KR20170045908A - 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론 및 이를 이용한 충전 시스템 - Google Patents

전기 자동차 충전용 무인 비행 드론 및 이를 이용한 충전 시스템 Download PDF

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KR20170045908A
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Abstract

본 발명은, 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론과 이를 이용한 충전 시스템을 개시한다. 상기 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론은, 적어도 4개 이상의 프로펠러들, 각 프로펠러의 회전 RPM을 독립적으로 제어하는 비행 동력 유닛, 상기 비행 동력 유닛을 수납하는 비행체 바디, 상기 비행체 바디를 지지하는 지지 다리를 포함하고, 추가적으로 상기 비행체 바디 내부 또는 외부에 설치된 이차 전지; 상기 이차 전지와 전기적으로 커플링된 마그네틱 커넥터; 상기 마그네틱 커넥터를 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동시키는 이송 유닛; 통신망을 통해 데이터 송수신이 가능한 통신 유닛; 및 상기 통신 유닛을 통해 수신한 GPS 좌표에 해당하는 위치에 상기 비행체 바디가 착륙될 수 있도록 상기 비행 동력 유닛을 제어하고, 상기 마그네틱 커넥터가 전기 자동차에 마련된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 커플링되도록 상기 이송 유닛을 제어하여 상기 이차 전지로부터 출력되는 방전 전력을 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 인가하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.

Description

전기 자동차 충전용 무인 비행 드론 및 이를 이용한 충전 시스템{Manless Flying Drone for Usage of Charing Electrical Vehicle and Charging System using the Same}
본 발명은 전기 자동차를 충전시킬 수 있는 무인 비행 드론과 이를 이용하여 전기 자동차를 충전할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 화석 연료의 고갈과 환경 오염의 문제 때문에 전기 자동차의 수요가 점차 늘어가고 있다. 전기 자동차는 한번의 충전으로 수십 내지 수백 킬로미터를 운행할 수 있는 대용량의 전지 팩을 포함한다.
전기 자동차는, 전지 팩의 충전상태가 낮아지면 전기 충전소에 들러 충전을 해야 한다. 하지만 전지 팩의 잔여 용량으로 운행할 수 있는 거리보다 인접하는 전기 충전소까지의 거리가 더 멀면 전기 자동차의 충전은 불가능하다.
위와 같은 비상 상황을 해결하기 위한 방법으로는, 전문 엔지니어가 새로운 전지 팩을 가지고 전기 자동차가 있는 위치까지 이동하여 완전히 방전된 전지 팩을 새로운 전지 팩으로 교체해 주는 방법이 있다.
하지만, 전기 자동차마다 전지 팩의 설계 사양이 다르고 전지 팩을 교환하기 위해서는 전기 자동차를 리프팅시키는 장비가 필요하므로 현실적으로 적용될 수 있는 방법이 아니다. 또한, 전지 팩의 교체에는 복잡한 전기 배선 작업이 수반되므로 전지 팩의 교체에 많은 시간이 소요된다.
다른 방법으로는, 비상 충전이 가능한 설비를 갖춘 비상 충전 자동차를 운행하여 전기 자동차가 있는 위치까지 이동한 후 가까운 전기 충전소까지 충분히 이동할 수 있을 정도의 용량만큼 전지 팩을 충전해 주는 방법이 있다.
하지만, 이 방법은 비상 충전 자동차를 운용함에 있어서 인적, 물적 비용이 많이 소요되고 지리적 접근이 어려운 곳에 전기 자동차가 위치한 경우, 예를 들어 산간 오지의 좁은 도로에서 전기 자동차의 전지 팩이 완전히 방전된 경우 현실적인 적용이 어렵다는 한계가 있다.
따라서, 본 출원의 발명자는 전기 자동차의 대중적 상용화를 앞당기기 위해서는 정보 통신 기술을 이용하여 전지 팩이 만방전되었을 때 빠르고 저렴하면서도 편리하게 전기 자동차에 탑재된 전지 팩을 충전할 수 있는 방안이 필요하다는 것을 인식하였다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에서 창안된 것으로서, 전기 자동차의 충전 용도로 사용될 수 있는 무인 비행 드론과 이를 이용하여 전기 자동차를 충전할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론은, 적어도 4개 이상의 프로펠러들, 각 프로펠러의 회전 RPM을 독립적으로 제어하는 비행 동력 유닛, 상기 비행 동력 유닛을 수납하는 비행체 바디, 및 상기 비행체 바디를 지지하는 지지 다리를 포함한다.
바람직하게, 상기 무인 비행 드론은, 상기 비행체 바디 내부 또는 외부에 설치된 이차 전지; 상기 이차 전지와 전기적으로 커플링된 마그네틱 커넥터; 상기 마그네틱 커넥터를 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동시키는 이송 유닛; 통신망을 통해 데이터 송수신이 가능한 통신 유닛; 및 상기 통신 유닛을 통해 수신한 GPS 좌표에 해당하는 위치에 상기 비행체 바디가 착륙될 수 있도록 상기 비행 동력 유닛을 제어하고, 상기 마그네틱 커넥터가 전기 자동차에 마련된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 커플링되도록 상기 이송 유닛을 제어하여 상기 이차 전지로부터 출력되는 방전 전력을 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 인가하도록 구성된 제어 유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 무인 비행 드론은, 상기 비행체 바디의 하부에 설치되고, 상기 제어 유닛에 전기적으로 커플링된 카메라를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 유닛은, 상기 카메라를 통해 상기 비행체 바디가 착륙될 지점의 영상 이미지를 촬영하고, 상기 촬영된 영상 이미지로부터 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 위치를 식별하고, 상기 이송 유닛을 제어하여 상기 식별된 위치로 상기 마그네틱 커넥터를 이동시켜 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 상기 마그네틱 커넥터를 자기력에 의해 결합시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 이송 유닛은, 상기 마그네틱 커넥터를 승강 또는 하강시키는 엑츄에이터; 및 상기 엑츄에이터를 X 방향 또는 Y 방향을 따라 이동시키는 X-Y 스테이지를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제어 유닛은 상기 X-Y 스테이지를 구동시켜 상기 식별된 위치의 상부로 상기 엑츄에이터를 이동시키고, 상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 마그네틱 커넥터를 하강시켜 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 상기 마그네틱 커넥터를 커플링시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 마그네틱 커넥터는, 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 접촉 계면을 형성하는 커넥터 바디; 상기 접촉 계면에 대향되는 커넥터 바디의 표면에 매립된 제1극성의 자석; 상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 상기 이차 전지와 전기적으로 커플링되는 제1충전 접점; 및 상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 통신 데이터의 송수신이 가능한 제1통신 접점을 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제1충전 접점과 상기 제1통신 접점은 도전성이 있으며, 볼 형태의 접점 구조를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 제1충전 접점과 상기 제1통신 접점은 도전성이 있으며 상기 커넥터 바디에 매립된 탄성 수단에 의해 탄성 바이어스되어 있을 수 있다. 이 경우, 상기 탄성 수단은 도전성 금속으로 이루어진 스프링일 수 있다.
