KR102129028B1 - 연료전지 하이브리드 파워 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 하이브리드 파워팩에 관한 것으로서, 하우징과, 상기 하우징에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀이 마련된 연료전지 유닛과, 상기 연료전지 유닛에 연결되어 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛과, 상기 하우징에 설치되며, 상기 연료전지 유닛으로부터 전기를 공급받아 충전되되, 상기 연료전지 유닛의 초기 기동시 상기 공급유닛에 전기를 공급하는 배터리와, 외부전자기기가 접속될 수 있도록 상기 하우징에 설치되며, 상기 연료전지 유닛 및 배터리에 연결되어 상기 연료전지 유닛 또는 배터리로부터 상기 외부전자기기로 전기를 공급하는 출력부와, 상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부 및 배터리로 공급되는 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리에 적합한 전압으로 변환시키되, 상기 배터리에서 상기 출력부로 공급되는 전기의 전압도 상기 외부전자기기에 적합한 전압으로 변환시키는 전압변환유닛을 구비한다.
본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워 팩은 전압변환유닛에 의해 연료전지 유닛으로부터 발생된 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리에 적합한 전압으로 변환시켜 외부전자기기가 접속된 출력부 및 배터리에 공급할 수 있으므로 보다 다양한 종류의 배터리를 사용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

연료전지 하이브리드 파워 팩{Fuel cell hybrid power pack}
본 발명은 연료전지 하이브리드 파워 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지를 통해 생산된 전기를 외부전자기기에 제공할 수 있는 연료전지 하이브리드 파워 팩에 관한 것이다.
일반적으로 화석에너지 고갈의 문제를 해결할 수 있는 대체에너지로서 수소에너지가 각광 받고 있으며 수소에너지의 이용 매체인 연료전지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
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.
종래의 연료전지 시스템은 크게 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 연료전지 셀(Stack) 및 EBOP(Electrical Balance of Plant)를 포함한다.
연료전지는 수소와 산소가 화학 반응을 일으켜 열과 전기, 물을 배출하는 것이 기본 원리이며 이러한 화학 반응을 위하여 필요한 수소는 다양한 방법으로 공급된다. 그 중 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)를 주 연료로 하고 개질 반응을 통하여 수소를 공급하는 용융 탄산염형(MCFC) 연료전지는 고온형 연료전지로써 선박에 탑재하여 전력을 공급하는 보조전원으로 가장 적합한 것으로 평가되고 있다.
그러나 종래의 연료전지를 이용한 파워 팩의 경우, 연료전지 스택으로부터 발생된 전기를 외부기기 및 배터리에 전달시 동일 전압으로 변환해야 하므로 적용가능한 배터리가 제한적이라는 단점이 있다.
등록특허공보 제10-1294207호: 연료 전지 하이브리드 파워 팩
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 연료전지 유닛으로부터 발생된 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리에 적합한 전압으로 변환시켜 외부전자기기가 접속된 출력부 및 배터리에 공급하는 연료전지 하이브리드 파워 팩을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워 팩은 하우징과, 상기 하우징에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀이 마련된 연료전지 유닛과, 상기 연료전지 유닛에 연결되어 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛과, 상기 하우징에 설치되며, 상기 연료전지 유닛으로부터 전기를 공급받아 충전되되, 상기 연료전지 유닛의 초기 기동시 상기 공급유닛에 전기를 공급하는 배터리와, 외부전자기기가 접속될 수 있도록 상기 하우징에 설치되며, 상기 연료전지 유닛 및 배터리에 연결되어 상기 연료전지 유닛 또는 배터리로부터 상기 외부전자기기로 전기를 공급하는 출력부와, 상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부 및 배터리로 공급되는 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리에 적합한 전압으로 변환시키되, 상기 배터리에서 상기 출력부로 공급되는 전기의 전압도 상기 외부전자기기에 적합한 전압으로 변환시키는 전압변환유닛을 구비한다.
