KR101403713B1 - Dmfc fuel cell system for supplying power in quadrotor and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템은 쿼드로터 내부의 각종 전자 기기를 구동하기 위한 DC 전원을 출력하는 2차 전지; 상기 2차 전지에 DC 전원을 공급하는 DMFC 연료 전지; 및 상기 2차 전지의 SOC(State of Charge)를 주기적으로 측정하여 그 측정한 결과에 따라 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하는 제어부를 포함한다.A DMFC fuel cell system and method for supplying power to a quadrotor according to the present invention are disclosed. A DMFC fuel cell system for supplying power to a quadrotor according to the present invention includes a secondary battery for outputting DC power for driving various electronic devices in a quad rotor; A DMFC fuel cell supplying DC power to the secondary battery; And a controller for periodically measuring a state of charge (SOC) of the secondary battery and controlling the charging of the secondary battery using the fuel cell according to a result of the measurement.
Description
본 발명은 쿼드로터를 위한 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 특히, 쿼드로터 또는 무인 항공기 내부의 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치로 2차 전지를 사용하되, 2차 전지에 연료 전지를 연결하여 2차 전지의 SOC에 따라 연료 전지로부터 충전을 시키도록 하는 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell system for a quadrotor, and in particular, to a quadrotor or a power supply for supplying power to an electronic device inside a UAV, a secondary battery is used, To a DMFC fuel cell system for supplying power to a quadrotor for charging the fuel cell according to the SOC of a secondary battery, and a method thereof.
종래의 쿼드로터 또는 무인항공기는 전원공급장치로 휘발유 엔진이나 2차 전지를 사용하고 있다. 휘발유 발전기는 소음 및 공해 문제로, 그리고 2차 전지는 충전 문제로 사용자들에게 불편함을 주었다. Conventional quadrotor or unmanned aerial vehicles use gasoline engines or secondary batteries as power supplies. Gasoline generators are a problem for noise and pollution, and rechargeable batteries are uncomfortable for users due to charging problems.
또한 이러한 배터리 특성상 충전을 위해 오랜 기간 비행이 불가능한 문제가 있었다.
Also, due to the characteristics of such a battery, there has been a problem that it is impossible to fly for a long period of time in order to charge the battery.
따라서 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 쿼드로터 또는 무인 항공기 내부의 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치로 2차 전지를 사용하되, 2차 전지에 연료 전지를 연결하여 2차 전지의 SOC에 따라 연료 전지로부터 충전을 시키도록 하는 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a quadrotor or a power supply for supplying power to an electronic device in an unmanned airplane using a secondary battery, The present invention also provides a DMFC fuel cell system for supplying power to a quadrotor for charging a fuel cell according to the SOC of a secondary battery by connecting the battery.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템은 쿼드로터 내부의 각종 전자 기기를 구동하기 위한 DC 전원을 출력하는 2차 전지; 상기 2차 전지에 DC 전원을 공급하는 DMFC 연료 전지; 및 상기 2차 전지의 SOC(State of Charge)를 주기적으로 측정하여 그 측정한 결과에 따라 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a DMFC fuel cell system for supplying power to a quadrotor, including: a secondary battery for outputting DC power for driving various electronic devices in a quad rotor; A DMFC fuel cell supplying DC power to the secondary battery; And a controller for periodically measuring the state of charge (SOC) of the secondary battery and controlling the charging of the secondary battery using the fuel cell according to the measured result.
바람직하게, 상기 제어부는 측정된 상기 2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이면, 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하고 상기 연료 전지를 대기 모드로 운영하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the control unit controls the secondary battery to allow output to the load and operate the fuel cell in a standby mode if the measured SOC of the secondary battery is greater than or equal to a predetermined upper limit threshold.
바람직하게, 상기 제어부는 측정된 상기 2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이하이고 기 설정된 하한 임계치 이상이면, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the measured SOC of the secondary battery is less than or equal to a predetermined upper limit threshold and is greater than or equal to a predetermined lower limit threshold, the control unit may be configured to charge the secondary battery using the fuel cell, Is permitted.
