KR102601909B1 - 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템 및 이를 이용한 전기차 충전 방법 - Google Patents

전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템 및 이를 이용한 전기차 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 외부 전원을 이용한 전기차의 긴 충전시간을 극복하고, 전기차에 탑재되는 배터리의 용량을 감축시켜 배터리 활용의 효율성을 높이기 위하여 전기로 주행 가능한 전기차에, 상기 전기차 외측에 구비되는 외부 충전 단자; 상기 전기차 트렁크 내측에 구비되는 내부 충전 단자; 상기 트렁크 하부에 구비되는 트렁크 매트; 상기 트렁크의 상기 트렁크 매트 상부에 안착되어 수납 가능하고, 상기 내부 충전 단자에 체결 가능한 내부 충전 플러그의 장착이 가능한 교체식 배터리; 및 상기 교체식 배터리 상부에 결합되는 고정 커버;를 포함하는 교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템을 제공하고, 이를 이용한 교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 방법을 제공한다.

Description

전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템 및 이를 이용한 전기차 충전 방법 {A STORABLE REPLACEABLE BATTERY SYSTEM IN A ELECTRIC VEHICLE TRUNK AND METHOD FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLE USING THE SAME}
본 발명은 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템 및 이를 이용한 전기차 충전 방법에 관한 것이다.
전기차는 전기를 사용하여 운행되는 자동차로서, 세계적인 환경 규제 강화와 탄소배출 저감 및 에너지 절감 추세에 따라 세계 각국에서 전기자동차에 대한 개발 및 보급이 확산되고 있다.
일반적으로 전기차는 전기를 공급하는 배터리가 구비된다. 전기차를 움직이기 위해서는, 상기 배터리에 전기가 충전되어야 하고, 상기 충전된 배터리가 방전되면서 전기 모터를 구동해야 한다. 이에 따라, 전기차를 운용하기 위해서는 충전된 배터리가 필수적이다.
전기차 배터리는 외부 전원장치를 전기차 충전구에 체결하여 전력을 공급하는 플러그인(plug-in) 방식으로 충전할 수 있다. 이러한 방식은 현재 가장 일반적으로 적용되는 충전방식이나, 별도의 충전 시설이 필요하고, 완속 충전의 경우 충전 완료까지 수 시간이 소요되며, 급속 충전이 적용되어도 수십 분의 시간이 필요하여, 가솔린 차량 대비 긴 충전 시간 및 충전 대기 시간으로 긴급하게 충전이 필요한 상황에 대한 대처가 어렵다는 것이 전기차의 가장 큰 단점으로 지적되고 있다.
또한 차량 내부에 탑재되는 배터리는 리튬, 니켈 등 고가의 소재로 제작되며 해당 광물의 추출 및 배터리 제조 과정에서 많은 오염 물질 발생하고 있기 때문에 전기차가 진정한 친환경 교통수단으로 거듭나려면 배터리의 효율적인 생산과 활용이 절실히 필요하다. 배터리 에너지 밀도는 '20년을 '10년과 비교할 때 3배 이상 개선되는 등 배터리 기술은 빠르게 발전하고 있고 향후에는 더 효율적인 배터리가 개발될 것으로 기대되나 기존 plug-in 방식의 전기차 배터리의 교체는 매우 어렵기 때문에 미래의 진보된 배터리 기술 수혜를 기존 전기차 사용자는 누릴 수 없다는 단점도 반드시 개선되어야 할 영역이다.
이에 따라, 외부 전원을 이용한 plug in 충전 방식의 단점을 극복하고 전기차에 적용되는 배터리의 활용성을 증대시키기 위하여, 배터리 교체식 전기차에 대한 아이디어가 제시되고 있다. 배터리 교체식 전기차는 전기차에 장착된 배터리를 이미 충전되어 있는 배터리로 교체하여 충전된 배터리를 공급받는 방식으로, 배터리 교체 시간이 외부 전원을 이용한 충전 시간보다 적게 걸린다는 장점이 있다. 이러한 방식은 전기 자전거, 전기 스쿠터 등 소형 탈것에 선 적용되고 있고, 이와 관련된 서비스를 제공함에 있어 유용성이 입증되었다. 그러나 전기차에 탑재된 배터리는 그 크기가 상당이 크고 무겁기 때문에 배터리 교체 관련 설비를 필히 구축해야 하며, 이에 대한 큰 투자 비용이 발생할 수밖에 없고, 배터리 교환작업을 위한 별도의 숙련된 기술자가 요구된다. 또한 차량 제조사 마다 각자 다양한 규격과 방식으로 배터리와 차량을 제작하기 때문에 이에 따른 표준화가 선행되지 않을 경우 전기차 배터리 교체 방식을 적용하기 어려워 중국에서만 정부 정책으로 배터리 교체 방식 도입을 추진하고 있을 뿐이다.
본 발명은, 외부 전원을 이용한 기존 plug in 충전 방식을 유지하되 전기차 트렁크에 수납 가능한 소형화된 교체식 배터리 시스템을 접목한 새로운 방식의 충전방법을 제공하여 전기차의 긴 충전시간을 극복하고, 전기차내 탑재되는 배터리 용량을 감축시키고 공유 가능한 교체형 배터리의 사용 비중을 높여 전기차 생산 증가에도 리튬, 니켈 등 고가의 한정된 배터리 소재를 경제적이고 친환경적으로 활용하도록 하는데 그 목적이 있다. 또한 이를 통해 향후 개발될 고밀도, 저용량 배터리의 활용성을 증대하기 위한 기반 인프라를 선제적으로 구축할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은, 외부 전원을 이용한 전기차의 긴 충전시간을 극복하고, 전기차에 탑재되는 배터리의 용량을 감축시켜 배터리 활용의 효율성을 높이기 위하여 전기로 주행 가능한 전기차에, 상기 전기차 외측에 구비되는 외부 충전 단자; 상기 전기차 트렁크 내측에 구비되는 내부 충전 단자; 상기 트렁크 하부에 구비되는 트렁크 매트; 상기 트렁크의 상기 트렁크 매트 상부에 안착되어 수납 가능하고, 상기 내부 충전 단자에 체결 가능한 내부 충전 플러그의 장착이 가능한 교체식 배터리; 및 상기 교체식 배터리 상부에 결합되는 고정 커버;를 포함하는 교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템을 이용한 충전 방법에 있어서, 상기 전기차의 트렁크에 상기 교체식 배터리를 수납하는 단계; 상기 내부 충전 단자에 상기 내부 충전 플러그를 체결하는 단계; 상기 전기차의 트렁크에 상기 교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계; 및 상기 교체식 배터리를 이용하여 상기 전기차를 충전하는 단계;를 포함하는, 교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템을 이용하여, 전기차의 주행 및 정차 중 충전을 진행할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업자가 손쉽게 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리를 수납하고, 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 및 외부 충전 설비를 이용하여 전기차를 충전할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 교체식 배터리를 차량의 종류에 관계없이 범용적으로 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 트렁크에 수납된 교체식 배터리 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 방법에 대한 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 충전 단자 및 배선에 대한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 각 실시예에 따른 트렁크 매트에 고정된 교체식 배터리를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 각 실시예에 따른 트렁크 매트 및 고정 커버의 측면 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교체식 배터리의 대여 및 회수 관리에 대한 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명이 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 내용을 더 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다.
본 명세서에서, '상부' 또는 '하부' 라는 용어는 관찰자의 시점에서 설정된 상대적인 개념으로, 관찰자의 시점이 달라지면, '상부'가 '하부'를 의미할 수도 있고, '하부'가 '상부'를 의미할 수도 있다.
이하 도면을 참고하여 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템 및 이를 이용한 전기차 충전 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 트렁크에 수납된 교체식 배터리 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 전기차(100)의 트렁크 공간(101)에 교체식 배터리(200)가 수납될 수 있다. 이때, 전기차(100)의 트렁크 공간(101)은 일반적인 세단일 경우 약 W 100cm x L 100cm x H 55cm의 크기이며, 소형차량의 경우 트렁크 공간(101)은 W 90cm x L 50cm x H 55cm 크기일 수 있다. 이에 따라, 다양한 전기차(100)에 적용할 수 있도록 교체식 배터리(200)의 크기는 최대 W 90cm x L 50cm x H 55cm 크기를 넘지 않는 것이 바람직하다.
전기차(100)의 트렁크 공간(101)에 교체식 배터리(200)의 수납은 별도의 장비를 적용하지 않고, 배터리 교체 시간의 단축과 간소화를 위하여 사람이 수작업으로 진행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 교체식 배터리(200)의 무게는 한사람 또는 두사람이 운반할 수 있는 무게와 크기를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 국제노동기구(ILO)에서는 중량물 최고 허용기준을 남 24.5kg, 여 14.6kg으로 권고하고 있으며, 인력운반 안전작업에 관한 지침(KOSHA GUIDE G-75-2011)에서 일시적인 작업일 경우 19-35세 기준 남 30kg, 여 20kg으로 권장하고 있다. 이에 따라, 보통 25kg을 한사람이 운반할 수 있는 무게로 간주한다.
동시에, 교체식 배터리(200)는 전기차(100)가 일정거리 이상을 운행할 수 있도록 전력을 공급할 수 있어야 한다. 예를 들어, 전기차(100)의 100km 정도의 이동거리를 확보하기 위해서 교체식 배터리(200)는 15~20kwh의 전력을 공급할 수 있는 것이 바람직하다.
15~20kwh 전력을 공급할 수 있는 리튬이온 배터리의 경우 약 100kg 정도로 알려져 있으며, 약 150L 크기의 부피(예를 들어, W 60cm x L 50cm x H 50cm)를 갖는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200)는 전기차(100)의 트렁크 공간(101)에 수납되기에 충분한 크기를 가질 수 있되, 일인이 운반하기에는 무리가 있는 무게를 갖게 된다. 따라서, 교체식 배터리(200)는 일정 무게(25kg 수준) 및 크기 이하로 모듈화 하여 일인이 운반할 수 있는 무게와 크기로 구성해야 한다. 현행 배터리 밀도를 고려 시 100km를 갈 수 있으려면 4개의 교체식 배터리 모듈이 필요하나 향후 기술 발전으로 100km를 갈 수 있는 교체식 배터리 모듈의 개수는 줄어들 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 방법에 대한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 교체식 배터리를 이용한 전기차의 충전은 상기 도 1 및 후술하는 도4 내지 도 8을 통하여 설명하는 구성을 바탕으로 하기와 같은 단계로 진행될 수 있다.
전기차 트렁크에 교체식 배터리를 수납하는 단계(S100)는 상기 교체식 배터리를 상기 전기차 트렁크의 하부에 구비된 트렁크 매트 위에 올려놓는 단계이다. 이때, 상기 교체식 배터리는 상기 트렁크 매트에 형성된 배터리 수용부에 안착시켜 상기 교체식 배터리가 상기 전기차의 움직임에 따라 움직이지 않도록 고정될 수 있다. 또한, 상기 배터리 수용부에 안착된 상기 교체식 배터리는, 고정 커버를 상기 교체식 배터리 상단에 장착하고, 상기 고정 커버에 구비된 고정 밸트를 이용하여 트렁크 매트에 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 교체식 배터리는 상기 전기차 트렁크에 잘 고정되어 상기 전기차의 움직임에 따라 고정된 위치에서 이탈하지 않도록 고정될 수 있다.
전기차 트렁크 내측에 구비된 충전 단자에 플러그 체결 단계(S200)는 상기 교체식 배터리에 배터리 케이블로 연결된 내부 충전 플러그를 상기 전기차 트렁크 내측에 구비된 내부 충전 단자에 체결하는 단계이다. 이때, 상기 내부 충전 단자와 상기 내부 충전 플러그는 기계적으로 체결되어 체결 후 이탈이 쉽게 일어나지 않도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 고정 턱이 구비되되 누름 장치를 이용하여 체결 및 분리 할 수 있도록 구성되거나, 스크류 타입 및 결합 홈 등 다양한 체결방식을 적용할 수 있되 이에 제한되지 않는다.
교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계(S300)는 상기 전기차에 구비된 컨트롤러가 상기 교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계이다.
교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계(S300)의 세부 단계를 도 3을 참조하여 이하 설명한다.
컨트롤러의 인식 단계(S310)는 외부 충전 단자에 외부 충전기가 연결되거나, 상기 내부 충전 단자에 상기 내부 충전 플러그가 연결되었을 때, 상기 외부 충전기 및 상기 교체식 배터리에서 전력과 상기 외부 충전기 및 상기 교체식 배터리와 관련된 정보들이 포함된 데이터가 송출되게 되는데, 이를 상기 전기차에 구비된 컨트롤러가 인식하는 단계이다.
이후 상기 컨트롤러는 외부 충전기 연결 여부 판단 단계(S320)를 거치게 된다. 예를 들어, 상기 전기차에 상기 교체식 배터리가 연결됨과 동시에 상기 외부 충전기가 연결되어 있다면, 충전 효율 상 상기 외부 충전기를 활용하는 것이 유리하므로, 상기 컨트롤러는 상기 외부 충전기가 상기 전기차 충전에 활용될 수 있도록 선택할 수 있다.
예를 들어, 외부 충전기가 연결되어 있다면(Y) 상기 컨트롤러는 외부 충전 선택 단계(S330)를 실행하게 되고, 상기 외부 충전기를 이용한 충전이 진행될 수 있다. 이후 외부 충전기의 연결 여부를 다시 체크하는 외부 충전기 연결 여부 판단 단계(S320)를 반복적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 외부 충전기의 연결이 해제되는 시점에 외부 충전기 연결 여부 판단 단계(S320)를 수행하여 상기 교체식 배터리를 이용한 충전을 선택할 수 있게 된다.
또한, 외부 충전기 연결 여부 판단 단계(S320)에서 외부 충전기가 연결되어 있지 않다면(N), 상기 컨트롤러는 교체식 배터리 충전 선택 단계(S340)를 실행하게 되고, 상기 교체식 배터리를 이용한 충전이 진행될 수 있다. 이후 외부 충전기의 연결 여부를 다시 체크하는 외부 충전기 연결 여부 판단 단계(S320)를 반복적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리가 연결되어 이를 이용한 상기 전기차의 충전이 진행되고 있다고 하더라도, 외부 충전기가 다시 연결된다면, 컨트롤러는 상기 외부 충전기를 이용하여 상기 전기차의 충전을 진행할 수 있도록 외부 충전 선택 단계(S330)를 수행할 수 있다.
다시 도 2를 참조하여 교체식 배터리를 이용하여 충전하는 단계(S400)를 설명한다. 교체식 배터리를 이용하여 충전하는 단계(S400)는, 교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계(S300) 이후 상기 교체식 배터리에 충전된 전력을 이용하여 상기 전기차를 충전하는 단계이다. 이때, 상기 전기차에 구비된 메인 배터리는 일반적으로 여러 개의 배터리 모듈(Module) 즉, 복수의 주행관련 배터리 모듈, ADAS용 배터리 모듈, 멀티미디어 및 공조기 등을 위한 배터리 모듈 등이 마련되어 있다. 아울러 하나의 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀(Battery Cell)로 이루어진다. 이러한 전기차의 메인 배터리를 관리하기 위하여 일반적으로 배터리 매니지먼트 시스템(BMS : Battery Management System)이 구비되어 있으며, 이를 통하여 상기 전기차의 충전도 관리하게 된다. 따라서, 상기 교체식 배터리에서 송출되는 전력 및 데이터를 상기 컨트롤러에서 상기 배터리 매니지먼트 시스템으로 전달되고, 상기 매니지먼트 시스템은 상기 전기차의 정차 시, 회생 제동 시 및 주행 시에 적절하게 상기 전기차에 구비된 메인 배터리를 충전할 수 있다.
충전이 완료되었음을 인식하는 단계(S500)는 상기 교체식 배터리에 저장된 용량을 다 소진하였거나, 상기 내부 충전 플러그와 상기 내부 충전 단자가 분리되었거나, 상기 전기차에 구비된 메인 배터리의 용량이 전부 충전되었을 경우 상기 교체식 배터리를 이용한 충전을 중단시키는 단계이다. 이에 따라, 상기 교체식 배터리를 이용한 상기 전기차의 충전이 마무리되게 된다. 이후 상기 전기차에 구비된 메인 배터리가 방전되거나, 상기 전기차 트렁크에서 교체식 배터리를 제거하고, 새로운 교체식 배터리를 장착하였을 때, 상기 설명한 단계를 반복할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 충전 단자 및 배선에 대한 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차는 상기 전기차의 외부를 형성하는 전기차 외부 패널(110)과 상기 전기차의 트렁크 공간(101)을 형성하는 트렁크 내부 패널(120)을 포함할 수 있다.
전기차 외부 패널(110)에는 외부 충전 단자(111)가 형성될 수 있다. 외부 충전 단자(111)에는 외부 충전기(10)에 외부 충전 케이블(11)로 연결된 외부 충전 플러그(12)가 체결되어 상기 전기차를 충전할 수 있다. 이때, 외부 충전 단자(111)는 전기차에 적용되는 공지의 기술이 적용될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 외부 충전 단자(111)는 상기 전기차의 외부로 외부 충전 플러그(12)와 결합하는 전면부와, 상기 전기차의 전기차 섀시 내부(130)로 다양한 전선들이 연결된 후면부로 구성될 수 있다. 이에 따라, 전기차 섀시 내부(130)에 배치된 제1 충전선(112) 및 제1 데이터선(113)이 외부 충전 단자(111)의 후면부와 결합되어, 외부 충전 플러그(12)가 외부 충전 단자(111)의 전면부에 연결되었을 때, 전력과 전기적 신호를 상기 전기차로 전달할 수 있다. 예를 들어, 전기차의 메인 배터리를 관리하기 위한 배터리 매니지먼트 시스템(BMS : Battery Management System)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 충전선(112)은 직류(DC) 및 교류(AC) 전원을 위한 충전선 등 전력을 공급할 수 있는 충전선을 모두 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 또한 제1 데이터선(113)은 외부 충전기(10)에 외부 충전 케이블(11)로 연결된 외부 충전 플러그(12)를 통하여 상기 전기차와 외부 충전기(10) 사이에 필요한 전기적 신호 또는 광학적 신호를 주고받을 수 있는 다양한 데이터선이 적용될 수 있되 이에 제한되지 않는다.
전기차 트렁크 내측을 형성하는 트렁크 내부 패널(120)에는 내부 충전 단자(121)가 형성될 수 있다. 내부 충전 단자(121)에는 교체식 배터리(200)에 배터리 케이블(201)로 연결된 내부 충전 플러그(202)가 체결되어 상기 전기차를 충전할 수 있다. 이때, 내부 충전 단자(121)는 상기 전기차의 트렁크 공간(101)으로 내부 충전 플러그(202)와 결합하는 전면부와, 상기 전기차의 전기차 섀시 내부(130)로 다양한 전선들이 연결된 후면부로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기차 섀시 내부(130)에 배치된 제2 충전선(122) 및 제2 데이터선(123)이 내부 충전 단자(121)의 후면부와 결합되어 내부 충전 플러그(202)가 내부 충전 단자(121)의 전면부에 연결되었을 때, 전력과 전기적 신호를 상기 전기차로 전달할 수 있다. 예를 들어, 전기차의 메인 배터리를 관리하기 위한 배터리 매니지먼트 시스템(BMS : Battery Management System)에 연결될 수 있어, 전기차의 주행 및 정차 중 전기차를 충전시킬 수 있다. 이때, 제2 충전선(122)은 직류(DC) 전원을 위한 충전선 등 전력을 공급할 수 있는 충전선을 모두 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 또한 제2 데이터선(123)은 교체식 배터리(200)에 배터리 케이블(201)로 연결된 내부 충전 플러그(202)를 통하여 상기 전기차와 교체식 배터리(200) 사이에 필요한 전기적 신호 또는 광학적 신호를 주고받을 수 있는 다양한 데이터선이 적용될 수 있되 이에 제한되지 않는다.
이에 따라, 상기 전기차는 외부 충전기(10)로부터 전력을 공급받아 충전될 수 있으며, 이와 별도로, 트렁크 공간(101)에 수용된 교체식 배터리(200)를 통하여 전력을 공급받아 충전될 수 있다. 이때, 내부 충전 단자(121)의 위치는 외부 충전 단자(111)의 위치와 독립적으로 트렁크 공간(101) 내부의 적절한 위치에 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 외부 충전 단자(111)와 내부 충전 단자(121)는 서로 가까이 배치되되, 컨트롤러(140)에 의해 충전선 및 데이터선을 공유할 수 있다.
외부 충전 단자(111)에 연결된 제1 충전선(112) 및 제1 데이터선(113)과, 내부 충전 단자(121)에 연결된 제2 충전선(122) 및 제2 데이터선(123)은 전기차 섀시 내부(130)에 위치하는 컨트롤러(140)에 연결될 수 있다. 이때, 컨트롤러(140)는 전기차 배터리로 연결되는 제3 충전선(141) 및 제3 데이터선(142)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(140)는 제1 충전선(112), 제2 충전선(122) 및 제3 충전선(141)을 서로 연결하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 데이터선(113)과, 제2 데이터선(123) 및 제3 데이터선(142)을 서로 연결하는 역할을 할 수 있다.
컨트롤러는(140)는 외부 충전 단자(111)와 내부 충전 단자(121) 근처에 위치하여, 컨트롤러(140)에 연결된 제1 충전선(112) 및 제2 충전선(122)을 통하여 인가되는 전력 및 제1 데이터선(113) 및 제2 데이터선(123)에 인가되는 전기적 신호를 받아들이고, 감지할 수 있다.
이에 따라, 컨트롤러(140)에서는 제1 충전선(112) 및 제2 충전선(122) 에서 입력된 전력을, 선택적으로 제3 충전선으로 전송할 수 있고, 제1 데이터선(113) 및 제2 데이터선(123)에서 입력된 전기적 신호를 선택적으로 제3 데이터선(142)으로 전송할 수 있다.
예를 들어, 외부 충전 단자(111)에 외부 충전 플러그(12)가 연결되어 충전을 시도할 경우, 제1 충전선(112)을 통하여 전력이 컨트롤러(140)에 입력되고 제1 데이터선(113)을 통하여 전기적 신호가 컨트롤러(140)에 입력되는데, 이때 컨트롤러(140)는 제1 충전선(112)을 통하여 입력된 전력을 컨트롤러(140) 내부에 구비된 전류 셀렉터(미도시)를 이용하여 제3 충전선(141)으로 송출할 수 있고, 제1 데이터선(113)을 통하여 입력된 전기적 신호를 컨트롤러(140) 내부에 구비된 데이터 허브(미도시)를 이용하여 제3 데이터선(142) 으로 송출할 수 있도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 외부 충전기(10)를 통하여 상기 전기차를 충전할 수 있게 된다.
또한, 내부 충전 단자(121)에 내부 충전 플러그(202)가 연결되어 충전을 시도할 경우, 제2 충전선(122)을 통하여 전력이 컨트롤러(140)에 입력되고 제2 데이터선(123)을 통하여 전기적 신호가 컨트롤러(140)에 입력되는데, 이때 컨트롤러(140)는 제2 충전선(122)을 통하여 입력된 전력을 컨트롤러(140) 내부에 구비된 전류 셀렉터(미도시)를 이용하여 제3 충전선(141)으로 송출할 수 있고, 제2 데이터선(123)을 통하여 입력된 전기적 신호를 컨트롤러(140) 내부에 구비된 데이터 허브(미도시)를 이용하여 제3 데이터선(142) 으로 송출할 수 있도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200)를 통하여 상기 전기차를 충전할 수 있게 된다.
만약 외부 충전 단자(111)에 외부 충전 플러그(12)가 연결되고, 동시에 내부 충전 단자(121)에 내부 충전 플러그(202)가 연결되어 충전을 시도할 경우, 컨트롤러(140)는 외부 충전 단자(111)를 통한 충전에 우선권을 부여하여, 제1 충전선(112)을 통하여 입력된 전력을 제3 충전선(141)을 통하여 송출하고, 제1 데이터선(113)을 통하여 입력된 전기적 신호를 제3 데이터선(142)을 통하여 송출할 수 있도록 제어하고, 제2 충전선(122)으로 입력된 전력 및 제2 데이터선(123)을 통하여 입력된 전기적 신호를 차단하도록 제어할 수 있다. 이와 같은 방법으로 상기 전기차는 외부 충전 및 교체식 배터리(200)를 이용한 충전을 효과적으로 활용할 수 있으며, 불필요한 충전선 및 데이터선을 줄일 수 있어, 전기차 제조 시 작업의 복잡성을 낮출 수 있으며, 전기차의 무게 증가를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 각 실시예에 따른 트렁크 매트에 고정된 교체식 배터리를 나타낸 것이다.
도 6 (a)를 참조하면, 교체식 배터리(200)는 트렁크 매트(400)위에 장착 및 고정될 수 있다.
교체식 배터리(200)는 모서리가 라운드진 직사각형 형태의 외부 하우징을 가질 수 있다. 예를 들어, 플라스틱, 금속 및 이들의 혼합으로 상기 외부 하우징이 형성될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 이때, 상기 외부 하우징 내부에는 각형, 원통형 및 파우치형의 2차 전지가 장착될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 전기차의 트렁크 공간은 일반적으로 직사각형 모양의 수납공간을 갖고 있어, 교체식 배터리(200)가 직사각형 형태일 경우 상기 전기차의 트렁크 공간에 효율적으로 수납할 수 있다. 또한, 교체식 배터리(200)의 모서리를 라운드 형태로 가공하여, 교체식 배터리(200)를 사람이 수작업으로 교체 시 날카로운 모서리에 의한 작업자의 부상을 방지할 수 있다.
교체식 배터리(200) 일 측면에는 배터리 케이블 단자(203)가 형성될 수 있다. 배터리 케이블 단자(203)는 일 말단에 내부 충전 플러그(202)가 장착되어 있는 배터리 케이블(201)의 타 말단과 분리 및 결합이 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200)를 운반할 때 및 교체식 배터리(200)를 전기차의 트렁크 공간에 장착할 때 배터리 케이블(201) 및 내부 충전 플러그(202)가 방해되지 않도록 분리하여 작업할 수 있으며, 교체식 배터리(200)를 상기 전기차의 트렁크 공간에 장착 완료 후 배터리 케이블(201)을 결합하여 상기 전기차에 충전을 진행할 수 있다.
교체식 배터리(200)의 네 측면 중 적어도 서로 대응되는 두 측면에 교체식 배터리(200)를 운반할 때 사용할 수 있는 손잡이(미도시)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로 대응되는 두 측면에 손으로 파지할 수 있도록 홈이 파져 있거나, 손잡이 형식으로 부재가 부착되어 있을 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200)를 사람이 수작업으로 교체 시 교체식 배터리(200) 파지에 용이할 수 있다.
전기차의 트렁크 공간에는 교체식 배터리(200)를 고정시키기 위하여, 트렁크 매트(400)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기차의 트렁크 공간에 장착된 트렁크 매트(400) 상부에 교체식 배터리(200)가 장착되어 고정될 수 있다. 이때, 교체식 배터리(200)의 하단 일부가 트렁크 매트(400)에 형성된 배터리 수용부에 삽입되어 교체식 배터리(200)가 전기차의 움직임에 따라 좌우로 이동하지 않도록 고정될 수 있다. 이는 후술하는 도 7 및 도 8을 통하여 자세하게 설명한다.
교체식 배터리(200)의 상단에는 고정 커버(300)가 씌워질 수 있다. 예를 들어, 고정 커버(300)는 플라스틱, 금속 및 이들의 혼합으로 제작될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 이때 고정 커버(300)는 교체식 배터리(200) 상단을 수용할 수 있는 수용부를 가지고 있어, 고정 커버(300)와 교체식 배터리(200)가 서로 결합될 수 있다. 이는 후술하는 도 7 및 도 8을 통하여 자세하게 설명한다.
또한 고정 커버(300)는 고정 커버(300)에 고정되되, 네 측면 중 적어도 서로 대응되는 두 측면에서 소정의 길이로 연장된 고정 벨트(310)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 고정 벨트(310)를 사용하여 트렁크 매트(400)에 고정 커버(300)를 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 차량 및 산업에 사용되는 안전 벨트 또는 고정 벨트와 같은 방법으로 고정 벨트(310)를 사용하여 트렁크 매트(400)에 고정시킬 수 있되 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 합성 섬유로 제작된 고정 벨트(310)에 결합되어 있는 벨트 클립(311)을 트렁크 매트(400)의 고정부(410)에 포함된 고정 버클(411)과 체결하여 고정시킨 후 고정 벨트(310)를 잡아당겨 고정 커버(300)와 트렁크 매트(400)를 단단하게 고정할 수 있다. 이에 따라, 간편하게 고정 커버(300)와 트렁크 매트(400) 사이에 위치한 교체식 배터리(200)를 트렁크 매트(400)에 고정시킬 수 있으며, 교체식 배터리(200)가 전기차의 움직임에 따라 상하로 움직이지 않도록 고정할 수 있다.
도 6 (b)를 참조하면, 복수개의 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 트렁크 매트(400)위에 장착 및 고정될 수 있다.
교체식 배터리(200a, 200b, 200c)는 모서리가 라운드진 직사각형 형태의 외부 하우징을 가질 수 있다. 예를 들어, 플라스틱, 금속 및 이들의 혼합으로 상기 외부 하우징이 형성될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 이때, 상기 외부 하우징 내부에는 각형, 원통형 및 파우치형의 2차 전자기 장착될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 전기차의 트렁크 공간은 일반적으로 직사각형 모양의 수납공간을 갖고 있어, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 직사각형 형태일 경우 상기 전기차의 트렁크 공간에 효율적으로 수납할 수 있다. 또한, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 모서리를 라운드 형태로 가공하여, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 사람이 수작업으로 교체 시 날카로운 모서리에 의한 작업자의 부상을 방지할 수 있다.
교체식 배터리(200a, 200b, 200c)는, 상, 하로 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나의 교체식 배터리(200c)가 가장 하단에 위치하고, 그 위에 또 하나의 교체식 배터리(200b)가 배치되며, 그 위에 연속하여 또 다른 교체식 배터리(200a)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 순차적으로 적재되되, 전기적으로 병렬로 서로 연결되어, 복수 개가 하나의 모듈을 이루는 교체식 배터리로 기능할 수 있다. 이에 따라, 도 6(a)의 단일한 구조의 교체식 배터리(도 6(a), 200) 대비 복수의 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)이 하나의 모듈을 구성하는 경우 각 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 무게 및 부피가 감소하여, 사람이 운반하거나, 전기차 트렁크에 장착할 때 유리할 수 있다. 이는 후술하는 도 8을 통하여 자세하게 설명한다.
교체식 배터리(200a, 200b, 200c) 일 측면에는 배터리 케이블 단자(203a, 203b, 203c)이 형성될 수 있다. 배터리 케이블 단자(203a, 203b, 203c)는 내부 충전 플러그(202a)가 장착되어 있는 배터리 케이블(201a)을 분리 및 결합이 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 운반할 때 및 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 전기차의 트렁크 공간에 장착할 때 배터리 케이블(201a) 및 내부 충전 플러그(202a)가 방해가 되지 않도록 분리하여 작업할 수 있으며, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 상기 전기차의 트렁크 공간에 장착을 완료한 후 배터리 케이블(201a)을 결합하여 상기 전기차에 충전을 진행할 수 있다.
교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 네 측면 중 적어도 서로 대응되는 두 측면에 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 운반할 때 사용할 수 있는 손잡이(미도시)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로 대응되는 두 측면에 손으로 파지할 수 있도록 홈이 파져 있거나, 손잡이 형식으로 부재가 부착되어 있을 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 사람이 수작업으로 교체 시 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)파지에 용이할 수 있다.
전기차의 트렁크 공간에는 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 고정시키기 위하여, 트렁크 매트(400)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기차의 트렁크 공간에 장착된 트렁크 매트(400) 상부에 교체식 배터리(200c)가 장착되어 고정될 수 있다. 이때, 교체식 배터리(200c)의 하단 일부가 트렁크 매트(400)에 형성된 배터리 수용부에 삽입되어 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 좌우로 이동하지 않도록 고정될 수 있다. 이는 후술하는 도 7 및 도 8을 통하여 자세하게 설명한다.
교체식 배터리(200a)의 상단에는 고정 커버(300)가 씌워질 수 있다. 예를 들어, 고정 커버(300)는 플라스틱, 금속 및 이들의 혼합으로 제작될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 이때 고정 커버(300)는 교체식 배터리(200a) 상단을 수용할 수 있는 수용부를 가지고 있어, 고정 커버(300)와 교체식 배터리(200a)가 서로 결합될 수 있다. 이는 후술하는 도 8을 통하여 자세하게 설명한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 각 실시예에 따른 트렁크 매트 및 고정 커버의 측면 단면도이다.
도 7을 참조하면, 트렁크 매트(400)는 교체식 배터리(200)의 하단을 수용할 수 있다.
트렁크 매트(400)는 소정의 두께로 형성되되 트렁크 매트(400) 상면에 고정부(410)가 형성되고, 고정부(410)사이에서 정의되는 공간에 배터리 수용부(420)가 형성될 수 있다.
트렁크 매트(400)는 고정부(410)의 형상을 안정적으로 유지하고, 고정부(410)에 포함된 고정 버클(411)이 단단하게 고정될 수 있도록 천연고무, 합성고무, 합성수지 및 이에 보강재가 포함된 소재가 적용된, 고형의 형태로 제작될 수 있다. 이때, 트렁크 매트(400)의 표면이 직물재질 또는 섬모재질로 덮어질 수 있으나, 트렁크 매트(400) 전체가 직물재질, 섬모재질로 제작될 경우 트렁크 매트(400) 상부에 위치하는 교체식 배터리를 효과적으로 지지할 수 없어 바람직하지 않다.
고정부(410)는 트렁크 매트(400) 상부로 소정의 두께를 갖고 돌출되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렁크 매트(400)위로, 1 ~ 5cm 로 형성될 수 있다. 1cm 이하의 두께로 형성될 경우, 적용할 수 있는 고정 버클(411)에 제한이 생기며, 고정 버클(411)을 단단히 고정하는데 문제가 생길 수 있다. 또한, 1cm 이하의 두께로 형성될 경우, 고정부(410) 사이에 형성되는 배터리 수용부(420)에 교체식 배터리(200)를 장착하였을 경우 교체식 배터리(200)를 고정하는 능력이 떨어질 수 있다. 또한, 5cm 이상의 두께로 형성될 경우, 고정부(410) 사이에 형성되는 배터리 수용부(420)에 교체식 배터리(200)를 장착 및 제거 작업을 할 때, 고정부(410)의 높이가 높아 작업에 어려움이 발생할 수 있다.
또한, 고정부(410)가 트렁크 매트(400)에서 차지하는 면적은 고정부(410) 사이에 형성되는 배터리 수용부(420)를 제외하고, 트렁크 매트(400)의 면적 전체로 확장되어도 무방하나, 과도한 면적은 트렁크 매트(400)의 무게를 불필요하게 증가시키고 제조 단가를 상승시켜 바람직하지 않다. 따라서, 고정부(410)에 포함된 고정 버클(411)을 단단히 고정할 수 있는 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 고정 버클(411)은 트렁크 매트(400) 및 고정부(410)에 단단히 고정되고, 고정 버클(411)에 상방으로 외력이 가해졌을 때 움직이지 않도록 고정 버클(411)하부에 수평으로 연장된 고정 버클 지지부(412)를 포함할 수 있다. 이때, 고정 버클 지지부(412)를 커버할 수 있는 크기의 고정부(410) 면적으로 고정 버클 지지부(412) 상부에 형성될 경우, 고정 버클(411)에 상방으로 외력이 가해졌을 때 움직이지 않도록 효율적으로 고정할 수 있다.
트렁크 매트(400)는, 적어도 한 쌍의 고정부(410) 사이에 교체식 배터리(200) 하단에 대응하는 형태로 트렁크 매트(400)와 고정부(410)의 측면으로 정의되는 배터리 수용부(420)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 배터리 수용부(420)에 안착된 교체식 배터리(200)는 교체식 배터리(200) 하단이 트렁크 매트(400)와 고정부(410)에 밀착되어 교체식 배터리(200)에 좌우로 외력이 가해져도 배터리 수용부(420)의 위치에서 이동하지 않도록 고정될 수 있다.
트렁크 매트(400)에는 교체식 배터리(200)의 장착여부를 확인할 수 있도록 감지 센서(미도시)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 압력 감지 센서 및/또는 접촉 감지 센서 등이 적용될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 이에 따라, 트렁크 매트(400)와 교체식 배터리(200)가 적절히 고정되지 않아, 차량의 움직임에 따라 트렁크 매트(400)와 교체식 배터리(200)간의 접촉이 떨어질 경우 상기 센서에 의해 알람이 발생할 수 있다. 트렁크 매트(400)에 교체식 배터리(200)를 제대로 장착될 수 있도록 도울 수 있다.
고정 커버(300)는 교체식 배터리(200)의 상단을 수용할 수 있다.
고정 커버(300)는 소정의 두께로 형성되고, 커버 측면(301)이 하방으로 소정의 길이로 연장되되, 교체식 배터리(200)의 상단에 대응하는 형태로 수용부(320)가 형성할 수 있다. 이에 따라, 고정 커버(300)를 교체식 배터리(200)의 상단에 밀착되도록 씌울 수 있어, 교체식 배터리(200)상단을 보호할 수 있다. 또한, 고정 커버(300)에 고정되어 있고, 커버 측면(301)을 따라 하방으로 연장되어 있는 고정 밸트(310)를 포함할 수 있다. 고정 밸트(310)는 고정 밸트(310)의 말단에 형성된 밸트 클립(311)을 고정 버클(411)에 결합할 수 있도록, 적어도 교체식 배터리(200)의 높이 보다 긴 길이를 갖는다. 이에 따라, 트렁크 매트(400)의 배터리 수용부(420)에 위치한 교체식 배터리(200)의 상단에 고정 커버(300)를 씌우고, 고정 벨트(310)를 이용하여 트렁크 매트(400)에 교체식 배터리(200)를 단단히 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 전기차의 움직임에 따라 교체식 배터리(200)가 상하로 움직이지 않도록 고정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 트렁크 매트(400)에 안착되고, 고정 커버(300)에 의해 고정되는 복수 개가 하나의 모듈을 이루는 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)는 상, 하로 서로 결합하여 복수개의 단으로 적재될 수 있다.
복수 개가 하나의 모듈을 이루는 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)는 각각 독립적으로 배터리의 역할을 할 수 있으며, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 상, 하로 서로 결합하여 복수개의 단으로 순차적으로 적재되되, 전기적으로 병렬로 서로 연결되어, 하나의 배터리로 기능할 수 있다. 이에 따라, 도 6(a)의 교체식 배터리(도 6(a), 200) 대비 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)는 무게 및 부피가 감소하여, 사람이 운반하거나, 전기차 트렁크에 장착할 때 유리할 수 있다.
교체식 배터리(200a, 200b, 200c)는 상, 하로 서로 결합하여 복수개의 단으로 순차적으로 용이하게 적재할 수 있도록 교체식 배터리(200a, 200b, 200c) 상단과 하단에 서로 대응되는 구성이 형성될 수 있다. 예를 들어, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 상단에는 상단 돌출부(210a, 210b, 210c)가 형성될 수 있으며, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 하단에는 상단 돌출부(210a, 210b, 210c)를 수용할 수 있도록 대응되는 형상으로 하단 수용부(220a, 220b, 220c)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 교체식 배터리(200c)가 가장 하단에 위치하고, 그 위에 교체식 배터리(200b)를 적재할 수 있으며, 교체식 배터리(200b)위에 교체식 배터리(200a)를 순차적으로 적재할 수 있다. 이때, 상단 돌출부(210a, 210b, 210c)와 하단 수용부(220a, 220b, 220c)가 서로 맞물려 결합되어, 적재되어 있는 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 좌우의 움직임에 따라 적재 상태에서 이탈하지 않도록 고정될 수 있다.
상단 돌출부(210a, 210b, 210c)와 하단 수용부(220a, 220b, 220c)에는 서로 전기적으로 맞닿아 연결될 수 있는 단자(미도시)가 마련될 수 있다. 이에 따라, 복수 개가 하나의 모듈을 이루는 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 순차적으로 적재되었을 때, 전기적으로 병렬로 서로 연결되어, 하나의 배터리로 기능할 수 있다.
교체식 배터리(200a, 200b, 200c)에 하단 수용부(220a, 220b, 220c)가 형성됨에 따라, 트렁크 매트(400)의 배터리 수용부(420)에는 돌출부(430)가 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 트렁크 매트(400)에 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 정확하게 위치하고 고정될 수 있어, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)에 좌우로 외력이 가해져도 배터리 수용부(420)의 위치에서 이동하지 않도록 고정될 수 있다.
또한, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)에 상단 돌출부(210a, 210b, 210c)가 형성됨에 따라, 고정 커버(300)는 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)에 상단 돌출부(210a, 210b, 210c)에 대응하는 형태로 수용부(320)가 형성할 수 있다. 이에 따라, 고정 커버(300)를 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 상단에 밀착되도록 씌울 수 있어, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)상단을 보호할 수 있다. 또한, 고정 커버(300)에 고정되어 있고, 커버 측면(301)을 따라 하방으로 연장되어 있는 고정 밸트(310)를 포함할 수 있다. 고정 밸트(310)는 고정 밸트(310)의 말단에 형성된 밸트 클립(311)을 고정 버클(411)에 결합할 수 있도록, 적어도 교체식 배터리(200a, 200b, 200c) 총합의 높이 보다 긴 길이를 갖는다. 이에 따라, 트렁크 매트(400)의 배터리 수용부(420)에 위치한 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)의 상단에 고정 커버(300)를 씌우고, 고정 벨트(310)를 이용하여 트렁크 매트(400)에 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)를 단단히 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 전기차의 움직임에 따라 교체식 배터리(200a, 200b, 200c)가 상하로 움직이지 않도록 고정할 수 있다.
본 발명의 도면에 개시하지 않았으나, 교체식 배터리(200a, 200b, 200c) 상단 및 하단의 형상은 서로 뒤바뀔 수 있으며, 서로 대응되는 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 이에 대응하여, 트렁크 매트 및 고정 커버도 변경될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 교체식 배터리의 대여 및 회수 관리에 대한 모식도이다.
도 9를 참조하면 교체식 배터리는 통신 시스템이 구비되어 교체식 배터리의 대여 및 회수 관리가 가능할 수 있다.
교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)는 서비스 모듈(A), 회수 사이트(B), 고객(C)이 보유할 수 있다. 이때, 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)는 전기로 주행 가능한 전기차의 트렁크에 수납 가능하고, 상기 전기차의 트렁크 내측에 구비되는 내부 충전 단자에 체결 가능한 내부 충전 플러그의 장착이 가능하다.
교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)의 관리를 위하여, 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)는 자체 통신 가능한 통신 장치를 포함할 수 있다. 또한, 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)는 서비스 모듈(A), 회수 사이트(B) 및 고객(C)이 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)를 사용 및 보관하는 장치를 이용하여 통신을 할 수 있다. 이에 따라, 서비스 모듈(A), 회수 사이트(B) 및 고객(C)이 보유한 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)의 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보를 통신망을 통하여 공유할 수 있다. 예를 들어, 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)는 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보를 송신할 수 있는 상기 통신 장치를 이용하여, 상기 통신망을 통하여 데이터베이스(D)에 송신할 수 있다.
데이터베이스(D)는 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)에서 송신된 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보를 상기 통신망을 통하여 수신하고 저장할 수 있다. 또한, 데이터베이스(D)에 저장된 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)의 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보는 상기 통신망을 통하여 송신할 수 있다.
관리 모듈(E)은 데이터베이스(D)에 저장된 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보를 이용하여, 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C) 관리를 위한 관리 정보를 생성하고, 상기 관리 정보를 상기 통신망을 통하여 송신할 수 있다. 예를 들어, 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)의 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보를 상기 통신망을 통하여 서비스 모듈(A), 회수 사이트(B) 고객(C) 및 데이터베이스(D)로 송신할 수 있다. 이에 따라, 서비스 모듈(A), 회수 사이트(B) 및 고객(C)은 자신이 보유한 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C) 및 다른 사이트에서 보유하고 있는 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)의 정보를 확인할 수 있게 되어 효율적인 교체식 배터리(F-A, F-B, F-C)의 운영이 가능해질 수 있다.
서비스 모듈(A)은 서비스 모듈(A)에서 보유한 교체식 배터리(F-A)를 고객(C)에게 대여료 및 보증금을 받고 대여할 수 있다. 예들 들어, 충전소, 주유소 및 배터리 전문 대여 업체 등이 될 수 있되 이에 제한되지 않는다. 이때, 서비스 모듈(A)은 관리 모듈(E)로부터 수신한 상기 관리 정보를 이용하여 교체식 배터리(F-A)를 고객(C)에게 대여하는 서비스 및 고객(C) 사용한 교체식 배터리(F-C) 회수와, 회수 사이트(B)에서 보관된 교체식 배터리(F-B)를 회수하는 서비스를 제공할 수 있다.
회수 사이트(B)는 고객(C)이 사용한 교체식 배터리(F-C)를 회수하는 곳이다. 예를 들어, 고객(C)이 접근하기 용이한 지점에 교체식 배터리 회수를 위하여 공간을 마련하고, 고객(C)이 사용한 교체식 배터리(F-C)를 회수할 수 있다. 이에 따라, 회수 사이트(B)는 회수한 교체식 배터리(F-B)를 일정 시간, 일정량 보관할 수 있으며, 이후 교체식 배터리(F-B)를 서비스 모듈(A)에 전달함으로써 회수 서비스료 및 보증금을 회수할 수 있다. 이때, 회수 사이트(B)는 관리 모듈(E)로부터 수신한 상기 관리 정보를 이용하여 교체식 배터리(F-C)의 회수 및 교체식 배터리(F-B)의 보관 및 서비스 모듈(A)로 반납 관리를 할 수 있다.
고객(C)은 교체식 배터리(F-C)를 보유 및 사용하는 당사자로, 예를 들어, 전기차 보유자 및 ESS 장치 운용자 등 교체식 배터리(F-C)를 사용하는 다양한 사용자일 수 있되 이에 제한되지 않는다. 또한, 고객(C)은 고객(C)이 보유한 교체식 배터리(F-C)를 서비스 모듈(A) 또는 회수 사이트(B)에 사용 완료 후 반납하고 보증금을 회수할 수 있다. 이때, 고객(C)은 관리 모듈(E)로부터 수신한 상기 관리 정보를 이용하여 서비스 모듈(A)의 교체식 배터리(F-A)대여와, 교체식 배터리(F-C)의 반납이 가능한 서비스 모듈(A) 및 회수 사이트(B)의 위치를 확인 및 교체식 배터리(F-C)의 상태를 확인할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
예를 들어, 도면은 이해를 돕기 위해 각각의 구성요소를 주체로 하여 모식적으로 나타낸 것으로, 도시된 각 구성요소의 두께, 길이, 개수 등은 도면 작성의 진행상, 실제와 다를 수 있다. 또한, 상기의 실시형태에서 나타낸 각 구성요소의 재질이나 형상, 치수 등은 한 예로서, 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 효과에서 실질적으로 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
10 : 외부 충전기
11 : 외부 충전 케이블
12 : 외부 충전 플러그
100 : 전기차
101 : 트렁크 공간
110 : 전기차 외부 패널
111 : 외부 충전 단자
112 : 제1 충전선
113 : 제1 데이터선
120 : 트렁크 내부 패널
121 : 내부 충전 단자
122 : 제2 충전선
123 : 제2 데이터선
130 : 전기차 섀시 내부
140 : 컨트롤러
141 : 제3 충전선
142 : 제3 데이터선
200, 200a, 200b, 200c : 교체식 배터리
201, 201a, 201b : 배터리 케이블
202 : 내부 충전 플러그
203a, 203b, 203c : 배터리 케이블 단자
210a, 210b, 210c : 상단 돌출부
220a, 220b, 220c : 하단 수용부
300 : 고정 커버
301 : 커버 측면
310 : 고정 벨트
311 : 벨트 클립
320 : 수용부
400 : 트렁크 매트
410 : 고정부
411 : 고정 버클
412 : 고정 버클 지지부
420 : 배터리 수용부
430 : 돌출부

Claims (11)

  1. 전기로 주행 가능한 전기차에 있어서,
    상기 전기차 외측에 구비되는 외부 충전 단자;
    상기 전기차 트렁크 내측에 구비되는 내부 충전 단자;
    상기 트렁크 하부에 구비되는 트렁크 매트;
    상기 트렁크의 상기 트렁크 매트 상부에 안착되어 수납 가능하고, 상기 내부 충전 단자에 체결 가능한 내부 충전 플러그의 장착이 가능한 교체식 배터리; 및
    상기 교체식 배터리 상부에 결합되는 고정 커버;를 포함하고,
    상기 트렁크 매트는 상기 트렁크 매트 상부에 소정의 높이를 갖는 고정부; 및 상기 고정부와 고정부 사이에 상기 교체식 배터리 하부의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 배터리 수용부;를 포함하여, 상기 배터리 수용부에 안착된 상기 교체식 배터리의 수평 움직임을 제한하는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 충전 단자는 상기 전기차의 전기차 섀시 내부로 연장되는 제1 충전선 및 제1 데이터선에 전기적으로 연결되고,
    상기 내부 충전 단자는 상기 전기차의 상기 전기차 섀시 내부로 연장되는 제2 충전선 및 제2 데이터선에 전기적으로 연결되되,
    상기 제1 충전선, 상기 제1 데이터선, 상기 제2 충전선 및 상기 제2 데이터선은 상기 전기차의 배터리 매니지먼트 시스템에 전기적으로 연결되는
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전기차 섀시 내부에 위치하는 컨트롤러를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 제3 충전선 및 제3 데이터선이 구비되고,
    상기 제3 충전선 및 상기 제3 데이터선은 상기 배터리 매니지먼트 시스템에 전기적으로 연결되되,
    상기 제1 충전선, 상기 제1 데이터선, 상기 제2 충전선 및 상기 제2 데이터선이 상기 컨트롤러에 연결되어, 상기 컨트롤러에 의해 선택적으로 상기 제1 충전선과 상기 제3 충전선 및 상기 제1 데이터선과 상기 제3 데이터선을 연결하거나, 상기 제2 충전선과 상기 제3 충전선 및 상기 제2 데이터선과 상기 제3 데이터선을 연결할 수 있는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정 커버에 고정되어 구비되는 복수개의 고정 벨트; 및
    상기 복수개의 고정 벨트가 결합할 수 있도록 상기 트렁크 매트의 상기 고정부에 구비되는 고정 버클;을 포함하여,
    상기 고정 벨트를 상기 고정 버클에 고정하여 상기 고정 커버와 상기 트렁크 매트 사이에 위치한 상기 교체식 배터리의 수직 움직임을 제한하는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 트렁크 매트는 상기 교체식 배터리의 장착여부를 감지하는 감지 센서를 더 포함하는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 교체식 배터리는 상, 하로 서로 결합하여 복수개의 단으로 적재되되, 전기적으로 병렬로 연결되는
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템.
  8. 청구항 1에 따른 상기 교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 시스템을 이용한 충전 방법에 있어서,
    상기 전기차 트렁크에 상기 교체식 배터리를 수납하는 단계;
    상기 내부 충전 단자에 상기 내부 충전 플러그를 체결하는 단계;
    상기 전기차 트렁크에 상기 교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계; 및
    상기 교체식 배터리를 이용하여 상기 전기차를 충전하는 단계; 를 포함하는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전기차 트렁크에 상기 교체식 배터리가 연결되었음을 인식하는 단계는,
    상기 내부 충전 단자에 상기 교체식 배터리의 연결과 상기 외부 충전 단자에 외부 충전기의 연결을 인식하는 컨트롤러의 인식 단계;
    상기 외부 충전기의 연결 여부를 상기 컨트롤러가 판단하는, 외부 충전기 연결 여부 판단 단계; 및
    상기 외부 충전기 연결 여부 판단 단계에서, 상기 외부 충전기가 연결되었을 경우 상기 외부 충전기를 이용한 상기 전기차 충전을 진행하기 위해 선택되는 외부 충전 선택 단계;
    상기 외부 충전기 연결 여부 판단 단계에서, 상기 외부 충전기가 연결되어 있지 않을 경우 상기 교체식 배터리를 이용한 상기 전기차 충전을 진행하기 위해 선택되는 교체식 배터리 충전 선택 단계; 를 포함하는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 외부 충전 선택 단계, 및 상기 교체식 배터리 충전 선택 단계를 진행한 이후 상기 외부 충전기 연결 여부 판단 단계를 반복적으로 수행하는,
    교체식 배터리를 이용한 주행 및 정차 중 전기차 충전 방법.
  11. 전기로 주행 가능한 전기차의 트렁크에 수납 가능하고, 상기 전기차의 트렁크 내측에 구비되는 내부 충전 단자에 체결 가능한 내부 충전 플러그의 장착이 가능한 교체식 배터리로서, 상기 교체식 배터리의 시리얼 정보, 위치 정보 및 상태 정보를 송신할 수 있는 통신 장치가 마련된 상기 교체식 배터리;
    상기 교체식 배터리에서 송신된 상기 시리얼 정보, 상기 위치 정보 및 상기 상태 정보를 통신망을 통하여 수신하는 데이터베이스;
    상기 데이터베이스에 저장된 상기 교체식 배터리의 상기 시리얼 정보, 상기 위치 정보 및 상기 상태 정보를 이용하여 상기 교체식 배터리를 관리하고, 상기 교체식 배터리의 관리 정보를 생성 및 상기 통신망을 통하여 발신하는 관리 모듈;
    상기 관리 모듈에서 발신된 상기 관리 정보를 이용하여 상기 교체식 배터리를 대여하는 서비스 모듈; 및
    상기 관리 모듈에서 발신된 상기 관리 정보를 이용하여 상기 교체식 배터리를 회수 및 상기 서비스 모듈로 반납하는 회수 사이트;
    를 포함하여, 상기 교체식 배터리를 상기 서비스 모듈에서 대여받아 이용하는 고객 및 상기 고객이 사용한 상기 교체식 배터리를 회수하고 상기 교체식 배터리를 관리할 수 있는,
    전기차에 수납되는 교체식 배터리 관리 시스템.
KR1020230023991A 2023-02-23 2023-02-23 전기차 트렁크에 수납 가능한 교체식 배터리 시스템 및 이를 이용한 전기차 충전 방법 KR102601909B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19980039693U (ko) * 1996-12-20 1998-09-15 박병재 트렁크 룸 화물 고정장치
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KR20220124299A (ko) * 2021-03-02 2022-09-14 홍진우 배터리 교환방식 전기차 충전방법과 전기차 충전인프라

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