KR100461320B1 - Device and its control method for supply air of fuel cell system for automobile - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 초기 시동 시, 배터리의 전원을 이용한 에어 블로워의 구동을 통해 연료전지 스택에 공기를 공급하는 방식을 배제하고 대신에 브레이크, 에어 서스펜션, 도어 등을 작동하기 위한 에어탱크의 공압을 연료전지 스택으로 공급되도록 연결하여 장기 주차 및 배터리 상태 불량 등으로 발생하는 배터리 전원 공급의 불안정 문제를 해결할 수 있는 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air supply device for a fuel cell system for a vehicle and a control method thereof, which excludes a method of supplying air to a fuel cell stack by driving an air blower using a power supply of a battery at an initial start-up, and instead of a brake. By connecting the air pressure of the air tank to operate the air suspension, door, etc. to the fuel cell stack, the air of the fuel cell system for automobiles that can solve the instability of the battery power supply caused by long-term parking and poor battery condition A supply apparatus and a control method thereof.
Description
본 발명은 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기 시동 시, 브레이크, 에어 서스펜션, 도어 등을 작동하기 위한 에어탱크의 공압을 연료전지 스택으로 공급되도록 연결하여 장기 주차 및 배터리 상태 불량 등으로 발생하는 배터리 전원 공급의 불안정 문제를 해결할 수 있는 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air supply apparatus for a fuel cell system for a vehicle and a control method thereof, and more particularly, to supply the pneumatic pressure of an air tank for operating a brake, an air suspension, a door, and the like to the fuel cell stack during initial startup. The present invention relates to an air supply device for a fuel cell system for a vehicle and a control method thereof, which can solve the instability problem of battery power supply caused by long-term parking and bad battery condition by connecting.
일반적으로, 연료전지 시스템을 운전하기 위해서는 연료와 공기가 연료전지 스택(10)에 상호 공급되어야 하는 바, 이중 공기는 전기모터로 구동되는 에어 블로워(11)를 통해 공급되고, 연료는 연료탱크(12)로부터 제1유로(13)를 통해 공급된다.In general, in order to operate a fuel cell system, fuel and air need to be supplied to the fuel cell stack 10, wherein double air is supplied through an air blower 11 driven by an electric motor, and fuel is supplied to a fuel tank ( From 12) via a first flow path (13).
정상 운전시에는 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전원 DC200~400volt를 직접 사용하나, 초기 시동시에는 12volt 배터리 전원을 DC/DC 컨버터를 통해 승압한 후 에어 블로워(11)를 구동하도록 되어 있다.In normal operation, direct power DC200 to 400 volts output from the fuel cell stack 10 are used, but during initial startup, the air blower 11 is driven after boosting the 12 volt battery power through the DC / DC converter.
그런데, 초기 시동 시, 상기 에어 블로워(11)의 작동을 위해 필요한 전원을 12volt 배터리로부터 승압하여 사용해야 하나, 만약 장기 주차 및 배터리 상태의 불량 등의 이유로 전원 공급이 불안정 할 경우에는 시동을 걸 수 없게 되는 문제점이 있다.However, during the initial start-up, the power required for the operation of the air blower 11 must be boosted from the 12 volt battery, but if the power supply is unstable due to long-term parking and poor battery condition, the starter cannot be started. There is a problem.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 초기 시동 시, 연료전지 스택에 배터리의 전원을 이용한 에어 블로워의 구동을 통해 공기를 공급하는 방식을 배제하고 대신에 브레이크, 에어 서스펜션, 도어 등을 작동하기 위한 에어탱크의 공압을, 유로를 통해 연료전지 스택으로 공급되도록 하여 장기 주차 및 배터리 상태 불량 등으로 발생하는 배터리 전원 공급의 불안정 문제를 해결할 수 있는 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, at the initial start-up, except for the method of supplying air through the drive of the air blower using the power of the battery to the fuel cell stack, instead of the brake, air suspension By supplying the air pressure of the air tank for operating the door, door, etc. to the fuel cell stack through the flow path, the air of the fuel cell system for automobiles that can solve the instability of the battery power supply caused by long-term parking and poor battery condition Its purpose is to provide a feeding device and a control method thereof.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치를 나타내는 구성도1 is a block diagram showing an air supply apparatus for a fuel cell system for automobiles according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치의 제어방법을 나타내는 순서도2 is a flow chart showing a control method of an air supply apparatus for a fuel cell system for automobiles according to the present invention.
