KR102168031B1 - 전기운송수단용 배터리 충전 및 교환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 충전 및 교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전스테이션에 배터리를 삽입하면, 일련의 회로장치와 구동장치에 의해 배터리를 충전하고, 기 충전된 배터리로 새롭게 교환해주는 전기운송수단용 배터리 충전 및 교환장치에 관한 것이다.
종래, 전기운송수단용 배터리는 사용자가 개별적으로 충전하거나, 직접 배터리 매장에 가서 교체하는 방식이었으나, 본 발명은 충전스테이션의 작동상태와 배터리의 충전상태 및 완충여부를 표시하는 디스플레이와, 작동모드를 선택하는 복수의 선택버튼과, 충전하고자하는 배터리를 삽입하는 배터리삽입부는 충전스테이션의 전면에 노출상태로 구성되고, 상기 충전스테이션의 내측에는 외부전원을 통해 안정된 충전동작을 제어하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 제어신호에 의해 배터리를 충전하는 충전회로가 구비되며, 상기 충전스테이션의 내측에는 예비배터리가 구비되고, CPU에서는 전원체크부를 통해 외부의 전원이 차단된 것을 감지한 경우 예비 배터리를 통해 배터리를 충전하며, 상기 예비 배터리는 전원체크부를 통과하는 누설전원을 부스트부에 의해 상승시켜 충전하는 것을 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치를 제안한다.
본 발명에 의한, 전기운송수단용 배터리 충전교환장치는 충전스테이션에 방전된 배터리를 삽입하고 충전된 배터리로 새롭게 교환해주는 방식이므로, 경량의 배터리를 사용하는 전기운송수단에 있어서 충전대기시간이 현저하게 감소하는 효과가 있다. 또한, 충전스테이션에 수납되어 있는 배터리가 완충상태일때, 입력된 외부전원의 누설전류로 예비배터리를 충전하게되므로, 낭비되는 전력을 재활용하는 효과가 있다.

Description

전기운송수단용 배터리 충전 및 교환장치{Battery charging and replacing device for electric vehicle}
본 발명은 배터리 충전 및 교환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충전스테이션에 배터리를 삽입하고 충전된 배터리로 새롭게 교환해주는 전기운송수단용 배터리 충전 및 교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 사람의 힘에 의해 체인을 회전시켜 구동하는 방식이고, 오토바이는 가솔린으로 엔진을 구동하여 체인을 회전시켜 구동방식이었으나, 최근 전기를 이용한 자전거 또는 오토바이가 다수 출시되었다.
이때, 자전거 또는 오토바이에는 전기를 생산하기 위한 배터리가 장착되므로, 일정시간 사용시 상기 배터리를 충전할 필요성이 있었다.
인간의 생활이나 사회활동에 필수적인 수단으로 자리매김한 오토바이 또는 자동차를 포함하는 운송수단은 석유와 같은 화석에너지를 에너지원으로 움직이는게 되는데, 화석에너지는 매장량이 한정된 자원으로 시간이 갈수록 고갈되고 있고 그 가격 또한 지속적으로 상승되고 있는 실정에 있다.
특히, 화석에너지는 그 사용과정에서 대기 환경을 오염시키는 다양한 배기가스가 배출될 뿐만 아니라 지구 온난화의 주요원인으로 작용하고 있는 이산화탄소를 다량으로 배출하는 문제점으로 인해 세계 각국에서는 전 산업분야에 걸쳐 이산화탄소 배출량 저감을 위한 다양한 연구개발활동을 수행하고 있고, 그 대안으로 전기를 에너지원으로 이동하는 운송수단이 개발되었다.
전기자동차는 순수 전기자동차(Battery powered electric vehicle), 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid electric vehicle), 연료전지 전기자동차(Fuel cell electric vehicle) 등이 개발되고 있으며, 전기자동차의 활성화와 보급의 확대되기 위해서는 언제 어디서나 손쉽게 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이어서 이에 관해서도 다양한 연구가 진행되고 있다.
