KR20150118596A - SYSTEM FOR GRID-TIED Fuel-Cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 적어도 하나 이상의 컨버터를 연결하여 연료전지의 전력계통을 연계시키는 시스템에 대한 발명이다.The present invention relates to a system for connecting at least one or more converters to connect a power system of a fuel cell.
저탄소화 및 녹색산업화에 기반을 두고 경제성장력을 배가시키는 새로운 성장 개념인 녹색성장이 전 세계적으로 주목 받고 있다. 저탄소화는 경제활동에서 발생하는 CO2 배출량을 감축시켜 기후변화에 대응하는 것이고, 녹색산업화는 녹색기술, 환경친화적 비즈니스 모델을 통해 신시장을 창출함으로써 경제성장력의 원동력으로 삼는 것을 의미한다. 녹색성장의 급부상 배경으로는 미국과 개발도상국 등에도 이산화탄소 감축을 강제하는 기후변화 관련 규제논의의 본격화, 에너지원 고갈에 대한 우려와 국제에너지 가격급등 등을 들 수 있다. Green growth, a new growth concept that doubles economic growth based on low carbonization and green industrialization, is receiving worldwide attention. Low carbonization means reducing CO2 emissions from economic activities to cope with climate change. Green industrialization means driving new growth opportunities by creating new markets through green technology and environmentally friendly business models. The background of the rapid growth of green growth is that the US and developing countries are also discussing climate change-related regulations that force CO2 reduction, concerns about depletion of energy sources, and soaring international energy prices.
수소연료전지는 연소과정 없이 수소와 산소의 반응에 의해 전기화학적으로 전기를 발생시켜 공해물질을 배출하지 않는 친환경적이고 태양광 및 풍력 등 타 대체에너지에 비해 발전효율이 높은 특징을 지니고 있어 휴대용, 주택용, 자동차용 및 발전용 등의 그 응용분야가 매우 다양하여 저탄소사회의 고효율 에너지원으로 보급과 관련한 인프라의 구축이 필요한 실정이다.Hydrogen fuel cells are environmentally friendly, which does not discharge pollutants by generating electricity electrochemically by the reaction of hydrogen and oxygen without combustion process, and has characteristics of high efficiency compared with other alternative energy such as solar and wind power. , Automobiles, and power generation, and it is necessary to construct infrastructures related to dissemination as a highly efficient energy source of low carbon society.
연료전지는 셀의 개수를 늘리면 출력을 높일 수 있기 때문에 연료전지 형태에 따라 수W ∼ 수십MW의 전력이 생산 가능하여 휴대용, 거치용, 수송용으로 다양한 응용을 할 수 있다. Fuel cells can increase output by increasing the number of cells, so that it is possible to produce several to several tens of MW of power depending on the type of fuel cell, and thus it can be applied to a variety of applications such as portable, stationary, and transportation.
이 가운데 가정 발전 거치용인 소용량 연료전지스택의 정격전압은 20 ∼ 50VDC 정도로 낮기 때문에 계통 연계형으로 만들어 주기 위해서는 연료전지에서발생되는 출력전압을 상승(Boost)시킴과 동시에 상승시킨 전압을 교류로 변환하여야 한다. 또한 연료전지스택의 출력전압은 부하의 변동에 따라 변동폭이 크므로 이 전압을 일정하게 조정(Regulation)해야 하며, 연료전지와 부하 사이에는 안전과 노이즈의 차단 등을 위하여 절연(Isolation)이 필요하다. 이와 같이 연료전지는 저전압 고전류의 특성과 부하에 따라 전압이 크게 변동하는 특성을 가지므로 기존의 DC/DC 컨버터나 범용 인버터 기술로는 앞서 언급한 고효율을 위한 에너지 생산, 전달, 소비과정 중 필요한 전력으로 전달하는 과정에 발생하는 손실이 많아 요구되는 효율을 만족시킬 수 없어 고효율 가정용 연료전지 시스템의 상용화를 어렵게 하는 요인이 되기 때문에 전력변환장치의 손실저감이 중요한 이슈로 등장하게 되었다.Among them, the rated voltage of the small capacity fuel cell stack for home power generation is as low as 20 to 50 VDC. Therefore, in order to make the grid-connected type, the output voltage generated from the fuel cell is boosted and the increased voltage is converted into alternating current do. Since the output voltage of the fuel cell stack fluctuates according to the variation of the load, it is necessary to regulate this voltage constantly. Isolation is required between the fuel cell and the load for safety and noise interception . In this way, since the fuel cell has characteristics of low voltage and high current and the voltage fluctuates greatly according to the load, the conventional DC / DC converter or the general inverter technology can reduce the power required for the above- It is difficult to commercialize a high efficiency domestic fuel cell system. Therefore, loss reduction of a power conversion apparatus has become an important issue.
