WO2024054039A1 - 배터리 교환 스테이션, 그의 제어 방법 및 배터리 교환 시스템 - Google Patents

배터리 교환 스테이션, 그의 제어 방법 및 배터리 교환 시스템 Download PDF

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WO2024054039A1
WO2024054039A1 PCT/KR2023/013361 KR2023013361W WO2024054039A1 WO 2024054039 A1 WO2024054039 A1 WO 2024054039A1 KR 2023013361 W KR2023013361 W KR 2023013361W WO 2024054039 A1 WO2024054039 A1 WO 2024054039A1
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battery
battery pack
exchange station
controller
user
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PCT/KR2023/013361
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French (fr)
Inventor
김성원
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/53—Batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/80—Exchanging energy storage elements, e.g. removable batteries

Definitions

  • the present invention relates to technology for streamlining the operation of a battery exchange station.
  • lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, so they can be freely charged and discharged, and have a very high self-discharge rate. It is attracting attention due to its low and high energy density.
  • Battery packs for target devices e.g., electric vehicles
  • battery packs for target devices that require large capacity and high voltage
  • BSS battery swapping stations
  • a battery exchange station refers to a device that supports the exchange of discharged batteries and fully charged batteries.
  • the battery exchange system supports the user to withdraw a fully charged battery pack at the user's request, and when a discharged battery pack is stored in a slot that becomes empty (idle) as the battery pack is withdrawn, Charge the battery pack to a fully charged state.
  • Battery exchange at the battery exchange station may be performed manually by a user or worker, or may be performed automatically by the battery exchange station.
  • the battery exchange station is provided with a plurality of charging slots, and each charging slot is provided to charge the battery stored therein independently from other charging slots.
  • a conventional battery exchange station provides a predetermined number of occupied battery packs on the condition that the user stores a discharged battery pack in a predetermined number of idle charging slots among the m (3 or more) charging slots provided in the battery exchange station. It adopts a method of providing the user with a fully charged battery pack stored in another charging slot. That is, conventionally, among the m charging slots provided in the battery exchange station, at least a predetermined number of charging slots must be maintained in an idle state, making it impossible to operate all m slots in an occupied state, thereby reducing the operational efficiency of the battery exchange station. is a major limitation.
  • the present invention was made to solve the above problems, and is a battery exchange station that can improve the overall operating efficiency of the battery exchange station by minimizing the idle time of each of the plurality of slots provided in the battery exchange station, the battery
  • the object is to provide a battery exchange system including an exchange station, and a control method for the battery exchange station.
  • a battery exchange station includes first to mth charging slots capable of storing and extracting battery packs (m is a natural number of 2 or more), an information input/output device for receiving a battery exchange request from a user, and and a controller configured to check battery storage information of the first to mth charging slots.
  • the controller determines whether a battery withdrawal condition is satisfied, and in response to the battery discharge condition being satisfied, the controller determines a second charging slot in which a fully charged battery pack is stored among the first to mth charging slots. It is configured to switch k charging slots (k is a natural number less than or equal to m) from locked mode to unlocked mode.
  • the battery withdrawal condition includes (i) a first withdrawal condition in which the user's usage authority is authenticated by the user's user identification information and (ii) a second withdrawal condition in which the discharged battery pack is located close to the battery exchange station. It can contain at least one.
  • the controller may be configured to determine whether the second fetch condition is satisfied, conditional on the first fetch condition being satisfied.
  • the controller may be configured to determine that the second retrieval condition is satisfied in response to non-contact detection of pack identification information of the discharged battery pack by the information input/output device.
  • the controller in response to the user's discharged battery pack being stored in the k-th charging slot, after the fully charged battery pack is withdrawn from the k-th charging slot, selects the k-th charging slot from the unlock mode. Can be configured to enter lockdown mode.
  • the controller may be configured to control the information input/output device to output a use disallow signal for the fully charged battery pack before the fully charged battery pack is withdrawn from the kth charging slot.
  • the controller in response to a discharged battery pack being stored in the k-th charging slot after the fully-charged battery pack is withdrawn from the k-th charging slot, switches the fully-charged battery pack from a non-usable state to a usable state.
  • the information input/output device may be configured to control the information input/output device to output a signal allowing use of the fully charged battery pack.
  • the controller is in response to not detecting that the discharged battery pack is stored in the kth charging slot until the elapsed time from the withdrawal time of the fully charged battery pack from the kth charging slot reaches a threshold time. , may be configured to control the information input/output device to output a battery storage request message.
  • the controller may be configured to determine a reward or penalty for the user based on elapsed time from the time of withdrawal of the fully charged battery pack from the kth charging slot.
  • the reward may include an extension of the threshold time.
  • the penalty may include shortening the threshold time.
  • a battery exchange system includes the battery exchange station.
  • a control method of a battery exchange station includes the steps of: receiving, by the controller, a battery exchange request from a user through the information input/output device; and, in response to the battery exchange request, the controller withdraws the battery. determining whether a condition is satisfied, and in response to the battery withdrawal condition being satisfied, the kth charging slot in which a fully charged battery pack is stored among the first to mth charging slots (k is a natural number less than or equal to m) It includes switching from the locked mode to the unlocked mode.
  • the battery withdrawal condition includes (i) a first withdrawal condition in which the user's usage authority is authenticated by the user's user identification information and (ii) a second withdrawal condition in which the discharged battery pack is located close to the battery exchange station. It can contain at least one.
  • the control method of the battery exchange station includes the controller using the fully charged battery pack in response to a discharged battery pack being stored in the kth charging slot after the fully charged battery pack is extracted from the kth charging slot.
  • the method may further include controlling the information input/output device to output a use-permitted signal for the fully charged battery pack.
  • the control method of the battery exchange station may include, wherein the controller causes the user's discharged battery pack to charge the kth charge until the elapsed time from the withdrawal time of the fully charged battery pack from the kth charging slot reaches a threshold time.
  • the method may further include controlling the information input/output device to output a battery storage request message in response to non-detected storage in the slot.
  • the overall operating efficiency of the battery exchange station can be improved by minimizing the idle time of each of the plurality of slots provided in the battery exchange station.
  • a user wishing to exchange a battery withdraws a fully charged battery from a specific slot of the battery exchange station to the time a discharged battery is stored in the same slot.
  • active user participation can be encouraged to improve the operational efficiency of the battery exchange station.
  • a specific slot of the battery exchange station is changed from an idle state (a state in which a fully charged battery is withdrawn and empty by a user) to an occupied state (a state in which a discharged battery is stored in by a user). ), by remotely controlling the fully charged battery drawn from the specific slot to a usable state, thereby encouraging the user to store his or her discharged battery in the specific slot as quickly as possible.
  • FIG. 1 is a diagram referenced for explaining the configuration of a battery exchange system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the battery exchange station shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram used to schematically explain the configuration of a genuine battery pack that can be stored and withdrawn from a battery exchange station.
  • FIG. 4 is a flowchart referenced to schematically explain the control method of the battery exchange station 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams referenced for explaining the battery replacement process according to the method of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a flowchart referenced to schematically explain the control method of the battery exchange station according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams referenced for explaining the battery replacement process according to the method of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a flowchart referenced to schematically explain the control method of the battery exchange station according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram referenced for explaining the configuration of a battery exchange system according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the battery exchange station shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram for the battery exchange station. This is a drawing referenced to schematically explain the configuration of a genuine battery pack that can be stored and withdrawn.
  • the battery exchange system 10 includes a battery exchange station 100 and a remote control server 200.
  • the battery exchange station 100 includes first to mth charging slots (S 1 to S m , where m is a natural number of 2 or more), an information input/output device 120, a charging device 110, and a controller 130. .
  • Each of the first to mth charging slots S 1 to S m is provided to enable storage and extraction of a battery pack.
  • S or S i i is a natural number of m or less
  • the number of charging slots S may be less than 8 or more than 8.
  • the state in which the battery pack (B) is not stored in the charging slot (S) is called the 'valid state (or factory state)', and the state in which the battery pack (B) is stored in the charging slot (S) is called the 'occupied state (or or stocked state).
  • the charging slots (S 1 and S 2 ) are illustrated as being occupied, and the charging slot (S m ) as being in an idle state.
  • the information input/output device 120 includes an interface unit 121 and a communication circuit 122.
  • the interface unit 121 can receive various necessary information, including a battery exchange request, from the user (U) who wishes to exchange the discharged battery pack (B2) he possesses with a fully charged battery pack (B1).
  • the interface unit 121 may include at least one of known information input means such as a touch screen, keyboard, mouse, QR scanner, microphone, etc.
  • the information input/output device 120 can output various types of information notifying the progress of battery pack replacement.
  • the interface unit 121 may include at least one of known information output means such as a touch screen, a speaker, etc.
  • the battery replacement request may be input by the user U's manipulation of the interface unit 121, or may be output from the mobile terminal as a dedicated application is executed on the mobile terminal owned by the user U. there is.
  • the communication circuit 122 connects to a remote control server 200 located remotely from the battery exchange station 100 through a wired or wireless communication network, and transmits and receives information related to the battery exchange service to and from the remote control server 200. It is configured to do so.
  • the communication circuit 122 provides a non-use signal or a non-use signal to the battery pack stored in each of the occupied charging slots (S) among the first to mth charging slots (S 1 to S m ) through a wired or wireless communication network.
  • a permission signal can be transmitted.
  • the communication circuit 122 sends a use disallow signal or a use allow signal to the battery pack withdrawn by the user U from each charging slot S among the first to m th charging slots S 1 to S m . Can be transmitted.
  • Wired communication may be, for example, CAN (controller area network) communication
  • wireless communication may be, for example, ZigBee or Bluetooth communication.
  • the type of communication protocol is not particularly limited as long as it supports wired and wireless communication between the battery exchange station 100 and the remote control server 200.
  • the controller 130 may be operably coupled to each of the first to mth charging slots (S 1 to S m ), the information input/output device 120, and the charging device 110. That two components are operably combined means that the two components are directly or indirectly connected to enable transmission and reception of signals in one direction or two directions.
  • the controller 130 includes application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors. It can be implemented using at least one of (microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors It can be implemented using at least one of (microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • the controller 130 may have a built-in memory 131.
  • the memory 131 may store data or programs necessary for each component of the battery exchange station 100 to perform operations and functions, or data generated in the process of performing operations and functions.
  • the memory 131 may store at least one program, application, data, or instructions executed by the controller 130.
  • There is no particular limitation on the type of the memory 131 as long as it is a known information storage means that is known to be capable of recording, erasing, updating, and reading data.
  • the memory includes flash memory type, hard disk type, SSD (Solid State Disk) type, SDD (Solid Disk Drive) type, multimedia card micro type, RAM (Random Access Memory), SRAM (Static RAM), and ROM ( It may be implemented with at least one of Read Only Memory (EEPROM), Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM), and Programmable Read Only Memory (PROM), but the present invention is not necessarily limited to the specific form of such memory. Additionally, the memory 131 may store program codes in which processes executable by the controller 130 are defined.
  • the remote control server 200 may be configured to enable one-way or two-way communication with the battery exchange station 100.
  • the remote control server 200 can also communicate one-way or two-way with the battery pack B. It can be configured to enable cross-talk* communication.
  • the remote control server 200 may include a communication circuit 122 configured to communicate with the battery exchange station 100 through a wired communication method and/or a wireless communication method.
  • the remote control server 200 may communicate with the battery pack B through a wired communication method and/or a wireless communication method.
  • any one or a combination of two or more of various known communication methods may be employed for communication between the remote control server 200, the battery exchange station 100, and the battery pack (B).
  • at least two of the remote control server 200, the battery exchange station 100, and the battery pack B may communicate with each other through cellular, WIFI, Bluetooth, NFC, or RF methods.
