KR20230036575A - 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템 - Google Patents

탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템에 관한 것으로, 전기자동차에 고정식으로 구비된 메인배터리와 연계하여 사용할 수 있는 탈부착 보조배터리를 가까운 임차소나 도로변 휴게소 등에서 미리 만충전 되어 있는 탈부착 보조배터리가 내장된 수납박스를 전기자동차에 마련한 탈착 안내 레일에 기계적으로 단시간에 삽입하여 전기자동차의 충전 대기시간 걱정 없이 연속해 주행할 수 있게 한 것이다.
즉, 본 발명은 메인배터리의 전원으로 구동하는 전기자동차에 유사시 기계적으로 탈착하는 탈부착 보조배터리를 더 설치하되; 상기 탈부착 보조배터리는, 메인배터리 셀 한개 용량과 동일한 셀 용량으로 복수의 셀이 내장된 복수의 모듈로 구성되어 메인배터리와 직렬로 연결되며, 탈부착 보조배터리에는 온도감지 장치와 각 셀 관리제어장치(CMU)와, 온도 및 비상시 차단기능 제어장치(PRA)를 거쳐 메인배터리의 배터리메니저먼터시스템(BMS)와 연결되어 통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)에 의해 제어되도록 하며; 상기 탈부착 보조배터리의 장착 장소는 임차소나 도로변 휴게소에서 미리 만충전된 상태로 보관하고, 필요시 주행할 연장 거리만큼 개별 용량으로 복수 등급한 탈부착 보조배터리를 선택할 수 있고, 차량의 지붕 또는 뒷좌석 등뒤 아래쪽에 장착한 두곳의 탈부착 보조배터리를 하나로 연결해 혹한과 혹서,연휴 정체 등의 전기과다 사용을 대비해 고용량을 메인배터리에 제공하고, 목적지에 도착한 다음 정차 시간적 여유가 많아 습관적으로 메인베터리 충전을 수명보호 완속충전하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템{Extended mileage system for electric vehicles using detachable auxiliary batteries}
본 발명은 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기자동차에 고정식으로 구비된 메인배터리와 연계하여 용량이 부족할 때 유사시 사용할 수 있는 탈부착 보조배터리가 내장된 수납박스를 가까운 임차소나 도로변 휴게소 등에서 미리 만충전한 후 전기자동차에 구비되어 있는 수납박스 안내 레일에 기계적으로 단시간에 탈착하여 그 동안 전기자동차가 불편했던 충전 대기시간과 불안한 주행 한계거리 걱정 없이 목적지를 향해 연속해 주행할 수 있도록 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템을 제공코자 하는 것이다.
지금까지의 기후변화 대응으로는 지구온난화의 속도를 늦추기에 충분하지 않으며, 보다 획기적인 온실가스 감축과 기후변화 대응이 이루어지지 않으면 인류 전체가 위기에 처할 수 있다는 경고가 확산되고 있는 가운데 엄격한 지구 환경 규제인 탄소배출 벌금 부과 문제로 세계 각국 정부의 엔진 멸종 시대"휘발유ㆍ경유차 퇴출"이란 혁명적 선언으로 전기자동차 전략에 사활을 걸고 주도권 잡기 개발경쟁이 치열한 가운데 차종별 1회 충전 주행 150Kmtr ~450Kmtr 한계거리로 오르막과 급가속시,에어컨,히터,계기판,시거잭등 차량 내 공조장치나 전기 기기들을 사용할 경우 주행거리가 더 짧아지며 특히 영하-7℃에선 방전 등으로 평균 100kmtr 정도 대폭 줄어 든다는 주행실험 결과등의 불안한 문제를 풀기 위해 각국 제조사들이 별다른 혁신 없이 기술력보다 상술로 단순히 배터리 용량을 높인 만큼 충전시간은 더 오래 걸리고 전비는 유류 자동차의 연비에 해당되는 배터리 용량만 크게 늘려 주행거리를 연장하여 소비자의 관심을 유도한 정황에 상술 논란이 많다.
그리고 전기자동차 개발에는 충전 관련 기술이 시장 형성에 중요한 부분이며, 충전 편리성은 전기자동차 보급증대에 매우 중요한 부분으로 자동차 구매 시 가장 큰 장점 중 하나인 편의성으로 정차 중 장시간 기다리는 불편한 문제가 해결된다면 출·퇴근길 충전에 대한 불편함을 해결하여 중소형 승용차와 화물차 이외의 차종 다양화로 선택권을 넓힐 수 있어야 대중화가 제대로 이뤄진다고 보는데 아직도전기자동차 보급증대에 큰 걸림돌은 충전소를 찾아 충전하려면 충전구역에 일반차량이 주차하는 문제, 완충 후 전기자동차를 빠르게 이동하지 않는 충전장소 문제와 충전시간이 절약되는 즉 소비자들 이용이 편리해야만 조기 전기자동차 상용화의 성패가 좌우될 것입니다.
화석 연료의 고갈 및 화석 연료의 사용으로 인한 공해물질의 발생에 따라 전기를 이용하여 구동되는 전기자전거, 전기오토바이, 전기자동차 등의 전기자동차량에 대한 관심이 높아지고 있다. 구체적으로 전기자동차량은 내장된 에너지 저장 시스템인 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동하는 차량을 의미한다.
일반적으로 전기자동차량의 에너지 저장 시스템으로는 충방전이 가능한 메인배터리가 많이 사용된다.
일정한 용량의 메인배터리에 외부 전력으로 충전되고, 이를 구동전력으로 하여 전기자동차량이 운행된다. 상기 메인배터리의 충전용량이 소진된 뒤에는 상기 메인배터리를 재충전하면 다시 전기자동차량을 운행할 수 있다.
그러나 주변에 충전소가 없다거나 접촉 사고로 메인배터리가 고장나 전력을 공급받을 수 없는 경우에는 전기자동차량을 구동시킬 수 없어 차량 견인 등과 같은 비상 상황이 발생할 수 있다. 또한 해외 출장 등으로 인한 장기 주차로 메인배터리가 심하게 방전되어 전기자동차량의 시동을 걸 수 없는 상황도 발생할 수 있다. 이와 같은 비상 상황에 대하여 대안을 제시한 발명이 있다.
대한민국 등록특허(B1)10-1180801호(2012.09.03.)의 보조배터리를 이용한 전기장동자의 주행거리 증대방법이 제안되고 있으며, 이는 전기자동차에 메인배터리와 보조배터리를 함께 고정 장착하고, 보조배터리의 충전상태 및 건강 상태에 따라 메인배터리 및 보조배터리의 충전량을 제어하여 전기자동차의 주행거리를 늘릴 수 있는 에너지 저장 시스템을 제시하였다.
대한민국 공개특허공보(A)10-2014-0013250호(2014.02.05.)의 멀티 배터리팩을 이용한 차량용 전원 공급장치 및 제어방법이 제공되고 있으며, 이는 메인 배터리팩의 전원 및 보조배터리팩의 전원 중 하나만이 차량구동계에 선택적으로 전달되도록 스위칭 동작되어 둘 중 하나의 배터리팩 제어가 불가능한 비상 상황이 발생한 경우에 대응할 수 있는 멀티 배터리팩을 제시하고 있다.
상기 선행기술은 항상 싣고 다녀야 하고 충전시 차량을 정차해 두고 장시간 기다리는 충전시간이 필요로 한다.
대한민국 등록특허공보(B1)10-1030615호(2011.01.14.)의 배터리의 절환장치 및 방법이 제공되고 있으며, 이는 메인배터리가 만방전된 경우 고정식으로 제공하는 보조배터리를 연결하면 전기 자동차가 자동으로 보조배터리로부터 구동 전력을 공급받도록 하는 배터리 절환 장치를 제시하였다.
상기 종래기술들은 고정식 메인배터리와 함께 사용할 수 있는 고정식 보조배터리를 포함하는 구성들을 제공하고 있으며, 고정식 구성의 보조배터리가 차량에 탑재된 배터리제어장치(Battery Management System, 이하 BMS)에 연결되어 작동하도록 한 것으로 BMS가 고장인 경우에는 차량을 구동시킬 수 없다는 한계가 있다.
그러나 상기한 선행기술은 보조배터리 또는 외장배터리팩이 차량에 고정상태로 운행이 이루어지도록 한 것으로, 메인배터리와 보조배터리 또는 외장 배터리가 만방전된 경우 충전기를 통해서 장시간 충전을 행해야 하는 문제점은 여전하다.
KR 101180801 B1 2012.09.03. KR 1020140013250 A 2014.02.05. KR 101030615 B1 2011.01.14.
이에 본 발명자는 전기자동차에 고정으로 설치하여 사용하고 있는 메인배터리가 주행할 거리에 비해 용량이 부족할 때 충전소를 찾아 장시간 충전 대기해야 하는 전기자동차의 가장 큰 불편한 문제점에 착안하여 본 발명을 연구 개발한 것이다.
