KR20030038507A - 전력 제어장치, 발전 시스템 및 전력 제어장치의 제어방법 - Google Patents

전력 제어장치, 발전 시스템 및 전력 제어장치의 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030038507A
KR20030038507A KR1020020068980A KR20020068980A KR20030038507A KR 20030038507 A KR20030038507 A KR 20030038507A KR 1020020068980 A KR1020020068980 A KR 1020020068980A KR 20020068980 A KR20020068980 A KR 20020068980A KR 20030038507 A KR20030038507 A KR 20030038507A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
charging
voltage
discharge
output
Prior art date
Application number
KR1020020068980A
Other languages
English (en)
Inventor
미야우치신지
우에다데츠야
오제키마사타카
짐보히로유키
고이케기이치
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Publication of KR20030038507A publication Critical patent/KR20030038507A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04567—Voltage of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/108—Parallel operation of dc sources using diodes blocking reverse current flow
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 전력 제어장치에 관한 것으로, DC 전력을 발생시키는 DC 발전수단으로부터 출력된 DC 전력을 저장하는 전력저장수단과, DC 입력을 수신할 때 적어도 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 전력변환수단과, 상기 DC 발전수단, 상기 전력저장수단 및 상기 전력변환수단 중에 제공되어 상기 전력저장수단으로부터 상기 전력변환수단에 전력을 방전하고, 상기 전력저장수단 내의 DC 발전수단으로부터 DC 전력을 충전하는 충방전수단과, 적어도 상기 전력변환수단으로부터의 전력이 공급되는 외부 전력부하의 전력량을 검출하는 검출수단과, 상기 검출된 전력량을 기초로 하여 상기 충방전수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함한다.

Description

전력 제어장치, 발전 시스템 및 전력 제어장치의 제어방법{POWER CONTROLLER, POWER GENERATION SYSTEM, AND CONTROL METHOD OF POWER CONTROLLER}
본 발명은 DC 발전수단 예컨대, 연료전지를 이용함으로써 발전을 실행하는 전력 제어장치 등에 관한 것이다.
종래, 연료전지 발전 시스템으로서 도 7에 나타낸 시스템이 공지되어 있다(예컨대, 일본 특개평 6-325774호 참조). 도 7에서, 연료전지(41)는 수소공급수단(42)에 의해 공급된 수소 및 공기공급수단(43)에 의해 공급된 공기 중의 산소를 연료전지(41)의 본체에서 반응시키고, DC 전력을 발생시켜, 전력 컨버터(44)에 의해 AC 전력으로 변환되어 출력된다. 제어장치(45)는 연료전지(41)의 본체의 발전량이 고정되어 있더라도, 충방전장치(46) 및 전력 컨버터(44)를 제어함으로써, 충방전장치(46)로부터의 방전 또는 충방전장치(46)로의 충전에 의해 전력을 가변하여 출력하도록 제어를 실행할 수 있다.
단, 연료전지 발전 시스템이 연료전지(41)의 본체의 출력전압을 충방전장치(46)의 충방전전압에 일치시키는 것이 필요하지만, 충방전장치(46)는 충방전을 제어하는 수단을 구비하지 않는다. 따라서, 연료전지(41)의 본체의 출력 및 충방전장치(46) 내의 2차전지와 같은 전력저장수단의 정격 사이의 차이를 보정함으로써 충방전장치(46)의 충방전을 고밀도로 제어하는 것이 어렵다.
상기와 같은 장애를 없애기 위해 이하의 시스템을 생각해 볼 수 있다. 도 8은 제 2 종래예에 따르는 연료전지 발전 시스템의 구성을 나타낸다. 도 8에서, 연료전지(51)는 수소와 공기 중의 산소를 반응시킴으로써 DC 전력을 발생시키는 연료전지의 본체이다. DC/DC 컨버터(52)는 연료전지(51)의 DC 전력의 전압을 승압시킨다. 전력 컨버터(인버터, 53)는 DC/DC 컨버터(52)에 의해 승압된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여, 그 AC 전력을 전력부하(55)에 출력시킨다. 제어장치(54)는 전력부하(55)의 부하전류를 부하전류 검출기(56)에 의해 검출하여 양방향 DC/DC 컨버터(57), DC/DC 컨버터(52) 및 전력 컨버터(53)를 제어하는 수단이다.
제어장치(54)는 전력부하(55)의 부하전류에 따르는 연료전지(51)의 본체로부터의 출력전류값이 부하전류값을 초과할 때, 양방향 DC/DC 컨버터(57)를 통하여 축전지(58)에 전력을 축적시킨다. 제어장치(54)는 연료전지(51)의 본체로부터의 출력전류값이 부하전류값에 대하여 부족할 때, 축전지(58)의 전력을 양방향 DC/DC 컨버터(57)를 통하여 전력부하(55)에 공급한다.
상술한 제 2 종래예(도 8)에 따르는 연료전지 발전 시스템은 전력 컨버터(53)가 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는데 필요한 전압까지 DC 전력을 승압시키는 DC/DC 컨버터(52)의 출력과 결합된 축전지(58)의 충방전 제어용의 양방향 DC/DC 컨버터(57)에 접속되는 구성을 갖는다.
이 시스템은 연료전지(51)의 본체의 출력을 DC/DC 컨버터(52)에 의해 제어할 뿐만 아니라, 양방향 DC/DC 컨버터(57)를 제어함으로써 축전지(58)의 충방전효율을 상승시킨다. 따라서, 연료전지(51)로부터 축전지(58)로의 충전은 DC/DC 컨버터(52) 및 양방향 DC/DC 컨버터(57)의 2개의 전압제어수단을 통하여 실행된다.
단, 축전지(58)의 충방전전압 및 DC/DC 컨버터(52)에 의해 승압된 출력전압 사이의 전압차가 크므로(일반적으로, DC/DC 컨버터(52)에 의해 승압된 출력전압이 높음), 상기 전압차에 따르는 양방향 DC/DC 컨버터(57)의 승압 및 강압 사이의 전압차를 증가시키는 것이 필요하다. 따라서, 전력변환효율을 상승시키는 것이 어렵다.
또한, 양방향 DC/DC 컨버터(57)의 전력변환효율 및 축전지(58)의 충방전효율을 곱한 결과인 총 전력변환효율이 저하되므로, 작동 경제성이 저하되고, 양방향 DC/DC 컨버터(57) 자체의 가격도 높아지므로, 비용이 상승되는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 고려하여, 본 발명은 전력수요의 변화에 신속히 대응하고, 요구되는 전력량을 고효율로 발생시키며, 경제성 및 신뢰성이 높은 연료전지 전력 제어장치 및 그것을 이용하는 발전 시스템 등을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 제 5 실시예의 연료전지 발전장치의 연료전지 출력의 특성도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도.
도 7은 종래의 연료전지 발전 시스템의 블록도.
도 8은 종래의 연료전지 발전 시스템의 블록도.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 다른 구성을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 다른 구성을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예의 구성을 나타내는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 연료전지2 : 연료가스 공급수단
3 : 산화제가스 공급수단4 : 전력변환수단
5 : 컨버터부6 : 인버터부
9 : 부하전력 검출수단10 : 전력부하
11 : 2차전지12 : 충전제어수단
13 : 방전제어수단14 : 역류방지 다이오드
15 : 연료전지 제어수단
본 발명의 제 1 발명은, DC 전력을 발생시키는 DC 발전수단으로부터 출력된DC 전력을 저장하는 전력저장수단과, DC 입력을 수신할 때 적어도 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 전력변환수단과, 상기 DC 발전수단, 상기 전력저장수단 및 상기 전력변환수단 중에 제공되어 상기 전력저장수단으로부터 상기 전력변환수단에 전력을 방전하고, 상기 전력저장수단 내의 DC 발전수단으로부터 DC 전력을 충전하는 충방전수단과, 적어도 상기 전력변환수단으로부터의 전력이 공급되는 외부 전력부하의 전력량을 검출하는 검출수단과, 상기 검출된 전력량을 기초로 하여 상기 충방전수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하고, 상기 충방전수단은 DC/DC 변환기능을 갖고, 상기 DC 발전수단의 출력전압을 상기 전력저장수단의 충전전압으로 변환하며, 상기 전력저장수단의 방전전압을 상기 DC 발전수단의 출력전압으로 변환하는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 2 발명은, 제 1 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 제어수단은 외부 전력부하가 낮을 때에는 충방전수단이 충전동작을 실행하게 하고, 외부 전력부하가 높을 때에는 충방전수단이 방전동작을 실행하게 하여 제어를 실행하는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 3 발명은, 제 1 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 DC 발전수단의 출력 및 상기 전력저장수단의 입력 사이에서 변환된 전압량은 상기 DC 발전수단의 출력 및 상기 전력변환수단의 DC/DC 컨버터의 입력 사이에서 변환된 전압량 보다 작은 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 4 발명은, 제 1 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 충방전수단은, 상기 DC 발전수단의 출력전압을 상기 전력저장수단의 충전전압으로변환하는 충전측 변환수단과, 상기 전력저장수단의 방전전압을 상기 DC 발전수단의 출력전압으로 변환하는 방전측 변환수단을 포함하는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 5 발명은, 제 1 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 충방전수단은, 상기 DC 발전수단의 출력전압이 상기 전력저장수단의 충전전압으로 변환되는 충전측 변환동작 또는 상기 전력저장수단의 방전전압이 상기 DC 발전수단의 출력전압으로 변환되는 방전측 변환동작을 실행하는 공용변환수단과, 상기 공용변환수단의 입력측이 상기 DC 발전수단의 출력측 또는 상기 전력저장수단의 출력측에 접속되도록 제어를 실행하는 제 1 제어스위치와, 상기 공용변환수단의 출력측이 상기 DC/DC 컨버터의 입력측 또는 상기 전력저장수단의 입력측에 접속되도록 제어를 실행하는 제 2 제어스위치를 포함하며, 상기 충전측 변환동작이 실행될 때, 상기 제 1 제어스위치는 상기 DC 발전수단의 출력측을 상기 공용변환수단의 입력측에 접속하는 반면, 상기 제 2 제어스위치는 상기 공용변환수단의 출력측을 상기 전력저장수단의 입력측에 접속하고, 상기 방전측 변환동작이 실행될 때, 상기 제 1 제어스위치는 상기 전력저장수단의 출력측을 상기 공용변환수단의 입력측에 접속하는 반면, 상기 제 2 제어스위치는 상기 공용변환수단의 출력측을 상기 DC/DC 컨버터의 입력측에 접속하는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 6 발명은, 제 1 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 DC 발전수단의 출력전압을 검출하는 출력전압 검출수단을 추가로 포함하며, 상기 제어수단은 상기 검출된 출력전압 및 상기 검출된 부하전력을 기초로 하여, 상기 검출된 출력전압이 높고, 상기 검출된 부하전력이 낮을 때에는 상기 충방전수단이상기 충전동작을 실행하게 하고, 상기 검출된 출력전압이 낮고, 상기 검출된 부하전력이 높을 때에는 상기 충방전수단이 상기 방전동작을 실행하게 하는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 7 발명은, 제 1 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 전력저장수단의 전력저장량을 검출하는 전력저장 검출수단을 추가로 포함하며, 상기 제어수단은 상기 검출된 전력저장량을 기초로 하여, 상기 충방전수단의 동작을 제어하는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 8 발명은, 제 6 발명에 따르는 전력 제어장치에 있어서, 상기 검출된 전력량을 시간의 함수로서 측정하는 부하전력 측정수단을 추가로 포함하며, 상기 DC 발전수단의 발전 스케줄은 상기 부하전력 측정수단에 의해 미리 측정된 전력량을 기초로 하여 결정되는 전력 제어장치이다.
본 발명의 제 9 발명은, 제 1항에 기재된 전력 제어장치와, DC 전력을 발생시키는 DC 발전수단과, 상기 검출된 전력량을 기초로 하여 상기 DC 발전수단의 입력량을 제어하는 DC 발전수단의 제어수단을 포함하는 발전 시스템이다.
본 발명의 제 10 발명은, 제 1항에 기재된 전력 제어장치의 제어방법에 있어서, 상기 전력량은 시간의 함수로서 측정되고, 상기 DC 발전수단의 발전 스케줄은 상기 측정에 의해 얻어진 전력량을 기초로 하여 결정되는 전력 제어장치의 제어방법이다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도이다.
본 발명의 DC 발전수단에 대응하는 연료전지(1)에는 개질기, 수소 흡수합금 및 수소 실린더와 같은 수소를 함유하는 연료가스 공급수단(2)과, 송풍기 및 환기펌프와 같은 산소를 함유하는 산화제가스 공급수단(3)이 접속된다.
전력변환수단(4)은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 수단이고, 1차적으로는 컨버터부(5)가 연료전지(1)로부터의 DC 전력에 관한 DC 전압을 승압하고, 2차적으로는 인버터부(6)가 승압된 전압을 갖는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 출력되도록 하는 구성을 갖는다.
출력선(7)은 전력변환수단(4)에 전기적으로 접속된 수단이고, 또한, 전력부하(10)에도 전기적으로 접속된다. 또한, 부하전력 검출수단(9)은 전력부하(10)의 동작을 기초로 하여 출력선(7)을 통하여 출력된 전력을 검출하는 수단이다. 2차전지(11)는 본 발명의 전력저장수단에 대응하고, 전력을 충전 및 축적하며, 축적된 전력을 방전하는 수단이다. 충전제어수단(12)은 연료전지(1)의 DC 전력을 2차전지(11)의 충전전압에 적당한 전압으로 변환하여 2차전지(11)를 충전하는 수단이고, 예컨대, 승강압(step-up and step-down valtage) 초퍼회로를 사용하여 실현된다. 또한, 방전제어수단(13)은 2차전지(11)로부터 방전되는 축적된 전력을 실질상 연료전지(1)의 DC 출력전압과 동일한 전압으로 변환하여 전력변환수단(4)에 전력을 출력하는 수단이고, 예컨대, 승강압 초퍼회로를 사용하여 실현된다. 역류방지 다이오드(14)는 방전제어수단(13)으로부터의 DC 전력이 연료전지(1)에 역류하는 것을 방지하는 수단이다. 연료전지 제어수단(15)은 연료가스 공급수단(2)으로부터 연료전지(1)로의 연료가스의 공급량 및/또는 산화제가스 공급수단(3)으로부터 연료전지(1)로의 산화제가스의 공급량을 제어하고, 전력부하(10)에 따르는 충전제어수단(12) 및 방전제어수단(13)을 제어함으로써 2차전지(11)의 저장전력의 입력 및 출력을 제어하는 수단이다.
2차전지(11)를 설치하는 목적은, 2차전지(11)의 충방전을 이용함으로써 시스템 상호접속에 있어서의 부하전력에 대한 출력전력의 초과 또는 부족으로 인한 경제성의 악화를 방지하기 위한 것이다.
이하, 제 1 실시예의 동작뿐만 아니라, 본 발명에 따르는 전력제어방법의 일예를 설명한다.
연료가스 공급수단(2)에 의해 공급된 연료가스 및 산화제가스 공급수단(3)에 의해 공급된 산화제가스 중의 산소는 연료전지(1)에서 반응하여 직류전류를 발생시킨다. 발생된 직류전류는 전력변환수단(4)에 전달된다. 전력변환수단(4)에서, 직류전류는 컨버터부(5)에 의해 승압된 후, 인버터부(6)에 의해 전력부하(10)와 동일한 전압의 교류전류로 변환되어, 출력선(7)을 통하여 전력부하(10)에 공급된다.
여기에서, 연료전지(1)의 출력이 부하전력 검출수단(9)에 의해 검출된 전력량을 기초로 하여 전력부하(10)의 부하전력에 대하여 부족함이 검출될 때, 연료전지 제어수단(15)은 2차전지(11)가 전력부하(10)에 대한 발전출력의 부족분을 방전제어수단(13)을 통하여 보충하게 한다.
또한, 제 1 실시예에서, 2차전지(11)가 충전될 때, 연료전지(1)로부터의 출력전압은 충전제어수단(12)에 의해 2차전지(11)의 충전전압과 실질상 동일한 전압으로 변환된다. 또, 2차전지(11)로부터 전력변환수단(4)으로의 방전이 실행될 때, 2차전지(11)로부터의 출력전압은 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)에 전력이 출력되도록 하기 위해 방전제어수단(13)에 의해 연료전지(1)의 출력전압과 실질상 동일한 전압으로 변환된다. 따라서, 2차전지(11)의 충방전효율을 고레벨로 유지하는 것이 가능하다. 이때, 연료전지(1)의 출력전압 및 2차전지(11)의 충전전압 사이의 상하관계에 있어서, 연료전지(1)의 전압이 높을 때, 충전제어수단(12)은 강압하고, 방전제어수단(13)은 승압한다.
또한, 연료전지(1)의 전압이 낮을 때, 충전제어수단(12)은 승압하고, 방전제어수단(13)은 강압한다. 이때, 승압 및 강압의 기준은 연료전지(1)의 출력전압 또는 2차전지(11)의 충방전전압 중의 하나일 수 있다. 또한, 연료전지(1)의 출력전압은 연료전지(1)를 측정함으로써 얻어진 값이거나, 정격 등을 기초로 하여 미리 설정된 값(고정값)일 수 있다.
또한, 제 1 실시예에서, 2차전지(11)로의 충전은 연료전지(1)의 출력으로부터 충전제어수단(12)으로 전력을 직접 획득함으로써 이루어진다. 또, 2차전지(11)로부터 전력변환수단(4)으로의 출력은 컨버터부(5)의 직전에서 연료전지(1)의 출력전압에 일치된다.
제 1 실시예에서, 충전제어수단(12)에 의한 2차전지(11)로의 전압변환량은 도 8에 나타낸 제 2 종례예에 비해 수 볼트 내지 수십 볼트 정도로 극히 적다. 이와 유사하게, 방전제어수단(13)에 의한 전력변환수단(4)으로의 전압변환량도 수 볼트 내지 수십 볼트 정도로 적다.
따라서, 충전제어수단(12) 및 방전제어수단(13)의 전력변환소자의 전력손실(스위칭손실, 리액터의 코어손실, 저항손실 등) 등이 감소하므로, 충방전의 전력량이 약 1 내지 2 kW인 경우의 전력변환효율은 90% 이상 정도로 높게 된다.
또한, 2차전지(11)의 충방전효율이 92% 내지 93%이므로, 2차전지(11)를 이용할 때에 총(total) 충방전 에너지 효율을 상승시키는 것이 가능하다. 따라서, 연료전지(1)의 출력의 초과 및 부족을 보충하는 전력저장 시스템으로서 경제적인 동작을 실행하는 것이 가능하고, 또한, 충전제어수단(12) 및 방전제어수단(13)의 제어회로의 구성을 저비용으로 실현하는 것이 가능하므로, 경제성이 높은 연료전지 발전장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 제 1 실시예는 도 9에 나타낸 바와 같이 구성될 수도 있다. 도 1에 나타낸 구성과 다른점은 이하와 같다. 역류방지 다이오드(14)가 생략되고, 연료전지(1)의 출력에 2가지 시스템이 제공된다. 하나의 시스템은 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)에 직접 접속되는 접속경로(100a)로서 이용되고, 다른 시스템은 충전제어수단(12)에 접속되는 접속경로(100b)로서 이용된다. 또한, 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)에 방전제어수단(13)을 직접 접속하는 접속경로(100c)가 제공된다.
이 경우, 도 1의 구성보다 간단하고 저가의 구성으로, 방전제어수단(13)의 출력이 연료전지(1) 또는 충전제어수단(12)에 역류하는 것을 완전히 방지하는 것이 가능하다.
(제 2 실시예)
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도이다. 도 3에서, 도 1에 나타낸 제 1 실시예의 연료전지 발전장치와 동일 기능을 갖는 부분에는 동일 번호를 부여하고, 그 기능의 상세한 설명은 도 1의 것과 대응하므로 생략한다.
충방전 제어수단(18)은 연료전지(1)에서 발생된 DC 전력을 전력저장수단으로서의 2차전지(11)에 축적하고, 2차전지(11)로부터의 축적된 전력을 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)에 출력하기 위한 충방전을 제어하는 수단이고, 예컨대, 승강압 초퍼회로 등으로 구성된다. 전류 스위칭수단(16 및 17)은 연료전지(1)로부터의 충전 및 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)로의 방전의 전류 방향을 스위칭하는 수단이다. 전류 스위칭수단(16)은 연료전지(1)의 출력단자 또는 2차전지(11)의 출력단자에 충방전 제어수단(18)을 접속하도록 스위칭을 실행한다. 또한, 전류 스위칭수단(17)은 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)의 입력단자 또는 2차전지(11)의 입력단자에 충방전 제어수단(18)을 접속하도록 스위칭을 실행한다. 또한, 전류 스위칭수단(16 및 17)은 반도체 스위치, 기계식 스위치 등으로 구성된다.
이하, 제 2 실시예의 동작을 설명한다. 단, 제 1 실시예와 유사한 부분의 설명은 생략하고, 다른점을 주로 설명한다.
연료전지 발전장치의 동작에서, 부하전력 검출수단(9)이 전력부하(10)에 대한 장치의 전력의 부족을 검출할 때, 연료전지 제어수단(15)은 전력부하(10)에 대한 발전전력의 부족분을 2차전지(11)로부터 공급하기 위해, 2차전지(11)의 출력단자와 충방전 제어수단(18)의 입력단자가 접속하도록 전류 스위칭수단(16)을 제어하고, 충방전 제어수단(18)의 출력단자와 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)의 입력단자가 접속하도록 전류 스위칭수단(17)을 제어한다.
이것에 의해, 2차전지(11)로부터 출력된 전력은 전류 스위칭수단(16), 충방전 제어수단(18), 전류 스위칭수단(17) 및 전력변환수단(4)의 순서로 공급된다.
다음에, 연료전지(1)의 전력부하가 낮고, 2차전지(11)의 충전에 적당한 연료전지(1)의 출력전압이 높을 때의 시간대 등에서, 연료전지 제어수단(15)은 2차전지(11)의 충전을 위해, 연료전지(1)의 출력단자와 충방전 제어수단(18)의 입력단자가 접속하도록 전류 스위칭수단(16)을 제어하고, 충방전 제어수단(18)의 출력단자와 2차전지(11)의 입력단자가 접속하도록 전류 스위칭수단(17)을 제어한다.
이것에 의해, 연료전지(1)로부터 출력된 전력은 전류 스위칭수단(16), 충방전 제어수단(18), 전류 스위칭수단(17) 및 2차전지(11)의 순서로 공급된다.
연료전지 발전장치에서, 2차전지(11)에 대한 충전동작 및 방전동작은 동시에 실행되지 않으므로, 충전제어 또는 방전제어 중의 하나가 동작할 때, 나머지는 불필요하게 된다. 따라서, 1개의 충방전 제어수단과, 2개의 전류 스위칭수단으로 2차전지(11)로의 충방전 제어를 각 동작시에 스위칭함으로써, 제 1 실시예의 전압제어를 위한 2가지 타입의 수단을 단일화하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 충방전 제어 구성의 간소화, 소형화 및 저비용화가 가능하게 된다.
또한, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 유사하게 도 10에 나타낸 바와 같이 구성될 수도 있다. 도 3에 나타낸 구성과 다른점은 이하와 같다. 즉, 역류방지 다이오드(14)가 생략되고, 연료전지(1)의 출력에 2가지 시스템이 제공된다. 하나의 시스템은 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)에 직접 접속되는 접속경로(101a)로서 이용되고, 다른 시스템은 전류 스위칭수단(16)에 접속되는 접속경로(101b)로서 이용된다. 또한, 전력변환수단(4)의 컨버터부(5)에 전류 스위칭수단(17)을 직접 접속하는 접속경로(101c)가 제공된다.
이 경우, 도 1의 구성보다 간단하고 저가의 구성으로, 충방전 제어수단(18)의 출력이 연료전지(1)에 역류하는 것을 완전히 방지하는 것이 가능하다.
(제 3 실시예)
도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도이다. 도 4에서, 도 1에 나타낸 제 1 실시예의 연료전지 발전장치 및 도 3에 나타낸 제 2 실시예의 연료전지 발전장치와 동일 기능을 갖는 부분에는 동일 번호를 부여하고, 그 기능의 상세한 설명은 도 1 및 도 3의 것과 대응하므로 생략한다.
전류센서(19)는 연료전지(1)로부터의 발전반응에 의해 전력이 충전제어수단(12)을 통하여 2차전지(11)에 충전될 때, 충전전류를 검출하는 수단이다. 또한, 전류센서(20)는 2차전지(11)로부터 축적된 전력이 방전제어수단(13)을 통하여 전력변환수단(4)에 방전될 때, 방전전류를 검출하는 수단이다.
이하, 제 3 실시예의 동작을 설명한다. 단, 제 1 실시예와 유사한 부분의 설명은 생략하고, 다른점을 주로 설명한다.
연료전지 제어수단(15)은 전류센서(19)로부터의 충전전류 및 전류센서(20)로부터의 방전전류를 항상 감시하고, 각각 시간적분 및 적산연산을 실행함으로써 2차전지(11)의 축적된 전력량을 항상 파악한다.
그후, 2차전지(11)가 방전될 때, 연료전지 제어수단(15)은 전력저장량이 제 1 전력저장량 이하가 되는 경우에 방전제어수단(13)을 제어함으로써 전기적인 방전을 정지시킨다. 여기에서, 제 1 전력저장량은 2차전지(11)의 충전상태(State of Charge;SOC) 또는 방전깊이(Depth of Discharge;DOD)인 전지잔재용량의 충방전특성에 적당한 영역의 하한값이고, 예컨대, 전지용량의 약 50% 정도에 설정된다.
다음에, 연료전지 제어수단(15)은 연료전지(1)의 전력부하가 낮고, 2차전지(11)의 충전에 적당한 연료전지(1)의 출력전압이 높은 시간대에서 2차전지(11)를 충전한다. 이때, 연료전지 제어수단(15)은 전력저장량이 제 2 전력저장량 이상이 되는 경우에 충전제어수단(12)을 제어함으로써 전기적인 충전을 정지시킨다. 여기에서, 제 2 전력저장량은 2차전지(11)의 충전상태(SOC) 또는 방전깊이(DOD)인 전지잔재용량의 충방전특성에 적당한 영역의 상한값이고, 예컨대, 전지용량의 약 80% 내지 90% 정도에 설정된다.
따라서, 제 1 전력저장량 및 제 2 전력저장량 사이의 2차전지(11)의 전기적인 충방전량을 항상 관리함으로써, 2차전지(11)의 내구성이 현저하게 향상된다. 또한, 연료전지(1)의 전력공급용 보조수단의 구성에 의해 극히 경제적인 구성이 되므로, 발전장치의 설비비용이 저감된다.
또한, 상술한 실시예에서는, 2차전지(11)의 전력저장량이 충전전류를 검출하는 전류센서(19) 및 방전전류를 검출하는 전류센서(20)에 의해 검출된 값을 기초로 하여 계산되는 것을 설명하였지만, 2차전지(11)의 전력저장량을 직접 측정하는 것을 기초로 하여 제어동작을 실행할 수도 있다.
(제 4 실시예)
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도이다. 도 5에서, 도 1에 나타낸 제 1 실시예의 연료전지 발전장치, 도 3에 나타낸 제 2 실시예의 연료전지 발전장치 및 도 4에 나타낸 제 3 실시예의 연료전지 발전장치와 동일 기능을 갖는 부분에는 동일 번호를 부여하고, 그 기능의 상세한 설명은 도 1, 도 3 및 도 4의 것과 대응하므로 생략한다.
제 4 실시예의 특징은 시간을 측정하는 타이머와 같은 타이밍수단(21)으로부터의 타이밍신호 및 각 시간의 전력소비량을 기억하는 반도체 메모리와 같은 전력량 메모리수단(22)으로부터의 전력소비량 패턴정보를 연료전지 제어수단(15)에 입력하는 구성이다.
이하, 제 4 실시예의 동작을 설명한다. 단, 상술한 실시예와 유사한 부분의 설명은 생략하고, 다른점을 주로 설명한다.
연료전지 제어수단(15)은 부하전력 검출수단(9)에 의해 검출된 전력량을 타이밍수단(21)에 따르는 시간의 전력에 관한 전력량 감시정보(1일 동안의 시간 및 전력소비량 사이의 관계)로서 전력량 메모리수단(22)에 기억시킨다. 그후, 이 전력량 감시정보를 기초로 하여, 연료전지 제어수단(15)은 기억 후의 전력 출력이 전력량 감시정보에 대응하는 각 타이밍에서 동일한 출력이 될 수 있도록 연료가스 공급수단(2) 및 산화제가스 공급수단(3)에 신호를 출력한다. 또한, 연료전지 제어수단(15)은 연료전지(1)의 전력부하가 낮고, 2차전지(11)의 충전에 적당한 연료전지(1)의 출력전압이 높은 시간대에서 충전제어수단(12)를 통하여 2차전지(11)를 충전하여, 충전시간을 확보한다. 또한, 연료전지 제어수단(15)은 소정의 동작시간 마다, 전력량 메모리수단(22)에 기억된 전력량 패턴을 기초로 하여, 연료전지(1)로부터의 발전의 출력이 소정출력 이하인 시간대에서, 전력저장량이 충전제어수단(12)을 통하여 완전한 전력저장량에 도달하고, 완전한 전력저장량에 도달하는 충전시간이 소정시간을 초과할 때까지, 2차전지(11)를 충전시킨다.
이때, "소정의 동작시간 마다"는 전력저장수단인 2차전지(11)의 충방전특성을 양호하게 유지하기 위해 필요한 리프레시 충전동작이 실행될 때의 시간간격을 의미하며, 시간간격은 1주일 또는 10일에 한번이다. 또한, "완전한 전력저장량에 도달하는 충전시간이 소정시간을 초과할 때가지"는 "2차전지(11)가 완전히 충전된 후 충전동작을 완료하기 위한 정전압충전(강충전)의 종료때까지"를 의미하며, "소정시간"은 충전전류가 거의 제로(0)로 되는 상태가 2시간 내지 3시간 경과할 때의 시간이다.
실제 부하전력의 변동분은 전력량 감시정보를 기초로 하여 평균출력전력에 대하여 커지므로, 전력출력제어는 2차전지(11)의 전력저장량이 항상 보정되고, 방전량 및 충전량이 거의 동등하게 되도록 항상 제어하지 않는다. 따라서, 이들 일련의 동작제어는 전력량 메모리수단(22)의 전력량 감시정보에 따라 충전이 확보될 수 있을 때의 시간대에서 2차전지(11)의 전력저장량을 확보하게 하고, 2차전지(11)의 충방전특성을 양호하게 유지하게 한다.
따라서, 연료전지 제어수단(15)은 전력량 메모리수단(22)에 기억된 전력량 패턴을 기초로 하여, 연료전지(1)로부터의 발전 출력이 소정출력 이하인 시간대에서, 전력저장량이 충전제어수단(12)을 통하여 완전한 전력저장량에 도달하고, 완전한 전력저장량에 도달하는 충전시간이 소정시간을 초과할 때까지, 2차전지(11)를 충전시킨다. 따라서, 2차전지(11)의 정기적인 충전 리프레시 동작이 확보될 수 있으므로, 2차전지(11)의 수명특성이 크게 향상된다.
(제 5 실시예)
도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 연료전지 발전장치의 블록도이다. 도 6에서, 도 1에 나타낸 제 1 실시예의 연료전지 발전장치 및 도 3에 나타낸 제 2 실시예의 연료전지 발전장치와 동일 기능을 갖는 부분에는 동일 번호를 부여하고, 그 기능의 상세한 설명은 도 1 및 도 3의 것과 대응하므로 생략한다.
제 5 실시예의 특징은 연료전지(1)의 출력전압을 검출하는 연료전지 출력전압 검출수단(23)이 설치되어, 연료전지(1)의 수명 열화 등에 관한 전력부하에 대응하는 출력전류에 대한 출력전압의 저하로 인한 2차전지(11)로의 충방전 제어에서 승압전압량 또는 강압전압량을 보정하는 구성이다.
이하, 제 5 실시예의 동작을 설명한다. 단, 상술한 실시예와 유사한 부분의 설명은 생략하고, 다른점을 주로 설명한다.
일반적으로, 연료전지(1)의 출력전압은 수명 열화 등에 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이, 연료전지(1)의 출력 전류의 증가와 함께 저하하는 특성을 갖지만, 이 출력특성 자체가 전체적으로 전압에 대하여 저하하는 방향으로 이동한다. 연료전지 제어수단(15)은 연료전지 출력전압 검출수단(23) 및 부하전력 검출수단(9)에 의해 전력부하(10)의 부하전력에 대한 연료전지(1)의 출력전압을 항상 감시한다.연료전지(1)의 부하전력에 대한 출력전압특성의 이동(출력전압저하)이 발생할 때, 연료전지 제어수단(15)은 그 전압차를 전력저장수단으로서의 2차전지(11)의 충전제어수단(12) 및 방전제어수단(13)의 충방전 제어에서 승압레벨 또는 강압레벨의 보정량으로서 조정한다.
따라서, 연료전지 제어수단(15)은 연료전지(1)의 출력전압을 항상 감시하여, 출력특성 저하의 수명 열화 등에 따르는 전력부하에 대응하는 출력전류에 대한 출력전압의 저하에 대하여, 충방전제어에서 승압전압 또는 강압전압의 보정량을 전력저장수단에 적정하게 확보한다. 따라서, 고신뢰성 및 고보존성을 갖는 발전장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 실시예에서, 연료전지(1)는 본 발명의 DC 발전수단의 일예이고, 2차전지(11)는 본 발명의 전력저장수단의 일예이며, 컨버터부(5)는 본 발명의 DC/DC 컨버터의 일예이고, 전력변환수단(4)은 본 발명의 전력변환수단의 일예이며, 부하전력 검출수단(9)은 본 발명의 검출수단의 일예이고, 연료전지 제어수단(15)은 본 발명의 제어수단의 일예이다.
또한, 충전제어수단(12)은 본 발명의 충방전수단의 충전측 변환수단의 일예이고, 방전제어수단(13)은 본 발명의 충방전수단의 방전측 변환수단의 일예이다. 또한, 충방전 제어수단(18)은 본 발명의 충방전수단의 공용변환수단의 일예이고, 전류 스위칭수단(16)은 본 발명의 제 1 제어스위치의 일예이며, 전류 스위칭수단(17)은 본 발명의 제 2 제어스위치의 일예이다. 또한, 역류방지 다이오드(14) 및 접속경로(100a, 100b, 100c, 101a, 101b 및 101c)는 본 발명의 충방전수단에 포함된다.
또한, 연료전지 출력전압 검출수단(23)은 본 발명의 출력전압 검출수단의 일예이고, 1세트의 전류센서(19 및 20) 및 연료전지 제어수단(15)은 본 발명의 전력저장 검출수단의 일예이다. 또한, 1세트의 타이밍수단(21) 및 연료전지 제어수단(15)은 본 발명의 부하전력 측정수단의 일예이고, 전력량 메모리수단(22)은 본 발명의 제어수단에 포함된 수단이다. 또한, 전력량 메모리수단(22)에 기억된 전력량 감시정보는 본 발명의 미리 측정된 전력량의 일예이다.
또한, 상술한 각 실시예에서는 본 발명의 발전 시스템의 일예로서 연료전지 발전장치를 설명하였지만, 본 발명은 각 실시예의 구성으로부터 연료전지(1), 연료가스 공급수단(2), 산화제가스 공급수단(3) 및 전력부하(10)를 생략한 구성의 발전 제어장치로도 실현될 수 있다.
또한, 본 발명의 발전 시스템에서, DC 발전수단은 연료전지에 한정될 필요가 없으며, 전지, 가스터빈 발전기 및 제벡효과(Seebeck effect)를 이용하는 열전기 발전기와 같은 DC 전력을 발생할 수 있는 장치이기만 하면 그 유형에 한정되지 않는다. 일예로서, 가스터빈 발전기를 이용하는 구성을 도 11에 나타낸다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 가스터빈 발전기는 제어수단(150)에 의해 제어된 도시가스 공급부(110)로부터 공급된 도시가스 및 제어수단(150)에 의해 제어된 공기공급부(111)로부터 공급된 공기와 함께 작동하는 가스터빈(112), 가스터빈(112)에 접속된 AC 발전기(113), 및 AC 발전기(113)의 고주파 AC 출력을 DC 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터(114)를 포함한다. 근본적으로 이것은 연료전지(1)의 경우와 유사하다. 가스터빈(112)을 작동시켜 AC 발전기(113)의 전력공급이 일정하게 될 수 있는 경우라도, 전력부하(10)에 따라 2차전지(11)를 충전 또는 방전시키는 충전제어수단(12) 및 방전제어수단(13)에 의해 전력을 제어하는 것이 가능하다.
상술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 전력저장수단의 에너지 효율을 향상시키는, 경제성 및 신뢰성이 높은 전력 제어장치 등을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. DC 전력을 발생시키는 DC 발전수단으로부터 출력된 DC 전력을 저장하는 전력저장수단과,
    DC 입력을 수신할 때 적어도 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터를 포함하는 전력변환수단과,
    상기 DC 발전수단, 상기 전력저장수단 및 상기 전력변환수단 중에 제공되어 상기 전력저장수단으로부터 상기 전력변환수단에 전력을 방전하고, 상기 전력저장수단 내의 DC 발전수단으로부터 DC 전력을 충전하는 충방전수단과,
    적어도 상기 전력변환수단으로부터의 전력이 공급되는 외부 전력부하의 전력량을 검출하는 검출수단과,
    상기 검출된 전력량을 기초로 하여 상기 충방전수단의 동작을 제어하는 제어수단을 포함하고,
    상기 충방전수단은 DC/DC 변환기능을 갖고, 상기 DC 발전수단의 출력전압을 상기 전력저장수단의 충전전압으로 변환하며, 상기 전력저장수단의 방전전압을 상기 DC 발전수단의 출력전압으로 변환하는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은 외부 전력부하가 낮을 때에는 충방전수단이 충전동작을 실행하게 하고, 외부 전력부하가 높을 때에는 충방전수단이 방전동작을 실행하게 하여 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 DC 발전수단의 출력 및 상기 전력저장수단의 입력 사이에서 변환된 전압량은 상기 DC 발전수단의 출력 및 상기 전력변환수단의 DC/DC 컨버터의 입력 사이에서 변환된 전압량 보다 작은 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전수단은,
    상기 DC 발전수단의 출력전압을 상기 전력저장수단의 충전전압으로 변환하는 충전측 변환수단과,
    상기 전력저장수단의 방전전압을 상기 DC 발전수단의 출력전압으로 변환하는 방전측 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 충방전수단은,
    상기 DC 발전수단의 출력전압이 상기 전력저장수단의 충전전압으로 변환되는 충전측 변환동작 또는 상기 전력저장수단의 방전전압이 상기 DC 발전수단의 출력전압으로 변환되는 방전측 변환동작을 실행하는 공용변환수단과,
    상기 공용변환수단의 입력측이 상기 DC 발전수단의 출력측 또는 상기 전력저장수단의 출력측에 접속되도록 제어를 실행하는 제 1 제어스위치와,
    상기 공용변환수단의 출력측이 상기 DC/DC 컨버터의 입력측 또는 상기 전력저장수단의 입력측에 접속되도록 제어를 실행하는 제 2 제어스위치를 포함하며,
    상기 충전측 변환동작이 실행될 때, 상기 제 1 제어스위치는 상기 DC 발전수단의 출력측을 상기 공용변환수단의 입력측에 접속하는 반면, 상기 제 2 제어스위치는 상기 공용변환수단의 출력측을 상기 전력저장수단의 입력측에 접속하고,
    상기 방전측 변환동작이 실행될 때, 상기 제 1 제어스위치는 상기 전력저장수단의 출력측을 상기 공용변환수단의 입력측에 접속하는 반면, 상기 제 2 제어스위치는 상기 공용변환수단의 출력측을 상기 DC/DC 컨버터의 입력측에 접속하는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 DC 발전수단의 출력전압을 검출하는 출력전압 검출수단을 추가로 포함하며,
    상기 제어수단은 상기 검출된 출력전압 및 상기 검출된 부하전력을 기초로 하여, 상기 검출된 출력전압이 높고, 상기 검출된 부하전력이 낮을 때에는 상기 충방전수단이 상기 충전동작을 실행하게 하고, 상기 검출된 출력전압이 낮고, 상기 검출된 부하전력이 높을 때에는 상기 충방전수단이 상기 방전동작을 실행하게 하는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전력저장수단의 전력저장량을 검출하는 전력저장 검출수단을 추가로 포함하며,
    상기 제어수단은 상기 검출된 전력저장량을 기초로 하여, 상기 충방전수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 검출된 전력량을 시간의 함수로서 측정하는 부하전력 측정수단을 추가로 포함하며,
    상기 DC 발전수단의 발전 스케줄은 상기 부하전력 측정수단에 의해 미리 측정된 전력량을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전력 제어장치.
  9. 제 1항에 기재된 전력 제어장치와,
    DC 전력을 발생시키는 DC 발전수단과,
    상기 검출된 전력량을 기초로 하여 상기 DC 발전수단의 입력량을 제어하는 DC 발전수단의 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  10. 제 1항에 기재된 전력 제어장치의 제어방법에 있어서,
    상기 전력량은 시간의 함수로서 측정되고, 상기 DC 발전수단의 발전 스케줄은 상기 측정에 의해 얻어진 전력량을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는전력 제어장치의 제어방법.
KR1020020068980A 2001-11-09 2002-11-08 전력 제어장치, 발전 시스템 및 전력 제어장치의 제어방법 KR20030038507A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2001-00345089 2001-11-09
JP2001345089 2001-11-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030038507A true KR20030038507A (ko) 2003-05-16

Family

ID=19158494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020068980A KR20030038507A (ko) 2001-11-09 2002-11-08 전력 제어장치, 발전 시스템 및 전력 제어장치의 제어방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6800963B2 (ko)
EP (1) EP1311048A3 (ko)
KR (1) KR20030038507A (ko)
CN (1) CN100463329C (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8872380B2 (en) 2010-09-16 2014-10-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage system
US9041354B2 (en) 2009-12-23 2015-05-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage system and method of controlling the same
KR102045012B1 (ko) * 2018-05-30 2019-12-02 주식회사 만도 마일드 하이브리드 자동차의 전원제어 시스템 및 방법

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960838B2 (en) * 2002-11-15 2005-11-01 Sprint Communications Company L.P. Power system for a telecommunication facility
JP4460846B2 (ja) * 2003-04-18 2010-05-12 株式会社東芝 車載用燃焼器付発電システム
CN100344024C (zh) * 2003-06-17 2007-10-17 乐金电子(天津)电器有限公司 燃料电池的燃料供给装置
TWI276240B (en) * 2003-11-26 2007-03-11 Ind Tech Res Inst Fuel cell power supply device
JP2005312138A (ja) * 2004-04-19 2005-11-04 Canon Inc 電力制御装置、発電システム及び電力系統システム
CN1731614A (zh) * 2004-08-06 2006-02-08 三洋电机株式会社 燃料电池系统
JP4969029B2 (ja) 2004-08-16 2012-07-04 株式会社日立製作所 電源装置及びその制御方法
TWI237922B (en) * 2004-10-13 2005-08-11 Delta Electronics Inc Power supply system
JP4137175B2 (ja) * 2005-05-12 2008-08-20 新電元工業株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP2007026832A (ja) * 2005-07-14 2007-02-01 Toshiba Corp 情報処理装置および動作制御方法
FR2888685A1 (fr) * 2005-07-18 2007-01-19 St Microelectronics Sa Convertisseur-regulateur continu-continu
CN100377466C (zh) * 2005-08-18 2008-03-26 财团法人工业技术研究院 混成供电装置及其电源管理方法
US20070166576A1 (en) * 2006-01-13 2007-07-19 Chun-Chin Tung Fuel cell power generation control methodology and the applications thereof
JP4509051B2 (ja) * 2006-03-13 2010-07-21 三洋電機株式会社 ハイブリッド電源装置
KR100805591B1 (ko) * 2006-11-16 2008-02-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 그 구동 제어 방법
CN101826823B (zh) * 2010-01-29 2012-03-28 中国科学院广州能源研究所 热电转换型太阳能热发电系统
CN101944758A (zh) * 2010-09-24 2011-01-12 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 具有动态分配充电电流功能的电池管理系统和方法
US9263899B2 (en) * 2011-06-24 2016-02-16 L.R.S. Innovations, Inc. Power conditioning system
US9388740B2 (en) * 2012-02-15 2016-07-12 The Boeing Company Thermoelectric generator in turbine engine nozzles
JP6008040B2 (ja) * 2013-03-15 2016-10-19 富士電機株式会社 無停電電源装置
CN104393626A (zh) * 2014-07-16 2015-03-04 苏州华清京昆新能源科技有限公司 一种分布式固体氧化物燃料电池充电站
KR101684028B1 (ko) * 2014-12-24 2016-12-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 파워넷 시스템 및 그 제어 방법
CN110120537B (zh) * 2019-05-10 2020-12-08 青岛大学 一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6178460A (ja) * 1984-09-25 1986-04-22 Yamaha Motor Co Ltd 粘性材料の塗布装置
JPS6217958A (ja) * 1985-07-16 1987-01-26 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池発電システムの制御装置
US4860185A (en) * 1987-08-21 1989-08-22 Electronic Research Group, Inc. Integrated uninterruptible power supply for personal computers
JPH06325774A (ja) 1993-05-12 1994-11-25 Hitachi Ltd 燃料電池発電システムおよびその運転方法
JP3324930B2 (ja) * 1996-05-31 2002-09-17 富士通株式会社 電源装置
US5924486A (en) * 1997-10-29 1999-07-20 Tecom, Inc. Environmental condition control and energy management system and method
JPH11234915A (ja) * 1998-02-20 1999-08-27 Fujitsu Ltd 充電可能な電池を備えた電源装置、および複数の電池の充電／放電方法
US6462507B2 (en) * 1998-08-07 2002-10-08 Okc Products, Inc. Apparatus and method for initial charging, self-starting, and operation of a power supply with an intermittent and/or variable energy source and a rechargeable energy storage device
US6194793B1 (en) * 1998-08-07 2001-02-27 Okc Products, Inc. Apparatus and method for charging an energy storage source
JP3438647B2 (ja) * 1999-05-14 2003-08-18 株式会社村田製作所 充電制御器
US6169669B1 (en) * 1999-07-15 2001-01-02 Texas Instruments Incorporated Digital signal processor controlled uninterruptable power supply
JP3721947B2 (ja) * 2000-05-30 2005-11-30 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9041354B2 (en) 2009-12-23 2015-05-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage system and method of controlling the same
US8872380B2 (en) 2010-09-16 2014-10-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage system
KR102045012B1 (ko) * 2018-05-30 2019-12-02 주식회사 만도 마일드 하이브리드 자동차의 전원제어 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP1311048A2 (en) 2003-05-14
EP1311048A3 (en) 2005-02-16
CN100463329C (zh) 2009-02-18
CN1417917A (zh) 2003-05-14
US20030111990A1 (en) 2003-06-19
US6800963B2 (en) 2004-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20030038507A (ko) 전력 제어장치, 발전 시스템 및 전력 제어장치의 제어방법
US7767353B2 (en) Fuel cell system
JP4838017B2 (ja) ハイブリッド電源ならびに該ハイブリッド電源に適用されるパワーマネージメントシステムおよび方法
KR100969615B1 (ko) 2차 전지용 충전 회로, 2차 전지용 충전 회로에서의 전원전환 방법, 및 전원 유닛
JP4898343B2 (ja) 電源装置
US7728545B2 (en) Equipment with a built-in fuel cell
CN100349356C (zh) 独立电源系统
US7884567B2 (en) Fuel cell system and method for controlling operation of the fuel cell system
WO2013121618A1 (ja) 電力変換装置
CN102549878A (zh) 切换电路、控制装置及发电系统
KR100908558B1 (ko) 연료전지 시스템
KR20070003636A (ko) 전자 기기, 그 전자 기기에 이용되는 전지 팩 및 부하 장치
JP2007157733A (ja) 燃料電池電源装置
KR101256077B1 (ko) 전력 제어 시스템 및 전력 제어 방법
JP2005137054A (ja) 電源回路
KR20060050278A (ko) 연료 전지 시스템
JP2008017652A (ja) 電力供給システム
JP2013042627A (ja) 直流電源制御装置および直流電源制御方法
JP4430292B2 (ja) 電力制御装置、発電システム、電力制御装置の制御方法
CN101123310B (zh) 燃料电池系统
JP2006310246A (ja) 燃料電池システム
CN111200143B (zh) 一种基于燃料电池的dcdc输出电流控制系统
KR101047022B1 (ko) 계통연계형 연료전지시스템의 전원제어방법 및 장치
KR101162221B1 (ko) 에너지 저장장치의 과충전/과방전 방지장치 및 방법
KR20140042092A (ko) 태양광 에너지 저장장치 및 그 운용방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid