KR101542664B1

KR101542664B1 - 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템

Info

Publication number: KR101542664B1
Application number: KR1020130149020A
Authority: KR
Inventors: 강병혁
Original assignee: 강병혁
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-08-12
Also published as: US9994115B2; US20160303988A1; KR20150064378A; WO2015083898A1; CN105939886A; CN105939886B

Abstract

본 발명은 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템과, 이를 이용한 배터리팩 관리방법 및 교체방법에 관한 것으로, 전기자동차의 배터리팩 을 교체하는 교체시스템과 에너지 저장시스템을 겸비하는 시스템에 있어서, 차량의 배터리팩 종류를 판별하는 판별부; 차량으로부터 방전된 배터리팩 을 탈거 또는 장착하는 교체부; 방전된 배터리팩 을 충/방전하여 보관하는 충/방전부; 및 교체부에서 탈거된 방전된 배터리팩을 충/방전부로 운반하거나 충/방전부의 완충된 배터리팩을 교체부로 운송하는 운송부;를 포함하여 이루어짐으로써, 종래와 같이 운전자가 직접 충전하는 방식을 교체하는 방식으로 전환하고, 직접 충전시 발생하는 안전사고가 감소하며, 직접 충전하는 시간보다 교체하는 시간이 현저히 짧아 시간을 절약할 수 있음은 물론 안정적인 예비전력을 확보하여 필요시 송전하는 등 에너지 저장시스템으로서의 기능을 수행하는 효과가 있다.

Description

에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템 {Battery pack of elecctric vehicle changing System with energy storage system}

본 발명은 전기자동차용 배터리팩을 교체하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차의 방전된 배터리팩을 충전된 배터리팩으로 교체하고, 다수의 배터리팩을 교체용과 저장용으로 분리하여 보관하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템에 관한 것이다.

지구 온난화가 가속되면서 기상 재앙이 발생하고, 심각한 기후변화로 삶을 위협받고 있다. 이에 대해 전세계적으로 강력한 이산화탄소 규제에 한목소리를 내고 있고, 이러한 환경적, 사회적 요청에 따라 자동차 산업은 새로운 국면을 맞이하고 있으며, 그 일환으로 내연기관 자동차에서 배출되는 배기가스의 배출을 최소화할 수 있는 친환경 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.

이러한 친환경 자동차는 동력원에 따라 내연기관과 전기에너지를 겸용하는 하이브리드 자동차(HEV;Hybrid Electric Vehicle), 전기에너지만을 사용하는 전기자동차(EV;Electric Vehicle) 및 연료전지를 사용하는 연료전지 자동차(FCEV;Fuel Cell Electric Vehicle) 등으로 구분된다.

우리나라도 이산화탄소의 배출을 감소시키고자 하는 세계적 추세에 호응하여 전기자동차를 양산하기로 하는 등 전기자동차의 수요 및 보급이 급증할 것으로 예상된다.

또한, 플러그-인-하이브리드 전기자동차(PHEV;Plug-in-Hybrid Electric Vehicle)와 같은 전기자동차는 낮은 에너지 소비 및 낮은 공기 오염 등과 같은 장점을 가지고 있다. 이와 같은 전기자동차는 특히 스마트 그리드(smart grid)의 패러다임에서 환경 오염과 에너지 절약을 해결하는데 중요한 역할을 한다. 전기자동차의 급격한 사용과 함께, 전력망(power grid)에 대한 전기자동차 부하의 영향에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔다.

한편, 통상적으로 이용되는 종래의 전기자동차의 충전시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 필요한 전기에너지의 크기에 따라 다수의 셀이 연결되어 이루어진 배터리팩(10)과, 이 배터리팩(10)의 전압을 측정하는 전압측정부(11)와, 배터리팩(10) 내의 셀 간의 전압차를 균일하게 유지 관리하는 배터리 관리시스템(12,BMS;Battery Management System) 및, 상용전원을 충전 가능한 형태로 변환시키는 충전회로(13)를 포함하여 이루어졌다.

이러한 전기자동차의 충전시스템은 단순히 배터리를 충전시키기 위해서만 개발되어 왔지 배터리팩을 교체하기 위한 연구는 미비하였다.

이와는 별도로 전력 공급 부족사태를 대비하고자 에너지 저장시스템(ESS;Energy Storage System)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 에너지 저장시스템은 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 시스템으로, 현재의 발전시스템을 최대한 효율적으로 활용하기 위한 방안으로 급속히 부각되고 있다.

