KR101867438B1 - Dual mode battery pack system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래 무인항공기에서 고출력을 요하는 기동시 연료전지의 출력을 보조하는 배터리팩이 일정 이하로 전압이 떨어질 때, 무인항공기의 시스템을 보호하기 위해 운전을 정지하는 문제를 해결한 듀얼모드 배터리팩 시스템에 관한 것으로, 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 부하(10)에 전력을 출력하는 태양전지(100), 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 부하(10)에 전력을 출력하는 연료전지(200) 및 상기 태양전지(100)에서 발생하는 전력을 저장하여 필요한 경우에 상기 부하(10)에 출력하거나, 상기 연료전지(200)와 연결되어 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조하는 일체형 배터리팩(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a dual mode battery which solves the problem of stopping operation in order to protect the system of the unmanned airplane when the voltage of the battery pack which assists the output of the fuel cell during the start- A solar cell 100 for converting solar energy into electric energy and outputting power to the load 10, a fuel cell 10 for converting chemical energy into electrical energy and outputting power to the load 10 (200) and the power generated by the solar cell (100) are stored and output to the load (10) when necessary, or connected to the fuel cell (200) to assist the output of the fuel cell And an integrated battery pack (300).

Description

듀얼모드 배터리팩 시스템{Dual mode battery pack system}[0001] The present invention relates to a dual mode battery pack system,

본 발명은 듀얼모드 배터리팩 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 종래 무인항공기에서 고출력을 요하는 기동시 연료전지의 출력을 보조하는 배터리팩이 일정 이하로 전압이 떨어질 때, 무인항공기의 시스템을 보호하기 위해 운전을 정지하는 문제를 해결한 듀얼모드 배터리팩 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-mode battery pack system, and more particularly, to a dual-mode battery pack system for protecting a system of an unmanned airplane when a battery pack that assists the output of the fuel cell during start- The present invention relates to a dual mode battery pack system,

종래의 항공기는 대부분 엔진을 사용하여 동력을 발생시키는 방식이나, 최근 무인비행기와 같은 분야에서는 전기 동력을 이용한 항공기의 개발이 진행되고 있다. 이러한 전기 동력을 이용한 항공기는 주로 배터리, 태양전지, 연료전지를 단독 또는 조합하여 동력원으로 쓰고 있다.Conventional aircraft mostly use engines to generate power, but in the field of unmanned aerial vehicles, development of aircraft using electric power has been progressing. These electric power-driven aircraft mainly use batteries, solar cells, and fuel cells as a power source, either alone or in combination.

종래의 전기 동력을 이용한 항공기의 한 예로써, 동일 출원인의 한국등록특허 제10-1522544호("능동형 전력제어장치를 구비한 전력공급 시스템", 공개일 2015.05.26., 이하 선행기술 1)가 있다. 도 1은 선행기술 1과 같은 종래의 태양전지, 연료전지 및 배터리를 사용하는 전기 동력 항공기의 시스템을 개략적으로 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전기 동력 항공기는 태양전지, 연료전지 시스템 및 배터리팩을 주 동력원으로 사용하되, 상황에 따라 태양전지에서 발생하는 전력으로 배터리를 충전한다. 도 1의 연료전지 시스템에는 별도의 배터리팩(6직렬)이 연결되어, 항공기가 급선회와 같은 고출력의 기동을 요할 때 연료전지의 출력을 보조하기 위해 사용되는데, 배터리팩이 과방전되어 전압이 일정 기준치 이하로 떨어지면 연료전지 시스템의 보호를 위해 자동으로 운전을 정지했다.Korean Patent No. 10-1522544 ("Power Supply System with Active Power Control Device ", published on May 27, 2015, hereinafter referred to as prior art 1) of the same applicant, as an example of an aircraft using conventional electric power, have. 1 schematically shows a conventional solar cell, a fuel cell, and a system of an electric powered aircraft using the same battery as in the prior art 1. As shown in FIG. 1, a conventional electric powered aircraft includes a solar cell, a fuel cell The system and battery pack are used as the main power source, and the battery is charged by the power generated by the solar battery depending on the situation. 1 is connected to a separate battery pack (six series), which is used to assist the output of the fuel cell when the aircraft requires a high-power start such as a sudden turn, When it fell below the reference value, the operation was automatically stopped to protect the fuel cell system.

이러한 문제를 해결하기 위해, 도 1에 도시된 연료전지 시스템에 연결된 배터리팩과 주 동력원으로 사용하는 배터리를 통합하여 사용하고자 하였으나, 주 동력원으로 사용하는 배터리팩(7직렬)이 연료전지 시스템에 연결된 배터리팩과 다른 사양이어서 통합이 어려운 문제점이 있었다.In order to solve such a problem, a battery pack connected to the fuel cell system shown in FIG. 1 and a battery used as a main power source are integrally used, but a battery pack (7 series) used as a main power source is connected to the fuel cell system The battery pack and the battery pack have different specifications.

