KR101382260B1 - 연료전지 시스템 및 그의 기동방법 - Google Patents

연료전지 시스템 및 그의 기동방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101382260B1
KR101382260B1 KR1020130027295A KR20130027295A KR101382260B1 KR 101382260 B1 KR101382260 B1 KR 101382260B1 KR 1020130027295 A KR1020130027295 A KR 1020130027295A KR 20130027295 A KR20130027295 A KR 20130027295A KR 101382260 B1 KR101382260 B1 KR 101382260B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
battery
stack
external load
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020130027295A
Other languages
English (en)
Inventor
노형철
서호철
Original Assignee
세종공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종공업 주식회사 filed Critical 세종공업 주식회사
Priority to KR1020130027295A priority Critical patent/KR101382260B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101382260B1 publication Critical patent/KR101382260B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 시스템 및 그의 기동방법에 관한 것으로, 상기 연료전지 시스템은 개질기와 스택을 구비하여 전기를 발생하는 연료전지유닛; 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하는 DC/DC 컨버터; 연료전지유닛의 시동을 위한 전력을 공급하고 외부부하로 전력을 공급하기 위한 배터리; DC/DC 컨버터 또는 배터리로부터 공급된 전기를 변환하여 외부부하로 공급하는 DC/AC 컨버터; 및 사용자의 요구에 의해 DC/AC 컨버터가 온(ON)된 경우 배터리의 전력을 DC/AC 컨버터를 통해 외부부하로 공급하고, 배터리의 전력에 의해 개질기의 웜업(warm up)이 완료 된 경우 배터리의 전력을 이용하여 스택을 기동하며, 스택의 기동에 의해 발생된 전력을 변환하여 외부부하로 공급하도록 DC/DC 컨버터를 기동하고, 외부부하의 소비전력 값이 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 배터리의 전력 값 이하인 경우 외부부하로의 스택의 전력 공급을 차단하고 배터리의 전력을 외부부하로 공급하도록 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 배터리 단독으로 외부부하를 구동하거나, 배터리 및 스택의 전력을 함께 이용하여 스택의 정격 전력을 넘는 소모전력을 가진 외부부하를 구동함으로써 사용자 편의성을 증대시킬 수 있다.

Description

연료전지 시스템 및 그의 기동방법{Fuel cell system and start-up method thereof}
본 발명은 연료전지 시스템 및 이의 기동방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 기동 후 정상동작 진입 시까지의 동작 제어절차를 구비한 연료전지 시스템 및 그의 기동방법에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연료전지 및 보조 배터리로 구성된 연료전지 시스템에 관한 것으로, 연료전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시켜 외부부하에 공급하거나 보조 배터리를 충전하는 발전 시스템이다.
상기 연료전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차, 주택 및 공공건물 등의 대체 전력원으로 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다. 구체적으로 연료전지는 기본적으로 스택(stack), 개질기, BOP(Balance OF Plants) 등을 구비한다. BOP는 연료탱크, 연료 펌프 및 밸브 등으로 스택(stack) 및 개질기의 동작을 주변에서 보조하는 주변기계장치를 의미한다.
이와 같은 종래 연료전지 시스템의 개발 방향은 초기 단계로서 발전효율과 응용분야에 따른 하드웨어적 설계 연구에 치중되고 있다.
그러나 연료전지 시스템의 본격적인 상용화를 위해서는 발전효율의 향상과 같은 핵심적인 기술개발과 더불어 시스템의 안정적이며 효율적인 운용과 더불어 다양한 사용자의 전력 요구 수요를 만족시키기 위한 소프트웨어 로직의 개발 노력이 병행되어야 한다.
특히 연료전지 시스템은, 외부부하의 소비 전력이 스택의 발생 전력보다 큰 경우 이에 적절히 대처하기 위한 소프트웨어 로직에 대한 개발이 부족하여, 사용자에게 불편을 초래하는 측면이 존재한다.
KR 10-2008-0084372 A, 2008. 09. 19, 도면 1
외부부하의 소비 전력이 스택의 발생 전력보다 큰 경우 이에 대응하는 전력을 공급하도록 배터리와 연계된 시스템의 설계 및 소프트웨어를 개발하여 스택의 발생 전력보다 큰 소비전력을 소모하는 외부부하를 정상 구동시킴으로써 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템 및 그의 기동방법을 제공하는 것이다.
상기 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 시스템은 개질기와 스택을 구비하여 전기를 발생하는 연료전지유닛; 상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하는 DC/DC 컨버터; 상기 연료전지유닛의 시동을 위한 전력을 공급하고 외부부하로 전력을 공급하기 위한 배터리; 상기 DC/DC 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급된 전기를 변환하여 외부부하로 공급하는 DC/AC 컨버터; 및 사용자의 요구에 의해 상기 DC/AC 컨버터가 온(ON)된 경우 상기 배터리의 전력을 상기 DC/AC 컨버터를 통해 외부부하로 공급하고, 상기 배터리의 전력에 의해 상기 개질기의 웜업(warm up)이 완료 된 경우 상기 배터리의 전력을 이용하여 상기 스택을 기동하며, 상기 스택의 기동에 의해 발생된 전력을 변환하여 외부부하로 공급하도록 상기 DC/DC 컨버터를 기동하고, 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 이하인 경우 외부부하로의 상기 스택의 전력 공급을 차단하고 상기 배터리의 전력을 외부부하로 공급하도록 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어유닛은, 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 보다 큰 경우, 외부부하로 상기 스택의 전력이 공급되도록 유지하면서 동시에 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 스택의 전력 및 상기 배터리의 전력이 동시에 외부부하로 공급되는 경우, 상기 스택의 전력 값은 상기 외부부하의 소비전력 값에서 상기 배터리의 전력 값을 초과하는 전력 값으로 정해질 수 있다.
상기 제어유닛은, 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 경우, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것을 차단하고, 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지할 수 있다.
상기 제어유닛은, 상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 모니터링하고, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것이 차단되고 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되는 경우, 상기 모니터링된 배터리의 SOC 값이 임계치 이하인 경우 상기 배터리를 충전할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 BOP(Balance OF Plants)와 개질기와 스택을 구비하는 연료전지유닛, 상기 연료전지유닛으로부터 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하는 DC/DC 컨버터, 배터리 및 상기 DC/DC 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급된 전기를 변환하여 외부부하로 공급하는 DC/AC 컨버터를 구비한 연료전지 시스템의 기동방법에 관한 것이다.
본 연료전지 시스템의 기동방법은 사용자의 요구에 의해 상기 DC/AC 컨버터가 온(ON)된 경우 상기 배터리의 전력을 상기 DC/AC 컨버터를 통해 외부부하로 공급하는 단계; 상기 배터리의 전력을 상기 BOP로 공급하고 상기 개질기를 웜업(warm up) 시켜 상기 스택을 기동하는 단계; 상기 스택의 기동에 의해 발생된 전력을 변환하여 외부부하로 공급하도록 상기 DC/DC 컨버터를 기동하는 단계; 및 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우 외부부하로의 상기 스택의 전력 공급을 차단하고 상기 배터리의 전력을 외부부하로 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 연료전지 시스템의 기동방법은 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 보다 큰 것으로 판단한 경우, 외부부하로 상기 스택의 전력이 공급되도록 유지하면서 동시에 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지할 수 있다.
본 연료전지 시스템의 기동방법은 외부부하로 상기 스택의 전력 및 상기 배터리의 전력이 동시에 공급되는 경우, 상기 스택의 전력 값은 상기 외부부하의 소비전력 값에서 상기 배터리의 전력 값을 초과하는 전력 값으로 정해질 수 있다.
본 연료전지 시스템의 기동방법은 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것을 차단하고, 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지할 수 있다.
본 연료전지 시스템의 기동방법은 상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 모니터링하고, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것이 차단되고 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되는 경우, 상기 모니터링된 배터리의 SOC 값이 임계치 이하인 경우 상기 배터리를 충전할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 배터리의 전력 단독으로 외부부하를 구동하거나, 배터리의 전력 및 스택의 전력을 함께 이용하여 스택의 정격 전력을 넘는 소모전력을 가진 외부부하를 구동함으로써 사용자 편의성을 증대시킬 수 있다.
이에 의해 본 발명은 스택 전력과 배터리 방전전력을 동시에 사용할 수 있는 이점이 있으며 대용량의 전기기기를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어유닛의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작을 설명하기 위한 제어 절차도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템에 대해 설명한다. 도면들에 표시된 구성들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도로서, 구성에 대한 설명 중 공지기술에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제어유닛의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 연료전지유닛(10), DC/DC 컨버터(20), 배터리(30), 충전기(40), DC/AC 컨버터(50) 및 제어유닛(60)으로 이루어질 수 있다.
연료전지유닛(10)은 개질기(12), 스택(14), 개질기(12)와 스택(14)의 동작을 보조하는 BOP(Balance OF Plants)(16)를 구비하고, 제어유닛(60)의 제어에 의해 전기를 발생한다. BOP(16)는 연료를 저장하는 연료저장부, 연료저장부의 연료를 개질기(12)로 공급하기 위한 펌프 등으로 구성될 수 있다.
개질기(12)는 BOP(16)에 의해 공급된 연료를 가열하여 수소를 생성하고, 이를 스택(14)으로 공급한다. 즉 개질기(12)는 펌프에 의해 연료저장부로부터 공급된 연료와 반응하여 수소 등의 연료가스를 생성한다.
즉, 개질기(12)는 연료전지 시스템(1)이 시동 온(ON) 되어 배터리(30)로부터 공급되는 전력에 의해 웜업(warm up)을 수행한다. 개질기(12)의 웜업은 개질기(12) 내의 촉매가 촉매활성화 온도에 도달되도록 하여 수소를 안정적으로 발생하도록 하기 위해 수행된다.
스택(14)은 개질기(12)로부터 공급된 수소와 같은 연료가스 및 공기를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 기전력을 발생한다. 여기서 개질기(12) 및 스택(14)의 반응 메커니즘은 이미 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
스택(14)으로부터 발생된 스택의 전력은 제어유닛(60)의 제어에 의해 외부부하를 구동하기 위한 전력원의 기능을 수행할 수 있다.
또한 연료전지유닛(10)은 이와 같이 발생된 전기를 제어유닛(60)의 제어에 의해 DC/DC 컨버터(20)를 통해 외부부하 및 배터리(30)로 공급한다.
DC/DC 컨버터(20)는 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부부하로 공급한다. 구체적으로 DC/DC 컨버터(20)는 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 직류전기를 승압하여 제어유닛(60)의 제어에 의해 DC/AC 컨버터(50) 또는 충전기(40)로 공급하거나, DC/AC 컨버터(50) 및 충전기(40)로 함께 공급할 수 있다.
배터리(30)는 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 시동 전에 외부부하로 전력을 공급함과 더불어 연료전지유닛(10)의 초기 정상기동을 보장하도록 연료전지 시스템(1)의 시동 시 연료전지유닛(10)에 전력을 공급한다.
또한 배터리(30)는 제어유닛(60)의 제어에 의해 외부부하를 단독으로 구동하거나, 스택(14)으로부터 발생된 전력과 함께 외부부하를 구동하기 위한 구동전원의 역할을 수행할 수 있다.
또한 배터리(30)는 2차 전지로서 연료전지유닛(10)이 정상 기동된 후 발생된 전기에 의해 충전이 가능하다.
충전기(40)는 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 전기를 DC/DC 컨버터(20)를 통해 공급받아 배터리(30)를 충전하는 장치로서, 제어유닛(60)의 제어에 의해 동작한다. 본 실시예에서는 배터리(30)는 SOC(State Of Charge) 값이 임계치로 설정된 90%가 되도록 충전될 수 있다.
본 실시예에서는 임계치가 90%로 설정되었으나, 제조시 다른 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면 SOC값이 85~95% 범위 중 어느 하나의 값으로 설정될 수 있다.
DC/AC 컨버터(50)는 DC/DC 컨버터(20)에서 승압되어 전달된 직류전기를 교류전기로 변환하여 출력한다. 즉 DC/AC 컨버터(50)에 의해 AC전력을 구동전원으로 하는 외부부하를 구동할 수 있다.
DC/AC 컨버터(50)는 배터리(30)를 충전하기 위해 제어유닛(60)의 제어에 의해 출력전력이 충전기(40)로 공급될 수 있다.
본 실시예에서는 DC/AC 컨버터(50)가 필요한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 외부부하로서 직류부하만 존재하는 경우에는 본 실시예와 달리 DC/AC 컨버터(50)가 반드시 필요한 것은 아니다.
이하에서는 제어유닛(60)에 대해 구체적으로 설명한다. 제어유닛(60)은 전술한 각 구성들의 동작을 제어하고 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어유닛(60)은 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 시동이 온(ON) 되고, 사용자의 요구에 의해 DC/AC 컨버터(50)가 온(ON)된 경우 배터리(30)의 전력을 DC/AC 컨버터(50)를 통해 외부부하로 공급한다.
제어유닛(60)은 배터리(30)의 전력에 의해 개질기(12)의 웜업(warm up)이 완료 된 경우 배터리(30)의 전력을 이용하여 스택(14)을 기동하며, 스택(14)의 기동에 의해 발생된 전력을 변환하여 외부부하로 공급하도록 DC/DC 컨버터(20)를 기동한다.
개질기가 웜업(warm up) 되기 전인 경우 배터리(30)의 전력을 DC/AC 컨버터(50)를 통하여 외부부하로 공급한다. 이에 의해 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 시동 전에도 배터리(30)의 전력을 통해 외부부하의 구동을 어느 정도 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어유닛(60)은 외부부하의 소비전력 값에 따라 3가지 제어모드로 동작할 수 있다.
제1 제어모드(62)는 외부부하의 소비전력 값이 스택(14)으로부터 발생된 스택(14)의 전력 값 보다 크고 배터리(30)의 전력 값 이하인 경우 외부부하로의 스택의 전력 공급을 차단하고 배터리의 전력을 외부부하로 공급하는 것을 유지하도록 제어하는 동작모드이다.
제2 제어모드(64)는 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 보다 큰 경우, 외부부하로 상기 스택의 전력이 공급되도록 유지하면서 동시에 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지하는 동작모드이다.
제2 제어모드(64)에 의해 스택(14)의 전력 및 배터리(30)의 전력이 동시에 외부부하로 공급되는 경우, 스택의 전력 값은 외부부하의 소비전력 값에서 배터리의 전력 값을 초과하는 전력 값으로 정해질 수 있다.
여기서 외부부하로 공급되는 스택과 배터리의 전력 비율은 시스템의 설계사양에 따라 다르게 정해질 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)의 전력을 이용해 스택(14)의 정격 전력을 넘는 소모전력을 가진 외부부하를 구동시킬 수 있어, 사용자 편의성을 증대시킬 수 있다.
제3 제어모드(66)는 외부부하의 소비전력 값이 스택(14)으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 경우, 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것을 차단하고, 스택의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지한다.
이 경우, 제3 제어모드(66)는 배터리(30)의 SOC(State Of Charge) 값을 모니터링하고, 배터리(30)의 전력이 외부부하로 공급되는 것이 차단되고 스택(14)의 전력이 외부부하로 공급되는 경우, 모니터링된 배터리(30)의 SOC 값이 임계치 이하인 경우 배터리(30)를 충전할 수 있다.
제3 제어모드(66)는 배터리(30)의 SOC(State Of Charge) 값이 임계치로 설정된 90%가 되도록 충전될 수 있다. 임계치는 제조시 다른 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면 SOC값이 85~95% 범위 중 어느 하나의 값으로 설정될 수 있다.
