KR102004123B1

KR102004123B1 - 직렬 하이브리드 전력 장치 및 운용 방법

Info

Publication number: KR102004123B1
Application number: KR1020190023341A
Authority: KR
Inventors: 이보화; 김근배
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-07-25
Also published as: KR20190026706A

Abstract

전력 운용 시스템에 연관된다. 보다 구체적으로 쿼드틸트 프롭 항공기의 전력 시스템에 연관되며, 복수의 모터에 전력을 공급하는 배터리의 SoC(State of Charge) 레벨을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 발전기에 동력을 공급하는 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 프로세서; 및 결정되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부에 따라 상기 엔진의 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

직렬 하이브리드 전력 장치 및 운용 방법{APPARATUS FOR HYBRID SERIES ELECTRICAL POWER AND ITS MANAGEMENT METHOD}

모터에 전력을 제공하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 엔진에서 생성되는 동력을 전력으로 변환하여 모터를 동작하도록 하는 직렬 하이브리드 전력 시스템을 제공하는 장치 및 그 운용 방법에 연관된다.

하이브리드 시스템이란 동력원으로서 전기모터와 내연기관을 동시에 구비하는 시스템을 의미한다. 일반적인 내연기관과 비교할 경우에 하이브리드 시스템은 내연기관과 전기모터를 동시에 이용할 수 있으므로, 연료 소비율을 낮출 수 있다.

하이브리드 동력 시스템의 구성에는 직렬형, 병렬형, 복합형 방식이 존재한다. 다수의 프로펠러를 이용하여 추진력을 얻는 분산 추진 시스템의 경우에는 직렬형 하이브리드 방식이 주로 사용된다.

한국 등록특허 10-1667330호 (공고일자 2016년10월19일)는 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기를 제시한다. 배터리에 저장된 전력과 배터리에 저장되지 않은 전력의 양을 결정하는 내용에 관한 발명이다.

일실시예에 따르면 복수의 모터에 전력을 공급하는 배터리의 SoC(State of Charge) 레벨을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 발전기에 동력을 공급하는 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 프로세서; 및 결정되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부에 따라 상기 엔진의 출력을 제어하는 제어부를 포함하는 직렬 하이브리드 전력 장치가 개시된다.

다른 일실시예에 따르면 상기 프로세서는, 상기 엔진의 회전수를 미리 지정되는 범위로 운전되도록 결정할 수 있고, 상기 SoC 레벨이 최대 레벨의 50% 내지 100% 범위에서 유지되도록 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 것도 가능하다.

또 다른 일실시예에 따르면 직렬 하이브리드 엔진; 상기 엔진에서 공급되는 동력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 발전기에서 생산된 전력을 저장하는 배터리; 상기 배터리에 저장된 전력 또는 상기 발전기가 생산하는 전력 공급받아 회전하는 복수의 모터; 상기 복수의 모터에 전력을 공급하는 배터리의 SoC(State of Charge) 레벨을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 발전기에 동력을 공급하는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 프로세서; 및 결정되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부에 따라 상기 엔진의 출력을 제어하는 제어부를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기가 개시된다.

다른 일실시예에 따르면 상기 프로세서는, 상기 엔진의 회전수를 미리 지정되는 범위로 운전되도록 결정하거나, 상기 SoC 레벨이 최대 레벨의 50% 내지 100% 범위에서 유지되도록 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 쿼드틸트 프롭 항공기도 개시된다.

일실시예에 따르면 상기 발전기, 프로세서, 제어부 및 배터리 중 어느 하나를 냉각하기 위한 팬를 더 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기도 가능하고, 상기 엔진을 구동하기 위한 연료를 저장하는 연료탱크를 더 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기도 가능하다.

일측에 따르면 제1 모터군에 전력을 공급하는 제1 배터리와 제2 모터군에 전력을 공급하는 제2 배터리의 전력 공급 여부를 운행 상태에 따라 결정하는 프로세서; 및 결정되는 상기 제1 및 제2 배터리의 전력 공급 여부에 따라 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기가 개시된다.

