KR100626855B1 - 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치에 관한 것으로, 본 발명은 터널에서 풍력 및 태양열을 이용하여 전기를 발생시켜 축전지를 충전하여 전기자동차를 운행하는 도중에 운전자가 축전지충전에 시간을 별도로 허비하지 않고 터널을 통과하면서 편리하게 전기자동차를 충전할 수 있도록 함으로써, 전기자동차 사용을 유도하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전기를 절약하고 평소에 터널내에 전기를 저장해 두었다가 작업시나 기타 비상시에 이를 사용할 수 있도록 하는 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조 및 전기자동차의 축전지를 충전시키는 장치에 관한 것이다. 또한, 전기자동차를 운행하는 도중에 축전지를 충전시킬 수 있도록 함으로써 운전자가 축전지충전에 시간을 허비하지 않고 편리하게 전기자동차를 운행할 수 있으며 그로 인하여 일반인들이 전기자동차를 널리 이용하도록 유도하고 대기오염을 방지하는 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치에 관한 것이다.

터널구조, 전기자동차, 집열판, 축전지, 충전레일, 충전도로

Description

풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치{Tunnel structure for charging the battery of electric car using the force of wind and sunheat and an apparatus for charging the battery of electric car on the road}

도 1은 본 발명에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도,

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조에서 결합블록의 사시도,

도 2a는 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조에 구비된 전기발생을 위한 집광장치의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 전기발생장치의 전기회로의 연결상태를 개략적으로 나타낸 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조의 정면도 및 확대단면도,

도 5는 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조를 이용하여 축전지를 충전하기 위한 전기자동차의 충전단자부의 개략 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 충전도로상의 전기자동차 축전장치의 사시도,

도 7는 도 6의 충전도로상의 전기자동차 축전장치의 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예의 충전도로상의 전기자동차 축전장치의 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 충전도로상의 전기자동차 축전장치를 이용하여 축전지를 충전하기 위한 전기자동차의 충전단자부의 개략 구성, 및,

도 10는 본 발명에 따른 자동차의 배터리가 방전된 경우 배터리를 충전시키는 축전장치를 나타낸 블록도이다.

<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 도로 2: 전기자동차

3: 터널 11: 집열판

12: 결합블록 12a: 결합턱

12b: 결합공 13: 터널벽

21: 열전소자 22: 집광판

31: 지주 32: 프로펠러

33: 발전기 40: 축전지

50: 측벽 51: 충전레일

52: 요홈 60: 충전단자부

61: 차체프레임 62: 출몰파이프

62a: 래크(rack) 63: 롤러

64: 고정자 66: 피니언

601: 도로 601a: 고가도로

602: 전기자동차 610: 측벽

611: 충전레일 612: 요홈

620: 충전단자부 621: 차체프레임

622: 출몰파이프 622a: 래크(rack)

623: 롤러 623a : 볼 베어링

624: 고정자 625: 전선

626: 피니언

본 발명은 터널에서 풍력 및 태양열을 이용하여 전기를 발생시켜 축전지를 충전하여 전기자동차를 운행하는 도중에 운전자가 축전지충전에 시간을 별도로 허비하지 않고 터널을 통과하면서 편리하게 전기자동차를 충전할 수 있도록 함으로써, 전기자동차 사용을 유도하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전기를 절약하고 평소에 터널내에 전기를 저장해 두었다가 작업시나 기타 비상시에 이를 사용할 수 있도록 하는 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조 및 전기자동차의 축전지를 충전시키는 장치에 관한 것이다. 또한, 전기자동차를 운행하 는 도중에 축전지를 충전시킬 수 있도록 함으로써 운전자가 축전지충전에 시간을 허비하지 않고 편리하게 전기자동차를 운행할 수 있으며 그로 인하여 일반인들이 전기자동차를 널리 이용하도록 유도하고 대기오염을 방지하는 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는데, 가솔린이나 디젤은 연소시 유해한 가스를 발생하여 대기오염을 일으킬 뿐만 아니라 가솔린이나 디젤을 만드는 원유가 지구상에 얼마 남아있지 않기 때문에 각 산업분야에서 대체에너지개발을 서두르고 있으며 그 해결책으로 전기자동차의 개발이 완료되어 시범운행 중에 있다.

그러나, 전기자동차는 한번의 축전지 충전으로 기존의 자동차보다 먼 거리를 달릴 수 없으므로 자주 축전지를 충전시켜야 하고 그 때문에 운행이 자주 중단되며 축전지 충전에 소요되는 시간도 기존의 가솔린 또는 디젤의 주유 시간보다 많이 소요되므로 운행에 큰 지장을 초래하는 문제점이 있다.

또한, 전기자동차가 일반화될 경우에도 자주 축전지를 충전시켜야 하므로 축전지 충전소를 기존의 주유소보다 훨씬 많이 건설하여야 하는 문제가 있으며, 특히 고속도로와 같이 장거리 운행을 할 경우에는 축전지 충전소가 있는 곳이면 반드시 들러야 하고 축전지 충전에 많은 시간이 허비되어 장거리 운행에 큰 불편을 겪게 된다.

한편, 가까운 미래에 전기자동차의 사용자가 증가함에 따라 전기자동차의 충전에 따른 전력소모가 급속히 증가될 것으로 보이며, 기존의 발전소만으로는 이를 감당하기 어려움은 물론이고 새로운 발전소를 다수 건설하기 위해서는 상당한 경제적 부담이 따른다.

