具有在电力供应中断时操作电池组的模式的电池更换站的制作方法

1.本技术要求于2021年9月9日提交的韩国专利申请第2021-0120592号的优先权的权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文中。
2.本发明涉及具有在电力供应中断时操作电池组的模式的电池更换站。更具体地，本发明涉及具有在电力供应中断时操作电池组的模式的电池更换站，所述模式能够在对电池更换站(bss)的电力供应由于电力故障或系统错误而中断时使bss系统能够不中断地进行操作，电池更换站被配置成对可更换电池充电。


背景技术：

3.随着使用电动马达替换车辆的内燃机的运动，已经针对向车辆供应电(作为电动马达的资源)的方法进行了大量研究。通常，已经提出了在车辆中设置电池且电动马达使用存储在电池中的电的方案。
4.与此同时，已经提出了以下方案：更换车辆的电池以向车辆供应电能而不是对车辆的电池充电，这是因为对电池充电所需的时间比利用燃料填充使用常规内燃机的车辆所需的时间长。
5.常规地，由系统的化石燃料发电源和可再生能源发电源生成的电力被供应至负载和电池更换站。通过单向电力传输将电力从系统供应至负载和消费者。
6.电池更换站是在其处更换通过电能驱动的电动车辆的电池的地方，该电池更换站包括能够与电动车辆的电池交换的多个电池并且利用从系统供应的电力对电池充电。
7.电池更换站中提供的电池是用于电动车辆的电池，所述电池无法存储大量电力。与此同时，在系统中包括有可再生能源发电例如燃料电池发电、风力发电和光伏发电，以便向系统供应所生成的电力。然而，可再生能源发电例如风力发电和光伏发电受天气的影响很大，因此难以均匀和连续地向负载供应电力，并且因此可用性大大降低。特别地，对于燃料电池发电，当系统或负载异常时，由此链接中断而不可以维持发电，因为仅在链接至负载的状态下才可以发电。
8.这种限制导致在系统和电池更换站的操作方面的限制。由于对电池更换站的电力供应是使用智能电网基于通过外部电源的系统链接来实现的，因此，在诸如与外部系统电断开的紧急情况下，在电池更换站的稳定操作方面存在限制。
9.另外，由于无法用大量的电力对电池更换站中包括的电池充电，因此当需要对系统供应电力时，仅使用电池的可用电力难以进行适当的电力供应。
10.韩国注册专利公开第1528079号公开了电池交换站和操作电池交换站的方法，其中，使用从系统供应的电力对大容量电池充电，根据系统的操作状态向系统供应存储在大容量电池中的能量，由此可以使用存储在电池中的能量来改善系统的操作和电需求。然而，未公开与在紧急情况下例如在与系统电断开时的电池更换站的操作相关的技术。
11.韩国专利申请公开第2021-0075160号公开了电力供应控制系统，该电力供应控制系统包括：第一电力控制装置，其包括两个输入单元和至少两个输出单元；以及第二电力控
制装置，其包括两个输入单元和至少两个输出单元；其中，所述电力控制装置中的每一个被配置成在活动模式或绝缘模式下进行操作，所述电力控制装置的输入单元和输出单元在活动模式下彼此电连接，所述电力控制装置的输入单元和输出单元在绝缘模式下彼此电绝缘，所述电力控制装置中的一个在活动模式下进行操作，而另一个电力控制装置在绝缘模式下进行操作。然而，未公开如本发明中的与能够在由于电断开而导致异常电力供应时稳定地进行操作的电池更换站相关的技术。
12.韩国注册专利公开第1418181号公开了被配置为使得在模式切换按钮接通时用户直接控制电池组的充电或放电的能量存储系统，在模式切换按钮关断时设置在能量存储系统中的微型计算机确定是否发生了电力故障和电池组的状态以控制电池组的充电或放电。然而，未公开与电池更换站相关的技术。
13.日本注册专利公开第5872494号公开了与用于车辆的电力转换设备相关的技术，该电力转换设备具有电平转换器和被配置成防止用于过电压抑制的保护电路放电的电阻器。然而，未公开与电池更换站相关的技术。
