KR20130131646A - Fuel cell for educational toy - Google Patents

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KR20130131646A
KR20130131646A KR1020120055343A KR20120055343A KR20130131646A KR 20130131646 A KR20130131646 A KR 20130131646A KR 1020120055343 A KR1020120055343 A KR 1020120055343A KR 20120055343 A KR20120055343 A KR 20120055343A KR 20130131646 A KR20130131646 A KR 20130131646A
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김학준
지학래
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주식회사 화니텍
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Abstract

The present invention relates to a solar cell built-in fuel cell for an educational toy. Particularly, in a fuel cell supplying power to the educational toy operated by an electric driving source, the solar cell built-in fuel cell supplies the power produced by a solar cell and the power produced by a fuel cell with a hybrid method.

Description

교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지 {Fuel Cell For Educational Toy}Fuel Cell Integrated Fuel Cell for Educational Toys {Fuel Cell For Educational Toy}

본 발명은 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 구동원에 의해 작동되는 교육 완구에 전력을 공급하는 연료 전지에 있어서 태양전지와 일체로 구성되어 태양전지에서 생성된 전력과 연료 전지에서 생성된 전력을 하이브리드로 전력을 공급할 수 있는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell integrated fuel cell for educational toys, and more particularly, to a fuel cell for supplying power to educational toys operated by an electric drive source, the fuel cell is integrally formed with a solar cell and generated from the solar cell. The present invention relates to a fuel cell integrated fuel cell for educational toys that can supply power generated by a fuel cell to a hybrid.

수소 연료전지는 수소를 변환하여 전기를 생성하는 장치로서 수소와 산소의 2계층으로 구성되며 아무런 연소작용 없이 전기를 생산하고 물만 배출하는 친환경 차세대 에너지원으로 크게 주목을 받고 있다.Hydrogen fuel cell is a device that generates electricity by converting hydrogen. It is composed of two layers of hydrogen and oxygen and attracts great attention as an eco-friendly next generation energy source that produces electricity without any combustion action and discharges only water.

상기와 같은 수소 연료전지는 산소가 공급되는 산소 공급단에 형성되는 공기극(+극, anode)과 수소가 공급되는 수소 공급단에 형성되는 연료극(-극, cathode)과 상기 연료극과 공기극 사이에 형성된 전해질(PEM)을 포함하여 구성된다.The hydrogen fuel cell is formed between an air electrode (+ anode) formed at an oxygen supply stage supplied with oxygen and a fuel electrode (-cathode) formed at a hydrogen supply terminal supplied with hydrogen, and between the fuel electrode and the cathode. It comprises an electrolyte (PEM).

수소가 연료극(-극) 방향에 공급되고, 공기극(+극) 방향에는 산소가 공급되면 상기 연료극에서 수소(H2 )를 수소이온(2H+)과 전자(2e-)로 분리하고, 상기 공기극에서 산소(O2)를 1/2O2로 분리한다. Hydrogen is a fuel electrode (- electrode) is supplied to the direction, the air electrode (+ pole) direction, when the oxygen is supplied to remove the hydrogen (H 2) from the fuel electrode to the hydrogen ions (2H +) and electrons (2e-) and, at the air electrode Oxygen (O 2 ) is separated into 1 / 2O 2 .

상기 연료극(-극)에서 분리된 전자(2e-)가 공기극(+극)으로 이동하면서 전기가 발생하고, 수소이온과 산소가 결합하여 물(H20)이 배출된다.As the electrons 2e- separated from the anode (-pole) move to the cathode (+ pole), electricity is generated, and hydrogen ions and oxygen combine to discharge water (H 2 0).

상기와 같은 수소 연료 전지는 액티브형과 패시브형으로 구분된다.The hydrogen fuel cell as described above is classified into an active type and a passive type.