종래의 계통연계에 있어서 하나의 예로, 3상 전류형 능동 클램프 DC-DC 컨버터가 많이 쓰이고 있다.A three-phase current-mode active clamp DC-DC converter is widely used as an example in the conventional grid connection.
하지만, 종래의 3상 전류형 능동 클램프 DC-DC 컨버터 기동시 클램프 전압과 출력 전압의 차이로 인하여, 스위치 및 변압기 권선에 매우 큰 단락 전류가 흐르게 되어 회로 내의 소자에 소손이 발생한다.However, due to the difference between the clamp voltage and the output voltage when the conventional three-phase current type active clamp DC-DC converter is started, a very large short-circuit current flows in the switch and the transformer winding, and the element in the circuit is burned.
연료전지의 계통연계 시스템을 구성함에 있어서, 종래의 전력변환장치와 달리 간단한 제어만으로도 높은 효율의 계통연계를 실행시키고자 한다.Unlike the conventional power conversion apparatus, in order to construct a grid connection system of a fuel cell, a grid connection with a high efficiency is to be implemented by simple control.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 계통연계 시스템은 출력전압이 기준 전압으로 유지되도록 하기 위한 제어신호를 부스트 컨버터에 제공하는 제어기; 상기 제어신호에 응답하여 제1 직류전압을 생성하는 부스트 컨버터; 및 상기 제1 직류전압을 이용하여 출력전압을 생성하는 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터; 를 포함한다.A fuel cell system interconnecting system according to an embodiment of the present invention includes a controller for providing a control signal to the boost converter so that an output voltage is maintained at a reference voltage; A boost converter for generating a first DC voltage in response to the control signal; And a half bridge LLC resonant converter for generating an output voltage using the first DC voltage; .
본 발명을 통해 간단한 회로를 구성하는 것 만으로도 전력계통연계 시스템의 제어가 간소화되며, 간단한 제어만으로도 높은 효율의 전력 전달을 수행할 수 있다.The present invention simplifies the control of the power grid connection system by simply constructing a simple circuit, and it is possible to perform power transmission with high efficiency even by simple control.
도 1은 본 발명의 연료전지 계통연계 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터의 회로 내 흐르는 전류를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터의 회로 내에 흐르는 전류와 회로 내에 걸리는 전압을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 계통연계 시스템의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram showing a fuel cell system interconnecting system of the present invention.
2 is a circuit diagram showing a boost converter according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram illustrating a half bridge LLC resonant converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram showing a current flowing in a circuit of a half bridge LLC resonant converter according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a current flowing in a circuit of a half bridge LLC resonant converter according to an exemplary embodiment of the present invention and a voltage applied to the circuit.
6 is a flowchart illustrating a method of operating a fuel cell system interconnecting system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be understood, however, that there is no intention to limit the scope of the present invention to the embodiment shown, and other embodiments which are degenerative by adding, changing or deleting other elements or other embodiments falling within the spirit of the present invention Can be proposed.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀 두고자 한다.Although the term used in the present invention is a general term that is widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, since the meaning is described in detail in the description of the corresponding invention, It is to be understood that the present invention should be grasped as a meaning of a non-term.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.
즉, 이하의 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.That is, in the following description, the word 'comprising' does not exclude the presence of other elements or steps than those listed.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate a thorough understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same means regardless of the number of the drawings.
