WO2020204577A1 - 연료전지 기반 전기차 충전 시스템 - Google Patents

연료전지 기반 전기차 충전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2020204577A1
WO2020204577A1 PCT/KR2020/004408 KR2020004408W WO2020204577A1 WO 2020204577 A1 WO2020204577 A1 WO 2020204577A1 KR 2020004408 W KR2020004408 W KR 2020004408W WO 2020204577 A1 WO2020204577 A1 WO 2020204577A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
control unit
unit
charging
electric vehicle
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/004408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
홍주한
Original Assignee
주식회사 디이앤씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디이앤씨 filed Critical 주식회사 디이앤씨
Publication of WO2020204577A1 publication Critical patent/WO2020204577A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • B60L53/665—Methods related to measuring, billing or payment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell-based electric vehicle charging system, and more specifically, to a fuel cell-based electric vehicle charging system for efficiently using energy generated from a fuel cell.
  • a fuel cell is a device that generates electric energy by electrochemically reacting fuel and an oxidizing agent. This chemical reaction is carried out by the catalyst in the catalyst bed, and in general, power generation is possible as long as fuel is continuously supplied.
  • Hydrogen fuel cells use hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidizing agent, and in addition, hydrocarbons, alcohols, etc. may be used as fuels, and air, chlorine, and chlorine dioxide as an oxidizing agent.
  • the power generation efficiency of a fuel cell is very high, about 40-60%, and up to 85% of the total fuel can be converted into energy by using the exhaust heat from the reaction process.
  • various fuels such as natural gas, methanol, LPG (liquefied petroleum gas, propane gas), naphtha, kerosene, and gasified coal can be used.
  • LPG liquefied petroleum gas, propane gas
  • naphtha kerosene
  • gasified coal since it does not burn fuel, it can contribute to environmental protection.
  • fuel cells can be used in various fields such as demand response business, distributed resource integration service business, electric vehicle charging business, and energy storage business. Therefore, there is a need for a system capable of efficiently utilizing a fuel cell.
  • Korean Patent Registration No. 10-1813231 discloses a technology for a "fuel cell system for charging electric vehicle batteries”.
  • the present invention relates to a fuel cell-based electric vehicle charging system, and specifically, to provide a fuel cell-based electric vehicle charging system for efficiently using energy generated from a fuel cell.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention comprises: a fuel cell unit for generating direct current electricity by electrochemically reacting a fuel and an oxidizing agent; And a control unit for controlling the fuel cell unit.
  • a plurality of fuel cell units are provided and connected in parallel, and the plurality of fuel cell units may be provided in the type of two or more fuel cells among PAFC, SOFC, MCFC, and PEMFC. .
  • the control unit includes an integrated control unit that calculates a command for power generation status and power generation amount for each fuel cell type, and receives the command from the integrated control unit and receives the command according to the command value.
  • a power generation control unit that controls the fuel cell unit, and data in which an electric energy demand amount, a thermal energy demand amount, and a value of the amount of thermal energy produced by the fuel cell per electric energy produced by the fuel cell for each type of the fuel cell are stored It may include a storage unit.
  • the command calculated by the integrated control unit of the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention is the amount of electric energy demand, the amount of heat energy demand, and the heat energy produced by the fuel cell per electric energy produced by the fuel cell for each type of the fuel cell. It may be calculated based on the positive value of.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention can maximize the efficiency of energy use by effectively utilizing heat energy additionally produced in addition to direct current electricity produced from the fuel cell.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present nickname can generate high-efficiency energy and respond to load fluctuations with excellent load tracking.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are block diagrams showing various embodiments of the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention.
  • 5 is a block diagram showing the control unit.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention comprises: a fuel cell unit for generating direct current electricity by electrochemically reacting a fuel and an oxidizing agent; And a control unit for controlling the fuel cell unit.
  • a plurality of fuel cell units are provided and connected in parallel, and the plurality of fuel cell units may be provided in the type of two or more fuel cells among PAFC, SOFC, MCFC, and PEMFC. .
  • the control unit includes an integrated control unit that calculates a command for power generation status and power generation amount for each fuel cell type, and receives the command from the integrated control unit and receives the command according to the command value.
  • a power generation control unit that controls the fuel cell unit, and data in which an electric energy demand amount, a thermal energy demand amount, and a value of the amount of thermal energy produced by the fuel cell per electric energy produced by the fuel cell for each type of the fuel cell are stored It may include a storage unit.
  • the command calculated by the integrated control unit of the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention is the amount of electric energy demand, the amount of heat energy demand, and the heat energy produced by the fuel cell per electric energy produced by the fuel cell for each type of the fuel cell. It may be calculated based on the positive value of.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention includes: a DC output control unit for receiving the DC electricity generated from the fuel cell unit and adjusting the output of the DC electricity; A charging unit for charging an electric vehicle by receiving DC electricity output from the DC output control unit; And a DC-AC conversion unit for converting DC electricity generated from the fuel cell unit into AC and outputting it to an external power grid system, wherein the control unit includes the fuel cell unit, the DC output control unit, and the charging unit. And controlling at least one of the DC-AC conversion units.
  • the DC output control unit and the DC-AC conversion unit may be connected in parallel to the DC electric output terminal of the fuel cell unit.
  • control unit preferentially distributes the charging power required by the charging unit from the production power produced by the fuel cell unit to the DC output control unit, and the charging from the production power It may be to distribute the residual power obtained by subtracting power to the DC-AC conversion unit.
  • the fuel cell unit includes a first fuel cell and a second fuel cell
  • the integrated control unit receives an electric load value from the charging unit while the first fuel cell is generating power.
  • the second fuel cell may be generated together with the first fuel cell.
  • the type of the first fuel cell may include at least one of SOFC, MCFC, and PAFC
  • the type of the second fuel cell may include at least one of PAFC and PEMFC.
  • the power generation temperature of the second fuel cell may be lower than the power generation temperature of the first fuel cell.
  • control unit controls the DC output control unit, and the control unit receives charging condition information and outputs DC electricity from the DC output control unit based on the charging condition information. It may be to control the voltage value of.
  • the charging condition information may include one or more of a battery type, a vehicle type, a charging amount, and a charging cost.
  • 1 is a block diagram showing a fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention.
  • 2 to 4 are block diagrams showing various embodiments of the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention.
  • 5 is a block diagram showing the control unit.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention may be a charging system for the electric vehicle 20 using the fuel cell 10 as a main power supply source, not the commercial power of AC electricity.
  • a process of converting AC electricity into DC electricity may be required.
  • the charging time of the battery of the electric vehicle 20 including the process of converting AC power of commercial power to DC may usually take about 4 to 5 hours.
  • energy loss may occur in the process of converting AC to DC, and an additional charge may be imposed on the user depending on the time of use.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention supplies direct current to the electric vehicle 20 with DC electricity produced by the fuel cell 10, so that rapid charging is easy and unnecessary power loss can be prevented. Specifically, when the electric vehicle 20 is directly charged with DC electricity without the AC-DC conversion process, it can be fully charged in about 30 minutes, and by adjusting the voltage of the DC electricity, quick charging may be possible.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention is a fuel cell unit 100 that generates DC electricity by electrochemically reacting fuel and an oxidizing agent, and DC electricity generated from the fuel cell unit 100
  • a DC output control unit 200 that receives input and controls the output of DC electricity
  • a charging unit 400 that receives DC electricity output from the DC output control unit 200 and charges the electric vehicle 20
  • a fuel cell unit Including a DC-AC conversion unit 300 that converts DC electricity generated from 100) into AC and outputs it to an external power grid 30 system, and includes a fuel cell unit 100, a DC output control unit 200 and a DC- A control unit 500 for controlling one or more of the AC conversion units 300 may be further provided.
