KR102472813B1 - 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법에 관한 것으로, 연료전지로부터 DC 입력전압을 입력받는 전원 입력부; 상기 전원 입력부로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 승압시켜 출력하는 1차 DC/DC 컨버터 출력부; 및 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 강압시켜 출력하는 2차 DC/DC 컨버터 출력부;를 포함함으로써, 연료전지에서 출력되는 전압에 대한 승압 및 강압를 통해, 연료전지의 연료극(anode)에 공급되는 수소에서 발생한 전자의 전달을 증대시켜 연료전지에서 에너지손실 최소화를 도모하여, 연료전지의 출력효율 최적화를 유도할 수 있는 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, PWM(Pulse width Modulation) 제어와 DC-DC 승압을 통해 수소연료전지와 같은 발전장치에서 생성되어 입력되는 직류전압을 안정적으로 출력시키고, 연료전지의 전자이동을 활성화시켜 연료전지의 효율을 향상시키는 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법에 관한 것이다.
연료전지는 수소가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기 및 열에너지로 전환하는 에너지 전환 장치로 물이 유일한 생성물이기 때문에 청정에너지라 부르고 있으며, 연료전지의 전기화학 반응은 기존의 내연 기관보다 효율이 높아 발전효율은 40~50%를 얻을 수 있고, 생성되는 열을 회수, 이용할 수 있는 경우 전체 에너지효율은 80% 이상도 가능하다. 연료전지는 용도에 따라 발전용, 주거/상업용, 수송용, 휴대용으로 나눌 수 있으며 특히 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)가 다용도로 사용 될 수 있기 때문에 주목을 받고 있다.
고분자 전해질 연료전지는 수소 및 산소를 원료로 공급받아 부하에 전류를 공급하고 물과 열을 발생한다. 부하에 공급하는 전압은 부하에 따라 달라지는데 통상 동작범위를 기준으로 할 때 V-I 특성은 전압 변동율이 30%에 이르고 있다. 연료전지를 전원으로 사용하는 기기는 이러한 전압변동을 이겨낼 수 없기 때문에 일정 전압을 유지하고 필요 전류를 공급할 수 있는 전력변환장치인 DC-DC 컨버터를 필요로 하며 또한 연료전지 기동 시에 발생되는 높은 전압과 부하가 증가하여 발생하는 높은 전압 강압에 대응할 수 있는 출력 전력 제어장치가 반드시 필요하다.
연료전지가 가지고 있는 출력전압과 전류 특성인 V-I 특성은 바뀔 수 없는 특성으로 부하 증가에 따라 전압 강압이 발생하는데 대한 대책이 반드시 필요하다. 부하가 30%에 해당하는 전압 변동율을 이겨 낼 수가 없기 때문이다.
또한, 연료전지는 온도변화와 수소잔존량에 따라 전압의 레벨이 불안정하여 이를 전력원으로 사용하는 데 어려운 점이 발생하는 문제가 있었다.
한편, 연료전지의 효율은 내연기관등에 비해 매우 높은 편이지만 다양한 내부 손실이 발생하는 문제가 있었다.
내부 손실의 원인으로서 예를 들면, 단순한 직류저항 성분으로 취급되는 저항 분극, 촉매반응을 일으키는 데에 에너지가 소비됨에 따라 이것이 손실로 나타나는 활성화 분극, 및 전극 근처에서는 공급된 연료와 연료가 촉매반응에 의해 소비된 다음의 잔존 연료와의 사이에 발생하는 농도차에 의해 분자의 확산이 일어나고 이같은 확산을 위한 에너지 소비가 발생하고, 이것이 손실로 되어 나타나는 확산 분극 등이 있다.
상기와 같은, 다양한 내부 손실에 의해 연료전지의 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
상기와 같은 실정에 따라 본 발명은 고분자 전해질 연료전지 스택에서 제공되는 부하전류 차이, 온도변화 및 수소잔존량 등 다양한 요인들에 따라 변하는 전압을 안정적으로 부하측에 제공할 수 있도록 하고, 또한, 연료전지의 전자이동을 활성화시킴으로써, 다양한 내부 손실에도 불구하고 연료전지의 효율을 높일 수 있는 새로운 연료전지용 전자 전달 증대장치를 제시하고자 한다.
다음으로 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비하여 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 등록특허공보 제10-0664083호(2007.01.03. 공고일)는 연료전지 시스템의 출력전압 제어장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 인버터에서 출력되는 교류전압에 포함된 직류성분을 제거하여 안정적인 교류전원을 생성할 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 연료전지에서 출력되는 직류전압을 승압 하는 직류/직류변환유닛과; 상기 직류/직류변환유닛에서 출력되는 직류전압을, 제어신호에 의해 교류전압으로 변환하는 인버터와; 상기 인버터에서 출력되는 교류전압에서 직류성분을 축적하여 제거하는 직류제거유닛과; 상기 직류제거유닛에 축적된 직류전압을 소정 신호처리하고, 그 신호 처리결과에 근거하여 상기 인버터의 출력전압을 제어하기 위한 제어신호 를 출력하는 제어유닛을 포함하는 연료전지 시스템의 출력전압 제어장치에 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1352199호(2014.01.15. 공고일)는 연료전지 출력 안정화 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 연료전지스택, MBOP 및 EBOP를 포함하는 연료전지 발전 시스템이 계통전원과 분리되어 독립적으로 동작하는 독립운전모드에서, 부하의 변동에 따른 상기 연료전지스택의 출력전류의 변동을 제어하고, 상기 연료전지스택의 정격출력전력 중 상기 부하에 요구되는 전력 이외의 남는 잉여전력을 소비하는 출력 안정화부, 및 상기 부하에 입력되는 전압 및 전류, 상기 연료전지스택의 출력 전압 및 전류, 및 상기 EBOP의 출력 전압 및 전류를 모니터링하고, 상기 출력 안정화부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 연료전지 출력 안정화 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 등록특허공보 제10-1485793호(2015.01.26. 공고일)는 연료전지시스템의 출력제어장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 연료전지시스템 내의 인버터군으로 이루어진 인버터군별 출력주파수의 범위를 기준값 내에서 여러범위로 세분화하여 인버터군별로 설정하여 동작되도록 하고, 인버터군별로 동작시 출력주파수가 불안정하게 되면 연료전지시스템 내의 인버터군별로 세분화된 범위 내에서 인버터를 차단하여 출력주파수가 안정되도록 하여 능동적인 계통 보호를 도모한 연료전지시스템의 출력제어장치에 관한 기술이 기재되어 있다.
그러나, 상기 선행기술문헌들은 고분자 전해질 연료전지 스택에서 제공되는 부하전류에 따라 출력되는 전압이 일정하지 않을 경우, 증폭되어 출력되는 출력전압을 일정 정격전압 수준이 되도록 안정적으로 유지하여 증폭 출력시키는 데에는 한계가 있으며, 또한 연료전지 자체의 효율을 향상시키지는 못하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 연료전지에서 출력되는 전압의 승압과 강압을 통하여 전류를 지속적인 반복으로 끌어와야함에 있어 부하측 보다 높은전류를 사용하여야 하기 때문에 연료전지내 전자의 이동이 기존에 비하여 증대되는 새로운 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 연료전지 발전 입력전압과 같이 그 입력전압의 레벨이 불안정하여 DC-DC 컨버터의 출력전압이 불안정해지는 것을 방지함으로써, DC-DC 컨버터의 입력전압이 낮을 때도 DC-DC 컨버터의 출력이 정격전압을 유지하도록 하고, 이를 통해 연료전지의 전자이동을 활성화시킬 수 있는 새로운 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치는, 연료전지로부터 DC 입력전압을 입력받는 전원 입력부; 상기 전원 입력부로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 승압시켜 출력하는 1차 DC/DC 컨버터 출력부; 및 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 강압시켜 출력하는 2차 DC/DC 컨버터 출력부;를 포함하되, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는, 상기 전원 입력부에서 출력되는 정전압으로 동작하며, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하는 제1 PWM 제어부;를 포함하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는, 상기 전원 입력부에서 출력되는 정전압으로 동작하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하는 제2 PWM 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시예로서, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는, 상기 입력전압이 입력되는 입력단에 전압분압회로가 구비되고, 상기 전압분압회로를 이용하여 입력 전압값을 검출 및 출력하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는, 상기 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부에서 전압이 출력되는 출력단에 전압분압회로가 구비되며, 상기 전압분압회로를 이용하여 출력 전압값을 