KR20180118873A - 챔버형 전기버스 충전시스템 - Google Patents

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KR20180118873A
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신희주
이태식
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Abstract

본 발명의 목적은 정해진 노선을 운행하는 전기버스에서 발생할 수 있는 배터리의 온도 상승에 의한 수명 단축 및 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 충전시스템 및 충전방법을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은 배터리 상태 및 전기버스의 운행정보에 기초하여 충전전류를 결정하고 이에 따라 챔버의 온도를 조절함으로써 정해진 노선을 운행하는 전기버스의 배터리 충전 과정에서 배터리의 온도 상승을 억제하여 수명 단축 및 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.

Description

챔버형 전기버스 충전시스템{CHAMBER TYPE ELECTRIC BUS CHARGING SYSTEM}
본 발명은 전기차량을 충전하는 충전시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전기버스의 배터리가 과열되지 않도록 하면서 배터리를 충전하는 충전시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
가솔린이나 경유 등의 화석 연료를 사용하는 자동차들의 경우 화석 연료의 고갈 및 지구 온난화 문제를 야기하고 있고, 그 결과 환경 보호를 위한 이산화탄소 및 배출가스의 규제가 강화되고 있다. 이에 대한 대안으로 전기차들이 서서히 보급되고 있으나, 한번 충전으로 운행할 수 있는 거리가 아직 충분하지 않고 충전 인프라의 구축도 더뎌 전기차의 보급에 장애물로 작용하고 있다.
정해진 노선을 주행하는 버스의 경우 한번 충전으로 노선을 충분히 운행할 수 있으므로 한번 충전으로 주행할 수 있는 거리의 제약이 상대적으로 문제가 되지 않고, 버스가 모이는 차고지에 충전 시스템을 구비하면 되므로 충전 인프라의 구축도 상대적으로 용이하다. 따라서 정해진 노선을 운행하는 전기버스의 경우 전기자동차의 운행 거리 제약 및 충전 인프라 구축의 곤란함이 별다른 문제가 되지 않으므로 전기자동차를 채용하기에 상대적으로 용이하다.
그러나 노선을 운행하는 전기버스의 경우 차고지에 들어오는 시각과 다음 발차시각 사이의 시간이 충분하지 못하여 배터리의 과열에 의한 수명 감소 및 성능 저하의 문제점이 있다. 버스는 노선을 주행하고 나서 차고지에 들어오면 약간의 대기(통상 20분 ~ 30분 정도) 후에 다시 노선을 운행하는 과정을 반복하는데, 전기버스의 경우 대기 시간 내에 배터리의 충전이 완료되어야 한다. 전기버스에 내장된 배터리는 노선을 운행하는 과정에서 주로 방전을 하면서 온도가 높아지는데, 이 상태에서 대기 시간에 급속 충전이 이루어지면 온도가 급격히 높아지게 된다. 이러한 주행(방전)과 충전을 반복하게 되면 배터리가 고온 상태에서 계속해서 동작을 해야 하므로 수명이 단축되고 성능이 저하되는 문제가 발생한다. 특히 배터리는 방전보다는 충전 과정에서 온도가 더 높아지는데 주행 과정에서 온도가 한계 온도 부근으로 높아진 상태에서 급속 충전을 하게 되면 배터리 온도가 한계 온도 이상으로 높아지는 문제가 발생할 가능성도 있고, 설령 한계 온도 이상으로 높아지지는 않는다고 하더라도 배터리의 온도가 높은 상태에서 장시간 방전과 충전을 반복하게 되면 배터리 수명 및 성능 저하의 문제가 심각해질 수 있다.
본 발명은 이와 같이 노선을 운행하는 전기버스에서 발생할 수 있는 배터리의 과열 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은, 전기버스에서 발생할 수 있는 배터리의 온도 상승에 의한 수명 단축 및 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 충전시스템 및 충전방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 일 측면에서, 본 발명은 배터리가 후방에 장착된 전기버스의 배터리가 장착된 부분을 수용하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되어 챔버 내의 온도를 조절하는 공조장치; 및 상기 챔버 내에 수용된 전기버스의 배터리를 충전하는 충전장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전시스템이다.
상기 전기버스 충전시스템에 있어서, 상기 전기버스의 배터리가 장착된 부분이 챔버 내에 수용되면 상기 공조장치를 제어하여 상기 챔버 내의 온도를 조절하면서 상기 충전장치를 제어하여 상기 배터리를 충전하도록 하는 충전시스템 제어장치를 더 포함하고, 상기 충전시스템 제어장치는 상기 배터리의 온도, 현재 충전 상태, 목표 충전 상태 및 상기 전기버스의 발차시각에 기초하여 상기 전기버스의 발차시각 전에 상기 배터리가 상기 목표 충전 상태가 되도록 하기 위한 충전전류를 계산하고 상기 충전장치가 상기 계산된 충전전류로 상기 배터리를 충전하도록 상기 충전장치를 제어하며, 상기 충전시스템 제어장치는 상기 배터리의 온도와 상기 충전전류에 기초하여 상기 공조장치를 통해 상기 챔버 내의 온도를 조절할 수 있다.
상기 전기버스 충전시스템에 있어서, 상기 충전시스템 제어장치는 상기 전기버스가 상기 챔버 내에 수용되면 상기 전기버스의 배터리를 충전하기 전에 상기 공조장치를 제어하여 상기 배터리의 온도를 소정의 온도 이하로 낮춘 후에 상기 충전장치를 제어하여 상기 배터리의 충전을 시작할 수 있다.
상기 전기버스 충전시스템에 있어서, 상기 충전시스템 제어장치는 상기 전기버스 내의 배터리 관리장치(BMS)로부터 상기 배터리의 온도 정보를 입수할 수 있다.
상기 전기버스 충전시스템에 있어서, 상기 공조장치는 냉각기를 포함할 수 있다.
다른 일 측면에서 본 발명은, 배터리 후방 장착형 전기버스의 배터리가 장착된 부분을 수용하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되어 챔버 내의 온도를 조절하는 공조장치, 상기 챔버 내에 수용된 전기버스의 배터리를 충전하는 충전장치, 및 상기 공조장치 및 상기 충전장치를 제어하는 충전시스템 제어장치를 포함하는 전기버스 충전시스템에 의해 수행되는 전기버스 충전 방법으로서, 상기 전기버스가 상기 챔버 내에 수용되기 전에 상기 챔버 내부를 냉각시키는 제1 단계; 상기 전기버스의 몸체 중에서 상기 배터리를 포함하는 일부가 상기 챔버 내에 수용되면 상기 배터리를 충전하기 전에 상기 배터리의 온도가 소정 온도가 될 때까지 상기 배터리를 냉각시키는 제2 단계; 상기 배터리의 온도가 상기 소정 온도 이하가 되면 상기 배터리의 충전을 시작하는 제3 단계; 상기 배터리의 온도, 현재 충전 상태, 목표 충전 상태 및 상기 전기버스의 발차시각에 기초하여 결정된 충전전류로 상기 배터리를 충전하면서, 상기 배터리의 온도와 상기 결정된 충전전류에 따라 상기 챔버 내의 온도를 조절하는 제4 단계; 상기 배터리가 목표 충전 상태가 되면 상기 배터리의 충전을 중단하는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전 방법이다.
상기 전기버스 충전 방법에 있어서, 상기 목표 충전 상태는 충전대상 전기버스의 발차시각 및 운행노선을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 전기버스 충전 방법에 있어서, 상기 배터리의 온도 정보는 상기 전기버스 내의 배터리 관리장치(BMS)로부터 입수할 수 있다.
전술한 해결 수단을 포함하는 본 발명에 의하면 배터리 상태 및 전기버스의 운행정보에 기초하여 충전전류를 결정하고 이에 따라 챔버의 온도를 조절함으로써 전기버스의 배터리 충전 과정에서 배터리의 온도 상승을 억제하여 수명 단축 및 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 충전시스템을 예시하는 도면이다.
