KR100962896B1 - Method for filling safely hydrogen in the hydrogen tank - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나 이상의 수소탱크를 장착한 연료전지 차량의 급속 수소 충진시, 안전하면서도 빠른 수소 충진이 이루어질 수 있도록 한 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for safely filling hydrogen in a hydrogen storage system. More particularly, the present invention relates to hydrogen in a hydrogen storage system that enables safe and fast hydrogen filling in rapid hydrogen filling of a fuel cell vehicle equipped with one or more hydrogen tanks. It relates to a safety filling method.
이를 위해, 본 발명은 수소탱크에 대한 수소 급속 충진이 진행되는 단계와; 상기 수소탱크측의 온도센서에 이상이 있는 경우, 수소탱크에 대한 충진 모드가 완속 충진 모드로 전환되는 단계와; 상기 수소탱크측의 압력센서에 이상에 있는 경우, 수소탱크에 대한 충진이 중단되는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법.To this end, the present invention comprises the steps of rapid hydrogen filling for the hydrogen tank; When the temperature sensor on the side of the hydrogen tank is abnormal, changing the filling mode for the hydrogen tank to the slow filling mode; Stopping the filling of the hydrogen tank when there is an abnormality in the pressure sensor of the hydrogen tank side; Safe filling method of a hydrogen storage system, characterized in that consisting of.
연료전지, 수소자동차, 안전, 충진, 수소 탱크, 수소 충전소, 압력센서, 온도센서, 급속 충진 Fuel Cell, Hydrogen Vehicle, Safety, Filling, Hydrogen Tank, Hydrogen Filling Station, Pressure Sensor, Temperature Sensor, Rapid Filling
Description
본 발명은 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나 이상의 수소탱크를 장착한 연료전지 차량의 급속 수소 충진시, 안전하면서도 빠른 수소 충진이 이루어질 수 있도록 한 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for safely filling hydrogen in a hydrogen storage system. More particularly, the present invention relates to hydrogen in a hydrogen storage system that enables safe and fast hydrogen filling in rapid hydrogen filling of a fuel cell vehicle equipped with one or more hydrogen tanks. It relates to a safety filling method.
통상적으로, 수소를 연료로 사용하는 연료전지 자동차는 350 기압 또는 700 기압의 수소 탱크를 하나 이상 장착하고 있다.Typically, fuel cell vehicles using hydrogen as fuel are equipped with one or more hydrogen tanks of 350 atm or 700 atm.
상기 수소 탱크에 대한 수소 충진 시스템은, 수소 충전소의 디스펜서 또는 수소 탱크에 포함된 압력 센서에서 압력을 측정하여, 그 측정압력이 목표압력에 도달하면 충진을 마치는 시스템으로 되어 있다.The hydrogen filling system for the hydrogen tank is a system in which the pressure is measured by a dispenser of a hydrogen filling station or a pressure sensor included in the hydrogen tank, and the filling is completed when the measured pressure reaches the target pressure.
수소 탱크에 대한 수소 충진시 한가지 주목해야 할 점으로서, 수소 충진시 수소 탱크내의 가스 온도가 상승한다는 점이다.One thing to note when filling the hydrogen tank is that the gas temperature in the hydrogen tank rises during hydrogen filling.
수소 탱크의 내부에는 통상 알루미늄 또는 폴리머 라이너로 1차 쉘이 형성되어 있는데, 이 1차 쉘은 고온에 노출될 경우 재료의 연화로 인하여 파손의 위험이 있다.The inner shell of the hydrogen tank is usually formed of a primary shell made of aluminum or a polymer liner, the primary shell there is a risk of damage due to the softening of the material when exposed to high temperatures.
따라서, 국제 표준은 안전을 고려하여, 수소 충진시 수소 탱크내의 가스 온도를 85℃ 이하로 제한하고 있다.Therefore, in consideration of safety, the international standard limits the gas temperature in the hydrogen tank to 85 ° C. or lower during hydrogen filling.
수소 탱크에 대한 수소 충진시 또 한가지 주목해야 할 점으로서, 수소 탱크의 내부 온도 상승은 수소 충진 속도에 비례한다는 점이다. Another point to note when filling hydrogen into a hydrogen tank is that the internal temperature rise of the hydrogen tank is proportional to the hydrogen filling rate.
다시 말하면, 수소 충진 유량(kg/min)이 클수록, 수소 탱크 내부의 가스 온도 상승 속도가 커지고 그에 따라 최대 온도도 높아진다. In other words, the larger the hydrogen filling flow rate (kg / min), the higher the gas temperature rise rate inside the hydrogen tank, and thus the maximum temperature.
따라서, 수소 탱크에 대한 수소 충진을 빠르면서도 안전하게 하기 위해서, 첨부한 도 2의 순서도에 나타낸 바와 같이, 수소 탱크의 온도 및 압력 정보를 수소충진소와 통신하며 이루어지는 수소 급속 충진(fast fill) 방식이 사용되고 있다.Therefore, in order to quickly and safely fill the hydrogen in the hydrogen tank, as shown in the accompanying flowchart of FIG. 2, a hydrogen fast fill method in which temperature and pressure information of the hydrogen tank is communicated with the hydrogen filling station is used. It is used.
상기 급속 충진 방식은 수소 탱크의 내부 온도가 85℃를 넘지 않는 한 아주 빠른 속도로 수소 충진을 하고, 85℃를 넘으면 완속 충진(slow fill) 또는 충진을 중단하는 동작으로 이루어진다.The rapid filling method includes hydrogen filling at a very high speed as long as the internal temperature of the hydrogen tank does not exceed 85 ° C, and stops slow fill or filling when the hydrogen tank exceeds 85 ° C.
이러한 급속 충진을 하기 위해서는, 연료전지 차량용 수소 탱크의 온도 및 압력 신호가 수소 충전소에 전송되는 통신이 이루어져야 하며, 이때의 수소 탱크의 온도 및 압력 신호중 하나라도 존재하지 않으면 완속 충진을 하도록 되어 있다. In order to perform such rapid filling, communication is required in which a temperature and pressure signal of a hydrogen tank for a fuel cell vehicle is transmitted to a hydrogen charging station. When any one of the temperature and pressure signals of the hydrogen tank does not exist, slow filling is performed.
그러나, 수소 탱크의 온도 및 압력 신호가 수소 충전소로 전송되는 초기 통신에 성공하여, 급속 충진이 진행되는 도중에 수소 탱크측의 온도 센서 또는 압력 센서에 이상이 발생하는 경우 위험한 상황을 야기시킬 수 있다.However, if the initial communication of the temperature and pressure signals of the hydrogen tank is transmitted to the hydrogen charging station is successful, a dangerous situation may be caused when an abnormality occurs in the temperature sensor or the pressure sensor on the hydrogen tank during rapid charging.
즉, 충진중에 수소 탱크측의 온도 센서 이상으로 탱크 온도값이 일정하게 유지되는 경우, 더군다나 실제값보다 높은 온도값을 유지하는 경우(85℃ 보다는 낮으면서) 목표 압력치가 상향되어 규정된 압력 이상의 수소가 공급되는 과충진 상황이 발생할 수 있다.That is, when the tank temperature value is kept constant above the temperature sensor on the hydrogen tank side during filling, and furthermore, when the temperature value higher than the actual value is maintained (lower than 85 ° C.), the target pressure value is raised to increase hydrogen above the prescribed pressure. Overfilling situations may occur where
왜냐하면, 수소 충전소는 충진시 가열된 수소탱크가 냉각되어 상온에 도달했을 때, 규정 압력(350 기압 또는 700 기압)을 달성할 수 있도록 탱크 온도가 올라감에 따라 목표 압력을 높이기 때문이다. This is because the hydrogen filling station raises the target pressure as the tank temperature rises to achieve a prescribed pressure (350 atm or 700 atm) when the heated hydrogen tank is cooled to reach room temperature during filling.
한편, 충진중에 수소 탱크측의 압력 센서에 이상이 있을 경우, 일정한 압력 신호를 수소 충전소로 보내준다면, 수소 충전소측의 디스펜서는 수소탱크의 압력이 목표 압력에 도달하도록 계속 수소 탱크쪽으로 압력을 가해주어, 더욱 위험한 상황을 초래할 수 있다.On the other hand, if there is an error in the pressure sensor on the hydrogen tank side during filling, if a constant pressure signal is sent to the hydrogen filling station, the dispenser on the hydrogen filling station side continues to pressurize the hydrogen tank so that the pressure of the hydrogen tank reaches the target pressure. This can lead to more dangerous situations.
이와 같이, 기존의 충진 제어 방식은 연료전지 차량의 수소탱크측과, 수소충진소측의 디스펜서간에 수소탱크의 온도와 압력 신호만 통신이 이루어지면, 그 값이 실제값(정상값)이든 오류값이든 상관없이 급속 충진이 실행되어, 수소탱크의 파손 등이 따르는 위험이 있었다.As described above, the conventional filling control method uses only the temperature and pressure signals of the hydrogen tank to communicate between the hydrogen tank side of the fuel cell vehicle and the dispenser on the hydrogen filling station side. Irrespective of this, rapid filling was carried out, resulting in the risk of damage to the hydrogen tank.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 수소 탱크측의 온도 및 압력센서중 어느 하나 또는 두 개가 모두 이상이 발생한 경우에도 수소 탱크에 대한 수소 충진을 항상 안전하게 진행할 수 있도록 한 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above, the hydrogen storage system to ensure that the hydrogen filling to the hydrogen tank always safely proceeds even if any one or both of the temperature and pressure sensor of the hydrogen tank side occurs. Its purpose is to provide a safe hydrogen filling method.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 수소탱크에 대한 수소 급속 충진이 진행되는 단계와; 상기 수소탱크측의 온도센서에 이상이 있는 경우, 수소탱크에 대한 충진 모드가 완속 충진 모드로 전환되는 단계와; 상기 수소탱크측의 압력센서에 이상에 있는 경우, 수소탱크에 대한 충진이 중단되는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of: rapid hydrogen filling the hydrogen tank; When the temperature sensor on the side of the hydrogen tank is abnormal, changing the filling mode for the hydrogen tank to the slow filling mode; Stopping the filling of the hydrogen tank when there is an abnormality in the pressure sensor of the hydrogen tank side; It provides a hydrogen safety filling method of a hydrogen storage system, characterized in that consisting of.
바람직한 일 구현예로서, 상기 수소탱크에 대한 충진 모드가 완속 충진 모드로 전환되는 단계는, 수소탱크측의 온도 센서로부터 측정된 온도신호값을 제어부에서 수신하여, 그 온도 변화가 수초 이상 없으면, 상기 제어부는 수소 충진용 디스펜서에 완속 충진 모드로의 작동 변환 신호를 보내어 이루어지는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the step of switching the filling mode for the hydrogen tank to the slow filling mode, the control unit receives a temperature signal value measured from the temperature sensor of the hydrogen tank side, if the temperature change is not more than a few seconds, the The control unit is characterized in that by sending an operation conversion signal to the slow filling mode to the hydrogen filling dispenser.
또는, 상기 수소탱크에 대한 충진 모드가 완속 충진 모드로 전환되는 단계는, 수소탱크측에 장착된 여러개의 온도 센서의 온도신호를 제어부에서 수신한 후, 이 값들을 서로 비교하여 일정 온도 이상 차이가 날 경우, 상기 제어부는 수소 충진용 디스펜서에 완속 충진 모드로의 작동 변환 신호를 보내어 이루어지는 것을 특징으로 한다.Alternatively, when the filling mode for the hydrogen tank is switched to the slow filling mode, the controller receives the temperature signals of a plurality of temperature sensors mounted on the hydrogen tank side, and compares these values with each other to achieve a predetermined temperature difference. In the case of fly, the control unit is characterized in that by sending an operation conversion signal to the slow filling mode to the hydrogen filling dispenser.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 수소탱크에 대한 충진이 중단되는 단계는, 수소 충전소의 제어부에서 수소 탱크측에 장착된 압력 센서로부터 압력신호를 수신한 후, 그 압력 변화가 수초 이상 없으면, 수소 충진용 디스펜서의 작동을 중단하는 제어를 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, the step of stopping the filling of the hydrogen tank, after receiving the pressure signal from the pressure sensor mounted on the hydrogen tank side in the control unit of the hydrogen charging station, if the pressure change is not more than a few seconds, for hydrogen filling Characterized in that the control to stop the operation of the dispenser.
또는, 상기 수소탱크에 대한 충진이 중단되는 단계는, 상기 제어부에서 수소 탱크의 압력 센서에서 측정된 압력신호값와, 수소 충전소쪽의 압력 센서에서 측정된 압력신호값을 비교하여, 일정 압력이상 차이가 날 경우 상기 수소 충진용 디스펜서의 작동을 중단하는 제어를 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the step of stopping the filling of the hydrogen tank, the control unit compares the pressure signal value measured by the pressure sensor of the hydrogen tank with the pressure signal value measured by the pressure sensor of the hydrogen charging station, the difference over a certain pressure When the blade is characterized in that the control to stop the operation of the hydrogen filling dispenser.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.
수소탱크에 대한 수소 급속 충진시, 온도센서 또는 압력센서의 이상이 발생하는 경우, 급속 충진을 완속 충진 모드로 전환하거나, 수소 충진을 중단시켜 수소 탱크의 파손으로 이어지는 위험성을 제거할 수 있어, 수소 충진 작업을 안전하게 진행할 수 있다.If the temperature sensor or the pressure sensor abnormality occurs during the rapid filling of hydrogen into the tank, the risk of leading to the breakdown of the hydrogen tank can be eliminated by switching the rapid filling into the slow filling mode or by stopping the filling of the hydrogen. Filling operations can be carried out safely.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
수소 자동차, 수소 내연기관, 수소버스, 수소보트 등에 포함되어 있는 수소 탱크에 대한 수소 충진시, 수소 자동차와 수소 충전소간에 수소 탱크의 온도 및 압력 신호의 데이터 통신이 이루어진다.During hydrogen filling of a hydrogen tank included in a hydrogen vehicle, a hydrogen internal combustion engine, a hydrogen bus, a hydrogen boat, etc., data communication of temperature and pressure signals of the hydrogen tank is performed between the hydrogen vehicle and the hydrogen charging station.
이를 위해, 상기 수소 탱크에 온도센서 및 압력센서가 장착되어 있고, 수소 충전소의 제어부에서는 상기 온도센서 및 압력센서로부터 전송된 온도 및 압력신호를 기반으로 수소 충진 공급용 디스펜서를 제어하게 된다.To this end, the hydrogen tank is equipped with a temperature sensor and a pressure sensor, the control unit of the hydrogen charging station to control the dispenser for hydrogen filling supply based on the temperature and pressure signals transmitted from the temperature sensor and the pressure sensor.
대개, 상기 디스펜서는 수소탱크의 압력이 목포치인 350 기압 또는 700 기압(대기온도 15℃ 기준)에 도달하거나, 온도가 85℃에 이르면 충진 동작을 멈추도록 제어되며, 이와 같은 방법으로 수소 충전소의 고압 용기로부터 차량의 수소 탱크로 시스템이 허용하는 가장 빠른 속도로 수소 충진이 이루어진다.Usually, the dispenser is controlled to stop the filling operation when the pressure of the hydrogen tank reaches 350 atm or 700 atm (based on 15 ° C of ambient temperature) or when the temperature reaches 85 ° C. Hydrogen filling takes place from the vessel to the vehicle's hydrogen tank at the fastest rate the system allows.
여기서, 본 발명에 따른 수소 저장 시스템의 수소 안전 충진 방법을 설명하면 다음과 같다.Here, the hydrogen safety filling method of the hydrogen storage system according to the present invention will be described.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 수소 안전 충진 방법을 설명하는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a hydrogen safety filling method according to the present invention.
급속 충진중, 수소탱크측의 온도 센서에 이상이 발생하여 수소 충전소의 제어부에서 그 온도 변화를 5초 이상 감지하지 못하거나, 즉 온도 변화가 5초 이상 없으면, 제어부는 상기 디스펜서에 완속 충진 모드로의 작동 변환 신호를 보내게 되고, 이에 디스펜서는 수소탱크에 대한 완속 충진 모드로 작동하게 된다.During rapid charging, if the temperature sensor on the hydrogen tank side has an error and the control unit of the hydrogen charging station does not detect the temperature change for more than 5 seconds, that is, if the temperature change is not more than 5 seconds, the control unit enters the slow filling mode in the dispenser. It will send an operational conversion signal of, which causes the dispenser to operate in slow fill mode for the hydrogen tank.
또는, 수소탱크측에 온도 센서를 여러개 설치하여, 각 온도 센서 T1, T2, T3의 온도신호를 제어부에서 수신한 후, 이 값들을 비교하여 일정 온도(예, 50℃) 이상 차이가 날 경우, 제어부는 온도 센서 이상으로 판단하게 되고, 이때에도 마찬가지로 상기 제어부는 디스펜서에 완속 충진 모드로의 작동 변환 신호를 보내어, 디 스펜서는 수소탱크에 대한 완속 충진 모드로 작동하게 된다.Alternatively, when a plurality of temperature sensors are installed on the hydrogen tank side, and the temperature signals of the respective temperature sensors T1, T2, and T3 are received by the controller, the values are compared and the difference is greater than a predetermined temperature (for example, 50 ° C). The control unit determines that the temperature sensor is abnormal, and in this case, the control unit sends the operation conversion signal to the slow filling mode to the dispenser so that the dispenser operates in the slow filling mode for the hydrogen tank.
이러한 완속 충진 모드에 의하여 수소 탱크가 목표 압력값에 도달하면, 수소탱크의 수소 충진이 완료된다.When the hydrogen tank reaches the target pressure value by this slow filling mode, hydrogen filling of the hydrogen tank is completed.
한편, 수소 충전소의 제어부에서 수소 탱크측에 장착된 압력 센서로부터 압력신호를 수신한 후, 그 압력 변화가 5초 이상 감지되지 않거나, 즉, 압력 변화가 5초 이상 없으면, 상기 제어부는 수소 누출의 가능성이 존재하므로 안전을 위해 디스펜서의 작동을 중단하는 제어를 하여, 수소 충진이 중단되도록 한다.On the other hand, after receiving the pressure signal from the pressure sensor mounted on the hydrogen tank side in the control unit of the hydrogen charging station, if the pressure change is not detected for more than 5 seconds, that is, if the pressure change is not more than 5 seconds, the control unit is a A possibility exists that controls the dispensing of the dispenser for safety, so that hydrogen filling is stopped.
또는, 수소 탱크에 압력 센서를 장착함과 더불어 수소 충전소쪽에도 수소 배출부에 압력센서를 장착하여, 상기 제어부에서 상기 수소 탱크의 압력 센서에서 측정된 압력신호값과 상기 수소 충전소쪽의 압력 센서에서 측정된 압력신호값을 비교하도록 하고, 그 비교 결과 일정 압력(예, 5MPa)이상 차이가 날 경우 압력센서 이상으로 판단하여, 이때에도 마찬가지로 상기 제어부는 수소 누출의 가능성이 존재하므로 안전을 위해 디스펜서의 작동을 중단하는 제어를 하여, 수소 충진이 중단되도록 한다.Alternatively, a pressure sensor is mounted on the hydrogen tank and a pressure sensor is mounted on the hydrogen discharge side, and the pressure signal measured by the pressure sensor of the hydrogen tank and the pressure sensor on the hydrogen charging station are measured by the control unit. The pressure signal value is compared, and if the result of the comparison indicates a difference of a predetermined pressure (eg, 5 MPa) or more, it is determined that the pressure sensor is abnormal. In this case as well, the controller operates a dispenser for safety because there is a possibility of hydrogen leakage. Control to stop the hydrogen charging is stopped.
이와 같이, 수소탱크에 대한 수소 급속 충진시, 압력센서 또는 온도센서 이상 발생시, 완속 충진 모드로 변경하거나 충진을 중단하는 제어가 이루어짐에 따라, 안전한 수소 충진을 이룰 수 있다.As such, when the rapid filling of the hydrogen to the hydrogen tank, when the pressure sensor or temperature sensor abnormality occurs, the control to change to the slow filling mode or stop the filling is made, it is possible to achieve a safe hydrogen filling.
도 1은 본 발명에 따른 수소 안전 충진 방법을 설명하는 순서도,1 is a flow chart illustrating a hydrogen safety filling method according to the present invention,
도 2는 종래의 수소 충진 방법을 설명하는 순서도.2 is a flow chart illustrating a conventional hydrogen filling method.
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2008
- 2008-04-14 KR KR1020080034033A patent/KR100962896B1/en active IP Right Grant
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