KR20230046754A - Fuel cell system and power control method thereof - Google Patents

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KR20230046754A
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송세훈
박영철
이용희
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현대모비스 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system and a power control method thereof. The system according to the present invention includes: a plurality of fuel cell stacks; a plurality of converters connected to each of the plurality of fuel cell stacks to boost and output voltage output from the fuel cell stacks; an inverter that converts the direct current power output by the plurality of converters into alternating current power and outputs the power into a load of the power system; and a controller that distributes the target generation power required by the power system to each of the plurality of fuel cell stacks based on a value that changes with time.

Description

연료전지 시스템 및 그의 전력 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM AND POWER CONTROL METHOD THEREOF}Fuel cell system and power control method thereof {FUEL CELL SYSTEM AND POWER CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 연료전지 시스템 및 그의 전력 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and a power control method thereof.

연료전지 시스템은 연료전지 스택을 이용하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 수소가 연료전지 스택의 연료로 사용되는 경우 지구환경문제를 해결하는 대안이 될 수 있으므로 연료전지 시스템에 대한 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다. A fuel cell system may generate electrical energy using a fuel cell stack. For example, when hydrogen is used as a fuel for a fuel cell stack, continuous R&D on fuel cell systems is being conducted because it can be an alternative solution to global environmental problems.

연료전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하며 물 관리 기능을 수행하는 열 관리 시스템(thermal management system, TMS)을 포함할 수 있다.The fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply device that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply device that supplies oxygen in the air, which is an oxidant required for electrochemical reactions, to the fuel cell stack, and fuel. It may include a thermal management system (TMS) that removes reaction heat from the cell stack to the outside of the system, controls the operating temperature of the fuel cell stack, and performs a water management function.

연료전지 시스템을 포함하는 차량, 즉, 연료전지 차량은 연료전지 스택에 의해 발전된 전력을 내부의 부하 측에 공급할 수 있다. 또한, 연료전지 차량은 외부 전력 계통에 연결하여, 연료전지 스택에 의해 발전된 전력을 외부 전력 계통으로 공급하여 활용하기도 한다.A vehicle including a fuel cell system, that is, a fuel cell vehicle may supply power generated by a fuel cell stack to an internal load side. In addition, the fuel cell vehicle may be connected to an external power system and supply and utilize power generated by the fuel cell stack to the external power system.

연료전지 스택은 PEMFC(고분자 전해질 연료전지)의 특성상 연료전지 스택 내부, 예를 들어, 전극, 가스확산층 및 분리판 유로 등의 습도 유지를 위해 출력을 변화시켜 주는 것이 효과적이다.Due to the characteristics of a PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell), it is effective to change the output to maintain humidity in the fuel cell stack, for example, electrodes, gas diffusion layers, and separator passages.

하지만, 연료전지 스택이 발전용으로 운전하는 경우, 미리 계획하거나 측정한 출력을 지속적으로 내보내야 하므로, 연료전지 스택의 출력에 변동이 거의 없어 연료전지 스택 내부의 습도 유지가 어렵다. 이로 인해, 연료전지 스택 내부의 습도가 낮아지면, 드라이 아웃(DRY-OUT)이 발생하여 물분자의 도움을 받는 양이온의 전달이 어려워지게 된다. However, when the fuel cell stack is operated for power generation, it is difficult to maintain humidity inside the fuel cell stack because there is little change in the output of the fuel cell stack because it must continuously output a preplanned or measured output. Due to this, when the humidity inside the fuel cell stack is lowered, dry-out occurs, making it difficult to transfer cations assisted by water molecules.

한편, 연료전지 스택 내부의 습도가 과도하게 높아지면, 응축수가 다수 발생하여 유로를 차단하는 플러딩 현상이 발생하여 수소나 공기 등의 가스의 공급을 차단하게 되고, 그에 따라 연료전지 스택의 성능이 저하되고, 내구성이 저하되는 문제가 있었다.On the other hand, when the humidity inside the fuel cell stack becomes excessively high, a flooding phenomenon occurs in which a large amount of condensed water is generated and blocks the flow path, thereby blocking the supply of gases such as hydrogen or air, thereby deteriorating the performance of the fuel cell stack. And there was a problem that the durability is lowered.

본 발명의 일 목적은, 복수 개의 연료전지 스택의 발전 목표 전력을 시간 흐름에 따라 변화하도록 균형에 맞추어 분배하고, 계통 발전용 운전 시에도 연료전지 스택 내부의 습도를 유지하도록 하여 드라이 아웃 또는 플러딩을 방지함으로써 연료전지 스택이 안정적으로 운전할 수 있도록 한, 연료전지 시스템 및 그의 전력 제어 방법을 제공함에 있다.One object of the present invention is to distribute target power generation of a plurality of fuel cell stacks in a balanced manner so as to change over time, and to maintain humidity inside the fuel cell stack even during system power generation operation, thereby preventing dry-out or flooding. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system and a power control method thereof, which enable a fuel cell stack to stably operate by preventing

또한, 본 발명의 다른 목적은, 복수 개의 연료전지 스택 각각의 출력을 연속적으로 변화시킴으로써 연료전지 스택의 내구성이 향상되도록 한, 연료전지 시스템 및 그의 전력 제어 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a fuel cell system and a power control method thereof, in which durability of a fuel cell stack is improved by continuously changing the output of each of a plurality of fuel cell stacks.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 복수 개의 연료전지 스택, 상기 복수 개의 연료전지 스택에 각각 대응되도록 연결되어 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 승압하여 출력하는 복수 개의 컨버터, 상기 복수 개의 컨버터에 의해 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통의 부하로 출력하는 인버터, 및 상기 전력 계통에서 요구되는 발전 목표 전력을 시간의 변화에 따라 변화하는 값에 기초하여 상기 복수 개의 연료전지 스택에 각각 분배하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of fuel cell stacks, a plurality of converters connected to each of the plurality of fuel cell stacks to boost and output voltages output from the fuel cell stacks, and the plurality of converters. An inverter that converts the DC power output by the two converters into AC power and outputs it to the load of the power system, and the plurality of fuel cells based on a value that changes the target power required by the power system with time. It is characterized in that it includes a controller for distributing each to the stack.

일 실시예에서, 상기 복수 개의 연료전지 스택은, 각각 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of fuel cell stacks are characterized in that each is connected in parallel.

