KR102649871B1 - 연료 전지 장치를 갖는 전력 공급 장치 및 연료 전지 장치에서의 전압 강하 방법 - Google Patents

연료 전지 장치를 갖는 전력 공급 장치 및 연료 전지 장치에서의 전압 강하 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 사용자 장치(2, 3)에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치(1)에 관한 것으로, 상기 전력 공급 장치는, 전기 접점(5, 6)을 구비한 연료 전지 장치(7)가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(4)으로서, 상기 연료 전지 장치는, 전기 접점(5, 6)과 연결되고 병렬로 접속된 방전 회로(8)를 포함하고, 상기 방전 회로는, 컨트롤러(9)를 이용하여 스위칭 라인을 통해 작동 가능한 스위칭 요소(11) 및 저항 소자(12)를 구비하는, 메인 전력 공급 시스템(4)과; 상기 메인 전력 공급 시스템(4) 내에 존재하며 메인 전력 공급 시스템(4)을 서브 전력 공급 시스템(17)과 연결하는 DC/DC 컨버터(13);를 포함하며, 상기 전력 공급 장치는, 스위칭 라인(10)을 통한 작동(actuation)이 가능한 동안에는, 스위칭 요소(11)를 개방 상태로 유지함으로써 방전 회로(8)를 비활성으로 설정하고, 스위칭 라인(10)을 통한 작동이 불가능해지는 즉시, 스위칭 요소(11)를 닫힌 상태로 전환함으로써, 연료 전지 장치(7)의 전압을 낮추기 위해 방전 회로(8)를 활성으로 설정하는 안전 장치 또는 안전 기능을 방전 회로(8)가 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은, 전력 공급 장치(1)의 연료 전지 장치(7)의 전압을 낮추기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 장치를 갖는 전력 공급 장치 및 연료 전지 장치에서의 전압 강하 방법
본 발명은, 전기 접점을 구비한 연료 전지 장치가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(primary power supply system)을 갖는, 하나 이상의 사용자 장치에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치에 관한 것으로, 상기 연료 전지 장치는, 전기 접점과 연결되고 병렬로 접속된 방전 회로를 포함하고, 상기 방전 회로는 컨트롤러를 이용하여 스위칭 라인을 통해 작동 가능한 스위칭 요소 및 저항 소자를 구비한다. 또한, 메인 전력 공급 시스템 내에는 메인 전력 공급 시스템을 서브 전력 공급 시스템(secondary power supply system)과 연결하는 DC/DC 컨버터가 존재한다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 전력 공급 장치 내에서 연료 전지 장치의 전압을 강하시키기 위한 방법과도 관련이 있다.
서두에 언급한 유형의 전력 공급 장치는, 예를 들어 연료 전지 장치가 60볼트(V)보다 큰 전압을 공급하되, 특히 많은 경우 연료 전지 장치로의 반응물 공급이 이미 중단된 경우에도 여전히 60볼트(V)보다 큰 전압을 공급하는 연료 전지 차량에 사용될 수 있다. 이때, 이와 같은 높은 전압은, 연료 전지 장치 내에 계속해서 존재하는 반응물, 즉, 아직까지 완전히 사용되지 않은 반응물에 의해 생성된다.
60V보다 큰 전압에서는, 원칙적으로 안전 측면에 유의해야 하는데, 그 이유는 이와 같은 전압이 접촉 시에는 위험한 신체 전류에 대한 원인이 될 수 있기 때문이다. 그밖에, 이와 같은 전압에서는 접촉 보호와 관련된 특별한 보호 규정도 적용된다. 그렇기 때문에, 개발 및 생산 시 상당한 추가 비용을 야기하는 복잡한 접촉 보호식 플러그 커넥터들이 사용되고 있다. 특별히 연료 전지 장치와 DC/DC 컨버터 사이에 있는 고전압 인터페이스의 경우에는, 접촉 보호식 고전압 고전류 플러그 커넥터를 위해 막대한 추가 비용이 발생한다. 전체적으로 볼 때, 연료 전지 장치의 생산, 수리 및 점검 조치 과정에서 비용이 증가하고 있는데, 그 이유는 접촉 방지를 위해서는 이와 같은 특별한 안전 조치를 취해야 하기 때문이다.
DE 10 2009 055 053 A1에는, 60볼트(고전압)보다 큰 전압을 강하시키기 위해, 에너지 저장장치를 방전하기 위한, 특히 자동차의 고전압 네트워크 내의 중간 회로 커패시터를 방전하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다.
DE 10 2012 204 866 A1호에도 마찬가지로 에너지 저장장치를 방전하기 위한, 특히 중간 회로 커패시터를 방전하기 위한 방전 회로가 도시되어 있으며, 이 문헌에서는 상기 방전 회로를 검사하고 진단하기 위한 장치 및 방법이 기술된다.
US 5,105,142 A호에도 마찬가지로 연료 전지의 전기 출력 전압을 제한하기 위한 방전 회로가 기술되어 있다. 이 방전 회로는 연료 전지의 작동이 중단되는 경우에 활성화된다.
DE 10 2012 218 584 A1호에서는, 스위칭 요소에 의해 적어도 연료 전지 장치의 가열 단계 동안 단독 사용자 장치로서 또는 적어도 실질적으로 단독 사용자 장치로서 접속될 수 있는 부하 저항이 연료 전지에 병렬로 접속된다. 이로써, 연료 전지 장치의 시동 과정에서, 연료 전지 장치를 위한 매우 짧은 가열 단계를 가능하게 하기 위해, 처음에는 부하 저항만 작동된다. 그런데 이 공보는, 부하 저항이 연료 전지 장치의 방전 회로 내에서 방전 저항을 형성할 수 있다는 점도 교시하고 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 고장에 안전하고 콤팩트한 구성 방식을 유도하는 전력 공급 장치와, 전력 공급 장치의 연료 전지 장치의 전압 강하 방법을 제공하는 것이다.
전력 공급 장치와 관련된 과제는, 청구항 1에 따른 전력 공급 장치에 의해 해결된다. 전력 공급 장치의 과제에 부합하는 개선예들을 포함한 바람직한 구성들이 종속 청구항들에 명시되어 있다.
이 경우, 방전 회로는, 특히 스위칭 라인을 통한 작동이 가능한 동안에는, 스위칭 요소를 개방 상태로 유지함으로써 방전 회로를 비활성으로 설정하고, 스위칭 라인을 통해 작동할 수 없게 되는 즉시 스위칭 요소를 닫힌 상태로 전환함으로써 연료 전지 장치의 전압 강하를 위해 방전 회로를 활성으로 설정하는 안전장치 또는 안전 기능을 구비한다.
따라서, 사고 발생 시에도, 방전 회로의 스위칭 요소의 작동 가능성이 더 이상 없더라도, 연료 전지 장치의 방전이 수행되는 점이 보장된다. 물론, 점검 또는 유지 보수의 경우에도 방전 회로는 컨트롤러에 의해, 연료 전지 장치의 작동 안전적인 방전이 60V 미만의 수준까지 가능하도록 작동될 수 있다.
