KR100981705B1 - 구동 장치 및 에너지 관리 모듈 - Google Patents

구동 장치 및 에너지 관리 모듈 Download PDF

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Abstract

부하를 구동시키는 구동 장치는 2차 전지, 연료 전지 및 에너지 관리 모듈을 포함한다. 에너지 관리 모듈은 2차 전지 및 연료 전지에 연결되고, 연료 전지의 전압에 따라 부하에 제1 전류 또는 제2 전류를 생성하여 제공한다.

Description

구동 장치 및 에너지 관리 모듈{DRIVING DEVICE AND ENERGY MANAGEMENT MODULE}
본 발명은 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 전지를 포함하는 구동 장치에 관한 것이다.
연료 전지는 백업 전력 시스템, 운반 가능한 전력 시스템 및 휴대용 전자 장치 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 연료 전지는 막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA)로 구성된다. 고정된 농도를 가지는 연료가 상기 MEA의 양극에 제공되고, 적당한 산소가 상기 MEA의 음극에 제공되면 화학 반응으로 인하여 상기 양극과 음극 사이에는 전위가 생성된다. 따라서 생성된 전위에 의하여 연료 전지는 외부의 로드에 전류를 공급할 수 있다. 연료 전지의 산출물은 이산화탄소와 물을 포함하고 있기 때문에 유기적 물질은 생성되지 않는다. 따라서 연료 전지는 친환경적이지는 않다.
연료 전지의 화학 반응은 농도, 연료 전지의 온도, 또는 주위 온도와 같은 주어진 요인들에 따라 달라진다. 따라서 연료 전지는 외부 부하에 안정적인 전류를 공급할 수 없다. 연료 전지의 성능이 저하되면, 연료 전지가 외부 부하에 여전히 많은 전류를 공급할 수 있음에도, 연료 전지는 손상될 수 있다. 연료 전지가 외부 부하에 작은 전류를 공급하면, 연료 전지의 성능은 적절하지 않을 수 있다. 또한 연료 전지를 오랫동안 사용하지 않으면, 연료 전지를 이용할 때, 연료 전지를 활성화시켜야만 한다.
이에 따라, 본 발명에서는 부하를 안정적으로 구동할 수 있는 구동 장치 및 상기 구동 장치에 포함되는 에너지 관리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부하를 구동하는 구동 장치는 2차 전지, 연료 전지 및 에너지 관리 모듈을 포함한다. 상기 에너지 관리 모듈은 상기 2차 전지 및 상기 연료 전지에 연결되고, 상기 연료 전지의 전압에 따라 부하에 제1 전류 또는 제2 전류를 생성한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지와 연료 전지에 연결되고, 부하를 구동하는 에너지 관리 모듈은 전압 변환부와 전류 생성부를 포함한다. 상기 전압 변환부는 상기 2차 전지의 전압 또는 상기 연료 전지의 전압을 변환하여 전압 신호를 생성한다. 상기 전류 생성부는 상기 전압 신호를 수신하고 상기 연료 전지의 전압에 따라서 제1 전류 또는 제2 전류를 생성한다.
따라서 본 발명에 따르면 연료 전지의 전압에 따라서 부하에 공급되는 전류 를 조절하여 연료 전지의 성능을 유지하면서 안정적으로 부하를 동작시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 구동 시스템(100)은 구동 장치(110)와 부하(120)를 포함한다. 상기 부하(120)는 구동 장치(110)에서 제공되는 전력 신호를 수신하여 관련된 기능들을 수행한다. 여기서, 상기 부하(120)는 팬, 펌프, 히터 또는 다른 전기 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 구동 장치(110)는 2차 전지(210), 연료 전지(220) 및 에너지 관리 모듈(230)을 포함한다. 상기 2차 전지(210)는 리튬 이온(lithium ion) 이차 전지, 니켈-카드뮴(nickel-cadmium) 전지, 또는 니켈-금속 수소 (nikel-metal-hydride) 전지와 같은 2차 전지일 수 있다. 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 2차 전지(210)와 상기 연료 전지(220)에 연결되어 상기 2차 전지(210)에 의하여 생성되는 2차 전지 전압(SSEC) 이나 상기 연료 전지(220)에 의하여 생성되는 연료 전지 전압(SFC)에 따라서 상기 부하(120)를 구동한다.
