KR20240038885A - 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드론의 배터리 열화 방지를 위한 방식에 관한 것으로 특히, 드론이 이륙하는 초기 순간에 필요로 하는 고출력을 전담하는 보조 배터리를 제공함으로써 고가의 메인 배터리가 정격출력 외의 고출력 발생에 따른 열화현상의 부담을 저감시키도록 운용되어 매인 배터리의 성능 향상과 함께 드론의 경량화 효과를 달성할 수 있도록 하기 위한 정격 초과 순간 고출력에 따른 배터리 열화 방지 전력 분배 회로를 제공하면, 고가인 메인 배터리(MB)는 정격출력 범위내에서 운영되기 때문에 그 수명이 짧아지지 않으면서, 빈번한 이륙 동작시 필요한 고출력의 전원은 저가의 보조 배터리(AB)가 전담하기 때문에, 열화되어 그 수명이 다되었다 하더라도 보조 배터리(AB) 만을 교체해 주면 되기 때문에 사용자의 비용부담이 줄어들게 된다.
또한, 보조 배터리는 경량형 이기 때문에 드론의 무게 변화가 없으며, 특히 메인 배터리는 빈번한 이륙 동작시 필요한 고출력 동작을 감안하여 설계되기 때문에 해당 부담이 없는 경우 보다 경량화 할 수 있을 것을 기대하게 된다.

Description

정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로{Electrical circuit to prevent battery degradation due to instantaneous high power over rated power}

본 발명은 드론의 배터리 열화 방지를 위한 회로 구성에 관한 것으로 특히, 드론이 이륙하는 초기 순간에 필요로 하는 고출력을 전담하는 보조 배터리를 제공함으로써 고가의 메인 배터리가 정격출력 외의 고출력 발생에 따른 열화현상의 부담을 저감시키도록 운용되어 매인 배터리의 성능 향상과 함께 드론의 경량화 효과를 달성할 수 있도록 하기 위한 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 드론이란 배터리의 전원을 이용하여 복수개의 암 말단에 구비된 프로펠러를 회전시켜 원격조정에 의해 무인으로 비행하는 무인비행체의 총칭으로, 근래에는 다양한 용도의 민간용 드론이 개발되면서 오락이나 레져를 즐길 수 있는 취미용 완구류 뿐만 아니라 사진이나 영상촬영, 농약방제, 무인감시, 물품운송, 화재진압 등 다양한 용도의 산업용 드론이 개발되고 있으며, 이를 활용하는 범위 또한 크게 확대되고 있는 추세에 있다.

또한, 산업기술의 발달과 더불어 드론의 활용영역도 크게 늘어나면서 드론 관련 산업도 점차 확대되고 있으며, 이를 운용하는 분야 뿐만 아니라 유지 및 보수분야와 사후 관리 분야 등 다양한 응용분야도 점차 늘어나는 추세에 있다.

첨부한 도 1은 일반적인 산업용 드론의 구성을 설명하기 위한 예시 사시도로, 드론(D)은 임의의 형상을 갖는 본체(AF)와, 상기 본체(AF)를 중심으로 등각 방사형으로 펼쳐진 다수의 암(A)과, 상기 암(A)의 말단에 회전 가능하게 장착되어 상기 본체(AF)에 양력을 제공하는 복수의 프로펠러(F)와, 상기 프로펠러(F)를 회전시키는 펜모터(M)와, 상기 펜모터(M)의 구동 전원을 제공하기 위한 배터리(B), 및 상기 본체(AF)와 지표면간의 충돌을 방지하기 위한 착륙대(L)를 구비하고 있다.

통상 드론을 이용하여 무언가를 들어놀리거나 혹은 드론에 장착하고자 하는 경우는 참조번호 LS로 표기되는 적재공간 즉, 착륙대(L)와 배터리(B)의 하부면이 형성하는 공간을 활용하게 된다.

이와 같은 드론(D)은 소기의 목적을 달성하기 위해, 공중에 일정시간 체류하는 비행을 하게 되고, 비행을 하기 위해서는 고속으로 회전하는 프로펠러(F)의 펜모터(M)에 필요한 동력, 즉 배터리(B)의 전원을 안정적으로 공급해줘야 한다.