도 3은 전기버스가 챔버에 진입하여 충전하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 복수의 전기버스가 복수의 챔버 각각에 진입하여 충전하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 충전 알고리즘을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전시스템(100)의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 충전시스템(100)의 배치를 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 충전시스템(100)은 챔버(110), 공조장치(120), 충전장치(130) 및 충전시스템 제어장치(140)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 챔버(110)는 충전 대상 전기버스에서 배터리가 장착된 부분을 수용하는 공간을 제공할 수 있다. 공조장치(120)는 챔버(110) 내에 배치되어 챔버(110) 내의 온도를 조절할 수 있다. 충전장치(130)는 챔버(110) 내에 배치되어 전기버스를 충전할 수 있고, 이 경우 챔버(110) 내의 냉각된 공기가 충전장치(130)의 방열 기능도 동시에 수행하므로 바람직하다. 그러나 충전장치(130)가 반드시 챔버(110) 내에 배치될 필요는 없고 챔버(110) 외부에 배치될 수도 있다. 다만, 충전장치(130)가 챔버(110) 외부에 배치되더라도 전기버스에 접속되는 충전용 커넥터는 챔버(110) 내부에 배치되어야 할 것이다.
충전시스템 제어장치(140)는 공조장치(120), 충전장치(130) 및/또는 챔버의 차량 출입구(115)의 장치들(열차단부, 에어커튼 등)을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 충전시스템 제어장치(140)는 챔버(110) 내에 배치될 수도 있으나 챔버(110) 외부에 배치되어 챔버(110) 외부에서도 공조장치(120)와 충전장치(130) 등을 제어할 수 있도록 하는게 편리할 수 있다. 또는, 충전시스템 제어장치(140)는 챔버(110) 내부나 외부 중의 어느 한 쪽에 배치하되 충전시스템 제어장치(140)의 사용자 인터페이스는 챔버(110)의 내부 및 외부 양쪽에 배치하여 챔버(110)의 내부나 외부 어디에서도 제어할 수 있도록 하여 사용자의 편의성을 높일 수도 있다.
챔버(110)는 챔버 본체(111), 작업자 출입구(113) 및 차량 출입구(115)를 포함할 수 있다.
챔버 본체(111)는 전기버스의 일부를 수용할 정도의 공간을 가지는 구조물로서, 전기버스의 배터리를 충전하는 동안 챔버(110) 내의 온도를 실외의 온도에 비해 낮게 유지하기 위해 열전도도가 낮은 재료로 구성되거나 혹은 금속제 구조물로 형성되면서 단열재료를 구조물에 부착하여 형성될 수도 있다. 챔버 본체(111) 내부의 공간은 전기버스 전체를 수용할 정도로 클 필요는 없고, 전기버스의 배터리가 장착된 부분이 수용될 수 있을 정도로 형성하는 것이 챔버(110) 내부의 냉각 효율을 고려하면 바람직하다.
작업자 출입구(113)는 챔버(110)의 차량 출입구(115)가 형성된 면 이외의 하나 또는 그 이상의 면에 형성되어 작업자가 전기버스의 충전 중에도 챔버(110) 내부로 출입할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
차량 출입구(115)는 챔버(110)의 일면에 형성되어 전기버스의 일부(배터리가 창작된 부분 포함)가 챔버(110) 내부로 진입할 수 있도록 하기 위한 것이므로 전기버스의 단면적보다는 커야 한다. 그러나 차량 출입구(115)가 전기버스의 단면적보다 너무 큰 경우에는 챔버(110) 내부에서 에어컨 등의 공조장치(120)를 가동한다고 하더라도 외부와의 공기 흐름에 의해 챔버(110) 내부의 온도를 낮게 유지하기 어렵거나 온도를 낮게 유지하는데 전력 소모가 크다는 문제가 생긴다. 따라서 차량 출입구(115)의 면적은 전기버스의 단면적에 비해 약간의 여유만을 가질 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
차량 출입구(115)에는 챔버 내부와 외부 사이의 열 전달을 억제하기 위한 열차단부를 장착하되, 차량 출입구(115)를 통해 차량의 진입이 가능하도록 열차단부를 개폐가 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다. 전기버스가 수용되지 않은 상태에서는 열차단부를 사용하여 챔버 내부를 밀폐시켜 챔버(110) 내부의 온도가 올라가지 않도록 하고 전기버스를 충전할 경우에 열차단부를 개방시켜 차량이 진입할 수 있도록 하는 것이 냉각 효율 측면에서 바람직하다. 열차단부는 챔버(110) 내부의 온도를 낮게 유지할 수 있도록 열 전달 정도가 낮은 재료 및 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
열차단부가 개방되고 전기버스의 일부가 챔버(110) 내부로 진입하여 충전하는 동안 차량 출입구(115)와 전기버스 사이의 틈을 통해 챔버(110) 내부의 냉각된 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해, 열차단부는 전기버스와 차량 출입구(115) 사이의 틈을 밀폐시키는 수단을 구비할 수 있다. 밀폐 수단은 차량 출입구(115)의 좌, 우, 상, 하 네 방향 중의 적어도 어느 하나 이상의 방향에서 전기버스를 향해 슬라이드 방식으로 이동하며 전기버스에 밀착하는 밀착부를 구비할 수 있다. 밀착부의 전기버스와 접촉하는 부분은 전기버스의 손상을 방지하면서 밀착성을 좋게 하기 위해 유연성이 좋은 고무 등의 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
챔버(110) 내부의 냉각된 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 다른 방법으로, 차량 출입구(115)에는 열차단부와 함께 에어 커튼이 설치될 수 있다. 차량이 출입하지 않는 동안에는 열차단부를 닫아 두되, 전기버스의 충전을 위해 열차단부가 개방되어 있는 동안에는 에어 커튼을 사용하여 챔버(110) 내부와 외부의 공기 흐름을 차단할 수 있다. 전기버스가 챔버(110) 내부로 진입한 이후 충전이 진행되는 동안에는 차량 출입구(115)와 전기버스 사이의 틈을 통한 냉각 공기의 유출을 막으면 되므로, 에어 커튼은 차량 출입구(115)와 전기버스 사이의 틈을 향해서만 공기를 분사할 수 있다. 따라서 에어 커튼은 차량 출입구(115)가 개방되어 전기버스가 챔버(110) 내부로 진입하는 동안에는 차량 출입구(115)에 전체적으로 작용하고, 전기버스가 챔버(110) 내부로 진입한 이후에는 차량 출입구(115)와 전기버스 사이의 틈새에 작용하도록 구성하면 더욱 효율적이다.
공조장치(120)는 챔버(110) 내에 배치되어 챔버(110) 내의 온도를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 통상 배터리의 온도가 높아지는 것이 문제가 되므로 공조장치(120)에는 챔버(110) 내의 온도를 낮추기 위한 에어컨 등의 냉각기가 포함될 수 있다. 공조장치(120)는 충전시스템 제어장치(140)에서 지시하는 바에 따라 챔버(110) 내의 온도를 조절할 수 있다.
충전장치(130)는 전기버스 내에 장착된 배터리를 충전하기 위한 것으로서, 통상의 전기차량용 충전장치가 사용될 수 있다. 충전장치(130)는 충전시스템 제어장치(140)의 지시에 따라 전기버스의 배터리를 충전할 수 있다.
충전시스템 제어장치(140)는 공조장치(120) 및 충전장치(130)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 전기버스의 배터리가 장착된 부분이 챔버(110) 내에 수용되면 충전시스템 제어장치(140)는 공조장치(120)를 제어하여 챔버(110) 내의 온도를 조절하면서 충전장치(130)가 전기버스의 배터리를 적정 충전전류로 충전하도록 제어할 수 있다.
충전시스템 제어장치(140)는 배터리의 온도, 현재 충전상태(SOC), 목표 충전상태 및 충전 중인 전기버스의 발차시각에 기초하여, 전기버스의 발차시각 전에 배터리가 목표 충전 상태가 되도록 하기 위한 충전전류를 계산하고, 충전장치(130)가 해당 충전전류로 배터리를 충전하도록 충전장치(130)를 제어할 수 있다.
목표 충전상태는 충전 대상 전기버스의 발차시각 및 운행노선을 고려하여 결정될 수 있다. 운행노선을 고려하는 이유는, 전기버스의 운행노선이 짧다면 배터리를 굳이 완전히 충전시킬 필요가 없이 노선 운행에 필요한 정도로만 충전시키는 것이 바람직하기 때문이다. 운행노선을 고려하여 배터리의 적절한 목표 충전상태를 설정하면 배터리를 불필요하게 많이 충전시킬 필요가 없으므로 배터리의 온도를 낮추려는 관점에서 바람직하다. 적절한 목표 충전상태의 설정을 위해 발차시각 및 운행노선 정보로부터 차량 정체 여부 및 운행거리를 함께 고려하여 목표 충전상태를 설정할 수도 있다. 동일한 운행거리인 경우에도 차량 정체가 심한 시간이라면 목표 충전상태를 좀 더 높게 설정하는 것이 바람직하므로 운행거리 및 차량 정체 정도를 함께 고려하여 필요한 배터리 용량을 좀 더 정확하게 산출할 수 있다. 또한, 동일한 거리를 주행하더라도 배터리 노후 상태에 따라 필요한 충전 정도는 달라질 수 있으므로 충전시스템 제어장치(140)는 배터리 노후 상태를 반영하여 더욱 정확한 목표 충전상태를 산출할 수 있다. 충전시스템 제어장치(140)는 발차시각, 운행노선, 운행거리, 배터리 노후 상태 등에 대한 정보를 활용하여 목표 충전상태를 설정하기 위해 전기버스의 발차시각, 운행노선, 운행거리에 대한 정보 및 배터리의 노후 상태에 대한 정보를 관리하면서 필요한 정보를 활용할 수 있다.
또한, 충전시스템 제어장치(140)는 배터리의 온도와 충전전류에 기초하여 배터리가 적정 온도 범위로 유지되도록 공조장치(120)를 통해 챔버(110) 내의 온도를 조절할 수 있다. 이를 위해 충전시스템 제어장치(140)는 배터리의 온도 및 충전전류에 따른 온도 상승 데이터를 미리 확보하여 저장하고 있다가 이를 활용하여 챔버(110) 내부의 목표 온도를 설정하고 공조장치(120)가 챔버(110) 내부의 온도를 해당 목표 온도가 되도록 제어할 수 있다. 또는 챔버(110) 내부의 목표 온도를 설정하는 대신 배터리의 현재 온도와 배터리의 미리 설정된 적정 온도의 차이 및 충전전류에 따라 공조장치(120)의 냉각 기능의 강약을 조절하는 방식으로 수행될 수도 있다.
충전시스템 제어장치(140)는 전기버스가 챔버(110) 내에 수용되면 전기버스의 배터리를 충전하기 전에 공조장치(120)를 제어하여 배터리의 온도를 소정의 온도 이하로 낮춘 후에 충전장치(130)를 제어하여 배터리의 충전을 시작할 수 있다. 전기버스가 노선 주행을 마친 후에 바로 챔버(110) 내에 진입하는 경우, 즉시 충전을 시작하면 노선 주행 중에 온도가 상승한 배터리가 급격히 가열되면서 배터리 온도가 적정 온도 범위를 벗어나는 경우가 발생할 수 있는데 이를 방지하기 위한 것이다. 전기버스를 챔부(110) 외부에서 대기시키며 배터리의 온도를 낮추는 방법을 사용할 수도 있지만 챔버(110) 내에서 공조장치(120)를 사용하여 배터리를 냉각시키면 배터리의 냉각을 위한 시간을 단축시킬 수 있으므로 더욱 효과적이다. 공조장치(120)가 배터리를 향해 냉각된 공기를 집중적으로 분사할 수 있도록 특정 방향 및 위치로 냉각 공기를 분사할 수 있도록 구성하면 배터리를 빠른 시간에 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
충전시스템 제어장치(140)는 전기버스의 운행정보 중에서 운행중인 전기버스의 현재 위치 정보 및/또는 차고지 도착 예정 시점 정보를 사용하여 차고지로 들어올 예정인 전기버스의 충전 시작 시점을 예상하고 충전 예상 시점에 챔버(110) 내부의 온도가 미리 설정된 온도가 되도록 공조장치(120)를 제어하여 챔버(110) 내부를 미리 냉각시킬 수 있다. 이러한 방법에 의하면 챔버(110) 내부로 진입한 전기버스의 배터리를 단시간 내에 냉각시킨 후에 충전을 시작할 수 있으므로 충전을 위한 시간이 충분하지 않은 경우에 효과적이다.
