兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统

摘要

本发明涉及一种兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统，与利用其的电池组管理方法以及替换方法，所述系统兼备替换系统与能量存储系统，所述替换系统对电动汽车的电池组进行替换，所述兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统构成为，包括：辨别部，其辨别车辆的电池组种类；替换部，其从车辆拆除放电的电池组或安装；充/放电部，其对放电的电池组进行充/放电并保管；以及运送部，其将从替换部拆除的放电的电池组搬运至充/放电部，或者将充/放电部的缓冲的电池组运送至替换部，以此，效果在于，将司机亲自进行充电的现有的方式转换成替换的方式，减少亲自充电时发生的安全事故，替换的时间显著地比亲自进行充电的时间短，可节约时间，并且确保稳定的备用电力，并在必要时进行送电等执行作为能量存储系统的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种替换用于电动汽车的电池组(battery pack)的系统，更为详细地，涉及一种兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统，所述兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统将电动汽车的放电的电池组替换成充电的电池组,并将多个电池组分类成用于替换的与用于储存的，从而进行保管。

背景技术

地球温室效应的加速，气象灾害的发生以及严重的气候变化正威胁着人们的生活。就此，正发出世界性的强烈的限制二氧化碳的呼声，根据如上所述的环境的，社会的需求，汽车行业正迎来新的局面，并且作为其中的一环，环保汽车正越来越受关注，所述环保汽车能够使得从内燃机汽车排出的废气的排出最小化。

如上所述的环保汽车根据动力源区分为兼容内燃机与电能(energy)的混合动力汽车(HEV；Hybrid Electric Vehicle)、仅使用电能的电动汽车(EV；Electric Vehicle)、以及使用燃料电池的燃料电池电动汽车(FCEV；Fuel Cell Electric Vehicle)等。

韩国也顺应减少二氧化碳排出的世界性的趋势，能够预测到大量生产电动汽车等电动汽车的需求与供给剧增。

另外，如插电式混合动力电动汽车(PHEV；Plug-in-Hybrid Electric Vehicle)等电动汽车，其具有低能量消耗以及低空气污染等优点。如上所述的电动汽车特别是在智能电网(smart grid)的模式(paradigm)下，在解决环境污染与节约能源方面发挥重要的作用。与电动汽车的急剧使用一起，涉及许多有关电网(power grid)的电动汽车负载的影响的研究在进行。

另外，如图1所示，通常所用的现有的电动汽车的充电系统(system)包括：电池组10，其根据需要的电能的大小，由多个电池(cell)连接组成；电压测定部11，其测定所述电池组10的电压；电池管理系统(BMS；Battery Management System)12，其均匀地保持管理电池组10内的电池间的电压差；以及充电电路13，其将常用电源变换为可充电的形态。

所述电动汽车的充电系统仅单纯地为给电池充电而开发的，用于替换电池组的研究还未完善。

与所述不同地，为应对电力供给不足状况，涉及能量储存系统(ESS；Energy Storage System)的研究正在活跃地进行。所述能量储存系统作为存储发电厂过剩生产的电力后，当暂时出现电力不足时进行送电的系统，并作为用于将现有的发电系统进行最大化的高效利用的方案，正迅速脱颖而出。

但是，由于电动汽车的电池组替换系统与能量存储系统分别作为不同的研究在进行，因此实际情况是，对于所述系统，需要开发一种以输送电力来进行充电的相同范畴为中心的并呈一个系统的研究。

发明内容

本发明为满足所述的要求而提出，目的在于提供一种兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统，所述兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统对多个电池组进行充电并保管，将放电的电动汽车的电池组替换成充电的电池，以此通过保管的多个电池组，从而保管电力，通过电池组的替换，从而在比现有的充电方式更短的时间中，可再次行驶车辆。

