KR100746367B1 - 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법 - Google Patents

연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100746367B1
KR100746367B1 KR1020060023972A KR20060023972A KR100746367B1 KR 100746367 B1 KR100746367 B1 KR 100746367B1 KR 1020060023972 A KR1020060023972 A KR 1020060023972A KR 20060023972 A KR20060023972 A KR 20060023972A KR 100746367 B1 KR100746367 B1 KR 100746367B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
motor
fuel cell
battery pack
power
Prior art date
Application number
KR1020060023972A
Other languages
English (en)
Inventor
황상문
김희창
권익현
손동언
Original Assignee
주식회사 프로파워
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 프로파워 filed Critical 주식회사 프로파워
Priority to KR1020060023972A priority Critical patent/KR100746367B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100746367B1 publication Critical patent/KR100746367B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/402—Combination of fuel cell with other electric generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은, 연료전지와 2차전지를 하나의 시스템으로 구성한 하이브리드 동력 발생 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하이브리드 동력 발생 장치는, 연료전지(11A)를 포함한 연료전지부(11)와; 연료전지(11A)의 전력을 2차전지로 충전하기 위한 충전부(12)와; 2차전지 팩(13A)을 포함한 2차전지부(13)와; 모터(14A)를 포함한 동력부(14)와; 중앙 제어부(15)로 구성되며, 연료전지를 부동력원으로, 2차전지를 주동력원으로 하여, 평상시에는 2차전지로 모터를 구동시키되, 평상시 이상의 동력이 필요로 되는 경우 연료전지를 함께 사용하는 동시에, 평상시에는 연료전지로서 2차전지를 충전할 수 있도록 제어하는 동력 시스템이다.
본 발명의 하이브리드 동력 발생 장치는, 메탄올을 연료로 사용할 수 있는 직접 메탄올 연료전지와 전기적 성능이 우수한 리튬 2차전지를 사용함으로써, 동력 발생 장치의 성능을 최대화할 수 있으며, 충전에 따른 2차전지의 교체나 비가동 등과 같은 비효율적 단점들이 해소되는 장점이 있다.
연료전지, 리튬 2차전지, DC/DC 컨버터, 동력 구동 시스템

