KR100766473B1 - Analyzer for fuel cell - Google Patents

Analyzer for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR100766473B1
KR100766473B1 KR1020060095923A KR20060095923A KR100766473B1 KR 100766473 B1 KR100766473 B1 KR 100766473B1 KR 1020060095923 A KR1020060095923 A KR 1020060095923A KR 20060095923 A KR20060095923 A KR 20060095923A KR 100766473 B1 KR100766473 B1 KR 100766473B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
fuel
control unit
control part
data
Prior art date
Application number
KR1020060095923A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
황상문
권익현
정은미
엄제식
황국연
Original Assignee
주식회사 프로파워
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 프로파워 filed Critical 주식회사 프로파워
Priority to KR1020060095923A priority Critical patent/KR100766473B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100766473B1 publication Critical patent/KR100766473B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

An analyzer for analyzing the performance of a fuel cell is provided to measure and store the output characteristics of a fuel cell in real time, thereby improving the operation efficiency of a fuel cell and estimating the rated performance of a fuel cell precisely within a short time. An analyzer for analyzing the performance of a fuel cell comprises a fuel pump(101) provided with a motor(M); a fuel/air injector(100) comprising a blower(102); a central control part(201) comprising a microprocessor, etc.; a fuel cell membrane electrode assembly temperature control part(202); a fuel injection control part(203) for controlling the fuel pump; an air injection control part(204) for controlling the air blower; an electron load control part(205) for consuming the electricity generated at a fuel cell(300); a current/voltage sensing part(206) for measuring the current and voltage of the electricity generated at a fuel cell; a memory part(207) for storing data; a panel part(208) for inputting setting value; a real time control part(209) for maintaining real time data even in case of the cutting of electric power; a display part(210) for displaying the measured data in real time; and a controller(200) for programming the microprocessors of the central control part, for monitoring the data at a PC and for remote controlling the analyzer.

Description

연료전지 성능 분석 장치{Analyzer for fuel cell}Fuel cell performance analysis device {Analyzer for fuel cell}

도 1은 본 발명 일실시예 성능 분석 장치의 구성도.1 is a block diagram of an embodiment performance analysis apparatus of the present invention.

도 2는 본 발명 일실시예 성능 분석 장치와 연료전지의 연결도.Figure 2 is a connection diagram of an embodiment performance analysis device and a fuel cell of the present invention.

((도면의 주요 부분에 부호의 설명))                  ((Explanation of a sign in the main part of the drawing))

100. 연료/공기 주입기 101. 연료 펌프 102. 블로어100. Fuel / Air Injector 101. Fuel Pump 102. Blower

200. 제어기 201. 중앙제어부 202. MEA 온도 제어부200. Controller 201. Central controller 202. MEA temperature controller

203. 연료 주입 제어부 204. 공기 주입 제어부 205. 전자 부하 제어부203. Fuel injection control unit 204. Air injection control unit 205. Electronic load control unit

206. 전류/전압 감지부 207. 메모리부 208. 판넬부206. Current / voltage detector 207. Memory 208. Panel

209. 실시간 제어부 210. 디스플레이부 211. 통신부209. Real-time control unit 210. Display unit 211. Communication unit

202A. 온도 센서 202B. 증폭회로 202C. 가열 제어 회로202A. Temperature sensor 202B. Amplifier circuit 202C. Heating control circuit

202D. 히터 300. 연료전지 M. 모터202D. Heater 300. Fuel cell M. Motor

본 발명은, 연료전지에 연결된 상태에서 연료전지에 부여되는 부하를 단계별로 조절하고, 그에 따른 연료 공급량, 전압, 전류, 온도 등의 변화 특성을 측정, 저장할 수 있도록 함으로써, 연료전지의 특성을 손쉽게 파악할 수 있도록 하는 동시에, 연료전지를 최적 상태에서 작동시킬 수 있는 조건을 도출할 수 있도록 한, 연료전지용 성능 분석 장치에 관한 것이다. According to the present invention, it is possible to easily control the characteristics of a fuel cell by controlling the load imposed on the fuel cell step by step while being connected to the fuel cell, and measuring and storing the change characteristic of the fuel supply amount, voltage, current, and temperature accordingly. The present invention relates to a performance analysis device for a fuel cell, which enables to grasp and at the same time derive conditions for operating the fuel cell in an optimal state.

연료전지는, 메탄올이나 천연가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 하여 일어나는 전기화학 반응에 의하여 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템으로서, 기존의 연소 기관이나 충·방전형 전지와는 달리 고효율의 청정 에너지 변환 장치이며, 연소 과정 없이 연료가스와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응에 의해 생성되는 전기 및 그 부산물인 열을 동시에 사용할 수 있다는 특징을 갖고 있다.A fuel cell is a power generation system that directly converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction generated by using hydrogen contained in a hydrocarbon-based substance such as methanol or natural gas and oxygen in air as a fuel. Unlike the charging / discharging type battery, it is a high efficiency clean energy conversion device and has the feature that it can simultaneously use electricity generated by electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas and its by-product heat without combustion process.

