KR100991244B1 - Power controlling method of Fuel cell and Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템에 관한 것이다. 본 발명에서는 2대가 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)를 갖는 연료전지시스템이 구비된다. 상기 연료전지시스템에는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환기(40)가 구비된다. 상기 전력변환기(40)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)로부터 출력전압을 센싱하는 역할을 수행한다. 그래서 상기 연료전지시스템이 운전 개시되면, 상기 전력변환기(40)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 각 출력전압을 센싱하면서, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 범위에 속하는지 판단한다. 상기 판단 결과, 상기 제 1 연료전지(20) 또는 제 2 연료전지(30)의 출력전압이 최저전압이면, 최저전압을 출력하는 연료전지는 미구동되게 하고 다른 하나의 연료전지가 부하 요구전력을 공급하도록 제어한다. 그러나 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압이 상기 최저전압보다 높은 정상전압이면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압의 편차를 나눔 연산하고, 그 연산된 결과 값으로 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압 값을 가감 처리하여 출력전압을 동일하게 한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압 상태에 따라 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 있어 연료전지 손상을 방지하고 전체 시스템 운전 효율이 향상되는 이점이 있다.The present invention relates to a power control method for a fuel cell and a fuel cell system thereof. In the present invention, a fuel cell system having first and second fuel cells 20 and 30 connected in parallel with two units is provided. The fuel cell system includes a power converter 40 for converting DC power of the first and second fuel cells 20 and 30 into AC power. The power converter 40 senses an output voltage from the first and second fuel cells 20 and 30. Thus, when the fuel cell system starts to operate, the power converter 40 senses each output voltage of the first and second fuel cells 20 and 30, and the first and second fuel cells 20. It is determined whether the output voltage of 30 falls within the lowest voltage range which is the lower limit at which the effective power can be output from the fuel cell. As a result of the determination, if the output voltage of the first fuel cell 20 or the second fuel cell 30 is the lowest voltage, the fuel cell that outputs the lowest voltage is not driven, and the other fuel cell receives the load demand power. Control to supply. However, when the output voltage of the first and second fuel cells 20 and 30 is a normal voltage higher than the minimum voltage, the deviation of the output voltages of the first and second fuel cells 20 and 30 is divided. The output voltage values of the first and second fuel cells 20 and 30 are added or subtracted to the calculated result value to make the output voltage the same. According to the present invention, it is possible to stably supply the load required power in accordance with the output voltage state of the first and second fuel cells 20, 30 to prevent the fuel cell damage and improve the overall system operating efficiency have.

연료전지, 전력변환기, 최저전압, 출력전압 Fuel Cell, Power Converter, Low Voltage, Output Voltage

Description

연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템{Power controlling method of Fuel cell and Fuel cell system}Power control method of fuel cell and fuel cell system thereof

본 발명은 연료전지시스템에 관한 것으로, 특히 2대가 병렬 구성된 연료전지의 출력전력을 안정되게 제어하기 위한 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell power control method and a fuel cell system thereof for stably controlling output power of two parallel fuel cells.

화석연료의 고갈과 에너지에 대한 위기로 인하여 신- 재생에너지에 대한 범 세계적인 요구와 관심이 높아지고 있으며 그 중심에 연료전지가 있다. 상기 연료전지는 천연가스, 납사, 메탄올과 같은 탄화수소 계열 연료가 갖는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전 효율이 매우 높은 특성이 있다. 또 공해요인이 매우 적어 전력수요지 근처에 설치하거나, 전력수요가 밀접한 지역에 분산 설치할 수 있고, 필요에 따라 대용량 발전설비로도 이용할 수 있다. 이러한 점 때문에, 차세대의 주요발전기술 중 하나로서 이미 많은 응용분야에서 실용화단계에 진입하고 있는 기술이다. 특히 용융 탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)는 전력계통에 분산 배치되어 발전전력 사업용으로 개발되었고 실용화 진행중에 있다. Due to the depletion of fossil fuels and the crisis of energy, global demands and interests on renewable energy are increasing, and fuel cells are at the center. The fuel cell has a very high power generation efficiency for directly converting chemical energy of a hydrocarbon-based fuel such as natural gas, naphtha and methanol into electrical energy. In addition, there are very few pollution factors, so it can be installed near power demand or distributed in areas where power demand is close, and can also be used as a large capacity power generation facility if necessary. For this reason, it is a technology that is already entering the commercialization stage in many application fields as one of the next major power generation technologies. In particular, molten carbonate fuel cells (MCFCs) are distributed and deployed in the power system for the power generation business and are being put into practical use.

