KR20230100768A - 전동보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전동보장구의 배터리 교환 시스템은, 전기보장구가 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리정보를 백엔드 서버로 전송하고, 배터리 교환기가 배터리충전부의 사용여부에 대한 사용정보와 상기 배터리충전부에서 충전중인 배터리의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 상기 백엔드 서버로 전송하며, 백엔드 서버는 상기 배터리정보, 사용정보 및 충전정보를 통해 상기 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리교체정보 및 상기 배터리교체정보에 따른 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하기 위한 제어정보를 생성하고, 백엔드 서버가 상기 배터리교체정보를 상기 전동 보장구로 전송하고, 상기 제어정보를 상기 배터리 교환기로 전송하여 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하도록 한다.

Description

전동보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법{Battery exchanging system and method for electric-powered wheelchairs}
본 발명은 전동보장구의 배터리 교환에 관한 것으로서, 전동보장구의 배터리 방전시 배터리교환기를 통해 미리 충전된 배터리와 교환하여 전동보장구를 중단없이 사용할 수 있도록 한 전동보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전동보장구란 배터리를 동력원으로 사용하며 변속장치와 제동장치가 있는 보행보조용 의자차를 의미한다. 전동보장구는 전동휠체어, 전동스쿠터 등을 포함할 수 있다.
선천적, 후천적으로 하지에 질병 등으로 손상이 있어 독립적인 보행이 불가능한 장애인, 노인은 이동시 전동보장구를 사용한다. 사용자는 자신의 잔존 신체능력에 따라 전동휠체어와 전동스쿠터 중 선택하여 이용한다.
이러한 전동보장구(전동휠체어, 전동스쿠터)는 전동보장구에 배터리가 장착된 상태로 충전을 함. 외출시 충전잭과 분리하여 전동보장구를 이용하고 귀가하면 실내용 휠체어로 갈아타고 전동휠체어에 플러그를 연결하여 다시 충전한다.
외출시 완충되지 않았거나 이동거리가 멀고 이동시간이 길어지면 이동 중 배터리가 방전될 수 있다. 외출하여 이동 중 배터리가 방전되면 전동보장구가 정지하여 사용자의 불편을 초래할 수 있다.
지역별 전동보장구용 급속충전소가 있으나 설치 장소에 대한 안내가 부족하고 관리도 부실할 뿐만 아니라 외부에 설치되어 있어 충전하는 동안 장애인, 노인은 휠체어에 앉은 모습 그대로 노출된 상태로 시간을 보내야 한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 전용의 배터리 교환기에서 충전되어 완충된 상태로 대기하다가 방전된 배터리와 교환하여 사용할 수 있는 전동보장구용 배터리 교환시스템을 제공한다.
본 발명의 목적은, 전동보장구를 사용하고 에너지를 획득하는데 있어 전동보장구를 장시간 세워놓고 충전하는 방식이 아닌, 전동보장구의 배터리 교체시기를 사전에 파악하여 배터리교환기를 통해 미리 충전된 배터리를 준비해 놓고, 전동보장구의 배터리 방전시 배터리교환기를 통해 미리 충전된 배터리와 단 시간내에 교환함으로써, 전기보장구의 운행중단 없이 사용할 수 있도록 구성한 전기보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은, 배터리교환기에서 충전되는 배터리로 인가되는 전하량을 높여 필요시에만 충전 속도를 능동적으로 조절할 수 있는 전동보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 본 발명인 전동보장구의 배터리 교환 시스템은, 장착되어 사용중인 배터리의 교체시기에 대한 배터리 정보를 전송하고, 전송된 상기 배터리 정보를 이용해 계산된 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리교체정보를 수신하여 표시하는 전동보장구; 배터리충전부를 구비하며, 상기 배터리충전부의 사용여부에 대한 사용정보와 상기 배터리충전부에서 충전중인 배터리팩의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 전송하고, 상기 배터리충전부의 충전속도에 대한 제어정보를 수신받아 상기 배터리 충전부의 충전속도를 컨트롤하는 배터리교환기; 및 상기 배터리교환기와 상기 배터리교환기를 사용하는 상기 전동보장구에 연결되며, 상기 전동보장구로부터 전송받은 상기 배터리 정보와 상기 배터리교환기로부터 전송받은 상기 사용정보 및 충전정보를 통해 계산된 상기 배터리 교체정보를 해당되는 상기 전동보장구로 전송하고 상기 배터리충전부의 충전속도를 완속 또는 급속으로 조정하는 상기 제어정보를 상기 배터리교환기로 전송하는 백엔드 서버를 포함한다.
