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KR20180129121A - 전기 차량용 무선 충전장치 - Google Patents

전기 차량용 무선 충전장치 Download PDF

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KR20180129121A
KR20180129121A KR1020170064663A KR20170064663A KR20180129121A KR 20180129121 A KR20180129121 A KR 20180129121A KR 1020170064663 A KR1020170064663 A KR 1020170064663A KR 20170064663 A KR20170064663 A KR 20170064663A KR 20180129121 A KR20180129121 A KR 20180129121A
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KR
South Korea
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power
vehicle
unit
robot arm
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KR1020170064663A
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English (en)
Inventor
강문수
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디아이케이(주)
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Publication date
Application filed by 디아이케이(주) filed Critical 디아이케이(주)
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Priority to US15/984,205 priority patent/US20180339600A1/en
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Abstract

본 발명은 차량에 설치된 집전모듈의 위치에 접근하여 전력을 공급하는 급전모듈; 상기 집전모듈의 위치에 따라서 상기 급전모듈의 위치를 정렬하는 로봇 암 및 외부로부터 인가된 전원을 변환하여 상기 급전모듈에 공급하는 급전 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치를 제공한다.
본 발명에 따른 전기 차량용 무선 충전장치에 따르면 첫째, 전기 차량의 충전 시 충전기에 연결된 커넥터를 사용자가 매번 연결할 필요가 없기 때문에 보다 용이하게 충전이 이루어질 수 있고, 둘째, 우천 시 충전 커넥터를 사용자가 직접 만질 필요가 없어지면서 안전사고의 발생을 차단할 수 있으며, 셋째, 충전소 내부에 주차된 차량의 위치에 따라 로봇 암이 급전모듈을 이송시킬 수 있어 차량의 충전 위치 정렬에 대한 스트레스가 없고, 넷째, 차량에 설치된 집전모듈을 감지하고, 이에 따른 위치에 따라서 급전모듈이 정렬되기 때문에 보다 원활한 충전이 가능한 효과를 기대할 수 있다.

Description

전기 차량용 무선 충전장치{Wireless charger for electric vehicle}
본 발명은 전기 차량용 무선 충전장치에 관한 것으로서, 전기 차량에 구비된 배터리를 무선 방식으로 연결하여 충전할 수 있는 전기 차량용 무선 충전장치에 관한 것이다.
일반적으로 인간의 생활이나 사회활동에 필수적인 수단으로 자리매김한 자동차는 석유와 같은 화석에너지를 에너지원으로 움직이는 이동수단이다. 하지만, 화석에너지는 매장량이 한정된 자원으로 시간이 갈수록 고갈되고 있고 그 가격 또한 지속적으로 상승되고 있는 실정에 있다.
특히, 화석에너지는 그 사용과정에서 대기 환경을 오염시키는 다양한 배기가스가 배출될 뿐만 아니라 지구 온난화의 주요원인으로 작용하고 있는 이산화탄소를 다량으로 배출하는 문제점으로 인해 세계 각국에서는 전 산업분야에 걸쳐 이산화탄소 배출량 저감을 위한 다양한 연구개발 활동을 수행하고 있고, 그 대안으로 전기를 에너지원으로 이동하는 전기자동차가 개발되었다.
전기자동차는 순수 전기자동차(Battery powered electric vehicle), 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid electric vehicle), 연료전지 전기자동차(Fuel cell electric vehicle) 등이 개발되고 있다. 또한, 전기자동차의 활성화와 보급의 확대되기 위해서는 언제 어디서나 손쉽게 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이어서 이에 관해서도 다양한 연구가 진행되고 있다.
이러한 전기자동차를 충전하기 위해서는 유선으로 차량과 충전기를 커넥터로 연결하여 충전이 이루어지고 있다.
