KR101435388B1 - System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell - Google Patents

System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR101435388B1
KR101435388B1 KR1020120087759A KR20120087759A KR101435388B1 KR 101435388 B1 KR101435388 B1 KR 101435388B1 KR 1020120087759 A KR1020120087759 A KR 1020120087759A KR 20120087759 A KR20120087759 A KR 20120087759A KR 101435388 B1 KR101435388 B1 KR 101435388B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
smoothing capacitor
fuel cell
circuit breaker
power
initial
Prior art date
Application number
KR1020120087759A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140020631A (en
Inventor
조택현
Original Assignee
삼성중공업 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 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020120087759A priority Critical patent/KR101435388B1/en
Publication of KR20140020631A publication Critical patent/KR20140020631A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101435388B1 publication Critical patent/KR101435388B1/en

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
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/04917—Current 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
    • H01M8/04694—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
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

연료전지 평활 커패시터 초기 충전 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 평활 커패시터 초기 충전 시스템은, 선박에 설치되어 연료가스의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택에서 생산된 상기 전력을 입력받는 인버터부; 상기 연료전지스택과 상기 인버터부 사이에서 상기 연료전지스택의 돌입 전류를 방지하는 평활 커패시터; 및 상기연료전지스택의 기동시 상기 평활 커패시터의 전압을 충전시키는 초기 충전부를 포함하되, 상기 초기 충전부는, 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply) 또는 발전부를 포함하고, 상기 UPS에 저장된 전력 또는 상기 발전부에서 생성된 전력을 상기 평활 커패시터에 제공한다.A fuel cell smoothing capacitor initial charging system is disclosed.
A fuel cell smoothing capacitor initial charging system according to an embodiment of the present invention includes: a fuel cell stack installed in a ship to produce electric power by an electrochemical reaction of fuel gas; An inverter unit receiving the power generated in the fuel cell stack; A smoothing capacitor for preventing an inrush current of the fuel cell stack between the fuel cell stack and the inverter unit; And an initial charging unit that charges the voltage of the smoothing capacitor when the fuel cell stack is started, wherein the initial charging unit includes an uninterruptible power supply or a power generation unit, And provides the generated power to the smoothing capacitor.

Figure R1020120087759
Figure R1020120087759

Description

연료전지 평활 커패시터 초기 충전 시스템{SYSTEM FOR INITIAL CHARGING OF SMOOTHING CAPACITOR OF FUEL CELL}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fuel cell smoothing capacitor initial charging system,

본 발명은 연료전지 평활 커패시터 초기 충전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell smoothing capacitor initial charging system.

일반적으로 화석에너지 고갈의 문제를 해결할 수 있는 대체에너지로서 수소에너지가 각광받고 있으며 수소에너지의 이용 매체인 연료전지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다. Generally, hydrogen energy is attracting attention as alternative energy to solve the problem of depletion of fossil energy, and research and development of fuel cell, which is a utilization medium of hydrogen energy, is actively being carried out.

연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다. 이러한 연료 전지는 작동 온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융 탄산염형(MCFC), 고체 전해질형(SOFC), 고분자 전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다.Fuel cells are an electrochemical device that converts the chemical energy of hydrogen and oxygen directly into electric energy. It is a new generation technology that continuously produces electricity by supplying hydrogen and oxygen to the anode and cathode. These fuel cells are classified into alkaline type (AFC), phosphate type (PAGC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC), and polymer electrolyte type (PEMFC) depending on operating temperature and main fuel type.

그 중에서도 용융탄산염연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 및 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)와 같은 고온형 연료전지는 다른 연료전지와 비교하여 각종 탄화수소계 연료를 적용할 수 있어 선박용 연료전지로 주목 받고 있다. Among them, high temperature type fuel cells such as Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) and Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) can apply various hydrocarbon fuels as compared with other fuel cells, It is attracting attention as a fuel cell.

연료전지 시스템은 크게 발전에 필요한 수소와 산소를 공급하는 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 상기 수소와 산소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지스택(Stack) 및 상기 생산된 전력을 상용 전원으로 변환하여 계통에 공급하는 EBOP(Electrical Balance of Plant)를 포함하여 이루어진다.The fuel cell system mainly includes a mechanical balance of plant (MBOP) that supplies hydrogen and oxygen required for power generation, a fuel cell stack (Stack) that generates electricity using the hydrogen and oxygen, and a fuel cell stack And an Electrical Balance of Plant (EBOP) to supply the system.

도 1은 종래의 연료전지 시스템의 평활 커패시터의 설치 구성를 개략적으로 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 schematically shows an installation configuration of a smoothing capacitor of a conventional fuel cell system.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 연료전지와 인버터 시스템(EBOP) 사이에는 전압 및 전류의 요동을 감소시키기 위해 평활 커패시터가 사용되며, 평활 커패시터의 전압이 충전되지 않은 상태에서 전력을 공급하면 순간적으로 돌입 전류가 흘러 장비가 파괴될 수 있는 위험성이 있다.Referring to FIG. 1, a smoothing capacitor is used between a conventional fuel cell and an inverter system (EBOP) to reduce fluctuations of voltage and current. When power is supplied in a state where the voltage of the smoothing capacitor is not charged, There is a danger that the inrush current may flow into the equipment and the equipment may be destroyed.

따라서, 연료전지의 안전한 초기 기동을 위해서는 평활 커패시터의 충전이 선행되어야 한다.Therefore, in order to safely start the fuel cell safely, the smoothing capacitor must be charged.

한편, 상기 평활 커패시터의 전압은 연료전지스택의 개방전압(VOC)보다 높아야 한다. 평활 커패시터는 먼저 저항소자를 이용해 선박 전력계통으로부터의 에너지를 충전시키고, 그 후에 인버터 시스템을 사용하여 연료전지의 개방전압(VOC)과 일치 시켜준 후에 저항을 제거하고 연료전지 시스템을 가동하게 된다.Meanwhile, the voltage of the smoothing capacitor should be higher than the open-circuit voltage (VOC) of the fuel cell stack. The smoothing capacitor first charges the energy from the ship power system using a resistive element and then uses the inverter system to match the open-circuit voltage (VOC) of the fuel cell, then removes the resistor and activates the fuel cell system.