상기와 같은 연료전지는, 산화·환원반응을 이용한다는 점에 있어서는 보통의 화학전지와 동일하나, 폐쇄계 내에서 전지 반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물이 연속적으로 외부에서 공급되면서 반응 생성물은 연속적으로 계외로 배출되는 하나의 발전 장치 역할을 수행하게 된다.Such a fuel cell is the same as a normal chemical cell in terms of using an oxidation / reduction reaction, but unlike a chemical cell that performs a cell reaction in a closed system, the reaction products are continuously supplied while the reactants are continuously supplied from the outside. It serves as a power generation device discharged to the outside of the system.

상기와 같은 연료전지의 가장 대표적인 것으로는, 수소―산소 연료전지가 있는데, 이러한 연료전지들은 모두 알칼리 수용액을 전해질로 이용하고 순수한 수소 와 산소를 반응물로 사용하는 바, 알칼리 전해질을 사용하는 연료전지를 제 1세대, 귀금속 촉매를 사용하지 않은 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 그리고 보다 높은 효율로 발전 가능한 고체 전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라 한다.The most representative of such a fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, all of which use an alkaline aqueous solution as an electrolyte and pure hydrogen and oxygen as a reactant. The first generation, the high temperature molten carbonate fuel cell without the use of a noble metal catalyst, the second generation, and the solid electrolyte fuel cell capable of generating higher efficiency are called the third generation fuel cell.

연료전지는 화석 연료를 개질시킨 수소를 주성분으로 하는 수소 가스와 공기 속의 산소를 이용한 수소―공기 연료전지로서, 에너지 변환 효율이 우수하고 공해 요인이 전무하며 기존의 화력발전 등을 대체할 수 있기 때문에 실용화를 위한 개발 연구가 급속히 진행되고 있다.The fuel cell is a hydrogen-air fuel cell using hydrogen gas mainly composed of hydrogen reformed fossil fuel and oxygen in the air, and has excellent energy conversion efficiency, no pollution factor, and can replace conventional thermal power generation. Development research for commercialization is progressing rapidly.

그러나, 수소를 사용하는 연료전지는 수소 취급에 따른 어려움이 있으며, 메탄올 등의 액체 연료를 사용하는 경우에는 이로부터 수소를 만들어내기 위한 개질 장치가 필요로 되는 등 부대 설비가 커지게 되는 문제가 있으며, 일정 규모 이상의 발전 설비로나 개발이 가능할 뿐 소형화가 불가능하거나 매우 어렵다.However, a fuel cell using hydrogen has a difficulty in handling hydrogen, and when using a liquid fuel such as methanol, there is a problem in that an additional facility is required, such as a reforming apparatus for generating hydrogen therefrom. For example, it is possible to develop a power plant of a certain size or more, but miniaturization is impossible or very difficult.

따라서, 메탄올 등의 알콜류를 물과 적정 비율로 혼합한 알콜 연료를 사용할 수 있는 직접 메탄올 연료전지가 개발되었는 바, 직접 메탄올 연료전지는, 전해질막의 양 면에 연료극과 공기극이 결합된 구조로서, 연료극 측으로 공급된 연료와 물이 반응하여 수소 이온과 전자를 생성하고, 생성된 수소 이온과 전자는 각각 전해질막과 외부 회로를 통하여 공기극 측으로 이동한 후 수소 이온과 전자가 산소와 결합하여 물을 생성시키는 과정을 통하여 전기 에너지가 발생하게 된다.Therefore, a direct methanol fuel cell has been developed that can use an alcohol fuel in which alcohols such as methanol are mixed with water at an appropriate ratio. The direct methanol fuel cell has a structure in which a fuel electrode and an air electrode are coupled to both sides of an electrolyte membrane. The fuel and water supplied to the side react to generate hydrogen ions and electrons, and the generated hydrogen ions and electrons move to the cathode side through the electrolyte membrane and the external circuit, respectively, and the hydrogen ions and electrons combine with oxygen to generate water. Electrical energy is generated through the process.

상기와 같은 직접 메탄올 연료전지는, 가스가 아닌 액체 상태의 연료인 메탄올을 사용하여 안전할 뿐 아니라, 소형화와 경량화가 가능하기 때문에 최근에는 휴대용 배터리로서 집중적으로 개발되고 있는 바, 직접 메탄올 연료전지는, 작동 온 도가 150℃정도의 비교적 저온이며, 액체인 메탄올을 연료로 직접 사용하기 때문에 소형화에 가장 적합한 연료전지로 평가되고 있다.The direct methanol fuel cell as described above has been developed intensively as a portable battery because it is not only safe using methanol, which is a liquid fuel but also gas, and can be miniaturized and reduced in weight. In particular, it is evaluated as the most suitable fuel cell for miniaturization because it uses a relatively low temperature of 150 ° C and a liquid methanol directly.