상기 연료전지는 그 연료전지를 에너지원으로 사용하는 각종 장치에서 필요로 하는 전력을 공급하기 위해 복수 개가 직렬 또는 병렬 방식으로 연결되게 된다. 그 중, 도 1은 2대의 연료전지가 병렬 구성된 연료전지시스템의 구성도를 도시하고 있다.A plurality of fuel cells are connected in series or in parallel to supply power required by various devices using the fuel cells as energy sources. 1 shows a configuration diagram of a fuel cell system in which two fuel cells are arranged in parallel.

도 1을 보면, 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)가 구비된다. 그리고 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)의 출력인 직류전원(DC)을 각각 공급받고, 이를 교류전원(AC)으로 변환하기 위한 전력변환기(PSC: Power Conditioning System)(12)가 구비된다. 상기 전력변환기(12)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)에서 출력되는 저전압 상태의 직류전원을 각각 소정 레벨로 변환하는 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(13)(14)와, 상기 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(13)(14)에서 얻어진 직류전원을 전력계통에서 사용할 수 있도록 교류전원으로 변환하는 DC-AC 인버터(15)를 구비한다.1, first and second fuel cells 10 and 11 are provided. In addition, a power converter (PSC) 12 for receiving DC power, which is an output of the first and second fuel cells 10, 11, and converting the power to AC, respectively, 12. Is provided. The power converter 12 converts the DC power of the low voltage state output from the first and second fuel cells 10 and 11 to a predetermined level, respectively, to the first and second DC-DC converters 13 and 14. And a DC-AC inverter 15 for converting the DC power obtained in the first and second DC-DC converters 13 and 14 into AC power for use in the power system.

이와 같은 구성에 따르면 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)에서 발전된 직류전원은 상기 전력변환기(12)로 전달된다. 상기 전력변환기(12)의 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(13)(14)는 상기 직류전원을 소정 레벨로 변환한 후 DC-AC 인버터(15)로 전달한다. 상기 DC-AC 인버터(15)는 상기 변환된 직류전원을 실제 사용 가능한 교류전원으로 변환한 후 전력계통으로 전달한다. According to such a configuration, the DC power generated in the first and second fuel cells 10 and 11 is transmitted to the power converter 12. The first and second DC-DC converters 13 and 14 of the power converter 12 convert the DC power to a predetermined level and transfer the DC power to the DC-AC inverter 15. The DC-AC inverter 15 converts the converted DC power into AC power that can be actually used, and then transfers the converted DC power to the power system.

이때, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)의 출력전력은 모두 동일해야 상기 전력변환기(12)에서의 전력변환이 안정되게 수행될 수 있다. 그러나, 연료전지 제작시 다양한 변수들과 연료전지의 장시간 사용으로 인해 상기 제 1 및 제 2 연료 전지(10)(11)의 출력 특성이 틀려질 수 있다. 그러면 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)의 출력전압이 서로 다르게 출력되고, 이에 출력전력도 달라지는 문제가 발생한다.In this case, output power of the first and second fuel cells 10 and 11 must be the same so that the power conversion in the power converter 12 can be stably performed. However, the output characteristics of the first and second fuel cells 10 and 11 may be different due to various variables and prolonged use of the fuel cell in manufacturing the fuel cell. Then, the output voltages of the first and second fuel cells 10 and 11 are output differently, and thus, the output power also varies.

이를 해결하기 위해 종래에는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)의 출력전류를 균등하게 제어하는 방법이 사용된다. 예컨대, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11) 각각의 출력전류를 센싱하고, 그 중에서 상대적으로 큰 출력전류를 기준으로 하여 다른 연료전지의 출력전류를 상승시켜서, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)의 출력전류를 균등하게 제어하여 전력계통에서의 부하 요구전력만큼 출력전력이 공급되게 하고 있다. 그러나, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11)의 출력전류를 균등하게 하더라도, 제 1 연료전지(10)와 제 2 연료전지(11)의 출력전압 사이에는 편차가 발생하게 된다. 이 경우, 상기 발생된 편차를 1/2로 나눔 연산하고, 상기 연산된 값을 상기 제 1 연료전지(10)와 제 2 연료전지(11)에 적용하여 출력전압을 균등하게 하고 있다. In order to solve this problem, a method of controlling the output current of the first and second fuel cells 10 and 11 evenly is conventionally used. For example, the output current of each of the first and second fuel cells 10 and 11 is sensed, and the output currents of other fuel cells are raised based on a relatively large output current therefrom, thereby increasing the first and second fuel cells. 2 Output currents of the fuel cells 10 and 11 are equally controlled so that the output power is supplied as much as the load required power in the power system. However, even if the output currents of the first and second fuel cells 10 and 11 are equalized, a deviation occurs between the output voltages of the first fuel cell 10 and the second fuel cell 11. In this case, the generated deviation is divided by 1/2, and the calculated value is applied to the first fuel cell 10 and the second fuel cell 11 to equalize the output voltage.

하지만, 상기 연료전지는 장시간 사용에 따라 연료전지의 출력특성이 변화할 수 있고, 그래서 제 1 및 제 2 연료전지(10)(11) 중 하나의 연료전지가 미리 설정된 최저전압 이하가 되는 경우가 있다. 상기 최저전압은 연료전지로부터 유효한 전력이 출력될 수 있는 하한치를 말한다. 이와 같이 어느 하나의 연료전지의 출력전압이 최저전압이 된 상태에서 연료전지시스템의 운전이 계속 유지되면, 상기 최저전압 상태인 연료전지에 과부하가 발생하게 되고, 결국 연료전지의 손상으로 이어져서 연료전지의 수명이 저하되는 문제점이 발생한다.However, the fuel cell may change the output characteristics of the fuel cell according to long-term use, so that one of the first and second fuel cells 10 and 11 becomes less than or equal to a predetermined minimum voltage. have. The lowest voltage refers to a lower limit at which effective power can be output from the fuel cell. As such, if the fuel cell system continues to be operated while the output voltage of one of the fuel cells is at the lowest voltage, the fuel cell in the lowest voltage state is overloaded, resulting in damage to the fuel cell and thus fuel. There is a problem that the life of the battery is reduced.

이는 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 없게 되어, 연료전지시스템의 전체 효율을 저하시키게 된다.This makes it impossible to stably supply the load demand power, thereby lowering the overall efficiency of the fuel cell system.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2대의 연료전지가 병렬 구성된 시스템에서 연료전지의 출력전압 상태에 따라 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 있도록 한 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and in a system in which two fuel cells are arranged in parallel, a power control method of a fuel cell and stably supplying load demand power according to the output voltage state of the fuel cell and its It is to provide a fuel cell system.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 2대가 병렬로 연결 구성된 제 1 및 제 2 연료전지의 각 출력전압을 센싱하는 센싱단계; 상기 센싱결과, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 범위에 속하는지 판단하는 판단단계; 그리고, 상기 판단 결과, 상기 제 1 연료전지 또는 제 2 연료전지의 출력전압이 최저전압이면, 최저전압을 출력하는 연료전지는 미구동되게 하고 다른 하나의 연료전지가 부하 요구전력을 공급하도록 제어하는 제어단계를 포함한다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the sensing step of sensing each of the output voltage of the first and second fuel cell is connected in parallel; A determination step of determining whether the output voltages of the first and second fuel cells fall within the lowest voltage range which is a lower limit at which active power can be output from the fuel cell as a result of the sensing; If the output voltage of the first fuel cell or the second fuel cell is the lowest voltage, the fuel cell outputting the lowest voltage is undriven and the other fuel cell controls to supply the load demand power. A control step.