그러나, 전기자동차의 배터리 용량이 나날이 증가하는 방향으로 개발되고 있고, 또한 전기 버스와 같이 대용량의 배터리를 탑재한 차량을 충전하기 위해서는 유선으로 연결되는 와이어의 크기와 무게가 증가하기 때문에 사용자가 충전할 때 마다 무거운 커넥터를 연결해야 하는 불편함이 발생하고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 차량에 구비된 배터리를 무선으로 충전하여 사용자가 충전 커넥터를 연결해야하는 번거로움을 개선하고, 충전소에 진입한 차량의 집전모듈 위치를 자동으로 인식하여 급전모듈과 연결할 수 있는 전기 차량용 무선 충전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 차량에 설치된 집전모듈의 위치에 접근하여 전력을 공급하는 급전모듈; 상기 집전모듈의 위치에 따라서 상기 급전모듈의 위치를 정렬하는 로봇 암 및 외부로부터 인가된 전원을 변환하여 상기 급전모듈에 공급하는 급전 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치를 제공한다.
상기 로봇 암은 설치면으로부터 설정된 높이로 설치되는 지지부와, 상기 지지부의 상부에서 수직 또는 수평방향으로 이동 가능하게 배치되는 이송부를 포함할 수 있다.
상기 이송부는 상기 지지부의 상측 단부에서 수평방향으로 결합되는 수평 이송부재와, 상기 수평 이송부재를 따라서 수평방향으로 이송 가능하도록 결합되어 상기 급전모듈을 수직방향으로 이송시키는 수직 이송부재를 포함할 수 있다.
상기 이송부는 상기 지지부의 상측 단부에서 수직방향 및 수평방향으로 회전하는 멀티 회전부재와, 상기 멀티 회전부재의 단부에서 수직방향으로 회전하여 상기 급전모듈을 이송시키는 수직 회전부재를 포함할 수 있다.
상기 로봇 암은 상기 이송부의 단부에서 상기 급전모듈이 집전모듈과 나란히 정렬되도록 회전시키는 회전부를 포함할 수 있다.
상기 급전모듈 또는 로봇 암 중 적어도 하나는 집전모듈의 위치를 파악하거나, 집전모듈의 방향에 대응하여 급전모듈을 정렬할 수 있도록 감지하는 비젼부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 차량용 무선 충전장치에 따르면,
첫째, 전기 차량의 충전 시 충전기에 연결된 커넥터를 사용자가 매번 연결할 필요가 없기 때문에 보다 용이하게 충전이 이루어질 수 있고,
둘째, 우천 시 충전 커넥터를 사용자가 직접 만질 필요가 없어지면서 안전사고의 발생을 차단할 수 있으며,
셋째, 충전소 내부에 주차된 차량의 위치에 따라 로봇 암이 급전모듈을 이송시킬 수 있어 차량의 충전 위치 정렬에 대한 스트레스가 없고,
넷째, 차량에 설치된 집전모듈을 감지하고, 이에 따른 위치에 따라서 급전모듈이 정렬되기 때문에 보다 원활한 충전이 가능한 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량용 무선 충전장치를 도시하는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치를 도시하는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치를 도시하는 측면도이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 나타낸 전기 차량용 무선 충전장치의 급전모듈과 차량에 설치된 집전모듈의 위치를 정렬하는 상태를 도시하는 참고도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들에 대해 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 차량용 무선 충전장치를 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 차량용 무선 충전장치(10)는 외부에서 공급된 전원을 통하여 차량에 공급될 전류 또는 전압으로 변환하여 안정적인 무선 전원을 공급하는 급전부(100)와, 차량에 구비된 배터리(240)를 급전부(100)와 무선으로 연결하여 충전 전원을 공급하는 집전부(200)를 포함한다.
급전부(100)는 외부 전원이 공급되는 급전 인버터(110)와, 급전 인버터로(110)부터 공급되는 전원을 안정화시키는 캐패시터(120)와, 집전부(200)에 인접하게 배치되어 무선 전원을 공급하는 급전모듈(130)과, 이들을 전체적으로 제어하는 제어유닛(140)을 포함한다.
