KR20230043423A - 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션 - Google Patents

비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전, 시스템 오류 등 교환식 배터리의 충전을 위한 배터리 교체 스테이션(BSS, Battery Swapping Station)에 전력 공급이 차단될 경우, BSS 시스템의 다운 없이 운영이 가능하게 하는 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션에 관한 발명이다.

Description

비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션 {Battery Swapping Station with emergency power generation function }
본원 발명은 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 정전, 시스템 오류 등 교환식 배터리의 충전을 위한 배터리 교체 스테이션(BSS, Battery Swapping Station)에 전력 공급이 차단될 경우, BSS 시스템의 다운 없이 운영이 가능하게 하는 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션에 관한 것이다.
차량의 내연 엔진을 전기 모터로 교체하려는 움직임에 따라 전기 모터의 자원인 전기를 차량에 공급하는 방법에 관하여 많은 연구가 있다. 그 중 대표적으로 차량에 전기 배터리를 두고, 그에 충전된 전기를 전기 모터가 이용하는 방안이 제시되었다.
한편, 배터리의 충전에 소요되는 시간이 기존의 내연 엔진을 이용하는 차량에 주유를 진행하는 시간보다 많이 걸리면서, 차량의 배터리를 충전하는 것이 아니라 차량의 배터리를 교체하여 차량에 전기 에너지를 공급하는 방안이 제시되고 있다.
종래에는 계통의 화석연료 발전원 및 신재생에너지 발전원에서 발전된 전력이 부하 및 배터리 교체 스테이션에 공급되었다. 전력의 공급은 계통에서 부하 및 수용가로 보내지는, 단방향 송전으로 공급되었다.
배터리 교체 스테이션은 전기에너지로 구동되는 전기자동차의 배터리가 교환되는 곳으로서, 전기자동차의 배터리와 교환 가능한 배터리를 복수로 구비하고, 계통으로부터 공급된 전력으로 배터리의 충전이 이루어졌다.
배터리 교체 스테이션에 구비된 배터리는 전기자동차용 배터리로서, 대용량의 전력이 저장될 수 없는 한계가 있었다. 한편, 연료 전지 발전, 풍력 발전 및 태양광 발전 등과 같은 신재생에너지 발전은, 계통에 포함되어 발전된 전력을 계통에 공급하는 방식으로 운용되어왔다. 허나 풍력 및 태양광 발전과 같은 신재생에너지 발전은 날씨의 영향을 크게 받아 부하로의 전력 공급이 일정하게 지속적으로 유지되기 어려우므로, 활용성이 크게 떨어진다는 문제가 있었다. 특히, 연료 전지 발전의 경우 부하와 연계된 상태에서 발전이 가능하다는 특성으로 인해, 계통 또는 부하에 이상이 생겨 연계가 중단된 경우 발전이 유지되지 못하게 되는 운용의 한계가 있었다.
이러한 한계들은 계통 및 배터리 교체 스테이션의 운영의 한계로 이어지게 된다. 따라서, 지능형전력망을 통한 외부 전력원을 통한 계통 연계를 통한 배터리 교체 스테이션의 전력 공급이 이루어졌기 때문에, 외부 계통과의 단전 등의 비상시, 배터리 교체 스테이션을 안정적인 운영에 한계가 있다.
또한, 배터리 교체 스테이션에 구비된 배터리는 대용량의 전력이 충전될 수 없는 한계 때문에, 계통으로의 전력 공급이 필요해진 경우, 배터리의 여유 전력 만으로는 적절한 전력 공급 대응이 어려운 한계가 있다.
한국등록특허공보 제1528079호에서는 계통으로부터 공급받은 전력을 대용량 배터리에 충전하고, 계통의 운영 상태에 따라 대용량 배터리에 충전된 전력을 계통에 공급되도록 함으로써, 배터리에 충전된 전력을 활용하여 계통의 운영 및 전력수요가 개선되는 효과가 있는 배터리 교환 스테이션 및 배터리 교환 스테이션의 운영 방법이 개시되어 있다. 그러나, 계통과 단전 등의 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션의 운영과 관련된 기술을 개시된 바 없다.
