KR20230044731A - 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템 - Google Patents

무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 무인운반차량의 개조가 전혀 필요 없이, 배터리에 제1NFC모듈을 설치하고, 로더부 또는/및 충전부에 제2NFC모듈을 설치하여, 배터리 상태 데이터를 무선으로 충전소에 전달할 수 있다. 따라서, 배터리에 이상이 있을 때, 관리자가 충전소로 가되 케이블과 점검기로 배터리의 상태를 점검하는 과정 없이, 바로 충전소가 제공하는 배터리 상태 테이터로부터 원인을 파악하여 배터리의 수리 또는 교체 등 필요한 조치를 취할 수 있다.

Description

무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템{Charging and checking system for replaceable battery used in automated guided vehicle}
본 발명은 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템에 관한 것이다.
무인운반차량(automated guided vehicle, AGV)은 운전자 없이 스스로 주행하면서 화물을 운반할 수 있는 차량으로, 무인운반차량을 사용하면 인건비를 절감하고 작업효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 무인운반차량에는 전원을 공급하는 배터리가 장착된다. 무인운반차량에 배터리가 고정적으로 장착될 경우, 배터리가 충전될 때까지, 무인운반차량은 더 이상 작업을 할 수 없으므로, 무인운반차량에는 배터리가 교체식으로 장착된다.
무인운반차량은 배터리의 전압이 설정된 전압 아래로 떨어지면(이하, 편의상 “방전 예정”이라 칭함), 무인운반차량은 충전소로 이동한다. 충전소는 방전 예정된 배터리를 충전된 배터리로 교체해 주고, 방전 예정된 배터리를 충전하게 된다.
한편, 방전 예정된 배터리를 충전할 때, 충전이 안 되거나 충전이 느리면, 충전소는 관리자에게 경고를 보내고, 관리자는 충전소로 케이블과 점검기를 들고 가서, 배터리의 상태를 점검하게 된다.
괸리자는 배터리의 데이터포트에 케이블의 한쪽을 꽂고, 다른 쪽을 점검기에 꽂아, 배터리 상태 데이터를 읽어 들인다. 배터리 상태 데이터로는, 배터리를 구성하는 셀(cell)들 각각의 전압, 전류, 온도 상태와, 배터리의 전체적인 전류, 전압, 온도 상태 등 다양하다. 이러한 배터리 상태 데이터는 배터리관리부(battery Management system, BMS)가 데이터포트와 케이블을 통해 점검기에 제공한다.
이렇게, 배터리에 이상이 있을 때마다, 관리자가 충전소로 케이블과 점검기를 들고 가서, 배터리의 상태를 점검하는 것은 매우 번거로운 일이다. 또한, 배터리의 이상이 있을 때만, 관리자가 배터리의 상태를 점검하므로, 배터리의 이상 징후를 사전에 감지하기도 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 무인운반차량이 배터리의 상태를 점검하여, 배터리 상태를 무선 통신을 통해, 관리자 서버에 전달할 수도 있다.
그러나, 이를 위해서는, 배터리의 전압상태만을 점검할 수 있는 대부분의 무인운반차량을, 무선 통신(3G 통신, 4G 통신, 5G 통신, 블루투스 통신 또는 와이파이 통신)을 통해, 배터리 상태 데이터를 관리자 서버로 전달할 수 있게 하는 대규모의 개조가 필요하다.
여기에다, 무인운반차량들이 배터리 상태 데이터를, 무선 통신으로 관리자 서버에게 동시에 전달할 경우, 배터리 상태 데이터에 혼선이 올 수 있어, 관리자 서버가 어떤 배터리에 문제가 있는지 정확하게 파악하기 어렵다는 문제도 해결해야 한다.
한국등록특허(10-1951092)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템은,
무인운반차량;
상기 무인운반차량에 교체식으로 탑재되며, 복수개의 셀들과, 배터리관리부와, 상기 배터리관리부로부터 배터리 상태 데이터를 전달받는 제1NFC모듈이 포함된 배터리; 및
상기 무인운반차량으로부터 방전 예정된 배터리를 빼내고 충전된 배터리를 넣어주는 로더부, 방전 예정된 배터리를 충전하는 충전부, 상기 제1NFC모듈로부터 배터리 상태 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전달받는 제2NFC모듈을 포함하는 충전소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 무인운반차량의 개조가 전혀 필요 없이, 배터리에 제1NFC모듈을 설치하고, 로더부 또는/및 충전부에 제2NFC모듈을 설치하여, 배터리 상태 데이터를 무선으로 충전소에 전달할 수 있다. 따라서, 배터리에 이상이 있을 때, 관리자가 충전소로 가되 케이블과 점검기로 배터리의 상태를 점검하는 과정 없이, 바로 충전소가 제공하는 배터리 상태 테이터로부터 원인을 파악하여 배터리의 수리 또는 교체 등 필요한 조치를 취할 수 있다.
본 발명은, 충전소가 배터리 상태 데이터를 관리자 서버에 유/무선으로 전달할 경우, 관리자가 충전소로 올 필요도 없이, 관리실에서 배터리 상태 데이터를 받아 원인을 분석하고, 수리 또는 교체가 필요할 경우에만 충전소로 가서 필요한 조치를 취할 수 있다. 또한, 관리자는 관리실에서 수시로 배터리의 상태를 점검할 수 있어, 배터리의 이상 징후를 사전에 감지할 수 있다.
본 발명은, 배터리가 NFC(near field communication)라는 근거리 무선통신을 사용하여, 제1NFC모듈과 제2NFC모듈이 맞닿은 상태(또는 초근접 상태)에서 제1NFC모듈로부터 제2NFC모듈로 배터리 상태가 전달되므로, 주변 노이즈로 인한 배터리 상태 데이터의 혼선을 최소화할 수 있다.
본 발명은, 로더부의 집게 제2NFC모듈을 설치한 후, 제2NFC모듈의 주위를 전자파 차폐부재로 감싼다. 전자파 차폐부재는 제1NFC모듈이 설치된 배터리의 측면과 접촉하는 집게의 안쪽면에서 바깥쪽을 향해 돌출 되어 있고, 집게가 오므려지면, 제1NFC 모듈이 설치된 배터리의 측면에 형성된 위치결정홈에 삽입된다. 이때, 전자파 차폐부재는 제1NFC모듈과 제2NFC모듈이 맞닿은 부분 주위를 감싸므로, 제1NFC모듈로부터 제2NFC모듈로 배터리 상태 테이터가 전달될 때, 주변 노이즈로 인한 배터리 상태 데이터의 혼선을 방지할 수 있다. 이로 인해, 근거리 무선통신이 가지는 기본적인 혼선 방지 효과에 더하여, 전자파 차폐부재로 인한 더 확실한 혼선 방지효과를 가져올 수 있다.
본 발명은, 전자파 차폐부재가 위치결정홈에 삽입되어야만 집게가 오므려질 수 있으므로, 전자파 차폐부재는 제1NFC모듈에서 제2NFC모듈이 맞닿는 위치가 정확하다는 것을 확인할 수 있는“위치 결정핀”의 역할도 겸할 수 있다.
본 발명은, 전자파 차폐부재가, 열경화성 수지 매트릭스에 일 방향으로 배열된 금속코팅 탄소섬유(Metal-coated Carbon Fiber, MCF)로 구성된다. 금속코킹 탄소섬유의 표면에 코팅된 금속의 종류를 바꾸어서, 전자파 차폐성능을 다양하게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 로더부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 로더부에 구비된 한 쌍의 집게와, 배터리와, 배터리에 설치된 제1NFC모듈과, 집게에 설치된 제2NFC모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 충전부와, 배터리와, 배터리에 설치된 제1NFC모듈과, 충전부의 프레임에 설치된 제2NFC모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 제2NFC모듈의 주위를 전자파 차폐부재가 감싼 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 전자파 차폐부재의 주위를 확대한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 전자파 차폐부재의 단면도다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템은, 무인운반차량(1), 배터리(2), 충전소(3)로 구성된다.