  • the remote control server 200, the battery exchange station 100, and the battery pack may be connected to each other by a cable or the like and communicate with each other.
  • the remote control server 200 may be configured to perform a user authentication operation for a user (U) wishing to exchange a battery through collaboration with the battery exchange station 100.
  • the user (U) executes a dedicated application installed on the mobile terminal and registers his/her user identification information and payment information in the remote control server 200. You can. After completing user registration (e.g., membership registration) to use the battery exchange station 100, the user (U) operates the information input/output device 120 to enter the user (U) ID into the battery exchange station 100. and entering the password, tagging the member identification card, or scanning the QR code displayed on the screen when the dedicated application of the mobile terminal is run with the code scanner of the information input/output device 120 to the battery exchange station 100. You can send an authentication request that includes your user identification information. The payment information is used to prepay or postpay the usage fee for the battery exchange station 100.
  • user registration e.g., membership registration
  • the user (U) operates the information input/output device 120 to enter the user (U) ID into the battery exchange station 100. and entering the password, tagging the member identification card, or scanning the QR code displayed on the screen when the dedicated application of the mobile terminal is run with the code scanner
  • the controller 130 may extract user identification information from the received battery replacement request. Subsequently, the controller 130 may control the communication circuit 122 to transmit the extracted user identification information to the remote control server 200.
  • the remote control server 200 searches for user identification information received from the battery exchange station 100 from a pre-stored user database provided therein, and determines whether the user U has permission to use the battery exchange station 100. You can determine whether or not. That is, the remote control server 200, when member information matching the user identification information acquired through the mediation of the battery exchange station 100 is already registered in the user database, allows the user (U) to use the battery exchange station 100. It can be determined that the user is a legitimate user with permission to use.
  • the remote control server 200 may determine that the user U does not have permission to use the battery exchange station 100.
  • the remote control server 200 may transmit a first response signal indicating successful authentication to the battery exchange station 100.
  • the remote control server 200 may transmit a second response signal indicating authentication failure to the battery exchange station 100. .
  • the controller 130 in response to the first response signal received from the remote control server 200 through the communication circuit 122, outputs an authentication success message to the user U indicating that user authentication was successful. (121) can be controlled.
  • the controller 130 in response to the second response signal received from the remote control server 200 through the communication circuit 122, sends an authentication failure message (e.g., an error message) indicating that user authentication has failed to the user (U). ) can be controlled to output to the interface unit 121. If the user identification information is re-entered after outputting the authentication failure message, the battery exchange station 100 may re-perform the authentication process for the re-entered user identification information.
  • an authentication failure message e.g., an error message
  • the remote control server 200 may be configured to remotely control the fully charged battery pack B1 withdrawn by the user U from the battery exchange station 100 into a non-usable state or a usable state.
  • the battery exchange station 100 may perform at least some of the procedures for user authentication described above, or may perform user authentication procedures on behalf of the remote control server 200. Additionally, instead of the remote control server 200, the battery exchange station 100 may be configured to directly remotely control the fully charged battery pack B1 into a non-usable state or a usable state.
  • the unusable state means that the electrical connection between the plus terminal and minus terminal of the battery pack (B) is open. Accordingly, the battery pack B in an unusable state cannot be charged or discharged.
  • the use permitted state refers to a state in which an electrical connection is formed between the plus terminal and the minus terminal of the battery pack (B). Accordingly, the battery pack B that is in an unusable state can be used normally, including charging and discharging.
  • the remote control server 200 when a use restriction request including pack identification information of the battery pack B is received from the battery exchange station 100, the remote control server 200 includes the pack identification information of the battery pack B.
  • a usage restriction signal may be transmitted (e.g., broadcasted) to the battery pack (B). Even if the battery pack B has been taken out from the battery exchange station 100 by the user U, the battery pack B may be put into an unusable state in response to a use restriction signal including its pack identification information.
  • the remote control server 200 may transmit a use permission signal including pack identification information to the battery pack B.
  • the battery pack B is pulled out of the battery exchange station 100 by the user U in a non-usable state and then switched to a usable state by a use-allowed signal including its battery pack ID. You can.
  • the charging device 110 includes a charging power unit 111, a switching circuit 112, a voltage detection circuit 113, and a current sensor 114.
  • FIG. 2 shows the first to mth charging slots (S 1 to S m ) and the controller 130 along with the charging device 110 .
  • the charging power unit 111 may be activated or deactivated according to a command from the controller 130. While activated, the charging power supply unit 111 may operate in either a constant current charging mode or a constant voltage charging mode according to a command from the controller 130.
  • the switching circuit 112 is configured to electrically connect one or more of the first to mth charging slots S 1 to S m to the charging power supply unit 111 . That is, the switching circuit 112 electrically connects each of the first to mth charging slots (S 1 to S m ) to the charging power supply unit 111 or connects the charging power supply unit 111 according to a command from the controller 130. can be electrically separated from
  • the charging slot (S) is a pack room including a first terminal (+) and a second terminal (-).
  • the pack room refers to the space where the battery pack (B) is stored.
  • the positive and negative terminals of the battery pack (B) are connected to the first terminal (+) and second terminal (-) of the charging slot (S), respectively. Can be electrically connected.
  • the voltage detection circuit 113 is provided to be electrically connectable to the first terminal (+) and the second terminal (-) of each of the first to mth charging slots (S 1 to S m ).
  • the voltage detection circuit 113 uses the potential difference between the first terminal (+) and the second terminal (-) of each of the first to mth charging slots (S 1 to S m ) to detect the first to mth charging slots (S 1 to S m).
  • S 1 to S m The voltage across both ends of the battery pack B stored in each (hereinafter, may simply be referred to as 'pack voltage') is detected.
  • the voltage detection circuit 113 may transmit a voltage signal representing the detected battery voltage to the controller 130 through analog-to-digital conversion.
  • the current sensor 114 may be implemented to include one or more of known current detection elements such as a shunt resistor, a Hall effect element, etc.
  • the current sensor 114 is electrically connected to a power path (a pair of power lines 11 and 12) between the switching circuit 112 and the charging power supply unit 111.
  • a power path (a pair of power lines 11 and 12) between the switching circuit 112 and the charging power supply unit 111.
  • the power lines 11 and 12 are shown as thick solid lines.
  • the current sensor 114 detects the charging current flowing in the power paths 11 and 12 between the switching circuit 112 and the charging power supply 111 while the charging power supply 111 is operating in the constant current charging mode or the constant voltage charging mode. , a current signal representing the detected charging current may be output to the controller 130.
  • m current sensors 114 may be provided to correspond one-to-one to the first to mth charging slots (S 1 to S m ). These m current sensors 114 can individually detect the charging current flowing in each of the first to mth charging slots (S 1 to S m ).
  • the controller 130 controls each occupied state among the first to mth charging slots (S 1 to S m ) based on the voltage signal received from the voltage detection circuit 113 at every set time (e.g., 0.01 seconds). A voltage value representing the pack voltage of the charging slot can be determined, and the determined voltage value can be recorded in memory. Additionally, the controller 130 may determine a current value representing the charging current based on the current signal received from the current sensor 114 at each set time and record the current value in the memory 131.
  • the controller 130 may monitor battery storage information of the first to mth charging slots (S 1 to S m ).
  • the battery storage information may include slot state information indicating whether each of the first to mth charging slots S 1 to S m is in an idle state or an occupied state. Additionally, the battery storage information may include accumulated idle time and/or accumulated occupied time for each of the first to mth charging slots (S 1 to S m ).
  • the accumulated idle time may be the total time that the charging slot (S) has remained idle since the most recent time when it was switched from an occupied state to an idle state.
  • the cumulative occupied time may be the total time that the charging slot (S) remains occupied from the most recent time when it was switched from the idle state to the occupied state.
  • the battery storage information includes pack identification information and / or status parameters (e.g. , pack voltage, SOC, SOH).
  • the controller 130 When it is assumed that the ith charging slot ( Si ) is occupied, the controller 130 provides a time series of the voltage value and/or current value of the pack voltage of the battery pack (B) stored in the ith charging slot ( Si ). Based on this, the SOC and/or SOH of the battery pack stored in the ith charging slot (S i ) can be monitored (estimated). Any one or a combination of two or more of various known methods may be used to estimate SOC and/or SOH. For example, SOC-OCV map, ampere counting, and extended Kalman filter can be used to estimate the SOC of a battery pack.
  • the genuine battery pack (B) usable in the battery exchange station 100 can be stored in the charging slot (S) of the battery exchange station 100, and the battery pack (B) in the state stored in the charging slot (S) It may be standardized to have specifications that can be normally charged using the charging power supplied by the exchange station 100.
  • the battery pack B includes a cell group 51, a wireless communication circuit 53, and a pack switch 52.
  • the cell group 51 includes at least one battery cell.
  • the type of battery cell is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged, such as a lithium-ion cell.
  • these plurality of battery cells may be connected to each other in series, parallel, or a series-parallel combination.
  • the wireless communication circuit 53 When receiving a use restriction signal from the remote control server 200, the wireless communication circuit 53 controls the pack switch 52 to be turned off. When receiving a use permission signal from the remote control server 200, the wireless communication circuit 53 controls the pack switch 52 to be turned on. Additionally, the wireless communication circuit 53 may include an NFC tag on which pack identification information of the battery pack is recorded. When the NFC tag is located within a predetermined proximity distance from the NFC reader provided in the communication circuit 122 of the battery exchange station 100, the NFC reader can collect pack identification information from the NFC tag in a non-contact manner.
  • the pack switch 52 is installed in the current path between the plus terminal and minus terminal of the battery pack B. Specifically, the pack switch 52 may be installed between the plus terminal of the battery pack and the plus terminal of the cell group 51 or between the minus terminal of the battery pack B and the minus terminal of the cell group 51. .
  • the plus terminal of the cell group 51 may be the positive terminal of the battery cell located electrically upstream among the plurality of battery cells in the cell group 51.
  • the negative terminal of the cell group 51 may be the negative terminal of the battery cell located electrically most downstream among the plurality of battery cells in the cell group 51.
  • At least one of the use restriction signal and the use permission signal may be transmitted from the remote control server 200 to the battery pack B through the mediation of the battery exchange station 100.
  • the remote control server 200 transmits a use restriction signal to the battery exchange station 100
  • the battery exchange station 100 transmits the use restriction signal received from the remote control server 200 to the battery pack (B). Can be transmitted.
  • At least one of the use limit signal and the use allow signal may be directly transmitted to the battery pack by the battery exchange station 100 instead of the remote control server 200.
  • the battery exchange station 100 can charge the battery pack B stored in each charging slot S in an occupied state.
  • the user U may use the occupied charging slot S among the first to m charging slots S 1 to S m of the battery exchange station 100.
  • the stored battery pack (B) can be withdrawn.
  • the battery exchange station 100 when the user (U) who wishes to exchange the battery is authenticated as a legitimate user, the kth charging slot (S) among the first to mth charging slots (S 1 to S m ) After the fully charged battery pack (B1) stored in k ) is withdrawn by the user (U), it is monitored whether the user's (U) discharged battery pack (B2) is stored in the kth charging slot (S k ), The fully charged battery pack (B1) drawn by the user (U) can be remotely controlled to either an unusable state or a usable state.
  • Figure 4 is a flowchart referenced to schematically explain the control method of the battery exchange station 100 according to the first embodiment of the present invention, and Figures 5A to 5C illustrate the battery exchange process according to the method of Figure 4. This is a drawing referenced for this.
  • step S410 the controller 130 receives a battery replacement request from the user U through the information input/output device 120.
  • the battery replacement request may include user identification information of the user (U).
  • the user (U) inputs the ID and PW of the user (U) into the information input/output device 120 provided at the battery exchange station 100, or tags the member identification card he or she possesses, so that the battery exchange station ( You can send a battery replacement request to 100).
