WO2018048033A1 - 차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a charging and discharging device for a vehicle battery module, and more particularly to a charging and discharging device for a vehicle battery module for detecting a state of a vehicle battery consisting of a plurality of battery cells to be charged at an appropriate level.
  • Batteries are used in a variety of industries, for example in the case of electric vehicles or drones, the battery is an energy supply means for operation, the energy storage system is a means for storing and distributing energy for a long time in large quantities.
  • a battery used in such a field becomes a rechargeable secondary battery, such as a lithium polymer or a lithium ion battery.
  • a plurality of battery cells may be made of one battery module and made of battery packs by a plurality of battery modules.
  • Such a battery module or battery pack may be used as a means for power supply, and when the power of the battery module or battery pack is consumed, it may need to be charged in units of modules or packs. There is a need for suitable means or techniques to reliably charge the battery module or battery pack.
  • Charging to a battery module or battery pack capable of supplying power at a constant level while storing a large amount of power needs to be made stable without damaging the state of the battery, and needs to be properly discharged as necessary.
  • the charging or discharging process of each battery cell forming the battery module or battery pack needs to be monitored in an appropriate manner.
  • Known charging and discharging devices do not disclose how the battery module or battery pack can thus be stably charged or discharged.
  • the present invention has been made to solve the problems of the known art and has the following object.
  • An object of the present invention is to provide a charging and discharging device for a vehicle battery module that can be stably charged or discharged of a battery module consisting of a plurality of battery cells.
  • a charging and discharging device for a vehicle battery module is a charging and discharging device for a battery module comprising a charging control module and a battery charging cradle whose operation is controlled by the charging control module, wherein the battery charging cradle
  • the airtight housing is formed therein, the hermetic housing formed with an openable door; A pair of moving rails formed to face each other in the accommodation space; A battery tray movable in and out of the hermetic housing along the pair of moving rails; A pair of charging cables disposed inside the hermetic housing and each having a contact electrode formed thereon; A cable guide tab formed inside the sealed housing to fix the detection cable; And an air circulation unit for air circulation inside and outside the sealed housing.
  • the charge control module is made of a structure independent of the battery charge cradle and is electrically connected to the battery charge cradle by a connecting cable.
  • the apparatus further includes a cell monitoring unit for detecting a state of each battery cell forming the battery module.
  • the battery detection unit further includes a battery detection unit introduced through a cable guide tab to be connected to the battery management system of the battery module.
  • the charging and discharging device of a battery module according to the present invention allows each battery module or battery module to be stably charged so that the life of each battery cell is improved.
  • the charging and discharging device of the battery module according to the present invention allows the respective battery cells to be detected in the charging and discharging process of the battery module, thereby improving the charging or discharging efficiency of the battery module.
  • FIG. 1 and 2 illustrate an embodiment of a battery charging cradle according to the present invention.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of a charging control module according to the present invention.
  • FIG 4 and 5 show an embodiment of the operation structure of the charging and discharging device according to the present invention.
  • FIG. 1 and 2 illustrate an embodiment of a battery charging cradle forming a charging device according to the present invention.
  • the charging and discharging device of the battery module includes a charging control module and a battery charging cradle 10 whose operation is controlled by the charging control module.
  • the battery charging cradle 10 has an accommodating space therein and an airtight housing 11 in which a door 12 that can be opened and closed is formed; A pair of moving rails 14a and 14b formed to face each other in the accommodation space; A battery tray 13 movable in and out of the hermetic housing 11 along the pair of moving rails 14a and 14b; A pair of charging cables PC1 and PC2 disposed inside the hermetic housing 11 and in which contact electrodes are formed, respectively; A cable guide tab 16 formed inside the sealed housing 11 to fix the detection cable; And air circulation units 15 and 18 for air circulation inside and outside the sealed housing 11.
  • the charging and discharging device may be applied to charging or discharging various battery modules, and the battery module or battery pack may be formed of a plurality of battery cells.
  • the plurality of battery cells may be managed by a battery managing system or other suitable management system.
  • the battery management system can detect the state of each battery cell, for example, detect and store the voltage, discharge level or current of each battery cell.
  • a battery module is described as including a battery pack, and the battery module may be composed of a plurality of battery cells connected to each other in series or in parallel, and the plurality of battery cells may be managed by a battery management system or a similar management unit. have.
  • the sealed housing 11 may be box-shaped as a whole, and the sealed housing 11 may be installed in a facility for filling.
  • the hermetic housing 11 may form an accommodation space in which the battery module and various units related to charging the battery module can be accommodated.
  • the door 12 lockable by the locking units 122a and 122b may be disposed on one side of the sealed housing 11, and the battery module may be accommodated in the sealed housing 11 through the door 12. have.
