KR100696686B1 - 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법 - Google Patents

연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100696686B1
KR100696686B1 KR1020050054823A KR20050054823A KR100696686B1 KR 100696686 B1 KR100696686 B1 KR 100696686B1 KR 1020050054823 A KR1020050054823 A KR 1020050054823A KR 20050054823 A KR20050054823 A KR 20050054823A KR 100696686 B1 KR100696686 B1 KR 100696686B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow rate
fuel
pump
correction
rotation speed
Prior art date
Application number
KR1020050054823A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060135139A (ko
Inventor
장원혁
이동윤
최상현
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020050054823A priority Critical patent/KR100696686B1/ko
Priority to EP06115965A priority patent/EP1744391B1/en
Priority to JP2006174254A priority patent/JP4558683B2/ja
Priority to DE602006002787T priority patent/DE602006002787D1/de
Priority to CN2006100926231A priority patent/CN1885605B/zh
Priority to US11/475,421 priority patent/US7757668B2/en
Publication of KR20060135139A publication Critical patent/KR20060135139A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100696686B1 publication Critical patent/KR100696686B1/ko

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
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • 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
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • 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
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • 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)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

본 발명은, 연료를 개질하여 수소를 발생시키는 개질기 또는 상기 연료와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택으로 상기 연료를 공급하도록, 펌프, 회전수 측정기, 마이컴 및 전력 변환기를 갖춘 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량을 제어하는 방법으로서, 상기 펌프의 인레트로 흡인되어 아웃레트로 토출되는 상기 연료의 역압력을 검출하고, 이 값을 상기 마이컴에 미리 설정 입력시킨 기준 역압력, 기준유량, 펌프의 기준회전수, 기준전압과 연산 처리하여 데이터를 얻고, 상기 데이터를 상기 마이컴에 메모리된 유량 제어 프로그램으로 연산 처리하여 데이터를 얻고, 이 데이터를 기초하여 상기 전력 변환기의 출력 전압을 변화시켜 상기 인레트 측의 유량을 가감 제어하는 구성으로 되는 것이다.
유량 제어, 유량조절시스템, 유량제어알고리즘

Description

연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법{collection method amount of flow in fuel feeder for fuel cell system}
도 1은 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 연료 유량 공급 제어장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 연료 유량 공급 제어장치의 제어 계통을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 유량 보정방법에 의한 제어 흐름을 설명하는 플로우 챠트이다.
도 5는 본 발명의 유량 보정방법에 의한 펌프 출력과 유량 변화의 관계를 도시한 타임 챠트이다.
본 발명은 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 펌프의 회전속도 측정에 기초한 데이터로 전류량을 조절하여 연료 유량의 가감 제어가 나타나게 한 연료 공급장치의 유량 보정방법에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 연료에 함유되어 있는 수소와, 별도로 공급되는 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료 전지에 있어, 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer) 등을 구비한다. 스택은 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지의 본체를 형성하며, 개질기는 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 이 수소를 스택으로 공급한다.
한편, PEMFC와 다른 방식의 연료 전지 시스템은 연료를 직접 스택으로 공급하여 이 연료와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC, 이하 DMFC라 한다) 방식을 채용할 수 있다. 이러한 DMFC 방식을 채용한 연료 전지 시스템은, PEMFC 방식의 연료 전지 시스템과 달리, 개질기를 필요로 하지 않는다.
상술한 바와 같은 연료 전지 시스템은 연료를 개질기 또는 스택으로 공급하기 위한 연료 펌프를 구비하는 바, 이 연료 펌프는 동력기관으로 구동되어 압력작용을 일으킴으로써 연료를 압송하는 기능을 하게 된다.
이러한 연료 펌프로 공급되는 연료는 필요에 따라 가감 조절되게 해야 할 필요가 있다. 즉, 연료 펌프를 통해 이송되는 연료의 유량 제어에는, 펌프로 가해지는 전력량을 변화시켜 출력이 가감되게 함으로써 연료의 공급량이 변화되게 하는 방법과, 유량계와 이를 제어하는 제어기를 펌프에 병설하여 공급되는 연료의 유량을 유량계가 체크하여 보내는 신호를 제어기가 연산 처리하고, 그 값에 따라 펌프를 제어하는 방법이 널리 알려져 있다.
