KR101675428B1 - 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템 - Google Patents

전기차 배터리 교환 스테이션 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배터리 교환 스테이션의 상부 구조물에 설치된 Y축 이동부재와; Y축 이동부재에 설치된 X축 이동부재와; X축 이동부재의 상부에 장착된 와인더(winder)와; 와인더에 의하여 와인딩되거나 언와인딩되는 복수의 승강라인과; X축 이동부재의 하방에서 복수의 승강라인에 연결됨으로써 와인더의 작동에 따라 승강되어 전기차 배터리 교환위치에 대하여 이격되거나 접근되는 배터리 그리퍼(battery gripper)와; 복수의 승강라인에 작용하는 하중을 각각 측정하는 하중 센서를 포함하는, 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템을 제공한다.

Description

전기차 배터리 교환 스테이션 시스템 {BATTERY EXCHANGING STATION SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명의 실시예는 전기차의 방전 배터리를 완충 배터리로 교환하는 시스템에 관한 것이다.
차량 연료로는 경유, 휘발유 등의 석유나 LNG, LPG 등의 천연가스와 같은 화석연료가 주로 사용되고 있다. 그런데, 근래에 들어서는 화석연료를 사용하면 환경을 오염시키는 배기가스가 다량으로 배출되는 문제 등으로 인하여 화석연료 차량의 대안으로서 전기를 에너지원으로 하는 전기차(electric vehicle, EV)가 주목을 받고 있다.
전기차로는 순수 전기차(battery powered EV), 연료 전지를 전동기로 사용하는 연료 전지 전기차(fuel cell EV), 전동기와 엔진(engine)을 함께 이용하는 하이브리드 전기차(hybrid EV) 등이 개발되고 있다. 아울러, 전기차의 보급 확대 및 활성화를 위하여, 전기차 충전 인프라(EV charging infra) 구축에 관한 연구 또한 다양하게 진행되고 있다.
전기차는 플러그인(plug-in) 방식으로 충전된다. 이에, 충전 완료 시까지 지나치게 장시간이 소요되므로, 사용자는 전기차 이용이 불편할 수밖에 없고, 충전시설 운영업체는 경제성이 없는 것이 현 실정이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 전기차 배터리를 직접 충전하지 않고 방전 배터리를 미리 충전한 완충 배터리로 교환하는 방식의 전기차 배터리 충전 기술이 제안되어 있다.
전기차 배터리 교환방식에 따르면, 배터리 충전을 위한 별도의 시간 허비 없이 전기차를 이용할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 이는 배터리 교환작업을 위한 별도의 숙련된 기술자가 요구되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 전기차의 방전 배터리를 완충 배터리로 신속하고 안전하게 교환할 수 있는 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 교환위치의 상방에 배치된 상부 구조물을 가진 배터리 교환 스테이션과; 상기 배터리 교환 스테이션의 상부 구조물에 구비되며 전기차의 배터리를 교환하는 배터리 교환장치를 포함하고, 상기 배터리 교환장치는, 상기 상부 구조물에 Y축방향으로 이동 가능하게 설치된 Y축 이동부재와; 상기 Y축 이동부재에 X축방향으로 이동 가능하게 설치된 X축 이동부재와; 상기 X축 이동부재 상에 장착된 와인더(winder)와; 상기 와인더에 의하여 와인딩되거나 언와인딩되는 복수의 승강라인(elevating line)과; 상기 와인더의 주위영역에서 서로 이격된 위치에 위치하도록 상기 X축 이동부재에 각각 장착되며 상기 복수의 승강라인을 각각 상기 X축 이동부재의 하방으로 유도하는 헤드 시브(head sheave)와; 상기 헤드 시브에 의하여 각각 상기 X축 이동부재의 하방으로 유도된 상기 복수의 승강라인에 연결됨으로써 상기 와인더의 작동에 따라 승강되어 상기 배터리 교환위치에 대하여 이격되거나 접근되며 전기차 배터리를 그립하거나 언그립하는 배터리 그리퍼(battery gripper)와; 상기 복수의 승강라인에 작용하는 하중을 각각 측정하는 하중 센서를 포함하고, 상기 배터리 그리퍼는, 상기 복수의 승강라인이 연결된 그리퍼 바디와; 상기 그리퍼 바디의 하부에 서로 대향하도록 배치된 적어도 한 쌍의 그리퍼 핸드 어셈블리(gripper hand assembly)를 포함하고, 쌍을 이루는 상기 그리퍼 핸드 어셈블리는 상기 그리퍼 바디에 서로에 대하여 이격되고 접근되는 방향으로 이동 가능하도록 장착되고 핸드 어셈블리 구동수단에 의하여 서로 이격되거나 접근되는 방향으로 이동되는, 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템이 제공될 수 있다.
상기 하중 센서는, 상기 복수의 헤드 시브에 각각 상기 헤드 시브에 걸린 상기 승강라인에 의하여 상기 헤드 시브에 가하여지는 하중을 측정할 수 있게 장착된 로드셀(load cell)일 수 있다.
상기 배터리 교환장치는, 상기 하중 센서에 의하여 측정된 상기 복수의 승강라인에 대한 각 하중값 중 적어도 어느 하나 이상이 미리 정한 설정값을 초과하면 상기 와인더의 작동을 정지시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 와인더는, 회전축과; 상기 회전축의 양단 부분에 각각 장착되며 상기 승강라인이 감기는 와인딩영역을 각각 단수 또는 복수로 가진 두 와인딩 드럼과; 상기 회전축을 회전시키는 축 구동수단을 포함할 수 있다.
상기 배터리 교환장치는, 상기 배터리 그리퍼의 승강운동을 안내하는 Z축 안내유닛을 더 포함할 수 있다.
삭제
상기 배터리 교환장치는, 상기 Y축 이동부재를 이동시키는 Y축 구동유닛과; 상기 X축 이동부재를 이동시키는 X축 구동유닛을 더 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은, 상기 배터리 그리퍼가 상기 전기차의 배터리를 교환하기 위하여 상기 배터리 교환위치의 상측으로 이동되면 상기 배터리 그리퍼와 상기 전기차의 배터리에 대하여 촬영을 하는 촬영기구와; 상기 촬영기구에 의하여 획득된 상기 배터리 그리퍼와 상기 전기차의 배터리에 대한 이미지에서 상기 배터리 그리퍼에 대한 좌표값 및 상기 전기차의 배터리에 대한 좌표값을 검출하는 검출부와; 상기 검출부에 의하여 검출된 좌표값을 비교하여 상기 배터리 그리퍼와 상기 전기차의 배터리의 위치가 일치하는지를 판단하는 판단부와; 상기 판단부에 의한 판단 결과에 따라 상기 Y축 구동유닛과 상기 X축 구동유닛의 동작을 컨트롤하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예, 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이다. 또한, 이하에서는 언급한 해결 수단 이외의 다양한 해결 수단이 추가로 제시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전기차의 방전 배터리를 X축, Y축 및 Z축방향으로 이동하면서 완충 배터리로 신속 및 정확하고 안전하게 교환할 수 있고, 이에 따라 전기차의 보급, 대중화 및 활성화에 크게 기여할 수 있다.
또한, 배터리 그리퍼의 하강거리를 Z축 안내유닛에 의하여 제한할 수 있기 때문에, 그리퍼 승강유닛이 오작동되거나 그리퍼 승강유닛에 이상이 발생되거나 하여 배터리 그리퍼가 배터리 교환 스테이션의 바닥으로 추락하거나 전기차와 충돌함으로써, 배터리 그리퍼 및/또는 전기차가 파손되거나 인명사고가 유발되는 것을 보다 적극 방지할 수 있다.
또한, 전기차 배터리의 전후 및/또는 좌우 사이즈(규격)에 따라 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리의 간격을 조절할 수 있기 때문에, 다양한 규격의 전기차 배터리에 대한 교환작업에 이용될 수 있다.
또, 승강라인들에 대한 각 하중값을 측정하는 로드셀을 이용, 승강라인의 텐션 저하나 파단과 같은 이상 여부를 검출하거나 배터리 그리퍼에 풍력과 같은 외력이 작용하는 위험상황임을 검출할 수 있기 때문에, 승강라인의 이상에 따른 배터리 그리퍼의 추락사고, 배터리 그리퍼에 외력이 작용함에 따른 Z축 안내유닛의 손상이나 파손 등을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 배터리 그리퍼 및 전기차의 배터리에 대한 위치 관계를 확인하면서 배터리를 교환할 수 있고, 전기차의 배터리에 대한 배터리 그리퍼의 위치가 불일치하면 배터리 그리퍼의 위치를 보정할 수 있기 때문에, 배터리 교환 소요시간을 단축할 수 있는 등 배터리를 효율적으로 교환할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 전체 구성이 도시된 개략도이다.
도 5 및 도 6은 도 1 내지 도 4에 도시된 배터리 그리퍼를 앞에서 본 상태를 나타내는 구성도이다.
도 7은 도 1 내지 도 4에 도시된 그리퍼 승강유닛을 위에서 본 상태를 나타내는 구성도이다.
도 8은 도 8에 도시된 헤드 시브를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 안전장치가 도시된 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 위치보정장치가 도시된 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 전체 구성이 도시된 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.
본 발명의 실시예는, 전기차의 방전 배터리를 완충 배터리로 신속 및 정확하고 안전하게 교환할 수 있고, 이에 따라 전기차의 대중화 및 활성화에 크게 기여할 수 있는, 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 전체 구성이 도 1 내지 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은, 전기차(5)의 진입과 진출이 가능한 구조를 가지도록 구성된 배터리 교환 스테이션(station for exchanging battery, 100) 및 배터리 교환 스테이션(100)에 진입된 전기차(5)에 대하여 방전 배터리를 완충 배터리로 교환하는 적어도 하나 이상의 배터리 교환장치(도면부호 10, 20, 30, 40, 110 등 참조)를 포함한다.
배터리 교환 스테이션(100)은, 배터리 교환위치(P1)로부터 상측으로 일정한 거리 이격된 높이에 배치된 상부 구조물(102) 및 상부 구조물(102)을 하부의 측방에서 지지하는 측방 구조물(104)을 포함한다. 즉, 상부 구조물(102)은 수평방향 구조물인 것이고, 측방 구조물(104)은 상부 구조물(102)의 측방에 상측이 연결된 상태로 세워져서 상부 구조물(102)을 지지하는 수직방향 구조물인 것이다.
예를 들어, 상부 구조물(102) 및 측방 구조물(104)은, 프레임들을 포함할 수도 있고, 콘크리트 구조체를 포함할 수도 있다.
배터리 교환장치는, 배터리 교환 스테이션(100)의 상부 구조물(102)에 Y축방향(좌우방향)으로 이동 가능하게 설치된 Y축 이동부재(110), Y축 이동부재(110)를 이동시키는 Y축 구동유닛(도시되지 않음), Y축 이동부재(110)에 X축방향(전후방향)으로 이동 가능하게 설치된 X축 이동부재(10), X축 이동부재(10)를 이동시키는 X축 구동유닛(도시되지 않음), X축 이동부재(10)의 하방에 Z축 안내유닛(20A)에 의하여 Z축방향인 상하방향으로 이동 가능하게 설치된 배터리 그리퍼(battery gripper, 30) 및 배터리 그리퍼(30)를 Z축방향(상하방향)으로 이동시키는 그리퍼 승강유닛(40)을 포함한다.
전기차(5)는 차체의 상부에 배터리가 착탈 가능하게 장착된 타입일 수 있다. 일례로, 전기차(5)는 루프(roof) 상에 배터리가 장착된 버스일 수 있다.
전기차(5)의 배터리에 대하여 완충 배터리로의 교환이 이루어지는 배터리 교환위치(P1)는 사실상 전기차(5)에서 배터리가 장착된 배터리 장착위치와 대응된다. 배터리의 교환을 위하여 배터리 교환 스테이션(100)에 진입한 전기차(5)는 그 배터리 장착위치가 배터리 교환위치(P1)와 대응되는 전기차 정차위치에 정차한다.
배터리 교환장치는 2개가 구비되며, 어느 하나의 배터리 교환장치는 전기차(5)로부터 배터리를 분리하여 별도의 방전 배터리 보관위치로 운반하고, 다른 하나의 배터리 교환장치는 이러한 방전 배터리 운반과정에서 별도의 완충 배터리 보관위치로부터 완충 배터리를 운반하여 전기차(5)에 장착하도록 작동될 수 있다.
또는, 전기차(5)에 배터리가 2개 구비되는 경우, 두 배터리 교환장치가 각각의 배터리에 대하여 완충 배터리로 교환하도록 작동될 수도 있다. 물론, 배터리 교환장치를 4개 구비하여 각각의 배터리에 대하여 배터리 교환장치가 2개씩 조를 이루어서 완충 배터리로 교환하도록 작동될 수도 있다.
