KR101233504B1 - Method and System for selection controlling of Fuel cell or Battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지와 축전지 전원을 선택적으로 제어하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서의 시스템 모듈은 배터리 또는 연료전지에서 제공되는 전원에 의해 구동된다. 이때, 상기 시스템 모듈의 소비전력과 연료전지의 용량을 비교하여 상기 소비전력이 큰 경우, 또는 소비전력이 순간적으로 증가하는 경우에, 상기 배터리로부터 전원을 공급받는다. 그러나, 상기 시스템 모듈에 배터리가 미장착되었거나 상기 배터리 용량이 부족한 경우에는 상기 연료전지에서 공급되는 전원에 의해서만 상기 시스템 모듈이 구동된다. 이에 상기 시스템 모듈의 소비전력이 상기 연료전지의 용량을 초과하지 않도록 제어하게 되며, 만일 상기 소비전력이 계속 증가하게 되면 상기 시스템 모듈에서 구동중인 소정 기능을 제한하도록 한다. 이에 따라 본 발명은 상기 연료전지 또는 배터리 전원을 선택적으로 제공받아 시스템을 정상적으로 구동시키며, 특히 상기 연료전지만으로 시스템 구동시에 시스템 모듈의 소비전력을 조절하여 안정성을 한층 더 향상시키는 잇점이 있다.The present invention relates to a method and system for selectively controlling a fuel cell and a battery power source. The system module in the present invention is driven by a power source provided from a battery or fuel cell. At this time, when the power consumption of the system module and the capacity of the fuel cell are compared, when the power consumption is large, or when the power consumption increases momentarily, power is supplied from the battery. However, when the battery is not installed in the system module or the battery capacity is insufficient, the system module is driven only by the power supplied from the fuel cell. Therefore, the power consumption of the system module is controlled so as not to exceed the capacity of the fuel cell, and if the power consumption continues to increase, it limits the predetermined function running in the system module. Accordingly, the present invention selectively operates the system by selectively receiving the fuel cell or the battery power, and in particular, further improves stability by controlling power consumption of the system module when the system is driven only by the fuel cell.

연료전지, 배터리, 축전지, 소비전력. Fuel cell, battery, storage battery, power consumption.

Description

연료전지와 축전지의 선택 제어방법 및 그 시스템{Method and System for selection controlling of Fuel cell or Battery}Method and System for Selection Control of Fuel Cell or Battery

도 1은 일반적인 연료전지 시스템이 구비된 시스템 하우징 구성도.1 is a system housing configuration with a typical fuel cell system.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지와 축전지의 선택 제어를 위한 시스템 구성도.2 is a system configuration diagram for selection control of a fuel cell and a storage battery according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 연료전지와 배터리 전원을 공급받아 시스템 구동을 제어하는 처리흐름도.3 is a flowchart illustrating a process of controlling a system driving by receiving a fuel cell and battery power according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 배터리 충전의 처리 흐름도.4 is a process flow diagram of battery charging in accordance with an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 배터리 미장착시 또는 배터리 용량이 부족한 경우에 시스템 기능을 제한하는 처리 흐름도.5 is a process flow diagram for limiting system functionality when a battery is not installed or when battery capacity is low in accordance with an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]

1 : 연료전지 모듈 50 : 마이크로 프로세서1 fuel cell module 50 microprocessor

60 : 시스템 모듈 61 : 배터리60: system module 61: battery

62 : 임베디드 컨트롤러 64 : 충전부62: embedded controller 64: charging unit

65 : 바이오스(BIOS) 70 : 동작 모듈65: BIOS 70: operation module

80 : 센싱 저항80: sensing resistance

본 발명은 연료전지와 축전지(Battery) 사용에 관한 것으로서, 특히 모바일 기기의 소비전력을 근거로 연료전지와 축전지의 전원을 선택적으로 공급하여 축전지 사용의 효율을 향상시키도록 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어방법 및 그 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the use of fuel cells and batteries, and in particular, the selection of fuel cells and accumulators to selectively supply power of fuel cells and accumulators based on power consumption of mobile devices to improve the efficiency of storage. It relates to a control method and a system thereof.

최근, 랩탑 컴퓨터(Laptop computer) 또는 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 컴퓨터에서 사용되는 2차 전지 배터리를 대체하는 에너지원으로 연료전지가 개발되고 있다. 상기 연료전지는 통상 고분자 전해질을 중심으로 양쪽에 다공질의 양극(anode)과 음극(cathode)이 부착되어 있다. 상기 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가 일어나고, 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어난다. 이때, 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생된다.Recently, fuel cells have been developed as energy sources to replace secondary battery batteries used in portable computers such as laptop computers or notebook computers. The fuel cell generally has a porous anode and a cathode attached to both sides of the polymer electrolyte. Electrochemical oxidation of hydrogen as a fuel occurs at the anode (anode or anode), and electrochemical reduction of oxygen as an oxidant occurs at the cathode (reduction electrode or cathode). At this time, electrical energy is generated due to the movement of generated electrons.