根据用于达到所述目的的本发明的兼备能量储存系统的用于电动汽车的电池组替换系统，其包括：辨别部，其辨别车辆的电池组100种类；替换部，其从所述车辆拆除放电的电池组100或安装；充/放电部，其对所述放电的电池组100进行充/放电并保管；以及运送部，其将从所述替换部拆除的所述放电的电池组搬运至所述充/放电部，或将所述充/放电部的缓冲的电池组100运送至所述替换部。

另外，辨别部构成为，包括：摄影装置200，其为读取车辆种类，从而辨别电池组100的种类，包括用于对车辆进行摄影的CCTV或读取照相机；以及辨别装置，其从所述摄影装置200接收数据，辨别车辆种类以及电池组100的种类，或者所述辨别部构成为设置于车辆底部的辨别部，其根据电池组100的种类，利用附着于电池组100的条形码(bar code)、蓝牙及传感器，并利用所分别接收的数据，从而判断电池组100的种类。

并且，替换部构成为，包括：替换装置300，其包括替换工具，所述替换工具从等待中的所述车辆替换所述放电的电池组100；以及第一搬运装置310，其设置为，将搭载于所述替换工具的所述放电的电池组100移送至所述移送部，并将从所述移送部接收并搭载于所述替换工具的所述缓冲的电池组100移送至将要安装的位置。

在此，移送部构成为，包括：第一移送装置400，其升降的同时，将从替换部移交的所述放电的电池组100移交至所述保管部；以及第二移送装置410，其将从所述保管 部接收的所述缓冲的电池组100移送至所述移送部，第一移送装置400将从所述第一搬运装置310搬运的所述放电的电池组100移交至所述保管部。

另外，所述保管部包括：第二搬运装置500，其根据电池组100的种类进行保管，在所述移送部接收所述放电的电池组100；第三搬运装置510，其从所述第二搬运装置500接收并保管，并再次移交至所述第二搬运装置500；以及充/放电装置530，其对移送至所述第三搬运装置510的所述放电的电池组100进行充电。

并且，保管部还包括传递装置520，其在第二搬运装置500将所述放电的电池组100移送至第三搬运装置，或者将保管于所述第三搬运装置的所述缓冲的电池组100移送至所述第二搬运装置500。

另外，第二搬运装置500在所述第一移送装置400将所述放电的电池组100移送至所述第三搬运装置510，并将保管于第三搬运装置510的所述缓冲的电池组100移送至所述第二移送装置410。

并且，第一搬运装置310通过动力源，使得搭载所述替换装置300的带(belt)或链(chain)移动，第二、三搬运装置500、510通过动力源，使得搭载电池组100的带或链移动。

在此，充/放电装置530构成为，包括：充/放电连接器531，其具有与电池组100的第一插头(plug)101相连接的第二插头532；放电供电电路以及充电供电电路，其通过充/放电连接器531对所述放电的电池组100进行急速放电之后，进行急速充电；以及变频器(inverter)，其将常用电力转换成用于充电的电力，在第三搬运装置510将所述放电供电电路以及充电供电电路与所述充/放电连接器531相互以施加电的形式连接。

另外，第一插头101以及第二插头的端头以相互不同的形式形成为锥形(taper)以及圆形(round)，充/放电装置530还包括可使得电池组100固定的电池组锁定(lock)530。

并且，充/放电装置530构成为，根据电池组100的缓冲容量，判断将所述电池组100是否作为与所述放电的电池组100进行替换的缓冲电池组110来使用，或者是否作为充电后保管的ESS专用电池组120来使用，或者是否废弃，为了将所述第一插头101与第二插头532连接，电池组100在前部与后部形成有多个基准孔(hole)102。

如上所述，根据本发明，具有如下效果：对多个电池组进行充电并保管，以此将保管中的充电的电池组与放电的电池组进行替换，并安装至车辆，以此，将司机亲自进行 充电的现有的方式转换成替换的方式，减少亲自充电时发生的安全事故，替换的时间显著地比亲自进行充电的时间短，可节约时间。

另外，具有如下效果：以充电容量为基准，分离保管电池组中大概70％以上的缓冲(buffer)电池组与低于大概70％的ESS专用电池组，若缓冲电池组的充电容量变低，则分类成ESS专用电池组，以此，将性能变低的缓冲电池免于废弃并可再利用。

并且，具有如下效果：以司机不必下车的状态，以全自动的形式替换电池组，以此提高司机的便利性。

附图说明

在本说明书中，如下附图对本发明的优选实施例进行举例说明，其作用在于，使得发明的详细说明与本发明的技术思想进一步被理解，因此本发明不应解释为仅限定于所述附图所记载的事项。

图1是概略地示出现有的对电动汽车的电池进行充电的系统(system)的构成图。

图2是概略地示出根据本发明优选实施例的兼备能量存储系统的用于电动汽车的电池替换系统的工艺图。

图3是概略地示出在图2所示的电池替换系统中，用于实现电池的替换以及充电的装置的侧面的侧面图。

图4是用于确认进入至图3的电池替换系统的车辆的工艺图。

图5是用于实现图4的工艺图的图。

图6是用于替换进入至图3的电池替换系统的车辆的电池的工艺图。

图7是示出根据图6的工艺图替换电池的状态的图。

图8是概略地示出图3所示的电池保管部的平面图。

图9是示出用于图8所示的电池组的充/放电的电路图的图。

图10是示出对图8所示的电池组进行充/放电的状态的侧面图。

图11是示出图10所示的用于电池组的充/放电的第一插头的图。

图12是示出图10所示的用于充/放电装置的充/放电的第二插头的图。

图13是示出图10所示的电池组的图。

标号说明

100：电池组

101：第一插头

102：基准孔

110：缓冲电池组(buffer battery pack)

120：ESS专用电池组

200：摄影装置

300：替换装置

310：第一搬运装置

400：第一移送装置

410：第二移送装置

500：第二搬运装置

510：第三搬运装置

520：传递装置

530：充/放电装置

531：充/放电连接器(connector)

532：第二插头

533：电池组锁定(lock)

具体实施方式

以下，为使得本发明所属的技术领域中具有一般知识的人员可容易实施本发明，参照附图对优选的实施例进行详细说明。但是，就关于本发明的优选的实施例的工作原理的详细说明而言，关于有关公知功能或构成的具体的说明被判断为可能不必要地模糊本发明的要旨，在此情况下，省略其详细说明。

图2是概略地示出根据本发明优选实施例的兼备能量存储系统的用于电动汽车的电池替换系统的工艺图，图3是概略地示出在图2所示的电池替换系统中，用于实现电池的替换以及充电的装置的侧面的侧面图，图4是用于确认进入至图3的电池替换系统的车辆的工艺图，图5是用于实现图4的工艺图的图，图6是用于替换进入至图3的电池替换系统的车辆的电池的工艺图，图7是示出根据图6的工艺图替换电池的状态的图，图8是概略地示出图3所示的电池保管部的平面图，图9是示出图8所示的用于电池组的充/放电的电路图的图，图10是示出对图8所示的电池组进行充/放电的状态的侧面图，图11是示出用于图10所示的电池组的充/放电的第一插头的图，图12是示出 图10所示的充/放电装置的用于充/放电的第二插头的图，图13是示出图10所示的电池组的图。

如图2所示，根据本发明的兼备能量存储系统的用于电动汽车的电池组替换系统，其包括电池组替换系统与能量存储系统(ESS；Energy Storage System)。本发明的特征在于，所述系统不是在电力充电站为电动汽车的电池充电，而是一种兼备替换系统以及能量存储系统的系统，所述替换系统将放电的电池组替换成预先进行充电保管的电池组，所述能量存储系统利用保管中的电池组来用于能量存储，从而在必要时进行送电。以下，将区分说明电池组替换系统与能量存储系统。