또한 제어유닛(140)은 무선 또는 유선 통신을 통하여 급전부(100)와 집전부(200) 사이에서 충전 상태에 대한 데이터를 송수신하는 통신유닛(150)을 포함한다.
집전부(200)는 급전모듈(130)과 인접하게 배치되어 출력된 무선 전원을 공급받는 집전모듈(210)과, 집전모듈(210)에 공급된 전원을 교류에서 직류로 변환하는 정류기(220)와, 정류기(220)에서 공급되는 정류 전류의 맥동분을 감소시키는 평활회로(230)와, 전원을 저장하는 배터리(240)를 포함한다.
또한 집전부(200)는 평활회로(230)에서 배터리(240)로 공급되는 전원의 상태 데이터를 제어유닛(140)으로 전송하는 통신유닛(250)을 포함한다.
이때 집전부(200)에는 별도의 제어유닛(미도시)이 없기 때문에 구성을 단순화하여 차량(1)에 구비되는 설비를 최소화 할 수 있고, 이에 따라서 차량(1)의 무게를 감소시킴으로써 연비 향상을 도모할 수 있다. 물론 집전부(200)의 제어는 급전부(100)의 제어유닛(140)을 통하여 제어가 가능하며, 제어에 따른 신호는 각각의 통신유닛(150, 250)에서 공급하는 데이터를 근거로 처리가 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치를 도시하는 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치(11)는 차량(1)에 구비된 집전모듈(210)에 급전모듈(130)을 이송시키는 로봇 암(160)을 포함한다. 이하에서는 차량(1)에 구비된 집전모듈(210)이 차량(1)의 상부 지붕에 배치된 것을 일 예로 설명하며, 집전모듈(210)의 위치는 이에 국한되지 않는다.
로봇 암(160)은 급전 인버터(110)와 인접하여 설치면으로부터 소정 높이로 설치되는 지지부(161)와, 지지부(161)의 상측 단부에서 설치면과 나란하게 배치되어 급전모듈(130)을 수평 또는 수직방향으로 이송하는 이송부(162)를 포함한다.
지지부(161)는 급전 인버터(110)로부터 공급되는 전원선이 인입되어 이송부까지 전원선을 연결한다.
이송부(162)는 지지부(161)의 상측 단부에서 설치면과 나란히 배치되는 수평 이송부재(163)와, 수평 이송부재(163)의 길이방향을 따라 이송하면서 수직방향으로 급전모듈(130)을 상하 이송하는 수직 이송부재(164)를 포함한다.
수평 이송부재(163)는 지지부(161)의 상측 단부로부터 수평방향으로 x축 및 y축으로 수평 이동이 가능하게 배치된다. 이때 수평 이송부재(163)는 하측에 가이드레일(미도시)을 구비하여 수직 이송부재(164)는 가이드레일을 따라서 수평방향으로 왕복 이송할 수 있다.
그리고 수직 이송부재(164)는 수평 이송부재(163) 상에서 급전모듈(130)을 z축인 상하 방향으로 왕복 이송시켜 집전모듈(210)에 인접하게 급전모듈(130)을 이송시킨다.
도 2에서 언급하지 않은 회전부(165)의 구성에 대한 설명은 후기한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치(11)의 로봇 암(160)은 전체적인 높이의 변화가 없기 때문에 그 구성이 단순하여 제조비용이 절감된다. 따라서 택시 또는 버스회사와 같이 전고의 높이가 일정한 차량을 소유한 회사에서 또는 개인에 저비용으로 적용이 용이한 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치를 도시하는 측면도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에 나타낸 전기 차량용 무선 충전장치의 급전모듈과 차량에 설치된 집전모듈의 위치를 정렬하는 상태를 도시하는 참고도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 차량용 무선 충전장치(12)는 급전모듈(130)을 이송하는 로봇 암(180)을 포함한다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성을 나타낸다. 또한 차량에 구비된 집전모듈(210)은 차량(1)의 상부 지붕에 배치된 것을 일 예로 설명하였으나, 집전모듈(210)의 위치는 이에 국한되지 않고, 차량의 측면이나 후면 또는 저면에 배치된 경우에도 적용이 가능하다.