한국공개특허공보 제2021-0075160호에서는 2개의 입력부들 및 적어도 2개의 출력부들을 포함하는 제1 전력 제어 장치 및 적어도 2개의 입력부들 및 적어도 2개의 출력부들을 포함하는 제2 전력 제어 장치 각각의 전력 제어 장치는 활성 모드 또는 절연 모드에서 동작하도록 구성됨을 포함하며, 여기서, 활성 모드에서, 전력 제어 장치의 입력부들 및 출력부들은 서로 전기적으로 연결되고, 절연 모드에서, 전력 제어 장치의 입력부들 및 출력부들은 서로 전기적으로 절연되고, 시스템은, 언제나, 하나의 전력 제어 장치만이 활성 모드에서 동작하는 한편 다른 전력 제어 장치는 절연 모드에서 동작하는 전력 공급 제어 시스템이 개시되어 있으나, 본원 발명의 단전을 통한 비정상적 전력공급시 안정적으로 운용가능한 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션에 관한 기술은 개시된 바 없다.
한국등록특허공보 제1418181호에서는 모드전환버튼의 온(on) 시, 사용자가 직접 배터리팩을 충전 또는 방전을 제어함과 아울러 모드전환버튼의 오프(off) 시, 에너지 저장 시스템에 구비된 마이컴에서 정전 발생 유무 및 배터리팩의 상태를 판단하여 배터리팩을 충전 또는 방전을 제어하는 에너지 저장 시스템이 개시되어 있으나, 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션에 대한 기술은 개시된 바 없다.
일본등록특허공보 제5872494호에서는 레벨 컨버를, 과전압 억제용 보호회로의 방전을 방지하기 위한 저항을 갖는 차량용 전력 변환장치에 대한 기술이 개시되어 있으나. 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션에 대한 기술은 개시된 바 없다.
따라서, 기존의 전력망이 지능형전력망(Smart Grid)으로 대체되면서 부하에 무정전으로 전원을 공급하는 UPS, 전기자동차 및 전기자동차의 배터리 충전, 여유 전력 또는 잉여 전력을 활용하는 공급자와 소비자간의 양방향 전력 거래 및 신재생에너지 발전이 강조되고 있는 시점에, 상술한 한계들을 해결하여 계통 및 배터리 교체 스테이션 간의 운영을 개선하고, 지능형전력망의 다양한 기능 및 효과를 이룰 수 있는 전력 공급이 불가능해지는 비상 상황시 배터리팩 운용방식의 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션이 제시되어야 할 필요가 있다.
한국등록특허공보 제1528079호 한국공개특허공보 제2021-0075160호 한국등록특허공보 제1418181호 일본등록특허공보 제5872494호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 정전, 시스템 오류 등 교환식 배터리의 충전을 위한 배터리 교체 스테이션(BSS, Battery Swapping Station)에 전력 공급이 차단될 경우, BSS 시스템의 다운 없이 운영이 가능하게 하는 비상발전기능을 갖는 배터리 교체 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션은 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 하나 이상의 충전기; 상기 충전기를 제어하는 제어기; 상기 충전기 및/또는 상기 제어기에 전원을 공급하는 배터리팩교환전원; 상기 충전기는 배터리팩과 연결될 수 있는 하나 이상의 전원커텍터를 포함하고, 상기 제어기는 구동을 위한 제어기전원, 제어신호를 생성하는 프로세서 및 상기 충전기 및/또는 상기 배터리팩와 통신할 수 있는 통신커텍터을 포함하며, 상기 배터리팩교환전원에 전원을 공급하는 외부교류전원이 차단되어 상기 제어기전원에 전원이 공급되지 않을 경우, 상기 프로세서가 제어스위치를 온시켜서 상기 배터리팩의 전력을 상기 제어기전원으로 방전시키는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션일 수 있다.
또한, 상기 제어스위치는 외부에서 물리적으로 조작가능한 외부 조작스위치일 수있다.
또한, 상기 제어스위치는 상기 프로세서와 독립적으로 상기 제어기전원에 전원이 공급되지 않는 것을 센싱하고, 소정 시간이 경과된 후 상기 배터리팩을 방전시키는 타이머스위치일 수 있다.
