KR102583780B1 - 드론용 외장 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드론에 내장된 배터리 외에 여분의 배터리 이용이 가능한 외장 배터리로 구비되어, 드론에 내장된 배터리의 용량이 모두 소진되었을 경우, 간편하게 외장 배터리를 이용하여 전력을 공급하도록 한 드론용 외장 배터리 장치를 제공하기 위한 것으로서, 외부 전원과 연결되어 배터리 충전을 위한 전원 입력단과, 상기 전원 입력단을 통해 입력되는 외부 전원을 이용하여 배터리팩을 충전하는 배터리부와, 상기 배터리부의 과충전을 보호하는 보호 회로부와, 상기 전원 입력단에서 입력되는 전원을 이용하여 상기 배터리부의 충전을 제어하는 충전 제어부와, 드론의 전원 입력포트와 연결되는 전원라인과 전기적으로 연결되어 상기 배터리부에서 출력되는 전류를 상기 드론에 공급하는 전원 출력단을 포함할 수 있다.

Description

드론용 외장 배터리 장치{External battery apparatus for drone}
본 발명은 드론의 보조전원으로 사용되는 외장 배터리 장치에 관한 것으로, 드론에 내장된 배터리 외에 여분의 전력 이용이 가능한 외장 배터리로 구비되어, 드론에 내장된 배터리의 용량이 모두 소진되었을 경우, 간편하게 외장 배터리를 이용하여 전력을 공급함으로써, 드론 운행을 연속적으로 사용할 수 있도록 한 드론용 외장 배터리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 드론(Drone)이라 함은 배터리의 전력을 이용하여 다수개의 프로펠러를 회전시킴으로써 하늘을 비행하는 무인 비행체의 일종으로, 조종사가 탑승하지 않고 원격조종 또는 자율비행제어로 비행하여 촬영, 정찰, 화물 수송, 방사능 감시 등 사람이 직접 수행하기 힘들거나 위험한 임무를 수행하는 무인 비행체 중 하나를 의미한다.
최근에는 드론에 카메라, 센서, 통신시스템 등이 탑재되어 고난이도의 조작 없이도 스스로 자세 제어가 가능한 제품이 개발되어 비숙련자도 손쉽게 사용할 수 있게 되었는 바 군사용 무인항공기 또는 방송용 무인항공기등과 같은 전문적인 분야에서 벗어나 일반 대중들까지 빠르게 확산, 사용되고 있는 추세이며, 근래에는 기업, 미디어, 개인을 위한 용도로 사용되고 있다. 예를 들면, 신문, 방송 업계나 영화제작사는 드론을 촬영용 기기로 활용하고 있으며, 배달 업계에서는 몇 년 안에 드론을 실제 배달 서비스에 활용할 예정이다. 특히, 구글, 페이스북, 아마존 같은 IT 기업들은 최근 드론 개발에 투자를 아끼지 않고 있으며, 그 중 아마존은 재고 관리와 유통시스템을 자동화하는 데 있어서 드론을 이용한 배송 시스템을 공개했다. 즉, 택배직원이 했던 일을 드론이 대신하는 유통서비스를 위하여 드론을 개발하는 연구원을 대거 고용한 바 있다.
이러한 드론은 비행을 기본 동작으로 하고 있어 구동에 필요한 동력을 용이하게 공급하기 위해 배터리를 사용하고 있으므로 배터리의 용량에 따라 운행 시간이 제한된다. 따라서 배송을 위한 목적으로 드론을 활용할 시에는, 배송 거리와 배송 물품에 의한 하중에 의해 배터리에 저장된 전력이 단시간에 방전되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배달 경로 상에 드론 교체 구역을 설치하여, 배송 물품을 다른 드론에 옮겨 실어서 배송하는 방법들이 제안되고 있으나, 배송 물품을 다른 드론으로 옮겨 싣는 과정에서 많은 시간과 인력이 투입되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 배송 물품을 다른 드론으로 옮겨 싣기 위해서는 추가로 드론을 준비해야 함에 따라, 필요로 하는 드론의 개수가 많아지게 되는 문제점이 있다.
