KR20040000725A - 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 차량의 초기 기동에 사용되던 전력변환장치를 제거하여 연료 전지 시스템의 원가 상승 및 차량 개발시 레이아웃(Layout)의 제한을 해소할 수 있는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서, 연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 주 공기 공급기와; 보조 배터리로부터 저전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 보조 공기 공급기와; 상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 상태에 따라 상기 주 공기 공급기와 보조 공기 공급기를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생하는 공기 공급 제어부를 포함하여 구성한다.

Description

연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치{AIR SUPPLIED CONTROLLING DEVICE OF FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 특히 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치에 관한 것이다.
통상적으로, 현재 연료 전지 시스템의 경우 화학반응에 사용되는 산소를 공급하기 위하여 공기 공급기를 구동하여 대기중의 공기를 연료 전지 시스템으로 공급한다.
일반적인 공기 공급기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 전기 모터에 의해 구동된다.
또한, 전기 모터는 공기 공급기(100)에 요구되는 부하의 변동에 따라 달라지게 되므로 요구조건에 따라 모터를 제어할 수 있는 제어기를 포함하여 구성된다.
공기 공급기(100)의 사양은 일반적으로 교류(AC) 220V 또는 240V를 사용하거나, 연료 전지 스택에서 공급되는 직류(DC) 200~400V를 사용할 수 있도록 설계되어 있다.
따라서, 일반적으로 공기 공급기(100)(보통 모터&제어기)에 공급되는 전원 사양은 정상 운전시에는 보통 연료 전지 스택에서 200~400V 직류를 직접 공급하거나 교류 전원으로 변환하여 공급하고, 기동시에는 보조 배터리(120)의 직류 12V를 직류-직류 컨버터(130)(DC-DC Converter)등의 전력변환장치를 이용하여 공기 공급기(100)에 직접 공급할 수 있도록 직류 200V로 승압하여 사용하고 있다.
상기한 바와 같이 연료 전지 스택의 출력(보통 직류 200~400V정도이며, 출력에 따라 전압이 변동함.)을 직접 사용하기 위하여 입력 전압(Input Voltage)이 직류 200~400V 영역으로 설계된 공기 공급기(100)를 사용하여 연료 전지 시스템(110)의 초기 기동시 공기를 공급하기 위해서는 보조 배터리(120)의 전압을 공기 공급기(100)의 사용 영역까지 승압시켜야 하므로 직류-직류 컨버터(130) 등의 전력변환장치가 필요하다.
이로 인해, 현재 초기 기동을 위해 전력변환장치를 개발하여 사용하고 있다.
위와 같은 방법을 사용할 때 종래 기술은 연료 전지 시스템을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 원가 상승 및 차량 개발시 레이아웃(Layout)의 어려움과 같은 문제점을 야기 시킨다.
본 발명의 목적은 연료 전지 차량의 초기 기동에 사용되던 전력변환장치를 제거하여 연료 전지 시스템의 원가 상승 및 차량 개발시 레이아웃(Layout)의 제한을 해소할 수 있는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 일반적인 초기의 연료 전지 시스템의 운전에 관련된 조건들 간의 상관 관계를 도시한 그래프.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서, 연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 주 공기 공급기와; 보조 배터리로부터 저전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 보조 공기 공급기와; 상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 상태에 따라 상기 주 공기 공급기와 보조 공기 공급기를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생하는 공기 공급 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(200)의 공기 공급 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템(200)으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서, 주 공기 공급기(210), 보조 공기 공급기(220), 공기 공급 제어부(230)를 포함하여 구성한다.
주 공기 공급기(210)는 연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 연료 전지 시스템(200)으로 공기를 공급하는 기능을 한다.
보조 공기 공급기(220)는 보조 배터리(240)로부터 저전압 전원(직류 12V)을 공급받아 구동되어 연료 전지 시스템(200)으로 공기를 공급한다.
공기 공급 제어부(230)는 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 (Start-up) 상태에 따라 주 공기 공급기(210)와 보조 공기 공급기(220)를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생한다.
예를 들어, 공기 공급 제어부(230)는 연료 전지 차량의 정상 운전 상태에서 주 공기 공급기(210)를 구동하도록 정상 구동 제어신호를 발생한다.
이와는 반대로, 공기 공급 제어부(230)는 연료 전지 차량의 초기 기동 상태에서 보조 공기 공급기(220)를 구동하도록 보조 구동 제어신호를 발생한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 연료 전지 차량의 초기 기동시 주 공기 공급기(210)를 기동시키기 위하여 차량용 보조 배터리(240)의 저전압 전원(직류 12V)을 고전압 전원(직류 200~400V)으로 승압시키는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)를 사용하지 않고, 초기 기동시 별도로 구동되는 보조 공기 공급기(220)를 구동하여 연료 전지 시스템(200)에 공기를 공급하도록 한 것이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 보조 공기 공급기(220)는 일반적인 차량에 적용되는 공조용 블로워(Blower)를 사용할 수 있다.
연료 전지 시스템(200)에서 요구되는 공기량은 도 3에 도시된 바와 같이 연료 전지 스택 전류와 비례하여 증가하고, 또한 연료 전지 시스템(200) 입구에서의 공기 압력은 공기량에 비례하여 증가한다.
그러나, 연료 전지 차량의 초기 기동 상태에서 요구되는 공기량이 적고, 또한 연료 전지 시스템(200) 입구에서 요구되는 공기 압력도 낮으므로 직류 12V 전원을 사용하는 보조 공기 공급기(220)에 의해서도 초기 기동시 연료 전지 시스템(200)에 공기 공급이 가능하다.
이러한 구성으로 본 발명의 실시예는 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter) 없이도 초기 기동이 가능하다.
예를 들어, 연료 전지 차량의 초기 기동시에 직류 12V의 비교적 낮은 전압에서 구동되는 보조 공기 공급기(220)에 의해 연료 전지 시스템(200)에 소량의 공기 공급을 한다.
그러면, 연료 전지 스택에서 공급되는 공기의 양에 따라 약간의 출력을 낼 수 있다.
이 동력을 이용하여 주 공기 공급기(210)를 구동할 수 있게 된다.
왜냐하면, 연료 전지 스택에서 낼 수 있는 전력(Power)의 양은 작을지라도 전압은 주 공기 공급기(210)가 사용 가능한 영역이므로 연료 전지 차량의 초기 기동시 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)없이 주 공기 공급기(210)를 구동할 수 있게 되는 것이다.
초기의 연료 전지 시스템(200)의 운전에 관련된 조건들은 도 3에 도시된 그래프에 표시된 것처럼 공기량은 적고, 공급되는 공기의 압력은 낮아도 가능하다.
이때, 연료 전지 스택에서 발생될 수 있는 출력은 적으나(주 공기 공급기(210)는 충분히 운전할 수 있는 양임.) 전압이 상대적으로 높으므로, 발생되는 전원을 이용하여 주 공기 공급기(210)를 구동할 수 있게 된다.
물론 세부적인 구성이나, 형상은 연료 전지 차량 또는 연료 전지 시스템 (200)의 구성 및 여러 가지 조건들에 의해 설계 변경될 수 있으므로 그러한 것들은 조건에 따라 구성을 다르게 실시할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치는 연료 전지 시스템의 초기 기동을 위해 요구되던 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter ; 직류 12V ~ 직류 200V 이상)가 필요 없게 된다.
따라서, 연료 전지 시스템을 구성하는 부품 수를 축소할 수 있으며, 연료 전지 시스템의 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 원가 절감 등의 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 제어장치에 있어서,
    연료 전지 스택으로부터 고전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 주 공기 공급기와;
    보조 배터리로부터 저전압 전원을 공급받아 구동되어 상기 연료 전지 시스템으로 공기를 공급하는 보조 공기 공급기와;
    상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태와 초기 기동 상태에 따라 상기 주 공기 공급기와 보조 공기 공급기를 구동하도록 각각의 구동 제어신호를 발생하는 공기 공급 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급 제어부는
    상기 연료 전지 차량의 정상 운전 상태에서 상기 주 공기 공급기를 구동하도록 정상 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급 제어부는
    상기 연료 전지 차량의 초기 기동 상태에서 상기 보조 공기 공급기를 구동하도록 보조 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 공기 공급 제어장치.
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