바람직하게, 상기 상한 임계치는 배터리 용량의 98%를 의미하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the upper limit threshold value is 98% of the battery capacity.
바람직하게, 상기 하한 임계치는 배터리 용량의 20%를 의미하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the lower limit threshold value is 20% of the battery capacity.
바람직하게, 상기 제어부는 측정된 상기 2차 전지의 SOC가 기 설정된 하한 임계치 이하인 상태가 기 설정된 시간 임계치 동안 지속되면, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, when the measured SOC of the secondary battery is lower than a preset lower limit threshold for a predetermined time threshold, the control unit may charge the secondary battery using the fuel cell to increase the flying risk of the quadrotor So that the driver can be alerted to the landing.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 방법은 쿼드로터 내부의 각종 전자 기기를 구동하기 위한 DC 전원을 출력하는 2차 전지의 SOC(State of Charge)를 주기적으로 측정하는 단계; 측정된 상기 2차 전지의 SOC와 기 설정된 임계치를 비교하는 단계; 및 상기 비교한 결과에 따라 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for supplying power to a quadrotor includes periodically measuring an SOC (State of Charge) of a secondary battery that outputs DC power for driving various electronic devices in a quadrotor ; Comparing the measured SOC of the secondary battery with a preset threshold value; And controlling the secondary battery to be charged using the fuel cell according to the comparison result.
바람직하게, 상기 제어하는 단계는 상기 비교한 결과로 측정된 상기 2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이면, 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하고 상기 연료 전지를 대기 모드로 운영하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.If the SOC of the secondary battery is greater than or equal to a predetermined upper limit threshold, the control unit may allow the secondary battery to allow the output to the load and operate the fuel cell in a standby mode And a control unit.
바람직하게, 상기 제어하는 단계는 측정된 상기 2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이하이고 기 설정된 하한 임계치 이상이면, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the controlling further comprises: when the measured SOC of the secondary battery is equal to or lower than a predetermined upper limit threshold and is equal to or higher than a predetermined lower limit threshold, the secondary battery is charged with the fuel cell, So as to allow the output of the control signal.
바람직하게, 상기 상한 임계치는 배터리 용량의 98%를 의미하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the upper limit threshold value is 98% of the battery capacity.
바람직하게, 상기 하한 임계치는 배터리 용량의 20%를 의미하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the lower limit threshold value is 20% of the battery capacity.
바람직하게, 상기 제어하는 단계는 측정된 상기 2차 전지의 SOC가 기 설정된 하한 임계치 이하인 상태가 기 설정된 시간 임계치 동안 지속되면, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, when the SOC of the rechargeable battery is lower than a predetermined lower limit threshold for a predetermined time threshold, the control unit controls the flying of the quadrotor while charging the secondary battery using the fuel cell. And a control unit for controlling the control unit so as to induce a landing by warning a danger.
이를 통해, 본 발명에 따른 쿼드로터에 장착된 DMFC 연료전지 시스템은 무인 비행운행시 친환경 연료전지를 사용하여 환경을 보호하고, 연료전지를 이용해 기 장착되어 있는 2차 전지를 충전하게 함으로써, 비행 시간을 증대 시킬 수 있는 효과가 있다.
Accordingly, the DMFC fuel cell system mounted on the quadrotor according to the present invention protects the environment by using the environmentally friendly fuel cell during the unmanned flight operation and charges the secondary battery installed in the fuel cell using the fuel cell, Can be increased.
도 1은 본 실시예에 따른 DMFC연료전지 시스템이 장착되는 쿼드로터를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 DMFC연료전지 시스템을 사용한 쿼드로터의 내부 DMFC 연료전지 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 실시예에 따라 제작된 DMFC 연료전지시스템을 장착한 쿼드로터를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC에 따른 운전 모드를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원을 공급하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.1 is an exemplary view showing a quadrotor in which a DMFC fuel cell system according to the present embodiment is mounted.
2 is a block diagram illustrating an internal DMFC fuel cell system of a quadrotor using the DMFC fuel cell system according to the present embodiment.
3 is an exemplary view showing a quadrotor equipped with a DMFC fuel cell system manufactured according to the present embodiment.
4 is a diagram illustrating an operation mode according to an SOC according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method for supplying power according to an embodiment of the present invention.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. The following merely illustrates the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art will be able to devise various apparatuses which, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in the concept and scope of the invention. It is also to be understood that all conditional terms and examples recited in this specification are, in principle, expressly intended for the purpose of enabling the inventive concept to be understood and are not to be construed as limited to such specifically recited embodiments and conditions do.
또한, 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일 또는 유사한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. It is also to be understood that the detailed description, as well as the principles, aspects and embodiments of the invention, as well as specific embodiments thereof, are intended to cover structural and functional equivalents thereof. It is also to be understood that such equivalents include all elements contemplated to perform the same or similar functions irrespective of the currently known equivalents as well as the equivalents to be developed in the future.
특허청구범위에 의해 정의되는 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.The invention defined by the claims is not limited to any means capable of providing such functionality as the functions provided by the various listed means are combined and combined with the manner required by the claims, Should be understood.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: . In the following description, a detailed description of known technologies related to the present invention will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
특히, 본 발명에서는 쿼드로터 또는 무인 항공기 내부의 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치로 2차 전지를 사용하되, 2차 전지에 연료 전지를 연결하여 2차 전지의 SOC에 따라 연료 전지로부터 충전을 시키도록 하는 새로운 방안을 제안한다.In particular, in the present invention, a secondary battery is used as a power supply device for supplying power to an electronic device in a quadrotor or a UAV, and a fuel cell is connected to the secondary battery, Suggesting a new scheme for charging.
이때, 연료 전지(fuel cell)는 한 번 쓰고 버리는 1차 전지나 여러 번 재충전이 가능한 2차 전지와는 달리 별도의 전원 충전 없이 연료 카트리지만 바꿔 주면 장시간 사용할 수 있는 저공해, 고효율 차세대 에너지원을 일컫는다. 이러한 연료전지는 다른 에너지원에 비해 시스템 효율이 높고, 별도의 구동부가 존재하지 않아 소음이 없으며, 황, 질소산화물을 배출하지 않아 친환경적이라는 장점이 있다.
In this case, the fuel cell is a low-emission, high-efficiency next generation energy source that can be used for a long time by replacing only the fuel cartridge without a separate power source, unlike a primary battery which is used once, and a secondary battery which can be recharged several times. Such a fuel cell is advantageous in that it has a higher system efficiency than other energy sources, has no separate driving parts, has no noise, and does not emit sulfur and nitrogen oxides, thereby being eco-friendly.
도 1은 본 실시예에 따른 DMFC연료전지 시스템이 장착되는 쿼드로터를 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing a quadrotor in which a DMFC fuel cell system according to the present embodiment is mounted.
도 1에 도시한 바와 같이, 쿼드로터(quadrotor) 또는 쿼드로터 헬리콥터(quadrotor helicopter), 쿼드로콥터(quadrocopter)는 멀티콥터로서 네개의 회전자(rotors)를 통해 뜨고 추진된다. 쿼드로터는 회전자비행체로 분류되며, 날개 고정 비행체와 대조된다. 네 개의 회전자를 마주보는 것끼리 같은 방향으로 인접한 것은 역방향으로 회전하게끔 설계되는 것이 일반적이나, 이에 제한되는 것은 아니다.As shown in FIG. 1, a quadrotor or a quadrotor helicopter and a quadrocopter are raised and propelled through four rotors as a multi-copter. The quadrotor is classified as a rotor and is in contrast to a winged fixed body. It is common, but not exclusively, that the four rotors facing opposite each other in the same direction are designed to rotate in the opposite direction.
연료전지는 수소를 공기 중 산소와 화학반응시켜 전기를 생성하는 미래 동력원이다. 물을 전기분해하면 수소와 산소로 분해된다. 반대로 수소와 산소를 결합시켜 물을 만들면 이때 발생하는 에너지를 전기 형태로 바꿀 수 있다. 연료전지는 이 원리를 이용한 것이다.Fuel cells are the future power source for generating electricity by chemically reacting hydrogen with oxygen in the air. Electrolysis of water breaks down into hydrogen and oxygen. Conversely, if water is made by combining hydrogen and oxygen, the energy generated at this time can be converted into an electric form. Fuel cells use this principle.
연료전지 구성은 전해물질주위에 서로 맞붙어있는 두 개의 전극봉으로 구성돼 있으며 공기중의 산소가 한 전극을 지나고 수소가 다른 전극을 지날때 전기 화학반응을 통해 전기와 물, 열을 생성하는 원리다.The fuel cell configuration consists of two electrodes that stick together around the electrolyte, and oxygen is the principle that generates electricity, water, and heat through electrochemical reactions when oxygen passes through one electrode and hydrogen passes through the other.
화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급 받으므로 배터리와는 달리 충전이 필요 없고, 연료가 공급되는 한 전기를 발생시킨다.The fuel cell is similar to a battery in that it generates electricity by chemical reaction. However, the fuel cell receives hydrogen and oxygen, which are reactants, from the outside, unlike a battery, which does not require charging and generates electricity as long as fuel is supplied.
또 연료의 연소반응 없이 에너지를 발생시키기 때문에 기존의 내연기관과 달리 유독공해물질의 배출이 없고 이산화탄소배출량도 획기적으로 줄일 수 있으며 소음이 거의 없다.Unlike conventional internal combustion engines, it does not emit toxic pollutants and can reduce carbon dioxide emissions drastically and generates little noise because it generates energy without the combustion reaction of fuel.
에너지효율도 50%로 기존의 내연기관 30%보다 높다. 연료전지는 1839년 영국의 W.R.그로브가 발명한 이래로 1952년 F.T.베이컨이 베이컨 전지를 개발하여 특허를 취득하였다. 미국에서 이 특허를 개량하여 1969년 아폴로 11호에 탑재하였다. 이후 현재까지 우주선의 전력 및 식수 공급원으로 사용되고 있다. 수소와 산소는 로켓의 연료와 산화제로, 연료전지에서 생기는 물은 승무원의 음료수로 사용하는 것이다.Energy efficiency is 50%, which is higher than that of conventional internal combustion engines by 30%. Fuel cells were invented by W.R. Grove in England in 1839, and in 1952 F.T. Bacon developed a bacon cell and patented it. In the United States, this patent was revised and loaded on Apollo 11 in 1969. Since then, it has been used as a source of power and drinking water for spacecraft. Hydrogen and oxygen are rocket fuel and oxidizer, and water generated by fuel cell is used as a crew drink.
본 실시예에서 DMFC 연료전지는 마이크로 연료 전지로서 작은 용적에 많은 전력을 저장할 수 있고, 카트리지를 이용할 경우 충전도 간편하며, 연소 과정과 기계적 에너지로의 변환 과정이 없어 효율도 높다. 또한 유해 가스의 배출이 1% 이하로 환경친화적인 에너지원이다. 마이크로 연료 전지(MFC)는 고분자 전해질형 연료 전지(Proton Exchange Membrane FC:PEMFC)와 직접 메탄올 연료 전지(Direct Methanol FC: DMFC)가 주로 연구되는데 DMFC는 소형화에 적합하고, PEMFC는 에너지 밀도가 높고 운용 온도가 낮기 때문에 휴대형 가전제품에 적합하다.In this embodiment, the DMFC fuel cell is a micro fuel cell, which can store a large amount of electric power in a small volume. When the cartridge is used, the DMFC fuel cell is easy to charge, and the efficiency is high because there is no conversion process to the combustion process and mechanical energy. In addition, the emission of harmful gas is less than 1%, which is an environmentally friendly energy source. The micro fuel cell (MFC) is mainly studied as a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and a direct methanol fuel cell (DMFC). The DMFC is suitable for miniaturization, and the PEMFC has a high energy density. The low temperature makes it ideal for portable consumer electronics.
따라서 본 실시예에서는 소형화된 쿼드로터에 DMFC연료 전지 시스템(110)을 적용한다.Therefore, in this embodiment, the DMFC
DMFC(Direct Method Fuel Cell)은 직접메탄올 연료전지로서 DMFC는 수소를 사용하는 PEMFC와 유사한 구조와 작동원리를 갖고 있으나 연료로서 수소 대신 메탄올을 연료극에 직접 공급하여 사용한다. 따라서 연료 공급체계가 단순하고 전체 장치가 간단하여 소형화가 가능하다. 또한, DMFC는 연료인 메탄올이 가지는 높은 체적 에너지 밀도와 연료 저장에 있어서의 안정성 그리고 수송이 용이한 장점이 있다.
Direct Method Fuel Cell (DMFC) is a direct methanol fuel cell. DMFC has similar structure and operating principle as PEMFC using hydrogen, but methanol is supplied directly to fuel electrode instead of hydrogen. Therefore, the fuel supply system is simple and the entire apparatus is simple, which enables downsizing. In addition, the DMFC has advantages such as high volumetric energy density of methanol as a fuel, stability in fuel storage, and easy transportation.
도 2는 본 실시예에 따른 DMFC 연료전지 시스템을 사용한 쿼드로터의 내부 전력 시스템을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an internal power system of a quadrotor using a DMFC fuel cell system according to the present embodiment.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 DMFC 연료전지 시스템(110)은 DMFC 연료전지(111), 2차 전지(112), 및 제어부(113)를 포함한다.2, the DMFC
제어부(113)는 주기적으로 2차 전지(112)의 SOC(State of Charge)를 측정하고 그 측정한 결과에 따라 연료 전지(111)를 이용하여 2차 전지(112)를 충전시킬 수 있다.The
예컨대, 제어부(113)는 1)2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이면, 연료 전지를 대기 모드로 운영하고, 2)2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이하이고 기 설정된 하한 임계치 이상이면, 연료 전지를 충전 모드로 운영하며, 3)2차 전지의 SOC가 기 설정된 하한 임계치 이하이면 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하게 된다.For example, the
이때, 본 발명은 경고음 등을 이용하여 쿼드로터의 비행 위험을 경고하게 된다.At this time, the warning of the quad rotor is warned by using a warning sound or the like.
DMFC 연료전지(111)는 제어부(113)의 제어에 따라 DC 전원을 출력할 수 있다.The
2차 전지(112)는 DMFC 연료전지(111)로부터 출력된 DC 전원을 이용하여 충전하고 그 충전된 DC 전원을 각종 기기 즉, DC 모터(114), 내부 회로(115) 등에 출력할 수 있다. 여기서, 2차 전지는 한번 사용한 뒤 다시 충전하여 계속 사용할 수 있는 재충전식 전지를 일컫는데, 예컨대, 납축 전지, 알칼리 축전지, 기체 전지, 리튬이온전지, 니켈-수소 전지, 니켈-카드뮴 전지, 폴리머 전기 등을 포함할 수 있다.The
DC모터(114)는 직류로 출력된 전력을 이용하여 쿼드로터의 프로펠러(116)를 작동시키고, 이에 따라 본 실시예에서의 쿼드로터는 공중으로 부양하게 되고 추진되게 된다.
The
도 3은 본 실시예에 따라 제작된 DMFC 연료전지시스템을 장착한 쿼드로터를 나타내는 예시도이다.3 is an exemplary view showing a quadrotor equipped with a DMFC fuel cell system manufactured according to the present embodiment.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따라 제작된 DMFC 연료전지시스템을 장착한 쿼드로터는 관성 측정 장치(IMU: Inertial Measurement Unit), 적외선 카메라, 통신시스템 및 항법 센서를 포함한다.As shown in FIG. 3, the quadrotor equipped with the DMFC fuel cell system manufactured according to the present embodiment includes an inertial measurement unit (IMU), an infrared camera, a communication system, and a navigation sensor.
따라서 관성 측정 장치를 통해 비행체를 수평 유지하고, 비행체의 진동을 제거하는 것이 바람직하다. 적외선 카메라를 이용한 지상 물체 위치의 파악 및 추적이 가능하며, 통신시스템 바람직하게는 3G, 4G 통신 망을 이용하여 카메라로 촬영된 자료를 전송하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to keep the airplane horizontal and to eliminate the vibration of the airplane through the inertial measurement device. It is possible to grasp and track the position of the ground object by using an infrared camera, and it is preferable to transmit data photographed by the camera using a communication system, preferably a 3G or 4G communication network.
또한 쿼드로터는 항법센서를 이용하여 특정 위치의 비행을 제어하는 것이 가능하다.
In addition, the quadrotor can control the flight of a specific position using a navigation sensor.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC에 따른 운전 모드를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating an operation mode according to an SOC according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 2차 전지의 SOC에 따라 다수의 운전 모드로 운영되는데, 2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이면, 대기 모드로 운영될 수 있다. 여기서, 기 설정된 상한 임계치는 배터리 용량의 98%로 설정될 수 있다.As shown in FIG. 4, the apparatus is operated in a plurality of operation modes according to the SOC of the secondary battery according to the present invention. When the SOC of the secondary battery is above a predetermined upper limit threshold, the system can be operated in the standby mode. Here, the preset upper limit threshold value may be set to 98% of the battery capacity.
이러한 대기 모드에서는 2차 전지를 이용한 쿼드로터의 비행을 허용하고 연료 전지는 대기 상태가 된다.In this standby mode, the quad rotor is allowed to fly using the secondary battery, and the fuel cell is in a standby state.
2차 전지의 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이하이고 기 설정된 하한 임계치 이상이면 제1 충전 모드로 운영될 수 있다. 여기서, 기 설정된 하한 임계치는 배터리 용량의 20%로 설정될 수 있다.If the SOC of the secondary battery is less than or equal to a predetermined upper limit threshold and is greater than or equal to a predetermined lower limit threshold, the battery can be operated in the first charging mode. Here, the predetermined lower limit threshold value may be set to 20% of the battery capacity.
이러한 제1 충전 모드에서는 연료 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하면서 2차 전지를 이용한 쿼드로터의 비행을 허용하게 된다. 즉, 2차 전지를 이용하여 부하 예컨대, DC 모터나 내부 회로 등에 전력을 공급할 수 있다.In this first charging mode, the fuel cell is used to charge the secondary battery, and the quad rotor using the secondary battery is allowed to fly. That is, power can be supplied to a load, such as a DC motor or an internal circuit, by using the secondary battery.
2차 전지의 SOC가 기 설정된 하한 임계치 이하이면 제2 충전 모드로 운영될 수 있다.If the SOC of the secondary battery is below a predetermined lower limit threshold, it can be operated in the second charging mode.
이러한 제2 충전 모드에서는 연료 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하면서 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하게 된다. 즉, 연료 전지를 이용하여 2차 전지만을 충전한다.
In this second charging mode, the secondary battery is charged using the fuel cell to warn the risk of flying the quadrotor, thereby inducing landing. That is, only the secondary battery is charged using the fuel cell.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원을 공급하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a method for supplying power according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 DMFC 연료전지 시스템은 주기적으로 2차 전지의 SOC를 측정하고(S510) 그 측정된 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상인지를 비교할 수 있다(S520).As shown in FIG. 5, the DMFC fuel cell system according to the present invention periodically measures the SOC of the secondary battery (S510) and compares the measured SOC with a predetermined upper limit threshold (S520).
다음으로, DMFC 연료전지 시스템은 측정된 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이면, 대기 모드를 운용할 수 있다(S530). 즉, 2차 전지를 이용한 쿼드로터의 비행을 허용하고 연료 전지는 대기 상태가 된다.Next, the DMFC fuel cell system can operate the standby mode if the measured SOC is equal to or greater than a predetermined upper limit threshold (S530). That is, the quadrotor using the secondary battery is allowed to fly, and the fuel cell is in a standby state.
다음으로, DMFC 연료전지 시스템은 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이 아니면, SOC가 기 설정된 상한 임계치 이하이고 기 설정된 하한 임계치 이상인지를 비교할 수 있다(S540).Next, if the SOC is not equal to or higher than the preset upper limit threshold value, the DMFC fuel cell system may compare whether the SOC is lower than or equal to the predetermined lower limit threshold value (S540).
다음으로, DMFC 연료전지 시스템은 SOC가 기 설정된 상한 임계치 이상이 아니면, SOC가 기 설정된 상한 임계치 이하이면, 제1 충전 모드를 운용할 수 있다(S550). 즉, 연료 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하면서 2차 전지를 이용한 쿼드로터의 비행을 허용하게 된다.Next, if the SOC is not equal to or higher than the preset upper limit threshold, the DMFC fuel cell system can operate the first charge mode if the SOC is below the preset upper limit threshold (S550). That is, the fuel cell is used to charge the secondary battery while allowing the quadrotor to be driven using the secondary battery.
다음으로, DMFC 연료전지 시스템은 SOC가 기 설정된 하한 임계치 이하이면, 운영 시간을 카운팅할 수 있다(S560).Next, the DMFC fuel cell system may count the operating time if the SOC is below a predetermined lower threshold value (S560).
다음으로, DMFC 연료전지 시스템은 카운팅된 운영 시간이 기 설정된 시간 임계치를 경과했는지를 확인하고(S570), 시간 임계치를 경과하면 제2 충전 모드로 운영할 수 있다(S580). 즉, 2차 전지의 충전량이 지속적으로 미미하다고 판단하여 연료 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하면서 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하게 된다.Next, the DMFC fuel cell system may check whether the counted operating time has passed a predetermined time threshold (S570), and may operate in the second charging mode when the time threshold has elapsed (S580). That is, when the rechargeable battery is determined to be insufficiently charged, the secondary battery is charged using the fuel cell to warn the risk of the quad rotor to fly, thereby inducing landing.
다시 말해, 본 발명은 SOC가 기 설정된 하한 임계치 이하인 상태로 기 설정된 시간 동안 지속되는 경우 쿼드로터로의 전원 공급에 문제가 있다고 판단하게 된다.In other words, the present invention determines that there is a problem in supplying power to the quadrotor when the SOC is maintained for a preset time while the SOC is below a predetermined lower limit threshold value.
여기서, 기 설정된 시간 임계치는 1분으로 설정하되, 필요에 따라 변경될 수 있다.
Here, the preset time threshold is set to 1 minute, but may be changed as needed.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all of the elements constituting the embodiments of the present invention described above may be combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer-readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. As the storage medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, or the like may be included.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Furthermore, all terms including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined in the Detailed Description. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 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 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.
110: DMFC 연료전지 시스템
111: DMFC 연료전지
112: 2차 전지
113: 제어부
114: DC 모터
115: 내부 회로
116: 프로펠러110: DMFC fuel cell system
111: DMFC fuel cell
112: secondary battery
113:
114: DC motor
115: Internal circuit
116: Propeller
Claims (12)
상기 2차 전지에 DC 전원을 공급하는 DMFC 연료 전지; 및
상기 2차 전지의 SOC(State of Charge)를 주기적으로 측정하여 그 측정한 결과에 따라 상기 DMFC 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하는 제어부;
를 포함하되, 상기 제어부는 상기 2차 전지의 SOC에 따라 다수의 운전 모드로 운영하며,
측정된 상기 2차 전지의 SOC가 배터리 용량의 98% 이상이면, 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하고 상기 DMFC 연료 전지를 대기 모드로 운영하도록 제어하고,
측정된 상기 2차 전지의 SOC가 배터리 용량의 98% 이하이고 배터리 용량의 20% 이상이면, 상기 DMFC 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하도록 제어하며,
측정된 상기 2차 전지의 SOC가 배터리 용량의 20% 이하인 상태가 기 설정된 시간 임계치 동안 지속되면, 상기 DMFC 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 DMFC 연료전지 시스템.A secondary battery for outputting DC power for driving various electronic devices inside the quad rotor;
A DMFC fuel cell supplying DC power to the secondary battery; And
A controller periodically measuring an SOC (State of Charge) of the secondary battery and controlling the secondary battery to be charged using the DMFC fuel cell according to a result of the measurement;
Wherein the control unit operates in a plurality of operation modes according to an SOC of the secondary battery,
And controlling the DMFC fuel cell to operate in a standby mode if the measured SOC of the secondary battery is 98% or more of the battery capacity,
If the measured SOC of the secondary battery is 98% or less of the battery capacity and 20% or more of the battery capacity, the secondary battery is charged using the DMFC fuel cell to allow the secondary battery to output to the load Control,
If the measured SOC of the secondary battery is less than 20% of the battery capacity for a predetermined time threshold, the DMFC fuel cell charges the secondary battery to alert the quad rotor of the risk of flying, Wherein the DMFC fuel cell system comprises:
측정된 상기 2차 전지의 SOC와 기 설정된 임계치를 비교하는 단계; 및
상기 비교한 결과에 따라 상기 2차 전지에 DC 전원을 공급하는 DMFC 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하는 단계;
를 포함하되, 상기 제어하는 단계는 상기 2차 전지의 SOC에 따라 다수의 운전 모드로 운영하며,
측정된 상기 2차 전지의 SOC가 배터리 용량의 98% 이상이면, 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하고 상기 DMFC 연료 전지를 대기 모드로 운영하도록 제어하고,
측정된 상기 2차 전지의 SOC가 배터리 용량의 98% 이하이고 배터리 용량의 20% 이상이면, 상기 DMFC 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 2차 전지에서 부하로의 출력을 허용하도록 제어하며,
측정된 상기 2차 전지의 SOC가 배터리 용량의 20% 이하인 상태가 기 설정된 시간 임계치 동안 지속되면, 상기 DMFC 연료 전지를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하면서 상기 쿼드로터의 비행 위험을 경고하여 착륙을 유도하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 쿼드로터에 전원을 공급하기 위한 방법.Periodically measuring an SOC (State of Charge) of a secondary battery that outputs DC power for driving various electronic devices in the quad rotor;
Comparing the measured SOC of the secondary battery with a preset threshold value; And
Controlling the secondary battery to be charged using a DMFC fuel cell that supplies DC power to the secondary battery according to the comparison result;
Wherein the controlling step operates in a plurality of operation modes according to the SOC of the secondary battery,
And controlling the DMFC fuel cell to operate in a standby mode if the measured SOC of the secondary battery is 98% or more of the battery capacity,
If the measured SOC of the secondary battery is 98% or less of the battery capacity and 20% or more of the battery capacity, the secondary battery is charged using the DMFC fuel cell to allow the secondary battery to output to the load Control,
When the measured SOC of the secondary battery is less than 20% of the battery capacity for a preset time threshold, the DMFC fuel cell charges the secondary battery to alert the quad rotor of the flying risk, Wherein the control means controls the motor so as to drive the quadrotor.
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