KR20150142743A - 효율맵을 이용하는 컨버터시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 컨버터모듈들을 병렬운전하는 컨버터시스템에 있어서, 상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리 및 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 작동시키는 제어기를 포함하는 컨버터시스템을 제공한다.

Description

효율맵을 이용하는 컨버터시스템 및 그 제어방법{A CONVERTER SYSTEM USING EFFICIENT MAP AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전력을 변환하는 컨버터시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 복수의 컨버터모듈들을 최적의 효율로 병렬 운전하기 위한 컨버터시스템 기술에 관한 것이다.
연료전지는 태양광이나 풍력과 달리 사용자 요구특성에 따른 출력 제어가 가능한 대표적 신재생 분산 에너지원으로 최근 무인항공기, 자동차, 잠수함 등 이동형 시스템의 전력 공급원으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이동형 시스템에 적용되는 연료전지 스택의 소형화와 고출력화는 시스템의 무게 감소와 효율 향상에 매우 중요한 요소이다.
한편, 고출력 연료전지 스택의 효율적 전력변환을 위해 DC-DC 컨버터가 사용되고 있는데, 이러한 DC-DC 컨버터는 동일 용량 모듈을 인터리빙 방식으로 병렬 구성하면 처리 전력의 증가와 전류 리플의 감소가 비교적 손쉽게 가능한 특성을 보인다.
그런데, 이러한 병렬 구성방식은 신뢰성 향상과 전력처리 용량 증가에 매우 유리한 구조이지만 병렬 모듈간 전력처리 불균형이 발생하기 쉽고 전체 부하 운전구간에서 고효율 동작이 어려운 단점이 있다. 특히, 이동형 시스템에서는 제한된 연료의 양을 가지고 최대한 장시간 운전하는 것이 필요하며 이를 위해 DC-DC 컨버터의 고효율화를 통한 손실 저감은 매우 중요한 요소이다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 병렬 운전되는 복수의 컨버터모듈들이 전체 부하 운전구간에서 고효율 동작하는 컨버터시스템 및 그 제어방법에 관한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 복수의 컨버터모듈들을 병렬운전하는 컨버터시스템에 있어서, 상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리; 및 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 작동시키는 제어기를 포함하는 컨버터시스템을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 연료전지와 연계된 컨버터시스템에 있어서, 상기 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 전류제어형 컨버터모듈들; 상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리; 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 모듈선택기; 상기 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하는 기준값생성기; 및 상기 전류기준값 신호를 필터링하여 상기 컨버터모듈들로 전달하는 필터를 포함하는 컨버터시스템을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 컨버터모듈들을 포함하는 컨버터시스템을 제어하는 방법에 있어서, 상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 메모리로 로딩(Loading)하는 단계; 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하는 단계; 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 단계; 상기 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하는 단계; 상기 전류기준값 신호를 필터링하여 상기 컨버터모듈들로 전달하는 단계; 및 상기 컨버터모듈들을 전류제어하는 단계를 포함하는 컨버터시스템 제어방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 연료전지와 연계된 컨버터시스템에 있어서, 상기 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 전류제어형 컨버터모듈들; 상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리; 전류기준값 총합지령치를 생성하는 총기준값생성기; 상기 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 모듈선택기; 상기 컨버터모듈들 각각에 대한 전류기준값 신호를 생성하는 기준값생성기-상기 컨버터모듈들 각각에 대한 상기 전류기준값의 총합은 상기 전류기준값 총합지령치와 같음-를 포함하는 컨버터시스템을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 컨버터모듈들을 포함하는 컨버터시스템을 제어하는 방법에 있어서, 상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 메모리로 로딩(Loading)하는 단계; 전류기준값 총합지령치를 생성하는 단계; 상기 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정하는 단계; 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 단계; 상기 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하되 전류기준값의 변화율을 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위 이내로 제한하고 상기 전류기준값의 총합은 상기 전류기준값 총합지령치와 같아지도록 제어하는 단계; 및 상기 컨버터모듈들을 전류제어하는 단계를 포함하는 컨버터시스템 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 병렬 운전되는 복수의 컨버터모듈들이 전체 부하 운전구간에서 고효율로 동작하는 효과가 있다.
도 1은 컨버터모듈의 일 예시 효율 곡선 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터시스템을 나타낸다.
도 3은 도 2의 메모리가 저장하는 효율맵의 일 예시 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터시스템을 나타낸다.
도 5는 도 4의 실시예에 대한 회로 모델을 나타낸다.
도 6은 필터의 위치에 대한 실시예를 나타낸다.
도 7은 필터의 역할에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터시스템의 제어 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터시스템을 나타낸다.
도 10은 연료전지 및 컨버터모듈들의 출력을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터시스템의 제어 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들 중 일부에 따른 컨버터시스템의 효율 곡선을 나타낸다.
도 1은 컨버터모듈의 일 예시 효율 곡선 그래프이다.
도 1을 참조하면, 컨버터모듈이 90W의 전력을 처리하는 경우, 컨버터모듈의 효율은 97%가 되고, 컨버터모듈이 45W의 전력을 처리하는 경우, 컨버터모듈의 효율은 94%가 된다.
