KR20200090769A - 연료 전지 어레이, 제어 유닛 및 동적 전기 부하로 전력을 생성하는 시스템 및 방법 - Google Patents

연료 전지 어레이, 제어 유닛 및 동적 전기 부하로 전력을 생성하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20200090769A
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스테판 버르스트롬
미카엘 글란츠
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마이에프씨 에이비
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Abstract

전력은 연료 공급원(110)으로부터 제공된 화학 연료(F)에 기초하여 연료 전지 어레이(120)에서 생성된다. 전력은 출력 단자(125)를 통해 제공된다. 센서 셀(130)은 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양에 대한 상기 연료 전지 어레이에서의 화학 연료(F)의 소비 정도를 반영하는 센서 신호(VS)를 등록한다. 상기 연료 전지 어레이(120)에서의 전력 생성은 상기 연료 전지 어레이(120)에서 적어도 하나의 전압(V1,…, Vn, VOUT)을 측정함으로써 모니터링된다. 상기 연료 전지 어레이(120)에 의해 생성된 전력의 분율(PEF)은 상기 출력 단자(125)에 연결된 동적 전기 부하(150)로 공급되도록 제어된다. 상기 동적 전기 부하(150)에 공급되는 분율(PEF)은 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양과 상기 연료 전지 어레이(120)에서 소비되는 화학 연료의 양 간 차이가 최소화되도록 상기 센서 신호(VS)에 응답하여 제어된다.

Description

연료 전지 어레이, 제어 유닛 및 동적 전기 부하로 전력을 생성하는 시스템 및 방법
본 발명은 일반적으로 연료 전지들에 기초한 전력 생성에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 시스템 및 그에 상응하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램 및 비-휘발성 데이터 캐리어에 관한 것이다.
WO 2010/062251은 휴대용 전자 기기용 전원에 관한 것이다. 여기서, 설계는 연료 전지 성능의 변화에 응답하고 오작동의 경우 일정 기간 동안 연료 전지 전류를 일시적으로 정지시키거나 감소시키도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 또한 연료 전지 유닛의 출구에는 압력 방출 밸브가 제공된다. 이러한 밸브는 연료 전지 유닛 내부 압력이 증가됨에 응답하여 개방하도록 구성된다. 유량 제한기는 연료 공급원과 연료 전지 유닛 사이에 연결된다. 유량 제한기는 정상 작동 동안 연료 전지 유닛 내에서 밸브의 개방 압력보다 낮은 압력을 제공하도록 구성된다.
이러한 설계는 연료 전지 성능의 임의의 변형과 관련하여 바람직한 유연성을 제공한다. 그러나 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 프로세스에서 전반적인 효율을 개선할 여지는 여전히 남아 있다.
따라서 본 발명의 한 목적은 고효율 에너지 변환 솔루션을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 목적은 소비되지 않은 수소가 주위로 빠져 나가는 위험이 최소화되는 전력 생성을 위한 복잡하지 않고 안전한 솔루션을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 이러한 목적들은 초기에 설명한 제어 시스템에 의해 달성되며, 상기 시스템은 출력 단자에 연결된 동적 전기 부하를 포함한다. 제어 유닛은 센서 신호를 수신하고, 그에 응답하여 상기 동적 전기 부하로 공급되도록 연료 전지 어레이에 의해 생성된 전력의 분율을 제어한다. 상기 동적 전기 부하로 공급되는 분율은 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 양과 상기 연료 전지 어레이에서 소비되는 화학 연료의 양 간의 차이가 최소화된다는 것이다.
이러한 시스템은 일시적인 잉여 연료를 간단하고 신뢰할 수 있는 방식으로 처리하기 때문에 유리하다. 또한, 프로세스 중에 사용하지 않은 연료를 주위로 방출할 필요가 없다.