이하 도 1을 통해 본 발명의 연료전지 계통연계 시스템의 구성 및 동작 방법에 대해 간략히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation method of the fuel cell system interconnecting system of the present invention will be briefly described with reference to FIG.
도 1은 본 발명의 연료전지 계통연계 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing a fuel cell system interconnecting system of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 연료전지 계통연계 시스템은 연료전지(100), 부스트 컨버터(110), 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120), 출력전압 감지부(130), 고정시비율 게이트전압 발생기(140) 및 제어기(150)를 포함할 수 있다.1, the fuel cell system interconnecting system of the present invention includes a
연료전지 계통연계 시스템은 연료전지(100)에서 출력되는 전압을 2단으로 연결된 컨버터(이하 2단 컨버터라 함)를 통해 기 설정된 전압으로 변환하는 동작을 수행한다.The fuel cell grid interconnecting system performs an operation of converting a voltage output from the
연료전지(100)는 제1 직류전압을 가지는 전력을 출력하며, 직류전압 값은 26(V)에서 50(V)사이의 값을 가질 수 있다. The
본 발명의 연료전지(100) 계통연계 시스템의 목적은 일정한 직류전압 값을 가지지 않으며, 이러한 연료전지(100)의 낮고 불안정한 전압 값을 일정한 고압직류 전압값으로 출력하는 것이다.The purpose of the
2단 컨버터에는 부스트 컨버터(110)(Boost Converter)와 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)(Half-Bridge LLC Resonating Converter)가 직렬접속 되어 있는 구조를 가진다.The two-stage converter has a structure in which a boost converter 110 (Boost Converter) and a half bridge LLC resonant converter 120 (Half-Bridge LLC resonant converter) are connected in series.
부스트 컨버터(110)는 연료전지(100)가 출력하는 제1 직류전압을 가지는 전력을 일정한 직류전압 값인 제2 직류전압 값으로 승압 혹은 강압시키는 동작을 수행할 수 있다. 부스트 컨버터(110)에서 제1 직류전압을 제2 직류전압으로 승압 또는 강압하는 동작은 추후 상세히 설명한다.The
하프 브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)는 부스트 컨버터(110)에서 출력한 제1 직류전압을 일정한 고압직류 전압인 제4 직류전압으로 승압 혹은 강압하는 동작을 수행한다. 마찬가지로, 동작에 대한 상세한 설명은 추후 설명한다.The half bridge
고정시비율 게이트전압 발생기(140)는 하프 브릿지 LLC 공진형 컨버터(120) 내의 스위치에 구동 게이트전압을 제공한다.The fixed rate
출력전압 감지부(130)는 하프 브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)에서 출력하는 제4 직류전압을 검출하며, 검출한 데이터를 제어기(150)로 제공한다.The output
제어기(150)는 획득한 제4 직류전압 값을 반영하여, 제4 직류전압 값을 일정한 전압 값인 기준 직류전압 값을 유지하도록 부스트 컨버터(110)에 제어신호를 제공한다.
The
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부스트 컨버터(110)의 구성 및 부스트 컨버터(110), 제어기(150) 및 출력전압 감지부(130)의 동작 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the
부스트 컨버터(110)의 좌측에는 연료전지(100)가 접속되며, 연료전지(100)의 양극 단자는 Na, 음극 단자는 Nb로 정의한다.The
부스트 인덕터(111)는 연료전지(100)의 양극 단자 Na의 우측에 접속되며, 부스트 다이오드(112)는 부스트 인덕터(111)의 우측 단자 Nc의 우측에 접속된다.The
부스트 스위치(114)와 부스트 바디 다이오드(113)(Boost Body Diode)는 서로 병렬로 접속되며, 부스트 스위치(114)와 부스트 바디 다이오드(113)는 부스트 인덕터(111)의 우측 단자 Nc와 연료전지(100)의 음극 단자 Nb에 병렬로 접속된다.The
부스트 콘덴서(115)는 부스트 다이오드(112)의 우측 단자 Nd와 연료전지(100)의 음극 단자에 접속된다.The
연료전지(100)에서 출력하는 전압을 제1 직류전압으로 정의하고, 부스트 컨버터(110)가 우측으로 출력하는 전압은 제2 직류전압(Vo1)으로 정의한다. 즉, 부스트 콘덴서(115) 양단의 전압을 제2 직류전압으로 정의한다.The voltage output from the
이하, 부스트 컨버터(110)가 제2 직류전압을 출력하는 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation in which the
먼저, 부스트 스위치(114)가 ON인 상태에서, 연료전지(100)에서 제1 직류전압을 가지는 전력을 출력하면, 부스트 인덕터(111)는 전류를 부스트 스위치(114) 측으로 도통시키며, 부스트 인덕터(111)는 직류 전류를 가지는 전력을 저장한다.First, when the
부스트 스위치(114)가 OFF되면, 부스트 인덕터(111)에 저장된 직류 전력은 부스트 다이오드(112)를 통해 부스트 콘덴서(115)로 출력된다. 부스트 콘덴서(115)는 부스트 인덕터(111)로부터 획득한 직류 전력을 제2 직류전압을 가지는 전력의 형태로 저장한다.When the
이후 부스트 스위치(114)가 다시 ON 및 OFF되면, 상기의 동작을 반복하며, 부스트 콘덴서(115)의 양단에 제2 직류전압 값이 걸리게 된다.When the
제2 직류전압을 가지는 전력은 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)를 통해 제4 직류전압을 가지는 전력으로 출력되며, 출력전압 감지부(130)는 제4 직류전압 값을 획득한다.The power having the second direct current voltage is output through the half bridge
제어기(150)는 출력전압 감지부(130)로부터 제4 직류전압 값을 획득하면, 부스트 컨버터(110)가 제어신호를 반영하여 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)가 기준 직류전압을 출력하게 하기 위한 제2 직류전압 값을 출력하도록 부스트 스위치(114)에 제어신호를 제공한다.When the
제어기(150)는 제어신호를 제공함으로써, 부스트 스위치(114)의 ON 및 OFF 동작의 시간 간격을 제어한다. 즉, 제어기(150)는 제어신호를 통해 부스트 스위치(114)를 제어함으로써, 부스트 컨버터(110)에서 출력하는 제2 직류전압을 조절한다.
The
이하 도 3을 참조하여, 본 발명의 실 실시예에 따른 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)의 구성에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the half bridge LLC
하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)는 부스트 컨버터(110)와 단자 Nd 및 단자 Nb의 우측에 직렬접속 된다.The half bridge LLC
제1 하프브릿지 스위치(121)는 단자 Nd의 하측에 접속되며, 제2 하프브릿지 스위치(122)는 제1 하프브릿지 스위치(121)의 하측 단자 Ne의 하측에 접속된다. 제2 하프브릿지 스위치(122)는 또한 단자 Nb의 상측에 접속된다.The first
하프브릿지 콘덴서(123)는 제1 하프브릿지 스위치(121)의 상단 단자 Nd의 우측에 접속되며, 하프브릿지 인덕터(124)는 하프브릿지 콘덴서(123)의 우측 단자 Nf의 우측에 접속된다.The
하프브릿지 변압기(125)는 하프브릿지 인덕터(124)의 우측 단자 Ng의 하측에 접속되며, 또한 제2 하프브릿지 스위치(122)의 상측 단자 Ne의 우측에 접속된다.The
제1 하프브릿지 다이오드(126)는 하프브릿지 변압기(125)의 우측 상측 단자 Nh의 상측에 접속되며, 제2 하프브릿지 다이오드(127)는 하프브릿지 변압기(125)의 우측 하측 단자 Ni의 상측에 접속된다.The first
제3 하프브릿지 다이오드(128)는 하프브릿지 변압기(125)의 우측 상측 단자 Nh의 하측에 접속되며, 제4 하프브릿지 다이오드(129)는 하프브릿지 변압기(125)의 우측 하측 단자 Ni의 하측에 접속된다.The third
출력전압의 양극은 제1 및 제2 하프브릿지 다이오드(127)의 상측 단자 Nj로 정의하며, 출력전압의 음극은 제3 및 제4 하프브릿지 다이오드(129)의 하측 단자 Nk로 정의한다.The anode of the output voltage is defined as the upper terminal Nj of the first and second
출력 전압의 양극과 출력 전압의 음극 사이에는 부하 저항과 부하 콘덴서(1291)가 병렬로 접속되며, 본 발명의 중요한 요소에서 제외된다.
A load resistor and a
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)의 동작 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of operating the half bridge LLC
도 3의 하프브릿지 콘덴서(123)의 커패시티(Cr)와 하프브릿지 인덕터(124)의 인덕턴스(Lr)는 공진조건을 만족한다.The capacitance Cr of the
고정시비율 게이트전압 발생기(140)는 제1 하프브릿지 스위치(121)와 제2 하프브릿지 스위치(122)에 게이트 전압을 출력하며, 제1 하프브릿지 스위치(121)와 제2 하프브릿지 스위치(122)는 획득한 게이트 전압을 이용하여 하프브릿지 콘덴서(123)와 하프브릿지 인덕터(124)에 저장된 공진 전류를 도통시킨다.The fixed rate
도 4(a)는 제2 하프브릿지 스위치(122)가 ON 된 경우의 전류 흐름도이며, 제2 하프브릿지 스위치(122)가 ON 되는 시점을 t0로 정의한다.4 (a) is a current flow chart when the second
도 4(a)이전, 즉 t0 이전에, 부스트 컨버터(110)에서 출력된 제2 직류전압을 가지는 전력은 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)의 하프브릿지 콘덴서(123)와 하프브릿지 인덕터(124)에 공진 전류를 가지는 전력으로 저장된다. Prior to FIG. 4 (a), that is, before t0, the power having the second DC voltage output from the
또한, 도 4(a)이전, 즉 t0 이전에, 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)의 제1 하프브릿지 스위치(121)와 제2 하프브릿지 스위치(122)는 OFF된 상태에 있다.In addition, before the state shown in FIG. 4 (a), that is, before t0, the first
도 4(a)에서, 즉 제1 하프브릿지 스위치(121)가 ON 되면, 하프브릿지 콘덴서(123)와 하프브릿지 인덕터(124)는 저장한 공진 전력을 하프브릿지 변압기(125)의 1차측과 제2 하프브릿지 스위치(122)에 전류의 형태로 출력한다.When the first
하프브릿지 변압기(125)는 하프브릿지 변압기(125)의 1차측에 전달된 전력을 변환하여 하프브릿지 변압기(1250)의 2차측으로 출력하고, 2차측에 출력한 전력을 제1 하프브릿지 다이오드(126) 및 제4 하프브릿지 다이오드(129)를 통해 부하 콘덴서(1291)로 출력한다. 부하 콘덴서(1291)는 전달된 전력을 제3 직류전압을 가지는 전력의 형태로 저장한다.The
도 4(b)는 도 4(a)의 상태에서 제2 하프브릿지 스위치(122)가 OFF된 경우의 전류 흐름도이며, 제2 하프브릿지 스위치(122)가 OFF 되는 시점을 t1으로 정의한다.4 (b) is a current flow chart when the second
도 4(b)에서, 제2 하프브릿지 스위치(122)가 OFF 되면, 하프브릿지 콘덴서(123)와 하프브릿지 인덕터(124)는 저장한 공진 전력을 전류의 형태로 제1 하프브릿지 스위치(121)의 내부다이오드와 부스트 컨버터(110)를 통해 도통시킨다. 또한, 하프브릿지 변압기(125)는 1차측으로 전달된 전력을 2차측으로 전달하지 않는다. 또한, 부하 콘덴서는 t1이전에 저장한 전력을 그대로 유지한다.4B, when the second
도 4(c)는 도 4(b)의 상태에서 제1 하프브릿지 스위치(121)가 ON 된 경우의 전류 흐름도이며, 제1 하프브릿지 스위치(121)가 ON 되는 시점을 t2로 정의한다.4 (c) is a current flow chart when the first
도 4(c)에서, 제1 하프브릿지 스위치(121)가 ON 되면, 하프브릿지 콘덴서(123)와 하프브릿지 인덕터(124)는 저장한 공진 전력을 제1 하프브릿지 스위치(121)와 하프브릿지 변압기(125)의 1차측으로 출력한다. 이때, 출력하는 전류는 도 4(c)에 도시되어 있듯이, 도 4(a)의 경우와 반대 방향, 즉 시계 반대방향 이다.4C, when the first
도 4(c)에서 하프브릿지 변압기(125)는 1차측으로 전달된 공진 전력을 제2 하프브릿지 다이오드(127)와 제3 하프브릿지 다이오드(128)를 통해 부하콘덴서(1291)로 출력한다. 부하콘덴서(1291)는 획득한 전력을 제4 직류전압을 가지는 전력의 형태로 저장한다.4C, the
도 4(d)는 도 4(c)의 상태에서 제1 하프브릿지 스위치(121)가 OFF 된 경우의 전류 흐름도이며, 제1 하프브릿지 스위치(121)가 OFF 되는 시점을 t3로 정의한다.4 (d) is a current flow chart when the first
도 4(d)에서 제1 하프브릿지 스위치(121)가 OFF 되면, 하프브릿지 콘덴서(123) 및 하프브릿지 인덕터(124)는 부스트 콘덴서(115) 및 제2 하프브릿지 스위치(122)의 내부다이오드를 통해 전류를 도통시킨다.
4 (d), when the first
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 각 단자들의 전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing voltages and currents of the terminals shown in FIG. 3 and FIG.
하단의 to, t1, t2, t3 및 t4는 도 4(a) 내지 도 4(d)에 나타난 구간을 의미한다.And to, t1, t2, t3, and t4 at the bottom indicate the sections shown in Figs. 4 (a) to 4 (d).
VGS1은 도 3의 제1 하프브릿지 스위치(Sh)(121)의 게이트단과 소스단 사이에 걸린 전압을 의미하며, VGS2는 도 3의 제2 하프브릿지 스위치(Sl)(122)의 게이트단과 소스단 사이에 걸린 전압을 의미한다. VGS1 denotes a voltage across the gate terminal and the source terminal of the first half bridge switch (Sh) 121 in FIG. 3, and VGS2 denotes a gate terminal of the second half bridge switch (Sl) Quot ;, respectively.
t2부터 t3까지의 시간 동안 VGS1의 전압이 걸린 제1 하프브릿지 스위치(122)가 ON되기 위해서, VGS1은 t2부터 t3까지의 시간 동안 양의 전압을 가지고, 그 이외의 시간 동안에는 0(V)의 전압을 가진다.VGS1 has a positive voltage for a period of time from t2 to t3 in order to turn on the first
t0 부터 t1까지의 시간 동안 VGS2의 전압이 걸린 제2 하프브릿지 스위치(122)가 ON되기 위해서, VGS2는 t0부터 t1까지의 시간 동안 양의 전압을 가지고, t1 부터 t4까지의 시간 동안에는 0(V)의 전압을 가진다. VGS2 has a positive voltage for a period of time from t0 to t1 so that the second
VDS1은 도 3의 제1 하프브릿지 스위치(121)의 양단(Nd와 Ne 사이)에 걸린 전압을 의미하며, VDS2는 도 3의 제2 하프브릿지 스위치(122)의 양단(Ne와 Nb 사이)에 걸린 전압을 의미한다.VDS1 denotes a voltage across both ends (between Nd and Ne) of the first
VDS1은 제1 하프브릿지 스위치(121)가 OFF된 t4부터 t0사이의 시간 동안 과도 전압을 갖다가, 제2 하프브릿지 스위치(122)가 ON 되고 제2 하프브릿지 스위치(122)로 전류가 도통되는 t0부터 t1 사이의 시간 동안에는 양의 전압을 갖고, 그 외의 시간 구간에는 0(V)의 전압을 가진다.VDS1 has a transient voltage for a period of time from t4 to t0 when the first
VDS2는 제2 하프브릿지 스위치(122)가 OFF된 t2부터 t3사이의 시간 동안 과도 전압을 갖다가, 제1 하프브릿지 스위치(121)가 ON 되고 제1 하프브릿지 스위치(121)로 전류가 도통되는 t2 부터 t3 사이의 시간 동안에는 양의 전압을 갖고, 그ㅇ 외의 시간 구간에는 0(V)의 전압을 가진다.VDS2 has a transient voltage for a time between t2 and t3 when the second
ISl은 제2 하프브릿지 스위치(122)의 상측 단자(Ne)에서 하측 단자(Nb)를 향하는 방향으로 도통되는 전류를 나타내며, ISh는 제1 하프브릿지 스위치(121)의 상측 단자(Nd)에서 하측 단자(Ne)를 향하는 방향으로 도통되는 전류를 나타낸다.ISl denotes a current which is conducted in a direction from the upper terminal Ne to the lower terminal Nb of the second
ISl의 경우, t0부터 t1까지의 시간 동안에는 ISl에 정현파 형태의 양의 전류가 흐르게 되며, 그 이외의 시간 동안에는 0(A)의 전류가 흐르게 된다.In the case of ISl, a sinusoidal positive current flows through ISl during the time from t0 to t1, and a current of 0 (A) flows during the other time.
ISh의 경우, t2부터 t2까지의 시간 동안에는 ISh에 정현파의 반파장의 전류가 흐르게 되며, 그 이외의 시간 동안에는 0(A)의 전류가 흐르게 된다.In the case of ISh, a half-wave current of sinusoidal wave flows to ISh for the time from t2 to t2, and a current of 0 (A) flows for the other time.
ICr은 하프브릿지 콘덴서(123)의 좌측에서 우측으로 흐르는 전류를 나타내며, ILm은 하프브릿지 인덕터(124)의 좌측에서 우측으로 흐르는 전류를 나타낸다.ICr represents the current flowing from the left side to the right side of the
ICr은 t0에서 0의 전류 값을 가지며, t0부터 t4까지의 시간을 한 주기로 하는 정현파 형태의 전류값을 가지게 된다.ICr has a current value of 0 at t0 and a sinusoidal current value having a period of time from t0 to t4 as one cycle.
ILm은 t0에서 최소값을 갖고 t1부터 t2까지 최대값을 가지는 삼각파 형태의 전류값을 가지게 된다.ILm has a minimum value at t0 and a triangular waveform current value having a maximum value from t1 to t2.
VCr은 하프브릿지 콘덴서(123) 양단(Nd 와 Nf 사이) 사이의 전압을 나타내며, t0 시점 이후 t2 시점 까지 증가하는 지수함수 형태의 전압을 가지며, t2 시점 이후 t4 시점 까지 감소하는 지수함수 형태의 전압을 가진다.
VCr denotes a voltage between both ends (between Nd and Nf) of the
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지(100) 계통연계 시스템의 동작 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 6, an operation method of the fuel cell system grid interconnecting system according to an embodiment of the present invention will be described.
제어기(150)는 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)에서 출력하는 제4 직류전압 값을 획득하여, 제4 직류전압이 기준 직류전압을 유지하기 위한 제어신호를 부스트 컨버터(110)로 출력한다(S601).The
부스트 컨버터(110)가 연료전지(100)로부터 제1 직류전압을 가지는 전력을 획득하면, 부스트 컨버터(110)는 제어기(150)로부터 획득한 제어신호를 반영하여 연료전지(100)로부터 획득한 제1 직류전압을 승압하고 제2 직류전압을 가지는 전력을 출력한다(S602).When the
하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)가 제2 직류전압을 가지는 전력을 획득하면, 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)는 제2 직류전압을 변환하여 제4 직류전압을 출력한다(S603).When the half bridge LLC
하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)는, 제1 하프브릿지 스위치(121)가 OFF 되고, 제2 하프브릿지 스위치(122)가 ON 되면서 부하콘덴서에 저장되는 제3 직류전압을 가지는 전력과, 제1 하프브릿지 스위치(121)가 ON 되고 제2 하프브릿지 스위치(122)가 OFF 되면서 부하콘덴서(1291)에 저장되는 전압을 반영하여 제4 직류전압을 출력한다.The half bridge LLC
하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)로부터 제4 직류전압을 출력하면, 출력전압 감지부(130)는 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)에서 출력하는 제4 직류전압을 감지하고, 획득한 제4 직류전압 값을 제어기(150)로 출력한다(S604).When the fourth DC voltage is output from the half bridge LLC
제1 내지 제4 직류전압의 예로, 연료전지(100)가 출력하는 제1 직류전압이 26~50(V)를 유지하는 경우, 부스트 컨버터(110)는 제2 직류전압을 80(V)로 승압하며, 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)는 제2 직류전압을 변환하여 400(V)의 제4 직류전압을 출력할 수 있다.When the first DC voltage outputted from the
제4 직류전압 값에 기초하여, 제어기(150)는 제4 직류전압이 기준 직류전압과 일치하는지 판단하고(S605), 일치하지 않는 경우 다시 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터(120)가 기준 직류전압을 출력하기 위한 제어신호를 부스트 컨버터(110)로 출력한다(S601).
Based on the fourth DC voltage value, the
상기의 고정시비율 게이트전압 발생기는 스위치 구동부로 정의될 수 도 있다.The fixed rate gate voltage generator may be defined as a switch driver.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (6)
출력전압이 기준 전압으로 유지되도록 하기 위한 제어신호를 부스트 컨버터에 제공하는 제어기;
상기 제어신호에 응답하여 제1 직류전압을 생성하는 부스트 컨버터; 및
상기 제1 직류전압을 이용하여 출력전압을 생성하는 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터;
를 포함하는 연료전지 계통연계 시스템.
In a fuel cell system interconnecting system,
A controller for providing a control signal to the boost converter so that the output voltage is maintained at a reference voltage;
A boost converter for generating a first DC voltage in response to the control signal; And
A half bridge LLC resonant converter for generating an output voltage using the first DC voltage;
And a fuel cell system.
상기 출력전압을 검출하고, 검출한 상기 전압값을 제어기로 출력하는 출력전압 감지부를 더 포함하는 연료전지 계통연계 시스템.
The method according to claim 1,
And an output voltage sensing unit for sensing the output voltage and outputting the detected voltage value to a controller.
상기 부스트 컨버터는 스위치를 포함하며,
상기 제어신호는 상기 스위치를 온오프 시키는 연료전지 계통연계 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the boost converter includes a switch,
And the control signal turns the switch on and off.
상기 스위치는 N-MOSFET인 연료전지 계통연계 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the switch is an N-MOSFET.
상기 하프브릿지 LLC 공진형 컨버터는 제1 하프브릿지 스위치 및 제2 하프브릿지 스위치를 포함하며,
상기 제1 하프브릿지 스위치 및 상기 제2 하프브릿지 스위치를 온오프 시키는 스위치 구동부를 더 포함하는 연료전지 계통연계 시스템.
The method according to claim 1,
The half bridge LLC resonant converter includes a first half bridge switch and a second half bridge switch,
And a switch driver for turning on and off the first half bridge switch and the second half bridge switch.
상기 제1 하프브릿지 스위치 및 상기 제2 하프브릿지 스위치는 N-MOSFET 이며,
상기 스위치 구동부는 상기 제1 하프브릿지 스위치 및 상기 제2 하프브릿지 스위치에 게이트 전압을 인가하는 신호를 제공하며,
상기 신호는 고정시비율 신호인 연료전지 계통연계 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the first half bridge switch and the second half bridge switch are N-MOSFETs,
The switch driver provides a signal for applying a gate voltage to the first half bridge switch and the second half bridge switch,
Wherein the signal is a fixed rate signal.
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---|---|---|---|
KR1020140043957A KR20150118596A (en) | 2014-04-14 | 2014-04-14 | SYSTEM FOR GRID-TIED Fuel-Cell |
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