KR101904225B1 - The hydrogen fuel cell drone equipped with the hybrid controller - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론에 관한 것으로서, 연료전지를 사용하여 비행하는 드론에 있어서, 드론에 구비되어 연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지와 상기 드론에 구비되어 전력을 공급하는 2차 전지와 상기 연료전지의 상태정보와 상기 2차 전지의 상태정보를 입력받아 상기 연료전지와 상기 2차 전지의 전력 사용여부 또는 2차 전지의 충전여부를 제어하는 하이브리드 컨트롤러 및 상기 하이브리드 컨트롤러의 판단에 따라 작동하는 구동제어시스템을 포함하여 구성되어 연료전지와 2차 전지의 전력을 효율적으로 관리하여 무게대비 비행시간을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen fuel cell drone equipped with a hybrid controller, and more particularly, to a drones that fly by using a fuel cell, which comprises a fuel cell provided in a drone and supplied with hydrogen from a fuel tank to produce electricity, A hybrid controller which receives status information of the fuel cell and status information of the secondary battery and controls whether the fuel cell and the secondary battery are powered or whether the secondary battery is charged; And a hybrid controller for controlling the electric power of the fuel cell and the secondary battery to increase the flight time with respect to the weight of the hybrid fuel cell, It is about drone.
Description
본 발명은 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론에 수소 연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지와 전력을 공급하는 2차 전지와 상기 연료전지의 상태정보와 상기 2차 전지의 상태정보를 입력받아 상기 연료전지와 상기 2차 전지의 전력 사용여부 또는 2차 전지의 충전여부를 제어하는 하이브리드 컨트롤러 및 상기 하이브리드 컨트롤러의 판단에 따라 작동하는 구동제어시스템을 포함하여 구성되어 연료전지와 2차 전지의 전력을 효율적으로 관리하여 무게 대비 비행시간을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론에 관한 기술분야이다.The present invention relates to a hybrid fuel cell drones having a hybrid controller, a fuel cell for supplying hydrogen from a hydrogen fuel tank and generating electricity, a secondary battery for supplying electric power, And a drive control system that operates according to the determination of the hybrid controller. The fuel cell system includes a fuel cell and a secondary battery, The present invention relates to a hydrogen fuel cell drone equipped with a hybrid controller having an effect of efficiently managing the electric power of a battery and increasing flight time to weight.
물체가 비행을 하기 위해 요구되는 것은 지면으로부터 수직 방향으로 작용하는 양력이다.What is required for an object to fly is the lift acting in a vertical direction from the ground.
한편, 드론은 프로펠러나 로터를 회전시켜 발생하는 추력을 지면으로부터 수직 방향으로 두어 양력을 발생시키는 회전익기 타입으로 구성된다.On the other hand, the drone is composed of a rotary wing type in which a thrust generated by rotating a propeller or a rotor is vertically arranged from the ground to generate lift.
덧붙여, 상기 회전익기 타입은 고정익기 타입에 비해 양력을 발생시키기 위한 동력이 적게 들고 호버링이라 불리는 제자리비행, 저속비행, 수직이착륙과 같은 고정익기로는 불가능한 비행동작이 가능하며, 따라서 장시간 다양한 임무를 수행하기 위한 무인항공기에 적합한 비행타입으로 선호되고 있다.In addition, the above-mentioned rotary wing type type has less power to generate lifting force than the fixed wing type, and it is possible to perform a flight operation impossible with a fixed wing such as in-situ flying, low-speed flying and vertical takeoff and landing called hovering. Which is suitable for unmanned aerial vehicles.
한편, 드론의 비행시간을 늘리기 위해서는 드론에 구비되는 에너지원의 보유량의 증가가 필요하게 되었고, 배터리로 사용되는 2차 전지는 용량을 늘리게 되면 부피와 무게가 증가하게 되며, 이는 드론의 무게와 부피가 증가하게 되는 영향을 주게 된다.Meanwhile, in order to increase the flight time of the drones, it is necessary to increase the amount of the energy source to be provided to the drones. When the capacity of the secondary battery is increased, the volume and weight of the secondary battery are increased. The increase in the number of users is increased.
이때, 드론의 무게가 증가하게 되면 로터에서 비행을 위해 발생하는 양력의 크기를 증가시켜야 하고, 따라서, 양력을 발생시키는 로터와 로터를 구동시키는 구동부의 크기도 커지게 됨에 따라 전체적인 드론의 무게와 부피가 증가하는 결과를 초래하게 된다.In this case, as the weight of the drone increases, the magnitude of the lift generated for the flight in the rotor must be increased. Therefore, as the size of the driving part for driving the rotor and the rotor for generating the lift becomes larger, Resulting in an increase in the number of users.
따라서, 드론의 무게를 많이 증가시키지 않고, 비행 및 임무수행 시간을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need to develop a technique that can increase flight and mission time without increasing the weight of the drones.