이와 같이, 상기 연료전지에 공급되는 수소는 LNG, LPG, 가솔린 등의 탄화수소(CH계열) 연료를 개질기에서 탈황공정→ 개질반응 → 수소정제공정을 거쳐 수소만을 정제하여 가스 형태로 사용되거나, 액체상태의 메탄올을 직접 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC)방식으로 사용된다. 그 중, 상기 직접 메탄올 연료전지는 발전장치인 스택(stack)의 양극에 메탄올과 물이 일정비율(약 10% :90%)로 혼합된 메탄올 혼합액을 직접 공급하는 방식으로 전 극에서 개질 반응이 일어나기 때문에 상기 개질기 사용이 불필요하게 되어 전체 시스템을 간소화시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 상기 직접 메탄올 연료전지는 소형화 및 밀폐화가 가능하여 상기 휴대용 컴퓨터와 같은 모바일기기에 사용된다.As described above, the hydrogen supplied to the fuel cell is used as a gas by purifying only hydrogen through a desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process of a hydrocarbon (CH-based) fuel such as LNG, LPG, and gasoline in a reformer. It is used as a direct methanol fuel cell (DMFC) method that uses methanol as a direct fuel. Among them, the direct methanol fuel cell is a reforming reaction in the electrode by directly supplying a methanol mixture of methanol and water in a fixed ratio (about 10%: 90%) to the anode of the stack, which is a power generation device. Because of this, the use of the reformer becomes unnecessary, which has the advantage of simplifying the whole system. Therefore, the direct methanol fuel cell can be miniaturized and encapsulated and used in mobile devices such as the portable computer.

그러나, 상기 연료전지는 그 연료전지에 부과되는 부하 변화에 따른 응답 특성이 반응가스의 공급 조건과 외부 주변기기의 특성 등의 변화에 대하여 빠르게 대응하지 못하고 지연되는 단점이 있었다. 이에 외부 조건 변화에 대한 반응이 비교적 빠른 축전지를 상기 연료전지와 함께 복합적으로 사용하도록 하여 축전지에 의해 외부 부하변화에 신속히 대응하도록 하는 시스템이 사용되고 있다. 이를 도 1를 참조하여 설명한다.However, the fuel cell has a disadvantage in that the response characteristic according to the load change imposed on the fuel cell does not respond quickly to changes in the supply conditions of the reaction gas and the characteristics of the external peripheral device. Therefore, a system that uses a relatively quick response to changes in external conditions in combination with the fuel cell is used to respond quickly to external load changes by the storage battery. This will be described with reference to FIG. 1.

도 1에는 일반적인 연료전지 시스템이 구비된 시스템 하우징 구성도가 도시되어 있다.1 is a block diagram illustrating a system housing having a general fuel cell system.

도시된 바에 따르면, 전기를 발생하는 DMFC 스택(10)이 구비된다. 상기 DMFC 스택(10)에 메탄올을 공급하도록 메탄올 저장탱크(20)가 메탄올 순환경로(30)에 의해 연결 구성된다. 상기 DMFC 스택(10)에 공기를 압축기(12)에 의해 압축 공급하기 위한 에어라인이 입력측에 구비되고, 상기 DMFC 스택(10)에서 발생되는 CO2와 H2O를 배출하기 위한 배출라인이 출력측에 구비된다. 상기 DMFC 스택(10)의 배출라인에는 상기 CO2와 H2O를 분리하는 제 1분리부(14)와 제 2분리부(16)가 구비된다. As shown, a DMFC stack 10 for generating electricity is provided. The methanol storage tank 20 is connected by the methanol circulation path 30 to supply methanol to the DMFC stack 10. An air line for compressing and supplying air to the DMFC stack 10 by the compressor 12 is provided at an input side, and a discharge line for discharging CO 2 and H 2 O generated at the DMFC stack 10 is an output side. Is provided. The discharge line of the DMFC stack 10 is provided with a first separator 14 and a second separator 16 for separating the CO 2 and H 2 O.

상기 메탄올 저장탱크(20)의 출력측에는 메탄올을 공급하기 위한 제 1펌프(22)가 구비되며, 상기 메탄올과 함께 상기 제 1분리부(14) 및 제 2분리부(16)를 매개하여 전달된 H2O를 공급하는 제 2펌프(24)가 구비된다. 상기 제 1펌프(22) 출력단에는 상기 메탄올 저장탱크(20)로부터 공급되는 메탄올의 농도를 감지하는 센서(26)가 장착된다.The output side of the methanol storage tank 20 is provided with a first pump 22 for supplying methanol, which is delivered through the first separation unit 14 and the second separation unit 16 together with the methanol. A second pump 24 for supplying H 2 O is provided. At the output end of the first pump 22, a sensor 26 for detecting the concentration of methanol supplied from the methanol storage tank 20 is mounted.

그리고, 상기 DMFC 스택(10)에서 발생하는 DC전기를 일정 전압을 유지하면서 공급하도록 제 1DC/DC컨버터(40)가 구비된다. 또한 상기 DMFC 스택(10) 이외에 리튬-이온(Li-ion) 배터리(42) 전원이 제 2DC/DC컨버터(44)를 통해 출력하도록 구성된다. 상기 DMFC 스택(10) 전원과 배터리(42) 전원을 선택하고, 상기 DC/DC컨버터(40)(44)의 출력전압을 조정하는 마이크로프로세서(50)가 구비된다.A first DC / DC converter 40 is provided to supply DC electricity generated from the DMFC stack 10 while maintaining a constant voltage. In addition, the Li-ion battery 42 power in addition to the DMFC stack 10 is configured to output through the second DC / DC converter 44. The microprocessor 50 selects the power of the DMFC stack 10 and the power of the battery 42 and adjusts the output voltage of the DC / DC converters 40 and 44.

이와 같이, 상기 시스템 하우징 내부에 DMFC 스택(10)과 배터리(42)가 복합적으로 장착된 경우, 상기 마이크로프로세서(50)의 제어동작에 따라 상기 DMFC 스택(10) 또는 배터리(42)로부터 출력되는 전원을 동작 전원으로 사용하였다. 즉, 상술한 바와 같이 외부 조건 변화에 대한 반응이 빠른 축전지를 연료전지와 함께 사용하고 있다. 이에 축전지도 연료전지에 의해 외부 충전 없이 장시간 사용할 수 있게 되었다.As such, when the DMFC stack 10 and the battery 42 are complexly mounted in the system housing, the DMFC stack 10 or the battery 42 is output from the DMFC stack 10 or the battery 42 according to a control operation of the microprocessor 50. The power source was used as the operating power source. In other words, as described above, a storage battery that responds quickly to changes in external conditions is used together with a fuel cell. As a result, battery cells can be used for a long time without external charging by fuel cells.

상기한 바와 같이, 일반적인 연료전지 시스템을 이용하여 연료전지와 축전지를 복합적으로 사용하고 있는 기술이 특허출원 10-2004-1549호(명칭: 독립 운전형 연료전지/축전지 복합 시스템의 부하 제어방법과 장치)로 출원된 바 있다.As described above, a technology using a fuel cell and a storage battery in combination with a general fuel cell system is disclosed in Korean Patent Application No. 10-2004-1549 (Name: Load control method and apparatus for a standalone fuel cell / battery complex system). Has been filed.

구체적으로, 상기 기술은 연료전지를 충전지의 충전뿐 아니라 외부 부하용 전원의 역할을 할 수 있도록 분담시켜 연료전지/축전지 복합 시스템을 고효율로 운 전하고, 축전지의 충전 상태를 일정한 범위로 유지시키면서 충전지의 충전량과 외부 부하의 변동에 따라 연료전지 출력을 제어하고 있다.Specifically, the technology divides the fuel cell to serve as a power source for an external load as well as to charge the rechargeable battery to operate the fuel cell / battery complex system with high efficiency, while maintaining the state of charge of the rechargeable battery in a certain range. The fuel cell output is controlled according to the change in the charge amount and the external load.

그러나, 상기 기술은 축전지의 충전상태와 외부 부하값을 충전된 정도와 부하값의 크기에 따라 'IF-THEN' 규칙을 적용하여 연료전지 출력을 제어하고 있는 것으로서, 상기 연료전지의 출력값을 기준으로 축전지와 연료전지의 부하 분담이 결정되고 있다. 즉, 상기 연료전지가 장착 구동되는 시스템의 소비전력과는 상관없이 축전지의 충전상태에 따라서만 연료전지의 출력만을 제어하고 있는 것이다. 이에 따라, 만일 상기 축전지의 용량이 충분하지 못한 상태에서 연료전지의 용량보다 큰 소비전력이 발생하는 경우 시스템이 정상 구동되지 못하는 문제가 발생되었다.However, the technology controls the fuel cell output by applying the 'IF-THEN' rule according to the state of charge and the external load value of the storage battery and the magnitude of the load value, based on the output value of the fuel cell. Load sharing between storage batteries and fuel cells has been determined. That is, only the output of the fuel cell is controlled according to the state of charge of the battery regardless of the power consumption of the system in which the fuel cell is mounted and driven. Accordingly, if power consumption greater than the capacity of the fuel cell is generated in a state where the capacity of the battery is not sufficient, a problem occurs in that the system does not operate normally.

또한, 하나의 시스템 내에 연료전지와 축전지가 함께 구비되어 있기 때문에 제어를 위한 구성요소의 추가 장착으로 인하여 시스템의 전체적인 구성이 복잡해지는 단점이 있다.In addition, since the fuel cell and the storage battery are provided together in one system, there is a disadvantage in that the overall configuration of the system becomes complicated due to the additional mounting of the control components.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시스템 모듈의 소비전력과 연료전지 용량을 비교하여 효율적인 전원공급이 이루어지도록 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어방법 및 그 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to control the fuel cell and the storage battery selection method and the system for efficient power supply by comparing the power consumption and fuel cell capacity of the system module The purpose is to provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은 배터리 용량이 부족한 경우에 연료전지의 용량 범위 내에서 시스템 구동이 되도록 시스템의 일정 기능을 제한하도록 제어하는 것 이다.In addition, another object of the present invention is to control to limit a certain function of the system so that the system is driven within the capacity range of the fuel cell when the battery capacity is insufficient.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지와 축전지의 선택 제어방법은, 연료전지 공급에 따라 시스템 모듈을 구동하는 단계와, 상기 시스템 모듈의 소비전력을 감지하고 상기 연료전지 용량과 비교하는 단계와, 그리고 상기 비교결과에 따라 상기 소비전력이 연료전지 용량을 초과하는 경우 축전지로부터 전원을 공급받는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.In the fuel cell and storage battery selection control method of the present invention for achieving the object as described above, the step of driving the system module in accordance with the fuel cell supply, detecting the power consumption of the system module and compared with the fuel cell capacity And receiving power from the storage battery when the power consumption exceeds the fuel cell capacity according to the comparison result.

본 발명에서, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않을 때, 상기 축전지 용량에 따라 선택적으로 충전하는 단계를 더 포함한다.In the present invention, when the power consumption does not exceed the fuel cell capacity, further comprising the step of selectively charging according to the battery capacity.

본 발명에서, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량 이내이면 전원이 계속 공급된다.In the present invention, power is continuously supplied if the power consumption is within the fuel cell capacity.

본 발명에서, 상기 축전지 미장착 또는 축전지 전원에 의해 상기 시스템 모듈의 구동이 어려운 경우에는, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않도록 상기 시스템 모듈의 기능을 제한하는 단계를 더 포함한다.In the present invention, if it is difficult to drive the system module by the battery is not installed or the battery power supply, the step of limiting the function of the system module so that the power consumption does not exceed the fuel cell capacity.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템은, 연료전지가 내장된 연료전지 모듈과, 시스템 모듈의 소비전력과 상기 연료전지 용량을 비교하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 연료전지 또는 내부에 장착된 축전지로부터 선택적으로 전원을 공급받아 동작하는 시스템 모듈을 포함하며, 상기 연료전지 용량과 상기 시스템 모듈의 소비전력을 감지하는 감지수 단을 구비하는 것을 기술적 특징으로 한다.In addition, the fuel cell and storage battery selection control system of the present invention for achieving the above object, the fuel cell module with a built-in fuel cell, the power consumption of the system module and the fuel cell capacity, the comparison And a system module for selectively receiving power from the fuel cell or a battery mounted therein according to the result, and having a sensing means for sensing the fuel cell capacity and the power consumption of the system module. It is done.

본 발명에서의 상기 연료전지 모듈은, 상기 연료전지와, 상기 연료전지의 전원을 출력하는 컨버터와, 상기 컨버터의 출력 전원을 가변적으로 조정하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성된다.The fuel cell module according to the present invention includes the fuel cell, a converter for outputting power of the fuel cell, and a microprocessor for variably adjusting the output power of the converter.

본 발명에서의 상기 시스템 모듈은, 상기 소비전력과 상기 연료전지 용량을 비교하여 상기 축전지 전원 공급을 선택적으로 제어하는 임베디드 컨트롤러와, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않을 때 상기 임베디드 컨트롤러에 의해 상기 축전지를 선택적으로 충전하는 충전부와, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않도록 상기 시스템 모듈의 기능을 제한하는 바이오스(BIOS)를 포함하여 구성된다. The system module according to the present invention includes an embedded controller for selectively controlling the power supply of the battery by comparing the power consumption with the fuel cell capacity, and the embedded controller when the power consumption does not exceed the fuel cell capacity. And a charging unit for selectively charging the storage battery, and a BIOS for limiting the function of the system module so that the power consumption does not exceed the fuel cell capacity.

본 발명에서의 상기 시스템 모듈은, AC전원의 공급 경로를 형성하는 제 2스위칭소자와, 상기 제 2스위칭소자를 통해 공급된 AC전원을 DC전원으로 변환하는 AC/DC컨버터를 더 포함하여 구성된다.The system module according to the present invention further includes a second switching element forming a supply path of AC power, and an AC / DC converter for converting AC power supplied through the second switching element into DC power. .

본 발명의 상기 감지수단은 센싱 저항인 것이 바람직하다.The sensing means of the present invention is preferably a sensing resistor.

본 발명의 상기 임베디드 컨트롤러와 상기 축전지는 SM버스(System Management Bus)로 연결된다.The embedded controller and the storage battery of the present invention are connected to an SM bus.

본 발명의 상기 임베디드 컨트롤러와 상기 마이크로프로세서는 I2C(Inter Integrated Circuit) 또는 SM버스(System Management Bus)로 연결된다.The embedded controller and the microprocessor of the present invention are connected to an I2C (Inter Integrated Circuit) or SM Bus (System Management Bus).

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 시스템 모듈의 소비전력이 연료전지 용량을 초과하는 경우에 축전지로부터 부족한 전원이 공급되며, 또한 축전지 가 미장착되었거나 축전지 용량이 불충분한 경우 소비전력이 연료전지 용량을 초과하지 않도록 시스템 모듈의 기능을 제한하게 됨을 알 수 있다.According to the present invention having such a configuration, when the power consumption of the system module exceeds the fuel cell capacity, insufficient power is supplied from the storage battery, and when the storage battery is not installed or the storage capacity is insufficient, the power consumption of the fuel cell capacity is reduced. It can be seen that the function of the system module is limited so as not to exceed.

이하, 본 발명의 의한 연료전지와 축전지의 선택 제어방법 및 그 시스템을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for controlling selection of a fuel cell and a storage battery and a system thereof according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지와 축전지의 선택 제어를 위한 시스템 구성도가 도시되어 있다.2 is a diagram illustrating a system configuration for selecting and controlling a fuel cell and a storage battery according to an exemplary embodiment of the present invention.

도시된 바에 따르면, 연료전지가 장착된 연료전지 모듈(1)과, 배터리(61)가 내부에 장착된 시스템 모듈(60)을 포함한다. 본 발명에서 시스템 모듈(60)은 모바일 기기인 것이 바람직하다.As illustrated, the fuel cell module 1 includes a fuel cell module 1 mounted thereon and a system module 60 mounted therein. In the present invention, the system module 60 is preferably a mobile device.

상기 연료전지 모듈(1)은, 종래기술에서와 같이 액체상태의 메탄올을 직접 연료로 사용하여 전기를 발생하는 DMFC 스택(10)이 구비된다. 여기서, 상기 연료전지 모듈(1)의 구성은 종래 기술과 동일하기 때문에 본 발명의 실시 예에서는 동일부호를 부여하여 설명하며, 상세 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 발명은 종래 상기 연료전지 모듈(1)에 제공되었던 리튬-이온 배터리 구성이 제거되어 상기 DMFC 스택(10)에서 발생된 전원만이 출력되도록 구성된다. 따라서, 상기 DMFC 스택(10)에서 발생된 전원은 DC/DC 컨버터(40)에 의해 출력전압이 조정되어 상기 시스템 모듈(60)에 공급된다.The fuel cell module 1 is provided with a DMFC stack 10 that generates electricity using liquid methanol directly as a fuel, as in the prior art. Here, since the configuration of the fuel cell module 1 is the same as in the prior art, the same reference numerals are used in the embodiments of the present invention, and detailed descriptions thereof will be omitted. However, the present invention is configured such that only the power generated in the DMFC stack 10 is output by removing the lithium-ion battery configuration provided to the fuel cell module 1. Therefore, the power generated in the DMFC stack 10 is supplied to the system module 60 by adjusting the output voltage by the DC / DC converter 40.

상기 시스템 모듈(60)에는, 그 시스템 모듈(60)의 소비전력을 감지하며, 상기 DMFC 스택(이하, 연료전지라 함)(10)의 용량과 비교하여 배터리(61) 전원을 선택적으로 공급하도록 제 1스위치(63)를 단속하고, 상기 소비전력에 따라 시스템 기 능을 제한하도록 바이오스(65)를 제어하는 임베디드 컨트롤러(EC)(62)가 구비된다.또한, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 배터리(61)의 전압레벨을 상기 마이크로프로세서(50)에게 전달하며, 상기 소비전력을 기초로 연료전지(10)의 용량 범위내에서 상기 배터리(61)를 충전하도록 충전회로가 구비된 충전부(64)를 제어하는 역할을 한다.The system module 60 senses power consumption of the system module 60 and selectively supplies power of the battery 61 in comparison with the capacity of the DMFC stack 10 (hereinafter referred to as a fuel cell) 10. An embedded controller (EC) 62 is provided to control the BIOS 65 to control the first switch 63 and limit the system function according to the power consumption. The charging unit 64 transmits a voltage level of the battery 61 to the microprocessor 50, and is provided with a charging circuit to charge the battery 61 within the capacity range of the fuel cell 10 based on the power consumption. ) To control.

상기 시스템 모듈(60)은, 상기 연료전지(10) 및 배터리(61) 이외에 직접 AC전원을 AC어댑터(66)로부터 공급받아 동작 전원으로 사용할 수 있다. 이에 상기 AC전원 공급경로를 형성하여 상기 AC어댑터(66)로부터 AC전원을 공급받도록 상기 임베디드 컨트롤러(62)에 의해 단속되는 제 2스위치(68)가 구비된다. 상기 제 2스위치(68)의 턴 온 시 상기 AC전원을 동작모듈(Operation Module)(70)로 제공하도록 AC/DC컨버터(69)가 구비된다.The system module 60 may receive an AC power directly from the AC adapter 66 in addition to the fuel cell 10 and the battery 61 and use it as an operating power source. Accordingly, the second switch 68 intermittently formed by the embedded controller 62 is provided to form the AC power supply path and receive AC power from the AC adapter 66. An AC / DC converter 69 is provided to provide the AC power to the operation module 70 when the second switch 68 is turned on.

상기 연료전지 모듈(1)의 DC/DC 컨버터(40) 출력단과 상기 시스템 모듈(60)의 전원 입력단 사이에는 센싱 저항(80)이 구비된다. 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 센싱 저항(80)의 전단과 후단에 존재하는 상기 연료전지(10)의 전원레벨값과 상기 시스템 모듈(60)의 소비전력을 감지하게 된다. A sensing resistor 80 is provided between the output terminal of the DC / DC converter 40 of the fuel cell module 1 and the power input terminal of the system module 60. The embedded controller 62 detects a power level value of the fuel cell 10 and power consumption of the system module 60 existing at the front and rear ends of the sensing resistor 80.

또한, 상기 마이크로프로세서(50)와 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 I2C(Iner Integrated Circuit) 또는 SM버스(System Management Bus)로 상호 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 배터리(61)의 전압레벨 값을 SM버스(System Management Bus)를 통해 제공받도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the microprocessor 50 and the embedded controller 62 are preferably interconnected by an inner integrated circuit (I2C) or a system management bus (SM bus). In addition, the embedded controller 62 may be configured to receive the voltage level value of the battery 61 through a SM bus.

이어, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지와 축전지의 선택 제어방법을 도 3내지 도 5를 참조하여 설명한다.Next, a method of controlling selection of a fuel cell and a storage battery according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5.

먼저, 제 100 단계에서, 미도시한 전원 스위치 조작에 따라 상기 시스템 모듈(60)이 온 구동되면, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 마이크로프로세서(50)를 제어하여 상기 연료전지(10)로부터 DC전원이 공급되도록 한다. 상기 연료전지 모듈(1)과 시스템 모듈(60)은 전원공급라인, I2C, 및 SM버스에 의해 연결되어 있기 때문에 상기 DC전원이 공급되며, 따라서 시스템 모듈(60)이 구동된다.First, in step 100, when the system module 60 is driven on according to a power switch operation not shown, the embedded controller 62 controls the microprocessor 50 to control the DC from the fuel cell 10. Allow power to be supplied. Since the fuel cell module 1 and the system module 60 are connected by a power supply line, I2C, and an SM bus, the DC power is supplied, and thus the system module 60 is driven.

그와 같이 상기 전원 공급이 이루어지고 있는 동안에, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 센싱 저항(80)의 전단과 후단으로부터 상기 연료전지(10)의 출력 전원과 상기 시스템 모듈(60)에서 요구하는 소비전력을 감지하여 제공받는다(제 102 단계). 통상, 상기 연료전지(10)는 전원 용량이 고정되어 설계되기 때문에, 그 전원레벨값을 감지하며, 상기 시스템 모듈(60)은 다양한 기능의 수행 여부에 따라 가변적으로 달라지는 소비전력을 감지하는 것이다.As such, while the power supply is being made, the embedded controller 62 consumes the output power of the fuel cell 10 and the consumption required by the system module 60 from the front end and the rear end of the sensing resistor 80. Power is sensed and provided (step 102). Typically, since the fuel cell 10 is designed with a fixed power supply capacity, the fuel cell 10 senses a power level value, and the system module 60 detects a power consumption that varies variably depending on whether various functions are performed.

제 104 단계에서, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 연료전지(10)로부터 제공된 DC전원만으로 상기 시스템 모듈(60)에서 실행되는 기능에 대한 소비전력을 충분하게 제공할 수 있다라고 판단하면, 제 105 단계로 진행되어 다른 전원 공급을 배제한 채 상기 연료전지(10)에서 출력된 DC전원만으로 시스템 모듈(60)을 구동시킨다. 즉, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 제 1스위치(63)를 계속 오프(off)시켜 배터리(61)로부터 전원이 공급되지 않도록 한다.In step 104, when the embedded controller 62 determines that only the DC power provided from the fuel cell 10 can provide sufficient power consumption for a function executed in the system module 60, the 105th power controller 105 may provide sufficient power consumption. The system module 60 is driven using only the DC power output from the fuel cell 10 without any other power supply. That is, the embedded controller 62 keeps the first switch 63 off so that power is not supplied from the battery 61.

그러나, 제 104 단계에서 상기 임베디드 컨트롤러(62)가 상기 센싱 저항(80) 후단으로부터 감지한 상기 시스템 모듈(60)의 소비전력이 상기 연료전지(10)의 용량을 초과하여 요구하는 경우, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 배터리(61)로부터 부족한 전원을 공급받아야 한다. 이에 제 106 단계에서 상기 제 1스위치(63)를 턴 온 시키고, 제 108 단계에서 상기 배터리(63)로부터 전원이 시스템 모듈(60)로 공급되도록 한다. 이 경우 상기 임베디드 컨트롤러(62)의 제어를 받는 상기 바이오스(65)는 시스템 기능을 정상적으로 제어한다.However, if the power consumption of the system module 60 detected by the embedded controller 62 from the rear end of the sensing resistor 80 exceeds the capacity of the fuel cell 10 in step 104, the embedded controller 62 requires the embedded controller 62. The controller 62 should receive insufficient power from the battery 61. In operation 106, the first switch 63 is turned on, and in operation 108, power is supplied from the battery 63 to the system module 60. In this case, the BIOS 65 under the control of the embedded controller 62 normally controls a system function.

이와 같이 상기 시스템 모듈(60)은 연료전지(10) 또는 배터리(61)로부터 선택적으로 전원을 공급받게 된다.As such, the system module 60 is selectively supplied with power from the fuel cell 10 or the battery 61.

도 4에는 본 발명의 실시 예에 따라 배터리 충전의 처리 흐름도가 도시되어 있다.4 is a flowchart of a battery charging process according to an exemplary embodiment of the present invention.

제 110 단계에서, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 배터리(61)의 전압레벨을 리드(reda)한다. 상기 리드한 배터리(61)의 전압레벨을 상기 연료전지 모듈(1)의 마이크로프로세서(50)로 전달한다. 이는 상기 전압레벨에 따라 배터리(61)의 충전상태를 확인할 수 있게 되며, 배터리(61) 용량이 충분하지 않는 경우 상기 연료전지(10)의 전원에 의해 배터리(61)를 충전하기 위함이다. In step 110, the embedded controller 62 reads the voltage level of the battery 61. The voltage level of the leaded battery 61 is transmitted to the microprocessor 50 of the fuel cell module 1. This is to determine the state of charge of the battery 61 according to the voltage level, and to charge the battery 61 by the power of the fuel cell 10 when the capacity of the battery 61 is not sufficient.

제 112 단계에서 상기 배터리의 충전이 필요한 경우, 제 114 단계에서와 같이 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상기 시스템 모듈(60)의 소비전력을 감지한다. 제 116 단계에서 상기 감지결과 상기 소비전력이 연료전지(10) 용량보다 큰 경우에는 배터리 충전을 대기한다(제 117 단계).When the battery needs to be charged in step 112, as in step 114, the embedded controller 62 detects power consumption of the system module 60. In operation 116, when the power consumption is greater than the capacity of the fuel cell 10, the battery is waiting for charging (operation 117).

그러나, 제 116 단계에서 상기 소비전력이 연료전지(10)의 용량보다 작은 경 우에는 배터리 충전 모드로서, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 충전부(64)를 온 동작시킨다. 그러면, 제 118 단계에서 상기 마이크로프로세서(50)의 제어동작에 따라 DC/DC 컨버터(40)를 통해 전압 조정된 DC전원이 상기 충전부(64)를 경유하여 배터리(61)로 인가된다. 상기 출력전압 인가에 따라 배터리(61)의 충전이 시작된다. 그리고 제 120 단계에서, 상기 임베디드 컨트롤러(62)의 배터리 충전 레벨 감시에 따라 만(FULL) 충전이 되면 충전부(64)를 오프시켜 충전과정을 중단시킨다.However, when the power consumption is smaller than the capacity of the fuel cell 10 in step 116, the embedded controller 62 turns on the charging unit 64 as a battery charging mode. Then, in step 118, the DC power regulated by the DC / DC converter 40 according to the control operation of the microprocessor 50 is applied to the battery 61 via the charging unit 64. Charging of the battery 61 starts in response to the output voltage application. In operation 120, when full charge is performed according to the battery charge level monitoring of the embedded controller 62, the charging unit 64 is turned off to stop the charging process.

즉, 상기 배터리 충전은 시스템 모듈(60)의 소비전력이 연료전지(10)의 용량을 초과하지 않는 경우에 한정하여 실시하는 것이다. 이는 상기 소비전력이 연료전지(10)의 용량을 초과하는 경우에는 상기 배터리(61)로부터 부족한 전원을 공급하도록 하지만, 만일 상기 배터리(61)의 용량이 부족한 경우에는 실질적으로 배터리(61)의 충전을 할 수 없기 때문이다.That is, the battery charging is performed only when the power consumption of the system module 60 does not exceed the capacity of the fuel cell 10. This is to supply insufficient power from the battery 61 when the power consumption exceeds the capacity of the fuel cell 10, but if the capacity of the battery 61 is insufficient, substantially charging of the battery 61 Because you can't.

도 5에는 본 발명의 실시 예에 따라 배터리 미장착시 또는 배터리 용량이 부족한 경우에 시스템 기능을 제한하는 처리 흐름도가 도시되어 있다.5 is a flowchart illustrating a process limiting system function when a battery is not installed or when battery capacity is insufficient, according to an exemplary embodiment of the present invention.

이를 설명하면, 상기와 같이 배터리(61)의 대략 10% 이하로 용량이 부족하거나, 또는 상기 시스템 모듈(60)에 배터리(61)가 미장착된 경우에는 상기 연료전지(10)의 출력 전원에 의해서만 시스템 구동이 된다. 따라서, 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 선택적으로 시스템 기능을 제한할 필요가 있다.As described above, when the capacity is insufficient to approximately 10% or less of the battery 61 as described above, or when the battery 61 is not installed in the system module 60, only by the output power of the fuel cell 10. The system runs. Thus, the embedded controller 62 may need to selectively limit system functionality.

즉 다시말해, 제 130 단계에서와 같이 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 리드한 배터리(61)의 전압레벨이 충분하지 않은 경우, 또는 배터리(61)가 장착되지 않는 경우에, 제 132 단계에서 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 시스템 모듈(60)의 소비전 력이 연료전지(10)의 용량을 넘지 않도록 바이오스(65)에 소비전력을 통보한다. In other words, if the voltage level of the battery 61 is not sufficient, or if the battery 61 is not mounted, as in step 130, the embedded controller 62 includes the embedded in step 132. The controller 62 notifies the bios 65 of the power consumption so that the power consumption of the system module 60 does not exceed the capacity of the fuel cell 10.

그러면, 제 134 단계에서 상기 바이오스(65)는 상기 소비전력과 연료전지(10)의 용량을 비교하고, 만일 소비전력이 연료전지(10)의 용량 이내이면 제 135 단계로 진행되어 상기 시스템 모듈(60)의 기능을 제한하지 않고 정상적으로 구동시킨다. Then, in step 134, the bios 65 compares the power consumption with the capacity of the fuel cell 10. If the power consumption is within the capacity of the fuel cell 10, the BIOS 65 proceeds to step 135 and the system module ( Drive normally without limiting the function of 60).

하지만, 상기 소비전력이 연료전지(10)의 용량을 넘게 되면 시스템 모듈(60)이 비정상적으로 구동될 수 있기 때문에, 이 경우 제 136 단계로 진행되어 상기 바이오스(65)는 소비전력을 감소하도록 시스템 기능을 제한한다. 상기 시스템 모듈(60)의 기능 제한은 상기 소비전력이 연료전지(10)의 용량 이내로 될 때까지 충분하게 제어하여 궁극적으로 소비전력이 연료전지(10)의 용량을 초과하지 않도록 조절하는 것이다.However, if the power consumption exceeds the capacity of the fuel cell 10, the system module 60 may be abnormally driven. In this case, the system module 60 may proceed to step 136 to reduce the power consumption. Limit the functionality. The function limitation of the system module 60 is to sufficiently control until the power consumption is within the capacity of the fuel cell 10 so that ultimately the power consumption does not exceed the capacity of the fuel cell 10.

한편, 상기 시스템 모듈(60)에 AC어댑터(62)가 연결되면 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 제 2스위치(68)를 턴 온 구동시켜 전원이 인가되도록 하고, AC/DC컨버터(69)를 통해 변환된 DC전원이 동작모듈(70)로 공급되도록 한다. 이때 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 상술한 바와 같이 배터리 전압레벨을 검사하는데, 만일 배터리(61)의 용량이 충분하지 않은 경우 상기 임베디드 컨트롤러(62)는 충전부(64)를 온 구동시켜 배터리 충전을 개시한다.On the other hand, when the AC adapter 62 is connected to the system module 60, the embedded controller 62 drives the second switch 68 to be turned on so that power is applied, and through the AC / DC converter 69. The converted DC power is supplied to the operation module 70. At this time, the embedded controller 62 checks the battery voltage level as described above. If the capacity of the battery 61 is not sufficient, the embedded controller 62 starts the battery charging by driving the charger 64 on. do.

이와 같이, 상기 실시 예에 설명되고 있는 본 발명은, 시스템 모듈의 소비전력과 연료전지의 용량을 비교하고 배터리 전원을 선택적으로 공급하거나 배터리 충전을 수행하며, 소비전력이 연료전지 용량을 초과하는 경우 시스템 모듈의 기능을 제한하게 됨을 알 수 있다.As described above, the present invention described in the above embodiments may be performed when comparing the power consumption of the system module with the capacity of the fuel cell, selectively supplying battery power or performing battery charging, and when the power consumption exceeds the fuel cell capacity. It can be seen that the function of the system module is limited.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 연료전지와 축전지의 선택 제어방법 및 그 시스템에 따르면, 시스템 모듈의 소비전력과 연료전지의 용량을 비교하여 선택적으로 상기 시스템 모듈에 장착된 배터리로부터 부족한 전원을 공급받기 때문에, 연료전지와 배터리의 안정적인 전원 공급에 따라 시스템 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the fuel cell and storage battery selection control method of the present invention and the system, by comparing the power consumption of the system module and the capacity of the fuel cell to selectively receive insufficient power from the battery mounted in the system module Therefore, according to the stable power supply of the fuel cell and the battery there is an effect that can improve the system stability.

