KR20180075946A - Power converter for controlling open circuit voltage of fuel cell stack and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

A power conversion apparatus for a fuel cell and an operation method thereof can control open circuit voltage (OCV) in an operation process including the start of a fuel cell system, and adjust a range of voltage inputted into an input terminal so as to optimize withstand voltage and operating voltage of internal parts of the power conversion apparatus for a fuel cell. The power conversion apparatus for a fuel cell comprises: a voltage sensor sensing an input voltage (V_in) input from a fuel cell stack; a selective voltage reducing circuit selectively reducing the input voltage (V_in); a DC/DC converter connected to a rear end of the selective voltage reducing circuit to convert the input voltage (V_in) to a predetermined magnitude, and outputting the converted voltage; and a control unit, when the input voltage (V_in) is greater than or equal to the withstand voltage (V_H) of an internal element of the power conversion apparatus for a fuel cell, controlling the selective voltage reducing circuit to reduce the input voltage (V_in) by using a selective voltage reducing circuit control signal (S_1) so that the input voltage (V_in) maintains to be lower than the withstand voltage (V_in).

Description

연료전지의 개방회로전압(ＯＣＶ) 제어를 수행하는 연료전지용 전력변환장치 및 그 동작방법{Power converter for controlling open circuit voltage of fuel cell stack and driving method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power converter for a fuel cell that performs an open circuit voltage (OCV) control of a fuel cell,

본 발명은 연료전지용 전력변환장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연료전지 시스템의 시동을 포함한 운전 과정에서 나타나는 개방회로전압(OCV, Open Circuit Voltage)을 제어하여 연료전지용 전력변환장치의 내부부품의 내전압 및 운전전압을 최적화할 수 있는 연료전지용 전력변환장치 및 그 동작방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for a fuel cell and an operation method thereof, and more particularly, to a power converter for a fuel cell, which controls an open circuit voltage (OCV) The present invention relates to a power conversion device for a fuel cell and an operation method thereof, which can optimize an withstand voltage and an operation voltage of internal components of the fuel cell.

일반적으로, 연료전지(fuel cell)는 순수 수소 또는 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 하여 일어나는 전기 화학 반응에 의하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 발전 시스템으로서, 연료전지는 연소 과정 없이 연료가스와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 전기와 그 부산물인 열을 동시에 사용할 수 있다는 특징을 가지고 있다.Generally, a fuel cell is a fuel cell that converts chemical energy directly into electrical energy by an electrochemical reaction that takes place with pure hydrogen or hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol, ethanol, or natural gas, As a power generation system that changes, a fuel cell is characterized in that electricity generated by an electrochemical reaction between fuel gas and oxidant gas and heat as a by-product can be used simultaneously without combustion process.

도 1은 일반적인 연료전지용 전력변환장치의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a configuration of a general power converter for a fuel cell.

일반적인 연료 전지 시스템은 연료가스와 산소가 전기 화학적으로 반응하여 화학에너지가 전기에너지로 변환되도록 이루어진 연료전지 스택(10)과, 수소를 함유한 연료를 스택(10)으로 공급하기 위한 연료공급부(도시되지 않음)와, 산소 또는 공기를 포함하는 산화제를 스택(10)으로 공급하기 위한 산화제 공급부(도시되지 않음)를 포함하는 연료 전지 스택(10)으로부터 생성된 직류 전력을 적정전압의 외부 부하 공급용 전력(40)으로 변환시키기 위한 DC/DC 컨버터(22) 및 DC/AC 인버터(24)를 포함하는 전력 변환 장치(20)를 포함하며, 또한 전력변환 제어부(26)와, 스택(10)의 생성 전원을 저장하기 위한 배터리(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.A general fuel cell system includes a fuel cell stack 10 in which fuel gas and oxygen are electrochemically reacted to convert chemical energy into electric energy, a fuel supply unit (not shown) for supplying fuel containing hydrogen to the stack 10 (Not shown) for supplying an oxidizing agent containing oxygen or air to the stack 10 and an oxidizing agent supply portion (not shown) for supplying an oxidizing agent containing oxygen or air to the stack 10, And a power conversion device 20 including a DC / DC converter 22 and a DC / AC inverter 24 for converting power to a power 40 and also includes a power conversion control 26, And a battery (not shown) for storing generated power.

스택(10)은 연료에 함유된 수소 가스와 공기를 제공받아 산화 및 환원 반응을 유도하여 최종적으로 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나 이상의 단위전지를 포함되어 구성될 수 있다. 단위 전지 셀 복수 개를 연속적으로 배치한 집합체로서, 연속 배치된 단위 전지 셀이 전기적으로는 직렬 연결되어 외부 부하를 구동시키기에 충분한 전압을 생성하게 된다. The stack 10 may include at least one or more unit cells that generate hydrogen gas and air to induce oxidation and reduction reactions to finally generate electrical energy. A plurality of unit battery cells are continuously arranged, and unit battery cells arranged in series are electrically connected in series to generate a voltage sufficient to drive an external load.

한편, 이와 같은 연료전지(10)는 스타트업(start-up) 또는 스타트다운(start-down), 그리고 외부 충격에 의한 부하의 단절에 의해 무부하 출력전압 또는 개방회로전압(OCV, open circuit voltage)이 발생할 수 있는데, 연료전지(10)는 부하가 걸린 상태의 출력전압과 무부하 상태의 출력전압의 차이가 매우 크다. 예컨대, 유부하 출력 전압이 0.6 [V]이며 무부하 출력전압(OCV)이 0.9 [V]인 단위전지 셀을 30장 적층한 스택(10)의 경우, 유부하 출력 전압이 18 [V]이며, 무부하 출력 전압이 27 [V]이다.The fuel cell 10 may be designed to have a no-load output voltage or an open circuit voltage (OCV) due to start-up, start-down, The difference between the output voltage in the loaded state and the output voltage in the no-load state is very large. For example, in the case of a stack 10 in which 30 unit cell cells having a voltage output voltage of 0.6 [V] and a no-load output voltage (OCV) of 0.9 [V] are stacked, The no-load output voltage is 27 [V].

스택(10)에서 생성된 전력은 연료전지용 전력변환장치(20)의 DC/DC 컨버터(22)를 경유하여 적절한 수준으로 안정화되어 계통 및 부하로 공급되는데, 운전 과정에 따라서는 무부하 상태에 의한 높아진 전압이 장시간 인가될 수 있다. 이 경우 DC/DC 컨버터(22)의 구성 소자의 용량이 27 [V]에 견딜 수 없을 경우 손상을 받을 수 있다. 만약 이를 방지하기 위해 DC/DC 컨버터(22)의 구성 소자를 OCV에도 견딜 수 있는 충분한 용량의 것으로 구현한다면, 구성 소자로 인해 제조비용이 상승하게 된다. The power generated in the stack 10 is stabilized to an appropriate level via the DC / DC converter 22 of the power converter 20 for the fuel cell and supplied to the system and the load. Depending on the operation process, The voltage can be applied for a long time. In this case, if the capacity of the component of the DC / DC converter 22 can not withstand 27 [V], it may be damaged. If the components of the DC / DC converter 22 are implemented with a sufficient capacity to withstand the OCV to prevent this, the manufacturing cost increases due to the components.

연료전지 시스템에서 스타트업 혹은 급격한 부하 변동에 의한 전압 상승이 스택(10)을 손상시키기 않게 하기 위한 방법으로 기존에는 스택(10)과 출력 사이의 연결을 끊거나, 스택(10)에 직접 부하를 연결하거나, 외부 부하를 인가하는 방식을 사용하였다. 그러나 이러한 기술은 연료전지 스택(10)의 출력을 감소시키거나 발전 효율을 감소시킬 수 있었으며, 그렇지 않더라도 전력변환장치(20)와 스택(10)이 바로 연결되어 전력변환장치(20)가 OCV를 견딜 수 있도록 제작되어야 했다. In order to prevent a voltage rise due to start-up or abrupt load fluctuation in the fuel cell system from damaging the stack 10, the conventional method of disconnecting the stack 10 from the output or directly loading the stack 10 And a method of connecting external loads or applying external loads was used. However, this technique could reduce the power output of the fuel cell stack 10 or reduce the power generation efficiency, or the power conversion device 20 and the stack 10 would be connected directly, It had to be made to withstand.

공개특허 10-2007-0039361, 연료 전지 시스템 및 ＯＣＶ 차단 방법, 삼성에스디아이 주식회사(2007년 4월 11일 공개)Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2007-0039361, Fuel cell system and OCV blocking method, Samsung SDI Co., Ltd. (published on April 11, 2007) 등록특허 10-0911562, 연료전지 스택 ＯＣＶ 제거 및 과전압 상승 방지를 위한장치 및 방법, 현대자동차 주식회사(2009년 2월 11일 공개)Patent Document 10-0911562, Apparatus and Method for Removing OCV of Fuel Cell Stack and Prevention of Overvoltage Rising, Hyundai Motor Co., Ltd. (published on Feb. 11, 2009) 등록특허 10-1553444, ＯＣＶ를 이용한 자체 발진형 연료전지의 기동 방법, 현대제철주식회사(2015년 5월 8일 공개)No. 10-1553444, a method of starting a self-oscillating fuel cell using OCV, Hyundai Steel Co., Ltd. (published on May 8, 2015)

본 발명은 연료전지 시스템에서 OCV 또는 순간 고전압의 위험을 회피하면서도 전체 시스템의 비용을 절감할 수 있는 방법으로 스택의 출력전압 즉, 연료전지용 전력변환장치의 입력전압을 강압할 수 있는 회로를 구비하여 입력 전압이 일정 수준 이상일 때 선택적 감압회로를 거쳐 전력변환장치에 입력되도록 제어하여, 전력변환장치의 작동전압범위를 축소하면서도 외부 부하 또는 주변장치에 연결하기 용이하도록 하는 연료전지용 전력변환장치 및 연료전지용 전력변환장치의 동작방법을 제공한다. The present invention provides a circuit capable of reducing the output voltage of the stack, that is, the input voltage of the power converter for a fuel cell, as a method of avoiding the risk of OCV or instantaneous high voltage in the fuel cell system while reducing the cost of the entire system A power conversion device for a fuel cell and a power conversion device for a fuel cell for controlling an input voltage to be inputted to a power conversion device through an optional voltage reduction circuit when the input voltage is higher than a certain level to reduce an operating voltage range of the power conversion device, And a method of operating the power conversion apparatus.

또한, 본 발명은 스택의 출력전압으로 무부하전압이 관측되었을 때 연료전지용 전력변환장치의 입력단에 연결된 스위치가 입력전압을 선택적 감압회로를 거쳐 가도록 연결해 무부하전압을 연료전지용 전력변환장치의 정격전압범위 이내로 감압해 연료전지용 전력변환장치의 운전시점을 빠르게 하고, 스택의 출력전압이 동작가능범위 내로 강하하면 스택의 출력전압을 DC/DC 컨버터에 연결하여 효율을 상승시키는 연료전지용 전력변환장치 및 연료전지용 전력변환장치의 동작방법을 제공한다. Also, when a no-load voltage is observed as an output voltage of the stack, a switch connected to an input terminal of the power conversion device for a fuel cell is connected so that an input voltage is passed through a selective voltage reduction circuit so that a no-load voltage is within a rated voltage range of the power conversion device for a fuel cell A power converter for a fuel cell and a power converter for a fuel cell that increase the efficiency by connecting the output voltage of the stack to the DC / DC converter when the operating point of the power converter for the fuel cell is reduced and the output voltage of the stack falls within the operable range. A method of operating a conversion device is provided.

또한, 본 발명에서는 연료전지용 전력변환장치 내부에 고전압 감지를 위한 전압센서 및 고전압 제어를 위한 감압회로를 추가하여, 스택으로부터 고전압이 입력될 때 스위치를 작동하여 감압회로를 거쳐 들어오게 하고, 전압이 안정된 후 연료전지용 전력변환장치에 스택의 출력전압이 직접 들어오게 하여, 전체 시스템의 안정성을 제고하면서도 제작비용을 줄일 수 있는 고전압 제어 기능을 탑재한 연료전지용 전력변환장치 및 연료전지용 전력변환장치의 동작방법을 제공한다. In addition, in the present invention, a voltage sensor for detecting a high voltage and a voltage reducing circuit for controlling a high voltage are added to the inside of a power converter for a fuel cell so that when a high voltage is input from the stack, the switch is operated to enter the voltage reducing circuit, A power conversion device for a fuel cell and a power conversion device for a fuel cell having a high voltage control function capable of reducing the manufacturing cost while improving the stability of the entire system by directly introducing the output voltage of the stack into the stabilized post- ≪ / RTI >

본 발명의 일 측면에 따른 연료전지용 전력변환장치는, 연료전지용 전력변환장치로서, 연료전지 스택으로부터 입력되는 입력전압(Vin)을 감지하는 전압센서와, 입력전압(Vin)을 선택적으로 감압하는 선택적 감압회로와, 선택적 감압회로의 후단에 연결되어, 입력전압(Vin)을 승압하여 출력하는 DC/DC 컨버터와, 입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치 내부 소자의 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 선택적 감압회로가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여, 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 낮게 유지되도록 하는 제어부를 포함한다. A fuel cell electric power conversion system according to an aspect of the invention, a fuel cell power as a conversion apparatus, optionally under reduced pressure with a voltage sensor for sensing the input voltage (V in) coming from the fuel cell stack, an input voltage (V in) A DC / DC converter connected to a rear end of the selective voltage reducing circuit for boosting an input voltage V in and outputting an input voltage V in ; H ), the selective decompression circuit controls the input voltage V in to be reduced by using the selective decompression circuit control signal S 1 so that the input voltage V in is kept lower than the withstand voltage V H .

선택적 감압회로는, 연료전지용 전력변환장치의 입력전압(Vin)을 형성하는 입력단 중 일단에 연결된 스위치(SW) 및 타단에 연결된 감압회로가 직렬연결되어 구성될 수 있다.The selective decompression circuit may be configured by connecting a switch SW connected to one end of the input terminals forming the input voltage V in of the power conversion apparatus for a fuel cell and a decompression circuit connected to the other end in series.

제어부는, 연료전지용 전력변환장치가 기동하면 실시간으로 전압센서로부터 입력전압 (Vin)을 수신하고, 입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치의 내전압(VH)이상인지 여부를 확인하는 전력변환 제어부와, 내전압(VH)이상의 입력전압(Vin)이 입력되면, 선택적 감압회로의 스위치(SW)를 온으로 하는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 입력전압(Vin)이 감압되도록 하는 선택적 감압회로 구동부와, DC/DC 컨버터의 동작을 제어하는 컨버터 구동부를 포함할 수 있다. The control unit receives the input voltage V in from the voltage sensor in real time when the power conversion apparatus for the fuel cell is started and confirms whether or not the input voltage V in is equal to or higher than the withstand voltage V H of the power conversion apparatus for the fuel cell When the power conversion control section and the input voltage V in exceeding the withstand voltage (V H ) are inputted, the input voltage V (V in ) is outputted by using the selective decompression circuit control signal S 1 which turns on the switch SW of the selective decompression circuit. in of the DC / DC converter, and a converter driver for controlling the operation of the DC / DC converter.

전력변환 제어부가, DC/DC 컨버터의 입력단의 전압이 소자의 내전압(VH)보다 낮아진 상태를 감지하면, 컨버터 구동부가 DC/DC 컨버터를 구동하는 컨버터 제어신호(S2)를 DC/DC 컨버터에 전송하도록 제어할 수 있다. When the power conversion control unit detects that the input terminal voltage of the DC / DC converter is lower than the withstand voltage (V H ) of the device, the converter driving unit converts the converter control signal S 2 driving the DC / DC converter to the DC / As shown in Fig.

연료전지용 전력변환장치의 초기 기동에 의하여 내전압(VH)이상의 입력전압(Vin)이 입력되면, 전력변환 제어부는 연료전지 스택의 정상 동작상태를 확인할 때까지 DC/DC 컨버터를 통과한 전기에너지를 축전기에 저장하거나 BOP의 구동에 사용할 수 있다. When the input voltage V in exceeding the withstand voltage (V H ) is input by the initial startup of the power conversion apparatus for a fuel cell, the power conversion control unit controls the electric energy Can be stored in a capacitor or used to drive a BOP.

연료전지용 전력변환장치는, 컨버터 입력전류(I2)를 감지하는 전류센서를 더 포함하고, 전력변환 제어부는 외부의 시스템 제어장치로부터 전류지령치(I2*)를 수신하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되는지 확인하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되면, 선택적 감압회로 구동부가 스위치(SW)를 끊는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 스위치(SW)로 전달하여, 선택적 감압회로가 동작을 종료하도록 할 수 있다. The power conversion apparatus for a fuel cell further includes a current sensor for sensing a converter input current I 2 and the power conversion control section receives a current command value I 2 * from an external system control apparatus and outputs a converter input current I 2) a current command value (I 2 *) approximated to be controlled, and the converter input current (I 2) the current command value (I 2 *) confirm that the approximation to and a converter input current (I 2) current command value to the ( I 2 *), the selective depressurizing circuit driving section transfers the selective depressurizing circuit control signal S 1 for switching off the switch SW to the switch SW, so that the selective depressurizing circuit can end the operation.

전력변환 제어부는, 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 이용하여, 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하고, PWM 신호를 DC/DC 컨버터에 입력할 수 있다. The power conversion control section adjusts the sensed converter input current I 2 using the difference error between the converter input current I 2 and the current instruction value I 2 * to reduce the ripple in the converter input current I 2 So that the PWM signal can be input to the DC / DC converter.

전력변환 제어부는, 외부의 시스템 제어장치로부터 입력된 전류지령치(I2*)를 램프함수로 변환한 다음 램프함수로 변환된 전류지령치(I2lamp*)를 생성하고, 감지된 입력전류(I2)를 저역 통과 필터링하고, 변환된 전류지령치(I2lamp*)와 필터링된 컨버터 입력전류(I2') 사이의 차분 오차를 생성하고, 차분 오차에 대해 비례적 적분 연산을 수행하고, 비례 적분 연산의 출력을 기준으로 PWM 신호를 생성할 수 있다. A power conversion control unit, the one converting the current command value (I 2 *) input from an external system control to the ramp function then generates a current command value (I 2lamp *) converted to a ramp function, detect the input current (I 2 ), Generates a difference error between the converted current command value I 2 lamp * and the filtered converter input current I 2 ', performs a proportional integral operation on the difference error, and performs a proportional integral operation The PWM signal can be generated based on the output of

스위치는 반도체 스위치 소자 또는 기계식 릴레이일 수 있다. The switch may be a semiconductor switch element or a mechanical relay.

감압회로는 저항소자 또는 손실 저감을 위한 감압 컨버터를 이용하여 구성될 수 있다. The decompression circuit can be constituted by using a resistance element or a decompression converter for loss reduction.

다른 측면에 따른 연료전지용 전력변환장치의 동작방법은, 연료전지용 전력변환장치가 연료전지 스택으로부터 입력되는 입력전압(Vin)을 감지하는 전압센서와, 입력전압(Vin)을 선택적으로 감압하는 선택적 감압회로와, 선택적 감압회로의 후단에 연결되어, 입력전압(Vin)을 승압하여 출력하는 DC/DC 컨버터와, 선택적 감압회로 및 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함할 때, 입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치 내부 소자의 내전압(VH) 이상인지 확인하는 단계 및 입력전압(Vin)이 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 선택적 감압회로가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여, 입력전압(Vin)을 내전압(VH)보다 낮게 유지하는 단계를 포함한다. Method of operating a fuel cell, a power conversion device in accordance with another aspect, a fuel cell electric power conversion device is a voltage sensor for sensing the input voltage (V in) coming from the fuel cell stack, and selectively depressurized to an input voltage (V in) A DC / DC converter connected to a downstream end of the selective voltage reducing circuit for boosting the input voltage V in and outputting the voltage, and a control unit for controlling the selective voltage reducing circuit and the DC / DC converter, (V in) is used to stage and an input voltage (V in) when not less than the withstand voltage (V H), an optional pressure-circuit control signal (S 1) to determine if more than a withstand voltage (V H) of the fuel cell, the electric power conversion system within the device , And the selective decompression circuit controls the input voltage (V in ) to be reduced so as to keep the input voltage (V in ) lower than the withstand voltage (V H ).

입력전압(Vin)이 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여, 입력전압(Vin)을 내전압(VH)보다 낮게 유지하는 단계는, 선택적 감압회로가, 연료전지용 전력변환장치의 입력전압(Vin)을 형성하는 입력단 중 일단에 연결된 스위치(SW) 및 타단에 연결된 감압회로가 직렬연결되어 구성될 때, 선택적 감압회로의 스위치(SW)를 온으로 하는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 입력하여, 입력전압(Vin)이 감압되도록 할 수 있다. When the input voltage (V in) is not less than the withstand voltage (V H), an optional decompression circuitry comprising: maintaining by control to reduce the pressure in the input voltage (V in), a low input voltage (V in) than the withstand voltage (V H) is, When the switch SW connected to one end of the input terminals forming the input voltage V in of the power converter for the fuel cell and the voltage-reducing circuit connected to the other end are connected in series, the selective voltage- ) to the input of selective pressure circuit control signal (S 1) that is turned on, it is possible to ensure that the pressure-input voltage (V in).

DC/DC 컨버터의 입력단의 전압이 DC/DC 컨버터 소자의 내전압(VH)보다 낮아진 상태를 감지하면, DC/DC 컨버터를 구동하는 컨버터 제어신호(S2)를 DC/DC 컨버터에 전송하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. DC converter is controlled to transmit the converter control signal S 2 for driving the DC / DC converter to the DC / DC converter when the voltage at the input terminal of the DC / DC converter is detected to be lower than the withstand voltage (V H ) The method comprising the steps of:

DC/DC 컨버터을 구동하는 컨버터 제어신호(S2)를 DC/DC 컨버터에 전송하도록 제어하는 단계이후에, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어하는 단계와, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되면, 스위치(SW)를 끊는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 스위치(SW)로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. Controlling the converter input current I 2 to approximate the current command value I 2 * after the step of controlling to transmit the converter control signal S 2 driving the DC / DC converter to the DC / DC converter , And transferring the selective decompression circuit control signal S 1 for disconnecting the switch SW to the switch SW when the converter input current I 2 approximates the current command value I 2 * have.

컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어하는 단계는, 컨버터 입력전류(I2)를 감지하는 단계와, 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 이용하여, 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하고, PWM 신호를 DC/DC 컨버터에 인가하는 단계를 포함할 수 있다. The converter input current (I 2) the step of controlling so as to be close to the current command value (I 2 *), the method comprising sensing the converter input current (I 2), the converter input current (I 2) and a current command value (I 2 *) By adjusting the sensed converter input current I 2 to generate a PWM signal for controlling the ripple in the converter input current I 2 to be reduced, and applying the PWM signal to the DC / DC converter .

감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하는 단계는, 외부의 시스템 제어장치로부터 입력된 전류지령치(I2*)를 램프함수로 변환하여, 변환된 전류지령치(I2lamp*)를 생성하는 단계 및 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 저역 통과 필터링하고, 변환된 전류지령치(I2lamp*)와 필터링된 컨버터 입력전류(I2') 사이의 차분 오차를 생성하고, 차분 오차에 대해 비례적 적분 연산을 수행하고, 비례 적분 연산의 출력을 기준으로 PWM 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. The step of generating the PWM signal for controlling the detected converter input current (I 2 ) so as to reduce the ripple in the converter input current (I 2 ) comprises: comparing the current command value (I 2 *) input from the external system control device is converted into a ramp function, the step of generating the conversion current command value (I 2lamp *) and the sensed converter input current (I 2) low-pass filtering, and the converted electric current command value (I 2lamp *) and the filter converter input current (I 2 '), performing a proportional integral operation on the difference error, and generating the PWM signal on the basis of the output of the proportional integral operation.

본 발명에 따르면, 연료전지 시스템에 포함되는 연료전지용 전력변환장치에 낮은 내전압을 가지는 회로 설계가 가능하여 연료전지용 전력변환장치의 제작비용을 줄일 수 있다. According to the present invention, it is possible to design a circuit having a low withstand voltage in a power conversion apparatus for a fuel cell included in a fuel cell system, thereby reducing the manufacturing cost of the power conversion apparatus for a fuel cell.

또한, 본 발명에 따르면, 시스템의 스타트업 단계 또는 순간적인 부하변동에 의해 발생하는 고전압에 대응할 수 있으므로, 연료전지용 전력변환장치뿐만 아니라 스택을 포함한 전체 연료전지 시스템의 안정성을 제고할 수 있다. Further, according to the present invention, it is possible to cope with a high voltage generated by a start-up step or a momentary load fluctuation of the system, so that it is possible to improve not only the power converter for a fuel cell but also the stability of the entire fuel cell system including the stack.

도 1은 일반적인 연료전지용 전력변환장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전력변환장치를 포함하는 연료전지 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 전류밀도에 따른 출력전압을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2의 연료전지용 전력변환장치의 복수의 제어신호에 따른 연료전지용 전력변환장치의 입력전압 및 입력전류의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 초기 상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 선택적 감압회로 연결상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 DC/DC 컨버터 연결 상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 정격출력상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 2의 연료전지용 전력변환장치에 포함된 제어부의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 7의 연료전지용 전력변환장치에 포함된 제어부의 동작을 나타내는 흐름도이다. 1 is a view showing a configuration of a general power converter for a fuel cell.
2 is a diagram showing the configuration of a fuel cell system including a power converter for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing an output voltage according to current density of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing changes in input voltage and input current of a power converter for a fuel cell according to a plurality of control signals of the power converter for a fuel cell of FIG.
FIG. 5A is a view showing current flow in an initial state of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5B is a view showing current flow in a selective depressurization circuit connected state of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5C is a view showing current flow in the DC / DC converter connected state of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a view showing current flow in a rated output state of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating an operation method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram showing an example of the configuration of a control unit included in the power conversion apparatus for a fuel cell of FIG.
8 is a flowchart showing the operation of the control unit included in the power conversion apparatus for a fuel cell of FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the operator, or the custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전력변환장치를 포함한 연료전지 발전 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a configuration of a fuel cell power generation system including a power conversion device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

연료전지 발전 시스템(1)은 연료전지 스택(10), 시스템 제어장치(200) 및 연료전지용 전력변환장치(100)를 포함할 수 있다. The fuel cell power generation system 1 may include a fuel cell stack 10, a system control device 200, and a power conversion device 100 for a fuel cell.

연료전지 스택(10)은 내부에서 전하를 운반하는 매개체에 따라 여러 종류로 구분되나, 편의상 본 발명에서는 고분자이온교환막(PEM, Polymer Exchange Membrane) 방식 스택(10)을 채용한 연료전지 시스템을 가정한 상태에서 구체적 구현방법을 설명한다. PEM방식 연료전지(10)는 연료극(음극)에 수소가, 공기극(양극)에 산소가 주입되어 양극의 전기화학적 반응으로부터 전기에너지가 발생한다. 기동 직후 수소가 음극에서 반응할 때에는 내부 저항이 거의 없기 때문에 높은 전압이 발생하며, 이를 개방회로전압(OCV) 또는 무부하전압이라고 부른다. Although the fuel cell stack 10 is divided into various types according to the medium carrying the charge therein, the present invention assumes a fuel cell system employing a polymer ion exchange membrane (PEM) type stack 10 And a concrete implementation method will be described. In the PEM type fuel cell 10, hydrogen is injected into the anode (cathode) and oxygen is injected into the cathode (anode) to generate electrical energy from the electrochemical reaction of the anode. When hydrogen reacts on the cathode immediately after startup, there is almost no internal resistance, so a high voltage is generated, which is called an open circuit voltage (OCV) or a no-load voltage.

연료 및 공기 주입이 본격화된 뒤에는 수소 이온이 산소와 반응해야 지속적으로 전류가 발생할 수 있는데, 이 과정에서 활성화 손실(Activation loss)에 의한 전압 강하가 발생한다. 그리고 부하(도시되지 않음)가 연결된 이후에는 전류 값이 증가할수록 연료전지(10)의 내부 저항에 의한 손실(옴 손실, Ohmic loss)이 증가하며, 일정 이상의 전류가 흐를 경우 연료 유량의 한계와 농도 차이에 의해 수소 이온의 흐름이 방해를 받게 되어 추가적인 전압 강하(Mass transport loss)가 발생한다. After the fuel and air injection are fully activated, hydrogen ions must react with oxygen to continuously generate current. In this process, a voltage drop due to activation loss occurs. As the current value increases, the loss (ohmic loss) due to the internal resistance of the fuel cell 10 increases, and when the current exceeds a certain level, the limit of the fuel flow rate and the concentration Due to the difference, the hydrogen ion flow is disturbed and an additional voltage drop (mass transport loss) occurs.

연료전지 스택(10)은 그 특성상 저전압 고전류의 출력 값을 가지게 되며, 연료전지(10)에서 발생한 전기에너지를 이용하는 연료전지 시스템에서 전력변환장치는 필수적 요소라고 할 수 있다. The fuel cell stack 10 has an output value of a low voltage high current due to its characteristics and the power conversion device is an essential element in the fuel cell system using the electric energy generated in the fuel cell 10.

시스템 제어장치(200)는 연료전지 발전시스템 전체 동작 전반을 제어하고, 연료전지용 전력변환장치(100)의 기동과 정지에 대한 제어 신호(S0)를 연료전지용 전력변환장치(100)의 제어부(140)에 전달하여, 연료전지용 전력변환장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. The system control device 200 controls the entire operation of the fuel cell power generation system and outputs a control signal S 0 for starting and stopping the power conversion device 100 for a fuel cell to the control part 140 to control the operation of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell.

또한, 시스템 제어장치(200)는 제어부(140)로 본 발명의 일 실시예에 따른 전력변환을 수행하는데 이용되는 값을 전달할 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어장치(200)는 연료전지용 전력변환장치(100)의 회로를 구성하는 내부소자의 내전압(withstanding voltage, VH), 컨버터 입력전류(I2)에 대한 전류지령치(I2*) 등을 제어부(140)로 전달할 수 있다. 내전압(VH)은 소정의 값이거나, 소정의 범위를 나타내는 값으로 설정될 수 있는 등 다양한 형태로 설정될 수 있다. In addition, the system controller 200 may transmit the value used for performing the power conversion according to an exemplary embodiment of the present invention to the controller 140. [ For example, the system control device 200 includes a current command value for the withstand voltage (withstanding voltage, V H), the converter input current (I 2) of the internal elements that make up the circuit of the fuel cell power converter (100) (I 2 *) And the like to the controller 140. The withstand voltage (V H ) may be set to various values such as a predetermined value or a value indicating a predetermined range.

무부하전압 또는 순간적인 고전압 제어를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전력변환장치(100)는 전압센서(105), 선택적 감압회로(110), DC/DC 컨버터(120) 및 DC/AC 인버터(130) 및 제어부(140)를 포함한다. 또한, 연료전지용 전력변환장치(100)는 DC/DC 컨버터(120)의 컨버터 입력전류(I2)의 리플 제어를 위하여 DC/DC 컨버터(120)의 컨버터 입력전류(I2)를 감지하는 전류센서(115)를 더 포함하여 구성될 수 있다. The power conversion apparatus 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention for controlling a no-load voltage or an instantaneous high voltage includes a voltage sensor 105, an optional decompression circuit 110, a DC / DC converter 120, and a DC / AC An inverter 130 and a control unit 140. The power conversion apparatus 100 for a fuel cell further includes a current sensing unit 120 for sensing the converter input current I 2 of the DC / DC converter 120 for ripple control of the converter input current I 2 of the DC / DC converter 120. A sensor 115 may be further included.

전압센서(105)는 스택(10)의 출력전압 즉, 연료전지용 전력변환장치(100)의 입력전압(Vin)을 감지하여 입력전압 값(Vin)을 제어부(140)로 전달한다. The voltage sensor 105 senses the output voltage of the stack 10, that is, the input voltage V in of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell, and transmits the input voltage value V in to the controller 140.

선택적 감압회로(110)는 스위치(SW) 및 감압회로(R)를 포함하여 구성될 수 있다. 선택적 감압회로(110)는, 연료전지용 전력변환장치(100)의 입력전압(Vin)을 형성하는 입력단 중 일단에 연결된 스위치(SW) 및 타단에 연결된 감압회로(R)가 직렬연결되어 구성될 수 있다. The selective decompression circuit 110 may be configured to include a switch SW and a decompression circuit R. [ The selective decompression circuit 110 includes a switch SW connected to one end of the input stage forming the input voltage V in of the power conversion device 100 for a fuel cell and a decompression circuit R connected to the other end of the input stage, .

스위치(SW)는 연료전지 스택(10)과 제어부(140) 사이에 위치된다. 스위치(SW)는 반도체 스위치 소자인 것이 제작비 및 구현 용이성 면에서 바람직하지만, 구현에 따라서는 기계식 릴레이 스위치를 사용할 수도 있다. 스위치(SW)의 일단은 직접 DC/DC 컨버터(22)에 연결되고, 타단은 전류 발생을 통해 스택(10)의 전압을 1차적으로 강하하는 감압회로(R)와 연결된다. 스위치(SW)는 스택(10)으로부터 OCV 등 고전압이 가해질 때에는 ON으로 동작하여 전력을 선택적 감압회로(110)로 유도하고, 전압이 일정 범위에 있을 때에는 OFF로 동작하여 스택(10)의 출력전압이 DC/DC 컨버터(120)로 직접 전달되도록 한다.The switch SW is located between the fuel cell stack 10 and the control unit 140. Although the switch SW is a semiconductor switch element in terms of production cost and ease of implementation, a mechanical relay switch may be used depending on the implementation. One end of the switch SW is directly connected to the DC / DC converter 22 and the other end is connected to the voltage reducing circuit R that primarily drops the voltage of the stack 10 through the generation of the current. The switch SW is turned on when a high voltage such as OCV is applied from the stack 10 to turn on the power to the selective voltage reducing circuit 110. When the voltage is within a certain range, DC / DC converter 120. [0033] FIG.