  • a window 121 may be formed in the door 12 to allow internal observation, and an accommodation space may be opened by opening the door 12.
  • the moving rails 14a and 14b may be disposed on the side or bottom surface of the accommodation space.
  • the moving rails 14a and 14b may extend linearly to face each other inward from the surface on which the door 12 is disposed at the side or bottom surface of the accommodation space.
  • the battery tray 13 may be moved from the outside of the sealed housing 11 to the inside of the sealed housing 11 along the moving rails 14a and 14b.
  • the battery tray 13 may have a plate shape having a thickness, and may have a movement guide movable in a sliding manner along a pair of movement rails 14a and 14b installed below the side of the accommodation space.
  • An acceleration detection unit or a load cell may be installed on the bottom surface of the battery tray 13, and the tray locking unit 131 may be installed on the wall surface opposite the door 12.
  • the tray locking unit 131 may be formed of, for example, a movable locking member that is electronically operated by a solenoid and a fixing hole structure into which the movable locking member is inserted and fixed.
  • the movable locking member may be installed at the inner end or side of the battery tray 13, and the fixing hole may be installed at the bottom side of the accommodation space or the inner ends of the movable rails 14a and 14b.
  • the battery tray 13 may be fixed at a predetermined position in the receiving space in various ways, thereby allowing the battery tray 13 to be fixed at a stable fixed position of the battery module during the charging process.
  • the structural stability of the battery module charged by the acceleration detection unit or the load cell can be detected.
  • the moving handle 132 may be installed in the front portion of the battery tray 13 but is not necessarily required.
  • the battery tray 13 may be electrically or electronically moved along the moving rails 14a and 14b.
  • the battery tray 13 may be made of various structures that are movable inside the accommodation space, and the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • the air circulation units 15 and 18 may be installed inside the sealed housing 11, and the air circulation units 15 and 18 may be formed of the inlet unit 15 and the discharge unit 18.
  • the inlet unit 15 can be, for example, an air circulation fan formed on one wall of the receiving space, and the discharge unit 18 can be a plurality of through holes penetrating the other wall of the receiving space.
  • the outside air introduced through the inflow unit 15 may be circulated inside the accommodation space and discharged to the discharge unit 18 to be discharged to the outside of the sealed housing 11.
  • the air circulation units 15 and 18 may have a function of adjusting the internal temperature of the battery module or the receiving space in the charging process.
  • the temperature detection unit may be disposed inside the sealed housing 11, and the air temperature introduced through the inflow unit 15 may be adjusted based on the temperature detected from the temperature detection unit.
  • the adjustment of the air temperature can be made, for example, by thermoelectric elements or other cooling means.
  • the charging terminal When the battery module is accommodated in the sealed housing 11, the charging terminal may be connected to the contact electrodes of the pair of charging cables PC1 and PC2, and charging may be performed by the control of the charging control module.
  • One end of the pair of charging cables PC1 and PC2 may be connected to an external power supply, and the other end of the pair of charging cables PC1 and PC2 having contact electrodes may be located in the accommodation space.
  • the pair of charging cables PC1 and PC2 may be made of various structures in which contact electrodes may be connected to the charging terminals of the battery module located inside the accommodation space, and the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • the cable guide tab 16 can be arranged at one wall or other suitable location of the hermetic housing 11, the cable can be introduced from the outside through the cable guide tab 16 and sealed by the detection cable.
  • the battery module and the charge control module accommodated in the inner space of the housing 11 may be connected.
  • the state of each battery cell of the battery module may be detected.
  • the lighting unit LA may be disposed in the sealed housing 11 to check an internal state, and the door locking sensor 17 may be installed to check the locked state of the door 12.
  • the locked state of the door 12 may be confirmed.
  • various detection units may be arranged for detection of temperature, humidity or current leakage that can detect the operating environment inside the accommodation space, and the information detected by the detection unit may be transmitted to the charging control module.
  • the charging control module may adjust the charging state of the battery module based on the transmitted information.
  • a display screen SC such as an LCD screen for display
  • an air circulation unit AO connected to the air circulation units 15 and 18 may be formed on an outer surface of the battery charging cradle 10.
  • Various units for charging or controlling the charging process of the battery module may be disposed in the battery charging cradle 10.
  • the charging process of the battery charging cradle 10 may be controlled by the charging control module.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of a charge control module 20 according to the present invention.
  • the charging control module 20 may include a control housing 21; Various operating software or hardware including a control unit installed inside the control housing 21; An input unit 22 for setting up a charging process; A control screen 23 for displaying various information related to an operating situation or a charging process; And a ventilation unit 24 for air circulation between the inside and the outside of the control housing 21.
  • an information connection slot 25 may be arranged in the charging control module 20, and the information connection slot 25 may be upgraded or receive information of operating software of a control unit installed therein.
  • An emergency switch ES for power off in an emergency state and an operating state lamp LA2 for indicating an operating state can be installed.
  • an operation switch SW for operating the charging control module 20 and a handling handle HA2 for movement may be installed.
  • the charging control module 20 may be fixed at a predetermined position and may be electrically connected to the battery charging cradle to perform data communication. As a result, the charging control module 20 may process information transmitted from the battery charging cradle while controlling the operation state of the battery charging cradle.
  • FIG 4 and 5 show an embodiment of the operation structure of the charging and discharging device according to the present invention.
  • the control unit 31 may be installed in the charge control module to control the overall operation of the charge control module and the battery charging cradle.
  • the position of the battery can be detected by the contact confirmation unit 34.
  • the battery module BM may be detected by the contact sensor or the weight sensor.
  • the position of the battery module BM in the battery tray 13 may be detected and transmitted to the contact checking unit 34, whereby the battery module BM is loaded at a predetermined position of the battery tray 13. Can be confirmed.
  • the battery tray 13 is taken out of the sealed housing 11, the battery module BM may be loaded, and the battery module BM may be positioned inside the sealed housing 11 by the battery tray 13. .
  • the charging cables PC1 and PC2 may be connected to the charging terminal, and at the same time, the battery detection unit 32 for detecting the state of the battery may be connected to the battery module BM.
  • the battery detection unit 32 may be connected to the charging control module by a detection cable SCA introduced into the sealed housing 11 through the cable guide tab 16.
  • the connection state of the charging terminal or the state of connection of the battery detection unit 32 may be detected by the connection detection unit 35.
  • the connection state of the battery detection unit 32 can be confirmed, for example, by sending a detection current or by measuring the contact voltage.
  • the state of the battery may be detected by the battery detection unit 32, and for example, the type of the battery module BM and the type of each battery cell forming the battery module BM may be identified.
  • the battery detection unit 32 may also detect the state of charge or protection of each battery cell and transmit it to the cell monitoring unit 36 through the control unit 31.
  • the state detection unit 33 may detect such a temperature or humidity inside the sealed housing 11 during the filling process.
  • the cell monitoring unit 36 may store such things as the initial voltage, charge or discharge state or initial temperature of each battery cell.
  • the charging condition may be input by the charging setting unit 37, and charging of each battery cell may be performed by the charging unit 38. If necessary, the discharge of each battery cell can be made. For example, if one battery cell is in a state where a very small amount is charged, discharge may occur first. In addition, in the case of a battery module that is not used for a long time or must be discarded, each battery cell forming the battery module may be discharged.
  • the state of each battery cell forming the battery module during the charging or discharging process may be detected by the cell monitoring unit 36. For example, the state of charge, temperature, voltage or current of each battery cell can be detected by the cell monitoring unit 36.
  • the cell monitoring unit 36 may include a balance detection circuit, and the balance detection circuit may have, for example, a function of adjusting a state of charge or discharge between each battery cell. For example, the balance detection circuit can be adjusted such that the charged level between each battery cell is less than or equal to 10%.
  • the balance detection circuit may be connected to the charge switch unit to adjust the charge level between different battery cells so as not to exceed a predetermined level.
  • the charging process of the charging unit 38 can be monitored by the cell balancing unit 39.
  • the cell balancing unit 39 may monitor the charging state of each battery cell in the charging process of the battery module. For example, the cell balancing unit 39 may detect a charge or discharge state of each battery cell, a voltage of each battery cell, an inflow or outflow current, and the like during the charging process.
  • the cell balancing unit 39 may have balance range data such that the charge or discharge balance between battery cells can be maintained while charging is performed between the respective battery cells.
  • Balance range data refers to the relationship of charge levels between different cells. For example, the total charge level may be divided into 10 grades, and each grade may determine a charge tolerance range between different battery cells.
  • the charge level between different batteries may be determined so as not to deviate from the 1 or 2 rating.
  • Such balance range data may be determined by the number of battery cells forming the battery module, the type of battery cells, or a series or parallel arrangement of battery cells.
  • the charging and discharging device for a vehicle battery module according to the present invention can be operated in various ways and the present invention is not limited to the embodiments shown.
  • the charging and discharging device of a battery module according to the present invention allows each battery module or battery module to be stably charged so that the life of each battery cell is improved.
  • the charging and discharging device of the battery module according to the present invention allows the respective battery cells to be detected in the charging and discharging process of the battery module, thereby improving the charging or discharging efficiency of the battery module.
  • the present invention can be applied to batteries that power unmanned aerial vehicles or similar devices, including electric vehicles.

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Abstract

차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 충전 제어 모듈 및 충전 제어 모듈에 의하여 작동이 제어되는 배터리 충전 크래들(10)로 이루어진 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치에 있어서, 상기 배터리 충전 크래들(10)은 내부에 수용 공간이 형성되고, 개폐 가능한 도어(12)가 형성된 밀폐 하우징(11); 상기 수용 공간에 서로 마주 보도록 형성된 한 쌍의 이동 레일(14a, 14b); 한 쌍의 이동 레일(14a, 14b)을 따라 밀폐 하우징(11)의 내부 및 외부로 이동 가능한 배터리 트레이(13); 밀폐 하우징(11)의 내부에 배치되고 각각 접촉 전극이 형성된 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2); 탐지 케이블이 고정되도록 밀폐 하우징(11)의 내부에 형성된 케이블 유도 탭(16); 및 밀폐 하우징(11)의 내부 및 외부의 공기 순환을 위한 공기 순환 유닛(15, 18)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치
본 발명은 차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 배터리 셀로 이루어진 차량용 배터리의 상태를 탐지하여 적정한 수준으로 충전될 수 있도록 하는 차량용 배터리 모듈 충전 및 방전 장치에 관한 것이다.
다양한 산업 분야에 배터리가 사용되고, 예를 들어 전기 자동차 또는 드론의 경우 배터리가 작동을 위한 에너지 공급 수단이 되고, 에너지 저장 시스템은 대량으로 장시간 동안 에너지를 저장하여 분배시키는 수단이 된다. 일반적으로 이와 같은 분야에서 사용되는 배터리는 충전 가능한 이차 배터리가 되고, 리튬 폴리머 또는 리튬 이온 전지와 같은 것이 된다. 이와 같은 적용에서 배터리의 용량을 증가시키기 위하여 다수 개의 배터리 셀이 하나의 배터리 모듈로 만들어지고 다수 개의 배터리 모듈에 의하여 배터리 팩으로 만들어질 수 있다. 이와 같은 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 전력 공급을 위한 수단으로 사용될 수 있고, 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 전력이 소모되면 모듈 또는 팩 단위로 충전이 될 필요가 있다. 그리고 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 안정적으로 충전할 수 있는 적절한 수단 또는 기술이 요구된다.
대량의 전력을 저장하면서 일정 수준으로 전력의 공급이 가능한 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 대한 충전은 배터리의 상태가 손상되지 않으면서 안정적으로 이루어질 필요가 있고, 필요에 따라 적절하게 방전이 될 필요가 있다. 이를 위하여 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 형성하는 각각의 배터리 셀의 충전 또는 방전 과정이 적절한 방법으로 감시될 필요가 있다. 공지된 충전 및 방전 장치는 이와 같이 배터리 모듈 또는 배터리 팩이 안정적으로 충전 또는 방전이 될 수 있는 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 공지 기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 다수 개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 모듈의 충전 또는 방전이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 충전 제어 모듈 및 충전 제어 모듈에 의하여 작동이 제어되는 배터리 충전 크래들로 이루어진 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치에 있어서, 상기 배터리 충전 크래들은 내부에 수용 공간이 형성되고, 개폐 가능한 도어가 형성된 밀폐 하우징; 상기 수용 공간에 서로 마주 보도록 형성된 한 쌍의 이동 레일; 한 쌍의 이동 레일을 따라 밀폐 하우징의 내부 및 외부로 이동 가능한 배터리 트레이; 밀폐 하우징의 내부에 배치되고 각각 접촉 전극이 형성된 한 쌍의 충전 케이블; 탐지 케이블이 고정되도록 밀폐 하우징의 내부에 형성된 케이블 유도 탭; 및 밀폐 하우징의 내부 및 외부의 공기 순환을 위한 공기 순환 유닛으로 이루어진다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 충전 제어 모듈은 배터리 충전 크래들과 독립된 구조로 만들어져 연결 케이블에 의하여 배터리 충전 크래들과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 배터리 모듈을 형성하는 각각의 배터리 셀의 상태를 탐지하는 셀 모니터링 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 배터리 모듈의 배터리 관리 시스템에 연결되도록 케이블 유도 탭을 통하여 유입되는 배터리 탐지 유닛을 더 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 각각의 배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 안정적으로 충전이 되도록 하는 것에 의하여 각각의 배터리 셀의 수명이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 배터리 모듈의 충전 및 방전 과정에서 각각의 배터리 셀이 탐지되도록 하는 것에 의하여 배터리 모듈의 충전 또는 방전 효율이 향상되도록 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 배터리 충전 크래들의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 충전 제어 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 충전 및 방전 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 충전 장치를 형성하는 배터리 충전 크래들의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 충전 제어 모듈 및 충전 제어 모듈에 의하여 작동이 제어되는 배터리 충전 크래들(10)로 이루어진다. 그리고 배터리 충전 크래들(10)은 내부에 수용 공간이 형성되고, 개폐 가능한 도어(12)가 형성된 밀폐 하우징(11); 상기 수용 공간에 서로 마주 보도록 형성된 한 쌍의 이동 레일(14a, 14b); 한 쌍의 이동 레일(14a, 14b)을 따라 밀폐 하우징(11)의 내부 및 외부로 이동 가능한 배터리 트레이(13); 밀폐 하우징(11)의 내부에 배치되고 각각 접촉 전극이 형성된 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2); 탐지 케이블이 고정되도록 밀폐 하우징(11)의 내부에 형성된 케이블 유도 탭(16); 및 밀폐 하우징(11)의 내부 및 외부의 공기 순환을 위한 공기 순환 유닛(15, 18)으로 이루어진다.
