KR102120718B1 - 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템 - Google Patents

배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템 Download PDF

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Abstract

배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템이 개시된다. 개시된 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템은 전기구동식 차량에 탈장착되어 사용가능하며, BMS(battery management system)가 내장된 전기구동식 차량용 배터리; 복수 장소에 개설된 충전소 마다 비치되며, 상기 전기구동식 차량에서 분리된 상태의 상기 배터리를 여러개 충전가능하도록 구성되며, 사용된 배터리가 반납되면 관리서버로부터 정산된 충전요금을 수신하여 충전요금을 안내하고 충전요금이 결제완료되면 미리 충전완료된 완충배터리로 교환해주는 충전스테이션; 상기 반납된 배터리의 사용량과 배터리 수명등급에 따라, 차등적으로 충전요금을 산정하여 상기 충전스테이션으로 산정된 상기 충전요금을 전송하는 관리서버; 상기 관리서버에 회원정보를 전송하면서 회원가입을 요청하여 회원가입하며,상기 관리서버로부터 상기 각 충전소의 충전스테이션들에 대한 충전소위치정보와 완충배터리 갯수정보를 수신하여 디스플레이하는 사용자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템{Battery swap type Charging System of Electrically Driven Vehicle with Differential Calculation of Charge Rate According to Battery Life Grade}
본 발명은 전기자동차, 전기스쿠터, 전기자전거, 퍼스널모빌리티 등 전기구동식 차량에 탈장착하여 사용하는 배터리에 대해서, 사용된 배터리를 충전소의 충전스테이션에 반납하면, 충전스테이션에서는 미리 충전해 놓은 완충배터리로 교환해주어 충전배터리의 신속한 교체가 가능할 뿐 아니라, 배터리에 대한 충전요금이 교환되는 완충배터리의 수명등급별로 차등산정되어 사용자가 합리적인 요금으로 배터리충전을 이용할 수 있도록 한 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템에 관한 것이다.
차량의 엔진으로서 근대 이전에는 대부분 가솔린이나 경유와 같은 화석연료를 연소시키는 내연기관이 많이 많이 이용되었으나, 이러한 내연기관에서 나오는 오염물질로 인하여 환경오염이 심각하게 이루어져 지구 온난화 등의 문제가 발생함에 따라 배기가스를 배출없고 친환경적인 전기에너지로 구동되는 전기차량이 개발되어 이용되고 있다.
이러한 전기구동식 차량은 넓은 범위에서 전기자동차, 전기스쿠터, 전기자전거, 전기퀵보드 등과같은 퍼스널모빌리티 등이 있다.
이러한 전기구동식 차량은 배터리가 구비되어, 이 배터리의 전원을 통해 구동되며, 이 배터리는 사용에 따른 전기소모에 따라 주기적으로 배터리를 충전하여 사용하도록 되어 있다.
전기구동식 차량 중 배터리가 차량에 고정되어 있는 형태는 차량 자체를 충전기 옆으로 이동시켜야 하기 때문에, 충전이 매우 번거롭고 충전스테이션의 설치장소도 어느정도 규모를 가지고 있어야 하는 충전스테이션 설치장소의 제약을 가지고 있었다.
이에 따라, 크기가 비교적 작은 전기스쿠터, 전기자전거, 퍼스널모빌리티의 경우에는 배터리를 차량차체에서 탈장착하여 사용할 수 있도록 하여 차량차체에서 배터리를 분리해 배터리만을 운반하여 충전시킨 다음, 충전된 배터리를 차량에 장착하여 사용하는 기술이 개발되고 있으며, 이러한 기술에 대해 공개특허 10-2008-0068156호, 공개특허 10-2012-0110391호, 등록실용신안 20-0302797호 등에 개시되어 있다.
이와 같은 전기구동식 차량은 차량에서 배터리를 분리하고, 분리된 배터리를 가정에서 충전기로 충전하여 사용하고 있으나, 전기 스쿠터 등은 배터리 용량이 상당 수준이어서 가정마다 개별적으로 배터리 충전기를 구비해야 하는 부담이 있었다.
한편, 전기구동식 차량도 일반 가솔린, 디젤엔진 차량과 마찬가지로 주유소와 같이 전기충전소의 인프라를 구축하여 전기충전소에 방문해 배터리를 충전하는 기술이 시도되고 있으나, 현재 시도되는 대부분의 전기충전소는 차량에서 분리한 배터리를 충전하는 방식이 아니라, 배터리 고정형 전기차량을 전기충전소에 이동시켜, 주차된 상태에서 전기를 충전해야 하는 방식이며, 이에 따라 장소제약에 따라 많은 수의 전기차량을 동시에 충전하기 어려운 형태이며, 특히, 전기구동식 차량의 배터리충전시간이 통상 수 시간으로 매우 길기 때문에, 사용자의 이용이 매우 불편한 문제가 있었다.