하지만, 전기자동차의 배터리팩 교체시스템과 에너지 저장시스템은 각각 별도의 연구로 진행되고 있기 때문에 이들 시스템에 대해 전력을 수송하여 충전하는 동일한 범주를 중심으로 하나의 시스템으로 개발하고자 하는 연구가 요구되는 실정이다.

KR2013-0071923 10

상기된 요구를 충족시키기 위해 안출된 본 발명은, 다수의 배터리팩을 충전하여 보관하고, 방전된 전기자동차의 배터리팩을 충전된 배터리로 교체하여 줌으로써, 보관된 다수의 배터리팩을 통해 전력을 보관하여, 배터리팩의 교체를 통해 종래의 충전방식보다 더 짧은 시간에 차량을 재운행할 수 있도록 된 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템은, 차량의 배터리팩(100) 종류를 판별하는 판별부와, 상기 차량으로부터 방전된 배터리팩(100)을 탈거 또는 장착하는 교체부와, 상기 방전된 배터리팩(100)을 충/방전하여 보관하는 충/방전부 및 상기 교체부에서 탈거된 상기 방전된 배터리팩을 상기 충/방전부로 운반하거나 상기 충/방전부의 완충된 배터리팩(100)을 상기 교체부로 운송하는 운송부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 판별부는 차종을 판독하여 배터리팩(100)의 종류를 판별하기 위해 차량을 촬영하기 위한 CCTV 또는 판독카메라를 포함하는 촬영장치(200) 및, 상기 촬영장치(200)로부터 데이터를 수신하여 차종 및 배터리팩(100)의 종류를 판별하는 판별장치를 포함하여 이루어지거나, 배터리팩(100)의 종류에 따라 배터리팩(100)에 부착된 바코드, 부르투스 및 센서를 이용하여 그 각각의 수신 데이터를 이용하여 배터리팩(100)의 종류를 판단케 하는 차량의 저부에 설치되는 판별부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 교체부는 대기중인 상기 차량으로부터 상기 방전된 배터리팩(100)을 교체하는 교체도구를 포함한 교체장치(300) 및 상기 교체도구에 탑재된 상기 방전된 배터리팩(100)을 상기 이송부로 이송하고, 상기 이송부에서 인수하여 상기 교체도구에 탑재된 상기 완충된 배터리팩(100)을 장착할 위치로 이송하도록 설치된 제1운반장치(310)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서 이송부는 승하강하면서 교체부에서 인계된 상기 방전전된 배터리팩(100)을 상기 보관부로 인계하는 제1이송장치(400) 및 상기 보관부에서 인수한 상기 완충된 배터리팩(100)을 상기 이송부로 이송하는 제2이송장치(410)를 포함하여 이루어지며, 제1이송장치(400)는 상기 제1운반장치(310)에서 운반된 상기 방전된 배터리팩(100)을 상기 보관부로 인계하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보관부는 배터리팩(100)의 종류에 따라 보관하고, 상기 이송부에서 상기 방전된 배터리팩(100)을 인수하는 제2운반장치(500)와, 상기 제2운반장치(500)로부터 인수하여 보관하고, 다시 상기 제2운반장치(500)로 인계하는 제3운반장치(510) 및 상기 제3운반장치(510)로 이송된 상기 방전된 배터리팩(100)을 충전하는 충/방전장치(530)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 보관부는 제2운반장치(500)에서 상기 방전된 배터리팩(100)을 제3운반장치로 이송시키거나 상기 제3운반장치에 보관된 상기 완충된 배터리팩(100)을 상기 제2운반장치(500)로 이송시키는 전달장치(520)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2운반장치(500)는 상기 제1이송장치(400)에서 상기 방전된 배터리팩(100)을 상기 제3운반장치(510)로 이송시키고, 제3운반장치(510)에 보관된 상기 완충된 배터리팩(100)을 상기 제2이송장치(410)로 이송시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 제1운반장치(310)는 상기 교체장치(300)를 탑재한 벨트 또는 체인을 동력원으로 이동시키고, 제2, 3운반장치(500, 510)는 배터리팩(100)을 탑재한 벨트 또는 체인을 동력원으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

여기서 충/방전장치(530)는 배터리팩(100)의 제1플러그(101)와 접속되는 제2플러그(532)를 가지는 충/방전커넥터(531)와, 충/방전커넥터(531)를 통해 상기 방전된 배터리팩(100)을 급 방전 한 후 급 충전하는 방전급전회로와 충전급전회로 및 상용전력을 충전용 전력으로 전환하는 인버터를 포함하여 이루어진 지며, 제3운반장치(510)에서 상기 방전급전회로 및 충전급전회로와 상기 충/방전커넥터(531)가 상호 전기적으로 인가되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제1플러그(101) 및 제2플러그의 단자는 테이퍼 형상 및 라운드 형상이 상호 다르게 형성되며, 충/방전장치(530)는 배터리팩(100)을 고정시킬 수 있는 배터리팩 락(530)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 충/방전장치(530)는 배터리팩(100)의 완충능에 따라 상기 배터리팩(100)을 상기 방전된 배터리팩(100)과 교체되는 버퍼 배터리팩(110)으로 사용할지 또는, 충전하여 보관하는 ESS전용 배터리팩(120)으로 사용할지 또는, 폐기할지를 판단하도록 구성되며, 배터리팩(100)에는 상기 제1플러그(101)와 제2플러그(532)의 접속을 위해 전부와 후부에 다수의 기준 홀(102)이 형성된 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 다수의 배터리팩을 충전하여 보관하고함으로써, 보관중인 충전된 배터리팩을 방전된 배터리팩과 교체하여 차량에 장착함으로써, 종래와 같이 운전자가 직접 충전하는 방식을 교체하는 방식으로 전환하고, 직접 충전시 발생하는 안전사고가 감소하며, 직접 충전하는 시간보다 교체하는 시간이 현저히 짧아 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 충전용량을 기준으로 배터리팩들 중 대략 70%이상인 버퍼(buffer) 배터리팩과 대략 70%미만인 ESS전용 배터리팩으로 분리하여 보관하고, 버퍼 배터리팩의 충전용량이 낮아지면 ESS전용 배터리로 분류함으로써, 성능이 낮아진 버퍼 배터리를 폐기하지 않고 재활용할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 차량에서 운전자가 하차하지 않은 상태로, 전자동으로 배터리팩이 교체됨으로써, 운전자의 편의성이 향상되는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 종래의 전기자동차의 배터리를 충전하는 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템이 개략적으로 도시된 공정도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 교체시스템에서 배터리의 교체 및 충전을 구현하기 위한 장치의 측면이 개략적으로 도시된 측면도이다.
도 4는 도 3의 배터리 교체시스템에 진입하는 차량을 확인하기 위한 공정도이다.
도 5는 도 4의 공정도를 구현하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3의 배터리 교체시스템에 진입한 차량의 배터리를 교체하기 위한 공
정도이다.
도 7은 도 6의 공정도에 따라 배터리를 교체하는 상태가 도시된 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 배터리 보관부가 개략적으로 도시된 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 배터리팩의 충/방전을 위한 회로도가 도시된 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 배터리팩을 충/방전하는 상태가 도시된 측면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 배터리팩의 충/방전용 제1플러그가 도시된 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 충/방전장치의 충/방전용 제2플러그가 도시된 도면이다.
도 13은 도 10에 도시된 배터리팩이 도시된 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 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.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템이 개략적으로 도시된 공정도이고, 도 3은 도 2에 도시된 배터리 교체시스템에서 배터리의 교체 및 충전을 구현하기 위한 장치의 측면이 개략적으로 도시된 측면도이며, 도 4는 도 3의 배터리 교체시스템에 진입하는 차량을 확인하기 위한 공정도이고, 도 5는 도 4의 공정도를 구현하기 위한 도면이며, 도 6은 도 3의 배터리 교체시스템에 진입한 차량의 배터리를 교체하기 위한 공정도이고, 도 7은 도 6의 공정도에 따라 배터리를 교체하는 상태가 도시된 도면이며, 도 8은 도 3에 도시된 배터리 보관부가 개략적으로 도시된 평면도이고, 도 9는 도 8에 도시된 배터리팩의 충/방전을 위한 회로도가 도시된 도면이며, 도 10은 도 8에 도시된 배터리팩을 충/방전하는 상태가 도시된 측면도이고, 도 11은 도 10에 도시된 배터리팩의 충/방전용 제1플러그가 도시된 도면이며, 도 12는 도 10에 도시된 충/방전장치의 충/방전용 제2플러그가 도시된 도면이고, 도 13은 도 10에 도시된 배터리팩이 도시된 도면이다.

본 발명에 따른 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리팩 교체시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리팩 교체시스템과, 에너지 저장시스템(ESS;Energy Storage System)을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 특징은 전기자동차의 배터리를 전기충전소에서 충전하는 것이 아니라 미리 충전하여 보관하고 있는 배터리팩을 방전된 배터리팩과 교체하는 교체시스템과, 보관중인 배터리팩을 이용하여 에너지 저장용으로 활용하여 필요시 송전하는 에너지 저장시스템이 겸비된 시스템이다. 이하에서는 배터리팩 교체시스템과 에너지 저장시스템으로 구분하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 시스템 중 배터리팩의 충전능을 확인하여 분류 또는 폐기하기 위한 개략적인 공정은 도 2에서와 같다.

먼저, 방전된 배터리팩(100)을 전기자동차에서 탈거한다(S10).

다음으로, 방전된 배터리팩(100)을 충/방전 라인으로 운반한다(S11).

다음으로, 배터리팩(100)을 충전하여 보관한다(S12). 이때, 배터리팩(100)은 방전급전회로를 통해 완전 방전한 후, 충전급전회로를 통해 완충한다.

다음으로, 충전된 배터리팩(100)의 완충능을 1차 체크한다(S13). 이때, 배터리팩(100)의 제1완충능(buffer capacity,緩衝能)을 일 예로 대략 70%정도로 하고, 이 제1완충능을 기준으로 배터리팩(100)을 1차 분류한다.

다음으로, 배터리팩(100)의 완충능이 제1완충능보다 더 높으면 배터리팩(100)을 버퍼(buffer) 배터리팩(110)으로 분류한다(S14). 이때 분류된 버퍼 배터리팩(110)은 방전된 배터리팩(100)과 교체할 수 있도록 교체시스템에서 관리한다.

다음으로, 1차 분류된 배터리팩(100) 중 제1완충능보다 더 낮은 배터리팩(100)은 에너지 저장 전용라인으로 이동한다(S15).

다음으로, 1차 분류된 배터리팩(100)의 완충능을 2차 체크한다(S15-1). 이때, 배터리팩(100)의 완충능을 확인한다. 이를 통해 각각의 ESS전용 배터리팩의 완충능을 확인하여 ESS전용 배터리팩들 전체의 충전량과 더불어 전력난이 심화되는 피크타임에 전력 계통선을 통하여 송전할 전력량을 산출할 수 있다.

다음으로, 배터리팩(100)을 ESS전용 배터리팩(120)으로 분류한다(S16).

이와 같이, 차량에서 탈거된 배터리팩(100)을 관리한다.

이후, ESS전용 배터리팩(120)에 대한 완충능을 3차 체크한다(S16-1). 이는 ESS전용 배터리팩(120)으로 사용하는 동안에 저하된 완충능을 실시간으로 반복 체크하기 위함이다. 이때의 완충능은 대략 10~20%정도로 하고, 이 제2완충능을 기준으로 ESS전용 배터리팩(120)을 2차 분류한다. 여기서, ESS전용 배터리팩(120)의 완충능이 제2완충능보다 높으면 현재의 보관상태를 유지하면서 지속적으로 ESS전용 배터리팩(120)으로 사용한다.

끝으로, ESS전용 배터리팩(120)의 완충능이 제2완충능보다 더 낮으면 배터리팩(100)을 폐기한다(S17).

이와 같이, ESS전용 배터리팩(120)을 관리한다.

이러한 배터리팩 교체시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 배터리팩(100) 종류를 판별하는 판별부, 차량으로부터 방전된 배터리팩(100)을 탈거 또는 장착하는 교체부, 배터리팩(100)을 충/방전하여 보관하는 충/방전부 및, 교체부에서 탈거된 방전된 배터리팩(100)을 충/방전부로 운반하거나 충/방전부의 완충된 배터리팩(100)을 교체부로 운송하는 운송부를 포함하여 이루어진다.

판별부에서는 교체될 배터리팩(100)의 종류를 판별하게 되는데 이를 자세히 설명하자면, 도 4 및 도 5에서와 같이, 차량이 진입하면 차종을 판독하여 배터리팩(100)의 종류를 인지하고, 배터리팩(100)의 정보를 전달한다. 이처럼 판별부에서는 배터리팩(100)의 종류를 판별하여 그 정보를 전송하도록 이루어진다. 이후, 판별부의 정보에 의해 완충된 배터리팩(100)을 준비하고, 차량이 진행하여 대기 장소에서 대기하면, 완충된 배터리팩의 교체작업을 수행한다.

여기서, 판별부는 진입한 차량을 CCTV 또는 판독카메라로 차량을 촬영하는 촬영장치(200)와, 이 촬영장치(200)에서 획득한 데이터를 수신하여 차종 및 배터리팩(100)의 종류를 판별하는 판별장치(미도시)를 포함하여 이루어진다. 따라서, 배터리팩(100)의 종류 판별은 진입한 차량을 CCTV 또는 판독카메라로 차량을 촬영하고, 이 화상데이터를 통해 미리 입력된 차종을 판독하여 해당 차종에 장착되는 배터리팩(100)의 종류를 판별한다. 이렇게 획득한 배터리팩(100)의 정보를 판별장치로 전송한다. 또한, 차종 판독으로 차종의 종류가 확인되지 않으면 차량이 재진입하도록 유도할 수 있다.

또한 상기 판별부는 도시하지는 않았지만 배터리팩(100)의 종류에 따라 배터리팩(100)에 부착된 바코드, 블루투스 및 센서를 이용하여 그 각각의 수신 데이터를 이용하여 배터리팩(100)의 종류를 판단케 할 수도 있다.

이때에는 통상 배터리팩(100)이 차량의 저부에 설치되므로 판별부 또한 그 저부에 설치되는 것이 바람직하다 할 것이다.

교체부에서는 진입하여 대기하는 차량에 대해 방전된 배터리팩(100)을 완충된 배터리팩(100)으로 교체하는 작업을 수행한다. 이 교체부는 도 2 및 도 6에서와 같이, 판별부의 정보에 따라 준비된 완충된 배터리팩(100)을 대기 중인 차량에 교체할 수 있도록 이루어진다.

좀 더 자세하게는 먼저, 차량이 진입하면, 차량으로부터 배터리팩(100)을 탈거할 교체도구(tool)를 상승시킨다(S20).

다음으로, 교체도구를 이용하여 방전된 배터리팩(100)의 잠금을 해제한다(S21).

다음으로, 안전장치를 해제한다(S22).

그리고 방전된 배터리팩(100)을 탈거하여 내린다(S23). 여기서, 방전된 배터리팩(100)은 제1이송장치(400)에 인계한다.

다음으로, 제2이송장치(410)에서 인수한 완충된 배터리팩(100)을 교체도구와 함께 들어 올린다(S24).

다음으로, 완충된 배터리팩(100)을 올려 장착한다.(S25)

다음으로, 안전장치를 체결한다(S26).

다음으로, 교체도구를 원위치로 내린다(27).

이로써, 배터리팩(100)의 교체 작업은 완료되고, 차량은 안전한 지역으로 이송된다. 여기서, 차량에서 탈거하여 교체도구에 탑재된 방전된 배터리팩(100)은 제1이송장치(400)로 운반하여 인계하고, 이후 제1운반장치(310)에 의해 교체도구가 이동하여 완충된 배터리팩(100)은 제2이송장치(410)에서 인수하여 탑재한다.

이러한 교체부는 도 3에 도시된 바와 같이, 대기중인 차량으로부터 방전된 배터리팩(100)을 교체하는 교체도구를 포함한 교체장치(300) 및, 이 교체장치(300)를 이동시켜 방전된 배터리팩(100)을 이송부로 이송하고, 이송부에서 가져온 완충된 배터리팩(100)을 인계하여 차량에 장착할 위치로 이송하도록 설치된 제1운반장치(310)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 배터리팩(100)은 교체도구에 탑재되어 이송된다.

이때, 교체장치(300)는 제1운반장치(310)에 탑재되고, 배터리팩(100)을 탈거 또는 장착하도록 동작하는 교체도구를 올리거나 내릴 수 있도록 이루어진다.

그리고, 제1운반장치(310)는 도 3 및 도 7에서와 같이, 차량의 하부에 설치되어 교체장치(300)를 배터리팩(100)을 탈거하는 위치와, 배터리팩(100)을 장착하는 위치로 이동시킬 수 있도록 이루어진다. 구체적으로, 제1운반장치(310)는 교체장치(300)가 탑재된 벨트 또는 체인을 동작시켜 교체장치(300)를 배터리팩 업/다운 위치 및 배터리팩 교체 위치로 이동시킨다.

여기서, 도 7에서 '배터리팩 업 위치'는 방전된 배터리팩(100)을 운반하여 제1이송장치(400)로 인계하는 위치이고, '배터리팩 다운 위치'는 완충된 배터리팩(100)을 제2이송장치(410)에서 인수하는 위치이고, '배터리팩 교체 위치'는 차량으로부터 배터리팩(100)을 탈거 또는 장착하는 위치이다. 이때, 제1운반장치(310)는 교체장치(300)를 배터리팩 교체 위치에서 배터리팩 다운 위치로, 배터리팩 다운 위치에서 배터리팩 업 위치로, 배터리팩 업 위치에서 다시 배터리팩 교체 위치로 운반한다.

이송부는 도 3 및 도 8에서 나타낸 바와 같이, 교체부에서 탈거되어 제1운반장치(310)로 운반된 방전된 배터리팩(100)을 탑재하고, 승강하여 보관부의 제2운반장치(500)로 인계하는 제1이송장치(400) 및, 교체될 완충된 배터리팩(100)을 제2운반장치(500)에서 인수하여 교체부의 제1운반장치(310)로 이송하는 제2이송장치(410)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 제1, 2이송장치(400,410)는 배터리팩(100)을 탑재하여 승, 하강하면서 보관할 위치로 이송할 수 있도록 승강기로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1, 2이송장치(400, 410)는 제1이송장치(400)에서 제2운반장치(500)로, 제2운반장치(500)에서 제2이송장치(410)로 배터리팩(100)을 들어 올려 옮길 수도 있고, 밀거나 당겨서 옮길 수도 있도록 이루어진다.

보관부는 도 3 및 도 8에서와 같이, 배터리팩(100)의 종류에 따라 보관할 수 있도록 다수의 단으로 이루어지고, 충전능이 1차 충전능 보다 높아 차량의 방전된 배터리팩(100)과 교환할 수 있는 버퍼 배터리팩(110)을 보관하는 구역과, 1차 충전능보다 낮아 에너지 저장시스템용으로 사용할 수 있는 ESS전용 배터리팩(120)을 보관할 수 있는 구역으로 나뉜다.

또한, 보관부는 도 8 내지 도 10에서와 같이, 제2운반장치(500), 제3운반장치(510), 전달장치(520) 및 충/방전장치(530)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 제2운반장치(500)는 도 8에서와 같이, 제1이송장치(400)에서 배터리팩(100)을 인수하여 제3운반장치(510)로 인계하고, 제3운반장치(510)에서 배터리팩(100)을 인수하여 제2이송장치(410)로 인계하도록 이루어진다.

또한, 제2운반장치(500)는 버퍼 배터리팩(110)과 ESS전용 배터리팩(120)으로 구분된 배터리팩(100)을 해당 구역으로 운반하도록 이루어진다. 즉, 제2운반장치(500)는 배터리팩(100)을 제3운반장치(510)로 인계하는 기능과, 버퍼 배터리팩(110) 구역의 배터리팩(100) 중에서 대략 70%정도의 1차 충전능 보다 낮은 배터리팩(100)을 ESS전용 배터리팩(120)로 운반하고, ESS전용 배터리팩(120)들 중에서 대략 10~30%정도의 2차 충전능 보다 낮은 배터리팩(100)을 폐기시키기 위해 운반하는 기능이 공존한다. 여기서, 제2, 3운반장치(500, 510)에는 배터리팩(100)과 충/방전커넥터(531)가 접속하여 탑재된다.

그리고, 제3운반장치(510)는 도 8 및 도 9에서와 같이, 제1이송장치(400)측 제2운반장치(500)로부터 배터리팩(100)을 인수하고, 제2이송장치(410)측 제2운반장치(500)로 인계하기 위해 배터리팩(100)을 제1이송장치(400)측에서 제2이송장치(410)측으로 이동시킬 수 있도록 이루어진다.

여기서, 제3운반장치(510)는 배터리팩(100)과 충/방전커넥터(531)가 탑재된 벨트 또는 체인을 동력원으로 이동시키도록 이루어진다. 또한, 제3운반장치(510)에서 충/방전커넥터(531)와 방전급전회로 및 충전급전회로가 상호 전기가 인가되도록 연결된다.

즉, 제2운반장치(500)에 탑재된 배터리팩(100)과 충/방전커넥터(531)는 전기적으로 연결되지 않은 상태이다. 여기서, 방전급전회로 및 충전급전회로를 통한 배터리팩(100)의 충전은 무선으로 이루어지고, 도 10에서와 같이 배터리팩(100)과 가동자의 간격은 10mm3%의 간격을 유지하여 전력 전송효율이 극대화 될 수 있도록 구성한다.

또한, 전달장치(520)는 제1이송장치(400)측 제2운반장치(500)에 탑재된 배터리팩(100)을 밀어 제3운반장치(510)에 탑재시키거나 제3운반장치(510)에 탑재된 배터리팩(100)을 당겨서 제2이송장치(410)측 제2운반장치(500)에 탑재시키도록 이루어지는데, 이 전달장치(520)는 배터리팩(100)을 들어올려 운반하도록 이루어질 수도 있다.

충/방전장치(530)는 배터리팩(100)의 제1플러그(101)와 접속되는 제2플러그(532)를 가지는 충/방전커넥터(531), 이 충/방전커넥터(531)를 통해 배터리팩(100)을 급방전 또는 급충전할 수 있도록 방전급전회로 및 충전급전회로 및, 상용전력을 충전용 전력으로 전환하는 인버터를 포함하여 이루어진다.

또한, 충/방전장치(530)는 차량에서 탈거되어 제3운반장치(510)에 탑재된 배터리팩(100)을 방전급전회로를 통해 급방전하거나 충전급전회로를 통해 급충전할 수 있는 전력 컨트롤하도록 이루어진다. 이를 설명하자면, 도 9 내지 도 13에서와 같이, 배터리팩(100)이 제1이송장치(400)에서 제2운반장치(500)에 탑재되면 배터리팩(100)의 제1플러그(101)에 충/방전장치(530)의 제2플러그(532)가 업/다운하면서 접속한다.

이후, 제3운반장치(510)로 이동 탑재되면 방전급전회로에 의해 급방전되어 완전 방전되고, 다시 충전급전회로에 의해 급충전되어 완전 충전된다. 여기서, 제1플러그(101)의 단자는 도 11에서와 같이 테이퍼 형상을 갖고, 제2플러그(532)의 단자는 라운드 형상을 가짐으로써, 제1플러그(101)와 제2플러그(532)의 접속을 원활하게 한다. 물론, 제1플러그(101)의 단자가 라운드 형상이고, 제2플러그(532)의 단자가 테이퍼 형상일 수도 있다.

여기서, 충/방전장치(530)는 제1플러그(101)와 제2플러그(532)가 접속된 상태에서 배터리팩(100)을 고정시킬 수 있는 배터리팩 락(533,lock)을 더 포함한다. 또한, 배터리팩(100)에는 도 13에서와 같이 전부에 후부에 얼라이먼트용 기준홀(102)이 형성되고, 이 기준홀(102)을 통해 제1플러그(101)와 제2플러그(532)를 정렬시킨다.

그리고, 충/방전장치(530)에서는 배터리팩(100)의 1, 2차 충전능에 따라 배터리팩(100)의 완충능을 판단하고, 배터리팩(100)의 완충능에 따라 버퍼 배터리팩(110)으로 사용할지 또는 ESS전용 배터리팩(120)으로 사용할지 또는 폐기할지를 판단한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:배터리팩
101:제1플러그
102:기준홀
110:버퍼 배터리팩
120:ESS전용 배터리팩
200:촬영장치
300:교체장치
310:제1운반장치
400:제1이송장치
410:제2이송장치
500:제2운반장치
510:제3운반장치
520:전달장치
530:충/방전장치
531:충/방전커넥터
532:제2플러그
533:배터리팩 락

