KR20220102703A - 드론용 연료전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드론용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 연료전지를 통해 드론에 대한 전력의 공급이 이루어지도록 하면서 연료전지 각각의 냉각수, 공기, 수소 등의 유체공급계통이 서로 연결되도록 하고, 연료전지의 유체공급계통에 이상이 발생한 경우 정상상태의 연료전지로부터 유체를 공급받아 작동이 이루어지도록 함으로써 추락 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 드론용 연료전지 시스템에 관한 것이다.

Description

드론용 연료전지 시스템{A Fuel Cell System for Drone}
본 발명은 드론용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 연료전지를 통해 드론에 대한 전력의 공급이 이루어지도록 하면서 연료전지 각각의 냉각수, 공기, 수소 등의 유체공급계통이 서로 연결되도록 하고, 연료전지의 유체공급계통에 이상이 발생한 경우 정상상태의 연료전지로부터 유체를 공급받아 작동이 이루어지도록 함으로써 추락 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 드론용 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서, 산업용, 가정용 및 차량용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 휴대기기의 전력을 공급하는데에도 이용될 수 있으며, 최근 고효율 친환경 발전장치로 각광받고 있다.
연료전지는 여러 종류가 존재하나 높은 전력 밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)이 주로 사용되고 있으며, 가장 안쪽에 막전극접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly)가 위치하고, 막전극접합체에는 수소이온을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)로 구성된다.
또한, 최근에는 드론 형태의 무인 항공기에도 에너지 밀도가 우수한 연료전지의 사용이 늘어나고 있으며, 아래 특허문헌과 같이 다수의 프로펠러를 가진 멀티콥터가 주로 사용되고 있다. 이러한 멀티콥터의 경우에는 하나의 프로펠러 또는 로터의 고장이 발생하더라도 나머지 프로펠러 또는 로터가 구동하도록 하여 하나의 프로펠러로 비행하는 드론보다 안전하다는 장점이 있다.
한편, 이러한 멀티콥터에 연료전지를 적용하는 경우 단일의 연료전지에 의해 작동이 이루어지도록 하는 경우에는 연료전지 하나가 고장날 경우 모든 프로펠러가 작동할 수 없고, 비행중 추락사고로 이어질 수 있다는 문제가 있다.
(특허문헌) 공개특허공보 제10-2019-0044186호(2019. 04. 30. 공개)"멀티콥터 드론"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 복수의 연료전지를 통해 드론에 대한 전력의 공급이 이루어지도록 하면서 연료전지 각각의 냉각수, 공기, 수소 등의 유체공급계통이 서로 연결되도록 하고, 연료전지의 유체공급계통에 이상이 발생한 경우 정상상태의 연료전지로부터 유체를 공급받아 작동이 이루어지도록 함으로써 추락 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 드론용 연료전지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 각 연료전지의 유체공급계통 사이의 연결이 연결조절밸브를 통해 조절되도록 하여 유체공급계통의 연결이 쉽고 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 드론용 연료전지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 연료전지의 온도가 과도하게 높거나 전압이 낮은 경우 연료전지의 이상으로 진단하여 연료전지 사이의 연결이 이루어지도록 함으로써, 유체공급계통의 이상 발생에도 연료전지의 냉각과 수소의 공급에 따른 발전이 정상적으로 유지될 수 있도록 하는 드론용 연료전지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 온도가 과도하게 높거나 전압이 낮은 경우뿐만 아니라 위험범위에서 지속되거나 급격한 변화가 발생하는 경우에도 이에 따른 유체공급계통의 연결이 이루어지도록 함으로써 고장, 위험상태, 긴급이상 발생에도 신속한 대처가 가능하도록 하는 드론용 연료전지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 연료전지의 