도 3은 종래의 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치를 나타내는 구성도3 is a block diagram showing an air supply apparatus of a conventional fuel cell system for automobiles
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 연료전지 스택 11 : 에어 블로워10: fuel cell stack 11: air blower
12 : 연료탱크 13 : 제1유로12 fuel tank 13: first euro
20 : 에어탱크 21 : 제2유로20: air tank 21: second euro
22 : 에어필터 23 : 에어레귤레이터22: air filter 23: air regulator
24 : 솔레노이드 밸브 25 : 유로전환 밸브24: solenoid valve 25: flow path switching valve
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.
본 발명은 배터리 전원을 이용한 에어 블로워(11)에 의해 공급되는 공기와, 연료탱크(12)로부터 제1유로(13)를 통해 공급되는 연료에 의해 작동되는 연료전지 스택(10)에 있어서,The present invention provides a fuel cell stack (10) operated by air supplied by an air blower (11) using battery power and fuel supplied from a fuel tank (12) through a first flow passage (13),
별도의 에어탱크(20)를 구비하는 동시에 이 에어탱크(20) 내의 압축공기를 상기 연료전지 스택(10)에 공급가능하도록 제2유로(21)를 연결하고, 제1유로(13)와 제2유로(21)의 합류지점에 설치되는 유로전환 밸브(25)에 의해 선택적으로 유로(13, 21)를 전환할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.The second flow passage 21 is connected to the fuel cell stack 10 so that the compressed air in the air tank 20 can be supplied to the fuel cell stack 10, and the first flow passage 13 and the first air passage 20 are provided. It is characterized in that the flow paths 13 and 21 can be selectively switched by the flow path switching valve 25 provided at the confluence point of the two flow paths 21.
특히, 상기 제2유로(21)에는 공기의 흐름을 차단하기 위한 솔레노이드밸브(24)와, 유입되는 공기를 필터링하기 위한 에어필터(22)와, 유입되는 공기의 속도 및 압력을 조절하기 위한 에어레귤레이터(23)가 구비된 것을 특징으로 한다.In particular, the second passage 21 has a solenoid valve 24 for blocking the flow of air, an air filter 22 for filtering the incoming air, and air for adjusting the speed and pressure of the incoming air. It characterized in that the regulator 23 is provided.
상기 연료전지 스택으로의 공기공급을 제어하기 위한 제어방법에 있어서,In the control method for controlling the air supply to the fuel cell stack,
자동차의 시동 시, 에어탱크(20)의 압력이 사용 가능한 지를 판단하는 단계와;Determining whether the pressure of the air tank 20 is available at the start of the vehicle;
상기 에어탱크(20)의 압력이 사용 가능할 경우, 솔레노이드 밸브(24)를 개방하고, 유로전환 밸브(25)를 작동시켜 연료전지 스택(10)으로 에어탱크(20) 내의 공기가 공급되도록 하는 한편, 연료와 공기가 공급된 후, 연료전지 시스템의 작동여부를 판단하는 단계와;When the pressure of the air tank 20 is available, the solenoid valve 24 is opened and the flow path switching valve 25 is operated so that the air in the air tank 20 is supplied to the fuel cell stack 10. Determining whether the fuel cell system is operated after fuel and air are supplied;
상기 연료전지 시스템이 작동한 후, 연료전지 스택(10)에서 공급되는 전원에 의해 에어 블로워(11)가 작동되도록 하는 단계와;After the fuel cell system is operated, operating the air blower (11) by power supplied from the fuel cell stack (10);
솔레노이드 밸브(24)를 차단하고, 유로전환 밸브(25)를 작동시켜 연료전지 스택(10)에서 공급되는 전원에 의해 작동되는 에어 블로워(11)의 공기가 연료전지 스택(10)으로 공급되도록 하는 단계와;Shut off the solenoid valve 24 and operate the flow path switching valve 25 to supply the air of the air blower (11) operated by the power supplied from the fuel cell stack 10 to the fuel cell stack (10). Steps;
상기 에어탱크(20)의 압력이 사용 불가능 경우, 12V 배터리 전원을 사용하여 에어 블로워(11)가 작동되도록 하는 한편, 연료전지 시스템의 작동여부를 판단하는 단계와;When the pressure in the air tank 20 is not available, allowing the air blower 11 to operate using a 12V battery power and determining whether the fuel cell system is operated;
상기 연료전지 시스템이 작동한 후, 연료전지 스택(10)에서 공급되는 전원에 의해 에어 블로워(11)가 작동되도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.After the fuel cell system operates, the air blower 11 is operated by the power supplied from the fuel cell stack 10.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치의 제어방법을 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram showing an air supply apparatus of a fuel cell system for automobiles according to the present invention, and FIG.