상기 출력부는 상기 하우징에 설치되며, 상기 외부전자기기가 접속할 수 있는 접속단자와, 상기 연료전지유닛으로부터 상기 접속단자로 전기를 전달할 수 있도록 상기 연료전지유닛 및 접속단자에 연결된 제1전력선과, 상기 연료전지유닛으로부터 상기 배터리에 전기를 전달하거나 상기 배터리로부터 상기 접속단자에 전기를 전달할 수 있도록 상기 제1전력선 및 배터리에 연결된 제2전력선을 구비하고, 상기 전압변환유닛은 상기 연료전지유닛과 제2전력선 사이의 상기 제1전력선에 설치되어 상기 연료전지유닛으로부터 전달되는 전기의 전압을 상기 외부전자기기에 적합한 제1출력 전압으로 변환시키는 제1컨버터와, 제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 상기 제2전력선에 설치되는 것으로서, 상기 연료전지유닛으로부터 상기 배터리로 전달되는 전기의 전압을 상기 제1출력 전압에서 상기 배터리에 적합한 제2출력 전압으로 변환시키되, 상기 배터리에서 상기 출력부로 전기를 공급시 상기 전기의 전압을 상기 제2출력 전압에서 상기 제1출력 전압으로 변환시키는 제2컨버터를 구비한다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩은 상기 하우징에 설치되며, 위성신호를 수신하여 상기 하우징의 위치정보를 획득하는 지피에스 모듈과, 상기 출력부에 설치되어 상기 출력부를 통해 상기 외부전자기기로 공급되는 전력량을 측정하는 측정센서와, 상기 지피에스 모듈 및 측정센서로부터 제공되는 상기 하우징의 위치정보 및 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 토대로 상기 하우징의 위치에서 상기 출력부에서 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 상기 하우징의 위치정보와 함께 데이터 베이스에 저장하는 제어부를 더 구비할 수도 있다.
상기 제어부는 상기 지피에스 모듈을 통해 획득한 상기 하우징의 위치가 상기 데이터 베이스에 기 저장된 하우징의 위치정보와 일치할 경우, 상기 하우징의 위치정보와 함께 상기 데이터 베이스에 저장된 전력량 정보를 사용자의 단말기로 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워 팩은 전압변환유닛에 의해 연료전지 유닛으로부터 발생된 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리에 적합한 전압으로 변환시켜 외부전자기기가 접속된 출력부 및 배터리에 공급할 수 있으므로 보다 다양한 종류의 배터리를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩의 하우징에 대한 사시도이고,
도 2는 도 1의 연료전지 하이브리드 파워팩에 대한 블럭도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩에 대한 블럭도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩(10)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 연료전지 하이브리드 파워팩(10)은 하우징(20)과, 상기 하우징(20)에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀이 마련된 연료전지 유닛(30)과, 상기 연료전지 유닛(30)에 연결되어 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛(40)과, 상기 하우징(20)에 설치되며, 상기 연료전지 유닛(30)으로부터 전기를 공급받아 충전되되, 상기 연료전지 유닛(30)의 초기 기동시 상기 공급유닛(40)에 전기를 공급하는 배터리(50)와, 외부전자기기가 접속될 수 있도록 상기 하우징(20)에 설치되며, 상기 연료전지 유닛(30) 및 배터리(50)에 연결되어 상기 연료전지 유닛(30) 또는 배터리(50)로부터 상기 외부전자기기로 전기를 공급하는 출력부(60)와, 상기 연료전지 유닛(30)에서 상기 출력부(60) 및 배터리(50)로 공급되는 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리(50)에 적합한 전압으로 변환시키되, 상기 배터리(50)에서 상기 출력부(60)로 공급되는 전기의 전압도 상기 외부전자기기에 적합한 전압으로 변환시키는 전압변환유닛과, 사용자가 운전모드를 선택할 수 있는 모드선택부(80)와, 모드선택부(80)에 의해 선택된 운전모드에 따라 연료전지 유닛(30) 및 전압변환유닛을 작동시키는 제어부(90)를 구비한다.
