KR20060093823A - 연료전지를 이용한 전원공급 시스템 및 이를 포함하는 휴대전자장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지를 이용한 전원공급 시스템 및 이를 포함하는 휴대전자장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기 부하에 전기적으로 접속되는 제1 전원부 및 제2 전원부와, 상기 제1 및 제2 전원부에 전기적으로 접속되어 발전용 연료를 사용하여 전기화학반응에 의해 자체전력을 생성하는 연료전지부와, 상기 연료전지부로부터 상기 제1 전원부 또는 제2 전원부로의 충전을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 연료전지부는 병렬구조로 배치된 상기 제1 전원부 및 제2 전원부를 교대로 충전하거나 상기 부하를 구동하는 전원을 공급하는 전원공급 시스템을 제공한다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명은 휴대 및 이동중에도 외부전원에 접속하지 않고 연료전지를 이용하여 휴대전자장치를 지속적으로 구동할 수 있다.

연료전지, 전원공급시스템, 휴대전자장치.

Description

연료전지를 이용한 전원공급 시스템 및 이를 포함하는 휴대전자장치{POWER SUPPLY SYSTEM USING FUEL CELL AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급 시스템을 포함하는 휴대전자장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 도 1의 휴대용전자장치의 예를 도시한 것이다.

도 3은 시간에 따른 전원공급 시스템의 전원레벨을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 전원공급시스템 및 이를 포함하는 휴대전자장치에 관한 것으로, 특히, 연료전지를 이용한 전원공급 시스템 및 이를 통해서 지속적으로 구동가능한 휴대전자장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지란 연료의 산화 환원 반응으로부터 발생하는 자유 에너지의 변화가 전기적 에너지로 전환되는 전기화학적 전지를 의미한다. 연료전지는 크게, 수소 또는 메탄올과 같은 연료가 전자를 잃고 양이온으로 변화하는 산화반응이 일어나는 애노드, 애노드로부터 공급되는 전자를 받아 주입되는 공기 중의 산소와 결합하여 물로 변화하는 환원반응이 일어나는 캐소드 및, 애노드와 캐소드 사이에 위치하며 애노드에서 생성된 이온을 전달하는 전해질의 세부분으로 구성된다.

종래기술에 의한 노트북과 같은 휴대가능한 전자시스템에서 상술한 연료전지를 사용하는 경우에 있어서, 연료전지의 펌프를 구동하기 위한 별도의 배터리를 구비한다. 하지만, 배터리의 전압이 낮아져 재충전해야하는 경우 연료전지를 이용해 충전을 하게 되는데, 연료전지를 이용하여 배터리를 충전하는 동안은 노트북을 사용할 수 없는 문제점이 있다. 다시 말해, 연료전지를 사용하여 노트북을 구동하면서 동시에 배터리를 충전하는 것이 불가능하므로 지속적인 전자시스템의 사용이 불가능한 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지를 이용하여 지속적으로 전원을 공급하는 전원공급 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 어느 곳에서나 지속적인 사용이 가능하도록 연료전지를 이용한 전원공급 시스템을 포함하는 휴대전자장치를 제공하는 데 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은 상기 부하에 전기적으로 접속되는 제1 전원부 및 제2 전원부와, 상기 제1 및 제2 전원부에 전기적으로 접속되어 발전용 연료를 사용하여 전기화학반응에 의해 자체전력을 생성하는 연료전지부와, 상기 연료전지부로부터 상기 제1 전원부 또는 제2 전원부로의 충전을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 연료전지부는 병렬구조로 배치된 상기 제1 전원부 및 제2 전원부를 교대로 충전하거나 상기 부하를 구동하는 전원을 공급하는 전원공급 시스템을 제공한다.

바람직하게, 상기 제1 전원부 및 상기 제2 전원부의 전압레벨 또는 전류레벨을 감지하여 상기 제어부로 전달하는 센서부를 추가적으로 포함한다. 상기 전압레벨 또는 전류레벨에 대응하여 상기 연료전지부로부터 상기 제1 또는 제2 전원부로 선택적으로 전기적 연결하는 스위칭부를 추가적으로 포함한다. 상기 제1 전원부 및 제2 전원부는 2차 전지이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급 시스템을 포함하는 휴대전자장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 전원공급 시스템은, 부하(170)에 전기적으로 접속되는 제1 전원부 및 제2 전원부(110,120)와, 제1 및 제2 전원부(110,120) 에 전기적으로 접속되어 발전용 연료를 사용하여 전기화학반응에 의해 자체전력을 생성하는 연료전지부(130)와, 연료전지부(130)로부터 제1 전원부 또는 제2 전원부(110,120)로의 충전을 제어하는 제어부(150)를 포함하며, 연료전지부(150)는 병렬구조로 배치된 제1 전원부 및 제2 전원부(110,120)를 교대로 충전하거나 부하(170)를 구동하는 전원을 공급하는 전원공급 시스템을 제공한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 제1 및 제2 전원부(110,120)는 부하, 예컨대 휴대용 전자장치에 전기적으로 연결되며 교대로 전원을 공급하여 휴대용 전자장치를 실질적으로 구동한다. 한편, 제1 및 제2 전원부(110,120)의 예로서는, 반복해서 충·방전이 가능한 2차 전지가 바람직하며, 알칼리 축전지, 연축전지, 리튬 2차전지, 리튬포리머 전지, 전력저장용 전지 등의 2차 전지가 있다. 여기서, 알칼리 축전지로서는 니켈-카드뮴 축전지(니카드 전지,Ni-Cd 전지), 니켈-수소 축전지, 니켈-아연 축전지, 공기-아연 축전지를 예로 들 수 있으며, 리튬 2차전지로서는 리튬이온 전지, 금속리튬 전지를 예로 들소 있으며, 리튬포리머 전지로서는 리튬이온-포리머 전지를 예로 들 수 있으며, 전력저장용 전지로서는 나트륨-유황 전지, 리독스-플로우(Redox-flow) 전지, 아연-취소 전지, 아연-염소 전지를 예로 들 수 있으나, 특별히 이에 한정되지는 않음은 물론이다. 또한, 제1 및 제2 전원부(110,120)는 연료전지부(130)를 자체를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 역할도 수행하기도 한다.

연료전지부(130)는 병렬구조로 배치된 제1 및 제2 전원부(110,120)에 전기적으로 접속되어 제1 전원부(110) 또는 제2 전원부(120)을 교대로 충전하거나 부하 (170)에 구동 전원을 공급하기도 한다. 연료전지를 포함하는 연료전지부(130)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 생기는 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전시스템으로서, 고온(500℃ 내지 700℃)에서 작동하는 용융탄산염 전해질형 연료전지, 200℃ 근처에서 작동하는 인산전해질형 연료전지, 상온 내지 약 100℃ 이하에서 작동하는 알칼리 전해질형 연료전지, 및 고분자전해질형 연료전지 등이 있으며, 고분자전해질형 연료전지로는 수소가스를 연료로 사용하는 수소이온 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell:PEMFC)와 액상의 유기 화합물(메탄올,에탄올등)을 직접 연료로 애노드에 공급하여 사용하는 직접 액체 연료전지 등이 있다. 또한, 본 실시예에서는 고분자 전해질형 연료전지가 이용되는 것이 바람직하며, 이는 고분자 전해질형 연료전지가 상온에서 작동가능하고 소형화 및 밀폐화가 가능하므로 이동 및 휴대가 가능한 전자장치에 적용이 용이하기 때문이다. 하지만, 연료전지부(130)를 특별히 한정하지 않음은 물론이다.

센서부(140)는 제1 및 제2 전원부(110,120)의 전압레벨 또는 전류레벨을 각각 감지하여, 그 레벨 값을 제어부(150)로 전달한다. 여기서, 센서부(140)는 전원공급 시스템(100)에서 독립적인 구성요소일 수도 있으며, 제어부(150)에 포함된 구성요소일 수도 있다. 감지된 전압레벨 또는 전류레벨은 제어부(150)가 스위칭부(160)의 동작 포인트로서, 본 실시예에 의한 전원공급 시스템의 동작을 결정짓는 중요한 인자이다.

제어부(150)는 감지된 전압레벨 또는 전류레벨에 대응하여 스위칭부(160)로 제어신호를 보내 스위칭시키는데, 즉 연료전지부(130)로부터 제1 또는 제2 전원부 (110,120)로의 전기적 연결을 제어한다. 다시 말해, 예컨대, 제1 전원부(110)의 전력이 부하(170)를 구동시킬 수 없는 임계 레벨(예컨대, 부하소비전력의 30% 내지 40%)에 도달하는 것이 센서부(140)에 의해 감지되면, 제어부(150)는 스위칭부(160)를 동작시켜(2 -> 3) 연료전지부(130)에 의해 제1 전원부(110)를 충전하게 되며, 제2 전원부(120)는 부하 구동에 필요한 전력을 전담하게 된다. 이와 반대로, 제2 전원부(120)의 전력이 부하(170)를 구동시킬 수 없는 임계 레벨(예컨대, 부하소비전력의 30% 내지 40%)에 도달하는 것이 센서부(140)에 의해 감지되면, 제어부(150)는 스위칭부(160)를 동작시켜(3 -> 2) 연료전지부(130)에 의해 제2 전원부(120)를 충전하게 되며, 제1 전원부(110)는 부하 구동에 필요한 전력을 전담하게 된다. 여기서, 제어부(150)는 센서부(140)에 의해 감지된 전압레벨 또는 전류레벨을 미리 설정된 소정의 전압레벨 또는 전류레벨과 비교하여 스위칭부(160)의 동작을 제어하는 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 및 제2 전원부(110,120)의 전압레벨 또는 전류레벨이 임계값에 도달하면 임계값에 도달한 전원부를 연료전지를 이용하여 충전하며 다른 전원부를 이용하여 부하에 구동전력을 공급하는 것이다.

스위칭부(160)는 제어부(150)로부터 전달되는 제어신호에 따라 연료전지부(130)로부터 제1 또는 제2 전원부(110,120)의 전기적 연결을 수행한다.

상술한 바와 같은 구성요소 및 동작을 갖는 전원공급 시스템에 의해서 제1 및 제2 전원부를 연료전지를 이용하여 교대로 충전하여 사용함으로써, 휴대 및 이동이 가능한 전자장치를 용이하게 지속적으로 구동시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 연료전지는 주 전원부와 같이 부하 구동에 필요한 전력을 공급하기도 한다.

도 2는 도 1의 휴대용전자장치의 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 연료전지부(미도시) 또는 전원부(미도시)로부터 스위칭부(미도시)를 통해서 전원이 인가되는 부하, 예컨대 휴대전자장치로는 도시된 바와 같은 노트북, 휴대폰, 디지탈 카메라 이외에 개인휴대단말기(PDA), 디지탈 캠코더 등 다양한 예를 들 수 있다.

도 3은 시간에 따른 전원공급 시스템의 전원레벨을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 전원공급시스템의 동작을 구체적으로 예시한 것으로서, 연료전지부(130)는 부하소비전력의 60% 내지 70%를 담당하며, 제1 전원부(110)는 30% 내지 40%를 담당하는데, 제1 전원부(110)의 전력이 임계 레벨에 도달하는 것이 센서부에 의해 감지되면(s), 제어부는 스위칭부를 동작시켜 연료전지부(130)에 의해 제1 전원부(110)를 충전하게 되며, 제2 전원부(120)는 부하 구동에 필요한 전력을 전담하게 된다(100%). 이와 반대로, 제2 전원부의 전력이 임계 레벨에 도달하는 것이 센서부에 의해 감지되면, 제어부는 스위칭부를 동작시켜 연료전지부에 의해 제2 전원부를 충전하게 되며, 제1 전원부는 부하 구동에 필요한 전력을 전담하게 된다(100%). 여기서, 가로축은 사용시간을 나타내면, 세로축은 부하의 구동전력을 담당하는 연료전지부, 제1 전원부, 및 제2 전원부의 분담률을 나타낸 것이다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 연료전지를 이용한 전원공급 시스템은 안정적으로 부하에 전원을 공급하는 효과가 있다.

또한, 연료전지를 이용한 전원공급 시스템을 적용한 휴대전자장치는 외부로부터 전원을 공급받을 수 없는 곳에서도 연료전지를 자체를 이용하여 충전함으로써 용이하게 지속적으로 사용이 가능한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 연료전지를 이용하여 구동전력을 생성하여 부하에 공급하는 전원공급 시스템에 있어서,

   상기 부하에 전기적으로 접속되는 제1 전원부 및 제2 전원부와,

   상기 제1 및 제2 전원부에 전기적으로 접속되어 발전용 연료를 사용하여 전기화학반응에 의해 자체전력을 생성하는 연료전지부와,

   상기 연료전지부로부터 상기 제1 전원부 또는 제2 전원부로의 충전을 제어하는 제어부를 포함하며,

   상기 연료전지부는 병렬구조로 배치된 상기 제1 전원부 및 제2 전원부를 교대로 충전하거나 상기 부하를 구동하는 전원을 공급하는 전원공급 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 전원부 및 상기 제2 전원부의 전압레벨 또는 전류레벨을 감지하여 상기 제어부로 전달하는 센서부를 추가적으로 포함하는 전원공급 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전압레벨 또는 전류레벨에 대응하여 상기 연료전지부로부터 상기 제1 또는 제2 전원부로 선택적으로 전기적 연결하는 스위칭부를 추가적으로 포함하는 전원공급 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 전원부 및 제2 전원부는 2차 전지인 전원공급 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 전원공급 시스템을 구비하는 휴대전자장치.

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