WO2023249205A1 - 포터블 충전배터리 및 이를 이용한 전기차 충전 시스템 - Google Patents

포터블 충전배터리 및 이를 이용한 전기차 충전 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle charging device, and more specifically, to a portable rechargeable battery that is movable and portable and an electric vehicle charging system using the same.
  • the battery of an electric vehicle requires a lot of charging time due to its nature and the daily driving distance of the vehicle is unpredictable, so there is the inconvenience of having to charge it every day.
  • the battery charging unit 12 is mounted on the mobile vehicle 10 in a box-type charging pack structure, and the battery charging unit 12 includes a slow charging unit and a fast charging unit. And each charging unit is provided with a plurality of charging ports 13. Therefore, one end of the charging cable 14 is connected to the charging port 13, and the other end of the charging cable 14 is connected to the charging power connection of the electric vehicle 20 through a socket connection.
  • the present invention was designed in response to the above-mentioned need, and is a portable charging device that enables easy charging in an emergency regardless of place and time using a portable rechargeable battery that is portable and portable, and enables driving of an electric vehicle while charging.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery and an electric vehicle charging system using the same.
  • Another object of the present invention is to provide convenience to users of electric vehicles by providing a service that allows portable rechargeable batteries to be rented and returned in parking lots of apartments or public buildings.
  • Another object of the present invention is to prevent the risk of fire in the battery by checking and monitoring the voltage status of each battery cell constituting the rechargeable battery when charging and discharging the portable rechargeable battery.
  • an electric vehicle charging system includes an electric vehicle battery that supplies power necessary for driving an electric vehicle; a motor driving unit that receives power supplied from the electric vehicle battery as driving power and controls the operation of the driving motor; And a portable rechargeable battery that has a built-in rechargeable battery and applies charging power to the electric vehicle battery or the motor drive unit when charging is connected to the connection port of the electric vehicle to charge the electric vehicle battery or supply necessary power to the motor drive unit.
  • the portable rechargeable battery is provided so that it can be mounted on the electric vehicle.
  • the portable rechargeable battery according to an embodiment of the present invention can be charged by applying the charging voltage to the electric vehicle battery when the electric vehicle is in a stationary state when charging is connected to the electric vehicle.
  • the driving motor unit distributes the charging power applied from the portable charging battery to the electric vehicle battery and the driving motor. It can be controlled appropriately.
  • the electric vehicle charging system may further include a monitoring device that measures and monitors the voltage status of each battery cell constituting the rechargeable battery of the portable rechargeable battery.
  • the electric vehicle charging system includes direct current power in a portable rechargeable battery; and a current connected to the circuit connected in series with the rechargeable battery by supplying the direct current power. It may further include a converter control unit that controls the charging operation so that the charging voltage charged in the rechargeable battery is applied to the electric vehicle.
  • a portable rechargeable battery is a device for charging a battery of an electric vehicle, comprising: a connection port for the electric vehicle and a charging port for charging connection; A rechargeable battery that supplies charging voltage to an electric vehicle battery or motor drive unit when charging is connected to the electric vehicle through the charging port; direct current power; and one end is connected to the rechargeable battery and the other end is connected to the electric vehicle battery through the charging port, and by supplying the direct current power, current is applied to a circuit connected in series with the rechargeable battery to It includes a converter control unit that controls charging operations so that the charging voltage is applied to the electric vehicle.
  • the converter control unit limits the current flowing in the series-connected circuit so that it does not exceed a preset target current value, and when the electric vehicle battery is fully charged, the converter control unit It operates to maintain voltage and can stop charging when the rechargeable battery is completely discharged.
  • the charging current of the rechargeable battery can be controlled to distribute depending on whether the electric vehicle is driving, which has the significant effect of enabling the electric vehicle to run simultaneously while charging.
  • portable rechargeable batteries are provided in the form of an emergency charging service by transporting them to an electric vehicle, or can be rented and returned in the parking lot of an apartment or public building.
  • Convenience can be provided to users of electric vehicles through various services, such as providing them in the form of convenient services.
  • the voltage status of each battery cell of the rechargeable battery is checked to monitor whether the voltage difference between cells is large or there is an abnormal cell, thereby preventing the risk of fire in the battery in advance. There is an effect.
  • Figure 1 is a diagram showing a conventional mobile electric vehicle charging system.