공개특허 10-2008-0068156호 공개특허 10-2012-0110391호 등록실용신안 20-0302797호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 전기구동식 차량에 교환가능하게 사용되는 배터리에 대해서, 사용된 배터리를 충전소의 충전스테이션에 반납하면, 충전스테이션에서는 미리 충전해 놓은 완충배터리로 교환해주어 충전배터리의 신속한 교체가 가능할 뿐 아니라, 배터리에 대한 충전요금이 교환되는 완충배터리의 수명등급별로 차등산정되어 사용자가 합리적인 요금으로 배터리충전을 이용할 수 있도록 개선한 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템은 전기구동식 차량에 탈장착되어 사용가능하며, BMS(battery management system)가 내장된 전기구동식 차량용 배터리; 복수 장소에 개설된 충전소 마다 비치되며, 상기 전기구동식 차량에서 분리된 상태의 상기 배터리를 여러개 충전가능하도록 구성되며, 사용된 배터리가 반납되면 관리서버로부터 정산된 충전요금을 수신하여 충전요금을 안내하고 충전요금이 결제완료되면 미리 충전완료된 완충배터리로 교환해주는 충전스테이션; 상기 반납된 배터리의 사용량과 배터리 수명등급에 따라, 차등적으로 충전요금을 산정하여 상기 충전스테이션으로 산정된 상기 충전요금을 전송하는 관리서버; 상기 관리서버에 회원정보를 전송하면서 회원가입을 요청하여 회원가입하며,상기 관리서버로부터 상기 각 충전소의 충전스테이션들에 대한 충전소위치정보와 완충배터리 갯수정보를 수신하여 디스플레이하는 사용자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 충전스테이션은, 충전도킹부에 연결되어 충전되고 있는 배터리들의 내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차를 포함하는 배터리상태정보를 측정하여 측정된 각 배터리들의 배터리상태정보를 상기 관리서버에 전송하는 배터리상태검출부;를 포함하며, 상기 관리서버는, 상기 충전스테이션으로부터 수신된 각 배터리들의 배터리상태정보를 바탕으로 상기 각 배터리들에 대한 배터리 수명등급을 산정하고 저장관리하는 배터리 수명등급 산정부; 및, 상기 반납된 배터리 사용량과 상기 배터리 수명등급 산정부에 저장된 상기 각 배터리들에 대한 배터리 수명등급을 바탕으로, 상기 충전요금을 산정하는 요금산정부;를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 요금산정부는 상기 반납된 배터리 사용량과 상기 반납된 배터리 수명등급에 따라 충전요금을 차등적으로 산정하며, "충전요금 = 기본 충전요금 * 반납된 배터리 사용량에 따른 비율 * 반납된 배터리의 수명등급에 따른 책정비율"로 이루어진 산정식에 의해 상기 충전요금을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 충전스테이션은, 해당 충전소의 위치정보와 보유한 완충배터리 갯수정보를 포함하는 충전소정보를 상기 관리서버에 전송하는 충전소정보 제공부;를 포함하며, 상기 관리서버는 각 충전소의 충전스테이션으로부터 상기 충전소정보를 수신하고 저장하며, 상기 각 충전소의 충전스테이션들에 대한 충전소 위치정보와 완충배터리 갯수정보를 상기 사용자단말에 제공하는 충전소정보 관리부;를 포함하며, 상기 사용자단말은 상기 관리서버에서 제공한 상기 충전소정보를 출력하여 사용자에게 안내하는 충전소정보 안내부;를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리는 상기 BMS로부터 해당 배터리의 배터리온도, 배터리전압, 배터리충방전 곡선데이터를 포함하는 배터리정보를 유선 또는 무선통신에 의해 상기 충전스테이션으로 송출하는 통신부를 구비하며, 상기 충전스테이션은 유선 또는 무선 통신을 통해 상기 배터리정보를 수신하고 상기 관리서버에 전송하는 배터리정보 중계부;를 포함하며, 상기 관리서버는 상기 배터리정보를 수신하여 저장하고 관리하는 배터리정보 저장부;를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 관리서버는, 상기 배터리정보저장부에 저장된 각 배터리에 대한 배터리정보를 바탕으로, 반납된 배터리의 불량여부를 진단하고, 진단결과를 상기 충전스테이션에 전송하는 배터리불량진단부;를 더 포함하며, 상기 배터리불량진단부로부터 수신된 상기 진단결과가 불량이면, 충전스테이션에 대한 이용불가정보를 화면상에 출력하여 사용자에게 안내하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리불량진단부는, 상기 반납된 배터리의 전압, 온도, 내부저항이 정상범위를 벗어난 경우 불량으로 판단하며, 배터리 온도변화이력, 또는 충방전 전압 및 전류이력, 이전충방전 곡선데이터와 현재 충방전 곡선데이터의 비교, 또는 초기 내부저항 측정값과 현재 내부저항 측정값을 비교하여, 불량여부를 진단하도록 구성될 수 있다.
