KR200238893Y1

KR200238893Y1 - A parallel hybrid automobile car of the polymer electrolyte fuel cells with methanol regenerator and the gasoline engine

Info

Publication number: KR200238893Y1
Application number: KR2020000034543U
Authority: KR
Inventors: 김진경
Original assignee: 김진경
Priority date: 2000-12-09
Filing date: 2000-12-09
Publication date: 2001-09-26

Abstract

본 고안은 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)의 전기에너지와 휘발유엔진의 동력을 병렬로 연결한 하이브리드 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid vehicle in which the electrical energy of a solid polymer fuel cell (PEFC) having a methanol reformer and the power of a gasoline engine are connected in parallel.

본 고안에서는 미리 외부전원으로 충전한 배터리의 전기에너지에 의해 움직이고, 부족분을 연료전지에서 발생한 전기에너지에 의해 주행을 하며, 연료전지의 시동이 쉽지 않은 추운 날이나, 연료전지가 고장이 났을 때, 연료가 떨어졌을 때는 엔진을 이용할 수 있는 교통수단을 제공한다.According to the present invention, when the battery is charged by an external power source, the battery is moved by electric energy, and the shortage is driven by the electric energy generated by the fuel cell, and when the fuel cell is difficult to start, or when the fuel cell fails, When the fuel runs out, it provides transportation to use the engine.

연료전지에서 발생한 전기에너지에 의해 움직이는 모터와 엔진을 병렬로 연결한 경우는 1.미리 외부전원으로 충전된 배터리에 의한 전기 에너지에 의해 움직이며, 2. 미리 충전된 전기에너지가 부족되어 운행이 여의치 않으면 연료전지에 의해 움직이고, 3. 연료전지에 의한 운행에 제약이 있으면 엔진에 의해 운행을 한다.When the motor and engine connected in parallel by the electric energy generated from the fuel cell are connected in parallel, 1. It moves by the electric energy from the battery precharged with the external power source. If not, it is driven by the fuel cell. 3. If there is a restriction on the operation by the fuel cell, the engine is driven.

병렬이 직렬보다 유리한 경우는 미리 충전시켜 놓은 전기에너지가 적거나, 장거리를 엔진으로 운행해야 하는 경우, 매연의 제약이 적은 교외에서 엔진을 사용할 경우, 온도의 상승이나 하강으로 연료전지 사용에 제약이 있을 경우, 연료전지의 부피를 자동차의 용적에 비해 크게 만들 수 없는 경우 등이다.If parallel is more advantageous than series, the fuel cell usage is limited due to the increase or decrease of temperature when the engine is used in the suburbs where there is less electric energy charged in advance, or when it is necessary to operate the engine for a long distance, or when the engine is used in the suburbs where the smoke is less restricted. If any, the volume of the fuel cell cannot be made larger than the volume of the vehicle.

Description

A parallel hybrid automobile car of the polymer electrolyte fuel cells with methanol regenerator and the gasoline engine

휘발유 자동차에 대한 대안으로 연료전지차가 부각되고 있다. 그러나 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)차는 연료 비용이 아직은 비싸며, 연료에 섞여들어오는 일산화탄소에 백금전극이 쉽게 피독되는 결점이 있다. 또한 섭씨 100도가 넘으면 전지의 전기에너지발생이 크게 감소함으로 냉각시켜야 한다. 그러나 상온에서 작동이 가능하여 부식성이 적은 점 등으로 유망시되고 있다.Fuel cell vehicles are emerging as an alternative to gasoline vehicles. However, solid polymer fuel cell (PEFC) cars with methanol reformers are still expensive to fuel, and have the disadvantage that the platinum electrode is easily poisoned by the carbon monoxide mixed into the fuel. In addition, if the temperature is over 100 degrees Celsius, the electrical energy generation of the battery is greatly reduced and should be cooled. However, since it can operate at room temperature, it is promising because it is less corrosive.

