KR20140072832A - 연료 전지 파워 플랜트 제어 - Google Patents

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Abstract

제공된 전력에 기초하여 연료 전지 파워 플랜트를 제어하는 예시적인 방법은 상기 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전력, 상기 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전류, 또는 전압 감쇠율 중 적어도 하나에 반응하는 가변 저항 장치의 전기 저항을 선택적으로 변경시키는 것을 포함한다.

Description

연료 전지 파워 플랜트 제어{FUEL CELL POWER PLANT CONTROL}
본 발명은 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전력에 기초한 연료 전지 파워 플랜트의 제어에 관한 것이다.
연료 전지 파워 플랜트는 잘 알려져 있다. 전지 스택 어셈블리 및 다른 공지된 구성요소는 공지된 방식으로 작동하여 전력을 제공한다. 상기 연료 전지 파워 플랜트에 대한 적용은 다르다. 설치에 따라, 상이한 특징 및 기능이 상이한 연료 전지 파워 플랜트에 요구된다.
상기 연료 전지 파워 플랜트 내의 전지는 전압을 갖는다. 상기 전지 내의 탄소는 비교적 고전압에서 부식할 수 있다. 상기 전지 내의 백금은 비교적 고전압에서 용해될 수 있다. 일부의 연료 전지 파워 플랜트 어셈블리는 전지의 전압을 제한하거나 클립(clip)하는 전압 제한 장치를 포함한다. 상기 전압을 제한하면 탄소 부식 및 백금 용해를 감소시킨다. 이러한 접근법은 유용한 것임이 입증되지만, 한계가 있다.
예를 들어, 전압 제한 장치는 하나의 특정 유형의 연료 전지 파워 플랜트에 대해 및 하나만의 작동 조건에 대해 설계되는 경향이 있다. 또한, 상기 전압 제한이 너무 낮으면, 상기 연료 전지 스택 어셈블리는, 특히 연료 전지 스택이 훨씬 감쇠를 겪기 전에 상기 연료 전지 스택 어셈블리의 수명의 초기에 효율이 떨어질 것이다.
예시적인 연료 전지 파워 플랜트 제어 장치는 전력의 흐름을 제공하는 전지 스택 어셈블리를 포함한다. 가변 저항 장치는 상기 전지 스택 어셈블리와 작동가능하게 연관된다. 상기 가변 저항 장치는 선택적인 가변 전기 저항을 갖는다. 제어기는 상기 저항 장치의 전기 저항을 자동으로 선택하여 상기 전력의 전류 또는 상기 전력의 전력 레벨을 목표 레벨로 유지한다.
다른 예시적인 연료 전지 파워 플랜트 제어 장치는 전력의 흐름을 제공하는 전지 스택 어셈블리, 및 상기 전력의 전력 레벨을 감지하도록 구성된 센서 장치를 포함한다. 가변 저항 장치는 상기 전지 스택 어셈블리와 작동가능하게 연관된다. 상기 가변 저항 장치는 선택적인 가변 전기 저항을 갖는다. 제어기는 상기 저항 장치의 전기 저항을 선택하여 상기 전력을 목표 레벨로 유지한다.
제공된 전력에 기초하여 연료 전지 파워 플랜트를 제어하는 예시적인 방법은 상기 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전력, 상기 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전류, 또는 전압 감쇠율 중 적어도 하나에 반응하는 가변 저항 장치의 전기 저항을 선택적으로 변경시키는 것을 포함한다.
다양한 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 상기 상세한 설명과 함께 도면은 다음과 같이 간략하게 설명될 수 있다.