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수 및 상기 연료전지 스택에 연결된 상기 컨버터의 배치 순번에 따라 상기 연료전지 스택에 연결된 컨버터의 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller may determine the target power of the converters connected to the fuel cell stacks according to the total number of fuel cell stacks and the arrangement order of the converters connected to the fuel cell stacks.

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an even number, the controller calculates from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. It is characterized in that the target power for the odd-numbered converter is determined.

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에서 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an even number, the controller subtracts a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks. It is characterized in that the target power for the even-numbered converter is determined from

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 첫 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, the controller calculates from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. It is characterized in that the target power for the first converter is determined.

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 두 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되, 상기 사인함수값은 (2π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, the controller calculates from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. A target power for the second converter is determined, and the sine function value is a sine function value whose phase is changed by (2π/3).

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 세 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되, 상기 사인함수값은 (4π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, the controller calculates from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. A target power for the third converter is determined, and the sine function value is a sine function value whose phase is changed by (4π/3).

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되, 두 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, the controller calculates from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. Determine the target power for even-numbered converters, but exclude the second converter.

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되, 첫 번째 및 세 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, the controller obtains a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks by subtracting a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. Determine the target power for odd-numbered converters from , but exclude the first and third converters.

일 실시예에서, 상기 제어기는, 상기 결정된 각 컨버터의 목표 전력에 기초하여 상기 발전 목표 전력을 해당 컨버터에 대응되는 연료전지 스택에 각각 분배하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the controller may distribute the generated target power to fuel cell stacks corresponding to the converters based on the determined target power of each converter.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 전력 제어 방법은, 전력 계통에서 요구되는 발전 목표 전력을 시간의 변화에 따라 변화하는 값에 기초하여 복수 개의 연료전지 스택에 각각 분배하는 단계, 상기 복수 개의 연료전지 스택에 각각 대응되도록 연결된 복수 개의 컨버터가 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 승압하여 출력하는 단계, 및 상기 복수 개의 컨버터에 의해 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통의 부하로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a power control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a plurality of fuel cells based on a value that changes with time the target power generation required in the power system. distributing to the stacks, boosting and outputting voltages output from the fuel cell stacks by a plurality of converters connected to correspond to the plurality of fuel cell stacks, and converting DC power output by the plurality of converters to AC. It characterized in that it comprises the step of converting into electric power and outputting it to the load of the power system.

일 실시예에서, 상기 복수 개의 연료전지 스택은, 각각 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the plurality of fuel cell stacks are characterized in that each is connected in parallel.

일 실시예에서, 상기 분배하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수 및 상기 연료전지 스택에 연결된 상기 컨버터의 배치 순번에 따라 상기 연료전지 스택에 연결된 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계, 및 상기 결정된 각 컨버터의 목표 전력에 기초하여 상기 발전 목표 전력을 해당 컨버터에 대응되는 연료전지 스택에 각각 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the distributing may include determining target power of a converter connected to the fuel cell stack according to the total number of fuel cell stacks and an arrangement order of the converter connected to the fuel cell stack; and and distributing the generated target power to fuel cell stacks corresponding to the corresponding converters based on the target power of each converter.

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter is, when the total number of fuel cell stacks is an even number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to the size of the power fluctuation. and determining the target power for the odd-numbered converter from the sum of the sine function values.

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에서 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter may include, when the total number of fuel cell stacks is an even number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to a magnitude of power fluctuation. and determining a target power for an even-numbered converter from a value obtained by subtracting a sine function value.

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 첫 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter may include, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to a magnitude of power fluctuation. and determining the target power for the first converter from the sum of the sine function values.

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 두 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 사인함수값은 (2π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter may include, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to a magnitude of power fluctuation. Determining a target power for the second converter from a value obtained by adding the sine function value, wherein the sine function value is a sine function value whose phase is changed by (2π/3).

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 세 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 사인함수값은 (4π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter may include, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to a magnitude of power fluctuation. Determining a target power for the third converter from a value obtained by adding the sine function value, wherein the sine function value is a sine function value whose phase is changed by (4π/3).

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되, 두 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter may include, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to a magnitude of power fluctuation. Determining target power for even-numbered converters from the value obtained by adding the sine function values, but excluding the second converter.

일 실시예에서, 상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는, 상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되, 첫 번째 및 세 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of determining the target power of the converter may include, when the total number of fuel cell stacks is an odd number, a value obtained by dividing the target power generation by the total number of fuel cell stacks in proportion to a magnitude of power fluctuation. Determining target power for odd-numbered converters from a value obtained by subtracting the value of the sine function, but excluding the first and third converters.

본 발명에 따르면, 복수 개의 연료전지 스택의 발전 목표 전력을 시간 흐름에 따라 변화하도록 균형에 맞추어 분배하고, 계통 발전용 운전 시에도 연료전지 스택 내부의 습도를 유지하도록 하여 드라이 아웃 또는 플러딩을 방지함으로써 연료전지 스택을 안정적으로 운전할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, target generation power of a plurality of fuel cell stacks is distributed in a balanced manner so as to change over time, and humidity is maintained inside the fuel cell stack even during system power generation operation, thereby preventing dry-out or flooding. There is an effect of stably operating the fuel cell stack.

또한, 본 발명에 따르면, 복수 개의 연료전지 스택 각각의 출력을 연속적으로 변화시킴으로써 연료전지 스택의 내구성이 향상되는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the durability of the fuel cell stack is improved by continuously changing the output of each of the plurality of fuel cell stacks.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 동작을 설명하는데 참조되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 전력 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3A to 6 are diagrams illustrating an embodiment referred to for explaining an operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an operation flow of a method for controlling power of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

연료전지 차량은 발전을 통해 전력을 생산하고, 전력 출력단을 외부 전력 계통에 연결하여 연료전지 스택의 발전 전력을 외부 전력 계통으로 공급하도록 활용될 수 있다.A fuel cell vehicle may be used to generate power through power generation and to supply power generated by a fuel cell stack to an external power system by connecting a power output terminal to an external power system.

