KR200234246Y1 - 직접형 메탄올 연료전지와 태양전지의 하이브리드 자동차 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양전지의 전기에너지와 직접형 메탄올 연료전지의 전기에너지를 배터리부에 연결한 하이브리드 자동차에 관한 것이다.

본 고안에서는 외부전원으로 미리 충전한 전기에너지에 의해 운행하고, 부족분을 태양전지로 운행을 하며, 태양전지만으로는 힘이 부족하거나, 밤이나 햇빛이 없는 날 등의, 조건이 나쁜 때에는 자동적으로 조절되어 연료전지에서 발생한 전기에너지에 의해 주행할 수 있는 교통수단을 제공한다.

본 고안에서는 단순한 경주용이나, 태양에너지의 일부를 자동차 내에서 약간 이용하는 수준이 아닌, 전폭적인 태양에너지 이용과 화석연료 감축을 필요로 하는 시대에 대비한 교통수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

태양전지에서 발생한 전기에너지와 직접형 메탄올 연료전지에서 발생한 전기에너지를 배터리에 연결한 하이브리드 자동차는 햇빛이 많이 비치는 날에는 주로 태양전지의 전기에너지를, 그렇지 않은 날에는 직접형 메탄올 연료전지의 전기에너지를 이용할 수 있다.

Description

직접형 메탄올 연료전지와 태양전지의 하이브리드 자동차{A hybrid automobile car of the direct methanol fuel cells and the solar cells}

본 고안은 태양전지의 전기에너지와 직접형 메탄올 연료전지의 전기에너지를 배터리부에 연결한 하이브리드 자동차에 관한 것이다.

태양전지 자동차는 호주 일본 유럽 등에서 경주차로 이용되고 있다. 또한 자동차에 태양전지판을 씌워 보조적으로 태양에너지를 이용하는 기술에 대해서는 여러 아이디어가 있다.

그러나 태양전지 동력과 직접형 메탄올 연료전지를 하이브리드로 이용하는 아이디어는 아직 없었다. 이는 태양전지가 특정 지역을 제외하고는 워낙 희박한 에너지를 이용하게 되고, 고비용이며, 무게 또한 무겁기 때문이다.

이제까지 태양전지 자동차는 가볍게 만들어 일조량이 풍부한 지역에서 경주에 사용하기 위한 것이었지, 아직 승용차나 다른 실용적인 교통수단을 위한 것은 아니었다.

태양전지 자동차는 결국 전기자동차에 태양전지판을 씌운 것인데, 전기자동차에 태양전지판을 씌우면 무게도 너무 많이 나가게 되며, 가격 또한 비싸게 된다. 특히 일부 일조량이 풍부한 지역이 아니라면 너무 비경제적이다.

태양전지 자체만 가진 승용차로 장거리를 운행하기에는 무리가 있다. 햇빛이 적은 날이나 밤에도 주행할 수 있어야 하는데, 축전지를 이용하는 전기자동차만으로는 제약이 많다. 충전하는데 시간이 많이 걸리고, 특히 날씨가 추운 날에는 축전지의 방전이 불안정해질 수도 있다.

한편 직접형 메탄올 연료전지차는 연료 비용이 비교적 저렴하여 개발의 가능성이 크다.

본 고안은 석유자원의 고갈과 지구 온난화 때문에 화석연료의 국제적인 사용제한 압력에 대비한 교통수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 태양전지의 무게도 아모르포스형 전지나, 내열성 플라스틱판 전지 등으로 나날이 경량화되고 있으며, 비용도 꾸준히 감소하고 있고 대량생산의 경우 현저하게 떨어질 수 있다.

지구 온난화에 대비한 탄소세 부과에 대한 국제적인 움직임 등으로 화석연료 사용에 대책이 시급하다.

본 고안에서는 외부전원으로 미리 충전한 전기에너지에 의해 운행하고, 부족분을 태양전지로 운행을 하며, 태양전지만으로는 힘이 부족하거나, 밤이나 햇빛이 없는 날 등의, 조건이 나쁜 때에는 자동적으로 조절되어 연료전지에서 발생한 전기에너지에 의해 주행할 수 있는 교통수단을 제공한다.

본 고안에서는 단순한 경주용이나, 태양에너지의 일부를 자동차 내에서 약간 이용하는 수준이 아닌, 전폭적인 태양에너지 이용과 화석연료 감축을 필요로 하는 시대에 대비한 교통수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

태양전지에서 발생한 전기에너지와 고체고분자형 연료전지(PEFC)에서 발생한 전기에너지를 배터리에 연결한 하이브리드 자동차는 햇빛이 많이 비치는 날에는 주로 태양전지의 전기에너지를, 그렇지 않은 날에는 직접형 메탄올 연료전지의 전기에너지를 이용할 수 있다.

본 고안의 직접형 메탄올 연료전지는 백금 전극의 비용과 탄산가스의 영향을 감소시키기 위하여 산성 전해액을 사용한다.

제 1도는 본 고안의 전체적인 불럭도이다.

제 2도는 배터리부 및 축전부속장치의 실시예이다.

〈 도면의 주요 기분에 대한 부호의 설명 〉

10: 태양전지 장치 11: 충전장치 및 스위칭부 30: 연료전지스텍

31: 충전장치 및 스위칭부 32: 냉각장치 33: 히터 34: 온도센서

37: 메탄올 통 38: 송풍장치

40: 배터리부 및 축전부속장치 41: 배터리모듈

42: 전압감지부 43: 전류감지부 44: 온도감지부 45: 스위칭회로

46: 충전상태감지부 50: 모터 및 부속장치

70: 변속기 및 부속장치 71: 바퀴

80: 엑셀 페달, 브레이크 페달, 차속센서, 사용자조작스위치

100: 하이브리드 제어부 101: 표시장치(모니터) 102: 온도센서

103: 광센서 104: 비상전원 200: 외부전원 콘넥터

본 고안의 구성과 작용을 자세히 설명하면 다음과 같다.

제 1도는 본 고안의 전체적인 불럭도이다.

본 고안의 하이브리드 자동차는 주행 전에 외부전원 콘넥터(200)를 통해 배터리부 및 축전부속장치(40)에 충분한 축전을 해놓는 것을 원칙으로 한다. 또한 주행 전에 충전장치 및 스위칭부1(11)을 통해 태양전지장치(10)로부터 충분한 축전을 해놓을 수도 있다.

태양전지장치(10)는 태양전지 모듈들 및 역류방지용 다이오드나 역류방지용 파워포인트 트래커를 포함할 수 있다. 충전장치 및 스위칭부(11)는 하이브리드제어부(100)의 제어를 받는 스위칭회로와, 고전압을 차단하는 충전제한기, 미약한 전기에너지를 증폭시키는 승압회로, 태양전지 셀들로부터 오는 전기량을 직렬과 병렬로 연결의 조합을 바꿀 수 있는 직병렬 교환기를 포함할 수 있다.

본 고안에서는 축전전기 에너지나 태양 전기 에너지가 부족할 경우, 직접형 메탄올 연료전지를 사용한다.

직접형 메탄올 연료전지스텍(30)의 내부는 필요한 만큼의 연료전지 단위셀들이 내장되고, 직렬 또는 병렬로 연결되어 있어, 충분한 전압과 전류가 안정적으로 나올 수 있도록 설계된다. 날씨가 추울 때에는 히터(33)가 작동되어 영상의 온도를 만들며, 내부 온도가 섭씨 100도 이상 올라가지 않도록 냉각장치(32)가 작동될 수있다. 냉각장치(32)는 수냉식을 사용함으로써 급격한 요구에 대처할 수 있다. 온도센서(34)는 온도를 하이브리드 제어부(100)에 보내어 설정된 기준에 따라 냉각장치(32)나 히터(33)가 작동될 수 있도록 한다. 직접형 메탄올 연료전지는 메탄올 통(37)에 메탄올을 채워서 쓰는 것을 원칙으로 한다.

