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연료전지-배터리 하이브리드 무인기용 동력원 개발

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작성일19-07-18 08:29 조회1,056회

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 하이브리드 무인기용 동력원으로 하늘을 지배한다!

 

재료, 연료전지-배터리 하이브리드 무인기용 동력원 개발




국내 연구진이 저고도에서 6시간 이상 장시간 비행에 요구되는 무인기용 연료전지 동력원을 국내 최초로

    개발하는데 성공했다.

 

재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 재료공정혁신연구본부 항공우주재료연구센터 양철남 박사 연구팀은

    연료전지 동력원 및 무인기 기체를 자체 개발하여 자동항법에 의해 6시간 40분 공중 시험비행을 하는데

    성공했다.

 

일반적인 전동추진 무인기에 적용되는 리튬전지는 에너지 밀도가 낮기 때문에 무인기의 비행시간이 약

    ​30분에서 1시간 내외로 짧다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 새로운 동력원인 연료전지 기술을 무인기에

    적용해 기존 배터리의 단점을 극복하고자 기술개발에 착수했다. 그 결과 연구팀은 고압수소 연료탱크와

    연료전지시스템의 경량화를 이뤄 기존 배터리에 비해 높은 에너지 밀도를 갖춤으로써 장시간 체공용

    동력원으로의 적용을 가능하게 했다. 이번에 개발된 연료전지 추진 무인기는 수소탱크의 용량에 따라

    비행시간을 2시간, 4시간, 6시간으로 용도에 맞게 연장할 수 있다.

 

연료전지 동력원은 연료를 공급하는 복합재 고압수소탱크와 연료전지시스템으로 구성되어 연료공급과

    에너지변환장치로 구분되어 있다. 80이하의 저온에서 작동되며 소음과 진동이 낮아 은닉성이

    뛰어나기 때문에 추적이 쉽지 않은 장점이 있다. 이를 통해 민수용 등 항공촬영을 통한 내수면 연안감시,

    환경감시, 맵핑 등에 다양하게 활용할 수 있다.

 

연구팀은 700W급 자체 개발한 연료전지 동력원과 7셀의 리튬폴리머 전지를 하이브리드 전원으로

    구성하여 윙스팬(wing span) 7m, 길이 3m의 복합재 무인기에 이를 적용했다. 무인기의 이륙 및 착륙을

    제외한 모든 비행은 자동항법 장치에 설정된 경로를 따라 자동으로 진행됐으며, 공중 순항 시 비행

    속도는 68km/h6시간 40분 동안 지정된 경로를 따라 반복 비행하여 비행거리 454km를 달성하는데

    성공했다.

연료전지-배터리 하이브리드 동력원

- 지상에서 공중으로 이륙할 때뿐만 아니라 공중에서 맞바람, 고도상승 등의 고출력이 요구될 때는 연료전지 동력원과 리튬전지에서 동시에 전기출력을 추진 모터로 보낼 수 있도록 구성됨. 반면 공중에서 순항 비행할 때는 연료전지에서 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써 다양한 출력변화에 대응할 수 있도록 되어 있음.

 

무인기 분야의 세계시장은 2022년 기준 약 22조원 규모가 예상되고 있으며, 드론 시장은 매년 20% 이상

    상승할 것으로 전망된다. 민수분야에서는 캐나다의 발라드파워시스템사와 아프리카가 9시간 동안

    ​600km를 연속 운용할 수 있는 연료전지 추진 무인기를 계약한 것으로 알려져 있다. 본 기술 개발은

    전동추진 무인기의 공중 체공시간을 연장시킴으로써 무인기의 임무수행 시간을 늘려 활용가치를 더

    높였다는데 큰 의미가 있다.

 

연구책임자인 재료연구소 양철남 책임연구원은 본 기술을 이용해 무인기의 4시간, 6시간 비행을 완료

    하였다.”앞으로 연구에 더욱 박차를 가해 8시간, 12시간, 24시간까지 연속 비행이 가능한 연료전지

    동력원과 무인기, 그리고 임무수행 장치 등을 지속적으로 개발할 것이라고 말했다.

 

본 연구 성과는 재료연구소의 주요사업인 국가과학기술연구회 지원 소재기술실용화사업의 장기보유

    기술 실용화지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

연구팀은 무인기 관련 업체에 연료전지 동력원 기술 이전을 추진 중에 있으며, 또한 항공촬영 등의 임무

    수행 장치를 개발하고 있는 업체와 공동시험을 통해 연료전지동력원을 이용한 장시간 체공기술과

    임무수행 장치를 연계한 기술을 개발하고자 연구를 진행하고 있다.