KR102244636B1 - Ess를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법 - Google Patents

Ess를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템은 전기차의 방전 배터리를 격납한 후, 충전 및 보관하는 배터리 격납설비; 상기 배터리 격납설비에 완충된 완충 배터리를 수용한 한쌍의 트레이를 전기차의 배터리 교체장소로 이송하고, 상기 전기차에서 탈거된 방전 배터리를 수용한 한쌍의 트레이를 상기 배터리 격납설비 내로 이송시키는 배터리 이송설비; 각 설비의 구동전력을 공급하는 전력공급부; 및 각 설비의 설비가동신호를 제공하는 교체설비 가동단말을 포함하고, 상기 전력공급부는 상기 교체설비 가동단말에서 설정한 계통한계가격 및 용량가격에 해당하는 제1 전력을 계통으로부터 수급받아 상기 배터리 격납설비에 보관된 방전 배터리의 충전전력으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법{SYSTEM FOR REPLACING BATTERY OF ELECTRIC VEHICLE HAVING ENERGY SAVING SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법에 관한 것이다.
차량 연료로는 경유, 휘발유 등의 석유나 LNG, LPG 등의 천연가스와 같은 화석연료가 주로 사용되고 있다.
근래에 들어서는 화석연료를 사용하면 환경을 오염시키는 배기가스가 다량으로 배출되는 문제 등으로 인하여 화석연료 차량의 대안으로서 전기를 에너지원으로 하는 전기차(electric vehicle, EV)가 주목을 받고 있다.
전기차로는 순수 전기차(battery powered EV), 연료 전지를 전동기로 사용하는 연료 전지 전기차(fuel cell EV), 전동기와 엔진(engine)을 함께 이용하는 하이브리드 전기차(hybrid EV) 등이 개발되고 있다. 아울러, 전기차의 보급 확대 및 활성화를 위하여, 전기차 충전 인프라(EV charging infra) 구축에 관한 연구 또한 다양하게 진행되고 있다.
전기차는 플러그인(plug-in) 방식으로 충전된다. 이에, 충전 완료 시까지 지나치게 장시간이 소요되므로, 사용자는 전기차 이용이 불편할 수밖에 없고, 충전시설 운영업체는 경제성이 없는 것이 현 실정이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 전기차 배터리를 직접 충전하지 않고 방전 배터리를 미리 충전한 완충 배터리로 교환하는 방식의 전기차 배터리 충전 기술이 제안되어 있다.
전기차 배터리 교환방식에 따르면, 배터리 충전을 위한 별도의 시간 허비 없이 전기차를 이용할 수 있다는 이점이 있다. 그러나 이는 배터리 교환작업을 위한 별도의 숙련된 기술자가 요구되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0137787호 (발명의 명칭: 전기자동차용 이동식 배터리 교체시스템)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기차의 방전 배터리를 완충 배터리로 신속하고 안전하게 교체할 수 있는 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전기차의 방전 배터리를 충전 시에 계통(GRID)으로부터 사용자가 설정한 계통한계가격(SMP)에 해당하는 전력을 수급하고, 수급된 전력을 ESS에 저장하고, 저장된 전력을 전기차에서 방출된 방전 배터리를 충전하는 용도로 사용하는 시스템 및 이의 동작방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템은 전기차의 방전 배터리를 격납한 후, 충전 및 보관하는 배터리 격납설비; 상기 배터리 격납설비에 완충된 완충 배터리를 수용한 한쌍의 트레이를 전기차의 배터리 교체장소로 이송하고, 상기 전기차에서 탈거된 방전 배터리를 수용한 한쌍의 트레이를 상기 배터리 격납설비 내로 이송시키는 배터리 이송설비; 각 설비의 구동전력을 공급하는 전력공급부; 및 각 설비의 설비가동신호를 제공하는 교체설비 가동단말을 포함하고, 상기 전력공급부는 상기 교체설비 가동단말에서 설정한 계통한계가격 및 용량가격에 해당하는 제1 전력을 계통으로부터 수급받아 상기 배터리 격납설비에 보관된 방전 배터리의 충전전력으로 사용하고, 상기 배터리 격납설비는 복수 개의 충전블록이 구획되고, 상기 한쌍의 트레이를 통해 이송된 방전 