도 1은 전력의 흐름을 제공하는 예시적인 연료 전지 파워 플랜트의 선택된 부분을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 전력의 전류 레벨을 유지하는 것을 포함하는 하나의 예시적인 제어 접근법을 요약한 플로우차트도이다.
도 3은 도 2의 제어 접근법에 사용된 하나의 예시적인 제어 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 4는 도 1의 연료 전지 파워 플랜트의 수명에 대한 전기 저항을 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 연료 전지 파워 플랜트의 수명에 대한 전압 감쇠를 나타낸 그래프이다.
도 1은 전지 스택 어셈블리(CSA; cell stack assembly)(22) 및 가변 저항 장치(24)를 포함하는 예시적인 연료 전지 파워 플랜트(20)의 선택된 부분을 개략적으로 도시하고 있다. 본 예에서, 상기 CSA(22)는 가변 저항 장치(24)와 작동가능하게 연관된다. 상기 CSA(22)는, 예를 들어 공지된 방식으로 경로(26)를 따라 배터리(30)에 전력을 제공한다. 상기 가변 저항 장치(24)는 경로(26)를 따라 배터리(30)에 제공된 전력과 병렬로 배치된다.
본 예에서, 센서(28)는 경로(26)를 따라 제공된 전력의 전류 레벨을 감지하도록 구성된다. 상기 센서(28)에 의해 감지된 전류는 가변 저항 장치(24)와 배터리(30)에 제공된 전류의 합계이다. 당업자 및 본 발명의 이익을 갖는 자는 상기 센서(28)를 이용하여 전류 레벨을 감지하는 법을 이해할 수 있다. 후술될 바와 같이, 일부 예는 센서(28)를 포함하지 않을 수 있다.
상기 예시적인 센서(28)는 제어기(32)와 통신하도록 구성된다. 본 예에서, 상기 제어기(32)는 센서(28)에 의해 감지된 전류 레벨에 반응하는 가변 저항 장치(24)의 전기 저항을 선택적으로 제어한다. 보다 구체적으로, 상기 제어기(32)는 센서(28)에 의해 감지된 전류 레벨을 역치 전류 값과 비교한 후, 필요한 경우에 상기 전류 레벨을 역치 전류 값을 충족하거나 초과하도록 조정한다. 예를 들어, 상기 제어기(32)는 가변 저항 장치(24)의 전기 저항을 변경함으로써 상기 전류 레벨을 조정한다. 상기 센서(28)에 의해 감지된 전류는 가변 저항 장치(24) 및 배터리(30)에 제공된 전류의 합계이므로, 상기 CSA(22)에 의해 제공된 총 전류는 역치 전류 값 아래로 강하하지 않을 것이다.
일례에서, 상기 제어기(32)의 메모리부(34)는 역치 전류 값을 저장한다. 또한, 상기 예시적인 메모리부(34)는, 예를 들어 제어기(32)에 의해 선택되어야 하는 대응하는 저항 값을 포함하는 룩업 테이블(look-up table)과 같은 데이터베이스나 정보를 포함하여 원하는 전류 조정을 달성한다.
다른 예에서, 상기 제어기(32)는 적절한 센서에 의해 제공된 전압 및 전류 정보에 기초하여 상기 제어기(32)에 의해 계산된 전력 레벨에 반응하는 가변 저항 장치(24)의 전기 저항을 선택적으로 제어한다. 상기 제어기(32)는 계산된 전력 레벨을 메모리부(34)에 저장된 역치 전력 레벨과 비교할 수 있다.
특히, 상기 전류 레벨과 계산된 전력 레벨은 CSA(22)의 직접적인 작동 조건은 아니지만, 대신에 상기 CSA(22)에 의해 제공된 전력의 특성일 수 있다.
도 2는 예시적인 제어기(32)가 가변 저항 장치(24)의 적절한 전기 저항을 선택하기 위해 활용하는 하나의 예시적인 접근법을 요약한 제어 방법(40)의 플로우차트도를 포함한다. 본 예에서, 상기 방법(40)은 제어기(32)가 경로(26)를 따라 CSA(22)로부터 이동하는 전류의 전류 레벨을 결정하는 단계(42)를 포함한다. 단계(44)에서, 상기 제어기(32)는 감지된 전류 레벨을 역치 전류 값과 비교한다. 상기 감지된 전류 레벨과 역치 전류 값 간의 차이에 따라, 단계(46)에서 상기 제어기(32)는 가변 저항 장치(24)의 전기 저항을 조정할 수 있다. 상기 제어기(32)는 감지된 전류 레벨이 역치 전류 값을 충족하거나 초과하도록 전기 저항을 조정한다.
구체적인 일례에서, 상기 역치 전류 값은 60mA/㎠이고, 상기 감지된 전류 값은 55mA/㎠이다. 단계(44)에서 비교를 한 후, 상기 감지된 전류 값이 60mA/㎠를 충족하거나 초과할 때까지 상기 제어기(32)는 가변 저항 장치의 전기 저항을 감소시키는 가변 저항 장치로 제어 신호를 전송한다. 다른 예는 10과 50mA/㎠ 사이의 역치 전류 값을 포함할 수 있다.
상기 예시적인 예에서, 상기 제어기(32)는 복수의 상이한 방식으로 가변 저항 장치(24)의 전기 저항을 제어할 능력을 갖는다. 48에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 전기 저항은 고정 값(steady value)으로 선택되고 유지되어 상기 감지된 전류 레벨을 변경할 수 있다. 대안적으로, 50에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 제어기(32)는 전기 저항을 동적으로 변화시켜 상기 감지된 전류 레벨을 변경한다.
일례에서, 상기 제어기(32)는 제어 신호를 이용하여 가변 저항 장치의 전기 저항을 선택적으로 변경한다. 도 3에 개략적으로 도시된 예시적인 예에서, 제어 신호(70)는 복수의 펄스(72, 74, 76, 78, 80) 등을 포함한다. 본 예에서, 상기 제어기(32)는 제어 신호(70) 상의 펄스 폭 변조를 이용하여 상기 가변 저항 장치(24)에 의해 제공된 전기 저항을 선택적으로 변경한다.
상기 예시적인 제어 신호에서의 펄스(72-80)는 정기적으로 점점 짧아진다. 도 4에서 알 수 있으며 그래픽으로 도시된 바와 같이, 이러한 방식으로 상기 제어 신호(70)의 듀티 사이클을 선택적으로 변경시키면 상기 파워 플랜트(20)의 수명에 대한 가변 저항 장치(24)의 전기 저항을 감소시킨다. 특히, 전기 저항의 감소는 CSA(22)의 전압 감쇠 모델에 비례한다.
일례에서, 상기 제어기(32)는 메모리부(34)에 저장된 프로그램을 실행한다. 상기 프로그램은 CSA(22)에 의해 제공된 전류나 전압의 변경에 대응하기보다는 부하 시간에 대응하여 저항을 점차로 감소시킨다. 이러한 예에서, 상기 제어기(32)는 CSA(22)에 대해 통상적인 전압 감쇠를 추적하는 방식으로 상기 저항을 점점 감소시키도록 프로그램화된다. 상기 제어기(32)는 센서(28)에 의존할 필요는 없지만 대신에 상기 저항을 자동으로 감소시킨다.
일례에서, 상기 가변 저항 장치(24)는 저항기, 및 제어기(32)로부터 제어 신호에 응답하도록 마련된 MOSFET와 같은 복수의 스위치를 포함하여 상기 선택된 펄스 폭 변조에 기초한 상이한 스위치의 작동은 가변 저항 장치(24)에 의해 제공된 목표 저항을 달성한다. 이러한 설명을 고려하면, 당업자는 특정 요구를 충족하기 위한 적절한 가변 저항 장치 및 적절한 제어 장치를 선택할 수 있을 것이다.
상기 설명된 예의 특징은 CSA가 최소 전류 또는 최소 전력을 제공하도록 CSA 내에서 저항을 제어하는 것을 포함한다. 상기 설명된 예에서, 예를 들어 상기 최소 전류 또는 최소 전력을 유지하면 상기 CSA 내에서 전압을 클립핑하는 것보다 더 효율적이다.
전술한 설명은 사실상 제한하기보다는 예시적이다. 설명된 예에 대한 변경 및 수정은 당업자에게 명백해질 수 있다. 법적 보호의 범위는 다음의 청구범위를 검토함으로써 결정될 수밖에 없다.

