KR100637224B1 - 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치, 전력 공급 장치의 제어 방법 및 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지로부터 출력되는 전압을 직류 전압 변환기(DC-DC converter)를 이용해 변환하여 부하에 전력을 공급하는 장치 및 부하 전류를 이용하여 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다. 그 장치는 연료전지; 충전용 전지; 연료전지와 충전용 전지로부터 입력되는 전압을 부하에 공급하고자하는 전압으로 변환하는 직류전압변환기; 직류전압변환기로부터 출력되어 부하로 흐르는 전류의 크기를 측정하는 전류측정부; 및 측정된 부하 전류에 따라 충전용 전지로부터 직류전압변환기로의 전압 입력 여부 및 부하에 공급되는 전력을 이용한 충전용 전지의 충전 여부를 결정하여, 충전용 전지와 직류전압변환기의 입력단과 출력단 사이의 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 연료 전지로부터 출력되는 전압을 직류 전압 변환기를 이용해 변환하여 부하에 전력을 공급하고자하는 경우, 부하에 흐르는 전류에 따라 충전용 전지와 직류 전압 변환기의 입 출력단 사이의 연결을 제어함으로써, 부하에 공급되는 전력의 변화에 따른 직류 전압 변환기의 효율 저하를 방지하여 부하에 오랜 시간 안정된 효율로 전력을 공급할 수 있다.

Description

연료 전지를 이용한 전력 공급 장치, 전력 공급 장치의 제어 방법 및 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체 {Power supply apparatus using fuel cell, method of controling the power supply apparatus, and computer readable recoding medium}
도 1은 연료전지를 이용한 전력 공급 장치에서 부하 전류와 연료 전지의 출력 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2a와 도 2c는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치에서 부하 전류와 직류 전압 변환기(DC-DC converter)의 효율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치의 전체적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 부하 전류에 따라 전력 공급 장치의 현 상태를 3개의 모드로 나누는 방법에 대한 실시예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 또 다른 전력 공급 장치의 전체적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치의 또 다른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 연료 전지로부터 출력되는 전압을 직류 전압 변환기(DC-DC converter)를 이용해 변환하여 부하에 전력을 공급하는 장치 및 상기 전력 공급 장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 부하에 흐르는 전류에 따라 충전용 전지와 직류 전압 변환기의 입 출력단 사이의 연결을 제어할 수 있도록 하는 전력 공급 장치 및 전력 공급 장치 제어방법에 관한 것이다.
연료 전지는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 전환하는 전기화학장치이다. 연료 전지의 에너지 전환 공정은 대단히 효율적이고도 환경 친화적이기 때문에 지난 수 십 년 간 주목을 받아왔으며 다양한 종류의 연료전지가 시도되었다.
연료 전지는 산화 및 환원반응을 이용한 점 등 기본적으로는 보통의 화학 전지와 같지만, 닫힌 계 내에서 전지반응을 하는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어, 반응생성물이 연속적으로 계 외로 제거된다.
상기 전력 공급 장치에 연결된 부하는 그 상태에 따라 소모하는 전력이 변화한다, 예를 들어, 전력 공급 장치에 휴대전화가 연결되는 경우, 상기 휴대전화는 통화 대기 시에는 매우 작은 전력을 소모하나, 전화 통화, 문자 메시지 송신 또는 무선 인터넷 연결 시에는 큰 전력을 소모한다. 상기와 같은 부하에 공급되는 전력 의 변화에 따라 상기 전력 공급 장치의 출력 전압이 변화해야 하므로, 상기 전력 공급 장치는 연료전지의 출력 전압을 부하 공급 전력에 맞춰 변환하는 직류 전압 변환기(DC-DC converter)를 포함한다.
