드론용 하이브리드 동력시스템 설계 특성 및 개발 동향

김근배(Kim, Keun-bae) 한국항공우주연구원 2020 항공우주산업기술동향 Vol.18 No.1

드론의 체공시간을 늘리기 위해서 배터리에 엔진-발전기를 조합한 하이브리드 동력시스템이 적용되고 있다. 하이브리드 동력시스템은 주전원으로 사용되는 엔진-발전기와 보조전원용 배터리 그리고 전체 동력을 분배하고 제어하기 위한 제어기로 구성된다. 하이브리드 동력시스템의 설계 특성은 드론의 형상 및 운용조건에 따라서 결정될 수 있다. 엔진-발전기 및 배터리의 동력분배방식, 시스템전압의 안정적 제어, 고효율 정격 성능 및 시스템 전력계통의 안전성과 신뢰성 확보가 중요한 요소이다. 현재 드론용 엔진과 발전기, 하이브리드시스템 기술개발 현황 및 하이브리드 동력시스템을 적용한 드론 개발동향을 제시하였다. Hybrid power system is applied for drone to increase flight endurance by combining engine-generator with battery. Hybrid power system consists of engine-generator as a main power source, battery as an auxiliary power source and power management unit to control and distribute the whole power. Design characteristics of hybrid power system can be determined according to the drone configuration and the operating conditions. The important elements are power distribution between engine-generator and battery, control stability of system voltage, high efficiency rated performance, stability and reliability of system power unit. Currently, technology development status and trends of engine, generator and hybrid power system for drone and the hybrid powered drones are presented.

IoT 기반 하이브리드 계측시스템 철도현장 적용성 평가

김순희,김헌영,최경후,강동훈 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.1

The development of effective safety monitoring systems has attracted considerable attention recently as the importance of safety monitoring systems in social infrastructure and large-scale transportation systems, such as railways and plants, is increasing. Conventional structural health monitoring (SHM) uses a wide range of electrical resistance sensors and other non-destructive testing devices. However, because of the high-voltage electrical environment of railways, these electrical resistance sensors face electromagnetic interference noise. To overcome this limitation, EMI shielding techniques or replaceable optical sensors are under investigation. Moreover, development of a measurement system that can connect to different types of sensors is crucial prior applying the sensors under development alongside the conventional electrical sensors at the railway site. In prior research, a hybrid measurement system with telecommunication technology was developed for the synchronization of different types of sensors. Furthermore, IoT-based wireless data acquisition is included to communicate sensing data on distant railway sites and monitor them remotely. In this paper, the applicability of the hybrid measurement system is evaluated for applications in railway sites and its utility and performance were tested. The test results showed that, temperature and operating information of the railway are effectively measured by acquiring electrical and optical sensor data using the measurement system. In the future, the IoT-based hybrid measurement system verified in this study could contribute to the enhancement of the stability of railway systems by applying it to various railway sites. 철도, 플랜트 등의 사회기반 시설물의 안전 모니터링을 위한 계측 시스템의 필요성이 점차 증대 되고 있다. 그에 따라 효과적인 안전 모니터링 장치 개발의 중요성이 함께 부각되고 있다. 기존 안전 모니터링을 위해 광범위하게 사용되는 전기식 센서의 경우 고압전류가 사용되는 철도 환경에서 전기식 노이즈가 발생하므로 그를 최소화 하는 기법 또는 대체 가능한 광학 센서의 개발이 필요하다. 그리고, 센서 뿐만 아니라 센서의 작동 및 신호처리에 필요한 계측기 시스템도 함께 개발되어야 한다. 현재 제한된 종류의 광학센서가 모든 전기식 센서를 대체할 수 없으므로, 전기식 및 광학식 센서를 동시에 계측할 수 있는 계측시스템이 선행연구에서 개발되었다. 또한, 넓은 지역에 분포되어 있는 철도 시스템의 특성을 고려하여 신호를 효과적으로 전달하는 무선 통신 시스템이 포함되어 있다. 본 연구에서는 개발된 하이브리드 계측 시스템의 철도현장 적용성을 평가하기 위해 테스트베드를 운영하였다. 운영 결과, 하나의 계측시스템으로 전기식 센서와 광섬유 센서 신호를 통합하여 차량 운행 정보 및 온도 값을 장기간 효과적으로 계측하였다. 그리고, 계측된 신호의 분석을 통해 측정 데이터의 신뢰성을 검증하였다. 향후, 본 연구를 통해 검증된 IoT기반 하이브리드 계측시스템을 다양한 철도현장 모니터링에 적용함으로써 철도시스템의 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