  • Figure 2 is a configuration diagram showing an electric vehicle charging system using a portable rechargeable battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a detailed configuration diagram of a portable rechargeable battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 4 and 5 are diagrams illustrating the operation flow of controlling the charging current depending on whether the electric vehicle is running when charging an electric vehicle using a portable rechargeable battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a configuration diagram showing an electric vehicle charging system using a portable rechargeable battery according to an embodiment of the present invention.
  • the electric vehicle charging system charges the electric vehicle by connecting a portable rechargeable battery 100 to the electric vehicle 200, like the concept of an auxiliary battery.
  • the portable rechargeable battery 100 is easy to carry and move, so it can be mounted on an electric vehicle 200. Therefore, even in an emergency, the electric vehicle 200 can be charged and the power required for driving can be supplied to enable driving at the same time.
  • the electric vehicle charging system can be implemented by basically including an electric vehicle battery 220, a motor driver 210, and a portable rechargeable battery 100.
  • the electric vehicle battery 220 generally refers to a battery built into the electric vehicle 200.
  • the electric vehicle battery 220 supplies power necessary to drive the electric vehicle 200.
  • the motor drive unit 210 is used to control the operation of the drive motor in the electric vehicle 200, and includes a function of controlling the operation by an electrical control signal.
  • the motor drive unit 210 receives power supplied from the electric vehicle battery 220 as driving power and controls the operation of the drive motor.
  • the electric vehicle battery 220 and the motor drive unit 210 are components provided in a general electric vehicle 200.
  • the portable rechargeable battery 100 is provided in the form of a single battery pack to suit its portable characteristics, making it easy to carry and move.
  • the portable rechargeable battery 100 has a built-in rechargeable battery, and when connected to the connection port of the electric vehicle 200, a charging voltage is applied to the electric vehicle battery 220 or the motor drive unit 210 to supply power.
  • the portable rechargeable battery 100 is equipped with a charging port (140 in FIG. 3) connected to the connection port of the electric vehicle 200, and the connection port of the electric vehicle 200 is an existing charging cable port used when charging an electric vehicle. It can be used, but it can be installed separately on the bonnet or trunk of the vehicle. In the latter case, charging is possible while the portable rechargeable battery 100 is mounted on the electric vehicle 200.
  • the charging current supplied from the portable rechargeable battery 100 operates differently depending on whether the electric vehicle is driving. For example, when the vehicle is stopped, the charging current flows to the electric vehicle battery 220 to charge the electric vehicle battery 220. . As another example, when the vehicle is driven and moving, current flows to the motor drive unit 210, and any remaining power flows to the electric vehicle battery 220 to be charged. In addition, during high-speed driving, all current from the portable rechargeable battery 100 is transferred to the motor drive unit 210, and the electric vehicle battery 220 automatically supplies the current insufficient for high-speed driving.
  • the driving motor unit 210 can distribute the charging power applied from the portable rechargeable battery 100 and control it to be applied to both the electric vehicle battery 220 and the driving motor. there is. Accordingly, as shown in FIG. 5, part of the charging power supplied from the portable rechargeable battery 100 is applied to the electric vehicle battery 220, but the remaining part is applied to the motor drive unit 210, thereby maintaining the minimum amount required for driving. It is used to enable driving while charging by applying power.
  • the electric vehicle charging system is capable of charging and driving using the portable rechargeable battery 100, thereby reducing the amount of use of the electric vehicle battery 220 and prolonging the life of the electric vehicle battery 220. It is effective in prolonging it.
  • the electric vehicle charging system provides the effect of further extending the driving distance that could be achieved only with the existing electric vehicle battery 220 when the vehicle is driven with the portable charging battery 100 installed.
  • the electric vehicle charging system may further include a monitoring device that measures and monitors the voltage state of each battery cell constituting the rechargeable battery of the portable rechargeable battery 100.
  • the monitoring device is performed every time the portable rechargeable battery 100 is charged and monitors whether the voltage difference between battery cells is large or there is an abnormal cell when charging or discharging the battery, thereby preventing the risk of fire in the battery.
  • Figure 3 is a detailed configuration diagram of a portable rechargeable battery according to an embodiment of the present invention.
  • the portable rechargeable battery 100 basically includes a rechargeable battery 110, a converter control unit 120, a direct current power source 130, and a charging port 140.
  • the battery pack may be provided with a connection jack that can be electrically connected to an external direct current power source, and the rechargeable battery 110 may be provided to be detachable.
  • the DC power supply 130 supplies power necessary for the operation of the converter control unit 120, that is, DC power. Due to the nature of the portable rechargeable battery 100, a small capacity battery can be used for direct current power, but it is not limited to this, and of course, a direct current generator or alternating current power can be applied.