즉, 본 발명에서는 메인배터리 소모로 충전이 필요하나 시간도 없고 난감할 때 빠른 시간 내 주행거리를 연장할 수 있는 탈부착 보조배터리가 내장된 수납박스를 필요한 용량만큼 선택하여 전기자동차의 탈착 안내 레일에 기계적으로 3분 동안 장착할 수 있도록 통일된 규격의 수납박스를 취급하고, 유사시 언제든 가까운 임차소나 도로변 휴게소 등에서 미리 만충전 되어 있는 탈부착 보조배터리를 기계적으로 단시간에 장착할 수 있도록 함으로써 충전 대기시간 걱정 없이 주행을 연장할 수 있도록 한 탈부착 보조배터리를 이용하는 모든 전기자동차에게 주행거리를 연장 할 수 있는 시스템을 제공함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
또한 본 발명은 메인 배터리 용량이 부족한 전기자동차가 탈부착 보조배터리를 이용하여 주행거리를 연장해 목적지 집이나 사무실에 도착한 후 시간적 여유가 많아 메인배터리 충전은 급속보다 3~4배 가격이 싸고 수명도 늘릴 수 있는 완속충전을 제공하고, 수납부에 실려 있는 탈부착 보조배터리는 메인배터리와 단절시켜 두고 다음 날 운행시 가까운 인근 임차소에서 잔류 용량확인 정산 후 반납하여 차체 무게를 줄인 만큼 연비를 높일 수 있도록 함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
또한 본 발명은 탈부착 보조배터리를 구매 소유하거나 임차방법으로 제공할 수 있으며, 모든 전기자동차가 이용에 부담을 최소화 하고, 전기자동차의 메인배터리 장착 용량을 줄여 생산하여 출고할 수 있어 판매가격도 낮출 수 있고, 유사시 탈부착 보조배터리 장착 시간도 연료차 주유시간과 비슷한 3분내 짧은 시간에 기계적으로 장착하여 목적지까지 연속 주행을 자유롭게 함으로써 전기자동차 조기 대중화를 가속화 할 수 있도록 함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
과제 해결 수단으로 본 발명에서는,
첫째 메인배터리의 전원으로 구동하는 전기자동차에 기계적으로 탈착하는 탈부착 보조배터리를 유사시 더 설치하되; 상기 탈부착 보조배터리는, 메인배터리 셀 한개 단위 용량과 동일한 단위 셀 용량으로 복수의 셀이 내장된 모듈과 팩으로 구성되어 메인배터리와 또는 구동부에 직결해 사용하며, 탈부착 보조배터리에는 온도감지 장치와 각 셀 관리제어장치(CMU)와 온도 및 비상시 차단기능 제어장치(PRA)를 거쳐 메인배터리의 배터리메니저먼터시스템(BMS)와 연결되어 통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)에 의해 제어되도록 하며; 상기 탈부착 보조배터리는 임차소나 도로변 휴게소에서 미리 만충전된 상태로 보관하고, 임차시 기계적으로 탈부착 결합할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
둘째 상기 임차소나 도로변 휴게소에서는 탈부착 보조배터리를 임차 또는 반납시 잔량을 확인하는 배터리 잔량확인 수단과; 목적지까지의 주행할 거리 계산을 통해서 사용자에게 적합한 용량의 탈부착 보조배터리를 선택해 제공하며, 탈부착 보조배터리를 임차시 임차비용을 결재하고, 반납시 사용 후 잔량에 따른 비용을 정산 처리하는 기능을 제공하는 키오스크를 구비한 것을 특징으로 한다.
셋째 상기 탈부착 보조배터리는, 전기자동차에 장착하는 수납박스에 내장되며, 수납박스는 전기자동차에 설치된 장착 안내 레일에 기계적으로 결합하여 통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)와 전기적 접점이 있도록 연결한 것을 특징으로 한다.
넷째 상기 수납박스는, 차량의 지붕위 또는 뒷좌석 등뒤 아래쪽과 화물차 적재함 전면쪽 위나 벽면에 위치하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
다섯째 탈부착 보조배터리는, 메인배터리의 정격용량보다 적은 모듈 또는 팩으로 구성된 탈부착 보조배터리를 필요시 연장할 거리에 맞는 배터리 용량을 선택할 수 있도록 개별 선택 용량 범위를 1~3개 복수 등급으로 소분한 탈부착 보조배터리를 구성한 것을 특징으로 한다.
여섯째 상기 탈부착 보조배터리가 차량의 지붕 또는 뒷좌석 등뒤 아래쪽에 장착한 두곳의 탈부착 보조배터리를 하나로 연결해 메인배터리 또는 구동부에 직결해 혹한과 혹서,연휴 정체 시의 전기과다 사용을 대비해 고용량을 배터리를 제공할 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.
일곱째 상기 탈부착 보조배터리를 이용하여 유사시 주행거리를 연장해 목적지에 도착한 후 시간적 여유가 많아 용량 부족 메인배터리 충전은 급속충전보다 가격이 3~4배 싸고 수명도 늘릴 수 있는 완속충전을 제공할 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템에 의하면 전기자동차를 운행 중 메인배터리의 용량 소모로 급속충전을 하더라도 20~30분 이상 충전 대기해야 하지만, 탈부착 보조배터리는 3분내 짧은 시간에 교체하여 충전 대용으로 주행거리를 늘려 갈 수 있으므로 유사시 탈부착 보조배터리를 언제든 기계적으로 간편하게 탈부착 하는 방법을 통해서 주행거리를 필요한 만큼 계속 연장할 수 있게 되는 것이다.
그리고 단시간 장착 탈부착 보조배터리 사용으로 충전과 주행불안이 없기 때문에 귀가 후 장시간 완속 충전을 습관적으로 유도하여 급속충전 시 대두되고 있는 메인배터리의 수명 단축에 따른 문제점을 해결할 수 있다.
또 본 발명에서 소비자들 이용 부담비를 적게 제공하기 위해 탈부착 보조배터리를 임차해 이용할 수 있도록 탈부착하는 임차장소를 도로변 수많은 연료 주유소 활용과 휴게소 등, 또는 도로 중간에서 오도 가도 못할 때 탈부착이 가능한 기계적 장치가 구비된 견인차를 호출해 이용할 수 있으며, 임차소에 반납된 탈부착 보조배터리의 충전은 저렴한 심야전기를 사용하거나, 외부 태양광발전, 풍력발전 등을 통해서 충전할 수 있어 충전에 따른 비용을 절감할 수 있다.
