KR20210037666A - 연료 전지 장치 및 배터리를 갖는 전력 공급 장치, 연료 전지 차량, 및 전력 공급 장치의 시동 방법 - Google Patents

연료 전지 장치 및 배터리를 갖는 전력 공급 장치, 연료 전지 차량, 및 전력 공급 장치의 시동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연료 전지 장치(5)가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(4), 및 배터리(7)가 내장되어 있는 서브 전력 공급 시스템(6)을 구비한, 하나 이상의 사용자 장치(2, 3)에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치(1)에 관한 것으로, 상기 배터리는, 위로는 최대 전압에 의해서 그리고 아래로는 최소 전압에 의해서 제한된 작동 전압 범위, 및 하나 이상의 사용자 장치(2, 3)에 전력을 공급하기 위한 작동 전류 세기 범위를 갖는다. 연료 전지 장치(5)의 무부하 전압은 최대로는 배터리(7)의 최대 전압에 상응하며, 이 경우 메인 전력 공급 시스템(4) 내에는, 연료 전지 장치(5)에서 또는 연료 전지 장치(5)의 개별 연료 전지들에서 임피던스 분광법 측정을 실행하도록 설계된 임피던스 분광법 장치(15)가 제공된다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 전력 공급 장치(1)를 구비한 연료 전지 차량, 및 전력 공급 장치(1)의 시동 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 장치 및 배터리를 갖는 전력 공급 장치, 연료 전지 차량, 및 전력 공급 장치의 시동 방법
본 발명은, 연료 전지 장치가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템을 갖는, 하나 이상의 사용자 장치에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치에 관한 것이다. 또한, 전력 공급 장치는, 배터리가 내장되어 있는 서브 전력 공급 시스템을 포함하며, 이 경우 배터리는, 위로는 최대 전압에 의해서 그리고 아래로는 최소 전압에 의해서 제한된 작동 전압 범위를 갖는다. 또한, 배터리는, 하나 이상의 사용자 장치에 전력을 공급하기 위한 작동 전류 세기 범위를 갖는다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 전력 공급 장치를 갖는 연료 전지 차량, 및 이와 같은 전력 공급 장치를 시동하기 위한 방법과도 관련이 있다.
전력 공급 장치가 자동차에 사용되는 경우, 이 전력 공급 장치는 매우 다양한 기후 조건의 영향을 받는다. 이 경우, 물의 빙점보다 낮은 온도는 공지된 바와 같이 전력 공급 장치 내에서 연료 전지 장치를 시동할 때 상당한 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 결빙 조건이 존재하는 경우에는, 애노드 공간 및/또는 캐소드 공간이 얼음에 의해 막힐 수 있음으로써, 작동 매체가 연료 전지 장치의 애노드 및/또는 캐소드에서 원하는 양으로 사용될 수 없게 된다. 결빙은 연료 전지 장치의 입구 측 및 출구 측에서도 플랩, 밸브 등과 같은 액추에이터의 오기능을 야기할 수 있거나, 작동 매체를 안내하는 라인의 막힘을 유발할 수 있다.
즉, 결빙 시작 위험의 전제 조건이 충족되는 한, 예를 들어 주변 온도가 섭씨 5도 아래인 경우, 연료 전지 장치 및 이 연료 전지 장치를 포함하는 전력 공급 장치는 정상 모드로 전환 가능해지기 전에 결빙 시작 모드에서 작동된다.
서두에서 언급한 유형의 전력 공급 장치에서 결빙 시작 조건을 검출하기 위한 공지된 해결책은, 항시 DC/DC 컨버터(전압 컨버터 또는 인버터)를 통해 서브 전력 공급 시스템과 연결되어 있는 메인 전력 공급 시스템을 제공한다. 이때, DC/DC 컨버터는 임피던스 분광법 기능을 포함하며, 이를 통해 연료 전지 장치 내부의 수분 함량, 이로써 연료 전지 스택 내부의 수분 함량이 결정될 수 있다. 임피던스 측정, 특히 임피던스 분광법을 사용하면, 개별 연료 전지 내부의 멤브레인 저항, 반응물의 질량 수송, 전하 전달 저항 및 이중층 커패시턴스에 대한 추론이 도출될 수 있다.
그러나 전압 컨버터의 사용은, 추가 중량 및 전력 공급 장치를 위해 제공되어야 하는 추가 설치 공간을 야기한다.
따라서, 본 발명의 과제는, 가급적 단순한 구조를 갖는 동시에 연료 전지 장치의 상태에 관한 신뢰성 있는 정보를 가능하게 하는, 하나 이상의 사용자 장치에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 결빙 시작 조건의 존재를 간단한 방식으로 검출할 수 있는 전력 공급 장치를 구비한 연료 전지 차량, 및 이와 같은 전력 공급 장치를 시동하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
전력 공급 장치와 관련된 과제는, 청구항 1의 특징들을 가진 전력 공급 장치에 의해서 해결된다. 본 발명의 유용한 개선들을 포함하는 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다. 이 경우, 특히 연료 전지 장치의 무부하 전압이 최대로는 배터리의 최대 전압에 상응하며, 이 경우 메인 전력 공급 시스템 내에는, 연료 전지 장치에서 또는 연료 전지 장치의 개별 연료 전지들에서 임피던스 분광법 측정을 실행하도록 설계된 임피던스 분광법 장치가 제공된다.
이때, 다시 말해 임피던스 분광법 장치는, 연료 전지 장치 내에 또는 이 장치의 구성 요소들에 결빙 시작 조건이 존재하는지에 대해 연료 전지 장치를 검사하는 데 이용된다. 결빙 시작 조건이 확인되면, 예를 들어 연료 전지 장치를 가열하기 위해 가열 소자가 활성화될 수 있으며, 이로 인해 얼음에 의해 차단된 부품에 다시 접근할 수 있게 된다. 대안적으로, 발생 가능한 막힘 상태를 해제하기 위해 전지 또는 반응물 챔버의 세척을 야기하도록, 반응물의 질량 흐름을 증가시킬 수도 있다. 또한, 연료 전지 장치를 더 낮은 전압으로 작동하는 것도 고려된다. 연료 전지 장치의 낮은 전압으로 인해, 개별 연료 전지에 의해 H2 1g당 더 많은 열이 생성됨으로써, 연료 전지 장치는 자체 가열되고, 발생 가능한 얼음이 녹는다.
임피던스 분광법 장치는, 이 장치가 메인 전력 공급 시스템 및/또는 서브 전력 공급 시스템 내에서 사용되는 DC/DC 컨버터로 인해 제약을 받지 않으면서, 특별히 연료 전지 장치의 요건에 맞추어 구성될 수 있다. 또한, 임피던스 분광법 장치는, DC/DC 컨버터를 사용하는 경우보다 더 비용 효율적인 구현을 제공하며, 이로써 간소화된 구조를 갖는 전력 공급 장치의 콤팩트한 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 범주에서는, 예를 들어 구동 유닛을 갖는 구동 장치가 사용자 장치로서 고려된다. 상기 구동 장치가 서브 전력 공급 시스템에 전기적으로 연결되어 있다면, 이 구동 장치는 연료 전지 차량의 구동을 위해, 즉, 연료 전지 차량의 구동에 맞춰진 구동 토크를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 이를 위해, 구동 장치는, 전기 기계로서 구성되고 메인 전력 공급 시스템 및/또는 서브 전력 공급 시스템을 통해 전기 에너지를 공급받을 수 있는 하나 이상의 구동 유닛을 구비한다. 물론, 구동 장치는 하이브리드 구동 장치로서 설계될 수 있으며, 이러한 점에서 상기 구동 유닛에 추가로 이 구동 유닛과 다른 타입의 하나 이상의 추가 구동 유닛을 구비할 수 있다. 이 추가 구동 유닛은 예를 들어 내연 기관 등으로서 존재한다.