Claims (16)

  1. 전력의 흐름을 제공하는 전지 스택 어셈블리;
    상기 전지 스택 어셈블리와 작동가능하게 연관되며 선택적인 가변 전기 저항을 갖는 가변 저항 장치; 및
    상기 저항 장치의 전기 저항을 자동으로 선택하여 전력 흐름의 전류 또는 전력 레벨 중 적어도 하나를 목표 레벨로 유지하는 제어기
    를 포함하는 연료 전지 파워 플랜트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 전지 스택 어셈블리의 전압 감쇠율에 대응하는 비율로 상기 선택된 전기 저항을 자동으로 감소시키도록 구성되는 연료 전지 파워 플랜트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 선택된 전기 저항은 전지 스택 어셈블리의 전압 감쇠율에 비례하는 연료 전지 파워 플랜트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 메모리에 저장된 역치 전류와 상기 전류를 비교하는 것에 기초하여 상기 전기 저항을 선택하도록 구성되는 연료 전지 파워 플랜트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 전지 스택 어셈블리의 직접적인 작동 조건이 아닌 조건에 반응하는 전기 저항을 선택하도록 구성되는 연료 전지 파워 플랜트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가변 저항 장치는 전지 스택 어셈블리와 전기적으로 결합되는 연료 전지 파워 플랜트.
  7. 전력의 흐름을 제공하는 전지 스택 어셈블리;
    상기 전력의 흐름을 감지하도록 구성된 센서 장치;
    상기 전지 스택 어셈블리와 작동가능하게 연관되며 선택적인 가변 전기 저항을 갖는 가변 저항 장치; 및
    상기 저항 장치의 전기 저항을 선택하여 상기 전력 중 적어도 하나를 목표 레벨로 유지하거나 또는 상기 전력의 전류를 목표 레벨로 유지하는 제어기
    를 포함하는 연료 전지 파워 플랜트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기는 전지 스택 어셈블리가 감쇠함에 따라 상기 선택된 전기 저항을 감소시키도록 구성되는 연료 전지 파워 플랜트.
  9. 제7항에 있어서, 상기 선택된 전기 저항은 전지 스택 어셈블리의 전압 감쇠율에 비례하는 연료 전지 파워 플랜트.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어기는 전지 스택 어셈블리의 직접적인 작동 조건이 아닌 조건에 반응하는 전기 저항을 선택하도록 구성되는 연료 전지 파워 플랜트.
  11. 제7항에 있어서, 상기 가변 저항 장치는 전지 스택 어셈블리와 전기적으로 결합되는 연료 전지 파워 플랜트.
  12. 연료 전지 파워 플랜트를 제어하는 방법으로서,
    상기 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전력, 상기 연료 전지 파워 플랜트에 의해 제공된 전류, 또는 전압 감쇠율 중 적어도 하나에 반응하는 가변 저항 장치의 전기 저항을 선택적으로 변경시키는
    것을 포함하는 연료 전지 파워 플랜트를 제어하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전력과 전류 중 적어도 하나를 목표 레벨로 유지하도록 상기 전기 저항을 변경시키는 것을 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 선택된 전기 저항은 가변 저항 장치의 감쇠율에 비례하는 비율로 증가하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 전력과 전류는 전지 스택 어셈블리의 직접적인 작동 조건이 아닌 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 전기 저항을 자동으로 감소시키는 것을 포함하는 방법.
KR1020137020542A 2011-03-29 2011-03-29 연료 전지 파워 플랜트 제어 KR20140072832A (ko)

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