KR20040000725A - Air supplied controlling device of fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An air supply control device for a fuel cell system is provided, to remove a power convert device used in the initial operation of fuel cell vehicles for solving the limit of layout in development of vehicles. CONSTITUTION: The air supply control device comprises a main air supplier(210) which is operated by receiving the high voltage power from the fuel cell stack and supplies air to the fuel cell system(120); an auxiliary air supplier(220) which is operated by receiving the low voltage power from an auxiliary battery(240) and supplies air to the fuel cell system; and an air supply control part(230) which generates the each operation control signal to allow the main air supplier and the auxiliary air supplier to be operated according to the normal running state and the initial state of the fuel cell vehicle. The control signal for operating the main air supplier is generated when the fuel cell vehicle is in normal running state; and the control signal for operating the auxiliary air supplier is generated in initial state.

Description

연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치{AIR SUPPLIED CONTROLLING DEVICE OF FUEL CELL SYSTEM}Air supply control device of fuel cell system {AIR SUPPLIED CONTROLLING DEVICE OF FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to an air supply control apparatus of a fuel cell system.

통상적으로, 현재 연료 전지 시스템의 경우 화학반응에 사용되는 산소를 공급하기 위하여 공기 공급기를 구동하여 대기중의 공기를 연료 전지 시스템으로 공급한다.In general, current fuel cell systems drive an air supply to supply oxygen used for chemical reactions to supply atmospheric air to the fuel cell system.

일반적인 공기 공급기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 전기 모터에 의해 구동된다.The general air supply 100 is driven by an electric motor as shown in FIG.

또한, 전기 모터는 공기 공급기(100)에 요구되는 부하의 변동에 따라 달라지게 되므로 요구조건에 따라 모터를 제어할 수 있는 제어기를 포함하여 구성된다.In addition, the electric motor is configured to include a controller that can control the motor according to the requirements because it depends on the variation of the load required for the air supply (100).

공기 공급기(100)의 사양은 일반적으로 교류(AC) 220V 또는 240V를 사용하거나, 연료 전지 스택에서 공급되는 직류(DC) 200~400V를 사용할 수 있도록 설계되어 있다.The air supply 100 is generally designed to use alternating current (AC) 220V or 240V, or direct current (DC) 200-400V supplied from a fuel cell stack.

따라서, 일반적으로 공기 공급기(100)(보통 모터&제어기)에 공급되는 전원 사양은 정상 운전시에는 보통 연료 전지 스택에서 200~400V 직류를 직접 공급하거나 교류 전원으로 변환하여 공급하고, 기동시에는 보조 배터리(120)의 직류 12V를 직류-직류 컨버터(130)(DC-DC Converter)등의 전력변환장치를 이용하여 공기 공급기(100)에 직접 공급할 수 있도록 직류 200V로 승압하여 사용하고 있다.Therefore, in general, the power supply specifications supplied to the air supply 100 (usually a motor & controller) are normally supplied directly from a fuel cell stack 200-400V DC or converted into an AC power supply during normal operation, and auxiliary at start-up. The DC 12V of the battery 120 is boosted to DC 200V to be directly supplied to the air supply 100 by using a power converter such as a DC-DC converter 130.

상기한 바와 같이 연료 전지 스택의 출력(보통 직류 200~400V정도이며, 출력에 따라 전압이 변동함.)을 직접 사용하기 위하여 입력 전압(Input Voltage)이 직류 200~400V 영역으로 설계된 공기 공급기(100)를 사용하여 연료 전지 시스템(110)의 초기 기동시 공기를 공급하기 위해서는 보조 배터리(120)의 전압을 공기 공급기(100)의 사용 영역까지 승압시켜야 하므로 직류-직류 컨버터(130) 등의 전력변환장치가 필요하다.As described above, in order to directly use the output of the fuel cell stack (usually DC 200-400V, and the voltage varies depending on the output), an air supply 100 having an input voltage of 200-400V DC is designed. In order to supply air during the initial start-up of the fuel cell system 110, the voltage of the auxiliary battery 120 must be boosted to the use area of the air supply 100. A device is needed.

이로 인해, 현재 초기 기동을 위해 전력변환장치를 개발하여 사용하고 있다.For this reason, power converters are currently being developed and used for initial startup.

위와 같은 방법을 사용할 때 종래 기술은 연료 전지 시스템을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 원가 상승 및 차량 개발시 레이아웃(Layout)의 어려움과 같은 문제점을 야기 시킨다.When using the above method, the prior art not only complicates the fuel cell system but also causes problems such as cost increase and layout difficulties in vehicle development.

본 발명의 목적은 연료 전지 차량의 초기 기동에 사용되던 전력변환장치를 제거하여 연료 전지 시스템의 원가 상승 및 차량 개발시 레이아웃(Layout)의 제한을 해소할 수 있는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an air supply control apparatus for a fuel cell system that can remove the power converter used for initial start-up of a fuel cell vehicle, thereby eliminating the cost increase of the fuel cell system and the limitation of layout during vehicle development. To provide.

도 1은 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치의 구성을 도시한 도면.1 is a view showing the configuration of an air supply control apparatus of a fuel cell system according to the prior art.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치의 구성을 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a configuration of an air supply control apparatus of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 일반적인 초기의 연료 전지 시스템의 운전에 관련된 조건들 간의 상관 관계를 도시한 그래프.3 is a graph showing the correlation between conditions related to the operation of a typical early fuel cell system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서, 연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 주 공기 공급기와; 보조 배터리로부터 저전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 보조 공기 공급기와; 상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 상태에 따라 상기 주 공기 공급기와 보조 공기 공급기를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생하는 공기 공급 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a control device for supplying air to a fuel cell system of a fuel cell vehicle, the main air for driving the high-voltage power supplied from the fuel cell stack to supply air to the fuel cell system A feeder; An auxiliary air supply supplied with low voltage power from an auxiliary battery to supply air to the fuel cell system; And an air supply control unit configured to generate respective driving control signals to drive the main air supply and the auxiliary air supply according to the normal driving state and the initial starting state of the fuel cell vehicle.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While many specific details, such as the following description and the annexed drawings, are shown to provide a more general understanding of the invention, these specific details are illustrated for the purpose of explanation of the invention and are not meant to limit the invention thereto. And a detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(200)의 공기 공급 제어장치의 구성을 설명한다.Referring to Figure 2 will be described the configuration of the air supply control device of the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예는 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템(200)으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서, 주 공기 공급기(210), 보조 공기 공급기(220), 공기 공급 제어부(230)를 포함하여 구성한다.Embodiment of the present invention is a control device for supplying air to the fuel cell system 200 of a fuel cell vehicle, comprising a main air supply 210, an auxiliary air supply 220, the air supply control unit 230 do.

주 공기 공급기(210)는 연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 연료 전지 시스템(200)으로 공기를 공급하는 기능을 한다.The main air supply 210 is driven by receiving high voltage power from the fuel cell stack to supply air to the fuel cell system 200.

보조 공기 공급기(220)는 보조 배터리(240)로부터 저전압 전원(직류 12V)을 공급받아 구동되어 연료 전지 시스템(200)으로 공기를 공급한다.The auxiliary air supply 220 is driven by receiving a low voltage power (DC 12V) from the auxiliary battery 240 to supply air to the fuel cell system 200.

공기 공급 제어부(230)는 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 (Start-up) 상태에 따라 주 공기 공급기(210)와 보조 공기 공급기(220)를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생한다.The air supply controller 230 generates driving control signals for driving the main air supply 210 and the auxiliary air supply 220 according to a normal driving state and an initial start-up state of the fuel cell vehicle.

예를 들어, 공기 공급 제어부(230)는 연료 전지 차량의 정상 운전 상태에서 주 공기 공급기(210)를 구동하도록 정상 구동 제어신호를 발생한다.For example, the air supply control unit 230 generates a normal driving control signal to drive the main air supply 210 in the normal driving state of the fuel cell vehicle.

이와는 반대로, 공기 공급 제어부(230)는 연료 전지 차량의 초기 기동 상태에서 보조 공기 공급기(220)를 구동하도록 보조 구동 제어신호를 발생한다.On the contrary, the air supply controller 230 generates an auxiliary drive control signal to drive the auxiliary air supplier 220 in the initial starting state of the fuel cell vehicle.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 연료 전지 차량의 초기 기동시 주 공기 공급기(210)를 기동시키기 위하여 차량용 보조 배터리(240)의 저전압 전원(직류 12V)을 고전압 전원(직류 200~400V)으로 승압시키는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)를 사용하지 않고, 초기 기동시 별도로 구동되는 보조 공기 공급기(220)를 구동하여 연료 전지 시스템(200)에 공기를 공급하도록 한 것이다.As described above, in the embodiment of the present invention, in order to start the main air supply 210 at the initial start of the fuel cell vehicle, the low voltage power source (DC 12V) of the vehicle auxiliary battery 240 is converted into a high voltage power source (DC 200-400V). Rather than using a DC-DC converter for boosting, an auxiliary air supply 220 driven separately during initial startup is driven to supply air to the fuel cell system 200.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 보조 공기 공급기(220)는 일반적인 차량에 적용되는 공조용 블로워(Blower)를 사용할 수 있다.Here, the auxiliary air supply 220 according to the embodiment of the present invention may use an air conditioning blower (Blower) applied to a general vehicle.

연료 전지 시스템(200)에서 요구되는 공기량은 도 3에 도시된 바와 같이 연료 전지 스택 전류와 비례하여 증가하고, 또한 연료 전지 시스템(200) 입구에서의 공기 압력은 공기량에 비례하여 증가한다.The amount of air required by the fuel cell system 200 increases in proportion to the fuel cell stack current as shown in FIG. 3, and the air pressure at the inlet of the fuel cell system 200 increases in proportion to the amount of air.

그러나, 연료 전지 차량의 초기 기동 상태에서 요구되는 공기량이 적고, 또한 연료 전지 시스템(200) 입구에서 요구되는 공기 압력도 낮으므로 직류 12V 전원을 사용하는 보조 공기 공급기(220)에 의해서도 초기 기동시 연료 전지 시스템(200)에 공기 공급이 가능하다.However, since the amount of air required in the initial starting state of the fuel cell vehicle is small, and the air pressure required at the inlet of the fuel cell system 200 is also low, the fuel at the initial starting is also performed by the auxiliary air supply 220 using a DC 12V power supply. Air supply to the battery system 200 is possible.

이러한 구성으로 본 발명의 실시예는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter) 없이도 초기 기동이 가능하다.With this configuration, the embodiment of the present invention can be initially started without a DC-DC converter.

예를 들어, 연료 전지 차량의 초기 기동시에 직류 12V의 비교적 낮은 전압에서 구동되는 보조 공기 공급기(220)에 의해 연료 전지 시스템(200)에 소량의 공기 공급을 한다.For example, a small amount of air is supplied to the fuel cell system 200 by an auxiliary air supply 220 which is driven at a relatively low voltage of direct current 12V at the initial startup of the fuel cell vehicle.

그러면, 연료 전지 스택에서 공급되는 공기의 양에 따라 약간의 출력을 낼 수 있다.This may produce some output depending on the amount of air supplied from the fuel cell stack.

이 동력을 이용하여 주 공기 공급기(210)를 구동할 수 있게 된다.This power can be used to drive the main air supply 210.

왜냐하면, 연료 전지 스택에서 낼 수 있는 전력(Power)의 양은 작을지라도 전압은 주 공기 공급기(210)가 사용 가능한 영역이므로 연료 전지 차량의 초기 기동시 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)없이 주 공기 공급기(210)를 구동할 수 있게 되는 것이다.Because, although the amount of power available from the fuel cell stack is small, the voltage is the area where the main air supply 210 is available, so that the main air without a DC-DC converter at the initial start-up of the fuel cell vehicle is required. It will be able to drive the feeder (210).

초기의 연료 전지 시스템(200)의 운전에 관련된 조건들은 도 3에 도시된 그래프에 표시된 것처럼 공기량은 적고, 공급되는 공기의 압력은 낮아도 가능하다.The conditions related to the operation of the initial fuel cell system 200 may be small as shown in the graph shown in FIG. 3, and the pressure of the supplied air may be low.

이때, 연료 전지 스택에서 발생될 수 있는 출력은 적으나(주 공기 공급기(210)는 충분히 운전할 수 있는 양임.) 전압이 상대적으로 높으므로, 발생되는 전원을 이용하여 주 공기 공급기(210)를 구동할 수 있게 된다.At this time, the output that can be generated in the fuel cell stack is small (the main air supply 210 can be sufficiently driven), but since the voltage is relatively high, the main air supply 210 is driven by using the generated power. You can do it.

물론 세부적인 구성이나, 형상은 연료 전지 차량 또는 연료 전지 시스템 (200)의 구성 및 여러 가지 조건들에 의해 설계 변경될 수 있으므로 그러한 것들은 조건에 따라 구성을 다르게 실시할 수 있을 것이다.Of course, the detailed configuration or shape may be changed depending on the configuration of the fuel cell vehicle or the fuel cell system 200 and various conditions, and thus they may be configured differently depending on the conditions.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치는 연료 전지 시스템의 초기 기동을 위해 요구되던 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter ; 직류 12V ~ 직류 200V 이상)가 필요 없게 된다.As described above, the air supply control apparatus of the fuel cell system according to the present invention eliminates the need for a DC-DC converter (DC 12V to DC 200V or more), which is required for initial startup of the fuel cell system.

따라서, 연료 전지 시스템을 구성하는 부품 수를 축소할 수 있으며, 연료 전지 시스템의 무게를 감소시킬 수 있다.Therefore, the number of parts constituting the fuel cell system can be reduced, and the weight of the fuel cell system can be reduced.

또한, 원가 절감 등의 효과가 있다.In addition, there is an effect such as cost reduction.

Claims (3)

연료 전지 차량의 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서,In the control device for supplying air to the fuel cell system of a fuel cell vehicle, 연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 주 공기 공급기와;A main air supply supplied with a high voltage power from a fuel cell stack to supply air to the fuel cell system; 보조 배터리로부터 저전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 보조 공기 공급기와;An auxiliary air supply supplied with low voltage power from an auxiliary battery to supply air to the fuel cell system; 상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 상태에 따라 상기 주 공기 공급기와 보조 공기 공급기를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생하는 공기 공급 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치.And an air supply control unit for generating respective driving control signals to drive the main air supply and the auxiliary air supply according to the normal operating state and the initial starting state of the fuel cell vehicle. Feed control. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급 제어부는According to claim 1, wherein the air supply control unit 상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태에서 상기 주 공기 공급기를 구동하도록 정상 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치.And a normal driving control signal to drive the main air supply in the normal driving state of the fuel cell vehicle. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급 제어부는According to claim 1, wherein the air supply control unit 상기 연료 전지 차량의 초기 기동 상태에서 상기 보조 공기 공급기를 구동하도록 보조 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치.And an auxiliary drive control signal for driving the auxiliary air supply in an initial starting state of the fuel cell vehicle.
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