이에, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은 전력 계통으로 연료전지 스택에 의해 발전된 전력을 공급하는 계통 발전용 운전 모드로 동작하는 경우, 연료전지의 드라이-아웃(Dry-out) 특성으로 인해 연료 전지의 출력전압이 지속적으로 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 연료전지 스택 내부의 전극, 가스확산층 및 분리판 유로 등의 습도를 유지하며 운전할 수 있도록 하는 기술적 사상을 포함할 수 있다.Therefore, when the fuel cell system according to an embodiment of the present invention operates in a system power generation operation mode that supplies power generated by the fuel cell stack to the power system, due to the dry-out characteristics of the fuel cell In order to prevent the output voltage of the fuel cell from continuously dropping, a technical idea may be included to enable operation while maintaining humidity of an electrode, a gas diffusion layer, and a flow path of a separator in a fuel cell stack.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 블록도를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a control block diagram of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10), 컨버터(20), 인버터(30), 배터리(40) 및 전력 계통의 부하(50)를 포함할 수 있다.1 and 2 , the fuel cell system according to the present invention may include a fuel cell stack 10, a converter 20, an inverter 30, a battery 40, and a load 50 of a power system. there is.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(ICU)(100), 연료전지 제어기(FCU)(110) 및 배터리 관리 시스템(BMS)(140)을 더 포함할 수 있다.In addition, the fuel cell system according to the present invention, as shown in FIG. 2, may further include a controller (ICU) 100, a fuel cell controller (FCU) 110, and a battery management system (BMS) 140. can

연료전지 스택(10)은 연료 중의 수소 성분이 갖는 에너지를 공기 중의 산소 성분과 결합시켜 전력을 생성한다. The fuel cell stack 10 generates electric power by combining the energy of the hydrogen component in the fuel with the oxygen component in the air.

연료전지 스택(10)(또는, '연료전지'로 참조될 수 있다.)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 연료전지 스택(10)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(membrane electrode assembly, MEA), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(gas diffusion layer, GDL), 반응기체들 및 제1 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응기체들 및 제1 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)을 포함할 수 있다. The fuel cell stack 10 (or may be referred to as a 'fuel cell') is a structure capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction between a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air). can be formed as For example, the fuel cell stack 10 evenly distributes a membrane electrode assembly (MEA) with catalyst electrode layers in which electrochemical reactions occur on both sides of the membrane centered on an electrolyte membrane through which hydrogen ions move, and reactive gases. A gas diffusion layer (GDL) that serves to transmit the generated electrical energy, a gasket and fastening mechanism for maintaining airtightness and appropriate clamping pressure of the reactive gases and the first coolant, and the reactive gases and the first A bipolar plate for moving cooling water may be included.

연료전지 스택(10)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급될 수 있다. 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달될 수 있다. 캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킬 수 있다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성될 수 있다.In the fuel cell stack 10, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidant are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively. Hydrogen is supplied to the anode and air is supplied to the anode. may be supplied to the cathode. Hydrogen supplied to the anode is decomposed into protons and electrons by the catalysts of the electrode layers formed on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane, At the same time, electrons can be transferred to the cathode through the conductive gas diffusion layer and the separator. In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to cause a reaction to generate water. Due to the movement of hydrogen ions occurring at this time, a flow of electrons occurs through the external conductor, and current may be generated by the flow of these electrons.

연료전지 스택(10)은 복수 개가 구비되며, 복수 개의 연료전지 스택(10)은 각각 병렬 구조로 연결된다. 이때, 각각의 연료전지 스택(10)은 출력이 지속적으로 변화되도록 전체 연료전지 스택(10)의 출력이 균형적으로 분배된다. 물론, 연료전지 스택(10)의 전체 출력은 목표 발전량이 유지될 수 있다.A plurality of fuel cell stacks 10 are provided, and each of the plurality of fuel cell stacks 10 is connected in a parallel structure. At this time, the output of the entire fuel cell stack 10 is distributed in a balanced manner so that the output of each fuel cell stack 10 continuously changes. Of course, the total output of the fuel cell stack 10 may maintain a target power generation amount.

각각의 연료전지 스택(10)의 출력단에는 컨버터(20)가 각각 연결될 수 있다.Converters 20 may be respectively connected to output terminals of each fuel cell stack 10 .

컨버터(20)는 연료전지 스택(10)로부터의 출력 전압을 승압하여 인버터(30)로 출력한다. 컨버터(20)는 연료전지 스택(10)과 배터리(40) 사이의 전압 차이를 보상하기 위하여 직류 변환 장치(DC/DC 컨버터)로 구성될 수 있다.The converter 20 boosts the output voltage from the fuel cell stack 10 and outputs it to the inverter 30 . The converter 20 may be configured as a direct current converter (DC/DC converter) to compensate for a voltage difference between the fuel cell stack 10 and the battery 40 .

인버터(30)는 연료전지 스택(10)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통의 부하(50)로 공급한다.The inverter 30 converts the DC power of the fuel cell stack 10 into AC power and supplies it to the load 50 of the power system.

배터리(40)는 컨버터(20)와 인버터(30) 사이에 병렬로 연결되며, 주 동력원인 연료전지 스택(10)의 출력 전압이 저하되는 경우에 보조 동력원으로 사용될 수 있다. 다만, 계통 발전용 운전 모드에서는 연료전지 스택(10) 내부의 습도 유지를 위해 각 연료전지 스택(10)은 지속적으로 출력을 변화시키며 운전해야 하므로, 배터리(40)는 잠깐의 보조 동력원으로만 사용된다.The battery 40 is connected in parallel between the converter 20 and the inverter 30 and can be used as an auxiliary power source when the output voltage of the fuel cell stack 10, which is the main power source, decreases. However, in the system power generation operation mode, each fuel cell stack 10 must be operated while continuously changing the output to maintain humidity inside the fuel cell stack 10, so the battery 40 is used only as a temporary auxiliary power source do.

일 예로, 배터리(40)는 연료전지 스택(10)의 시동 또는 정지 시에 보조 전력을 제공할 수 있다. 또한, 배터리(40)는 컨버터(20)와 인버터(30) 사이에 전력 차이가 발생하는 경우에 그 전력 차이를 보상하기 위하여 인버터(30)로 보조 전력을 제공할 수도 있다. For example, the battery 40 may provide auxiliary power when starting or stopping the fuel cell stack 10 . Also, when a power difference occurs between the converter 20 and the inverter 30, the battery 40 may provide auxiliary power to the inverter 30 to compensate for the power difference.

도 2를 참조하면, 제어기(ICU)(100)는 프로세서(processor)나 CPU(central processing unit)와 같은 하드웨어 장치이거나, 또는 프로세서에 의하여 구현되는 프로그램일 수 있다. 제어기(ICU)(100)는 연료전지 시스템의 각 구성들과 연결되어 연료전지 시스템의 전반적인 기능을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the controller (ICU) 100 may be a hardware device such as a processor or a central processing unit (CPU), or a program implemented by a processor. The controller (ICU) 100 may perform overall functions of the fuel cell system by being connected to each component of the fuel cell system.