본원에서는 전력 공급 장치의 사용자 장치로서 예를 들어 구동 유닛을 갖는 구동 장치가 고려된다. 상기 구동 장치가 서브 전력 공급 시스템에 전기적으로 연결되어 있다면, 이 구동 장치는 자동차의 구동을 위해, 즉, 자동차의 구동에 맞춰진 구동 토크를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 이를 위해, 구동 장치는, 전기 기계로서 장착되어 있고 메인 전력 공급 시스템 및/또는 서브 전력 공급 시스템을 통해 전기 에너지를 공급받을 수 있는 하나 이상의 구동 유닛을 구비한다. 물론, 구동 장치는 하이브리드 구동 장치로서 설계될 수 있으며, 이러한 점에서 상기 구동 유닛에 추가로 이 구동 유닛과 다른 타입의 하나 이상의 추가 구동 유닛을 구비할 수 있다. 이 추가 구동 유닛은 예를 들어 내연 기관 등으로서 존재한다. 메인 전력 공급 시스템 및 서브 전력 공급 시스템은 바람직하게 자동차의 온보드 전기 시스템을 형성하거나 이와 같은 온보드 전기 시스템의 하나 이상의 영역을 나타낸다. 메인 전력 공급 시스템 내에는 연료 전지 장치 형태의 제1 전원이 제공된다. 연료 전지 장치는 단일 연료 전지의 형태로 제공될 수 있거나, 대안적으로 복수의 연료 전지를 갖는 연료 전지 스택으로서 제공될 수 있다. 연료 전지 장치는 온보드 전기 시스템에 전기 에너지를 신뢰성 있게 공급하는 데 이용된다.
전원 장치를 그 구조와 관련하여 덜 복잡하게 설계하기 위해, 스위칭 요소를 작동하기 위한 컨트롤러가 DC/DC 컨버터 자체로 형성되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다.
또한, 개방 상태와 닫힌 상태 간의 스위칭 요소의 작동 안전적인 조정을 가능하게 하기 위해, 스위칭 요소가 전기 기계식 스위칭 요소, 접촉기 또는 반도체 스위치인 것이 유용한 것으로 입증되었다. 반도체 스위치로서는, 예를 들어 IGBT(절연 게이트를 가진 바이폴러 트랜지스터)가 고려된다. 대안적으로는, 안전 기능을 충족할 수 있도록, 특히 "비구동 상태에서 전도성인"("상시 전도성") 타입의 MOS-FET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)도 스위칭 요소로서 사용될 수 있다.
저항 소자가 고성능 저항기인 것이 바람직한 것으로서 입증되었는데, 그 이유는 이 고성능 저항기가 법적 시간 요건 내에서 연료 전지 장치의 최대 잔류 에너지를 60V 미만의 전압으로 안전하게 방전할 수 있게 하는 데 적합하기 때문이다.
대안적으로 또는 보완적으로, 저항 소자는 PTC 저항기 형태의 PTC 히터(PTC = 양의 온도 계수)로서도 형성될 수 있으며, 이 PTC 히터가 연료 전지 장치로부터 에너지를 흡수할 때 열을 생성하고 이를 주변 환경으로 방출함으로써, 마찬가지로 연료 전지 장치의 전압 강하가 가능해진다.
대안적으로 또는 보완적으로, 연료 전지 장치 내의 전압은 또한 Z-다이오드로서 형성된 저항 소자에 의해서도 낮아질 수 있다. Z-다이오드는, 연료 전지 전압을 바람직하게 사전 설정된 또는 사전 설정 가능한 전압 한계값 미만으로, 즉, 특히 60V 미만으로 낮추기 위해 필요할 수 있는 높은 전류 흐름을 견디는 특징이 있다.
또한, 저항 소자가 선형 모드에서 작동할 수 있는 파워 반도체 스위치로서 형성되어 있는 경우도 바람직한 것으로서 입증되었다. 이를 통해서도, 연료 전지 장치로부터 상당한 전류 방출이 가능하며, 이는 연료 전지 전압을 필요한 수준으로 강하시킨다. 복잡한 구조적 형태의 저항 소자를 실현하기 위하여, 고성능 저항기, PTC 히터, Z-다이오드 및 파워 반도체 스위치로 이루어진 개별 조합들도 가능하다는 점에 유의해야 한다.
특히 유지 보수 또는 수리 시, 연료 전지 장치와 DC/DC 컨버터 사이에 인터페이스가 형성되고, 인터페이스가 분리되거나 개방되는 즉시 스위칭 요소를 닫힌 상태로 전환하도록 컨트롤러가 구성되는 것이 바람직한 것으로서 입증되었다. 즉, 상기 인터페이스가 분리되거나 개방되자마자, 방전 회로는 활성으로 설정되고, 위험성이 없는 수준 아래로 연료 전지 장치의 방전을 유도한다.
전력 공급 장치의 특히 콤팩트하고 특히 접촉 보호된 일 실시예는, 방전 회로가 연료 전지 장치의 연료 전지 하우징 내에 구조적으로 통합되어 있는 것을 특징으로 한다. 이로써, 작업장 직원이나 구조 작업자 중 누구도 연료 전지 장치의 전기 접점들과 방전 회로 사이에 있는 인터페이스 영역에 도달하지 않도록 보장된다. 즉, 이에 따라 연료 전지 하우징은 가장 넓은 의미에서는 접촉 보호부로서도 이용된다.
서브 전력 공급 시스템 내에는, 바람직하게 배터리 형태의 제2 전원이 제공된다. 이와 같은 배터리도 마찬가지로 온보드 전기 시스템에 전기 에너지를 신뢰성 있게 공급하기 위해 이용되며, 에너지, 특히 연료 전지 장치에 의해 제공된 에너지의 임시 저장을 위해 이용된다.
이 경우, 사용자 장치, 즉, 전기 기계가 서브 전력 공급 시스템에 전기적으로 접속되고, 바람직하게는 자동차의 운전 모드 동안 배터리와 영구적으로 전기적으로 연결된다. 구동 유닛 형태의 사용자 장치를 서브 전력 공급 시스템에 연결하는 것은 예를 들어 인버터, 특히 펄스 인버터를 통해서 실현될 수 있다.
방법과 관련된 과제는, 청구항 7의 특징들을 갖는 방법으로써 해결된다. 이 방법의 목적에 부합하는 개선 사항을 포함하는 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
본원 방법은, 연료 전지 장치, 서브 전력 공급 시스템 및 메인 전력 공급 시스템을 포함하는 전력 공급 장치에 의해 구현되며, 이 경우 메인 전력 공급 시스템 내에는 전기 접점을 구비하는 연료 전지 장치가 존재하고, 이 연료 전지 장치는 자신의 전기 접점과 연결되어 병렬 접속된 방전 회로를 구비하며, 이 방전 회로는, 컨트롤러를 이용하여 스위칭 라인을 통해 작동 가능한 스위칭 요소 및 저항 소자를 포함하고, 이 경우 메인 전력 공급 시스템 내에 상기 메인 전력 공급 시스템을 서브 전력 공급 시스템과 연결하는 DC/DC 컨버터가 존재한다. 이 방법은 특히 다음 단계들을 포함한다:
a. 연료 전지 장치로의 반응물 공급을 중단하는 단계,
b. 컨트롤러로서 형성된 DC/DC 컨버터를 이용하여, 스위칭 요소가 닫힌 상태로 넘어가도록 유도하는 방식으로, 스위칭 라인을 통해 방전 회로의 스위칭 요소를 작동하는 단계, 및
c. 스위칭 요소가 닫힌 상태에 놓이는 즉시, 연료 전지 장치에 의해 생성된 전기 에너지가 저항 소자에 의해 적어도 부분적으로 소비되는 단계
상기 방법에 의해서는, 특히 콤팩트한 전력 공급 장치가 실현될 수 있는데, 그 이유는 이 경우 DC/DC 컨버터가 방전 회로를 위한 컨트롤러로서 이용되고, 이로써 스위칭 요소를 작동시키기는 데 이용되기 때문이다.