따라서, 전기자동차를 운행하는 도로상에 자체적으로 자연력을 이용한 발전설비를 갖추고 이를 평소에 충전해 두었다가 전기자동차가 통과할 때 자연스럽게 전기자동차에 구비된 축전지에 충전되도록 함으로써 전기를 절약하여 전력수급을 조절함과 동시에 전기자동차의 충전을 편리하게 하여 전기자동차 사용을 유도함으로써 환경오염 또한 감소시킬 수 있는 방안이 요구된다.

또한, 일반적으로 자동차는 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는데, 가솔린이나 디젤은 연소시 유해한 가스를 발생하여 대기오염을 일으킨다. 최근에는 자동차의 수가 크게 증가하여 대기환경을 크게 오염시키고 있으며 그에 따라 인간 생활 및 인체에 심각한 악영향을 주고 있다. 한편, 가솔린이나 디젤을 만드는 원유는 지구상에 무한정 존재하는 것이 아니므로 얼마 있지 않아 고갈된다고 한다.

이러한 이유 때문에 각 산업분야에서 대체에너지개발을 서두르고 있다. 현재 자동차산업분야에서는 전기자동차의 개발이 완료되어 시범운행 중에 있다. 전기자동차는 축전지의 한번 충전으로 달릴 수 있는 거리가 기존의 자동차가 한번 가솔린 또는 디젤의 충전으로 달릴 수 있는 거리에 비하여 보다 오래 달릴 수 없고, 얻을 수 있는 동력이 가솔린 또는 디젤을 사용하는 기존의 자동차보다 작다는 단점이 있으나, 대체에너지를 이용하므로 장래 원유고갈에 대비할 수 있고 대기오염을 일으키지 않는다는 장점 때문에 앞으로 크게 그 사용을 장려되어질 것으로 보인다.

그러나 전기자동차는 전술한 바와 같이 한번의 축전지 충전으로 기존의 자동 차보다 먼 거리를 달릴 수 없으므로 자주 축전지를 충전시켜야 하므로 그 운행이 자주 중단되고 축전지 충전에 소요되는 시간도 기존의 가솔린 또는 디젤의 주유 시간보다 많이 소요되므로 운행에 큰 지장을 초래하는 문제점이 있다.

그리고 전기자동차가 일반화될 경우에도 자주 축전지를 충전시켜야 하므로 축전지 충전소를 기존의 주유소보다 훨씬 많이 건설하여야 하는 문제가 있으며, 특히 고속도로와 같이 장거리 운행을 할 경우에는 축전지 충전소가 있는 곳이면 반드시 들러야 하고 축전지 충전에 많은 시간이 허비되어 장거리 운행에 큰 불편을 겪게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 전기자동차의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 터널에서 풍력 및 태양열을 이용하여 전기를 발생시켜 축전지를 충전하여 전기자동차를 운행하는 도중에 운전자가 축전지충전에 시간을 별도로 허비하지 않고 터널을 통과하면서 편리하게 전기자동차를 충전할 수 있도록 함으로써, 전기자동차 사용을 유도하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전기를 절약할 수 있도록 하는 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치를 제공하는데 그 제 1목적이 있다.

또한, 전기자동차를 운행하면서 축전지를 충전시킬 수 있도록 함으로써 축전지 충전에 많은 시간을 허비하지 않고 운전자가 편리하게 전기자동차를 운행할 수 있으며 그로 인하여 일반인들이 전기자동차를 널리 이용하도록 유도하고 가솔린이나 디젤을 사용하지 않음으로써 대기오염을 방지하는 충전도로상의 전기자동차 축 전장치를 제공하는데 그 제 2목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 전기자동차 축전지 충전터널구조 및 충전도로상의 전기자동차 축전장치는, 풍력 및 태양열을 이용하여 전기자동차를 충전하기위한 내부에 축전지 및 이와 연결된 전기자동차 충전레일이 설치되어 있는 터널구조의 충전장치와, 전기자동차의 운행중 자동차용 배터리를 충전시키는 전기자동차 축전장치를 포함한다.

본 발명의 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조는 내부에 축전지 및 이와 연결된 전기자동차 충전레일이 설치되어 있는 터널구조에 있어서, 상부가 태양열을 모으는 집열판으로 이루어진 다수 개의 결합블록을 서로 결합하여 길게 형성된 터널벽; 상기 집열판에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자가 구비된 발전기; 상기 터널벽 외부 또는 상면에 설치된 지주에 부착되어 있으며 바람에 의해 회전하는 다수 개의 프로펠러; 상기 프로펠러의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기; 및, 상기 발전기에서 발생된 전기를 저장하는 축전지로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전기자동차 충전레일은 자동차 도로 일측 또는 양측에 일정길이의 측벽을 설치하고 상기 측벽에 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부와 접촉하는 충전레일을 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충전도로상의 전기자동차 축전장치는 자동차용 배터리를 충전시키는 전기자동차 축전장치에 있어서,

자동차 도로 일부에 충전된 전압을 출력하는 배터리가 일정길이를 따라 설치된 측벽, 상기 측벽에 연장하여 접촉하는 충전레일, 상기 측벽에 대하여 전기자동차의 운행시 충전도로상의 배터리에서 출력되는 전압이 상기 자동차용 배터리에 공급될 수 있도록 상기 배터리와 상기 자동차용 배터리를 접속시키는 접속부로서 상기 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부, 상기 배터리에서 출력되는 전압이 상기 충전단자부를 통하여 상기 자동차용 배터리에 입력시 상기 자동차용 배터리의 입력 레벨에 적정한 레벨의 전압으로 출력될 수 있도록 제어하고 상기 배터리에서 출력되는 전압을 일정 레벨의 전압으로 강하시켜 출력하는 전압 제어부, 상기 배터리에 연결되어 상기 배터리가 방전되면 양단에 걸리는 전압이 감소하는 써미스터, 상기 써미스터 양단에 걸리는 전압과 상기 전압 제어부에서 강하되어 출력되는 일정 레벨의 전압을 비교하여 상기 써미스터 양단에 걸리는 전압이 상기 전압 제어부에서 강하되어 출력되는 전압보다 크면 연결되어 있는 발광 다이오드를 온시키기 위한 전압을 제공하는 제 1 비교부, 및,

제 1 비교부에서 제공되는 전압과 상기 전압 제어부에서 강하되어 출력되는 일정 레벨의 전압을 비교하여 상기 전압 제어부에서 강하되어 출력되는 전압이 상기 제 1 비교부에서 제공되는 전압보다 크면 연결되어 있는 발광 다이오드를 온시키기 위한 전압을 제공하는 제 2 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하 면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전터널구조의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조 결합블록의 사시도이고, 도 2a은 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조에 구비된 전기발생을 위한 집광장치의 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 전기발생장치의 전기회로의 연결상태를 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 4는 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조의 정면도 및 확대단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조를 이용하여 축전지를 충전하기 위한 전기자동차의 충전단자부의 개략 구성도이이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조는 내부에 축전지(40) 및 이와 연결된 전기자동차 충전레일(51)이 설치되어 있는 터널구조에 있어서, 상기 충전터널구조에 구비된 전기발생을 위한 집광유닛(4)을 가지며 상부가 태양열을 모으는 집열판(11)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(12)을 서로 결합하여 길게 형성된 터널벽(13); 상기 집열판(11)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자(21)가 연결된 전압제어기(34); 상기 터널벽(13) 외부 또는 상면에 설치된 지주(31)에 부착되어 있으며 바람에 의해 회전하는 다수 개의 프로펠러(32); 상기 프로펠러(32)의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기(33); 및, 상기 발전기(33)에서 발생된 전기를 저장하는 축전지(40)로 구성되어 있다.

또한, 상기 전기자동차 충전레일(51)은 자동차 도로 일측 또는 양측에 일정 길이의 측벽(50)을 설치하고 상기 측벽(50)에 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부(60)와 접촉하는 충전레일(51)이 설치되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 터널벽(13)은 상부가 태양열을 모으는 집열판(11)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(12)을 서로 결합시켜 길게 형성되어 있다.

상기 결합블록(12)은 축전지 충전터널구조 상부에 서로 겹쳐서 길게 연속해 결합되어 터널벽(13)을 이룰 수 있도록 끝단에 결합턱(12a)이 형성되어 있으면서 전기발생을 위한 집광유닛(4)을 가지고, 상기 결합턱(12a)에는 서로 포갠 후 볼트를 체결할 수 있도록 결합공(12b)이 형성되어 있다. 상기와 같은 결합블록(12)은 볼트체결방식 외에 끝단 부에 암수를 두어 서로 끼워 맞출 수 있도록 구성할 수도 있으며 시멘트 등의 결합제로 고정시킬 수도 있다.

도 2는 본 발명의 집광유닛(4)이 설치된 상태를 나타내고, 도 2a는 도 2의 구성상태인 도 2의 1-1선 단면 확대도이다.

도 2의 집광유닛(4)은 상기 집열판(11) 전면에 위치하면서 상기 집열판(11)에 끼워져 설치되는 하우징(41)으로 구성되고, 상기 하우징(41) 내부에는 집광판(22)과 열전소자(21) 등이 설치되며, 상기 열전소자(21)에는 축전지(40)가 연결된다.

또한, 도 2a에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 전기자동차 축전지 충전터널구조에 구비된 전기발생을 위한 집광유닛(4)이 상기 집열판(11)에 탈착 가능하게 장치된다.

상기한 구성에 있어서, 터널(3)의 측면 내지 중앙 상부에 포위되는 다수의 결합블록(12)간을 연결하여 설치되는 타원형 터널(3) 상단에는 내부로 통하는 천공(26)이 마련되고, 상기 천공(26)에는 집광유닛(4)의 하단이 삽입 장착된다.

또, 도 2a의 구성에 있어서, 상기 집열판(11)에 대하여 끼워 맞춤되는 연장부(21a)를 부착시킨다.

상기와 같이 이루어지는 구성에 의하면, 집광유닛(4)을 각각의 독립된 단위 유닛으로 컴펙트화 시킨 것으로, 이로 인해 어떠한 위치나 기구 및 장치 등에 부착 또는 설치하기가 용이한 구조를 가지게 되어 적용성이 뛰어나다.

그리고, 상기 집광유닛(4)은 전상면에 위치되는 집광판(22)과, 상기 집광판(22)의 밑에 위치되는 열전소자(21)와, 상기 열전소자(21)의 뒤에 장착되고 도선(35)을 통하여 전기적으로 연결하는 축전지(40)로 구성되어 밀폐되는 하우징(41)내에 배치된다. 이때 상기 축전지(40)는 하우징(41) 내부에 설치할 수도 있고, 하우징(41) 외부로 인출하여 별도로 설치할 수도 있다.

여기서, 하우징(41)은 예컨대, 경질 수지로 제작하면 가볍고도 견고하게 제작될 수 있다. 여기서 경질 알루미늄을 이용한 다이캐스팅으로 제작하면 가볍고도 견고하면서 엄밀한 밀폐력을 부여하기 손쉬우며, 하우징(41)내에 배치되는 각 부품의 내구성을 향상시킬 수 있게 되며, 그 상면이 투명창으로 되어 집광판(22)으로 태양 빛이 잘 조사되도록 하며, 밑에 배치되는 열전소자(21)은 조사된 빛에 의한 에너지를 전력으로 전환시켜서 이하에 상세히 설명될 도 3에 도시되는 축전지(40)에 저장하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 풍력 및 태양열을 이용하여 전기자동차 축전지 충전 터널구조는 내부에 집광유닛(4)과 도선(35)을 통하여 전기적으로 연결하는 축전지 및 이와 연결된다.

전기자동차 충전레일이 설치되어 있는 터널구조에 있어서, 프로펠러(32)가 회전함에 따라 상기 발전기(33)에 의해 전기가 발생하고 이 발전기(33)에서 발생되는 AC 전압을 축전지(40)에 충전하고, 또 상기한 바와같이 집광유닛(4)에서 발생한 전압을 필요한 전원으로 제어하는 전압제어기(34)를 통해 축전지(40)에 충전한다.

또한, 본 발명에 따른 전기회로에서 상기 발전기(33)의 전원은 상기 전기발생 동안 알고리즘(Algorithm)을 구비한다.

그리고, 상부 절반 정도가 태양열을 모으기 위한 집열판(11)으로 이루어져 있으며 상기 집열판(11)은 일반적으로 사용되는 것과 같이, 전도판, 집열관 및 단열층 등이 내설되어 있다.

전압제어기(34)는 전기를 발생시키기 위해 상기 집열판(11)과 연결되어 있으며 집열판(11)에서 전달된 열을 전기에너지로 변환시키는 열전소자(21)가 연결되어 있다.

프로펠러(32)는 다수 개가 바람에 의해 회전할 수 있도록 상기 터널벽(13) 외부 또는 상면에 설치된 지주(31)에 부착되어 있고, 또 다른 발전기(33)는 상기 프로펠러(32)의 회전에 의해 전기를 발생시키기 위해 프로펠러(32)의 회전축과 연결되어 있다. 도 1에서는 프로펠러(32)가 부착된 지주(31)가 터널벽(13) 외부에 설치된 일예를 보여주고 있다.

축전지(40)는 프로펠러(32)에서 발생된 전기를 저장할 수 있도록 상기 전압제어기(34)와 연결되어 있다. 또한, 축전지(40)는 그 충전을 위해 상기 프로펠러(32)의 회전에 의하여 상기 발전기(33)에서 발생된 전기를 전달받아 저장하며 납축전지나 알칼리전지 등이 사용된다.

도 4에 있어서, 터널 구조는 터널(3) 밑의 지반을 단단하게 하여 터널을 안전하게 지지하기 위해 지하에 기둥을 세울수도 있는데, 상기 터널(3)을 건설할 때 철근콘크리트 기둥(미도시)이 들어갈 구멍을 지하 깊숙이 파고 그 안에 시멘트 등의 응결제를 부은 다음 철근콘크리트 기둥을 삽입하고 굳히는 방법을 사용할 수 있다.

충전레일(51)이 설치된 두 개의 측벽(50)은 전기자동차(2)가 통과할 수 있는 정도의 폭으로 양측에 설치되어 있으나, 상기 측벽(50) 및 충전레일(51)은 충전도로의 일측에 하나만 설치하여 전기자동차의 일측면에서 돌출되는 충전단자부(60)와 충전레일(51)이 접촉하도록 할 수도 있다.

측벽(50)은 철근콘크리트로 견고하게 형성하는데, 그 높이와 충전레일(51)의 높이는 전기자동차의 높이 및 폭에 대응하여 설치하는데 대략적으로 일반 도로(1) 차선의 폭을 갖도록 하여 승용차, 버스, 화물차 등 모든 차종이 이용할 수 있도록 한다.

그리고 측벽(50)에는 충전레일(51)이 설치되는데 오목하게 들어간 측벽(50)의 요홈(52) 내에 설치하여 전기자동차(2)의 차체가 접촉되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 충전레일(51)과 측벽 본체 사이에는 절연체(미도시)를 설치하여 전기의 누전을 방지하여야 함은 당연하다.

전기자동차(2)에 구비되는 충전단자부(60)는 축전지 충전시에 자동차 차체로 부터 돌출하고 통상의 운행시에는 차체 내부로 들어가도록 하여야 하는데 이와 같은 구성은 여러 가지 형태로 구성할 수 있다.

예를 들어 충전단자부(60)는, 도 5에 도시된 바와 같이 차체프레임(61)에 관통공상을 횡방향으로 이동하는 것으로서 하면에 래크(rack)(62a)이 형성되어 있는 출몰파이프(62), 상기 출몰파이프(62)의 선단에 회전가능하게 설치된 것으로서 충전도로의 충전레일(51)과 접촉하여 전기를 전달하는 롤러(63), 상기 롤러(63)와 접촉하도록 고정되어 있고 롤러(63)와 통전하는 고정자(64), 상기 고정자(64)에 연결되어 있는 전선(65), 그리고 상기 출몰파이프(62)를 좌우로 이동시키는 것으로서 출몰파이프(62)의 하부면에 형성된 래크(62a)와 맞물리는 피니언(66)으로 구성되어 있다.

상기 롤러(63)와 고정자(64)는 전도성의 재질로 형성하고 다른 구성요소는 비전도성의 재질로 형성되어 있다.

충전단자부(60)는 상기와 같은 구조 이외에도 여러 다른 구조로 구성할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 하겠다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 충전 터널구조는 다음과 같이 작용한다.

결합블록(12) 상부를 이루는 집열판(11)은 태양열을 모으게 되는데 내설되어 있는 전도판이 입사되는 태양광을 흡수하여 집열관에 전달하고 단열층이 입사된 태양열을 외부로 전도되지 않도록 한다.

그리고, 상기 집열판(11)은 전압제어기(34)에 연결되어 있어서 흡수된 태양 열 에너지를 전압제어기(34)에 전달하게 되며, 전압제어기(34)에 구비된 열전소자(21)가 내부에 부착된 두 금속의 온도차에 의한 기전력을 발생시키게 된다.

상기 터널벽(13) 외부 또는 상면에 설치된 지주(31)에 부착되어 있는 다수 개의 프로펠러(32)는 바람에 의해 회전하고, 상기 프로펠러(32)의 회전축과 연결되어 있는 발전기(33)는 내설된 엔진의 기계적 운동에 의해 발생되는 에너지를 공급받아 이를 발전기 내부의 고정자와 회전자의 자계적 결합에 의해 전기에너지로 변환한다.

상기 전압제어기(34)와 발전기(33)에 연결되어 있는 축전지(40)는 외부의 풍력 및 태양열 에너지로부터 얻어지는 전기를 전달받아 저장하여 충전레일(51)에 전기를 공급한다.

운전자는 전기자동차를 운행하다가 자동차 동력의 근원이 되는 축전지가 방전되어 충전하여야 할 시기가 도래하면 목적지로 가는 도중에 설치된 충전 터널로 들어간다. 충전 터널의 입구에는 자동인식기가 설치되어 있어서 전기자동차가 충전 터널에 진입하는 순간 어느 차량이 진입하였는지를 판별하여 추후에 요금을 고지한다.

운전자는 차량 내부에 구비된 충전버튼을 눌러 차량 양측면에 설치되어 있는 충전단자부(60)를 돌출시켜 충전단자부(60)의 출몰파이프(62)를 차체의 외부로 돌출시킨다. 출몰파이프(62)의 출몰은 출몰파이프(62)의 하부면에 형성된 래크(62a)와 맞물려 있는 피니언(66)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 출몰파이프(62)가 차체외부로 돌출시키거나 차체내부로 들어오게 한다. 출몰파이프(62)는 공기압 또는 스프링(미도시)에 의하여 외부로 받는 충격을 흡수하도록 하는 것이 바람직하다.

출몰파이프(62)가 외부로 돌출되면 롤러(63)가 충전도로의 측벽(50)에 설치된 충전레일(51)에 구름접촉을 하여 상기 축전지(40)와 연결된 충전레일(51)로부터 전기를 전달받는다. 롤러(63)가 전달받은 전기는 고정자(64) 및 전선(65)을 거쳐 자동차내부에 구성된 충전장치로 전달되어 축전지를 충전시키게 된다.

전기자동차가 충전 터널을 빠져나오거나 축전지의 충전이 완료되면 돌출되어 있던 충전단자부(60)는 운전자의 조작 또는 감지센서에 의하여 차체내부로 들어간다.

일정길이의 충전 터널(3)은 직선으로 하는 것이 운전자가 운행을 하면서 핸들을 불필요하게 조작할 필요가 없으므로 바람직하며 본 발명의 충전 터널은 고속도로 또는 도시고속화도로와 같은 도로(1)에 설치하면 더욱 효율적이 된다.

또한, 전기자동차의 통행이 적은 심야시간대에는 전기를 터널내의 축전지(40)에 다량 저장해 두었다가 전기자동차의 통행이 많은 시간대에 사용하거나 터널작업시 또는 기타 비상시에 이를 사용할 수도 있다.

또한, 이하 제 2 실시예를 기술한다.

도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 충전도로상의 전기자동차 축전장치의 사시도이고, 도 7는 도 6의 충전도로상의 전기자동차 축전장치의 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예의 충전도로상의 전기자동차 축전장치의 단면도이 고, 도 9는 본 발명에 따른 충전도로상의 전기자동차 축전장치를 이용하여 축전지를 충전하기 위한 전기자동차의 충전단자부의 개략 구성도, 및, 도 10는 본 발명에 따른 자동차의 배터리가 방전된 경우 배터리를 충전시키는 축전장치를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충전도로상의 전기자동차 축전장치 일 실시예는 자동차 도로(601) 일부에 일정길이의 측벽(610)을 보통의 자동차가 통과할 수 있는 폭을 갖도록 양측에 설치하고 상기 측벽(610)에 전기자동차(602)에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부(620)와 접촉하는 충전레일(611)을 설치하고 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 충전도로는 도로(601)의 중앙에 설치된 실시예이다. 이 실시예는 충전도로가 도로(601)의 중앙분리대의 기능도 수행한다.

도시된 실시예는 두 개의 측벽(610)이 전기자동차(602)가 통과할 수 있는 정도의 폭으로 양측에 설치되어 있으나, 상기 측벽(610) 및 충전레일(611)은 충전도로의 일측에 하나만 설치하여 전기자동차(602)의 일측면에서 돌출되는 충전단자부(620)와 충전레일(611)이 접촉하도록 할 수도 있다.

