KR101401751B1 - Apparatus and method for efficiency optimization of energy using fuel battery in system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템 및 이의 충전 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 연료전지부와 2차 전지를 이용하여 시스템에 충전전원을 공급하는 시스템으로, 본 발명은 연료 및 공기를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지부와, 상기 연료 전지부로부터 소정의 출력 전압을 인가받아 시스템에 전력을 공급하는 2차 전지를 구비한다. 그리고 2차 전지의 충전상태 정보와 시스템에 인가되어야 할 인가전압 정보를 지속적으로 모니터링 하고, 이에 기초하여 상기 연료전지부에서 상기 2차 전지로 인가할 충전용량을 산출하며, 이에 상기 연료 전지부가 소정의 충전전압을 상기 2차 전지에 제공하도록 제어하는 제어부를 구비한다. 본 발명에 의하면, 시스템에 충전전원을 공급하는 2차 전지의 전압이 시스템이 구동되기 위한 최소의 전압으로 고정적으로 유지되고 이에 시스템의 LDO의 효율 및 가동 효율이 높아지는 이점이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system having a fuel cell and a secondary battery, and a charging control method thereof. The present invention relates to a system for supplying power to a system using a fuel cell unit and a secondary battery. The present invention relates to a fuel cell system for generating electricity using fuel and air, And a secondary battery for supplying power to the system. The charge state information of the secondary battery and the applied voltage information to be applied to the system are continuously monitored and the charge capacity to be applied to the secondary battery is calculated on the basis of the charge state information. And a control unit for controlling the charging voltage of the secondary battery to be supplied to the secondary battery. According to the present invention, the voltage of the secondary battery that supplies the charging power to the system is fixedly maintained at a minimum voltage for driving the system, thereby increasing the efficiency and operation efficiency of the LDO of the system.
연료전지, 2차전지, DC/DC 컨버터, LDO Fuel cell, secondary battery, DC / DC converter, LDO
Description
본 발명은 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시스템의 DC/DC 컨버터 또는 LDO들의 효율을 극대화하기 위하여, 2차 전지의 충전전압이 시스템이 요구하는 최소의 전압으로 유지되도록, 연료전지부가 소정의 충전전압을 2차 전지에 공급하는 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템 및 이의 충전 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system having a fuel cell and a secondary battery, and more particularly, to maximize efficiency of a DC / DC converter or LDO of the system, a charging voltage of the secondary battery is set to a minimum voltage And a secondary battery, and a charge control method for the fuel cell.
종래, 소형의 전기기기를 휴대해서 사용하기 위해서는, 각종의 1차 전지 및 2차 전지가 사용되어 왔다. 그러나 최근의 소형 전기기기의 고성능화에 따라 소비전력이 커져, 소형 경량의 1차 전지로는 충분한 에너지를 공급할 수 없게 되고 있다. 그리고 2차 전지는 반복해서 충전해서 사용할 수 있다고 하는 이점이 있으나, 1회의 충전으로 사용할 수 있는 에너지는 1차 전지보다도 적으며, 2차 전지의 충전을 위해서 별도의 전원 및 충전장치가 필요하며 충전에 통상 수십 분에서 수 시간 이 걸리므로 2차 전지의 사용에는 불편함이 따른다.Conventionally, various kinds of primary batteries and secondary batteries have been used to carry small electric equipment. However, with the recent enhancement of the performance of small-sized electric apparatuses, power consumption is increased, so that it is impossible to supply sufficient energy to a small-sized and light-weight primary battery. The rechargeable battery is advantageous in that it can be repeatedly used. However, the energy that can be used for one recharge is smaller than that of the primary battery, and a separate power supply and charging device is required for charging the rechargeable battery. Since it takes several tens of minutes to several hours in general, it is inconvenient to use the secondary battery.