이중 상기 패시브형 수소 연료 전지는 외기의 산소를 직접 이용하는 방식이므로 수소 연료만 공급이 필요하므로 소형화가 가능하고 휴대용 수소 연료 전지에 널리 활용되고 있다.Since the passive hydrogen fuel cell is a method of directly using oxygen from the outside air, only a hydrogen fuel is required to be supplied, and thus, it is possible to miniaturize and widely used in a portable hydrogen fuel cell.

그러나, 종래의 패시브형 수소 연료 전지는 수소 연료가 공급되어야 하므로 수소 연료 탱크가 방전된 경우 수소 연료 탱크의 수소를 주기적으로 보충하여야 하는 문제가 있었다.However, the conventional passive hydrogen fuel cell has a problem that the hydrogen fuel must be supplied, so that when the hydrogen fuel tank is discharged, it is necessary to periodically replenish hydrogen in the hydrogen fuel tank.

또한, 태양전지와 연료전지를 별도로 사용하는 경우 직류 전압으로 변환하기 위한 별도의 컨버터가 필요하므로 제작 비용이 증가하는 문제가 있었다.
In addition, when the solar cell and the fuel cell are used separately, a separate converter for converting the DC voltage is required, which increases the manufacturing cost.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 연료 전지에 태양전지를 일체로 형성함으로써 태양전지와 연료전지를 하이브리드로 이용함으로써 전력 효율을 높일 수 있는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지를 제공하는 데 있다.
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to form a solar cell integrally in a fuel cell by using a solar cell and a fuel cell as a hybrid solar cell integrated fuel cell for educational toys that can increase power efficiency. To provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 교육 완구용 태양전지 일체형 연료 전지는 태양전지와 일면에 상기 태양전지를 수용하고, 타면에 수소가 공급되는 연료이 형성된 프레임과 상기 프레임의 타면과 결합되는 전해질과 상기 전해질과 결합되는 산소가 공급되는 관통공을 구비한 공기극과 상기 태양전지 또는 연료전지로부터 생성된 전력을 선택적으로 컨버터에 입력시키도록 제어하는 스위칭 제어부와 상기 태양전지 또는 연료전지로부터 발생한 전력을 DC 전력으로 변환하는 컨버터와 상기 컨버터로부터 변환된 전력을 저장하는 축전지와 상기 축전지의 상태를 분석하여 과충전 및 과방전을 차단 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the educational toy solar cell integrated fuel cell according to the present invention accommodates the solar cell and the solar cell on one side, and is coupled to the frame and the other side of the frame on which fuel is supplied with hydrogen on the other side. An air electrode having an electrolyte and a through hole through which oxygen is combined with the electrolyte, and a switching controller for selectively inputting power generated from the solar cell or the fuel cell to the converter, and power generated from the solar cell or the fuel cell It characterized in that it comprises a converter for converting the DC power, and a storage battery for storing the power converted from the converter and the charge and discharge control unit for controlling the overcharge and over-discharge by analyzing the state of the battery.

그리고 상기 프레임은 일면에 상기 태양전지를 수용하기 위해 테두리가 태양전지의 두께만큼 돌출된 가이드 부재를 구비하는 태양전지 수용부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And the frame is characterized in that it comprises a solar cell accommodating portion having a guide member protruding the thickness of the solar cell to accommodate the solar cell on one surface.

또한, 상기 태양전지와 프레임의 일면 사이에 상기 태양전지에서 발생된 열을 방열하는 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a heat dissipation member configured to dissipate heat generated from the solar cell between the solar cell and one surface of the frame.

그리고 상기 스위칭 제어부는 태양전지 및 연료전지의 출력단에서 출력되는 전압을 측정하여 관리하는 전압 관리모듈과 상기 전압 관리모듈로부터 측정된 전압 정보에 따라 태양전지와 연료전지 중 하나의 전지에서 출력된 전력이 컨버터에 입력되도록 선택하는 역할을 담당하는 스위칭 모듈과 상기 스위칭 모듈에 의해 선택된 태양전지 또는 연료전지로부터 출력된 전압이 소정의 출력 전압이 되도록 컨버터를 제어하는 컨버터 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.The switching controller is configured to measure the voltage output from the output terminals of the solar cell and the fuel cell, and the power output from one of the solar cell and the fuel cell according to the voltage information measured from the voltage management module. And a converter control module for controlling the converter such that the switching module is configured to be input to the converter and the voltage output from the solar cell or the fuel cell selected by the switching module is a predetermined output voltage.