Y축 구동유닛은, 회전모터 및 회전모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 Y축 이동부재(110)에 전달하는 동력전달기구를 포함할 수 있다. 또는, Y축 구동유닛은 리니어 액추에이터(linear actuator)를 포함할 수 있다.
X축 이동부재(10)는 상부와 하부가 대체로 평평한 사각 패널의 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
X축 구동유닛은 Y축 구동유닛과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 그러므로 X축 구동유닛에 대한 자세한 설명은 생략한다.
배터리 그리퍼(30)의 상하방향 이동을 안내하는 Z축 안내유닛(20A)으로는, 바디(10)와 배터리 그리퍼(30) 사이에 배치되며, 바디(10)와 배터리 그리퍼(30)에 상단 부분 및 하단 부분이 각각 연결되고, 관상 구조를 가진 단위 로드를 복수로 구비하며, 이들 단위 로드가 Z축방향인 상하방향으로 서로 뺐다 넣었다 할 수 있도록 구성되어 신축 가능한 텔레스코픽 로드(telescopic rod)가 적용될 수 있다.
이와 같은 Z축 안내유닛(20A)에 의하면, 예를 들어 배터리 그리퍼(30)가 배터리 교환위치(P1) 이하로 과도하게 하강되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 배터리 그리퍼(30)의 하강거리를 제한할 수 있는 것이다. 때문에, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은 그리퍼 승강유닛(40)이 오작동되거나 그리퍼 승강유닛(40)에 이상이 발생되거나 하여 배터리 그리퍼(30)가 바닥으로 추락하거나 전기차(5)와 충돌하여 배터리 그리퍼(30) 및/또는 전기차(5)가 파손되거나 인명사고가 유발되는 것을 방지할 수 있다.
배터리 그리퍼(30)의 구성이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.
배터리 그리퍼(30)는 배터리를 그립하거나 언그립할 수 있도록 구성된다. X축 구동유닛 및/또는 Y축 구동유닛에 의하여 배터리 교환위치(P1)의 상측으로 이동된 배터리 그리퍼(30)는 그리퍼 승강유닛(40)에 의한 이동방향(상승, 하강)에 따라 배터리 교환위치(P1)에 대하여 이격되거나 접근된다.
이와 같은 배터리 그리퍼(30)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부에 Z축 안내유닛(20A)의 하단 부분이 연결된 그리퍼 바디(32) 및 그리퍼 바디(32)의 하부에 서로 마주 보도록 배치된 단수 쌍 또는 복수 쌍의 그리퍼 핸드 어셈블리(gripper hand assembly, 34)를 포함한다.
여기에서, 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리(34)는 서로에 대하여 이격되고 접근되는 방향으로 회전 가능하여 회전방향에 따라 서로에 대하여 접근되거나 이격되면서 배터리를 그립하거나 언그립하는 그리퍼 핸드(34-1)를 포함한다. 도 3을 참조하면, 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리(34)의 그리퍼 핸드(34A-1)는 X축방향(전후방향) 또는 Y축방향(좌우방향)의 축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다.
또한, 구체적으로 도시된 바는 없으나, 각 그리퍼 핸드 어셈블리(34)는 그리퍼 핸드(34-1)를 양쪽 방향으로 회전시키는 핸드 구동수단을 더 포함한다. 핸드 구동수단은 그리퍼 핸드(34-1)의 축에 직결된 모터를 포함할 수 있다. 또는, 핸드 구동수단은 모터 및 모터로부터의 회전력을 그리퍼 핸드(34-1)의 축에 전달하는 기어식, 벨트식 또는 체인식 동력전달기구를 포함할 수 있다. 실시조건에 따라서는, 회전모터 대신 리니어 액추에이터(linear actuator)가 적용될 수 있고, 동력전달기구로는 리니어 액추에이터의 직선운동을 회전운동으로 변환하여 그리퍼 핸드(34-1)의 축에 전달하는 타입이 적용될 수 있다.
이와 같은 그리퍼 핸드 어셈블리(34)에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은 배터리를 그리퍼 핸드(34-1)에 의하여 양쪽에서 안정감 있게 파지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리(34)는 그리퍼 바디(32)의 하부에 서로에 대하여 이격되고 접근되는 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 그리고, 배터리 그리퍼(30)는 쌍을 이루는 상기 그리퍼 핸드 어셈블리(34)를 서로에 대하여 이격되고 접근되는 방향으로 이동시키는 핸드 어셈블리 구동수단(36)을 더 포함한다.
핸드 어셈블리 구동수단(36)은, 피스톤 로드(piston rod)가 양쪽으로 구비되고 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리(34)에 양쪽의 피스톤 로드가 각각 연결된 더블 로드 타입(double rod type)의 공압 또는 유압 실린더를 포함할 수 있다. 물론, 이 같은 실린더 대신 리니어 모터 또는 볼 스크루(ball screw) 구동기 등이 적용될 수도 있다. 또는, 회전모터 및 회전모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리(34)에 전달하는 동력전달기구를 포함할 수도 있다.
이와 같은 핸들 어셈블리 구동유닛(36)에 의하면, 배터리의 전후 및/또는 좌우 사이즈(규격)에 따라 쌍을 이루는 그리퍼 핸드 어셈블리(34)의 간격을 적절하게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은 다양한 규격의 배터리에 대한 교환작업에 이용될 수 있다.
그리퍼 승강유닛(40)을 작동시키면, 배터리 그리퍼(30)는 하강되어 X축 이동부재(10)의 하방에 위치한 배터리 교환위치(P1)로 이동되거나 반대로 상승되어 배터리 교환위치(P1)와 대응하는 하강위치로부터 상측으로 이격된 위치(상승위치)로 이동된다.
도 7은 그리퍼 승강유닛(40)을 위에서 본 상태를 나타내는 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 그리퍼 승강유닛(40)은, X축 이동부재(10) 상의 중앙 부분에 장착된 와인더(winder, 42), 와인더(42)에 의하여 와인딩되거나 언와인딩되는 복수의 승강라인(44), X축 이동부재(10)의 상부에 장착되며 와인더(42)의 주위에 위치하도록 X축 이동부재(10)의 주변 부분에서 서로 이격된 위치에 복수의 승강라인(44)이 각각 걸릴 수 있게 배치되어 복수의 승강라인(44)을 와인더(42)로부터 하방의 배터리 그리퍼(30) 측으로 유도하는 헤드 시브(head sheave, 46) 및 그리퍼 바디(32)의 상부에 장착되며 복수의 승강라인(44)과 각각 연결된 연결기(48)를 포함한다.
와인더(42)는, Y축방향으로 배치된 회전축(42-1), 회전축(42-1)의 양단 부분에 각각 장착되어 회전축(42-1)과 함께 회전하며 승강라인(44)이 감기는 와인딩영역을 각각 단수 또는 복수로 가진 두 와인딩 드럼(42-2) 및 두 와인딩 드럼(42-2)이 회전되도록 회전축(42-1)을 회전시키는 축 구동수단(42-3)을 포함한다. 축 구동수단(42-3)은, 회전모터 및 회전모터의 회전력을 회전축(42-1)에 전달하는 동력전달기구를 포함할 수 있다. 축 구동수단(42-3)의 동력전달기구로는 기어를 포함하는 감속기구를 적용하는 것이 바람직하다.
승강라인(44)으로는 로프(rope) 또는 와이어(wire) 등이 적용될 수 있다. 연결기(48)로는 시브(sheave)가 적용되고, 승강라인(44)은 연결기(48)인 시브에 걸린 상태로 X축 이동부재(10) 측에 선단부가 연결될 수 있다.
도 8은 헤드 시브(46)를 나타내는 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 헤드 시브(46)는, 외주에 외주방향으로 오목한 홈이 형성된 휠(wheel, 46-1), X축 이동부재(10)의 상부에 장착되며 휠(46-1)을 회전 가능하게 지지하는 휠 브래킷(wheel bracket, 46-2) 및 휠(46-1)의 홈에 걸린 승강라인(44)의 이탈을 방지하는 휠 커버(wheel cover, 46-3)를 포함한다. 연결기(48)인 시브는 X축 이동부재(10)가 아닌 그리퍼 바디(32)의 상부에 장착되는 점을 제외하고 헤드 시브(46)와 동일하거나 유사하게 구성될 수 있다.
바람직하게는, 승강라인(44), 헤드 시브(46) 및 연결기(48)는 모두 4개씩 구비되고, 두 와인딩 드럼(42-2)은 와인딩영역이 각각 2개씩 구비된다. 그리고, 헤드 시브(46) 중, 어느 둘은 어느 하나의 와인딩 드럼(예를 들어, 도 7에서 보아 좌측에 배치된 와인딩 드럼)을 사이에 두도록 배치되고, 나머지 둘은 다른 하나의 와인딩 드럼(예를 들어, 도 7에서 보아 우측에 배치된 와인딩 드럼)을 사이에 두도록 배치될 수 있다. 승강라인(44)들은 해당의 헤드 시브(46)에 각각 걸린 상태로 X축 이동부재(10)를 관통하여 해당의 연결기(48)에 연결될 수 있다.