바람직하게, 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자는, 상기 커넥터 바디와 접촉 계면을 형성하는 충전 단자 바디; 상기 접촉 계면에 대향되는 충전 단자 바디의 표면에 매립된 제2극성의 자석; 상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 전기 자동차의 전지 팩과 전기적으로 커플링되고, 상기 제1충전 접점과 접촉하는 제2충전 접점; 및 상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 전기 자동차에 포함된 이차 전지 관리 시스템의 통신 인터페이스와 커플링되고, 상기 제1통신 접점과 접촉하는 제2통신 접점을 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제2충전 접점은 상기 제1충전 접점의 형상과 정합되는 형상을 가지고, 상기 제2통신 접점은 상기 제1통신 접점의 형상과 정합되는 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 무인 비행 드론은, 선택적으로, 상기 비행체 바디의 상부면에 부착되고, 태양광에 의해 상기 이차 전지의 충전 전력을 생산하는 태양전지 패널; 및 상기 태양전지 패널과 상기 이차 전지를 연결하는 태양광 충전 스위치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어 유닛은, 상기 무인 비행 드론이 비행하는 동안 상기 태양전지 패널로부터 생산되는 충전 전력이 상기 이차 전지로 공급되도록 상기 태양광 충전 스위치를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어 유닛은, 상기 이차 전지로부터 출력되는 충전 전력이 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 인가되는 동안 전류 적산법에 의해 상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하고, 충전 상태에 따른 비행 가능 거리를 연산하고, 연산된 비행 가능 거리와 드론 충전소까지의 거리 차이를 결정하고, 결정된 거리 차이가 임계치 미만으로 감소하면, 상기 이차 전지와 상기 마그네틱 커넥터 사이의 전기적 커플링을 해제할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무인 비행 드론을 이용한 전기 자동차 충전 시스템은, 마그네틱 드론 충전 단자가 마련된 드론 충전기를 구비하고 지역 별로 분산되어 있는 제1 내지 제n드론 충전소; 이차 전지 및 이와 커플링된 마그네틱 커넥터를 포함하고 상기 제1 내지 제n드론 충전소에 각각 배치된 제1 내지 제n무인 비행 드론; 및 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 드론 착륙 패드가 구비된 전기 자동차로부터 통신망을 통해 충전 요청 신호와 GPS 좌표 정보를 수신하고, 미리 수집된 제1 내지 제n드론 충전소의 GPS 좌표 정보와 상기 전기 자동차의 GPS 좌표 정보를 비교하여 상기 전기 자동차와 인접한 어느 하나의 드론 충전소를 식별하고, 통신망을 통해 상기 식별된 드론 충전소에 배치된 무인 비행 드론 측으로 충전 비행 커맨드를 전달하는 드론 충전 통제 서버를 포함한다.
바람직하게, 상기 충전 비행 커맨드를 수신한 무인 비행 드론은, 상기 전기 자동차의 위치로 무인 비행하여 상기 드론 착륙 패드에 착륙하고, 마그네틱 커넥터를 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 커플링시켜 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 이차 전지로부터 출력되는 방전 전력을 인가할 수 있다.
바람직하게, 각각의 드론 충전소는 드론 충전 패드를 구비하고, 상기 마그네틱 드론 충전 단자는 상기 드론 충전 패드의 상부에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기 자동차가 완전히 방전되었을 때 인접한 드론 충전소에 배치된 무인 비행 드론을 이용하여 빠르고 쉽게 전기 자동차의 전지 팩을 충전할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무인 비행 드론은 태양전지 패널에서 생산되는 전력에 의해 충전이 가능하므로 비행 과정에서 생기는 전력 낭비를 최소화할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 무인 비행 드론을 통한 충전 시스템이 제공되므로 보다 경제적인 비상 충전 인프라의 제공이 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전기 자동차가 완전히 방전되는 경우뿐만 아니라 일반적인 상황, 예컨대 전기 자동차가 옥외에서 장시간 동안 주차되는 상황 등에서도 전기 자동차를 충전하는데 얼마든지 활용이 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 상부 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 커넥터의 이송 유닛을 구성하는 X-Y 스테이지와 엑츄에이터의 실시예를 도시한 무인 비행 드론의 저면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 커넥터의 이송 유닛을 구성하는 X-Y 스테이지와 엑츄에이터의 사용 상태도이다.
도 7은 무인 비행 드론에 구비되는 마그네틱 커넥터와 전기 자동차에 구비된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 결합 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 무인 비행 드론에 구비되는 마그네틱 커넥터와 전기 자동차에 구비된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 상세 결합 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행 드론을 이용한 전기 자동차 충전 시스템의 구성도이다.
도 10은 무인 비행 드론이 전기 자동차를 충전하는 과정의 일 실시예를 개념적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 있어서, 전기 자동차는, 좁은 의미에서 전지 팩에 저장된 전기 에너지만을 이용하여 운행되는 순수한 전기 자동차뿐만 아니라 넓은 의미에서는 화석 연료 엔진과 전지 팩을 함께 활용하여 운행되는 하이브리드 타입의 전기 자동차도 포함한다는 것을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 상부 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론(10)은, 대용량의 이차 전지(15)를 장착하고 있으며 완전히 방전된 전기 자동차가 있는 지점으로 무인 비행하여 전기 자동차를 비상 충전하는데 이용되는 수단이다.
바람직하게, 상기 무인 비행 드론(10)은 지역적으로 분산된 드론 충전소(도 9의 102 참조)에 배치된다. 각 드론 충전소는 무인 비행 드론(10)을 충전할 수 있는 드론 충전 패드(도 10(d)의 B 참조)를 구비한다. 상기 드론 충전 패드 상에는 마그네틱 드론 충전 단자(도 10(d)의 60 참조)가 설치되어 있다.
상기 무인 비행 드론(10)은 상기 마그네틱 드론 충전 단자와 전기적으로 커플링될 수 있는 마그네틱 커넥터(17)를 포함한다. 상기 무인 비행 드론(10)이 드론 충전소에 대기하는 동안, 상기 무인 비행 드론(10)은 드론 충전 패드 상에 마운트되고, 이 상태에서 마그네틱 커넥터(17)가 마그네틱 드론 충전 단자와 전기적으로 커플링된다. 따라서, 상기 무인 비행 드론(10)에 탑재된 이차 전지(15)는 상기 마그네틱 드론 충전 단자를 통해 충전될 수 있다.
바람직하게, 상기 무인 비행 드론(10)은, 4개 이상의 프로펠러(11), 비행체 바디(12) 및 3개 이상의 지지 다리(13)를 포함한다.
상기 비행체 바디(12)의 상부에는 상기 복수의 프로펠러(11)를 설치하기 위한 프레임 구조(14)가 구비된다. 상기 프레임 구조(14)는 판형으로 이루어진다. 하지만, 당업계에 공지된 무인 비행 드론에 적용된 다른 프레임 구조도 얼마든지 채용 가능하다.
상기 프레임 구조(14)의 하부에는, 무인 비행 드론(10)이 드론 충전소의 드론 충전 패드로부터 이륙하거나 전기 자동차의 루프에 마련된 드론 착륙 패드에 착륙하는 과정에서 비행체 바디(12)를 지지하는 복수의 지지 다리(13)가 구비된다.
상기 비행체 바디(12)의 내부에는 이차 전지(15)가 포함된다. 경우에 따라, 이차 전지(15)는 상기 비행체 바디(12)의 외부에 설치될 수도 있다. 상기 이차 전지(15)는 전기적으로 연결된 복수의 단위 셀들을 포함한다. 바람직하게, 상기 이차 전지(15)는 2개 이상의 단위 셀이 병렬 연결되어 셀 뱅크를 구성하고, 복수의 셀 뱅크들이 직렬 연결된 구조를 가질 수 있다. 상기 단위 셀은 각형 또는 파우치 타입의 리튬 폴리머 셀일 수 있는데, 본 발명은 단위 셀의 종류에 의해 한정되지 않는다.
상기 프레임 구조(14)의 상부 면에는 태양전지 패널(16)이 구비된다. 상기 태양전지 패널(16)은 무인 비행 드론(10)이 드론 충전소에서 충전 중이거나 비행 목표 지점을 향해 비행 중일 때 태양광을 이용하여 이차 전지(15)를 충전시킬 수 있는 레벨의 충전 전압을 생성할 수 있다.
상기 비행체 바디(12)의 하부에는 이차 전지(15)에 저장된 전력을 전기 자동차에 탑재된 대용량 전지 팩으로 전달하는데 필요한 전력 전달 수단(16)이 구비된다.
상기 전력 전달 수단(16)은 마그네틱 커넥터(17)와, 상기 마그네틱 커넥터(17)을 수평 방향(3차원 좌표계에서 X 방향 또는 Y 방향)이나 수직 방향(3차원 좌표계에서 Z 방향)으로 이동시킬 수 있는 이송 유닛(18)을 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론(10)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무인 비행 드론(10)은 비행 동력 유닛(20)을 포함한다. 상기 비행 동력 유닛(20)은 무인 비행 드론(10)에 포함된 각 프로펠러(11)의 회전 RPM을 독립적으로 제어함으로써 무인 비행 드론(10)의 이륙, 착륙 및 수평 비행을 가능하게 한다.
바람직하게, 상기 비행 동력 유닛(20)은 각 프로펠러(11)에 결합된 모터의 회전 RPM을 제어하는 복수의 모터 제어기(21)를 포함한다. 각 모터 제어기(21)는 후술하는 제어 유닛(30)의 통제하에 대응되는 모터의 회전 RPM을 독립적으로 제어한다.
당업계에 알려진 바와 같이, 무인 비행 드론(10)에 포함된 각 프로펠러(11)의 회전 속도가 동일한 회전 RPM으로 함께 증가하면, 무인 비행 드론(10)의 비행 고도가 증가한다. 반대로, 무인 비행 드론(10)에 포함된 각 프로펠러(11)의 회전 속도가 동일한 회전 RPM으로 함께 감소하면, 무인 비행 드론(10)의 비행 고도는 하강한다. 또한, 전체 프로펠러(11)들 중에서 일부가 상대적으로 빠르게 회전하면 무인 비행 드론(10)이 소정의 방향으로 수평 이동한다. 이러한 무인 비행 드론(10)의 비행 원리는 당업계에 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 이동 통신을 통해 데이터 송수신이 가능한 통신 유닛(22)을 더 포함할 수 있다. 상기 통신 유닛(22)은 상용화된 이동 통신 프로토콜을 통해 충전이 필요한 전기 자동차의 위치에 대응되는 GPS 좌표를 드론 충전 통제 서버로부터 수신할 수 있다. 여기서, 상기 드론 충전 통제 서버는 전기 자동차로부터 충전 요청 신호를 수신하고, 전기 자동차와 인접한 드론 충전소에 대기 중인 무선 비행 드론(10) 측으로 이동 통신을 통해 상기 전기 자동차의 GPS 좌표를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 카메라(23)를 더 포함할 수 있다. 상기 카메라(23)는 제어 유닛(30)과 전기적으로 커플링되고, 비행체 바디(12)의 하부 중앙에 설치된다. 상기 카메라(23)는 무인 비행 드론(10)이 이륙 또는 착륙하는 지점의 영상이나 비행 방향 전방의 영상을 촬영하여 제어 유닛(30)으로 제공한다. 상기 카메라(23)는 일 예로 디지털 이미지 신호를 생성할 수 있는 CCD 카메라일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 GPS 수신기(24)를 더 포함할 수 있다. 상기 GPS 수신기(24)는 복수의 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 무인 비행 드론(10)의 현재 위치를 나타내는 GPS 좌표 데이터를 주기적으로 생성하여 제어 유닛(30)으로 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 이송 유닛(18)의 일 예시로서 X-Y 스테이지(25)와 엑츄에이터(26)를 더 포함할 수 있다. 상기 X-Y 스테이지(25)는 마그네틱 커넥터(17)를 승하강시키는 엑츄에이터(26)의 위치를 수평 방향, 즉 3차원 좌표계의 X 또는 Y 방향으로 이송시킨다. 상기 엑츄에이터(26)는 단부에 마그네틱 커넥터(17)를 구비하고, 마그네틱 커넥터(17)를 3차원 좌표계의 Z 방향을 따라서 승하강시킨다.