도 1은 연료전지를 이용한 전력 공급 장치에서 부하 전류와 연료 전지의 출력 전압 사이의 관계를 그래프로 도시한 것이다. 상기한 바와 같이, 부하의 상태에 따라 부하에 공급되는 전력이 변화하고, 상기 공급 전력의 변화에 따라 상기 전력 공급 장치로부터 상기 부하로 흐르는 부하 전류의 크기가 변화하게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지는 상기 부하 전류가 커짐에 따라 출력 전압이 낮아지는 특성을 가지게 되므로, 결국 부하에서 소모하는 전력에 따라 연료 전지의 출력 전압이 불안정해지는 문제가 생긴다.
도 2a와 도 2c는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치에서 부하 전류와 직류 전압 변환기(DC-DC converter)의 효율 사이의 관계를 그래프로 도시한 것으로, 연료 전지로부터 입력되는 직류 전압의 크기를 증가시키는 스텝 업(step up) 직류 전압 변환기의 경우를 도시한 것이다. 상기에서 설명한 바와 같이 부하 전류의 증가에 따라 상기 연료전지의 출력 전압이 감소하고, 연료 전지의 출력 전압이 감소할 수록 상기 스텝 업 직류 전압 변환기의 효율은 감소하게 된다.
도 2a는 연료 전지의 정격 출력 전압이 3.2V, 3.4V. 3.6V. 3.8V 인 경우 각각에 대해 부하 전류와 직류 전압 변환기의 효율 사이의 관계를 도시한 것으로, 상기에서 설명한 바와 같이 부하 전류의 증가에 따라 직류 전압 변환기의 효율이 감소됨을 알 수 있다. 또한, 도 2b는 연료 전지의 정격 출력 전압이 5V, 6V. 7.4V 인 경우 각각에 대해 부하 전류와 직류 전압 변환기의 효율 사이의 관계를 도시한 것으로, 이 경우에도 부하 전류의 증가에 따라 직류 전압 변환기의 효율이 감소된다.
따라서 상기한 바와 같은 종래의 연료전지를 이용한 전력 공급 장치로 부하에 전력을 공급하는 경우, 상기 부하에서 소모하는 전력의 변화에 따라 상기 전력 공급 장치에 포함되는 직류 전압 변환기의 효율이 변화하여, 고효율의 전력 공급을 유지하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연료전지를 이용하여 부하에 전력을 공급함에 있어 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 부하에 흐르는 전류에 따라 충전용 전지와 직류 전압 변환기의 입 출력단 사이의 연결을 제어함으로써 상기 직류 전압 변환기의 효율을 고효율로 유지할 수 있도록 하는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치 및 상기 전력 공급 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 방명에 의한 연료전지를 이용한 전력 공급 장치는 연료전지; 충전용 전지; 상기 연료전지와 충전용 전지로부터 입력되는 전압을 상기 부하에 공급하고자하는 전압으로 변환하는 직류전압변환기; 상기 직류전압변환기로부터 출력되어 상기 부하로 흐르는 전류의 크기를 측정하는 전류측정부; 및 상기 측정된 부하 전류에 따라 상기 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로의 전압 입력 여부 및 상기 부하에 공급되는 전력을 이용한 상기 충전용 전지의 충전 여부를 결정하여, 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 입력단 과 출력단 사이의 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 측정된 부하 전류가 제1 소정 부하 전류 이하인 경우, 상기 부하로 공급되는 전력을 이용하여 상기 충전용 전지가 충전되도록 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시킨다.
상기 제어부는 상기 측정된 부하 전류가 제1 소정 부하 전류보다 크고 제2 소정 부하 전류 이하인 경우, 상기 충전용 전지가 상기 직류전압변환기의 입력단 및 출력단에 연결되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 측정된 부하 전류가 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우, 상기 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로 전압이 입력되도록 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시킨다.