본 발명은 자동차의 초기 시동 시, 연료전지 시스템에 공기를 공급하기 위한 것으로서, 연료전지 시스템을 운전하기 위해서는 먼저, 연료와 공기가 연료전지 스택(10)에 상호 공급되어야 하는 바, 이중 공기는 자동차의 배터리(12volt)에 의해 전기모터로 구동되는 에어 블로워(11)를 통해 공급되며, 연료는 연료탱크(12)로부터 제1유로(13)를 통해 공급되도록 되어 있다.The present invention is to supply air to the fuel cell system during the initial start-up of the vehicle, in order to operate the fuel cell system, fuel and air must first be supplied to the fuel cell stack 10. It is supplied through the air blower 11 driven by the electric motor by the battery (12volt) of the fuel, the fuel is to be supplied from the fuel tank 12 through the first flow path (13).
이때, 브레이크, 에어 서스펜션, 도어를 작동하기 위한 공기압을 공급하는 에어탱크(20)는 약 150~200리터의 용량을 가지며, 에어컴프레서(미도시)로부터 공급받는 압축공기가 항상 8~9bar의 압력으로 채워져 있는 바, 상기 에어탱크(20)에 경유된 에어컴프레서로부터의 제2유로(21)가 기존의 연료전지 시스템에 공기를 공급하는 제1유로(13)에 연결되도록 되어 있다.At this time, the air tank 20 for supplying the air pressure for operating the brake, air suspension, door has a capacity of about 150 ~ 200 liters, the compressed air supplied from the air compressor (not shown) is always 8 ~ 9bar pressure The second flow passage 21 from the air compressor via the air tank 20 is connected to the first flow passage 13 for supplying air to the existing fuel cell system.
한편, 상기 제2유로(21)에는 유입되는 공기를 필터링하는 에어필터(22)와, 유입되는 공기의 속도 및 압력을 조절하는 에어레귤레이터(23)가 설치되어 있어 깨끗한 공기가 일정한 속도 및 압력으로 상기 연료전지 스택(10)으로 공급되게 된다.On the other hand, the second passage 21 is provided with an air filter 22 for filtering the incoming air, and an air regulator 23 for adjusting the speed and pressure of the incoming air is installed to clean air at a constant speed and pressure The fuel cell stack 10 is supplied to the fuel cell stack 10.
또한, 상기 제2유로(21)에는 공기의 흐름을 차단하거나 제1유로(13)와 제2유로(21) 사이의 합류지점에 설치되어 공기의 흐름을 전환시키는 밸브가 설치되어 있는 바, 상기 에어탱크(20)와 연료전지 스택(10) 사이에는 유로(13, 21)를 차단하기위한 솔레노이드 밸브(24)가 설치되어 있으며, 에어 블로워(11)로부터의 공기가 유입되는 제1유로(13)와, 에어컴프레서로부터의 공기가 유입되는 제2유로(21)의 합류지점 사이에는 상기 유로(13, 21)를 선택적으로 전환시킬 수 있도록 하는 유로전환 밸브(25)가 설치되어 있다.In addition, the second flow passage 21 is provided with a valve that blocks the flow of air or is installed at the confluence between the first flow passage 13 and the second flow passage 21 to switch the flow of air. A solenoid valve 24 is provided between the air tank 20 and the fuel cell stack 10 to block the flow paths 13 and 21. The first flow path 13 through which air from the air blower 11 flows in is provided. ) And a flow path switching valve 25 for selectively switching the flow paths 13 and 21 between the confluence points of the second flow paths 21 through which air from the air compressor flows.