이에 의해, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 연료전지유닛(10)로부터 공급되는 전기와 배터리(30)로부터 공급되는 전기가 중복되는 것을 방지할 수 있고, 안정적인 정상시동을 위해 배터리(30)의 SOC 값을 임계치 내에서 유지할 수 있다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 기동방법에 대해 구체적으로 설명한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 기동방법을 설명하기 위한 제어절차도이다.
먼저, 연료전지 시스템(1)은 시동이 온(ON) 되고 사용자의 요구에 의해DC/AC 컨버터(50)가 온(ON)된 경우 배터리의 전력을 DC/AC 컨버터(50)를 통해 외부부하로 공급한다(S210).
다음 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)의 전력을 BOP(16)로 공급하고(S220), 개질기(12)를 웜업(warm up) 시켜 스택(14)을 기동시킨다(S230). 이와 같이 스택(14)의 기동에 의해 DC/DC 컨버터(20)가 기동되어 스택(14)의 전력을 변환하여 외부부하로 공급할 수 있다(S240).
다음, 연료전지 시스템(1)은 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 큰지 판단한다(S250).
S250단계의 판단결과 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우, 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)의 전력이 외부부하로 공급되는 것을 차단하고(S260), 스택(14)의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지한다(S270).
또한, 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)의 SOC(State Of Charge) 값을 모니터링하고, 배터리(30)의 전력이 외부부하로 공급되는 것이 차단되고, 스택(14)의 전력이 외부부하로 공급되는 경우, 모니터링된 배터리(30)의 SOC 값이 임계치 이하인 경우 배터리(30)를 충전할 수 있다.
한편, S250단계의 판단결과 외부부하의 소비전력 값이 스택(14)으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 외부부하의 소비전력 값과 배터리의 방전전력 값에 따라, S320단계 및 S330단계와 같이 2가지 동작을 수행할 수 있다.
즉, 연료전지 시스템(1)은, 외부부하의 소비전력 값이 배터리의 전력 값 보다 큰 것으로 판단한 경우(S310), 외부부하로 스택의 전력이 공급되도록 유지하면서 동시에 배터리의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지한다(S320). 이 경우 스택의 전력 값은 외부부하의 소비전력 값에서 배터리의 전력 값을 초과하는 전력 값으로 정해질 수 있다.
S310판단결과 외부부하의 소비전력 값이 배터리의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우(S310), 연료전지 시스템(1)은 외부부하로의 스택의 전력 공급을 차단하고 상기 배터리의 전력을 외부부하로 공급하도록 제어한다(S330).
이와 같이 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1) 및 그이 기동방법은 배터리의 전력 단독으로 외부부하를 구동하거나, 배터리의 전력 및 스택의 전력을 함께 이용하여 스택의 정격 전력을 넘는 소모전력을 가진 외부부하를 구동함으로써 사용자 편의성을 증대시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속함을 이해해야 할 것이다.
1: 연료전지 시스템
10: 연료전지유닛
12: 개질기
14: 스택
16: BOP
20: DC/DC 컨버터
30: 배터리
40: 충전기
50: DC/AC 컨버터
60: 제어유닛
62: 제1 제어모드
64: 제2 제어모드
66: 제3 제어모드

Claims (10)

  1. 개질기와 스택을 구비하여 전기를 발생하는 연료전지유닛;
    상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하는 DC/DC 컨버터;
    상기 연료전지유닛의 시동을 위한 전력을 공급하고 외부부하로 전력을 공급하기 위한 배터리;
    상기 DC/DC 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급된 전기를 변환하여 외부부하로 공급하는 DC/AC 컨버터; 및
    사용자의 요구에 의해 상기 DC/AC 컨버터가 온(ON)된 경우 상기 배터리의 전력을 상기 DC/AC 컨버터를 통해 외부부하로 공급하고, 상기 배터리의 전력에 의해 상기 개질기의 웜업(warm up)이 완료 된 경우 상기 배터리의 전력을 이용하여 상기 스택을 기동하며, 상기 스택의 기동에 의해 발생된 전력을 변환하여 외부부하로 공급하도록 상기 DC/DC 컨버터를 기동하고, 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 이하인 경우 외부부하로의 상기 스택의 전력 공급을 차단하고 상기 배터리의 전력을 외부부하로 공급하도록 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 보다 큰 경우, 외부부하로 상기 스택의 전력이 공급되도록 유지하면서 동시에 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 스택의 전력 및 상기 배터리의 전력이 동시에 외부부하로 공급되는 경우, 상기 스택의 전력 값은 상기 외부부하의 소비전력 값에서 상기 배터리의 전력 값을 초과하는 전력 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 경우, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것을 차단하고, 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 모니터링하고, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것이 차단되고 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되는 경우, 상기 모니터링된 배터리의 SOC 값이 임계치 이하인 경우 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. BOP(Balance OF Plants)와 개질기와 스택을 구비하는 연료전지유닛, 상기 연료전지유닛으로부터 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하는 DC/DC 컨버터, 배터리 및 상기 DC/DC 컨버터 또는 상기 배터리로부터 공급된 전기를 변환하여 외부부하로 공급하는 DC/AC 컨버터를 구비한 연료전지 시스템의 기동방법에 있어서,
    사용자의 요구에 의해 상기 DC/AC 컨버터가 온(ON)된 경우 상기 배터리의 전력을 상기 DC/AC 컨버터를 통해 외부부하로 공급하는 단계;
    상기 배터리의 전력을 상기 BOP로 공급하고 상기 개질기를 웜업(warm up) 시켜 상기 스택을 기동하는 단계;
    상기 스택의 기동에 의해 발생된 전력을 변환하여 외부부하로 공급하도록 상기 DC/DC 컨버터를 기동하는 단계; 및
    외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우 외부부하로의 상기 스택의 전력 공급을 차단하고 상기 배터리의 전력을 외부부하로 공급하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기동방법.
  7. 제6항에 있어서,
    외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 보다 크고 상기 배터리의 전력 값 보다 큰 것으로 판단한 경우, 외부부하로 상기 스택의 전력이 공급되도록 유지하면서 동시에 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기동방법.
  8. 제7항에 있어서,
    외부부하로 상기 스택의 전력 및 상기 배터리의 전력이 동시에 공급되는 경우, 상기 스택의 전력 값은 상기 외부부하의 소비전력 값에서 상기 배터리의 전력 값을 초과하는 전력 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기동방법.
  9. 제6항에 있어서,
    외부부하의 소비전력 값이 상기 스택으로부터 발생된 스택의 전력 값 이하인 것으로 판단한 경우, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것을 차단하고, 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되도록 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리의 SOC(State Of Charge) 값을 모니터링하고, 상기 배터리의 전력이 외부부하로 공급되는 것이 차단되고 상기 스택의 전력이 외부부하로 공급되는 경우, 상기 모니터링된 배터리의 SOC 값이 임계치 이하인 경우 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기동방법.
KR1020130027295A 2013-03-14 2013-03-14 연료전지 시스템 및 그의 기동방법 KR101382260B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130027295A KR101382260B1 (ko) 2013-03-14 2013-03-14 연료전지 시스템 및 그의 기동방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130027295A KR101382260B1 (ko) 2013-03-14 2013-03-14 연료전지 시스템 및 그의 기동방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101382260B1 true KR101382260B1 (ko) 2014-04-07

Family

ID=50656832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130027295A KR101382260B1 (ko) 2013-03-14 2013-03-14 연료전지 시스템 및 그의 기동방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101382260B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180031368A (ko) 2016-09-20 2018-03-28 유니맥스정보시스템(주) 연료전지 시스템
KR20190002306A (ko) * 2017-06-29 2019-01-08 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법
CN114497632A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 山东大学 变工况双喷嘴引射循环燃料电池系统及控制方法
KR20240055923A (ko) * 2022-10-20 2024-04-30 에스모빌리티 주식회사 연료전지를 보조동력원으로 사용하는 파워팩 시스템 및 그 제어방법
KR102671564B1 (ko) * 2022-10-20 2024-06-04 에스모빌리티 주식회사 연료전지를 보조동력원으로 사용하는 파워팩 시스템 및 그 제어방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060135142A (ko) * 2005-06-24 2006-12-29 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템 및 그의 구동방법
JP2010021122A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Olympus Corp ２電源システム
KR101161111B1 (ko) * 2010-03-10 2012-07-02 지에스칼텍스 주식회사 연료 전지 시스템 제어 장치 및 방법
KR20130093894A (ko) * 2012-02-15 2013-08-23 세종공업 주식회사 연료전지 시스템의 표시유닛 및 이를 포함하는 연료전지 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060135142A (ko) * 2005-06-24 2006-12-29 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템 및 그의 구동방법
JP2010021122A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Olympus Corp ２電源システム
KR101161111B1 (ko) * 2010-03-10 2012-07-02 지에스칼텍스 주식회사 연료 전지 시스템 제어 장치 및 방법
KR20130093894A (ko) * 2012-02-15 2013-08-23 세종공업 주식회사 연료전지 시스템의 표시유닛 및 이를 포함하는 연료전지 시스템

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180031368A (ko) 2016-09-20 2018-03-28 유니맥스정보시스템(주) 연료전지 시스템
KR20190002306A (ko) * 2017-06-29 2019-01-08 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법
US10811710B2 (en) 2017-06-29 2020-10-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and method of controlling fuel cell system
KR102359720B1 (ko) * 2017-06-29 2022-02-09 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법
CN114497632A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 山东大学 变工况双喷嘴引射循环燃料电池系统及控制方法
KR20240055923A (ko) * 2022-10-20 2024-04-30 에스모빌리티 주식회사 연료전지를 보조동력원으로 사용하는 파워팩 시스템 및 그 제어방법
KR102671564B1 (ko) * 2022-10-20 2024-06-04 에스모빌리티 주식회사 연료전지를 보조동력원으로 사용하는 파워팩 시스템 및 그 제어방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101230900B1 (ko) 연료전지 하이브리드 시스템의 운전 제어 방법
JP5079176B2 (ja) 電力供給システム、電力供給システムの制御装置、電力供給システムの運転方法、及び電力供給システムの制御方法
JP4520959B2 (ja) 電力供給システム
CN101103483B (zh) 操作燃料电池系统的方法和燃料电池系统
US8410749B2 (en) Device and method for controlling the charging and discharging of a battery for supplying power from the battery and a fuel cell
JP4969029B2 (ja) 電源装置及びその制御方法
JP5152746B2 (ja) 燃料電池電源装置
KR101673717B1 (ko) 연료전지 자동차를 이용한 이동식 발전 시스템 및 그 제어 방법
JP2014011057A (ja) 固体高分子形燃料電池システム
US20060292405A1 (en) Fuel cell system and method of driving the same
JP2015115982A (ja) 電力出力装置
KR101382260B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그의 기동방법
Kisacikoglu et al. Fuzzy logic control of a fuel cell/battery/ultra-capacitor hybrid vehicular power system
CN113246802B (zh) 高压系统的控制方法、装置、电子设备及存储介质
KR101233504B1 (ko) 연료전지와 축전지의 선택 제어방법 및 그 시스템
JP2004253189A (ja) 電源装置
JP6104637B2 (ja) ２電源負荷駆動システム及び燃料電池自動車
KR101362580B1 (ko) 연료전지 시스템 및 이의 시동방법
KR101435388B1 (ko) 연료전지 평활 커패시터 초기 충전 시스템
JP2016115426A (ja) 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車
KR101461143B1 (ko) 외부부하의 유무에 따른 연료전지 시스템의 제어방법
KR101311576B1 (ko) 연료전지 시스템 및 이의 제어방법
CN114825571A (zh) 一种氢燃料电池-储能电池的供电系统控制方法及终端
KR101362612B1 (ko) 연료전지 시스템 및 이의 정상정지 방법
KR20130091816A (ko) 연료전지 시스템 및 이의 비상정지 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170327

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200312

Year of fee payment: 7