선택적 감압회로(110)는 스택(10)으로부터 일정 수준 이상의 전압이 인가될 때 DC/DC 컨버터(120)에 적정 전압이 흐를 수 있도록 하는 것으로, 감압회로(R)는 도 2에 도시된 바와 같이, 단순히 저항소자(R)를 연결하여 이용할 수 있다. 다른 방법으로, 감압회로(R)는 손실 저감을 위한 감압 컨버터 또는 발열 제어 등을 위해 구현에 따라서는 다이오드, 커패시터 등을 포함한 좀 더 복잡한 형태의 감압회로를 이용할 수 있다. 또한, 스위치(SW)의 ON/OFF에 따른 영향을 최소화하기 위해 스위치(SW)와 DC/DC 컨버터(120) 사이에 완충회로(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. The selective decompression circuit 110 allows an appropriate voltage to flow to the DC / DC converter 120 when a voltage of a certain level or more is applied from the stack 10, and the decompression circuit R, as shown in FIG. 2 , Or simply by connecting the resistance element R. Alternatively, the decompression circuit R may use a decompression circuit of a more complicated type including a diode, a capacitor, and the like depending on the implementation for a decompression converter for loss reduction or heat generation control. In addition, a buffer circuit (not shown) may be provided between the switch SW and the DC / DC converter 120 to minimize the influence of ON / OFF of the switch SW.

DC/DC 컨버터(120)는 임의의 직류 전원을 부하가 요구하는 형태의 직류 전원으로 변환시킨다. DC/DC 컨버터(120)는 선택적 감압회로(110)의 후단에 연결되어, 입력전압(Vin)을 소정의 크기로 승압하여 출력할 수 있다. 상세하게는, DC/DC 컨버터(120)는 저전압의 직류전원을 고전압의 직류전원으로 변환하여, 저전압인 연료전지 스택(10)의 출력이 고전압의 연료전지용 전력변환장치(100)의 출력전압이 되도록 처리할 수 있다. The DC / DC converter 120 converts an arbitrary DC power source into a DC power source of a type required by the load. The DC / DC converter 120 is connected to the rear end of the selective decompression circuit 110, and can increase the input voltage V in to a predetermined level and output it. In detail, the DC / DC converter 120 converts a low-voltage direct-current power supply into a high-voltage direct-current power supply so that the output of the fuel cell stack 10, which is a low voltage, .

DC 링크(Clink)는 DC/DC 컨버터(120)의 출력 에너지를 저장한다. DC 링크(Clink)는 DC/DC 컨버터(120)의 출력 전압의 리플을 줄이도록 구성될 수 있다.The DC link (C link ) stores the output energy of the DC / DC converter 120. The DC link (C link ) may be configured to reduce the ripple of the output voltage of the DC / DC converter 120.

DC/AC 인버터(130)는 직류전압(또는 직류전류)을 교류전압(또는 교류전류)로 변환하며, 평균전력을 직류전력으로부터 교류전력으로 변환하여 전달하는 전력변환기이다. DC/AC 인버터(130)가 계통연계형 인버터일 경우에는 DC 링크(Clink)에 저장된 고전압의 에너지를 계통 전압에 맞도록 변환하여 출력하고, 독립운전형 인버터일 경우에는 DC 링크(Clink)에 저장된 고전압의 에너지를 부하의 전압 사양에 맞게 변환하여 출력할 수 있다. The DC / AC inverter 130 is a power converter that converts a DC voltage (or a DC current) into an AC voltage (or alternating current), and converts an average power from DC power to AC power. If the DC / AC inverter 130, a grid-connected when the inverter days DC link (C link) converts to suit the high-voltage energy stored in the grid voltage, the independent operation type inverter DC link (C link) The voltage of the high voltage stored in the inverter can be converted to the voltage specification of the load and output.

제어부(140)는 연료전지용 전력변환장치(100)의 동작 전반을 제어하며, 입력전압(Vin)을 감지하고, 입력전압(Vin)의 크기에 따라 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여 선택적 감압회로(110)의 동작을 제어할 수 있다. The control unit 140 is an optional pressure-circuit control signal (S 1) depending on the size of the fuel cell power and control the operation overall of the inverter 100, the input voltage (V in) detect, and the input voltage (V in) The operation of the selective decompression circuit 110 can be controlled.

본 발명은 개방회로전압과 이에 준하는 고전압이 입력될 때, 스위치(SW)가 작동하여, 전류 발생(I1)을 통한 빠른 감압을 유도함으로써, 제어부(140)로 감지된 입력전압(Vin) 미리 설정된 전압범위 이내가 되도록 유도한다. 여기에서, 미리 설정된 전압은 연료전지용 전력변환장치(100)의 구성소자의 내압범위에 대응하는 내전압(VH)로 설정될 수 있다. 선택적 감압회로(120)는 유사 저항체로 간주할 수 있으며, 이때 발생하는 전압강하는 후술할 도 3에 범위(340)로 표시되어 있다. When the open circuit voltage and the corresponding high voltage are inputted, the switch SW is operated to induce the quick depression through the current generation I 1 so that the input voltage V in detected by the control unit 140 is reduced, So as to be within a preset voltage range. Here, the predetermined voltage may be set to the withstand voltage (V H ) corresponding to the withstand voltage range of the constituent elements of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell. The selective decompression circuit 120 can be regarded as a pseudo-resistor, and the voltage drop occurring at this time is indicated by a range 340 in FIG. 3, which will be described later.

상세하게는, 제어부(140)는 입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치 내부 소자의 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 선택적 감압회로(110)가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 낮게 또는 이하로 유지되도록 할 수 있다. More specifically, when the input voltage V in is equal to or higher than the withstand voltage V H of the element in the power converter for the fuel cell, the control unit 140 uses the selective depressurizing circuit control signal S 1 to selectively depress the selective depressurizing circuit 110 ) it may be such that the input voltage (V in) to the control pressure to the input voltage (V in), the withstand voltage (or low kept below than the V H).

연료전지용 전력변환장치(100)의 초기 기동에 의하여 내전압(VH)이상의 입력전압(Vin)이 입력되면, 제어부(140)는 연료전지 스택(10)의 정상 동작상태를 확인할 때까지 DC/DC 컨버터(120)를 통과한 전기에너지를 축전기(도시되지 않음)에 저장하거나 BOP(Balance of Plant, 도시되지 않음)의 구동에 사용하도록 제어할 수 있다. The control unit 140 controls the DC / DC converter 110 until the normal operation state of the fuel cell stack 10 is verified, if the input voltage V in is higher than the withstand voltage V H by the initial startup of the power conversion apparatus 100 for the fuel cell. DC converter 120 can be controlled to be stored in a capacitor (not shown) or used to drive a BOP (Balance of Plant, not shown).

입력전압(Vin)이 충분히 강하하여 미리 설정된 내전압(VH)보다 작아지면, 제어부(140)는 DC/DC 컨버터(120)의 구동을 위한 컨버터 제어신호(S2=1)를 이용하여 DC/DC 컨버터(120)가 동작하도록 제어하고, 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여 감압회로(R)를 연결하는 스위치(SW)를 해제하도록 할 수 있다. DC/DC 컨버터(120)의 동작과 스위치(SW)의 해제 시점의 시간차는 가급적이면 짧은 것이 좋으나, 스위칭에 의한 서지전압 발생을 회피하기 위해 조절되어야 한다. When the input voltage V in drops sufficiently to become smaller than a preset breakdown voltage V H , the control unit 140 controls the DC / DC converter 120 using the converter control signal S 2 = 1 for driving the DC / DC converter 120 so that the switch SW connecting the decompression circuit R can be released by using the selective decompression circuit control signal S 1 . The time difference between the operation of the DC / DC converter 120 and the time point at which the switch SW is released should be as short as possible, but it must be adjusted to avoid surge voltage generation by switching.

제어부(140)는 PWM 신호와 같은 DC/DC 컨버터(120)의 컨버터 제어 신호(S2)를 이용하여 DC/DC 컨버터(120)의 컨버터 출력 전압을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 최대 전기에너지를 낼 수 있도록 시스템 제어장치(200)는 정격 출력을 설정하여 스택(10) 특성에 따른 DC/DC 컨버터(120)의 컨버터 입력전류(I2)에 대한 전류지령치(I2*)를 전송하고, 연료전지용 전력변환장치(100)도 시스템(1)의 정격 출력 또는 시스템 제어장치(200)의 전류지령치(I2*)에 맞춘 구동전압 범위를 채택할 수 있다. 이에 따라, 연료전지용 전력변환장치(100)는 시스템 제어장치(200)의 전류지령치(I2*)에 맞춘 구동전압 범위에 대응하는 내압 소자를 이용하여 설계될 수 있다. The control unit 140 can control the converter output voltage of the DC / DC converter 120 using the converter control signal S 2 of the DC / DC converter 120 such as a PWM signal. The system controller 200 sets the rated output so that the maximum electric energy can be outputted from the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention and the converter of the DC / DC converter 120 according to the characteristics of the stack 10 current command value (I 2 *) for transmission, and the current command value of the rated output or the system control device 200 of the fuel cell, the power conversion device 100, a system (1) for the input current (I 2) (I 2 * ) The driving voltage range can be adopted. Accordingly, the power conversion apparatus 100 for a fuel cell can be designed using a voltage-resistant element corresponding to a drive voltage range corresponding to the current command value I 2 * of the system control device 200.

전원(40)은 연료전지용 전력변환장치(100)의 최종 출력 전원이다. 연료전지용 전력변환장치(100)가 계통에 연결되어 있는 경우, 전원(40)은 200 [V] 및 60 [Hz]인 상용계통전원에 연결될 수 있다. 연료전지용 전력변환장치(100)가 독립형인 경우, 전원(40)은 연결되는 독립부하에 따라 결정될 수 있다. The power source 40 is the final output power of the power converter 100 for the fuel cell. When the power converter 100 for a fuel cell is connected to the system, the power source 40 may be connected to a commercial grid power source of 200 [V] and 60 [Hz]. When the power converter 100 for a fuel cell is a stand-alone type, the power source 40 can be determined according to the independent load to be connected.

한편, 일반적으로, 전원(40)이 상용 계통 전원에 연결된 경우, 60Hz의 전류 및 60Hz의 전압에 의하여, 120Hz의 출력 전력 리플이 발생된다. 이에 따라, 전원(40)에 대한 DC 링크(Clink)는 직류전압원으로 동작하므로, DC 링크(Clink)의 전원에도 120Hz의 리플이 발생된다. 또한, DC 링크(Clink)는 직류전압원인 연료전지 스택(10)에 대하여 부하로서 동작되므로, DC 링크(Clink)의 120Hz의 리플은 연료전지 스택(10)의 출력측에 영향을 미치게 되어, 연료전지 스택(10)의 출력 전류인 입력전류(Iin) 및 DC/DC 컨버터의 컨버터 입력전류(I2)에도 120Hz의 리플이 발생된다.On the other hand, in general, when the power supply 40 is connected to the commercial grid power supply, an output power ripple of 120 Hz is generated by the current of 60 Hz and the voltage of 60 Hz. Accordingly, since the DC link (link C) to the power source 40 is operated by a DC voltage source, a 120Hz ripple in the power of the DC link (link C) is generated. Also, since the DC link (C link ) is operated as a load with respect to the fuel cell stack 10 as the DC voltage, the 120 Hz ripple of the DC link (C link ) affects the output side of the fuel cell stack 10, A ripple of 120 Hz is also generated in the input current I in , which is the output current of the fuel cell stack 10, and the converter input current I 2 of the DC / DC converter.

컨버터 입력전류(I2)에 120 [Hz]의 리플이 발생되면, 연료전지 스택(10)의 최대 출력전력이 원래 스택의 정격출력보다 낮게 만들고, 연료전지 스택(10)의 단자전압을 왜곡시킬 수 있다. 컨버터 입력전류(I2)에 발생 되는 리플은 연료전지 스택(10)의 출력전력을 감소시키므로 연료전지 스택(10)의 성능과 수명에 악영향을 미치게 된다.When ripple of 120 [Hz] is generated in the converter input current I 2 , the maximum output power of the fuel cell stack 10 is made lower than the rated output of the original stack, . The ripple generated in the converter input current I 2 reduces the output power of the fuel cell stack 10, which adversely affects the performance and lifetime of the fuel cell stack 10.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 제어부(140)는 전류 센서(115)를 이용하여 컨버터 입력전류(I2)의 리플을 최소화하도록 동작할 수 있다. 제어부(140)는 전류 센서(115)에서 감지된 DC/DC 컨버터의 컨버터 입력전류(I2)의 크기를 외부의 시스템 제어장치(200)의 전류지령치(I2*)를 바탕으로 처리할 수 있다. To solve this problem, the control unit 140 may be operable to minimize the ripple of the converter input current I 2 using the current sensor 115. The control unit 140 can process the magnitude of the converter input current I 2 of the DC / DC converter sensed by the current sensor 115 based on the current command value I 2 * of the external system control device 200 have.

즉, 제어부(140)는 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하도록 제어할 수 있다. 상세하게는, 제어부(140)는 감지된 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 이용하여, 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 컨버터 입력전류(I2)에서 리플을 감소시키도록 PWM 신호를 발생하고, PWM 신호를 DC/DC 컨버터(120)에 입력할 수 있다. 그러면, DC/DC 컨버터(120)는 PWM 신호에 따라 컨버터 출력 전압(Vout)을 출력할 수 있고, 컨버터 입력전류(I2)에서 리플 신호가 감소 또는 제거되도록 할 수 있다. 즉, 이와 같은, 제어부(140)의 동작에 의하여, 리플이 발생할 수 있는 컨버터 입력전류(I2)는 리플이 저감 또는 제거되도록 제어될 수 있다.That is, the control unit 140 can control the converter input current I 2 to approximate the current command value I 2 *. Specifically, the controller 140 adjusts the sensed converter input current I 2 using the difference error between the sensed converter input current I 2 and the current instruction value I 2 * 2 to generate the PWM signal to reduce the ripple and input the PWM signal to the DC / DC converter 120. Then, the DC / DC converter 120 can output the converter output voltage V out according to the PWM signal, and the ripple signal can be reduced or eliminated in the converter input current I 2 . That is, by the operation of the controller 140, the converter input current I 2 that can cause ripple can be controlled so as to reduce or eliminate the ripple.

감지된 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 구할 때, 제어부(140)는 전류센서(115)로부터 감지된 컨버터 입력전류 값(I2)을 직접 이용하는 대신에, 전류 센서(115)로부터 감지된 컨버터 입력전류 값(I2)을 수신할 때마다 저역 통과 필터링을 수행하여 처리된 전류 값(I2')을 이용할 수 있다. 실제 감지되는 전류 값에는 외란 등에 의한 고주파의 리플이 섞일 수 있어서, 제어부(140)의 샘플링 주파수보다 높은 주파수의 리플을 가지고 있는 감지 값을 직접 사용하게 되면, 에일리어싱 효과로 인해 정확한 값을 얻을 수 없기 때문이다. Instead of directly using the converter input current value I 2 sensed by the current sensor 115, the control unit 140 calculates the difference between the sensed converter input current I 2 and the current instruction value I 2 * , And the processed current value I 2 'may be used by performing low pass filtering every time the converter input current value I 2 sensed from the current sensor 115 is received. If a sensed value having a ripple at a frequency higher than the sampling frequency of the control unit 140 is directly used, an accurate value can not be obtained due to the aliasing effect Because.

제어부(140)는 감지된 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 구할 때, 전류지령치(I2*)를 램프 함수로 변환된 형태의 전류지령치(I2lamp*)로 변환하여 차분기(도시되지 않음)로 입력할 수 있다. 연료전지용 전력변환장치(100)의 초기 기동시와 같이, 특정 시점에서 전류지령치(I2*)의 값이 급변하여 돌입 전류가 발생될 수 있고, 이와 같은 급변하는 값의 전류지령치(I2*)가 차분기(162)에 입력되어 PWM 신호를 발생시켜, 컨버터 입력전류(I2)를 제어하게 되면, 컨버터 입력전류(I2)도 급변하게 상승될 수 있다. 이러한 위험을 방지하기 위하여, 제어부(140)는 램프 함수로 변환된 형태의 전류지령치(I2lamp*)를 이용하여 실제 감지된 입력전류(I2)와의 차분 값을 기초로 PWM 신호를 발생시킬 수 있다. Controller 140 the sensed converter input current (I 2) and a current command value (I 2 *) when between the obtained difference error, the current command value (I 2 *) for the converted form to a ramp function current command value (I 2lamp * ), And can input it to a branch (not shown). Such as during initial start-up of the fuel cell, the power conversion device 100, may be a rush current by the value of the current command value (I 2 *) changing occurs in a point-in-time, this current command value in such a rapidly changing value (I 2 * ) are input to the difference calculator 162 generates a PWM signal, when the control of the converter input current (I 2), the converter input current (I 2) can be increased to even rapidly changing. In order to prevent such a risk, the controller 140 may generate the PWM signal based on the difference value with the actually sensed input current I 2 using the current command value I 2 lamp * have.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 연료전지 스택(10)의 전류밀도에 따른 출력전압을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the output voltage according to the current density of the fuel cell stack 10 according to one embodiment of the present invention.

도 3의 그래프의 가로축은 전류(I)이며 세로축은 전압(V) 또는 전력(P)을 나타낸다. 제1 곡선(310)은 연료전지 시스템(1)의 출력에 대한 전압-전류 특성을 나타낸다. 제2 곡선(330)은 스택(10)의 출력전압을 나타내고, 제2 곡선(320)에 도시된 바와 같이 연료전지 시스템(1)의 초기 구동시에는 고전압의 무부하전압(OCV)이 발생되며, 연료전지 시스템(1)이 시스템 정격 운전범위(330)에 진입하면, 입력전압(Vin)이 안정화된다. The abscissa of the graph in Fig. 3 represents current (I) and the ordinate represents voltage (V) or power (P). The first curve 310 represents the voltage-current characteristic with respect to the output of the fuel cell system 1. The second curve 330 represents the output voltage of the stack 10 and the high voltage no-load voltage (OCV) is generated at the initial driving of the fuel cell system 1 as shown in the second curve 320, When the fuel cell system 1 enters the system rated operation range 330, the input voltage V in is stabilized.

본 발명의 일 실시예에 따라, 범위(340)는 선택적 감압회로(110)의 구동에 따라 전압강하가 발생하는 전압강하범위를 나타낸다. 범위(350)는 본 발명의 일 실시예에 따라 발생되는 전압강하범위(340)에 따라 조정된 DC/DC 컨버터(120)의 운전범위를 나타낸다. In accordance with one embodiment of the present invention, range 340 represents the voltage drop range over which a voltage drop occurs as the optional depressurization circuit 110 is driven. The range 350 represents the operating range of the DC / DC converter 120 adjusted according to the voltage drop range 340 generated according to one embodiment of the present invention.

범위 A는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전력변환장치(100)의 내부소자의 내전압 범위를 나타내고, 범위 B는 종래 기술에 따라 소자손상을 방지하도록 설계된 연료전지용 전력변환장치의 내부 소자의 내전압 범위를 나타낸다. 종래의 연료전지용 전력변환장치는 OCV의 고전압을 입력받게 되어, 종래의 연료전지용 전력변환장치의 내전압 범위(범위 B)는 0[V] 내지 OCV [V]까지가 된다. Range A represents the withstand voltage range of the internal elements of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention and B represents an internal element of the power conversion apparatus for a fuel cell designed to prevent element damage according to the prior art Indicates the withstand voltage range. Conventional power conversion apparatus for a fuel cell receives a high voltage of OCV, so that a withstand voltage range (range B) of a conventional power conversion apparatus for a fuel cell ranges from 0 [V] to OCV [V].

도 2 및 도 3을 참조하면, 연료전지 스택(10)의 초기 동작 시간동안 발생하는 전압(OCV)은 전술한 시스템 제어장치(200)의 전류지령치(I2*)에 맞춘 구동전압 범위보다 크므로, 연료전지용 전력변환장치(100)의 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 큰 경우 연료전지용 전력변환장치(100)는 전력변환 동작을 하지 않도록 설정된다. 2 and 3, the voltage OCV generated during the initial operation time of the fuel cell stack 10 is larger than the drive voltage range corresponding to the current command value I 2 * of the system control device 200 described above , The power conversion apparatus 100 for a fuel cell is set not to perform the power conversion operation when the input voltage V in of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell is larger than the withstand voltage V H.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전력변환장치(100)는 전압강하범위(340)에 따라 DC/DC 컨버터의 운전범위(350)가 도 3에 도시된 바와 같이 조정되므로, 도 3의 범위 A가 도 2의 연료전지용 전력변환장치(100)의 내전압 범위가 되어, 연료전지용 전력변환장치(100)는 허용 고전압(VH) 범위 내에서만 구동하게 되므로, 내부 구성부품에 대한 손상을 방지할 수 있다. The power conversion apparatus 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention is configured such that the operation range 350 of the DC / DC converter is adjusted according to the voltage drop range 340 as shown in FIG. 3, A becomes the withstand voltage range of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell shown in Fig. 2, and the power conversion apparatus 100 for a fuel cell is driven only within an allowable high voltage ( VH ) range, .

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 전력변환장치(100)는 연료전지 시스템(1)의 초기 기동 과정뿐만 아니라 시스템 이상 및 외부 부하 변동에 말미암아 발생하는 고전압에도 대응할 수 있다. The power conversion apparatus 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention can cope with not only an initial startup process of the fuel cell system 1 but also a high voltage generated due to a system abnormality and an external load fluctuation.

도 4는 도 2의 연료전지용 전력변환장치의 복수의 제어신호에 따른 연료전지용 전력변환장치의 입력전압(Vin) 및 입력전류(Iin)의 변화를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing changes in input voltage (V in ) and input current (I in ) of a power converter for a fuel cell according to a plurality of control signals of the power converter for a fuel cell of FIG.