이하, 상기한 구현예에 의한 본 발명의 제어방법을 도 2의 순서도를 통해 상세하게 설명하자면 다음과 같다.Hereinafter, the control method of the present invention according to the above embodiment will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 2.
자동차의 시동 시, 에어탱크(20)의 압력이 사용 가능한 지 판단하게 되는데, 이때 상기 에어탱크(20)의 압력이 8~9 bar가 아닐 경우에 기존의 배터리 전원(12volt)의 사용으로 에어 블로워(11)를 작동하게 되어 연료전지 시스템에 공기를 공급하게 되며, 이에 따라 상기 연료전지 시스템이 작동하게 된다.When starting the vehicle, it is determined whether the pressure of the air tank 20 can be used. At this time, when the pressure of the air tank 20 is not 8 to 9 bar, an air blower is used by using a conventional battery power source (12 volt). (11) is operated to supply air to the fuel cell system, thereby operating the fuel cell system.
이후, 연료전지 스택(10)에서 공급되는 전원에 의해 에어 블로워(11)를 작동시켜 계속적으로 전원공급이 안정되도록 한다.Thereafter, the air blower 11 is operated by the power supplied from the fuel cell stack 10 so that the power supply is continuously stabilized.
한편, 상기 에어탱크(20)의 압력이 사용 가능한 경우에 솔레노이드 밸브(24)를 개방하는 동시에 유로전환 밸브(25)를 작동시켜 에어탱크(20)의 공기가 연료전지 스택(10)으로 공급되도록 한다.Meanwhile, when the pressure of the air tank 20 is available, the solenoid valve 24 is opened and the flow path switching valve 25 is operated so that the air of the air tank 20 is supplied to the fuel cell stack 10. do.
이후, 상기 연료전지 시스템이 작동하게 되면, 연료전지 스택(10)에서 공급되는 전원으로 에어 블로워(11)를 작동시키고, 유로전환 밸브(25)를 작동시켜 에어 블로워(11)에서 공급되는 공기가 연료전지 스택(10)으로 유입되도록 한다.Then, when the fuel cell system is operated, the air blower 11 is operated with the power supplied from the fuel cell stack 10, and the flow path switching valve 25 is operated to provide air supplied from the air blower 11. The fuel cell stack 10 is introduced into the fuel cell stack 10.
이때, 상기 솔레노이드 밸브(24)에 의해 제2유로(21)를 차단시켜 에어탱크(20)로부터의 공기가 상기 연료전지 스택(10)으로 공급되지 않도록 한다.At this time, the second channel 21 is blocked by the solenoid valve 24 so that air from the air tank 20 is not supplied to the fuel cell stack 10.
따라서, 상기와 같이, 자동차의 초기 시동 시, 배터리의 전원에 의한 블로워모터의 공기 공급 대신, 자동차의 에어컴프레서로부터의 공기 공급을 이용하여 연료전지 스택(10)을 작동되도록 함으로써, 장기 주차 및 배터리 상태 불량 등으로 인한 전원 공급 불안정을 해소시킬 수 있는 발명인 것이다.Therefore, as described above, the fuel cell stack 10 is operated by using the air supply from the air compressor of the vehicle instead of the air supply of the blower motor by the power supply of the battery at the initial startup of the vehicle, thereby prolonged parking and the battery. It is an invention that can solve the power supply instability due to poor state.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 공기 공급장치는 초기 시동 시, 배터리 상태에 관계없이 안정된 공기량을 공급할 수 있으며, 특히 냉(冷) 시동 시에도 시동성이 향상되고, 에어 블로워에 의한 소음문제를 해결할 수 있으며, 배터리의 용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the air supply apparatus of the fuel cell system for automobiles according to the present invention can supply a stable amount of air regardless of the battery state at the time of initial start-up, especially the start-up is improved even during cold start, The noise problem caused by the air blower can be solved, and the capacity of the battery can be reduced.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20081202 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |