KR102512437B1 - 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수개의 배터리 셀(Cell)을 팩(Pack)으로 구성하여 직렬 및 병렬로 연결되며, 상기 팩으로 구성된 배터리에 대한 정보 수집과 관리 기능이 하나의 팩으로 구성되는 교환형 배터리 팩(100)과; 상기 교환형 배터리 팩의 충전상태(SOC, Sate of Charge)에 대한 정보를 제공하는 정보 제공 시스템(200)과; 상기 정보 제공 시스템에서 제공되는 충전상태(SOC)에 따라 전기택시 하부에 장착된 상기 교환형 배터리 팩을 로봇기반으로 교체(혹은 교환)시키는 배터리 교환 시스템(300)과; 상기 배터리 교환 시스템과 배터리 멀티충전 시스템 간에 교체 여부에 따라 상기 교환형 배터리 팩을 이송하는 배터리 이송 시스템(400)과; 전기택시 주행으로 방전된 상기 교환형 배터리 팩과 전기자동차에 대하여 배터리의 충전상태(SOC)를 점검한 후 동시에 충전이 가능하도록 하는 배터리 멀티충전 시스템(500)과; 상기 교환형 배터리 팩의 대여(Rent)에 따른 통합관리 및 배터리의 과금(Electric Charging)을 위한 배터리 대여 관리 시스템(600)과; 각 전기택시 회사별로 설치된 N개의 상기 배터리 대여 관리 시스템을 인터넷 망으로 연결시켜 상기 교환형 배터리 팩의 정확한 수요처를 파악한 후, 충전된 배터리의 배분조정 및 방전된 배터리의 회수가 용이하도록 하는 통합관제센터(700);가 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템을 구현함으로써, 택시회사는 배터리의 충전시간을 줄여 택시의 영업시간 손실을 최소화하고 소요되는 운용비용을 낮추며, 배터리 대여 사업자는 택시회사와 연계시켜 수익 창출 및 탄소 중립을 도모할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전기자동차 택시 운용 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관리 및 정보 수집 기능을 갖는 교환형 배터리 팩의 실시간 임대와 배터리 교환형 전기자동차를 통해 충전시간 및 소요경비를 줄이고 택시 운용 사업자와 배터리 대여 사업자를 연계시켜 수익 창출 및 탄소 중립을 도모하도록 한 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 영업용 택시 사업은 내연기관 자동차(internal combustion engine)를 이용하여 자동차에 설치된 연료통에 휘발유나 디젤, 가스충전과 같은 화석 연료를 수 분 내에 주입하여 차량을 운용해 왔다(도 2 참조).
그러나 배출되는 이산화탄소 양에 맞먹는 환경보호 활동을 펼쳐 실질 배출량을 제로(0)로 만드는 탄소중립으로 대기오염을 발생시키는 내연기관 자동차의 생산과 판매가 제한을 받게 됨에 따라 자가용 차량과 달리 매일 장시간 운영되고 있는 영업용 택시의 경우 환경에 미치는 영향이 지대하여 친환경 자동차의 도입이 불가피하게 되었다.
현재, 자동차 산업의 패러다임은 화석연료만을 사용하던 내연기관(ICE) 자동차에서 점차 전기차(EV)로 바뀌어 가고 있고, 전기차는 기술의 발전과 인프라의 보급에 따라 하이브리드 전기차(HEV)에서 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)를 거쳐 순수 전기차(BEV)로 점차 발전하고 있다. 이에 각국 정부들도 이미 전기차(EV) 보급 목표를 수립하고 보조금 지급, 충전인프라 구축 등 다양한 정책을 적극적으로 펼치고 있기에 전기차(EV) 시장은 크게 확대될 것으로 전망되고 있다.
특히, 친환경 자동차로 인정받고 있는 전기자동차를 택시로 활용할 경우 한 번의 충전으로 장거리 운용이 가능해야 하는데, 주행 거리를 늘리기 위하여 고가의 배터리를 차량 내에 다량으로 설치한다. 이는 차량의 중량 증가로 인해 운행 거리가 감소하는 낮은 에너지 효율성과 배터리가 차지하는 비용의 상승으로 인해 차량의 가격이 높아진다. 따라서 차량 내에 적정량의 배터리를 장착하여 이러한 문제점을 보완할 필요가 있다.
또한, 전기자동차의 약점 중의 하나인 긴 충전 시간으로 인한 충전에 따른 택시의 운휴 시간을 최소화시켜 수익률을 증대시켜야 한다. 이에 대응하는 방법으로는 방전된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 수 분 내에 교환 가능한 자동설비를 활용하여 차량의 운휴시간을 최소화하여 택시 사업의 수익률을 높일 필요가 있다(도 2 참조).
또한, 차량의 배터리 교환형 택시 운용에 있어 차량 내의 배터리 가용 전력량(SOC: State of Charge)에 대한 정보와 배터리 교환이 가능한 장소의 지리 정보 및 차량의 위치 정보도 사업의 중요한 핵심 사항이 된다.
그리고, 교환형 배터리를 이용하여 대여 사업을 할 경우에는 배터리의 유지보수, 배터리 수명 및 배터리에 저장된 에너지에 대한 과금 등이 중요 요소로 작용하게 된다.
한편, [1]대한민국 등록특허공보(B1) 제10-1986643호(2019.06.07.)에는 전기자동차의 운전자를 위한 배터리 충전 및 교체 정보 제공 방법 및 시스템이 제안된 바 있고, [2]공개특허(A) 제10-2021-0075048호(2021.06.22.,)에는 전기자동차용 교체식 배터리의 관리 시스템 및 방법이 제안된 바 있다.
그러나 위 특허기술 [1]은, 운전자에게 배터리 충전 및 교체 정보만 제공할 뿐, 택시에 사용되는 배터리를 대여 형태로 하여 수익사업을 도모하도록 한 택시 운용 시스템을 제공하지 못하고 있다.
또한, 위 특허기술 [2]는, 교체식 배터리에 부착된 전자 태그의 모니터링 정보를 통해 배터리 교체 비용을 결정한 후 교체소로 차량을 입고시킨다. 이때 교체식 배터리의 입고 및 출고 시 전자 태그에 기록된 정보를 읽고 수정하도록 구성되어 있다. 이러한 전자태그 방식은 택시회사인 경우 전자태그 수정에 따른 배터리 교체 지연으로 택시의 운휴 시간이 늘어나 영업시간 손실을 초래할 수 있다.
상기와 같이 전기자동차를 이용한 택시 사업에서 발생하는 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)과 배터리 정보 수집 시스템(BDLS, Battery Data Logging System)을 갖는 교환형 배터리 팩의 실시간 대여와 배터리 교환형 전기자동차를 통해 택시회사는 배터리의 충전시간을 줄여 택시의 영업시간 손실을 최소화하고 소요되는 운용비용을 낮추며, 배터리 대여 사업자는 택시회사와 연계시켜 수익 창출 및 탄소 중립을 도모하도록 한 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템을 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 다수개의 배터리 셀(Cell)을 팩(Pack)으로 구성하여 직렬 및 병렬로 연결되며, 상기 팩으로 구성된 배터리에 대한 정보 수집과 관리 기능이 하나의 팩으로 구성되는 교환형 배터리 팩(100)과; 상기 교환형 배터리 팩의 배터리 정보수집 시스템(130)으로부터 모니터링 된 충전상태에 대한 정보를 택시 운전자가 실시간으로 확인 가능한 배터리 잔량 표시 및 알람 기능을 갖는 택시 단말기(210)와 택시 단말기와 연결되어 실시간으로 배터리 대여 관리 시스템(600)과 교신이 가능한 제1 무선통신 단말기(Wireless Communication Terminal, 220)가 각각 구비되는 정보 제공 시스템(200)과; 상기 정보 제공 시스템과 연결된 택시 단말기(210)를 통해 운전자가 배터리의 충전상태(SOC)를 확인하여 방전된 상기 교환형 배터리 팩을 분리시키기 위해 배터리 이송 시스템으로 이동시키는 LOM(Lift Off Machine, 310)과, 배터리 멀티충전 시스템(500)에서 충전된 상기 교환형 배터리 팩을 배터리 이송 시스템(400)을 통해 공급받아 교체시키는 LUM(Lift Up Machine, 320) 및 상기 교환형 배터리 팩 이송 중 안전사고를 예방하기 위해 자동으로 개폐되는 세이프티 게이트(Safety Gate, 330)가 각각 구비되는 배터리 교환 시스템(300)과; 상기 배터리 교환 시스템과 배터리 멀티충전 시스템 간에 교체 여부에 따라 상기 교환형 배터리 팩을 이송하는 배터리 이송 시스템(400)과; 전기택시 주행으로 방전된 상기 교환형 배터리 팩과 전기자동차에 대하여 배터리의 충전상태(SOC)를 점검한 후 동시에 충전이 가능하며, 상기 교환형 배터리 팩에 일체화된 배터리 정보수집 시스템(130)을 통해 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)로 충전상태(SOC) 정보를 전송하는 배터리 멀티충전 시스템(500)과; 상기 교환형 배터리 팩의 대여(Rent)에 따른 통합관리와 배터리의 과금(Electric Charging) 및 충전상태(SOC)를 실시간으로 관리하기 위하여 상기 정보 제공 시스템의 제1 무선통신 단말기(220)와 교신하기 위한 제2 무선통신 단말기(610)와, 배터리의 충전 정보를 인터넷 망을 통해 모니터링 하고, 상기 교환형 배터리 팩의 대여(Rent)에 따른 과금 정보를 교류하는 택시 운용 사업자 PC(620) 및 배터리 대여 사업자 PC(630)가 각각 구비되는 배터리 대여 관리 시스템(600)과; 각 전기택시 회사별로 설치된 N개의 상기 배터리 대여 관리 시스템을 인터넷 망으로 연결시켜 상기 교환형 배터리 팩의 정확한 수요처를 파악한 후, 충전된 배터리의 배분조정 및 방전된 배터리의 회수가 용이하도록 하는 통합관제센터(700);가 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 팩(Pack)을 구성하는 배터리 셀(Cell)은, 리튬이온과 리튬폴리머 및 리튬인산철 중에서 어느 하나가 선택 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 교환형 배터리 팩(100)은, 전기택시를 구동시키기 위한 전원공급수단인 리튬 배터리 팩(LBP, Lithium Battery Pack, 110)과, 외부에서 충전된 상기 리튬 배터리 팩을 전기택시에서 방전된 배터리 팩과 교환 가능하도록 하며, 상기 교환형 배터리 팩의 충전과 방전 및 동작을 제어하여 전체 수명을 연장하고 성능을 향상시키는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System, 120)과, 상기 교환형 배터리 팩을 지속적으로 모니터링 하여 배터리 셀의 이상상태 발생 시 셀 혹은 모듈 단위로 처리 및 교환을 가능하도록 하고 배터리의 생산, 운행, 교환, 재사용, 폐기에 이르는 배터리 생애주기를 관리하는 배터리 정보수집 시스템(BDLS, Battery Data Logging System, 130)이 상기 교환형 배터리 팩에 하나로 일체화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 이송 시스템(400)은, 상기 배터리 교환 시스템의 LOU(Lift Off Machine, 310)에 의해 상기 교환형 배터리 팩을 이송시키는 수단은 컨베이어 시스템(Conveyor System) 또는 리프트 카(Lift Car)가 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 단상 AC 220V 3~7kW의 공급용량으로 완전 충전까지 4~5시간 소요되는 교환형 배터리 완속충전 수단(510)과 삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 30~60분 내외로 배터리 용량의 80%까지 충전 또는 완전충전 가능한 교환형 배터리 급속충전 수단(520)이 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 단상 AC 220V 7kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 5핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 완속충전 수단(530)과, 삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 7핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 급속충전 수단(540)이 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 전기택시가 상기 교환형 배터리 팩의 교체를 위해 상기 배터리 교환 시스템으로 입고 또는 출고될 경우, 교체 작업 전후에 따른 이상 유무를 상기 정보 제공 시스템의 제1 무선통신 단말기(220)와 상기 배터리 대여 관리 시스템의 제2 무선통신 단말기(610)간에 교신을 통해 확인이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 상기 교환형 배터리 팩의 교체에 따른 배터리의 과금 방법은, 배터리의 충전상태(SOC)를 측정한 후, 실제 충전된 kWh 단위로 하며, 일일 정산, 주별 정산, 월별 정산, 연도별 정산, 주행거리/kWh 정산, 배터리 충전 전체 kWh로 과금이 가능하도록 상기 배터리 대여 관리 시스템의 택시 운용 사업자 PC(620) 및 배터리 대여 사업자 PC(630)에 사전에 프로그램화되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 교환 시스템(300)과 배터리 이송 시스템(400) 및 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 배터리 대여 사업체 또는 택시 운용 사업체의 차고지에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템은, 택시 교대를 위해 정해진 일정 시간대에 모든 택시가 차고지로 입고될 경우, 도로상의 택시 부족 현상과 배터리 교환 시간을 감안하여 택시 교대 시간을 상기 정보 제공 시스템(200)과 배터리 대여 관리 시스템(600)간의 교신을 통해 순차적으로 진행시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템은, 배터리 교환형 전기자동차를 운용하는 택시회사에 배터리 관리 시스템(BMS)과 배터리 정보수집 시스템(BDLS)을 갖는 교환형 배터리 팩의 실시간 대여 시스템을 구현함으로써,
(1) 만(滿)충전된 교환형 배터리 팩의 실시간 교체가 가능하기 때문에 전기자동차 내에 장착된 대용량 배터리의 충전에 걸리는 시간을 최소화시켜 택시회사의 영업시간 손실을 크게 줄일 수 있다.
(2) 만(滿)충전된 교환형 배터리 팩의 대여로 인해 택시 운용 사업자는 소요되는 전기자동차의 구입비 및 운용비용을 크게 낮추고, 배터리 대여 사업자는 택시 운용 사업자와 연계하여 배터리 대여에 따른 임대 수익을 창출할 수 있다.
(3) 일반 승용차와 달리 일일 운행 거리가 많은 내연기관 차량을 택시로 운행경우 발생되는 대기오염을 크게 줄여 국민보건위생 증진은 물론 탄소중립에도 이바지하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술을 나타낸 도면
도 2는 종래기술을 개선시킨 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템의 개념을 설명하기 위한 블록도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템에 대한 전체 구성을 나타낸 블록도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템에 대한 통합관제센터를 나타낸 블록도
도 2는 종래기술을 개선시킨 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템의 개념을 설명하기 위한 블록도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템에 대한 전체 구성을 나타낸 블록도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템에 대한 통합관제센터를 나타낸 블록도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 같은 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 같은 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 자세한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단될 때는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템의 핵심 기술적 구성은, 크게 교환형 배터리 팩(EBP-EV, 100)과 정보 제공 시스템(IPS, 200), 배터리 교환 시스템(BES, 300), 배터리 이송 시스템(400), 배터리 멀티충전 시스템(BMCS, 500), 배터리 대여 관리 시스템(600)으로 구성된다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 교환형 배터리 팩(EBP-EV, 100)은, 다수개의 배터리 셀(Cell)을 직렬 및 병렬로 연결시키고, 배터리에 대한 정보 수집과 관리 기능이 하나의 팩(Pack)으로 구성되는 수단으로, 상기 EBP-EV(Exchangeable Battery Pack-Electric Vehicle)은 전기택시를 구동시키기 위한 전원공급수단인 리튬 배터리 팩(LBP, Lithium Battery Pack, 110)과, 외부에서 충전된 상기 리튬 배터리 팩을 전기택시에서 방전된 배터리 팩과 교환 가능하도록 하며, 상기 교환형 배터리 팩(100)의 충전과 방전 및 동작을 제어하여 전체 수명을 연장하고 성능을 향상시키는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System, 120)과, 상기 교환형 배터리 팩(100)을 지속적으로 모니터링 하여 배터리 셀의 이상상태 발생 시 셀 혹은 모듈 단위로 처리 및 교환을 가능하도록 하고 배터리의 생산, 운행, 교환, 재사용, 폐기에 이르는 배터리 생애주기를 관리하는 배터리정보수집시스템(BDLS, Battery Data Logging System, 130)이 상기 교환형 배터리 팩(100)에 하나로 일체화 된다.
여기서 도 2를 참조하면, 상기 교환형 배터리 팩(100)은 다음과 같은 특징이 있다. 먼저 도 2의 (가)항에서 보는 바와 같이, 종래의 영업용 택시 사업자들이 내연기관 자동차(Internal Combustion Engine)를 이용하여 자동차에 설치된 연료통에 휘발유나 디젤, 가스충전과 같은 화석 연료를 수 분 내에 주입하여 차량을 운용하는 방식을 친환경 전기자동차로 대체가 가능하다. 또한, 도 2의 (나)항에서 보는 바와 같이 전기자동차 자체 충전방식의 최대 약점 중의 하나인 긴 충전 시간으로 인한 충전에 따른 택시의 운휴 시간을 최소화시켜 수익률을 증대시킬 수 있다[도 2의 (다)항 참조].
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 팩(Pack)을 구성하는 배터리 셀(Cell)은, 리튬이온과 리튬폴리머 및 리튬인산철 중에서 어느 하나가 선택 가능하도록 하여, 상기 교환형 배터리 팩(EBP-EV, 100)의 대여에 따른 수급 및 공급에 차질이 없도록 한다.
도 3을 참조하여, 상기 정보 제공 시스템(IPS, 200)은, 상기 교환형 배터리 팩(EBP-EV, 100)의 충전상태(SOC, Sate of Charge) 정보를 제공하는 수단으로, 상기 교환형 배터리 팩(100)의 배터리 정보수집 시스템(130)으로부터 모니터링 된 충전상태(SOC)에 대한 정보를 전기택시 운전자가 실시간으로 확인 가능한 배터리 잔량 표시 및 알람 기능을 갖는 택시 단말기(210)와, 상기 택시 단말기(210)는 실시간으로 배터리 대여 정산 시스템(600)과 교신이 가능한 제1 무선통신 단말기(LDWCT, Long-distance Wireless Communication Terminal, 220)가 각각 구비된다.
여기서 상기 배터리 대여 정산 시스템(600)에는 택시 운용 사업자와 배터리 대여 사업자 및 택시 운전자 간에 상기 교환형 배터리 팩(100)의 충전 여부를 실시간으로 확인이 가능하도록 하기 위해서는 상기 정보 제공 시스템(200)의 제1 무선통신 단말기(220)와 교신이 가능한 제2 무선통신 단말기(610)가 구비될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 배터리 교환 시스템(BES, 300)은, 상기 정보 제공 시스템에서 제공되는 충전상태(SOC)에 따라 전기택시 하부에 장착된 상기 교환형 배터리 팩(100)을 로봇기반으로 교체(혹은 교환)하기 위한 수단으로, 택시 운전자가 상기 교환형 배터리 팩의 배터리 정보수집 시스템(130)과 연결된 택시 단말기(210)를 통해 배터리의 충전상태(SOC)를 확인하여 상기 배터리 교환 시스템(300)으로 진입할 경우, 방전된 상기 교환형 배터리 팩(100)을 분리시켜 상기 배터리 이송 시스템(400)으로 이동시키는 LOM(Lift Off Machine, 310)과, 상기 배터리 멀티충전 시스템(500)에서 충전된 상기 교환형 배터리 팩(100)을 상기 배터리 이송 시스템(400)을 통해 공급받아 교체시키는 LUM(Lift Up Machine, 320)이 각각 구비된다.
또한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 배터리 교환 시스템(BES, 300)은, 상기 LOM(Lift Off Machine, 310)과 LUM(Lift Up Machine, 320)의 동작 기능이 종료되면, 컨베이어 방식의 배터리 이송 시스템(400)으로 작업공구가 낙하되거나 작업자의 추락을 방지하기 위해서는 좌우로 자동 개폐되는 세이프티 게이트(Safety Gate, 330)가 더 구비될 수 있다.
여기서 상기 배터리 교환 시스템(300)의 LOM(Lift Off Machine, 310)과 LUM(Lift Up Machine, 320)의 로봇기반은 배터리 교체 작업이 최대한 단축되고 보다 안전하게 교체 작업이 가능하도록 다양한 시스템으로 설치가 가능하다. 또한 상기 교환형 배터리 팩(100)의 교체 작업이 완료되면 택시 운전자는 상기 교환형 배터리 팩(100)의 배터리 정보수집 시스템(130)과 연결된 택시 단말기(210)를 통해 배터리의 충전상태(SOC)를 확인한 후 제1 무선통신 단말기(220)를 통해 배터리 대여 관리 시스템(600)으로 교체에 따른 정보가 제공된다. 이때 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)에서는 상기 교환형 배터리 팩(100)의 교체에 따른 배터리 대여와 관련한 비용 정산이 자동으로 수행 가능하도록 프로그램화된 소프트웨어가 PC에 설치될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 배터리 이송 시스템(400)은, 상기 배터리 교환 시스템(300)과 배터리 멀티충전 시스템(500)간에 교체 여부에 따라 상기 교환형 배터리 팩(100)을 이송하기 위한 수단으로, 상기 배터리 교환 시스템(BES, 300)의 LOM(Lift Off Machine, 310)에 의해 상기 교환형 배터리 팩(100)을 이송시키는 수단은 컨베이어 시스템(Conveyor System) 또는 리프트 카(Lift Car)가 사용될 수 있다.
여기서 상기 컨베이어 시스템(Conveyor System)은, 상기 배터리 교환 시스템(300)과 배터리 멀티충전 시스템(500)간에 비교적 거리가 짧고 다량으로 배터리의 교체 및 충전 처리할 경우 주로 설치되고, 상기 리프트 카(Lift Car)는 비교적 거리가 멀고 소량으로 배터리의 교체 및 충전 처리할 경우에 사용된다.
도 3을 참조하여, 상기 배터리 멀티충전 시스템(BMCS, 500)은, 방전된 상기 교환형 배터리 팩(100)과 전기자동차(EV(에 대하여 배터리의 충전상태(SOC)를 점검한 후 동시에 충전 가능하도록 하는 수단으로, 단상 AC 220V 3~7kW의 공급용량으로 완전 충전까지 4~5시간 소요되는 교환형 배터리 완속충전 수단(510)과, 삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 30~60분 내외로 배터리 용량의 80%까지 충전 또는 완전충전 가능한 교환형 배터리 급속충전 수단(520), 단상 AC 220V 7kW의 공급용량으로 5핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 완속충전 수단(530)과, 삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 7핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 급속충전 수단(540)이 각각 구비된다.
여기서 상기 배터리의 충전상태(SOC)를 점검하는 방법은 상기 교환형 배터리 팩(100)의 배터리 정보수집 시스템(130)으로부터 모니터링이 가능하도록 한다. 또한 순수 전기자동차는 충전을 해야 하기에 엔진 자동차의 연료주입구처럼 충전 단자가 구비되어 있으나, 충전 단자는 자동차 제조사나 나라별로 제 각각이라 국제표준 정립이 안 되어 있다. 현재 국내에는 대표적으로 4개의 충전 플러그를 사용하고 있는데, 현재 국내는 2017년 말에 미국 SAE(Society of Automotive Engineers)의 표준방식인 DC 콤보 타입 1(7핀)으로 급속충전 방식 표준을 정한 바 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 단상 AC 220V 7kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 5핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 완속충전 수단(530)과, 삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 7핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 급속충전 수단(540)을 상기 배터리 멀티충전 시스템(BMCS, 500)에 적용시켜 순수 전기자동차(EV)에 내장된 배터리까지 충전이 가능한 특징이 있다.
또한, 상기 배터리 멀티충전 시스템(BMCS, 500)은, 상기 교환형 배터리 팩(100)에 일체화된 배터리 정보수집 시스템(130)을 통해 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)로 충전상태(SOC) 정보를 전송 가능하도록 한다.
여기서 상기 배터리 정보수집 시스템(130)을 통해 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)로 충전상태(SOC) 정보를 전송하도록 하는 것은, 상기 교환형 배터리 팩(100)이나 전기자동차 충전에 따른 배터리 과금을 정산하기 위함이다. 또한 상기 배터리 멀티충전 시스템(BMCS, 500)에서 완전히 충전된 이상 없는 상기 교환형 배터리 팩(100)이 상기 배터리 이송 시스템(400)으로 이송될 수 있도록 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)을 통해 관리하기 위함이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 상기 교환형 배터리 팩(100)의 대여(Rent)에 따른 통합관리 및 배터리의 과금(Electric Charging)을 위한 수단으로, 전기택시에 대여된 상기 교환형 배터리 팩(100)의 충전상태(SOC)를 실시간으로 관리하기 위하여 상기 정보 제공 시스템(200)의 제1 무선통신 단말기(220)와 교신하기 위한 제2 무선통신 단말기(610)와, 상기 배터리 멀티충전 시스템(500)에서 충전되는 상기 교환형 배터리 팩(100)의 배터리 정보수집 시스템(130)으로부터 모니터링 되어 인터넷 망을 통해 전송되는 정보를 수신하는 택시 운용 사업자 PC(620) 및 배터리 대여 사업자 PC(630)가 각각 구비된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)간에 인터넷 망을 통해 상기 교환형 배터리 팩(100)의 대여(Rent)에 따른 관리 및 배터리의 과금(Battery Charging) 정보를 교류할 수 있도록 하여 과금 분쟁을 사전에 없애도록 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 전기택시가 상기 교환형 배터리 팩(100)의 교체를 위해 상기 배터리 교환 시스템(300)으로 입고 또는 출고될 경우, 교체 작업 전후에 따른 이상 유무를 상기 정보 제공 시스템(200)의 제1 무선통신 단말기(220)와 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)의 제2 무선통신 단말기(610)간에 교신을 통해 확인이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 상기 교환형 배터리 팩(100)의 교체에 따른 배터리의 과금 방법은, 배터리의 충전상태(SOC)를 측정한 후, 실제 충전된 kWh 단위로 하며, 일일 정산, 주별 정산, 월별 정산, 연도별 정산, 주행거리/kWh 정산, 배터리 충전 전체 kWh로 과금이 가능하도록 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620) 및 배터리 대여 사업자 PC(630)에 사전에 프로그램화되어 설치될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 통합관제센터(700)는, 각 택시회사별로 설치된 N개의 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)을 인터넷 망으로 연결시켜 상기 교환형 배터리 팩(100)의 정확한 수요처를 파악한 후, 충전된 배터리의 배분조정 및 방전된 배터리의 회수가 용이하도록 통합 관리할 수 있도록 한다.
여기서 상기 통합관제센터(700)는, 각 택시회사별로 설치된 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)간에는 인터넷 망을 통해 배터리 대여에 따른 정산 정보에 대한 교류가 가능하다. 또한 상기 정보 제공 시스템(200)의 제1 무선통신 단말기(220)와 제2 무선통신 단말기(610)을 통해 택시 운전자와 택시 운용 사업자 및 배터리 대여 사업자 간에 양방향 교신을 통해 배터리의 충전상태(SOC)를 점검 및 확인할 수 있으며, 각 택시회사별(제1 택시회사 내지 제N택시회사)로 공급되는 상기 교환형 배터리 팩(100)의 수급 조절 및 회수 관리가 용이하기 때문이다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 배터리 교환 시스템(300)과 배터리 이송 시스템(400) 및 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 배터리 대여 사업체 또는 택시 운용 사업체의 차고지에 설치할 수 있다.
여기서 상기 배터리 대여 사업체에 설치할 경우 상기 교환형 배터리 팩(100)의 대여 및 회수가 용이한 반면에, 택시 운전자가 배터리 대여 사업체까지 왕래해야 하는 문제점이 있다. 또한 상기 택시 운용 사업체의 차고지에 설치할 경우 상기 교환형 배터리 팩(100)의 수급 조절 및 회수 관리가 곤란하고, 택시 운용 사업체에서는 시스템 설치에 따른 별도의 부지 확보가 요구되며, 배터리 대여 사업자는 시스템 설치에 따른 비용이 높아진다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 택시 운용 사업체의 규모에 따라 배터리 대여 사업체 또는 택시 운용 사업체의 차고지에 설치될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템은, 택시 교대를 위해 정해진 일정 시간대에 모든 택시가 차고지로 입고될 경우, 도로상의 택시 부족 현상과 배터리 교환 시간을 감안하여 택시 교대 시간을 상기 정보 제공 시스템(200)과 배터리 대여 관리 시스템(600)간의 교신을 통해 순차적으로 진행시킬 수 있다.
여기서 현재 내연기관 영업용 택시는 교대 시간이 정해져 있어, 모든 택시가 정해진 시간대에 일괄적으로 차고지로 입고되어 교대하는 영업 운용 시스템으로 인해 도로상에 택시부족 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한 내연기관 영업용 택시를 전기택시로 교체할 경우 내연기관 영업용 택시 교대 방식을 적용할 경우, 상기 교환형 배터리 팩(100) 교체에 따른 시간 지연으로 영업 손실이 초래되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 전기택시 교대 시간을 상기 정보 제공 시스템(200)의 제1 무선통신 단말기(220)와 배터리 대여 관리 시스템(600)의 제2 무선통신 단말기(610)간의 교신을 통해 순차적으로 진행시킴으로써, 상기 문제점을 해소시킬 수 있다. 그리고 상기 배터리 대여 관리 시스템(600)에는 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)를 통해 교대 시간대에 상기 교환형 배터리 팩(100) 교체에 따른 과금 정산도 동시에 수행할 수 있는 특징이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 교환형 배터리 팩 110 : 리튬 배터리 팩
120 : 배터리 관리 시스템 130 : 배터리 정보수집 시스템
200 : 정보 제공 시스템 210 : 택시 단말기
220 : 제1 무선통신 단말기 300 : 배터리 교환 시스템
310 : LOM(Lift Off Machine) 320 : LUM(Lift Up Machine)
330 : 세이프티 게이트 400 : 배터리 이송 시스템
500 : 배터리 멀티충전 시스템 510 : 교환형 배터리 완속충전 수단
520 : 교환형 배터리 급속충전 수단
530 : 차량용 완속충전 수단
540 : 차량용 급속충전 수단 600 : 배터리 대여 관리 시스템
610 : 제2 무선통신 단말기 620 : 택시 운용 사업자 PC
630 : 배터리 대여 사업자 PC 700 : 통합관제센터
120 : 배터리 관리 시스템 130 : 배터리 정보수집 시스템
200 : 정보 제공 시스템 210 : 택시 단말기
220 : 제1 무선통신 단말기 300 : 배터리 교환 시스템
310 : LOM(Lift Off Machine) 320 : LUM(Lift Up Machine)
330 : 세이프티 게이트 400 : 배터리 이송 시스템
500 : 배터리 멀티충전 시스템 510 : 교환형 배터리 완속충전 수단
520 : 교환형 배터리 급속충전 수단
530 : 차량용 완속충전 수단
540 : 차량용 급속충전 수단 600 : 배터리 대여 관리 시스템
610 : 제2 무선통신 단말기 620 : 택시 운용 사업자 PC
630 : 배터리 대여 사업자 PC 700 : 통합관제센터
Claims (16)
- 다수개의 배터리 셀(Cell)을 팩(Pack)으로 구성하여 직렬 및 병렬로 연결되며, 상기 팩으로 구성된 배터리에 대한 정보 수집과 관리 기능이 하나의 팩으로 구성되는 교환형 배터리 팩(100)과;
상기 교환형 배터리 팩의 배터리 정보수집 시스템(130)으로부터 모니터링 된 충전상태에 대한 정보를 택시 운전자가 실시간으로 확인 가능한 배터리 잔량 표시 및 알람 기능을 갖는 택시 단말기(210)와 상기 택시 단말기와 연결되어 실시간으로 배터리 대여 관리 시스템(600)과 교신이 가능한 제1 무선통신 단말기(Wireless Communication Terminal, 220)가 각각 구비되는 정보 제공 시스템(200)과;
상기 정보 제공 시스템과 연결된 택시 단말기(210)를 통해 운전자가 배터리의 충전상태(SOC)를 확인하여 방전된 상기 교환형 배터리 팩을 분리시키기 위해 배터리 이송 시스템으로 이동시키는 LOM(Lift Off Machine, 310)과, 배터리 멀티충전 시스템(500)에서 충전된 상기 교환형 배터리 팩을 배터리 이송 시스템을 통해 공급받아 교체시키는 LUM(Lift Up Machine, 320) 및 상기 교환형 배터리 팩 이송 중 안전사고를 예방하기 위해 자동으로 개폐되는 세이프티 게이트(Safety Gate, 330)가 각각 구비되는 배터리 교환 시스템(300)과;
상기 배터리 교환 시스템과 배터리 멀티충전 시스템 간에 교체 여부에 따라 상기 교환형 배터리 팩을 이송하는 배터리 이송 시스템(400)과;
전기택시 주행으로 방전된 상기 교환형 배터리 팩과 전기자동차에 대하여 배터리의 충전상태(SOC)를 점검한 후 동시에 충전이 가능하며, 상기 교환형 배터리 팩에 일체화된 배터리 정보수집 시스템(130)을 통해 배터리 대여 관리 시스템(600)의 택시 운용 사업자 PC(620)와 배터리 대여 사업자 PC(630)로 충전상태(SOC) 정보를 전송하는 배터리 멀티충전 시스템(500)과;
상기 교환형 배터리 팩의 대여(Rent)에 따른 통합관리와 배터리의 과금(Electric Charging) 및 충전상태(SOC)를 실시간으로 관리하기 위하여 상기 정보 제공 시스템의 제1 무선통신 단말기(220)와 교신하기 위한 제2 무선통신 단말기(610)와, 배터리의 충전 정보를 인터넷 망을 통해 모니터링 하고, 상기 교환형 배터리 팩의 대여(Rent)에 따른 과금 정보를 교류하는 택시 운용 사업자 PC(620) 및 배터리 대여 사업자 PC(630)가 각각 구비되는 배터리 대여 관리 시스템(600)과;
각 전기택시 회사별로 설치된 N개의 상기 배터리 대여 관리 시스템을 인터넷 망으로 연결시켜 상기 교환형 배터리 팩의 정확한 수요처를 파악한 후, 충전된 배터리의 배분조정 및 방전된 배터리의 회수가 용이하도록 하는 통합관제센터(700);가 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 팩(Pack)으로 구성된 배터리 셀(Cell)은, 리튬이온과 리튬폴리머 및 리튬인산철 중에서 어느 하나가 선택 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 교환형 배터리 팩(100)은, 전기택시를 구동시키기 위한 전원공급수단인 리튬 배터리 팩(LBP, Lithium Battery Pack, 110)과,
외부에서 충전된 상기 리튬 배터리 팩을 전기택시에서 방전된 배터리 팩과 교환 가능하도록 하며, 상기 교환형 배터리 팩의 충전과 방전 및 동작을 제어하여 전체 수명을 연장하고 성능을 향상시키는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System, 120)과,
상기 교환형 배터리 팩을 지속적으로 모니터링 하여 배터리 셀의 이상상태 발생 시 셀 혹은 모듈 단위로 처리 및 교환을 가능하도록 하고 배터리의 생산, 운행, 교환, 재사용, 폐기에 이르는 배터리 생애주기를 관리하는 배터리 정보수집 시스템(BDLS, Battery Data Logging System, 130)이 상기 교환형 배터리 팩에 하나로 일체화되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
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- 제1항에 있어서,
상기 배터리 이송 시스템(400)은, 상기 배터리 교환 시스템의 LOU(Lift Off Machine, 310)에 의해 상기 교환형 배터리 팩을 이송시키는 수단은 컨베이어 시스템(Conveyor System) 또는 리프트 카(Lift Car)가 사용되는 것을 특징으로 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 단상 AC 220V 3~7kW의 공급용량으로 완전 충전까지 4~5시간 소요되는 교환형 배터리 완속충전 수단(510)과,
삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 30~60분 내외로 배터리 용량의 80%까지 충전 또는 완전충전 가능한 교환형 배터리 급속충전 수단(520)이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 단상 AC 220V 7kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 5핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 완속충전 수단(530)과,
삼상 AC 380V 50kW의 공급용량으로 AC-DC 컨버터(Converter)와 7핀 콤보 인렛(Inlet)을 통해 전기차량(EV)에 내장된 배터리를 직접 충전시키는 차량용 급속충전 수단(540)이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
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- 제1항에 있어서,
상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 전기택시가 상기 교환형 배터리 팩의 교체를 위해 상기 배터리 교환 시스템으로 입고 또는 출고될 경우, 교체 작업 전후에 따른 이상 유무를 상기 정보 제공 시스템의 제1 무선통신 단말기(220)와 상기 배터리 대여 관리 시스템의 제2 무선통신 단말기(610)간에 교신을 통해 확인이 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 대여 관리 시스템(600)은, 상기 교환형 배터리 팩의 교체에 따른 배터리의 과금 방법은, 배터리의 충전상태(SOC)를 측정한 후, 실제 충전된 kWh 단위로 하며, 일일 정산, 주별 정산, 월별 정산, 연도별 정산, 주행거리/kWh 정산, 배터리 충전 전체 kWh로 과금이 가능하도록 상기 배터리 대여 관리 시스템의 택시 운용 사업자 PC(620) 및 배터리 대여 사업자 PC(630)에 사전에 프로그램화되어 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 교환 시스템(300)과 배터리 이송 시스템(400) 및 배터리 멀티충전 시스템(500)은, 배터리 대여 사업체 또는 택시 운용 사업체의 차고지에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템은, 택시 교대를 위해 정해진 일정 시간대에 모든 택시가 차고지로 입고될 경우, 도로상의 택시 부족 현상과 배터리 교환 시간을 감안하여 택시 교대 시간을 상기 정보 제공 시스템(200)과 배터리 대여 관리 시스템(600)간의 교신을 통해 순차적으로 진행시키는 것을 특징으로 하는 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템.
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| KR1020220004959A KR102512437B1 (ko) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템 |
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Publications (1)
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| KR102512437B1 true KR102512437B1 (ko) | 2023-03-23 |
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| KR1020220004959A KR102512437B1 (ko) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | 배터리 교환형 전기자동차를 이용한 택시 운용 시스템 |
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| KR (1) | KR102512437B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117649287A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 江西五十铃汽车有限公司 | 一种新能源汽车电池租赁方法及系统 |
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| JP2011096233A (ja) * | 2009-10-01 | 2011-05-12 | Shigeru Suganuma | 自動車駆動用共用バッテリー管理システム |
| KR20160092733A (ko) * | 2015-01-28 | 2016-08-05 | 중소기업은행 | 전기자동차의 배터리 교환 시스템 및 방법 |
| KR20210048645A (ko) * | 2019-10-23 | 2021-05-04 | 울산대학교 산학협력단 | 전기운송장치의 배터리 공유 시스템 |
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2022
- 2022-01-13 KR KR1020220004959A patent/KR102512437B1/ko active IP Right Grant
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| CN117649287A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 江西五十铃汽车有限公司 | 一种新能源汽车电池租赁方法及系统 |
| CN117649287B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-05-17 | 江西五十铃汽车有限公司 | 一种新能源汽车电池租赁方法及系统 |
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