KR102044063B1 - 적어도 하나의 연료 전지 시스템과 적어도 하나의 충전용 배터리를 잠수정의 추진 네트워크에 전기 접속하기 위한 회로 배열체 - Google Patents

적어도 하나의 연료 전지 시스템과 적어도 하나의 충전용 배터리를 잠수정의 추진 네트워크에 전기 접속하기 위한 회로 배열체 Download PDF

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토르벤 킬만
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티쎈크로프 마리네 지스템스 게엠베하
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Abstract

회로 배열체는 적어도 하나의 연료 전지 설치물과 적어도 하나의 충전용 배터리를 외부 에어 독립적인 드라이브 및 전력 공급원을 구비한 잠수정의 추진 네트워크에 전기 접속하기 위한 회로 배열체가 제공된다. 첫번째로 상기 연료 전지 설치물에 접속가능하고 그리고 두번째로 상기 적어도 하나의 배터리에 접속가능한 적어도 하나의 DC-DC 컨버터가 제공되며, 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 2 개의 방향으로 작동가능하도록 구성된다.

Description

적어도 하나의 연료 전지 시스템과 적어도 하나의 충전용 배터리를 잠수정의 추진 네트워크에 전기 접속하기 위한 회로 배열체 {CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRICALLY CONNECTING AT LEAST ONE FUEL CELL SYSTEM AND AT LEAST ONE RECHARGEABLE BATTERY TO A PROPULSION NETWORK OF AN UNDERWATER VEHICLE}
본원은, 청구항 1 의 전제부에 따라서 적어도 하나의 연료 전지 설치물과 적어도 하나의 충전용 배터리를 잠수정의 추진 네트워크에 전기 접속하기 위한 회로 배열체, 및 청구항 8 의 전제부에 따라서 잠수정용 전력 공급원과 외부 에어 독립적인 드라이브 (outside-air-independent drive) 를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
연료 전지 설치물이 장착된 선행 기술에 공지된 잠수정들은, 연료 전지 모듈들을 가진 연료 전지 설치물을 추진 설치물에 접속하기 위해서 이러한 잠수정들에 대해서 2 가지 상이한 유형의 전기 접속을 실시하는데; 첫째는 기계식 스위치를 통하여 바이패스가능한 다이오드에 의해 전류를 충전하는 배터리를 분리시켜 메인 추진 레일에 연료 전지 모듈들을 직접 접속시키는 것이다. 이는 DC-DC 컨버터를 통하여 추가의 손실이 발생하지 않고 그리고 다른 추가의 디바이스들이 필요하지 않는 장점을 갖지만, 이러한 유형의 접속은 또한 전체적으로 일련의 단점들을 수반한다. 예를 들어, 이러한 경우는 고도의 동적인 연료 전지 설치물을 포함해야 하지만, 이는 최적의 개질기 작동을 못하게 한다. 추가로, 연료 전지 모듈들에 큰 동적 부하 변동이 작용하여 연료 전지 모듈들의 수명을 단축시킬 수 있다. 동력-제한 결함은 연료 전지 설치물 또는 연료 전지 라인을 네트워크로부터 제거하도록 하고, 이는 신뢰성을 저감시킨다. 더욱이, 설계 가요성이 제한되고, 배터리들에 대하여 충전 모드에서 또는 연료 전지 설치물에 의해 제공된 에너지 이외에 배터리로부터 에너지를 인출할 때, 연료 전지에 대하여 "엄격한 (rigid)" 전압 및 그로 인한 "엄격한" 부하가 얻어진다. 부하 용량 형성이 또한 가능하지 않다.
하지만, 현대의 연료 전지 설치물들은, 통상적으로 부하 용량 형성의 원리에 기초하여 작동된다. 이는, 전기 에너지 싱크의 부하 요건들로부터 발생하고 그리고 원하는 설정치로서 연료 전지 설치물에 송부되는 연료 전지 설치물에 대한 부하 요건을 포함한다. 연료 전지 설치물은 내부 작동 매개변수들을 취하고 그리고 전기 에너지 싱크가 초과하지 않아야 하는 부하 용량을 발생시킨다. 가장 단순한 경우에, 이러한 부하 용량은 상승 램프 (rise ramp) 일 수 있지만, 또한 예를 들어 수소 압력, (공기) 산소 압력, 다양한 온도, 전압, 전류 등과 같은 예를 들어 연료전지-내부 매개변수들 이외에, 개질기 설치물용 하나의 제한치를 포함할 수 있다.
부하 용량은 연료 전지들 또는 개질기 설치물이 단락되는 것을 방지한다. 네트워트의 안정성을 유지하기 위해서, 에너지 싱크들에서 부족이 발생하는 경우에 배터리(들) 또는 발전기(들)로부터 전력 부족을 보상해야 한다.
두번째로, DC-DC 컨버터를 통하여 연료 전지 모듈들을 메인 추진 레일에 접속하는 것이다. 이러한 구성은, 예를 들어 전동기 및 추진 드라이브용 외부 에어 독립적인 드라이브 및 전력 공급원을 가진 잠수함이 개시된 EP 1 568 601 A1 에 공지되어 있고, 여기에서 드라이브 및 전력 공급원은 연료 설치물 및 충전용 배터리로 구성된다. 이러한 경우에, 연료 전지 설치물은 DC-DC 초퍼 (chopper) 를 통하여 배터리의 출력과 병렬로 접속된다. 이와 관련하여 장점은, 연료 전지 설치물의 동역학 (dynamics) 에 대한 어떠한 특정 요구에 대한 필요가 없어서, 최적의 개질 작동이 실행가능하다는 것이다. 부하 용량 형성 및 고도의 설계 가요성이 또한 가능하다. 하지만, DC-DC 초퍼를 통하여 추가의 손실이 발생하고 DC-DC 초퍼의 고장시에 비상 작동이 가능하지 않다는 단점이 있다.