제어기(ICU)(100)는 연료전지 시스템의 운전 모드를 결정할 수 있다. 이때, 제어기(ICU)(100)는 연료전지 시스템이 계통 발전용 운전 모드 또는 이동용 운전 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.The controller (ICU) 100 may determine an operation mode of the fuel cell system. At this time, the controller (ICU) 100 may control the fuel cell system to operate in a system power generation operation mode or a mobile operation mode.

연료전지 제어기(FCU)(110)는 연료전지 스택(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 연료전지 제어기(FCU)(110)는 복수 개 구비될 수 있으며, 각각의 연료전지 스택(10)에 대응되도록 연결될 수 있다. 각 연료전지 제어기(FCU)(110)는 제어기(ICU)(100)의 제어에 따라 대응되는 연료전지 스택(10)의 운전 상태를 제어할 수 있으며, 연료전지 스택(10)의 발전 전력을 제어할 수 있다.The fuel cell controller (FCU) 110 may control overall operations of the fuel cell stack 10 . Here, a plurality of fuel cell controllers (FCUs) 110 may be provided, and may be connected to correspond to each fuel cell stack 10 . Each fuel cell controller (FCU) 110 may control the operating state of the corresponding fuel cell stack 10 according to the control of the controller (ICU) 100, and control the generated power of the fuel cell stack 10. can do.

배터리 관리 시스템(BMS)(140)은 배터리(40)의 상태를 관리한다. 일 예로, 배터리 관리 시스템(BMS)(140)은 배터리 SOC를 확인하고, 확인된 배터리 SOC를 제어기(ICU)(100)로 전송할 수 있다. 또한, 배터리 관리 시스템(BMS)(140)은 제어기(ICU)(100)의 제어에 따라 배터리(40)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다.A battery management system (BMS) 140 manages the state of the battery 40 . For example, the battery management system (BMS) 140 may check the battery SOC and transmit the checked battery SOC to the controller (ICU) 100 . In addition, the battery management system (BMS) 140 may control charging or discharging of the battery 40 according to the control of the controller (ICU) 100 .

또한, 제어기(ICU)(100)는 계통 발전용 운전 모드 시 연료전지 스택(10)의 발전 목표 전력을 결정하고, 발전 목표 전력에 따라 각 연료전지 스택(10)의 출력 전력을 분배할 수 있다. 여기서, 발전 목표 전력을 전력 계통에서 요구된 계획 전력에 따라 발전 목표 전력이 결정될 수 있다.In addition, the controller (ICU) 100 may determine the target generation power of the fuel cell stack 10 in the system power generation operation mode, and distribute the output power of each fuel cell stack 10 according to the target generation power. . Here, the target generation power may be determined according to the planned power required by the power system.

구체적으로, 제어기(ICU)(100)는 발전 목표 전력을 기준으로 각 연료전지 스택(10)의 출력을 균형에 맞게 분배하도록 한다.Specifically, the controller (ICU) 100 distributes the output of each fuel cell stack 10 in a balanced manner based on the target generation power.

이때, 제어기(ICU)(100)는 발전 목표 전력을 연료전지 스택(10)의 전체 개수로 나누고, 전력 변동 크기를 가감하여 각 연료전지 스택(10)에 대응되는 각 컨버터(20)의 목표 전력을 결정하고, 각 컨버터(20)의 목표 전력에 기초하여 발전 목표 전력을 각 연료전지 스택(10)에 분배한다. At this time, the controller (ICU) 100 divides the target power generation by the total number of fuel cell stacks 10 and adjusts or subtracts the size of the power fluctuation to obtain the target power of each converter 20 corresponding to each fuel cell stack 10. is determined, and the target power generation is distributed to each fuel cell stack 10 based on the target power of each converter 20 .

제어기(ICU)(100)는 각 컨버터(20)의 목표 전력을 결정할 때, 연료전지 스택(10)의 전체 개수에 따라 다른 방식을 적용하여 출력 전압을 결정할 수 있다.When determining the target power of each converter 20, the controller (ICU) 100 may determine the output voltage by applying a different method according to the total number of fuel cell stacks 10.

일 예로, 제어기(ICU)(100)는 연료전지 스택(10)의 개수가 짝수 개인 경우, 홀수 번째 컨버터의 목표 전력과 짝수 번째 컨버터의 목표 전력을 다른 방식으로 결정할 수 있다.For example, when the number of fuel cell stacks 10 is even, the controller (ICU) 100 may determine the target power of odd-numbered converters and the target power of even-numbered converters in different ways.

먼저, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 1]과 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다. First, as shown in [Equation 1] below, the controller (ICU) 100 determines the target power for the odd-numbered converter from a value obtained by dividing the target generation power by N and adding a sine function value proportional to the size of the power fluctuation. can decide

Figure pat00001
Figure pat00001

[수학식 1]에서, CnvtP(2n-1)은 홀수 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다. 여기서, n={1, …, N/2}이 될 수 있다.In [Equation 1], CnvtP(2n-1) is the target power of the odd-numbered converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the magnitude of power fluctuation, and f is the power fluctuation frequency means Here, n={1, . . . , N/2}.

또한, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 2]와 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에서 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다.In addition, the controller (ICU) 100, as shown in [Equation 2] below, the target power for even-numbered converters from the value obtained by subtracting the sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation from the value obtained by dividing the target power generation by N can determine

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 2]에서, CnvtP(2n)은 짝수 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다. 여기서, n={1, …, N/2}이 될 수 있다.In [Equation 2], CnvtP(2n) is the target power of the even-numbered converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the size of power fluctuation, f is power fluctuation frequency do. Here, n={1, . . . , N/2}.

상기와 같이, [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 결정된 컨버터(20)의 목표 전력은 시간 변화에 따라 변화할 수 있다. 이에 대한 실시예는 도 3a를 참조하도록 한다.As described above, the target power of the converter 20 determined using [Equation 1] and [Equation 2] may change with time. For an embodiment of this, refer to FIG. 3A.

도 3a에 도시된 그래프는, 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우의 컨버터의 목표 전력의 변화를 나타낸 것이다. The graph shown in FIG. 3A shows a change in target power of a converter when the total number of fuel cell stacks is an even number.