또한, 상기 스위칭 모듈은 상기 전압 관리모듈로부터 제공되는 태양전지와 연료전지의 출력 전압에 따라 컨버터에 입력될 전지를 선택하기 위한 전력선택 테이블을 포함하고, 상기 전지 선택 테이블은 상기 연료전지의 출력 전압이 측정되고, 태양전지의 출력전압이 기준 전압 이상인 경우에는 미리 설정된 전지가 전지의 전압이 컨버터에 입력되도록 선택되고, 연료전지로부터 출력 전압이 측정되고, 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 연료전지가 선택되고, 연료전지로부터 출력 전압이 측정되지 않고 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이상인 경우 태양전지가 선택되도록 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the switching module includes a power selection table for selecting a battery to be input to the converter according to the output voltage of the solar cell and the fuel cell provided from the voltage management module, the cell selection table is the output voltage of the fuel cell When the output voltage of the solar cell is greater than or equal to the reference voltage, the preset battery is selected so that the voltage of the battery is input to the converter, the output voltage is measured from the fuel cell, and when the output voltage of the solar cell is less than or equal to the reference voltage. The fuel cell is selected, and if the output voltage is not measured from the fuel cell and the output voltage of the solar cell is characterized in that the switching control so that the solar cell is selected.

그리고 상기 컨버터 제어모듈은 상기 선택된 전지의 출력 특성에 따라 다른 전압이 컨버터에 입력되더라도 동일한 전압이 출력되도록 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
The converter control module may control the converter to output the same voltage even if another voltage is input to the converter according to the output characteristics of the selected battery.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 교육 완구용 태양전지 일체형 연료 전지는 연료 전지에 태양전지를 일체로 형성함으로써 태양전지와 연료전지를 하이브리드로 이용함으로써 전력 효율을 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.As described above, the educational toy solar cell integrated fuel cell according to the present invention has an excellent effect of increasing power efficiency by using the solar cell and the fuel cell as a hybrid by forming the solar cell integrally with the fuel cell.

또한, 단일의 컨버터를 이용하여 단일의 축전지에 태양전지 및 연료전지에서 생성된 전력을 저장할 수 있으므로 단가 대비 전력 효율을 높일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
In addition, since a single converter can store the power generated by the solar cell and the fuel cell in a single storage battery, an excellent effect of increasing the power efficiency compared to the unit cost occurs.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 일체형 연료전지를 개략적으로 도시한 사시도로서, (a)는 상부에서 본 사시도이고, (b)는 하부에서 본 사시도이다.
도 2는 도1의 분해 사시도로서, 도 2a는 상부에서 본 분해 사시도이고, 도 2b는 하부에서 본 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 일체형 연료전지의 블럭도이다.1 is a perspective view schematically showing a solar cell integrated fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention, (a) is a perspective view from above, and (b) is a perspective view from below.
FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, FIG. 2A is an exploded perspective view from above, and FIG. 2B is an exploded perspective view from below.
3 is a block diagram of a solar cell integrated fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명은 자동차 완구와 같이 전기 구동원에 의해 작동되는 교육 완구에 적용되는 수소 연료전지에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen fuel cell that is applied to educational toys operated by an electric drive source, such as an automobile toy.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 일체형 연료전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 블럭도이다.1 is a perspective view schematically illustrating a solar cell integrated fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram of FIG. 1.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지는 일면에 태양전지(20)를 수용하고, 타면에 수소가 공급되는 연료극(112)이 형성된 프레임(110)과 상기 프레임의 타면과 결합되는 전해질(130)과 상기 전해질과 결합되는 산소가 공급되는 관통공을 구비한 공기극(120)과 상기 태양전지 또는 연료전지로부터 생성된 전력을 선택적으로 컨버터에 입력시키도록 제어하는 스위칭 제어부(310)와 상기 태양전지 또는 연료전지로부터 발생한 전력을 DC 전력으로 변환하는 컨버터(320)와 상기 컨버터로부터 변환된 전력을 저장하는 축전지(330)와 상기 축전지의 충전 상태를 분석하여 과충전 및 과방전을 차단 제어하는 충방전 제어부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.1 to 3, the solar cell integrated fuel cell for educational toys according to the present invention accommodates the solar cell 20 on one side and the frame 110 on which the fuel electrode 112 is supplied with hydrogen on the other side. Controls to selectively input the power generated from the solar cell or fuel cell and the cathode 120 having an electrolyte 130 coupled to the other surface of the frame and a through hole supplied with oxygen coupled to the electrolyte. Overcharging and analyzing the state of charge of the switching controller 310 and the converter 320 for converting the power generated from the solar cell or fuel cell to DC power and the storage battery 330 for storing the power converted from the converter and the storage battery It may be configured to include a charge and discharge control unit 340 for blocking and over-discharge control.

