KR200238895Y1

KR200238895Y1 - A parallel hybrid automobile car of the solar cells, the polymer electrolyte fuel cells with methanol regenerator and the gasoline engine

Info

Publication number: KR200238895Y1
Application number: KR2020000034545U
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 태양전지와 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 solar cell and a methanol reformer and the power of a gasoline engine are connected in parallel.

휘발유 자동차에 대한 대안으로 태양전지차와 연료전지차가 부각되고 있다. 그러나 태양전지는 지역이나 계절, 시간에 따라 에너지 이용에 변동요인이 많다. 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)차는 연료비용이 아직은 비싸며, 일산화탄소에 백금전극이 쉽게 피독되는 결점이 있다. 또한 섭씨 100도가 넘으면 전지의 전기에너지발생이 크게 감소함으로 냉각시켜야 한다. 그럼에도 불구하고 상온에서 작동하고 부식성이 낮고 가볍고 부피도 적어 유망시되고 있다.As alternatives to gasoline cars, solar and fuel cell vehicles are emerging. However, solar cells have a lot of fluctuation factors in energy use according to region, season and time. Solid polymer fuel cell (PEFC) cars with methanol reformers are still expensive and have the disadvantage of easily poisoning the platinum electrode with carbon monoxide. In addition, if the temperature is over 100 degrees Celsius, the electrical energy generation of the battery is greatly reduced and should be cooled. Nevertheless, it is promising because it operates at room temperature and is low in corrosiveness, light weight and low volume.

본 고안에서는 외부전원으로 미리 충전시켜 놓은 축전지를 단거리에서는 이용하고, 부족할 경우 태양전지에서 발생한 전기에너지를 이용하며, 이 에너지로 부족하면 연료전지에서 발생한 전기에너지를 이용하며, 연료전지의 시동이 쉽지 않은 추운 날이나, 연료전지가 고장이 났을 때, 연료가 떨어졌을 때는 엔진을 이용할 수 있는 교통수단을 제공한다.In the present invention, a battery that is precharged with an external power source is used for a short distance, and when insufficient, electric energy generated by a solar cell is used. When this energy is insufficient, electric energy generated by a fuel cell is used. On cold days, when the fuel cell fails, and when the fuel runs out, it provides transportation for the engine.

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.

병렬 연결장치는 모터와 엔진을 동력으로 함으로 미리 외부전원으로 충전시킨 배터리 전원으로 주행하기에는 먼 장거리 주행에 유리하다. 또 외부전원에 의한전기에너지 공급이 어렵거나 태양에너지 공급이 어려울 때, 연료전지가 비쌀수록 유리하다.The parallel connection device is powered by a motor and an engine, which is advantageous for driving a long distance to run on battery power previously charged with an external power source. In addition, when the electric energy supply by the external power source is difficult or the solar energy supply is difficult, the higher the fuel cell is advantageous.

Description

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

본 고안은 태양전지와 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)의 전기에너지와 엔진의 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 solar cell and a methanol reformer and an engine power are connected in parallel.

휘발유 자동차에 대한 대안으로 태양전지차와 연료전지차가 부각되고 있다. 그러나 태양전지는 지역이나 계절, 시간에 따라 에너지 이용에 변동요인이 많다. 메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)는 연료 비용이 아직은 비싸며, 연료에 섞여 들어오는 일산화탄소에 쉽게 성능이 감소되는 결점이 있다. 또한 섭씨 100도가 넘으면 전지의 전기에너지발생이 크게 감소함으로 냉각시켜야 한다. 그럼에도 불구하고 상온에서 작동하고 부식성이 낮고 가볍고 부피도 적어 유망시되고 있다.As alternatives to gasoline cars, solar and fuel cell vehicles are emerging. However, solar cells have a lot of fluctuation factors in energy use according to region, season and time. Solid polymer fuel cells (PEFCs) with methanol reformers are still expensive to fuel and have the drawback of easily degrading the performance of carbon monoxide coming 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. Nevertheless, it is promising because it operates at room temperature and is low in corrosiveness, light weight and low volume.

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 기동이 빠른 편이고 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 quick to start and have good thermal efficiency.

최근 태양전지나 자동차 엔진으로 전기를 발생시켜 이 전기로 물을 분해하여수소를 발생시켜 이용하려는 시도가 있다. 그러나 이러한 시도는 에너지 효율을 크게 떨어트릴 뿐이다.Recently, there are attempts to generate electricity using solar cells or automobile engines 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 고안에서는 미리 축전시켜 놓은 배터리의 전기에너지를 단거리에 주로 이용하며, 이 에너지로 부족하거나 장거리를 운용할 경우는 태양전지에서 발생한 전기에너지를 이용하고, 이 에너지로 부족하면 연료전지에서 발생한 전기에너지를 이용하며, 연료전지의 시동이 쉽지 않은 추운 날이나, 연료전지가 고장이 났을 때, 연료가 떨어졌을 때는 엔진을 이용할 수 있는 교통수단을 제공한다.In the present invention, the electrical energy of the battery that has been stored in advance is mainly used for a short distance, and when this energy is insufficient or when operated for a long distance, the electrical energy generated by the solar cell is used. By using the fuel cell, it is easy to start the fuel cell, or when the fuel cell is broken, when the fuel is provided provides a means of transportation to use the engine.

태양전지에서 발생한 전기에너지와, 연료전지에서 발생한 전기에너지에 의해 움직이는 모터와 엔진을 직렬로 연결한 경우는 1. 태양전지나 외부전원에 의해 충전된 배터리에 의한 전기 에너지에 의해 주로 움직이며, 2. 충전된 전기에너지가 부족하여 운행이 여의치 않으면 연료전지에 의해 움직이고, 3. 연료전지에 의한 운행에 제약이 있으면 엔진에 의해 운행을 한다.When the motor and engine connected in series by the electric energy generated by the solar cell and the electric energy generated by the fuel cell are connected in series 1.It is mainly driven by the electric energy of the battery charged by the solar cell or external power source, and 2. If there is not enough electric energy to operate, it is driven by fuel cell. 3. If it is restricted by fuel cell, it is driven by engine.

병렬 연결장치는 모터와 엔진으로 움직이게 됨으로 전기 에너지의 공급이 여의치 않은 지역에 유리하다. 또한 태양에너지의 공급이 충분치 않은 지역에서 보다 유리하고, 연료전지의 가격이 휘발유보다 비쌀수록 상대적으로 유리한 수단이 된다.The parallel connection is driven by a motor and an engine, which is advantageous in areas where there is no power supply. In addition, it is more advantageous in areas where there is insufficient supply of solar energy, and the fuel cell price is higher than gasoline, which is a relatively advantageous means.

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>

10: 태양전지장치 11: 충전장치 및 스위칭부 20: 엔진 21: 발전기10: solar cell apparatus 11: charging device and switching unit 20: engine 21: generator

22: 정류 및 스위칭부 23: RPM감지부 24: 온도감지부 25: 연료통22: rectification and switching unit 23: RPM detection unit 24: temperature detection unit 25: fuel container

26: 연료량감지부 27: 스로틀벨브구동부 28: 냉각장치26: 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

103: 광센서 104: 비상전원 200: 외부전원 콘넥터103: optical sensor 104: 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. 또한 주행 전에 충전장치 및 스위칭부1(11)을 통해 태양전지장치(10)로부터 충분한 축전을 해놓을 수도 있다.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. In addition, sufficient power storage may be provided from the solar cell apparatus 10 through the charging device and the switching unit 1 (11) before traveling.

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.The solar cell apparatus 10 may include solar cell modules and a backflow prevention diode or a backflow prevention PowerPoint tracker. The charging device and the switching unit 11 are a switching circuit under the control of the hybrid control unit 100, a charge limiter for blocking the high voltage, a boosting circuit for amplifying the weak electric energy, the amount of electricity from the solar cells in series and parallel It may include a serial-to-parallel exchanger that can change the combination of connections.

외부전원에 의한 충전이나 태양전지에 의한 충전이 부족한 경우에는 이산화탄소의 배출이 적은 연료전지를 사용한다.When charging by external power or charging by solar cell is insufficient, fuel cell with less carbon dioxide emission is used.

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 때에는히터(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.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.

메탄올 개질기를 가진 고체고분자형 연료전지(PEFC)는 메탄이나 다른 천연가스를 개질하기 보다는 메탄올 개질기(36)에서 수소가스를 생성시켜 쓰는 것을 원칙으로 한다.A solid polymer fuel cell (PEFC) having a methanol reformer, in principle, generates hydrogen gas from the methanol reformer 36 rather than reforming methane or other natural gas.

메탄올 개질기(36)에서 생성한 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 (PEFC) stack 30. 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 태양전지나 연료전지에 의한 에너지 공급이 여의치 않은 경우, 휘발유엔진(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.When the electric energy or the energy supply by the solar cell or the fuel cell that have been stored in advance is not available, the gas is generated by the gasoline engine 20 and the power transmission unit 60 is formed of a gear, a drive shaft or a belt, or a combination thereof. By transmitting power, power may be transmitted to the wheels 71 through the transmission and the 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, 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.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 accordance with the light intensity measured by the optical sensor 103, it is possible to determine whether the solar cell is soiled with dust or bird dung, etc. In addition, it is possible to prevent the system down to the emergency storage battery 104 that can be connected to the external power source (200).

하이브리드 제어부(100)는 전압감지부(42)와, 전류감지부(43)와, 온도감지부(44)와, 충전상태감지부(46)를 통해 배터리모듈(41)의 상태를 감지하고충전이 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 태양전지에서 발생한 전기에너지를 이용하며, 이 에너지로 부족하면 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 an external power supply in a short distance, and if it is insufficient, it uses the electric energy generated from the solar cell, if it is insufficient, it uses the electric energy generated from the fuel cell, the start of the fuel cell When the fuel cell is broken on this cold day, or when the fuel cell fails, the engine provides a means of using the clean energy with less inconvenience by using an engine.

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

Solar cell device 10 composed of solar cell modules for converting solar energy into current and circuits for preventing backflow of electrical energy, and methanol reformer 36 connected to fuel cells to generate electrical energy. A solid polymer fuel cell stack (PEFC) stack 30 having a methanol reformer, a gasoline engine 20 for driving the generator 21 to generate electrical energy, a temperature sensing unit 24 and a fuel amount sensing unit ( 26), the RPM detection unit 23, the temperature sensor 34, the temperature sensor 102, the light sensor 103 receives the signal to control according to the reference set value, the charging device and switching unit 1 (11), Control to connect or disconnect the charging device and switching unit 2 (31), rectification and switching unit 22, and to drive or block the throttle valve drive unit 27, the cooling device 28 and the cooling device (32). The hybrid control unit 100 for controlling to make, the solar cell device 10 and high The electrical energy generated through the polymer fuel cell (PEFC) stack 30 is connected to the battery unit, the power storage accessory 40, the motor and the accessory device 50, and when the driving of the motor is difficult or disadvantageous, the motor and A hybrid vehicle device having a power transmission device 60 for connecting and using the accessory device 50 in parallel with the power of the gasoline engine 20 and having a transmission, an accelerator pedal, a brake pedal, and a user control switch.