그리퍼 승강유닛(40)은, 승강라인(44)들에 작용하는 각각의 하중에 따라 와인더(42)의 작동을 컨트롤하는 안전장치(도 8 및 도 9의 도면부호 52 및 54 참조)를 더 포함한다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 안전장치가 도시된 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 안전장치는, 복수의 헤드 시브(46)에 각각 헤드 시브(46)에 걸린 상기 승강라인(44)에 의하여 헤드 시브(46)에 가하여지는 하중을 측정할 수 있게 장착된 로드셀(load cell, 52) 및 이들 로드셀(52)에 의하여 측정된 복수의 승강라인(44)에 대한 각 하중값 중 적어도 어느 하나 이상이 사전에 설정한 설정값을 초과하면 와인더(42)의 축 구동수단(42-3)을 정지시키는 제어부(54)를 포함한다. 안전장치는, 복수의 승강라인(44)에 대한 각 하중값 중 적어도 어느 하나 이상이 설정값을 초과하면 이상이 발생된 것으로 판단하고 이상이 발생되었음을 시각적 및/또는 청각적으로 알리는 알림수단을 더 포함할 수 있다.
로드셀(load cell, 52)은 헤드 시브(46)의 축과 휠 브래킷(46-2) 사이에 위치하도록 헤드 시브(46)의 축에 장착되거나 헤드 시브(46)의 축을 구성하도록 구비될 수 있다.
이와 같은, 로드셀(52)을 포함하는 안전장치에 의하면, 승강라인(44)들에 대한 각 하중값을 측정함으로써, 승강라인(44)의 텐션 저하나 파단과 같은 이상 여부를 검출하거나 배터리 그리퍼(30)에 풍력과 같은 외력이 작용하는 위험상황임을 검출할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은, 승강라인(44)의 이상에 따른 배터리 그리퍼(30)의 추락사고, 배터리 그리퍼(30)에 외력이 작용함에 따른 Z축 안내유닛(20A)의 손상이나 파손 등을 방지할 수 있다.
한편, 실시조건에 따라서는, 헤드 시브(46)들에 각각 로드셀(52)을 적용하는 대신, 연결기(48)들인 시브에 로드셀(52)을 각각 적용하여 승강라인(44)의 이상 여부 및/또는 위험상황을 검출하도록 구성될 수도 있다. 또는, 그리퍼 핸드(34-1)들에 로드셀(52)을 각각 적용하여 동일하게 승강라인(44)의 이상 여부 및/또는 위험상황을 검출하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은, 배터리의 교환을 위하여 배터리 교환위치(P1)의 상측으로 이동된 배터리 그리퍼(30)의 위치가 전기차 정차위치에 정차한 전기차(5)의 배터리의 위치와 불일치하면 X축 구동유닛과 Y축 구동유닛을 동작시켜 배터리 그리퍼(30)의 위치를 전기차(5)의 배터리의 위치와 일치하도록 보정하는 위치보정장치를 더 포함한다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 위치보정장치가 도시된 블록도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 위치보정장치는, 배터리 그리퍼(30)가 전기차(5)에 장착된 배터리를 교환하기 위하여 배터리 교환위치(P1)의 상측으로 이동되면 배터리 그리퍼(30)와 전기차(5)의 배터리에 대하여 촬영을 하는 촬영기구, 촬영기구에 의하여 획득된 배터리 그리퍼(30)와 전기차(5)의 배터리에 대한 이미지에서 배터리 그리퍼(30)에 대한 좌표값 및 전기차(5)의 배터리에 대한 좌표값을 검출하는 검출부, 검출부에 의하여 검출된 배터리 그리퍼(30)에 대한 좌표값과 전기차(5)의 배터리에 대한 좌표값을 비교하여 배터리 그리퍼(30)의 위치와 전기차(5)의 배터리의 위치가 일치하는지를 판단하는 판단부 및 판단부에 의한 판단 결과에 따라 Y축 구동유닛과 X축 구동유닛의 동작을 컨트롤하는 제어부를 포함한다.
이미지(영상) 획득을 위한 촬영기구로는 단수 또는 복수의 카메라가 적용될 수 있다. 배터리 그리퍼(30)의 위치와 전기차(5)의 배터리의 위치가 일치한다는 것은 배터리 그리퍼(30)에 대한 X축, Y축 좌표값과 전기차(5)의 배터리에 대한 X축, Y축 좌표값이 동일 축 상에 위치하는 것임이 바람직하다.
이와 같이 구성되는 위치보정장치에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은, 배터리 그리퍼(30)와 전기차(5)의 배터리에 대한 위치 상관관계를 확인하면서 배터리를 교환할 수 있을 뿐만 아니라, 전기차(5)의 배터리에 대한 배터리 그리퍼(30)의 위치가 불일치하면 배터리 그리퍼(30)의 위치를 보정할 수 있기 때문에, 배터리에 대한 교환속도를 대폭 개선할 수 있는 등 배터리를 효율적으로 교환할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 전체 구성이 도시된 개략도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템은, 제1실시예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용효과는 모두 동일한 것에 대하여, Z축 안내유닛(20B)의 구성만이 다소 상이하다.
이를 설명하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기차 배터리 교환 스테이션 시스템의 Z축 안내유닛(20B)은, X축 이동부재(10)와 배터리 그리퍼(30) 사이에 배치되며, X축 이동부재(10)와 배터리 그리퍼(30)에 상단 부분 및 하단 부분이 각각 연결되고, 복수의 링크 암(link arm)을 구비하며, 이들 링크 암에 의하여 Z축방향인 상하방향으로 접혔다 펼쳐졌다 할 수 있게 구성된 시저스 링크(scissors link)를 포함한다.
이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
5 : 전기차
10 : X축 이동부재
20A, 20B : Z축 안내유닛
30 : 배터리 그리퍼
32 : 그리퍼 바디
34 : 그리퍼 핸드 어셈블리
36 : 핸드 어셈블리 구동수단
40 : 그리퍼 승강유닛
42 : 와인더
42-1 : 회전축
42-2 : 와인딩 드럼
42-3 : 축 구동수단
44 : 승강라인
46 : 헤드 시브
46-1 : 휠
46-2 : 휠 브래킷
46-3 : 휠 커버
48 : 연결기
52 : 로드셀
54 : 제어부
100 : 배터리 교환 스테이션
102 : 상부 구조물
104 : 측방 구조물
110 : Y축 이동부재

Claims (7)

  1. 배터리 교환위치의 상방에 배치된 상부 구조물을 가진 배터리 교환 스테이션과; 상기 배터리 교환 스테이션의 상부 구조물에 구비되며 전기차의 배터리를 교환하는 배터리 교환장치를 포함하고,
    상기 배터리 교환장치는,
    상기 상부 구조물에 Y축방향으로 이동 가능하게 설치된 Y축 이동부재와;
    상기 Y축 이동부재에 X축방향으로 이동 가능하게 설치된 X축 이동부재와;
    상기 X축 이동부재 상에 장착된 와인더(winder)와;
    상기 와인더에 의하여 와인딩되거나 언와인딩되는 복수의 승강라인(elevating line)과;
    상기 와인더의 주위영역에서 서로 이격된 위치에 위치하도록 상기 X축 이동부재에 각각 장착되며 상기 복수의 승강라인을 각각 상기 X축 이동부재의 하방으로 유도하는 헤드 시브(head sheave)와;
    상기 헤드 시브에 의하여 각각 상기 X축 이동부재의 하방으로 유도된 상기 복수의 승강라인에 연결됨으로써 상기 와인더의 작동에 따라 승강되어 상기 배터리 교환위치에 대하여 이격되거나 접근되며 전기차 배터리를 그립하거나 언그립하는 배터리 그리퍼(battery gripper)와;
    상기 복수의 승강라인에 작용하는 하중을 각각 측정하는 하중 센서를 포함하고,
    상기 배터리 그리퍼는, 상기 복수의 승강라인이 연결된 그리퍼 바디와; 상기 그리퍼 바디의 하부에 서로 대향하도록 배치된 적어도 한 쌍의 그리퍼 핸드 어셈블리(gripper hand assembly)를 포함하고,
    쌍을 이루는 상기 그리퍼 핸드 어셈블리는 상기 그리퍼 바디에 서로에 대하여 이격되고 접근되는 방향으로 이동 가능하도록 장착되고 핸드 어셈블리 구동수단에 의하여 서로 이격되거나 접근되는 방향으로 이동되는,
    전기차 배터리 교환 스테이션 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하중 센서는,
    상기 복수의 헤드 시브에 각각 상기 헤드 시브에 걸린 상기 승강라인에 의하여 상기 헤드 시브에 가하여지는 하중을 측정할 수 있게 장착된 로드셀(load cell)인,
    전기차 배터리 교환 스테이션 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하중 센서에 의하여 측정된 상기 복수의 승강라인에 대한 각 하중값 중 적어도 어느 하나 이상이 미리 정한 설정값을 초과하면 상기 와인더의 작동을 정지시키는 제어부를 더 포함하는,
    전기차 배터리 교환 스테이션 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 와인더는,
    회전축과;
    상기 회전축의 양단 부분에 각각 장착되며 상기 승강라인이 감기는 와인딩영역을 각각 단수 또는 복수로 가진 두 와인딩 드럼과;
    상기 회전축을 회전시키는 축 구동수단을 포함하는,
    전기차 배터리 교환 스테이션 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 그리퍼의 승강운동을 안내하는 Z축 안내유닛을 더 포함하는,
    전기차 배터리 교환 스테이션 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 Y축 이동부재를 이동시키는 Y축 구동유닛과;
    상기 X축 이동부재를 이동시키는 X축 구동유닛과;
    상기 배터리 그리퍼가 상기 전기차의 배터리를 교환하기 위하여 상기 배터리 교환위치의 상측으로 이동되면 상기 배터리 그리퍼와 상기 전기차의 배터리에 대하여 촬영을 하는 촬영기구와;
    상기 촬영기구에 의하여 획득된 상기 배터리 그리퍼와 상기 전기차의 배터리에 대한 이미지에서 상기 배터리 그리퍼에 대한 좌표값 및 상기 전기차의 배터리에 대한 좌표값을 검출하는 검출부와;
    상기 검출부에 의하여 검출된 좌표값을 비교하여 상기 배터리 그리퍼와 상기 전기차의 배터리의 위치가 일치하는지를 판단하는 판단부와;
    상기 판단부에 의한 판단 결과에 따라 상기 Y축 구동유닛과 상기 X축 구동유닛의 동작을 컨트롤하는 제어부를 더 포함하는,
    전기차 배터리 교환 스테이션 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109050337A (zh) * 2018-09-29 2018-12-21 青岛特锐德电气股份有限公司 充电装置
CN111993947A (zh) * 2020-07-09 2020-11-27 浙江吉智新能源汽车科技有限公司 一种二次换电方法、装置、系统、存储介质及计算机设备
KR102245428B1 (ko) 2020-11-05 2021-04-27 정상채 전기차 자동 이동식 배터리함
CN115648266A (zh) * 2022-12-28 2023-01-31 苏州多能多新能源科技有限公司 一种换电站换电机器人抓手结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009202332A (ja) * 2008-01-28 2009-09-10 Nachi Fujikoshi Corp 産業用ロボットのハンド装置
KR101318820B1 (ko) * 2012-06-20 2013-10-29 국민대학교산학협력단 추락방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템
KR20130142727A (ko) * 2012-06-20 2013-12-30 국민대학교산학협력단 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템
KR20140006267A (ko) * 2012-06-29 2014-01-16 국민대학교산학협력단 로프 장력 감지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009202332A (ja) * 2008-01-28 2009-09-10 Nachi Fujikoshi Corp 産業用ロボットのハンド装置
KR101318820B1 (ko) * 2012-06-20 2013-10-29 국민대학교산학협력단 추락방지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템
KR20130142727A (ko) * 2012-06-20 2013-12-30 국민대학교산학협력단 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템
KR20140006267A (ko) * 2012-06-29 2014-01-16 국민대학교산학협력단 로프 장력 감지기능을 갖춘 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109050337A (zh) * 2018-09-29 2018-12-21 青岛特锐德电气股份有限公司 充电装置
CN111993947A (zh) * 2020-07-09 2020-11-27 浙江吉智新能源汽车科技有限公司 一种二次换电方法、装置、系统、存储介质及计算机设备
KR102245428B1 (ko) 2020-11-05 2021-04-27 정상채 전기차 자동 이동식 배터리함
CN115648266A (zh) * 2022-12-28 2023-01-31 苏州多能多新能源科技有限公司 一种换电站换电机器人抓手结构

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