그리고, 배터리가 미장착되었거나 배터리 용량이 부족한 경우에 시스템 모듈의 소비전력이 연료전지의 용량을 초과하지 않도록 조절하기 때문에, 전원 부족으로 인하여 시스템 전원이 오프(off)되는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.In addition, since the power consumption of the system module does not exceed the capacity of the fuel cell when the battery is not installed or the battery capacity is insufficient, the system power may be prevented from being turned off due to lack of power. .

더욱이, 시스템 모듈의 소비전력과 연료전지의 용량을 비교하여, 그 연료전지의 용량이 충분한 경우에만 배터리를 충전하기 때문에, 효율적인 배터리 충전을 기대할 수 있다.Furthermore, since the battery is charged only when the capacity of the fuel cell is compared with the capacity of the fuel cell of the system module, efficient battery charging can be expected.

Claims (11)

연료전지 공급에 따라 시스템 모듈을 구동하는 단계와, Driving the system module according to the fuel cell supply; 상기 시스템 모듈의 소비전력을 감지하고 상기 연료전지 용량과 비교하는 단계와, 그리고 Sensing the power consumption of the system module and comparing it with the fuel cell capacity, and 상기 비교결과에 따라 상기 소비전력이 연료전지 용량을 초과하는 경우 축전지로부터 전원을 공급받는 단계를 포함하고,And receiving power from the storage battery when the power consumption exceeds the fuel cell capacity according to the comparison result. 상기 축전지 미장착 또는 축전지 전원에 의해 상기 시스템 모듈의 구동이 어려운 경우에는, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않도록 시스템 기능을 제한하는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지 선택 제어방법.And if it is difficult to drive the system module due to the non-battery power or the battery power supply, the system function is limited so that the power consumption does not exceed the fuel cell capacity. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않을 때, 상기 축전지 용량에 따라 선택적으로 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지 선택 제어방법.And when the power consumption does not exceed the fuel cell capacity, selectively charging the battery according to the capacity of the storage battery. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량 이내이면 전원이 계속 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지 선택 제어방법.And continuously supplying power when the power consumption is within the fuel cell capacity. 연료전지가 내장된 연료전지 모듈과, A fuel cell module with a built-in fuel cell, 시스템 모듈의 소비전력과 상기 연료전지 용량을 비교하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 연료전지 또는 내부에 장착된 축전지로부터 선택적으로 전원을 공급받아 동작하는 시스템 모듈과, A system module for comparing the power consumption of the system module with the capacity of the fuel cell, and selectively receiving power from the fuel cell or a storage battery mounted therein according to the comparison result; 상기 연료전지 용량과 상기 시스템 모듈의 소비전력을 감지하는 감지수단을 포함하며, Sensing means for sensing the fuel cell capacity and the power consumption of the system module, 상기 시스템 모듈은 상기 축전지가 미장착되었거나 또는 축전지 전원에 의해 상기 시스템 모듈의 구동이 어려운 경우에는, 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않도록 시스템 기능을 제한하는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템.The system module may limit system functions such that the power consumption does not exceed the capacity of the fuel cell when the battery is not installed or when the system module is difficult to drive due to battery power. Optional control system. 제 5항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 연료전지 모듈은, The fuel cell module, 상기 연료전지와, The fuel cell, 상기 연료전지의 전원을 출력하는 컨버터와, 그리고A converter for outputting power of the fuel cell, and 상기 컨버터의 출력 전원을 가변적으로 조정하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템.And a microprocessor for variably adjusting the output power of the converter. 제 5항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 시스템 모듈은, The system module, 상기 소비전력과 상기 연료전지 용량을 비교하여 상기 축전지 전원 공급을 선택적으로 제어하는 임베디드 컨트롤러와, An embedded controller for selectively controlling the storage battery power supply by comparing the power consumption with the fuel cell capacity; 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않을 때 상기 임베디드 컨트롤러에 의해 상기 축전지를 선택적으로 충전하는 충전부와, 그리고A charging unit for selectively charging the storage battery by the embedded controller when the power consumption does not exceed the fuel cell capacity, and 상기 소비전력이 상기 연료전지 용량을 초과하지 않도록 상기 시스템 모듈의 기능을 제한하는 바이오스(BIOS)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템. And a BIOS for limiting the function of the system module so that the power consumption does not exceed the fuel cell capacity. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 시스템 모듈은, The system module, AC전원의 공급 경로를 형성하는 제 2스위칭소자와, 그리고A second switching element forming a supply path of the AC power source, and 상기 제 2스위칭소자를 통해 공급된 AC전원을 DC전원으로 변환하는 AC/DC컨버터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템.And an AC / DC converter for converting AC power supplied through the second switching element into DC power. 제 5항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 감지수단은 센싱 저항인 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템.And the sensing means is a sensing resistor. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 임베디드 컨트롤러와 상기 축전지는 SM버스(System Management Bus)로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템.The embedded controller and the storage battery is connected to the SM bus (System Management Bus) characterized in that the fuel cell and the battery selection control system. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 임베디드 컨트롤러와 상기 마이크로프로세서는 I2C(Inter Integrated Circuit) 또는 SM버스(System Management Bus)로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지와 축전지의 선택 제어시스템.The embedded controller and the microprocessor is connected to the I2C (Inter Integrated Circuit) or SM Bus (System Management Bus) characterized in that the fuel cell and the storage system selection control system.
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