다른 변형예는 잠수함에 전력을 공급하는 방법에 대하여 EP 2 112 707 A1 에 개시되어 있다. 이러한 경우에, 전력 공급 시스템에는 개질기에 의해 공급된 연료 전지에 의해 에너지가 공급된다. 전기 저장부 - 백업 배터리 - 는, 연료 전지의 전력이 네트워크 부하를 초과하면 연료 전지로부터 전력을 인출하고 그리고 연료 전지의 전력이 네트워크 부하 이하이면 전력을 출력한다. 하지만, 백업 배터리의 사용에서도 마찬가지로 단점이 있다. 예를 들어, 백업 배터리를 포함하는 DC-DC 컨버터는, 연속 작동이 가능하다고 하면, 추진 네트워크의 정격 전력용으로 구성되어야 한다. 과도한 치수결정이 방지되면, 연료 전지 설치물의 정격 전력보다 큰 범위에서 급격한 부하 변경으로 연료 전지 설치물을 네트워크로부터 격리시키고 그리고 연료 전지의 전체 부하를 일시적으로 백업 배터리에 저장할 필요가 있다. 연료 전지의 부하가 배터리에 동기화된 후에만 재접속이 실시될 수 있다. 선행 기술에 공지된 전기식 수중 보트 추진 설치물들은 또한 이상적으로 2 개 이상의 서브네트워크들로 구성되고, 이러한 서브네트워크들 각각은 적어도 하나의 배터리 요소에 의해 공급된다. 이는 우선 이용가능성의 이유로 필요한데, 하나의 서브네트워크에서 단락이 있는 경우에, 예를 들어 다른 서브네타워크들을 계속 이용할 수 있다는 것을 의미하기 때문이다. 두번째로, 배터리 요소들의 직렬 및 병렬 접속을 조합함으로써 회전 속도를 앵커 조절 범위로 대략 조절을 할 수 있도록, DC 프로펠러 모터들을 가진 추진 설치물들이 필요하다.
선행 기술에 공지된 방안들의 경우에, DC-DC 컨버터는 모든 서브네트워크들을 공급하기 위해 기껏해야 기계식 회로 차단기들을 사용하는 전력 출력을 포함한다. 따라서, 연료 전지 설치물의 연속 작동이 항상 가능한 것은 아니다. 이는 DC 프로펠러 모터들을 가진 설치물들에 특히 적용되고, 배터리 요소들은 높은 추진 속도들을 얻도록 직렬로 접속된다.
고출력 전압은 DC-DC 컨버터가 이러한 경우에 지금까지 단락되어야 한다는 의미이다. 따라서, 과잉의 수소는 연료 전지에 의해 더이상 전환될 수 없다. 이는, 특히 개질기들을 사용하여 수소를 생성하는 경우에 매우 문제가 된다.
DE 10 2006 056 888 A1 에는 연료 전지 장치를 에너지 저장 장치에 접속하기 위한 DC-DC 컨버터 배열체가 개시되어 있다.
DE 11 2008 000 423 T5 에는 배터리와 연료 전지 사이에 DC-DC 컨버터가 배열되는 회로 구성이 개시되어 있다.
따라서, 선행 기술에 공지된 구성들을 고려하여, 본 발명의 목적은, 전술한 선행 기술의 문제들을 적어도 부분적으로 극복하는, 특히 잠수정의 적어도 하나의 연료 전지 설치물을 전력 공급원 시스템에 전기 접속하기 위한 회로 배열체 및 특히 잠수정의 전력 공급 시스템을 작동시키는 대응하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 의 특징들을 가진 회로 배열체 및 청구항 8 의 특징들을 가진 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 드라이브를 작동시키는 방법에 의해 달성된다. 본원의 유리한 개량은 종속항들 및 이하의 설명과 도면에 특정된다. 이와 관련하여, 종속항들 및 설명부에 기재된 특징들은, 각각 독립적일 수 있지만 또한 적합하게 조합하여, 청구항 1 및 청구항 8 에 따른 본원의 방안을 개선시킨다.
본원에 따라서, 적어도 하나의 연료 전지 설치물과 적어도 하나의 충전용 배터리를 부하 네트워크, 특히 외부 에어 독립적인 드라이브 및 전력 공급원을 구비한 잠수정의 추진 네트워크에 전기 접속하기 위한 회로 배열체가 그에 따라 제공되고, 첫번째로 상기 연료 전지 설치물에 접속가능하고 그리고 두번째로 상기 적어도 하나의 배터리에 접속가능한 적어도 하나의 DC-DC 컨버터가 제공되며, 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 2 개의 방향으로 작용가능하도록 구성된다. 본원에 따른 회로 배열체는, 첫째로 부하 용량 형성에 사용되고, 두번째로 동시에 추가의 백업 배터리가 여분으로 남고: 이 업무는 적어도 하나의 충전용 배터리에 의해 수행된다. 추가로, 연속 작동이 항상 보장될 수 있다.
반도체 스위치는 연료 전지 설치물을 추진 네트워크에 직접 접속시키는데 사용될 수 있다. 이는 연료 전지 설치물로부터 전기 추진 설치물까지의 전류의 직접적인 흐름을 허용한다. 특히, 반도체 스위치는 배터리의 부하 요건과 구성에 따라서 추진 네트워크로의 직접적인 접속을 간섭 및 복구시키도록 한다. 연료 전지들로부터 흐르는 전류를 원활하게 하기 위해서, 인덕턴스가 추가로 제공될 수 있다.
특히 유리하게는, 연료 전지 설치물과 충전용 배터리 둘 다는 부하 네트워크, 특히 추진 네트워크에 직접 그리고 전압 변환없이 접속될 수 있거나 접속가능하다. 따라서, 부하 네트워크, 특히 추진 네트워크에 연료 전지 설치물로부터만 전력이 공급되면, 또는 부하 네트워크, 특히 추진 네트워크에 충전용 배터리로부터만 전력이 공급되면, DC-DC 컨버터를 통한 손실이 발생하지 않는다. 이러한 경우에, 선택적으로 추가로, 2 개의 에너지 공급원들 중 일방, 연료 전지 설치물 또는 충전용 배터리가 부하 네트워크, 특히 추진 네트워크에 직접 접속되면, 2 개의 에너지 공급원들 중 타방이 마찬가지로 DC-DC 컨버터를 통하여 부하 네트워크, 특히 추진 네트워크에 접속될 수 있는 것이 가능하다.
본원의 다른 실시형태에서, 연료 전지 설치물 및 적어도 하나의 충전용 배터리는 부하 네트워크에 직접 접속가능하다.
본원의 다른 실시형태에서, 연료 전지 설치물은 제 1 스위칭 수단을 통하여 접속가능하고, 적어도 하나의 충전용 배터리는 제 2 스위칭 수단을 통하여 부하 네트워크에 직접 접속가능하다. 사용된 제 1 스위칭 수단 및 제 2 스위칭 수단은, 어떠한 유형의 스위치들, 예를 들어 기계식 스위치들 또는 반도체 스위치들일 수 있다.
일 바람직한 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 감압 (step-down) 컨버터로서 일 방향으로 작용하도록 구성되어, 연료 전지로부터 추진 네트워크까지 에너지가 전달될 수 있다.
추가로, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 바람직하게는 승압 (step-up) 컨버터로서 다른 방향으로 작용하도록 구성되어, 연료 전지 설치물의 방향으로 배터리로부터 에너지가 전달될 수 있다. 연료 전지 설치물안으로의 전류의 흐름은 적합한 제어 대처방안에 의해 방지될 필요가 있다.
따라서, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 백업 모드로서 공지된, 즉 반도체 스위치가 온되면, 에너지 흐름의 양방향으로 작동될 수 있다. DC-DC 컨버터가 승압 컨버터로서 작동하면, 연료 전지 설치물에서의 전류는 증가되고, 연료 전지의 전압은 안정적으로 유지될 수 있다. DC-DC 컨버터가 감압 컨버터로서 작동하면, 연료 전지 설치물의 연료 전지들에는, 예를 들어 과잉의 수소를 사용하도록, 더 무거운 부하가 가해진다.
더욱이, 충전 목적으로 연료 전지 설치물로부터 적어도 하나의 배터리로 에너지가 전달될 수 있도록 작용하는 스위칭 수단이 제공될 수 있다.
특히, 부분 부하 범위에서의 작용을 최적화시키기 위해서, 예를 들어 스위칭 손실들을 최소화시키기 위해서, 부하에 기초하여 개별적으로 접속가능하고 단락가능한 병렬로 접속된 다수의 DC-DC 컨버터들이 제공된다면 더 유리하다.
다른 바람직한 실시형태에 따라서, 연료 전지 설치물은, 직렬로 접속된 1 개 이상의 연료 전지 모듈들로 각각 구성되는 직렬로 접속된 연료 전지 또는 다수의 연료 전지들을 포함한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 연료 전지 설치물은 직렬로 접속된 1 개 이상의 연료 전지 모듈들로 각각 구성되는 직렬로 접속된 연료 전지 또는 다수의 연료 전지들을 포함하고, 특히 부분 부하 범위에서의 작용을 최적화시키기 위해서, 예를 들어 스위칭 손실들을 최소화시키기 위해서, 부하에 기초하여 개별적으로 접속가능하고 단락가능한 병렬로 접속된 다수의 DC-DC 컨버터들이 제공되며, 각각의 연료 전지 모듈은 병렬로 접속된 관련 DC-DC 컨버터를 가진다.
특히, 이러한 경우에, 제로에서부터 상승하는 부하가 무엇보다도 병렬로 접속된 DC-DC 컨버터들 중 제 1 DC-DC 컨버터를 즉각 접속시키면서 병렬로 접속된 다른 DC-DC 컨버터들을 단락시키도록 제공될 수 있고, 그리고 병렬로 접속된 제 1 DC-DC 컨버터의 사용 레벨에 의해 이용 제한값의 초과로 인해 병렬로 접속된 DC-DC 컨버터 중 적어도 다른 하나를 즉각 접속시키도록 제공될 수 있다. 사용 제한값은 바람직하게는 정격 부하의 50% ~ 100% 범위에 있고, 추가로 바람직하게는 정격 부하의 75% ~ 100% 범위에 있으며, 또는 특히 바람직하게는 정격 부하의 90% ~ 100% 범위에 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 동기식 컨버터이거나 풀 (full) 브리지 컨버터이며, 이는 연료 전지 설치물로부터 배터리로의 에너지 흐름을 보장해준다.
본원에 따라서, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 드라이브를 작동시키는 방법이 추가로 제공되고, 상기 외부 에어 독립적인 드라이브 및 상기 전력 공급원에는 적어도 하나의 충전용 배터리와 적어도 하나의 연료 전지 설치물을 가진 회로에 의해 전력이 공급되고, 상기 회로는, 첫째로 상기 연료 전지 설치물에 그리고 두번째로 상기 적어도 하나의 배터리에 접속가능한 적어도 하나의 양방향 DC-DC 컨버터 및 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물에 의해 부하 네트워크로의 직접적인 공급을 방해하는 적어도 하나의 반도체 스위치를 포함하며, 상기 반도체 스위치가 오프되면, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물에서부터 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통하여 상기 외부 에어 독립적인 드라이브 및 상기 전력 공급원에 의해 전력이 공급된 부하 네트워크, 특히 추진 네트워크까지 에너지 흐름이 있고, 부하 네트워크 전압은 상기 적어도 하나의 배터리에 의해 결정된다. 반도체 스위치가 온되면, 적어도 하나의 배터리와 부하 네트워크 사이의 다른 반도체 스위치가 개방되도록 제공된다고 하면, 연료 전지의 사용 상태에 기초하여 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통한 에너지 흐름이 있다. 적어도 하나의 연료 전지 설치물의 현재의 작동 지점에서 이용가능한 전력이 부하 네트워크에 의해 요구되는 전력보다 크다면, 그러면 적어도 하나의 연료 전지 설치물에서부터 적어도 하나의 배터리까지 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통한 에너지 흐름이 있다. 적어도 하나의 연료 전지 설치물의 현재의 작동 지점에서 이용가능한 전력이 부하 네트워크에 의해 요구되는 전력보다 작다면, 그러면 적어도 하나의 배터리에서부터 적어도 하나의 연료 전지 설치물까지 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통한 에너지 흐름이 있다. 이러한 경우에, 즉 반도체 스위치가 온되면, 부하 네트워크에 걸친 전압은, 연료 전지 설치물의 연료 전지들로부터의 전압 전위가 적어도 하나의 배터리의 전압 전위보다 크게 되는 한, 적어도 하나의 연료 전지 설치물에 의해 결정된다. 본원에 따른 방법은 이미 전술한 바와 같은 장점을 가진다.
다른 바람직한 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 반도체 스위치가 오프이면 감압 컨버터로서 작동한다.
반도체 스위치가 온이면, 적어도 하나의 연료 전지 설치물에서부터 적어도 하나의 배터리까지 에너지 흐름이 있는 경우에, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터가 바람직하게는 감압 컨버터로서 작동할 수 있다.
반도체 스위치가 온이면, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터는 바람직하게는 또한 적어도 하나의 배터리에서부터 적어도 하나의 연료 전지 설치물까지 에너지 흐름이 있는 승압 컨버터로서 작동한다.
다른 장점으로는, 적어도 하나의 DC-DC 컨버터가 고장나는 경우에, 스위칭 트랜지스터들을 사용하여 비상 작동이 실시되어, 연속 작동이 보장될 수 있다는 것이다. 본원에 따른 회로 배열체 및 본원에 따른 방법은, 예를 들어 개질을 통하여 또는 금속 수소화물 저장부들로부터 수소 생성과 같은 광범위한 연료 공급원들을 가진 연료 전지 설치물들에 적합한 방안을 제공한다. 본원에 따른 방안은, 추가로, 예를 들어 PEM, HT-PEM, DMFC, MCFC, SOFC, PAFC, AFC 와 같은 광범위한 연료 전지 유형들 그리고 예를 들어 작동 중에 구성가능한 현대의 Li-이온계 배터리 시스템들과 같은 잠수정들의 작동을 위해 존재하는 배터리 형상들에 적합하다.
본원은 도면에 도시된 예시적인 실시형태들에 기초하여 이하 보다 자세히 설명된다.
도 1 은 본원의 일 실시형태에 따른 회로 배열체의 개략도를 도시한다.
도 2 는 본원의 다른 실시형태에 따른 회로 배열체의 개략도를 도시한다.
도 3 은 회로 배열체의 개략도를 도시한다.
도 4 는 본원의 일 실시형태에 따른 회로 배열체를 잠수정의 추진 설치물에 접속하는 개략도를 도시한다.
도 5 는 본원의 다른 실시형태에 따른 회로 배열체를 잠수정의 추진 설치물에 접속하는 개략도를 도시한다.
도 6 은 회로 배열체의 개략도를 도시한다.
도 1 은 본원의 일 실시형태에 따른 회로 배열체 (1) 의 개략도를 도시한다. 본원에 도시된 실시형태의 경우에는 백업 배터리가 필요하지 않는데, 이러한 작업은 배터리 (2) (메인 배터리) 에 의해 실시되기 때문이며, 이 배터리는, 한편으로는 역바이어스 다이오드 (2.1) 를 통하여 바이패스 스위치 (2.2) 에 결합되고 그리고 다른 한편으로는 배터리 스위치 (2.3) 를 통하여 추진 네트워크에 결합된다. 반도체 스위치 (3) 와 기계식 회로 차단기 (4) 는 잠수정의 메인 추진 레일 또는 추진 네트워크 (8) 에 결합하기 위해서 회로 배열체 (1) 에 제공된다. 추가로, 회로 배열체 (1) 는 연료 전지 설치물 (6) 또는 연료 전지 라인의 연료 전지들로부터의 전류 흐름을 원활하게 하는 인덕턴스 (5) 를 포함한다. 인덕턴스 (5) 와 연료 전지 설치물 (6) 사이의 역바이어스 다이오드 (3.1) 는 연료 전지 설치물 (6) 안으로의 전류 흐름을 방지한다. 반도체 스위치 (3) 는 배터리 (2) 의 전력 요건과 구성에 따라서 추진 네트워크 (8) 로의 직접적인 접속을 간섭하도록 한다.
연료 전지 설치물 (6) 은 직렬로 접속된 적어도 하나 또는 그 이상의 연료 전지 모듈들 (9) 로 구성된다. 추가로, 본원에 도시된 회로 배열체 (1) 의 실시형태는 연료 전지 모듈들 (9) 과 병렬로 접속된 3 개의 양방향 DC-DC 컨버터들 (7) 을 포함하고, 이러한 컨버터들에 의해 연료 전지 모듈들 (9) 의 부하 지점은 추진 네트워크 (8) 까지의 가능한 직접적인 그리고 저손실의 접속과 동시에 배터리 (2) 로부터의 버퍼링에 의해 영향을 받을 수 있고, 이러한 접속은 반도체 스위치 (3) 를 사용하여 실시된다. DC-DC 컨버터들 (7) 각각은 승압 작동을 위한 프리휠링 다이오드 (7.1) 를 가진 감압 작동용 반도체 스위치들 및 감압 작동을 위한 프리휠링 다이오드 (7.2) 를 가진 승압 작동용 반도체 스위치들을 포함한다.
더욱이, 저장 인덕턴스 (7.3) 가 필요하다.
DC-DC 컨버터들 (7) 은 2 개의 작동 모드들을 본질적으로 실시한다:
1. 반도체 스위치 (3) 는 오프되고, DC-DC 컨버터들 (7) 은 연료 전지 설치물 (6) 에서부터 배터리 접속 (2.3) 을 통하여 추진 네트워크 (8) 까지의 에너지 흐름 방향을 가진다. 이러한 경우에, DC-DC 컨버터들은 감압 컨버터들로서 작동한다. 추진 네트워크 전압은 배터리 (2) 에 의해서만 결정된다. 부분 부하 범위에서 효율을 최적화하기 위해서, 예를 들어 스위칭 손실들을 최소화하기 위해서, 개별 DC-DC 컨버터들은 부하에 기초로 하여 단락될 수 있다.
2. 반도체 스위치 (3) 는 온되고, DC-DC 컨버터들 (7) 은 에너지 흐름의 양방향들로 백업 모드에서 작동한다.
에너지 흐름 방향이 배터리 (2) 에서 연료 전지 설치물 (6) 로 되면, 연료 전지 설치물 (6) 의 전류는 증가되고, 연료 전지 설치물 (6) 의 전압은 안정적으로 유지될 수 있다. 이러한 경우에, DC-DC 컨버터들은 승압 컨버터들로서 작동한다.
에너지 흐름 방향이 연료 전지 설치물 (6) 에서 배터리 (2) 로 반대 방향이면, 연료 전지 설치물 (6) 에는, 예를 들어 과잉의 수소를 사용하도록 더 무거운 부하가 가해진다.
이러한 경우에, DC-DC 컨버터들 (7) 은 감압 컨버터들로서 작동한다.
추진 네트워크 (8) 용 단자들 (terminals) 상에서의 추진 네트워크 전압은, 연료 전지들의 전압 전위가 배터리 (2) 의 전압 전위보다 크고 그리고 반도체 스위치가 온되어 있는 한, 연료 전지 설치물 (6) 의 연료 전지들에 의해 결정된다.
여기에 도시된 구성에서, 양방향 동기식 컨버터가 실시되고, 연료 전지 설치물 (6) 에서 직렬로 접속된 연료 전지 모듈들 (9) 모두 (이 경우에는 3 개) 는 백업되고, 복수개의 (이 경우에는 3 개) 동기식 컨버터들 또는 DC-DC 컨버터들 (7) 은 병렬로 작동한다. 이러한 구성은 개별 컨버터들 (7) 의 고장시에 저하 컴피턴스 (degradation competence) 를 제공하고, 개별 컨버터들은 효율을 개선하기 위해서 부분 부하 범위에서 또한 백업 모드에서 단락될 수 있다.
개별 동기식 컨버터들 (7) 의 출력들은 잠수정의 개별 추진 설치물 요소들을 공급하도록 그룹별로 병렬 접속될 수 있다. 연료 전지 모듈들 (9) 이 고장나는 경우에, 직렬 접속된 연료 전지 모듈들 (9) 의 전위가 배터리 (2) 의 전위보다 낮아질 수 있다. 하지만, 에너지 흐름 방향이 배터리 (2) 쪽인 승압 컨버터로서의 작용 모드는 여기에 도시된 회로 배열체 (1) 에 의해서는 가능하지 않다. 이를 피하기 위해서, 도 2 에 도시된 실시형태가 유용하다. 개별적인 연료 전지 모듈의 레벨에서 부하 용량 형성이 가능하지 않다. 적어도 탑재가능한 연료 전지 모듈은 전체 연료 전지 설치물 (6) 에 대한 제한을 규정한다.
도 2 는 본원의 다른 실시형태에 따른 토폴로지 (topology) 를 가진 회로 배열체 (1) 의 개략도를 도시한다. 도 1 에 도시된 실시형태와는 반대로, 이 경우에 각각의 연료 전지 모듈 (9) 은 병렬로 접속된 복수의 양방향 풀 브리지 컨버터들 (10) 형태의 연관된 전용 2 사분면 초퍼를 가지고, 이 초퍼는 연료 전지 모듈들 (9) 에서부터 배터리 (2) 까지의 에너지 흐름을 보장해준다. 일반적으로, 풀 브리지 컨버터 이외에, 단락 회로들이 제조됨을 의미하는 컨버터 입력들의 직렬 접속없이 양방향 전력 전송을 허용하는 모든 다른 컨버터 토폴로지들은, 대부분의 비-DC 격리 토폴로지들을 가진 경우에서와 같이, 사용될 수 있다.
연료 전지 전류를 전송할 수 있도록, 이러한 풀 브리지 컨버터들 (10) 각각은 병렬로 접속된 복수의 유닛들로 구성될 수 있다. 효율을 최적화하기 위해서, 개별 유닛들을 접속 또는 단락시키기 위한 베이스로서 부하를 취할 수 있다. 양 방향으로의 전력 전송은 스너버 회로 (11) 에 의해 보장된다. 도 2 에서는 스너버 회로 (11) 의 실시형태를 나타낸다. 원칙적으로, 이러한 경우에 다른 회로 배열체들을 또한 상정할 수 있다. 연료 전지 모듈들 (9) 에서 배터리 (2) 로 에너지가 전달되면, 컨버터 (7) 는 전류 공급 모드에서 작동되고; 이 경우에 스너버 요소 (11) 가 활성화된다. 다른 한편으로는, 반대 방향으로 작동에 의해 전압 공급된다. 풀 브리지 컨버터 (4) 가, 여기에 도시된 바와 같이, 병렬로 접속된 복수의 유닛들로 형성되면, 개별 유닛들은 부분 부하 범위내에서, 특히 효율을 개선하기 위한 목적으로 백업 모드에서 단락될 수 있다.
다수의 연료 전지 모듈들 (9) 이 고장나면, 연료 전지 설치물 (6) 의 직렬 회로에서 배터리 (2) 의 전압보다 낮은 전압이 얻어진다. 반도체 스위치 (3) 를 통하여 추진 네트워크 (8) 로의 전류의 직접적인 흐름이 가능하지 않다. 반도체 스위치 (3) 가 전환됨으로써, 설치물은 계속 작동될 수 있다. 단일의 연료 전지 모듈 (9) 로부터 추진 네트워크 (8) 에 에너지를 전달할 수 있다.
연료 전지 전류의 어떠한 제한으로 인한 한정은 연료 전지 모듈들 (9) 의 레벨에서 보정될 수 있다. 즉, 다른 연료 전지 모듈들 (9) 은 제한없이 계속 작동될 수 있거나 심지어 현재 한정된 연료 전지 모듈들의 출력 결함을 채택하여, 이상적으로 전체 요구 전력을 외부에서 이용가능하다. 이는 부하 매니저 (load manager) 에 의해 제어될 수 있다.
개별적인 연료 전지 모듈 (9) 의 저전압 때문에, 낮은 절연 강도를 가지고 그리고 낮은 스위칭 손실을 가진 반도체 스위치들, 예를 들어 MOSFET 는 풀 브리지 컨버터들 (10) 의 연료 전지측에 사용될 수 있다. 즉, 따라서 스위칭 및 온 상태의 손실들을 최소화할 수 있고 그리고 효율을 향상시킬 수 있다.
원칙적으로, 도 1 및 도 2 에 도시된 예시적인 실시형태들의 하이브리드 형태들: 개별적인 부하 용량 형성을 실시하기 위한 개별적인 연료 전지 모듈들 (9) 의 백업 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 연료 전지 모듈들 (9) 에서부터 추진 네트워크 (8) 로의 에너지 전달을 실시하기 위한 DC-DC 컨버터 (7) 의 사용이 또한 실현가능하다.
연료 전지 모듈들 (9) 을 백업하기 위해서 추진 네트워크 (8) 에서부터 연료 전지 모듈들 (9) 로의 에너지 전달을 위한 DC-DC 컨버터 (7) 의 사용 - 이러한 경우에 글로벌 부하 용량 형성만이 가능 - 그리고 연료 전지 모듈들 (9) 에서부터 추진 네트워크 (8) 로의 에너지 전달을 실시하기 위한 개별적인 DC-DC 컨버터들 (7) 의 사용이 가능하다.
도 1 및 도 2 에 도시된 2 개의 변형예들 (또는 예를 들어 도 6 에 도시된 이 변형예들의 하이브리드 형태) 은 전체적인 설치물의 구성 및 이용가능성에 대한 요건들에 의존하여 바람직하게 사용되도록 의도된다.
도 3 은 다른 가능한 회로 배열체 (1) 의 개략도를 도시한다.
이러한 경우에, 연료 전지 모듈들 (9) 을 버스바아에 직접 접속시키는데 사용되는 반도체 스위치 (3) 는, 단일의 감압 컨버터를 형성하도록 프리휠링 다이오드 (12) 및 인덕턴스 (5) 에 의해 넓어진다. 1 개 이상의 이러한 단일 감압 컨버터들은 임시 감압 컨버터 형태에 병렬로 함께 접속된다.
직렬로 접속된 연료 전지 모듈들 (9) 의 전압은 이러한 경우에 배터리 (2) 의 전압보다 높아야 한다. 개별적인 연료 전지 모듈들 (9) 이 고장나는 경우에 저하 컴피턴스가 되도록, 반도체 스위치 (3), 프리휠링 다이오드 (12) 및 유도성 (inductive) 에너지 저장부 (5) 로 구성되는 감압 컨버터는 다른 반도체 스위치 (3') 에 의해 넓어질 수 있고, 다이오드 (12') 는 승압 컨버터 기능에 의해 넓어질 수 있다. 효율을 향상시키기 위해서 역바이어스 다이오드 (13) 가 또한 없어질 수 있는데, 연료 전지 모듈들 (9) 이 프리휠링 다이오드 (12') 에 의해 추진 네트워크 (8) 로부터의 역전류들에 대하여 이미 보호되기 때문이다. 격리 스위치 (4) 와 임시 감압 컨버터는 연료 전지를 추진 네트워크 (8) 에 접속시킨다.
임시 감압 컨버터 (14) 의 경우에, 연료 전지 설치물 (6) 의 연료 전지들에 대한 부하가 변할 수 있다. 정적 상태에서, 반도체 스위치 (3) 는 감압 모드에 있고, 프리휠링 다이오드 (12') 는 온되어, 본질적으로 온 상태의 손실만이 관련되어 있다. 추진 네트워크 (8) 에서의 전압은 연료 전지 모듈들 (9) 의 전압 또는 부하 특징에 의해 미리 규정된다. 추진 네트워크 (8) 의 버스바아에 요구되는 전력이 연료 전지 모듈들 (9) 에 의해 커버불가능하자마자, 감압 모드에서 감압 트랜지스터들 또는 반도체 스위치 (3) 를 클로킹함으로써 전력이 제한되거나 감소된다. 추진 네트워크 (8) 의 버스바아에 대한 전압은 배터리 (2) 에 의해 미리 결정되고, 즉 배터리 다이오드 (15) 는 온되고 그리고 배터리 전류가 흘러, 추진 네트워크 (8) 의 버스바아에 요구되는 전력은 연료 전지 설치물 (6) 과 배터리 (2) 에 의해 전체적으로 커버될 수 있다. 연료 전지 모듈들 (9) 의 수소 공급은, 예를 들어 금속 수소화물 저장부들로부터 직접 또는 개질기에 의해 직접 생성될 수 있다.
임시 감압 컨버터가 사용되면, 가능한 제한 작용 (limiting action) 이 적기 때문에 이러한 경우에 고려되어야 한다. 즉, 대부분의 작동 시간 동안, 개질기 설치물의 충전은 개질기 출력 압력을 위한 조절된 변수이다.
통상적으로, 잠수정들 또는 잠수함들용 연료 전지 설치물들 (6) 은 부분 부하 모드에서 작동된다. 네트워크상의 부하 변동은 적게 된다. 임시 감압 컨버터의 더 높은 손실 클로킹 작동을 최소화하기 위해, 수소 압력은 그 후에 상승될 수 있다. 따라서, 더 적은 부하 변동들을 보상할 수 있는 압력 리저버 (pressure reserve) 가 있다. 부분 부하 모드는 가스 정화 멤브레인의 효율이 거의 저감되지 않음을 의미한다.
개별적인 연료 전지 모듈들 (9) 이 고장나는 경우에, 트랜지스터로서 작용하는 반도체 스위치 (3) 는 승압 모드에서 클로킹되어, 프리휠링 다이오드 (12') 와 인덕턴스 (5) 와 함께 승압 컨버터를 형성한다. 따라서, 연료 전지 설치물 (6) 은 저하-컴피턴스이다. 추진 네트워크 (8) 의 버스바아상의 전압은 배터리 (2) 의 전압에 대응한다. 이러한 모드에서, 다이오드 바이패스 스위치 (16) 가 폐쇄된다.
특히, 전력 요건이 연료 전지 설치물 (6) 로부터 아주 넓게 또는 거의 완전히 충족되는 추진 설치물들의 경우에, 이러한 배열체가 유리한데: 이러한 설치물들은 병렬로 접속된 상당수의 연료 전지 모듈 라인들로 구성된다. 부분 부하 모드에서 대부분의 부하 변동은 클로킹 작용을 고려하지 않고 보상될 수 있다. 저하 컴피턴스는 병렬로 접속된 상당수의 연료 전지 라인들 또는 연료 전지 설치물들 (6) 에 의해 달성될 수 있다. 이러한 설치물들에서, 트랜지스터 (반도체 스위치 (3')) 및 프리휠링 다이오드 (12') 로 구성되는 승압 컨버터 구성품이 없어질 수 있는데, 상당수의 라인들에 의해 저하 컴피턴스가 보장되기 때문이다. 역전류 다이오드 또는 역바이어스 다이오드 (13) 는, 이와 관련하여 민감한 연료 전지 모듈들 (9) 을 사용할 때 유지되어야 한다. 고장나는 경우에, 전체 라인은 감압 트랜지스터 (반도체 스위치 (3)) 에 의해 분리되기 때문에, 바이패스 다이오드들 (17) 도 마찬가지로 없어질 수 있다.
전술한 실시형태들에서는, DC-DC 컨버터 손실은 없지만 반도체 스위치들에서 오히려 온 상태의 손실만이 약간 있는 추진 네트워크 (8) 에 직접 접속된다. 연료 전지 모듈들 (9) 의 부하는 추진 네트워크 (8) 에 대한 환경과는 별개이다. 개질기 모드가 가능하고, 부하 용량 형성이 가능하며, 연료 전지 모듈들 (9) 의 적절한 작동이 달성된다. 개별 연료 전지 모듈들 (9) 이 제한/출력 결함을 가진 경우에 다른 연료 전지 모듈들 (9) 에 걸쳐 출력 결함을 분포시키고 그리고 전체 설치물이 즉각적으로 부분 부하 범위에서 필요한 전체 전력을 계속 제공하는 부하 매니지먼트가 가능하게 된다.
