KR20070036481A - Method for controlling operation of fuel cell hybrid system - Google Patents
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Abstract
연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법은 연료전지 장치 및 배터리 중 적어도 하나의 전력을 부하에 공급하는 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법에 있어서, 배터리의 온도를 감지하는 단계와, 감지된 온도에 상응하는 배터리의 한계 전압을 추출하는 단계와, 배터리의 전압을 감지하는 단계, 및 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하일 때, 연료전지 장치의 출력 전력과 부하의 요구 전력을 비교하여 배터리의 충방전을 제어하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 배터리가 한계 전압 이하에서 방전되는 것을 방지하여 시스템의 예기치 못한 셧다운을 예방하고 배터리의 손상을 방지할 수 있다.Disclosed is a driving control method of a fuel cell hybrid system. In an operation control method of a fuel cell hybrid system according to the present invention, the operation control method of a fuel cell hybrid system for supplying at least one power of a fuel cell device and a battery to a load, the method comprising the steps of: sensing the temperature of the battery; Extracting the limit voltage of the battery corresponding to the temperature, sensing the voltage of the battery, and comparing the output power of the fuel cell device with the required power of the load when the detected battery voltage is lower than the limit voltage. Controlling the discharge. According to the present invention, it is possible to prevent the battery from discharging below the threshold voltage to prevent unexpected shutdown of the system and to prevent damage to the battery.
연료 전지, 하이브리드, 배터리, 온도, 운전 제어 Fuel cell, hybrid, battery, temperature, driving control
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating an operation control method of a fuel cell hybrid system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 운전제어 방법에 이용되는 배터리의 온도에 따른 전류(용량)-전압 곡선을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating a current (capacity) -voltage curve according to a temperature of a battery used in the driving control method of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법을 이용하는 시스템에 대한 블록도이다.3 is a block diagram of a system using an operation control method of a fuel cell hybrid system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 장치의 연료전지 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.4 is a diagram schematically illustrating a fuel cell device of an operation control device of the fuel cell hybrid system of FIG. 3.
도 5는 도 3의 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 장치에 결합되는 전력분배 장치의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of a power distribution device coupled to an operation control device of the fuel cell hybrid system of FIG. 3.
본 발명은 연료전지 하이브리드 시스템에 관한 것으로, 특히 배터리가 한계 용량 이하로 방전되는 것을 방지하여 시스템의 예기치못한 셧다운을 방지하고 배터리를 보호할 수 있는 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell hybrid system, and more particularly, to an operation control method of a fuel cell hybrid system capable of preventing a battery from being discharged below a limit capacity to prevent unexpected shutdown of the system and to protect the battery.
연료전지(fuel cell)는 연료가 가지고 있는 에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환하는 장치이다. 예를 들면, 연료전지는 수소와 산소로부터 물이 생성되는 반응, 즉 수소의 연소 반응을 이용해 전기 에너지를 발생시킨다. 이를 반응식으로 나타내면 아래와 같다.A fuel cell is a device that converts energy contained in a fuel into electrical energy directly by chemical reaction. For example, fuel cells generate electrical energy using a reaction in which water is generated from hydrogen and oxygen, that is, a combustion reaction of hydrogen. This is represented by the following reaction scheme.
연료전지로는 인산형, 용융탄산염형, 고체 산화물형, 고분자 전해질형, 알칼리형이 있다. 그 중에 고분자 전해질형 연료전지는 전해질로 프로톤 전도성 고분자 전해질막을 사용하는 연료전지를 말한다. 고분자 전해질형 연료전지는 통상 고출력을 위한 스택 구조를 가지며, 연료전지 내의 양극과 음극의 반응을 원활히 진행시키기 위해 촉매를 구비한다. 촉매로는 탄소에 담지된 백금촉매 등이 사용된다. 전술한 연료전지는 화석연료를 연소하는 발전시스템에 비해 질소화합물이나 황산화물의 배출이 매우 적은 차세대 청정 에너지원으로서 주목받고 있다.Fuel cells include phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, polymer electrolyte type and alkali type. Among them, the polymer electrolyte fuel cell refers to a fuel cell using a proton conductive polymer electrolyte membrane as an electrolyte. The polymer electrolyte fuel cell generally has a stack structure for high power, and includes a catalyst for smoothly reacting the positive electrode and the negative electrode in the fuel cell. As the catalyst, a platinum catalyst supported on carbon is used. The fuel cell is drawing attention as a next-generation clean energy source with a very low emission of nitrogen compounds and sulfur oxides compared to a power generation system for burning fossil fuels.