하지만, 전기자동차는 석유(휘발유, 경유 등)를 이용하거나 천연가스를 이용하는 [0006] 자동차와 달리 플러그인 방식으로 배터리에 전력을 충전하게 되므로 소비자는 긴 대기시간이 요구되어 매우 불편하고 충전시설을 운영하는 업체는 지나치게 긴 대기시간으로 인해 경제성이 없는 실정에 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 전기자동차의 배터리에 전원을 직접 충전하지 않고 사전에 배터리를 충전하여 완충된 배터리 자체를 교환하는 방식(이하, '배터리교체방식'이라 한다)에서는 충전을 필요로 하는 소비자가 충전스테이션에 방문하게 되면 기 사용된 배터리를 미리 완충된 배터리와 교체, 장착하게 되므로 별도의 충전시간 없이 편리하게 이용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 특정 충전스테이션에 차량이 몰리게 되면 배터리가 충분치 않을 수 있고 소비자가 헛걸음을 할 수도 있으며, 반대의 경우에는 배터리가 오랫동안 미사용상태로 방치되는 것을 방지하기 위해 특허 공개 제 10-2012-0117311호(전기자동차, 배터리 충전스테이션, 이를 포함하는 전기자동차의 배터리 교환 예약시스템 및 그 예약방법)이 제안되었다.
그러나, 위 예약시스템은 전기자동차의 배터리 잔량에 기초하여 주행 경로에 따른 배터리 충전스테이션에 배터리 정보를 요청하고 배터리 교환을 사전 예약하는 방식으로, 일정구간을 주기적으로 운행하는 버스 등에만 한정적으로 적용되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충전스테이션에 방전된 배터리를 삽입하고 충전된 배터리로 새롭게 교환해주는 전기운송수단용 배터리 충전 및 교환장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 전기운송수단용 배터리 충전교환장치는 충전스테이션의 작동상태와 배터리의 충전상태 및 완충여부를 표시하는 디스플레이와, 작동모드를 선택하는 복수의 선택버튼과, 충전하고자하는 배터리를 삽입하는 배터리삽입부는 충전스테이션의 전면에 노출상태로 구성되고, 상기 충전스테이션의 내측에는 외부전원을 통해 안정된 충전동작을 제어하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 제어신호에 의해 배터리를 충전하는 충전회로가 구비되며, 상기 충전스테이션의 CPU에서는 전원체크부를 통해 외부의 전원이 차단된 것을 감지한 경우 예비 배터리를 통해 배터리를 충전하며, 상기 예비 배터리는 전원체크부를 통과하는 누설전류를 부스트부에 의해 상승시켜 충전하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 의한, 전기운송수단용 배터리 충전교환장치는 충전스테이션에 방전된 배터리를 삽입하고 충전된 배터리로 새롭게 교환해주는 방식이므로, 경량의 배터리를 사용하는 전기운송수단에 있어서 충전대기시간의 현저하게 감소하는 효과가 있다.
또한, 충전스테이션에 수납되어 있는 배터리가 완충상태일때, 입력된 외부전원의 누설전류로 예비배터리를 충전하게되므로, 낭비되는 전력을 재활용하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 전기운송수단용 배터리 충전교환장치의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예로서 전기운송수단용 배터리 충전교환장치의 개략적인 사시도,
도 3은 본 발명에 전기운송수단용 배터리 충전교환장치의 개략적인 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 콘트롤러에서 충전파트와 대기파트의 배터리의 충전을 관리하는 것을 개략적으로 나타낸 모식도,
도 5는 본 발명에 의한 충전회로부를 개략적으로 나타낸 블록 구성도,
도 6은 도 5의 충전회로부의 개략적인 회로도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 전기운송수단용 배터리 충전교환장치는 일정거리마다 설치되는 충전스테이션에 의해 구현된다.
상기 충전스테이션은 도 1에 도시된 바와 같이, 충전스테이션(100)의 작동상태와 배터리(2)의 충전상태 및 완충여부를 표시하는 디스플레이(10)와, 작동모드를 선택하는 복수의 선택버튼(20)과, 충전하고자하는 배터리(2)를 삽입하는 배터리삽입부(30)는 충전스테이션(100)의 전면에 노출상태로 구성되고, 상기 충전스테이션(100)의 내측에는 외부전원을 통해 안정된 충전동작을 제어하는 콘트롤러(40)와, 상기 콘트롤러(40)의 제어신호에 의해 배터리를 충전하는 충전회로(50)가 구비되며, 상기 충전스테이션(100)의 내측에는 예비배터리(57)가 구비되고, CPU(56)에서는 전원체크부(54)를 통해 외부의 전원이 차단된 것을 감지한 경우 예비 배터리(57)를 통해 배터리(2)를 충전하며, 상기 예비 배터리(57)는 전원체크부(54)를 통과하는 누설전류를 부스트부(55)에 의해 상승시켜 충전하게 된다.
이때, 상기 선택버튼(20)은 디스플레이부(10)의 터치패널방식으로 구현된다.
본 발명은 사용자가 자신의 방전된 배터리(2)를 배터리삽입부(30)에 삽입하고, 인접한 배터리삽입부(30)의 완충된 배터리(2)를 교환할 수도 있도록 복수의 배터리삽입부(30)가 개별적으로 구현되어 있으며, 각각의 배터리삽입부(30)의 전면에는 수동식 또는 전동식에 의해 좌우 또는 상하로 개방되는 보호커버(31)가 구비된다. 특히, 충전스테이션(100)의 디스플레이부(10)에 표시된 안내에 따라 완충된 배터리(2)가 위치된 배터리삽입부(30)의 보호커버(31)가 자동적으로 오픈되도록 구성된다.
상기 디스플레이(10)는 LCD 또는 LED 등의 액정화면 등으로 구현될 수 있으며, 액정에 구현된 선택버튼(20)의 터치에 의해 삽입된 배터리의 잔량, 삽입된 배터리의 충전 소요시간에 대한 정보, 또는 기 보관된 배터리의 갯수 및 충전상태 등을 선택적으로 표시한다.
또한, 자신의 방전된 배터리(2)를 배터리삽입부(30)에 삽입하고, 일정시간후 충전하여 회수할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 작동상태와 배터리의 충전상태 및 완충여부를 표시하는 디스플레이(10)와, 작동모드를 선택하는 복수의 선택버튼(20)과, 충전하고자하는 배터리를 삽입하는 배터리삽입부(30a) 및 충전된 배터리를 인출하는 배터리인출부(30b)는 충전스테이션(100)의 전면에 노출상태로 구성되고, 충전스테이션(100)의 내측에는 외부전원(1)을 통해 안정된 충전동작을 제어하며 배터리의 출납을 제어하는 콘트롤러(40)와, 상기 콘트롤러(40)의 제어신호에 의해 배터리를 충전하는 충전회로(50)와, 상기 콘트롤러(40)의 제어신호에 의해 삽입된 배터리(2)를 충전파트(70)에서 대기파트(80)를 거쳐 외부로 인출하는 구동부(60)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 충전파트(70)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리(2)가 적층 보관되며, 일측에 전원제어단자(71)가 구비되어 전기적으로 연결된 충전단자(3)를 통해 배터리(2)를 충전하고, 배터리(2)의 충전상태를 콘트롤러(40)에 전송하게 된다.
또한, 상기 대기파트(80)는 복수의 배터리(2)가 적층 보관되며, 일측에 전원체크단자(81)가 구비되어 전기적으로 연결된 충전단자(3)를 통해 배터리(2)의 충전상태를 콘트롤러(40)에 전송하게 된다.
한편, 본 발명에 적용된 충전회로(50)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 입력된 외부전원(1)을 안정화시키는 전원안정부(51)와, 안정된 전원을 일정 전압이상을 상승시키는 부스트부(52)와, 상기 상승된 전압에 의해 배터리를 충전시키는 충전부(53)를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 CPU(56)에서는 전원체크부(54)를 통해 외부의 전원이 차단된 것을 감지한 경우 예비 배터리(57)를 통해 배터리(2)를 충전하며, 상기 예비 배터리(57)는 배터리가 완충되어 전원이 사용되지 않는 경우, 전원체크부(54)를 통과하는 누설전류를 부스트부(55)에 의해 상승시켜 충전하게 된다.
상기 누설전류(leakage current)(漏泄電流)란 전원이 연결된 상태에서, 전력을 사용하지 않는 경우에도 콘센트 또는 접지를 통해 흐르는 약한 전류를 말한다. 내부를 흐르는 것과 표면을 흐르는 것이 있으나, 보통 표면을 흐르는 것이 더 크며, 이것을 표면 누설전류라 한다.
본 발명은 이와 같이 낭비되는 누설전류에 의해 예비배터리(57)를 충전하므로, 종래 충전스테이션에 의해 전력효율이 현저하게 상승하게 된다.
이외에, 배터리를 충전하기 위한 회로 구성은 종래의 공지기술을 응용할 수 있다.
1 : 외부전원 2 : 배터리
3 : 충전단자
10 : 디스플레이 20 : 선택버튼
30, 30a: 배터리삽입부 30b: 배터리인출부
31 : 보호커버
40 : 콘트롤러 50 : 충전회로
51 : 전원안정부 52, 55 : 부스트부
53 : 충전부 54 : 전원체크부
56 : CPU 57 : 예비 배터리
60 : 구동부
70 : 충전파트 71 : 전원제어단자
80 : 대기파트 81 : 충전체크단자
100: 충전스테이션

Claims (6)

  1. 충전스테이션(100)의 작동상태와 배터리(2)의 충전상태 및 완충여부를 표시하는 디스플레이(10)와, 작동모드를 선택하는 복수의 선택버튼(20)과, 충전하고자하는 배터리(2)를 삽입하는 배터리삽입부(30)(30a)는 충전스테이션(100)의 전면에 노출상태로 구성되고,
    상기 충전스테이션(100)의 내측에는 외부전원을 통해 안정된 충전동작을 제어하는 콘트롤러(40)와, 상기 콘트롤러(40)의 제어신호에 의해 배터리를 충전하는 충전회로(50)가 구비되며,
    상기 충전스테이션(100)의 CPU(56)에서는 전원체크부(54)를 통해 외부의 전원이 차단된 것을 감지한 경우 예비 배터리(57)를 통해 배터리(2)를 충전하며,
    상기 예비 배터리(57)는 전원체크부(54)를 통과하는 누설전원을 부스트부(55)에 의해 상승시켜 충전하는 것을 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리삽입부(30)는 복수로 형성되어, 방전된 배터리(2)를 배터리삽입부(30)에 삽입하고, 인접한 배터리삽입부(30)의 완충된 배터리(2)를 교환할 수 있도록 구성되며,
    상기 디스플레이(10)에 표시된 안내에 따라 완충된 배터리(2)가 위치된 배터리삽입부(30)의 보호커버(31)를 수동식 또는 전동식으로 오픈하여 완충된 배터리를 인출하도록 구성된 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 충전스테이션(100)에는 충전된 배터리를 인출하는 배터리인출부(30b)가 추가로 더 구비되고,
    상기 콘트롤러(40)의 제어신호에 의해 배터리삽입부(30a)로 삽입된 배터리(2)를 충전파트(70)에서 대기파트(80)를 거쳐 외부로 인출하는 구동부(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 충전파트(70)는 복수의 배터리(2)가 적층 보관되며, 일측에 전원제어단자(71)가 구비되어 전기적으로 연결된 충전단자(2)를 통해 배터리를 충전하고, 배터리의 충전상태를 콘트롤러(40)에 전송하는 것을 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 대기파트(80)는 복수의 배터리(2)가 적층 보관되며, 일측에 전원체크단자(81)가 구비되어 전기적으로 연결된 충전단자(2)를 통해 배터리의 충전상태를 콘트롤러(40)에 전송하는 것을 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 충전회로(50)는 입력된 외부전원(1)을 안정화시키는 전원안정부(51)와, 안정된 전원을 일정 전압이상을 상승시키는 부스트부(52)와, 상기 상승된 전압에 의해 배터리(2)를 충전시키는 충전부(53)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기운송수단용 배터리 충전교환장치.
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