KR102472923B1 - Power control system and method for fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 전력을 발생하고 출력단에 캐소드 단자와 애노드 단자를 포함하는 연료전지와, 상기 연료전지와 전력을 소비하는 부하간에 전력 공급을 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지에서 상기 부하로 고출력 전력을 공급하는 고출력모드 및, 상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지에서 상기 부하로 상기 고출력모드에 비해 상대적으로 낮은 저출력 전력을 공급하는 저출력모드를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 드론의 이착륙시 또는 초기기동시에는 연료전지로부터 저출력모드로 전력을 공급하고, 드론의 비행시에는 연료전지로부터 고출력모드로 전력을 공급함으로써, 전력 운용효율을 향상할 수 있다. The present invention relates to a power control system and method for a fuel cell, a fuel cell generating power and including a cathode terminal and an anode terminal at an output terminal, and a control module controlling power supply between the fuel cell and a load consuming power. and a high-output mode disposed in the control module and supplying high-output power from the fuel cell to the load, and disposed in the control module and relatively low-output power compared to the high-output mode from the fuel cell to the load. According to the present invention, power is supplied from the fuel cell in the low power mode during takeoff and landing or initial startup of the drone, and power is supplied from the fuel cell in the high power mode during the flight of the drone. By supplying it, power management efficiency can be improved.

Figure R1020200092452
Figure R1020200092452

Description

연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법{POWER CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR FUEL CELL}Power control system and method of fuel cell {POWER CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드론과 같은 부하에 공급하는 전력의 운용효율을 향상시킨 연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a power control system and method for a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell power control system and method for improving operation efficiency of power supplied to a load such as a drone.

드론(drone)은 사람이 탑승하지 않은 무인항공기를 총칭하는 용어이다. 대체로 무선전파에 의해 조종되는 드론은 처음에는 공군기, 고사포 또는 미사일의 요격 연습용으로 군사적으로 사용되었다. A drone is a general term for unmanned aerial vehicles without a human on board. Drones, largely controlled by radio waves, were initially used militarily to practice intercepting air planes, antiaircraft guns, or missiles.

점차 무선기술이 발달함에 따라 단순히 요격 연습용뿐만 아니라 군용 정찰기, 각종 무기를 장착하여 표적시설 파괴용으로 사용되기에 이르렀다. As wireless technology gradually developed, it was used not only for simple interception practice, but also for destroying target facilities equipped with military reconnaissance aircraft and various weapons.

공격용 드론을 보면 대체로 전투기와 유사한 형상을 하고 있다. 프로펠러 대신에 일반 전투기와 같이 몸체의 중간부위에 양측방향으로 배치되는 한 쌍의 대형 양력 날개와 드론의 방향을 제어하는 한 쌍의 꼬리 날개가 배치되는 형태를 가진다. If you look at attack drones, they generally have a shape similar to a fighter jet. Instead of a propeller, it has a form in which a pair of large lifting wings disposed in the middle of the body in both directions, and a pair of tail wings that control the direction of the drone, like a general fighter jet.

물론 공격용 드론 중에서 멀티콥터와 같이 복수개의 프로펠러가 방사방향으로 배치되며 자유로운 방향으로 기동하는 형태도 있다. Of course, among attack drones, there are also forms in which multiple propellers are arranged in a radial direction, such as a multicopter, and maneuver in a free direction.

이러한 날개 형태 또는 멀티콥터 형태의 드론은 정찰 또는 폭탄투하 등과 같은 목적으로 사용되고 있다. Drones in the form of wings or multicopters are used for purposes such as reconnaissance or dropping bombs.

드론의 활용도는 보다 확대되고 있다. 소형 드론을 개발하여 레저용으로 사용하고 있고, 드론 조종 경진 대회가 열릴 정도로 드론의 대중화는 점차 확대되는 추세이다. 그리고 배송업계에서도 드론을 이용하여 주문받은 상품을 수송하는 배송메카니즘을 계획 및 실행하고 있다. The use of drones is expanding. Small drones have been developed and used for leisure, and the popularization of drones is gradually expanding to the extent that drone piloting contests are held. In addition, the delivery industry is also planning and implementing a delivery mechanism that transports ordered products using drones.

이러한 추세에 발맞춰 세계 각국의 주요 기업들은 드론 관련 산업을 유망 신사업으로 보고 투자활동 및 기술개발에 매진하고 있다. In line with this trend, major companies around the world are focusing on investment activities and technology development, considering the drone-related industry as a promising new business.

한편, 최근에는 드론의 경량화 및 페이로드값 향상, 장시간 비행이 가능하도록 드론의 연료로 사용할 수 있는 에너지원에 대한 연구가 활발하다.On the other hand, in recent years, studies on energy sources that can be used as fuel for drones to reduce the weight of drones, improve payload values, and enable long-term flight have been actively conducted.

기존에는 일반 배터리, 리듐 배터리 등을 사용하였는데, 에너지 저장능력이 높지 않아 드론의 장시간 비행에는 적합하지 않다. 이에 따라 최근 드론의 전력원으로 연료전지를 적용하는 연구가 활발해지고 있다. In the past, general batteries and lithium batteries were used, but their energy storage capacity is not high, so they are not suitable for long-term flight of drones. Accordingly, research on the application of fuel cells as a power source for drones has recently been actively pursued.

이는 연료전지 파워팩(Fuel Cell Power Pack)이라고 불리며, 드론에 장착하여 전력원으로서의 기능을 할 수 있다. 이러한 연료전지 파워팩이 장착됨으로써, 드론의 비행시간은 늘었으며, 연료전지가 무게에 비해 높은 출력을 내므로, 드론의 페이로드값 향상에도 도움을 주게 된다. This is called a fuel cell power pack, and it can function as a power source by attaching it to a drone. By installing such a fuel cell power pack, the flight time of the drone is increased, and since the fuel cell generates a high output compared to its weight, it helps to improve the payload value of the drone.

다만, 드론에 전력을 공급하는 연료전지 파워팩의 전력운용을 효율적으로 향상하는 방법은 당해 기술분야의 지속적인 주제이다. However, how to efficiently improve the power management of a fuel cell power pack that supplies power to a drone is a continuing topic in the art.

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 드론과 같은 부하에 공급하는 전력의 운용효율을 향상시킨 연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention was made to solve the problems in the related art as described above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power control system and method that improves the operational efficiency of power supplied to a load such as a drone. is in

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지의 전력 제어 시스템에 관한 것으로, 전력을 발생하고 출력단에 캐소드 단자와 애노드 단자를 포함하는 연료전지; 상기 연료전지와 전력을 소비하는 부하간에 전력 공급을 제어하는 제어모듈; 상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지에서 상기 부하로 고출력 전력을 공급하는 고출력모드; 및 상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지에서 상기 부하로 상기 고출력모드에 비해 상대적으로 낮은 저출력 전력을 공급하는 저출력모드;를 포함할 수 있다. The present invention for achieving the above objects relates to a power control system for a fuel cell, comprising: a fuel cell generating power and including a cathode terminal and an anode terminal at an output terminal; a control module for controlling power supply between the fuel cell and a load consuming power; a high power mode disposed in the control module and supplying high power power from the fuel cell to the load; and a low power mode disposed in the control module and supplying a relatively low power output compared to the high power mode to the load from the fuel cell.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고출력모드는 상기 연료전지와 상기 부하가 회로적으로 직접 연결될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, in the high power mode, the fuel cell and the load may be directly connected in a circuit.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 저출력모드에서는 상기 연료전지와 상기 부하 사이에 출력을 변환하는 컨버터부;가 연결되고, 상기 컨버터부는 상기 연료전지에서 발생된 고전압을 저전압으로 변환하여 상기 부하로 공급할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, in the low power mode, a converter unit for converting output between the fuel cell and the load is connected, and the converter unit converts the high voltage generated in the fuel cell into a low voltage and supplies it to the load. can

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지와 병렬적으로 상기 부하에 전력을 공급하는 배터리;를 더 포함할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, a battery disposed in the control module and supplying power to the load in parallel with the fuel cell; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지의 상태를 검출하는 상태검출부;를 더 포함하되, 상기 상태검출부는 적어도 상기 연료전지의 전류값, 전압값, 온도값을 검출할 수 있다. In addition, the embodiment of the present invention further includes a; state detection unit connected to the fuel cell and detecting a state of the fuel cell, wherein the state detection unit detects at least a current value, a voltage value, and a temperature value of the fuel cell. can do.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 상태검출부는, 상기 연료전지의 전류상태를 측정하는 전류센서; 상기 연료전지의 전압상태를 측정하는 전압센서; 상기 연료전지의 현재 온도를 측정하여 상기 연료전지의 적정온도범위내 작동여부를 측정하는 온도센서;를 포함할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the state detection unit may include a current sensor for measuring a current state of the fuel cell; a voltage sensor for measuring a voltage state of the fuel cell; A temperature sensor for measuring whether the fuel cell is operating within an appropriate temperature range by measuring the current temperature of the fuel cell.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되며 배치되는 단락부;를 더 포함할 수 있다. Further, the embodiment of the present invention may further include a short circuit disposed in the control module and connected between the cathode terminal and the anode terminal of the fuel cell.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 단락부는, 상기 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되는 단락스위치; 및 상기 단락스위치와 상기 캐소드 단자간에 연결되고, 상기 캐소드 단자와 애노드 단자간의 단락에 따라 상기 연료전지에 역전위 현상이 발생하여 열화가 발생하는 것을 방지하도록 제공되는 단락저항;을 포함할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the shorting unit may include a shorting switch connected between the cathode terminal and the anode terminal of the fuel cell; and a short-circuit resistor connected between the short-circuit switch and the cathode terminal and provided to prevent deterioration due to a reverse potential occurring in the fuel cell due to a short circuit between the cathode terminal and the anode terminal.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 상태검출부의 전류센서 및 전압센서가 측정하고 계산된 상기 연료전지의 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 단락부가 작동되며 상기 캐소드 단자와 상기 애노드 단자를 단락시킬 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, when the actual measured power value of the fuel cell measured and calculated by the current sensor and the voltage sensor of the state detection unit is smaller than a preset power Ref value, the short circuit unit is operated and the cathode terminal and the The anode terminal can be short-circuited.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 단락부가 작동되면, 상기 연료전지에 전류 펄스가 인가되어 상기 연료전지 표면의 산화물이 제거되고, 상기 연료전지의 내부에 수화영역이 형성될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, when the short circuit is operated, a current pulse is applied to the fuel cell to remove oxides on the surface of the fuel cell, and a hydration region may be formed inside the fuel cell.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 연료전지는 복수개가 배치되고, 상기 복수개의 연료전지에 형성된 캐소드 단자와 애노드 단자에 각각 복수개의 단락부가 연결될 수 있다. Further, in an embodiment of the present invention, a plurality of fuel cells may be disposed, and a plurality of short-circuit units may be connected to cathode terminals and anode terminals formed in the plurality of fuel cells, respectively.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수개의 단락부는 동시에 작동하지 않을 수 있다. Also, in an embodiment of the present invention, the plurality of short-circuiting units may not operate simultaneously.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수개의 연료전지 중 일부에 대한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 일부의 연료전지에 각각 연결된 일부의 단락부만 작동할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, when the actual measured power value of some of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value, only some of the short-circuiting units respectively connected to the some of the fuel cells may operate.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수개의 연료전지에 대해 각각 측정한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 복수개의 연료전지와 연결된 상기 복수개의 단락부 중 가장 작은 실 측정 전력값이 계산된 어느 하나의 연료전지와 연결된 어느 하나의 단락부부터 순차적으로 작동할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, when the actual measured power value measured for each of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value, the smallest actual measured power among the plurality of short circuits connected to the plurality of fuel cells. It can be operated sequentially from any one short circuit connected to any one fuel cell whose value is calculated.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 연료전지는 복수개가 제공되고, 상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자는 각각 복수개의 스위치와 연결되고, 상기 복수개의 스위치에 의해 상기 복수개의 연료전지의 작동여부가 개별적으로 제어될 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, a plurality of fuel cells are provided, cathode terminals of the plurality of fuel cells are respectively connected to a plurality of switches, and operation of the plurality of fuel cells is individually controlled by the plurality of switches. can be controlled with

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 컨버터부는 상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자와 각각 연결되는 복수개의 컨버터를 포함할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the converter unit may include a plurality of converters respectively connected to cathode terminals of the plurality of fuel cells.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수개의 컨버터 중 일부는 상위 컨버터가 되고, 나머지 일부는 하위 컨버터가 되며, 상기 상위 컨버터와 상기 상위 컨버터는 서로 컨버터 연결라인으로 연결될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, some of the plurality of converters become upper converters, and the remaining parts become lower converters, and the upper converters and the upper converters may be connected to each other through a converter connection line.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 컨버터부는 상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자들과 각각 일체로 연결되는 단일컨버터일 수 있다.Further, in an embodiment of the present invention, the converter unit may be a single converter integrally connected to the cathode terminals of the plurality of fuel cells.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 부하는 드론이고, 상기 저출력모드는 드론의 이착륙시 또는 초기 기동시 동작하고, 상기 고출력모드는 드론의 비행시 동작할 수 있다. Further, in an embodiment of the present invention, the load may be a drone, the low power mode may be operated during take-off and landing of the drone or initial start-up, and the high power mode may be operated during flight of the drone.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시, 연료전지에 과부하가 발생하여 전압 드롭이 발생하는 경우, 상기 배터리를 통해 병렬적으로 전력을 공급할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, when a voltage drop occurs due to an overload of a fuel cell during flight of a drone that supplies power to the drone in the high power mode, power can be supplied in parallel through the battery.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시, 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 저출력모드를 수행하여, 상기 컨버터부가 상기 연료전지의 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, when the battery is charged during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode, the low power mode is performed, and the converter unit converts the power of the fuel cell to the battery can be charged.

본 발명은 연료전지의 전력 제어 방법에 관한 것으로, 출력단에 캐소드 단자와 애노드 단자를 포함하는 연료전지와, 상기 연료전지와 전력을 소비하는 부하간에 전력 공급을 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에 배치되고 상기 연료전지와 상기 부하를 회로적으로 직접 연결하는 고출력모드와, 상기 제어모듈에 배치되고 컨버터부를 통해 상기 연료전지의 고전압을 저전압으로 변환하여 상기 고출력모드에 비해 상대적으로 낮은 저출력 전력을 상기 부하로 공급하는 저출력모드와, 상기 제어모듈에 배치되고 상기 연료전지와 병렬적으로 상기 부하에 전력을 공급하는 배터리를 포함하는 연료전지의 전력 제어 시스템을 이용한 연료전지의 전력 제어 방법일 수 있다.The present invention relates to a power control method of a fuel cell, which includes a fuel cell including a cathode terminal and an anode terminal at an output terminal, a control module for controlling power supply between the fuel cell and a load consuming power, and the control module and a high power mode in which the fuel cell and the load are directly connected in a circuit manner, and a high power mode disposed in the control module and converting the high voltage of the fuel cell into a low voltage through a converter to obtain relatively low output power compared to the high power mode. A power control method of a fuel cell using a power control system of a fuel cell including a low power mode supplying power to a load and a battery disposed in the control module and supplying power to the load in parallel with the fuel cell.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 부하는 드론이고, 상기 저출력모드는 드론의 이착륙시, 초기 기동시 또는 대기상태시 동작하고, 상기 고출력모드는 드론의 비행시 동작할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the load is a drone, the low power mode is operated during takeoff and landing of the drone, initial start-up or standby state, and the high power mode may be operated during flight of the drone.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시 연료전지에 과부하가 발생하여 전압 드롭이 발생하는 경우, 상기 배터리를 통해 병렬적으로 전력을 공급할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, when a voltage drop occurs due to an overload of the fuel cell during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode, power can be supplied in parallel through the battery.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 저출력모드를 수행하여 상기 컨버터부가 상기 연료전지의 전압을 변환하여 상기 배터리를 충전할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, when the battery is charged during flight of a drone that supplies power to the drone in the high power mode, the converter unit converts the voltage of the fuel cell to charge the battery by performing the low power mode. can do.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 연료전지의 전력 제어 시스템은, 상기 제어모듈에 배치되고 상기 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되며 배치되는 단락부를 더 포함하고, 상기 연료전지의 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 단락부가 작동되며 상기 캐소드 단자와 상기 애노드 단자를 단락시킬 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the power control system of the fuel cell further includes a short circuit disposed in the control module and connected between a cathode terminal and an anode terminal of the fuel cell, and the actual measured power of the fuel cell. When the value is less than the preset power Ref value, the short circuit unit is operated and the cathode terminal and the anode terminal may be shorted.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 연료전지의 전력 제어 시스템은, 상기 복수개의 연료전지를 포함하고, 상기 복수개의 연료전지에 형성된 캐소드 단자와 애노드 단자에 각각 복수개의 단락부가 연결되되, 상기 복수개의 단락부는 동시에 작동하지 않도록 구성될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the power control system of the fuel cell includes the plurality of fuel cells, and a plurality of short-circuiting parts are connected to cathode terminals and anode terminals formed in the plurality of fuel cells, respectively. The short circuits may be configured so that they do not operate simultaneously.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수개의 연료전지 중 일부에 대한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 일부의 연료전지에 각각 연결된 일부의 단락부만 작동하도록 구성될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, when the actual measured power value of some of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value, only some of the short-circuits connected to the some of the fuel cells may be configured to operate. .

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 복수개의 연료전지에 대해 각각 측정한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 복수개의 연료전지와 연결된 상기 복수개의 단락부 중 가장 작은 실 측정 전력값이 계산된 어느 하나의 연료전지와 연결된 어느 하나의 단락부부터 순차적으로 작동하도록 구성될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, when the actual measured power value measured for each of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value, the smallest actual measured power among the plurality of short circuits connected to the plurality of fuel cells. It may be configured to operate sequentially from any one short circuit connected to any one fuel cell whose value is calculated.

본 발명에 따르면, 드론의 이착륙시 또는 초기기동시에는 연료전지로부터 저출력모드로 전력을 공급하고, 드론의 비행시에는 연료전지로부터 고출력모드로 전력을 공급하도록 하였다. 또한, 상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시, 연료전지에 과부하가 발생하여 전압 드롭이 발생하는 경우, 상기 배터리를 통해 병렬적으로 전력을 공급하도록 하였다. 그리고, 상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시, 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 저출력모드를 수행하여, 상기 컨버터부가 상기 연료전지의 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전하도록 하였다. 상기와 같은 전력 운용 방식을 적용하여 전반적인 전력 운용의 효율을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, power is supplied from the fuel cell in a low power mode during takeoff and landing or initial startup of the drone, and power is supplied from the fuel cell in a high power mode during the flight of the drone. In addition, when a voltage drop occurs due to an overload of the fuel cell during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode, power is supplied in parallel through the battery. In addition, when the battery is charged during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode, the low power mode is performed so that the converter unit converts power of the fuel cell to charge the battery. By applying the power management method as described above, overall power management efficiency can be improved.

또한 본 발명에 따르면, 드론의 비행 중에도 실시간으로 연료전지의 전류 및 전압을 측정하여 연료전지의 전력 발생 상태를 파악하고, 그 상태에 따라 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자를 단락시켜 연료전지에 전류 펄스가 인가되도록 함으로써, 연료전지를 재활성화하여 연료전지의 성능 유지 및 향상을 도모할 수 있다. In addition, according to the present invention, the power generation state of the fuel cell is determined by measuring the current and voltage of the fuel cell in real time even during the flight of the drone, and the cathode and anode terminals of the fuel cell are shorted according to the state to generate current in the fuel cell. By applying the pulse, the fuel cell can be reactivated to maintain and improve the performance of the fuel cell.

도 1은 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 고출력모드와 저출력모드의 전력 흐름을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템의 전력운용과 드론의 작동관계를 그래프로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 연료전지에 과부하가 발생하여 전압 드롭(voltage drop)시 연료전지의 고출력모드와 함께 배터리를 통한 전력 공급을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 연료전지의 전력을 컨버터에서 변환하여 배터리를 충전하는 전력 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 도 1에 개시된 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 컨버터부의 다른 형태를 나타낸 도면.
도 7은 도 1에 개시된 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 컨버터부의 또 다른 형태를 나타낸 도면.1 is a diagram showing a power control system of a fuel cell according to the present invention;
2 is a diagram showing power flow in a high power mode and a low power mode in the power control system of a fuel cell according to the present invention;
3 is a graph showing the relationship between power management of a power control system of a fuel cell according to the present invention and operation of a drone;
4 is a view showing power supply through a battery together with a high power mode of a fuel cell when a voltage drop occurs due to an overload in the fuel cell in the power control system of the fuel cell according to the present invention;
5 is a diagram illustrating a flow of power in which power of a fuel cell is converted in a converter to charge a battery in a power control system for a fuel cell according to the present invention;
6 is a view showing another form of a converter unit in the power control system for a fuel cell according to the present invention disclosed in FIG. 1;
7 is a view showing another form of a converter unit in the power control system of a fuel cell according to the present invention disclosed in FIG. 1;

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell power control system and method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템을 나타낸 도면이다. 1 is a diagram showing a power control system of a fuel cell according to the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템은 연료전지(10), 제어모듈(P), 상태검출부(100), 단락부(40), 고출력모드(F1), 저출력모드(F2), 배터리(80) 및 컨버터부(30)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the power control system of a fuel cell according to the present invention includes a fuel cell 10, a control module (P), a state detection unit 100, a short circuit unit 40, a high power mode (F1), and a low power mode (F2). , It may be configured to include a battery 80 and a converter unit 30.

상기 연료전지(10)는 복수개의 스택이 적층되어 구성되고, 각 스택에서 수소와 산소의 전기화학반응으로 전력을 생산하며, 출력단에는 캐소드 단자(+)와 애노드 단자(-)를 포함할 수 있다. 통상 연료전지는 메인보드(main board)의 입력단과 연결된다. 따라서 연료전지의 출력단에 포함되는 구성인 캐소드 단자(+)와 애노드 단지(-)는 시스템상에서는 메인보드의 입력단에 연결될 수 있다. The fuel cell 10 is configured by stacking a plurality of stacks, generates electric power through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in each stack, and may include a cathode terminal (+) and an anode terminal (-) at an output terminal. . Typically, the fuel cell is connected to an input terminal of a main board. Therefore, the cathode terminal (+) and the anode terminal (-), which are components included in the output terminal of the fuel cell, may be connected to the input terminal of the main board in the system.

상기 제어모듈(P)은 상기 연료전지(10)와 전력을 소비하는 부하(90)간에 전력 공급을 제어할 수 있다. 상기 제어모듈(P)은 운용자가 소프트웨어를 사용하여 제어할 수 있는 콘트롤러 보드(controller board)일 수 있다.The control module P may control power supply between the fuel cell 10 and the load 90 consuming power. The control module (P) may be a controller board (controller board) that the operator can control using software.

본 발명에서 부하(90)는 각종 전력 소비 장치일 수 있으나, 특히 드론일 수 있다. 본 발명에서 이하 설명하는 제어 구조는 드론에 적용할 수 있도록 소형 및 경량화를 기본적으로 고려한 것이다. In the present invention, the load 90 may be various power consuming devices, but may be a drone in particular. The control structure described below in the present invention basically considers compactness and light weight so that it can be applied to drones.

다음 상기 상태검출부(100)는 상기 연료전지(10)와 연결되고, 상기 연료전지(10)의 상태를 검출할 수 있다. 이러한 상기 상태검출부(100)는 적어도 상기 연료전지(10)의 전류값, 전압값, 온도값을 검출하는 기능을 수행할 수 있다. Next, the state detector 100 is connected to the fuel cell 10 and can detect the state of the fuel cell 10 . The state detector 100 may perform a function of detecting at least a current value, a voltage value, and a temperature value of the fuel cell 10 .

구체적으로 상기 상태검출부(100)는 전류센서, 전압센서, 온도센서를 포함하여 구성될 수 있다. Specifically, the state detection unit 100 may include a current sensor, a voltage sensor, and a temperature sensor.

상기 전류센서는 상기 연료전지(10)의 전류상태를 측정하고, 상기 전압센서는 상기 연료전지(10)의 전압상태를 측정하며, 상기 온도센서는 상기 연료전지(10)의 현재 온도를 측정하여 연료전지(10)의 적정온도범위내 작동여부를 측정한다. The current sensor measures the current state of the fuel cell 10, the voltage sensor measures the voltage state of the fuel cell 10, and the temperature sensor measures the current temperature of the fuel cell 10. Whether or not the fuel cell 10 operates within an appropriate temperature range is measured.

특히 구체적으로 상기 전류센서는 상기 연료전지(10)의 전류값을 측정할 수 있으며, 상기 전압센서는 상기 연료전지(10)의 전압값을 측정할 수 있다. In particular, the current sensor may measure the current value of the fuel cell 10 , and the voltage sensor may measure the voltage value of the fuel cell 10 .

본 발명에서는 전류와 전압의 관계를 그래프로 표현한 I-V 커브를 적용하는데, 상기 전류센서 및 상기 전압센서에서 측정한 값을 통해 연료전지(10)의 실 전력값을 계산한다.In the present invention, an I-V curve representing the relationship between current and voltage as a graph is applied, and the actual power value of the fuel cell 10 is calculated through the values measured by the current sensor and the voltage sensor.

다른 실시예에서는 상기 전류센서 및 상기 전압센서가 제어모듈(P)의 내부에 배치되고, 상기 연료전지(10)와 회로적으로 연결되어, 연료전지(10)에서 부하(90)로 전달되는 실 전력값을 측정할 수 있다. In another embodiment, the current sensor and the voltage sensor are disposed inside the control module P, are connected to the fuel cell 10 in a circuit, and are transmitted from the fuel cell 10 to the load 90. power can be measured.

다음 상기 단락부(40)는 상기 제어모듈(P)에 배치되고, 상기 연료전지(10)의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되며 배치될 수 있다. Next, the short-circuiting unit 40 may be disposed in the control module P and connected between the cathode terminal and the anode terminal of the fuel cell 10 .

본 발명에서 상기 단락부는 단락스위치 및 단락저항을 포함할 수 있다. In the present invention, the shorting unit may include a shorting switch and a shorting resistor.

상기 단락스위치는 상기 연료전지(10)의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결될 수 있으며, 상기 단락저항은 상기 단락스위치와 상기 캐소드 단자간에 연결될 수 있다. The shorting switch may be connected between the cathode terminal and the anode terminal of the fuel cell 10, and the shorting resistor may be connected between the shorting switch and the cathode terminal.

본 발명의 실시예에서는 상기 단락부(40)는 전계 효과 트랜지스터(FET ; Field Effect Transister)일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the short-circuiting unit 40 may be a field effect transistor (FET).

전계 효과 트랜지스터(FET)는 디지털 신호를 통해 간편하게 동작 시킬 수 있으며 반응 속도가 빠르기 때문에 연료전지(10)를 단락시키는 시간을 정확하게 제어할 수 있다. The field effect transistor (FET) can be easily operated through a digital signal and has a fast reaction speed, so that the short-circuiting time of the fuel cell 10 can be accurately controlled.

한편, 본 발명의 실시예에서는 도 1을 참고하면, 상기 연료전지(10)는 복수개가 제어모듈(P)에 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 복수개의 연료전지에 형성된 캐소드 단자와 애노드 단자에 각각 복수개의 단락부가 연결될 수 있다. Meanwhile, in the embodiment of the present invention, referring to FIG. 1 , a plurality of fuel cells 10 may be connected to the control module P. Accordingly, a plurality of short-circuiting units may be connected to the cathode terminal and the anode terminal formed in the plurality of fuel cells, respectively.

도 1에서는 2개의 연료전지가 연결되고, 2개의 단락부가 장착되는데, 이는 예시적인 것이고, 더 많은 연료전지와 단락부가 배치될 수 있다. In FIG. 1 , two fuel cells are connected and two short-circuits are mounted, which is exemplary, and more fuel cells and short-circuits may be arranged.

도 1에서 2개의 연료전지는 각각 제1 연료전지(11) 및 제2 연료전지(12)로 지칭한다. 그리고 2개의 단락부는 제1 단락부(41) 및 제2 단락부(45)로 지칭한다. 따라서 제1 단락부(41)는 제1 단락스위치(43) 및 제1 단락저항(42)을 포함하고, 제2 단락부(45)는 제2 단락스위치(47) 및 제2 단락저항(46)을 포함한다. 각각 모두 전계 효과 트랜지스터(FET ; Field Effect Transister)일 수 있다. In FIG. 1, two fuel cells are referred to as a first fuel cell 11 and a second fuel cell 12, respectively. And the two short-circuit parts are referred to as a first short-circuit part 41 and a second short-circuit part 45 . Therefore, the first short-circuiting portion 41 includes the first short-circuit switch 43 and the first short-circuit resistor 42, and the second short-circuit portion 45 includes the second short-circuit switch 47 and the second short-circuit resistor 46. ). Each may be a field effect transistor (FET).

상기 단락부(40)의 기본 동작을 설명하면, 다음과 같다.The basic operation of the shorting unit 40 is described as follows.

본 발명에서 상기 단락부(40)는 수시로 작동되는 것이 아니라, 특정 조건하에서 작동되게 된다. In the present invention, the short-circuiting portion 40 is not frequently operated, but operated under specific conditions.

우선 상태검출부(100)를 구성하는 전류센서와 전압센서에서 연료전지(10)의 전류 및 전압을 측정하고, 이를 I-V 커브를 통한 소프트웨어를 이용하여 실 전력값을 계산한다. First, the current and voltage of the fuel cell 10 are measured by the current sensor and the voltage sensor constituting the state detector 100, and an actual power value is calculated using software through an I-V curve.

여기서 측정된 상기 연료전지(10)의 실 전력값과 기 설정된 전력 Ref 값을 비교하게 된다. 만약 상기 연료전지(10)의 실 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 이는 연료전지(10)의 표면에 백금(Pt) 촉매가 산화되어 표면에 산화물이 과도하여 수소와 산소의 반응면적이 감소하여 전력이 감소한 것일 수 있다. Here, the measured actual power value of the fuel cell 10 is compared with the preset power Ref value. If the actual power value of the fuel cell 10 is smaller than the preset power Ref value, this means that the platinum (Pt) catalyst on the surface of the fuel cell 10 is oxidized and the oxide is excessive on the surface, resulting in a reaction area between hydrogen and oxygen. This decrease may result in a decrease in power.

또는 드론에 적용되는 공냉식 연료전지의 경우, 과도한 건조(dry) 현상으로 인해 적정 습도가 형성되지 않아, 연료전지에서 반응력이 떨어짐에 따라 전력이 감소한 것일 수 있다. Alternatively, in the case of an air-cooled fuel cell applied to a drone, an appropriate humidity may not be formed due to excessive dryness, and power may decrease as the reaction force decreases in the fuel cell.

이렇듯, 상기 연료전지의 실 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우에는 전력 생산의 문제가 발생하게 되며, 이때에는 연료전지 표면의 산화물을 제거하거나 또는 연료전지의 내부에 수화영역을 형성하여 건조현상을 완화함으로써, 수소와 산소의 반응력을 높일 필요가 있다. 반응력이 높아지면 연료전지의 전력 생산량은 다시 원래 상태로 복원되거나 또는 보다 향상될 수 있다.As such, when the actual power value of the fuel cell is smaller than the preset power Ref value, a problem occurs in power generation. By alleviating the phenomenon, it is necessary to increase the reaction force between hydrogen and oxygen. When the reaction force increases, the power output of the fuel cell can be restored to its original state or can be further improved.

이러한 목적 달성을 위해, 상기 연료전지(10)의 실 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 단락부(40)가 작동되며 상기 캐소드 단자(+)와 상기 애노드 단자(-)를 단락시킨다.To achieve this purpose, when the actual power value of the fuel cell 10 is smaller than the preset power Ref value, the short circuit unit 40 is operated and shorts the cathode terminal (+) and the anode terminal (-). let it

상기 단락부(40)가 작동되면, 캐소드 단자(+)와 애노드 단자(-)가 순간적으로 단락됨에 따라, 상기 연료전지(10)에 고전류의 부하(90), 즉 전류 펄스가 인가되어 상기 연료전지(10) 표면의 산화물이 제거되고, 상기 연료전지(10)의 내부에 수화영역이 형성되는 효과가 나타난다.When the short-circuiting unit 40 is operated, the cathode terminal (+) and the anode terminal (-) are momentarily shorted, so that a high-current load 90, that is, a current pulse, is applied to the fuel cell 10 and the fuel cell 10 is short-circuited. The oxide on the surface of the cell 10 is removed, and a hydration region is formed inside the fuel cell 10.

결과적으로는 연료전지(10)를 구성하는 스택 표면의 산화물이 제거됨으로써, 수소와 산소의 반응영역이 회복되거나 또는 보다 넓어져 연료전지(10)의 출력이 회복되거나 또는 보다 향상될 수 있다. As a result, as the oxides on the surface of the stack constituting the fuel cell 10 are removed, the reaction area of hydrogen and oxygen is restored or wider, so that the output of the fuel cell 10 can be restored or further improved.

그리고 공랭식 연료전지의 경우, 막 전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly) 및 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)에 수화영역이 발생하여 건조현상을 완화할 수 있다. 이 또한 수소와 산소의 반응 습도조건이 조성되어 반응력이 회복되어 연료전지의 출력을 회복하거나 또는 보다 향상할 수 있다. In addition, in the case of an air-cooled fuel cell, a hydration region is generated in a Membrane Electrode Assembly (MEA) and a Gas Diffusion Layer (GDL), so that the drying phenomenon can be alleviated. In addition, the reaction humidity condition of hydrogen and oxygen is created, and the reaction force is restored, so that the output of the fuel cell can be restored or further improved.

본 발명의 실시예에서는 단락부(40)의 작동으로 연료전지(10)가 재활성화를 수행하는 때에는 배터리(80)가 부하(90)에 전력을 공급하여 전력 공백을 방지할 수 있다. 특히 드론의 경우 비행 중에 단락부(40)가 작동하는 경우, 추락의 위험이 있으므로, 이때 배터리(80)가 보조전원의 기능을 하며 전력을 공급하여 연료전지(10)가 재활성화되는 시간동안 드론의 안정적인 비행이 유지되도록 한다. In an embodiment of the present invention, when the fuel cell 10 is reactivated by the operation of the short circuit 40, the battery 80 supplies power to the load 90 to prevent a power vacuum. In particular, in the case of a drone, there is a risk of a fall if the short circuit 40 operates during flight. At this time, the battery 80 functions as an auxiliary power supply and supplies power to the drone for a time during which the fuel cell 10 is reactivated. to maintain stable flight.

상기 단락부(40)의 전류 펄스 발생 방식에 대해 보충 설명하면, 상기 단락부(40)로 전계 효과 트랜지스터(FET)를 사용하여 연료전지(10)를 단락시키며, 이에 따라 약 270A의 고전류가 발생하고, 연료전지(10)의 전압은 0V로 떨어진다. Supplementally explaining the current pulse generating method of the shorting unit 40, the fuel cell 10 is short-circuited using a field effect transistor (FET) as the shorting unit 40, and thus a high current of about 270A is generated. and the voltage of the fuel cell 10 drops to 0V.

해당 동작은 약 0.1초 동안 이루어지며, 스택 전압은 0.05초 이후에 완전히 회복 된다. 즉 전계 효과 트랜지스터(FET)를 사용하여 전류 펄스를 발생하고 연료전지(10)가 정상 상태를 회복하는데까지 총 0.15초가 소요된다. The operation takes about 0.1 second, and the stack voltage is fully recovered after 0.05 second. That is, it takes a total of 0.15 seconds until a current pulse is generated using a field effect transistor (FET) and the fuel cell 10 recovers a normal state.

기존 외부 로드를 사용하는 방식인 경우, 전류펄스의 발생 및 전압회복까지 약 5초가 소모되는 것과 비교해 매우 짧은 시간에 이루어 진다. 즉 연료전지(10)를 다시 활성화시키는 시간을 휠씬 단축할 수 있다.In the case of the existing method using an external load, it takes about 5 seconds to generate the current pulse and recover the voltage, but it takes a very short time. That is, the time for re-activating the fuel cell 10 can be significantly reduced.

하지만, 연료전지(10)를 단락시킴으로써 발생하는 전류는 연료전지(10)의 성능에 따라 최대 330A까지 발생한다. 300A 이상의 전류는 연료전지(10)의 역전위를 일으켜 열화를 야기한다. However, the current generated by shorting the fuel cell 10 is generated up to 330 A depending on the performance of the fuel cell 10 . A current of 300 A or more causes the reverse potential of the fuel cell 10 to cause deterioration.

이에 따라, 단락시 연료전지(10)에 발생하는 전류를 억제하기 위하여 전계 효과 트랜지스터(FET)에 상기 단락저항을 추가하여 최대로 발생할 수 있는 전류의 제한을 두어 열화가 발생하지 않도록 하였다. Accordingly, in order to suppress the current generated in the fuel cell 10 during a short circuit, the short circuit resistor is added to the field effect transistor (FET) to limit the maximum current that can be generated so that deterioration does not occur.

그리고, 연료전지의 성능을 확인하는 방법, 즉 실 측정 전력값을 산출하는 방법에 대해 보충 설명하면, 연료전지는 부하(90)에 따라 전압값 및 전류값이 변하는 특성이 있기 때문에 이를 활용할 수 있다. 성능이 우수하거나 평균 성능 이상의 연료전지를 대상으로 부하(90)에 따른 전압 및 전류를 측정하고 데이터를 만든다. 이를 사용하여 전력을 구할 수 있다(P = V*I). 이후 전압과 전류의 관계식을 만들면 측정되는 전력값을 활용하여 예상되는 전력값(Ref)을 예측할 수 있다. Further, a method for confirming the performance of the fuel cell, that is, a method for calculating the actual measured power value will be supplementarily described. Since the fuel cell has a characteristic in which the voltage value and the current value change depending on the load 90, this can be utilized. . The voltage and current according to the load 90 are measured and data are created for fuel cells with excellent performance or above average performance. You can use this to find the power (P = V*I). Then, when a relational expression between voltage and current is created, an expected power value (Ref) can be predicted using the measured power value.

또한 전압센서 및 전류센서로 전압 및 전류를 측정하여, 실제 측정되는 전력값을 구한 뒤 예상 전력값(Ref)과 비교를 하여, 예상 전력값(Ref) 보다 측정 전력값이 비슷하거나 큰 경우 연료전지 성능이 양호하다고 판단하며, 전류 펄스 동작을 생략한다. 반대로 측정된 전력값이 예상 전력값(Ref) 보다 적을 경우 연료전지의 성능이 나쁘다고 판단하며 전류 펄스 동작을 수행한다.In addition, by measuring the voltage and current with a voltage sensor and a current sensor, the actual measured power value is obtained and compared with the expected power value (Ref), and if the measured power value is similar to or greater than the expected power value (Ref), fuel cell It is judged that the performance is good, and the current pulse operation is omitted. Conversely, if the measured power value is less than the expected power value (Ref), it is determined that the performance of the fuel cell is poor and the current pulse operation is performed.

상기 단락부(40)의 추가적인 운용방식은 다음과 같다.An additional operating method of the shorting unit 40 is as follows.

상기 복수개의 단락부는 동시에 작동하지 않는다. The plurality of short-circuits do not operate simultaneously.

구체적으로 상기 복수개의 연료전지 중 일부에 대한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 일부의 연료전지에 각각 연결된 일부의 단락부만 작동할 수 있다. Specifically, when the actual measured power value of some of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value, only some of the short-circuit units respectively connected to the some of the fuel cells may operate.

예를 들어, 도 1을 참고하면, 2개의 연료전지(11,12)가 회로적으로 연결되어 있다. For example, referring to FIG. 1 , two fuel cells 11 and 12 are circuit-connected.

(도 1에 개시된 실시예는 설명의 편의를 위한 것이고, 설계사양에 따라서는 더 많은 복수개의 연료전지가 회로적으로 연결될 수 있다. 즉 도 1에 개시된 연료전지의 개수에 한정될 필요가 없다.) (The embodiment disclosed in FIG. 1 is for convenience of explanation, and depending on design specifications, a plurality of fuel cells may be circuit-connected. That is, there is no need to be limited to the number of fuel cells disclosed in FIG. 1. )

만약 제1 연료전지(11)에 대해 측정한 실 전력값은 기 설정된 전력 Ref 값보다 작고, 제2 연료전지(12)에 대해 측정한 실 전력값은 기 설정된 전력 Ref 값보다 큰 경우, 상기 제1 단락부(41)는 작동하여 제1 연료전지(11)에 전류 펄스를 인가하고, 수화영역이 형성되도록 할 수 있다. If the actual power value measured for the first fuel cell 11 is smaller than the preset power Ref value and the actual power value measured for the second fuel cell 12 is greater than the preset power Ref value, the The first short circuit 41 may operate to apply a current pulse to the first fuel cell 11 and form a hydration region.

이때 상기 제2 단락부(45)는 작동하지 않으며, 상기 제1 연료전지(11)가 재활성화를 수행하는 동안, 지속적으로 부하(90)에 전력을 공급할 수 있다. At this time, the second short circuit 45 does not operate, and power can be continuously supplied to the load 90 while the first fuel cell 11 reactivates.

만약 부하(90)에 대한 전력 수급이 부족하다면, 배터리(80)에서 병렬적으로 전력을 공급할 수 있다. If the supply of power to the load 90 is insufficient, the battery 80 may supply power in parallel.

다른 제어방식으로는, 상기 복수개의 연료전지에 대해 각각 측정한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 복수개의 연료전지와 연결된 상기 복수개의 단락부 중 가장 작은 실 측정 전력값이 계산된 어느 하나의 연료전지와 연결된 어느 하나의 단락부부터 순차적으로 작동할 수 있다. In another control method, when the actual measured power value measured for each of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value, the smallest actual measured power value among the plurality of short circuits connected to the plurality of fuel cells It can operate sequentially from any one short-circuit connected to any one calculated fuel cell.

예를 들어, 도 1을 참고하면, 2개의 연료전지(11,12)가 회로적으로 연결되어 있다. For example, referring to FIG. 1 , two fuel cells 11 and 12 are circuit-connected.

만약 제1 연료전지(11)에 대해 측정한 실 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작고, 제2 연료전지(12)에 대해 측정한 실 전력값도 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우인데, 상기 제1 연료전지(11)에 대해 측정한 실 전력값이 상기 제2 연료전지(12)에 대해 측정한 실 전력값보다 상대적으로 작은 경우, 상기 제1 연료전지(11)에 대해 우선적으로 재활성화가 필요할 것이다. If the actual power value measured for the first fuel cell 11 is smaller than the preset power Ref value and the actual power value measured for the second fuel cell 12 is also smaller than the preset power Ref value, the When the actual power value measured for the first fuel cell 11 is relatively smaller than the actual power value measured for the second fuel cell 12, the first fuel cell 11 is preferentially reactivated. will need

이에 따라 상기 제1 단락부(41)가 우선적으로 작동하여 제1 연료전지(11)에 전류 펄스를 인가하고, 수화영역이 형성되도록 한다. Accordingly, the first short circuit 41 operates preferentially to apply a current pulse to the first fuel cell 11 and form a hydration region.