그러나, 직접 메탄올 연료전지는 메탄올의 크로스 오버(cross over) 등과 같은 단점이 있는데, 상기 크로스 오버란, 음극에서 생성된 수소 이온만이 전해질막을 통과하여 양극으로 이동하여야 하나, 현재의 고분자 전해질막이 가지고 있는 기능적 한계에 의해 메탄올이 전해질막을 통과하여 양극측으로 이동하는 현상으로서, 양극으로 유입된 메탄올은 양극의 백금 촉매와 반응하여 일차적으로는 전기화학적 포텐셜을 저하시켜 발전 효율을 떨어뜨리게 할 뿐 아니라, 열을 발생시켜 백금 촉매의 연소를 초래함으로써 연료전지의 기능을 상실시키게 된다.However, the direct methanol fuel cell has disadvantages such as crossover of methanol, etc. The crossover means that only hydrogen ions generated at the cathode must move through the electrolyte membrane to the anode, but the current polymer electrolyte membrane has Due to the functional limitations, methanol moves through the electrolyte membrane to the anode side. Methanol introduced into the anode reacts with the platinum catalyst of the anode to primarily reduce the electrochemical potential, thereby lowering power generation efficiency, This results in the combustion of the platinum catalyst, which results in the loss of the function of the fuel cell.

따라서, 직접 메탄올 연료전지에서는 메탄올의 크로스 오버가 해결해야 할 가장 중요한 문제들 중의 하나로서, 이를 방지하기 위해서는 새로운 전해질막이 개발되어야 함은 물론, 직접 메탄올 연료전지의 작동 특성을 정확히 파악하여야만 한다.Therefore, in a direct methanol fuel cell, crossover of methanol is one of the most important problems to be solved. In order to prevent this, a new electrolyte membrane must be developed, and the operating characteristics of the direct methanol fuel cell must be accurately understood.

즉, 상기의 직접 메탄올 연료전지를 포함한 모든 연료전지가 최적의 조전 하에서 운전되기 위해서는, 각 연료전지의 성능 평가와 최적의 운전 조건을 실제 상태와 같은 실험 조건에서 찾을 수 있도록 연료전지의 성능 평가를 위한 장치가, 연료전지의 개발에 있어서 무엇보다 중요하다.In other words, in order for all fuel cells including the direct methanol fuel cell to operate under optimal preconditioning, the performance evaluation of the fuel cell is evaluated so that the performance evaluation of each fuel cell and the optimum operating conditions can be found under the same experimental conditions as in actual conditions. A device for this is of paramount importance in the development of fuel cells.

그러나, 종래에는 연료전지의 성능 특성이, 단순히 전압계, 전류계, 저항계 등에 의해 측정된 출력만으로 파악되는 것이 일반적이었는 바, 연료전지의 정확한 성능 특성 파악이 어려워 최적 조건 하에서 운전되기가 어려웠으며, 그 결과, 연료 전지의 수명 단축은 물론 연료전지의 성능을 충분히 활용하지 못하는 문제점이 있었다.However, in the past, the performance characteristics of the fuel cell were generally understood only by the output measured by a voltmeter, an ammeter, an ohmmeter, etc., and thus it was difficult to accurately determine the performance characteristics of the fuel cell, which made it difficult to operate under optimum conditions. In addition, the fuel cell has a problem of shortening the life of the fuel cell and of not fully utilizing the performance of the fuel cell.

특히, 연료전지의 실제 성능을 분석하기 위해서는 온도 제어, 연료와 공기 공급량 제어, 스텝(step)식 연속 실험, 원격제어 등과 관련한 다수의 제어 장치를 필요로 하나, 종래의 분석 장치는 이들을 모두 구비하지 못함으로써 정밀한 연료전지의 성능 분석이 극히 어려운 실정이었다.In particular, to analyze the actual performance of the fuel cell requires a number of control devices related to temperature control, fuel and air supply control, step-by-step continuous experiment, remote control, etc., but the conventional analysis device does not have all of them. As a result, accurate fuel cell performance analysis was extremely difficult.

본 발명은, 연료전지의 정확한 성능 측정을 하지 못함에 따라 발생하는 연료전지의 사용 효율 저하, 수명 단축 등과 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 연료전지의 기본적인 성능은 물론, 부하에 따른 가동 특성, 최적의 운전 조건 등을 파악할 수 있도록 함으로써, 연료전지의 운전 효율을 극대화하는 동시에 그 수명을 연장시킬 수 있으며, 측정된 축적 데이터를 기본으로 하여 가상의 연료전지에 대한 연구와 시뮬레이션 등을 가능하게 하여 주는, 연료전지용 성능 분석 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention was devised to solve various problems such as a decrease in the use efficiency of a fuel cell and a reduction in the lifespan caused by failure to accurately measure the performance of the fuel cell. By knowing the characteristics and the optimum operating conditions, it is possible to maximize the operating efficiency of the fuel cell and to extend its lifespan.It is also possible to study and simulate virtual fuel cells based on the measured accumulated data. It is an object of the present invention to provide a fuel cell performance analysis device.

본 발명의 상기 목적은, 연료전지에 걸리는 부하를 자유롭게 변화시키기 위한 전자 부하 제어부와, 전류/전압 감지부와, MEA(Membrane/Electrode Assembly, 전해질막/전극 접합체) 온도 제어부, 연료 및 공기 주입 제어부, 메모리부 및 중앙 제어부 등에 의하여 달성된다.The above object of the present invention, the electronic load control unit for freely changing the load on the fuel cell, the current / voltage detection unit, MEA (Membrane / Electrode Assembly, electrolyte membrane / electrode assembly) temperature control unit, fuel and air injection control unit , A memory unit and a central control unit.

본 발명의 연료전지용 성능 분석 장치는, 연료전지의 운전 중 연료전지의 각종 특성 즉, 전류, 전압, 연료 및 공기 주입량, MEA 온도 등 뿐 아니라, 연료전지의 부하를 조절하면서 부하에 따른 연료전지의 특성 변화 등을 실시간으로 측정하고, 측정된 데이터를 저장함으로써, 분석 대상 연료전지의 최적 운전 조건을 찾는 동시에, 제작하고자 하는 연료전지에 대한 시뮬레이션을 할 수 있도록 하여 주는 역할을 하게 된다.The fuel cell performance analysis apparatus of the present invention is a fuel cell according to the load while controlling the load of the fuel cell as well as various characteristics of the fuel cell during operation of the fuel cell, that is, current, voltage, fuel and air injection amount, MEA temperature, and the like. By measuring the characteristic change and the like in real time and storing the measured data, it is possible to find the optimal operating conditions of the fuel cell to be analyzed and to simulate the fuel cell to be manufactured.

상기와 같은 본 발명의 성능 분석 장치는, 크게, 연료/공기 주입기와; 각종 칩들이 결합된 회로보드(circuit board)로 이루어진 제어기로 구성되는데, 연료/공기 주입기는 연료전지로 연료와 공기를 공급하는 역할을 하며, 제어기는 연료전지의 작동 상태를 제어하는 역할을 하게 되며, 상기 연료/공기 주입기는 제어기의 제어를 받게 된다.As described above, the performance analysis apparatus of the present invention includes a fuel / air injector; It consists of a controller consisting of a circuit board (circuit board) combined with a variety of chips, the fuel / air injector serves to supply fuel and air to the fuel cell, the controller controls the operating state of the fuel cell The fuel / air injector is controlled by a controller.

즉, 본 발명의 장치는, 연료/공기 주입기와 연료전지로 연결되는 각종 센서들을 통하여 연료전지의 운전 조건을 자유롭게 변화시키면서 각 운전 조건별 연료전지의 출력 상태를 실시간으로 측정함으로써, 연료전지의 최적 운전 조건을 찾을 수 있도록 하기 위하여 연료와 공기의 주입량 및 연료전지 MEA의 온도 제어에 의한 연료전지의 발전 거동을 실시간으로 측정함에 기술적 특징이 있다.That is, the apparatus of the present invention, by varying the operating conditions of the fuel cell freely through various sensors connected to the fuel / air injector and the fuel cell, by measuring the output state of the fuel cell for each operating condition in real time, the optimum of the fuel cell In order to be able to find the operating conditions, there is a technical feature to measure in real time the power generation behavior of the fuel cell by the fuel and air injection amount and the temperature control of the fuel cell MEA.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.Details of the effects and the resulting effects, including the object and technical configuration of the present invention will be clearly understood by the following description with reference to the drawings showing a preferred embodiment of the present invention.

도 1에 본 발명 일실시예 연료전지 성능 분석 장치의 구성도를, 도 2에 본 발명 일실시예 연료전지 성능 분석 장치와 연료전지의 연결도를 도시하였다.1 is a block diagram of an embodiment fuel cell performance analysis device of the present invention, Figure 2 is a connection diagram of the fuel cell performance analysis device of the present invention an embodiment.

도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는, 연료/공기 주입기와, 제어기로 구성되는 바, 연료전지(300)에 연료와 공기를 공급하기 위한 역할을 하는 연료/공기 주입기(100)는,As shown, the apparatus of the present invention is composed of a fuel / air injector and a controller, the fuel / air injector 100 that serves to supply fuel and air to the fuel cell 300,

각각 모터(M)가 구비된 연료 펌프(101)와; 블로어(blower, 102)) 등으로 구성된다.A fuel pump 101 each having a motor M; Blower 102).

그리고, 상기 연료/공기 주입기(100)와 연료전지(300)를 제어하면서 연료전지의 각종 성능 특성을 측정하기 위한 제어기(200)는,In addition, the controller 200 for measuring various performance characteristics of the fuel cell while controlling the fuel / air injector 100 and the fuel cell 300,

마이크로 프로세서 등으로 이루어진 중앙제어부(201)와;A central control unit 201 made of a microprocessor and the like;

MEA 온도 제어부(202)와;A MEA temperature control unit 202;

적절한 연료를 공급하기 위하여 연료 펌프(101)를 제어하는 연료 주입 제어부(203)와;A fuel injection control unit 203 for controlling the fuel pump 101 to supply appropriate fuel;

적절한 공기를 공급하기 위하여 블로어(102)를 제어하는 공기 주입 제어부(204)와;An air injection control unit 204 for controlling the blower 102 to supply proper air;

연료전지(300)에서 발전된 전기를 적절히 소모하기 위하여 정전류 부하 시험 회로부 등으로 이루어진 전자 부하 제어부(205)와;An electronic load control unit 205 made of a constant current load test circuit unit and the like to appropriately consume electricity generated in the fuel cell 300;

연료전지(300)에서 발전된 전기의 전류와 전압을 측정하기 위한 전류/전압 감지부(206)와;A current / voltage detector 206 for measuring current and voltage of electricity generated by the fuel cell 300;

각종 데이터를 저장하는 메모리부(207)와;A memory unit 207 for storing various kinds of data;

각종 설정값 등을 입력하기 위한 판넬부(208)와;A panel unit 208 for inputting various set values and the like;

전원이 끊긴 상태에서도 실시간 데이터를 유지하기 위한 실시간 제어부(209)와;A real-time control unit 209 for maintaining real-time data even when the power is cut off;

각종 측정 데이터를 실시간으로 보여 주는 디스플레이부(210)와;A display unit 210 showing various measurement data in real time;

중앙제어부(201)의 마이크로 프로세서를 프로그램하고, 각종 데이터를 PC에서 모니터링 하며, 본 발명의 장치를 원격 제어하기 위한 통신부(211) 등으로 구성된다.And a communication unit 211 for programming the microprocessor of the central control unit 201, monitoring various data on a PC, and remotely controlling the apparatus of the present invention.

상기와 같이 구성된 제어기(200)에 있어서, 중앙제어부(201), 전류/전압 감지부(206), 메모리부(207), 판넬부(208), 실시간 제어부(209), 디스플레이부(210) 및 통신부(211)는 컴퓨터나 피엘씨(PLC) 등과 같은 시스템에서 공통적으로 갖춰지는 기본 구성 요소들인 바, 본 발명의 특징적인 구성 요소들만의 역할을 살펴 보면 다음과 같다.In the controller 200 configured as described above, the central control unit 201, the current / voltage detection unit 206, the memory unit 207, the panel unit 208, the real-time control unit 209, the display unit 210 and The communication unit 211 is a basic component that is commonly provided in a system such as a computer or a PC (PLC). Looking at the role of only the characteristic components of the present invention are as follows.

MEA제어부(202)는, MEA의 온도를 적절히 유지 또는 변화시킴으로써 그에 따른 연료전지의 특성 변화를 측정할 수 있도록 하여 주는 역할을 하는 것으로, MEA의 온도를 측정하는 온도 센서(202A)와, 온도 센서(202A)의 측정 신호를 증폭하는 온도 신호 증폭회로(202B)와, 저온 시 MEA에 의한 발전 효율 향상을 위하여 MEA를 가열하기 위한 가열 제어 회로(202C) 및 히터(202D) 등으로 구성된다.The MEA control unit 202 serves to measure changes in the characteristics of the fuel cell by appropriately maintaining or changing the temperature of the MEA. The temperature sensor 202A for measuring the temperature of the MEA and the temperature sensor And a temperature signal amplifying circuit 202B for amplifying the measurement signal of 202A, a heating control circuit 202C for heating the MEA, and a heater 202D for heating the MEA for improving the power generation efficiency by the MEA at low temperature.

이때, 상기 MEA 온도 제어부(202)의 온도 제어 범위는 0∼100℃ 이다.At this time, the temperature control range of the MEA temperature control unit 202 is 0 to 100 ° C.

전자 부하 제어부(205)는, 연료전지(300)에서 발전된 DC 전압을 다양한 조건에 맞도록 소모시키는 정전류 부하 시험 회로부로서, 예를 들어, 14비트의 D/A 컨 버터 정전류 제어 방식이 적용될 수 있다.The electronic load controller 205 is a constant current load test circuit that consumes DC voltage generated in the fuel cell 300 to meet various conditions. For example, a 14-bit D / A converter constant current control scheme may be applied. .

연료 주입 제어부(203)는, MEA에서 필요로 하는 조건에 맞도록 연료를 공급하는 연료 펌프(101)의 모터(M) 회전을 제어하는 회로부로서, 모터(M)로는 펄스 신호에 의해 그 회전 속도가 변화되는 스텝핑 모터(stepping motor)를 사용하는 것이 바람직하다.The fuel injection control unit 203 is a circuit unit for controlling the rotation of the motor M of the fuel pump 101 for supplying fuel in accordance with the conditions required by the MEA, and the motor M has its rotational speed by a pulse signal. It is preferable to use a stepping motor in which is changed.

공기 주입 제어부(204)는, MEA에서 필요로 하는 조건에 맞도록 공기를 공급하는 블로어(102)용 모터(M)의 회전을 제어하는 회로부로서, 예를 들어, PWM 방식으로 변화된 전압에 의해 블로어 모터의 회전 속도가 변화된다.The air injection control unit 204 is a circuit unit for controlling the rotation of the motor M for the blower 102 for supplying air in accordance with the conditions required by the MEA. For example, the air injection control unit 204 is blown by a voltage changed by a PWM method. The rotation speed of the motor is changed.

상기와 같이 구성된 본 발명의 연료전지용 성능 분석 장치의 작동 방법을 살펴 보면 다음과 같다.Looking at the operating method of the performance analysis device for a fuel cell of the present invention configured as described above are as follows.

각종 연료전지 중에서 연료 공급 측면에서 가장 간단한 직접 메탄올 연료전지를 대상으로 본 발명의 장치를 적용하는 경우, 우선, 물과 혼합된 메탄올을 연료전지에 공급 할 수 있도록 본 발명 장치의 연료 펌프를 연료 탱크 및 연료전지 스택의 연료 주입 라인에 연결하고, 블로어를 연료전지 스택의 공기 주입 라인에 연결한다.When applying the apparatus of the present invention to the simplest methanol fuel cell in terms of fuel supply among various fuel cells, first, the fuel pump of the apparatus of the present invention is supplied with a fuel pump to supply methanol mixed with water to the fuel cell. And a blower to an air injection line of the fuel cell stack, and a blower to an air injection line of the fuel cell stack.

그리고, 연료전지 스택의 연료극과 공기극을 본 발명 장치의 부하단자에 연결한 후 본 발명 장치의 온도센서 콘넥터에 연결되어 있는 온도센서를 연료전지 스택에 연결하고, 본 발명 장치의 히터잭에 연결된 히터를 연료전지 스택에 연결 설치한다.After connecting the anode and the cathode of the fuel cell stack to the load terminals of the apparatus of the present invention, the temperature sensor connected to the temperature sensor connector of the apparatus of the present invention is connected to the fuel cell stack, and the heater connected to the heater jack of the apparatus of the present invention. To the fuel cell stack.

상기와 같이 각종 연결 장치의 설치가 완료되면, 본 발명 장치에 전원을 인 가하고 디스플레이를 통하여 전원 공급 이상 유무를 확인한 후 모드 버튼을 눌러 노말(nomal) 모드의 셋트(set) 모드로 진입한다.When the installation of the various connection devices is completed as described above, power is supplied to the device of the present invention, and after checking whether there is a power supply failure through the display, the mode button is pressed to enter a set mode of a normal mode.

셋트 모드에서는, 시간, 부하, 온도, 버저(buzzer) 울림 여부 등의 기초 환경 설정을 한 후 노말 모드의 설정 모드로 진입한 후 작동 시간, 히터 온도, 공기 공급량, 연료 주입량, 부하 전류값, 등과 같은 실험 설정값을 입력한다.In the set mode, after setting basic environment such as time, load, temperature, buzzer ringing, etc., and entering the setting mode of the normal mode, operating time, heater temperature, air supply amount, fuel injection amount, load current value, etc. Enter the same experiment settings.

상기와 같은 방법으로 설정 모드의 입력이 완료되면, 스타트 버튼을 눌러 본 발명의 장치를 동작시킨 후 디스플레이 상에서 설정해 놓은 각종 값을 따라 정상적으로 동작되는지를 확인하며, 이때, 본 발명 장치의 통신부를 통하여 현재 동작되고 있는 연료전지의 작동 상태에 대한 각종 데이터를 컴퓨터로 전송하는 동시에 컴퓨터를 통하여 본 발명의 장치를 제어하게 된다.When the input of the setting mode is completed as described above, press the start button to operate the apparatus of the present invention and check whether the apparatus is normally operated according to various values set on the display. Various data on the operating state of the fuel cell being operated are transmitted to the computer, and the apparatus of the present invention is controlled through the computer.

그 외에, 연료와 공기의 공급양을 정확히 제어하기 위해서는 연료 및 공기 공급관에 각각 연료와 공기의 유량을 검출할 수 있는 유량 센서가 당연히 설치되어야 하며, 각 유량 센서는 연료 및 공기의 유량 검출 신호를 실시간으로 중앙제어부로 전송함으로써, 중앙제어부의 통제를 받는 연료 주입 제어부 및 공기 주입 제어부에 의해 연료 펌프와 블로어각 각각 제어된다.In addition, in order to accurately control the amount of fuel and air supply, a flow sensor capable of detecting the flow rate of the fuel and the air must be installed in the fuel and air supply pipe, respectively, and each flow sensor provides a flow detection signal of the fuel and air. By transmitting to the central control unit in real time, the fuel pump and the blower angle are respectively controlled by the fuel injection control unit and the air injection control unit which are controlled by the central control unit.

상기와 같이 구성된 본 발명의 장치는, 그 자체로서 컴퓨터의 기능을 할 수 있도록 키보드, 마우스 등의 접속 단자가 구비될 수도 있으며, 다양한 각종 메모리 카드를 사용할 수 있는 메모리 리더기 등이 결합될 수도 있다.The device of the present invention configured as described above may be provided with connection terminals such as a keyboard and a mouse so as to function as a computer by itself, and a memory reader that can use various various memory cards may be combined.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 연료전지 성능 분석 장치는, 각종 연료전지의 출력 특성을 실시간으로 측정 및 저장할 수 있을 뿐 아니라, 연료와 공기의 주입량, MEA 의 온도 및 외부 부하의 변화에 따른 연료전지의 출력 특성 차이를 정확히 파악할 수 있기 때문에 연료전지의 최적 운전 조건을 쉽게 파악할 수 있게 되며, 그에 따라, 연료전지의 운전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 하여 연료전지 제작시 설계의 기초로 활용될 수 있다.As described above, the fuel cell performance analyzing apparatus of the present invention can not only measure and store output characteristics of various fuel cells in real time, but also change the fuel and air injection amount, the temperature of the MEA, and the fuel according to the external load. Since it is possible to accurately grasp the difference in the output characteristics of the battery, it is possible to easily determine the optimum operating conditions of the fuel cell. As a result, the operating efficiency of the fuel cell can be improved. Can be used as a basis.

그리고, 수동조작 없이 연료전지의 성능 평가에 필요한 연료의 주입, 온도, 전기 부하를 제어기에 의해 조절하는 동시에, 운전 상태는 물론 연료전지의 전류 전압 특성과 효율, 연료 사용율과 각 단위 전지의 전압 분포 등을 측정, 분석할 수 있도록 하여 연료전지의 정격 성능을 단시간에 정확하게 평가할 수 있을 뿐만 아니라, 장기간에 걸친 운전 성능 변화도 자동으로 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, the fuel injection, temperature, and electrical load required for the performance evaluation of the fuel cell are controlled by the controller without manual operation, and the operating voltage as well as the current voltage characteristics and efficiency of the fuel cell, fuel utilization rate, and voltage distribution of each unit cell. It is possible not only to accurately evaluate the fuel cell's rated performance in a short time by measuring and analyzing the light, but also to automatically measure changes in operating performance over a long period of time.

또한, 연료전지의 성능 분석을 위하여 필요로 되는 각종 제어 및 측정 수단들이 하나의 장치 내에 일체로 내장되어 좀더 쉽고 간편하게 연료전지의 성능을 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 자체가 컴퓨터의 기능을 구현할 수 있도록 함으로써 이를 기반으로 웹기반을 구축하고, 원거리 제어, 성능 분석 데이터의 정보 공유 등이 가능한 장점이 있다.In addition, various control and measurement means necessary for performance analysis of the fuel cell are integrated in one device, so that the performance of the fuel cell can be analyzed more easily and simply, and the computer itself can implement the functions of the computer. As a result, it is possible to build a web base based on this, and to control information on remote control and performance analysis data.

Claims (3)

각각 모터(M)가 구비된 연료 펌프(101)와; 블로어(blower, 102))로 이루어진 연료/공기 주입기(100)와:A fuel pump 101 each having a motor M; A fuel / air injector (100) consisting of a blower (102): 마이크로 프로세서 등으로 이루어진 중앙제어부(201)와; 연료전지 MEA 온도 제어부(202)와; 상기 연료 펌프(101)를 제어하는 연료 주입 제어부(203)와; 상기 블로어(102)를 제어하는 공기 주입 제어부(204)와; 연료전지(300)에서 발전된 전기를 소모하기 위한 전자 부하 제어부(205)와; 연료전지(300)에서 발전된 전기의 전류와 전압을 측정하기 위한 전류/전압 감지부(206)와; 각종 데이터를 저장하는 메모리부(207)와; 각종 설정값 등을 입력하기 위한 판넬부(208)와; 전원이 끊긴 상태에서도 실시간 데이터를 유지하기 위한 실시간 제어부(209)와; 각종 측정 데이터를 실시간으로 보여 주는 디스플레이부(210)와; 중앙제어부(201)의 마이크로 프로세서를 프로그램하고, 각종 데이터를 PC에서 모니터링 하며, 본 발명의 장치를 원격 제어하기 위한 통신부(211)로 이루어진 제어기(200)를A central control unit 201 made of a microprocessor and the like; A fuel cell MEA temperature control unit 202; A fuel injection control unit 203 for controlling the fuel pump 101; An air injection control unit (204) for controlling the blower (102); An electronic load control unit 205 for consuming electricity generated in the fuel cell 300; A current / voltage detector 206 for measuring current and voltage of electricity generated by the fuel cell 300; A memory unit 207 for storing various kinds of data; A panel unit 208 for inputting various set values and the like; A real-time control unit 209 for maintaining real-time data even when the power is cut off; A display unit 210 showing various measurement data in real time; Program the microprocessor of the central control unit 201, monitor various data from the PC, and the controller 200 consisting of a communication unit 211 for remote control of the apparatus of the present invention 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 분석 장치.Fuel cell performance analysis device, characterized in that configured to include. 제 1항에 있어서, 상기 MEA 온도 제어부(202)는,The method of claim 1, wherein the MEA temperature control unit 202, 온도 센서(202A)와; 온도 신호 증폭회로(202B)와; 가열 제어 회로(202C) 및 히터(202D)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 분석 장치.A temperature sensor 202A; A temperature signal amplifying circuit 202B; A fuel cell performance analysis device comprising a heating control circuit (202C) and a heater (202D). 제 1항에 있어서, 상기 제어기(200)에는, 마우스와 키보드 접속 단자가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 성능 분석 장치.The fuel cell performance analysis apparatus according to claim 1, wherein the controller (200) is provided with a mouse and a keyboard connection terminal, respectively.
KR1020060095923A 2006-09-29 2006-09-29 Analyzer for fuel cell KR100766473B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060095923A KR100766473B1 (en) 2006-09-29 2006-09-29 Analyzer for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060095923A KR100766473B1 (en) 2006-09-29 2006-09-29 Analyzer for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100766473B1 true KR100766473B1 (en) 2007-10-15

Family

ID=39420118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060095923A KR100766473B1 (en) 2006-09-29 2006-09-29 Analyzer for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100766473B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011008189A1 (en) * 2009-07-16 2011-01-20 Utc Power Corporation Variable air utilization increases fuel cell membrane durability
KR101209586B1 (en) * 2009-06-16 2012-12-07 주식회사 리빙케어 Cell and Stack measurement equipment for Fuel Cell available to environmental control of extremely low temperature
KR101311592B1 (en) 2012-02-15 2013-09-26 세종공업 주식회사 Display unit for fuel cell system, and fuel cell system including the same
US9383398B2 (en) 2012-08-21 2016-07-05 Hyundai Motor Company Motor power simulating apparatus for fuel cell power module evaluation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013661A (en) * 2001-08-08 2003-02-15 한국에너지기술연구원 The real time fuel-cell simulator
JP2003346855A (en) 2002-05-28 2003-12-05 Hec Engineering:Kk Test apparatus of fuel cell
JP2005135857A (en) 2003-10-31 2005-05-26 Espec Corp Fuel cell estimation method and fuel cell estimation device
KR100731148B1 (en) 2006-06-20 2007-06-22 주식회사 하이젠 A performance test equipments of multi-channel fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013661A (en) * 2001-08-08 2003-02-15 한국에너지기술연구원 The real time fuel-cell simulator
JP2003346855A (en) 2002-05-28 2003-12-05 Hec Engineering:Kk Test apparatus of fuel cell
JP2005135857A (en) 2003-10-31 2005-05-26 Espec Corp Fuel cell estimation method and fuel cell estimation device
KR100731148B1 (en) 2006-06-20 2007-06-22 주식회사 하이젠 A performance test equipments of multi-channel fuel cell

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101209586B1 (en) * 2009-06-16 2012-12-07 주식회사 리빙케어 Cell and Stack measurement equipment for Fuel Cell available to environmental control of extremely low temperature
WO2011008189A1 (en) * 2009-07-16 2011-01-20 Utc Power Corporation Variable air utilization increases fuel cell membrane durability
US9029031B2 (en) 2009-07-16 2015-05-12 Ballard Power Systems Inc. Variable air utilization increases fuel cell membrane durability
KR101311592B1 (en) 2012-02-15 2013-09-26 세종공업 주식회사 Display unit for fuel cell system, and fuel cell system including the same
US9383398B2 (en) 2012-08-21 2016-07-05 Hyundai Motor Company Motor power simulating apparatus for fuel cell power module evaluation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6519539B1 (en) Measurement of fuel cell impedance
Xia et al. The application of orthogonal test method in the parameters optimization of PEMFC under steady working condition
US20060177711A1 (en) Fuell cell control and data reporting
US7754363B2 (en) Method and apparatus for inspecting direct liquid fuel cell generator, and direct liquid fuel cell generator
CN111731155B (en) Method and device for measuring hydrogen consumption of hydrogen fuel cell vehicle
CN202501870U (en) Comprehensive test analyzer for PEM fuel cell
KR100766473B1 (en) Analyzer for fuel cell
CN115207417A (en) Large-area fuel cell current density distribution calculation method
US20060228594A1 (en) Method for shutting down fuel cell and fuel cell system using the same
CN110611114A (en) Fuel cell membrane electrode rapid test equipment
CN210489745U (en) Fuel cell membrane electrode rapid test equipment
US7582371B2 (en) Fuel cell system having fuel and water controlling means
JP2005026215A (en) Fuel cell system
JP5270904B2 (en) Fuel cell characteristics diagnosis method
JP2009070788A (en) Fuel supply control method and fuel cell device utilizing the method
US7910256B2 (en) Method for supplying fuel to fuel cell
US20020037445A1 (en) Method for operating a fuel cell battery
CN111856306A (en) Method for testing performance of hydrogen fuel cell engine
US9048467B2 (en) Fuel cell system with energy-efficient reactant recycling
US20240141516A1 (en) Modular electrochemical system
US20070196700A1 (en) Method of supplying fuel to fuel cells
CN114628740B (en) Method and device for detecting fluid distribution consistency of fuel cell stack
CN101261244B (en) Method for measuring hydrogen gas content of air by hydrogen sensor
JP2014165063A (en) Gas flow controller and gas flow control method
KR100699073B1 (en) Direct formic acid fuel cell carrying out real time evaluation and control of formic acid using conductivity value

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120925

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130925

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140930

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150930

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161104

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190305

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191007

Year of fee payment: 13