Claims

전기자동차의 배터리팩(100)을 교체하는 교체시스템과 에너지 저장시스템을 겸비하는 시스템에 있어서,
차량의 배터리팩(100) 종류를 판별하는 판별부;
상기 차량으로부터 방전된 배터리팩(100)을 탈거 또는 장착하고, 대기중인 상기 차량으로부터 상기 방전된 배터리팩(100)을 교체하는 교체도구를 포함하는 교체장치(300)가 구성된 교체부;
상기 방전된 배터리팩(100)을 충/방전하여 보관하는 충/방전부; 및
상기 교체부에서 탈거된 상기 방전된 배터리팩을 상기 충/방전부로 운반하거나 상기 충/방전부의 완충된 배터리팩(100)을 상기 교체부로 운송하는 운송부;를 포함하며,
상기 교체도구에 탑재된 상기 방전된 배터리팩(100)을 승하강하면서 교체부에서 인계된 상기 방전된 배터리팩(100)을 종류에 따라 보관하는 보관부로 인계하는 제1이송장치(400) 및,
상기 보관부에서 인수한 상기 완충된 배터리팩(100)을 상기 운송부에서 제2이송장치(410)로 구성된 이송부로 이송하고, 상기 이송부에서 인수하여 상기 교체도구에 탑재된 상기 완충된 배터리팩(100)을 장착할 위치로 이송하도록 설치된 제1운반장치(310);
상기 보관부는 제2운반장치(500)에서 상기 방전된 배터리팩(100)을 제3운반장치로 이송시키거나 상기 제3운반장치에 보관된 상기 완충된 배터리팩(100)을 상기 제2운반장치(500)로 이송시키는 전달장치(520)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제1항에 있어서,
상기 판별부는 차종을 판독하여 배터리팩(100)의 종류를 판별하기 위해 차량을 촬영하기 위한 CCTV 또는 판독카메라를 포함하는 촬영장치(200) 및, 상기 촬영장치(200)로부터 데이터를 수신하여 차종 및 배터리팩(100)의 종류를 판별하는 판별장치를 포함하여 이루어지거나, 배터리팩(100)의 종류에 따라 배터리팩(100)에 부착된 바코드, 부르투스 및 센서를 이용하여 그 각각의 수신 데이터를 이용하여 배터리팩(100)의 종류를 판단케 하는 차량의 저부에 설치되는 판별부로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
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제1항에 있어서, 상기 제1이송장치(400)는 상기 제1운반장치(310)에서 운반된 상기 방전된 배터리팩(100)을 상기 보관부로 인계하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제1항에 있어서,
상기 이송부에서 상기 방전된 배터리팩(100)을 인수하는 제2운반장치(500)와,
상기 제2운반장치(500)로부터 인수하여 보관하고, 다시 상기 제2운반장치(500)로 인계하는 제3운반장치(510) 및,
상기 제3운반장치(510)로 이송된 상기 방전된 배터리팩(100)을 충전하는 충/방전장치(530)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
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제6항에 있어서,
상기 제2운반장치(500)는 상기 제1이송장치(400)에서 상기 방전된 배터리팩(100)을 상기 제3운반장치(510)로 이송시키고, 상기 제3운반장치(510)에 보관된 상기 완충된 배터리팩(100)을 상기 제2이송장치(410)로 이송시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1운반장치(310)는 상기 교체장치(300)를 탑재한 벨트 또는 체인을 동력원으로 이동시키고,
상기 제2, 3운반장치(500, 510)는 배터리팩(100)을 탑재한 벨트 또는 체인을 동력원으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제6항에 있어서,
상기 충/방전장치(530)는 배터리팩(100)의 제1플러그(101)와 접속되는 제2플러그(532)를 가지는 충/방전커넥터(531)와,
상기 충/방전커넥터(531)를 통해 상기 방전된 배터리팩(100)을 급 방전 한 후 급 충전하는 방전급전회로와 충전급전회로 및,
상용전력을 충전용 전력으로 전환하는 인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제10항에 있어서,
상기 제3운반장치(510)에서 상기 방전급전회로 및 충전급전회로와 상기 충/방전커넥터(531)가 상호 전기적으로 인가되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제10항에 있어서,
상기 제1플러그(101) 및 제2플러그의 단자는 테이퍼 형상 및 라운드 형상이 상호 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제10항에 있어서,
상기 충/방전장치(530)는 배터리팩(100)을 고정시킬 수 있는 배터리팩 락(530)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제10항에 있어서,
상기 충/방전장치(530)는 배터리팩(100)의 완충능에 따라 상기 배터리팩(100)을 상기 방전된 배터리팩(100)과 교체되는 버퍼 배터리팩(110)으로 사용할지 또는, 충전하여 보관하는 ESS전용 배터리팩(120)으로 사용할지 또는, 폐기할지를 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.
제10항에 있어서,
상기 배터리팩(100)에는 상기 제1플러그(101)와 제2플러그(532)의 접속을 위해 전부와 후부에 다수의 기준 홀(102)이 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장시스템을 겸비한 전기자동차용 배터리 교체시스템.