도 4에서 t1는 연료전지용 전력변환장치(100)의 고전압 인식 시점을 나타낸다. t2는 연료전지용 전력변환장치(100)의 동작전압 진입시점을 나타낸다. t3는 연료전지용 전력변환장치(100)의 전압 안정화 확인시점을 나타낸다. te는 연료전지용 전력변환장치(100) 기동 종료시점을 나타낸다. In FIG. 4, t 1 represents the high voltage recognition time point of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell. and t 2 represents a time point at which the operating voltage of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell enters. and t 3 represents the voltage stabilization confirmation time point of the power conversion apparatus 100 for a fuel cell. t e represents an end time of starting the power conversion apparatus 100 for a fuel cell.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 초기 상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 선택적 감압회로 연결상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 DC/DC 컨버터 연결 상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 정격출력상태의 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작방법을 나타내는 흐름도이다. FIG. 5A is a view showing current flow in an initial state of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 5B is a view showing current flow in a selective depressurization circuit connected state of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 5C is a view showing current flow in the DC / DC converter connected state of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view showing current flow in a rated output state of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 6 is a flowchart illustrating an operation method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 2, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d 및 도 6을 참조하여, 도 2의 연료전지용 전력변환장치(100)의 동작을 설명한다. Hereinafter, the operation of the power converter 100 for a fuel cell of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 2, 4, 5A, 5B, 5C, 5D and 6.

시스템 제어장치(200)가 시스템 제어 신호(S0=1)를 인가하기 전에는 도 5a에 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터(120)도 정지되어 있으며(630), 스위치(SW)는 OFF되어 선택적 감압회로(110)도 정지되어(632), 연료전지용 전력변환장치(100)는 대기 상태에 있게 된다(634). 5A, the DC / DC converter 120 is also stopped (630) before the system control device 200 applies the system control signal S 0 = 1, and the switch SW is turned OFF The selective decompression circuit 110 is also stopped (632), and the power conversion apparatus 100 for a fuel cell is in a standby state (634).

시스템 제어장치(200)가 시스템 제어 신호(S0=1)을 생성하여 연료전지용 전력변환장치(100)로 전달하면, 연료전지용 전력변환장치(100)는 기동을 시작한다(610). When the system control device 200 generates and transmits the system control signal S 0 = 1 to the power conversion device 100 for a fuel cell, the power conversion device 100 for a fuel cell starts operation 610.

연료전지용 전력변환장치(100)는 입력전압(Vin), 전류지령치(I2*) 및 내전압(VH)를 입력받는다(612). 입력전압(Vin)은 실시간 감지되어 입력받고, 전류지령치(I2*) 및 내전압(VH)은 외부의 시스템 제어장치(200)로부터 미리 입력받아 이용될 수 있다. The power conversion apparatus 100 for a fuel cell receives an input voltage V in , a current command value I 2 * and a withstand voltage V H 612. The input voltage V in may be sensed in real time, and the current command value I 2 * and the withstand voltage V H may be input from the external system controller 200 in advance.

연료전지용 전력변환장치(100)는 발생한 OCV를 감지한 시점(t1)에서 도 5b에 도시된 바와 같이, 제어부(140)의 선택적 감압회로 제어신호(S1=1)를 통해 선택적 감압회로(110)의 스위치(SW)를 동작시킨다(614). Selective pressure circuit via the selective pressure circuit control signal (S 1 = 1) for a fuel cell power converter 100 includes a controller 140, as shown in Figure 5b at the point in time (t 1) detect the OCV occurred ( 110) is operated (614).

입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 낮아지면(616), DC/DC 컨버터(120)의 입력단 전압은 감압회로(R)에 의해 1차적으로 강하된다.When the input voltage V in becomes lower than the withstand voltage V H at step 616, the input terminal voltage of the DC / DC converter 120 is primarily lowered by the voltage reducing circuit R.

DC/DC 컨버터(120)의 입력단의 전압(Vin)이 DC/DC 컨버터(120) 소자의 내전압보다 낮아진 상태를 감지한 시점(t2)에서, 제어부(140)가 컨버터 제어신호(S2=1)를 이용하여 DC/DC 컨버터(120)의 동작을 지시한다(618). 이때, 도 5c에 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터(120) 방면에 컨버터 입력전류(I2)가 흐르게 되면서 추가적인 전압강하가 일어난다. 연료전지 스택(10)의 정상 동작상태가 확인될 때까지 컨버터를 통과한 전기에너지는 축전기에 저장하거나 BOP의 구동에 사용될 수 있다.Voltage at the input terminal of the DC / DC converter 120 (V in), a DC / from the DC converter time (t 2) The temperature of the lower than the withstand voltage of 120 elements, the control unit 140, a converter control signal (S 2 = 1) to direct the operation of the DC / DC converter 120 (618). At this time, as shown in FIG. 5C, an additional voltage drop occurs as the converter input current I 2 flows into the DC / DC converter 120 side. The electric energy passing through the converter can be stored in a capacitor or used to drive the BOP until the normal operating state of the fuel cell stack 10 is confirmed.

컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되면(620), 스택(10)의 정상 동작이 확인되고, 감압회로(R)가 없어도 입력전압(Vin)이 내전압 이내에서 형성되는 상태(t3)가 된다. When the converter input current (I 2) as close to the current command value (I 2 *) (620) , the normal operation of the stack 10 is confirmed, the pressure circuit (R) is even if the input voltage (V in) is less than the withstand voltage It is in a state (t 3) to be formed in.

이와 같은 정상상태가 되면 도 5d에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 선택적 감압회로 제어신호(S1=0)을 이용하여 선택적 감압회로(110)의 스위치(SW)를 해제하여 감압회로(R)의 동작이 정지되고(622), 통상운전모드 상태가 된다(624). 이때 전압이 소폭 상승하나 그 범위가 DC/DC 컨버터(120)의 구동 전압범위 이내로 제한된다. 이 단계에서 이상이 발생할 경우 이전 단계로 돌아가 확인 작업을 재수행한다. 상기의 단계는 구현에 따라 부하단절에 의한 고전압 혹은 역전류 제어 기능을 추가할 수 있다. 5D, the control unit 140 releases the switch SW of the selective depressurizing circuit 110 by using the selective depressurizing circuit control signal S 1 = 0, R is stopped (622) and the normal operation mode is entered (624). At this time, the voltage is slightly increased but its range is limited to within the driving voltage range of the DC / DC converter 120. If an error occurs at this stage, return to the previous step and re-execute the verification. The above steps may add a high voltage or reverse current control function due to load disconnection according to the implementation.

도 7은 도 2의 연료전지용 전력변환장치(100)에 포함된 제어부(140)의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the control unit 140 included in the power conversion apparatus 100 for a fuel cell of FIG.

연료전지용 전력변환장치(100)에 포함된 제어부(140)는 전력변환 제어부(142), 선택적 감압회로 구동부(144) 및 컨버터 구동부(146)를 포함한다. 전력변환 제어부(142), 선택적 감압회로 구동부(144) 및 컨버터 구동부(146)는 상호간 데이터 송수신이 가능하도록 구성될 수 있으며, 선택적 감압회로 구동부(144) 및 컨버터 구동부(146)는 전력변환 제어부(142)의 제어에 따라 각각 선택적 감압회로(110) 및 DC/DC 컨버터(120)의 구동을 제어할 수 있다. The control unit 140 included in the power conversion apparatus 100 for a fuel cell includes a power conversion control unit 142, an optional voltage reduction circuit driving unit 144 and a converter driving unit 146. The selective voltage reduction circuit driving unit 144 and the converter driving unit 146 may be configured to be capable of transmitting and receiving data between the power conversion control unit 142, the selective voltage reduction circuit driving unit 144, and the converter driving unit 146, 142 can control the driving of the selective decompression circuit 110 and the DC / DC converter 120, respectively.

전력변환 제어부(142)는 연료전지용 전력변환장치(100)가 기동하면 실시간으로 전압센서(105)로부터 입력전압 값(Vin)을 전달받고, 입력전압 값(Vin)이 연료전지용 전력변환장치(100)의 내전압(VH)이상인지 여부를 확인한다. A power conversion control unit 142 has a fuel cell when the power conversion apparatus 100 is started up under passes the input voltage (V in) from the real-time to a voltage sensor 105, an input voltage (V in), the fuel cell, the electric power conversion system (V H ) of the battery 100 is equal to or higher than the withstand voltage (V H ).

전력변환 제어부(142)가 연료전지용 전력변환장치(100)의 기동으로, 내전압(VH)이상의 입력전압(Vin)이 입력되면, 전력변환 제어부(142)는 선택적 감압회로 구동부(144)가 선택적 감압회로(110)의 선택적 감압회로 제어신호(S1=1)를 이용하여 선택적 감압회로 구동부(144)를 제어하여, 스위치(SW)를 온으로 하여, 입력전압(Vin)이 감압되도록 한다. 전력변환 제어부(142)가 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 낮아짐을 확인하면, DC/DC 컨버터(120)의 입력단 전압(Vin)은 선택적 감압회로(110)에 의해 1차적으로 강하된 상태가 된다. When the power conversion control unit 142 receives the input voltage V in exceeding the withstand voltage V H at the start of the fuel cell power conversion apparatus 100, The selector switch 144 is controlled by using the selective decompression circuit control signal S 1 = 1 of the selective decompression circuit 110 so that the switch SW is turned on so that the input voltage V in is reduced do. When the power conversion control unit 142 confirms that the input voltage V in is lower than the withstand voltage V H , the input terminal voltage V in of the DC / DC converter 120 is firstly As shown in FIG.

전력변환 제어부(142)는 DC/DC 컨버터(120)의 입력단의 전압(Vin)이 DC/DC 컨버터(120) 소자의 내전압(VH)보다 낮아진 상태를 감지하면, 컨버터 구동부(146)가 DC/DC 컨버터(120)을 구동하는 컨버터 제어신호(S2=1)를 DC/DC 컨버터(120)에 전송하도록 제어한다. 이때 DC/DC 컨버터(120) 방면에 컨버터 입력전류(I2)가 흐르게 되면서 추가적인 전압강하가 일어난다. When the voltage V in of the input terminal of the DC / DC converter 120 is lower than the withstand voltage V H of the DC / DC converter 120, the power conversion controller 142 controls the converter driver 146 DC converter 120 to control the converter control signal S 2 = 1 for driving the DC / DC converter 120 to be transmitted to the DC / DC converter 120. At this time, the converter input current I 2 flows to the DC / DC converter 120, and further voltage drop occurs.

전력변환 제어부(142)가 연료전지 스택(10)의 정상 동작상태를 확인할 때까지 DC/DC 컨버터(120)를 통과한 전기에너지는 축전기(도시되지 않음)에 저장하거나 BOP의 구동에 사용될 수 있다.The electric energy that has passed through the DC / DC converter 120 can be stored in a capacitor (not shown) or used to drive the BOP until the power conversion control unit 142 confirms the normal operation state of the fuel cell stack 10 .

전력변환 제어부(142)는 외부의 시스템 제어장치(200)로부터 컨버터 입력전류(I2)에 대한 전류지령치(I2*)를 입력받고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어한다. 그런 다음, 전력변환 제어부(142)는, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되는지 확인하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되면, 선택적 감압회로 구동부(144)가 스위치(SW)를 끊는 선택적 감압회로 제어신호(S1=0)를 스위치(SW)로 전달하여, 선택적 감압회로(100)가 동작을 종료하도록 한다. 이때 전압이 소폭 상승하나 그 범위가 DC/DC 컨버터(120)의 구동 전압범위 이내로 제한된다. 전력변환 제어부(142)는 이 단계에서 이상이 발생할 경우 입력전압(Vin)이 내전압(VH) 이상인지 여부를 확인하는 이전 단계로 돌아가 확인 작업을 재수행할 수 있다. The power conversion control section 142 receives the current command value I 2 * for the converter input current I 2 from the external system control device 200 and the converter input current I 2 is the current command value I 2 * ). Then, the power conversion control unit 142 is close to the converter input current (I 2) the current command value (I 2 *) check, and the converter input current (I 2) current command value (I 2 *), if the approximation to The selective depressurizing circuit driver 144 transmits the selective depressurizing circuit control signal S 1 = 0 to the switch SW so that the selective depressurizing circuit 100 ends the operation. At this time, the voltage is slightly increased but its range is limited to within the driving voltage range of the DC / DC converter 120. The power conversion control unit 142 may return to the previous step of checking whether the input voltage V in is greater than or equal to the breakdown voltage V H in the event of an abnormality in this step and re-execute the check operation.

또한, 전력변환 제어부(142)는, 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 이용하여, 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하고, PWM 신호를 DC/DC 컨버터(120)에 입력할 수 있다. 이를 위해, 전력변환 제어부(142)는 감지된 입력전류(I2)를 저역 통과 필터링하고, 전류지령치(I2*)와 필터링된 컨버터 입력전류(I2') 사이의 차분 오차를 생성하고, 차분 오차에 대해 비례적 적분 연산을 수행하고, 비례 적분 연산의 출력을 기준으로 PWM 신호를 생성할 수 있다. 이때, 전력변환 제어부(142)는 외부의 시스템 제어 장치(200)로부터 입력된 전류지령치 값(I2*)을 램프함수로 변환한 다음 램프함수로 변환된 전류지령치(I2lamp*)를 필터링된 컨버터 입력전류(I2') 사이의 차분 오차 생성에 이용할 수 있다. In addition, the power conversion control unit 142, the converter input current (I 2) and a current command value (I 2 *) by using the difference error between the adjusting the sensed converter input current (I 2) to the converter input current (I 2 ), And input the PWM signal to the DC / DC converter 120. The DC / For this purpose, the power conversion control unit 142 filters the detected input current (I 2) low-pass and generates a difference error between the current command value (I 2 *) and the filtered converter input current (I 2 '), A proportional integral operation may be performed on the difference error, and a PWM signal may be generated on the basis of the output of the proportional integral operation. At this time, power conversion control of 142 filters the current command value (I 2 *) for converting the ramp function, and then the current command value (I 2lamp *) converted to a ramp function input from the system control device 200 of the external Can be used to generate differential error between the converter input current (I 2 ').

도 8은 도 7의 연료전지용 전력변환장치(100)에 포함된 제어부(140)의 동작을 나타내는 흐름도이다. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the control unit 140 included in the power conversion apparatus 100 for a fuel cell of FIG.

도 7 및 도 8을 참조하여, 전력변환장치(100)가 통상모드로 동작중인 상황에서 부하변동 등에 의하여 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 증가하는 경우에 대한 제어부(140)의 동작을 설명한다. 7 and 8, when the power conversion apparatus 100 is operating in the normal mode, the control unit 140 determines that the input voltage V in is higher than the withstand voltage V H due to a load variation or the like The operation will be described.

전력변환 제어부(142)는 연료전지용 전력변환장치(100)가 기동하여 통상모드로 동작중인 상태에서도, 전력변환 제어부(142)는 실시간으로 전압센서(105)로부터 입력전압 값(Vin)을 수신하고, 입력전압 값(Vin)이 연료전지용 전력변환장치(100)의 내전압(VH)이상인지 여부를 확인한다(810). The power conversion control unit 142 receives the input voltage value V in from the voltage sensor 105 in real time even when the power conversion apparatus 100 for a fuel cell is started and is operating in the normal mode (810) whether the input voltage value (V in ) is equal to or higher than the withstand voltage (V H ) of the power converter (100) for a fuel cell.

갑작스런 부하단절 등에 의하여 전력변환 제어부(142)가 내전압(VH)이상의 입력전압(Vin)이 입력되면(820), 전력변환 제어부(142)는 선택적 감압회로 구동부(144)를 제어하여, 선택적 감압회로 구동부(144)가 선택적 감압회로 제어신호(S1=1)를 선택적 감압회로(110)의 스위치(SW)로 전송한다(830). 이에 따라 선택적 감압회로(120)의 스위치(SW)는 온으로 되고, 입력전압(Vin)이 감압된다.The power conversion control unit 142 controls the selective voltage reduction circuit driving unit 144 to select the power supply voltage V in if the input voltage V in is greater than or equal to the power supply voltage V H by the power conversion control unit 142 The decompression circuit driver 144 transfers the selective decompression circuit control signal S 1 = 1 to the switch SW of the selective decompression circuit 110 (830). As a result, the switch SW of the selective voltage reducing circuit 120 is turned on, and the input voltage V in is reduced.

전력변환 제어부(142)가 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 낮아짐을 확인하면(840), DC/DC 컨버터(120)의 입력단 전압(Vin)은 선택적 감압회로(110)에 의해 강하된 상태가 된다. 전력변환 제어부(142)는 DC/DC 컨버터(120)의 입력단의 전압(Vin)이 DC/DC 컨버터(120) 소자의 내전압(VH)보다 낮아진 상태를 감지하면(840), 선택적 감압회로 구동부(124)가 스위치(SW)를 끊는 선택적 감압회로 제어신호(S1=0)를 스위치(SW)로 전달하여, 선택적 감압회로(110)가 동작을 종료하도록 제어한다(850). 도시되지 않았으나, 동작 840 및 동작 850 사이에 전력변환 제어부(142)는 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2 *)에 근사하게 되도록 제어하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2 *)에 근사하게 되면, 동작 850이 수행되도록 동작할 수 있다. 선택적 감압회로(110)가 동작을 중단하면, 연료전지용 전력변환장치(100)는 다시 통상모드로 돌아가 동작을 수행할 수 있다(860).When the power conversion control unit 142 determines that the input voltage V in is lower than the withstand voltage V H 840, the input voltage V in of the DC / DC converter 120 is applied to the selective voltage reducing circuit 110 And is in a lowered state. When the voltage V in of the input terminal of the DC / DC converter 120 is lower than the withstand voltage V H of the DC / DC converter 120 (840), the power conversion control unit 142 determines The driving unit 124 transmits the selective decompression circuit control signal S 1 = 0, which disconnects the switch SW, to the switch SW, and controls the selective decompression circuit 110 to terminate the operation (850). Between operations 840 and 850, the power conversion control unit 142 controls the converter input current I 2 to be close to the current command value I 2 * , and the converter input current I 2 is controlled by the current command value I 2 * (I 2 * ), operation 850 may be performed to perform. When the selective decompression circuit 110 stops operating, the power conversion apparatus 100 for a fuel cell can return to the normal mode to perform the operation (operation 860).

컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2 *)에 근사하게 되도록 제어하기 위하여, 전력변환 제어부(142)는 외부의 시스템 제어장치(200)로부터 입력된 전류지령치 값(I2*)을 램프함수로 변환한 다음 램프함수로 변환된 전류지령치(I2lamp*)를 생성하고, 컨버터 입력전류(I2) 및 변환된 전류지령치(I2lamp*) 간의 차분 오차를 이용하여, 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하고, PWM 신호를 DC/DC 컨버터(120)에 인가할 수 있다. To the converter input current (I 2) to control so as to be close to the current command value (I 2 *), the power conversion control unit 142 has a current command value (I 2 *) received from the system control device 200 of the external using the difference error between the generated current command value (I 2lamp *) is converted into a converted to a ramp function, and then a ramp function, and the converter input current (I 2) and a conversion current command value (I 2lamp *), the sensed converter input generating a PWM signal for controlling to adjust the current (I 2) to reduce the ripple in the converter input current (I 2), and can be applied to the DC / DC converter 120, a PWM signal.

또한, 전력변환 제어부(142)는 PWM 신호를 생성할 때, 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 저역 통과 필터링하고, 변환된 전류지령치(I2lamp*)와 필터링된 입력전류(I2') 사이의 차분 오차를 생성하고, 차분 오차에 대해 비례적 적분 연산을 수행하고, 비례 적분 연산의 출력을 기준으로 PWM 신호를 생성할 수 있다. In addition, the power conversion control unit 142 to generate a PWM signal, the sensed converter input current (I 2), and lowpass filtered, and (I 2 ') a filtered input current converted current command value (I 2lamp *) A proportional integral calculation is performed on the difference error, and a PWM signal is generated on the basis of the output of the proportional integral calculation.

본 발명에 따르면, 연료전지 시스템에 포함되는 전력변환장치(100)에 낮은 내전압을 가지는 회로 설계가 가능하여 그 제작비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 기본적 구상은 시스템의 스타트업 단계 및 순간적인 부하변동에 의해 발생하는 고전압에 대응할 수단으로 이용되어 연료전지용 전력변환장치(100) 뿐만 아니라 스택(10)을 포함한 전체 연료전지 시스템(1)의 안정성을 제고할 수 있다. According to the present invention, it is possible to design a circuit having a low withstand voltage in the power conversion apparatus 100 included in the fuel cell system, thereby reducing the production cost thereof. The basic idea of the present invention is also used as means for responding to the high voltage generated by the start-up phase and the instantaneous load fluctuation of the system, so that not only the power converter 100 for a fuel cell but also the whole fuel cell system 1) can be improved.

또한, 본 발명은 연료전지용 전력변환장치(100)에 개방회로전압 제어 기능을 부가함으로써 연료전지용 전력변환장치(100)뿐만 아니라 전체 연료전지 시스템(1)의 제작비용을 줄일 수 있으며, 에너지원에 크게 구애받지 않는 전력변환장치의 특성상 다른 신재생에너지원에도 활용할 수 있다. Further, the present invention can reduce the production cost of the entire fuel cell system 1 as well as the power conversion apparatus 100 for a fuel cell by adding an open circuit voltage control function to the power conversion apparatus 100 for a fuel cell, It can be applied to other renewable energy sources due to the nature of the power conversion device which is not greatly affected.

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.One aspect of the present invention may be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The code and code segments implementing the above program can be easily deduced by a computer programmer in the field. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system and stored and executed in computer readable code in a distributed manner.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims.