충전시스템 제어장치(140)는 전기버스 내의 배터리 관리장치(BMS)로부터 배터리의 온도를 포함하는 배터리 정보를 입수하여 활용할 수 있다. 전기버스는 충전 중에 시동이 꺼져 있어야 하는데, 배터리 관리장치는 보조 전원을 사용하여 시동이 꺼진 상태에서도 동작이 가능하므로 충전시스템 제어장치(140)는 배터리 관리장치로부터 배터리 온도, 배터리 충전상태 등 배터리의 충전에 필요한 정보를 입수할 수 있다.
도 3은 챔버(320)에 전기버스(310)가 진입하여 충전하는 상태를 예시하고 있다. 챔버(320)에 형성된 차량 출입구의 면적은 전기버스(310)의 단면적에 비해 약간의 여유를 둘 정도의 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 전기버스(310)의 일부가 챔버(320)에 진입하여 충전 중일 때 차량 출입구와 전기버스(310) 사이의 틈을 통해 외부의 열이 챔버(320) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 앞서 언급한 슬라이드 방식의 밀착부 또는 에어커튼을 사용하면 배터리의 온도 상승을 더욱 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 충전시스템(100)에 사용되기 위한 전기버스(310)는 배터리가 차체의 후방에 배치되는 배터리 후방 장착형인 것이 바람직하다. 현재의 전기버스는 일반적으로 배터리가 차량 중앙의 천정이나 바닥측에 부착되고 있는데, 이러한 형태의 전기버스를 챔버(310)에 진입시켜 배터리를 냉각시키면서 충전하기 위해서는 챔버(310)의 크기가 커져야 하는 문제가 있으므로, 본 발명의 충전시스템을 통해 충전되는 전기버스는 배터리가 후방에 장착되는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 충전시스템은 차고지에 챔버(420)를 복수 개 구비하여 복수의 전기버스(410)를 동시에 충전할 수 있다. 하나의 챔버가 복수의 전기버스(410)를 수용하도록 구성할 수도 있으나, 이 경우 챔버의 전기버스 수용 공간에 비해 충전되는 전기버스(410)의 수가 적을 경우 챔버 내의 온도를 낮추는데 불필요한 전력을 소모하게 되므로, 도 4와 같이 복수의 전기버스(410)가 복수의 챔버(420) 각각에 진입하여 충전하는 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 충전 알고리즘을 나타내는 도면이다.
S510 단계는 전기버스가 챔버 내부로 진입하기 전에 챔버 내부를 미리 냉각시키는 단계이다. 전기버스의 운행 정보를 통해 차고지로 들어올 예정인 전기버스의 충전 시작 시점을 예상하고 충전 예상 시점에 챔버 내부의 온도가 미리 설정된 온도가 되도록 공조장치를 제어하여 챔버 내부를 미리 냉각시킬 수 있다. 이러한 방법에 의하면 챔버 내부로 진입한 전기버스의 배터리를 단시간 내에 냉각시킨 후에 충전을 시작할 수 있으므로 충전을 위한 시간이 충분하지 않은 경우에 효과적이다.
