KR20100036022A - 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템 - Google Patents

연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템에 관한 것이다. 본 발명에서는 3대 이상의 연료전지 즉 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)가 구비된다. 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)로부터 각각 공급받은 직류전원을 전력계통으로 공급하기 위해 교류전원으로 변환하는 전력변환기(60)가 구비된다. 상기 전력변환기(60)는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지의 출력전압을 센싱하는 역할을 수행한다. 상기 센싱 결과, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압이 정상전압, 최저전압, 한계전압에 속하는지 판단하게 된다. 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)가 모두 정상전압에 속하면, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(300(40)(50)의 출력전력을 각각 균등하게 제어하여 전력계통의 부하 요구전력으로 제공한다. 그러나 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50) 중 적어도 하나의 연료전지의 출력전압이 최저전압으로 센싱되면, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력은 미리 프로그램된 일정한 출력전력으로 출력되게 한다. 또 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50) 중 적어도 하나의 연료전지의 출력전압이 한계전압으로 센싱되면, 상기 한계전압을 출력하는 연료전지에서 전력이 출력되지 않게 제어한다. 경우에 따라서 상기 최저전압 또는 한계전압을 출력하는 연료전지의 출력전력은 그대로 유지하고, 나머지 연료전지가 부하 요구전력을 보상하여 출력되게 제어한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 복수의 연료전지의 출력전압 상태에 따라 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 있어 연 료전지 손상을 방지하고 전체 시스템 운전의 효율이 향상되는 이점이 있다.
연료전지, 정상전압, 최전전압, 한계전압, 전력변환기

Description

연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템{Power controlling method of Fuel cell and Fuel cell system}
본 발명은 연료전지시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3대 이상이 병렬 구성된 연료전지의 출력전력을 안정되게 제어하기 위한 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템에 관한 것이다.
화석연료의 고갈과 에너지에 대한 위기로 인하여 신- 재생에너지에 대한 범 세계적인 요구와 관심이 높아지고 있으며 그 중심에 연료전지가 있다. 상기 연료전지는 천연가스, 납사, 메탄올과 같은 탄화수소 계열 연료가 갖는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전 효율이 매우 높은 특성이 있다. 또 공해요인이 매우 적어 전력수요지 근처에 설치하거나, 전력수요가 밀접한 지역에 분산 설치할 수 있고, 필요에 따라 대용량 발전설비로도 이용할 수 있다. 이러한 점 때문에, 차세대의 주요발전기술 중 하나로서 이미 많은 응용분야에서 실용화단계에 진입하고 있는 기술이다. 특히 용융 탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)는 전력계통에 분산 배치되어 발전전력 사업용으로 개발되었고 실용화 진행중에 있다.
상기 연료전지는 그 연료전지를 에너지원으로 사용하는 각종 장치에서 필요로하는 전력을 공급하기 위해 복수 개가 직렬 또는 병렬 방식으로 연결되게 된다. 그 중, 도 1은 복수의 연료전지가 병렬 구성된 연료전지시스템의 구성도를 도시하고 있다.
도 1을 보면, 제 1 내지 제 n 연료전지가 병렬로 연결되어 있다. 이하에서는 연료전지가 3대 구비됨을 설명하고, 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)로 명칭한다.
상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)의 출력인 직류전원(DC)을 교류전원(AC)으로 변환하기 위한 전력변환기(PSC: Power Conditioning System)(20)가 구비된다. 상기 전력변환기(20)는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)에서 출력되는 저전압 상태의 직류전원을 소정 레벨로 변환하는 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(21)(22)(23)와, 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(21)(22)(23)에서 얻어진 각각의 직류전원을 전력계통에서 사용할 수 있도록 교류전원으로 변환하는 DC-AC 인버터(25)를 구비한다.
이와 같은 구성에 따르면 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)에서 발전된 직류전원은 상기 전력변환기(20)로 전달된다. 상기 전력변환기(20)의 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(21)(22)(23)는 상기 직류전원을 소정 레벨로 변환한 후 DC-AC 인버터(25)로 전달한다. 상기 DC-AC 인버터(25)는 상기 변환된 직류전원을 실제 사용 가능한 교류전원으로 변환한 후 전력계통으로 전달한다.
이때, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)들의 출력특성은 모두 동일 해야 전력변환기(25)에서의 전력변환이 안정되게 수행될 수 있다. 그러나 연료전지 제작시 다양한 변수들과 연료전지의 장시간 사용으로 인해 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)의 출력특성이 달라질 수 있다. 그러면 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)의 출력전압이 서로 다르게 출력되고, 이에 출력전력도 달라지는 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해 종래에는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)의 출력전류를 균등하게 제어하는 방법이 사용된다. 예컨대, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13) 각각의 출력전류를 센싱하고, 그 중에서 가장 큰 출력전류를 기준으로 하여 다른 연료전지의 출력전류를 상승시켜서, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(11)(12)(13)의 출력전류를 균등하게 제어하여 전력계통에서의 부하 요구전력만큼 출력전력이 공급되게 하고 있다.
그러나, 상기 제 1 내지 제 3연료전지(11)(12)(13)의 출력전류를 균등하게 하더라도, 복수 개의 연료전지 중 어느 하나의 연료전지의 출력전압이 미리 설정된 최저전압 이하가 되어, 다른 연료전지의 출력전압과 편차가 심하게 발생할 수 있다. 상기 최저전압은 연료전지로부터 유효한 전력이 출력될 수 있는 하한치를 말한다. 이런 상태에서 연료전지시스템의 운전이 계속 유지되면, 최저전압 이하가 된 연료전지에 과부하가 발생하게 되고, 결국 연료전지의 손상으로 이어진다. 그래서 연료전지의 수명이 저하되고 전체 연료전지시스템의 효율이 저하되게 된다.
이는 도 2의 시뮬레이션 결과 파형도를 통해서 확인이 가능하다. 도 2는 연료전지 2대를 병렬 연결한 상태에서 편차가 어느 정도일 때 연료전지의 출력전압이 최저전압 이하로 떨어지는 것을 설명하고 있다. 연료전지 2대를 연결하는 것과 3대 이상을 연결하는 구성에서 그 결과는 같기 때문에 연료전지 2대가 병렬 연결된 상태에서 시뮬레이션을 실시하였다.
그 중 도 2a는 제 1 및 제 2 연료전지의 전압편차가 3.2 %인 경우일 때의 DC-DC 컨버터 출력전압(Vo), 연료전지의 출력전류(I1,I2) 및 연료전지의 출력전압(Vf1,Vf2) 파형도이고, 도 2b는 제 1 및 제 2 연료전지의 전압편차가 24 %인 경우일 때의 DC-DC 컨버터 출력전압(Vo), 연료전지의 출력전류(I1,I2) 및 연료전지의 출력전압(Vf1,Vf2) 파형도이다. 여기서 연료전지의 최저전압은 약 100v로 정했다.
도 2a을 보면, 연료전지시스템의 정격 운전시 연료전지 출력전압(Vf1,Vf2)은 약 140v 정도에서 유지되며, 출력전류(I1,I2)는 약 3% 이내의 오차범위로 균등하게 제어되고 있음을 알 수 있다.
그러나 전압편차가 상대적으로 큰, 즉 24% 전압편차를 주었을 경우에는, 도 2b와 같이 'A' 지점에서 제 2 연료전지의 출력전압(Vf2)이 최저전압인 100v 이하로 떨어지고 있음을 알 수 있다. 상기 24%의 전압편차는 어느 하나의 연료전지의 출력전압이 급격하게 저하되어 최저전압까지 떨어질 수 있는 경우일 수 있다.