그러나, 선박의 전력계통이 사고로 인해 탈락하게 되면 시스템 안전을 위해 연료전지스택이 비상 정지되고, 다시 정지된 연료전지스택을 기동하게 되는 경우 전력계통의 탈락으로 인해 평활 커패시터를 충전할 수 없게 되는 문제점이 있다.However, if the power system of the ship is dropped due to an accident, the fuel cell stack is stopped for safety of the system, and when the stopped fuel cell stack is started, the smoothing capacitor can not be charged due to the drop of the power system There is a problem.

즉, 연료전지의 초기 기동 시 전력을 서서히 증가 시켜야 하는 반면, 저항소자를 이용한다 해도 평활 커패시터를 충전하기 위해 순간적으로 연료전지에서 전류가 흐르게 되어 연료전지 스택에 데미지(Damage)를 줄 수 있다.That is, the power of the fuel cell must be gradually increased at the time of initial startup. However, even if the resistance element is used, the current flows in the fuel cell instantaneously to charge the smoothing capacitor, thereby damaging the fuel cell stack.

따라서, 연료전지를 선박에 적용하여 운영함에 있어서 연료전지 시스템이 정지된 후 재가동할 때의 안정적인 초기 기동 방안이 요구되고 있다.Therefore, in applying the fuel cell to a ship and operating it, there is a demand for a stable initial startup method when the fuel cell system is shut down and restarted.

본 발명의 실시 예는 선박에 탑재되는 연료전지 시스템의 안정적인 초기 기동을 위한 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention seeks to provide a fuel cell smoothing capacitor initial charging system for stable initial start-up of a fuel cell system mounted on a ship.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지 평활 커패시터 초기 충전 시스템은,According to an aspect of the invention, a fuel cell smoothing capacitor initial charging system comprises:

선박에 설치되어 연료가스의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택에서 생산된 상기 전력을 입력받는 인버터부; 상기 연료전지스택과 상기 인버터부 사이에서 상기 연료전지스택의 돌입 전류를 방지하는 평활 커패시터; 및 상기연료전지스택의 기동시 상기 평활 커패시터의 전압을 충전시키는 초기 충전부를 포함하되, 상기 초기 충전부는, 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply, 이하 'UPS'라고 함) 또는 발전부를 포함하고, 상기 UPS에 저장된 전력 또는 상기 발전부에서 생성된 전력을 평활 커패시터에 제공하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell stack installed on a ship for producing electric power by an electrochemical reaction of fuel gas; An inverter unit receiving the power generated in the fuel cell stack; A smoothing capacitor for preventing an inrush current of the fuel cell stack between the fuel cell stack and the inverter unit; And an initial charging unit that charges the voltage of the smoothing capacitor when the fuel cell stack is started, wherein the initial charging unit includes an uninterruptible power supply (UPS) or a power generation unit, The power stored in the UPS or the power generated in the power generation unit is supplied to the smoothing capacitor.

또한, 상기 연료전지스택의 초기 기동시, 상기 평활 커패시터의 충전 제어 및 상기 인버터와 계통간의 연계를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The fuel cell stack may further include a control unit for controlling the charging of the smoothing capacitor and the connection between the inverter and the system at the time of initial startup of the fuel cell stack.

또한, 상기 제어부는, 상기 초기 기동 시 상기 초기 충전부를 이용하여 상기 평활 커패시터를 상기 연료전지스택의 개방전압(VOC)보다 높게 충전한 이후에 상기 연료전지스택을 상기 인버터부와 연결할 수 있다.Also, the controller may connect the fuel cell stack to the inverter unit after the smoothing capacitor is charged to a level higher than the open-circuit voltage (VOC) of the fuel cell stack using the initial charging unit during the initial startup.

또한, 상기 초기 충전부는, 상기 UPS 또는 상기 발전부 중 어느 하나로부터 전달되는 상기 초기기동전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하여 상기 초기기동전류의 변화를 억제하는 인덕터; 상기 초기기동전류를 소정 전류치 이하가 되도록 스위치 제어하는 전력제어 스위치; 연결 시 상기 배전라인으로부터 상기 초기기동전류를 바이패스(Bypass)하여 초기충전 저항을 통해 제한된 양의 전류만을 상기 평활 커패시터측으로 통과시키는 제1 서킷 브레이커; 상기 배전라인 상에 설치되어 연결 시 상기 초기기동전류를 상기 평활 커패시터 측으로 통과시키는 제2 서킷 브레이커; 및 상기 초기 충전부를 상기 평활 커패시터에 연결 또는 분리하는 제3 서킷 브레이커를 포함할 수 있다.Also, the initial charging unit may include an inductor that induces a voltage in proportion to a change amount of the initial starting current transmitted from the UPS or the power generation unit, thereby suppressing a change in the initial starting current. A power control switch for performing switch control so that the initial starting current is less than or equal to a predetermined current value; A first circuit breaker for bypassing the initial starting current from the distribution line when connected and passing only a limited amount of current through the initial charging resistor to the smoothing capacitor; A second circuit breaker installed on the power distribution line and passing the initial starting current to the smoothing capacitor side when connected; And a third circuit breaker that connects or disconnects the initial charging section to the smoothing capacitor.

또한, 상기 제어부는, 상기 제2 서킷 브레이커를 차단하고, 상기 제1 서킷 브레이커 및 제3 서킷브레이커를 연결하여 상기 제한된 양의 전류로 상기 평활 커패시터를 완만하게 충전할 수 있다.In addition, the control unit may block the second circuit breaker, connect the first circuit breaker and the third circuit breaker, and gently charge the smoothing capacitor with the limited amount of current.

또한, 상기 제어부는, 상기 평활 커패시터의 전압이 소정 전압에 도달하면 상기 제1 서킷 브레이커의 연결을 차단하고, 상기 제2 서킷 브레이커 및 상기 제3 서킷 브레이커를 연결하여 전력 제어 스위치의 제어를 통해 공급되는 전류를 제어할 수 있다.When the voltage of the smoothing capacitor reaches a predetermined voltage, the control unit interrupts the connection of the first circuit breaker, connects the second circuit breaker and the third circuit breaker, Can be controlled.

또한, 상기 제어부는, 상기 평활 커패시터의 충전량이 소정의 목표치에 도달하면 상기 제3 서킷브레이커를 차단하여 상기 평활 커패시터와의 연결을 회로적으로 분리할 수 있다.In addition, when the amount of charge of the smoothing capacitor reaches a predetermined target value, the control unit may block the third circuit breaker and isolate the connection with the smoothing capacitor from the circuit.

또한, 상기 초기충전 저항은, 상기 평활 커패시터의 충전이 완료되면 상기 인덕터에 충전된 전류를 프리 휠링하여 소거할 수 있다.In addition, the initial charging resistor may free-wheel the current charged in the inductor when the charging of the smoothing capacitor is completed.

또한, 상기 제1 서킷 브레이커, 제2 서킷 브레이커 및 제3 서킷 브레이커는 비정상적인 과전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다.In addition, the first circuit breaker, the second circuit breaker, and the third circuit breaker can block an abnormal overcurrent from flowing.

또한, 상기 UPS 또는 상기 발전부의 전력은 선박 내 직류 배전라인을 통해 상기 평활 커패시터로 공급될 수 있다.Also, the power of the UPS or the power generation unit may be supplied to the smoothing capacitor through a DC distribution line in the ship.

본 발명의 실시 예에 따르면, 선박의 계통전원 사용이 불가능한 비상 상황에서도 선박의 USP 전원을 이용하여 평활 커패시터를 안전하게 충전함으로써 연료전지의 초기 기동 시 발생되는 돌입전류를 예방할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent an inrush current generated at the time of initial startup of the fuel cell by safely charging the smoothing capacitor using the USP power of the ship even in an emergency situation where the ship's system power source is not available.

또한, 선박에 시설되는 UPS와 배전라인을 활용한 평활 커패시터의 초기 충전이 가능하여 연료전지의 안전한 초기 기동을 위한 추가 설비에 따르는 비용을 절감할 수 있다.In addition, it is possible to initial charge the smoothing capacitor using the UPS and the distribution line installed on the ship, thereby reducing the cost of additional facilities for safe initial start-up of the fuel cell.

도 1은 종래의 연료전지 시스템의 평활 커패시터의 설치 구성를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초기 충전부의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 평활 커패시터 초기충전 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초기 충전부의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 schematically shows an installation configuration of a smoothing capacitor of a conventional fuel cell system.
2 schematically shows a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram schematically showing a configuration of an initial charging section according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for initial charging a fuel cell smoothing capacitor according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram schematically showing a configuration of an initial charging section according to another embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

또한, 명세서 전체에서, “선박”이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 FLNG와 같은 해상 구조물을 포함하는 것으로 사용된다. 본 실시형태의 선박은 예를 들어, LNGC 또는 FLNG일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In addition, throughout the specification, the term "ship" is not limited to a structure that refers to a structure that navigates an aquifer, but includes a structure that navigates the aquifer, as well as a marine structure such as a FLNG that floats in the aquifer and performs operations Is used. The ship of this embodiment may be, for example, LNGC or FLNG, but the present invention is not limited thereto.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a fuel cell smoothing capacitor initial charging system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.2 schematically shows a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템(100)은 연료전지스택(110), 평활 커패시터(120), 인버터부(130), 초기 충전부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.2, a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 110, a smoothing capacitor 120, an inverter unit 130, an initial charging unit 140, and a controller 150 ).

연료전지스택(110)(Fuel Cell Stack)은 전극과 전해질 및 분리판으로 이루어진 연료전지 셀(cell)이 적층되어, 수소와 산소가 포함된 연료가스의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산한다. The fuel cell stack 110 is formed by stacking fuel cells made of an electrode, an electrolyte, and a separator. The fuel cell stack 110 produces electricity by electrochemical reaction of fuel gas containing hydrogen and oxygen.

이 때, 연료전지스택(110)은 MBOP(Mechanical Balance of Plant)로부터 발전을 위한 연료가스를 공급받을 수 있으나, 이는 본 발명의 출원 전에 공지된 다양한 기술을 이용할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다. At this time, the fuel cell stack 110 can receive fuel gas for power generation from MBOP (Mechanical Balance of Plant), but it can use various technologies known before application of the present invention, so a detailed description will be omitted.

평활 커패시터(120)는 연료전지스택(110)에서 생산되어 인버터부(130)로 입력되는 직류 전압을 평활화 하는 역할을 한다.The smoothing capacitor 120 smoothes the DC voltage generated in the fuel cell stack 110 and input to the inverter unit 130.

연료전지스택(110)을 인버터부(130)에 연결 시 평활 커패시터(120)가 충전되어 있지 않으면 돌입 전류가 발생하게 되어 연료전지스택(110)에 데미지를 줄 수 있다. If the smoothing capacitor 120 is not charged when the fuel cell stack 110 is connected to the inverter unit 130, an inrush current may be generated to damage the fuel cell stack 110.

특히, 선박에 별도의 발전기가 없는 경우 연료전지스택(110)에서 출력되는 전력을 이용하여 평활 커패시터(120)를 충전해야 하는데 연료전지스택(110)이 작동 가능한 핫 스탠바이 상태에 있다 하더라도, 연료전지스택(110)은 커패시터 충전을 위한 전력을 일정하게 증가시키기가 어려우므로 돌입 전류에 의한 데미지를 입을 수 있다.In particular, if there is no separate generator in the ship, the smoothing capacitor 120 must be charged using the power output from the fuel cell stack 110. Even if the fuel cell stack 110 is in the operable hot standby state, The stack 110 may suffer damage due to the inrush current because it is difficult to constantly increase the power for charging the capacitor.

