KR100890779B1 - 수시 충전이 가능한 전기자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수시 충전이 가능한 전기자동차에 관한 것으로서, 배터리; 구동모터; 및 모터 제어부;로 이루어진 동력계를 구비한 전기자동차에 있어서, 상기 동력계는, 상기 차체의 상방을 덮는 지붕판의 외측면에 장착되어 태양광으로부터 전기에너지를 획득하도록 되어 있는 태양전지판; 상기 태양전지판으로 역전류가 유입되는 것을 방지하도록 되어 있는 태양전지 제어부; 회전 구동력을 발생시키는 엔진; 및 상기 엔진과 모듈화되어 상기 엔진에서 발생된 회전 구동력에 의해 전류를 만들어 내는 하나 이상의 얼터네이터;를 포함하고 있으며, 상기 지붕판은 하나 이상의 반사판이 부착되어 있고, 상기 배터리는 상기 각각의 얼터네이터와 연결될 수 있도록 하나 이상으로 나누어져 있으며, 상기 배터리는 상기 하나 이상의 얼터네이터와 각각 짝을 이루어 모듈화되어 있는 것을 특징으로 하며, 따라서, 본 발명의 전기자동차에 의하면, 수시로 태양전지판에 의해 배터리를 충전할 수 있기 때문에, 전기자동차의 주행거리를 대폭 늘릴 수 있으며, 최대방전량을 줄여 배터리의 장수명화를 기할 수 있고, 태양전지판 둘레에 설치된 반사판에 의해 태양광 집광효율을 높여 배터리의 충전성능 향상을 도모할 수 있게 된다.

전기자동차, 골프카트, 태양전지판, 반사판, 배터리, 엔진, 얼터네이터

Description

수시 충전이 가능한 전기자동차{Electric vehicle capable of electric charging at any time}

본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지붕판에 장착한 태양전지판에 의해 수시로 배터리를 충전할 수 있도록 한 수시 충전이 가능한 전기자동차에 관한 것이다.

최근 들어 전기자동차는 다양한 변화를 모색하는 가운데, 골프카트로도 적용되고 있으며, 이에 따라 골프카트는 골프백만을 싣던 종전의 손수레 형태에서 모터의 구동력을 동력원으로 하여 골프백 뿐만 아니라 플레이어 등의 탑승자도 함께 실어 나를 수 있는 탈 것의 형태로 발전하고 있다.

그 한 예로서, 도 1에 개략적으로 도시된 전동 골프카트를 들 수 있는데, 이 골프카트는 도면부호 101로 도시된 바와 같이, 몸체를 이루는 외장부와 운행과 관련된 내장부로 구성되는 바, 외장부는 도시된 것처럼 차체(109), 구조프레임(112), 지붕판(115), 및 좌석(118) 등에 의해 이루어지는 한편, 내장부는 다시 전후방 차륜(110)과 스티어링 휠(116) 등으로 이루어지는 조향계와, 배터리(103), 구동모터(105), 및 이 구동모터(105)의 동작을 제어하는 모터 제어부 등으로 이루어진 동 력계로 구분된다.

여기에서, 배터리(103)는 충전 플러그 등을 통해 외부전원으로부터 공급되는 전기에너지를 저장하는 부분으로서, 좌석(118) 밑에 설치되며, 구동모터(105)는 후륜(110)의 구동축(114)에 연결되어 배터리(103)에서 공급되는 전류에 의해 후륜(110)을 고속 회전시킴으로써 카트(1)를 기동시킨다.

그런데, 위와 같이 외부전원을 공급 받도록 되어 있는 종래의 배터리(103) 충전방식은 충전 플러그 등 물리적인 수단에 의해 외부전원과 배터리(103)를 연결하여야 하므로, 운행 중에는 충전이 불가능하고, 따라서 원할 때마다 수시로 배터리(103)를 충전할 수 없는 운용 상의 불편이 따르며, 특히 주행거리를 충분히 길게 확보할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 수시로 배터리(103)를 충전할 수 없기 때문에, 배터리(103)의 최대방전량이 커지고, 따라서 1회 충전량이 커지므로, 배터리(103) 수명이 그만큼 단축되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 전기자동차가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 전기자동차를 운행하는 동안에도 수시로 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써, 배터리 충전에 따른 전기자동차 사용 상의 불편을 줄이고, 전기자동차의 주행거리를 보다 연장하며, 배터리의 최대방전량을 최소화하여 배터리의 장수명화를 도모하고자 하는 데 있다.

또한, 본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해 전기자동차에 태양전지판을 적용함에 있어 태양전지판의 태양광 집광효율을 높임으로써, 동일한 일조 조건 하에서 태양전지판에 의해 단위시간당 획득할 수 있는 전기에너지의 양을 늘려 태양전지판의 전기에너지 수득율을 높이고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 배터리를 하나 이상으로 분할하고, 이 배터리에 대응하도록 분할된 하나 이상의 얼터네이터에 의해 배터리를 수시로 충전함에 있어서, 배터리와 얼터네이터를 모듈화함으로써 얼터네이터와 배터리, 더 나아가 동력계의 유지관리를 저렴한 비용으로 보다 편리하고, 신속하게 수행할 수 있도록 하는 데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차체에 장착되어 전기에너지를 저장하도록 되어 있는 배터리; 상기 차체에 결합된 후륜 구동축에 연결되어 상기 배터리로부터 공급되는 전기에너지를 운동에너지로 전환함으로써 상기 후륜을 회전 구동시키는 구동모터; 및 상기 구동모터의 동작을 제어하는 모터 제어부;로 이루어진 동력계를 구비한 전기자동차에 있어서, 상기 동력계는, 상기 차체의 상방을 덮는 지붕판의 외측면에 장착되어 태양광으로부터 전기에너지를 획득하도록 되어 있는 태양전지판; 상기 태양전지판과 상기 배터리 사이에 장착되어 상기 태양전지판으로 역전류가 유입되는 것을 방지하도록 되어 있는 태양전지 제어부; 상기 차체의 일측에 장착되어 회전 구동력을 발생시키는 엔진; 및 상기 엔진과 모듈화되어 상기 엔진에서 발생된 회전 구동력에 의해 전류를 만들어 내는 하나 이상의 얼터네이터;를 포함하고 있으며, 상기 지붕판은 상기 태양전지판이 장착된 가장자리 부분에 하나 이상의 반사판이 완만하게 경사져 올라간 상태로 부착되어 있고, 상기 배터리는 상기 각각의 얼터네이터와 연결될 수 있도록 하나 이상으로 나누어져 있으며, 상기 하나 이상의 배터리는 상기 하나 이상의 얼터네이터와 각각 짝을 이루어 모듈화되어 있는 수시 충전이 가능한 전기자동차를 제공한다.

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따라서, 본 발명의 수시 충전이 가능한 전기자동차에 의하면, 전기자동차를 운행하지 않을 때, 즉 주정차 시간을 활용하여 배터리를 충전할 수 있는 것은 물론이고, 주행 중일 일 때도 수시로 태양전지판과 엔진과 얼터네이터로 이루어진 발전수단에 의해 배터리를 충전할 수 있기 때문에, 배터리 충전을 위해 전기자동차를 외부전원이 있는 곳까지 이동시켜 장시간 주정차할 필요가 없으므로, 배터리 충전에 따른 부담을 크게 줄일 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 태양전지판과 발전수단에 의해 수시로 배터리를 충전할 수 있기 때문에 , 전기자동차 주행거리를 대폭 늘릴 수 있어 사용 편리성 향상을 도모할 수 있을 뿐 아니라, 배터리의 최대방전량을 최소화하여 배터리 수명을 연장할 수 있게 되므로, 경제적이다.

또한, 태양전지판의 가장자리 부분에 부착된 반사판에 의해 태양전지판에의 태양광 집광효율을 높일 수 있으므로, 태양전지판에 의해 단위시간당 얻을 수 있는 전기에너지의 양을 태양전지판만 단독으로 설치했을 때보다 더 증대시킬 수 있고, 따라서 배터리의 충전성능을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 엔진과 얼터네이터에 의해 자체 발전을 하여 배터리를 수시로 충전함에 있어 엔진에 의해 회전 구동되는 얼터네이터와 얼터네이터에서 발생된 전류를 저장하는 배터리를 하나 이상 복수개 구비하고, 각각의 얼터네이터와 배터리를 연결하여 모듈화시킴으로써, 각각의 얼터네이터와 배터리 모듈이 발전 및 충전의 기능을 동등한 비율로 나누어 분담할 수 있게 되므로, 예컨대, 이들 중 하나가 고장이 나도 나머지 다른 모듈이 여전히 정상 작동을 할 수 있기 때문에 동력계 및 전기자동차 전체의 신뢰성을 높일 수 있게 되고, 수리를 함에 있어서도 동력계 전체의 동작을 멈추지 않고 고장난 모듈만을 교체할 수 있으므로, 모듈의 유지보수에 따른 시간적, 경제적 손실을 최소화하면서 작업 편리성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 동력계에 의해 동일한 양의 전기에너지를 생산할 때 모듈의 수만큼 각각의 모듈에 걸리는 부하가 경감되므로, 모듈의 고장 발생률을 줄일 수 있게 되고, 더 나아가 동력계의 수명 및 신뢰성을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수시 충전이 가능한 전기자동차를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전기자동차는 도 2에 도면부호 1로 개략 도시된 바와 같이, 하나의 실시예로서 전동 골프카트에 적용될 수 있으며, 기본적으로 몸체를 이루는 외장부와 운행과 관련된 내장부로 구분되며, 외장부는 다시 차체(9), 이 차체(9)의 앞뒤로 세워져 기둥 역할을 하는 구조프레임(12), 이 구조프레임(12) 위에 얹혀 차체(9)의 상방을 덮는 지붕판(15), 및 차체(9) 상에 설치된 좌석(18)으로 이루어져 있으며, 내장부는 전기자동차(1)의 동력을 만드는 동력계와 만들어진 동력을 이용해 전기자동차(1)를 원하는 방향과 속도로 조정하는 조향계로 이루어지는 바, 이 중 동력계는 다시 배터리(3), 구동모터(5), 모터 제어부(7), 태양전지판(17), 및 태양전지 제어부(19)로 구성된다.

여기에서, 상기 배터리(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 차체(9) 후방에 장착되어 전기에너지를 저장하는 부분으로서, 전기자동차(1)의 공간 활용도를 높일 수 있도록 좌석(18) 밑에 설치되며, 도 3에 도시된 것처럼, 모터 제어부(7)를 통해 구동모터(5)와, 태양전지 제어부(19)를 통해 태양전지판(17)과 각각 연결되어 있다.

또한, 상기 구동모터(5)는 차체(9) 후방에 결합된 후륜(10)의 구동축(14) 중간에 연결되어 후륜(10)을 회전 구동시킴으로써 배터리(3)로부터 공급되는 전기에너지를 후륜(10)의 운동에너지로 전환하여 전기자동차(1)를 기동시키는 역할을 하며, 모터 제어부(7)는 구동모터(5)의 동작을 제어하는 부분으로서, 도 3에 도시된 것처럼, 배터리(3)와 구동모터(5) 사이에 결합된다.

특히, 본 발명에 따른 전기자동차(1)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 차체(9)의 상방을 덮는 지붕판(15)의 외측면에 태양전지판(17)이 장착되는 바, 이 태양전지판(17)은 일반적인 태양전지판과 같이 태양의 직사광선으로부터 전기에너 지를 획득하여 배터리(3)에 저장하는 역할을 한다.

끝으로, 상기 태양전지 제어부(19)는 태양전지판(17)의 동작이나 상태를 제어하는 부분으로서, 도 3에 도시된 것처럼, 태양전지판(17)과 배터리(3) 사이에 장착되어, 태양전지판(17)으로 역전류가 유입되는 것을 방지하고, 고전압을 차단하며, 태양전지판(17)과 배터리(3) 사이의 직렬 및 병렬 연결조합을 제어할 뿐 아니라, 태양전지판(17)에서 발생한 전류를 증폭하는 등의 동작을 하도록 되어 있다.

한편, 배터리(3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 충전라인(23)을 가지는 바, 이 외부 충전라인(23)을 통해 비상 시에 외부전원을 끌어와 배터리(3)를 충전할 수도 있다. 이때 이 충전라인(23)에는 실생활에서 흔히 사용되는 220V 또는 110V의 교류 전원이 공급될 수 있음은 물론이고, 직류 전원이 공급될 수도 있는데, 이와 같은 외부 충전라인(23)의 동작은 제어 회로를 통해 모두 자동화될 수도 있다.

본 발명의 전기자동차(1)는 또한 태양전지판(17)의 집광효율을 높이기 위해 반사판(21)을 구비할 수 있는데, 이 반사판(21)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지판(17)이 장착된 지붕판(15)의 외측면 가장자리에 하나 이상 부착될 수 있는데, 이때 각각의 반사판(21)은 도시된 것처럼, 선단 부분이 완만하게 경사져 올라간 상태로 배치되어 있으므로, 태양전지판(17)에 의해 직접적으로 도달하는 태양광 뿐만 아니라, 주변 건물 등에 반사되어 다른 각도로 들어오는 태양광도 굴절시켜 태양전지판(17)에 집중되도록 함으로써 집광효율을 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 전기자동차(201)는 또 다른 실시예로서, 배터리(3a 내지 3d)가 도 6에 도시된 것처럼 후술하는 하나 이상의 얼터네이터(13a 내지 13d)와 각각 연결될 수 있도록 하나 이상으로 나누어져 있는데, 예컨대, 48V의 배터리가 필요한 경우 12V 짜리 배터리 4개를 병렬로 연결하고, 12V 얼터네이터 4개를 각각 연결하거나 24V 얼터네이터 2개를 배터리 4개에 (얼터네이터 1개 대 배터리 2개) 각각 연결하여 사용한다.

또한, 상기 구동모터(5)는 차체(9) 후방에 결합된 후륜(10)을 회전 구동시키도록 후륜(10)의 구동축(14) 중간에 연결되며, 이와 같이 배터리(3a 내지 3d)에서 공급되는 전기에너지를 후륜(10)의 운동에너지로 전환함으로써 전기자동차(201)를 기동시키게 되며, 상기 모터 제어부(7)는 구동모터(5)의 동작을 제어하는 부분으로서, 도 6에 도시된 것처럼, 배터리(3a 내지 3d)와 구동모터(5) 사이에 연결된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차(201)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 차체(9)의 후방 일측에 엔진(11)이 장착되는 바, 이 엔진(11)은 가솔린과 같은 화석연료를 연소시켜 회전 구동력을 발생시키고, 발생된 회전 구동력을 후술하는 얼터네이터(13a 내지 13d)에 전달하여 얼터네이터(13a 내지 13d)로 하여금 전기를 발생시키게 한다.

또한, 상기 얼터네이터(13a 내지 13d)는 앞서 언급한 바와 같이 도 5에 도시된 것처럼, 엔진(11)과 하나로 모듈화되어 차체(9)의 일측에 장착되는 바, 엔진(11)에서 발생되는 회전 구동력에 의해 로터를 회전시킴으로써 유도전기를 만들게 되는데, 도 6에 도시된 것처럼 하나 이상 복수개가 구비됨으로써 하나 이상 복수개로 되어 있는 배터리(3a 내지 3d)와 연결되어 각각 하나의 모듈을 이루고 있 다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수시 충전이 가능한 전기자동차(1)의 작용을 설명한다.

본 발명의 전기자동차(1)는 일반적인 전동 골프카트 형태의 전기자동차와 마찬가지로 배터리(3)에 의해 구동모터(5)로 전원을 공급하고, 이때 발생하는 구동모터(5)의 회전 구동력에 의해 후륜(10) 등 구동계(30)를 회전시킴으로써 기동력을 얻을 수 있게 된다.

이와 더불어, 본 발명의 전기자동차(1)는 배터리(3)와 태양전지판(17)이 태양전지 제어부(19)에 의해 상시 연결되어 있으므로, 전기자동차(1)가 주행을 하는 동안에는 배터리(3)의 전기에너지가 소비되면 자동적으로 충전이 이루어지는 것은 물론, 주행을 하지 않는 동안에도 태양전지판(17)과 엔진(11)과 얼터네이터(13a 내지 13d)로 이루어진 발전수단을 통해 전기에너지를 만들어 지속적으로 배터리(3)를 충전할 수 있게 된다.

특히, 태양전지판(17) 주위에 부착된 반사판(21)은 태양광의 집광효율을 높임으로써 태양전지판(17)에 의한 단위시간당 전류 발생량을 증대시키며, 일조량이 적거나 하는 등의 외적 요인 변화로 인해 태양전지판(17)에 의한 배터리(3) 충전이 여의치 않을 때는 외부 충전라인(23)을 통해 외부전원을 끌어와 배터리(3)를 충전할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차(201)는 일반적인 전동 골프카트 형태의 전기자동차와 마찬가지로 배터리(3a 내지 3d)에 의해 구동모터(5)로 전원을 공급하고, 이때 발생하는 구동모터(5)의 회전 구동력에 의해 후륜(10)을 회전시킴으로써 기동력을 얻을 수 있게 된다. 이를 위해 본 발명의 전기자동차(201)는 일반적인 골프카트 형태의 전기자동차와 마찬가지로 주정차한 상태에서 외부전원에 의해 배터리(3a 내지 3d)를 충전할 수 있는 것은 물론이고, 화석연료를 사용하는 엔진(11)에 의해 발생된 전기에너지로 배터리(3a 내지 3d)를 장소와 시간에 구애 받지 않고 수시로 충전할 수도 있다.

이를 위해, 운전자는 먼저 엔진(11)을 작동시켜야 하며, 작동 개시된 엔진(11)은 회전 구동력을 발생시켜 하나 이상 복수로 배치되어 있는 얼터네이터(13a 내지 13d)를 각각 작동시킨다.

이에 따라 각각의 얼터네이터(13a 내지 13d)는 로터가 고속 회전하면서 스테이터에 교류전류를 만들어 내며, 이렇게 만들어진 교류전류는 직류로 변환되어 얼터네이터(13a 내지 13d)와 각각 연결되어 있는 하나 이상 복수의 배터리(3a 내지 3d)에 저장된다.

이렇게 해서, 각각의 배터리(3a 내지 3d)에 분산 저장된 전기에너지는 모터 제어부(7)를 통해 구동모터(5)로 공급되어 이 모터(5)를 동작시킴으로써 모터(5)의 회전 구동력에 의해 후륜(10)을 고속 회전시켜 전기자동차(201)를 기동하게 된다.

도 1은 종래의 전기자동차를 도시한 개략 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 개략 측면도.

도 3은 도 2에 도시된 전기자동차의 구조를 개략적으로 나타낸 블록도.

도 4는 도 2에 도시된 태양전지판과 반사판을 도시한 부분 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차의 개략 측면도.

도 6은 도 5에 도시된 전기자동차의 동력계를 개략적으로 나타낸 블록도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1, 201 : 전기자동차 3, 3a 내지 3d : 배터리

5 : 구동모터 7 : 모터 제어부

9 : 차체 10 : 후륜

11 : 엔진 12 : 구조 프레임

14 : 구동축 15 : 지붕판

17 : 태양전지판 18 : 좌석

19 : 태양전지 제어부 20 : 동력계

21 : 반사판 23 : 외부 충전라인

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 차체(9)에 장착되어 전기에너지를 저장하도록 되어 있는 배터리(3a 내지 3d);

   상기 차체(9)에 결합된 후륜(10) 구동축(14)에 연결되어 상기 배터리(3a 내지 3d)로부터 공급되는 전기에너지를 운동에너지로 전환함으로써 상기 후륜(10)을 회전 구동시키는 구동모터(5); 및

   상기 구동모터(5)의 동작을 제어하는 모터 제어부(7);로 이루어진 동력계(20)를 구비한 전기자동차(1)에 있어서,

   상기 동력계(20)는,

   상기 차체(9)의 상방을 덮는 지붕판(15)의 외측면에 장착되어 태양광으로부터 전기에너지를 획득하도록 되어 있는 태양전지판(17);

   상기 태양전지판(17)과 상기 배터리(3a 내지 3d) 사이에 장착되어 상기 태양전지판(17)으로 역전류가 유입되는 것을 방지하도록 되어 있는 태양전지 제어부(19);

   상기 차체(9)의 일측에 장착되어 회전 구동력을 발생시키는 엔진(11); 및

   상기 엔진(11)과 모듈화되어 상기 엔진(11)에서 발생된 회전 구동력에 의해 전류를 만들어 내는 하나 이상의 얼터네이터(13a 내지 13d);를 포함하고 있으며,

   상기 지붕판(15)은 상기 태양전지판(17)이 장착된 가장자리 부분에 하나 이상의 반사판(21)이 완만하게 경사져 올라간 상태로 부착되어 있고, 상기 배터리(3a 내지 3d)는 상기 각각의 얼터네이터(13a 내지 13d)와 연결될 수 있도록 하나 이상으로 나누어져 있으며, 상기 하나 이상의 배터리(3a 내지 3d)는 상기 하나 이상의 얼터네이터(13a 내지 13d)와 각각 짝을 이루어 모듈화되어 있는 것을 특징으로 하는 수시 충전이 가능한 전기자동차.

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