10: 연료전지 스택 40: 출력전원
100: 연료전지용 전력변환 장치 110: 선택적 감압회로
120: DC/DC 컨버터 130: DC/AC 인버터
140: 제어부 200: 시스템 제어 장치 10: Fuel cell stack 40: Output power
100: Power converter for fuel cell 110: Selective decompression circuit
120: DC / DC converter 130: DC / AC inverter
140: controller 200: system controller

Claims (15)

연료전지용 전력변환장치로서,
연료전지 스택으로부터 입력되는 입력전압(Vin)을 감지하는 전압센서;
입력전압(Vin)을 선택적으로 감압하는 선택적 감압회로;
선택적 감압회로의 후단에 연결되어, 입력전압(Vin)을 승압하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 및
입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치 내부 소자의 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 선택적 감압회로가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여, 입력전압(Vin)이 내전압(VH)보다 낮게 유지되도록 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치.1. A power conversion device for a fuel cell,
A voltage sensor for sensing an input voltage (V in ) input from the fuel cell stack;
An optional decompression circuit for selectively reducing the input voltage V in ;
A DC / DC converter connected to a rear end of the selective voltage reducing circuit, for boosting an input voltage V in and outputting the voltage; And
When the input voltage V in is equal to or higher than the withstand voltage V H of the element in the power converter for the fuel cell, the selective depressurizing circuit control signal S 1 is used to control the selective depressurizing circuit to reduce the input voltage V in And a control unit for maintaining the input voltage V in lower than the withstand voltage V H. 제1항에 있어서,
상기 선택적 감압회로는, 연료전지용 전력변환장치의 입력전압(Vin)을 형성하는 입력단 중 일단에 연결된 스위치(SW) 및 타단에 연결된 감압회로가 직렬연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method according to claim 1,
Wherein the selective depressurizing circuit includes a switch SW connected to one end of an input terminal forming an input voltage V in of the power conversion apparatus for a fuel cell and a depressurizing circuit connected to the other end in series, Device. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
연료전지용 전력변환장치가 기동하면 실시간으로 전압센서로부터 입력전압 (Vin)을 수신하고, 입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치의 내전압(VH)이상인지 여부를 확인하는 전력변환 제어부;
내전압(VH)이상의 입력전압(Vin)이 입력되면, 선택적 감압회로의 스위치(SW)를 온으로 하는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 입력전압(Vin)이 감압되도록 하는 선택적 감압회로 구동부; 및
DC/DC 컨버터의 동작을 제어하는 컨버터 구동부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. 3. The apparatus of claim 2,
A power conversion control unit which receives an input voltage V in from a voltage sensor in real time when the power conversion apparatus for a fuel cell is started and confirms whether or not the input voltage V in is equal to or higher than the withstand voltage V H of the power conversion apparatus for a fuel cell, ;
When the input voltage V in exceeding the withstand voltage V H is inputted, the input voltage V in is reduced by using the selective decompression circuit control signal S 1 which turns on the switch SW of the selective decompression circuit An optional decompression circuit driver; And
A converter driver for controlling operation of the DC / DC converter; And a power converter for converting the power of the fuel cell into a power. 제3항에 있어서,
상기 전력변환 제어부가, DC/DC 컨버터의 입력단의 전압이 소자의 내전압(VH)보다 낮아진 상태를 감지하면, 컨버터 구동부가 DC/DC 컨버터를 구동하는 컨버터 제어신호(S2)를 DC/DC 컨버터에 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method of claim 3,
When the power conversion control unit senses a state where the input terminal voltage of the DC / DC converter is lower than the withstand voltage (V H ) of the device, the converter driving unit converts the converter control signal S 2 , which drives the DC / Converter to the power converter for the fuel cell. 제3항에 있어서,
컨버터 입력전류(I2)를 감지하는 전류센서;를 더 포함하고,
전력변환 제어부는 외부의 시스템 제어장치로부터 전류지령치(I2*)를 수신하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되는지 확인하고, 컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되면, 선택적 감압회로 구동부가 스위치(SW)를 끊는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 스위치(SW)로 전달하여, 선택적 감압회로가 동작을 종료하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method of claim 3,
And a current sensor for sensing a converter input current (I 2 )
Power conversion controller receives a current command value (I 2 *) from the system control of an external device, and controls the converter input current (I 2) so as to be close to the current command value (I 2 *), and the converter input current (I 2) verify that the approximation to the current command value (I 2 *) and, when the converter input current (I 2) as close to the current command value (I 2 *), optionally under reduced pressure circuit selectively reduced pressure circuit control driver is to break the switch (SW) And the signal S 1 is transmitted to the switch SW so that the selective decompression circuit ends the operation. 제5항에 있어서,
상기 전력변환 제어부는, 컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 이용하여, 상기 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 상기 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하고, 상기 PWM 신호를 상기 DC/DC 컨버터에 입력하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. 6. The method of claim 5,
The power conversion control unit, by using the difference error between the converter input current (I 2) and a current command value (I 2 *), the sense in the converter input current (I 2) adjusted to the converter input current (I 2) the And a PWM signal for controlling the ripple to be reduced is generated, and the PWM signal is input to the DC / DC converter. 제6항에 있어서,
상기 전력변환 제어부는,
외부의 시스템 제어장치로부터 입력된 전류지령치(I2*)를 램프함수로 변환한 다음 램프함수로 변환된 전류지령치(I2lamp*)를 생성하고, 상기 감지된 입력전류(I2)를 저역 통과 필터링하고, 변환된 전류지령치(I2lamp*)와 상기 필터링된 컨버터 입력전류(I2') 사이의 차분 오차를 생성하고, 상기 차분 오차에 대해 비례적 적분 연산을 수행하고, 상기 비례 적분 연산의 출력을 기준으로 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. The method according to claim 6,
Wherein the power conversion control unit comprises:
The current command value input from an external system, the control apparatus of (I 2 *) for converting the ramp function, and then generates a current command value (I 2lamp *) converted to a ramp function, and the low-pass to the sensed input current (I 2) And generates a difference error between the converted current command value (I 2 lamp *) and the filtered converter input current (I 2 '), performs a proportional integral operation on the difference error, And generates a PWM signal on the basis of the output. 제2항에 있어서,
상기 스위치는 반도체 스위치 소자 또는 기계식 릴레이인 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. 3. The method of claim 2,
Wherein the switch is a semiconductor switch element or a mechanical relay. 제2항에 있어서,
상기 감압회로는 저항소자 또는 손실 저감을 위한 감압 컨버터를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치. 3. The method of claim 2,
Wherein the voltage-reducing circuit is constituted by using a resistance element or a voltage-reducing converter for loss reduction. 연료전지용 전력변환장치의 동작방법으로서,
연료전지용 전력변환장치가 연료전지 스택으로부터 입력되는 입력전압(Vin)을 감지하는 전압센서와, 입력전압(Vin)을 선택적으로 감압하는 선택적 감압회로와, 선택적 감압회로의 후단에 연결되어, 입력전압(Vin)을 승압하여 출력하는 DC/DC 컨버터와, 선택적 감압회로 및 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함할 때,
입력전압(Vin)이 연료전지용 전력변환장치 내부 소자의 내전압(VH) 이상인지 확인하는 단계; 및
입력전압(Vin)이 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 이용하여, 선택적 감압회로가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여, 입력전압(Vin)을 내전압(VH)보다 낮게 유지하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 동작방법. A method of operating a power converter for a fuel cell,
The power converter for a fuel cell includes a voltage sensor for sensing an input voltage V in input from the fuel cell stack, an optional voltage reducing circuit for selectively reducing the input voltage V in , A DC / DC converter for boosting and outputting the input voltage V in , and a control unit for controlling the selective decompression circuit and the DC / DC converter,
Confirming that the input voltage (V in ) is equal to or higher than the withstand voltage (V H ) of the element inside the power converter for the fuel cell; And
When the input voltage (V in) is not less than the withstand voltage (V H), an optional pressure circuit by using a control signal (S 1), is selectively reduced pressure circuit is controlled so as to reduce the pressure in the input voltage (V in), the input voltage (V in) (V H ); < / RTI > Wherein the power converter further comprises: 제10항에 있어서,
입력전압(Vin)이 내전압(VH) 이상인 경우, 선택적 감압회로가 입력전압(Vin)을 감압하도록 제어하여, 입력전압(Vin)을 내전압(VH)보다 낮게 유지하는 단계는,
상기 선택적 감압회로가, 연료전지용 전력변환장치의 입력전압(Vin)을 형성하는 입력단 중 일단에 연결된 스위치(SW) 및 타단에 연결된 감압회로가 직렬연결되어 구성될 때, 선택적 감압회로의 스위치(SW)를 온으로 하는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 입력하여, 입력전압(Vin)이 감압되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 동작방법. 11. The method of claim 10,
When the input voltage (V in) is not less than the withstand voltage (V H), an optional decompression circuitry comprising: maintaining by control to reduce the pressure in the input voltage (V in), a low input voltage (V in) than the withstand voltage (V H) is,
When the switch SW connected to one end of the input stage forming the input voltage V in of the power conversion apparatus for a fuel cell and the depressurizing circuit connected to the other end are connected in series, SW) is turned on to input the selectively depressurizing circuit control signal (S 1 ) so as to reduce the input voltage (V in ). 제10항에 있어서,
DC/DC 컨버터의 입력단의 전압이 DC/DC 컨버터 소자의 내전압(VH)보다 낮아진 상태를 감지하면, DC/DC 컨버터을 구동하는 컨버터 제어신호(S2)를 DC/DC 컨버터에 전송하도록 제어하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 동작방법. 11. The method of claim 10,
When it is sensed that the voltage at the input terminal of the DC / DC converter is lower than the withstand voltage (V H ) of the DC / DC converter element, the converter control signal S 2 for driving the DC / DC converter is controlled to be transmitted to the DC / DC converter step; The method of claim 1, further comprising: 제10항에 있어서,
DC/DC 컨버터을 구동하는 컨버터 제어신호(S2)를 DC/DC 컨버터에 전송하도록 제어하는 단계이후에,
컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어하는 단계; 및
컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되면, 스위치(SW)를 끊는 선택적 감압회로 제어신호(S1)를 스위치(SW)로 전달하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 동작방법. 11. The method of claim 10,
A DC / DC converter control signal to drive keonbeoteoeul (S 2) after the step of controlling to transmit the DC / DC converter,
Controlling the converter input current (I 2 ) to approximate the current command value (I 2 *); And
Transferring an optional decompression circuit control signal S 1 to the switch SW when the converter input current I 2 approximates the current command value I 2 *; The method of claim 1, further comprising: 제13항에 있어서,
컨버터 입력전류(I2)가 전류지령치(I2*)에 근사하게 되도록 제어하는 단계는,
컨버터 입력전류(I2)를 감지하는 단계; 및
컨버터 입력전류(I2) 및 전류지령치(I2*) 간의 차분 오차를 이용하여, 상기 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 상기 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하고, 상기 PWM 신호를 상기 DC/DC 컨버터에 인가하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 동작방법. 14. The method of claim 13,
The step of controlling the converter input current I 2 to approximate the current command value I 2 *
Sensing the converter input current (I 2); And
And controls the sensed converter input current I 2 using the difference error between the converter input current I 2 and the current instruction value I 2 * so that the ripple is reduced in the converter input current I 2 Generating a PWM signal and applying the PWM signal to the DC / DC converter; Wherein the power converter further comprises: 제14항에 있어서,
상기 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 조정하여 상기 컨버터 입력전류(I2)에서 리플이 감소되도록 제어하는 PWM 신호를 발생하는 단계는,
외부의 시스템 제어장치로부터 입력된 전류지령치(I2*)를 램프함수로 변환하여, 변환된 전류지령치(I2lamp*)를 생성하는 단계; 및
상기 감지된 컨버터 입력전류(I2)를 저역 통과 필터링하고, 변환된 전류지령치(I2lamp*)와 상기 필터링된 컨버터 입력전류(I2') 사이의 차분 오차를 생성하고, 상기 차분 오차에 대해 비례적 적분 연산을 수행하고, 상기 비례 적분 연산의 출력을 기준으로 PWM 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 동작방법. 15. The method of claim 14,
The step of generating a PWM signal for controlling the detected converter input current (I 2 ) to reduce the ripple in the converter input current (I 2 )
A step of converting the current command value (I * 2) from the outside of the system control device with a ramp function, generating a conversion current command value (I 2lamp *); And
Low-pass-filters the sensed converter input current (I 2 ), generates a difference error between the converted current command value (I 2 lamp *) and the filtered converter input current (I 2 '), Performing a proportional integral operation and generating a PWM signal based on the output of the proportional integration operation; Wherein the power converter further comprises:
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