도 5는 X-Y 스테이지(25)와 엑츄에이터(26)의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 무인 비행 드론(10)의 저면도이고, 도 6은 X-Y 스테이지(25)와 엑츄에이터(26)의 사용 상태도이다.
도 5를 참조하면, X-Y 스테이지(25)는 X 방향을 따라 연장된 슬라이딩 레일(25a)과 상기 슬라이딩 레일(25a)의 상측 및 하측에 Y 방향을 따라 장착된 슬라이더(25b)와, 상기 슬라이더(25b)를 상기 슬라이딩 레일(25a)을 따라 왕복 이송시킬 수 있는 제1리니어 모터(25c)를 포함한다.
상기 엑츄에이터(26)는 상기 슬라이더(25b) 상에 마운트되고, 상기 엑츄에이터(26)의 일 측에는 상기 엑츄에이터(26)를 상기 슬라이더(25b) 상에서 Y 방향을 따라 왕복 이송시키는 제2리니어 모터(26a)를 포함한다. 상기 엑츄에이터(26)는 슬라이더(25b)의 좌우측 단부를 따라 형성된 레일에 결합되며, 상기 제2리니어 모터(26a)의 작동에 의해 상기 슬라이더(25a) 상에서 Y 방향을 따라 왕복 이동한다.
상기 엑츄에이터(26)가 작동하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 그것의 단부에 설치된 마그네틱 커넥터(17)는 소정의 길이만큼 하부로 이송된다. 상기 마그네틱 커넥터(17)의 이송 정도는 제어 유닛(30)에 의해 임의로 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 제1볼트 미터(27)와 태양광 충전 스위치(33)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1볼트 미터(27)는 태양전지 패널(16)에서 생성되는 출력 전압을 측정하여 측정된 전압 값을 제어 유닛(30)으로 제공한다. 상기 제어 유닛(30)은 상기 제1볼트 미터(27)에 의해 측정된 태양전지 패널(16)의 출력 전압이 이차 전지(15)의 충전을 가능하게 하는 수준까지 상승하면 상기 태양광 충전 스위치(33)를 턴온시킨다. 그러면, 태양전지 패널(16)로부터 출력되는 충전 전력에 의해 이차 전지(15)가 충전될 수 있다. 한편, 상기 제어 유닛(30)은 상기 제1볼트 미터(27)에 의해 측정된 태양전지 패널(16)의 출력 전압이 임계치 미만으로 떨어지면, 상기 태양광 충전 스위치(33)를 턴오프시킨다. 그러면, 태양전지 패널(16)로부터 출력되는 충전 전력에 의한 이차 전지(15)의 충전이 중단된다. 태양전지 패널(16)을 이용한 이차 전지(15)의 충전은 무인 비행 드론(10)이 드론 충전소에 대기하고 있는 동안 또는 무인 비행 드론(10)이 비행하고 있는 동안에 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 제2볼트 미터(28)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2볼트 미터(28)는 이차 전지(15)의 양극과 음극 사이의 충전 전압을 측정하여 측정된 전압 값을 제어 유닛(30)으로 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 전력 변환부(29)를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 변환부(29)는 이차 전지(15)와 전기적으로 커플링되며, 이차 전지(15)의 방전 전력을 각 모터 제어기(21)의 동작 사양에 맞게 변환하고 변환된 전력을 각 모터 제어기(21)에 인가한다. 또한, 상기 전력 변환부(29)는 도 4에 도시된 구성요소들 중에서 전력을 필요로 하는 컴포넌트와도 전기적으로 커플링되며, 이차 전지(15)의 방전 전력을 각 컴포넌트의 동작 사양에 맞는 전력으로 변환하고, 변환된 전력을 해당하는 컴포넌트 측으로 공급한다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 전류 미터(31)를 더 포함할 수 있다. 상기 전류 미터(31)는 이차 전지(15)로부터 전력 변환부(29) 측으로 흐르는 방전 전류의 크기를 센싱한다. 또한, 상기 전류 미터(31)는 상기 방전 전류의 크기를 나타내는 전기적 신호를 주기적으로 생성하여 제어 유닛(30) 측으로 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 또한 방전 스위치(32) 및 충전 스위치(34)를 더 포함할 수 있다. 상기 방전 스위치(32)는, 이차 전지(15)와 전력 변환부(29) 사이의 전기적 연결을 개폐하는 스위치이다. 상기 방전 스위치(32)가 턴온되면, 이차 전지(15)의 방전 전력이 전력 변환부(29)로 인가된다. 상기 충전 스위치(34)는 이차 전지(15)와 마그네틱 커넥터(17) 사이의 전기적 연결을 개폐하는 스위치이다. 상기 충전 스위치(34)가 턴온되면, 이차 전지(15)의 방전 전력이 마그네틱 커넥터(17)를 통해 전기 자동차에 탑재된 전지 팩으로 인가된다. 따라서, 전기 자동차의 전지 팩이 무인 비행 드론(10)에 탑재된 이차 전지(15)에 의해 충전될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행 드론(10)은 무인 비행 드론(10)의 동작을 전반적으로 제어하는 제어 유닛(30)을 더 포함할 수 있다.
상기 제어 유닛(30)은 통신 유닛(22)을 통해 충전을 요청한 전기 자동차의 GPS 좌표에 해당하는 지점으로 무인 비행 드론(10)이 비행하여 착륙될 수 있도록 상기 비행 동력 유닛(20)에 포함된 각각의 모터 제어기(21)를 독립적으로 제어할 수 있는 제어 신호(S1-S4)를 생성하여 출력한다. 상기 출력된 각 제어 신호(S1-S4)는 해당하는 모터 제어기(21)에 입력된다. 그러면, 각 모터 제어기(21)는 수신된 제어 신호에 따라 프로펠러의 회전 RPM을 제어 신호에 맞게 독립적으로 조절한다.
상기 제어 유닛(30)은 제어 신호(S1-S4)를 생성하기 위해 공지된 무인 자율 비행 기술을 이용한다. 일 예로, 상기 제어 유닛(30)은 통신 유닛(22)을 통해 수신된 목표 비행 지점의 GPS 좌표와 GPS 수신기(24)로부터 수신되는 무인 비행 드론(10)의 현재 위치에 대응되는 GPS 좌표를 비교하여 2개의 GPS 좌표 사이의 거리가 점차 감소되도록 무인 비행 드론(10)의 비행 방향과 비행 고도를 주기적으로 갱신하고, 갱신된 비행 조건에 따라 각각의 모터 제어기(21)를 제어할 수 있는 제어 신호(S1-S4)를 생성한다.
상기 제어 유닛(30)은 무인 비행 드론(10)의 비행 고도를 설정할 때, 비행 예정 루트의 지형 지물에 대한 고도 정보를 고려한다. 즉, 상기 제어 유닛(30)은 비행 예정 루트의 지형 지물의 고도 정보를 참조하여 지형 지물의 고도보다 무인 비행 드론(10)의 고도를 높게 설정할 수 있다. 상기 제어 유닛(30)은 제어 신호(S1-S4)를 생성할 때 무인 비행 드론(10)의 비행 방향과 비행 고도가 현재 시점에서 설정된 비행 조건을 추종하도록 제어 신호(S1-S4)를 주기적으로 가변시킬 수 있다. 이 때, 확장 칼만 필터와 같은 적응적 비행 제어 알고리즘이 활용될 수 있다. 상기 비행 예정 루트의 지형 지물에 대한 고도 정보는 상기 제어 유닛(30)에 의해 참조되는 메모리 디바이스(미도시)에 미리 저장되어 있을 수도 있고, 상기 통신 유닛(22)을 통해서 드론 충전 통제 서버로부터 실시간으로 수신되는 것도 가능하다.
상기 제어 유닛(30)이 무인 비행 드론(10)을 무인 자율 비행 모드로 운전하는데 필요한 기술은 상술한 바 이외에도 공지된 기술들이 적절하게 조합되어 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명되는 무인 자율 비행 기술에 의해 한정되지 않음은 자명하다.
상기 제어 유닛(30)은 무인 비행 드론(10)이 비행 목표 지점, 즉 충전이 필요한 전기 자동차의 GPS 좌표에 상응하는 지점의 상공까지 이동하면 비행 모드를 착륙 모드로 전환하여 무인 비행 드론(10)을 전기 자동차의 루프에 마련된 플레이트 형상의 드론 착륙 패드(도 7의 A 참조)에 착륙시킨다.
상기 드론 착륙 패드의 상부에는 외부로 노출 가능한 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(도 7의 40 참조)가 구비된다. 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자는 무인 비행 드론(10)에 구비된 마그네틱 커넥터(17)와 전기적으로 커플링되는 단자이다. 따라서, 마그네틱 커넥터(17)를 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 결합시키면, 무인 비행 드론(10)에 장착된 이차 전지(15)의 충전 전력을 이용하여 전기 자동차의 전지 팩을 충전할 수 있다.
상기 제어 유닛(30)은 무인 비행 드론(10)이 드론 착륙 패드 위로 착륙하는 과정에서 카메라(23)로부터 착륙 지점의 영상 데이터를 주기적으로 입력 받는다. 또한, 상기 제어 유닛(30)은 객체 인식 기술을 이용하여 카메라(23)로부터 입력된 영상 데이터로부터 드론 착륙 패드 상에 노출된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자를 식별하고, 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 위치가 무인 비행 드론(10)의 정중앙에 위치하도록 무인 비행 드론(10)의 착륙을 제어한다.
상기 제어 유닛(30)은 또한 무인 비행 드론(10)의 착륙이 완료되면, 방전 스위치(32)를 턴오프시켜 프로펠러(11)들의 동작을 중단시킨다. 또한, 상기 제어 유닛(30)은 무인 비행 드론(10)의 착륙 직후에 카메라(23)로부터 입력된 영상 데이터로부터 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 위치를 최종적으로 식별한다.
상기 제어 유닛(30)은, 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 위치를 최종적으로 식별하면, 도 7에 도시된 바와 같이, X-Y 스테이지(25)에 제어 신호를 출력하여 마그네틱 커넥터(17)가 장착된 엑츄에이터(26)의 위치를 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 최종 식별 위치로 이동시킨다. 그런 다음, 상기 제어 유닛(30)은 엑츄에이터(26)를 제어하여 엑츄에이터(26)의 단부에 설치된 마그네틱 커넥터(17)를 하강시켜 마그네틱 커넥터(17)를 드론 착륙 패드(A) 상에 노출된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)와 전기적으로 결합시킨다.
도 8은 마그네틱 커넥터(17)와 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 구조와 결합 과정을 구체적으로 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 마그네틱 커넥터(17)는 절연 재질로 이루어지며 블록 형상을 가진 커넥터 바디(17a), 상기 커넥터 바디(17a) 하부의 가장 자리를 따라 매립된 제1극성의 자석(17b), 충전 전류가 인가되는 한 쌍의 충전 접점(17c), 및 통신 신호의 송수신을 위한 통신 접점(17d)을 포함한다.
바람직하게, 상기 충전 접점(17c)과 상기 통신 접점(17d)은 전기 전도성이 있는 도전 볼의 형상을 가지며 단부가 노출되어 있다. 또한, 상기 충전 접점(17c)과 상기 통신 접점(17d)은 도전성이 있는 탄성 수단, 예컨대 금속 스프링(17e)에 의해 탄성 바이어스될 수 있다. 상기 탄성 수단의 단부에는 충전 도선(17f)과 통신 도선(17g)이 연결될 수 있다.
또한, 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)는 절연 재질로 이루어지고 블록 형상을 가진 충전 단자 바디(40a), 상기 충전 단자 바디(40a)의 상부 가장 자리를 따라 매립된 제2극성의 자석(40b), 충전 전류가 인가되는 한 쌍의 충전 접점(40c), 통신 신호의 송수신을 위한 통신 접점(40d)을 포함한다. 여기서, 상기 제2극성은 상기 제1극성과 반대의 극성을 가진다. 따라서, 상기 마그네틱 커넥터(17)와 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)가 접근하면 자력에 의해 양자 사이에 인력이 작용하여 기계적인 결속 구조가 없더라도 서로 결합될 수 있다.