상기 제2 소정 부하 전류는 상기 직류전압변환기의 효율이 소정의 적정 값을 가지는 경우, 상기 직류전압변환기로부터 상기 부하로 흐르는 전류의 크기로 설정되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 측정된 부하 전류가 상기 제1 소정 부하 전류 이하인 경우 상기 전력 공급 장치의 현 상태를 제1모드로 결정하고, 상기 제1 소정 부하 전류보다 크고 상기 제2 소정 부하 전류 이하인 경우 제2모드로 결정하며, 상기 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우 제3모드로 결정하는 모드결정부; 및 상기 전력 공급 장치의 현 상태가 제1모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키고, 제2모드인 경우 상기 충전용 전지가 상기 직류전압변환기의 입력단 및 출력단에 연결되지 않도록 하고, 제3모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 스위칭제어부를 포함한다.
상기 전력 공급 장치는 상기 충전용 전지의 출력 전압을 측정하는 제1전압측정부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제어부는 상기 제1전압측정부가 측정한 충전용 전지의 출력전압을 이용하여 상기 충전용 전지의 충전 완료 여부를 확인하고, 충전이 완료된 경우 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 출력단 사이의 연결을 해제시키는 것이 바람직하다.
상기 전력 공급 장치는 상기 연료전지의 출력 전압을 측정하는 제2전압측정부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제어부는 상기 제2전압측정부가 측정한 연료전지의 출력전압을 이용하여 상기 연료전지의 출력이 안정한지 여부를 확인하고, 상기 연료전지의 출력이 안정하지 않은 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것이 바람직하다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 연료전지를 이용한 전력 공급 장치의 제어 방법은, 상기 직류전압변환기로부터 출력되어 상기 부하로 흐르는 전류의 크기를 측정하는 단계; 상기 측정된 부하 전류를 이용하여 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로의 전압 입력 여부 및 상기 부하에 공급되는 전력을 이용한 상기 충전용 전지의 충전 여부를 결정하는 단계; 및 상기 결정 결과에 따라 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 입력단과 출력단 사이의 연결을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 결정 단계는 상기 측정된 부하 전류가 제1 소정 부하 전류 이하인 경우, 상기 부하로 공급되는 전력을 이용하여 상기 충전용 전지가 충전 되도록 한다. 또는 상기 연결을 제어하는 단계는 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키는 것이 바람직하다.
상기 결정 단계는 상기 측정된 부하 전류가 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우, 상기 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로 전압이 입력되도록 하는 것이 바람직하다. 또는 상기 연결을 제어하는 단계는 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것이 바람직하다.
상기 결정 단계는 상기 측정된 부하 전류가 상기 제1 소정 부하 전류 이하인 경우 상기 전력 공급 장치의 현 상태를 제1모드로 결정하고, 상기 제1 소정 부하 전류보다 크고 상기 제2 소정 부하 전류 이하인 경우 제2모드로 결정하며, 상기 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우 제3모드로 결정하는 것이 바람직하며, 그러한 경우 상기 연결을 제어하는 단계는 상기 전력 공급 장치의 현 상태가 제1모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키고, 제2모드인 경우 상기 충전용 전지가 상기 직류전압변환기의 입력단 및 출력단에 연결되지 않도록 하고, 제3모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것이 바람직하다.
상기 전력 공급 장치의 제어 방법은, 상기 충전용 전지의 출력 전압을 측정하여 상기 충전용 전지의 충전 완료 여부를 확인하고, 충전이 완료된 경우 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 출력단 사이의 연결을 해제시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 전력 공급 장치의 제어 방법은 상기 연료전지의 출력 전 압을 측정하여 상기 연료전지의 출력이 안정되었는지 여부를 확인하고, 상기 연료전지의 출력이 불안정한 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 단계를 더 포함한다.
