KR100785000B1 - 연료량 검출 유닛이 구비된 연료전지 카트리지 및 이를포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법 - Google Patents

연료량 검출 유닛이 구비된 연료전지 카트리지 및 이를포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법 Download PDF

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Abstract

연료량 검출 유닛이 구비된 연료전지 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법이 개시되어 있다. 여기서 본 발명은 연료가 저장되고 연료 배출부를 갖는 연료 파우치를 포함하고 상기 연료 파우치를 가압하기 위한 가압 수단을 포함하는 연료전지 카트리지에 있어서, 상기 연료 파우치 근처에 구비된 가변 저항체, 상기 가변 저항체의 저항값을 읽기 위해 상기 가압수단에 구비된 센서 및 상기 센서를 통해서 읽은 상기 저항값에 의해 결정되는 출력전압을 외부로 전송하기 위한 접촉패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법을 제공한다.

Description

연료량 검출 유닛이 구비된 연료전지 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법{Fuel cell cartridge comprising unit of detecting residual fuel and method of measuring residual fuel of fuel cell system comprising the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 카트리지를 나타낸 입체도이다.
도 2는 도 1의 연료전지 카트리지에서 연료 파우치(fuel pouch)에 연료가 충만할 때, 가변 저항체에 대한 프로브 센서(probe sensor)의 접촉 위치를 나타낸 입체도이다.
도 3은 도 1의 연료전지 카트리지에서 연료 파우치가 비었을 때, 가변 저항체에 대한 프로브 센서의 접촉 위치를 나타낸 입체도이다.
도 4는 도 1의 카트리지의 연료량을 표시하는데 사용되는 전압신호(출력전압)을 발생시키는 회로의 예이다.
도 5는 도 1의 카트리지가 장착된 연료전지 시스템의 연료량 측정방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10:상부 케이스 20:하부 케이스
30:연료 파우치(fuel pouch) 40:노즐(연료 배출부)
50:접촉 패드(contact pad) 50a, 50b, 50c:복수의 접촉영역
60:가변 저항체 60a:지지체
60b:가변 저항 물질층(판) 70:가압판
80:가압 스프링 90:프로브 센서(probe sensor)
100:카트리지 10a, 20a:그루브(groove)
1. 발명의 분야
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 연료량 검출 유닛이 구비된 연료전지 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
연료전지 시스템은 발전이 일어나는 연료전지 본체와 이에 체결되어 상기 본체에 연료를 공급하는 카트리지를 포함한다.
연료전지 시스템의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 카트리지의 상태와 무관하게 카트리지에서 연료전지 본체로 연료가 안정적으로 공급될 수 있어야 한다. 이를 위해서는 먼저 카트리지에 남은 연료량을 정확하게 측정할 수 있어야 한다.
연료전지 시스템이 휴대용이라면, 카트리지의 처한 환경은 수시로 바뀔 수 있다. 예컨대, 연료전지 시스템이 운전되는 중에 카트리지의 방향, 온도 및/또는 진동 특성이 수시로 변화할 수 있다. 이러한 경우에도 카트리지에 남은 연료량은 정확히 측정될 수 있어야 한다. 더불어 연료 공급의 정확성과 신뢰성은 유지되어야 하므로, 상기 연료 측정 동작이 연료 가압 동작에 영향을 주는 것은 바람직하지 않다.
또한, 카트리지에 남은 연료량을 정확하게 측정할 경우, 연료전지 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다. 예를 들면, 카트리지에 남은 연료량을 정확하게 측정함으로써, 카트리지 교체시기를 정확히 예측할 수 있고 연료 공급량을 최적 상태로 제어할 수도 있다. 이렇게 하기 위해서 측정된 카트리지에 남은 연료량은 실시간으로 연료전지 시스템의 제어부에 전달되어야 하는 바, 카트리지의 남은 연료량을 측정하는 유닛은 연료전지 시스템의 제어부에 직접 신호를 전달할 수 있어야 한다.
한편, 경제적인 측면에서 카트리지는 적은 부피에 가능한 많은 연료를 저장할 수 있어야 한다. 카트리지에서 연료 저장 부분의 최대 부피는 카트리지 전체 부피를 초과할 수 없다. 그러므로 카트리지에서 연료 저장 부분을 제외한 타 부분, 예를 들면 연료 가압 부분 및 연료량 측정 부분의 부피는 최소화하는 것이 중요하다.
현재까지 다양한 연료전지 시스템이 소개되고 있으나, 현재까지 소개된 연료전지 시스템에 구비된 카트리지의 대부분은 상술한 카트리지가 갖추어야 할 조건 중 극히 일부를 만족하는데 그치고 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 카트리지의 사용 환경에 무관하게 카트리지의 남은 연료량을 정확히 측정하면서 연료 가압 과정에는 영향을 주지 않고, 실시간으로 측정된 연료량을 직접 연료전지 본체의 제어부에 전달할 수 있으며, 구조가 간단하고 경제적이면서 부피를 줄일 수 있는 연료전지 카트리지를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 연료전지 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지가 장착되는 연료전지 본체를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 연료가 저장되고 연료 배출부를 갖는 연료 파우치를 포함하고, 상기 연료 파우치를 가압하기 위한 가압 수단을 포함하는 연료전지 카트리지에 있어서, 상기 연료 파우치 근처에 구비된 가변 저항체; 상기 가변 저항체의 저항값을 읽기 위해 상기 가압 수단에 구비된 센서; 및 상기 센서를 통해서 읽은 상기 저항값에 의해 결정되는 출력전압을 외부로 전송하기 위한 접촉패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 카트리지를 제공한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위해 제공된 연료전지 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지가 장착되고 제어부를 포함하는 연료전지 본체를 구비하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법에 있어서, 상기 가변 저항체에 전압을 인가하는 단계, 상기 가변 저항체 에 상기 전압이 인가된 상태에서 상기 센서를 이용하여 상기 가변 저항체의 저항값을 읽는 단계, 상기 읽은 가변 저항체의 저항값에 대응하는 출력전압을 결정하는 단계, 상기 출력 전압을 상기 접촉 패드를 통해 연료 전지 본체에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 연료량 측정 방법을 제공한다.
이러한 연료량 측정 방법은 상기 전송된 출력전압에 의해 연료 전지 시스템 본체의 상기 제어부에 저장되어 있던 연료잔량 데이터와 비교하여 남은 연료량을 판독하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 읽은 저항값이 최소 저항값일 때, 상기 카트리지의 연료가 소진되었음을 알리기 위한 전압신호를 발생시킬 수 있다.
상기 읽은 저항값이 최대일 때, 상기 카트리지의 연료가 충만함을 알리기 위한 전압신호를 발생시킬 수 있다.
상기 기술적 과제 및 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 제공된 본 발명의 연료전지 카트리지에서 및 연료전지시스템의 연료량 측정방법에서 상기 가압 수단은 상기 연료 파우치 상부면에 구비된 가압판 및 상기 가압판 상에 구비된 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서는 상기 가압판에 일부가 내재되어 상기 가압판과 함께 움직일 수 있다. 이러한 센서는 상기 가변 저항체에 접촉되는 프로브 센서(probe sensor)일 수 있다.
이러한 본 발명의 카트리지를 이용하면, 카트리지의 사용환경에 관계없이 카트리지에 남은 연료량을 정확히 측정할 수 있고, 연료 가압 과정에 영향을 주지 않 는다. 그리고 연료전지 본체 제어부는 실시간으로 카트리지에 남은 연료량을 알 수 있는 바, 연료전지를 효율적으로 운전할 수 있다. 또한, 연료 측정 유닛의 구조가 간단하고 부피도 작기 때문에, 카트리지의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 또한, 고가의 부품을 사용하지 않고도 연료량을 검침할 수 있으므로 경제적이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 연료 측정 유닛이 구비된 연료전지 카트리지(이하, 본 발명의 카트리지) 및 이를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법(이하, 측정 방법)을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
상기 측정방법은 상기 본 발명의 카트리지에 대한 설명과 병행하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 카트리지는 상하부 케이스(10, 20)를 포함한다. 하부 케이스(20)에 연료 파우치(fuel pouch)(30)가 장착되어 있다. 연료 파우치(30)에 연료, 예컨대 고농도의 메탄올이 채워져 있다. 상하부 케이스(10, 20)에 각각 연료 파우치(30)의 연료 배출부(40)와 노즐을 고정시키는 역할을 하는 그루브(groove)(10a, 20a)가 형성되어 있다. 하부 케이스(20)와 상부 케이스(10)의 체결에 의해 연료 배출부(40)와 왼쪽의 접촉 패드(50)가 고정된다.
접촉 패드(50)는 카트리지와 연료전지 본체사이의 신호전달 통로이다. 카트리지(100)가 상기 연료전지 본체에 장착될 때, 접촉패드(50)를 통해 카트리지(100)의 상세(specifications), 예를 들면 연료의 농도, 제조일, 제조회사 등이 상기 연 료전지 본체의 제어부에 전달되고, 카트리지(100)의 남은 연료량을 알 수 있는 정보가 실시간으로 상기 연료전지 본체 제어부에 직접 전달된다. 이러한 통신을 위해 접촉 패드(50)에 복수의 구별된 접촉 영역들(50a, 50b, 50c) 혹은 채널들이 마련되어 있다. 상하부 케이스(10, 20)가 체결될 때, 접촉패드(50)의 상부는 상부 케이스(10)에 형성된 홈(10b)에 삽입되지만, 복수의 접촉영역들(50a, 50b, 50c)은 노출된다. 연료 파우치(30)의 노즐(40) 오른쪽에 가변 저항체(60)가 구비되어 있다. 가변 저항체(60)는 지지체(60a)와 지지체(60a)의 안쪽면에 부착 혹은 증착된, 하기 프로브 센서(90)가 접촉되는 가변 저항 물질층(판)(60b)으로 구성할 수 있다. 본 설명에서는 편의 상 지지체(60a)와 가변 저항 물질층(판)(60b)을 구분하지 않고, 가변 저항체(60)로 통칭한다.
가변 저항체(60)는 하부 케이스(20)의 바닥에 대해 수직하게 그리고 하부 케이스(20)의 테두리 벽에 밀착되게 구비될 수 있다. 가변 저항체(60)는 하부 케이스(20)의 테두리 벽과 연료 파우치(30) 사이의 자투리 영역에 구비되어 있다. 그러므로 가변 저항체(60)로 인해 카트리지(100)의 부피가 증가하거나 구조가 변형되지 않고, 내부적으로도 특별히 복잡하지 않다. 이러한 가변 저항체(60)의 하부는 하부 케이스(20)에 속하고, 상부는 상부 케이스(10)에 속한다. 카트리지(100)가 연료전지 본체에 체결되면서 접촉 패드(50)를 통해서 가변 저항체(60) 전압이 인가된다. 이러한 전압인가를 위한 배선(미도시)은, 예를 들면 연료 파우치(30)의 노즐(40) 밑으로 가설될 수 있다. 연료 파우치(30) 상에 가압판(70)이 구비되어 있다. 가압판(70)은 가압판(70) 상에 구비된 가압 스프링(80)으로부터 받는 압력을 연료 파우 치(30)에 전달하는 역할을 한다. 가압판(70)과 가압 스프링(80)은 가압 수단의 일예로 사용된다. 가압판(70)은 연료 파우치(30)의 연료 배출부(40)를 제외한 영역의 상부면 대부분을 덮고 있다. 따라서 가압 스프링(80)의 탄성력은 가압판(70)을 통해서 연료 파우치(30)에 균일하게 전달될 수 있다. 그러므로 카트리지(100)가 연료전지 본체에 체결되었을 때, 카트리지(100)로부터 상기 연료전지 본체로 연료가 균일하게 공급될 수 있다.
한편, 가압판(70)과 상부 케이스(10) 사이에 구비된 가압 스프링(80)을 반경이 상부 케이스(10)로 갈수록 증가하는 원형 스프링으로 도시하였지만, 사각 스프링일 수도 있다. 반대로 가압 스프링(80)은 반경이 상부 케이스(10)로 갈수록 감소하는 스프링일 수도 있다. 또한, 가압 스프링(80)은 동일한 특성을 갖는 복수의 스프링으로 대체할 수도 있을 것이다.
가압판(70)에는 프로브 센서(90)가 내재되어 있다. 그러나 프로브 센서(90)의 일부는 가압판(70)으로부터 돌출되어 가변 저항체(60)와 접촉되어 있다. 프로브 센서(90)는 가압판(70)과 동일한 높이로 구비되어 있고, 가압판(70)과 함께 움직인다. 따라서 연료 파우치(30)에 연료가 충만할 때, 프로브 센서(90)의 가압판(70)으로부터 돌출된 부분이 가변 저항체(60)와 접촉되기 위해서는 가변 저항체(60)의 높이는 적어도 연료 파우치(30)에 연료가 충만할 때의 가압판(70) 높이와 같을 수 있다. 프로브 센서(90)는 가변 저항체(60)에 접촉된 위치에서 가변 저항체(60)의 저항을 측정한다. 프로브 센서(90)에 의해 측정된 저항은 접촉 패드(50)를 통해서 연료전지 시스템의 제어부에 전달된다. 카트리지(100)가 연료전지 본체에 연료를 공 급하면서 연료 파우치(30)의 높이는 낮아지고, 가압판(70)과 함께 프로브 센서(90)의 높이도 낮아진다. 이에 따라 가변 저항체(60)에서 프로브 센서(90)가 접촉되는 위치도 낮아지는 바, 프로브 센서(90)로 측정되는 가변 저항체(60)의 저항도 낮아진다.
도 2는 도 1의 카트리지(100)에서 연료 파우치(30)에 연료가 충만할 때, 프로브 센서(90)와 가변 저항체(60)의 접촉 위치를 보여준다. 도 2에서는 편의 상, 연료 파우치(30)를 도시하지 않았다.
도 2를 참조하면, 연료 파우치(30)에 연료가 충만할 때, 프로브 센서(90)는 가변 저항체(60)의 상단에 접촉된다. 따라서 연료 파우치(30)에 연료가 충분할 때, 프로브 센서(90)를 통해서 읽혀지는 가변 저항체(60)의 저항은 가장 크다.
도 3은 도 1의 카트리지(100)에서 연료 파우치(30)에 연료가 없을 때, 곧 연료 파우치(30)가 비어 있을 때, 프로브 센서(90)와 가변 저항체(60)의 접촉 위치를 보여준다. 도 3에서도 연료 파우치(30)는 편의 상 도시하지 않았다.
도 3을 참조하면, 연료 파우치(30)가 비어 있을 때, 프로브 센서(90)는 가변 저항체(60)의 하단에 접촉된다. 따라서 연료 파우치(30)가 비어 있을 때는 가변 저항체(60)의 저항은 가장 작다.
도 2 및 도 3으로부터 연료 파우치(30)에 연료가 일부만 채워진 경우, 프로브 센서(90)는 가변 저항체(60)의 상단과 하단 사이에 위치할 것이라는 것을 알 수 있다. 또한, 연료 파우치(30)에 연료가 많이 있을 때, 프로브 센서(90)는 가변 저항체(60)의 상단에 가깝게 위치하고, 연료 파우치(30)에 남은 연료의 양이 줄수록 프로브 센서(90)는 가변 저항체(60)의 하단에 가깝게 위치한다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 프로브 센서(90)가 가변 저항체(60)에 접촉되는 위치는 연료 파우치(30)에 남아 있는 연료의 양에 비례해서 가변 저항체(60)의 상단에서 하단으로 이동되므로, 프로브 센서(90)를 통해서 읽혀지는 가변 저항체(60)의 저항도 연료 파우치(30)에 남아 있는 연료의 양에 비례해서 작아진다.
연료 파우치(30)에 남은 연료의 양과 프로브 센서(90)를 통해서 측정되는 가변 저항체(60)의 저항 사이의 이러한 비례성으로 인해서, 프로브 센서(90)로부터 측정된 가변 저항체(60)의 저항을 이용하여 연료 파우치(30)에 남은 연료의 양에 비례하여 변하는 전기적 신호, 예를 들면 전압 신호(출력전압)를 얻을 수 있다. 이 전압신호는 접촉패드(50)를 통해서 카트리지(100)가 장착되는 연료전지 본체의 제어부로 전송된다. 상기 전압신호는 상기 연료전지 본체에 미리 입력되어 있는 전압신호대 연료잔량 데이터와 비교된다. 이 결과 잔량 표시부에 카트리지(100)의 연료 파우치(30)에 남은 연료의 양이 실시간으로 표시될 수 있다.
도 4는 상기 전압신호(출력전압)을 발생시키는 회로를 개략적으로 보여준다.
도 4에서 참조부호 Rref는 기준저항으로서 카트리지마다 설정된 고유의 값이다. 그리고 Rc는 카트리지(100)로부터 실시간으로 전달되는 가변 저항체(30)의 저항을 나타낸다. 또한, Vref는 가변 저항체(30)에 인가된 전압을 나타내고, Vout는 출력 전압, 곧 상기 전기적 신호를 나타낸다.
출력전압(Vout)은 다음 수학식 1로 결정된다.
Vout = [Rc/(Rc+Rref)]Vref
수학식 1을 참조하면, 가변 저항체(30)의 저항(Rc)이 클 때, 곧 연료 파우치(30)에 남은 연료의 양이 많을수록 출력 전압(Vout)이 높고, 가변 저항체(30)의 저항(Rc)이 작을 때, 곧 연료 파우치(30)에 남은 연료의 양이 적을수록 출력 전압(Vout)이 낮은 것을 알 수 있다.
출력전압(Vout)의 변화는 곧 연료 파우치(30)의 연료량을 직접 반영하는 바, 출력전압(Vout)을 이용하여 연료 파우치(30)의 연료량을 실시간으로 표시할 수 있다.
한편, 연료 파우치(30)가 비어 있을 때, 곧 프로브 센서(90)가 가변 저항체(60)의 하단에 접촉될 때의 가변 저항체(60)의 저항(이하, 최저 저항)은 카트리지(100) 제조 단계에서 측정할 수 있다. 또한, 연료 파우치(30)에 연료가 충만할 때, 측정되는 가변 저항체(60)의 저항(이하, 최대 저항)도 카트리지(100) 제조 단계에서 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 상기 최저 저항에 대한 수학식 1의 출력전압(이하, 최저 전압)과 상기 최대 저항에 대한 수학식 1의 출력전압(이하, 최대 전압)은 연료전지 본체를 제조하는 단계에서 제어부 혹은 상기 제어부의 제어를 받는 별도의 데이터 저장부에 설정 데이터로 입력될 수 있다.
따라서 카트리지(100)가 장착되어 사용될 때, 연료전지 본체의 제어부는 도 4의 회로에서 발생되는 출력전압(Vout)이 상기 최저 전압이면, 카트리지(100)로부터 연료전지 본체로 전달되는 가변 저항체(60)의 저항이 상기 최저 저항이고, 연료 파우치(30)는 실질적으로 비어있음을 의미하는 바, 상기 제어부는 카트리지(100)의 연료 파우치(30)에 채워진 연료가 모두 소진되었음을 표시하게 한다. 또한, 같은 원리로 연료전지 본체의 제어부는 도 4의 회로에서 발생되는 출력전압(Vout)이 상기 최대 전압이면, 연료 파우치(30)에 연료가 충만함을 표시하게 한다.
카트리지(100)를 제조하는 단계에서 상기 최저 및 최대 저항뿐만 아니라 연료 파우치(30) 내의 연료량에 따른 상기 최저 저항과 상기 최대 저항사이의 저항도 측정한다. 그리고 측정된 각 저항에 대한 출력전압을 구하여 비교 데이터로서 연료전지 본체의 제어부 또는 상기한 별도의 데이터 저장부에 미리 입력해 둘 수 있다.
이렇게 하면, 카트리지(100)가 상기 연료전지 본체에 장착되어 사용되는 과정에서 상기 제어부는 도 4의 회로에서 발생되는 출력전압(Vout)과 상기 연료전지 본체의 제어부에 비교 데이터로서 기 입력된 출력전압 데이터를 비교하고, 그 결과를 이용하여 연료 파우치(30) 내에 남은 연료량이 어느 정도인지를 잔량 표시부에 표시하게 할 수 있다.
도 1의 연료전지 카트리지를 포함하는 연료전지 시스템의 연료량 측정방법을 단계별로 요약하면 도 5와 같다.
도 5를 참조하면, 상기 측정방법은 먼저 가변 저항체(60)에 기준 전압(Vref)을 인가한다(S1). 가변 저항체(60)에 기준 전압(Vref)를 인가하는 과정은 카트리지(100)가 상기 연료전지 본체에 장착되면서 상기 연료전지 본체로부터 인가된다. 다음, 가변 저항체(60)에 기준 전압(Vref)이 인가된 상태에서 프로브 센서(90)를 이용하여 프로브 센스(90)의 위치에 따른 가변 저항체(60)의 저항값(Rc)을 읽는다(S2). 다음, 수학식에 의해 저항값(Rc)에 해당하는 출력전압(Vout)이 결정된 다(S3). 접촉패드(50)를 통해 상기 결정된 출력전압을 상기 연료전지 본체에 전송한다(S4). 상기 출력전압이 상기 연료전지 본체의 제어부에 전송되면, 상기 출력전압을 상기 제어부에 기 저장된, 출력전압에 따른 연료잔량 데이터와 비교한다(S5). 이러한 비교를 통해서 카트리지(100)에 남은 연료량이 판독되고, 판독 결과는 연료전지 시스템이 채용된 잔량 표시부에 표시된다. 상기 읽은 저항값이 최소값이면, 상기 잔량 표시부에 카트리지(100)의 연료가 모두 소진되었음이 표시된다. 반대로 상기 읽은 저항값이 최대값이면, 상기 잔량 표시부에 카트리지(100)에 연료가 충만함이 표시된다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상하부 케이스(10, 20) 구조를 변형할 수 있을 것이고, 접촉 패드(50)의 위치나 형태를 변형할 수도 있을 것이다. 또한, 가변 저항체(60)의 위치와 형태를 변형할 수 있을 것이고, 그에 따라 프로브 센서(90)의 위치도 달라질 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 카트리지는 가압판과 일체로 움직이는 프로브 센서를 이용하여 가변 저항체의 저항을 읽는다. 이때, 상기 가변 저항체는 고정되어 있기 때문에, 상기 가변 저항체에 대한 프로브 센서의 이동은 상기 가압판이 이 동될 때를 제외하고 일어나지 않는다. 그리고 상기 가변 저항체에 접촉되는 상기 프로브 센서의 마찰 저항은 매우 낮고 온도에 의한 오차도 낮다.
그러므로 본 발명에서 상기 프로브 센서를 이용한 상기 가변 저항체의 저항을 읽는 과정은 상기 카트리지의 사용 환경(기울임, 뒤집음, 회전, 온도)에 영향을 받지 않는 바, 상기 카트리지의 사용 환경에 무관하게 상기 가변 저항체의 저항을 정확히 읽을 수 있다.
본 발명에서 가변 저항체의 저항은 연료 파우치에 남은 연료의 양을 반영하는 바, 본 발명의 카트리지를 이용하면, 상기 카트리지에 남은 연료의 양을 정확히 예측할 수 있고, 상기 카트리지의 최적 교체시기를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 카트리지의 연료량 측정 유닛은 연료와 비접촉 상태에서 연료량을 측정하는 바, 연료의 물리적 성질과 화학적 성질과 무관하게 연료량을 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 카트리지의 연료량 측정 유닛을 이루는 프로브 센서와 가변 저항체는 간단한 구조이고, 카트리지의 자투리 영역에 구비될 만큼 부피도 크지 않은 바, 카트리지의 내부 공간을 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 카트리지에서 연료량 측정 유닛은 연료 파우치에 직접 설치되어 있지 않고, 그 동작 저항이 매우 작은 바, 연료 가압 과정에 영향을 주지 않는다.
또한, 본 발명의 카트리지는 연료량을 검침하는데 있어 압력센서와 같은 고가의 부품을 사용할 필요가 없는 바, 경제적일 수 있다.
또한, 본 발명의 카트리지는 프로브 센서로 측정한 가변 저항체의 저항을 접촉 패드를 통해서 연료전지 본체 제어부에 실시간으로 제공하므로, 본 발명의 카트리지를 이용하면, 연료전지 본체에 카트리지에 남은 연료량에 대한 정보를 실시간으로 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 연료가 저장되고 연료 배출부를 갖는 연료 파우치를 포함하고, 상기 연료 파우치를 가압하기 위한 가압 수단을 포함하는 연료전지 카트리지에 있어서,
    상기 연료 파우치 근처에 구비된 가변 저항체;
    상기 가변 저항체의 저항값을 읽기 위해 상기 가압 수단에 구비된 센서; 및
    상기 센서를 통해서 읽은 상기 저항값에 의해 결정되는 출력전압을 외부로 전송하기 위한 접촉패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 수단은,
    상기 연료 파우치 상부면에 구비된 가압판; 및
    상기 가압판 상에 구비된 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 카트리지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 센서는 상기 가압판에 일부가 내재되어 상기 가압판과 함께 움직이는 것을 특징으로 하는 연료전지 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 가변 저항체에 접촉되는 프로브 센서인 것을 특징으로 하는 연료전지 카트리지.
  5. 청구항 1항의 연료전지 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지가 장착되고 제어부를 포함하는 연료전지 본체를 구비하는 연료전지 시스템의 연료량 측정 방법에 있어서,
    상기 가변 저항체에 전압을 인가하는 단계;
    상기 가변 저항체에 상기 전압이 인가된 상태에서 상기 센서를 이용하여 상기 가변 저항체의 저항값을 읽는 단계;
    상기 읽은 가변 저항체의 저항값으로 출력 전압을 결정하는 단계;
    상기 출력 전압을 상기 접촉 패드를 통해 연료 전지 본체에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 연료량 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전송된 출력전압에 의해 연료 전지 시스템 본체의 상기 제어부에 저장되어 있던 연료잔량 데이터와 비교하여 남은 연료량을 판독하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 연료량 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 읽은 저항값이 최소 저항값일 때, 상기 카트리지의 연료가 소진되었음을 알리기 위한 전압신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료잔량 측정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 읽은 저항값이 최대일 때, 상기 카트리지의 연료가 충만함을 알리기 위한 전압신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 의 연료잔량 측정 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 가압 수단은,
    상기 연료 파우치 상부면에 구비된 가압판; 및
    상기 가압판 상에 구비된 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료잔량 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 센서는 상기 가압판에 일부가 내재되어 상기 가압판과 함께 움직이는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료잔량 측정 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 센서는 상기 가변 저항체에 접촉되는 프로브 센서인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 연료잔량 측정방법.
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