상기 충전 접점(40c)과 상기 통신 접점(40d)은 전기 전도성이 있으며, 마그네틱 커넥터(17)에 구비된 충전 접점(17c) 및 통신 접점(17d)의 형상과 정합되는 형상, 즉 반구형의 요홈 구조를 가진 금속 편으로 이루어진다. 상기 충전 접점(40c)을 구성하는 금속 편은 충전 도선(40f)을 통해 전기 자동차의 전지 팩 (50)과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 통신 접점(40d)을 구성하는 금속 편은 통신 도선(40g)을 통해 전기 자동차에 탑재된 이차 전지 관리 시스템(51)의 통신 인터페이스(52)에 전기적으로 연결된다. 상기 충전 접점(40c)과 전지 팩(50)을 서로 연결하는 선로에는 스위치(53)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 이차 전지 관리 시스템(51)은 볼트 미터(54)를 이용하여 이차 전지(51)의 충전 전압을 주기적으로 모니터하고, 충전 전압이 미리 정해진 레벨 이상으로 상승하면 스위치(53)를 턴오프시켜 이차 전지(51)의 충전을 중단시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 마그네틱 커넥터(17)의 측벽은 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 상부는 상기 마그네틱 커넥터(17)의 형상에 정합되는 요홈 구조를 가질 수 있다. 상기 테이퍼진 형상은 마그네틱 커넥터(17)와 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40) 사이의 용이한 결합을 돕는다.
도 7을 참조하면, 상기 제어 유닛(30)은 무인 비행 드론(10)을 드론 착륙 패드(A) 상에 착륙시킨 후 X-Y 스테이지(25)를 제어하여 마그네틱 커넥터(17)가 설치된 엑츄에이터(26)를 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 직상부로 이동시킨 후 엑츄에이터(26)를 작동시켜 마그네틱 커넥터(17)가 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)와 접촉할 때까지 하강시킨다. 마그네틱 커넥터(17)와 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)가 서로 접촉하면 양측에 구비된 자석의 인력에 의해 마그네틱 커넥터(17)와 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)가 자기력에 의해 결합한다. 이 때, 양측에 구비된 충전 접점과 통신 접점이 접촉하면서 전기적으로 연결되며, 특히 마그네틱 커넥터(17)에 구비된 도전 볼 형태의 충전 접점(17c)과 통신 접점(17d)이 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)에 구비된 충전 접점(40c)과 통신 접점(40d)에 의해 눌리면서 탄성 바이어스 상태가 된다. 이러한 탄성 바이어스 상태는 마그네틱 커넥터(17)와 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 전기적 접촉 상태를 지속적으로 유지시켜준다.
상기 제어 유닛(30)은 마그네틱 커넥터(17)와 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)가 커플링되면, 충전 스위치(34)를 턴온시켜 이차 전지(15)의 양극과 음극을 마그네틱 커넥터(17)의 충전 접점(17c)과 전기적으로 연결시켜 무인 비행 드론(10)에 탑재된 이차 전지(15)를 방전시킨다. 그러면, 이차 전지(15)의 방전 전력이 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)를 통해 전기 자동차의 전지 팩(50)으로 전달되어 전지 팩(50)의 충전이 개시된다. 전지 팩(50)의 충전이 진행되는 동안, 이차 전지 관리 시스템(51)은 볼트 미터(54)를 통해 전지 팩(50)의 전압을 모니터할 수 있고, 모니터된 전압이 소정의 레벨 이상으로 증가하면 스위치(53)를 턴오프시켜 충전을 중단하고, 통신 인터페이스(52)를 통해 충전 종료 메시지를 출력한다. 그러면, 충전 종료 메시지가 통신 접점(40d, 17d)들을 통해 제어 유닛(30)으로 전달되고, 제어 유닛(30)은 충전 스위치(34)를 턴오프시켜 이차 전지(15)의 방전을 중단시킬 수 있다.
한편, 상기 제어 유닛(30)은, 이차 전지(15)의 방전 전력이 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)에 인가되는 동안 전류가 흐르는 선로에 설치된 전류 미터를 통해 측정되는 전류 데이터에 기초하여 전류 적산법에 의해 이차 전지(15)의 충전 상태를 주기적으로 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛(30)은 미리 정의된 충전 상태-비행 가능 거리 룩업 테이블을 참조하여 충전 상태에 따른 비행 가능 거리를 맵핑하고, 맵핑된 비행 가능 거리와 무인 비행 드론(10)이 이륙한 드론 충전소까지의 거리 차이를 결정하고, 결정된 거리 차이가 임계치 미만으로 감소하면, 충전 스위치(34)를 턴오프시켜 이차 전지(15)의 방전을 중단시킬 수 있다. 이는, 무인 비행 드론(10)이 드론 충전소로 복귀하는데 필요한 최소한의 충전량을 확보하기 위해서이다. 상기 충전 상태-비행 가능 거리 룩업 테이블은 이차 전지(15)의 충전 상태에 따라 비행 가능 거리를 맵핑할 수 있는 데이터 구조를 가진다. 상기 드론 충전소까지의 거리는 전기 자동차의 GPS 좌표와 상기 무인 비행 드론(10)이 이륙한 드론 충전소의 GPS 좌표를 이용하여 계산할 수 있다.
그러면, 이하에서는 도 9를 참조하여 상술한 무인 비행 드론(10)을 이용하여 전기 자동차를 충전할 수 있는 충전 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템(100)은, 마그네틱 드론 충전 단자가 마련된 드론 충전기(101)를 구비하고 지역 별로 분산되어 있는 제1 내지 제n드론 충전소(102)를 포함한다.
상기 마그네틱 드론 충전 단자는 도 8에 도시된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)와 실질적으로 동일한 구조를 가진다. 다만, 충전 접점(40c)을 통해 무인 비행 드론(10)에 탑재된 이차 전지(15)를 충전시킬 수 있는 충전 전압을 인가한다. 상기 마그네틱 드론 충전 단자는 무인 비행 드론(10)에 구비된 마그네틱 커넥터(17)와 커플링될 수 있다. 각 드론 충전소(102)에 배치된 무인 비행 드론(10)은 드론 충전 패드 상에 마운트되어 충전될 수 있다. 상기 드론 충전 패드 상에는 마그네틱 드론 충전 단자가 구비되고, 무인 비행 드론(10)의 마그네틱 커넥터(17)는 상기 마그네틱 드론 충전 단자와 결합된다. 이 상태에서, 무인 비행 드론(10)의 제어 유닛(30)이 충전 스위치(34)를 턴온시키면 드론 충전기(101)로부터 인가되는 충전 전력에 의해 무인 비행 드론(10)에 탑재된 이차 전지(15)가 충전된다. 상기 제어 유닛(30)은 충전 전류가 흐르는 선로에 설치된 전류 미터를 이용하여 측정된 전류를 적산하여 이차 전지(15)의 충전 상태를 추정할 수 있고, 충전 상태가 소정의 레벨을 초과하면 충전 스위치(34)를 턴오프시켜 이차 전지(15)의 충전을 중단시킨다.
본 발명의 실시예에 전기 자동차 충전 시스템(100)은, 드론 충전 통제 서버(103)와 데이터베이스(104)를 더 포함할 수 있다.
상기 드론 충전 통제 서버(103)는 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)와 드론 착륙 패드(A)가 구비된 전기 자동차(105)로부터 상용화된 이동 통신망을 통해 충전 요청 신호와 GPS 좌표를 포함하는 위치 정보를 수신한다.
상기 드론 충전 통제 서버(103)는 또한 데이터베이스(104)에 미리 저장된 제1 내지 제n드론 충전소(101)의 GPS 좌표 데이터와 상기 전기 자동차의 GPS 좌표를 비교하여 상기 전기 자동차와 인접한 어느 하나의 드론 충전소를 식별하고, 이동 통신망을 통해 상기 식별된 드론 충전소에 배치된 무인 비행 드론(10) 측으로 충전을 요청한 전기 자동차(105)의 GPS 좌표를 포함하는 충전 비행 커맨드를 전송한다.
도 10을 참조하면, 충전 비행 커맨드를 수신한 무인 비행 드론(10)은 전기 자동차의 GPS 좌표를 비행 목표 지점으로 설정한 후, 드론 충전 패드((d)의 B 참조)로부터 이륙하여 충전을 요청한 전기 자동차(105)가 위치한 장소의 상공으로 이동한다(도 10의 (a)).
그런 다음, 무인 비행 드론(10)은 카메라를 이용하여 전기 자동차의 루프에 설치된 드론 착륙 패드(A) 상에 노출된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 위치를 식별한 후 드론 착륙 패드(A) 상에 착륙한다(도 10의 (b)).
이어서, 무인 비행 드론(10)은 X-Y 스테이지(25)를 구동시켜 마그네틱 커넥터(17)가 설치된 엑츄에이터(26)의 위치를 식별된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)의 직상부로 이동시키고, 엑츄에이터(26)를 작동시켜 마그네틱 커넥터(17)를 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)와 결합시킨다(도 10의 (c)). 그런 다음, 무인 비행 드론(10)은 이차 전지(15)를 방전시켜 전기 자동차에 탑재된 전지 팩(50)을 충전시킨다. 전기 자동차(105)에 탑재된 전지 팩(50)의 충전은 전지 팩(50)의 충전 상태가 소정 레벨 이상으로 증가될 때까지 계속될 수 있다.
전기 자동차(105)에 탑재된 전지 팩(50)의 충전이 완료되면, 무인 비행 드론(10)은 엑츄에이터(26)를 동작시켜 마그네틱 커넥터(17)를 마그네틱 전기 자동차 충전 단자(40)로부터 분리시킨다. 또한 무인 비행 드론(10)은 전기 자동차(105)의 드론 착륙 패드(A)로부터 이륙하여 드론 충전소의 GPS 좌표를 비행 목표 지점으로 설정한 후 드론 충전소의 상공으로 복귀한 후 드론 충전 패드(B)에 착륙한다(도 10의 (d)). 그런 다음, 무인 비행 드론(10)은 마그네틱 커넥터(17)를 드론 충전 패드(B) 상에 노출된 마그네틱 드론 충전 단자(60)와 결합시켜 이차 전지(15)의 충전을 진행하여 충전 상태를 원래의 레벨로 복원시킨다.
한편, 각각의 드론 충전소는 무인 비행 드론(10)에 탑재된 이차 전지(15)의 충전 상태 값을 인터넷 망을 통해 드론 충전 통제 서버(103)로 전송할 수 있다. 그러면, 상기 드론 충전 통제 서버(103)는 각 드론 충전소에 배치된 무인 비행 드론(10)의 충전량을 데이터베이스(104)에 저장하여 관리할 수 있다. 그리고, 전기 자동차(105)의 위치로 이동시킬 무인 비행 드론(10)이 배치된 드론 충전소를 선별할 때 데이터베이스(104)에 기록된 각 무인 비행 드론(10)의 충전량을 참조할 수 있다. 예를 들어, 충전을 요청한 전기 자동차(105)와 인접한 복수의 드론 충전소를 선별한 후 각 드론 충전소에 배치된 무인 비행 드론(10)의 충전량을 비교하여 충전량이 가장 높은 무인 비행 드론(10)이 배치된 무인 충전소를 최종 선별하여 해당 무인 충전소에 배치된 무인 비행 드론(10) 측으로 충전 비행 커맨드를 전달할 수 있다.
본 발명에 있어서, 이동 통신망은 무선 인터넷 망을 포함하는 개념으로 사용되었다. 따라서, 드론 충전 통제 서버는 무선 인터넷 망을 통해서도 무인 비행 드론(10) 측으로 충전 비행 커맨드를 전송할 수 있다. 또한, 상기 충전 비행 커맨드는 인터넷망을 통해 드론 충전소에 설치된 단말기에 전송될 수 있다. 그리고, 상기 단말기는 무선 랜과 같은 근거리 무선 통신망을 통해 상기 전송된 충전 비행 커맨드를 드론 충전 패드에 마운트되어 대기 중인 무인 비행 드론(10) 측으로 전송할 수 있다. 이 경우, 통신 유닛(22)은 근거리 무선 통신 기능을 추가로 구비할 수 있다. 따라서, 본 발명은 충전 비행 커맨드가 무인 비행 드론(10) 측으로 전달되는 구체적인 통신 방식에 의해 한정되지 않는다.