상기 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 전력 공급 장치의 제어 방법은 바람직하게는 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치 및 상기 전력 공급 장치의 제어 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치의 전체적인 구성을 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전력 공급 장치는 연료전지(300), 충전용전지(310), 세 개의 스위치(330, 340, 350)를 포함하는 스위칭부(320), 직류전압변환기(360), 제어부(370) 및 전류측정부(380)를 포함하여 이루어진다. 상기 직류전압변환기(DC-DC converter, 360)의 입력단은 상기 연료전지(300)와 제1스위치(330)를 사이에 두고 연결되어 있으며, 상기 충전용전지(310)와 제2스위치(340)를 상에 두고 연결되어 있다. 따라서 상기 직류전압변환기(360)의 입력단과 상기 연료전지(300) 및 충전용전지(310) 간 연결이 상기 제1, 2스위치(330, 340)에 의해 제어된다.
상기 직류전압변환기(DC-DC converter, 360)는 상기 연료전지(300) 또는 충전용전지(310)로부터 입력되는 직류 전압을 부하(390)에 공급되는 전력에 맞게 변환하여 출력한다. 상기 직류전압변환기(360)의 출력단은 상기 부하(390)에 연결되 어 상기 변환된 직류 전압을 상기 부하(390)에 인가하고, 상기 제3스위치(350)를 사이에 두고 상기 충전용전지(310)와 연결되어 상기 제3스위치가 온(on) 되는 경우 상기 직류전압변환기(360)로부터 나오는 전류가 상기 충전용전지(310)로 흐르게 된다. 상기 전류측정부(380)는 상기 직류전압변환기(360)로부터 상기 부하(390)로 흐르는 전류의 크기를 측정한다.
상기 제어부(370)는 상기 측정된 부하 전류의 크기에 따라 상기 스위치들(330, 340, 350)의 온/오프(On/OFF) 여부를 결정하여, 상기 연료전지(300)와 충전용전지(310)의 상기 직류전압변환기(360)로의 전압 입력여부 및 상기 직류전압변환기(360)로부터 상기 충전용전지(310)로 전류가 흐를 것인지 여부를 결정한다.
상기 도 3에 도시된 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 전력 공급 장치의 동작을 도 6에 도시된 전력 공급 장치의 제어 방법을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 전류측정부(380)는 상기 직류전압변환기(360)로부터 상기 부하(390)로 흐르는 전류의 크기를 측정한다(600단계). 상기 전류측정부(380)가 측정한 부하 전류의 크기는 상기 부하(390)로 공급되는 전력의 크기에 비례하므로,상기 부하 전류의 크기는 상기 부하의 소모 전력의 변화에 따라 변화한다.
상기 제어부(370)는 상기 전류측정부(380)로부터 측정된 부하 전류를 입력받아, 상기 입력된 부하 전류의 크기에 따라 현재 전력 공급 장치의 상태를 세개의 모드, 즉 제1모드, 제2모드, 제3모드 중 하나로 결정한다(610단계). 도 4는 부하 전류의 크기에 따라 전력 공급 장치의 현 상태를 3개의 모드로 나누는 방법에 대한 실시예를 그래프로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바에 따르면, 상기 제어부(370)는 부하 전류의 크기가 미리 설정된 제1전류 값(I1)보다 작은 경우에는 제1모드로, 부하 전류의 크기가 미리 설정된 제1전류 값(I1) 이상이고 미리 설정된 제2전류 값(I2)보다 작은 경우에는 제2모드로, 부하 전류의 크기가 상기 제2전류 값(I2)보다 큰 경우에는 제3모드로 결정하는 것이 바람직하다.
상기 모드를 결정하는 기준이 되는 제1, 2 전류 값(I1, I2)을 설정하는 방법에 대한 실시예를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 상기 전력공급장치와 연료전지의 고효율 및 안정성을 유지하고자 하는 경우, 부하전류가 너무 작아 연료전지의 소모전력이 작으면 연료전지의 성능 저하 및 안정성에 문제가 발생하게 되므로, 이를 막기 위한 최소한의 전류 값을 상기 제 1전류 값(I1)으로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 연료전지의 성능 저하 및 안정성에 발생하는 문제를 막기 위한 최소한의 전류 값은 사용되는 연료전지의 특성에 따라 각각 달리 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 연료전지의 출력전압이 상기 직류전압변환기(360)에 요구되는 고효율을 유지할 수 있는 최소한의 전압일 때, 상기 전류측정부(380)를 이용해 측정한 부하 전류를 상기 제2전류 값(I2)으로 설정하는 것이 바람직하다.