对根据本发明的系统中电池组的充电容量进行确认，从而用于分类或废弃的概略性的工艺如图2所示。

首先，将放电的电池组100从电动汽车拆除S10。

接下来，将放电的电池组100搬运至充/放电线(line)S11。

接下来，对电池组100进行充电并保管S12。此时，通过放电供电电路对电池组100进行完全放电之后，通过充电供电电路进行缓冲。

接下来，一次检查(check)充电的电池组100的缓冲容量S13。此时，作为一个例子，将电池组100的第一缓冲容量(buffer capacity)大概成为70％程度，以所述第一缓冲容量为基准对电池组100进行一次分类。

接下来，若电池组100的缓冲容量比第一缓冲容量更高，则将电池组100分类成缓冲(buffer)电池组110(S14)。此时，所分类的缓冲电池组110在替换系统中进行管理，以便能够与放电的电池组100进行替换。

接下来，一次分类的电池组100中，比第一缓冲容量更低的电池组100移动至能量存储专用线(line)S15。

接下来，二次检查(check)一次分类的电池组100的缓冲容量S15-1。此时，确认电池组100的缓冲容量。以此确认各个ESS专用电池组的缓冲容量，并可算出ESS专用电池组全部的充电量，以及在电力短缺加剧的高峰时间(peak time)通过电力系统线将要传送的电量。

接下来，将电池组100分类成ESS专用电池组120(S16)。

如上所述，管理从车辆拆除的电池组100。

之后，三次检查关于ESS专用电池组120的缓冲容量S16-1。其在作为ESS专用电池组120来使用的期间，用于实时反复检查低下的缓冲容量。此时的缓冲容量大概为 10-20％程度，以所述第二缓冲容量为基准对ESS专用电池组120进行二次分类。在此，若ESS专用电池组120的缓冲容量比第二缓冲容量高，则维持现在的保管状态，同时持续地作为ESS专用电池组120来使用。

最后，若ESS专用电池组120的缓冲容量比第二缓冲容量更低，则将电池组100废弃S17。

如上所述，管理ESS专用电池组120。

如图3所示，所述电池组替换系统构成为，包括：辨别部，其辨别车辆的电池组100种类；替换部，其从车辆拆除放电的电池组100或安装；充/放电部，其对电池组100进行充/放电并保管；以及运送部，其将从替换部拆除的放电的电池组100搬运至充/放电部，或将充/放电部的缓冲的电池组100运送至替换部。

如图4以及图5所示，详细说明在辨别部辨别将要替换的电池组100的种类，若车辆进入，则读取车辆种类，并识别电池组100的种类，且传递电池组100的信息。如上所述，在辨别部完成辨别电池组100的种类，并传送其信息。之后，根据辨别部的信息，准备缓冲的电池组100，若车辆进入并在等待场所等待，则执行缓冲的电池组的替换操作。

在此，辨别部构成为，包括：摄影装置200，其用CCTV或读取照相机对进入的车辆进行车辆摄影；辨别装置(未图示)，其接收在所述摄影装置200获得的数据，并辨别车辆种类以及电池组100的种类。由此，电池组100的种类辨别以如下方式进行：用CCTV或读取照相机对进入的车辆进行车辆摄影，并通过图像数据读取预先输入的车辆种类，从而辨别安装于相应车辆种类的电池组100的种类。将如此获得的电池组100的信息传送至辨别装置。另外，若通过车辆种类读取无法确认车辆种类，则可引导车辆再次进入。

另外，虽然所述辨别部未示出，但是根据电池组100的种类，利用附着于电池组100的条形码、蓝牙以及传感器，利用其各个的接收数据，从而也可判断电池组100的种类。

此时，通常情况下，由于电池组100设置于车辆的底部，因此优选地，辨别部也设置于其底部。

在替换部，对于进入并等待的车辆，执行将放电的电池组100替换成缓冲的电池组100的作业。如图2以及图6所示，所述替换部可将根据辨别部的信息所准备的充电的电池组100替换至等待中的车辆。

