KR20230097626A - Agv용 연료전지 파워팩 - Google Patents

Agv용 연료전지 파워팩 Download PDF

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장경재
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Abstract

본 문건은 에너지효율이 우수한 AGV용 연료전지 파워팩을 개시한다.
실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩은, AGV용 연료전지 파워팩로서, 복수 개의 단위 스택을 구비하되, 상기 복수 개의 단위 스택 각각이 개별적으로 ON/OFF 되도록 구성된 연료전지; 송풍기; 상기 송풍기로부터 공급받은 공기를 가습한 뒤, 상기 연료전지로 공급하는 막가습기; 상기 막가습기와 상기 연료전지를 연결하고, 가습된 공기의 이동 경로를 제공하는 제1 파이프; 산소탱크; 상기 산소탱크와 상기 제1 파이프를 연결하고, 산소의 이동 경로를 제공하는 제2 파이프;상기 제2 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 상기 연료전지에서 생성된 여분의 전기에너지를 저장하는 배터리; 및 무인운반차 관제 서버와 연결되는 통신모듈을 포함하고, 상기 연료전지와 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

AGV용 연료전지 파워팩{FUEL CELL POWER PACK FOR AUTOMATED GUIDED VEHICLE}
본 개시(The Present Disclosure)는 (수소) 연료전지와 관련된다.
한국 등록특허공보 제10-2019-0060417호에는 '연료전지 파워팩'의 일례가 게재되어 있다.
위 공보를 참조하면, 일반적으로 연료전지 파워팩은, 수소를 저정하는 수소탱크; 복수 개의 단위 스택을 구비하고, 수소탱크로부터 공급받은 수소를 전기에너지를 변환하는 연료전지; 및 연료전지를 제어하는 제어부(= 컨트롤러) 등이 단일 하우징에 세트화된 것을 의미한다.
상기 연료전지 파워팩은, 스택에서 생성된 여분의 전기에너지를 저장하는 배터리;를 더 포함할 수 있는데, 배터리에 저장된 전기에너지는 통상 차량의 출력이 현저히 높아져야 하는 순간[예 : 급가속, 경사로 주행 등]에 사용된다.
계속해서 산업현장에서는 무인운반차(AGV : AUTOMATED GUIDED VEHICLE)에 연료전지 파워팩을 적용하고자 하는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다.
연료전지 파워팩이 탑재된 무인운반차가 고중량물 운반하는 경우, 상당한 출력이 요구되므로, 무인운반차의 연료전지에서 실시간으로 생성되는 전기에너지와, 배터리에 기 저장된 전기에너지는 모터를 구동하는데 모두 소모된다. 그에 따라, 고중량물을 운반하는 도중에 무인운반차의 배터리가 방전되면, 무인운반차의 이동속도가 현저히 저하되어, 물류 병목현상을 발생할 수 있다.
한편 고중량물을 운반하는 도중에 배터리가 방전되지 않도록 무인운반차의 배터리 용량을 단순히 늘릴 경우, 무인운반차의 생산 비용이 증가하고, 배터리의 무게로 인해 무인운반차의 주행 연비가 저하되는 문제점이 있다.
(본 개시에 대한 이해를 높이기 위한 기술들)
1. 한국 등록특허공보 제10-1089160호에는 복수 개의 단위 스택을 구비하되, 상기 복수 개의 단위 스택 각각이 개별적으로 ON/OFF 되도록 구성된 연료전지를 개시되어 있다.
2. 한국 공개특허공보 제10-2008-0046027호에는 연료전지 차량의 부하변동시, 연료전지에 추가적인 산소를 공급하는 산소공급장치가 개시되어 있다.
KR 10-1089160 B1 (2011.12.02. 공고) KR 10-2008-0046027 A (2008.05.26. 공개)
에너지효율이 우수한 AGV용 연료전지 파워팩을 제공하는 것이다.
(본 개시의) 실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩은, AGV용 연료전지 파워팩로서, 복수 개의 단위 스택을 구비하되, 상기 복수 개의 단위 스택 각각이 개별적으로 ON/OFF 되도록 구성된 연료전지; 송풍기; 상기 송풍기로부터 공급받은 공기를 가습한 뒤, 상기 연료전지로 공급하는 막가습기; 상기 막가습기와 상기 연료전지를 연결하고, 가습된 공기의 이동 경로를 제공하는 제1 파이프; 산소탱크; 상기 산소탱크와 상기 제1 파이프를 연결하고, 산소의 이동 경로를 제공하는 제2 파이프;상기 제2 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브; 상기 연료전지에서 생성된 여분의 전기에너지를 저장하는 배터리; 및 무인운반차 관제 서버와 연결되는 통신모듈을 포함하고, 상기 연료전지와 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한 상기 제2 파이프에는 상기 산소탱크에 공급되는 산소의 압력을 조절하는 레귤레이터가 더 구비될 수 있다.
아울러 실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩은, 상기 연료전지의 상태정보 검출하여 상기 제어부에 제공하는 상태정보검출부;를 더 포함할 수 있고, 상기 상태정보검출부는, 온도센서, 전압센서, 전류센서 및 압력센서를 구비할 수 있다.
실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩는 배터리 사용이 최적화되도록 구성되어, 에너지효율이 우수하다.
또한 실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩가 탑재된 무인운반차는 물품을 운반하는 도중 배터리가 방전될 우려가 극히 낮다.
도 1은 실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩의 구성도이다.
도 2는 단위 스택과 제어부의 연결을 나타내는 구성도이다.
도 3은 상태정보검출부의 구성도이다.
도 4는 무인운반차의 이동 구간을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩을 구체적으로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 AGV용 연료전지 파워팩(100)[이하 'AGV용 연료전지 파워팩(100)'라 함]의 구성도이다.
