KR101048141B1 - 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 단위 셀들의 집합체로서 이루어지는 스택과, 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원과, 상기 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급원을 포함하여 구성되는 연료 전지 시스템에 적용되는 것으로서, 운전자가 시동 키를 온 조작하면, 냉 시동 조건인가를 판단하는 제1 단계; 냉 시동 조건인 것으로 판단되면, 상기 공기 공급원으로부터 상기 스택으로 공기를 공급하기 위한 제1 유로, 및 상기 스택으로부터 배출되는 공기를 대기로 방출하기 위한 제2 유로를 각각 폐쇄하고, 상기 제2 유로와 스택을 연결하는 제3 유로를 개방하며, 상기 연료 공급원을 통해 연료를 스택으로 공급하는 제2 단계; 상기 제1 유로와 제2 유로를 개방하고, 상기 공기 공급원을 통해 스택으로 공기를 공급하는 제3 단계; 상기 스택의 온도가 기설정값 이상인가를 판단하는 제4 단계; 및 상기 스택의 온도가 기설정값 이상인 것으로 판단되면, 상기 연료와 공기를 상기 스택으로 각각 공급하며 상기 연료 전지 시스템의 정상 구동이 이루어지는 제5 단계를 포함한다.

연료전지, 냉시동

Description

냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법 {METHOD FOR CONTROLLING FUEL CELL SYSTEM}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 차량의 냉 시동성을 개선하기 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.

연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급장치, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기 공급장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성으로 연료 전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로서 열과 물을 배출하게 된다.

연료 전지 자동차에 적용되고 있는 연료 전지 스택은 단위 전지가 연속적으로 배열되어 구성되는데, 각 단위 전지는 가장 안쪽에 막-전극 어셈블리(MEA: Membrane-Electrode Assembly)가 위치하며, 이 막-전극 어셈블리는 수소 이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 캐소드 및 애노드로 구성되어 있다.

또한 상기 막-전극 어셈블리(MEA)의 바깥 부분, 즉 캐소드 및 애노드가 위치한 바깥 부분에는 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 위치하고, 가스 확산층의 바깥 쪽에는 연료와 공기를 캐소드 및 애노드로 공급하고 반응에 의해 발생된 물을 배출하도록 유로(Flow Field)가 형성된 세퍼레이터(Separator)가 위치한다.

따라서, 수소와 산소가 각각의 촉매층에 의한 화학 반응으로 이온화가 이루어져서, 수소 쪽은 수소 이온과 전자가 발생하는 산화 반응을 하고, 산소 쪽은 산소 이온이 수소 이온과 반응하여 물이 생성되는 환원 반응을 한다.

즉, 수소가 애노드(Anode, "산화전극" 이라고도 함)로 공급되고, 산소(공기)는 캐소드(Cathode, "환원전극"이라고도 함)로 공급되는 바, 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(Proton, H+)과 전자(Electron, e-)로 분해되고, 이 중 수소 이온(Proton, H+)만이 선택적으로 양이온 교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되며, 동시에 전자(Electron, e-)는 도체인 기체 확산층과 세퍼레이터를 통하여 캐소드로 전달된다.

이에, 캐소드에서는 전해질막을 통하여 공급된 수소 이온과 세퍼레이터를 통하여 전달된 전자가 공기 공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중의 산소와 만나 서 물을 생성하는 반응을 일으킨다.

이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여, 외부 도선을 통한 전자의 흐름으로 전류가 생성되고, 아울러 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생하게 된다.

그런데, 주위의 온도가 0℃ 이하로 하강된 겨울철에 저온 방치된 자동차를 시동할 경우, 스택 내부의 외부 온도에 의해 결빙되어 있기 때문에, 역전압에 의한 냉 시동이 불가능해진다.

이를 해결하기 위해 종래 기술에서는 외부의 회로를 이용하여 연료 전지에 열을 제공하는 방법이 있으나, 이는 차량 주행과 무관한 연료가 소모되며, 전류 출력과 셀 전압 밸런싱 등의 평형이 요구된다는 문제점을 안고 있다.

그리고, 종래 기술에서는 다른 방법으로 수소와 산소의 혼합 가스를 애노드 혹은 캐소드 측에 바로 주입하여 수소와 산소가 물로 변환되면서 반응가스와 물의 모든 에너지가 열로 변환되도록 하는 방법이 있으나, 이 경우는 믹싱 챔버 등의 여러 부품이 추가적으로 구비되어야 한다는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 연료 전지 시스템의 구성 및 스택의 구성을 변경하지 않고서도 시퀀스의 변경을 통해 연료 전지 차량의 냉 시동성을 개선할 수 있도록 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 단위 셀들의 집합체로서 이루어지는 스택과, 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원과, 상기 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급원을 포함하여 구성되는 연료 전지 시스템에 적용되는 것으로서, 운전자가 시동 키를 온 조작하면, 냉 시동 조건인가를 판단하는 제1 단계; 냉 시동 조건인 것으로 판단되면, 상기 공기 공급원으로부터 상기 스택으로 공기를 공급하기 위한 제1 유로, 및 상기 스택으로부터 배출되는 공기를 대기로 방출하기 위한 제2 유로를 각각 폐쇄하고, 상기 제2 유로와 스택을 연결하는 제3 유로를 개방하며, 상기 연료 공급원을 통해 연료를 스택으로 공급하는 제2 단계; 상기 제1 유로와 제2 유로를 개방하고, 상기 공기 공급원을 통해 스택으로 공기를 공급하는 제3 단계; 상기 스택의 온도가 기설정값 이상인가를 판단하는 제4 단계; 및 상기 스택의 온도가 기설정값 이상인 것으로 판단되면, 상기 연료와 공기를 상기 스택으로 각각 공급하며 상기 연료 전지 시스템의 정상 구동이 이루어지는 제5 단계를 포함한다.

상기 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 상기 제4 단계에서 상기 스택의 온도가 기설정값 미만인 것으로 판단되면, 상기 제5 단계에서, 상기 제2 및 제3 단계를 순차적으로 반복할 수 있다.

상기 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 상기 제2 단계에서 상기 연료를 상기 단위 셀들의 캐소드로 공급할 수 있다.

상기 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제3 단계에서 상기 단위 셀들의 캐소드로 상기 공기를 공급하며, 상기 연료 공급원을 통해 상기 스택으로 공급되는 연료를 상기 제3 유로를 통해 상기 제2 유로로 공급할 수 있다.

상기 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제2 단계에서 상기 제1 유로 상의 제1 밸브, 및 상기 제2 유로 상의 제2 밸브를 각각 폐쇄하며, 상기 제3 유로 상의 제3 밸브를 개방할 수 있다.

상기 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제3 단계에서 상기 제1 유로 상의 제1 밸브, 및 상기 제2 유로 상의 제2 밸브를 각각 개방할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 차량의 냉 시동시 기존 연료 전지 시스템의 구성 및 스택의 구성을 변경하지 않고서도 스택의 온도를 기설정값 이상으로 상승시킬 수 있기 때문에, 동절기 적용 차량의 냉 시동성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 종래 기술과 같이 차량 주행과 무관한 연료를 소모하지 않게 되고, 전류 출력과 셀 전압 밸런싱 등의 평형을 맞출 필요가 없으며, 종래 기술에서와 같은 믹싱 챔버를 필요로 하지 않으므로 전체 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있다.

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 발명의 예시적인 실시예에 적용되는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 적용되는 연료 전지 시스템(100)은 연료 전지 자동차에 구성되는 것으로, 연료 및 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로서 이루어진다.

여기서, 연료는 연료 전지 시스템(100)이 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Fuel Cell) 방식으로서 구성되는 경우, 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류 액체 연료를 포함할 수 있으며, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄을 주성분으로 하는 탄화수소 계열의 액화 가스 연료를 포함할 수 있다.

그리고, 연료는 연료 전지 시스템(100)이 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 방식으로 구성되는 경우, 당 업계에 서 "리포머(Reformer)"라고 하는 개질 장치를 통해 상기한 액체 연료 또는 액화 가스 연료로부터 생성된 수소 성분의 개질 가스를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 산화제는 별도의 저장 탱크에 저장된 산소 가스일 수 있고, 자연 그대로의 공기일 수도 있다. 그러나 이하에서는 산화제로서 공기를 사용하는 예를 설명하기로 한다.

이러한 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 스택(10)과, 연료 공급원(30)과, 공기 공급원(50)과, 가습기(70)와, 제어기(90)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기 스택(10)은 다수의 단위 셀들(11)을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로서 이루어지는 바, 각각의 단위 셀(11)은 연료 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 단위의 연료 전지로서 구비된다.

여기서, 각 단위 셀(11)은 상술한 바 있는 연료에 따라 고분자 전해질형 연료 전지로 이루어질 수 있으며, 직접 산화형 연료 전지로서 이루어질 수도 있다.

상기 단위 셀들(11)은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)(도면에 도시하지 않음)과, 막-전극 어셈블리를 중심에 두고 이의 양측에 각각 밀착되게 배치되는 세퍼레이터를 포함한다.

이 경우, 세퍼레이터는 도전성을 지닌 플레이트 형태로서 이루어지며, 막-전극 어셈블리의 밀착면으로 연료 및 공기를 유동시키기 위한 채널을 각각 형성하고 있다.

그리고, 막-전극 어셈블리는 일면에 애노드 전극(이하에서는 편의상 "애노 드" 라고 한다)을 형성하고, 다른 일면에 캐소드 전극(이하에서는 편의상 "캐소드" 라고 한다)을 형성하며, 이들 애노드와 캐소드 사이에 전해질막을 형성하는 구조로 이루어진다.

애노드는 세퍼레이터의 채널을 통해 공급되는 연료를 산화 반응시켜 전자와 수소 이온으로 분리시키고, 전해질막은 수소 이온을 캐소드로 이동시키는 기능을 하게 된다.

그리고, 캐소드는 애노드 측으로부터 받은 전자, 수소 이온, 및 세퍼레이터의 채널을 통해 제공받은 공기 중의 산소를 환원 반응시켜 수분 및 열을 생성하는 기능을 하게 된다.

상기 연료 공급원(30)은 앞서 설명한 바 있는 연료를 스택(10)에 있어 단위 셀들(11)의 애노드로 공급하기 위한 것으로서, 연료 공급라인(41)을 통해 스택(10)과 연결되게 설치된다.

여기서, 상기 연료 공급라인(41)에는 연료 공급원(30)으로부터 스택(10)으로 공급되는 연료의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(43)가 설치되며, 그 연료 공급라인(41)의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 연료 공급 밸브(45)가 설치된다.

상기 공기 공급원(50)은 공기를 스택(10)에 있어 단위 셀들(11)의 캐소드로 공급하기 위한 것으로서, 통상적인 구조의 에어 블로워(air blower)로서 구비된다.

그리고, 상기 가습기(70)는 공기 공급원(50)으로부터 공급되는 공급 공기를 스택(10)으로부터 배출되는 배출 공기 중의 수분으로서 가습하고, 그 가습 공기를 스택(10)으로 공급하기 위한 것이다.

상기 가습기(70)는 중공사막이나 필름 형태의 막(당 업계에서는 통상적으로 "막 가습기" 라고 한다)을 이용하여 연료 전지 스택(10)으로부터 배출되는 배출 공기 중의 수분을 공급 공기와 교환시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.

이 경우, 상기 가습기(70)는 제1 유로(81)를 통해 공기 공급원(50)과 연결되며, 공기 공급라인(83) 및 공기 배출라인(85)을 통해 스택(10)과 연결되게 설치된다.

또한, 상기 가습기(70)에는 공기 배출라인(85)을 통해 스택(10)으로부터 배출되며 그 가습기(70)에서 공급 공기와 수분 교환이 이루어진 배출 공기를 대기 중으로 방출하기 위한 제2 유로(87)가 연결되게 설치된다.

즉, 상기 가습기(70)는 제1 유로(81)를 통해 공기 공급원(50)으로부터 공급 공기를 제공받고, 공기 배출라인(85)을 통해 스택(10)으로부터 고온의 배출 공기를 제공받아 그 공급 공기를 배출 공기 중의 수분으로서 가습하고, 가습 공기를 공기 공급라인(83)을 통해 스택(10)의 단위 셀들(11)의 캐소드로 공급하며, 공급 공기와 수분을 교환하며 습도가 낮아진 상태의 배출 공기를 제2 유로(87)를 통해 대기 중으로 배출시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.

한편, 상기 제2 유로(87)와 스택(10)은 퍼지라인으로서의 제3 유로(89)와 연결되게 설치되는 바, 제3 유로(89)는 제2 유로(87)의 단위 셀들(11)의 애노드를 연결한다.

다른 한편으로, 상기에서와 같은 연료 전지 시스템(100)에 있어, 제1,2,3 유로(81, 87, 89)에는 각각의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 제1,2,3 밸브(V1, V2, V3)가 설치된다.

상기에서, 제어기(90)는 전기적인 제어 신호로서 연료 전지 시스템(100)의 전반적인 구동을 제어하고, 위에서 언급한 바 있는 밸브들의 작동을 제어하기 위한 것이다.

본 실시예에서, 상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템(100)은 주위의 온도가 0℃ 이하로 하강된 겨울철에 저온 방치된 자동차를 시동할 경우, 하기에서의 제어 방법을 통하여 스택(10)의 온도를 기설정값 이상으로 상승시켜 적용 차량의 냉 시동성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템(100)의 제어 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도면을 참조하면, 우선 운전자가 차량을 운행하기 위하여 시동 키를 온(on) 조작하게 되면, 제어기(90: 도 1 참조)는 별도의 온도 센서(도면에 도시하지 않음)로부터 입력되는 스택(10: 도 1 참조)의 온도 신호를 통해 차량이 냉 시동 조건인가를 판단한다(S1 단계).

이어서, 상기 S1 단계에서 차량이 냉 시동 조건인 것으로 판단되면, 제어기(90)는 S2 단계를 수행한다.

구체적으로, 상기 S2 단계에서, 제어기(90)는 도 3a에서와 같이 제1 및 제2 유로(81, 87) 상의 제1,2 밸브(V1, V2)를 각각 폐쇄하고, 제3 유로(89) 상의 제3 밸브(V3)를 개방한다.

다음, 제어기(90)는 연료 공급원(30)을 가동시킨 상태로, 연료 공급라인(41) 상의 연료 공급 밸브(45)를 개방한다.

그러면, 연료는 연료 공급원(30)에 의해 연료 공급라인(41)을 따라 스택(10)으로 공급되는데, 레귤레이터(43)를 통해 압력이 조절된 상태에서 스택(10)의 단위 셀들(11)의 애노드로 공급된다.

이와 같이 연료가 단위 셀들(11)의 애노드로 공급되면, 그 연료는 제3 유로(89)를 통해 가습기(70)의 유출구측 제2 유로(87)로 공급된다.

여기서, 상기 제2 유로(87)가 제2 밸브(V2)에 의해 폐쇄되어 있기 때문에, 연료는 제2 유로(87)를 통해 가습기(70)로 공급된다.

그리고, 제1 유로(81)가 제1 밸브(V1)에 의해 폐쇄되어 있기 때문에, 연료는 스택(10)의 공기 배출라인(85)을 통해 가습기(70)로부터 단위 셀들(11)의 캐소드로 공급되며, 스택(10)의 공기 공급라인(83)을 통해 그 스택(10)으로부터 가습기(70)로 공급된다.

즉, 상기 S2 단계에서는 연료 공급원(30)으로부터 공급되는 연료가 스택(10)에 있어 단위 셀들(11)의 캐스드 측에 채워지게 된다.

상기와 같은 S2 단계를 거친 후, 본 실시예에서는 S3 단계로서 도 3b에서와 같이, 제어기(90)를 통해 제1 및 제2 유로(81, 87) 상의 제1 및 제2 밸브(V1, V2)를 각각 개방한다.

이 때, 연료 공급원(30)은 연료 공급라인(41)을 통해 스택(10)으로 연료를 공급하고 있는 상태에 있으며, 제3 밸브(V3)는 제어기(90)를 통해 제3 유로(89)를 개방한 상태에 있다.

따라서, 연료는 스택(10)에 있어 단위 셀들(11)의 애노드로 공급되며, 그 애노드에서 제3 유로(89)를 통해 가습기(70)의 유출구측 제2 유로(87)로 공급된다.

이와 같은 상태에서, 제어기(90)는 공기 공급원(50)을 가동시켜 공기를 제1 유로(81)를 통해 가습기(70)로 공급한다. 그러면, 공기는 가습기(70)를 통해 스택(10)의 단위 셀들(11)의 캐소드로 공급된다.

따라서, 상기 스택(10)에서는 연료가 채워져 있는 단위 셀들(11)의 캐소드로 공기가 공급됨으로 그 캐소드에서 연료 중의 수소와 공기 중의 산소가 환원 반응을 일으키며 열과 수분을 발생시킨다.

여기서, 상기 스택(10)에서는 반응 부산물로서 수분을 포함하고 있는 고온의 배출 공기(당 업계에서는 "미반응 공기"라고도 한다)를 배출하는데, 그 배출 공기는 공기 배출라인(85)을 통해 가습기(70)로 공급된다.

그러면, 가습기(70)는 공기 공급원(50)으로부터 공급되는 공급 공기를 배출 공기 중의 수분으로서 가습하고, 그 가습 공기를 공기 공급라인(83)을 통해 단위 셀들(11)의 캐소드로 공급하며, 공급 공기와 수분을 교환하며 습도가 낮아진 상태의 배출 공기를 제2 유로(87)를 통해 대기 중으로 배출시킨다.

이 경우, 앞서 설명한 바와 같이 단위 셀들(11)의 애노드로 공급되며 그 애노드에서 제3 유로(89)를 통해 가습기(70)의 유출구측 제2 유로(87)로 공급되는 연료는 제2 유로(87)에서 배출 공기와 섞이면서 대기 중으로 방출된다.

즉, 본 실시예에서는 연료가 제2 유로(87)에서 공기와 섞이며 대기 중으로 방출됨에 따라 연료의 농도를 발화 위험 농도 이하로 낮출 수 있게 된다.

이로써, 상기 S3 단계에서는 단위 셀들(11)의 캐소드에서 열을 발생시킴에 따라 스택(10)의 온도를 상승시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 과정을 거친 후, 제어기(90)는 온도 센서(도면에 도시하지 않음)로부터 입력되는 스택(10)의 온도 신호를 통해 그 스택(10)이 기설정값 이상으로 상승하였는가를 판단한다(S4 단계).

상기 S4 단계에서 스택(10)의 온도가 기설정값 이상인 것으로 판단되면, 본 실시예에서는 연료 전지 시스템(100)의 정상 구동이 이루어진다(S5 단계).

즉, 도 3b에서와 같은 상태에서 연료 공급원(30)을 통해 연료를 단위 셀들(11)의 애노드로 공급하고, 공기 공급원(50)을 통해 공기를 가습기(70)로 공급하며, 그 가습기(70)를 통해 언급한 바 있는 가습 공기를 단위 셀들(11)의 캐스도로 공급하게 되면, 스택(10)의 단위 셀들(11)에서는 연료 중에 함유된 수소와 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키게 된다.

한편, 본 실시예에서는 상기 S4 단계에서 스택(10)의 온도가 기설정값 미만인 것으로 판단되면, 상술한 바와 같은 일련의 S2 단계 및 S3 단계를 반복하게 된다.

다른 한편으로, 본 실시예에서는 S1 단계에서 제어기(90)를 통해 냉 시동 조건이 아닌 것으로 판단되면, 상술한 바와 같이 연료 전지 시스템(100)의 정상 구동이 이루어지게 된다.

따라서 지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 제어 방법에 따르면, 주위의 온도가 0℃ 이하로 하강된 겨울철에 저온 방치된 자동차를 냉 시동할 때, 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 스택(10)의 온도를 기설정값 이상으로 상승시킬 수 있기 때문에, 동절기 자동차의 냉 시동성을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 기존 연료 전지 시스템(100)의 구성 및 스택(10)의 구성을 변경하지 않고서도 시스템 시퀀스의 변경을 통해 차량의 냉 시동성을 향상시킬 수 있다.

이로써 본 실시예에서는 종래 기술과 같이 차량 주행과 무관한 연료를 소모하지 않게 되고, 전류 출력과 셀 전압 밸런싱 등의 평형을 맞출 필요가 없으며, 종래 기술에서와 같은 믹싱 챔버를 필요로 하지 않으므로 전체 시스템(100)의 구성을 단순화시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 적용되는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 블록 구성도이다.

Claims (6)

1. 단위 셀들의 집합체로서 이루어지는 스택과, 상기 스택으로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원과, 상기 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급원을 포함하여 구성되는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,

   운전자가 시동 키를 온 조작하면, 냉 시동 조건인가를 판단하는 제1 단계;

   냉 시동 조건인 것으로 판단되면, 상기 공기 공급원으로부터 상기 스택으로 공기를 공급하기 위한 제1 유로, 및 상기 스택으로부터 배출되는 공기를 대기로 방출하기 위한 제2 유로를 각각 폐쇄하고, 상기 제2 유로와 스택을 연결하는 제3 유로를 개방하며, 상기 연료 공급원을 통해 연료를 스택으로 공급하는 제2 단계;

   상기 제1 유로와 제2 유로를 개방하고, 상기 공기 공급원을 통해 스택으로 공기를 공급하는 제3 단계;

   상기 스택의 온도가 기설정값 이상인가를 판단하는 제4 단계; 및

   상기 스택의 온도가 기설정값 이상인 것으로 판단되면, 상기 연료와 공기를 상기 스택으로 각각 공급하며 상기 연료 전지 시스템의 정상 구동이 이루어지는 제5 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제4 단계에서, 상기 스택의 온도가 기설정값 미만인 것으로 판단되면,

   상기 제5 단계에서, 상기 제2 및 제3 단계를 순차적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 제2 단계에서,

   상기 연료를 상기 단위 셀들의 캐소드로 공급하는 것을 특징으로 하는 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 제3 단계에서,

   상기 단위 셀들의 캐소드로 상기 공기를 공급하며, 상기 연료 공급원을 통해 상기 스택으로 공급되는 연료를 상기 제3 유로를 통해 상기 제2 유로로 공급하는 것을 특징으로 하는 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 제2 단계에서,

   상기 제1 유로 상의 제1 밸브, 및 상기 제2 유로 상의 제2 밸브를 각각 폐쇄하며, 상기 제3 유로 상의 제3 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 제3 단계에서,

   상기 제1 유로 상의 제1 밸브, 및 상기 제2 유로 상의 제2 밸브를 각각 개방하는 것을 특징으로 하는 냉 시동성 개선을 위한 연료 전지 시스템의 제어 방법.

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