본 실시예에서, 상기 연료 전지(220)가 비안정 상태인 경우에, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 2차 전지(210)에 의하여 생성되는 2차 전지 전압(SSEC)에 따라서 상기 부하(120)를 구동한다. 상기 연료 전지(220)가 안정 상태인 경우에, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 연료 전지(220)에 의하여 생성되는 연료 전지 전압(SFC)에 따라서 상기 부하(120)에 전류를 공급한다. 일 실시예에서, 상기 연료 전지 전압(SFC)의 크기가 설정 값보다 작은 경우에, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 부하(120)에 제1 전류를 제공한다. 상기 연료 전지 전압(SFC)의 크기가 설정 값보다 큰 경우에, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 부하(120)에 제2 전류를 제공한다. 상기 제2 전류의 크기는 상기 제1 전류의 크기보다 크다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 전압 변환부(310) 및 전류 생성부(320)를 포함한다. 상기 전압 변환부(310)는 상기 2차 전지 전압(SSEC) 또는 상기 연료 전지 전압(SFC)을 변환하여 전압 신호(SDC)를 생성한다. 실시예에 따라, 상기 전압 변환부(310)는 직류-직류 변환기(DC to DC converter)일 수 있다. 상기 전류 생성부(320)는 상기 전압 신호(SDC)를 수신하고 제1 그룹의 전류 제어 신호(SCG1)에 따라서 서로 다른 크기를 갖는 전류들을 생성하여 부하에 제공한다.
본 실시예에서, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 처리부(330)를 더 포함한다. 상기 처리부(330)는 상기 전류 생성부(320)에 상기 연료 전지(220)의 상태(연료 전지 전압(SFC) 또는 온도)에 따라서 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)를 제공한다. 따 라서 상기 전류 생성부(320)는 상기 연료 전지(220)의 상태에 따라서 서로 다른 크기의 전류들을 상기 부하(120)에 제공할 수 있다. 또한 상기 처리부(330)는 상기 연료 전지(220)의 상태에 따라서 제2 그룹의 제어 신호(SCG2)를 스위치부(340)에 더 제공한다. 따라서 상기 스위치부(340)는 상기 연료 전지(220)의 상태에 따라서 상기 2차 전지 전압(SSEC) 또는 상기 연료 전지 전압(SFC)을 상기 전압 변환부(310)에 전달한다.
도 3을 다시 참조하면, 상기 스위치부(340)는 제1 스위치(341) 및 제2 스위치(342)를 포함한다. 제1 스위치(341)는 상기 제2 그룹의 제어 신호(SCG2) 중 제1 제어 신호(SC1)에 의하여 제어된다. 제2 스위치(342)는 상기 제2 그룹의 제어 신호(SCG2) 중 제2 제어 신호(SC2)에 의하여 제어된다. 상기 제2 스위치가 턴 오프되면, 상기 처리부(330)에 의하여 감지된 상기 연료 전지 전압(SFC)은 개 루프(open loop) 전압이다. 상기 제2 스위치가 턴 온 되면, 상기 처리부(330)에 의하여 감지된 상기 연료 전지 전압(SFC)은 폐 루프(close loop) 전압이다. 본 실시예에서, 상기 처리부(330)는 상기 개 루프 전압 또는 상기 폐 루프 전압에 따라서 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1) 및 상기 제2 그룹의 제어 신호(SCG2)를 생성한다.
예를 들어, 상기 연료 전지(220)의 개 루프 전압의 크기가 동작 전압보다 작은 경우, 상기 스위치부(340)는 상기 2차 전지 전압(SSEC)을 상기 전압 변환부(310) 에 출력한다. 따라서, 상기 전류 생성부(320)는 상기 2차 전지 전압(SSEC)에 따라 상기 부하(120)를 구동시킨다. 실시예에 따라서, 상기 제2 스위치(342)는 소정의 시간(30초) 동안 턴 온 되어, 상기 개루프 전압이 상기 동작 전압에 빨리 도달할 수 있게 된다. 상기 제2 스위치(342)가 턴 온 되어 있는 소정의 시간 동안, 상기 연료 전지(220)를 이용하여 상기 2차 전지를 충전하거나, 상기 로드에 작은 크기의 전류를 공급하면, 상기 연료 전지(220)는 활성화 될 수 있다.
상기 연료 전지(220)의 개루프 전압이 상기 동작 전압을 초과하는 경우에, 상기 스위치부(340)는 상기 연료 전지 전압(SFC)을 상기 전압 변환부(310)에 출력한다. 이 때, 상기 처리부(330)는 상기 연료 전지(220)의 폐루프 전압에 따라 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)를 생성하여 상기 전류 생성부(320)에 제공한다. 따라서, 상기 전류 생성부(320)는 상기 전압 변환부(310)에서 생성된 상기 변환 결과를 수신하고, 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 따라서 전류를 생성하여 상기 부하(120)를 구동시킨다.
예를 들어, 상기 연료 전지(220)의 폐루프 전압이 설정 값보다 작은 경우, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 더 작은 크기의 전류를 공급한다. 상기 연료 전지(220)의 폐루프 전압이 상기 설정 값을 초과하는 경우, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 더 큰 크기의 전류를 공급한다. 본 실시예에서, 상기 처리부(330)는 감지 회로(331)와 마이크로-프로세서(32)를 포함한다. 상기 감지 회로(331)는 연료 전지(220)의 연료 전지 전압(SFC)을 감지한다. 상기 마이크로-프로세서(332)는 상기 감지된 연료 전지 전압(SFC)에 따라서 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)와 상기 제2 그룹의 제어 신호(SCG2)를 생성한다.
상기 감지 회로(331)는 제1 및 제2 저항(R1, R2)과 제1 아날로그 디지털 변환기(AD1)를 포함한다. 상기 제1 아날로그 디지털 변환기(AD1)는 노드(333)의 전압 값을 변환하여 그 변환 결과를 상기 마이크로-프로세서(332)에 제공한다. 상기 노드(333)의 전압 값은 연료 전지(220)의 연료 전지 전압(SFC)에 따라서 변하므로, 상기 마이크로-프로세서(332)는 상기 제1 아날로그 디지털 변환기(AD1)에서 제공되는 상기 변환 결과에 따른 상기 연료 전지(220)의 상태를 얻을 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 연료 전지(220)의 온도를 감지하거나 상기 연료 전지(220) 주위의 온도를 감지하는 온도 감지부(350)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 감지부(350)는 제3 및 제4 저항(351, 352)과 제2 아날로그 디지털 변환기(AD2)를 포함한다. 상기 제4 저항(352)은 열 저항이거나 다른 온도 측정 소자이다. 상기 제2 아날로그 디지털 변환기(AD2)는 노드(353)의 전압 값을 변환하여 그 변환 결과를 상기 마이크로-프로세서(332)에 전달한다. 상기 노드(353)의 전압 값은 상기 연료 전지(220)의 온도나 상기 연료 전지(220) 주위의 온도와 같은 온도에 따라 변하기 때문에, 상기 마이크로-프로세서(332)는 상기 온도 감지부(350)에서 측정된 상기 감지 결과에 따라서 상기 제1 그룹의 제어 신 호(SCG1)와 상기 제2 그룹의 제어 신호(SCG2)를 생성한다.
예를 들어, 상기 연료 전지(220)의 온도가 너무 낮은 경우에, 상기 스위치부(130)는 상기 처리부(330)에서 생성된 제2 그룹의 제어 신호(SCG2)에 따라서 상기 2차 전지(210)의 2차 전지 전압(SSEC)을 상기 전압 변환부(310)에 출력한다. 따라서, 상기 연료 전지(220)의 온도가 너무 낮은 경우, 상기 연료 전지(220)의 온도는 활성화된 절차에 따라서 상승된다. 실시예에 있어서, 상기 연료 전지(220)의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에, 상기 연료 전지(220)는 상기 2차 전지(210)를 충전하거나, 상기 부하(120)에 작은 크기의 전류를 공급하여 상기 연료 전지(220)의 온도가 상승되도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 생성부를 나타내는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 상기 전류 생성부(320)는 전류 제한부(410)와 제어기(420)를 포함한다. 상기 전류 제한부(410)는 연료 전지(220)의 연료 전지 전압(SFC)에 따라서 서로 다른 임피던스 값들을 제공한다. 상기 제어기(420)는 상기 전류 제한부(410)에서 제공되는 임피던스 값에 따라 이에 상응하는 전류를 생성하여 상기 로드(120)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제어기(420)는 Linear 사에 의해 제조된 LTC4065이거나, Maxim사에 의해 제조된 MAX1870A 또는 MAZ8724일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전류 제한부(410)는 제5저항(411), 제6 저항(412)과 제1 임피던스 값 또는 제2 임피던스 값을 상기 제어기(420)에 제공하는 제3 스위치(413)를 포 함한다. 상기 제3 스위치(413)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제3 제어 신호(SC3)에 의하여 제어된다. 상기 제3 스위치(413)가 턴 오프되면, 상기 제어기(420)는 또 다른 임피던스 값을 수신한다. 실시예에 따라서, 상기 전류 제한부(410)는 제7 저항(414), 제8 저항(415), 제4 스위치(416), 및 제5 스위치(417)를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 스위치(416)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제4 제어 신호(SC4)에 의하여 제어된다. 상기 제5 스위치(417)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제5 제어 신호(SC5)에 의하여 제어된다. 상기 제3 내지 제5 스위치들(413, 414, 415)의 턴 온/턴 오프 여부에 따라 상기 제어기(420)는 서로 다른 임피던스 값들을 수신할 수 있다.
상기 제어기(420)는 상기 전류 제한부(410)에서 제공되는 임피던스 값에 따라 이에 상응하는 전류를 생성한다. 예를 들어, 상기 연료 전지(220)의 전압(폐루프 전압)이 설정 값 보다 작은 경우에, 상기 처리부(330)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제3 제어 신호(SC3)에 따라서 상기 제3 스위치(413)를 턴 오프 시킨다. 따라서 상기 제어기(420)는 상기 제5 저항(411)의 임피던스 값에 따른 제1 전류를 생성한다. 상기 연료 전지(220)의 전압(폐루프 전압)이 상기 설정 값을 초과하는 경우에, 상기 처리부(330)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제3 제어 신호(SC3)에 따라서 상기 제3 스위치(413)를 턴 온 시킨다. 따라서 상기 제어기(420)는 상기 제5 저항(411) 및 제6 저항(412)의 임피던스 값에 따른 제2 전류를 생성한다. 상기 제1 전류의 크기는 상기 제2 전류의 크기보다 크다.
또한, 본 실시예에서, 상기 제어기(420)에서 제공되는 전류는 제6 스위치(431)를 경유하여 상기 부하(120)에 전달된다. 상기 제6 스위치(431)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제6 제어 신호(SC6)에 의하여 제어된다. 따라서 상기 처리부(330)는 상기 연료 전지(220)의 상태에 따라서 상기 연료 전지(220)로부터 상기 부하(120)로의 전류의 전달 여부를 결정한다.
상기 부하(120)는 팬 이나 펌프일 수 있으므로, 실시예에 따라서는 제8 스위치(433) 및 제9 스위치(434)는 상기 팬과 상기 펌프에 각각 연결될 수 있다. 상기 연료 전지(220)의 개루프 전압이 동작 전압보다 낮은 경우에, 상기 처리부(330)는 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제8 제어 신호(SC8) 및 제9 제어 신호(SC9)에 따라서 상기 제8 스위치(433) 또는 제9 스위치(434)를 소정의 시간 동안 턴 온 시킨다. 따라서, 상기 연료 전지(220)의 개루프 전압은 신속하게 상기 동작 전압에 도달할 수 있다.
또한 상기 연료 전지(220)의 개루프 전압이 상기 동작 전압에 도달하고, 상기 2차 전지(210)의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에, 상기 제1 그룹의 제어 신호(SCG1)에 속하는 제7 제어 신호(SC7)에 의하여 제7 스위치(432)가 턴 온 된다. 따라서 상기 2차 전지(210)는 충전되고, 상기 2차 전지(210)의 온도는 상승하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법(500)에서는 부하를 구동하기 위하여 2차 전지 또는 연료 전지를 이용한다. 상기 연료 전지가 비안정 상태이면, 상기 2차 전지를 이용하여 부하를 구동한다. 상기 연료 전지가 안정 상태이면, 상기 연료 전지를 이용하여 부하를 구동한다. 또한 제어 방법(500)에 따르면, 상기 연료 전지를 신속하게 안정화 시킬 수 있다. 먼저, 상기 2차 전지가 턴 온 된다(S510). 다음으로, 상기 2차 전지를 이용하여 상기 부하를 구동한다(S520). 상기 연료 전지는 상당 기간 사용되지 않아서, 상기 연료 전지는 상기 부하에 안정적인 전압을 공급할 수 없다. 따라서 초기에는 상기 2차 전지를 이용하여 상기 부하를 구동한다.
상기 연료 전지의 개루프 전압에 따라서 동작 전압으로의 도달 여부가 결정된다(S530). 상기 연료 전지의 개루프 전압이 상기 동작 전압보다 낮은 경우, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 부하의 소정 부분을 구동하고(S540)하고 단계(S530)가 다시 실행된다.
예를 들어, 상기 부하가 팬과 펌프를 포함한다면, 상기 팬은 작은 크기의 구동 전류(예를 들어 20mA)를 필요로 하므로, 상기 연료 전지는 처음에 상기 팬을 구동시켜 연료 전지의 개루프 전압을 증가시킨다. 소정의 시간(예를 들어 30초) 동안, 상기 연료 전지로 상기 부하를 구동시킨 후, 다시 상기 연료 전지의 개루프 전압이 동작 전압으로의 도달 여부가 결정된다(S530).
상기 연료 전지의 개루프 전압이 상기 동작 전압에 도달하면, 상기 연료 전지의 온도를 감지한다(S550). 상기 연료 전지의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 연료 전지의 온도를 상승시키기 위하여 상기 2차 전지를 충전시킨다(S560). 소정의 시간 동안 2차 전지를 충전시킨 후, 상기 연료 전지의 온도를 다시 감지한다.
상기 연료 전지의 온도가 설정 온도에 도달하면, 상기 연료 전지는 안정화된다. 따라서 연료 전지가 턴 온 되고(S570) 상기 2차 전지로 상기 부하를 구동시키는 것을 멈추게 된다(S580). 상기 연료 전지는 안정화 상태이기 때문에, 상기 연료 전지를 이용하여 상기 부하를 구동시킨다(S590).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전류 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 연료 전지의 개루프 전압이 상기 동작 전압에 도달하면, 상기 연료 전지는 상기 연료 전지의 전압에 따라서 이에 상응하는 전류를 상기 부하에 제공한다. 따라서 상기 연료 전지는 과도하게 사용되지 않아 상기 연료 전지의 수명이 증가된다.
도 6을 참조하면, 부하의 구동 시간이 제1 설정 시간에 의하여 결정된다(S611). 상기 부하의 구동 시간이 상기 제1 설정 시간에 도달하면, 제1 전류가 제공된다(S621). 다음에 상기 연료 전지의 전압이 제1 설정 전압보다 낮은지 여부가 판단된다(S631). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제1 설정 전압보다 낮으면, 상기 연료 전지는 상기 부하를 정상적으로 구동할 수 없다. 따라서 상기 연료 전지는 상기 부하를 구동하는 것을 멈춘다(S641). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제1 설정 전압보다 낮지 않으면, 단계(S611)가 수행된다.
상기 부하의 구동시간이 상기 제1 설정 시간에 도달하면, 상기 부하의 구동 시간이 제2 설정 시간에의 도달 여부가 판단된다(S612). 상기 부하의 구동시간이 상기 제2 설정 시간에 도달하면, 제2 전류가 제공된다(S622). 다음에 상기 연료 전지의 전압이 제2 설정 전압보다 낮은지 여부가 판단된다(S632). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제2 설정 전압보다 낮으면, 단계(S621)가 수행된다. 상기 연료 전지의 전압이 상기 제2 설정 전압보다 낮지 않으면, 단계(S612)가 수행된다. 본 실시예에서, 상기 제2 설정 시간은 상기 제1 설정 시간을 초과하고, 상기 제2 전류는 상기 제1 전류를 초과하고, 상기 제2 설정 전압은 상기 제1 설정 전압을 초과한다.
상기 부하의 구동시간이 상기 제2 설정 시간에 도달하면, 상기 부하의 구동시간이 제3 설정 시간에의 도달 여부가 판단된다(S613). 상기 부하의 구동시간이 상기 제3 설정 시간에 도달하면, 제3 전류가 제공된다(S623). 다음에 상기 연료 전지의 전압이 제3 설정 전압보다 낮은지 여부가 판단된다(S633). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제3 설정 전압보다 낮으면, 단계(S622)가 수행된다. 상기 연료 전지의 전압이 상기 제3 설정 전압보다 낮지 않으면, 단계(S613)가 수행된다. 본 실시예에서, 상기 제3 설정 시간은 상기 제2 설정 시간을 초과하고, 상기 제3 전류는 상기 제2 전류를 초과하고, 상기 제3 설정 전압은 상기 제2 설정 전압을 초과한다.