도 3a를 참조하면, 연료전지 스택(10)의 발전 목표 전력(TrgtP)이 200kW이고, 연료전지 스택(10)의 전체 개수(N)가 4개이고, 전력 변동 크기(M)가 4이고, 사인함수의 주기가 4min이라 가정했을 때, 홀수 번째 컨버터의 목표 전력과, 짝수 번째 컨버터의 목표 전력은 반비례하게 변화한다. 이때, 각 컨버터(20)의 목표 전력을 계속 변화하더라도, 전체 컨버터(20)의 목표 전력의 전체 합은 발전 목표 전력을 유지하게 된다.Referring to FIG. 3A , the target power generation (TrgtP) of the fuel cell stack 10 is 200 kW, the total number N of the fuel cell stacks 10 is 4, the magnitude of power fluctuation M is 4, and the sine Assuming that the period of the function is 4 min, the target power of odd-numbered converters and the target power of even-numbered converters change in inverse proportion. At this time, even if the target power of each converter 20 continues to change, the total sum of the target powers of all the converters 20 maintains the generation target power.

다른 예로, 제어기(ICU)(100)는 연료전지 스택(10)의 개수가 홀수 개인 경우, 첫 번째, 두 번째, 세 번째, 그리고 나머지 짝수 번째와 홀수 번째 컨버터의 목표 전력을 다른 방식으로 결정할 수 있다.As another example, when the number of fuel cell stacks 10 is an odd number, the controller (ICU) 100 may determine the target power of the first, second, third, and even and odd converters in a different way. there is.

먼저, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 3]과 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 첫 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다. First, the controller (ICU) 100 determines the target power for the first converter from a value obtained by dividing the target generation power by N and adding a sine function value proportional to the size of the power fluctuation, as shown in [Equation 3] below. can decide

Figure pat00003
Figure pat00003

[수학식 3]에서, CnvtP(1)은 첫 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다.In [Equation 3], CnvtP(1) is the target power of the first converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the size of power fluctuation, and f is power fluctuation frequency do.

또한, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 4]과 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 두 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다. 다만, [수학식 4]에서의 사인함수값은 (2π/3) 만큼 위상이 변경된 상태의 사인함수값이다.In addition, as shown in [Equation 4] below, the controller (ICU) 100 determines the target power for the second converter from a value obtained by dividing the target generation power by N and adding a sine function value proportional to the magnitude of the power fluctuation. can decide However, the sine function value in [Equation 4] is a sine function value in a state where the phase is changed by (2π/3).

Figure pat00004
Figure pat00004

[수학식 4]에서, CnvtP(2)는 두 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다.In [Equation 4], CnvtP(2) is the target power of the second converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the size of power fluctuation, f is power fluctuation frequency do.

또한, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 5]와 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 세 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다. 다만, [수학식 5]에서의 사인함수값은 (4π/3) 만큼 위상이 변경된 상태의 사인함수값이다.In addition, as shown in [Equation 5] below, the controller (ICU) 100 determines the target power for the third converter from a value obtained by dividing the target generation power by N and adding a sine function value proportional to the magnitude of the power fluctuation. can decide However, the sine function value in [Equation 5] is a sine function value in a state where the phase is changed by (4π/3).

Figure pat00005
Figure pat00005

[수학식 5]에서, CnvtP(3)은 세 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다.In [Equation 5], CnvtP(3) is the target power of the third converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the size of power fluctuation, and f is power fluctuation frequency do.

또한, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 6]과 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다. 단, 두 번째 컨버터는 제외된다.In addition, the controller (ICU) 100, as shown in [Equation 6] below, calculates the target power for even-numbered converters from a value obtained by dividing the target generation power by N and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. can decide However, the second converter is excluded.

Figure pat00006
Figure pat00006

[수학식 6]에서, CnvtP(2n)은 짝수 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다. 여기서, n={2, …, N/2}이 될 수 있다.In [Equation 6], CnvtP(2n) is the target power of the even-numbered converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the size of the power fluctuation, f is the power fluctuation frequency do. Here, n={2, . . . , N/2}.

또한, 제어기(ICU)(100)는, 아래 [수학식 7]와 같이, 발전 목표 전력을 N으로 나눈 값에서 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정할 수 있다. 단, 첫 번째 컨버터 및 세 번째 컨버터는 제외된다.In addition, the controller (ICU) 100, as shown in [Equation 7] below, the target power for the odd-numbered converter from the value obtained by subtracting the sine function value proportional to the magnitude of the power fluctuation from the value obtained by dividing the target power generation by N can determine However, the first and third converters are excluded.

Figure pat00007
Figure pat00007

[수학식 7]에서, CnvtP(2n-1)은 홀수 번째 컨버터의 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, N은 연료전지 스택(10)의 전체 개수, M은 전력 변동 크기, f는 전력 변동 주파수를 의미한다. 여기서, n={3, …, N/2}이 될 수 있다.In [Equation 7], CnvtP(2n-1) is the target power of the odd-numbered converter, TrgtP is the target power generation, N is the total number of fuel cell stacks 10, M is the size of the power fluctuation, and f is the power fluctuation frequency means Here, n={3, . . . , N/2}.

이와 같은 방식으로, 제어기(ICU)(100)는 연료전지 스택(10) 각각에 대한 출력 전력을 균형에 맞게 분배할 수 있다.In this way, the controller (ICU) 100 may distribute the output power to each of the fuel cell stacks 10 in a balanced manner.

상기와 같이, [수학식 3] 내지 [수학식 7]을 이용하여 결정된 컨버터(20)의 목표 전력은 시간 변화에 따라 변화할 수 있다. 이에 대한 실시예는 도 3b를 참조하도록 한다.As described above, the target power of the converter 20 determined using [Equation 3] to [Equation 7] may change with time. For an embodiment of this, refer to FIG. 3B.

도 3b에 도시된 그래프는 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우의 컨버터 목표 전력의 변화를 나타낸 것이다. The graph shown in FIG. 3B shows a change in converter target power when the total number of fuel cell stacks is an odd number.

도 3b를 참조하면, 연료전지 스택(10)의 발전 목표 전력(TrgtP)이 200kW이고, 연료전지 스택(10)의 전체 개수(N)가 4개이고, 전력 변동 크기(M)가 4이고, 사인함수의 주기가 4min이라 가정했을 때, 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 컨버터의 목표 전력은 예외적으로 변화하고, 그 외에 짝수 번째 컨버터의 목표 전력과, 홀수 번째 컨버터의 목표 전력은 반비례하게 변화한다. 이때, 각 컨버터(20)의 목표 전력을 계속 변화하더라도, 전체 컨버터(20)의 목표 전력의 전체 합은 발전 목표 전력을 유지하게 된다.Referring to FIG. 3B, the target power generation (TrgtP) of the fuel cell stack 10 is 200 kW, the total number (N) of the fuel cell stacks 10 is 4, the magnitude of power fluctuation (M) is 4, and the sine Assuming that the period of the function is 4 min, the target powers of the first, second, and third converters change exceptionally, and the target powers of the even-numbered converters and the odd-numbered converters change in inverse proportion to each other. At this time, even if the target power of each converter 20 continues to change, the total sum of the target powers of all the converters 20 maintains the generation target power.

이와 같이, [수학식 1] 내지 [수학식 7]에 의해 결정된 연료전지 스택(10)의 출력 전력은 시간 변화에 따라 사인함수값이 변하기 때문에, 연료전지 스택(10)의 출력 전력 또한 계속해서 변화하게 된다. 이로 인해, 연료전지 스택(10) 내부의 습도를 유지하면서 운전하는 것이 가능하게 된다.As described above, since the sine function value of the output power of the fuel cell stack 10 determined by [Equation 1] to [Equation 7] changes with time, the output power of the fuel cell stack 10 also continues. will change Due to this, it is possible to operate while maintaining the humidity inside the fuel cell stack 10 .

도 3a 및 도 3b는 컨버터 목표 전력이 정현파 형태로 변화하는 실시예를 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 컨버터(20)의 목표 전력은 도 4a 및 도 4b와 같이 삼각파 형태로 변화할 수도 있으며, 도 5a 및 도 5b와 같이 사다리꼴파 형태로 변화할 수도 있다.3A and 3B show an embodiment in which the converter target power changes in the form of a sine wave, but is not limited thereto. For example, the target power of the converter 20 may change in the form of a triangular wave as shown in FIGS. 4A and 4B or may change in the form of a trapezoidal wave as shown in FIGS. 5A and 5B.

또한, 제어기(ICU)(100)는 컨버터(20)의 동작을 제어할 수 있다. 이때, 제어기(ICU)(100)는 앞에서 각 연료전지 스택(10)에 대해 분배된 출력 전력 정보를 대응되는 각 컨버터(20)로 전송할 수 있다. 따라서, 각 컨버터(20)는 제어기(ICU)(100)로부터 수신된 연료전지 스택(10)의 출력 전력 정보에 기초하여 연료전지 스택(10)의 전력 생산량을 결정하고, 연료전지 스택(10)에 의해 출력된 전압을 인버터(30) 가동에 필요한 전압으로 승압하게 된다.Also, the controller (ICU) 100 may control the operation of the converter 20 . At this time, the controller (ICU) 100 may transmit output power information previously distributed for each fuel cell stack 10 to each corresponding converter 20 . Therefore, each converter 20 determines the power output of the fuel cell stack 10 based on the output power information of the fuel cell stack 10 received from the controller (ICU) 100, and the fuel cell stack 10 The voltage output by is boosted to a voltage required to operate the inverter 30.

또한, 제어기(ICU)(100)는 각 컨버터(20)의 합산 전력 및 배터리 SOC에 기초하여 인버터(30)의 목표 전력을 결정할 수 있다. 이때, 제어기(ICU)(100)는 아래 [수학식 8]을 참조하여 인버터(30)의 목표 전력을 결정할 수 있다.Also, the controller (ICU) 100 may determine the target power of the inverter 30 based on the total power of each converter 20 and the battery SOC. At this time, the controller (ICU) 100 may determine the target power of the inverter 30 by referring to [Equation 8] below.

Figure pat00008
Figure pat00008

[수학식 8]에서, InvtP는 인버터(30) 목표 전력, TrgtP는 발전 목표 전력, SOC는 배터리 충전 상태, 그리고 TrimKw는 출력 조정분을 의미한다. 또한, LUT(SOC, TrimKw)는 배터리 SOC와 출력 조정분(TrimKw)과의 상관관계를 정의한 룩 업 테이블을 의미한다.In [Equation 8], InvtP denotes the target power of the inverter 30, TrgtP denotes the target power generation, SOC denotes the state of charge of the battery, and TrimKw denotes an output adjustment amount. In addition, LUT (SOC, TrimKw) means a lookup table defining a correlation between the battery SOC and the output adjustment amount (TrimKw).

LUT(SOC, TrimKw)에 정의된 배터리 SOC와 출력 조정분(TrimKw)과의 상관관계는 도 6을 참조하도록 한다.For a correlation between the battery SOC defined in LUT (SOC, TrimKw) and the output adjustment amount (TrimKw), refer to FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 배터리 SOC와 출력 조정분(TrimKw)은 그 크기가 서로 비례하게 변화하며, 배터리(40)의 목표 SOC에서의 출력 조정분(TrimKw)은 0kW가 된다.Referring to FIG. 6 , the magnitudes of the battery SOC and the output adjustment trimKw change in proportion to each other, and the output adjustment trimKw at the target SOC of the battery 40 becomes 0kW.

따라서, 배터리(40)의 목표 SOC에 도달했을 때, 인버터(30)의 목표 전력은 각 컨버터(20)의 합산 전력으로 결정될 수 있다.Accordingly, when the target SOC of the battery 40 is reached, the target power of the inverter 30 may be determined as the summed power of each converter 20 .

이에, 제어기(ICU)(100)는 인버터(30)의 목표 전력이 결정되면, 결정된 인버터(30)의 목표 전력에 기초하여 인버터(30)의 전력 제어를 수행하도록 한다. 따라서, 인버터(30)는 제어기(ICU)(100)의 제어에 따라 목표 전력량에 해당하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통의 부하(50)로 출력할 수 있다. Accordingly, when the target power of the inverter 30 is determined, the controller (ICU) 100 performs power control of the inverter 30 based on the determined target power of the inverter 30 . Accordingly, the inverter 30 may convert DC power corresponding to a target amount of power into AC power and output it to the load 50 of the power system under the control of the controller (ICU) 100 .

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation flow of the fuel cell system according to the present invention configured as described above will be described in more detail.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 전력 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an operation flow of a method for controlling power of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)이 발전용 운전을 수행하는 경우, 계통 발전을 위한 운전을 수행하거나 혹은 비상 발전을 위한 운전을 수행하는지를 확인할 수 있다(S110).Referring to FIG. 7 , when the fuel cell stack 10 is operating for power generation, the fuel cell system may check whether operation for system power generation or emergency power generation is performed (S110).

연료전지 시스템은 계통 발전용 운전 수행 시, 연료전지 스택(10)들의 발전 목표 전력을 전력 계통의 부하(50)에 대한 계획 전력으로 결정할 수 있다(S120).The fuel cell system may determine the target power generation of the fuel cell stacks 10 as the planned power for the load 50 of the power system when the system power generation operation is performed (S120).

한편, 연료전지 시스템은 비상 발전용 운전 수행 시, 비상 부하에 전력을 공급하는 것이 목적이므로, 발전 목표 전력을 비상 부하의 전력으로 결정할 수 있다. 다만, 비상 부하의 전력은 인버터(30)의 출력을 측정하여 결정되기 때문에, 결국 발전 목표 전력을 인버터(30) 출력 전력으로 결정할 수 있다(S130). Meanwhile, since the purpose of the fuel cell system is to supply power to an emergency load during emergency power generation operation, the target power generation may be determined as the power of the emergency load. However, since the power of the emergency load is determined by measuring the output of the inverter 30, the target power generated can eventually be determined as the output power of the inverter 30 (S130).

연료전지 시스템은 'S120' 또는 'S130' 과정을 통해 발전 목표 전력이 결정되면, 연료전지 스택(10)별로 출력 전력을 분배한다(S140).When the target power generation is determined through a process of 'S120' or 'S130', the fuel cell system distributes the output power for each fuel cell stack 10 (S140).

구체적으로, 연료전지 시스템은 각 연료전지 스택(10)의 전체 출력을 균형에 맞게 분배하도록 한다.Specifically, the fuel cell system distributes the total output of each fuel cell stack 10 in a balanced manner.

이때, 연료전지 시스템은 발전 목표 전력을 연료전지 스택(10)의 전체 개수로 나누고, 전력 변동 크기를 가감하여 각 연료전지 스택(10)의 출력을 분배할 수 있다. 여기서, 연료전지 스택(10)은 각 연료전지 스택(10)에 분배된 출력에 기초하여 컨버터(20)의 목표 전력을 결정할 수 있다. At this time, the fuel cell system may divide the target power generation by the total number of fuel cell stacks 10 and distribute the output of each fuel cell stack 10 by increasing or subtracting the size of the power fluctuation. Here, the fuel cell stack 10 may determine the target power of the converter 20 based on the output distributed to each fuel cell stack 10 .

컨버터(20)의 목표 전력을 결정하는 동작의 구체적인 실시예는 [수학식 1] 내지 [수학식 7]의 설명을 참조하도록 한다.For specific embodiments of the operation of determining the target power of the converter 20, refer to the descriptions of [Equation 1] to [Equation 7].

이에, 연료전지 시스템은 'S140' 과정에서 각 연료전지 스택(10)에 분배된 출력 전력에 따른 컨버터(20)의 목표 전력에 기초하여 각 컨버터(20)의 전력 제어를 수행한다(S150). 이 과정에서, 컨버터(20)는 각 연료전지 스택(10)으로부터 출력된 전압을 승압하여 인버터(30)로 출력할 수 있다.Accordingly, the fuel cell system controls the power of each converter 20 based on the target power of the converter 20 according to the output power distributed to each fuel cell stack 10 in step 'S140' (S150). During this process, the converter 20 may boost the voltage output from each fuel cell stack 10 and output the boosted voltage to the inverter 30 .

이후, 연료전지 시스템은 각 컨버터(20)로부터 인버터(30)로 입력된 전력의 합산 전력, 및 배터리 SOC를 바탕으로 산출된 출력 조정분(TrimKw)에 기초하여 인버터(30)의 목표 전력을 결정하고(S160), 'S160' 과정에서 결정된 인버터(30)의 목표 전력에 기초하여 인버터(30)의 전력 제어를 수행한다(S170). 'S160' 과정에서, 출력 조정분(TrimKw)은 배터리 SOC에 따른 출력 조정분(TrimKw)이 정의된 룩업 테이블(LUT(SOC, TrimKw))로부터 획득할 수 있다.Thereafter, the fuel cell system determines the target power of the inverter 30 based on the total power of the power input to the inverter 30 from each converter 20 and the output adjustment amount (TrimKw) calculated based on the battery SOC, (S160), power control of the inverter 30 is performed based on the target power of the inverter 30 determined in the process 'S160' (S170). In step 'S160', the output adjustment amount (TrimKw) can be obtained from the lookup table (LUT (SOC, TrimKw)) in which the output adjustment amount (TrimKw) according to the battery SOC is defined.

이 과정에서, 인버터(30)는 각 컨버터(20)들로부터 입력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 변환된 교류 전력을 전력 계통의 부하(50)로 출력할 수 있다.In this process, the inverter 30 may convert DC power input from each converter 20 into AC power and output the converted AC power to the load 50 of the power system.

'S110' 내지 'S170' 과정은 연료전지 스택(10)의 운전이 종료될 때까지 반복하여 수행할 수 있다.Processes 'S110' to 'S170' may be repeatedly performed until the operation of the fuel cell stack 10 is terminated.

만일, 연료전지 스택(10)의 운전이 종료되면(S180), 연료전지 시스템은 전력 제어 동작을 모두 종료하도록 한다.If the operation of the fuel cell stack 10 is terminated (S180), the fuel cell system terminates all power control operations.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 병렬로 연결된 각각의 연료전지 스택(10)에 발전 목표 전력을 균등 분배하는 것이 아니라, 시간 흐름에 따라 변화하도록 균형에 맞추어 분배하되, 발전 목표 전력을 유지하도록 함으로써 연료전지 스택(10) 내부의 습도를 유지하며 안정적으로 운전할 수 있는 효과를 가진다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the target generation power is not equally distributed to each fuel cell stack 10 connected in parallel, but distributed in a balanced way to change over time, but the target generation power By maintaining the humidity inside the fuel cell stack 10, it has an effect of stably operating.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 연료전지 스택 20: 컨버터
30: 인버터 40: 배터리
50: 부하 100: 제어기(ICU)
110: 연료전지 제어기(FCU) 140: 배터리 관리 시스템(BMS)10: fuel cell stack 20: converter
30: inverter 40: battery
50: load 100: controller (ICU)
110: fuel cell controller (FCU) 140: battery management system (BMS)

Claims (21)

복수 개의 연료전지 스택;
상기 복수 개의 연료전지 스택에 각각 대응되도록 연결되어 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 승압하여 출력하는 복수 개의 컨버터;
상기 복수 개의 컨버터에 의해 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통의 부하로 출력하는 인버터; 및
상기 전력 계통에서 요구되는 발전 목표 전력을 시간의 변화에 따라 변화하는 값에 기초하여 상기 복수 개의 연료전지 스택에 각각 분배하는 제어기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.a plurality of fuel cell stacks;
a plurality of converters that are connected to correspond to the plurality of fuel cell stacks to step up and output voltages output from the fuel cell stacks;
an inverter converting the DC power output by the plurality of converters into AC power and outputting the converted AC power to a load of a power system; and
a controller for distributing target generation power required by the power system to the plurality of fuel cell stacks, respectively, based on values that change over time;
A fuel cell system comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 복수 개의 연료전지 스택은,
각각 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템. The method of claim 1,
The plurality of fuel cell stacks,
A fuel cell system, characterized in that each connected in parallel. 청구항 1에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수 및 상기 연료전지 스택에 연결된 상기 컨버터의 배치 순번에 따라 상기 연료전지 스택에 연결된 컨버터의 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
The controller,
The fuel cell system of claim 1 , wherein a target power of a converter connected to the fuel cell stack is determined according to a total number of the fuel cell stacks and a disposition order of the converters connected to the fuel cell stack. 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an even number, the target power for the odd-numbered converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. A fuel cell system characterized in that for doing. 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에서 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an even number, the target power for the even-numbered converter is obtained by subtracting the sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation from the value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks. A fuel cell system, characterized in that for determining. 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 첫 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the first converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. A fuel cell system characterized in that for doing. 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 두 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되,
상기 사인함수값은,
(2π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the second converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. but
The sine function value is,
A fuel cell system, characterized in that the sine function value whose phase is changed by (2π / 3). 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 세 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되,
상기 사인함수값은,
(4π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the third converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. but
The sine function value is,
A fuel cell system, characterized in that the sine function value whose phase is changed by (4π/3). 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되,
두 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, target power for even-numbered converters is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. but
A fuel cell system characterized by excluding the second converter. 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하되,
첫 번째 및 세 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the odd-numbered converter is obtained by subtracting the sine function value proportional to the magnitude of the power fluctuation to the value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks. decide,
A fuel cell system characterized by excluding the first and third converters. 청구항 3에 있어서,
상기 제어기는,
상기 결정된 각 컨버터의 목표 전력에 기초하여 상기 발전 목표 전력을 해당 컨버터에 대응되는 연료전지 스택에 각각 분배하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The controller,
The fuel cell system according to claim 1 , wherein the target generation power is distributed to fuel cell stacks corresponding to the corresponding converters based on the determined target power of each converter. 전력 계통에서 요구되는 발전 목표 전력을 시간의 변화에 따라 변화하는 값에 기초하여 복수 개의 연료전지 스택에 각각 분배하는 단계;
상기 복수 개의 연료전지 스택에 각각 대응되도록 연결된 복수 개의 컨버터가 상기 연료전지 스택으로부터 출력되는 전압을 승압하여 출력하는 단계; 및
상기 복수 개의 컨버터에 의해 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 전력 계통의 부하로 출력하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.distributing target generation power required in a power system to a plurality of fuel cell stacks, respectively, based on values that change over time;
stepping up and outputting voltages output from the fuel cell stacks by a plurality of converters connected to correspond to the plurality of fuel cell stacks; and
converting the DC power output by the plurality of converters into AC power and outputting the converted AC power to a load of a power system;
A power control method of a fuel cell system comprising a. 청구항 12에 있어서,
상기 복수 개의 연료전지 스택은,
각각 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 12,
The plurality of fuel cell stacks,
A power control method of a fuel cell system, characterized in that each is connected in parallel. 청구항 12에 있어서,
상기 분배하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수 및 상기 연료전지 스택에 연결된 상기 컨버터의 배치 순번에 따라 상기 연료전지 스택에 연결된 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 각 컨버터의 목표 전력에 기초하여 상기 발전 목표 전력을 해당 컨버터에 대응되는 연료전지 스택에 각각 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 12,
The distributing step is
determining a target power of a converter connected to the fuel cell stack according to the total number of fuel cell stacks and an arrangement order of the converter connected to the fuel cell stack; and
and distributing the generation target power to fuel cell stacks corresponding to the corresponding converters based on the determined target power of each converter. 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an even number, the target power for the odd-numbered converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. A power control method of a fuel cell system, comprising the step of: 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 짝수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에서 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an even number, the target power for the even-numbered converter is obtained by subtracting the sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation from the value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks. A power control method of a fuel cell system, comprising the step of determining. 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 첫 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the first converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. A power control method of a fuel cell system, comprising the step of: 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 두 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되,
상기 사인함수값은,
(2π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the second converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. Including the steps of
The sine function value is,
A power control method of a fuel cell system, characterized in that the sine function value whose phase is changed by (2π/3). 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 세 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되,
상기 사인함수값은,
(4π/3) 만큼 위상이 변경된 사인함수값인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the third converter is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. Including the steps of
The sine function value is,
A power control method of a fuel cell system, characterized in that the sine function value whose phase is changed by (4π/3). 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 더한 값으로부터 짝수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되,
두 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, target power for even-numbered converters is determined from a value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks and adding a sine function value proportional to the magnitude of power fluctuation. Including the steps of
A power control method of a fuel cell system, characterized in that excluding the second converter. 청구항 14에 있어서,
상기 컨버터의 목표 전력을 결정하는 단계는,
상기 연료전지 스택의 전체 개수가 홀수 개인 경우, 상기 발전 목표 전력을 상기 연료전지 스택의 전체 개수로 나눈 값에 전력 변동 크기에 비례하는 사인함수값을 차감한 값으로부터 홀수 번째 컨버터에 대한 목표 전력을 결정하는 단계를 포함하되,
첫 번째 및 세 번째 컨버터를 제외하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 전력 제어 방법.
The method of claim 14,
Determining the target power of the converter,
When the total number of fuel cell stacks is an odd number, the target power for the odd-numbered converter is obtained by subtracting the sine function value proportional to the magnitude of the power fluctuation to the value obtained by dividing the target generation power by the total number of fuel cell stacks. Including the step of determining,
A power control method of a fuel cell system, characterized in that the first and third converters are excluded.
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