그러므로, 평활 커패시터(120)는 연료전지의 초기 기동 시 전압이 미리 충전되어 있어야만 연료전지스택(110)을 인버터부(130)에 연결할 때 발생되는 돌입 전류를 예방할 수 있다. Therefore, the smoothing capacitor 120 can prevent an inrush current generated when the fuel cell stack 110 is connected to the inverter unit 130 only when the voltage of the smoothing capacitor 120 is precharged at the time of initial startup of the fuel cell.

인버터부(130)는 평활 커패시터(120)에 평활화한 직류 전압을 계통으로 공급하기 위한 교류 전압으로 변환하여 선박 내 전력부하장치에 공급한다. 여기서, 선박 내 전력부하장치는 선박 내에서 전기력으로 동작하는 각종장치와 조명 등의 파워로드(Power Load)를 들 수 있다.The inverter unit 130 converts the DC voltage smoothed into the smoothing capacitor 120 into an AC voltage for supply to the system, and supplies the AC voltage to the in-vessel power load apparatus. Here, the power load device in a ship may be a power load such as a lighting device and various devices operating in the ship by an electric force.

초기 충전부(140)는 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply, 이하 UPS라고 함)의 전력을 선박 내 직류 배전라인을 통해 공급하여 연료전지스택(110)의 안정적인 초기 기동을 위한 전압까지 상기 평활 커패시터(120)를 충전한다.The initial charging unit 140 supplies the power of the uninterruptible power supply (UPS) through the in-ship DC distribution line to a voltage for stable initial start-up of the fuel cell stack 110 120).

즉, 초기 충전부(140)는 비상 시 선박 내 각종 제어기와 차단기(스위치)를 구동하기 위한 110V 직류 배전라인과 비상시의 전원 공급 장치인 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 이용하여 연료전지의 초기 기동을 위한 평활 커패시터(120)를 충전할 수 있다.That is, the initial charging unit 140 uses a 110V DC distribution line for driving various controllers and circuit breakers (switches) in an emergency in case of an emergency, and an uninterruptible power supply (UPS) The smoothing capacitor 120 can be charged.

제어부(150)는 연료전지 시스템(100)의 구동, 전력 변환 및 전력 분배를 위한 전반적인 동작을 제어한다. The control unit 150 controls the overall operation of the fuel cell system 100 for driving, power conversion, and power distribution.

특히, 제어부(150)는 연료전지 초기 기동을 위한 평활 커패시터(120)의 충전 제어 및 인버터부(130)와 계통간의 연계동작을 제어한다.In particular, the control unit 150 controls the charging of the smoothing capacitor 120 for the initial start of the fuel cell and the linkage operation between the inverter unit 130 and the system.

선박은 육상과 달리 해상에서 독립된 발전시설을 통해 선박 내 전력을 공급하는 반면, 선박 전력을 공급하는 연료전지의 경우 블랙 아웃 또는 계통에서의 사고로 인해 계통과 탈락되면 시스템 안전을 위해 연료전지스택을 비상 정지하게 된다. Unlike onshore, ships provide power to the ship through independent power generation facilities, but when fuel cells that supply ship power are dropped from the system due to accidents in the blackout or system, the fuel cell stack Emergency stop.

그런데, 연료전지가 비상 정지된 이후 연료전지를 재 기동 시 계통과의 탈락으로 인해 평활 커패시터를 충전할 수 없으며, 평활 커패시터(120)가 충전되지 않은 상태에서 연료전지스택(110)과 인버터부(130)를 연결 시 돌입전류가 발생되는 문제가 존재하였다.However, when the fuel cell is restarted after the emergency stop of the fuel cell, the smoothing capacitor can not be charged due to the falling off of the system, and when the smoothing capacitor 120 is not charged, the fuel cell stack 110 and the inverter unit 130), there is a problem that an inrush current is generated.

그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(150)는 초기 충전부(140)를 이용하여 연료전지의 초기 기동을 위한 평활 커패시터(120)를 개방전압(VOC)보다 높게 충전한 이후에, 연료전지스택(110)을 인버터부(130)와 연결함으로써 돌입전류 없이 안정적으로 초기 기동을 수행할 수 있다.Therefore, after the control unit 150 charges the smoothing capacitor 120 for initial startup of the fuel cell higher than the open-circuit voltage VOC by using the initial charging unit 140, The inverter 110 can be connected to the inverter unit 130 so that the initial startup can be stably performed without rush current.

한편, 다음의 도 3을 통해 제어부(150)의 제어에 따라 평활 커패시터(120)의 초기 충전을 지원하는 초기 충전부(140)의 구성을 설명한다.The configuration of the initial charging unit 140 that supports the initial charging of the smoothing capacitor 120 under the control of the controller 150 will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초기 충전부의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도를 나타낸다.3 is a circuit diagram schematically showing a configuration of an initial charging section according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템(100)의 초기 충전부(140)는 UPS(141), 인덕터(142), 전력제어 스위치(143), 제1 서킷 브레이커(144), 제2 서킷 브레이커(145), 초기충전 다이오드(146) 및 제3 서킷 브레이커(147)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the initial charging unit 140 of the fuel cell system 100 according to the embodiment of the present invention includes a UPS 141, an inductor 142, a power control switch 143, a first circuit breaker 144, a second circuit breaker 145, an initial charging diode 146, and a third circuit breaker 147.

UPS(Uninterruptible Power Supply)(141)는 무정전 전원공급장치로 선박의 전력계통 사고로 인해 인버터부(130)가 계통으로부터 탈락되어 전원 공급이 불가능한 상태에서도 선박에 시설된 110V 직류 배전라인을 통해 평활 커패시터(120)로 직류 전류를 공급한다.The uninterruptible power supply (UPS) 141 is an uninterruptible power supply (UPS) that supplies power to a smoothing capacitor (not shown) through a 110 V DC distribution line installed in the ship, even when the inverter unit 130 is removed from the system due to a power system accident, (120).

즉, USP(141)는 계통사고로 인한 연료전지의 비상 정지 이후에 연료전지의 초기 기동을 위한 직류 전류(이하, '초기기동전류'라고도 표기함)를 공급할 수 있다.That is, the USP 141 can supply a direct current (hereinafter, also referred to as "initial starting current") for initial startup of the fuel cell after an emergency stop of the fuel cell due to a system accident.

이러한 UPS(141)는 적어도 하나의 배터리 및 수퍼 커패시터(Super capacitor)와 같은 에너지 저장모듈을 포함하여 병렬로 연결될 수 있으며, 연료전지스택(110)에서 생산되는 상시 또는 잉여 전력을 저장하고 필요 시 이를 방전하여 110V 배전라인을 통해 공급할 수 있다.The UPS 141 may include at least one battery and an energy storage module such as a super capacitor, and may be connected in parallel. The UPS 141 stores the constant or surplus power produced in the fuel cell stack 110, It can be discharged and supplied through the 110V distribution line.

인덕터(Inductor)(142)는 UPS(141)로부터 전달되는 초기기동전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도함으로써 초기기동전류(Ia)의 급격한 변화를 억제한다.The inductor 142 suppresses a sudden change in the initial starting current Ia by inducing a voltage proportional to a change amount of the initial starting current transmitted from the UPS 141. [

전력제어 스위치(143)는 제어부(150)의 제어에 의해 초기기동전류(Ia)가 소정 전류치 이하가 되도록 스위치 제어를 하여 평활 커패시터(120)를 안전하게 충전한다.The power control switch 143 controls the switch 150 so that the initial starting current Ia is equal to or less than a predetermined current value under the control of the controller 150 to securely charge the smoothing capacitor 120. [

제1 서킷 브레이커(144)는 초기충전 저항(144-1)을 포함하고, 제어부(150)에의해 연결(ON)시 배전라인으로부터 초기기동전류를 바이패스(Bypass)하여 초기충전 저항(144-1)을 통해 제한된 양의 전류만을 통과시킨다. 이 때, 제1 서킷 브레이커(144)는 평활 커패시터(120)를 DC 110V까지 완만하게 충전시킬 수 있으며, DC 110V에 도달하면 연결이 차단(OFF) 될 수 있다.The first circuit breaker 144 includes an initial charging resistor 144-1 and bypasses the initial starting current from the power distribution line when connected by the control unit 150 so that the initial charging resistor 144- 1) to pass only a limited amount of current. At this time, the first circuit breaker 144 can smoothly charge the smoothing capacitor 120 up to 110V DC, and when the DC 110V is reached, the connection can be shut off.

초기충전 저항(144-1)은 평활 커패시터(120)의 충전이 완료되면 인덕터(142)에 충전된 전류를 프리 휠링하여 소거할 수 있다. The initial charging resistor 144-1 may freewheel the current charged in the inductor 142 when the charging of the smoothing capacitor 120 is completed.

제2 서킷 브레이커(145)는 제1 서킷 브레이커(144)를 통한 평활 커패시터(120)의 완만한 충전 시 차단(OFF)되고, 평활 커패시터(120)가 DC 110V까지 충전된 이후에 연결(ON)되어 초기기동전류를 통과시킨다. The second circuit breaker 145 is turned off upon the gentle charge of the smoothing capacitor 120 through the first circuit breaker 144 and is turned on after the smoothing capacitor 120 is charged to DC 110V, Thereby passing the initial starting current.

이 때, 제2 서킷 브레이커(145)는 제1 서킷 브레이커(144)와는 달리 별도의 저항 소자를 포함하지 않으므로 초기기동전류를 그대로 통과시켜 평활 커패시터(120)를 충전할 수 있다.At this time, since the second circuit breaker 145 does not include a resistance element different from the first circuit breaker 144, the smoothing capacitor 120 can be charged by passing the initial starting current as it is.

초기충전 다이오드(146)는 제1 서킷 브레이커(144) 또는 제2 서킷 브레이커(145)를 통과한 초기기동전류가 평활 커패시터(120) 측으로 흐르도록 한다.The initial charging diode 146 causes the initial starting current passed through the first circuit breaker 144 or the second circuit breaker 145 to flow toward the smoothing capacitor 120 side.

제3 서킷 브레이커(147)는 초기 충전부(140)를 평활 커패시터(120)에 연결 또는 분리하는 스위치 동작을 한다.The third circuit breaker 147 performs a switch operation for connecting or disconnecting the initial charging section 140 to the smoothing capacitor 120.

즉, 제3 서킷 브레이커(147)은 연료전지의 초기 기동을 위해 평활 커패시터(120)를 충전 시 연결(ON)되어, 제1 서킷 브레이커(144) 또는 제2 서킷 브레이커(145)를 통과한 초기기동전류를 평활 커패시터(120)로 공급 한다.That is, the third circuit breaker 147 is connected (ON) when the smoothing capacitor 120 is charged for the initial start of the fuel cell, and is connected to the first circuit breaker 144 or the second circuit breaker 145 And supplies a starting current to the smoothing capacitor 120.

그리고, 제3 서킷 브레이커(147)는 평활 커패시터(120)의 충전량이 목표치에 도달하면 평활 커패시터(120)와의 연결을 회로적으로 분리(OFF)하여 초기충전동작을 종료한다.When the charged amount of the smoothing capacitor 120 reaches the target value, the third circuit breaker 147 disconnects (disconnects) the connection with the smoothing capacitor 120 to terminate the initial charging operation.

여기서, 상기 목표치는 평활 커패시터(120)의 전압이 연료전지스택(110)의 개방전압(VOC)을 초과하여 평활 커패시터(120)로서의 동작이 가능하게 설정된 소정의 충전 값을 의미한다.Here, the target value means a predetermined charge value in which the voltage of the smoothing capacitor 120 exceeds the open-circuit voltage (VOC) of the fuel cell stack 110 to enable the smoothing capacitor 120 to operate.