전자의 방법은 장치 구성상 저렴한 비용으로 제조 가능하다는 이점이 있으나, 정밀도 높은 유량 제어는 기대할 수 없다. 반대로, 후자는 정밀도 높은 유량 제어를 행할 수 있으나, 별도로 유량계와 제어기를 구비해야 하므로 제조 비용이 비싸고 장치 부피가 커지게 된다. 따라서 제조 비용이 저렴하면서 정밀한 유량 제어를 구현할 수 있는 장치가 요망되고 있다.
본 발명의 상기한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 유량계와 제어기에 의존하지 않고 펌프를 통해 공급되는 연료 유량의 정밀한 제어를 행할 수 있는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료를 개질하여 수소를 발생시키 는 개질기 또는 상기 연료와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택으로 상기 연료를 공급하도록, 펌프, 회전수 측정기, 마이컴 및 전력 변환기를 갖춘 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량을 제어하는 방법으로서, 상기 펌프의 인레트로 흡인되어 아웃레트로 토출되는 상기 연료의 역압력을 검출하고, 이 값을 상기 마이컴에 미리 설정 입력시킨 기준 역압력, 기준유량, 펌프의 기준회전수, 기준전압과 연산 처리하여 데이터를 얻고, 상기 데이터를 상기 마이컴에 메모리된 유량 제어 프로그램으로 연산 처리하여 데이터를 얻고, 이 데이터를 기초하여 상기 전력 변환기의 출력 전압을 변화시켜 상기 인레트 측의 유량을 가감 제어하는 구성으로 되는 것이다.
상기 유량 제어 프로그램은 상기 기준 역압력, 기준유량, 펌프의 기준회전수, 기준전압을 산출할 수 있는 연산식이 내장되어 있고, 하기의 플로우에 따라 동작하게 되어 있다.
(a) 기준유량에 대응하는 기준전압을 펌프에 인가하고 그 실제 회전수를 측정하는 회전수 측정단계;
(b) 기준유량에 대응하는 기준회전수에서, 측정된 펌프 실제 회전수를 감하여 얻는 회전수 차로부터 현재 펌프에 가해지는 역압력의 크기를 연산 측정하는 출력 측정단계;
(c) 상기 회전수 차를 미리 설정 입력된 기준전압과 함께 소정의 연산식으로 연산하여 펌프에 의한 실제 공급유량을 계측하는 현재 공급유량 계산단계;
(d) 상기 실제 공급유량을 미리 설정 입력된 기준유량에 비교 연산하여 현재 의 공급유량에 필요한 보정유량을 소정의 연산식으로 연산하는 유량 보정단계; 및
(e) 상기 회전수 차와 보정유량에 기초하여 보정출력을 소정의 연산식으로 연산하는 출력 보정단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도면을 참고하면, 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템(110)은 연료를 개질하여 수소를 발생시키고, 이 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
이러한 연료 전지 시스템(110)에 있어 상기 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 액상 또는 기체 상태로 이루어진 연료를 의미한다. 그러나 본 실시예에서 설명하는 연료는 메탄올과 같은 액상의 연료를 의미한다.
그리고 본 시스템(110)은 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.
상술한 바와 같은 연료 전지 시스템(110)은 언급한 바와 같이 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택(111)과, 연료의 개질 반응을 통해 이 연료로부터 수소를 발생시키고 이 수소를 스택(111)으로 공급하는 개질기(113)와, 이 개질기(113)로 연료를 공급하는 연료 공급장치(115)와, 스택(111)으로 공기를 공급하는 공기 공급장치(118)를 포함한다.
상기에서 스택(111)은 개질기(113)로부터 공급되는 수소와, 공기 공급장치(119)로부터 공급되는 공기 중의 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지로 구성된다. 이러한 스택(111)은 상기한 전기 에너지를 발생시키는 최소 단위의 전기 발생부(112)를 구비하는 바, 이 전기 발생부(112)는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(당 업계에서는 '바이폴라 플레이트'라고도 한다.)를 밀착 배치하여 구성될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 위와 같은 최소 단위의 전기 발생부(112)를 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부(112)의 집합체 구조에 의한 스택(111)을 형성할 수 있다. 이와 같은 스택(111)의 구성은 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지의 스택 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.
개질기(113)는 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응 예컨대, 수증기 개질 반응, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 통상적인 개질기의 구조로 이루어진다.
상기한 개질기(113)로 연료를 공급하는 연료 공급장치(115)는 연료를 저장하는 연료 탱크(116)와, 이 연료 탱크(116)에 연결 설치되어 상기 연료를 배출시키는 연료 펌프(2)를 포함한다.
그리고 상기한 스택(111)으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치(118)는 공기를 흡입하여 이 공기를 스택(111)의 전기 발생부(112)로 압송하는 통상적인 구조의 공기 펌프(119)를 포함한다.
대안으로서, 본 시스템(110)은 상기한 연료를 직접 스택(111)으로 공급하여 이 연료와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) 방식으로 구성될 수도 있다. 더욱 바람직하게는, 언급한 바와 같은 연료 공급장치(115) 및 공기 공급장치(118)에 의해 연료와 산소를 스택(111)으로 공급하여 상기한 전기 에너지를 발생시키는 액티브형(Active Type) 연료 전지 방식으로 구성될 수 있다. 이 경우 상기 연료 전지 시스템(110)은 고분자 전해질형 연료 전지 방식과 달리, 도 1에 가상선으로 도시한 개질기(113)를 필요로 하지 않으며, 연료 공급장치(113)의 연료 탱크(116)와 스택(111)이 파이프 라인 등을 통하여 직접적으로 연결 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템(110)에 적용 가능한 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급장치의 유량 보정방법은, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 펌프(2), 회전수 측정기(4), 마이컴(6) 및 전력 변환기(8)를 갖춘 연료의 유량 공급 제어유닛에 적용될 수 있다. 이 때 상기 마이컴(6)에는 후술하는 유량 제어 프로그램(10)이 메모리된다.
본 발명에서 유량 제어는 펌프(2)의 인레트(12)로 흡인되어 아웃레트(14)로 토출되는 연료의 역압력을 검출하여 행해진다.
상기 마이컴(6)에 메모리된 유량 제어프로그램(10)에는 기준 역압력(P0)에서 원하는 기준유량(Q0)과 이를 얻게 하는 펌프 기준회전수(rpm0)와, 상기 펌프(2)를 기준회전수(rpm0)로 구동시키기 위한 기준전압(V0)을 산출할 수 있는 하기 연산식 1, 2가 내장되어 있다.
연산식 1] V0 = fv(Q0)
연산식 2] rpm0 = frpm(Q0)
상기 연산식 1, 2는 회전수와 전력량을 여러 가지로 변화시켜서 가동하여 얻은 연료 공급량의 실험 데이터를 기초하여 설정 입력되는 것이다.
또 마이컴(6)에 메모리된 유량 제어 프로그램(10)은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 하기의 플로우에 따라 동작한다.
유량 제어 프로그램(10)에 의해, 마이컴(6)은 회전수 측정단계(20)에서 기준유량(Q0)에 대응하는 기준전압(V0)을 펌프에 인가하고 그 실제 회전수(rpm)를 측정한다.
일반적으로 역압력은 비안정적이어서 심하게 흔들리고, 그 영향으로 인해 펌프 회전수 또한 불안정하게 되는 것이므로, 측정의 정확성을 기하고자, 상기 실제 회전수(rpm)의 측정을 수회, 적어도 3회 이상 행하고 얻어지는 값의 평균값을 산출하여 적용한다.
기준전압(V0)의 인가 상태에서 실제 회전수(rpm)의 측정이 끝나면, 출력 측 정단계(40)로 진행하여 상기 역압력의 크기를 통해 출력을 연산하여 측정한다.
즉, 역압력은 기준유량(Q0)에 대응하는 기준회전수(rpm0)에서, 조정 후에 측정된 펌프 실제 회전수(rpm)를 감하여 산출되는 값, 즉 회전수 차(△rpm)로부터 현재 펌프에 가해지는 역압력(P)의 크기를 도출해 낼 수 있다.
