KR20090078714A - 에너지 관리 모듈 및 구동 장치 - Google Patents

에너지 관리 모듈 및 구동 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090078714A
KR20090078714A KR1020080042679A KR20080042679A KR20090078714A KR 20090078714 A KR20090078714 A KR 20090078714A KR 1020080042679 A KR1020080042679 A KR 1020080042679A KR 20080042679 A KR20080042679 A KR 20080042679A KR 20090078714 A KR20090078714 A KR 20090078714A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
concentration
solution
signal
fuel supply
Prior art date
Application number
KR1020080042679A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101007868B1 (ko
Inventor
치앙-웬 라이
유-춘 코
유-치 린
지운-밍 첸
Original Assignee
난 야 프린티드 서킷 보드 코포레이션
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 난 야 프린티드 서킷 보드 코포레이션 filed Critical 난 야 프린티드 서킷 보드 코포레이션
Publication of KR20090078714A publication Critical patent/KR20090078714A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101007868B1 publication Critical patent/KR101007868B1/ko

Links

Images

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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • 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
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or 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
    • H01M8/04313—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
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • 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
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04447—Concentration; Density of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • 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
    • H01M8/04559—Voltage 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
    • H01M8/04313—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
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current 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
    • H01M8/04791—Concentration; Density
    • H01M8/04798—Concentration; Density of fuel cell reactants
    • 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
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • 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)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

부하를 구동시키는 구동 장치는 2차 전지, 연료 전지 및 에너지 관리 모듈을 포함한다. 에너지 관리 모듈은 2차 전지, 연료 전지 및 연료 공급 장치에 연결되고, 연료 전지의 전기 신호 및 용액 레벨 신호에 따라 부하에 전류 신호를 생성하고 연료 공급 장치에 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 연료 공급 장치를 구동하여 상기 연료 전지에 연료 용액을 공급한다.

Description

에너지 관리 모듈 및 구동 장치{ENERGY MANAGEMENT MODULE AND DRIVING DEVICE}
본 발명은 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 전지와 에너지 관리 모듈을 포함하는 구동 장치에 관한 것이다.
연료 전지는 가전용 백업 전력 시스템, 운반 가능한 전력 시스템 및 휴대용 전자 장치 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 연료 전지는 막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA)로 구성된다. 고정된 농도를 가지는 연료가 상기 MEA의 양극에 제공되고, 적당한 산소가 상기 MEA의 음극에 제공되면 화학 반응으로 인하여 상기 양극과 음극 사이에는 전위가 생성된다. 따라서 생성된 전위에 의하여 연료 전지는 외부의 로드에 전류를 공급할 수 있다. 연료 전지의 산출물은 이산화탄소와 물을 포함하고 있기 때문에 유기적 물질은 생성되지 않는다. 따라서 연료 전지는 친환경적이지는 않다. 종래의 연료 전지들은 전기를 생성하기 위하여 메탄올 수용액(methanal aqueous solutions)을 사용하는 직접 메탄올 연료 전지(direct methanal fuel cell, 이하 DMFC)를 포함한다.
하지만, 종래의 DMFC들에서 사용되는 메탄올 수용액의 농도는 상기 MEA의 전 기 생성 효율을 감소시킬 수 있는 메탄올 크로스오버를 방지하기 위하여 미리 설정된 값 하에서 제어된다. 상기 메탄올 수용액의 이 미리 설정된 값은 DMFC에서 사용되는 MEA의 특성에 좌우되고 그 농도는 전형적으로 10%(vol%)을 넘지는 않는다. 또한 상기 DMFC는 동작 온도와 주위 온도에 따라서 쉽게 영향을 받고, 상기 전기 생성 효율은 상기 동작 온도 또는 주위 온도가 너무 높으면(60℃ 이상) 감소하게 된다.
DMFC에서의 화학 반응은 하기의 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 따른다.
[수학식 1]:양극
CH3OH + H2O → 6H+ + 6e- + CO2
[수학식 2]:음극
1.5O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O
[수학식 3]:전체 반응
CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2H2O
상기 [수학식 3]의 전체 반응으로부터 상기 DMFC의 동작 중에 물(H2O)가 생성된다는 것을 알 수 있다. 하지만 물은 상기 반응 동안에 증발될 수 있고, 증발된 물의 양은 주위 온도 및 동작 온도 등과 같은 요인들 때문에 상기 DMFC의 동작 중에 생성되는 물의 양보다 더 많을 수 있다. 더욱이, 상기 메탄올 수용액의 메탄올의 양은 상기 DMFC의 반응 시간이 증가하게 되면 감소하고, 따라서 상기 메탄올 수 용액의 농도도 DMFC의 반응 시간이 증가하게 되면 감소한다. 만일 상기 메탄올 수용액의 농도가 너무 낮으면, 상기 양극에서 생성되는 수소 양성자들의 수가 감소하게 되어 상기 DMFC 내에서 연속적인 화학 반응을 유지하기 위하여 필요로 하는 메탄올과 물의 양이 증가하게 되어 상기 DMFC의 연속적인 동작을 유지하게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 부하를 안정적으로 구동할 수 있는 구동 장치 및 상기 구동 장치에 포함되는 에너지 관리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부하를 구동하는 구동 장치는 2차 전지, 연료 전지, 연료 공급 장치 및 에너지 관리 모듈을 포함한다. 상기 에너지 관리 모듈은 상기 2차 전지, 상기 연료 전지 및 상기 연료 공급 장치에 연결되고, 상기 연료 전지의 전기 신호 및 용액 레벨 신호에 따라 상기 로드에 전류 신호를 생성하고 상기 연료 공급 장치에 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 연료 공급 장치를 구동하여 상기 연료 전지에 연료 용액을 공급하도록 하는 에너지 관리 모듈을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 연료 전지는 막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA) 모듈 및 상기 MEA 모듈에 상기 전기 신호를 생성하기 위한 상기 연료 용액을 공급하는 연료 저장 장치를 포함할 수 있다. 상기 연료 저장 장치는 용액레벨 센서를 포함하고, 상기 용액레벨 센서는 상기 연료 저장 장치 내의 상 기 연료 용액의 용액레벨 상태에 따라서 상기 레벨 신호를 제공할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 프로세싱 유닛 및 온도 감지 유닛을 포함하고, 상기 온도 감지 유닛은 상기 연료 전지의 온도 상태에 따라서 상기 프로세싱 유닛에 상기 온도 신호를 제공하고, 상기 프로세싱 유닛은 상기 연료 전지의 전기 신호, 상기 용액레벨 신호 및 상기 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 제공할 수 있다. 상기 연료 공급 장치는 제1 농도의 연료 공급 유닛 및 제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 클 수 있다.
상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 50%(vol%)를 초과하고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 10%(vol%) 미만일 수 있다.
상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 100 %(vol %)이고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 3~10%(vol%)일 수 있다.
상기 제1 및 제2 연료 용액들은 메탄올(methanol)과 물을 포함하는 용액들일 수 있다.
상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하는 제1 펌프를 포함하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하는 제2 펌프를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지, 연료 전지 및 연료 공급 장치에 연결되어, 부하를 구동하고 상기 연료 전지에 공급하는 에너지 관리 모듈은 프로세싱 유닛 및 온도 감지 유닛을 포함한다. 상기 온도 감지 유닛은 상기 연료 전지의 온도 상태에 따라서 상기 프로세싱 유닛에 상기 온도 신호를 제공하고, 상기 프로세싱 유닛은 상기 연료 전지의 전기 신호, 상기 용액레벨 신호 및 상기 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 연료 공급 장치는 상기 연료 전지로부터의 상기 전기 신호를 감지하는 감지 회로 및 상기 감지 회로 및 상기 연료 감지 유닛에 연결되어 상기 전기 신호, 상기 용액레벨 신호 및 상기 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 생성하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
상기 연료 공급 장치는 제1 농도의 연료 공급 유닛 및 제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 클 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 농도의 연료 용액들은 농도비(A)를 가지고, 상기 감지 회로는 상기 전기 신호에 따라서 순차적으로 전압 신호와 전류 신호 를 생성하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 연료 전지의 효율을 생성하고, 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하기 위한 이론 값(Y0)과, 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하기 위한 제1 보충분(YL)을 생성하며, 상기 제1 농도의 연료 용액에 공급되는 제2 보충분(Y2)은 Y2 = Y0-(YL*A)를 만족할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하는 제1 공급 펌프를 포함하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하는 제2 공급 펌프를 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 제1 보충분(YL)과 상기 제2 보충분(Y2)을 각각 상기 제1 및 제1 공급 펌프들에 제공하기 위한 상기 제1 및 제2 신호들로 변환할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하를 구동하는 구동 장치는 2차 전지, 연료 전지, 연료 공급 장치 및 상기 2차 전지, 상기 연료 전지 및 상기 연료 공급 장치에 연결되고, 상기 연료 전지의 연료 농도 신호 및 용액 레벨 신호에 따라 상기 로드에 전류 신호를 생성하고 상기 연료 공급 장치에 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 연료 공급 장치를 구동하여 상기 연료 전지에 연료 용액을 공급하도록 하는 에너지 관리 모듈을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지, 연료 전지 및 연료 공급 장치에 연결되어, 부하를 구동하고 상기 연료 전지에 공급하는 에너지 관리 모듈은 상기 연료 전지로부터의 연료 농도 신호 및 용액레벨 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 제1 및 제2 신호를 제공하는 프로세싱 유닛을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은 상기 연료 농도 신호 및 상기 용액레벨 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 생성하는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 연료 공급 장치는 제1 농도의 연료 공급 유닛 및 제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 클 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면 연료 전지의 전압에 따라서 부하에 공급되는 전류를 조절하여 연료 전지의 성능을 유지하면서 안정적으로 부하를 동작시킬 수 있다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르 게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다. (방법 청구항이 없으면 생략)
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 구동 시스템(100)은 구동 장치(110)와 부하(120)를 포함한다. 상기 로드(120)는 구동 장치(110)에서 제공되는 전력 신호를 수신하여 관련된 기능들을 수행한다. 여기서, 상기 부하(120)는 팬, 펌프, 히터 또는 다른 전기 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 구동 장치(110)는 2차 전지(210), 연료 전지(220), 에너지 관리 모듈(230) 및 연료 공급 장치(240)를 포함한다. 상기 2차 전지(210)는 리튬 이온(lithium ion) 이차 전지, 니켈-카드뮴(nickel-cadmium) 전지, 또는 니켈-금속 수소 (nikel-metal-hydride) 전지와 같은 2차 전지일 수 있다. 상기 에너지 관리 모듈(230)은 상기 2차 전지(210), 상기 연료 전지(220) 및 상기 연료 공급 장치(240)에 연결되어 상기 2차 전지(210)에 의하여 생성되는 전기 신호(SSEC)나 상기 연료 전지(220)에 의하여 생성되는 전기 신호(SFC)에 따라서 상기 부하(120)를 구동한다. 상기 에너지 관리 모듈(230)은 또한 연료 전지(220)로부터의 전기신호(SFC) 및 용액레벨 신호(SL)에 따라서 서로 다른 농도를 갖는 두 개의 연료 공급 유닛들(미도시)에 각각 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)을 생성하여 상기 연료 공급 장치(240) 내의 연료 펌프들(미도시)을 구동하여 상기 연료 전지(220)에 서로 다른 농도의 연료들을 공급하고, 상기 연료 전지(200)는 전기 생성을 위한 순수한 연료와 물을 공급받아 상기 구동 장치(110)가 안정적으로 오랜 기간동안 동작될 수 있 도록 유지한다. 본 실시예에서, 상기 전기 신호들(SSEC, SFC), 상기 용액레벨 신호(SL) 및 상기 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)은 예를 들어 전압이나 전류 형태의 신호들일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 전압 변환 유닛(310) 및 전류 생성 유닛(320)을 포함한다. 상기 전압 변환 유닛(310)은 상기 전기 신호(SSEC 또는 SFC)를 변환하여 전압 신호(SDC)를 생성한다. 상기 전류 생성 유닛(320)은 상기 전압 신호(SDC)를 수신하고 제1 그룹의 신호(SCG1)에 따라서 서로 다른 크기를 갖는 전류들을 생성하여 부하에 제공한다.
실시예에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 프로세싱 유닛(330), 스위치 유닛(340) 및 온도 감지 유닛(350)을 더 포함한다. 상기 프로세싱 유닛(330)은 감지 회로(331) 및 마이크로프로세서(332)를 포함한다. 상기 온도 감지 유닛(350)은 연료 전지 내의 동작 온도를 감지하거나 또는 상기 연료 전지의 주위 온도를 감지하여 상기 프로세싱 유닛(330) 내의 상기 마이크로프로세서(332)에 온도 신호(ST)를 제공한다. 상기 감지 회로(331)는 상기 연료 전지로부터의 전기 신호(SFC)를 감지하여 상기 연료 전지의 전기적 상태를 나타내는 상응하는 전압 신호 또는 전류 신호를 생성한다. 상기 마이크로프로세서(332)는 상기 감지 회로(331)에 연결되어 상기 전압 신호나 전류 신호를 수신한다. 따라서 상기 마이크로프로세서(332)는 상기 전기 신호(SFC), 상기 용액레벨 신호(SL) 및 상기 온도 신호(ST)에 따라서 상기 연료 공급 장치(240, 도 2 참조)에 상기 공급 신호들(SHLS, SLLS)을 제공할 수 있어, 상기 연료 공급 장치(240)는 상기 연료 전지에 연료 보충분을 공급할 수 있다.
상기 전압 변환 유닛(310), 상기 전류 변환 유닛(320), 상기 프로세싱 유닛(330), 상기 스위치 유닛(340), 상기 온도 감지 유닛(350), 상기 프로세싱 유닛(330) 내의 상기 감지 회로(331) 및 상기 마이크로프로세서(332)에 관한 상세한 설명은 본 출원과 동일한 출원인에 속하며 본 출원에 참조로써 포함되는 "Driving device and energy management module"의 대만 특허 출원(출원번호:096140219, 출원일 2007년 10월 26일)에 개시되어 있다.
실시예에 있어서, 상기 프로세싱 유닛(330)은 상기 연료 전지의 상태, 즉 상기 전기 신호(SFC), 상기 용액레벨 신호(SL) 및 상기 온도 신호(ST)에 따라서 상기 전류 생성 유닛(320)에 제1 그룹의 신호(SCG1)를 제공한다. 따라서 상기 전류 생성 유닛(320)은 연료 전지의 상태에 따라서 서로 다른 전류를 상기 로드에 제공할 수 있다. 제공된 전류 신호는 상기 연료 전지 내의 연료 소모에 비례한다. 또한 상기 프로세싱 유닛(330)은 상기 연료 전지의 상태에 따라서 상기 스위치 유닛(340)에 제2 그룹의 신호(SCG2)를 제공한다. 따라서 상기 스위치 유닛(340)은 상기 연료 전지의 상태에 따라서 상기 전기 신호(SFC)를 상기 전압 변환 유닛(310)에 전송하고, 상기 프로세싱 유닛(330)으로부터의 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)에 기초하여 상기 연료 공급 장치(240)에 연료 및 물 보충분을 제공하여, 전류 생성 유닛(320)에 의하여 수신된 전압 신호(SDC)를 안정화시키고 상기 로드에 안정적인 전류를 공급할 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지를 나타내는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 연료 전지(220)는 막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA, 410) 모듈 및 연료 저장 장치(420)를 포함한다. 상기 연료 저장 장치(420)는 상기 MEA 모듈(410)과 연결되어 상기 MEA 모듈(410)에서 전기를 생성하기 위한 연료 용액을 저장하고 공급한다. 상기 연료 저장 장치(420)는 내부의 흐름(플로우)을 분리하고 합성하는 장치(미도시)를 포함하여 상기 MEA 모듈(410)로 연료를 전달하고 상기 MEA 모듈(410)로부터의 연료를 재활용한다.
상기 연료 저장 장치(420)는, 예를 들어, 용액레벨 센서(422)가 그 내부에 포함된 탱크(tank)일 수 있다. 상기 용액레벨 센서(422)는 상기 연료 전지의 용액레벨 상태에 따라서 상기 에너지 관리 모듈(230)의 프로세싱 유닛(330)의 마이크로프로세서(332)에 레벨 신호(SL)를 제공한다. 상기 연료 전지 내의 용액레벨은, 예를 들어, 위치에 따라 정의되는 최고위(high high, HH) 레벨, 고위 레벨(high, H) 레벨, 저위(low, L) 레벨, 최저위(low low, LL) 레벨을 포함할 수 있다. 상기 HH 레벨은 거의 가득 찬(full) 용액레벨에 해당하고, 상기 LL 레벨은 거의 빈(empty) 용액레벨에 해당한다. 또한 상기 H 레벨과 상기 L 레벨은 상기 HH 레벨과 상기 LL 레 벨 사이의 레벨에 해당하고 연료 용액의 농도에 좌우된다. 전형적으로, 상기 H 레벨과 상기 L 레벨 사이의 레벨을 갖는 연료 전지 용액 농도는 MEA 모듈(410)에서 안정적으로 전기를 생성할 수 있는 농도이다. DMFC와 같은 연료 전지를 예로 들어보면, MEA 모듈에서 안정적으로 전기를 생성하기 위한 바람직한 메탄올 수용액 농도는 약 3~10%이다. 따라서 상기 에너지 관리 모듈(230)의 프로세싱 유닛(330)은 상기 연료 전지의 연료 저장 장치의 용액레벨 상태에 관한 정보를 수신하여 상기 연료 전지의 용액레벨 상태와 전기 신호 상태에 따라서 상기 연료 저장 장치(240)에 알맞은 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 상기 연료 공급 장치(240)는 제1 농도의 연료 공급 유닛(510) 및 제2 농도의 연료 공급 유닛(514)을 포함한다. 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛(510)은 상기 제1 공급 신호(SHLS)에 따라서 연료 전지(220)의 연료 저장 장치(240)에 미리 설정된 양의 제1 농도의 연료 용액을 공급할 수 있다. 또한 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛(514)은 상기 제2 공급 신호(SLLS)에 따라서 연료 전지(220)의 연료 저장 장치(240)에 미리 설정된 양의 제2 농도의 연료 용액을 공급할 수 있다. 상기 제1 농도의 연료 용액의 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 농도보다 크고, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛(510)과 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛(514)은 개별적으로,　또는 결합하여 또는 순차적으로 동작하여 상기 연료 저장 유닛(420)에 연료 용액 보충분을 공급한다. 상기 제1 농도의 연료 공급 유 닛(510)과 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛(514)은 상기 연료 저장 유닛(420)보다 더 큰 부피를 갖는 탱크일 수 있고, 따라서 오랫 기간 동안 연료를 공급할 수 있게 된다. 제1 공급 펌프(512)는 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛(510) 내에 위치하여 상기 제1 공급 신호(SHLS)에 따라서 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 제2 공급 펌프(516)는 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛(514) 내에 위치하여 상기 제2 공급 신호(SLLS)에 따라서 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급한다. 상기 제1 공급 펌프(512) 및 상기 제2 공급 펌프(514)는 예를 들어 정적 펌프일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액은 보통의 경우 전형적으로 50%(vol%) 초과의 농도를 갖고, 연료 용액에서 소비되는 물이 포함되지 않는 순수한 연료를 공급하는 주 소스(source)가 된다. 상기 제2 농도의 연료 용액은 보통의 경우 전형적으로 10%(vol%) 미만의 농도를 갖고, 연료 용액에서 증발되는 물을 공급하는 주 소스(source)가 된다. 실시예에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 농도는 보통의 경우 물을 포함하지 않아 100%이고 상기 제2 농도의 연료 용액의 농도는 약 3~10%여서 물을 공급하여 상기 연료 전지에 연료와 물을 공급한다. 실시예에 있어서, 상기 연료전지는 DMFC일 수 있고, 상기 전기를 생성하는 연료 용액, 제1 농도의 연료 용액, 제2 농도의 연료 용액은 상기한 농도 또는 메탄올 수용액이나 순수한 메탄올 용액일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6을 참조한 제어 방법(600)에서, 부하는 연료 전지에 의하여 구동되고, 연료 전지는 에너지 관리 모듈에 의하여 제어되는 연료 전지에 공급되는 연료 용액을 이용하여 오랜 기간 및 안정적인 기간 동안 동작할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2차 전지가 먼저 도 3에 도시된 회로와는 다른 회로(미도시)에 의하여 구동되어 제2 농도의 연료 공급 장치 내의 공급 펌프를 구동하여 연료 전지의 연료 저장 장치의 레벨이 HH 레벨이 될 때까지 제2 농도의 연료 용액을 펌핑한다. 이 때에, 상기 제2 농도의 연료 용액은 상기 MEA 모듈을 구동하여 전기를 생성하고, 안정적인 동작을 가능하게 한다(S610). 단계(S610)에서, 상기 MEA 모듈 및 상기 연료 저장 장치는 텅 빌 수 있고, 상기 2 차 전지가 구동되기 전에 연료 용액이 없을 수 있다.
다음에 상기 연료 전지가 구동된 후에, 상기 MEA 모듈은 상기 에너지 관리 모듈 내의 프로세싱 유닛에 전기 신호를 생성하고, 상기 연료 전지의 연료 저장 장치 내의 레벨 센서는 상기 프로세싱 유닛에 용액레벨 신호를 생성하고, 상기 에너지 관리 모듈 내의 온도 감지 유닛은 상기 프로세싱 유닛에 온도 신호를 생성한다. 그러면 상기 프로세싱 유닛은 상기 전기 신호, 용액레벨 신호 및 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 제1 신호 및 제2 신호를 생성한다(S620).
다음에 상기 제1 농도의 연료 공급 장치는 제1 양(amount)만큼의 제1 농도의 연료 용액을 상기 제1 신호에 따라서 연료 전지의 연료 저장 장치에 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 장치는 상기 제2 신호에 따라서 제2 양만큼의 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지의 연료 저장 장치에 공급한다. 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 크다. 제1 펌프가 상기 제1 농도의 연료 공급 장치 내에 배치되고, 제2 펌프가 상기 제2 농도의 연료 공급 장치 내에 배치되어 각각 제1 신호 및 제2 신호에 따라서 상기 제1 및 제2 농도의 연료 용액을 공급한다. 또한 상기 연료 전지의 연료 저장 장치 내에서 레벨과 연료 용액 농도는 안정적으로 유지되고 상기 연료 전지에서는 안정적으로 전기가 생성된다(S630).
도 7은 도 6의 단계(S620)에서 프로세싱 유닛에 제1 및 제2 신호를 생성하는 것(700)을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 상기 프로세싱 유닛의 감지 회로는 상기 연료 전지로부터의 전기 신호에 따라서 전압 신호와 전류 신호를 순차적으로 생성한다(S710).
다음에 상기 프로세싱 유닛 내의 마이크로프로세서는 상기 전압 신호와 상기 온도 감지 유닛으로부터의 온도 신호에 따라서 상기 연료 전지의 전기 생성 효율을 생성한다(S720). 상기 전지 생성 효율은 상기 전압 신호와 온도 신호를 상기 마이크로프로세서에 이미 저장된 전기 생성 효율 리스트로부터 얻은 실험값과 비교하여 얻을 수 있다.
다음에 상기 프로세싱 유닛내의 마이크로프로세서는 상기 전기 생성 효율과 상기 전기 신호를 참조하여 상기 제1 농도의 연료 용액을 Y0의 보충 분(supplement amount)만큼 생성한다. 상기 Y0의 보충 분은 실제적인 값이 아니고 이론적인 값으로서 상기 연료 전지 내에서 연료 용액의 연료 소비에 비례하는 값이다(S730).
다음에 상기 마이크로프로세서는 상기 연료 저장 장치 내의 용액레벨 신호에 따라 상기 연료 공급 장치에 공급할 상기 제2 농도의 연료 용액을 YL의 보충 분만큼 생성한다(S740). 상기 레벨 신호에 따라서 상기 제2 농도의 공급양은 다음과 같이 여러 가지일 수 있다:
(1) 상기 레벨 신호가 상기 연료 저장 장치내의 연료 용액이 상기 H 레벨 초과임을 나타내면, 상기 제2 농도의 연료 용액의 YL의 보충 분은 0으로 설정되고 상기 제2 농도의 연료 용액은 공급되지 않는다.
(2) 상기 레벨 신호가 상기 연료 저장 장치내의 연료 용액이 상기 L 레벨 미만임을 나타내면, 상기 제2 농도의 연료 용액의 YL의 보충 분은 상기 L 레벨부터 상기 H 레벨까지의 공간을 채울 양으로 설정된다.
(3) 상기 레벨 신호가 상기 연료 저장 장치내의 연료 용액이 상기 H 레벨과 상기 L 레벨 사이의 X 레벨을 나타내면, 상기 제2 농도의 연료 용액의 YL의 보충 분은 매 미리 설정된 기간동안 미리 설정된 양만큼 공급될 수 있다. 상기 미리 설정된 양은 실험에 의하여 얻을 수 있다.
다음에 상기 마이크로프로세서는 Y2 = Y0-(YL*A)를 만족하는 Y2의 실제 보충분을 생성한다. 여기서 A는 상기 제1 농도의 연료 용액에 대한 상기 제2 농도의 연료 용액의 농도비를 나타내는 것으로, 미리 알고 있는 값이다(S750).
다음에 상기 에너지 관리 모듈의 프로세싱 유닛 내의 마이크로프로세서는 상기 Y2의 보충분과 상기 YL의 보충분을 각각 상기 제1 공급 신호와 상기 제2 공급 신호로 변환하고 변환된 제1 신호와 제2 신호를 각각 상기 제1 및 제2 농도의 연료 공급 유닛들에 전달한다(S760).
상기한 바와 같이 상기 구동 장치의 에너지 관리 모듈은 연료 전지의 제어와 관리를 안정적으로 수행할 수 있고, 상기 연료 공급 장치의 위치에 따라서 순수한 연료와 물을 상기 연료 용액에 공급하고, 오랜 기간의 동작을 위하여 상기 구동 장치에 상기 연료 전지에서 생성되는 전기를 효율적으로 안정되게 공급한다. 또한 상기 배치된 연료 공급 장치는 탱크 및 정적 펌프와 같은 단순한 장치들만을 채용하고 상기 연료 전지 내의 연료 용액 농도는 상기 에너지 관리 모듈에 의하여 제어되고 관리될 수 있기 때문에 단순한 시스템 구성 및 손쉬운 동작 등과 같은 이점들을 갖는다. 따라서 상기 연료 전지의 연료 용액을 인위적으로 조정해야 하는 불편함과 발생할 수 있는 문제점들을 방지할 수 있다.
상기 구동 장치와 상기 에너지 관리 모듈은 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 구동 장치와 에너지 관리 모듈을 나타낸다.
도 8은 도 2에 도시된 것과 유사한 구동 장치(110)의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다. 도 8과 도 2의 구동 장치의 차이점은, 도 8의 구동 장치(110)는 도 2에 도시된 연료 전지와는 다른 연료 전지(221)를 포함한다는 점이다. 실시예에 있어서, 상기 연료 전지(221)는 전기 신호(SFC) 및 용액레벨 신호(SL)를 생성할 뿐 아니라 상기 에너지 관리 모듈(230)에 연료 농도 신호(SC)를 생성한다. 상기 에너지 관리 모듈(230)은 2차 전지(210), 연료 전지(221) 및 연료 공급 장치(240)에 연결 되어 상기 2차 전지에서 생성되는 전기 신호(SSEC) 또는 상기 연료 전지에서 생성되는 전기 신호(SFC)에 따라서 상기 로드(120)를 구동한다. 상기 에너지 관리 모듈(230)은 또한 연료 전지(221)로부터의 전기신호(SFC) 및 용액레벨 신호(SL)에 따라서 서로 다른 농도를 갖는 두 개의 연료 공급 유닛들(미도시)에 각각 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)을 생성하여 상기 연료 공급 장치(240) 내의 연료 펌프들(미도시)을 구동하여 상기 연료 전지(221)에 서로 다른 농도의 연료들을 공급하고, 상기 연료 전지(200)는 전기 생성을 위한 순수한 연료와 물을 공급받아 상기 구동 장치(110)가 안정적으로 오랜 기간동안 동작될 수 있도록 유지한다. 실시예에 있어서 상기 전기 신호들(SSEC, SFC), 상기 용액레벨 신호(SL) 및 상기 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)은 예를 들어 전압이나 전류 형태의 신호들일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8에 포함되는 에너지 관리 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 에너지 관리 모듈(230)은 전압 변환 유닛(310) 및 전류 생성 유닛(320)을 포함한다. 상기 전압 변환 유닛(310)은 상기 전기 신호(SSEC 또는 SFC)를 변환하여 전압 신호(SDC)를 생성한다. 상기 전류 생성 유닛(320)은 상기 전압 신호(SDC)를 수신하고 제1 그룹의 신호(SCG1)에 따라서 서로 다른 크기를 갖는 전류들을 생성하여 부하에 제공한다. 실시예에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈(230)은 프로세싱 유닛(330), 스위치 유닛(340) 및 온도 감지 유닛(350)을 더 포함한다. 상기 프로세싱 유닛(330)은 감지 회로(331) 및 마이크로프로세서(332)를 포함한다. 상기 온도 감지 유닛(350)은 연료 전지 내의 동작 온도를 감지하거나 또는 상기 연료 전지의 주위 온도를 감지하여 상기 프로세싱 유닛(330) 내의 상기 마이크로프로세서(332)에 온도 신호(ST)를 제공한다. 상기 감지 회로(331)는 상기 연료 전지로부터의 전기 신호(SFC)를 감지하여 상기 연료 전지의 전기적 상태를 나타내는 상응하는 전압 신호 또는 전류 신호를 생성한다. 상기 마이크로프로세서(332)는 상기 감지 회로(331)에 연결되어 상기 전압 신호나 전류 신호를 수신한다. 따라서 상기 마이크로프로세서(332)는 단지 상기 용액레벨 신호(SL) 및 상기 연료 농도 신호(SC)에 따라서 상기 연료 공급 장치(240, 도 2 참조)에 상기 공급 신호들(SHLS, SLLS)을 제공할 수 있어, 상기 연료 공급 장치(240)는 상기 연료 전지에 연료 보충분을 공급할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 프로세싱 유닛(330)은 상기 연료 전지의 상태, 즉 상기 전기 신호(SFC), 상기 연료 농도 신호(SC), 상기 용액레벨 신호(SL) 및 상기 온도 신호(ST)에 따라서 상기 전류 생성 유닛(320)에 제1 그룹의 신호(SCG1)를 제공한다. 따라서 상기 전류 생성 유닛(320)은 연료 전지의 상태에 따라서 서로 다른 전류를 상기 로드에 제공할 수 있다. 제공된 전류 신호는 상기 연료 전지 내의 연료 소모에 비례한다. 또한 상기 프로세싱 유닛(330)은 상기 연료 전지의 상태에 따라서 상 기 스위치 유닛(340)에 제2 그룹의 신호(SCG2)를 제공한다. 따라서 상기 스위치 유닛(340)은 상기 연료 전지의 상태에 따라서 상기 전기 신호(SFC)를 상기 전압 변환 유닛(310)에 전송하고, 상기 프로세싱 유닛(330)으로부터의 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)에 기초하여 상기 연료 공급 장치(240)에 연료 및 물 보충분을 제공하여, 전류 생성 유닛(320)에 의하여 수신된 전압 신호(SDC)를 안정화시키고 상기 로드에 안정적인 전류를 공급할 수 있게 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지(221)를 나타내는 개념도이다.
도 10을 참조하면, 연료 전지(221)는 막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA, 410) 모듈 및 연료 저장 장치(420)를 포함한다. 상기 연료 저장 장치(420)는 상기 MEA 모듈(410)과 연결되어 상기 MEA 모듈(410)에서 전기를 생성하기 위한 연료 용액을 저장하고 공급한다. 상기 연료 저장 장치(420)는 내부의 흐름(플로우)을 분리하고 합성하는 장치(미도시)를 포함하여 상기 MEA 모듈(410)로 연료를 전달하고 상기 MEA 모듈(410)로부터의 연료를 재활용한다.
상기 연료 저장 장치(420)는, 예를 들어, 용액레벨 센서(422) 및 농도 센서(424)가 그 내부에 포함된 탱크(tank)일 수 있다. 상기 용액레벨 센서(422)는 상기 연료 전지의 용액레벨 상태에 따라서 상기 에너지 관리 모듈(230)의 프로세싱 유닛(330)의 마이크로프로세서(332)에 레벨 신호(SL)를 제공하고, 상기 농도 센 서(424)는 상기 연료 저장 장치의 연료 농도에 따라서 상기 에너지 관리 모듈(230)의 프로세싱 유닛(330)의 마이크로프로세서(332)에 연료 농도 신호(SC)를 제공한다.
상기 연료 전지 내의 용액레벨은, 예를 들어, 위치에 따라 정의되는 최고위(high high, HH) 레벨, 고위 레벨(high, H) 레벨, 저위(low, L) 레벨, 최저위(low low, LL) 레벨을 포함할 수 있다. 상기 HH 레벨은 거의 가득 찬(full) 용액레벨에 해당하고, 상기 LL 레벨은 거의 빈(empty) 용액레벨에 해당한다. 또한 상기 H 레벨과 상기 L 레벨은 상기 HH 레벨과 상기 LL 레벨 사이의 레벨에 해당하고 연료 용액의 농도에 좌우된다. 전형적으로, 상기 H 레벨과 상기 L 레벨 사이의 레벨을 갖는 연료 전지 용액 농도는 MEA 모듈(410)에서 안정적으로 전기를 생성할 수 있는 농도이다. DMFC와 같은 연료 전지를 예로 들어보면, MEA 모듈에서 안정적으로 전기를 생성하기 위한 바람직한 메탄올 수용액 농도는 약 3~10%이다. 따라서 상기 에너지 관리 모듈(230)의 프로세싱 유닛(330)은 상기 연료 전지의 연료 저장 장치의 용액레벨 상태에 관한 정보를 수신하여 상기 연료 농도 신호(SC)에 따라서 상기 연료 저장 장치(240)에 알맞은 제1 및 제2 공급 신호들(SHLS, SLLS)을 생성한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조한 제어 방법(800)에서, 부하는 연료 전지에 의하여 구동되고, 연료 전지는 에너지 관리 모듈에 의하여 제어되는 연료 전지에 공급되는 연료 용액을 이용하여 오랜 기간 및 안정적인 기간 동안 동작할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 2차 전지가 먼저 도 9에 도시된 회로와는 다른 회로(미도시)에 의하여 구 동되어 제2 농도의 연료 공급 장치 내의 공급 펌프를 구동하여 연료 전지의 연료 저장 장치의 레벨이 HH 레벨이 될 때까지 제2 농도의 연료 용액을 펌핑한다. 이 때에, 상기 제2 농도의 연료 용액은 상기 MEA 모듈을 구동하여 전기를 생성하고, 안정적인 동작을 가능하게 한다(S810). 단계(S810)에서, 상기 MEA 모듈 및 상기 연료 저장 장치는 텅 빌 수 있고, 상기 2 차 전지가 구동되기 전에 연료 용액이 없을 수 있다.
다음에 상기 연료 전지가 구동된 후에, 상기 연료 저장 장치 내의 상기 농도 센서는 연료 농도가 미리 설정된 값 이하임을 감지하면 상기 마이크로프로세서에 연료 농도 신호를 생성할 수 있다. 상기 MEA 모듈은 상기 에너지 관리 모듈 내의 프로세싱 유닛에 전기 신호를 생성하고, 상기 연료 전지의 연료 저장 장치 내의 레벨 센서는 상기 프로세싱 유닛에 용액레벨 신호를 생성하고, 상기 에너지 관리 모듈 내의 온도 감지 유닛은 상기 프로세싱 유닛에 온도 신호를 생성한다.그러면 상기 프로세싱 유닛은 상기 전기 신호, 용액레벨 신호 및 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 제1 신호 및 제2 신호를 생성한다(S820).
다음에 상기 제1 농도의 연료 공급 장치는 제1 양(amount)만큼의 제1 농도의 연료 용액을 상기 제1 신호에 따라서 연료 전지의 연료 저장 장치에 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 장치는 상기 제2 신호에 따라서 제2 양만큼의 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지의 연료 저장 장치에 공급한다. 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 크다. 제1 펌프가 상기 제1 농도의 연료 공급 장치 내에 배치되고, 제2 펌프가 상기 제2 농도의 연료 공급 장치 내에 배치되어 각각 제1 신호 및 제2 신호에 따라서 상기 제1 및 제2 농도의 연료 용액을 공급한다. 또한 상기 연료 전지의 연료 저장 장치 내에서 레벨과 연료 용액 농도는 안정적으로 유지되고 상기 연료 전지에서는 안정적으로 전기가 생성된다(S830).
도 12는 도 11의 단계(S820)에서 프로세싱 유닛에 제1 및 제2 신호를 생성하는 것을 나타내는 흐름도이다.
먼저 상기 연료 전지의 연료 저장 장치 내의 농도 센서는 상기 연료 농도가 미리 설정된 값 미만이면 상기 마이크로프로세서에 연료 농도 신호를 생성하고, 상기 연료 전지의 연료 저장 장치 내의 레벨 센서는 상기 프로세싱 유닛 내의 마이크로프로세서에 용액레벨 신호를 생성한다. 상기 프로세싱 유닛 내의 마이크로프로세서는 상기 제1 농도의 연료 용액을 Y0의 보충 분(supplement amount)만큼 생성한다(S910). 상기 Y0의 보충 분은 실제적인 값이 아니고 이론적인 값으로서 상기 연료 전지 내에서 연료 용액의 연료 소비에 비례하는 값이다.
다음에 상기 마이크로프로세서는 상기 연료 저장 장치 내의 용액레벨 신호에 따라 상기 연료 공급 장치에 공급할 상기 제2 농도의 연료 용액을 YL의 보충 분만큼 생성한다(S920). 상기 레벨 신호에 따라서 상기 제2 농도의 공급양은 다음과 같이 여러 가지일 수 있다:
(1) 상기 레벨 신호가 상기 연료 저장 장치내의 연료 용액이 상기 H 레벨 초과임을 나타내면, 상기 제2 농도의 연료 용액의 YL의 보충 분은 0으로 설정되고 상 기 제2 농도의 연료 용액은 공급되지 않는다.
(2) 상기 레벨 신호가 상기 연료 저장 장치내의 연료 용액이 상기 L 레벨 미만임을 나타내면, 상기 제2 농도의 연료 용액의 YL의 보충 분은 상기 L 레벨부터 상기 H 레벨까지의 공간을 채울 양으로 설정된다.
(3) 상기 레벨 신호가 상기 연료 저장 장치내의 연료 용액이 상기 H 레벨과 상기 L 레벨 사이의 X 레벨을 나타내면, 상기 제2 농도의 연료 용액의 YL의 보충 분은 매 미리 설정된 기간동안 미리 설정된 양만큼 공급될 수 있다. 상기 미리 설정된 양은 실험에 의하여 얻을 수 있다.
다음에 상기 마이크로프로세서는 Y2 = Y0-(YL*A)를 만족하는 Y2의 실제 보충분을 생성한다. 여기서 A는 상기 제1 농도의 연료 용액에 대한 상기 제2 농도의 연료 용액의 농도비를 나타내는 것으로, 미리 알고 있는 값이다(S930).
다음에 상기 에너지 관리 모듈의 프로세싱 유닛 내의 마이크로프로세서는 상기 Y2의 보충분과 상기 YL의 보충분을 각각 상기 제1 공급 신호와 상기 제2 공급 신호로 변환하고 변환된 제1 신호와 제2 신호를 각각 상기 제1 및 제2 농도의 연료 공급 유닛들에 전달한다(S940).
상기한 바와 같이 상기 구동 장치의 에너지 관리 모듈은 연료 전지의 제어와 관리를 안정적으로 수행할 수 있고, 상기 연료 공급 장치의 위치에 따라서 순수한 연료와 물을 상기 연료 용액에 공급하고, 오랜 기간의 동작을 위하여 상기 구동 장치에 상기 연료 전지에서 생성되는 전기를 효율적으로 안정되게 공급한다. 또한 상 기 배치된 연료 공급 장치는 탱크 및 정적 펌프와 같은 단순한 장치들만을 채용하고 상기 연료 전지 내의 연료 용액 농도는 상기 에너지 관리 모듈에 의하여 제어되고 관리될 수 있기 때문에 단순한 시스템 구성 및 손쉬운 동작 등과 같은 이점들을 갖는다. 따라서 상기 연료 전지의 연료 용액을 인위적으로 조정해야 하는 불편함과 발생할 수 있는 문제점들을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료 전지 용액의 농도를 에너지 관리 모듈에 의하여 제어하고 관리하여 연료 전지에서 생성되는 전기를 안정적으로 부하에 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 장치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 6에서 프로세싱 유닛에 제1 및 제2 신호를 생성하는 것을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 도 2에 도시된 것과 유사한 구동 장치의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8에 포함되는 에너지 관리 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지를 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 프로세싱 유닛에 제1 및 제2 신호를 생성하는 것을 나타내는 흐름도이다.

Claims (33)

  1. 2차 전지;
    연료 전지;
    연료 공급 장치; 및
    상기 2차 전지, 상기 연료 전지 및 상기 연료 공급 장치에 연결되고, 상기 연료 전지의 전기 신호 및 용액 레벨 신호에 따라 상기 부하에 전류 신호를 생성하고 상기 연료 공급 장치에 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 연료 공급 장치를 구동하여 상기 연료 전지에 연료 용액을 공급하도록 하는 에너지 관리 모듈을 포함하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지는,
    막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA) 모듈; 및
    상기 MEA 모듈에 상기 전기 신호를 생성하기 위한 상기 연료 용액을 공급하는 연료 저장 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연료 저장 장치는 용액레벨 센서를 포함하고, 상기 용액레벨 센서는 상기 연료 저장 장치 내의 상기 연료 용액의 용액레벨 상태에 따라서 상기 레벨 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은,
    프로세싱 유닛; 및
    온도 감지 유닛을 포함하고, 상기 온도 감지 유닛은 상기 연료 전지의 온도 상태에 따라서 상기 프로세싱 유닛에 상기 온도 신호를 제공하고, 상기 프로세싱 유닛은 상기 연료 전지의 전기 신호, 상기 용액레벨 신호 및 상기 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연료 공급 장치는,
    제1 농도의 연료 공급 유닛; 및
    제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고,
    상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 50%(vol%)를 초과하고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 10%(vol%) 미만인 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 100%(vol%)이고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 3~10%(vol%)인 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연료 용액들은 메탄올(methanol)과 물을 포함하는 용액들인 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하는 제1 펌프를 포함하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하는 제2 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  10. 2차 전지, 연료 전지 및 연료 공급 장치에 연결되어, 부하를 구동하고 상기 연료 전지에 공급하는 에너지 관리 모듈에 있어서,
    프로세싱 유닛; 및
    온도 감지 유닛을 포함하고, 상기 온도 감지 유닛은 상기 연료 전지의 온도 상태에 따라서 상기 프로세싱 유닛에 상기 온도 신호를 제공하고, 상기 프로세싱 유닛은 상기 연료 전지의 전기 신호, 상기 용액레벨 신호 및 상기 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연료 공급 장치는,
    상기 연료 전지로부터의 상기 전기 신호를 감지하는 감지 회로; 및
    상기 감지 회로 및 상기 연료 감지 유닛에 연결되어 상기 전기 신호, 상기 용액레벨 신호 및 상기 온도 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 생성하는 마이크로프로세서를 포함하는 에너지 관리 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연료 공급 장치는,
    제1 농도의 연료 공급 유닛; 및
    제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고,
    상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 농도의 연료 용액들은 농도비(A)를 가지고, 상기 감지 회로는 상기 전기 신호에 따라서 순차적으로 전압 신호와 전류 신호를 생성하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 연료 전지의 효율을 생성하고, 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하기 위한 이론 값(Y0)과, 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하기 위한 제1 보충분(YL)을 생성하며, 상기 제1 농도의 연료 용액에 공급되는 제2 보충분(Y2)은 Y2 = Y0-(YL*A)를 만족하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하는 제1 공급 펌프를 포함하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하는 제2 공급 펌프를 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 제1 보충분(YL)과 상기 제2 보충분(Y2)을 각각 상기 제1 및 제1 공급 펌프들에 제공하기 위한 상기 제1 및 제2 신호들로 변환하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 50%(vol%)를 초과하고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 10%(vol%) 미만인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 100%(vol%)이고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 3~10%(vol%)인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  17. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연료 용액들은 메탄올(methanol)과 물을 포함하는 용액들인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  18. 2차 전지;
    연료 전지;
    연료 공급 장치; 및
    상기 2차 전지, 상기 연료 전지 및 상기 연료 공급 장치에 연결되고, 상기 연료 전지의 연료 농도 신호 및 용액 레벨 신호에 따라 상기 로드에 전류 신호를 생성하고 상기 연료 공급 장치에 제1 및 제2 제어 신호를 생성하고, 상기 연료 공급 장치를 구동하여 상기 연료 전지에 연료 용액을 공급하도록 하는 에너지 관리 모듈을 포함하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 연료 전지는,
    막전극 집합체(membrane electrode assembly, 이하 MEA) 모듈; 및
    상기 MEA 모듈에 상기 전기 신호를 생성하기 위한 상기 연료 용액을 공급하는 연료 저장 장치를 포함하고, 상기 연료 저장 장치는 용액레벨 센서와 연료 농도 센서를 포함하고, 상기 용액레벨 센서는 상기 연료 저장 장치 내의 상기 연료 용액의 용액레벨 상태에 따라서 상기 레벨 신호를 생성하고, 상기 연료 농도 센서는 상 기 연료 저장 장치 내의 상기 연료 용액의 연료 농도 상태에 따라서 상기 농도 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 에너지 관리 모듈은 상기 연료 농도 신호 및 상기 용액레벨 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 상기 제1 및 제2 신호를 제공하는 프로세싱 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 연료 공급 장치는,
    제1 농도의 연료 공급 유닛; 및
    제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고,
    상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 50%(vol%)를 초과하고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 10%(vol%) 미만인 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 100%(vol%)이고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 3~10%(vol%)인 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연료 용액들은 메탄올(methanol)과 물을 포함하는 용액들인 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하는 제1 펌프를 포함하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하는 제2 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하를 구동하는 구동 장치.