AGV용 연료전지 파워팩(100)은 AGV에 탑재되고, AGC의 구동 모터 및 각종 전자 장비에 전기에너지를 공급하는 기능을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, AGV용 연료전지 파워팩(100)은 연료전지(110), 송풍기(120), 막가습기(130), 제1 파이프(140), 산소탱크(150), 제2 파이프(160), 솔레노이드 밸브(170), 배터리(180) 및 제어부(190)를 포함한다.
도 1, 도 2를 참조하면, 연료전지(110)는 복수 개의 단위 스택(111, 112, 113...)이 적층되어 구성되며, 수소탱크(미도시)에서 공급받은 수소를 외부공기와 반응시켜, 전기에너지를 생성하는 기능을 한다.
제어부(190)에 의하여, 복수 개의 단위 스택(111, 112, 113...) 각각은 그 전원이 독립적으로 ON/OFF 되도록 구성된다.
송풍기(120)는 연료전지(110)의 인근에 배치되고, 외부 공기를 막가습기(130)로 공급하는 기능을 한다.
막가습기(130)는 연료전지(110)와 송풍기(120) 사이에 배치된다. 막가습기(130)는 송풍기(120)로부터 공급받은 외부 공기를 연료전지(110)에서 배출되는 배출 공기(습윤공기)로 가습한 뒤, 연료전지(110)로 공급하는 기능을 한다.
제1 파이프(140)는 막가습기(130)와 연료전지(110)를 연결한다. 제1 파이프(140)는 막가습기(130)에 공급되는 가습 공기의 이동 경로를 제공한다.
산소탱크(150)는 연료전지(110)의 인근에 배치된다. 산소탱크(150)는 연료전지(110)의 부하 급변시, 또는 연료전지(110)의 과부하시, 연료전지(110)에 추가적인 산소(외부 공기 이외 것을 의미함)를 공급하여, 연료전지(110)의 산소 부족 현상을 방지한다.
제2 파이프(160)는 제1 파이프(140)에서 분기되어, 산소탱크(150)와 연결된다. 제2 파이프(160)는 산소탱크(150)에서 공급되는 산소의 이동 경로를 제공한다.
제2 파이프(160)에는 산소탱크(150)에서 공급되는 산소의 압력을 조절하는 레귤레이터(161)가 더 구비될 수 있다.
솔레노이드 밸브(170)는 제2 파이프(160)에 구비되고, 제어부(190)의 신호에 의하여, 제2 파이프(160)의 개방량을 조절하는 기능을 한다.
배터리(180)는 연료전지(110)에서 생성되는 여분(모터 구동에 직접적으로 사용되지 않는 것을 의미함)의 전기에너지를 저장하고, 무인운반차의 출력이 현저히 높아져야 하는 경우, 연료전지에서 제공되는 전기에너지로 구동되는 모터로 추가적인 전기에너지를 공급하는 기능을 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제어부(190)는 무인운반차 관제 서버(SV)와 연결되는 통신모듈(191)을 포함하고, AGV용 연료전지 파워팩(100)의 주요 구성 요소들[연료전지(110), 송풍기(120), 솔레노이드 밸브(170), 배터리(180) 등]의 작동을 제어하는 기능을 한다.
제어부(190)는 AGV용 연료전지 파워팩(100)의 하우징(미도시)의 외부에 위치될 수 있고, 무인운반차의 EPCU(Electric Power Control Unit)에 통합되어도 무방하다.
도 4를 참조하면, 일반적으로 무인운반차는 물품 비적재 이동구간(A)과 물품 적재 이동구간(B)을 주기적으로 순환한다. 이때 제어부(190)는 물품 비적재 이동구간(A) 진입 시작점(SP)에서, ① 진입 시작점(SP)에서의 배터리(180) 잔량과, ② 무인운반차 관제 서버(SV)로부터 제공 받은 물품 비적재 이동구간(A) 직후의 물품 적재 이동구간(B)의 물품 무게 정보와 이동 거리 정보를 기반으로, 물품 비적재 이동구간(A) 주행 중에 충전되어야 할 배터리 충전 목표값을 산출한다.
계속해서, 제어부(190)는 위 배터리 충전 목표값과, 무인운반차 관제 서버(SV)로부터 제공 받은 물품 비적재 이동구간(A)의 거리 정보를 기반으로, ① 연료전지(110)의 단위 스택(111, 112, 113..) 가동 비율[= 연료전지의 가동율]과, ② 솔레노이드 밸브(170)의 개방 여부, 개방 시점, 개방량을 결정한다.
즉, AGV용 연료전지 파워팩(100)이 탑재된 무인운반차는 물품 비적재 이동구간(A) 주행 중에, 물품 적재 이동구간(B)에서 소모될 배터리(180)의 양이 미리 계산되어, 배터리(180)의 최적 충전이 이루어진다.
한편 도 3을 참조하면, AGV용 연료전지 파워팩(100)은 상태정보검출부(210)를 더 포함할 수 있다. 상태정보검출부(210)는 온도센서, 전압센서, 전류센서 및 압력센서 등을 구비할 수 있고, 연료전지(110)의 상태 정보를 검출하여, 제어부(190)로 전송하는 기능을 한다. 연료전지(110)의 상태 정보는 제어부(190)가 연료전지(110)의 단위 스택 가동 비율과 솔레노이드 밸브(170)의 개방량을 결정하는데, 활용된다.
앞서 설명된 AGV용 연료전지 파워팩(100)는 배터리(180) 사용이 최적화되도록 구성되어, 에너지효율이 우수하다.
또한 AGV용 연료전지 파워팩(100)가 탑재된 무인운반차는 물품을 운반하는 도중 배터리(180)가 방전될 우려가 극히 낮다.
본 개시(The Present Disclosure)의 실시예(들)를 설명할 때 사용된 각종 표현(용어, 시각화된 이미지 등)들은 본 개시의 본질적 기술사상을 독자에게 이해하기 쉽게 전달하기 위한 도구적 목적으로 채택된 것에 불과하다.
또한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 개시의 실시예(들)를 바탕으로 위 실시예(들)와 본질적 기술사상은 동일하지만 피상(皮相)적으로는 차이가 있는 여러 변형 실시예들을 창안해 낼 수 있을 것이다.
따라서 본 개시의 권리범위는 '발명의 설명' 및 '도면'에 기재된 일부 표현들에 의해 제한되어선 안 되고, 본 개시의 본질적 기술사상에 의거하여 폭넓게 해석되어야 한다.
100 : AGV용 연료전지 파워팩
110 : 연료전지 111, 112, 113... : 단위 스택
120 : 송풍기
130 : 막가습기
140 : 제1 파이프
150 : 산소탱크
160 : 제2 파이프 161 : 레귤레이터
170 : 솔레노이드 밸브
180 : 배터리
190 : 제어부 191 : 통신모듈
210 : 상태정보검출부

