KR101390235B1 - 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터 - Google Patents

태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동스쿠터에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광 모듈을 이용하여 비상 전력이 확보되도록 하는 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터는, 전단 및 후단에 휠이 장착되는 베이스 프레임과, 베이스 프레임의 내측에 장착되며 휠에 동력을 전달하는 구동모터와, 구동모터와 전기적으로 연결되며 구동모터의 출력을 제어하는 인버터와, 인버터와 전기적으로 연결되며 인버터에 전력을 공급하는 배터리와, 베이스 프레임의 전단에 상방으로 경사지게 설치되되 전방의 시야를 확보하기 위한 전면투시창을 가지는 경사프레임과, 경사프레임의 상단에서 절곡되어 수평으로 연장되는 수평프레임을 포함하는 프런트 프레임과 수평프레임의 상면에 부착되어 일체를 이루는 플렉시블한 박막형 태양전지로 이루어지며, 배터리로 전기를 공급하는 제 1 태양광 모듈과, 제 1 태양광 모듈과 전기적으로 연결되며 제 1 태양광 모듈의 출력을 조절하고 배터리의 상태를 제어하는 컨트롤러와, 일단이 컨트롤러와 연결되고 타단이 외부의 충전수단과 결합되며 외부의 충전수단으로부터 공급되는 전력을 컨트롤러로 전달하는 플러그를 포함한다.

Description

태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터{Electric scooter having solar module}
본 발명은 전동스쿠터에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광 모듈을 이용하여 비상 전력이 확보되도록 하는 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터에 관한 것이다.
근래에 들어 의학이 발달하고 생활 수준이 높아짐에 따라 예전에는 치료가 불가능했던 질병이 정복되고, 노화를 억제하기 위한 각종 연구들이 활발하게 진행되면서, 사람들의 기대 수명이 늘고 있으며, 노령 인구가 급속하게 증가하고 있다. 이에 따라 고령 친화 산업은 급격하게 성장하고 있으며, 그 중에서 거동이 불편한 고령자 또는 장애인들을 위한 단거리 이동용 전동스쿠터의 시장은 날로 발전하고 있다.
이러한 단거리 이동용 전동스쿠터는 대부분 전기 배터리로 작동되며, 전기 콘센트를 이용하여 외부의 전원으로부터 전력을 공급받아 배터리를 충전하는 방식을 취한다. 그런데, 외부의 전원을 이용해서 배터리를 충전하는 방식은 충전 스테이션의 인프라 부족으로 인하여 충전을 하기가 곤란한 상황에 처하기도 하고 상황에 따라 충전을 위해 멀리 이동해야 하는 불편함도 있다. 또한 전기의 특성상 한동안 사용하지 않았을 경우 자연 방전이 일어날 수 있다.
또한, 전동스쿠터는 기능이 날로 발전하면서 스쿠터 내에 오디오 같은 추가 편의 기능이 설치될 수 있는데, 이러한 편의 기능을 사용하다 보면 전기 배터리의 소모가 빨라지며, 때로는 배터리가 방전되어 배터리의 수명이 단축되고, 전동스쿠터의 구동이 멈추는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 기술이 발달함에 따라 빛 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 태양 전지가 개발되고 있는데, 최근에는 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지와 같은 다양한 종류의 태양 전지가 개발되고 있으며, 효율 역시도 빠르게 증가하고 있다.
이러한 태양 전지 중에서 박막형 태양전지는 유연하고 가벼우며 깨지지 않아 다양한 활용이 가능하며, 또한 염료감응형 태양전지는 실리콘 태양전지에 비하여 에너지 전환 효율은 다소 낮지만 제조 단가가 낮고 가시광선에 의해서도 발전이 가능하며, 투명한 성질을 지닐 수 있어 향후 많은 곳에 활용이 가능할 것으로 예상된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외부의 충전수단과 결합되어 있지 않은 경우에도 수시로 배터리가 충전됨으로써, 배터리의 방전이 방지되고, 배터리의 소모가 줄어들어 주행 가능 거리가 확장되며, 비상시에 구동 전력이 확보될 수 있는 태양광 모듈을 구비하는 전동스쿠터를 제공함에 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 전단 및 후단에 휠이 장착되는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임의 내측에 장착되며, 상기 휠에 동력을 전달하는 구동모터와, 상기 구동모터와 전기적으로 연결되며, 상기 구동모터의 출력을 제어하는 인버터와, 상기 인버터와 전기적으로 연결되며, 상기 인버터에 전력을 공급하는 배터리와, 상기 베이스 프레임의 전단에 상방으로 경사지게 설치되되 전방의 시야를 확보하기 위한 전면투시창을 가지는 경사프레임과, 상기 경사프레임의 상단에서 절곡되어 수평으로 연장되는 수평프레임을 포함하는 프런트 프레임과, 상기 수평프레임의 상면에 부착되어 일체를 이루는 플렉시블한 박막형 태양전지로 이루어지며, 상기 배터리로 전기를 공급하는 제 1 태양광 모듈과, 상기 제 1 태양광 모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 태양광 모듈의 출력을 조절하고 상기 배터리의 상태를 제어하는 컨트롤러와, 일단이 상기 컨트롤러와 연결되고, 타단이 외부의 충전수단과 결합되며, 상기 외부의 충전수단으로부터 공급되는 전력을 상기 컨트롤러로 전달하는 플러그를 포함하는 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터를 제공함에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 경사프레임의 전면투시창은 투명한 재질의 염료감응형 태양전지로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 경사프레임의 전면에 플렉시블한 박막형 태양전지로 이루어지는 제 2 태양광 모듈이 더 부착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 프런트 프레임은 상기 수평프레임의 일측 및 타측에 회동가능하도록 결합되며 일면에 제 3 태양광 모듈이 부착되는 보조프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 수평프레임은 상기 배터리로부터 전력을 공급받아 구동되는 보조모터를 더 포함하며, 상기 보조프레임은 상기 보조모터에 의해 회동될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 태양광 모듈과 전기적으로 연결되는 분배기와, 상기 분배기를 통하여 공급되는 태양광 모듈의 출력을 제어하여 상기 태양광 모듈로부터 받은 전류가 상기 배터리에 효율적으로 충전되도록 하는 승압시스템과, 상기 배터리가 일전 전압 이상으로 충전되거나 일정 전압 이하로 떨어지지 않도록 과충전 및 과방전을 방지하는 BMS(Battery management system)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터에 의하면, 전동스쿠터의 프레임에 박막형 태양전지로 이루어지는 태양광 모듈이 부착되어 프레임과 일체를 이룸으로써, 수시로 배터리가 충전되어 배터리의 방전이 방지되고, 배터리의 소모가 줄어들어 주행 가능 거리가 확장되며, 비상시에도 구동 전력이 확보될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터의 계통도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터의 계통도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터의 사시도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터에 관하여 설명한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터는 베이스 프레임(100), 구동모터(200), 인버터(300), 배터리(400), 컨트롤러(500), 프런트 프레임(600) 및 플러그(700)를 포함한다.
베이스 프레임(100)은 스쿠터의 몸체를 이루며, 사람이 탑승할 수 있는 공간 및 각종 장치들이 장착될 수 있는 공간을 제공한다. 베이스 프레임(100)의 전단 및 후단에는 휠(110)이 장착되며, 휠(110)이 회전됨으로써 스쿠터가 동작될 수 있다.
구동모터(200)는 휠(110)에 동력을 전달하는 장치로서, 베이스 프레임(100)의 내측에 장착되며, 인버터(300)로부터 전력을 공급받아 기계적인 동력으로 변환하여 기어(도시되지 않음)를 통하여 휠(110)로 전달한다.
인버터(300)는 배터리(400)로부터 받은 전력을 변환하여 구동모터(200)에 전달하는 장치로서, 구동모터(200)와 전기적으로 연결되며, 구동모터(200)에 공급되는 전력의 주파수 및 전압을 제어함으로써 구동모터(200)의 출력을 조절한다.
배터리(400)는 외부로부터 받은 전력을 저장하고, 필요에 따라 저장한 전력을 인버터(300) 또는 다른 장치에 공급하는 장치로서, 인버터(300)와 전기적으로 연결되며, 인버터(300)를 통해 구동모터(200)에 전력을 공급한다.
컨트롤러(500)는 분배기(510), 승압system(520), BMS(Battery management system;530)으로 이루어지며, 외부로부터 공급받은 전력 또는 태양광 모듈로부터 생산되는 전력을 제어하고 분배하는 역할을 한다. 분배기(510)는 다수의 태양광 모듈과 컨트롤러(500)를 연결시키는 통로의 역할을 하며, 승압system(520)은 분배기(510)를 통하여 공급되는 태양광 모듈의 출력을 제어한다. 이를 위하여 승압system(520)은 PWM(Pulse width modulation), MPPT(Maximum power point tracking)방식등을 사용하여 태양광 모듈로부터 받은 전류가 배터리(400)에 효율적으로 충전될 수 있도록 한다. 또한, BMS(530)는 배터리(400)가 일정 전압 이상으로 충전되지 않도록 과충전 방지 기능을 가지며, 배터리(400)가 일정 전압 이하로 떨어지지 않게 유지하는 과방전 방지 기능을 가진다. 또한, BMS(530)에는 외부충전수단과 결합될 수 있는 플러그(700)가 연결되며, 외부충전수단으로부터 공급되는 전력을 플러그(700)를 통해 전달받아, 배터리(400)를 충전시킨다.
프런트 프레임(600)은 베이스 프레임(100)의 전단에 설치되며, 베이스 프레임(100)의 상방으로 경사지게 배치되는 경사프레임(610)과 경사프레임(610)의 상단에서 절곡되어 수평으로 연장되는 수평프레임(620)으로 이루어진다. 경사프레임(610)에는 전방의 시야를 확보하기 위한 전면투시창(612)이 마련되어 있으며, 수평프레임(620)의 상면에는 태양으로부터 받은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 제 1 태양광 모듈(630)이 부착되어 있다. 이때, 제 1 태양광 모듈(630)은 플렉시블한 박막형 태양전지로 이루어지며, 수평프레임(620)의 곡면을 따라 부착되어 수평프레임(620)과 일체를 이룰 수 있다. 따라서, 제 1 태양광 모듈(630)은 스쿠터의 디자인을 훼손하지 않으면서도 전기를 생산하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제 1 태양광 모듈(630)은 CIGS(Copper indium gallium selenide)모듈로 이루어질 수 있으며, 제 1 태양광 모듈(630)의 소재는 휘어질 수 있고, 안정적인 전력 생산이 가능하며, 무게가 가벼운 태양전지라면 제한없이 적용될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터의 배터리 충전 과정을 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 사용자가 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터를 충전하고자 하는 경우에, 사용자는 플러그(700)를 외부충전수단에 결합시킴으로써, 외부충전수단으로부터 공급되는 전력을 플러그(700)를 통해 컨트롤러(500)로 전달시킬 수 있다. 다음으로, 컨트롤러(500)는 배터리(400)의 상태를 확인하여 과충전 또는 과방전되지 않도록 조절하면서 전달받은 전력을 배터리(400)에 충전시킨다.
또한, 사용자는 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터를 햇빛이 비치는 곳에 위치시키거나, 또는 운행중에 자연스럽게 빛에 노출시킴으로써, 스쿠터의 수평프레임(620)의 상면에 부착된 제 1 태양광 모듈(630)이 전력을 생산하도록 할 수 있다. 생산된 전력은 컨트롤러(500)를 통해 배터리(400)로 공급되며 따라서 스쿠터는 외부 충전수단으로부터 공급되는 전력이 없이도 배터리가 충전될 수 있다.
도 3 및 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터는 베이스 프레임(100), 구동모터(200), 인버터(300), 배터리(400), 컨트롤러(500), 프런트 프레임(600) 및 플러그(700)를 포함하며, 프런트 프레임(600)은 염료감응형 태양전지(640) 및 제 2 태양광 모듈(660)을 더 포함한다. 여기에서, 베이스 프레임(100), 구동모터(200), 인버터(300), 배터리(400), 컨트롤러(500), 프런트 프레임(600) 및 플러그(700)는 전술한 본 발명의 일 실시예와 기술적 특징이 실질적으로 동일하므로 설명을 생략하고, 염료감응형 태양전지(640) 및 제 2 태양광 모듈(660)을 포함하는 프런트 프레임(600)에 관하여서만 설명한다.
전술한 바와 같이, 프런트 프레임(600)의 경사프레임(610)은 전면투시창(612)을 포함하는데, 전면투시창(612)은 통상의 유리 또는 합성수지 재질로 구성되지 않고 염료감응형 태양전지(640)로만 구성될 수 있다.
염료감응형 태양전지(640)는 투명한 글라스와 글라스 사이에 특수 염료를 처리하여 염료 고분자를 통하여 전류를 발생시키는 태양전지로서, 투명한 성질이 있기 때문에 스쿠터 전면의 시야가 확보됨과 동시에 전기를 생산할 수 있다. 이러한 염료감응형 태양전지(640)로 이루어진 전면투시창(612)은 컨트롤러(500)와 전기적으로 연결되어 수시로 배터리(400)가 충전시키게 된다.
또한, 경사프레임(610)의 전면투시창(612)을 제외한 전면부(도면부호 표시되지 않음)에는 제 1 태양광 모듈(630)과 동일한 소재의 제 2 태양광 모듈(660)이 부착될 수 있다. 이러한 제 2 태양광 모듈(660)은 제 1 태양광 모듈(630)과 동일하게 플렉시블한 성질이 있기 때문에 경사프레임(610)의 외관을 따라 일체로 부착이 가능하며, 따라서 스쿠터가 미려한 디자인을 가질 수 있도록 한다. 이때, 제 2 태양광 모듈(660) 또한 컨트롤러(500)와 전기적으로 연결되며, 제 1 태양광 모듈(630)과 동일하게 배터리(400)를 충전할 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 컨트롤러(500)는 제 1 태양광 모듈(630), 제 2 태양광 모듈(660), 염료감응형 태양전지(640)로부터 각각 전력을 공급받아 배터리(400)로 공급할 수 있기 때문에 배터리(400)의 충전속도가 증가될 수 있으며, 배터리(400)의 충전 효율이 증가될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터는 베이스 프레임(100), 구동모터(200), 인버터(300), 배터리(400), 컨트롤러(500), 프런트 프레임(600) 및 플러그(700)를 포함하며, 프런트 프레임(600)은 일측 및 타측에 마련되는 보조프레임(도면부호 표시되지 않음, 이하 같음)을 더 포함한다. 여기에서, 베이스 프레임(100), 구동모터(200), 인버터(300), 배터리(400), 컨트롤러(500), 프런트 프레임(600) 및 플러그(700)는 전술한 본 발명의 일 실시예와 기술적 특징이 실질적으로 동일하므로 설명을 생략하고, 보조프레임을 포함하는 수평프레임(620)에 관하여서만 설명한다.
수평프레임(620)의 일측 및 타측에는 보조프레임이 설치되는데, 구체적으로 도시되지는 않았지만 보조프레임은 수평프레임(620)에 대하여 회동 가능하도록 힌지 등을 이용하여 결합된다. 이때, 보조프레임의 일면에는 제 3 태양광 모듈(670)이 부착되는데, 이러한 보조프레임은 평상시에는 타면이 수평프레임(620)의 저면에 부착되도록 배치되고, 스쿠터의 충전속도 및 효율을 높일 필요가 있는 경우에는 제 3 태양광 모듈(670)이 상방을 향하도록 보조프레임이 회동된다. 이 경우, 컨트롤러(500)는 보조프레임에 부착되는 제 3 태양광 모듈(670)로부터 추가로 전력을 공급받을 수 있기 때문에, 배터리(400)의 충전속도 및 충전 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 이러한 보조프레임이 자동으로 회동되도록 할 수도 있는데, 이를 위해 수평프레임(620)은 배터리(400)로부터 전력을 공급받아 구동되는 보조모터(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 보조모터는 수평프레임(620)과 보조프레임의 연결부(도면부호 표시되지 않음)에 보조프레임과 직결로 부착될 수 있으며, 사용자는 필요에 따라 보조모터를 구동시킴으로써 보조프레임이 수평프레임(620)과 수평을 이루도록 회동시킬 수 있다.
이러한 과정을 통해 스쿠터는 외부의 충전수단으로부터 전력을 공급받지 않더라도 배터리(400)가 충전될 수 있으며, 이를 통해 배터리(400)의 방전이 방지되고 배터리(400)의 효율이 증가되며, 스쿠터의 장거리 운행이 가능해진다. 또한, 박막형 태양전지가 사용됨으로써 스쿠터의 외관이 미려하게 유지될 수 있으며, 전면투시창(612) 및 전면부, 보조프레임에 태양광 모듈이 부착됨으로써, 배터리(400)의 효율이 증가될 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100 : 베이스 프레임 110 : 휠
200 : 구동모터 300 : 인버터
400 : 배터리 500 : 컨트롤러
510 : 분배기 520 : 승압 System
530 : BMS 600 : 프런트 프레임
610 : 경사프레임 612 : 전면투시창
620 : 수평프레임 630 : 제 1 태양광 모듈
640 : 염료감응형 태양전지 660 : 제 2 태양광 모듈
670 : 제 3 태양광 모듈 700 : 플러그

Claims (6)

  1. 전단 및 후단에 휠이 장착되는 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임의 내측에 장착되며, 상기 휠에 동력을 전달하는 구동모터;
    상기 구동모터와 전기적으로 연결되며, 상기 구동모터의 출력을 제어하는 인버터;
    상기 인버터와 전기적으로 연결되며, 상기 인버터에 전력을 공급하는 배터리;
    상기 베이스 프레임의 전단에 상방으로 경사지게 설치되되 전방의 시야를 확보하기 위한 전면투시창을 가지는 경사프레임과, 상기 경사프레임의 상단에서 절곡되어 수평으로 연장되는 수평프레임을 포함하는 프런트 프레임;
    상기 수평프레임의 상면에 부착되어 일체를 이루는 플렉시블한 박막형 태양전지로 이루어지며, 상기 배터리로 전기를 공급하는 제 1 태양광 모듈;
    상기 제 1 태양광 모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 태양광 모듈의 출력을 조절하고 상기 배터리의 상태를 제어하는 컨트롤러; 및
    일단이 상기 컨트롤러와 연결되고, 타단이 외부의 충전수단과 결합되며, 상기 외부의 충전수단으로부터 공급되는 전력을 상기 컨트롤러로 전달하는 플러그를 포함하며,
    상기 경사프레임의 전면투시창은 투명한 재질의 염료감응형 태양전지로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
    상기 경사프레임의 전면에 플렉시블한 박막형 태양전지로 이루어지는 제 2 태양광 모듈이 경사프레임의 외관을 따라 일체로 부착되는 것을 특징으로 하며,
    상기 프런트 프레임은 상기 수평프레임의 일측 및 타측에 회동가능하도록 결합되며 일면에 제 3 태양광 모듈이 부착되는 보조프레임을 더 포함하며,
    상기 수평프레임은 상기 배터리로부터 전력을 공급받아 구동되는 보조모터를 더 포함하며, 상기 보조프레임은 상기 보조모터에 의해 회동되는 것을 특징으로 하며,
    상기 컨트롤러는 상기 제 1 태양광 모듈과 전기적으로 연결되는 분배기와, 상기 분배기를 통하여 공급되는 태양광 모듈의 출력을 제어하여 상기 태양광 모듈로부터 받은 전류가 상기 배터리에 효율적으로 충전되도록 하는 승압시스템과, 상기 배터리가 일전 전압 이상으로 충전되거나 일정 전압 이하로 떨어지지 않도록 과충전 및 과방전을 방지하는 BMS(Battery management system)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 구비한 전동스쿠터.
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