Description

연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와 그 제어 방법{The hybrid power system consisted of fuel cell and rechargeable battery, and the controlling method of the same}
도 1은 본 발명 일실시예 하이브리드 동력 발생 장치의 구성도.
도 2는 본 발명 일실시예 하이브리드 동력 발생 장치의 제어 흐름도.
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))
11. 연료전지부 11A. 연료전지
11B. 연료탱크 11C. 연료 공급 장치
11D. 공기 공급 장치 11E. 연료 제어기
12. 충전부 12A. DC/DC 컨버터
12B. 충전 제어기 13. 2차전지부
13A. 2차전지 팩 13B. 보호회로
13C. 2차전지 제어기 14. 동력부
14A. 모터 14B. 모터 제어지
15. 중앙 제어부 G. 연료 게이지
본 발명은, 부동력원으로서의 연료전지와 주동력원으로서의 2차전지를 하나의 시스템으로 구성하고, 평상시에는 주동력원인 2차전지를 사용하되, 평상시 이상의 동력이 필요로 되는 경우 부동력원인 연료전지를 함께 사용하는 동시에, 평상시에는 연료전지로서 2차전지를 충전할 수 있도록 한, 하이브리드 동력 발생 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.
산업 발전과 함께 환경 오염이 더욱 심해지고 있으며, 특히, 대기 오염과 더불어 가속화되고 있는 지구 온난화 현상은 세계적으로 재앙을 초래할 수도 있는 바, 세계 각국은 기후 변화 협약을 맺어 지구 온난화의 주범인 이산화탄소에 대한 각국별 배출량을 제한하려고 하고 있다.
상기와 같이 지구 온난화에 가장 영향을 미치는 이산화탄소는, 주로 화석연료의 연소 과정에서 발생하고 있으며, 화석연료를 직접 연소하는 것으로는, 다양한 장치들이 있는 바, 가장 대표적인 것이 자동차 등의 각종 운송 수단에 장착된 동력 발생 장치인, 가스터빈이나 제트 기관 등을 포함한 내연기관이다.
즉, 엔진이라고도 불리우는 내연기관은, 화석연료를 직접 분사하여 연소 폭발시키고, 폭발시의 팽창력을 변환한 회전운동을 이용하는 장치로서, 자동차, 기차, 선박, 비행기 등 헤아릴 수 없을 정도의 운송 수단에 장착되어 있는 바, 전세 계에서 운행 중인 운송 수단에서 발생시키는 이산화탄소의 양은 엄청나다 할 것이다.
또한, 내연기관은 이산화탄소와 함께 각종 오염 물질을 내뿜는 배출원으로서, 사람이 생활하는 주거 및 활동 공간의 대기 오염에도 상당한 영향을 끼치고 있는 바, 우선적으로, 자동차와 같은 육상 운송 수단에 대한 배출 가스에 대한 규제가 점차 강화되고 있으며, 그에 따라, 화석연료가 아닌 다른 동력원을 사용할 수 있는 운송 수단에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이산화탄소의 주범인 화석연료를 대체할 수 있는 동력원으로 가장 바람직한 것은 전기 에너지로서, 전기로 구동되는 운송 수단은 공해를 발생시키지 않으면서 소음 발생량도 적은 장점이 있는 바, 현재, 전기를 동력원으로 구동되는 운송수단으로는, 중단거리 운송이나 레저용 또는 공해 발생이 없어야 하는 공장 내부용 등으로 사용되는 전기 스쿠터, 전기 자전거, 전기 골프카, 전기 리프트카 등을 예로 들 수 있다.
상기와 같이 전기로 움직이는 운송 수단에 사용되는 동력원으로는 납축전지, Ni-MH 전지 등이 사용되고 있으며, 이러한 전지들은 외부 입력 전원에 의해서만 충전되는 구조로 되어 있고, 충전에 들어가는 전기 요금을 제외하면 추가 비용이 들지 않을 뿐 아니라, 배기 가스나 소음도 없기 때문에, 차세대 운송 수단이나 레저용 동력원으로 각광을 받고 있다.
그러나, 수명을 다한 납축전지나 Ni-MH 전지는 중금속을 함유하고 있는 바, 전지를 폐기하는 과정에서 환경 문제를 일으키게 된다는 문제점이 있다.
또한, 반복 충전하여 사용하는 2차전지는, 운송 수단의 주행시 충전되었던 전원만을 소모시킬 뿐 자체 충전 기능이 제공되지 않기 때문에 자주 충전시켜 주어야 할 뿐 아니라, 충전시에는 운송 수단을 움직일 수 없는 바, 방전된 2차전지를 충전 대기 중인 별도의 2차전지로 교체하여야 하는 불편함과 함께, 충전 횟수가 증가함에 따라 전지의 성능이 급속히 저하될 뿐만 아니라, 수명도 빠르게 단축되는 문제점이 있다.
따라서, 근래에는, 상기와 같은 종래의 2차전지보다 성능이 우수한 리튬 2차전지가 개발되었는 바, 리튬 2차전지는, 카드뮴이나 납 등과 같은 공해 물질을 사용하지 않기 때문에 안정성이 높고, 사이클 성능이 크면서 자가 방전이 적을 뿐 아니라, 충방전시의 에너지 변환 효율과 출력 밀도도 높으며, 가격이 낮고 안전성이 높은 장점을 가지고 있다.
상기 리튬 2차전지는, 발생 전압이 3.6V로서, 현재까지는 주로 휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라, 노트북 등의 가전 생활 기기에 사용되어 왔으나, 최근에는 수송용으로도 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나, 리튬 2차전지 역시, 상기와 같은 장점들에도 불구하고 종래의 납축전지나 Ni-MH 전지와 같이 외부 입력 전원을 필요로 하는 문제점은 여전히 남게 되고, 2차전지의 충전 시간은 신속히 움직여야 하는 운송 수단에게는 치명적인 약점이 되는 바, 반드시 여분의 충전된 2차전지를 준비하고 있어야만 하는 단점이 있다.
따라서, 운송용 동력원으로서의 2차전지가 가지고 있는 단점들과, 내연기관 이 가지고 있는 공해 문제를 한 번에 해결할 수 장치 즉, 2차전지와 같이 충전을 필요로 하지 않을 뿐 아니라, 화석연료의 직접 연소에 따른 각종 문제점들을 해결하는 동시에, 공해를 거의 발생시키지 않으면서 전기를 직접 생산할 수 있는, 연료전지가 개발되었다.
상기의 연료전지는, 메탄 가스나 천연 가스 등과 같은 기체 연료 또는 메탄올이나 히드라진 등과 같은 액체 연료를 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전기를 발생시키는 동력 시스템으로서, 종래의 발전 방식과 비교할 때 발전 효율이 높을 뿐만 아니라, 발전에 따른 공해 물질의 배출이 전혀 없기 때문에 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며, 에너지 절약과 환경 공해 문제 그리고, 지구 온난화 문제 등을 해결하기 위한 차세대 이동 동력원으로 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나, 상기와 같이 환경 친화적이며, 높은 발전 효율을 갖고 있으나, 연료전지의 경우, 높은 전압이 요구되는 고속 운전 영역에서는 출력 전압이 급격히 감소하여 구동 모터에 필요로 되는 충분한 전기를 공급하지 못하는 바, 구동 시스템의 성능이 저하되는 동시에, 고가의 연료전지를 사용함에 따라 경제성이 떨어지게 되는 문제가 있다.
따라서, 엔진를 연료전지로 완전히 대체하기 위한 전단계로서, 엔진과 연료전지를 함께 사용하는 하이브리드 차량이 개발되어 일부 시판되고 있기는 하나, 엔진을 주동력원으로 사용함에 따라 감소되기는 하였으나 여전히 공해를 발생하는 문제가 있다.
즉, 완전한 운송 수단용 무공해 동력원으로서, 충방전이 가능한 2차전지와 연료전지가 사용될 수 있으나, 2차전지와 연료전지는 각각의 문제점을 가지고 있기 때문에, 현재, 일반 운송 수단용으로까지는 폭 넓게 사용되지 못하고 특수 목적용으로만 한정된 범위에서 사용되고 있는 실정이다.
본 발명은, 동력원으로서의 연료전지와 2차전지가 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 연료전지와 2차전지의 장점을 함께 묶어 각각이 가지고 있는 단점을 해결하되, 쉽게 구할 수 있는 연료를 사용할 수 있음은 물론, 무공해이면서도 안정적인 운전이 가능한 하이브리드 동력 발생 장치와 그 제어 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 리튬 2차전지와 직접 메탄올 연료전지의 결합에 의해 달성된다.
본 발명의 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치는, 부동력원으로서 연료전지 특히, 직접 메탄올 연료전지와 주동력원으로서의 2차전지 특히, 리튬 2차전지를 함께 결합한 장치이다.
즉, 본 발명의 동력 발생 장치는, 연료전지와 2차전지를 결합하여 저속 운전 영역에서는 연료전지를 동력원으로 사용하고, 정속 및 고속 운전 영역에서는 2차전지를 동력원으로 사용하며, 고속 운전 영역보다 훨씬 더 많은 동력을 필요로 할 때 는 연료전지와 2차전지를 동시에 사용 할 수도 있도록 함에 본 발명의 기술적 특징이 있다.
그러나, 동력 부하의 크기에 따라 연료전지와 2차전지 중 동력원 선택은 자유롭게 이루질 수도 있다.
그리고, 정속 및 고속 운전 영역에서 2차전지만을 이용하여 모터를 구동하는 경우, 연료전지는 휴지 시간을 갖게 되는 바, 이때, 연료전지의 운전을 정지시킬 수도 있으며, 연료전지를 계속 가동시켜 전기를 생산하고, 이 전기로 2차전지를 저속 충전할 수도 있다.
즉, 평상시 주동력원인 2차전지만을 사용하는 경우, 부동력원인 연료전지로 주동력원인 2차전지를 충전할 수도 있으며, 이때의 충전은 DC/DC 컨버터를 이용하여 저속으로 이루어진다.
상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.
도 1에 본 발명 일실시예 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치의 구성도를, 도 2에 제어 흐름도를 도시하였다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 동력 발생 장치는,
연료전지(11A)와, 연료 게이지(G)가 구비되며 연료를 저장하기 위한 연료 탱크(11B)와, 연료 탱크(11B)의 연료를 연료전지(11A)로 공급하기 위한 연료 공급 장치(11C)와, 연료전지(11A)로 공기를 공급하기 위한 공기 공급 장치(11D)와, 연료와 공기의 공급량을 조절함으로써 연료전지(11A)의 출력을 제어하기 위한 연료전지 제어기(11E)로 구성된 연료전지부(11)와;
상기 연료전지(11A)에서 발생된 전기를 충전에 적합하도록 변환하기 위한 DC/DC 컨버터(12A)와, DC/DC 컨버터(12A)에서 출력된 충전 전기를 일정하게 유지시키기 위한 충전 제어기(12B)로 구성된 충전부(12)와;
다수의 2차전지로 이루어진 2차전지 팩(13A)과, 상기 충전 제어기(12B)로부터 출력된 충전 전기 이상시 2차전지 팩(13A)을 보호하기 위한 보호회로(13B)와, DC/DC 컨버터(12A)에서 충전 제어기(12B)로 입력되는 전기를 조절하면서 2차전지 팩(13A)의 출력을 조절하기 위한 2차전지 제어기(13C)로 구성된 2차전지부(13)와;
모터(14A)와, 모터(14A)를 제어하기 위한 모터 제어기(14B)로 구성된 동력부(14)와;
연료전지부(11)의 연료전지 제어기(11E)와, 충전부(12)의 DC/DC 컨버터(12A)와, 2차전지부(13)의 2차전지 제어기(13C)와, 동력부(14)의 모터 제어기(14B)를 통합 제어하기 위한 중앙 제어부(15) 등으로 구성된다.
이때, 상기 연료전지(11A)로는, 메탄올을 직접 연료로 사용할 수 있는 직접 메탄올 연료전지가 바람직하며, 2차전지 팩(13A)용 2차전지로는, 각종 전기적 성능이 우수한 리튬 2차전지가 가장 적합하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 동력 발생 장치를 구성하는 연료전지부(11)에서는, 연료 공급 장치(11C)로부터 메탄올의 개질을 통하여 발생된 수소가 연료전지(11A)의 어노드로 공급되고, 공기 공급 장치(11D)를 통해 산소를 포 함한 공기가 연료전지(11A)의 캐소드로 공급됨으로써, 연료전지(11A)에서는 전기에너지와 부산물인 물이 생성된다.
그리고, 반응 부산물인 물은 재순환되며, 재순환되는 물은 연료 공급 장치(11B)를 통해 연료전지(11)로 공급되는 연료의 농도를 조절하는데 이용되고, 연료 게이지(G)를 통하여 잔량의 연료를 파악하게 되는 바, 상기와 같은 일련의 제어를 연료전지 제어기(11D)가 수행하게 된다.
2차전지부(13)에서는, 2차전지 제어기(13C)가, 보호회로(13B)를 통하여 2차전지 팩(13A)의 온도와 각 단위 셀의 전압, 단위 셀 사이의 전압차, 단위 셀 사이의 전류량 등을 제어하게 된다.
충전부(12)에서는, 충전제어기(12B)가, 동력부(14)로 전기를 공급하지 않는 휴지시 연료전지(11A)에서 계속 생산되는 전기에너지를, DC/DC 컨버터(12A)와 보호회로(13B)를 통하여 2차전지 팩(13A) 즉, 다수 리튬 2차전지의 저속 충전에 사용할 수 있도록 하여 주며, DC/DC 컨버터(12A)는 중앙 제어부(15)에 의해 제어된다.
그리고, 상기 중앙 제어부(15)는, 연료전지 제어기(11E), 2차전지 제어기(13C)의 전반적인 입/출력 인터페이스를 통하여 그들을 제어하는 동시에 모터 제어기(14B)를 통하여 모터(14A)를 구동 제어하게 되는 바, 그 제어 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 하이브리드 동력 발생 장치를 가동시키게 되면, 중앙 제어부(15)에서 전체 시스템에 대한 자가 진단을 실시한 후 이상이 없을 때, 연료전지 제어기(11E)와 2차전지 제어기(13C) 및 모터 제어기(14B)를 가동시키게 됨으로써, 연료전 지(11A)와 2차전지 팩(13A)의 가동 준비가 완료된다.
상기와 같이 각종 제어기(11E)(13C)(14B)가 활성화된 상태에서 모터 제어기(14B)로부터 모터(14A)의 부하량을 검출한 후 모터 제어기(14B)로부터 인터러프트 요청이 없을 때는, 2차전지 팩(13A)의 전력으로만 모터(14A)를 구동하며, 모터(14A)를 구동시키는 동안 지속적으로 모터(14A)에 걸리는 부하가 설정값 이하인지를 파악하여 그 이하이면 계속 2차전지 팩(13A)으로만 모터(14A)를 구동시키게 된다.
그러나, 2차전지 팩(13A)으로 모터(14A)를 구동시키는 동안 모터(14A)에 부과되는 부하가 설정값보다 크게 되는 경우에는, 모터 제어기(14B)로부터 인터러프트 요청이 있는 것으로 간주되고, 그에 따라, 2차전지 팩(13A)과 연료전지(11A)가 함께 모터(14A)를 구동시키게 된다.
그리고, 2차전지 팩(13A)과 연료전지(11A)가 함께 모터(14A)를 구동시키는 동안에도 지속적으로 모터(14A)에 걸리는 부하가 설정값 이하인지를 파악하여 그 이상이면, 모터 제어기(14B)로부터 계속 인터러프트 요청이 있는 것으로 간주되어 2차전지 팩(13A)과 연료전지(11A)가 함께 모터(14A)를 구동시키게 되고, 그 이하이면, 2차전지 팩(13A) 단독으로 모터(14A)를 구동시키게 된다.
즉, 본 발명의 하이브리드 동력 발생 장치의 제어는,
중앙 제어부(15)에 구비된 시동 스위치를 켜는 단계(100)와;
2차전지의 전력에 의해 활성화된 중앙 제어부(15)가 전체 시스템에 대한 상태를 파악하여 이상이 있을 시 경고음을 발하는 동시에 이상부에 대한 경고 표시를 디스플레이하는 자가 진단 단계(200)와;
중앙 제어부(15)가, 2차전지의 전력을 이용하여, 연료전지 제어기(11E)와 2차전지 제어기(13C) 및 모터 제어기(14B)를 활성화하는 단계(300)와;
중앙 제어부(15)가 모터 제어기(14B)로 입력되는 모터(14A)의 부하량을 검출하는 단계(400)와;
설정 부하값에 따라 모터 제어기(14B)로부터 인터러프트 요청 여부를 판단하는 단계(500)와;
인터러프트 요청이 없으면, 중앙 제어부(15)가 2차전지 팩(13A)만의 전력으로 모터(14A)를 구동하는 단계(600)로 진행하고, 인터러프트 요청이 있으면, 연료전지(11A)를 작동시키는 동시에 연료전지(11A)에서 생상되는 전력과 2차전지 팩(13A)의 전력 모두를 이용하여 모터(14A)를 구동하는 단계(600')로 진행하는 단계와;
모터(14A)를 구동시키는 동안 중앙 제어부(15)가 지속적으로 시동 스위치의 온/오프를 파악한 후 켜진 상태이면 모터(14A)에 걸리는 부하가 설정값 이하인지를 파악하는 단계(700)와;
모터(14A) 부하가 설정값 이하이면, 2차전지 팩(13A)의 전력으로 모터(14A)를 구동시키는 단계(600)를, 모터(14A) 부하가 설정값을 초과하면, 2차전지 팩(13A)과 가동 중인 연료전지의 전력으로 모터(14A)를 구동시키는 단계(600')를 순환 수행하는 방법으로 이루어진다.
그리고, 도시되지 않았으나, 2차전지 팩(13A)만이 사용되는 경우에는, 2차 전지 팩(13A)의 상태에 따라, 모터(14A) 부하가 설정값 이하인 경우에도 연료전지(11A)를 가동시켜 2차전지 팩(13A)을 충전할 수 있다.
또한, 모터(14A) 부하가 설정값을 초과하여 연료전지(11A)가 함께 가동하는 도중 모터(14A) 부하가 설정값 이하로 떨어지는 경우, 2차전지 팩(13A)의 상태에 따라, 연료전지(11A)를 정지시키거나, 계속 가동시키면서 2차전지 팩(13A)을 충전할 수도 있다.
이때, 연료전지(11A)가 가동되는 경우, 연료전지(11A)에서 생성되는 전기는 DC/DC 컨버터(12A)를 통하여 2차전지 팩(13A) 충전용 또는 모터(14A) 구동용 전원으로 사용된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치는, 쉽게 구할 수 있는 메탄올을 연료로 사용할 수 있으며, 전기적 성능이 우수한 리튬 2차전지를 주동력원으로 하여, 모터 부하와 2차전지의 상태에 따라, 연료전지를 모터 구동용 또는 2차전지 충전용 보조동력원으로 자유롭게 사용할 수 있기 때문에, 동력 발생 장치의 성능을 최대화할 수 있으며, 충전에 따른 2차전지의 교체나 비가동 등과 같은 비효율적 단점들이 해소되는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 중앙 제어부(15)의 시동 스위치를 켜는 단계(100)와;
    중앙 제어부(15)가 전체 시스템에 대한 자가 진단을 실시하는 단계(200)와;
    중앙 제어부(15)가 연료전지 제어기(11E)와 2차전지 제어기(13C) 및 모터 제어기(14B)를 활성화하는 단계(300)와;
    중앙 제어부(15)가 모터 제어기(14B)를 통하여 모터(14A)의 부하량을 검출하는 단계(400)와;
    모터 제어기(14B)로부터 인터러프트 요청 여부를 판단하는 단계(500)와;
    인터러프트 요청이 없으면, 중앙 제어부(15)가 2차전지 팩(13A)의 전력으로 모터(14A)를 구동하는 단계(600)로 진행하고, 인터러프트 요청이 있으면, 2차전지 팩(13A)과 연료전지(11A)의 전력으로 모터(14A)를 구동하는 단계(600')로 진행하는 단계와;
    모터(14A)를 구동시키는 동안 중앙 제어부(15)가 지속적으로 시동 스위치의 온/오프를 파악한 후 모터(14A)에 걸리는 부하가 설정값 이하인지를 파악하는 단계(700)와;
    모터(14A) 부하가 설정값 이하이면, 2차전지 팩(13A)의 전력으로 모터(14A)를 구동시키는 단계(600)를, 모터(14A) 부하가 설정값을 초과하면, 2차전지 팩(13A)과 연료전지의 전력으로 모터(14A)를 구동시키는 단계(600')를 순환 수행하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치의 제어 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 2차전지 팩(13A)의 전력으로 모터(14A)를 구동하는 단계(600)에서, 2차전지 팩(13A)의 상태에 따라, 연료전지(11A)를 가동시켜 2차전지 팩(13A)을 충전하는 단계가 부가적으로 이루어짐을 특징으로 하는 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치의 제어 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 2차전지 팩(13A)과 연료전지의 전력으로 모터(14A)를 구동시키는 단계(600')에서, 모터(14A) 부하가 설정값 이하로 떨어지는 경우, 2차전지 팩(13A)의 상태에 따라, 연료전지(11A)를 정지시키거나, 계속 가동시키면서 2차전지 팩(13A)을 충전하는 단계가 부가적으로 이루어짐을 특징으로 하는 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치의 제어 방법.
KR1020060023972A 2006-03-15 2006-03-15 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법 KR100746367B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060023972A KR100746367B1 (ko) 2006-03-15 2006-03-15 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060023972A KR100746367B1 (ko) 2006-03-15 2006-03-15 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100746367B1 true KR100746367B1 (ko) 2007-08-03

Family

ID=38601972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060023972A KR100746367B1 (ko) 2006-03-15 2006-03-15 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100746367B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112277733A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 重庆电子工程职业学院 一种甲醇燃料电池无人机
KR20230123199A (ko) * 2022-02-16 2023-08-23 현대모비스 주식회사 출력 제어 시스템 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08289410A (ja) * 1995-04-14 1996-11-01 Hitachi Ltd ハイブリッドバッテリを備えた電気車の駆動装置及び制御方法
JPH1014013A (ja) 1996-06-14 1998-01-16 Fuji Photo Film Co Ltd 電気自動車及びその駆動電源装置
JP2004040868A (ja) 2002-07-01 2004-02-05 Japan Science & Technology Corp 電気自動車の電源システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08289410A (ja) * 1995-04-14 1996-11-01 Hitachi Ltd ハイブリッドバッテリを備えた電気車の駆動装置及び制御方法
JP2001339872A (ja) 1995-04-14 2001-12-07 Hitachi Ltd ハイブリッドバッテリを備えた電気車の駆動装置及び制御方法
JPH1014013A (ja) 1996-06-14 1998-01-16 Fuji Photo Film Co Ltd 電気自動車及びその駆動電源装置
JP2004040868A (ja) 2002-07-01 2004-02-05 Japan Science & Technology Corp 電気自動車の電源システム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112277733A (zh) * 2020-10-30 2021-01-29 重庆电子工程职业学院 一种甲醇燃料电池无人机
KR20230123199A (ko) * 2022-02-16 2023-08-23 현대모비스 주식회사 출력 제어 시스템 및 방법
US11784597B2 (en) 2022-02-16 2023-10-10 Hyundai Mobis Co., Ltd. System and method for controlling output
KR102592209B1 (ko) * 2022-02-16 2023-10-23 현대모비스 주식회사 출력 제어 시스템 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102664278B (zh) 燃料电池系统
US7910250B2 (en) System and method for recharging a metal-air converter used for vehicle propulsion
CA2367707A1 (en) High efficiency fuel cell and battery for a hybrid powertrain
KR101373874B1 (ko) 연료전지를 포함한 선박 전기동력원의 제어 시스템
WO1999019161A1 (en) Vehicle powered by a fuel cell/gas turbine combination
CN104002657B (zh) 一种混合动力车辆
JP2010279124A (ja) 移動体
JP4696513B2 (ja) 燃料電池システム
KR100746367B1 (ko) 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법
JP2020110028A (ja) 電力制御装置
KR20160015070A (ko) 연료 전지 자동차 시스템
KR102304658B1 (ko) 신재생에너지를 이용하여 배터리 뱅크 및 e-모빌리티에 충전이 가능한 복합 전기 충전 시스템
JP2006161726A5 (ko)
KR102693923B1 (ko) 수소 가스 재활용 연료전지 차량
CN101797881B (zh) 混合动力机组及采用该机组的机动车辆
KR200234253Y1 (ko) 고체고분자형 연료전지(ｐｅｆｃ)와 수소엔진의 병렬하이브리드 자동차
KR200234243Y1 (ko) 고체고분자형 연료전지(ｐｅｆｃ)와 휘발유엔진의 병렬하이브리드 자동차
KR200238893Y1 (ko) 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형연료전지(ｐｅｆｃ)와 휘발유엔진의 병렬 하이브리드자동차
JP2009176665A (ja) 燃料電池システム
Townsend et al. Hybrid Energy Storage for Underground Mining EV
KR200238898Y1 (ko) 천연가스 개질기를 가진 고체고분자형연료전지(ｐｅｆｃ)와 휘발유엔진의 병렬 하이브리드자동차
Nikam et al. Fuel Cell in Hybrid Electric Vehicle
TWI621551B (zh) 燃料電池混合動力控制方法
KR200234242Y1 (ko) 고체고분자형 연료전지(ｐｅｆｃ)와 휘발유엔진의 직렬하이브리드 자동차
KR200238902Y1 (ko) 천연가스 개질기를 가진 고체고분자형연료전지(ｐｅｆｃ)와 천연가스엔진의 병렬 하이브리드자동차

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120725

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130725

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140725

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150724

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160725

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170725

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180726

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190725

Year of fee payment: 13