한편, 연료전지 시스템은 충분한 연료와 공기를 이용하여 최적의 전기 에너지를 발생시키므로 갑자기 출력을 증가시키기가 어렵고 따라서 일정한 출력하에서 운전되는 것이 바람직하다. 하지만, 연료전지 시스템으로부터 전력을 제공받는 부 하는 일정한 전력만을 소비하지 않는다. 게다가, 부하에서 순간 고전력이 요구되는 경우, 연료전지 시스템에서는 출력 전력을 증가시키기 어렵기 때문에 신속하게 부하 변동에 대응할 수 없다.On the other hand, since the fuel cell system generates optimal electric energy by using sufficient fuel and air, it is difficult to suddenly increase the output, and therefore, it is desirable to operate at a constant output. However, the load supplied from the fuel cell system does not consume only a certain amount of power. In addition, when instantaneous high power is required at the load, it is difficult to increase the output power in the fuel cell system, and thus it is not possible to respond quickly to the load fluctuation.
전술한 문제를 해소하기 위하여 종래의 연료전지 시스템에서는 배터리가 결합된 연료전지 하이브리드 시스템을 이용하여 부하의 순간 고전력 요구시 배터리의 출력을 부하에 공급하여 부하의 순간 고전력 요구에 대응하고 있다.In order to solve the above problem, the conventional fuel cell system uses a fuel cell hybrid system in which a battery is coupled to supply the output of the battery to the load in response to the instantaneous high power demand of the load.
배터리는 완만한 충방전 특성 곡선을 갖지만, 용량이 급격히 떨어지는 전압 구간도 갖는다. 용량이 급격히 떨어지는 전압 이하에서 배터리가 전력을 소비하게 되면 노트북이나 핸드폰 등의 부하는 그 즉시 셧다운(shutdown)되고, 배터리도 치명적인 손상을 입는다. 따라서, 배터리는 용량이 급격히 떨어지는 전압 이하에서 사용되지 않도록 적절히 제어되어야 한다.The battery has a gentle charge / discharge characteristic curve, but also has a voltage section in which the capacity drops sharply. If the battery consumes power below a sharp drop in capacity, the load on the laptop or mobile phone immediately shuts down, and the battery can be fatally damaged. Thus, the battery must be properly controlled so that its capacity is not used below a voltage that drops sharply.
본 발명의 목적은 한계 전압 이하에서 배터리가 방전되는 것을 방지하여 시스템의 예기치 못한 셧다운을 예방하고 배터리를 보호할 수 있는 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for controlling operation of a fuel cell hybrid system which can prevent the battery from being discharged below a threshold voltage, thereby preventing an unexpected shutdown of the system and protecting the battery.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 측면에 의하면, 연료전지 장치 및 배터리 중 적어도 하나의 전력을 부하에 공급하는 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법에 있어서, (a) 운전제어 장치에서 배터리의 온도를 감지하는 단계; (b) 감지된 온도에 상응하는 배터리의 한계 전압을 추출하는 단계; (c) 배터리의 전압을 감지하는 단계; 및 (d) 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하일 때, 연료전지 장치의 출력 전력과 부하의 요구 전력을 비교하여 배터리의 충방전을 제어하는 단계를 포함하는 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to a preferred aspect of the present invention, in the operation control method of a fuel cell hybrid system for supplying at least one of the fuel cell device and the power to the load, (a) a battery in the operation control device Sensing the temperature of the; (b) extracting a limit voltage of the battery corresponding to the sensed temperature; (c) sensing the voltage of the battery; And (d) controlling the charging and discharging of the battery by comparing the output power of the fuel cell device with the required power of the load when the sensed battery voltage is lower than or equal to the threshold voltage. .
바람직하게, 상기 (d)단계는 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하이고, 연료전지 장치의 출력 전력이 부하의 요구 전력을 초과할 때, 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.Preferably, step (d) includes charging the battery when the sensed battery voltage is below the threshold voltage and the output power of the fuel cell device exceeds the required power of the load.
또한, 상기 (d)단계는 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하이고, 연료전지 장치의 출력이 부하의 요구 전력 이하일 때, 연료전지 장치에서 부하를 분리시키는 단계, 및 연료전지 장치의 출력 전력으로 배터리를 충전하는 단계를 추가적으로 포함한다. 또한, 연료전지 장치에서 부하를 분리시키는 것에 대한 경보 신호를 출력하는 단계를 포함한다.In addition, the step (d) is the step of separating the load in the fuel cell device when the detected battery voltage is less than the threshold voltage, the output of the fuel cell device is less than the required power of the load, and the output power of the fuel cell device Further comprising the step of charging. The method also includes outputting an alarm signal for disconnecting the load in the fuel cell device.
또한, 상기 (d)단계는 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하이고, 연료전지 장치의 출력이 부하의 요구 전력 이하일 때, 연료전지 하이브리드 시스템을 운전 중지시키는 단계를 추가적으로 포함한다. 또한, 운전 중지에 대한 경보 신호를 출력하는 단계를 추가적으로 포함한다.In addition, the step (d) further includes the step of stopping the fuel cell hybrid system when the sensed battery voltage is below the threshold voltage and the output of the fuel cell device is below the required power of the load. The method may further include outputting an alarm signal for stopping operation.
또한, 상기 (a)단계는 배터리 중앙부의 온도를 측정하는 단계를 포함한다.In addition, step (a) includes the step of measuring the temperature of the center of the battery.
또한, 상기 (b)단계는 온도에 상응하는 한계 전압을 기저장된 테이블에서 추 출하는 단계를 포함한다.In addition, the step (b) includes the step of extracting a threshold voltage corresponding to the temperature from the pre-stored table.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings for those skilled in the art to easily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating an operation control method of a fuel cell hybrid system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법은 부하의 고전력 요구시 시스템의 예기치못한 셧다운을 방지하기 위하여 운전제어 장치에서 배터리의 온도에 따라 배터리의 한계 전압을 변경 설정하며, 설정된 한계 전압으로 배터리의 용량이 급격히 저하되는 전압 이하에서 배터리가 방전되는 것을 방지하도록 배터리의 방전을 제어한다.Referring to FIG. 1, in the operation control method of a fuel cell hybrid system, a limit voltage of a battery is changed and set according to a temperature of a battery in an operation control device to prevent an unexpected shutdown of a system when a high power demand of a load is required. As a result, the discharge of the battery is controlled to prevent the battery from being discharged below a voltage at which the capacity of the battery is sharply lowered.
구체적으로, 먼저 연료전지 하이브리드 시스템에 운전 개시 신호가 입력되면(S10), 온도 센서에 의해 배터리의 온도를 감지한다(S12). 예를 들면, 배터리의 방전시의 배터리 온도는 써미스터(thermistor) 또는 서모커플(thermocouple)을 통해 검출되고, 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환되며, 변환된 신호는 연산처리부에 의해 감지된다.Specifically, first, when an operation start signal is input to the fuel cell hybrid system (S10), the temperature of the battery is sensed by the temperature sensor (S12). For example, the battery temperature at the time of discharge of the battery is detected through a thermistor or thermocouple, converted into a digital signal by an analog-to-digital converter, and the converted signal is sensed by the arithmetic processing unit.
다음, 감지된 온도에 상응하는 배터리의 한계 전압을 추출한다(S14). 예를 들면, 본 단계는 감지된 배터리 온도에 상응하는 배터리의 한계 전압을 연료전지 하이브리드 시스템 내의 저장부에 기저장된 테이블에서 추출하도록 구현될 수 있다.Next, the threshold voltage of the battery corresponding to the sensed temperature is extracted (S14). For example, this step may be implemented to extract the threshold voltage of the battery corresponding to the sensed battery temperature from a table previously stored in a storage in the fuel cell hybrid system.
다음, 배터리의 한계 전압이 준비된 상태에서 소정의 전압검출부에 의해 배터리의 전압을 감지한다(S16). 예를 들면, 배터리 전압은 전압계를 통해 검출되고, 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환되며, 변환된 신호는 연산처리부에 의해 감지된다.Next, the voltage of the battery is sensed by the predetermined voltage detector in a state where the threshold voltage of the battery is prepared (S16). For example, the battery voltage is detected through a voltmeter, converted into a digital signal by an analog-to-digital converter, and the converted signal is sensed by the computing processor.
다음, 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하인가를 판단한다(S18).Next, it is determined whether the detected battery voltage is lower than or equal to the threshold voltage (S18).
상기 판단 결과가 예이면, 현재의 스택 출력 전력이 부하의 요구 전력을 초과하는가를 판단한다(S20). 상기 판단 결과가 아니오이면, 다시 배터리 전압을 감지하고, 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하인가를 주기적으로 판단한다.If the determination result is YES, it is determined whether the current stack output power exceeds the required power of the load (S20). If the determination result is no, the battery voltage is again sensed, and it is periodically determined whether the detected battery voltage is below the threshold voltage.
상기 판단 결과, 스택 출력 전력이 부하의 요구 전력을 초과하면, 연료전지 장치의 출력 전력을 부하에 공급하면서 배터리를 충전시킨다(S22).As a result of the determination, when the stack output power exceeds the required power of the load, the battery is charged while supplying the output power of the fuel cell device to the load (S22).
한편, 스택 출력 전력이 부하의 요구 전력 이하이면, 경보 신호를 출력한다(S24). 여기서, 경보 신호는 이후의 단계로 설정된 것에 따라 연료전지 장치로부터의 부하 분리를 알리는 신호이거나 시스템의 운전 중지를 알리는 신호 중 어느 하나가 된다.On the other hand, if the stack output power is less than or equal to the required power of the load, an alarm signal is output (S24). Here, the alarm signal is either a signal for notifying the load disconnection from the fuel cell device or a signal for notifying the operation of the system, as set in a later step.
다음, 연료전지 장치로부터 부하를 분리시킨 후 배터리를 충전시킨다. 또는 연료전지 하이브리드 시스템을 운전 중지시킨 후 배터리를 충전시킨다(S26). 본 단계는 배터리의 용량이 부족한 상태에서 부하의 고전력 요구에 대응하기 어렵기 때문에 배터리를 우선적으로 충전시키거나 시스템을 종료한 후에 별도로 배터리를 충 전시키기 위한 단계이다. 본 단계에서 연료전지 장치의 출력 전력이 소정값 이상이면 부하를 분리시킨 후에 배터리를 충전하고, 연료전지 장치의 출력 전력이 소정값 미만이면 시스템을 운전 중지시킨 후에 별도로 배터리를 충전시킬 수 있다. 전술한 구성에 의하면, 배터리의 용량 부족시 부하의 고전력 요구에 적절히 대응하지 못하여 배터리나 시스템이 손상되는 것을 방지할 수 있다.Next, the battery is charged after disconnecting the load from the fuel cell device. Alternatively, the battery is charged after the fuel cell hybrid system is stopped (S26). This step is to charge the battery preferentially or to charge the battery separately after shutting down the system because it is difficult to meet the high power demand of the load when the capacity of the battery is insufficient. In this step, if the output power of the fuel cell device is greater than or equal to a predetermined value, the battery may be charged after disconnecting the load. If the output power of the fuel cell device is less than the predetermined value, the battery may be separately charged after stopping the system. According to the above-described configuration, it is possible to prevent damage to the battery or the system by failing to adequately meet the high power demand of the load when the capacity of the battery is insufficient.
도 2는 도 1에 채용된 배터리의 온도에 따른 전류(용량)-전압 곡선을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a current (capacity) -voltage curve according to the temperature of the battery employed in FIG. 1.
실험을 위해, 먼저 배터리를 25℃의 분위기에서 0.5C-4.2V로 3시간 동안 충전시켜 준비하였다. 그리고, -20℃, -10℃, 0℃, 25℃, 45℃ 및 60℃의 배터리 온도에서 배터리를 방전율 0.2C-2.75V로 방전시켰다. 여기서, 0.2C는 배터리의 용량을 5시간 동안 방전할 수 있다는 것을 나타낸다.For the experiment, the battery was first prepared by charging for 3 hours at 0.5C-4.2V in an atmosphere of 25 ℃. The battery was discharged at a discharge rate of 0.2C-2.75V at battery temperatures of -20 ° C, -10 ° C, 0 ° C, 25 ° C, 45 ° C, and 60 ° C. Here, 0.2C indicates that the battery capacity can be discharged for 5 hours.
도 2에서 알 수 있듯이, 방전되는 배터리의 전압은 배터리 온도가 25℃ 이상일 때, 약 3.50V를 기준으로 용량이 급격히 떨어진다. 반면, 온도가 내려갈수록, 컷오프(cut off) 전압(이하 한계 전압이라 한다)이 점점 떨어지며 쓸 수 있는 용량도 작아진다. 용량이 급격히 떨어지는 전압 이하에서도 전력을 소비하게 되면, 노트북이나 핸드폰 등의 부하는 그 즉시 셧다운되며 배터리에는 치명적인 악영향이 미친다.As can be seen in Figure 2, the voltage of the discharged battery is rapidly reduced capacity based on about 3.50V, when the battery temperature is 25 ℃ or more. On the other hand, as the temperature decreases, the cutoff voltage (hereinafter referred to as the limit voltage) gradually decreases and the usable capacity also decreases. When power is consumed even under a sharp drop in capacity, the load on the laptop or cell phone is shut down immediately, and the battery has a fatal adverse effect.
예를 들면, 시스템에 배터리의 한계 전압을 3.6V로 정하면, 25℃의 온도 이상에서는 배터리가 정상적으로 동작하지만, 25℃보다 낮은 온도에서는 배터리의 정 상적인 방전이 불가능하여 시스템의 예기치못한 셧다운을 방지하기 위하여 시스템을 멈추어야 한다. 반대로, 한계 전압을 3.25V로 정하면, 0℃의 온도 이상에서는 배터리가 정상적으로 동작하지만, 0℃보다 높은 온도에서는 배터리의 용량이 남아있는데도 불구하고 시스템을 운전 중지시켜야 한다.For example, if the threshold voltage of the battery is set to 3.6V, the battery will operate normally at temperatures above 25 ° C, but normal discharge of the battery will not be possible at temperatures below 25 ° C, preventing unexpected shutdown of the system. You must stop the system to do this. Conversely, if the threshold voltage is set to 3.25V, the battery will operate normally at temperatures above 0 ° C, but at temperatures above 0 ° C the system must be shut down despite the remaining battery capacity.
전술한 구성에 의하면, 배터리의 한계 전압을 배터리의 온도에 따라 유동적으로 변경 설정함으로써 배터리 및 시스템을 안정적이면서 효과적으로 운전제어할 뿐 아니라 배터리를 최대한 활용할 수 있다.According to the above-described configuration, the limit voltage of the battery can be changed and set according to the temperature of the battery to stably and effectively operate and control the battery and the system as well as to make full use of the battery.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법을 이용하는 시스템에 대한 블록도이다. 이하의 설명에서 어느 요소가 다른 요소에 결합된다고 할 때는 직접 결합되는 것과 또 다른 요소를 사이에 두고 결합되는 것을 포함한다.3 is a block diagram of a system using an operation control method of a fuel cell hybrid system according to a preferred embodiment of the present invention. In the following description, when an element is coupled to another element, the element is directly coupled to another element and is coupled to another element.
