KR102442678B1 - 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 기존의 자주식 주차면에 별도의 공간 확보 없이 설치가 가능하고, 건물에서 수전 가능한 전기 용량이 제한되어 있는 경우 충전기 한대로 다수의 전기차를 이동하지 않고 충전 가능하며, 충전기 한대로 다수의 전기차를 순차적으로 충전하여 사용자가 전기차를 충전한 후 차량을 이동시켜야 하는 문제와 전기차 충전 설치에 따른 비용 문제를 해결할 수 있는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템을 제공하는데 있다.
일례로, 다수의 주차면 마다 설치되고, 주차면에 주차된 전기차와 연결되어 해당 전기차를 충전하기 위한 커넥터; 주차 구조물의 천장, 기둥, 벽면, 바닥면 중 적어도 한 곳에 설치된 레일; 및 상기 레일을 따라 이동하되, 충전 순번에 따른 주차면으로 자율 주행하여 이동하고, 충전 순번의 주차면에 설치된 커넥터와 결합되어 상기 커넥터에 전력을 공급하는 자율 주행 충전기를 포함하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템을 개시한다.

Description

자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템{SELF-PROPELLED ELECTRIC VEHICLE CHARGING SYSTEM}
본 발명의 실시예는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것이다.
친환경 자동차 정책 및 자동차 업계 트랜드에 따라 전기 자동차의 수요 및 공급이 확대되고 있다.
전기 자동차는 충전 시간과 장소에 제약이 있어 전기차 증가와 함께 전기차 충전소 인프라 확대가 필요한 대상이다. 이러한 이유로 공공시설 등에서는 최근 전기차 충전시설을 확충할 수 있는 법안들이 마련되고 있다.
특히, 도심지에는 기존의 주차장에 전기차 충전소를 만들기 어렵고, 신축건물 설계 때 반영되기 때문에 현실적으로 전기차 충전소를 확보하는데 어려움이 따른다.
전기차 수요에 대비하여 기존의 건축물의 경우 전기차 충전 전용 주차면을 만들어야 하고 이때 충전기 설치, 케이블 설치 등 공간이 필요하여 기존의 주차면 수를 감소시키는 역효과가 발생할 수 있다.
충전기 설치 공간 확보를 위해 원거리에 충전기를 설치하더라도 충전기와 전기차 간의 거리 멀어지고, 이에 따라 케이블의 길이로 멀어지기 때문에 충전 효율, 발열 등의 문제로 인해 해당 방식을 쉽게 적용할 수가 없는 실정이며, 충전기 수의 제한으로 충전이 완료되면 이용자들이 차량을 이동시켜야만 하고, 이동을 시키지 않을 경우 다음 이용자가 충전을 못하는 사례들이 생길 수 있다.
또한, 전기차의 주차면을 늘릴수록 충전기 대수가 늘어나 그에 따른 비용이 증가되고, 그 충전시간이 최소 15분 이상이 소요되며, 전기차 차주들은 충전이 완료되면 차량을 이동해야 되는 불편함을 줄 수 있다.
등록특허공보 제10-2293976호(등록일자: 2021년08월20일) 등록특허공보 제10-2022781호(등록일자: 2019년09월10일)
본 발명의 실시예는, 기존의 자주식 주차면에 별도의 공간 확보 없이 설치가 가능하고, 건물에서 수전 가능한 전기 용량이 제한되어 있는 경우 충전기 한대로 다수의 전기차를 이동하지 않고 충전 가능하며, 충전기 한대로 다수의 전기차를 순차적으로 충전하여 사용자가 전기차를 충전한 후 차량을 이동시켜야 하는 문제와 전기차 충전 설치에 따른 비용 문제를 해결할 수 있는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템은, 다수의 주차면 마다 설치되고, 주차면에 주차된 전기차와 연결되어 해당 전기차를 충전하기 위한 커넥터; 주차 구조물의 천장, 기둥, 벽면, 바닥면 중 적어도 한 곳에 설치된 레일; 및 상기 레일을 따라 이동하되, 충전 순번에 따른 주차면으로 자율 주행하여 이동하고, 충전 순번의 주차면에 설치된 커넥터와 결합되어 상기 커넥터에 전력을 공급하는 자율 주행 충전기를 포함한다.
또한, 전기차 충전소에 설치되어 주차면식별정보 및 전기차정보를 기초로 충전요청정보를 생성하고, 상기 충전요청정보를 기초로 상기 자율 주행 충전기에 충전위치정보를 제공하여 전기차 충전이 개시되도록 제어하며, 충전 중에 상기 자율 주행 충전기로부터 충전상태정보를 실시간 수신하여 제공하는 키오스크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 키오스크와 연결되고, 상기 충전요청정보와 상기 충전상태정보를 기반으로 충전현황정보를 생성하고, 상기 충전현황정보를 기반으로 충전예약을 처리 및 관리를 위한 충전예약관리정보를 생성하며, 외부호출신호를 수신하거나 충전 완료 시 상기 키오스크로부터 상기 충전상태정보를 수신하여 사용자에게 제공하는 관제 서버를 더 포함할 수 있다.