메인 전력 공급 시스템 및 서브 전력 공급 시스템은 바람직하게 연료 전지 차량의 온보드 전기 시스템을 형성하거나 이와 같은 온보드 전기 시스템의 하나 이상의 영역을 나타낸다. 메인 전력 공급 시스템 내에는 연료 전지 장치 형태의 제1 전원이 제공되고, 서브 전력 공급 시스템 내에는 배터리 형태의 제2 전원이 제공된다. 연료 전지 장치는 단일 연료 전지의 형태로 제공될 수 있거나, 대안적으로 복수의 연료 전지를 갖는 연료 전지 스택으로서 제공될 수 있다. 연료 전지 장치는 온보드 전기 시스템에 전기 에너지를 신뢰성 있게 공급하는 데 이용된다. 배터리도 마찬가지로 온보드 전기 시스템에 전기 에너지를 신뢰성 있게 공급하기 위해 이용되며, 에너지, 특히 연료 전지 장치에 의해 제공된 에너지의 임시 저장을 위해 이용된다.
사용자 장치, 즉, 전기 기계가 서브 전력 공급 시스템에 전기적으로 접속되고, 바람직하게는 연료 전지 차량의 운전 모드 동안 배터리와 영구적으로 전기적으로 연결된다. 구동 유닛 형태의 사용자 장치를 서브 전력 공급 시스템에 연결하는 것은 예를 들어 인버터, 특히 펄스 인버터를 통해서 실현될 수 있다.
본 발명의 범주에서는, 임피던스 분광법 장치가 연료 전지 장치의 집전기에 상이한 주파수의 교류를 인가하도록 설계되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 이 교류를 토대로 임피던스, 즉, 교류 전압 저항이 결정될 수 있다. 교류 전압 저항이 정상값에서 벗어나면, 이 교류 전압 저항은 결빙 시작 조건이 존재한다는 피드백을 제공한다.
지금까지는, 연료 전지 장치의 임피던스를 결정하기 위하여, DC/DC 컨버터를 사용해서 상기 교류를 연료 전지 장치의 집전기 내로 인가하는 것이 가능했다. 그러나 바람직하게 본 발명에서는 전압 컨버터가 생략되기 때문에, 연료 전지 장치의 임피던스를 측정하거나 결정할 수 있도록 하기 위해 임피던스 분광법 장치가 사용되며, 그 결과 이 기능은 전력 공급 장치의 컨버터 없는 구성에서 그대로 유지된다.
임피던스 분광법 장치가 연료 전지 장치 자체의 전류 및/또는 전압을 측정하도록, 그리고 바람직하게는 연료 전지 장치의 시간 경과에 따른 거동을 기록하도록 구성될 수 있는 가능성이 존재한다. 따라서, 임피던스 분광법 장치는, 연료 전지 장치의 작동 상태에 대한 신뢰성 있는 정보를 제공하는 측정 시스템을 형성한다. 시간 경과에 따른 측정 거동이 기록되면, 연료 전지 장치에서의 노후화 효과도 검출될 수 있다.