도 3을 참조하면, 연료전지 하이브리드 시스템의 운전제어 방법을 이용하는 시스템(100)(이하 운전제어 시스템이라고 한다)은 전압검출부(110), 온도검출부(120), 세 개의 아날로그-디지털 변환기(132, 134, 136)(이하 A/D 컨버터라고 한다), 연산처리부(140), 통신처리부(150) 및 저장부(160)를 구비한다. 또한, 운전제어 시스템(100)은 배터리(200), 연료전지 장치(300), 전력분배 장치(400) 및 전기기기(500)에 결합된다.Referring to FIG. 3, a system 100 (hereinafter referred to as an operation control system) using an operation control method of a fuel cell hybrid system includes a
구체적으로, 전압검출부(110)는 배터리(200)의 전압을 검출한다. 전압검출부(110)는 배터리(200) 전체의 전압을 검출하거나 배터리(200) 내의 복수의 전지셀에 대하여 각각의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 전압검출부(110)는 검출된 신호를 제1 A/D 컨버터(132)를 통해 연산처리부(140)에 제공한다. 전압검출부(110)는 통상의 전압계로 구현될 수 있다.In detail, the
온도검출부(120)는 배터리(200)의 표면 또는 내부에 설치되며, 배터리(200)의 온도를 검출한다. 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 조합된 배터리 팩 구조를 갖는 배터리(200)의 경우, 배터리(200)의 온도는 가장자리보다 중앙에서 가장 높으므로, 온도검출부(120)는 배터리(200)의 중앙 부분에서 온도를 측정하도록 설치된다. 또한, 배터리 팩 구조를 갖는 배터리(200)의 경우, 온도검출부(120)는 모든 전지 셀의 온도를 측정하도록 설치되는 것이 바람직하다. 온도검출부(120)는 검출된 온도를 제2 A/D 컨버터(134)를 통해 연산처리부(140)에 제공한다. 온도검출부(120)는 써미스터 또는 서모커플로 구현될 수 있다. The
연산처리부(140)는 전압검출부(110)와 온도검출부(120)으로부터 입력되는 신호를 감지하고, 감지된 신호를 소정의 처리 루틴에 따라 처리한다. 여기서, 감지된 신호는 배터리의 온도와 배터리 전압을 포함한다.The
상세히 설명하면, 연산처리부(140)는 감지된 온도에 상응하는 한계 전압을 저장부(160)에 저장된 테이블로부터 추출한다. 온도에 상응하는 한계 전압은 소정의 함수로 구현될 수 있다. 또한, 연산처리부(140)는 전력분배장치(400)의 연료전지장치(300)측 입력단과 전기기기(500)측 출력단에 인가되는 전류 및 전압을 제3 A/D 컨버터(136)를 통해 감지한다. 이것은 연료전지 장치(300)의 출력 전력과 부하로서의 전기기기(500)의 요구 전력을 감지하기 위한 것이다. 전술한 경우, 전력분 배장치(400)의 입력단과 출력단의 전력은 소정의 전류/전압 감지수단에 의해 검출될 수 있으며, 전류/전압 감지수단은 전력분배장치(400)에 내장되거나 별도로 구성될 수 있다.In detail, the
또한, 연산처리부(140)는 한계 전압과 배터리 전압을 비교하고, 연료전지 장치(300)의 출력 전력과 전기기기(500)의 요구 전력을 비교한 후, 이들 비교 결과에 따라 소정의 출력 신호를 발생시킨다. 발생된 출력 신호는 통신처리부(150)에 전달된다. 연산처리부(140)는 디지털 신호처리 장치(digital signal processing device)로 구현될 수 있으며, 이 경우 전술한 3개의 A/D 컨버터 중 하나 이상을 생략할 수 있다.In addition, the
전술한 출력 신호는 배터리 전압이 한계 전압 이하이고 연료전지 장치의 출력 전력이 부하의 요구 전력을 초과할 때, 배터리를 충전시키기 위한 신호이다. 혹은, 전술한 출력 신호는 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하이고, 연료전지 장치의 출력이 부하의 요구 전력 이하일 때, 연료전지 장치에서 부하를 분리시키고 연료전지 장치의 출력 전력으로 배터리를 충전시키기 위한 신호이다. 혹은, 전술한 출력 신호는 감지된 배터리 전압이 한계 전압 이하이고, 연료전지 장치의 출력이 부하의 요구 전력 이하일 때, 연료전지 하이브리드 시스템을 운전 중지시키기 위한 신호이다.The above-described output signal is a signal for charging the battery when the battery voltage is below the threshold voltage and the output power of the fuel cell apparatus exceeds the required power of the load. Alternatively, the above-described output signal may be used to disconnect the load from the fuel cell device and charge the battery with the output power of the fuel cell device when the detected battery voltage is less than the threshold voltage and the output of the fuel cell device is less than or equal to the required power of the load. It is a signal. Alternatively, the above-described output signal is a signal for stopping the fuel cell hybrid system when the sensed battery voltage is below the threshold voltage and the output of the fuel cell device is below the required power of the load.
통신처리부(150)는 연산처리부(140)의 출력 신호에 응답하여 제어 신호를 발생시키고, 발생된 제어 신호를 전력분배장치(400) 및/또는 전기기기(500)에 전달한다. 또한, 통신처리부(150)는 연산처리부(140)의 출력 신호에 응답하여 경보 신호 를 발생시킨다. 발생된 경보 신호는 운전제어 장치(100)에 결합된 영상 장치나 음향 장치에 전달되거나 전기기기(500)에 전달되어 전기기기(500)의 화면이나 스피커를 통해 출력된다. 통신처리부(150)는 유선 또는 무선 인터페이스를 구비한 유선 또는 무선 통신회로로 구현될 수 있다.The
저장부(160)는 배터리(200)의 방전 전류와 방전 전류에 대응하는 배터리의 한계 전압을 저장한 테이블을 구비할 수 있다. 또한, 저장부(160)는 배터리(200)의 충방전 횟수 즉 사이클 횟수를 저장할 수 있다. 저장부(160)는 연산처리부(140)에 결합되며, 램(RAM), 롬(ROM), 플래시 메모리, 하드 디스크 등의 임의의 저장장치로 구현될 수 있다. 또한, 저장부(160)는 앤드(AND), 오어(OR), 낸드(NAND), 노어(NOR) 게이트 등에 의해 구현된 논리 회로로 구현될 수 있다.The
배터리(200)는 연료전지 장치(300)나 외부 상용 전원에 의해 재충전할 수 있는 이차전지를 포함한다. 배터리(200)는 적어도 하나의 리튬이온 이차전지로 구현될 수 있다. 배터리(200)가 직렬 접속된 복수개의 리튬이온 이차전지로 이루어지는 경우, 배터리(200)의 충전시 각각의 이차전지가 충전 전류에 서로 다르게 반응할 수 있으므로, 배터리(200)에는 각 이차전지의 충전 전압을 독립적으로 검출할 수 있는 전압검출부(110)가 결합되는 것이 바람직하다. 이 경우, 배터리(200) 내의 특정 이차전지의 불량을 감지할 수 있으므로 배터리(200)의 상태를 더욱 정확하게 파악할 수 있다는 이점이 있다.The
연료전지 장치(300)는 도 4에 도시한 바와 같이 연료를 산화시켜 직접 전기 에너지를 생산하는 전기발생부(310)를 구비한다. 전기발생부(310)는 복수의 연료전 지가 적층된 구조를 갖는 스택으로 구현될 수 있다. 또한, 전기발생부(310)는 전해질막(311)과 이 전해질막(311)의 양면에 접합되는 애노드 전극(313) 및 캐소드 전극(315)으로 구현될 수 있다. 연료전지 장치(300)에 공급되는 연료로는 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등의 탄화수소 계열의 연료가 사용될 수 있다. 또한, 연료전지 장치(300)는 연료를 저장하는 연료펌프(320), 연료를 공급하는 연료펌프(330), 연료를 개질하는 연료 개질장치(340), 공기나 산소 등의 산화제를 전기발생부(310)의 캐소드에 공급하기 위한 산화제 공급장치(350)를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
전력분배 장치(400)는 도 5에 도시한 바와 같이 연산처리부(140)에 의해 제어되며, 스위칭 수단(410, 420)에 의해 배터리(200)와 연료전지 장치(300) 중 적어도 어느 하나의 전력을 전기기기(500)에 공급하도록 결합된다. 스위칭 수단(410), 420)은 트랜지스터나 사이리스터로 구현될 수 있다. 또한, 전력분배 장치(400)는 전류/전압 검출부(432, 434, 436, 438)에 의해 연료전지 장치(300)의 출력 전력을 검출하고, 전기기기(500)의 요구 전력을 검출하며, 검출된 신호를 제3 A/D 컨버터(136)를 통해 연산처리부(140)에 전달한다. 또한, 전력분배 장치(400)는 전력변환수단(440)에 의해 연료전지 장치(300)의 출력 전력을 전기기기(500)에서 사용하기 적합한 적절한 레벨 및/또는 방식으로 변환한다. 전력변환수단(440)은 연료전지 장치(300)에서 출력되는 직류를 다른 레벨의 직류로 변환하는 DC/DC 컨버터 또는 연료전지 장치(300)에서 출력되는 직류를 교류로 변환하는 DC/AC 컨버터로 구현될 수 있다.The
전기기기(500)는 배터리(200) 또는 연료전지 장치(300)의 전기 에너지를 사 용하는 전기적 부하를 말한다. 전기기기(500)는 노트북, 핸드폰, 가정용 전기기기 등의 전기를 사용하는 모든 기기를 포함한다. 또한, 전기기기(500)는 운전제어 시스템(100)의 통신처리부(150)와 결합되며, 통신처리부(150)의 제어 신호 또는 경보 신호를 받고, 그 신호에 응답하여 화면을 표시할 수 있는 기기를 포함한다.The
한편, 연료전지 장치의 출력 전압에 대한 프로파일과 배터리의 방전 전압에 대한 프로파일이 달라 두 장치를 서로 조합하는 것이 어렵다. 또한, 연료전지 장치와 배터리의 출력 전압을 조합하기 위해서는 추가적으로 고가의 제어 장치가 필요하며, 그러한 고가의 제어 장치를 탑재한 시스템은 구성이 복잡하다. 따라서, 전술한 실시예에서는 연료전지 장치와 배터리의 출력 전압을 조합하는 예는 생략하고 부하의 고전력 요구시 배터리만으로 부하를 담당하는 구성을 바람직한 실시예로 설명하였다.On the other hand, it is difficult to combine the two devices with each other because the profile of the output voltage of the fuel cell device and the profile of the discharge voltage of the battery are different. In addition, in order to combine the output voltage of the fuel cell device and the battery, an additional expensive control device is required, and a system equipped with such an expensive control device is complicated in construction. Therefore, in the above-described embodiment, a combination of the output voltages of the fuel cell device and the battery is omitted, and a configuration in which the load is performed by the battery only when the high power of the load is required is described as a preferred embodiment.
또 한편, 상술한 실시예에서 명확하게 언급하지 않았지만, 배터리의 방전 전류 및 전압을 감지하는 단계는 방전 전류 및 전압 중 어느 하나를 먼저 감지하거나 두개를 동시에 감지하는 것을 포함한다. 그리고 상술한 실시예의 배터리의 전류나 전압을 검출하는 검출부는 배터리의 전류 및 전압을 직접 또는 간접적으로 감지할 수 있다면 어떠한 위치에서 설치가능하다.On the other hand, although not explicitly mentioned in the above-described embodiment, the step of detecting the discharge current and the voltage of the battery includes detecting either one of the discharge current and the voltage first or both at the same time. And the detection unit for detecting the current or voltage of the battery of the above embodiment can be installed at any position if it can directly or indirectly detect the current and voltage of the battery.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
본 발명에 의하면, 연료전지 하이브리드 시스템에서 배터리가 한계 용량 이하로 방전되는 것을 용이하게 방지함으로써 시스템의 예기치못한 셧다운을 예방하고 배터리를 보호할 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily prevent the battery from discharging below the limit capacity in the fuel cell hybrid system, thereby preventing unexpected shutdown of the system and protecting the battery.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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KR1020050091535A KR20070036481A (en) | 2005-09-29 | 2005-09-29 | Method for controlling operation of fuel cell hybrid system |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
KR101491375B1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-02-06 | 현대오트론 주식회사 | Method of generating injected current for fuel cell stack and apparatus performing the same |
KR101509895B1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-04-06 | 현대자동차주식회사 | Method for limiting power of battery |
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2005
- 2005-09-29 KR KR1020050091535A patent/KR20070036481A/en not_active Application Discontinuation
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