컨버터시스템이 이러한 효율 특성을 가지는 2개의 컨버터모듈을 병렬 운전한다고 가정해 보자.
이러한 컨버터시스템이 90W의 전력을 2개의 컨버터모듈로 병렬 처리하는 경우, 각각의 컨버터모듈은 45W의 전력을 처리하게 되어, 컨버터시스템의 효율은 94%가 된다.
반면에, 컨버터시스템이 90W의 전력을 하나의 컨버터모듈만을 이용하여 처리하는 경우, 해당 컨버터모듈은 90W의 전력을 처리하게 되고, 컨버터시스템의 효율은 97%가 된다.
이에 따르면, 컨버터시스템은 90W의 전력을 하나의 컨버터모듈로 처리하는 것이 효율 측면에서 더 유리하다.
본 발명에 따른 컨버터시스템은 전체 부하 운전구간에서 고효율로 동작하기 위해 전력처리량에 따라 최적의 효율이 되는 컨버터모듈의 개수만큼만 동작시킨다.
예를 들어, 전술한 설명에서 컨버터시스템은 90W의 전력을 처리하기 위해 2개의 컨버터모듈을 모두 구동하지 않고 하나의 컨버터모듈만 동작시킨다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터시스템을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 컨버터시스템(200)은 복수의 컨버터모듈들(230)을 포함한다.
복수의 컨버터모듈들(230)은 병렬로 연결되어 있는데, 각 컨버터모듈(230)의 입력단은 전력원(240)과 연결되어 있고, 각 컨버터모듈(230)의 출력단은 부하(250)와 연결되어 있다. 이러한 컨버터모듈(230)은 전력원(240)으로부터 공급되는 전력을 변환하여 부하(250)로 전달한다.
컨버터모듈(230)은 전력원(240)으로부터 공급되는 전력의 유형과 부하(250)에서 소비되는 전력의 유형에 따라 서로 다른 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 전력원(240)이 교류 전력을 공급하고 부하(250)가 직류 전력을 소비하는 경우, 컨버터모듈(230)은 AC-DC 컨버터의 형태가 될 수 있다. 또한, 전력원(240)이 직류 전력을 공급하고 부하(250)가 교류 전력을 소비하는 경우, 컨버터모듈(230)은 DC-AC 컨버터의 형태가 될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 컨버터모듈(230)가 DC-DC 컨버터의 형태가 되는 실시예에 대해 설명하나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다.
컨버터모듈(230)은 제어방식에 따라 전압제어형 컨버터일 수 있고, 전류제어형 컨버터일 수 있다. 전압제어형 컨버터란 출력 전압을 제어하는 컨버터로 어댑터(Adapter) 장치가 전압제어형 컨버터의 대표적인 예시이다. 전류제어형 컨버터란 출력 전류를 제어하는 컨버터로 배터리 충전기가 전류제어형 컨버터의 대표적인 예시이다. 이하에서는 컨버터모듈(230)이 전류제어형 컨버터인 실시예에 대해 설명하나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 전류제어형 컨버터는 일반적으로 전압 피드백 루프를 통해 출력 전압을 제어하는 기능도 포함하고 있기 때문에 전류제어형 컨버터는 전압제어형 컨버터의 기능도 포함할 수 있는 것으로 이해해야한다.
한편, 컨버터시스템(200)은 메모리(210)와 제어기(220)를 더 포함할 수 있다.
메모리(210)는 처리전력량을 최적의 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수를 나타내는 효율맵을 저장할 수 있다.
도 3은 도 2의 메모리가 저장하는 효율맵의 일 예시 그래프이다.
도 3에서, 가로축은 컨버터시스템(200)이 처리하는 전력량을 나타낸다. 그리고, 세로축은 각각의 처리전력량에서 최적의 효율이 되는 컨버터모듈의 개수를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 컨버터시스템(200)이 100W의 전력을 처리할 때, 최적의 효율이 되는 컨버터모듈의 개수는 1개가 된다. 그리고, 컨버터시스템(200)이 200W의 전력을 처리할 때, 최적의 효율이 되는 컨버터모듈의 개수는 2개가 된다. 도 3의 그래프에서 경계가 되는 부분은 이전 상태의 값을 가지는 것으로 이해할 수 있다. 예를 들어, 그래프에서 처리전력량이 300W가 되는 경우, 컨버터모듈의 개수가 2개가 될 수도 있고 3개가 될 수도 있는데, 이 경우, 컨버터시스템(200)은 이전 상태에서 컨버터모듈의 개수가 2개였다면 계속해서 컨버터모듈의 개수를 2개로 유지한다. 반대로, 이전 상태에서 컨버터모듈의 개수가 3개였다면 컨버터시스템(200)은 계속해서 컨버터모듈의 개수를 3개로 유지한다.
이러한 효율맵은 실험을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 엔지니어는 처리전력량을 100W, 200W, ..., 800W 등으로 먼저 설정하고, 컨버터모듈의 개수를 변경시키면서 최대 효율이 되는 컨버터모듈의 개수를 찾아낼 수 있는데, 이러한 실험값에 따라 효율맵이 결정될 수 있다.
