KR20190025778A - Hybrid gasoline-electric propulsion system - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, an engine-battery hybrid propulsion system includes: a generation unit generating an electric current to output the same; a commutating unit commutating the electric current generated from the generation unit; a starting generator control unit controlling generation of the electric current of the generation unit; a battery connected to an output terminal of the commutating unit and charging a commutated and inputted DC current; and various loads driven by power of the battery, thereby supplying power to an aircraft system for a longer time than a battery independence system by applying the engine-battery hybrid propulsion system.

Description

엔진-배터리 하이브리드 추진시스템{HYBRID GASOLINE-ELECTRIC PROPULSION SYSTEM}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.
The present invention relates to an engine-battery hybrid propulsion system. More particularly, the present invention relates to an engine-battery hybrid propulsion system, in which a generator and a battery are provided as a device for supplying power to supply power to a blade motor from a battery, Battery hybrid propulsion system capable of improving the operating time of various devices such as a UAV by allowing the generated electric energy to be charged.

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.
In conventional small aircraft, a battery is generally used to constitute a propulsion system. However, in order to use a small aircraft for public and commercial use, the operating radius is narrow and operation time is short within 30 minutes. Therefore, although an attempt is made to use the engine and the battery together as a propulsion system, an overall ineffective understanding of the propulsion system is still inadequate. Therefore, there is a need for an ultra-light engine-battery hybrid propulsion system for small aircraft applications.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0075020호(2016. 06. 29)Korean Patent Publication No. 10-2016-0075020 (June 06, 2016)

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.
According to the present invention as described above, the present invention provides a generator and a battery as an apparatus for supplying power, supplies power to the blade motor from a battery, and charges the battery with electric energy generated by the generator Battery hybrid propulsion system that can improve the operating time of various devices such as a UAV.

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.
According to an aspect of the present invention, there is provided an engine-battery hybrid propulsion system including a generator for generating and outputting a current; A rectifying unit for rectifying a current generated in the power generating unit; The start-up generator control unit for controlling generation of current in the power generation unit; A battery connected to an output terminal of the rectifying unit to charge a DC current rectified and inputted; And various loads driven by a power source of the battery.

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.The engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention is capable of supplying power for a long time to a variety of devices such as a UAV, compared to a system that supplies power only to a battery.

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.The engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention has the effect of reducing the weight of the propulsion system by using only a rectifier instead of a constant voltage regulator for DC voltage conversion of the AC voltage generated in the generator through the engine.

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.
The engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention has an effect that the propulsion system can be effectively operated by connecting the reverse diode to the startup-power generation mode without installing the switching relay device separately.

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.1 is a configuration diagram of an engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention;
2 is a view showing a connection of a battery in a rectifying section of an engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention, and Fig.
3 is a detailed block diagram of an engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. In addition, terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of a term in order to describe its own invention in the best way. It should be construed in the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

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. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications may be present.

도 1은 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention.

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.1, an engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention includes a power generation unit 100, a rectification unit 200, a starting generator control unit 300, a battery 400, and a rod 500. [

상기 발전부(100)는 연료탱크(110), 엔진(120), 및 시동발전기(130)를 포함한다.The power generation section 100 includes a fuel tank 110, an engine 120, and a starter generator 130.

상기 연료탱크(110)는 상기 엔진(120)에 맞는 연료가 저장되어, 해당 연료가 상기 엔진(120)의 구동시에 공급될 수 있도록 한다.The fuel tank 110 stores fuel corresponding to the engine 120 so that the fuel can be supplied at the time of driving the engine 120.

상기 엔진(120)은 상기 연료탱크(110)에서 공급되는 연료로 구동되어 소정의 전류를 발생시킨다.The engine 120 is driven by the fuel supplied from the fuel tank 110 to generate a predetermined current.

이때, 상기 엔진(120)은 도면에 10Hp와 6,500RPM을 갖는 엔진으로 도시되어 있지만, 배터리 용량 또는 로드의 용량에 따라 다양한 사양을 가질 수 있다.At this time, the engine 120 is shown as an engine having 10Hp and 6,500 RPM in the drawing, but it can have various specifications depending on the battery capacity or the capacity of the rod.

상기 시동 발전기(130)는 상기 엔진(120)의 시동을 위해 모터처럼 구동되어 상기 엔진(120)이 스스로 회전하도록 몇 바퀴 회전시킨다. The starter generator 130 is driven as a motor for starting the engine 120 and rotates the engine 120 several times so as to rotate itself.

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.2, the rectifying unit 200 is connected to an output terminal of the power generating unit 100 to maintain a voltage of a current generated and output from the power generating unit 100 at a constant voltage using a battery.

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.Since a variable voltage according to the RPM is output to the engine 120, a regulator is mounted behind the rectifier 200 in a general circuit to maintain a constant system voltage. However, in the engine-battery hybrid according to the present invention, The propulsion system directly connects the output of the rectifier 200 to the battery 400 to maintain the constant voltage.

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.The AC voltage output from the power generation unit 100 varies depending on the RPM of the engine 120. When the generator output AC voltage varied by the RPM is rectified by only the rectification unit 200, A variable DC voltage is generated.

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.The engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention generates a constant voltage by connecting the batteries 400 that are not fully charged without using a constant-voltage constant-voltage regulator in parallel with the load 500 being always present.

따라서, 본 발명에 따른 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템은 상기 레귤레이터를 제거함으로써 무인기와 같은 각종 기기의 전체 중량을 감소시킬 수 있다.Accordingly, the engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention can reduce the overall weight of various devices such as UAV by removing the regulator.

상기 시동 발전기 제어부(300)는 상기 시동 발전기(130)가 구동되도록 제어한다. The startup generator control unit 300 controls the startup generator 130 to be driven.

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.More specifically, the startup generator control unit 300 monitors the power generation unit 100 and the battery 400 in real time, and controls the generator unit 100 such that the capacity of the battery 400 is maintained at a predetermined threshold capacity or more So that the generated power can be stably supplied to the rod 500 through the battery 400 by controlling the driving of the starter generator 130.

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.When the starter generator control unit 300 drives the starter generator 130, the generator unit 100 enters a start mode. When the engine 120 is started and idles, The power generation mode is set to rotate according to the amount of fuel supplied from the fuel tank 110 without the driving force of the fuel cell 130.

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.As shown in FIG. 3, the startup generator control unit 300 may be damaged by the output of the starter generator 130 in the power generation mode of the power generator 100.

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.That is, the starting generator control unit 300 functions as a rectifier, and a high-output current generated by the starting generator 130 of the power generating unit 100 causes the free- (310) may be broken.

그래서 일반적으로 고중량의 3상 스위칭 릴레이를 사용하여, 상기 시동 발전기(130)에서의 출력을 차단함으로써, 상기 환류다이오드(310)가 파손되는 것을 방지해 왔다.Thus, in general, a heavy-weight three-phase switching relay is used to shut off the output from the start-up generator 130, thereby preventing the reflux diode 310 from being damaged.

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.However, instead of the three-phase switching relay, the engine-battery hybrid propulsion system according to the present invention may include a reverse diode 600 having a low weight at an input terminal of the startup generator control unit 300, The internal rectification phenomenon is suppressed so that the flow of current is interrupted to prevent the start-up generator control unit 300 from being damaged.

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. The rectifier 200 is connected to the input terminal of the battery 400 and the load 500 is connected to the output terminal of the battery 400. The current rectified by the rectifier 200, And supplies necessary power to the rod 500 connected to the output terminal while accumulating the electric power.

상기 로드(500)는 무인기와 같은 각종 기기를 구동시키기 위한 모터, 야간비행을 위한 라이트 등과 같이 각종 기기에서 전원을 필요로 하는 모든 구성에 해당된다.The rod 500 corresponds to any configuration requiring power from various devices such as a motor for driving various devices such as a UAV, a light for night flight, and the like.

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.  While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

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)100:
110: Fuel tank
120: engine
130: starter generator
200: rectification part
300: Startup generator control unit
400: Battery
500: Load
600: reverse diode (600: reverse diode)

Claims (3)

전류를 발생시켜 출력시키는 발전부(100);
상기 발전부(100)에서 발생시킨 전류를 정류하는 정류부(200);
상기 발전부(100)의 전류 발생을 제어하는 상기 시동 발전기 제어부(300);
상기 정류부(200)의 출력단에 연결되어, 정류되어 입력되는 DC 전류를 충전하는 배터리(400); 및
상기 배터리(400)의 전원으로 구동되는 각종 로드(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템.
A power generation unit 100 for generating and outputting a current;
A rectifying unit 200 for rectifying a current generated in the power generating unit 100;
The starting generator control unit 300 for controlling the generation of current in the power generation unit 100;
A battery 400 connected to an output terminal of the rectifier 200 to charge the DC current rectified and inputted; And
And various loads (500) driven by the power of the battery (400).
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-베터리 하이브리드 추진 시스템
The method according to claim 1,
The startup generator control unit 300
The starting generator 130 of the power generating unit 100 is driven so that the capacity of the battery 400 is maintained at a predetermined threshold capacity or more while monitoring the power generation unit 100 and the battery 400 in real time Engine-battery hybrid propulsion system
제 1항에 있어서,
상기 시동 발전기 제어부(300)의 입력단에 장착되어 상기 시동 발전기 제어부(300) 내부 정류현상을 억제하고, 전류의 흐름을 차단시키기 위한 리버스 다이오드(600:Reverse Diode);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진-배터리 하이브리드 추진 시스템.The method according to claim 1,
And a reverse diode (600) mounted on an input terminal of the startup generator control unit (300) for inhibiting internal rectification of the startup generator control unit (300) and for interrupting current flow. Engine - battery hybrid propulsion system.
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