KR20200042988A - 전기자동차의 배터리 및 그 제어 방법 - Google Patents

전기자동차의 배터리 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

전기자동차의 배터리 및 그 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 본체 및 배터리를 포함하되, 상기 본체는, 상기 본체에 결합된 복수개의 바퀴, 상기 본체에 결합된 복수개의 바퀴를 구동시키는 제1 모터, 상기 배터리를 격납하는 배터리 격납부, 및 상기 배터리 격납부를 개폐하는 격납도어를 포함하고, 상기 배터리는, 배터리셀, 상기 배터리셀을 둘러싼 외함(Enclosure), 힌지에 의해 상기 외함에 결합되어 접을 수 있는 지지대, 상기 지지대의 일단에 결합된 핸들, 상기 외함에 결합된 복수개의 바퀴, 상기 외함에 결합된 복수개의 바퀴를 구동시키는 제2 모터를 포함하며, 상기 배터리는 상기 제1 모터 또는 상기 제2 모터에 선택적으로 전원을 공급할 수 있다.

Description

전기자동차의 배터리 및 그 제어 방법{BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전기자동차의 배터리 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 전기자동차에 구비된 구동용 배터리의 개인 운송장치 활용 기술에 관한 것이다.
21세기를 맞이하여 운송기관의 가장 큰 화두는 전기를 동력에너지로 사용하는 것이다. 이는 전 세계적인 추세로서, 고갈되어 가고 있는 화석연료의 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 환경문제, 나아가 인류 생존과 깊이 관련 있는 지구온난화의 주범인 이산화탄소 배출량을 줄이고 미세먼지 등을 저감하여 공기의 질을 향상시킬 수 있도록 화석연료의 대체연료로서 청정에너지라 불리는 전기가 차세대 동력원으로 부각되고 있다.
미국, 한국, 중국을 비롯하여 자동차 시장을 선도하는 국가에서 전기자동차 수요가 증가함은 물론, 법적으로도 내연기관을 점진적으로 도태시키고 법규 및 규제를 강화하여 전기자동차 보급에 심혈을 기울이고 있다. 또한, 개인 이동수단으로서 스마트 모빌리티(Smart Mobility) 개념의 소형화된 전기운송기구를 흔히 볼 수 있는 상황이다.
전기자동차란, 내연기관인 엔진을 대체하는 전기모터 및 화석연료를 대체하는 전기저장장치인 배터리를 포함하는 운송기관을 일컫는다. 전기자동차는 구동부의 동작을 전적으로 배터리에 의존하고 있으므로, 사용하지 않고 있을 때 장시간 배터리를 충전하여야 한다. 전기자동차 배터리의 충전의 편의를 위하여, 전기자동차 배터리를 전기자동차로부터 분리하여 충전하는 특허가 공지되어 있다. 예를 들어 한국공개특허 제10-2013-0054083호는 분리형 배터리를 이용한 전기자동차를 개시하고 있다. 해당 발명은 분리형 배터리을 이용한 전기자동차에 대한 것으로서, 충전 시에 전기자동차 앞범퍼에 탈부착식으로 고정되어 있는 있는 배터리를 분리하여, 집이나 회사나 충전소에서 충전을 시켜서 충전시에 오랫동안 주차해야 되는 불편함을 해소하고 있다.
한국공개특허 제10-2013-0054083호에 의하면, 기존의 전기자동차의 경우 배터리를 충전할 때 특정 장소에서 오랫 동안 주차를 해야 하는 문제가 있었지만, 분리형 배터리를 이용한 전기자동차는 배터리를 분리하여 집이나 회사의 충전소에서 충전을 하고 부착시키면 되므로, 주차를 하고 많은 시간을 소비하는 문제를 해결할 수 있다. 또한 기존의 전기자동차는 배터리를 충전을 하고 주행을 할 때 주행거리가 짧은 문제가 있지만, 분리형 배터리를 이용한 전기자동차는 충전을 한 분리형 배터리를 트렁크에 한 개 이상 싣고 다니면서 주행을 하다가 수명을 다했을 경우 배터리를 교환하여 주행을 계속할 수 있으므로 장거리 주행에 유리한 면이 있다.
다만 한국공개특허 제10-2013-0054083호는 단순히 전기자동차로부터 배터리를 분리하여 충전하는 기술만을 개시하고 있을 뿐, 배터리를 제2의 용도로 활용하는 기술 내용은 개시하지 않고 있다.
본 발명은 전기자동차의 동력원인 배터리의 역할을 확장하여 전기자동차의 동력공급원으로서는 물론 독립적인 운송기능이 부가된 스마트 모빌리티(Smart Mobility) 개념의 운송장치로서의 배터리 기술을 개시한다.
한국공개특허 제10-2013-0054083호 (2013.05.24. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전기자동차의 배터리의 역할을 확장하여, 전기자동차의 배터리를 독립적인 운송기능이 부가된 스마트 모빌리티(Smart Mobility) 개념의 운송장치로서 활용하는 기술을 제공하는 것이다.
스마트 모빌리티(Smart Mobility)란 전기자전거, 전동킥보드, 전동휠, 세그웨이 등 개인이 휴대 가능한 이동 수단을 의미하며, 일반적으로 전기에너지를 활용한 1인승 내지 2인승의 친환경 이동수단을 의미한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예는 교통 선진국에서 새롭게 추진하는 차세대 교통망 통합 도시(Smart City)의 기초적인 운송장비로서의 전기자동차의 역할과 기능을 확대하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 본체 및 배터리를 포함하되, 상기 본체는, 상기 본체에 결합된 복수개의 바퀴, 상기 본체에 결합된 복수개의 바퀴를 구동시키는 제1 모터, 상기 배터리를 격납하는 배터리 격납부, 및 상기 배터리 격납부를 개폐하는 격납도어를 포함하고, 상기 배터리는, 배터리셀, 상기 배터리셀을 둘러싼 외함(Enclosure), 힌지에 의해 상기 외함에 결합되어 접을 수 있는 지지대, 상기 지지대의 일단에 결합된 핸들, 상기 외함에 결합된 복수개의 바퀴, 상기 외함에 결합된 복수개의 바퀴를 구동시키는 제2 모터를 포함하며, 상기 배터리는 상기 제1 모터 또는 상기 제2 모터에 선택적으로 전원을 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리는, 상기 배터리가 상기 본체에 결합된 상태에서는 상기 제1 모터에 전원을 공급하고, 상기 배터리가 상기 본체로부터 탈거된 상태에서는 상기 제2 모터에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 본체는 제1 BMS(Battery Management System)를 더 포함하되, 상기 제1 BMS는 상기 배터리가 상기 본체에 결합된 상태에서 상기 배터리를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 배터리는 제2 BMS(Battery Management System)를 더 포함하되, 상기 제2 BMS는 상기 배터리가 상기 본체에 탈거된 상태에서 상기 배터리를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 격납도어는, 수평면에 대하여 기 설정된 각도로 기울어진 상태로 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 격납도어의 일면에는, 상기 배터리가 슬라이딩되는 면이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 격납도어의 일면에는, 상기 배터리가 기 설정된 경로대로 슬라이딩되도록 하는 가이드 라인 한쌍이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 격납도어의 일면에는, 상기 배터리가 기 설정된 경로대로 슬라이딩되도록 하는 레일이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레일에는 볼록부가 형성되어 있고, 상기 배터리의 일면에는 오목부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레일에는 오목부가 형성되어 있고, 상기 배터리의 일면에는 볼록부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 모터는, 상기 외함에 결합된 복수개의 바퀴 중 하나 이상을 회전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 모터는 AC 모터이고, 상기 제2 모터는 DC 모터일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차의 전원 제어 방법은, 상기 배터리가 상기 본체에 결합되었는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 배터리가 상기 본체에 결합되었는지 여부에 따라 상기 배터리의 전원 공급 루트를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리의 전원 공급 루트를 변경하는 단계는, 상기 배터리가 상기 본체에 결합되었으면 상기 배터리로 하여금 상기 제1 모터에 전원을 공급하도록 제어하고, 상기 배터리가 상기 본체으로부터 탈거되었으면 상기 배터리로 하여금 상기 제2 모터에 전원을 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리의 전원 공급 루트를 변경하는 단계는, 상기 배터리가 상기 본체에 결합되었는지 여부에 따라 상기 배터리의 출력 전압을 변경하는 단계를 더 포함하되, 상기 배터리가 상기 본체으로부터 탈거된 상태의 출력 전압을 상기 배터리가 상기 본체에 결합된 상태의 출력 전압보다 작게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리의 전원 공급 루트를 변경하는 단계 다음에, 상기 배터리가 상기 본체에 결합되었는지 여부에 따라 상기 배터리로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅할지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 판단 결과에 따라 상기 배터리로부터 출력되는 전류를 인버팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리의 전원 공급 루트를 변경하는 단계 다음에, 상기 배터리가 상기 본체에 결합되었으면 상기 배터리로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅하고, 상기 배터리가 상기 본체로부터 탈거되었으면 상기 배터리로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전기자동차의 배터리를 스마트 모빌리티의 외함(Enclosure)으로서 이용함으로써, 휴대가 간편한 스마트 모빌리티를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전기자동차의 배터리에 저장된 전기에너지를 스마트 모빌리티의 전원으로 이용함으로써, 전기자동차를 구동시키기 어려운 소량의 전기에너지만으로도 비상시 추가적인 이동이 가능한 스마트 모빌리티를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 전기자동차의 배터리를 단순히 전기자동차의 전원으로서만이 아니라 독립된 운송장치인 스마트 모빌리티의 개념으로 부가사용함으로써, 배터리 자체의 기능을 추가하여 전기자동차의 상품성과 기능성을 최대로 확보할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 배터리를 충전할 때 배터리를 전기자동차로부터 탈거하고 배터리 자체의 구동부를 이용하여 편리하게 이동시킨 후 충전할 수 있으므로 충전 편의성 및 충전 공간 확대의 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 자동차의 특성상 접근하기 힘든 좁은 도로로 이동하거나 교통 체증 유발 구간을 통과할 때 배터리를 탈거하여 운송수단으로 활용함으로써 이동의 편의를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 배터리가 전기자동차의 주 동력원임과 동시에 독립된 운송장치로 사용되므로, 사용자는 전기자동차 1대를 구매하였는데 다른 운송수단을 1개 더 얻는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 전기자동차의 운용 외에도 배터리 자체를 운송수단으로 운용함으로써 운용의 재미와 흥미를 유발할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들이 본 발명의 기술분야에서 발휘될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배면도를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 전의 평면도를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 전의 좌측면도를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 후의 평면도를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 후의 좌측면도를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리의 구조를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리의 형상을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리의 평면도를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 전장 시스템을 예시한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리의 제어 방법을 예시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 또는 '포함하는(comprising)'이라는 표현은 언급된 구성/단계/동작 외의 다른 구성/단계/동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇몇 용어들에 대하여 명확하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서 '본체'란, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차에서 배터리를 제외한 부위를 의미한다. 본체는 모터, 바퀴, 구동장치, 조향장치, 제동장치 등 전기자동차의 운행에 필요한 기본적인 구성을 포함하고 있으며, 배터리로부터 전원을 공급받아 이동한다. 본체는 복수개의 바퀴를 포함하고 있다.
본 명세서에서 '제1 모터'란, 배터리로부터 전원을 공급받아 본체에 포함된 바퀴를 회전시키는 모터이다. 모터는 전원의 종류, 구조, 동작 원리, 토크 발생 원리, 용도, 동작 형태 등에 따라 구분되는데, 입력되는 전원에 따라서는 AC 모터와 DC 모터로 구분할 수 있다. AC 모터는 DC 모터에 비해 제어가 복잡하다는 단점이 있지만 내구성이 뛰어나다는 장점이 있다. AC 모터는 큰 힘이 필요한 공작기계, 압축기 등 산업 분야에서 많이 활용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모터는 전기자동차를 구동하기 위하여 사용되므로 내구성이 뛰어난 AC 모터인 것이 바람직하다. DC 모터는 브러쉬가 자주 마모되기 때문에 자주 교체해야 하며, 이는 안정성이 중요한 자동차에 사용하기에는 적합하지 않기 때문이다. AC 모터를 사용하는 전기자동차에는 배터리와 모터 사이에 인버터가 반드시 필요하다. 인버터를 이용하여 배터리로부터 출력되는 직류를 AC 모터에 사용할 수 있는 교류로 변환시켜야 하기 때문이다. 인버터는 직류를 교류로 변환할 때 변환할 때 주파수와 전류량을 조절하여 모터의 회전수를 제어하게 된다.
정리하면 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모터는 AC 모터인 것이 바람직하며, AC 모터는 교류를 사용하므로 배터리로부터 출력되는 직류 전압을 교류로 변환하기 위한 인버터가 필요하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모터가 AC 모터인 경우, 배터리로부터 출력되는 직류 전압을 교류로 변환하기 위한 인버터가 본체에 포함될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모터가 반드시 AC 모터로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모터로서 DC 모터를 사용하는 것도 가능하다.
본 명세서에서 '배터리 격납부'란, 본체 내부에 배터리를 격납하기 위한 공간을 의미한다. 배터리 격납부는 배터리를 격납하기에 충분한 공간을 가지고 있어야 한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 배터리를 본체로부터 빈번하게 탈거하여 운송수단으로 활용하는 특징을 가지고 있으므로, 배터리 격납부는 배터리의 탈거 및 장착이 용이한 구조를 가지고 있어야 한다. 또한 전기자동차는 주행 중 큰 진동이 발생할 수 있으므로, 배터리가 본체에 장착된 상태에서는 견고한 접속 유지 및 충격 흡수가 가능하도록 배터리 격납부에 탄성체, 충격 흡수물 등 다양한 충격 흡수 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 '격납도어'란, 배터리 격납부의 일면에 부착된 도어를 의미한다. 격납도어는 힌지에 의해 본체의 일 부위에 결합될 수 있다. 배터리의 탈거 및 장착의 편의를 향상시키기 위하여 배터리는 격납도어에 슬라이딩 형식으로 결합될 수 있다. 격납도어의 일면은 배터리가 맞닿아 슬라이딩될 수 있는 견고한 구조로 구성하는 것이 바람직하다. 또한 격납도어는 수평면에 대하여 일정 각도 이상 기울어진 상태로 고정 가능하도록 설계하는 것이 바람직하다. 격납도어가 수평면에 대하여 일정 각도 이상 기울어진 상태로 고정되는 경우, 사용자가 격납도어 위에 배터리를 올리면 배터리가 중력에 의해 용이하게 배터리 격납부로 슬라이딩되어 장착될 수 있다.
본 명세서에서 '레일'이란, 격납도어에 포함된 구성으로서 배터리를 기 지정된 경로를 따라 슬라이딩시키기 위한 구조이다. 레일은 배터리가 슬라이딩되는 경로를 고정시킴으로써 배터리 장착 또는 탈거 중에 배터리가 격납도어를 벗어나 떨어지지 않도록 한다.
배터리의 장착 또는 탈거 경로를 고정시키기 위하여, 레일에는 볼록부가 형성되어 있고, 배터리에는 레일의 볼록부를 수용할 수 있는 구조의 오목부가 형성되어 있을 수 있다. 레일의 볼록부는 배터리와의 마찰을 최소화시키기 위하여 회전 가능한 복수개의 휠을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 배터리에 볼록부가 형성되어 있고, 레일에는 배터리의 볼록부를 수용할 수 있는 구조의 오목부가 형성되어 있도록 설계될 수 있다. 이 경우 레일의 오목부는 배터리와의 마찰을 최소화시키기 위하여 회전 가능한 복수개의 휠을 포함할 수 있다. 다만 레일이 반드시 휠을 포함하여야 하는 것은 아니며, 배터리가 레일과 슬라이딩되는 휠을 포함하도록 구성하는 것도 가능하다.
본 명세서에서 '제1 BMS'란, 배터리 전원이 제1 모터로 공급될 때의 배터리 관리 시스템을 의미한다. 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)은 배터리를 실시간으로 모니터링하여 배터리를 충전/방전하는 과정에서 발생할 수 있는 배터리의 과충전/과방전을 방지하고 전압을 균일하게 해줌으로써 배터리의 효율을 증대시키고 배터리 수명 저하를 방지하는 기능을 수행한다. BMS의 주요 기능으로는 배터리 전압 측정, 배터리 전류 측정, 배터리 온도 측정, 측정된 수치가 허용 범위를 벗어나는지 여부에 대한 모니터링, 측정된 수치가 허용 범위를 벗어나는 경우 허용 범위로 유지시키기 위한 회로 제어, 배터리의 충전상태(SOC), 건전상태(SOH) 및 기능상태(SOF) 등의 산출, 배터리 상태 데이터 전송 등이 있다. 제1 BMS는 상기 기능들 이외에도 전기자동차에 사용되는 대용량 배터리의 충/방전 사이클을 효율적으로 관리하기 위해 필요한 기능들을 포함하고 있을 수 있다. 제1 BMS는 본체에 부착되어 있을 수도 있고, 배터리의 일 구성요소로서 배터리에 부착되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 '배터리'란, 전기자동차를 구동시키는 배터리를 의미한다. 배터리는 전기자동차의 핵심 부품으로서, 일반적인 배터리에 비해 높은 에너지 밀도와 긴 사용시간이 요구된다. 전기자동차에 사용되는 배터리는 리튬이온 배터리를 사용하는 것이 일반적이다. 리튬이온 배터리셀은 양극, 음극, 분리막, 전해액을 사각형의 알루미늄 케이스에 넣어 만들 수 있다.
리튬이온 배터리는 기존의 납, 니켈-카드뮴, 니켈-수은 배터리보다 에너지 밀도가 높고 사용시간이 긴 장점이 있다. 전기자동차의 구동을 위해서는 많은 양의 전력이 필요하며, 이 때문에 배터리셀이 수십 개에서 많게는 수천 개까지 필요하다. 전기자동차의 배터리는 복수개의 배터리셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성되는데, 수많은 배터리셀을 안전하고 효율적으로 관리하기 위하여 배터리셀을 모듈로 묶고, 모듈을 다시 배터리팩으로 묶는다.
배터리의 기본이 되는 배터리셀은 전기자동차 내부의 제한된 공간에서 최대한의 성능을 발휘할 수 있도록 단위 부피당 높은 용량을 가져야 하고, 일반적인 전자기기용 배터리에 비해 긴 수명이 필요하다. 또한 주행 중에 전달되는 충격을 견디고, 저온/고온에서도 문제가 발생하지 않을 수 있도록 높은 신뢰성과 안정성을 지녀야 한다.
배터리셀은 열과 진동 등 외부 충격에서 보호될 수 있도록 여러 개씩 묶어 모듈에 넣고, 모듈 여러 개를 묶어 배터리팩을 만든다. 최종적으로 전기자동차에는 배터리가 배터리팩의 형태로 들어가게 된다. 예를 들어 배터리셀 96개로 구성된 배터리의 경우, 96개의 배터리셀을 12개씩 8개의 모듈로 묶고, 8개의 모듈을 하나의 배터리팩으로 묶는 방식으로 만들 수 있다.
본 명세서에서 '외함'이란, 배터리팩을 견고하게 둘러싸고 있는 외장을 의미한다. 기존의 전기자동차 배터리는 사람이 탑승할 용도로 만들어진 것이 아니므로 사람이 탑승할 경우 배터리에 강한 충격과 압력이 가해져서 배터리가 고장나거나 폭발할 가능성이 있다. 따라서 배터리에 사람이 탑승할 수 있도록 배터리팩을 다시 견고한 외함으로 둘러싼다. 외함은 견고하고 가벼운 재질인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 외함은 바퀴, 모터 등이 결합되어 배터리를 운송수단으로 활용할 수 있도록 하는 기본 뼈대가 된다. 즉, 외함에는 복수개의 바퀴가 결합되어 있다.
본 명세서에서 '제2 모터'란, 배터리로부터 전원을 공급받아 배터리 자체를 운송수단으로 활용하기 위하여 배터리에 포함된 바퀴를 회전시키는 모터이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모터는 DC 모터인 것이 바람직하다. DC 모터는 기동 토크가 크고 인가 전압에 대하여 회전 특성이 직선적으로 비례하므로 제어가 쉬운 장점이 있다. 또한 배터리로부터 출력되는 직류를 교류로 변환하는 별도의 인버터가 불필요하다. 배터리는 배터리팩이 차지하는 공간이 크므로 상대적으로 공간이 협소한 문제가 있다. 배터리에 포함된 제2 모터로서 DC 모터를 이용할 경우 별도의 인버터, 제어부 등의 추가적인 구성이 불필요하여 공간 및 제어의 어려움을 해소할 수 있으므로 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모터는 DC 모터인 것이 바람직하다.
DC 모터는 고정자의 전극을 마이너스와 플러스로 바꿔주기 위한 브러쉬가 필요한데, DC 모터는 구조상 모터 내부의 브러쉬와 정류자가 회전시 접촉하면서 작동되므로 브러쉬가 닳아서 내구성이 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모터는 바람직하게는 브러쉬리스 모터(BLDC: Brushless DC Motor)일 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모터가 반드시 DC 모터로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모터로서 AC 모터를 사용하는 것도 가능하다.
본 명세서에서 '지지대'란, 접어서 외함에 밀착될 수 있도록 구성된 원기둥 형태의 구성요소이다. 지지대의 일단은 힌지에 의해 외함에 결합되어 있고, 지지대의 타단에는 핸들이 형성되어 있어 사용자가 핸들을 잡을 수 있도록 한다. 본체에 배터리를 장착할 때에는 지지대를 접고, 본체로부터 배터리를 탈거하여 배터리를 운송수단으로 이용할 때에는 지지대를 펼쳐서 사용자가 핸들을 잡을 수 있도록 한다.
본 명세서에서 '핸들'이란, 사용자가 배터리 위에 탑승한 상태에서 안정적으로 신체의 균형을 유지할 수 있도록 사용자가 손으로 잡을 수 있는 형태의 구성요소이다. 핸들에는 배터리를 운송수단으로서 제어할 수 있는 각종 제어 장치가 부착될 수 있다. 예를 들어 핸들에는 엑셀레이터 레버, 브레이크 레버, 전조등 on/off 버튼 등이 부착되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 '제2 BMS'란, 배터리 전원이 제2 모터로 공급될 때의 배터리 관리 시스템을 의미한다. 배터리 전원이 전기자동차의 본체에 부착된 제1 모터를 구동시키기 위하여 사용될 때와 배터리 자체에 부착된 제2 모터를 구동시키기 위하여 사용될 때의 출력 전류값이 상이하므로, BMS 또한 상이하게 구성할 필요가 있다.
배터리가 본체에 장착된 상태에서는 제1 BMS에 의해 배터리를 제어하고, 배터리가 본체로부터 탈거되어 독립적인 운송수단으로 사용되는 상태에서는 제1 BMS와는 별개인 제2 BMS에 의해 배터리를 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 제1 BMS는 본체에 부착되어 있을 수도 있고, 배터리의 일 구성요소로서 배터리에 부착되어 있을 수도 있다. 다만, 제2 BMS는 배터리 자체를 운송수단으로 사용할 때 사용되는 것이므로 제2 BMS는 항상 배터리에 부착되어 있다.
본 명세서에서 '제동장치'란, 배터리의 외함에 결합된 복수개의 바퀴 중 하나 이상을 정지시킴으로써 배터리의 이동을 중단시키는 장치를 의미한다. 바람직하게 제동장치는 외함에 부착된 복수개의 바퀴 중 하나 이상의 바퀴의 측면에 디스크 브레이크, V 브레이크, 드럼 브레이크 등의 형태로 구비될 수 있으며, 브레이크 레버를 당길 경우 디스크 브레이크, V 브레이크, 드럼 브레이크 등이 바퀴에 밀착되면서 마찰에 의해 바퀴의 회전을 멈출 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명한다.
기존의 전기자동차에 적용되는 배터리는 그 적용 목적인 자동차를 구동시키는 전기모터에 전기를 공급하는 동력원으로써, 모터를 구동시켜 자동차를 기동하는 데 국한되어 있다.
배터리 제조사의 경우 작은 부피, 높은 충전효율을 가지는 배터리셀 연구에 집중하고 있을 뿐, 배터리의 응용 및 활용 분야 등에 대한 실제적인 연구활동은 없다.
최근 전기자동차 시장을 주도하는 일부 국가에서 전기자동차용 배터리를 부분적으로 가정용 보조 전원으로 활용하는 연구를 진행하고 있으나, 본 발명의 취지와 같이 배터리 자체에 독립적인 운송기능을 부여하는 연구는 고안되거나 실용화 된 사례가 없다.
아울러 배터리를 탈거하여 전기자동차가 주차된 장소에서 떨어진 위치에서 충전하고자 할 경우, 배터리 자체가 고중량인 관계로 충전을 위하여 차량에서 탈거 후 이동 시 그 중량으로 인하여 충전 편의성이 매우 떨어지는 약점을 갖고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차를 예시한 도면이다.
도 1에 나타난 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 본체(100), 복수개의 바퀴(110) 및 제1 모터(120)를 포함하고 있으며, 그밖에 구동장치, 조향장치, 제동장치 등 전기자동차의 운행에 필요한 기본적인 구성을 포함하고 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 기존의 전기자동차와는 달리 배터리(200)의 탈부착이 용이한 구성을 가지고 있다.
제1 모터(120)는 복수개의 바퀴(110) 중 하나 이상에 구동력을 전달하여 전기자동차를 주행시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모터(120)는 전기자동차의 내구성 조건을 충족하여야 하므로 DC 모터보다는 내구성이 뛰어난 AC 모터를 사용하는 것이 바람직하다.
제1 모터(120)가 AC 모터일 경우 배터리(200)로부터 출력되는 직류를 교류로 변환하기 위한 인버터가 추가로 부가되어야 한다. 제1 모터(120)가 AC 모터일 경우, 인버터는 배터리(200)로부터 출력되는 직류를 교류로 변환하여 제1 모터(120)에 공급하는 역할을 한다.
다만, 본 발명에서 제1 모터(120)가 AC 모터로 한정되는 것은 아니며, 브러쉬리스 DC 모터(BLDC) 등 DC 모터를 제1 모터(120)로서 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 2개의 BMS를 가지고 있으며, 배터리(200)가 본체(100)에 장착되었는지 여부에 따라 2개의 BMS 중 어떤 BMS가 배터리(200)의 성능 효율화를 위한 관리를 수행하는지가 달라진다. 배터리(200)가 본체(100)에 장착된 상태에서는 제1 BMS(150)에 의해 배터리(200) 성능이 관리되고, 배터리(200)가 본체(100)로부터 탈거되어 독립적인 운송수단으로 사용될 때에는 제2 BMS에 의해 배터리(200) 성능이 관리된다. 이에 대해서는 후술할 도 10에서 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배면도를 예시한 도면이다.
도 2에 나타난 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 기존의 전기자동차에 비해 배터리(200)의 크기가 크고, 배터리(200)의 탈부착이 빈번하게 이루어지므로, 기존의 전기자동차에 비해 상대적으로 넓은 배터리 격납부(130)를 가지는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 배터리(200)를 본체(100)로부터 빈번하게 탈거하여 운송수단으로 활용하므로, 배터리 격납부(130)는 배터리(200)를 장착 및 탈거하기에 충분한 공간을 가지고 있어야 한다. 또한, 배터리 격납부(130)는 배터리(200)의 빈번한 장착 및 탈거를 위하여 기존의 전기자동차에 비해 넓은 격납 공간을 제공하면서도, 본체(100)와의 견고한 접속 유지 및 충격 흡수가 가능하여야 하므로, 탄성체, 충격 흡수물 등 충격 흡수 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)는 전기자동차의 핵심 부품으로서 제1 모터(120)에 전원을 공급하여 전기자동차를 구동시키는 데 사용될 뿐만 아니라, 별개의 독립된 운송수단으로 활용되므로, 배터리(200)는 제1 모터(120)와 다른 별개의 모터를 가지고 있을 수 있다. 배터리(200)가 독립된 운송수단으로 활용되는 경우에 대해서는 도 7 내지 9에서 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200) 결합 전의 평면도를 예시한 도면이다.
도 3에 나타난 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 기존의 전기자동차와는 달리 배터리(200)의 탈부착이 용이한 구성을 가지고 있다. 격납도어(140)가 사용자 방향으로 열리면, 사용자는 격납도어(140) 위에서 배터리(200)를 슬라이딩 방식으로 밀어 배터리(200)를 배터리 격납부(130)에 결합시킬 수 있다.
격납도어(140)에서 배터리(200)가 슬라이딩되는 면은 무거운 중량을 가진 배터리(200)가 슬라이딩되더라도 파손되지 않도록 견고한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 배터리(200)가 격납도어(140)로부터 벗어나지 않고 일정한 경로를 따라 슬라이딩되어 배터리 격납부(130)의 정해진 위치에 정확하게 결합될 수 있도록, 격납도어(140)에서 배터리(200)가 슬라이딩되는 면은 레일 구조를 가지고 있는 것이 바람직하다.
레일 구조의 일례로서, 격납도어(140)에서 배터리(200)가 슬라이딩되는 면에 오목부가 형성되어 있을 수 있다. 이 경우 배터리(200)에서 격납도어(140)에 슬라이딩되는 면에는 볼록부가 형성되어 있을 수 있다. 격납도어(140)의 오목부와 배터리(200)의 볼록부가 맞닿아 정해진 경로를 따라 이동하여 배터리 격납부(130)의 정해진 위치에 결합할 수 있다.
배터리(200)의 볼록부는 배터리(200)가 독립적인 운송수단으로 활용될 때 사용되는 배터리(200)의 바퀴(230)일 수 있다. 또는, 배터리(200)의 볼록부는, 배터리(200)의 바퀴(230)와는 별도로 구비된, 격납도어(140) 위에서의 슬라이딩을 위한 복수개의 휠일 수 있다.
배터리(200)가 아닌 격납도어(140)에 복수개의 휠이 형성되어 있을 수 있다. 즉, 격납도어(140)에서 배터리(200)가 슬라이딩되는 면 또는 격납도어(140)의 레일 구조에 복수개의 휠이 형성되어 있을 수도 있다. 이 경우 배터리(200)가 슬라이딩될 때 격납도어(140)에 있는 복수개의 휠이 회전하여 배터리(200)가 긁히거나 파손되지 않고 부드럽게 격납도어(140) 위를 이동하여 배터리 격납부(130)에 장착될 수 있다.
레일 구조의 또 다른 예로서, 격납도어(140)에 가이드 라인 한쌍이 볼록부로 형성되어 있을 수 있다. 배터리(200)는 가이드 라인 한쌍 사이에서 정해진 경로를 따라 이동하여 배터리 격납부(130)의 정해진 위치에 결합할 수 있다.
레일 구조는 이상에서 설명한 구조로 한정되지 않고, 격납도어(140) 위에서 배터리(200)가 슬라이딩될 때 정해진 경로를 따라 이동할 수 있도록 하는 구조이면 어떠한 구조라도 레일 구조가 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200) 결합 전의 좌측면도를 예시한 도면이다.
도 4에 나타난 것과 같이 격납도어(140)는 힌지에 의해 본체(100)의 일 부위에 결합될 수 있다. 격납도어(140)는 고중량의 배터리(200)를 지탱하기 위하여 위에서 아래로 열리는 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 권리범위가 격납도어(140)가 위에서 아래로 열리는 것으로 한정되는 것은 아니며, 격납도어(140)가 아래에서 위로 열리는 방식을 사용할 수도 있다.
도 4에 나타난 것과 같이 격납도어(140)는 수평면에 대하여 일정 각도 이상 기울어진 상태로 고정 가능하다. 격납도어(140)가 수평면에 대하여 일정 각도 이상 기울어진 상태로 고정된 상태에서 사용자가 격납도어(140) 위에 배터리(200)를 올리면, 배터리(200)가 중력에 의해 슬라이딩되어 배터리 격납부(130)에 결합되어 장착될 수 있다.
격납도어(140)가 고정되는 기울기가 크면 큰 힘을 들이지 않고서도 배터리(200)가 중력에 의해 빠르게 격납도어(140) 위를 슬라이딩하여 배터리 격납부(130)로 결합될 수 있다. 격납도어(140)가 고정되는 기울기가 너무 크면 배터리(200)가 너무 빠르게 슬라이딩되어 배터리 격납부(130)에 충돌하여 배터리 격납부(130) 및 배터리(200) 자체에 충격을 줄 위험이 있다. 따라서 격납도어(140)가 고정되는 기울기는 최적화될 필요가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 일정 범위 내에서 임의로 격납도어(140)가 고정되는 기울기를 조절하도록 격납도어(140)가 설계될 수 있다. 키가 큰 사용자의 경우 격납도어(140)가 고정되는 기울기를 크게 하는 것이 배터리(200)의 탈거 및 장착에 편리할 것이고, 키가 작은 사용자의 경우 격납도어(140)가 고정되는 기울기를 작게 하는 것이 배터리(200)의 탈거 및 장착에 편리할 것이다. 배터리(200)가 장착되는 속도를 빠르게 하고 싶은 사용자는 격납도어(140)가 고정되는 기울기를 크게 할 수 있고, 천천히 배터리(200)를 장착하고 싶은 사용자는 격납도어(140)가 고정되는 기울기를 작게 할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200) 결합 후의 평면도를 예시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 기존의 전기자동차에 비해 배터리(200)의 크기가 크고, 배터리(200)의 탈부착이 빈번하게 이루어지므로 기존의 전기자동차에 비해 상대적으로 넓은 배터리 격납부(130)를 가지고 있으며, 그 결과 전기자동차 주행 중에 배터리(200)가 흔들릴 가능성이 크다. 따라서 전기자동차 주행 중에 배터리(200)가 좌우 또는 상하로 흔들리지 않도록 배터리 격납부(130)의 형상을 최적화하여 설계하거나, 충격 방지를 위한 추가적인 구성을 부가할 수 있다.
예를 들어 배터리(200)가 본체(100)에 장착된 상태에서 견고한 접속 유지 및 충격 흡수가 가능하도록 배터리 격납부(130)에 탄성체, 충격 흡수물 등 다양한 충격 흡수 시스템을 구비할 수 있다.
또는, 배터리 격납부(130)의 구조를, 입구는 배터리(200)의 크기에 비해 넓고 내부는 배터리(200)의 크기에 맞춰서 좁게 설계할 수 있다. 배터리 격납부(130)의 입구가 배터리(200)의 크기에 비해 넓고 배터리 격납부(130)의 내부가 배터리(200)의 크기에 맞춰 좁아지는 형태로 설계되면, 배터리(200)의 장착 또는 탈거가 쉬우면서도 장착된 상태에서 배터리(200)가 흔들리지 않는 장점이 있다.
한편, 배터리(200)를 본체(100)에 장착 및 탈거할 때 작업을 용이하게 하고 안정성을 확보하도록 별도의 고정 장치 및/또는 잠금 장치를 추가로 구비할 수 있다. 배터리(200)가 배터리 격납부(130)에 장착된 상태에서 별도의 고정 장치 및/또는 잠금장치를 이용하여 배터리(200)를 배터리 격납부(130)에 단단하게 고정시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 후의 좌측면도를 예시한 도면이다.
도 6에 나타난 것과 같이, 배터리 격납부(130)는 격납도어(140)로부터 슬라이딩되는 배터리(200)가 용이하게 장착될 수 있도록 수평면에 대하여 일정한 각도로 기울어져 있다. 배터리 격납부(130)의 기울기는 격납도어(140)의 기울기에서 기 설정된 각도의 범위 내에서 가변적일 수 있다. 즉, 배터리 격납부(130)의 기울기는 격납도어(140)의 기울기와 동일하거나, 격납도어(140)의 기울기보다 약간 더 작거나, 격납도어(140)의 기울기보다 약간 더 클 수 있다.
다만, 격납도어(140) 위에서 슬라이딩된 배터리(200)가 배터리(200) 장착부에 용이하게 장착될 수 있도록, 배터리 격납부(130)의 기울기는 격납도어(140)의 기울기에 대하여 기 설정된 범위를 벗어나지 않도록 설계되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)의 구조를 예시한 도면이다.
도 7에 나타난 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 배터리팩(210), 외함(220), 바퀴(230), 제2 모터(240), 지지대(250) 및 핸들(260)을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)는 추가로 구동장치, 조향장치 및 제동장치를 구비하여 독립적인 운송수단으로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)가 전동킥보드의 형상을 가지고 전동킥보드와 유사한 방식으로 주행하는 것을 예시하고 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 전동킥보드 외에도 다양한 형상으로 설계될 수 있다.
예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 배터리팩(210), 외함(220), 바퀴(230), 제2 모터(240), 지지대(250) 및 핸들(260)을 포함하는 세그웨이, 전동휠, 전동보드 등의 형상으로 설계될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 세그웨이의 형상을 가지고 세그웨이와 유사한 방식으로 주행하도록 설계될 수도 있고, 전동휠의 형상을 가지고 전동휠과 유사한 방식으로 주행하도록 설계될 수도 있으며, 전동보드의 형상을 가지고 전동보드과 유사한 방식으로 주행하도록 설계될 수도 있다.
즉, 배터리팩(210), 외함(220), 바퀴(230), 제2 모터(240), 지지대(250) 및 핸들(260)을 포함하고 있고 독립적인 운송수단으로서 활용될 수 있는 형상이라면 그 어떤 형상이라도 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)의 형상이 될 수 있을 것이다.
배터리팩(210)은 배터리(200)는 전기에너지를 저장하는 최소단위인 배터리셀이 복수개 묶여 있는 구성이다. 수많은 배터리셀을 안전하고 효율적으로 관리하기 위하여 배터리셀을 모듈로 묶고, 모듈을 다시 배터리팩(210)으로 묶는다. 즉, 배터리팩(210)은 복수개의 배터리셀을 포함하고 있다. 배터리팩(210)은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)에서 전기에너지를 저장하고 있는 구성요소이다.
외함(220)은 배터리팩(210)을 견고하게 둘러싸고 있는 외장으로서, 사람이 탑승할 수 있을 정도의 강도를 가지고 있어야 한다. 일반적인 킥보드 등의 스마트 모빌리티는 상대적으로 배터리(200)의 용량이 적으나 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)는 전기자동차에 사용될 수 있을 정도로 용량이 크므로 배터리(200)에 충격이 가해졌을 때의 위험이 더 크다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서 배터리(200)의 외장을 구성하는 외함(220)는 높은 강도를 가지는 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.
바퀴(230)는 외함(220)의 하부에 결합되어 배터리(200)에 이동성을 부여하는 부품이다. 배터리(200)는 복수개의 바퀴(230)를 가질 수 있으며, 주행 안정성을 위하여 최소한 2개의 바퀴(230)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 사용자가 배터리(200)의 외함(220)에 탑승한 상태에서 바퀴(230)가 회전함으로써, 사용자는 배터리(200)를 독립적인 운송수단으로 이용할 수 있게 된다.
제2 모터(240)는 배터리팩(210)로부터 전원을 공급받아 바퀴(230)를 회전시키는 모터로서, 제2 모터(240)는 DC 모터인 것이 바람직하다. DC 모터는 기동 토크가 크고 제어가 쉬운 장점이 있다. 또한 배터리(200)로부터 출력되는 직류를 교류로 변환하는 별도의 인버터가 불필요하므로 공간 및 비용 절약 측면면에서도 유리하다.
제2 모터(240)로는 내구성이 뛰어난 브러쉬리스 모터(BLDC: Brushless DC Motor)를 사용하는 것이 바람직하다. 배터리팩(210)의 출력전압과 제2 모터(240)의 인가전압이 상이한 경우, 배터리팩(210)와 제2 모터(240) 사이에 변압기가 연결될 수 있다. 다만, 제2 모터(240)가 반드시 DC 모터로 한정되는 것은 아니며, 제2 모터(240)로서 AC 모터를 사용하는 것도 가능하다.
지지대(250)는 사용자가 기립한 상태로 배터리(200)를 운송수단으로 이용할 경우, 사용자가 지지하여 몸의 균형을 잡을 수 있도록 기둥 형태로 되어 있다. 지지대(250)는 원기둥 형태인 것이 바람직하나, 원기둥 형태로 한정되는 것은 아니고, 사각기둥, 육각기둥 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
지지대(250)는 부피를 많이 차지하므로 배터리(200)가 배터리 격납부(130)에 장착되어 전기자동차의 동력원으로 사용할 때에는 지지대(250)를 접어서 부피를 줄일 필요가 있다. 지지대(250)는 힌지에 의해 외함(220)에 결합되어 있으며, 배터리 격납부(130)에 결합할 때에는 지지대를 접을 수 있다.
한편, 지지대(250)는 2단 또는 3단으로 접을 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 지지대(250)가 2단 또는 3단으로 구성되면 완전히 펼쳤을 때의 지지대(250)의 높이가 높아지므로, 배터리(200)의 크기가 작을 경우에도 사용자가 기립하여 몸을 지탱할 수 있을 정도의 높이로 지지대(250)를 세울 수 있다.
또는, 지지대(250)는 뽑아서 연장할 수 있는 텔레스코픽 컬럼(Telescopic column)의 형태로 구성될 수 있다. 지지대(250)가 텔레스코픽 컬럼(Telescopic column)의 형태로 구성되면 지지대(250)를 완전히 연장시켰을 때의 지지대(250)의 높이가 높아지므로, 배터리(200)의 크기가 작을 경우에도 사용자가 기립하여 몸을 지탱할 수 있을 정도의 높이로 지지대(250)를 세울 수 있다.
핸들(260)은 사용자가 손으로 잡아서 사용자의 몸의 균형을 지탱하고, 배터리(200)를 운송수단으로서 조종하기 위한 구성요소이다. 핸들(260)에는 엑셀레이터 레버, 브레이크 레버, 전조등 on/off 버튼 등 배터리(200)를 운송수단으로서 제어할 수 있는 각종 제어 장치가 부착될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)의 형상을 예시한 도면이다.
도 8에 나타난 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 지지대(250)의 일단이 힌지에 의해 외함(220)에 결합되어 접을 수 있도록 구성되어 있다.
도 8은 지지대(250)가 일체로 형성된 것으로 도시되어 있다. 다만, 전술한 것과 같이, 지지대(250)는 2단 또는 3단으로 접을 수 있는 형태로 구성되거나, 뽑아서 연장할 수 있는 텔레스코픽 컬럼(Telescopic column)의 형태로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)가 2개의 바퀴(230)를 가지고 있는 것을 예시하고 있다. 제2 모터(240)는 배터리팩(210)에 의해 전원을 공급받아 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)에 부착된 바퀴(230) 중 적어도 하나를 회전시킴으로써, 배터리(200)를 독립적인 운송수단으로서 활용할 수 있도록 한다. 제2 모터(240)는 전면에 있는 1개의 바퀴(230)를 회전시킬 수 있다. 또는, 후면에 있는 1개의 바퀴(230)를 회전시킬 수 있다. 또는, 전면과 후면의 바퀴(230)를 모두 회전시킬 수 있다.
도 8에 예시된 바퀴(230)의 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 제2 모터(240)가 하나 이상의 바퀴(230)를 회전시키고, 그로 인해 배터리(200)가 독립적인 운송수단으로서 주행될 수 있다면, 어떠한 형태의 바퀴(230)의 구성도 가능하다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 전면에 1개의 바퀴(230)가 있고 후면에 2개가 바퀴(230)가 있는 형태로 구성될 수도 있고, 전면에 2개의 바퀴(230)가 있고 후면에 2개가 바퀴(230)가 있는 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)는 2개 이상의 바퀴(230)를 가지고 있고, 제2 모터(240)가 그 중 1개 이상의 바퀴(230)를 회전시켜 배터리(200)를 주행시키도록 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)의 평면도를 예시한 도면이다.
도 9에 나타난 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 지지대(250)를 접어 위에서 바라보았을 때, 외함(220)의 범위를 벗어나지 않음으로써 배터리 격납부(130)에 완전히 장착될 수 있다.
한편, 지지대(250)가 2단, 3단 또는 텔레스코픽 컬럼(Telescopic column)의 형태로 구성되지 않고, 지지대(250)의 길이가 길 경우, 지지대(250)를 접은 상태에서도 지지대(250)가 외함(220)를 벗어날 수 있다. 이 경우 배터리 격납부(130)는 벗어난 지지대(250)를 격납할 수 있도록, 벗어난 지지대(250)를 수용할 수 있는 형상을 가지고 있을 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 전장 시스템을 예시한 블록도이다.
도 10에 나타난 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 전장 시스템은 제1 모터(120), 제1 BMS(150), 배터리팩(210), 제2 모터(240) 및 제2 BMS(270)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 전장 시스템에서 제1 모터(120), 제1 BMS(150)는 본체(100)에 포함되어 있고, 배터리팩(210), 제2 모터(240) 및 제2 BMS(270)는 배터리(200)에 포함되어 있다.
다만, 제1 BMS(150)가 본체(100)가 아닌 배터리(200)에 포함되어 있을 수도 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 제1 모터(120)는 본체(100)에 포함되어 있고, 배터리팩(210), 제2 모터(240), 제1 BMS(150) 및 제2 BMS(270)는 배터리(200)에 포함되어 있을 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여 제1 BMS(150)는 본체(100)에 있고, 제2 BMS(270)는 배터리(200)에 있는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는, 본체(100)에 장착되어 있을 경우 토크와 출력이 큰 제1 모터(120)에 전원을 공급하고, 본체(100)로부터 탈거되어 상대적으로 토크와 출력이 작은 제2 모터(240)에 전원을 공급한다.
배터리(200)의 장착 또는 탈거에 따라 전원을 공급하는 모터의 토크 및 출력이 달라지므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는 본체(100)에 장착되어 있는지, 아니면 본체(100)로부터 탈거되어 독립적인 운송수단으로 사용되고 있는지 여부에 따라 배터리(200) 성능 관리를 달리 \한다. 그 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는 2개의 BMS, 곧 제1 BMS(150) 및 제2 BMS(270)를 포함하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)가 배터리 격납부(130)에 장착되어 전기자동차의 내부 전장시스템에 연결된 경우, 제1 BMS(150)가 배터리(200)의 성능을 관리하고, 이 경우 제2 BMS(270)의 배터리(200) 관리 기능은 차단된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)가 배터리 격납부(130)로부터 탈거되어 전기자동차의 내부 전장시스템과 연결이 끊긴 경우, 제2 BMS(270)가 배터리(200)의 성능을 관리하고, 이 경우 제1 BMS(150)의 배터리(200) 관리 기능은 차단된다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리(200)는, 배터리(200)가 배터리 격납부(130)에 장착되어 전기자동차의 내부 전장시스템에 연결되면 제1 BMS(150)가 배터리(200)의 성능을 관리하도록 하고, 배터리(200)가 배터리 격납부(130)로부터 탈거된 경우 제2 BMS(270)가 배터리(200)의 성능을 관리하도록 회로가 구성될 수 있다. 일례로 회로의 접속과 단락을 이용하여 자동으로 BMS를 스위칭하도록 구성할 수 있다. 배터리(200)가 장착되어 전기자동차의 내부 전장시스템에 연결되면 배터리(200)에 제1 BMS(150)가 접속되면서 제1 BMS(150)에 의한 제어로 자동 전환되고, 배터리(200)가 탈거되어 전기자동차의 내부 전장시스템과의 접속이 끊기면 제1 BMS(150)가 단락되면서 배터리(200)에 있는 제2 BMS(270)에 의한 제어로 자동 전환되도록 회로가 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)는 전기자동차의 주동력원으로서, 전기자동차의 주행 가능 거리를 확대할 필요가 있는 경우, 본 전기자동차에 발명의 일 실시예에 따른 배터리(200)를 병렬로 추가 장착할 수 있다. 복수개의 배터리(200)가 병렬로 추가 장착되면 배터리(200)가 추가 장착되는 수량에 비례하여 전기자동차의 주행 가능 거리가 늘어난다. 또한, 2명 이상의 사용자가 복수개의 배터리(200)를 이용하여 스마트 모빌리티를 이용할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리(200)의 제어 방법을 예시한 순서도이다.
도 11에 나타난 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리(200)의 제어 방법은 배터리(200)가 본체(100)에 결합되었는지 여부를 판단하는 단계(S1110) 및 배터리(200)가 본체(100)에 결합되었는지 여부에 따라 배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계(S1120)를 포함할 수 있다.
배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계(S1120)는, 배터리(200)가 본체(100)에 결합되었으면 배터리(200)로 하여금 제1 모터(120)에 전원을 공급하도록 제어하고, 배터리(200)가 본체(100)로부터 탈거되었으면 배터리(200)로 하여금 제2 모터(240)에 전원을 공급하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계(S1120)는, 배터리(200)가 본체(100)에 결합되었는지 여부에 따라 배터리(200)의 출력 전압을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 배터리(200)의 출력 전압을 변경하는 단계는, 배터리(200)가 본체(100)로부터 탈거된 상태의 출력 전압을 배터리(200)가 본체(100)에 결합된 상태의 출력 전압보다 작게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계(S1120) 다음에, 배터리(200)가 본체(100)에 결합되었는지 여부에 따라 배터리(200)로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅할지 여부를 판단하는 단계 및 판단 결과에 따라 배터리(200)로부터 출력되는 전류를 인버팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계(S1120) 다음에, 배터리(200)가 본체(100)에 결합되었으면 배터리(200)로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅하고, 배터리(200)가 본체(100)로부터 탈거되었으면 배터리(200)로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서의 각 순서도는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과할 뿐, 본 명세서의 각 순서도의 각 단계의 실행이 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 명세서의 각 순서도의 단계에서 하나 이상의 단계의 순서를 변경하거나, 하나 이상의 단계를 생략하거나, 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 등 본 명세서의 각 순서도의 각 단계를 다양하게 수정 및 변형할 수 있을 것이다.
지금까지 설명된 본 발명의 실시예에 따른 방법들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현된 컴퓨터 프로그램의 실행에 의하여 수행될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여 제1 컴퓨팅 장치로부터 제2 컴퓨팅 장치에 전송되어 상기 제2 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 상기 제2 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다. 상기 제1 컴퓨팅 장치 및 상기 제2 컴퓨팅 장치는 서버 장치, 클라우드 서비스를 위한 서버 풀에 속한 물리 서버, 데스크탑 PC와 같은 고정식 컴퓨팅 장치를 모두 포함한다.
상기 컴퓨터 프로그램은 마그네틱 저장매체(예를 들면, ROM, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, CD-ROM, DVD 등), 플래시 메모리(예를 들면, USB, SSD) 등과 같은 비-일시적인 기록매체(non-transitory medium)에 저장된 것일 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (18)

  1. 본체(100) 및 배터리(200)를 포함하되,
    상기 본체(100)는,
    상기 본체(100)에 결합된 복수개의 바퀴(110);
    상기 본체(100)에 결합된 복수개의 바퀴(110)를 구동시키는 제1 모터(120);
    상기 배터리(200)를 격납하는 배터리 격납부(130); 및
    상기 배터리 격납부(130)를 개폐하는 격납도어(140)를 포함하고,
    상기 배터리(200)는,
    배터리셀(210);
    상기 배터리셀(210)을 둘러싼 외함(220);
    힌지에 의해 상기 외함(220)에 결합되어 접을 수 있는 지지대(250);
    상기 지지대(250)의 일단에 결합된 핸들(260);
    상기 외함(220)에 결합된 복수개의 바퀴(230);
    상기 외함(220)에 결합된 복수개의 바퀴(230)를 구동시키는 제2 모터(240)를 포함하며,
    상기 배터리(200)는 상기 제1 모터(120) 또는 상기 제2 모터(240)에 선택적으로 전원을 공급하는,
    전기자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리(200)는, 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합된 상태에서는 상기 제1 모터(120)에 전원을 공급하고, 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)로부터 탈거된 상태에서는 상기 제2 모터(240)에 전원을 공급하는,
    전기자동차.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체(100)는 제1 BMS(150, Battery Management System)를 더 포함하되,
    상기 제1 BMS(150)는 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합된 상태에서 상기 배터리(200)를 제어하는,
    전기자동차.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리(200)는 제2 BMS(270, Battery Management System)를 더 포함하되,
    상기 제2 BMS(270)는 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 탈거된 상태에서 상기 배터리(200)를 제어하는,
    전기자동차.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격납도어(140)는, 수평면에 대하여 기 설정된 각도로 기울어진 상태로 고정 가능한,
    전기자동차.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 격납도어(140)의 일면에는, 상기 배터리(200)가 슬라이딩되는 면이 형성되어 있는,
    전기자동차.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격납도어(140)의 일면에는, 상기 배터리(200)가 기 설정된 경로대로 슬라이딩되도록 하는 가이드 라인 한쌍이 형성되어 있는,
    전기자동차.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격납도어(140)의 일면에는, 상기 배터리(200)가 기 설정된 경로대로 슬라이딩되도록 하는 레일이 형성되어 있는,
    전기자동차.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레일에는 볼록부가 형성되어 있고,
    상기 배터리(200)의 일면에는 오목부가 형성되어 있는,
    전기자동차.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 레일에는 오목부가 형성되어 있고,
    상기 배터리(200)의 일면에는 볼록부가 형성되어 있는,
    전기자동차.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모터(240)는, 상기 외함(220)에 결합된 복수개의 바퀴(230) 중 하나 이상을 회전시키는,
    전기자동차.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모터(120)는 AC 모터이고,
    상기 제2 모터(240)는 DC 모터인,
    전기자동차.
  13. 제1 모터(120)를 포함하는 본체(100) 및 제2 모터(240)를 포함하는 배터리(200)를 포함하는 전기자동차의 전원 제어 방법에 있어서,
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합되었는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합되었는지 여부에 따라 상기 배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계를 포함하는,
    전원 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계는,
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합되었으면 상기 배터리(200)로 하여금 상기 제1 모터(120)에 전원을 공급하도록 제어하고, 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)으로부터 탈거되었으면 상기 배터리(200)로 하여금 상기 제2 모터(240)에 전원을 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는,
    전원 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계는,
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합되었는지 여부에 따라 상기 배터리(200)의 출력 전압을 변경하는 단계를 더 포함하되,
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)으로부터 탈거된 상태의 출력 전압을 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합된 상태의 출력 전압보다 작게 제어하는 단계를 포함하는,
    전원 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계 다음에,
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합되었는지 여부에 따라 상기 배터리(200)로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅할지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과에 따라 상기 배터리(200)로부터 출력되는 전류를 인버팅하는 단계를 더 포함하는,
    전원 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 배터리(200)의 전원 공급 루트를 변경하는 단계 다음에,
    상기 배터리(200)가 상기 본체(100)에 결합되었으면 상기 배터리(200)로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅하고, 상기 배터리(200)가 상기 본체(100)로부터 탈거되었으면 상기 배터리(200)로부터 출력되는 DC 전류를 AC 전류로 인버팅하지 않는 단계를 더 포함하는,
    전원 제어 방법.
  18. 컴퓨터로 하여금 제13항 내지 17항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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