또한 전기자동차 대중화의 가장 큰 문제인 장시간 기다리는 불편한 충전대기 시간과 불안한 주행 한계거리 문제를 해결하기 위해 최근 제조사들이 고용량 고가의 메인배터리를 장착하여 주행거리를 멀리해 고가로 판매하려 하나 충전시간은 더 오래 걸리며 충전 불편함은 여전하고 대중성이 없어 소비자들로 부터 외면받고 있는 문제점을 해결할 수 있다.
그리고 수년전부터 메인배터리 교체방식이 일부 국가 차종에 시행하고 있으나 더 멀리 더 빨리 충전하기 위해 경쟁사 마다 메인배터리 용량이 각기 다르고, 급속충전 횟수와 사용시간에 따라 교체 차종마다 잔여 성능이 제각각으로 이를 해결하려 경쟁적인 메인배터리의 성능을 통일하기엔 어려움이 많아 교체형 사업이 소비자 선호도가 떨어져 성공하지 못하고 있지만 본 발명은 메인배터리의 용량이 부족할 때 추가로 3분내 장착하는 외장형 탈부착 보조배터리를 이용할 경우 충전 불편이 없고 주행거리도 필요한 만큼 연장할 수 있고, 불필요시 언제든 반납하여 소비자들 이용 만족도를 높일 수 있어 전기자동차 조기 대중화에 앞장설 수 있는 유일한 기술인 것이다.
도 1은 일반적인 전기자동차의 전기적 흐름 구성을 보인 개략도
도 2는 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템의 기본 개념도
도 3은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템을 통해서 탈부착 보조배터리를 임차 및 반납하는 순서를 보인 블록도
도 4 내지 도 5는 본 발명에서 제공하는 주행거리 연장용 탈부착 보조배터리가 구비된 전기자동차의 구성을 보인 개략도
도 6은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리가 내장된 수납박스 장착 위치를 전기자동차의 지붕에 적용한 상태를 보인 단면도
도 7은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 전기자동차의 뒷자석 등뒤 아래쪽에 적용한 상태를 보인 단면도
도 8은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 화물차 구성의 전기자동차의 지붕과 적재함 바닥에 적용한 상태를 보인 단면도
이하 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템의 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 일반적인 전기자동차의 전기적 흐름 구성을 보인 개략도를 도시한 것이다.
일반적으로 제공되고 있는 전기자동차(1)는, 자체에 메인배터리(2)를 탑재 고정으로 설치하며, 통합전력제어장치(3)와 전기적으로 연결된다.
통합전력제어장치(3)(Electric Power Control Unit, EPCU)는 차량 내 전력을 제어하는 장치를 통합하여 효율성을 높여주는 역할로, 인버터(4)(Inverter), LDC(5)(Low voltage DC-DC Converter), VCU(6)(Vehicle Control Unit)으로 구성되어 있다.
인버터(4)는 메인배터리(2)의 직류 전원(DC)를 교류 전원(AC)으로 변환하여 모터 속도를 제어하는 장치이다. 가속과 감속 명령을 담당하여 전기자동차의 운전성을 높이는데 매우 중요한 역할을 맡고 있다.
LDC(5)는 고전압 배터리의 전원을 저전압(12V)으로 변환해 전장시스템(7)에 전력을 공급하는 장치이다. 예로 전기자동차(1)의 계기판, 오디오 시스템 및 각종 부품과 센서에 전력을 공급하는 전류를 제공한다.
VCU(6)는 통합전력제어장치(3)(EPCU)에서 가장 중요한 부품 중 하나로 차량 내 전력 제어기를 총괄하는 컨트롤 타워에 해당하는 것으로, 모터제어, 회생제동 제어, 공조 부하 제어, 전장 부하 전원 공급제어 등 차랭의 전력제어와 관련된 대부분을 관장한다.
전기자동차(1)에 설치되어 있는 고중량의 메인배터리(2)는 차체의 바닥에 설치하며, 외부전원과 전기적으로 연결된 충전기를 통해서 충전이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 메인배터리(2)는, 배터리 단위 셀 하나를 여러개로 합쳐 모듈로 구성하고, 이들 복수개의 모듈을 하나로 합쳐 팩으로 구성한 것으로 외부 환경의 물리적 충격으로부터 보호하며 특정한 역할을 수행할 수 있도록 한다.
메인배터리(2)에는 BMS(2a)(Battery Management System)를 연결하여 메인배터리(2)을 제어할 수 있도록 한다. BMS(2a)란 센서에서 감지한 배터리 정보를 입력 받아 상황을 판단하고 적절한 배터리 상태를 유지하기 위해 제어하는 시스템을 의미하는 것으로, 각종 센서와 측정 방식을 이용해 배터리 셀별 충전 용량을 측정하는 배터리 잔존 용량 측정과, 측정한 각 셀의 SOC(셀의 잔존 용량) 데이터를 통해 타 셀들에 비해 높게 충전된 셀을 방전시키는 방법으로 셀들의 충전 용량을 비슷한 수준으로 만드는 역할을 하여 셀간 용량 편차를 줄일 수 있도록 하는 셀 충전 용량의 밸런싱을 맞추는 기능성을 제공한다.
상기 인버터(4)는 메인배터리(2)에서 제공하는 고전압 DC전류를 AC전력으로 변환하여 구동모터(8)에 제공한다. 이때 상기 모터제어장치(9)(MCU)는 상기 메인배터리 상태 정보 및 상태 정보로부터 추산되는 각종 정보를 계기판을 통해 운전자에게 표시한다.
그리고 상기 LDC(5)는 상기에서 언급한 바와 같이 메인배터리(2)에서 제공하는 고전압 전류를 전기자동차(1)의 계기판, 오디오 시스템 및 각종 부품과 센서등의 전장부품들에게 적정 전류를 제공하기 위한 것으로, 메인배터리(2)에서 제공하는 고전압 전류를 직류 12V로 변환하여 제공하게 된다.
상기한 구성으로 이루어지는 일반적인 전기자동차(1)는 메인배터리(2)에 충전되어 있는 용량만큼 주행이 가능하며, 주행 중 방전이 이루어지면 충전소에서 반드시 장시간 기다리며 충전해야 하는 불편이 있다.
본 발명에서는 주행중 메인배터리(2)의 용량이 부족할 때 장시간 기다리면서 충전해야 하는 불편없이 임차소나 휴게소 등에서 미리 만충전되어 있는 탈부착 보조배터리(30)를 짧은 시간에 기계적으로 삽입하는 방법을 통해서 주행거리를 필요한 만큼 연장하면서 목적지에 도착한 후 시간적 여유를 가지고 전기자동차(1)에 고정 되어 있는 메인배터리(2)를 습관적으로 완속 충전할 수 있도록 한 것이다.
도 2는 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템의 기본 개념도를 도시한 것이다.
본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템의 개념은 메인배터리(2)로 구동하는 전기자동차(1)가 유사시를 대비해 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20) 장착 안내 레일을 전기자동차에 마련하여, 운행 중 메인배터리의 용량이 부족할 때 IT로 탈부착 보조배터리(30)의 장착소를 검색해 찾은 가까운 임차소나 도로변 휴게소에서 미리 만충전된 상태로 보관하고 있는 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20)를 전기자동차(1)의 안내레일에 기계적으로 장착할 수 있도록 한다.
상기 임차소나 도로변 휴게소에서 탈부착 보조배터리(30)를 임차 또는 반납시에는 사용한 배터리 잔량을 확인하여, 요금을 정산 처리할 수 있도록 한다.
임차소나 도로변 휴게소에는 배터리용량 확인수단(50)이 구비되어 있어 상기와 같이 탈부착 보조배터리(30)를 임차 또는 반납시 탈부착 보조배터리(30)의 사용 용량 상태를 제공한다.
또한 주행거리 연장형 탈부착 보조배터리(30)가 유사시 필요할 때 가까운 임차소나 도로변 휴게소에 비치되어 있는 키오스크(40)를 통해서 목적지까지의 잔여 주행거리를 계산하여 이에 적합한 용량의 탈부착 보조배터리(30)를 선택해 제공한다.
도 3은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템을 통해서 탈부착 보조배터리를 임차 및 반납과 사용요금 정산을 하는 순서를 보인 블록도를 도시한 것이다.
본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리(30)를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템을 통해서 탈부착 보조배터리(30)를 임차 및 반납과 정산하는 순서는 1)키오스크를 이용 소비자가 필요 용량의 탈부착 보조배터리를 확인 후 선택(S10), 2)임차비용을 결재(S20)한 다음, 3)탈부착 보조배터리가 내장된 수납박스를 전기자동차에 장착(S30), 4)목적지 주행(S40) 후, 5)다음 재 운행시 수납박스를 탈거해 반납(S50), 6)사용한 배터리 용량 확인 후 임차비용 정산(S60)의 순서에 의해 이루어지며, 이하 각 단계들을 보다 상세하게 설명한다.
1)소비자가 필요 용량의 탈부착 보조배터리를 확인 후 선택(S10)
탈부착 보조배터리(30) 선택은 사용자가 임차소나 도로변 휴게소의 키오스크(40)로 목적지까지의 주행거리 계산을 통해서 사용자에게 적합한 용량의 탈부착 보조배터리(30)를 선택한다.
2)임차비용을 결재(S20)
임차비용 결재는 상기와 같이 탈부착 보조배터리(30)를 선택한 상태에서 키오스크(40)를 통해서 임차비용을 결재한다. 이때 임차비용은 임차 보증금과 탈부착 보조배터리(30)가 만충전 된 상태의 비용을 지급한다. 임차비용은 현금결재 또는 약정된 카드결재가 가능하며, 키오스크(40)를 통해서 이루어진다. 이때 탈부착 보조배터리(30)는 수납박스(20)에 내장된 상태를 유지한다.
3)탈부착 보조배터리가 내장된 수납박스를 전기자동차의 안내 레일에 장착(S30)
탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20)를 전기자동차(1)의 안내레일에 장착은, 상기와 같이 임차비용이 결재되면 임차소나 도로변 휴게소에 비치되어 있는 만충전 된 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20)를 탈착 전용장비(60)로 전기자동차(1)에 구비되어 있는 안내레일에 결합시킨다.
4)목적지 주행(S40)
목적지 주행은, 탈부착 보조배터리(30)가 내입된 수납박스(20)를 전기자동차(1)에 결합시킨 후 탈부착 보조배터리(30)의 고전압 전력을 메인배터리에 직결시켜 전기자동차(1)의 통합전력제어장치(3)(Electric Power Control Unit, EPCU)를 통해서 구동모터 또는 차량의 전장부품들에 전력을 제공하여 운행한다.
5)다음 재 운행시 탈부착 보조배터리를 가까운 임차소에 탈거(S50)
탈부착 보조배터리(30) 탈거는 목적지에 도착 후, 다음 재 운행시 가까운 임차소나 도로변 휴게소에 방문하여 탈착 전용장비(60)로 전기자동차(1)에 장착되어 있는 탈부착 보조배터리(30) 가 내장된 수납박스(20)를 탈거한다.
6)사용한 배터리 용량 확인 후 임차비용 정산(S60)
사용한 배터리 용량 확인 후 임차비용 정산은 상기와 같이 탈거된 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20)를 임차소나 도로변 휴게소에 비치되어 있는 배터리용량확인수단(50)으로 탈부착 보조배터리(30)의 용량 상태를 확인 후 비용을 정산 처리한다.
이때 미리 결재한 임차비용에서 사용량에 따른 비용을 정산 후 잔량에 부합하는 비용을 사용자에 반환한다.
도 4 내지 도 5는 본 발명에서 제공하는 주행거리 연장용 탈부착 보조배터리가 구비된 전기자동차의 구성을 보인 개략도를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바에 의하면, 본 발명에서의 전기자동차(1)는 상기에서 언급한 바와 같이 자체에 메인배터리(2)를 탑재 설치하며, 통합전력제어장치(3)와 전기적으로 연결되며, 통합전력제어장치(3)(Electric Power Control Unit, EPCU)는 차량 내 전력을 제어하는 장치들을 통합하여 효율성을 높여주는 역할로, 인버터(4)(Inverter), LDC(5)(Low voltage DC-DC Converter), VCU(6)(Vehicle Control Unit)으로 구성되어 있으며, 아울러 전기자동차(1)에 유사시 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20)를 더 장착하는 것을 특징으로 한다.
상기 탈부착 보조배터리(30)는 모듈타입 또는 팩타입으로 제공될 수 있다.
상기 탈부착 보조배터리(30)는 전기자동차(1)에 마련된 지붕과 뒤좌석 등뒤 아래쪽에 수납박스(20) 장착용 안내 레일판을 설치하여 측면 또는 정면에서 기계적으로 밀어 넣어 결합하고, 빼내는 탈착식으로 사용한다.
상기 수납박스(20)는 팩 또는 모듈 타입의 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 박스 타입으로 제공될 수도 있다.
상기 안내 레일은 가로방향 또는 세로방향으로 제공될 수 있으며, 차량 측면과 정면에서 수납박스(20)의 밑바닥에 형성된 삽입 홈을 안내레일에 밀어 넣고 빼내 탈착할 수 있게 한다. 바람직하기로는 지붕위엔 가로방향으로 안내 레일을 설치하여 측면에서 탈착하고, 정차 또는 급 제동시 수납박스(20)가 앞으로 밀리는 현상을 방지할 수 있도록 하여 장착 편리성을 제공할 수 있게 한다.
상기 탈부착 보조배터리(30)의 수납박스를 지붕과 뒤좌석 등뒤 아래쪽 두곳에 장착해 메인배터리(2)와 직결하여 혹한,혹서,정체가 심할 때를 대비해 사용 배터리 총용량을 증대시켜 제공한다.
또한 상기 탈부착 보조배터리(30)가 팩으로 구성되어 유사시 메인배터리(2)가 만방전되었을 때 구동부에 일시적으로 직결해 비상용으로 사용할 수 있도록 제공한다.
탈부착 보조배터리(30)는 상기 메인배터리(2)와 연결되어 있는 BMS(2a)(Battery Management System)와 전기적으로 연결하여 탈부착 보조배터리(30)를 동시에 제어할 수 있도록 할 수 있으며, 필요에 따라 제2BMS(30a)를 더 구비하여 탈부착 보조배터리(30)를 관리할 수 있도록 할 수도 있다.
상기 탈부착 보조배터리(30)는, 메인배터리(2)의 정격용량보다 적은 모듈 또는 팩으로 구성될 수 있다. 바람직하기로는 메인배터리(2)의 정격 용량보다 적게 1/2이하 또는 1/3과 1/4로 복수 등분해 소분한 개별적 용량의 탈부착 보조배터리(30)는 연장 주행 거리별(距離別)로 필요한 용량을 선택할 수 있도록 구성할 수 있다.
