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양성자교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell ; PEMFC)를 포함하는 연료전지에 구비되는 각종 보조기기(balance of plant ; BOP)의 동작을 제어하기 위한 BOP 제어시스템에 있어서, 연료전지의 각 부분에 대한 파라미터를 수집하는 처리가 수행되도록 이루어지는 데이터수집부; 상기 데이터수집부를 통해 수집된 각각의 데이터에 근거하여 상기 연료전지에 대한 연료공급기준을 결정하는 처리가 수행되도록 이루어지는 연료공급기준 산출부; 상기 연료전지의 부하에 따른 전력수요에 근거하여 상기 연료전지에 대한 전력기준을 산출하는 처리가 수행되는 전력기준 산출부; 상기 전력기준 산출부에 의해 산출된 상기 전력기준에 근거하여 상기 연료전지에 대한 온도기준을 산출하는 처리가 수행되는 온도기준 산출부; 및 상기 연료공급기준 산출부, 상기 전력기준 산출부 및 상기 온도기준 산출부에 의해 각각 산출된 상기 연료공급기준, 상기 전력기준 및 상기 온도기준에 근거하여 각각의 BOP를 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 BOP 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 1항에 있어서, 상기 데이터수집부는, 온도, 압력, 전압, 전류 및 전력을 포함하는 상기 연료전지의 각 부분에 대한 다수의 측정센서를 포함하여, 미리 정해진 설정에 따라 각각의 상기 측정센서를 통해 상기 연료전지의 각 부분에 대한 측정값을 수집하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 1항에 있어서, 상기 연료공급기준 산출부는, 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하는 처리가 수행되도록 이루어지는 최대전력점추종(Maximized Power Point Tracking ; MPPT) 알고리즘을 이용하여, 상기 데이터수집부를 통해 수집된 각각의 데이터에 근거하여 상기 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하고, 산출된 상기 최적의 산소초과비(λO2,opt)에 따라 상기 연료공급기준을 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 1항에 있어서, 상기 연료공급기준 산출부는, 시간 t 및 t-1에서의 산소초과비(λO2,t, λO2,t-1) 및 순전력(net power)(Pnet,t, Pnet,t-1)의 값과 미리 정해진 기준값과의 차이를 계산하여 각각의 오차(ΔλO2,t, ΔλO2,t-1, 및 ΔPnet,t, ΔPnet,t-1)를 산출하는 처리가 수행되는 오차산출단계; 상기 오차산출단계의 산출결과에 근거하여, 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 절대값과 시간 t-1에서의 순전력 오차(ΔPnet,t-1)의 절대값의 크기를 비교하는 처리가 수행되는 전력오차 비교단계; 및 상기 전력오차 비교단계의 비교결과에 근거하여, 미리 정해진 설정에 따라 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 결정하는 처리가 수행되는 산소초과비 산출단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 4항에 있어서, 상기 산소초과비 산출단계는, 상기 전력오차 비교단계의 비교결과 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 절대값이 시간 t-1에서의 순전력 오차(ΔPnet,t-1)의 절대값보다 작은 경우, 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 값이 0인지를 판정하고, 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 값이 0이면 시간 t에서의 산소초과비 오차(ΔλO2,t)의 값이 0인지를 판정하여, 두 값이 모두 0이면 최근의 값(recent value)(λO2,t)으로 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 결정하며, 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 값이 0이 아닌 경우는 두 값의 곱을 계산하여 0이면 최근의 값(recent value)(λO2,t)으로 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 결정하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 5항에 있어서, 상기 산소초과비 산출단계는, 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 값이 0이고 시간 t에서의 산소초과비 오차(ΔλO2,t)의 값이 0이 아닌 경우, 시간 t에서의 산소초과비 오차(ΔλO2,t)의 값이 0보다 큰지를 판정하여 0보다 큰 경우는 이하의 [수학식 1]을 이용하여 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하고, 0보다 작은 경우는 이하의 [수학식 2]를 이용하여 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하며, 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)와 산소초과비 오차(ΔλO2,t)의 곱이 0이 아니면 계산결과가 0보다 큰 경우는 이하의 [수학식 1]을 이용하여 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하고, 0보다 작은 경우는 이하의 [수학식 2]를 이용하여 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 6항에 있어서, 상기 산소초과비 산출단계는, 상기 전력오차 비교단계의 비교결과 시간 t에서의 순전력 오차(ΔPnet,t)의 절대값이 시간 t-1에서의 순전력 오차(ΔPnet,t-1)의 절대값보다 큰 경우, 이하의 [수학식 3]을 이용하여 최적이득계수(optimal gain factor)(Kopt)를 산출하고, 이하의 [수학식 4]를 이용하여 최적의 산소초과비(λO2,opt)를 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 1항에 있어서, 상기 전력기준 산출부는, 상기 연료전지에서 요구되는 요구전력(requested power)에 근거하여 상기 전력기준(PFC,ref)을 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 1항에 있어서, 상기 온도기준 산출부는, 상기 전력기준 산출부에 의해 산출된 상기 전력기준(PFC,ref)을 통해 얻어지는 2차원 전력효율맵(2D power efficiency map)을 이용하여, 룩업테이블(lookup table) 방법을 이용하여 상기 온도기준(TFCst,ref)을 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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제 1항에 있어서, 상기 BOP 제어부는, 상기 연료공급기준 산출부, 상기 전력기준 산출부 및 상기 온도기준 산출부에 의해 각각 산출된 상기 연료공급기준, 상기 전력기준 및 상기 온도기준을 입력으로 하여 각각의 BOP에 대한 제어가 수행되도록 이루어지는 다중입력-다중출력(Multiple-Input Multiple-Output ; MIMO) 컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어시스템
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청구항 1항 내지 청구항 10항 중 어느 한 항에 기재된 BOP 제어시스템을 이용한 BOP 제어방법에 있어서, 연료전지의 각 부분에 대한 파라미터를 수집하는 처리가 상기 BOP 제어시스템의 데이터수집부를 통해 수행되는 데이터수집단계; 상기 데이터수집단계를 통하여 수집된 각각의 데이터에 근거하여 상기 연료전지에 대한 연료공급기준을 결정하는 처리가 상기 BOP 제어시스템의 연료공급기준 산출부를 통해 수행되는 연료공급기준 산출단계; 상기 연료전지의 부하에 따른 전력수요에 근거하여 상기 연료전지에 대한 전력기준을 산출하는 처리가 상기 BOP 제어시스템의 전력기준 산출를 통해 수행되는 전력기준 산출단계; 상기 전력기준 산출단계에서 산출된 상기 전력기준에 근거하여 상기 연료전지에 대한 온도기준을 산출하는 처리가 상기 BOP 제어시스템의 온도기준 산출부를 통하여 수행되는 온도기준 산출단계; 및 상기 연료공급기준 산출단계, 상기 전력기준 산출단계 및 상기 온도기준 산출부단계를 통해 각각 산출된 상기 연료공급기준, 상기 전력기준 및 상기 온도기준에 근거하여 각각의 BOP를 제어하는 처리가 상기 BOP 제어시스템의 BOP 제어부를 통하여 수행되는 BOP 제어단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BOP 제어방법
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청구항 1항 내지 청구항 10항 중 어느 한 항에 기재된 BOP 제어시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템
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