KR101880580B1 - 무인 항공기의 제어 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 항공기 및 무인 항공기의 제어 방법을 개시한다. 태양광으로 발전하여 전력을 공급하는 태양광 발전부, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 태양광 발전부과 병렬로 연결되어 상기 태양광 발전부의 전력을 공급받아 충전되는 적어도 하나의 배터리, 상기 태양광 발전부 및 상기 배터리 중 적어도 하나를 동력원으로 비행을 위한 추력을 발생시키는 프로펠러를 회전시키는 적어도 하나의 모터, 상기 태양광 발전부와 상기 배터리 및 상기 태양광 발전부와 상기 모터 간 전기적 연결을 단속하는 제1 스위치, 및 상기 배터리의 전압을 모니터링하고, 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면 상기 제1 스위치를 턴 오프시키는 제어부를 포함하는 무인 항공기를 개시한다.
Description
본 발명은 무인 항공기에 대한 장치 및 제어 방법에 대한 것이다.
최근, 무인 항공기는 태양광을 전기적 에너지로 변환하는 태양 전지를 구비하여 비행을 위한 추진에너지를 공급받고 있다. 무인 항공기는 태양광이 희박한 야간에도 비행을 하기 위해 별도의 배터리를 더 포함하고 있다. 상기 배터리는 태양광이 풍부한 낮 시간대에 태양 전지가 출력하는 전원을 공급받아 충전될 수 있다.
한편, 고도 8KM 이상에서 비행하는 무인 항공기에 구비된 태양 전지는 저온환경에 노출되어 일반적인 상온에 노출된 태양 전지의 성능과 다른 성능을 가지게 된다. 구체적으로, 태양 전지의 출력은 태양광 강도와 외기 온도에 의해 변화되며, 저온 환경에서는 태양 전지의 개방회로 전압이 상승하게 된다.
이 경우, 무인 항공기에 포함된 배터리가 만충전되어 무인 항공기의 추진장치 및 태양 전지와 연결이 차단될 수 있다. 배터리가 만충전되어 추진장치와 태양 전지간 연결이 차단되면, 태양 전지가 저온 환경에서 높은 개방회로 전압이 상기 추진 장치에 직접 인가된다. 즉, 상기 추진 장치는 급격한 전압 상승으로 인해 손상 및 고장이 발생하는 문제가 있다.
특히, 한국에서 개발된 고고도를 비행하는 무인 항공기가 최근 성층권에 고도 18.5km까지 비행을 성공한바, 극저온에 노출된 태양 전지가 출력하는 전압의 인가로 무인 항공기의 추진 장치나 그 외 전기 시스템이 전기적 충격을 받는 문제의 해결이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고고도에서 극저온 환경에 노출되어 무인 항공기에 포함된 태양광 발전부가 상기 무인 항공기에 포함된 전기 및 전자 장치들의 정상 동작 전압 범위를 초과하는 전압을 출력하는 경우, 무인 항공기에 포함된 배터리의 만충전에 따른 충전 차단을 지연 또는 방지하여 상기 태양광 발전부가 출력하는 전압에 의해 무인 항공기에 포함된 전기 및 전자 장치들이 손상되는 것을 방지할 수 있는 무인 항공기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따른 무인 항공기는 태양광으로 발전하여 전력을 공급하는 태양광 발전부, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 태양광 발전부과 병렬로 연결되어 상기 태양광 발전부의 전력을 공급받아 충전되는 적어도 하나의 배터리, 상기 태양광 발전부 및 상기 배터리 중 적어도 하나를 동력원으로 비행을 위한 추력을 발생시키는 프로펠러를 회전시키는 적어도 하나의 모터, 상기 태양광 발전부와 상기 배터리 및 상기 태양광 발전부와 상기 모터 간 전기적 연결을 단속하는 제1 스위치, 및 상기 배터리의 전압을 모니터링하고, 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면 상기 제1 스위치를 턴 오프시키는 제어부를 포함한다.
무인 항공기의 일 예에 따르면, 상기 모터는 상기 제1 스위치가 턴 오프되면 상기 배터리가 공급하는 전력만을 동력원으로 한다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 배터리의 전압이 제2 기준 전압 이하가 되면, 상기 제1 스위치를 턴 온시키고, 상기 제2 기준 전압은 상기 제1 기준 전압보다 낮은 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 배터리가 공급하는 전력을 소비하는 제1 부하, 및 상기 배터리와 상기 제1 부하 간의 전기적 연결을 단속하는 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 배터리의 전압이 제3 기준 전압을 초과하면 상기 제2 스위치를 턴 온시키고, 상기 배터리의 전압이 상기 제3 기준 전압 이하이면 상기 제2 스위치를 턴 오프시킨다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 무인 항공기의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 미리 설정된 온도 이하의 온도를 감지하고 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면, 상기 제1 스위치를 턴 오프시킨다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 무인 항공기의 고도를 측정하는 고도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 고도 센서에서 미리 설정된 고도 이상의 고도를 감지하고 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면 상기 제1 스위치를 턴 오프시킨다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 태양광 발전부는 병렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하고, 상기 제1 스위치는 상기 배터리와 상기 복수의 태양 전지 간 각각의 전기적 연결을 각각 단속하는 복수 스위치를 포함한다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 배터리의 전압이 제4 기준 전압을 초과하면 상기 복수의 제1 스위치 중 적어도 하나의 제1 스위치를 턴 오프시켜 상기 태양광 발전부가 출력하는 전류의 크기를 감소시킨다.