상기한 방법에 의해 모드가 결정되면, 상기 제어부(370)는 상기 결정된 모드에 따라 상기 스위칭부(320)에 포함된 스위치들(330, 340, 350)의 온/오프를 제어하는 신호를 생성하여 출력한다. 모드 1의 경우, 상기 제어부(370)는 제1스위치 (330)와 제3스위치(350)를 온 시키며 제2스위치(340)를 오프 시키기 위한 제어신호들을 생성하여 출력하여, 상기 직류전압변환기(360)의 입력단에 연료전지(300)가 연결되고, 상기 직류전압변환기(360)의 출력단에 충전용전지(310)가 연결된다(620단계). 상기 모드1의 경우, 상기 연결에 의해 연료전지(300)로부터 공급되는 전력이 상기 직류전압변환기(360)를 통해 상기 부하(390) 및 상기 충전용전지(310)에 공급되어, 상기 충전용전지(310)는 상기 공급되는 전력에 의해 충전된다. 따라서 모드1의 경우, 연료전지에서 공급하는 전력을 이용해 상기 충전용전지(310)를 충전시킴으로써 부하전류를 증가시켜 상기 직류전압변환기(360)의 효율을 일정 범위로 유지할 수 있다. 또한 연료전지의 낮은 부하전류에 의한 성능저하를 막을 수 있다.
모드 2의 경우, 상기 제어부(370)는 제1스위치(330)를 온 시키며 제2스위치(340)와 제3스위치(350)를 오프 시키기 위한 제어신호들을 생성하여 출력하여, 상기 직류전압변환기(360)의 입력단에 연료전지(300)가 연결되고, 상기 충전용전지(310)가 직류전압변환기(360)의 입 출력단에 연결되지 않는다(630단계). 상기 모드 2는, 상기 직류전압변환기(360)의 효율을 원하는 일정 범위로 유지되는 경우이므로 상기 충전용전지(310)를 이용하지 아니하고 상기 연료전지(300)만을 이용하여 상기 부하(390)에 전력을 공급하는 것이다.
모드 3의 경우, 상기 제어부(370)는 제1스위치(330)와 제2스위치(340)를 온 시키며 제3스위치(350)를 오프 시키기 위한 제어신호들을 생성하여 출력하여, 상기 직류전압변환기(360)의 입력단에 연료전지(300)와 충전용전지(310)가 연결된다(640단계). 상기 모드 3의 경우, 상기 연료전지(300)와 상기 충전용전지(310)가 함께 상기 부하(390)에 전력을 공급하여, 상기 부하(390)에 공급되는 전력이 커지더라도 상기 연료전지(300)의 출력 전압이 낮아지는 것을 방지한다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지를 이용한 또 다른 전력 공급 장치의 구성을 블록도로 도시한 것으로,도시된 전력 공급 장치는 연료전지(300), 충전용전지(310), 세 개의 스위치(330, 340, 350)를 포함하는 스위칭부(320), 직류전압변환기(360), 제1전압측정부(500), 제2전압측정부(510), 제어부(520) 및 전류측정부(380)를 포함하여 이루어진다. 상기 도 5에 도시된 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 전력 공급 장치의 동작을 도 7에 도시된 본 발명에 따른 또 다른 전력 공급 장치 제어 방법을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 전류측정부(380)는 상기 직류전압변환기(360)로부터 상기 부하(390)로 흐르는 전류의 크기를 측정한다(700단계). 상기 제어부(520)는 상기 전류측정부(380)로부터 측정된 부하 전류를 입력받아, 상기 입력된 부하 전류의 크기에 따라 전력 공급 장치의 현재 상태를 제1모드, 제2모드, 제3모드 중 하나로 결정한다(710단계).
모드 2의 경우, 상기 제어부(520)는 제1스위치(330)를 온 시키며 제2스위치(340)와 제3스위치(350)를 오프 시켜, 상기 연료전지(300)만이 상기 부하(390)에 전력을 공급하도록 한다(720단계). 상기 연료전지(300)가 부하(390)에 전력을 공급하는 동안, 상기 제1전압측정부(500)는 상기 연료전지(300)의 출력 전압을 측정하여 출력한다(730단계). 상기 제어부(520)는 상기 제1전압측정부(500)로부터 입력된 연료전지(300)의 출력 전압을 이용하여 상기 연료전지(300)의 출력이 안정한지 여 부를 확인한다(740단계). 상기 확인 결과 상기 연료전지(300)의 출력이 안정하지 못한 경우, 상기 제어부(520)는 제1스위치(330)와 제2스위치(340)를 온 시키며 제3스위치(350)를 오프 시켜, 상기 직류전압변환기(360)의 입력단에 연료전지(300)와 충전용전지(310)가 연결되도록 한다(750단계). 따라서 연료전지(300)의 출력이 불안정한 경우 상기 충전용전지를 함께 이용해 상기 부하(390)에 전력을 공급함으로써, 상기 부하에 안정된 전력을 공급할 수 있다.
모드 3의 경우, 상기 제어부(520)는 제1스위치(330)와 제2스위치(340)를 온 시키며 제3스위치(350)를 오프 시켜, 상기 직류전압변환기(360)의 입력단에 연료전지(300)와 충전용전지(310)가 연결되도록 한다(760단계). 상기 직류전압변환기(360)로부터 출력되는 전류를 공급받아 충전용전지(310)가 충전되는 동안, 상기 제2전압측정부(510)는 상기 충전용전지(310)의 출력 전압을 측정한다(770단계). 상기 제어부(520)는 상기 제2전압측정부(510)로부터 입력된 충전용전지(310)의 출력 전압을 이용하여 상기 충전용전지(310)의 충전이 완료되었는지 여부를 확인한다(780단계). 상기 확인 결과 상기 충전용전지(310)의 충전이 완료된 경우, 상기 제어부(520)는 제1스위치(330)를 온 시키고 제2스위치(340)와 제3스위치(350)를 오프 시켜, 상기 충전용 전지로 전류가 공급되지 않도록 한다(720단계).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 전력 공급 장치 및 상기 전력 공급 장치의 제어 방법에 의하면, 연료 전지로부터 출력되는 전압을 직류 전압 변환기를 이용해 변환하여 부하에 전력을 공급하고자하는 경우, 부하에 흐르는 전류에 따라 충전용 전지와 직류 전압 변환기의 입 출력단 사이의 연결을 제어함으로써, 부하에 공급되는 전력의 변화에 따른 직류 전압 변환기의 효율 저하를 방지하여 부하에 오랜 시간 안정된 효율로 전력을 공급할 수 있다.