상기 프레임(110)은 일면에는 태양전지를 수용하는 태양전지 수용부(111)가 형성되고, 타면에는 수소가 공급되는 연료극(112)이 일체로 형성된다.The frame 110 is provided with a solar cell accommodating part 111 accommodating a solar cell on one surface thereof, and a fuel electrode 112 through which hydrogen is supplied is integrally formed on the other surface thereof.

상기 태양전지 수용부(111)는 테두리부가 태양전지의 두께와 같은 높이로 돌출된 가이드 부재가 형성되고, 상기 가이드 내에 태양전지가 수용되어 일체로 장착될 수 있다.The solar cell accommodating part 111 may include a guide member having an edge portion protruding at the same height as the thickness of the solar cell, and the solar cell may be accommodated in the guide to be integrally mounted.

상기 프레임(110)은 태양전지를 수용할 뿐만 아니라, 연료전지의 연료극(-극)의 역할을 동시에 수행한다. 이에 따라, 프레임의 타면에는 수소가 공급되는 연형성되고, 측면에는 수소연료탱크가 결합되어 수소가 공급되는 수소 공급부(미도시)를 포함하여 구성된다.The frame 110 not only accommodates a solar cell, but also simultaneously serves as a fuel electrode (-pole) of a fuel cell. Accordingly, the other side of the frame is formed to be flexible to supply hydrogen, the side is configured to include a hydrogen supply unit (not shown) is coupled to the hydrogen fuel tank to supply hydrogen.

상기 수소 공급부는 수소 연료 탱크가 삽입되는 통로 역할을 담당하고, 상기 수소 연료 탱크가 삽입되면, 연료극에서 수소(H2 )를 수소이온(2H+)과 전자(2e-)로 분리하고, 상기 공기극에서 산소(O2)를 1/2O2로 분리하고, 상기 연료극(-극)에서 분리된 전자(2e-)가 공기극(+극)으로 이동하면서 전기가 발생하게 된다.If the hydrogen supply is responsible for the passage role which the hydrogen fuel tank inserted, and wherein the fuel tank has been inserted, to remove the hydrogen (H 2) at the anode to hydrogen ions (2H +) and electrons (2e-) and, at the air electrode Oxygen (O 2 ) is separated into 1 / 2O 2 and electricity is generated while electrons (2e-) separated from the anode (−pole) move to the cathode (+ pole).

상기 태양전지(20)는 입사되는 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈로 구성될 수 있다.The solar cell 20 may be configured as a solar cell module for converting incident sunlight into electrical energy.

그리고 상기 태양전지로부터 열이 발생할 경우 접합되어 있는 연료극에 열에 의한 영향을 미칠 수 있으므로 상기 태양전지가 장착되는 프레임의 일면에는 방열부재(미도시)를 더 포함하여 형성될 수 있다.In addition, when heat is generated from the solar cell, a heat radiating member (not shown) may be further formed on one surface of the frame on which the solar cell is mounted since heat may be affected by the joined electrode.

또한, 상기 프레임의 일면상에 다수 개의 스페이서가 형성되어 상기 태양전지가 프레임 일면과 이격되어 장착되고 프레임의 가이드 부재에 공기통로인 관통공이 형성될 수 있으며, 이로 인해, 상기 태양전지에서 발생한 열이 상기 관통공을 통해 배출되어 방열될 수 있다. In addition, a plurality of spacers are formed on one surface of the frame such that the solar cell is mounted spaced apart from one surface of the frame, and a through hole, which is an air passage, is formed in the guide member of the frame, whereby heat generated from the solar cell It may be discharged through the through hole to radiate heat.

상기와 같이 태양전지 및 연료전지로부터 전기가 생성되면 스위칭 제어부(310)가 하나의 전지를 선택하여 전압을 컨버터(320)에 입력시키고, 컨버터(320)를 통해 상용 DC 전력으로 변환되어 축전지(330)로 입력되어 저장된다.When electricity is generated from the solar cell and the fuel cell as described above, the switching controller 310 selects one cell and inputs a voltage to the converter 320, and is converted into commercial DC power through the converter 320, thereby storing the battery 330. ) Is inputted and stored.

보다 구체적으로, 상기 스위칭 제어부(310)는 태양전지 및 연료전지의 출력단에서 출력되는 전압을 측정하여 관리하는 전압 관리모듈(311)과 상기 전압 관리모듈로부터 측정된 전압 정보에 따라 태양전지와 연료전지 중 하나의 전지에서 출력된 전력이 컨버터에 입력되도록 선택하는 역할을 담당하는 스위칭 모듈(312)과 상기 스위칭 모듈에 의해 선택된 태양전지 또는 연료전지로부터 출력된 전압이 소정의 출력 전압이 되도록 컨버터를 제어하는 컨버터 제어모듈(313)을 포함하여 구성될 수 있다.More specifically, the switching controller 310 is a solar cell and fuel cell according to the voltage management module 311 and the voltage information measured by the voltage management module for measuring and managing the voltage output from the output terminal of the solar cell and fuel cell. The switching module 312 is responsible for selecting the power output from one of the cells to be input to the converter and the converter is controlled so that the voltage output from the solar cell or fuel cell selected by the switching module is a predetermined output voltage. It may be configured to include a converter control module 313.

상기 전압 관리모듈(311)은 상기 태양전지로부터 출력된 전압을 측정하여 설정된 기준 전압 이상 인지 여부를 판단하는 역할을 담당한다. 여기서, 상기 태양전지의 출력된 전압이 기준 전압 이하인 경우는 조도가 낮아서 태양 전지로부터 전력을 생산할 수 없음을 의미한다.The voltage management module 311 measures the voltage output from the solar cell to determine whether the reference voltage is higher than or equal to the set reference voltage. Here, when the output voltage of the solar cell is less than the reference voltage means that the illuminance is low to produce power from the solar cell.

상기 스위칭 모듈(312)은 상기 전압 관리모듈(311)로부터 측정된 전압 정보에 따라 태양전지와 연료전지 중 컨버터에 입력된 전력을 선택하기 위한 전력선택 테이블을 구비할 수 있다.The switching module 312 may include a power selection table for selecting the power input to the converter between the solar cell and the fuel cell according to the voltage information measured by the voltage management module 311.

상기 전력선택 테이블은 하기의 [표 1]과 같이 구성될 수 있다. The power selection table may be configured as shown in Table 1 below.

연료전지Fuel cell 태양전지Solar cell 전력 선택Power selection 연료전지로부터 출력 전압이 측정되는 경우When the output voltage is measured from the fuel cell 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이상Output voltage of solar cell is higher than reference voltage 설정된 전지Set battery 연료전지로부터 출력 전압이 측정되는 경우 When the output voltage is measured from the fuel cell 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이하Output voltage of solar cell is below reference voltage 연료전지Fuel cell 연료전지로부터 출력 전압이 측정되지 않는 경우 Output voltage is not measured from the fuel cell 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이상Output voltage of solar cell is higher than reference voltage 태양전지Solar cell 연료전지로부터 출력 전압이 측정되지 않는 경우Output voltage is not measured from the fuel cell 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이하Output voltage of solar cell is below reference voltage DEFAULTDEFAULT

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 스위칭 모듈(312)은 상기 연료전지의 출력 전압이 측정되고, 태양전지의 출력전압이 기준 전압 이상인 경우에는 미리 설정된 전지가 전지의 전압이 컨버터(320)에 입력되도록 선택된다. 이 경우는 연료전지와 태양전지에서 모두 전압 공급이 가능한 상태이므로 사용자의 설정에 의해 전지가 선택될 수 있으나, 연료 전지의 경우 수소 연료가 소모되므로 이 경우 태양전지가 선택되도록 설정하는 것이 바람직하다.As can be seen from the table, when the output voltage of the fuel cell is measured, and the output voltage of the solar cell is greater than or equal to the reference voltage, the switching module 312 is configured by the preset voltage of the battery to the converter 320. It is selected to be entered. In this case, since the voltage can be supplied from both the fuel cell and the solar cell, the battery can be selected by the user's setting. However, since the fuel cell consumes hydrogen fuel, it is preferable to set the solar cell to be selected in this case.

그리고 연료전지로부터 출력 전압이 측정되고, 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 태양전지가 전력 생산이 불가능한 상태이므로 연료전지가 선택되고, 연료전지로부터 출력 전압이 측정되지 않고 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이상인 경우 연료전지로부터 수소 공급이 없거나 수소연료탱크가 분리된 상태이므로 태양전지가 선택되고, 연료전지로부터 출력전압이 측정되지 않거나 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 태양전지와 연료전지가 모두 전력을 생성할 수 없는 상태이므로 디폴트(Default)로 지정될 수 있다.When the output voltage is measured from the fuel cell and the output voltage of the solar cell is lower than the reference voltage, the fuel cell is selected because the solar cell is incapable of generating power, and the output voltage of the solar cell is not measured from the fuel cell. If the reference voltage is higher than this, the solar cell is selected because there is no hydrogen supply from the fuel cell or the hydrogen fuel tank is separated. If the output voltage is not measured from the fuel cell or the output voltage of the solar cell is lower than the reference voltage, the solar cell and fuel Since the batteries are not capable of generating power at all, they may be designated as defaults.

상기와 같이 스위칭 모듈(312)에 의해 컨버터에 입력될 전지가 선택되면 컨버터 제어모듈(313)은 상기 선택된 전지의 출력 특성에 따라 컨버터를 통해 동일한 전압이 출력되도록 컨버터(320)를 제어하는 역할을 담당한다.When the battery to be input to the converter is selected by the switching module 312 as described above, the converter control module 313 controls the converter 320 to output the same voltage through the converter according to the output characteristics of the selected battery. In charge.

태양전지와 연료전지는 출력 특성이 서로 다른 만큼 각 전지로부터 출력되는 전압이 상이하므로 상기의 출력 특성을 보상하는 스마트한 컨버터 제어가 필요하므로 상기 컨버터 제어모듈(313)은 상기 입력이 선택된 전지의 출력 특성에 따라 컨버터(320)를 통해 출력되는 전압을 제어하게 된다.Since the output voltage of the solar cell and the fuel cell are different from each other due to different output characteristics, smart converter control for compensating the output characteristics is required. Therefore, the converter control module 313 outputs the output of the selected battery. According to the characteristics, the voltage output through the converter 320 is controlled.