그리고 공중 또는 지상에서 드론 배터리를 충전시키는 방법이 제안되었으나, 이와 같은 방법은 드론 배터리를 충전시키는 시간이 오래 걸려, 결국, 배송시간이 늦어지는 문제점을 나타낼 수 있다.
등록특허공보 제10-2127682호 (등록일자 2020.06.23.) 등록특허공보 제10-1882073호 (등록일자 2018.07.19.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 드론에 내장된 배터리 외에 여분의 배터리 이용이 가능한 외장 배터리로 구비되어, 드론에 내장된 배터리의 용량이 모두 소진되었을 경우, 간편하게 외장 배터리를 이용하여 전력을 공급하도록 한 드론용 외장 배터리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 드론에 장착된 배터리의 잔량을 감지하여 설정값 미만으로 측정되면 드론의 전력 공급을 외장 배터리로 변경시켜 드론의 비행시간 및 비행거리를 늘릴 수 있도록 한 드론용 외장 배터리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드론용 외장 배터리 장치의 특징은 외부 전원과 연결되어 배터리 충전을 위한 전원 입력단과, 상기 전원 입력단을 통해 입력되는 외부 전원을 이용하여 배터리팩을 충전하는 배터리부와, 상기 배터리부의 과충전을 보호하는 보호 회로부와, 상기 전원 입력단에서 입력되는 전원을 이용하여 상기 배터리부의 충전을 제어하는 충전 제어부와, 드론의 전원 입력포트와 연결되는 전원라인과 전기적으로 연결되어 상기 배터리부에서 출력되는 전류를 상기 드론에 공급하는 전원 출력단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 드론용 외장 배터리 장치는, 상기 배터리부에서 공급되는 전원을 드론에 대응되는 구동 전압으로 변환하는 출력 제어부와, 상기 배터리부의 충전 상태 및 드론과의 전기적 연결 상태를 표시하는 LED 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 제어부는 상기 전원라인을 통해 상기 드론에 장착된 배터리의 잔량을 입력받고, 입력된 측정값이 설정값 미만일 경우, 상기 배터리부에서 공급되는 전원을 상기 드론의 구동전압으로 변환하여 전류를 공급할 수 있다.
또한, 상기 출력 제어부는 상기 드론으로 전류가 공급되는 상기 배터리부의 충전 잔량이 설정값 미만일 경우, 상기 전원라인을 통해 잔량 정보를 상기 드론으로 전달할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 드론용 외장 배터리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 드론에 내장된 배터리 외에 여분의 전력 이용이 가능한 외장 배터리로 구비되어, 드론에 내장된 배터리의 용량이 모두 소진되었을 경우, 간편하게 외장 배터리를 이용하여 전력을 공급함으로써, 드론 운행을 연속적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 드론에 장착된 배터리의 잔량을 감지하여 설정값 미만으로 측정되면 드론의 전력 공급을 외장 배터리로 변경시켜 드론의 비행시간 및 비행거리를 늘릴 수 있는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론에 전원을 공급하는 드론용 외장 배터리 장치와 드론에 연결한 시스템의 블록이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론용 외장 배터리 장치와 드론의 결합 상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론에 전원을 공급하는 드론용 외장 배터리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
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.
본 발명에 따른 드론용 외장 배터리 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론에 전원을 공급하는 드론용 외장 배터리 장치와 드론에 연결한 시스템의 블록이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론용 외장 배터리 장치와 드론의 결합 상태를 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 드론용 외장 배터리 장치(200)는 드론(100)의 전원 입력포트(110)를 통하여 전원을 공급하며, 드론(100)에 추가로 보조 전력을 제공할 수 있다. 이때, 상기 드론(100)의 전원 입력포트에는 상용 교류입력을 정류 및 변압하여 상기 드론(100)에 직접 전원 입력을 가하는 AC/DC 어댑터가 구성될 수 있다.
상기 드론(100)은 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체로, 드론 배송 가능 지역에 위치한 고객 또는 특정의 물품보관 장소(간선지, 보관소 등)에 배송 물품을 배송할 수 있다.
도 1에서 드론(100)의 내부 구성으로 비행에 필요한 동력을 제공하기 위한 내부 배터리와 내부 전원장치만을 도시하고 있지만, 이는 용이한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 드론(100)은 주변을 촬영하는 카메라와, 현재 위치를 검출하는 GPS모듈과, 비행을 위한 구동장치를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 내부 전원장치는 드론(100) 내에 구비되는 내부 배터리로부터 전력을 제공받을 수 있으며, 상기 내부 배터리는 탈착이 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 드론용 외장 배터리 장치(200)는 전원라인(300)이 결합되어, 드론 외장 배터리 장치(200)에서 나오는 전류를 상기 드론(100)에 공급할 수 있다. 즉, 전원라인(300)의 일 끝단에 구성되는 전원 출력포트(310)를 상기 드론(100)의 전원 입력포트(110)에 전기적으로 연결 결합되어 전원을 공급할 수 있다. 이때, 상기 드론(100)은 전원 입력포트(110)에 삽입 결합되는 전원 출력포트(310)의 이탈을 방지하기 위해 상기 전원 출력포트(310)를 파지하는 파지부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 전원 출력포트(310)가 결합된 전원라인(300)을 통하여 드론(100)의 적합한 입력전압 및 전원 입력포트(110)에 삽입 고정될 수 있다.
한편, 도 2에 도시하고 있는 것과 같이, 상기 드론용 외장 배터리 장치(200)는 외부 일측에 위치되어 배터리 충전을 위한 전원 입력단(230)과, 전원라인(300)과 전기적으로 연결되는 전원 출력단(210)과, 배터리 충전 상태 및 드론(100)과의 전기적 연결 상태를 표시하는 LED 표시부(220)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전원 입력단은 내부 배터리 충전을 위하여 전원을 공급하는 단자로 일반적으로 AC/DC 어댑터가 연결될 수 있다.
상기 전원 출력단(210)은 배터리에서 나오는 전류를 드론(100)에 공급할 수 있다. 즉, 전원 출력단(210)은 이에 연결된 전원라인(300)의 전원 출력포트(310)를 통해 상기 드론(100)의 전원 입력포트(110)로 전원을 공급하는 것으로, 결합된 전원라인(300)을 통하여 드론(100)에 적합한 입력 전압 및 입력포트의 모양에 맞게 연결될 수 있다.
상기 LED 표시부(220)는 드론용 외장 배터리 장치(200)의 배터리 용량 및 충, 방전 상태, 그리고 드론(100)과의 전기적 연결 여부 등의 정보를 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론에 전원을 공급하는 드론용 외장 배터리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3에 도시된 드론용 외장 배터리 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명의 드론용 외장 배터리 장치(200)는 외부 AC/DC 어댑터와 연결되어 배터리 충전을 위한 전원 입력단(230)과, 배터리팩으로 구비되어, 상기 전원 입력단(230)을 통해 입력되는 외부 전원을 이용하여 배터리팩을 충전하는 배터리부(240)와, 상기 배터리부(240)의 과충전을 보호하는 보호 회로부(250)와, 상기 전원 입력단(230)에 연결된 AC/DC 어댑터에서 입력되는 전원을 이용하여 상기 배터리부(240)의 충전을 제어하는 충전 제어부(260)와, 상기 배터리부(240)에서 공급되는 전원을 드론(100)에 적합한 구동 전압으로 변환하는 출력 제어부(270)와, 전원라인(300)과 전기적으로 연결되어 배터리부(240)에서 출력되는 전류를 드론(100)에 공급하는 전원 출력단(280)과, 상기 배터리부(240)의 충전 상태 및 드론(100)과의 전기적 연결 상태를 표시하는 LED 표시부(220)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전원라인(300)은 드론용 외장 배터리 장치(100)에서 분리가 가능한 커넥터가 구성되어, 상기 드론용 외장 배터리 장치(100)와 탈착이 가능할 수 있다.
상기 배터리부(240)는 충전 및 방전이 가능한 납축전지, 리튬이온전지 등을 포함하는 2차 전지는 물론 수소 연료를 충전하는 수소연료전지 등을 포함하는 연료전지로 구성될 수 있다. 다만 이용되는 배터리의 종류는 이에 한정되지 않으며 공지되는 다양한 종류의 배터리가 모두 이용될 수 있다.
상기 전원 출력단(280)은 전원라인(300)을 통해 드론(100)에 장착된 배터리의 잔량을 입력받고, 입력된 측정값이 설정값 미만일 경우, 상기 배터리부(230)에서 공급되는 전원을 드론(100)의 구동전압으로 변환하여 전류를 공급할 수 있다.
그리고 상기 전원 출력단(280)는 드론(100)으로 전류가 공급되는 상기 배터리부(230)의 충전 잔량이 설정값 미만일 경우, 전원라인(300)을 통해 잔량 정보를 드론(100)으로 전달할 수 있다. 이를 통해, 상기 드론(100)은 최대 이동 가능 거리를 이용하여 배송해야 하는 물품을 목적지까지 비행 가능 여부를 판단하고, 비행이 어려운 경우, 중간에 위치하는 드론(100)의 정거장에 거쳐 갈 수 있도록 하여, 상기 드론(100)의 배터리 또는 드론용 외장 배터리 장치(200)의 충전 또는 교체가 이루어질 수 있도록 드론 비행 스케줄을 제어할 수 있다.
한편, 개시된 실시예에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적이거나 혹은 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 게시된 실시예에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 개시된 실시예에 병합될 수 있다.
개시된 실시예의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 개시된 실시예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 특정 용어에 의해 개시된 실시예가 한정되는 것은 아니며, 개시된 실시예들은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 개시된 실시예의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 드론 110: 전원 입력포트
200: 드론용 외장 배터리 장치 210: 전원 출력단
220: LED 표시부 230: 전원 입력단
240: 배터리부 250: 보호 회로부
260: 충전 제어부 270: 출력 제어부
280: 전원 출력단 300: 전원라인
310: 전원 출력포트

Claims (3)

  1. 외부 전원과 연결되어 배터리 충전을 위한 전원 입력단과,
    상기 전원 입력단을 통해 입력되는 외부 전원을 이용하여 배터리팩을 충전하는 배터리부와,
    상기 배터리부의 과충전을 보호하는 보호 회로부와,
    상기 전원 입력단에서 입력되는 전원을 이용하여 상기 배터리부의 충전을 제어하는 충전 제어부와,
    드론의 전원 입력포트와 연결되는 전원라인과 전기적으로 연결되어 상기 배터리부에서 출력되는 전류를 상기 드론에 공급하는 전원 출력단과,
    상기 배터리부에서 공급되는 전원을 드론에 대응되는 구동 전압으로 변환하는 출력 제어부를 포함하고,
    상기 출력 제어부는 상기 전원라인을 통해 상기 드론에 장착된 배터리의 잔량을 입력받고, 입력된 측정값이 설정값 미만일 경우, 상기 배터리부에서 공급되는 전원을 상기 드론의 구동전압으로 변환하여 전류를 상기 드론의 구동전압으로 공급하며,
    상기 드론은 상기 전원 입력포트에 삽입 결합되는 상기 전원라인의 일측에 구성된 전원 출력포트의 이탈을 방지하기 위해 상기 전원 출력포트를 파지하는 파지부를 포함하는 드론용 외장 배터리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드론용 외장 배터리 장치는
    상기 배터리부의 충전 상태 및 드론과의 전기적 연결 상태를 표시하는 LED 표시부를 더 포함하는 드론용 외장 배터리 장치.
  3. 삭제
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