다른 일측에 따르면 상기 프로세서는, 상기 쿼드틸트 프롭 항공기의 이륙 또는 착륙시에는 상기 제1 및 제2 배터리가 전력을 공급하도록 결정하고, 순항 또는 로이터시에는 상기 제1 및 제2 배터리 중 어느 하나만 전력을 공급하도록 결정하는 쿼드틸트 프롭 항공기일 수 있다.

또 다른 일측에 따르면 제1 모터군에 전력을 공급하는 제1 배터리와 제2 모터군에 전력을 공급하는 제2 배터리의 전력 공급 여부를 운행 상태에 따라 결정하고, 상기 제1 및 제2 배터리의 SoC(State of Charge) 레벨을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 발전기에 동력을 공급하는 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 프로세서; 및 결정되는 상기 제1 및 제2 배터리의 전력 공급 여부에 따라 전력 공급을 제어하고, 결정되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부에 따라 상기 엔진의 출력을 제어하는 제어부를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기도 가능하다.

다른 일측에 따르면 프로세서가, 복수의 모터에 전력을 공급하는 배터리의 SoC(State of Charge) 레벨을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 발전기에 동력을 공급하는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 단계; 및 제어부가, 계산되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부에 따라 상기 엔진의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 직렬 하이브리드 전력 장치의 운용 방법이 개시된다.

또 다른 일측에 따르면 상기 프로세서가 상기 엔진의 회전수를 결정하는 경우에, 상기 엔진의 회전수를 미리 지정되는 범위로 운전되도록 결정하는 직렬 하이브리드 전력 장치의 운용 방법도 개시된다.

다른 일측에 따르면 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 SoC 레벨이 최대 레벨의 50% 내지 100% 범위에서 유지되도록 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 직렬 하이브리드 전력 장치의 운용 방법일 수 있다.

일실시예에 따르면 프로세서가, 제1 모터군에 전력을 공급하는 제1 배터리와 제2 모터군에 전력을 공급하는 제2 배터리의 전력 공급 여부를 운행 상태에 따라 결정하는 단계; 및 제어부가, 결정되는 상기 제1 및 제2 배터리의 전력 공급 여부에 따라 전력 공급을 제어하는 단계를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기의 운용 방법도 개시된다.

도 1은 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 전력 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 전력 장치를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기 시스템을 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 쿼드틸트 프롭 항공기를 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 쿼드틸트 프롭 항공기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리의 잔여용량을 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른 엔진의 출력 범위를 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른 모터가 장시간 고출력을 사용하는 경우의 문제점 발생 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 모터가 장시간 고출력을 사용하는 경우 해결방안을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 일실시예에 따른 쿼드틸트 프롭 항공기의 배터리 운용 방법을 도시한다.

이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.

또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.

도 1은 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 전력 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 전력 장치는 제어부(130), 및 프로세서(160)로 구성될 수 있고, 경우에 따라서는 엔진(110), 발전기(120), 모터(140) 및 배터리(150) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

엔진(110)은 내연기관엔진일 수 있으며, 구체적으로 왕복엔진 또는 로터리엔진일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 연료를 이용해 동력을 생성하기만 하면 엔진일 수 있다. 엔진의 출력은 RPM(Round Per Minute)으로 표시될 수 있고, 제어부(130)에 의해 제어된다.

발전기(120)는 상기 엔진(110)으로부터 전달되는 동력을 이용하여 전력(Electrical Power)을 생성한다. 상기 발전기(120)는 상기 엔진(110)의 구동축과 커플링을 사용하여 직접 연결되어있고, 엔진(110)의 시동 및 발전에 연관된다. 즉, 상기 엔진(110)에 시동이 걸리는 경우에 생성되는 동력은 구동축을 통해 발전기(120)로 전달되고, 상기 발전기(120)가 동작한다.

또한 발전기(120)의 출력은 제어기(130)과 직접 연결된다. 발전기(120)의 출력은 3상 출력일 수 있다.

제어부(130)는 엔진(110), 발전기(120), 모터(140) 및 배터리(150)와 연결되며, 각 구성들을 제어한다.

