KR100989118B1

KR100989118B1 - 연료 전지 시스템

Info

Publication number: KR100989118B1
Application number: KR20090002739A
Authority: KR
Inventors: 토시히코 이치노세; 김동락; 김현
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-10-20
Also published as: KR20100083390A; JP2010165655A; JP5352328B2; US20100176876A1; US9136547B2

Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 단위 전지의 성능 차이를 측정하는 ASIC으로 구현하여 비용 절감을 달성할 수 있고, ASIC을 구동하기 위한 전원 공급 장치를 별도로 구비하여 낮은 전압에서도 ASIC이 정상적으로 동작할 수 있는 기술을 개시한다.

연료 전지, ASIC

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 기술이다.

연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연기체와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 이러한 연료 전지는 화석 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로서, 단위 전지의 적층에 의한 스택 구성으로 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점을 갖고 있으며, 소형 리튬 전지에 비하여 4~10배의 에너지 밀도를 나타내기 때문에 소형 및 이동용 휴대전원으로 주목받고 있다.

그런데, 각각의 단위 전지는 제조 과정 중의 편차나 연료 전지 스택 내에서의 위치, 압력, 온도 등의 불균일 분포로 인해 작동 상태가 모두 다르다. 각 단위 전지들의 작동 상태가 유사하더라도 연료 전지 시스템을 지속적으로 운전함에 따라 각 단위 전지의 성능은 차별적으로 저하될 수 있다. 더욱이, 연료 전지 스택의 사용 중에 특정 단위 전지의 성능이 심하게 저하되면 연료 전지 스택의 전력 발생량은 감소하고, 주변 단위 전지의 연쇄적인 성능 저하가 유발되어 결국 연료 전지 스택의 수명을 감소시키게 된다. 따라서, 단위 전지 간의 성능 차이를 측정하는 것이 중요하다.

한편, 연료 전지 스택의 양산 비용을 절감하기 위해서는 단위 전지 자체의 저비용화뿐만 아니라, 기타 장치의 저비용화도 필요하다. 이를 위해, 단위 전지의 성능 차이를 측정하는 장치를 주문형 반도체(Application-Specific Integrated Circuit 이하, ASIC)와 같은 집적회로로 구현할 수 있다. 이러한 ASIC은 통상 4~5V에서 동작하는데, 종래에는 ASIC의 동작 전원을 연료 전지 스택을 통해 공급받기 때문에 연료 전지 스택의 전압만으로는 ASIC이 동작하지 않는 문제가 발생한다. 일반적으로, 리튬 이온 전지의 경우에는 단위 전지의 전압이 약 3V이다. 따라서, 10개의 단위 전지의 전압을 측정하는 경우 30V 이상은 되기 때문에 ASIC을 충분히 동작시킬 수 있다. 리튬 이온 전지로 ASIC을 동작시키는 구성은 일본 공개 특허 제2003-70179호에 설명되어 있다. 그러나, 연료 전지의 경우에는 단위 전지의 전압이 0~0.8V로 매우 작기 때문에 ASIC을 구동시키기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 단위 전지의 성능 차이를 측정하는 장치를 ASIC으로 구현하여 비용 절감을 달성할 수 있고, ASIC을 구동하기 위한 전원 공급 장치를 별도로 구비하여 낮은 전압에서도 ASIC이 정상적으로 동작할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 복수의 단위 셀을 포함하는 연료 전지 스택; 상기 복수의 단위 셀과 연결되어 상기 복수의 단위 셀 중 대응하는 복수의 단위 셀로부터 전원 전압 및 기준 전압을 공급받고, 상기 복수의 단위 셀 각각의 전압을 측정하여, 측정된 전압이 기설정된 기준값 보다 높은 경우 해당 단위 셀을 방전시키는 ASIC; 및 상기 ASIC에 상기 전원 전압보다 플로팅 전압만큼 높은 정전압을 공급하는 정전압 발생부를 포함하고, 상기 플로팅 전압에서 상기 기준 전압의 차는 적어도 상기 ASIC의 동작에 필요한 전압이다. 여기서, 상기 ASIC은, 상기 전원 전압이 입력되는 전원 전압 단자, 상기 정전압이 입력되는 정전압 단자, 상기 기준 전압이 입력되는 제1 기준전압 단자 및 상기 대응하는 복수의 단위 셀의 복수의 양극 단자 및 복수의 음극 단자와 각각 연결되어 있는 복수의 셀 전압 입력 단자를 포함한다. 상기 전원 전압은 상기 복수의 양극 단자의 전압 중 가장 높은 전압이고, 상기 기준 전압은 상기 복수의 음극 단자의 전압 중 가장 낮은 전압이다.