나아가, 연료전지시스템에 구비된 연료전지가 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 최저전압보다 더 낮은 범위, 예컨대 상기 유효 전력이 출력될 수 없는 한계전압을 출력하는 경우에는, 상기 최저전압을 출력할 때보다 연료전지는 더 큰 손상을 입게 되고, 운전 효율 역시 상대적으로 더 좋지 않은 결과를 초래하 게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3대 이상의 연료전지가 병렬 구성된 시스템에서 연료전지의 출력전압 상태에 따라 서로 다른 운전모드로 제어되게 하여 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 있도록 한 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 복수의 연료전지로부터 공급되는 전력을 변환하여 공급하는 도중, 상기 연료전지 출력전압을 센싱하는 센싱단계; 상기 센싱 결과, 상기 연료전지 중 적어도 하나의 연료전지의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 또는 유효 전력이 출력될 수 없는 한계전압인지 판단하는 판단단계; 그리고, 상기 판단 결과, 상기 최저전압 또는 한계전압을 출력하는 연료전지의 출력이 제한되도록 제어하는 제어단계;를 포함한다.
상기 제어단계에서, 상기 출력전압이 최저전압이면, 상기 연료전지 각각이 미리 프로그램된 일정한 출력전력으로 출력되게 한다.
상기 제어단계에서, 상기 출력전압이 한계전압이면, 상기 한계전압을 출력하는 연료전지에서 전력이 미출력되게 제어한다.
상기 최저전압 또는 한계전압을 출력하는 연료전지의 출력전력은 그대로 유지하고, 나머지 연료전지가 부하 요구전력을 보상하여 출력되게 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 병렬 연결된 복수의 연료전지; 상기 연료전지의 출력을 변환하는 전력변환기; 상기 연료전지들의 출력전압을 센싱하고, 상기 연료전지의 출력전압이 상기 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 또는 유효 전력이 출력될 수 없는 한계전압이 되면 해당 연료전지의 출력이 제한되게 상기 전력변환기 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 연료전지가 포함된 시스템의 운전모드를 설정하는 운전모드설정부가 더 포함되고, 상기 운전모드설정부는, 상기 출력전압이 최저전압이 될 때 설정되는 제 1 운전모드와, 상기 출력전압이 한계전압이 될 때 설정되는 제 2 운전모드를 갖는다.
상기 제 1 운전모드는, 상기 연료전지 각각이 미리 프로그램된 일정한 출력전력으로 출력되게 상기 전력변환기 동작이 제어되는 일정전력 운전모드이다.
상기 제 2 운전모드는, 상기 한계전압을 출력하는 연료전지가 더 이상 발전되지 않게 상기 전력변환기에서 출력전력을 제한하는 전력제한 운전모드이다.
본 발명에서는, 3대 이상의 연료전지가 병렬 구성된 연료전지시스템에서, 연료전지의 출력전압을 센싱하고, 센싱 결과 적어도 하나의 연료전지의 출력전압이 최저전압이 되면 해당 연료전지를 포함한 모든 연료전지의 출력이 일정하게 되도록 제어하며, 또 한계전압이 되면 해당 연료전지가 더 이상 발전이 되지 않게 제어함과 아울러 부하 요구전력을 나머지 연료전지가 분담하게 함으로써, 연료전지의 손상을 방지하여 수명과 신뢰성을 향상시키고, 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지시스템의 전체 구성도가 도시되어 있다.
도 3을 보면, 병렬로 연결된 적어도 3대 이상의 연료전지가 구비된다. 본 실시 예에서는 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)가 구비되는 것으로 설명한다. 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)에는 그 연료전지의 출력가능한 전력(PAS: Power Available Signal) 정보를 제공받는 제 1 내지 제 3 연료전지 제어기(32)(42)(52)가 각각 구비된다. 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)는 연료전지의 사용시간 등에 따라 출력전압이 변경되어 출력될 수 있다. 상기 출력전압은 정상전압과, 상기 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압과, 상기 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 없는 한계전압으로 구분한다. 일반적으로 정상전압은 연료전지의 정격전압을 말하고, 최저전압은 상기 정상전압보다 낮은 범위의 전압을 말하고, 상기 한계전압은 상기 최저전압보다 낮은 범위의 전압을 말한다. 이러한 전압 구분은 항상 동일하게 적용되는 것은 아니고 연료전지의 사양 및 특성에 따라 다르게 적용 가능하다.
상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)에는 전력변환기(60)가 연결된다. 상기 전력변환기(60)는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 직류전원(DC) 을 교류전원(AC)으로 변환하는 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 전력변환기(60)에는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)에서 출력되는 저전압을 소정 레벨로 변환하는 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)가 구비된다. 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)는, 후술하는 운전모드에 따라 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)가 일정한 전력이 출력되게 하거나, 특정 연료전지의 발전이 되지 않도록 출력전력을 제한하는 역할을 한다. 그리고 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)에서 얻어진 각각의 직류전원을 전력계통의 부하에서 사용할 수 있도록 교류전원으로 변환하는 DC-AC 인버터(68)가 구비된다.
상기 전력변환기(60)에는 전력변환기(60)의 동작을 제어하는 전력변환제어기(70)가 구비된다. 상기 전력변환제어기(70)는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지 제어기(32)(42)(52)로부터 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력가능한 전력 정보(PAS)를 전달받고, 아울러 상기 전력변환기(60)로 입력되는 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압을 센싱하는 역할을 한다. 그래서 상기 전력변환제어기(60)는 상기 연료전지의 출력가능한 전력 정보(PAS)와 상기 센싱된 출력전압에 기초하여 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 운전상태 정보를 모니터링한다.
상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)가 포함된 연료전지시스템의 운전모드를 설정하는 운전모드설정부(80)가 구비된다. 상기 운전모드설정부(80)는, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압이 최저전압이 될 때 설정되는 제 1 운전모드 및 상기 출력전압이 한계전압이 될 때 설정되는 제 2 운전모드를 갖 는다. 상기 제 1 운전모드는, 상기 제 1 및 제 3 연료전지(30)(40)(50) 각각이 미리 프로그램된 일정한 출력전력으로 출력되게 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66) 동작이 제어되는 일정전력 운전모드(Constant Power Control MODE)를 말한다. 상기 제 2 운전모드는, 상기 한계전압을 출력하는 연료전지가 더 이상 발전되지 않게 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)에서 출력전력을 제한하는 전력제한 운전모드(Power Limit Control MODE)를 말한다.
이어 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지의 전력 제어방법을 설명한다.
도 4에는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지의 전력 제어방법의 흐름도가 도시되어 있다.
먼저, 도 3과 같이 구성된 연료전지시스템이 운전 개시되면(s90), 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)는 미리 설정된 자신의 출력특성에 맞춰 직류전원을 출력한다(s91). 그렇게 되면 상기 출력된 직류전원은 전력변환기(60)로 전달된다. 상기 전력변환기(60)에 구비된 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 직류전원을 소정 레벨만큼 승압 또는 강압하여 변환한다. 그리고 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)에서 변환된 각각의 직류전원은 DC-AC 인버터(68)로 전달된다. 상기 DC-AC 인버터(68)는 상기 직류전원을 전력계통의 부하가 요구하고 있는 교류전원으로 변환하고, 변환된 교류전원을 상기 전력계통으로 공급하게 된다. 이때, 상기 전력변환 제어기(70)는 상기 전력변환기(60)의 출력측의 부하 요구량과 비교하고, 비교결과에 따라 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)를 제어하여 상기 부하 요구량만큼의 전력이 공급되게 한다. 이는 상기 전력변환 제어기(70)가 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압과 전류를 지속적으로 센싱하고, 아울러 상기 제 1 내지 제 3 연료전지 제어기(32)(42)(52)로부터 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력가능한 전력(PAS) 정보를 전달받고 있어, 이에 기초하여 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 상태 파악이 가능하기 때문이다.
그와 같은 상태에서, 상기 전력변환 제어기(70)는 상기 센싱받은 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)에서 출력되는 직류전원의 출력전압을 지속적으로 센싱한다(s92).
상기 센싱결과, 상기 전력변환 제어기(70)는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압이 정상전압 범위에서 출력되고 있는지 제 93 단계에서 판단한다. 상기 정상전압 범위는 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 정격전압을 말한다. 상기 판단결과, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압이 정상전압에 속하면, 제 94 단계로 진행하여 정상 운전모드로 동작되게 한다. 즉 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(300(40)(50)의 출력전력을 각각 균등하게 제어하여 부하 요구전력으로 제공하는 것이다.
한편, 제 95 단계에서 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압 중 적어도 하나의 출력전압이 최저전압 범위에 속하는지 판단한다. 상기 판단 결과, 상기 출력전압이 최저전압 범위에 속하면, 제 96 단계로 진행하여 상기 전력변환 제어기(70)의 제어동작을 받는 운전모드설정부(80)는 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66) 중 해당되는 DC-DC 컨버터가 제 1 운전모드인 일정전력 운전모드(Constant Power Control MODE)로 운전되게 설정한다. 이에 따라 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)는, 미리 프로그램된 일정한 전력만이 출력되게 한다. 예컨대, 어느 하나의 연료전지가 최저전압을 출력하게 되면 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)는 부하 요구전력에 맞춰 출력전력이 일정하게 출력되게 한다. 또는 제 1 연료전지(30)의 출력전압이 최저전압으로 센싱되었다면, 상기 전력변환 제어기(70)는 제 1 DC-DC 컨버터(62)를 제어하여 상기 제 1 연료전지(32)로부터 최저전압만이 공급되게 하고, 제 2 및 제 3 DC-DC 컨버터(64)(66)를 제어하여 제 2 연료전지(40) 및 제 3 연료전지(50)가 부하 요구전력 중 필요한 전력을 분담하여 출력되게 한다.
그와 같이 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50) 중 적어도 하나의 연료전지의 출력전압이 최저전압 범위로 떨어지더라도 모든 연료전지(30)(40)(50)가 일정 전력만 출력되게 하거나, 일부 연료전지는 제한 운전되게 하고 나머지 연료전지가 출력 전력을 보상하도록 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)를 제어함으로써, 필요한 부하 구동전력을 안정되게 공급할 수 있다.
이를 도 5를 참조하여 예를 들어 설명한다. 도 5는 앞서 설명한 도 2b의 조건과 동일한 상태에서 DC-DC 컨버터 출력전압(Vo), 연료전지의 출력전류(I1,I2) 및 연료전지의 출력전압(Vf1,Vf2) 파형도를 나타내고 있다. 여기서 연료전지 2대를 연결하는 것과 3대 이상을 연결하는 구성에서 그 결과는 같기 때문에 연료전지 2대가 병렬 연결된 상태에서 시뮬레이션을 실시하였다. 도 5를 보면, 제 2 연료전지의 출력전압이 최저전압까지 떨어진 상태에서 제 1 운전모드로 제어를 하게 되면, 상기 제 2 연료전지의 출력전압은 최저전압인 100v 정도에서 계속 유지되고, 부족한 부하 요구전력은 상기 제 1 연료전지에서 출력되고 있음을 알 수 있다.
한편, 제 97 단계에서, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압 중 적어도 하나의 출력전압이 한계전압 범위에 속하는지 판단한다. 상기 판단 결과, 상기 출력전압이 최저전압 범위에 속하면, 제 98 단계로 진행하여 상기 전력변환 제어기(70)의 제어동작을 받는 운전모드설정부(80)는 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66) 중 해당하는 DC-DC 컨버터가 제 2 운전모드인 전력제한 운전모드(Power Limit Control MODE)로 운전되게 설정한다.