프로세서(160)는 기본적으로 배터리(150)의 SOC(State Of Charge, 잔여용량) 레벨을 모니터링 한다. 프로세서(160)는 배터리(150)의 SOC(잔여용량) 레벨이 최대 충전 용량(Maximum Charged State)의 몇 퍼센트에 해당 하는지를 지속적으로 확인한다. 배터리(150)의 SOC 레벨은 제어부(130)가 다른 구성들을 제어하기 위한 가장 필수적인 정보이다. 프로세서(160)는 배터리(150)의 SOC 레벨에 기초하여, 상기 SOC 레벨에 대응하는 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정한다.

예를 들어 잔여용량이 최대 저장 용량의 20%인 경우에는 엔진의 출력을 증가시키는 방향으로 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 배터리(150)의 잔여용량이 20%인 경우에 엔진에 연료 주입을 증가시키고 동력을 더 많이 생산하도록 하여 상기 엔진의 출력이 90%가 되도록 결정할 수 있다. 이에 대응하여 발전기(120)의 출력도 높게 결정된다.

반대로 배터리(150)의 잔여용량이 100%인 경우 그 값에 대응하여 엔진의 동작을 정지하도록 결정할 수 있다. 또는 잔여용량이 90%인 경우에는 엔진의 출력이 10%에서 유지되도록 결정하는 것도 가능하다. 잔여용량의 적정 범위가 최소 50%부터 최대 100%까지의 잔여용량인 경우에 잔여용량이 이 범위를 벗어나지 않도록 현재 잔여용량에 대응되는 엔진의 출력을 결정할 수 있다.

상기 수치는 예시적인 수치일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 프로세서는 잔여용량이 미리 지정되는 범위 또는 미리 지정되는 값을 유지할 수 있도록 상기 잔여용량에 대응하는 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정한다.

또한 제어부(130)가 엔진(110)의 출력을 제어하는 방식에 있어서는 CAN(Controller Area Network) 버스 통신을 이용하거나 유선(Wire)으로 제어할 수 있다.

경우에 따라서 모터(140)가 존재할 수 있으며, 복수로 존재할 수도 있다. 예를 들어 제안되는 직렬 하이브리드 전력 장치가 쿼드틸트 프롭 항공기에 적용되는 경우에는 모터가 4개일 수 있다.

모터(140)는 배터리(150)에 충전되어 있는 전력을 이용하거나, 발전기(120)에서 생산되는 전력을 직접 이용할 수 있다. 따라서 모터(140)는 엔진(110)의 동력을 직접 이용하지는 않고 발전기(120) 또는 배터리(150)의 전력을 이용하여 동작한다.

보다 구체적으로 엔진(110)에 의해 생산되는 동력은 발전기(120)에 의해 전기에너지로 변환되고, 상기 전기에너지는 배터리(150)에 저장되거나 모터(140)로 전달되어 소비될 수 있다.

모터(140)는 모터 드라이버를 포함할 수 있고, 추력장치와 연결되어 추력을 발생시킬 수도 있다. 예시적으로 그러나 한정되지 않게, 제안되는 직렬 하이브리드 전력 장치가 쿼드틸트 프롭 항공기인 경우에는 상기 모터(140)가 프로펠러에 연결되어 프로펠러가 추력을 발생시키는 구성도 가능하다.

배터리(150)는 발전기(120)가 생성하는 전력을 저장한다. 배터리(150)는 크기 또는 종류에 따라 저장 가능한 전력의 양이 상이할 수 있다. 배터리(150)는 그 종류에 무관하게 전력을 저장할 수 있는 장치이면 족하다. 예시적으로 리튬이온 배터리, 리튬폴리머 배터리, 니켈수소 배터리 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

배터리(150)는 발전기(120)로부터 생성되는 전력을 저장하고, 필요한 때에 모터로 전달한다. 발전기(120)에서 생성되는 전력의 기준전압, 모터(140)의 구동전압, 배터리(150)의 기준전압이 모두 일치하는 경우에는 모터용 DC(Direct Current) - DC 컨버터(Converter)가 없더라도 동작할 수 있다.