다음은 드론의 무게를 많이 증가시키지 않고, 비행 및 임무시간을 증가시키기 위한 드론에 관한 대표적인 종래기술들이다.The following are representative prior art techniques for drones to increase flight and mission time without significantly increasing the weight of the drones.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0104405호는 무인헬리콥터의 하이브리드 전력 공급 장치에 관한 발명으로 대용량의 배터리 대신에 최소 용량의 배터리와 내연기관을 함께 구비하여, 내연기관에서 생성된 전력을 통하여 탑재된 배터리를 지속적으로 충전시키고, 비행은 내연기관에서 생성되는 동력을 통하여 이루어지게 됨에 따라 드론에 구비되는 장치들의 구동에 필요한 전력과 비행하기 위한 동력이 별도로 구성되어 드론의 몸체의 무게를 감소시키는 하이브리드 시스템에 관한 기술이 제시되고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0104405 is an invention related to a hybrid power supply device for an unmanned helicopter, in which a battery having a minimum capacity and an internal combustion engine are provided in place of a large capacity battery, As the battery is continuously charged and the flight is made through the power generated by the internal combustion engine, the power required for driving the devices provided in the drones and the power for flying are separately configured to reduce the weight of the drones. Is presented.
대한민국 등록특허공보 제10-1403713호는 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템 및 그 방법에 관한 발명으로 드론에 구비된 각종 전자 기기를 구동하기 위한 2차 전지와 2차 전지에 전원을 공급하는 DMFC연료전지를 구비하고 상기 2차 전지의 상태를 주기적으로 분석하여 DMFC연료전지에서 생성된 전력을 사용하여 충전하되 2차 전지의 충전량이 일정수준 이하로 떨어지게 되면 비상착류 하도록 하는 하이브리드 시스템에 관한 기술이 제시되고 있다.Korean Patent Registration No. 10-1403713 discloses a DMFC fuel cell system for supplying power to a quadrotor and a method for the same. The DMFC fuel cell system includes a secondary battery for driving various electronic devices provided in the drones, The DMFC fuel cell is provided with a DMFC fuel cell, and the state of the secondary battery is periodically analyzed to charge the DMFC fuel cell using electric power generated by the DMFC fuel cell. When the charged amount of the secondary cell drops below a predetermined level, Technology is presented.
그러나 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0104405호는 드론의 무게를 많이 증가시키지 않고 비행시간을 증가시키기 위하여 최소용량의 배터리를 사용하고, 상기 배터리의 전력을 함께 구비된 내연기관에서 생성되는 전력으로 충전하도록 하였으나, 드론에 구비된 내연기관으로 인하여 동체에 떨림이 발생하게 되어 호버링과 같은 정지비행시 비행이 불안정해지는 문제점이 발생하였으며, 이를 해결하기 위하여 진동 감쇠 장치를 추가함으로 인하여 드론의 무게가 증가하게 되는 문제점이 발생하였어.However, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0104405 uses a minimum capacity battery in order to increase the flight time without increasing the weight of the drones, and uses the power of the battery as power generated in the internal combustion engine However, since the internal combustion engine provided in the dron generates vibration, there is a problem that the flight becomes unstable during stop flight such as hovering. To solve this problem, the weight of the dron increases due to the addition of the vibration damping device There was a problem.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1403713호는 비행시간을 증가시키기 위하여 2차 전지와 연료전지를 함께 구비하되, 드론의 비행을 위한 동력부에 공급되는 에너지는 2차 전지에 충전된 전력으로만 공급되고, 상기 2차 전지의 소모된 전력을 연료전지에서 생성되는 전력으로 충전토록 구성하였으나,Korean Patent Registration No. 10-1403713 discloses a fuel cell system in which a secondary battery and a fuel cell are provided together to increase flight time, and energy supplied to a power unit for flying the drones is supplied only by electric power charged in the secondary battery And the consumed power of the secondary battery is configured to be charged by the power generated by the fuel cell. However,
상기 2차 전지의 충전량이 일정 수준 이하로 떨어지게 되면 비상착륙을 하도록 구성됨에 따라 연료전지에서 생성되는 전력량이 불균일하게 되면, 시간당 2차 전지에 충전되는 전력량보다 소모되는 전력량이 더 많아지게 되고, 시간이 지남에 따라 상기 2차 전지의 충전량이 일정수준 이하로 떨어지게 되면 비상착륙을 하게 되어 비행을 지속할 수 없어 연료전지에 남아 있는 연료를 사용하여 비행하기 위한 동력을 생성할 수 있음에도, 에너지원의 관리가 효율적이지 못하여 비행거리가 구비된 에너지원에 비해 증가하지 못한 문제점이 있었다.When the amount of charge of the secondary battery drops below a predetermined level, the amount of power consumed by the secondary battery per hour becomes larger as the amount of power generated by the fuel cell becomes uneven due to the emergency landing, If the amount of charge of the secondary battery drops below a predetermined level as a result of this, the aircraft can not continue the flight due to an emergency landing, so that power for flying can be generated using the fuel remaining in the fuel cell. There is a problem that the management is not efficient and the flying distance is not increased as compared with the energy source having the flying distance.
따라서, 연료전지와 2차 전지를 구비하되 에너지원을 효율적으로 사용하도록 하여 드론의 무게를 많이 증가시키지 않고도 비행 및 임무시간을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to develop a technology capable of increasing the flight and mission time without increasing the weight of the drones by providing a fuel cell and a secondary battery but efficiently using the energy source.
본 발명에 의한 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론은 상기의 종래기술에 따른 문제점들을 해결하고자 안출된 기술로서 종래기술은 비행시간을 늘리기 위해서는 대용량의 배터리 또는 내연기관을 구비함에 따라 많은 무게가 증가하거나, 연료전지와 2차 전지를 구비하였으나 드론의 비행에 필요한 에너지원을 2차 전지에서만 공급하도록 구성하여 에너지원의 관리가 효율적이지 못하여 구비된 에너지원에 비하여 비행거리가 증가하지 못했던 문제점이 발생하여,The hydrogen fuel cell drone equipped with the hybrid controller according to the present invention has been developed to solve the problems of the related art, and the prior art has a large capacity battery or internal combustion engine in order to increase the flying time, Or a fuel cell and a secondary battery. However, since the energy source necessary for flying the drones is supplied only from the secondary battery, the management of the energy source is not efficient and the flying distance is not increased compared to the energy source provided So,
본 발명은 이에 대한 해결점을 제시하고자, 드론의 비행에 필요한 에너지원의 공급을 2차 전지뿐만 아니라 연료전지에서도 공급하도록 하여 에너지원을 효율적으로 관리하여, 드론의 무게를 많이 증가시키지 않고도 비행 및 임무시간을 증가시킬 수 있는 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.In order to solve this problem, the present invention provides a solution to this problem by supplying the energy source necessary for the flight of the drones not only to the secondary battery but also to the fuel cell so as to efficiently manage the energy source, And it is a main object of the present invention to provide a hydrogen fuel cell drone equipped with a hybrid controller capable of increasing the time.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자 구동제어시스템을 구비한 상태로 비행하는 드론에 있어서, 드론에 구비되어 연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지; 상기 드론에 구비되어 전력을 공급하는 2차 전지; 상기 연료전지의 상태정보와 상기 2차 전지의 상태정보를 입력받아 상기 연료전지와 상기 2차 전지의 전력 사용여부 또는 2차 전지의 충전여부를 제어하면서, 상기 연료전지에서 생성된 전력이 상기 2차 전지의 충전을 위하여 공급됨과 동시에 상기 구동제어시스템에 공급될 수 있도록 제어하는 하이브리드 컨트롤러를 포함하며, 상기 하이브리드 컨트롤러에는 상기 연료전지에서 생성된 전력을 입력받아, 해당 연료전지(20)에서 생성되고 있는 전력을 분석하는 연료전지 입력부; 상기 2차 전지로부터 전력을 입력받아, 해당 2차 전지의 전압과 전류를 분석하여, 2차 전지의 충전량을 분석하는 2차 전지 입력부; 상기 연료전지 입력부와 2차 전지 입력부에서 공급된 전력을 상기 구동제어시스템으로 공급하는 전력 출력부; 상기 연료전지 입력부의 전력과 상기 2차 전지 입력부의 전력을 상기 전력 출력부에 연결시키는 전력 제어부; 상기 구동제어시스템으로부터 상기 전력 출력부에 요구되는 전력이 상기 연료전지에서 생성되는 전력의 시간당 생산할 수 있는 최대량보다 많고, 상기 2차 전지의 충전된 전력이 방전 상태인 것으로 판단되면, 상기 드론을 긴급 비행모드로 작동시켜, 상기 전력 제어부에 명령을 전달함으로써, 상기 드론이 낙하산을 포함하는 안전장치를 작동시키면서, 비상착륙을 이룰 수 있도록 하는 전력 비교부가 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론을 제시한다.The present invention is directed to a drones that fly with a drive control system in order to realize the above-described object, comprising: a fuel cell provided in a drone to supply hydrogen from a fuel tank to produce electricity; A secondary battery provided in the drones to supply electric power; Wherein the control unit controls the fuel cell and the secondary battery in accordance with the state information of the fuel cell and the state information of the secondary battery, And a hybrid controller for controlling the hybrid controller to be supplied to the drive control system while being supplied for charging the battery cell. The hybrid controller receives the electric power generated by the fuel cell and generates the electric power from the fuel cell A fuel cell input unit for analyzing the power; A secondary battery input unit for receiving power from the secondary battery and analyzing a voltage and a current of the secondary battery to analyze the charged amount of the secondary battery; A power output unit for supplying power supplied from the fuel cell input unit and the secondary battery input unit to the drive control system; A power control unit for connecting the power of the fuel cell input unit and the power of the secondary battery input unit to the power output unit; If it is determined that the electric power required from the drive control system is greater than the maximum amount of electric power generated in the fuel cell per hour generated by the fuel cell and that the charged electric power of the secondary battery is in a discharged state, And a power comparator operable in a flight mode to transmit an instruction to the power control unit so that the drones can operate the safety device including the parachute while achieving an emergency landing. Present a fuel cell drones.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료 전지 드론은 비행을 하기 위한 에너지원으로 연료전지와 2차전지를 에너지원으로 구비하되, 2차전지의 잔류 전력을 측정하여 소모된 전력에 대하여 연료전지에서 생성되는 전력을 통하여 충전하도록 하여 드론의 무게를 많이 증가시키지 않고도 비행 및 임무시간을 증가시킬 수 있고,The hydrogen fuel cell drones provided with the hybrid controller according to the present invention have the fuel cell and the secondary battery as energy sources for flying, and measure the residual power of the secondary battery, Can be charged through electric power generated in the fuel cell to increase the flight and mission time without increasing the weight of the drones,
상기 연료전지에서 생성되는 전력을 상기 2차 전지의 충전뿐만 아니라 드론의 비행에 필요한 구동부의 에너지원으로도 사용할 수 있어, 구비된 에너지원을 효율적으로 사용하여 비행 및 임무시간을 더욱 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The power generated by the fuel cell can be used not only for charging the secondary battery but also as an energy source of a driving unit necessary for flying the drones so that the energy source can be efficiently used and the flight time and mission time can be further increased Effect can be obtained.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 전력 공급시스템의 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 하이브리드 컨트롤러의 작동 순서도.1 is a flowchart of a power supply system according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a flowchart illustrating an operation of a hybrid controller according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론에 관한 발명으로, 연료전지를 사용하여 비행하는 드론에 있어서, 드론에 구비되어 연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지(20)와 상기 드론에 구비되어 전력을 공급하는 2차 전지(10)와 상기 연료전지(20)의 상태정보와 상기 2차 전지(10)의 상태정보를 입력받아 상기 연료전지(20)와 상기 2차 전지(10)의 전력 사용여부와 2차 전지의 충전여부를 판단하는 하이브리드 컨트롤러(30) 및 상기 하이브리드 컨트롤러(30)의 판단에 따라 작동하는 구동제어시스템(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hydrogen fuel cell drone equipped with a hybrid controller, which comprises a fuel cell (20) provided in a drone and supplied with hydrogen from a fuel tank to produce electricity, (20) and the secondary battery (10) by receiving state information of the fuel cell (20) and state information of the secondary battery (10) 10, a
상기와 같은 특징을 통하여, 종래의 비행 및 임무시간을 증가시키되 드론의 무게 또한, 많이 증가하였던 문제점과, 2차전지와 연료전지를 사용하여 무게 증가를 감소시켰으나 에너지원의 효율적인 관리가 이루어지지 않아 구비된 에너지원에 비해 비행 및 임무 시간이 충분히 늘어나지 않았던 문제점을 해결하고자 한다.With the above-described features, the conventional flying and mission time is increased but the weight of the drone is also increased. Also, the weight increase is reduced by using the secondary battery and the fuel cell, but the energy source is not efficiently managed And to solve the problem that flight and mission time did not increase sufficiently compared to the energy source provided.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론의 실시 예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of a hydrogen fuel cell drone having a hybrid controller according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선 본 발명의 연료전지(20)는First, the
드론에 구비되어 연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기를 생산하는 것으로, 연료전지(20)에 수소를 공급하게 되면 대기중의 산소와 반응하게 되어 에너지를 발생하게되고 이때 발생되는 에너지를 전기로 바꾸는 것이다.When the hydrogen is supplied to the
보다 상세하게 설명하면, 연료전지(20)는 수소를 공기 중의 산소와 화학반응을 시켜 전기를 생성하는 동력원으로, 물을 전기분해하면 수소와 산소로 분해되고, 반대로 수소와 산소를 결합시켜 물을 만들면 에너지가 발생하게 되며, 이때 발생하는 에너지를 전기형태로 변환할 수 있어 이를 이용하여 전기를 생성하는 원리이다.More specifically, the
이때, 상기 연료전지(20)의 구성은 전해물질 주위에 서로 맞붙어 있는 두 개의 전극봉으로 구성되어 있으며, 공기 중의 산소가 한 전극을 지나고 수소가 다른 전극을 지나게 되면, 전기 화학반응을 하게 되고 이때 전기와, 물, 열이 생성된다.At this time, the structure of the
화학반응에 의해 전기를 발생시키는 점에서 일반전지와 비슷하지만, 연료전지는 반응물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급받게 되면 일반전지와 달리 충전이 필요 없게 되고, 연료가 공급되는 한 전기를 발생시키게 된다.It is similar to a general cell in that it generates electricity by chemical reaction. However, unlike ordinary cells, when fuel cells are supplied with hydrogen and oxygen, which are reaction materials, they do not need to be charged and generate electricity as long as fuel is supplied do.
따라서, 본 발명의 연료전지(20)는 함께 구비된 연료탱크로부터 수소를 공급받도록 구성되어 대기중의 산소와 화학반응을 통하여 전기를 생성하게 되고 이때 상기 연료전지(20)에서 단위시간당 생성되는 전기의 량이 연료전지(20)의 전력이 된다.Accordingly, the
한편, 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력은 후에 상세히 서술되는 하이브리드 컨트롤러(30)의 작동에 따라 후에 상세히 서술될 구동제어시스템(40)에 공급되어 상기 드론이 비행할 수 있도록 양력을 생성하는 로터를 회전시키는 구동장치의 에너지원으로 공급되거나, 후에 상세히 서술되는 2차 전지(10)에 충전되도록 구성될 수 있다.On the other hand, the electric power generated in the
또한, 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력은 상기 드론에 구비된 촬영장치와 같은 보조장비들을 작동시키기 위한 에너지원으로 공급되거나 드론의 비행에 필요한 통신장비의 에너지원으로 공급될 수 있다.Also, the power generated by the
이때, 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력의 사용은 후에 상세히 서술되는 하이브리드 컨트롤러(30)를 통하여 조절되며, 연료전지(20)에서 생성된 전력은 상기 2차 전지(10)의 충전을 위하여 공급됨과 동시에 상기 구동제어시스템(40)에 공급될 수 있다.At this time, the use of the electric power generated in the
다음으로, 본 발명의 2차 전지(10)는Next, the
드론에 구비되어 전력을 공급하며, 상기 2차 전지(10)에 충전된 전력은 상기 하이브리드 컨트롤러(30)의 작동에 따라, 상기 구동제어시스템(40)에 공급되어 상기 드론이 비행할 수 있도록 양력을 생성하는 로터를 회전시키는 구동장치의 에너지원으로 공급될 수 있다.And the electric power charged in the
또한, 상기 드론에 구비된 촬영장치와 같은 보조장비들을 작동시키기 위한 에너지원으로 공급되거나 드론의 비행에 필요한 통신장비의 에너지원으로 공급될 수 있다.Also, it can be supplied as an energy source for operating ancillary equipment such as a photographing apparatus provided on the drones, or as an energy source for communication equipment required for flying the drones.
한편, 상기 2차 전지(10)는 사용시 충전된 전력을 소모하게 됨에 따라 이를 보충하기 위하여 상기 연료전지(20)로부터 전력을 공급받아 충전되도록 구성될 수 있으며, 상기 2차 전지(10)가 충전되는 도중에도 상기 구동제어시스템(40)에 전력이 공급될 수 있도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the
이때, 상기 2차 전지(10)의 충전된 전력의 사용 또는 상기 2차 전지(10)의 충전 여부의 판단은 상기 하이브리드 컨트롤러(30)를 통하여 조절될 수 있다.At this time, the use of the charged electric power of the
또한, 상기 2차 전지(10)로는 연축전지(납축전지), 니켈전지, 이온전지, 리튬이온전지, 폴리머전지, 리륨폴리머전지, 니켈 카드뮴전지 등이 사용될 수 있으며 충전을 통하여 반영구적으로 사용될 수 있는 전지들이 여기에 포함될 수 있다.The
다음으로, 본 발명의 하이브리드 컨트롤러(30)는Next, the
상기 연료전지(20)의 상태정보와 상기 2차 전지(10)의 상태정보를 입력받아 상기 연료전지(20)와 상기 2차 전지(10)의 전력 사용여부 또는 2차 전지(10)의 충전여부를 조절하도록 구성된다.The state information of the
보다 상세하게 설명하면, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 하이브리드 컨트롤러(30)에는 연료전지 입력부(32)가 구비되어 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력을 입력받아 상기 연료전지(20)에서 생성되고 있는 전력을 분석하는 역할을 한다.1 and 2, the
이때, 상기 연료전지 입력부(32)는 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력을 직접적으로 입력받거나 또는 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력이 출력 안정화 장치를 거쳐 일정한 전압으로 변환시킨 후에 입력받도록 구성될 수 있다.At this time, the fuel
즉, 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력의 전압과 전류의 상태를 분석하여 상기 연료전지(20)의 불량 여부 및 최대출력 등의 정보를 분석하게 된다.That is, the state of the voltage and current of the power generated by the
덧붙여, 상기 출력 안정화 장치는 연료전지(20)에서 생성된 전력의 전압을 안정화 시켜 줌으로 상기 드론에 상기 연료전지(20)로부터 공급되는 전력이 공급될 때, 전압이 안정적으로 유지되어 각 장치의 파손 또는 오작동을 예방할 수 있다.In addition, when the power supplied from the
또한, 상기 하이브리드 컨트롤러(30)에는 2차 전지 입력부(31)가 구비되어 2차 전지(10)로 부터 전력을 입력받아, 상기 2차 전지(10)의 전압과 전류를 분석하여 2차 전지(10)의 충전량을 분석하게 된다.The
이와 같이, 상기 하이브리드 컨트롤러(30)는 상기 연료전지 입력부(32)와 상기 2차 전지 입력부(31)에서 분석한 정보들을 토대로 상기 구동제어시스템(40)에 에너지원으로 연료전지(20)에서 생성된 전력과 2차 전지(10)에 충전된 전력을 각각 또는 함께 공급하거나 2차 전지(10)의 충전여부를 판단하여 각각의 전력의 사용을 조절하는 역할을 하게 된다.In this way, the
또한, 상기 하이브리드 컨트롤러(30)에는 전력 비교부(33), 전력 제어부(34), 전력 출력부(35), 2차 전지 충전부(36)가 포함되어 구성될 수 있다.The
보다 상세하게 설명하면, 상기 하이브리드 컨트롤러(30)는 전력 비교부(33)에서 상기 연료전지 입력부(32)와 2차 전지 입력부(31)의 각각의 전력 분석값과, 상기 구동제어시스템(40)으로부터 상기 전력 출력부(35)에 요구되는 전력 분석값을 전송받아 비교 판단하여 상기 전력 제어부(34)에 명령을 전달하도록 구성된다.More specifically, the
이때, 상기 전력 비교부(33)는 상기 구동제어시스템(40)에서 상기 전력 출력부(35)에 요구되는 전력이, 상기 연료전지(20)에서 생성되는 최대 전력 허용치의 미만일 경우 상기 연료전지(20)에서 사용되는 전력만 사용하여 상기 구동제어시스템(40)을 작동시키는 연료전지 비행모드가 작동될 수 있도록 상기 전력 제어부(34)에 명령을 전달할 수 있다.The
즉, 상기 연료전지(20)에서 생성되는 전력은 시간당 생산할 수 있는 최대량이 정해져 있으므로, 이를 만족하는 범위 내의 전력을 구동제어시스템(40)에서 요구하게 될경우 상기 연료전지(20)에서 생성되는 전력만으로 드론을 비행시킬 수 있는 것이다.That is, since the maximum amount of electric power generated by the
또한, 상기 전력 비교부(33)는 상기 구동제어시스템(40)으로부터 상기 전력 출력부(35)에 요구되는 전력이 상기 연료전지(20)에서 생성되는 전력의 시간당 생산할 수 있는 최대량보다 적다면,If the electric power required from the
상기 연료전지(20)에서 상기 구동제어시스템(40)에 공급되는 전력을 제외한 여분의 전력을 사용하여 상기 2차 전지(10)가 충전될 수 있도록 상기 전력 출력부(35)에서 후에 상세히 서술될 2차 전지 충전부(36)로 전력이 공급되는 충전 비행모드가 작동될 수 있도록 상기 전력 제어부(34)에 명령을 전달할 수 있다.Described below in detail in the
덧붙여, 상기 전력 비교부(33)는 상기 구동제어시스템(40)에서 상기 전력 출력부(35)에 요구되는 전력이 상기 연료전지(20)에서 생성되는 전력의 시간당 생산할 수 있는 최대량보다 많을 경우, 상기 2차 전지(10)의 충전된 전력을 측정하고 방전 상태가 아니라면,If the power demanded by the
상기 연료전지(20)에서 생성되는 전력과 상기 2차 전지(10)의 충전된 전력을 상기 전력 출력부(35)에 함께 공급하여 상기 구동제어시스템(40)을 작동시킬 수 있는 하이브리드 비행모드가 작동되도록 상기 전력 제어부(34)에 명령을 전달할 수 있다.A hybrid flight mode in which the electric power generated in the
이때, 상기 전력 비교부(33)는 상기 2차 전지(10)의 충전된 전력을 방전 상태로 판단하게 되면 긴급상황으로 인지하여 상기 드론을 긴급 비행모드로 작동시켜 비상착륙을 할 수 있도록 상기 전력 제어부(34)에 명령을 전달할 수 있으며, 이때 긴급 비행모드에는 낙하산과 같은 안전장치들이 작동되는 구성이 추가될 수 있다.When the charged electric power of the
덧붙여, 상기 긴급 비행모드는 상기 2차 전지(10)의 방전 상태뿐만 아니라 상기 연료전지(20)의 전력 생산량도 고려하여 작동하게 되며, 상기 연료전지(20)의 전력 생산량에 문제가 생길 경우에는 2차 전지(10)의 충전된 전력만으로 비상착륙을 하도록 구성될 수 있다.In addition, the emergency flight mode operates in consideration of not only the discharge state of the
한편, 상기 전력 제어부(34)는 상기 전력 비교부(33)에서 전달된 명령을 바탕으로 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력과 상기 2차 전지(10)에 충전된 전력을 제어하도록 구성될 수 있다.The
즉, 상기 드론의 구동제어시스템(40)에 전력이 공급되는 상태가 상기 연료전지 비행모드로 작동될 경우, 상기 연료전지 입력부(32)의 전력이 상기 전력 출력부(35)에 연결되어 공급되도록 구성되고,That is, when the state in which power is supplied to the
상기 충전 비행모드로 작동될 경우, 상기 연료전지 입력부(32)의 전력이 전력 출력부(35) 및 상기 2차 전지 충전부(36)로 연결되어 공급되도록 구성되며,The power of the fuel
상기 하이브리드 비행모드로 작동될 경우, 상기 연료전지 입력부(32)의 전력과 상기 2차 전지(10) 입력부의 전력이 함께 상기 전력 출력부(35)에 연결되어 공급되도록 구성되며,The power of the fuel
상기 긴급비행 모드로 작동될 경우 상기 연료전지 입력부(32)의 전력만 상기 전력 출력부(35)에 연결되어 공급되도록 구성되거나, 상기 2차 전지 입력부(31)의 전력만 상기 전력 출력부(35)에 연결되도록 구성될 수 있다.Only the electric power of the fuel
이때, 상기 전력 제어부(34)에서 상기 연료전지 입력부(32)의 전력과 상기 2차전지 입력부의 전력을 상기 전력 출력부(35)에 연결되도록 하는 구성은 물리적인 구성을 통하여 접촉 및 단락되도록 구성될 수 있고, 또는 회로구성을 통하여 회로 내부의 접촉 및 단락되도록 구성될 수 있다.In this case, the
덧붙여, 상기 물리적인 구성을 통한 접촉 및 단락이라 함은, 기계적인 장치를 구비하여 상기 드론 내부에 구비된 전선 등을 조작하여 상기 전력의 공급을 조절하는 것이다.In addition, the term " contact and short-circuiting " through the above-described physical arrangement means that a mechanical device is provided to control the supply of electric power by operating an electric wire or the like provided inside the drones.
한편, 상기 전력 출력부(35)는 상기 연료전지 입력부(32)와 상기 2차 전지 입력부(31)에서 공급된 전력을 구동제어시스템(40)에 공급하는 역할을 하되, 공급된 전력의 불안정 및 역전압과 같은 장치의 오작동을 일으킬 수 있는 전기적 불안 요소를 방지하는 역할을 하게 된다.The
또한, 상기 2차 전지 충전부(36)에서는 상기 2차 전지(10)를 충전하는 충전 비행모드 일 때, 상기 2차 전지 입력부(31)의 출력회로를 차단하여 상기 2차 전지(10)를 충전하는 중에 2차 전지(10)의 충전된 전력이 상기 2차 전지 입력부를 통하여 외부로 방전 및 공급되는 것을 회로적으로 방지할 수 있다.The secondary
다음으로 본 발명의 구동제어시스템(40)은Next, the
하이브리드 컨트롤러(30)의 판단에 따라 작동하도록 구성되고, 보다 상세하게 설명하면, 상기 하이브리드 컨트롤러(30)의 작동에 의하여 연료전지(20)의 전력 또는 2차 전지(10)의 전력이 각각 또는 함께 공급되도록 구성된다.The electric power of the
이때, 상기 구동제어시스템(40)으로는, 로터를 회전시킬 수 있는 모터, 사용자로부터 조작신호를 송수신 할 수 있는 송수신부 및 위치확인을 위한 GPS 등의 장치들이 포함되고, 상기 드론이 임무수행을 위하여 장착한 촬영장치 등의 보조장비들을 작동시키고 전원을 공급하는 시스템들도 포함된다.At this time, the
따라서, 본 발명은 연료전지(20)와 2차 전지(10)를 에너지원으로 사용하도록 구성되어 드론의 무게가 많이 늘어나지 않아도 비행 및 임무시간을 증가시킬 수 있고, 하이브리드 컨트롤러(30)를 구비하여 구동제어시스템(40)에 공급되는 전력의 출력을 안정적으로 유지시키며, 구비된 연료전지(20)와 2차 전지(10)의 에너지원을 효율적으로 사용하도록 구성함에 따라 종래의 하이브리드 드론에 비해 비행 및 임무시간이 증가하며, 긴급상황 발생시 비상착륙과 같은 동작을 하도록 구성하여 안정성을 향상시키며, 내연기관이 구비됨이 없어 떨림이 발생하지 않아 비행이 안정적으로 이루어지는 효과를 갖게 된다.Therefore, the present invention is configured to use the
상기와 같이 소개된 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로서 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시 예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, But may be embodied in other forms.
10 : 2차 전지 20 : 연료전지
30 : 하이브리드 컨트롤러
31 : 2차 전지 입력부 32 : 연료전지 입력부
33 : 전력 비교부 34 : 전력 제어부
35 : 전력 출력부 36 : 2차 전지 충전부
40 : 구동제어시스템10: secondary battery 20: fuel cell
30: Hybrid controller
31: secondary battery input unit 32: fuel cell input unit
33: Power comparator 34: Power controller
35: power output section 36: secondary battery charging section
40: drive control system
Claims (2)
드론에 구비되어 연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지(20);
상기 드론에 구비되어 전력을 공급하는 2차 전지(10);
상기 연료전지(20)의 상태정보와 상기 2차 전지(10)의 상태정보를 입력받아 상기 연료전지(20)와 상기 2차 전지(10)의 전력 사용여부 또는 2차 전지(10)의 충전여부를 제어하면서, 상기 연료전지(20)에서 생성된 전력이 상기 2차 전지(10)의 충전을 위하여 공급됨과 동시에 상기 구동제어시스템(40)에 공급될 수 있도록 제어하는 하이브리드 컨트롤러(30)를 포함하며,
상기 하이브리드 컨트롤러(30)에는
상기 연료전지(20)에서 생성된 전력을 입력받아, 해당 연료전지(20)에서 생성되고 있는 전력을 분석하는 연료전지 입력부(32);
상기 2차 전지(10)로부터 전력을 입력받아, 해당 2차 전지(10)의 전압과 전류를 분석하여, 2차 전지(10)의 충전량을 분석하는 2차 전지 입력부(31);
상기 연료전지 입력부(32)와 2차 전지 입력부(31)에서 공급된 전력을 상기 구동제어시스템(40)으로 공급하는 전력 출력부(35);
상기 연료전지 입력부(32)의 전력과 상기 2차 전지 입력부(31)의 전력을 상기 전력 출력부(35)에 연결시키는 전력 제어부(34);
상기 구동제어시스템(40)으로부터 상기 전력 출력부(35)에 요구되는 전력이 상기 연료전지(20)에서 생성되는 전력의 시간당 생산할 수 있는 최대량보다 많고, 상기 2차 전지(10)의 충전된 전력이 방전 상태인 것으로 판단되면, 상기 드론을 긴급 비행모드로 작동시켜, 상기 전력 제어부(34)에 명령을 전달함으로써, 상기 드론이 낙하산을 포함하는 안전장치를 작동시키면서, 비상착륙을 이룰 수 있도록 하는 전력 비교부(33)가 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론.In the drones flying with the drive control system 40,
A fuel cell (20) provided in the drone to receive hydrogen from a fuel tank to produce electricity;
A secondary battery 10 provided in the drones to supply electric power;
The state information of the fuel cell 20 and the state information of the secondary battery 10 are received and it is determined whether the power of the fuel cell 20 and the secondary battery 10 is used or the state of charge of the secondary battery 10 A hybrid controller 30 that controls the power generated by the fuel cell 20 to be supplied to the drive control system 40 while being supplied for charging the secondary battery 10 ≪ / RTI &
In the hybrid controller 30,
A fuel cell input unit 32 for receiving power generated in the fuel cell 20 and analyzing power generated in the fuel cell 20;
A secondary battery input unit 31 for receiving power from the secondary battery 10 and analyzing the voltage and current of the secondary battery 10 to analyze a charged amount of the secondary battery 10;
A power output unit (35) for supplying the power supplied from the fuel cell input unit (32) and the secondary battery input unit (31) to the drive control system (40);
A power control unit (34) for connecting the power of the fuel cell input unit (32) and the power of the secondary battery input unit (31) to the power output unit (35);
The power demanded from the drive control system 40 to the power output unit 35 is greater than the maximum amount of electric power produced by the fuel cell 20 per hour and the charged electric power of the secondary battery 10 The drones are operated in the emergency flight mode and the command is transmitted to the power control unit 34 so that the drones can operate the safeguarding apparatus including the parachute while achieving emergency landing And a power comparator (33) are included in the hydrogen fuel cell.
상기 하이브리드 컨트롤러(30)에는
상기 연료전지(20)가 상기 2차 전지(10)를 충전하는 충전 비행모드일 때, 상기 2차 전지 입력부(31)의 출력회로를 차단하여, 상기 2차 전지(10)를 충전하는 중에, 해당 2차 전지(10)의 충전된 전력이 상기 2차 전지 입력부(31)를 통하여 외부로 방전 및 공급되는 것을 회로적으로 차단하는 2차 전지 충전부(36)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 컨트롤러를 구비한 수소연료전지 드론.The method according to claim 1,
In the hybrid controller 30,
When the fuel cell 20 is in the charge-and-fly mode in which the secondary battery 10 is charged, the output circuit of the secondary battery input unit 31 is shut off to charge the secondary battery 10, Further comprising a secondary battery charging unit (36) that circuitly disconnects the charged power of the secondary battery (10) from being discharged and supplied to the outside through the secondary battery input unit (31) A hydrogen fuel cell drone with a controller.
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