하우징(20)은 내부에 연료전지 유닛(30), 배터리(50)가 설치될 수 있도록 내부공간이 마련되며, 측면에는 외부공기가 유입될 수 있도록 다수의 유입공이 형성되어 있다. 하우징(20)의 전면에는 후술되는 공급유닛(40)의 가스탱크가 연결되는 가스주입단자(21)와, 연료전지 유닛(30)의 작동상태, 배터리(50)의 충전상태, 모드선택부(80)에 선택된 모드 정보 등이 표시되는 디스플레이 패널(22)이 설치되어 있다. 상기 디스플레이 패널(22)은 LCD(Liquid Crystal Display)가 적용되는 것이 바람직하다. 또한, 하우징(20)은 상면에 사용자가 파지하여 용이하게 운반할 수 있도록 손잡이(23)가 마련되어 있다.
연료전지 유닛(30)은 하우징(20)의 내부에 설치되며, 상기 연료전지 셀은 캐소드(cathode), 애노드(anode) 및 캐소드와 애노드 사이에 전해질막을 구비한다. 연료전지 셀의 캐소드에 산소를 포함한 공기가 공급되고, 애노드에 수소 연료가 공급되면, 전해질 막을 통해 물의 전기분해와 역반응이 진행되면서 전기가 발생하는데, 연료전지는 상기 연료전지 셀이 다수개 적층된 스택(stack)의 형태로 구성된다.
상기 스택에 적층되어 있는 각 연료전지 셀에는 바이폴라플레이트의 면 유로를 포함하여 수소나 산소가 각 전극에 공급되고 회수되기 위한 유로가 연결되어 있다. 상술된 바와 같이 구성된 연료전지 유닛(30)은 종래에 일반적으로 사용되는 연료전지 스택을 이용하여 전기를 발생시키는 연료전지이므로 상세한 설명은 생략한다. 한편, 도면에 도시되진 않았지만, 연료전지 유닛(30)의 스택 일측에는 상기 스택을 방열시킬 수 있도록 외기를 스택의 연료전지 셀 사이로 강제순환시키는 방열팬이 설치되어 있다.
공급유닛(40)은 연료전지 유닛(30)에 수소를 공급하는 수소 공급부(41)와, 연료전지 유닛(30)에 공기를 공급하는 공기 공급부(42)를 구비한다.
수소 공급부(41)는 도면에 도시되진 않았지만, 하우징(20)의 전면에 마련된 가스주입단자(21)에 연결되며, 상기 가스주입단자(21)에 수소가스를 공급하는 가스탱크와, 가스주입단자(21)를 통해 주입된 수소가스를 연료전지 유닛(30)에 전달할 수 있도록 가스주입단자(21)와 연료전지 유닛(30)에 연결된 수소 공급관과, 상기 수소 공급관에 설치되어 수소 공급관의 내부유로를 개폐하는 제1밸브와, 수소 공급관에 설치되어 가스탱크로부터 공급되는 수소를 연료전지 유닛(30)으로 강제 송풍하는 공급펌프를 구비한다. 제1밸브 및 공급펌프는 배터리(50) 및 연료전지 유닛(30)에 연결되어 배터리(50) 또는 연료전지 유닛(30)으로부터 전력을 공급받아 작동한다.
공기 공급부(42)는 하우징(20) 내부에 설치되며, 연료전지 유닛(30)의 공기 주입부와 연결되어 외부 공기를 연료전지 유닛(30)에 공급하는 블로워가 적용된다. 상기 블로워는 외부공기를 소정의 압력으로 연료전지 유닛(30)에 주입하는 것으로서, 종래에 일반적으로 사용되는 블로워이므로 상세한 설명은 생략한다. 한편, 공기 공급부(42)는 배터리(50) 또는 연료전지 유닛(30)에 연결되어 배터리(50) 또는 연료전지 유닛(30)으로부터 전력을 공급받아 작동한다.
배터리(50)는 하우징(20)의 내부에 설치되며, 연료전지 유닛(30)으로부터 발생된 전기에 의해 충전되는 충전지가 적용된다. 상기 배터리(50)는 연료전지 유닛(30)이 초기 기동시 공급유닛(40)으로 전기를 공급하거나 출력부(60)에 연결된 외부전자기기로 전기를 공급하는 것으로서, 종래에 일반적으로 사용되는 충전지가 적용되므로 상세한 설명은 생략한다.
출력부(60)는 상기 하우징(20)의 전면에 설치되며, 상기 외부전자기기가 접속할 수 있는 접속단자(61)와, 상기 연료전지 유닛(30)으로부터 상기 접속단자(61)로 전기를 전달할 수 있도록 상기 연료전지 유닛(30) 및 접속단자(61)에 연결된 제1전력선(62)과, 상기 연료전지 유닛(30)으로부터 상기 배터리(50)에 전기를 전달하거나 상기 배터리(50)로부터 상기 접속단자(61)에 전기를 전달할 수 있도록 상기 제1전력선(62) 및 배터리(50)에 연결된 제2전력선(63)을 구비한다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만, 제1전력선(62) 및 제2전력선(63)에는 전기의 전달을 단속할 수 있도록 스위칭 부재가 각각 설치될 수도 있다. 상기 스위칭 부재는 제어부(90)에 의해 작동하며, 제1전력선(62) 또는 제2전력선(63)으로 전기를 전달시키거나 제1 및 제2전력선(62,63)을 통한 전기의 전달을 차단한다. 상술된 제1 및 제2전력선(62,63)에 의해 연료전지 유닛(30)과 배터리(50)를 병렬 연결 구조를 갖는다.
전압변환유닛은 상기 연료전지유닛과 제2전력선(63) 사이의 상기 제1전력선(62)에 설치되는 제1컨버터(71)와, 제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 상기 제2전력선(63)에 설치되는 제2컨버터(72)를 구비한다.
제1컨버터(71)는 제1전력선(62)을 통해 상기 연료전지유닛에서 출력부(60)의 접속단자(61)로 전달되는 전기의 전압을 상기 외부전자기기에 적합한 제1출력 전압으로 변환시킨다. 상기 제1컨버터(71)는 연료전지유닛에서 접속단자(61)로의 단일 전류도통방향을 갖도록 형성되며,DC-DC 컨버터로서 벅 컨버터(Buck Converter)가 적용된다.
제2컨버터(72)는 제어부(90)로부터 전송되는 제어신호에 의해 작동하며, 상기 연료전지유닛으로부터 상기 배터리(50)로 전달되는 전기의 전압을 상기 제1출력 전압에서 상기 배터리(50)에 적합한 제2출력 전압으로 변환시키되, 상기 배터리(50)에서 상기 출력부(60)로 전기를 공급시 상기 전기의 전압을 상기 제2출력 전압에서 상기 제1출력 전압으로 변환시킨다. 상기 제2컨버터(72)는 양방향 DC-DC 컨버터(Bi-directional Converter)가 적용되는 것이 바람직하다.
모드선택부(80)는 연료전지 유닛(30) 및 전력변환유닛(70)의 운전모드를 사용자가 선택할 수 있도록 하우징(20)의 전면에 마련된 모드선택버튼을 구비한다. 사용자는 모드선택부(80)를 통해 연료전지 유닛(30)에서 출력부(60)로만 전기를 공급하는 제1운전모드, 연료전지 유닛(30)에서 출력부(60)와 배터리(50)로 전기를 공급하는 제2운전모드, 연료전지 유닛(30)에서 배터리(50)로만 전기를 공급하는 제3운전모드, 배터리(50)에서 출력부(60)로 전기를 공급하는 제4운전모드, 연료전지 유닛(30) 및 배터리(50)에서 출력부(60)로 전기를 공급하는 제5운전모드 중 어느 한 운전모드를 선택할 수 있다.
사용자는 수소 공급부(41)를 통해 연료전지 유닛(30)으로 수소가 충분히 공급되고, 배터리(50)의 충전량이 충분할 경우, 제1운전모드를 선택할 수 있고, 외부전자기기가 출력부(60)에 연결된 상태에서 배터리(50)의 충전량이 충분하지 않을 경우, 제2운전모드를 선택할 수 있다. 또한, 사용자는 출력부(60)로부터 외부전자기기가 분리되고, 배터리(50)의 충전량이 충분하기 않을 경우, 제3운전모드를 선택할 수 있고, 공급유닛(40)으로부터 수소 및 공기의 공급이 원활하지 못해 연료전지 유닛(30)가 발전하지 못하거나 배터리(50)만으로도 외부전자기기로의 전기 공급이 충분할 경우, 제4운전모드를 선택할 수 있으며, 출력부(60)에 연결된 외부전자기기에서 사용되는 전력량이 비교적 클 경우, 제5운전모드를 선택할 수 있다.
