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KR-20260060586-A - Wireless charging device for electric vehicles

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Abstract

전기차의 무선 충전 장치를 변경하여 유선 충전과 무선 충전이 모두 가능하도록 한 전기차의 무선 충전 장치에 관한 것으로서, 상용 교류 전력을 전기차 충전 전력으로 만들어 무선으로 송신하는 GA(Ground Assembly), 상기 GA로부터 송신된 무선 전력을 수신하고 임피던스를 매칭하여 출력하는 VA(Vehicle Assembly), 및 VA로부터 출력되는 충전 전력을 직류로 만들어 고전압 배터리를 충전하거나, 유선을 통해 공급되는 상용 교류 전력을 직류로 만들어 상기 고전압 배터리를 충전하는 OBC를 포함하여, 전기차의 무선 충전 장치를 구현한다.

Inventors

  • 이재원

Assignees

  • 케이지모빌리티 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (4)

  1. 상용 교류 전력을 전기차 충전 전력으로 만들어 무선으로 송신하는 GA(Ground Assembly); 상기 GA로부터 송신된 무선 전력을 수신하고 임피던스를 매칭하여 출력하는 VA(Vehicle Assembly); 및 상기 VA로부터 출력되는 충전 전력을 직류로 만들어 고전압 배터리를 충전하거나, 유선을 통해 공급되는 상용 교류 전력을 직류로 만들어 상기 고전압 배터리를 충전하는 OBC를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 무선 충전 장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 GA는, 그라운드에 설치되며, 공급되는 상용 교류 전력을 직류로 변환하는 PFC 부스트; 상기 PFC 부스트를 통해 직류로 변환된 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 인버터를 통해 공급된 교류 전력을 무선 전력으로 만들어 송신하는 송신 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 무선 충전 장치.
  3. 청구항 1에서, 상기 VA는, 상기 GA의 송신 코일로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 전력 수신부를 포함하고, 상기 전력 수신부는 송신 코일로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 수신 코일; 상기 수신 코일을 통해 수신한 충전 전력의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 무선 충전 장치.
  4. 청구항 1에서, 상기 OBC는, 상기 VA를 통해 공급되는 충전 전력 또는 유선을 통해 공급되는 상용 교류 전력에 유입된 고주파 간섭 전압 및 전류를 제한하는 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 필터; 상기 EMC 필터를 통과한 충전 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류기; 상기 정류기를 통해 출력되는 직류 충전 전력의 역률을 보상하는 역률 보상회로(PFC); 상기 역률 보상회로를 통해 출력되는 충전 전력을 승압 또는 강압하여 충전 전력으로 고전압 배터리를 충전하는 승압/강압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차의 무선 충전 장치.

Description

전기차의 무선 충전 장치{Wireless charging device for electric vehicles} 본 발명은 전기차의 무선 충전에 관한 것으로, 특히 전기차의 무선 충전 장치를 변경하여 유선 충전과 무선 충전이 모두 가능하도록 한 전기차의 무선 충전 장치에 관한 것이다. 최근 공해방지 및 석유에너지에 대한 의존도를 낮추기 위한 대안으로서, 전기만으로 구동하는 전기 차량 및 산업용 장비의 보급이 활발히 진행되고 있다. 그러나 현재까지 개발된 전기차는 배터리를 충전하기 위한 플러그 등을 이용하여 외부에 마련된 전원 공급 장치와 장시간 동안 유선 접속을 하여 전기차를 충전한다. 도 1은 종래 전기차의 유선 충전 장치의 구성 중 전력 변환 장치의 구성으로서, 전력 변환 장치는 OBC(On Board Charger)(10)를 이용하며, 상기 OBC(10)는 내부에 공급된 충전 전력에 유입된 고주파 간섭 전압 및 전류를 제한하는 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 필터(11), 상기 EMC 필터(11)를 통과한 충전 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류기(12), 상기 정류기(12)를 통해 출력되는 직류 충전 전력의 역률을 보상하는 역률 보상회로(PFC)(13), 상기 역률 보상회로(13)를 통해 출력되는 충전 전력을 승압 또는 강압하여 충전 전력으로 공급하는 승압/강압부(14)를 포함한다. 도 2는 종래 전기차의 무선 충전 장치의 구성으로서, 크게 GA(Ground Assembly)(20)와 VA(Vehicle Assembly)(30)로 구성된다. 상기 GA(20)는 그라운드에 설치되며, 공급되는 상용 교류 전력을 직류로 변환하는 PFC 부스트(21), 상기 PFC 부스트(21)를 통해 직류로 변환된 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(22), 상기 인버터(22)를 통해 공급된 교류 전력을 무선 전력으로 만들어 송신하는 송신 코일(23)을 포함한다. 아울러 상기 VA(30)는 상기 GA(20)의 송신 코일(23)로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 수신 코일(31), 상기 수신 코일(31)을 통해 수신한 충전 전력의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부(32), 상기 임피던스 매칭부(32)를 통해 출력되는 충전 전력에 유입된 고주파 간섭 전압 및 전류를 제한하는 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 필터(33), 상기 EMC 필터(33)를 통과한 충전 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류기(34), 상기 정류기(34)를 통해 출력되는 직류 충전 전력의 역률을 보상하는 역률 보상회로(PFC)(35), 상기 역률 보상회로(35)를 통해 출력되는 충전 전력을 승압 또는 강압하여 충전 전력으로 공급하는 승압/강압부(36)를 포함한다. 이러한 종래의 전기차 충전 장치는 유선 충전 장치와 무선 충전 장치를 개별적으로 설치해야만 유선 충전 또는 무선 충전을 선택적으로 사용할 수 있다. 이렇게 전기차에 유선 충전 장치와 무선 충전 장치를 모두 개별적으로 구현할 경우 설치 공간의 제약이 따르고, 차량 중량을 증가시키며, 2개의 충전 장치 간의 상호 장치 공유 등이 없어 충전 장치의 구현 비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 따라서 전기차의 유 선 충전과 무선 충전을 일부 공유하여, 전체적인 충전 장치의 구성을 단순화하고, 충전 장치의 설치 공간의 제약을 해소하고 충전 장치의 중량을 줄일 수 있는 전기차 충전 장치의 개발이 요구된다. 도 1은 종래 전기차의 유선 충전 장치의 구성도이고, 도 2는 종래 전기차의 무선 충전 장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차의 무선 충전 장치의 구성도이다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차의 무선 충전 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차의 무선 충전 장치의 구성으로서, GA(Ground Assembly)(110), VA(Vehicle Assembly)(120), OBC(130)를 포함할 수 있다. GA(110)는 그라운드에 마련되며, 상용 교류 전력을 전기차 충전 전력으로 만들어 무선으로 송신하는 역할을 한다. 이러한 GA(110)는 그라운드에 설치되며, 공급되는 상용 교류 전력을 직류로 변환하는 PFC 부스트(111), 상기 PFC 부스트(111)를 통해 직류로 변환된 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(112), 상기 인버터(112)를 통해 공급된 교류 전력을 무선 전력으로 만들어 송신하는 송신 코일(113)을 포함할 수 있다. VA(120)는 상기 GA(110)로부터 송신된 무선 전력을 수신하고 임피던스를 매칭하여 출력하는 역할을 한다. 이러한 VA(120)는 상기 GA(110)의 송신 코일로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 전력 수신부(121)를 포함할 수 있다. 상기 전력 수신부(121)는 송신 코일로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 수신 코일(121a), 상기 수신 코일(121a)을 통해 수신한 충전 전력의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부(121b)를 포함할 수 있다. OBC(130)는 상기 VA(120)로부터 출력되는 충전 전력을 직류로 만들어 고전압 배터리(140)를 충전하거나, 유선을 통해 공급되는 교류 충전 전력을 직류로 만들어 상기 고전압 배터리(140)를 충전하는 역할을 한다. 이러한 OBC(130)는 상기 VA(120)를 통해 공급되는 충전 전력 또는 유선을 통해 공급되는 교류 충전 전력에 유입된 고주파 간섭 전압 및 전류를 제한하는 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 필터(131), 상기 EMC 필터(131)를 통과한 충전 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류기(132), 상기 정류기(132)를 통해 출력되는 직류 충전 전력의 역률을 보상하는 역률 보상회로(PFC)(133), 상기 역률 보상회로(133)를 통해 출력되는 충전 전력을 승압 또는 강압하여 충전 전력으로 고전압 배터리(140)를 충전하는 승압/강압부(134)를 포함할 수 있다. 이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차의 무선 충전 장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 전기차가 무선 충전 장치의 위치로 이동한 경우, GA(110)는 그라운드에 마련되며, 전기차가 정해진 충전 위치로 이동이 완료되면 입력된 상용 교류 전력을 전기차 충전 전력으로 만들어 무선으로 송신한다. 즉, GA(110)는 그라운드에 설치되며, PFC 부스트(111)를 이용하여 입력되는 상용 교류 전력을 직류로 변환하고, 인버터(112)를 이용하여 상기 PFC 부스트(111)를 통해 직류로 변환된 전력을 교류 전력으로 변환한다. 이어, 무선 전력 송신부인 송신 코일(113)을 이용하여 상기 인버터(112)를 통해 공급된 교류 전력을 무선 전력으로 만들어 송신한다. 이렇게 GA(110)로부터 무선 전력이 송신되면, VA(120)는 송신된 무선 전력을 수신하고 임피던스를 매칭하여 출력한다. 예컨대, VA(120)는 상기 GA(110)의 송신 코일로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 전력 수신부(121)를 통해 수신하고 이를 적절히 처리하여 OBC(130)로 전달한다. 이를 위해 상기 전력 수신부(121)의 수신 코일(121a)은 송신 코일로부터 송신된 무선 전력을 수신하고, 임피던스 매칭부(121b)는 상기 수신 코일(121a)을 통해 수신한 충전 전력의 임피던스를 매칭하여 상기 OBC(130)로 전달한다. 상기 OBC(130)는 상기 VA(120)로부터 출력되는 충전 전력을 직류로 만들어 고전압 배터리(140)를 충전하거나, 유선을 통해 공급되는 교류 충전 전력을 직류로 만들어 상기 고전압 배터리(140)를 충전한다. 예컨대, OBC(130)는 상기 VA(120)로부터 무선 전력이 공급되거나 충전 건의 연결로 유선을 통해 교류 충전 전력이 공급되면, EMC 필터(131)를 이용하여 공급되는 충전 전력에 유입된 고주파 간섭 전압 및 전류를 제한한다. 이어, 정류기(132)는 상기 EMC 필터(131)를 통과한 충전 교류 전력을 직류 전력으로 정류하고, 역률 보상회로(133)는 상기 정류기(132)를 통해 출력되는 직류 충전 전력의 역률을 보상한다. 역률이 보상된 직류 충전 전력은 승압/강압부(134)를 통해 적절한 전압으로 승압 또는 강압되어 충전 전력으로 고전압 배터리(140)를 충전한다. 이와 같이 본 발명은 전기차의 무선 충전 장치와 유선 충전 장치를 단일의 충전 장치처럼 변경하여, 무선 전력이 공급되면 기존 무선 충전 장치와 동일하게 동작을 하고, 충전 건을 통해 유선으로 충전 전력이 공급되면 기존 유선 충전 장치와 동일하게 동작을 하여, 공급 전력에 따라 유선 충전과 무선 충전이 모두 가능하며, 이로써 전기차 충전 장치의 구성을 단순화하고 중량을 줄이며 원가를 절감할 수 있게 되는 것이다. 이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.