KR102267164B1 - 드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 드론 상시 전원을 공급하는 시스템은 상기 드론에 전원을 제공하는 배터리 스테이션, 상기 배터리 스테이션과 드론을 연결하는 하나 이상의 케이블 및 상기 드론을 제어하되 하나 이상의 서버와 연결된 제어부를 포함하며, 상기 배터리 스테이션은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 안정적이고 소음이 없는 전원 공급이 가능하며, 상기 드론에 마련된 SMPS(Switched Mode Power Supply)는 상기 배터리 스테이션에서 공급받은 전원을 24V 또는 48V로 일정하게 공급함으로써 상기 케이블에 의한 전압 강하를 해결하는 것을 특징으로 한다.

Description

드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법{Drone Continuous Power Supply System and Method}
본 발명은 드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 개선된 기능의 배터리 스테이션을 이용하여 안정적이고 효율적으로 전원을 상시 공급할 수 있는 드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
드론은 다양한 용도로 활용되고 있다. 개인의 취미 생활로도 이용되고 있으나 사람이 접근하기 어려운 환경 또는 해당 지역의 영상 정보 등을 획득하기 위해 사용되고 있다.
특히, 건물 외면의 주기적인 체크 또는 대형 시설물의 외면을 관찰하기 위하여 드론을 이용하고 있는데, 드론의 배터리 용량으로 인해 수 십분의 비행 시간만이 가능하므로 오랜 시간 또는 상시 관찰이 어려운 현실이다.
이를 위해 무선으로 드론을 충전하고자 하는 기술이 시도되고 있으나 전파로 제어되는 드론인 만큼 무선에 의한 충전 기술은 대중적으로 상용화하기 어려운 부분이 있으며, 전파의 간섭 등에 의한 문제가 발생하기도 한다.
또한, 상시 충전을 위해 지상의 전원 공급부와 유선 케이블을 드론과 연결하여 충전하는 경우도 있으나 지상에 별도의 발전기 등이 설치되어야 하므로 발전기 소음이 크게 발생하거나, 설치, 크기 등의 제약과 공급되는 전력량의 제한이 있다는 문제가 있다.
또한, 유선 케이블을 이용하여 드론을 상시 충전하는 경우 케이블에 의한 전압 강하 대책이 부족하며, 드론이나 전원 공급부에 이상이 발생한 경우 이에 대한 적절한 대응책이 없는 것이 현실이다.
등록실용신안 20-0486515호(2018.05.31. 공고)
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 스테이션 및 새로운 구성을 추가, 개선하여 드론의 안정적인 상시 비행이 가능하도록 하는 드론 상시 전원 공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 드론에 상시 전원을 공급하는 시스템은 상기 드론에 전원을 제공하는 배터리 스테이션, 상기 배터리 스테이션과 드론을 연결하는 하나 이상의 케이블 및 상기 드론을 제어하되 하나 이상의 서버와 연결된 제어부를 포함하며, 상기 배터리 스테이션은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 안정적이고 소음이 없는 전원 공급이 가능하며, 상기 드론에 마련된 SMPS(Switched Mode Power Supply)는 상기 배터리 스테이션에서 공급받은 전원을 24V 또는 48V로 일정하게 공급함으로써 상기 케이블에 의한 전압 강하를 해결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드론은 계측기를 포함하여 상기 드론이 소비하는 전압, 전류, 전력을 모니터링 하고, 상기 드론에 설치된 ATS(Automatic Transfer Switch)을 이용하여 상기 케이블 또는 배터리 스테이션의 이상 발생 시 상기 드론에 장착된 별도의 드론 배터리로 전원을 스위칭하여 상기 드론을 착륙시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 스테이션은 내부에 수용공간이 마련된 하우징, 상기 수용부에 마련되어 병렬 또는 직렬로 배치된 복수의 리튬 폴리머 배터리, 컨트롤 부를 포함하며, 상기 컨트롤 부는 스위치부와 모니터링부를 이용하여 전원을 공급하고 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케이블은 주변 이동 물체와의 충돌 내지 충격을 방지하기 위해 알람부가 더 마련되며 상기 알람부는 지상에 마련된 상기 배터리 스테이션 또는 상기 제어부에서 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 스테이션은 이동이 가능하도록 별도의 이동수단이 마련되고, 상기 드론에 공급하는 전원의 이상 발생 시 사용자에게 알람 하도록 알람수단이 더 마련되고, 상기 드론의 정보, 배터리 스테이션의 전원 정보는 상기 제어부 또는 서버를 이용하여 저장하고, 저장된 상기 정보는 데이터 베이스로 가공되어 활용함으로써 상기 드론의 이상 유무를 미리 예측할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 방법은, 드론과 배터리 스테이션을 연결하는 단계, 드론 비행 시작 단계, 전압강하, 드론 상태를 체크하는 단계, 드론, 전원, 배터리 스테이션 및 케이블 중 어느 하나의 이상 유무를 체크하는 단계, 이상 발생 시 상기 드론의 ATS를 이용하여 드론 배터리로 전원을 스위칭 한 후 착륙 시키는 단계, 이상 없는 경우 정상적으로 드론 비행을 유지하는 단계 및 드론 비행 및 촬영 종료 단계를 포함한다.
또한, 상기 배터리 스테이션은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 발전기를 생략함으로써 진동과 소음을 제거하고, 상기 드론에 SMPS를 설치하여 전압강하를 제거하고 ATS를 이용하여 이상 발생 시 안전한 비행을 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드론과 배터리 스테이션의 상태 정보를 저장하고 데이터 베이스로 가공함으로써 획득된 정보를 활용하는 단계 및 상기 드론의 이상 유무를 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법은 전원 공급부의 구조를 개선하여 사용성 및 효율을 증대시키고 이상이 발생한 경우 안정적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급시스템의 설명도,
도 2는 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급시스템의 구성 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 방법에 관한 순서도,
도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 배터리 스테이션에 관한 사진,
도 7은 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급시스템에 이용되는 SMPS에 관한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법에 관하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예로 한정되지 않으며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.
본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 시스템이 적용되는 대상은 다양한 용도의 드론, 비행체에 적용될 수 있으며 바람직하게는 대형 구조물, 건축물 및 풍력 발전기와 같은 시설물의 외관 확인을 위한 드론에 사용될 수 있다. 즉, 단시간의 사용보다는 장기적인 관찰, 비행이 필요한 경우에 본 발명에 따른 상시 전원 공급 시스템은 안정적이고 효과적으로 드론에 전원을 공급할 수 있는 것이다.
또한, 전원 공급을 위한 별도의 발전 설비, 발전기 등은 상당히 큰 소음과 진동을 발생하고 환경을 오염시킬 수 있으므로 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 공급 시스템은 지상에 별도의 배터리 스테이션의 구조를 개선한 것이다.
또한, 이상 발생 시 안정적으로 대응하기 위해 새로운 구성을 부가하였으며, 예컨대, ATS(Automatic Transfer Switch)를 드론에 설치하여 평상 시 지상 배터리 스테이션에서 제공되는 전원을 사용하다가 케이블이나 배터리 스테이션에 이상이 발생한 경우 전원을 드론에 설치된 드론 배터리로 스위칭 하도록 하여 드론이 추락하지 않도록 한다.
또한, SMPS(Switched Mode Power Supply)는 상기 배터리 스테이션에서 공급받은 전원을 24V 또는 48V로 일정하게 공급함으로써 케이블 등에 의한 전압 강하의 문제점을 해결한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 시스템이 풍력 발전기의 관찰에 적용한 모습을 설명하는 도면으로서, 본 발명에 따른 드론 상시 전원을 공급하는 시스템은 상기 드론(100)에 전원을 제공하는 배터리 스테이션(300), 상기 배터리 스테이션(300)과 드론(100)을 연결하는 하나 이상의 케이블(200) 및 상기 드론을 제어하되 하나 이상의 서버(400)와 연결된 제어부(500)를 포함한다.
여기서 상기 서버 또는 제어부는 본 발명에 따른 전원 공급 시스템 내부에 구성될 수 있으며 경우에 따라서는 외부 또는 클라우드 서버로 이용될 수도 있으며, 사용자가 자유롭게 제어하거나 기 설정된 조건에 따라 자동 제어되도록 설정할 수 있다.
상기 배터리 스테이션(300)은 내부에 수용공간이 마련된 하우징(310), 상기 수용부에 마련되어 병렬 또는 직렬로 배치된 복수의 리튬 폴리머 배터리(350), 컨트롤 부(330)를 포함하며, 상기 컨트롤 부(330)는 스위치부(331)와 모니터링부(333)를 이용하여 전원을 공급하고 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징(310)은 도면에 개시된 바와 같이 박스 형태, 수납이 가능하고 개폐가 가능한 입체 형상으로 마련될 수 있으며, 내부에 리튬 폴리머 배터리를 수용하기 위한 다양한 크기, 형태로 변경될 수 있다.
도 5는 위 설명과 같이 상기 하우징 내부에 배터리 특히 리튬 폴리머 배터리가 수용된 모습을 설명하는 것으로서 병렬, 또는 직렬로 배치될 수 있으며, 필요에 따라서 적층 되거나 분리될 수 있다. 즉, 필요한 전력량에 따라 상기 배터리의 수용부 공간을 적당하게 변경, 수정하여 사용하는 것이다.
상기 배터리 스테이션(300)은 휴대가 가능하도록 접철식 구조로 제작될 수도 있으며, 내부에 수용되는 상기 리튬 폴리머 배터리의 양에 따라 그 크기를 조정할 수 있을 것이다. 예컨대, 오랜 시간 드론을 사용하는 경우에는 상기 하우징을 최대 크기로 변경하고, 상대적으로 짧은 시간 드론을 사용하는 경우에는 상기 하우징을 작은 크기로 변경하여 내부에 배터리를 수용할 수 있을 것이다.
상기 배터리 스테이션(300)은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 3,360Wh 이상의 전력을 구성하고, 전압을 320 내지 350V로 제공함으로써 안정적이고 소음이 없는 전원 공급이 가능하다. 즉, 기존의 설비와 달리 발전기를 사용하지 않음으로써 소음과 진동 발생을 제거하고 환경오염 등의 문제도 없앨 수 있는 것이다. 물론, 사용자의 요구나 특별히 필요한 경우 본 발명에 따른 배터리 스테이션은 외부 별도의 전원 공급장치와 연결될 수도 있을 것이다.
상기 리튬 폴리머 배터리는 상기 설정 된 기준 값에 따르며 기존 사용 배터리 용량의 최소한 4 내지 5 배 이상의 용량을 확보하게 되며, 기존 대비 고 전압을 제공함으로써 우수한 전원 공급이 가능한 것이다.
또한, 상기 배터리 스테이션은 경우에 따라서 친환경 에너지 또는 풍력발전, 태양열, 태양광 에너지를 이용하여 충전할 수도 있으며 리튬 폴리머 배터리와 병행하여 사용할 수도 있을 것이다. 즉, 주변 환경에 따라 선택적인 전원 공급을 결정하거나 변경 가능하게 운용할 수 있다.
상기 드론(100)에 마련된 SMPS(Switched Mode Power Supply)는 상기 배터리 스테이션에서 공급받은 전원을 24V 또는 48V로 일정하게 공급함으로써 상기 케이블에 의한 전압 강하를 해결한다.
즉, 기존에 유선 케이블 등을 이용한 드론 상시 전원 공급장치들은 케이블 자체에 의한 전압 강하의 문제가 있어 드론의 사용에 불편함이 있었으나 본 발명에 따른 전원 공급 시스템은 상기 SMPS를 이용하여 전압 강하의 문제를 없앰으로써 안정적인 전원을 상기 드론에 공급한다.
또한, 상기 케이블의 길이는 드론을 이용하여 촬영하거나 관찰 해야 하는 대상물, 환경에 따라 변경할 수 있으며, 상기 케이블의 재질, 길이 등의 물리적 조건에 따라 상기 전원의 종류, 전력량 등을 조정할 수 있다.
상기 드론(100)은 계측기(130)를 포함하여 상기 드론이 소비하는 전압, 전류, 전력을 모니터링 하고, 상기 드론에 설치된 ATS(Automatic Transfer Switch)을 이용하여 상기 케이블 또는 배터리 스테이션의 이상 발생 시 상기 드론에 장착된 별도의 드론 배터리로 전원을 스위칭하여 상기 드론을 착륙시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 전원 공급 시스템, 장치에 이상이 발생한 경우 고가의 드론이 추락하는 사고가 발생하는데, 본 발명에 따른 전원 공급 시스템은 상기 ATS를 이용하여 자동으로 전원 공급을 스위칭 하여 드론이 안정적으로 착륙하여 이상여부를 확인할 수 있도록 하는 것이다.
상기 ATS는 정전 시 문제가 발생할 수 있는 곳에서 갑작스런 정전에 영향을 받지 않도록 자동으로 전원을 전환시켜주는 장치로서 보조 전원의 운전 중 주 전원이 다시 살아나는 경우 즉, 상기 배터리 스테이션이 정상으로 회복하는 경우 보조 전원에서 정상 전원으로 복원시킬 수 있다.
상기 케이블(200)은 주변 이동 물체(미도시)와의 충돌 내지 충격을 방지하기 위해 알람부(미도시)가 더 마련되며 상기 알람부는 지상에 마련된 상기 배터리 스테이션 또는 상기 제어부에서 제어하는 것을 특징으로 한다.
드론이 지상에서 사용자에 의해 제어되고 비행 방향 등이 변경되는 경우와 달리, 오랜 시간 동안 고정된 위치 내지 적은 이동 반경에서 비행하는 경우 주변의 이동 물체와의 충돌을 방지하기 위해 상기 케이블(200)에 시각적 또는 청각적 알람 수단을 마련하는 것이다.
상기 배터리 스테이션(300)은 이동이 가능하도록 별도의 이동수단(미도시)이 마련되고, 상기 드론(100)에 공급하는 전원의 이상 발생 시 사용자에게 알람 하도록 알람 수단이 더 마련된다.
상기 드론의 정보, 배터리 스테이션의 전원 정보는 상기 제어부 또는 서버를 이용하여 저장하고, 저장된 상기 정보는 데이터 베이스로 가공되어 활용함으로써 상기 드론의 이상 유무를 미리 예측할 수 있다.
본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 방법은, 드론과 배터리 스테이션을 연결하는 단계(S100), 드론 비행 시작 단계(S200), 전압강하, 드론 상태를 체크하는 단계(S300), 드론, 전원, 배터리 스테이션 및 케이블 중 어느 하나의 이상 유무를 체크하는 단계(S400), 이상 발생 시 상기 드론의 ATS를 이용하여 드론 배터리로 전원을 스위칭 한 후 착륙 시키는 단계, 이상 없는 경우 정상적으로 드론 비행을 유지하는 단계 및 드론 비행 및 촬영 종료 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 방법은 상기 드론과 배터리 스테이션의 상태 정보를 저장하고 데이터 베이스로 가공함으로써 획득된 정보를 활용하는 단계를 더 포함한다. 이를 위해 상기 정보 등을 서버, 클라우드 서버 등에 저장할 수 있으며, 이를 위해 별도의 통신부가 마련될 수 있다.
또한, 데이터를 DB로 가공함으로써 정보를 학습할 수 있으며, 얻어진 정보를 가지고 드론의 상태, 배터리 스테이션의 적정 제어 알고리즘 또는 로직을 설정할 수도 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 방법은 상기 드론의 이상 유무를 예측하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 배터리 스테이션의 전원 공급 가능 기간, 적정 전압이나 전력량 등을 예측하고 제어할 수 있으며, 발생할 수 있는 이상 유무에 대해 예측하고 미리 대응할 수 있는 것이다.
상기 배터리 스테이션은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 발전기를 생략함으로써 진동과 소음을 제거하고, 상기 드론에 SMPS를 설치하여 전압강하를 제거하고 ATS를 이용하여 이상 발생 시 안전한 비행을 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
본 발명에 따른 드론 상시 전원 공급 시스템 및 방법은 전원부의 구조를 개선하여 조용하고 효율이 높으며, 이상 발생 시 효과적으로 대처할 수 있는 드론 상시 전원 공급 시스템에 이용될 수 있다.