상기한 바에 따르면, 본 발명의 배터리교환형 충전시스템은 사용한 배터리를 충전소의 충전스테이션에 반납하고 소정의 충전요금을 결제하면, 이전에 미리완충된 완충배터리를 곧바로 교환해주는 방식이므로, 전기구동식 차량에 대한 배터리교체가 신속하게 이루어져 사용자의 사용편리성을 극대화시킬 수 있을 뿐 아니라, 특히, 반납하는 배터리의 사용량과 수명등급에 따라, 또는 반납하는 배터리의 사용량과 반납하는 배터리와 교환해주는 완충배터리의 수명등급에 따라 차등적인 충전요금을 정산해 결제할 수 있도록 해줌으로써, 합리적인 요금으로 충전서비스를 이용할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 사용자 단말이 각 충전소들에 대한 위치정보와 그 충전소들이 보유한 완충배터리의 갯수를 안내해 주기 때문에, 사용자가 완충배터리를 보유한 충전소들을 보다 신속하게 파악하여 헛걸음없이 해당충전소에 방문하여 배터리를 교환사용할 수 있게 되는 효과가 있다.
상기와 같은 효과들로 인해, 전기차량의 기존 충전에 대한 단점들을 완벽하게 해소하여 줌으로써, 전기차량의 이용률을 높여줌으로써 전기차량의 활성화가 이루어지는데 크게 이바지 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템에 대한 개념도이고,
도 2는 본 발명의 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템에 대한 구성블록도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만, 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템에 대해 설명한다.
본 발명은 배터리교환형 충전시스템은 전기구동식 차량용 배터리(10), 충전스테이션(20), 관리서버(30), 사용자단말기(40)를 포함하도록 구성된다.
배터리(10)는 전기구동식 차량에 탈장착하여 사용할 수 있는 배터리팩으로서, 전기구동식 차량에서 분리한 상태의 배터리(10)에 충전스테이션(20)에 연결하여 충전스테이션(20)을 통해 충전할 수 있도록 구성된다.
배터리(10)는 배터리셀을 포함하는 배터리모듈로 이루어지며, BMS(battery management system)이 내장되도록 구성된다. BMS(12)는 배터리 셀의 전압측정, 배터리 충/방전 전류측정, 배터리 온도측정이 가능하며, BMS(12)에 구비된 내장 메모리에는 배터리 전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충전/방전 전류데이터, 1회당 평균충전전류데이터, 1회당평균방전전류데이터, 평균배터리온도, 배터리 온도변화이력, 충방전 이력, 내부저항 등의 배터리정보가 저장되도록 구성된다.
또한, 배터리(10)는 충전스테이션(20)과 유선 또는 무선통신을 통해 통신가능하도록 통신부(14)를 구비하여, 통신부(14)가 BMS(12)에 저장된 배터리전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충/방전 전류데이터를 포함하는 배터리정보를 충전스테이션(20)으로 전송하도록 구성된다. 이때, 충전스테이션(20)은 배터리(10)로부터 수신한 배터리정보를 관리서버(30)로 전송하여 배터리정보를 중계하도록 구성된다.
충전스테이션(20)은 다수 곳에 개설된 충전소 마다 비치되며, 도 1과 같이, 복수의 배터리(10)를 연결하여 배터리(10)를 충전할 수 있도록 구성된다.
충전스테이션(20)은 사용자가 사용한 배터리(10)를 반납받고, 사용자에 의해 충전요금이 결제되면, 이전에 충전되어 있던 다른 완충배터리(10)를 사용자에게 제공하도록 구성된다.
도 1과 같이, 충전스테이션(20)은 충전도킹부(21)들이 복수개 구비되어, 이 충전도킹부(21)에 배터리(10)를 도킹시켜, 배터리(10)가 충전도킹부(21)에 의해 충전될 수 있도록 구성된다. 각각의 충전도킹부(21)들은 완충상태 또는 충전중상태 등의 충전상태정보를 표시할 수 있는 램프가 각각 구비되도록 구성될 수 있다. 이 충전도킹부(21)들에는 도킹되어 있는 배터리(10)를 록킹하거나 언록킹하는 록킹유닛(미도시)이 구비될 수 있다.
사용자가 충전도킹부(21)에 자신이 사용한 배터리(10)를 반납하면, 록킹유닛에 의해 배터리(10)가 충전도킹부(21)에 록킹되며, 충전요금에 대해 사용자 결제가 완료되면, 이전에 미리 충전된 완충배터리가 충전도킹부(21)에 언록킹되어 사용자에게 제공되어 완충배터리가 교환될 수 있도록 구성된다.
본 발명에서 충전스테이션(20)은 통신모듈을 구비하여 관리서버(30)와 인터넷, WIFI 망 등의 통신망을 통해 데이터 통신가능하도록 구성될 수 있다. 아울러, 충전스테이션(20)은 배터리(10)의 BMS(12)와 NFC, 블루투스, 적외선 통신등의 근거리통신이 가능하도록 구성될 수 있다.
충전스테이션(20)에는 각종 정보가 출력되고, 결제서비스 화면을 조작하기 위한 인터페이스 기능을 하는 터치스크린이나 디스플레이장치로 된 모니터(22)가 구비되도록 구성될 수 있다.
아울러, 충전스테이션(20)은 배터리상태검출부(23), 요금안내부(24), 요금결제부(25), 중계부(26), 충전소정보제공부(27)를 포함하도록 구성된다.
배터리상태검출부(23)는 충전도킹부(21)에 도킹된 배터리(10)의 내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차를 측정하고, 내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차로 구성된 배터리상태정보를 관리서버(30)에 전송하도록 구성된다.
아울러, 배터리상태검출부(23)는 충전도킹부(21)에 도킹된 반납된 배터리(10)의 사용량을 검출하여 관리서버(30)에 전송할 수 있다. 이 전송된 반납된 배터리(10)의 사용량은 관리서버(30)에서 충전요금을 산출하는 용도에 사용될 수 있다.
요금안내부(24)는 관리서버(30)로부터 수신된 배터리 충전요금을 모니터(22) 상에 출력하여 사용자에게 배터리 충전요금을 안내하도록 구성된다.
요금결제부(25)는 요금안내부(24)가 배터리 충전요금을 안내한 후, 해당 충전요금을 결제할 수 있는 결제서비스를 제공하도록 구성된다. 요금결제부(25)는 모니터(22)를 통해 결제서비스에 대한 결제화면을 제공할 수 있으며, 신용카드인식기(미도시)을 구비하여 사용자로부터 신용카드 정보 등을 입력받아, 입력받은 신용카드 정보를 결제대행서버에 전송하여 카드결제가 이루어지도록 구성될 수 있다.
다만, 요금결제부(25)는 카드결제방식을 수행하는 것에 국한되는 것은 아니며, 여타의 전자결제방식을 수행하도록 구성될 수 있음은 물론이다.
중계부(26)는 배터리(10)로부터 전송된 배터리전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충/방전 전류데이터를 포함하는 배터리정보를 수신하고, 수신된 상기 배터리정보를 실시간으로 관리서버(30)에 전송하도록 구성된다.
충전소정보 제공부(27)는 해당 충전스테이션이 비치된 충전소 주소와 같은 충전소 위치정보와, 해당 충전스테이션(20)의 충전도킹부(21)에서 보유하고 있는 완충배터리의 갯수정보를 포함하는 충전소정보를 관리서버(30)에 전송하도록 구성된다.
관리서버(30)는 배터리 수명등급 산정부(31), 요금산정부(32), 배터리정보저장부(33), 배터리불량진단부(34), 회원관리부(35), 충전소정보관리부(36)를 포함하도록 구성된다.
배터리 수명등급 산정부(31)는 충전스테이션(20)으로부터 수신된 각 배터리들의 내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차로 구성된 배터리상태정보를 통해 각 배터리들에 대한 배터리 수명등급을 산정하고, 산정된 배터리 수명등급을 저장하고 관리한다. 배터리 수명등급 산정부(31)는 해당 배터리의 내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차 중 어느 하나를 통해 해당 배터리에 대한 배터리 수명등급을 산정하도록 구성될 수 있다.
충전스테이션(20)의 배터리상태검출부(23)로부터 측정된 배터리상태정보가 관리서버(30)로 전송되는 경우, 해당 배터리의 고유번호도 함께 포함되어 전송됨으로써, 배터리 수명등급 산정부(31)에서는 각 배터리에 대한 고유번호 별로 각 배터리들의 수명등급을 저장하고 관리하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 배터리 수명등급 산정부(31)는 각 배터리에 대한 배터리 내부저항데이터를 시간대별로 저장하고, 이 시간대별 내부저항데이터를 통해 배터리 내부저항데이터의 기울기 추세정보를 산출하고, 이 산출된 기울기 추세정보를 통해 수명등급을 산정할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 배터리 수명등급은 1~5 등급으로 나뉘도록 구성될 수 있으며, 배터리 수명이 가장 높은 1등급부터 배터리 수명이 가장 낮은 5등급으로 이루어질 수 있다.
요금산정부(32)는 반납된 배터리의 사용량과 배터리 수명등급 산정부(31)에 저장된 각 배터리들의 배터리 수명등급을 바탕으로 충전요금을 산정하고, 산정된 충전요금을 충전스테이션(20)으로 전송하도록 구성된다.
여기서 반납된 배터리의 사용량은 전체배터리 충전용량에 대해 사용된 배터리를 량을 백분율로 나타낸 값이 될 수 있으며, 반납된 배터리 사용량은 충전스테이션(20)의 배터리상태검출부(23)로부터 검출되어 관리서버(30)에 제공된 것이 사용될 수 있다.
일예로, 요금산정부(32)는 반납된 배터리의 배터리 사용량과 수명등급에 따라 가중치를 부여하여 충전요금을 산정하도록 구성될 수 있다.
요금 산정식은, 기본충전요금 * 반납된 배터리의 사용량에 따른 비율 * 반납된 배터리의 수명등급에 따른 책정비율, 예컨데 기본충전요금 1000원 기준으로, 반납된 배터리의 사용량이 80% 이고, 반납된 배터리의 수명등급이 5등급이어서 이를 60%로 책정한다면,
최종 충전요금 = 1000원 * 80% * 60% = 480원이 된다.
한편, 반납된 배터리의 수명등급이 4등급인 경우 50%로 책정될 수 있으며,
최종 충전요금 = 1000원 * 80% * 50% = 400원이 될 수 있다.
또한, 반납된 배터리의 수명등급이 3등급인 경우 40%로 책정될 수 있으며,
최종 충전요금 = 1000원 * 80% * 40% = 320원이 될 수 있다.
또한, 반납된 배터리의 수명등급이 2등급인 경우 30%로 책정될 수 있으며,
최종 충전요금 = 1000원 * 80% * 30% = 240원이 될 수 있다.
또한, 반납된 배터리의 수명등급이 1등급인 경우 20%로 책정될 수 있으며,
최종 충전요금 = 1000원 * 80% * 20% = 160원이 될 수 있다.
즉, 본 발명에서는 반납하는 배터리를 사용한 사용량만큼, 그리고 반납하는 배터리의 수명 등급에 따라 차등적으로 충전요금이 산정되어 부과될 수 있도록 하여 합리적인 가격부과가 이루어질 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 요금산정부(32)는 반납된 배터리의 사용량에 따른 비율과, 더불어, 반납된 배터리의 수명등급과 교환되는 완충배터리의 수명등급을 비교하여 충전요금을 산정하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 요금 산정식은 기본충전요금 * 반납된 배터리의 사용량에 따른 비율 * (반납된 배터리의 수명등급 / 교환될 완충배터리의 수명등급)
예컨데, 기본충전요금 1000원 기준으로, 반납된 배터리의 사용량이 80% 이고, 반납된 배터리의 수명등급이 4등급이고, 교환되는 완충배터리의 수명등급이 5등급이면,
최종 충전요금 = 1000원 * 80% * (4/5) = 640원이 된다.
즉, 사용자(고객)가 반납한 배터리 수명등급에 비해 교환되는 완충배터리 수명등급이 낮아 좋지 않은 경우, 기본 충전요금에 비해 저렴한 충전요금이 산정될 수 있다.
반대로, 사용자가 반납한 배터리 수명등급이 5등급이고, 교환되는 완충배터리의 수명등급이 4등급이면, 최종 충전요금 = 1000원 * 80% * (5/4) = 1000원이 된다.
아울러, 사용자가 반납한 배터리 수명등급과 교환되는 완충배터리의 수명등급이 동일하면 최종 충전요금 = 1000원 * 80%로 산정될 수 있다.
배터리정보 저장부(33)는 충전스테이션(20)의 중계부(26)로부터 전송된 배터리(10)의 배터리전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충/방전 전류데이터를 포함하는 배터리정보를 수신하여 저장하고 관리하도록 구성된다.
본 발명에서는 배터리(10)의 BMS(12)의 내부메모리에는 해당 배터리의 고유번호가 기록되어 있으며, 이 고유번호가 배터리전압데이터, 배터리 온도데이터, 배터리 충/방전 전류데이터를 포함하는 배터리정보와 함께 중계부(26)에 의해 중계되어 배터리정보 저장부(33)에 수신되어 저장됨으로써, 배터리정보 저장부(33)는 각 배터리의 고유번호별로 각 배터리의 배터리정보를 저장하고 관리하도록 구성될 수 있으며, 각 배터리에 대한 배터리정보들은 시간대별로 지속적으로 저장하고 관리될 수 있다.
배터리불량진단부(34)는 배터리정보저장부(33)에 저장된 각 배터리(10)에 대한 배터리정보를 바탕으로 반납된 배터리의 불량 또는 양호여부를 진단하고, 진단결과를 충전스테이션(20)에 전송하도록 구성된다.
본 발명의 배터리불량진단부(34)는 해당 반납된 배터리에 대해 배터리전압을 기준배터리전압과 비교하고, 배터리온도를 기준배터리온도와 비교하며, 이전 충방전 곡선데이터와 현재 충방전 곡선데이터를 비교하여, 상기 세 가지의 비교 중 하나라도 정상범위를 벗어난 이상값으로 판단되면, 해당 배터리가 불량인 것으로 판단한다.
좀더 구체적으로, 배터리불량진단부(34)는 1차적으로 배터리의 전압, 온도, 내부저항 값 등이 정상 범위를 벗어난 배터리에 대해 불량으로 판단하며, 배터리 온도변화 이력, 또는 충방전 이력, 또는 이전 충방전 곡선데이터와 현재 충방전 곡선데이터를 비교, 또는 초기 내부저항 측정값과 현재 내주저항 측정값 들을 비교하는 방식으로 불량여부를 정밀 진단하도록 구성하되, 실제 운용에 있어서는 상기 측정값 들의 평균치, 최소치, 최대치, 변화기울기, 누적분 등의 산술 값을 활용하여 불량을 판정 할 수도 있다.
충전스테이션(20)은 배터리 불량진단부(34)로부터 수신된 배터리에 대한 진단결과가 불량이면, 이용불가정보를 모니터(22)에 출력하여 사용자에게 배터리충전서비스에 대한 이용불가 상황을 안내할 수 있으며, 진단결과가 양호이면 이후의 배터리충전서비스를 수행하도록 구성될 수 있다.
회원관리부(35)는 사용자 단말기(40)로부터 회원정보를 수신하면서 해당 고객에 대해 회원가입이 이루어지도록 하고, 가입된 회원들을 관리하도록 구성된다.
충전소정보 관리부(36)는 각 충전소의 충전스테이션(20)으로부터 충전소 위치정보와 완충배터리의 갯수정보를 포함하는 충전소정보를 수신하여 각 충전소 별로 충전소정보를 저장하고 관리하며, 충전소정보 관리부(36)는 저장된 각 충전소의 충전소정보를 사용자단말(40)에 전송하여 제공하도록 구성된다.
사용자 단말(40)은 사용자가 소유한 스마트폰, 태블릿 등의 모바일 단말로 구성될 수 있으며, 회원가입부(41), 충전소정보안내부(42)를 포함하도록 구성된다.
사용자 단말(40)은 관리서버(30)에서 제공하는 앱을 다운로드하여, 이 앱을 설치함으로써 구동되도록 구성할 수 있다.
회원가입부(41)는 사용자에 의해 이름, 전화번호, 주민번호, ID, 비밀번호 등의 회원정보를 입력받아, 입력된 회원정보를 관리서버(30)에 전송하면서 회원가입을 요청하여 회원가입을 하도록 구성된다.
사용자가 충전소에 방문하여 충전스테이션(20)을 이용하고자 하는 경우, 사용자 단말(40)은 사용자에 의해 ID와 비밀번호를 입력받아, 입력된 ID와 비밀번호를 관리서버(30)에 전송하여 로그인을 진행할 수 있으며, 관리서버(30)는 로그인이 정상진행된 경우에 한하여 배터리충전서비스가 진행되도록 구성할 수 있다.
충전소정보 안내부(42)는 충전소정보 관리부(36)로부터 수신된 각 충전소별 충전소 정보를 화면 상에 출력하여 사용자에게 안내해도록 구성된다. 이에 따라, 사용자는 화면상에 출력된 각 충전소의 위치정보와 완충배터리의 갯수정보를 파악하여 자신에게 맞는 충전소를 선택하여 방문할 수 있게 된다.
본 발명에서 충전소정보 안내부(42)는 각 충전소의 위치정보를 바탕으로, 사용자 단말(40)로부터 가까운 거리순으로 각 충전소의 위치정보를 정렬하여 출력할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템을 이용한 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전방법에 대해 설명한다.
사용자는 전기구동식 차량을 이용하다가 배터리가 소진되게 되면, 사용자 단말(40)을 통해 완충배터리를 보유한 충전소의 위치를 파악하여 전기구동식 차량을 이용해 해당 충전소로 이동할 수 있다.
사용자가 충전소로 이동한 다음, 자신의 전기구동식 차량에서 배터리(10)를 분리해 낸 후, 충전스테이션(20)에 구비된 여러 충전도킹부(21) 중 하나에 배터리(10)를 꽂아 도킹시킬 수 있다. 이하에서 사용자가 자신의 전기구동식 차량에서 분리하여 충전도킹부(21)에 도킹시킨 배터리(10)를 "반납배터리"라고 한다.
충전스테이션(20)은 반납배터리(10)가 도킹스테이션(22)에 도킹되면, 배터리상태검출부(23)는 반납배터리(10)와 미리 충전된 완충배터리(10a)의 배터리상태정보(내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차)를 검출하여 관리서버(30)에 전송하며, 배터리 수명등급 산정부(31)는 이 반납배터리(10) 및 완충배터리(10a) 각각의 배터리상태정보를 바탕으로 각각의 배터리 수명등급을 산정한다.
다음으로, 요금산정부(32)는 반납배터리(10)의 배터리수명등급과 교환될 완충배터리(10a)의 배터리수명등급을 비교하여 충전요금을 차등적으로 산정하여, 산정된 충전요금을 충전스테이션(20)에 전송한다.
충전스테이션(20)의 요금안내부(24)는 관리서버(30)에서 제공한 충전요금을 수신하여 모니터(22)에 출력하여 안내하고, 요금결제부(25)는 전자결제서비스를 제공하여 사용자에 의해 요금결제가 정상적으로 완료되면, 미리충전된 완충배터리(10a)로 교환해준다.
이때, 완충배터리(10a)가 도킹되어 있는 충전도킹부(21)는 록킹을 해제하여 언록킹상태가 되게 함으로써, 사용자가 완충배터리(10a)를 충전스테이션(20)으로 빼내 전기스쿠터에 장착하여 사용할 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명은 충전시스템은 사용자가 자신이 사용한 배터리(10)를 충전소에 가져가서 직접 충전하는 것이 아니라, 자신이 사용한 배터리(10)는 충전스테이션(20)에 반납한 후, 결제하기만 하면 미리 충전되어 있는 완충배터리(10a)를 신속하게 교환하여 받을 수 있기 때문에, 전기차량에 충전배터리의 교체가 수월해질 수 있어 획기적인 충전인프라를 구축할 수 있게 되며, 전기차량의 활성화에 매우 크게 기여할 수 있게 된다.
특히나, 본 발명은 반납하는 배터리(10)와 교환되는 완충배터리(10a) 각각의 배터리수명등급을 비교하여, 충전요금이 합리적으로 산정되어, 사용자가 합리적인 가격에 충전서비스를 이용할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서, 반납배터리(10)가 충전도킹부(21)에 연결되면, 반납배터리(10)의 BMS(12)에 저장된 배터리정보(배터리전압, 배터리온도, 충방전 곡선데이터)가 충전스테이션(20)의 중계부(26)에 의해 중계전송되어 관리서버(30)에 전송되고, 배터리정보저장부(33)에 저장되어 관리되게 되며, 배터리불량진단부(34)는 반납배터리(10)에 대한 배터리정보를 바탕으로 불량여부를 판단하고 진단결과를 충전스테이션(20)에 전송하여, 충전스테이션(20)에서 이 진단결과가 불량일 경우, 이용불가정보를 출력하여 사용자에게 안내할 수 있다. 이처럼, 본 발명은 사용자가 이용했던 반납배터리(10)의 불량여부를 판단하고 불량일 경우 완충배터리로 교환받을 수 없도록 하여, 불량 배터리에 대한 불법적인 교환이 이루어지는 것을 차단해줄 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직할 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10...배터리
12...BMS
14...통신부
20...충전스테이션
21...충전토킹부
22...모니터
23...배터리상태검출부
24...요금안내부
25...요금결제부
26...중계부
27...충전소정보제공부
30...관리서버
31...배터리수명등급 산정부
32...요금산정부
33...배터리정보 저장부
34...배터리불량 진단부
35...회원관리부
36...충전소정보 관리부
40...사용자 단말
41...회원가입부
42...충전소정보 안내부

Claims (7)

  1. 전기구동식 차량에 탈장착되어 사용가능하며, BMS(battery management system)가 내장된 전기구동식 차량용 배터리;
    복수 장소에 개설된 충전소 마다 비치되며, 상기 전기구동식 차량에서 분리된 상태의 상기 배터리를 여러개 충전가능하도록 구성되며, 사용된 배터리가 반납되면 관리서버로부터 정산된 충전요금을 수신하여 충전요금을 안내하고 충전요금이 결제완료되면 미리 충전완료된 완충배터리로 교환해주는 충전스테이션;
    상기 반납된 배터리의 사용량과 배터리 수명등급에 따라, 차등적으로 충전요금을 산정하여 상기 충전스테이션으로 산정된 상기 충전요금을 전송하는 관리서버;
    상기 관리서버에 회원정보를 전송하면서 회원가입을 요청하여 회원가입하며,상기 관리서버로부터 상기 각 충전소의 충전스테이션들에 대한 충전소위치정보와 완충배터리 갯수정보를 수신하여 디스플레이하는 사용자 단말기;를 포함하고,
    상기 충전스테이션은, 충전도킹부에 연결되어 충전되고 있는 배터리들의 내부저항, 배터리셀간의 저항, 배터리셀간의 전압편차를 포함하는 배터리상태정보를 측정하여 측정된 각 배터리들의 배터리상태정보를 상기 관리서버에 전송하는 배터리상태검출부;를 포함하며,
    상기 관리서버는,
    상기 충전스테이션으로부터 수신된 각 배터리들의 배터리상태정보를 바탕으로 상기 각 배터리들에 대한 배터리 수명등급을 산정하고 저장관리하는 배터리 수명등급 산정부; 및,
    상기 반납된 배터리 사용량과 상기 배터리 수명등급 산정부에 저장된 상기 각 배터리들에 대한 배터리 수명등급을 바탕으로, 상기 충전요금을 산정하는 요금산정부;를 포함하며,
    상기 배터리 수명등급 산정부는 각 배터리에 대한 배터리 내부저항데이터를 시간대별로 저장하고, 저장된 시간대별 내부저항데이터를 통해 배터리 내부저항데이터의 기울기 추세정보를 산출하며, 산출된 기울기 추세정보를 통해 배터리 수명등급을 산정하도록 구성되며,
    상기 배터리 수명등급은 배터리 수명이 가장 높은 1등급부터 배터리 수명이 가장 낮은 5등급까지 1~5등급으로 이루어지며,
    상기 요금산정부는
    상기 반납된 배터리의 사용량에 따른 비율과, 더불어, 상기 반납된 배터리의 수명등급과 교환되는 완충배터리의 수명등급을 비교하여 충전요금을 산정하며,
    "충전요금 = 기본 충전요금 * 반납된 배터리의 사용량에 따른 비율 * (반납된 배터리의 수명등급 / 교환될 완충배터리의 수명등급) "으로 이루어진 산정식에 의해 상기 충전요금을 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전스테이션은, 해당 충전소의 위치정보와 보유한 완충배터리 갯수정보를 포함하는 충전소정보를 상기 관리서버에 전송하는 충전소정보 제공부;를 포함하며,
    상기 관리서버는 각 충전소의 충전스테이션으로부터 상기 충전소정보를 수신하고 저장하며, 상기 각 충전소의 충전스테이션들에 대한 충전소 위치정보와 완충배터리 갯수정보를 상기 사용자단말에 제공하는 충전소정보 관리부;를 포함하며,
    상기 사용자단말은 상기 관리서버에서 제공한 상기 충전소정보를 출력하여 사용자에게 안내하는 충전소정보 안내부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리는 상기 BMS로부터 해당 배터리의 배터리온도, 배터리전압, 배터리충방전 곡선데이터를 포함하는 배터리정보를 유선 또는 무선통신에 의해 상기 충전스테이션으로 송출하는 통신부를 구비하며,
    상기 충전스테이션은 유선 또는 무선 통신을 통해 상기 배터리정보를 수신하고 상기 관리서버에 전송하는 배터리정보 중계부;를 포함하며,
    상기 관리서버는 상기 배터리정보를 수신하여 저장하고 관리하는 배터리정보 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관리서버는,
    상기 배터리정보저장부에 저장된 각 배터리에 대한 배터리정보를 바탕으로, 반납된 배터리의 불량여부를 진단하고, 진단결과를 상기 충전스테이션에 전송하는 배터리불량진단부;를 더 포함하며,
    상기 배터리불량진단부로부터 수신된 상기 진단결과가 불량이면, 충전스테이션에 대한 이용불가정보를 화면상에 출력하여 사용자에게 안내하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배터리불량진단부는,
    상기 반납된 배터리의 전압, 온도, 내부저항이 정상범위를 벗어난 경우 불량으로 판단하며, 배터리 온도변화이력, 또는 충방전 전압 및 전류이력, 이전충방전 곡선데이터와 현재 충방전 곡선데이터의 비교, 또는 초기 내부저항 측정값과 현재 내부저항 측정값을 비교하여, 불량여부를 진단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 수명등급에 따른 충전요금 차등산정방식을 갖는 전기구동식 차량의 배터리교환형 충전시스템.
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