이때 상기 제2 단락부(45)는 작동하지 않으며, 상기 제1 연료전지(11)가 재활성화를 수행하는 동안, 지속적으로 부하(90)에 전력을 공급할 수 있다. At this time, the second short circuit 45 does not operate, and power can be continuously supplied to the load 90 while the first fuel cell 11 reactivates.

만약 부하(90)에 대한 전력 수급이 부족하다면, 배터리(80)에서 병렬적으로 전력을 공급할 수 있다. If the supply of power to the load 90 is insufficient, the battery 80 may supply power in parallel.

이후에 상기 제1 연료전지(11)에 대한 재활성화가 끝나면, 상기 제2 단락부(45)가 다음으로 작동하여 제2 연료전지(12)에 전류 펄스를 인가하고, 수화영역이 형성되도록 한다. After that, when the re-activation of the first fuel cell 11 is completed, the second short circuit 45 operates next to apply a current pulse to the second fuel cell 12 so that a hydration region is formed. .

이때 재활성화를 마친 상기 제1 연료전지(11)가 부하(90)에 전력을 공급할 수 있다. 만약 부하(90)에 대한 전력 수급이 부족하다면, 배터리(80)에서 병렬적으로 전력을 공급할 수 있다.At this time, the reactivated first fuel cell 11 may supply power to the load 90 . If the supply of power to the load 90 is insufficient, the battery 80 may supply power in parallel.

만약, 연료전지가 더 많다면, 상술한 방식으로 순차적으로 전류 펄스 인가를 수행함으로써, 부하(90)(특히 드론)로 공급되는 전력 수급이 원활하게 유지되도록 할 수 있다.If there are more fuel cells, power supply and demand supplied to the load 90 (particularly drones) can be smoothly maintained by sequentially applying current pulses in the above-described manner.

다음으로, 상기 고출력모드(F1)는 상기 제어모듈(P)에 배치되고, 상기 연료전지(10)에서 상기 부하(90)로 고출력 전력을 공급하는 제어모드일 수 있다. Next, the high output mode F1 may be a control mode disposed in the control module P and supplying high output power from the fuel cell 10 to the load 90 .

여기서 고출력의 의미는 저출력에 대해 상대적으로 높은 전력을 전달한다는 의미이다. Here, the meaning of high power means that relatively high power is delivered for low power.

도 1을 참고하면, 상기 제1,2 연료전지(11,12)는 상기 고출력모드(F1)에는 회로상으로 부하(90)에 직접 연결되어 있다. 이에 따라 상기 제1,2 연료전지(11,12)의 출력이 변환없이 그대로 부하(90)로 전달될 수 있다. 이 경우 높은 전력이 드론에 전달되는 상태가 된다. Referring to FIG. 1 , the first and second fuel cells 11 and 12 are directly connected to a load 90 in a circuit form in the high power mode F1. Accordingly, the outputs of the first and second fuel cells 11 and 12 may be transmitted to the load 90 without conversion. In this case, high power is delivered to the drone.

상기 제1,2 연료전지(11,12)와 상기 부하(90)사이에는 제1,2 전류센서(51,52)가 배치될 수 있다. 본 발명에서 전류센서는 CT센서(Current Transformer sensor)일 수 있다. First and second current sensors 51 and 52 may be disposed between the first and second fuel cells 11 and 12 and the load 90 . In the present invention, the current sensor may be a CT sensor (Current Transformer sensor).

본 발명에서 사용되는 전류센서는 기본적으로 절연되어 있고, 홀센서를 이용한 전류 측정 방식일 수 있으며, 고전력 계통의 전류를 측정하는데 사용될 수 있다. 즉 본 발명의 실시예에서는 제1,2 연료전지(11,12)의 고전류를 측정하는 목적으로 회로상에 구성될 수 있다. The current sensor used in the present invention is basically insulated, may be a current measurement method using a hall sensor, and may be used to measure current of a high power system. That is, in the embodiment of the present invention, it can be configured on the circuit for the purpose of measuring the high current of the first and second fuel cells 11 and 12 .

한편, 부하(90)와 연결된 회로상에도 제4 전류센서(54)가 배치될 수 있다. Meanwhile, a fourth current sensor 54 may also be disposed on a circuit connected to the load 90 .

다음 상기 제1,2 연료전지(11,12)와 상기 부하(90)사이에는 제1,2 다이오드(61,62)가 배치될 수 있다.Next, first and second diodes 61 and 62 may be disposed between the first and second fuel cells 11 and 12 and the load 90 .

일반적으로 다이오드는 전류가 일 방향으로 흐르도록 하기 위한 목적으로 회로에 배치하는데, 본 발명의 실시예에서 사용되는 상기 제1,2 다이오드(61,62)는 배터리(80)의 전압 및 전류가 연료전지(10)에 영향을 주지 못하도록 하기 위한 목적으로 배치될 수 있다. In general, diodes are placed in a circuit for the purpose of allowing current to flow in one direction. The first and second diodes 61 and 62 used in the embodiment of the present invention are used to supply voltage and current of the battery 80 to fuel It may be arranged for the purpose of not affecting the battery 10 .

다음 상기 제1,2 연료전지(11,12)와 상기 부하(90)사이에는 제2,4 스위치(72,74)가 배치될 수 있으며, 이는 공급하는 전력을 조정하는 운용 조건 또는 어느 하나의 오작동과 같은 특정 상태에 따라 제1 연료전지(11)만을 사용하고자 하는 경우에는 제4 스위치(74)를 개방하고, 제2 연료전지(12)만을 사용하고자 하는 경우에는 제2 스위치(72)를 개방한다.Next, second and fourth switches 72 and 74 may be disposed between the first and second fuel cells 11 and 12 and the load 90, which is an operating condition for adjusting supplied power or any one When only the first fuel cell 11 is to be used according to a specific condition such as a malfunction, the fourth switch 74 is opened, and when only the second fuel cell 12 is to be used, the second switch 72 is turned on. open up

만약 부하(90)에서 높은 전력이 요구되는 경우에는 제2,4 스위치(72,74)를 모두 닫아 제1,2 연료전지(11,12)에서 부하(90)로 높은 전력이 공급되도록 할 수 있다. If high power is required from the load 90, both the second and fourth switches 72 and 74 are closed so that high power can be supplied from the first and second fuel cells 11 and 12 to the load 90. have.

한편, 상기 고출력모드(F1)에서는 제1,2,3 제너다이오드(66,67,68)가 배치될 수 있다. Meanwhile, in the high power mode F1, the first, second and third zener diodes 66, 67 and 68 may be disposed.

여기서 제너다이오드(Zener diode)는 다이오드의 일종으로 정전압 다이오드라고도 하며, 정방향에서는 일반 다이오드와 동일한 특성을 보이지만 역방향으로 전압을 걸면 특정 전압(항복 전압 혹은 제너 전압)에서 역방향 전류가 흐르는 소자이다. 그리고 제너다이오드(또는 TVS)는 일정 전압 이상의 상승을 억제하기 위해 사용될 수 있다. Here, a Zener diode is a type of diode, also called a constant voltage diode. In the forward direction, it has the same characteristics as a general diode, but when a voltage is applied in the reverse direction, a reverse current flows at a specific voltage (breakdown voltage or Zener voltage). Also, a zener diode (or TVS) may be used to suppress an increase in voltage above a certain level.

다음으로, 상기 저출력모드(F2)는 상기 제어모듈(P)에 배치되고, 상기 연료전지(10)에서 상기 부하(90)로 상기 고출력모드(F1)에 비해 상대적으로 낮은 저출력 전력을 공급하는 제어모드일 수 있다. Next, the low power mode (F2) is disposed in the control module (P), and controls to supply relatively low low output power compared to the high power mode (F1) from the fuel cell 10 to the load 90. can be a mod

상기 저출력모드(F2)에서는 상기 연료전지(10)와 상기 부하(90) 사이에 출력을 변환하는 컨버터부(30)가 연결되고, 상기 컨버터부(30)는 상기 연료전지(10)에서 발생된 고전압을 저전압으로 변환하여 상기 부하(90)로 공급하도록 구성될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 컨버터부(30)는 DC-DC converter 일 수 있다. In the low power mode (F2), a converter unit 30 for converting output is connected between the fuel cell 10 and the load 90, and the converter unit 30 converts the power generated by the fuel cell 10. It may be configured to convert high voltage to low voltage and supply it to the load 90 . The converter unit 30 used in the present invention may be a DC-DC converter.

그리고 상기 배터리(80)는 전력을 충전 및 저장하고, 연료전지(10)와 함께 부하(90)에 전력을 보조적 또는 병렬적으로 공급할 수 있다. 상기 배터리(80)와 연결된 회로상에도 제3 전류센서(53)가 배치될 수 있다. In addition, the battery 80 may charge and store power, and supply power to the load 90 along with the fuel cell 10 auxiliaryly or in parallel. A third current sensor 53 may also be disposed on a circuit connected to the battery 80 .

상기 컨버터부(30)는 상기 연료전지(10)의 전력을 변환하여 상기 배터리(80)에 공급하여 상기 배터리(80)를 충전할 수 있다. The converter unit 30 may convert power of the fuel cell 10 and supply the converted power to the battery 80 to charge the battery 80 .

상기 제1,2 연료전지(11,12)와 상기 컨버터부(30)사이에는 제1,3 스위치(71,73)가 배치될 수 있으며, 이는 공급하는 전력을 조정하는 운용 조건 또는 어느 하나의 오작동과 같은 특정 상태에 따라 제1 연료전지(11)만을 사용하고자 하는 경우에는 제1 스위치(71)를 개방하고, 제2 연료전지(12)만을 사용하고자 하는 경우에는 제3 스위치(73)를 개방한다.First and third switches 71 and 73 may be disposed between the first and second fuel cells 11 and 12 and the converter unit 30, which is used to control operating conditions or any one of power supplied. When only the first fuel cell 11 is to be used according to a specific condition such as a malfunction, the first switch 71 is opened, and when only the second fuel cell 12 is to be used, the third switch 73 is turned on. open up

그리고 상기 컨버터부(30)와 상기 부하(90) 또는 상기 배터리(80)사이에는 제3 다이오드(63)가 배치될 수 있으며, 제3 다이오드(63)는 정류기로서, 컨버터부(30)에서 변환된 전류가 일방향, 즉 역류하지 않고 부하(90) 또는 배터리(80) 방향으로 흐를 수 있도록 한다. A third diode 63 may be disposed between the converter unit 30 and the load 90 or the battery 80, and the third diode 63 is a rectifier and is converted in the converter unit 30. This allows the current to flow in one direction, that is, in the direction of the load 90 or the battery 80 without reverse flow.

추가적으로 상기 컨버터부(30) 및 상기 배터리(80)와 상기 부하(90)사의 회로상에는 제5,6 스위치(75,76)가 배치되어 전류 공급을 제어할 수 있으며, 역시 제5 전류센서(55)가 배치될 수 있다. 또한 전류의 정방향 흐름을 위해 제4 다이오드(64)가 배치될 수 있다. Additionally, fifth and sixth switches 75 and 76 are disposed on circuits between the converter unit 30, the battery 80, and the load 90 to control current supply, and also a fifth current sensor 55 ) can be placed. Also, a fourth diode 64 may be disposed for forward flow of current.

한편, 도 1에서 상기 컨버터부(30)는 복수개가 배치될 수 있으며, 복수개의 컨버터는 복수개의 연료전지와 회로적으로 연결될 수 있다. 도 1에서는 2개의 컨버터를 제시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, in FIG. 1 , a plurality of converter units 30 may be disposed, and the plurality of converters may be connected to a plurality of fuel cells in a circuit manner. 1 shows two converters, but is not limited thereto.

그리고, 연료전지 파워팩은 부하(90), 특히 드론에 장착되어 운용되는 것이므로, 각종 음극은 케이스 접지로 연결될 수 있다. In addition, since the fuel cell power pack is installed and operated in the load 90, in particular, the drone, various cathodes can be connected to the case ground.

본 발명인 연료전지 파워팩의 전력변환 시스템의 기본 제어구조는 상술한 바와 같다. 이하에서는 각 도면을 통해 전력 변환 및 운용 방식에 대해 설명하도록 한다. The basic control structure of the power conversion system of the fuel cell power pack according to the present invention is as described above. Hereinafter, a power conversion and operation method will be described through each drawing.

도 2는 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 고출력모드(F1)와 저출력모드(F2)의 전력 흐름을 나타낸 도면이다. 그리고 도 3은 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템의 전력운용과 드론의 작동관계를 그래프로 나타낸 도면이다. 2 is a diagram showing power flow in a high power mode (F1) and a low power mode (F2) in the power control system of a fuel cell according to the present invention. 3 is a graph showing the relationship between power management of the fuel cell power control system of the present invention and operation of a drone.

우선 도 2를 참고하면, A 경로의 경우 저출력모드(F2)로 전력을 공급하는 모드일 수 있다. 그리고 B 경로의 경우 고출력모드(F1)로 전력을 공급하는 모드일 수 있다. 고출력모드(F1)는 저출력모드(F2)보다 상대적으로 높은 전력을 공급한다는 의미이며, 반대로 저출력모드(F2)는 고출력모드(F1)보다 상대적으로 낮은 전력을 공급한다는 의미이므로, 서로 상대값이다.First, referring to FIG. 2 , in the case of path A, power may be supplied in a low power mode (F2). And, in the case of the B path, it may be a mode for supplying power in the high output mode (F1). The high power mode (F1) means to supply relatively higher power than the low power mode (F2), and conversely, the low power mode (F2) means to supply relatively lower power than the high power mode (F1), so they are relative values.

도 3을 참고하면, I-V CURVE 그래프가 게시되어 있다. I-V CURVE 는 연료전지(10)에서 측정한 전류 및 전압을 기본으로 하여 나타낸 전력 그래프이다. Referring to FIG. 3, an I-V CURVE graph is posted. I-V CURVE is a power graph shown based on the current and voltage measured by the fuel cell 10 .

본 발명의 부하(90)가 드론으로 가정하였을 때, A 경로 운전영역(A)은 드론의 이착륙시 및 초기 기동시 전력 상태 그래프를 나타낸다. 또는 드론의 시동 후에 비행전까지의 '대기상태'에서의 전력 상태 그래프를 나타낼 수 있다. 그리고 B 경로 운전영역(B)은 드론이 비행 중 전력 상태 그래프를 나타낸다. When the load 90 of the present invention is assumed to be a drone, the A route operation area A represents a power state graph during takeoff and landing of the drone and initial startup. Alternatively, a power state graph in a 'standby state' from start-up of the drone to before flight may be indicated. And, the B-path operating area (B) represents a power state graph during flight of the drone.

드론의 초기 기동의 의미는 드론이 이륙 후에 특정 방향으로 움직이기 전의 공중에 떠 있는 상태를 의미할 수 있으며, 드론의 비행 기동의 의미는 특정 방향으로 본격적으로 이동하는 상태를 의미할 수 있다. The initial maneuver of a drone may refer to a state in which the drone is suspended in the air before moving in a specific direction after take-off, and the meaning of the drone's flight maneuver may refer to a state of full-scale movement in a specific direction.

처음 운용자가 컨트롤러를 통해 드론의 이륙신호를 송신하면, 제어모듈(P)은 A 경로 전력 공급을 수행하게 된다. 이 때 드론은 이륙 및 초기 기동을 준비하는 상태가 된다.When the operator first transmits the take-off signal of the drone through the controller, the control module P supplies power to the A path. At this time, the drone is in a state of preparing for takeoff and initial maneuver.

이에 따라 제2,4 스위치(72,74)는 열리게 되고, 제1,3,6 스위치(71,73,76)는 닫힌다. 제1,2 연료전지(11,12)에서 전력이 제1,2 컨버터(31,32)로 공급된다. 제1,2 컨버터(31,32)에서는 연료전지(10)의 전력을 변환하여 상대적으로 저출력 상태로 만든다. 저출력모드(F2)를 수행한 것이고, 변환된 전력은 드론으로 공급되고 드론은 이륙을 하게 된다. Accordingly, the second and fourth switches 72 and 74 are opened, and the first, third and sixth switches 71, 73 and 76 are closed. Power is supplied from the first and second fuel cells 11 and 12 to the first and second converters 31 and 32 . The first and second converters 31 and 32 convert the power of the fuel cell 10 into a relatively low output state. The low power mode (F2) is performed, and the converted power is supplied to the drone and the drone takes off.

다음 드론이 이륙하고 이제 비행 기동을 시작하면, 제어모듈(P)은 자동적으로 B 경로 전력 공급을 수행하게 된다. When the next drone takes off and now starts flight maneuvering, the control module (P) automatically performs the B-path power supply.

이에 따라 제1,3 스위치(71,73)는 열리게 되고, 제2,4 스위치(72,74)는 닫힌다. 제6 스위치(76)는 배터리(80)로부터 전력 공급을 받는 경우가 발생할 수 있으므로, 닫힌 상태를 유지한다. 이제 제1,2 연료전지(11,12)에서 전력은 B 경로를 따라 드론으로 바로 공급된다. 제1,2 컨버터(31,32)에서 전력이 변환되지 않았으므로, 고출력 상태의 전력이 드론에 공급되고, 드론의 비행 기동간에 충분한 전력이 공급되게 된다. Accordingly, the first and third switches 71 and 73 are opened, and the second and fourth switches 72 and 74 are closed. Since the sixth switch 76 may receive power from the battery 80, it remains closed. Now, power from the first and second fuel cells 11 and 12 is directly supplied to the drone along route B. Since the power is not converted in the first and second converters 31 and 32, power in a high output state is supplied to the drone, and sufficient power is supplied during flight operation of the drone.

여기서 도 3에 개시된 B 경로 운전영역(B)에는 전력 갭 영역(X)과 실제 비행 가능영역(Y)이 도시되어 있다. 전력 갭 영역(X)은 드론의 이륙시 필요한 전력과 드론의 비행 기동시 필요한 전력간에 전력 차이가 있으며, A 경로에서 B 경로로 전력 운용 전환을 할 때, 전력 차이만큼이 높아져야 안정적인 기동이 가능해짐을 나타낸다. Here, a power gap area X and an actual flightable area Y are shown in the B-path driving area B disclosed in FIG. 3 . In the power gap area (X), there is a power difference between the power required for drone take-off and the power required for drone flight start-up. indicates

즉 제어모듈(P)에서 B 경로의 고출력 전력을 공급하면, 일정 시점이후에 드론의 이륙시 필요한 전력값과 드론의 비행 기동시 필요한 전력값간의 전력 차이를 채우고, 드론의 실제 기동 비행에 필요한 전력에 도달한다. 즉 실제 비행 가능영역(Y)의 고출력 전력값까지 도달하는 것이다. That is, if the control module (P) supplies the high output power of the B path, after a certain point in time, the difference between the power value required for take-off and the power value required for drone flight is filled, and the power required for actual startup flight of the drone is filled. reach That is, it reaches the high output power value of the actual flight area (Y).

이제, 드론의 비행 기동이 끝나고, 목적지점에 착륙할 때 및 착륙 후 대기상태에 있을 때에는, 제어모듈(P)은 다시 A 경로 전력 공급을 수행하게 된다. Now, when the flight maneuver of the drone is finished, when it lands at the destination point, and when it is in a standby state after landing, the control module P supplies power to the A path again.

이에 따라 제2,4 스위치(72,74)는 열리게 되고, 제1,3 스위치(71,73)는 닫힌다. 제6 스위치(76)는 닫힌 상태로 있다. 이후 제1,2 연료전지(11,12)에서 전력이 제1,2 컨버터(31,32)로 공급된다. 제1,2 컨버터(31,32)에서는 연료전지(10)의 전력을 변환하여 상대적으로 저출력 상태로 만든다. 저출력모드(F2)를 수행한 것이고, 변환된 전력은 드론으로 공급되고 드론은 착륙을 하게 된다. Accordingly, the second and fourth switches 72 and 74 are opened, and the first and third switches 71 and 73 are closed. The sixth switch 76 remains closed. Thereafter, power is supplied from the first and second fuel cells 11 and 12 to the first and second converters 31 and 32 . The first and second converters 31 and 32 convert the power of the fuel cell 10 into a relatively low output state. The low power mode (F2) is performed, and the converted power is supplied to the drone and the drone lands.

상기와 같이, 본 발명은 드론의 이착륙시 또는 초기 기동시에는 A 경로의 저출력모드(F2)로 저전력을 공급하고, 드론의 비행 기동시에는 B 경로의 고출력모드(F1)로 고전력을 공급하도록 제어함으로써, 전력 운용 효율을 높일 수 있는 기술적 특징이 있다. As described above, the present invention controls to supply low power to the low power mode (F2) of the A path during take-off and landing or initial startup of the drone, and to supply high power to the high power mode (F1) of the B path when the drone starts flying. By doing so, there are technical features that can increase power management efficiency.

다음으로, 도 4는 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 연료전지(10)에 과부하가 발생하여 전압 드롭(voltage drop)시 연료전지(10)의 고출력모드(F1)와 함께 배터리(80)를 통한 전력 공급을 나타낸 도면이다. Next, FIG. 4 shows the battery 80 together with the high power mode F1 of the fuel cell 10 when a voltage drop occurs due to an overload in the fuel cell 10 in the power control system of the fuel cell according to the present invention. It is a diagram showing power supply through.

드론의 비행 기동간에 특정 상황이 놓여 연료전지(10)에 과부하가 발생하는 상황에 직면할 수 있다. 연료전지(10)에 과부하가 발생하면, 연료전지 스택의 전압이 떨어지게 되는 전압 드롭(voltage drop)이 발생하게 된다. 순간적으로 전압이 급격하게 떨어지게 되면, B 경로의 고출력모드(F1)를 통한 전력 공급이 원활하지 않게 된다. A situation in which an overload occurs in the fuel cell 10 may be encountered in a specific situation between the flight maneuvers of the drone. When an overload occurs in the fuel cell 10, a voltage drop in which the voltage of the fuel cell stack drops occurs. When the voltage suddenly drops momentarily, power supply through the high output mode F1 of the B path is not smooth.

이 경우 제어모듈(P)은 제6 스위치(76)를 닫아 배터리(80)의 전류가 제4 다이오드(64)를 통과한 후 드론으로 공급되도록 한다(C 경로). 이 경우 배터리(80)는 저장된 전력이 드론으로 공급되므로 서서히 방전된다. In this case, the control module P closes the sixth switch 76 so that the current of the battery 80 is supplied to the drone after passing through the fourth diode 64 (C path). In this case, the battery 80 is gradually discharged because the stored power is supplied to the drone.

즉, 본 발명에서는 드론의 비행 기동 중 연료전지(10)에 과부하가 발생한 경우에는, 고출력모드(F1)를 통한 전력 공급을 계속하면서 동시에 부족한 전력은 배터리(80)를 통해 병렬적으로 공급함으로써, 비상 상황에서도 드론의 비행 기동간에 전력을 안정적으로 공급할 수 있도록 한 것이다. That is, in the present invention, when an overload occurs in the fuel cell 10 during the flight maneuver of the drone, power supply is continued through the high power mode (F1) and at the same time insufficient power is supplied in parallel through the battery 80, Even in emergency situations, power can be supplied stably between drone flight maneuvers.

다음으로, 도 5는 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 드론의 비행시 연료전지(10)의 전력을 컨버터부(30)에서 변환하여 배터리(80)를 충전하는 전력 흐름을 나타낸 도면이다. Next, FIG. 5 is a diagram showing a flow of power for charging the battery 80 by converting the power of the fuel cell 10 in the converter unit 30 when the drone flies in the fuel cell power control system according to the present invention.

도 5을 참고하면, 운용자는 제어기(20)를 통해 배터리(80) 충전 제어 및 배터리(80)로 전류가 제대로 흐르고 있는지를 검출할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the operator can control the charging of the battery 80 through the controller 20 and detect whether or not current flows properly into the battery 80 .

본 발명에서는 배터리(80) 충전을 위해 제1,3 스위치(71,73)를 닫고 컨버터부(30)로 연료전지(10)의 전력이 공급되도록 한다. 컨버터부(30)에서 변환된 전력은 D 경로를 따라 흐르며 배터리(80)를 충전한다. 상기 제어기(20)는 배터리(80) 충전 신호라인(21)을 통해 컨버터부(30)에 배터리(80) 충전 신호를 송출할 수 있으며, 전류 검출 신호라인(22)을 통해 배터리(80)의 충전 상태를 수신할 수 있다. In the present invention, in order to charge the battery 80, the first and third switches 71 and 73 are closed and the power of the fuel cell 10 is supplied to the converter unit 30. The power converted by the converter unit 30 flows along the D path and charges the battery 80 . The controller 20 may transmit a battery 80 charging signal to the converter unit 30 through the battery 80 charging signal line 21 and transmit the battery 80 charging signal through the current detection signal line 22. Receive charge status.

본 발명에서 배터리(80)의 충전은 저출력모드(F2)를 활용하여 컨버터에서 전력 변환 후 수행하게 된다. In the present invention, charging of the battery 80 is performed after power conversion in the converter using the low power mode (F2).

즉, 드론의 비행시 배터리(80)의 충전은 A 경로의 저출력모드(F2)를 활용할 수 있다. 배터리(80)의 충전시에는 전압이 상승하게 되므로 이에 대응하고, 충전시에 과도한 충전 전류 발생을 방지하기 위해 컨버터부(30)를 이용해야 한다. 따라서 컨버터부(30)가 배치된 A 경로의 저출력모드(F2)를 활용하는 것이다. That is, the low power mode (F2) of path A can be used to charge the battery 80 during flight of the drone. Since the voltage rises when the battery 80 is charged, the converter unit 30 must be used to respond to this and prevent excessive charging current from being generated during charging. Therefore, the low power mode F2 of the path A in which the converter unit 30 is disposed is utilized.

즉 본 발명은 드론의 비행시에도 배터리(80) 충전이 가능하도록 A 경로의 저출력모드(F2)를 활용하는 제어방식을 적용하여 전력 운용을 효율적으로 할 수 있다. That is, the present invention can efficiently manage power by applying a control method utilizing the low power mode (F2) of the A path so that the battery 80 can be charged even when the drone is flying.

다음으로, 도 6은 도 1에 개시된 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 컨버터부(30)의 다른 형태를 나타낸 도면이다.Next, FIG. 6 is a view showing another form of the converter unit 30 in the power control system of the fuel cell according to the present invention disclosed in FIG. 1 .

도 6을 참고하면, 상기 컨버터부(30)는 제1 컨버터(31)가 상위 컨버터(master converter)가 제2 컨버터(32)가 하위 컨버터(slave converter)가 제1,2 컨버터(31,32)는 컨버터 연결라인(34)으로 회로적으로 연결되는 구조일 수 있다. 이러한 구조인 경우 제1 컨버터(31)가 주로 전력 변환을 수행하고, 설계 조건에 따라 제2 컨버터(32)가 보조적으로 전력 변환을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 6 , in the converter unit 30, the first converter 31 is a master converter, the second converter 32 is a slave converter, and the first and second converters 31 and 32 ) may have a structure that is connected circuitically to the converter connection line 34. In this structure, the first converter 31 may perform power conversion mainly, and the second converter 32 may perform power conversion auxiliaryly according to design conditions.

예컨대, 제1,2 연료전지(11,12)에서 송출되는 출력이 특정값 이하인 경우에는 상위 컨버터인 제1 컨버터(31)만 작동하여 전력 변환을 수행하고, 반대로 특정값을 초과하는 경우에는 제2 컨버터(32)가 초과 전력에 대해 전력 변환을 보조적으로 수행하는 작동방식이 적용될 수 있다. For example, when the output output from the first and second fuel cells 11 and 12 is below a specific value, only the first converter 31, which is an upper converter, operates to perform power conversion. An operation method in which the second converter 32 auxiliaryly converts power for excess power may be applied.

다음으로, 도 7은 도 1에 개시된 본 발명인 연료전지의 전력 제어 시스템에서 컨버터부(30)의 또 다른 형태를 나타낸 도면이다. Next, FIG. 7 is a view showing another form of the converter unit 30 in the power control system of the fuel cell according to the present invention disclosed in FIG. 1 .

도 7에 개시된 형태에서는 상기 컨버터부(30)는 상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자들과 각각 일체로 연결되는 단일컨버터(35)일 수 있다. In the form disclosed in FIG. 7 , the converter unit 30 may be a single converter 35 integrally connected to the cathode terminals of the plurality of fuel cells.

이상의 사항은 연료전지의 전력 제어 시스템 및 방법의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.The foregoing merely represents specific embodiments of a fuel cell power control system and method.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.Therefore, it should be noted that those skilled in the art can easily understand that the present invention can be substituted or modified in various forms without departing from the spirit of the present invention described in the claims below. do.

10:연료전지 11:제1 연료전지
12:제2 연료전지 20:제어기
21:배터리 충전 신호라인 22:전류 검출 신호라인
30:컨버터부 31:제1 컨버터
32:제2 컨버터 34:컨버터 연결라인
35:단일컨버터 40:단락부
41:제1 단락부 42:제1 단락저항
43:제1 단락스위치 45:제2 단락부
46:제2 단락저항 47:제2 단락스위치
51,52,53,54,55:제1,2,3,4,5 전류센서
61,62,63,64,65:제1,2,3,4,5 다이오드
66,67,68:제1,2,3 제너다이오드(zener diode)
71,72,73,74,75,76:제1,2,3,4,5,6 스위치
80:배터리 90:부하(드론)
100:상태검출부 P:제어모듈
F1:고출력모드 F2:저출력모드10: fuel cell 11: first fuel cell
12: second fuel cell 20: controller
21: battery charging signal line 22: current detection signal line
30: converter unit 31: first converter
32: second converter 34: converter connection line
35: single converter 40: short circuit
41: first short-circuit part 42: first short-circuit resistance
43: first short-circuit switch 45: second short-circuit
46: second short-circuit resistor 47: second short-circuit switch
51,52,53,54,55: 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th current sensor
61, 62, 63, 64, 65: 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th diode
66, 67, 68: first, second, third zener diodes
71, 72, 73, 74, 75, 76: 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th, 6th switches
80: battery 90: load (drone)
100: state detection unit P: control module
F1: High power mode F2: Low power mode

Claims (29)

전력을 발생하고 출력단에 캐소드 단자와 애노드 단자를 포함하는 연료전지;
상기 연료전지와 전력을 소비하는 부하간에 전력 공급을 제어하는 제어모듈;
상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지에서 상기 부하로 고출력 전력을 공급하는 고출력모드; 및
상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지에서 상기 부하로 상기 고출력모드에 비해 상대적으로 낮은 저출력 전력을 공급하는 저출력모드;
상기 연료전지와 연결되고, 상기 연료전지의 상태를 검출하는 상태검출부; 및
상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되며 배치되는 단락부;를 포함하고,
상기 상태검출부는,
상기 연료전지의 전류상태를 측정하는 전류센서; 및
상기 연료전지의 전압상태를 측정하는 전압센서; 를 포함하고,
상기 상태검출부의 전류센서 및 전압센서가 측정하고 계산된 상기 연료전지의 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 단락부가 작동되며 상기 캐소드 단자와 상기 애노드 단자를 단락시키는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
A fuel cell that generates power and includes a cathode terminal and an anode terminal at an output terminal;
a control module for controlling power supply between the fuel cell and a load consuming power;
a high power mode disposed in the control module and supplying high power power from the fuel cell to the load; and
a low power mode disposed in the control module and supplying relatively low output power compared to the high power mode to the load from the fuel cell;
a state detection unit connected to the fuel cell and detecting a state of the fuel cell; and
A short circuit disposed in the control module and connected between a cathode terminal and an anode terminal of the fuel cell,
The state detection unit,
a current sensor for measuring a current state of the fuel cell; and
a voltage sensor for measuring a voltage state of the fuel cell; including,
When the actual measured power value of the fuel cell measured and calculated by the current sensor and the voltage sensor of the state detector is smaller than a preset power Ref value, the short-circuiting unit is operated and short-circuits the cathode terminal and the anode terminal. A power control system of a fuel cell that does.
 제1항에 있어서,
상기 고출력모드는 상기 연료전지와 상기 부하가 회로적으로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 1,
In the high power mode, the fuel cell power control system is characterized in that the fuel cell and the load are directly connected in a circuit.
 제2항에 있어서,
상기 저출력모드에서는 상기 연료전지와 상기 부하 사이에 출력을 변환하는 컨버터부;가 연결되고, 상기 컨버터부는 상기 연료전지에서 발생된 고전압을 저전압으로 변환하여 상기 부하로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 2,
In the low power mode, a converter unit for converting output between the fuel cell and the load is connected, and the converter unit converts the high voltage generated in the fuel cell into a low voltage and supplies it to the load. power control system.
 제3항에 있어서,
상기 제어모듈에 배치되고, 상기 연료전지와 병렬적으로 상기 부하에 전력을 공급하는 배터리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 3,
The fuel cell power control system further comprising a battery disposed in the control module and supplying power to the load in parallel with the fuel cell.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단락부는,
상기 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되는 단락스위치; 및
상기 단락스위치와 상기 캐소드 단자간에 연결되고, 상기 캐소드 단자와 애노드 단자간의 단락에 따라 상기 연료전지에 역전위 현상이 발생하여 열화가 발생하는 것을 방지하도록 제공되는 단락저항;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 1,
The paragraph above,
a shorting switch connected between the cathode terminal and the anode terminal of the fuel cell; and
a short-circuit resistor connected between the short-circuit switch and the cathode terminal and provided to prevent deterioration due to a reverse potential occurring in the fuel cell due to a short circuit between the cathode terminal and the anode terminal;
A power control system for a fuel cell comprising a.
 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 단락부가 작동되면, 상기 연료전지에 전류 펄스가 인가되어 상기 연료전지 표면의 산화물이 제거되고, 상기 연료전지의 내부에 수화영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 8,
When the short circuit is operated, a current pulse is applied to the fuel cell to remove oxides on the surface of the fuel cell and form a hydration region inside the fuel cell.
 제10항에 있어서,
상기 연료전지는 복수개가 배치되고,
상기 복수개의 연료전지에 형성된 캐소드 단자와 애노드 단자에 각각 복수개의 단락부가 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 10,
A plurality of fuel cells are disposed,
A power control system for a fuel cell, characterized in that a plurality of short-circuiting parts are respectively connected to cathode terminals and anode terminals formed in the plurality of fuel cells.
 제11항에 있어서,
상기 복수개의 단락부는 동시에 작동하지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 11,
The power control system of a fuel cell, characterized in that the plurality of short-circuits do not operate simultaneously.
 제12항에 있어서,
상기 복수개의 연료전지 중 일부에 대한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우,
상기 일부의 연료전지에 각각 연결된 일부의 단락부만 작동하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 12,
When the actual measured power value of some of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value,
The power control system of a fuel cell, characterized in that only some of the short-circuiting parts respectively connected to the part of the fuel cell operate.
 제12항에 있어서,
상기 복수개의 연료전지에 대해 각각 측정한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우,
상기 복수개의 연료전지와 연결된 상기 복수개의 단락부 중 가장 작은 실 측정 전력값이 계산된 어느 하나의 연료전지와 연결된 어느 하나의 단락부부터 순차적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 12,
When the actual measured power value measured for each of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value,
The power control system of a fuel cell, characterized in that operating sequentially from any one short-circuit connected to any one fuel cell for which the lowest actual measured power value is calculated among the plurality of short-circuits connected to the plurality of fuel cells.
 제4항에 있어서,
상기 연료전지는 복수개가 제공되고,
상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자는 각각 복수개의 스위치와 연결되고,
상기 복수개의 스위치에 의해 상기 복수개의 연료전지의 작동여부가 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 4,
A plurality of fuel cells are provided,
Cathode terminals of the plurality of fuel cells are respectively connected to a plurality of switches,
The power control system of a fuel cell, characterized in that the operation of the plurality of fuel cells is individually controlled by the plurality of switches.
 제15항에 있어서,
상기 컨버터부는 상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자와 각각 연결되는 복수개의 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 15,
The power control system of a fuel cell, characterized in that the converter unit includes a plurality of converters respectively connected to cathode terminals of the plurality of fuel cells.
 제16항에 있어서,
상기 복수개의 컨버터 중 일부는 상위 컨버터가 되고, 나머지 일부는 하위 컨버터가 되며, 상기 상위 컨버터와 상기 상위 컨버터는 서로 컨버터 연결라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 16,
The power control system of a fuel cell, characterized in that some of the plurality of converters become upper converters, and the other portions become lower converters, and the upper converters and the upper converters are connected to each other through a converter connection line.
 제16항에 있어서,
상기 컨버터부는 상기 복수개의 연료전지의 캐소드 단자들과 각각 일체로 연결되는 단일컨버터인 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 16,
The power control system of a fuel cell, characterized in that the converter unit is a single converter integrally connected to the cathode terminals of the plurality of fuel cells.
 제4항에 있어서,
상기 부하는 드론이고,
상기 저출력모드는 드론의 이착륙시, 초기 기동시 또는 대기상태시 동작하고,
상기 고출력모드는 드론의 비행시 동작하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 4,
The load is a drone,
The low power mode operates during take-off and landing of the drone, initial start-up or standby state,
The power control system of the fuel cell, characterized in that the high power mode operates during flight of the drone.
 제19항에 있어서,
상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시, 연료전지에 과부하가 발생하여 전압 드롭이 발생하는 경우, 상기 배터리를 통해 병렬적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 19,
A fuel cell power control system characterized in that in parallel supplying power through the battery when a voltage drop occurs due to an overload of the fuel cell during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode. .
 제19항에 있어서,
상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시, 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 저출력모드를 수행하여, 상기 컨버터부가 상기 연료전지의 전력을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 시스템.
According to claim 19,
When the battery is charged during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode, the low power mode is performed, and the converter unit converts power of the fuel cell to charge the battery. Battery power control system.
 출력단에 캐소드 단자와 애노드 단자를 포함하는 연료전지와, 상기 연료전지와 전력을 소비하는 부하간에 전력 공급을 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에 배치되고 상기 연료전지와 상기 부하를 회로적으로 직접 연결하는 고출력모드와, 상기 제어모듈에 배치되고 컨버터부를 통해 상기 연료전지의 고전압을 저전압으로 변환하여 상기 고출력모드에 비해 상대적으로 낮은 저출력 전력을 상기 부하로 공급하는 저출력모드와, 상기 제어모듈에 배치되고 상기 연료전지와 병렬적으로 상기 부하에 전력을 공급하는 배터리를 포함하고,
상기 연료전지의 전력 제어 시스템은, 상기 제어모듈에 배치되고 상기 연료전지의 캐소드 단자와 애노드 단자간에 연결되며 배치되는 단락부를 더 포함하고,
상기 연료전지의 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우, 상기 단락부가 작동되며 상기 캐소드 단자와 상기 애노드 단자를 단락시키는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.
A fuel cell including a cathode terminal and an anode terminal at an output terminal, a control module for controlling power supply between the fuel cell and a load consuming power, and a control module disposed in the control module and directly connecting the fuel cell and the load in a circuit manner. A high power mode for connecting, a low power mode for converting the high voltage of the fuel cell into a low voltage through a converter and supplying relatively low output power to the load to the load, disposed in the control module, and disposed in the control module and a battery supplying power to the load in parallel with the fuel cell,
The power control system of the fuel cell further includes a short circuit disposed in the control module and connected between a cathode terminal and an anode terminal of the fuel cell,
The power control method of a fuel cell, characterized in that, when the actual measured power value of the fuel cell is smaller than the preset power Ref value, the short circuit unit is operated and shorts the cathode terminal and the anode terminal.
 제22항에 있어서,
상기 부하는 드론이고,
상기 저출력모드는 드론의 이착륙시, 초기 기동시 또는 대기상태시 동작하고,
상기 고출력모드는 드론의 비행시 동작하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.
The method of claim 22,
The load is a drone,
The low power mode operates during take-off and landing of the drone, initial start-up or standby state,
The power control method of the fuel cell, characterized in that the high power mode operates during flight of the drone.
 제23항에 있어서,
상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시 연료전지에 과부하가 발생하여 전압 드롭이 발생하는 경우, 상기 배터리를 통해 병렬적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.
According to claim 23,
Power control method of a fuel cell, characterized in that in parallel supplying power through the battery when a voltage drop occurs due to an overload in the fuel cell during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode.
 제23항에 있어서,
상기 고출력모드로 드론에 전력을 공급하는 드론의 비행시 상기 배터리를 충전하는 경우, 상기 저출력모드를 수행하여 상기 컨버터부가 상기 연료전지의 전압을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.
According to claim 23,
When the battery is charged during flight of the drone that supplies power to the drone in the high power mode, the converter unit converts the voltage of the fuel cell to charge the battery by performing the low power mode power control method.
 삭제delete 제22항에 있어서,
상기 연료전지의 전력 제어 시스템은, 복수개의 연료전지를 포함하고, 상기 복수개의 연료전지에 형성된 캐소드 단자와 애노드 단자에 각각 복수개의 단락부가 연결되되,
상기 복수개의 단락부는 동시에 작동하지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.
The method of claim 22,
The power control system of the fuel cell includes a plurality of fuel cells, and a plurality of short circuits are connected to cathode terminals and anode terminals formed in the plurality of fuel cells, respectively,
The power control method of a fuel cell, characterized in that the plurality of short circuits do not operate simultaneously.
 제27항에 있어서,
상기 복수개의 연료전지 중 일부에 대한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우,
상기 일부의 연료전지에 각각 연결된 일부의 단락부만 작동하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.
The method of claim 27,
When the actual measured power value of some of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value,
A method for controlling power of a fuel cell, characterized in that only some of the short-circuiting parts respectively connected to the some of the fuel cells operate.
 제27항에 있어서,
상기 복수개의 연료전지에 대해 각각 측정한 실 측정 전력값이 기 설정된 전력 Ref 값보다 작은 경우,
상기 복수개의 연료전지와 연결된 상기 복수개의 단락부 중 가장 작은 실 측정 전력값이 계산된 어느 하나의 연료전지와 연결된 어느 하나의 단락부부터 순차적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어 방법.





The method of claim 27,
When the actual measured power value measured for each of the plurality of fuel cells is smaller than the preset power Ref value,
The power control method of a fuel cell, characterized in that operating sequentially from any one short-circuit connected to any one fuel cell for which the lowest actual measured power value is calculated among the plurality of short-circuits connected to the plurality of fuel cells.
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