또한, 상기 충전기는 상기 하우징 내에 배치되어 하나 이상의 배터리팩에 직류전원을 공급하는 하나 이상의 양방향DC/DC컨버터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부교류전원에 연결되며 전류를 변환하는 AC/DC 컨버터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 AC/DC컨버터와 상기 양방향DC/DC컨버터 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 AC/DC컨버터, 상기 양방향DC/DC컨버터 및 상기 제어기 사이에 형성되는 DC/DC컨버터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 타이머스위치는 자체전원을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 배터리팩교환전원 및 제어기전원의 전압 이상유무를 판단하는 전압센싱유닛;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션의 식별 정보를 수신하는 수신부; 상기 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션으로부터 수신한 식별정보와 인증 정보에 기초하여 상기 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션 과의 통신 연결 여부를 결정하는 CPU;를 포함하는 전기 구동 디바이스.
상기 전기 구동 디바이스는 배터리팩을 이용한 구동력을 확보하는 디바이스는 그 제품의 형태에 제한되지 않는 것을 자명하다. 바람직하게는 전기차, 전기오토바이, 전기카트 일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션은 전력 공급이 차단되는 비상시에도 배터리팩 운용을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기 차량과 배터리 교체 스테이션의 안정적인 통신 및 교체 상황을 유지할 수 있어 전기 차량과 배터리 교체 스테이션간 통신이 유지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리에 전력을 충전하고 이를 배터리 교체 스테이션에 재공급함으로써, 배터리에 충전된 전력을 활용할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 계통의 운영 변경 시 배터리에 충전된 전력이 배터리 교체 스테이션에 공급되도록 함으로써, 계통의 운영 및 전력수요가 개선되는 효과가 있다.
또한, 전력이 저장되는 배터리를 활용하여 전력을 공급하는 계통, 전력을 충전받는 이동 수단 및 스테이션 간에 전력 교환이 이루어짐으로써, 연계된 기기 또는 시스템 간에 양방향 전력 공급이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 배터리팩을 구동되는 승용 디바이스의 배터리교체 스테이션 운용 개념도이다.
도 2는 종래의 외부교류전원에 의한 전력운용을 반영한 배터리팩 운용방식의 배터리교체 스테이션을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션에 외부 전력이 정상적으로 공급될 때와 단전될 때의 배터리 교체 스테이션의 운용을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어스위치가 적용된 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부스위치가 적용된 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이머스위치가 적용된 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션을 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 수단을 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
도 1은 배터리팩을 구동되는 승용 디바이스의 배터리교체 스테이션 운용 개념도이다.
일 실시 예에 따른 전기 차량의 배터리 교체 시스템은 서버, 배터리 교체 스테이션 및 전기 차량을 포함한다. 서버는 통합관제 센터일 수 있다. 전기 차량은 전기 배터리의 충전 전류를 사용하여 전기모터로 주행하는 전기 구동 디바이스면 어느 것이든 제한되지 않음은 자명하다.
일 실시 예에 따른 배터리 교체 시스템에서, 서버는 전기 차량이 배터리를 교환할 수 있는 배터리 교체 스테이션의 정보를 전기 차량에 전송한다. 전기 차량은 서버로부터 수신한 배터리 교체 스테이션의 정보에 일치하는 배터리 교체 스테이션에서 배터리의 교체를 수행한다. 이하, 서버가 전기 차량이 배터리를 교환할 스테이션으로 특정한 배터리 교환 스테이션을 목적 배터리 교환 스테이션으로 정의한다. 서버는 전기 차량의 사용자가 선택한 스테이션을 목적 배터리 교환 스테이션으로 결정할 수 있다. 또는 서버는 전기 차량에서 가장 가까운 스테이션을 목적 배터리 교환 스테이션으로 결정할 수도 있다.
상기 외부 전력원은 상기 배터리 교체 스테이션과 유선으로 접속된 전원 계통라인을 가질 수 있다. 상기 전력 그리드에 전력을 공급하는 전원은 기존의 전통적인 발전원일 수 있고 바람직하게는 신재생 에너지 발전원일 수 있다.
도 1을 참조하여 배터리 교체 시스템에서 각 개체들의 통신 방법은 서버와 전기 차량간의 통신은 무선 통신 방법을 사용할 수 있다. 서버와 전기 차량은 5G 또는 LTE와 같은 이동 통신망을 이용한 원거리 무선 통신 방법을 이용하여 통신 연결될 수 있다.
서버와 배터리 교체 스테이션간의 통신은 원거리 무선 통신과 같은 무선 통신 방법을 사용하거나, 유선 통신 방법을 사용할 수 있다.
배터리 교체 스테이션과 전기 차량간의 통신은 무선 통신 방법을 이용하여 통신 연결될 수 있다.
배터리 교환 스테이션은, 전력 저장 전용인 대용량 배터리 및 상기 이동 수단의 배터리와 호환 가능한 교환용 배터리를 포함한 복수의 배터리 및 계통으로부터 공급된 전력이 상기 복수의 배터리에 충전되도록 하되, 상기 계통의 운영 상태에 따라, 상기 복수의 배터리에 충전된 전력이 상기 계통에 공급되도록, 상기 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 제어부(MCU)를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 배터리는, 충방전이 가능한 2차 전지일 수 있다. 상기 대용량 배터리는, Redox Flow Battery, NaS Battery 및 CAES(Compressed Air Energy Storage) 시스템 중 어느 하나이고, 상기 교환용 배터리는, Lithium-ion Battery, Metal-Air Battery 및 Na-Based Battery 중 어느 하나일 수 있다.
상기 이동 수단의 배터리는, 상기 교환용 배터리와 교환된 경우, 상기 계통으로부터 공급된 전력이 충전될 수 있다. 상기 이동 수단의 배터리는, 상기 복수의 배터리에 충전된 전력을 공급받아 충전 가능할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 이동 수단의 배터리는, 상기 계통으로부터 전력을 공급받아 충전되고, 상기 이동 수단의 배터리에 충전된 전력을 상기 복수의 배터리 및 상기 계통에 공급 가능할 수 있다.
상기 복수의 배터리에 충전되는 전력 및 상기 복수의 배터리에서 방전되는 전력을 변환하는 전력 변환 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 전력 변환 장치는, AC전력을 DC전력으로 변환하는 컨버터, DC전력을 AC전력으로 변환하는인버터, 스위치 및 전압의 크기를 변압하는 변압기를 포함할 수 있다.
도 2는 종래의 외부교류전원에 의한 전력운용을 반영한 배터리팩 운용방식의 배터리교체 스테이션을 도시한 도면이다.
도2는 외부교류전원, 바람직하게는 외부전력그리드를 인가 받아서 배터리교체스테이션의 배터리팩교환전원 모듈이 DC전원을 생성하여 제어기 및 충전기에 전원을 공급해준다.
상기 제어기의 구동전원을 관리하는 제어기전원 모듈이 존재할 수 있다.
정전 등 외부교류전원이 공급되지 못하는 비상상황을 대비하여 ESS(Energy Storage System)을 구축할 수 있다.
상기 ESS구축의 경우, 기존 설비 구성 이외에 추가적으로 배터리 및 인버터 등이 필요하며 제조가격이 상승하고, 부피가 커지는 단점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 운용방식의 배터리 교체 스테이션에 외부 전력이 정상적으로 공급될 때와 단전될 때의 배터리 교체 스테이션의 운용을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 외부 전원 그리드로부터 정상적으로 배터리 교체 스테이션에 전력이 공급되는 도면이고, (b)는 외부 전원 그리드로부터 전력이 공급되지 않는 상황이다.
(b )의 외부 전원이 단락되어 배터리 교체 스테이션의 계통내에 전력이 없으면 상기 점선과 같이 MCU가 하나 이상의 배터리팩으로부터 상기 배터리 교체 스테이션에 전력을 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어스위치가 적용된 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션을 도시한 도면이다.
(실시예1)
본 발명의 일실시예인 배터리교환스테이션은 배터리팩 1개 당 충전기 1개가 연결되는 구성이다.
