KR101083389B1 - Power conversion system for fuel cell using resonant converter and method for controlling same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가정에서 사용되는 소용량 연료전지용 고효율 전력변환장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공진형 컨버터와 연료전지의 출력전압을 보완하는 부스트 컨버터로 구성된 DC/DC 컨버터와, DC/AC 인버터를 함께 이용함으로써 소용량 연료전지용 전력변환장치의 효율을 극대화 시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a high-efficiency power converter for a small capacity fuel cell used in the home and a control method thereof. More particularly, the present invention relates to a DC / DC converter comprising a resonant converter and a boost converter to compensate the output voltage of the fuel cell. The present invention relates to a technology for maximizing the efficiency of a small capacity fuel cell power converter by using an AC inverter together.
현재 전력사업 분야에서는 산업화의 발전과 더불어 전력수요의 갑작스러운 증가와 환경오염 문제, 그리고 원료고갈의 문제에 직면해 있는 원자력 발전과 화력 발전 등 기존의 발전방식에 대한 대응으로서 대체에너지 발전시스템은 친환경적인 무한 청정에너지를 활용하여 에너지 문제를 극복하는데 노력을 기울이고 있다.In the current electric power business, the alternative energy generation system is environmentally friendly in response to the existing power generation methods such as nuclear power generation and thermal power generation, which face the sudden increase in electric power demand, environmental pollution, and exhaustion of raw materials. Efforts are being made to overcome energy problems by utilizing endless clean energy.
또한, 향후 기후변화 협약이 예상되어지고 이에 따른 실질적인 이산화탄소 저감효과를 기대할 수 있는 온실 가스 배출 규제의 대처 방안으로 태양광, 풍력, 조력, 연료전지 등 신 재생에너지 발전방식을 이용한 분산전원 시스템의 실용화 보급이 확대되고 있는 추세에 있다. In addition, the practical application of distributed power systems using renewable energy generation methods such as solar, wind, tidal, and fuel cells as a way to cope with greenhouse gas emission regulations that can expect a climate change agreement and expect substantial CO2 reduction. The spread is on the rise.
이러한 분산전원 시스템 형태는 계통과 연계 유무에 따라 도 1a 의 계통연계형과 도 1b 의 독립형으로 크게 분류된다. Such distributed power system types are classified into grid-connected type of FIG. 1A and independent type of FIG.
계통연계형은 전원과 병렬연계로 부하와 분산전원 출력간의 전력균형을 이룰 필요가 없으므로 에너지 축적요소를 필요로 하지 않기 때문에 구조가 간단한 장점을 가진다. 독립형은 분산전원을 이용하여 부하에 공급하는 시스템을 말한다. The grid-connected type has a simple structure because it does not require an energy accumulation element because it does not need to balance power between the load and the distributed power output in parallel with the power source. Stand-alone refers to a system that supplies a load by using a distributed power supply.
이러한 독립형은 주위 여건에 따라 종속적인 특성상 부하와 분산전원간의 전력의 균형을 이루기 위하여 에너지 축적 요소를 필요로 한다. 따라서, 독립형은 도서지역 등 상용전원의 서비스가 불가능한 지역에 주로 적용되고 있으며, 장시간 동안 분산전원 운전이 불가능한 경우를 대비하여 보조발전 시스템과 복합으로 운전되기도 한다. This independent type requires energy accumulation factors to balance the power between the load and the distributed source due to its dependent characteristics depending on the ambient conditions. Therefore, the stand-alone type is mainly applied to areas where commercial power is not available, such as island areas, and may be operated in combination with a secondary power generation system in case a distributed power supply operation is impossible for a long time.
현재 낙도를 제외한 내륙의 전력 공급이 거의 가능해진 이 시점에서 계통 연계 시스템에 대한 관심이 고조되고 있으며, 특히 국내와 같이 계절별 전력 수요 병동이 많은 경우 첨두전력의 삭감을 위한 목적으로 전원에 병렬로 연결되어 보조전원으로 연구가 되고 있는 실정이다. At this point, there is a growing interest in grid-linked systems at this point, when inland power supply is almost possible except in remote islands. In particular, when there are many seasonal power demand wards, such as in Korea, they are connected in parallel to the power supply to reduce peak power The situation is being studied as an auxiliary power source.
이러한 계통연계형 분산전원 시스템은 연계된 계통의 전원 및 분산전원의 용량에 따라 단상 및 3상 시스템으로 나뉘는데, 단상 시스템은 주로 가정용으로 개발되고 교류전압 110[V] 또는 220[V] 저압배전선과 연계하는 1[kW] ∼ 5[kW]급의 소용량 시스템이 그 주류를 이룬다. These grid-connected distributed power supply systems are divided into single-phase and three-phase systems according to the power of the connected grid and the distributed power supply. Single-phase systems are mainly developed for home use, and the AC voltage 110 [V] or 220 [V] low voltage distribution lines The mainstream is a small-capacity system of 1 kW to 5 kW.
현재 녹색성장시대가 도래됨에 따라 태양전지, 연료전지 등 분산전원의 효율 상승과 가격의 저하를 감안한다면 분산전원의 보급 확대가 예상되고 따라서 단위 시스템의 발전성능 향상 및 계통 연계시의 안정성에 관한 연구가 필요하다. With the advent of the green growth era, considering the increase in efficiency of distributed power sources such as solar cells and fuel cells, and the decrease in prices, the spread of distributed power sources is expected to increase, and thus, a study on the improvement of unit system's power generation performance and system linkage stability. Is needed.
이와 같이 연료전지는 저전압 대전류의 특성과 부하에 따라 전압이 크게 변동하는 특성을 가지므로 소용량 분산전원일 수록 분산전원으로부터 발생되는 에너지의 변환 효율에 문제점이 발생되고 있어, 대체에너지 자원의 부각에 따른 고효율 전력변환 기술이 요구되고 있다. 이러한 고효율 전력변환 기술은 기존의 DC-DC 컨버터나 범용 인버터 기술로는 고효율을 만족 시킬 수 없으며 전력변환기의 효율이 낮아지게 되면 연료전지의 스택(Stack) 및 개질기의 용량이 커져야 하기 때문에 전체 연료전지 시스템의 가격이 상승하게 되어 차후 상용화를 시키는데 어려운 요인으로 작용하고 있다. As such, the fuel cell has a characteristic in which the voltage fluctuates greatly depending on the characteristics of the low voltage and the large current and the load, and thus, a problem arises in the conversion efficiency of the energy generated from the distributed power supply in the case of a small capacity distributed power supply. High efficiency power conversion technology is required. The high efficiency power conversion technology cannot satisfy the high efficiency with the existing DC-DC converter or general purpose inverter technology, and if the efficiency of the power converter becomes low, the fuel cell stack and reformer capacity should be increased. As the price of the system rises, it becomes a difficult factor for future commercialization.
한편, 종래의 공진형 푸쉬풀 컨버터는 효율이 높은 장점을 가지나, 연료전지와 같이 출력전류의 상태에 따라 전압이 변동하는 경우 듀티를 바꾸게 되면 효율이 급감하는 단점을 가지고 있었다. On the other hand, the conventional resonant push-pull converter has the advantage of high efficiency, but when the voltage changes depending on the state of the output current, such as a fuel cell has a disadvantage that the efficiency drops sharply.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 공진형 푸쉬풀 컨버터와 부스트 컨버터를 병렬입력 직렬출력의 형태로 구성함으로써, 일정 듀티에서 동작하며 연료전지의 전압이 변동하는 경우에도, 일정한 출력전압을 가지는 전력변환장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the resonant push-pull converter and the boost converter are configured in the form of a parallel input serial output, so that they operate at a constant duty and have a constant output even when the voltage of the fuel cell changes. It is an object of the present invention to provide a power converter having a voltage and a control method thereof.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치에 관한 것으로서, 변동하는 전압을 일정한 전압으로 승압시키는 DC/DC 컨버터; 및 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 DC/AC 인버터; 를 포함하되, 상기 DC/DC 컨버터는 병렬입력 직렬출력 형태로 구성되며, 일정 듀티에서 동작되어 입력전압에 비례하는 전압을 형성시키는 공진형 푸쉬풀 컨버터; 일정한 출력전압을 유지시키기 위해 동작하는 부스트 컨버터; 및 상기 공진형 푸쉬풀 컨버터의 출력전압과 부스트 컨버터의 출력전압을 합하는 DC 링크부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the technical problem relates to a fuel cell power converter using a resonant push-pull converter, DC / DC converter for boosting the voltage to a constant voltage; And a DC / AC inverter converting the DC voltage output from the DC / DC converter into an AC voltage to supply the system to the AC voltage. Including, The DC / DC converter is configured in the form of a parallel input serial output, the resonance type push-pull converter to operate at a constant duty to form a voltage proportional to the input voltage; A boost converter operative to maintain a constant output voltage; And a DC link unit which adds an output voltage of the resonance type push-pull converter and an output voltage of a boost converter. Characterized in that it comprises a.
또한 상기 공진형 푸쉬풀 컨버터는, 입력되는 제어신호에 따라 독립적으로 턴 온 및 턴 오프되는 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자; 1차 권선(Np)과 2차 권선(Ns)의 권선비에 따라 입력전압과 출력전압의 변압비를 조절함으로써 출력되는 직류전압을 변화시키는 고주파 변압기; 및 상기 고주파 변압기의 2차측으로 연결되어, 상기 고주파 변압기의 변압비를 줄이는 더블러 정류기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The resonant push-pull converter may include a first switching device and a second switching device that are independently turned on and off according to an input control signal; A high frequency transformer for changing a DC voltage output by adjusting a voltage ratio between an input voltage and an output voltage according to a turns ratio of the primary winding Np and the secondary winding Ns; And a doubler rectifier connected to the secondary side of the high frequency transformer to reduce a transformer ratio of the high frequency transformer. Characterized in that it comprises a.
또한 상기 부스트 컨버터는, DC 링크부의 레퍼런스 전압과 공진형 푸쉬풀 컨버터의 출력전압의 차가 부스트 컨버터의 레퍼런스 전압이 되어, 연료전지의 전압에 변동이 생길 경우 DC 링크부의 전압을 일정한 전압으로 유지시키는 것을 특징으로 한다.The boost converter may be configured to maintain the voltage of the DC link unit at a constant voltage when the difference between the reference voltage of the DC link unit and the output voltage of the resonant push-pull converter becomes the reference voltage of the boost converter. It features.
그리고, 연료전지의 입력전압을 모니터링하여 소정전압 이상일 경우, 공진형 푸쉬풀 컨버터와 부스트 컨버터로 제어신호를 전송하고, DC 링크부를 소정전압으로 충전하도록 하며, DC/AC 인버터에 스위칭 제어신호를 보내 계통에 교류전압을 공급하도록 제어하는 제어기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. When the input voltage of the fuel cell is monitored and the input voltage is higher than the predetermined voltage, the control signal is transmitted to the resonant push-pull converter and the boost converter, the DC link unit is charged to the predetermined voltage, and the switching control signal is sent to the DC / AC inverter. A controller for controlling to supply an alternating voltage to the system; It characterized in that it further comprises.
한편, 본 발명은 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치의 제어방법에 관한 것으로서, (a) 제어기가 연료전지의 입력전압을 모니터링하는 단계; (b) 상기 제어기가 상기 입력전압이 소정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 판단결과, 상기 입력전압이 소정 전압 이상일 경우, 상기 제어기가 DC/DC 컨버터의 공진형 푸쉬풀 컨버터 및 부스트 컨버터로 듀티를 올려 Soft Start 시키도록 하는 제어신호를 전송하는 단계; (d) 상기 제어기가 DC/DC 컨버터의 DC 링크부를 소정 전압까지 충전하도록 하는 단계; 및 (e) 상기 제어기가 DC/AC 인버터에 스위칭 신호를 보내 계통에 교류전압을 공급하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the present invention relates to a control method of a power conversion device for a fuel cell using a resonant push-pull converter, the method comprising the steps of: (a) monitoring the input voltage of the fuel cell; (b) the controller determining whether the input voltage is greater than or equal to a predetermined voltage; (c) When the input voltage is greater than or equal to the predetermined voltage as a result of the determination of step (b), the controller transmits a control signal to raise the duty to the resonant push-pull converter and the boost converter of the DC / DC converter to perform a soft start. Doing; (d) causing the controller to charge the DC link portion of the DC / DC converter to a predetermined voltage; And (e) controlling the controller to supply an AC voltage to a system by sending a switching signal to a DC / AC inverter; Characterized in that it comprises a.
그리고 (c-1) 상기 (c) 상기 (b) 단계의 판단결과, 상기 입력전압이 소정 전압 이하일 경우, 상기 제어기가 (a) 단계로 절차를 이행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. And (c-1) if the input voltage is less than or equal to a predetermined voltage as a result of the determination of step (c) and (b), the controller performs the procedure to step (a); Characterized in that it comprises a.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 공진형 푸쉬풀 컨버터에서는 기존의 하드 스위칭 방법과는 달리, 2차측에 있는 누설인덕턴스와 고주파 커패시턴스를 사용하여 1차측 전력용 반도체 소자의 턴 온/턴 오프 시 소프트 스위칭이 되도록 적용함으로써, 스위칭 손실뿐만 아니라, 2차측에 더블러 전력회로를 사용하여 고주파 변압기의 변압비를 줄여 동손 및 코어손을 줄여 손실을 최대한 저감하도록 하였으며, 영전류 스위칭으로 인해 다이오드 정류 시 손실이 일어나지 않는 효과가 있다. According to the present invention as described above, in the resonant push-pull converter, unlike the conventional hard switching method, by using the leakage inductance and the high-frequency capacitance on the secondary side, soft switching at the time of turning on / off of the primary power semiconductor device By applying this, not only switching losses, but also the doubler power circuit on the secondary side, the transformer ratio of the high frequency transformer is reduced to reduce the copper loss and core loss, so that the loss can be reduced as much as possible. It does not happen.
또한 본 발명에 따르면, 소프트 스위칭을 위하여 별도의 인덕터를 사용하지 않고, 누설 인덕턴스 성분을 이용함으로써 부피 및 무게의 절감에 따른 전력변환장치의 소형화를 이룰 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, by using a leakage inductance component for the soft switching, there is an effect that can be miniaturized according to the volume and weight reduction.
또한 본 발명에 따르면, 병렬입력 직렬출력 형태로 구성된 공진형 푸쉬풀 컨버터와 부스트 컨버터를 이용함으로써, 연료전지의 변동전압분을 보완할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, by using a resonance type push-pull converter and a boost converter configured in the form of a parallel input series output, there is an effect that can compensate for the fluctuation voltage of the fuel cell.
그리고 본 발명에 따르면, 연료전지와 같은 분산전원에서 발생되는 전력을 가정에서 필요로 하는 전력으로 변환시킬 때 발생하는 손실을 줄여, 분산전원의 사용을 경제적으로 유리하게 할 수 있으며, 저가격 고 효율화를 바탕으로 한 전력변환 기술을 극대화 시켜 가정용 연료전지 시스템의 상용화를 촉진하는데 기여할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the losses incurred when converting the power generated from a distributed power source such as a fuel cell to the power required at home, thereby making it possible to economically use the distributed power supply, and to achieve low cost and high efficiency. There is also an effect that can contribute to promote the commercialization of the domestic fuel cell system by maximizing the power conversion technology based on.
도 1a 는 일반적인 계통 연계형 분산전원 전력변환 시스템을 보이는 일예시도.
도 1b 는 일반적인 독립형 분산전원 전력변환 시스템을 보이는 일예시도.
도 2 은 본 발명에 따른 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치에 관한 전체 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 공진형 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치의 제어방법에 관한 흐름도. Figure 1a is an exemplary view showing a typical grid-connected distributed power supply power conversion system.
Figure 1b is an exemplary view showing a typical standalone distributed power supply power conversion system.
2 is an overall configuration diagram of a power conversion device for a fuel cell using the resonant push-pull converter according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating a control method of a power conversion device for a fuel cell using a resonant converter according to the present invention.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명에 따른 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치에 관하여 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. The power conversion device for a fuel cell using the resonance type push-pull converter according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2 는 본 발명에 따른 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치(이하, '전력변환장치')에 관한 전체 구성도로서, 전체적으로 공진형 푸쉬풀 컨버터와 부스트 컨버터의 병렬입력 직렬출력의 DC/DC 컨버터(100) 및 계통 연계형 단상 인버터(DC/AC 인버터)(200)가 합쳐진 형태로서, 세부적으로는 도시된 바와 같이, 공진형 푸쉬풀 컨버터(110), 부스트 컨버터(120), DC 링크부(130)로 구성된 DC/DC 컨버터(100) 및 DC/AC 인버터(200)를 포함하여 이루어진다. FIG. 2 is an overall configuration diagram of a fuel cell power converter using the resonant push-pull converter according to the present invention (hereinafter, referred to as a “power converter”). The DC / DC converter 100 and the grid-connected single-phase inverter (DC / AC inverter) 200 are combined, and as shown in detail, the resonant push-pull converter 110, the
DC/DC 컨버터(100)는 변동하는 전압을 일정한 전압으로 승압시키는 기능을 수행하는 바, 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 공진형 푸쉬풀 컨버터(110), 부스트 컨버터(120) 및 DC 링크부(130)를 포함한다. The DC / DC converter 100 performs a function of stepping up a variable voltage to a constant voltage. As shown in FIG. 2, the resonant push-pull converter 110, the
구체적으로, 공진형 푸쉬풀(Push-Pull) 컨버터(110)는 상기 도 2 에 도시된 바와 같이, 입력되는 제어신호에 따라 독립적으로 턴 온(Turn On) 및 턴 오프(Turn Off)되는 스위칭 소자(111)(S1, S2)를 포함한다. Specifically, as shown in FIG. 2, the resonant push-pull converter 110 is a switching device that is independently turned on and turned off according to an input control signal. (111) (S1, S2).
또한, 1차 권선(Np)과 2차 권선(Ns)으로 이루어지며, 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)에서 출력되는 직류전압을 변화시키는 고주파 변압기(112) 및 고주파 변압기(112)의 변압비를 줄이기 위하여 사용되는 더블러(Doubler) 정류기(113)를 포함한다. In addition, the primary winding (Np) and the secondary winding (Ns), the transformer ratio of the
여기서, 고주파 변압기(High Frequency Transformer)(112)는 1차 권선(Np)과 2차 권선(Ns)의 권선비에 따라 입력전압과 출력전압의 변압비를 조절할 수 있다.Here, the
그리고, 2차측으로 연결된 더블러 정류기(113)를 통해, 고주파 변압기(112)의 변압비를 줄여 동손 및 코어손을 줄일 수 있다. And, through the
여기서, 공진형 푸쉬풀 컨버터(110) 및 부스트 컨버터(120)는 병렬입력 직렬출력 형태로 구성되며, 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)는 일정 듀티에서 동작되어 입력전압에 비례하는 전압을 형성시키며, 부스트 컨버터(120)는 일정한 출력전압을 유지시키기 위해 동작한다. Here, the resonant push-pull converter 110 and the
즉, 부스트 컨버터(120)는 연료전지의 변동전압에 대하여 DC 링크부(130)의 전압을 일정전압으로 유지시키는 기능을 수행한다. That is, the
구체적으로, 부스트 컨버터(120)는 DC 링크부(130)의 레퍼런스 전압과 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)의 출력전압의 차가 부스트 컨버터의 레퍼런스 전압이 되어, 연료전지의 전압에 변동이 생길 경우 DC 링크부(130)의 전압을 일정한 전압으로 유지시킨다. 여기서, 부스트 컨버터(120)는 스위칭 소자(SB)와 다이오드(D), 커패시터(C), 인덕터(L)를 포함하여 이루어진다. Specifically, the
그리고, DC 링크부(130)는 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)의 출력전압과 부스트 컨버터(120)의 출력전압을 합하는 기능을 수행한다. 이때, 출력전압의 합하기 위해서는 2대의 컨버터 중, 한 대라도 변압기를 포함한 절연형의 형태를 가져야 가능하다.
In addition, the
DC/AC 인버터(200)는 상기 DC 링크부(130)로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 기능을 수행한다. The DC /
즉, 스위칭 손실을 저감하여 효율 및 성능개선에 대한 토폴로지로 낮은 전압과 전류 스트레스를 갖는 장점을 가지는 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)와 연료전지의 전압변동을 보완할 수 있는 부스트 컨버터(120)를 이용하여 DC/DC 컨버터(100)를 구성하여, 소용량 연료전지용 전력변환장치의 효율을 상승시키고자 하였다. That is, the resonant push-pull converter 110 having the advantage of having a low voltage and current stress as a topology for improving efficiency and performance by reducing switching loss and a
한편, 본 발명에 따른 전력변환장치는, 소프트 스위칭을 하기 위한 별도의 인덕터를 사용하지 않고, 누설 인덕턴스를 사용하였기 때문에 부피 및 무게가 작고 효율이 높다는 특징이 있다.
On the other hand, the power converter according to the present invention is characterized by small volume and weight and high efficiency since leakage inductance is used instead of a separate inductor for soft switching.
그리고, 본 발명에 따른 전력변환장치는, 연료전지의 입력전압을 모니터링하여 소정 전압 이상일 경우, 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)와 부스트 컨버터(120)로 제어신호를 전송하고, DC 링크부(130)를 소정 전압으로 충전하도록 하며, DC/AC 인버터(200)에 스위칭 제어신호를 보내 계통에 교류전압을 공급하도록 제어하는 제어기(300)를 더 포함할 수 있다.
In addition, the power conversion apparatus according to the present invention monitors the input voltage of the fuel cell and transmits a control signal to the resonant push-pull converter 110 and the
이와 관련하여, 본 발명에 따른 제어기(300)를 이용한 전력변환장치의 제어방법에 관하여 도 3 을 참조하여 더욱 구체적으로 살피면 다음과 같다. In this regard, with reference to Figure 3 with respect to the control method of the power converter using the
도 3 은 본 발명에 따른 공진형 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치의 제어방법에 관한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 제어기(300)는 연료전지의 입력전압을 모니터링하고(S10), 입력전압이 소정 전압, 바람직하게 40V 이상인지 여부를 판단한다(S20).3 is a flowchart illustrating a method of controlling a power converter for a fuel cell using a resonant converter according to the present invention. As shown in FIG. 3, the
제S20 단계의 판단결과, 40V 이상일 경우, 상기 제어기(300)는 공진형 푸쉬풀 컨버터(110) 및 부스트 컨버터(120)로 듀티를 천천히 올려 Soft Start 시키도록 하는 제어신호를 전송하고(S30), DC 링크부(130)를 소정 전압까지 충전하도록 하며(S40), DC/AC 인버터(200)에 스위칭 신호를 보내 계통에 교류전압을 공급하도록 제어한다(S50). As a result of the determination in step S20, when the voltage is 40V or more, the
한편, 상기 제S20 단계의 판단결과, 소정 전압 이하일 경우, 제어기(300)는 다시 제 S10 단계로 절차를 이행한다.
On the other hand, when the determination result of the step S20, the predetermined voltage or less, the
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
100: DC/DC 컨버터 200: DC/AC 인버터
300: 제어기 110: 공진형 푸쉬풀 컨버터
120: 부스트 컨버터 130: DC 링크부
111: 스위칭 소자 112: 고주파 변압기
113: 더블러 정류기100: DC / DC converter 200: DC / AC inverter
300: controller 110: resonant push-pull converter
120: boost converter 130: DC link portion
111: switching element 112: high frequency transformer
113: doubler rectifier
Claims (7)
변동하는 전압을 일정한 전압으로 승압시키는 DC/DC 컨버터(100); 및
상기 DC/DC 컨버터(100)로부터 출력되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 계통에 공급하는 DC/AC 인버터(200); 를 포함하되,
상기 DC/DC 컨버터(100)는 병렬입력 직렬출력 형태로 구성되며,
일정 듀티에서 동작되어 입력전압에 비례하는 전압을 형성시키는 공진형 푸쉬풀 컨버터(110); 및
일정한 출력전압을 유지시키기 위해 동작하는 부스트 컨버터(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치.
In the fuel cell power converter using a resonant push-pull converter,
A DC / DC converter 100 for boosting a varying voltage to a constant voltage; And
A DC / AC inverter 200 for converting the DC voltage output from the DC / DC converter 100 into an AC voltage and supplying it to a system; Including,
The DC / DC converter 100 is configured in the form of a parallel input serial output,
A resonant push-pull converter 110 which is operated at a constant duty to form a voltage proportional to the input voltage; And
A boost converter 120 operative to maintain a constant output voltage; Power converter for a fuel cell using a resonant push-pull converter, characterized in that it comprises a.
상기 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)는,
입력되는 제어신호에 따라 독립적으로 턴 온(Turn On) 및 턴 오프(Turn Off)되는 스위칭 소자(S1,S2)(111);
1차 권선(Np)과 2차 권선(Ns)의 권선비에 따라 입력전압과 출력전압의 변압비를 조절함으로써 출력되는 직류전압을 변화시키는 고주파 변압기(112); 및
상기 고주파 변압기(112)의 2차측으로 연결되어, 상기 고주파 변압기(112)의 변압비를 줄이는 더블러 정류기(113); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The resonant push-pull converter 110,
Switching elements S1 and S2 111 that are independently turned on and turned off according to an input control signal;
A high frequency transformer 112 for changing a DC voltage output by adjusting a transformer ratio of an input voltage and an output voltage according to a turns ratio of the primary winding Np and the secondary winding Ns; And
A doubler rectifier (113) connected to a secondary side of the high frequency transformer (112) to reduce a transformer ratio of the high frequency transformer (112); Power converter for a fuel cell using a resonant push-pull converter, characterized in that it comprises a.
상기 부스트 컨버터(120)는,
DC 링크부(130)의 레퍼런스 전압과 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)의 출력전압의 차가 부스트 컨버터의 레퍼런스 전압이 되어, 연료전지의 전압에 변동이 생길 경우 DC 링크부(130)의 전압을 일정한 전압으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The boost converter 120,
The difference between the reference voltage of the DC link unit 130 and the output voltage of the resonant push-pull converter 110 becomes the reference voltage of the boost converter, and when the voltage of the fuel cell changes, the voltage of the DC link unit 130 is fixed. A power conversion device for a fuel cell using a resonant push-pull converter, which is maintained at a voltage.
상기 DC/DC 컨버터(100)는,
상기 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)의 출력전압과 부스트 컨버터(120)의 출력전압을 합하는 DC 링크부(130); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치.
The method of claim 1,
The DC / DC converter 100,
A DC link unit 130 for adding the output voltage of the resonance type push-pull converter 110 and the output voltage of the boost converter 120; Power converter for a fuel cell using a resonant push-pull converter, characterized in that it further comprises.
연료전지의 입력전압을 모니터링하여 소정전압 이상일 경우, 공진형 푸쉬풀 컨버터(110)와 부스트 컨버터(120)로 제어신호를 전송하고, DC 링크부(130)를 소정전압으로 충전하도록 하며, DC/AC 인버터(200)에 스위칭 제어신호를 보내 계통에 교류전압을 공급하도록 제어하는 제어기(300); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치.
The method of claim 1,
When the input voltage of the fuel cell is monitored to be higher than a predetermined voltage, the control signal is transmitted to the resonant push-pull converter 110 and the boost converter 120, and the DC link unit 130 is charged to a predetermined voltage, and DC / A controller 300 which sends a switching control signal to the AC inverter 200 and controls to supply an AC voltage to the system; Power converter for a fuel cell using a resonant push-pull converter, characterized in that it further comprises.
(a) 제어기(300)가 연료전지의 입력전압을 모니터링하는 단계;
(b) 상기 제어기(300)가 상기 입력전압이 소정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계의 판단결과, 상기 입력전압이 소정 전압 이상일 경우, 상기 제어기(300)가 DC/DC 컨버터(100)의 공진형 푸쉬풀 컨버터(110) 및 부스트 컨버터(120)로 듀티를 올려 Soft Start 시키도록 하는 제어신호를 전송하는 단계;
(d) 상기 제어기(300)가 DC/DC 컨버터(100)의 DC 링크부(130)를 소정 전압까지 충전하도록 하는 단계; 및
(e) 상기 제어기(300)가 DC/AC 인버터(200)에 스위칭 신호를 보내 계통에 교류전압을 공급하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치의 제어방법.
In the control method of a fuel cell power converter using a resonance push-pull converter,
(a) the controller 300 monitoring the input voltage of the fuel cell;
(b) the controller 300 determining whether the input voltage is greater than or equal to a predetermined voltage;
(c) As a result of the determination in step (b), when the input voltage is greater than or equal to a predetermined voltage, the controller 300 moves to the resonance type push-pull converter 110 and the boost converter 120 of the DC / DC converter 100. Transmitting a control signal for raising a duty to soft start;
(d) allowing the controller 300 to charge the DC link unit 130 of the DC / DC converter 100 to a predetermined voltage; And
(e) controlling the controller 300 to supply an AC voltage to the system by sending a switching signal to the DC / AC inverter 200; Control method of a fuel cell power converter using a resonant push-pull converter, characterized in that it comprises a.
(c-1) 상기 (c) 상기 (b) 단계의 판단결과, 상기 입력전압이 소정 전압 이하일 경우, 상기 제어기(300)가 (a) 단계로 절차를 이행하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진형 푸쉬풀 컨버터를 이용한 연료전지용 전력변환장치의 제어방법.The method according to claim 6,
(c-1) when the input voltage is less than or equal to a predetermined voltage as a result of the determination of the step (c) and (b), the controller 300 executing the procedure to step (a); Control method of a fuel cell power converter using a resonant push-pull converter, characterized in that it comprises a.
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|---|---|---|---|
| KR1020100056410A KR101083389B1 (en) | 2010-06-15 | 2010-06-15 | Power conversion system for fuel cell using resonant converter and method for controlling same |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013162134A1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-10-31 | 에스케이씨앤씨 주식회사 | Charging/discharging power-converting apparatus for energy storage device, and method for controlling same |
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2010
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