고장정도, 위험정도, 변화정도에 따라 연결조절밸브의 개방과 각 유체공급계통의 작동 정도가 조절되도록 하여 효율적이고 원활한 작동의 보조가 가능하도록 하는 드론용 연료전지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템은 수소 및 산소의 공급을 통해 전력을 발생시켜 드론을 작동시키는 복수의 연료전지와, 복수의 연료전지 사이를 연결하여 연료전지의 작동을 위해 공급되는 유체가 연료전지 사이에 서로 공급되도록 하는 전지연결부와, 일 연료전지의 이상 발생시 타 연료전지로부터 전지연결부를 통한 유체의 공급이 이루어지도록 하는 연결제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 연료전지는 연료전지 셀이 적층되어 형성되는 스택과, 스택에 연료전지 작동을 위한 유체를 공급하는 유체공급부를 포함하며, 상기 전지연결부는 각 연료전지의 유체공급부가 서로 다른 연결전지로 연결되어 유체를 공급할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 전지연결부는 각 연료전지로 공급되는 냉각수, 수소, 공기 중 하나 이상이 연료전지 사이에 서로 공급 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 전지연결부는 유체의 공급을 위해 연료전지 사이를 연결하는 연결라인과, 상기 연결라인 상에 형성되어 연료전지 사이의 유체 공급을 조절하는 연결조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 연결제어부는 연료전지의 이상을 감지하는 이상감지부와, 이상이 발생한 연료전지에 대해 정상 연료전지로부터의 유체 공급이 이루어지도록 상기 연결조절밸브를 개방하는 작동연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 이상감지부는 각 연료전지의 온도가 과도하게 높거나 또는 각 연료전지에서 발생하는 전압이 낮은 경우 연료전지의 이상으로 진단하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 이상감지부는 연료전지의 고장을 진단하는 고장진단부를 포함하고, 상기 고장진단부는 연료전지의 온도 또는 전압에 대한 상태값을 수신하는 상태값수신모듈과, 고장으로 판단되는 상태값의 한계값을 설정하는 한계값설정모듈과, 상기 상태값수신모듈에 의해 수신된 상태값을 한계값과 비교하는 한계값비교모듈과, 상태값이 한계값을 벗어나는 경우 연료전지의 고장으로 확정하는 고장확정모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 이상감지부는 고장으로 진단되기 전에 위험을 진단하는 위험진단부를 포함하고, 상기 위험진단부는 연료전지의 온도 또는 전압에 대한 상태값이 고장으로 진단되는 한계값에 근접한 위험범위에 도달하는 것을 감지하는 위험범위인지모듈과, 상태값이 위험범위에 도달하는 경우 그 지속시간을 측정하는 지속시간측정모듈과, 상태값이 정상값에서 벗어나는 정도와 그 지속시간을 이용하여 위험 정도를 나타내는 위험지수를 산출하는 위험지수산정모듈과, 위험지수가 설정값을 초과하는 경우 위험상태로 판단하는 위험상태판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 이상감지부는 고장 및 위험으로 진단되기 전이라도 상태값이 급격하게 악화되는 경우 긴급상황을 인지하는 긴급인지부를 포함하고, 상기 긴급인지부는 상태값의 변화율을 산출하는 변화율산출모듈과, 산출된 변화율을 설정값과 비교하는 설정값비교모듈과, 변화율이 설정값을 초과하는 경우 그 연속시간을 측정하는 연속시간계측모듈과, 연속시간이 설정된 시간을 초과하는 경우 긴급상태로 판단하는 긴급판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 연결제어부는 상기 이상감지부에 의한 이상 감지에 따른 시스템의 작동을 조절하는 작동조절부를 포함하고, 상기 작동조절부는 상기 고장진단부에서 상태값이 한계값을 벗어나는 정도에 따라 고장지수를 산출하는 고장지수산출모듈과, 상기 위험진단부에 의해 산정되는 위험지수정보를 수신하는 위험지수수신모듈과, 상기 긴급인지부에서의 변화율과 연속시간에 따라 긴급도를 산출하는 긴급도산출모듈과, 고장지수, 위험지수, 긴급도 중 어느 하나에 따라 상기 연결조절밸브의 개방 정도를 조절하는 밸브작동조절모듈과, 연료전지밸브의 개방 정도에 따라 각 연료전지의 유체공급부의 작동을 조정하는 맞춤작동모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 복수의 연료전지를 통해 드론에 대한 전력의 공급이 이루어지도록 하면서 연료전지 각각의 냉각수, 공기, 수소 등의 유체공급계통이 서로 연결되도록 하고, 연료전지의 유체공급계통에 이상이 발생한 경우 정상상태의 연료전지로부터 유체를 공급받아 작동이 이루어지도록 함으로써 추락 등의 사고를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 각 연료전지의 유체공급계통 사이의 연결이 연결조절밸브를 통해 조절되도록 하여 유체공급계통의 연결이 쉽고 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 연료전지의 온도가 과도하게 높거나 전압이 낮은 경우 연료전지의 이상으로 진단하여 연료전지 사이의 연결이 이루어지도록 함으로써, 유체공급계통의 이상 발생에도 연료전지의 냉각과 수소의 공급에 따른 발전이 정상적으로 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 온도가 과도하게 높거나 전압이 낮은 경우뿐만 아니라 위험범위에서 지속되거나 급격한 변화가 발생하는 경우에도 이에 따른 유체공급계통의 연결이 이루어지도록 함으로써 고장, 위험상태, 긴급이상 발생에도 신속한 대처가 가능하도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 연료전지의 고장정도, 위험정도, 변화정도에 따라 연결조절밸브의 개방과 각 유체공급계통의 작동 정도가 조절되도록 하여 효율적이고 원활한 작동의 보조가 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론용 연료전지 시스템의 구성도
도 4는 연결제어부의 구성을 나타내는 블럭도
도 5는 도 4의 이상감지부의 구성을 나타내는 블럭도
도 6은 도 5의 고장진단부의 구성을 나타내는 블럭도
도 7은 도 5의 위험진단부의 구성을 나타내는 블럭도
도 8은 도 5의 긴급인지부의 구성을 나타내는 블럭도
도 9는 도 4의 작동연결부의 구성을 나타내는 블럭도
도 10은 도 4의 작동조절부의 구성을 나타내는 블럭도
도 11은 멀티콥터의 일 예를 나타내는 사진
이하에서는 본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 드론용 연료전지 시스템을 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 드론용 연료전지 시스템은 수소 및 산소의 공급을 통해 전력을 발생시켜 드론을 작동시키는 복수의 연료전지(1)와, 복수의 연료전지(1) 사이를 연결하여 연료전지(1)의 작동을 위해 공급되는 유체가 연료전지(1) 사이에 서로 공급되도록 하는 전지연결부(3)와, 일 연료전지(1)의 이상 발생시 타 연료전지(1)로부터 전지연결부(3)를 통한 유체의 공급이 이루어지도록 하는 연결제어부(5)를 포함한다.
본 발명에 따른 드론용 연료전지 시스템은 도 11에서 보는 바와 같이 다수의 프로펠러를 포함하는 멀티콥터에 적용 가능한 것으로, 복수의 연료전지(1)를 통해 복수의 프로펠러 각각을 작동시키도록 할 수 있다. 특히, 상기 드론용 연료전지 시스템은 각 연료전지(1)를 전지연결부(3)를 통해 연결되도록 하고, 연료전지(1)의 작동을 위해 냉각수, 공기, 수소 등을 공급하는 유체공급계통에 이상이 발생하는 경우 정상작동하는 연료전지(1)의 유체공급계통과 연결시켜 유체의 공급이 이루어지도록 하고, 이를 통해 일부 연료전지(1)에서 이상이 발생하는 경우에도 전체 프로펠러의 정상 작동이 가능하도록 하여 추락 등의 위험을 줄이도록 할 수 있다.
상기 연료전지(1)는 수소 및 산소의 공급을 통해 발전하는 구성으로, 복수개가 형성되어 드론의 프로펠러 각각을 작동시키도록 한다. 복수의 연료전지(1) 각각은 수소 및 산소의 공급을 통해 전력을 발생시키도록 하며, 연료전지(1)의 정상적인 작동을 위해 냉각수 또는 공기를 공급하여 냉각이 이루어지도록 한다. 특히, 복수의 연료전지(1)는 서로 연결되도록 형성되어 유체 공급의 순환이 이루어질 수 있도록 하며, 이를 통해 일 연료전지(1)에서 이상이 발생할 경우 정상 작동하는 타 연료전지(1)로부터 수소, 공기, 냉각수 등의 유체를 공급받을 수 있도록 하여 일 연료전지(1)의 이상 발생시에도 전체 프로펠러의 작동이 정상적으로 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 연료전지(1)는 평상시 복수의 연료전지(1) 각각이 개별적으로 작동하며, 일 연료전지(1)에서 이상이 발생되는 경우에만 유체의 공급계통을 연결시켜 이상이 발생한 연료전지(1)로 유체의 공급이 이루어지도록 한다. 상기 연료전지(1)는 스택(11), 유체공급부(13)를 포함할 수 있다.
상기 스택(11)은 연료전지 셀이 적층되어 형성되는 구성으로, 전극을 포함하는 다수의 셀이 적층되어 형성되도록 한다. 상기 스택(11)에서는 수소와 산소의 공급을 통해 전력이 생산되고, 냉각수 또는 공기가 공급되어 상승된 온도를 낮추도록 한다.
상기 유체공급부(13)는 스택(11)의 작동을 위한 유체를 공급하는 구성으로, 냉각수의 공급을 위한 냉각수공급모듈(131), 공기의 공급을 위한 공기공급모듈(132), 수소의 공급을 위한 수소공급모듈(133)을 포함할 수 있다. 특히, 상기 냉각수공급모듈(131), 공기공급모듈(132), 수소공급모듈(133)은 하나 이상, 바람직하게는 전체가 복수의 연료전지(1) 사이에서 서로 연결되도록 형성될 수 있으며, 이를 통해 일 연료전지(1)에서 냉각수공급모듈(131), 공기공급모듈(132), 수소공급모듈(133) 중 어느 하나에 이상이 발생한 경우 정상 작동하는 연료전지(1)의 냉각수공급모듈(131), 공기공급모듈(132), 수소공급모듈(133)에서 이상이 발생한 연료전지(1)로 냉각수, 공기, 수소 등을 공급하도록 하여 연료전지(1)의 정상 작동이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 전지연결부(3)는 복수의 연료전지(1) 사이를 연결하는 구성으로, 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 냉각수공급모듈(131), 공기공급모듈(132), 수소공급모듈(133)이 서로 연결되어 연료전지(1) 사이에서 냉각수, 공기, 수소의 공급이 공유되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 전지연결부(3)는 연결라인(31), 연결조절밸브(33)를 포함할 수 있다.
상기 연결라인(31)은 복수의 연료전지(1) 사이를 연결하는 배관 등의 라인을 형성하는 구성으로, 냉각수, 공기, 수소 중 하나 이상이 연료전지(1) 사이에서 공유될 수 있도록 연료전지(1) 각각의 냉각수공급모듈(131), 공기공급모듈(132), 수소공급모듈(133) 중 하나 이상을 서로 연결시키도록 한다.
상기 연결조절밸브(33)는 연결라인(31) 상에 형성되어 연결라인(31) 상을 흐르는 유체의 공급을 조절하는 구성으로, 특정 연료전지(1)에서 이상이 발생한 경우에만 개방되어 냉각수 등의 공급이 이루어지도록 한다. 상기 연결조절밸브(33)는 상기 연결제어부(5)에 의해 그 작동이 조절되며, 연료전지(1)의 이상이 발생한 경우 이상이 발생한 연료전지(1)에 대한 냉각수 등의 공급이 가능하도록 해당 연료전지(1)와 연결되는 연결라인(31)의 연결조절밸브(33)를 개방시키도록 하며, 이상이 발생한 정도에 따라 연결조절밸브(33)의 개방 정도가 조절되도록 할 수 있다.
상기 연결제어부(5)는 상기 전지연결부(3)를 통한 연료전지(1) 사이의 연결을 조절하는 구성으로, 상기 연결조절밸브(33)의 작동을 조절하도록 할 수 있다. 상기 연결제어부(5)는 각 연료전지(1)의 이상 상태를 감지하여 전지연결부(3)를 통한 연결이 이루어지도록 하며, 이상 정도에 따라 유체의 공급 정도가 조절되도록 하여 전체 연료전지(1)에 대한 효율적이고 원활한 작동이 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 연결제어부(5)는 이상감지부(51), 작동연결부(53), 작동조절부(55)를 포함할 수 있다.
상기 이상감지부(51)는 연료전지(1)의 이상 상태를 감지하는 구성으로, 일 예로 스택(11)의 온도, 스택(11)에서 발전되는 전압을 이용하여 이상 상태를 감지하도록 할 수 있다. 일 예로 스택(11)의 온도가 과도하게 상승하는 경우에는 연료전지(1)의 냉각이 제대로 이루어지지 않는 것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 연료전지(1)의 이상을 감지하여 다른 연료전지(1)로부터 냉각수 또는 냉각을 위한 공기의 공급을 받도록 할 수 있다. 또한 스택(11)에서 발전되는 전압이 낮은 경우에는 수소 또는 공기의 공급이 제대로 이루어지지 않은 것에 기인할 수 있으므로, 다른 연료전지(1)로부터 수소 또는 공기를 공급받도록 할 수 있다. 따라서, 상기 이상감지부(51)는 스택(11)의 온도, 전압에 대한 상태값을 측정하여 과도하게 온도가 높거나 전압이 낮은 상태를 이상으로 감지하도록 할 수 있으며, 이하에서 상태값이라 함은 스택(11)의 온도 또는 전압값을 의미한다. 또한, 상기 이상감지부(51)는 과도하게 온도가 높거나 전압이 낮은 상태를 고장 상태로 진단하여 연료전지(1)의 연결이 이루어지도록 하면서, 이에 더하여 고장으로 진단되지는 않더라도 상태값이 고장에 근접한 위험범위에서 지속되는 경우에는 고장이 발생할 위험이 높은 것으로 판단하여 이에 따른 연료전지(1)의 연결이 이루어지도록 한다. 또한, 상기 이상감지부(51)는 고장이나 위험이 감지되지 않더라도 상태값의 급격한 악화가 발생하는 경우에는 이에 대한 긴급 연결이 이루어지도록 하여 긴급한 상황에 신속하게 대처할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 이상감지부(51)는 고장진단부(511), 위험진단부(513), 긴급인지부(515)를 포함할 수 있다.
상기 고장진단부(511)는 연료전지(1)의 고장으로 확정하여 진단하는 구성으로, 스택(11)의 온도가 과도하게 높거나 전압이 과도하게 낮은 상태를 고장으로 진단하도록 한다. 따라서, 상기 고장진단부(511)는 상태값수신모듈(511a), 한계값설정모듈(511b), 한계값비교모듈(511c), 고장확정모듈(511d)을 포함할 수 있다.
상기 상태값수신모듈(511a)은 연료전지(1)의 이상 진단을 위한 상태값을 수신하는 구성으로, 스택(11)의 온도, 스택(11)에서 발생되는 전력의 전압정보를 수신하도록 할 수 있다.
상기 한계값설정모듈(511b)은 고장으로 진단되는 한계값을 설정하는 구성으로, 온도, 전압에 대해 고장으로 진단될 정도의 높은 온도, 낮은 전압을 한계값으로 설정하도록 한다.
상기 한계값비교모듈(511c)은 상태값수신모듈(511a)에 의해 수신된 상태값을 한계값설정모듈(511b)에 의해 설정된 한계값과 비교하는 구성으로, 온도 또는 전압의 비교가 이루어지도록 한다.
상기 고장확정모듈(511d)은 연료전지(1)의 고장 상태로 확정하는 구성으로, 상태값이 한계값을 벗어나는 경우 고장으로 진단하도록 한다. 따라서, 상기 고장확정모듈(511d)은 온도에 대한 상태값이 한계값을 초과하거나 또는 전압에 대한 상태값이 한계값 미만으로 떨어지는 경우 연료전지(1)의 고장으로 진단하도록 할 수 있으며, 고장으로 진단되는 경우 연료전지(1) 사이의 연결조절밸브(33)를 개방시켜 고장이 발생한 연료전지에 대해 유체의 공급이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 위험진단부(513)는 고장으로 확정되지 않더라도 상태값이 악화된 상황이 계속되는 경우 위험 상태로 판단하는 구성으로, 고장이 발생하기 전에 미리 대처가 이루어질 수 있도록 한다. 상기 위험진단부(513)는 상태값이 고장으로 진단되는 한계값을 벗어나지는 않았으나, 한계값에 근접하는 위험범위에서 지속되는 경우 한계값에 근접하는 정도와 그 지속되는 시간에 따라 위험정도를 산출하도록 하고, 위험정도가 설정된 정도를 초과하는 경우에는 위험 상태로 진단하여 연료전지(1)의 연결이 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 위험진단부(513)는 위험범위인지모듈(513a), 지속시간측정모듈(513b), 위험지수산정모듈(513c), 위험상태판단모듈(513d)을 포함할 수 있다.
상기 위험범위인지모듈(513a)은 상태값이 위험범위에 도달하는 것을 인지하는 구성으로, 여기서 위험범위란 한계값에 근접하는 온도 또는 전압의 범위를 의미한다. 따라서, 위험범위는 온도의 경우 한계값 이하의 일정 범위, 전압의 경우 한계값 이상의 일정 범위로 설정되도록 할 수 있다. 상기 위험범위인지모듈(513a)에 의해 상태값이 위험범위에 도달하는 것이 인지되면 고장이 발생할 위험이 있음을 의미하고, 이러한 상태가 반복적으로 발생할 수록 고장 발생의 위험은 더욱 높아지게 되므로, 이를 미리 인지하여 고장 전에 미리 대처가 이루어질 수 있도록 한다.
상기 지속시간측정모듈(513b)은 상태값이 위험범위에 머무르는 시간을 측정하는 구성으로, 위험범위에 도달할 때마다 그 지속시간을 측정하여 누적 저장되도록 한다.
상기 위험지수산정모듈(513c)은 고장이 발생할 위험이 높은 정도를 나타내는 위험지수를 산정하는 구성으로, 상태값이 정상값에서 벗어나는 정도와 그 지속시간에 따라 위험지수를 산정하도록 한다. 따라서, 상기 위험지수산정모듈(513c)은 온도, 전압 등의 상태값에 대해 정상 상태에서의 기준값을 설정하도록 할 수 있으며, 상태값이 위험범위에 도달하는 경우 기준값과의 차이를 산출하고, 해당 상태값이 지속되는 시간을 측정하여 위험지수의 산정이 이루어지도록 한다. 일 예로, 상기 위험지수산정모듈(513c)은 정상값에서 벗어나는 정도와 지속시간을 곱하여 위험지수가 산정되도록 할 수 있다.
상기 위험상태판단모듈(513d)은 연료전지(1)에 대해 고장 위험이 높은 상태로 판단하는 구성으로, 위험지수가 설정값을 초과하는 경우 위험 상태로 판단하도록 할 수 있다. 상기 위험상태판단모듈(513d)에 의해 위험 상태로 판단되는 경우에도 연결조절밸브(33)를 개방시켜 유체의 공급이 이루어지도록 하며, 상기 작동조절부(55)에서는 위험지수에 따라 유체의 공급 정도가 조절되도록 할 수 있다.
상기 긴급인지부(515)는 급격한 상태값의 악화를 감지하는 구성으로, 고장 또는 위험으로 진단되지 않더라도 상태값이 급격하게 악화되는 경우에는 이를 신속하게 인지하여 연료전지(1) 사이의 연결이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 긴급인지부(515)는 상태값의 변화 정도가 설정된 정도를 넘어 일정시간 이상 연속되는 경우에는 이를 인지하여 신속하게 연료전지(1) 사이에서 유체 공급이 전달되도록 하고, 이를 통해 긴급 상황에 대한 빠른 조치가 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 긴급인지부(515)는 변화율산출모듈(515a), 설정값비교모듈(515b), 연속시간계측모듈(515c), 긴급판단모듈(515d)을 포함할 수 있다.
상기 변화율산출모듈(515a)은 상태값의 변화정도를 산출하는 구성으로, 일정시간 간격으로 온도의 증가정도, 전압의 감소정도를 산출하도록 할 수 있다.
상기 설정값비교모듈(515b)은 산출된 변화율을 설정값과 비교하는 구성으로, 온도가 급격하게 증가하거나 전압이 급격하게 감소하는 것을 감지할 수 있도록 변화율에 대한 적절한 설정값을 설정하여 비교가 이루어지도록 한다.
상기 연속시간계측모듈(515c)은 변화율이 설정값을 초과하는 경우 그 연속시간을 측정하는 구성으로, 온도의 증가율이 설정값을 초과하거나 전압의 감소율이 설정값을 초과하는 상태가 지속되는 시간을 측정하도록 한다.
상기 긴급판단모듈(515d)은 연속시간계측모듈(515c)에 의해 측정되는 시간이 설정된 시간을 초과하는 경우 긴급 상황으로 판단하도록 하는 구성으로, 긴급 상황이 발생한 연료전지(1)와 연결되는 연결조절밸브(33)의 개방이 이루어지도록 한다.
상기 작동연결부(53)는 연료전지(1)의 이상 발생시 연료전지(1) 사이의 유체 공급계통을 연결시키는 구성으로, 이상이 발생한 연료전지(1)와 연결되는 연결라인(31) 상의 연결조절밸브(33)를 개방시키도록 한다. 이를 위해, 상기 작동연결부(53)는 이상감지수신모듈(531), 작동연결모듈(533)을 포함할 수 있다.
상기 이상감지수신모듈(531)은 상기 이상감지부(51)에 의해 감지되는 이상 정보를 수신하는 구성으로, 상기 고장진단부(511), 위험진단부(513), 긴급인지부(515)에서 감지되는 이상 정보를 수신하도록 할 수 있다.
상기 작동연결모듈(533)은 이상감지수신모듈(531)에 의해 고장, 위험, 긴급상태의 진단 정보가 수신되는 경우 연료전지(1)의 연결이 이루어지도록 하는 구성으로, 이상이 발생한 연료전지(1)로 연결되는 연결조절밸브(33)를 개방시켜 정상 상태의 연료전지(1)에서 이상이 발생한 연료전지(1)로 유체의 공급이 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 작동연결모듈(533)은 온도에 대한 상태값에 대해 고장, 위험, 긴급상태 진단이 이루어지는 경우에는 냉각수 또는 공기의 공급이 이루어지도록 할 수 있으며, 전압에 대해 고장 등의 진단이 발생하는 경우에는 수소 또는 공기의 공급이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 작동조절부(55)는 상기 작동연결부(53)에 의해 연결되는 연료전지(1)에 대한 작동을 조절하는 구성으로, 연결조절밸브(33)의 개방 정도와 유체를 공급하는 연료전지(1)의 유체공급부(13)에 대한 작동의 조절이 이루어지도록 할 수 있다. 다시 말해, 상기 작동조절부(55)는 연료전지(1)의 고장 정도, 위험 정도, 긴급 정도에 따라 이상이 발생한 연료전지(1)로 공급되는 유체의 양을 조절하도록 할 수 있으며, 이를 위해 연결조절밸브(33)의 개방 정도를 조절하도록 한다. 또한, 연결조절밸브(33)의 개방 정도에 따라 유체를 공급하는 연료전지(1)의 유체공급부(13)에 대해 작동 정도를 상승시켜야만 유체를 공급하는 연료전지(1)도 기존과 같이 정상적으로 동작할 수 있으므로, 유체공급부(13)의 작동 정도를 조절하도록 한다. 이를 위해, 상기 작동조절부(55)는 고장지수산출모듈(551), 위험지수수신모듈(553), 긴급도산출모듈(555), 밸브작동조절모듈(557)을 포함할 수 있다.
상기 고장지수산출모듈(551)은 상기 고장진단부(511)에 의해 진단되는 고장에 대한 고장정도를 산출하는 구성으로, 상태값이 한계값을 벗어나는 정도에 따라 고장지수를 산출하도록 할 수 있다. 따라서, 고장지수가 높을수록 연결조절밸브(33)의 개방 정도를 높이도록 하여 더욱 많은 양의 유체가 이상이 발생한 연료전지(1)로 공급될 수 있도록 한다.
상기 위험지수수신모듈(553)은 상기 위험지수산정모듈(513c)에 의해 산정되는 위험지수 정보를 수신하는 구성으로, 수신되는 위험지수에 따라 연결조절밸브(33)의 개방 정도 조절이 이루어지도록 한다. 따라서, 위험지수의 경우에도 위험지수가 높을수록 고장 위험이 높은 것을 의미하므로, 연결조절밸브(33)의 개방 정도를 높이도록 한다.
상기 긴급도산출모듈(555)은 상기 긴급인지부(515)에 의해 인지되는 긴급상황의 긴급한 정도를 산출하는 구성으로, 상기 변화율산출모듈(515a)에 의해 산출되는 변화율과 그 지속시간에 따라 긴급도를 산출하도록 할 수 있다. 상기 긴급도산출모듈(555)은 일 예로 변화율과 그 지속시간을 곱하여 긴급도를 산출하도록 할 수 있으며, 긴급도가 높을수록 연결조절밸브(33)의 개방 정도를 높이도록 한다.
상기 밸브작동조절모듈(557)은 연결조절밸브(33)의 개방 정도를 조절하는 구성으로, 이상이 발생한 연료전지에 대해 공급되는 유체의 양을 조절하도록 한다. 상기 밸브작동조절모듈(557)은 고장, 위험, 긴급 상태의 감지에 따라 고장지수, 위험지수, 긴급도가 높을수록 연결조절밸브(33)의 개방 정도를 높이도록 하며, 이를 통해 이상이 발생한 연료전지(1)의 작동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 맞춤작동모듈(559)은 이상이 발생한 연료전지(1)에 대해 유체를 공급하는 연료전지(1)의 작동상태를 조절하는 구성으로, 상기 밸브작동조절모듈(557)에 의해 연결조절밸브(33)가 개방되는 정도에 따라 유체공급부(13)의 작동 상태를 조절하도록 한다. 이상이 발생한 연료전지(1)에 대해 유체를 공급하는 정상상태의 연료전지(1)는 유체의 공급을 위해 유체공급부(13)의 작동 정도를 높여야만 기본 연료전지(1)의 작동이 그대로 유지될 수 있으므로, 상기 밸브작동조절모듈(557)에 의한 연결조절밸브(33)의 개방 정도에 따라 유체공급부(13)의 작동 정도를 높이도록 한다. 따라서, 상기 맞춤작동모듈(559)은 이상이 발생한 연료전지(1)의 작동을 회복시키면서 기존의 작동도 그대로 유지되도록 할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 연료전지 11: 스택
13: 유체공급부 131: 냉각수공급모듈
132: 공기공급모듈 133: 수소공급모듈
3: 전지연결부 31: 연결라인
33: 연결조절밸브 5: 연결제어부
51: 이상감지부 511: 고장진단부
511a: 상태값수신모듈 511b: 한계값설정모듈
511c: 한계값비교모듈 511d: 고장확정모듈
513: 위험진단부 513a: 위험범위인지모듈
513b: 지속시간측정모듈 513c: 위험지수산정모듈
513d: 위험상태판단모듈 515: 긴급인지부
515a: 변화율산출모듈 515b: 설정값비교모듈
515c: 연속시간계측모듈 515d: 긴급판단모듈
53: 작동연결부 531: 이상감지수신모듈
533: 작동연결모듈 55: 작동조절부
551: 고장지수산출모듈 553: 위험지수수신모듈
555: 긴급도산출모듈 557: 밸브작동조절모듈
559: 맞춤작동모듈

Claims (10)

  1. 수소 및 산소의 공급을 통해 전력을 발생시켜 드론을 작동시키는 복수의 연료전지와,
    복수의 연료전지 사이를 연결하여 연료전지의 작동을 위해 공급되는 유체가 연료전지 사이에 서로 공급되도록 하는 전지연결부와,
    일 연료전지의 이상 발생시 타 연료전지로부터 전지연결부를 통한 유체의 공급이 이루어지도록 하는 연결제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료전지는
    연료전지 셀이 적층되어 형성되는 스택과, 스택에 연료전지 작동을 위한 유체를 공급하는 유체공급부를 포함하며,
    상기 전지연결부는 각 연료전지의 유체공급부가 서로 다른 연결전지로 연결되어 유체를 공급할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지연결부는
    각 연료전지로 공급되는 냉각수, 수소, 공기 중 하나 이상이 연료전지 사이에 서로 공급 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전지연결부는
    유체의 공급을 위해 연료전지 사이를 연결하는 연결라인과, 상기 연결라인 상에 형성되어 연료전지 사이의 유체 공급을 조절하는 연결조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 연결제어부는
    연료전지의 이상을 감지하는 이상감지부와, 이상이 발생한 연료전지에 대해 정상 연료전지로부터의 유체 공급이 이루어지도록 상기 연결조절밸브를 개방하는 작동연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이상감지부는
    각 연료전지의 온도가 과도하게 높거나 또는 각 연료전지에서 발생하는 전압이 낮은 경우 연료전지의 이상으로 진단하도록 하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이상감지부는
    연료전지의 고장을 진단하는 고장진단부를 포함하고,
    상기 고장진단부는,
    연료전지의 온도 또는 전압에 대한 상태값을 수신하는 상태값수신모듈과, 고장으로 판단되는 상태값의 한계값을 설정하는 한계값설정모듈과, 상기 상태값수신모듈에 의해 수신된 상태값을 한계값과 비교하는 한계값비교모듈과, 상태값이 한계값을 벗어나는 경우 연료전지의 고장으로 확정하는 고장확정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이상감지부는
    고장으로 진단되기 전에 위험을 진단하는 위험진단부를 포함하고,
    상기 위험진단부는,
    연료전지의 온도 또는 전압에 대한 상태값이 고장으로 진단되는 한계값에 근접한 위험범위에 도달하는 것을 감지하는 위험범위인지모듈과, 상태값이 위험범위에 도달하는 경우 그 지속시간을 측정하는 지속시간측정모듈과, 상태값이 정상값에서 벗어나는 정도와 그 지속시간을 이용하여 위험 정도를 나타내는 위험지수를 산출하는 위험지수산정모듈과, 위험지수가 설정값을 초과하는 경우 위험상태로 판단하는 위험상태판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 이상감지부는
    고장 및 위험으로 진단되기 전이라도 상태값이 급격하게 악화되는 경우 긴급상황을 인지하는 긴급인지부를 포함하고,
    상기 긴급인지부는,
    상태값의 변화율을 산출하는 변화율산출모듈과, 산출된 변화율을 설정값과 비교하는 설정값비교모듈과, 변화율이 설정값을 초과하는 경우 그 연속시간을 측정하는 연속시간계측모듈과, 연속시간이 설정된 시간을 초과하는 경우 긴급상태로 판단하는 긴급판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 연결제어부는
    상기 이상감지부에 의한 이상 감지에 따른 시스템의 작동을 조절하는 작동조절부를 포함하고,
    상기 작동조절부는,
    상기 고장진단부에서 상태값이 한계값을 벗어나는 정도에 따라 고장지수를 산출하는 고장지수산출모듈과, 상기 위험진단부에 의해 산정되는 위험지수정보를 수신하는 위험지수수신모듈과, 상기 긴급인지부에서의 변화율과 연속시간에 따라 긴급도를 산출하는 긴급도산출모듈과, 고장지수, 위험지수, 긴급도 중 어느 하나에 따라 상기 연결조절밸브의 개방 정도를 조절하는 밸브작동조절모듈과, 연료전지밸브의 개방 정도에 따라 각 연료전지의 유체공급부의 작동을 조정하는 맞춤작동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 연료전지 시스템.
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