이에 종래에는 이와 같은 문제의 해결책으로서, 연료전지를 주목하였다. 이것은, 연료전지가 종래의 발전시스템에 비해서 발전효율이 높고, 폐기물이 깨끗하다고 하는 것이 주된 이유이다. 또한, 체적당 혹은 중량당의 공급할 수 있는 에너지량이 종래의 1차 또는 2차 전지에 비해서 수배에서 수십 배가 될 수 있고, 연료만을 교환하면 연속해서 사용이 가능하며, 2차 전지와 같이 충전 시간이 걸리지 않는다는 점 때문에, 연료전지 시스템은 소형 전기기기의 구동원으로 주목받고 있다. 이에 최근에는 연료 전지와 2차 전지가 병렬로 연결되어 충전 전원을 공급하는 방식이 시스템에 적용되어 사용되고 있다. 이때, 상기 연료전지에서 2차 전지로 배터리를 충전하고, 다시 2차 전지에서 충전된 전류를 시스템에서 사용하는 방식으로 구현된다. 상기 2차 전지는 NI-Ion, NI-Cd, NI-Mh 등으로 구성된다.Conventionally, attention has been paid to a fuel cell as a solution to such a problem. This is the main reason why the fuel cell is higher in power generation efficiency than the conventional power generation system and the waste is clean. Further, the amount of energy that can be supplied per volume or weight can be increased from several times to tens of times that of a conventional primary or secondary battery, and can be continuously used by replacing only the fuel, The fuel cell system is attracting attention as a driving source of compact electrical equipment. Recently, fuel cell and secondary battery are connected in parallel to supply charging power to the system. At this time, the fuel cell is charged with the secondary battery, and the current charged in the secondary battery is used in the system. The secondary battery includes NI-Ion, NI-Cd, and NI-Mh.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 연료전지에서 2차 전지에 충전을 하고 이후 2차 전지의 전력을 시스템에 공급하는 방식인데, 2차 전지는 충전이 많이 될수록 전압이 높아지게 되고, 이에 2차 전지의 전압이 높아지게 되면 시스템의 가동 효율이 떨어지고, 연료전지 시스템의 수명이 단축되는 문제점이 있다.However, in the conventional technology as described above, the secondary battery is charged in the fuel cell and then the power of the secondary battery is supplied to the system. However, as the secondary battery is charged more, the voltage becomes higher, If the voltage is increased, the operation efficiency of the system is lowered and the lifetime of the fuel cell system is shortened.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템에서 DC/DC 컨버터 또는 LDO들의 효율을 극대화하기 위하여 조절된 소정의 충전용량이 연료 전지로부터 2차 전지에 제공되도록 제어하는 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템 및 이의 충전 제어방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a DC / DC converter or a LDO in a system having a fuel cell and a secondary battery, A fuel cell for controlling the charging capacity to be supplied from the fuel cell to the secondary battery, a system including the secondary battery, and a charging control method therefor.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 연료 및 공기를 이용하여 전기를 생성하는 연료 전지부와; 시스템에 전원을 공급하고, 상기 연료 전지부에 의해 충전되는 2차 전지와; 상기 2차 전지의 충전상태 및 시스템이 요구하는 전력양을 모니터링 하여 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지에 소정의 전원을 인가하도록 제어하는 제어부; 그리고 상기 2차 전지로부터 출력되는 전원을 시스템으로 공급하는 DC/DC 컨버터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a fuel cell unit for generating electricity using fuel and air; A secondary battery that supplies power to the system and is charged by the fuel cell unit; A controller for monitoring a charged state of the secondary battery and an amount of power required by the system to control the fuel cell unit to apply a predetermined power to the secondary battery; And a DC / DC converter for supplying power from the secondary battery to the system.
상기 연료 전지부에서 상기 2차 전지로 공급할 수 있는 출력전력이 시스템의 최대 요구 전력 이상인 경우, 상기 제어부는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 상기 최저 전압(Vmin)보다 높은 비교 전압(Vmax)를 설정하여 상기 2차 전지의 충전상태가 최저 전압(Vmin) 이하인 경우 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하며, 상기 2차 전지의 충전상태가 비교 전압(Vmax) 이상인 경우 상기 연 료 전지부의 충전 동작을 중단시킨다.When the output power that can be supplied from the fuel cell unit to the secondary battery is equal to or greater than the maximum required power of the system, the control unit compares the lowest voltage Vmin required by the system with the comparison voltage Vmax, which is higher than the lowest voltage Vmin, The control unit controls the fuel cell unit to charge the secondary battery when the charged state of the secondary battery is equal to or lower than the lowest voltage Vmin, and when the state of charge of the secondary battery is equal to or higher than the comparison voltage Vmax, Thereby stopping charging operation of the battery.
또, 상기 연료 전지부에서 상기 2차 전지로 공급할 수 있는 출력전력이 시스템의 최대 요구 전력 이상인 경우, 상기 제어부는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 상기 최저 전압(Vmin)보다 높은 비교 전압(Vmax)를 설정하여, 상기 2차 전지의 충전상태가 최저 전압(Vmin) 과 상기 비교 전압(Vmax) 사이인 경우, 시스템 로드(system loads)를 분석하고 상기 로드(system loads)만큼 보상하여 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지에 충전 전원을 인가하도록 할 수 있다.When the output power that can be supplied from the fuel cell unit to the secondary battery is equal to or greater than the maximum required power of the system, the control unit compares the lowest voltage (Vmin) required by the system with a comparison voltage Vmax is set so that the system loads are analyzed and compensated by the system loads if the charge state of the secondary battery is between the lowest voltage Vmin and the comparison voltage Vmax, The battery unit may apply the charging power to the secondary battery.
한편, 상기 시스템은 중앙처리장치(CPU : central processing unit)의 프리컨시(frequency)를 낮추거나, 시스템에서 사용하고 있지 않은 장비를 오프(off)시켜 시스템 로드(system loads)를 줄이는 파워메니지먼트부를 더 포함한다.On the other hand, the system includes a power management unit that reduces the frequency of a central processing unit (CPU) or reduces system loads by turning off unused equipment in the system .
그리고 상기 연료 전지부에서 상기 2차 전지로 공급할 수 있는 출력전력이 시스템의 최대 요구 전력 미만인 경우, 상기 제어부는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 충전 최대전압(Vhigh), 그리고 사이 값(Vmid)를 설정하고 상기 2차 전지의 충전상태가 상기 사이 값(Vmid)과 상기 충전 최대전압(Vhigh) 사이에 존재하는 경우, 시스템 로드(system loads)를 분석하고 상기 로드(system loads)만큼 보상하여 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지에 충전 전원을 인가하고, 상기 2차 전지의 충전상태가 상기 충전 최대전압(Vhigh) 이상이 되는 경우 충전이 종료되도록 제어한다.When the output power that can be supplied from the fuel cell unit to the secondary battery is less than the maximum required power of the system, the control unit calculates the minimum voltage (Vmin) and the charging maximum voltage (Vhigh) required by the system, ) And when the state of charge of the secondary battery is present between the intermediate value (Vmid) and the charge maximum voltage (Vhigh), system loads are analyzed and compensated for by the system loads The fuel cell unit applies a charging power to the secondary battery, and controls the charging to be terminated when the charging state of the secondary battery reaches the charging maximum voltage (Vhigh) or more.
한편, 상기 제어부는 상기 2차 전지의 충전상태가 상기 최저 전압(Vmin)과 상기 사이 값(Vmid) 사이에 존재하는 경우, 시스템 로드(system loads)를 분석하 고, 분석결과 상기 시스템 로드(system loads)가 상기 연료 전지부의 출력보다 큰 경우, 상기 파워메니지먼트부를 구동하여 시스템이 요구하는 전력을 연료 전지부가 출력하는 전력 이하로 만들고, 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지를 충전하도록 제어하며, 상기 2차 전지의 충전상태가 충전 최대전압(Vmax) 이상인 경우 충전이 종료한다.Meanwhile, when the state of charge of the secondary battery is present between the lowest voltage (Vmin) and the interim value (Vmid), the controller analyzes the system loads and analyzes the system load load is greater than the output of the fuel cell unit, the control unit drives the power management unit to make the power required by the system less than or equal to the power output from the fuel cell unit, and controls the fuel cell unit to charge the secondary battery, When the charging state of the secondary battery is equal to or higher than the charging maximum voltage (Vmax), charging ends.
한편, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 상기 연료 전지부에서 2차 전지로 공급할 수 있는 출력전력이 시스템의 최대 요구 전력 이상인 경우, (A)시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 상기 최저 전압(Vmin)보다 높은 비교 전압(Vmax)를 설정하는 단계와; (B)상기 2차 전지의 충전상태를 지속적으로 모니터링하여 상기 2차 전지의 충전상태가 최저 전압(Vmin) 이하인 경우, 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지를 충전하는 단계; 그리고 (C)상기 2차 전지의 충전상태가 비교 전압(Vmax) 이상인 경우, 상기 연료 전지부의 충전 동작을 중단하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: (A) a battery having a minimum voltage (Vmin) required by the system and Setting a comparison voltage (Vmax) higher than the lowest voltage (Vmin); (B) continuously monitoring the charged state of the secondary battery to charge the secondary battery when the charged state of the secondary battery is not more than the lowest voltage (Vmin); And (C) stopping the charging operation of the fuel cell unit when the charging state of the secondary battery is equal to or higher than the comparison voltage Vmax.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 상기 연료 전지부에서 2차 전지로 공급할 수 있는 출력전력이 시스템의 최대 요구 전력 이상인 경우, (A')시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 상기 최저 전압(Vmin)보다 높은 비교 전압(Vmax)를 설정하는 단계; 그리고 (B')상기 2차 전지의 충전상태를 지속적으로 모니터링하여 상기 2차 전지의 충전상태가 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax) 사이에 존재하는 경우, 시스템 로드(system load)를 분석하고 해당 로드만큼 보상하여 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지를 충전하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, when the output power that can be supplied from the fuel cell unit to the secondary battery is equal to or greater than a maximum required power of the system, (A ') the minimum voltage (Vmin) Setting a comparison voltage (Vmax) higher than the voltage (Vmin); And (B ') continuously monitoring the state of charge of the secondary battery. When the state of charge of the secondary battery is present between the lowest voltage (Vmin) and the comparison voltage (Vmax), the system load And charging the secondary battery with the fuel cell unit by compensating for the load.
이때, 상기 2차 전지의 전압이 최저 전압(Vmin)과 상기 전압(Vmax)을 벗어나는 경우, (a)상기 2차 전지의 충전상태를 지속적으로 모니터링하고, 상기 2차 전지가 최저 전압(Vmin) 이하인 경우, 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지를 충전하는 단계와; (b)상기 2차 전지의 충전상태가 비교 전압(Vmax) 이상인 경우, 상기 연료 전지부의 충전 동작을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.If the voltage of the secondary battery deviates from the minimum voltage Vmin and the voltage Vmax, the charging state of the secondary battery is continuously monitored. If the secondary battery is at the lowest voltage Vmin, Charging the secondary battery with the fuel cell unit; (b) stopping the charging operation of the fuel cell unit when the charging state of the secondary battery is equal to or higher than the comparison voltage (Vmax).