  • the fuel cell unit 100 includes a fuel cell 10 that generates DC electricity by electrochemically reacting a fuel and an oxidizing agent, and the fuel cell 10 may be PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC, or the like.
  • the fuel cell 10 may generate thermal energy together with electrical energy.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention may recover and use not only electric energy produced by the fuel cell 10 but also thermal energy.
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • the electrode is made of carbon paper and uses a platinum catalyst. Electrical efficiency is about 40%, thermal energy efficiency is 45%, power generation temperature is about 150 to 200°C, and the total efficiency is about 85% when the generated heat and power are combined.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the power generation temperature of SOFC operates at about 700 to 1000°C, which is the highest temperature among the existing fuel cells 10. Since all components are made of solid, the structure is simpler than that of other fuel cells 10, and there is no problem of loss of electrolyte, replenishment, and corrosion.
  • a typical SOFC consists of an oxygen ion conductive electrolyte, an air electrode (cathode) and a fuel electrode (cathode, anode) located on both sides.
  • Oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen from the cathode move to the anode through the electrolyte and react with the hydrogen supplied to the anode to generate water. At this time, electrons are generated at the anode and electrons are consumed at the cathode. Connected to generate current.
  • the electrical efficiency ranges from 55% to 60%.
  • the MCFC molten carbonate fuel cell
  • Power generation temperature is about 600 to 700 °C, it can be operated at high temperature.
  • the electrical efficiency is 45%, the thermal efficiency is 25%, and the overall efficiency is about 70%.
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • the fuel cell 10 exists in various types such as PAFC, SOFC, MCFC, and PEMFC, and the power generation temperature, electrical efficiency, and thermal efficiency of the fuel cell 10 may vary according to each type.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention efficiently controls the production ratio of heat and electricity by combining various fuel cell 10 types, and can perform an optimal load following operation in consideration of the generation temperature.
  • the power generation temperature may be an operating temperature at which the fuel cell 10 generates power. That is, the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention can maximize the efficiency of energy use by effectively utilizing heat energy additionally produced in addition to direct current electricity produced by the fuel cell 10.
  • the fuel cell unit 100 includes a plurality of fuel cells 10, and the plurality of fuel cells 10 may be provided with two or more types of fuel cells 10.
  • the fuel cell unit 100 may include two or more types of fuel cells 10 among PAFC, SOFC, MCFC, and PEMFC. That is, the fuel cell unit 100 may be composed of various types of fuel cells 10.
  • the DC output control unit 200 receives DC electricity produced by the fuel cell unit 100 and adjusts the voltage of the DC electricity to the voltage value required by the charging unit 400, and the voltage value is adjusted by the charging unit 400.
  • DC electricity can be output.
  • the DC output control unit 200 may be a DC/DC converter.
  • the DC-AC conversion unit 300 may convert DC electricity produced by the fuel cell unit 100 into an AC type required by the external power grid 30 system using AC and output it to the external power grid 30 system. .
  • the DC output control unit 200 and the DC-AC conversion unit 300 may be connected in parallel to the DC electric output terminal of the fuel cell unit 100.
  • the DC electricity produced by the fuel cell unit 100 may be distributed and transmitted to the DC output control unit 200 and the DC-AC conversion unit 300.
  • the power produced by the fuel cell unit 100 is the DC output control unit 200, and the charging power required by the charging unit 400 is preferentially distributed, and the remaining power obtained by subtracting the charging power from the production power is It may be distributed to the DC-AC conversion unit 300.
  • the produced power may mean an amount of electricity produced by the fuel cell unit 100.
  • the charging power is power for charging the electric vehicle, and may be a measured electric load value measured by the charging unit 400 or a predicted value calculated from a target charging value. That is, the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention prioritizes charging the electric vehicle 20, and may charge the electric vehicle 20 and transmit the remaining electricity to the external power grid 30 to be sold or used.
  • the DC output control unit 200 and the DC-AC conversion unit 300 are Each battery 10 may be provided individually.
  • the DC electricity output from each DC output control unit 200 may be summed and transmitted to the charging unit 400.
  • the AC electricity output from each DC-AC conversion unit 300 may also be summed and transmitted to the external power grid 30.
  • the voltage values of the DC electricity output from each DC output control unit 200 are the same, and the voltage value and the phase value of the AC electricity output from each DC-AC conversion unit 300 may be the same. have.
  • the voltage values of the DC electricity output from the plurality of DC output control units 200 may be the same, and the voltage values and phase values of the AC electricity output from the plurality of DC-AC conversion units 300 are the same. can do.
  • the command values for the voltage of the DC electricity output from the DC output control unit 200 and the voltage and phase of the AC electricity output from the DC-AC conversion unit 300 are transmitted to the integrated control unit 530 provided in the control unit 500.
  • Can be created by The generated command value is transferred to the DC output control unit 200 or the DC-AC conversion unit 300, and the DC output control unit 200 or the DC-AC conversion unit 300 generates electricity with the voltage or phase of the command value. Can be printed.
  • the DC output unit or the DC-AC unit may perform a function of converting the voltage value of the input electricity into an output terminal, that is, a voltage required by the charging unit 400 or the external power grid 30.
  • the charging unit 400 may be provided in plural, and the DC output control unit 200 is an input terminal of the charging unit 400 for each charging unit 400 or It can be provided at the output stage. That is, the charging unit 400 and the DC output control unit 200 may be provided in pairs.
  • the magnitude of the voltage of DC electricity input to the electric vehicle 20 may be related to the charging speed. That is, by adjusting the voltage level of electricity when charging the electric vehicle 20, it may be possible to select rapid charging and slow charging.
  • the charging unit 400 may include an EV (electronic vehicle) dispenser that mechanically couples a charging terminal provided in the electric vehicle 20 to an electric cable for electrical connection. That is, the charging unit 400 may be for direct electrical connection between the electric vehicle 20 and the fuel-electric electric vehicle 20 charging system of the present invention.
  • the EV dispenser includes a charging cable, and can be easily electrically connected to the electric vehicle 20 of various standards.
  • a sensor is provided in the charging unit 400, and the sensor installed in the charging unit 400 measures one or more information of the vehicle type of the electric vehicle 20, the type of the battery of the electric vehicle 20, the capacity of the battery, and the charging state of the battery. I can.
  • the control unit 500 includes an input unit 510 for inputting charging condition information, a data storage unit 520 for storing charging condition information and fuel cell 10 information, and each of the An integrated control unit 530 that calculates a command on whether or not to generate power for each fuel cell 10 type, and a power generation control unit 540 that receives a command from the integrated control unit 530 and controls the fuel cell 10 according to the command value. ) Can be included.
  • the input unit 510 may input charging condition information, electric energy demand, and thermal energy demand.
  • the charging condition information may include a vehicle type of the electric vehicle 20 to be charged, a battery type, a charging capacity of a battery, a current charging amount, a charging cost, a charging time, and the like.
  • the electric energy demand or heat energy demand may be a direct value input through the input unit 510 or an indirect value calculated based on other information.
