KR101790781B1 - 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치에 관한 것으로, 충전소의 천정에 설치된 고주파 전력 송신부(10)와; 상기 고주파 전력 송신부(10)에 케이블(11)로 연결된 평면전극 판(20)과; 상기 평면전극 판(20)에 접속되어 전력을 수신하는 유리판 전극(30)과; 상기 유리판 전극(30)으로 수신된 전력을 정류하는 고주파 정류부(40) 및; 상기 고주파 정류부(40)에 연결되어 전기자동차의 전원을 충전하는 배터리(50)로 구성되어 차량의 유리창을 통해 전계효과 방식의 전기장을 이용하여 무선으로 배터리를 충전함으로써 플러그나 소켓을 사용하는 번거로움 없이 간편하게 충전할 수 있고, 인체에 유해한 전자파의 규제를 받거나 전자파의 간섭 문제없이 고효율로 전력을 전달하여 단시간에 충전을 완료할 수 있을 뿐만 아니라 구성이 간단하여 장치의 가격을 저렴화할 수 있으면서도 고장 없이 장기간 안정되게 사용할 수 있는 수명이 긴 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치{Contactless electric vehicle charging system with a grass}

본 발명은 전기자동차 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 전방 윗면의 유리창 또는 차량 후방 윗면의 유리창을 통해 전계효과 방식의 전기장을 이용하여 배터리를 충전하는 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치에 관한 것이다.

환경 보호 요구에 부응하여 전기자동차에 대한 수요 또한 급속으로 증가할 것이 예상된다. 이러한 전기자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 거의 없고 소음이 아주 작은 장점이 있다. 현재는 내연 엔진과 수소와 산소를 연속적으로 공급하면서 화학반응을 일으켜 직접 전기 에너지를 얻는 연료 전지를 이용하거나, 배터리와 연료 전지를 이용하는 등 혼합된 형태의 하이브리드 자동차가 개발되고 있는 실정이다.

이러한 전기자동차는 크게 전기에 의해 구동되어 전기자동차를 운행시키기 위한 전기 모터와, 그 전기 모터에 전기를 공급하는 배터리로 구성된다. 즉, 전기 모터와 배터리가 일반 자동차의 엔진과 연료를 대체하는 것이다.

이러한 전기자동차의 배터리를 충전하기 위한 충전 시스템의 예시를 도 1에 나타냈다. 도시된 바와 같이, 전기자동차는 내부에 온보드 충전기(On-Board Charg er; OBC)를 구비하고, 유연성 케이블과 충전 커넥터를 이용하여 약 220V의 AC전원을 공급받는다. 이때 충전기 또는 계통의 충전 에너지는 구비된 소켓-아울렛에 플러그전원을 꼽고 케이블의 타단에 설치된 충전 커넥터를 전기자동차의 충전 인렛에 접속하게 되면, 접속된 케이블을 통해 전기자동차쪽으로 흘러들어간다. 여기서, 충전 커넥터에는 예컨대 리미트 스위치(미도시)가 설치되어서 충전 인렛이 접속되면 그에 따라 작동된다. 충전 에너지를 공급받은 온보드 충전기(OBC)는 AC전원을 전기자동차의 구동에 적접한 DC전원으로 변환하여 전기자동차 내부 배터리를 충전시킨다.

하지만, 상기와 같은 전기자동차 충전 시스템은 전기자동차를 충전하기 위해충전 커넥터와 충전 케이블을 통해서 충전 장치와 전기자동차가 접속되어야하므로, 신속한 배터리 충전이 요구되거나 또는 전기자동차의 내부 배터리가 완전히 소모되어서 충전소까지 도달하기 어려운 경우에 불편을 초래하는 문제가 있다.

또한, 종래의 전기자동차 충전장치로서, 특허 제1477373호의 "조작이 편리한 전기자동차 충전장치"가 등록특허공보에 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).

상기 특허 제1477373호의 "조작이 편리한 전기자동차 충전장치"는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 전기자동차 충전을 위해 충전 플러그가 구성되는 전기자동차 충전 장치에 있어서, 상기 충전장치(100)는 외부 구조물에 빌트인(built-in)으로 설치되기 위하여 설치 장소의 벽면 또는 바닥면으로 소정 크기의 공간부(200)가 마련되고, 상기 공간부(200)에 삽입되고, 소정크기의 수용부가 마련되며 한쪽으로만 개방부가 마련된 하우징(110)이 상기 공간부(200)에 고정부재(220)를 통해 고정되며, 상기 하우징(110)의 수용부에 위치하며, 전기자동차 충전을 위한 일단에 플러그(131)를 갖는 충전 케이블(130)을 회전 구동에 의해 권취하는 것으로, 상기 하우징(110)의 개방부 방향에 대해 수직하게 케이블 권취 방향이 위치하며, 케이블의 권취 반대방향에 대해 탄성력을 갖도록 구성되는 권취부(120); 상기 권취부(120)를 상기 하우징(110)의 내측면에 고정하기 위한 고정부(121); 상기 하우징(110)의 개방부를 사용자의 조작을 통해 선택적으로 개방되는 커버(140); 및 상기 공간부(200)의 일측에 마련되며, 상기 충전 장치(100)로 전기자동차 충전에 필요한 전원을 외부로부터 인가받아 상기 케이블(130)에 전달하기 위해 상기 케이블(130)에 구비된 공급플러그(132)와 연결되는 외부플러그(210) 와 충전 케이블(130)의 권취부(120)에의 감김을 조작하는 버튼(150)으로 구성되어 주차 공간이 협소한 일반 주택가나 빌라와 같은 주차공간에 설치 공간의 제약을 최소화시켜 설치할 수 있는 것이다.

그러나 상기한 특허 제1477373호의 "조작이 편리한 전기자동차 충전장치"는 충전시마다 사용자가 권취부(120)에 충전 케이블(130)을 풀어 전기자동차의 충전위치까지 가져간 후 전기자동차의 소켓에 플러그(131)를 꽂은 도시하지 않은 전원공급 스위치를 온시켜 충전을 하게 되고, 충전이 완료된 후에는 충전시와는 역으로 전원공급 스위치를 오프하고, 전기자동차의 소켓에서 플러그(131)를 뽑은 다음 조작하는 버튼(150)을 조작하여 충전 케이블(130)을 권취부(120)에 감아주게 된다.

이와 같이 그 충전과정이 매우 번거롭다고 하는 문제점이 있었고, 장기간 사용시 권취부(120)의 고장으로 충전 케이블(130)을 권취부(120)에 감을 수 없는 일도 빈번하게 발생할 뿐만 아니라 감전의 위험성도 있다고 하는 문제점이 있었다.

한편 최근에는 전기자동차를 무선으로 충전하는 충전장치도 개발되어 현재 개발되어 있는 무선 충전장치로는 전송방식으로 자기유도방식을 채용한 것이어서 수 mm 내외로 인접한 두 개의 코일에 유도전류를 일으켜 전력을 전달하는 방식으로 높은 충전 효율은 나타내지만, 충전기와 수신기(피충전기) 간 거리가 수 mm로 매우 짧아야 하고 발열이 많으며 위치에 따라 충전 효율이 변화하는 문제점이 있고, 인체 유해성 전자파의 문제로 인해 상용화가 힘들뿐만 아니라 이로인한 다른 주변 기기에 방해를 일으켜 해결해야할 문제점들이 산재하고 있는 실정이다.

특허문헌 1 : 특허 제1477373호 등록특허공보

본 발명은 종래 전기자동차의 충전시에 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 유리창을 통해 전계효과 방식의 전기장을 이용하여 무선으로 배터리를 충전함으로써 플러그나 소켓을 사용하는 번거로움 없이 간편하게 충전할 수 있는 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 유리창을 통해 전계효과 방식의 전기장을 이용하여 무선으로 배터리를 충전함으로써 인체에 유해한 전자파의 규제를 받거나 전자파의 간섭 문제없이 고효율로 전력을 전달하여 단시간에 충전을 완료할 수 있는 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구성이 간단하여 장치의 가격을 저렴화할 수 있으면서 고장 없이 장기간 안정되게 사용할 수 있는 수명이 긴 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치는 충전소의 천정에 설치된 고주파 전력 송신부(10)와; 상기 고주파 전력 송신부(10)에 케이블(11)로 연결된 평면전극 판(20)과; 상기 평면전극 판(20)에 접속되어 전력을 수신하는 유리판 전극(30)과; 상기 유리판 전극(30)으로 수신된 전력을 정류하는 고주파 정류부(40) 및; 상기 고주파 정류부(40)에 연결되어 전기자동차의 전원을 충전하는 배터리(50)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량의 유리창을 통해 전계효과 방식을 이용하여 무선으로 배터리를 충전함으로써 플러그나 소켓을 사용하는 번거로움 없이 간편하게 충전할 수 있고, 인체에 유해한 전자파의 규제를 받거나 전자파의 간섭 문제없이 고효율로 전력을 전달하여 단시간에 충전을 완료할 수 있을 뿐만 아니라 구성이 간단하여 장치의 가격을 저렴화할 수 있으면서도 고장 없이 장기간 안정되게 사용할 수 있는 수명이 긴 각별한 장점이 있다.

도 1은 종래 일반적인 전기자동차 충전 시스템의 개략적인 구성을 보인 도면,
도 2는 종래 기본적인 스탠드 타입의 전기자동차 충전장치를 도시한 도면,
도 3은 종래 조작이 편리한 전기자동차 충전장치를 벽면용으로 적용한 상태를 도시한 도면,
도 4는 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 전력 전달 전극의 배치 예시도,
도 6 및 도 7은 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치의 사용상태도 이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치의 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 전력 전달 전극의 배치 예시도, 도 6 및 도 7은 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치의 사용상태도로서, 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치는 충전소의 천정에 설치된 고주파 전력 송신부(10)와; 상기 고주파 전력 송신부(10)에 케이블(11)로 연결된 평면전극 판(20)과; 상기 평면전극 판(20)에 접속되어 전력을 수신하는 유리판 전극(30)과; 상기 유리판 전극(30)으로 수신된 전력을 정류하는 고주파 정류부(40) 및; 상기 고주파 정류부(40)에 연결되어 전기자동차의 전원을 충전하는 배터리(50)로 구성되어 있다.

상기 고주파 전력 송신부(10)는 공급되는 상용 AC전원을 공급받아 고주파 AC로 변환하기 위한 변환 회로부를 구비하고 있고, 상기 고주파 정류부(40)와 배터리(50)는 전기자동차 내에 장착되어 있다.

그리고, 상기 유리판 전극(30)은 전기자동차의 전방 유리창 또는 후방 유리창의 내면에 분리된 투명전극으로 설치되어 전기자동차의 유리창이 유전체로 작용하도록 구성되어 있다.

다음에는 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치의 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

전기자동차를 충전하고자하면, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 차량의 운전자는 전기자동차를 충전소의 충전위치에 위치시킨다. 그러면 도시하지 않은 차량의 위치를 감지하는 위치센서의 감지신호에 의해 고주파 전력 송신부(10)에 케이블(11)로 연결된 평면전극 판(20)이 하강하여 전기자동차의 전방 유리창 또는 후방 유리창에 접촉되고, 접촉상태를 감지하는 도시하지 않은 별도의 감지센서가 접촉상태를 감지함에 따라 접촉상태에서 평면전극 판(20)은 하강을 정지하게 된다.

여기서 소형 전기자동차의 경우에는 도 6에 도시한 바와 같이 전기자동차의 전방 유리창에만 평면전극 판(20)을 접촉시켜 충전을 하고, 중대형 전기자동차의 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이 전기자동차의 전방 유리창과 후방 유리창 모두에 평면전극 판(20)을 접촉시켜 충전을 하는 것이 중대형 전기자동차의 충전을 신속하게 할 수 있어서 바람직하다.

이와 같이 하여 평면전극 판(20)이 전기자동차의 유리창에 접촉하게 되면, 유리창이 유전체로 작용하여 유리판 전극(30)으로 전력이 수신되고, 이 전력은 고주파 정류부(40)에서 정류된 다음 배터리(50)에 충전되게 된다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한 정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 볼트공 대신에 볼트 홈을 사용하는 등 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

10 : 고주파 전력 송신부 11 : 케이블
20 : 평면전극 판 30 : 유리판 전극
40 : 고주파 정류부 50 : 배터리

Claims (4)

1. 충전소의 천정에 설치된 고주파 전력 송신부(10)와; 상기 고주파 전력 송신부(10)에 케이블(11)로 연결된 평면전극 판(20)과; 상기 평면전극 판(20)에 접속되어 전력을 수신하는 유리판 전극(30)과; 상기 유리판 전극(30)으로 수신된 전력을 정류하는 고주파 정류부(40) 및; 상기 고주파 정류부(40)에 연결되어 전기자동차의 전원을 충전하는 배터리(50)로 구성된 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치에 있어서;
   상기 고주파 전력 송신부(10)는 공급되는 상용 AC전원을 공급받아 고주파 AC로 변환하기 위한 변환 회로부를 구비하고;
   상기 유리판 전극(30)은 전기자동차의 전방 유리창 또는 후방 유리창의 내면에 분리된 투명전극으로 설치되어 전기자동차의 유리창이 유전체로 작용하며
   상기 충전소의 충전위치에 위치된 전기자동차의 위치를 감지하는 위치센서와,
   상기 위치센서의 감지신호에 의해 상기 평면전극 판(20)이 하강하여 전기자동차의 상기 전방 유리창 또는 후방 유리창에 접촉되는 지를 감지하는 감지센서와
   상기 감지센서가 접촉상태를 감지함에 따라 접촉상태에서 평면전극 판(20)ㅇ이 하강을 정지하며,
   상기 평면전극 판(20)과 상기 유리판 전극(30)은 전계효과 방식의 전기장을 이용하여 배터리(50)를 충전하는 것을 특징으로 하는 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치.
   
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3. 제 1항에 있어서, 상기 고주파 정류부(40)와 배터리(50)는 전기자동차에 내에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 유리를 이용한 전기자동차의 무접점 충전장치.
4. 삭제

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