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 상기 연료 전지부에서 상기 2차 전지로 공급할 수 있는 출력전력이 시스템의 최대 요구 전력 미만인 경우, (a')시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 충전 최대전압(Vhigh), 그리고 사이 값(Vmid)를 설정하는 단계와; (b')상기 2차 전지의 충전상태가 상기 사이값(Vmid)과 상기 충전 최대전압(Vhigh) 사이에 존재하는 경우, 시스템 로드(system loads)를 분석하고 이의 시스템 로드(system loads)만큼 보상하여 상기 연료 전지부가 상기 2차 전지에 충전 전원을 인가하는 단계; 그리고 (c')상기 2차 전지의 충전상태가 상기 충전 최대전압(Vhigh)이상이 되는 경우 충전을 종료하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, when the output power that can be supplied from the fuel cell unit to the secondary battery is less than the maximum required power of the system, (a ') the minimum voltage (Vmin) A maximum voltage (Vhigh), and a value (Vmid); (b ') when the state of charge of the secondary battery is present between the interim value (Vmid) and the charge maximum voltage (Vhigh), analyzing system loads and compensating for system loads thereof A step in which the fuel cell unit applies charging power to the secondary battery; And (c ') terminating the charging when the state of charge of the secondary battery is equal to or greater than the charging maximum voltage (Vhigh).
한편, 상기 (b')단계에서, 상기 2차 전지의 충전상태가 상기 사이값(Vmid)과 상기 충전 최대전압(Vhigh) 이 외에 존재하는 경우 (d')상기 2차 전지의 충전상태가 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)과 상기 사이 값(Vmid) 사이에 존재하는지 판단하는 단계와; (e')상기 (d') 조건에 만족하는 경우, 시스템 로드(system loads)를 분석하는 단계와; (f') 상기 (e')단계의 분석결과 상기 시스템 로드(system loads)가 상기 연료전지부의 출력보다 큰 경우, 상기 파워메니지먼트부를 구동하여 시스템이 요구하는 전력을 상기 연료 전지부가 출력하는 전력 이하로 만드는 단계와; (g')상기 연료 전지부에서 상기 2차 전지를 충전하는 단계; 그리고 (h')상기 2차 전지의 충전상태가 상기 충전 최대전압(Vhigh) 이상이 되는 경우 충전을 종료하는 단계를 포함한다.If the state of charge of the secondary battery is present outside the interim value (Vmid) and the maximum charging voltage (Vhigh) (d ') in the step (b'), (Vmin) and the intermediate value (Vmid); (e ') analyzing system loads if the condition (d') is satisfied; (f ') If the system loads are greater than the output of the fuel cell unit as a result of the analysis of the step (e'), the power management unit drives the power management unit, Or less; (g ') charging the secondary battery at the fuel cell unit; And (h ') terminating the charging when the state of charge of the secondary battery is equal to or higher than the charging maximum voltage (Vhigh).
상기 (d')의 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 2차 전지의 충전상태가 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin) 이하인 경우, 시스템이 종료한다.If the condition (d ') is not satisfied, the system is terminated when the state of charge of the secondary battery is not more than the minimum voltage (Vmin) required by the system.
그리고 상기 (e')단계의 분석결과 상기 시스템 로드(system loads)가 상기 연료전지부의 출력보다 작은 경우, 상기 (e')단계 수행 후 상기 (g')단계를 수행한다.If the system loads are smaller than the output of the fuel cell unit as a result of the analysis of the step (e '), the step (g') is performed after the step (e ').
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템의 충전 제어장치 및 이의 충전 제어방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.The following effects can be expected in the charge control apparatus and the charge control method of the system including the fuel cell and the secondary battery according to the present invention as described above.
즉, 본 발명은 연료 전지부가 2차 전지에 조절된 소정 인가전압을 공급함으로써, 2차 전지로부터 시스템에 출력되는 전압을 고정적으로 유지할 수 있고, 이에 시스템의 가동 효율이 높아지는 이점이 있다.That is, the present invention provides an advantage that the voltage output from the secondary battery to the system can be fixedly maintained by supplying the predetermined applied voltage controlled by the fuel cell unit to the secondary battery, thereby increasing the operating efficiency of the system.
또한, 시스템의 DC/DC컨버터의 인풋 레인지(Input range)전압 조절을 효율적으로 처리할 수 있는 이점이 있다.It also has the advantage of being able to efficiently handle the input range voltage regulation of the DC / DC converter of the system.
그리고 본 발명은 연료 전지부를 보다 효율적으로 구동시킬 수 있으며, 이에 연료 전지부의 연료전지 스택의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.Further, the present invention can more efficiently drive the fuel cell unit, and has an advantage that the life of the fuel cell stack of the fuel cell unit can be prolonged.
이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a fuel cell and a secondary battery system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템의 내부 구성을 도시한 블럭도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a block diagram showing the internal structure of a system including a fuel cell and a secondary battery according to a specific embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명의 시스템(100)은 연료 및 공기를 이용하여 전기를 생성하고, 2차 전지(120)에 소정의 출력전압을 공급하는 연료 전지부(110)를 포함한다. 상기 연료전지부(110)는 연료저장부(111), 펌프(113), 개질부(115), 공기흡입부(117) 및 연료전지스택(119)을 포함한다. 상기 연료저장부(111)는 메탄올, 석유 등의 화학연료를 저장하는 탱크이고, 상기 펌프(113)는 연료저장부(111)에 저장된 연료를 펌핑한다. 그리고 상기 공기흡입부(117)는 연료저장부(111)에 저장된 연료의 화학반응을 위해 외부의 공기를 공급한다. 상기 개질부(115)는 펌프(113)에 의해 연료저장부(111)로부터 공급받은 연료로부터 개질반응을 일으켜 수소 등의 연료가스를 생성한다. 그리고 상기 연료전지 스택(119)은 상기 개질부(115)에서 생성되어 공급된 연료가스 및 공기흡입부(117)로부터 공급된 공기를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 기전력을 발생시킨다.As shown, the
그리고 상기 시스템(100)은 상기 연료 전지부(110)로부터 소정의 출력 전압을 인가받아 시스템에 전력을 공급하는 2차 전지(120)를 구비한다. 상기 2차 전지(120)는 상기 연료 전지부(110)의 상기 연료전지스택(119)에 의해 점적 충 전(trickle - charged)될 수 있다.The
또, 상기 시스템(100)은 상기 2차 전지(120)의 충전상태를 지속적으로 모니터링 하는 충전용량 검출부(130), 그리고 상기 시스템(100)에 인가되어야 할 인가전압을 모니터링 하는 인가전압 검출부(140)를 구비한다.The
그리고 상기 충전용량 검출부(130), 인가전압 검출부(140)에 의해 모니터링 된 2차 전지(120)의 충전상태 정보 및 시스템에 인가되어야할 인가전압 정보에 기초하여 상기 연료전지부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 인가할 충전용량을 산출하고, 이에 상기 연료 전지부(110)에 의해 발생된 기전력으로 상기 2차 전지(120)가 충전되도록 제어하는 제어부(150)를 구비한다.Based on the charging state information of the
이때, 상기 제어부(150)는 현재 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력전력 정보와 시스템의 최대 요구 전력 정보의 비교결과에 따라 상이하게 충전단계를 제어한다. 상기 비교판단 결과 세가지의 경우의 수(이하; CASE1, CASE2, CASE3라 함)가 발생할 수 있다. At this time, the
CASE1은 상기 연료 전지부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력 전력이 시스템의 최대 요구 전력보다 큰 경우이고, CASE2는 상기 연료 전지부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력 전력이 시스템의 최대 요구 전력과 같은 경우이고, CASE3은 상기 연료 전지부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력 전력이 시스템의 최대 요구 전력보다 작은 경우이다. 상기 제어부(150)는 각 경우(CASE1, CASE2, CASE3)에 따라 상이한 처리를 수행한다.CASE1 is a case where the output power that can be supplied from the
한편, 상기 CASE1, CASE2인 경우에 상기 제어부(150)는 두 가지의 방법으로 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)로 소정의 출력전압이 공급되도록 제어할 수 있다. 이때, 소정의 출력전압이라 함은 2차 전지(120)의 전압이 시스템이 요하는 최소전압이 되기 위한 보상분만큼의 충전전압인 것을 의미한다. (예컨대; 고정하고자 하는 2차 전지의 최소전압 = 현재의 2차 전지의 전압 + 소정의 출력전압) 이는 상기 2차 전지(120)의 출력전압이 최소 전압으로 고정적으로 유지되면, 시스템의 가동 효율이 높아지고, DC/DC 컨버터(170) 및 LDO의 효율이 높아지기 때문이다.Meanwhile, in the case of CASE1 and CASE2, the
첫번째 방법은 상기 2차 전지(120)의 충전상태에 의하여 제어하는 방법이다. 이때, 상기 제어부(150)는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)을 설정하고, 상기 최저 전압(Vmin)의 토럴런스(tolerance)를 고려하여 최저 전압보다 조금 높은 비교 전압(Vmax)를 설정한다. 이후, 상기 제어부(150)는 상기 충전용량 검출부(130)에 의해 모니터링된 상기 2차 전지(120)의 전압을 지속적으로 액세스하고, 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 최저 전압(Vmin) 이하가 되는 경우, 상기 연료전지 스택(119)을 제어하여 상기 2차 전지(120)가 충전되도록 제어한다. 이때, 상기 제어부(150)는 상기 충전용량 검출부(130)로부터 2차 전지(120)의 충전상태를 모니터링 한 결과값을 지속적으로 전달받고, 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 비교 전압(Vmax) 이상이 되는 경우, 충전이 중지되도록 제어한다.The first method is a method of controlling by the state of charge of the
두번째 방법은 시스템 로드(system loads)와 상기 2차 전지(120)의 전압 밸런스에 의하여 제어하는 방법이다. 이때 상기 제어부(150)는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)을 설정하고, 상기 최저 전압(Vmin)의 토럴런스(tolerance)를 고려하 여 최저 전압보다 조금 높은 비교 전압(Vmax)을 설정한다. 그리고 상기 제어부(150)는 상기 충전용량 검출부(130)가 모니터링한 상기 2차 전지(120)의 충전상태를 지속적으로 액세스 하고, 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax) 사이인지 판단한다. 판단결과 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax) 사이인 경우, 상기 제어부(150)는 시스템의 저항을 통해 현재의 시스템의 커런트(current)를 센싱하여 시스템 로드(system load)를 분석하고, 해당 로드만큼 보상하여 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)를 충전하도록 제어한다.The second method is to control the system loads and the voltage balance of the
한편, 상술한 바와 같은 방법은 상기 2차 전지(120)의 전압이 최저 전압(Vmin)과 상기 전압(Vmax)을 벗어나는 경우가 발생하지 않는다. 하지만 순간적인 오류로 인하여 상기 2차 전지(120)의 전압이 최저 전압(Vmin)과 상기 전압(Vmax)을 벗어나는 경우가 발생할 수도 있다. 이때, 상기 제어부(150)는 상기 2차 전지(120)의 전압이 최저 전압(Vmin) 이하인 경우 충전이 되도록 제어하고, 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 비교 전압(Vmax)이상인 경우 충전이 중단되도록 상기 연료 전지부(110)의 충전동작(충전 ON/OFF)을 제어함이 바람직하다. 상기 제어부(150)의 제어에 의해 본 발명은 2차 전지(120)의 출력전압을 시스템이 요구하는 최소 전압으로 고정적으로 유지할 수 있다.Meanwhile, in the above-described method, the voltage of the
한편, 제어부(150)의 판단결과 CASE3 인 경우 즉, 시스템의 로드가 상기 연료전지부(110)가 상기 2차 전지(120)로 출력하는 전력보다 큰 경우에는, 상기 제어부(150)는 파워매니지먼트(Power management)부(160)가 구동되도록 제어한다.On the other hand, when it is determined as CASE3, that is, when the load of the system is larger than the power output from the
본 발명에서 상기 파워매니지먼트(Power management)부(160)는 상기 제어부(150)로부터 구동신호를 수신받으면, 중앙처리장치(CPU)의 프리컨시(Frequency)를 낮추거나 불필요한 장치(device)가 오프(off)되도록 제어한다. 여기서 말하는 장치는 예컨대, 메인 CPU 이외에 비디오 컨트롤러를 비롯한 각종 주변 컨트롤러 칩 표시장치인 액정표시디스플레이(LCD) 유닛, 하드 디스크 드라이브, CD ROM 드라이브, FDD등이 포함된다. 상기한 바와 같은 파워매니지먼트(Power management)부(160)를 이용하면, 순간적으로 시스템의 로드가 연료 전지부(110)의 출력전압 이하로 만드는 것이 가능하다.The
그리고 본 발명은 각 장치에 출력전압을 분배하는 DC/DC 컨버터(170)를 포함한다. 여기서 말하는 장치 예컨대, 비디오 컨트롤러를 비롯한 각종 주변 컨트롤러 칩 표시장치인 액정표시디스플레이(LCD) 유닛, 하드 디스크 드라이브, CD ROM 드라이브, FDD등이 포함된다.The present invention also includes a DC /
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템의 충전 제어방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a charge control method of a fuel cell and a system including a secondary battery according to a specific embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템은 연료전지부(110)로부터 상기 2차 전지(120)로 공급 가능한 출력전력과 상기 시스템에서 요구하는 최대전력을 비교하여 상기 비교결과에 따라 각각 상이한 충전단계를 수행한다. 이때, 상기 비교판단 결과 세가지의 경우의 수(이하; CASE1, CASE2, CASE3라 함)가 발생한다. The system including the fuel cell and the secondary battery of the present invention compares the output power that can be supplied from the
즉, CASE1은 상기 연료 전지부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력 전력이 시스템의 최대 요구 전력보다 큰 경우이고 CASE2는 상기 연료 전지 부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력 전력이 시스템의 최대 요구 전력과 같은 경우이고, CASE3은 상기 연료 전지부(110)에서 상기 2차 전지(120)로 공급할 수 있는 출력 전력이 시스템의 최대 요구 전력보다 작은 경우이다. 상기 제어부(150)는 각 상황에 따라 상이한 방법으로 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)에 충전전원을 공급하도록 제어한다.That is, CASE1 is a case where the output power that can be supplied from the
이하에서는 각 상황(예컨대; CASE1, CASE2, CASE3)에 따라 충전 전원을 공급하는 방법을 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of supplying the charging power according to each situation (e.g., CASE1, CASE2, CASE3) will be described in detail with reference to the drawings.
CASE1, CASE2인 경우에 상기 제어부(150)는 두 가지의 방법으로 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)로 소정의 출력전압을 공급하도록 제어할 수 있다. 첫번째 방법은 상기 2차 전지(120)의 전압에 의하여 제어하는 방법이고, 두번째 방법은 시스템 로드(system loads)와 상기 2차 전지(120)의 전압 밸런스에 의하여 제어하는 방법이다. 이는 각각 제 1실시예와 제 2실시예로 예를 들어 설명하겠다. The
도 2에는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 이용한 충전 시스템의 충전방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a flowchart showing a charging method of a charging system using a fuel cell and a secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
상기 제어부(150)는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)을 설정하고, 상기 최저 전압(Vmin)의 토럴런스(tolerance)를 고려하여 상기 최저 전압(Vmin)보다 조금 높은 비교 전압(Vmax)를 설정한다(S210). The
이후, 상기 제어부(150)는 상기 충전량판단부(130)에 의해 모니텅링된 상기 2차 전지(120)의 전압을 지속적으로 액세스한다(S220).Thereafter, the
이후, 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 최저 전압(Vmin) 이하가 되는 경우, 상기 제어부(150)는 상기 연료전지 스택(119)을 제어하여 상기 2차 전지(120)가 충전되도록 제어한다(S240). When the voltage of the
제 240단계가 수행되는 중에, 상기 제어부(150)는 상기 충전용량 검출부(130)로부터 2차 전지(120)의 충전상태를 모니터링 한 결과값을 지속적으로 전달받는다. 그리고 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 비교 전압(Vmax) 이상이 되는 경우(S250), 충전이 중지되도록 제어한다(S260).While the operation 240 is being performed, the
도 3에는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 이용한 충전 시스템의 충전방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다.3 is a flowchart showing a charging method of a charging system using a fuel cell and a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
CASE1, CASE2인 경우에, 상기 제어부(150)는 제 1 실시예와 마찬가지로, 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)을 설정하고, 상기 최저 전압(Vmin)의 토럴런스(tolerance)를 고려하여 최저 전압보다 조금 높은 비교 전압(Vmax)를 설정한다(S310). CASE1 and CASE2, the
그리고 상기 제어부(150)는 상기 충전용량 검출부(130)가 모니터링한 상기 2차 전지(120)의 충전상태를 지속적으로 액세스한다(S320). The
이때, 상기 제어부(150)가 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax) 사이인지 판단한다(S330). 제 330 단계의 판단결과 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax) 사이인 경우, 시스템의 저항을 이용하여 시스템의 커런트(current)를 센싱하고, 시스템 로드(system load)를 분석한다(S440). 이후, 상기 제어부(150)는 해당 로드만큼 보상하여 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)를 충전하도록 제어한다(S350).At this time, the
한편, 상술한 바와 같은 방법은 상기 2차 전지(120)의 전압이 최저 전압(Vmin)과 상기 전압(Vmax)을 벗어나는 경우가 발생하지 않는다. 하지만 순간적인 오류로 인하여 상기 2차 전지(120)의 전압이 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax)을 벗어나는 경우가 발생할 수 있다. 이때, 상기 제어부(150)는 제 1실시예와 마찬가지로 상기 2차 전지의 충전상태를 지속적으로 모니터링하고, 상기 2차 전지(120)가 최저 전압(Vmin) 이하인 경우에는 충전되도록 제어하고, 상기 2차 전지(120)가 비교 전압(Vmax) 이상이 되는 경우 충전이 종료되도록 제어하여 상기 2차 전지의 전압이 최저 전압(Vmin)과 상기 비교 전압(Vmax)내에 있도록 제어한다. 이후, 제 330 단계 내지 제 350 단계가 지속적으로 수행된다. Meanwhile, in the above-described method, the voltage of the
상술한 바와 같이 제 1실시예, 제 2실시예에 따르면 상기 2차 전지(120)의 전압이 시스템이 요구하는 최소의 전압으로 고정적으로 유지될 수 있다.As described above, according to the first and second embodiments, the voltage of the
도 4에는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 이용한 충전 시스템의 충전방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다.4 is a flowchart showing a charging method of a charging system using a fuel cell and a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
한편, CASE3인 경우 상기 제어부(150)는 시스템이 요구하는 최저 전압(Vmin)을 설정하고, 충전 최대전압(Vhigh)을 설정하며, 사이 값(Vmid)을 설정한다(S410).On the other hand, in case of CASE 3, the
이후, 상기 2차 전지(120)의 출력전압이 사이 값(Vmid)과 충전 최대전압(Vhigh) 사이에 존재하는지 판단한다(S420).Then, it is determined whether the output voltage of the