무인 항공기의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 제4 기준 전압 미만이면, 턴 오프된 상기 제1 스위치를 턴 온시켜 상기 태양광 발전부가 출력하는 전류의 크기를 상승시킨다.
본 발명의 일 측면에 따른 무인 항공기 제어 방법은 태양광으로 발전하여 전력을 공급하는 태양광 발전부가 출력하는 전력을 공급받아 충전되는 배터리의 전압을 측정하는 단계, 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면, 상기 태양광 발전부가 배터리로 공급하는 전력을 차단시키는 단계, 및 상기 배터리의 전력으로만 비행을 위한 추력을 발생시키는 프로펠러를 회전시키는 적어도 하나의 모터에 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
무인 항공기의 제어 방법의 일 예에 따르면, 상기 배터리의 전압이 제2 기준 전압 이하이면, 상기 태양광 발전부가 출력하는 전력을 상기 배터리 및 상기 모터에 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 기준 전압은 상기 제1 기준 전압보다 낮은 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
무인 항공기의 제어 방법의 다른 예에 따르면, 상기 배터리의 전압이 제3 기준 전압을 초과하면, 상기 배터리의 전력을 공급받아 상기 배터리를 가열하는 가열부에 상기 태양광 발전부의 전력을 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 기준 전압은 상기 제1 기준 전압보다 낮은 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
다양한 실시예에 따른 무인 항공기는 고고도에서 극저온 환경에 노출되어 무인 항공기에 포함된 태양광 발전부가 상기 무인 항공기에 포함된 전기 및 전자 장치들의 정상 동작 전압 범위를 초과하는 전압을 출력하는 경우, 무인 항공기에 포함된 배터리의 만충전에 따른 충전 차단을 지연 또는 방지하여 상기 태양광 발전부가 출력하는 전압에 의해 무인 항공기에 포함된 전기 및 전자 장치들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 태양광 발전부의 온도에 따른 출력 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 무인 항공기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 내부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 내부 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 태양광 발전부의 온도에 따른 출력 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 무인 항공기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 내부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 내부 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시 예로부터 다른 실시 예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 즉 설명된 특정 세부사항들은 단순한 예시이다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 계속 고려될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무인 항공기(100)는 몸체(10), 배터리(110), 모터(120) 및 태양광 발전부(130)를 포함한다.
무인 항공기(Unmanned Aircraft, 100)는 사람이 탑승하지 않는 비행체를 말한다. 즉 조종사가 탑승하지 않는 비행체로, 사전에 입력된 프로그램에 따르거나, 상기 무인 항공기(100)와 통신하는 지상국의 원격제어에 따라 또는 비행체가 스스로 주위 환경을 인식하고 판단하여 비행을 하는 비행체를 의미한다.
무인 항공기(100)는 장기간 비행을 위해 자체적으로 전력을 생성할 수 있는 동력원을 구비하고, 상기 동력원으로 추진 장치인 모터(120)의 전원을 공급할 수 있다. 특히, 수 개월의 장기간 비행이 요구되는 무인 항공기(100)의 경우에 태양광을 이용한 발전하는 태양 전지를 태양 전지 등을 구비할 수 있다.
한편, 태양 전지는 태양광의 양에 따라 발전량이 달라지며, 무인 항공기(100)는 태양광이 풍부한 낮 시간대에는 태양 전지가 생산한 에너지로 모터(120)를 충분히 구동시킬 수 있으나, 태양광이 희박한 밤 시간대에는 별도의 동력원이 필요하다. 이를 위해, 무인 항공기(100)는 태양광이 풍부한 낮 시간대에 태양 전지가 생산한 전력으로 모터(120)를 구동시키면서 배터리(110)를 충전할 수 있고, 태양광이 희박한 밤에는 낮에 미리 저장해둔 배터리(110)의 전력원으로 모터(120)를 구동시킬 수 있다.
무인 항공기(100)는 상기 지상국과 무선네트워크를 통하여 연결될 수 있으며, 이 때 무선네트워크는 CDMA, WIFI, WIBRO 또는 LTE 등의 다양한 종류의 다양한 주파수 대역의 네트워크일 수 있다.
일 실시예에 따른 무인 항공기(100)는 고고도를 비행하는 무인 항공기(100)다. 고고도를 비행하는 무인 항공기(100)는 지상으로부터 8~12km의 높이의 아성층권을 비행하는 무인기이다. 아성층권은 기압이 400∼250mb이며, 기온이 -40°내지 -60℃정도로 지상에 비해 매우 낮은 기압과 극저온 환경을 갖는다. 무인 항공기(100)는 대류권 상에서 비행하는 무인 항공기보다 극한 환경에 동작할 수 있도록 설계될 필요가 있다.
배터리(110)는 전력을 저장하는 부분으로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함한다. 배터리(110)에는 복수의 배터리 셀들이 포함될 수 있으며, 배터리 셀들은 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 배터리(110)에 포함되는 배터리 셀들의 개수 및 연결 방식은 요구되는 출력 전압 및 전력 저장 용량에 따라서 결정될 수 있다.