추가로, 연료 전지 모듈들 (9) 의 전위가 배터리 (2) 의 전위보다 낮더라도, 다수의 연료 전지 모듈들 (9) 이 고장나는 경우에 높은 레벨의 이용가능성을 제공한다.
이러한 경우에, 연료 전지 모듈들 (9) 의 전체 전력은 DC-DC 컨버터 (7) 를 통하여 전달된다. 더욱이, 개별적인 DC-DC 컨버터들 (7) 이 단락됨으로써, 효율 최적화된 작동이 가능하게 된다.
도 4 는 본원의 일 실시형태에 따른 회로 배열체 (1) 를 잠수정의 추진 설치물에 접속하는 개략도를 도시한다. 이러한 경우에, 연료 전지 모듈들 (9) 은 직접적으로 스위칭 트랜지스터들 (19) 또는 간접적으로 DC-DC 컨버터들 (7) 을 통하여 연료 전지 접속 (18) 에 의해 잠수정용 컨버터 통전식 프로펠러 모터를 가진 추진 설치물 (20) 에 접속될 수 있다.
연속 작동이 가능하도록, 각각의 추진 설치물 요소 (20.1, 20.2) 에는 DC-DC 컨버터 (7) 의 전용 출력이 할당된다. 물리적으로 별개인 DC-DC 컨버터들로서 DC-DC 컨버터들 (7) 또는 컨버터 그룹들이 또한 실현될 수 있다. DC-DC 컨버터들 (7) 의 입력들은 이들까지 접속된 연료 전지 모듈들 (9) 을 가져서, 이 연료 전지 모듈들 (9) 모두는 모든 추진 설치물 요소들 (20.1, 20.2) 에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 하나의 추진 설치물 요소, 예를 들어 버스바아가 단락되는 경우에는 추진 설치물 요소 (20.1) 가 고장나면, 그러면 이러한 단락에 의해 영향을 받는 추진 설치물 요소 (20.1) 와 연관된 연료 전지 회로 차단기 (4) 가 개방된 후 비상 타이 스위치 (21) 가 폐쇄된 후에, DC-DC 컨버터들 (7) 및 스위칭 트랜지스터들 (19) 을 과도한 치수결정할 필요없이 연료 전지 모듈들 (9) 의 완전한 정격 전력을 사용할 수 있다. 비상 타이 스위치 (21) 는 격리기로서 실현될 수 있다. 연료 전지 회로 차단기들 (4) 은 보호 기능을 가진 회로 차단기들로서 또는 추진 네트워크 (8) 로부터 단락되는 경우에 연료 전지 접속 (18) 을 위해 또한 연료 전지 모듈들 (9) 을 위해 추가의 퓨즈 (여기에 비도시) 가 전기 라인들의 보호를 실시하는 이격기들로서 실현될 수 있다.
추진 설치물 요소, 예를 들어 추진 설치물 요소 (20.1) 가 고장난 직후에, 그러면 전체 연료 전지 정격 전력의 절반 이하가 초기에 전달될 수 있다. 고장난 설치물 요소 (20.1) 의 연료 전지 회로 차단기 (4) 가 격리를 제공하고 그리고 비상 타이 스위치 (21) 가 폐쇄된 후에만, 전체 정격 전력이 다시 전달될 수 있다. DC-DC 컨버터 (7) 또는 DC-DC 컨버터 그룹 (7) 이 고장난 경우 또는 스위칭 트랜지스터 (19) 또는 스위칭 트랜지스터 그룹 (19) 이 고장난 경우에, 부하는 균형있게 2 개의 연료 전지 설치물들 (6) 에 걸쳐 분리될 수 있다. 따라서, DC-DC 컨버터 그룹 (7) 또는 스위칭 트랜지스터 그룹 (19) 이 고장난 경우에도, 연료 전지 설치물 (6) 의 효율 최적화된 부분 부하 모드가 가능하다. 추가로, 다양한 제어 목적에 사용되는 선행 기술에 공지된 전류 측정 디바이스들 (22) 이 제공된다.
도 5 에서는 연료 전지를 선행 기술에 공지된 추진 설치물 (20) 에 접속하기 위해서 본원의 다른 실시형태에 따른 회로 배열체 (1) 를 잠수정의 DC 프로펠러 모터 및 기어 선택부에 접속하는 개략도를 도시한다.
여기에 도시된 바와 같이, 다수의 배터리 요소들 (2') 및 다수의 모터 요소들 (23) 의 직렬 및 병렬 접속을 조합하여 프로펠러 모터의 속도의 대략적인 조절에 영향을 준다. 오늘날까지, 배터리 요소 (2') 와 병렬 접속하여, 즉 하부 기어들에서, 연료 전지 설치물 (6) 의 연료 전지들로부터만 에너지를 공급할 수 있다. 여기에 개시된 예시적인 실시형태는, 연료 전지 설치물 (6) 에서부터 높은 기어들에서도 추진 네트워크 (8) 에 에너지가 공급되도록 하지만, 배터리 요소들 (2') 은 직렬로 접속된다. 이는 연속 작동을 가능하게 하고, 이는 특히 개질기에 의한 작동을 향상시킨다.
연료 전지 접속 (18) 의 경우에, 배터리 요소들 (2') 의 개수에 따라서 DC-DC 컨버터 그룹들 (7) 이 제공되고, 상기 컨버터 그룹들 각각은 배터리 요소 (2') 를 공급한다. 배터리 요소들 (2') 이 직렬로 접속되었을 때 단락을 방지하기 위해서, 예를 들어 도 2 에 도시된 예시적인 실시형태에서와 같이 DC 격리 토폴로지들을 사용할 필요가 있다. 배터리 요소들 (2') 이 직렬로 접속되면, 스위칭 트랜지스터들 (19) 을 사용한 직접적인 접속 작동이 가능하지 않다.
이러한 상황에서, 연료 전지 모듈들 (9) 로부터의 에너지는 DC-DC 컨버터들 (7) 을 통하여 간접적으로 전달될 필요가 있다. 추진 설치물 요소가 파괴되면, 격리기들 (24) 은 서로 독립적인 DC-DC 컨버터들 (7) 을 다른 이용가능한 배터리 요소들 (2') 에 접속하는데 사용될 수 있다. 추진 설치물 요소가 파괴된 직후에, 초기에 연료 전지 전력의 절반 이하만이 전달될 수 있다. DC-DC 컨버터들 (7) 의 동기화 및 격리기들 (24) 의 연속 접속 후에만, 전체 연료 전지 전력을 다시 전달할 수 있다.
1 : 회로 배열체
2 : 배터리
2' : 배터리 요소
2.1 : 역바이어스 다이오드 (배터리)
2.2 : 바이패스 스위치
2.3 : 배터리 스위치
3, 3' : 반도체 스위치
3.1 : 역바이어스 다이오드 (연료 전지)
4 : 기계식 회로 차단기
5 : 인덕턴스
6 : 연료 전지 설치물
7 : DC-DC 컨버터/DC-DC 컨버터 그룹
7.3 : 인덕턴스
8 : 추진 네트워크
9 : 연료 전지 모듈
10 : 풀 브리지 컨버터
11 : 스너버 회로
12, 12' : 프리휠링 다이오드
13 : 역바이어스 다이오드 (연료 전지)
14 : 임시 감압 컨버터
15 : 역바이어스 다이오드 (배터리)
16 : 다이오드 바이패스 스위치
17 : 바이패스 다이오드 (연료 전지들)
18 : 연료 전지 접속
19 : 스위칭 트랜지스터
20 : 추진 설치물
20.1, 20.2 : 추진 설치물 요소
21 : 비상 타이 스위치
22 : 전류 측정 비다이스
23 : 모터 요소
24 : 격리기

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 과 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 를 전력 공급원 시스템에 전기 접속하기 위한 회로 배열체 (1) 로서,
    첫번째로 상기 연료 전지 설치물 (6) 에 접속가능하고 그리고 두번째로 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 에 접속가능한 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 가 제공되며,
    상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 는 2 개의 모드로 작동가능하도록 구성되고,
    상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 는, 제 1 모드에서 상기 연료 전지 설치물 (6) 로부터 상기 전력 공급원 시스템으로 에너지가 전달될 수 있도록 감압 컨버터로서 작용하도록 구성되고,
    상기 연료 전지 설치물 (6) 은 반도체 스위치 (3, 3') 를 통하여 상기 전력 공급원 시스템에 직접 접속되고,
    상기 반도체 스위치 (3, 3') 가 오프되면, 에너지 흐름의 방향은 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 에서부터 상기 DC-DC 컨버터 (7) 를 통하여 상기 전력 공급원 시스템까지이고,
    상기 전력 공급원 시스템의 전압은 상기 적어도 하나의 배터리 (2) 에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급원 시스템은 외부 에어 독립적인 구동부 및 전력 공급원을 구비한 잠수정의 추진 네트워크 (8) 인 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 전지 설치물 (6) 과 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 는 상기 전력 공급원 시스템에 직접 접속가능한 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 전지 설치물 (6) 은 제 1 스위칭 수단을 통하여 접속가능하고, 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 는 제 2 스위칭 수단을 통하여 상기 전력 공급원 시스템에 직접 접속가능한 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 는, 제 2 모드에서 상기 연료 전지 설치물 (6) 의 방향으로 상기 충전용 배터리 (2) 로부터 에너지가 전달될 수 있도록 승압 컨버터로서 작용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    충전 목적으로 상기 연료 전지 설치물 (6) 에서부터 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 쪽으로 에너지가 전달될 수 있도록 작용하는 스위칭 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    개별적으로 접속가능하고 단락가능한 병렬로 접속된 다수의 DC-DC 컨버터들 (7) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 회로 배열체 (1).
  8. 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법으로서,
    상기 외부 에어 독립적인 구동부 및 상기 전력 공급원에는 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 를 가진 회로에 의해 그리고 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 에 의해 전력이 공급되고,
    상기 회로는, 첫째로 상기 연료 전지 설치물 (6) 에 그리고 두번째로 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 에 접속가능한 적어도 하나의 양방향 DC-DC 컨버터 (7) 및 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 에 의해 전력 공급원 시스템으로의 직접적인 전력 공급을 방해하는 적어도 하나의 반도체 스위치 (3, 3') 를 포함하며,
    상기 반도체 스위치 (3, 3') 가 오프되면, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 에서부터 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 를 통하여 상기 외부 에어 독립적인 구동부 및 상기 전력 공급원에 의해 전력이 공급된 상기 전력 공급원 시스템까지 에너지 흐름이 있고,
    상기 전력 공급원 시스템의 전압은 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 에 의해 결정되며, 상기 반도체 스위치 (3, 3') 가 온이면, 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 를 통하여 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 에서부터 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 까지 그리고 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 에서부터 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 까지 에너지 흐름이 있고,
    상기 전력 공급원 시스템에 걸친 전압은, 상기 연료 전지 설치물 (6) 의 연료 전지들로부터의 전압 전위가 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 의 전압 전위보다 크게 되는 한, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료 전지 설치물 (6) 또는 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 또는 상기 연료 전지 설치물 (6) 과 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 둘 다는 상기 전력 공급원 시스템에 직접 접속되는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    에너지의 흐름은 상기 연료 전지의 사용 상태에 기초하여 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통하여 라우팅되는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    에너지의 흐름은, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물의 이용가능한 전력이 상기 전력 공급원 시스템에 의해 요구되는 전력보다 크다면, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물에서부터 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통하여 상기 적어도 하나의 충전용 배터리까지 라우팅되는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    에너지의 흐름은, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물의 이용가능한 전력이 상기 전력 공급원 시스템에 의해 요구되는 전력보다 작다면, 상기 적어도 하나의 충전용 배터리에서부터 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터를 통하여 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물까지 라우팅되는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치 (3, 3') 가 오프되면, 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 는 감압 컨버터로서 작동하는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치 (3, 3') 가 온되면, 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 로부터 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 까지의 에너지 흐름은 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 가 즉각 감압 컨버터로서 작동하도록 하는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  15. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치 (3, 3') 가 온되면, 상기 적어도 하나의 충전용 배터리 (2) 로부터 상기 적어도 하나의 연료 전지 설치물 (6) 까지의 에너지 흐름은 상기 적어도 하나의 DC-DC 컨버터 (7) 가 즉각 승압 컨버터로서 작동하도록 하는 것을 특징으로 하는, 잠수정용 전력 공급원 및 외부 에어 독립적인 구동부를 작동시키는 방법.
  16. 삭제
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