효율맵은 계산이나 모델링을 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 컨버터모듈의 손실 모델이 있는 경우, 이러한 손실 모델을 이용하여 각각의 처리전력량에서 최소의 손실이 발생하는 컨버터모듈의 개수를 찾아낼 수 있는데, 이러한 계산값에 따라 효율맵이 결정될 수 있다.
한편, 도 3에서 효율맵의 일 축은 처리전력량으로 표시되고, 다른 한 축은 컨버터모듈의 개수로 표시되었는데, 효율맵은 다른 값으로 표시될 수도 있다.
예를 들어, 효율맵의 일 축은 입력전력량으로 표시될 수 있다. 컨버터시스템(200)의 처리전력량은 입력전력량에 비례하기 때문에 이러한 입력전력량은 처리전력량을 대체하는 지표로 사용될 수 있다.
결국 효율맵은 처리전력량에 대응되는 제1변수와 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 것으로 이해할 수 있다. 여기서 제1변수는 처리전력량이 될 수 있고, 입력전력량이 될 수도 있다. 또는 제1변수는 입력전류량이 될 수도 있다. 전압이 일정할 경우, 입력전류량에 따라 입력전력량이 결정되기 때문에 이러한 입력전류량을 처리전력량에 대응되는 지표로 사용할 수 있다.
제어기(220)는 이러한 효율맵을 이용하여 컨버터모듈들(230)을 제어할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 제어기(220)는 처리전력량에 대응되는 제1변수값을 설정하기 위해 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값을 획득할 수 있다.
컨버터시스템(200)의 입력단에는 전력센서(261)가 위치할 수 있는데, 컨버터시스템(200)은 이러한 입력단의 전력센서(261)를 이용하여 입력전력(Pin), 입력전류(Iin) 혹은 입력전압(Vin) 등의 값을 획득할 수 있다.
또한, 컨버터시스템(200)의 출력단에도 전력센서(262)가 위치할 수 있는데, 컨버터시스템(200)은 이러한 출력단의 전력센서(262)를 이용하여 출력전력(Po), 출력전류(Io) 혹은 출력전압(Vo) 등의 값을 획득할 수 있다.
제1변수값이 입력전류인 경우 컨버터시스템(200)은 입력단 전력센서(261)로부터 획득되는 입력전류(Iin)값을 제1변수값으로 설정할 수 있다.
제1변수값이 출력전력인 경우 컨버터시스템(200)은 출력단 전력센서(262)로부터 획득되는 출력전류(Io)값과 출력전압(Vo)값을 곱하여 출력전력값을 계산하고 이러한 출력전력값을 제1변수값으로 설정할 수 있다.
제1변수값이 설정되면 제어기(220)는 이러한 제1변수값을 효율맵에 대입시켜 제2변수값(예를 들어, 컨버터모듈 개수값)을 산출할 수 있다.
한편, 효율맵은 제1변수를 입력으로 하고 제2변수를 출력으로 하는 함수의 형태로 저장될 수 있는데, 이때, 제어기(220)는 제1변수값을 함수에 대입시켜 제2변수값을 산출할 수 있다.
효율맵은 제1변수를 제1계열로 하고 제2변수를 제2계열로 하는 테이블의 형태로 저장될 수도 있는데, 이때, 제어기(220)는 제1계열에 나열되지 않은 값에 대하여 보간법을 사용하여 제2변수값을 산출할 수 있다.
이렇게 제2변수값이 산출되면 제어기(220)는 컨버터모듈들 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 작동시킬 수 있다.
제어기(220)는 컨버터모듈들 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 선택하고 선택된 컨버터모듈로 인에이블 신호(Ena_1, Ena_2, ... Ena_n)를 송신할 수 있다. 또한, 선택되지 않은 컨버터모듈로는 디스에이블 신호(미도시)를 송신할 수 있다.
각각의 컨버터모듈(230)은 이러한 인에이블 신호(Ena_1, Ena_2, ... Ena_n) 혹은 디스에이블 신호(미도시)를 이용하여 전력변환을 수행하거나 혹은 전력변환을 수행하지 않을 수 있다.
한편, 각각의 컨버터모듈(230)은 전류제어형 컨버터일 수 있는데, 제어기(220)는 이러한 전류제어형 컨버터모듈들(230)로 전류기준값(Iref_1, Iref_2, ... Iref_n)을 송신할 수 있다. 이때, 각각의 컨버터모듈(230)은 수신되는 전류기준값(Iref_1, Iref_2, ... Iref_n)에 따라 전류제어를 수행한다.
제어기(220)는 이러한 전류기준값을 이용하여 컨버터모듈(230)을 선택적으로 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 컨버터모듈들 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 선택하고 선택되지 않은 컨버터모듈로 0A(Ampere)에 해당되는 전류기준값을 송신함으로써 해당 컨버터모듈을 작동시키지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터시스템을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 컨버터시스템(400)은 연료전지(440)의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 전류제어형 컨버터모듈들(230)을 포함하고 있다.
그리고, 컨버터시스템(400)은 디지털제어기(410) 및 필터(420)를 포함할 수 있다.
디지털제어기(410)는 메모리(412), 모듈선택기(414) 및 기준값생성기(416)를 포함할 수 있다.
메모리(412)는 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장할 수 있다.
모듈선택기(414)는 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 제1변수값을 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출할 수 있다. 또한, 모듈선택기(414)는 컨버터모듈들 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 이러한 액티브 컨버터모듈로 인에이블 신호(Ena_1, Ena_2, ... Ena_n)를 송신할 수 있다.
기준값생성기(416)는 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성할 수 있다. 일 예로서, 기준값생성기(416)는 액티브 컨버터모듈에 대해서만 전류기준값 신호를 생성할 수 있다.
도 5는 도 4의 실시예에 대한 회로 모델을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 컨버터시스템(400)은 4개의 컨버터모듈들을 포함하고 있다. 여기서 제1컨버터모듈(231) 및 제4컨버터모듈(234)은 도 4에 도시된 컨버터모듈(230)의 일 예로 이해할 수 있다.
도 5의 실시예에서 컨버터시스템(400)은 입력전압이 출력전압보다 낮은 조건에서의 비절연 전력 변환을 위해 컨버터모듈을 DC/DC 부스트(boost) 컨버터로 구성하고 있다.
구체적으로 도 5를 참조하면, 제1컨버터모듈(231)은 입력단 선로에 위치하는 인덕터(L1), 접지단 선로에 위치하는 제1스위치(SW1) 및 출력단 선로에 위치하는 다이오드(D1)를 포함하는 DC/DC 부스트 컨버터이다. 도면에는 자세히 도시되지 않았지만, 다른 3개의 컨버터모듈들도 모두 DC/DC 부스트 컨버터로 구성될 수 있다.
DC/DC 부스트 컨버터는 입력 전류가 인덕터(L1) 전류(iL1)와 동일하고 제1컨버터모듈(231)과 같이 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 전류제어를 수행하면 정밀한 입력전류 제어가 가능한 장점이 있다. 연료전지(440)는 스택의 손상을 방지하기 위해 정밀한 전류제어를 수행할 필요가 있는데, 이러한 측면에서 컨버터시스템(400)은 컨버터모듈로서 DC/DC 부스트 컨버터를 사용하고 있다.
또한, DC/DC 부스트 컨버터는 동일 용량 모듈을 인터리빙 방식으로 병렬 구성하면 처리 전력의 증가와 전류 리플의 감소가 비교적 손쉽게 가능한 특성이 있는데, 이러한 측면에서 컨버터시스템(400)은 복수의 컨버터모듈들을 병렬 운전하고 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 컨버터시스템(400)의 출력단에는 배터리(570)가 연결될 수 있다. 연료전지(440)는 급격한 출력의 변동에 의해 스택이 손상될 수 있는데, 도 5에 도시된 것과 같이 컨버터시스템(400)의 출력단과 부하(250) 사이에 배터리(570)가 연결되면, 부하 전류(io)의 급격한 변동을 배터리(570)가 충당할 수 있어 시스템이 전체적으로 안정되는 효과가 있다.
도 5를 참조하면, 디지털제어기(410)는 입력전류(iin), 입력전압(vin), 출력전류(io) 및 배터리전압(vb)을 센싱값으로 입력받고 있다. 여기서 컨버터시스템(400)의 출력전압은 배터리전압(vb)으로 고정되기 때문에 실질적으로 배터리전압(vb)은 컨버터시스템(400)의 출력전압으로 이해할 수 있다.
효율맵에서 제1변수는 입력전류 혹은 입력전력일 수 있는데, 제1변수가 입력전력인 경우, 디지털제어기(410)는 입력전력의 전류값(iin) 및 전압값(vin)의 곱에 따라 제1변수값을 설정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 디지털제어기(410)는 출력 신호로서 인에이블 신호(Ena_1, ... Ena_4) 및 전류기준값 신호(Iref_1, ... Iref_4)를 송신한다. 이때, 전류기준값 신호 출력단에는 기준값생성기(416)의 디지털출력신호를 아날로그신호로 변환하는 DAC(Digital to Analog Convertion, 522) 및 필터(420)가 위치하고 있다.
필터(420)는 아날로그필터이거나 디지털필터일 수 있는데, 필터(420)가 아날로그필터인 경우, 도 5에 도시된 것과 같이 DAC(522) 후단에 필터(420)가 위치한다. 이에 반해, 필터(420)가 디지털필터인 경우, 필터(420)는 DAC(522) 전단에 위치할 수 있다.
도 6은 필터의 위치에 대한 실시예를 나타낸다.
도 6의 (a)를 참조하면, 필터가 아날로그필터(420a)인 경우, 필터는 DAC(522)와 컨버터모듈(230) 사이에 위치한다. 이때, 디지털제어기(410)에서 출력된 전류기준값 신호(디지털신호)는 DAC(522)에서 아날로그신호로 변환되어 출력된다. 그리고, 이러한 아날로그신호는 아날로그필터(420a)를 통해 필터링된 후에 최종적으로 컨버터모듈(230)로 전달된다.
도 6의 (b)를 참조하면, 필터가 디지털필터(420b)인 경우, 필터는 디지털제어기(410)와 DAC(522) 사이에 위치한다. 이때, 디지털제어기(410)에서 출력된 전류기준값 신호(디지털신호)는 디지털필터(420b)를 통해 필터링된 후에 DAC(522)로 전달된다. DAC(522)는 필터링된 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 최종적으로 컨버터모듈(230)로 전달하게 된다. 한편, 이러한 디지털필터(420b)는 기준값생성기(416)와 동일한 디지털 프로세서(Digital Processor)에 구현될 수도 있다.
도 7은 필터의 역할에 대해 설명하기 위한 도면이다.
컨버터시스템(400)은 처리전력량에 따라 작동시키는 컨버터모듈의 개수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨버터시스템(400)은 처리전력량이 200W(전류로 20A)인 상황에서, 1개의 컨버터모듈(예를 들어, 제1컨버터모듈(231))을 작동시키다가 처리전력량이 증가하여 220W(전류로 22A)가 되면 2개의 컨버터모듈(예를 들어, 제1컨버터모듈(231) 및 제4컨버터모듈(234))을 작동시킬 수 있다.
도 7의 (a)는 컨버터시스템(400)의 처리전력량이 200W에서 220W로 변하는 순간(20초 지점)에서 각각의 컨버터모듈(231 및 234)로 송신되는 전류기준값을 나타낸다. 도 7의 (a)에서 윗쪽에 도시된 선(710)은 제1컨버터모듈(231)로 송신되는 전류기준값에 대한 것이고, 아래쪽에 도시된 선(720)은 제4컨버터모듈(234)로 송신되는 전류기준값에 대한 것이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 20초 지점까지 컨버터시스템(400)은 제1컨버터모듈(231)로 20A의 전류기준값을 송신하고 제4컨버터모듈(234)로는 0A의 전류기준값을 송신한다. 그런데, 20초 이후부터는 처리전력량의 변경에 따라 컨버터시스템(400)은 제1컨버터모듈(231)로 11A의 전류기준값을 송신하고 제4컨버터모듈(234)로 11A의 전류기준값을 송신한다. 컨버터시스템(400)은 컨버터모듈을 인터리빙 방식으로 병렬 운전하기 때문에 병렬 운전되는 컨버터모듈의 전류기준값을 같은 값으로 송신한다.
도 7의 (b)는 제1컨버터모듈(231)의 출력 전류를 나타낸다. 구체적으로, 도 7의 (b)에서 실선(712)은 제1컨버터모듈(231)의 출력 전류를 나타내고, 점선(710)은 제1컨버터모듈(231)로 송신되는 전류기준값을 나타낸다.
도 7의 (b)를 참조하면, 출력 전류 곡선(712)의 20초 지점에서 오실레이션이 발생하고 있다. 이러한 오실레이션은 전류기준값이 급격히 변하기 때문에 발생한다.
컨버터모듈은 일정한 제어대역폭을 가지는데, 이러한 제어대역폭을 벗어나는 신호가 입력될 때, 도 7의 (b)와 같이 출력 전류에 오실레이션이 발생할 수 있다.
컨버터시스템(400)은 이러한 오실레이션이 발생하지 않게 하기 위해 전류기준값 신호를 필터링하는 필터(420)를 포함하고 있다. 이러한 필터(420)는 로우패스(lowpass) 필터일 수 있는데, 필터 대역은 컨버터모듈의 전류제어 컷오프주파수(cutoff frequency)보다 낮은 주파수 범위에 해당될 수 있다.
도 7의 (c)는 필터를 사용했을 때의 제1컨버터모듈(231)의 출력 전류를 나타낸다. 구체적으로, 도 7의 (c)에서 실선(714)은 제1컨버터모듈(231)의 출력 전류를 나타내고, 점선(711)은 제1컨버터모듈(231)로 송신되는 전류기준값을 나타낸다.
도 7의 (c)를 참조하면, 전류기준값 신호는 필터(420)에 의해 필터링되어 부드러운 곡선을 나타낸다. 여기서 전술한 바와 같이 필터대역이 제어대역보다 낮은 주파수 범위에 해당될 수 있는데, 이에 따라 필터링된 전류기준값 신호는 컨버터모듈의 제어대역보다 낮은 주파수 특성을 가진다. 전류기준값 신호의 주파수 특성이 제어대역 안에 들어오게 되면 도 7의 (c)와 같이 출력 전류 곡선(714)에는 오실레이션이 발생하지 않게 된다.
한편, 기준값생성기(416)는 수학식 1에 따라 각각의 컨버터모듈(230)에 대한 전류기준값을 생성할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, n은 시간, i는 컨버터모듈의 번호, α는 작동시킬 컨버터모듈 개수, Δir은 입력전류(iin)와 출력전류(io)의 차이, r은 전체 컨버터모듈 개수를 의미한다. 그리고, ei(n)은 n의 시간에서 i번째 컨버터모듈의 ON/OFF 값으로 작동시킬 컨버터모듈에 대하여는 1의 값을 가지고 나머지 컨버터모듈에 대하여는 0의 값을 가진다.
수학식 1은 입력전력이 부하전력과 동일한 값이 될 때까지 적용되며, 효율맵에 따라 모듈 개수를 변환할 때 입력 전류의 급격한 변동을 억제하기 위해 현재의 동작모듈 개수와 이전의 동작모듈 개수를 비교하여 변환 시점에서의 전류기준 초기치를 결정하게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터시스템의 제어 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 컨버터시스템(400)은 처리전력량에 대응되는 제1변수와 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 메모리로 로딩(Loading)한다(S800).