연료전지자동차는 매연이 발생하지 않는다는 장점이 있을 뿐, 아직은 연료가 휘발유보다 비싸며, 추운 날씨에는 시동이 어려울 수가 있으며, 연료인 수소가 부피가 크기 때문에 저장하는데 어려움이 있으며, 위험도 따른다. 그러나 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)차는 무게가 가볍고 부피가 적고 열효율도 좋으므로 차세대 교통수단으로 유망하다.Fuel cell vehicles have the advantage that they do not generate soot, fuel is still more expensive than gasoline, it can be difficult to start in cold weather, and it is difficult to store because of the bulky hydrogen, which is a fuel. However, solid polymer fuel cell (PEFC) cars with methanol reformers are promising as next-generation transportation because they are light in weight, small in volume and have good thermal efficiency.

최근 자동차 엔진으로 전기를 발생시켜 이 전기로 물을 분해하여 수소를 발생시켜 이용하려는 시도가 있다. 그러나 이러한 시도는 에너지 효율을 크게 떨어트릴 뿐이다.Recently, there is an attempt to generate electricity using an automobile engine to decompose water into electricity to generate hydrogen. However, this attempt will only significantly reduce energy efficiency.

본 고안은 석유자원의 고갈과 지구 온난화 때문에 화석연료의 국제적인 사용제한 압력에 대비한 교통수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a means of transportation against international pressure restrictions on fossil fuels due to the depletion of petroleum resources and global warming.

지구 온난화에 대비한 탄소세 부과에 대한 국제적인 움직임 등으로 화석연료 사용에 대책이 시급하다.There is an urgent need to use fossil fuels due to international movements to impose carbon taxes on global warming.

본 고안은 전적으로 화석연료 사용의 감축을 필요로 하는 시대에 연료전지의 결점을 보완한 교통수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a means of transportation that compensates for the shortcomings of fuel cells in times of total need for reduced fossil fuel use.

제 1도는 본 고안의 전체적인 불럭도이다.1 is an overall block diagram of the present invention.

제 2도는 배터리부 및 축전부속장치의 실시예이다.2 is an embodiment of a battery unit and a power storage attachment device.

＜ 도면의 주요 기분에 대한 부호의 설명 ＞<Explanation of code | symbol about main mood of drawing>

20: 엔진 21: 발전기 22: 정류 및 스위칭부 23: RPM감지부 24: 온도감지부20: engine 21: generator 22: rectification and switching unit 23: RPM detection unit 24: temperature detection unit

25: 연료통 26: 연료량감지부 27: 스로틀벨브구동부 28: 냉각장치25: fuel container 26: fuel amount detection unit 27: throttle valve drive unit 28: cooling device

30: 연료전지스텍 31: 충전장치 및 스위칭부 32: 냉각장치 33: 히터30: fuel cell stack 31: charging device and switching unit 32: cooling device 33: heater

34: 온도센서 36: 메탄올 개질기 37: 일산화탄소 제거장치34: temperature sensor 36: methanol reformer 37: carbon monoxide remover

38: 송풍장치 40: 배터리부 및 축전부속장치 41: 배터리모듈38: blower 40: battery unit and power storage accessory 41: battery module

42: 전압감지부 43: 전류감지부 44: 온도감지부 45: 스위칭회로42: voltage detector 43: current detector 44: temperature detector 45: switching circuit

46: 충전상태감지부 50: 모터 및 부속장치 60: 동력전달부46: state of charge detection unit 50: motor and accessories 60: power transmission unit

70: 변속기 및 부속장치 71: 바퀴70: transmission and accessories 71: wheels

80: 엑셀 페달, 브레이크 페달, 차속센서, 사용자조작스위치80: Excel pedal, brake pedal, vehicle speed sensor, user control switch

100: 하이브리드 제어부 101: 표시장치(모니터) 102: 온도센서100: hybrid control unit 101: display device (monitor) 102: temperature sensor

104: 비상전원 200: 외부전원 콘넥터104: emergency power 200: external power connector

본 고안의 구성과 작용을 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration and operation of the subject innovation in detail as follows.

본 고안의 하이브리드 자동차는 주행 전에 외부전원 콘넥터(200)를 통해 배터리부 및 축전부속장치(40)에 충분한 축전을 해놓는 것을 원칙으로 한다. 축전이 불충분하거나 에너지가 부족하면 이산화탄소의 배출이 적은 연료전지를 사용한다.The hybrid vehicle of the present invention, in principle, sufficient power storage in the battery unit and the power storage attachment device 40 through the external power connector 200 in advance. Insufficient storage or lack of energy use a fuel cell that emits less carbon dioxide.

메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)스텍(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 수 있다. 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. 고체고분자형 연료전지(PEFC)는 메탄이나 다른 천연가스를 개질하기 보다는 메탄올 개질기(36)에서 수소가스 발생시켜 쓰는 것을 원칙으로 한다.The inside of the solid polymer fuel cell stack (PEFC) stack 30 having a methanol reformer has as many fuel cell unit cells as necessary and is connected in series or in parallel, so that sufficient voltage and current can be stably output. . When the weather is cold, the heater 33 is operated to create a temperature of the image, and the cooling device 32 may be operated so that the internal temperature does not rise above 100 degrees Celsius. The cooling device 32 can cope with a sudden demand by using water cooling. The temperature sensor 34 sends the temperature to the hybrid control unit 100 so that the cooling device 32 or the heater 33 can be operated according to the set criteria. A solid polymer fuel cell (PEFC) is a principle of generating hydrogen gas in the methanol reformer 36 rather than reforming methane or other natural gas.

메탄올 개질기(36)에서 생성된 수소가스는 일산화탄소 제거장치(37)에서 일산화탄소가 제거된 뒤, 고체고분자형 연료전지(PEFC)스텍(30)의 연료극에 들어간다. 일산화탄소 제거장치(37)는 황화구리의 염산산성 수용액이나 암모니아성 수용액을 이용할 수 있다.The hydrogen gas generated by the methanol reformer 36 is removed from the carbon monoxide removal device 37 and then enters the anode of the solid polymer fuel cell stack. The carbon monoxide removing apparatus 37 may use an aqueous solution of acidic acid of copper sulfide or an aqueous solution of ammonia.

공기는 송풍장치(38)를 통해 연료전지의 공기극에 보내진다.Air is sent to the cathode of the fuel cell through the blower (38).

연료전지스텍(30)에서 생성된 전기에너지는 충전장치 및 스위칭부(31)에서 과충전이 방지되고 하이브리드제어부(100)의 스위칭에 의해 제어되어 배터리부 및 부속장치(40)에 축전된다.The electric energy generated by the fuel cell stack 30 is prevented from overcharging in the charging device and the switching unit 31 and controlled by the switching of the hybrid control unit 100 to be stored in the battery unit and the accessory device 40.

미리 축전시켜둔 전기에너지나 연료전지에 의한 에너지 공급이 여의치 않은 경우, 엔진(20)에 의해 동력을 발생시켜 기어나 구동축이나 벨트, 이들의 조합으로 이루어진 동력전달부(60)를 통해 동력을 전달하여 변속기 및 부속장치(70)를 통해 바퀴(71)에 동력을 전달할 수 있다. 이때 발전기(21)를 구동시켜 전력을 발생하여 정류 및 스위칭부(22)에서 교류를 직류로 바꾸고 하이브리드제어부(100)의 스위칭을 받아, 배터리부 및 축전부속장치(40)에 전기에너지가 축전할 수도 있다. 이때 엔진의 온도감지부(24)의 온도에 따라 하이브리드제어부(100)는 설정된 기준에 맞추어 냉각장치(28)를 가동하거나 중단하도록 할 수 있다. 또 이때 발전기의 RPM감지부(24)의 측정값에 따라 하이브리드제어부(100)는 설정된 기준에 맞추어 연료통(25)의 스로틀벨브구동부(27)를 작동하거나 멈출 수 있다. 연료량감지부(26)의 측정값은 하이브리드제어부(100)에서 설정된 기준에 맞추어 태양전지시스템이나 연료전지시스템을 선택적으로 작동시키는 기준이 된다.In the case where power supply by the electric energy or fuel cell previously stored is impossible, power is generated by the engine 20 to transmit power through the power transmission unit 60 formed of a gear, a drive shaft or a belt, or a combination thereof. To transmit power to the wheels 71 through the transmission and accessories 70. At this time, by driving the generator 21 to generate electric power to convert the alternating current into a direct current in the rectification and switching unit 22 and receives the switching of the hybrid control unit 100, the electrical energy is stored in the battery unit and power storage attachment 40. It may be. At this time, according to the temperature of the temperature sensing unit 24 of the engine, the hybrid controller 100 may start or stop the cooling device 28 according to the set criteria. In this case, the hybrid control unit 100 may operate or stop the throttle valve driving unit 27 of the fuel container 25 according to the measured value of the RPM detection unit 24 of the generator. The measured value of the fuel amount sensing unit 26 becomes a standard for selectively operating the solar cell system or the fuel cell system in accordance with the criteria set by the hybrid control unit 100.

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.The motor of the motor and the accessory device 50 is driven by the electric energy of the battery unit and the power storage accessory 40, and the direction or the speed of the wheel 71 is determined through the transmission and the accessory device 70. In 80, the speed or direction of the car is controlled. 80 is a driving device for the operator to control the accelerator pedal, brake pedal, vehicle speed sensor, and user control switch.

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, 또한 외부전원(200)과 연결이 가능한 비상용 축전지(104)로 시스템 다운을 막을 수 있다.The hybrid controller 100 notifies the user of the state through the display device (monitor) 101, measures the temperature with the temperature sensor 102, and provides a criterion for selecting a fuel cell, an engine, or the like according to a set criterion. In addition, the emergency storage battery 104 can be connected to the external power source 200 to prevent the system down.

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.The hybrid controller 100 detects and charges the state of the battery module 41 through the voltage detector 42, the current detector 43, the temperature detector 44, and the charge state detector 46. The criteria apply whether this is more necessary or not charged. If possible use of the motor and accessories 50 sends electrical energy through the switching circuit (45).

본 고안의 효과는 외부전원으로 미리 충전시켜 놓은 축전지를 단거리에서는 이용하고, 부족할 경우 연료전지에서 발생한 전기에너지를 이용하며, 연료전지의 시동이 쉽지 않은 추운 날이나, 연료전지가 고장이 났을 때, 연료가 떨어졌을 때는 엔진을 이용함으로써 청정 에너지를 불편이 적게 이용할 수 있는 교통수단을 제공하는 것이다.The effect of the present invention is to use the battery precharged with external power in a short distance, and if it is insufficient, use the electric energy generated from the fuel cell, when the fuel cell is not easy to start, or when the fuel cell is broken, When the fuel runs out, the engine is used to provide transportation that can use clean energy with less inconvenience.

또한 본 고안의 효과는 고체고분자형 연료전지(PEFC)를 사용하여 연료전지 중 무게와 부피를 작게 할 수 있는 것이다.In addition, the effect of the present invention is to reduce the weight and volume of the fuel cell using a solid polymer fuel cell (PEFC).

Claims

A solid polymer fuel cell stack (PEFC) stack 30 having a methanol reformer connected to the methanol reformer 36 and configured to generate electrical energy and driving the generator 21 to generate electrical energy. The gasoline engine 20, the temperature sensing unit 24, the fuel amount sensing unit 26, the RPM sensing unit 23, the temperature sensor 34, the temperature sensor 102, and the control corresponding to the reference set value are received. Control to connect or disconnect the charging device and the switching unit 31, the rectifying and switching unit 22, and to drive the throttle valve driving unit 27, the cooling unit 28 and the cooling unit 32, And a hybrid control unit 100 for controlling to block the electric energy generated through the solid polymer fuel cell stack (PEFC) stack 30 to the battery unit, the power storage attachment device 40, the motor, and the accessory device 50. Motor and accessories when the motor is difficult or disadvantageous A hybrid vehicle device having a transmission and an accelerator pedal, a brake pedal, and a user control switch, the power transmission device 60 being connected to and used in parallel with the power of the gasoline engine 20 in place of 50.