보다 구체적으로, 상기 컨버터 제어모듈(313)은 스위칭 모듈(312)로부터 선택된 전지를 확인하면, 미리 저장된 전지의 출력 특성에 따라 승압해야할 전압을 확인하여 컨버터가 해당 전압 만큼 승압하여 전지에 상관없이 일정한 전압이 출력되도록 제어하게 된다.More specifically, when the converter control module 313 checks the battery selected from the switching module 312, the converter checks the voltage to be boosted according to the output characteristics of the pre-stored battery, and the converter boosts by the corresponding voltage to be constant regardless of the battery. The voltage is controlled to be output.

예를 들어, 태양전지로부터 출력된 전압이 2V이고, 축전지에 저장될 전압이 5V인 경우 상기 컨버터는 3V를 승압하여야 하고, 상기 컨버터 제어모듈(313)은 상기 컨버터가 입력전압을 3V 승압하여 5V가 출력되도록 제어하게 된다.For example, when the voltage output from the solar cell is 2V and the voltage to be stored in the battery is 5V, the converter must boost 3V, and the converter control module 313 boosts the input voltage by 3V to 5V. Is controlled to output.

상기와 같이 컨버터를 통해 출력된 전압은 축전지에 입력되어 충전되고 동력이 필요한 교육용 완구와 연결되어 전력을 공급하게 된다.As described above, the voltage output through the converter is connected to the educational toy which is charged and powered by the battery and supplies power.

한편, 상기 충방전 제어부(340)는 축전지에 충전된 전기 용량을 분석하여 과방전 상태인지 과충전 상태인지 여부를 판단하게되고, 과방전 또는 과충전 상태로 판정된 경우 전압을 즉시 차단하여 회로를 보호하는 역할을 담당한다.Meanwhile, the charge / discharge control unit 340 analyzes the electric charge charged in the battery to determine whether the battery is in an overdischarge state or an overcharge state, and when it is determined that the battery is in an overdischarge or overcharge state, the voltage is immediately blocked to protect the circuit. Play a role.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

10 : 연료 전지 110 : 프레임
120 : 공기극 130 : 전해질
20 : 태양전지 310 : 스위칭 제어부
320 : 컨버터 330 : 축전지
340 : 충방전 제어부10: fuel cell 110: frame
120: cathode 130: electrolyte
20: solar cell 310: switching control unit
320: converter 330: storage battery
340: charge and discharge control

Claims (6)

태양전지와;
일면에 상기 태양전지를 수용하고, 타면에 수소가 공급되는 연료이 형성된 프레임과;
상기 프레임의 타면과 결합되는 전해질과 상기 전해질과 결합되는 산소가 공급되는 관통공을 구비한 공기극과;
상기 태양전지 또는 연료전지로부터 생성된 전력을 선택적으로 컨버터에 입력시키도록 제어하는 스위칭 제어부와;
상기 태양전지 또는 연료전지로부터 발생한 전력을 DC 전력으로 변환하는 컨버터와;
상기 컨버터로부터 변환된 전력을 저장하는 축전지와;
상기 축전지의 상태를 분석하여 과충전 및 과방전을 차단 제어하는 충방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지.
Solar cells;
A frame accommodating the solar cell on one surface and a fuel for supplying hydrogen to the other surface;
An air electrode having an electrolyte coupled to the other surface of the frame and a through hole supplied with oxygen coupled to the electrolyte;
A switching control unit controlling to selectively input power generated from the solar cell or the fuel cell to the converter;
A converter for converting power generated from the solar cell or fuel cell into DC power;
A storage battery storing the power converted from the converter;
A solar cell integrated fuel cell for educational toys, comprising: a charge / discharge control unit for controlling overcharge and overdischarge by analyzing a state of the storage battery.
제 1항에 있어서,
상기 프레임은
일면에 상기 태양전지를 수용하기 위해 테두리가 태양전지의 두께만큼 돌출된 가이드 부재를 구비하는 태양전지 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지.
The method of claim 1,
The frame is
Solar cell integrated fuel cell for educational toys comprising a solar cell accommodating portion having a guide member protruding the thickness of the solar cell to accommodate the solar cell on one surface.
제 1항에 있어서,
상기 태양전지와 프레임의 일면 사이에 상기 태양전지에서 발생된 열을 방열하는 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지.
The method of claim 1,
A fuel cell integrated fuel cell for educational toys, further comprising a heat dissipation member for radiating heat generated from the solar cell between the solar cell and one surface of the frame.
제 1항에 있어서,
상기 스위칭 제어부는
태양전지 및 연료전지의 출력단에서 출력되는 전압을 측정하여 관리하는 전압 관리모듈과;
상기 전압 관리모듈로부터 측정된 전압 정보에 따라 태양전지와 연료전지 중 하나의 전지에서 출력된 전력이 컨버터에 입력되도록 선택하는 역할을 담당하는 스위칭 모듈과;
상기 스위칭 모듈에 의해 선택된 태양전지 또는 연료전지로부터 출력된 전압이 소정의 출력 전압이 되도록 컨버터를 제어하는 컨버터 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료전지.
The method of claim 1,
The switching control unit
A voltage management module for measuring and managing voltage output from output terminals of the solar cell and the fuel cell;
A switching module configured to select power input from one of the solar cell and the fuel cell to be input to the converter according to the voltage information measured by the voltage management module;
And a converter control module for controlling the converter such that the voltage output from the solar cell or the fuel cell selected by the switching module is a predetermined output voltage.
제 3항에 있어서,
상기 스위칭 모듈은
상기 전압 관리모듈로부터 제공되는 태양전지와 연료전지의 출력 전압에 따라 컨버터에 입력될 전지를 선택하기 위한 전력선택 테이블을 포함하고;
상기 전력선택 테이블은
상기 연료전지의 출력 전압이 측정되고, 태양전지의 출력전압이 기준 전압 이상인 경우에는 미리 설정된 전지가 전지의 전압이 컨버터에 입력되도록 선택되고;
연료전지로부터 출력 전압이 측정되고, 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이하인 경우에는 연료전지가 선택되고;
연료전지로부터 출력 전압이 측정되지 않고 태양전지의 출력 전압이 기준 전압 이상인 경우 태양전지가 선택되도록 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료 전지.
The method of claim 3,
The switching module
A power selection table for selecting a cell to be input to the converter according to output voltages of the solar cell and the fuel cell provided from the voltage management module;
The power selection table
The output voltage of the fuel cell is measured, and when the output voltage of the solar cell is equal to or greater than the reference voltage, the preset cell is selected so that the voltage of the cell is input to the converter;
The output voltage is measured from the fuel cell, and the fuel cell is selected when the output voltage of the solar cell is equal to or less than the reference voltage;
If the output voltage is not measured from the fuel cell and the output voltage of the solar cell is more than the reference voltage switching control so that the solar cell is selected, characterized in that the educational toy solar cell integrated fuel cell.
제 4항에 있어서,
상기 컨버터 제어모듈은
상기 선택된 전지의 출력 특성에 따라 다른 전압이 컨버터에 입력되더라도 동일한 전압이 출력되도록 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 교육 완구용 태양전지 일체형 연료 전지.5. The method of claim 4,
The converter control module
According to the output characteristics of the selected battery, a solar cell integrated fuel cell for educational toys, characterized in that the converter is controlled to output the same voltage even if a different voltage is input to the converter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107017424A (en) * 2016-01-28 2017-08-04 中国科学院大连化学物理研究所 The lamination generating battery that a kind of photoelectrocatalysis reducing molecular oxygen reaction and fuel cell are coupled

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107017424A (en) * 2016-01-28 2017-08-04 中国科学院大连化学物理研究所 The lamination generating battery that a kind of photoelectrocatalysis reducing molecular oxygen reaction and fuel cell are coupled

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