  26. 2차 전지, 연료 전지 및 연료 공급 장치에 연결되어, 부하를 구동하고 상기 연료 전지에 공급하는 에너지 관리 모듈에 있어서,
    상기 연료 전지로부터의 연료 농도 신호 및 용액레벨 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치에 제1 및 제2 신호를 제공하는 프로세싱 유닛을 포함하는 에너지 관리 모듈.
  27. 제26항에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은,
    상기 연료 농도 신호 및 상기 용액레벨 신호에 따라서 상기 연료 공급 장치 에 상기 제1 및 제2 신호를 생성하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  28. 제26항에 있어서, 상기 연료 공급 장치는,
    제1 농도의 연료 공급 유닛; 및
    제2 농도의 연료 공급 유닛을 포함하고,
    상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라서 상기 연료 전지에 제1 농도의 연료 용액을 공급하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라서 제2 농도의 연료 용액을 상기 연료 전지에 공급하고, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 및 제2 농도의 연료 용액들은 농도비(A)를 가지고, 상기 감지 회로는 상기 전기 신호에 따라서 순차적으로 전압 신호와 전류 신호를 생성하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 연료 전지의 효율을 생성하고, 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하기 위한 이론 값(Y0)과, 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하기 위한 제1 보충분(YL)을 생성하며, 상기 제1 농도의 연료 용액에 공급되는 제2 보충분(Y2)은 Y2 = Y0-(YL*A)를 만족하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제1 신호에 따라 상기 제1 농도의 연료 용액을 공급하는 제1 공급 펌프를 포함하고, 상기 제2 농도의 연료 공급 유닛은 상기 제2 신호에 따라 상기 제2 농도의 연료 용액을 공급하는 제2 공급 펌프를 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 제1 보충분(YL)과 상기 제2 보충분(Y2)을 각각 상기 제1 및 제1 공급 펌프들에 제공하기 위한 상기 제1 및 제2 신호들로 변환하는 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 50%(vol%)를 초과하고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 10%(vol%) 미만인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 농도의 연료 용액의 연료 농도는 100%(vol%)이고, 상기 제2 농도의 연료 용액의 연료 농도는 3~10%(vol%)인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
  33. 제28항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연료 용액들은 메탄올(methanol)과 물을 포함하는 용액들인 것을 특징으로 하는 에너지 관리 모듈.
KR1020080042679A 2008-01-15 2008-05-08 에너지 관리 모듈 및 구동 장치 KR101007868B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW097101467A TWI353681B (en) 2008-01-15 2008-01-15 Energy management module and driving device utiliz
TW97101467 2008-01-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090078714A true KR20090078714A (ko) 2009-07-20
KR101007868B1 KR101007868B1 (ko) 2011-01-14

Family

ID=40850903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080042679A KR101007868B1 (ko) 2008-01-15 2008-05-08 에너지 관리 모듈 및 구동 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20090181265A1 (ko)
JP (1) JP2009170405A (ko)
KR (1) KR101007868B1 (ko)
TW (1) TWI353681B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI470893B (zh) * 2013-01-24 2015-01-21 Chung Hsin Electric & Machinery Mfg Corp 電能供應系統

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US105567A (en) * 1870-07-19 Hamilton
US246329A (en) * 1881-08-30 William mcoleery
EP0181569B1 (en) 1984-10-31 1991-05-02 Hitachi, Ltd. Liquid fuel cell
US5192627A (en) * 1990-11-13 1993-03-09 Energy Partners, Inc. Closed loop reactant/product management system for electrochemical galvanic energy device
AU2001286433A1 (en) * 2000-08-11 2002-02-25 Nisource Energy Technologies Energy management system and methods for the optimization of distributed generation
IT1315772B1 (it) * 2000-12-15 2003-03-18 Sit La Precisa Spa Metodo e dispositivo di controllo di celle a combustibile
US6965818B2 (en) * 2001-11-28 2005-11-15 Onan Corporation Mobile energy management system
EP1518235B9 (en) 2002-06-28 2006-08-30 Williams Advanced Materials Inc. Corrosion resistive silver metal alloys for optical data storage and recordable optical storage media containing same
US7175934B2 (en) * 2004-05-11 2007-02-13 Mti Microfuel Cells Inc. Single pump fuel cell system
JP2006040593A (ja) 2004-07-23 2006-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
JP2006147265A (ja) * 2004-11-18 2006-06-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池発電装置
KR100639017B1 (ko) * 2005-03-07 2006-10-25 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
JP2008539683A (ja) * 2005-04-27 2008-11-13 ハイドロジェニクス コーポレイション 燃料電池システムにおける適応エネルギー管理のためのシステムおよび方法ここで使用する各セクションの見出しは、構成上使用するものであり、したがって、いかなる点においても、クレームを限定すると解釈すべきではない。
TWI273731B (en) * 2005-05-09 2007-02-11 Antig Tech Co Ltd Distributed management method for fuel cell system and correspond fuel cell system
US20070082241A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-12 Hsi-Ming Shu Fuel cell apparatus of feedback module
KR100646955B1 (ko) * 2005-11-10 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 주변장치 구동 방법 및 이를 이용하는 연료전지시스템

Also Published As

Publication number Publication date
TW200931707A (en) 2009-07-16
KR101007868B1 (ko) 2011-01-14
TWI353681B (en) 2011-12-01
US20090181265A1 (en) 2009-07-16
JP2009170405A (ja) 2009-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100699371B1 (ko) 직접 메탄올형 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법
KR101138763B1 (ko) 연료전지 발전시스템용 부하추종 장치 및 그 방법
CN101606261A (zh) 电源系统
US8663861B2 (en) Fuel cell system and control method therefor
KR20060135142A (ko) 연료전지 시스템 및 그의 구동방법
KR100981993B1 (ko) 전력공급장치 및 이를 구비한 휴대용 전자기기
KR101287105B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그 구동 방법
JP4835222B2 (ja) 車両用発電システム
KR101007868B1 (ko) 에너지 관리 모듈 및 구동 장치
US8318366B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell using the same
KR100551063B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100830299B1 (ko) 연료 잔여량을 산정하는 연료 전지 시스템
CN101515650B (zh) 能量管理模块以及驱动装置
JP5344218B2 (ja) 燃料電池システムおよび電子機器
US6864001B2 (en) Tetramethyl orthocarbonate fuel cells and systems and methods related thereto
KR100998728B1 (ko) 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기
KR101201809B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100957219B1 (ko) 수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 발전기
JP2006339071A (ja) 燃料電池システム
KR101149509B1 (ko) 연료전지 발전시스템용 부하추종 장치 및 그 방법
US20070224485A1 (en) Fuel cell system and its control method
JP2005032611A (ja) 燃料電池システム
KR20080044429A (ko) 연료 전지 시스템 및 그 비상 운행 방법
KR20090003061A (ko) 연료농도 조절에 의한 연료전지 출력 제어 장치 및 방법
JP2007294453A (ja) 液体燃料電池の燃料供給方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee