KR101245571B1 - 전기버스 배터리 교환 스테이션 - Google Patents

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KR101245571B1
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battery
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exchange
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박준석
김원규
정원재
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한국항공대학교산학협력단
국민대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 전기버스 배터리 교환 스테이션에 관한 것으로, 방전된 배터리를 제거하고, 완충된 배터리를 제공하기 위하여 전기버스 상부의 배터리교환구와 접속가능하도록 돌출형성된 배터리교환부를 포함하는 교환 스테이션 본체; 방전된 배터리의 교환을 위해 상기 교환 스테이션 본체를 향해 진입하는 전기버스의 이미지를 촬상하는 이미지촬상부; 상기 전기버스가 상기 배터리교환부의 하부에 정합적으로 위치하기 위해 필요한 진입과정정보를 저장하는 진입과정저장부; 상기 이미지촬상부에서 촬상한 이미지 상에서 획득한 상기 진입하는 전기버스의 진입상태를 상기 진입과정저장부에 저장된 상기 진입과정정보와 비교하여 상기 전기버스의 진입상태가 상기 진입과정정보에 대응되도록 보정하기 위한 진입정보를 산출하는 진입정보산출부; 및 상기 진입정보산출부에서 산출된 진입정보를 상기 전기버스에 제공하는 진입정보제공부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리하여, 이미지 프로세싱을 통하여 배터리 교환을 위해 진입하는 전기버스에 배터리 교환위치에 도달하기 위한 주행정보를 실시간으로 제공함으로써 전기버스가 배터리 교환위치에 정확히 위치할 수 있도록 유도한다.

Description

전기버스 배터리 교환 스테이션{ELECTRIC BUS BATTERY EXCHANGING STATION}
본 발명은 전기버스 배터리 교환 스테이션으로서, 더욱 상세하게는, 방전된 배터리를 완충된 배터리로 교환하는 전기버스 배터리 교환 스테이션에 관한 것이다.
전기버스는 전기에너지를 동력원으로 하여 운행되는 버스로서, 전기버스는 화석연료를 사용하는 기존의 버스와 비교할 때, 유해가스의 배출이 없는 친환경적인 특성을 가지고 있어 그 연구개발 및 상용화가 점차 가속화되고 있는 추세이다.
예컨대, 서울시는 2010년에 세계최초로 전기버스를 개통하여 운행한 이후, 2014년까지 전기버스를 확충하여 운행할 예정에 있다.
현재 운행중인 전기버스는 한번 충전 후 주행 가능 거리가 길지 않아, 장거리를 주행하기 위해서는 운행도중에 배터리에 전기에너지를 공급하는 충전 스테이션의 경유가 불가피하다. 그러나, 현재 기술로는 전기버스 배터리 충전에 약 30분 가량이 소요되어 승객에게 불편을 초래하게 되므로, 충전 스테이션을 경유하지 않도록 노선이 짧게 운행되거나, 평지만 포함하는 노선만으로 운행되고 있는 실정이다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 충전시간이 장시간 소요되는 종래의 플러그인 방식이 아닌, 방전된 배터리를 사전에 완충시킨 배터리로 교환하는 교환식 충전 시스템을 제안한 바 있다. 예컨대, 현재 특허출원 제2011-32024호, 제2011-34994호, 제2011-52913호 등이 출원계속 중에 있다. 제안된 기술에 의하면 노선상에 위치하는 버스 정류장에서 승객의 탑승을 위한 정차시간 안에 전기버스 상부의 교환구를 통해 배터리 교환이 신속히 이루어져 대기시간이 거의 없고, 노선의 길이와 상관없이 배차와 운행이 원활하게 이루어질 수 있다.
이와 같이, 전기버스 상부의 교환구를 통해 배터리 교환이 이루어지는 경우, 전기버스가 상부의 배터리 교환위치에 정합적으로 위치하는지의 여부가 신속한 배터리 교환의 관건이 된다.
따라서, 본 출원인은 노선의 운행에 방해가 되는 별도의 설비를 설치하지 않고도 전기버스가 배터리 교환위치에 정확히 위치할 수 있도록 전기버스의 진입을 유도하는 배터리 교환 스테이션을 제안하게 되었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 노선의 운행에 방해가 되는 별도의 설비 없이도 배터리 교환위치로 전기버스를 정확하게 이동시켜 배터리 교환이 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 전기버스 배터리 교환 스테이션을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 전기버스 배터리 교환스테이션에 있어서, 방전된 배터리를 제거하고, 상기 완충된 배터리를 제공하기 위하여 전기버스 상부의 배터리교환구와 접속가능하도록 돌출형성된 배터리교환부를 포함하는 교환 스테이션 본체; 방전된 배터리의 교환을 위해 상기 교환 스테이션 본체를 향해 진입하는 전기버스의 이미지를 촬상하는 이미지촬상부; 상기 전기버스가 상기 배터리교환부의 하부에 정합적으로 위치하기 위해 필요한 진입과정정보를 저장하는 진입과정저장부; 상기 이미지촬상부에서 촬상한 이미지 상에서 획득한 상기 진입하는 전기버스의 진입상태를 상기 진입과정저장부에 저장된 상기 진입과정정보와 비교하여 상기 전기버스의 진입상태가 상기 진입과정정보에 대응되도록 보정하기 위한 진입정보를 산출하는 진입정보산출부; 및 상기 진입정보산출부에서 산출된 진입정보를 상기 전기버스에 제공하는 진입정보제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 배터리 교환 스테이션에 의해 달성될 수 있다.
한편, 상기 진입과정정보는 진입경로, 진입위치, 진입방향 및 구간별 속도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 진입하는 전기버스가 배터리 교환을 위한 예약이 되어있는지 여부를 확인하는 예약확인부를 더 포함하고, 상기 이미지촬상부는 상기 예약확인부에서 예약이 있는 것으로 확인된 상기 전기버스에 대해서 이미지를 촬상한다.
또한, 상기 교환 스테이션 본체에는 상기 배터리교환부가 복수개 마련되고, 상기 복수개의 배터리교환부 중에서 택일하여 상기 전기버스에 할당하는 교환위치할당부를 더 포함하며, 상기 진입정보산출부는 상기 전기버스가 할당된 상기 배터리교환부의 하부에 정합적으로 위치하기 위한 진입정보를 산출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 이미지 프로세싱을 통하여 배터리 교환을 위해 진입하는 전기버스에 배터리 교환위치에 도달하기 위한 주행정보를 실시간으로 제공함으로써 전기버스가 배터리 교환위치에 정확히 위치할 수 있도록 유도한다.
도 1 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기버스 배터리 교환 스테이션의 개략적인 구성도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기버스 배터리 교환 스테이션의 블록도;
도 5는 진입과정저장부에 저장되는 진입과정정보의 일 예를 설명하기 위한 도면; 및
도 6 내지 도 8은 진입정보산출부에서 진입정보를 산출하는 방법을 설명하기 위한 일 예를 도식화한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기버스 배터리 교환 스테이션(100)의 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기버스 배터리 교환 스테이션(100)의 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기버스 배터리 교환 스테이션(100)은 교환 스테이션 본체(10), 이미지촬상부(20), 진입과정저장부(30), 진입정보산출부(40), 진입정보제공부(50), 예약확인부(60) 및 교환위치할당부(70)를 포함한다.
교환 스테이션 본체(10)는 전기버스가 진입한 후, 방전된 배터리를 완충 배터리로 교환해 주는 작업이 실질적으로 수행되는 영역의 구조체로서, 배터리교환을 제공하는 배터리교환부(11)를 포함한다. 배터리교환부(11)는 배터리가 장착되는 전기버스 상부의 배터리교환구와 접속하여 방전 배터리를 분리하고 완충 배터리로의 교환작업을 수행한다. 이를 위해, 배터리교환부(11)는 전기버스 상부의 배터리교환구와 접속가능하도록 돌출형성되며, 배터리의 착탈을 위해 배터리 교환로봇(미도시)을 포함하여 구성된다. 한편, 배터리교환부(11)가 복수 개 포함되어 동시에 여러 대의 전기버스에 완충 배터리를 제공하여 시간절약을 도모할 수 있다.
교환 스테이션 본체(10)는 전기버스의 진입 및 진출이 용이하고, 배터리 교환작업의 수행이 가능하다면 그 구체적인 구조 또는 형태에 제한되지 않는다. 본 실시예에서는 비, 눈 등의 악천후에도 배터리 교환작업을 수행하는데 지장이 없도록 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 도로에 접하여 수직방향으로 형성되는 수직본체와 수직본체의 상측에서 도로 측으로 연장되어 형성되는 수평본체를 구비한 구조로 형성되어 있다.
이미지촬상부(20)는 방전된 배터리의 교환을 위해 교환 스테이션 본체(10)를 향해 진입하는 전기버스를 촬상하며, 촬상을 위해 카메라를 포함한다. 이때, 이미지 촬상을 위한 카메라로서 다양한 종류의 카메라가 적용될 수 있다. 예컨대, CCD 또는 CMOS 카메라를 적용할 수 있다. 이미지촬상부(20)는 전기버스가 교환 스테이션 본체(10)로 진입할 때 해당 전기버스를 촬상하여 이미지를 획득한다. 또한, 카메라는 단수일 수도 있으나, 복수의 카메라를 포함하여 위치별로 카메라가 배당되고, 해당위치를 지나는 전기버스에 대한 이미지를 촬상하도록 할 수 있다.
이미지촬상부(20)에서 촬상되는 이미지는 전기버스의 진행정보 파악 및 배터리교환부(11) 하부의 정합적인 위치로 전기버스를 유도하기 위한 정보를 산출하기 위한 기준으로 사용된다. 따라서, 이미지촬상부(20)의 카메라는 전기버스의 진입방향, 진입위치 등의 촬상이 가능한 곳에 위치해야 하며, 전기버스의 이미지를 여러 각도 및 방향에서 획득할 수 있도록 촬상각도를 변화시키는 것이 가능하도록 형성될 수 있다.
진입과정저장부(30)는 전기버스가 배터리교환부(11)의 하부에 정합적으로 위치하기 위해 필요한 진입과정정보를 저장한다. 진입과정정보란, 전기버스가 배터리교환부(11)까지 도달하기 위한 과정에 있어 필요한 진행정보를 말한다. 이하에서는, 도 5를 참조하여, 진입과정정보에 관해 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.
도 5는 진입과정저장부(30)에 저장되는 진입과정정보의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 진입과정정보는 진입경로, 진입위치, 진입방향 및 구간별 속도를 포함할 수 있다. 진입경로(a)란, 전기버스의 진입이 시작되는 곳부터 배터리교환부(11) 하부의 정합적 위치까지의 경로로서, 진입과정저장부(30)는 전기버스의 진입이 시작되는 곳에 대응하여 배터리교환부(11) 하부의 정합적 위치까지 도달가능한 각각의 진입경로(a)에 관한 위치정보를 저장할 수 있다.
진입위치(b)는 진입경로를 기준으로 했을 때, 전기버스의 상대적 위치를 의미하는 것으로, 예컨대, 진입과정저장부(30)는 진입경로 상의 가운데에 전기버스가 위치했을 때의 전기버스의 위치정보를 저장할 수 있다.
또한, 진입방향(c)은 전기버스의 진행방향으로서 배터리교환부(11)를 향해 일직선상으로 진입하고 있는지 여부, 즉 차체가 틀어져 있는지 여부에 대응하는 정보이고, 구간별 속도(d)는 진입경로(a)를 배터리교환부(11)와의 거리에 따라 일정한 구간으로 나누었을 때 전기버스에 권장되는 각 구간별 속도로서, 전기버스가 배터리교환부(11) 하부의 정합적 위치에 정차하기 위한 감속정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리교환부(11)와의 거리가 가까워짐에 따라 구간별 속도(d)가 점차 감소해야 할 것이다.
한편, 교환 스테이션 본체(10)에 복수 개의 배터리교환부(11)가 포함되는 경우, 각각의 배터리교환부(11)에 따른 진입과정정보를 저장할 수 있다. 이때, 복수 개의 배터리교환부(11)의 위치가 서로 다를 것이므로, 각각의 배터리교환부(11)의 위치에 따라 진입과정정보가 결정될 것이다.
진입정보산출부(40)는 이미지촬상부(20)에서 촬상된 이미지로부터 파악된 교체 스테이션 본체(10)로 진입하는 전기버스의 진입상태를 진입과정저장부(30)에 저장된 진입과정정보와 비교하고, 진입상태를 진입과정정보에 대응되도록 보정하기 위한 진입정보를 산출한다. 이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 진입정보산출부(40)의 진입정보 산출방법을 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8은 진입정보산출부(40)에서 진입정보를 산출하는 방법을 설명하기 위한 일 예를 도식화한 것이다. 참고로, 현재 진입상태(검정색 도시)와의 비교를 위해 진입과정저장부(30)에 저장된 진입과정정보를 붉은색으로 도시하였다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 진입정보산출부(40)는 이미지촬상부(20)에서 촬상된 이미지를 기초로 진입이 시작되는 곳을 파악하고, 진입과정저장부(30)에 저장된 정보를 기초로 이에 대응하는 진입경로(a)를 산출한다. 전기버스가 배터리교환부(11)를 향해 진행하는 동안, 이미지촬상부(20)에서 촬상된 이미지를 토대로 순차적으로 전기버스의 현재의 진입위치(b), 진행방향(c), 구간별 속도(d)를 진입과정저장부(30)에 저장된 정보와 비교하고, 만약 서로 일치하지 않는다면 이를 일치시키기 위한 보정정보를 산출한다.
예컨대, 진입정보산출부(40)는 진입위치(b)가 서로 일치하지 않는다면, 오른쪽 또는 왼쪽으로 얼마만큼 어긋나 있는지 계산하고, 일치를 위해 전기버스가 이동해야 할 거리 및 방향정보를 산출한다. 또한, 진입방향(c) 또는 구간별 속도(d)가 일치하지 않는다면, 진입정보산출부(40)는 각각 전기버스의 차체를 틀어야 하는 방향 및 각도, 감속해야 하는 속도의 크기를 산출하게 된다.
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 진입정보제공부(50)는 진입정보산출부(40)에서 산출된 진입정보를 전기버스에 제공하여 전기버스가 산출된 진입정보에 따라 진행상태를 수정할 수 있도록 한다. 이를 위해, 진입정보제공부(50)는 무선통신수단을 포함하며, 무선통신방식은 CDMA 방식을 비롯한 다양한 무선통신방식이 채용될 수 있다. 제공된 진입정보는 전기버스 내부에 위치하는 디스플레이에 표시될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기버스 배터리 교환 스테이션(100)은 예약확인부(60)를 더 포함하여 교환 스테이션 본체(10)로 진입하는 전기버스가 배터리 교환을 위한 예약이 있는 것으로 확인된 전기버스에 대해서만 이미지를 촬상하고, 가이드 정보를 제공할 수 있다. 즉, 전기버스의 진입이 감지되면, 예약확인부(60)는 전기버스에 예약여부를 확인하는 신호를 전송하고, 전기버스로부터 이에 대한 응답을 수신한다. 전기버스로부터 예약이 있는 것으로 확인된 경우에만 이미지촬상부(20) 및 진입정보산출부(40)가 동작하도록 하여 통신부하 및 전력소모를 감소시킬 수 있을 것이다.
교환위치할당부(70)는 교환 스테이션 본체(10)에 복수 개의 배터리교환부(11)가 마련되는 경우, 이 중에서 택일하여 전기버스에 할당한다. 이를 위해, 각 배터리교환부(11)의 교환작업 현황에 대한 정보를 저장하고 있으며, 이를 기초로 대기시간을 최소화 할 수 있고, 상대적으로 진입이 용이한 배터리교환부(11)를 할당함으로써 전기버스 배터리 교환 스테이션(100)의 효율적 운용이 가능하도록 한다. 또한, 교환위치할당부(70)는 할당된 배터리교환부(11)를 변경해야 할 필요성이 생긴 경우, 배터리교환부(11)를 재할당하여 전기버스에 제공할 수도 있을 것이다.
한편, 진입정보산출부(40)는 교환위치할당부(70)의 선택에 대응하여 전기버스에 할당된 배터리교환부(11)의 하부에 정합적으로 위치하기 위한 진입정보를 산출한다. 이를 위해, 진입정보산출부(40)는 진입과정저장부(30)에 저장된 진입과정정보 중에서 할당된 배터리교환부(11)에 대응하는 진입과정정보를 기초로 하여 진입정보를 산출할 것이다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위의 기재로부터 정의되는 기술적 사상 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해해야 한다.
10 : 교환 스테이션 본체 20 : 이미지촬상부
30 : 진입과정저장부 40 : 진입정보산출부
50 : 진입정보제공부 60 : 예약확인부
70 : 교환위치할당부

Claims (4)

  1. 전기버스 배터리 교환스테이션에 있어서,
    방전된 배터리를 제거하고, 완충된 배터리를 제공하기 위하여 전기버스 상부의 배터리교환구와 접속가능하도록 돌출형성된 배터리교환부를 포함하는 교환 스테이션 본체;
    방전된 배터리의 교환을 위해 상기 교환 스테이션 본체를 향해 진입하는 전기버스의 이미지를 촬상하는 이미지촬상부;
    상기 전기버스가 상기 배터리교환부의 하부에 정합적으로 위치하기 위해 필요한 진입과정정보를 저장하는 진입과정저장부;
    상기 이미지촬상부에서 촬상한 이미지 상에서 획득한 상기 진입하는 전기버스의 진입상태를 상기 진입과정저장부에 저장된 상기 진입과정정보와 비교하여 상기 전기버스의 진입상태가 상기 진입과정정보에 대응되도록 보정하기 위한 진입정보를 산출하는 진입정보산출부; 및
    상기 진입정보산출부에서 산출된 진입정보를 상기 전기버스에 제공하는 진입정보제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기버스 배터리 교환 스테이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진입과정정보는 진입경로, 진입위치, 진입방향 및 구간별 속도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 정보인 것을 특징으로 하는 전기버스 배터리 교환 스테이션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진입하는 전기버스가 배터리 교환을 위한 예약이 되어있는지 여부를 확인하는 예약확인부를 더 포함하고,
    상기 이미지촬상부는 상기 예약확인부에서 예약이 있는 것으로 확인된 상기 전기버스에 대해서 이미지를 촬상하는 것을 특징으로 하는 전기버스 배터리 교환 스테이션.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교환 스테이션 본체에는 상기 배터리교환부가 복수개 마련되고,
    상기 복수개의 배터리교환부 중에서 택일하여 상기 전기버스에 할당하는 교환위치할당부를 더 포함하며,
    상기 진입정보산출부는 상기 전기버스가 할당된 상기 배터리교환부의 하부에 정합적으로 위치하기 위한 진입정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 전기버스 배터리 교환 스테이션.
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