Claims (17)

  1. 연료전지의 출력 전압을 직류전압변환기(DC-DC converter)를 이용해 변환하여 부하에 전력을 공급하는 장치에 있어서,
    연료전지;
    충전용 전지;
    상기 연료전지와 충전용 전지로부터 입력되는 전압을 상기 부하에 공급하고자하는 전압으로 변환하는 직류전압변환기;
    상기 직류전압변환기로부터 출력되어 상기 부하로 흐르는 전류의 크기를 측정하는 전류측정부; 및
    상기 측정된 부하 전류에 따라 상기 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로의 전압 입력 여부 및 상기 부하에 공급되는 전력을 이용한 상기 충전용 전지의 충전 여부를 결정하여, 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 입력단과 출력단 사이의 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 측정된 부하 전류가 제1 소정 부하 전류 이하인 경우, 상기 부하로 공급되는 전력을 이용하여 상기 충전용 전지가 충전되도록 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 전 력 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 측정된 부하 전류가 제1 소정 부하 전류보다 크고 제2 소정 부하 전류 이하인 경우, 상기 충전용 전지가 상기 직류전압변환기의 입력단 및 출력단에 연결되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 측정된 부하 전류가 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우, 상기 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로 전압이 입력되도록 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제2 소정 부하 전류는
    상기 직류전압변환기의 효율이 소정의 적정 값을 가지는 경우, 상기 직류전압변환기로부터 상기 부하로 흐르는 전류의 크기인 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 전력 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 측정된 부하 전류가 상기 제1 소정 부하 전류 이하인 경우 상기 전력 공급 장치의 현 상태를 제1모드로 결정하고, 상기 제1 소정 부하 전류보다 크고 상기 제2 소정 부하 전류 이하인 경우 제2모드로 결정하며, 상기 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우 제3모드로 결정하는 모드결정부; 및
    상기 전력 공급 장치의 현 상태가 제1모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키고, 제2모드인 경우 상기 충전용 전지가 상기 직류전압변환기의 입력단 및 출력단에 연결되지 않도록 하고, 제3모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 스위칭제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 충전용 전지의 출력 전압을 측정하는 제1전압측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1전압측정부가 측정한 충전용 전지의 출력전압을 이용하여 상기 충전용 전지의 충전 완료 여부를 확인하고, 충전이 완료된 경우 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 출력단 사이의 연결을 해제시키는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 연료전지의 출력 전압을 측정하는 제2전압측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2전압측정부가 측정한 연료전지의 출력전압을 이용하여 상기 연료전지의 출력이 안정한지 여부를 확인하고, 상기 연료전지의 출력이 안 정하지 않은 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 전력 공급 장치.
  9. 연료전지의 출력 전압을 직류전압변환기를 이용해 변환하여 부하에 전력을 공급하는 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 직류전압변환기로부터 출력되어 상기 부하로 흐르는 전류의 크기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 부하 전류를 이용하여 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로의 전압 입력 여부 및 상기 부하에 공급되는 전력을 이용한 상기 충전용 전지의 충전 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 결정 결과에 따라 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 입력단과 출력단 사이의 연결을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 결정 단계는
    상기 측정된 부하 전류가 제1 소정 부하 전류 이하인 경우, 상기 부하로 공급되는 전력을 이용하여 상기 충전용 전지가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연결을 제어하는 단계는
    상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 결정 단계는
    상기 측정된 부하 전류가 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우, 상기 충전용 전지로부터 상기 직류전압변환기로 전압이 입력되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 연결을 제어하는 단계는
    상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 결정 단계는
    상기 측정된 부하 전류가 상기 제1 소정 부하 전류 이하인 경우 상기 전력 공급 장치의 현 상태를 제1모드로 결정하고, 상기 제1 소정 부하 전류보다 크고 상기 제2 소정 부하 전류 이하인 경우 제2모드로 결정하며, 상기 제2 소정 부하 전류보다 큰 경우 제3모드로 결정하고,
    상기 연결을 제어하는 단계는
    상기 전력 공급 장치의 현 상태가 제1모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 출력단에 연결시키고, 제2모드인 경우 상기 충전용 전지가 상기 직류전압변환기의 입력단 및 출력단에 연결되지 않도록 하고, 제3모드인 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 충전용 전지의 출력 전압을 측정하여 상기 충전용 전지의 충전 완료 여부를 확인하고, 충전이 완료된 경우 상기 충전용 전지와 상기 직류전압변환기의 출력단 사이의 연결을 해제시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 연료전지의 출력 전압을 측정하여 상기 연료전지의 출력이 안정되었는지 여부를 확인하고, 상기 연료전지의 출력이 불안정한 경우 상기 충전용 전지를 상기 직류전압변환기의 입력단에 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전력 공급 장치의 제어 방법.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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