본 발명의 이러한 실시형태의 일 실시 예에 의하면, 상기 시스템은 제어 가능한 밸브를 포함하고, 이는 상기 연료 전지 어레이에 수용되는 화학 연료의 양에 영향을 주도록 배치된다. 제어 유닛은 또한 상기 센서 신호에 응답하여 상기 제어 가능한 밸브를 제어하도록 구성된다. 그럼으로써, 상기 연료 전지 어레이로의 연료의 전체 입력이 적절한 레벨로 설정될 수 있다. 물론, 이는 상기 동적 전기 부하에 대한 수요를 줄인다.
본 발명의 이러한 실시형태의 다른 일 실시 예에 의하면, 연료 공급원은 연료 탱크 및 화학 반응기를 포함한다. 상기 연료 탱크는 상기 화학 반응기가 화학 연료, 예컨대 수소를 생성하도록 구성되게 하는 화학 반응을 위해 적어도 하나의 공급원 물질, 예를 들어 수산화 나트륨 및 물을 보유하도록 구성된다. 위에서 언급한 제어 가능한 밸브는 여기서 상기 연료 탱크와 상기 화학 반응기 간 적어도 하나의 공급원 물질을 위한 통로로 배치된다. 따라서, 상기 제어 가능한 밸브는 상기 연료 전지 어레이 내로 생성 및 전달되는 연료의 양을 편리하게 제어할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시형태의 또 다른 일 실시 예에 의하면, 압력 센서는 상기 화학 반응기 내 압력 레벨을 반영하는 압력 신호를 생성하도록 구성된다. 여기서, 제어 유닛은 상기 압력 신호에 더 응답하여 상기 제어 가능한 밸브를 제어하도록 구성된다. 대안으로 또는 이에 부가하여, 온도 센서는 상기 화학 반응기 내 온도를 반영하는 온도 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 제어 유닛은 상기 온도 신호에 더 응답하여 상기 제어 가능한 밸브를 제어하도록 구성된다. 그럼으로써, 압력 및/또는 온도 레벨에 더 기초하여, 프로세스는 원하는 강도로 제어될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시형태의 추가 실시 예에 의하면, 상기 동적 전기 부하는 충전식 배터리 및/또는 슈퍼커패시터를 포함한다. 이는 그러한 동적 전기 부하가 나중에 사용하기 위해 생성된 과도한 전기 에너지를 효율적으로 저장할 수 있게 하기 때문에, 특히 저항 부하와 비교하여 유리하다.
본 발명의 이러한 실시형태의 다른 일 실시 예에 의하면, 제어 유닛에 의해 측정된 적어도 하나의 전압은 상기 연료 전지 어레이 내 다수의 연료 전지의 각각의 연료 전지에 대한 대응하는 개별 전압을 포함한다. 제어 유닛은 여기서 상기 대응하는 개별 전압들 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 미만인 경우 상기 동적 전기 부하로 공급되는 분율을 감소시키도록 구체적으로 구성된다. 대안으로 또는 그에 부가하여, 제어 유닛에 의해 측정된 적어도 하나의 전압은 출력 단자에 걸린 출력 전압을 포함한다. 그러한 경우에, 제어 유닛은 상기 출력 전압이 제2 임계 전압 미만인 경우 상기 동적 전기 부하로 공급되는 분율을 감소시키도록 구성된다. 따라서 어떤 이유로 전압 강하가 발생하면 상기 동적 전기 부하에 공급되는 에너지의 양이 줄어들게 된다. 이는 다시 상기 출력 전압을 비교적 안정적인 값으로 밸런싱할 수 있게 한다.
본 발명의 이러한 실시형태의 또 다른 일 실시 예에 의하면, 제어 유닛은 상기 동적 전기 부하로 흐르는 전류의 크기를 변화시킴으로써 상기 동적 전기 부하로 공급되는 전력의 분율을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 이는 상기 동적 전기 부하에 리튬-이온 배터리와 같은, 정전류를 필요로 하지 않는 부하가 포함되어 있는 경우 편리한 설계이다. 따라서, 또한 바람직하게는, 제어 유닛은 스위칭 주파수 및/또는 듀티 사이클이 센서 셀로부터의 전압에 의해 제어 가능한 스위치 모드 DC-DC 컨버터를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시형태에 따르면, 상기 목적들은, 전력을 생성하는 방법에 의해 달성되며, 상기 방법은 연료 공급원으로부터 연료 전지 어레이로 화학 연료를 제공하는 단계; 상기 화학 연료에 기초하여 상기 연료 전지 어레이에서 전력을 생성하는 단계 - 상기 전력은 출력 단자를 통해 제공됨 -; 상기 연료 전지 어레이 내에 수용된 화학 연료의 양에 대한 상기 연료 전지 어레이 내 화학 연료의 소비 정도를 반영하는 센서 신호를 센서 셀을 통해 등록하는 단계; 및 상기 연료 전지 어레이에서 적어도 하나의 전압을 측정함으로써 상기 연료 전지 어레이에서의 전력 생성을 모니터링하는 단계;를 포함한다. 또한, 동적 전기 부하는 상기 출력 단자에 연결되고, 상기 방법은, 상기 센서 신호를 수신하는 단계; 및 그에 응답하여, 상기 동적 전기 부하로 공급되도록 상기 연료 전지 어레이에 의해 생성된 전력의 분율을 제어하는 단계;를 포함한다. 상기 동적 전기 부하로 공급되는 분율은 여기서 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 양과 상기 연료 전지 어레이에서 소비되는 화학 연료의 양 간의 차이가 최소화되도록 제어된다. 이러한 방법의 이점과 아울러, 그의 바람직한 실시 예는 제안된 제어 시스템을 참조하여 이루어진 위의 검토로부터 명백하다.
본 발명의 추가 실시형태에 의하면, 상기 목적들은 처리 유닛에 통신 가능하게 연결된 비-휘발성 데이터 캐리어에 로드 가능한 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다. 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 프로그램이 상기 처리 유닛 상에서 실행될 때 상기 방법을 실행하기 위한 소프트웨어를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시형태에 의하면, 상기 목적은 상기 컴퓨터 프로그램을 포함하는 비-휘발성 데이터 매체에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 이점, 유리한 특징 및 애플리케이션은 이하의 설명 및 종속 청구항으로부터 명백할 것이다.
본 발명은 지금부터 예들로서 그리고 첨부도면들을 참조하여 개시되어 있는 바람직한 실시 예에 의해 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일반적인 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 1은 제안된 시스템에 대한 블록도의 예를 보여준다. 상기 시스템은 연료 공급원(110), 연료 전지 어레이(120), 센서 셀(seonsor cell; 130), 제어 유닛(140) 및 동적 전기 부하(150)를 포함한다.
상기 연료 공급원(110)은 화학 연료(F)를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 이러한 목적으로, 상기 연료 공급원(110)은 연료 탱크(111) 및 화학 반응기(117)를 포함할 수 있다. 상기 연료 탱크(111)는 화학 반응을 위한 적어도 하나의 공급원 물질(SS)을 보유하도록 구성되고, 상기 화학 반응기(117)는 상기 화학 반응을 통해 상기 화학 연료(F)를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 공급원 물질(SS)은 물(H2O) 및 수산화나트륨(NaOH)을 포함할 수 있고; 그에 기초하여, 상기 화학 반응기(117)는 수소(H2) 형태로 화학 연료(F)를 생성하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제어 가능한 밸브(115)는 상기 연료 탱크(111)와 상기 화학 반응기(117) 간 적어도 하나의 공급원 물질(SS)을 위한 통로로 배치된다. 그럼으로써, 상기 화학 반응기(117)로 공급되는 공급원 물질(SS)의 양은 상기 제어 유닛(140)의 제어 신호(Ctrl-F)를 통해 변할 수 있다.
상기 연료 전지 어레이(120)는 상기 연료 공급원(110)으로부터 상기 화학 연료(F)를 수용하고 그에 기초하여 출력 단자(125)를 통해 제공되는 전력을 생성하도록 구성된다. 상기 연료 전지 어레이(120)는 일반적으로 비교적 많은 개수(소위 n+1 개)의 연료 전지(FC)를 포함하며, 상기 연료 전지들(FC)은 연료 전지 어셈블리에 직렬로 배치된다. 작동시, 대응하는 전압 V1,…, Vn이 각각의 연료 전지에 대해 발생한다.