상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압이 상기 최저전압보다 높은 정상전압이면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 편차를 1/2로 나눔 연산하고, 연산된 결과 값을 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 값에 가감 처리한다.When the output voltages of the first and second fuel cells are higher than the minimum voltage, the output voltage deviations of the first and second fuel cells are divided by 1/2, and the calculated result is divided by the first voltage. And subtracting and subtracting the output voltage value of the second fuel cell.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 병렬 연결된 제 1 및 제 2 연료전지; 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압을 센싱하는 전력변환기; 그리고, 상기 제 1 연료전지 또는 제 2 연료전지의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압이면, 상기 최저전압을 출력하는 연료전지가 미구동되게 상기 전력변환기 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.According to another feature of the invention, the first and second fuel cells connected in parallel; A power converter configured to sense output voltages of the first and second fuel cells; If the output voltage of the first fuel cell or the second fuel cell is the lowest voltage at which the effective power can be output from the fuel cell, the power converter is operated so that the fuel cell outputting the lowest voltage is not driven. It is configured to include a control unit for controlling.

상기 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압이 상기 최저전압보다 높은 정상전압이면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 편차를 1/2로 나눔 연산하고, 연산된 결과 값으로 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 값을 가감하여 균등하게 제어한다.If the output voltage of the first and second fuel cells is a normal voltage higher than the minimum voltage, the controller divides the output voltage deviations of the first and second fuel cells by half and calculates the calculated result value. In this way, the output voltage values of the first and second fuel cells are subtracted and controlled equally.

본 발명에서는, 2대 병렬 구성된 연료전지가 구비된 시스템에서, 어느 하나의 연료전지에서 출력되는 전압이 미리 설정된 최저전압 범위까지 떨어지게 되면, 그 출력전압이 떨어진 연료전지는 더 이상 발전되지 않게 하고, 다른 연료전지가 부하 요구전력을 공급하기 때문에, 연료전지의 손상을 방지하여 수명과 신뢰성을 향상시키고, 부하 요구전력을 안정되게 공급할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, in a system having two parallel parallel fuel cells, when the voltage output from any one of the fuel cells falls to a predetermined minimum voltage range, the fuel cell in which the output voltage falls is no longer generated, Since other fuel cells supply load demand power, there is an effect of preventing damage to the fuel cell, improving life and reliability, and stably supplying load demand power.

이하 본 발명에 의한 연료전지의 전력 제어방법 및 그의 연료전지시스템의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a power control method of a fuel cell and a fuel cell system thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지시스템의 전체 구성도가 도시되어 있다. 2 is a diagram illustrating the overall configuration of a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 보면, 병렬로 연결된 제 1 연료전지와 제 2 연료전지(20)(30)가 구비된다. 상기 제 1연료전지(20) 및 제 2연료전지(30)에는 그 연료전지의 출력가능한 전력(PAS: Power Available Signal) 정보를 제공받는 제 1 및 제 2 연료전지 제어 기(22)(32)가 구비된다. 2, a first fuel cell and a second fuel cell 20 and 30 connected in parallel are provided. The first fuel cell 20 and the second fuel cell 30 include first and second fuel cell controllers 22 and 32 that receive power available signal (PAS) information of the fuel cell. Is provided.

상기 제 1 연료전지(20)와 제 2 연료전지(30)의 출력전력을 공급받는 전력변환기(40)가 구비된다. 상기 전력변환기(40)는 상기 제 1 연료전지(20)와 제 2 연료전지(30)의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 역할을 수행한다. 상기 전력변환기(40)에는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)에서 출력되는 저전압을 소정 레벨로 변환하는 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)가 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)는, 아래에서 설명될 제어상수에 의해 특정 연료전지의 발전이 되지 않도록 출력전력을 제한하는 역할을 한다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)에서 얻어진 각각의 직류전원을 전력계통의 부하에서 사용할 수 있도록 교류전원으로 변환하는 DC-AC 인버터(46)가 구비된다. The power converter 40 receives the output power of the first fuel cell 20 and the second fuel cell 30. The power converter 40 converts the DC power of the first fuel cell 20 and the second fuel cell 30 into AC power. The power converter 40 includes first and second DC-DC converters 42 and 44 for converting low voltages output from the first and second fuel cells 20 and 30 to a predetermined level. The first and second DC-DC converters 42 and 44 serve to limit the output power so that the specific fuel cell is not generated by the control constant to be described below. In addition, a DC-AC inverter 46 for converting each DC power obtained in the first and second DC-DC converters 42 and 44 into an AC power source for use in a load of a power system is provided.

또 상기 전력변환기(40)에는 전력변환기(40)의 동작을 제어하는 전력변환제어기(48)가 구비된다. 상기 전력변환제어기(48)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지 제어기(22)(32)로부터 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력가능한 전력(PAS) 정보를 전달받고, 아울러 상기 전력변환기(40)로 입력되는 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압을 센싱하는 역할을 한다. 그래서 상기 전력변환제어기(48)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력가능한 전력(PAS) 정보와 상기 센싱된 출력전압에 기초하여 상기 제1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 운전상태 정보를 모니터링한다. 그리고 상기 전력변환제어기(40)는 아래에서 설명될 최저전압을 출력하는 연료전지가 더 이상 발전되지 않도록 상기 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)의 운전을 제어한다. 상기 전력변환제어기(40)는 상기 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)의 운전을 제어하기 위한 제어상수를 갖는다. 상기 제어상수는 예를 들어 'α'와 'β'이다. 본 실시 예에서 'α'는 제 1 DC-DC 컨버터(42) 운전을 제어하고, 'β'는 제 2 DC-DC 컨버터(44) 운전을 제어하기 위한 상수 값을 말한다.In addition, the power converter 40 is provided with a power conversion controller 48 for controlling the operation of the power converter 40. The power conversion controller 48 receives outputable power (PAS) information of the first and second fuel cells 20 and 30 from the first and second fuel cell controllers 22 and 32. In addition, it serves to sense the output voltage of the first and second fuel cells 20 and 30 input to the power converter 40. Thus, the power conversion controller 48 is configured to output the first and second fuel cells 20 based on the output power PAS information of the first and second fuel cells 20 and 30 and the sensed output voltage. Monitor the operation state information of (30). The power conversion controller 40 controls the operation of the first and second DC-DC converters 42 and 44 so that the fuel cell outputting the lowest voltage, which will be described below, is no longer generated. The power conversion controller 40 has a control constant for controlling the operation of the first and second DC-DC converters 42 and 44. The control constants are, for example, 'α' and 'β'. In the present embodiment, 'α' controls the operation of the first DC-DC converter 42 and 'β' refers to a constant value for controlling the operation of the second DC-DC converter 44.

이어 본 발명의 연료전지시스템의 전력변환기 제어방법을 설명한다. 도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지의 전력 제어방법의 흐름도가 도시되어 있다. Next, a power converter control method of the fuel cell system of the present invention will be described. 3 is a flowchart illustrating a power control method of a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 2와 같이 구성된 연료전지시스템이 운전 개시되면(s50), 상기 제 1 연료전지(20)와 제 2 연료전지(30)는 미리 설정된 자신의 출력특성에 맞춰 직류전원을 출력한다(s52). 그렇게 되면 상기 출력된 직류전원은 전력변환기(40)로 전달된다. First, when the fuel cell system configured as shown in FIG. 2 starts operation (s50), the first fuel cell 20 and the second fuel cell 30 output a DC power source in accordance with a preset output characteristic thereof (s52). ). If so, the output DC power is transmitted to the power converter 40.

상기 전력변환기(40)에 구비된 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)는 상기 제 1 연료전지(20)와 제 2 연료전지(30)의 직류전원을 소정 레벨만큼 승압 또는 강압하여 변환한다. 그리고 상기 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)에서 변환된 각각의 직류전원은 DC-AC 인버터(46)로 전달된다. The first and second DC-DC converters 42 and 44 provided in the power converter 40 boost or boost the DC power of the first fuel cell 20 and the second fuel cell 30 by a predetermined level. Step down and convert. Each DC power converted by the first and second DC-DC converters 42 and 44 is transferred to the DC-AC inverter 46.

상기 DC-AC 인버터(46)는 상기 직류전원을 전력계통에서 요구하고 있는 교류전원으로 변환하고, 전력계통으로 공급하게 된다. 이때, 상기 전력변환 제어기(48)는 상기 전력변환기(40)의 출력측의 부하 요구량과 비교하고, 비교결과에 따라 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)를 제어하여 상기 부하 요구량만큼의 전력이 공급되게 한다. 이는 상기 전력변환 제어기(48)가 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30) 의 출력전압과 전류를 지속적으로 센싱하고, 아울러 상기 제 1 및 제 2 연료전지 제어기(22)(32)로부터 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력가능한 전력 정보를 전달받고 있어, 이에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 상태 파악이 가능하기 때문이다.The DC-AC inverter 46 converts the DC power into AC power required by the power system and supplies the power to the power system. At this time, the power conversion controller 48 compares the load requirement on the output side of the power converter 40, and controls the first and second DC-DC converters 42 and 44 according to the comparison result to load the demand. Allow as much power as possible. This is because the power conversion controller 48 continuously senses the output voltage and current of the first and second fuel cells 20 and 30, and also the first and second fuel cell controllers 22 and 32. This is because the power information capable of outputting the first and second fuel cells 20 and 30 is received from the display device, and the state of the first and second fuel cells 20 and 30 can be grasped based on the information. .

그와 같은 상태에서, 상기 전력변환 제어기(48)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)에서 출력되는 직류전원의 출력전압을 지속적으로 센싱한다(s54). In such a state, the power conversion controller 48 continuously senses the output voltage of the DC power output from the first and second fuel cells 20 and 30 (s54).

상기 센싱결과, 상기 전력변환 제어기(48)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압이 정상전압 범위에서 출력되고 있는지 제 56 단계에서 판단한다. 상기 정상전압 범위는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 정격전압을 말한다. 상기 판단 결과, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압이 정상전압에 속하면, 제 58 단계로 진행하여 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30) 상호간의 출력전압 편차를 구하고, 출력전압을 균등하게 하도록 제 1 및 제 2 DC-DC 컨버터(42)(44)를 제어하는 과정이 수행된다. 즉, 상기 전력변환 제어기(48)는 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압이 정상전압에 속하면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압 사이의 편차를 구하고, 제어상수 'α'와 'β'의 값을 각각 '0.5'로 적용하여 나눔 연산한다. 그리고 상기 연산된 결과 값만큼 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)에서 출력되게 한다. 따라서 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30)의 출력전압은 균등하게 되어 전력변환기(40)로 전달되게 된다. As a result of the sensing, the power conversion controller 48 determines in step 56 whether the output voltages of the first and second fuel cells 20 and 30 are output within a normal voltage range. The steady voltage range refers to the rated voltage of the first and second fuel cells 20 and 30. As a result of the determination, if the output voltages of the first and second fuel cells 20 and 30 belong to the normal voltage, the process proceeds to step 58 and the first and second fuel cells 20 and 30 are mutually The process of controlling the first and second DC-DC converters 42 and 44 to obtain the output voltage deviation and to equalize the output voltage is performed. That is, the power conversion controller 48 outputs the first and second fuel cells 20 and 30 when the output voltages of the first and second fuel cells 20 and 30 belong to a normal voltage. Calculate the deviation between voltages and divide by applying the values of control constants 'α' and 'β' to '0.5' respectively. In addition, the first and second fuel cells 20 and 30 are output as much as the calculated result value. Therefore, the output voltages of the first and second fuel cells 20 and 30 are equalized and transmitted to the power converter 40.