본 발명에 따른 충전 및 방전 장치는 다양한 배터리 모듈의 충전 또는 방전에 적용될 수 있고, 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 다수 개의 배터리 셀로 이루어질 수 있다. 그리고 다수 개의 배터리 셀은 배터리 관리 시스템(Battery Managing System) 또는 다른 적절한 관리 시스템에 의하여 관리될 수 있다. 배터리 관리 시스템은 각각의 배터리 셀의 상태를 탐지할 수 있고, 예를 들어 각각의 배터리 셀의 전압, 방전 수준 또는 전류를 탐지하고 이를 저장할 수 있다. 본 명세서에서 배터리 모듈은 배터리 팩을 포함하는 것으로 설명되고, 배터리 모듈은 직렬 또는 병렬로 서로 연결된 다수 개의 배터리 셀로 이루어질 수 있고, 다수 개의 배터리 셀은 배터리 관리 시스템 또는 이와 유사한 관리 유닛에 의하여 관리될 수 있다.
밀폐 하우징(11)은 전체적으로 박스 형상이 될 수 있고, 밀폐 하우징(11)은 충전을 위한 설비에 설치될 수 있다. 밀폐 하우징(11)은 내부에 배터리 모듈 및 배터리 모듈을 충전과 관련된 다양한 유닛이 수용될 수 있는 수용 공간을 형성할 수 있다. 밀폐 하우징(11)의 한쪽 면에 잠금 유닛(122a, 122b)에 의하여 잠금 가능한 도어(12)가 배치될 수 있고, 도어(12)를 통하여 배터리 모듈이 밀폐 하우징(11)의 내부에 수용될 수 있다. 도어(12)에 내부의 관찰이 가능한 윈도우(121)가 형성될 수 있고, 도어(12)의 개방에 의하여 수용 공간이 개방될 수 있다. 그리고 수용 공간의 측면 또는 바닥 면에 이동 레일(14a, 14b)이 배치될 수 있다. 이동 레일(14a, 14b)은 수용 공간의 측면 또는 바닥 면에서 도어(12)가 배치된 면으로부터 안쪽으로 서로 마주보도록 선형으로 연장될 수 있다. 그리고 이동 레일(14a, 14b)을 따라 배터리 트레이(13)가 밀폐 하우징(11)의 외부로부터 내부로 이동되어 밀폐 하우징(11)의 내부에 수용될 수 있다.
배터리 트레이(13)은 두께를 가진 판 형상이 될 수 있고, 수용 공간의 측면 아래쪽에 설치된 한 쌍의 이동 레일(14a, 14b)을 따라 슬라이딩 방식으로 이동 가능한 이동 가이드를 가질 수 있다. 배터리 트레이(13)의 아래쪽 면에 가속도 탐지 유닛 또는 로드 셀이 설치될 수 있고, 도어(12)의 맞은 편 벽면에 트레이 잠금 유닛(131)이 설치될 수 있다. 트레이 잠금 유닛(131)은 예를 들어 솔레노이드에 의하여 전자적으로 작동하는 이동 잠금 부재 및 이동 잠금 부재가 삽입 및 고정되는 고정 홀 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어 이동 잠금 부재는 배터리 트레이(13)의 안쪽 끝 또는 측면에 설치되고, 고정 홀은 수용 공간의 바닥 면 또는 이동 레일(14a, 14b)의 안쪽 끝 부분에 설치될 수 있다. 배터리 트레이(13)는 수용 공간 내부에서 다양한 방법으로 정해진 위치에 고정될 수 있고, 이에 의하여 충전 과정에서 배터리 모듈의 안정적으로 정해진 위치에 고정되도록 한다. 또한 가속도 탐지 유닛 또는 로드 셀에 의하여 충전되는 배터리 모듈의 구조적 안정성이 탐지될 수 있다. 배터리 트레이(13)의 앞쪽 부분에 이동 손잡이(132)가 설치될 수 있지만 반드시 요구되는 것은 아니다. 예를 들어 배터리 트레이(13)는 이동 레일(14a, 14b)을 따라 전기적 또는 전자적으로 이동될 수 있다. 배터리 트레이(13)는 수용 공간의 내부에서 이동 가능한 다양한 구조로 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
밀폐 하우징(11)의 내부에 공기 순환 유닛(15, 18)이 설치될 수 있고, 공기 순환 유닛(15, 18)은 유입 유닛(15) 및 배출 유닛(18)으로 이루어질 수 있다. 유입 유닛(15)은 예를 들어 수용 공간의 한쪽 벽면에 형성되는 공기 순환 팬이 될 수 있고, 배출 유닛(18)은 수용 공간의 다른 쪽 벽면을 관통하는 다수 개의 관통 홀이 될 수 있다. 유입 유닛(15)을 통하여 유입된 외부 공기는 수용 공간의 내부를 순환하여 배출 유닛(18)으로 배출되어 밀폐 하우징(11)의 외부로 배출될 수 있다. 공기 순환 유닛(15, 18)은 충전 과정에 있는 배터리 모듈 또는 수용 공간의 내부 온도를 조절하는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 밀폐 하우징(11)의 내부에 온도 탐지 유닛이 배치될 수 있고, 온도 탐지 유닛으로부터 탐지된 온도에 기초하여 유입 유닛(15)을 통하여 유입되는 공기 온도가 조절될 수 있다. 공기 온도의 조절은 예를 들어 열전 소자 또는 다른 냉각 수단에 의하여 이루어질 수 있다.
밀폐 하우징(11)의 내부에 배터리 모듈이 수용되면 충전 단자가 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2)의 접촉 전극에 연결되고 충전 제어 모듈의 제어에 의하여 충전이 이루어질 수 있다. 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2)의 한쪽 끝은 외부 전력 공급원과 연결되고, 접촉 전극이 형성된 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2)의 다른 끝은 수용 공간에 위치될 수 있다. 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2)은 수용 공간의 내부에 위치하는 배터리 모듈의 충전 단자에 접촉 전극이 연결될 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
밀폐 하우징(11)의 한쪽 벽 또는 다른 적절한 위치에 케이블 유도 탭(16)이 배치될 수 있고, 케이블 유도 탭(16)을 통하여 탐지 케이블이 외부로부터 내부로 유입될 수 있고, 탐지 케이블에 의하여 밀폐 하우징(11)의 내부 공간에 수용되는 배터리 모듈과 충전 제어 모듈이 연결될 수 있다. 그리고 배터리 모듈의 각각의 배터리 셀의 상태가 탐지될 수 있다. 밀폐 하우징(11)의 내부에 내부 상태의 확인을 위한 조명 유닛(LA)이 배치될 수 있고, 도어 잠김 센서(17)가 설치되어 도어(12)의 잠김 상태가 확인될 수 있다. 그리고 도어 잠김 센서(17)에 의하여 배터리 모듈이 수용 공간의 내부에 위치하는 경우 도어(12)의 잠금 상태가 확인될 수 있다. 또한 수용 공간 내부의 작동 환경을 탐지할 수 있는 온도, 습도 또는 전류 누설의 탐지를 위한 다양한 탐지 유닛이 배치될 수 있고, 탐지 유닛에 의하여 탐지된 정보는 충전 제어 모듈로 전송될 수 있다. 그리고 충전 제어 모듈은 전송된 정보에 기초하여 배터리 모듈의 충전 상태를 조절할 수 있다.
배터리 충전 크래들(10)에 취급을 위한 손잡이(HN), 배터리 충전 크래들(10)에 설치되는 다양한 작동 유닛과 배터리 모듈의 충전을 위한 전력을 외부로부터 공급하기 위한 메인 커넥터(MC) 및 작동 상태의 표시를 위한 엘시디 스크린과 같은 표시 스크린(SC)이 설치될 수 있다. 또한 배터리 충전 크래들(10)의 외부 면에 공기 순환 유닛(15, 18)과 연결되는 공기 순환 유닛(AO)이 형성될 수 있다. 배터리 모듈의 충전 또는 충전 과정의 제어를 위한 다양한 유닛이 배터리 충전 크래들(10)에 배치될 수 있다.
배터리 충전 크래들(10)의 충전 과정은 충전 제어 모듈에 의하여 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 충전 제어 모듈(20)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 충전 제어 모듈(20)은 제어 하우징(21); 제어 하우징(21)의 내부에 설치되는 제어 유닛을 포함하는 다양한 작동 소프트웨어 또는 하드웨어; 충전 과정의 설정을 위한 입력 유닛(22); 작동 상황 또는 충전 과정과 관련된 다양한 정보의 표시를 위한 제어 스크린(23); 및 제어 하우징(21)의 내부와 외부 사이의 공기 순환을 위한 환기 유닛(24)을 포함할 수 있다. 또한 충전 제어 모듈(20)에 정보 연결 슬롯(25)이 배치될 수 있고, 정보 연결 슬롯(25)은 통하여 내부에 설치된 제어 유닛의 작동 소프트웨어의 업그레이드 또는 정보의 수신이 이루어질 수 있다. 비상 상태에서 전력 차단을 위한 비상 스위치(ES) 및 작동 상태의 표시를 위한 작동 상태 램프(LA2)가 설치될 수 있다. 또한 충전 제어 모듈(20)의 작동을 위한 작동 스위치(SW) 및 이동을 위한 취급 핸들(HA2)이 설치될 수 있다. 충전 제어 모듈(20)은 정해진 위치에 고정될 수 있고, 전기적으로 배터리 충전 크래들과 연결되어 데이터 통신이 가능하다. 이에 의하여 충전 제어 모듈(20)은 배터리 충전 크래들의 작동 상태를 제어하면서 배터리 충전 크래들에서 전송되는 정보를 처리할 수 있다.
아래에서 이와 같이 충전 제어 모듈(20)에 의하여 배터리 충전 크래들이 충전 또는 방전이 되는 과정에 대하여 설명된다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 충전 및 방전 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 충전 제어 모듈에 제어 유닛(31)이 설치되어 충전 제어 모듈과 배터리 충전 크래들의 전체 작동이 제어될 수 있다. 접촉 확인 유닛(34)에 의하여 배터리의 위치가 탐지될 수 있다. 예를 들어 배터리 모듈(BM)이 배터리 트레이(13)에 적재되면 접촉 센서 또는 중량 센서에 의하여 배터리 모듈(BM)이 탐지될 수 있다. 또한 배터리 트레이(13)에서 배터리 모듈(BM)의 위치가 탐지되어 접촉 확인 유닛(34)으로 전송될 수 있고, 그에 의하여 배터리 모듈(BM)이 배터리 트레이(13)의 정해진 위치에 적재되어 있는지 여부가 확인될 수 있다. 배터리 트레이(13)가 밀폐 하우징(11)의 외부로 꺼내지면 배터리 모듈(BM)이 적재되고, 배터리 모듈(BM)은 배터리 트레이(13)에 의하여 밀폐 하우징(11)의 내부에 위치될 수 있다. 그리고 충전 케이블(PC1, PC2)이 충전 단자에 연결되고, 이와 동시에 배터리의 상태를 탐지하기 위한 배터리 탐지 유닛(32)이 배터리 모듈(BM)에 연결될 수 있다. 배터리 탐지 유닛(32)은 케이블 유도 탭(16)을 통하여 밀폐 하우징(11)의 내부로 유입되는 탐지 케이블(SCA)에 의하여 충전 제어 모듈과 연결될 수 있다. 그리고 연결 탐지 유닛(35)에 의하여 충전 단자의 연결 상태 또는 배터리 탐지 유닛(32)의 연결 상태가 탐지될 수 있다. 배터리 탐지 유닛(32)의 연결 상태는 예를 들어 탐지 전류를 전송하거나, 접촉 전압을 측정하는 것에 의하여 확인될 수 있다. 연결 탐지 유닛(35)에 충전 단자 또는 배터리 탐지 유닛(32)의 연결 상태가 확인되면 배터리 탐지 유닛(32) 및 상태 탐지 유닛(33)이 작동될 수 있다.
배터리 탐지 유닛(32)에 의하여 배터리의 상태가 탐지될 수 있고, 예를 들어 배터리 모듈(BM)의 종류, 배터리 모듈(BM)을 형성하는 각각의 배터리 셀의 종류가 확인될 수 있다. 또한 배터리 탐지 유닛(32)은 각각의 배터리 셀의 충전 상태 또는 방지 상태를 탐지하여 제어 유닛(31)을 통하여 셀 모니터링 유닛(36)으로 전송할 수 있다. 또한 상태 탐지 유닛(33)에 의하여 충전 과정에서 밀폐 하우징(11) 내부의 온도 또는 습도와 같은 것이 탐지될 수 있다.
셀 모니터링 유닛(36)에 의하여 각각의 배터리 셀의 초기 전압, 충전 또는 방전 상태 또는 초기 온도와 같은 것이 저장될 수 있다. 그리고 충전 설정 유닛(37)에 의하여 충전 조건이 입력될 수 있고, 충전 유닛(38)에 의하여 각각의 배터리 셀에 대한 충전이 이루어질 수 있다. 필요에 따라 각각의 배터리 셀에 대한 방전이 이루어질 수 있다. 예를 들어 하나의 배터리 셀이 매우 작은 양이 충전된 상태에 있다면 먼저 방전이 이루어질 수 있다. 또한 장시간 사용되지 않거나 폐기가 되어야 하는 배터리 모듈의 경우 배터리 모듈을 형성하는 각각의 배터리 셀이 방전될 수 있다. 충전 또는 방전 과정에서 배터리 모듈을 형성하는 각각의 배터리 셀의 상태가 셀 모니터링 유닛(36)에 의하여 탐지될 수 있다. 예를 들어 각각의 배터리 셀의 충전 상태, 온도, 전압 또는 전류가 셀 모니터링 유닛(36)에 의하여 탐지될 수 있다. 셀 모니터링 유닛(36)은 균형 탐지 회로를 포함할 수 있고, 균형 탐지 회로는 예를 들어 각각의 배터리 셀 사이의 충전 또는 방전 상태를 조절하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 균형 탐지 회로에 의하여 각각의 배터리 셀 사이의 충전된 수준이 10 % 이하가 되도록 조절될 수 있다. 균형 탐지 회로는 충전 스위치 유닛과 연결되어 서로 다른 배터리 셀 사이의 충전 수준이 정해진 수준을 벗어나지 않도록 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면 충전 유닛(38)의 충전 과정은 셀 균형 유닛(39)에 의하여 감시될 수 있다. 셀 균형 유닛(39)은 배터리 모듈의 충전 과정에서 각각의 배터리 셀의 충전 상태를 감시할 수 있다. 예를 들어 셀 균형 유닛(39)은 충전 과정에서 각각의 배터리 셀의 충전 또는 방전 상태, 각각의 배터리 셀의 전압, 유입 또는 유출되는 전류와 같은 것을 탐지할 수 있다. 셀 균형 유닛(39)은 각각의 배터리 셀 사이에서 충전이 이루어지는 과정에서 배터리 셀 사이의 충전 또는 방전 균형이 유지될 수 있도록 하는 균형 범위 데이터를 가질 수 있다. 균형 범위 데이터는 서로 다른 셀 사이의 충전 수준의 관계를 의미한다. 예를 들어 전체 충전 수준을 10 등급으로 나누고, 각각의 등급에 의하여 서로 다른 배터리 셀 사이의 충전 허용 범위를 결정될 수 있다. 예를 들어 특정 종류의 배터리 셀에 대하여 서로 다른 배터리 사이에 충전 레벨이 1 또는 2 등급을 벗어나지 않도록 결정될 수 있다. 이와 같은 균형 범위 데이터는 배터리 모듈을 형성하는 배터리 셀의 수, 배터리 셀의 종류 또는 배터리 셀의 직렬 또는 병렬 배치 구조에 의하여 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 다양한 방법으로 작동될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 각각의 배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 안정적으로 충전이 되도록 하는 것에 의하여 각각의 배터리 셀의 수명이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치는 배터리 모듈의 충전 및 방전 과정에서 각각의 배터리 셀이 탐지되도록 하는 것에 의하여 배터리 모듈의 충전 또는 방전 효율이 향상되도록 한다.
본 발명은 전기 자동차를 비롯한 무인 비행체 또는 이와 유사한 장치에 동력을 제공하는 배터리에 적용될 수 있다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims (4)

  1. 충전 제어 모듈 및 충전 제어 모듈에 의하여 작동이 제어되는 배터리 충전 크래들(10)로 이루어진 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치에 있어서,
    상기 배터리 충전 크래들(10)은
    내부에 수용 공간이 형성되고, 개폐 가능한 도어(12)가 형성된 밀폐 하우징(11);
    상기 수용 공간에 서로 마주 보도록 형성된 한 쌍의 이동 레일(14a, 14b);
    한 쌍의 이동 레일(14a, 14b)을 따라 밀폐 하우징(11)의 내부 및 외부로 이동 가능한 배터리 트레이(13);
    밀폐 하우징(11)의 내부에 배치되고 각각 접촉 전극이 형성된 한 쌍의 충전 케이블(PC1, PC2);
    탐지 케이블이 고정되도록 밀폐 하우징(11)의 내부에 형성된 케이블 유도 탭(16); 및
    밀폐 하우징(11)의 내부 및 외부의 공기 순환을 위한 공기 순환 유닛(15, 18)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 충전 제어 모듈은 배터리 충전 크래들(10)과 독립된 구조로 만들어져 연결 케이블에 의하여 배터리 충전 크래들(10)과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 모듈을 형성하는 각각의 배터리 셀의 상태를 탐지하는 셀 모니터링 유닛(36)을 더 포함하는 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 배터리 모듈의 배터리 관리 시스템에 연결되도록 케이블 유도 탭(16)을 통하여 유입되는 배터리 탐지 유닛(32)을 더 포함하는 배터리 모듈의 충전 및 방전 장치.
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