KR102397707B1 - 미세금속 제거장치를 포함하는 전기자동차 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차 무선충전 시스템에서 미세금속을 제거하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 전기자동차는 압축공기를 저장하는 공기저장탱크와 공기배출구를 포함하며, 공기배출구를 통해 배출되는 압축공기의 압력에 의해 FOD(Foreign Object Detection)에 의해 검출되지 않는 미세한 크기의 금속이나 이물질을 제거할 수 있다. 이를 위해 공기배출구는 전기자동차 집전패드의 코일의 중심부에 설치되어 급전패드를 향해 압축공기를 분출하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세금속 제거장치를 포함하는 전기자동차 및 그 제어방법{ELECTRIC VEHICLE INCLUDING SMALL METAL REMOVAL DEVICE, AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 전기자동차의 충전기와 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 무선충전 시스템의 FOD(Foreign Object Detection)에 관한 것이다.

전기자동차의 다수는 충전단자를 연결하는 유선방식으로 충전을 진행한다. 하지만 유선방식 충전의 번거로움 때문에 급전패드와 집전패드를 이용하는 무선충전 방식도 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 6은 일반적인 무선충전 시스템의 기본 구조를 나타낸다. 전력을 송신하기 위한 급전패드의 코일에서는 교류 전력을 자속(Magnetic Flux)으로 변환하여 방출하고, 집전패드의 코일은 자속을 교류 전력으로 변환하여 배터리에 충전하는 자기유도방식이 사용된다.

그런데 이런 자기유도 충전방식에서는 급전패드에서 초고주파를 발생시키기 때문에 급전패드와 집전패드 사이에 금속물질이 있으면 열이 발생하고 심한 경우 화재가 발생할 위험도 있다.

따라서 SAE(Society of Automotive Engineers) J2954 (2017)규격의 R.2.2에는 FOD(Foreign Object Detection)에 의해 검출되어야 하는 필수 금속 물체들을 정의해두고 있다. 또한 이러한 FOD 장치는 무선충전 전기자동차 혹은 외부에 적용되어야 함이 언급되어 있다.

하지만 이러한 항목들은 무선충전의 안전성 확보를 위한 최소한의 리스트이고 기재되지 않은 모든 금속물질 또한 문제가 될 수 있다. 기재된 금속과 다른 종류의 금속, 혹은 기재된 크기보다 작은 금속이라도 온도상승에 의한 발화의 원인이 되거나 무선충전 효율을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있기 때문이다. 더욱이 전기자동차의 배터리 용량이 점점 더 증가되는 추세이고, 그에 따라 충전기의 송출 전력도 더욱 세지고 있으므로 리스트에 기재되지 않는 금속성 물체의 제거는 간과할 수 없는 문제이다.

종래 기술 중 대한민국 등록특허 제10-1854788호 발명은 무선충전기에서 금속 물체를 검출하는 장치 및 방법을 제안하고 있으나, 감지장치의 사각지대에 있거나 기준 이하 크기의 금속물질은 여전히 검출을 하지 못하는 한계가 있다.

현재 50원 동전 크기 혹은 2cmX2cm 크기의 금속보다 더 작은 금속이나 이물질을 검출할 방법이 없는 상황에서, 본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 무선충전 방식의 문제점 해결을 위해 연구 노력해 왔다. 무선충전 시스템에서 패드 사이의 미세한 금속 물질을 제거할 수 있는 장치 및 방법을 개발하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 무선충전 시스템에서 급전패드와 집전패드 사이의 미세금속을 효과적으로 제거하는 것이다.