또한 배터리(150)는 배터리에 직렬로 연결되어 있기 때문에, 실시간으로 달라지는 모터(140)의 요구 전력을 지속적으로 공급할 수 있고 엔진 및 발전기의 고장이나 파손이 발생하더라도 전력을 전달할 수 있다.

도 2는 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 전력 장치를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기 시스템을 도시한다.

제안되는 직렬 하이브리드 전력 장치를 포함하는 쿼드틸트 프롭 항공기 시스템은 엔진(210), 발전기(220), 제어기(230), 배터리(250) 및 프로세서(260)로 구성될 수 있다. 제안되는 직렬 하이브리드 전력 장치를 포함하는 쿼드틸트 프롭(QTP) 항공기(240)도 도시한다.

도 1에서 설명한 것과 마찬가지로 엔진(210)은 연료를 이용하여 동력을 발생시키고, 상기 동력을 발전기(220)가 전달받아 전력을 생산한다. 생산된 전력은 제어기(230)에 직접 연결되고, 상기 제어기(230)는 전달받은 전력을 쿼드틸트 프롭 항공기(240) 또는 배터리(250)에 전달한다. 발전기(220)가 생산하는 전력과 쿼드틸트 프롭 항공기(240)의 모터 및 배터리의 기준 전압이 모두 동일한 경우에는 별도의 DC - DC 컨버터가 필요하지 않다.

엔진(210)과 제어부(230)는 CAN 버스 통신을 이용하여 연결될 수 있고, 상기 제어부(230)와 배터리(250)도 CAN 버스 통신을 이용하여 연결될 수 있다.

프로세서(260)는 제어부(230)와 연결되어 배터리(250)의 잔여용량을 모니터링하고 적절한 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정한다. 결정되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작여부에 대응하여 제어부(230)가 엔진을 제어한다.

도 3은 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 쿼드틸트 프롭 항공기를 도시한다.

직렬 하이브리드 쿼드틸트 프롭 항공기(300)의 경우에 4개의 모터(310, 320, 330 및 340)를 포함할 수 있다. 각 모터는 모터 드라이버와 추력장치를 더 포함할 수 있고, 도시하는 쿼드틸트 프롭 항공기의 경우에는 추력장치가 프로펠러이다. 이는 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

각 모터(310, 320, 330 및 340)는 모두 배터리(250)와 직렬로 연결되어 있고, 제어기(230)와도 직렬로 연결되어 있다. 각 모터의 요구 전력은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어 쿼드틸트 프롭 항공기(300)가 우측 방향으로 선회하는 경우에 항공기(300)의 좌측에 위치한 모터(330, 340)의 요구 전력이 항공기(300)의 우측에 위치한 모터(310, 320)의 요구 전력보다 클 수 있다. 반대로 쿼드틸트 프롭 항공기(300)가 좌측 방향으로 선회하는 경우에 항공기(300)의 우측에 위치한 모터(310, 320)의 요구 전력이 항공기(300)의 좌측에 위치한 모터(330, 340)의 요구 전력보다 클 수 있다. 상기 요구 전력의 차이는 모터의 요구 동력의 차이에 기인하는 것으로서, 전력의 소모가 클수록 강한 동력을 발생시킬 수 있다는 것을 의미한다. 또한 모터는 추력장치와 연결되어 있기 때문에 모터의 강한 동력은 추력장치의 강한 추력을 발생시킬 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 직렬 하이브리드 쿼드틸트 프롭 항공기의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.

직렬 하이브리드 쿼드틸트 프롭 항공기는 엔진(410), 발전기(420), 제어부(430) 4개의 모터(440), 배터리(450) 및 프로세서(460)로 구성될 수 있다.

엔진(410)에는 연료 탱크(411)가 연결되어 있다. 연료 탱크(411)는 엔진의 작동에 필요한 연료를 저장하고 있으며, 엔진(410)이 동작할 때 연료를 엔진으로 전달한다.

엔진(410)은 연료를 이용해 동력을 발생시키고, 상기 동력은 발전기로 전달되어 발전기가 전력을 생산한다.

4개의 모터(440)는 항공기의 추력 발생장치와 연결되어 추력을 발생시키는 역할을 한다. 또한 각각의 모터(441)는 모터 드라이버(442)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 배터리의 잔여용량을 도시한다. 도 5에서 배터리는 예시적으로 도시하였으며, 그 형태가 그림과 같이 제한되는 것은 아니다.

배터리의 잔여용량(SOC)은 0%부터 100%까지 존재할 수 있다. 잔여용량이 100%인 경우는 최대 충전 용량만큼 가득 차 있는 것을 의미한다. 반대로 0%는 배터리의 전력이 하나도 남지 않은 상태를 의미한다.

제안되는 직렬 하이브리드 전력 장치는 프로세서 및 제어부에 의해 배터리의 잔여용량(SOC)이 조절된다.

일실시예에 따르면 배터리의 잔여용량이 60%이상 90%이하로 운영되도록 할 수 있다. 쿼드틸트 프롭 항공기가 수직 이착륙 또는 호버 비행시 등 고출력을 장시간 사용하는 경우에 잔여용량이 60% 미만으로 내려갈 수 있다. 이때 프로세서는 잔여용량이 60% 미만에 대응되는 엔진의 회전수를 결정하고, 결정되는 상기 엔진의 회전수에 따라 제어부가 엔진을 제어한다. 이 경우 제어부는 엔진의 회전수를 높여 발전기의 전력 생산량을 증가시키는 방향으로 배터리의 잔여용량을 다시 60% 이상으로 증가시킬 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 엔진의 출력 범위를 도시한다. 엔진의 출력은 배터리와 마찬가지로 제어부에 의해 제어된다.

엔진의 출력은 사용되는 엔진의 종류에 따라 상이할 수 있으나, 각 엔진의 출력 범위는 제로출력(회전하지 않는 상태)부터 최대출력(회전수가 가장 큰 상태)까지 이다. 제로출력을 0%, 최대 출력을 100%라고 하면 제어부는 엔진의 출력 범위를 조절할 수 있다.

상기 엔진의 출력은 엔진의 회전수와 직접 연결되는 개념이며, 엔진의 회전수가 높을수록 엔진의 출력이 높다. 반대로 엔진의 동작이 정지하거나 회전수가 낮은 경우에는 엔진의 출력이 없거나 낮게 된다.

예시적으로 연료의 효율을 높이려면 엔진의 출력을 최대출력의 70% 부근에서 유지되도록 제어할 수 있다. 도 6에서는 엔진의 출력을 연료 효율이 높도록 유지하기 위해 최대출력의 70% 근처에서 동작하는 모습을 도시하였다.

한편, 모터에서 많은 동력이 요구되는 경우에는 엔진의 출력을 최대 출력의 100%로 상승시킬 수 있으며, 배터리의 잔여용량이 100%이면서 모터도 적은 동력만을 요구하는 경우에는 엔진의 출력을 최대출력의 20%정도로 낮게 제어하는 것도 가능하다.

도 7은 일실시예에 따른 모터가 장시간 고출력을 사용하는 경우의 문제점 발생 흐름도이다.

단계(710)은 모터가 장시간 고출력을 사용하는 단계이다. 이 경우 문제점이 발생할 수 있다. 모터가 장시간 고출력을 사용하는 경우는 예시적으로 고속 비행(또는 주행), 수직 이착륙, 호버 비행 등이 될 수 있다.

단계(720)은 배터리 용량(잔여용량)이 감소하는 단계이다. 상기 모터는 배터리 또는 발전기로부터 직접 전력을 전달받기 때문에 모터가 장시간 고출력을 사용하는 경우에는 배터리의 잔여용량이 감소하게 된다.

단계(730)은 전원버스 전압이 하락하는 단계이다. 상기 배터리의 잔여용량이 급격하게 감소함에 따라 전원버스의 전압이 낮아지게 된다.

단계(740)은 발전기의 출력이 증가하는 단계이다. 직렬 하이브리드 방식에 사용되는 발전기는 전위치 발전기로써, 전원버스 전압이 목표 전압에 비해 낮아지는 경우 발전기의 출력을 높이게 된다. 발전기의 출력에 대한 제어는 제어부가 수행한다.

단계(750)은 엔진 회전수 감소 단계이다. 발전기의 출력을 높이는 경우에 엔진은 회전수가 감소하게 된다.

단계(760)은 실속(Stall)이 발생하는 단계이다. 발전기의 출력이 증가함에 따라 엔진의 회전수는 감소하고, 엔진의 회전수가 일정 수준 이하로 떨어지게 되면 실속이 발생할 수 있다.

도 8은 일실시예에 따른 모터가 장시간 고출력을 사용하는 경우 해결방안을 나타낸 흐름도이다.

단계(810)은 단계(710)과 마찬가지로 모터가 장시간 고출력을 사용하는 단계이다.

단계(820)은 엔진의 출력을 최대로 유지하는 단계이다. 도 7에서 장시간 고출력을 사용하는 경우에 문제가 발생하는 경우를 살펴보았기 때문에, 그 해결방안으로 제어부 및 프로세서가 단계(820)을 수행한다. 모터가 장시간으로 고출력을 사용하면 배터리의 잔여용량이 급격하게 감소된다. 잔여용량을 모니터링하는 프로세서가 엔진의 회전수를 최대로 유지하도록 결정하면, 제어부가 상기 엔진을 최대 출력(최대 회전수)으로 제어함으로써 엔진의 회전수 감소 및 실속(stall)을 방지할 수 있다.

단계(830)은 엔진의 과출력을 방지하는 단계이다. 상기 제어부는 상기 엔진이 최대 출력 부근에서 유지되도록 함과 동시에 과출력(overload)되지 않도록 유지한다. 과출력이 발생하는 경우에 엔진에 무리가 가고 화재 및 고장 등의 발생 위험이 존재하기 때문이다.

도 9는 일실시예에 따른 쿼드틸트 프롭 항공기의 배터리 운용 방법을 도시한다.

일실시예에 따른 쿼드틸트 프롭 항공기는 제1 및 제2 배터리의 전력 공급 여부를 결정하는 프로세서(960)와 결정되는 전력 공급 여부에 따라 상기 제1 및 제2 배터리(951, 952)의 전력 공급을 제어하는 제어부(930)를 포함할 수 있다. 또한 상기 쿼드틸트 프롭 항공기는 제1 모터군(941)에 전력을 공급하는 제1 배터리(951)와 제2 모터군(942)에 전력을 공급하는 제2 배터리(952)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 쿼드틸트 프롭 항공기가 이륙하거나 착륙하는 경우에는 모든 프로펠러가 동작해야 하기 때문에 모든 모터에 전력을 공급해야 한다. 따라서 프로세서(960)는 상기 제1 및 제2 배터리(951, 952)가 모두 전력을 공급하도록 결정할 수 있다.

반면에 쿼드틸트 프롭 항공기가 순항하거나 로이터(Loiter)하는 경우에는 많은 동력이 필요하지 않기 때문에 제1 모터군(941)과 제2 모터군(942) 중 어느 하나만 운용할 수 있다. 예시적으로 제2 모터군(942)만 운용하는 경우에 제1 모터군(941)은 동작하지 않을 수 있다. 추가로 상기 제1 모터군(941)에 연결되는 프로펠러 블레이드(Blade)는 폴딩 타입(Folding Type)으로 구성되어 접힘으로써 동작하지 않는 경우에 쿼드틸트 프롭 항공기의 공기 저항을 감소시킬 수 있고, 체공성능 및 비행속도를 증가시킬 수 있다.