배터리 셀은 충전이 가능한 이차 전지를 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전치, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리(110)는 무인 항공기(100)의 몸체(10) 및 날개의 내부 공간에 복수개 배치된다. 상기 날개보다 상기 몸체(10)에 더 많은 배터리(110)가 배치된다. 상기 복수의 배터리(110)들은 병렬로 연결되거나 직렬로 연결된다.
모터(120)는 배터리(110) 및 태양광 발전부(13)로부터 전력을 공급받아서 비행을 위한 추력을 발생시키는 프로펠러를 회전시킬 수 있다. 즉, 모터(120)는 프로펠러를 회전 운동시켜 무인 항공기(100)가 고고도에서 비행을 할 수 있도록 하는 추진 장치에 해당한다. 모터(120)는 태양광 발전부(130) 및 배터리(110) 중 적어도 하나를 동력원으로 한다.
태양광 발전부(130)는 태양의 빛 에너지인 태양광을 전기에너지로 변환할 수 있다. 태양광 발전부(130)는 무인 항공기(100)의 날개부에 배치된다. 태양광 발전부(130)는 태양광을 전기에너지로 변환하여 모터(120)의 동력원인 전력을 공급한다. 태양광 발전부(130)는 무인 항공기(100)의 모터(120)에 충분한 전력을 공급할 수 있도록 복수의 태양 전지(미도시)를 포함할 수 있다. 태양광 발전부(130)는 무인 항공기(100)에 요구되는 전력 및 전압의 출력을 갖도록 복수의 상기 태양 전지들이 직·병렬로 연결될 수 있다.
상기 태양 전지는 물리전지로 화학전지와 다른 구조를 가지며 p형 반도체와 n형 반도체 2종류의 반도체를 사용하여 전기를 일으킨다. 구체적으로, 상기 태양 전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동하는데, 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며, 이때 태양 전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다. 이를 광전효과라 한다.
한편, 상기 태양 전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 나눌 수 있다. 다시 실리콘 반도체에 의한 것은 결정계와 비결정계로 분류된다. 태양 전지는 실리콘 반도체가 대부분으로, 특히 결정계 실리콘 반도체의 단결정 및 다결정 태양 전지는 변환 효율이 좋고 신뢰성이 높아 널리 사용하고 있다.
태양광 발전부(130)에 포함된 태양 전지는 노출되는 환경에 따라 출력되는 전압 및 전력이 달라진다. 즉, 태양광 발전부(130)는 태양광 강도 및 외기온도에 의해 출력변화가 발생하며, 특히, 극저온 환경에 노출된 경우에 태양광 발전부(130)의 출력 전압의 크기에 큰 변화가 발생한다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.
도 2는 태양광 발전부의 온도에 따른 출력 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 좌측 그림은 태양광 발전부(130)의 일부인 태양 전지 패널의 모습이고, 우측 그래프는 상기 태양 전지 패널이 온도 변화에 따라 출력 전압의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
태양광 발전부(130)에 포함된 태양 전지 패널은 외기 온도 및 태양광 강도에 따라 출력변화가 발생한다. 상기 태양 전지 패널은 도 2의 그래프에 나타난 바와 같이 외기온도가 저하될수록 태양 전지 패널이 출력하는 전압인 개방회로 전압이 상승한다.
태양 전지 패널은 -0.00195 V/℃/Cell의 온도 계수에 의해 태양 전지 패널의 개방회로 전압이 상승하게 된다. 무인 항공기(100)가 비행하는 고고도는 성층권에 해당하며 기온이 -40°∼ -60℃정도로 극저온 환경이다. 즉, 무인 항공기(100)가 지표면과의 높이(고도)가 증가할수록 상기 태양 전지 패널의 개방회로 전압은 상승하게 되고, 고고도인 성층권에 진입한 후 상기 개방회로 전압은 무인 항공기에 포함된 전기 및 전압 장치가 무리 없이 동작할 수 있는 전압 범위인 정상 동작 전압 범위를 초과하는 전압까지 상승하게 된다.
예를 들면, 상기 태양 전지 패널이 상온에서 42V의 정격 전압을 갖는 경우, 무인 항공기(100)가 상공 2km까지 상승 비행 한 경우 44V, 상공 4km까지 상승 비행한 경우 46V, 상공 8km까지 상승 비행한 경우는 50V를 초과하는 개방회로 전압을 갖는다.
특히, 한국에서 개발된 고고도를 비행하는 무인 항공기(100)가 최근 성층권인 고도 14km까지 비행을 성공하였고, 고도 14km에서의 기온은 영하 50도에 육박한다. 이 경우, 태양 전지 패널의 개방회로 전압은 무인 항공기에 포함된 전기 및 전자 장치가 무리없이 동작할 수 있는 전압 범위인 정상 동작 전압 범위를 초과하는 전압 값을 갖게 된다. 따라서, 극저온 환경에서의 상승된 태양전지 패널의 개방회전 전압에 의해서 배터리의 충전 차단에 따라 바로 무인 항공기(100)에 포함된 전기 및 전자 장치에 정상 동작 전압 범위를 초과하는 태양광 발전부(130)의 전압이 인가되는 것을 방지하기 위한 조치가 필요하고, 이하 도면들을 참조하여 후술한다.
도 3은 무인 항공기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무인 항공기(100)는 배터리(110), 태양광 발전부(130), 모터(120) 및 제어부(140)를 포함한다.
배터리(110)는 태양광 발전부(130)와 병렬로 전기적으로 연결된다. 배터리(110)는 태양광 발전부(130)와 병렬로 연결된 노드의 전압은 배터리(110)의 전압과 상응하는 전압을 갖는다. 배터리(110)는 태양광 발전부(130)가 발전한 전력을 공급받아 충전된다. 배터리(110)는 모터(120)와 전기적으로 연결되며, 방전하여 모터(120)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(110)는 무인 항공기(100)의 태양광 발전부(130)의 발전량이 극격히 감소할 때인 밤 시간대에 모터(120)에 전력을 제공하여 무인 항공기(100)가 밤 시간대에도 무리 없이 비행할 수 있도록 한다.
무인 항공기(100)는 배터리의 충전 및 방전 전류를 차단하는 보호 스위치(210)를 포함할 수 있다. 한편, 설명의 편의를 위해 무인 항공기(100)에서 배터리(110), 태양광 발전부(130) 및 모터(120)를 포함하는 부하들간의 전기적 연결을 하나의 계통으로 가정하여 이하에서 설명한다.
무인 항공기(100)는 무게 증가 및 효율 손실을 줄이기 위해 배터리(110) 및 태양광 발전부(130)의 전력의 변화를 감시하고 발전 및 방전 전력을 제어하는 전원 관리 시스템(Power Management System) 등의 전력제어장치를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 전력이 공급되는 전력 버스에 전력원들이 바로 연결되어 버스의 상태에 따라 전력원들의 운전상태가 결정되는 패시브 전력 제어가 무인 항공기(100)에 적용된다.
따라서, 전력을 제어하는 제어부(140)는 배터리(110)의 보호를 위한 충방전 제어, 모터(120)에 공급되는 동력원의 선택 등의 패시브 전력 제어를 수행한다. 구체적으로, 제어부(140)는 배터리(110)의 전압을 모니터링하며, 배터리(110)의 전압에 기초하여 배터리(110)가 과충전, 과방전 등의 배터리(110)에 손상이 발생할 우려가 있는 경우에 상기 보호 스위치(210) 등을 제어하여 배터리(110)를 계통에서 분리시킬 수 있다.
태양광 발전부(130)는 배터리(110)를 충전시키거나, 배터리(110)와 함께 모터(120)에 전력을 공급할 수 있다. 태양광 발전부(130)는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 극저온 환경에서 상온에서 측정된 개방회로 전압에 비해 매우 높은 개방회로 전압을 출력한다. 제어부(140)는 태양광 발전부(130)의 발전 전력으로 배터리(110)의 만충전되면 상기 보호 스위치(210)를 턴 오프시켜 상기 배터리(110)를 계통에서 분리시킨다. 이 경우, 배터리의 전압에 종속되던 배터리와 태양광 발전부가 전기적으로 연결된 노드(이하, 전력원 노드)의 전압은 태양광 발전부와의 연결로 상기 높은 개방회로 전압까지 상승하게 된다. 이러한 전압 상승으로, 모터(120)는 손상없이 안전하게 동작하는 전압의 범위(예컨대, 220V의 정격 전압을 갖는 부하는 200V 내지 240V 범위의 정상 동작 전압 범위를 갖는다.)를 벗어난 고전압이 인가된다. 또한, 상기 태양광 발전부(130)와 전기적으로 연결된 다른 부하들(예컨대, 무인 항공기에 포함된 전반적인 전기시스템)도 정상 동작 전압 범위를 초과하는 고전압이 인가되어 손상 및 고장이 발생할 수 있다.
또한, 배터리가 계통에서 분리되는 순간에 상기 모터 및 상기 다른 부하들의 양단에 걸리는 전압이 급격히 상승하여 상기 모터 및 상기 다른 부하들에 손상을 유발할 수 있다.
따라서, 고고도 무인 항공기(100)에서, 높은 개방회로 전압을 갖는 태양광 발전부(130)가 출력하는 전압으로 모터(120) 및 다른 부하들이 손상되는 것을 방지하기 위해, 배터리(110)의 만충전을 지연 또는 방지시켜 상기 계통에서 배터리가 분리되는 것을 방지할 필요가 있다. 이에 대해선 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 내부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4를 참조하면, 무인 항공기(100)는 복수의 배터리(110), 모터(120), 태양광 발전부(130) 및 제1 스위치(220)를 포함한다.
제1 스위치(220)는 태양광 발전부(130)가 상기 계통과의 전기적 연결을 단속할 수 있다. 제1 스위치(220)는 상기 제1 내지 제 3 태양 전지(130-1 내지 130-3) 각각을 상기 계통에서 분리시킬 수 있도록 상기 제1 내지 제3 태양 전지(130-1 내지 130-3) 각각이 상기 계통과 연결되는 곳에 각각 배치된 제1-2 내지 제1-3 스위치(220-1, 220-2, 220-3)를 포함한다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 극저온 환경에서 배터리(110)의 만충전으로 배터리(110)가 계통에서 분리되면, 태양광 발전부(130)의 높은 개방회로 전압이 모터(120)에 인가된다. 이 경우. 모터(120)는 정상 동작 전압 범위를 초과하는 전압이 인가된다. 이러한 상황이 발생되는 것을 방지하기 위해, 배터리(110)가 만충전으로 상기 계통에 분리되지 않도록 배터리의 충전을 중단시킬 수 있다.
구체적으로, 배터리(110)의 전압이 소정의 전압 크기까지 상승한 경우에 태양광 발전부(130)를 계통에서 분리시켜 배터리(110)의 충전을 중단시킬 수 있다. 이 경우, 배터리(110)는 방전을 하여 모터(120)에 전력을 공급한다. 배터리의 방전으로 배터리의 전압은 점차 하락하게 된다. 즉, 제어부(140)는 배터리(110)가 만충전에 되기 전에 방전시켜 만충전에 따른 계통 분리를 방지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는 배터리(110)의 전압을 감지하여, 상기 소정의 전압 크기인 제1 기준 전압을 초과하는지 모니터링한다. 제어부(140)는 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 제1 스위치(220)를 턴 오프시키는 제어신호를 출력한다. 즉, 제어부(140)는 제1 스위치(220)를 턴 오프시켜 태양광 발전부(130)를 상기 계통으로부터 분리시킬 수 있다. 이 경우, 배터리(110)는 태양광 발전부(130)에 의한 충전이 중단되고 모터(120)로 전력을 공급하는 방전만이 진행된다. 상기 제1 기준 전압은 배터리(110)가 만충전으로 계통에서 분리될 수 있음을 감지하는 전압의 크기로 설정되면 된다. 예컨대, 배터리(110)의 전압이 42V에서 만충전으로 계통에서 분리된다면, 상기 제1 기준 전압은 42V 미만의 값을 갖도록 설정되며, 예를 들면, 상기 제1 기준 전압은 41V 내지 41.9V 사이의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는 배터리(110)의 전압이 제2 기준 전압 이하의 값을 가지면 제1 스위치(220)를 턴 온시킨다. 무인 항공기(100)는 태양광이 부족한 밤 시간대에 배터리(110)의 전력으로만 비행을 하므로, 소정의 전력량 이상을 배터리(110)가 저장할 필요가 있다. 이런 점에서, 제어부(140)는 태양광 발전부(130)가 계통에서 분리된 후에 배터리(110)의 전압이 제2 기준 전압 이하의 값을 갖는지 감지한다.
구체적으로, 배터리(110)는 제1 스위치(220)가 턴 오프된 상태에서 방전을 하여 배터리(110)의 충전용량(State Of Charge, SOC)이 감소하면서 배터리(110)의 전압의 크기가 하강한다. 배터리(110)가 상기 제2 기준 전압 이하의 전압을 갖는다면, 제어부(140)는 상기 태양광 발전부(130)를 계통에 다시 연결시켜 배터리(110)를 충전시킬 수 있다. 즉, 제어부(140)는 배터리(110)가 일정 전력 이상의 전력을 예비적으로 저장할 수 있도록 배터리(110)의 방전을 중단시킬 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 태양광 발전부(130)가 발전하는 전력으로 배터리(110)를 충전시킨다. 상기 제2 기준 전압은 배터리(110)가 예비적으로 보유할 필요가 있는 충전용량 이하의 충전 용량까지 방전되지 않는다고 추정할 수 있는 전압의 크기로 설정된다. 한편, 상기 제2 기준 전압은 상기 제1 기준 전압 보다 낮은 값으로 설정된다. 예를 들면, 배터리(110)가 85%의 예비 충전용량을 보유하도록 설정되고 85%의 충전용량을 갖는 배터리(110)의 전압이 40V인 경우, 상기 제2 기준 전압은 40V로 설정된다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 무인 항공기(100)는 패시브 전력제어 방식으로 배터리(110) 및 태양광 발전부(130)의 전력을 제어한다. 이 경우, 태양 전지의 출력이 부하에서 소모되는 전력보다 점차 커지게 되면, 배터리(110)에 흐르는 충전 전류의 크기도 상승하게 된다. 충전 전류의 크기가 상승하면, 배터리(110)의 내부 저항에 의해 배터리(110)의 충전 용량에 대응한 전압보다 더 큰 전압이 배터리(110)의 양 단자에 걸리게 되고, 제어부(140)는 배터리(110)가 만충전되지 않았어도 보호 스위치(210)를 개방시켜 배터리(110)를 상기 계통에서 분리시킨다. 배터리(110)가 상기 계통에서 분리되면, 배터리(110)의 내부 저항에 의한 전압 상승이 소멸되고 배터리(110)의 양 단자의 전압은 하락하여 충전 용량에 대응한 전압 값을 갖는다. 배터리(110) 양 단자의 전압이 하락하면, 제어부(140)는 보호 스위치(210)를 다시 턴온시켜 배터리(110)의 충전을 재개한다. 태양광 발전부(130)의 출력 전력량이 부하의 소비 전력량에 비해 큰 값을 갖는 경우에 이런 과정이 빈번하게 반복되며, 보호 스위치(210) 등 배터리(110)의 충전 전류 차단 장치의 수명이 급격히 단축되고, 앞서 상술 한바와 같이 태양광 발전부(130)의 높은 개방회로 전압에 의해 무인 항공기(100)의 전기 시스템이 손상되거나 고장 날 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제어부(140)는 제4 기준 전압을 초과하는 배터리(110)의 전압이 감지되면 태양광 발전부(130)의 출력 전류의 크기를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는 제1 스위치(220)에 포함된 제1-1 스위치 내지 제 1-3 스위치(220-1 내지 220-3)를 순차적으로 개방시켜 태양광 발전부(130)가 출력하는 전류를 감소시킬 수 있다. 태양광 발전부(130)의 출력 전류가 감소하면, 배터리(110)의 충전 전류도 감소하여 배터리(110)의 내부 저항에 의한 전압 상승을 감소된다. 예컨데, 배터리(110)의 전압이 상기 제4 기준 전압을 초과하면, 제1-1 스위치(220-1)를 개방시켜 태양광 발전부(130)가 출력하는 전류를 2/3로 감소시킨다. 배터리(110)의 전압이 상기 제4 기준 전압보다 높고 상기 제1 기준 전압보다 낮은 기준 전압인 제4-1 기준 전압을 초과하면, 제어부(140)는 제1-2 스위치(220-2)를 개방시켜 태양광 발전부(130)의 출력 전류를 1/2로 감소시킨다. 그리고, 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 제어부(140)는 제1-3 스위치(220-3)도 개방시켜 태양광 발전부(130)를 계통에서 완전히 분리시킬 수 있다. 한편, 상기 제4 기준 전압은 상기 제1 기준 전압 또는 상기 제2 기준 전압 중 적어도 하나의 기준 전압보다 낮게 설정된다.
한편, 무인 항공기(100)가 상기 제1 스위치(220), 태양 전지, 모터(120), 배터리(110) 각각을 복수개 포함된 것으로 도시되었지만, 본 발명의 사상은 도 4에 도시된 상기 제1 스위치(220), 태양 전지, 모터(120), 배터리(110) 등의 개수에 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)의 내부 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 무인 항공기(100)는 배터리(110), 태양광 발전부(130), 모터(120), 제어부(140), 제1 부하(150), 보호 스위치(210), 제1 스위치(220), 제2 스위치(230), 온도 센서(160) 및 고도 센서(170)를 포함한다. 배터리(110), 태양광 발전부(130), 모터(120), 제어부(140), 보호 스위치(210), 제1 스위치(220)는 도 3을 참조하여 설명한 배터리(110), 태양광 발전부(130), 모터(120), 제어부(140), 보호 스위치(210), 제1 스위치(220)와 상응하므로 반복하여 설명하지 않는다.
제1 부하(150)는 배터리(110) 및 태양광 발전부(130)가 공급하는 전력 중 적어도 하나의 전력을 소비한다. 제1 부하(150)는 상기 계통에 연결되면, 상기 계통으로부터 공급되는 전력을 소비할 수 있다. 제1 부하(150)는 배터리(110)를 가열하여 배터리(110)의 온도를 상승시키는 가열부를 포함한다. 상기 가열부는 배터리(110)가 극저온 상태에서 벗어나도록 상기 계통으로부터 공급받은 전력을 소비하여 배터리(110)를 가열한다. 한편, 제1 부하(150)는 상기 배터리(110)의 전력을 소비하는 복수의 부하를 더 포함할 수 있다.
제2 스위치(230)는 제1 부하(150)와 상기 계통과의 전기적 연결을 단속한다. 제2 스위치(230)는 제어부(140)의 제어 신호에 따라 개방 또는 단락 된다.
온도 센서(160)는 무인 항공기(100)의 몸체(10)의 온도 및 태양광 발전부(130)의 온도 중 적어도 하나의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(160)는 온도에 따라 전기 특성이 변하는 전자 소자 및 재료를 이용하여 온도를 측정할 수 있다.
고도 센서(170)는 지면이나 해면으로부터 무인 항공기(100)의 높이(즉, 고도)를 측정할 수 있다. 고도 센서(170)는 압력 센서를 통해 기압의 변화를 감지하여 높이 측정하는 방식, GPS 신호를 수신하여 높이를 측정하는 방식, 레이더 신호를 보내 높이를 측정하는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 무인 항공기(100)의 높이를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는 제3 기준 전압을 초과하는 배터리(110)의 전압이 감지되면 제2 스위치(230)를 턴 온시켜 제1 부하(150)가 전력을 소비하도록 한다. 구체적으로, 제어부(140)는 배터리(110)의 전압을 모니터링 한다. 제어부(140)는 상기 제3 기준 전압을 초과하는 배터리(110)의 전압이 감지되면 제2 스위치(230)를 턴 온시킨다. 제2 스위치(230)가 턴 온되어 제1 부하(150)가 계통에 투입되면 배터리(110) 및 태양광 발전부(130)가 공급하는 전력을 소비한다. 즉, 제어부(140)는 상기 제1 부하(150)를 계통에 투입시켜 배터리(110)가 만충전으로 계통으로부터 분리되는 것을 지연시킬 수 있다. 상기 제3 기준 전압은 상기 제1 기준 전압 미만의 값을 갖는다.