상기 부하의 구동시간이 상기 제3 설정 시간에 도달하면, 제4 전류가 제공된다(S624). 본 실시예에서 상기 제4 전류는 상기 제3 전류를 초과한다. 다음에 상기 연료 전지의 전압이 제4 설정 전압보다 낮은지 여부가 판단된다(S634). 상기 연료 전지의 전압이 제4 설정 전압보다 낮지 않으면, 단계(S634)가 다시 수행된다.
상기 연료 전지의 전압이 상기 제4 설정 전압보다 낮으면, 상기 부하의 구동 시간이 제4 설정 시간보다 작은지 여부가 결정된다(S614). 상기 부하의 구동시간이 상기 제4 설정 시간보다 작으면, 단계(S623)가 수행된다. 상기 부하의 구동시간이 상기 제4 설정 시간보다 작지 않으면, 상기 제3 전류가 공급된다(S625).
다음에 상기 연료 전지의 전압이 상기 제3 설정 전압보다 작은지 여부가 결정된다(S635). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제3 설정 전압보다 작지 않으면 단계(S625)가 수행된다. 상기 연료 전지의 전압이 상기 제3 설정 전압보다 작으면, 상기 제2 전류가 공급된다(S626). 다음에 상기 연료 전지의 전압이 상기 제2 설정 전압보다 작은지 여부가 결정된다(S636). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제2 설정 전압보다 작지 않으면 단계(S626)가 수행된다. 상기 연료 전지의 전압이 상기 제2 설정 전압보다 작으면, 상기 제1 전류가 공급된다(S627). 다음에 상기 연료 전지의 전압이 상기 제1 설정 전압보다 작은지 여부가 결정된다(S637). 상기 연료 전지의 전압이 상기 제1 설정 전압보다 작지 않으면 단계(S627)가 수행된다. 상기 연료 전지의 전압이 상기 제1 설정 전압보다 작으면, 단계(S641)가 수행되어 상기 연료 전지는 부하를 구동하는 것을 멈춘다.
상기 부하를 구동시키는 전류는 상기 부하의 구동 시간과 상기 연료 전지의 전압에 따라서 변한다. 상기 부하의 구동 시간의 길어지고, 상기 연료 전지의 전압이 설정 전압보다 낮지 않으면, 상기 부하를 구동시키는 전류는 증가하게 된다. 상기 연료 전지의 전압이 낮아지면, 상기 연료 전지는 비안정 상태에 돌입할 수 있다.
따라서 상기 부하를 구동시키는 전류를 상기 연료 전지의 로딩을 감소시키기 위하여 상기 연료 전지의 전압에 따라서 점진적으로 감소시킨다. 상기 연료 전지의 전압이 너무 낮으면, 연료 전지로 상기 부하를 구동하는 것을 멈추고, 상기 2차 전지를 이용하여 상기 부하를 구동시켜 상기 부하가 안정적으로 동작하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료 전지의 전압 상태에 따라서 부하를 구동시키는 전류를 조절하고 2차 전지를 이용하여 부하를 안정적으로 동작시킬 수 있고 연료 전지를 손상시키지 않고 성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 생성부를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전류 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (20)

  1. 2차 전지;
    연료 전지; 및
    상기 2차 전지 및 상기 연료 전지에 연결되고, 상기 연료 전지의 전압이 설정값을 초과하는지 여부에 따라 부하에 제1 전류 또는 제2 전류를 제공하는 에너지 관리 모듈을 포함하고, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 크기는 서로 다른 부하를 구동하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 상기 2차 전지의 전압 또는 상기 연료 전지의 전압을 변환하여 전압 신호를 생성하는 전압 변환부를 포함하는 것을 특징으로 부하를 구동하는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 상기 전압 신호를 수신하고 상기 연료 전지의 상태에 따라 상기 제1 전류 또는 상기 제2 전류를 생성하는 전류 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류 생성부는,
    상기 연료 전지의 전압에 따라서 제1 임피던스 값 또는 제2 임피던스 값을 제공하는 전류 제한부; 및
    상기 전류 제한부가 상기 제1 임피던스 값을 제공하는 경우에 상기 제1 전류를 생성하고, 상기 전류 제한부가 상기 제2 임피던스 값을 제공하는 경우에 상기 제2 전류를 생성하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전류 제한부는,
    제1 저항;
    제2 저항; 및
    상기 제2 저항에 직렬로 연결되는 스위치를 포함하고, 상기 스위치가 턴 온되면, 상기 제1 저항은 상기 제2 저항에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스위치는 상기 연료 전지의 전압이 상기 설정 값보다 작은 경우에 턴 오프 되고, 상기 연료 전지의 전압이 상기 설정값을 초과하는 경우에 턴 온 되는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 상기 연료 전지의 상태를 감지하여 상기 감지 결과에 따라서 상기 제1 전류 또는 상기 제2 전류를 생성하도록 상기 전류 생성부를 제어하는 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리부는,
    상기 연료 전지의 전압을 감지하는 감지 회로; 및
    상기 연료 전지의 전압이 설정 값보다 작은 경우에 상기 제1 전류가 생성되도록 하고, 상기 연료 전지의 전압이 상기 설정 값을 초과하는 경우에 상기 제2 전류가 생성되도록 상기 전류 생성부를 제어하는 마이크로-프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 상기 연료 전지와 상기 전압 변환부 사이에 연결되고, 상기 마이크로-프로세서에 의하여 제어되는 제1 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 상기 연료 전지의 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 마이크로-프로세서는 상기 온도 감지부에 의한 상기 연료 전지의 온도 감지 결과에 따라서 복수의 제어 신호들을 생성하고 상기 제1 스위치는 상기 제어 신호들에 따라서 상기 2차 전지의 전압을 상기 전압 변환부에 출력하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  12. 2차 전지와 연료 전지에 연결되고, 부하를 구동하는 에너지 관리 모듈에 있어서,
    상기 2차 전지의 전압 또는 상기 연료 전지의 전압을 변환하여 전압 신호를 생성하는 전압 변환부; 및
    상기 전압 신호를 수신하고 상기 연료 전지의 전압이 설정값을 초과하는지 여부에 따라 부하에 제1 전류 또는 제2 전류를 제공하는 전류 생성부를 포함하고, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 크기는 서로 다른 에너지 관리 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전류 생성부는,
    상기 연료 전지의 전압에 따라서 제1 임피던스 값 또는 제2 임피던스 값을 제공하는 전류 제한부; 및
    상기 전류 제한부가 상기 제1 임피던스 값을 제공하는 경우에 상기 제1 전류를 생성하고, 상기 전류 제한부가 상기 제2 임피던스 값을 제공하는 경우에 상기 제2 전류를 생성하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전류 제한부는,
    제1 저항;
    제2 저항; 및
    상기 제2 저항에 직렬로 연결되는 스위치를 포함하고, 상기 스위치가 턴 온되면, 상기 제1 저항은 상기 제2 저항에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스위치는 상기 연료 전지의 전압이 상기 설정 값보다 작은 경우에 턴 오프 되고, 상기 연료 전지의 전압이 상기 설정값을 초과하는 경우에 턴 온 되는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  16. 제13항에 있어서, 상기 연료 전지의 상태를 감지하여 상기 감지 결과에 따라서 상기 제1 전류 또는 상기 제2 전류를 생성하도록 상기 전류 생성부를 제어하는 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 처리부는,
    상기 연료 전지의 전압을 감지하는 감지 회로; 및
    상기 연료 전지의 전압이 설정 값보다 작은 경우에 상기 제1 전류가 생성되도록 하고, 상기 연료 전지의 전압이 상기 설정 값을 초과하는 경우에 상기 제2 전류가 생성되도록 상기 전류 생성부를 제어하는 마이크로-프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 연료 전지와 상기 전압 변환부 사이에 연결되고, 상기 마이크로-프로세서에 의하여 제어되는 제1 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  19. 제18항에 있어서, 상기 연료 전지의 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  20. 제19항에 있어서, 상기 마이크로-프로세서는 상기 온도 감지부에 의한 상기 연료 전지의 온도 감지 결과에 따라서 복수의 제어 신호들을 생성하고 상기 제1 스위치는 상기 제어 신호들에 따라서 상기 2차 전지의 전압을 상기 전압 변환부에 출력하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
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