도 8에 도시된 충전도로는 지상의 도로(601)보다 높은 고가도로(601a)를 설치하여 그 고가도로(601a)상에 측벽(610)을 설치한 실시예이다. 이 실시예는 도로(601)의 폭이 좁아 그 중앙에 충전도로를 설치하기가 곤란한 경우에 유리하다. 본 발명의 충전도로를 위한 고가도로(601a)는 도 8에 도시된 바와 같이 지상 도로(601)의 중앙에 설치할 수도 있고, 일측으로 치우쳐서 설치할 수도 있다.

측벽(610)은 철근콘크리트로 견고하게 형성하는데, 그 높이와 충전레일(611)의 높이는 전기자동차(602)의 높이 및 폭에 대응하여 설치하는데 대략적으로 일반도로 차선의 폭을 갖도록 하여 승용차, 버스, 화물차 등 모든 차종이 이용할 수 있도록 한다. 그리고 측벽(610)에는 충전레일(611)이 설치되는데 오목하게 들어간 측벽(610)의 요홈(612) 내에 설치하여 전기자동차(602)의 차체가 접촉되지 않도록 하고 비가 오더라도 누전이 되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 충전레일(611)과 측벽(610)의 본체 사이에는 절연체(미 도시함)를 설치하여 전기의 누전을 방지하여야 함은 당연하다. 그리고 비에 의하여 누전이 되는 것을 확실하게 방지하지 위하여 충전도로의 위에 지붕을 설치할 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 충전도로상의 전기자동차 축전장치를 이용하여 축전지를 충전하기 위한 전기자동차의 충전단자부의 개략 구성도로서, 전기자동차(602)에 구비되는 충전단자부(620)는 축전지 충전시에 자동차 차체로부터 돌출하고 통상의 운행시에는 차체 내부로 들어가도록 하여야 하는데 이와 같은 구성은 여러 가지 형태로 구성할 수 있다. 예를 들어 충전단자부(620)는 도 9에 도시된 바와 같이 차체프레임(621)에 관통공상을 횡방향으로 이동하는 것으로서 하면에 래크(rack)(622a)이 형성되어 있는 출몰파이프(622), 상기 출몰파이프(622)의 선단에 회전가능하게 설치된 것으로서 충전도로의 충전레일(611)과 접촉하여 전기를 전달하는 롤러(623), 상기 자동차 롤러(623)의 외주에 여러 개의 강철 알로서 끼워설치되어 구름으로써 상기 롤러(623)와 상기 측벽(610)상의 요홈(612)이 받는 마찰을 감소시키는 볼 베어링(ball bearing;623a), 상기 롤러(623)와 접촉하도록 고정되어 있고 롤러(623)와 통전하는 고정자(624), 상기 고정자(624)에 연결되어 있는 전선(625), 그리고 상기 출몰파이프(622)를 좌우로 이동시키는 것으로서 출몰파이프(622)의 하부면에 형성된 래크(622a)과 맞물리는 피니언(626)으로 구성되어 있다.

상기 롤러(623)와 고정자(624)는 전도성의 재질로 형성하고 다른 구성요소는 비전도성의 재질로 형성되어 있다.

충전단자부(620)는 상기와 같은 구조 이외에도 여러 다른 구조로 구성할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 하겠다.

다음, 도 10를 참조하여 본 발명에 따른 충전도로의 자동차용 축전장치를 상세하게 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 자동차의 배터리가 방전된 경우 배터리를 충전시키는 장치(500)의 구성을 나타낸 블록도로서, 공급용 배터리(510,512), 써미스터(520), 전압 제어부(530), 비교부(540), 표시부(550) 및 롤러(623) 등으로 구성된다.
상기 충전단자부(620)는 자동차에 내장되어 있는 것으로서 자동차용 롤러(623)를 구비하는데, 상기 롤러(623)는 본 발명에 따른 충전도로상의 축전장치(500)와 자동차용 배터리(300)를 접속시키는 역할을 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 실시예에서 운전자가 충전도로상에 설치되어 있는 축전장치(500)에 연결된 충전레일(611)에 롤러(623)를 꽂으면 배터리 충전 장치(500)의 공급용 배터리(510,512)에서 출력되는 전압을 자동차용 배터리(300)로 공급시키는 전압 공급 통로 역할을 수행한다.

여기서, 본 발명에 따른 자동차에 충전될 자동차용 배터리 충전 장치(500)에서 이용하고 있는 공급용 배터리(510)는 일반적으로 자동차용 배터리(300)에서 이용되는 축전지를 직렬 연결하되며, 방전시 외부의 어뎁터에 의하여 충전된다.

공급용 배터리(510,512)는 자동차용 배터리(300)에서 필요한 적절 레벨의 전압인 28V의 전압을 충전레일(611)에 연결되는 롤러(623)을 통하여 자동차용 배터리(300)로 공급하여 상기 자동차용 배터리(300)를 충전시킨다.

전압 제어부(530)는 공급용 배터리(510)로부터 출력되는 전압이 롤러(623)을 통하여 자동차용 배터리(300)로 공급시, 적정 레벨로 출력되고 있는가를 제어하고 후술하는 설명에서알 수 있는 바와 같이 비교기의 손상을 방지하기 위하여 비교기에 입력되는 전압의 입력 레벨이 적정한 레벨로 입력될 수 있도록 제어하는 역할을 수행한다. 즉, 전압 제어부(530)는 공급용 배터리(510)로부터 롤러(623)을 통하여 자동차용 배터리(300)로 공급되고 있는 레벨의 전압이 적정 레벨의 전압 예를 들어, 28Ⅴ의 전압이 출력되고 있는가를 검출 및 제어하고, 비교부(540)로의 적정한 레벨의 입력 전압 예를 들면, 10Ⅴ의전압이 입력될 수 있도록 전압을 다운시켜 비교부(540)의 입력 레벨로 공급한다.