  • the rechargeable battery 110 is connected to the electric vehicle and applies a charging voltage to the electric vehicle battery (220 in FIG. 2) or the motor driver (210 in FIG. 2). At this time, since there is a voltage difference between the rechargeable battery 110 and the high-voltage electric vehicle battery, current control between the batteries is necessary. This is performed by the converter control unit 120.
  • the rechargeable battery 110 must always have a fully charged voltage. Therefore, when the portable rechargeable battery 100 is turned on, the current does not flow in the reverse direction but is applied from the rechargeable battery 110 in the portable rechargeable battery 100 to the electric vehicle battery to enable charging.
  • the rechargeable battery 110 can be applied regardless of the type as long as it can charge a high-voltage battery, but it will be possible to recycle a spent battery that has reached the end of its life as a power source for an electric vehicle.
  • a waste battery that has reached the end of its life as a power source for an electric vehicle usually means a state in which the remaining capacity of the battery has decreased to 80% or less of the initial capacity.
  • the converter control unit 120 controls the current flowing between them to prevent excessive current from flowing.
  • the converter control unit 120 may preset the maximum target current value that can be applied from the rechargeable battery 110 to the electric vehicle battery.
  • the converter control unit 120 has one output end, which is the (+) terminal, connected to the rechargeable battery 110, and the other output end, which is the (-) terminal, is connected to the charging port 140. ) is connected to the (-) terminal of the electric vehicle battery 220.
  • the converter control unit 120 applies the current generated by the supply of the direct current power 130 to a closed circuit connected in series with the rechargeable battery 110, thereby increasing the charging voltage of the rechargeable battery 110 to the charging port.
  • the charging operation is controlled to be applied to the electric vehicle through (140).
  • the (+) output terminal of the rechargeable battery 110 is connected to the (+) terminal of the electric vehicle battery 220 through the charging port 140.
  • the converter control unit 120 gradually increases the current value and maintains a constant current through current control to prevent excessive current from flowing in the series-connected closed circuit, and then operates to maintain a constant voltage after the battery is fully charged.
  • the converter control unit 120 operates in CC (Constant Current) mode so as not to exceed a preset target current value at the beginning of charging when current is applied, and when the electric vehicle battery 220 reaches the fully charged voltage, CV ( It operates in merge mode that operates at Constant Voltage, or the system automatically turns off when the rechargeable batteries are fully discharged because all rechargeable batteries are charged with electric vehicle batteries.
  • CC Constant Current
  • CV Constant Voltage
  • the converter control unit 120 which operates in this way, operates to apply the charging voltage of the rechargeable battery 110 to the electric vehicle battery 220 when current flows in the circuit connected to charging between the rechargeable battery 110 and the electric vehicle battery 220. By controlling this, the electric vehicle battery 220 is charged.
  • the converter using current control according to the embodiment of the present invention can be applied even as a converter of small capacity, thereby reducing equipment cost.
  • the portable rechargeable battery of the present invention can be transported to a discharged electric vehicle in an emergency and provided for emergency charging.
  • the portable rechargeable battery of the present invention can be provided to general users for rental and return in apartments or parking lots of public buildings.
  • the portable rechargeable battery of the present invention can be sold and distributed to general users.
  • the present invention provides emergency charging by using a portable charging battery in an emergency or by transporting the portable charging battery to the location of a discharged electric vehicle, so it is widely used in the electric vehicle charging market and battery rental. It has high potential for industrial use in markets, emergency charging service markets, etc. In addition, convenience can be provided to users of electric vehicles through various services, such as a service that allows portable batteries to be rented and returned in the parking lot of an apartment or public building.

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Abstract

본 발명은 이동 및 휴대가 가능한 포터블 충전배터리 및 이를 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 전기차 충전 시스템은, 전기차의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전기차 배터리와, 전기차 배터리로부터 공급되는 전력을 구동동력으로 인가받아 구동모터의 동작을 제어하는 모터 구동부, 및 충전용 배터리가 내장되고 전기차의 연결 포트에 충전 연결 시 전기차 배터리 또는 모터 구동부 측으로 충전 전력을 인가하여 전기차 배터리를 충전하거나 모터 구동부에 필요한 전원을 공급하는 포터블 충전배터리를 포함하되, 포터블 충전배터리는 전기차에 탑재 가능한 형태로 마련된다.