검출 및 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시예로서, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는, 1차 커패시터A, 인덕터A, 병렬 FET 스위치A, 정류 다이오드A 및 2차 커패시터A를 포함하며, 상기 1차 커패시터A 및 인덕터A를 이용하여 연료전지로부터 입력전압을 입력받고, 상기 병렬 FET 스위치A를 이용하여 입력전압을 승압시켜 출력전압으로 출력하며, 상기 병렬 FET 스위치A에서 승압된 출력전압은 상기 정류 다이오드A 및 2차 커패시터A를 이용하여 정류 및 평활시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시예로서, 상기 제1 PWM 제어부 및 제2 PWM 제어부는, PWM 신호 생성기 및 A/D 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시예로서, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는, 상기 제1 PWM 제어부의 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 입력받아 이를 기반으로 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부 내 파워 FET 스위치를 스위칭시키기 위한 버퍼기능의 제1 FET 드라이브;를 포함하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는, 상기 PWM 제어부의 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 입력받아 이를 기반으로 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부 내 파워 FET 스위치를 스위칭시키기 위한 버퍼기능의 제2 FET 드라이브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시예로서, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는, 1차 커패시터B, 인덕터B, 병렬 FET 스위치B, 정류 다이오드B 및 2차 커패시터B를 포함하며, 상기 1차 커패시터B 및 인덕터B를 이용하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 출력전압을 입력받고, 상기 병렬 FET 스위치B를 이용하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부로부터 입력받은 출력전압을 강압시켜 출력하고, 상기 병렬 FET 스위치B에서 강압된 출력전압은 상기 정류 다이오드B 및 2차 커패시터B를 이용하여 정류 및 평활시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대방법은, 전원 입력부에서 연료전지로부터 DC 입력전압을 입력받아 1차 DC/DC 컨버터 출력부로 공급하는 단계; 상기 전원 입력부에서 정전압을 생성하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부 내 제1 PWM 제어부의 동작접압으로 공급하는 단계; 상기 제1 PWM 제어부에서 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하여 상기 입력전압을 승압시켜 출력하는 단계; 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부에서 출력된 전압을 2차 DC/DC 컨버터 출력부로 공급하는 단계; 상기 전원 입력부에서 정전압을 생성하여 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부 내 제2 PWM 제어부의 동작접압으로 공급하는 단계; 및 상기 제2 PWM 제어부에서 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하여 전압을 강압시켜 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 1차 DC-DC 컨버터 출력부 및 2차 DC-DC 컨버터 출력부를 이용하여, 연료전지에서 출력되는 전압에 대한 승압 및 강압를 수행함으로써, 연료전지의 연료극(anode)에 공급되는 수소에서 발생한 전자의 전달을 증대시켜 연료전지에서 에너지손실 최소화를 도모하여, 연료전지의 출력효율 최적화를 유도할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 연료전지에서 출력되는 전압을 입력전압으로 하여 1차 DC-DC 컨버터 출력부에서 승압시켜 출력하는데 있어서, 상기 1차 DC-DC 컨버터 출력부의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 1차 DC/DC 컨버터 출력부 내부의 FET 스위칭을 제어함으로써, 연료전지와 같은 발전장치에서 생성되어 입력되는 직류전압을 안정적으로 승압 출력시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기 1차 DC-DC 컨버터 출력부에서 출력되는 전압을 입력전압으로 하여 2차 DC-DC 컨버터 출력부에서 강압시켜 출력하는데 있어서, 상기 1차 DC-DC 컨버터 출력부의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 1차 DC/DC 컨버터 출력부 내부의 FET 스위칭을 제어함으로써, 부하측에서 요구되는 전압에 맞춰 상기 1차 DC-DC 컨버터 출력부에서 출력되는 전압을 안정적으로 강압하여 출력시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치의 구성 및 동작에 대해 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
3세대 에너지원으로 휴대용 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 경우 저항분극, 활성화 분극, 확산 분극 등의 내부 손실이 발생함에 따라 연료전지의 효율이 떨어지는 문제가 있었기 때문에 연료전지의 연료극(anode)에 공급되는 수소에서 발생한 전자의 전달을 증대시켜 연료전지에서 에너지손실 최소화를 도모하여, 연료전지의 출력효율 향상시킬 수 있는 연료전지의 전자 전당 증대 시스템이 요구되고 있다.
또한, 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 부하변동, 온도변화 및 수소잔존량에 따라 스택의 출력 전압변동이 매우 크기 때문에 연료전지 보급을 위해서는 전기장치 공급전압을 원활하게 유지할 수 있는 출력 전력 제어 장치인 연료전지용 DC-DC 컨버터와 베터리 관리시스템이 필요하다.
이에 따라 본 발명은 PWM(Pulse width modulation) 제어수단과 1차 및 2차 DC-DC 컨버터 수단을 이용하여 연료전지와 같은 발전장치에서 생성되어 입력되는 직류전압을 안정적으로 승압 및 강압하여 출력시킴으로써, 연료전지 내 전자 전달을 증대시켜 연료전지의 출력효율을 향상시킬 수 있고, 또한 연료전지에서 출력되는 전압을 안정적으로 부하측에 제공할 수 있는 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치 및 그 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치(100)의 구성 및 동작에 대해 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치(100)는, 전원 입력부(110), 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120) 및 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)를 포함하며, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)는 제1 PWM 제어부(121)를 포함하고, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)는 제2 PWM 제어부(131)를 포함한다.
상기 전원 입력부(110)는 연료전지(10)로부터 입력받은 DC 입력전압을 감지하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)로 공급하고, 동시에 정전압을 생성하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120) 내 제1 PWM 제어부(121) 및 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130) 내 제2 PWM 제어부(131)의 동작전압으로 공급한다.
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)는 상기 전원 입력부(110)로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 승압시켜 출력하는 것으로, 이를 위해 1차 커패시터A, 인덕터A, 병렬 FET 스위치A, 정류 다이오드A 및 2차 커패시터A를 포함한다.
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)는 상기 1차 커패시터A 및 인덕터A를 이용하여 연료전지(10)로부터 입력전압을 입력받고, 상기 병렬 FET 스위치A를 이용하여 입력전압을 승압시켜 출력전압으로 출력하며, 상기 병렬 FET 스위치A에서 승압된 출력전압은 상기 정류 다이오드A 및 2차 커패시터A를 이용하여 정류 및 평활시켜 출력한다.
상기 제1 PWM 제어부(121)는 상기 전원 입력부(110)에서 출력되는 정전압으로 동작하며, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 FET 스위칭을 제어함으로써, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)에서 출력되는 출력전압을 안정적으로 40 내지 50 V로 승압한다.
이를 위하여, 상기 제1 PWM 제어부(121)는 PWM 신호 생성기 및 A/D 컨버터를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치(100)는, 상기 제1 PWM 제어부(121)의 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 입력받아 이를 기반으로 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120) 내 파워 FET 스위치를 스위칭시키기 위한 버퍼기능의 제1 FET 드라이브를 포함한다.
상기 제1 FET 드라이브는 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120) 내부 구성으로 포함될 수도 있고, 또는 별도의 구성으로 구비될 수도 있을 것이다.
한편, 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)는 연료전지(10)로부터의 입력전압이 입력되는 입력단에 전압분압회로가 구비되며, 상기 전압분압회로를 이용하여 입력 전압값을 검출 및 출력한다.
즉, 상기 제1 PMW 제어부는 상기 전압분압회로에서 검출 및 출력되는 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정한다.
상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130) 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)에서 40 내지 50 V로 승압된 전압을 입력받아 부하측(20)의 정격전압에 맞춰 12 내지 24 V 정도로 강압시켜 출력하는 것으로, 1차 커패시터B, 인덕터B, 병렬 FET 스위치B, 정류 다이오드B, 2차 커패시터B 및 측로용 정류 다이오드를 포함하여 구성된다.
상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)는, 상기 1차 커패시터B 및 인덕터B를 이용하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 출력전압을 입력받고, 상기 병렬 FET 스위치B를 이용하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)로부터 입력받은 출력전압을 강압시켜 출력하고, 상기 병렬 FET 스위치B에서 승압된 출력전압은 상기 정류 다이오드B 및 2차 커패시터B를 이용하여 정류 및 평활시켜 출력한다.
상기 제2 PWM 제어부(131)는 상기 전원 입력부(110)에서 출력되는 정전압으로 동작하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)의 FET 스위칭을 제어함으로써, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)에서 출력되는 출력전압을 안정적으로 12 내지 24 V로 강압한다.
이를 위하여, 상기 제2 PWM 제어부(131)는 PWM 신호 생성기 및 A/D 컨버터를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치(100)는, 상기 제2 PWM 제어부(131)의 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 입력받아 이를 기반으로 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130) 내 파워 FET 스위치를 스위칭시키기 위한 버퍼기능의 제2 FET 드라이브를 포함한다.
상기 제2 FET 드라이브는 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130) 내부 구성으로 포함될 수도 있고, 또는 별도의 구성으로 구비될 수도 있을 것이다.
또한, 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)는 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)의 출력단에 전압분압회로가 구비되며, 상기 전압분압회로를 이용하여 출력 전압값을 검출 및 출력한다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지용 전자 전달 증대장치(100)는, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 입력전압이 상기 병렬 FET 스위치A의 동작전압 미만이게되면 스위치가 동작하지 않기에 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120) 및 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)를 바이패스하여 출력되도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전자 전달 증대방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 전자 전달 증대방법은, 먼저 전원 입력부(110)에서 연료전지(10)로부터 DC 입력전압을 입력받아 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)로 공급한다(S101).
상기 전원 입력부(110)에서 정전압을 생성하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120) 내 제1 PWM 제어부(121)의 동작접압으로 공급한다(S102).
상기 제1 PWM 제어부(121)에서 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)의 FET 스위칭을 제어하여 상기 입력전압을 승압시켜 출력한다(S103).
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부(120)에서 출력된 전압을 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)로 공급한다(S104).
상기 전원 입력부(110)에서 정전압을 생성하여 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130) 내 제2 PWM 제어부(131)의 동작접압으로 공급한다(S105).
상기 제2 PWM 제어부(131)에서 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부(130)의 FET 스위칭을 제어하여 전압을 강압시켜 출력한다(S106).
이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형과 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 연료전지
20 : 부하측
100 : 연료전지용 전자 전달 증대장치
110 : 전원 입력부
120 : 1차 DC/DC 컨버터 출력부
121 : 제1 PWM 제어부
130 : 2차 DC/DC 컨버터 출력부
131 : 제2 PWM 제어부
20 : 부하측
100 : 연료전지용 전자 전달 증대장치
110 : 전원 입력부
120 : 1차 DC/DC 컨버터 출력부
121 : 제1 PWM 제어부
130 : 2차 DC/DC 컨버터 출력부
131 : 제2 PWM 제어부
Claims (7)
- 연료전지로부터 DC 입력전압을 입력받는 전원 입력부;
상기 전원 입력부로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 40 내지 50 V로 승압시켜 출력하는 1차 DC/DC 컨버터 출력부; 및
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부로부터 입력받은 입력전압을 FET 스위칭을 통해 12 내지 24 V로 강압시켜 출력하는 2차 DC/DC 컨버터 출력부;를 포함하되,
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는,
상기 전원 입력부에서 출력되는 정전압으로 동작하며, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하는 제1 PWM 제어부;를 포함하며, 상기 입력전압이 입력되는 입력단에 전압분압회로가 구비되고, 상기 전압분압회로를 이용하여 입력 전압값을 검출 및 출력하며,
상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는,
상기 전원 입력부에서 출력되는 정전압으로 동작하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하는 제2 PWM 제어부;를 포함하며, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부에서 전압이 출력되는 출력단에 전압분압회로가 구비되며, 상기 전압분압회로를 이용하여 출력 전압값을 검출 및 출력하는 것을 특징으로 하는, 연료전지용 전자 전달 증대장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는,
1차 커패시터A, 인덕터A, 병렬 FET 스위치A, 정류 다이오드A 및 2차 커패시터A를 포함하며,
상기 1차 커패시터A 및 인덕터A를 이용하여 연료전지로부터 입력전압을 입력받고,
상기 병렬 FET 스위치A를 이용하여 입력전압을 승압시켜 출력전압으로 출력하며,
상기 병렬 FET 스위치A에서 승압된 출력전압은 상기 정류 다이오드A 및 2차 커패시터A를 이용하여 정류 및 평활시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전자 전달 증대장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 PWM 제어부 및 제2 PWM 제어부는,
PWM 신호 생성기 및 A/D 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전자 전달 증대장치.
- 제1항에 있어서,
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부는,
상기 제1 PWM 제어부의 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 입력받아 이를 기반으로 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부 내 파워 FET 스위치를 스위칭시키기 위한 버퍼기능의 제1 FET 드라이브;를 포함하며,
상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는,
상기 PWM 제어부의 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 입력받아 이를 기반으로 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부 내 파워 FET 스위치를 스위칭시키기 위한 버퍼기능의 제2 FET 드라이브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전자 전달 증대장치.
- 제1항에 있어서,
상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부는,
1차 커패시터B, 인덕터B, 병렬 FET 스위치B, 정류 다이오드B 및 2차 커패시터B를 포함하며,
상기 1차 커패시터B 및 인덕터B를 이용하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 출력전압을 입력받고,
상기 병렬 FET 스위치B를 이용하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부로부터 입력받은 출력전압을 강압시켜 출력하고,
상기 병렬 FET 스위치B에서 강압된 출력전압은 상기 정류 다이오드B 및 2차 커패시터B를 이용하여 정류 및 평활시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전자 전달 증대장치.
- 전원 입력부에서 연료전지로부터 DC 입력전압을 입력받아 1차 DC/DC 컨버터 출력부로 공급하는 단계;
상기 전원 입력부에서 정전압을 생성하여 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부 내 제1 PWM 제어부의 동작접압으로 공급하는 단계;
상기 제1 PWM 제어부에서 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 입력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하여 상기 입력전압을 40 내지 50 V로 승압시켜 출력하는 단계;
상기 1차 DC/DC 컨버터 출력부에서 출력된 전압을 2차 DC/DC 컨버터 출력부로 공급하는 단계;
상기 전원 입력부에서 정전압을 생성하여 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부 내 제2 PWM 제어부의 동작접압으로 공급하는 단계; 및
상기 제2 PWM 제어부에서 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 출력 전압값을 입력받아 펄스폭 변조 제어 듀티 사이클값을 조정하여, 상기 2차 DC/DC 컨버터 출력부의 FET 스위칭을 제어하여 전압을 12 내지 24 V로 강압시켜 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전자 전달 증대방법.
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