공급용 배터리(510) 사이에 연결된 써미스터(520)는 일종의 반도체로서 그 전기저항은 부(負)의 온도 특성을 가지고 있기 때문에 온도가 상승하면 저항치가 낮아지게 되어 출력 전압이 낮아지게 되는 특성이 있다.

따라서, 공급용 배터리(510)에 연결되어 있는 써미스터(520)는 공급용 배터리(510)에서 방전 즉, 공급용 배터리(510)의 전압이 롤러(623)을 통하여 자동차용 배터리(300)로 공급되는 경우 발생되는 열을 감지하게 되면 내부의 저항치가 변화, 즉 저항치가 낮아지면서 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압이 감소하게 된다. 따라서, 감소된 전압이 제1 비교부(541)의 입력단에 입력하게 된다.

제 1 비교부(541)의 일측 입력단은 전압 제어부(530)로부터 출력되는 적정 레벨의 전압이 입력되고 타측 입력단은 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압이 입력되는 바, 전압 제어부(530)로부터 입력되는 전압 즉, 써미스터 양단에 걸리는 전압을 비교하여 그 비교 결과에 따라 제 1 표시부(551)를 구동시킨다.

즉, 제 1 비교부(541)는 전압제어부(530)로부터 입력되는 적정 레벨의 입력 전압은 기준 전압으로 이용하는 바, R이라고 하고 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압을 T1이라고 할 경우, 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압(T1)이 전압 제어부(530)에서 출력되어 입력되는 전압(R)보다 크면, 이 경우는 상기한 설명에서 알 수 있는 바와 같이 현재 공급용 배터리(510)가 방전되고 있는 경우에 해당하는 것으로 이는 자동차용 배터리(300)가 충전중인 경우에 해당한다.

따라서, 제 1 비교부(541)는 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압(T1)이 기준 전압으로 이용되고 있는 전압 제어부(530)에서 출력되는 전압(R)보다 크면 자동차용 배터리(300)가 충전되고 있음(충전중임)을 나타내는 제 1 표시부(551)를 온시키기 위한 전압을 제 1 표시부(551) 및 제 2 비교부(542)로 제공한다.

이 때, 제1 표시부(551)는 본 발명에 따른 실시예에 있어서 적색 발광 다이오드를 이용하는 반도체 소자이다.

한편, 제 2 비교부(542)의 일측 입력단은 제 1 비교부(541)에서와 같이 기준 전압으로 이용되는 전압제어부(530)의 출력 전압이 입력되고 타측 입력단은 제 1 비교부(541)에서 제공되는 전압값이 입력되도록 구성된다. 즉, 제 2 비교부(542)는 배터리 충전 장치(500)의 배터리가 완전방전되었음을 나타내는 제2 표시부(552)를 구동(온/오프)시키는 역할을 수행하는 바, 일측 입력단으로 입력되는 제 1 비교 부(541)에서 입력되는 제공되는 전압이 제 1 표시부(551)를 온시키는 전압이면 즉, 전압 제어부(530)의 출력 전압보다 크면 제2 표시부(552)를 오프시키고, 제 1 비교부(541)에서 제공되는 전압이 제 1 표시부(551)를 오프시키는 전압이면, 즉, 전압 제어부(530)의 출력 전압보다 작으면 제 2 표시부(552)를 온시키도록 구성된다.

이 때, 제 2 표시부(552)는 공급용 배터리(510)가 완전 방전 즉, 자동차용 배터리(300)가 충전이 다 되었음을 표시하는 다이오드로서, 본 발명의 실시예에서는 녹색 발광 다이오드를 이용하였다.

여기서, 제 1 비교부 및 제 2 비교부(541, 142)의 구성에 있어서, 제 1 비교부(541) 및 제 2 비교부(542)의 일측 입력단에 전압 제어부(530)의 출력 전압이 입력되고, 타측 입력단에는 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압이 입력되도록하여 제1 비교부(541)는 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압이 전압 제어부(530)의 출력 전압보다 큰 경우에 제 1 표시부(551)를 구동시키도록 하고, 제 2 비교부(542)는 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압이 전압 제어부(530)의 출력 전압보다 작은 경우에 제 2 표시부(552)를 구동시키도록 구성할 수 있음을 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들은 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

다시말해, 상기와 같이 구성된 본 발명의 충전도로상의 전기자동차 축전장치는 다음과 같이 작용한다.

전기자동차 운전자는 전기자동차를 운행하다가 자동차 동력의 근원이 되는 축전지가 방전되어 충전하여야 할 시기가 도래하면 목적지로 가는 도중에 설치된 충전도로로 들어간다. 충전도로의 입구에는 자동인식기가 설치되어 있어서 전기자 동차가 충전도로에 진입하는 순간 어느 차량이 진입하였는지를 판별하여 추후에 요금을 고지한다.

운전자는 차량 내부에 구비된 충전버튼을 눌러 차량 양측면에 설치되어 있는 충전단자부(620)를 돌출시켜 충전단자부(620)의 출몰파이프(622)를 차체의 외부로 돌출시킨다. 출몰파이프(622)의 출몰은 출몰파이프(622)의 하부면에 형성된 래크(622a)와 맞물려 있는 피니언(626)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 출몰파이프(622)가 차체외부로 돌출시키거나 차체내부로 들어오게 한다. 출몰파이프(622)는 공기압 또는 스프링(미도시)에 의하여 외부로 받는 충격을 흡수하도록 하는 것이 바람직하다.

출몰파이프(622)가 외부로 돌출되면 롤러(623)가 충전도로의 측벽(610)에 설치된 충전레일(611)에 구름접촉을 하여 충전레일(611)로부터 전기를 전달받는다. 롤러(623)가 전달받은 전기는 고정자(624) 및 전선(625)을 거쳐 자동차내부에 구성된 축전장치로 전달되어 축전지를 충전시키게 된다.

전기자동차가 일정길이의 충전도로를 달리고 축전지의 충전이 완료되고 돌출되어 있던 충전단자부(620)는 운전자의 조작 또는 감지센서에 의하여 차체내부로 들어간다.

일정길이의 충전도로는 직선으로 하는 것이 운전자가 운행을 하면서 핸들을 불필요하게 조작할 필요가 없으므로 바람직하다.

본 발명의 충전도로는 고속도로 또는 도시 고속화도로와 같은 도로(601)에 설치하면 더욱 효율적이 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 충전도로상의 전기자동차 축전장치는 충전소에 들러 축전지를 충전시킬 필요 없이 전기자동차를 운행하면서 축전지를 충전시킬 수 있으므로 운전자가 편리하게 전기자동차를 운행할 수 있고 축전지 충전시간을 절약을 할 수 있으며 그로 인하여 일반인들이 전기자동차를 널리 이용하도록 유도하여 가솔린 및 디젤을 사용하지 않음으로써 에너지를 절약하고 대기오염을 방지하는 효과를 발휘한다. 또한, 본 발명의 풍력, 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조는 전기자동차를 운행하는 도중에 운전자가 축전지충전에 시간을 별도로 허비하지 않고 터널을 통과하면서 편리하게 전기자동차를 충전할 수 있도록 함으로써, 전기자동차 사용을 유도하여 환경오염을 감소시킬 뿐만 아니라 전기를 절약하고 평소에 터널내에 전기를 저장해 두었다가 작업시나 기타 비상시에 이를 사용할 수 있도록 하는 유용한 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 자명한 것이며, 따라서 그러한 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (12)

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3. 전기발생을 위한 집광유닛(4)을 가지며 상부가 태양열을 모으는 집열판(11)으로 이루어진 다수 개의 결합블록(12)을 서로 결합하여 길게 형성된 터널벽(13);

   상기 집열판(11)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자(21)가 구비된 전압제어기(34);

   상기 터널벽(13) 외부 또는 상면에 설치된 지주(31)에 부착되어 있으며 바람에 의해 회전하는 다수 개의 프로펠러(32);

   상기 프로펠러(32)의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기(33); 및,

   상기 전압제어기(34)에서 발생된 전기를 저장하는 축전지(40);

   상기 축전지(40)에 연결된 전기자동차 충전레일(51);로 이루어진 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조에 있어서,

   상기 전기자동차 충전레일(51)은 자동차 도로(1) 일측 또는 양측에 일정 길이 만큼 배치되고, 상기 충전레일(51)에는 측벽(50)이 결합 되면서 도로(1)에 설치되며, 상기 충전레일(51)에는 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부(60)가 접촉되게 한 것을 특징으로 하는 풍력 및 태양열을 이용한 전기자동차 축전지 충전 터널구조.
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8. 자동차용 배터리(300)를 충전시키는 전기자동차 축전장치에는, 충전된 전압을 출력하는 배터리와 충전레일(611)을 설치한 측벽(610), 상기 전기자동차의 운행시 측벽(610)에 설치된 배터리에서 출력되는 전압이 상기 자동차용 배터리(300)에 공급될 수 있도록 상기 측벽(610)에 설치된 배터리와 상기 자동차용 배터리(300)를 접속시키는 접속부로서 상기 전기자동차에 구비되어 충전시 돌출되는 충전단자부(620),상기 측벽(610)의 배터리에서 출력되는 전압이 상기 충전단자부(620)를 통하여 상기 자동차용 배터리(300)에 입력시 상기 자동차용 배터리(300)의 입력 레벨에 적정한 레벨의 전압으로 출력될 수 있도록 제어하고 상기 배터리에서 출력되는 전압을 일정 레벨의 전압으로 강하시켜 출력하는 전압 제어부(530), 상기 배터리에 연결되어 상기 배터리가 방전되면 양단에 걸리는 전압이 감소하는 써미스터(520), 상기 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압과 상기 전압 제어부(530)에서 강하되어 출력되는 일정 레벨의 전압을 비교하여 상기 써미스터(520) 양단에 걸리는 전압이 상기 전압 제어부(530)에서 강하되어 출력되는 전압보다 크면 연결되어 있는 발광 다이오드를 온 시키기 위한 전압을 제공하는 제 1 비교부(541) 및 제 1 비교부(541)에서 제공되는 전압과 상기 전압 제어부(530)에서 강하되어 출력되는 일정 레벨의 전압을 비교하여 상기 전압 제어부(530)에서 강하되어 출력되는 전압이 상기 제 1 비교부(541)에서 제공되는 전압보다 크면 연결되어 있는 발광 다이오드를 온시키기 위한 전압을 제공하는 제 2 비교부(542)를 포함하는 충전도로상의 전기자동차 축전장치에 있어서,

   상기 측벽(610) 및 충전레일(611)은 운행되는 전기자동차의 양측에 각각 위치할 수 있도록 자동차 도로(601) 일부에 설치되고, 상기 충전단자부(620)는 자동차에 설치되어 회전하는 롤러(623)로 구성되는 것을 특징으로 한 충전도로상의 전기자동차 축전장치.
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