바람직하게, 메인 전력 공급 시스템은 제1 메인 전력 공급 시스템 단자 및 제2 메인 전력 공급 시스템 단자를 구비하며, 이 경우 임피던스 분광법 장치가 일측 단부에서는 제1 메인 전력 공급 시스템 단자에 연결되고, 타측 단부에서는 제2 메인 전력 공급 시스템 단자에 연결된다. 또한, 서브 전력 공급 시스템은 제1 서브 전력 공급 시스템 단자 및 제2 서브 전력 공급 시스템 단자를 구비하며, 이 경우 제1 메인 전력 공급 시스템 단자와 제1 서브 전력 공급 시스템 단자는 차단 다이오드를 통해 연결되고, 제2 메인 전력 공급 시스템 단자와 제2 서브 전력 공급 시스템 단자는 서로 직접 연결된다. 따라서, 이와 관련하여 제2 메인 전력 공급 시스템 단자 및 제2 서브 전력 공급 시스템 단자에는 동일한 전기 전위가 존재하게 된다. 그와 달리, 제1 메인 전력 공급 시스템 단자와 제1 서브 전력 공급 시스템 단자는 차단 다이오드를 통해 간접적으로만 서로 연결된다. 연료 전지 장치와 배터리는 서로 매칭되어 있고, 전압 컨버터가 없기 때문에 매우 간단하고 저렴한 구조를 특징으로 하는 전력 공급 장치의 매우 효율적인 작동을 가능하게 한다. 즉, 이러한 점에서, 메인 전력 공급 시스템이 전압 컨버터 없이 서브 전력 공급 시스템에 연결되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다.
바람직하게, 차단 다이오드는 메인 전력 공급 시스템으로부터 서브 전력 공급 시스템의 방향으로 순방향을 갖는다. 그에 상응하게, 메인 전력 공급 시스템 내에 충분히 높은 전압이 존재하면, 메인 전력 공급 시스템으로부터 전기 에너지가 서브 전력 공급 시스템 내에 도달할 수 있다. 그에 반해 역 전달 방향은 배제됨으로써, 배터리로부터 연료 전지 장치 내로는 전류가 전혀 흐르지 않는다. 메인 전력 공급 시스템에 허용되지 않을 정도로 높은 전압이 인가되는 상황이 방지된다.
본 발명의 일 개선예는, 배터리가 특정 수의 배터리 셀을 구비하고, 그리고/또는 연료 전지 장치가 특정 수의 연료 전지를 구비하는 구성을 제안하며, 이 경우 배터리 셀의 수 및/또는 연료 전지의 수는, 연료 전지 장치의 무부하 전압이 배터리의 최대 전압에 상응하도록 선택된다. 하지만, 바람직하게는, 연료 전지 장치의 무부하 전압은 실질적으로 배터리 최대 전압의 적어도 85%, 바람직하게는 배터리 최대 전압의 90%, 더욱 바람직하게는 배터리 최대 전압의 95%에 상응한다. 이와 같은 구성에 의해, 연료 전지 장치 및 배터리의 전압/전류 특성곡선의 매칭이 수행될 수 있으며, 더 구체적으로는 연료 전지 장치의 배터리 셀의 수 및/또는 연료 전지의 수를 통해 매칭이 이루어질 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 예를 들어 상이한 공칭 전압을 갖는 서로 다른 타입의 배터리 셀이 배터리의 특성곡선을 연료 전지 장치의 특성곡선에 매칭시키는 데 이용될 수 있다.
또한, 작동 전류 세기 범위의 상응하는 선택을 통해; 그리고/또는 역시 배터리 셀의 수 및 실시예 및/또는 연료 전지 또는 배터리 셀 타입의 수 및 실시예의 선택을 통해; 연료 전지 장치에 의해 제공된 연료 전지 전압이 작동 전류 세기 범위에 걸쳐 배터리의 최소 전압보다 높은 점도 보장된다. 이와 관련하여, 연료 전지 장치와 배터리의 상호 매칭은, 연료 전지 장치와 배터리를 설계할 때 간단하게 구현될 수 있는 조치들에 의해서만 수행된다.
또한, 임피던스 분광법 장치가 클럭 방식으로 작동 가능한 파워 반도체 스위치로 형성되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 이를 통해, 바람직하게 상이한 주파수의 교류가 연료 전지 장치 내로 인가될 수 있다. 특히 작동 안전적이고, 수명이 길며, 스위칭 시간이 짧은 파워 반도체 스위치로서, MOSFET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)가 적합한 것으로 입증되었다.
연료 전지 차량과 관련된 과제는, 청구항 9의 특징을 가진 연료 전지 차량에 의해서 해결된다. 이와 같은 연료 전지 차량에 상기 전기 공급 장치를 사용하면 총 중량이 감소하게 되고, 이 경우 설치 공간 및 비용이 절약된다.