연료 전지 장치의 출력 전압이 검출되고, 연료 전지 장치의 출력 전압이 사전 설정된 또는 사전 설정 가능한 전압값 아래로 떨어질 때까지 전기 에너지가 저항 소자에 의해 소비되는 것이 바람직한 것으로서 입증되었다. 상기 방법 단계에 의해, 연료 전지 장치에 더는 생명을 위협하는 전압이 존재하지 않도록 보장되고, 이로써 전압 한계값은 예를 들어 60V가 된다.
추가적인 고장 안전을 제공할 수 있기 위해, 컨트롤러를 이용하여 스위칭 라인을 통해 스위칭 요소의 작동이 불가능해지는 즉시, 이 경우에도 스위칭 요소가 닫힌 상태로 전환되는 것이 유용한 것으로 입증되었다.
또한, 연료 전지 장치와 DC/DC 컨버터 사이에 인터페이스가 존재하고, 이 인터페이스가 분리되거나 개방될 때 스위칭 요소가 닫힌 상태로 전환되도록 유발되는 방식으로, 컨트롤러에 의해 스위칭 요소의 작동이 수행되는 것이 유리하다. 즉, 이 경우 인터페이스의 분리는 연료 전지 장치를 방전하기 위한 트리거 신호로서 이용되며, 이는 연료 전지 장치의 작동 안전성을 더욱 높인다.
본 발명의 또 다른 장점들, 특징들 및 세부 사항은 청구범위, 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명 및 도면부를 참조한다.
도 1은 자동차를 구동하기 위한 구동 유닛을 갖는 구동 장치 형태의 하나 이상의 사용자 장치에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 1에는, 제1 사용자 장치(2) 및 제2 사용자 장치(3)에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치(1)의 개략도가 도시되어 있다. 본 전력 공급 장치(1)는 바람직하게, 상세하게 도시되지 않은 또 다른 사용자 장치에도 전기 에너지를 공급할 수 있다.
전력 공급 장치(1)는, 제1 전기 접점(5) 및 제2 전기 접점(6)을 구비한 연료 전지 장치(7)가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(4)을 포함한다. 또한, 전력 공급 장치(1)는, 배터리(20)가 내장되어 있는 서브 전력 공급 시스템(17)을 구비한다. 배터리(20)는 사용자 장치(2, 3)에 전력을 공급하도록 설계된다.
사용자 장치(2)는, 전기 기계의 형태로 존재하는 구동 유닛(22)을 포함한다. 이 전기 기계는 전형적으로 3상 교류에 의해 작동될 수 있고, 바람직하게는 자동차용 견인 모터로서 형성된다. 메인 전력 공급 시스템(4) 및 서브 전력 공급 시스템(17)도 고전압 및 직류를 공급하기 때문에, 사용자 장치(2)에는 직류를 3상 교류로 변환하는 인버터(21)가 추가로 할당되어 있다. 사용자 장치(2)의 일 개선예에서는, 구동 유닛(22)이 제너레이터로서도 사용될 수 있음으로써, 예를 들어 제동 과정에서 구동 유닛(22)에 의해 생성되는 에너지가 인버터(21)를 통해 다시 배터리(20)에 공급될 수 있다.
사용자 장치(3)도 마찬가지로 메인 전력 공급 시스템(4) 및 서브 전력 공급 시스템(17)으로 구성된 온보드 전기 시스템에 연결될 수 있다. 사용자 장치(3)로서는, 예를 들어 연료 전지 장치(7)의 보조 컴포넌트들, 충전 장치, 12V DC/DC 컨버터, 고전압 히터, 전기식 공조 압축기 등이 고려된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 메인 전력 공급 시스템(4)은 DC/DC 컨버터(13)를 통해 서브 전력 공급 시스템(17)에 연결되어 있다. 연료 전지 장치(7)는 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(15) 및 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(16)를 구비하며, 이들 단자는 여기서는 연료 전지 하우징(23) 상에 배치되어 있고, 라인을 통해 DC/DC 컨버터(13)와 연결되어 있다. 즉, 이로 인해, DC/DC 컨버터(13)와 연료 전지 장치(7) 사이에 인터페이스(14)가 생성되며, 이 인터페이스는 예를 들어 점검 또는 수리의 목적으로, 특히 가역적으로 분리 또는 개방될 수 있다.
그와 달리, 서브 전력 공급 시스템(17) 내의 배터리(20)는 제1 서브 전력 공급 시스템 단자(18) 및 제2 서브 전력 공급 시스템 단자(19)를 구비한다. DC/DC 컨버터(13)는 제1 메인 전력 공급 시스템 단자(15)를 제1 서브 전력 공급 시스템 단자(18)와 연결한다. 또한, DC/DC 컨버터(13)는 제2 메인 전력 공급 시스템 단자(16)를 제2 서브 전력 공급 시스템 단자(19)와 연결한다.
본 전력 공급 장치(1)는, 스위칭 라인(10)을 통해 컨트롤러(9)에 의해 작동될 수 있는 스위칭 요소(11) 및 저항 소자(12)를 구비하고 전기 접점(5, 6)과 연결되며 병렬로 접속된 방전 회로(8)를 구비한 것을 특징으로 한다. 이때, 방전 회로(8)는, 스위칭 라인(10)을 통한 작동이 가능한 동안에는 스위칭 요소(11)를 개방 상태로 유지함으로써 방전 회로(8)를 비활성으로 설정하고, 스위칭 라인(10)을 통한 작동할 수 없게 되는 즉시 스위칭 요소(11)를 닫힌 상태로 전환함으로써, 연료 전지 장치(7)의 전압을 강하하도록 방전 회로(8)를 활성으로 설정하는 안전 장치 또는 안전 기능을 구비한다.
본원에서, 방전 회로(8)는 연료 전지 하우징(23) 내부에 배치되고, 이로써 하우징 내에 구조적으로 통합된다. 따라서, 인터페이스(14)가 분리될 때 연료 전지 장치(7) 및 이와 더불어 연료 전지 스택의 작동 안전적인 방전이 수행됨으로써, 전력 공급 장치(1)를 위한 단순한 구조가 가능한 점이 보장된다.
본원에서, 스위칭 요소(11)의 작동이 DC/DC 컨버터(13)에 의해 수행됨으로써, DC/DC 컨버터(13)는 방전 회로(8)를 작동하기 위한 컨트롤러(9)를 형성하게 된다. DC/DC 컨버터(13)로부터 분리된 컨트롤러(9)를 사용하는 것도 가능하다.
전력 공급 장치(1), 연료 전지 시스템 또는 연료 전지 차량의 유지 보수가 수행되어야 하는 경우, 먼저 연료 전지 장치(7)로의 반응물 공급이 중단된다. 이어서, 방전 회로(8)의 스위칭 요소(11)는, 스위칭 요소(11)가 닫힌 상태로 전환되도록 유도되는 방식으로, 컨트롤러(9)로서 형성된 DC/DC 컨버터(13)에 의해 스위칭 라인(10)을 통해 작동되며, 이 경우 스위칭 요소(11)가 닫힌 상태에 놓이는 즉시, 연료 전지 장치(7)에 의해 생성된 전기 에너지는 저항 소자(12)에 의해 적어도 부분적으로 소비된다. 이때, 이와 같은 전기 에너지 소비는 바람직하게 연료 전지 장치(7)의 출력 전압이 사전 설정된 또는 사전 설정 가능한 전압값 아래로 떨어질 때까지 수행된다. 이를 위해, 연료 전지 장치(7)는, 연료 전지 스택 전체의 전압을 검출하는, 혹은 연료 전지 장치(7)의 개별 연료 전지의 전압을 측정하기 위해 개별 전지 전압계로서 설계된, 도면에 상세하게 도시되지 않은 전압계를 구비한다. 본원에서, 스위칭 요소(11)는, 컨트롤러(9)를 이용하여 스위칭 라인(10)을 통한 스위칭 요소(11)의 작동이 불가능한 경우에도 닫힌 상태로 전환되며, 이와 같은 상황은 예를 들어 사고 시 발생할 수 있다.