또한, 사용자 통신단말에 설치되고, 상기 관제 서버와 연결되어 상기 충전예약관리정보를 기초로 상기 관제 서버로 충전예약을 요청 및 접수하고, 상기 관제 서버로부터 상기 충전상태정보를 수신하여 제공하는 사용자 어플리케이션을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 커넥터는, 상기 자율 주행 충전기와 전기적으로 결합하여 전력을 공급 받기 위한 삽입 가능한 소켓 홈이 형성된 고정형 소켓; 상기 고정형 소켓과 전기적으로 연결된 충전 케이블; 및 상기 충전 케이블과 전기적으로 연결되고, 전기차에 탈착되는 충전 플러그를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템은 상기 레일과 나란히 설치된 전력공급라인을 더 포함하고, 상기 자율 주행 충전기는, 상기 레일에 결합된 주행 롤러; 상기 주행 롤러를 회전 및 제동을 위한 주행 모터; 상기 전력공급라인으로부터 전력을 공급 받기 위한 트롤리 유닛; 상기 트롤리 유닛과 전기적으로 연결된 메인 전원공급 유닛; 상기 메인 전원공급 유닛으로부터 전력을 공급 받아 상기 자율 주행 충전기에서 전력이 필요한 부분으로 전력을 배분하는 전력전환배전 유닛; 상기 트롤리 유닛과 연결되고, 유압 또는 전기 모터 방식을 이용해 전진 및 후진 동작을 수행하며 상기 소켓 홈에 인입 및 인출되어 상기 고정용 소켓과 전기적으로 결합 및 분리되는 아울렛 플러그; 상기 메인 전원공급 유닛에 의해 충전되고, 충전된 전력을 비상 시 상기 자율 주행 충전기를 이동, 상기 아울렛 플러그의 결합 및 해제 동작, 및 전기차 충전을 위해 사용하는 배터리 유닛; 전기차에 맞는 전력으로 변환하여 상기 커넥터로 공급하는 전력변환 유닛; 및 주차면식별정보의 인식 여부에 따라 상기 주행 모터 및 아울렛 플러그의 동작 및 상기 전력변환 유닛의 전원변환을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커넥터는, 상기 고정형 소켓에 외부에 설치되고, 제1 방향에 대하여 주차면식별정보를 포함한 주차면식별신호를 무선 출력하는 주차면 식별 송신기를 더 포함하고, 상기 자율 주행 충전기는, 상기 제1 방향에 대하여 무선 출력되는 주차면식별신호를 수신하고, 수신된 주차면식별신호에 포함된 주차면식별정보의 인식 시 상기 제어 유닛으로 주차면인식신호를 출력하는 주차면 식별 수신 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 자주식 주차면에 별도의 공간 확보 없이 설치가 가능하고, 건물에서 수전 가능한 전기 용량이 제한되어 있는 경우 충전기 한대로 다수의 전기차를 이동하지 않고 충전 가능하며, 충전기 한대로 다수의 전기차를 순차적으로 충전하여 사용자가 전기차를 충전한 후 차량을 이동시켜야 하는 문제와 전기차 충전 설치에 따른 비용 문제를 해결할 수 있는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 충전기의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커넥터와 자율 주행 충전기를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 충전기의 이동 및 충전 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 쉬프팅 레일과 그에 따른 자율 주행 충전기의 회피 주행 방법에 대하여 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3 및 도 4에 도시된 고정형 소켓과 아울렛 플러그에 대하여 보다 심플한 디자인으로 변형한 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 3 및 도 4에 도시된 커넥터의 변형예로 회전형 케이블 유닛이 적용된 구조를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 충전기의 전체 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커넥터와 자율 주행 충전기를 나타낸 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 충전기의 이동 및 충전 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 쉬프팅 레일과 그에 따른 자율 주행 충전기의 회피 주행 방법에 대하여 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템(1000)은 커넥터(100), 레일(200), 전력공급라인(300), 자율 주행 충전기(400), 키오스크(500), 관제 서버(600) 및 사용자 어플리케이션(700) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 커넥터(100)는, 다수의 주차면(10) 마다 고정 설치되고, 주차면(10)에 주차된 전기차와 연결(탈착)되어 해당 전기차를 충전할 수 있다.
이를 위해 커넥터(100)는 고정형 소켓(110), 충전 케이블(120), 충전 플러그(130), 주차면 식별 송신기(140) 및 커넥터 상태 표시기(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 고정형 소켓(110)은, 자율 주행 충전기(400)와 전기적으로 결합되며, 결합 시 자율 주행 충전기(400)로부터 전력을 공급 받을 수 있다. 여기서, 고정형 소켓(110)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 자율 주행 충전기(400)와 전기적으로 결합되기 위해 아울렛 플러그(450)가 삽입될 수 있는 소켓 홈(111)이 형성될 수 있다. 고정형 소켓(110)은 충전 플러그(130)의 종류(AC단상 5핀, AC3상 7핀, DC차데모 9핀, DC콤보 7~9핀)에 따라 단일형 통합 소켓 또는 각각의 개별형 소켓으로 나눠질 수 있고, 단일형 통합 소켓일 경우 충전 플러그(130)의 종류에 따라 각각의 충전 케이블(120)과 충전 플러그(130)가 구성될 수 있다 이러한 고정형 소켓(110)은 자율 주행 충전기(400)의 주행 라인과 대응되는 위치에 설치될 수 있으며, 좀 더 구체적으로는 주차 구조물(20) 상에 설치될 수 있다. 또한, 고정형 소켓(110)은 충전 케이블(120) 사이에 움직임이 불가한 고정형 케이블 커버가 형성되어 끝단부를 통해 충전 케이블(120)이 인출된 형태로 연장될 수 있다.
상기 충전 케이블(120)의 일단부는 고정형 소켓(110)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상술한 바와 같이 고정형 케이블 커버를 통해 고정형 소켓(110)으로부터 인출되어 고정형 케이블 커버의 외부로 연장될 수 있다. 또한, 충전 케이블(120) 중 일단부는 고정형 소켓(110)에 권취된 형태로 보관되어, 전기차 충전 시 사용자가 충전 케이블(120)을 고정형 소켓(110)으로부터 인출하여 사용할 수 있으며, 전기차 충전 완료 시 인출 방향으로 다시 짧게 잡아당기면 역회전하여 고정형 소켓(110) 방향으로 다시 권취됨으로써 충전 케이블(120)의 일부가 고정형 케이블 커버 속으로 인입될 수 있다. 또한, 충전 케이블(120)의 타단부는 충전 플러그(130)가 연결될 수 있다.
상기 충전 플러그(130)는 충전 케이블(120)과 전기적으로 연결되고, 전기차의 충전 단자에 탈착될 수 있다. 충전 플러그(130)는 다양하게 구성될 수 있으며, 예를 들어, AC단상 5핀, AC3상 7핀, DC차데모 9핀, DC콤보 7~9핀 등으로 이루어질 수 있다.
상기 주차면 식별 송신기(140)는, 고정형 소켓(110)에 외부에 설치되고, 제1 방향에 대하여 주차면식별정보를 포함한 주차면식별신호를 무선 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 주차면 식별 송신기(140)는 고정형 소켓(110)의 상부 또는 상단에 설치되어 있으며, 그 상부 또는 상부 전방(약 45도 각도로 자율 주행 충전기(400)를 향하는 방향)를 향해(해당 방향이 제1 방향임) 주차면식별정보를 포함한 주차면식별신호를 송출할 수 있으며, 주차면 식별 송신기(140)가 주차면식별신호를 송출하는 제1 방향에 맞서는 방향으로 자율 주행 충전기(400)가 이동할 수 있으며, 이동 시 자율 주행 충전기(400)의 주차면 식별 수신 센서(470)가 주차면 식별 송신기(140)로부터 송출되는 주차면식별신호를 스캔하여 수신하고, 수신된 주차면식별신호에 대한 인식 및 식별 프로세스를 처리할 수 있다. 이와 같이 주차면 식별 송신기(140)는 주차면식별신호를 제1 방향으로 송출하며, 제1 방향과 대응되는 위치 상으로 자율 주행 충전기(400)가 이동하게 된다.
상기 커넥터 상태 표시기(150)는 충전 플러그(130)와 고정형 소켓(110)의 고정형 케이블 커버 사이에 연결되어 주차면(10)에 주차된 전기차의 충전상태(충전 중, 충전 완료), 전기차 충전 예약 여부, 고장 등을 램프 또는 LED로 표시하여 사용자가 충전과 관련된 정보를 쉽게 알 수 있도록 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 전기차의 충전이 아닌 일반 주차를 위한 주차면 차량 주차 여부와 관련된 상태를 다양한 색상이나 점멸 패턴 등으로 표시할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 전기차의 충전 상태, 예약 주차면, 고장 등을 알려주기 위한 램프 또는 LED가 설치될 수 있고, 자율주행 충전기(400)가 해당 주차면의 위치에 도달하기 전 전기차에 충전 플러그를 결합할 경우 전기차와의 통신을 위한 통신 모듈이 설치되어 있으며, 해당 통신정보를 무선 또는 유선으로 관제 서버(600) 또는 키오스크(500)로 보낼 수 있다. 커넥터 상태 표시기(150)는 이러한 동작을 수행하기 위하여 별도의 전원 장치와 연결되거나 자체 배터리가 구비될 수 있다.
상기 레일(200)은, 주차 구조물(20)의 천장, 기둥, 벽면, 바닥면 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있다. 이러한 레일(200)에는 자율 주행 충전기(400)의 주행 롤러(410)가 이동 가능하게 결합되며 자율 주행 충전기(400)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 또한, 레일(200)은 주차 구조물(20)의 천장, 기둥, 벽면, 바닥면 등을 따라 다양한 위치에 설치되고, 직선뿐만 아니라 곡선의 형태로 구현되어 자율 주행 충전기(400)의 자유로운 이동을 보장할 수 있다. 이와 같이 레일(200)이 다양한 주행 경로를 제공함에 따라, 자율 주행 충전기(400)가 두 개 이상으로 구성되고, 이 중 어느 하나의 자율 주행 충전기(400)가 충전 동작 중인 상황에서 다른 자율 주행 충전기(400)가 충전 중인 자율 주행 충전기(400)를 쉽게 회피하여 이동할 수 있도록 한다.