배터리를 상기 충전블록 내에서 충전시키는 격납부; 및 상기 설비가동신호에 기초하여 상기 충전블록 내에 충전된 완충 배터리를 인출하거나 또는 방전 배터리를 충전블록 내에 인입하도록 동작하는 조작기를 포함하고, 상기 배터리 이송설비는 배터리 격납설비에서 이송된 한쌍의 트레이가 제1 지점에 위치하는 지를 감지하는 위치 감지부; 상기 한쌍의 트레이를 승하강시키는 승하강부; 상기 배터리 격납설비 및 상기 승하강부 간에 연결되어, 상기 한쌍의 트레이를 이송하는 수평이송부를 포함하고, 상기 교체설비 가동단말에서 배터리 교체를 위한 설비가동신호를 제공하면, 상기 배터리 격납설비가 상기 설비가동신호에 기초하여 1층에 위치한 한쌍의 트레이 중 제2 트레이에 완충 배터리를 안착시키면, 상기 배터리 이송장치에서 완충 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 교체위치로 이송하고, 상기 교체위치로 한쌍의 트레이가 이송되면, 상기 교체위치에 구비된 감지센서에서 상기 교체설비 가동단말로 접촉신호를 제공하고, 상기 교체설비 가동단말에서 배터리 이송완료 정보를 전기차의 운전자의 단말로 제공하거나 또는 알림음을 통해 제공하고, 상기 전기차로부터 방전 배터리가 방출되면, 상기 배터리 이송장치에서 상기 한쌍의 트레이를 방전 배터리가 방출된 위치로 이동한 후, 상기 방전 배터리를 상기 한쌍의 트레이 중 제1 트레이에 안착시킨 후, 상기 제1 트레이에 구비된 전력잔량 검출부에서 방전 배터리의 전력잔량을 측정한 후, 측정결과를 상기 교체설비 가동단말로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템의 동작방법은 전력공급부에서 각 설비로 계통전력 또는 ESS의 충전전력을 제공하는 전력공급단계; 및 공급된 전력으로 상기 각 설비를 동작시켜, 전기차의 방전배터리를 교체하는 배터리 교체 단계를 포함하고, 상기 배터리 교체단계는 전기차가 기 설정된 배터리 교체위치로 진입한 후, 전기차 운전자의 단말 또는 입력부를 통해 배터리 교체요청이 입력되면, 교체설비 가동단말에서 배터리 교체를 위한 설비가동신호를 제공하는 단계; 배터리 격납설비가 상기 설비가동신호에 기초하여 1층에 위치한 한쌍의 트레이 중 제2 트레이에 완충 배터리를 안착시키면, 배터리 이송설비에서 완충 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 교체위치로 이송하는 단계; 상기 교체위치로 한쌍의 트레이가 이송되면, 상기 교체위치에 구비된 감지센서에서 상기 교체설비 가동단말로 접촉신호를 제공하고, 상기 교체설비 가동단말에서 배터리 이송완료 정보를 전기차의 운전자의 단말로 제공하거나 또는 알림음을 통해 제공하는 단계; 상기 전기차로부터 방전 배터리가 방출되면, 상기 배터리 이송설비에서 상기 한쌍의 트레이를 방전 배터리가 방출된 위치로 이동한 후, 상기 방전 배터리를 상기 한쌍의 트레이 중 제1 트레이에 안착시키는 단계; 상기 제1 트레이에 구비된 전력잔량 검출부에서 방전 배터리의 전력잔량을 측정한 후, 측정결과를 교체설비 가동단말로 전송하는 단계; 상기 교체설비 가동단말에서 전력잔량 측정값에 따른 배터리 교체요금을 산출한 후, 산출된 배터리 교체요금을 상기 전기차의 운전자의 단말 또는 디스플레이어로 제공하는 단계; 배터리 교체요금의 결제가 완료되면, 상기 교체설비 가동단말의 제어를 통해 완충 배터리가 안착된 제2 트레이의 잠금기능이 개방되고, 상기 전기차의 배터리 교체기가 상기 완충 배터리를 상기 전기차 내로 인입하는 단계; 및 배터리 교체가 완료되면, 상기 배터리 이송설비에서 상기 방전 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 격납설비로 이송시키는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법에 따르면, 에너지 저장 시스템(ESS)을 활용함으로써, 제1 시간(낮시간) 대에 제1 전력라인으로 공급되는 계통전원을 구동전원으로 사용하고, 제2 시간(밤, 새벽) 대에 제2 전력라인으로 공급되는 ESS의 충전전력을 인가받아, 충전모듈 내에 저장된 방전 배터리의 충전원으로 이용하고, 전력 피크 시간대에 각 설비의 구동전원을 ESS의 저장된 충전전력을 활용함으로써, 저 비용의 전력으로 각 설비를 동작시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법에 따르면, 전기차의 방전 배터리를 완충 배터리로 용이하게 교체(교환)할 수 있다.