그리고, 컨버터시스템(400)은 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정한다(S802).
제1변수값이 설정되면, 컨버터시스템(400)은 제1변수값을 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 컨버터모듈들 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신한다(S804).
컨버터시스템(400)은 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하는데(S806), 컨버터시스템(400)은 이러한 전류기준값 신호를 필터링하여 컨버터모듈들로 전달한다(S808).
그리고, 컨버터시스템(400)은 전류기준값 신호에 따라 컨버터모듈들을 전류제어한다(S810).
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터시스템을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 컨버터시스템(900)은 연료전지(440)의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 전류제어형 컨버터모듈들(230)을 포함하고 있다.
그리고, 컨버터시스템(900)은 디지털제어기(910)를 포함할 수 있다.
디지털제어기(910)는 메모리(912), 모듈선택기(914), 기준값생성기(916) 및 총기준값생성기(918)를 포함할 수 있다.
메모리(912)는 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장할 수 있다.
총기준값생성기(918)는 전류기준값 총합지령치를 생성하고, 기준값생성기(916)는 컨버터모듈들(230) 각각에 대한 전류기준값 신호(Iref_1, Iref_2, ... Iref_n)를 생성한다. 그런데, 여기서, 컨버터모듈들(230) 각각에 대한 전류기준값의 총합은 총기준값생성기(918)가 생성하는 전류기준값 총합지령치와 같다.
모듈선택기(914)는 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정한다. 그리고, 모듈선택기(914)는 제1변수값을 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출한다. 또한, 모듈선택기(914)는 컨버터모듈들(230) 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블 신호(Ena_1, Ena_2, ... Ena_n)를 송신할 수 있다.
한편, 총기준값생성기(918)는 전류기준값 총합지령치의 변화율을 미리 설정된 총합지령치 변화율 범위 이내로 제어할 수 있다.
연료전지(440)는 급격한 출력의 변동에 의해 스택이 손상될 수 있다. 총기준값생성기(918)는 연료전지(440)의 급격한 출력 변동을 막기 위해 전류기준값 총합지령치의 변화율을 미리 설정된 범위 이내로 제어할 수 있다. 이러한 범위는 연료전지(440)의 특성에 따라 달라질 수 있다. 그리고, 사용자 조작에 따라 이러한 범위 값이 총기준값생성기(918)로 전달될 수 있다.
도 10은 연료전지 및 컨버터모듈들의 출력을 나타낸다. 구체적으로, 도 10의 (a)는 기동에서 정상상태에 진입할 때까지의 연료전지(440) 출력 곡선(1010)을 나타낸다. 그리고, 도 10의 (b)는 도 10의 (a)에서 A부분을 확대한 것으로, 도 10의 (b)에는 연료전지(440) 출력 곡선 이외에 제1컨버터모듈(231)의 출력 곡선(1012) 및 제2컨버터모듈(232)의 출력 곡선(1014)이 더 표시되어 있다.
도 10의 (a)를 참조하면, 연료전지(440)의 출력은 b(2W/s)의 기울기로 서서히 증가하고 있다. 이러한 기울기 b는 총기준값생성기(918)가 생성하는 전류기준값 총합지령치의 변화율에 따라 결정된다.
한편, 총기준값생성기(918)는 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 연료전지(440)의 출력이 정상상태가 될 때까지 전류기준값 총합지령치를 증가시킬 수 있다. 그런데, 모듈선택기(914)는 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정하고, 이러한 제1변수값을 효율맵에 대입시켜 일정 수의 액티브 컨버터모듈을 선택하기 때문에, 전류기준값 총합지령치가 증가하면 한 시점에서 액티브 컨버터 모듈의 수가 변할 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 20초가 되는 시점에서 액티브 컨버터 모듈의 수가 변하고 있다.
20초 이전까지 컨버터시스템(900)의 처리전력량은 20W이나 21초에서 컨버터시스템(900)의 처리전력량은 22W가 되고 있다. 이에 따라, 모듈선택기(914)는 20초까지 제1컨버터모듈(231)을 이용하여 전력을 처리하고 20초 이후에는 제1컨버터모듈(231)과 제2컨버터모듈(232)을 이용하여 전력을 처리하고 있다.
컨버터시스템(900)은 액티브 컨버터 모듈의 수가 변할 때, 각 컨버터모듈의 처리전력량이 균등하게 배분되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 10의 (b)에서 21초에 컨버터시스템(900)의 처리전력량이 22W인데, 컨버터시스템(900)은 이러한 처리전력량을 균등하게 배분하여 제1컨버터모듈(231)과 제2컨버터모듈(232)이 각각 11W 씩의 전력을 처리하도록 제어할 수 있다.
그런데, 액티브 컨버터 모듈의 수가 변할 때, 이러한 제어(컨버터모듈간 처리전력량 균등 배분 제어)가 수행되면, 각 컨버터모듈의 출력이 급격히 변동하고 도 7을 참조하여 설명한 오실레이션이 각각의 컨버터모듈에서 나타날 수 있다.
예를 들어, 도 10의 (b)에서 20초가 되는 시점에 바로 이러한 제어(컨버터모듈간 처리전력량 균등 배분 제어)가 수행되면, 제1컨버터모듈(231)의 출력은 20W에서 10W로 급격히 감소하게 되고, 제2컨버터모듈(232)의 출력은 0W에서 10W로 급격히 증가하게 되어, 전술한 오실레이션이 각각의 컨버터모듈에서 발생할 수 있다. 이러한 오실레이션은 연료전지(440)의 출력에도 영향을 줄 수 있다.
기준값생성기(916)는 전류기준값의 변화율을 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위 이내로 제어할 수 있다. 이를 통해, 기준값생성기(916)는 각 컨버터모듈의 출력이 급격히 변동하는 것을 방지할 수 있다.
도 10의 (b)를 참조하면, 20초가 되는 시점에 모듈선택기(914)는 처리전력량의 증가에 따라 액티브 컨버터모듈의 개수를 2개로 증가시키고 있다. 이때, 기준값생성기(916)는 각 컨버터모듈에서의 출력이 서서히 변할 수 있도록 전류기준값의 변화율(도 10의 (b)에서 c 및 d 참조)을 미리 설정된 범위 이내로 제어하고 있다.
이러한 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위는 상기 컨버터모듈들의 전류제어 컷오프주파수(cutoff frequency)에 의해 결정되는 범위일 수 있다. 예를 들어, 전류기준값 변화율의 주파수는 컨버터모듈들(230)의 전류제어 컷오프주파수(cutoff frequency)보다 낮을 수 있다. 이렇게 전류기준값 변화율의 주파수가 컨버터모듈들(230)의 전류제어 컷오프주파수(cutoff frequency)보다 낮게 제어되면 컨버터모듈들(230)은 전류기준값의 변동에 무관하게 안정된 출력을 내보낼 수 있게 된다.
한편, 각 컨버터모듈의 전류기준값 변화율 총합은 전류기준값 총합지령치의 변화율과 같을 수 있다. 예를 들어, 도 10의 (b)에서 b = c + d의 등식이 성립할 수 있다. 이렇게 각 컨버터모듈의 전류기준값 변화율 총합이 전류기준값 총합지령치의 변화율과 같으면 컨버터시스템(900)은 연료전지(440) 출력의 변화율을 일정한 값으로 유지할 수 있게 된다.
한편, 총기준값생성기(918)가 전류기준값 총합지령치의 변화율을 일정 범위 이내로 제한하면 컨버터시스템(900)이 부하전류를 모두 공급하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 컨버터시스템(900)은 이러한 문제를 해결하기 위해 컨버터모듈들(230)의 출력단에 연결되는 배터리를 더 포함할 수 있다. 이러한 배터리는 컨버터시스템(900)이 일시적으로 공급하지 못하는 전류를 대신 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컨버터시스템의 제어 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 컨버터시스템(900)은 처리전력량에 대응되는 제1변수와 이러한 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 메모리로 로딩(Loading)한다(S1100).
그리고, 컨버터시스템(900)은 전류기준값 총합지령치를 생성하고(S1102), 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정한다(S1104).
또한, 컨버터시스템(900)은 제1변수값을 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 컨버터모듈들 중 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신한다(S1106).
컨버터시스템(900)은 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하는데, 이때 전류기준값의 변화율을 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위 이내로 제한하고 전류기준값의 총합은 전류기준값 총합지령치와 같아지도록 제어한다(S1108).
컨버터시스템(900)은 생성된 전류기준값 신호를 이용하여 컨버터모듈들을 전류제어한다(S1110).
이상에서 본 발명의 실시예들 중 일부에 따른 컨버터시스템 및 그 제어방법에 대해 설명하였다.
도 12는 본 발명의 실시예들 중 일부에 따른 컨버터시스템의 효율 곡선을 나타낸다.
도 12에서 제1효율곡선(Δ표시곡선)은 처리전력량에 따라 작동되는 컨버터모듈의 개수를 다르게 제어(제1제어)했을 때의 컨버터시스템의 효율을 나타내고, 제2효율곡선(*표시곡선)은 처리전력량에 무관하게 4개의 컨버터모듈을 병렬 제어(제2제어)했을 때의 컨버터시스템의 효율을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 처리전력량이 400W가 될 때까지 제1효율곡선(Δ표시곡선)의 값이 제2효율곡선(*표시곡선)의 값보다 큰 것을 알 수 있다. 400W이상에서는 제1제어와 제2제어가 동일하게 4개의 컨버터모듈을 병렬 제어하기 때문에 효율값이 동일하게 나온다. 하지만, 400W이하에서 제1제어의 경우, 최적 효율이 되도록 컨버터모듈의 개수를 조절하기 때문에 제2제어의 경우보다 효율값이 높게 나온다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 컨버터시스템은 최적 효율이 되도록 컨버터모듈의 개수를 조절함으로써, 병렬 운전되는 복수의 컨버터모듈들이 전체 부하 운전구간에서 고효율로 동작하는 효과가 창출한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 연료전지와 연계된 컨버터시스템에 있어서,
    상기 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 전류제어형 컨버터모듈들;
    상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리;
    입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 모듈선택기;
    상기 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하는 기준값생성기; 및
    상기 전류기준값 신호를 필터링하여 상기 컨버터모듈들로 전달하는 필터
    를 포함하는 컨버터시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터모듈들은 DC/DC 부스트(boost) 컨버터이고 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 전류제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준값생성기의 디지털출력신호를 아날로그신호로 변환하는 DAC(Digital to Analog Convertion)를 더 포함하고,
    상기 필터는 상기 DAC 전단에 위치하는 디지털필터이거나 상기 DAC 후단에 위치하는 아날로그필터인 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디지털필터는 상기 기준값생성기와 동일한 디지털 프로세서(Digital Processor)에 구현되는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준값생성기는,
    Figure pat00002

    (n은 시간, i는 컨버터모듈의 번호, α는 작동시킬 컨버터모듈 개수, Δir은 입력전류와 출력전류의 차이, r은 전체 컨버터모듈 개수를 의미함. 그리고, ei(n)은 n의 시간에서 i번째 컨버터모듈의 ON/OFF 값으로 작동시킬 컨버터모듈에 대하여는 1의 값을 가지고 나머지 컨버터모듈에 대하여는 0의 값을 가짐)에 따라 i번째 컨버터모듈의 전류기준값(Iref_i(n))을 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필터는,
    로우패스(lowpass) 필터이고 필터대역은 상기 컨버터모듈들의 전류제어 컷오프주파수(cutoff frequency)보다 낮은 주파수 범위에 해당되는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모듈선택기는,
    입력전력의 전류값 및 전압값의 곱에 따라 상기 제1변수값을 설정하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기준값생성기는,
    적어도 하나의 상기 액티브 컨버터모듈에 대해서만 상기 전류기준값 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  9. 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 컨버터모듈들을 포함하는 컨버터시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 메모리로 로딩(Loading)하는 단계;
    입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하는 단계;
    상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 단계;
    상기 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하는 단계;
    상기 전류기준값 신호를 필터링하여 상기 컨버터모듈들로 전달하는 단계; 및
    상기 컨버터모듈들을 전류제어하는 단계
    를 포함하는 컨버터시스템 제어방법.
  10. 연료전지와 연계된 컨버터시스템에 있어서,
    상기 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 전류제어형 컨버터모듈들;
    상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리;
    전류기준값 총합지령치를 생성하는 총기준값생성기;
    상기 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 모듈선택기;
    상기 컨버터모듈들 각각에 대한 전류기준값 신호를 생성하는 기준값생성기-상기 컨버터모듈들 각각에 대한 상기 전류기준값의 총합은 상기 전류기준값 총합지령치와 같음-
    를 포함하는 컨버터시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류기준값의 변화율은 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위 이내로 제한되는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전류기준값 총합 지령치의 변화율은 각각의 전류기준값 변화율의 총합과 같은 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위는 상기 컨버터모듈들의 전류제어 컷오프주파수(cutoff frequency)에 의해 결정되는 범위인 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전류기준값 총합지령치의 변화율은 미리 설정된 총합지령치 변화율 범위 이내로 제한되는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 컨버터모듈들의 출력단에 연결되는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  16. 연료전지의 출력단에 병렬로 연결되는 복수의 컨버터모듈들을 포함하는 컨버터시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 메모리로 로딩(Loading)하는 단계;
    전류기준값 총합지령치를 생성하는 단계;
    상기 전류기준값 총합지령치에 따라 제1변수값을 설정하는 단계;
    상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 단계;
    상기 컨버터모듈들 중 일부 혹은 전부에 대한 전류기준값 신호를 생성하되 전류기준값의 변화율을 미리 설정된 전류기준값 변화율 범위 이내로 제한하고 상기 전류기준값의 총합은 상기 전류기준값 총합지령치와 같아지도록 제어하는 단계; 및
    상기 컨버터모듈들을 전류제어하는 단계
    를 포함하는 컨버터시스템 제어방법.
  17. 복수의 컨버터모듈들을 병렬운전하는 컨버터시스템에 있어서,
    상기 컨버터시스템의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하는 메모리; 및
    입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 작동시키는 제어기
    를 포함하는 컨버터시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 선택하고 선택된 컨버터모듈로 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 컨버터모듈들로 전류기준값을 송신하고,
    상기 컨버터모듈들 각각은 수신되는 전류기준값에 따라 전류제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 컨버터모듈들 중 상기 제2변수값에 해당되는 수의 컨버터모듈을 선택하고 선택되지 않은 컨버터모듈로 0A(Ampere)에 해당되는 전류기준값을 송신하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 효율맵은 상기 제1변수를 입력으로 하고 상기 제2변수를 출력으로 하는 함수의 형태로 저장되거나 상기 제1변수를 제1계열로 하고 상기 제2변수를 제2계열로 하는 테이블의 형태로 저장되는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 효율맵은 상기 테이블의 형태로 저장되고
    상기 제어기는,
    상기 제1계열에 나열되지 않은 값에 대하여는 보간법을 사용하여 제2변수값을 산출하는 것을 특징으로 하는 컨버터시스템.

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