  • a battery exchange request can be transmitted to the battery exchange station 100 by allowing the QR code displayed on the screen of the user's mobile terminal to be scanned by the information input/output device 120.
  • User identification information may be recorded in the QR code and/or member identification card, and the information input/output device 120 may collect user identification information from the QR code and/or member identification card in a non-contact manner.
  • step S420 the controller 130 determines whether there is a charging slot S in which the fully charged battery pack B1 is stored among the first to mth charging slots S 1 to S m . That is, it is determined in step S420 whether the fully charged battery pack B1 is stored in at least one of the first to mth charging slots S 1 to S m .
  • a fully charged battery pack (B1) is illustrated as being stored in the charging slot (S 1 ) in a closed state (lock mode).
  • step S420 If the value of step S420 is “Yes,” the process may proceed to step S430.
  • the value of step S420 being “No” indicates that a fully charged battery is not stored in any of the first to mth charging slots (S 1 to S m ). For example, when all of the first to mth charging slots (S 1 to S m ) are in an idle state, the value output in step S420 may be “No”. As another example, even if the first to mth charging slots S 1 to S m are all occupied, if all battery packs B are not fully charged, the value output in step S420 may be “No”. If the value of step S420 is “No”, the process may proceed to step S422.
  • step S420 when the fully charged battery pack (B1) is stored in only one of the first to m'th charging slots (S 1 to S m ), the controller 130 stores the fully charged battery pack (B1). You can select a specific stored charging slot as the target charging slot.
  • the controller 130 selects one of the two or more charging slots as the target charging slot. You can select . For example, among the two or more charging slots, the charging slot in which the battery pack (B) with the maximum SOH is stored may be selected as the target charging slot.
  • the charging slot that has been occupied for the longest time may be selected as the target charging slot.
  • the charging slot that houses the battery pack (B) with the longest remaining time in a fully charged state may be selected as the target charging slot.
  • the target charging slot may be referred to as the kth charging slot (S k ). That is, when k is a natural number of 1 or more and m or less, the k-th charging slot (S k ) is the first to m-th It is one of the charging slots (S 1 to S m ).
  • the first charging slot S 1 is selected as the target charging slot.
  • step S430 the controller 130 determines whether the user U has permission to use the battery exchange station 100, based on the user identification information included in the battery exchange request. That is, it is determined in step S430 whether authentication of the user U's usage authority was successful.
  • Step S430 is a procedure for determining whether the first battery discharge condition is satisfied.
  • the controller 130 may obtain an authentication result for the user U's usage authority by searching whether member registration information matching the user identification information is recorded in the user database.
  • the controller 130 may extract user identification information from the battery replacement request and then transmit a remote authentication request including the extracted user identification information to the remote control server 200.
  • the remote control server 200 may transmit the authentication result for the user U's usage authority to the battery exchange station 100 in response to the remote authentication request.
  • step S430 being “Yes” indicates that the user (U) has been successfully authenticated as a legitimate user. If the value of step S430 is “Yes,” the process proceeds to step S430.
  • step S430 being “No” indicates that authentication for the user (U)’s usage authority has failed. If the value of step S430 is “No”, the process may proceed to step S422.
  • step S422 the controller 130 controls the information input/output device 120 to output an exchange impossible message.
  • step S422 is executed with the value of step S420 being “No”, the non-exchangeable message may be for notifying the user U that the fully charged battery pack B1 does not exist.
  • the controller 130 calculates the remaining charging time of the battery pack (B) for each occupied charging slot, and calculates the remaining charging time The minimum waiting time during charging can be added to the non-exchangeable message.
  • step S422 is executed with the value of step S430 being "No"
  • the non-exchangeable message may include a request to re-enter the user identification information.
  • step S440 the controller 130 switches the kth charging slot (S k ) from the locked mode to the unlocked mode.
  • the inlet of the kth charging slot (S k ) may be maintained in the lock mode when the value of step S430 is “No” and unlocked from the lock mode when the value of step S430 is “Yes” mode can be switched.
  • the inlet of the charging slot (S 1 ) is closed as shown in FIG. 5A, while in the unlocked mode, the inlet of the charging slot (S 1 ) is open as shown in FIG. 5b.
  • the controller 130 is configured to stop the supply of charging power to the fully charged battery pack (B1) stored in the k-th charging slot (S k ) before the k-th charging slot (S k ) is switched to the unlock mode.
  • the charging device 110 can be controlled. Accordingly, the user (U) can safely withdraw the fully charged battery pack (B1) through the inlet of the kth charging slot (S k ). Referring to FIG. 5C, the user (U) removes the discharged battery pack (B2) mounted on his/her small electric vehicle (20) and then inserts the fully charged battery pack (B1) drawn from the charging slot (S 1 ) into a small It can be mounted on an electric vehicle (20).
  • step S450 the controller 130 determines whether the fully charged battery pack B1 has been withdrawn from the kth charging slot S k . For example, when the fully charged battery pack (B1) is drawn out, the voltage between the terminals of the kth charging slot (S k ) by the voltage detection circuit 113 becomes substantially 0 V, and accordingly, the controller 130 controls the fully charged battery pack. (B1) can be recognized as having been withdrawn from the kth charging slot (S k ). If the value of step S450 is “Yes,” the process proceeds to step S452.
  • step S452 the controller 130 records the withdrawal time of the fully charged battery pack B1 from the kth charging slot S k .
  • step S460 the controller 130 determines whether the discharged battery pack B2 is stored in the kth charging slot S k . If the value of step S460 is “No”, the process proceeds to step S462. If the value of step S460 is “Yes,” the process proceeds to step S470.
  • step S462 the controller 130 determines whether the elapsed time from the fetch time is greater than or equal to the threshold time. If the value of step S460 is “Yes,” the process may proceed to step S480.
  • the threshold time may be a predetermined length of time that is commonly applied to all users (U) who have permission to use the battery exchange station 100.
  • controller 130 may differentially set the threshold time for each user (U) according to membership level, past battery replacement history, etc.
  • step S470 the controller 130 switches the fully charged battery pack B1 from a use-disallowed state to a use-allowed state.
  • the controller 130 may control the communication circuit 122 to output a use permit signal including pack identification information of the fully charged battery pack B1.
  • the controller 130 transmits a remote use permit request including pack identification information of the fully charged battery pack (B1) to the remote control server 200, and the remote control server 200 sends the battery exchange station 100
  • a use permission signal including pack identification information of the fully charged battery pack B1 may be wirelessly transmitted (eg, broadcasted).
  • the controller 130 may return the kth charging slot (S k ) from the unlock mode to the locked mode.
  • step S480 the controller 130 controls the information input/output device 120 to output a battery storage request message.
  • the battery storage request message may be a visual and/or auditory notification signal encouraging the user (U) to store the discharged battery pack (B2) in the k-th charging slot (S k ).
  • the controller 130 may terminate the method according to FIG. 4 when the kth charging slot (S k ) is not converted from the idle state to the occupied state even though step S480 is performed a predetermined number of times.
  • Figure 6 is a flowchart referenced for schematically explaining the control method of the battery exchange station according to the second embodiment of the present invention, and Figures 7a to 7c are used to explain the battery exchange process according to the method of Figure 6. This is a referenced drawing.
  • step S610 the controller 130 receives a battery replacement request from the user U through the information input/output device 120.
  • the controller 130 may switch the NFC reader of the information input/output device 120 from the sleep state to the wake-up state.
  • step S620 the controller 130 determines whether there is a charging slot (S k ) in which the fully charged battery pack (B1) is stored among the first to m-th charging slots (S 1 to S m ).
  • step S630 the controller 130 determines whether the discharged battery pack B2 is located close to the battery exchange station 100. That is, step S430 is a procedure for determining whether the second battery discharge condition is satisfied.
  • the user (U) removes the discharged battery pack (B2) mounted on his small electric vehicle 20 and then uses the temporary pack holder (U) provided in the battery exchange station 100. It can be placed on H).
  • the temporary pack holder H may be equipped with an NFC reader included in the communication circuit 112 of the information input/output device 120. Then, pack identification information from the NFC tag attached to the discharged battery pack B2 is collected by the NFC reader.
  • the pack identification information is unique information of the discharged battery pack (B2) that can confirm whether the discharged battery pack (B2) is genuine and distinguish it from other battery packs. If the value of step S620 is “Yes,” the process proceeds to step S630. If the value of step S620 is “No”, the process may proceed to step S622.
  • step S622 the controller 130 controls the information input/output device 120 to output an exchange impossible message.
  • step S640 the controller 130 switches the kth charging slot (S k ) from the locked mode to the unlocked mode. Accordingly, as illustrated in Figure 7b, the inlet of the charging slot (S 1 ) is in an open state. Then, the user (U) withdraws the fully charged battery pack (B1) from the charging slot (S 1 ) as shown in FIG. 7C, installs it on the small electric vehicle 20, and then places the discharged battery pack (B2) in the temporary pack. It can be stored from the holder (H) into the charging slot (S 1 ).
  • step S650 the controller 130 determines whether the fully charged battery pack B1 has been withdrawn from the kth charging slot S k . If the value of step S650 is “Yes,” the process proceeds to step S660.
  • step S652 the controller 130 records the withdrawal time of the fully charged battery pack B1 from the kth charging slot S k .
  • step S660 the controller 130 determines whether a discharged battery is stored in the kth charging slot (S k ). If the value of step S660 is "No”, the process proceeds to step S662. If the value of step S660 is “Yes,” the process proceeds to step S670.
  • step S662 the controller 130 determines whether the elapsed time from the fetch time is greater than or equal to the threshold time. If the value of step S660 is “Yes,” the process proceeds to step S680.
  • step S670 the controller 130 switches the fully charged battery pack B1 from a use-disallowed state to a use-allowed state.
  • step S680 the controller 130 controls the information input/output device 120 to output a battery storage request message.
  • the controller 130 may terminate the method according to FIG. 4 when the kth charging slot (S k ) is not converted from the idle state to the occupied state even though step S680 is performed a predetermined number of times.
  • FIG. 8 is a flowchart referenced to schematically explain the control method of the battery exchange station according to the third embodiment of the present invention.
  • step S810 the controller 130 receives a battery replacement request from the user U through the information input/output device 120.
  • Step S810 is substantially the same as step S410 in FIG. 4.
  • step S820 the controller 130 determines whether there is a charging slot in which the fully charged battery pack B1 is stored among the first to mth charging slots S 1 to S m . If the value of step S820 is “Yes,” the process may proceed to step S830. If the value of step S820 is “No”, the process may proceed to step S822. Step S820 is substantially the same as step S420 in FIG. 4.
  • step S830 the controller 130 determines whether the user U has permission to use the battery exchange station 100, based on the user identification information included in the battery exchange request.
  • Step S830 is substantially the same as step S430 in FIG. 4.
  • step S832 the controller 130 determines whether the discharged battery pack B2 is located close to the battery exchange station 100.
  • Step S832 is substantially the same as step S630 in FIG. 6. That is, the battery discharge condition includes a first discharge condition according to step S830 and a second discharge condition according to step S832. Additionally, the controller 130 may determine whether the second fetch condition is satisfied on the condition that the first fetch condition is satisfied.
  • step S822 the controller 130 controls the information input/output device 120 to output an exchange impossible message. If step S822 is executed with the value of step S820 being “No”, the non-exchangeable message may be for notifying the user U that the fully charged battery pack B1 does not exist. If step S822 is executed with the value of step S830 being “No”, the non-exchangeable message may include a request to re-enter the user identification information. If step S822 is executed with the value of step S832 being "No”, the non-exchangeable message may include requesting that the discharged battery pack (B2) be placed on the temporary pack holder (H).
  • step S840 the controller 130 switches the kth charging slot (S k ) from the locked mode to the unlocked mode.
  • Step S840 is substantially the same as step S420 in FIG. 4
  • step S850 the controller 130 determines whether the fully charged battery pack B1 has been withdrawn from the kth charging slot S k . If the value of step S850 is "Yes", the process proceeds to step S852.
  • step S852 the controller 130 records the withdrawal time of the fully charged battery pack B1 from the kth charging slot S k .
  • step S860 the controller 130 determines whether the discharged battery pack B2 is stored in the kth charging slot S k . If the value of step S860 is "No”, the process proceeds to step S862. If the value of step S860 is “Yes,” the process proceeds to step S870.
  • step S862 the controller 130 determines whether the elapsed time from the fetch time is greater than or equal to the threshold time. If the value of step S860 is “Yes,” the process may proceed to step S880. Step S862 is substantially the same as step S462 in FIG. 4.
  • step S870 the controller 130 switches the fully charged battery pack B1 from a use-disabled state to a use-allowed state.
  • Step S870 is substantially the same as step S470 in FIG. 4.
  • step S880 the controller 130 controls the information input/output device 120 to output a battery storage request message.
  • the controller 130 may terminate the method according to FIG. 8 when the kth charging slot (S k ) is not converted from the idle state to the occupied state even though step S880 is performed a predetermined number of times.
  • the controller 130 provides information about the user U based on the elapsed time from the withdrawal time of the fully charged battery pack B1 from the kth charging slot S k . You can decide on rewards or penalties.
  • Rewards may include an extension of the threshold time. For example, when the elapsed time is less than the threshold time, the controller 130 maps the threshold time extended by an amount of time that has a positive correlation to the time difference between the elapsed time and the threshold time to the user identification information of the user U. It can be recorded.
  • Penalties may include reduction of critical time. For example, when the elapsed time exceeds the threshold time, the controller 130 maps the threshold time shortened by an amount of time that has a positive correlation to the time difference between the elapsed time and the threshold time to the user identification information of the user U. It can be recorded.
  • the embodiments of the present invention described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through a program that realizes the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the embodiments described above.

Abstract

배터리 교환 스테이션, 그의 제어 방법 및 배터리 교환 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 배터리 교환 스테이션은, 각각 배터리 팩의 수납 및 인출이 가능한 복수의 충전 슬롯, 사용자로부터 배터리 교환 요청을 수신하는 정보 입출력 장치, 및 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯의 배터리 수납 정보를 확인하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는, 상기 배터리 교환 요청에 응답하여, 배터리 인출 조건의 만족 여부를 판정하고, 상기 배터리 인출 조건이 만족되는 것에 응답하여, 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯 중 완충 배터리 팩이 수납되어 있는 특정 충전 슬롯을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환하도록 구성된다.

Description

배터리 교환 스테이션, 그의 제어 방법 및 배터리 교환 시스템
본 발명은 배터리 교환 스테이션의 운영을 효율화하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 09월 06일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0112783호, 2022년 09월 06일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0112784호 및 2023년 09월 06일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2023-0118310호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
대용량이면서 고전압이 요구되는 대상 장치(예, 전기 차량)을 위한 배터리 팩은, 서로 직렬로 접속된 수십에서 수백 개의 배터리 셀을 포함한다. 이러한 배터리 팩을 완전히 충전하는 데에는 긴 시간이 소요되는 바, 최근 배터리 교환 스테이션(BSS : Battery Swapping Station)이 그 대안으로 떠오르고 있다.
배터리 교환 스테이션은 방전된 배터리와 완충 배터리의 맞교환을 지원하는 장치를 일컫는다. 즉, 배터리 교환 시스템은, 사용자의 요청에 따라 완충 배터리 팩을 사용자가 인출할 수 있도록 지원하고, 배터리 팩이 인출됨에 따라 빈 상태(유휴 상태)가 된 슬롯에 방전된 배터리 팩이 수납되는 경우 해당 배터리 팩을 완충 상태로 충전한다. 배터리 교환 스테이션에서의 배터리 교환은 사용자 또는 작업자에 의해 수작업으로 진행되거나, 배터리 교환 스테이션에 의해 자동적으로 진행될 수 있다.
사용자 입장에서는 자신의 대상 장치에 장착된 방전된 배터리 팩이 완충 상태에 이를 때까지 대기할 필요없이, 이미 완충 배터리 팩을 배터리 교환 스테이션으로부터 인출하여 자신의 대상 장치를 구동할 수 있기 때문에, 사용자 편의성이 향상된다.
배터리 교환 스테이션은 복수의 충전 슬롯을 구비하고, 각 충전 슬롯은 다른 충전 슬롯과는 독립적으로 그에 수납된 배터리를 충전 가능하도록 제공된다.
배터리 교환 스테이션의 특정 슬롯에 수납된 완충 배터리 팩이 사용자에 의해 인출되는 경우, 그 특정 슬롯은 유휴 상태가 된다. 유휴 상태에서는 충전 기능도 정지될 수 밖에 없기 때문에, 배터리 교환 스테이션의 각 슬롯이 유휴 상태로 유지되는 시간을 최소화하는 것이 배터리 교환 스테이션의 효율적 운용에 상당히 중요하다.
종래의 배터리 교환 스테이션은, 사용자가 배터리 교환 스테이션에 구비된 m개(3 이상)의 충전 슬롯 중 유휴 상태인 소정 개수의 충전 슬롯에 방전 배터리 팩을 수납한 것을 조건으로, 점유 상태인 소정 개수의 다른 충전 슬롯에 수납된 완충 배터리 팩을 사용자에게 제공하는 방식을 채용하고 있다. 즉, 종래에는 배터리 교환 스테이션에 구비된 m개의 충전 슬롯 중 적어도 소정 개수의 충전 슬롯이 유휴 상태로 유지되어야만 함으로 인해, m개의 슬롯 모두를 점유 상태로 운용하는 것이 불가하므로, 배터리 교환 스테이션의 운영 효율성에 큰 제약이 되고 있다.
따라서, 배터리 교환 스테이션에 마련된 각 충전 슬롯의 유휴 시간을 가급적 단축함으로써 운영 효율성을 향상시킬 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 교환 스테이션에 마련된 복수의 슬롯 각각의 유휴 시간을 최소화하여, 배터리 교환 스테이션의 전체적인 운영 효율성을 향상시킬 수 있는 배터리 교환 스테이션, 상기 배터리 교환 스테이션을 포함하는 배터리 교환 시스템, 및 상기 배터리 교환 스테이션을 위한 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 교환 스테이션은, 각각 배터리 팩의 수납 및 인출이 가능한 제1 내지 제m 충전 슬롯(m은 2 이상의 자연수임), 사용자로부터 배터리 교환 요청을 수신하는 정보 입출력 장치, 및 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯의 배터리 수납 정보를 확인하도록 구성되는 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는, 상기 배터리 교환 요청에 응답하여, 배터리 인출 조건의 만족 여부를 판정하고, 상기 배터리 인출 조건이 만족되는 것에 응답하여, 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯 중 완충 배터리 팩이 수납되어 있는 제k 충전 슬롯(k는 m 이하의 자연수임)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환하도록 구성된다.
상기 배터리 인출 조건은, (i)상기 사용자의 사용자 식별 정보에 의해 상기 사용자의 사용 권한이 인증되는 제1 인출 조건 및 (ii)방전 배터리 팩이 상기 배터리 교환 스테이션에 근접 위치하는 제2 인출 조건 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 인출 조건이 만족되는 것을 조건으로, 상기 제2 인출 조건의 만족 여부를 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 방전 배터리 팩의 팩 식별 정보가 상기 정보 입출력 장치에 의해 비접촉으로 검출되는 것에 응답하여, 상기 제2 인출 조건이 만족된 것으로 판정하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출된 후, 상기 사용자의 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납된 것에 응답하여, 상기 제k 충전 슬롯을 상기 잠금 해제 모드로부터 상기 잠금 모드로 전환하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출되기 이전에, 상기 완충 배터리 팩에 대한 사용 불허 신호를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출된 후, 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납된 것에 응답하여, 상기 완충 배터리 팩을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환시키기 위해, 상기 완충 배터리 팩에 대한 사용 허용 신호를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제k 충전 슬롯으로부터의 상기 완충 배터리 팩의 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간에 도달할 때까지 상기 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납되는 것이 미검출된 것에 응답하여, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제k 충전 슬롯으로부터의 상기 완충 배터리 팩의 인출 시각으로부터의 경과 시간을 기초로, 상기 사용자에 대한 리워드 또는 패널티를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 리워드는, 상기 임계 시간의 연장을 포함할 수 있다. 상기 패널티는, 상기 임계 시간의 단축을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 제 배터리 교환 시스템은, 상기 배터리 교환 스테이션을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 교환 스테이션의 제어 방법은, 상기 컨트롤러가, 상기 정보 입출력 장치를 통해 사용자로부터 배터리 교환 요청을 수신하는 단계, 상기 컨트롤러가, 상기 배터리 교환 요청에 응답하여, 배터리 인출 조건의 만족 여부를 판정하는 단계, 및 상기 배터리 인출 조건이 만족되는 것에 응답하여, 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯 중 완충 배터리 팩이 수납되어 있는 제k 충전 슬롯(k는 m 이하의 자연수임)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환하는 단계를 포함한다.
상기 배터리 인출 조건은, (i)상기 사용자의 사용자 식별 정보에 의해 상기 사용자의 사용 권한이 인증되는 제1 인출 조건 및 (ii)방전 배터리 팩이 상기 배터리 교환 스테이션에 근접 위치하는 제2 인출 조건 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 배터리 교환 스테이션의 제어 방법은, 상기 컨트롤러가, 상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출된 후, 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납된 것에 응답하여, 상기 완충 배터리 팩을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환시키기 위해, 상기 완충 배터리 팩에 대한 사용 허용 신호를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 교환 스테이션의 제어 방법은, 상기 컨트롤러가, 상기 제k 충전 슬롯으로부터의 상기 완충 배터리 팩의 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간에 도달할 때까지 상기 사용자의 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납되는 것이 미검출된 것에 응답하여, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 교환 스테이션에 마련된 복수의 슬롯 각각의 유휴 시간을 최소화하여, 배터리 교환 스테이션의 전체적인 운영 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 교환을 희망하는 사용자가 배터리 교환 스테이션의 특정 슬롯으로부터 완충 배터리를 인출한 시각부터 동일 슬롯에 방전 배터리를 수납하는 시각까지의 경과 시간에 따라 사용자에게 리워드를 제공하거나 패널티를 부과함으로써, 배터리 교환 스테이션의 운영 효율성을 향상시키는 데에 사용자의 적극적 참여를 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 교환 스테이션의 특정 슬롯이 유휴 상태(완충 배터리가 사용자에 의해 인출되어 비어 있는 상태)로부터 점유 상태(방전된 배터리가 사용자에 의해 수납된 상태)로 전환된 것을 조건으로, 상기 특정 슬롯으로부터 인출된 완충 배터리를 원격으로 사용 가능 상태로 제어함으로써, 사용자가 자신의 방전된 배터리를 가급적 빨리 상기 특정 슬롯에 수납하도록 독려할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 교환 시스템의 구성을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 교환 스테이션의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 배터리 교환 스테이션에 대한 수납 및 인출이 가능한 정품 배터리 팩의 구성을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션(100)의 제어 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 방법에 따른 배터리 교환 과정을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션의 제어 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 방법에 따른 배터리 교환 과정을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션의 제어 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <~~부(unit)>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 교환 시스템의 구성을 설명하는 데에 참조되는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 교환 스테이션의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 배터리 교환 스테이션에 대한 수납 및 인출이 가능한 정품 배터리 팩의 구성을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 교환 시스템(10)은, 배터리 교환 스테이션(100) 및 원격 관제 서버(200)를 포함한다.