외부교류전원, 바람직하게는 외부전력그리드를 인가 받아서 배터리교체스테이션의 배터리팩교환전원 모듈이 DC전원을 생성하여 제어기 및 충전기에 전원을 공급해준다.
상기 제어기의 구동전원을 관리하는 제어기전원 모듈이 존재할 수 있다.
상기 배터리팩의 +, -극이 제어기에 연결되어 제어스위치를 통해 제어기 전원 모듈로 연결될 수 있다. 다수의 배터리팩 중 일부만 연결될 수 도 있고, 모든 배터리팩이 연결될 수 도 있다.
상기 제어스위치는 제어기전원 또는 제어기 내 프로세서(CPU)가 동작시킬 수 있다.
정전으로 외부교류전원이 단선될 경우, 상기 제어기전원 모듈에 인가되는 배터리팩교환전원에서 전력 공급이 중단되는 순간 상기 프로세서가 이를 감지하여 스위치를 온시켜줄 수 있다.
이때 배터리팩이 상기 제어기전원으로 전력을 공급할 수 있도록 상기 배터리팩에 방전 명령도 전달할 수 있다. 상기 명령은 내부통신망을 이용한 통신 또는 스위치가 직접 신화를 전달할 수 있다.
상기 배터리교환스테이션의 제어로직은 다음과 같다. 상기 제어기의 AC전원이 끊기고 이를 제어기내 프로세서가 감지하는 제1단계일 수 있다. 상기 제어기 입력 전압이 일정한 값 아래로 떨어지면 이를 센싱할 수 있다.
상기 하나 이상의 배터리팩 중 어느 하나의 내부에 있는 방전방향 스위치를 켜도록 신호를 전송하는 제2단계일 수 있다.
상기 신호는 내부 통신 또는 아날로그신호로 가능할 수 있다.
상기 신호에 따라 상기 스위치가 ON되는 제3단계일 수 있다.
상기 제어기 전원이 유지될 수 있다.
상기 스위치는 외부에서 작업자가 직접 동작시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부스위치가 적용된 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션을 도시한 도면이다.
(실시예2)
본 발명의 일실시예인 배터리교환스테이션은 배터리팩 1개 당 충전기 1개가 연결되는 구성이다.
외부교류전원, 바람직하게는 외부전력그리드를 인가 받아서 배터리교체스테이션의 배터리팩교환전원 모듈이 DC전원을 생성하여 제어기 및 충전기에 전원을 공급해준다.
상기 제어기의 구동전원을 관리하는 제어기전원 모듈이 존재할 수 있다.
상기 배터리팩의 +, -극이 제어기에 연결되어 외부 스위치를 통해 제어기 전원 모듈로 연결될 수 있다. 다수의 배터리팩 중 일부만 연결될 수 도 있고, 모든 배터리팩이 연결될 수 도 있다.
상기 외부 스위치는 외부에서 작업자가 직접 동작시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 실시예2의 동작구성은 정전으로 교류전원이 사라질 경우, 외부에 작업자가 매뉴얼로 외부스위치를 조작시킬 수 있다.
상기 제어기전원과 배터리팩을 연결 할 수 있도록 외부스위치가 동작하고 배터리팩의 방전스위치가 켜질 수 있도록 방전명령을 알릴 수 있다.
상기 방전 명령신호는 배터리팩의 방전을 인가할 수 있다.
상기 배터리교환스테이션의 제어로직은 다음과 같다. 상기 제어기의 AC전원이 끊기고 제어기가 종료되는 제1단계일 수 있다.
제어기 동작이 종료됨에 따라 외부 배터리교환스테이션의 유지관리자가 현장을 방문하는 제2단계일 수 있다.
상기 하나 이상의 배터리팩 중 어느 하나의 내부에 있는 방전방향 스위치를 켜도록 외부 스위치를 ON시켜 신호를 전송하는 제3단계일 수 있다.
상기 신호는 내부 통신 또는 아날로그신호로 가능할 수 있다.
상기 신호에 따라 상기 스위치가 ON되는 제3단계일 수 있다.
상기 제어기 전원이 유지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이머스위치가 적용된 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션을 도시한 도면이다.
(실시예3)
본 발명의 일실시예인 배터리교환스테이션은 배터리팩 1개 당 충전기 1개가 연결되는 구성이다.
외부교류전원, 바람직하게는 외부전력그리드를 인가 받아서 배터리교체스테이션의 배터리팩교환전원 모듈이 DC전원을 생성하여 제어기 및 충전기에 전원을 공급해준다.
상기 제어기의 구동전원을 관리하는 제어기전원 모듈이 존재할 수 있다.
상기 배터리팩의 +, -극이 제어기에 연결되어 타이머스위치를 통해 제어기 전원 모듈로 연결될 수 있다. 다수의 배터리팩 중 일부만 연결될 수 도 있고, 모든 배터리팩이 연결될 수 도 있다.
상기 타이머스위치는 일정 시간 전원을 스스로 공급할 수 있는 에너지 저장장치를 포함할 수 있다.
상기 타이머스위치는 제어기전원 또는 제어기 내 프로세서(CPU)가 동작시킬 수 있다.
정전으로 외부교류전원이 단선될 경우, 상기 제어기전원 모듈에 인가되는 배터리팩교환전원에서 전력 공급이 중단되면 일정시간이 지나면 타이머가 배터리팩이 상기 제어기전원으로 전력을 공급할 수 있도록 상기 배터리팩에 방전 명령도 전달할 수 있다.
상기 배터리교환스테이션의 제어로직은 다음과 같다. 상기 제어기의 AC전원이 끊기고 제어기가 종료되는 제1단계일 수 있다.
상기 타이머가 제어기 전원 출력이 off된 것을 인지한다.
소정시간 후, 바람직하게는 수초후 상기 하나 이상의 배터리팩 중 어느 하나의 내부에 있는 방전방향 스위치를 켜도록 신호를 전송하는 제2단계일 수 있다.
상기 신호는 내부 통신 또는 아날로그신호로 가능할 수 있다.
상기 신호에 따라 상기 타이머스위치가 ON되는 제3단계일 수 있다.
상기 제어기 전원이 유지될 수 있다.
또한, 상기 제어기는 AC/DC컨버터와 상기 양방향DC/DC컨버터 사이에 형성되어 제어신호를 생성하는 MCU(Main Control Unit); 및 구동을 위한 제어기전원;을 포함할 수 있다.
상기 이동 수단의 배터리 및 상기 교환용 배터리가 교환되면, 상기 스테이션에 포함되어 있던 상기 교환용 배터리가 상기 이동 수단에 포함되게 되어 상기 이동 수단의 배터리를 대체하게 되고, 상기 이동 수단의 배터리는 상기 스테이션에 포함되게 되어 상기 교환용 배터리를 대체하게 될 수 있다.
상기 이동 수단의 배터리는, 상기 스테이션에 구비된 자동 배터리 교환 장치를 통해 상기 교환용 배터리와 교환되거나, 또는 수동으로 교체하는 방식으로 상기 교환용 배터리와 교환될 수 있다.
상기 이동 수단의 배터리는, 상기 교환용 배터리와 교환된 경우, 상기 계통으로부터 공급된 전력이 충전될 수 있다.다.
또한, 상기 AC/DC컨버터와 상기 MCU사이에 형성되는 제1DC/DC컨버터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 MCU와 상기 양방향DC/DC컨버터 및 상기 배터리팩 사이에 형성되는 제2DC/DC컨버터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부교류전원이 차단되면 상기 MCU는 상기 제2DC/DC컨버터를 작동하여 상기 양방향DC/DC컨버터의 전류방향을 상기 배터리팩에서 상기 메인파워로 변경하는 포함할 수 있다.
즉, 상기 이동 수단의 배터리 및 상기 교환용 배터리가 교환되어, 상기 이동 수단의 배터리가 상기 스테이션에 포함되게 되면, 상기 이동 수단의 배터리가 상기 교환용 배터리를 대체하게 되어, 상기 계통으로부터 공급된 전력이 충전될 수 있다.
상기 교환용 배터리와 교환됨으로써 상기 스테이션에 포함되게 되어, 상기 교환용 배터리를 대체하게 된 상기 이동 수단의 배터리는, 상기 교환용 배터리와 마찬가지로 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
상기 교환용 배터리와 교환됨으로써 상기 스테이션에 포함되게 되어, 상기 교환용 배터리를 대체하게 된 상기 이동 수단의 배터리는 또한, 상기 계통으로 충전된 전력이 공급되도록 방전될 수 있고, 다른 이동 수단의 배터리와 교환될 수도 있다.
상기 이동 수단의 배터리는 또한, 상기 복수의 배터리에 충전된 전력을 공급받아 충전 가능할 수 있다. 즉, 상기 이동 수단의 배터리가 상기 교환용 배터리와 교환되지 않고, 상기 복수의 배터리에 충전된 전력을 공급받아 충전이 될 수 있다.
상기 이동 수단의 배터리로의 전력 공급은, 상기 교환용 배터리에 충전된 전력을 우선적으로 공급하되, 상기 교환용 배터리에 충전된 전력으로 상기 이동 수단의 배터리를 충전시키기 어려운 경우에는 상기 대용량 배터리에 충전된 전력이 공급될 수 있다.
상기 이동 수단의 배터리로의 전력 공급은, 상기 제어부가 상기 복수의 배터리의 충방전을 제어함으로써 이루어질 수 있다
또한, 상기 제2DC/DC컨버터와 상기 양방향DC/DC컨버터 및 상기 배터리팩 사이에 형성되는 P-FET;을 포함하고, 상기 제어기는 상기 전압센싱유닛에 의한 전압값이 0V일 때, 상기 P-FET를 ON하여, 상기 제2DC/DC컨버터가 동작하여 상기 양방향DC/DC컨버터의 전류방향을 상기 배터리팩에서 상기 메인파워로 변경할 수 있다.
또한, 상기 배터리팩 운용방식의 배터리 교체 스테이션의 식별 정보를 수신하는 수신부; 상기 배터리팩 운용방식의 배터리 교체 스테이션으로부터 수신한 식별정보와 인증 정보에 기초하여 상기 배터리팩 운용방식의 배터리 교체 스테이션과의 통신 연결 여부를 결정하는 프로세서;를 포함하는 전기 구동 디바이스를 제공할 수 있다.
상기 MCU는 상기 배터리 교체 스테이션의 계통의 운영 상태를 판단한 결과, 상기 계통의 부하전력이 기 설정된 기준 이상인 경우, 상기 복수의 배터리에 충전된 전력이 상기 계통에 공급되도록 제어하고, 상기 계통의 부하전력이 상기 기 설정된 기준 이하인 경우, 즉, 계통을 통하여 복수의 배터리 충전이 불가능 상황 또는 상기 배터리 교체 스테이션 자체의 운영이 불가능한 이상상태시, 하나 이상의 배터리에서 상기 배터리 교체 스테이션의 운영 전력을 공급하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 MCU는, 상기 배터리 교체 스테이션의 운영 상태를 판단한 결과, 상기 배터리 교체 스테이션의 부하전력이 최대로 소비되는 시간대는 상기 복수의 배터리에 충전되는 전력이 최대로 필요한 시간대로 이때를 피크타임으로 정의하고 부하전력이 소비되는 주기를 시간대별로 구분하여, 최대 부하전력이 소비된 시간대를 특정하여 설정될 수 있다.
배터리 교체 스테이션과 전기 차량은 Wi-Fi를 이용한 근거리 통신으로 연결될 수 있다. 전기 차량이 배터리 교체 스테이션(200)에 도착할 경우 배터리 교체 스테이션에 내장된 Wi-Fi와 전기 차량에 내장된 Wi-FI가 브릿지 형태로 네트워크를 형성할 수 있다.
배터리 교체 스테이션과 전기 차량은 근거리 통신으로 연결됨에 따라 전기 차량이 배터리 스테이션의 인근에 위치하는 경우 자동으로 통신 연결이 성립될 수 있다. 이를 위하여, 배터리 교체 스테이션은 고정 로컬 IP를 이용한 Wi-Fi망을 제공할 수 있다. 배터리 교체 스테이션은 어떠한 전기 차량과도 접속이 가능하도록 모든 포트를 개방할 수 있다. 이를 위하여 배터리 교체 스테이션에는 DMZ가 설정될 수 있다.
이에 따라, 전기 차량은 주행 중 배터리 교체 스테이션 인근에 도달한 경우, 미리 설정된 로컬 고정IP를 이용하여 배터리 교체 스테이션과 Wi-Fi를 통한 근거리 통신 연결을 이룰 수 있다. 예를들어, 모든 배터리 교체 스테이션은 동일한 로컬 고정 IP로 외부 기기와 Wi-Fi 연결되도록 설정되어 있을 수 있다.
전기 차량은 통신연결을 이룬 배터리 교체 스테이션이 통신연결을 이루고자 목적하는 배터리 교체 스테이션과 일치하는 지를 확인하고, 일치한다면 연결된 배터리 교체 스테이션과 통신 연결을 지속할 수 있다.
한편, 전기 차량은 통신연결을 이룬 배터리 교체 스테이션이 통신연결을 이루고자 하는 배터리 교체 스테이션과 일치하지 않는다면, 연결된 배터리 교체 스테이션을 통해 목적하는 배터리 교체 스테이션과 통신 연결을 수행할 수 있다. 배터리 교체 스테이션은 서버에 각각의 배터리 교체 스테이션에 대한 IP주소를 질의할 수 있고, 질의한 결과에 따라 목적하는 배터리 교체 스테이션과 전기 차량간의 통신 연결을 설정할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술 사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100: 하우징
200: 충전기
210: 전원커넥터
300: 제어기
310: 제어기전원
320: 프로세서
330: 통신커넥터
340: 제어스위치
400: 배터리팩교환전원
410: 배터리팩
500: 외부교류전원
600: 외부조작스위치
700: 타이머스위치

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치된 하나 이상의 충전기;
    상기 충전기를 제어하는 제어기;
    상기 충전기 및/또는 상기 제어기에 전원을 공급하는 배터리팩교환전원;
    상기 충전기는 배터리팩과 연결될 수 있는 하나 이상의 전원커텍터를 포함하고,
    상기 제어기는 구동을 위한 제어기전원, 제어신호를 생성하는 프로세서 및 상기 충전기 및/또는 상기 배터리팩와 통신할 수 있는 통신커텍터을 포함하며,
    상기 배터리팩교환전원에 전원을 공급하는 외부교류전원이 차단되어 상기 제어기전원에 전원이 공급되지 않을 경우, 상기 프로세서가 제어스위치를 온시켜서 상기 배터리팩의 전력을 상기 제어기전원으로 방전시키는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어스위치는 외부에서 물리적으로 조작가능한 외부 조작스위치인 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어스위치는 상기 프로세서와 독립적으로 상기 제어기전원에 전원이 공급되지 않는 것을 센싱하고, 소정 시간이 경과된 후 상기 배터리팩을 방전시키는 타이머스위치인 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전기는 상기 하우징 내에 배치되어 하나 이상의 배터리팩에 직류전원을 공급하는 하나 이상의 양방향DC/DC컨버터;를 포함하는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부교류전원에 연결되며 전류를 변환하는 AC/DC 컨버터;를 포함하는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는 AC/DC컨버터와 상기 양방향DC/DC컨버터 사이에 형성되는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 AC/DC컨버터, 상기 양방향DC/DC컨버터 및 상기 제어기 사이에 형성되는 DC/DC컨버터;를 포함하는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 타이머스위치는 자체전원을 포함하는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 배터리팩교환전원 및 제어기전원의 전압 이상유무를 판단하는 전압센싱유닛;를 포함하는 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션의 식별 정보를 수신하는 수신부;
    상기 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션으로부터 수신한 식별정보와 인증 정보에 기초하여 상기 비상발전기능을 포함하는 배터리교체스테이션 과의 통신 연결 여부를 결정하는 CPU;를 포함하는 전기 구동 디바이스.
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