그리고, 상기 정전압 발생부는, 상기 플로팅 전압을 생성하기 위해 필요한 전압이 공급되는 입력 단자, 상기 정전압 단자와 연결된 출력 단자 및 상기 전원 전압 단자와 연결된 제2 기준전압 단자를 포함한다. 상기 정전압 발생부는, 컬렉터 단자가 상기 입력 단자와 연결되고, 에미터 단자가 상기 출력 단자와 연결된 트랜지스터; 캐소드 단자가 상기 트랜지스터의 베이스 단자와 연결되고, 애노드 단자가 상기 기준전압 단자와 연결된 제너 다이오드; 및 상기 컬렉터 단자와 상기 캐소드 단자 사이에 연결된 저항을 포함한다. 상기 플로팅 전압은 상기 제너 다이오드의 항복 전압에서 상기 트랜지스터의 문턱 전압을 뺀 전압이다. 상기 필요한 전압을 공급하는 전압 공급부를 더 포함한다. 상기 단위 셀의 상기 양극 단자 및 음극 단 자와 상기 전원 전압 단자, 상기 제1 기준 전압 단자 및 상기 복수의 셀 전압 입력 단자 사이에 각각 연결된 복수의 보호 저항을 더 포함한다. 상기 보호 저항과 상기 전원 전압 단자 사이에 전류 차단 소자를 더 포함한다. 상기 전류 차단 소자는 입력단이 상기 보호 저항과 연결되고, 출력단이 상기 전원 전압 단자와 연결된 연산 증폭기를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 특징에 따르면, 단위 전지의 성능 차이를 측정하는 장치를 ASIC으로 구현하여 비용 절감을 달성할 수 있고, ASIC을 구동하기 위한 전원 공급 장치를 별도로 구비하여 낮은 전압에서도 ASIC이 정상적으로 동작할 수 있는 효과를 제공한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 " 포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택(10), 복수의저항(R1~R22), 제1 내지 제 3 ASIC(20, 30, 40), 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70) 및 전압 공급부(80)를 포함한다.

연료 전지 스택(10)은 제1 전원전압 단자(+)와 제2 전원전압 단자(-) 사이에 직렬 연결된 복수의 단위 셀(C1~C21)을 포함한다. 본 발명의 실시 예에서는 연료 전지 스택(10)이 21개의 단위 셀을 포함하고, 7개의 단위 셀 단위로 제1 내지 제3 ASIC(20, 30, 40)에 각각 연결되는 경우를 예를 들어 설명한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 연료 전지 스택(10)은 21개와 다른 개수의 복수의 단위 셀 및 ASIC을 포함할 수 있다. 복수의 단위 셀의 수 및 ASIC이 포함하고 있는 입력 핀 및 출력 핀의 개수 및 처리 속도와 같은 ASIC 조건을 고려하여 ASIC의 수가 결정된다. 예를 들어 ASIC이 21개의 단위 셀 모두를 제어할 수 있다면, 하나의 ASIC만 포함할 수 있다.

복수의 단위 셀(C1~C21) 각각의 양극 단자와 음극 단자는 대응하는 보호 저항(R1~R22)의 일측과 연결되어 있다. 복수의 보호 저항(R1~R8)의 타측은 제1 ASIC(20)의 제1 전원전압 단자(PVT_1), 셀 전압 입력 단자(S1~S6) 및 제1 기준전압 단자(RVT_1)와 각각 연결되어 있고, 복수의 보호 저항(R9~R15)의 타측은 제2 ASIC(30)의 제2 전원전압 단자(PVT_2), 셀 전압 입력 단자(S11~S15) 및 제2 기준전압 단자(RVT_2)와 각각 연결되어 있다. 복수의 보호 저항(R16~R22)의 타측은 제3 ASIC(40)의 제3 전원전압 단자(PVT_3), 셀 전압 입력 단자(S21~S25) 및 제3 기준전압 단자(RVT_3)와 각각 연결되어 있다. 이러한 복수의 보호 저항(R1~R22)은 복수의 단위 셀(C1~C21)의 써지(Surge) 전압이 제1 내지 제3 ASIC(20, 30, 40)으로 유입되는 것을 보호한다.