  • the electric energy demand is calculated based on one or more of information of the vehicle type, battery type, battery charging capacity, current charging amount, charging cost, and charging time of the electric vehicle 20 to be charged, or the charging unit ( 400) or the external power grid 30 may measure an electrical energy load through a sensor, or may be information obtained by being directly input by a user through an input device.
  • the amount of heat energy demand can be obtained through calculation, sensing, and input.
  • the amount of charge may mean how much electricity is to be charged to the battery of the electric vehicle 20.
  • the charging cost may mean a cost that the user wants to pay for charging the electric vehicle 20.
  • the charging time is a time used for charging, and may be input as a numerical value, or may be selected and input between fast and slow charging.
  • the amount of heat energy demand may be determined by the amount of heat for cooling/heating and hot water supply for surrounding buildings and communities.
  • the input unit 510 may include an active input unit for directly inputting a value by a user, and a passive input unit for automatically inputting a value using a sensor device. Charging condition information may be input to the active input unit as a direct numerical value or value using an input device such as a keypad or a touch pad.
  • the passiv input unit may collect information through actual measurement using a meter, an optical sensor, a camera sensor, or a scanner.
  • the data storage unit 520 may be a memory device. Charging condition information, electric energy demand, thermal energy demand, and fuel cell 10 information may be input to the data storage unit 520.
  • the data storage unit 520 may store fuel cell 10 information for each fuel cell 10 type. That is, the fuel cell 10 information may be stored for each type of fuel cell 10 such as PAFC, SOFC, MCFC, and PEMFC.
  • the fuel cell 10 information may be a power generation temperature, power generation efficiency, heat production efficiency, and a value of an amount of heat energy produced by the fuel cell 10 per electric energy produced by the fuel cell 10.
  • the integrated control unit 530 may calculate a command for power generation or not and an amount of power generation for each fuel cell 10 type.
  • the integrated control unit 530 may be configured to provide a thermal energy generated by the fuel cell 10 per electric energy generated by the fuel cell 10 for each type of electric energy demand, thermal energy demand, and fuel cell 10 Based on the positive value of, a command for power generation or power generation for each of the plurality of fuel cells 10 may be calculated.
  • the integrated control unit 530 may be to activate power generation by selecting some of the plurality of fuel cells 10 based on the electric energy demand and the thermal energy demand.
  • the integrated control unit 530 may determine which of the types of fuel cells 10 to generate power to or at a operating rate based on the electric energy demand and the thermal energy demand. That is, the integrated control unit 530 may select and activate some of the types of the plurality of fuel cells 10 based on the electric energy demand and the thermal energy demand.
  • the integrated control unit 530 selects which fuel cell 10 to generate power from among the plurality of fuel cells 10, calculates a power generation amount for how to operate the selected fuel cell 10, and calculates the calculated command value. It may be transmitted to the power generation control unit 540 that controls the fuel cell 10. Specifically, the integrated control unit 530 calculates a value for the amount of electric power and the amount of heat energy of direct current to be produced by the fuel cell unit 100 based on the electric energy demand and the heat energy demand, and the ratio of the electric energy and the heat quantity It is possible to select the fuel cell 10 to be operated in consideration of.
  • the ratio of power and heat to be produced is 10 to 3
  • the amount of heat is excessive or insufficient when the target power is produced by a single fuel cell (10) with a power and heat production ratio of 5 to 2 or 5 to 1.
  • the fuel cell 10 with a production ratio of 5 to 2 and the fuel cell 10 with a production ratio of 5 to 1 are combined and operated at an appropriate operation rate, it is possible to accurately produce a power and heat ratio of 10 to 3.
  • Thermal energy produced by the fuel cell 10 may be stored in a separate thermal energy storage unit.
  • the thermal energy storage unit may be a heat storage tank or the like. That is, heat energy is discharged from the fuel cell in the form of hot water and can be stored in a heat storage tank.
  • the integrated control unit 530 receives the electric load value from the charging unit 400 while the first fuel cell is generating power.
  • the second fuel cell may be generated together with the first fuel cell.
  • the first fuel cell may be a fuel cell 10 that always performs power generation with a basic value. In this state, when a DC electricity request amount exceeding the power generation amount of the first fuel cell is input from the charging unit 400, a second fuel cell separately provided for fast load tracking may be operated to produce insufficient electricity.
  • Fuel cells 10 such as SOFC and MCFC have excellent power generation efficiency, but because the power generation temperature is high, the loading time for preparing for power generation is longer than that of PEMFC where the power generation temperature is room temperature. PEMFC is less efficient in power generation than SOFC and MCFC, but the time to prepare for power generation is shorter. In addition, it may be inefficient that the activation and deactivation of the fuel cell 10 having a high power generation temperature such as SOFC or MCFC are frequently repeated. Accordingly, SOFC, MCFC, and PAFC type fuel cells 10 may be used as a constant power source, and PAFC and PEMFC type fuel cells 10 may be used as a power source for fast power compensation due to load fluctuations.
  • the first fuel cell type includes one or more of SOFC, MCFC, and PAFC
  • the second fuel cell type includes one or more of PAFC and PEMFC
  • the power generation temperature of the second fuel cell is the first fuel cell. It may be lower than the power generation temperature of.
  • the power generation control unit 540 may be provided in a plurality in pairs in each of the plurality of fuel cells 10. That is, the power generation control unit 540 may be assigned one per fuel cell 10.
  • the integrated control unit 530 transmits a command to the power generation control unit 540 of the fuel cell 10 to be operated in order to control the fuel cell 10 that needs to be operated, and the power generation control unit 540 Power generation of the fuel cell 10 can be controlled. That is, the power generation control unit 540 may receive a command from the integrated control unit 530 and control the fuel cell 10 according to the command value.
  • the integrated control unit 530 may control a ratio of DC electricity input to the DC output control unit 200 and the DC-AC conversion unit 300. Specifically, the integrated control unit 530 preferentially distributes the charging power required by the charging unit 400 from the production power produced by the fuel cell unit 100 to the DC output control unit 200, and charges from the production power. The residual power obtained by subtracting the power may be distributed to the DC-AC conversion unit 300. That is, the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention continuously produces a certain amount of electricity in the fuel cell unit 100, charges the electric vehicle 20 from the amount of electricity produced, and delivers the remaining electricity to the external power grid 30 for sale. Or can be used.
  • the integrated control unit 530 may receive charging condition information from the input unit 510 and control a voltage value of DC electricity output from the DC output control unit 200 based on the charging condition information.
  • the charging condition information input to the input unit 510 includes one or more of a battery type, a vehicle type, a charge amount, and a charging cost, and may be input to the integrated control unit 530 through the input unit 510.
  • the integrated control unit 530 may determine whether to rapidly charge based on the charging condition information, and adjust the output voltage value of the DC output control unit 200 according to the determined result.
  • the voltage value for fast charging is proportional to the amount of charge, and is the charging time and charging time t, and when the voltage value is V It can be a relationship of.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present invention can maximize the efficiency of energy use by effectively utilizing heat energy additionally produced in addition to direct current electricity produced from the fuel cell.
  • the fuel cell-based electric vehicle charging system of the present nickname can generate high-efficiency energy and respond to load fluctuations with excellent load tracking.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 연료전지에서 발생하는 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 연료전지 기반 전기차 충전 시스템을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 발생시키는 연료전지 유니트; 및 상기 연료전지 유니트를 제어하는 제어 유니트;를 포함하고, 상기 연료전지 유니트는 복수로 마련되어 서로 병렬로 연결되며, 복수의 상기 연료전지 유니트는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 중 둘 이상의 연료전지의 타입으로 마련될 수 있다.

Description

연료전지 기반 전기차 충전 시스템
본 출원은 2019.04.01. 출원된 한국특허출원 10-2019-0037757호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 연료전지에서 발생하는 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에 관한 것이다.
연료전지(燃料電池, Fuel Cell)란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 화학 반응은 촉매층내에서 촉매에 의하여 이루어지며 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능하다.
연료전지의 연료와 산화제로는 여러 가지를 이용할 수 있다. 수소 연료전지는 수소를 연료로, 산소를 산화제로 이용하며, 그 외에 탄화수소, 알코올 등을 연료로, 공기, 염소, 이산화 염소 등을 산화제로 이용할 수 있다. 연료전지의 발전 효율은 40~60% 정도로 대단히 높으며, 반응 과정에서 나오는 배출열을 이용하면 전체 연료의 최대 85%까지 에너지로 바꿀 수 있다. 게다가 천연가스와 메탄올, LPG(액화석유가스, propane gas), 나프타, 등유, 가스화된 석탄 등의 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 에너지 자원을 확보하기 쉽다. 또한, 연료를 태우지 않기 때문에 환경보호에도 기여할 수 있다. 또한 질소산화물(NOx)과 이산화탄소의 배출량이 석탄 화력 발전의 각각 1/38과 1/3 정도이며, 소음도 화력발전 방식에 비해 매우 적다는 장점이 있다. 이와 더불어 모듈화에 의한 건설 기간의 단축, 설비 용량의 증감이 가능하고, 적은 부지 면적을 필요로 하기 때문에 입지 선정이 용이하다. 따라서 도심 지역 또는 건물 내에 설치하는 것이 가능하여 경제적으로 에너지를 공급할 수 있다. 연료전지는 기존의 화력 발전을 대체할 수 있으며, 분산 전원용 발전소, 열병합 발전소, 더 나아가서는 무공해 자동차의 전원 등에 적용될 수 있다.
연료전지는 에너지에 대한 관심이 증가함에 따라, 수요반응사업, 분산자원통합서비스사업, 전기차충전사업, 및 에너지저장사업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 따라서, 연료전지를 효율적으로 활용할 수 있는 시스템이 필요하다.
한국등록특허 제10-1813231호에는 "전기자동차 배터리 충전용 연료전지 시스템"에 대한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 연료전지에서 발생하는 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 연료전지 기반 전기차 충전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 발생시키는 연료전지 유니트; 및 상기 연료전지 유니트를 제어하는 제어 유니트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 연료전지 유니트는 복수로 마련되어 서로 병렬로 연결되며, 복수의 상기 연료전지 유니트는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 중 둘 이상의 연료전지의 타입으로 마련될 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 제어 유니트는 각각의 상기 연료전지 타입별로 발전 여부 및 발전량에 대한 지령을 산출하는 통합 제어부와, 상기 통합 제어부로부터 상기 지령을 전달받아 상기 지령 값에 따라 상기 연료전지 유니트를 제어하는 발전 제어부와, 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 상기 연료전지의 타입별로 상기 연료전지에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지에서 생산되는 열 에너지의 양의 값이 저장되는 데이터 저장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템의 통합 제어부에서 산출하는 상기 지령은 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 상기 연료전지의 타입별로 상기 연료전지에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지에서 생산되는 열 에너지의 양의 값을 근거로 산출하는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지에서 생산된 직류 전기를 주 전원을 바로 전기차에 공급함으로써, 급속 충전이 용이하고 불필요한 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지에서 생산되는 직류 전기 외에 부가적으로 생산되는 열 에너지를 효과적으로 활용할 수 있도록 함으로써, 에너지 사용의 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 본 별명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 고효율의 에너지를 발전함과 동시에 부하 변동에 대해서 우수한 부하추종으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템의 다양한 실시 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 제어 유니트를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 발생시키는 연료전지 유니트; 및 상기 연료전지 유니트를 제어하는 제어 유니트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 연료전지 유니트는 복수로 마련되어 서로 병렬로 연결되며, 복수의 상기 연료전지 유니트는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 중 둘 이상의 연료전지의 타입으로 마련될 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 제어 유니트는 각각의 상기 연료전지 타입별로 발전 여부 및 발전량에 대한 지령을 산출하는 통합 제어부와, 상기 통합 제어부로부터 상기 지령을 전달받아 상기 지령 값에 따라 상기 연료전지 유니트를 제어하는 발전 제어부와, 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 상기 연료전지의 타입별로 상기 연료전지에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지에서 생산되는 열 에너지의 양의 값이 저장되는 데이터 저장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템의 통합 제어부에서 산출하는 상기 지령은 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 상기 연료전지의 타입별로 상기 연료전지에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지에서 생산되는 열 에너지의 양의 값을 근거로 산출하는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 상기 연료전지 유니트에서 발생된 상기 직류 전기를 입력받아 상기 직류 전기의 출력을 조절하는 직류출력조절 유니트; 상기 직류출력조절 유니트에서 출력된 직류 전기를 입력받아 전기차를 충전하는 충전 유니트; 및 상기 연료전지 유니트에서 발생된 직류 전기를 교류로 전환하여 외부 전력망 시스템으로 출력하는 직류-교류 변환 유니트;를 더 포함하고, 상기 제어 유니트는 상기 연료전지 유니트, 상기 직류출력조절 유니트, 상기 충전 유니트 및 상기 직류-교류 변환 유니트 중 하나 이상을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 직류출력조절 유니트와 상기 직류-교류 변환 유니트는 상기 연료전지 유니트의 직류 전기 출력단에 병렬로 연결되는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 제어 유니트는 상기 연료전지 유니트에서 생산된 생산 전력에서 상기 충전 유니트에서 요구하는 충전 전력을 우선적으로 상기 직류출력조절 유니트에 분배하며, 상기 생산 전력에서 상기 충전 전력을 차감한 잔여 전력을 상기 직류-교류 변환 유니트로 분배하는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 연료전지 유니트는 제1 연료전지 및 제2 연료전지를 포함하고, 상기 통합 제어부는 상기 제1 연료전지가 발전 중인 상태에서 상기 충전 유니트로부터 전기 부하 값을 입력받으며, 상기 전기 부하 값이 임계 값 이상이면 상기 제2 연료전지를 상기 제1 연료전지와 함께 발전시키는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 제1 연료전지의 타입은 SOFC, MCFC, 및 PAFC 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 연료전지의 타입은 PAFC 및 PEMFC 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 제2 연료전지의 발전온도는 상기 제1 연료전지의 발전온도보다 더 낮은 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 제어 유니트는 상기 직류출력조절 유니트를 제어하고, 상기 제어 유니트는 충전조건 정보를 입력받아 상기 충전조건 정보를 근거로 상기 직류출력조절 유니트에서 출력되는 직류 전기의 전압 값을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에서 상기 충전조건 정보는 배터리 타입, 차종, 충전량 및 충전비용 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2 내지 4는 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템의 다양한 실시 예를 나타내는 블록도이다. 도 5는 제어 유니트를 나타내는 블록도이다.
이하, 도 1 내지 5를 참조하여, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템에 대한 구성 및 작동에 대한 상세한 설명을 한다.
본 발명 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 교류 전기의 상용전력이 아닌 연료전지(10)를 주 전력공급원으로 하는 전기차(20) 충전 시스템일 수 있다. 기존의 상용전력을 기반으로 한 교류 전원의 충전 시스템은 전기차(20)에 최종적으로 직류 전기가 배터리에 저장되기 때문에 교류 전기를 직류 전기로 변환하는 과정이 필요할 수 있다. 상용전력의 교류 전원을 직류로 변환하는 과정이 포함되는 전기차(20) 배터리의 완충 시간은 보통 4 내지 5시간 정도가 소요될 수 있다. 또한, 교류를 직류로 변환하는 과정에서 에너지 손실이 발생할 수 있으며, 사용 시간대에 따라서 사용자에게 추가요금이 부과될 수 있다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지(10)에서 생산된 직류 전기를 주 전원을 바로 전기차(20)에 공급함으로써, 급속 충전이 용이하고 불필요한 전력 손실을 방지할 수 있다. 구체적으로, 교류-직류 변환 과정 없이 직류 전기로 전기차(20)를 바로 충전할 경우 약 30분 정도의 시간만으로 완충할 수 있으며, 직류 전기의 전압을 조절하면 더 빠르게 급속 충전이 가능할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 발생시키는 연료전지 유니트(100), 연료전지 유니트(100)에서 발생된 직류 전기를 입력받아 직류 전기의 출력을 조절하는 직류출력조절 유니트(200), 직류출력조절 유니트(200)에서 출력된 직류 전기를 입력받아 전기차(20)를 충전하는 충전 유니트(400), 연료전지 유니트(100)에서 발생된 직류 전기를 교류로 전환하여 외부 전력망(30) 시스템으로 출력하는 직류-교류 변환 유니트(300)를 포함하고, 연료전지 유니트(100), 직류출력조절 유니트(200) 및 직류-교류 변환 유니트(300) 중 하나 이상을 제어하는 제어 유니트(500)가 더 마련될 수 있다.
연료전지 유니트(100)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 발생시키는 연료전지(10)를 포함하고, 연료전지(10)는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 등 일 수 있다. 연료전지(10)는 전기 에너지와 함께 열 에너지가 생산될 수 있다. 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지(10)에서 생산되는 전기 에너지뿐만 아니라 열 에너지 또한 회수하여 사용할 수 있다.
PAFC(phosphoric acid fuel cell)는 액체 인산을 전해질로 이용하는 연료전지(10)다. 전극은 카본지(carbon paper)로 이루어지며, 백금 촉매를 이용한다. 전기 효율은 약 40%, 열 에너지 효율은 45%, 발전온도는 약 150 내지 200℃이며, 발생되는 열과 전력을 합했을 때 전체 효율은 약 85% 정도이다.
SOFC(solid oxide fuel cell)는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지(10)다. SOFC의 발전온도는 현존하는 연료전지(10) 중 가장 높은 온도인 약 700 내지 1000℃에서 작동한다. 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지(10)에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극, cathode) 및 연료극(음극, anode)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이 때, 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되어 연결하여 전류를 발생한다. 전기 효율은 55% ~ 60% 수준이다.
MCFC(molten carbonate fuel cell)는 다른 형태의 연료전지(10)와 마찬가지로 열효율과 환경친화성이 높고 모듈화가 용이하며 설치공간이 작다는 장점을 갖는다. 발전온도는 약 600 내지 700℃이며, 고온에서 운전될 수 있다. 전기 효율은 45%, 열 효율은 25%, 전체 효율은 약 70% 수준이다.
PEMFC(polymer electrolyte membrane fuel cell)는 수소이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용한다. 다른 형태의 연료전지(10)에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지(10)로서, 100℃ 미만의 비교적 저온의 발전온도에서 작동되고 구조가 간단하다. 전기 효율은 35%로 예상된다.
상술한 바와 같이, 연료전지(10)는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 등 다양한 타입으로 존재하며, 연료전지(10)는 각 타입 별로 발전온도, 전기 효율 및 열 효율이 달라질 수 있다. 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 다양한 연료전지(10) 타입을 조합하여 열과 전기의 생산 비율을 효율적으로 조절하며, 발전온도를 고려하여 최적의 부하추종 운전을 할 수 있다. 발전온도는 연료전지(10)가 발전되는 운전 온도일 수 있다. 즉, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지(10)에서 생산되는 직류 전기 외에 부가적으로 생산되는 열 에너지를 효과적으로 활용할 수 있도록 함으로써, 에너지 사용의 효율성을 극대화할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지 유니트(100)는 복수의 연료전지(10)를 포함하고, 복수의 연료전지(10)는 두 가지 타입 이상의 연료전지(10)로 마련되는 것일 수 있다. 연료전지 유니트(100)는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 중 둘 이상의 연료전지(10)의 타입을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 연료전지 유니트(100)는 다종의 연료전지(10)로 구성될 수 있다.
직류출력조절 유니트(200)는 연료전지 유니트(100)에서 생산된 직류 전기를 입력 받아 충전 유니트(400)에서 요구하는 전압 값으로 직류 전기의 전압을 조절하여 충전 유니트(400)로 전압 값이 조절된 직류 전기를 출력할 수 있다. 직류출력조절 유니트(200)는 DC/DC 컨버터일 수 있다. 직류-교류 변환 유니트(300)는 연료전지 유니트(100)에서 생산된 직류 전기를 교류를 사용하는 외부 전력망(30) 시스템에서 요구하는 교류 타입으로 변환하여 외부 전력망(30) 시스템으로 출력할 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 직류출력조절 유니트(200)와 직류-교류 변환 유니트(300)는 연료전지 유니트(100)의 직류 전기 출력단에 병렬로 연결되는 것일 수 있다. 연료전지 유니트(100)에서 생산된 직류 전기는 직류출력조절 유니트(200)와 직류-교류 변환 유니트(300)로 분배되어 전송될 수 있다. 구체적으로, 연료전지 유니트(100)에서 생산된 생산 전력은 직류출력조절 유니트(200)로 충전 유니트(400)에서 요구하는 충전 전력이 우선적으로 분배되고, 생산 전력에서 충전 전력을 차감한 잔여 전력이 직류-교류 변환 유니트(300)로 분배될 수 있다. 생산 전력은 연료전지 유니트(100)에서 생산되는 전기의 전력량을 의미할 수 있다. 충전 전력은 전기 자동차를 충전하기 위한 전력으로, 충전 유니트(400)에서 측정되는 실측 전기 부하 값이나 목표 충전 값에서 산출되는 예측 값일 수 있다. 즉, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 전기차(20)의 충전을 우선적으로 하며, 전기차(20)를 충전하고 남은 전기를 외부 전력망(30)으로 전송하여, 판매하거나 사용할 수 있다.
일 실시 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지 유니트(100)에 연료전지(10)가 복수로 마련된 경우에 직류출력조절 유니트(200)와 직류-교류 변환 유니트(300)는 각각의 연료전지(10) 마다 개별적으로 마련될 수 있다. 각각의 직류출력조절 유니트(200) 출력된 직류 전기는 합해져 충전 유니트(400)로 송전될 수 있다. 각각의 직류-교류 변환 유니트(300)에서 출력된 교류 전기 또한 합해져 외부 전력망(30)으로 송전될 수 있다. 이때, 각각의 직류출력조절 유니트(200)에서 출력된 직류 전기의 전압 값은 서로 동일하고, 각각의 직류-교류 변환 유니트(300)에서 출력되는 교류 전기의 전압 값 및 위상 값은 서로 동일할 수 있다. 복수의 연료전지(10)가 서로 병렬로 연결될 경우 서로 다른 전압 값을 출력하게 되면, 높은 전압 값으로 전기를 생산하는 연료전지(10)의 전력만을 소모하게 되거나, 낮은 전압 값의 연료전지(10)로 전류가 역류하여 회로에 손상을 줄 수 있다. 따라서, 복수의 직류출력조절 유니트(200)에서 출력되는 직류 전기의 전압 값은 서로 동일할 수 있으며, 복수의 직류-교류 변환 유니트(300)에서 출력되는 교류 전기의 전압 값 및 위상 값은 서로 동일할 수 있다.