또한, 상기한 제1 서킷 브레이커(144), 제2 서킷 브레이커(145) 및 제3 서킷 브레이커(147)는 제어부(150)의 제어에 의한 스위치 동작뿐 아니라, 비정상적인 과전류가 흐르는 경우 안전을 위해 전류를 차단할 수 있다.The first circuit breaker 144, the second circuit breaker 145 and the third circuit breaker 147 can be operated not only for switching operations under the control of the controller 150 but also for controlling the current .

한편, 다음의 도 4를 통하여 연료전지의 초기 기동을 위한 평활 커패시터(120)의 초기충전 방법을 설명하되, 상기한 구성을 바탕으로 제어부(150)가 초기 충전부(140)를 제어하는 과정을 위주로 설명한다.An initial charging method of the smoothing capacitor 120 for initial start-up of the fuel cell will be described with reference to FIG. 4. Referring to FIG. 4, the control unit 150 controls the initial charging unit 140 based on the above- Explain.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 평활 커패시터 초기충전 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for initial charging a fuel cell smoothing capacitor according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(150)는 연료전지 시스템(100)이 비상 정지된 상태에서, 연료전지의 초기 기동을 위해 UPS(141)에 저장된 직류 전력을 DC 110V 배전라인으로 공급한다(S101).4, when the fuel cell system 100 is in an emergency stop state, the controller 150 controls the DC power stored in the UPS 141 to be DC 110V distribution line (S101).

제어부(150)는 배전라인상에 있는 제2 서킷 브레이커(145)를 차단(OFF)하고, 바이패스 라인에 있는 제1 서킷 브레이커(144)를 연결(ON)하여 제1 서킷 브레이이커(144)의 초기충전 저항(144-1)을 통해 제한된 양의 초기기동전류만을 통과시킨다(S102). The control unit 150 turns off the second circuit breaker 145 in the discharge line pull and connects the first circuit breaker 144 in the bypass line to turn on the first circuit breaker 144, Only a limited amount of initial start-up current is passed through the initial charge resistor 144-1 of the charge pump circuit 120 (S102).

이 때, 제어부(150)는 제3 서킷 브레이커(147)를 평활 커패시터(120)와 연결(ON)하여 상기 제한된 양의 초기기동전류로 평활 커패시터(120)의 완만한 충전을 제어한다(S103). At this time, the controller 150 connects the third circuit breaker 147 with the smoothing capacitor 120 to control the gentle charging of the smoothing capacitor 120 with the limited initial starting current (S103) .

제어부(150)는 평활 커패시터(120)의 전압을 체크하여 충전 전압이 DC 110V 이상을 충족하면(S104; 예), 제1 서킷 브레이커(144)를 차단(OFF)하고, 배전라인 상에 있는 제2 서킷 브레이커(145)를 연결(ON)하여 상기 초기기동전류를 제한 없이 통과시킨다(S105).The control unit 150 checks the voltage of the smoothing capacitor 120 and turns off the first circuit breaker 144 if the charging voltage satisfies DC 110 V or more (S104; YES) 2 circuit breaker 145 is turned ON to allow the initial starting current to pass through without limitation (S105).

이 때, 제어부(150)는 제3 서킷 브레이커(147)를 평활 커패시터(120)와 연결(ON)을 유지하여 상기 초기기동전류로 평활 커패시터(120)를 목표치까지 충전을 한다(S106). At this time, the controller 150 keeps the third circuit breaker 147 connected to the smoothing capacitor 120 (ON) to charge the smoothing capacitor 120 to the target value with the initial starting current (S106).

또한, 제어부(150)는 상기 초기기동전류로 충전 시 평활 커패시터(120)의 전압을 피드백 받아 제1 서킷 브레이커(144) 또는 제2 서킷 브레이커(145)로 입력되는 초기기동전류(Ia)가 소정 전류치 이하가 되도록 전력제어 스위치(143)를 제어할 수 있다.The control unit 150 receives the voltage of the smoothing capacitor 120 during charging with the initial starting current and receives the initial starting current Ia input to the first circuit breaker 144 or the second circuit breaker 145, The power control switch 143 can be controlled so as to be equal to or smaller than the current value.

제어부(150)는 평활 커패시터(120)가 목표치까지 충전되면 제3 서킷 브레이커(147)를 차단(OFF)하여 초기 충전부(140)를 평활 커패시터(120)와 회로적으로 분리시킴으로써 평활 커패시트의 초기 충전을 종료한다(S107).The controller 150 turns off the third circuit breaker 147 when the smoothing capacitor 120 is charged to the target value to circuitly isolate the initial charging unit 140 from the smoothing capacitor 120, Charging is terminated (S107).

이 때, 제어부(150)는 초기 충전부(140)의 제2 서킷 브레이커(145) 및 제3 서킷 브레이커(147)를 차단(OFF)하고, 제1 서킷 브레이커(144)를 연결(ON)시킨다.At this time, the control unit 150 turns off the second circuit breaker 145 and the third circuit breaker 147 of the initial charging unit 140 and connects the first circuit breaker 144 to ON.

그래서, 제어부(150)는 인덕터(142)에 충전된 전류를 제1 서킷 브레이커(144)의 초기충전 저항(144-1)을 통해 프리 휠링 함으로써 소거시킬 수 있다. Therefore, the control unit 150 can erase the current charged in the inductor 142 by free-wheeling the current through the initial charging resistor 144-1 of the first circuit breaker 144. [

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 선박의 계통전원 사용이 불가능한 비상 상황에서도 USP 전원을 이용하여 평활 커패시터를 안전하게 충전함으로써 연료전지의 초기 기동 시 발생되는 돌입전류를 예방할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent an inrush current generated at the time of initial startup of the fuel cell by safely charging the smoothing capacitor using the USP power even in an emergency situation where the system power of the ship is not available.

또한, 선박에 시설되는 UPS와 배전라인을 활용한 평활 커패시터의 초기 충전이 가능하여 추가 설비에 따른 비용을 절감하는 효과가 있다.In addition, it is possible to initial charge the smoothing capacitor using the UPS installed in the ship and the distribution line, thereby reducing the cost of the additional equipment.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

예컨대, 도 3에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 연료전지의 초기 기동을 위해 UPS(141)에 저장된 전력을 이용하였으나 이에 한정되지 않으며, 선박에 설치된 발전기를 통해 전원을 공급할 수 있다. For example, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the power stored in the UPS 141 is used for the initial startup of the fuel cell, but the present invention is not limited thereto, and power can be supplied through a generator installed in the ship.