또한, 제어부(140)는, 배터리(110)의 전압이 상기 제3 기준 전압 이하로 감소하면, 상기 제2 스위치(230)를 턴 오프시켜 제1 부하(150)를 상기 계통에서 분리시킨다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1 부하(150)가 복수의 부하들을 포함하고, 상기 부하 각각에 대응하여 복수의 제2 스위치(230)가 각각 연결된 경우, 제어부(140)는 배터리(110)의 전압이 상승할수록 복수의 제2 스위치(230)를 순차적으로 턴 온시켜 배터리(110)의 충전 진행 정도를 점차 지연시키거나, 충전량보다 큰 전력을 방전하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는, 온도 센서(160)가 센싱한 온도가 미리 설정된 온도를 초과하고 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 제1 스위치(220)를 개방하여 태양광 발전부(130)를 계통에서 분리한다. 상술한 바와 같이 태양광 발전부(130)가 극저온에 노출되면 모터(120)의 정상 동작 전압 범위를 초과하는 고전압을 출력할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 온도 센서(160)가 감지한 온도 정보를 통해 배터리(110)가 계통에서 분리되면 태양광 발전부(130)가 모터(120)의 정상 동작 전압 범위를 초과하는 고전압의 출력하여 모터(120) 및 무인 항공기(100)의 전기시스템이 파손시킬 우려가 있는지 예측할 수 있다. 한편, 상기 미리 설정된 온도는 고고도 무인 항공기(100)가 장기간 체공할 높이에서의 기온에 기초하여 설정된다. 예를 들면, 무인 항공기(100)가 지면으로부터 8km 높이에서 장기간 체공하는 것으로 미리 설계되고, 상기 지면으로부터 8km인 곳에 기온이 영하 30~ 영하 40 사이의 값을 갖는 경우, 상기 미리 설정된 온도는 영하 30로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는, 고도 센서(170)가 센싱한 고도가 미리 설정된 고도를 초과하고 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 제1 스위치(220)를 개방하여 태양광 발전부(130)를 계통에서 분리한다. 지면으로부터 높이가 8km 이상이 되면 태양광 발전부(130)가 극저온에 노출되면 모터(120)의 정상 동작 전압 범위를 초과하는 고전압을 출력할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 고도 센서(170)가 감지한 고도 정보를 통해 배터리(110)가 계통에서 분리되면 태양광 발전부(130)가 모터(120)의 정상 동작 전압 범위를 초과하는 고전압의 출력하여 모터(120) 및 무인 항공기(100)의 전기시스템이 파손시킬 우려가 있는지 예측할 수 있다. 한편, 상기 미리 설정된 고도는 고고도 무인 항공기(100)가 장기간 체공할 것으로 예정된 높이에 기초하여 설정된다. 예를 들면, 무인 항공기(100)가 지면으로부터 8km 높이에서 장기간 체공하는 것으로 미리 설계된 경우, 상기 미리 설정된 고도는 8km로 설정된다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는, 고도 센서(170)가 센싱한 고도가 상기 미리 설정된 고도를 초과하고 온도 센서(160)가 센싱한 온도가 상기 미리 설정된 온도를 초과하며 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 제1 스위치(220)를 개방하여 태양광 발전부(130)를 계통에서 분리할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6에 도시된 흐름도는, 도 3 내지 도 5에 도시된 무인 항공기(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도, 도 3 내지 도 5에서 도시된 구성들에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 6에 도시된 흐름도에도 적용됨을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압을 모니터링 한다(S101). 무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하는지 감지한다(S103).
무인 항공기(100)는 배터리(110) 전압이 상기 제1 기준 전압을 초과하면, 태양광 발전부(130)를 상기 계통에서 분리하여 태양광 발전부(130)가 발전한 전력이 계통으로 공급되지 않도록 한다(S105).
무인 항공기(100)는 배터리(110)에 저장한 전력을 추진 장치인 모터(120)의 동력원으로 공급하도록 배터리(110)를 방전시킨다(S107).
무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압이 상기 제2 기준 전압 이하로 낮아지는지 배터리(110)의 전압을 모니터링한다(S109).
무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압이 상기 제2 기준 전압 이하로 낮아지면, 계통에서 분리된 태양광 발전부(130)를 다시 계통에 연결시켜 태양광 발전부(130)에서 발전한 전력이 배터리(110) 및 모터(120)에 공급되도록 한다(S111).
일 실시예에 따르면, 무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압을 모니터링하여 배터리(110)의 전압이 상기 제3 기준 전압을 초과하는지 감지한다. 다음으로, 무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압이 상기 제3 기준 전압을 초과하면 계통의 전력을 소비할 수 있는 제1 부하(150)를 계통에 연결시킨다. 무인 항공기(100)는 제1 부하(150)를 통해 태양광 발전부(130)가 발전한 전력 및 배터리(110)의 전력 중 적어도 하나의 전력을 소비한다. 이를 통해, 배터리(110)의 충전 속도는 떨어지고 배터리(110)의 전압이 상기 제1 기준 전압 또는 만충전 전압에 도달하는 것을 지연시킬 수 있다. 다음으로, 무인 항공기(100)는 배터리(110)의 전압이 제3 기준 전압 이하로 낮아지는지 배터리(110)의 전압을 감지한다. 무인 항공기(100)는, 배터리(110)의 전압이 제3 기준 전압 이하로 낮아지면, 제1 부하(150)를 상기 계통으로부터 분리시킨다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스를 포함할 수 있다. 나아가, 매체는 네트워크 상에서 전송 가능한 형태로 구현되는 무형의 매체를 포함할 수 있으며, 예를 들어 소프트웨어 또는 애플리케이션 형태로 구현되어 네트워크를 통해 전송 및 유통이 가능한 형태의 매체일 수도 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 디바이스에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, '필수적인', '중요하게' 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 몸체
100: 무인 항공기
110: 배터리
120: 모터
130: 태양광 발전부
140: 제어부
150: 제1 부하
160: 온도 센서
170: 고도 센서
210: 보호 스위치
220: 제1 스위치
230: 제2 스위치
100: 무인 항공기
110: 배터리
120: 모터
130: 태양광 발전부
140: 제어부
150: 제1 부하
160: 온도 센서
170: 고도 센서
210: 보호 스위치
220: 제1 스위치
230: 제2 스위치
Claims (14)
- 태양광으로 발전하여 전력을 공급하는 태양광 발전부;
적어도 하나의 배터리 셀을 포함하고, 상기 태양광 발전부과 병렬로 연결되어 상기 태양광 발전부의 전력을 공급받아 충전되는 적어도 하나의 배터리;
상기 태양광 발전부 및 상기 배터리 중 적어도 하나를 동력원으로 비행을 위한 추력을 발생시키는 프로펠러를 회전시키는 적어도 하나의 모터;
상기 태양광 발전부와 상기 배터리 및 상기 태양광 발전부와 상기 모터 간 전기적 연결을 단속하는 제1 스위치;
무인 항공기의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 배터리의 전압을 모니터링하고, 상기 온도 센서에서 미리 설정된 온도 이하의 온도를 감지하고, 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면 상기 제1 스위치를 턴 오프시키는 제어부;를 포함하는 무인 항공기. - 제1항에 있어서,
상기 모터는 상기 제1 스위치가 턴 오프되면 상기 배터리가 공급하는 전력만을 동력원으로 하는 무인 항공기. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 배터리의 전압이 제2 기준 전압 이하가 되면, 상기 제1 스위치를 턴 온시키고,
상기 제2 기준 전압은 상기 제1 기준 전압보다 낮은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 무인 항공기. - 제3항에 있어서,
상기 배터리가 공급하는 전력을 소비하는 제1 부하; 및
상기 배터리와 상기 제1 부하 간의 전기적 연결을 단속하는 제2 스위치;를 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기. - 제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 배터리의 전압이 제3 기준 전압을 초과하면 상기 제2 스위치를 턴 온시키고, 상기 배터리의 전압이 상기 제3 기준 전압 이하이면 상기 제2 스위치를 턴 오프시키는 무인 항공기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 무인 항공기의 고도를 측정하는 고도 센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 고도 센서에서 미리 설정된 고도 이상의 고도를 감지하고 상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하면 상기 제1 스위치를 턴 오프시키는 무인 항공기. - 제1항에 있어서,
상기 태양광 발전부는 병렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하고,
상기 제1 스위치는 상기 배터리와 상기 복수의 태양 전지 간 각각의 전기적 연결을 각각 단속하는 복수 스위치를 포함하는 무인 항공기. - 제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 배터리의 전압이 제4 기준 전압을 초과하면 상기 복수의 제1 스위치 중 적어도 하나의 제1 스위치를 턴 오프시켜 상기 태양광 발전부가 출력하는 전류의 크기를 감소시키는 무인 항공기. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 제4 기준 전압 미만이면, 턴 오프된 상기 제1 스위치를 턴 온시켜 상기 태양광 발전부가 출력하는 전류의 크기를 상승시키는 무인 항공기. - 태양광으로 발전하여 전력을 공급하는 태양광 발전부가 출력하는 전력을 공급받아 충전되는 배터리의 전압을 측정하는 단계;
온도 센서가 무인 항공기의 온도를 측정하는 단계;
상기 배터리의 전압이 제1 기준 전압을 초과하고, 상기 온도 센서에서 미리 설정된 온도 이하의 온도를 감지하면, 상기 태양광 발전부가 배터리로 공급하는 전력을 차단시키는 단계; 및
상기 배터리의 전력으로만 비행을 위한 추력을 발생시키는 프로펠러를 회전시키는 적어도 하나의 모터에 전력을 공급하는 단계;를 포함하는 무인 항공기의 전력 제어방법 - 제11항에 있어서,
상기 배터리의 전압이 제2 기준 전압 이하이면, 상기 태양광 발전부가 출력하는 전력을 상기 배터리 및 상기 모터에 공급하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제2 기준 전압은 상기 제1 기준 전압보다 낮은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 전력 제어방법. - 제12항에 있어서,
상기 배터리의 전압이 제3 기준 전압을 초과하면, 상기 배터리의 전력을 공급받아 상기 배터리를 가열하는 가열부에 상기 태양광 발전부의 전력을 공급하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제3 기준 전압은 상기 제1 기준 전압보다 낮은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 전력 제어방법. - 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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