KR101999187B1 - 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템은 전류를 발생시켜 출력시키는 발전부; 상기 발전부에서 발생시킨 전류를 정류하는 정류부; 상기 발전부의 전류 발생을 제어하는 상기 시동 발전기 제어부; 상기 정류부의 출력단에 연결되어, 정류되어 입력되는 DC 전류를 충전하는 배터리; 및 상기 배터리의 전원으로 구동되는 각종 로드;를 포함하여, 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템을 적용함으로써 항공기 시스템에 배터리 단독 시스템에 비해 오랜 시간 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다

Description

엔진-배터리 하이브리드 추진시스템{HYBRID GASOLINE-ELECTRIC PROPULSION SYSTEM}

본 발명은 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전원공급을 위한 장치로 발전기와 배터리를 구비시켜, 배터리에서 블레이드 모터에 전원을 공급하고, 이때 소모되는 배터리의 전력을 발전기에서 발생하는 전기에너지로 충전하도록 함으로써 무인기와 같은 각종 기기의 운용시간을 향상시킬 수 있는 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템에 관한 것이다.

종래 소형 항공기에서는 일반적으로 배터리를 이용하여 추진시스템을 구성하지만, 공공용 및 상업용으로 소형 항공기를 사용하기에는 운용반경이 좁고, 운용시간이 30분 이내로 짧다. 이 때문에 엔진과 배터리를 함께 추진시스템으로 사용하려는 시도가 되고 있으나, 아직까지 추진시스템 전체적인 이해가 부족하여 비효율적인 시스템 구성이 이루어지고 있다. 따라서 소형 항공기에 적용하기 위한 초경량 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0075020호(2016. 06. 29)

상술한 바와 같은 필요에 따라 본 발명은 전원공급을 위한 장치로 발전기와 배터리를 구비시켜, 배터리에서 블레이드 모터에 전원을 공급하고, 이때 소모되는 배터리의 전력을 발전기에서 발생하는 전기에너지로 충전하도록 함으로써 무인기와 같은 각종 기기의 운용시간을 향상시킬 수 있는 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템은 전류를 발생시켜 출력시키는 발전부; 상기 발전부에서 발생시킨 전류를 정류하는 정류부; 상기 발전부의 전류 발생을 제어하는 상기 시동 발전기 제어부; 상기 정류부의 출력단에 연결되어, 정류되어 입력되는 DC 전류를 충전하는 배터리; 및 상기 배터리의 전원으로 구동되는 각종 로드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템은 무인기와 같은 각종 기기에 배터리 단독으로 전원을 공급하는 시스템에 비해 오랜 시간 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템은 엔진을 통한 발전기에서 발생하는 AC 전압의 DC 전압 변환을 위한 정전압 레귤레이터 대신 정류기만을 사용함으로써 추진시스템의 중량을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템은 스위칭 릴레이 소자를 따로 설치하지 않고, Reverse Diode 를 연결하여 시동-발전모드 전환이 가능하게 함으로써 추진시스템을 효과적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템의 정류부의 배터리의 연결을 도시한 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템의 상세 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템은 발전부(100), 정류부(200), 시동 발전기 제어부(300), 배터리(400), 로드(500)를 포함한다.

상기 발전부(100)는 연료탱크(110), 엔진(120), 및 시동발전기(130)를 포함한다.

상기 연료탱크(110)는 상기 엔진(120)에 맞는 연료가 저장되어, 해당 연료가 상기 엔진(120)의 구동시에 공급될 수 있도록 한다.

상기 엔진(120)은 상기 연료탱크(110)에서 공급되는 연료로 구동되어 소정의 전류를 발생시킨다.

이때, 상기 엔진(120)은 도면에 10Hp와 6,500RPM을 갖는 엔진으로 도시되어 있지만, 배터리 용량 또는 로드의 용량에 따라 다양한 사양을 가질 수 있다.

상기 시동 발전기(130)는 상기 엔진(120)의 시동을 위해 모터처럼 구동되어 상기 엔진(120)이 스스로 회전하도록 몇 바퀴 회전시킨다.

상기 정류부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전부(100)의 출력단에 연결되어 상기 발전부(100)에서 발전되어 출력되는 전류의 전압을 배터리를 이용하여 정전압으로 유지시켜준다.

상기 엔진(120)은 RPM에 따라 가변 되는 전압이 출력되기 때문에, 일반적인 회로에서는 상기 정류부(200) 뒤에 레귤레이터(Regulator)를 장착하여 시스템 전압을 일정하게 유지시켜 주지만, 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템은 상기 정류부(200)의 출력을 상기 배터리(400)에 직접 연결하여 정전압을 유지시킨다.

참고로, 상기 발전부(100)에서 출력되는 AC 전압은 상기 엔진(120)의 RPM에 의해서 가변되고, 상기 RPM에 의해 가변되는 발전기 출력 AC 전압을 상기 정류부(200)만으로 정류하면, RPM에 의해 가변되는 DC 전압이 생성된다.

본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템은 상기 로드(500)가 항상 존재한 상태에서, 고중량의 정전압 레귤레이터를 사용하지 않고 완전 충전되지 않은 상기 배터리(400)를 병렬로 연결함으로써 정전압을 생성한다.

따라서, 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템은 상기 레귤레이터를 제거함으로써 무인기와 같은 각종 기기의 전체 중량을 감소시킬 수 있다.

상기 시동 발전기 제어부(300)는 상기 시동 발전기(130)가 구동되도록 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 시동 발전기 제어부(300)는 상기 발전부(100) 및 배터리(400)를 실시간 모니터링하면서, 상기 배터리(400)의 용량이 소정의 임계 용량 이상으로 유지하도록 발전부(100)의 시동발전기(130)의 구동을 제어함으로써 발전된 전원이 상기 배터리(400)를 통해서 로드(500)로 안정적으로 공급될 수 있도록 한다.

상기 시동 발전기 제어부(300)가 상기 시동 발전기(130)를 구동시키는 경우, 상기 발전부(100)는 시동모드가 되고, 상기 엔진(120)이 시동되어 공회전상태(Idle 상태)가 되면 상기 시동 발전기(130)의 구동력 없이 상기 연료탱크(110)에서 공급되는 연료의 양에 따라 회전하는 발전모드 상태가 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발전부(100)의 발전모드에서 상기 시동 발전기(130)의 출력에 의해 상기 시동 발전기 제어부(300)가 파손될 수 있다.

즉, 상기 시동 발전기 제어부(300)에서 환류다이오드(310:Freewheeling Diode)가 정류기 역할을 하게 되는데, 상기 발전부(100)의 시동 발전기(130)에서 발전되어 출력되는 고출력의 전류에 의해 상기 환류다이오드(310)가 파손될 수 있다.

그래서 일반적으로 고중량의 3상 스위칭 릴레이를 사용하여, 상기 시동 발전기(130)에서의 출력을 차단함으로써, 상기 환류다이오드(310)가 파손되는 것을 방지해 왔다.

하지만, 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템은 상기 3상 스위칭 릴레이 대신, 상기 시동 발전기 제어부(300)의 입력단에 저중량의 리버스 다이오드(600:Reverse Diode)를 장착하여, 상기 시동 발전기 제어부(300) 내부 정류현상을 억제함으로써, 전류의 흐름을 차단시켜 상기 시동 발전기 제어부(300)가 파손되지 않도록 한다.

상기 배터리(400)는 입력단으로는 상기 정류부(200)가 연결되고, 출력단으로는 상기 로드(500)가 연결되어, 상기 발전부(100)에서 출력되어 정류부(200)에서 정류되어 입력되는 전류를 전달받아 축적하면서, 출력단으로 연결된 로드(500)에 필요한 전원을 공급한다.

상기 로드(500)는 무인기와 같은 각종 기기를 구동시키기 위한 모터, 야간비행을 위한 라이트 등과 같이 각종 기기에서 전원을 필요로 하는 모든 구성에 해당된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 발전부
110 : 연료탱크
120 : 엔진
130 : 시동 발전기
200 : 정류부
300 : 시동 발전기 제어부
400 : 배터리
500 : 로드
600 : 리버스 다이오드(600:Reverse Diode)

Claims (3)

1. 무인 소형 항공기의 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템에 있어서,
   시동모드에서는 엔진을 직접 구동시키면서 발전모드 에서는 전류를 발생시켜 출력시키는 발전부(100);
   상기 발전부(100)에서 발생시킨 전류를 정류하여 전압이 가변되는 DC 전류를 출력하는 정류부(200);
   상기 발전부(100)의 전류 발생을 제어하는 시동 발전기 제어부(300);
   상기 정류부(200)의 출력단에 병렬로 연결되어, 상기 전압이 가변되는 DC 전류가 충전되어 일정한 전압의 전류를 출력하는 배터리(400);
   상기 배터리(400)의 전원으로 구동되는 각종 로드(500); 및
   상기 시동 발전기 제어부(300)의 입력단에 캐소드가 연결되고, 상기 배터리(400)의 출력단에 애노드가 연결되어 상기 시동 발전기 제어부(300) 내부 정류현상을 억제하고, 전류의 흐름을 차단시키기 위한 리버스 다이오드(600:Reverse Diode);를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 시동 발전기 제어부(300)는
   상기 발전부(100) 및 상기 배터리(400)를 실시간 모니터링하면서, 상기 배터리(400)의 용량이 소정의 임계 용량 이상으로 유지하도록 상기 발전부(100)의 시동발전기(130)를 구동하는 것을 특징으로 하는 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템.
3. 삭제

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