탈부착 보조배터리(30)는 지정된 임차소와 충전소나 휴게소 등에서 미리 만충전된 상태로 공급토록 수납박스(20)에 내장된 상태로 제공하며, 사용 후 가까운 충전소나 휴게소 등에 반납하는 것으로, 평상시에는 전기자동차(1)에 장착 안내 레일 보드판만 비치되어 있고 수납박스(20)는 장착되지 않은 상태이다.
또한 탈부착 보조배터리(30)를 제공함에 있어서, 탈부착 보조배터리(30)는 용량이 부족한 메인배터리(2)를 지원하는 상태에서 비상용으로 탈부착 보조배터리(30)의 고전압 전류를 구동부와 전장부에 제공할수 있도록 한다.
즉, 인버터(4)로 탈부착 보조배터리(30)의 직류 전원(DC)를 교류 전원(AC)으로 변환하여 구동모터(8)로 제공할 수 있도록 하고, LDC(5)로 탈부착 보조배터리(30)에서 제공하는 고전압 전원을 저전압(12V)으로 변환해 전기자동차(1)의 전장부품인 계기판, 오디오 시스템 및 각종 부품과 센서에 전력을 공급하는 전류를 제공할 수 있도록 한 것이다.
도 6은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 전기자동차의 지붕에 적용한 상태를 보인 단면도를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 전기자동차의 뒷자석 등뒤 아래쪽에 적용한 상태를 보인 단면도, 도 8은본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리를 화물 전기자동차의 지붕위와 적재함 바닥에 적용한 상태를 보인 단면도를 각각 도시한 것이다.
본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리(30)가 내장된 수납박스(20)의 장착 위치는 전기자동차(1)의 다양한 위치에 제공될 수 있으며, 도 6 내지 도 8에 도시한 위치는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예를 도시한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
수납박스(20)는 중량의 탈부착 보조배터리(30)를 내장시킨 것으로, 교환의 편리성과, 사고 발생시 앞차 후면과 정면 충돌 위험으로부터 폭발 충격을 받지 않는 부위에 안전성을 제공하는 위치에 설치함이 바람직하다.
도 7에 의하면 전기자동차(1)의 지붕에 설치한 구성을 도시하고 있다. 지붕에 설치된 가로형 안내 레일에 수납박스(20)를 차량의 길이보다 폭이 좁은 측면에서 밀어 넣어 장착 고정하도록 한 것이다. 승용차 타입 또는 SUV타입에 적용할 수 있다
도 8에 의하면 전기자동차(1)의 뒤좌석 등뒤 아래쪽 공간을 활용하여 수납박스 장착 세로형 안내 레일 보드판을 수평에서 45도 내외로 승하강시켜 탈착할 수 있게 설치한 구성을 도시하고 있다.
도시된 바에 의하면 뒤좌석 등뒤 아래쪽 수납박스 장착 안내 레일 보드판 끝단에 유압식 회동축을 장치해 트렁크를 개폐하는 방향으로 수납박스(20)도 45도로 승하강하는 안내 레일 판을 설치하여 탈부착 보조배터리(30)를 탈착시에는 트렁크를 열고 수납안내 레일판을 45도로 승강시켜 수납박스를 밀어 넣고 장착한 다음 트렁크 바닥으로 수평으로 하강 안착시켜 사용할 수 있게 구성할 수 있다. 승용차 타입 또는 SUV타입에 적용할 수 있다.
도 9에 의하면 소형 화물차 구성의 전기자동차(1)에 적용한 것으로 적재함 바닥에 슬라이드 식으로 구성하거나, 운전석과 적재함 사이의 공간에 설치토록 한다.
본 발명에서 제공하는 탈부착 보조배터리(30)는 사용자가 구매 또는 임차해 사용할 수 있으며, 수납박스(20)를 탈부착하는 방법은 수납박스에 비밀번호를 장치해 인식케 한 다음 기계적으로 개폐가 이루어질 수 있으며, 반드시 탈부착 장착하는 전문 취급 지정 임차장소는 전국 주유소와 휴게소 등에서 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.
탈부착 보조배터리(30)의 용량 선택은 이용자가 임의 선택할 수 있으며, 바람직하기로는 이용자 또는 임차소의 키오스크(40)로 빠른 길 찾기 앱을 통해 필요한 주행거리 용량만큼 탈부착 보조배터리(30)를 선택하기 위해 목적지 잔유거리/시간 정보 등을 소비자 또는 취급소 키오스크(40)로 확인하여 이에 적합한 탈부착 보조배터리(30)의 개별 용량을 선택해 장착하면 된다.
중량의 탈부착 보조배터리(30)는 전기자동차(1)의 차체 총무게를 줄여서 연비를 향상시키기 위해 상시 탑재하지 않으며, 전기자동차가 집이나 사무실과 같은 시간적 여우가 많은 목적지에 도착한 후 메인 배터리와 보조 배터리 사이 연결된 부분을 OFF한 상태에서 습관적으로 메인 배터리만 급속충전보다 완속으로 충전하여 충전비용 절감과 메인배터리의 수명을 늘릴 수 있게 한다.