다른 검출방식에 의해 검출되지 않는 미세금속과 이물질을 제거함으로써 화재위험을 예방하고 충전효율을 높이는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명은 복수의 전기자동차 무선충전 시스템에서 FOD에 의해 검출되지 않는 미세금속 및 이물질을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로, ,

본 발명에 의한 전기자동차는:

압축공기를 저장하기 위한 공기저장탱크, 무선전력 수신을 위한 집전패드, 압축공기를 분출하기 위한 공기배출구 및 제어부를 포함하되,

상기 제어부는 하나이상의 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 집전패드와 무선충전기의 급전패드의 정렬 후 상기 공기저장탱크와 공기배출구 사이의 밸브를 제어하여 압축공기를 배출시키고,

상기 공기배출구는 상기 집전패드 내부 코일이 없는 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 공기배출구는 5Kg/㎠ 이상의 압력으로 압축공기를 배출하는 것이 좋다.

위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 무선충전 시스템에서 패드사이의 미세금속 등 이물질을 제거함으로써 온도상승이나 화재를 예방하고 무선충전의 효율을 더 높일 수 있는 효과가 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 무선충전 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차 집전패드의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전기자동차 집전패드의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따라 전기자동차의 충전 시 미세금속을 제거하는 상황을 나타내는 구조도이다.
도 6은 종래기술의 무선충전 시스템의 개략적인 구조도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 무선충전 시스템의 개략적인 구조도이다.

본 발명에 따른 전기자동차(10)는 공기저장탱크(110), 집전패드(120) 및 공기배출구(130)을 포함하여 무선충전기(20)의 급전패드(210)와 집전패드(120)의 정렬이 이루어지만 공기배출구(130)를 통해 압축공기를 배출함으로써 급전패드(210)와 집전패드(120) 사이의 미세금속 및 이물질을 제거할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차의 좀 더 자세한 구조도이다.

본 발명에 따른 전기자동차(10)는 공기저장탱크(110), 집전패드(120), 공기배출구(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

버스나 트럭 등의 대형차량은 일반 승용차보다 무게가 무겁고 따라서 제동에 더 큰 힘이 필요하다. 그래서 더 큰 제동력을 얻을 수 있는 압축공기를 이용한 에어 브레이크(Air Brake)를 사용하고, 따라서 압축공기를 저장하기 위한 공기저장탱크(110)를 포함한다.

공기저장탱크(110)에는 공기 압축기(Air Compressor)에서 만들어진 압축공기가 체크밸브(Check Valve)를 거쳐 저장된다.

브레이크 페달을 밟으면 공기저장탱크(110)에 있던 압축공기가 퀵 릴리스 밸브(Quick Release Valve)를 거쳐 앞 브레이크 챔버에 전달되어 앞 브레이크 챔버가 작동하여 앞 브레이크가 작동한다. 또한 브레이크 페달에 의해 릴레이 밸브가 열리면 공기저장탱크(110)에 있던 압축공기가 릴레이 밸브를 거쳐 뒤 브레이크 챔버에 전달되어 뒤 브레이크가 작동하게 된다. 브레이크 챔버에 압축공기가 전달되면 챔버 막에 설치된 푸시로드가 밀려서 캠과 브레이크 슈우가 작동하여 드럼에 밀착되며 제동력이 발생하는 구조이다. 브레이크 페달을 놓으면 브레이크 밸브와 릴레이 사이의 압축공기는 브레이크 밸브 배기 구멍을 통해 대기중으로 방출되고, 앞뒤 챔버 내부의 압축공기는 퀵 릴리스 밸브, 릴레이 밸브에서 대기로 방출된다.

이와 같이 브레이크 작동에 꼭 필요한 공기저장탱크(110)를 집전패드(120)와 급전패드(210) 사이의 미세금속 또는 이물질을 제거하기 위해 사용하는 것이다.

집전패드(120)는 무선충전기(20)의 급전패드(210)에서 송신하는 전력을 수신하기 위해 사용된다. 급전패드(210)에서 전력은 코일을 이용하여 자속(Magnetic Flux)으로 바뀌어 전송되므로, 이를 수신하기 위해 집전패드(120) 내부에도 코일 구조로 되어있다.

공기배출구(130)는 집전패드(120)에 설치되어 공기저장탱크(110)에 있던 압축공기를 분사하여 미세금속을 제거한다. 집전패드(120)의 내부는 전력 수신을 위한 코일이 있기 때문에 공기배출구(130)를 어디에 설치할 것인가는 중요한 문제이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기자동차 집전패드의 구조도이다.

도 3의 (a)와 같이 집전패드 혹은 급전패드의 내부에는 코일이 감겨져 있는데, 동심원의 형태로 코일이 감겨져 있고 중심은 일정부분이 비어있는 형태이다.

따라서 도 3의(b)와 같이 집전패드(120)의 비어있는 동심원 부분에 공기배출구(130)를 설치할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전기자동차 집전패드의 구조도이다.

집전패드나 급전패드는 써큘러 방식 외에도 DD방식이 사용될 수 있는데, 두 개의 D자형 코일이 마주하는 형태를 이루는 것이 DD 방식이다.

도 4의 (a)와 (b)는 DD 방식의 코일이 사용된 경우 공기 배출구의 위치를 보여준다. 모두 코일이 감겨져 있지 않은 코일의 중심부에 위치하여 충전에 영향을 주지 않는 구조이다.

제어부(140)는 공기저장탱크(110)와 공기배출구(130)사이의 밸브를 제어하여 공기저장탱크(110) 내부에 저장된 압축공기가 공기배출구(130)를 통해 분출되어 집전패드와 급전패드 사이의 미세금속 및 이물질이 제거될 수 있도록 한다.

전기자동차(10)가 무선충전소로 진입하면 집전패드(110)와 급전패드(210)의 정렬을 확인하고, 정렬이 확인되면 압축공기가 공기배출구(130)를 통해 강한 힘으로 분출되도록 제어한다. 이를 위해 제어부(140)는 하나이상의 프로세서 및 메모리를 포함한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따라 전기자동차의 충전 시 미세금속을 제거하는 상황을 나타내는 구조도이다.

무선충전 전기자동차(10)가 무선충전소의 급전패드(210) 위에 위치하면, 급전패드(210)와 집전패드(120) 사이의 거리(d)는 100~250mm이며 이 거리에서도 미세금속과 이물질을 제거하기 위해서는 강한 압축공기가 분출되어야 한다. 바람직하게는 5 ~7Kg/㎠의 압력으로 압축공기가 분출되어야 하므로 최소한 5Kg/㎠ 이상의 압력으로 압축공기가 분출되어야 효과적으로 미세금속을 제거할 수 있다.

이렇게 본 발명에 따르면 상용 무선 전기자동차의 집전패드에 공기배출구를 설치하여 압축공기를 분출함으로써 FOD에 의해 검출되지 않는 미세금속을 제거할 수 있고, 기존 상용차에 브레이크 작동을 위해 설치된 공기저장탱크를 이용함으로써 원가 상승 없이 미세금속 제거장치를 구현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (2)

1. 압축공기를 저장하기 위한 공기저장탱크, 무선전력 수신을 위한 집전패드, 압축공기를 분출하기 위한 공기배출구 및 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 집전패드와 무선 충전소에 설치된 무선충전기의 급전패드의 정렬 후 상기 공기저장탱크와 공기배출구 사이의 밸브를 제어하여 압축공기를 배출시키고,
   상기 공기배출구는 상기 집전패드 내부에서 코일이 감겨져 있지 않은 코일의 중심부에 위치하여 설치되는 것이며, 상기 공기배출구를 통해 배출된 압축공기에 의해 상기 집전패드와 상기 급전패드 사이의 미세금속이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는, 미세금속 제거를 위한 장치를 포함하는 전기자동차.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 공기배출구는 5Kg/㎠ 이상의 압력으로 압축공기를 배출하는 것을 특징으로 하는, 미세금속 제거를 위한 장치를 포함하는 전기자동차.

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