更加详细地，首先，若车辆进入，则使得将要从车辆拆除电池组100的替换工具(tool)上升S20。

接下来，利用替换工具,解除放电的电池组100的锁定S21。

接下来，解除安全装置S22。

并且，将放电的电池组100拆除并取下S23。在此，将放电的电池组100移交至第一移送装置400。

接下来，将从第二移送装置410接收的缓冲的电池组100与替换工具一起抬高S24。

接下来，将缓冲的电池组100抬高并安装S25。

接下来，将安全装置紧固结合S26。

接下来，将替换工具下降至原位置S27。

以此，完成电池组100的替换操作，将车辆移送至安全的区域。在此，将从车辆拆除并搭载于替换工具的放电的电池组100搬运至第一移送装置400并移交，之后，由第一搬运装置310移动替换工具，并将缓冲的电池组100在第二移送装置410接收并搭载。

如图3所示，如上所述的替换部构成为，包括：替换装置300，其包括替换工具，所述替换工具从等待中的车辆替换放电的电池组100；以及第一搬运装置310，其以如下方式进行设置，使得所述替换装置300移动，从而将放电的电池组100移送至移送部，移交从移送部带来的缓冲的电池组100，并且移送至将要安装于车辆的位置。在此，电池组100搭载于替换工具并移送。

此时，替换装置300构成为，搭载于第一搬运装置310，可将替换工具上升或下降，所述替换工具以对电池组100进行拆除或安装的形式进行操作。

并且，如图3以及图7所示，第一搬运装置310构成为，设置于车辆的下部，可将替换装置300移动至拆除电池组100的位置与安装电池组100的位置。具体地，第一搬运装置310使得搭载替换装置300的带(belt)或链(chain)操作，从而使得替换装置300移动至电池组向上的/向下的(up/down)位置以及电池组替换位置。

在此，在图7中，“电池组向上的(up)位置”是搬运放电的电池组100并移交至第一移送装置400的位置，“电池组向下的(down)位置”是在第二移送装置410接收缓冲的电池组100的位置，“电池组替换位置”是从车辆拆除电池组100或安装的位置。此时，第一搬运装置310将替换装置300从电池组替换位置搬运至电池组向下的位置，从电池组向下的位置搬运至电池组向上的位置，从电池组向上的位置再次搬运至电池组替换位置。

如图3以及图8所示，移送部构成为，包括：第一移送装置400，其搭载从替换部拆除并搬运至第一搬运装置310的放电的电池组100，且升降并移交至保管部的第二搬 运装置500；以及第二移送装置410，其在第二搬运装置500接收将要替换的缓冲的电池组100，并移送至替换部的第一搬运装置310。

在此，优选地，第一、二移送装置400、410构成为升降机，以便于搭载电池组100并升降的同时，可移送至将要保管的位置。另外，第一、二移送装置400、410可构成为，从第一移送装置400到第二搬运装置500，从第二搬运装置500到第二移送装置410以抬升的形式对电池组100进行移动，也可以以推或拉的形式对电池组100进行移动。

如图3以及图8所示，保管部由多个段组成，以便能够根据电池组100的种类进行保管，所述保管部分为保管缓冲电池组110的区域和可保管ESS专用电池组120的区域，所述缓冲电池组110在充电容量比一次充电容量高时，能够与车辆的放电的电池组100交换；所述ESS专用电池组120在充电容量比一次充电容量低时，能够作为能量存储系统使用。

另外，如图8以及图10所示，保管部构成为，包括第二搬运装置500、第三搬运装置510、传递装置520以及充/放电装置530。

首先，如图8所示，第二搬运装置500构成为，在第一移送装置400接收电池组100，并移交至第三搬运装置510，在第三搬运装置510接收电池组100，并移交至第二移送装置410。

另外，第二搬运装置500构成为，将区分成缓冲电池组110与ESS专用电池组120的电池组100搬运至相应区域。换句话说，第二搬运装置500共同存在两种功能：一种为将电池组100移交至第三搬运装置510的功能；另一种为，在缓冲电池组110区域的电池组100中，将比大概70％程度的一次充电容量低的电池组100搬运至ESS专用电池组120，在ESS专用电池组120中，为了废弃比大概10-30％程度的二次充电容量低的电池组100，从而进行搬运。在此，将电池组100与充/放电连接器531连接于第二、三搬运装置500、510并搭载。

并且，如图8以及图9所示，第三搬运装置510构成为，为了从第一移送装置400侧第二搬运装置500接收电池组100，并且移交至第二移送装置410侧第二搬运装置500，可将电池组100从第一移送装置400侧移动至第二移送装置410侧。

在此，第三搬运装置510构成为，通过动力源，使得搭载电池组100与充/放电连接器531的带或链移动。另外，在第三搬运装置510相互以施加电的形式连接充/放电连接器531与放电供电电路，以及充电供电电路。

换句话说，搭载于第二搬运装置500的电池组100与充/放电连接器531处于不以 电的形式连接的状态。在此，通过放电供电电路以及充电供电电路的电池组100的充电以无线的形式构成，如图10所示，构成为，电池组100与活动元件的间隔维持在10mm3％的间隔，从而可使得电力传送效率最大化。

另外，传递装置520构成为，推动搭载于第一移送装置400侧第二搬运装置500的电池组100，从而使得其搭载于第三搬运装置510，或者拉动搭载于第三搬运装置510的电池组100，从而使得其搭载于第二移送装置410侧第二搬运装置500，所述传递装置520也可构成为，将电池组100抬起并搬运。

充/放电装置530构成为，包括：充/放电连接器531，其具有与电池组100的第一插头101相连接的第二插头532；放电供电电路以及充电供电电路，其通过所述充/放电连接器531可对电池组100进行急速放电或急速充电；以及变频器，其将常用电力转换成用于充电的电力。

另外，充/放电装置530构成为，通过放电供电电路对从车辆拆除并搭载于第三搬运装置510的电池组100进行急速放电，或者通过充电供电电路可进行急速充电的电力控制。为对其进行说明，如图9至图13所示，若电池组100在第一移送装置400搭载于第二搬运装置500，则充/放电装置530的第二插头532以向上/向下的形式连接于电池组100的第一插头101。

之后，若向第三搬运装置510移动并搭载，则通过放电供电电路进行急速放电，从而完全放电，再次通过充电供电电路进行急速充电，从而完全充电。在此，如图11所示，第一插头101的端头呈锥形，第二插头532的端头呈圆形，以此顺畅地连接第一插头101与第二插头532。当然，第一插头101的端头可为圆形,且第二插头532的端头也可为锥形。

在此，充/放电装置530还包括电池组锁定(lock)533，所述电池组锁定(lock)533在第一插头101与第二插头532连接的状态下，可使得电池组100固定。另外，如图13所示，在电池组100上在前部且在后部形成有用于对准(alignment)的基准孔102，通过所述基准孔102使得第一插头101与第二插头532整齐排列。

并且，在充/放电装置530，根据电池组100的一、二次充电容量，判断电池组100的缓冲容量，根据电池组100的缓冲容量，判断是否作为缓冲电池组110来使用，或者是否作为ESS专用电池组120来使用，或者是否废弃。

如以上说明，可以理解为本发明所属技术领域的一般的技术人员不变更本发明的技术思想或必要的特征，以其他的具体的形态能够实施本发明。因此上述的实施例仅应理 解为并非对全部方面的举例说明，并且不限定于此。本发明的范围应解释为，并非根据详细的说明，而是根据后述的权利要求范围体现，并且由权利要求范围的意义、范围以及等价概念所导出的全部变更或变形的形态包括于本发明的范围。