KR102332609B1 - 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리를 1분 정도의 짧은 시간 안에 교체하고, 동시에 여러대의 전기자동차의 배터리를 교체하며, 메카넘휠로 구성되는 수평 이동 유닛을 설치하여 배터리를 자유롭게 이동시킬 수 있어 동선이 간단하고, 배터리 모듈에 삽입 바퀴를 설치하여 삽입 유닛의 상부에 마찰 저항을 줄임으로써 충전 배터리 삽입 시 위치 오차가 발생하더라도 위치 오차가 자동으로 조정되며 배터리 결합부에 삽입될 수 있도록 하는 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법{Electric vehicle battery replacement system and method}

본 발명은 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차의 배터리를 1분 정도의 짧은 시간 안에 교체하고 동시에 여러 대의 전기자동차의 배터리를 교체할 수 있는 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전기자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 동력원으로 하여 운행되는 자동차로서, 전기자동차는 화석 연료를 사용하는 기존의 자동차와 비교할 때, 유해 가스의 배출이 없는 친환경적인 특성을 가지고 있어 전기자동차에 대한 연구개발 및 상용화가 점차 가속화되고 있는 추세이다.

전기자동차의 배터리는 전자와 분리가 잘되는 이온화 경향이 가장 높은 원소인 리튬을 이용하여 제작되는데, 이러한 리튬 배터리는 양극재, 음극재, 전해액 및 분리막의 4가지 부품으로 구성된다.

기본적으로 리튬 배터리는 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하면서 충전과 방전이 이루어진다. 이에 따라 리튬 배터리의 용량과 수명 등과 같은 배터리 특성은 리튬 이온의 저장 용량, 이동속도 및 양극재와 음극재의 안정성에 좌우된다.

리튬 이온은 양극재와 음극재 사이를 반복적으로 이동하면서 양극재와 음극재의 내부 공간을 변형시키는데, 이로 인하여 양극재와 음극재의 안정적인 구조가 조금씩 손상되고 전해액이 분해되며 리튬 이온이 전해액 속에서 금속으로 변하면서 덴드라이트(dendrite)를 형성하여 배터리 열화현상이 진행된다.

이러한 배터리 열화현상은 과충전이나 과방전 상태에서 급속하게 진행될 뿐만 아니라 한번 열화된 배터리는 다시 회복되지 않기 때문에 리튬 배터리에 과충전이나 과방전이 발생하지 않도록 배터리 관리 시스템(BMS)으로 관리가 잘 이루어져야한다.

또한, 리튬 배터리는 온도에 따라 충전 용량이 크게 변하는데, 20℃에서 25℃ 사이의 온도에서 충전 용량이 가장 우수하지만 고온이나 저온에서 충전용량이 급격하게 감소하는 특성을 지녀 30℃에서는 -20%, 40℃에서는 -40%, 45℃ 이상에서는 -50% 이상 충전용량이 감소하고, 영하 15℃에서는 -54%까지 충전용량이 감소한다.

한편, 전기자동차의 충전 방법에는 직접 충전 방식과 교체 충전 방식의 2가지 방법이 있다. 먼저 직접 충전 방식은 차량에 고정된 배터리팩에 직접 전선을 연결하여 충전하는 방식으로, 이 경우에 충전 시간 동안 전기자동차를 운행하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 충전 시에 배터리팩이 외부에 노출되어 외기의 온도에 따라 충전 효율이 크게 변할 뿐 아니라 배터리팩을 구성하는 배터리셀의 열화 상태를 확인하기 어려워 배터리셀의 수명이 빠르게 단축될 뿐 아니라 화재로 이어질 수 있는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 충전 시간을 단축하기 위해 고속 충전을 이용하게 되면 배터리셀의 열화가 촉진되어 배터리 수명이 크게 단축되는 문제점도 있다.

뿐만 아니라 고속 충전을 하게 되면 단축되는 충전 시간의 비율에 비례하여 전력 공급의 순간 부하가 높아지기 때문에 전력 공급망에 부하를 가중시키게 되므로 고속 충전을 사용하는 전기자동차의 비율이 늘어나게 된다면 전기자동차의 충전 선호 시간에만 전력 최대 수요가 폭증하고 비선호 시간에는 전력 수요가 급감하는 극심한 수요 변동이 발생하여 전력 공급망의 엄청난 비효율을 초래할 뿐 아니라 심하면 블랙아웃도 발생할 수 있다.

이러한 직접 충전 방식의 문제점을 해결하기 위하여 사용한 배터리팩을 분리하여 외부에서 충전시키고, 외부에서 미리 충전된 배터리팩으로 교환하는 교체 충전 방식이 도입되고 있는 실정이다.

이처럼 전기자동차의 사용된 배터리팩을 충전된 배터리팩으로 교체하여 충전하는 방식과 관련된 기술이 대한민국 등록특허공보 제10-1256904호에 제안된 바 있다.

특허문헌 1은 배터리교환방식의 전기차 충전스테이션 시스템에 관한 것으로, 충전스테이션을 마련하여 배터리의 충전이 이루어지고 충전스테이션에 배터리 교체로봇을 마련하여 배터리를 교환하는 전기차 충전스테이션 시스템에 대해 개시하고 있다.

하지만, 특허문헌 1은 한번에 한 대의 전기자동차만을 충전할 수 있어 시간 당 배터리를 교체할 수 있는 차량의 대수가 한정적이며, 전기자동차의 정차 위치가 배터리의 교환 위치와 정확히 일치하지 않아 위치 오차가 발생할 경우 컨베이어를 설치하여 차량의 위치를 조정하기 때문에 장비가 복잡하고 설치 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

또한, 배터리 교환을 위하여 전기자동차의 상부에 배터리를 장착하여 교체하기 때문에 무게 중심이 높아져 차량의 안정성이 나빠지는 문제점이 있으며, 배터리 이송 및 장착로봇, 배터리 인출 및 수납로봇 및 또 다른 배터리 이송 및 장착로봇과 같이 여러대의 로봇이 필요하기 때문에 운용이 복잡하고, 상기 로봇들은 이송 레일에 의하여 움직이기 때문에 이송 레일을 설치하는데 상당한 공간 확보가 필요하며 상기 로봇들이 움직이는 동선 또한 복잡해지는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1256904호 (발명의 명칭: 배터리교환방식의 전기차 충전스테이션 시스템, 공고일: 2013. 04. 23)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기자동차의 배터리를 1분 정도의 짧은 시간 안에 교체하고, 동시에 여러대의 전기자동차의 배터리를 교체하며, 메카넘휠로 구성되는 수평 이동 유닛을 설치하여 배터리를 자유롭게 이동시킬 수 있어 동선이 간단하고, 배터리 모듈에 삽입 바퀴를 설치하여 삽입 유닛의 상부에 마찰 저항을 줄임으로써 충전 배터리 삽입 시 위치 오차가 발생하더라도 위치 오차가 자동으로 조정되며 배터리 결합부에 삽입될 수 있도록 하는 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템은, 전기자동차의 하부에 형성되는 배터리 결합부와, 상기 배터리 결합부에 탈착 가능하게 결합되는 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 이동시키는 복수개의 수평 이동 유닛 및 상기 복수개의 수평 이동 유닛 사이에 설치되어 상기 배터리 모듈이 상기 배터리 결합부에 탈착되도록 상하로 움직이는 삽입 유닛을 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상부 모서리에 구비되는 삽입 바퀴를 더 포함한다.

또한, 상기 수평 이동 유닛은 메카넘휠로 구성될 수 있다.