아이덴티티 디자인에서의 하이브리드 시스템에 관한 연구

여지환 ( Jee Hwan Yeo ),김민 ( Min Kim ) 한국기초조형학회 2012 기초조형학연구 Vol.13 No.4

TGiF(Twitter, Google, iPhone, Facebook)로 대표되는 문화전반에 걸쳐 디지털을 기반으로 한 참여형 커뮤니케이션으로의 새로운 패러다임이 전개되고 있다. 산업전반에 걸쳐서 사용되어온 아날로그 방식을 기초로 전개된 정적이며 모든 시스템이 미리 계획된 중앙집권적인 아이덴티티 디자인은 이제 디지털을 기반으로 사용자와 상호소통이 가능한 새로운 아이덴티티 디자인으로의 재정립이 필요하다. 진화된 기술과 표현방식의 다양화를 통한 여러가지 아이덴티티 디자인 방법론이 제시되고 있는 것도 이런 배경에서이다. 아이덴티티 디자인에서 하이브리드 시스템은 기존 디자인 방법론에 뉴미디어의 표현특징과 적극적인 동적요소, 우연성이 결합된 유기체적인 아이덴티티 디자인으로 장식적인 요소가 부각되는 기존의 아이덴티티 디자인과 확연히 구분된다. 쌍방향 커뮤니케이션이 가능하며, 허용된 범위내에서 랜덤하게 변화 가능한 특징 때문에 다양한 뉴미디어 환경에 능동적으로 대처할 수 있다. 본 연구를 통해 사용자 참여가 가능한 하이브리드 시스템의 확장성과 유기체적인 표현 방법을 제시하고, 이를 통해 현재와 미래의 미디어 변화에 능동적으로 활용될 수 있는 방법론임을 확인 하였다. 시각적 표현만이 아닌 공감각적 표현이 가능한 하이브리드 시스템의 적용으로 디자이너는 한층 더 자유롭고 새로운 창의성을 발휘할 수 있으며, 또한 기업활동에 있어 경직된 아이덴티티로 인해 발생하던 시간적 경제적 손실을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 단지 기존 아이덴티티 디자인의 리포지셔닝이 아니라 일관성을 잃지 않고 다양한 디지털 미디어 환경에서 스스로 진화할 수 있는 새로운 아이덴티티 디자인임을 제안하고, 확인하였다. A new paradigm based on the digital technology is dominating across the whole areas of the cultures representing TGiF(Twitter, Google, iPhone, Facebook). It is necessary that the centralized-controlled identity design that is static and planned based on the analog be changed into new identity design based on the digital that enables to interact with customers. Lots of methodology of identity design are being provided with evolved technologies and diversification thanks to the mentioned change. Hybrid system is an organically variable identity design with new media characteristics including kinetics and contingency. It is clearly different with the existing identity design focusing on aesthetical shapes. This new design system enables to make interactive communication and can be changed randomly in the configured range, and these make the system to react actively to the new media. This study shows that the expansion of the Hybrid system and the methodology of organistic identity extension on digital space, and the necessity of the hybrid system that can evolve for itself in various digital media without losing its consistency rather than just repositioning of the existing identity design. and to suggest the evolved methodology of identity design, and the extensibility of the hybrid system appropriates for the new media.

중층 및 고층 목조 건축물의 하이브리드 시스템 유형 분석

김윤미(Kim, Yoon-Mi),김영민(Kim, Yeong-Min) 대한건축학회 2022 대한건축학회논문집 Vol.38 No.11

The hybrid systems of timber buildings were classified into three types according to the composite and combination types: member level, sub-system level, and structural system level. The member level hybrid system is achieved when more than two structural materials including timber are composed to make a single member. A sub-system level hybrid system is achieved when various material types of structural members are mixed to make a single sub-structure. And a structural system level hybrid system is achieved when several sub-systems are combined to make a complete structural system. There were 44 cases of mid and high-rise timber buildings analyzed according to these three hybrid types. Sub-system and structural system level hybrid systems showed more application ratios than the member level hybrid system. As a building becomes taller, the system level hybrid system showed more application ratio. The combination tendency of the structural material showed that the combination of timber and concrete showed the highest application ratio, and that the timber, concrete, and steel showed half of that. As the building becomes taller, the combination of timber, concrete, and steel showed more application ratio to achieve more structural performance.

독립형 하이브리드발전시스템 최적화에 관한 연구

정문선,박태식,장영학,이숙희,문채주 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.2

전력계통이 연계되지 않는 국내 유인도서의 대부분의 전력은 디젤발전기를 통해 공급하고 있으나 도서지역의 경우 유류비가 내륙지역에 비해 비싸고 이를 운송하는 것이 어렵다. 이러한 이유로 최근 자연자원을 활용하여 신재생에너지원을 도입을 하고 있지만 자연환경에 의존하는 신재생에너지원은 안정적인 전력공급이 어렵기 때문에 기존 디젤발전과 신재생에너지가 포함된 하이브리드시스템을 통해 전력을 공급하는 것이 필요하다. 본 논문은 풍력, 태양광, 배터리 및 디젤엔진 등 에너지저장장치를 포함한 하이브리드시스템의 타당성 연구결과를 설명한다. 이 연구 대상은 전력계통이 미연계된 전라남도 서거차도이며, 최소비용을 투자하여 탄소배출을 최소화하는 최적 용량의 하이브리드시스템 구성을 제안한다. 이 시스템에 대한 경제정인 적합성은 HORMER 프로그램을 사용하여 분석하였다. The majority of electric power in the domestic manned islands with off-grid power system is supplied by the diesel generators. However, in the case of off-grid islands the fuel cost is more expensive to inland areas and difficult to transport them to islands. So the development of renewable energy system using natural resource have been recently introduced. But renewable energy that depend on the natural environment, it is necessary to organized the hybrid system with existing diesel engine because the energy is difficult to maintain stable electric power. This paper presents the results of a feasibility study of hybrid system with energy storage system such as wind, solar, battery and diesel engine. The study included off-grid island as the Seogeochado islands located in Jeolanamdo Province. And, the paper proposed a optimal capacity of hybrid system configuration to maintain carbon free with minimum investment cost. the analysis of economic adaptability performed by HOMER program.

로봇용 연료전지 이차전지 하이브리드 시스템 개발

권오성(Kwon Osung),이상철(Lee Sang cheol),이상우(Lee Sang Woo),이동하(Lee Dong-Ha) 한국태양에너지학회 2012 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.3

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is the most promising energy source for the robot applications because it has unique advantages such as high energy density, no power drop during operating, and easy to make compact size. However, PEMFC has intrinsic disadvantages which are delay to start up and difficulty to correspond drastic load changes. These disadvantages can be compensated by hybrid operating with a Li-poly battery. This study is focus to build and understand the hybrid system for the robot system. In this study, we build the PEMFC hybrid system using EOS-320 PEMFC stack, Li-poly battery and G-Philos FDX1-250BU dc-dc converter. The hybrid system is accurately monitored by CAN and RS485. The system was studied under two conditions such as non-loaded and loaded operating conditions. The results show that the system has delay to start up without hybrid operating and it can be compensated with the hybrid operating.

시간체공 드론 적용을 위한 하이브리드 동력시스템 연구

최명욱(Myung-Wook Choi),양승진(Seung-Jin Yang),임정민(Jung-Min Lim),문채주(Chae-Joo Moon) 한국전자통신학회 2023 한국전자통신학회 논문지 Vol.18 No.2

본 연구에서는 1시간 이상 체공이 가능하도록 드론에 적용하기 위한 하이브리드 동력시스템을 제안한다. 이동력시스템은 발전기에서 발생되는 교류를 다이오드 브리지 회로를 통해 직류로 변환하여 배터리를 충전시키고 동력시스템의 높은 제어성능을 얻기 위하여 분리된 셀을 갖는 배터리시스템을 사용한다. 본 논문에서는 부하별연비와 출력을 분석하였으며, 또한 선정된 발전기의 성능을 연구하였다. 제안된 하이브리드 동력시스템을 장착한 드론은 중량 대비 출력 비율이 0.82로 계산되었으며, 비행시간은 4,179초 동안 비행하였다. In this research works, we propose a hybrid power generation system for drone capable of staying in the air for more than 1 hour. This power system converts the alternating current generated by the generator into direct current through a diode bridge circuit to charge the battery and uses a battery system having separated cells to obtain high controllability of the power system. The fuel efficiency and the power output for individual load were analyzed, and also the performance of a selected generator was studied in this paper. The drone which is equipped with the proposed hybrid power generation system calculated 0.82 ratio for weight vs power output, and flight time of drone showed 4,179 seconds.