제어부(90)는 모드선택부(80)에 의해 선택된 운전모드로 연료전지 유닛(30) 및 전력변환유닛(70)의 작동을 제어한다. 사용자가 모드선택부(80)를 통해 제1운전모드를 선택시 제어부(90)는 공급유닛(40)을 통해 연료전지 유닛(30)으로 수소 및 공기를 공급하고, 출력부(60)로 연료전지 유닛(30)으로부터 전기가 공급되도록 제1컨버터(71)를 작동시킨다. 이때, 제어부(90)는 배터리(50)로의 전기 공급이 차단될 수 있도록 스위칭 부재 또는 제2컨버터(72)를 제어한다.
사용자가 모드선택부(80)를 통해 제2운전모드를 선택시 제어부(90)는 공급유닛(40)을 통해 연료전지 유닛(30)으로 수소 및 공기를 공급하고, 출력부(60)로 연료전지 유닛(30)으로부터 전기가 공급되도록 제1컨버터(71)를 작동시킨 상태에서 배터리(50)로 전기가 공급될 수 있도록 스위칭 부재 또는 제2컨버터(72)를 제어한다. 이때, 제2컨버터(72)는 연료전지 유닛(30)으로부터 배터리(50) 측으로 전기가 전달되도록 전류도통방향이 설정되되, 연료전지 유닛(30)으로부터 출력부(60) 및 배터리(50)로 전달되는 전력량의 합이 연료전지 유닛(30)의 출력 정격 전력을 초과하지 않도록 제어부(90)에 의해 제어된다.
사용자가 모드선택부(80)를 통해 제3운전모드를 선택시 제어부(90)는 출력부(60)로부터 외부전자기기가 분리된 상태이므로 연료전지 유닛(30)에서 배터리(50)로 전기가 전달되도록 제1컨버터(71), 스위칭 부재 및 제2컨버터(72)를 작동시킨다. 사용자가 모드선택부(80)를 통해 제4운전모드를 선택시 제어부(90)는 연료전지 유닛(30)에서 출력부(60)로의 전기 전달이 차단되도록 스위칭 부재 또는 제1컨버터(71)를 작동시키고, 배터리(50)에서 출력부(60)로 전기가 공급되도록 제2컨버터(72)의 전류도통방향을 변경한다. 이때, 제2컨버터(72)는 배터리(50)에서 출력부(60)로 공급되는 전기를 외부전자기기에 적합한 제1출력 전압으로 변경시킨다.
사용자가 모드선택부(80)를 통해 제5운전모드를 선택시 제어부(90)는 공급유닛(40)을 통해 연료전지 유닛(30)으로 수소 및 공기를 공급하고, 출력부(60)로 연료전지 유닛(30)으로부터 전기가 공급되도록 제1컨버터(71)를 작동시키고, 배터리(50)에서 출력부(60)로도 전기가 공급되도록 제2컨버터(72)를 작동시킨다. 제5운전모드에서 연료전지 유닛(30) 및 배터리(50)로부터 출력부(60)로 전기를 공급하므로 연료전지 유닛(30)으로의 수소 공급이 불안정하거나 외부전자기기의 사용 전력이 비교적 클 경우, 안정적으로 외부전자기기에 전기를 공급할 수 있다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩(10)은 전압변환유닛에 의해 연료전지 유닛(30)으로부터 발생된 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리(50)에 적합한 전압으로 변환시켜 외부전자기기가 접속된 출력부(60) 및 배터리(50)에 공급할 수 있으므로 보다 다양한 종류의 배터리(50)를 사용할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 연료전지 하이브리드 파워팩(100)이 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 상기 연료전지 하이브리드 파워팩(100)은 상기 하우징(20)에 설치되며, 위성신호를 수신하여 상기 하우징(20)의 위치정보를 획득하는 지피에스 모듈(101)과, 상기 출력부(60)에 설치되어 상기 출력부(60)를 통해 상기 외부전자기기로 공급되는 전력량을 측정하는 측정센서(102)와, 하우징(20)에 설치되며, 상기 지피에스 모듈(101) 및 측정센서(102)로부터 제공되는 상기 하우징(20)의 위치정보 및 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 저장하는 데이터 베이스(103)와, 사용자의 단말기로 정보를 전송하는 통신모듈(104)을 더 구비한다.