배터리 교환 스테이션(100)은, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm, m은 2 이상의 자연수임), 정보 입출력 장치(120), 충전 장치(110) 및 컨트롤러(130)를 포함한다.
제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각은, 배터리 팩의 수납 및 인출이 가능하도록 제공된다. 도 1에는, m=8 즉, 배터리 교환 스테이션(100)이 총 8개의 충전 슬롯(S1~S8)을 구비한 것으로 예시하였다. 이하에서는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm)에 공통된 내용을 설명함에 있어서, 부호 S 또는 Si(i는 m 이하의 자연수)를 사용하기로 한다. 도 1에 예시된 바와는 달리, 충전 슬롯(S)의 개수는 8개 미만 또는 8개 초과일 수 있음을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
충전 슬롯(S)에 배터리 팩(B)이 수납되지 않은 상태를 '유효 상태(또는 출고 상태)'라고 칭하고, 충전 슬롯(S)에 배터리 팩(B)이 수납되어 있는 상태를 '점유 상태(또는 입고 상태)'라고 칭할 수 있다. 도 2에서는, 충전 슬롯(S1, S2)은 점유 상태이고, 충전 슬롯(Sm)은 유휴 상태인 것으로 예시되어 있다.
정보 입출력 장치(120)는, 인터페이스부(121) 및 통신 회로(122)를 포함한다.
인터페이스부(121)는, 자신이 소지한 방전 배터리 팩(B2)을 완충 배터리 팩(B1)으로 교환하기를 희망하는 사용자(U)로부터 배터리 교환 요청 등을 비롯한 각종 필요 정보를 입력받을 수 있다. 예컨데, 인터페이스부(121)는, 터치 스크린, 키보드, 마우스, QR 스캐너, 마이크 등과 같은 공지의 정보 입력 수단들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 정보 입출력 장치(120)는, 배터리 팩의 교환 중의 진행 상황을 통지하는 각종 정보를 출력할 수 있다. 예컨데, 인터페이스부(121)는, 터치 스크린, 스피커 등과 같은 공지의 정보 출력 수단들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
배터리 교환 요청은, 인터페이스부(121)에 대한 사용자(U)의 조작 행위에 의해 입력되는 것이거나, 또는 사용자(U)가 소지한 이동 단말기에서 전용 애플리케이션이 실행됨에 따라 이동 단말기에서 출력되는 것일 수 있다.
통신 회로(122)는, 유무선 통신 네트워크를 통해 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 원격지에 위치하는 원격 관제 서버(200)에 접속하여, 배터리 교환 서비스에 관련된 정보를 원격 관제 서버(200)와의 사이에서 송수신하도록 구성된다. 또한, 통신 회로(122)는, 유무선 통신 네트워크를 통해 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 점유 상태에 있는 각 충전 슬롯(S)에 수납된 배터리 팩에게 사용 불허 신호 또는 사용 허용 신호를 전송할 수 있다. 또한, 통신 회로(122)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 각 충전 슬롯(S)으로부터 사용자(U)에 의해 인출된 배터리 팩에게 사용 불허 신호 또는 사용 허용 신호를 전송할 수 있다.
유선 통신은 예컨대 캔(CAN: controller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 배터리 교환 스테이션(100) 및 원격 관제 서버(200) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프토토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
컨트롤러(130)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm), 정보 입출력 장치(120) 및 충전 장치(110) 각각에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 두 구성이 동작 가능하게 결합된다는 것은, 단방향 또는 양방향으로 신호를 송수신 가능하도록 두 구성이 직간접적으로 연결되어 있음을 의미한다.
컨트롤러(130)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
컨트롤러(130)에는 메모리(131)가 내장될 수 있다. 메모리(131)는, 배터리 교환 스테이션(100)의 각 구성요소가 동작 및 기능을 수행하는데 필요한 데이터나 프로그램 또는 동작 및 기능이 수행되는 과정에서 생성되는 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리(131)는, 컨트롤러(130)에 의해서 실행되는 적어도 하나의 프로그램, 애플리케이션, 데이터, 또는 인스트럭션들(instructions)을 저장할 수 있다. 메모리(131)는 데이터를 기록, 소거, 갱신 및 독출할 수 있다고 알려진 공지의 정보 저장 수단이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 상기 메모리는, 플래시 메모리 타입, 하드 디스크 타입, SSD(Solid State Disk) 타입, SDD(Solid Disk Drive) 타입, 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), ROM(Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory) 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 메모리의 구체적인 형태로 제한되는 것은 아니다. 또한, 메모리(131)는 컨트롤러(130)에 의해 실행 가능한 프로세스들이 정의된 프로그램 코드들을 저장할 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)과 단방향 또는 앙"눰袖막* 통신 가능하도록 구성될 수 있다. 원격 관제 서버(200)는, 배터리 팩(B)과도 단방향 또는 앙"눰袖막* 통신 가능하도록 구성될 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)과 유선 통신 방식 및/또는 무선 통신 방식으로 통신할 수 있도록 구성되는 통신 회로(122)를 포함할 수 있다. 원격 관제 서버(200)는, 배터리 팩(B)과 유선 통신 방식 및/또는 무선 통신 방식으로 통신할 수 있다.
원격 관제 서버(200), 배터리 교환 스테이션(100) 및 배터리 팩(B) 간의 통신에는 공지된 다양한 통신 방식 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합이 채용될 수 있다. 예를 들어, 원격 관제 서버(200), 배터리 교환 스테이션(100) 및 배터리 팩(B) 중 적어도 둘은 셀룰러, WIFI, 블루투스, NFC, RF 방식 등으로 상호 통신할 수 있다. 다른 예를 들어, 원격 관제 서버(200), 배터리 교환 스테이션(100) 및 배터리 팩은 케이블 등으로 연결되어 상호 통신할 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)과의 협업을 통해, 배터리 교환을 희망하는 사용자(U)에 대한 사용자 인증 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 사용자(U)는 배터리 교환 스테이션(100)을 이용하기 위한 사전 절차로서, 이동 단말기에 설치된 전용 애플리케이션을 실행하여, 자신의 사용자 식별 정보 및 결제 정보를 원격 관제 서버(200)에 등록해둘 수 있다. 사용자(U)는, 배터리 교환 스테이션(100)을 이용하기 위한 사용자 등록(예, 회원 가입)을 완료한 후에, 정보 입출력 장치(120)를 조작하여 배터리 교환 스테이션(100)에 사용자(U) ID 및 비밀번호를 입력하거나, 회원 식별 카드를 태깅하거나, 또는 이동 단말기의 전용 애플리케이션이 실행 시에 화면에 표시되는 QR 코드를 정보 입출력 장치(120)의 코드 스캐너에 스캔하여, 배터리 교환 스테이션(100)에 자신의 사용자 식별 정보를 포함하는 인증 요청을 전송할 수 있다. 결제 정보는, 배터리 교환 스테이션(100)에 대한 이용 요금을 선불 또는 후볼로 결제하는 데에 활용된다.
컨트롤러(130)는, 사용자(U)로부터 배터리 교환 요청이 수신된 것에 응답하여, 수신된 배터리 교환 요청으로부터 사용자 식별 정보를 추출할 수 있다. 이어서, 컨트롤러(130)는, 추출된 사용자 식별 정보를 원격 관제 서버(200)로 전송하도록 통신 회로(122)를 제어할 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 그에 구비된 미리 저장된 사용자 데이터 베이스로부터, 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 수신된 사용자 식별 정보를 탐색하여, 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)의 사용 권한을 갖는지 여부를 판정할 수 있다. 즉, 원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)의 중개로 취득된 사용자 식별 정보와 일치하는 회원 정보가 사용자 데이터 베이스에 기 등록된 경우, 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)의 사용 권한을 갖는 정당 사용자인 것으로 판정할 수 있다.
반면, 사용자 데이터 베이스 내에 사용자 식별 정보와 일치하는 회원 정보가 존재하지 않는 경우, 원격 관제 서버(200)는 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)의 사용 권한이 없는 것으로 판정할 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 사용자(U)가 정당 사용자인 것으로 판정된 경우, 배터리 교환 스테이션(100)으로 인증 성공을 나타내는 제1 응답 신호을 송신할 수 있다. 반면, 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)의 사용 권한이 없는 것으로 판정된 경우, 원격 관제 서버(200)는 인증 실패를 나타내는 제2 응답 신호를 배터리 교환 스테이션(100)으로 송신할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 통신 회로(122)를 통해 원격 관제 서버(200)로부터 수신된 제1 응답 신호에 응답하여, 사용자 인증이 성공하였음을 나타내는 인증 성공 메시지를 사용자(U)에게 출력하도록 인터페이스부(121)를 제어할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 통신 회로(122)를 통해 원격 관제 서버(200)로부터 수신된 제2 응답 신호에 응답하여, 사용자 인증이 실패하였음을 나타내는 인증 실패 메시지(예, 에러 메시지)를 사용자(U)에게 출력하도록 인터페이스부(121)를 제어할 수 있다. 인증 실패 메시지의 출력 후, 사용자 식별 정보가 재입력되는 경우, 배터리 교환 스테이션(100)은 재입력된 사용자 식별 정보에 대한 인증 절차를 재실시할 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 사용자(U)에 의해 인출된 완충 배터리 팩(B1)을, 사용 불허 상태 또는 사용 허용 상태로 원격으로 제어하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 배터리 교환 스테이션(100)은, 전술된 사용자 인증을 위한 절차들 중 적어도 일부를 수행하거나, 원격 관제 서버(200)를 대신하여 사용자 인증 절차들을 수행할 수도 있다. 또한, 원격 관제 서버(200) 대신, 배터리 교환 스테이션(100)이 직접 완충 배터리 팩(B1)을, 사용 불허 상태 또는 사용 허용 상태로 원격으로 제어하도록 구성될 수도 있다.
사용 불허 상태란, 배터리 팩(B)의 플러스 단자와 마이너스 단자 간의 전기적 연결이 개방된 상태를 의미한다. 따라서, 사용 불허 상태에 있는 배터리 팩(B)은 충전도 방전도 불가하다.
사용 허용 상태란, 배터리 팩(B)의 플러스 단자와 마이너스 단자 간의 전기적 연결이 형성된 상태를 의미한다. 따라서, 사용 불허 상태에 있는 배터리 팩(B)은 충전 및 방전을 포함하는 정상적인 사용이 가능하다.
구체적으로, 원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 배터리 팩(B)의 팩 식별 정보를 포함하는 사용 제한 요청이 수신되는 경우, 배터리 팩(B)의 팩 식별 정보를 포함하는 사용 제한 신호를 배터리 팩(B)에 전송(예, 브로드캐스팅)할 수 있다. 배터리 팩(B)은, 사용자(U)에 의해 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 외부로 인출되었더라도, 자신의 팩 식별 정보를 포함하는 사용 제한 신호에 응답하여, 사용 불허 상태가 될 수 있다.
원격 관제 서버(200)는, 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 팩 식별 정보를 포함하는 사용 허용 요청이 수신되는 경우, 팩 식별 정보를 포함하는 사용 허용 신호를 배터리 팩(B)에 전송할 수 있다. 배터리 팩(B)은, 사용 불허 상태로 사용자(U)에 의해 배터리 교환 스테이션(100)의 외부로 인출된 다음, 자신의 배터리 팩 ID를 포함하는 사용 허용 신호에 의해, 사용 허용 상태로 전환될 수 있다.
도 2를 참조하면, 충전 장치(110)는, 충전 전원부(111), 스위칭 회로(112), 전압 검출 회로(113) 및 전류 센서(114)를 포함한다. 이해를 돕기 위해, 도 2에는 충전 장치(110)와 함께 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 및 컨트롤러(130)를 도시하였다.