상기 센서 셀(130)은 상기 연료 전지 어셈블리에서 마지막 연료 전지(여기서,(n+1)번째 전지)에 배치되고, 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용되는 화학 연료(F)의 양에 대한 상기 연료 전지 어레이(120) 내 화학 연료(F)의 소비 정도를 반영하는 센서 신호(VS)를 등록하도록 구성된다. 상기 연료 전지들(FC)의 직렬 구성은 상기 화학 연료(F)가 상기 연료 전지 어셈블리에서 완전히 소비된 경우, 소비되지 않은 연료(F)가 마지막 전지 n+1 후에 남아 있지 않음을 의미한다. 다시 말하면, 상기 센서 셀(130)에서, 상기 연료 전지 어레이(120)에서 화학 연료(F)의 소비 정도를 도출하는 것은 비교적 간단한 작업이다.
상기 제어 유닛(140)은 상기 연료 전지들(FC)에 대해 대응하는 전압 V1,…, Vn을 측정함으로써 상기 연료 전지 어레이(120)에서의 전력 생성을 모니터링하도록 구성된다. 상기 제어 유닛(140)은 또한 상기 출력 단자(125)에 걸린 출력 전압(VOUT)을 측정하고, 그에 기초하여, 이하에서 설명되겠지만 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것을 제어하도록 구성된다.
또한, 상기 제어 유닛(140)은 전압으로 또한 표현될 수 있는 센서 신호(VS)를 수신하도록 구성된다. 이 경우에, 상기 제어 유닛(140)은 상기 센서 셀(130)로부터의 센서 신호(VS)로 표시되는 전압에 의해 스위칭 주파수 및/또는 듀티 사이클이 제어 가능하게 하는 스위치 모드 DC-DC 컨버터를 포함하는 것이 바람직하다.
어쨌든, 상기 센서 신호(VS)에 응답하여, 상기 제어 유닛(140)은 제어 신호(Ctrl-I)를 통해, 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되기 위해 상기 연료 전지 어레이(120)에 의해 생성된 전력의 분율(PEF)을 제어하도록 구성된다. 더 정확하게는, 상기 제어 유닛(140)은 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양과 상기 연료 전지 어레이(120)에서 소비되는 화학 연료의 양 간의 차이가 최소화되도록 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 분율(PEF)을 제어한다.
바람직하게는, 상기 제어 유닛은 상기 동적 전기 부하(150)로 흐르는 전류의 크기를 변화시킴으로써 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 전력의 분율(PEF)을 Ctrl-I를 통해 제어하도록 구성된다.
상기 동적 전기 부하(150)가 (예컨대, 리튬-이온 타입의) 충전식 배터리 및/또는 소위 슈퍼커패시터(다시 말하면, 다른 커패시터보다 상당히 큰 커패시턴스 값을 지니는 고용량 커패시터 - 이는 전해 커패시터보다 단위 부피 또는 질량 당 10 내지 100배 많은 에너지를 저장하며, 그리고 충전식 배터리보다 실질적으로 많은 충전 및 방전 주기를 용인함 -)를 포함하는 것이 더 유리하다. 다시 말하면, 이러한 유형의 전기 저장 유닛은 충전 프로세스 동안 정전류를 필요로 하지 않는다.
바람직하게는, 상기 제어 유닛(140)은 대응하는 개별 전압 V1,…, Vn 중 적어도 하나가 제1 임계 전압, 소위 350mV 미만으로 떨어지면 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 전력의 분율(PEF)을 감소시키도록 구성된다. 따라서, 상기 분율(PEF)은 적절한 레벨로 유지될 수 있다.
마찬가지로, 상기 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압, 소위 300mv 미만으로 떨어지면, 상기 제어 유닛(140)은 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 전력의 분율(PEF)을 감소시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상기 제어 유닛(140)은 또한 상기 센서 신호(VS)에 응답하여 상기 제어 신호(Ctrl-F)를 통해 상기 제어 가능한 밸브(115)를 제어하도록 구성된다. 따라서, 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용되는 화학 연료(F)의 양은, 충분하지만 과도하지 않은 양의 화학 연료(F)가 상기 연료 전지 어레이(120)에 공급되도록 영향을 받는다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 의하면, 압력 센서(160)는 상기 화학 반응기(117) 내 압력 레벨을 반영하는 압력 신호(PS)를 생성하도록 구성된다. 여기서 상기 제어 유닛(140)은 상기 입력 신호(PS)에 더 응답하여 상기 제어 가능한 밸브(115)를 제어하도록 구성된다. 그럼으로써, 상기 제어 유닛(140)은 상기 화학 반응기(117) 내 프로세스를 원하는 압력 레벨로 조절할 수 있다. 또한, 그에 부가하여 또는 그의 대안으로서, 온도 센서(170)는 상기 화학 반응기(117) 내 온도를 반영하는 온도 신호(TS)를 생성하도록 구성될 수 있다. 이는 상기 제어 유닛(140)이 상기 화학 반응기(117) 내 프로세스를 적절한 온도 레벨로 조절할 수 있게 한다.
중앙의 제어 유닛(140)이 예를 들어 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 완전 자동 방식으로 위에서 설명한 절차를 구현하도록 구성되는 것이 일반적으로 유리하다. 따라서, 상기 제어 유닛(140)은 컴퓨터 프로그램을 저장하는 메모리 유닛(143)(다시 말하면, 비-휘발성 데이터 캐리어)에 통신 가능하게 연결되는 것이 바람직하며, 상기 메모리 유닛(143)은 상기 제어 유닛(140) 내 적어도 하나의 프로세서(147)로 하여금 상기 컴퓨터 프로그램이 상기 적어도 하나의 프로세서(147) 상에서 실행될 때 위에서 설명한 동작들을 실행하게 하는 소프트웨어(145)를 또 포함한다.
요약해서 말하면, 그리고 도 2의 흐름도를 참조하여, 연료 전지들에 기초하여 전력을 생성하는 본 발명에 따른 일반적인 방법이 지금부터 설명될 것이다. 여기서 가정한 점은 상기 연료 전지들이 연료 전지 어레이로 배치되어 있다는 것이다.
제1 단계(210)에서, 상기 연료 전지 어레이는 연료 공급원으로부터 화학 연료, 예컨대 수소를 수용한다. 단계 210과 병행하여, 단계 220은 상기 화학 연료에 기초하여 상기 연료 전지 어레이에서 전력을 생성한다. 상기 전력은 출력 단자를 통해 제공되며 동적 전기 부하가 또한 상기 출력 단자에 연결된다.
단계 210에서 상기 연료 전지 어레이가 화학 연료를 수용하는 동안, 병행 단계 230은 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 총량에 대한 상기 화학 연료의 소비 정도를 등록한다. 단계 230 다음에 단계 250은 상기 연료 전지 어레이에 잉여 화학 연료가 있는지, 다시 말하면 소비된 것보다 많은 연료가 수용되어 있는지를 검사한다. 상기 연료 전지 어레이에 잉여 화학 연료가 있다면, 단계 270이 이어지고, 상기 연료 전지 어레이에 잉여 화학 연료가 있지 않다면, 절차는 단계 210으로 되돌아 간다. 단계 270에서, 상기 동적 전기 부하가 증가되게 하고, 그럼으로써 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 양과 상기 연료 전지 어레이에서 소비되는 화학 연료의 양 간 차이를 감소시킨다. 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 양에 대한 상기 연료 전지 어레이에서의 화학 연료의 소비 정도는 센서 신호, 예컨대 상기 연료 전지 어레이의 센서 셀의 전압을 나타내는 센서 신호를 통해 모니터링된다.