방법과 관련된 과제는, 청구항 10의 특징을 가진 방법에 의해서 해결되며, 이 방법은 특히 다음 단계들:
a. 임피던스 분광법 장치(15)를 사용하여 연료 전지 장치(5)의 집전기에 교류를 인가하는 단계,
b. 응답 신호를 검출하고, 이 응답 신호를 사전 설정된 신호 값과 비교하는 단계, 및
c1. 사전 설정된 신호 값으로부터의 응답 신호의 편차가 적어도 사전 정의된 크기의 수준인 것으로 확인되는 경우, 결빙 시작 모드에서 전력 공급 장치를 시동하는 단계, 또는
c2. 사전 설정된 신호 값으로부터의 응답 신호의 편차가 사전 정의된 크기보다 작은 수준인 것으로 확인되는 경우, 정상 모드에서 전력 공급 장치를 시동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 결빙 시작 조건의 확인은, 연료 전지 장치에서의 임피던스 측정에 의해, 특히 전기 화학적 임피던스 분광법을 이용하여 실현된다. 이를 위해, 매우 콤팩트하게 형성된 전력 공급 장치가 사용된다. 신호로서는 예를 들어 전압 신호 또는 전류 신호도 고려된다. 임피던스, 즉, 연료 전지 장치 또는 그의 개별 연료 전지들의 교류 전압 저항을 직접 결정할 수 있는 가능성도 열려 있다.
본 발명의 또 다른 장점들, 특징들 및 세부 사항은 청구범위, 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명부로부터, 그리고 도면부를 토대로 도출된다.
도 1은 연료 전지 차량을 구동하기 위한 구동 유닛을 구비한 구동 장치 형태의 하나 이상의 사용자 장치에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 1에는, 제1 사용자 장치(2) 및 제2 사용자 장치(3)에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치(1)의 개략도가 도시되어 있다. 본 전력 공급 장치(1)는 바람직하게, 상세하게 도시되지 않은 또 다른 사용자 장치에도 전기 에너지를 공급할 수 있다.
전력 공급 장치(1)는, 연료 전지 장치(5)가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(4)을 포함한다. 또한, 전력 공급 장치(1)는, 배터리(7)가 내장되어 있는 서브 전력 공급 시스템(6)을 구비하며, 이 경우 배터리는, 위로는 최대 전압에 의해서 그리고 아래로는 최소 전압에 의해서 제한된 작동 전압 범위를 갖는다. 또한, 배터리(7)는, 아래로는 최소 전류 세기에 의해서 그리고 위로는 최대 전류 세기에 의해서 제한된 작동 전류 세기 범위를 갖는다. 배터리(7)는 사용자 장치(2, 3)에 전력을 공급하도록 설계된다.
사용자 장치(2)는, 전기 기계의 형태로 존재하는 구동 유닛(8)을 포함한다. 이 전기 기계는 전형적으로 3상 교류에 의해 작동될 수 있고, 바람직하게는 연료 전지 차량용 견인 모터로서 형성된다. 메인 전력 공급 시스템(4) 및 서브 전력 공급 시스템(6)도 고전압 및 직류를 공급하기 때문에, 사용자 장치(2)에는 직류를 3상 교류로 변환하는 인버터(9)가 추가로 할당되어 있다. 사용자 장치(2)의 일 개선예에서는, 구동 유닛(8)이 제너레이터로서도 사용될 수 있음으로써, 예를 들어 제동 과정에서 구동 유닛(8)에 의해 생성되는 에너지가 인버터(9)를 통해 다시 배터리(7)에 공급될 수 있다.
사용자 장치(3)도 마찬가지로 메인 전력 공급 시스템(4) 및 서브 전력 공급 시스템(6)으로 구성된 온보드 전기 시스템에 연결될 수 있다. 사용자 장치(3)로서는, 예를 들어 연료 전지 장치(5)의 보조 컴포넌트들, 충전 장치, 12V DC/DC 컨버터, 고전압 히터, 전기식 공조 압축기 등이 고려된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 메인 전력 공급 시스템(4)은 컨버터 없이 또는 전압 컨버터 없이 서브 전력 공급 시스템(6)에 연결되어 있다. 연료 전지 장치(5)는 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(10) 및 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(11)를 구비한다. 그에 상응하게, 서브 전력 공급 시스템(6) 내의 배터리(7)는 제1 서브 전력 공급 시스템 단자(12) 및 제2 서브 전력 공급 시스템 단자(13)를 구비한다. 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(10)는 차단 다이오드(14)를 통해서 제1 서브 전력 공급 시스템 단자(12)에 연결된다. 이 경우, 차단 다이오드(14)의 순방향은 메인 전력 공급 시스템(4)으로부터 서브 전력 공급 시스템(6)으로의 방향이다. 그에 반해, 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(11)는 제2 서브 전력 공급 시스템 단자(13)와 직접 전기적으로 연결된다.
또한, 메인 전력 공급 시스템(4) 내에는, 연료 전지 장치(5)에서 임피던스 분광법 측정을 실행하도록 구성된 임피던스 분광법 장치(15)도 존재한다. 여기서, 임피던스 분광법 장치(15)는 연료 전지 장치(5)에 병렬로 접속되어 있고, 연료 전지 장치(5)의 집전기에 상이한 주파수의 교류를 인가하도록 구성되어 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 임피던스 분광법 장치(15)는 또한, 연료 전지 장치(5)의 전류 및/또는 전압을 측정하도록, 그리고 바람직하게는 시간 경과에 따른 거동을 기록하도록 구성된다. 바람직하게는, 임피던스 분광법 장치(15)가 일측 단부에서는 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(10)에 전기적으로 연결되고, 타측 단부에서는 제2의 전력 공급 시스템 단자(11)에 전기적으로 연결된다. 이 경우, 두 가지 연결은 모두 직접 연결이기 때문에, 특히 차단 다이오드(14)는 임피던스 분광법 장치(15)에 전혀 영향을 미치지 않는다. 임피던스 분광법 장치(15)는 클록 방식으로 동작할 수 있는 파워 반도체 스위치, 특히 MOSFET로서 형성될 수 있다.
결빙 시작 조건을 검출하기 위해, MOSFET는, 상기와 같이 형성된 임피던스 분광법 장치(15)가 연료 전지 장치의 집전기에 교류를 인가하도록 클럭 방식으로 작동된다. 그런 다음, 응답 신호가 검출되어 사전 설정된 신호 값과 비교된다. 사전 설정된 신호 값으로부터의 응답 신호의 편차가 확인되면, 이 편차는 결빙 상황의 존재를 암시할 수 있다. 그러나 미약한 편차는 용인될 수 있기 때문에, 편차 범위가 사전 설정된다. 즉, 사전 설정된 크기만큼의 편차는 계속해서 정상 모드에서의 공급 장치(1)의 시동을 유도한다. 그러나 사전 설정된 편차 범위를 벗어나서 사전 정의된 편차 크기보다 큰 편차가 확인되면, 전력 공급 장치(1)는 결빙 시작 모드에서 작동되거나 시동된다.
전술한 구성에 의해, 전력 공급 장치(1)의 매우 효율적인 작동이 보장될 수 있다. 즉, 이러한 공급 장치(1)에 의해 전기 에너지를 공급받는 구동 장치에 대해서도 상응하는 내용이 적용된다. 또한, 전력 공급 장치(1)가 매우 간단하게 구현될 수 있음으로써, 연료 전지 차량에 사용될 경우에 설치 공간 장점 및 비용 장점이 도출된다.
1: 전력 공급 장치
2: 사용자 장치
3: (제2) 사용자 장치
4: 메인 전력 공급 시스템
5: 연료 전지 장치
6: 서브 전력 공급 시스템
7: 배터리
8: 구동 유닛
9: 인버터
10: 제1 메인 전력 공급 시스템 단자
11: 제2 메인 전력 공급 시스템 단자
12: 제1 서브 전력 공급 시스템 단자
13: 제2 서브 전력 공급 시스템 단자
14: 차단 다이오드
15: 임피던스 분광법 장치

Claims (10)

  1. 연료 전지 장치(5)가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(4), 및 배터리(7)가 내장되어 있는 서브 전력 공급 시스템(6)을 구비한, 하나 이상의 사용자 장치(2, 3)에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치(1)로서, 상기 배터리가 위로는 최대 전압에 의해서 그리고 아래로는 최소 전압에 의해서 제한된 작동 전압 범위, 및 하나 이상의 사용자 장치(2, 3)에 전력을 공급하기 위한 작동 전류 세기 범위를 갖는, 전력 공급 장치에 있어서,
    연료 전지 장치(5)의 무부하 전압이 최대로는 배터리(7)의 최대 전압에 상응하며, 메인 전력 공급 시스템(4) 내에는, 연료 전지 장치(5)에서 또는 연료 전지 장치(5)의 개별 연료 전지들에서 임피던스 분광법 측정을 실행하도록 설계된 임피던스 분광법 장치(15)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 임피던스 분광법 장치(15)가 연료 전지 장치(5)의 집전기에 상이한 주파수의 교류를 인가하도록 설계된 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 임피던스 분광법 장치(15)가 연료 전지 장치(5)의 전류 및/또는 전압을 측정하도록 설계된 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 메인 전력 공급 시스템(4)이 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(11) 및 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(12)를 구비하고, 임피던스 분광법 장치(15)가 일측 단부에서는 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(11)에 연결되고, 타측 단부에서는 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(12)에 연결되며; 서브 전력 공급 시스템(6)이 제1 서브 전력 공급 시스템 단자(12) 및 제2 서브 전력 공급 시스템 단자(13)를 구비하고, 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(10)와 제1 서브 전력 공급 시스템 단자(12)는 차단 다이오드(14)를 통해 연결되며, 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(11)와 제2 서브 전력 공급 시스템 단자(13)는 서로 직접 연결되는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 메인 전력 공급 시스템(4)이 전압 컨버터 없이 서브 전력 공급 시스템(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리(7)가 특정 수의 배터리 셀을 구비하고, 그리고/또는 연료 전지 장치(5)가 특정 수의 연료 전지를 구비하며, 배터리 셀의 수 및/또는 연료 전지의 수는, 연료 전지 장치(5)의 무부하 전압이 배터리(7)의 최대 전압에 상응하도록 선택된 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 임피던스 분광법 장치(15)가 클럭 방식으로 작동 가능한 파워 반도체 스위치로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  8. 제7항에 있어서, 클럭 방식으로 작동 가능한 파워 반도체 스위치는 MOSFET인 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전력 공급 장치(1)를 구비한, 연료 전지 차량.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전력 공급 장치(1)를 시동하기 위한 방법에 있어서, 다음 단계들:
    a. 임피던스 분광법 장치(15)를 사용하여 연료 전지 장치(5)의 집전기에 교류를 인가하는 단계,
    b. 응답 신호를 검출하고, 이 응답 신호를 사전 설정된 신호 값과 비교하는 단계, 및
    c1. 사전 설정된 신호 값으로부터의 응답 신호의 편차가 적어도 사전 정의된 크기의 수준인 것으로 확인되는 경우, 결빙 시작 모드에서 전력 공급 장치를 시동하는 단계, 또는
    c2. 사전 설정된 신호 값으로부터의 응답 신호의 편차가 사전 정의된 크기보다 작은 수준인 것으로 확인되는 경우, 정상 모드에서 전력 공급 장치를 시동하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치 시동 방법.
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