KR101369142B1 - 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 전기화학적반응의 특성에 의하여 최초 운전시에 순간적으로 발생되는 요구되는 부하의 고출력에 의한 온도상승과 냉각팬의 제어에 따른 과다한 에너지의 소비 및 용량이 감소됨을 방지하기 위하여 전압 및 전류특성에 따라서 출력전류를 제어하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법{Hybrid fuel cell control system and method thereof}
본 발명은 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 스택의 전기화학적반응의 특성에 의하여 최초 운전시에 순간적으로 발생되는 요구되는 부하의 고출력에 의한 온도상승과 냉각팬의 제어에 따른 과다한 에너지의 소비 및 용량이 감소됨을 방지하기 위하여 전압 및 전류특성에 따라서 출력전류를 제어하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
에너지원으로 주로 사용되고 있는 오일은 환경을 오염시키는 주요인이 될 뿐만 아니라 폭발적인 수요의 증가로 인하여 매장량의 한계성을 드러내고 있다. 이와 같은 화석 연료를 대체하기 위한 대안으로 연료 전지의 개발이 진행되고 있다.
상기 연료 전지의 종류는 인산형 연료 전지(Phosphoric Acid Fuel Cell), 알칼리형 연료 전지(Alkaline Fuel Cell), 고분자 전해질형 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 용융 탄산염형 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell), 직접 메탈올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell) 등 다양하다.
또한, 상기 연료 전지는 적용 분야에 따라 상업용 연료 전지와, 가정용 연료 전지와, 전기 자동차에 사용되는 자동차용 연료 전지와, 휴대용 단말기나 노트북 등에 사용되는 소형 연료 전지 등 다양하다.
특히, 가정용 연료 전지는 가정에서 사용하고 있는 가전 제품, 조명 기기 등을 충분히 작동시킬 수 있도록 개발되고 있고, 상업용 연료 전지는 상가나 공장 등에서 조명 기기나 전동기 또는 기계 등을 충분히 작동시킬 수 있도록 개발되고 있다.
여기서 종래의 연료전지는 연료전지의 스택의 반응기체를 공급하는 수소 및 공기공급부와 반응기체를 가습하는 가습부, 연료전지스택에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각부와 연료전지 스택의 출력제어하는 구동제어부 및 배터리, 부하장치로 구성된다.
여기서 도 1은 종래의 연료전지의 동작특성을 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 종래의 연료전지는 최초 구동시에 전기화학적인 특성에 의하여 순간적인 고부하 발생에 따라서 출력용량이 감소하였다가 회복되는 특성을 보인다.
이와 같이 출력용량이 최초 구동시에 고부하에 상응하는 고출력이 발생되어 순간적으로 감소된다. 이는 도 1의 그래프에서 도시된 바와 같다. 즉, 도 1의 그래프는 최초 구동시에 고출력에 의한 최고점(a)에서 순간적으로 최저점으로 감소(b)됨을 확인할 수 있다.