14.因此，在由于使用智能电网替换常规电网而强调被配置成以不中断的状态向负载供应电力的ups、电动车辆、使用电池对电动车辆充电、在利用可用电力或过剩电力的供应商与消费者之间的双向电力交易、以及可再生能源发电时，需要提出基于电池组的电池更换站，所述基于电池组的电池更换站能够通过解决在其中无法进行用于实现智能电网的各种功能和效果所需的电力供应的紧急情况下的以上限制来改善系统与电池更换站之间的操作。
15.(现有技术文献)
16.(专利文献1)韩国注册专利公开第1528079号
17.(专利文献2)韩国专利申请公开第2021-0075160号
18.(专利文献3)韩国注册专利公开第1418181号
19.(专利文献4)日本注册专利公开第5872494号


技术实现要素：

20.[技术问题]
[0021]
鉴于以上问题做出本发明，并且本发明的一个目的是提供具有在电力供应中断时操作电池组的模式的电池更换站，所述模式能够在对电池更换站(bss)的电力供应由于电力故障或系统错误而中断时使bss系统能够不中断地进行操作，所述电池更换站被配置成对可更换电池充电。
[0022]
[技术方案]
[0023]
用于完成以上目的的根据本发明的一种基于电池组的电池更换站包括：外部电网，被配置成供应电力；至少一个充电器，被配置成对至少一个电池组充电；控制器，被配置成执行控制以使得从外部电网供应的电力经由系统传输至电池组并且使用所述电力对电池组充电；以及主电源，被配置成向充电器和控制器供应电力，其中，控制器确定系统的操作状态，并且在无法从外部电网供应电力时执行控制以使得存储在电池组中的电力被供应至主电源。
[0024]
充电器可以包括设置在壳体中的至少一个双向dc/dc转换器，所述双向dc/dc转换
器被配置成向至少一个电池组供应直流电力。
[0025]
另外，基于电池组的电池更换站可以包括连接至外部电网的ac/dc转换器，所述ac/dc转换器被配置成转换电流。
[0026]
控制器可以包括：形成在ac/dc转换器与双向dc/dc转换器之间的主控制单元(mcu)，所述mcu被配置成生成控制信号；以及用于驱动的控制器电源。
[0027]
另外，基于电池组的电池更换站可以包括形成在ac/dc转换器与mcu之间的第一dc/dc转换器。
[0028]
另外，基于电池组的电池更换站可以包括形成在mcu与双向dc/dc转换器和电池组之间的第二dc/dc转换器。
[0029]
当来自外部电网的电力供应中断时，mcu可以操作第二dc/dc转换器以将双向dc/dc转换器的电流方向从电池组改变到主电源。
[0030]
另外，控制器可以包括电压感测单元，被配置成确定第一dc/dc转换器与mcu之间的电压是否异常。
[0031]
另外，基于电池组的电池更换站可以包括：p-fet，其形成在第二dc/dc转换器与双向dc/dc转换器和电池组之间，其中，当由电压感测单元感测到的电压值为0v时，控制器可以执行控制以使得p-fet导通，由此第二dc/dc转换器被操作以将双向dc/dc转换器的电流方向从电池组改变到主电源。
[0032]
另外，本发明提供了一种电驱动装置，包括：接收单元，被配置成接收基于电池组的电池更换站的标识信息；以及处理器，被配置成基于从基于电池组的电池更换站接收的标识信息和认证信息来确定是否与基于电池组的电池更换站通信。
[0033]
明显的是，电驱动装置的类型不受限制，只要电驱动装置是使用电池组获取驱动电力的装置即可。优选地，电驱动装置是电动车辆、电动摩托车或电动手推车。
[0034]
[有利效果]
[0035]
根据以上描述明显的是，基于电池组的电池更换站的效果在于，即使在电力供应中断的紧急情况下也可以稳定地维持电池组的操作。
[0036]