한국등록특허 제10-1522544호("능동형 전력제어장치를 구비한 전력공급 시스템", 공개일 2015.05.26.)Korean Patent No. 10-1522544 ("Power Supply System with Active Power Control Device ", published on May 27, 2015).

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템의 목적은 연료전지 시스템에 연결되어 출력을 보조하는 배터리팩의 전압이 일정 이하로 떨어지더라도 운전이 정지되지 않도록 하며, 종래 서로 다른 직렬 구성을 가지며 별개로 사용되었던 배터리팩을 통합 가능한 듀얼모드 배터리팩을 제공하여, 본 발명을 사용하는 장치 또는 시스템의 전력 구성을 최적화 하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dual-mode battery pack system and a fuel cell system, A dual mode battery pack in which operation is not stopped and a battery pack that has been conventionally used in different serial configurations and which has been separately used can be integrated is provided to optimize the power configuration of an apparatus or system using the present invention.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템은, 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 부하(10)에 전력을 공급하는 태양전지(100), 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 부하(10)에 전력을 공급하는 연료전지(200) 및 상기 태양전지(100)에서 발생하는 전력을 저장하여 필요한 경우에 상기 부하(10)에 공급하거나, 상기 연료전지(200)와 연결되어 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조하는 일체형 배터리팩(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a dual mode battery pack system according to the present invention includes a solar cell 100 that converts solar energy into electrical energy and supplies power to the load 10, A fuel cell 200 for supplying electric power to the load 10 and an electric power generator for supplying electric power generated by the solar battery 100 to the load 10 when necessary, And an integrated battery pack (300) for assisting the output of the fuel cell (200) when necessary.

또한, 상기 일체형 배터리팩(300)은 다수의 배터리(310), 다수의 상기 배터리(310)에 연결되고, 상기 배터리(310)의 전력을 상기 부하(10)에 공급하거나 상기 태양전지(100)로부터 발생하는 잉여전력을 공급받아 상기 배터리(310)를 충전할 때 상기 배터리(310)간의 전압을 조절하는 제1BMS(320) 및 상기 다수의 배터리(310) 중 일부에 연결되어 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조하는 제2BMS(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The integrated battery pack 300 is connected to a plurality of batteries 310 and a plurality of the batteries 310. The integrated battery pack 300 supplies power of the battery 310 to the load 10, A first BMS 320 for controlling a voltage between the batteries 310 when the battery 310 is charged with surplus electric power generated from the battery 310 and a second BMS 320 connected to a part of the plurality of the batteries 310, And a second BMS 330 for assisting the output of the second BMS 200.

또한, 상기 제1BMS(320)에 연결된 배터리(310)의 개수는 상기 제2BMS(330)와 연결되는 배터리(310)의 개수와 서로 다른 것을 특징으로 한다.The number of batteries 310 connected to the first BMS 320 is different from the number of the batteries 310 connected to the second BMS 330.

또한, 상기 제1BMS(320)는 다수의 상기 배터리(310)의 출력전압을 조절하는 액티브 셀 밸런싱을 하는 것을 특징으로 한다.The first BMS 320 performs active cell balancing to adjust output voltages of a plurality of the batteries 310.

또한, 상기 제1BMS(320)는 상기 제2BMS(330)에 연결된 제2배터리모듈(312)의 출력 전압이 낮아지면 상기 태양전지(100)로부터 공급되는 잉여전력을 상기 제2배터리모듈(312)에 공급하거나, 상기 제2BMS(330)에 연결되지 않은 제1배터리모듈(311)의 전력을 상기 제2배터리모듈(312)로 분배하여, 다수의 상기 제1배터리모듈(311)과 제2배터리모듈(312)의 출력전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.When the output voltage of the second battery module 312 connected to the second BMS 330 is lowered, the first BMS 320 transmits the surplus power supplied from the solar cell 100 to the second battery module 312, Or distributes the power of the first battery module 311 not connected to the second BMS 330 to the second battery module 312 so that the first battery module 311 and the second battery And the output voltage of the module 312 is kept constant.

또한, 상기 듀얼모드 배터리팩 시스템은 상기 태양전지(100), 연료전지(200) 및 일체형 배터리팩(300)에서 공급되는 전력을 제어하는 제어부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The dual mode battery pack system may further include a controller 400 for controlling power supplied from the solar cell 100, the fuel cell 200, and the integrated battery pack 300.