상술한 이점을 통해 기존의 작업자가 일일이 전기차의 방전 배터리의 종류를 식별하고, 방전 배터리를 전기차로부터 분리한 후, 작업자가 직접 교체하던 일련의 과정을 자동화할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 ESS의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3 내지 도 6은 도 1에 도시된 배터리 격납설비, 배터리 이송설비의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 S700의 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~ 부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들에 기초하여 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템을 나타낸 예시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 ESS의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 3 내지 도 6은 도 1에 도시된 배터리 격납설비, 배터리 이송설비의 예시도이다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 교체 시스템은 전기차의 하부로 전기배터리를 자동으로 인입 및 인출가능하고, 운전자의 조작버튼을 통해 내부의 방전 배터리를 배출하기 위한 수단을 구비할 수 있고, 후술하는 배터리 이송장치를 통해 이송된 완충 배터리와 내부에 방전 배터리를 교체하기 위한 배터리 교체기(미도시)가 구비된 전기차를 교체 대상으로 수행하는 시스템일 수 있다.
상기 배터리 교체기는 가압방식, 슬라이딩 방식, 토출방식 등 다양한 방식 중 어느 하나의 방식으로 전기차 내의 배터리를 배출하거나 또는 외부의 완충 배터리를 전기차 내로 삽입할 수 있다.
즉, 본 발명에서 개시하는 전기차는 운전자가 조작버튼을 가압하면, 배터리 단자가 분리되고, 배터리 수용부가 개방되면, 배터리 조작기가 방전 배터리를 상술한 방식으로 외부로 배출하는 기능을 갖는 전기차일 수 있다.
도 1을 참조, 본원의 ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템(100)은 전력공급부(200), 배터리 격납설비(300), 배터리 이송설비(400) 및 교체설비 가동단말(600)을 포함한다.
상기 전력공급부(200)는 제1 시간대에 계통에서 인가된 제1 전력을 각 설비로 공급하고, 제2 시간대에 계통에서 인가된 제2 전력을 충전 및 방전한다.
보다 구체적으로, 상기 전력공급부(200)는 스마트 전력 미터기(210), 전력라인 스위치(220) 및 에너지 저장 장치(ESS, 230)을 포함한다.
상기 스마트 전력 미터기(210)는 네트워크 망을 통해 전력거래소와 통신하며, 전력계통에서 인가되는 전력량, 시간대 별 전력소비량 및 전력소비비용을 계측한 계측정보를 후술하는 교체설비 가동단말로 제공한다.
또한, 스마트 전력 미터기(210)는 네트워크 망을 통해 전력거래소로 관리자가 설정한 계통한계가격 및 전력용량가격에 해당하는 전력의 수급을 요청할 수 있다.
상기 전력라인 스위치(220)는 제1 전력라인 및 제2 전력라인을 스위치하는 기능을 한다.
여기서, 상기 제1 전력라인 및 제2 전력라인은 각 설비의 전원부(미도시)와 연결될 수 있고, 제1 전력라인은 계통과 연결된 전력라인이고, 제2 전력라인은 후술하는 ESS의 배터리와 연결된 전력라인일 수 있다.
다음으로, 상기 ESS(230)는 EMS(231)(Energy management system), PCS(232)(Power Conditioning System), BMS(233)(Battery Management System) 및 복수 개의 배터리(234)를 포함한다.
상기 EMS(231)는 기 설정된 충방전 스케줄링 정보에 따라 PCS(232), BMS(233)의 동작을 제어하고, 배터리(234)에서 방전가능한 전력량을 산출하여 제공한다.
상기 EMS(231)는 교체설비 가동단말(600)과의 통신을 가능하게 하는 유/무선 통신모듈(도시되지 아니함)을 포함한다. 통신모듈은 유선 랜(LAN, Local Area Network), 무선랜(Wireless LAN), 와이파이(Wifi), 블루투스(Bluetooth), 와이파이 다이렉트(Wifi Direct) 등 다양한 통신방식 중 적어도 하나를 지원할 수 있다. 본 발명 실시예에서 교체설비 가동단말(600)과 EMS(231) 간의 통신방식은 한정되지 않는다.
상기 EMS(231)는 전력 부하로서, 전력을 소비하는 각 설비에서의 소비전력을 예측하고, PCS(232)를 제어를 통해 배터리(234)의 충/방전을 제어하는 기능을 한다.
상기 PCS(232)는 전력 변환 시스템으로서 전력을 저장(charging)할 때의 특성과 사용(discharging)할 때의 에너지 변환 특성이 다르다는 점에 기인하여 서로를 보완하는 역할을 수행한다.
구체적으로, PCS(232)는 계통에서 전력을 인가받아 배터리(234)에 저장하고 저장된 충전전력을 제2 전력 라인으로 방출하도록 동작하고, 제2 전력 라인으로 충전전력을 방출 시에 설비 특성에 맞는 전력 특성(AC/DC, 전압, 주파수 등)으로 변환시키는 기능을 수행한다.
상기 BMS(233)는 배터리 관리 시스템으로서, 각 배터리 셀의 충전상태 등을 외부 인터페이스를 통해 알려주고, 과충전/과방전/과온/저온/과전류 등의 상태에 노출되지 않도록 배터리 셀을 보호하는 기능을 수행한다.
상기 배터리(234)는 PCS(232)를 거쳐 일정 형태로 변환된 전력을 충전 및 충전된 전력을 방전된다.
상기 배터리(234)는 충방전이 가능한 2차 전지일 수 있으며, 리튬이온과 황산화 나트륨 등을 주된 재료로 하는 것일 수 있다.
다음으로, 배터리 격납설비(300)는 제1 시간 대에 제1 전력라인으로 공급되는 계통전원을 구동전원으로 사용하고, 제2 시간 대에 제2 전력라인으로 공급되는 ESS 의 충전전력을 인가받아, 후술하는 충전모듈 내에 저장된 방전 배터리를 충전시키도록 동작한다.
참고로, 상기 배터리 격납설비(300)는 전기차의 방전 배터리를 수거한 후, 충전시켜 보관한다.
보다 구체적으로, 상기 배터리 격납설비(300)는 복수 개의 충전블록(310), 배터리 위치 이동부(320) 및 구동제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 충전블록(310)은 적층구조로 이루어지며, 1층은 방전 배터리 및 완충 배터리를 인입 및 인출하기 위한 층일 수 있다.
보다 구체적으로, 1층은 한쌍의 트레이가 구비되며, 한쌍의 트레이 중 제1 트레이(10)는 전기차의 방전 배터리를 수용하기 위한 트레이일 수 있고, 제2 트레이(20)는 완충 배터리를 수용하기 위한 트레일 수 있다.
참고로, 전기차의 배터리 교체시에, 한쌍의 트레이는 완충 배터리를 수용한 상태로 전기차로 이송될 수 있다. 방전 배터리와 완충 배터리가 교체되는 과정은 후술에서 설명하도록 한다.
한편, 상기 복수 개의 배터리 충전블록(310) 각각은 충전부(311)를 포함할 수 있다.
상기 충전부(311)는 DC 차데모, AC 3상 또는 DC 콤보 중 어느 하나의 충전 어댑터 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 충전부(311)는 무선충전 방식을 통해 배터리를 충전할 수 있다. 즉, 충전부(311)는 유선 또는 무선 충전 기술을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 상기 충전부(311)는 배터리의 전력잔량을 검출하는 전력잔량 검출부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 전력잔량 검출부(미도시)에서 검출된 전력잔량 정보는 후술하는 교체설비 가동단말(600)로 제공되며, 교체설비 가동단말(600)은 전력잔량 정보에 기초하여 충전요금을 산출할 수 있다.
다음으로, 배터리 위치 이동부(320)는 구동제어부(미도시)의 제어신호 기초하여 한쌍의 트레이 중 제1 트레이(10)에 이송된 방전 배터리를 충전모듈로 이송 및/또는 충전모듈에서 완충된 완충 배터리를 한쌍의 트레이 중 제2 트레이(20)로 이송시키는 기능을 한다. 상기 배터리 위치 이동부(320)는 3축 이동이 가능한 외팔보이거나 또는 상하좌우 슬라이딩 동작가능한 조작기일 수 있다.
다음으로, 구동제어부(미도시)는 교체설비 가동단말(600)의 동작신호에 기초하여 배터리 위치 이동부(320)의 동작을 제어한다.
다음으로, 상기 배터리 이송설비(400)는 교체설비 가동단말(600)의 배터리 이송신호에 기초하여 배터리 격납설비(300)의 1층에 위치한 한쌍의 트레이를 전기차의 배터리 교체 위치로 이송한다.
이송되는 한쌍의 트레이 중 제1 트레이(20)는 전기차의 방전 배터리를 수용하기 위한 빈 트레이이고, 제2 트레이(10)는 완충 배터리를 수용하기 위한 트레이일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 배터리 이송설비(400)는 수평이동부(410) 및 승하강부(420)를 포함할 수 있다.
상기 승하강부(420)는 수평이동부(410)를 통해 배터리 격납설비(300)에서 이송된 한쌍의 트레이가 전기차의 배터리 교체 위치로 이송되면, 한쌍의 트레이를 승하강시키는 기능을 한다. 상기 승하강부(420)는 한쌍의 트레이를 감지하기 위한 접촉 감지부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 접촉감지부(미도시)는 한쌍의 트레이가 배터리 교체 위치에 도달하여 접촉되면 이를 감지하고, 감지된 감지신호를 후술하는 교체설비 가동단말(600)로 제공하는 기능을 한다.
한편, 한쌍의 트레이가 배터리 교체 위치에서 승강되면, 전기차의 배터리 교체기를 통해 배출된 방전 배터리가 제1 트레이(10)로 안착되고, 제2 트레이(20)의 완충 배터리는 전기차 내로 진입한다.
전기차의 배터리의 교체가 완료되면, 승하강부(420)는 한쌍의 트레이를 기 설정된 위치로 하강시킨다.
상기 수평 이동부(410)는 승하강부(420)에서 하강된 한쌍의 트레이를 배터리 격납설비(300)의 입출구로 슬라이딩 이송시킨다.
한편, 상기 한쌍의 트레이 중 제1 트레이(10)는 방전 배터리의 잔량을 검출하는 잔량 검출부를 포함하고, 상기 잔량 검출부는 검출한 방전배터리의 잔량정보를 교체설비 가동단말로 제공할 수 있다.
다음으로, 상기 교체설비 가동단말(600)은 전기차 운전자의 단말에 설치된 어플리케이션과 연동하는 단말로서, 전기차의 배터리 교체에 따른 비용 처리 및 시스템 제어에 관한 일련의 과정을 수행한다.
보다 구체적으로, 상기 교체설비 가동단말(600)은 전기차 운전자의 단말 또는 입력수단으로부터 배터리 교체요청을 수신하면, 전기차의 배터리 교체를 위한 배터리 격납설비(300) 및 배터리 이송설비(400)의 동작을 제어하게 된다.
또한, 상기 교체설비 가동단말(600)은 전기차의 방전 배터리의 전력잔량에 따른 교체비용을 산출하고, 산출된 교체비용을 전기차 운전자의 단말로 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템의 동작방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이고, 도 8은 도 7에 도시된 S700의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템의 동작방법(S1000)은 전력 공급 단계(S600) 및 배터리 교체 단계(S700)를 포함할 수 있다.
상기 전력 공급 단계(S600)는 계통전력 및 ESS에서 전력을 설비로 공급하는 단계일 수 있다.
상기 전력 공급 단계(S600)는 제1 시간 대에 교체설비 가동단말(600)에서 전력공급부(200)의 전력라인 스위치부(220)를 스위칭한 후, 제1 전력라인과 계통이 연결됨에 따라 제1 전력라인으로 계통전력이 공급되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 전력 공급 단계(S600)는 제1 시간 대 중 전력 피크 시간(12~14시)에 교체설비 가동단말(600)이 전력라인 스위치부(220)가 제2 전력라인과 ESS의 배터리와 연결되도록 스위칭되도록 제어하여, 제2 전력라인으로 ESS의 충전전력이 인가되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 전력 공급 단계(S600)는 전력공급부(200)가 제2 시간 대(01~04)에 교체설비 가동단말(600)에서 설정한 계통한계가격 및 전력용량가격에 부합하는 전력을 계통으로부터 인가받아, ESS의 배터리에 저장시키고, ESS에 저장된 충전전력을 배터리 격납설비(300)에 보관된 방전 배터리가 충전되도록 충전모듈로 공급하는 단계를 포함한다.
다음으로, 상기 배터리 교체단계(S700)은 전기차가 기 설정된 배터리 교체위치로 진입(S710)한 후, 전기차 운전자의 단말 또는 입력부를 통해 배터리 교체요청이 입력되면, 교체설비 가동단말(600)에서 배터리 교체를 위한 설비가동신호를 제공(S720)한다.
이때, 배터리 격납설비(300)는 설비가동신호에 기초하여 1층에 위치한 한쌍의 트레이 중 제2 트레이(20)에 완충 배터리를 안착시키면, 배터리 이송설비(400)에서 완충 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 교체위치로 이송(S730)시킨다.
교체위치로 한쌍의 트레이가 이송되면, 상기 교체 위치에 구비된 감지센서에서 교체설비 가동단말(600)로 접촉신호를 제공하고, 교체설비 가동단말(600)은 배터리 이송완료 정보를 전기차 운전자의 단말로 제공하거나 또는 알림음을 통해 제공(S740)한다.
이후, 전기차로부터 방전 배터리가 방출되면, 배터리 이송설비에서 한쌍의 트레이를 방전 배터리가 방출된 위치로 이동되고, 방출 배터리는 한쌍의 트레이 중 제1 트레이(10)에 안착된다.
이후, 제1 트레이에 구비된 전력잔량 검출부(미도시)에서 제공된 방전 배터리의 전력잔량에 측정한 후, 측정한 결과(전력잔량 측정값)를 교체설비 가동단말(600)로 제공(S750)한다.
교체설비 가동단말(600)은 전력잔량 측정값에 따른 배터리 교체요금을 산출한 후, 산출된 배터리 교체요금을 전기차 운전자의 단말 또는 디스플레이어로 제공(S760)한다.
배터리 교체요금의 결제가 완료되면, 교체설비 가동단말(2300)의 제어를 통해 완충 배터리가 안착된 제2 트레이의 잠금기능은 개방된다. 이후, 사용자는 전기차의 교체조작기를 이용하여 완충 배터리를 전기차 내로 인입시킨다.
교체가 완료되면, 배터리 이송설비(400)는 방전 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 격납설비(300) 내로 이송(S770)시키고, 배터리 격납설비(300)는 방전 배터리를 충전모듈로 이송시킨다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법에 따르면, 에너지 저장 시스템(ESS)을 활용함으로써, 제1 시간(낮시간) 대에 제1 전력라인으로 공급되는 계통전원을 구동전원으로 사용하고, 제2 시간(밤, 새벽) 대에 제2 전력라인으로 공급되는 ESS의 충전전력을 인가받아, 충전모듈 내에 저장된 방전 배터리의 충전원으로 이용하고, 전력 피크 시간대에 각 설비의 구동전원을 ESS의 저장된 충전전력을 활용함으로써, 저 비용의 전력으로 각 설비를 동작시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템 및 이의 동작방법에 따르면, 전기차의 방전 배터리를 완충 배터리로 용이하게 교체(교환)할 수 있다.
상술한 이점을 통해 기존의 작업자가 일일이 전기차의 방전 배터리의 종류를 식별하고, 방전 배터리를 전기차로부터 분리한 후, 작업자가 직접 교체하던 일련의 과정을 자동화할 수 있다는 이점이 있다.
본 명세서에서 사용되는 "~부"는 일반적으로 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어인 컴퓨터 관련 엔티티를 지칭하는 것이다. 예를 들어, 구성요소는 프로세서 상에서 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체, 실행 가능물(executable), 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨트롤러 상에서 구동중인 애플리케이션 및 컨트롤러 모두가 구성요소일 수 있다. 하나 이상의 구성요소는 프로세스 및/또는 실행의 스레드 내에 존재할 수 있으며, 구성요소는 하나의 컴퓨터 상에서 로컬화될 수 있고, 둘 이상의 컴퓨터 사이에서 분산될 수도 있다.
또한, 적어도 하나의 프로세싱 유닛 및 메모리를 포함할 수도 있다. 여기서, 프로세싱 유닛은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리(1120)는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명한 것이다.
100: ESS 기능을 구비한 전기차 배터리 교체 시스템
200: 전력공급부
210: 스마트 전력 미터기
220: 전력라인 스위치
230: ESS
231: EMS
232: PCS
233: BMS
234: 배터리
300: 배터리 격납설비
310: 충전블록
311: 충전부
311a: 충전잔량 검출부
320: 배터리 위치 이동부
330: 구동제어부
400: 배터리 이송설비
410: 수평이동부
420: 승하강부
600: 교체설비 가동단말

Claims (6)

  1. 전기차의 방전 배터리를 격납한 후, 충전 및 보관하는 배터리 격납설비;
    상기 배터리 격납설비에 완충된 완충 배터리를 수용한 한쌍의 트레이를 전기차의 배터리 교체장소로 이송하고, 상기 전기차에서 탈거된 방전 배터리를 수용한 한쌍의 트레이를 상기 배터리 격납설비 내로 이송시키는 배터리 이송설비;
    각 설비의 구동전력을 공급하는 전력공급부; 및
    각 설비의 설비가동신호를 제공하는 교체설비 가동단말을 포함하고,
    상기 전력공급부는
    상기 교체설비 가동단말에서 설정한 계통한계가격 및 용량가격에 해당하는 제1 전력을 계통으로부터 수급받아 상기 배터리 격납설비에 보관된 방전 배터리의 충전전력으로 사용하고,
    상기 배터리 격납설비는
    복수 개의 충전블록이 구획되고, 상기 한쌍의 트레이를 통해 이송된 방전 배터리를 상기 충전블록 내에서 충전시키는 격납부; 및 상기 설비가동신호에 기초하여 상기 충전블록 내에 충전된 완충 배터리를 인출하거나 또는 방전 배터리를 충전블록 내에 인입하도록 동작하는 조작기를 포함하고,
    상기 배터리 이송설비는
    배터리 격납설비에서 이송된 한쌍의 트레이가 제1 지점에 위치하는 지를 감지하는 위치 감지부; 상기 한쌍의 트레이를 승하강시키는 승하강부; 상기 배터리 격납설비 및 상기 승하강부 간에 연결되어, 상기 한쌍의 트레이를 이송하는 수평이송부를 포함하고,
    상기 교체설비 가동단말에서 배터리 교체를 위한 설비가동신호를 제공하면, 상기 배터리 격납설비가 상기 설비가동신호에 기초하여 1층에 위치한 한쌍의 트레이 중 제2 트레이에 완충 배터리를 안착시키면, 상기 배터리 이송장치에서 완충 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 교체위치로 이송하고, 상기 교체위치로 한쌍의 트레이가 이송되면, 상기 교체위치에 구비된 감지센서에서 상기 교체설비 가동단말로 접촉신호를 제공하고, 상기 교체설비 가동단말에서 배터리 이송완료 정보를 전기차의 운전자의 단말로 제공하거나 또는 알림음을 통해 제공하고, 상기 전기차로부터 방전 배터리가 방출되면, 상기 배터리 이송장치에서 상기 한쌍의 트레이를 방전 배터리가 방출된 위치로 이동한 후, 상기 방전 배터리를 상기 한쌍의 트레이 중 제1 트레이에 안착시킨 후, 상기 제1 트레이에 구비된 전력잔량 검출부에서 방전 배터리의 전력잔량을 측정한 후, 측정결과를 상기 교체설비 가동단말로 전송하는 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전블록은
    DC 차데모, AC 3상 또는 DC 콤보 중 어느 하나의 충전방식으로 동작하는 충전 어댑터를 포함하는 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력공급부는
    전력거래소와 연동되어, 제2 시간대에 상기 교체설비 가동단말에서 지정한 계통한계가격 및 전력용량가격에 부합하는 제1 전력의 수급을 요청하는 스마트 전력 미터기; 및
    상기 제2 시간대에 상기 계통으로 상기 제1 전력을 수급하여 저장하고, 제1 시간대에 저장된 제1 전력을 상기 충전블록 내의 방전 배터리로 방전하는 에너지 저장 장치를 포함하는 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템.
  6. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 하나의 항에 기재된 ESS를 구비한 전기차 배터리 교체 시스템의 동작방법에 있어서,
    전력공급부에서 각 설비로 계통전력 또는 ESS의 충전전력을 제공하는 전력공급단계; 및
    공급된 전력으로 상기 각 설비를 동작시켜, 전기차의 방전배터리를 교체하는 배터리 교체 단계를 포함하고,
    상기 배터리 교체단계는
    전기차가 기 설정된 배터리 교체위치로 진입한 후, 전기차 운전자의 단말 또는 입력부를 통해 배터리 교체요청이 입력되면, 교체설비 가동단말에서 배터리 교체를 위한 설비가동신호를 제공하는 단계;
    배터리 격납설비가 상기 설비가동신호에 기초하여 1층에 위치한 한쌍의 트레이 중 제2 트레이에 완충 배터리를 안착시키면, 배터리 이송설비에서 완충 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 교체위치로 이송하는 단계;
    상기 교체위치로 한쌍의 트레이가 이송되면, 상기 교체위치에 구비된 감지센서에서 상기 교체설비 가동단말로 접촉신호를 제공하고, 상기 교체설비 가동단말에서 배터리 이송완료 정보를 전기차의 운전자의 단말로 제공하거나 또는 알림음을 통해 제공하는 단계;
    상기 전기차로부터 방전 배터리가 방출되면, 상기 배터리 이송설비에서 상기 한쌍의 트레이를 방전 배터리가 방출된 위치로 이동한 후, 상기 방전 배터리를 상기 한쌍의 트레이 중 제1 트레이에 안착시키는 단계;
    상기 제1 트레이에 구비된 전력잔량 검출부에서 방전 배터리의 전력잔량을 측정한 후, 측정결과를 교체설비 가동단말로 전송하는 단계;
    상기 교체설비 가동단말에서 전력잔량 측정값에 따른 배터리 교체요금을 산출한 후, 산출된 배터리 교체요금을 상기 전기차의 운전자의 단말 또는 디스플레이어로 제공하는 단계;
    배터리 교체요금의 결제가 완료되면, 상기 교체설비 가동단말의 제어를 통해 완충 배터리가 안착된 제2 트레이의 잠금기능이 개방되고, 상기 전기차의 배터리 교체기가 상기 완충 배터리를 상기 전기차 내로 인입하는 단계; 및
    배터리 교체가 완료되면, 상기 배터리 이송설비에서 상기 방전 배터리가 안착된 한쌍의 트레이를 배터리 격납설비로 이송시키는 단계를 포함하는 전기차 배터리 교체 방법.
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