KR102535774B1 - battery charging station - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션은 복수의 배터리 팩을 각각 수납할 수 있는 복수의 수납함, 직류링크 전압을 저장하는 직류링크 커패시터, 교류 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 직류링크 커패시터에 출력하고, 상기 직류링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원에 출력하는 AC/DC 컨버터, 각각 상기 직류링크 전압을 배터리 전압으로 변환하여 상기 복수의 배터리 팩 중에서 대응하는 배터리 팩에 출력하고, 상기 대응하는 배터리 팩의 배터리 전압을 상기 직류링크 전압으로 변환하여 상기 직류링크 커패시터에 출력하는 복수의 DC/DC 컨버터, 및 상기 복수의 수납함에 수납된 상기 복수의 배터리 팩을 관리하고, 사용이력 데이터를 통계 처리하여 생성한 수요 예측 모델 및 시간대별 전력 요금에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 및 방전을 결정하고, 상기 충전 및 방전 결정에 따라 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함한다.A battery charging station according to various embodiments of the present invention includes a plurality of storage boxes capable of accommodating a plurality of battery packs, a DC link capacitor for storing a DC link voltage, and converting an AC voltage of an AC power source into a DC voltage to convert the DC link voltage to the DC link voltage. An AC / DC converter that outputs to a capacitor, converts the DC link voltage into an AC voltage and outputs it to the AC power source, converts the DC link voltage into a battery voltage and outputs it to a corresponding battery pack among the plurality of battery packs , a plurality of DC / DC converters that convert the battery voltage of the corresponding battery pack into the DC link voltage and output it to the DC link capacitor, and manage the plurality of battery packs stored in the plurality of storage boxes, and use history Determining charging and discharging of each of the plurality of battery packs based on a demand prediction model generated by statistically processing data and electricity rates for each time period, and determining the charging and discharging of the AC/DC converter and the plurality of DC/DC converters according to the determination of charging and discharging. and a control unit configured to control the DC converter.

Figure R1020210114184
Figure R1020210114184

Description

배터리 충전 스테이션{battery charging station}Battery charging station {battery charging station}

본 발명은 배터리 충전 스테이션에 관한 것으로서, 특히 전기 이륜차용 배터리 팩을 교환할 수 있는 배터리 충전 스테이션에 관한 것이다.The present invention relates to a battery charging station, and more particularly to a battery charging station capable of exchanging a battery pack for an electric two-wheeled vehicle.

일반적으로 이륜차는 두 바퀴를 이용하여 이동하는 것으로서, 페달을 이용하여 구동력을 얻는 자전거, 엔진이나 모터 등의 동력원을 이용하여 구동하는 오토바이, 한 발을 몸체에 올려놓고 다른 발을 이용하여 이동하는 킥보드 등이 있다.In general, a two-wheeled vehicle is one that moves using two wheels, such as a bicycle that obtains driving power using pedals, a motorcycle driven by using a power source such as an engine or motor, and a kickboard that moves with one foot on the body and the other foot. etc.

오토바이와 같이 동력원을 갖는 이륜차는 사용의 용이성, 주차의 편리성, 낮은 유류비 부담 등의 장점으로 인하여 오늘날 주요 교통수단으로 사용되고 있다. 특히 최근 들어 인터넷 쇼핑의 증가로 인한 택배업의 활황, 배달음식에 익숙한 음식문화, 이륜차 퀵서비스 이용자의 증가 등으로 이륜자동차의 수요가 증가하고 있으며, 그 동력원으로 가솔린 엔진을 많이 사용한다.Two-wheeled vehicles having a power source such as motorcycles are used as a major means of transportation today due to advantages such as ease of use, convenience of parking, and low fuel cost. In particular, the demand for two-wheeled vehicles is increasing due to the recent boom in the parcel delivery business due to the increase in Internet shopping, food culture familiar with delivery food, and the increase in users of two-wheeled quick service, and gasoline engines are widely used as a power source.

그러나, 최근에는 연비, 대기오염 및 소음 등 환경적 요인으로 인해 전기 모터를 동력원으로 사용하는 이륜차도 점점 늘어나고 있다. 모터를 사용하는 이륜차는 배터리를 에너지원으로 사용한다.However, in recent years, due to environmental factors such as fuel efficiency, air pollution and noise, the number of two-wheeled vehicles using an electric motor as a power source is gradually increasing. A two-wheeled vehicle that uses a motor uses a battery as an energy source.

그러나, 배터리 기술이 빠르게 발전함에도 불구하고, 방전된 배터리 팩을 완전히 충전하는데 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라, 충전 수요가 많은 시간대에는 충전을 위해 긴 시간동안 차례를 기다려야 하는 불편함이 있다.However, despite the rapid development of battery technology, not only does it take a considerable amount of time to fully charge a discharged battery pack, but also there is inconvenience in waiting for a turn for charging for a long time during times of high demand for charging.

본 발명이 해결하려는 과제는 전기 이륜차용 공유 배터리 팩을 충전하는 배터리 충전 스테이션을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a battery charging station for charging a shared battery pack for an electric two-wheeled vehicle.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 충전 스테이션은 복수의 배터리 팩을 각각 수납할 수 있는 복수의 수납함, 직류링크 전압을 저장하는 직류링크 커패시터, 교류 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 직류링크 커패시터에 출력하고, 상기 직류링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원에 출력하는 AC/DC 컨버터, 각각 상기 직류링크 전압을 배터리 전압으로 변환하여 상기 복수의 배터리 팩 중에서 대응하는 배터리 팩에 출력하고, 상기 대응하는 배터리 팩의 배터리 전압을 상기 직류링크 전압으로 변환하여 상기 직류링크 커패시터에 출력하는 복수의 DC/DC 컨버터, 및 상기 복수의 수납함에 수납된 상기 복수의 배터리 팩을 관리하고, 사용이력 데이터를 통계 처리하여 생성한 수요 예측 모델 및 시간대별 전력 요금에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 및 방전을 결정하고, 상기 충전 및 방전 결정에 따라 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함한다.A battery charging station according to an aspect of the present invention includes a plurality of storage boxes capable of accommodating a plurality of battery packs, a DC link capacitor for storing a DC link voltage, and converting an AC voltage of an AC power source into a DC voltage to convert the DC link capacitor to a DC link voltage. an AC/DC converter that converts the DC link voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC power supply, respectively converts the DC link voltage into a battery voltage and outputs the battery pack to a corresponding battery pack among the plurality of battery packs; Manages a plurality of DC/DC converters that convert the battery voltage of the corresponding battery pack into the DC link voltage and outputs the DC link voltage to the DC link capacitor, and the plurality of battery packs stored in the plurality of boxes, and uses history data Determines charging and discharging of each of the plurality of battery packs based on a demand prediction model generated by statistical processing and a power rate for each time period, and determines the charging and discharging of the AC / DC converter and the plurality of DC / DC according to the determination of charging and discharging. and a control unit configured to control the converter.

일 예에 따르면, 상기 제어부는 배터리 팩의 교환 시간을 통계 처리한 상기 사용이력 데이터, 상기 시간대별 전력 요금을 저장한 전력 요금 데이터, 및 상기 수요 예측 모델을 저장하는 메모리, 및 상기 복수의 수납함에 수납된 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 상태, 및 상기 메모리에 저장된 데이터들에 기초하여, 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 및 방전을 결정하도록 구성되는 메인 컨트롤러를 포함할 수 있다.According to an example, the control unit may include a memory for storing the usage history data obtained by statistically processing battery pack replacement times, electricity rate data for storing power rates for each time period, and the demand prediction model, and the plurality of boxes. and a main controller configured to determine charging and discharging of each of the plurality of battery packs based on a state of charge of each of the stored battery packs and data stored in the memory.

다른 예에 따르면, 상기 수요 예측 모델은 상기 사용이력 데이터를 이용하여 생성되며, 현재 시간으로부터 기준 시간까지 배터리 팩의 교환 수량 예측 값 및 상기 교환 수량 예측 값의 신뢰구간의 상한 값 및 하한 값을 출력하도록 구성될 수 있다.According to another example, the demand prediction model is generated using the usage history data, and outputs a predicted value of replacement quantity of battery packs from a current time to a reference time and upper and lower limit values of a confidence interval of the predicted replacement quantity of battery packs. can be configured to

또 다른 예에 따르면, 상기 기준 시간은 피크부하 시간대에서 중간부하 시간대 또는 경부하 시간대로 변경되는 시간, 및 중간부하 시간대에서 경부하 시간대로 변경되는 시간을 기초로 설정될 수 있다.According to another example, the reference time may be set based on a time for changing from a peak load time zone to a medium load time zone or a light load time zone, and a time changing from a medium load time zone to a light load time zone.

또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 시간대별 전력 요금이 높은 피크부하 시간대에 현재 완충된 배터리 팩의 개수가 상기 상한 값보다 크면, 상기 완충된 배터리 팩 중 하나에 저장된 전력을 상기 교류 전원에 출력하도록 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 하나의 배터리 팩에 연결된 DC/DC 컨버터를 제어할 수 있다.According to another example, the control unit outputs power stored in one of the fully charged battery packs to the AC power source when the number of currently fully charged battery packs is greater than the upper limit during a peak load time period in which electricity rates for each time period are high. The AC/DC converter and the DC/DC converter connected to the one battery pack may be controlled.

또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 현재 완충된 배터리 팩의 개수가 상기 교환 수량 예측 값보다 작으면, 상기 복수의 배터리 팩 중에서 완충되지 않은 배터리 팩에 남아있는 전력을 모아서 하나의 배터리 팩을 완충시키도록 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어할 수 있다.According to another example, if the number of currently fully charged battery packs is smaller than the replacement quantity prediction value, the control unit collects power remaining in an unfulfilled battery pack among the plurality of battery packs and fully charges one battery pack. The AC/DC converter and the plurality of DC/DC converters may be controlled to

또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 현재 완충된 배터리 팩의 개수가 상기 하한 값보다 작으면, 현재 시간과 상관 없이 상기 교류 전원의 전력을 이용하여 상기 복수의 배터리 중에서 적어도 하나를 충전하도록 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어할 수 있다.According to another example, if the number of currently fully charged battery packs is less than the lower limit value, the control unit charges at least one of the plurality of batteries using the power of the AC power regardless of the current time to charge the AC// A DC converter and the plurality of DC/DC converters may be controlled.

또 다른 예에 따르면, 상기 사용이력 데이터는 시간대별 교환 횟수의 평균 및 표준편차를 포함할 수 있다.According to another example, the usage history data may include an average and standard deviation of the number of exchanges for each time period.

또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 사용이력 데이터가 추가되면 추가된 사용이력 데이터를 반영하여 상기 수요 예측 모델을 갱신하는 모델 갱신부를 포함할 수 있다.According to another example, the controller may include a model updater configured to update the demand prediction model by reflecting the added usage history data when usage history data is added.

또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 PWM 제어 신호를 이용하여 상기 AC/DC 컨버터를 제어하는 AC/DC 컨트롤러, 및 PWM 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하는 DC/DC 컨트롤러를 포함할 수 있다.According to another example, the controller includes an AC/DC controller for controlling the AC/DC converter using a PWM control signal, and a DC/DC controller for controlling the plurality of DC/DC converters using a PWM control signal. can include

본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션은 사용자로부터 방전된 배터리 팩을 수령하고 사용자에게 충전된 배터리 팩을 제공함으로써, 사용자의 전기 이륜차용 공유 배터리 팩을 충전하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.The battery charging station according to the present invention receives a discharged battery pack from the user and provides the charged battery pack to the user, thereby reducing the time required to charge the user's shared battery pack for an electric two-wheeled vehicle.

본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션은 배터리 팩의 교환이 이루어진 시간을 기록하고 이를 통계처리함으로써 교환 수요를 예측하고, 이를 기초로 배터리 팩들의 충방전을 결정할 수 있다. 전력 요금이 비싼 시간대에는 방전된 배터리 팩에 남아있는 전력들을 모아서 하나의 충전된 배터리 팩을 만들거나, 수요 예측 모델을 기반으로 전력 요금이 저렴한 시간대에 배터리 팩의 충전을 미룸으로써 배터리 팩의 충전을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 경제적인 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 전력 요금이 비싼 피크 시간대의 국가 전체 전력 소비량을 감소시킬 수 있다.The battery charging station according to the present invention records the time at which battery packs are exchanged and processes them into statistics to predict replacement demand and determine charging and discharging of the battery packs based on this. During times when electricity rates are high, the remaining power in discharged battery packs is collected to form a charged battery pack, or by delaying the charging of battery packs during times when electricity rates are low based on a demand forecasting model, the battery pack can be recharged. Through this, not only can economic benefits be obtained, but also the total power consumption of the country can be reduced during peak hours when electricity prices are expensive.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션의 세부 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션의 제어부의 세부 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 요금 데이터의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션을 사용자들이 이용한 이력을 통계 처리하여 생성된 사용이력 데이터의 일 예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 수요 예측 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션의 예시적인 운영 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션의 예시적인 다른 운영 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따라서 배터리 충전 스테이션의 배터리 팩을 충전하는 일 예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션의 AC/DC 컨버터의 일 예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션의 DC/DC 컨버터의 일 예를 도시한다.
1 schematically illustrates a battery charging station according to one embodiment.
2 shows a detailed configuration of a battery charging station according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a detailed configuration of a controller of a battery charging station according to an embodiment of the present invention.
4 shows an example of power rate data according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an example of use history data generated by statistically processing the history of users using a battery charging station according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a demand prediction model according to the present invention.
7 is a diagram for explaining an exemplary operation of a battery charging station according to the present invention.
8 is a diagram for explaining another exemplary operation of the battery charging station according to the present invention.
9 illustrates an example of charging a battery pack of a battery charging station according to the present invention.
10 shows an example of an AC/DC converter of a battery charging station according to the present invention.
11 shows an example of a DC/DC converter of a battery charging station according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the examples presented below, but may be implemented in various different forms, and includes all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. do. The embodiments presented below are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present invention belongs. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. Terms such as first and second may be used to describe various components, but components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof are omitted. I'm going to do it.

도 1은 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션(100)을 개략적으로 도시한다.1 schematically illustrates a battery charging station 100 according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 배터리 충전 스테이션(100)은 복수의 수납함(110)을 포함하며, 수납함들(110) 중 적어도 일부에는 배터리 팩(120)이 수납되어 있다. 배터리 팩들(120)은 배터리 충전 스테이션(100)의 충전 회로에 연결된다.Referring to FIG. 1 , the battery charging station 100 includes a plurality of storage boxes 110, and battery packs 120 are stored in at least some of the storage boxes 110. The battery packs 120 are connected to the charging circuit of the battery charging station 100 .

수납함들(110)에 수납된 배터리 팩들(120) 중 적어도 일부는 완충된 배터리 팩들(120a)일 수 있다. 본 명세서에서 완충된 배터리 팩은 사용자로부터 방전된 배터리 팩을 받은 후 제공할 배터리 팩을 의미하며, 충전 상태가 100%인 배터리 팩뿐만 아니라, 미리 설정된 수치 이상의 충전 상태를 갖는 배터리 팩을 포함하는 것으로 이해된다. 예컨대, 미리 설정된 수치는 80%, 90%, 또는 95% 등일 수 있다.At least some of the battery packs 120 stored in the boxes 110 may be fully charged battery packs 120a. In this specification, a fully charged battery pack refers to a battery pack to be provided after receiving a discharged battery pack from a user, and includes not only a battery pack having a state of charge of 100%, but also a battery pack having a state of charge equal to or greater than a preset value. I understand. For example, the preset value may be 80%, 90%, or 95%.

수납함들(110)에 수납된 배터리 팩들(120) 중 적어도 일부는 충전된 배터리 팩들(120b)일 수 있다. 본 명세서에서 충전된 배터리 팩은 충전 상태가 상기 미리 설정된 수치에 이르지 못한 배터리 팩을 의미하며, 충전된 배터리 팩에 남아 있는 전력은 다른 배터리 팩을 완충하기 위해 사용될 수 있다.At least some of the battery packs 120 stored in the holders 110 may be charged battery packs 120b. In this specification, a charged battery pack means a battery pack whose state of charge does not reach the predetermined value, and power remaining in the charged battery pack can be used to fully charge other battery packs.

일 예에 따르면, 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩(120b)을 충전하고 있을 수 있다. 배터리 팩의 교환 수요가 많은 것으로 예측되는 경우, 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩(120b)을 충전하여 완충된 배터리 팩으로 만들 수 있다.According to one example, the battery charging station 100 may be charging the battery pack 120b. When a demand for replacement of the battery pack is expected to be high, the battery charging station 100 may charge the battery pack 120b to make it a fully charged battery pack.

다른 예에 따르면, 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩(120b)을 방전하고 있을 수 있다. 현재 배터리 충전 스테이션(100)에 수납된 완충된 배터리 팩들이 배터리 팩의 교환 수요 예측치에 비해 많고, 전력 요금이 비싼 시간대인 경우, 배터리 충전 스테이션(100)은 완충된 배터리 팩에 저장된 전력을 전력망으로 방전함으로써 전력을 판매할 수도 있다.According to another example, the battery charging station 100 may be discharging the battery pack 120b. When the number of fully charged battery packs currently stored in the battery charging station 100 is greater than the predicted replacement demand for battery packs and during a time period when electricity rates are high, the battery charging station 100 transfers the power stored in the fully charged battery packs to the power grid. Electricity can also be sold by discharging.

또 다른 예에 따르면, 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩(120b)을 충전하지도 방전하지도 않을 수 있다. 예를 들면, 현재 배터리 충전 스테이션(100)에 수납된 완충된 배터리 팩들이 배터리 팩의 교환 수요 예측치에 비해 부족하지 않고, 현재 전력 요금이 비싼 시간대인 경우, 추후 전력 요금이 저렴해진 후에 배터리 팩(120b)을 충전하기 위해, 배터리 팩(120b)을 충전하지 않을 수 있다.According to another example, the battery charging station 100 may neither charge nor discharge the battery pack 120b. For example, if fully charged battery packs currently stored in the battery charging station 100 are not insufficient compared to an estimated demand for replacement of battery packs and the current power rate is high, the battery pack 120b will be charged after the power rate becomes low in the future. ), the battery pack 120b may not be charged.

일 예에 따르면, 수납함들(110) 중 하나(110e)를 제외한 나머지 수납함들(110)에는 배터리 팩들(120)이 각각 수납될 수 있다. 배터리 팩(120)이 수납되지 않은 수납함(110e)에는 사용자로부터 방전된 배터리 팩(120c)을 수용하기 위한 것일 수 있다. 본 명세서에는 배터리 충전 스테이션(100)이 총 16개의 수납함들(110)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이는 오로지 예시적이다. 총 16개의 수납함들(110) 중에서 15개의 수납함에는 배터리 팩(120)이 채워져 있고, 나머지 하나의 수납함(110e)은 비워져 있다. 수납함(110e)은 배터리 팩(120)이 수납되지 않고 비워져 있는 수납함을 의미한다.According to one example, the battery packs 120 may be stored in each of the storage boxes 110 except for one 110e of the storage boxes 110 . The storage box 110e in which the battery pack 120 is not accommodated may accommodate the battery pack 120c discharged from the user. Although the battery charging station 100 is shown herein as having a total of 16 bins 110, this is merely illustrative. Among a total of 16 storage boxes 110, 15 storage boxes are filled with battery packs 120, and the other storage box 110e is empty. The storage box 110e means a storage box in which the battery pack 120 is not stored and is empty.

사용자는 비어있는 수납함(110e)에 방전된 배터리 팩을 수납한 후, 다른 수납함(110)에 수납된 완충된 배터리 팩(120a)을 가져갈 수 있다. 본 명세서에서 방전된 배터리 팩은 배터리 팩의 충전이 필요한 사용자가 교환을 위해 제공한 배터리 팩을 의미한다. 방전된 배터리 팩은 충전 상태가 0%인 배터리 팩만을 의미하지 않는다. 즉, 방전된 배터리 팩은 사용자가 배터리 팩의 교환을 위해 배터리 충전 스테이션(100)에 제공한 배터리 팩을 지칭한다. 방전된 배터리 팩에도 사용할 수 있는 전력이 남아있을 수 있으며, 이렇게 남아있는 전력은 다른 배터리 팩을 완충하는데 사용될 수 있다. 사용자가 배터리 충전 스테이션(100)에 제공한 배터리 팩은 방전된 배터리 팩이고, 이렇게 제공된 배터리 팩에 잔여 전력이 남아있는 경우 배터리 충전 스테이션(100)에 보관되고 있는 방전된 배터리 팩은 충전된 배터리 팩으로도 지칭될 수 있다.After storing the discharged battery pack in the empty storage box 110e, the user may take the fully charged battery pack 120a stored in the other storage box 110. In this specification, a discharged battery pack means a battery pack provided for replacement by a user who needs to charge the battery pack. A discharged battery pack does not just mean a battery pack with a 0% state of charge. That is, the discharged battery pack refers to a battery pack provided by the user to the battery charging station 100 for replacement of the battery pack. Usable power may remain even in a discharged battery pack, and the remaining power may be used to charge another battery pack. The battery pack provided by the user to the battery charging station 100 is a discharged battery pack, and if residual power remains in the provided battery pack, the discharged battery pack stored in the battery charging station 100 is a charged battery pack. can also be referred to as

이때 배터리 충전 스테이션(100)은 사용자에게 비용을 청구할 수 있고, 사용자로부터 비용을 수납할 수 있다. 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩의 교환 시마다 정액의 비용을 사용자에게 청구할 수도 있다. 다른 예에 따르면, 배터리 충전 스테이션(100)은 완충된 배터리 팩의 잔여 전력량과 방전된 배터리 팩의 잔여 전력량의 차이에 비례하는 비용을 사용자에게 청구할 수도 있다.At this time, the battery charging station 100 may charge the user and collect the cost from the user. The battery charging station 100 may charge a flat fee to the user whenever the battery pack is replaced. According to another example, the battery charging station 100 may charge a user a cost proportional to a difference between the remaining power amount of a fully charged battery pack and the remaining power amount of a discharged battery pack.

도 1에 도시된 바와 같이, 사용자는 비어있는 수납함(110e)에 방전된 배터리 팩(110e)을 수납한 후, 완충된 배터리 팩들(120) 중 하나(예컨대, 첫번째 수납함에 수납되어 있던 배터리 팩(120a))을 가져갈 수 있다. 그에 따라 도 1의 우측과 같이, 첫번째 수납함은 비어있는 수납함(110e)이 된다. 마지막 수납함에 수납된 배터리 팩(120c)에 잔여 전력이 남아 있다면 충전된 배터리 팩으로 지칭될 수도 있다.As shown in FIG. 1, the user stores the discharged battery pack 110e in the empty storage box 110e, and then uses one of the fully charged battery packs 120 (eg, the battery pack stored in the first storage box). 120a)). Accordingly, as shown on the right side of FIG. 1, the first storage box becomes an empty storage box 110e. If residual power remains in the battery pack 120c stored in the last container, it may be referred to as a charged battery pack.

배터리 팩들(120)은 완충된 배터리 팩(120a), 충전된 배터리 팩(120b), 및 방전된 배터리 팩(120c)을 포함한다. 배터리 팩(120)은 배터리 셀들, 배터리 셀들을 보호하기 위한 보호 회로, 및 배터리 셀들을 관리하기 위한 배터리 관리부를 포함한다. The battery packs 120 include a fully charged battery pack 120a, a charged battery pack 120b, and a discharged battery pack 120c. The battery pack 120 includes battery cells, a protection circuit for protecting the battery cells, and a battery management unit for managing the battery cells.

배터리 셀들은 충전가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀은 니켈-카드뮴 전지(nikel-cadmium battery), 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.Battery cells may include rechargeable secondary batteries. For example, a battery cell is composed of a nickel-cadmium battery, a nickel metal hydride battery (NiMH), a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and the like. It may include at least one selected from the group.

배터리 팩(120)에 포함되는 배터리 셀들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수도 있다. 배터리 팩(120)에 포함되는 배터리 셀들의 개수는 배터리 팩(120)이 탑재될 이륜차의 요구사항에 따라 달라질 수 있다.The battery cells included in the battery pack 120 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel. The number of battery cells included in the battery pack 120 may vary according to the requirements of a two-wheeled vehicle on which the battery pack 120 is mounted.

배터리 관리부는 배터리 셀들의 전압, 전류 및 온도를 측정하고, 이상 상태, 예컨대, 만충전, 완방전, 고전류, 고온 등이 발생하면 보호 회로를 동작시켜 배터리 팩(120)을 외부 회로와 전기적으로 분리시킬 수 있다. 배터리 관리부는 배터리 셀들의 파라미터들을 측정하기 위한 센싱부, 및 센싱부에서 감지된 파라미터들을 기초로 보호 회로를 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 보호 회로는 배터리 관리부에 의해 제어되는 스위치, 퓨즈 등을 포함할 수 있다.The battery management unit measures the voltage, current, and temperature of the battery cells, and operates a protection circuit when an abnormal state, such as full charge, full discharge, high current, or high temperature, occurs to electrically separate the battery pack 120 from an external circuit. can make it The battery management unit may include a sensing unit for measuring parameters of the battery cells and a control unit for controlling the protection circuit based on the parameters sensed by the sensing unit. The protection circuit may include a switch controlled by the battery management unit, a fuse, and the like.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션(100)의 세부 구성을 도시한다.2 shows a detailed configuration of a battery charging station 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 배터리 충전 스테이션(100)은 복수의 배터리 팩(120)을 각각 수납할 수 있는 복수의 수납함(110), AC/DC 컨버터(130), 직류링크 커패시터(140), 복수의 DC/DC 컨버터(150), 및 제어부(160)를 포함한다. 제어부(160)는 메인 컨트롤러(161), 메모리(162), AC/DC 컨트롤러(163) 및 DC/DC 컨트롤러(164)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the battery charging station 100 includes a plurality of storage boxes 110 capable of accommodating a plurality of battery packs 120, an AC/DC converter 130, a DC link capacitor 140, a plurality of It includes a DC/DC converter 150 and a control unit 160. The controller 160 may include a main controller 161 , a memory 162 , an AC/DC controller 163 and a DC/DC controller 164 .

AC/DC 컨버터(130)는 교류 전원(10)의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 직류링크 커패시터(140)에 출력한다. AC/DC 컨버터(130)는 직류링크 커패시터(140)의 직류링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 전원(10)에 출력한다.The AC/DC converter 130 converts the AC voltage of the AC power source 10 into a DC voltage and outputs it to the DC link capacitor 140 . The AC/DC converter 130 converts the DC link voltage of the DC link capacitor 140 into an AC voltage and outputs it to the AC power supply 10.

교류 전원(10)은 발전소, 변압기, 송전선 등으로 이루어진 전력망을 갖는 상용 전원일 수 있다. 교류 전원(10)은 일정한 주파수와 일정한 크기의 교류 전압을 제공할 수 있다. 교류 전원(10)은 계통일 수 있다.The AC power source 10 may be a commercial power source having a power grid consisting of power plants, transformers, transmission lines, and the like. The AC power source 10 may provide an AC voltage with a constant frequency and a constant magnitude. AC power source 10 may be a system.

AC/DC 컨버터(130)는 교류 전원(10)의 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 생성할 수 있으며, 생성된 직류 전압을 직류링크 커패시터(140)에 제공할 수 있다. 직류링크 커패시터(140)에 저장된 전력은 배터리 팩들(120)을 충전하는데 사용될 수 있다. 이때, AC/DC 컨버터(130)는 정류 회로로 동작할 수 있다.The AC/DC converter 130 may generate a DC voltage by rectifying the AC voltage of the AC power supply 10 and may provide the generated DC voltage to the DC link capacitor 140 . Power stored in the DC link capacitor 140 may be used to charge the battery packs 120 . At this time, the AC/DC converter 130 may operate as a rectifier circuit.

AC/DC 컨버터(130)는 배터리 팩들(120)에 저장된 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하여 교류 전원(10)에 공급할 수 있다. 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩들(120)에 저장된 전력을 판매함으로써 전력 수익을 얻을 수 있으며, 전력 수익을 통해 전체 전력 비용을 줄일 수 있다. 이때, AC/DC 컨버터(130)는 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하는 인버터 회로로 동작할 수 있다. 즉, AC/DC 컨버터(130)는 양방향 인버터로 동작할 수 있다.The AC/DC converter 130 may generate AC power from DC power stored in the battery packs 120 and supply the AC power to the AC power source 10 . The battery charging station 100 can obtain power revenue by selling the power stored in the battery packs 120, and can reduce the total power cost through the power revenue. In this case, the AC/DC converter 130 may operate as an inverter circuit generating AC power from DC power. That is, the AC/DC converter 130 may operate as a bi-directional inverter.

AC/DC 컨버터(130)는 AC/DC 컨트롤러(163)로부터 제공되는 PWM(펄스폭변조) 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.The AC/DC converter 130 may be controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) control signal provided from the AC/DC controller 163 .

직류링크 커패시터(140)는 직류링크 전압을 저장한다. 직류링크 커패시터(140)는 직류 전압 레벨을 평활화하기 위한 평활 커패시터로 기능할 수 있다.The DC link capacitor 140 stores the DC link voltage. The DC link capacitor 140 may function as a smoothing capacitor for smoothing a DC voltage level.

복수의 DC/DC 컨버터(150) 각각은 직류링크 커패시터(140)의 직류링크 전압을 배터리 전압으로 변환하여 복수의 배터리 팩(120) 중에서 대응하는 배터리 팩(120)에 출력한다. 이때 배터리 팩(120)은 충전될 수 있다. 배터리 팩(120)은 교류 전원(10)으로부터 공급되는 전력으로 충전될 수도 있고, 다른 배터리 팩(120)에서 방전된 전력으로 충전될 수도 있다.Each of the plurality of DC/DC converters 150 converts the DC link voltage of the DC link capacitor 140 into a battery voltage and outputs the converted battery voltage to a corresponding battery pack 120 among the plurality of battery packs 120 . At this time, the battery pack 120 may be charged. The battery pack 120 may be charged with power supplied from the AC power source 10 or may be charged with power discharged from another battery pack 120 .

복수의 DC/DC 컨버터(150) 각각은 대응하는 배터리 팩(120)의 배터리 전압을 직류링크 전압으로 변환하여 직류링크 커패시터(140)에 출력한다. 이때 배터리 팩(120)은 방전될 수 있다. 배터리 팩(120)에 저장된 전력은 교류 전원(10)에 공급되거나, 다른 배터리 팩(120)을 충전하는데 사용될 수도 있다. 복수의 DC/DC 컨버터(150) 각각은 양방향 DC/DC 컨버터로 동작할 수 있다.Each of the plurality of DC/DC converters 150 converts the battery voltage of the corresponding battery pack 120 into a DC link voltage and outputs the converted DC link voltage to the DC link capacitor 140 . At this time, the battery pack 120 may be discharged. Power stored in the battery pack 120 may be supplied to the AC power source 10 or used to charge another battery pack 120 . Each of the plurality of DC/DC converters 150 may operate as a bidirectional DC/DC converter.

복수의 DC/DC 컨버터(150)는 DC/DC 컨트롤러(164)로부터 제공되는 PWM(펄스폭변조) 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 도 2에서 DC/DC 컨트롤러(164)는 복수의 DC/DC 컨버터(150)를 통합하는 DC/DC 컨버터부(150a)를 제어하는 것으로 도시되어 있지만, DC/DC 컨트롤러(164)는 복수의 DC/DC 컨버터(150)에 대응하여 복수로 존재할 수 있으며, 복수의 DC/DC 컨트롤러(164) 각각은 대응하는 DC/DC 컨버터(150)를 제어할 수 있다.The plurality of DC/DC converters 150 may be controlled by a PWM (Pulse Width Modulation) control signal provided from the DC/DC controller 164 . In FIG. 2 , the DC/DC controller 164 is shown as controlling the DC/DC converter unit 150a integrating the plurality of DC/DC converters 150, but the DC/DC controller 164 is a plurality of DC/DC converters. A plurality may exist corresponding to the /DC converter 150, and each of the plurality of DC/DC controllers 164 may control the corresponding DC/DC converter 150.

복수의 DC/DC 컨버터(150)는 복수의 수납함(110)에 각각 대응한다. 비어있는 수납함(110e)에 대응하는 DC/DC 컨버터(150)는 비활성화될 수 있다.The plurality of DC/DC converters 150 respectively correspond to the plurality of storage boxes 110 . The DC/DC converter 150 corresponding to the empty storage box 110e may be deactivated.

제어부(160)는 복수의 수납함(110)에 수납된 복수의 배터리 팩(120)을 관리한다. 제어부(160)는 사용이력 데이터를 통계 처리하여 생성한 수요 예측 모델 및 시간대별 전력 요금에 기초하여 복수의 배터리 팩(120) 각각의 충전 및 방전을 결정한다. 사용이력 데이터, 이를 기초로 생성되는 수요 예측 모델, 시간대별 전력 요금에 관한 데이터가 메모리(162)에 저장될 수 있으며, 메인 컨트롤러(161)는 본 발명의 알고리즘에 따라 복수의 배터리 팩(120) 각각의 충전 및 방전을 결정할 수 있다.The controller 160 manages the plurality of battery packs 120 stored in the plurality of storage boxes 110 . The control unit 160 determines charging and discharging of each of the plurality of battery packs 120 based on a demand prediction model generated by statistically processing usage history data and electricity rates for each time period. Usage history data, a demand prediction model generated based thereon, and data on electricity rates for each time period may be stored in the memory 162, and the main controller 161 may store a plurality of battery packs 120 according to the algorithm of the present invention. Each charge and discharge can be determined.

본 발명의 배터리 충전 스테이션(100)은 배터리 팩(120)들 중 일부를 방전하여 교류 전원(10)에 판매하거나, 다른 배터리 팩(120)을 충전하는데 사용할 수 있다.The battery charging station 100 according to the present invention may discharge some of the battery packs 120 and sell them to the AC power supply 10 or use them to charge other battery packs 120 .

제어부(160)는 복수의 배터리 팩(120) 각각의 충전 및 방전 결정에 따라 AC/DC 컨버터(130) 및 복수의 DC/DC 컨버터(150)를 제어한다. 제어부(160)는 AC/DC 컨트롤러(163)를 이용하여 AC/DC 컨버터(130)를 제어하고, DC/DC 컨트롤러(164)를 이용하여 DC/DC 컨버터들(150)을 제어할 수 있다.The controller 160 controls the AC/DC converter 130 and the plurality of DC/DC converters 150 according to the determination of charging and discharging of each of the plurality of battery packs 120 . The control unit 160 may control the AC/DC converter 130 using the AC/DC controller 163 and the DC/DC converters 150 using the DC/DC controller 164 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션(100)의 제어부의 세부 구성을 도시한다.3 illustrates a detailed configuration of a control unit of the battery charging station 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2와 함께 도 3을 참조하면, 제어부(160)는 메인 컨트롤러(161)와 메모리(162)를 포함한다. 메인 컨트롤러(161)는 팩 관리부(210), 충방전 결정부(220), 모델 갱신부(230), 결재부(240) 및 예약 관리부(250)를 포함한다. 메모리(162)에는 전력 요금 데이터(260), 사용이력 데이터(270) 및 수요 예측 모델(280)이 저장된다.Referring to FIG. 3 together with FIG. 2 , the controller 160 includes a main controller 161 and a memory 162 . The main controller 161 includes a pack management unit 210, a charging/discharging determining unit 220, a model updating unit 230, a payment unit 240, and a reservation management unit 250. The memory 162 stores power rate data 260 , usage history data 270 and a demand prediction model 280 .

도 3에서 메인 컨트롤러(161)는 하나의 기능 블록으로 도시되어 있지만, 둘 이상의 제어 장치, 또는 둘 이상의 집적 회로로 구현될 수 있다. 메인 컨트롤러(161)를 구현하는 둘 이상의 제어 장치는 서로 통신으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 메인 컨트롤러(161) 중에서 충방전 결정부(220)는 AC/DC 컨버터(130)와 복수의 DC/DC 컨버터(150)를 각각 제어하는 AC/DC 컨트롤러(163)와 DC/DC 컨트롤러(164)에 인접하게 배치되고, 결재부(240) 및 예약 관리부(250)는 인터넷 등의 통신망을 통해 연결되는 컴퓨터 장치에서 구현될 수 있다.In FIG. 3 , the main controller 161 is shown as one functional block, but may be implemented with two or more control devices or two or more integrated circuits. Two or more control devices implementing the main controller 161 may be communicatively connected to each other. For example, among the main controller 161, the charge/discharge determination unit 220 includes an AC/DC controller 163 and a DC/DC that control the AC/DC converter 130 and the plurality of DC/DC converters 150, respectively. Arranged adjacent to the controller 164, the payment unit 240 and the reservation management unit 250 may be implemented in a computer device connected through a communication network such as the Internet.

또한, 메모리(162)도 하나의 기능 블록으로 도시되어 있지만, 서로 통신으로 연결되는 둘 이상의 메모리 장치로 구현될 수 있다.Also, although the memory 162 is also shown as one functional block, it may be implemented as two or more memory devices that are communicatively connected to each other.

팩 관리부(210)는 배터리 충전 스테이션(100)에 수납된 배터리 팩들(120)의 상태를 관리할 수 있다. 팩 관리부(210)는 배터리 팩들(120)이 어떤 수납함들(110)에 수납되어 있는지를 확인하고, 배터리 팩들(120) 각각의 배터리 전압 및 충전 상태를 감지하여 저장할 수 있다. 팩 관리부(210)는 배터리 팩(120)의 배터리 관리부로부터 배터리 팩(120)의 충전 상태 및 건강 상태를 수신할 수 있다.The pack management unit 210 may manage states of the battery packs 120 stored in the battery charging station 100 . The pack management unit 210 may check which storage boxes 110 contain the battery packs 120 , detect and store the battery voltage and charging state of each of the battery packs 120 . The pack manager 210 may receive the state of charge and health of the battery pack 120 from the battery manager of the battery pack 120 .

예를 들면, 비어있는 수납함(110e)에 방전된 배터리 팩(120c)이 수납되면, 팩 관리부(210)는 배터리 팩(120c)이 수납된 수납함(110)의 식별 번호를 확인하고, 배터리 팩(120c)의 배터리 전압을 측정하고, 배터리 팩(120c)의 충전 상태를 얻을 수 있다. 팩 관리부(210)는 배터리 팩(120c)의 배터리 전압을 기초로 충전 상태를 추정할 수도 있고, 배터리 팩(120c)의 배터리 관리부로부터 충전 상태를 수신할 수도 있다.For example, when a discharged battery pack 120c is stored in an empty storage box 110e, the pack management unit 210 checks the identification number of the storage box 110 in which the battery pack 120c is stored, and the battery pack ( The battery voltage of 120c) may be measured, and the state of charge of the battery pack 120c may be obtained. The pack management unit 210 may estimate the state of charge based on the battery voltage of the battery pack 120c or may receive the state of charge from the battery management unit of the battery pack 120c.

충방전 결정부(220)는 팩 관리부(210)에 의해 감지된 배터리 팩들(120)의 개수 및 각각의 충전 상태, 현재 시간, 전력 요금 데이터(260), 및 수요 예측 모델(280)을 기초로 결정된 교환 수요 예측치에 기초하여 수납함들(110)에 수납된 배터리 팩들(120) 각각의 충전 및 방전을 결정할 수 있다.The charge/discharge determination unit 220 is based on the number of battery packs 120 detected by the pack management unit 210 and each state of charge, current time, power rate data 260, and demand prediction model 280. Charging and discharging of each of the battery packs 120 stored in the boxes 110 may be determined based on the determined exchange demand prediction value.

예를 들면, 전력 요금이 저렴한 심야 시간대에는 충방전 결정부(220)는 배터리 팩들(120)을 모두 충전하도록 결정할 수 있다. 일 예에 따르면, 충방전 결정부(220)는 전력 요금이 올라가는 기준 시간에 배터리 팩들(120)이 모두 완충되도록, 기준 시간으로부터 미리 설정된 시간까지는 배터리 팩들(120)의 충전 상태를 80%까지만 충전하고, 미리 설정된 시간이 도과한 후에 배터리 팩들(120)의 충전 상태를 100%까지 충전할 수도 있다. 배터리 팩(120)의 충전 상태가 100%인 시간을 줄여서 배터리 팩(120)의 열화를 늦출 수 있다.For example, the charge/discharge determiner 220 may determine to charge all of the battery packs 120 during late night hours when electricity rates are low. According to one example, the charge/discharge determining unit 220 only charges the state of charge of the battery packs 120 up to 80% from the reference time to a preset time so that all of the battery packs 120 are fully charged at the reference time when the power rate rises. And, after a preset time elapses, the state of charge of the battery packs 120 may be charged up to 100%. Deterioration of the battery pack 120 may be delayed by reducing the time when the state of charge of the battery pack 120 is 100%.

다른 예에 따르면, 충방전 결정부(220)는 교환 수요 예측치에 비해 완충된 배터리 팩들(120a)의 개수가 부족하면, 충전된 배터리 팩들(120b) 중 적어도 일부를 충전하도록 결정할 수 있다. 이때, 충방전 결정부(220)는 전력 요금 시간대에 따라 교류 전원(10)의 전력을 이용하여 충전된 배터리 팩들(120b)을 충전할 수도 있고, 배터리 팩들(120b) 중 적어도 일부의 배터리 팩을 완전히 충전하기 위해 나머지 충전된 배터리 팩들(120b)의 잔여 전력을 사용할 수도 있다.According to another example, the charge/discharge determiner 220 may determine to charge at least some of the charged battery packs 120b when the number of fully charged battery packs 120a is less than the predicted replacement demand. At this time, the charge/discharge determining unit 220 may charge the charged battery packs 120b using the power of the AC power source 10 according to the power rate time zone, and may charge at least some battery packs among the battery packs 120b. In order to fully charge, the remaining power of the remaining charged battery packs 120b may be used.

모델 갱신부(230)는 새로 추가된 사용이력 데이터를 반영하여 수요 예측 모델(280)을 갱신할 수 있다. 배터리 충전 스테이션(100)이 사용됨에 따라 배터리 팩의 교환이 이루어지며, 이러한 교환 내역을 사용이력 데이터에 저장할 수 있다. 시간이 흐름에 따라 사용이력 데이터가 추가되며, 모델 갱신부(230)는 새로 추가된 사용이력 데이터를 포함하여 통계 처리를 수행하고, 이를 기초로 수요 예측 모델(280)을 갱신할 수 있다.The model updater 230 may update the demand prediction model 280 by reflecting the newly added usage history data. As the battery charging station 100 is used, battery packs are exchanged, and details of such exchange may be stored in usage history data. Usage history data is added over time, and the model updater 230 may perform statistical processing including the newly added usage history data, and update the demand prediction model 280 based on the statistical processing.

모델 갱신부(230)는 통계치의 정확도를 높이기 위해, 계절별, 요일별로 사용이력 데이터를 통계 처리할 수 있다. 모델 갱신부(230)는 현재 시점에 가까운 데이터에 가중치를 부여하는 통계 처리를 수행할 수도 있다.The model updating unit 230 may statistically process usage history data for each season and each day of the week in order to increase the accuracy of statistics. The model updating unit 230 may also perform statistical processing for assigning weights to data close to the current point in time.

결재부(240)는 사용자가 방전된 배터리 팩(120c)을 완충된 배터리 팩(120a)으로 교환하는 비용을 청구하고 결재할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 결재부(240)가 제공하는 사용자 인터페이스는 배터리 충전 스테이션(100)에 탑재된 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 다른 예에 따르면, 사용자가 인터넷을 통해 배터리 충전 스테이션(100)의 결재부(240)에 접속할 수 있으며, 결재부(240)가 제공하는 사용자 인터페이스를 통해 결재를 진행할 수 있다.The payment unit 240 may provide a user interface through which a user may charge and pay a fee for exchanging the discharged battery pack 120c with a fully charged battery pack 120a. A user interface provided by the payment unit 240 may be displayed on a display device mounted in the battery charging station 100 . According to another example, a user may access the payment unit 240 of the battery charging station 100 through the Internet and proceed with payment through a user interface provided by the payment unit 240 .

사용자는 예약 관리부(250)를 통해 방전된 배터리 팩(120c)을 완충된 배터리 팩(120a)으로 교환하는 것을 예약할 수 있다. 예약 관리부(250)는 사용자의 배터리 팩 교환 예약을 관리할 수 있다. 예약 관리부(250)는 예약된 배터리 팩 교환 수량 및 교환 시간을 관리할 수 있다. 충방전 결정부(220)는 예약 내역을 반영하여 배터리 팩 수요 예측치를 산정할 수도 있다.The user may make a reservation to exchange the discharged battery pack 120c with a fully charged battery pack 120a through the reservation management unit 250 . The reservation management unit 250 may manage a user's battery pack replacement reservation. The reservation management unit 250 may manage the reserved battery pack exchange quantity and exchange time. The charge/discharge determiner 220 may calculate a battery pack demand estimate by reflecting reservation details.

전력 요금 데이터(260)는 시간대별 전력 요금에 관한 정보를 포함한다. 계절에 따라 시간대별 전력 요금은 다를 수 있다. 또한, 전력 공급 및 수요에 따라 전력 요금이 시시각각 달라질 수도 있다. 전력 요금 데이터(260)의 일 예는 도 4에 도시된다.The power rate data 260 includes information about power rates for each time period. Depending on the season, hourly electricity rates may vary. In addition, electricity rates may vary from moment to moment depending on power supply and demand. An example of power rate data 260 is shown in FIG. 4 .

사용이력 데이터(270)는 사용자가 배터리 팩을 교환한 이력에 관한 정보를 포함한다. 사용자가 배터리 팩을 교환한 날짜와 시간이 사용이력 데이터(270)에 저장된다. 모델 갱신부(230)는 사용자가 배터리 팩을 교환한 일시 데이터를 통계 처리하여 사용이력 데이터(270)로서 저장할 수 있다. 교환 일시 데이터를 통계 처리하여 생성된 사용이력 데이터(270)는 예시적으로 도 5에 도시된다.The use history data 270 includes information about a history of a user exchanging a battery pack. The date and time when the user replaced the battery pack are stored in the usage history data 270 . The model updating unit 230 may statistically process date and time data when the user replaces the battery pack and store the data as usage history data 270 . Usage history data 270 generated by statistically processing exchange date and time data is shown in FIG. 5 as an example.

수요 예측 모델(280)은 사용이력 데이터(270)를 이용하여 생성되며, 예컨대, 모델 갱신부(230)에 의해 생성될 수 있다. 수요 예측 모델(280)은 현재 시간으로부터 기준 시간까지 배터리 팩의 교환 수량 예측 값 및 상기 교환 수량 예측 값의 신뢰구간의 상한 값 및 하한 값을 출력할 수 있다. 수용 예측 모델(280)은 예시적으로 도 6을 참조로 설명된다.The demand forecasting model 280 is generated using the usage history data 270 , and may be generated by, for example, the model updating unit 230 . The demand prediction model 280 may output the predicted value of the replacement quantity of battery packs from the current time to the reference time and the upper and lower limit values of the confidence interval of the predicted replacement quantity. The acceptance predictive model 280 is illustratively described with reference to FIG. 6 .

기준 시간은 전력 요금이 비싼 시간대에서 전력 요금이 저렴한 시간대로 변경되는 전력 요금 변경 시간을 기초로 설정될 수 있다. 전력 요금 변경 시간은 피크부하 시간대에서 중간부하 시간대 또는 경부하 시간대로 변경되는 시간, 또는 중간부하 시간대에서 경부하 시간대로 변경되는 시간일 수 있다. 기준 시간은 하루에 여러 번일 수 있다. 예컨대, 도 4의 전력 요금 데이터를 참조하면, 기준 시간은 봄, 여름, 가을에는 12시, 17시, 23시를 기초로 설정되고, 기준 시간은 12시, 20시 23시를 기초로 설정될 수 있다.The reference time may be set based on a power rate change time that changes from a time period with high power rates to a time period with low power rates. The power rate change time may be a time of changing from a peak load time zone to a medium load time zone or a light load time zone, or a time changing from a medium load time zone to a light load time zone. The reference time can be several times a day. For example, referring to the power rate data of FIG. 4, the reference time is set based on 12:00, 17:00, and 23:00 in spring, summer, and autumn, and the reference time is set based on 12:00, 20:00, and 23:00. can

기준 시간은 전력 요금 변경 시간에 방전된 배터리 팩(120c)을 완충하는데 소요되는 충전 시간이 지난 시점으로 설정될 수 있다. 배터리 충전 스테이션(100)은 방전된 배터리 팩(120c)을 전력 요금 변경 시간부터 기준 시간까지 충전하면 완전히 충전할 수 있다.The reference time may be set to a point in time when a charging time required to fully charge the battery pack 120c that has been discharged at the power rate change time has passed. The battery charging station 100 can fully charge the discharged battery pack 120c by charging it from the power rate change time to the reference time.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 요금 데이터(260)의 일 예를 도시한다.4 shows an example of power rate data 260 according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 시간대별 전력 요금은 경부하 시간대, 중간부하 시간대, 피크부하 시간대에 따라 달라질 수 있다. 피크부하 시간대에 전력 요금이 가장 비싸고, 경부하 시간대에 전력 요금이 가장 저렴하다. 경부하 시간대는 심야 시간대일 수 있다.Referring to FIG. 4 , electricity rates for each time period may vary according to a light load time period, a medium load time period, and a peak load time period. Electricity rates are highest during peak load times and lowest during light load times. The light load time period may be a late night time period.

도 4에 도시된 바와 같이, 계절별로 시간대별 전력 요금은 다를 수 있다. 경부하 시간대는 23시부터 9시까지이고, 피크부하 시간대는 봄, 여름, 가을에는 10시부터 12시까지, 17시부터 23시까지이고, 겨울에는 10시부터 12시까지, 17시부터 20시까지, 22시부터 23시까지이다.As shown in FIG. 4 , power rates for each time zone may be different for each season. The light load period is 23:00 to 9:00, the peak load period is 10:00 to 12:00 and 17:00 to 23:00 in spring, summer and autumn, and 10:00 to 12:00 and 17:00 to 20:00 in winter. hour, from 22:00 to 23:00.

피크부하 시간대의 전력 요금은 경부하 시간대의 전력 요금의 수 배일 수 있다. 예컨대, 피크부하 시간대의 전력 요금은 경부하 시간대의 전력 요금의 2배 이상일 수 있다.Electricity rates during peak load times may be several times higher than those during light load times. For example, the power rate during the peak load time period may be twice or more than the power rate during the light load time period.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 스테이션(100)을 사용자들이 이용한 이력을 통계 처리하여 생성된 사용이력 데이터(270)의 일 예를 도시한다.5 illustrates an example of use history data 270 generated by statistically processing the history of users using the battery charging station 100 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 시간대별로 교환 횟수의 평균(M)과 신뢰 구간을 나타낸 막대(B)가 도시된다. 막대(B)는 교환 횟수신뢰 구간의 상한 값(H)과 하한 값(L)을 표시할 수 있다. 도 5에 도시된 그래프는 이해를 위해 제공되는 것이며, 사용이력 데이터(270)는 시간대별 교환 횟수의 평균(M)과 신뢰 구간의 상한 값(H)과 하한 값(L)을 포함한다. 교환 횟수의 평균(M)과 신뢰 구간의 상한 값(H)과 하한 값(L)은 교환 횟수 데이터로 지칭된다.Referring to FIG. 5 , a bar (B) showing an average (M) of the number of exchanges and a confidence interval for each time period is shown. The bar (B) may indicate the upper limit value (H) and the lower limit value (L) of the exchange count confidence interval. The graph shown in FIG. 5 is provided for understanding, and the usage history data 270 includes the average (M) of the number of exchanges for each time period and the upper limit value (H) and lower limit value (L) of the confidence interval. The mean (M) of the number of exchanges and the upper bound (H) and lower bound (L) of the confidence interval are referred to as exchange number data.

도 5에는 1시간 단위로 교환 횟수 데이터가 저장되지만, 이는 예시적이며, 30분 단위, 또는 10분 단위로 교환 횟수 데이터가 저장될 수 있다. 교환 횟수 데이터는 계절별, 요일별로 생성될 수 있다.Although exchange number data is stored in units of one hour in FIG. 5 , this is exemplary, and exchange number data may be stored in units of 30 minutes or 10 minutes. Exchange frequency data may be generated for each season and each day of the week.

사용자가 배터리 충전 스테이션(100)에서 배터리 팩을 교환한 시간을 기준으로 교환 횟수의 평균 및 표준편차가 산출될 수 있다. 교환 횟수의 평균 및 표준편차를 기초로 교환 횟수의 신뢰 구간이 결정될 수 있다. 교환 횟수의 신뢰 구간은 해당 시간대에 배터리 팩의 교환이 이루어질 가능성이 미리 설정된 확률인 구간이다. 예컨대, 해당 시간대의 평균 교환 횟수가 10번이라고 할 때, 실제 교환 횟수는 7번 이상 13번 이하일 가능성이 90%일 수 있다. 이때, 신뢰 구간의 상한 값(H)은 13이고, 하한 값(L)은 7이다.An average and a standard deviation of the number of exchanges may be calculated based on the time at which the user exchanges the battery pack in the battery charging station 100 . A confidence interval of the number of exchanges may be determined based on the mean and standard deviation of the number of exchanges. The confidence interval of the number of exchanges is an interval in which the possibility of battery pack replacement in a corresponding time period is a preset probability. For example, when the average number of exchanges in a corresponding time zone is 10, there may be a 90% probability that the actual number of exchanges is 7 or more and 13 or less. At this time, the upper limit value (H) of the confidence interval is 13, and the lower limit value (L) is 7.

도 5에 도시된 바와 같이, 심야 시간에는 배터리 팩의 교환 횟수가 적고, 점심과 저녁에 배터리 팩의 교환 횟수가 상대적으로 많다.As shown in FIG. 5 , the number of battery pack replacements is low at midnight, and the number of battery pack replacements is relatively high during lunch and dinner.

도 6은 본 발명에 따른 수요 예측 모델(280)을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a demand prediction model 280 according to the present invention.

도 6을 참조하면, 현재 시간으로부터 기준 시간(Tref)까지 배터리 팩(120)의 교환 수량 예측 값(ML)과 교환 수량 예측 값의 신뢰구간의 상한 값(HL) 및 하한 값(LL)이 도시된다. 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)은 시간에 따라 달라지므로 도 6에서 선으로 표시된다. 도 6의 그래프에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 교환 수량을 나타낸다.Referring to FIG. 6 , an upper limit value (HL) and a lower limit value (LL) of a confidence interval of the prediction value ML of the replacement quantity of the battery pack 120 and the prediction value of the replacement quantity from the current time to the reference time Tref are shown. do. Since the exchange quantity prediction value (ML), upper limit value (HL), and lower limit value (LL) vary with time, they are indicated by lines in FIG. 6 . In the graph of FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the exchange quantity.

도 6에서 T2는 전력 요금이 저렴해지는 전력 요금 변경 시간이다. T1에서 T2까지 고부하 시간대 구간이고, T2에서 T3까지 저부하 시간대 구간이다. TC는 방전된 배터리 팩들(120c) 전체를 완충시키는데 소요되는 충전 시간이며, 기준 시간(Tref)은 전력 요금 변경 시간(T2)와 충전 시간(TC)를 기초로 설정될 수 있다.In FIG. 6, T2 is a power rate change time at which the power rate becomes cheaper. From T1 to T2 is the high load time period, and from T2 to T3 is the low load time period. TC is a charging time required to fully charge the discharged battery packs 120c, and the reference time Tref may be set based on the power rate change time T2 and the charging time TC.

수요 예측 모델(280)은 전력 요금 변경 시간(T2) 이전에 현재 시간에 해당하는 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)을 제공할 수 있다. 전력 요금 변경 시간(T2) 이후에는 그 이후의 전력 요금 변경 시간을 기초로 설정되는 기준 시간을 기초로 산출되는 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)이 제공될 수 있다.The demand prediction model 280 may provide an exchange quantity prediction value (ML), an upper limit value (HL), and a lower limit value (LL) corresponding to the current time before the power price change time T2. After the power price change time (T2), the exchange quantity prediction value (ML), upper limit value (HL), and lower limit value (LL) calculated based on the reference time set based on the subsequent power rate change time are provided. It can be.

도 6에서 전력 요금 변경 시간(T2) 이전에 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)을 기초로 제1 내지 제4 영역들(Ra, Rb, Rc, Rd)와 같은 4개의 영역으로 구분될 수 있다. 제1 영역(Ra)은 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 상한 값(HL)보다 많은 영역이다. 제2 영역(Rb)은 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 상한 값(HL)과 교환 수량 예측 값(ML) 사이인 영역이다. 제3 영역(Rc)은 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 교환 수량 예측 값(ML)과 하한 값(LL) 사이인 영역이다. 제4 영역(Rd)은 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 하한 값(LL)보다 적은 영역이다.In FIG. 6 , the first to fourth regions Ra, Rb, Rc, and Rd are based on the prediction value ML of the exchange quantity, the upper limit value HL, and the lower limit value LL before the power rate change time T2. ) can be divided into four areas such as The first area Ra is an area where the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is greater than the upper limit value HL. The second area Rb is an area in which the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is between the upper limit value HL and the replacement amount prediction value ML. The third area Rc is an area in which the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is between the replacement quantity prediction value ML and the lower limit value LL. The fourth area Rd is an area where the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is less than the lower limit value LL.

도 3의 충방전 결정부(220)는 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제1 내지 제4 영역들(Ra, Rb, Rc, Rd) 중 어느 영역에 위치하는지의 여부에 따라 배터리 팩들(120) 각각의 충전 및 방전을 결정할 수 있다.The charge/discharge determining unit 220 of FIG. 3 determines which region among the first to fourth regions Ra, Rb, Rc, and Rd the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located. Charging and discharging of each of the battery packs 120 may be determined.

일 예에 따르면, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제1 영역(Ra)에 위치하는 경우, 즉, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 상한 값(HL)보다 큰 경우, 완충된 배터리 팩들(120a) 중 하나에 저장된 전력을 교류 전원(10)에 출력하여 전력을 판매할 수 있다. 고부하 구간 시간대에 배터리 팩의 실제 교환 수요가 적었기 때문에, 완충된 배터리 팩(120a)이 필요 이상으로 남아있는 경우로서, 저부하 구간 시간대가 되기 전에 배터리 팩(120a)에 저장된 전력을 외부에 판매할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제1 영역(Ra)은 상한 값(HL)에 1을 더한 값보다 큰 영역으로 정의될 수도 있다.According to an example, when the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located in the first area Ra, that is, the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is greater than the upper limit value HL. In a large case, power stored in one of the fully charged battery packs 120a may be output to the AC power supply 10 to sell power. This is a case in which the fully charged battery pack 120a remains more than necessary because the actual demand for replacement of the battery pack is small during the high-load period, and the power stored in the battery pack 120a is sold to the outside before the low-load period. can do. According to another example, the first area Ra may be defined as an area larger than a value obtained by adding 1 to the upper limit value HL.

일 예에 따르면, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제2 영역(Rb)에 위치하는 경우, 즉, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 상한 값(HL)과 교환 수량 예측 값(ML) 사이인 경우, 배터리 충전 스테이션(100)에 수납된 배터리 팩들(120)을 그대로 유지할 수 있다. 즉, 배터리 팩들(120)은 충전되지도 방전되지 않을 수 있다.According to an example, when the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located in the second region Rb, that is, the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is equal to the upper limit value HL. When it is within the predicted replacement quantity ML, the battery packs 120 stored in the battery charging station 100 may be maintained as they are. That is, the battery packs 120 may not be discharged even though they are charged.

일 예에 따르면, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제3 영역(Rc) 또는 제4 영역(Rd)에 위치하는 경우, 즉, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 교환 수량 예측 값(ML)보다 작은 경우, 배터리 충전 스테이션(100)에 수납된 충전된 배터리 팩들(120b)에 저장된 전력들을 하나의 배터리 팩에 모아서 하나의 완충된 배터리 팩(120a)을 만들 수 있다. 충전된 배터리 팩들(120b) 중 일부는 방전되고, 나머지 하나는 충전됨으로써, 하나의 완충된 배터리 팩(120a)이 만들어질 수 있다. 이 경우, 전력 변환 효율로 인하여 전력 손실이 발생하지만, 고부하 시간대의 전력 요금으로 전력을 구입하지 않아도 되므로, 배터리 충전 스테이션(100)의 운용 효율이 개선될 수 있다.According to an example, when the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located in the third area Rc or the fourth area Rd, that is, the number of fully charged battery packs 120a currently possessed. When is less than the replacement amount predicted value ML, one fully charged battery pack 120a can be made by collecting the electric power stored in the charged battery packs 120b stored in the battery charging station 100 into one battery pack. there is. Some of the charged battery packs 120b are discharged and the other is charged, thereby making one fully charged battery pack 120a. In this case, although power loss occurs due to power conversion efficiency, the operating efficiency of the battery charging station 100 can be improved because it is not necessary to purchase power at a power rate during a high load time period.

일 예에 따르면, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제3 영역(Rc) 또는 제4 영역(Rd)에 위치하는 경우, 즉, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 하한 값(LL)보다 작은 경우, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)이 부족하게 될 가능성이 매우 높으므로, 교류 전원(10)을 이용하여 부족한 수량의 배터리 팩들(120b)을 충전할 수 있다. 부족 수량은 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수와 교환 수량 예측 값(ML)의 차이일 수 있다.According to an example, when the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located in the third area Rc or the fourth area Rd, that is, the number of fully charged battery packs 120a currently possessed. If is less than the lower limit value LL, since it is very likely that the fully charged battery packs 120a currently possessed will be insufficient, the insufficient number of battery packs 120b can be charged using the AC power source 10. there is. The insufficient quantity may be a difference between the number of fully charged battery packs 120a currently possessed and an exchange quantity prediction value (ML).

현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제3 영역(Rc)에 위치하는 경우에는, 우선적으로 충전된 배터리 팩들(120b)에 저장된 전력들을 하나의 배터리 팩에 모아서 하나의 완충된 배터리 팩(120a)을 만들고, 충전된 배터리 팩들(120b)에 저장된 전력들로는 하나의 완충된 배터리 팩(120a)을 만들 수 없을 때 교류 전원(10)의 전력을 이용하여 배터리 팩(120b)을 완충시킬 수 있다.When the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located in the third region Rc, the power stored in the firstly charged battery packs 120b is collected in one battery pack to form one fully charged battery pack. When one fully charged battery pack 120a cannot be made with the powers stored in the battery packs 120b that have been charged and made 120a, the battery pack 120b can be fully charged using the power of the AC power source 10. there is.

현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 개수가 제4 영역(Rd)에 위치하는 경우에는, 충전된 배터리 팩들(120b)에 저장된 전력들과 상관 없이 교류 전원(10)의 전력을 이용하여 배터리 팩(120b)을 완충시킬 수 있다. 이때, 충전된 배터리 팩들(120b)의 충전 상태가 가장 높은 배터리 팩(120b)을 우선적으로 완충시킬 수 있다.When the number of fully charged battery packs 120a currently possessed is located in the fourth region Rd, the power of the AC power source 10 is used regardless of the powers stored in the charged battery packs 120b to provide battery power. The pack 120b may be cushioned. In this case, the battery pack 120b having the highest state of charge of the charged battery packs 120b may be preferentially fully charged.

아래에서 도 7 및 도 8을 참조로 배터리 충전 스테이션(100)이 운영되는 방식을 설명한다.A method of operating the battery charging station 100 will be described below with reference to FIGS. 7 and 8 .

도 7은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션(100)의 예시적인 운영 예를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining an exemplary operation of the battery charging station 100 according to the present invention.

도 7을 참조하면, 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)은 도 6에 도시된 것과 동일하다. P는 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량을 의미한다. 사용자의 배터리 팩의 교환(ex)이 이루어지면, 도 7에 도시된 바와 같이 완충된 배터리 팩(120a)의 수량은 감소한다.Referring to FIG. 7 , the exchange quantity prediction value ML, the upper limit value HL, and the lower limit value LL are the same as those shown in FIG. 6 . P denotes the number of fully charged battery packs 120a currently possessed. When the user's battery pack is replaced (eg), the number of fully charged battery packs 120a decreases as shown in FIG. 7 .

현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량(P)이 교환 수량 예측 값(ML)보다 작아지면, 배터리 충전 스테이션(100)에 수납된 충전된 배터리 팩들(120b)에 저장된 전력들을 하나의 배터리 팩에 모아서 하나의 완충된 배터리 팩(120a)이 생성(chg1)될 수 있다.When the quantity P of the currently held fully charged battery packs 120a is smaller than the expected replacement quantity ML, the power stored in the charged battery packs 120b stored in the battery charging station 100 is converted into one battery. By collecting the battery packs, one fully charged battery pack 120a may be generated (chg1).

충전된 배터리 팩들(120b)에 저장된 전력들로는 하나의 완충된 배터리 팩(120a)을 생성할 수 없으면, 외부 전원(10)의 전력을 이용하여 하나의 배터리 팩(120b)을 완충(chg2)시킬 수 있다.If one fully charged battery pack 120a cannot be generated with the power stored in the charged battery packs 120b, one battery pack 120b can be fully charged (chg2) using the power of the external power source 10. there is.

전력 요금 변경 시간(T2)이 지나면, 전력 요금이 상대적으로 저렴한 저부하 구간이 시작된다. 전력 요금 변경 시간(T2) 이후에도 그 다음 기준 시간까지의 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)에 따라 배터리 팩들(120) 각각의 충방전이 이루어질 수 있다. 본 예에서는 모든 배터리 팩들(120)이 교류 전원(10)의 전력을 이용하여 충전될 수 있다. 배터리 팩들(120)에는 전력이 남아 있으므로, 기준 시간(Tref) 전에 충전이 이루어질 수 있다.After the power rate change time T2 has elapsed, a low load period in which power rates are relatively low begins. Even after the power rate change time T2, each of the battery packs 120 may be charged and discharged according to the exchange quantity prediction value ML, the upper limit value HL, and the lower limit value LL until the next reference time. In this example, all of the battery packs 120 may be charged using the power of the AC power source 10 . Since power remains in the battery packs 120, charging may be performed prior to the reference time Tref.

도 8은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션(100)의 예시적인 다른 운영 예를 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining another exemplary operation of the battery charging station 100 according to the present invention.

도 8을 참조하면, 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)은 도 6에 도시된 것과 동일하다. P는 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량을 의미한다. 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량(P)이 상한 값(HL)보다 커지면, 완충된 배터리 팩(120a)에 저장된 전력을 교류 전원(10)에 출력함으로써 전력을 판매(sell)할 수 있다. 사용자의 배터리 팩의 교환(ex)이 이루어지면, 도 8에 도시된 바와 같이 완충된 배터리 팩(120a)의 수량은 감소하고, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량(P)이 상한 값(HL)보다 작아진다. 그러나, 시간이 흐름에 따라 교환 수량 예측 값(ML), 상한 값(HL), 및 하한 값(LL)은 기준 시간(Tref)까지 점점 작아지므로, 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량(P)이 상한 값(HL)보다 커질 수 있고, 다시 완충된 배터리 팩(120a)에 저장된 전력을 교류 전원(10)에 출력함으로써 전력을 판매(sell)할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the exchange quantity prediction value ML, the upper limit value HL, and the lower limit value LL are the same as those shown in FIG. 6 . P denotes the number of fully charged battery packs 120a currently possessed. When the quantity P of fully charged battery packs 120a currently possessed is greater than the upper limit value HL, power stored in the fully charged battery pack 120a is output to the AC power supply 10 to sell power. can When the user's battery pack is exchanged (ex), as shown in FIG. 8, the quantity of fully charged battery packs 120a decreases, and the quantity P of fully charged battery packs 120a currently owned is the upper limit. value (HL). However, as time elapses, the exchange quantity prediction value ML, upper limit value HL, and lower limit value LL become smaller and smaller until the reference time Tref, so that the number of fully charged battery packs 120a currently possessed (P) may be greater than the upper limit value HL, and the electric power stored in the fully charged battery pack 120a may be output to the AC power supply 10, thereby selling the electric power.

전력 요금 변경 시간(T2)이 지나면, 전력 요금이 상대적으로 저렴한 저부하 구간이 시작되고, 배터리 팩들(120)은 교류 전원(10)의 전력을 이용하여 상대적으로 저렴한 전력 비용으로 충전될 수 있다.When the power rate change time T2 passes, a low load period in which the power rate is relatively low begins, and the battery packs 120 can be charged using the power of the AC power source 10 at a relatively low power cost.

도 9는 본 발명에 따라서 배터리 충전 스테이션(100)의 배터리 팩을 충전하는 일 예를 도시한다.9 shows an example of charging the battery pack of the battery charging station 100 according to the present invention.

도 9를 참조하면, 제1 배터리 팩(120b1)과 제2 배터리 팩(120b2)은 전력이 남아있는 배터리 팩이다. 제2 배터리 팩(120b2)에 저장된 전력은 제1 배터리 팩(120b1)에 저장된 전력보다 많을 수 있다.Referring to FIG. 9 , the first battery pack 120b1 and the second battery pack 120b2 are battery packs with remaining power. The power stored in the second battery pack 120b2 may be greater than the power stored in the first battery pack 120b1.

제1 배터리 팩(120b1)에 연결된 제1 DC/DC 컨버터(150a)는 제1 배터리 팩(120b1)에 저장된 전력을 직류링크 커패시터(140)로 전달하고, 제2 배터리 팩(120b2)에 연결된 제2 DC/DC 컨버터(150b)는 직류링크 커패시터(140)에 저장된 전력을 제2 배터리 팩(120b2)에 전달할 수 있다. 제1 DC/DC 컨버터(150a)는 역 방향으로 동작하여 제1 배터리 팩(120b1)을 방전하고, 제2 DC/DC 컨버터(150b)는 정 방향으로 동작하여 제2 배터리 팩(120b2)을 충전할 수 있다.The first DC/DC converter 150a connected to the first battery pack 120b1 transfers the power stored in the first battery pack 120b1 to the DC link capacitor 140, and the first connected to the second battery pack 120b2. The 2 DC/DC converter 150b may transfer power stored in the DC link capacitor 140 to the second battery pack 120b2. The first DC/DC converter 150a operates in the reverse direction to discharge the first battery pack 120b1, and the second DC/DC converter 150b operates in the forward direction to charge the second battery pack 120b2. can do.

그에 따라, 제1 배터리 팩(120b1)에 저장된 전력은 감소하여 낮은 충전 상태를 갖는 배터리 팩(120d)이 되고, 제2 배터리 팩(120b2)은 완충된 배터리 팩(120a)이 된다.Accordingly, the power stored in the first battery pack 120b1 decreases to become a battery pack 120d having a low state of charge, and the second battery pack 120b2 becomes a fully charged battery pack 120a.

전술한 바와 같이, 제1 및 제2 배터리 팩들(120b1, 120b2) 간에 전력을 이동함으로써 하나의 완충된 배터리 팩을 생성하는 동작은 현재 보유 중인 완충된 배터리 팩(120a)의 수량(P)이 교환 수량 예측 값(ML)보다 작아질 때 수행될 수 있다.As described above, in the operation of generating one fully charged battery pack by transferring power between the first and second battery packs 120b1 and 120b2, the quantity P of the currently held fully charged battery packs 120a is exchanged. It may be performed when it is smaller than the quantity predicted value (ML).

도 10은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션(100)의 AC/DC 컨버터의 일 예를 도시한다.10 shows an example of an AC/DC converter of the battery charging station 100 according to the present invention.

도 10을 참조하면, AC/DC 컨버터(130)는 퓨즈(Fuse)를 통해 3상 그리드(Grid)에 연결되며, 풀브릿지를 구성하는 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1-S6)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1-S6)는 AC/DC 컨트롤러(163)로부터 출력되는 PWM 제어 신호에 의해 제어되 수 있다. AC/DC 컨버터(130)는 PWM 제어 신호에 따라 정류 회로로 동작하거나 인버터 회로로 동작할 수 있다. 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1-S6) 각각은 서로 병렬로 연결되는 스위치와 다이오드를 포함한다.Referring to FIG. 10, the AC/DC converter 130 is connected to a three-phase grid through a fuse and includes first to sixth switching elements S1 to S6 constituting a full bridge. can The first to sixth switching elements S1 to S6 may be controlled by a PWM control signal output from the AC/DC controller 163 . The AC/DC converter 130 may operate as a rectifier circuit or an inverter circuit according to a PWM control signal. Each of the first to sixth switching elements S1 to S6 includes a switch and a diode connected in parallel with each other.

3상 그리드(Grid)와 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1-S6) 사이에 메인 스위치(main SW), 프리차지 스위치(precharge SW) 및 프리차지 저항를 포함하는 스위치부가 배치될 수 있다. 3개의 메인 스위치(main SW)가 그리드(Grid)의 각 상마다 배치될 수 있다.A switch unit including a main switch, a precharge switch, and a precharge resistor may be disposed between the three-phase grid and the first to sixth switching devices S1 to S6. Three main switches (main SW) may be disposed for each phase of the grid (Grid).

스위치부와 제1 내지 제6 스위칭 소자(S1-S6) 사이에 LC 필터(LC filter) 및 전류 센서(Current Sensor)가 각 상마다 배치될 수 있다. AC/DC 컨트롤러(163)는 전류 센서(Current Sensor)를 이용하여 3상 그리드(Grid)와 AC/DC 컨버터(130) 사이의 교류 전류(Iac)를 감지할 수 있다. AC/DC 컨트롤러(163)는 3상 그리드(Grid)의 교류 전압(Vac)을 감지할 수 있다.An LC filter and a current sensor may be disposed for each phase between the switch unit and the first to sixth switching elements S1 to S6. The AC/DC controller 163 may detect an AC current (Iac) between the three-phase grid and the AC/DC converter 130 using a current sensor. The AC/DC controller 163 may detect the AC voltage Vac of the three-phase grid.

AC/DC 컨버터(130)의 DC 출력단은 직류링크 커패시터(Cdc)에 연결되며, AC/DC 컨트롤러(163)는 직류링크 전압(Vdc)를 감지할 수 있다.The DC output terminal of the AC/DC converter 130 is connected to the DC link capacitor Cdc, and the AC/DC controller 163 can detect the DC link voltage Vdc.

직류링크 커패시터(Cdc)는 제1 및 제2 단자(T1, T2)에 연결되며, 직류링크 커패시터(Cdc)와 제1 및 제2 단자(T1, T2) 사이에 직류 스위치들(DC_SW)이 각각 배치될 수 있다. 직류 스위치들(DC_SW)은 AC/DC 컨트롤러(163)에 의해 제어될 수 있다. 제1 및 제2 단자(T1, T2)에는 복수의 DC/DC 컨버터들(150)이 연결될 수 있다.The DC link capacitor Cdc is connected to the first and second terminals T1 and T2, and DC switches DC_SW are provided between the DC link capacitor Cdc and the first and second terminals T1 and T2, respectively. can be placed. The direct current switches (DC_SW) may be controlled by the AC/DC controller 163. A plurality of DC/DC converters 150 may be connected to the first and second terminals T1 and T2.

도 11은 본 발명에 따른 배터리 충전 스테이션(100)의 DC/DC 컨버터의 일 예를 도시한다.11 shows an example of a DC/DC converter of the battery charging station 100 according to the present invention.

도 11을 참조하면, DC/DC 컨버터(150)는 도 10의 제1 및 제2 단자(T1, T2)와 배터리 팩(120) 사이에 연결된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 단자(T1, T2) 사이에는 직류링크 커패시터(Cdc)가 연결된다.Referring to FIG. 11 , the DC/DC converter 150 is connected between the first and second terminals T1 and T2 of FIG. 10 and the battery pack 120 . As shown in FIG. 10, a DC link capacitor Cdc is connected between the first and second terminals T1 and T2.

DC/DC 컨버터(150)는 풀브릿지를 구성하는 1차측 스위칭 소자들(Q1-Q4), 및 풀브릿지를 구성하는 2차측 스위칭 소자들(Q5-Q8), 및 1차측 스위칭 소자들(Q1-Q4)과 2차측 스위칭 소자들(Q5-Q8) 사이의 변압기(T1)를 포함한다.The DC/DC converter 150 includes primary-side switching elements Q1-Q4 constituting the full bridge, secondary-side switching elements Q5-Q8 constituting the full bridge, and primary-side switching elements Q1-Q4. Q4) and a transformer (T1) between the secondary side switching elements (Q5-Q8).

1차측 스위칭 소자들(Q1-Q4)은 DC/DC 컨트롤러(164)의 제1 PWM 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 2차측 스위칭 소자들(Q5-Q8)은 DC/DC 컨트롤러(164)의 제2 PWM 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 제1 및 제2 PWM 제어 신호들 각각의 듀티비를 조절함으로써 DC/DC 컨버터(150)의 전력 전달 방향이 제어될 수 있다.The primary side switching elements Q1 - Q4 may be controlled by the first PWM control signal of the DC/DC controller 164 . The secondary-side switching elements Q5 - Q8 may be controlled by the second PWM control signal of the DC/DC controller 164 . A power delivery direction of the DC/DC converter 150 may be controlled by adjusting the duty ratio of each of the first and second PWM control signals.

DC/DC 컨버터(150)의 2차측에는 출력 인덕터(Lo)와 출력 커패시터(Co)로 이루어진 LC 회로가 연결될 수 있다. 출력 커패시터(Co)는 배터리 팩(120)과 병렬로 연결되며, 출력 커패시터(Co)와 배터리 팩(120) 사이에 배터리 스위치들(BAT_SW)이 연결될 수 있다. 배터리 스위치들(BAT_SW)은 DC/DC 컨트롤러(164)에 의해 제어될 수 있다.An LC circuit composed of an output inductor (Lo) and an output capacitor (Co) may be connected to the secondary side of the DC/DC converter 150. The output capacitor Co is connected in parallel with the battery pack 120 , and battery switches BAT_SW may be connected between the output capacitor Co and the battery pack 120 . The battery switches BAT_SW may be controlled by the DC/DC controller 164 .

이와 같이 본 발명은 도면들에 도시된 다양한 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As such, the present invention has been described with reference to various embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (10)

복수의 배터리 팩을 각각 수납할 수 있는 복수의 수납함;
직류링크 전압을 저장하는 직류링크 커패시터;
교류 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 상기 직류링크 커패시터에 출력하고, 상기 직류링크 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 교류 전원에 출력하는 AC/DC 컨버터;
각각 상기 직류링크 전압을 배터리 전압으로 변환하여 상기 복수의 배터리 팩 중에서 대응하는 배터리 팩에 출력하고, 상기 대응하는 배터리 팩의 배터리 전압을 상기 직류링크 전압으로 변환하여 상기 직류링크 커패시터에 출력하는 복수의 DC/DC 컨버터; 및
상기 복수의 수납함에 수납된 상기 복수의 배터리 팩을 관리하고, 시간대별 교환 횟수의 평균 및 표준편차를 포함하는 사용이력 데이터를 통계 처리하여 생성한 수요 예측 모델 및 시간대별 전력 요금에 기초하여 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 및 방전을 결정하고, 상기 충전 및 방전 결정에 따라 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
배터리 팩의 교환 시간을 통계 처리한 상기 사용이력 데이터, 상기 시간대별 전력 요금을 저장한 전력 요금 데이터, 및 상기 수요 예측 모델을 저장하는 메모리; 및
상기 복수의 수납함에 수납된 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 상태, 및 상기 메모리에 저장된 데이터들에 기초하여, 상기 복수의 배터리 팩 각각의 충전 및 방전을 결정하도록 구성되는 메인 컨트롤러를 포함하고,
상기 수요 예측 모델은 상기 사용이력 데이터를 이용하여 생성되며, 현재 시간으로부터 기준 시간까지 배터리 팩의 교환 수량 예측 값 및 상기 교환 수량 예측 값의 신뢰구간의 상한 값 및 하한 값을 출력하도록 구성되는 배터리 충전 스테이션.
a plurality of holders each capable of accommodating a plurality of battery packs;
a DC link capacitor for storing a DC link voltage;
an AC/DC converter that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage and outputs the DC link capacitor to a DC voltage, and converts the DC link voltage into an AC voltage and outputs the converted AC voltage to the AC power supply;
A plurality of batteries for converting the DC link voltage into a battery voltage and outputting the DC link voltage to a corresponding battery pack among the plurality of battery packs, and converting the battery voltage of the corresponding battery pack into the DC link voltage and outputting the DC link voltage to the DC link capacitor. DC/DC converter; and
The plurality of battery packs stored in the plurality of drawers are managed, and based on a demand prediction model generated by statistically processing usage history data including an average and standard deviation of the number of replacements for each time period and a power rate for each time period, the plurality of battery packs are stored in the plurality of storage boxes. A control unit configured to determine charging and discharging of each battery pack and control the AC / DC converter and the plurality of DC / DC converters according to the charging and discharging determination,
The control unit,
a memory for storing the use history data obtained by statistically processing battery pack replacement times, electricity rate data for storing power rates for each time period, and the demand prediction model; and
A main controller configured to determine charging and discharging of each of the plurality of battery packs based on a state of charge of each of the plurality of battery packs stored in the plurality of storage boxes and data stored in the memory;
The demand prediction model is generated using the usage history data, and is configured to output a predicted value of the replacement quantity of battery packs from a current time to a reference time and an upper limit value and a lower limit value of a confidence interval of the predicted replacement quantity of the battery pack. station.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 기준 시간은 피크부하 시간대에서 중간부하 시간대 또는 경부하 시간대로 변경되는 시간, 및 중간부하 시간대에서 경부하 시간대로 변경되는 시간을 기초로 설정되는 배터리 충전 스테이션.
The method of claim 1,
The reference time is set based on a time of changing from a peak load time zone to a medium load time zone or a light load time zone, and a time changing from a middle load time zone to a light load time zone.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 시간대별 전력 요금이 높은 피크부하 시간대에 현재 완충된 배터리 팩의 개수가 상기 상한 값보다 크면, 상기 완충된 배터리 팩 중 하나에 저장된 전력을 상기 교류 전원에 출력하도록 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 하나의 배터리 팩에 연결된 DC/DC 컨버터를 제어하는 배터리 충전 스테이션.
The method of claim 1,
The control unit outputs power stored in one of the fully charged battery packs to the AC power source when the number of currently fully charged battery packs is greater than the upper limit value during a peak load time period in which electricity rates for each time period are high, and the AC/DC converter and A battery charging station controlling a DC/DC converter connected to the one battery pack.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 현재 완충된 배터리 팩의 개수가 상기 교환 수량 예측 값보다 작으면, 상기 복수의 배터리 팩 중에서 완충되지 않은 배터리 팩에 남아있는 전력을 모아서 하나의 배터리 팩을 완충시키도록 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하는 배터리 충전 스테이션.
The method of claim 1,
If the number of currently fully charged battery packs is less than the replacement quantity predicted value, the control unit collects power remaining in an unfulfilled battery pack from among the plurality of battery packs to fully charge the AC/DC converter to fully charge one battery pack. and a battery charging station controlling the plurality of DC/DC converters.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 현재 완충된 배터리 팩의 개수가 상기 하한 값보다 작으면, 현재 시간과 상관 없이 상기 교류 전원의 전력을 이용하여 상기 복수의 배터리 중에서 적어도 하나를 충전하도록 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하는 배터리 충전 스테이션.
The method of claim 1,
When the number of battery packs that are currently fully charged is less than the lower limit, the control unit may charge at least one of the plurality of batteries using the power of the AC power regardless of the current time to charge the AC/DC converter and the plurality of batteries. A battery charging station that controls a DC/DC converter.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 사용이력 데이터가 추가되면 추가된 사용이력 데이터를 반영하여 상기 수요 예측 모델을 갱신하는 모델 갱신부를 포함하는 배터리 충전 스테이션.
The method of claim 1,
wherein the control unit includes a model updating unit configured to update the demand prediction model by reflecting the added usage history data when usage history data is added.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
PWM 제어 신호를 이용하여 상기 AC/DC 컨버터를 제어하는 AC/DC 컨트롤러; 및
PWM 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 DC/DC 컨버터를 제어하는 DC/DC 컨트롤러를 포함하는 배터리 충전 스테이션.
The method of claim 1,
The control unit,
an AC/DC controller controlling the AC/DC converter using a PWM control signal; and
A battery charging station including a DC/DC controller controlling the plurality of DC/DC converters using a PWM control signal.
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