일실시예에 따르면 상기 제2 모터군(941)은 이륙, 착륙, 순항 및 로이터 등 모든 상황에서 동작하기 때문에 엔진은, 프로세서에 의해 제2 배터리(952)의 SoC(잔여 용량) 레벨이 최적 운전점에서 유지되도록 구동할 수 있다. 엔진에서 생산되는 전력이 전부 모터 구동용으로 사용되기 때문에 배터리의 용량소진이 없게 되고, 따라서 제2 배터리(952)는 제1 배터리(951)보다 용량이 작은 배터리를 사용할 수 있다.

프로세서(960)는 제1 및 제2 배터리(951, 952)의 전력 공급 여부를 결정할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 배터리(951, 952)의 SoC 레벨에 대응하여 엔진의 출력을 조절하는 것도 가능하다. 예시적으로 그러나 한정되지 않게, 제2 배터리(952)의 SoC 레벨은 최대 레벨의 90%가 유지되도록 하고, 제1 배터리(951)의 SoC 레벨은 최대 레벨의 90%가 유지되도록 결정할 수 있다. 배터리의 SoC 최대 레벨은 각 배터리의 용량에 따라 다를 수 있다.

제어부(930)는 상기 프로세서(960)에 의해 결정되는 배터리의 전력 공급 여부 및 SoC 레벨에 따라, 각 배터리의 전력 공급 및 엔진 동작 여부와 회전수를 제어할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

110, 210, 410: 엔진
120, 220, 420: 발전기
130, 230, 430: 제어부
140, 240, 440: 모터
150, 250, 450: 배터리

Claims

쿼드틸트 프롭 항공기에 있어서,
제1 모터군에 전력을 공급하는 제1 배터리와 제2 모터군에 전력을 공급하는 제2 배터리의 전력 공급 여부를 운행 상태에 따라 결정하는 프로세서; 및
결정되는 상기 제1 및 제2 배터리의 전력 공급 여부에 따라 전력 공급을 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 쿼드틸트 프롭 항공기의 이륙 또는 착륙시에는 상기 제1 및 제2 배터리가 전력을 공급하도록 결정하고, 순항 또는 로이터시에는 상기 제1 및 제2 배터리 중 어느 하나에 전력을 공급하고 다른 하나의 배터리가 전력을 공급하는 모터군에 연결되는 프로펠러는 접히도록 결정하고,
상기 제1 모터군 또는 상기 제2 모터군이 미리 지정되는 시간 이상 미리 지정되는 출력을 사용하는 경우에 엔진의 회전수가 최대로 동작하도록 결정하는 쿼드틸트 프롭 항공기.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 쿼드틸트 프롭 항공기의 이륙 또는 착륙시에는 상기 제1 및 제2 배터리가 전력을 공급하도록 결정하고, 순항 또는 로이터시에는 상기 제1 및 제2 배터리 중 어느 하나만 전력을 공급하도록 결정하는 쿼드틸트 프롭 항공기.
쿼드틸트 프롭 항공기에 있어서,
제1 모터군에 전력을 공급하는 제1 배터리와 제2 모터군에 전력을 공급하는 제2 배터리의 전력 공급 여부를 운행 상태에 따라 결정하고, 상기 제1 및 제2 배터리의 SoC(State of Charge) 레벨을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 발전기에 동력을 공급하는 엔진의 회전수 또는 동작 여부를 결정하는 프로세서; 및
결정되는 상기 제1 및 제2 배터리의 전력 공급 여부에 따라 전력 공급을 제어하고, 결정되는 상기 엔진의 회전수 또는 동작 여부에 따라 엔진의 출력을 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 쿼드틸트 프롭 항공기의 이륙 또는 착륙시에는 상기 제1 및 제2 배터리가 전력을 공급하도록 결정하고, 순항 또는 로이터시에는 상기 제1 및 제2 배터리 중 어느 하나에 전력을 공급하고 다른 하나의 배터리가 전력을 공급하는 모터군에 연결되는 프로펠러는 접히도록 결정하고,
상기 제1 모터군 또는 상기 제2 모터군이 미리 지정되는 시간 이상 미리 지정되는 출력을 사용하는 경우에 상기 엔진의 회전수가 최대로 동작하도록 결정하는 쿼드틸트 프롭 항공기.