한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초기 충전부의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도를 나타낸다.5 is a circuit diagram schematically showing the configuration of an initial charging unit according to another embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초기 충전부(140 )는 상기 도 3의 초기 충전부(140)의 구성과 유사하며, 다만, 배전라인을 통해 초기기동전류를 공급하는 발전부(141')의 구성만 다르다.5, the initial charging unit 140 according to another embodiment of the present invention is similar to the configuration of the initial charging unit 140 of FIG. 3. However, Only the configuration of the portion 141 'is different.

이 때, 발전부(141')는 디젤, 휘발유, 가스와 같은 화석연료를 사용하는 발전기이거나 태양광 및 풍력 등의 다양한 에너지원을 이용한 발전기일 수 있으며, 상기 발전기에서 생산된 교류 또는 직류 전압을 상기 직류 배전라인으로 공급하기 위해 일정한 직류 전압으로 변환하는 컨버터를 포함할 수 있다.In this case, the power generation unit 141 'may be a generator using fossil fuels such as diesel, gasoline, or gas, or a generator using various energy sources such as sunlight and wind power, and the AC or DC voltage generated by the generator And a converter for converting the DC voltage into a constant DC voltage for supply to the DC distribution line.

이러한, 발전부(141')의 구성도 UPS(141)와 마찬가지로 선박에 탑재되는 장비를 그대로 활용할 수 있으므로, 별도의 추가 설비 없이 연료전지의 초기 기동을 위한 평활 커패시터(120)를 안전하게 충전할 수 있는 이점이 있다.The configuration of the power generation unit 141 'can utilize the equipment mounted on the ship as it is, like the UPS 141, so that the smoothing capacitor 120 for initial startup of the fuel cell can be safely charged There is an advantage.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 연료전지 시스템 110: 연료전지스택
120: 평활 커패시터 130: 인버터부
140: 초기 충전부 141: UPS
142: 인덕터 143: 전력제어 스위치
144: 제1 서킷 브레이커 144-1: 초기충전 저항
145: 제2 서킷 브레이커 146: 초기충전 다이오드
147: 제3 서킷 브레이커 150: 제어부100: Fuel cell system 110: Fuel cell stack
120: smoothing capacitor 130: inverter unit
140: initial charging section 141: UPS
142: Inductor 143: Power control switch
144: first circuit breaker 144-1: initial charging resistance
145: Second Circuit Breaker 146: Initial Charging Diode
147: third circuit breaker 150:

Claims (10)

선박에 설치되어 연료가스의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 연료전지스택;
상기 연료전지스택에서 생산된 상기 전력을 입력받는 인버터부;
상기 연료전지스택과 상기 인버터부 사이에서 상기 연료전지스택의 돌입 전류를 방지하는 평활 커패시터; 및
상기 연료전지스택의 기동시 상기 평활 커패시터의 전압을 충전시키되, 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply, 이하 'UPS'라고 함) 또는 발전부를 포함하고, 상기 UPS에 저장된 전력 또는 상기 발전부에서 생성된 전력을 평활 커패시터에 제공하는 초기 충전부를 포함하며,
상기 초기 충전부는, 상기 UPS 또는 상기 발전부 중 어느 하나로부터 전달되는 초기기동전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하여 상기 초기기동전류의 변화를 억제하는 인덕터, 상기 초기기동전류를 소정 전류치 이하가 되도록 스위치 제어하는 전력제어 스위치, 연결시 배전라인으로부터 상기 초기기동전류를 바이패스(Bypass)하여 초기충전 저항을 통해 제한된 양의 전류만을 상기 평활 커패시터측으로 통과시키는 제1 서킷 브레이커, 상기 배전라인 상에 설치되어 연결시 상기 초기기동전류를 상기 평활 커패시터 측으로 통과시키는 제2 서킷 브레이커 및 상기 초기 충전부를 상기 평활 커패시터에 연결 또는 분리하는 제3 서킷 브레이커를 포함하는 하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.A fuel cell stack installed on a ship for producing electric power by an electrochemical reaction of fuel gas;
An inverter unit receiving the power generated in the fuel cell stack;
A smoothing capacitor for preventing an inrush current of the fuel cell stack between the fuel cell stack and the inverter unit; And
And an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as 'UPS') or a power generation unit, wherein the power stored in the UPS or the power stored in the power generation unit And an initial charging section for providing power to the smoothing capacitor,
Wherein the initial charging section includes an inductor for inducing a voltage in proportion to a change amount of an initial starting current transmitted from the UPS or the power generation section to suppress a change in the initial starting current, A first circuit breaker for passing a limited amount of current through the initial charging resistor to the smoothing capacitor side by bypassing the initial starting current from the power distribution line during connection, And a third circuit breaker for connecting the initial charging current to the smoothing capacitor and a third circuit breaker for connecting or disconnecting the initial charging current to the smoothing capacitor. 제 1 항에 있어서,
상기 연료전지스택의 초기 기동시,
상기 평활 커패시터의 충전 제어 및 상기 인버터와 계통간의 연계를 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.The method according to claim 1,
Upon initial startup of the fuel cell stack,
Further comprising a control unit for controlling charging of the smoothing capacitor and coupling between the inverter and the system. 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 초기 기동시 상기 초기 충전부를 이용하여 상기 평활 커패시터를 상기 연료전지스택의 개방전압(VOC)보다 높게 충전한 이후에 상기 연료전지스택을 상기 인버터부와 연결하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein,
Wherein the initial charging unit charges the smoothing capacitor higher than the open-circuit voltage (VOC) of the fuel cell stack during the initial start-up, and then connects the fuel cell stack to the inverter unit. 삭제delete 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 서킷 브레이커를 차단하고, 상기 제1 서킷 브레이커 및 제3 서킷브레이커를 연결하여 상기 제한된 양의 전류로 상기 평활 커패시터를 완만하게 충전하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.The method of claim 3,
Wherein,
Disconnect the second circuit breaker, and connect the first circuit breaker and the third circuit breaker to gently charge the smoothing capacitor with the limited amount of current. 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 평활 커패시터의 전압이 소정 전압에 도달하면 상기 제1 서킷 브레이커의 연결을 차단하고, 상기 제2 서킷 브레이커 및 상기 제3 서킷 브레이커를 연결하여 상기 전력 제어 스위치의 제어를 통해 전류의 크기를 제한하여 평활커패시터를 충전 하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.The method of claim 3,
Wherein,
The first circuit breaker is disconnected when the voltage of the smoothing capacitor reaches a predetermined voltage, the second circuit breaker and the third circuit breaker are connected and the magnitude of the current is limited through the control of the power control switch Fuel cell smoothing capacitor initial charging system charging smoothing capacitor. 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 평활 커패시터의 충전량이 소정의 목표치에 도달하면 상기 제3 서킷브레이커를 차단하여 상기 평활 커패시터와의 연결을 회로적으로 분리하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.The method of claim 3,
Wherein,
And disconnects the third circuit breaker to circuitly disconnect the connection with the smoothing capacitor when the amount of charge of the smoothing capacitor reaches a predetermined target value. 제 1 항에 있어서,
상기 초기충전 저항은,
상기 평활 커패시터의 충전이 완료되면 상기 인덕터에 충전된 전류를 프리 휠링하여 소거하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.The method according to claim 1,
The initial charging resistor
And the current charged in the inductor is freewheeled and erased when the charging of the smoothing capacitor is completed. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 서킷 브레이커, 제2 서킷 브레이커 및 제3 서킷 브레이커는 비정상적인 과전류가 흐르는 것을 차단하는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first circuit breaker, the second circuit breaker, and the third circuit breaker block the flow of an abnormal overcurrent. 제 1 항에 있어서,
상기 UPS 또는 상기 발전부의 전력은 선박 내 직류 배전라인을 통해 상기 평활 커패시터로 공급되는 연료전지 평활 커패시터 초기충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the power of the UPS or the power generation section is supplied to the smoothing capacitor through a DC distribution line in the ship.
KR1020120087759A 2012-08-10 2012-08-10 System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell KR101435388B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120087759A KR101435388B1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120087759A KR101435388B1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140020631A KR20140020631A (en) 2014-02-19
KR101435388B1 true KR101435388B1 (en) 2014-08-28

Family

ID=50267562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120087759A KR101435388B1 (en) 2012-08-10 2012-08-10 System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101435388B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10951046B2 (en) 2018-02-02 2021-03-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery and discharge FET protection circuit

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101736475B1 (en) 2015-02-04 2017-05-16 한화테크윈 주식회사 Electric vehicle
CN109298337B (en) * 2018-08-27 2021-06-08 东莞市北斗星电子科技有限公司 Zero charge of storage battery based on UPS module transmission and automatic monitoring big data terminal thereof
KR102387387B1 (en) 2018-09-27 2022-04-14 주식회사 엘지에너지솔루션 Apparatus and method for preventing overcharge of secondary battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007074884A (en) * 2005-09-09 2007-03-22 Yaskawa Electric Corp Converter apparatus (low voltage detecting method)
KR100784439B1 (en) * 2006-10-30 2007-12-11 한국에너지기술연구원 Inrush current suppressing circuit for power supply
JP2009044953A (en) * 2007-07-18 2009-02-26 Honda Motor Co Ltd Car with power generator
JP2011030365A (en) * 2009-07-27 2011-02-10 Hitachi Ltd Power converter, power conversion method, and initial charging method of power converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007074884A (en) * 2005-09-09 2007-03-22 Yaskawa Electric Corp Converter apparatus (low voltage detecting method)
KR100784439B1 (en) * 2006-10-30 2007-12-11 한국에너지기술연구원 Inrush current suppressing circuit for power supply
JP2009044953A (en) * 2007-07-18 2009-02-26 Honda Motor Co Ltd Car with power generator
JP2011030365A (en) * 2009-07-27 2011-02-10 Hitachi Ltd Power converter, power conversion method, and initial charging method of power converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10951046B2 (en) 2018-02-02 2021-03-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery and discharge FET protection circuit

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140020631A (en) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108093658B (en) System and method for fuel cell system ride through for grid disturbances
KR101230900B1 (en) Control method of fuel cell hybrid system
JP5671178B2 (en) Charge / discharge device and power supply switching system
US10511173B2 (en) Power controller, power control method, and power control system
JP5705178B2 (en) Power conversion device, power supply switching device, house, and power conversion method
WO2011065375A1 (en) Power conversion apparatus, power generating system, and charge/discharge control method
JP5614085B2 (en) Power supply
JP2006054976A (en) Equipment with fuel cell mounted thereon
TW200945724A (en) Method of hybrid power management and system using the same
JP6574696B2 (en) Power control apparatus, power control method, and fuel cell system
JP7251908B2 (en) Charging/discharging device and power supply switching system
JP2008152997A (en) Fuel cell power generating device and its control method
JP5207060B2 (en) Self-sustaining operation system using power storage / emergency power generator
KR101435388B1 (en) System for initial charging of smoothing capacitor of fuel cell
JP5799210B2 (en) Power storage system, charge / discharge circuit, and grid interconnection device
CN103683467A (en) Independent photovoltaic power supply system with self-starting function
CN102468659A (en) Charging control system and method thereof
KR102220496B1 (en) Fuel cell system
JP6391473B2 (en) Battery system
JP5305578B2 (en) Fuel cell system
JP5864247B2 (en) Power generator
KR102308764B1 (en) Power converting apparatus of fuel cell system robust for power disturbance
WO2018155442A1 (en) Dc power supply system
JP2011036087A (en) Power generation system
JP6629694B2 (en) POWER CONTROL DEVICE AND ITS CONTROL METHOD

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190731

Year of fee payment: 6