100: 드론 110: SMPS
130: 계측부 140: ATS
150: 드론 배터리 160: 통신부
200: 케이블 300: 배터리 스테이션
310: 하우징 330: 콘트롤부
331: 스위치부 333: 모니터링부
S100: 드론과 배터리 스테이션 연결
S200: 드론 비행
S300: 전압강하 등 체크
S400: 이상 유무 확인
S500: 배터리 스테이션의 전원 이용
S510: 드론 배터리 전원 이용
S600: 피검체 촬영 및 확인
S610: 지상 착륙

Claims (7)

  1. 드론에 상시 전원을 공급하는 시스템에 있어서,
    상기 드론에 전원을 제공하는 배터리 스테이션;
    상기 배터리 스테이션과 드론을 연결하는 하나 이상의 케이블; 및
    상기 드론을 제어하되 하나 이상의 서버와 연결된 제어부; 를 포함하며,
    상기 배터리 스테이션은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 기 설정 기준을 만족하는 전력량 및 전압을 제공함으로써 안정적이고 소음이 없는 전원 공급이 가능하며, 상기 드론에 마련된 SMPS(Switched Mode Power Supply)는 상기 배터리 스테이션에서 공급받은 전원을 24V 또는 48V로 일정하게 공급함으로써 상기 케이블에 의한 전압 강하를 해결하고,
    상기 배터리 스테이션은 내부에 수용공간이 마련된 하우징, 상기 수용공간에 마련되어 병렬 또는 직렬로 배치된 복수의 리튬 폴리머 배터리 및 컨트롤 부를 포함하며, 상기 컨트롤 부는 스위치부와 모니터링부를 이용하여 전원을 공급하고 제어하며,
    상기 케이블은 주변 이동 물체와의 충돌 내지 충격을 방지하기 위해 알람부가 더 마련되며 상기 알람부는 지상에 마련된 상기 배터리 스테이션 또는 상기 제어부에서 제어하는 것을 특징으로 하는 드론 상시 전원 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 드론은 계측기를 포함하여 상기 드론이 소비하는 전압, 전류, 전력을 모니터링 하고, 상기 드론에 설치된 ATS(Automatic Transfer Switch)을 이용하여 상기 케이블 또는 배터리 스테이션의 이상 발생 시 상기 드론에 장착된 별도의 드론 배터리로 전원을 스위칭하여 상기 드론을 착륙시키는 것을 특징으로 하는 드론 상시 전원 공급 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 스테이션은 이동이 가능하도록 별도의 이동수단이 마련되고, 상기 드론에 공급하는 전원의 이상 발생 시 사용자에게 알람 하도록 알람수단이 더 마련되고, 상기 드론의 정보, 배터리 스테이션의 전원 정보는 상기 제어부 또는 서버를 이용하여 저장하고, 저장된 상기 정보는 데이터 베이스로 가공되어 활용함으로써 상기 드론의 이상 유무를 미리 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 드론 상시 전원 공급 시스템.
  6. 제 1항, 제 2항 및 제 5항 중 어느 한 항에 따른 드론 상시 전원 공급 시스템을 이용한 드론 상시 전원 공급 방법은,
    드론과 배터리 스테이션을 연결하는 단계;
    드론 비행 시작 단계;
    전압강하, 드론 상태를 체크하는 단계;
    드론, 전원, 배터리 스테이션 및 케이블 중 어느 하나의 이상 유무를 체크하는 단계;
    이상 발생 시 상기 드론의 ATS를 이용하여 드론 배터리로 전원을 스위칭 한 후 착륙 시키는 단계;
    이상 없는 경우 정상적으로 드론 비행을 유지하는 단계; 및
    드론 비행 및 촬영 종료 단계; 를 포함하며,
    상기 배터리 스테이션은 리튬 폴리머 배터리를 이용하여 발전기를 생략함으로써 진동과 소음을 제거하고, 상기 드론에 SMPS를 설치하여 전압강하를 제거하고 ATS를 이용하여 이상 발생 시 안전한 비행을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 드론 상시 전원 공급 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 드론과 배터리 스테이션의 상태 정보를 저장하고 데이터 베이스로 가공함으로써 획득된 정보를 활용하는 단계 및 상기 드론의 이상 유무를 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 상시 전원 공급 방법.


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