상기 배터리충전부는 짝수로 구성되어 하나의 배터리충전부에 하나의 충전기가 연결되고, 두 개의 상기 배터리충전부와 충전기가 한 조를 구성하여 각 조의 상기 배터리충전부와 충전기 사이에는 상기 제어정보에 따라 동작하는 스위칭부가 연결되며, 상기 스위칭부를 통해 완속 충전시에는 하나의 배터리충전부에 하나의 충전기가 연결되고 급속 충전시에는 하나의 배터리충전부에 한 조에 포함된 두 개의 충전기가 모두 연결될 수 있다.
상기 전동보장구는 배터리팩의 잔량정보를 상기 백엔드 서버로 전송하고, 상기 백엔드 서버는 상기 감지된 배터리의 잔량정보를 기초로 배터리팩의 교환을 위한 교환예정시간을 계산하여 상기 배터리 교환기로 전송하며, 상기 백엔드 서버는 상기 배터리 교환 예정시간을 상기 배터리 교환기로 전송한 이후에 상기 배터리 교환 예정시간에 도착 불가를 나타내는 도작예정시간 지연메시지를 백엔드 서버를 통해 상기 배터리 교환기로 전송할 수 있다.
상기 배터리교환기에는 상기 배터리충전부의 사용여부 및 충전상태를 나타내는 표시부가 더 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기보장구의 배터리 교환 방법은 상기 전기보장구가 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리정보를 백엔드 서버로 전송하는 단계; 배터리 교환기가 배터리충전부의 사용여부에 대한 사용정보와 상기 배터리충전부에서 충전중인 배터리의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 상기 백엔드 서버로 전송하는 단계; 상기 백엔드 서버가 상기 전송된 상기 배터리정보, 사용정보 및 충전정보를 통해 상기 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리교체정보 및 상기 배터리교체정보에 따른 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하기 위한 제어정보를 생성하는 단계; 상기 백엔드 서버가 상기 배터리교체정보를 상기 전동 보장구로 전송하고, 상기 제어정보를 상기 배터리 교환기로 전송하는 단계; 및 상기 배터리 교환기가 상기 전송된 상기 제어정보에 따라 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
이상에서 상술한 본 발명에 의한 전기보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의한 전기보장구의 배터리 교환 시스템 및 방법에 따르면, 하나의 배터리교환기와 이를 이용하는 전동보장구로부터 정보를 수집하고 수집된 정보를 이용하여 배터리교환기를 통해 미리 충전된 배터리를 준비함으로써, 전동보장구의 배터리 방전시 배터리교환기를 통해 미리 충전된 배터리와 단 시간 내에 교환하여 전동보장구를 중단없이 사용할 수 있다.
그에 따라, 본 배터리 교환 시스템의 사용자는 방전된 전동보장구 배터리를 교환기에서 완충되어 대기하고 있는 배터리와 교환하여 즉시 사용할 수 있다. 따라서 전동보장구 배터리를 충전하는 동안 이동하지 못하고 대기하는 불편함을 해소할 수 있다.
또한, 전동보장구와 배터리교환기로부터 정보를 수집하여 배터리 교체 시기와 충전중인 배터리의 완충까지의 시간 정보를 분석하고 필요시 배터리의 충전속도를 완속 또는 급속으로 조절하여 충전할 수 있으므로, 배터리 교체 또는 배터리 충전 등으로 인한 전동보장구의 운행중단 없이 사용할 수 있다.
도 1은 전동보장구의 종류를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기보장구의 배터리 교환을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기보장구의 배터리 교환 시스템의 전체 구성 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교환기 및 백엔드 서버의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동보장구의 배터리 교환 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동보장구의 배터리 교환 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
먼저, 도 1은 전동보장구의 종류를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 전기보장구의 배터리 교환을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 전기보장구의 배터리 교환 시스템의 전체 구성 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전동보장구는 전술한 바와 같이 배터리를 동력원으로 사용하며 변속장치와 제동장치가 있는 보행보조용 의자차로서, 전동휠체어, 전동스쿠터 등을 포함할 수 있다.
특히 전동휠체어는 수동휠체어를 사용할 수 없거나 실내외에서 수동휠체어를 장기간 사용할 체력이나 근력이 부족한 경우에 사용한다. 그에 따라 사용자의 이동능력을 극대화할 수 있고 실외 경사로나 울퉁불퉁한 노면에서 쉽게 사용 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전동보장구는 다양한 타입의 전동보장구가 존재하며, 사용자는 자신의 신체에 적합한 전동보장구를 선택하여 이용할 수 있다.
이러한 전동보장구는 배터리를 동력원으로 하기 때문에 배터리를 충전해서 사용해야 한다.
도 2를 참조하면, 전동보장구(100)의 사용자는 방전된 제1 및 제2 배터리팩(22, 24)을 배터리 교환기(200)에서 완충된 제1 및 제2 교체 배터리팩들(32, 34)로 교환하여 즉시 사용할 수 있다. 따라서 전동보장구 배터리를 충전하는 동안 이동하지 못하고 대기하는 불편함을 해소할 수 있다.
이러한 배터리 교환기를 포함한 배터리 교환 시스템을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 개시된 본 발명에 따른 전동보장구의 배터리 교환시스템의 일실시예에 따른 전체 구성 개념도로써, 도 3을 참조하여 전체적인 전기보장구의 배터리 교환 시스템을 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 전동보장구(100)의 배터리 교환시스템은 전동보장구(100), 배터리교환기(200) 및 백엔드 서버(300)를 포함하여 구성된다.
전동보장구(100)는 백엔드 서버(300)와 상호 간 무선 통신하여 사용중인 배터리정보 등을 백엔드 서버(300)로 전송한다. 배터리정보에는 기본적인 배터리팩의 잔량 정보 이외에도 현재 사용중인 배터리팩(도시생략)를 통해 주행한 총 거리 정보가 포함될 수 있다. 현재 장착하여 사용중인 배터리팩을 통해 주행한 총 거리 정보를 토대로 백엔드 서버(300)에서 분석하여 전동보장구(100)의 사용자의 운전습관을 반영하고 앞으로 배터리의 사용 시간이나 주행 가능 거리를 계산하는데 참조자료로 사용할 수 있다. 예컨데, 완충된 배터리를 장착하여 40km를 주행할 수 있다고 가정할 경우 현재 장착된 배터리의 잔량이 50%라면, 지금까지의 주행거리는 20km이어야 하고 앞으로도 20km를 더 주행할 수 있다. 그러나, 배터리의 잔량이 50%임에도 불구하고 실제 주행거리가 10km일 경우 사용자의 운전습관상 배터리의 소모가 많은 것으로 판단하고, 앞으로의 주행 가능 거리가 10km 밖에 남지 않은 것으로 판단하여 이에 대한 제어정보를 배터리교환기(200)로 전송한다.
전동보장구(100)는 배터리의 잔량 정보를 기 설정된 시간 간격 또는 일정 주기마다 체크하여 저장하고, 기 설정된 시간 간격 또는 일정 주기마다 백엔드 서버(300)로 전달한다.
이러한 배터리팩은 다양한 전동휠체어에 호환하여 사용하는 목적에 맞도록 휠체어 등판에 간단하게 브라켓(도시 생략)을 설치하여 고정될 수 있다. 상기 브라켓 하부에는 충전모듈 설치하고, 2개의 배터리를 연결하여 사용할 수 있도록 복수개의 브라켓의 결합/분리가 용이한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 브라켓은 슬라이딩 방식으로 연결될 수 있다.
전동보장구의 배터리팩은 의료기기로 인증을 받기 위해서는 주행거리를 확보해야 하므로 용량이 커야 하는 반면, 비행기 탑승을 위해서는 용량이 적은 배터리가 필요하다.
또한, 의료기기로 인증받기 위해서 2개의 배터리를 병렬연결하여 용량을 확보해야 한다. 그러나, 배터리팩은 무겁기 때문에, 비행기 탑승시에는 2개의 배터리 중 1개의 배터리만을 장착하여 탑승할 수 있다. 2개의 배터리팩은 메인배터리와 서브배터리를 포함할 수 있다. 메인배터리 잔량을 확인하고 부족하면 서브배터리 전원을 ON하여 전원으로 사용할 수 있다.
