KR102467169B1 - 배터리 다중 무선충전 시스템, 배터리 무선충전 장치 및 충전 제어 방법 - Google Patents

배터리 다중 무선충전 시스템, 배터리 무선충전 장치 및 충전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 다중 무선충전 시스템, 배터리 무선충전 장치 및 충전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리 제조 공장에서, 무선충전 시스템을 이용하여 배터리를 다중 방식으로 충전하기 위한 무선충전 장치와 무선충전 시스템 및, 그러한 충전이 이루어지는 충전제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 생산되는 배터리에 대하여, 무선충전 방식을 채택하여 기존 공간을 차지하고 있는 충전시설을 지중화 및 집중-집적화를 시킴으로써 공간활용을 높여, 부지활용을 극대화하고 생산효율을 높이는 시스템을 제공한다. 즉, 이와 같은 무선충전을 지원함으로써 공장내 이동, 패키징 등의 업무시 활동성을 확보하고, 동일 규모의 면적에 설치할 수 있는 충전기의 댓수를 추가로 확보함에 따라, 일정규모 이상에서는 기존 유선충전 시스템 구축비용을 절감시키는 동시에 배터리 생산 효율을 크게 향상시키는 시스템을 제공

Description

배터리 다중 무선충전 시스템, 배터리 무선충전 장치 및 충전 제어 방법{Apparatus and system for multiple wireless battery-charging and charging-control method}
본 발명은 배터리 다중 무선충전 시스템, 배터리 무선충전 장치 및 충전 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리 제조 공장에서, 무선충전 시스템을 이용하여 배터리를 다중 방식으로 충전하기 위한 무선충전 장치와 무선충전 시스템 및, 그러한 충전이 이루어지는 충전제어 방법에 관한 것이다.
배터리를 생산하는 공장에서, 생산되는 배터리에 대하여 유선충전만을 지원하는 충전기를 설치하는 경우, 한정된 공간을 활용해야 하는 공장에서는 유선 충전 설비의 공간 점유로 인하여 그 공간의 활용성이 감소될 뿐만 아니라 한정된 공간에 그와 같은 유선 충전 설비를 다수 설치해야 함으로 말미암아, 생산량이 한정되게 되는 문제점이 있었다. 즉, 생산량의 증가에 따른 공장내 충전시설 확보를 위해서는 신규공장을 증-개축 혹은 기존 시설의 용도변경을 해야 하며, 이로 인한 금전손실 및 공사진행에 따른 시간적 손실이 발생하게 되는 문제점이 있었다. 또한 사업장내 유선 충전장치를 배치함에 따라, 충돌로 인한 안전사고, 유선충전기를 직접 만져야 해서 발생할 수 있는 감전의 위험이 상존하였다.
KR 10-2015-0035794 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 생산되는 배터리에 대하여, 무선충전 방식을 채택하여 기존 공간을 차지하고 있는 충전시설을 지중화 및 집중-집적화를 시킴으로써 공간활용을 높여, 부지활용을 극대화하고 생산효율을 높이는 시스템을 제공하게 된다.
즉, 이와 같은 무선충전을 지원함으로써 공장내 이동, 패키징 등의 업무시 활동성을 확보하고, 동일 규모의 면적에 설치할 수 있는 충전기의 댓수를 추가로 확보함에 따라, 일정규모 이상에서는 기존 유선충전 시스템 구축비용을 절감시키는 동시에 배터리 생산 효율을 크게 향상시키는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치는, 1개의 충전 트레이(tray) 또는 상하로 적층된 2개 이상의 충전 트레이를 포함하고, 각 충전 트레이는, 배터리 단자와 연결하는 배터리 충전단자; 상기 배터리 충전단자로 전력을 전달하는 배터리 충전단자 전원선; 및, 상기 충전 트레이의 하부 공간에 구비되고, 배터리 운반시 배터리를 들어올리는 운반기구의 집게가 삽입되는 집게 삽입부를 구비하며, 최하단에 설치된 충전 트레이는, 하단에, 바닥에 매설된 급전라인으로부터 무선으로 전력을 집전하는 집전장치를 더 구비하고, 상기 집전장치에서 집전된 전력이 해당 충전 트레이 및 상부에 적층된 각 충전 트레이에 배터리 충전을 위한 전력으로서 전달된다.
상부에 다른 충전 트레이(이하 '상부 트레이'라 한다)가 적층된 충전 트레이에는, 상부 트레이로 배터리 충전을 위한 전력을 전달하는 전력 전달부가 더 포함될 수 있다.
상기 전력 전달부는, 전원선; 및, 상기 전원선이 내부를 통과하는 전원선 지지부를 구비하고, 상기 전력 전달부 상단 및 하단에는, 각각 상부 트레이의 전력 전달부 하단 및 하부 트레이의 전력 전달부 상단과 결합되어 전력을 전달하거나 전력을 전달받을 수 있는 도킹부를 구비할 수 있다.
상기 전력 전달부는, 해당 충전 트레이에서 탈착 가능하도록 모듈화된 것일 수 있다.
상기 도킹부에는, 상부 트레이 및 하부 트레이의 전력 전달부의 결합부위를 용이하게 찾을 수 있도록 자석을 구비할 수 있다.
각 충전 트레이는, 배터리 단자가 해당 충전 트레이의 배터리 충전단자와 높이를 맞추기 위한 배터리 리프트부를 더 구비할 수 있다.
상기 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치는, 최하단 충전 트레이 하단에, 지면과의 충전을 완화하기 위한 완충부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 다중 무선충전 시스템은, 상기 배터리 무선충전 장치; 및, 상기 배터리 무선충전 장치에 무선으로 전력을 공급하는, 지면 아래 매설된 급전라인을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 다중 무선충전 제어 방법은, (a) 충전할 배터리가 장착된 배터리 무선충전 장치의 적층된 충전 트레이 수를 입력받는 단계; (b) 상기 적층된 충전 트레이 수에 따라 전력량을 설정하는 단계; 및, (c) 충전 시간 또는 충전량으로 설정된 충전 조건에 따라, 해당 충전 조건이 만족할 때까지 무선충전을 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 생산되는 배터리에 대하여, 무선충전 방식을 채택하여 기존 공간을 차지하고 있는 충전시설을 지중화 및 집중-집적화를 시킴으로써 공간활용을 높여, 부지활용을 극대화하고 생산효율을 높이는 시스템을 제공하게 된다.
즉, 이와 같은 무선충전을 지원함으로써 공장내 이동, 패키징 등의 업무시 활동성을 확보하고, 동일 규모의 면적에 설치할 수 있는 충전기의 댓수를 추가로 확보함에 따라, 일정규모 이상에서는 기존 유선충전 시스템 구축비용을 절감시키는 동시에 배터리 생산 효율을 크게 향상시키는 시스템을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템에서 급전라인의 설치 상태를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템에서 배터리 충전을 위한 배터리 무선충전 장치가 급전라인에 배열되어 있는 상태를 도시한 도면.
도 3은 종래 벽부형 유선충전 시스템과 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템을 비교하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 배터리 무선충전 장치의 구조의 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 배터리 무선충전 장치에 배터리가 연결되는 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 배터리 무선충전 장치가 적층으로 구성되는 구조를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 배터리 무선충전 장치를 측면과 위에서 바라본 구조를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 배터리 무선충전 장치를 운반하는 경우의 집하 방식의 실시예를 도시한 도다.
도 9는 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템의 충전 제어 방법을 나타내는 순서도.
도 10은 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템의 시공 순서의 실시예를 나타내는 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템에서 급전라인(200)의 설치 상태를 나타내는 도면이다.
충전소 내부에 컨트롤 룸을 설치하고 그곳에 PFC, INV(300)를 용량에 맞게 설치하며, 공장 바닥면을 기준으로 10cm 밑에 무선충전을 위한 급전라인(200)을 설치한다. 도 1에 도시된 바와 같은 3 라인이 아니라 설비 목적에 따라 추가 라인을 설치하여 대처할 수 있다.
도 2는 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템에서 배터리 충전을 위한 배터리 무선충전 장치가 급전라인에 배열되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 2(b)는 충전소 급전라인(200)을 따라 다수의 배터리 무선충전 장치(100)가 배열되어 있는 상태를 도시한 도면이고, 도 2(a)는 배터리 무선충전 장치(100)와 운반기구(20)만을 확대하여 도시한 도면이다. 기존 3상전원에서 PFC로 인입된 전류는 인버터(200)를 거쳐 상시 고주파 AC 전원선을 타고 흐르며, 무선충전 슬롯 위에 충전용 배터리가 장착된 배터리 무선충전 장치(100)를 도면과 같이 배열한 후, 전원을 공급, 충전을 진행한다.
도 3은 종래 벽부형 유선충전 시스템과 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템을 비교하여 도시한 도면이다.
기존 보급된 유선충전 방식은 도 3(a)와 같이 벽부형으로서, 공간활용이 매우 제약적이며 상단으로 배터리를 쌓는데 한계가 있고, 감전위험과 부딪힘에 의한 부상위험이 존재한다. 이와 비교하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이 매설된 급전라인(200) 위에 충전용 배터리가 장착된 배터리 무선충전 장치(100)를 배열하여 충전하는 배터리 다중 무선충전 시스템은 동일면적 대비 약 3배 이상의 배터리의 충전이 가능하다.
도 4는 본 발명의 배터리 무선충전 장치(100)의 구조의 실시예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 배터리 무선충전 장치(100)에 배터리(40)가 연결되는 상태를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 배터리 무선충전 장치(100)가 적층으로 구성되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 구성을 살펴보기로 한다.
도 4(a)는 배터리 무선충전 장치(100)가 1개의 충전 트레이(tray)로 구성된 경우이고, 도 4(b)는 2개의 충전 트레이가 적층되어 형성된 경우이며, 도 4(c)는 3개의 충전 트레이가 적층되어 형성된 경우를 나타낸다.
각 충전 트레이는, 배터리 단자(41)와 연결하는 배터리 충전단자(103), 배터리 충전단자(103)로 전력을 전달하는 배터리 충전단자 전원선(102)을 구비한다.
단층의 충전 트레이를 포함하여, 최하단에 설치된 충전 트레이는, 하단에, 바닥에 매설된 급전라인(200)으로부터 무선으로 전력을 집전하는 집전장치(101)가 설치되는데, 이러한 집전장치(101)에서 집전된 전력이 해당 충전 트레이 및 상부에 적층된 각 충전 트레이에 배터리 충전을 위한 전력으로서 전달하게 된다.
집전장치(101)에서 집전된 전력은 배터리 충전단자 전원선(102)을 통해 해당 충전 트레이의 배터리 충전단자(103)로 연결되어 그에 연결된 배터리(40)를 충전한다.
또한 집전장치(101)에서 집전된 전력은, 해당 충전 트레이 상부에 적층된 트레이들에게도 전달되는데, 그 전달되는 방식은 전원선(111)과, 그 전원선(111)을 내부에 관통하도록 하면서 지지하는 전원선 지지부(112)로 구성된 전력 전달부(110)를 이용하여 상부 트레이로 전력이 전달되는 방식이다. 사업주는 초기 적층 트레이의 개수를 예상하고 그에 맞는 전력공급 시스템(PFC, INV)을 구축하며, 향후 추가 적층이 필요한 경우 전력공급 시스템(PFC, INV)만 용량에 맞는 규격으로 교체하면 된다. 또한 충전시, 급전라인(200)에 배열되는 각 배터리 무선충전 장치(100)의 적층 수를 일정하게 하고, 그 적층 수를 제어장치에 입력하여, 그 적층 수에 맞게 전력량을 제어하도록 할 수도 있다.
즉, 집전장치(101)의 집전된 전력이 전술한 바와 같이 배터리 충전단자 전원선(102)을 통해 해당 충전 트레이의 배터리 충전단자(103)로 연결되어 그에 연결된 배터리(40)를 충전할 뿐만 아니라, 집전장치(101)의 집전된 전력은 또한 전원선(111)을 통하여 상부 충전 트레이의 전원선(111)으로 전달되고, 상부 충전 트레이의 전원선은, 그 트레이의 배터리 충전단자 전원선(102)을 통해 해당 충전 트레이의 배터리 충전단자(103)로 연결되어 그에 연결된 배터리(40)를 충전할 뿐만 아니라, 역시 마찬가지로 그 트레이의 상부 트레이의 전원선(111)과도 연결되어 전력을 다시 상부 트레이로 전달하게 되는 것이다. 최상부의 충전 트레이는, 그 위에 충전 트레이가 없으므로, 도 4(c)와 같이 전력 전달부(110)가 없을 수 있다.
이러한 전력 전달부(110)는, 해당 충전 트레이에서 탈착 가능하도록 모듈화된 것이 바람직하다. 이때 상부 충전 트레이의 전력 전달부와 하부 충전 트레이의 전력 전달부는, 도킹부에서 서로 도킹하여 결합되고 전원선이 연결되게 된다. 즉, 상부 충전 트레이 전력 전달부 하단 도킹부와, 하부 충전 트레이 전력 전달부 상단 도킹부가 서로 결합되면서 전원선이 연결되는 것이다. 이때, 상부 트레이 및 하부 트레이의 전력 전달부의 결합부위가 서로에게 용이하게 유도되어 찾을 수 있도록 각 도킹부에는 자석을 구비하도록 구성할 수도 있다. 또한 상하 각단에 삽입되어 안정성을 유지한 채로 전원을 공급한다.
또한 각 충전 트레이는, 배터리 단자(41)가 해당 충전 트레이의 배터리 충전단자(103)와 높이를 맞추기 위한 배터리 리프트부(120)을 구비할 수도 있다. 이로써 생산하고자 하는 배터리의 단자(41)와 충전 트레이의 배터리 충전단자(103)를 배터리 리프트부(120)를 가동하여 높이를 일치시키고 배터리를 밀어서 연결시킨다. 이때 단자는 최종 사용 목적에 맞는 형태(버스바 및/또는 소켓)로 제작하며 트레이 공급단은 이에 맞는 젠더를 제작하여 사용한다.
한편, 배터리 무선충전 장치(100)의 최하단 충전 트레이 하단에, 배터리를 장착시킨 경우 지면과의 충전을 완화하기 위한 완충부(140)를 더 구비할 수 있다.
도 7은 본 발명의 배터리 무선충전 장치(100)를 측면과 위에서 바라본 구조를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 배터리 무선충전 장치를 운반하는 경우의 집하 방식의 실시예를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 공급받은 전류를 집하할 수 있는 집전장치 중 픽업, R&R(레귤러 & 레티파이어)를 평상에 위치시켜 바닥 급전라인(200)으로부터 받는 전자기를 전류로 변환하여 컨버터를 통해 연결된 배터리에 충전시킨다. 집게 삽입부(23)는 운반구의 집게를 삽입할 수 있는 부분인데 이에 대하여 이하에서 설명한다.
도 8을 참조하면, 충격의 민감도에 따라 트레이 자체에 미리 집게 삽입부(23)를 설치하여 운반하는 방식(도 8(b))과 상대적으로 덜 민감한 배터리의 운반에 따른 일반 운반 방식(도 8(a))으로 분류할 수 있다.
즉, 지게차와 같은 운반기구(20)는 도 8(a)와 같이 일반적으로는 집게(21)를 배터리 무선충전 장치(100)의 하부 공간에 밀어 넣어 들어올리게 된다. 그러나 도 8(b)와 같이 충격에 민감한 배터리의 경우는 그와 같이 집게(21)를 밀어넣다가 배터리에 충격을 가하게 될 위험성이 있어, 미리 집게 삽입부(23)을 하부 공간에 넣어 놓고, 집게(22)를 집게 삽입부(23) 내부에 삽입하는 방식을 취할 수 있다.
도 9는 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템의 충전 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 배터리 무선충전 장치(100)를 단층식 트레이로 운영할 것인지 다중 적층식 트레이로 운영할 것인지를 결정하여(S901), 단층식 충전 트레이 방식을 사용하기로 하였으면 바로 단층식으로 트레이를 결착하고(S902), 적층식 충전 트레이 방식을 사용하기로 하였으면 적층식으로 트레이를 결착한 후(S903), 충전실로 이동시킨다(S904). 충전실은 많은 전자파가 나오므로 충전실의 차폐를 수행하고(S905), 충전 조건을 설정하여(S906), 충전 조건이 충전시간을 기준으로 하는 것이면 타이머 기준으로 충전 인버터를 작동시키고(S908), 충전 조건이 충전량을 기준으로 하는 것이면 충전량 기준 충전 인버터를 작동시켜(S909) 배터리 무선 충전을 실시한다.
경우에 따라, 적층 트레이 수에 따라 전력량을 설정하고 그에 맞추어 전력량을 제어할 수 있다. 이때 적층 트레이 수를 제어장치에 입력하면, 그에 따른 전력량을 자동으로 제어하도록 할 수 있다. 이 경우, 급전라인(200) 상의 배터리 무선충전 장치(100)들은, 각각 모두 동일한 적층 트레이 수를 가져야 한다.
충전이 완료되면(S910), 충전 인버터(200)의 작동을 중지하고(S911) 충전실을 개방한다(S912). 이후 검수 및 운반구 결착을 실시하고(S913) 차후 공정장소로 이동한다(S914).
도 10은 본 발명의 배터리 다중 무선충전 시스템의 시공 순서의 실시예를 나타내는 순서도이다.
10: 운반기구 이동 라인
20: 운반기구
21,22: 집게
23: 집게 삽입부
30: 기존 벽부형 유선충전기
40: 배터리
41: 배터리 단자
100: 배터리 무선충전 장치
101: 집전장치
102: 배터리 충전단자 전원선
103: 배터리 충전단자
110: 전력 전달부
111: 전원선
112: 전원선 지지부
113: 하단 도킹부
114: 상단 도킹부
120: 배터리 리프트부
130: 집전용 캐패시터
140: 완충부
200: 급전 라인
300: PFC + INV

Claims (9)

  1. 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치로서,
    1개의 충전 트레이(tray) 또는 상하로 적층된 2개 이상의 충전 트레이
    를 포함하고,
    각 충전 트레이는,
    배터리 단자와 연결하는 배터리 충전단자;
    상기 배터리 충전단자로 전력을 전달하는 배터리 충전단자 전원선; 및,
    상기 충전 트레이의 하부 공간에 구비되고, 배터리 운반시 배터리를 들어올리는 운반기구의 집게가 삽입되는 집게 삽입부
    를 구비하며,
    최하단에 설치된 충전 트레이는,
    하단에, 바닥에 매설된 급전라인으로부터 무선으로 전력을 집전하는 집전장치
    를 더 구비하고,
    상기 집전장치에서 집전된 전력이 해당 충전 트레이 및 상부에 적층된 각 충전 트레이에 배터리 충전을 위한 전력으로서 전달되는,
    배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상부에 다른 충전 트레이(이하 '상부 트레이'라 한다)가 적층된 충전 트레이에는,
    상부 트레이로 배터리 충전을 위한 전력을 전달하는 전력 전달부
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전력 전달부는,
    전원선; 및,
    상기 전원선이 내부를 통과하는 전원선 지지부
    를 구비하고,
    상기 전력 전달부 상단 및 하단에는, 각각 상부 트레이의 전력 전달부 하단 및 하부 트레이의 전력 전달부 상단과 결합되어 전력을 전달하거나 전력을 전달받을 수 있는 도킹부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전력 전달부는,
    해당 충전 트레이에서 탈착 가능하도록 모듈화된 것
    을 특징으로 하는 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 도킹부에는,
    상부 트레이 및 하부 트레이의 전력 전달부의 결합부위를 용이하게 찾을 수 있도록 자석을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    각 충전 트레이는,
    배터리 단자가 해당 충전 트레이의 배터리 충전단자와 높이를 맞추기 위한 배터리 리프트부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    최하단 충전 트레이 하단에,
    지면과의 충전을 완화하기 위한 완충부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 다중 무선충전을 위한 배터리 무선충전 장치.
  8. 배터리 다중 무선충전 시스템으로서,
    청구항 1의 배터리 무선충전 장치; 및,
    상기 배터리 무선충전 장치에 무선으로 전력을 공급하는, 지면 아래 매설된 급전라인
    을 포함하는 배터리 다중 무선충전 시스템.
  9. 삭제
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