이에 따라 상기 전력변환 제어기(70)는 상기 한계전압까지 떨어진 연료전지가 더 이상의 발전이 되지 않도록 해당 DC-DC 컨버터에서 출력전력을 제한한다. 따라서, 한계전압을 갖는 연료전지는 구동이 중지되고, 나머지 연료전지가 부하 구동전력을 나눠 공급한다. 이는 연료전지의 구동을 중지시켜 연료전지가 과부하상태에서 계속 구동되어 발생될 수 있는 연료전지의 손상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 실시 예에서는 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압이 정상전압, 최저전압, 한계전압의 순서대로 떨어지고 있음을 센싱하고 있는 것으로 설명하고 있으나, 상기 제 1 내지 제 3 연료전지(30)(40)(50)의 출력전압이 정상전압에서 바로 한계전압으로 떨어질 수도 있다. 이 경우 상기 운전모드설정부(80)는 상기 제 1 내지 제 3 DC-DC 컨버터(62)(64)(66)가 제 2 운전모드인 전력제한 운전모드(Power Limit Control MODE)로 운전되게 바로 설정하게 된다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
즉 도시된 실시 예에서는 연료전지시스템을 예를 들어 설명하고 있지만, DC-DC 컨버터가 포함된 전력변환기가 적용될 수 있는 신-재생 에너지 시스템, 분산전원시스템에도 본 발명이 적용될 수 있다.
또 연료전지가 3개가 구비된 것으로 설명하고 있으나, 연료전지 개수는 부하가 요구하는 전력을 공급할 수 있을 만큼 다양한 개수로 구성될 수 있다.
도 1은 복수의 연료전지가 병렬 구성된 연료전지시스템의 구성도.
도 2a 및 도 2b는 연료전지 2대를 병렬 연결한 상태에서 편차가 어느 정도일 때 연료전지의 출력전압이 최저전압 이하로 떨어짐을 설명하는 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지시스템의 전체 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지의 전력 제어방법의 흐름도.
도 5는 본 발명 실시 예에 따라 DC-DC 컨버터 출력전압(Vo), 연료전지의 출력전류(I1,I2) 및 연료전지의 출력전압(Vf1,Vf2) 파형도를 나타내고 있는 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30, 40, 50 : 연료전지 32, 42, 52 : 연료전지 제어기
60 : 전력변환기 62, 64, 66 : DC-DC 컨버터
68 : DC-AC 인버터 70 : 전력변환제어기
80 : 운전모드설정부

Claims (8)

  1. 복수의 연료전지로부터 공급되는 전력을 변환하여 공급하는 도중, 상기 연료전지 출력전압을 센싱하는 센싱단계;
    상기 센싱 결과, 상기 연료전지 중 적어도 하나의 연료전지의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 또는 유효 전력이 미출력되는 한계전압인지 판단하는 판단단계; 그리고,
    상기 판단 결과, 상기 최저전압 또는 한계전압이 출력되면 상기 연료전지의 출력전력이 제한되도록 제어하는 제어단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어단계에서, 상기 출력전압이 최저전압이면, 상기 연료전지 각각이 미리 프로그램된 일정한 출력전력으로 출력되게 하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어단계에서, 상기 출력전압이 한계전압이면, 상기 한계전압을 출력하는 연료전지에서 전력이 미출력되게 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 최저전압 또는 한계전압을 출력하는 연료전지의 출력전력은 그대로 유지하고, 나머지 연료전지가 부하 요구전력을 보상하여 출력되게 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어방법
  5. 병렬 연결된 복수의 연료전지;
    상기 연료전지의 출력을 변환하는 전력변환기; 그리고,
    상기 연료전지들의 출력전압을 센싱하고, 상기 연료전지의 출력전압이 상기 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 또는 유효 전력이 출력될 수 없는 한계전압이 되면 해당 연료전지의 출력이 제한되게 상기 전력변환기 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 연료전지가 포함된 시스템의 운전모드를 설정하는 운전모드설정부가 더 포함되고,
    상기 운전모드설정부는, 상기 출력전압이 최저전압이 될 때 설정되는 제 1 운전모드와, 상기 출력전압이 한계전압이 될 때 설정되는 제 2 운전모드로 이루어짐을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 운전모드는, 상기 연료전지 각각이 미리 프로그램된 일정한 출력전력으로 출력되게 상기 전력변환기 동작이 제어되는 일정전력 운전모드(Constant Power Control MODE)임을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 운전모드는, 상기 한계전압을 출력하는 연료전지가 더 이상 발전되지 않게 상기 전력변환기에서 출력전력을 제한하는 전력제한 운전모드(Power Limit Control MODE)임을 특징으로 하는 연료전지시스템.
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