제1 ASIC(20)은 제1 정전압이 입력되는 제1 정전압 단자(PT_1), 제1 전원 전압이 입력되는 제1 전원 전압 단자(PVT_1), 제1 기준 전압이 입력되는 제1 기준 전압 단자(RVT_1) 및 복수의 단위 셀(C1~C7)이 연결되어 있는 접점에 복수의 저항(R2~R7)을 통해 연결되어 있는 복수의 셀 전압 입력 단자(S1~S6)를 포함한다. 제1 정전압은 제1 정전압 발생부(50)로부터 입력되는 전압이고, 제1 전원 전압은 단위 셀(C1)의 양극 단자로부터 저항(R1)을 통해 공급되는 전압이며, 제1 기준 전압은 단위 셀(C7)의 음극 단자로부터 저항(R8)을 통해 입력되는 전압이다. 제1 ASIC(20)은 제1 전원 전압 단자(PVT_1)와 셀 전압 입력 단자(S1) 간의 전압차를 측정하여 단위 셀(C1)의 전압을 측정한다.

제2 ASIC(30)은 제2 정전압이 입력되는 제2 정전압 단자(PT_2), 제2 전원 전압이 입력되는 제2 전원 전압 단자(PVT_2), 제2 기준 전압이 입력되는 제2 기준 전압 단자(RVT_2) 및 복수의 단위 셀(C8~C14)이 연결되어 있는 접점에 복수의 저항(R10~R14)을 통해 연결되어 있는 복수의 셀 전압 입력 단자(S11~S15)를 포함한다. 제2 정전압은 제2 정전압 발생부(60)로부터 입력되는 전압이고, 제2 전원 전압 은 단위 셀(C8)의 양극 단자로부터 저항(R9)을 통해 공급되는 전압이며, 제2 기준 전압은 단위 셀(C14)의 음극 전압이 저항(R15)을 통해 입력되는 전압이다. 여기서, 제2 전원 전압 단자(PVT_2)는 제1 기준 전압 단자(RVT_1)와 접속되어 있고, 제2 기준 전압 단자(RVT_2)는 제3 전원 전압 단자(PVT_3)와 접속되어 있다. 제2 ASIC(30)은 제2 전원 전압 단자(PVT_2)와 셀 전압 입력 단자(S11) 간의 전압차를 측정하여 단위 셀(C9)의 전압을 측정한다.

제3 ASIC(40)은 제3 정전압이 입력되는 제3 정전압 단자(PT_3), 제3 전원 전압이 입력되는 제3 전원 전압 단자(PVT_3), 제3 기준 전압이 입력되는 제3 기준 전압 단자(RVT_3) 및 복수의 단위 셀(C17~C21)이 연결되어 있는 접점에 복수의 저항(R17~R21)을 통해 연결되어 있는 복수의 셀 전압 입력 단자(S21~S25)를 포함한다. 제3 정전압은 제3 정전압 발생부(70)로부터 입력되는 전압이고, 제3 전원 전압은 단위 셀(C16)의 양극 단자로부터 저항(R16)을 통해 공급되는 전압이며, 제3 기준 전압은 단위 셀(C21)의 음극 전압이 저항(R22)을 통해 입력되는 전압이다. 제3 ASIC(40)은 제3 전원 전압 단자(PVT_3)와 셀 전압 입력 단자(S21) 간의 전압차를 측정하여 단위 셀(C16)의 전압을 측정한다.