상기 지피에스 모듈(101)은 3개 이상의 지피에스 위성들로부터 제공받은 위치정보를 토대로 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각방법에 따라서 현재 하우징(20)의 위치를 계산하며, 계산된 위치정보를 제어부(90)로 전달한다.
측정센서(102)는 도면에 도시되진 않았지만, 출력부(60)의 접속단자(61)에 연결되며, 접속단자(61)에 연결된 외부전자기기로 공급되는 전력량을 측정한다. 상기 측정센서(102)는 사용전력량을 측정할 수 있는 것으로, 종래에 일반적으로 사용되는 전력량 측정장치이므로 상세한 설명은 생략한다.
통신모듈(104)은 하우징(20)에 설치되며, 제어부(90)의 제어에 의해 작동한다. 상기 통신모듈(104)은 Wi-Fi, WLAN, 블루투스(Blue Tooth), UWB, 지그비와 같은 방식을 사용하여 사용자의 단말기로 신호를 송신한다. 이때, 사용자의 단말기는 스마트폰 또는 태블릿PC 등이 적용되는 것이 바람직하다.
제어부(90)는 상기 지피에스 모듈(101) 및 측정센서(102)로부터 제공되는 상기 하우징(20)의 위치정보 및 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 토대로 상기 하우징(20)의 위치에서 상기 출력부(60)에서 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 상기 하우징(20)의 위치정보와 함께 데이터 베이스(103)에 저장한다.
일예로, 캠핑장과 같은 장소에서 본 발명의 연료전지 하이브리드 파워팩(100)을 사용시, 제어부(90)는 지피에스 모듈(101)을 통해 하우징(20)의 위치정보를 획득한다. 또한, 제어부(90)는 측정센서(102)를 통해 측정된 정보를 토대로 캠핑장과 같은 하우징(20)이 설치된 장소에서 상기 출력부(60)로 공급된 전력 사용량을 산출한다. 이때, 제어부(90)는 지피에스 모듈(101)을 통해 하우징(20)의 이동이 멈춘 시점에서 하우징(20)의 위치가 변경되는 시점까지의 출력부(60)로 공급된 전력량 정보를 산출하고, 산출된 전력량 정보를 하우징(20)의 위치정보와 함께 데이터 베이스(103)에 저장한다. 또한, 제어부(90)는 사용자로부터 단말기를 통해 정보 요청 신호가 수신되면 데이터 베이스(103)에 저장된 하우징(20)의 위치정보 및 해당 위치에서의 전력 사용량 정보를 사용자의 단말기로 전송한다.
또한, 제어부(90)는 상기 지피에스 모듈(101)을 통해 획득한 상기 하우징(20)의 위치가 상기 데이터 베이스(103)에 기 저장된 하우징(20)의 위치정보와 일치할 경우, 상기 하우징(20)의 위치정보와 함께 상기 데이터 베이스(103)에 저장된 전력량 정보를 사용자의 단말기로 전송한다.
일예로, 사용자가 과거에 방문했던 캠핑장과 같은 특정장소를 재차 방문시 데이터 베이스(103)에는 상기 특정장소에 대한 하우징(20)의 위치정보 및 해당 위치에서의 전력 사용량 정보가 저장되어 있다. 이때, 제어부(90)는 지피에스 모듈(101)을 통해 획득한 하우징(20)의 위치가 데이터 베이스(103)에 기 저장된 하우징(20)의 위치정보들 중 하나와 일치하는지 판별하고, 데이터 베이스(103)에 저장된 하우징(20)의 위치와 일치된 하우징(20)의 위치정보가 존재할 경우, 해당 위치정보에 대응되는 전력 사용량 정보를 통신모듈(104)을 통해 사용자의 단말기로 전송한다. 사용자는 과거에 특정장소에 방문시 사용했던 전력 사용량 정보를 토대로 현재 해당 장소에 체류시 소요되는 전력량을 예상할 수 있고, 배터리(50)의 충전량을 고려하여 예비용 수소탱크를 준비할 수도 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
10: 연료전지 하이브리드 파워팩
20: 하우징
21: 가스주입단자
22: 디스플레이 패널
23: 손잡이
30: 연료전지 유닛
40: 공급유닛
41: 수소 공급부
42: 공기 공급부
50: 배터리
60: 출력부
61: 접속단자
62: 제1전력선
63: 제2전력선
70: 전력변환유닛
71: 제1컨버터
72: 제2컨버터
80: 모드선택부
90: 제어부

Claims (4)

  1. 하우징과;
    상기 하우징에 설치되며, 수소 연료와 공기의 전기화학적 반응으로 전기를 생산할 수 있도록 상호 적층된 다수의 연료전지 셀이 마련된 연료전지 유닛과;
    상기 연료전지 유닛에 연결되어 상기 연료전지 셀들에 수소연료 및 공기를 공급하는 공급유닛과;
    상기 하우징에 설치되며, 상기 연료전지 유닛으로부터 전기를 공급받아 충전되되, 상기 연료전지 유닛의 초기 기동시 상기 공급유닛에 전기를 공급하는 배터리와;
    외부전자기기가 접속될 수 있도록 상기 하우징에 설치되며, 상기 연료전지 유닛 및 배터리에 연결되어 상기 연료전지 유닛 또는 배터리로부터 상기 외부전자기기로 전기를 공급하는 출력부와;
    상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부 및 배터리로 공급되는 전기의 전압을 각각 상기 외부전자기기 및 배터리에 적합한 전압으로 변환시키되, 상기 배터리에서 상기 출력부로 공급되는 전기의 전압도 상기 외부전자기기에 적합한 전압으로 변환시키는 전압변환유닛;
    사용자가 운전모드를 선택할 수 있는 모드선택부; 및
    상기 모드선택부에 의해 선택된 운전모드에 따라 상기 공급유닛, 연료전지유닛 및 전압변환유닛을 작동시키는 제어부;를 구비하고,
    상기 하우징은 내부에 상기 연료전지 유닛, 배터리가 설치될 수 있도록 내부공간이 마련되며, 측면에는 외부공기가 유입될 수 있도록 다수의 유입공이 형성되고, 전면에 상기 연료전지 유닛으로 수소 연료를 공급하기 위한 가스탱크가 연결되는 가스주입단자가 마련되고, 상부에 사용자가 파지하여 운반할 수 있도록 손잡이가 형성되고,
    상기 공급유닛은 상기 연료전지 유닛에 수소를 공급하는 수소 공급부와, 상기 연료전지 유닛에 공기를 공급하는 공기 공급부를 구비하고,
    상기 공기 공급부는 상기 하우징 내부에 설치되며, 상기 연료전지 유닛의 공기 주입부와 연결되어 외부공기를 상기 연료전지 유닛에 공급하는 블로워를 구비하고,
    상기 수소공급부는
    상기 가스주입단자에 연결된 가스탱크로부터 공급된 수소가스를 상시 연료전지 유닛에 전달할 수 있도록 상기 가스주입단자와 연료전지 유닛에 연결된 수소 공급관과;
    상기 수소 공급관에 설치되어 상기 수소 공급관의 내부유로를 개폐하는 제1밸브와;
    상기 수소 공급관에 설치되어 상기 가스탱크로부터 공급되는 수소를 상기 연료전지 유닛으로 강제송풍하는 공급펌프;를 구비하고,
    상기 모드선택부는 상기 사용자가 상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부로만 전기를 공급하는 제1운전모드, 상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부 및 배터리로 전기를 공급하는 제2운전모드, 상기 연료전지 유닛에서 상기 배터리로만 전기를 공급하는 제3운전모드, 상기 배터리에서 상기 출력부로 전기를 공급하는 제4운전모드, 상기 연료전지 유닛 및 배터리에서 상기 출력부로 전기를 공급하는 제5운전모드 중 어느 한 운전모드를 선택할 수 있고,
    상기 제어부는
    상기 모드선택부에서 상기 제1운전모드를 선택시 상기 공급유닛을 통해 상기 연료전지 유닛으로 수소 및 공기를 공급하고, 상기 출력부로 상기 연료전지 유닛의 전기를 공급하되, 상기 배터리로의 전기 공급을 차단하고,
    상기 모드선택부에서 상기 제3운전모드가 선택시 상기 연료전지 유닛에서 상기 배터리로 전기를 공급하고,
    상기 모드선택부에서 상기 제4운전모드가 선택시 상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부로의 전기 전달을 차단하고, 상기 배터리에서 상기 출력부로 전기를 공급하고,
    상기 모드선택부에서 상기 제5운전모드가 선택시 상기 공급유닛을 통해 상기 연료전지 유닛으로 수소 및 공기를 공급하고, 상기 출력부로 상기 연료전지 유닛 및 배터리에서 전기를 공급하고,
    상기 모드선택부에서 상기 제2운전모드가 선택시 상기 공급유닛을 통해 상기 연료전지 유닛으로 수소 및 공기를 공급하고, 상기 연료전지 유닛에서 상기 출력부 및 배터리로 전기가 공급되되, 상기 연료전지 유닛으로부터 상기 출력부 및 배터리로 전달되는 전력량의 합이 상기 연료전지 유닛의 출력 정격 전력을 초과하기 않도록 상기 전압변환유닛을 제어하는,
    연료 전지 하이브리드 파워 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는
    상기 하우징에 설치되며, 상기 외부전자기기가 접속할 수 있는 접속단자와,
    상기 연료전지유닛으로부터 상기 접속단자로 전기를 전달할 수 있도록 상기 연료전지유닛 및 접속단자에 연결된 제1전력선과,
    상기 연료전지유닛으로부터 상기 배터리에 전기를 전달하거나 상기 배터리로부터 상기 접속단자에 전기를 전달할 수 있도록 상기 제1전력선 및 배터리에 연결된 제2전력선을 구비하고,
    상기 전압변환유닛은
    상기 연료전지유닛과 제2전력선 사이의 상기 제1전력선에 설치되어 상기 연료전지유닛으로부터 전달되는 전기의 전압을 상기 외부전자기기에 적합한 제1출력 전압으로 변환시키는 제1컨버터와,
    제어신호에 따라 전류도통방향을 전환할 수 있도록 상기 제2전력선에 설치되는 것으로서, 상기 연료전지유닛으로부터 상기 배터리로 전달되는 전기의 전압을 상기 제1출력 전압에서 상기 배터리에 적합한 제2출력 전압으로 변환시키되, 상기 배터리에서 상기 출력부로 전기를 공급시 상기 전기의 전압을 상기 제2출력 전압에서 상기 제1출력 전압으로 변환시키는 제2컨버터를 구비하는,
    연료전지 하이브리드 파워 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에 설치되며, 위성신호를 수신하여 상기 하우징의 위치정보를 획득하는 지피에스 모듈;
    상기 출력부에 설치되어 상기 출력부를 통해 상기 외부전자기기로 공급되는 전력량을 측정하는 측정센서;
    상기 지피에스 모듈 및 측정센서로부터 제공되는 상기 하우징의 위치정보 및 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 토대로 상기 하우징의 위치에서 상기 출력부에서 상기 외부전자기기로 공급된 전력량 정보를 상기 하우징의 위치정보와 함께 데이터 베이스에 저장하는 제어부;를 더 구비하는,
    연료전지 하이브리드 파워 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 지피에스 모듈을 통해 획득한 상기 하우징의 위치가 상기 데이터 베이스에 기 저장된 하우징의 위치정보와 일치할 경우, 상기 하우징의 위치정보와 함께 상기 데이터 베이스에 저장된 전력량 정보를 사용자의 단말기로 전송하는,
    연료전지 하이브리드 파워 팩.








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