또한, 상기 제어부(400)는 상기 태양전지(100)에서 변환되는 전력을 우선적으로 상기 부하(10)에 공급하고, 상기 태양전지(100)에서 변환되는 전력이 상기 부하(10)에서 필요로 하는 전력보다 커 잉여전력이 발생할 경우, 이를 상기 일체형 배터리팩(300)으로 공급 및 충전시키는 것을 특징으로 한다.The control unit 400 supplies the power converted by the solar cell 100 to the load 10 preferentially so that the power converted by the solar cell 100 is supplied to the load 10 When the surplus electric power is greater than the electric power, it is supplied and charged to the integrated battery pack 300.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템에 의하면, 연료전지에 연결되어 출력을 보조하는 배터리팩이 항공기의 주 동력원으로 사용되는 배터리팩과 일체화되어 사용되기 때문에, 일체화된 배터리팩의 전력이 소진되지 않는 한 연료전지의 출력을 보조하여 연료전지 시스템이 꺼지지 않는 효과가 있다.According to the dual mode battery pack system of the present invention, since the battery pack connected to the fuel cell and assisting the output is integrated with the battery pack used as the main power source of the aircraft, There is an effect that the fuel cell system is not turned off by assisting the output of the fuel cell as long as it is not exhausted.

또한 본 발명에 의하면, 종래 별개로 사용되던 배터리팩이 일체화되기 때문에, 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템이 사용되는 장치의 무게를 감소시킬 수 있고, 최적화 시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the battery packs used separately are integrated, the weight of the apparatus in which the dual mode battery pack system according to the present invention is used can be reduced and optimized.

도 1은 종래의 배터리팩을 사용하는 전기 동력 항공기의 시스템 개략도.
도 2는 본 발명의 제1실시예의 개략도.
도 3은 도 2의 부분 상세도.
도 4는 본 발명의 연료전지의 성능 곡선.1 is a system schematic view of an electric powered aircraft using a conventional battery pack;
2 is a schematic diagram of a first embodiment of the present invention;
Figure 3 is a partial detail view of Figure 2;
4 is a performance curve of the fuel cell of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템의 일실시예에 관하여 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명은 다양한 분야에 사용될 수 있지만 본 명세서에서는 대표적으로 항공기 분야에 사용되는 실시예에 관하여 설명하며, 항공기를 동작하기 위해 전력이 사용되는 모든 장치를 부하라 한다.Hereinafter, an embodiment of a dual mode battery pack system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, although the present invention can be used in various fields, the present invention will be described with respect to embodiments used in the aircraft sector as an example, and refers to all devices in which electric power is used to operate an aircraft.

도 2는 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템이 항공기 분야에 사용되는 것을 개략적으로 도시한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 듀얼모드 배터리팩 시스템의 일실시예는 태양전지(100), 연료전지(200) 및 일체형 배터리팩(300)을 포함하여 이루어진다.2, a dual mode battery pack system according to an embodiment of the present invention is schematically illustrated in FIG. 2. Referring to FIG. 2, an embodiment of a dual mode battery pack system according to the present invention includes a solar cell 100 A fuel cell 200, and an integrated battery pack 300.

상기 태양전지(100)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로 PN 접합면을 가지는 반도체로 만들어진다. 상기 태양전지(100)가 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 과정을 간략히 설명하면, 반도체 접합 영역에 금지대폭보다 큰 에너지의 빛이 조사되면 전자와 정공이 발생하여 접합영역에 형성된 내부 전장이 전자는 N형 반도체로 정공은 P형 반도체로 이동하여 기전력이 발생하고, 이 기전력이 전력으로 출력된다. 이런 과정을 통해 변환된 전기에너지, 즉 상기 태양전지(100)의 전력은 부하(10)로 공급된다.The solar cell 100 is a device for converting solar energy into electrical energy and is made of a semiconductor having a PN junction surface. When the solar cell 100 converts solar energy into electrical energy, electrons and holes are generated when the semiconductor junction region is irradiated with light having a larger energy than the forbidden region, With the N-type semiconductor, the holes move to the P-type semiconductor to generate electromotive force, and this electromotive force is output as electric power. The converted electric energy, that is, the power of the solar cell 100, is supplied to the load 10 through this process.

상기 태양전지(100)의 반도체 재료로는 통상 실리콘이 사용되지만, 이 뿐 아니라 갈륨비소, 카드뮴텔루르, 황화카드뮴, 인듐인 등이 사용되거나, 이 재료들의 복합체가 사용될 수 있다.As the semiconductor material of the solar cell 100, silicon is usually used, but also gallium arsenide, cadmium tellurium, cadmium sulfide, indium phosphorus, or the like may be used, or a complex of these materials may be used.

상기 태양전지(100)는 태양광 발전을 할 수 있는 태양광 집광면을 가지는 다수개가 모여 형성되는 일종의 모듈일 수 있다.The solar cell 100 may be a module formed by collecting a plurality of solar collecting surfaces capable of solar power generation.

상기 태양전지(100)에서 변환 및 출력되는 전력은 기상상황 또는 시간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 낮 동안 구름이 없는 맑은 기상환경에서 전기 동력 항공기가 비행하면, 상기 태양전지(100)에서 변환 및 출력되는 전력은 많아질 것이나, 구름이 끼거나 밤 동안의 비행에서는 변환 및 출력되는 전력은 많지 않거나 없을 것이다. 따라서 상기 태양전지(100)에서 변환 및 출력되는 전력에 따라 다른 전력원인 상기 연료전지(200) 및 일체형 배터리팩(300)에서 상기 부하(10)로 출력되는 전력이 달라질 수 있다. 상기 태양전지(100)는 태양광이 비추는 환경에서는 지속적으로 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 상기 부하(10)로 공급할 수 있는 효과가 있어, 이를 상기 부하(10)의 주 동력원으로 사용한다.The power converted and outputted by the solar cell 100 may vary depending on a weather condition or a time. For example, when an electric powered aircraft is flying in a clear weather environment without a cloud during the day, the power converted and outputted by the solar cell 100 will increase, but in the case of cloudy or nighttime flight, There will be little or no power. Therefore, the power output from the fuel cell 200 and the integrated battery pack 300 to the load 10 may be different depending on the power converted and outputted by the solar cell 100. The solar cell 100 has an effect of continuously converting solar energy into electrical energy in an environment in which sunlight illuminates and supplying power to the load 10 and uses it as a main power source of the load 10 .

상기 연료전지(200)는 액체나 기체 상태의 화학에너지를 전기 화학적 반응을 거쳐 전기에너지로 변환하여 이를 출력한다. 상기 연료전지(200)의 경우 화학연료와 산화제로 여러 가지를 이용할 수 있는데, 대표적으로 화학연료로 수소를 사용하고, 산화제로 산소를 사용하는 수소 연료전지가 있을 수 있다. 연료전지는 발전효율이 40~60%로 대단히 높은 장점이 있어 중량을 줄이고, 에너지효율을 높여야 하는 항공기 분야, 특히 무인 항공기 분야에 적합하다.The fuel cell 200 converts chemical energy in liquid or gaseous state into electrical energy through an electrochemical reaction and outputs it. In the case of the fuel cell 200, various kinds of chemical fuel and oxidizing agent can be used. Typically, there may be a hydrogen fuel cell using hydrogen as a chemical fuel and using oxygen as an oxidizing agent. Fuel cells have a very high power generation efficiency of 40 to 60%, which is suitable for the aircraft sector where the weight is to be reduced and the energy efficiency is to be increased, particularly for the unmanned airplane.

상기 연료전지(200)는 연료전지를 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 총칭하는 것으로, 보다 상세히는 연료 개질기, 연료전지 본체, 전력 변환 장치 및 상기 구성들을 연결하는 회로가 포함되어 별개의 시스템을 이룬다. 또한 상기 연료전지(200)에는 배경기술에서 기설명한 보호회로가 포함된다.The fuel cell 200 collectively refers to a device for converting chemical energy into electrical energy using a fuel cell, and more particularly, a fuel reformer, a fuel cell main body, a power conversion device, and a circuit for connecting the above- . Also, the fuel cell 200 includes the protection circuit described in the background art.

상기 연료전지(200)는 유한한 충전 용량을 가지므로, 상기 연료전지(200)에서 상기 부하(10)로 공급되는 전력을 조절할 필요가 있다. 따라서 상기 부하(10)로 공급되는 전력의 양은 상기 태양전지(100)에서 변환 및 출력되는 전력량이나 상기 부하(10)에서 필요로 하는 전력량에 따라 달라질 수 있다.Since the fuel cell 200 has a finite charging capacity, it is necessary to adjust the power supplied from the fuel cell 200 to the load 10. Therefore, the amount of power supplied to the load 10 may vary depending on the amount of power converted and outputted by the solar cell 100 or the amount of power required by the load 10.

