KR20230050542A - 무인 비행체의 전력 시스템 및 이를 갖는 무인 비행체 - Google Patents

무인 비행체의 전력 시스템 및 이를 갖는 무인 비행체 Download PDF

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Abstract

무게 증가를 최소화시키면서 무인 비행체의 장시간 비행을 가능하게 할 수 있는 무인 비행체의 전력 시스템 및 이를 갖는 무인 비행체가 개시된다. 이러한 무인 비행체는 비행체 배터리, 자가 발전 장치, 슈퍼 커패시터, 전력 컨트롤러 및 비행체 구동 시스템을 포함한다. 상기 비행체 배터리는 배터리 전력을 충전하고 있다. 상기 자가 발전 장치는 자가 발전을 통해 자가 생산 전력을 생산할 수 있다. 상기 슈퍼 커패시터는 상기 자가 발전 장치에서 생산된 상기 자가 생산 전력을 충전한다. 상기 전력 컨트롤러는 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 출력 전력을 출력시킨다. 상기 비행체 구동 시스템은 상기 전력 컨트롤러로부터 상기 출력 전력을 제공받아 구동된다. 이와 같이, 상기 슈퍼 커패시터에 자가 발전을 통해 생산된 전력을 충전한 후, 무인 비행체의 구동에 구동 전력으로 즉시 사용함에 따라, 무게 증가를 최소화하면서 자가 발전을 통해 장시간 무인 비행체의 비행이 가능할 수 있다.

Description

무인 비행체의 전력 시스템 및 이를 갖는 무인 비행체{POWER SYSTEM OF UAV AND UAV HAVING THE POWER CONTROLLER}
본 발명은 무인 비행체의 전력 컨트롤러 및 이를 갖는 무인 비행체에 관한 것으로, 무인 비행체의 비행에 필요한 전력을 제공하는 무인 비행체의 전력 시스템 및 이를 갖는 무인 비행체에 관한 것이다.
드론은 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기, 헬리콥터 모양의 무인항공기(UAV, Unmanned aerial vehicle / Uninhabited aerial vehicle)의 총칭한다. 최근 드론은 정찰, 공격 등의 군사적 용도 이외에 영상 촬영, 무인 택배 서비스, 재해 관측 등 다양한 민간ㅇ상업 분야에도 활용이 증가되고 있다.
드론은 프로펠러나 로터를 회전시켜 발생하는 양력에 의해 비행하는 비행체로, 이러한 비행을 위해서는 많은 전력이 필요하다. 그래서, 드론은 비행을 위한 전력을 저장하고 있는 배터리를 필수적으로 구비하고 있어야 한다.
최근, 드론이 대형화하여 무게가 증가하고, 장거리 비행이나 임무 수행 시간이 길어져, 더 많은 전력이 요구되어 지고 있다. 이를 해결하기 위해 배터리 용량을 더 키울 수도 있지만, 아무리 배터리 용량을 키우더라도 배터리에 저장되는 전력은 한계가 있을 수밖에 없다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0104405호에는 '대용량의 배터리 대신에 최소 용량의 배터리와 내연기관을 함께 구비하여, 내연기관에서 생성된 전력을 통하여 탑재된 배터리를 지속적으로 충전시키고, 비행은 내연기관에서 생성되는 동력을 통하여 이루어지게 하는 무인헬리콥터의 하이브리드 전력 공급 장치'가 개시되어 있다. 그러나, 내연기관에서 전력을 생성하기 위해서는 별도의 연료가 필요하고, 이러한 연료로 인해 드론의 무게가 더 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 무인 비행체의 무게 증가를 최소화시키면서 무인 비행체의 장시간 비행을 가능하게 할 수 있는 무인 비행체의 전력 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 무인 비행체의 전력 시스템을 갖는 무인 비행체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 무인 비행체는 비행체 배터리, 자가 발전 장치, 슈퍼 커패시터, 전력 컨트롤러 및 비행체 구동 시스템을 포함한다.
상기 비행체 배터리는 배터리 전력을 충전하고 있다. 상기 자가 발전 장치는 자가 발전을 통해 자가 생산 전력을 생산할 수 있다. 상기 슈퍼 커패시터는 상기 자가 발전 장치에서 생산된 상기 자가 생산 전력을 충전한다. 상기 전력 컨트롤러는 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 출력 전력을 출력시킨다. 상기 비행체 구동 시스템은 상기 전력 컨트롤러로부터 상기 출력 전력을 제공받아 구동된다.
상기 비행체 구동 시스템은 구동에 필요한 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 컨트롤러로 전송할 수 있다. 이때, 상기 전력 컨트롤러는 상기 비행체 구동 시스템으로부터 전송된 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러는 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러는 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리로부터 제공받을 수 있고, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러는 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 충전 전력을 상기 비행체 배터리로 제공하여 충전시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러는 전력 제어부 및 전력 출력부를 포함할 수 있다. 상기 전력 제어부는 상기 비행체 구동 시스템으로부터 상기 요구 전력량을 제공받고, 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 구동 전력을 출력시킬 수 있다. 상기 전력 출력부는 상기 전력 제어부로부터 상기 구동 전력을 제공받고, 상기 구동 전력을 상기 출력 전력으로 변환하여 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있다.
상기 비행체 구동 시스템은 비행체 구동부 및 비행체 제어부를 포함할 수 있다. 상기 비행체 구동부는 상기 전력 출력부에서 출력된 상기 출력 전력을 이용하여 동작되고, 무인 비행체의 비행을 위한 구동을 수행할 수 있다. 상기 비행체 제어부는 상기 전력 출력부에서 출력된 상기 출력 전력을 이용하여 동작되고, 상기 비행체 구동부로 구동 제어 신호를 전송하여 상기 비행체 구동부를 제어하고, 상기 비행체 구동부의 구동에 필요한 상기 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 제어부로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 제어부는 상기 슈퍼 커패시터로부터 상기 자가 생산 전력을 제공받고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리로부터 제공받은 후, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러는 상기 전력 제어부로부터 제공되는 전력을 이용하여 상기 비행체 배터리를 충전시키는 배터리 충전부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부는 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 여유 전력을 상기 배터리 충전부로 출력시킬 수 있다. 이때, 상기 배터리 충전부는 상기 전력 제어부로부터 제공되는 상기 여유 전력을 이용하여 충전 전력을 상기 비행체 배터리로 제공하여 충전시킬 수 있다.
상기 자가 발전 장치는 비행체 몸체의 외부에 설치되어 외부의 광을 이용하여 상기 자가 생산 전력을 생성하여 상기 슈퍼 커패시터에 전송하여 충전시킬 수 있는 태양 전지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 태양 전지는 페로브카이트(perovskite) 태양전지를 포함할 수 있다.
상기 자가 발전 장치는 비행체 몸체에 설치된 프로펠러의 회전을 이용하여 상기 자가 생산 전력을 생성하여 상기 슈퍼 커패시터에 전송하여 충전시킬 수 있는 프로펠러 발전 장치를 더 포함할 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 비행체의 전력 시스템은 배터리 전력을 충전하고 있는 비행체 배터리, 자가 발전을 통해 자가 생산 전력을 생산할 수 있는 자가 발전 장치, 상기 자가 발전 장치에서 생산된 상기 자가 생산 전력을 충전하는 슈퍼 커패시터, 및 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 출력 전력을 무인 비행체의 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 전력 컨트롤러를 포함한다.
상기 전력 컨트롤러는 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 구동 전력을 출력시키는 전력 제어부, 및 상기 전력 제어부로부터 상기 구동 전력을 제공받고, 상기 구동 전력을 상기 출력 전력으로 변환하여 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 전력 출력부를 포함할 수 있다.
상기 비행체 구동 시스템은 구동에 필요한 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 제어부로 전송할 수 있다. 이때, 상기 전력 제어부는 상기 비행체 구동 시스템으로부터 전송된 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 제어부는 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리로부터 제공받은 후, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러는 상기 전력 제어부로부터 제공되는 전력을 이용하여 상기 비행체 배터리를 충전시키는 배터리 충전부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부는 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 여유 전력을 상기 배터리 충전부로 출력시킬 수 있다. 이때, 상기 배터리 충전부는 상기 전력 제어부로부터 제공되는 상기 여유 전력을 이용하여 충전 전력을 상기 비행체 배터리로 제공하여 충전시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 무인 비행체의 전력 시스템 및 이를 갖는 무인 비행체에 따르면, 고출력, 장수명, 고속 충방전이 가능하면서 무게가 2차 전지에 비해 가벼운 슈퍼 커패시터에 자가 발전을 통해 생산된 전력을 충전한 후, 무인 비행체의 구동에 구동 전력으로 즉시 사용함에 따라, 무게 증가를 최소화하면서 자가 발전을 통해 장시간 상기 무인 비행체의 비행이 가능할 수 있다.
또한, 상기 슈퍼 커패시터에 출력된 전력 중 상기 무인 비행체의 비행에 사용되지 않고 남겨진 여유 전력은 별도의 배터리에 저장한 후, 나중에 필요할 때 사용함에 따라, 상기 무인 비행체의 비행 시간이 더욱 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 무인 비행체 중 자가 발전 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 무인 비행체를 보다 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 무인 비행체 중 자가 발전 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 무인 비행체는 비행체 전력 시스템(PS) 및 비행체 구동 시스템(DS)을 포함한다. 이때, 상기 비행체 전력 시스템(PS)는 상기 비행체 구동 시스템(DS)에 필요한 전력을 저장하고 있다가 제공하는 시스템이고, 상기 비행체 구동 시스템(DS)은 상기 무인 비행체를 실제로 구동시키는 시스템일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 무인 비행체는 드론을 포함할 수 있다.
상기 비행체 전력 시스템(PS)는 비행체 배터리(100), 자가 발전 장치(200), 슈퍼 커패시터(300) 및 전력 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다.
상기 비행체 배터리(100)는 예를 들어, 2차 전지로, 배터리 전력을 충전하고 있다. 이때, 상기 2차 전지로는 연축전지(납축전지), 니켈전지, 이온전지, 리튬이온전지, 폴리머전지, 리륨폴리머 전지, 니켈 카드뮴전지 등이 사용될 수 있으며, 충전을 통하여 반영구적으로 사용될 수 있는 전지들이 여기에 포함될 수 있다.
상기 자가 발전 장치(200)는 자가 발전을 통해 자가 생산 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 상기 자가 발전 장치(200)는 신재생 에너지를 생산하는 장치이거나 에너지 하베스팅(energy harvesting) 장치일 수 있다.
구체적으로, 상기 자가 발전 장치(200)는 비행체 몸체의 외부에 설치되어 외부의 광을 이용하여 상기 자가 생산 전력을 생성하여 상기 슈퍼 커패시터에 전송하여 충전시킬 수 있는 태양 전지(210)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 태양 전지는 페로브카이트(perovskite) 태양전지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 자가 발전 장치(200)는 상기 비행체 몸체에 설치된 프로펠러의 회전을 이용하여 상기 자가 생산 전력을 생성하여 상기 슈퍼 커패시터에 전송하여 충전시킬 수 있는 프로펠러 발전 장치(220)를 더 포함할 수 있다.
상기 슈퍼 커패시터(300)는 상기 자가 발전 장치(200)에서 생산된 상기 자가 생산 전력을 상기 자가 발전 장치(200)로부터 실시간으로 제공받아 고속 충전할 수 있다. 이때, 상기 슈퍼 커패시터(300)는 상기 자가 발전 장치(200)에서 생산된 전력을 실시간으로, 고속으로 그리고 다량으로 충전할 수 있고, 저장되어 있는 전력을 실시간으로, 고속으로 그리고 다량으로 방전하여 출력이 가능할 수 있다.
상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 비행체 배터리(100)로부터 상기 배터리 전력을 받을 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터(300로부터 상기 자가 생산 전력을 받을 수 있으며, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킨다.
예를 들어, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수도 있고, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수도 있으며, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 모두를 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수도 있다.
본 실시예에서, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공되는 상기 배터리 전력은 상기 비행체 배터리(100)에 저장되어 상기 전력 컨트롤러(400)로 제공될 수 있는 전력의 총량을 의미할 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력은 상기 슈퍼 커패시터(300)에 저장되어 상기 전력 컨트롤러(400)로 제공될 수 있는 전력의 총량을 의미할 수 있다.
상기 비행체 구동 시스템(DS)은 상기 전력 컨트롤러(400)로부터 상기 출력 전력을 제공받아 구동된다.
본 실시예에서, 상기 비행체 구동 시스템(DS)은 상기 무인 비행체의 구동에 필요한 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 컨트롤러(400)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로부터 전송된 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(100)으로 출력시킬 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수 있다.
반면, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시킬 수 있다.
이와 다르게, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 모두를 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공받을 수 있고, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수 있다.
한편, 상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 전력을 상기 비행체 배터리(100)로 제공하여 충전시키거나, 상기 슈퍼 커패시터(300)에 계속 저장시킬 수도 있다.
도 3은 도 1의 무인 비행체를 보다 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 전력 컨트롤러(400)는 전력 제어부(410) 및 전력 출력부(420)를 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부(410)는 상기 비행체 배터리(100)로부터 상기 배터리 전력을 받을 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터(300로부터 상기 자가 생산 전력을 받을 수 있다. 상기 전력 제어부(410)는 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로부터 상기 요구 전력량을 제공받을 수 있다. 상기 전력 제어부(410)는 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 구동 전력을 출력시킬 수 있다.
상기 전력 출력부(420)는 상기 전력 제어부(410)로부터 상기 구동 전력을 제공받고, 상기 구동 전력을 상기 출력 전력으로 변환하여 상기 비행체 구동 시스템(DS)으로 출력시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 출력부(420)는 복수의 전력 변환부들을 포함하여, 상기 구동 전력을 복수의 출력 전력들로 각각 변환하여 출력시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환부는 입력되는 직류 전압을 다른 전압의 직류 전압으로 변환하여 출력시킬 수 있는 직류-직류 변환 장치일 수 있다.
상기 비행체 구동 시스템(DS)은 비행체 구동부(10) 및 비행체 제어부(20)를 포함할 수 있다.
상기 비행체 구동부(10)는 상기 전력 출력부(420)에서 출력된 상기 출력 전력을 이용하여 동작되고, 무인 비행체의 비행을 위한 구동을 수행할 수 있다. 상기 비행체 구동부(10)는 예를 들어, 무인 비행체의 프로펠러를 회전시키 수 있는 모터를 포함할 수 있다.
상기 비행체 제어부(20)는 상기 전력 출력부(420)에서 출력된 상기 출력 전력을 이용하여 동작되고, 상기 비행체 구동부(10)로 구동 제어 신호를 전송하여 상기 비행체 구동부(10)를 제어하며, 상기 비행체 구동부(10)의 구동에 필요한 상기 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 제어부(410)로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 제어부(410)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시킬 수 있다. 반면, 상기 전력 제어부(410)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공받은 후, 상기 비행체 배터리(100)로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부(420)로 출력시킬 수 있다.
상기 전력 컨트롤러(400)는 상기 전력 제어부(410)로부터 제공되는 전력을 이용하여 상기 비행체 배터리(100)를 충전시키는 배터리 충전부(430)를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 제어부(410)는 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부(420)로 출력시킬 수 있고, 상기 슈퍼 커패시터(300)로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 여유 전력을 상기 배터리 충전부(430)로 출력시킬 수 있다. 이때, 상기 배터리 충전부(430)는 상기 전력 제어부(410)로부터 제공되는 상기 여유 전력을 이용하여 충전 전력을 상기 비행체 배터리(100)로 제공하여 충전시킬 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 고출력, 장수명, 고속 충방전이 가능하면서 무게가 2차 전지에 비해 가벼운 상기 슈퍼 커패시터(300)에 자가 발전을 통해 생산된 전력을 충전한 후, 상기 무인 비행체의 구동에 구동 전력으로 즉시 사용함에 따라, 무게 증가를 최소화하면서 자가 발전을 통해 장시간 상기 무인 비행체의 비행이 가능할 수 있다.
또한, 상기 슈퍼 커패시터(300)에 출력된 전력 중 상기 무인 비행체의 비행에 사용되지 않고 남겨진 여유 전력은 별도의 배터리에 저장한 후, 나중에 필요할 때 사용함에 따라, 상기 무인 비행체의 비행 시간이 더욱 증가될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
PS : 비행체 전력 시스템 DS : 비행체 구동 시스템
100 : 비행체 배터리 200 : 자가 발전 장치
300 : 슈퍼 커패시터 400 : 전력 컨트롤러
410 : 전력 제어부 420 : 전력 출력부
430 : 배터리 충전부 10 : 비행체 구동부
20 : 비행체 제어부

Claims (19)

  1. 배터리 전력을 충전하고 있는 비행체 배터리;
    자가 발전을 통해 자가 생산 전력을 생산할 수 있는 자가 발전 장치;
    상기 자가 발전 장치에서 생산된 상기 자가 생산 전력을 충전하는 슈퍼 커패시터;
    상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 출력 전력을 출력시키는 전력 컨트롤러; 및
    상기 전력 컨트롤러로부터 상기 출력 전력을 제공받아 구동되는 비행체 구동 시스템을 포함하는 무인 비행체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행체 구동 시스템은
    구동에 필요한 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 컨트롤러로 전송하고,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 비행체 구동 시스템으로부터 전송된 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우,
    상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리로부터 제공받고,
    상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 출력 전력을 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 충전 전력을 상기 비행체 배터리로 제공하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 비행체 구동 시스템으로부터 상기 요구 전력량을 제공받고, 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 구동 전력을 출력시키는 전력 제어부; 및
    상기 전력 제어부로부터 상기 구동 전력을 제공받고, 상기 구동 전력을 상기 출력 전력으로 변환하여 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 전력 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비행체 구동 시스템은
    상기 전력 출력부에서 출력된 상기 출력 전력을 이용하여 동작되고, 무인 비행체의 비행을 위한 구동을 수행할 수 있는 비행체 구동부; 및
    상기 전력 출력부에서 출력된 상기 출력 전력을 이용하여 동작되고, 상기 비행체 구동부로 구동 제어 신호를 전송하여 상기 비행체 구동부를 제어하고, 상기 비행체 구동부의 구동에 필요한 상기 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 제어부로 출력시키는 비행체 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 상기 자가 생산 전력을 제공받고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리로부터 제공받은 후, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 전력 제어부로부터 제공되는 전력을 이용하여 상기 비행체 배터리를 충전시키는 배터리 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 여유 전력을 상기 배터리 충전부로 출력시키며,
    상기 배터리 충전부는
    상기 전력 제어부로부터 제공되는 상기 여유 전력을 이용하여 충전 전력을 상기 비행체 배터리로 제공하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 자가 발전 장치는
    비행체 몸체의 외부에 설치되어 외부의 광을 이용하여 상기 자가 생산 전력을 생성하여 상기 슈퍼 커패시터에 전송하여 충전시킬 수 있는 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 태양 전지는
    페로브카이트(perovskite) 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 자가 발전 장치는
    비행체 몸체에 설치된 프로펠러의 회전을 이용하여 상기 자가 생산 전력을 생성하여 상기 슈퍼 커패시터에 전송하여 충전시킬 수 있는 프로펠러 발전 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  14. 배터리 전력을 충전하고 있는 비행체 배터리;
    자가 발전을 통해 자가 생산 전력을 생산할 수 있는 자가 발전 장치;
    상기 자가 발전 장치에서 생산된 상기 자가 생산 전력을 충전하는 슈퍼 커패시터; 및
    상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 출력 전력을 무인 비행체의 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 전력 컨트롤러를 포함하는 무인 비행체의 전력 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 구동 전력을 출력시키는 전력 제어부; 및
    상기 전력 제어부로부터 상기 구동 전력을 제공받고, 상기 구동 전력을 상기 출력 전력으로 변환하여 상기 비행체 구동 시스템으로 출력시키는 전력 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 전력 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 비행체 구동 시스템은
    구동에 필요한 요구 전력량을 생성하여 상기 전력 제어부로 전송하고,
    상기 전력 제어부는
    상기 비행체 구동 시스템으로부터 전송된 상기 요구 전력량에 응답하여, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 전력 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우, 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 미만인 경우, 상기 요구 전력량에서 상기 자가 생산 전력의 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 상기 배터리 전력을 상기 비행체 배터리로부터 제공받은 후, 상기 비행체 배터리로부터 제공된 상기 배터리 전력 및 상기 슈퍼 커패시터로부터 제공된 상기 자가 생산 전력을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 전력 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전력 컨트롤러는
    상기 전력 제어부로부터 제공되는 전력을 이용하여 상기 비행체 배터리를 충전시키는 배터리 충전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 전력 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전력 제어부는
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력의 전력량이 상기 요구 전력량 이상인 경우,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량 만큼만을 이용하여 상기 구동 전력을 상기 전력 출력부로 출력시키고,
    상기 슈퍼 커패시터로부터 제공되는 상기 자가 생산 전력에서 상기 요구 전력량을 뺀 만큼의 전력량의 여유 전력을 상기 배터리 충전부로 출력시키며,
    상기 배터리 충전부는
    상기 전력 제어부로부터 제공되는 상기 여유 전력을 이용하여 충전 전력을 상기 비행체 배터리로 제공하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 전력 시스템.
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