KR101619572B1 - 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제1 DC-DC 컨버터, 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하거나 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전류를 전달 받아서 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제2 DC-DC 컨버터 및 상기 고전압부의 전력 상태에 따라 상기 제1 DC-DC 컨버터 및 제2 DC-DC 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 양방향 DC-DC 컨버터를 사용하여 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하여 제공하고 고전압부의 전력이 순간적으로 부족할 때 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 승압하여 고전압부에 제공함으로써 연료전지 스택을 안정적으로 운전할 수 있도록 한다는 효과가 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들은 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자 제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다.
이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.
이러한 단위 셀 구성을 이용하여 연료전지 스택을 조립할 때, 셀 내 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층, 즉 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 가지며, 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다.
기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다. 이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀들을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 단위 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다.
실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 셀을 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 단위 셀들을 적층한 것이 스택이다. 1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.
본 발명은 양방향 DC-DC 컨버터를 사용하여 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하여 제공하고 고전압부의 전력이 순간적으로 부족할 때 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 승압하여 고전압부에 제공함으로써 연료전지 스택을 안정적으로 운전할 수 있도록 하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예들 중에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제1 DC-DC 컨버터, 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하거나 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전류를 전달 받아서 특정 전압의 직류 전류로 변환하는 제2 DC-DC 컨버터 및 상기 고전압부의 전력 상태에 따라 상기 제1 DC-DC 컨버터 및 제2 DC-DC 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 제2 DC-DC 컨버터 각각은 승압형 DC-DC 컨버터 또는 양방향 DC-DC 컨버터 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 승압형 DC-DC 컨버터는 상기 전압의 직류 전류를 승압시켜 특정 전압의 직류 전류로 변환하고, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 전압의 직류 전류를 강압시켜 특정 전압의 직류 전류로 변환하거나 상기 승압형 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 승압시켜 특정 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 고전압부의 전력이 특정 전력 이하이면 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류가 상기 제2 DC-DC 컨버터에 제공되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 상기 고전압부에 해당하는 전압으로 승압하여 상기 고전압부에 제공하도록 상기 제2 DC-DC 컨버터를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 고전압부의 전력이 특정 전력 이상이면 상기 차량용 배터리의 출력을 차단하여 상기 제1 DC-DC 컨버터가 동작하지 않도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 DC-AC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치는 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 교류 전류를 통과시키는 디커플링 커패시터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디커플링 커패시터는 상기 연료전지 스택에 직렬로 연결될 수 있다.
실시예들 중에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에서 실행되는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 고전압부의 전력이 특정 전력 이상인지 여부를 판단하는 단계, 상기 판단 결과에 따라 제1 DC-DC 컨버터 및 제2 DC-DC 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 동작을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 DC-DC 컨버터는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하고, 상기 제2 DC-DC 컨버터는 상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환하거나 상기 제1 DC-DC 컨버터로부터 전달받은 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 제2 DC-DC 컨버터 각각은 승압형 DC-DC 컨버터 또는 양방향 DC-DC 컨버터 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 승압형 DC-DC 컨버터는 상기 전압의 직류 전류를 승압시켜 특정 전압의 직류 전류로 변환하고, 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 전압의 직류 전류를 강압시켜 특정 전압의 직류 전류로 변환하거나 상기 승압형 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 승압시켜 특정 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고전압부의 전력이 특정 전력 이상인지 여부를 판단하는 단계는 상기 판단 결과 상기 고전압부의 전력이 특정 전력 이하가 되면 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류가 상기 제2 DC-DC 컨버터에 제공되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류가 상기 제2 DC-DC 컨버터에 제공되도록 제어하는 단계는 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 상기 고전압부에 해당하는 전압으로 승압하여 상기 고전압부에 제공하도록 상기 제2 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고전압부의 전력이 특정 전력 이상인지 여부를 판단하는 단계는 상기 고전압부의 전력이 특정 전력 이상이 되면 상기 차량용 배터리의 출력을 차단하여 상기 제1 DC-DC 컨버터가 동작하지 않도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법은 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 교류 전류를 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교류 전류는 상기 연료전지 스택에 직렬로 연결된 디커플링 커패시터를 통해 상기 연료전지 스택에 인가될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양방향 DC-DC 컨버터를 사용하여 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하여 제공하고 고전압부의 전력이 순간적으로 부족할 때 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 승압하여 고전압부에 제공함으로써 연료전지 스택을 안정적으로 운전할 수 있도록 한다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 주입 전류 생성 방법의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 주입 전류 생성 방법의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 연료전지 스택에 교류전류를 주입하고 연료전지 스택의 전압을 검출하여 분석한 결과를 이용하여 THD(왜곡률)를 구하여 고장 여부를 판단한다.
동작 전류에서 정현파의 교류 전류를 추가하여 사용하는 경우, 정상적인 셀의 전압은 선형 구간에서 전압이 변화하고, 비정상적인 셀의 전압은 비선형적인 구간에서 전압이 변화한다. 이때, 연료전지 스택의 전류는 기본 동작 전류와 정현파 전류의 합이된다.
연료전지 스택의 전류에 따른 연료전지 스택의 전압을 측정하는데, 정상적인 셀의 전압은 전류 변환에 따른 왜곡률이 적은 반면에, 비정상적인 셀의 전압은 셀 전류 변화에 따라 전압 진폭이 크고 왜곡률도 크다.
왜곡률은 주입한 교류 전류의 기본 주파수 대비 고조파 성분의 합으로 계측된다. 기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치는 연료전지 스택 전압의 주파수 분석을 통해 왜곡률을 계산하여 셀 전압을 진단함으로써 연료전지 스택의 고장 여부를 판단할 수 있다.
기존의 연료전지 스택의 고장 진단 장치의 구성요소를 살펴 보면, 연료전지 스택의 주입부와, 연료전지 스택의 전압을 측정하는 부분과, 고장을 진단하는 구성으로 크게 3개의 구성요소로 이루어져 있다.
따라서 본 발명은 왜곡률을 이용한 연료전지 스택의 고장 진단을 하기 위해서 연료전지 스택에 주입하는 교류 전류를 생성하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법 및 이를 실행하는 장치를 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 연료전지 스택(110), 제1 DC-DC 컨버터(120), 제2 DC-DC 컨버터(130) 및 제어부(140)를 포함하고, 일 실시예에 따라 DC-AC 컨버터(150) 및 디커플링 커패시터(160)를 더 포함할 수 있다.
연료전지 스택(110)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성된다. 이러한 연료전지 스택(110)은 직류 전류를 발생하며, 디커플링 커패시터(160)를 통해 교류 전류가 인가된다. 여기에서, 연료전지 스택(110)으로부터 인가되는 교류 전류는 도 1에서 주입 전류(161)를 가리키며, 디커플링 커패시터(160)는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
제1 DC-DC 컨버터(120)는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 승압한다. 여기에서, 제1 DC-DC 컨버터(120)는 차량용 배터리에 해당하는 전압의 직류 전류를 도 1의 DC-Link 에 해당하는 전압으로 승압할 수 있다.
예를 들어, 제2 DC-DC 컨버터(130)는 12V 차량용 배터리를 이용하여 100V까지 승압하는 승압 DC-DC 컨버터가 될 수 있고, 이러한 DC-DC 컨버터는 고전압부(즉, 연료전지 스택(110)의 전압(200V~500V)) 와의 절연을 위해 절연 DC-DC 컨버터가 될 수 있다.
이러한 제1 DC-DC 컨버터(120)는 제어부(140)의 제어에 따라 승압된 전압의 직류 전류를 제2 DC-DC 컨버터(130) 또는 DC-AC 컨버터(150) 중 어느 하나의 컨버터에 제공할 수 있다.
제2 DC-DC 컨버터(130)는 제어부(140)의 제어에 따라 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하여 DC-AC 컨버터(150)에 제공할 수 있다. 여기에서, 제2 DC-DC 컨버터(130)는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 도 1의 DC-Link 에 해당하는 전압으로 강압할 수 있다.
또한, 제2 DC-DC 컨버터(130)는 제어부(140)의 제어에 따라 제1 DC-DC 컨버터(120)에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 전달 받고, 해당 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 승압하여 고전압부에 제공할 수 있다. 여기에서, 제2 DC-DC 컨버터(130)는 제1 DC-DC 컨버터(120)에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 고전압부에 해당하는 전압으로 승압할 수 있다.
즉, 제2 DC-DC 컨버터(130)는 제어부(140)의 제어에 따라 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 강압하거나 제1 DC-DC 컨버터(120)로부터 전달 받은 직류 전류를 승압하는 양방향 DC-DC 컨버터가 될 수 있다.
고전압부의 전력이 충전되는 과정을 설명하면, 차량의 주행 중 브레이크 폐달에 의한 제동 제어가 실행되면 엔진의 출력토크를 보조하는 모터는 회생제동으로 진입하여 제동 제어에 따라 버려지는 감속 에너지를 회생시켜 고전압부에 제공한다. 이에 따라, 고전압부의 전력이 충전되며, 제2 DC-DC 컨버터(130)는 고전압부에 해당하는 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 강압하여 DC-AC 컨버터(150)에 제공할 수 있는 것이다.
제어부(140)는 고전압부의 전력 상태에 따라 제1 DC-DC 컨버터(120) 및 제2 DC-DC 컨버터(130) 중 어느 하나의 컨버터의 동작을 제어한다.
일 실시예에서, 제어부(140)는 고전압부의 전력이 특정 전력 이하이면 제1 DC-DC 컨버터(120)에 의해 승압된 전압의 직류 전류가 제2 DC-DC 컨버터(130)에 제공되도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 제1 DC-DC 컨버터(120)에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 고전압부에 해당하는 전압으로 승압하여 고전압부에 제공하도록 제2 DC-DC 컨버터를(130)를 제어할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 제어부(140)는 고전압부의 전력이 특정 전력 이상이면 차량용 배터리의 출력을 차단하여 제1 DC-DC 컨버터(120)가 동작하지 않도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 승압하도록 제2 DC-DC 컨버터(130)를 제어할 수 있다.
DC-AC 컨버터(150)는 제1 DC-DC 컨버터(120) 또는 제2 DC-DC 컨버터(120) 중 어느 하나의 컨버터로부터 특정 전압의 직류 전류를 전달 받으면, 직류 전류를 교류 전류를 변환하여 디커플링 커패시터(160)에 제공한다.
일 실시예에서, DC-AC 컨버터(150)는 제1 DC-DC 컨버터(120) 및 제2 DC-DC 컨버터(130) 중 어느 하나의 컨버터로부터 특정 전압의 직류 전류를 전달 받으면, 직류 전류의 펄스 폭을 조절하여 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다. 예를 들어, DC-AC 컨버터(150)는 펄스 폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Modulation)을 이용하여 직류 전류를 교류 전류로 변환할 수 있다.
디커플링 커패시터(160)는 DC-AC 컨버터(150)로부터 교류 전류를 전달 받고, 교류 전류를 연료전지 스택(110)에 인가한다. 여기에서, 디커플링 커패시터(160)는 교류 전류를 연료전지 스택(110)의 직류 전압에 주입하기 위해 교류와 직류를 디커플링시키는 역할을 한다.
즉, 디커플링 커패시터(160)는 직류 전류와 교류 전류가 충돌되지 않도록 교류 전류는 통과시키고 직류 전류를 차단하는 기능을 한다. 이러한 디커플링 커패시터(160)는 연료전지 스택(110)에 직렬로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 주입 전류 생성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 고전압부의 전력이 특정 전력 이상인지 여부를 판단한다(단계 S210). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 고전압부의 전력이 특정 전력 이하이면(단계 S220), 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류가 제2 DC-DC 컨버터에 제공되도록 제어한다(단계 S230). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압의 직류 전류를 고전압부에 해당하는 전압으로 승압하여 고전압부에 제공하도록 제2 DC-DC 컨버터를 제어한다(단계 S240).
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 주입 전류 생성 방법의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 고전압부의 전력이 특정 전력 이상인지 여부를 판단한다(단계 S310). 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 고전압부의 전력이 특정 전력 이상이면(단계 S320), 차량용 배터리의 출력을 차단하여 제1 DC-DC 컨버터가 동작하지 않도록 제어한다(단계 S330). 즉, 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치(100)는 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압의 직류 전류를 특정 전압의 직류 전류로 승압하도록 제2 DC-DC 컨버터를 제어할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치
110: 연료전지 스택
120: 제1 DC-DC 컨버터
130: 제2 DC-DC 컨버터
140: 제어부
150: DC-AC 컨버터
160: 디커플링 커패시터
110: 연료전지 스택
120: 제1 DC-DC 컨버터
130: 제2 DC-DC 컨버터
140: 제어부
150: DC-AC 컨버터
160: 디커플링 커패시터
Claims (18)
- 차량용 배터리와 연결된 제1 DC-DC 컨버터, 고전압부 및 상기 제1 DC-DC 컨버터와 DC-Link와 연결된 제2 DC-DC 컨버터 및 상기 제1 DC-DC 컨버터와 상기 제2 DC-DC 컨버터와 연결된 제어부, 연료전지 스택과 연결된 디커플링커패스터를 포함하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에 있어서,
상기 차량용 배터리에 해당하는 전압을 DC-Link 전압으로 승압하는 제1 DC-DC 컨버터;
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 DC-Link 전압으로 강압하거나 DC-Link 전압을 고전압부로 승압하는 제2 DC-DC 컨버터;
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상인지 여부에 따라 상기 제1 DC-DC 컨버터 및 제2 DC-DC 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 제1 DC-DC 컨버터 또는 상기 제2 DC-DC 컨버터의 직류 전류가 변환되어 생성된 교류 전류를 통과시키는 디커플링커패시터; 및
상기 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 제2 DC-DC 컨버터와 연결되며, 상기 제1 DC-DC 컨버터 또는 제2 DC-DC 컨버터로부터 수신된 상기 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 DC-AC 컨버터를 포함하고,
상기 DC-AC 컨버터와 연결되며 상기 연료전지 스택과 직렬로 연결되는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 DC-DC 컨버터는 승압형 DC-DC 컨버터이고,
상기 제2 DC-DC 컨버터는 승압형 DC-DC 컨버터 또는 강압형 DC-DC 컨버터 중 어느 하나인 양방향 DC-DC 컨버터를 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 승압형 DC-DC 컨버터는 차량용 배터리에 해당하는 전압을 승압시켜 DC-Link 전압으로 변환하고,
상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 고전압부의 전압을 강압시켜 DC-Link 전압으로 변환하거나 상기 승압형 DC-DC 컨버터로부터 변환된 DC-Link 전압을 상기 고전압부의 특정 전압으로 승압시키는 승강압 컨버터인 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이하이면 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압을 고전압부의 특정 전압으로 승압되도록 제2 DC-DC 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상이면 상기 차량용 배터리와 DC-Link의 연결이 차단되도록 상기 제1 DC-DC 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제어부는
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상이면 고전압부의 전압을 DC-Link 전압으로 강압되도록 제2 DC-DC 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 디커플링 커패시터는
상기 연료전지 스택에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치.
- 차량용 배터리와 연결된 제1 DC-DC 컨버터, 고전압부 및 상기 제1 DC-DC 컨버터와 DC-Link와 연결된 제2 DC-DC 컨버터 및 상기 제1 DC-DC 컨버터와 상기 제2 DC-DC 컨버터와 연결된 제어부, 연료전지 스택과 연결된 디커플링 커패시터를 포함하는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 장치에서 실행되는 연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법에 있어서,
상기 제어부가 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 판단 결과에 따라 제1 DC-DC 컨버터 및 제2 DC-DC 컨버터 중 어느 하나의 컨버터의 동작을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제1 DC-DC 컨버터는 상기 차량용 배터리에 해당하는 전압을 DC-Link 전압으로 변환하고, 상기 제2 DC-DC 컨버터는 상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압을 DC-Link 전압으로 변환하거나 상기 제1 DC-DC 컨버터로부터 전달 받은 DC-Link 전압을 고전압부의 특정 전압으로 변환하는 단계;
상기 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 제2 DC-DC 컨버터와 연결된 DC-AC 컨버터가 상기 제1 DC-DC 컨버터 또는 상기 제2 DC-DC 컨버터로부터 수신된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 단계; 및
상기 디커플링 커패시터가 상기 연료전지 스택으로부터 인가되는 직류 전류를 차단하고 상기 제1 DC-DC 컨버터 또는 상기 제2 DC-DC 컨버터의 직류 전류가 변환되어 생성된 교류 전류를 통과시키는 단계를 더 포함하고,
상기 디커플링커패시터는
상기 DC-AC 컨버터와 연결되며 상기 연료전지 스택과 직렬로 연결되는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 DC-DC 컨버터는 승압형 DC-DC 컨버터이고,
상기 제2 DC-DC 컨버터는 승압형 DC-DC 컨버터 또는 강압형 DC-DC 컨버터 중 어느 하나인 양방향 DC-DC 컨버터를 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 승압형 DC-DC 컨버터는 차량용 배터리에 해당하는 전압을 DC-Link 전압으로 승압시키고,
상기 양방향 DC-DC 컨버터는 상기 고전압부의 전압을 DC-Link 전압으로 강압시키거나 상기 승압형 DC-DC 컨버터로부터 승압된 DC-Link 전압을 상기 고전압부의 특정전압으로 승압시키는 승강압 컨버터인 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계는
상기 판단 결과 상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이하이면 상기 제1 DC-DC 컨버터에 의해 승압된 전압을 고전압부의 특정 전압으로 승압되도록 제2 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계는
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상이면 상기 차량용 배터리와 DC-Link의 연결이 차단되도록 상기 제1 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상인지 여부를 판단하는 단계는
상기 고전압부에서 회생제동으로 발생한 전압이 특정 전압 이상이면 고전압부의 전압을 DC-Link 전압으로 강압되도록 제2 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
연료전지 스택용 주입 전류 생성 방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2004193063A (ja) | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2008053039A (ja) | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電システムの起動方法 |
| JP2008517582A (ja) | 2004-10-20 | 2008-05-22 | シーメンス ヴィディーオー オートモーティヴ コーポレイション | 電力システム、方法および装置 |
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- 2013-12-18 KR KR1020130158505A patent/KR101619572B1/ko active IP Right Grant
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