즉, 전동보장구(100)는 2개의 착탈식 배터리팩이 장착되고, 2개의 배터리팩이 병렬 구조로 연결되어 사용된다. 따라서, 경우에 따라 한 개의 배터리팩만을 탑재하여도 전동보장구(100)에 전원 공급이 가능하며, 사용시간만 절반으로 줄어든다.
배터리팩은 다양한 전동보장구에 호환되어 사용되는 리튬이온배터리일 수 있으며, 24V, 36V, 48V 등 다양한 전압으로 동작하는 전동보장구에 호환되어 사용될 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터를 이용하여 다양한 전압에 호환되어 사용할 수 있으며, 배터리팩와 전동보장구를 연결하는 연결잭의 다양한 형태에 호환되어 사용할 수 있는 디자인을 가질 수 있다.
한편, 배터리교환기(200)는 배터리 충전부를 포함하여 배터리팩을 충전할 수 있다. 또한, 배터리교환기(200)는 배터리 충전부의 배터리 사용 정보 및 충전 정보를 전송할 수 있다. 구체적으로, 배터리교환기(200)는 구비된 배터리충전부의 사용여부에 대한 사용정보와 상기 배터리충전부에서 충전중인 배터리의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 백앤드 서버(300)로 전송한다.
백앤드 서버(300)는 전송된 상기 배터리정보, 사용정보 및 충전정보를 통해 배터리의 교체시기에 대한 배터리교체정보 및 상기 배터리교체정보에 따른 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하기 위한 제어정보를 생성할 수 있다.
백앤드 서버(300)는 다수의 전동보장구로부터 배터리 잔량정보를 취합하고, 상기 배터리 잔량정보에 따라 다수의 전동보장구마다 주행가능거리를 계산하여 배터리 교환시점을 도출한다. 또한, 백앤드 서버(300)는 다수의 배터리 교환기별로 예비배터리의 충전정보를 취합하며, 상기 배터리 교환시점과 상기 예비 배터리의 충전정보를 이용하여 배터리 교환 시점과 예비 배터리의 충전 정보를 포함하는 배터리 교체 정보를 상기 다수의 전동보장구로 전송한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교환기 및 백엔드 서버의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리충전부(210), 충전기(220), 스위칭부(230), 표시부(240), 교환기통신부(250), 교환기제어부(260) 및 배터리커넥터(270)를 포함하여 구성된다. 도면상에는 충전기(220), 스위칭부(230), 배터리커넥터(270) 및 배터리(400)를 구조적 이해를 돕기 위해 편의상 외부로 노출시켜 도시하였으나, 배터리교환기(200)의 내부에 설치되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
배터리충전부(210)는 배터리팩(30)가 장착되어 충전되는 슬롯으로 적어도 4개로 구성하고, 짝수로 구성하는 것이 바람직하다. 단, 본 발명은 한정된 배터리팩(30)으로 다수의 전동보장구(100)를 최대한 원할하게 운행하도록 배터리팩(30)의 충전 속도를 제어하여 적시에 제공해주는 것이므로, 이에 맞춰 배터리충전부(210)의 개수를 결정하는 것이 바람직하다. 배터리충전부(210)는 배터리교환기(200)를 구성하는 몸체(도면부호 미기재)의 전면에 배터리팩(30)이 삽입 안착되는 홈 형상으로 구성되며, 상기 홈은 배터리팩(30)의 형상에 대응되는 형상을 갖는다. 홈의 전면으로는 홈을 개폐시키는 개폐부가 구성될 수 있다. 개폐부의 구성시 배터리팩(30) 자체는 습기에 노출되면 배터리팩(30)의 수명이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로 개폐부가 홈 내부를 밀폐하도록 구성하는 것이 바람직하다.
배터리충전부(210)에 장착되는 배터리팩(30)는 배터리충전부(210) 내부의 충전단자(미도시)와 연결되어 충전되며, 충전단자는 충전기(220)와 전기적으로 연결된 배터리커넥터(270)와 연결되거나 배터리커넥터(270) 자체에 형성된 충전단자일 수 있다. 따라서, 배터리충전부(210)는 배터리커넥터(270)를 포함하는 것으로도 이해할 수 있으므로, 이하의 설명에서는 배터리충전부(210)는 배터리커넥터(270)를 포함한 것으로 이해하도록 한다.
충전기(220)는 배터리충전부(210)에 장착된 배터리팩(30)를 충전하기 위한 것으로 배터리팩(30)의 용량에 따라 기 설정된 정격용량을 출력하는 충전기(220)가 사용된다. 일례로 10A의 충전기(220)가 시용될 경우 하기의 공식에 의해 용량 20Ah의 배터리팩(30)의 경우 완충까지 약 2시간 정도가 소요된다.
충전속도(h) = 배터리 용량(Ah) / 충전기 암페어(A)
스위칭부(230)는 배터리충전부(210)와 충전기(220) 사이에 연결되는 것으로, 보다 정확히는 배터리충전부(210)에 연결된 배터리커넥터(270)와 충전기(220) 사이에 연결되어 배터리커넥터(270)와 충전기(220) 사이를 스위칭한다. 스위칭 동작은 후술할 교환기제어부(260)에 의해 수행되며, 스위칭 제어를 통해 배터리팩(30)의 완속 충전 및 급속 충전을 수행할 수 있다.
기본적인 배터리 충전 모듈은 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 배터리충전부(210)와 이에 연결된 배터리커넥터(270), 하나의 충전기(220) 및 배터리커넥터(270)와 충전기(220) 사이를 연결하는 스위칭부(230)로 구성된다.
표시부(240)는 배터리충전부(210)의 사용여부 및 충전상태 등을 나타낸다. 즉, 배터리교환기(200) 몸체의 상부에 디스플레이부로 구성하고 사용중인 배터리충전부(210)를 디스플레이부에 나타내거나, 사용중인 배터리충전부(210)에 장착된 배터리팩(30)의 충전량 및 완속과 급속에 따른 충전 잔여 시간 등을 나타낼 수 있다. 예컨데, '1번 배터리충전부 완속 충전중', '완속 충전 완료 잔여시간 1시간 ', '급속 충전으로 변경시 충전 완료 잔여시간 30분' 등의 메시지 등으로 나타낼 수 있다. 또는 사용중인 배터리충전부(210)의 둘레부나 개폐부의 전면부에 점등부 등을 구성하고 충전중일 경우이거나 50% 미만 충전시에는 빨간색 점등, 50% 이상 충전시에는 경우 파란색 점등, 완충시에는 녹색 점등이 되도록 구성할 수 있다. 또는 안내 음성이 같이 출력되도록 구성할 수 있으며, 안내 음성 출력을 위한 버튼부 등을 별도로 구비할 수도 있다.
교환기통신부(250)는 백엔드 서버(300)와 상호 간 무선 통신을 위해 구성되며, 배터리교환기(200)는 교환기통신부(250)를 통해 배터리충전부(210)의 사용여부를 나타내는 사용정보(S2)와 배터리충전부(210)에서 충전중인 배터리의 충전 잔여시간을 나타내는 충전정보(S3) 등을 백엔드 서버(300)로 전송한다. 사용정보(S2)는 다수의 배터리충전부(210) 중 사용하는 배터리충전부(210)와 미사용중인 배터리충전부(210)에 대한 식별 정보이다. 충전정보(S3)에는 완속 충전시 완충까지의 잔여시간 및 완속 충전 상태에서 급속 충전으로 변경시 완충시까지의 잔여시간 정보가 포함될 수 있다.
교환기제어부(260)는 전술한 사용정보와 충전정보를 기설정된 시간 간격 또는 일정 주기마다 체크하여 저장하고, 저장된 사용정보와 충전정보를 교환기통신부(250)를 통해 백엔드 서버(300)로 전달한다. 또한, 교환기제어부(260)는 후술할 백엔드 서버(300)로부터 배터리충전부(210)의 충전속도에 대한 제어정보를 수신받아 배터리충전부(210)의 충전속도를 제어한다. 즉, 완속 충전 중 급속 충전에 대한 제어정보를 수신받으면 스위칭부(230)를 제어하여 급속 충전 모드로 변경하고, 급속 충전 중 완속 충전에 대한 제어정보(R2)를 수신받으면 마찬가지로 스위칭부(230)를 제어하여 완속 충전 모드로 변경한다. 제어정보(R2) 및 제어정보(R2)에 따른 진행상황은 표시부(240)를 통해 나타낼 수 있다.
한편, 완속과 급속 충전을 위해 배터리충전부(210)는 짝수로 구성되어 하나의 배터리충전부(210)에 하나의 충전기(220)가 연결되고, 두 개의 배터리충전부(210)와 충전기(220)가 한 조를 구성하여 각 조의 배터리충전부(210)와 충전기(220)사이에는 제어정보에 따라 동작하는 스위칭부(230)가 연결되도록 구성한다. 이때, 스위칭부(230)를 통해 완속 충전시에는 하나의 배터리충전부(210)에 하나의 충전기(220)가 연결되고 급속 충전시에는 하나의 배터리충전부(210)에 한 조에 포함된 두 개의 충전기(220)가 모두 연결되도록 구성한다.
백엔드 서버(300)는 중앙통신부(310) 및 중앙제어부(320)를 포함한다. 중앙통신부(310)를 통해 배터리교환기(200)와 배터리교환기(200)를 사용하는 복수의 전동보장구(100) 사이에 각각 통신 연결된다. 이때, 중앙통신부(310)와 전동보장구(100) 상호 간은 무선 통신으로 연결될 수 밖에 없으며, 중앙통신부(310)와 교환기통신부(250) 상호 간은 무선 또는 유선 통신으로 연결될 수 있다.
백엔드 서버(300)의 중앙제어부(320)는 각각의 전동보장구(100)로부터 전송받은 배터리정보와 배터리교환기(200)로부터 전송받은 사용정보 및 충전정보를 수신하여 계산 및 분석하고, 이를 통해 전동보장구(100)로 해당 배터리교체정보를 전송하며, 배터리충전부(210)의 충전속도를 완속 또는 급속으로 조정하는 제어정보를 생성하여 배터리교환기(200)로 전송한다. 완속 및 급속에 대한 제어정보는 전술한 배터리정보, 사용정보 및 충전정보를 토대로 분석한 정보이다.
전술한 본 발명인 전동보장구(100)의 배터리 교환 시스템을 적용한 전동보장구(100)의 배터리 교환 방법을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같으며, 기본적인 구성 및 동작 설명 등은 전술한 전동보장구(100)의 배터리 교환 시스템에 대한 설명을 참조할 수 있으므로 동작 상태에 대해서만 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동보장구(100)의 배터리 교환 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 전동보장구(100)는 단계 S110에서 2 개의 착탈식 배터리팩(22, 24)를 장착하여 사용하는 전동보장구(100)의 배터리 교체시기에 대한 배터리정보를 백엔드 서버(300)로 전송한다.
또한, 배터리교환기(200)는 단계 S120에서 구비된 배터리충전부(210)의 사용여부에 대한 사용정보와 배터리충전부(210)에서 충전중인 배터리팩(22, 24)의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 백엔드 서버(300)로 전송한다.
백엔드 서버(300)는 단계 S130에서 전송된 배터리정보, 사용정보 및 충전정보를 통해 배터리팩(22, 24)의 교체시기에 대한 배터리교체정보 및 배터리교체정보에 따른 배터리충전부(210)의 충전속도를 조정하기 위한 제어정보를 생성한다.
백엔드 서버(300)는 단계 S140에서 상기 생성된 배터리교체정보를 전동보장구(100)로 전송하고, 단계 S150에서 상기 생성된 제어정보를 배터리교환기(200)로 전송한다.
배터리교환기(200)는 단계 S160에서 전송된 제어정보에 따라 배터리충전부(210)의 충전속도를 조정한다. 이 경우, 배터리교환기(200)는 하나의 배터리충전부(210)에 한 개의 충전기(220)를 연결하는 완속 스위칭 및 하나의 배터리충전부(210)에 두 개의 충전기(220)를 연결하는 급속 스위칭을 선택적으로 수행할 수 있다.
전동보장구(100)의 배터리 교환 방법의 다른 실시예를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동보장구(100)의 배터리 교환 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 전동보장구(100)는 단계 S210에서 2개의 착탈식 배터리팩(22, 24)를 장착하여 사용하는 전동보장구(100)의 배터리팩의 잔량을 감지하고, 단계 S215에서 배터리 잔량 정보를 백엔드 서버(300)로 전송한다.
또한, 전동보장구(100)는 단계 S220에서 배터리 교환 예정 시간을 계산한다. 전동보장구(100)는 예컨대, 내부에 탑재된 배터리팩의 잔량정보를 감지하고 상기 감지된 배터리의 잔량정보를 기초로 배터리의 교환을 위한 교환예정시간을 계산할 수 있다.
배터리 교환 예정시간은 전동보장구(100)가 배터리의 잔량정보에 따라 배터리를 교체하기 위해 배터리 교환기(200)에 도착하기까지 걸리는 시간을 나타낸다. 이어서, 전동보장구(100)는 단계 S230에서 상기 배터리 교환 예정시간을 백엔드 서버(300)으로 전송한다.
백엔드 서버(300)는 단계 S235는 각각의 전동보장구(100)의 제1 및 제2 방전된 배터리팩(22, 24) 배터리 교환 시점을 아래와 같이 도출할 수 있다.
제1 전동보장구: 1시간 후 배터리 교체 필요
제2 전동보장구 : 1시간 30분 후 배터리 교체 필요
제3 전동보장구 : 4시간 후 배터리 교체 필요
그에 따라, 백엔드 서버(300)는 상기 전동보장구(100)으로부터 배터리 잔량정보를 취합하고, 상기 배터리 잔량정보에 따라 상기 전동보장구(100)마다 주행가능거리를 계산하여 배터리 교환시점을 도출할 수 있다.
또한, 배터리 교환기(200)는 단계 S240에서 배터리 교환기(200)의 예비 배터리 충전 상태를 확인하고, 단계 S245에서 백엔드 서버(300)로 예비 배터리 충전 정보를 전송한다.
예컨대, 배터리교환기(200)에는 적어도 2개의 배터리팩 즉, 제1 및 제2 교체 배터리팩(32, 34)이 구비된다. 제1 및 제2 교체 배터리팩(32, 34)의 용량은 20Ah이며, 10A의 충전기를 사용한다.
이에 따라, 백엔드 서버(300)는 현재 충전중인 제1배터리충전부(211)와 제3배터리충전부(213)의 배터리팩(30)가 50% 충전된 상태로 지속적으로 완속 충전을 한다면 완충되기까지 1시간 정도가 소요됨을 인지한다.
제1배터리충전부에 장착된 배터리: 완충까지 1시간 소요
제3배터리충전부에 장착된 배터리: 완충까지 1시간 소요
이 경우 1시간 후 하나의 전기보장구(100)가 배터리팩을 교환시 하나의 전동보장구가 반납한 배터리는 완속 모드로 충전시 2시간이 소요되어, 1시간 30분 후 배터리팩(30) 교환이 필요한 다른 전동보장구(100)에는 배터리팩(30)를 공급할 수 없게 된다.
백엔드 서버(300)는 상기 배터리 교환기(200)로 예비배터리의 충전정보를 취합할 수 있다. 이후, 백엔드 서버(300)는 상기 수신된 교환예정시간에 도착을 요청하기 위한 교환예정시간 도착요청 메시지를 상기 전동보장구(100)로 전송할 수 있다.
백엔드 서버(300)는 배터리를 교체할 배터리 교환기(200)의 예비배터리가 충전되지 않은 상태인 경우 상기 전동보장구(100)가 배터리 교환기(200)에 도착하기 전까지 상기 배터리팩이 완전 충전되도록 충전지시를 상기 배터리 교환기(200)로 송신할 수 있다.
배터리 교환기(200)는 배터리 교환 예정시간과 예비배터리의 충전상태를 확인하여, 상기 배터리 교환 예정시간을 전송한 각 전동보장구(100)로 백엔드 서버(300)를 통해 도착예정시간 단축요청 메시지를 전송할지를 결정할 수 있다.
한편, 전동보장구(100)는 상기 배터리 교환 예정시간을 배터리 교환기(200)로 전송한 이후에 단계 S255에서 상기 배터리 교환 예정시간에 도착 불가를 나타내는 도작예정시간 지연메시지를 백엔드 서버(300)를 통해 상기 배터리 교환기(200)로 전송할 수 있다.
이후, 백엔드 서버(300)는 단계 S260에서 배터리 교환기(200)으로 충전 제어 명령을 전송할 수 있다.
예컨대, 백엔드 서버(300)는 배터리교환기(200)의 스위칭부(230)를 스위칭하여 급속 충전 또는 완속 충전을 제어할 수 있다. 그에 따라, 배터리팩(22, 14)의 교체가 필요한 전동보장구(100)는 방전된 2개의 배터리팩(22, 24)를 모두 반납하고, 완충된 2개의 배터리팩(32, 34)만 탑재하여 전동보장구(100)의 운행 정지 상황을 해결할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
22, 24: 제1 및 제2 배터리팩
32, 34: 제1 및 제2 교체 배터리팩
100 : 전동보장구 200 : 배터리교환기
300 : 백엔드 서버

Claims (5)

  1. 사용중인 배터리의 교체시기에 대한 배터리 정보를 전송하고, 전송된 상기 배터리 정보를 이용해 계산된 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리교체정보를 수신하여 표시하는 전동보장구;
    배터리충전부를 구비하며, 상기 배터리충전부의 사용여부에 대한 사용정보와 상기 배터리충전부에서 충전중인 배터리팩의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 전송하고, 상기 배터리충전부의 충전속도에 대한 제어정보를 수신받아 상기 배터리 충전부의 충전속도를 컨트롤하는 배터리교환기; 및
    상기 배터리교환기와 상기 배터리교환기를 사용하는 상기 전동보장구에 연결되며, 상기 전동보장구로부터 전송받은 상기 배터리 정보와 상기 배터리교환기로부터 전송받은 상기 사용정보 및 충전정보를 통해 계산된 상기 배터리 교체정보를 해당되는 상기 전동보장구로 전송하고 상기 배터리충전부의 충전속도를 완속 또는 급속으로 조정하는 상기 제어정보를 상기 배터리교환기로 전송하는 백엔드 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동보장구의 배터리 교환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리충전부는 짝수로 구성되어 하나의 배터리충전부에 하나의 충전기가 연결되고,
    두 개의 상기 배터리충전부와 충전기가 한 조를 구성하여 각 조의 상기 배터리충전부와 충전기 사이에는 상기 제어정보에 따라 동작하는 스위칭부가 연결되며,
    상기 스위칭부를 통해 완속 충전시에는 하나의 배터리충전부에 하나의 충전기가 연결되고 급속 충전시에는 하나의 배터리충전부에 한 조에 포함된 두 개의 충전기가 모두 연결되는 것을 특징으로 하는 전동보장구의 배터리 교환 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전동보장구는 배터리팩의 잔량정보를 상기 백엔드 서버로 전송하고,
    상기 백엔드 서버는 상기 감지된 배터리의 잔량정보를 기초로 배터리팩의 교환을 위한 교환예정시간을 계산하여 상기 배터리 교환기로 전송하며,
    상기 백엔드 서버는 상기 배터리 교환 예정시간을 상기 배터리 교환기로 전송한 이후에 상기 배터리 교환 예정시간에 도착 불가를 나타내는 도작예정시간 지연메시지를 백엔드 서버를 통해 상기 배터리 교환기로 전송하는 것을 전동보장구의 배터리 교환 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리교환기에는 상기 배터리충전부의 사용여부 및 충전상태를 나타내는 표시부가 더 구비되는 전기보장구의 배터리 교환 시스템.
  5. 배터리 교환 시스템에서 전기보장구의 배터리 교환 방법에 있어서,
    상기 전기보장구가 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리정보를 백엔드 서버로 전송하는 단계;
    배터리 교환기가 배터리충전부의 사용여부에 대한 사용정보와 상기 배터리충전부에서 충전중인 배터리의 충전 잔여시간에 대한 충전정보를 상기 백엔드 서버로 전송하는 단계;
    상기 백엔드 서버가 상기 전송된 상기 배터리정보, 사용정보 및 충전정보를 통해 상기 배터리팩의 교체시기에 대한 배터리교체정보 및 상기 배터리교체정보에 따른 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하기 위한 제어정보를 생성하는 단계;
    상기 백엔드 서버가 상기 배터리교체정보를 상기 전동 보장구로 전송하고, 상기 제어정보를 상기 배터리 교환기로 전송하는 단계; 및
    상기 배터리 교환기가 상기 전송된 상기 제어정보에 따라 상기 배터리충전부의 충전속도를 조정하는 단계;를 포함하는 전동보장구의 배터리 교환 방법.
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