[무인운반차량(1)]
무인운반차량(1)은 운전자 없이 스스로 주행하면서 화물을 운반할 수 있는 차량이다. 본 발명에서 무인운반차량(1)은 적어도 한 대 이상이다. 무인운반차량에(1)는 전원을 공급하는 교체식 배터리(2)가 장착된다. 무인운반차량(1)은 배터리(2)가 방전 예정이면, 충전소(3)로 이동한다. 충전소(3)는 방전 예정된 배터리(2)를 충전된 배터리(2)로 교체해 주고, 방전 예정된 배터리(2)를 충전한다. 따라서, 무인운반차량(1)은 배터리(2) 교체 후 즉시 운행을 재개할 수 있다.
[배터리(2)]
배터리(2)는 복수개의 셀(cell)들과, 배터리관리부(battery Management system, BMS)와, 배터리관리부로부터 배터리 상태 데이터를 전달받는 제1NFC모듈로 구성된다. 이 밖에 배터리 작동을 위한 다양한 부품이 포함된다.
배터리관리부
배터리관리부는 배터리 동작, 수명, 안정 등을 자동 관리한다. 이를 위해, 배터리관리부는 배터리의 상태를 수시로 읽어 들이고, 배터리 상태를 점검하고, 배터리 상태를 데이터화 한다. 배터리 상태 데이터에는, 배터리를 구성하는 셀들 각각의 전압, 전류, 온도 상태와, 배터리의 전체적인 전류, 전압, 온도 상태 등 다양하다. 배터리관리부는 배터리 상태 데이터를 유선으로 제1NFC모듈로 전달한다.
제1NFC모듈
제1NFC모듈은 배터리 상태 데이터를 저장하고 있다가, 충전소(3)의 제2NFC모듈로 전달한다.
제1NFC모듈과 제2NFC모듈은 근거리 무선통신((near field communication, NFC)을 하기 위한 통신 모듈이다.
근거리 무선통신은, 13.56MHz 대역의 주파수를 이용하여 약 10 cm 이내의 가까운 거리에서 데이터를 교환할 수 있는 무선 통신 기술이다. NFC 통신 기술의 단점은 10 cm 이내의 짧은 거리에서만 정보를 주고받을 수 있다는 점이나, 이 단점 덕분에 정보 교환을 더 안전하게 할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명은 이러한 장점을 이용하여, 제1NFC모듈로부터 배터리 상태 데이터를 제2NFC모듈로 전달할 때, 주변 노이즈로 인한 혼선을 막는다.
[충전소(3)]
충전소(3)는 로더부, 충전부, 제2NFC모듈로 구성된다.
로더부
도 2에 도시된 바와 같이, 로더부는 무인운반차량(1)으로부터 방전 예정된 배터리(2)를 빼내서 충전부에 넣어주고, 충전부에서 충전된 배터리(2)를 무인운반차량(1)에 넣어준다.
이를 위해, 로더부는 X축 구동부, Y축 구동부, Z축 구동부, θ축 구동부, 집게(35a)로 구성된다. X축 구동부는 배터리(2)를 X축 방향으로 이동시킨다. Y축 구동부는 배터리(2)를 Y축 방향으로 이동시킨다. Z축 구동부는 배터리(2)를 Z축 방향으로 이동시킨다. θ축 구동부는 배터리(2)를 θ축 방향으로 이동시킨다. 도면 부호 32a는 X축 구동부를 구성하는 한 쌍의 LM가이드, 도면 부호 33a는 Y축 구동부를 구성하는 한 쌍의 LM가이드, 도면 부호 34a는 Z축 구동부를 구성하는 한 쌍의 LM가이드이다. 이 밖에, X축 구동부, Y축 구동부, Z축 구동부, θ축 구동부는 모터와 볼 스크류와 전원 등 다양한 부품으로 구성된다. 이는 공지된 기술로 구현 가능하므로 자세한 설명을 생략한다.
집게(35a)는 방전 예정된 배터리(2)를 무인운반차량(1)으로부터 잡아서 빼내거나, 충전된 배터리(2)를 잡고 무인운반차량(1)에 넣어준다. 집게(35a)는 한 쌍이 구비된다. 도 3에서는, 도면의 간략화를 위해, 집게(35a)가 오므려지고 펴지면서 배터리(2)의 케이슬 잡아주는 돌기와, 이러한 돌기가 삽입되는 배터리(2)의 케이스에 형성된 홈 등의 도시는 생략하였다.
한 쌍의 집게(35a)가 오므려지고 펴지는 동작은, 모터, 에어실린더 등 공지된 기술로 구현 가능하다.
물론, 방전 예정된 배터리(2)를 무인운반차량(1)으로부터 잡아서 빼내거나, 충전된 배터리(2)를 잡고 무인운반차량(1)에 넣어주는 기술은, 다양한 변형이 가능하다.
충전부
충전부는 프레임(31), 배터리(2)의 전원포트에 연결되는 케이블, 케이블을 통해 배터리(2)에 전기를 공급하는 전원 등으로 구성된다. 충전부는 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.
제2NFC모듈
제2NFC모듈은 제1NFC모듈로부터 배터리 상태 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전달받는다.
<집게에 제2NFC모듈 설치>
도 3에 도시된 바와 같이, 제2NFC모듈은 집게(35a)에 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 한 쌍의 집게(35a) 중, 제2NFC모듈은 제1NFC모듈이 설치된 배터리(2)의 측면과 접촉하는 집게(35a)에 설치될 수 있다. 이로 인해, 집게(35a)가 오므려져 제1NFC모듈과 제2NFC모듈이 맞닿은 상태에서, 제1NFC모듈로부터 제2NFC모듈로 배터리 상태 데이터가 전달된다.
<충전부에 제2NFC모듈 설치>
도 4에 도시된 바와 같이, 제2NFC모듈은 충전부에 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1NFC모듈이 설치된 배터리(2)의 측면과 인접한 충전부의 프레임(31)에 설치될 수 있다. 이로 인해, 배터리(2) 충전상태에서, 제1NFC모듈로부터 제2NFC모듈로 배터리 상태 데이터가 전달된다.
<집게 및 충전부 모두에 제2NFC모듈 설치>
제2NFC모듈은 집게(35a)와 충전부 모두에 설치될 수 있다. 이로 인해, 관리자는 집게(35a)에 설치된 제2NFC모듈에서 받아들인 배터리 상태 데이터로 배터리 상태를 1차로 분석하고, 충전부에 설치된 제2NFC모듈에서 받아들인 배터리 상태 데이터로 배터리 상태를 2차로 분석할 수 있다. 이로 인해, 배터리의 상태를 2번에 걸쳐 보다 정확하게 분석할 수 있다.
전자파 차폐부재(ST)
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2NFC모듈의 주위를 전자파 차폐부재(ST)로 감쌀 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전자파 차폐부재(ST)는 제1NFC모듈이 설치된 배터리(2)의 측면과 접촉하는 집게(25a)의 안쪽면에서 바깥쪽을 향해 소정 돌출 되어 있고, 집게(35a)가 오므려지면, 배터리(2)의 측면에 형성된 위치결정홈(2b)에 삽입된다. 이때, 전자파 차폐부재(ST)는 제1NFC모듈과 제2NFC모듈이 맞닿은 부분 주위를 감싸므로, 제1NFC모듈로부터 제2NFC모듈로 배터리 상태 테이터가 전달될 때, 주변 노이즈로 인한 배터리 상태 데이터의 혼선을 방지할 수 있다. 이로 인해, 근거리 무선통신이 가지는 기본적인 혼선 방지 효과에 더하여, 전자파 차폐부재(ST)로 인한 더 확실한 혼선 방지효과를 가져올 수 있다.
또한, 전자파 차폐부재(ST)가 위치결정홈(2b)에 삽입되어야만 집게(35a)가 오므려질 수 있으므로, 전자파 차폐부재(ST)는 제1NFC모듈에서 제2NFC모듈이 맞닿는 위치가 정확하다는 것을 확인할 수 있는 “위치 결정핀”의 역할도 겸할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전자파 차폐부재(ST)는, 열경화성 수지 매트릭스(X)에 일 방향으로 배열된 금속코팅 탄소섬유(Metal-coated Carbon Fiber, MCF)로 구성된다. 금속코킹 탄소섬유(MFC)의 표면에 코팅된 금속(M)은 니켈, 구리, 코발트, 철 등이다. 금속의 종류를 바꾸어서, 전자파 차폐성능을 다양하게 조절할 수 있다.
[관리자 서버]
본 발명에서 관리자 서버를 더 두어, 충전소가 배터리 상태 데이터를 관리자 서버에 유/무선으로 전달할 수도 있다. 이 경우, 관리자는 관리실에서 배터리 상태 데이터를 받아 원인을 분석하고, 수리 또는 교체가 필요할 경우에만 충전소로 가서 필요한 조치를 취할 수 있다. 또한, 관리자는 관리실에서 수시로 배터리의 상태를 점검할 수 있어, 배터리의 이상 징후를 사전에 감지할 수 있다.
배터리의 이상 징후는, 실제로 이상이 온 배터리가, 사전에 어떠한 이상 징후를 가졌는지를 분석함으로써 알 수 있다. 이러한 분석은, 빅데이터기술과 인공지능기술을 사용하여 보다 편리하게 분석할 수 있다.
1: 무인운반차량 2: 배터리
2a: 위치결정홈 3: 충전소
31: 프레임 32a, 33a, 34a: 한 쌍의 LM가이드
35a: 집게 ST: 전자파 차폐부재

Claims (5)

  1. 무인운반차량;
    상기 무인운반차량에 교체식으로 탑재되며, 복수개의 셀들과, 배터리관리부와, 상기 배터리관리부로부터 배터리 상태 데이터를 전달받는 제1NFC모듈이 포함된 배터리; 및
    상기 무인운반차량으로부터 방전 예정된 배터리를 빼내고 충전된 배터리를 넣어주는 로더부, 방전 예정된 배터리를 충전하는 충전부, 상기 제1NFC모듈로부터 배터리 상태 데이터를 근거리 무선통신을 통해 전달받는 제2NFC모듈을 포함하는 충전소를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2NFC모듈은,
    상기 로더부에 설치된 것을 특징으로 하는 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 로더부에는,
    상기 제2NFC모듈을 감싸는 전자파 차폐부재가 설치된 것을 특징으로 하는 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전자파 차폐부재는,
    열경화성 수지 매트릭스에 일방향으로 배열된 금속코팅 탄소섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2NFC모듈은,
    상기 충전부에 설치된 것을 특징으로 하는 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템.
KR1020210127220A 2021-09-27 2021-09-27 무인운반차량 교체식 배터리의 충전 및 점검 시스템 KR102594834B1 (ko)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101739102B1 (ko) * 2015-11-18 2017-05-24 (주)씨에스이엔지 이송차량 배터리 관리장치
KR20170142499A (ko) * 2016-06-17 2017-12-28 이남재 전기차 배터리 교환 시스템 및 방법
KR101951092B1 (ko) 2017-02-07 2019-02-22 박관철 접촉식 무인운반차의 배터리 자동충전장치
KR20200018003A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 남 영 김 듀얼 배터리 자동교환시스템

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