마찬가지로, 단계 220에서 상기 연료 전지 어레이에서 전력을 생성하는 동안; 단계 240은 상기 연료 전지 어레이에서 적어도 하나의 전압을 측정함으로써 이러한 생성을 모니터링한다. 후속 단계 260은 상기 적어도 하나의 전압이 적어도 하나의 임계값 미만인지를 검사한다. 상기 적어도 하나의 전압이 적어도 하나의 임계값 미만인 경우, 단계 280이 이어지고, 상기 적어도 하나의 전압이 적어도 하나의 임계값 미만이 아닌 경우, 절차는 단계 220으로 되돌아 간다. 단계 280에서, 상기 동적 전기 부하가 감소되게 하고, 그럼으로써 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 많은 부분이 상기 출력 단자를 통해 공급되는 것을 허용한다.
요약하면, 단계 250 및 260에서 수행되는 검사는 각각 상기 동적 전기 부하로 공급되도록 상기 연료 전지 어레이에 의해 생성된 전력의 분율을 제어하고 그럼으로써 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이에 수용된 화학 연료의 양과 상기 연료 전지 어레이에서 소비되는 화학 연료의 양 간 차이가 최소화되게 하는 것을 목적으로 한다.
위에서 도 2를 참조하여 설명한 모든 프로세스 단계과 아울러 임의의 부속-시퀀스 단계들은 프로그램된 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 더욱이, 첨부도면들을 참조하여 위에서 설명한 본 발명의 실시 예들이 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 프로세스 및 프로세스들을 포함하지만, 결과적으로 본 발명은 또한 본 발명을 실시하기에 적합한, 컴퓨터 프로그램, 특히 캐리어 상이나 또는 캐리어 내 컴퓨터 프로그램에 이르기까지 확장된다. 상기 프로그램은 부분적으로 컴파일된 형태와 같은 소스 코드, 객체 코드, 코드 중간 소스 및 객체 코드의 형태로 이루어질 수도 있고 본 발명에 따른 프로세스의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태로 이루어질 수도 있다. 상기 프로그램은 운영 체제의 일부일 수도 있고 별도의 애플리케이션일 수도 있다. 상기 캐리어는 상기 프로그램을 반송(搬送)할 수 있는 임의의 엔티티 또는 기기일 수 있다. 예를 들어, 상기 캐리어는 플래시 메모리, ROM(Read Only Memory), 예를 들어 DVD(Digital Video/Versatile Disk), CD(Compact Disc) 또는 반도체 ROM, EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 또는 자기 기록 매체, 예를 들어 플로피 디스크 또는 하드 디스크와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 캐리어는 전기 또는 광학 케이블을 통해 또는 무선 또는 다른 수단에 의해 전달될 수 있는 전기 또는 광학 신호와 같은 전송 가능한 캐리어일 수 있다. 상기 프로그램이 케이블 또는 다른 기기 또는 수단에 의해 직접 전달될 수 있는 신호로 구현될 때, 상기 캐리어는 그러한 케이블 또는 기기 또는 수단으로 구성될 수 있다. 대안으로, 상기 캐리어는 상기 프로그램이 엠베드된 집적 회로일 수 있고, 상기 집적 회로는 관련 프로세스들을 수행하거나 관련 프로세스들의 수행에 사용하기에 적합하다.
본원 명세서에서 사용될 때 "포함한다/포함하는"이라는 용어는 언급된 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 특정하기 위해 사용된다. 그러나, 상기 용어는 하나 이상의 추가 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들 또는 그들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.