더 구체적으로, 상기 회전수 차(△rpm) = 0 일 때, 기준 역압력(P0)이 가해지는 것으로 펌프(2)는 원하는 양의 연료를 공급하고 있음을 나타낸다.
상기 회전수 차(△rpm) < 0 이면, 현재의 실제 역압력(P)이 기준 역압력(P0)보다 작은 상태로서 펌프(2)는 기준유량(Q0)보다 많은 양의 연료를 공급하고 있는 상태를 나타낸다.
상기 회전수 차(△rpm) > 0 이면, 현재의 실제 역압력(P)이 기준 역압력(P0)보다 큰 상태로서 펌프(2)는 기준유량(Q0)보다 적은 양의 연료를 공급하고 있는 것을 나타낸다.
상기와 같이 산출된 회전수 차(△rpm)는 미리 설정 입력된 기준전압(V0)과 함께 하기의 현재 공급유량 계산단계(60)에서, 하기 연산식 3에 대입되어 펌프(2)의 실제 공급유량(QC)으로 연산 처리된다.
연산식 3]
QC = fQ(△rpm,V0)
상기와 같이 실제 공급유량(QC)의 연산이 종료되면, 다음에 유량 보정단계(80)로 진행하고, 상기 현재 공급유량 계산단계(60)에서 연산된 펌프(2)의 실제 공급유량(QC)을, 미리 설정 입력된 기준유량(Q0)과 비교 연산하여 현재의 공급유량(QC)의 부족, 또는 과잉 여부를 나타내는 보정유량(QA)을 얻는다.
이 때의 보정유량(QA)은 하기 연산식 4에 따라 연산된다.
연산식 4]
QA = Q0 + (Q0 - QC)
또, 상기와 같이 보정유량(QA)의 연산을 끝내면 다음의 출력 보정단계(100)로 진행하여, 상기 회전수차(△rpm)와 보정유량(QA)을 기초하여 보정출력(VA)을 연산하며, 펌프(2)의 보정출력(VA)은 하기 연산식 5로 산출된다.
연산식 5]
VA = fv(△rpm,QA)
상기 연산식 5는 연산식 4를 재정리하거나 연산식 3의 구성에 채용된 데이터로부터 구성할 수 있다.
회전수 측정단계(20)와 출력 보정단계(100)에 주어지는 시간은 동일하게 하는 것이 바람직하지만 반드시 그렇게 할 필요는 없으며, 시간을 다르게 하는 경우는 상기 연산식 4의 편차량(Q0 - QC)에 보정값(회전수 측정시간/출력 보정시간)을 곱해주어야 한다.
상기와 같은 유량 보정 프로그램(10)의 동작 사이클은 일정한 시간 간격으로 반복 실시된다.
본 발명이 적용된 연료 공급 제어유닛은, 실제에 있어서 상술한 데이터 값을 기초하여 도 3의 도시에 따른 제어 계통을 통해 전기적으로 제어된다.
마이컴(6)에서의 출력신호는 전력변환기(8)로 입력되어 그 출력단의 전압이 변화되도록 제어된다.
상기 전압변환기(8)는 기본적으로 전류제어기(8a)와 컨버터(8b)를 구비한 것이며, 여기에서 출력되는 신호는 피드 백되어 정밀한 제어가 이루어지게 구성한다.
또, 전력변환기(8)에서의 출력전압으로 펌프(2)가 동작되고, 그 회전수는 회전수 측정기(4)에 의해 상시 계측되어 마이컴(6)으로 입력된다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 보정 프로그램(10)의 동작 사이클이 일정한 시간 간격으로 반복 실시되면서 펌프(2)의 출력과 연료의 유량이 상관 관계를 가지고 있음에 따라 도 5의 도시와 같이 일정한 시간 간격 동안(도 5 타임도의 2 섹션 단위) 개질기 또는 스택으로 원하는 유량이 공급되도록 제어할 수 있다.
이를 더욱 구체적으로 설명하면, 마이컴(6)은 연산식 1, 2로서 원하는 기준유량(Q0)에 대응하는 기준전압(V0)을 펌프에 인가하고, 그 실제 회전수(rpm)를 측정한다.
이 후, 기준유량(Q0)에 대응하는 기준회전수(rpm0)에서, 조정 후에 측정된 펌프의 실제 회전수(rpm)를 감하여 산출되는 회전수차(△rpm)를 구하고, 이 회전수차(△rpm)로부터 현재 펌프에 가해지는 역압력(P)의 크기를 산출한다.
상기와 같이 산출된 회전수차(△rpm)는 미리 설정 입력된 기준전압(V0)과 함께 연산식 3에 대입되어 펌프의 실제 공급유량(QC)으로 연산 처리된다.
이 후, 연산식 4에 따라 상기 연산된 펌프의 실제 공급유량(QC)을, 미리 설정 입력된 기준유량(Q0)과 비교 연산하여 현재의 공급유량(QC)의 부족, 또는 과잉 여부를 나타내는 보정유량(QA)을 얻는다.
상기와 같이 보정유량(QA)의 연산을 끝내면 회전수차(△rpm)와 보정유량(QA)을 기초하여 연산식 5로서 보정출력(VA)을 산출하고, 그 보정출력(VA)을 펌프(2)에 인가한다. 따라서, 펌프(2)는 보정출력(VA)에 기초하여 보정유량(QA)(도 5에서 QA = Q0 + (Q0 - QC)에 상응하는 유량)을 토출시키게 된다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 펌프(2)의 동작 중에 주기적으로 상기 회전수 측정/출력보정을 반복하여 실시하고, 상술한 연산식에 따른 연산치로 펌프(2)에 인가되는 전압을 변동시켜 실제 토출되는 연료의 유량을 가감 제어함으로써 일정한 시간 간격 동안(도 5의 타입도에서 2 섹션 단위) 원하는 유량의 연료를 개질기 또는 스택에 공급할 수 있게 된다.
삭제
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 유량계와 유량제어기에 의존하지 않고, 마이컴에 메모리되는 제어 프로그램의 연산처리로, 펌프에 인가되는 전압을 변동시켜 아웃레트 측으로 토출되는 연료의 유량을 가감 조절하게 한 것이므로 간단한 구조로서 저렴한 비용으로 정밀도 높은 연료 공급장치를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (6)

  1. 연료를 개질하여 수소를 발생시키는 개질기 또는 상기 연료와 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 스택으로 상기 연료를 공급하도록, 펌프, 회전수 측정기, 마이컴 및 전력 변환기를 갖춘 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량을 제어하는 방법으로서,
    상기 펌프의 인레트로 흡인되어 아웃레트로 토출되는 상기 연료의 역압력을 검출하고,
    이 값을 상기 마이컴에 미리 설정 입력시킨 기준 역압력, 기준유량, 펌프의 기준회전수, 기준전압과 연산 처리하여 데이터를 얻고,
    상기 데이터를 상기 마이컴에 메모리된 유량 제어 프로그램으로 연산 처리하여 데이터를 얻고,
    이 데이터를 기초하여 상기 전력 변환기의 출력 전압을 변화시켜 상기 인레트 측의 유량을 가감 제어하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어 프로그램에는 상기 기준 역압력, 기준유량, 펌프의 기준회전수, 기준전압을 산출할 수 있는 하기 연산식 1, 2가 내장되어 있음을 특징으로 하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
    연산식 1] V0 = fv(Q0)
    연산식 2] rpm0 = frpm(Q0)
    상기 연산식에서, V0 는 기준전압, Q0 는 기준유량, rpm0 는 펌프의 기준회전수, rpm은 펌프의 실제 측정된 회전수이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 제어 프로그램은 하기의 플로우를 구비한 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
    (a) 기준유량에 대응하는 기준전압을 펌프에 인가하고 그 실제 회전수를 측정하는 회전수 측정단계;
    (b) 기준유량에 대응하는 기준회전수에서, 측정된 펌프 실제 회전수를 감하여 얻는 회전수 차로부터 현재 펌프에 가해지는 역압력의 크기를 연산 측정하는 출력 측정단계;
    (c) 상기 회전수 차를 미리 설정 입력된 기준전압과 함께 연산하여 펌프에 의한 실제 공급유량을 계측하는 현재 공급유량 계산단계;
    (d) 상기 실제 공급유량을 미리 설정 입력된 기준유량에 비교 연산하여 현재의 공급유량에 필요한 보정유량을 연산하는 유량 보정단계; 및
    (e) 상기 회전수 차와 보정유량에 기초하여 보정출력을 연산하는 출력 보정단계
    를 포함하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    하기 연산식 3]에 의하여 실제 공급유량을 계측하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
    연산식 3]
    QC = fQ(△rpm,V0)
    상기 연산식에서 QC 는 실제 공급유량, V0 는 기준전압, rpm은 펌프의 실제 측정된 회전수이다.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    하기 연산식 4]로 상기 보정유량을 연산하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
    연산식 4]
    QA = Q0 + (Q0 - QC)
    상기 연산식에서 QA 는 보정유량이다.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    하기 연산식 5]에 따라 상기 보정출력을 연산하는 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법.
    연산식 5]
    VA = fv(△rpm,QA)
    상기 연산식에서 VA 는 보정출력이다.
KR1020050054823A 2005-06-24 2005-06-24 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법 KR100696686B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050054823A KR100696686B1 (ko) 2005-06-24 2005-06-24 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법
EP06115965A EP1744391B1 (en) 2005-06-24 2006-06-23 Method of correcting flow rate in fuel supply unit of fuel cell system
JP2006174254A JP4558683B2 (ja) 2005-06-24 2006-06-23 燃料電池システム用燃料供給装置の流量補正方法
DE602006002787T DE602006002787D1 (de) 2005-06-24 2006-06-23 Methode zur Korrektur der Durchflussrate in einer Brennstoffzufuhreinrichtung eines Brennstoffzellensystems
CN2006100926231A CN1885605B (zh) 2005-06-24 2006-06-26 修正燃料电池系统的燃料供给单元中的流速的方法
US11/475,421 US7757668B2 (en) 2005-06-24 2006-06-26 Method of correcting flow rate in fuel supply unit of fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050054823A KR100696686B1 (ko) 2005-06-24 2005-06-24 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060135139A KR20060135139A (ko) 2006-12-29
KR100696686B1 true KR100696686B1 (ko) 2007-03-20

Family

ID=37103162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050054823A KR100696686B1 (ko) 2005-06-24 2005-06-24 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7757668B2 (ko)
EP (1) EP1744391B1 (ko)
JP (1) JP4558683B2 (ko)
KR (1) KR100696686B1 (ko)
CN (1) CN1885605B (ko)
DE (1) DE602006002787D1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100830299B1 (ko) * 2006-11-03 2008-05-19 삼성에스디아이 주식회사 연료 잔여량을 산정하는 연료 전지 시스템
KR101447248B1 (ko) * 2010-05-13 2014-10-06 현대중공업 주식회사 연료전지의 공기 유량 제어방법
CN103887540B (zh) * 2012-12-21 2016-03-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种高温液体燃料电池或电池堆的燃料进料装置
KR101438617B1 (ko) * 2012-12-28 2014-09-05 현대자동차 주식회사 연료전지 시스템의 운전방법
CN111490272B (zh) * 2020-03-31 2021-07-02 清华大学 燃料电池停机吹扫方法
CN112054230B (zh) * 2020-09-15 2022-02-08 上海燃料电池汽车动力系统有限公司 一种用于氢燃料电池排水排气装置的故障诊断方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0775214A (ja) * 1993-07-08 1995-03-17 Daimler Benz Ag 燃料電池付き走行車における動的な出力調整方法とその装置
JPH0878031A (ja) * 1994-09-05 1996-03-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置の空気ブロワ制御装置
US6587766B2 (en) 1999-01-28 2003-07-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling the power of a fuel cell stack, method for controlling the power of a drive unit of an electric vehicle, and fuel cell device

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050878A (en) * 1974-05-16 1977-09-27 Autotronic Controls Corporation Electronic carburetion system for low exhaust emissions of internal combustion engines
JPS60184934A (ja) * 1984-03-05 1985-09-20 Nippon Denso Co Ltd 燃料噴射装置
JP3111073B2 (ja) * 1989-11-25 2000-11-20 ローベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 燃料供給ポンプの駆動装置
DE4036905A1 (de) * 1989-11-25 1991-05-29 Bosch Gmbh Robert Antriebssystem fuer eine kraftstoff-foerderpumpe in verbindung mit einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeuges
JP3118982B2 (ja) * 1992-09-29 2000-12-18 富士電機株式会社 燃料電池発電装置
JP3488894B2 (ja) * 1994-01-31 2004-01-19 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド 電動車両の電気モータ制御装置