Description

포터블 충전배터리 및 이를 이용한 전기차 충전 시스템
본 발명은 전기차 충전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동 및 휴대가 가능한 포터블 충전배터리 및 이를 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것이다.
최근 온실가스의 저감과 탈석탄을 위해 친환경적인 전기차의 보급이 확대되고 있다. 이에 따라 전기차의 충전 인프라에 대한 관심도 부쩍 증가하고 있다.
그러나, 현재 전기차의 충전소는 주유소에 비해 매우 한정적이다. 전기차 보유 사용자들은 근처에 전기차 충전소가 없거나, 있다 하더라도 어디에 위치하는지, 충전이 가능한지, 모르는 경우가 많아 전기차의 이용에 불편함을 가지고 있다.
특히, 전기차의 배터리는 그 특성상 충전 시간이 많이 소요되고 매일 차량 운행 거리를 예측할 수 없기 때문에 상시 매일 충전을 해야 하는 불편함이 있다.
또한, 주행 중 배터리가 방전되면 일반 도로에서 전기차의 배터리를 충전하는 시간에 제약을 받음은 물론, 필요한 장소에서 편리하게 배터리를 충전하는 것이 어려워 충전 장소에도 제약을 받을 수 있다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 종래의 공개특허 제2012-95141호에 이동식 전기차 충전시스템의 기술이 제시되고 있으며, 그 구성은 도 1에 도시한 바와 같이, 전기차(20)가 있는 장소로 이동 가능한 이동 차량으로 구현된 예를 보여주고 있다.
이동 차량(10)에 배터리 충전부(12)가 박스형 충전팩 구조로 탑재되고, 배터리 충전부(12)는 완속충전부 및 급속 충전부를 포함한다. 그리고 각 충전부에 다수의 충전 포트(13)가 구비된다. 따라서 충전 포트(13)에 충전 케이블(14)의 일단을 연결하고 충전 케이블(14)의 타단은 소켓 접속식으로 전기차(20)의 충전 전원 접속부에 연결하도록 한다.
그러나, 상기와 같은 충전시스템은, 차량 탑재형으로 이루어져 진입이 힘든 골목길 등에서의 충전은 불가능하고, 충전 케이블(14)의 길이 한계로 이동 차량(10)과 전기차(20)의 거리가 멀 경우 충전이 불편하게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 필요성에 의해 고안된 것으로서, 이동 및 휴대가 가능한 포터블 충전배터리를 이용하여 비상시 장소 및 시간에 구애받지 않고 용이하게 충전이 가능하고, 충전과 동시에 전기차의 주행이 가능하도록 제공하는 포터블 충전배터리 및 이를 이용한 전기차 충전 시스템을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 포터블 충전배터리를 아파트나 공공건물의 주차장에서 대여하고 반납할 수 있게 서비스를 제공함으로써 전기차 이용 사용자들에게 편의를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 포터블 충전배터리를 충방전할 때 충전배터리를 구성하는 각 배터리 셀들의 전압 상태를 체크하여 모니터링함으로써 배터리의 화재 위험을 미연에 방지하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은, 전기차의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전기차 배터리; 상기 전기차 배터리로부터 공급되는 전력을 구동동력으로 인가받아 구동모터의 동작을 제어하는 모터 구동부; 및 충전용 배터리가 내장되고 상기 전기차의 연결 포트에 충전 연결 시 상기 전기차 배터리 또는 상기 모터 구동부 측으로 충전 전력을 인가하여 상기 전기차 배터리를 충전하거나 상기 모터 구동부에 필요한 전원을 공급하는 포터블 충전배터리;를 포함하되, 상기 포터블 충전배터리는 상기 전기차에 탑재 가능하게 구비된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리는, 상기 전기차에 충전 연결 시 상기 전기차가 정지 상태인 경우, 상기 충전전압을 상기 전기차 배터리로 인가하여 충전할 수 있다.
또, 상기 포터블 충전배터리가 상기 전기차와 충전 연결 시, 상기 전기차가 정지 상태가 아닌 주행 상태인 경우, 상기 구동 모터부가 상기 포터블 충전배터리로부터 인가되는 충전 전력을 분배하여 상기 전기차 배터리 및 상기 구동모터 측으로 인가되게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은, 상기 포터블 충전배터리의 충전용 배터리를 구성하는 각 배터리 셀들의 전압 상태를 측정하여 모니터링하는 모니터링 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은, 포터블 충전배터리에서, 직류 전원;과, 상기 충전용 배터리와 직렬로 연결되며 상기 직류 전원 공급에 의해 상기 충전용 배터리와 직렬로 연결된 회로에 전류를 인가하여 상기 충전용 배터리에 충전된 충전 전압이 상기 전기차 측으로 인가되게 충전 동작을 제어하는 컨버터 제어부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리는, 전기차의 배터리를 충전하기 위한 장치로서, 상기 전기차의 연결 포트와 충전 연결을 위한 충전 포트; 상기 충전 포트를 통해 상기 전기차와 충전 연결 시 전기차 배터리 또는 모터 구동부로 충전 전압을 공급하는 충전용 배터리; 직류 전원; 및 일단이 상기 충전용 배터리와 연결되고 타단은 상기 충전 포트를 통해 상기 전기차 배터리와 연결되며, 상기 직류 전원의 공급에 의해 상기 충전용 배터리와 직렬로 연결된 회로에 전류를 인가하여 상기 충전용 배터리의 충전 전압이 상기 전기차 측으로 인가되게 충전 동작을 제어하는 컨버터 제어부;를 포함한다.
이때, 상기 충전용 배터리는 상기 전기차 배터리보다 완충전된 상태를 가지며, 상기 컨버터 제어부는 상기 직렬로 연결된 회로에 흐르는 전류가 기설정된 목표 전류치를 초과하지 않도록 제한하고, 상기 전기차 배터리의 완충 시에는 일정 전압을 유지하도록 동작하며 충전용 배터리가 완전히 방전되었을 때는 충전을 멈출 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 기존 충전소와 달리, 휴대 및 이동성이 용이하므로 전기차 보유 사용자들이 전기차 충전을 위해 충전소를 찾을 필요가 없고, 비상 시에도 장소 및 시간에 구애받지 않고 용이하게 충전이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 전기차의 주행 여부에 따라 충전배터리의 충전 전류를 분배 제어할 수 있어, 충전과 동시에 전기차의 주행이 가능하도록 제공하는 현저한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 긴급주유서비스와 유사하게, 비상 시 포터블 충전배터리를 전기차로 이송하여 비상 충전하는 서비스 형태로 제공하거나, 또는 아파트나 공공건물의 주차장에서 대여하고 반납할 수 있는 서비스 형태로 제공하는 등 다양한 서비스를 통해 전기차 이용 사용자들에게 편의를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 포터블 충전배터리를 충방전할 때마다 충전배터리의 각 배터리 셀들의 전압 상태를 체크하여 셀간 전압 차가 크거나 비정상적인 셀이 있는지 모니터링함으로써 배터리의 화재 위험을 미연에 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이동식 전기차 충전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리의 상세 구성도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전 배터리를 이용하여 전기차 충전 시 주행 여부에 따라 충전 전류를 제어하는 동작 흐름을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시한 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은 마치 보조 배터리의 개념처럼, 포터블 충전배터리(100)를 전기차(200)와 연결하여 전기차를 충전하는 것이다. 다만, 포터블 충전배터리(100)는 기존 충전소와 달리 휴대, 이동성이 용이하여 전기차(200)에 탑재 가능하게 마련된다. 따라서, 비상 시에도 전기차(200)를 충전하면서 이와 동시에 주행이 가능하도록 주행에 필요한 전원을 공급할 수도 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은 전기차 배터리(220), 모터 구동부(210), 포터블 충전배터리(100)를 기본적으로 포함하여 구현할 수 있다.
전기차 배터리(220)는 통상 전기차(200)에 내장되는 배터리를 말한다. 전기차 배터리(220)는 전기차(200)의 구동에 필요한 전원을 공급한다.
모터 구동부(210)는 전기차(200) 내 구동모터의 동작을 제어하기 위한 것으로, 전기적인 제어신호에 의해 동작을 제어하는 기능을 포함한다.
모터 구동부(210)는 전기차 배터리(220)로부터 공급되는 전원을 구동 동력으로 인가받아 구동모터의 동작을 제어한다.
이처럼, 전기차 배터리(220) 및 모터 구동부(210)는 일반적인 전기차(200)에 마련되어 있는 구성요소이다.
포터블 충전배터리(100)는 포터블(portable) 특성에 맞게 하나의 배터리 팩 형태로 구비되어 휴대 및 이동성이 용이하다. 포터블 충전배터리(100)는 충전가능한 충전용 배터리가 내장되고, 전기차(200)의 연결 포트에 충전 연결 시 전기차 배터리(220) 또는 모터 구동부(210)로 충전 전압을 인가하여 전원을 공급한다.
이를 위해 포터블 충전배터리(100)에는 전기차(200)의 연결 포트와 연결되는 충전 포트(도 3의 140)가 구비되고, 전기차(200)의 연결 포트는 전기차의 충전 시 사용되는 기존 충전 케이블포트를 이용할 수도 있지만, 차량의 본넷이나 트렁크 등에 별도로 구비될 수 있다. 후자의 경우, 포터블 충전배터리(100)를 전기차(200)에 탑재한 상태로 충전이 가능하게 제공된다.
포터블 충전배터리(100)의 충전 포트(도 3의 140)를 통해 전기차와 충전 연결 시, 내부 회로를 통해 전기차 배터리(220)에 연결되며 모터 구동부(210)와도 같이 전기적으로 연결된다. 따라서, 포터블 충전배터리(100)로부터 공급되는 충전 전류는 전기차의 주행 여부에 따라 다르게 동작하는데, 일 예로 차량이 정차 시에는 전기차 배터리(220)로 충전전류가 흘러가서 전기차 배터리(220)를 충전한다. 다른 예로, 차량이 구동되어 움직일 때에는, 모터 구동부(210)로 전류가 흐르게 되며 남는 전력이 있으면 전기차 배터리(220)로 흘러 충전하게 된다. 또한, 고속 주행시에는 포터블 충전배터리(100)에서의 전류가 모두 모터 구동부(210)로 전달되고 고속 주행에 부족한 전류는 전기차 배터리(220)에서 자동적으로 공급한다.
기본적으로, 전기차가 정지 상태인 경우, 도 4에 도시한 것처럼, 포터블 충전배터리(100)로부터 공급되는 충전 전력은 모두 전기차 배터리(220)로 인가되어 전기차를 충전하는 데 사용된다.
그러나, 전기차가 정지 상태가 아닌 주행 상태인 경우, 구동 모터부(210)가 포터블 충전배터리(100)로부터 인가되는 충전 전력을 배분하여 전기차 배터리(220) 및 구동모터 측 양쪽으로 인가되도록 제어할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 것처럼, 포터블 충전배터리(100)로부터 공급되는 충전 전력이 그 일부가 전기차 배터리(220)로 인가되지만, 나머지 일부는 모터 구동부(210) 측으로 인가되어, 주행에 필요한 최소한의 전력을 인가함으로써 충전과 동시에 주행이 가능도록 사용된다.
이러한 충전 방법에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은 포터블 충전배터리(100)를 이용하여 충전 및 주행이 가능하므로, 전기차 배터리(220)의 사용량을 줄여 전기차 배터리(220)의 수명을 연장시키는 데 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은 포터블 충전배터리(100)를 장착하고 주행하게 되면, 기존 전기차 배터리(220)로만 갈 수 있었던 주행거리를 더 연장할 수 있는 효과를 제공한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 충전 시스템은, 포터블 충전배터리(100)의 충전용 배터리를 구성하는 각 배터리 셀별로 전압 상태를 측정하여 모니터링하는 모니터링 장치를 더 포함할 수 있다.
모니터링 장치는, 포터블 충전배터리(100)의 충전할 때마다 수행하여, 배터리 충방전 시 배터리 셀간 전압차가 크거나 또는 비정상적인 셀이 있는지를 모니터링하여 배터리의 화재 위험으로부터 방지하고자 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리의 상세 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 포터블 충전배터리(100)는 기본적으로 충전용 배터리(110), 컨버터 제어부(120), 직류 전원(130), 충전 포트(140)를 포함한다.
이들은 하나의 배터리 팩 형태로 구성하여 제공될 수 있고, 또는 직류 전원(130)을 제외한 나머지 구성 즉, 충전용 배터리(110) 및 컨버터 제어부(120)를 하나의 팩으로 구성하여 제공될 수 있다. 이때, 배터리 팩에는 외부의 직류 전원과 전기적으로 연결할 수 있는 연결잭 등이 구비되고, 충전용 배터리(110)는 탈부착이 가능하게 구비될 수 있다.
직류 전원(130)은 컨버터 제어부(120)의 동작에 필요한 전원 즉, 직류 전원을 공급한다. 직류 전원은 포터블 충전배터리(100)의 특성 상 작은 용량의 배터리를 이용할 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 직류발전기 또는 교류전원을 적용할 수 있음은 물론이다.
충전용 배터리(110)는 전기차와 연결되어 전기차 배터리(도 2의 220) 또는 모터 구동부(도 2의 210) 측으로 충전 전압을 인가한다. 이때, 충전용 배터리(110)와 고전압의 전기차 배터리간 전압차가 있으므로 배터리간 전류 제어가 필요하다. 이는 컨버터 제어부(120)에서 수행한다.
기본적으로, 충전용 배터리(110)는 항상 완충전된 전압을 가지고 있어야 한다. 따라서 포터블 충전배터리(100)에 전원이 켜지면 전류가 역방향으로 흐르지 않고 포터블 충전배터리(100) 내 충전용 배터리(110)에서 전기차 배터리 측으로 인가되어 충전이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 충전용 배터리(110)는 고전압의 배터리를 충전할 수 있는 것이라면 그 종류에 상관없이 적용할 수 있지만, 전기차 동력으로서 수명을 다한 폐배터리를 재활용할 수 있을 것이다.
여기서, 전기차 동력으로서 수명을 다한 폐배터리라 함은 통상 배터리의 잔존 용량이 초기 용량 대비 80% 이하로 감소한 상태를 의미한다.
최근 전기차의 보급 확대와 함께 배터리 용량의 상승으로 향후 몇 년 후에 배출될 폐배터리는 급수기학적으로 늘어날 전망이다. 따라서, 폐배터리에 대한 재활용이 시급한데, 본 발명은 이를 해결할 수 있는 방안을 제공한다.
컨버터 제어부(120)는 충전용 배터리(110)와 전기차 배터리(도 2의 220)간 충전 연결 시 이들 사이에 흐르는 전류를 제어하여 과도한 전류가 흐르지 않도록 보호한다. 이를 위해, 컨버터 제어부(120)는 충전용 배터리(110)에서 전기차 배터리로 인가될 수 있는 최대한의 목표 전류치를 미리 설정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 컨버터 제어부(120)는 도 3에 도시된 것처럼, (+)단자인 출력 일단이 충전용 배터리(110)와 연결되고, (-)단자인 출력 타단은 충전 포트(140)를 통해 전기차 배터리(220)의 (-)단자와 연결된다. 이러한 구성에 의해, 컨버터 제어부(120)는 충전용 배터리(110)와 직렬로 연결된 폐회로에, 직류 전원(130)의 공급으로 발생되는 전류를 인가함으로써 충전용 배터리(110)의 충전 전압이 충전 포트(140)를 통해 전기차 측으로 인가되게 충전 동작을 제어한다. 또한, 충전용 배터리(110)의 (+)출력단자는 충전 포트(140)를 통해 전기차 배터리(220)의 (+)단자와 연결된다.
이때, 컨버터 제어부(120)는 서서히 전류값이 올라가게 되어 직렬로 연결된 폐회로에 과도한 전류가 흐르지 않도록 전류 제어를 통해 일정전류를 유지하게 하며, 이후 완충전이 되고 나면 일정 전압을 유지하도록 동작한다.
구체적으로 설명하면, 컨버터 제어부(120)는 전류를 인가하는 충전 초기에는 기설정된 목표 전류치를 초과하지 않도록 CC(Constant Current) 모드로 동작하다가, 전기차 배터리(220)가 완충전 전압에 도달하면 CV(Constant Voltage)로 동작하는 병합 모드로 동작하고, 또는 충전용 배터리가 모두 전기차 배터리로 충전되어서 충전용 배터리가 완전 방전되면 자동으로 시스템이 꺼지게 된다. CC 모드 동작 시에는 배터리(110)로 인가되는 전류가 기설정된 목표 전류치 한도내에 해당하는 경우 그대로 출력하고, CV 모드 동작시에는 기설정된 일정 전압을 출력하여 완충 전압을 유지하도록 한다.
이렇게 동작하는 컨버터 제어부(120)는, 충전용 배터리(110)와 전기차 배터리(220)간 충전 연결된 회로에 전류가 흐르게 되면 충전용 배터리(110)의 충전 전압이 전기차 배터리(220) 측으로 인가하게 동작 제어함으로써 이를 통해 전기차 배터리(220)를 충전하게 된다.
통상, 전기차 충전소에서 급속충전을 하는 경우 약 50kw정도의 충전 전력이 인가되는데, 이때 큰 용량의 컨버터와 이를 위한 변전설비 또한 필요하기 때문에 큰 비용이 지불되어야 한다. 이는 비용단가가 높아 가격 부담이 될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어를 이용한 컨버터는 작은 용량의 컨버터로도 적용이 가능하고 이로써 설비 비용단가를 절감할 수 있을 것이다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 포터블 충전배터리를 비상출장서비스와 유사하게 비상 시 방전된 전기차로 이송하여 비상 충전이 가능하게 제공할 수 있을 것이다. 또, 본 발명의 포터블 충전배터리를 아파트나 공공건물의 주차장 등에서 일반 사용자에게 대여하고 반납할 수 있도록 제공할 수 있을 것이다. 또, 본 발명의 포터블 충전배터리를 판매하여 일반 사용자에게 보급할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명은 기존 긴급 주유서비스와 유사하게, 비상 시 포터블 충전배터리를 이용하거나 또는 포터블 충전배터리를 방전된 전기차의 위치로 이송해 주어 비상 충전이 가능하게 제공한다는 점에서, 전기차 충전 관련 시장이나 배터리 대여 시장, 긴급 충전서비스 시장 등에 산업상으로 이용가능성이 높다. 또한, 아파트나 공공건물의 주차장에 포터블 배터리를 비치해 두었다가 대여하고 반납할 수 있는 서비스와 같이 다양한 서비스를 통해 전기차 이용 사용자들에게 편의를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 전기차의 구동에 필요한 전력을 공급하는 전기차 배터리;
    상기 전기차 배터리로부터 공급되는 전력을 구동동력으로 인가받아 구동모터의 동작을 제어하는 모터구동부; 및
    충전용 배터리가 내장되고 상기 전기차의 연결 포트에 충전 연결 시 상기 전기차 배터리 또는 상기 모터 구동부 측으로 충전 전력을 인가하여 상기 전기차 배터리를 충전하거나 상기 모터 구동부에 필요한 전원을 공급하는 포터블 충전배터리;를 포함하되,
    상기 포터블 충전배터리는 상기 전기차에 탑재 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포터블 충전배터리는,
    상기 전기차에 충전 연결 시 상기 전기차가 정지 상태인 경우, 상기 충전전압을 상기 전기차 배터리로 인가하여 충전하는 것을 특징으로 하는 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포터블 충전배터리는
    상기 전기차와 충전 연결 시 상기 전기차가 정지 상태가 아닌 주행 상태인 경우, 상기 구동 모터부가 상기 포터블 충전배터리로부터 인가되는 충전 전력을 분배하여 상기 전기차 배터리 및 상기 구동모터 측으로 인가되게 제어하는 것을 특징으로 하는 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포터블 충전배터리의 충전용 배터리를 구성하는 각 배터리 셀들의 전압 상태를 측정하여 모니터링하는 모니터링 장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 포터블 충전배터리는,
    직류 전원;과,
    상기 충전용 배터리와 직렬로 연결되며 상기 직류 전원 공급에 의해 상기 충전용 배터리와 직렬로 연결된 회로에 전류를 인가하여 상기 충전용 배터리에 충전된 충전 전압이 상기 전기차 측으로 인가되게 충전 동작을 제어하는 컨버터 제어부;
    를 더 포함하여 배터리간 연결로 전기차를 충전하기 위한, 포터블 충전배터리를 이용한 전기차 충전 시스템.
  6. 전기차의 배터리를 충전하기 위한 장치로서,
    상기 전기차의 연결 포트와 충전 연결을 위한 충전 포트;
    상기 충전 포트를 통해 상기 전기차와 충전 연결 시 전기차 배터리 또는 모터 구동부로 충전 전압을 공급하는 충전용 배터리;
    직류 전원; 및
    일단이 상기 충전용 배터리와 연결되고 타단은 상기 충전포트를 통해 상기 전기차 배터리와 연결되며, 상기 직류 전원의 공급에 의해 상기 충전용 배터리와 직렬로 연결된 회로에 전류를 인가하여 상기 충전용 배터리의 충전 전압이 상기 전기차 측으로 인가되게 충전 동작을 제어하는 컨버터 제어부;
    를 포함하는 포터블 충전배터리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충전용 배터리는 상기 전기차 배터리보다 완충전된 상태를 가지며,
    상기 컨버터 제어부는 상기 직렬로 연결된 회로에 흐르는 전류가 기설정된 목표 전류치를 초과하지 않도록 제한하고, 상기 전기차 배터리의 완충 시에는 일정 전압을 유지하도록 동작하며 충전용 배터리가 완전히 방전되었을 때는 충전을 멈추는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 충전 장치.
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