또한, 상기 배터리 결합부는, 상기 배터리 결합부의 상단에 구비되고, 상기 배터리 결합부의 상단에 구비되고, 요철형 돌기 형상으로 형성되어 상기 배터리 모듈과 탈착가능하게 결합되는 제1 결합유닛 및 상기 배터리 결합부의 상단에 구비되고, 요철형 돌기 형상으로 형성되어 상기 배터리 모듈과 탈착가능하게 결합되는 제2 결합유닛을 포함하고, 상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 모듈의 상면에 요철형으로 홀이 형성되어 상기 제1 결합유닛과 결합되는 제1 결합구 및 상기 배터리 모듈의 상면에 요철형으로 홀이 형성되어 상기 제2 결합유닛과 결합되는 제2 결합구를 포함할 수 있다.

삭제

또한, 상기 삽입 유닛의 상면은 마찰계수가 0.2 이하일 수 있다.

본 발명에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법은, 전기자동차의 하부에 형성되는 배터리 결합부와 상기 배터리 결합부에 탈착 가능하게 결합되는 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈을 이동시키는 복수개의 수평 이동 유닛 및 상기 복수개의 수평 이동 유닛 사이에 설치되어 상기 배터리 모듈이 상기 배터리 결합부에 탈착되도록 상하로 움직이는 삽입 유닛을 포함하는 전기자동차 배터리 교체 시스템의 전기자동차 배터리 교체 방법에 있어서, 방전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부로부터 분리시키는 방전 배터리 모듈 분리 단계와, 상기 수평 이동 유닛이 분리된 상기 방전 배터리 모듈을 충전공간으로 이동시키는 방전 배터리 모듈 이동 단계와, 상기 충전공간에서 상기 방전 배터리 모듈을 충전하는 방전 배터리 모듈 충전 단계와, 상기 수평 이동 유닛이 상기 충전공간에서 미리 충전되어 있는 충전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부의 하부로 이동시키는 충전 배터리 모듈 이동 단계 및 상기 배터리 결합부의 하부에 위치한 상기 충전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부에 결합시키는 충전 배터리 모듈 결합 단계를 포함하고, 상기 충전 배터리 모듈 결합 단계는, 상기 배터리 결합부의 하부에 위치한 상기 충전 배터리 모듈이 하측의 상기 삽입 유닛과 접촉하여, 상기 삽입 유닛이 상승하며 상기 충전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부 방향으로 수직 상승시키는 제2 삽입 유닛 상승 단계와, 상기 충전 배터리 모듈이 상기 충전 배터리 모듈에 설치된 삽입 바퀴에 의하여 상기 충전 배터리 모듈과 상기 배터리 결합부 간의 위치 오차가 감소되면서 상기 배터리 결합부에 삽입되는 충전 배터리 모듈 위치 오차 제거 단계 및 상기 충전 배터리 모듈이 상기 배터리 결합부에 고정되는 충전 배터리 모듈 고정 단계를 포함한다.

또한, 상기 방전 배터리 모듈 분리 단계는, 상기 삽입 유닛이 상기 배터리 결합부 방향으로 수직 상승하여 상기 방전 배터리 모듈과 접촉하는 제1 삽입 유닛 상승 단계와, 상기 배터리 결합부와 상기 방전 배터리 모듈의 결합이 해제되는 방전 배터리 모듈 결합 해제 단계 및 상기 삽입 유닛이 하강하며 상기 결합이 해제된 방전 배터리 모듈이 상기 수평 이동 유닛과 접촉하는 방전 배터리 모듈 착지 단계를 포함할 수 있다.

삭제

본 발명의 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 운전자가 하차할 필요 없이 자동으로 배터리를 교체하여 충전할 뿐 아니라 차량이 진입하여 교체를 완료하고 진출하는 시간을 1분 이내로 단축하여 기존의 엔진차량 주유시간보다 빠를 뿐 아니라 분리한 방전 배터리를 별도의 충전유닛에서 최적 조건에서 천천히 충전함으로써 배터리팩의 수명을 증대시켜 전기자동차 직접충전 방식이 지닌 모든 문제점을 해결하는 이점이 있다.

둘째, 배터리 교체공간 및 충전공간에 메카넘휠로 구성된 수평 이동 유닛을 설치하여 배터리 모듈을 조향장치 없이도 전진, 후진, 좌측이동, 우측이동, 사선이동 등이 가능하여 배터리 모듈이 교체공간과 충전공간 사이를 자유롭게 이동하도록 할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 분리형 배터리에서도 전기자동차의 히트펌프에 저장된 일정한 온도의 냉각수가 배터리 모듈에 공급되도록 함으로써 배터리 모듈에서 냉각수가 순환되며 온도가 항상 최적 상태로 유지됨으로써 온도에 민감한 리튬 배터리에 과열이나 냉각이 발생하는 것을 막을 수 있는 이점이 있다.

넷째, 배터리 모듈에 삽입 바퀴를 설치하여 배터리 모듈이 배터리 결합부에 삽입될 때 걸림 현상 없이 신속하고 정확하게 삽입될 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 각각의 배터리 모듈과 배터리 모듈 내부의 배터리셀 각각에 고유 번호를 부여하여 배터리 모듈 충전 시 각 배터리셀의 온도, 전압, 전류를 측정하여 불량 배터리셀을 찾아내어 즉시 교체하도록 함으로써 불량 배터리셀 주변으로 배터리 열화가 진행되는 것을 차단할 뿐 아니라 배터리의 화재도 근본적으로 방지하고 배터리의 안전성을 크게 향상시키며 수명 또한 크게 연장시킬 수 있는 이점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간 및 충전공간을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 충전 유닛을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 방전 배터리 모듈 충전 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 방전 배터리 모듈 충전 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 방전 배터리 모듈 충전 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 충전 배터리 모듈 이동 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 제2 삽입 유닛 상승 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 충전 배터리 모듈 위치 오차 제거 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 충전 배터리 모듈 고정 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 상단, 하단, 상면, 하면 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의 상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 각 구성요소가 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭한 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 '배터리 모듈'은 리튬 배터리로 이루어지는 배터리셀이 전기자동차(1)의 전력 소비량에 맞춰 수십개에서 수백개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 합쳐진 배터리팩을 전기자동차(1)에 탈착 가능하도록 구비한 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어인 '방전 배터리 모듈' 및 '충전 배터리 모듈'은 본 발명의 전기자동차(1) 배터리 교체 과정에 있어서 방전되어 교체되는 배터리 모듈(200), 충전을 위하여 삽입되는 배터리 모듈(200)의 구별을 위하여 사용된 용어로서, 하나의 배터리 모듈(200)은 상황에 따라서 '방전 배터리 모듈'과 '충전 배터리 모듈' 둘 중 하나에 해당될 수 있으며 어느 하나에만 한정되지 않는다. 상기 용어들은 설명의 편의를 위해서 사용된 것일 뿐 배터리 모듈(200)의 기능이나 모양 등을 한정하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 전기자동차 배터리 교체 시스템 및 방법을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템은 전기자동차(1)의 하부에 형성되는 배터리 결합부(100), 상기 배터리 결합부(100)에 탈착 가능하게 결합되는 배터리 모듈(200), 상기 배터리 모듈(200)을 이동시키는 복수개의 수평 이동 유닛(300) 및 상기 복수개의 수평 이동 유닛(300) 사이에 설치되어 상기 배터리 모듈(200)이 상기 배터리 결합부(100)에 탈착되도록 상하로 움직이는 삽입 유닛(400)을 포함한다.

배터리 결합부(100)는 전기자동차(1) 하부에 형성되어 후술할 배터리 모듈(200)을 수용하고 장착할 수 있다. 배터리 결합부(100)는 후술할 배터리 모듈(200)의 삽입 바퀴(230)가 수용되도록 가장자리부의 상단을 안쪽으로 더 깊게 파이도록 형성될 수 있다. 배터리 결합부(100)는 상기 배터리 결합부(100)의 상단에 구비되고, 요철형 돌기 형상으로 형성되어 상기 배터리 모듈(200)과 탈착가능하게 결합되는 제1 결합유닛(110) 및 상기 배터리 결합부(100)의 상단에 구비되고, 요철형 돌기 형상으로 형성되어 상기 배터리 모듈(200)과 탈착가능하게 결합되는 제2 결합유닛(120)을 포함할 수 있다.

상기 제1 결합유닛(110)과 제2 결합유닛(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 요철형 돌기를 가지도록 형성되며 각각 모터(미도시)가 연결되어 제어부(미도시)의 신호에 따라 회전할 수 있다. 즉, 배터리 모듈(200)이 후술할 삽입 유닛(400)에 의해 배터리 결합부(100)로 삽입되면 제1 결합유닛(110)과 제2 결합유닛(120)이 각각 후술할 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 접촉하게 되고 제어부(미도시)의 신호에 따라 모터(미도시)가 동작하여 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)이 회전하면 각각 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 고정 결합되어 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 고정될 수 있다. 배터리 모듈(200)을 분리할 때에는 제어부(미도시)의 신호에 따라 모터(미도시)가 반대로 동작하여 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)이 반대로 회전하면서 각각 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 분리되어 결합이 해제될 수 있다.

또한, 상기 제1 결합유닛(110)은 배터리 모듈(200)의 전기를 전기자동차(1)로 공급하기 위한 자동차 전기 공급선(111)이 구비되고, 상기 제2 결합유닛(120)은 전기자동차(1)의 히트펌프에 저장된 냉각수를 배터리 모듈(200)에 공급하기 위한 자동차 냉각수 공급 배관(121)이 구비될 수 있다. 전기자동차(1)의 히트펌프에 의하여 일정한 온도의 냉각수가 배터리 모듈(200)로 공급되어 순환하면서 배터리 모듈(200)의 온도는 항상 최적 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라 온도에 민감한 리튬 배터리에 과열이나 냉각이 발생하는 것을 막을 수 있다.

도 2를 참조하면, 배터리 모듈(200)은 상기 배터리 결합부(100)에 탈착 가능하게 결합된다. 배터리 모듈(200)은 상술한 바와 같이 설명의 편의 상 방전 배터리 모듈(200a) 및 충전 배터리 모듈(200b)로 표현될 수 있다.

배터리 모듈(200)은 배터리 모듈(200)의 상면에 형성되어 상기 제1 결합유닛(110)과 결합되는 제1 결합구(210) 및 배터리 모듈(200)의 상면에 형성되어 상기 제2 결합유닛(120)과 결합되는 제2 결합구(220)를 포함할 수 있다.

상기 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)는 도1에 도시된 바와 같이 요철형 결합구멍을 가지도록 형성되어 상술한 바와 같이 각각 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)과 결합 및 해제되어 배터리 모듈(200)이 배터리 모듈(200)에서 탈착가능하도록 할 수 있다.

또한, 상기 제1 결합구(210)는 배터리 모듈(200)의 전기를 전기자동차(1)로 공급하기 위하여 상기 자동차 전기 공급선(111)과 연결되는 배터리 전기 공급선(211)이 구비되고, 상기 제2 결합구(220)는 전기자동차(1)의 히트펌프에 저장된 냉각수를 공급받기 위하여 상기 자동차 냉각수 공급 배관(121)과 연결되는 배터리 냉각수 공급 배관(221)이 구비될 수 있다.

즉, 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 결합되면 자동차 전기 공급선(111)과 배터리 전기 공급선(211)이 서로 연결되어 배터리 모듈(200)의 전기를 전기자동차(1)로 공급하고, 자동차 냉각수 공급 배관(121)과 배터리 냉각수 공급 배관(221)도 서로 연결되어 전기자동차(1)의 히트펌프에 저장된 냉각수를 배터리 모듈(200)로 공급할 수 있다.

또한, 배터리 모듈(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 상부 모서리에 구비되는 삽입 바퀴(230)를 더 포함할 수 있다. 삽입 바퀴(230)는 배터리 모듈(200)이 후술할 삽입 유닛(400)에 의하여 배터리 결합부(100)에 삽입되는 과정에서 발생하는 걸림 현상을 방지하고 신속하게 삽입되도록 배터리 모듈(200)의 상부 모서리에 설치될 수 있다. 삽입 바퀴(230)를 배터리 모듈(200)이 가장자리부보다 약간 더 돌출되게 설치하면 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 삽입될 때 삽입 바퀴(230)의 반경 절반 이하에 해당하는 삽입 바퀴(230)의 외부면이 배터리 모듈(200) 본체보다 먼저 배터리 결합부(100)의 입구와 60도 이하의 각도를 가지고 접촉하면서 삽입되는 힘으로 수평 분력을 만들어 배터리 모듈(200)을 위치 오차만큼 밀어내고 후술할 삽입 유닛(400)의 상면의 마찰계수가 0.2 이하로 구비되기 때문에 배터리 모듈(200)이 수평 분력에 저항하지 못하고 미끄럼이 발생하여 자동으로 위치 오차를 제거하면서 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 걸림 현상 없이 신속하고 정확하게 삽입될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간 및 충전공간을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템은 전기자동차(1)가 진입하여 배터리 교체를 위하여 정차하는 정차공간(10), 정차공간(10) 하부에서 배터리 모듈(200)이 전기자동차(1)의 이동에 간섭을 받지 않으며 이동가능하도록 소정의 공간을 가지도록 구비되어 상기 수평 이동 유닛(300) 및 후술할 삽입 유닛(400)이 설치되고 후술할 충전공간(30)과 연결되는 교체공간(20) 및 상기 교체공간(20)과 연결되어 상기 배터리 모듈(200)의 충전이 이루어지는 충전공간(30)을 포함할 수 있다. 여기서 충전공간(30)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 정차공간(10)은 전기자동차(1)가 이동하는 자동차 이동평면(11)을 포함한다. 이 때, 상기 교체공간(20)에서 배터리 모듈(200)이 후술할 삽입 유닛(400)에 의하여 정차공간(10)의 배터리 결합부(100)로 상승하거나, 정차공간(10)의 배터리 결합부(100)에서 다시 교체공간(20)의 배터리 이동평면(21)으로 하강할 때 자동차 이동평면(11)을 통과하여 하강한다. 따라서, 정차공간(10)의 자동차 이동평면(11)에는 배터리 모듈(200)이 교체공간(20)과 정차공간(10) 사이를 통과하여 이동할 수 있도록 개방부(12)가 형성될 수 있다.

상기 개방부(12)는 전기자동차(1)의 바퀴 내부의 폭보다 좁게 형성되어 차량 바퀴가 개방부(12) 외부의 자동차 이동평면(11)을 이동하여 개방부(12) 상측으로 정차할 수 있지만 이 경우 개방부(12)의 폭이 좁아 배터리 모듈(200)의 크기가 제약을 받을 수 있다. 이에 본 발명의 일 실시예에 따르면 개방부(12)를 차량의 폭보다 넓게 형성하고 전기자동차(1)가 개방부(12)에 진입 시에는 개방부(12)를 막아 차량이 진입할 수 있도록 하고, 개방부(12)의 길이는 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 길이보다 짧게 형성하여 차량이 정차한 후 폐쇄되어 있던 개방부(12)가 개방되더라도 차량이 안정적으로 정차한 상태를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 상기 개방부(12)에 배터리 결합부(100)가 위치하도록 전기자동차(1)가 정차하여 배터리 모듈(200)이 삽입 유닛(400)에 의하여 개방부(12)를 상하로 통과하면서 배터리 결합부(100)에서 결합 및 분리될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 개방부(12)는 상시 개방되어 있을 수 있으나, 보다 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 개방 폐쇄부(26)를 설치하여 배터리 모듈(200)의 교체가 필요할 때에만 개방부(12)를 개방하고 평상 시에는 폐쇄하도록 할 수 있다. 개방 폐쇄부(26)는 개방부(12) 아래의 배터리 이동평면(21)에 개방부(12)와 동일한 면적을 갖는 지지판을 포함할 수 있다. 상기 지지판에는 후술할 수평 이동 유닛(300) 및 삽입 유닛(400)이 설치될 수 있다. 개방 폐쇄부(26)는 수평 이동 유닛(300)이 설치된 지지판과 삽입 유닛(400) 전체를 별도로 구비된 장치(미도시)에 의하여 개방부(12)를 폐쇄하도록 수직으로 들어올릴 수 있다. 개방 폐쇄부(26)가 개방부(12)를 폐쇄하게 되면 지지판과 함께 수평 이동 유닛(300)이 외부에 노출된 상태가 될 수 있다. 이 때, 전기자동차(1)가 폐쇄된 개방부(12)로 진입하여 안정적으로 정차하게 되면, 상기 개방 폐쇄부(26)가 다시 하강하여 개방된 개방부(12)로 배터리 교체가 이루어질 수 있다.

이 때, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 개방 폐쇄부(26)는 배터리 모듈(200)을 지지한 상태로 정차공간(10)의 자동차 이동평면(11)과 교체공간(20)의 배터리 이동평면(21) 사이를 상하로 움직일 수 있다. 이 경우에 배터리 모듈(200)을 분리 시 지지판, 수평 이동 유닛(300), 삽입 유닛(400)을 포함하는 개방 폐쇄부(26)가 지지판과 자동차 이동평면(11)이 같은 평면 상에 위치하도록 상승하면 배터리 결합부(100)까지 후술할 삽입 유닛(400)이 상승하여 배터리 결합부(100)에서 분리된 배터리 모듈(200)을 지지하며 지지판으로 하강하게 되고, 지지판에서 배터리 모듈(200)을 지지한 상태로 개방 폐쇄부(26)가 지지판과 배터리 이동평면(21)이 같은 평면 상에 위치하도록 하강하여 배터리 모듈(200)이 배터리 이동평면(21) 상에 착지할 수 있다.

개방 폐쇄부(26)가 하강하여 개팡 폐쇄부(26)의 수평 이동 유닛(300)이 배터리 이동평면(21)의 다른 수평 이동 유닛(300)과 동일한 평면으로 연결되면 개방 폐쇄부(26)에 있던 방전된 배터리 모듈(200)을 후술할 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간(23)으로 이동시키고, 후술할 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간(24)에서 대기하고 있던 충전 배터리 모듈(200)이 지지판 위로 이동하게 된다.

충전된 배터리 모듈(200)을 결합 시에는 후술할 수평 이동 유닛(300)으로 배터리 모듈(200)을 지지판 위에 정차시키면 개방 폐쇄부(26)가 자동차 이동평면(11)까지 상승하고, 삽입 유닛(400)이 배터리 모듈(200)을 배터리 결합부(100)로 상승시켜 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 개방부(12)가 개폐될 수 있도록 슬라이딩 장치(미도시)를 설치하여 배터리 모듈(200)의 교체가 필요할 때에만 개방부(12)를 개방하고 평상 시에는 폐쇄하도록 할 수 있다.

한편, 수평 이동 유닛(300)은 상기 교체공간(20)에서 배터리 모듈(200)이 이동되는 배터리 이동평면(21) 상에 설치되어 배터리 모듈(200)을 이동시키도록 복수개 구비될 수 있다. 이 때 복수의 수평 이동 유닛(300) 각각의 간격이나 배치되는 모양 등은 다양한 방법으로 배치될 수 있으며 어느 하나에 한정되지 않는다.

수평 이동 유닛(300)은 배터리 모듈(200)을 이동시키기 위하여 다양한 방법으로 구성될 수 있지만 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템에서는 상기 수평 이동 유닛(300)을 메카넘휠로 구성하는 것이 바람직하다. 여기서, 메카넘휠로 구성되는 상기 수평 이동 유닛(300) 각각에는 모터(미도시)가 장착되어 제어부(미도시)의 신호에 따라 정회전, 역회전, 정지의 3가지 모드로 동작할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 수평 이동 유닛(300)을 메카넘휠로 구성할 경우 메카넘휠을 거꾸로 설치하는 것이 바람직하다.

메카넘휠로 구성된 수평 이동 유닛(300)이 배터리 이동평면(21) 상에 복수개 배치됨으로써 메카넘휠의 회전 조합만으로 조향 장치 없이 전진, 후진, 좌측이동, 우측이동, 좌회전, 우회전, 사선이동 등 자유자재로 이동이 가능하다.

따라서, 제어부(미도시)의 신호에 따라 각각의 메카넘휠에 연결된 모터(미도시)의 회전 방향과 속도를 적절하게 제어하여 중량이 400kg 내외로 무거운 배터리 모듈(200)이 배터리 이동평면(21) 위에서 배터리 교체공간(20)과 충전공간(30) 사이를 자유롭게 이동하도록 할 수 있다.

삽입 유닛(400)은 배터리 교체공간(20)에서 복수개의 수평 이동 유닛(300) 사이의 배터리 이동평면(21) 아래에 삽입되어 설치된다. 평상시에는 배터리 모듈(200)이 수평 이동 유닛(300)에 의하여 배터리 이동평면(21)을 이동할 때 방해가 되지 않도록 삽입 유닛(400)의 상면이 배터리 이동평면(21)과 동일한 평면 상에 위치하거나 배터리 이동평면(21)보다 하측에 위치하도록 삽입 유닛(400)이 하강되어 있다가, 배터리를 교체하기 위한 전기자동차(1)가 배터리 결합부(100)가 삽입 유닛(400) 상측에 위치하도록 정차공간(10)에 정차하면, 삽입 유닛(400)이 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 탈착되도록 배터리 이동평면(21) 위로 수직 상승한다.

이 때, 삽입 유닛(400)의 상면은 마찰계수가 0.2 이하가 되도록 코팅되거나 볼캐스터(410)가 설치될 수 있다.

배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 삽입되기 위하여 삽입 유닛(400)에 의해 상승할 때 배터리 모듈(200)과 배터리 결합부(100) 사이에 상기 삽입 바퀴(230) 반경의 절반에 해당하는 위치 오차가 발생한 경우를 예를 들면, 삽입 바퀴(230)의 수평면에서 60도 각도의 위치에서 수직 방향으로 힘이 발생하고, 이 수직 방향 힘은 삽입 바퀴(230) 중심 방향의 힘과 수평 방향의 힘으로 분력이 발생하고 수평 방향 분력은 1/Tan60°에 해당하는 약 57%가 발생하므로 삽입 유닛(400)의 상면이 마찰계수가 0.57 이하가 되면 마찰 저항보다 수평 방향 분력이 커져서 삽입 과정에서 배터리 모듈(200)이 미끄러지며 자동적인 수평 이동이 이루어져 오차가 제거되어 배터리 모듈(200)이 배터리 결합부(100)로 신속하고 정확하게 삽입이 이루어질 수 있다. 이 때, 마찰계수가 작을수록 배터리 모듈(200)에 신속한 수평 이동이 이루어질 수 있기 때문에 삽입 유닛(400)의 상면을 마찰계수가 0.2 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템에 따르면 도 1에 도시된 바와 같이 어느 방향으로도 자유롭게 회전하며 마찰계수가 0에 가까운 볼캐스터(410)를 삽입 유닛(400)의 상면에 설치하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 도 3을 참조하면 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템은 상기 배터리 모듈(200)이 충전되는 충전공간(30)을 포함할 수 있다. 충전공간(30)은 배터리 모듈(200)을 충전하는 충전 유닛(500), 교체공간(20)의 배터리 모듈(200)을 충전공간(30)에서 이동시키기 위한 수직 이동 유닛(600) 및 수평 이동 유닛(300)을 포함할 수 있다. 여기서, 충전공간(30)은 여러 대의 전기자동차(1)의 배터리 모듈(200)을 동시에 교체하고 1분 이내에 교체를 수행할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모듈(200)을 저속으로 3시간 동안 안정적으로 충전할 수 있도록 하는 충전 용량과 교체 능력을 확보하는 것이 바람직하다.

충전공간(30)은 교체공간(20)의 일측에 설치되며, 교체공간(20)과 연결되어 배터리 모듈(200)이 충전된다. 충분한 수의 배터리 모듈(200)을 충전하고 보관하기 위하여 배터리 모듈(200)을 충전하는 충전 유닛(500)이 수십, 수백개 이상 구비될 수 있으며 이를 위해 충전공간(30)은 여러 층으로 구성될 수 있다. 여러 층으로 구성된 충전공간(30)과 교체공간(20) 사이를 배터리 모듈(200)이 이동하도록 충전공간(30)에는 수직 이동 유닛(600)이 구비되어 수직으로 이동할 수 있다.

여기서, 수직 이동 유닛(600)은 배터리 모듈(200)의 운송 능력을 높이기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 2개 층 이상으로 구성할 수 있으며, 이 경우 충전공간(30)에서 층간 높이 차이와 수직 이동 유닛(600)의 층간 높이 차이를 일치하도록 구성하면 충전공간(30)과 수직 이동 유닛(600) 간에 배터리 모듈(200)을 상하차하는 시간을 단축할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 2개 층의 수직 이동 유닛(600)을 사용하면 수직 이동 유닛(600)은 2분에 한번 씩 왕복 운행하는 것이 바람직하다. 또한, 수직 이동 유닛(600) 내에도 수평 이동 유닛(300)이 구비되어 제어부(미도시)의 신호에 따라 배터리 모듈(200)을 자동으로 이동시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 충전 유닛을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 충전 유닛(500)은 전기자동차(1)의 배터리 결합부(100)와 마찬가지로 충전 유닛 결합부(510)에 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)을 설치하여 각각 배터리 모듈(200)의 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 고정 결합되어 충전 유닛 결합부(510)의 상단부와 배터리 모듈(200)의 상단부에 구비되는 충전단자(미도시)를 통해 충전될 수 있으나, 무선충전모듈이 장착되어 무선충전 방식이 적용될 수도 있다.

여기서, 배터리 모듈(200)이 충전 유닛(500)에 결합될 때 수평 방향으로 저항력이 생기지 않으면서 수직 방향으로 이동하는 충전 유닛(500)에 설치된 와이어(520)를 이용하여 충전 유닛 결합부(510)를 아래로 내려서 삽입 바퀴(230)에 의하여 충전 유닛 결합부(510)와 배터리 모듈(200)간의 위치 오차가 자동으로 제거되고 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)이 각각 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 고정 결합되어 충전이 이루어질 수 있다.

상기 와이어(520)는 인장강도가 큰 금속선이나 탄소섬유 등을 사용해서 만들거나 체인 등으로 구성할 수 있으며, 상기 배터리 모듈(200)을 들어올릴 수 있을 만큼 충분히 큰 장력을 가지도록 만드는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 순서도이다.

도 5에 도시된 방법은 도 1 내지 4에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법을 수행하기 위한 상기 전기자동차 배터리 교체 시스템에 대한 설명은 상술한 바 있으므로 동일한 부호를 사용하되 중복되는 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법은 전기자동차 진입 단계(S100), 방전 배터리 모듈 분리 단계(S200), 방전 배터리 모듈 이동 단계(S300), 방전 배터리 모듈 충전 단계(S400), 충전 배터리 모듈 이동 단계(S500) 및 충전 배터리 모듈 결합 단계(S600)를 포함한다.

먼저, 전기자동차 진입 단계(S100)에서는 충전 배터리 모듈(200b)에서 공급되는 전기로 주행하는 전기자동차(1)가 상기 충전 배터리 모듈(200b)이 방전되면 방전 배터리 모듈(200a)을 분리하고 충전공간(30)에서 미리 충전되어 있는 충전 배터리 모듈(200b)로 교체하기 위하여 정차공간(10)으로 진입한다.

방전 배터리 모듈 분리 단계(S200)에서는 방전 배터리 모듈(200a)을 상기 배터리 결합부(100)로부터 분리시킨다. 방전 배터리 모듈 분리 단계(S200)는 제1 삽입 유닛 상승 단계(S210), 방전 배터리 모듈 결합 해제 단계(S220), 방전 배터리 모듈 착지 단계(S230)를 포함할 수 있다.

제1 삽입 유닛 상승 단계(S210)에서는 상기 전기자동차(1)가 자동차 이동평면(11)을 이동하여 전기자동차(1)의 배터리 결합부(100)가 교체공간(20)의 하부에 설치된 삽입 유닛(400)의 상측에 위치한 개방부(12)위로 정차하면, 삽입 유닛(400)이 방전 배터리 모듈(200a)이 배터리 결합부(100)에 탈착되도록 배터리 이동평면(21) 위로 수직 상승하여 개방부(12)를 통과하고 삽입 유닛(400)의 상면이 방전 배터리 모듈(200a)과 접촉하여 방전 배터리 모듈(200a)을 지지하게 된다.

방전 배터리 모듈 결합 해제 단계(S220)에서는 제어부(미도시)의 신호에 따라 배터리 결합부(100)의 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)에 연결된 모터(미도시)를 결합 시와 반대로 동작시켜 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)이 반대로 회전하면서 각각 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 분리되며 배터리 결합부(100)와 방전 배터리 모듈(200a)의 결합이 해제된다.

방전 배터리 모듈 착지 단계(S230)에서는 방전 배터리 모듈(200a)을 지지하고 있는 삽입 유닛(400)이 개방부(12) 아래로 하강하며 교체공간(20)으로 진입하고 결합이 해제된 방전 배터리 모듈(200a)이 수평 이동 유닛(300)과 접촉하며 배터리 이동평면(21)으로 착지된다.

방전 배터리 모듈 이동 단계(S300)에서는 방전 배터리 모듈(200a)이 충전을 위하여 교체공간(20)의 배터리 이동평면(21) 상에서 수평 이동 유닛(300)에 의하여 충전공간(30)으로 진입하고, 충전공간(30)으로 진입한 방전 배터리 모듈(200a)은 수직 이동 유닛(600) 및 수평 이동 유닛(300)에 의하여 충전 유닛(500) 하측으로 이동하게 된다.

도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 방전 배터리 모듈 충전 단계를 설명하기 위한 도면이다.

도 6 내지 8을 참조하면, 방전 배터리 모듈 충전 단계(S400)에서는 발전소에서 공급하는 전기를 이용하여 충전공간(30)에서 방전 배터리 모듈(200a)이 충전된다.

충전공간(30)에서 방전 배터리 모듈(200a)은 도 6에 도시된 바와 같이 방전 배터리 모듈(200a)이 수직 이동 유닛(600) 및 수평 이동 유닛(300)에 의하여 충전 유닛(500) 하부로 이동하여 도 7에 도시된 바와 같이 방전 배터리 모듈(200a)이 충전 유닛 결합부(510) 하부에 정차하게 된다. 이 때, 결합 시에 발생하는 방전 배터리 모듈(200a)과 충전 유닛 결합부(510) 간의 위치 오차를 제거하기 위하여 방전 배터리 모듈(200a)과 충전 유닛 결합부(510) 간의 위치 오차가 삽입 바퀴(230) 반경의 절반 이하가 되도록 충전공간(30)의 수평 이동 유닛(300)을 정밀하게 제어하여 방전 배터리 모듈(200a)을 충전 유닛(500) 하부로 위치시킨다.

그리고 도 8에 도시된 바와 같이 충전 유닛(500)에 설치된 와이어(520)를 아래로 내리면 충전 유닛 결합부(510)가 하강하게 되고, 와이어(520)에 매달려 있는 충전 유닛 결합부(510)는 수평 저항력이 거의 발생하지 않기 때문에 충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)에 결합될 때 위치 오차가 제거되는 것과 마찬가지로 삽입 바퀴의 외부면이 충전 유닛 결합부(510)와 일부 접촉하며 방전 배터리 모듈(200a)을 밀어내는 힘이 발생하여 자동으로 위치오차가 제거되며 방전 배터리 모듈(200a)이 충전 유닛 결합부(510)에 결합되어 충전이 이루어질 수 있다. 여기서, 충전 유닛 결합부(510)에 무선충전모듈을 장착하여 무선 충전 방식을 적용하여 방전 배터리 모듈(200a)을 충전할 수도 있다.

여기서 충전 유닛 결합부(510)와 방전 배터리 모듈(200a)이 결합될 때 전기자동차(1)와 충전 배터리 모듈(200b)이 결합될 때와 마찬가지로 전기 공급선과 냉각수 공급 배관도 동시에 연결되어 방전 배터리 모듈(200a)을 충전할 수 있다. 충전공간(30)에서 냉각수는 충전공간(30)과 연결된 별도의 지원공간에서 공급될 수 있다. 충전 시 3시간 정도의 충분한 시간을 가지고 저속으로 충전하여 과열을 방지하고 일정한 온도를 가진 냉각수가 계속 순환하면서 배터리셀의 온도를 최적 상태로 유지하여 배터리 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

이 때, 각각의 배터리 모듈(200)은 고유 번호가 부여되고 배터리 모듈(200) 내부의 배터리셀에도 각각 고유 번호가 부여되어 방전 배터리 모듈 충전 단계(S400)에서 각 배터리셀의 온도, 전압, 전류를 측정하여 자료를 저장하고 비교하여 불량한 배터리셀을 색출할 수 있다. 불량 배터리셀을 즉시 교체함으로써 불량 배터리셀 주변으로 배터리 열화가 진행되는 것을 차단할 뿐 아니라 배터리의 화재도 근본적으로 방지하고 배터리의 안전성을 크게 향상시키며 수명 또한 크게 연장시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 충전 배터리 모듈 이동 단계를 설명하기 위한 도면이다.

충전 배터리 모듈 이동 단계(S500)에서는 도 9에 도시된 바와 같이 수평 이동 유닛(300) 및 수직 이동 유닛(600)을 이용하여 상기 충전공간(30)에서 미리 충전되어 있는 충전 배터리 모듈(200b)을 상기 교체공간(20)에 위치한 배터리 이동평면(21)으로 이동시킨다.

이 때, 수평 이동 유닛(300)의 모터(미도시)를 정밀하게 제어하여 메카넘휠의 회전조합을 이용하여 배터리 결합부(100)와 충전 배터리 모듈(200b) 사이의 위치 오차가 10mm 이내가 되도록 충전 배터리 모듈(200b)을 이동시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 삽입 바퀴(230)의 직경은 허용되는 위치 오차의 4배 이상인 400mm 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 제2 삽입 유닛 상승 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 충전 배터리 모듈 위치 오차 제거 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법의 충전 배터리 모듈 고정 단계를 설명하기 위한 도면이다.

충전 배터리 모듈 결합 단계(S600)에서는 상기 배터리 결합부(100) 하부에 위치한 충전 배터리 모듈(200b)을 배터리 결합부(100)에 결합시킨다. 충전 배터리 모듈 결합 단계(S600)는 제2 삽입 유닛 상승 단계(S610), 충전 배터리 모듈 위치 오차 제거 단계(S620) 및 충전 배터리 모듈 고정 단계(S630)를 포함할 수 있다.

제2 삽입 유닛 상승 단계(S610)에서는 배터리 결합부(100) 하부의 삽입 유닛(400) 상측에 이동된 충전 배터리 모듈(200b)이 도 9에 도시된 바와 같이 삽입 유닛(400)의 양측에 위치한 수평 이동 유닛(300)에 접촉한 상태로 정지해있으면, 도 10에 도시된 바와 같이 삽입 유닛(400)이 상승하면서 삽입 유닛(400)의 상면이 충전 배터리 모듈(200b)과 접촉 지지하면서 배터리 결합부(100) 방향으로 수직 상승한다.

충전 배터리 모듈 위치 오차 제거 단계(S620)에서는 충전 배터리 모듈(200b)이 충전 배터리 모듈(200b)에 설치된 삽입 바퀴(230)에 의하여 충전 배터리 모듈(200b)과 배터리 결합부(100) 간의 위치 오차가 조정되며 배터리 결합부(100)에 삽입된다.

도 10을 참조하면, 배터리 결합부(100)와 충전 배터리 모듈(200b)간의 위치 오차에 의하여 배터리 결합부(100)와 충전 배터리 모듈(200b)이 접촉하는 우측부에 약간의 걸림이 발생하고 좌측부에는 여유가 있는 것을 알 수 있다. 이 때, 충전 배터리 모듈(200b)의 가장자리부보다 약간 더 돌출되게 설치된 삽입 바퀴(230)가 충전 배터리 모듈(200b) 본체보다 먼저 배터리 결합부(100)의 입구와 접촉하면서 삽입되는 힘으로 충전 배터리 모듈(200b)을 배터리 결합부(100) 안으로 밀어내는 수평력이 발생하게 되고, 상기 수평력보다 큰 마찰력이 발생하지 않도록 삽입 유닛(400) 상면의 마찰계수가 0.2 이하가 되도록 삽입 유닛(400) 상면을 코팅하거나 볼캐스터(410)를 설치하면 충전 배터리 모듈(200b)이 자연스럽게 미끄러져 충전 배터리 모듈(200b)의 위치 오차가 자동으로 제거되어 도 11에 도시된 바와 같이 충전 배터리 모듈(200b)의 위치 오차 제거가 이루어질 수 있다.

여기서, 배터리 결합부(100)의 입구를 확장하여 배터리 결합부(100)의 입구가 바깥에서 안쪽으로 약간 경사지게 형성하면 충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)에 삽입될 때 삽입 바퀴(230)와 배터리 결합부(100)의 가장자리부에서 제거되는 초기 위치오차가 감소될 수 있어 위치 오차 제거가 좀 더 용이하게 이루어질 수 있다.

도 12를 참조하면, 충전 배터리 모듈 고정 단계(S630)에서는 충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)에 고정된다.

삽입 유닛(400)이 완전히 상승하여 충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)로 삽입되면 배터리 결합부(100)의 제1 결합유닛(110)과 제2 결합유닛(120)이 충전 배터리 모듈(200b)의 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 접촉하게 되고 제어부(미도시)의 신호에 따라 모터(미도시)가 동작하여 제1 결합유닛(110) 및 제2 결합유닛(120)이 회전하면 각각 제1 결합구(210) 및 제2 결합구(220)와 고정 결합되어 충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 방법은 충전공간(30)에서 방전 배터리 모듈(200a)을 발전소에 필요한 예비전력을 공급하는 ESS 장치의 일부로 활용하는 ESS 활용 단계를 더 포함할 수 있다.

ESS 장치는 배터리로 전기를 저장하여 필요 시 발전소를 대신하여 전력망에 전력을 공급하는 장치로, 전기자동차(1)에서 분리한 방전 배터리 모듈(200a)을 이용하여 충전공간(30)에 설치하면 전기자동차(1)의 배터리 교체 시간과 전기 수요가 최대로 발생하는 시간의 차이를 이용하여 최대 전기 수요 시간에 대비한 예비전력을 공급하는 장치로 구성할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간을 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간을 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간을 개략적으로 나타낸 평면도이다.

여기서, 설명의 편의를 위하여 정차공간(10), 교체공간(20), 충전공간(30)을 포함하는 공간을 배터리 충전소로 지칭하도록 한다.

도 13 내지 15를 참조하면 본 발명의 실시예들에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템이 구비된 배터리 충전소는 모든 전기자동차(1)가 1분 이내에 진입하여 배터리 모듈을 교체하고 나갈 수 있도록 충전공간(30)의 수직 이동 유닛(600)이 상승 및 하강하는 공간의 전방에 제1 충전 배터리 모듈 대기 공간(22), 삽입 유닛(400)의 좌우측에 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간(23) 및 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간(24), 수직 이동 유닛(600)이 상승 및 하강하는 공간의 후방에 제2 방전 배터리 모듈 대기 공간(25)을 배치할 수 있다. 이 때, 각 대기 공간들은 자동차의 수에 따라서 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 도 13 내지 15를 각각 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간(20)을 전기자동차(1) 병렬식 2대용으로 구성한 평면도를 나타내었다.

여기서 수직 이동 유닛(600)이 한번에 2개의 배터리 모듈을 이송할 수 있다고 가정하면, 먼저 수직 이동 유닛(600)은 충전공간(30)의 충전 유닛(500)에서 충전된 충전 배터리 모듈(200b)을 최대 이송 갯수인 2개를 싣고 교체공간(20)으로 하강하고, 교체공간(20)의 수평 이동 유닛(300)이 하강된 충전 배터리 모듈(200b)을 수직 이동 유닛(600) 전방의 제1 충전 배터리 모듈 대기 공간(22)으로 이동시킨다.

동시에 두 대의 전기자동차(1)가 배터리 교체를 위하여 정차공간(10)에 정차하게 되면 제1 충전 배터리 모듈 대기 공간(22)에서 대기하고 있던 충전 배터리 모듈(200b)이 두 대의 전기자동차(1)가 방전 배터리 모듈(200a)을 분리하기 전에 미리 전기자동차(1) 하부에 위치한 삽입 유닛(400)의 좌우측의 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간(24)으로 이동하여 방전 배터리 모듈(200a)이 배터리 결합부(100)에서 분리되어 배터리 이동평면(21)으로 착지할 때까지 대기하였다가 방전 배터리 모듈(200a)이 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간(23)으로 이동하면 곧바로 삽입 유닛(400)으로 이동하여 배터리 결합부(100)로 삽입될 수 있다.

전기자동차(1)의 배터리 결합부(100)에서 분리되어 배터리 이동평면(21)으로 착지한 방전 배터리 모듈(200a)은 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간(24) 반대 방향의 삽입 유닛(400) 옆의 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간(23)에서 충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)에 결합될 때까지 대기할 수 있다.

충전 배터리 모듈(200b)이 배터리 결합부(100)에 결합되고 나면, 각각의 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간(23)에서 대기하던 2개의 방전 배터리 모듈(200a)이 수직 이동 유닛(600) 후방의 제2 방전 배터리 모듈 대기 공간(25)으로 이동한다. 이에 따라 수직 이동 유닛(600)은 한번에 최대 이송 갯수인 2개의 방전 배터리 모듈(200a)을 한번에 싣고 충전공간(30)으로 상승하였다가 다시 최대 이송 갯수인 2개의 충전 배터리 모듈(200b)을 싣고 하강하며 왕복 운행할 수 있어 수직 이동 유닛(600)의 운행 효율을 극대화할 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간(20)을 전기자동차(1) 직렬식 2대용으로 구성한 평면도를 나타내었다. 이 경우에는 상기 병렬식 2대용으로 구성한 실시예와 마찬가지로 운영할 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템의 교체공간(20)을 전기자동차(1) 직병렬식 9대용으로 구성한 평면도를 나타내었다.

이 경우에는 교체공간(20)을 동시에 전기자동차(1) 9대의 배터리를 교체할 수 있도록 구성하였기 때문에 수직 이동 유닛(600)의 배터리 모듈 최대 이송 갯수를 9개로 구성할 수 있다. 상기 실시예들과 마찬가지로 수직 이동 유닛(600)이 제1 충전 배터리 모듈 대기 공간(22)에 충전 배터리 모듈(200b) 9개를 대기시키고 제2 방전 배터리 모듈 대기 공간(25)에 있던 9개의 방전 배터리 모듈(200a)을 싣고 충전공간(30)으로 상승하며 왕복 운행할 수 있고, 제1 충전 배터리 모듈 대기 공간(22)의 충전 배터리 모듈(200b)들이 각각 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간(24)에서 방전 배터리 모듈(200a)이 분리될 때 까지 대기하였다가 배터리 결합부(100)로 결합이 진행될 수 있다. 또한, 분리된 방전 배터리 모듈(200a)은 충전 배터리 모듈(200b)의 결합이 완료될 때까지 대기하였다가 제2 방전 배터리 모듈 대기 공간(25)으로 이동하며, 수직 이동 유닛(600)에서는 제2 방전 배터리 모듈 대기 공간(25)에 방전 배터리 모듈(200a)이 최대 이송 갯수인 9개의 방전 배터리 모듈(200a)이 모두 대기가 완료되면 충전공간(30)으로 이동시키게 되어 수직 이동 유닛(600)이 불필요한 운행 없이 배터리 모듈을 항상 최대 이송 갯수만큼 적재하여 운행함으로써 운행 효율이 극대화될 수 있다.

또한, 전기자동차(1)는 배터리 교체 시에 분리된 방전 배터리 모듈(200a)은 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간(23)으로 이동시키고, 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간(24)에서 대기하고 있던 충전 배터리 모듈(200b)을 곧바로 배터리 결합부(100)에 결합시켜 배터리 교체를 빠른 시간 내에 완료할 수 있고, 도 13 내지 15에 도시된 바와 같이 배터리 충전소의 구성은 배터리 충전소의 수요와 공간 형태에 따라 다양하게 적용할 수 있기 때문에 동시에 여러대의 전기자동차(1)에서 이와 같이 운행함으로써 동시에 많은 차량의 배터리를 1분 이내의 짧은 시간에 교체할 수 있다.

도 16 내지 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차 배터리 교체 시스템은 배터리 모듈(200`)이 자율주행이 가능한 이동식 배터리 모듈(200`)로 구성될 수 있다. 배터리 모듈(200`)은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)과 다르게 바퀴(700)가 장착되어 자율주행이 가능하기 때문에 자동차 이동평면(11)을 자유롭게 이동하며 배터리 교체가 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(200`)은 바퀴(700)로서 모터(미도시)가 장착된 메카넘휠이 설치되고, 배터리 모듈(200`)의 배터리로부터 모터(미도시)에 동력을 공급하며, 바퀴(700)의 회전조합만으로 전진 후진, 좌측이동, 우측이동, 좌회전, 우회전, 사선이동 등 자유자재로 이동할 수 있다.

배터리 모듈(200`)은 제어부(미도시)의 신호에 따라 각 모터(미도시)의 회전방향과 속도를 적절하게 제어하여 중량이 400kg 내외로 무거운 배터리 모듈(200`)이 전기자동차(1) 하부의 자동차 이동평면(11) 위에서 배터리 교체공간(20)과 충전공간(30) 사이를 자유롭게 이동하도록 할 수 있다.

또한, 배터리 모듈(200`)에 카메라, 센서, 제어장치 등을 탑재하여 배터리 모듈(200`)이 자율주행으로 배터리 교체공간(20)과 충전공간(30) 사이의 이동이 가능하여 배터리의 무거운 중량으로 인한 사고위험성을 줄일 수 있다.

상기 배터리 모듈(200`)을 결합시키기 위하여 전기자동차(1)의 배터리 결합부(100`)에는 와이어(520) 장치를 설치하여 배터리 모듈(200`)을 들어올려 배터리 모듈(200`)이 결합될 수 있다. 보다 상세하게는 와이어(520) 장치에 연결된 와이어추(800)와 배터리 모듈(200`)의 와이어추 수용부에 자석을 설치하여 자성에 의하여 결합시킬 수 있다.

도 16 내지 19를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(200`)이 전기자동차(1) 하부의 배터리 결합부(100)에 결합되는 과정을 설명하도록 한다.

먼저 도 16에 도시된 바와 같이 배터리 모듈(200`)이 자율주행으로 전기자동차(1)의 배터리 결합부(100) 하부에 정차하면, 도 17에 도시된 바와 같이 배터리 결합부(100)의 와이어(520)를 풀어 와이어추(800)를 배터리 모듈(200`)의 와이어추 수용부에 결합시킬 수 있다. 여기서 배터리 모듈(200`)이 배터리 결합부(100) 하부의 자동차 이동평면(11)에 정차하면서 약 100mm의 위치 오차가 발생할 수 있다. 이 때, 도 18에 도시된 바와 같이 와이어(520)가 배터리 모듈(200`)을 공중으로 들어올리게 되면 배터리 모듈(200`)의 무게에 의한 중력에 의하여 위치가 자동으로 조정되어 1mm 이내의 위치 오차로 배터리 모듈과 배터리 결합부(100) 간의 위치 오차가 제거되게 된다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1: 전기자동차
10: 정차공간
11: 자동차 이동평면
12: 개방부
20: 교체공간
21: 배터리 이동평면
22: 제1 충전 배터리 모듈 대기 공간
23: 제1 방전 배터리 모듈 대기 공간
24: 제2 충전 배터리 모듈 대기 공간
25: 제2 방전 배터리 모듈 대기 공간
26: 개방 폐쇄부
30: 충전공간
100, 100`: 배터리 결합부
110: 제1 결합유닛
111: 자동차 전기 공급선
120: 제2 결합유닛
121: 자동차 냉각수 공급 배관
200, 200`: 배터리 모듈
200a: 방전 배터리 모듈
200b: 충전 배터리 모듈
210: 제1 결합구
211: 배터리 전기 공급선
220: 제2 결합구
221: 배터리 냉각수 공급 배관
230: 삽입 바퀴
300: 수평 이동 유닛
400: 삽입 유닛
410: 볼캐스터
500: 충전 유닛
510: 충전 유닛 결합부
520: 와이어
600: 수직 이동 유닛
700: 바퀴
800: 와이어추

Claims (8)

1. 전기자동차의 하부에 형성되는 배터리 결합부;
   상기 배터리 결합부에 탈착 가능하게 결합되는 배터리 모듈;
   상기 배터리 모듈을 이동시키는 복수개의 수평 이동 유닛; 및
   상기 복수개의 수평 이동 유닛 사이에 설치되어 상기 배터리 모듈이 상기 배터리 결합부에 탈착되도록 상하로 움직이는 삽입 유닛을 포함하고,
   상기 배터리 모듈은 상부 모서리에 구비되는 삽입 바퀴를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 교체 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수평 이동 유닛은 메카넘휠로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 교체 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 결합부는,
   상기 배터리 결합부의 상단에 구비되고, 요철형 돌기 형상으로 형성되어 상기 배터리 모듈과 탈착가능하게 결합되는 제1 결합유닛; 및
   상기 배터리 결합부의 상단에 구비되고, 요철형 돌기 형상으로 형성되어 상기 배터리 모듈과 탈착가능하게 결합되는 제2 결합유닛을 포함하고,
   상기 배터리 모듈은,
   상기 배터리 모듈의 상면에 요철형으로 홀이 형성되어 상기 제1 결합유닛과 결합되는 제1 결합구; 및
   상기 배터리 모듈의 상면에 요철형으로 홀이 형성되어 상기 제2 결합유닛과 결합되는 제2 결합구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 교체 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 삽입 유닛의 상면은 마찰계수가 0.2 이하인 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 교체 시스템.
6. 전기자동차의 하부에 형성되는 배터리 결합부와 상기 배터리 결합부에 탈착 가능하게 결합되는 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈을 이동시키는 복수개의 수평 이동 유닛 및 상기 복수개의 수평 이동 유닛 사이에 설치되어 상기 배터리 모듈이 상기 배터리 결합부에 탈착되도록 상하로 움직이는 삽입 유닛을 포함하는 전기자동차 배터리 교체 시스템의 전기자동차 배터리 교체 방법에 있어서,
   방전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부로부터 분리시키는 방전 배터리 모듈 분리 단계;
   상기 수평 이동 유닛이 분리된 상기 방전 배터리 모듈을 충전공간으로 이동시키는 방전 배터리 모듈 이동 단계;
   상기 충전공간에서 상기 방전 배터리 모듈을 충전하는 방전 배터리 모듈 충전 단계;
   상기 수평 이동 유닛이 상기 충전공간에서 미리 충전되어 있는 충전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부의 하부로 이동시키는 충전 배터리 모듈 이동 단계; 및
   상기 배터리 결합부의 하부에 위치한 상기 충전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부에 결합시키는 충전 배터리 모듈 결합 단계를 포함하고,
   상기 충전 배터리 모듈 결합 단계는,
   상기 배터리 결합부의 하부에 위치한 상기 충전 배터리 모듈이 하측의 상기 삽입 유닛과 접촉하여, 상기 삽입 유닛이 상승하며 상기 충전 배터리 모듈을 상기 배터리 결합부 방향으로 수직 상승시키는 제2 삽입 유닛 상승 단계;
   상기 충전 배터리 모듈이 상기 충전 배터리 모듈에 설치된 삽입 바퀴에 의하여 상기 충전 배터리 모듈과 상기 배터리 결합부 간의 위치 오차가 감소되면서 상기 배터리 결합부에 삽입되는 충전 배터리 모듈 위치 오차 제거 단계; 및
   상기 충전 배터리 모듈이 상기 배터리 결합부에 고정되는 충전 배터리 모듈 고정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 배터리 교체 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 방전 배터리 모듈 분리 단계는,
   상기 삽입 유닛이 상기 배터리 결합부 방향으로 수직 상승하여 상기 방전 배터리 모듈과 접촉하는 제1 삽입 유닛 상승 단계;
   상기 배터리 결합부와 상기 방전 배터리 모듈의 결합이 해제되는 방전 배터리 모듈 결합 해제 단계; 및
   상기 삽입 유닛이 하강하며 상기 결합이 해제된 방전 배터리 모듈이 상기 수평 이동 유닛과 접촉하는 방전 배터리 모듈 착지 단계를 포함하는 전기자동차 배터리 교체 방법.
8. 삭제

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