S520 단계에서 전기버스가 챔버 내에 수용되면, S530 단계로 진입하여 배터리 온도가 미리 설정된 기준 온도 이하인지를 확인할 수 있다. 배터리의 온도가 미리 설정된 기준 온도 이상이면 배터리를 충전하기 전에 배터리의 온도가 기준 온도가 될 때까지 배터리를 냉각시키며 대기할 수 있다. 전기버스가 노선 주행을 마친 후에 바로 챔버 내에 진입하는 경우, 즉시 충전을 시작하면 노선 주행 중에 온도가 상승한 배터리가 급격히 가열되면서 배터리 온도가 사용 가능 범위를 벗어나는 경우가 발생할 수 있는데 이를 방지하기 위한 것이다. 만약 전기버스가 챔버 내로 진입한 시점에서 배터리의 온도가 기준 온도 미만이라면 바로 배터리 충전을 시작할 수도 있다.
S540 단계는 챔버 내부의 온도를 조절하면서 배터리를 충전하는 단계이다. 이 단계에서 배터리의 온도, 현재 충전상태, 목표 충전상태 및 전기버스의 발차시각 등에 기초하여 결정된 충전전류로 배터리를 충전하면서 배터리의 온도와 충전전류에 따라 챔버 내의 온도를 조절할 수 있다.
이를 위해 충전시스템 제어장치는 배터리의 온도, 현재 충전상태, 목표 충전상태 및 충전 중인 전기버스의 발차시각에 기초하여 전기버스의 발차시각 전에 배터리가 목표 충전 상태가 되도록 하기 위한 충전전류를 계산하고, 충전장치가 해당 충전전류로 배터리를 충전하도록 충전장치를 제어할 수 있다.
목표 충전 상태는 충전 대상 전기버스의 발차시각 및 운행노선을 고려하여 결정될 수 있다. 운행노선을 고려하는 이유는, 전기버스의 운행거리가 짧다면 배터리를 굳이 완전히 충전시킬 필요가 없이 노선 운행에 필요한 정도로만 충전시키는 것이 바람직하기 때문이다. 운행노선을 고려하여 배터리의 적절한 목표 충전상태를 설정하면 배터리를 불필요하게 많이 충전시킬 필요가 없으므로 배터리의 온도를 낮추려는 관점에서 바람직하다. 적절한 목표 충전상태의 설정을 위해 발차시각 및 운행노선 정보로부터 도로 정체 정도 및 운행거리를 함께 고려하여 목표 충전상태를 설정할 수도 있다. 동일한 운행거리인 경우에도 도로 정체가 심하다면 목표 충전상태를 좀 더 높게 설정하는 것이 바람직하므로 운행거리 및 차량 정체 정도를 함께 고려하여 필요한 배터리 용량을 좀 더 정확하게 산출할 수 있다. 또한, 동일한 거리를 주행하더라도 배터리 노후 상태에 따라 필요한 충전 정도는 달라질 수 있으므로 충전시스템 제어장치(140)는 배터리 노후 상태를 반영하여 더욱 정확한 목표 충전상태를 산출할 수 있다. 충전시스템 제어장치(140)는 발차시각, 운행노선, 운행거리, 배터리 노후 상태 등에 대한 정보를 활용하여 목표 충전상태를 설정하기 위해 위해 전기버스의 발차시각, 운행노선, 운행거리 및 배터리의 노후 상태에 대한 정보를 관리하면서 필요한 정보를 활용할 수 있다.
또한, 충전시스템 제어장치는 배터리의 온도와 충전전류에 기초하여 배터리가 과열되지 않도록 공조장치를 통해 챔버 내의 온도를 조절할 수 있다. 이를 위해 충전시스템 제어장치는 배터리의 온도 및 충전전류에 따른 온도 상승 데이터를 미리 확보하여 저장하고 있다가 이를 활용하여 챔버 내부의 목표 온도를 계산하고 공조장치가 챔버 내부의 온도를 해당 목표 온도가 되도록 제어할 수 있다. 또는 챔버 내부의 목표 온도를 계산하는 대신 배터리의 현재 온도와 배터리의 미리 설정된 적정 온도를 비교하면서 공조장치의 냉각 기능의 강약을 조절하는 방식으로 수행될 수도 있다.
마지막은 S550 단계로서, 배터리가 목표 충전 상태가 되는지를 확인하고, 배터리가 목표 충전 상태가 되면 배터리의 충전을 종료할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 배터리 상태뿐만 아니라 전기버스의 운행 정보에 기초하여 충전전류를 결정하고 이에 따라 챔버 내부의 온도를 조절함으로써 정해진 노선을 운행하는 전기버스의 배터리 충전 과정에서 배터리의 온도 상승을 억제하여 수명 단축 및 성능 저하 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 충전시스템
110 : 챔버
111 : 챔버 본체
113 : 작업자 출입구
115 : 차량 출입구
120 : 공조장치
130 : 충전장치
140 : 충전시스템 제어장치

Claims (8)

  1. 배터리가 후방에 장착된 전기버스의 배터리가 장착된 부분을 수용하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되어 챔버 내의 온도를 조절하는 공조장치; 및
    상기 챔버 내에 수용된 전기버스의 배터리를 충전하는 충전장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기버스의 배터리가 장착된 부분이 챔버 내에 수용되면 상기 공조장치를 제어하여 상기 챔버 내의 온도를 조절하면서 상기 충전장치를 제어하여 상기 배터리를 충전하도록 하는 충전시스템 제어장치를 더 포함하고,
    상기 충전시스템 제어장치는 상기 배터리의 온도, 현재 충전 상태, 목표 충전 상태 및 상기 전기버스의 발차시각에 기초하여 상기 전기버스의 발차시각 전에 상기 배터리가 상기 목표 충전 상태가 되도록 하기 위한 충전전류를 계산하고 상기 충전장치가 상기 계산된 충전전류로 상기 배터리를 충전하도록 상기 충전장치를 제어하며,
    상기 충전시스템 제어장치는 상기 배터리의 온도와 상기 충전전류에 기초하여 상기 공조장치를 통해 상기 챔버 내의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 충전시스템 제어장치는 상기 전기버스가 상기 챔버 내에 수용되면 상기 전기버스의 배터리를 충전하기 전에 상기 공조장치를 제어하여 상기 배터리의 온도를 소정의 온도 이하로 낮춘 후에 상기 충전장치를 제어하여 상기 배터리의 충전을 시작하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전시스템.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 충전시스템 제어장치는 상기 전기버스 내의 배터리 관리장치(BMS)로부터 상기 배터리의 온도 정보를 입수하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 공조장치는 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전시스템.
  6. 배터리 후방 장착형 전기버스의 배터리가 장착된 부분을 수용하는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되어 챔버 내의 온도를 조절하는 공조장치, 상기 챔버 내에 수용된 전기버스의 배터리를 충전하는 충전장치, 및 상기 공조장치 및 상기 충전장치를 제어하는 충전시스템 제어장치를 포함하는 전기버스 충전시스템에 의해 수행되는 전기버스 충전 방법으로서,
    상기 전기버스가 상기 챔버 내에 수용되기 전에 상기 챔버 내부를 냉각시키는 제1 단계;
    상기 전기버스의 몸체 중에서 상기 배터리를 포함하는 일부가 상기 챔버 내에 수용되면 상기 배터리를 충전하기 전에 상기 배터리의 온도가 소정 온도가 될 때까지 상기 배터리를 냉각시키는 제2 단계;
    상기 배터리의 온도가 상기 소정 온도 이하가 되면 상기 배터리의 충전을 시작하는 제3 단계;
    상기 배터리의 온도, 현재 충전 상태, 목표 충전 상태 및 상기 전기버스의 발차시각에 기초하여 결정된 충전전류로 상기 배터리를 충전하면서, 상기 배터리의 온도와 상기 결정된 충전전류에 따라 상기 챔버 내의 온도를 조절하는 제4 단계;
    상기 배터리가 목표 충전 상태가 되면 상기 배터리의 충전을 중단하는 제5 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 목표 충전 상태는 충전대상 전기버스의 발차시각 및 운행노선을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 배터리의 온도 정보는 상기 전기버스 내의 배터리 관리장치(BMS)로부터 입수하는 것을 특징으로 하는 전기버스 충전 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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