또한, 드론(D)은 복수의 프로펠러(F)가 매우 빠르게 회전되어야 하므로 배터리 소모량이 매우 많아지고, 이에 따라 배터리를 지속적으로 교체 또는 충전해야 하는 단점이 있다.

따라서 최소 2~8 시간이상의 비행을 목적으로 하는 경우 상기 배터리(B)는 통상적으로 리튬이온 배터리를 사용하며, 다수의 배터리 셀을 묶어 사용하는데, 장시간 비행이 가능하기 위해서는 사용자가 지속적으로 배터리를 교체하거나 충전해야 하는 바, 배터리의 급속 방전 및 열화로 인하 전체 동력상실에 의한 낙하 등의 사고가 빈번하게 발생하고 있어 드론의 안전한 운행에 대한 사회적 요구가 높아지고 있는 실정이다.

이러한 현상은 개인의 레져용 드론에서는 희귀하게 발생되나 산업용 드론의 경우는 매우 빈번하게 발생 되는데, 드론에서 배터리의 열화 현상을 일으키는 가장 대표적인 동작이 드론의 이륙에 따른 수직상승의 동작이며, 만약 드론에 고중량의 장비 혹은 물품을 장착하는 경우 더욱 빠르게 배터리의 열화 현상이 진행 된다.

즉, 배터리는 다양한 인자들을 고려하여 사용 가능한 최대 출력이 있음에도 불구하고 이 최대 출력을 넘겨 사용되거나 장시간 반복되어 초과하는 경우 배터리가 크게 열화될 수 있으며, 배터리의 고출력 발생으로 인한 배터리의 수명 저하와 이에 따른 열화현상은 전술한 사회적 욕구의 증가를 가져오게 되었다.

특히나 상업용 드론의 경우 항공촬영을 한다거나, 농업용 각종 약품을 살포한다거나, 물품의 운송 등등의 역할을 수행하기 위해서는 하루에도 수차례 이륙과 착륙을 반복하여야 하는데, 비행 중 고도의 상승동작은 이미 드론 본체에 양력이 발생한 상태이기 때문에 기존의 배터리 제어방식을 통해서도 메인 배터리의 정격 출력 범위내에서 배터리의 열화현상이 발생되지 않도록 할 수 있으나, 착륙상태에서 이륙을 하는 경우에는 드론 본체에 양력이 없기 때문에 순수한 배터리의 출력만으로 이륙해야 한다.

이때 메인 배터리의 정격 출력 범위를 초과하는 고출력이 필요한데, 하루에도 수차례 이륙과 착륙을 반복하는 과정 중에 메인 배터리의 열화현상과 배터리의 수명저하는 필연적으로 발생되는 것이다.

그러나 상업용 드론의 경우 그 가격의 대부분은 메인 배터리의 가격이며 결국 메인 배터리의 성능저하와 열화현상은 드론 사용자의 부담으로 작용하게 된다는 문제점이 발생되며, 이를 해소하기 위한 기술을 요구하는 실정이다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 드론의 배터리 열화 방지를 위한 방식에 관한 것으로 특히, 드론이 이륙하는 초기 순간에 필요로 하는 고출력을 전담하는 저가 경량의 보조 배터리를 제공함으로써 고가의 메인 배터리가 정격출력 외의 고출력 발생에 따른 열화현상의 부담을 저감시키도록 운용되어 매인 배터리의 성능 유지와 함께 드론의 경량화 효과를 달성할 수 있도록 하기 위한 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로를 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로의 특징은, 원격으로 요청되는 신호를 수신하기 위한 송수신부와, 임의의 형상을 갖는 본체와, 상기 본체를 중심으로 등각 방사형으로 펼쳐진 다수의 암과, 상기 암의 말단에 회전 가능하게 장착되어 상기 본체에 양력을 제공하는 복수의 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 펜모터와, 상기 펜모터의 구동 전원을 제공하기 위한 메인 배터리를 구비한 드론에 있어서: 드론의 이륙여부를 판단하기 위한 자이로센서와; 상기 메인 배터리의 정격전압의 60% 내지 70%의 출력을 갖는 적어도 2개 이상의 짝수 개인 제1, 제2 보조배터리와; 제1제어신호에 따라 상기 제1, 제2 보조배터리를 병렬연결 상태로 만들거나 직렬연결 상태로 만들도록 하는 연결상태 제어 스위칭부와; 제2제어신호에 따라 오프동작시 상기 메인 배터리에서 출력되는 전원이 상기 펜모터에 전달되는 것을 차단하는 메인 배터리 전원 차단부; 및 상기 송수신부를 통해 사용자의 요구신호를 수신한 후 상기 메인 배터리의 정격전압 이상의 고출력 전압이 상기 펜모터에 전달되어야 하는 경우, 상기 제2제어신호를 통해 상기 메인 배터리 전원 차단부를 오프동작시키고, 상기 제1제어신호를 통해 상기 연결상태 제어 스위칭부가 상기 제1, 제2 보조배터리의 연결 상태를 직렬 연결 상태가 되도록 연결 경로를 변경시키는 전력분배제어부를 포함하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로의 부가적인 특징으로, 상기 전력분배제어부에 의해 상기 제1제어신호를 통해 상기 연결상태 제어 스위칭부가 상기 제1, 제2 보조배터리의 연결 상태를 병렬 연결 상태가 되도록 연결 경로를 변경시키는 경우, 상기 메인 배터리 전원 차단부는 상기 제2제어신호에 따라 온 동작되어 상기 메인 배터리에서 출력되는 전원이 상기 펜모터에 전달되도록 함과 동시에 병렬 연결되어진 상기 제1, 제2 보조배터리의 충전단자에 상기 메인 배터리에서 출력되는 전원이 걸리도록 하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로의 부가적인 다른 특징은, 상기 제1, 제2 보조배터리의 충전단자와 접지단 사이에 상기 전력분배제어부에 의해 저항값이 변동되는 제1 디지털 가변 저항소자를 구비하여, 상기 제1, 제2 보조배터리가 과충전되는 것을 방지하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 제1, 제2 보조배터리가 직렬 연결된 상태의 출력전압 혹은 상기 메인 배터리의 출력전압을 입력단에 입력받아 출력단에 연결되어진 상기 펜모터 측에 전달하며, 상기 펜모터 측에서 역으로 유입되는 것을 방지하는 다이오드를 더 포함하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 제1, 제2 보조배터리가 직렬 연결된 상태의 출력전압 혹은 상기 메인 배터리의 출력전압이 공통으로 걸리는 상기 연결상태 제어 스위칭부의 특정 단자와 상기 다이오드의 입력단 사이에 상기 전력분배제어부에 의해 저항값이 변동되는 제2 디지털 가변 저항소자를 구비하여, 상기 전력분배제어부에 의해 그 저항값이 변동되어 상기 다이오드의 입력단에 걸리는 전압의 크기가 변동되는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 다이오드의 입력단과 접지단 사이에 직렬연결된 제1저항과 제2저항을 구비하여, 상기 제1저항과 제2저항에 의해 분압되어진 전압의 크기를 상기 전력분배제어부 측에 제공하여 상기 다이오드의 입력단에 걸리는 전압의 크기를 상기 전력분배제어부가 인지하도록 하는 데 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 배터리 열화 방지 전력 분배 회로을 제공하면, 고가인 메인 배터리(MB)는 정격출력 범위내에서 운영되기 때문에 그 수명이 짧아지지 않으면서, 빈번한 이륙 동작시 필요한 고출력의 전원은 저가의 보조 배터리(AB)가 전담하기 때문에, 열화되어 그 수명이 다되었다 하더라도 보조 배터리(AB) 만을 교체해 주면 되기 때문에 사용자의 비용부담이 줄어들게 된다.

또한, 보조 배터리는 경량형 이기 때문에 드론의 무게 변화가 없으며, 특히 메인 배터리는 빈번한 이륙 동작시 필요한 고출력 동작을 감안하여 설계되기 때문에 해당 부담이 없는 경우 보다 경량화 할 수 있을 것을 기대하게 된다.

도 1은 일반적인 산업용 드론의 예시 사시도
도 2는 본 발명에 따른 산업용 드론의 예시 사시도
도 3은 도 2에 도시된 보조 배터리 모듈의 구성 예시 사시도
도 4는 본 발명에 따른 산업용 드론의 블록 구성 예시도
도 5는 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 방법을 설명하기 위한 운영 순서 예시도
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 방법을 구현하기 위한 회로 구성 및 작동 모드 예시도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 산업용 드론의 예시 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 보조 배터리 모듈의 구성 예시 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 산업용 드론의 블록 구성 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 방법을 설명하기 위한 운영 순서 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 방법을 구현하기 위한 회로 구성 예시도이다.

첨부한 도면 중 도 2 내지 도 5에 도시되어진 바와 같은 기술은 본 발명의 베이스를 이루는 기술에 해당하며, 해당 기술은 본 발명의 동일 출원인과 발명자에 의해 동일 날짜에 출원되어진 기술이다.

즉, 본 발명은 도 2 내지 도 5에 도시되어진 바와 같은 기술을 구현하는데 있어 실체적인 회로 구성에 관한 기술이며, 그 실시예가 첨부한 도 6에 도시되어진 것이다.

첨부한 도 6을 기준으로 본 발명에 따른 회로 구성 및 동작을 설명하기에 앞서, 첨부한 도 2 내지 도 5에 도시되어진 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 방법에 따른 기술을 먼저 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 드론(D)의 구성을 살펴보면, 임의의 형상을 갖는 본체(AF)와, 상기 본체(AF)를 중심으로 등각 방사형으로 펼쳐진 다수의 암(A)과, 상기 암(A)의 말단에 회전 가능하게 장착되어 상기 본체(AF)에 양력을 제공하는 복수의 프로펠러(F)와, 상기 프로펠러(F)를 회전시키는 펜모터(M)와, 상기 펜모터(M)의 구동 전원을 제공하기 위한 메인 배터리(MB)와, 상기 본체(AF)와 지표면간의 충돌을 방지하기 위한 착륙대(L), 및 상기 메인 배터리(MB)에서 정격출력 외의 고출력 필요시 이를 대체하여 단시간동안 필요한 고출력을 발생시키는 보조 배터리모듈(10)를 구비하고 있다.

상기 보조 배터리모듈(10)은 하우징(11)과 커버(12)로 외관을 이루는데, 상기 하우징(11)과 커버(12)의 결속을 위한 수단은 통상의 록킹 수단을 이용하되, 도시하지는 않았음을 밝혀 둔다.

또한, 보조 배터리(AB1, AB2)의 발열 상태를 냉각시키는 방식은 공냉 방식이며, 공냉을 위한 환기구는 하우징(11)과 커버(12)에 도시하지 않았음을 밝혀 둔다.

상기 보조 배터리(AB1, AB2)는 충전단자(CT)와 출력단자(OT)를 구비하고 있으며, 상기 보조 매터리 모듈(10)에는 상기 보조 배터리(AB)의 충전단자(CT)에 대응하는 충전용 출력단자(OCT)단자와 상기 보조 배터리(AB)의 출력단자(OT)에 대응하는 입력단자(IT)단자를 구비한다. 또한 대응하는 각 단자를 연결하기 위한 커넥터(C)가 구비되어진다.

상기와 같은 구성에서 메인 배터리(MB)와 보조 배터리(AB1, AB2)의 차이점을 살펴보면, 일단 메인 배터리(MB)는 리튬 이온 대용량 전지셀을 다수개(6개 혹은 8개 이상) 병렬연결하여 사용하며, 통상 전격전압 22DCV에 18DCV의 방전차단 전압을 갖는 것이 현재까지 산업용 드론의 메인 배터리가 갖는 일반적인 사양이며 무겁고 부피가 크며 고가이다.

본 발명에서 사용되는 보조 배터리(AB1, AB2)는 각각 리튬 이온 소용량 전지셀을 이용하는데, 소용량 전지셀은 저가이며 가볍고 부피가 작은 것으로 휴대용 전자기지의 충전을 위해 상용화된 제품을 사용한다. 즉, 가격대비 보조 배터리(AB1, AB2)는 메인 배터리(MB)의 수십 분의 1의 가격을 갖는다.

또한, 본 발명에서 사용되는 보조 배터리(AB1, AB2)는 바람직하기로는 2개 이상의 짝수 개로 이루어지며, 고출력이 필요한 상황에서는 직렬연결하여 사용되며, 충전모드에서는 병렬연결하여 메인 배터리(MB)를 통해 완속 충전되어진다.

상술한 바와 같이 메인 배터리(MB)와 보조 배터리(AB)를 구비한 본 발명에 따른 드론은 첨부한 도 4에 도시되어진 바와 같이 구성되는데, 첨부한 도 4에는 본 발명이 적용되는 정격 초과 순간 고출력에 따른 배터리 열화 방지 방법을 설명하기 위한 구성들만 도시한 것임을 미리 밝혀둔다.

본 발명에 따른 드론은, 드론의 비행을 위한 프로펠러(F)를 회전시키는 펜모터(M)의 운영 및 드론 작동에 따른 동작전원을 제공하기 위한 메인 배터리(MB)와, 상기 드론의 이륙시 필요전력을 전담하는 보조 배터리(AB)와, 드론이 착륙상태인지 이륙하여 공중에서 비행중인 상태인지를 감지하는 자이로센서(GS)와, 드론의 원격 운영 요청신호를 수신하고 현재 드론의 상태정보를 송출하기 위한 송수신부(CM), 및 상기 구성들과 연결되어진 전력분배제어부(PSC)로 구성되어진다.

상기 전력분배제어부(PSC)는 상기 송수신부(CM)와 자이로센서(GS)에 연결되어 드론의 이착륙과 비행동작에 따른 운영을 제어하는데 그 방식은 펜모터(M)에 제공되는 전원의 크기를 제어하는 것으로 수행하게 된다.

따라서 상기 펜모터(M)에 메인 배터리(MB)의 출력전력을 공급하거나 상기 보조 배터리(AB)로부터 고출력전력을 공급하는 경로를 선별하여 제공하게 된다.

상술한 전력분배제어부(PSC)의 동작을 흐름도로 살펴보면, 도 5에 도시되어진 흐름도에서 참조번호 S101과 S102으로 표기되는 과정은 설명의 편의를 위해 2개로 나뉘어져 있으나 실제로는 1개의 과정이다.

이를 살펴보면, 전원이 온 작동인 상태에서 필요 전원은 메인 배터리(MB)로부터 공급받으며 송수신부(CM)를 통해 수신되어진 요청사항을 수행하게 된다.

이때 S103에서 송수신부(CM)를 통해 원격의 운영자가 이륙을 요청했는가를 판단하는데, 이륙 요청이 없다고 판단되면 S104로 진행한다.

S104에서는 메인 배터리(MB)의 출력전력으로 보조 배터리(AB)를 완속 충전하게 된다. 즉, 메인 배터리(MB)의 출력전력이 펜모터(M)에 공급됨과 동시에 보조 배터리(AB)에 공급되어지며, 상기 보조 배터리(AB)가 복수개인 경우 병렬연결되어 충전되도록 한다.

이후 S104에서 상기 S101로 진행하여 상술한 과정을 반복수행하게 된다.

이때 상기 S103의 과정에서 상기 송수신부(CM)를 통해 원격의 운영자가 이륙을 요청했다고 판단되는 경우 S105로 진행하여 보조 배터리(AB)를 이용하여 드론 이륙을 위한 고출력전압을 생성하여 펜모터(M)에 공급하고, S106의 과정을 통해 이륙에 성공하였는가를 판단하게 된다.

상기 S105의 과정에서 보조 배터리(AB)를 이용하여 드론 이륙을 위한 고출력전압을 생성하는 방식은 전술하였던 바와 같이 2개 이상의 짝수개인 보조 배터리(AB)를 직렬로 연결하여 메인 배터리(MB)의 정격전압보다 높은 고출력전압을 얻은 후 이를 상기 펜모터(M)에 공급하는 방식이 가장 바람직하다.

반면에 상술한 바와 달리, 보조 배터리(AB) 단 1개만으로 드론 이륙을 위한 고출력전압을 생성하는 방식은 승압회로를 통해 보조 배터리(AB)의 출력을 극한으로 뽑아내는 방식인데, 이는 보조 배터리의 열화현상을 극단적으로 가져오기 때문에 바람직하지는 않으나 본 발명에서 얻고자 하는 효과는 동일 하기에 언급하는 것이다.

이후 본 발명에 따른 드론이 이륙에 성공하게 되면, 드론본체(AF)에 양력이 발생 되기 때문에 상승동작 혹은 비행동작시 이륙에 필요한 고출력은 필요하지 않기 때문에, 자이로센서(GS)를 통해 이륙에 성공했다고 판단되면 S101로 진행하여 보조 배터리(SB)에서 메인 배터리(MB)로 그 동력원을 전환하게 된다.

상술한 바와 같이 운영되기 위한 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 시스템에서, 보조 배터리가 2개 이상의 짝수개이며, 메인 배터리가 사용되는 경우 보조 배터리는 병렬로 완속충전상태를 유지하며, 메인 배터리의 정격전압을 초과하는 고전력이 필요한 경우 2개의 보조 배터리가 직렬로 연결되어 고출력을 전담하도록 하기 위한 회로의 구성은 첨부한 도 6 혹은 도 7에 도시되어진 바와 같다.

이때 도 6은 정상동작 모드(보조 배터리 충전모드) 이며 도 7은 고출력 필요모드(보조 배터리 직렬연결 모드)인 경우를 나타내는 것으로 그 동작의 설명을 용이하게 하기 위한 것이다.

이때 첨부한 도 6 혹은 도 7은 보조 배터리(SB)의 구성을 단순화시킨 후 팬모터(M)1개에 대응하는 전력 분배 과정을 회로로 구현한 것으로, 도시되어진 회로에 국한되지 않음을 미리 밝혀둔다.

즉, 첨부한 도 6 혹은 도 7에 도시되어진 회로를 구현한 개념이 적용된 구현 기술은, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것임을 미리 밝혀둔다.

본 발명에 따른 전력 분배 회로의 구성을 살펴보면, 메인 배터리(MB)의 출력전압의 60% ~ 70%의 출력전압을 갖는 제1, 제2 보조배터리(AB1, AB2)와, 입력되는 제1제어신호(SSC1)에 따라 상기 제1, 제2 보조배터리(AB1, AB2)를 직렬연결 혹은 병렬연결하는 제1스위치전환부(SS1)와, 상기 메인 배터리(MB)에서 펜모터(M)로 필요전원을 공급하는 경로상에 있으며 제2제어신호(SSC2)에 따라 해당 전력공급 경로를 차단하거나 연결하는 제2스위치전환부(SS2)와, 상기 펜모터(M)에 공급되는 전압의 크기를 감지하기 위한 출력전압 감지부(R1, R2)와, 드론이 착륙상태인지 이륙하여 공중에서 비행중인 상태인지를 감지하는 자이로센서(GS)와, 드론의 원격 운영 요청신호를 수신하고 현재 드론의 상태정보를 송출하기 위한 송수신부(CM), 및 상기 송수신부(CM)를 통해 사용자의 요구신호를 수신한 후 요구신호에 따라 상기 제1스위치전환부(SS1)와 제2스위치전환부(SS2)를 제어하여 이륙에 필요한 고출력이 상기 펜모터(M)에 전달되어야 하는 경우 상기 제2스위치전환부(SS2)가 제1동작상태(전력공급 경로 차단 모드)이고 상기 제1스위치전환부(SS1)가 제1동작상태(보조배터리가 직렬연결 모드)가 되도록 제1제어신호(SSC1)와 제2제어신호(SSC2)를 제어하는 전력분배제어부(PSC)로 구성되어진다.

상기 제1스위치전환부(SS1)는 6개의 단자(SN1~SN6)로 이루어지는데, 제1제어신호(SSC1)에 의해 참조번호 SNB1과 SNB2로 지칭되는 스위칭바가 내부적으로 연동하기 때문에 제1단자(SN1)와 제2단자(SN2)가 연결될 때 대응하여 제4단자(SN4)와 제5단자(SN5)가 연결되며, 제2단자(SN2)와 제3단자(SN3)가 연결될 때 대응하여 제5단자(SN5)와 제6단자(SN6)가 연결된다. 또한, 상기 제2단자(SN2)와 제4단자(SN4)는 외부에서 공통으로 연결되며, 제3단자(SN3)는 접지단으로 연결 된다.

이에 제1보조배터리(AB1)의 +단자는 상기 제1스위치전환부(SS1)의 제5단자(SN5)와 연결되며, 제2보조배터리(AB2)의 +단자는 상기 제1스위치전환부(SS1)의 제6단자(SN6)와 연결되고, 제1보조배터리(AB1)의 -단자는 접지단에 연결되고, 제2보조배터리(AB2)의 -단자는 상기 제1스위치전환부(SS1)의 제4단자에 연결되어진다.

따라서 첨부한 도 6은 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)가 서로 병렬 연결 되어진 상태의 상기 제1스위치전환부(SS1) 내부 스위칭 상태를 나타내고 있으며, 첨부한 도 7은 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)가 서로 직렬 연결 되어진 상태의 상기 제1스위치전환부(SS1) 내부 스위칭 상태를 나타내고 있다.

이때 첨부한 도 6에 도시되어진 바와 같이 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)가 서로 병렬 연결 되어진 상태인 경우, 제2스위치전환부(SS2)는 온 동작상태로 메인 배터리(MB)로부터 출력되는 전압을 상기 제1스위치전환부(SS1)의 제5단자(SN5)에 전달하며, 그로 인해 상기 제1스위치전환부(SS1)의 제6단자(SN6)를 통해 출력되도록 하기 때문에, 상기 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)의 +단자에는 공통적으로 상기 메인 배터리(MB)의 출력전압이 걸리게 되어 상기 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)가 충전되게 된다.

즉, 상기 메인 배터리(MB)의 출력이 펜모터(M)측으로 전달되는 과정중에 상기 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)가 충전되는 것이다.

이때 상기 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)는 메인 배터리의 정격 출력에 비해 60%~70%이기 때문에 과충전되는 것을 방지하기 위해

상기 메인 배터리(M)에서 출력되는 전원에 의해 충전되는 상기 제1보조배터리(AB1)와 제2보조배터리(AB2)의 공통 +단자와 접지사이에 제1디지털가변저항(DVR1)을 구비하고 해당 제1디지털가변저항(DVR1)의 크기를 상기 전력분배제어부(PSC)가 제어한다.

또한, 참조번호 D1으로 지칭되는 다이오드는 입력단에 걸리는 전압을 출력단에 연결된 펜모터(M)에 전달하되 역기전력에 의해 역유입되는 것을 방지하기 위한 구성이며, 상기 출력전압 감지부(R1, R2)는 접지단과 상기 다이오드(D1)의 입력단사이에 위치하며 상기 다이오드(D1)의 입력단에 걸리는 전압의 크기 즉, 상기 펜모터(M)에 공급되는 전압의 크기를 직렬연결된 제1저항(R1)과 제2저항(R2)에 의해 분압되어진 잠지전압의 크기를 출력하며, 전력분배제어부(PSC)는 내부의 ADC를 통해 입력받아 이를 인지하게 된다.

이에 상기 전력분배제어부(PSC)는 상기 제1스위치전환부(SS1)의 제6단자(SN6)와 상기 다이오드(D1)의 입력단 사이에 제2디지털가변저항(DVR2)를 구비시킨 후, 상기 제2디지털가변저항(DVR2)의 크기를 가변시킴에 따라 상기 다이오드(D1)의 입력단에 걸리는 전압의 크기를 제어하게 된다.

즉, 드론의 이륙에 필요한 펜모터(M)의 필요전압이 드론의 메인 배터리(MB)의 전격출력인 22 DCV(직류전압)보다 높은 예를 들어 26DCV라고 가정하면, 보조 배터리(AB)는 메인 배터리(MB)의 전격출력인 22 DCV에 비해 60%~70%이기 때문에 13~15 DCV이며, 보조 배터리(AB) 2개가 직렬로 연결되면 26~30 DCV가 생성된다.

해당 보조 배터리(AB) 2개가 직렬연결된 전압을 바로 사용하는 경우 펜모터에 과전압이 걸리게 되므로 이를 상기 전력분배제어부(PSC)에서는 제1저항(R1)과 제2저항(R2)에 의해 분압되어진 잠지전압의 크기를 기준으로 상기 제2디지털가변저항(DVR2)의 크기를 가변시킴에 따라 적합한 드론 이륙용 고출력 전압을 얻을 수 있게 되는 것이다.

따라서 고가인 메인 배터리(MB)는 정격출력 범위내에서 운영되기 때문에 그 수명이 짧아지지 않으면서, 빈번한 이륙 동작시 필요한 고출력의 전원은 저가의 보조 배터리(AB)가 전담하기 때문에, 열화되어 그 수명이 다되었다 하더라도 보조 배터리(AB) 만을 교체해 주면 되기 때문에 사용자의 비용부담이 줄어들게 된다.

