KR102449646B1 - 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 무인항공기가 비행할 수 있도록 추진력을 발생시키는 상기 무인항공기의 추진부에 전력을 공급하는 것으로서, 외부로부터 공급된 전기에 의해 충전되는 충전부와, 상기 무인항공기에 설치되며, 발전하여 상기 충전부 및 추진부에 전력을 공급하는 발전부와, 상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 상기 발전부에서 상기 충전부 또는 추진부로의 전력 공급을 단속하는 분배부를 구비한다.
본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템은 무인항공기에 발전할 수 있는 발전부를 구비하고, 발전부와 충전부 사이에 전력 공급을 단속할 수 있으므로 전력사용 효율을 향상시켜 무인항공기의 비행 가능 시간을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템{Hybrid power supply system for the unmanned aerial vehicle}
본 발명은 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발전부와 충전부 사이에 전력 공급을 단속할 수 있는 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템에 관한 것이다.
무인항공기는 당초 군사용으로 개발되었으나, 현재는 군사용뿐만 아니라 일반 기업이나 개인 등 민간분야에도 널리 확산되어 다방면으로 이용되고 있다. 예를 들어, 무인항공기는 무선전파를 통해 작동되기 때문에 사람이 접근하기 힘든 위험지역에 투입되어 각종 정보를 수집하거나 무인 택배 서비스를 제공한다.
다만, 무인항공기의 비행에 필요한 추진력을 제공하기 위해 무인항공기에 탑재되어 있는 에너지 저장 장치(예를 들어, 배터리)는 그 전력 용량이 제한되어 있어 무인항공기의 비행시간에 큰 제약을 가져오게 된다. 이에 따라, 무인항공기의 비행시간을 늘리기 위한 방안으로서 에너지 저장 장치의 용량을 늘리는 방안을 고려해 볼 수 있으나, 이 경우에는 무인항공기의 크기와 무게도 크게 증가시킨다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1794244호: 무인항공기 및 그 제어방법
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 무인항공기에 발전할 수 있는 발전부를 구비하고, 발전부와 충전부 사이에 전력 공급을 단속할 수 있는 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템은 무인항공기가 비행할 수 있도록 추진력을 발생시키는 상기 무인항공기의 추진부에 전력을 공급하는 것으로서, 외부로부터 공급된 전기에 의해 충전되는 충전부와, 상기 무인항공기에 설치되며, 발전하여 상기 충전부 및 추진부에 전력을 공급하는 발전부와, 상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 상기 발전부에서 상기 충전부 또는 추진부로의 전력 공급을 단속하는 분배부를 구비한다.
상기 분배부는 상기 발전부 및 충전부에 연결된 전력공급선 상에 설치되어 상기 발전부에서 상기 충전부로의 전력공급을 단속하는 스위치 부재와, 상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 상기 발전부에서 발전되는 전력 상태가 기설정된 기준값 미만일 경우, 상기 발전부에서 상기 충전부로의 전력공급이 차단되도록 상기 스위치 부재를 제어하는 제어모듈을 구비하고, 상기 발전부는 상기 무인항공기에 설치되어 상기 무인항공기로 입사되는 태양광에 의해 발전하는 태양광 발전모듈을 구비한다.
상기 발전부는 상기 무인항공기에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀과, 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛이 마련된 연료전지 유닛을 구비할 수 있다.
상기 분배부는 상기 충전부가 완충된 상태를 유지할 수 있도록 상기 발전부의 발전량을 제어한다.
상기 충전부는 상기 발전부에 의해 충전되는 것으로서, 상기 무인항공기에 설치되는 배터리팩와, 상기 배터리팩에 과부하가 발생되는 것을 방지하여 수명을 증가시킬 수 있는 슈퍼커패시터를 구비한다.
상기 발전부는 상기 무인항공기에 설치되어 상기 무인항공기로 입사되는 태양광에 의해 발전하는 태양광 발전모듈과, 상기 무인항공기에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀과, 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛이 마련된 연료전지 유닛을 구비하고, 상기 분배부는 상기 태양광 모듈의 발전량에 따라 상기 연료전지 유닛의 발전량을 조절한다.