그러나, 연료 전지 장치(7)의 방전을 유발하기 위해, 컨트롤러(9)를 통해 스위칭 요소(11)의 작동을 수행하는 것을 간과하게 되면, 본원에서는 인터페이스(14)가 분리되거나 개방될 때 컨트롤러(9)를 통한 스위칭 요소(11)의 작동이 자동으로 수행될 수도 있으며, 이로 인해 연료 전지의 방전이 작동 안전적으로 수행된다.
전술한 방법 및 전술한 전력 공급 장치(1)는 콤팩트한 구조와 동시에 높은 작동 안전성을 제공한다. 즉, 이와 같은 전력 공급 장치(1)에 의해 전기 에너지를 공급받는 구동 장치에 대해서도 상응하는 내용이 적용된다. DC/DC 컨버터(13)가 스위칭 요소(11)를 작동하기 위한 컨트롤러(9)로서 설계됨으로써, 전력 공급 장치(1)가 매우 간단하게 구현될 수 있고, 그 결과 자동차에 사용하는 경우 설치 공간 및 비용 측면에서 장점이 도출된다.
1: 전력 공급 장치
2: 사용자 장치
3: (제2) 사용자 장치
4: 메인 전력 공급 시스템
5: 제1 전기 접점
6: 제2 전기 접점
7: 연료 전지 장치
8: 방전 회로
9: 컨트롤러
10: 스위칭 라인
11: 스위칭 요소
12: 저항 소자
13: DC/DC 컨버터
14: 인터페이스
15: 제1 메인 전력 공급 시스템 단자
16: 제2 메인 전력 공급 시스템 단자
17: 서브 전력 공급 시스템
18: 제1 서브 전력 공급 시스템 단자
19: 제2 서브 전력 공급 시스템 단자
20: 배터리
21: 인버터
22: 구동 유닛
23: 연료 전지 하우징

Claims (10)

  1. 하나 이상의 사용자 장치(2, 3)에 전기를 공급하기 위한 전력 공급 장치(1)로서, 상기 전력 공급 장치는,
    전기 접점(5, 6)을 구비한 연료 전지 장치(7)가 내장되어 있는 메인 전력 공급 시스템(4)으로서, 상기 연료 전지 장치는, 전기 접점(5, 6)과 연결되어 병렬로 접속된 방전 회로(8)를 포함하고, 이 방전 회로는, 컨트롤러(9)를 이용하여 스위칭 라인을 통해 작동 가능한 스위칭 요소(11) 및 저항 소자(12)를 구비하고, 상기 연료 전지 장치(7)는 상기 연료 전지 장치(7)의 출력 전압을 검출하는 전압계를 구비하는 메인 전력 공급 시스템(4)과;
    상기 메인 전력 공급 시스템(4) 내에 존재하며 메인 전력 공급 시스템(4)을 서브 전력 공급 시스템(17)과 연결하는 DC/DC 컨버터(13);를 포함하는, 전력 공급 장치에 있어서,
    상기 방전 회로(8)가,
    스위칭 라인(10)을 통한 작동이 가능한 동안에는, 스위칭 요소(11)를 개방 상태로 유지함으로써 방전 회로(8)를 비활성으로 설정하고;
    스위칭 라인(10)을 통한 작동이 불가능해지는 즉시, 스위칭 요소(11)를 닫힌 상태로 전환함으로써, 연료 전지 장치(7)의 전압을 강하시키기 위해 방전 회로(8)를 활성으로 설정하는; 안전 장치 또는 안전 기능을 구비하고,
    상기 방전 회로(8)는 상기 연료 전지 장치(7)의 연료 전지 하우징(23) 내에 구조적으로 통합되고, 스위칭 요소(11)를 작동하기 위한 컨트롤러(9)가 DC/DC 컨버터(13)에 의해 형성되고,
    상기 방전 회로(8)가 활성으로 설정되면, 상기 전압계로부터 측정된 연료 전지 장치(7)의 출력 전압이 사전 설정된 또는 사전 설정 가능한 전압값 아래로 떨어질 때까지 전기 에너지가 저항 소자(12)에 의해 소비되는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 스위칭 요소(11)가 전기 기계식 스위칭 요소, 접촉기 또는 반도체 스위치인 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  4. 제3항에 있어서, 반도체 스위치가 IGBT 또는 MOS-FET인 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  5. 제1항에 있어서, 저항 소자(12)가 고성능 저항기, PTC 히터, Z-다이오드, 선형 모드에 있는 파워 반도체 스위치 또는 사용자 장치인 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  6. 제1항에 있어서, 연료 전지 장치(7)와 DC/DC 컨버터(13) 사이에 인터페이스(14)가 형성되며, 인터페이스(14)가 분리되거나 개방되는 즉시 스위칭 요소(11)를 닫힌 상태로 전환하도록 컨트롤러(9)가 구성되는 것을 특징으로 하는, 전력 공급 장치(1).
  7. 서브 전력 공급 시스템(17) 및 메인 전력 공급 시스템(4)을 포함하는 전력 공급 장치(1)의 연료 전지 장치(7)의 전압을 강하시키기 위한 방법으로서, 메인 전력 공급 시스템(4) 내에 전기 접점(5, 6)을 구비하는 연료 전지 장치(7)가 존재하고, 상기 연료 전지 장치는, 그의 전기 접점(5, 6)과 연결되어 병렬 접속되고 상기 연료 전지 장치(7)의 연료 전지 하우징(23) 내에 구조적으로 통합된 방전 회로(8)를 구비하며, 방전 회로(8)는, 컨트롤러(9)를 이용하여 스위칭 라인(10)을 통해 작동 가능한 스위칭 요소(11) 및 저항 소자(12)를 포함하고; 메인 전력 공급 시스템(4) 내에 상기 메인 전력 공급 시스템(4)을 서브 전력 공급 시스템(17)과 연결하는 DC/DC 컨버터(13)가 존재하는, 연료 전지 장치의 전압 강하 방법에 있어서,
    a. 연료 전지 장치(7)로의 반응물 공급을 중단하는 단계,
    b. 컨트롤러(9)로서 형성된 DC/DC 컨버터(13)를 이용하여, 스위칭 요소(11)가 닫힌 상태로 넘어가도록 유도하는 방식으로, 스위칭 라인(10)을 통해 방전 회로(8)의 스위칭 요소(11)를 작동하는 단계, 및
    c. 스위칭 요소(11)가 닫힌 상태에 놓이는 즉시, 연료 전지 장치(7)에 의해 생성된 전기 에너지가 저항 소자(12)에 의해 적어도 부분적으로 소비되는 단계
    를 포함하고,
    연료 전지 장치(7)의 출력 전압이 검출되며, 연료 전지 장치(7)의 출력 전압이 사전 설정된 또는 사전 설정 가능한 전압값 아래로 떨어질 때까지 전기 에너지가 저항 소자(12)에 의해 소비되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 장치의 전압 강하 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 컨트롤러(9)를 이용하여 스위칭 라인(10)을 통한 스위칭 요소(11)의 작동이 불가능해지는 즉시, 이 경우에도 스위칭 요소(11)가 닫힌 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 장치의 전압 강하 방법.
  10. 제7항에 있어서, 연료 전지 장치(7)와 DC/DC 컨버터(13) 사이에 인터페이스(14)가 존재하며, 이 인터페이스(14)가 분리되거나 개방될 때 단계 b에 따라 컨트롤러(9)에 의해 스위칭 요소(11)의 작동이 수행되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 장치의 전압 강하 방법.
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