로봇 암(180)은 지지부(181)와 이송부(182)를 포함한다.
여기서 이송부(182)는 지지부(181)의 상측 단부에서 수직방향 및 수평방향으로 회전하는 멀티 회전부재(183)와, 멀티 회전부재(183)의 단부에서 수직방향으로 회전하여 급전모듈(130)을 이송하는 수직 회전부재(184)와, 수직 회전부재(184)와 급전모듈(130) 사이에 개재되어 급전모듈(130)을 수평방향으로 회전시킬 수 있는 회전부(165)를 포함한다.
멀티 회전부재(183)는 일 측 단부가 지지부의 상측 단부에서 수평방향으로 회전할 수 있도록 결합된다. 또한 멀티 회전부재(183)의 일 측 단부는 지지부(181)의 상측 단부와 힌지 결합되어 타 측 단부의 높이가 변화하도록 수직방향으로도 회전할 수 있다.
또한 수직 회전부재(184)는 멀티 회전부재(183)의 타 측 단부에서 수직방향으로 회전하도록 연결된다.
따라서 멀티 회전부재(183)와 수직 회전부재(184)를 통해 급전모듈(130)의 높이 변화가 가능하기 때문에 고속도로 휴게소나, 공공 충전소에서 전고 높이가 다양한 차량에 용이하게 적용이 가능한 효과가 있다.
차량(1)이 지지부(181)와 나란히 중심을 맞춰 정위치에 주차하는 경우 멀티 회전부재(183)의 회전이 필요 없으나, 차량(1)이 정위치에 주차되지 않으면 멀티 회전부재(183)가 회전하면서 급전모듈(130)이 동일 방향으로 회전하기 때문에 급전모듈(130)을 다시 역방향으로 회전시켜야 급전모듈(130)과 집전모듈(210)이 정확한 방향으로 접촉할 수 있다. 이를 위해서 회전부(165)는 급전모듈(130)을 회전시킴으로서 차량(1)이 비스듬하게 주차된 경우, 또는 지지부(181)의 중심과 벗어난 부분에 나란히 주차된 경우에도 급전모듈(130)과 집전모듈(210)을 정방향 정위치에 정렬할 수 있다.
예컨대, 지지부(181)의 중심에 대응하여 차량(1)이 진입하는 경우, 멀티 회전부재(183)의 회전 없이 멀티 회전부재(183)와 수직 회전부재(184)가 차량(1)의 높이에 대응하여 회전함으로서 급전모듈(130)과 집전모듈(210)이 인접하게 배치되거나 또는 접촉하여 무선 충전이 이루어진다. 또한 지지부(181)의 중심에서 벗어난 위치에 차량(1)이 진입하는 경우, 멀티 회전부재(183)가 집전모듈(210)의 방향으로 소정 각도 회전한 후에 상기한 공정이 이루어지면서 급전모듈(130)이 집전모듈(210)의 위치를 정확하게 찾아갈 수 있다. 물론 멀티 회전부재(183)의 회전이 이루어진 경우에는 회전부(165)가 이 각도를 보정하여 정위치를 정렬한다.
여기서 지지부(181)의 중심에 대응하여 차량(1)이 진입하는 것은 충전소에 차량(1)이 진입하면서 지지부(181)의 중심 위치와 차량(1)의 중심이 정렬된 상태로 주차되는 것을 의미하며, 별도의 정렬 수단(미도시)에 의해서 차량(1)이 정렬되어 급전모듈(130)과 집전모듈(210)의 정렬이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
또한 급전모듈(130) 또는 로봇 암(180) 중 적어도 어느 하나에는 집전모듈(210)의 위치를 파악하거나, 집전모듈(210)의 방향에 대응하여 급전모듈(130)을 정렬할 수 있도록 감지하는 비젼부(131)가 구비된다.
도 4를 참조하면, 차량(1)이 충전소의 지면에 형성된 주차라인(L)과 나란히 주차되어 있고, 멀티 회전부재(183)와 수직 회전부재(184)가 회전하여 집전모듈(210)과 급전모듈(130)이 서로 수직방향으로 마주하도록 이송되어 있다. 이때 비젼부(131)는 급전모듈(130)이 집전모듈(210) 상에서 정위치에 배치되도록 집전모듈(210)의 방향 또는 위치를 감지한다. 이렇게 비젼부(131)에서 감지된 집전모듈(210)의 위치 데이터는 제어유닛(140)으로 제공되어 급전모듈(130)이 회전부(165)를 통해서 설정된 각도로 회전하게 된다.
도 5를 참조하면, 회전부(165)가 제어유닛(140)의 제어신호를 받아 급전모듈(130)을 회전시키면, 급전모듈(130)이 집전모듈(210)과 대향하는 방향으로 정위치 하게 된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 제어유닛(140)은 차량(1)의 종류나 크기에 따른 집전모듈(210)의 위치 데이터를 저장하고, 이 차량의 집전모듈(210) 위치에 따라서 차량(1)의 상면이 아닌 다른 부분에 집전모듈(210)이 위치하더라고 집전모듈(210)과 급전모듈(130)이 정위치하도록 로봇 암(180)의 이송 또는 회전을 제어할 수도 있다.
따라서 본 발명에 따른 전기 차량용 무선 충전장치에 의하면, 로봇 암을 통하여 집전모듈과 급전모듈을 인접하게 위치시킴으로서 무선으로 차량의 배터리를 용이하게 충전할 수 있고, 차량의 주차 위치 또는 집전모듈의 위치에 대응하여 급전모듈을 이송하고 정렬할 수 있기 때문에 보다 안전하고 효율적인 충전이 가능한 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10, 11, 12 : 전기 차량용 무선 충전장치
100 : 급전부 110 : 급전 인버터
120 : 커패시터 130 : 급전모듈
140 : 제어유닛 150, 250 : 통신유닛
160, 180 : 로봇 암 161, 181 : 지지부
162, 182 : 이송부 163 : 수평 이송부재
164 : 수직 이송부재 165 : 회전부
183 : 멀티 회전부재 184 : 수직 회전부재
200 : 집전부 210 : 집전모듈
220 : 정류기 230 : 평활회로
240 : 배터리

Claims (6)

  1. 차량에 설치된 집전모듈의 위치에 접근하여 전력을 공급하는 급전모듈;
    상기 집전모듈의 위치에 따라서 상기 급전모듈의 위치를 정렬하는 로봇 암 및
    외부로부터 인가된 전원을 변환하여 상기 급전모듈에 공급하는 급전 인버터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로봇 암은,
    설치면으로부터 설정된 높이로 설치되는 지지부와,
    상기 지지부의 상부에서 수직 또는 수평방향으로 이동 가능하게 배치되는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 지지부의 상측 단부에서 수평방향으로 결합되는 수평 이송부재와,
    상기 수평 이송부재를 따라서 수평방향으로 이송 가능하도록 결합되어 상기 급전모듈을 수직방향으로 이송시키는 수직 이송부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 지지부의 상측 단부에서 수직방향 및 수평방향으로 회전하는 멀티 회전부재와,
    상기 멀티 회전부재의 단부에서 수직방향으로 회전하여 상기 급전모듈을 이송시키는 수직 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 로봇 암은,
    상기 이송부의 단부에서 상기 급전모듈이 집전모듈과 나란히 정렬되도록 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 급전모듈 또는 로봇 암 중 적어도 하나는,
    집전모듈의 위치를 파악하거나, 집전모듈의 방향에 대응하여 급전모듈을 정렬할 수 있도록 감지하는 비젼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 무선 충전장치.
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