제 420 단계의 판단결과, 상기 2차 전지의 전압이 사이 값(Vmid)과 충전 최 대전압(Vhigh) 사이에 존재하는 경우, 시스템의 저항을 이용하여 시스템의 커런트(current)를 센싱하고, 시스템 로드(system load)를 분석한다. 그리고 상기 제어부(150)는 해당 로드만큼 보상하여 상기 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)를 충전하도록 제어한다(S430).If it is determined that the voltage of the secondary battery is between the intermediate value Vmid and the charging maximum voltage Vhigh as a result of the determination in operation 420, the current of the system is sensed using the resistance of the system, Analyze the system load. The
이때, 상기 2차 전지(120)의 출력전압이 충전 최대전압(Vhigh) 이상인 경우, 상기 제어부(150)는 충전이 종료되도록 제어한다(S450).At this time, if the output voltage of the
반면, 제 420 단계의 판단결과 상기 2차 전지(120)의 전압이 사이 값(Vmid)과 충전 최대전압(Vhigh) 사이 이 외에 존재하는 경우, 상기 제어부는 상기 2차 전지의 출력전압이 시스템이 요구하는 최소전압(Vmin)보다 크고 상기 사이 값(Vmid)이하 인지를 판단한다(S460).On the other hand, if it is determined that the voltage of the
제 460 단계의 판단결과, 상기 2차 전지의 출력전압이 상기 최소전압(Vmin)보다 크고 사이 값(Vmid) 이하에 존재하는 경우, 상기 제어부(150)는 시스템의 저항을 이용하여 시스템의 커런트(current)를 센싱하고, 시스템 로드(system load)를 분석한다(S470).If it is determined in operation 460 that the output voltage of the secondary battery is greater than the minimum voltage Vmin and equal to or less than the intervening value Vmid, current, and analyzes the system load (S470).
제 470 단계의 분석결과 상기 연료전지의 출력이 시스템의 로드보다 작은 경우 상기 제어부(150)는 상기 파워메니지먼트부(160)를 구동하기 위한 구동신호를 전송한다.If it is determined in operation 470 that the output of the fuel cell is smaller than the load of the system, the
이때, 상기 파워매니지먼트부(160)는 상기 구동신호를 전달받고, 중앙처리장치(CPU)의 프리컨시(Frequency)를 낮추거나 불필요한 장치(device)가 오프(off)되도록 제어한다(S490). 그러면 순간적으로 시스템의 로드가 연료전지부(110)의 출력 이하로 만드는 것이 가능하다.At this time, the
이후, 다시 시스템의 저항을 이용하여 시스템의 커런트(current)를 센싱하고, 시스템 로드(system load)를 분석한다. Thereafter, the resistance of the system is again used to sense the current of the system and analyze the system load.
제 470 단계의 분석결과 상기 연료 전지부(110)의 출력이 시스템의 로드보다 커지는 경우, 상기 제어부는 연료 전지부(110)가 상기 2차 전지(120)를 충전하도록 제어한다.If the output of the
이때, 상기 제어부(150)는 상기 충전용량 검출부(130)로부터 2차 전지(120)의 충전상태를 모니터링 한 결과값을 지속적으로 전달받는다. 그리고 상기 2차 전지(120)의 전압이 상기 충전 최대전압(Vhigh) 이상이 되는 경우(S500), 충전이 중지되도록 제어한다.At this time, the
반면, 제 460 단계의 판단결과, 상기 2차 전지(120)의 출력전압이 상기 시스템이 요구하는 최소전압(Vmin)보다 크고 사이 값(Vmid) 이하에 존재하지 않는 경우, 상기 제어부(150)는 상기 2차 전지(120)의 출력전압이 시스템이 요구하는 최소 전압(Vmin) 이하인지 판단한 뒤(S520), 상기 2차 전지(120)의 출력전압이 최소전압(Vmin) 이하이면 시스템이 구동되지 못한다고 판단하여 시스템이 종료되도록 제어한다.If it is determined in operation 460 that the output voltage of the
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 구비한 시스템의 내부 구성을 도시한 블럭도.1 is a block diagram showing an internal configuration of a system including a fuel cell and a secondary battery according to a specific embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 이용한 충전 시스템의 충전방법을 도시한 순서도.2 is a flowchart showing a charging method of a charging system using a fuel cell and a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 이용한 충전 시스템의 충전방법을 도시한 순서도.3 is a flowchart showing a charging method of a charging system using a fuel cell and a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 연료 전지와 2차 전지를 이용한 충전 시스템의 충전방법을 도시한 순서도.4 is a flowchart showing a charging method of a charging system using a fuel cell and a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
110 : 연료전지부 111 : 연료저장부110: fuel cell unit 111: fuel storage unit
113 : 펌프 115 : 개질부113: pump 115:
117 : 공기흡입부 119 : 연료전지스택117: air suction portion 119: fuel cell stack
120 : 2차 전지 130 : 충전용량검출부120: secondary battery 130: charge capacity detection unit
140 : 인가전압 검출부 150 : 제어부140: applied voltage detecting unit 150:
160 : 파워메니지먼트부 170 : DC/DC 컨버터160: Power management unit 170: DC / DC converter
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2007
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