상기 분배부는 상기 충전부가 갑작스러운 부하가 요구되는 때를 제외하고는 완충상태를 유지할 수 있도록 상기 연료전지 유닛의 발전량을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 분배부는 상기 발전부의 발전량이, 상기 추진부에서 소요되는 전력량과, 상기 충전부가 완충상태를 유지하기 위해 요구되는 전력량을 합한 요구 방전량에 대응되게 상기 연료전지 유닛의 발전량을 조절한다. 뿐만아니라, 배터리팩 충전시, 상한 전압을 넘지 않은 상태에서 CC-CV모드로 빠르게 충전될 수 있도록 하고, 더불어 하한 전압 밑으로 떨어지면 더 이상의 방전을 차단하도록 스위치를 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템은 상기 분배부의 작동상태를 감지하는 작동 감지부와, 상기 작동 감지부에서 제공되는 감지 정보를 토대로 상기 분배부의 고장여부를 판별하고, 상기 분배부에 고장이 발생된 것으로 판별되면, 상기 무인항공기가 착륙할 수 있도록 상기 충전부의 전력을 상기 추진부로 공급하는 위급 제어부를 더 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템은 상기 무인항공기의 비상 상태를 감지하는 비행 감지부를 통하여 만약 무인항공기에 위급상황이 발생된 것으로 판단되면, 상기 무인항공기가 착륙할 수 있도록 한다.
상기 분배부는 상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태에 대한 정보를 상기 무인항공기의 컨트롤러 또는 관제서버로 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템은 무인항공기에 발전할 수 있는 발전부를 구비하고, 발전부와 충전부 사이에 전력 공급을 단속할 수 있으므로 전력사용 효율을 향상시켜 무인항공기의 비행 가능 시간을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템에 대한 개념도이고,
도 2는 도 1의 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템에 대한 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템(100)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템(100)은 무인항공기(10)가 비행할 수 있도록 추진력을 발생시키는 상기 무인항공기(10)의 추진부(30)에 전력을 공급하는 것으로서, 외부로부터 공급된 전기에 의해 충전되는 충전부(200)와, 상기 무인항공기(10)에 설치되며, 발전하여 상기 충전부(200) 및 추진부(30)에 전력을 공급하는 발전부(300)와, 상기 충전부(200) 또는 발전부(300)에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 상기 발전부(300)에서 상기 충전부(200) 또는 추진부(30)로의 전력 공급을 단속하는 분배부(400)를 구비한다.
여기서, 상기 무인항공기(10)는 본체(20)와, 본체(20)에 설치되어 본체(20)의 비행이 가능하도록 추진력을 제공하는 추진부(30)를 구비한다. 상기 본체(20)는 비행기와 같이 다수의 날개가 마련되며, 추진부(30)는 해당 본체(20)에 설치되는 다수의 프로펠러와, 해당 프로펠러를 회전시키는 구동모터를 구비한다. 한편, 무인항공기(10)는 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 작업자의 제어신호에 따라 무인으로 비행이 가능한 비행기기이면 무엇이든 적용 가능하다.
충전부(200)는 상기 발전부(300)에 의해 충전되는 것으로서, 상기 무인항공기(10)에 설치되는 배터리팩(201)과, 상기 충전부(200)의 충전용량을 확장하기 위해 상기 무인항공기(10)에 마련된 슈퍼커패시터(202)를 구비한다.
상기 배터리팩(201)은 상기 무인항공기(10)의 본체(20)에 설치되며, 발전부(300)에서 의해 충전되는 충전되는 리튬이온 배터리와 같은 충전지가 적용된다. 상기 배터리팩(201)은 충전된 전력을 무인항공기(10)의 추진부(30) 즉, 구동모터에 공급할 수 있다. 이때, 배터리팩(201)과 무인항공기(10)의 추진부(30)를 연결하는 전력공급선에는, 배터리팩(201)에서 상기 추진부(30) 측으로만 전력이 전달될 수 있도록 다이오드가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
슈퍼커패시터(202)는 배터리팩(201)과 병렬로 연결되며, 충전부(200)에서 제공되는 전력에 의해 충전되고, 충전된 전력을 추진부(30)로 제공할 수 있다. 상기 슈퍼커패시터(202)는 저전압(27V) 및 대용량(100~1000F)을 갖는 커패시터를 말하며, 양극 사이에 산화금속 및 폴리메르 화합물을 사용하여 전하를 충전함으로써 전기화학적 작용에 의해 전하를 충전하는 배터리와 구조가 다르다.
한편, 충전부(200)는 배터리팩(201)과 슈퍼커패시터(202)가 마련된 구조로 설명하였으나, 충전부(200)는 이에 한정하는 것이 아니라 배터리팩(201)만 구비할 수도 있다.
발전부(300)는 무인항공기(10)의 본체(20)에 설치되는 것으로서, 태양광 발전모듈(310) 및 연료전지 유닛(320)을 구비한다.
상기 태양광 발전모듈(310)은 상기 무인항공기(10)의 본체(20) 상부에 설치되며, 입사되는 태양광에 의해 발전할 수 있도록 다수의 태양전지가 마련되어 있다. 상기 태양전지들에서 발생된 전기는 충전부(200) 및 무인항공기(10)의 추진부(30)에 공급된다. 태양광 발전모듈(310)과, 충전부(200) 및 추진부(30)를 연결하는 전력공급선에는, 태양광 발전모듈(310)에서 상기 충전부(200) 및 추진부(30)로만 전력이 전달될 수 있도록 다이오드가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
연료전지 유닛(320)은 상기 무인항공기(10)에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀이 마련된 전지모듈(321)과, 상기 연료전지 유닛(320)에 연결되어 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛(미도시)을 구비한다.
상기 전지모듈(321)은 무인항공기(10)의 본체(20) 내부에 설치되며, 상기 연료전지 셀은 캐소드(cathode), 애노드(anode) 및 캐소드와 애노드 사이에 전해질막을 구비한다. 연료전지 셀의 캐소드에 산소를 포함한 공기가 공급되고, 애노드에 수소 연료가 공급되면, 전해질 막을 통해 물의 전기분해와 역반응이 진행되면서 전기가 발생하는데, 연료전지는 상기 연료전지 셀이 다수개 적층된 스택(stack)의 형태로 구성된다.
상기 스택에 적층되어 있는 각 연료전지 셀에는 바이폴라플레이트의 면 유로를 포함하여 수소나 산소가 각 전극에 공급되고 회수되기 위한 유로가 연결되어 있다. 상술된 바와 같이 구성된 전지모듈(321)은 종래에 일반적으로 사용되는 연료전지 스택을 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지이므로 상세한 설명은 생략한다. 한편, 도면에 도시되진 않았지만, 전지모듈(321)의 스택 일측에는 상기 스택을 방열시킬 수 있도록 외기를 스택의 연료전지 셀 사이로 강제순환시키는 방열팬이 설치되어 있다.
한편, 상기 전지모듈(321)은 충전부(200) 및 무인항공기(10)의 충진부에 연결되어 발생된 전기를 충전부(200) 및 무인항공기(10)에 제공한다. 여기서, 상기 전지모듈(321)은 태양광 발전모듈(310)과 병렬로 연결되며, 충전부(200) 및 추진부(30)와 연결되는 전력공급선에는, 전지모듈(321)에서 상기 충전부(200) 및 추진부(30)로만 전력이 전달될 수 있도록 다이오드가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
공급유닛은 무인항공기(10)의 본체(20)에 설치되는 것으로서, 도면에 도시되진 않았지만, 연료전지 유닛(320)에 수소를 공급하는 수소 공급부와, 연료전지 유닛(320)에 공기를 공급하는 공기 공급부를 구비한다.
수소 공급부는 도면에 도시되진 않았지만, 무인항공기(10)의 본체(20) 내부에 설치되며, 내부에 수소가 충진된 가스탱크와, 전지모듈(321)에 가스를 공급할 수 있도록 가스탱크와 전지모듈(321)에 연결된 수소 공급관과, 상기 수소 공급관에 설치되어 수소 공급관의 내부유로를 개폐하는 개폐밸브와, 수소 공급관에 설치되어 가스탱크로부터 공급되는 수소를 전지모듈(321)로 강제 송풍하는 공급펌프를 구비한다.
공기 공급부는 전지모듈(321)에 연결되며, 무인항공기(10)의 본체(20) 외부 공기가 유입될 수 있도록 단부가 상기 무인항공기(10)의 본체(20) 일측에 설치된 공기 주입관과, 상기 공기 주입관에 설치되어 외부 공기를 전지모듈(321)으로 강제송풍시키는 블로워를 구비한다. 한편, 상기 공기 공급부는 이에 한정하는 것이 아니라 상기 전지모듈(321)에 공기를 공급할 수 있는 공기 공급수단이면 무엇이든 적용 가능하다.
한편, 도시된 예에서, 발전부(300)는 태양광 발전모듈(310)과 연료전지 유닛(320)이 모두 포함된 구조가 설명되어 있으나, 발전부(300)는 이에 한정하는 것이 아니라 태양광 발전모듈(310) 또는 연료전지 유닛(320) 중 어느 하나만 마련될 수도 있다.
분배부(400)는 상기 발전부(300) 및 충전부(200)에 연결된 전력공급선 상에 설치되어 상기 발전부(300)에서 상기 충전부(200)로의 전력공급을 단속하는 스위치 부재(410)와, 상기 충전부(200) 또는 발전부(300)에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 스위치 부재(410)를 제어하는 제어모듈(420)을 구비한다.
여기서, 스위치 부재(410)는 발전부(300)의 초기 발전 시점으로부터 기설정된 안정시간이 경과된 다음에, 발전부(300)에서 충전부(200)로 전달되는 전기의 전압을, 충전부(200)의 배터리팩(201) 또는 슈퍼커패시터(202)에 대응되게 변압하여 공급한다. 일반적으로 발전부(300)의 태양광 발전모듈(310) 또는 연료전지 유닛(320)는 발전되는 전기의 전압이, 충전부(200)의 충전 허용 전압보다 높게 세팅되는데, 해당 스위치 부재(410)는 발전부(300)의 초기 발전 시점으로부터 안정시간이 경과된 이후에, 발전부(300)의 전기를 충전부(200)의 충전 허용 전압으로 변압하여 공급하므로 충전부(200)에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제어모듈(420)은 상기 충전부(200) 또는 발전부(300)에서의 전력 상태를 측정한다. 여기서, 제어모듈(420)은 도면에 도시되진 않았지만, 발전부(300), 충전부(200) 및 추진부(30)에 설치되어 태양광 발전모듈(310) 및 연료전지 유닛(320)에서 발전된 전기, 충전부(200)로 충전되는 전기, 충전부(200)에서 추진부(30)로 제공되는 전기 또는 추진부(30)에 입력되는 전기의 전압, 전류, 전력량 등을 측정할 수 있도록 센서모듈을 더 구비할 수 있다.
상기 제어모듈(420)은 센서모듈에서 측정된 정보를 토대로 상기 발전부(300)에서 발전되는 전력 상태가 기설정된 기준값 미만일 경우, 상기 발전부(300)에서 상기 충전부(200)로의 전력공급이 차단되도록 상기 스위치 부재(410)를 제어한다.
상기 기준값은 상기 무인항공기(10)가 비행할 만큼 추진력을 생성하기 위한 상기 추진부(30)의 최소 소요 전력량이 적용될 수 있다. 한편, 상기 기준값은 이에 한정하는 것이 아니라 무인항공기(10)의 종류 및 비행 목적에 따라 작업자에 의해 변경될 수 있다.
한편, 제어모듈(420)은 상기 태양광 모듈의 발전량에 따라 상기 연료전지 유닛(320)의 발전량을 조절할 수 있다. 이때, 제어모듈(420)은 전지모듈(321)에 공급되는 수소 또는 공기의 양을 조절하도록 공급유닛을 제어하여 해당 연료전지 유닛(320)의 발전량을 조절할 수 있다.
대략, 오전 9시에서 오후 3시 즉, 낮시간에는 태양광 모듈로의 태양광 입사량이 충분하므로 연료전지 유닛(320)에서 비교적 많은 양의 발전이 요구되지 않으므로 제어모듈(420)은 발전량이 감소하도록 해당 연료전지 유닛(320)을 제어한다. 반면에, 오후 3시에서 오전 9시까지 즉, 밤시간에는 태양광 발전모듈(310)에서 발전하는 전력량이 비교적 적으므로 제어모듈(420)은 연료전지 유닛(320)의 발전량을 증가시킬 수 있다.
여기서, 제어모듈(420)은 상기 충전부(200)가 완충상태를 유지할 수 있도록 상기 연료전지 유닛(320)의 발전량을 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 제어모듈(420)은 상기 발전부(300)의 발전량을 측정하고, 발전부(300)의 발전량이, 상기 추진부(30)에서 소요되는 전력량과, 상기 충전부(200)가 완충상태를 유지하기 위해 요구되는 전력량을 합한 요구 방전량에 대응되게 상기 연료전지 유닛(320)의 발전량을 조절할 수 있다. 따라서, 충전부(200)는 추진부(30)에 전력을 공급하더라도 항상 완충상태를 유지할 수 있다.
한편, 제어모듈(420)은 무선 통신망을 통해 상기 충전부(200) 또는 발전부(300)에서의 전력 상태에 대한 정보를 상기 무인항공기(10)의 컨트롤러(50) 또는 관제서버(40)로 전송할 수도 있다. 또한, 제어모듈(420)은 Mission Computer (MC, 임무 컴퓨터)로 활용하기 위하여 자체 Operating System (OS)가 설치될 수 있으며, 추가로 Robot Operating System (ROS)가 설치되어 Flight Controller(FC, 비행제어기)와 유선 통신이 가능할 수도 있다.
한편, 본 발명의 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템(100)은 상기 분배부(400)의 작동상태를 감지하는 작동 감지부(531)와, 상기 무인항공기(10)의 비행 상태를 감지하는 비행 감지부(미도시)와, 상기 작동 감지부(531) 및 비행 감지부에서 제공되는 감지정보를 토대로 해당 무인항공기(10)의 위급상황 발생을 판별하여 충전부(200)를 제어하는 위급 제어부(530)를 더 구비할 수 있다.
상기 작동 감지부(531)는 분배부(400)의 제어모듈(420)에 연결되어 해당 제어모듈(420)의 작동상태를 측정한다. 여기서, 상기 작동 감지부(531)는 전력 분배기와 같은 관리기기의 작동을 측정하기 위해 종래에 일반적으로 사용되는 측정수단이므로 상세한 설명은 생략한다. 상기 작동 감지부는 감지 정보를 위급 제어부(530)에 제공한다.
비행 감지부는 무인항공기(10)의 본체(20)에 설치되어 무인항공기(10)의 자세와 같은 무인항공기(10)의 비행 상태를 감지한다. 여기서, 상기 비행 감지부는 가속도 센서 또는 자이로 센서를 구비하고, 비행하는 무인항공기(10)가 선회시, 해당 센서에서 제공되는 정보를 토대로 상기 무인항공기(10)의 선회각을 산출할 수도 있다.
위급 제어부(530)는 작동 감지부(531)에서 제공되는 감지 정보를 토대로 상기 분배부(400)의 고장여부를 판별한다. 즉, 위급 제어부(530)는 분배부(400)가 비정상적으로 작동되는 것으로 상기 작동 감지부(531)에서 감지되면, 해당 무인비행기에 위급상황이 발생한 것으로 판단한다.
또한, 위급 제어부(530)는 상기 비행 감지부에서 제공되는 감지 정보를 토대로 상기 무인항공기(10)의 선회각이 기설정된 기준각도 이상일 경우, 해당 무인항공기(10)에 위급상황이 발생된 것으로 판단한다. 여기서, 기준각도는 무인항공기(10)의 이상 발생 여부를 판단할 수 있는 기준으로서, 작업자가 해당 무인항공기(10)의 비행 패턴, 비행목적이나 스펙에 따라 값을 설정할 수 있다.
한편, 위급 제어부(530)는 해당 무인항공기(10)에 위급상황이 발생된 것으로 판별되면, 상기 무인항공기(10)가 착륙할 수 있도록 상기 충전부(200)의 전력을 상기 추진부(30)로 공급한다. 이때, 위급 제어부(530)는 발전부(300)에서 충전부(200) 및 추진부(30)로의 전력 공급을 차단할 수도 있다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템(100)은 무인항공기(10)에 발전할 수 있는 발전부(300)를 구비하고, 발전부(300)와 충전부(200) 사이에 전력 공급을 단속할 수 있으므로 전력사용 효율을 향상시켜 무인항공기(10)의 비행 가능 시간을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템
200: 충전부
201: 배터리팩
202: 슈퍼커패시터
300: 발전부
310: 태양광 발전모듈
320: 연료전지 유닛
321: 전지모듈
400: 분배부
410: 스위치 부재
420: 제어모듈
530: 위급 제어부

Claims (12)

  1. 무인항공기가 비행할 수 있도록 추진력을 발생시키는 상기 무인항공기의 추진부에 전력을 공급하는 것으로서, 외부로부터 공급된 전기에 의해 충전되는 충전부;
    상기 무인항공기에 설치되며, 태양광 발전모듈 및 연료전지 유닛을 통해 발전한 전력을 상기 충전부 및 추진부에 공급하는 발전부;
    상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 상기 발전부에서 상기 충전부 또는 추진부로의 전력 공급을 단속하며, 상기 태양광 발전모듈의 발전량에 따라 상기 충전부가 완충상태를 유지하도록 상기 연료전지 유닛에 공급되는 수소 또는 공기의 양을 조절하여 상기 연료전지 유닛의 발전량을 조절하는 분배부;
    상기 분배부가 고장났다고 판단되면 상기 충전부의 전력을 상기 추진부로 공급하고, 상기 발전부에서 상기 추진부로의 전력 공급을 차단하는 위급 제어부를 포함하는
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는
    상기 발전부 및 충전부에 연결된 전력공급선 상에 설치되어 상기 발전부에서 상기 충전부로의 전력공급을 단속하는 스위치 부재; 및
    상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태를 측정하고, 측정된 정보를 토대로 상기 발전부에서 발전되는 전력 상태가 기설정된 기준값 미만일 경우, 상기 발전부에서 상기 충전부로의 전력공급이 차단되도록 상기 스위치 부재를 제어하는 제어모듈;을 구비하는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 발전모듈은
    상기 무인항공기에 설치되어 상기 무인항공기로 입사되는 태양광에 의해 발전하는
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 유닛은
    상기 무인항공기에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀과, 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛이 마련되는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전부는
    상기 발전부에 의해 충전되는 것으로서, 상기 무인항공기에 설치되는 배터리팩; 및
    상기 충전부의 충전용량을 확장하기 위해 상기 무인항공기에 마련된 슈퍼커패시터;를 구비하는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는 상기 발전부의 발전량이, 상기 추진부에서 소요되는 전력량과, 상기 충전부가 완충상태를 유지하기 위해 요구되는 전력량을 합한 요구 방전량에 대응되게 상기 연료전지 유닛의 발전량을 조절하는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분배부의 작동상태를 감지하는 작동 감지부를 더 포함하며,
    상기 위급 제어부는
    상기 작동 감지부에서 제공되는 감지 정보를 토대로 상기 분배부의 고장여부를 판별하고, 상기 분배부에 고장이 발생된 것으로 판별되면, 상기 무인항공기가 착륙할 수 있도록 상기 충전부의 전력을 상기 추진부로 공급하는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무인항공기의 비행 상태를 감지하는 비행 감지부를 더 포함하며,
    상기 위급 제어부는
    상기 비행 감지부에서 제공되는 감지 정보를 토대로 상기 무인항공기의 선회각이 기설정된 기준각도 이상일 경우, 해당 무인항공기에 위급상황이 발생된 것으로 판단하여 상기 무인항공기가 착륙할 수 있도록 상기 충전부의 전력을 상기 추진부로 공급하는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 분배부는 상기 충전부 또는 발전부에서의 전력 상태에 대한 정보를 상기 무인항공기의 컨트롤러 또는 관제서버로 전송하는,
    무인항공기용 하이브리드 전력 공급 시스템.
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