도 4는 상기 연료전지(200)의 성능 곡선을 도시한 것으로, 도 4의 좌측 Y축은 연료전지 시스템의 전압을, 도 4의 우측 Y축은 연료전지 시스템의 전기에너지 출력을 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연료전지(200)는 유한한 용량을 가지기 때문에 전기에너지 출력이 증가하면, 전압 출력은 감소한다. 이러한 상황, 즉 도 4의 우측에 도시된 상기 연료전지(200)의 전압 출력이 지속적으로 감소하는 상황이 되면 시스템 전체가 동작하지 않는 경우가 발생할 수 있다.4 shows the performance curve of the fuel cell 200. The left Y-axis of FIG. 4 shows the voltage of the fuel cell system, and the right Y-axis of FIG. 4 shows the electric energy output of the fuel cell system. As shown in FIG. 4, since the fuel cell 200 has a finite capacity, when the electric energy output increases, the voltage output decreases. In this situation, that is, when the voltage output of the fuel cell 200 shown in the right side of FIG. 4 is continuously decreased, the entire system may not operate.

상기 일체형 배터리팩(300)은 상기 태양전지(100)에서 발생하는 전력을 저장하여 필요한 경우에 상기 부하(10)에 공급하거나, 상기 연료전지(200)와 연결되어 상기와 같은 상황이 발생시 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조한다. 상기 일체형 배터리팩(300)이 사용되는 이유는 배터리가 다른 동력원에 비해 출력 밀도가 크기 때문에, 상기 부하(10)가 순간적으로 큰 전력을 사용해야하는 상황에 있어서 이를 보조하기 위해 필요하고, 시스템 전압을 안정화 시키는 역할을 하며, 버스 전압을 결정하게 된다.The integrated battery pack 300 may store the electric power generated by the solar cell 100 and supply the electric power to the load 10 when necessary or connected to the fuel cell 200, Thereby assisting the output of the fuel cell 200. The reason why the integrated battery pack 300 is used is that it is necessary to assist the battery 10 in a situation where the load 10 needs to use a large amount of power instantaneously because the battery has a higher output density than other power sources, Stabilizes the bus voltage, and determines the bus voltage.

도 3은 상기 일체형 배터리팩(300)의 상세한 구성을 도시한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 일체형 배터리팩(300)은 다수의 배터리(310), 제1BMS(320) 및 제2BMS(330)를 포함하여 이루어진다. 3, the integrated battery pack 300 includes a plurality of batteries 310, a first BMS 320, and a second BMS 330, as shown in FIG. 3, ).

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서 다수의 상기 배터리(310)는 총 7개이다. 이는 통상 전기 동력 항공기에서 제작되는 사양이므로 본 발명의 일실시예에서 7개로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 배터리(310)의 개수는 설계 사항이나 사용자의 선택 사항에 의해 변경 가능하다.As shown in FIG. 3, in an embodiment of the present invention, a total of seven batteries 310 are provided. However, the present invention is not limited to this, and the number of the batteries 310 may be changed according to design items or user's preferences. Do.

다수의 상기 배터리(310)는 서로 직렬로 연결되어 소정의 전압을 출력하며, 상기 배터리(310)는 이차전지인 리튬 폴리머 단전지를 사용하며, 상기 이차전지는 높은 순간출력을 낼 수 있다.A plurality of the batteries 310 are connected in series to output a predetermined voltage. The battery 310 uses a lithium polymer battery, which is a secondary battery, and the secondary battery can generate a high-speed instantaneous output.

상기 배터리(310)는 편의상 후술할 상기 제1BMS(320)에만 연결된 배터리를 제1배터리모듈(311), 상기 제2BMS(330)에만 연결된 배터리를 제2배터리모듈(312)이라 한다.For convenience, the battery 310 is referred to as a first battery module 311 and a second battery module 312 connected to only the second BMS 330, the battery being connected to only the first BMS 320, which will be described later.

상기 제1BMS(320)는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)으로, 다수의 상기 배터리(310)에 연결되어 상기 배터리(310)의 전력을 상기 부하(10)로 공급하거나 상기 태양전지(100)로부터 발생하는 잉여전력을 공급받아 상기 배터리(310)를 충전하며, 상기 배터리(310)간의 전압을 조절한다. 다수의 상기 배터리(310)간의 전압을 균등하게 조절하는 것을 액티브 셀 밸런싱(Active cell balancing)이라 부른다. 이를 보다 상세히 설명하면, 상기 제1BMS(320)는 각각의 배터리(310) 전압을 체크하여, 하나의 배터리는 완전히 충전되었는데, 다른 배터리의 충전용량은 고갈상태인 것과 같은 불균형 상태를 방지한다. 이렇게 상기 제1BMS(320)를 통한 액티브 셀 밸런싱은 상기 태양전지(100)로부터 발생하는 잉여전력을 공급받아 상기 배터리(310)에 충전할 때에만 나타나는 것이 아니며, 상기 배터리(310)의 전력을 상기 부하(10)로 공급할 때에도 다수의 배터리(310)에서 전압이 균일하게 출력되도록 한다.The first BMS 320 is a battery management system (BMS), and is connected to a plurality of the batteries 310 to supply power of the battery 310 to the load 10, And charges the battery 310 to adjust the voltage between the batteries 310. The battery 310 is charged with the surplus power generated from the battery 310, Controlling the voltage between the plurality of batteries 310 equally is referred to as active cell balancing. In more detail, the first BMS 320 checks the voltage of each battery 310 to prevent an unbalanced state such that one battery is fully charged and the remaining capacity of the other battery is depleted. The active cell balancing through the first BMS 320 is not necessarily performed when the surplus power generated from the solar cell 100 is supplied to the battery 310, So that the voltages are uniformly output from the plurality of batteries 310 even when supplied to the load 10.

상기 제2BMS(330)는 상기 다수의 배터리(310)에 연결되어 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조한다. 이 경우는 상기 부하(10)가 필요 전력이 급격하게 높아지는 경우이며, 본 명세서에서 설명하고 있는 전기 동력 항공기의 경우 급선회, 이륙과 같이 항공기의 급격한 운동 변화를 보일 때 일 수 있다.The second BMS 330 is connected to the plurality of batteries 310 to assist the output of the fuel cell 200 when necessary. In this case, the required power of the load 10 is suddenly increased. In the case of the electric powered aircraft described herein, it may be the case that the aircraft shows a sudden movement change such as a sudden turn, take-off.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 부하(10)의 필요 전력이 급격하게 높아지는 경우 상기 태양전지(100)보다 안정적으로 상기 부하(10)에 전력을 공급 가능한 상기 연료전지(200)의 공급 전력량이 높아지게 되는데, 경우에 따라 이 상황에서 상기 연료전지(200)의 시스템 전압이 일정 수치이하로 떨어져 상기 부하(10)에 충분한 전력을 공급하지 못하는 경우가 있을 수 있다.More specifically, when the required power of the load 10 is suddenly increased, the amount of power supplied to the fuel cell 200 that can supply power to the load 10 more stably than the solar cell 100 is increased , The system voltage of the fuel cell 200 may fall below a predetermined value in some cases and the power supply to the load 10 may not be sufficient.

이를 해결하기 위해 상기 배터리(310)와 제2BMS(330)가 상기 연료전지(200)와 병렬로 연결되어 상기 연료전지(200)의 부족한 출력을 보충한다. 이러한 방법은 종래에도 사용되던 방법이었으나, 본 발명에서는 상기 배터리(310)를 제1BMS(320)와 제2BMS(330)가 공유해 함께 사용함으로써, 단일의 장치에서 상기 부하(10)에 직접 전력을 출력하거나, 상기 연료전지(200)로 전력을 출력하는 것을 동시에 수행 가능하도록 하며, 상기 태양전지(100)에서 발생하는 잉여전력을 상기 배터리(310)에 충전시켜 상기 배터리(310)가 과방전되지 않게 하여, 종래에 발생하던 연료전지 시스템의 동작 정지를 방지하고, 시스템을 최적화 할 수 있다.In order to solve this problem, the battery 310 and the second BMS 330 are connected in parallel with the fuel cell 200 to supplement the insufficient output of the fuel cell 200. However, in the present invention, since the first BMS 320 and the second BMS 330 share the same battery, the power is directly output from the single device to the load 10 The battery 310 may be charged with surplus power generated by the solar cell 100 so that the battery 310 is not overdischarged, Thus, it is possible to prevent the operation stop of the fuel cell system which has conventionally occurred and to optimize the system.

상기한 상황의 경우에 발생하는 상기 제1BMS(320)의 액티브 셀 밸런싱에 관하여 설명한다. 상기 제2BMS(330)에서 상기 연료전지(200)의 출력을 보조하기 위해, 상기 제2BMS(330)에 연결된 제2배터리모듈(312)의 전력을 상기 연료전지(200)로 공급하면, 상기 제2배터리모듈(312)과 제1배터리모듈(311)간의 전압차이가 발생하게 된다. 상기 제1BMS(320)는 이를 감지하고, 상기 제1배터리모듈(311)과 제2배터리모듈(312)간의 전압 불균형을 맞추기 위해, 상기 제1배터리모듈(311)의 전력을 상기 제2배터리모듈(312)을 이루고 있는 각각의 배터리에 분배하여, 상기 제1배터리모듈(311)과 제2배터리모듈(312)간의 전압불균형을 해소할 수 있다.The active cell balancing of the first BMS 320 occurring in the above situation will be described. When the power of the second battery module 312 connected to the second BMS 330 is supplied to the fuel cell 200 to assist the output of the fuel cell 200 in the second BMS 330, 2 battery module 312 and the first battery module 311 are generated. The first BMS 320 senses this and controls the power of the first battery module 311 to match the voltage imbalance between the first battery module 311 and the second battery module 312. [ The first battery module 311 and the second battery module 312 can be distributed to each of the batteries constituting the battery module 312, thereby eliminating the voltage imbalance between the first battery module 311 and the second battery module 312.

상기 제1BMS(320)는 상기한 방법뿐 아니라, 상기 제1배터리모듈(311)과 제2배터리모듈(312)의 전압불균형이 발생했을 경우 상기 태양전지(100)에서 공급되는 잉여전력을 상기 제1배터리모듈(311)에 공급하지 않고 상기 제2배터리모듈(312)로 공급 및 충전하는 방식으로 전압불균형을 해소할 수 있다.The first BMS 320 may control the surplus power supplied from the solar cell 100 when the voltage unbalance between the first battery module 311 and the second battery module 312 occurs, The voltage imbalance can be eliminated by supplying and charging the first battery module 312 to the first battery module 312 without supplying the first battery module 311 with the voltage.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1BMS(320)는 상기 제2BMS(330)와 연결되는 배터리(310)의 개수가 서로 다를 수 있다. 이는 시스템 규격상 상기 부하(10)에 직접 전력을 출력하는 전압과 상기 연료전지(200)에 전력 출력을 보조하는 전압이 서로 다르게 사용되어 왔기 때문이며, 도 3과는 달리 상기 제1BMS(320)와 제2BMS(330)가 연결되는 배터리(310)의 개수는 서로 동일할 수 도 있다.As shown in FIG. 3, the first BMS 320 may have a different number of batteries 310 connected to the second BMS 330. This is because the voltage for directly outputting power to the load 10 and the voltage for assisting the power output to the fuel cell 200 have been used differently from each other in the system standard. Unlike FIG. 3, The number of batteries 310 to which the second BMS 330 is connected may be equal to each other.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 상기 듀얼모드 배터리팩 시스템은 상기 태양전지(100), 연료전지(200) 및 일체형 배터리팩(300)에서 공급되는 전력을 제어하는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.2, the dual mode battery pack system according to the present invention includes a control unit 400 for controlling power supplied from the solar cell 100, the fuel cell 200, and the integrated battery pack 300 .

상기 제어부(400)의 전력분배의 우선은 상기 태양전지(100)에서 변환되는 전력을 우선한다. 상기 태양전지(100)는 상기 연료전지(200)와 일체형 배터리팩(300)에 비해 기상 환경에 따라 다르지만 태양광이 확보되는 조건하에, 지속적으로 태양에너지를 전기에너지로 변환 가능하기 때문에, 상기 태양전지(100)를 우선적으로 상기 부하(10)로 출력한다. 이때 상기 태양전지(100)에서 공급되는 전력이 상기 부하(10)에서 필요로하는 전력의 전부는 아니며, 나머지 일정 부분의 필요 전력은 상기 연료전지(200)와 일체형 배터리팩(300)에서 상기 부하(10)로 공급하게 된다.The priority of the power distribution of the control unit 400 is to prioritize the power converted by the solar cell 100. [ Since the solar cell 100 can continuously convert solar energy into electric energy under the condition that sunlight is secured although it differs from the fuel cell 200 and the integrated battery pack 300 depending on the weather environment, And outputs the battery (100) to the load (10) preferentially. At this time, the power supplied from the solar cell 100 is not all of the power required by the load 10, and the remaining required power is supplied to the fuel cell 200 from the integrated battery pack 300, (10).

상기 제어부(400)는 상기 태양전지(100)에서 변환되는 전력이 상기 부하(10)에서 필요로 하는 전력보다 커 잉여전력이 발생할 때, 이를 상기 일체형 배터리팩(300)으로 공급하여 충전시킨다. 이때 상기 제1BMS(320)가 다수의 상기 배터리(310)간의 전압을 조절한다.When the power converted from the solar cell 100 is larger than the power required by the load 10 and surplus power is generated, the control unit 400 supplies the surplus power to the integrated battery pack 300 and charges the same. At this time, the first BMS 320 adjusts the voltage between the plurality of the batteries 310.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 부하
100 : 태양전지
200 : 연료전지
300 : 배터리팩
310 : 배터리
311 : 제1배터리모듈
312 : 제2배터리모듈
320 : 제1BMS
330 : 제2BMS
400 : 제어부10: Load
100: Solar cell
200: Fuel cell
300: Battery pack
310: Battery
311: first battery module
312: second battery module
320: 1st BMS
330: 2nd BMS
400:

Claims (7)

전기 동력 항공기에 사용되는 듀얼모드 배터리팩 시스템에 있어서,
태양에너지를 전기에너지로 변환하여 부하(10)에 전력을 공급하는 태양전지(100);
화학에너지를 전기에너지로 변환하여 상기 부하(10)에 전력을 공급하는 연료전지(200); 및
상기 태양전지(100)에서 발생하는 전력을 저장하여 필요한 경우에 상기 부하(10)에 공급하거나, 상기 연료전지(200)와 연결되어 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조하는 일체형 배터리팩(300);
을 포함하되,
상기 일체형 배터리팩(300)은
다수의 배터리(310),
모든 상기 배터리(310)에 연결되고, 상기 배터리(310)의 전력을 상기 부하(10)에 공급하거나 상기 태양전지(100)로부터 발생하는 잉여전력을 공급받아 상기 배터리(310)를 충전할 때, 상기 배터리(310)간의 전압을 조절하는 제1BMS(320) 및
다수의 상기 배터리(310) 중 일부에 연결되어 필요시 상기 연료전지(200)의 출력을 보조하는 제2BMS(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼모드 배터리팩 시스템.
A dual mode battery pack system for use in an electric powered aircraft,
A solar cell 100 for converting solar energy into electrical energy to supply power to the load 10;
A fuel cell 200 for converting chemical energy into electric energy to supply power to the load 10; And
An integrated battery pack (100) for storing the electric power generated by the solar cell (100) and supplying the electric power to the load (10) when necessary, or connected to the fuel cell (300);
≪ / RTI >
The integrated battery pack (300)
A plurality of batteries 310,
When all the batteries 310 are connected and the battery 310 is charged with the surplus power generated from the solar cell 100 or the power supplied from the battery 310 to the load 10, A first BMS 320 for adjusting a voltage between the batteries 310;
And a second BMS (330) connected to a part of the plurality of batteries (310) to assist the output of the fuel cell (200) when necessary.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제1BMS(320)는
다수의 상기 배터리(310)의 출력전압을 조절하는 액티브 셀 밸런싱을 하는 것을 특징으로 하는 듀얼모드 배터리팩 시스템.
The method of claim 1, wherein the first BMS (320)
And performs active cell balancing to adjust output voltages of the plurality of batteries (310).
제 4항에 있어서, 상기 제1BMS(320)는
상기 제2BMS(330)에 연결된 제2배터리모듈(312)의 출력 전압이 낮아지면 상기 태양전지(100)로부터 공급되는 잉여전력을 상기 제2배터리모듈(312)에 공급하거나, 상기 제2BMS(330)에 연결되지 않은 제1배터리모듈(311)의 전력을 상기 제2배터리모듈(312)로 분배하여, 다수의 상기 제1배터리모듈(311)과 제2배터리모듈(312)의 출력전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 듀얼모드 배터리팩 시스템.
5. The method of claim 4, wherein the first BMS (320)
When the output voltage of the second battery module 312 connected to the second BMS 330 decreases, the surplus power supplied from the solar cell 100 is supplied to the second battery module 312 or the second BMS 330 The output voltage of the first battery module 311 and the output voltage of the second battery module 312 are distributed to the second battery module 312 by a predetermined Of the battery pack (1).
제 1항에 있어서, 상기 듀얼모드 배터리팩 시스템은
상기 태양전지(100), 연료전지(200) 및 일체형 배터리팩(300)에서 공급되는 전력을 제어하는 제어부(400)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼모드 배터리팩 시스템.
2. The dual-mode battery pack system of claim 1,
A control unit 400 for controlling power supplied from the solar cell 100, the fuel cell 200, and the integrated battery pack 300,
The battery pack of claim 1,
제 6항에 있어서, 상기 제어부(400)는
상기 태양전지(100)에서 변환되는 전력을 우선적으로 상기 부하(10)에 공급하고, 상기 태양전지(100)에서 변환되는 전력이 상기 부하(10)에서 필요로 하는 전력보다 커 잉여전력이 발생할 경우, 이를 상기 일체형 배터리팩(300)으로 공급 및 충전시키는 것을 특징으로 하는 듀얼모드 배터리팩 시스템.
7. The apparatus of claim 6, wherein the controller (400)
When the power converted by the solar cell 100 is supplied to the load 10 preferentially and the power converted by the solar cell 100 is larger than the power required by the load 10, , And supplies and charges the battery pack (300) to the integrated battery pack (300).
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