상기 전력공급라인(300)은 주차 구조물(200) 상에서 레일(200)을 따라 레일(200)과 나란히 설치될 수 있으며, 충전 위치에 있는 자율 주행 충전기(400)로 전력을 공급할 수 있다.
상기 자율 주행 충전기(400)는, 레일(200)을 따라 이동하되, 충전 순번에 따른 주차면(10)으로 자율 주행하여 이동하고, 충전 순번의 주차면(10)에 설치된 커넥터(100)와 결합되어 해당 커넥터(100)에 전기차 충전을 위한 전력을 공급할 수 있다.
이를 위해 자율 주행 충전기(400)는 주행 롤러(401), 주행 모터(402), 트롤리 유닛(403), 메인 전원공급 유닛(404), 전력전환배전 유닛(405), 아울렛 플러그(406), 배터리 유닛(407), 전력변환 유닛(408), 제어 유닛(409) 및 주차면 식별 수신 센서(410) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 주행 롤러(401)는 레일(200)에 결합될 수 있으며, 회전 시 레일(200)을 따라 자율 주행 충전기(400)를 전후 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이러한 주행 롤러(401)와 레일(200)은 자율 주행 충전기(400)가 레일(200)로부터 이탈되지 않도록 암수 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 주행 롤러(401)가 레일(200)에 삽입되는 형태 또는 레일(200)이 주행 롤러(401)에 삽입되는 형태를 갖는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 주행 롤러(401)에는 주행의 보조적인 수단으로서 보조 롤러가 추가 구비되어 자율 주행 충전기(400)가 레일(200)을 따라 보다 안정적이고 정확하게 주행할 수 있도록 돕는다.
상기 주행 모터(402)는 자율 주행 충전기(400)의 주행 시 주행 롤러(401)를 회전시키며 자율 주행 충전기(400)의 정지 시 제동할 수 있도록 동작한다. 이러한 주행 모터(402)는 자율 주행 충전기(400)의 전진 및 후진을 위해 양방향 모터를 적용하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 트롤리 유닛(403)은 전력공급라인(300)으로부터 전력을 공급 받을 수 있으며, 전력 공급 방식은 접촉 방식(트롤리바)과 비접촉 방식 중 어느 하나의 방식으로 구현이 가능하다. 이러한 트롤리 유닛(403)은 전력공급라인(300)으로부터 공급되는 전력을 전기차의 주행에 필요한 전기 충전을 위해 제공할 수 있다.
상기 메인 전원공급 유닛(404)은 트롤리 유닛(403)과 전기적으로 연결되어 트롤리 유닛(403)으로 전력을 공급할 수 있다.
상기 전력전환배전 유닛(405)은 메인 전원공급 유닛(404)으로부터 전력을 공급 받아 자율 주행 충전기(400)에서 전력이 필요한 부분 즉, 주행 모터(402), 아울렛 플러그(406), 배터리 유닛(407), 전력변환 유닛(408), 제어 유닛(409) 및 주차면 식별 수신 센서(410)로 전력을 배분할 수 있다.
상기 아울렛 플러그(406)는, 배터리 유닛(407)에 연결되고, 유압 또는 전기 모터 방식을 이용해 전진 및 후진하여 소켓 홈(111)에 인입 및 인출됨으로써 고정용 소켓(110)과 전기적으로 결합 및 분리될 수 있다. 상술한 바와 같이, 자율 주행 충전기(400)의 주차면 식별 수신 센서(410)가 주차면 식별 송신기(140)로부터 송출되는 주차면식별신호를 스캔하여 수신하고, 이를 인식하는 경우(즉, 충전 요청 또는 예약된 주차면에 도착한 경우), 자율 주행 충전기(400)는 해당 위치에서 유압 또는 전기 모터 방식을 통해 아울렛 플러그(406)을 전진시켜 소켓 홈(111)에 삽입 결합시킴으로써 고정용 소켓(110)과 전기적으로 연결되어 자율 주행 충전기(400)가 커넥터(100)로 전력을 공급할 수 있으며, 이후 자율 주행 충전기(400)가 커넥터(100)로부터 충전완료신호를 수신하면 아울렛 플러그(406)를 유압 또는 전기 모터 방식으로 후진시켜 아울렛 플러그(406)를 소켓 홈(111)으로 분리시킬 수 있다. 이후, 자율 주행 충전기(400)는 미리 프로그래밍 된 프로세스에 따라 원위치로 복귀하거나 키오스크(500)로부터 새로운 주차면식별정보를 수신하는 경우 다음 충전 요청 또는 예약된 주차면(10)으로 자율 주행을 통해 위치 이동할 수 있다.
본 실시예에 따른 커넥터(100)와 아울렛 플러그(406)의 위치는 주차 공간의 구조, 환경이나 상황 등에 따라 다양하게 변경 및 응용이 가능하나, 아울렛 플러그(406)가 지나는 위치와 대응되는 위치에는 고정형 소켓(110)이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 배터리 유닛(407)은 메인 전원공급 유닛(404)에 의해 충전되고, 충전된 전력을 비상 시 자율 주행 충전기(400)의 주행, 아울렛 플러그(406)의 결합 및 해제 동작, 및 전기차 충전을 위해 사용할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 배터리 유닛(407)은 비상 시 1차 전원을 받아 AC/DC 변환을 수행한 후 주행 모터(402)와 아울렛 플러그(406)로 직류 전원을 공급해주는 전원공급장치의 기능을 수행하며, 트롤리 유닛(403)으로부터 공급되는 전력을 별도로 충전하고, 정전 등으로 인한 외부전력공급 차단 시 충전된 전력을 비상 전력으로서 커넥터(100)에 공급하여 전기차가 지속적으로 충전될 수 있도록 미리 축적되어 있는 전력을 보조적으로 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 전력변환 유닛(408)은 전기차에 맞는 전력(또는 전압)으로 변환하여 커넥터(100)로 공급할 수 있다.
상기 제어 유닛(409)은, 주차면 식별 수신 센서(410)의 주차면식별정보에 대한 인식 여부에 따라 주행 모터(402) 및 아울렛 플러그(406)의 동작을 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 자율 주행 충전기(400)가 주차면식별정보를 기반으로 미리 프로그래밍된 프로세스에 따라 해당 주차면(10)으로 이동하면서 고정형 소켓(110)에 각각 설치된 주차면 식별 송신기(140)를 스캔하며 주행하는데, 이때 제어 유닛(409)은 주행 모터(402)를 회전 구동 시켜 원하는 위치로 이동할 수 있도록 한다. 이후 요청된 주차면식별정보를 인식하는 시점에서 주차면 식별 수신 센서(410)로부터 주차면인식신호를 수신하면, 자율 주행 충전기(400)의 제동이 이루어지도록 주행 모터(402)를 제어하고, 주차면식별정보를 인식한 위치에서 아울렛 플러그(406)를 전진시켜 고정형 소켓(110)과 결합될 수 있도록 한다. 이후 전기차의 충전이 완료되면, 제어 유닛(409)은 아울렛 플러그(406)를 후진시켜 고정형 소켓(110)으로부터 분리시킨 후 주행 모터(402)를 가동시켜 미리 프로그래밍 된 프로세스에 따라 원위치로 복귀하거나 키오스크(500)로부터 새로운 주차면식별정보를 수신하는 경우 다음 충전 요청 또는 예약된 주차면(10)으로 자율 주행을 통해 위치 이동하도록 주행 모터(420)를 제어할 수 있다.
상기 제어 유닛(409)은 무선 통신을 통해 관제 센터(600) 또는 키오스크(500)로부터 충전 순서, 충전 차량 등의 정보를 받고, 충전 순서대로 각 전기차 주차면으로 이동할 수 있도록 주행 모터(402)와 주행 롤러(401)를 제어할 수 있다. 자율 주행 충전기(400)가 충전할 위치에 도달하는 경우 아울렛 플러그(406)를 고정형 소켓(110)에 연결시킬 수 있도록 아울렛 플러그(406)의 전, 후진 동작을 제어할 수 있으며, 아울렛 플러그(406)가 고정형 소켓(110)에 연결된 후에는 트롤리 유닛(403)을 통해 전기차를 충전할 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 제어 유닛(409)은 전기차의 충전이 완료되면 관제 센터(600) 또는 키오스크(500)로 해당 전기차의 충전량에 대한 정보를 전송하고, 아울렛 플러그(406)와 고정형 소켓(110)을 분리시킨 후 다음 충전할 주차면으로 이동할 수 있도록 주행 모터(402)와 주행 롤러(401)를 제어할 수 있다.
상기 주차면 식별 수신 센서(410)는, 제1 방향에 대하여 무선 출력되는 주차면식별신호를 수신하고, 수신된 주차면식별신호에 포함된 주차면식별정보의 인식 시 제어 유닛(460)으로 주차면인식신호를 출력할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 방향은, 고정형 소켓(110)의 상부 또는 상단에 설치된 주차면 식별 송신기(140)가 주차면식별신호를 송출하는 방향으로, 고정형 소켓(110)의 상부 또는 상부 전방(약 45도 각도로 자율 주행 충전기(400)를 향하는 방향)를 향하는 방향일 수 있다.
본 실시예에 따른 주차면 식별 수신 센서(470)와 주차면 식별 송신기(140)는 제어 유닛(409)의 보다 정확한 위치 제어를 위하여 적외선 센서 또는 레이저 센서를 포함하거나 추가적으로 구성하여 이루어질 수 있다.
한편, 자율 주행 충전기(400)에는 도시하지 않았으나, 전기 충전 및 구동 간에 발생할 수 있는 화재 진압을 위하여 소화약재를 저장할 수 있는 저장수단, 저장수단과 연결되어 소화약재를 분출할 수 있는 분출수단, 및 화재 및 해당 화재위치를 감지하기 위한 화재감지수단을 더 구비할 수 있으며, 이에 따라 감지된 화재위치에서 분출수단을 통해 소화약재를 분출하여 자동으로 화재를 진압할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 각 주차면에 AC 220V의 전원을 공급받을 수 있는 장치가 별도로 마련되어 있어, 자율주행 충전기(400)의 위치와 관계없이 사용자의 요청이나 키오스크(500)의 요청에 따라 완속 충전할 수 있게 완속 충전기(미도시)가 주차면의 위치에 설치됨에 따라, 자율주행 충전기(400)의 사용하지 않기를 원하거나 사용할 수 없는 경우 완속 충전기(미도시)를 사용할 수도 있다.
상기 키오스크(500)는, 전기차 충전소에 설치되어 주차면식별정보 및 전기차정보를 기초로 충전요청정보를 생성하고, 충전요청정보를 기초로 자율 주행 충전기(400)에 충전위치정보를 제공하여 전기차 충전이 개시되도록 제어하며, 충전 중에 자율 주행 충전기(400)로부터 충전상태정보를 실시간 수신하여 제공할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 키오스크(500)는 사용자가 전기차를 충전하기 위한 충전가능여부확인, 충전요청, 충전결제, 충전현황, 예약현황, 전기차 잔량/전력량, 설비상태 등 다양한 정보를 제공 및 처리할 수 있다.
상기 키오스크(500)는 실제 충전 시 다양한 운영 방식을 채택해 충전 절차를 제공할 수 있겠으나, 일례로 충전을 예약하지 않은 사용자가 전기차 충전소로 입장하면, 비어 있는 주차면(10)에 전기차를 주차하고 커넥터(100)를 전기차의 충전 플러그에 결합한 후, 키오스크(500)를 통해 해당 주차면(10)의 번호를 선택하고 충전을 요청하며, 현재 전기차의 잔량/전력량을 파악하여 제공할 수 있다. 이에, 키오스크(500)는 전기차의 완충(full charging) 시를 가정하여 요금정보를 산출해 제공하여 해당 요금정보에 따른 결제(현금, 신용카드, 직불카드, 체크카드, 포인트카드, 계좌이체, 상품권 등)가 완료되면 충전이 이루어질 수 있으며, 충전현황과 완충 시 알림 등 다양한 정보를 제공할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템(1000)은 다수의 자율 주행 충전기(400)를 운영하는 경우, 키오스크(500)를 통해 충전요청 및 예약정보에 따라 자율 주행 충전기(400)의 충전순번을 각각 설정하고, 설정된 충전순번과 현재 충전 중인 지점의 위치정보에 따라 자율 주행 충전기(400)의 주행 경로를 설정할 수 있으며, 이에 따라 자율 주행 충전기(400)는 충전 중이거나 주행 경로 상에 먼저 위치한 다른 자율 주행 충전기(400)를 만나게 되면 회피 주행하거나, 자율 주행 충전치(400)의 이동 경로 상에 먼저 위치한 자율 주행 충전기(400)를 이동시켜 다른 지점의 충전이 이루어지도록 하는 동시에, 현 위치로 이동한 자율 주행 충전기(400)가 다른 위치로 이동한 자율 주행 충전기(400)를 대신하여 충전할 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 동일 선상에 주차면 A, B, C가 순서대로 위치하고 있고, 충전 순서도 주차면 A, B, C 순으로 설정되어 있으며, 현재 주차면 A에서 자율 주행 충전기 m1이 충전 중이고, 주차면 B에서 자율 주행 충전기 m2가 충전 중인 상황에서, 주차면 A가 주차면 B보다 충전이 먼저 완료되면, 자율 주행 충전기 m1은 충전을 완료하여 주차면 A와의 연결을 해제하고, 자율 주행 충전기 m2는 주차면 B에 대하여 충전을 완료하지 않았으나 주차면 B와의 연결을 해제한 후 주차면 C로 이동하여 마지막 순번의 전기차 충전을 수행하며, 충전이 완료되지 않은 주차면 B로 자율 주행 충전기 m1이 이동하여 주차면 B에 주차된 전기차의 충전을 자율 주행 충전기 m2에 이어서 마무리할 수 있다.
또는, 다수의 자율주행 충전기(400)는 도 8에 도시된 바와 같이 레일을 따라 자율 주행할 수 있으며 레일은 직선 또는 곡선으로 이루어질 수 있고, 복수의 레일이 있거나 또는 회전하는 경로 쉬프팅 레일(A)이 설치되어 서로 다른 경로로 이동할 수 있도록 설계될 수 있다. 여기서, 쉬프팅 레일(A)은 모터에 의에 이동 또는 회전할 수 있다. 특히, 회전하는 레일이 있는 경우에는 자율주행 충전기(400)가 경로 쉬프팅 레일 상에 주행하고 있는 채로 회전하여 서로 다른 경로로 이동 수 있도록 한다.
상기 관제 서버(600)는, 키오스크(500)와 연결되고, 전기차의 충전요청정보와 충전상태정보를 기반으로 충전현황정보를 생성하고, 해당 충전현황정보를 기반으로 충전예약을 처리 및 관리를 위한 충전예약관리정보를 생성하며, 외부호출신호를 수신하거나 충전 완료 시 키오스크(500)로부터 충전상태정보를 수신하여 사용자에게 제공할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 관제 서버(600)는 키오스크(500)로부터 사용자가 전기차를 충전하기 위한 충전가능여부확인, 충전요청, 충전결제, 충전현황, 예약현황, 전기차 잔량/전력량, 설비상태 등 다양한 정보를 제공 받아 관리하며, 사용자 통신단말(30)의 정보요청(외부호출신호)를 수신하면 이에 대응하는 정보를 추출해 해당 사용자 통신단말(30)이 설치된 사용자 어플리케이션(700)으로 제공할 수 있다.
상기 사용자 어플리케이션(700)은, 사용자 통신단말(30)에 설치되고, 관제 서버(600)와 연결되어 충전예약관리정보를 기초로 관제 서버(600)로 충전예약을 요청 및 접수할 수 있으며, 관제 서버(600)로부터 충전상태정보를 수신하여 제공할 수 있다. 즉, 사용자 어플리케이션(700)은 관제 서버(600)와 연결되어 실시간 충전현황, 전기차 충전 주차면 번호, 예약신청, 예약현황 등을 원격지에서 처리 및 확인할 수 있다.
도 9는 도 3 및 도 4에 도시된 고정형 소켓과 아울렛 플러그에 대하여 보다 심플한 디자인으로 변형한 일례를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 아울렛 플러그(450)는 전기 또는 유압에 의한 직선 운동이 가능하도록 구성되어 고정형 소켓(110)에 결합될 수 있다. 또한, 아울렛 플러그(450)의 전면부는 도 8에 도시된 바와 같이 고정형 소켓(110)에 잘 결합될 수 있도록 원뿔 또는 다각형의 디자인으로 제작될 수 있다.
또한, 아울렛 플러그(450)는 커넥터(100)의 종류에 따라 2개 이상으로 구성될 수 있고, 이에 따라 인접한 주차면에 각각 설치된 2개의 커넥터(100)에 동시에 연결되어 2대의 전기차에 대한 동시 충전이 가능하다.
한편, 자율 주행 충전기(400)의 외부와 내부에 초음파 센서, 적외선 센서, 말굽 센서, 엔코더 센서 등이 설치되어 인접한 자율 주행 충전기(400)의 접근, 거리 등을 확인함으로써 충돌을 방지할 수 있으며, 자율 주행 충전기(400) 간에 무선 통신이 가능하도록 구성될 수 있으며, 이러한 기기 간 무선통신 기능을 이용하여 자율 주행 충전기(400) 각각에 대한 위치 파악이 가능하며, 이를 통해 주행 시 회피 동작을 위한 제어 및 충전을 위한 주행 정보 등의 공유가 가능하다.
도 10은 도 3 및 도 4에 도시된 커넥터의 변형예로 회전형 케이블 유닛이 적용된 구조를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 회전형 케이블 유닛(160)은 주차 공간의 천장에 설치되어 관절 동작을 통해 회전 가능하게 움직일 수 있고, 이를 통해 케이블(120)과 커넥터(100)의 위치를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이러한 회전형 케이블 유닛(160)은 케이블(120)을 내부에 감을 수 있는 공간과 모터, 테엽 스프링 등이 구비되어 케이블(120)을 권취 및 권출시켜 그 길이를 자유롭게 조절할 수 있도록 한다.
또한, 회전형 케이블 유닛(160)의 하면에는 커넥터 상태 표시기(150)가 설치되어 해당 주차면(10)에 충전 중인 전기차의 충전상태, 충전 중, 충전 완료, 전기차 충전 예약면, 고장 등을 LED로 표시하여 사용자가 충전 상황을 직관적으로 확인할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1000: 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템
100: 커넥터
110: 고정형 소켓
111: 소켓 홈
120: 충전 케이블
130: 충전 플러그
140: 주차면 식별 송신기
150: 커넥터 상태 표시기
160: 회전형 케이블 유닛
200: 레일
300: 전력공급라인
400: 자율 주행 충전기
401: 주행 롤러
402: 주행 모터
403: 트롤리 유닛
404: 메인 전원공급 유닛
405: 전력전환배전 유닛
406: 아울렛 플러그
407: 배터리 유닛
408: 전력변환 유닛
409: 제어 유닛
410: 주차면 식별 수신 센서
500: 키오스크
600: 관제 서버
700: 사용자 어플리케이션
A: 쉬프팅 레일
10: 주차면
20: 주차 구조물
30: 사용자 통신단말

Claims (7)

  1. 다수의 주차면 마다 설치되고, 주차면에 주차된 전기차와 연결되어 해당 전기차를 충전하기 위한 커넥터;
    주차 구조물의 천장, 기둥, 벽면, 바닥면 중 적어도 한 곳에 설치된 레일;
    상기 레일을 따라 이동하되, 충전 순번에 따른 주차면으로 자율 주행하여 이동하고, 충전 순번의 주차면에 설치된 커넥터와 결합되어 상기 커넥터에 전력을 공급하는 자율 주행 충전기;
    전기차 충전소에 설치되어 주차면식별정보 및 전기차정보를 기초로 충전요청정보를 생성하고, 상기 충전요청정보를 기초로 상기 자율 주행 충전기에 충전위치정보를 제공하여 전기차 충전이 개시되도록 제어하며, 충전 중에 상기 자율 주행 충전기로부터 충전상태정보를 실시간 수신하여 제공하는 키오스크; 및
    상기 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템은 상기 레일과 나란히 설치된 전력공급라인을 포함하고,
    상기 키오스크는,
    경로 상의 제1 지점에 먼저 위치하여 전력공급동작 중인 제1 자율 주행 충전기에 의해 제2 자율 주행 충전기가 상기 제1 지점과 다른 위치인 제2 지점으로 이동하지 못하는 경우, 상기 제1 자율 주행 충전기의 전력공급동작을 중지한 후 상기 제2 지점으로 이동시켜 상기 제2 지점에 대한 전력공급동작이 이루어지도록 하면서, 상기 제2 자율 주행 충전기를 상기 제1 지점으로 이동시켜 상기 제1 자율 주행 충전기를 대신하여 상기 제2 자율 주행 충전기가 상기 제1 자율 주행 충전기를 대신하여 상기 제1 지점에 대한 전력공급동작이 이루어지도록 상기 제1 지점에 대한 충전이 마무리되도록 충전순번을 각각 설정하고,
    상기 자율 주행 충전기는,
    상기 전력공급라인으로부터 전력을 공급 받기 위한 트롤리 유닛;
    상기 트롤리 유닛과 전기적으로 연결된 메인 전원공급 유닛; 및
    상기 트롤리 유닛과 연결되고, 유압 또는 전기 모터 방식을 이용해 전진 및 후진 동작을 수행하며 상기 소켓 홈에 인입 및 인출되어 상기 고정형 소켓과 전기적으로 결합 및 분리되는 아울렛 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 자율 주행 충전기는,
    화재 진압을 위한 소화약재가 저장된 저장수단, 상기 저장수단과 연결되어 상기 소화약재를 분출할 수 있는 분출수단, 및 화재위치를 감지하기 위한 화재감지수단을 포함하고, 상기 화재감지수단을 통해 감지된 화재위치로 이동하여 상기 분출수단을 통해 상기 소화약재를 분출하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 키오스크와 연결되고, 상기 충전요청정보와 상기 충전상태정보를 기반으로 충전현황정보를 생성하고, 상기 충전현황정보를 기반으로 충전예약을 처리 및 관리를 위한 충전예약관리정보를 생성하며, 외부호출신호를 수신하거나 충전 완료 시 상기 키오스크로부터 상기 충전상태정보를 수신하여 사용자에게 제공하는 관제 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    사용자 통신단말에 설치되고, 상기 관제 서버와 연결되어 상기 충전예약관리정보를 기초로 상기 관제 서버로 충전예약을 요청 및 접수하고, 상기 관제 서버로부터 상기 충전상태정보를 수신하여 제공하는 사용자 어플리케이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 커넥터는,
    상기 자율 주행 충전기와 전기적으로 결합하여 전력을 공급 받기 위한 삽입 가능한 소켓 홈이 형성된 고정형 소켓;
    상기 고정형 소켓과 전기적으로 연결된 충전 케이블; 및
    상기 충전 케이블과 전기적으로 연결되고, 전기차에 탈착되는 충전 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 자율 주행 충전기는,
    상기 레일에 결합된 주행 롤러;
    상기 주행 롤러를 회전 및 제동을 위한 주행 모터;
    상기 메인 전원공급 유닛으로부터 전력을 공급 받아 상기 자율 주행 충전기에서 전력이 필요한 부분으로 전력을 배분하는 전력전환배전 유닛;
    상기 메인 전원공급 유닛에 의해 충전되고, 충전된 전력을 비상 시 상기 자율 주행 충전기를 이동, 상기 아울렛 플러그의 결합 및 해제 동작, 및 전기차 충전을 위해 사용하는 배터리 유닛;
    전기차에 맞는 전력으로 변환하여 상기 커넥터로 공급하는 전력변환 유닛; 및
    주차면식별정보의 인식 여부에 따라 상기 주행 모터 및 상기 아울렛 플러그의 동작 및 상기 전력변환 유닛의 전원변환을 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 커넥터는,
    상기 고정형 소켓에 외부에 설치되고, 제1 방향에 대하여 주차면식별정보를 포함한 주차면식별신호를 무선 출력하는 주차면 식별 송신기를 더 포함하고,
    상기 자율 주행 충전기는,
    상기 제1 방향에 대하여 무선 출력되는 주차면식별신호를 수신하고, 수신된 주차면식별신호에 포함된 주차면식별정보의 인식 시 상기 제어 유닛으로 주차면인식신호를 출력하는 주차면 식별 수신 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 로봇을 이용한 전기차 충전 시스템.
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