또한, 보조 배터리는 경량형 이기 때문에 드론의 무게 변화가 없으며, 특히 메인 배터리는 빈번한 이륙 동작시 필요한 고출력 동작을 감안하여 설계되기 때문에 해당 부담이 없는 경우 보다 경량화 할 수 있을 것을 기대하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 방법이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

AF : 본체 M : 펜모터
10 : 보조 배터리모듈 11 : 하우징
12 : 커버 AB, AB1, AB2 : 보조 배터리
MB : 메인 배터리 GS : 자이로센서
CM : 송수신부 PSC : 전력분배제어부

Claims (6)

1. 원격으로 요청되는 신호를 수신하기 위한 송수신부와, 임의의 형상을 갖는 본체와, 상기 본체를 중심으로 등각 방사형으로 펼쳐진 다수의 암과, 상기 암의 말단에 회전 가능하게 장착되어 상기 본체에 양력을 제공하는 복수의 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 펜모터와, 상기 펜모터의 구동 전원을 제공하기 위한 메인 배터리를 구비한 드론에 있어서:
   드론의 이륙여부를 판단하기 위한 자이로센서와;
   상기 메인 배터리의 정격전압의 60% 내지 70%의 출력을 갖는 적어도 2개 이상의 짝수 개인 제1, 제2 보조배터리와;
   제1제어신호에 따라 상기 제1, 제2 보조배터리를 병렬연결 상태로 만들거나 직렬연결 상태로 만들도록 하는 연결상태 제어 스위칭부와;
   제2제어신호에 따라 오프동작시 상기 메인 배터리에서 출력되는 전원이 상기 펜모터에 전달되는 것을 차단하는 메인 배터리 전원 차단부; 및
   상기 송수신부를 통해 사용자의 요구신호를 수신한 후 상기 메인 배터리의 정격전압 이상의 고출력 전압이 상기 펜모터에 전달되어야 하는 경우, 상기 제2제어신호를 통해 상기 메인 배터리 전원 차단부를 오프동작시키고, 상기 제1제어신호를 통해 상기 연결상태 제어 스위칭부가 상기 제1, 제2 보조배터리의 연결 상태를 직렬 연결 상태가 되도록 연결 경로를 변경시키는 전력분배제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력분배제어부에 의해 상기 제1제어신호를 통해 상기 연결상태 제어 스위칭부가 상기 제1, 제2 보조배터리의 연결 상태를 병렬 연결 상태가 되도록 연결 경로를 변경시키는 경우,
   상기 메인 배터리 전원 차단부는 상기 제2제어신호에 따라 온 동작되어 상기 메인 배터리에서 출력되는 전원이 상기 펜모터에 전달되도록 함과 동시에 병렬 연결되어진 상기 제1, 제2 보조배터리의 충전단자에 상기 메인 배터리에서 출력되는 전원이 걸리도록 하는 것을 특징으로 하는 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1, 제2 보조배터리의 충전단자와 접지단 사이에 상기 전력분배제어부에 의해 저항값이 변동되는 제1 디지털 가변 저항소자를 구비하여, 상기 제1, 제2 보조배터리가 과충전되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 보조배터리가 직렬 연결된 상태의 출력전압 혹은 상기 메인 배터리의 출력전압을 입력단에 입력받아 출력단에 연결되어진 상기 펜모터 측에 전달하며, 상기 펜모터 측에서 역으로 유입되는 것을 방지하는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로.
   
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1, 제2 보조배터리가 직렬 연결된 상태의 출력전압 혹은 상기 메인 배터리의 출력전압이 공통으로 걸리는 상기 연결상태 제어 스위칭부의 특정 단자와 상기 다이오드의 입력단 사이에 상기 전력분배제어부에 의해 저항값이 변동되는 제2 디지털 가변 저항소자를 구비하여, 상기 전력분배제어부에 의해 그 저항값이 변동되어 상기 다이오드의 입력단에 걸리는 전압의 크기가 변동되는 것을 특징으로 하는 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 다이오드의 입력단과 접지단 사이에 직렬연결된 제1저항과 제2저항을 구비하여, 상기 제1저항과 제2저항에 의해 분압되어진 전압의 크기를 상기 전력분배제어부 측에 제공하여 상기 다이오드의 입력단에 걸리는 전압의 크기를 상기 전력분배제어부가 인지하도록 하는 것을 특징으로 하는 정격 초과 순간 고출력에 따른 드론용 배터리 열화 방지 전력 분배 회로.