另外，电池更换站的效果在于，可以在电动车辆与电池更换站之间维持稳定的通信和更换，从而可以维持电动车辆与电池更换站之间的通信。
[0037]
另外，电池更换站的效果在于，使用电力对电池充电并且电力被重新供应至电池更换站，从而可以利用电池中存储的能量。
[0038]
另外，电池更换站的效果在于，当系统的操作改变时，可以将电池中存储的能量供应至电池更换站，从而可以改善系统的操作和电需求。
[0039]
另外，电池更换站的效果在于，在被配置成使用存储电力的电池供应电力的系统、被配置成使用电力充电的移动装置与站之间实现电力交换，从而可以在链接的装置或系统之间进行双向电力供应。
附图说明
[0040]
图1是示出用于分别由电池组驱动的车辆的电池更换站的操作的概念图。
[0041]
图2是示意性地示出当外部电力被正常供应至电池更换站以及当外部电力到电池更换站的供应中断时根据本发明的实施方式的基于电池组的电池更换站的操作的视图。
[0042]
图3是示出根据本发明的实施方式的其中反映当外部电力的供应中断时的电力管理的基于电池组的电池更换站的视图。
具体实施方式
[0043]
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，以使得本发明的优选实施方式可以由本发明所属领域的普通技术人员容易地实现。
[0044]
然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作的原理时，当本文中所并入的已知功能和配置的详细描述可能使本发明的主题模糊时，将省略它们。
[0045]
另外，在整个附图中，将使用相同的附图标记来指代执行类似功能或操作的部件。
[0046]
在整个说明书中，在一个部件被称为连接至另一部件的情况下，这一个部件不仅可以直接连接至该另一部件，而且该一个部件还可以经由另外的部件间接地连接至该另一部件。
[0047]
另外，包括某个元件并不意指排除其他元件，而是意指除非另有提及，否则还可以包括这样的元件。
[0048]
在下文中，将详细描述本发明。
[0049]
图1是示出用于分别由电池组驱动的车辆的电池更换站的操作的概念图。
[0050]
根据实施方式的用于电动车辆的电池更换系统包括服务器、电池更换站和电动车辆。服务器可以是集成控制中心。明显的是，电动车辆的种类不受限制，只要电动车辆是被配置成由使用存储在电池中的电流的电动马达驱动的电驱动装置即可。
[0051]
在根据实施方式的电池更换系统中，服务器向电动车辆传输电动车辆可以在其处更换电池的电池更换站的信息。电动车辆在与从服务器接收的电池更换站的信息一致的电池更换站处执行电池更换。在下文中，由服务器指定为电动车辆将在其处更换电池的站的电池更换站被定义为目标电池更换站。服务器可以将由电动车辆的用户选择的站设置为目标电池更换站。替选地，服务器可以将最接近于电动车辆的站设置为目标电池更换站。
[0052]
外部电源可以具有通过布线连接至电池更换站的电力系统线。被配置成向电网供应电力的电源可以是常规发电源，优选地是可再生能源发电源。
[0053]
参照图1，在电池更换系统中，服务器和电动车辆可以使用无线通信方法作为各个对象之间的通信方法来彼此通信。服务器和电动车辆可以使用通过诸如5g或lte的移动通信网络的无线电信方法彼此通信。
[0054]
服务器和电池更换站可以使用诸如无线电信方法的无线通信方法或有线通信方法彼此通信。
[0055]
电池更换站和电动车辆可以使用无线通信方法彼此通信。
[0056]
电池更换站包括：多个电池，所述多个电池由仅用于电力存储的大容量电池和与移动装置的电池兼容的用于更换的电池构成；以及控制单元mcu，所述控制单元mcu被配置成控制多个电池的充电和放电，以使得使用从系统供应的电力对多个电池充电并且使得根据系统的操作状态将存储在多个电池中的能量供应至系统。
[0057]
在实施方式中，多个电池中的每一个都可以是能够充电和放电的二次电池。大容量电池可以是氧化还原液流电池、nas电池和压缩空气能量存储(caes)系统中的任何一种，而用于更换的电池可以是锂离子电池、金属空气电池和钠基电池中的任何一种。
[0058]
当与用于更换的电池交换时，移动装置的电池可以使用从系统供应的电力充电。可以使用存储在多个电池中的能量对移动装置的电池充电。在实施方式中，可以使用来自系统的电力对移动装置的电池充电，并且存储在移动装置的电池中的能量可以被供应至多个电池和系统。
[0059]
还可以包括电力转换设备，所述电力转换设备被配置成转换通过充电存储在多个电池中的能量和从多个电池放电的电力。在实施方式中，电力转换设备可以包括被配置成将ac电力转换成dc电力的转换器、被配置成将dc电力转换成ac电力的逆变器、开关和被配置成改变电压大小的变压器。
[0060]
图2是示意性地示出当外部电力被正常供应至电池更换站以及当外部电力到电池更换站的供应中断时根据本发明的实施方式的基于电池组的电池更换站的操作的视图。
[0061]
图2的(a)是示出其中来自外部电网的电力正常供应至电池更换站的情况的视图，以及图2的(b)是示出其中来自外部电网的电力未供应至电池更换站的情况的视图。
[0062]
如(b)中所示，当外部电力供应中断，由此在电池更换站的系统中不存在电力时，如由虚线所指示的，mcu可以从至少一个电池组向电池更换站供应电力。
[0063]
基于电池组的电池更换站可以包括：外部电网，被配置成供应电力；至少一个充电器，被配置成对至少一个电池组充电；控制器，被配置成执行控制以使得从外部电网供应的电力经由系统被传输至电池组并且使用电力对电池组充电；以及主电源，被配置成向充电器和控制器供应电力，其中，控制器确定系统的操作状态，并且当无法从外部电网供应电力时执行控制以使得存储在电池组中的电力供应至主电源。
[0064]
充电器可以包括设置在壳体中的至少一个双向dc/dc转换器，该双向dc/dc转换器被配置成向至少一个电池组供应直流电力。
[0065]
另外，电池更换站可以包括连接至外部电网的ac/dc转换器，该ac/dc转换器被配置成转换电流。
[0066]
另外，控制器可以包括：形成在ac/dc转换器与双向dc/dc转换器之间的用于生成控制信号的主控制单元mcu；以及用于驱动的控制器电源。
[0067]
当移动装置的电池和用于更换的电池彼此交换时，站中包括的用于更换的电池被包括在移动装置中以代替移动装置的电池，并且移动装置的电池被包括在站中以代替用于更换的电池。
[0068]
移动装置的电池可以通过站中提供的自动电池更换装置与用于更换的电池交换，或者可以与用于更换的电池手动交换。
[0069]
当与用于更换的电池交换时，可以使用从系统供应的电力对移动装置的电池充电。
[0070]
另外，可以包括形成在ac/dc转换器与mcu之间的第一dc/dc转换器。
[0071]
另外，可以包括形成在mcu与双向dc/dc转换器和电池组之间的第二dc/dc转换器。
[0072]
另外，当来自外部电网的电力供应中断时，mcu可以操作第二dc/dc转换器以将双向dc/dc转换器的电流方向从电池组改变到主电源。
[0073]
另外，控制器可以包括电压感测单元，被配置成确定第一dc/dc转换器与mcu之间的电压是否异常。
[0074]
即，当移动装置的电池由于移动装置的电池与用于更换的电池之间的交换而被包
括在站中时，移动装置的电池可以代替用于更换的电池，并且可以使用从系统供应的电力对移动装置的电池充电。
[0075]
由于移动装置的电池随着移动装置的电池与用于更换的电池交换而被包括在站中，因此代替用于更换的电池的移动装置的电池可以以与用于更换的电池相同的方式由控制单元控制。
[0076]
另外，由于移动装置的电池随着移动装置的电池与用于更换的电池交换而被包括在站中，因此代替用于更换的电池的移动装置的电池可以被放电以向系统供应充电电力，并且可以与其他移动装置的电池交换。
[0077]
另外，可以使用存储在多个电池中的能量对移动装置的电池充电。即，移动装置的电池可以不与用于更换的电池交换，而是可以使用存储在多个电池中的能量对移动装置的电池充电。
[0078]
存储在用于更换的电池中的能量首先供应至移动装置的电池。然而，当难以使用存储在用于更换的电池中的能量对移动装置的电池充电时，可以供应存储在大容量电池中的能量。
[0079]
向移动装置的电池供应电力可以通过控制单元控制多个电池的充电和放电来实现。
[0080]
另外，可以包括在第二dc/dc转换器与双向dc/dc转换器和电池组之间形成的p-fet，并且当由电压感测单元感测到的电压值为0v时，控制器可以执行控制，以使得p-fet导通，由此对第二dc/dc转换器进行操作以将双向dc/dc转换器的电流方向从电池组改变到主电源。
[0081]
另外，本发明可以提供电驱动装置，该电驱动装置包括：接收单元，被配置成接收基于电池组的电池更换站的标识信息；以及处理器，被配置成基于从基于电池组的电池更换站接收的标识信息和认证信息来确定是否与基于电池组的电池更换站通信。
[0082]
mcu可以执行控制以使得：在作为确定电池更换站的系统的操作状态的结果，系统的负载电力等于或大于预定水平时，向系统供应存储在多个电池中的能量；以及在系统的负载电力小于预定水平时、即在无法通过系统对多个电池充电或当无法操作电池更换站时，从电池中的一个或更多个供应操作电池更换站所需的电力。
[0083]
在实施方式中，mcu可以定义其中电池更换站的负载电力被最大化消耗的时间区域，即其中最大化地需要在多个电池中充电的电力的时间区域；作为将电池更换站的操作状态确定为峰值时间的结果，mcu可以针对每个时间区域划分消耗负载电力的时段并且可以指定消耗了最大负载电力的时间区域。
[0084]
图3是示出根据本发明的实施方式的其中反映当外部电力的供应中断时的电力管理的基于电池组的电池更换站的视图。
[0085]
电池更换站和电动车辆可以使用wi-fi通过短程通信彼此连接。当电动车辆到达电池更换站200时，安装在电池更换站中的wi-fi和安装在电动车辆中的wi-fi可以形成桥型网络。
[0086]
由于电池更换站和电动车辆通过短程通信彼此连接，因此当电动车辆位于电池更换站附近时，可以自动实现通信连接。为此，电池更换站可以使用固定的本地ip提供wi-fi网络。电池更换站可以打开所有端口以便连接至任何电动车辆。为此，可以在电池更换站中
设置dmz。
[0087]
因此，当电动车辆在行驶期间到达电池更换站的附近时，电动车辆可以使用预定的本地固定ip通过基于wi-fi的短程通信连接至电池更换站。例如，可以将所有的电池更换站设置为使用相同的本地固定ip通过wi-fi连接至外部设备。
[0088]
电动车辆可以检查与其通信连接的电池更换站是否与用于通信连接的目标电池更换站一致，并且当实现一致时，可以连续地通信连接至所连接的电池更换站。
[0089]
然而，如果通信连接至电动车辆的电池更换站与用于通信连接的目标电池更换站不一致，则电动车辆可以通过所连接的电池更换站执行与目标电池更换站的通信连接。电池更换站可以向服务器查询关于每个电池更换站的ip地址，并且可以基于查询结果设置目标电池更换站与电动车辆之间的通信连接。
[0090]
虽然已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域技术人员将理解，本发明的详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，并且因此不限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的类别和技术思想的情况下，各种改变和修改都是可能的，并且很明显，这种改变和修改落入所附权利要求的范围内。
[0091]
(附图标记说明)
[0092]
100：壳体
[0093]
200：充电器
[0094]
210：控制器
[0095]
300：主电源
[0096]
400：外部电网
[0097]
500：ac/dc转换器
[0098]
600：双向转换器
[0099]
700：mcu
[0100]
710：mcu电源
[0101]
720：电压感测单元
[0102]
800：第一dc/dc转换器
[0103]
900：第二dc/dc转换器
[0104]
910：p-fet

技术特征：
1.一种基于电池组的电池更换站，包括：外部电网，被配置成供应电力；至少一个充电器，被配置成对至少一个电池组充电；控制器，被配置成执行控制以使得从所述外部电网供应的电力经由系统传输至所述电池组并且使用所述电力对所述电池组充电；以及主电源，被配置成向所述充电器和所述控制器供应电力，其中，所述控制器确定所述系统的操作状态，并且在无法从所述外部电网供应电力时执行控制以使得存储在所述电池组中的电力被供应至所述主电源。2.根据权利要求1所述的基于电池组的电池更换站，其中，所述充电器包括设置在壳体中的至少一个双向dc/dc转换器，所述双向dc/dc转换器被配置成向所述至少一个电池组供应直流电力。3.根据权利要求2所述的基于电池组的电池更换站，包括连接至所述外部电网的ac/dc转换器，所述ac/dc转换器被配置成转换电流。4.根据权利要求3所述的基于电池组的电池更换站，其中，所述控制器包括：形成在所述ac/dc转换器与所述双向dc/dc转换器之间的mcu，所述mcu被配置成生成控制信号；以及用于驱动的控制器电源。5.根据权利要求4所述的基于电池组的电池更换站，包括形成在所述ac/dc转换器与所述mcu之间的第一dc/dc转换器。6.根据权利要求5所述的基于电池组的电池更换站，包括形成在所述mcu与所述双向dc/dc转换器和所述电池组之间的第二dc/dc转换器。7.根据权利要求6所述的基于电池组的电池更换站，其中，当来自所述外部电网的电力供应中断时，所述mcu操作所述第二dc/dc转换器以将所述双向dc/dc转换器的电流方向从所述电池组改变到所述主电源。8.根据权利要求7所述的基于电池组的电池更换站，其中，所述控制器包括电压感测单元，所述电压感测单元被配置成确定所述第一dc/dc转换器与所述mcu之间的电压是否异常。9.根据权利要求8所述的基于电池组的电池更换站，包括：p-fet，所述p-fet形成在所述第二dc/dc转换器与所述双向dc/dc转换器和所述电池组之间，其中，当由所述电压感测单元感测到的电压值为0v时，所述控制器执行控制使得所述p-fet导通，由此所述第二dc/dc转换器被操作以将所述双向dc/dc转换器的电流方向从所述电池组改变到所述主电源。10.一种电驱动装置，包括：接收单元，被配置成接收根据权利要求1至9中任一项所述的基于电池组的电池更换站的标识信息；以及处理器，被配置成基于从所述基于电池组的电池更换站接收的所述标识信息和认证信息来确定是否与所述基于电池组的电池更换站通信。

技术总结
本发明涉及具有在电力供应中断时操作电池组的模式的电池更换站，该模式能够在对电池更换站(BSS)的电力供应由于电力故障或系统错误而中断时使BSS系统能够不中断地进行操作，所述电池更换站被配置成对可更换电池充电。所述电池更换站被配置成对可更换电池充电。所述电池更换站被配置成对可更换电池充电。


技术研发人员：李圣键
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.08.02
技术公布日：2023/7/4