여기서, 제1 ASIC(20)에는 제1 정전압에서 제1 기준 전압을 뺀 전압이 공급된다. 구체적으로, 제1 ASIC(20)에 공급되는 제1 기준 전압은 단위 셀(C7)의 음극 전압이고, 제1 전원 전압은 단위 셀(C1)의 양극 전압이다. 제1 정전압은 제1 전원 전압보다 미리 설정된 레벨의 플로팅(floating) 전압 만큼 높은 전압이다. 예를 들어 단위 셀(C1)의 양극 전압이 5V이고, 단위 셀(C7)의 음극 전압이 3.6V이며, 플로 팅(floating) 전압은 제1 전원 전압보다 3.5V 높은 제1 정전압을 공급한다고 가정한다. 그러면, 제1 정전압은 8.5V이고, 제1 기준 전압은 3.6V이므로, 4.9V가 제1 ASIC(20)에 공급된다. 제2 ASIC(30) 및 제3 ASIC(40)도 제1 ASIC(20)과 동일하다. 즉, 제2 ASIC(30)은 제2 정전압 발생부(60)의 출력 전압과 제2 기준 전압의 차에 해당하는 전압을 공급받고, 제3 ASIC(40)은 제3 정전압 발생부(70)의 출력 전압과 제3 기준 전압의 차에 해당하는 전압을 공급받는다.

제1 정전압 발생부(50)는 전압 공급부(80)로부터 전압(VI)을 인가받아 제1 ASIC(20)에 제1 정전압을 인가한다. 여기서, 제1 정전압 발생부(50)의 입력 전압(VI) 단자는 전압 공급부(80)의 출력과 접속되어 있고, 제1 출력 전압(VOUT_1) 단자는 제1 정전압 단자(PT_1)와 접속되어 있다. 그리고, 제1 정전압 발생부(50)의 제1 기준전압(VGND_1) 단자는 제1 전원 전압 단자(PVT_1)와 접속되어 있다.

제2 정전압 발생부(60)는 전압 공급부(80)로부터 전압(VI)을 인가받아 제2 ASIC(30)에 제2 정전압을 인가한다 여기서, 제2 정전압 발생부(60)의 입력 전압(VI) 단자는 전압 공급부(80)의 출력과 접속되어 있고, 제2 출력 전압(VOUT_2) 단자는 제2 정전압 단자(PT_2)와 접속되어 있다. 그리고, 제2 정전압 발생부(60)의 제2 기준전압(VGND_2) 단자는 제2 전원 전압 단자(PVT_2)와 접속되어 있다.

제3 정전압 발생부(70)는 전압 공급부(80)로부터 전압(VI)을 인가받아 제3 ASIC(40)에 제3 정전압을 인가한다. 여기서, 제3 정전압 발생부(70)의 입력 전압(VI) 단자는 전압 공급부(80)의 출력과 접속되어 있고, 제3 출력 전압(VOUT_3) 단자는 제3 정전압 단자(PT_3)와 접속되어 있다. 그리고, 제3 정전압 발생부(70)의 제3 기준전압(VGND_3) 단자는 제3 전원 전압 단자(PVT_3)와 접속되어 있다. 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70)의 세부 구성은 도 2를 참조하여 후술한다.

전압 공급부(80)는 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70)가 제1 내지 제3 정전압을 생성하기 위한 전압을 공급한다. 구체적으로 전압 공급부(80)가 공급하는 전압은 적어도 연료 전지 스택(10)의 최대 전압에 미리 설정된 레벨의 플로팅 전압 보다 충분히 높은 레벨의 전압으로 설정하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시 예에서는 전압 공급부(80)의 출력을 40V로 정의한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 도 1에 도시된 제1 정전압 발생부(50)를 도시한 도면으로서, 제2 및 제3 정전압 발생부(60, 70)의 세부 구성도 이와 동일하며, 동작도 동일하게 이루어진다. 본 발명의 실시 예에 따른 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70)는 안정화 전원용 ASIC을 사용하는 것이 가능하며, 이에 대한 간단한 회로를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 제1 정전압 발생부(50)는 트랜지스터(T1), 저항(R23) 및 제너 다이오드(Z1)를 포함한다. 트랜지스터(T1)는 NPN형 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)이며, 베이스 단자는 제너 다이오드(Z1)의 캐소드 단자와 접속된다. 그리고, 트랜지스터(T1)의 컬렉터 단자는 입력 전압(VIN) 단자와 연결되고, 에미터 단자는 제1 출력 전압(VOUT_1) 단자와 연결된다. 저항(R23)은 입력 단자(VIN)와 제너 다이오드(Z1)의 캐소드 단자 사이에 연결된다. 제너 다이오드(Z1)의 애노드 단자는 제1 기준전압(VGND_1) 단자와 연결된다.

제1 정전압 발생부(50)는 전압 공급부(80)로부터 입력받은 전압(VIN)을 저항(R8)과 제너 다이오드(Z1)를 통해 분압하여, 제너 다이오드(Z1)의 클램핑 전압을 트랜지스터(T1)의 베이스 단자에 공급한다. 제너 다이오드(Z1)는 캐소드 전극과 애노드 전극 간의 전압 차가 항복 전압 이상이 되는 경우 도통되며, 이 때 캐소드 전극과 애노드 전극 간의 전압차는 항복 전압으로 유지된다. 본 발명의 실시 예에서는 제너 다이오드(Z1)가 도통되어 일정하게 캐소드 전극 전압을 유지하고, 캐소드 전극에 유지되는 전압을 클램핑 전압이라 한다. 트랜지스터(T1)는 클램핑 전압에 의해 턴 온되며, 트랜지스터(T1)를 통해 소정의 정전압이 출력된다. 소정의 정전압은 클램핑 전압에서 트랜지스터(T1)의 문턱 전압을 뺀 전압이다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 제1 정전압 발생부(50)의 플로팅 전압은 제너 다이오드(Z1)의 항복 전압에서 트랜지스터(T1)의 문턱 전압을 뺀 전압이다. 그런데, 상기와 같은 구성에서, 전압(VIN) 단자에서 제1 기준전압(VGND_1) 단자로 전류 경로가 형성될 수 있다. 이때의 전류는 1~10ｍA 정도로 미약한 수준이지만 연료 전지 스택(10)에 흐르는 전류가 1A 이하인 경우 전압 측정에 오차를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 예와 같이 전류 차단 소자를 구비하여 제1 정전압 발생부(50)에서 발생한 전류가 연료전지 스택(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 도면으로서, 도 1에 도시된 구성과 동일한 구성은 동일한 도면 번호로 도시하였다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지 스택(10), 복수의 보호 저항(R1~R22), 제1 내지 제3 ASIC(20, 30, 40), 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70), 전압 공급부(80), 제1 내지 제3 전류 차단 소자(AMP1~AMP3)를 포함한다. 연료 전지 스택(10), 제1 내지 제3 ASIC(20, 30, 40), 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70) 및 전압 공급부(80)의 구성 및 동작은 도 1의 설명과 동일하며, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 제2 실시 예는, 제1 내지 제3 전류 차단 소자(AMP1~AMP3)를 더 포함하는 점이 본 발명의 제1 실시 예와 다르다. 제1 전류 차단 소자(AMP1)는 입력단이 저항(R1)과 연결되고, 출력단이 제1 기준전압(VGND_1) 단자와 연결되어 있다. 제2 전류 차단 소자(AMP2)는 입력단이 저항(R8)과 연결되고, 출력단이 제2 기준전압(VGND_2) 단자와 연결되어 있다. 제3 전류 차단 소자(AMP3)는 입력단이 저항(R15)과 연결되고, 출력단이 제3 기준전압(VGND_3) 단자와 연결되어 있다. 그리고, 제1 내지 제3 전류 차단 소자(AMP1~AMP3)는 전압 공급부(80)로부터 출력된 전압(VI)에 의해 구동된다.

여기서, 제1 내지 제3 전류 차단 소자(AMP1~AMP3)는 연산 증폭기로 구성할 수 있다. 연산 증폭기는 일반적으로 출력단에 전압(VI) 단자와 제2 전원전압 단자(-) 사이에 직렬 연결된 트랜지스터(T2, T3)를 포함한다. 트랜지스터(T2, T3)는 NMOS 트랜지스터이며, 드레인 단자의 전위가 소스 단자의 전위보다 높은 경우 약하게 턴 온된다. 즉, 기준전압(VGND_1)의 전위가 제2 전원전압 단자(-)의 전위, 즉 접지전압(GND)보다 높기 때문에 트랜지스터(T3)가 약하게 턴 온된다. 그러면, 트랜지스터(T3)를 통해 기준전압(VGND_1) 단자로부터 접지전압(GND) 단자로 전류 경로가 형성되어, 기준전압(VGND_1) 단자에 흐르는 전류가 연료 전지 스택(10)으로 유 입되는 것을 차단시킬 수 있다. 여기서, 연산 증폭기의 출력단과 반전 입력단자(-)는 서로 연결되어 있고, 상기 제1 내지 제3 전류 차단 소자(AMP1~AMP3)의 입력단은 연산 증폭기의 비반전 입력단자(+)에 대응된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 제1 내지 제3 ASIC(20, 30, 40)의 전원 전압을 제1 내지 제3 정전압 발생부(50, 60, 70) 각각으로부터 추가로 공급받는다. 따라서, 단위 셀(C1~C7)의 전압이 낮은 경우에도 제1 ASIC(20)은 정상적으로 동작할 수 있다. 제2 및 제3 ASIC(30, 40)도 제2 및 제3 정전압 발생부(60, 70)로부터 전압을 충분히 공급받을 수 있어 정상적인 동작이 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 제1 정전압 발생부(40)를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 도면.

Claims

복수의 단위 셀을 포함하는 연료 전지 스택;

상기 복수의 단위 셀과 연결되어 상기 복수의 단위 셀 중 대응하는 복수의 단위 셀로부터 전원 전압 및 기준 전압을 공급받고, 상기 복수의 단위 셀 각각의 전압을 측정하여, 측정된 전압이 기설정된 기준값 보다 높은 경우 해당 단위 셀을 방전시키는 ASIC; 및

상기 ASIC에 상기 전원 전압보다 플로팅 전압만큼 높은 정전압을 공급하는 정전압 발생부를 포함하고,

상기 플로팅 전압에서 상기 기준 전압의 차는 적어도 상기 ASIC의 동작에 필요한 전압인 연료 전지 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 ASIC은,

상기 전원 전압이 입력되는 전원 전압 단자, 상기 정전압이 입력되는 정전압 단자, 상기 기준 전압이 입력되는 제1 기준전압 단자 및 상기 대응하는 복수의 단위 셀의 복수의 양극 단자 및 복수의 음극 단자와 각각 연결되어 있는 복수의 셀 전압 입력 단자를 포함하는 연료 전지 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 전원 전압은 상기 복수의 양극 단자의 전압 중 가장 높은 전압이고, 상기 기준 전압은 상기 복수의 음극 단자의 전압 중 가장 낮은 전압인 연료 전지 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 정전압 발생부는,

상기 플로팅 전압을 생성하기 위해 필요한 전압이 공급되는 입력 단자, 상기 정전압 단자와 연결된 출력 단자 및 상기 전원 전압 단자와 연결된 제2 기준전압 단자를 포함하는 연료 전지 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 정전압 발생부는,

컬렉터 단자가 상기 입력 단자와 연결되고, 에미터 단자가 상기 출력 단자와 연결된 트랜지스터;

캐소드 단자가 상기 트랜지스터의 베이스 단자와 연결되고, 애노드 단자가 상기 기준전압 단자와 연결된 제너 다이오드; 및

상기 컬렉터 단자와 상기 캐소드 단자 사이에 연결된 저항

을 포함하는 연료 전지 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 플로팅 전압은 상기 제너 다이오드의 항복 전압에서 상기 트랜지스터의 문턱 전압을 뺀 전압인 연료 전지 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 필요한 전압을 공급하는 전압 공급부를 더 포함하는 연료 전지 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 단위 셀의 상기 양극 단자 및 음극 단자와 상기 전원 전압 단자, 상기 제1 기준 전압 단자 및 상기 복수의 셀 전압 입력 단자 사이에 각각 연결된 복수의 보호 저항을 더 포함하는 연료 전지 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 보호 저항과 상기 전원 전압 단자 사이에 전류 차단 소자를 더 포함하는 연료 전지 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 전류 차단 소자는 입력단이 상기 보호 저항과 연결되고, 출력단이 상기 전원 전압 단자와 연결된 연산 증폭기를 포함하는 연료 전지 시스템.