을 증가시키는 등의 방법이 있으나, 발열을 충분히 감소시키기 어렵고, 충전용 케이블의 무게를 증가시키는 문제가 있다. 또한, 충전용 케이블은 사용자의 신체에 접촉될 수 있고, 충전용 케이블의 발열이 심한 경우 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 유발하는 문제점이 있다.

한편, 전기 차량의 배터리 충전기술의 두번째 단계는 무선 충전기술이다. 무선 충전기술은 아파트, 백화점, 회사 건물, 또는 주차타워 등과 같이 매일 다수의 전기 차량이 이용하는 주차장에 충전용 코일이 내장된 송신패널이 설치되고, 전기 차량의 바닥에 충전용 코일에서 발생하는 자기력을 수신하여 전기를 유도시키는 집전용 코일이 내장된 수신패널을 사용하는 기술이다.

일반적으로, 충전용 코일이 내장된 송신패널과 집전용 코일이 내장된 수신패널이 정확하게 정렬되어야 충전 효율이 좋다. 이에 정확한 정렬을 위해 충전용 코일은 자신의 위치를 알리는 비콘(beacon) 신호로써 자력선을 저전력 모드로 발생시킨다. 한국공개특허공보 제10-2024-0034943호(이하, 선행문헌 1이라 함)에는 충전용 코일과 집전용 코일이 충분히 가까이 접근했는지를 감지하는 위치 검출기(position detector(PD))에 대한 기술이 개시되어 있다. 구체적으로 선행문헌 1에는 제1 홀센서와 상기 제2 홀센서 중 어느 하나에서 감지된 자력선의 세기에 따라 충전용 코일의 위치를 검출하는 프로세서를 포함한다.

그러나 이러한 무선 충전기술은 실제 사업화하기 위해 무선 충전기 구축 비용과 여러 가지 안전 규제와 전기 차량 내부에 무선충전 시스템을 구성하는 비용 등으로 인해 무선 충전 사업 상용화가 지연될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 제10-2022-0081965호(공개일 : 2022년06월16일) 한국공개특허공보 제10-2024-0034943호(공개일 : 2024년03월15일)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 전기 차량의 배터리셀에 충전용 전원을 공급하는 전기공급패드가 설치된 전기 차량으로 이동하여 상기 전기공급패드의 전극 접속단자와의 접촉을 통해 전기를 인가하는 차량배터리 충전장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자율주행 로봇으로 구현된 차량배터리 충전장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 사용자로 하여금 다양한 결제 방식을 선택하여 충전 서비스를 이용할 수 있도록 하는 차량배터리 충전장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 일 실시예에 따른 차량배터리 충전장치는 전기 차량의 휠을 구동시키는 메인 동력으로 사용되는 차량배터리를 충전하는 차량배터리 충전장치로서,

전기 차량에 설치되며, 전극 접속단자가 형성되고 전기 차량의 배터리셀과 연결되어 충전용 전원을 공급하는 전기공급패드와;

상기 전기공급패드의 전극 접속단자와 접촉하는 전극 연결단자가 말단에 형성된 충전용 케이블과, 상기 충전용 케이블을 지지하는 지지부와;

상기 충전용 케이블의 말단에 형성된 전극 연결단자가 상기 전기공급패드의 전극 접속단자에 접촉되도록 상기 지지부를 수직 이동 및 회전 가능하게 움직이는 모터부와, 상기 모터부의 동작을 제어하는 모터 제어부와;

상기 충전용 케이블의 전극 연결단자와 상기 전기공급패드의 전극 접속단자가 접촉하였는지를 감지하는 단자접촉 감지부와, 상기 단자접촉 감지부로부터 입력되는 접촉감지 신호에 따라 상기 충전용 케이블을 통해 상기 차량의 전기공급패드로 전송되는 전원의 세기를 제어하는 충전 제어부와;

외부 상용 전원으로부터 인가되는 전원을 입력받아 상기 차량배터리 충전장치에 전원을 공급하는 전원 공급부와;

사용자 조작기기로부터 입력되는 사용자 조작명령에 따라 상기 충전 제어부와 모터 제어부의 동작을 제어하는 총괄 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 차량배터리 충전장치는 주차된 전기 차량을 향해 상기 차량배터리 충전장치를 이동시키는 이동부와; 피사체를 감지하는 비전부를 더 포함하며, 총괄 제어부는 상기 비전부로부터 입력되는 피사체 감지정보를 분석하여 전기공급패드가 설치된 전기 차량으로 자율주행하도록 상기 이동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면 사용자 조작기기는 핸드헬드 통신단말기이며, 차량배터리 충전장치는 상기 핸드헬드 통신단말기와 무선 신호를 송수신하는 무선 통신부를 더 포함하고, 총괄제어부는 상기 핸드헬드 통신단말기로부터 충전제어신호가 입력되면 충전 제어부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 충전용 케이블의 말단에 형성된 전극 연결단자가 전기공급패드의 전극 접속단자에 접촉되도록 충전용 케이블을 지지하는 지지부를 상, 하, 좌, 우 방향으로 움직이는 모터부와, 상기 모터부의 동작을 제어하는 모터 제어부를 포함하여 구현됨으로써, 충전용 케이블이 사용자의 신체에 접촉되거나, 충전용 케이블의 발열이 심한 경우 사용자의 부상, 불쾌감 또는 불안감을 해소하는 장점이 있다.

둘째, 본 발명은 주차된 전기 차량을 향해 이동시키는 이동부와 피사체를 감지하는 비전부와 상기 비전부로부터 입력되는 피사체 감지정보를 분석하여 전기공급패드가 설치된 전기 차량으로 자율주행하도록 상기 이동부의 동작을 제어하는 총괄 제어부를 포함하여 구현됨으로써, 자율주행 로봇으로 차량배터리 충전장치를 구현할 수 있는 장점이 있다. 이러한 자율주행 로봇 구조는 향후 휴먼노이드 로봇이 상용화되는 시기에 시장에 널리 보급될 수 있을 것으로 기대된다.

셋재, 본 발명은 핸드헬드 통신단말기와 무선 신호를 송수신하는 무선 통신부와 상기 핸드헬드 통신단말기로부터 충전제어신호가 입력되면 충전 제어부의 동작을 제어하는 총괄 제어부를 포함하여 구현됨으로써, 핸드헬드 통신단말기를 통해 사용자로 하여금 다양한 결제 방식 중 하나를 선택하도록 하여 전기 충전의 유료화를 달성할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량배터리 충전 시스템을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량배터리 충전장치의 구성을 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 연결단자(P)와 전극 접속단자(122)와의 도킹 방식을 설명하기 위한 예시도이다.

발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 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.

본 명세서에서 "부", "모듈", 또는 "장치" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과속예측 경고장치의 구성과 동작을 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량배터리 충전 시스템을 도시한 것이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량배터리 충전 시스템은 크게 스마트폰(20)과 차량배터리 충전장치(200)와 전기 차량(100)에 설치되는 전기공급패드(120)를 포함할 수 있다.

전기 차량(100)은 전기 승용차, 전기 화물차, 전기 지게차 등을 포함한다. 전기 차량(100)의 배터리셀(110)은 전극 접속단자가 형성된 전기공급패드(120)를 통해 충전용 전원을 공급받는다.

차량배터리 충전장치(200)는 전기공급패드(120)가 설치된 전기 차량(100)으로 이동하여 전기공급패드(120)의 전극 접속단자와 도킹 방식으로 접촉한 상태에서 전기를 인가한다. 차량배터리 충전장치(200)는 비전 인식 기술을 탑재하여 전기 차량으로 자율주행하는 로봇으로 구현될 수 있다.

차량배터리 충전장치(200)는 전기공급패드(120)의 전극 접속단자와 도킹 방식으로 접촉하였더라도 곧장 전기를 인가하는 것이 아니라, 핸드헬드 통신단말기 예컨대 스마트폰(20)에서 충전제어신호를 송출하고 이를 수신해야 전기공급패드(120)로 전기를 인가하도록 구현된다. 전기 차량은 핸드헬드 통신단말기를 통해 사용자로 하여금 다양한 결제 방식 중 하나를 선택하도록 하여 충전된다.

다양한 결제 방식은 예를 들어, 카드 결제, 계좌 이체, 지역페이, 카카오페이, 네이버페이, 삼성페이, 비트코인 결제, 광고시청 유무에 따른 무료충전 서비스를 제공하는 방식을 포함할 수 있다.

차량배터리 충전장치(200)는 전기 차량(100)이 대량으로 모이는 장소 예컨대, 주차타워, 회사 건물과 백화점과 공공 건물의 주차장, 개인 주차장 등에 배치되어 운용될 수 있다. 이하, 차량배터리 충전장치(200)의 구성을 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량배터리 충전장치의 구성을 도시한 것이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 연결단자(P)와 전극 접속단자(122)와의 도킹 방식을 설명하기 위한 예시도이다.

먼저 도 2를 참조하면, 일레로, 차량배터리 충전장치(200)는 외부 상용 전원(10)으로부터 전원을 입력받아 장치 전체에 전원을 공급하는 전원 공급부(210)와 모터부(220)와 모터 제어부(230)와 충전 제어부(240)와 총괄 제어부(250)를 포함하여 구현될 수 있다.

또한 도 3을 참조하면, 차량배터리 충전장치(200)는 전기공급패드(도 3의 참조번호 120)의 전극 접속단자(도 3의 참조번호 122)와 접촉하는 전극 연결단자(P1, P2)가 말단에 형성된 충전용 케이블을 지지하는 지지부(L1, L2)를 포함하여 구현될 수 있다.

모터부(220)는 충전용 케이블의 말단에 형성된 전극 연결단자(P1, P2)가 전기공급패드의 전극 접속단자(도 3의 참조번호 122)에 접촉되도록 지지부(L1, L2)를 수직 이동 및 회전 가능하게 움직이는 역할을 한다. 모터부(220)는 일례로, 리니어 모터를 포함하여 구현될 수 있다. 모터 제어부(230)는 모터부(220)의 동작을 제어한다.

충전 제어부(240)는 단자접촉 감지부(231)로부터 입력되는 접촉감지 신호에 따라 충전용 케이블을 통해 전기 차량의 전기공급패드(도 3의 참조번호 120)로 전송되는 전원의 세기를 제어한다. 단자접촉 감지부(231)는 충전용 케이블의 전극 연결단자(P1, P2)와 전기공급패드(도 3의 참조번호 120)의 전극 접속단자(도 3의 참조번호 122)가 접촉하였는지를 감지한다.

총괄 제어부(250)는 사용자 조작기기(미도시)로부터 입력되는 사용자 조작명령에 따라 충전 제어부(240)와 모터 제어부(230)의 동작을 제어한다. 사용자 조작기기는 조작버튼이 형성된 조이스틱, 원격조정장치, 태블릿PC, 스마트폰 등과 같은 장치일 수 있다. 사용자는 사용자 조작기기를 수동으로 조작하여 충전용 케이블의 전극 연결단자(P1, P2)와 전기공급패드(도 3의 참조번호 120)의 전극 접속단자(도 3의 참조번호 122)가 도킹하도록 제어할 수 있다. 이 같은 실시에에 따라 전기 차량이 주차하는 주차장에는 전기 차량의 바닥면을 촬영하는 카메라장치가 설치될 수 있다.

차량배터리 충전장치(200)는 피사체를 감지하는 비전부(260)와 주차된 전기 차량을 향해 차량배터리 충전장치를 이동시키는 이동부(270)를 더 포함할 수 있다. 비전부(260)는 카메라 및 조명장치를 포함하며, 이동부(270)는 휠과 바퀴를 포함하여 구현될 수 있다. 총괄 제어부(250)는 비전부(260)로부터 입력되는 피사체 감지정보를 분석하여 전기공급패드(도 3의 참조번호 120)가 설치된 전기 차량으로 자율주행하도록 이동부(270)의 동작을 제어한다.

차량배터리 충전장치(200)는 핸드헬드 통신단말기(예컨대, 스마트폰, 태블릿 PC)와 무선 신호를 송수신하는 무선 통신부(280)를 더 포함할 수 있다. 무선 통신부(280)는 블루투스, 와이파이 등으로 구현될 수 있다.

총괄 제어부(250)는 핸드헬드 통신단말기로부터 충전제어신호가 입력되면 충전 제어부(240)의 동작을 제어한다. 핸드헬드 통신단말기는 일례로, 카드 결제, 계좌 이체, 지역페이, 카카오페이, 네이버페이, 삼성페이, 비트코인 결제, 및 광고시청에 따라 획득된 충전포인트 중 어느 하나의 결제가 완료되면 충전제어신호를 발생할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 전극 도킹 방식을 설명한다. 전기공급패드(120)의 전극 접속단자(122)는 평상시에는 덮개(121)에 의해 외부 먼지 등 이물질로부터 보호된다. 덮개(121)는 상하로 이동가능하게 설치되며, 전극 연결단자(P)가 말단에 형성된 충전용 케이블을 지지하는 지지부(L1)가 전기공급패드(120)를 향해 움직인다. 지지부(L1)가 지지하는 충전용 케이블에 형성된 전극 연결단자(P)가 덮개(121)를 위로 올리면서 전기공급패드(120)의 전극 접속단자(122)와 접촉하게 된다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (3)

1. 전기 차량의 휠을 구동시키는 메인 동력으로 사용되는 차량배터리를 충전하는 차량배터리 충전장치로서,
   전기 차량에 설치되며, 전극 접속단자가 형성되고 전기 차량의 배터리셀과 연결되어 충전용 전원을 공급하는 전기공급패드와;
   상기 전기공급패드의 전극 접속단자와 접촉하는 전극 연결단자가 말단에 형성된 충전용 케이블과, 상기 충전용 케이블을 지지하는 지지부와;
   상기 충전용 케이블의 말단에 형성된 전극 연결단자가 상기 전기공급패드의 전극 접속단자에 접촉되도록 상기 지지부를 수직 이동 및 회전 가능하게 움직이는 모터부와, 상기 모터부의 동작을 제어하는 모터 제어부와;
   상기 충전용 케이블의 전극 연결단자와 상기 전기공급패드의 전극 접속단자가 접촉하였는지를 감지하는 단자접촉 감지부와, 상기 단자접촉 감지부로부터 입력되는 접촉감지 신호에 따라 상기 충전용 케이블을 통해 상기 차량의 전기공급패드로 전송되는 전원의 세기를 제어하는 충전 제어부와;
   외부 상용 전원으로부터 인가되는 전원을 입력받아 상기 차량배터리 충전장치에 전원을 공급하는 전원 공급부와;
   사용자 조작기기로부터 입력되는 사용자 조작명령에 따라 상기 충전 제어부와 모터 제어부의 동작을 제어하는 총괄 제어부를 포함하는,
   차량배터리 충전장치.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 차량배터리 충전장치는,
   주차된 전기 차량을 향해 상기 차량배터리 충전장치를 이동시키는 이동부와;
   피사체를 감지하는 비전부를 더 포함하며,
   상기 총괄 제어부는 상기 비전부로부터 입력되는 피사체 감지정보를 분석하여 상기 전기공급패드가 설치된 전기 차량으로 자율주행하도록 상기 이동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는,
   차량배터리 충전장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
   상기 사용자 조작기기는 핸드헬드 통신단말기이며,
   상기 차량배터리 충전장치는 상기 핸드헬드 통신단말기와 무선 신호를 송수신하는 무선 통신부를 더 포함하고,
   상기 총괄제어부는 상기 핸드헬드 통신단말기로부터 충전제어신호가 입력되면 상기 충전 제어부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는,
   차량배터리 충전장치.