KR20210093170A - Structure for connecting multiple replaceable battery pack of electric vehicle - Google Patents

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KR20210093170A
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오성민
문태경
전준영
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주식회사 만도
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Abstract

The present invention relates to a battery connection structure of an electric moving device, which supplies power to an electric moving device by using a plurality of replaceable battery packs to increase a moving distance of the electric moving device by using a plurality of battery packs having different capacities and voltages and replaces the pre-charged battery pack to be used to reduce time consumed for charging a battery.

Description

전기 이동장치의 교체형 배터리 다중 연결 구조{STRUCTURE FOR CONNECTING MULTIPLE REPLACEABLE BATTERY PACK OF ELECTRIC VEHICLE}STRUCTURE FOR CONNECTING MULTIPLE REPLACEABLE BATTERY PACK OF ELECTRIC VEHICLE

본 발명은 전기 이동장치의 교체형 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a replaceable battery pack for an electric mobile device.

친환경 이동수단에 관한 관심이 높아지면서 전기를 에너지로 사용하는 전기 자동차나 전기 오토바이, 전기 삼륜차 등 개인 이동수단들에 관한 관심과 수요 또한 증가하고 있다. As interest in eco-friendly means of transportation increases, interest and demand for personal transportation means such as electric vehicles, electric motorcycles, and electric tricycles that use electricity as energy are also increasing.

이들 전기 이동장치들은 주로 이동장치에 고정되어 장착된 주 배터리 하나로 운용되기 때문에 충전을 위해서는 충전 스테이션이나 가정의 충전기를 이용해야 하는 문제가 있다. 그에 대한 대안으로 최근 공유/교체형 배터리 사용이 시도되고 있다.Since these electric mobile devices are mainly operated with a single main battery fixed to the mobile device, there is a problem in that a charging station or a home charger must be used for charging. As an alternative to that, the use of shared/replaceable batteries has recently been attempted.

하지만 교체형 배터리 팩은 저용량이어서 전동 킥보드 등 소형 이동장치에는 이용이 가능하지만 부피가 크고 무게도 무거운 고출력의 배터리를 사용하는 전기 이동장치에는 이러한 교체형 배터리 팩을 적용할 수 없는 한계가 있다. 교체형 배터리 팩에 사용되는 리튬-이온(Li-Ion) 배터리는 통상 2C의 방전용량과 1C의 충전용량을 가지는데, 이는 1kWh의 배터리 팩으로는 2kW의 방전과 1kW의 충전만 가능하다는 의미이다. 그러므로 예를 들어 6kW의 시스템에는 1kWh의 소용량 배터리 팩을 교체형으로 사용할 수는 없는 것이다.However, since the replaceable battery pack has a low capacity, it can be used for small mobile devices such as electric kickboards, but there is a limit that such a replaceable battery pack cannot be applied to an electric mobile device that uses a high-output battery that is bulky and heavy. Lithium-ion (Li-Ion) batteries used in replaceable battery packs usually have a discharge capacity of 2C and a charge capacity of 1C, which means that only 2kW of discharge and 1kW of charge are possible with a 1kWh battery pack. . Therefore, for example, a 1kWh small capacity battery pack cannot be used as a replacement for a 6kW system.

본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 배터리 충전 문제 해결을 위해 연구 노력해 왔다. 복수의 저용량 배터리 팩을 연결하여 고출력 전기 이동장치에 사용할 수 있는 배터리 팩 구조를 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present invention have made research efforts to solve the battery charging problem of the prior art. The present invention has been completed after much effort to connect a plurality of low-capacity battery packs to complete a battery pack structure that can be used in a high-output electric mobile device.

본 발명의 목적은 하나의 메인 배터리로만 전기 이동장치를 운용하는 것이 아니라 복수의 저용량 배터리 팩을 연결하여 고출력 전기 이동장치를 운용할 수 있는 배터리 팩 구조를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a battery pack structure capable of operating a high-output electric mobile device by connecting a plurality of low-capacity battery packs, rather than operating an electric mobile device with only one main battery.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be additionally considered within the range that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

본 발명에 따른 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조는,A replaceable battery multi-connection structure for an electric mobile device according to the present invention,

복수의 배터리 팩의 탈착이 가능한 커넥터부; 연결된 배터리 팩들의 전압을 변환하기 위한 컨버터부; 상기 컨버터부의 출력을 전기 이동장치의 모터에서 사용하는 전압으로 변환하여 모터에 전달하는 인버터부; 및 상기 컨버터부의 출력 전압을 설정하고, 전기 이동장치의 시스템 용량에 따라 상기 연결된 배터리 팩들의 선택을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.a connector unit capable of detaching a plurality of battery packs; a converter unit for converting voltages of connected battery packs; an inverter unit converting the output of the converter unit into a voltage used by the motor of the electric moving device and transmitting the converted voltage to the motor; and a control unit that sets an output voltage of the converter unit and controls selection of the connected battery packs according to the system capacity of the electric mobile device.

상기 커넥터부에는 전압 또는 충전상태가 서로 다른 복수의 배터리 팩이 동시에 연결되는 것이 좋다.It is preferable that a plurality of battery packs having different voltages or charging states are simultaneously connected to the connector unit.

또한, 상기 컨버터부는 상기 인버터부에 연결된 모터의 회생에너지를 상기 커넥터부에 연결된 배터리 팩에 전달하기 위한 양방향 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the converter unit is characterized in that it is composed of a bidirectional converter for transferring the regenerative energy of the motor connected to the inverter unit to the battery pack connected to the connector unit.

상기 제어부는 상기 커넥터부에 연결된 복수의 배터리 팩 각각의 용량을 상기 컨버터부로부터 수신하여 상기 복수의 배터리 팩 각각의 용량에 따라 출력 전류를 설정하도록 상기 컨버터부를 제어할 수 있다.The controller may receive the capacity of each of the plurality of battery packs connected to the connector unit from the converter unit and control the converter unit to set an output current according to the capacity of each of the plurality of battery packs.

상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩의 출력 전류가 각 배터리 팩 용량에 비례하도록 상기 컨버터부를 설정하는 것을 특징으로 한다.The controller may set the converter so that the output current of the plurality of battery packs is proportional to the capacity of each battery pack.

바람직하게는 상기 커넥터부는 배터리 종류에 따라 교체가 가능한 것이 좋다.Preferably, the connector part is replaceable according to the type of battery.

상기 제어부는 상기 컨버터부에 포함될 수 있다.The control unit may be included in the converter unit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 교체형 배터리 다중 연결 제어방법은,A replaceable battery multiple connection control method according to another embodiment of the present invention,

상기 전기 이동장치에 연결된 교체형 배터리 팩의 개수를 수신하는 단계; 상기 연결된 배터리 팩의 총 출력을 계산하는 단계; 상기 계산된 최대 출력에 따라 상기 연결된 배터리 팩 각각의 출력을 조절하는 컨버터부를 설정하는 단계; 및 상기 컨버터부에 의해 설정된 배터리 팩의 출력이 상기 전기 이동장치의 모터에 연결된 인버터에 전달되도록 제어하는 단계를 포함한다.receiving the number of replaceable battery packs connected to the electric mobile device; calculating a total output of the connected battery pack; setting a converter unit that adjusts an output of each of the connected battery packs according to the calculated maximum output; and controlling the output of the battery pack set by the converter unit to be transmitted to an inverter connected to a motor of the electric moving device.

상기 연결된 배터리 팩 각각의 출력은 상기 연결된 배터리 팩 각각의 현재 용량에 비례하도록 조절하는 것을 특징으로 한다.The output of each of the connected battery packs is characterized in that it is adjusted to be proportional to the current capacity of each of the connected battery packs.

상기 전기 이동장치의 모터에 의해 발생한 전력이 미리 설정된 값보다 큰 경우 상기 발생한 전력이 상기 연결된 배터리 팩에 전달되도록 상기 컨버터부를 제어할 수 있다.When the power generated by the motor of the electric mobile device is greater than a preset value, the converter unit may be controlled so that the generated power is transmitted to the connected battery pack.

본 발명에 따르면 복수의 저용량 배터리를 사용하여 전기 이동장치를 운용함으로써 배터리 충전에 소요되는 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that the time required for charging the battery can be saved by operating the electric mobile device using a plurality of low-capacity batteries.

또한 사용자의 필요에 따라 저용량 배터리를 추가로 장착할 수 있도록 함으로써 전기 이동장치의 주행거리를 증대시킬 수 있는 장점도 있다.In addition, there is an advantage in that the mileage of the electric mobile device can be increased by allowing a low-capacity battery to be additionally installed according to the user's needs.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기 이동장치의 교체형 배터리 다중 연결 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전기 이동장치의 교체형 배터리 다중 연결 구조이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 교체형 배터리 다중 연결을 위한 컨버터의 예이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 다중 연결 구조의 제어방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 충전/방전 제어 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다1 shows a multi-connection structure of a replaceable battery of an electric mobile device according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a multi-connection structure of a replaceable battery of an electric mobile device according to another preferred embodiment of the present invention.
3 is an example of a converter for multiple connection of a replaceable battery according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method for controlling a multi-connection battery structure according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a battery charge/discharge control according to another embodiment of the present invention.
※ It is revealed that the accompanying drawings are exemplified as a reference for understanding the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration of the present invention guided by various embodiments of the present invention and effects resulting from the configuration will be described. In the description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description thereof will be omitted.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Terms such as 'first' and 'second' may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the above terms. The above term may be used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a 'first component' may be referred to as a 'second component', and similarly, a 'second component' may also be referred to as a 'first component'. can Also, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration of the present invention guided by various embodiments of the present invention and effects resulting from the configuration will be described.

도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 전기 이동장치의 교체형 배터리 다중 연결 구조를 나타낸다.1 shows a multi-connection structure of a replaceable battery of an electric mobile device according to a preferred embodiment of the present invention.

교체형 배터리 다중 연결을 위해서 전기 이동장치는 커넥터부(110), 컨버터부(120), 인버터부(150), 직류 캐패시터(160, DC-Capacitor) 및 제어부(130)를 포함한다.For multi-connection of a replaceable battery, the electric mobile device includes a connector unit 110 , a converter unit 120 , an inverter unit 150 , a DC capacitor 160 , a DC-Capacitor, and a control unit 130 .

커넥터부(110, 112, 114)는 복수의 교체형 배터리 팩(140, 142, 144)을 전기 이동장치에 연결할 수 있도록 해준다. 미리 충전된 교체형 배터리 팩(140)을 사용함으로써 전기 이동장치의 배터리 충전에 소요되는 시간을 절약할 수 있다. 다양한 크기와 모양의 배터리 팩(140, 142, 144)들을 연결하기 위해 커넥터부(110)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 또는 배터리 팩의 종류에 따라 커넥터부(110)의 교체가 가능하게 구성되는 것도 가능하다.The connector portions 110 , 112 , and 114 allow a plurality of replaceable battery packs 140 , 142 , 144 to be connected to the electric mobile device. By using the pre-charged replaceable battery pack 140 , the time required for charging the battery of the electric mobile device can be saved. In order to connect the battery packs 140 , 142 , and 144 of various sizes and shapes, the connector unit 110 may have various shapes. Alternatively, the connector unit 110 may be configured to be replaceable according to the type of the battery pack.

이렇게 교체형 배터리 팩(140)을 사용하기 위해서는 전압 변환을 위한 컨버터부(120)가 필요하다. 배터리 팩(140, 142, 144)들은 출력 전압이나 용량이 다양하기 때문에 이를 전기 이동장치에서 사용하는 전압으로 변환이 필요한 것이다.In order to use the replaceable battery pack 140 in this way, the converter unit 120 for voltage conversion is required. Since the battery packs 140 , 142 , and 144 have various output voltages or capacities, it is necessary to convert them into voltages used in the electric mobile device.

컨버터부(120)에 사용되는 컨버터는 절연형 컨버터나 비절연형 컨버터 모두 가능하고, 절연형 컨버터로는 플라이백(Flyback), 페이즈 쉬프트(Phase shift), LLC 등이 있으며, 비절연형 컨버터로는 벅(Buck), 부스트(Boost), 벅-부스트(Buck-Boost) 등 다양한 방식의 컨버터를 사용할 수 있다.The converter used in the converter unit 120 can be either an isolated converter or a non-isolated converter. The isolated converter includes a flyback, a phase shift, LLC, and the like, and a non-isolated converter includes a buck. Various types of converters such as (Buck), boost (Boost), and buck-boost can be used.

또한 컨버터는 단방향, 양방향 모두 사용이 가능하다. 컨부터부(120)에 단방향 컨버터가 사용되는 경우 배터리 팩(140, 142, 144)으로부터 인버터(150)로 전력의 공급만 가능하지만, 컨버터부(120)에 양방향 컨버터를 사용한다면 회생에너지가 큰 경우 회생에너지로 배터리 팩(140, 142, 144)을 충전할 수도 있다.In addition, the converter can be used in both unidirectional and bidirectional directions. When a unidirectional converter is used for the converter unit 120 , only power can be supplied from the battery packs 140 , 142 , 144 to the inverter 150 , but if a bidirectional converter is used for the converter unit 120 , the regenerative energy is large. In this case, the battery packs 140 , 142 , and 144 may be charged with regenerative energy.

컨버터부(120)는 다양한 출력 전압을 가지는 배터리 팩(140, 142, 144)의 전압을 전기 이동장치에 사용되는 전압으로 변환한다. 따라서 배터리 팩(140, 142, 144)은 전용의 배터리 팩이 아닌 어떤 출력 전압을 가지는 배터리 팩이라도 사용이 가능한 장점이 있다. 컨버터부(120)에 의해 변환된 배터리 팩(140, 142, 144)의 출력은 DC-BUS(170)를 통해 인버터부(150)에 전달된다. 직류 캐패시터(160)는 직류 전원을 안정화하는 역할을 한다. 즉, 컨버터부(120)에서 인버터(150)로 공급되는 전원의 출력 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 이러한 직류 캐패시터(160)는 컨버터(120)에 포함되는 것도 가능하다.The converter unit 120 converts voltages of the battery packs 140 , 142 , and 144 having various output voltages into voltages used in the electric mobile device. Accordingly, the battery packs 140 , 142 , and 144 have the advantage that any battery pack having any output voltage can be used instead of a dedicated battery pack. The outputs of the battery packs 140 , 142 , and 144 converted by the converter unit 120 are transmitted to the inverter unit 150 through the DC-BUS 170 . The DC capacitor 160 serves to stabilize the DC power. That is, it serves to constantly maintain the output voltage of the power supplied from the converter unit 120 to the inverter 150 . The DC capacitor 160 may be included in the converter 120 .

제어부(130)는 하나 이상의 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 제어부(130)는 컨버터부(120)에 포함되는 구조일 수 있다.The controller 130 may include one or more processors. Also, the control unit 130 may have a structure included in the converter unit 120 .

제어부(130)는 컨버터부(120)를 제어하여 배터리 팩(140)들의 출력이 필요한 전압으로 변환되도록 한다. 제어부(130)의 제어에 의해 연결된 모든 배터리 팩들(140, 142, 142)의 출력이 전기 이동장치에 전달될 수도 있고 배터리 팩들(140, 142, 144) 중 선택된 일부 배터리 팩의 출력만 전기 이동장치에 전달될 수 있다.The control unit 130 controls the converter unit 120 so that the output of the battery packs 140 is converted into a required voltage. The output of all the battery packs 140 , 142 , and 142 connected by the control of the controller 130 may be transmitted to the electric mobile device, and only the output of some selected battery packs among the battery packs 140 , 142 , 144 may be transmitted to the electric mobile device. can be transmitted to

제어부(130)는 배터리 팩(140, 142, 144)들 각각의 용량을 수신한 후 배터리 팩(140, 142, 144)들 각각의 용량에 따라 출력 전류를 설정할 수 있다. 배터리 팩(140, 142, 144)의 현재 용량에 무관하게 동일한 출력을 설정하는 경우 용량이 적은 한 배터리 팩이 먼저 소진되어 전체적으로 최대 출력을 낼 수 없으므로, 제어부(130)는 현재 용량에 비례하도록 배터리 팩(140, 142, 144)들의 출력을 설정할 수 있다.After receiving the capacity of each of the battery packs 140 , 142 , and 144 , the controller 130 may set the output current according to the capacity of each of the battery packs 140 , 142 , and 144 . When the same output is set irrespective of the current capacity of the battery packs 140 , 142 , and 144 , one battery pack with a small capacity is exhausted first and thus cannot produce the maximum output overall, so the controller 130 controls the battery to be proportional to the current capacity. You can set the output of the packs 140 , 142 , 144 .

인버터부(150)는 배터리 팩(140)의 출력 전압을 전기 이동장치의 모터 구동을 위한 전압으로 변환한다. 전기 이동장치의 모터에 3상 교류 모터가 사용되는 경우 인버터부(150)는 컨버터부(120)의 직류 전압 출력을 3상 교류 모터에서 사용 가능한 3상 교류 전압으로 변환해야 한다. 전기 이동장치에 DC 모터가 사용되는 경우에는 컨버터부(120)의 직류 전압을 크기만 변환하여 그대로 사용할 수도 있다.The inverter unit 150 converts the output voltage of the battery pack 140 into a voltage for driving a motor of the electric mobile device. When a three-phase AC motor is used for the motor of the electric mobile device, the inverter unit 150 must convert the DC voltage output of the converter unit 120 into a three-phase AC voltage usable in the three-phase AC motor. When a DC motor is used in the electric mobile device, only the magnitude of the DC voltage of the converter unit 120 may be converted and used as it is.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전기 이동장치의 교체형 배터리 다중 연결 구조를 나타낸다.2 shows a multi-connection structure of a replaceable battery of an electric mobile device according to another preferred embodiment of the present invention.

도 1과 달리 컨버터부는 배터리 팩(240, 242, 244)과 각각 연결되는 개별 컨버터(220, 222, 224)로 구성될 수 있다.Unlike FIG. 1 , the converter unit may include individual converters 220 , 222 , and 224 respectively connected to the battery packs 240 , 242 , and 244 .

컨버터(220, 222, 224)가 개별로 연결되어 각 컨버터(220, 222, 224)에 연결된 배터리 팩(240, 242, 244)의 전압만 변환할 수 있다. 제어부(230)는 개별 컨버터들(220, 222, 224)을 제어하는 구조일 수 있다.The converters 220 , 222 , and 224 are individually connected to convert only the voltage of the battery packs 240 , 242 , 244 connected to each of the converters 220 , 222 , 224 . The controller 230 may have a structure to control the individual converters 220 , 222 , and 224 .

컨버터(220, 222, 224)가 개별로 연결된 구조인 경우 컨버터(220, 222, 224)가 각 배터리 팩(240, 242, 244)에 포함되어 각 배터리 팩(240, 242, 244)의 전압을 변환하는 구조일 수도 있다.When the converters 220, 222, 224 are individually connected, the converters 220, 222, 224 are included in each battery pack 240, 242, 244 to increase the voltage of each battery pack 240, 242, 244. It may be a structure that transforms.

전압 안정을 위한 직류 캐패시터(260)는 도 2와 같이 인버터(250)에 병렬로 연결되는 독립된 구조이거나, 각 컨버터(220, 222, 224)에 각각 포함되는 구조일 수 있다.The DC capacitor 260 for voltage stabilization may have an independent structure connected in parallel to the inverter 250 as shown in FIG. 2 or a structure included in each of the converters 220 , 222 , and 224 .

도 3은 제어부가 컨버터부에 포함된 구조의 다양한 예들을 나타낸다.3 shows various examples of a structure in which a control unit is included in a converter unit.

도 3의 (a)는 도 1과 같은 통합형 컨버터부(310)를 구성하는 경우의 예이다.FIG. 3A is an example of configuring the integrated converter unit 310 as shown in FIG. 1 .

컨버터부(310)는 복수의 배터리 팩을 동시에 제어할 수 있고, 제어부(312)가 컨버터부(310)에 포함되어 컨버터부(310)에 연결된 복수의 배터리 팩을 제어한다. 제어부(312)가 컨버터부(310)에 포함되는 경우 연결된 배터리 팩들을 직접 파악하고 제어할 수 있는 장점이 있다.The converter unit 310 may simultaneously control a plurality of battery packs, and the controller 312 is included in the converter unit 310 to control the plurality of battery packs connected to the converter unit 310 . When the control unit 312 is included in the converter unit 310, there is an advantage of directly identifying and controlling the connected battery packs.

도 3의 (b)는 도 2와 같이 개별 컨버터들(320, 330, 340)로 컨버터부가 구성되는 경우의 예를 보여준다.FIG. 3B shows an example in which the converter unit is configured with individual converters 320 , 330 , and 340 as shown in FIG. 2 .

각 컨버터(320, 330, 340)는 제어부를 포함할 수 있다. 도 3의 (b)에서는 제1 컨버터(320)에 포함된 제어부(322)가 나머지 제2 컨버터(330) 및 제3 컨버터(340)를 제어하는 경우의 예를 나타낸다. 또는 제2 컨버터(330)나 제3 컨버터(340)에 포함된 제어부가 다른 컨버터들을 제어하는 구조일 수 있다. 각 컨버터(320, 330, 340)는 모두 제어부를 포함하고 있지만 마스터가 되는 컨버터의 제어부가 나머지 슬레이브 컨버터들의 제어부를 제어할 수 있는 것이다.Each of the converters 320 , 330 , and 340 may include a controller. 3B shows an example in which the controller 322 included in the first converter 320 controls the remaining second converter 330 and the third converter 340 . Alternatively, the control unit included in the second converter 330 or the third converter 340 may have a structure to control other converters. Each of the converters 320 , 330 , and 340 includes a control unit, but the control unit of the converter becoming the master can control the control units of the remaining slave converters.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 다중 연결 구조의 제어방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a method for controlling a multi-connection battery structure according to another embodiment of the present invention.

복수의 배터리 팩들을 제어하기 위해 컨버터와 독립된 제어부 또는 컨버터부에 포함된 제어부에 의해 배터리 팩들의 충방전이 제어된다. 독립된 제어부는 배터리 팩들의 충방전 제어를 위한 별도의 제어부이거나 인버터에 포함된 제어부일 수 있다. 제어부는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 제어부의 프로세서는 각 컨버터들을 제어하여 배터리 팩들의 충방전을 제어하기 위한 명령어들을 수행하고 메모리에는 이를 위한 프로그램 코드와 필요한 데이터들이 저장될 수 있다.Charging and discharging of the battery packs is controlled by a controller independent from the converter or a controller included in the converter to control the plurality of battery packs. The independent control unit may be a separate control unit for charging/discharging control of the battery packs or a control unit included in the inverter. The control unit may include one or more processors and memories. The processor of the control unit may control each converter to execute instructions for controlling charging and discharging of the battery packs, and program codes and necessary data for this may be stored in the memory.

제어부는 각 배터리 팩의 연결에 의해 전기 이동장치에 연결된 배터리 팩의 총 개수를 확인할 수 있다(S410). The control unit may check the total number of battery packs connected to the electric mobile device by the connection of each battery pack (S410).

본 발명은 하나의 메인 배터리가 아닌 복수의 배터리 팩을 사용하여 전기 이동장치에 전력을 공급하는 것이므로 몇 개의 배터리 팩이 연결되고 각 배터리 팩의 용량이 얼마인지 파악이 필요하기 때문이다. 이를 위해 제어부에는 제어부와 배터리 팩 사이의 통신을 위한 통신부가 더 포함될 수 있다. 또는 컨버터부에 포함된 각 제어부로부터 각 컨버터부에 연결된 배터리 팩에 관한 정보를 수신할 수도 있다.This is because the present invention supplies power to an electric mobile device using a plurality of battery packs instead of a single main battery, so it is necessary to determine how many battery packs are connected and what capacity of each battery pack is. To this end, the control unit may further include a communication unit for communication between the control unit and the battery pack. Alternatively, information on a battery pack connected to each converter may be received from each controller included in the converter.

제어부는 각 배터리 팩들로부터 수신한 배터리 팩의 현재 용량, 최대 출력 등의 정보를 종합하여 모든 배터리 팩을를 가동했을 때의 최대 출력을 계산한다(S420).The control unit calculates the maximum output when all the battery packs are operated by synthesizing information such as the current capacity and the maximum output of the battery packs received from each battery pack (S420).

복수의 배터리 팩들마다 각각 낼 수 있는 출력이 다르기 때문에 각 배터리 팩들의 출력 정보를 고려하여 모든 배터리가 가동될때의 최대 출력을 계산하고 그에 따라 각 배터리 팩들의 출력을 조절하기 위함이다.This is to calculate the maximum output when all the batteries are operating in consideration of the output information of each battery pack because the output that each battery pack can produce is different, and to adjust the output of each battery pack accordingly.

최대 출력을 계산한 다음 계산한 최대 출력에 따라 컨버터부를 설정하게 된다(S430). After calculating the maximum output, the converter unit is set according to the calculated maximum output (S430).

컨버터부는 모든 배터리 팩이 연결된 구조일 수 있고, 배터리 팩마다 각각의 컨버터가 연결되는 구조일 수 있음은 앞서 설명된 바와 같다. 컨버터부의 출력은 전기 이동장치에 사용되는 전압으로 설정될 수 있다.As described above, the converter unit may have a structure in which all battery packs are connected and each converter is connected to each battery pack. The output of the converter unit may be set to a voltage used in the electric moving device.

본 발명에서 전기 이동장치를 구동하기 위해 전용의 배터리 팩이 아닌 다른 종류의 배터리 팩도 사용이 가능하다. 따라서 출력 전압이 다른 배터리 팩들을 전기 이동장치에서 사용하는 전압으로 변환하기 위해 컨버터는 필수이다. 컨버터로는 절연형 컨버터나 비절연형 컨버터 모두 가능하고, 절연형 컨버터로는 플라이백(Flyback), 페이즈 쉬프트(Phase shift), LLC 등이 있으며, 비절연형 컨버터로는 벅(Buck), 부스트(Boost), 벅-부스트(Buck-Boost) 등 다양한 방식의 컨버터를 사용할 수 있다.In the present invention, a battery pack other than a dedicated battery pack may be used to drive the electric mobile device. Therefore, a converter is essential in order to convert battery packs with different output voltages into voltages used by electric mobile devices. Both isolated and non-isolated converters are available as converters, and isolated converters include flyback, phase shift, LLC, etc., and non-isolated converters include Buck and Boost. ) and buck-boost converters can be used.

제어부는 계산한 최대 출력을 감안하여 각 배터리 팩들의 출력 전압과 전류를 조절하기 위해 컨버터부를 설정하게 된다.The control unit sets the converter unit to adjust the output voltage and current of each battery pack in consideration of the calculated maximum output.

제어부는 또한컨버터부를 설정함으로써 전기 이동장치의 모터와 연결된 인버터에 전달되는 전력을 제어한다(S440). The controller also controls the power delivered to the inverter connected to the motor of the electric mobile device by setting the converter (S440).

각 배터리 팩의 최대출력과 용량에 따라 인버터에 전달되는 전력을 조절하는 것이다. 모든 배터리 팩의 출력을 동일하게 설정하는 경우 현재 용량이 가장 작은 배터리 팩이 먼저 전력을 모두 소진하게 되고 그렇게 되면 배터리 팩 전체를 이용한 최대 출력을 낼 수 없기 때문이다.The power delivered to the inverter is adjusted according to the maximum output and capacity of each battery pack. This is because, when the outputs of all battery packs are set to be the same, the battery pack with the smallest current capacity consumes all power first, and in this case, the maximum output using the entire battery pack cannot be produced.

따라서 제어부는 다양한 방법으로 배터리 팩들의 밸런스를 맞추는 작업을 수행할 수 있다.Accordingly, the controller may perform a task of balancing the battery packs in various ways.

한 실시예로 복수의 배터리 팩이 아닌 배터리 팩 하나씩만을 전기 이동장치의 구동에 사용할 수 있다. 전기 이동장치가 큰 출력을 필요로 하지 않는 경우라면 배터리 팩 하나씩만으로 전기 이동장치를 구동하는 것이다. 예를 들면 용량이 가장 적게 남은 배터리 팩으로 전기 이동장치를 구동하여 용량을 모두 소모하면 다음으로 용량이 작은 배터리 팩으로 전기 이동장치를 구동하는 식이다. 이렇게 용량이 가장 적게 남은 배터리 팩만 사용한다면 사용자는 충전소에서 충전량을 모두 소진한 배터리만 교체함으로써 충전을 진행하지 않고도 간편하게 배터리 용량을 보충할 수 있다.In one embodiment, only one battery pack instead of a plurality of battery packs may be used to drive the electric mobile device. If the electric movement device does not require a large output, only one battery pack is used to drive the electric movement device. For example, if the battery pack with the lowest capacity is used to drive the electric moving device and the capacity is consumed, the electric moving device is driven with the next smallest capacity battery pack. If only the battery pack with the lowest capacity is used, the user can easily replenish the battery capacity without charging by replacing only the battery that has run out of charge at the charging station.

다른 실시예로 제어부는 각 배터리 팩의 출력을 현재 용량과 비례하게 설정할 수 있다. In another embodiment, the controller may set the output of each battery pack in proportion to the current capacity.

예를 들어 제1 배터리 팩의 전압(V1)이 가장 높고 제2 배터리 팩의 전압(V2)이 중간, 제3 배터리 팩의 전압(V3)이 가장 낮은 순서라면 배터리의 용량 역시 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩, 제3 배터리 팩 순일 것이다. 따라서 제1 배터리 팩의 출력(기울기)을 가장 크게 설정하고 제3 배터리의 출력을 가장 작게 설정하면 한 배터리 팩이 먼저 소진되는 일 없이 최대 출력을 만들어 낼 수 있는 장점이 있다. 제어부는 중간중간 배터리 팩의 용량을 체크하면서 각 배터리 팩의 출력(기울기) 설정을 변경할 수도 있을 것이다.For example, if the voltage (V1) of the first battery pack is the highest, the voltage (V2) of the second battery pack is the middle, and the voltage (V3) of the third battery pack is the lowest, the capacity of the battery is also the first battery pack, The second battery pack will be in the order of the third battery pack. Therefore, when the output (slope) of the first battery pack is set to the largest and the output of the third battery is set to the smallest, there is an advantage in that one battery pack can generate the maximum output without first being exhausted. The controller may change the output (slope) setting of each battery pack while checking the capacity of the battery pack in the middle.

제어부는 모든 배터리 팩들의 전압을 일정하게 한 후 각 배터리 팩의 출력을 동일하게 설정할 수도 있다. 예를 들어 제1 배터리 팩의 전압(V1)이 가장 높고 제2 배터리 팩의 전압(V2)이 중간, 제3 배터리 팩의 전압(V3)이 가장 낮은 순서라면 제1 배터리 팩의 전압이 제3 배터리 팩의 전압과 같아질 때까지 제1 배터리 팩만 방전되도록 제어하고, 그 다음 제2 배터리 팩의 전압이 제3 배터리 팩의 전압과 같아질 때까지 제2 배터리 팩만 방전되도록 제어한다. 이후 제1, 제2 및 제3 배터리 팩의 전압이 동일해지면 세 배터리 팩들의 출력을 동일하게 설정할 수 있다. After making the voltages of all the battery packs constant, the controller may set the output of each battery pack to be the same. For example, if the voltage V1 of the first battery pack is the highest, the voltage V2 of the second battery pack is the middle, and the voltage V3 of the third battery pack is the lowest, the voltage of the first battery pack is the third Only the first battery pack is controlled to be discharged until it becomes equal to the voltage of the battery pack, and then only the second battery pack is controlled to be discharged until the voltage of the second battery pack becomes equal to the voltage of the third battery pack. Thereafter, when the voltages of the first, second, and third battery packs become the same, the outputs of the three battery packs may be set to be the same.

또는 제1 배터리 팩의 전압이 제2 배터리 팩의 전압과 같아질때까지 제1 배터리 팩을 우선 방전시키고, 제1 배터리 팩의 전압이 제2 배터리 팩의 전압과 같아지면 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩을 함께 방전시켜 제3 배터리 팩과 같아지면 세 배터리 팩을 동일한 출력으로 방전시키는 것도 가능할 것이다. 이렇게 세 개의 배터리를 밸런싱 한 후 방전시킨다면 최대 출력으로 가장 오랜 시간 전기 이동장치를 구동할 수 있을 것이다.제어부는 전압이 가장 낮은 배터리 팩의 전력을 가장 먼저 소모하도록 설정할 수도 있다. 여러 배터리 팩이 있는 경우 소모된 배터리 팩만을 교체함으로써 배터리 교체 시간 혹은 충전 시간을 단축할 수 있을 것이다. Alternatively, the first battery pack is first discharged until the voltage of the first battery pack becomes equal to the voltage of the second battery pack, and when the voltage of the first battery pack becomes equal to the voltage of the second battery pack, the first battery pack and the second battery pack If the battery packs are discharged together to become equal to the third battery pack, it will also be possible to discharge the three battery packs to the same output. If the three batteries are balanced and then discharged, the electric mobile device can be operated for the longest time at the maximum output. The controller may set the battery pack with the lowest voltage to consume power first. If there are multiple battery packs, the battery replacement time or charging time can be shortened by replacing only the exhausted battery pack.

배터리 팩들의 전력은 컨버터를 거쳐 인버터로 전달되고, 인버터에서 교류 전력으로 변환되어 모터로 전달되어 모터가 구동된다.The power of the battery packs is transmitted to the inverter through the converter, is converted into AC power in the inverter, and then transmitted to the motor to drive the motor.

도 5는 양방향 컨버터를 쓰는 경우의 컨버터 제어 흐름도를 나타낸다.5 is a flowchart showing a converter control in the case of using a bidirectional converter.

양방향 컨버터를 사용하는 경우 모터의 회생 에너지가 크면 배터리 팩을 충전할 수 있다. 즉, 단방향 컨버터를 사용할 때는 배터리 팩의 에너지가 모터로 전달되기만 하지만 양방향 컨버터를 사용하면 브레이킹 등에 의해 발생하는 회생 에너지의 전압이 배터리의 전압보다 높으면 배터리를 충전함으로써 전기 이동장치의 주행거리를 늘릴 수 있다.When a bidirectional converter is used, the battery pack can be charged if the regenerative energy of the motor is large. In other words, when using a one-way converter, energy from the battery pack is transferred to the motor, but when using a two-way converter, if the voltage of the regenerative energy generated by braking is higher than the voltage of the battery, the mileage of the electric mobile device can be increased by charging the battery. there is.

이를 위해 DC 버스의 전압을 수신하여(S510) 미리 설정된 전압보다 높은 지 확인한다(S520).To this end, it receives the voltage of the DC bus (S510) and checks whether it is higher than a preset voltage (S520).

DC 버스의 전압이 설정 전압보다 낮은 경우라면 일반적인 상태로 배터리 팩이 방전되도록 한다하여(S534). 도 4의 예와 같이 배터리 팩에서 모터로 전력이 전달되도록 컨버터를 제어한다. 제어부는 도 4의 예와 같이 연결된 모든 배터리 팩들의 상태를 파악하여 각 배터리 팩들의 출력을 설정할 수 있다. 즉, 최대 출력을 확인하고 각 배터리 팩들과 연결된 컨버터를 제어하여 각 배터리 팩들의 출력을 밸런싱 하거나 최대 출력으로 전기 이동장치를 구동할 수 있다.If the voltage of the DC bus is lower than the set voltage, the battery pack is discharged in a normal state (S534). As in the example of FIG. 4 , the converter is controlled to transmit power from the battery pack to the motor. As in the example of FIG. 4 , the controller may determine the state of all connected battery packs and set the output of each battery pack. That is, it is possible to check the maximum output and control the converter connected to each battery pack to balance the output of each battery pack or drive the electric moving device with the maximum output.

반대로 DC 버스의 전압이 설정 전압보다 높은 경우라면 회생 에너지가 더 큰 경우이므로 모터의 회생 에너지가 배터리 팩을 충전하도록 제어할 수 있다(S532). 제어부는 양방향 컨버터의 전력 전달 방향을 DC 버스에서 각 교체 배터리 팩으로 설정함으로써 각 배터리 팩을 충전할 수 있고, 그에 따라 전기 이동장치의 주행거리를 더 늘릴 수 있는 효과가 있따있다.Conversely, if the voltage of the DC bus is higher than the set voltage, since the regenerative energy is greater, the regenerative energy of the motor may be controlled to charge the battery pack (S532). The control unit can charge each battery pack by setting the power transfer direction of the bi-directional converter from the DC bus to each replacement battery pack, thereby further increasing the mileage of the electric mobile device.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.

Claims (10)

복수의 배터리 팩의 탈착이 가능한 커넥터부;
연결된 배터리 팩들의 전압을 변환하기 위한 컨버터부;
상기 컨버터부의 출력을 전기 이동장치의 모터에서 사용하는 전압으로 변환하여 모터에 전달하는 인버터부; 및
상기 컨버터부의 출력 전압을 설정하고, 전기 이동장치의 시스템 용량에 따라 상기 연결된 배터리 팩들의 선택을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
a connector unit capable of detaching a plurality of battery packs;
a converter unit for converting voltages of connected battery packs;
an inverter unit converting the output of the converter unit into a voltage used by the motor of the electric moving device and transmitting the converted voltage to the motor; and
and a control unit that sets the output voltage of the converter unit and controls selection of the connected battery packs according to the system capacity of the electric moving unit.
 제1항에 있어서,
상기 커넥터부에는 전압 또는 충전상태가 서로 다른 복수의 배터리 팩이 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
According to claim 1,
A replaceable battery multi-connection structure for an electric mobile device, characterized in that a plurality of battery packs having different voltages or charging states are simultaneously connected to the connector unit.
 제1항에 있어서,
상기 컨버터부는 상기 인버터부에 연결된 모터의 회생에너지를 상기 커넥터부에 연결된 배터리 팩에 전달하기 위한 양방향 컨버터로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
According to claim 1,
The converter unit is a replaceable battery multi-connection structure for an electric mobile device, characterized in that it is composed of a bidirectional converter for transferring the regenerative energy of the motor connected to the inverter unit to the battery pack connected to the connector unit.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 커넥터부에 연결된 복수의 배터리 팩 각각의 용량을 상기 컨버터부로부터 수신하여 상기 복수의 배터리 팩 각각의 용량에 따라 출력 전류를 설정하도록 상기 컨버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
According to claim 1,
The control unit receives the capacity of each of the plurality of battery packs connected to the connector unit from the converter unit, characterized in that the control unit controls the converter unit to set an output current according to the capacity of each of the plurality of battery packs, replaceable battery multi-connection structure for
 제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩의 출력 전류가 각 배터리 팩 용량에 비례하도록 상기 컨버터부를 설정하는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
5. The method of claim 4,
Wherein the control unit sets the converter unit so that the output current of the plurality of battery packs is proportional to the capacity of each battery pack, a replaceable battery multi-connection structure for an electric mobile device.
 제1항에 있어서,
상기 커넥터부는 배터리 종류에 따라 교체가 가능한 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
According to claim 1,
The connector part is replaceable according to the type of battery, replaceable battery multi-connection structure for an electric mobile device.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 컨버터부에 포함되는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 구조.
According to claim 1,
The control unit is a replaceable battery multi-connection structure for an electric mobile device, characterized in that included in the converter unit.
 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어부에 수행되는 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 제어방법에 있어서:
상기 전기 이동장치에 연결된 교체형 배터리 팩의 개수를 수신하는 단계;
상기 연결된 배터리 팩의 총 출력을 계산하는 단계;
상기 계산된 최대 출력에 따라 상기 연결된 배터리 팩 각각의 출력을 조절하는 컨버터부를 설정하는 단계; 및
상기 컨버터부에 의해 설정된 배터리 팩의 출력이 상기 전기 이동장치의 모터에 연결된 인버터에 전달되도록 제어하는 단계;를 포함하는 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 제어방법.
A method for controlling multiple connection of a replaceable battery for an electric mobile device performed by a control unit including one or more processors, the method comprising:
receiving the number of replaceable battery packs connected to the electric mobile device;
calculating a total output of the connected battery pack;
setting a converter unit that adjusts an output of each of the connected battery packs according to the calculated maximum output; and
and controlling the output of the battery pack set by the converter unit to be transmitted to an inverter connected to a motor of the electric mobile device.
 제8항에 있어서,
상기 연결된 배터리 팩 각각의 출력은 상기 연결된 배터리 팩 각각의 현재 용량에 비례하도록 조절하는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 제어방법.
9. The method of claim 8,
The method for controlling multiple connection of replaceable batteries for an electric mobile device, characterized in that the output of each of the connected battery packs is adjusted to be proportional to the current capacity of each of the connected battery packs.
 제8항에 있어서,
상기 전기 이동장치의 모터에 의해 발생한 전력이 미리 설정된 값보다 큰 경우 상기 발생한 전력이 상기 연결된 배터리 팩에 전달되도록 상기 컨버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전기 이동장치를 위한 교체형 배터리 다중 연결 제어방법.
9. The method of claim 8,
Replaceable battery multi-connection control method for an electric mobile device, characterized in that when the electric power generated by the motor of the electric mobile device is greater than a preset value, the converter unit is controlled so that the generated electric power is transferred to the connected battery pack .
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