이상에서 본 출원은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 출원은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 출원의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (14)

  1. 적어도 4개 이상의 프로펠러들, 각 프로펠러의 회전 RPM을 독립적으로 제어하는 비행 동력 유닛, 상기 비행 동력 유닛을 수납하는 비행체 바디, 상기 비행체 바디를 지지하는 지지 다리를 포함하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론에 있어서,
    상기 비행체 바디 내부 또는 외부에 설치된 이차 전지;
    상기 이차 전지와 전기적으로 커플링된 마그네틱 커넥터;
    상기 마그네틱 커넥터를 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동시키는 이송 유닛;
    통신망을 통해 데이터 송수신이 가능한 통신 유닛; 및
    상기 통신 유닛을 통해 수신한 GPS 좌표에 해당하는 위치에 상기 비행체 바디가 착륙될 수 있도록 상기 비행 동력 유닛을 제어하고, 상기 마그네틱 커넥터가 전기 자동차에 마련된 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 커플링되도록 상기 이송 유닛을 제어하여 상기 이차 전지로부터 출력되는 방전 전력을 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 인가하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행체 바디의 하부에 설치되고, 상기 제어 유닛에 전기적으로 커플링된 카메라를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 카메라를 통해 상기 비행체 바디가 착륙될 지점의 영상 이미지를 촬영하고, 상기 촬영된 영상 이미지로부터 마그네틱 전기 자동차 충전 단자의 위치를 식별하고, 상기 이송 유닛을 제어하여 상기 식별된 위치로 상기 마그네틱 커넥터를 이동시켜 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 상기 마그네틱 커넥터를 자기력에 의해 결합시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이송 유닛은,
    상기 마그네틱 커넥터를 승강 또는 하강시키는 엑츄에이터; 및
    상기 엑츄에이터를 X 방향 또는 Y 방향을 따라 이동시키는 X-Y 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 X-Y 스테이지를 구동시켜 상기 식별된 위치의 상부로 상기 엑츄에이터를 이동시키고, 상기 엑츄에이터를 구동하여 상기 마그네틱 커넥터를 하강시켜 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 상기 마그네틱 커넥터를 커플링시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마그네틱 커넥터는,
    상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 접촉 계면을 형성하는 커넥터 바디;
    상기 접촉 계면에 대향되는 커넥터 바디의 표면에 매립된 제1극성의 자석;
    상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 상기 이차 전지와 전기적으로 커플링되는 제1충전 접점; 및
    상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 통신 데이터의 송수신이 가능한 제1통신 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1충전 접점과 상기 제1통신 접점은 도전성이 있으며 볼 형태의 접점 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1충전 접점과 상기 제1통신 접점은 도전성이 있으며 상기 커넥터 바디에 매립된 탄성 수단에 의해 탄성 바이어스되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄성 수단은 금속으로 이루어진 스프링인 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  9. 제5항에 있어서, 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자는,
    상기 커넥터 바디와 접촉 계면을 형성하는 충전 단자 바디;
    상기 접촉 계면에 대향되는 충전 단자 바디의 표면에 매립된 제2극성의 자석;
    상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 전기 자동차의 전지 팩과 전기적으로 커플링되고, 상기 제1충전 접점과 접촉하는 제2충전 접점; 및
    상기 접촉 계면을 통해 외부로 노출되고, 전기 자동차에 포함된 이차 전지 관리 시스템의 통신 인터페이스와 커플링되고, 상기 제1통신 접점과 접촉하는 제2통신 접점을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2충전 접점은 상기 제1충전 접점의 형상과 정합되는 형상을 가지고,
    상기 제2통신 접점은 상기 제1통신 접점의 형상과 정합되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 비행체 바디의 상부면에 부착되고, 태양광에 의해 상기 이차 전지의 충전 전력을 생산하는 태양전지 패널; 및
    상기 태양전지 패널과 상기 이차 전지를 연결하는 태양광 충전 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 무인 비행 드론이 비행하는 동안 상기 태양전지 패널로부터 생산되는 충전 전력이 상기 이차 전지로 공급되도록 상기 태양광 충전 스위치를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 드론.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 이차 전지로부터 출력되는 충전 전력이 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 인가되는 동안 전류 적산법에 의해 상기 이차 전지의 충전 상태를 추정하고, 충전 상태에 따른 비행 가능 거리를 연산하고, 연산된 비행 가능 거리와 드론 충전소까지의 거리 차이를 결정하고, 결정된 거리 차이가 임계치 미만으로 감소하면, 상기 이차 전지와 상기 마그네틱 커넥터 사이의 전기적 커플링을 해제하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 충전용 무인 비행 드론.
  13. 마그네틱 드론 충전 단자가 마련된 드론 충전기를 구비하고 지역 별로 분산되어 있는 제1 내지 제n드론 충전소;
    이차 전지 및 이와 커플링된 마그네틱 커넥터를 포함하고 상기 제1 내지 제n드론 충전소에 각각 배치된 제1 내지 제n무인 비행 드론; 및
    마그네틱 전기 자동차 충전 단자와 드론 착륙 패드가 구비된 전기 자동차로부터 통신망을 통해 충전 요청 신호와 GPS 좌표 정보를 수신하고, 미리 수집된 제1 내지 제n드론 충전소의 GPS 좌표 정보와 상기 전기 자동차의 GPS 좌표 정보를 비교하여 상기 전기 자동차와 인접한 어느 하나의 드론 충전소를 식별하고, 통신망을 통해 상기 식별된 드론 충전소에 배치된 무인 비행 드론 측으로 충전 비행 커맨드를 전달하는 드론 충전 통제 서버를 포함하고,
    상기 충전 비행 커맨드를 수신한 무인 비행 드론은, 상기 전기 자동차의 위치로 무인 비행하여 상기 드론 착륙 패드에 착륙하고, 마그네틱 커넥터를 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 커플링시켜 상기 마그네틱 전기 자동차 충전 단자에 이차 전지로부터 출력되는 방전 전력을 인가하는 것을 특징으로 하는 무인 비행 드론을 이용한 전기 자동차 충전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    각각의 드론 충전소는 드론 충전 패드를 구비하고,
    상기 마그네틱 드론 충전 단자는 상기 드론 충전 패드의 상부에 구비되는 것을 특징으로 하는 무인 비행 드론을 이용한 전기 자동차 충전 시스템.
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