가스터빈의 규모별 성능차이를 고려한 고체산화물 연료전지/가스터빈 하이브리드 시스템의 성능해석

명노성(No Sung Myung),박성구(Sung Ku Park),김동섭(Tong Seop Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.4

고체산화물 연료전지(SOFC)와 가스터빈을 결합한 하이브리드 발전시스템에서 가스터빈의 규모별 성능차이가 시스템의 성능에 미치는 영향에 대하여 해석하였다. 이를 위해 ㎾급, ㎿ 이하급, 수 ㎿급 등 서로 다른 세 가지 가스터빈을 선정하여 사용하였다. 가스터빈이 순 출력을 거의 내지 못하는 ㎾급 시스템에서도 연료전지 단독 시스템과 비교해 효율이 증가하였으며, 가스터빈의 출력이 커질수록(즉, 성능이 좋아질수록) 하이브리드 시스템에서 가스터빈이 차지하는 비중이 커지고 시스템의 효율이 높아짐을 확인하였다. 가스터빈의 압력비 증가에 따른 성능 변화를 살펴본 결과 세 가지 하이브리드 시스템에서 모두 출력은 증가하지만, 효율의 변화는 크지 않음을 확인하였다. This study analyzes the performance of hybrid power systems combining a solid oxide fuel cell (SOFC) and a gas turbine (GT). Research focus is given to the influence of the size-dependent gas turbine performance on hybrid system performance. Three hybrid systems adopting different gas turbines (㎾, sub-㎿, multi-㎿ classes) are designed. As the gas turbine power increases (i.e. as the gas turbine performance enhances), the gas turbine power portion increases and the hybrid system efficiency increases. The hybrid system shows efficiency improvement over the SOFC only system even in the case where the gas turbine net power is nearly zero. The increase of gas turbine pressure ratio contributes to the net hybrid system power output in all of the three cases, while system efficiency is almost independent on the pressure ratio.

신재생복합발전시스템의 각 구성품 교체비용변화에 따른 용량 및 경제성 민감도 분석

임종환(Jong Hwan Lim) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.1

본 논문에서는 복합발전시스템을 구성하는 각 단위 구성품의 교체비용이 변화할 때 각 단위 구성품의 용량 및 전체시스템의 경제성이 얼마나 변화하는지를 나타내는 민감도 분석을 수행하는 방법을 제시한다. 민감도 분석에는 복합발전시스템 경제 분석용 툴인 HOMER를 이용한다. 민감도 분석을 통해 교체비용 변화에 대해 민감도가 높은 구성품의 비중이 최소화 되게 설계하거나 예상되는 가격변동을 사전에 고려함으로써 복합발전시스템의 경제성을 최적화할 수 있으며, 민감도가 높은 구성품의 비중을 낮추기 위한 다른 조합의 복합발전시스템 구성에 대한 정보도 제공할 수 있다. 민감도 분석의 예로서 주택용 부하 모델에 대해 HOMER에서 제공되는 일반적인 데이터를 사용하여 각 구성품 교체비용에 대한 용량 및 경제성 민감도를 정량적으로 분석하였다. This paper presents a method for analyzing the size and economic sensitivity of a new renewable hybrid generation system according to changes in the component replacement costs based on HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables). The design of a hybrid system can be optimized by reducing the size of a sensitive component based on sensitivity analysis using the change in cost of a component. Sensitivity analysis can also provide information on what combinations are necessary for the optimal hybrid system. As an example, sensitivity analysis was performed on the residential load provided by HOMER, and the effects of component replacement costs on the system size and cost were quantitatively analyzed.

하이브리드 철도차량용 주행 성능 시뮬레이터에 관한 연구

임원식(Wonsik Lim),정춘화(Chunhua Zheng),신창우(Chang Woo Shin) 한국자동차공학회 2009 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2009 No.4

HEV(Hybrid Electrical Vehicle)s are considered as one of the next generation vehicles. To develop the HEV, there must be a reliable simulator, by which the capacities of the power sources are tested, and the parameters of the HEV are optimized before developing the real model of the HEVs. This process can save money for designing the HEV system and improve the system without experiments. Nowadays, traction of railway vehicles is usually provided by diesel fuel combustion. Hybridization offers the potential to achieve a step change in energy efficiency and we also need to develop simulators for performance test of hybrid railway vehicles. In this paper, the type of hybrid drive system is introduced, the characteristics of railway series hybrid system are compared with those of series hybrid vehicle system. A couple of simulators for performance test of HEV are introduced, the idea of constructing railway series hybrid system simulator using MATLAB SIMDRIVELINE is also introduced.