충전 전원부(111)는, 컨트롤러(130)의 명령에 따라 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 충전 전원부(111)는, 활성화되어 있는 중에, 컨트롤러(130)의 명령에 따라 정전류 충전 모드 및 정전압 충전 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
스위칭 회로(112)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 충전 전원부(111)에 전기적으로 접속 가능하도록 구성된다. 즉, 스위칭 회로(112)는, 컨트롤러(130)의 명령에 따라, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각을 충전 전원부(111)에 전기적으로 접속시키거나 충전 전원부(111)로부터 전기적으로 분리할 수 있다.
충전 슬롯(S)은, 제1 터미널(+) 및 제2 터미널(-)을 포함하는 팩 룸이다. 팩 룸은, 배터리 팩(B)이 수납되는 공간을 일컫는다. 충전 슬롯(S)의 내실에 배터리 팩(B)이 수납 시, 배터리 팩(B)의 양극 단자와 음극 단자는 각각 충전 슬롯(S)의 제1 터미널(+) 및 제2 터미널(-)에 전기적으로 접속될 수 있다.
전압 검출 회로(113)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각의 제1 터미널(+)과 제2 터미널(-)에 전기적으로 연결 가능하도록 제공된다. 전압 검출 회로(113)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각의 제1 터미널(+)과 제2 터미널(-) 간의 전위차를 이용하여, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각에 수납된 배터리 팩(B)의 양단에 걸친 전압(이하, 단순히 '팩 전압'이라고 칭할 수 있음)을 검출한다. 전압 검출 회로(113)는, 아날로그-디지털 변환을 통해, 검출된 배터리 전압을 나타내는 전압 신호를 컨트롤러(130)에 전송할 수 있다.
전류 센서(114)는, 션트 저항, 홀 효과 소자 등과 같은 공지의 전류 검출 소자들 중 하나 또는 둘 이상을 포함하도록 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전류 센서(114)는, 스위칭 회로(112)와 충전 전원부(111) 간의 전력 경로(한 쌍의 전력 라인 11, 12)에 전기적으로 연결된다. 이해를 돕기 위해, 전력 라인(11, 12)은 굵은 실선으로 도시하였다.
전류 센서(114)는, 충전 전원부(111)가 정전류 충전 모드 또는 정전압 충전 모드로 동작 중에, 스위칭 회로(112)와 충전 전원부(111) 간의 전력 경로(11, 12)에 흐르는 충전 전류를 검출하고, 검출된 충전 전류를 나타내는 전류 신호를 컨트롤러(130)에게 출력할 수 있다. 대안적으로, 전류 센서(114)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm)에 일대일 대응하도록 m개가 마련될 수 있다. 이들 m개의 전류 센서(114)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각에 흐르는 충전 전류를 개별적으로 검출할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 설정 시간(예, 0.01초)마다, 전압 검출 회로(113)로부터 수신되는 전압 신호를 기초로 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 점유 상태에 있는 각 충전 슬롯의 팩 전압을 나타내는 전압값을 결정하고, 결정된 전압값을 메모리에 기록할 수 있다. 또한, 컨트롤러(130)는, 설정 시간마다, 전류 센서(114)로부터 수신되는 전류 신호를 기초로 충전 전류를 나타내는 전류값을 결정하고, 전류값을 메모리(131)에 기록할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm)의 배터리 수납 정보를 모니터링할 수 있다. 배터리 수납 정보는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각이 유휴 상태인지 점유 상태인지를 나타내는 슬롯 상태 정보를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 수납 정보는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 각각의 누적 유휴 시간 및/또는 누적 점유 시간을 포함할 수 있다. 누적 유휴 시간은, 충전 슬롯(S)이 점유 상태로부터 유휴 상태로 전환된 가장 최근의 시각으로부터 유휴 상태로 유지된 총 시간일 수 있다. 누적 점유 시간은, 충전 슬롯(S)이 유휴 상태로부터 점유 상태로 전환된 가장 최근의 시각으로부터 점유 상태로 유지된 총 시간일 수 있다. 또한, 배터리 수납 정보는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 점유 상태인 각 충전 슬롯(S)에 수납된 배터리 팩(B)의 팩 식별 정보 및/또는 상태 파라미터(예, 팩 전압, SOC, SOH)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(130)는, 제i 충전 슬롯(Si)이 점유 상태라고 할 때, 제i 충전 슬롯(Si)에 수납된 배터리 팩(B)의 팩 전압의 전압값 및/또는 전류값의 시계열을 기초로, 제i 충전 슬롯(Si)에 수납된 배터리 팩의 SOC 및/또는 SOH를 모니터링(추정)할 수 있다. SOC 및/또는 SOH의 추정에는 공지된 다양한 방식 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합이 이용될 수 있다. 예컨데, 배터리 팩의 SOC를 추정하는 데에는 SOC-OCV 맵, 암페어 카운팅 및 확장 칼만 필터 등이 활용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 배터리 교환 스테이션(100)에서 사용 가능한 정품 배터리 팩(B)은, 배터리 교환 스테이션(100)의 충전 슬롯(S)에 수납 가능하고, 충전 슬롯(S)에 수납된 상태에서 배터리 교환 스테이션(100)이 공급하는 충전 전력에 의해 정상적으로 충전 가능한 사양을 갖도록 표준화된 것일 수 있다.
도 3을 참조하면, 배터리 팩(B)은, 셀 그룹(51), 무선 통신 회로(53) 및 팩 스위치(52)를 포함한다.
셀 그룹(51)은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 배터리 셀은, 리튬 이온 셀과 같이 반복적인 충방전이 가능 것이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 셀 그룹(51)에 복수의 배터리 셀이 포함되는 경우, 이들 복수의 배터리 셀은 상호 직렬, 병렬 또는 직병렬 조합으로 연결될 수 있다.
무선 통신 회로(53)는, 원격 관제 서버(200)로부터 사용 제한 신호를 수신 시, 팩 스위치(52)를 턴 오프 상태로 제어한다. 무선 통신 회로(53)는, 원격 관제 서버(200)로부터 사용 허용 신호를 수신 시, 팩 스위치(52)를 턴 온 상태로 제어한다. 또한, 무선 통신 회로(53)는, 배터리 팩의 팩 식별 정보가 기록된 NFC 태그를 포함할 수 있다. NFC 태그가 배터리 교환 스테이션(100)의 통신 회로(122)에 마련된 NFC 리더로도부터 소정의 근접 거리 이내에 위치하는 경우, NFC 리더는 NFC 태그로부터 팩 식별 정보를 비접촉식으로 수집 가능하다.
팩 스위치(52)는, 배터리 팩(B)의 플러스 단자와 마이너스 단자 간의 전류 경로에 설치된다. 구체적으로, 팩 스위치(52)는, 배터리 팩의 플러스 단자와 셀 그룹(51)의 플러스 단자 사이에 또는 배터리 팩(B)의 마이너스 단자와 셀 그룹(51)의 마이너스 단자 사이에 설치될 수 있다. 셀 그룹(51)의 플러스 단자는, 셀 그룹(51)의 복수의 배터리 셀 중 전기적으로 가장 상류에 위치하는 배터리 셀의 양극 단자일 수 있다. 셀 그룹(51)의 마이너스 단자는, 셀 그룹(51)의 복수의 배터리 셀 중 전기적으로 가장 하류에 위치하는 배터리 셀의 음극 단자일 수 있다.
팩 스위치(52)가 턴 오프 상태인 동안, 배터리 팩(B)의 플러스 단자와 마이너스 단자 간의 전류 경로는 개방된다. 팩 스위치(52)가 턴 온 상태인 동안, 배터리 팩(B)의 플러스 단자와 마이너스 단자 간의 전류 경로는 폐쇄된다.
또는, 사용 제한 신호 및 사용 허용 신호 중 적어도 하나는, 원격 관제 서버(200)로부터 배터리 교환 스테이션(100)의 중개를 거쳐 배터리 팩(B)으로 전송될 수도 있다. 일 예로, 원격 관제 서버(200)가 배터리 교환 스테이션(100)에게 사용 제한 신호를 전송 시, 배터리 교환 스테이션(100)은 원격 관제 서버(200)로부터 수신된 사용 제한 신호를 배터리 팩(B)에게 전송할 수 있다.
또는, 사용 제한 신호 및 사용 허용 신호 중 적어도 하나는, 원격 관제 서버(200) 대신 배터리 교환 스테이션(100)이 직접 배터리 팩으로 전송할 수도 있다.
배터리 교환 스테이션(100)은, 점유 상태에 있는 각 충전 슬롯(S)에 수납된 배터리 팩(B)을 충전할 수 있다.
사용자(U)는, 자신의 사용자 식별 정보에 대한 인증이 성공한 경우, 배터리 교환 스테이션(100)의 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중에서 점유 상태인 충전 슬롯(S)으로부터 그에 수납된 배터리 팩(B)을 인출할 수 있다.
구체적으로, 배터리 교환 스테이션(100)은, 배터리 교환을 희망하는 사용자(U)가 정당 사용자인 것으로 인증된 경우, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 제k 충전 슬롯(Sk)에 수납된 완충 배터리 팩(B1)이 사용자(U)에 의해 인출된 후, 제k 충전 슬롯(Sk)에 사용자(U)의 방전 배터리 팩(B2)이 수납되었는지 여부를 모니터링하여, 사용자(U)에 의해 인출된 완충 배터리 팩(B1)을 사용 불가 상태 및 사용 허용 상태 중 어느 하나로 원격 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션(100)의 제어 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이고, 도 5a 내지 도 5c는 도 4의 방법에 따른 배터리 교환 과정을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 1 내지 도 5c를 참조하면, 단계 S410에서, 컨트롤러(130)는, 정보 입출력 장치(120)를 통해 사용자(U)로부터 배터리 교환 요청을 수신한다. 배터리 교환 요청은, 사용자(U)의 사용자 식별 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 사용자(U)는 배터리 교환 스테이션(100)에 마련된 정보 입출력 장치(120)에 사용자(U)의 ID 및 PW를 입력하거나, 자신이 소지한 회원 식별 카드를 태깅함으로써, 배터리 교환 스테이션(100)으로 배터리 교환 요청을 전달할 수 있다.
다른 예로, 도 5a에 도시된 바와 같이 사용자(U)의 이동 단말기의 화면에 표시된 QR 코드가 정보 입출력 장치(120)에 의해 스캔되도록 함으로써, 배터리 교환 스테이션(100)으로 배터리 교환 요청을 전달할 수 있다. QR 코드 및/또는 회원 식별 카드에는 사용자 식별 정보가 기록되어 있을 수 있고, 정보 입출력 장치(120)는 QR 코드 및/또는 회원 식별 카드로부터 사용자 식별 정보를 비접촉식으로 수집할 수 있다.
단계 S420에서, 컨트롤러(130)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 완충 배터리 팩(B1)이 수납된 충전 슬롯(S)이 존재하는지 여부를 판정한다. 즉, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 적어도 하나에 완충 배터리 팩(B1)이 수납되어 있는지 여부가 단계 S420에서 판정된다. 도 5a에서는, 닫힌 상태(잠금 모드)의 충전 슬롯(S1)에 완충 배터리 팩(B1)이 수납된 것으로 예시하였다.
단계 S420의 값이 "예"인 경우, 단계 S430으로 진행할 수 있다. 단계 S420의 값이 "아니오"인 것은, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 어느 것에도 완충 배터리가 수납되어 있지 않음을 나타낸다. 일 예로, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm)이 모두 유휴 상태인 경우, 단계 S420에서 출력되는 값은 "아니오"일 수 있다. 다른 예로, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm)이 모두 점유 상태이더라도, 모든 배터리 팩(B)이 완충 상태가 아닌 경우, 단계 S420에서 출력되는 값은 "아니오"일 수 있다. 단계 S420의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S422으로 진행할 수 있다.
단계 S420과 관련하여, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 어느 한 충전 슬롯에만 완충 배터리 팩(B1)이 수납되어 있는 경우, 컨트롤러(130)는 완충 배터리 팩(B1)이 수납된 특정 충전 슬롯을 대상 충전 슬롯으로 선택할 수 있다. 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 둘 이상의 충전 슬롯 각각에 완충 배터리 팩(B1)이 수납되어 있는 경우, 컨트롤러(130)는 상기 둘 이상의 충전 슬롯 중 어느 하나를 대상 충전 슬롯으로 선택할 수 있다. 일 예로, 상기 둘 이상의 충전 슬롯 중, 최대 SOH를 갖는 배터리 팩(B)이 수납된 충전 슬롯이 대상 충전 슬롯으로 선택될 수 있다. 다른 예로, 상기 둘 이상의 충전 슬롯 중, 점유 상태로 유지된 시간이 가장 긴 충전 슬롯이 대상 충전 슬롯으로 선택될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 둘 이상의 충전 슬롯 중, 완충 상태로 유지된 시간이 가장 긴 배터리 팩(B)이 수납된 충전 슬롯이 대상 충전 슬롯으로 선택될 수 있다.
이하에서는, 대상 충전 슬롯을 제k 충전 슬롯(Sk)이라고 칭할 수 있다. 즉, k는 1 이상 m 이하의 자연수라고 할 때, 제k 충전 슬롯(Sk)은, 사용자(U)에 의한 인출이 허용되는 완충 배터리 팩(B1)이 수납되어 있는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중의 어느 한 충전 슬롯이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 제1 충전 슬롯(S1)이 대상 충전 슬롯으로 선택된 것으로 가정하기로 한다.
단계 S430에서, 컨트롤러(130)는, 배터리 교환 요청에 포함된 사용자 식별 정보를 기초로, 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)에 대한 사용 권한을 갖는지 여부를 판정한다. 즉, 사용자(U)의 사용 권한에 대한 인증이 성공하였는지 여부가 단계 S430에서 판정된다. 단계 S430은, 배터리 인출 조건으로서의 제1 인출 조건의 만족 여부를 판정하는 절차이다.
컨트롤러(130)는, 사용자 식별 정보에 일치하는 회원 등록 정보가 사용자 데이터 베이스에 기록되어 있는지 여부를 탐색함으로써, 사용자(U)의 사용 권한에 대한 인증 결과를 획득할 수 있다.
대안적으로, 컨트롤러(130)는, 배터리 교환 요청으로부터 사용자 식별 정보를 추출한 다음, 추출된 사용자 식별 정보를 포함하는 원격 인증 요청을 원격 관제 서버(200)에 전송할 수 있다. 원격 관제 서버(200)는, 원격 인증 요청에 응답하여, 사용자(U)의 사용 권한에 대한 인증 결과를 배터리 교환 스테이션(100)으로 전송할 수 있다.
단계 S430의 값이 "예"인 것은, 사용자(U)가 정당 사용자인 것으로 인증 성공하였음을 나타낸다. 단계 S430의 값이 "예"인 경우, 단계 S430으로 진행한다. 단계 S430의 값이 "아니오"인 것은, 사용자(U)의 사용 권한에 대한 대한 인증이 실패하였음을 나타낸다. 단계 S430의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S422으로 진행할 수 있다.
단계 S422에서, 컨트롤러(130)는, 교환 불가 메시지를 출력하도록 정보 입출력 장치(120)를 제어한다.
단계 S422가 단계 S420의 값이 "아니오"인 것에 의해 실행되는 경우, 교환 불가 메시지는 완충 배터리 팩(B1)이 존재하지 않음을 사용자(U)에게 통지하기 위한 것일 수 있다. 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 적어도 하나가 점유 상태인 경우, 컨트롤러(130)는 점유 상태인 충전 슬롯별 배터리 팩(B)의 잔여 충전 시간을 연산하고, 연산된 잔여 충전 시간 중 최소치인 대기 시간을 교환 불가 메시지에 추가할 수 있다.
단계 S422가 단계 S430의 값이 "아니오"인 것에 의해 실행되는 경우, 교환 불가 메시지에는 사용자 식별 정보의 재입력 요구가 포함될 수 있다.
단계 S440에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환한다. 구체적으로, 제k 충전 슬롯(Sk)의 투입구는, 단계 S430의 값이 "아니오"인 경우에 잠금 모드로 유지될 수 있고, 단계 S430의 값이 "예"인 경우에 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환될 수 있다. 예컨대, 잠금 상태에서는 도 5a와 같이 충전 슬롯(S1)의 투입구가 닫혀져 있는 반면, 잠금 해제 모드에서는 도 5b에 도시된 바와 같이 충전 슬롯(S1)의 투입구는 개방 상태가 된다.
컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)이 잠금 해제 모드로 전환되기 이전에, 제k 충전 슬롯(Sk)에 수납된 완충 배터리 팩(B1)에 대한 충전 전력의 공급을 정지하도록 충전 장치(110)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 사용자(U)가 제k 충전 슬롯(Sk)의 투입구를 통해 완충 배터리 팩(B1)을 안전하게 인출 가능하다. 도 5c를 참조하면, 사용자(U)는 자신의 소형 전기 차량(20)에 장착된 방전 배터리 팩(B2)을 탈거한 다음, 충전 슬롯(S1)으로부터 인출된 완충 배터리 팩(B1)을 소형 전기 차량(20)에 장착할 수 있다.
단계 S450에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터 완충 배터리 팩(B1)이 인출되었는지 여부를 판정한다. 예컨대, 완충 배터리 팩(B1)이 인출되면, 전압 검출 회로(113)에 의한 제k 충전 슬롯(Sk)의 단자 간 전압은 실질적으로 0 V가 되며, 이에 따라 컨트롤러(130)는 완충 배터리 팩(B1)이 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터 인출 완료된 것으로 인식할 수 있다. 단계 S450의 값이 "예"인 경우, 단계 S452로 진행한다.
단계 S452에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터의 완충 배터리 팩(B1)의 인출 시각을 기록한다.
단계 S460에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)에 방전 배터리 팩(B2)이 수납되었는지 여부를 판정한다. 단계 S460의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S462으로 진행한다. 단계 S460의 값이 "예"인 경우, 단계 S470으로 진행한다.
단계 S462에서, 컨트롤러(130)는, 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S460의 값이 "예"인 경우, 단계 S480으로 진행할 수 있다. 임계 시간은, 배터리 교환 스테이션(100)에 대한 사용 권한을 갖는 모든 사용자(U)들에게 공통적으로 적용되는 소정 길이의 시간일 수 있다.
대안적으로, 컨트롤러(130)는, 회원 등급이나 과거의 배터리 교환 이력 등에 따라, 사용자(U)별로 임계 시간을 차등 책정할 수 있다.
단계 S470에서, 컨트롤러(130)는, 완충 배터리 팩(B1)을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환한다. 일 예로, 컨트롤러(130)는, 완충 배터리 팩(B1)의 팩 식별 정보를 포함하는 사용 허용 신호를 출력하도록 통신 회로(122)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 컨트롤러(130)는, 원격 관제 서버(200)에게 완충 배터리 팩(B1)의 팩 식별 정보를 포함하는 원격 사용 허용 요청을 전송하고, 원격 관제 서버(200)는 배터리 교환 스테이션(100)으로부터 수신된 원격 사용 허용 요청에 응답하여, 완충 배터리 팩(B1)의 팩 식별 정보를 포함하는 사용 허용 신호를 무선으로 전송(예, 브로드캐스팅)할 수 있다. 또한, 단계 S470에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)을 잠금 해제 모드로부터 잠금 모드로 복귀시킬 수 있다.
단계 S480에서, 컨트롤러(130)는, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 정보 입출력 장치(120)를 제어한다. 배터리 수납 요청 메시지는, 방전 배터리 팩(B2)을 제k 충전 슬롯(Sk)에 수납하도록 사용자(U)를 독려하는 시각적 및/또는 청각적 형태의 알림 신호일 수 있다.
컨트롤러(130)는, 단계 S480가 소정 횟수 실시되었음에도 제k 충전 슬롯(Sk)가 유휴 상태로부터 점유 상태로 전환되지 않는 경우, 도 4에 따른 방법을 종료시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션의 제어 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이고, 도 7a 내지 도 7c는 도 6의 방법에 따른 배터리 교환 과정을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 1 내지 도 3 및 도 6 내지 도 7c를 참조하면, 단계 S610에서, 컨트롤러(130)는, 정보 입출력 장치(120)를 통해 사용자(U)로부터 배터리 교환 요청을 수신한다. 배터리 교환 요청이 수신된 것에 응답하여, 컨트롤러(130)는 정보 입출력 장치(120)의 NFC 리더를 슬립 상태로부터 웨이크업 상태로 전환시킬 수 있다.
단계 S620에서, 컨트롤러(130)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 완충 배터리 팩(B1)이 수납된 충전 슬롯(Sk)이 존재하는지 여부를 판정한다. 도 7a에는, k=1 즉, 대상 충전 슬롯으로서의 충전 슬롯(S1)이 배터리 교환 스테이션(100)에 존재하는 것을 예시하고 있다. 단계 S620의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S622으로 진행할 수 있다. 단계 S620의 값이 "예"인 경우, 단계 S630으로 진행한다.
단계 S630에서, 컨트롤러(130)는, 방전 배터리 팩(B2)이 배터리 교환 스테이션(100)에 근접 위치하는지 여부를 판정한다. 즉, 단계 S430은, 배터리 인출 조건으로서의 제2 인출 조건의 만족 여부를 판정하는 절차이다.
예컨데, 도 7a에 도시된 바와 같이, 사용자(U)는 자신의 소형 전기 차량(20)에 장착되어 있던 방전 배터리 팩(B2)을 탈거한 다음, 배터리 교환 스테이션(100)에 마련된 임시 팩 거치대(H)에 올려둘 수 있다. 임시 팩 거치대(H)에는, 정보 입출력 장치(120)의 통신 회로(112)에 포함되는 NFC 리더가 장착되어 있을 수 있다. 그러면, NFC 리더에 의해 방전 배터리 팩(B2)에 부착된 NFC 태그로부터의 팩 식별 정보가 수집된다. 팩 식별 정보는, 방전 배터리 팩(B2)의 정품 여부 확인 및 다른 배터리 팩으로부터 구분 가능한 방전 배터리 팩(B2)의 고유한 정보이다. 단계 S620의 값이 "예"인 경우, 단계 S630으로 진행한다. 단계 S620의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S622으로 진행할 수 있다.
단계 S622에서, 컨트롤러(130)는, 교환 불가 메시지를 출력하도록 정보 입출력 장치(120)를 제어한다.
단계 S640에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환한다. 이에 따라, 도 7b에 예시된 바와 같이, 충전 슬롯(S1)의 투입구가 개방 상태로 된다. 그러면, 사용자(U)는 도 7c에 도시된 바와 같이 충전 슬롯(S1)으로부터 완충 배터리 팩(B1)을 인출하여 소형 전기 차량(20)에 장착한 다음, 방전 배터리 팩(B2)을 임시 팩 거치대(H)으로부터 충전 슬롯(S1)에 수납할 수 있다.
단계 S650에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터 완충 배터리 팩(B1)이 인출되었는지 여부를 판정한다. 단계 S650의 값이 "예"인 경우, 단계 S660으로 진행한다.
단계 S652에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터의 완충 배터리 팩(B1)의 인출 시각을 기록한다.
단계 S660에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)에 방전된 배터리가 수납되었는지 여부를 판정한다. 단계 S660의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S662으로 진행한다. 단계 S660의 값이 "예"인 경우, 단계 S670으로 진행한다.
단계 S662에서, 컨트롤러(130)는, 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S660의 값이 "예"인 경우, 단계 S680으로 진행한다.
단계 S670에서, 컨트롤러(130)는, 완충 배터리 팩(B1)을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환한다.
단계 S680에서, 컨트롤러(130)는, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 정보 입출력 장치(120)를 제어한다. 컨트롤러(130)는, 단계 S680가 소정 횟수 실시되었음에도 제k 충전 슬롯(Sk)가 유휴 상태로부터 점유 상태로 전환되지 않는 경우, 도 4에 따른 방법을 종료시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 교환 스테이션의 제어 방법을 개략적으로 설명하는 데에 참조되는 순서도이다.
도 1 내지 도 3 및 도 8을 참조하면, 단계 S810에서, 컨트롤러(130)는, 정보 입출력 장치(120)를 통해 사용자(U)로부터 배터리 교환 요청을 수신한다. 단계 S810은 도 4의 단계 S410과 실질적으로 동일하다.
단계 S820에서, 컨트롤러(130)는, 제1 내지 제m 충전 슬롯(S1~Sm) 중 완충 배터리 팩(B1)이 수납된 충전 슬롯이 존재하는지 여부를 판정한다. 단계 S820의 값이 "예"인 경우, 단계 S830으로 진행할 수 있다. 단계 S820의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S822으로 진행할 수 있다. 단계 S820은 도 4의 단계 S420과 실질적으로 동일하다.
단계 S830에서, 컨트롤러(130)는, 배터리 교환 요청에 포함된 사용자 식별 정보를 기초로, 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)에 대한 사용 권한을 갖는지 여부를 판정한다. 단계 S830은 도 4의 단계 S430과 실질적으로 동일하다.
단계 S832에서, 컨트롤러(130)는, 방전 배터리 팩(B2)이 배터리 교환 스테이션(100)에 근접 위치하는지 여부를 판정한다. 단계 S832은 도 6의 단계 S630과 실질적으로 동일하다. 즉, 배터리 인출 조건은, 단계 S830에 따른 제1 인출 조건 및 단계 S832에 따른 제2 인출 조건을 포함한다. 또한, 컨트롤러(130)는, 제1 인출 조건이 만족된 것을 조건으로, 제2 인출 조건의 만족 여부가 판정될 수 있다.
단계 S822에서, 컨트롤러(130)는, 교환 불가 메시지를 출력하도록 정보 입출력 장치(120)를 제어한다. 단계 S822가 단계 S820의 값이 "아니오"인 것에 의해 실행되는 경우, 교환 불가 메시지는 완충 배터리 팩(B1)이 존재하지 않음을 사용자(U)에게 통지하기 위한 것일 수 있다. 단계 S822가 단계 S830의 값이 "아니오"인 것에 의해 실행되는 경우, 교환 불가 메시지에는 사용자 식별 정보의 재입력 요구가 포함될 수 있다. 단계 S822가 단계 S832의 값이 "아니오"인 것에 의해 실행되는 경우, 교환 불가 메시지에는 방전 배터리 팩(B2)을 임시 팩 거치대(H) 상에 위치시킬 것을 요구하는 가 포함될 수 있다.
단계 S840에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환한다. 단계 S840은 도 4의 단계 S420과 실질적으로 동일하다
단계 S850에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터 완충 배터리 팩(B1)이 인출되었는지 여부를 판정한다. 단계 S850의 값이 "예"인 경우, 단계 S852로 진행한다.
단계 S852에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터의 완충 배터리 팩(B1)의 인출 시각을 기록한다.
단계 S860에서, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)에 방전 배터리 팩(B2)이 수납되었는지 여부를 판정한다. 단계 S860의 값이 "아니오"인 경우, 단계 S862으로 진행한다. 단계 S860의 값이 "예"인 경우, 단계 S870으로 진행한다.
단계 S862에서, 컨트롤러(130)는, 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간 이상인지 여부를 판정한다. 단계 S860의 값이 "예"인 경우, 단계 S880으로 진행할 수 있다. 단계 S862은 도 4의 단계 S462와 실질적으로 동일하다.
단계 S870에서, 컨트롤러(130)는, 완충 배터리 팩(B1)을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환한다. 단계 S870은 도 4의 단계 S470과 실질적으로 동일하다.
단계 S880에서, 컨트롤러(130)는, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 정보 입출력 장치(120)를 제어한다. 컨트롤러(130)는, 단계 S880가 소정 횟수 실시되었음에도 제k 충전 슬롯(Sk)가 유휴 상태로부터 점유 상태로 전환되지 않는 경우, 도 8에 따른 방법을 종료시킬 수 있다.
제1 내지 제3 실시예와 관련하여, 컨트롤러(130)는, 제k 충전 슬롯(Sk)으로부터의 완충 배터리 팩(B1)의 인출 시각으로부터의 경과 시간을 기초로, 사용자(U)에 대한 리워드 또는 패널티를 결정할 수 있다.
리워드는, 임계 시간의 연장을 포함할 수 있다. 일 예로, 경과 시간이 임계 시간 미만인 경우, 컨트롤러(130)는 경과 시간과 임계 시간 간의 시간차에 양의 상관 관계를 갖는 시간량만큼 연장된 임계 시간을, 사용자(U)의 사용자 식별 정보에 매핑하여 기록할 수 있다.
패널티는 임계 시간의 단축을 포함할 수 있다. 일 예로, 경과 시간이 임계 시간 초과인 경우, 컨트롤러(130)는 경과 시간과 임계 시간 간의 시간차에 양의 상관 관계를 갖는 시간량만큼 단축된 임계 시간을, 사용자(U)의 사용자 식별 정보에 매핑하여 기록할 수 있다.
즉, 사용자(U)가 배터리 교환 스테이션(100)을 이용 시마다, 자신의 방전 배터리 팩(B2)을 배터리 교환 스테이션(100)에 빨리 반납할수록, 다음 번 배터리 교환 스테이션(100)을 이용 시의 임계 시간이 길어진다. 반면, 사용자(U)가 방전 배터리 팩(B2)을 배터리 교환 스테이션(100)에 늦게 반납할수록, 다음 번 배터리 교환 스테이션(100)을 이용 시의 임계 시간이 짧아진다.
도 1 내지 도 8을 참조하여 전술된 본 발명의 실시예들에 따르면, 다음과 같은 기술적 장점이 있다. 첫 번째로, 선인출-후수납 방식을 채용함으로써, 배터리 교체 스테이션의 복수의 충전 슬롯 중 소정 개수의 충전 슬롯을 유휴 상태로 남겨둘 필요없이, 모든 충전 슬롯을 점유 상태로 운용 가능하다. 두 번째로, 방전 배터리 팩이 유휴 상태에 있는 특정 충전 슬롯에 수납되는 것을 조건으로, 사용자(U)에게 제공된 완충 배터리 팩(B1)을 사용 허용 상태로 사후적으로 전환함으로써, 선인출-후수납 방식으로 운용되는 배터리 교환 스테이션(100)에 대한 악용을 방지할 수 있다. 세 번째로, 특정 슬롯으로부터 완충 배터리 팩이 인출된 때로부터 특정 슬롯에 방전 배터리 팩이 수납될 때까지의 경과 시간에 따라 사용자(U)에게 리워드를 제공하거나 패널티를 부과함으로써, 특정 슬롯이 유휴 상태로 유지되는 유휴 시간을 단축시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 배터리 교환 스테이션에 있어서,
    각각 배터리 팩의 수납 및 인출이 가능한 제1 내지 제m 충전 슬롯(m은 2 이상의 자연수임);
    사용자로부터 배터리 교환 요청을 수신하는 정보 입출력 장치; 및
    상기 제1 내지 제m 충전 슬롯의 배터리 수납 정보를 확인하도록 구성되는 컨트롤러;
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 배터리 교환 요청에 응답하여, 배터리 인출 조건의 만족 여부를 판정하고,
    상기 배터리 인출 조건이 만족되는 것에 응답하여, 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯 중 완충 배터리 팩이 수납되어 있는 제k 충전 슬롯(k는 m 이하의 자연수임)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 인출 조건은,
    (i)상기 사용자의 사용자 식별 정보에 의해 상기 사용자의 사용 권한이 인증되는 제1 인출 조건 및 (ii)방전 배터리 팩이 상기 배터리 교환 스테이션에 근접 위치하는 제2 인출 조건 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리 교환 스테이션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 인출 조건이 만족되는 것을 조건으로, 상기 제2 인출 조건의 만족 여부를 판정하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 방전 배터리 팩의 팩 식별 정보가 상기 정보 입출력 장치에 의해 비접촉으로 검출되는 것에 응답하여, 상기 제2 인출 조건이 만족된 것으로 판정하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출된 후, 상기 사용자의 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납된 것에 응답하여, 상기 제k 충전 슬롯을 상기 잠금 해제 모드로부터 상기 잠금 모드로 전환하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출되기 이전에, 상기 완충 배터리 팩에 대한 사용 불허 신호를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출된 후, 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납된 것에 응답하여, 상기 완충 배터리 팩을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환시키기 위해, 상기 완충 배터리 팩에 대한 사용 허용 신호를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제k 충전 슬롯으로부터의 상기 완충 배터리 팩의 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간에 도달할 때까지 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납되는 것이 미검출된 것에 응답하여, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제k 충전 슬롯으로부터의 상기 완충 배터리 팩의 인출 시각으로부터의 경과 시간을 기초로, 상기 사용자에 대한 리워드 또는 패널티를 결정하도록 구성되는, 배터리 교환 스테이션.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리워드는, 상기 임계 시간의 연장을 포함하고,
    상기 패널티는, 상기 임계 시간의 단축을 포함하는, 배터리 교환 스테이션.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 교환 스테이션을 포함하는 배터리 교환 시스템.
  12. 각각 배터리 팩의 수납 및 인출이 가능한 제1 내지 제m 충전 슬롯(m은 2 이상의 자연수임), 정보 입출력 장치 및 컨트롤러를 포함하는 배터리 교환 스테이션의 제어 방법에 있어서,
    상기 컨트롤러가, 상기 정보 입출력 장치를 통해 사용자로부터 배터리 교환 요청을 수신하는 단계;
    상기 컨트롤러가, 상기 배터리 교환 요청에 응답하여, 배터리 인출 조건의 만족 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 배터리 인출 조건이 만족되는 것에 응답하여, 상기 제1 내지 제m 충전 슬롯 중 완충 배터리 팩이 수납되어 있는 제k 충전 슬롯(k는 m 이하의 자연수임)을 잠금 모드로부터 잠금 해제 모드로 전환하는 단계;
    를 포함하는, 배터리 교환 스테이션의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 인출 조건은,
    (i)상기 사용자의 사용자 식별 정보에 의해 상기 사용자의 사용 권한이 인증되는 제1 인출 조건 및 (ii)방전 배터리 팩이 상기 배터리 교환 스테이션에 근접 위치하는 제2 인출 조건 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리 교환 스테이션의 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤러가, 상기 제k 충전 슬롯으로부터 상기 완충 배터리 팩이 인출된 후, 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납된 것에 응답하여, 상기 완충 배터리 팩을 사용 불허 상태로부터 사용 허용 상태로 전환시키기 위해, 상기 완충 배터리 팩에 대한 사용 허용 신호를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 교환 스테이션의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 컨트롤러가, 상기 제k 충전 슬롯으로부터의 상기 완충 배터리 팩의 인출 시각으로부터의 경과 시간이 임계 시간에 도달할 때까지 상기 사용자의 방전 배터리 팩이 상기 제k 충전 슬롯에 수납되는 것이 미검출된 것에 응답하여, 배터리 수납 요청 메시지를 출력하도록 상기 정보 입출력 장치를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 배터리 교환 스테이션의 제어 방법.
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