따라서 탈부착 보조배터리(30)는 다음 재 운행시 가까운 임차소 등에 반납하며, 반납시 잔량을 확인 후 요금을 정산처리하며, 탈부착 보조배터리(30)의 충전은 가까운 임차소에 반납하여 별도로 임차소 등에서 심야전기 또는 외부 친환경 전기로 충전하면 되는 것이다.
전기자동차 보급이 늘어나면 외부 충전 전기도 함께 증가되어야 하나 현실은 용이치 않는 점을 고려해 가능하면 불편한 급속충전기를 이용치 않고 편리한 본 기술을 이용하여 목적지에 도착한 후 시간적 여유를 가지고 전기자동차(1)에 고정 설치되어 있는 메인배터리(2)의 충전을 심야전기 등을 이용하여 습관적으로 완속 충전할 수 있도록 한다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1:전기자동차 2:메인배터리
2a:BMS(Battery Management System)
3:통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)
4:인버터(Inverter) 5:LDC(Low voltage DC-DC Converter)
6:VCU(Vehicle Control Unit) 7:전장시스템
8:구동모터 9:모터제어장치
20:수납박스 30:탈부착 보조배터리
31:절환스위치
S10:키오스크를 이용하여 소비자가 필요 용량의 탈부착 보조배터리를 확인 후 선택
S20:임차비용을 결재
S30:탈부착 보조배터리를 전기자동차의 수납박스 안내 레일에 장착
S40:목적지 주행
S50:다음 재 운행시 탈부착 보조배터리 탈거
S60:사용한 배터리 용량 확인 후 임차비용 정산

Claims (7)

  1. 메인배터리(2)의 전원으로 구동하는 전기자동차(1)에 유사시 기계적으로 탈착하는 탈부착 보조배터리(30)를 더 설치하되;
    상기 탈부착 보조배터리(30)는, 메인배터리(2) 셀 한개 용량과 동일한 셀 용량으로 복수의 셀이 내장된 복수의 모듈과 팩으로 구성되어 메인배터리(2)와 또는 구동부에 직결되며, 탈부착 보조배터리(30)에는 온도감지 장치와 각 셀 관리제어장치(CMU)와 온도 및 비상시 차단기능 제어장치(PRA)를 거쳐 메인배터리(2)의 배터리메니저먼터시스템(BMS(2a))와 연결되어 통합전력제어장치(3)(Electric Power Control Unit, EPCU)에 의해 제어되도록 하며;
    상기 탈부착 보조배터리(30)는 임차소나 도로변 휴게소에서 미리 만충전된 상태로 보관하고, 임차시 기계적으로 단시간내 탈부착 결합할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서;
    상기 임차소나 도로변 휴게소에서는 탈부착 보조배터리(30)를 임차 또는 반납시 잔량을 확인하는 배터리잔량 확인수단(50)과;
    목적지까지의 주행할 남은 거리 계산을 키오스크를 이용하여 사용자에게 적합한 용량의 탈부착 보조배터리를 선택해 제공하며, 탈부착 보조배터리를 임차시 임차비용을 사전에 결재하고, 반납시 사용 후 잔량에 따른 비용을 정산 처리하는 기능을 제공하는 키오스크(40)를 구비한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서;
    상기 탈부착 보조배터리(30)는, 전기자동차(1)에 장착하는 수납박스(20)에 내장되며, 수납박스(20)는 전기자동차(1)에 설치된 안내 레일에 기계적으로 결합하여 메인배터리 또는 구동부에 직결되어 통합전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)와 전기적 접점이 있도록 연결한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서;
    상기 수납박스(20)는, 차량의 지붕 또는 뒷좌석 등뒤 아래쪽과 화물차 적재함 전면쪽 위나 벽면에 위치하도록 구성한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서;
    탈부착 보조배터리(30)는, 메인배터리(2)의 정격용량보다 적은 모듈 또는 팩으로 구성된 탈부착 보조배터리(30)를 필요시 연장할 거리에 맞는 배터리 용량을 선택할 수 있도록 개별 선택 용량 범위를 1~3개 복수 등급으로 소분한 탈부착 보조배터리(30)를 구성한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서;
    상기 탈부착 보조배터리가 차량의 지붕 또는 뒷좌석 등뒤 아래쪽에 장착한 두곳의 탈부착 보조배터리를 하나로 연결해 메인배터리 또는 구동부에 직결해 혹한과 혹서,연휴 정체 시의 전기과다 사용을 대비해 고용량을 배터리를 제공할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서;
    상기 탈부착 보조배터리를 이용하여 유사시 주행거리를 연장해 목적지에 도착한 후 시간적 여유가 많아 용량 부족 메인배터리 충전은 급속충전보다 가격이 3~4배 싸고 수명도 늘릴 수 있는 완속충전을 제공할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 탈부착 보조배터리를 이용한 전기자동차용 주행거리 연장 시스템.
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