본 발명은 도면들에서 설명된 실시 예들로 제한되지 않고 청구항들의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전력을 생성하기 위한 시스템(100)으로서,
    상기 시스템은,
    화학 연료(F)를 제공하도록 구성된 연료 공급원(110);
    상기 연료 공급원(110)으로부터 상기 화학 연료(F)를 수용하고 그에 기초하여 출력 단자(125)를 통해 제공되는 전력을 생성하도록 구성된 연료 전지 어레이(120);
    상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양에 대한 상기 연료 전지 어레이(120)에서의 화학 연료의 소비 정도를 반영하는 센서 신호(VS)를 등록하도록 구성된 센서 셀(130); 및
    상기 연료 전지 어레이(120)에서 적어도 하나의 전압(V1,…, Vn, VOUT)을 측정함으로써 상기 연료 전지 어레이(120)에서의 전력 생성을 모니터링하도록 구성된 제어 유닛(140);
    을 포함하고,
    상기 시스템(100)은 상기 출력 단자(125)에 연결된 동적 전기 부하(150)를 포함하며,
    상기 제어 유닛(140)은 상기 센서 신호(VS)를 수신하고 그에 응답하여 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되기 위해 상기 연료 전지 어레이(120)에 의해 생성되는 전력의 분율(PEF)을 제어(Ctrl-I)하도록 더 구성되며, 상기 제어 유닛(140)은 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양과 상기 연료 전지 어레이(120)에서 소비되는 화학 연료의 양 간 차이가 최소화되도록 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 상기 분율(PEF)을 제어하는 것을 특징으로 하는, 전력 생성 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양에 영향을 주도록 배치된 제어 가능한 밸브(115);
    를 포함하고,
    상기 제어 유닛(140)은 상기 센서 신호(VS)에 응답하여 상기 제어 가능 밸브(115)를 제어(Ctrl-F)하도록 구성되는, 전력 생성 시스템(100).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료 공급원(110)은 연료 탱크(111) 및 화학 반응기(117)를 포함하고, 상기 연료 탱크(111)는 화학 반응을 위한 적어도 하나의 공급원 물질(SS)을 보유하도록 구성되며, 상기 화학 반응기(117)는 상기 화학 반응을 통해 상기 화학 연료(F)를 생성하도록 구성되고, 상기 제어 가능한 밸브(115)는 상기 연료 탱크(111) 및 상기 화학 반응기(117) 간 상기 적어도 하나의 공급원 물질(SS)을 위한 통로로 배치되는, 전력 생성 시스템(100).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 화학 반응기(117) 내 압력 레벨을 반영하는 압력 신호(PS)를 생성하도록 구성된 압력 센서(160);
    를 포함하고,
    상기 제어 유닛(140)은 상기 압력 신호(PS)에 더 응답하여 상기 제어 가능한 밸브(115)를 제어하도록 구성되는, 전력 생성 시스템(100).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 화학 반응기(117) 내 온도를 반영하는 온도 신호(TS)를 생성하도록 구성된 온도 센서(170);
    를 포함하고,
    상기 제어 유닛(140)은 상기 온도 신호(TS)에 더 응답하여 상기 제어 가능 밸브(115)를 제어하도록 구성되는, 전력 생성 시스템(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적 전기 부하(150)는 충전식 배터리 및 슈퍼커패시터 중 적어도 하나를 포함하는, 전력 생성 시스템(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(140)에 의해 측정된 적어도 하나의 전압(V1,…, Vn, VOUT)은,
    상기 연료 전지 어레이(120) 내 다수의 연료 전지(FC)의 각각의 연료 전지에 대한 대응하는 개별 전압(V1,…, Vn);
    을 포함하며, 상기 제어 유닛(140)은 상기 대응하는 개별 전압들 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 미만인 경우 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 분율(PEF)을 감소시키도록 구성되는, 전력 생성 시스템(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(140)에 의해 측정된 적어도 하나의 전압(V1,…, Vn, VOUT)은,
    상기 출력 단자(125)에 걸린 출력 전압(VOUT);
    을 포함하며, 상기 제어 유닛(140)은 상기 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압 미만인 경우 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 분율(PEF)을 감소시키도록 구성되는, 전력 생성 시스템(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 동적 전기 부하(150)로 흐르는 전류의 크기를 변화시킴으로써 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 전력의 분율(PEF)을 제어(Ctrl-I)하도록 구성되는, 전력 생성 시스템(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(140)은 스위칭 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나가 상기 센서 셀(130)로부터의 센서 신호(VS)에 의해 표현되는 전압에 의해 제어 가능한 스위치 모드 DC-DC 컨버터를 포함하는, 전력 생성 시스템(100).
  11. 전력을 생성하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    연료 공급원(110)으로부터 연료 전지 어레이(120)로 화학 연료(F)를 제공하는 단계;
    상기 화학 연료(F)에 기초하여 상기 연료 전지 어레이(120)에서 전력을 생산하는 단계 - 상기 전력은 출력 단자(125)를 통해 제공됨 -;
    상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양에 대한 상기 연료 전지 어레이에서의 화학 연료(F)의 소비 정도를 반영하는 센서 신호(VS)를 센서 셀(130)을 통해 등록하는 단계; 및
    상기 연료 전지 어레이(120)에서 적어도 하나의 전압(V1,…, Vn, VOUT)을 측정함으로써 상기 연료 전지 어레이(120)에서의 전력 생성을 모니터링하는 단계;
    를 포함하며,
    동적 전기 부하(150)는 상기 출력 단자(125)에 연결되고,
    상기 방법은,
    상기 센서 신호(VS)를 수신하고 그에 응답하여 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되기 위해 상기 연료 전지 어레이(120)에 의해 생성된 전력의 분율(PEF)을 제어하는 단계;
    를 더 포함하며, 상기 분율(PEF)은 전력을 생성할 때 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양과 상기 연료 전지 어레이(120)에서 소비되는 화학 연료의 양 사이의 차이가 최소화되도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 전력 생성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제어 가능한 밸브(115)는 상기 연료 전지 어레이(120)에 수용된 화학 연료(F)의 양에 영향을 주도록 배치되고, 상기 방법은,
    상기 센서 신호(VS)에 응답하여 상기 제어 가능한 밸브(115)를 제어(Ctrl-F)하는 단계;
    를 더 포함하는, 전력 생성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연료 공급원(110)은 연료 탱크(111) 및 화학 반응기(117)를 포함하고, 상기 연료 탱크(111)는 화학 반응을 위한 적어도 하나의 공급원 물질(SS)을 유지하도록 구성되며, 상기 화학 반응기(117)는 상기 화학 반응을 통해 상기 화학 연료(F)를 생성하도록 구성되고, 상기 제어 가능한 밸브(115)는 상기 연료 탱크(111)와 상기 화학 반응기(117) 간 상기 적어도 하나의 공급원 물질(SS)을 위한 통로로 배치되는, 전력 생성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    압력 센서(160)는 상기 화학 반응기(117) 내 압력 레벨을 반영하는 압력 신호(PS)를 생성하도록 구성되고, 상기 방법은,
    상기 압력 신호(PS)에 더 응답하여 상기 제어 가능한 밸브(115)를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 전력 생성 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    온도 센서(170)는 상기 화학 반응기(117) 내 온도를 반영하는 온도 신호(TS)를 생성하도록 구성되며, 상기 방법은,
    상기 온도 신호(TS)에 더 응답하여 상기 제어 가능한 밸브(115)를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는, 전력 생성 방법.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측정된 전압(V1,…, Vn, VOUT)은 상기 연료 전지 어레이(120) 내 다수의 연료 전지(FC)의 각각의 연료 전지에 대한 대응하는 개별 전압(V1,…, Vn)을 포함하며, 상기 방법은,
    상기 대응하는 개별 전압들 중 적어도 하나가 제1 임계 전압 미만인 경우 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 분율(PEF)을 감소시키는 단계;
    를 더 포함하는, 전력 생성 방법.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측정된 전압(V1,…, Vn, VOUT)은 상기 출력 단자(125)에 걸린 출력 전압(VOUT)을 포함하고, 상기 방법은,
    상기 출력 전압(VOUT)이 제2 임계 전압 미만인 경우 상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 분율(PEF)을 감소시키는 단계;
    를 더 포함하는, 전력 생성 방법.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동적 전기 부하(150)로 공급되는 전력의 분율(PEF)은 상기 동적 전기 부하(150)로 흐르는 전류의 크기를 변화시킴으로써 제어되는, 전력 생성 방법.
  19. 처리 유닛(147)에 통신 가능하게 연결된 비-휘발성 데이터 캐리어(143)에 로드 가능한 컴퓨터 프로그램(145)으로서, 상기 컴퓨터 프로그램(145)은 상기 컴퓨터 프로그램(145)이 상기 처리 유닛(147)에서 실행될 때 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 소프트웨어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램(145).
  20. 제19항의 컴퓨터 프로그램(145)을 포함하는 비-휘발성 데이터 캐리어(143).
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