이와 같이 연료전지의 출력의 급격한 변화가 이루어지기 때문에 고부하를 발생하기 위하여 수소 및 공기공급부에서 최대 부하에 상응하는 연료를 공급하고, 특히 가습부는 고출력에 따라서 반응되는 기체의 반응온도가 상승되기 때문에 강한 레벨의 냉각팬의 제어가 이루어져야 한다. 그러나 상기와 같이 고출력에 따른 가습기의 온도상승 및 냉각팬의 냉각 이후에 출력이 감소되기 때문에 연료전기가 과다한 가습상태가 이루어지고, 이와 같은 과다 가습은 연료전지의 용량을 감소시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 최초 구동시에 고부하에 따른 고출력 이후에 전압과 전류를 제어하여 급격한 출력의 변화를 방지하여 에너지의 소모 및 연료전지의 수명을 연장시킬 수 있는 하이브리드 연료전지의 제어시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명의 제1실시예는 수소와 공기의 화학적 반응에 의하여 생산된 전원을 부하에 공급하는 연료전지; 충전된 전원을 부하에 공급하는 배터리; 상기 연료전지에서 출력되는 전원을 측정한 측정값과 설정값을 비교하여 상기 배터리의 출력제어신호를 인가하고, 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 정하는 측정값과 설정값을 비교하여 상기 배터리의 충전제어신호를 출력하는 출력제어부; 및 상기 출력제어부의 출력제어신호에 의하여 상기 배터리의 출력전원레벨을 조절하여 상기 부하에 공급되는 전원을 일정하게 유지하고, 상기 연료전지에서 출력된 전원을 상기 배터리에 인가하여 상기 배터리를 충전시키는 구동제어부를 포함하고, 상기 구동제어부는 상기 측정부에서 측정된 상기 연료전지의 출력값이 설정값 보다 높으면 상기 측정값에서 설정값에서 추가로 출력된 추가 출력값을 상쇄시킬 수 있도록 배터리의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 상기 구동제어부는 상기 출력제어부에서 측정되는 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정한 측정값과 설정값의 비교결과, 측정값이 설정값 보다 낮으면 상기 연료전지의 출력을 상기 배터리에 인가하여 충전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3실시예에 있어서, 상기 출력제어부는 상기 연료전지에서 출력되는 전압 및 전류와, 상기 연료전지의 온도를 측정하는 측정부와, 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정하는 충전량 연산부와, 상기 측정부와 충전량연산부에서 측정된 측정값과 설정된 설정값을 비교하여 상기 구동제어부에 출력제어신호를 인가하는 비교부를 포함한다.
본 발명의 제4실시예에 있어서, 상기 비교부는 상기 측정부에서 인가되는 측정값의 노이즈를 제거하고 증폭시키는 제1버퍼; 상기 제1버퍼에서 인가되는 측정값과 설정값을 비교하여 측정값이 높으면 온신호를 출력하는 제1비교기; 상기 제1비교기에서 인가되는 온신호에 의하여 스위칭온되어 상기 구동제어부에 상기 배터리의 출력제어신호를 인가하는 제1스위칭수단을 포함한다.
본 발명의 제5실시예에 있어서, 상기 비교부는 상기 충전량연산부에서 측정되는 측정값의 노이즈를 제거하고, 증폭시키는 제2버퍼; 상기 제2버퍼에서 인가되는 측정값과 설정값을 비교하여 온오프신호를 인가하는 제2비교기; 및 상긱 제2비교기로부터 온신호가 인가되면 스위칭온되어 상기 구동제어부에 배터리의 충전을 위한 출력제어신호를 인가하는 제2스위칭수단을 포함한다.
본 발명의 제6실시예는 부하의 구동신호에 의하여 연료전지와 배터리를 구동시켜 상기 부하에 전원을 공급하도록 제어하는 출력단계; 상기 출력단계 이후에 상기 연료전지의 온도를 측정하고, 측정된 온도와 설정된 온도를 비교하여 상기 연료전지를 냉각시키는 쿨링제어단계; 상기 연료전지에서 출력되는 전원을 측정한 측정값과 설정값을 비교하고, 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정하는 측정값과 설정값을 비교한 출력제어신호가 인가됨을 판단하는 비교단계; 및 상기 비교단계에서 상기 연료전지의 측정값이 설정값 보다 높기 때문에 출력제어신호가 인가되면, 상기 연료전지의 측정값에서 설정값 보다 추가로 출력되는 출력값을 상쇄시키도록 전압-전류의 특성에 따라서 상기 배터리의 출력을 제어하는 출력제어단계를 포함한다.
본 발명의 제7실시예에 있어서, 상기 출력제어단계는 상기 비교단계에서 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정하여 인가된 측정신호가 설정값 이하이기 때문에 출력제어신호가 인가되면, 상기 연료전지에서 출력되는 전원을 상기 배터리에 인가하여 충전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8실시예에 있어서, 상기 출력제어단계는 상기 배터리가 상기 연료전지에서 출력된 전원에 의하여 충전되면, 상기 연료전지는 상기 배터리의 충전량과 상기 부하에 공급되는 공급량만큼 출력을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 전압과 전류의 특성을 이용하여 연료전지와 배터리의 출력을 제어할 수 있어 부하에 항상 일정범위의 전원을 공급할 수 있기에 최초 구동시에 고 부하에 따른 고출력 이후에 급격한 출력의 변화가 방지되어 에너지의 소모 및 연료전지의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 연료전지의 출력특성을 도시한 그래프
도 2는 일반적인 하이브리드형 연료전지를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지의 제어시스템을 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지의 제어방법을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법의 출력특성을 도시한 그래프이다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지의 제어시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드형 연료전지를 도시한 블럭도, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지의 제어시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지(10)의 제어시스템은 수소와 공기의 화학적 반응에 의하여 전류를 출력하는 연료전지(10)와, 충전된 전원을 출력하는 배터리(20)와, 상기 배터리(20)와 연료전지(10)를 선택적으로 제어하여 부하(50)에 전원을 공급하는 구동제어부(40)와, 상기 연료전지(10)와 배터리(20)의 출력을 감지하여 상기 구동제어부(40)에 출력제어신호를 인가하는 출력제어부(30)를 포함한다.
상기 연료전지(10)는 수소를 공급하는 수소공급장치(11)와, 공기를 공급하는 공기공급장치(12)와, 습기를 생성하는 가습기(13)와, 수소와 공기를 화학적반응시켜 전류를 출력하는 연료전지스택(15)과, 상기 연료전지스택(15)의 화학적 반응 이후에 생성되는 수소를 배출시키는 수소배출장치(16)와, 상기 연료전지스택(15)의 화학적 반응 이후에 생성되는 공기를 배출시키는 공기배출장치(17)와, 연료전지스택(15)을 냉각시키는 스택냉각장치(14)를 포함한다. 여기서 상기 연료전지(10)의 구성은 일반적인 것으로서 그 상세 구성에 대한 설명을 생략한다.
상기 배터리(20)는 상기 구동제어부(40)의 제어에 의하여 부하(50)에 전원을 출력한다. 이때 배터리(20)는 상기 부하(50)가 최초 구동시에 전원을 공급하며, 상기 출력제어부(30)의 충방전상태에 따라서 상기 구동제어부(40)의 제어에 의하여 부하(50)에 전원을 공급한다.
상기 구동제어부(40)는 상기 출력제어부(30)에서 인가되는 온신호에 따라서 상기 배터리(20)와 연료전지(10)중에서 선택적으로 상기 부하(50)에 출력하도록 제어한다. 이때 상기 구동제어부(40)는 부하(50)에 공급되는 배터리(20)의 전력을 최초 구동시에 구동하더라도 상기 출력제어부(30)에서 인가되는 배터리(20)의 충방전상태에 따라서 상기 연료전지(10)의 출력량을 증가시키거나, 상기 연료전지(10)의 출력을 배터리(20)에 인가하여 상기 배터리(20)를 충전시킨다.
즉, 상기 구동제어부(40)는 상기 부하(50)의 최초 구동시에 상기 배터리(20)에서 전원을 상기 부하(50)에 공급하도록 제어하고, 이후에 상기 연료전지(10)의 출려전원이 증가되면, 상기 배터리(20)의 출력을 낮추어 상기 연료전지(10)에서 상기 배터리(20)의 공급부분중 일부를 상기 연료전지(10)에서 일정부분 감당하도록 제어한다. 또한 상기 구동제어부(40)는 상기 배터리(20)의 충방전상태를 확인하고, 또는 상기 연료전지(10)에서 상기 부하(50)의 소비전력보다 높은 전원이 출력되면, 상기 배터리(20)에 상기 연료전지(10)의 출력전원을 인가하여 상기 배터리(20)를 충전시킨다.
상기 출력제어부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연료전지(10)의 출력을 측정하는 측정부(31)와, 상기 배터리(20)의 충전상태(SOC:State of Charge)를 연산하는 충전량연산부(32)와, 상기 측정부(31)와 충전량연산부(32)에서 측정된 전압과 설정값을 비교하는 비교부(33)를 포함한다.
상기 측정부(31)는 상기 연료전지(10)에서 출력되는 전압과 전류, 그리고 연료전지(10)의 온도를 측정하여 상기 비교부(33)에 인가한다.
상기 충전량연산부(32)는 상기 배터리(20)의 충전량 상태를 연산하여 상기 비교부(33)에 인가한다.
상기 비교부(33)는 상기 측정부(31)에서 측정된 연료전지(10)의 출력값과 설정값을 비교하여 상기 구동제어부(40)에 연료전지(10) 또는 배터리(20)의 출력레벨을 조절하라는 조절제어신호를 인가한다. 이를 위하여 상기 비교부(33)는 상기 측정부(31)에서 출력된 측정값에서 노이즈의 제거 및 증폭하여 출력하는 제1버퍼(331)와, 상기 제1버퍼(331)에서 반전된 측정값과 설정값을 비교하는 제1비교기(332)와, 상기 제1비교기(332)의 출력신호에 의하여 온오프되는 제1스위칭수단(333)과, 상기 충전량연산부(32)에서 출력되는 측정신호의 노이즈 제거 및 증폭시키는 제2버퍼(331')와, 상기 제2버퍼(331')에서 인가되는 측정신호와 설정값을 비교하는 제2비교기(332')와, 상기 제2비교기(332')의 출력신호에 의하여 온오프되는 제2스위칭수단(333')을 포함한다.
상기 제1버퍼(331)는 상기 측정부(31)에서 출력된 측정신호를 제3오피앰프(OP3)를 통하여 버퍼링하여 노이즈를 제거하고, 제1오피앰프(OP1)와 제3오피앰프(OP3)는 상기 제3오피앰프에 의하여 노이즈가 제거된 측정값을 증폭시켜 상기 제1비교기(332)에 인가된다. 여기서 상기 제2오피앰프(OP2)는 상기 측정부(31)에서 인가되는 측정값에서 설정된 대역이외의 신호를 제거하는 버퍼이다. 상기 제3오피앰프(OP3)와 상기 제2오피앰프(OP2)는 제1오피앰프(OP1)의 출력단에 연결되어 노이즈가 제거된 측정값을 증폭시킨다. 또한 상기 제3오피앰프(OP3)는 출력단에 상기 제1비교기(332)의 입력단에 연결된다.
상기 제1비교기(332)는 제4오피앰프(OP4)로서 설정값을 출력하는 제2입력단(Ref2)이 연결되고, 출력단에서 상기 제1스위칭수단(333)(Q1)에 연결된다. 따라서 상기 제1비교기(332)는 상기 제2입력단(Ref2)에서 인가되는 설정값과, 상기 제1버퍼(331)에서 인가되는 측정값을 비교하여 양자가 일치될 경우에는 상기 제1스위칭수단(333)에 오프신호를 인가하고, 측정값이 설정값보다 높을 경우에 상기 제1스위칭수단(333)에 온신호를 인가한다.
상기 제1스위칭수단(333)은 상기 제1비교기(332)에서 인가되는 온오프신호에 따라서 스위칭온 오프되어 상기 구동제어부(40)에 배터리(20)의 출력제어신호를 인가한다. 예를 들면, 상기 제1스위칭수단(333)은 상기 측정값이 설정값 보다 높으면 온되어 상기 구동제어부(40)에서 상기 배터리(20)의 출력전류를 낮추도록 제어한다.
보다 상세한 예를 들어보면, 상기 구동제어부(40)는 연료전지(10)의 설정된 출력값이 20A이고, 측정된 전류값이 25A라면, 상기 연료전지(10)에서 5A의 전류가 추가되었기 때문에 상기 배터리(20)의 출력에서 5A의 전류를 감소시키도록 제어한다.
여기서 상기 제1스위칭수단(333)은 베이스가 상기 제1비교기(332)의 출력단에 연결되는 제1트랜지스터(Q1)를 적용하는 것이 바람직하다.
상기 제2버퍼(331')는 충전량연산부(32)의 측정값에서 노이즈를 제거 및 증폭하며, 상기 제2비교기(332')는 제4입력단(Ref4)에서 인가되는 설정값과 상기 제2버퍼(331')에서 인가되는 측정값을 비교하여 상기 제2스위칭수단(333')에 인가한다.