그러나, 제 56 단계의 판단 결과, 상기 제 1 연료전지(20) 또는 제 2 연료전지(30)의 출력전압이 최저전압 범위에 속하면, 상기 전력변환 제어기(48)는 제어상 수 'α'와 'β'의 값을 '0'과 '1'로 적용하여 상기 제 1 연료전지(20) 및 제 2 연료전지(30)의 출력전압을 제어하게 된다. 예를 들어, 제 60 단계에서 상기 제 1 연료전지(20)의 출력전압이 최저전압인 경우, 제 62 단계에서 상기 전력변환 제어기(48)는 'α'는 '0'으로 하고 'β'는 '1'로 한다. 이에 제 1 DC-DC 컨버터(42)는 상기 제 1 연료전지(20)가 더 이상 발전되지 않게 출력전력을 제한하고, 대신 상기 제 2 연료전지(30)가 부하 요구전력을 공급할 수 있도록 제 2 DC-DC 컨버터(44)를 제어한다. 마찬가지로, 제 64 단계에서 상기 제 2 연료전지(30)의 출력전압이 최저전압인 경우, 상기 전력변환 제어기(48)는 'α'는 '1'으로 하고 'β'는 '0'로 한다. 이에 제 2 DC-DC 컨버터(44)는 상기 제 2 연료전지(30)가 더 이상 발전되지 않게 출력전력을 제한하고, 대신 상기 제 1 연료전지(42)가 부하 요구전력을 공급할 수 있도록 제 1 DC-DC 컨버터(42)를 제어한다.However, if the output voltage of the first fuel cell 20 or the second fuel cell 30 falls within the lowest voltage range as a result of the determination in the 56th step, the power conversion controller 48 controls the control constant 'α'. And 'β' are applied as '0' and '1' to control the output voltages of the first fuel cell 20 and the second fuel cell 30. For example, when the output voltage of the first fuel cell 20 is the lowest voltage in step 60, the power conversion controller 48 sets 'α' to '0' in step 62 and 'β' is It is set to '1'. Accordingly, the first DC-DC converter 42 limits the output power so that the first fuel cell 20 is no longer generated, and instead, the first DC-DC converter 42 allows the second fuel cell 30 to supply load demand power. The DC-DC converter 44 is controlled. Similarly, when the output voltage of the second fuel cell 30 is the lowest voltage in step 64, the power conversion controller 48 sets 'α' to '1' and 'β' to '0'. Accordingly, the second DC-DC converter 44 limits the output power so that the second fuel cell 30 is no longer generated, and instead, the second DC-DC converter 44 allows the first fuel cell 42 to supply the load demand power. The DC-DC converter 42 is controlled.

이와 같이 하면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지(20)(30) 중 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압을 출력하는 연료전지의 발전을 제어할 수 있어, 제 1 연료전지(20) 또는 제 2 연료전지(30)가 과부하로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있다.In this way, it is possible to control the power generation of the fuel cell outputting the lowest voltage, which is the lower limit at which the effective power can be output, among the first and second fuel cells 20 and 30, thereby controlling the first fuel cell 20. Alternatively, the second fuel cell 30 may be prevented from being damaged due to overload.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by the claims, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. It is self evident.

즉 도시된 실시 예에서는 연료전지시스템을 예를 들어 설명하고 있지만, DC-DC 컨버터가 포함된 전력변환기가 적용될 수 있는 신-재생 에너지 시스템, 분산전원시스템에도 본 발명이 적용될 수 있다. That is, although the illustrated embodiment illustrates a fuel cell system as an example, the present invention may be applied to a renewable energy system and a distributed power supply system to which a power converter including a DC-DC converter may be applied.

도 1은 2대의 연료전지가 병렬 구성된 연료전지시스템의 구성도.1 is a configuration diagram of a fuel cell system in which two fuel cells are configured in parallel.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료전지시스템의 전체 구성도.2 is an overall configuration diagram of a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지시스템에서의 연료전지 제어방법의 흐름도.3 is a flowchart of a fuel cell control method in a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

20 : 제 1 연료전지 22 : 제 1 연료전지 제어기20: first fuel cell 22: first fuel cell controller

30 : 제 2 연료전지 32 : 제 2 연료전지 제어기30 second fuel cell 32 second fuel cell controller

40 : 전력변환기 42 : 제 1 DC-DC 컨버터40: power converter 42: first DC-DC converter

44 : 제 2 DC-DC 컨버터 46 : DC-AC 인버터44: second DC-DC converter 46: DC-AC inverter

48 : 전력변환 제어기48: power conversion controller

Claims (4)

2대가 병렬로 연결 구성된 제 1 및 제 2 연료전지의 각 출력전압을 센싱하는 센싱단계; A sensing step of sensing each output voltage of the first and second fuel cells, in which two units are connected in parallel; 상기 센싱결과, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압 범위에 속하는지 판단하는 판단단계; 그리고, A determination step of determining whether the output voltages of the first and second fuel cells fall within the lowest voltage range which is a lower limit at which active power can be output from the fuel cell as a result of the sensing; And, 상기 판단 결과, 상기 제 1 연료전지 또는 제 2 연료전지의 출력전압이 최저전압이면, 최저전압을 출력하는 연료전지는 미구동되게 하고 다른 하나의 연료전지가 부하 요구전력을 공급하도록 제어하는 제어단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어방법.As a result of the determination, if the output voltage of the first fuel cell or the second fuel cell is the lowest voltage, a control step of controlling the other fuel cell to supply the load required power so that the fuel cell outputting the lowest voltage is not driven. Power control method of a fuel cell, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압이 상기 최저전압보다 높은 정상전압이면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 편차를 1/2로 나눔 연산하고, 연산된 결과 값을 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 값에 가감 처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 전력 제어방법.When the output voltages of the first and second fuel cells are higher than the minimum voltage, the output voltage deviations of the first and second fuel cells are divided by 1/2, and the calculated result is divided by the first voltage. And a process of adding and subtracting the output voltage value of the second fuel cell. 병렬 연결된 제 1 및 제 2 연료전지; First and second fuel cells connected in parallel; 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압을 센싱하는 전력변환기; 그리고, A power converter configured to sense output voltages of the first and second fuel cells; And, 상기 제 1 연료전지 또는 제 2 연료전지의 출력전압이 그 연료전지로부터 유효 전력이 출력될 수 있는 하한치인 최저전압이면, 상기 최저전압을 출력하는 연료전지가 미구동되게 상기 전력변환기 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료전지시스템.If the output voltage of the first fuel cell or the second fuel cell is the lowest voltage that is the lower limit at which the effective power can be output from the fuel cell, the operation of the power converter is controlled so that the fuel cell outputting the lowest voltage is not driven. A fuel cell system comprising a control unit. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압이 상기 최저전압보다 높은 정상전압이면, 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 편차를 1/2로 나눔 연산하고, 연산된 결과 값으로 상기 제 1 및 제 2 연료전지의 출력전압 값을 가감하여 동일하게 제어함을 특징으로 하는 연료전지시스템.If the output voltage of the first and second fuel cells is a normal voltage higher than the minimum voltage, the controller divides the output voltage deviations of the first and second fuel cells by half and calculates the calculated result value. And equally controlling the output voltage values of the first and second fuel cells.
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