JP3579733B2 (ja) * 1995-07-11 2004-10-20 株式会社東京アールアンドデー モータ駆動用電源装置
US6339743B1 (en) * 1997-10-31 2002-01-15 Holley Performance Products, Inc. Ignition system and method of programming an ignition system
DE10213792A1 (de) * 2002-03-27 2003-10-23 Bosch Gmbh Robert Reformierungseinrichtung für eine Brennstoffstelle
JP3895260B2 (ja) * 2002-11-15 2007-03-22 本田技研工業株式会社 燃料電池システムおよびその駆動方法
JP4147936B2 (ja) * 2002-12-25 2008-09-10 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US6881507B2 (en) * 2003-06-04 2005-04-19 Milos Milacic Method and apparatus for measuring the mass flow of hydrogen in a fuel cell
JP2006244966A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の電流−電圧特性学習装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0775214A (ja) * 1993-07-08 1995-03-17 Daimler Benz Ag 燃料電池付き走行車における動的な出力調整方法とその装置
JPH0878031A (ja) * 1994-09-05 1996-03-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置の空気ブロワ制御装置
US6587766B2 (en) 1999-01-28 2003-07-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling the power of a fuel cell stack, method for controlling the power of a drive unit of an electric vehicle, and fuel cell device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007005315A (ja) 2007-01-11
US7757668B2 (en) 2010-07-20
EP1744391A1 (en) 2007-01-17
US20060292011A1 (en) 2006-12-28
JP4558683B2 (ja) 2010-10-06
KR20060135139A (ko) 2006-12-29
CN1885605A (zh) 2006-12-27
EP1744391B1 (en) 2008-09-17
DE602006002787D1 (de) 2008-10-30
CN1885605B (zh) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4821962B2 (ja) 燃料電池システム
US20060177711A1 (en) Fuell cell control and data reporting
WO2008108451A1 (ja) 燃料電池システム、電極触媒の劣化判定方法、および移動体
KR100696686B1 (ko) 연료 전지 시스템용 연료 공급장치의 유량 보정방법
JP2006351506A (ja) 燃料電池システム
JP2004537150A (ja) ダイレクトメタノール燃料電池におけるメタノール濃度制御方法
WO2007075729A2 (en) Fuel cell sensors and methods
KR100811982B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법
EP1855343B1 (en) Method and apparatus for controlling operation of direct methanol fuel cell system
JP6777006B2 (ja) 燃料電池システム
CN102598381B (zh) 燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法
JP4973138B2 (ja) 燃料電池システム
US20080026272A1 (en) Fuel supply system for fuel cell and fuel cell system using the same
US7910256B2 (en) Method for supplying fuel to fuel cell
US8637199B2 (en) Fuel cell using organic fuel
JP2006310046A (ja) 燃料電池の水素循環量制御装置及び燃料電池の水素循環量制御方法
JP6124619B2 (ja) ガス流量制御装置及びガス流量制御方法
EP2406844A1 (en) Fuel cell system, control method for the fuel cell system, and state detection method for fuel cell
KR20080040464A (ko) 연료 잔여량을 산정하는 연료 전지 시스템
KR100786481B1 (ko) 연료전지 시스템 운전제어 방법 및 장치와 이를 채용한직접 메탄올형 연료전지 시스템
JP2004179126A (ja) 燃料電池システムの酸化剤圧力制御方法
US20080152964A1 (en) Technique and apparatus to regulate a reactant stoichiometric ratio of a fuel cell system
KR101040838B1 (ko) 연료전지 시스템 및 이를 위한 유체 센싱 장치
KR101201809B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR100805581B1 (ko) 켄트리버 속도 센서를 구비한 연료전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120221

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130222

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee