KR20200092113A - 배터리 교환 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차량에 설치되어 방전된 배터리를 수거하여 완충된 배터리로 교체함으로써 배터리 충전으로 소요되는 시간을 단축시키고 배터리 운영 및 관리를 효율적으로 개선할 수 있는 배터리 교환 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 전기차량에 탈착 가능하게 설치되어 방전이 진행된 제1 배터리를 완충된 제2 배터리로 교체하는 스왑 스테이션을 통하여 배터리를 교환하는 방법에 있어서, 상기 스왑 스테이션에서 제1 배터리를 수거하는 배터리 수거 단계; 상기 수거된 제1 배터리의 정보 및 정품 여부를 확인하는 배터리 인증 단계; 상기 제1 배터리의 사용자 정보를 확인하는 사용자 인증 단계; 및, 상기 배터리 및 사용자 인증이 완료된 제1 배터리를 상기 제2 배터리로 교환하는 배터리 교환 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 교환 방법{A method for battery swapping}
본 발명은 배터리 교환 방법에 관한 것으로, 친환경차량에 탈착 가능하게 설치되는 배터리를 완충된 배터리로 교환하는 방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 자원 및 인프라 부족ㆍ교통혼잡ㆍ에너지 부족 등 각종 도시문제가 점차 심화될 것으로 전망하고 있으며 특히 친환경에너지 이용으로 환경오염 방지하기 위한 해결책으로 스마트시티가 부각되고 있다.
스마트시티 조성에는 교통혼잡, 주차공간 부족, 환경오염, 에너지운용 어려움 등의 문제 해결을 위한 도시 플랫폼의 구축이 필요함에 따라 최근 선진국을 중심으로 대도시 교통정체 및 주차부족 문제를 해결하는 소형전기차에 대한 수요가 증가하고 있다.
소형 전기차 LEV(Light Electric Vehicle) 시장은 높은 도입비용 문제를 해결하고 대도시 교통정체 및 주차 부족 문제의 해결책으로 제안되고 있으며, 관광지, 골프카트, 물류창고 및 시도별 대형시장 운수전동차 등 여러분야로 사용이 확대되고 있으며 렌트나 카쉐어링 형태로 관광산업 이용률도 증대되고 있는 추세이다.
이와 같은 전기차의 보급을 통한 스마트시티를 구현하기 위해 가장 먼저 고려되는 것이 전기차량의 배터리 충전 시스템이다.
통상 전기차의 배터리를 충전하는데 있어서, 충전량이 일정 수준이상으로 채워지면 완전 충전까지는 더욱 느린 속도로 충전이 이루어져서 동일한 충전 용량으로 고려해 볼 때 일정 수준 이상에서의 배터리 충전은 상대적으로 오랜 시간이 소요되므로 전기차 충전 시스템의 운영적 측면에서 충전 시간에 따른 손실이 발생할 수 있다.
그리고 전기차와 관련된 다양한 분야의 사업자들이 전기차의 사용자가 전기차 배터리를 어떻게 사용하느냐에 따라 경제적인 이해관계가 발생되며, 전기차의 사용자 입장에서도 전기차 배터리를 적절하게 운영해야 전기차 운행에 편리성이 도모될 수 있으므로, 현재 활발하게 보급되고 있는 전기차에 대한 배터리의 운영을 적절하게 관리할 필요가 있다.
따라서 전기차량의 배터리의 충전시간을 단축하고 운영 및 관리를 보다 더 효율적으로 개선할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0050976호 (공개일자: 2016.05.11) "배터리 교환 스테이션을 이용한 전기차량 배터리 인증 시스템 및 방법" 대한민국 등록특허공보 제10-1360641호 (등록일자: 2014.02.03) "전기차 배터리 교환 장치 및 방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전기차량에 설치되어 방전된 배터리를 수거하여 완충된 배터리로 교체함으로써 배터리 충전으로 소요되는 시간을 단축시키고 배터리 운영 및 관리를 효율적으로 개선할 수 있는 배터리 교환 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 함께 본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 더욱 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 교환 방법은, 전기차량에 탈착 가능하게 설치되어 방전이 진행된 제1 배터리를 완충된 제2 배터리로 교체하는 스왑 스테이션을 통하여 배터리를 교환하는 방법에 있어서, 상기 스왑 스테이션에서 제1 배터리를 수거하는 배터리 수거 단계; 상기 수거된 제1 배터리의 정보 및 정품 여부를 확인하는 배터리 인증 단계; 상기 제1 배터리의 사용자 정보를 확인하는 사용자 인증 단계; 및, 상기 배터리 및 사용자 인증이 완료된 제1 배터리를 상기 제2 배터리로 교환하는 배터리 교환 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 배터리 인증 단계는 상기 제1 배터리에 부착된 RFID를 통해 획득된 정보를 배터리 관리 서버로 전송하여 인증을 요청하는 단계, 상기 배터리 관리 서버에서 인증 요청을 접수하여 수신된 제1 배터리의 정보 일치 여부 및 정품 여부를 검증하는 단계 및, 상기 제1 배터리의 정보가 일치하고 정품으로 검증된 경우, 인증 완료 신호를 스왑 스테이션으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 함께 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 사용자 인증 단계는 상기 제1 배터리의 사용자에게 발급된 카드를 통해 획득된 정보를 사용자 관리 서버로 전송하여 인증을 요청하는 단계, 상기 사용자 관리 서버에서 인증 요청을 접수하여 수신된 사용자의 정보 일치 여부를 검증하는 단계 및, 상기 사용자의 정보가 일치하는 경우, 인증 완료 신호를 스왑 스테이션으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 배터리 교환 단계는 상기 스왑 스테이션에서 제1 배터리 및 사용자 인증 완료 신호를 접수하여, 제1 배터리 및 사용자 정보를 바탕으로 매칭기준에 부합하는 제2 배터리를 선택하여 사용자에게 매칭시키는 단계 및, 상기 매칭된 제2 배터리를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 매칭기준은 상기 스왑 스테이션에 보관되는 제2 배터리 중 상기 제1 배터리 및 사용자의 정보와 가장 유사한 제2 배터리로 매칭시키게 되는 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.
배터리 충전으로 소요되었던 시간을 배터리를 교체하는 방식으로 교체에 소요되는 시간을 3분 이내로 가능케 함에 따라 혁신적으로 단축시키고 배터리 운영 및 관리를 효율적으로 개선할 수 있게 됨으로써 사용자가 필요로 할 때 충전된 배터리를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 신속한 충전을 실행할 수 있는 사용자 친화적인 배터리 교환 방식을 구현할 수 있는 이점이 있다.
그리고 소형전기차, 전동킥보드 등의 전기차량의 보급율 향상 및 스마트시티의 배터리 교환 가능한 무인 배터리 교환 스테이션의 구축에 기여할 수 있는 이점이 있다.
아울러 배터리 교환 방법의 과정에서 배터리에 부착된 RFID를 통해 사용기간 및 사용내역, 배터리 잔량확인이 가능하며 안전사고를 대비할 수 있는 배터리안전모듈을 개발에도 기여할 수 있다.
나아가 스마트시티의 주요 편의시설(주유소 및 편의점)에 자판기 형태의 배터리 교환 스테이션을 설치하고 시민 및 관광객이 자유롭게 소형전기차를 이용할 수 있는 인프라 개발에 기여할 수 있다.
이와 함께 본 발명의 다른 효과는 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블록구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이고, 설명 상에 방향을 지칭하는 단어는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로 시점에 따라 변경 가능함을 주지하는 바이다.
본 발명은 전기차량에 설치되어 방전된 배터리를 수거하여 완충된 배터리로 교체함으로써 배터리 충전으로 소요되는 시간을 단축시키고 배터리 운영 및 관리를 효율적으로 개선할 수 있는 배터리 교환 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 기본적으로 전기차량에 탈착 가능하게 설치되어 방전이 진행된 제1 배터리(사용자가 배터리 교체를 위해 반납하게 되는 배터리, 여기서부터 "제1 배터리"로 표기함)를 완충된 제2 배터리(본 발명의 배터리 교체 방법에 따라 사용자에 제공되는 완충 배터리, 여기서부터 "제2 배터리"로 표기함)로 교체하는 스왑 스테이션을 통하여 배터리를 교환하는 방법을 구현하며, 나아가 스왑 스테이션에서 제1 배터리를 수거하는 배터리 수거 단계와, 수거된 제1 배터리의 정보 및 정품 여부를 확인하는 배터리 인증 단계와 제1 배터리의 사용자 ID(identification)를 확인하는 사용자 인증 단계 및, 배터리 및 사용자 인증이 완료된 제1 배터리를 상기 제2 배터리로 교환하는 배터리 교환 단계를 포함하여 이루어진다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에서의 "배터리"는 크기 및 용량이 규격화되어 모든 전기차량에서 운용 가능하며 그 내부에 탈착 가능하게 설치되며, "배터리"는 셀, 단품 배터리, 배터리 모듈 및 배터리 패키지 등의 의미를 포함할 수 있으며 더 확장된 의미로도 해석될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 배터리는 최대 충전 전압이 5V가 되도록 셀이 구성되며, 이러한 배터리 다수개 각각이 탈착 가능하게 전기차량의 배터리 팩키지에 설치되는 구조를 따른다.
그리고 배터리 교체는 스왑 스테이션(swap station)에서 이루어지며, 스왑 스테이션은 수납부, 충전부, 재고관리부 및 교환부를 포함하여 이루어진다.
또한 수납부는 다수개의 제1 배터리와 같이 사용자에 의해 반납되는 배터리의 수납이 가능한 구조로 이루어지며 각각의 배터리가 수납되는 공간에는 배터리의 RFID(radio frequency identification)를 통해 정보를 인식하는 시스템, 사용자 ID 카드를 통해 정보를 인식하는 시스템 및 이를 디스플레이 할 수 있는 시스템이 마련된다.
또한 충전부에는 수납부로부터 이송되는 배터리의 완전 충전을 수행하기 위한 시스템이 마련된다.
또한 재고관리부에는 신규 배터리와 충전부로부터 이송된 완충 배터리를 보관 및 관리와 더불어 배터리 및 사용자 정보를 바탕으로 매칭기준에 따라 교환될 제2 배터리를 배정하기 위한 시스템이 마련된다.
또한 교환부에는 재고관리부에 배정된 제2 배터리를 사용자에게 제공하는 시스템과 배터리 충전과 교환에 따른 비용 결제 시스템 및 이를 디스플레이 할 수 있는 시스템이 마련된다.
상술된 구성들은 상호 간의 네트워크로 서로의 정보를 공유 및 저장이 가능하며 스왑 스테이션의 관리 서버와도 네트워킹되어 통합적으로 모니터링이 가능하다.
이와 함께 사용자 및 배터리 관리 서버와 전력 관리 서버가 스왑 스테이션과 네트워크 되어 상호 간 정보의 업데이트, 공유 및 저장이 가능하게 된다.
사용자 및 배터리 관리 서버는 사용자 ID와 전기차량의 등록정보, 제원(연비, 공차 중량, 최대 승차 인원, 구동 방식, 변속기 등), 엔진 사양(모터 최대 출력, 모터 최대 토크, 1회 충전 주행가능거리, 에너지 용량 등), 성능(최고속도, 가속성능 등) 정보를 업데이트 및 저장 관리된다. 더불어 배터리(제1 배터리, 재고관리부에 보관되는 배터리 및 제2 배터리)와 관련된 제조일자, 출고일, 최초 충전일, 충전 횟수, 충전 가능 잔여 횟수 등의 정보를 업데이트 및 저장 관리하게 된다. 아울러 사용자 및 배터리 관리 서버는 보유한 정보를 토대로 수신되는 사용자 및 배터리 정보를 비교하여 인증 여부를 판단하기 위한 검증 시스템이 마련된다.
그리고 전력 관리 서버는 실시간으로 스왑 스테이션의 충전부에서 제1 배터리가 완충되는데 소모되는 전력량을 일정 단위별로 가격을 책정하여 실시간으로 비용 결제에 필요한 정보를 업데이트 및 저장 관리하게 된다.
상기와 같은 구성들로 본 발명의 바람직한 실시예는 배터리 수거 단계, 배터리 인증 단계, 사용자 인증 단계 및 배터리 교환 단계를 포함하여 이루어진다.
먼저 배터리 수거 단계는 스왑 스테이션에서 사용자에 의해 제1 배터리가 반납되어 수납부로 수거되는 단계이며, 수납부에서 제1 배터리의 RFID를 통해 정보를 인식하여 배터리 관리 서버로 정보를 전송하게 된다.
다음으로 배터리 인증 단계는 수거된 제1 배터리의 정보 및 정품 여부를 확인하는 단계이다. 자세하게 수납부로부터 획득된 제1 배터리 정보를 배터리 관리 서버로 전송하여 인증을 요청하는 단계와, 배터리 관리 서버에서 인증 요청을 접수하여 수신된 제1 배터리의 정보 일치 여부 및 정품 여부를 검증하는 단계 및, 제1 배터리의 정보가 일치하고 정품으로 검증된 경우, 인증 완료 신호를 스왑 스테이션으로 송신하는 단계가 순차적으로 수행됨으로써 이루어진다. 그리고 배터리 인증이 완료되면 수거된 제1 배터리가 충전부에서 완충되며 충전일시, 충전시간, 충전량, 전력소모량 등의 완충에 관련된 정보들이 스왑스테이션, 배터리 관리 서버 및 전력 관리 서버에 공유된다. 이후 완충된 제1 배터리는 재고관리부로 이송되어 보관된다.
이어서 사용자 인증 단계는 제1 배터리의 사용자 ID를 확인하는 단계이다. 자세하게 수납부에서 사용자에게 발급된 카드를 통해 획득된 정보를 사용자 관리 서버로 전송하여 인증을 요청하는 단계와, 사용자 관리 서버에서 인증 요청을 접수하여 수신된 사용자의 정보 일치 여부를 검증하는 단계 및, 사용자의 정보가 일치하는 경우 인증 완료 신호를 스왑 스테이션으로 송신하는 단계가 순차적으로 수행됨으로써 이루어진다.
이와 함께 배터리 교환 단계는 배터리 및 사용자 인증이 완료된 제1 배터리를 상기 제2 배터리로 교환하는 단계이다. 자세하게 스왑 스테이션에서 제1 배터리 및 사용자 인증 완료 신호를 접수하여, 제1 배터리 및 사용자 정보를 바탕으로 매칭기준에 부합하는 제2 배터리를 선택하여 사용자에게 매칭시키는 단계 및, 매칭된 제2 배터리를 사용자에게 제공하는 단계가 순차적으로 수행됨으로써 이루어진다.
그리고 매칭기준은 재고관리부에 보관되는 배터리 중 상기 제1 배터리 및 사용자의 정보와 가장 근접하고 유사한 배터리를 제2 배터리로 매칭시키게 된다.
이러한 매칭기준은 교환 비용 결제 시스템과 연동되어 교환 비용을 산정하는데 필요한 정보를 제공하게 된다.
즉 교환비용은 매칭된 제2 배터리에 소모된 전력에 따른 수수료와 미리 책정된 배터리 교환 수수료가 합산되어 산정되는데, 제1 배터리와 관련된 모든 정보와 매칭된 제2 배터리와 관련된 모든 정보를 비교하여 어느 하나의 정보라도 매칭된 제2 배터리가 우월한 경우 미리 책정된 배터리 교환 수수료에서 추가로 일정 금액을 더 부가하고, 어느 하나의 정보라도 매칭된 제2 배터리가 노후화되어 열등한 경우 미리 책정된 배터리 교환 수수료에서 일정 금액을 차감하여 교환비용을 책정하게 되는 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따르면 배터리 충전으로 소요되었던 시간을 배터리를 교체하는 방식으로 교체에 소요되는 시간을 3분 이내로 가능케 함에 따라 혁신적으로 단축시키고 배터리 운영 및 관리를 효율적으로 개선할 수 있게 됨으로써 사용자가 필요로 할 때 충전된 배터리를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 신속한 충전을 실행할 수 있는 사용자 친화적인 배터리 교환 방식을 구현할 수 있는 효과를 기대할 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 전기차량에 탈착 가능하게 설치되어 방전이 진행된 제1 배터리를 완충된 제2 배터리로 교체하는 스왑 스테이션을 통하여 배터리를 교환하는 방법에 있어서,
    상기 스왑 스테이션에서 제1 배터리를 수거하는 배터리 수거 단계;
    상기 수거된 제1 배터리의 정보 및 정품 여부를 확인하는 배터리 인증 단계;
    상기 제1 배터리의 사용자 정보를 확인하는 사용자 인증 단계; 및,
    상기 배터리 및 사용자 인증이 완료된 제1 배터리를 상기 제2 배터리로 교환하는 배터리 교환 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 교환 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 인증 단계는,
    상기 제1 배터리에 부착된 RFID를 통해 획득된 정보를 배터리 관리 서버로 전송하여 인증을 요청하는 단계,
    상기 배터리 관리 서버에서 인증 요청을 접수하여 수신된 제1 배터리의 정보 일치 여부 및 정품 여부를 검증하는 단계 및,
    상기 제1 배터리의 정보가 일치하고 정품으로 검증된 경우, 인증 완료 신호를 스왑 스테이션으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 교환 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 인증 단계는,
    상기 제1 배터리의 사용자에게 발급된 카드를 통해 획득된 정보를 사용자 관리 서버로 전송하여 인증을 요청하는 단계,
    상기 사용자 관리 서버에서 인증 요청을 접수하여 수신된 사용자의 정보 일치 여부를 검증하는 단계 및,
    상기 사용자의 정보가 일치하는 경우, 인증 완료 신호를 스왑 스테이션으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 교환 방법.
  4. 제2항 또는 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 배터리 교환 단계는,
    상기 스왑 스테이션에서 제1 배터리 및 사용자 인증 완료 신호를 접수하여, 제1 배터리 및 사용자 정보를 바탕으로 매칭기준에 부합하는 제2 배터리를 선택하여 사용자에게 매칭시키는 단계 및,
    상기 매칭된 제2 배터리를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 교환 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 매칭기준은,
    상기 스왑 스테이션에 보관되는 제2 배터리 중 상기 제1 배터리 및 사용자의 정보와 가장 유사한 제2 배터리로 매칭시키게 되는 것을 특징으로 하는 배터리 교환 방법.
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