여기서 상기 제2버퍼(331')는 제3입력단(Ref3)에 연결되는 제5오피앰프(OP5)와, 상기 충전량연산부(32)의 출력측에 연결되는 제6오피앰프(OP6)와, 상기 제5오피앰프(OP5)와 제6오피앰프(OP6)의 출력단이 연결되는 접점에서 입력단이 연결되는 제7오피앰프(OP7)를 포함한다. 여기서 상기 제6오피앰프(OP6)는 상기 충전량연산부(32)에서 출력된 신호에서 설정된 대역 이외의 신호를 차단하는 버퍼이며, 상기 제5오피앰프(OP5)와 제7오피앰프(OP7)는 측정값을 증폭시킨다.
상기 제2비교기(332')는 상기 제2버퍼(331')에서 반전된 신호와 제4입력단(Ref4)에서 인가되는 설정값을 비교하여 일치하면 온신호를 인가하고, 불일치하면 오프신호를 상기 제2스위칭수단(333')에 인가한다. 여기서 상기 제2비교기(332')는 설정값을 출력하는 제4입력단(Ref4)과 상기 제2버퍼(331')에 연결되는 제8오피앰프(OP8)이다.
상기 제2스위칭수단(333')은 상기 제2비교기(332')에서 온신호가 인가되면, 상기 구동제어부(40)에 연료전지(10)의 출력제어신호를 인가한다. 바람직하게로는 상기 제2스위칭수단(333')은 베이스가 상기 제2비교기(332')의 출력단에 연결되는 제2트랜지스터(Q2)를 적용함이 바람직하다.
상기 구동제어부(40)는 상기 제2스위칭수단(333')이 온되어 연료전지(10)의 출력제어신호가 인가되면, 상기 배터리(20)의 충전량이 설정값 이하인 것으로 판단하여 상기 연료전지(10)의 추가 출력량을 상기 배터리(20)에 인가하여 상기 배터리(20)를 충전시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 연료전지(10)의 설정된 출력이 20A이고, 측정된 전류값이 25A일 경우에 상기 배터리(20)의 충전상태가 설정값 이하라면, 상기 연료전지(10)의 추가 출력된 5A의 전류를 상기 배터리(20)에 인가한다. 따라서 상기 배터리(20)는 상기 연료전지(10)의 추가출력분에 의하여 충전될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기 구성을 포함하는 본 발명의 작용을 첨부된 도 4와 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지(10)의 제어방법을 도시한 순서도, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드형 연료전지(10)의 제어시스템 및 방법의 출력특성을 도시한 그래프이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 구동제어부(40)의 제어에 의하여 연료전지(10)와 배터리(20)가 구동되는 전류출력단계(S11)와, 상기 출력단계(S11) 이후에 상기 연료전지(10)를 설정온도에 따라서 현재 온도를 냉각시키는 쿨링제어단계(S12)와, 상기 배터리(20)의 충전량과 상기 연료전지(10)의 출력값을 측정하여 설정값과 비교하는 비교단계(S13)와, 상기 비교단계(S13)에 따라서 상기 연료전지(10)의 출력을 제어하는 출력제어단계(S14)를 포함한다.
상기 전류출력단계(S11)는 상기 구동제어부(40)에서 상기 부하(50)의 구동신호에 의하여 상기 연료전지(10)와 상기 배터리(20)를 구동시켜 상기 부하(50)에 전원을 공급하도록 제어하는 단계이다. 상기 구동제어부(40)는 상기 부하(50)로부터 구동신호가 인가되면, 먼저 상기 배터리(20)에서 전원을 출력시켜 상기 부하(50)에 공급한다. 그리고 상기 구동제어부(40)는 후술되는 비교단계(S13)를 거쳐 상기 연료전지(10)의 출력값을 확인하여 증가시키고, 상기 연료전지(10)의 출력값에 따라서 상기 배터리(20)의 출력을 제어한다.
상기 쿨링제어단계(S12)는 상기 구동제어부(40)에서 상기 연료전지(10)의 온도에 따라서 쿨링제어하는 단계이다. 여기서 상기 연료전지(10)는 상기 수소공급장치(11)와 공기공급장치(12)에서 공급된 수소와 공기를 화학반응시켜 전류를 출력하며, 이때 상기 스택냉각장치(14)는 상기 연료전지스택(15)의 온도를 적정온도로 낮추도록 냉각시킨다. 여기서 상기 쿨링제어단계(S12)는 연료전지(10)에서 적용되는 일반적인 냉각알고리즘에 의하여 구동됨에 따라서 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 비교단계(S13)는 상기 구동제어부(40)에서 상기 출력제어부(30)의 제어신호의 수신 여부를 판단하는 단계이다. 상기 구동제어부(40)는 상기 출력제어부(30)에서 측정값과 설정값을 비교하여 인가되는 출력제어신호의 수신여부를 판단한다.
여기서 상기 출력제어부(30)는 상기 제1비교기(332)에서 상기 측정부(31)에서 상기 연료전지(10)의 전압, 전류의 측정값과 설정된 설정값을 비교하여 측정된 전압이 설정전압 보다 높다면 상기 제1스위칭수단(333)을 온시켜 상기 구동제어부(40)에 상기 배터리(20)의 출력전류를 상기 연료전지(10)에서 추가로 출력된 전압이 설정된 전압 이하로 감소될 수 있도록 출력전류를 감소시키는 출력제어신호를 인가한다.
또한 제2비교기(332')는 상기 충전량연산부(32)에서 측정된 상기 배터리(20)의 충전상태의 측정값과 설정된 충전값을 비교하여 측정값이 설정값 이하라면, 상기 제2스위칭수단(333')을 온시켜 상기 배터리(20)의 충전을 제어하는 출력제어신호를 인가하도록 한다.
상기 출력제어단계는 상기 구동제어부(40)에서 상기 제1스위칭수단(333)이 온되면, 상기 연료전지(10)의 출력값이 설정된 값 보다 높다면, 설정값보다 추가로 출력되는 추가 출력만큼 상기 배터리(20)의 출력을 감소하도록 제어한다. 즉, 상기 구동제어부(40)는 상기 부하(50)에 공급되는 전체 출력값을 설정하고, 배터리(20)의 출력과 연료전지(10) 출력을 전압-전류의 특성을 통하여 상기 부하(50)에 항상 일정한 출력을 이루어지게 할 수 있다. 다.
따라서 상기 구동제어부(40)는 상기 부하(50)에 일정레벨의 출력을 유지하기 위하여 상기 연료전지(10)에서 추가 출력만큼의 출력을 상기 배터리(20)에서 출력되는 전류를 감소시켜 상기 부하(50)에 공급되는 출력(전압)을 항상 일정하게 유지시킬 수 있다.
아울러 상기 구동제어부(40)는 상기 제2스위칭수단(333')이 온 되면, 상기 연료전지(10)에서 출력되는 전원을 상기 배터리(20)로 인가하여 상기 배터리(20)의 잔여 충전량을 증가시켜 배터리(20)의 충전상태를 개선한다.
여기서 더욱 바람직하게로는 상기 구동제어부(40)는 상기 배터리(20)가 상기 연료전지(10)에서 출력된 전원에 의하여 충전되면 상기 연료전지(10)를 제어하여 출력을 증가시킨다. 즉, 상기 연료전지(10)는 상기 구동제어부(40)의 제어에 의하여 상기 배터리(20)의 충전량과 상기 부하(50)에 공급되는 공급량만큼 출력을 증가시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 상기 배터리(20)와 연료전지(10)에서 각각 출력되는 전압 또는 전류값을 전압-전류특성을 이용하여 상기 부하(50)에 공급되는 전원의 레벨을 일정하게 유지할 수 있기 때문에 도 5에 도시된 바와 같이 완만한 형상의 출력그래프가 완성될 수 있다.
즉, 본 발명은 종래의 하이브리드 연료전지(10)에서 부하(50)의 최초 구동시에 요구되는 고출력 이후의 급격한 변화가 발생 되지 않았다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 연료전지 20 : 배터리
30 : 출력제어부 31 : 측정부
32 : 충전량연산부 33 : 비교부
331 : 제1버퍼 332 : 제1비교기
333 : 제1스위칭수단 331' : 제2버퍼
332': 제2비교기 333' : 제2스위칭수단
40 : 구동제어부 50 : 부하

Claims (8)

  1. 수소와 공기의 화학적 반응에 의하여 생산된 전원을 부하에 공급하는 연료전지;
    충전된 전원을 부하에 공급하는 배터리;
    상기 연료전지에서 출력되는 전원을 측정한 측정값과 설정값을 비교하여 상기 배터리의 출력제어신호를 인가하고, 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 정하는 측정값과 설정값을 비교하여 상기 배터리의 충전제어신호를 출력하는 출력제어부; 및
    상기 출력제어부의 출력제어신호에 의하여 상기 배터리의 출력전원레벨을 조절하여 상기 부하에 공급되는 전원을 일정하게 유지하고, 상기 연료전지에서 출력된 전원을 상기 배터리에 인가하여 상기 배터리를 충전시키는 구동제어부를 포함하고,
    상기 구동제어부는 상기 측정부에서 측정된 상기 연료전지의 출력값이 설정값 보다 높으면 상기 측정값에서 설정값에서 추가로 출력된 추가 출력값을 상쇄시킬 수 있도록 배터리의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동제어부는
    상기 출력제어부에서 측정되는 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정한 측정값과 설정값의 비교결과, 측정값이 설정값 보다 낮으면 상기 연료전지의 출력을 상기 배터리에 인가하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력제어부는
    상기 연료전지에서 출력되는 전압 및 전류와, 상기 연료전지의 온도를 측정하는 측정부와, 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정하는 충전량 연산부와, 상기 측정부와 충전량연산부에서 측정된 측정값과 설정된 설정값을 비교하여 상기 구동제어부에 출력제어신호를 인가하는 비교부를 포함하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 측정부에서 인가되는 측정값의 노이즈를 제거하고 증폭시키는 제1버퍼;
    상기 제1버퍼에서 인가되는 측정값과 설정값을 비교하여 측정값이 높으면 온신호를 출력하는 제1비교기;
    상기 제1비교기에서 인가되는 온신호에 의하여 스위칭온되어 상기 구동제어부에 상기 배터리의 출력제어신호를 인가하는 제1스위칭수단을 포함하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 비교부는
    상기 충전량연산부에서 측정되는 측정값의 노이즈를 제거하고, 증폭시키는 제2버퍼;
    상기 제2버퍼에서 인가되는 측정값과 설정값을 비교하여 온오프신호를 인가하는 제2비교기; 및
    상긱 제2비교기로부터 온신호가 인가되면 스위칭온되어 상기 구동제어부에 배터리의 충전을 위한 출력제어신호를 인가하는 제2스위칭수단을 포함하는 하이브리드형 연료전지의 제어시스템.
  6. 부하의 구동신호에 의하여 연료전지와 배터리를 구동시켜 상기 부하에 전원을 공급하도록 제어하는 출력단계;
    상기 출력단계 이후에 상기 연료전지의 온도를 측정하고, 측정된 온도와 설정된 온도를 비교하여 상기 연료전지를 냉각시키는 쿨링제어단계;
    상기 연료전지에서 출력되는 전원을 측정한 측정값과 설정값을 비교하고, 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정하는 측정값과 설정값을 비교한 출력제어신호가 인가됨을 판단하는 비교단계; 및
    상기 비교단계에서 상기 연료전지의 측정값이 설정값 보다 높기 때문에 출력제어신호가 인가되면, 상기 연료전지의 측정값에서 설정값 보다 추가로 출력되는 출력값을 상쇄시키도록 전압-전류의 특성에 따라서 상기 배터리의 출력을 제어하는 출력제어단계를 포함하는 하이브리드형 연료전지의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 출력제어단계는
    상기 비교단계에서 상기 배터리의 충전상태를 연산 및 측정하여 인가된 측정신호가 설정값 이하이기 때문에 출력제어신호가 인가되면, 상기 연료전지에서 출력되는 전원을 상기 배터리에 인가하여 충전시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 연료전지의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 출력제어단계는
    상기 배터리가 상기 연료전지에서 출력된 전원에 의하여 충전되면, 상기 연료전지는 상기 배터리의 충전량과 상기 부하에 공급되는 공급량만큼 출력이 증가되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 연료전지의 제어방법.
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