공기는 송풍기(38)를 통해 연료전지의 공기극에 보내진다.

연료전지스텍(30)에서 생성된 전기에너지는 충전장치 및 스위칭부(31)에서 과충전이 방지되고 하이브리드제어부(100)의 스위칭에 의해 제어되어 배터리부 및 부속장치(40)에 축전된다.

배터리부 및 축전부속장치(40)의 전기에너지에 의해 모터 및 부속장치(50)의 모터가 구동되고, 변속기 및 부속장치(70)를 통해 바퀴(71)의 방향이나 돌아가는 속도가 결정되는데, (80)에서 자동차의 속도나 방향이 조종된다. (80)은 조종자가 엑셀페달, 브레이크페달, 차속센서, 사용자조작스위치를 조종하는 운전장치이다.

하이브리드 제어부(100)는 표시장치(모니터)(101)를 통해 사용자에게 상태를 알리며, 온도센서(102)로 기온을 측정하여 설정된 기준에 따라 연료전지와 엔진, 어느 것을 선택할지의 기준을 제공하며, 광센서(103)로 측정한 광도에 따라 태양전지를 연결할지의 기준, 태양전지판이 먼지나 새똥 등으로 더럽혀졌는지 여부를 판단하게 할 수 있다. 또한 외부전원(200)과 연결이 가능한 비상용 축전지(104)로 시스템 다운을 막을 수 있다.

제 2도는 배터리부 및 축전부속장치의 실시예이다.

하이브리드 제어부(100)는 전압감지부(42)와, 전류감지부(43)와,온도감지부(44)와, 충전상태감지부(46)를 통해 배터리모듈(41)의 상태를 감지하고 충전이 더 필요한지, 충전을 하면 안되는지, 등의 기준을 적용한다. 모터 및 부속장치(50)의 사용이 가능하면 스위칭회로(45)를 통해 전기에너지를 보낸다.

본 고안의 효과는 외부전원으로 미리 충전시켜 놓은 축전지를 단거리에서는 이용하고, 부족할 경우 태양전지에서 발생한 전기에너지를 이용하며, 이 에너지로 부족하면 연료전지에서 발생한 전기에너지를 이용함으로써 청정에너지를 불편이 적게 이용하는 교통수단을 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 효과는 직접형 메탄올 연료전지를 사용함으로써 값싼 메탄올을 이용할 수 있고, 또 수소연료전지에서 볼 수 있는 일산화탄소에 의한 백금전극의 피독현상을 피할 수 있다는 것이다.

Claims (1)

1. 태양광 에너지를 전류로 변환시키는 태양전지모듈들과 전기에너지의 역류를 방지하는 회로들로 구성된 태양전지 장치(10)와, 메탄올 통(37)과 연결되고 연료전지 셀들로 구성되어 전기에너지를 발생시키는 직접형 메탄올 연료전지스텍(30)과, 온도센서(34), 온도센서(102), 광센서(103)의 신호를 받아들여 기준 설정치에 맞는 제어를 하고, 충전장치 및 스위칭부1(11), 충전장치 및 스위칭부2(31)를 연결시키거나 차단시키는 제어를 하고, 냉각장치(32)를 구동시키거나 차단시키는 제어를 하는 하이브리드 제어부(100)를 구비하고, 태양전지장치(10) 및 직접형 메탄올 연료전지스텍(30)을 통해 각각 발생한 전기에너지를 배터리부 및 축전부속장치(40)에 연결시키는 충전장치 및 스위칭부1(11), 충전장치 및 스위칭부2(31)를 구비하며, 배터리부와 모터와 변속기와 엑셀페달과 브레이크페달과 사용자조작스위치를 구비한 하이브리드 자동차 장치.