Claims (4)

  1. AGV용 연료전지 파워팩로서,
    복수 개의 단위 스택을 구비하되, 상기 복수 개의 단위 스택 각각이 개별적으로 ON/OFF 되도록 구성된 연료전지;
    송풍기;
    상기 송풍기로부터 공급받은 공기를 가습한 뒤, 상기 연료전지로 공급하는 막가습기;
    상기 막가습기와 상기 연료전지를 연결하고, 가습된 공기의 이동 경로를 제공하는 제1 파이프;
    산소탱크;
    상기 산소탱크와 상기 제1 파이프를 연결하고, 산소의 이동 경로를 제공하는 제2 파이프;
    상기 제2 유로를 개폐하는 솔레노이드 밸브;
    상기 연료전지에서 생성된 여분의 전기에너지를 저장하는 배터리; 및
    무인운반차 관제 서버와 연결되는 통신모듈을 포함하고, 상기 연료전지와 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    (i) 상기 무인운반차 관제 서버로부터 제공받은 물품 적재 이동구간의 물품 무게 정보와 이동 거리 정보, 상기 배터리로부터 제공받은 상기 물품 적재 이동구간 직전의 물품 비적재 이동구간 진입시의 배터리 잔량 정보를 기반으로, 상기 물품 비적재 이동구간 주행 중의 배터리 충전 목표값을 산출하고,
    (ii) 상기 배터리 충전 목표값과 상기 무인운반차 관제 서버로부터 제공받은 상기 물품 비적재 이동구간의 이동 거리 정보를 기반으로, 상기 물품 비적재 이동구간 주행 시 상기 연료전지의 가동율과 상기 솔레노이드 밸브의 개방량을 결정하는 것을 특징으로 하는, AGV용 연료전지 파워팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파이프에는 상기 산소탱크에 공급되는 산소의 압력을 조절하는 레귤레이터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는, AGV용 연료전지 파워팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지의 상태정보 검출하여 상기 제어부에 제공하는 상태정보검출부;를 더 포함하는, AGV용 연료전지 파워팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상태정보검출부는, 온도센서, 전압센서, 전류센서 및 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는, AGV용 연료전지 파워팩.
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