직류출력조절 유니트(200)에서 출력되는 직류 전기의 전압, 직류-교류 변환 유니트(300)에서 출력되는 교류 전기의 전압 및 위상에 대한 지령 값은 제어 유니트(500)에 마련된 통합 제어부(530)에 의해서 생성될 수 있다. 생성된 지령 값은 직류출력조절 유니트(200) 또는 직류-교류 변환 유니트(300)로 전달되며, 직류출력조절 유니트(200) 또는 직류-교류 변환 유니트(300)는 지령 값의 전압 또는 위상으로 전기를 출력할 수 있다.
다른 실시 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 전압의 전기를 발전하여 출력하는 복수의 연료전지(10)가 연료전지 유니트(100)에 마련될 경우에, 각 연료전지(10)에서 발전된 직류 전기는 하나의 라인으로 모여 연료전지 유니트(100)에서 출력되고, 출력된 전기는 직류출력조절 유니트(200)와 직류-교류 유니트에 각각 분배될 수 있다. 이때, 직류출력 유니트 또는 직류-교류 유니트는 출력단, 즉, 충전 유니트(400) 또는 외부 전력망(30)에서 요구하는 전압의 크기로 입력 전기의 전압 값을 변환시키는 기능을 수행할 수 있다.
또 다른 실시 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 충전 유니트(400)는 복수로 마련될 수 있으며, 직류출력조절 유니트(200)는 각각의 충전 유니트(400) 마다 충전 유니트(400)의 입력단 또는 출력단에 마련될 수 있다. 즉, 충전 유니트(400)와 직류출력조절 유니트(200)는 쌍으로 마련될 수 있다. 전기차(20)에 입력되는 직류 전기의 전압의 크기는 충전 속도와 관련이 있을 수 있다. 즉, 전기차(20)의 충전 시 전기의 전압 크기를 조절함으로써, 급속 충전 및 완속 충전 등의 선택이 가능해질 수 있다.
충전 유니트(400)는 전기차(20)에 마련된 충전 단자와 전기 케이블 등으로 전기적 연결을 위한 기구적 결합을 하는 EV(electronic vehicle) dispenser를 포함할 수 있다. 즉, 충전 유니트(400)는 전기차(20)와 본 발명의 연료전기 기반 전기차(20) 충전 시스템 간의 직접적인 전기적 연결을 위한 것일 수 있다. EV dispenser는 충전 케이블을 포함하며, 다양한 규격의 전기차(20)에 용이하게 전기적 연결을 할 수 있다. 충전 유니트(400)에는 센서가 마련되며, 충전 유니트(400)에 설치된 센서는 전기차(20)의 차종, 전기차(20) 배터리의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태 중 하나 이상 정보를 측정할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어 유니트(500)는 충전조건 정보가 입력되는 입력부(510)와, 충전조건 정보 및 연료전지(10) 정보가 저장되는 데이터 저장부(520)와, 각각의 상기 연료전지(10) 타입별로 발전 여부 및 발전량에 대한 지령을 산출하는 통합 제어부(530)와, 통합 제어부(530)로부터 지령을 전달받아 지령 값에 따라 연료전지(10)를 제어하는 발전 제어부(540)를 포함할 수 있다.
입력부(510)는 충전조건 정보, 전기 에너지 수요량 및 열 에너지 수요량이 입력될 수 있다. 충전 조건 정보는 충전 대상이 되는 전기차(20)의 차종, 배터리 타입, 배터리의 충전 용량, 현재 충전량, 충전비용, 충전시간 등일 수 있다. 전기 에너지 수요량 또는 열 에너지 수요량은 입력부(510)를 통해 직접적인 값이 입력되거나 다른 정보를 근거로 산출되는 간접적인 값일 수 있다. 예를 들어, 전기 에너지 수요량은 충전 대상이 되는 전기차(20)의 차종, 배터리 타입, 배터리의 충전 용량, 현재 충전량, 충전비용, 및 충전시간을 중 하나 이상의 정보를 근거로 산출되거나, 충전 유니트(400) 또는 외부 전력망(30)에서 전기 에너지 부하를 센서를 통해 측정하거나, 사용자가 직접 입력 장치를 통해 입력됨으로써 획득되는 정보일 수 있다. 열 에너지 수요량도 마찬가지로 산출, 센싱, 입력 등을 통해 획득될 수 있다. 충전량은 전기차(20)의 배터리에 얼마만큼의 전기를 충전할 것인지를 의미할 수 있다. 충전비용은 사용자가 전기차(20) 충전을 위해 지불하고자 하는 비용을 의미할 수 있다. 충전시간은 충전을 위해 사용하는 시간으로, 수치 값으로 입력되거나, 급속 및 완속 충전 중 선택되어 입력될 수 있다. 열 에너지 수요량은 주변 건물 및 커뮤니티용의 냉/난방 및 급탕 등을 위한 열량으로 결정될 수 있다.
입력부(510)는 사용자가 직접 값을 입력하는 액티브 입력부와, 센서 장치를 이용해서 자동적으로 값을 입력받는 패시브 입력부를 포함할 수 있다. 액티브 입력부에는 키 패드, 터치 패드 등의 입력 장치를 이용해서 직접적인 수치 또는 값으로 충전조건 정보가 입력될 수 있다. 패시프 입력부는 계량기, 광학 센서, 카메라 센서, 스캐너 등으로 실측을 통해 정보를 수집할 수 있다.
데이터 저장부(520)는 메모리 장치일 수 있다. 데이터 저장부(520)에는 충전조건 정보, 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 연료전지(10) 정보가 입력될 수 있다.
데이터 저장부(520)에는 연료전지(10) 정보가 연료전지(10) 타입 별로 저장될 수 있다. 즉, 연료전지(10) 정보는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 등의 연료전지(10)의 타입 별로 저장될 수 있다. 연료전지(10) 정보는 발전온도, 발전 효율, 열 생산 효율, 및 연료전지(10)에서 생산되는 전기 에너지 당 연료전지(10)에서 생산되는 열 에너지의 양의 값일 수 있다.
통합 제어부(530)는 각각의 연료전지(10) 타입별로 발전 여부 및 발전량에 대한 지령을 산출할 수 있다.
일실시 예로, 통합 제어부(530)는 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 연료전지(10)의 타입별로 상기 연료전지(10)에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지(10)에서 생산되는 열 에너지의 양의 값을 근거로 복수의 연료전지(10) 각각에 대한 발전 여부 또는 발전량에 대한 지령을 산출할 수 있다.
통합 제어부(530)는 전기 에너지 수요량과 열 에너지 수요량에 근거하여 복수의 연료전지(10) 중 일부를 선택하여 발전을 활성화하는 것일 수 있다. 통합 제어부(530)는 전기 에너지 수요량과 열 에너지 수요량에 근거하여 복수의 연료전지(10)의 타입 중 어떤 연료전지(10)로 발전할 것인지, 어떤 가동률로 발전할 것인지를 판단할 수 있다. 즉, 통합 제어부(530)는 전기 에너지 수요량과 열 에너지 수요량에 근거하여 복수의 연료전지(10)의 타입 중 일부를 선택하여 활성화할 수 있다.
통합 제어부(530)는 복수의 연료전지(10) 중 어떤 연료전지(10)로 발전할 것인지를 선택하고, 선택된 연료전지(10)를 어떻게 운전할 것인지에 대한 발전량을 산출하며, 산출된 지령 값을 해당 연료전지(10)를 제어하는 발전 제어부(540)에 전달할 수 있다. 구체적으로, 통합 제어부(530)는 전기 에너지 수요량과 열 에너지 수요량을 근거로 연료전지 유니트(100)에서 생산해야 하는 직류 전기의 전력량과 열 에너지의 양에 대한 값을 산출하고, 전력량과 열량의 비를 고려하여 가동이 되는 연료전지(10)를 선택할 수 있다. 예를 들어, 생산해야 하는 전력과 열의 비율이 10 대 3일 때, 전력과 열의 생산 비율이 5 대 2거나 5 대 1인 연료전지(10) 단일로 목표 전력을 생산할 경우 열의 양은 과하거나 부족하게 될 수 있다. 하지만, 생산 비율이 5 대 2인 연료전지(10)와 생산 비율이 5 대 1인 연료전지(10)를 조합하여 적절한 가동률로 가동하면 전력과 열의 비율 10 대 3이 되도록 정확하게 생산할 수 있다. 이를 통해, 화력발전소의 발전 효율인 약 40%(송전단 효율 약 38%) 보다 훨씬 높은 에너지 효율인 60% 이상으로 전기차(20)에 직류 전류를 충전할 수 있다.
연료전지(10)에서 생산된 열 에너지는 별도로 마련된 열 에너지저장 유니트에 저장될 수 있다. 열 에너지저장 유니트는 축열조 등일 수 있다. 즉 열 에너지는 온수의 형태로 연료전지에서 배출되며, 축열조에 저장될 수 있다.
다른 실시 예로, 연료전지 유니트(100)는 제1 연료전지 및 제2 연료전지를 포함할 때, 통합 제어부(530)는 제1 연료전지가 발전 중인 상태에서 충전 유니트(400)로부터 전기 부하 값을 입력받으며, 전기 부하 값이 임계 값 이상이면 제2 연료전지를 제1 연료전지와 함께 발전시키는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 연료전지는 기본 값으로 항상 발전을 수행하는 연료전지(10)일 수 있다. 이러한 상태에서, 충전 유니트(400)로부터 제1 연료전지의 발전량을 초과하는 직류 전기 요구량이 입력되면, 빠른 부하추종을 위해 별도로 마련되는 제2 연료전지를 가동하여 부족분의 전기를 생산할 수 있다.
SOFC, MCFC 등의 연료전지(10)는 전력 생산 효율은 우수하지만 발전온도가 높기 때문에 발전 준비를 위한 로딩시간이 발전온도가 상온인 PEMFC 보다 더 길다. PEMFC는 SOFC, MCFC보다 전력 생산 효율은 떨어지지만 발전준비를 위한 시간은 짧다. 그리고, SOFC, MCFC 등의 발전온도가 높은 연료전지(10)는 활성화 및 비활성화가 빈번하게 반복되는 것이 비효율적일 수 있다. 따라서, 상시 발전 전력원으로 SOFC, MCFC, PAFC 타입의 연료전지(10)를 사용하고, 부하변동에 의한 빠른 전력보상을 위한 전력원으로 PAFC, PEMFC 타입의 연료전지(10)를 사용할 수 있다. 즉, 제1 연료전지 타입은 SOFC, MCFC, 및 PAFC 중 하나 이상을 포함하고, 제2 연료전지 타입은 PAFC 및 PEMFC 중 하나 이상을 포함하는 것으로, 제2 연료전지의 발전온도는 제1 연료전지의 발전온도보다 더 낮은 것일 수 있다.
발전 제어부(540)는 복수의 연료전지(10) 각각에 쌍을 이루며 복수로 마련될 수 있다. 즉, 발전 제어부(540)는 연료전지(10) 당 하나씩 배정될 수 있다. 통합 제어부(530)는 가동이 필요한 연료전지(10)를 제어하기 위해서, 가동 대상이 되는 연료전지(10)의 발전 제어부(540)에 지령을 전달하고, 해당 발전 제어부(540)는 지령에 따라 연료전지(10)의 발전을 제어할 수 있다. 즉, 발전 제어부(540)는 통합 제어부(530)로부터 지령을 전달받아 지령 값에 따라 연료전지(10)를 제어할 수 있다.
통합 제어부(530)는 직류출력조절 유니트(200)와 직류-교류 변환 유니트(300)에 입력되는 직류 전기의 비율을 제어할 수 있다. 구체적으로, 통합 제어부(530)는 연료전지 유니트(100)에서 생산된 생산 전력에서 상기 충전 유니트(400)에서 요구하는 충전 전력을 우선적으로 직류출력조절 유니트(200)에 분배하며, 생산 전력에서 충전 전력을 차감한 잔여 전력을 직류-교류 변환 유니트(300)로 분배할 수 있다. 즉, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지 유니트(100)에서 일정량의 전기를 지속적으로 생산하고, 전기 생산 량에서 전기차(20)를 충전하고 남은 전기는 외부 전력망(30)으로 전달해 판매 또는 사용할 수 있다.
통합 제어부(530)는 충전조건 정보를 입력부(510)로부터 입력받아 충전조건 정보를 근거로 직류출력조절 유니트(200)에서 출력되는 직류 전기의 전압 값을 제어할 수 있다. 입력부(510)에 입력되는 충전조건 정보는 배터리 타입, 차종, 충전량 및 충전비용 중 하나 이상을 포함하는 것으로 입력부(510)를 통해 통합 제어부(530)에 입력될 수 있다. 또한, 충전조건 정보를 근거로 통합 제어부(530)는 급속 충전 여부를 결정하고, 결정된 결과에 따라 직류출력조절 유니트(200)의 출력 전압 값을 조절할 수 있다. 예를 들어, 급속 충전을 위한 전압 값은 충전량과 비례하고, 충전시간과 충전시간 t이고, 전압 값 V일 때
Figure PCTKR2020004408-appb-img-000001
의 관계일 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지에서 생산된 직류 전기를 주 전원을 바로 전기차에 공급함으로써, 급속 충전이 용이하고 불필요한 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 연료전지에서 생산되는 직류 전기 외에 부가적으로 생산되는 열 에너지를 효과적으로 활용할 수 있도록 함으로써, 에너지 사용의 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 본 별명의 연료전지 기반 전기차 충전 시스템은 고효율의 에너지를 발전함과 동시에 부하 변동에 대해서 우수한 부하추종으로 대응할 수 있다.

Claims (9)

  1. 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 직류 전기를 발생시키는 연료전지 유니트; 및
    상기 연료전지 유니트를 제어하는 제어 유니트;를 포함하고,
    상기 연료전지 유니트는 복수로 마련되어 서로 병렬로 연결되며,
    복수의 상기 연료전지 유니트는 PAFC, SOFC, MCFC, PEMFC 중 둘 이상의 연료전지의 타입으로 마련되고,
    상기 제어 유니트는 각각의 상기 연료전지 타입별로 발전 여부 및 발전량에 대한 지령을 산출하는 통합 제어부와, 상기 통합 제어부로부터 상기 지령을 전달받아 상기 지령 값에 따라 상기 연료전지 유니트를 제어하는 발전 제어부와, 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 상기 연료전지의 타입별로 상기 연료전지에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지에서 생산되는 열 에너지의 양의 값이 저장되는 데이터 저장부를 포함하며,
    상기 통합 제어부에서 산출하는 상기 지령은 전기 에너지 수요량, 열 에너지 수요량, 및 상기 연료전지의 타입별로 상기 연료전지에서 생산되는 전기 에너지 당 상기 연료전지에서 생산되는 열 에너지의 양의 값을 근거로 산출하는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 유니트에서 발생된 상기 직류 전기를 입력받아 상기 직류 전기의 출력을 조절하는 직류출력조절 유니트;
    상기 직류출력조절 유니트에서 출력된 직류 전기를 입력받아 전기차를 충전하는 충전 유니트; 및
    상기 연료전지 유니트에서 발생된 직류 전기를 교류로 전환하여 외부 전력망 시스템으로 출력하는 직류-교류 변환 유니트;를 더 포함하고,
    상기 제어 유니트는 상기 연료전지 유니트, 상기 직류출력조절 유니트, 상기 충전 유니트 및 상기 직류-교류 변환 유니트 중 하나 이상을 제어하는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직류출력조절 유니트와 상기 직류-교류 변환 유니트는 상기 연료전지 유니트의 직류 전기 출력단에 병렬로 연결되는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 상기 연료전지 유니트에서 생산된 생산 전력에서 상기 충전 유니트에서 요구하는 충전 전력을 우선적으로 상기 직류출력조절 유니트에 분배하며, 상기 생산 전력에서 상기 충전 전력을 차감한 잔여 전력을 상기 직류-교류 변환 유니트로 분배하는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 유니트는 제1 연료전지 및 제2 연료전지를 포함하고,
    상기 통합 제어부는 상기 제1 연료전지가 발전 중인 상태에서 상기 충전 유니트로부터 전기 부하 값을 입력받으며, 상기 전기 부하 값이 임계 값 이상이면 상기 제2 연료전지를 상기 제1 연료전지와 함께 발전시키는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  6. 제5에 있어서,
    상기 제1 연료전지의 타입은 SOFC, MCFC, 및 PAFC 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2 연료전지의 타입은 PAFC 및 PEMFC 중 하나 이상을 포함하는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 연료전지의 발전온도는 상기 제1 연료전지의 발전온도보다 더 낮은 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유니트는 상기 직류출력조절 유니트를 제어하고,
    상기 제어 유니트는 충전조건 정보를 입력받아 상기 충전조건 정보를 근거로 상기 직류출력조절 유니트에서 출력되는 직류 전기의 전압 값을 제어하는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전조건 정보는 배터리 타입, 차종, 충전량 및 충전비용 중 하나 이상을 포함하는 것인 연료전지 기반 전기차 충전 시스템.
PCT/KR2020/004408 2019-04-01 2020-03-31 연료전지 기반 전기차 충전 시스템 WO2020204577A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190037757A KR102096390B1 (ko) 2019-04-01 2019-04-01 연료전지 기반 전기차 충전 시스템
KR10-2019-0037757 2019-04-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020204577A1 true WO2020204577A1 (ko) 2020-10-08

Family

ID=70282498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/004408 WO2020204577A1 (ko) 2019-04-01 2020-03-31 연료전지 기반 전기차 충전 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102096390B1 (ko)
WO (1) WO2020204577A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06225406A (ja) * 1993-01-20 1994-08-12 Tokyo Gas Co Ltd 電気自動車のバッテリー充電システム
KR100778625B1 (ko) * 2006-10-25 2007-11-29 에스케이에너지 주식회사 공동주택 연료전지 시스템 및 그 운영방법
KR20110064723A (ko) * 2009-12-08 2011-06-15 삼성중공업 주식회사 연료전지 발전시스템용 부하추종 장치 및 그 방법
JP2012518987A (ja) * 2010-04-20 2012-08-16 ハンファ テクエム カンパニー，リミテッド ユニバーサル充電装置
KR20130091817A (ko) * 2012-02-09 2013-08-20 세종공업 주식회사 외부부하의 유무에 따른 연료전지 시스템의 제어방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6438929B2 (ja) * 2016-11-14 2018-12-19 東京瓦斯株式会社 燃料電池システム
KR101813231B1 (ko) 2017-03-20 2018-01-30 주식회사 팝스 전기자동차 배터리 충전용 연료전지 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06225406A (ja) * 1993-01-20 1994-08-12 Tokyo Gas Co Ltd 電気自動車のバッテリー充電システム
KR100778625B1 (ko) * 2006-10-25 2007-11-29 에스케이에너지 주식회사 공동주택 연료전지 시스템 및 그 운영방법
KR20110064723A (ko) * 2009-12-08 2011-06-15 삼성중공업 주식회사 연료전지 발전시스템용 부하추종 장치 및 그 방법
JP2012518987A (ja) * 2010-04-20 2012-08-16 ハンファ テクエム カンパニー，リミテッド ユニバーサル充電装置
KR20130091817A (ko) * 2012-02-09 2013-08-20 세종공업 주식회사 외부부하의 유무에 따른 연료전지 시스템의 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102096390B1 (ko) 2020-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017142218A1 (ko) 에너지 저장 시스템 및 시스템 운용 방법
WO2013001166A1 (en) Method and arrangement for minimizing need for safety gases
US20090155633A1 (en) Fuel Cell Hybrid Power Supply Apparatus
CN111261904A (zh) 一种便携式sofc发电装置及其能量管理方法
US6504339B2 (en) Technique and apparatus to control the charging of a battery using a fuel cell
US20060228594A1 (en) Method for shutting down fuel cell and fuel cell system using the same
JP2023528250A (ja) 双方向インバーターを用いる燃料電池の動作方法
US8890365B2 (en) Fuel cell device and method for feeding electrical current to electrical network
RU2325010C1 (ru) Топливный элемент, способный к зависящей от нагрузки работе
CN101170178B (zh) 用于公寓大楼的燃料电池系统及该系统的控制方法
CN101170179B (zh) 用于公寓大楼的燃料电池系统及其运行方法
CN111262267A (zh) 一种可扩展的固体氧化物燃料电池分布式电站
EP2882022B1 (en) Management system, management method, control device, and power generator
WO2020204577A1 (ko) 연료전지 기반 전기차 충전 시스템
EP4391296A1 (en) Power supply system, power supply method, and power supply device
CN112994076A (zh) 一种sofc热电联供微网
EP2882021A1 (en) Control device, fuel cell system, and control method
CN114937985A (zh) 一种供电系统
KR20120080018A (ko) 연료전지를 이용한 발전 시스템
KR101411543B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그 작동 방법
CN111614120A (zh) 一种pem燃料电池chp并网控制系统及其控制方法
WO2010093126A2 (ko) 충전기를 갖는 연료 전지 시스템
CN217545593U (zh) 一种供电系统
WO2011004057A1 (en) Method and arrangement for improved controllability of parallel coupled fuel cells
KR102534438B1 (ko) 휴대형 다목적 전력공급장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20782864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20782864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20782864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 28/04/2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20782864

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1