KR101282679B1 - Method for operating fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 운전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택에 공급되는 가스 공급 온도 및 스택으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 기반으로, 가스의 공급 압력, 유량, 상대습도 등을 조절하여, 연료전지 시스템의 운전을 최적화시키는 동시에 그 운전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 시스템의 운전 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 스택으로 공급되는 공기블로워 후단의 공기 공급 온도를 측정하는 단계와; 스택으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 측정하는 단계와; 스택으로 공급되는 수소 공급 온도를 측정하는 단계와; 스택으로 공급되는 공기블로워 후단의 공기중 산소 농도를 측정하는 단계와; 측정된 공기 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 비교하여, 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 조절하는 단계와; 측정된 산소 농도에 따라 스택에 공급되는 공기의 공급 압력 및 공급 유량을 조절하는 단계와; 수소 재순환 블로워 고장시, 측정된 수소 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 비교하여 수소의 공급압력 및 상대습도를 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법을 제공한다.The present invention relates to a method of operating a fuel cell system, and more particularly, based on a gas supply temperature supplied to a fuel cell stack and a coolant discharge temperature discharged from the stack, a gas supply pressure, a flow rate, a relative humidity, and the like are controlled. Thus, the present invention relates to a method of operating a fuel cell system that can optimize the operation of a fuel cell system and improve its operation efficiency.
To this end, the present invention comprises the steps of measuring the air supply temperature of the rear end of the air blower is supplied to the stack; Measuring a coolant discharge temperature exiting the stack; Measuring a hydrogen supply temperature supplied to the stack; Measuring the oxygen concentration in the air at the rear of the air blower supplied to the stack; Comparing the difference between the measured air supply temperature and the cooling water discharge temperature to adjust the relative humidity of the air supplied to the stack; Adjusting a supply pressure and a supply flow rate of air supplied to the stack according to the measured oxygen concentration; Adjusting the supply pressure and relative humidity of hydrogen by comparing the difference between the measured hydrogen supply temperature and the cooling water discharge temperature when the hydrogen recycle blower fails; It provides a method of operating a fuel cell system comprising a.

Description

연료전지 시스템의 운전 방법{Method for operating fuel cell system}Method for operating fuel cell system

본 발명은 연료전지 시스템의 운전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 스택에 공급되는 가스 공급 온도 및 스택으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 기반으로, 가스의 공급 압력, 유량, 상대습도 등을 조절하여, 연료전지 시스템의 운전을 최적화시키는 동시에 그 운전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지 시스템의 운전 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of operating a fuel cell system, and more particularly, based on a gas supply temperature supplied to a fuel cell stack and a coolant discharge temperature discharged from the stack, a gas supply pressure, a flow rate, a relative humidity, and the like are controlled. Thus, the present invention relates to a method of operating a fuel cell system that can optimize the operation of a fuel cell system and improve its operation efficiency.

연료전지 시스템은 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템과, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템과, 실질적으로 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택 등으로 크게 나누어진다.The fuel cell system includes a fuel supply system for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, an air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant for the electrochemical reaction, and an operating temperature of the fuel cell stack. It is divided into a heat and water management system for controlling and a fuel cell stack that generates electric energy substantially.

상기 연료전지 시스템의 운전 중, 연료공급시스템의 수소저장탱크로부터 고순도의 수소가 연료전지의 연료극(anode)으로 공급되고, 공기공급 시스템의 공기블로워에 의하여 대기중의 공기가 연료전지 스택의 공기극(cathode)으로 공급된다.During operation of the fuel cell system, high purity hydrogen is supplied from the hydrogen storage tank of the fuel supply system to the anode of the fuel cell, and air in the atmosphere is blown by the air blower of the air supply system. cathode).

따라서, 연료전지 스택으로 공급된 수소가 연료극(anode)의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 스택내의 전해질 막을 통해 공기극(cathode)으로 넘어가게 되며, 연이어 공기극에 공급된 산소는 외부도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 생성하게 된다.Accordingly, hydrogen supplied to the fuel cell stack is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the anode, and the separated hydrogen ions are transferred to the cathode through the electrolyte membrane in the stack, and subsequently oxygen supplied to the cathode Is combined with electrons that enter the cathode via an external conductor to generate water while generating water.

이러한 연료전지 시스템의 운전 효율을 향상시키기 위하여, 전체 시스템 또는 각 시스템 구성별로 운전에 필요한 여러 제어 인자(연료가스 양론비, 상대습도, 온도, 압력 등)를 최적으로 제어해야 한다.In order to improve the operation efficiency of such a fuel cell system, it is necessary to optimally control various control factors (fuel gas stoichiometric ratio, relative humidity, temperature, pressure, etc.) necessary for operation of the entire system or each system configuration.

종래 기술의 일례로서, 미국등록특허 US 6,939,631에는 스택 운전 온도(냉각수 출구 온도, 연료극 및/또는 공기극의 출구온도)에 따라 스택으로 공급되는 공급가스의 운전 압력 및 화학적 양론비(SR)를 제어하고, 이러한 제어와 연동하여 공급가스의 습도까지 제어하여, 연료전지 시스템의 효율 증대 및 스택 내구성을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템 및 그 운전법이 개시되어 있는 바, 연료전지 시스템의 제어 로직 단순화 및 기산출된 데이터를 이용한 제어 로직 적용시 습도센서의 제거가 가능한 장점이 있지만, 겨울철과 같은 동절기에 공기블로워를 통과해 가습기로 공급되는 가스의 습도가 낮은 경우, 스택의 공기 입구측 습도가 감소되어 스택의 성능이 저하되는 문제점이 있고, 스택 성능 저하에 의한 발열량 증대로 스택 운전 온도가 증가된 후에 공급 가스의 운전 압력 및 화학 양론비를 제어하는 시간 지연(delay time) 현상이 발생하는 문제점이 있다As an example of the prior art, US Pat. No. 6,939,631 controls the operating pressure and stoichiometric ratio (SR) of the feed gas supplied to the stack in accordance with the stack operating temperature (coolant outlet temperature, anode and / or outlet temperature of the cathode). In conjunction with such control, a fuel cell system and a method of operating the fuel cell system capable of controlling the humidity of the supply gas to increase the efficiency of the fuel cell system and the stack durability are disclosed, thereby simplifying and calculating the control logic of the fuel cell system. Although the humidity sensor can be removed when applying control logic using the data, the humidity of the gas supplied to the humidifier through the air blower in winter, such as winter season, is low. There is a problem that the performance is degraded, and after the stack operation temperature is increased due to the increase in heat generation due to the stack performance degradation Class, there is a problem that a time lag (delay time) phenomenon which controls the operating pressure and the stoichiometric ratio of the gas generating

종래 기술의 다른 예로서, 미국공개특허 US 2007/2087041에는 스택으로 공급되는 공기의 상대습도를 일정 수준으로 유지하기 위하여, 가습기 전단의 공기 유량, 가습기 후단 및 스택 전단의 공기 온도, 스택 출구의 공기 압력, 스택 운전온도 조절을 위한 냉각수 유량 및 라디에이터 방열량 등을 제어하여 공기의 상대습도를 조절하고, 공기의 상대습도 감소를 방지하기 위해 스택 출력을 제한하는 연료전지 시스템의 운전방법이 개시되어 있는 바, 스택의 운전 중 워터 밸런스(water balance) 유지가 가능하고, 스택 효율 및 내구성 향상, 스택 운전 안정성 증대를 도모할 수 있는 장점이 있지만, 공기의 상대습도를 제어하기 위한 변수가 너무 많아 전체 시스템을 제어하기 위한 로직이 복잡해지는 단점이 있다.
As another example of the prior art, U.S. Patent Application Publication No. US 2007/2087041 discloses an air flow rate at the front of the humidifier, an air temperature at the rear of the humidifier and at the front of the stack, and air at the outlet of the stack in order to maintain a relative level of relative humidity of the air supplied to the stack. A method of operating a fuel cell system that controls the relative humidity of air by controlling the pressure, the coolant flow rate for controlling the stack operating temperature, and the radiator heat dissipation, and limits the stack output in order to prevent the relative humidity of the air from being reduced is disclosed. However, it is possible to maintain water balance during operation of the stack, improve stack efficiency and durability, and increase stack operation stability, but there are too many variables to control the relative humidity of the air. The disadvantage is that the logic for controlling is complicated.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 스택으로 공급되는 공기블로워의 후단 또는 가습기 전단의 공기 공급 온도와, 스택으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 측정 비교하고, 비교된 온도 차이를 기반으로 겨울철 외기 온도 저하시 스택으로 공급되는 공기의 상대습도(RH)를 조절함으로써, 상대습도의 감소로 인한 스택의 성능 저하를 방지하는 동시에 스택의 출력 성능을 증대시킬 수 있도록 한 연료전지 시스템 운전 방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and measures and compares the air supply temperature of the rear end of the air blower supplied to the stack or the front of the humidifier with the cooling water discharge temperature discharged from the stack, and compares the temperature difference. By operating the relative humidity (RH) of the air supplied to the stack when the outside air temperature decreases during the winter season, the fuel cell system is operated to prevent the performance degradation of the stack due to the decrease of the relative humidity and increase the output performance of the stack. The main purpose is to provide a method.

본 발명의 다른 목적은 스택으로 들어가는 공기블로워 후단의 공기 중 산소 농도를 측정하고, 측정된 농도에 따라 공기 공급 압력 및 유량을 증대시켜 고지대에서의 산소 농도 감소를 상쇄시키는 동시에 공급되는 공기의 가습 성능을 유지시킬 수 있도록 한 점에 있다.Another object of the present invention is to measure the oxygen concentration in the air at the rear of the air blower entering the stack, and to increase the air supply pressure and flow rate according to the measured concentration to offset the decrease in oxygen concentration in the highlands, while simultaneously supplying the humidification performance of the air. One point is to keep it.

본 발명의 또 다른 목적은 수소 재순환 블로워의 고장시 스택으로 들어가는 수소 공급 온도(수소 입구 온도)와 스택에서 배출되는 냉각수 배출 온도를 측정 비교하여 스택으로 공급하는 수소 공급 압력을 제어함으로써, 스택으로 들어가는 수소의 상대습도 감소로 인하여 스택의 성능이 저하되는 것을 방지하는 동시에 스택의 출력 성능을 증대시킬 수 있도록 한 점에 있다.
Another object of the present invention is to compare the hydrogen supply temperature (hydrogen inlet temperature) entering the stack in the event of a hydrogen recycle blower and the cooling water discharge temperature discharged from the stack to control the hydrogen supply pressure to supply to the stack, thereby entering the stack. The purpose of the present invention is to reduce the relative humidity of hydrogen and to increase the output performance of the stack while preventing the performance of the stack.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스택으로 공급되는 공기블로워 후단의 공기 공급 온도를 측정하는 단계와; 스택으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 측정하는 단계와; 스택으로 공급되는 수소 공급 온도를 측정하는 단계와; 스택으로 공급되는 공기블로워 후단의 공기중 산소 농도를 측정하는 단계와; 측정된 공기 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 비교하여, 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 조절하는 단계와; 측정된 산소 농도에 따라 스택에 공급되는 공기의 공급 압력 및 공급 유량을 조절하는 단계와; 수소 재순환 블로워 고장시, 측정된 수소 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 비교하여 수소의 공급압력 및 상대습도를 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of measuring the air supply temperature of the rear end of the air blower is supplied to the stack; Measuring a coolant discharge temperature exiting the stack; Measuring a hydrogen supply temperature supplied to the stack; Measuring the oxygen concentration in the air at the rear of the air blower supplied to the stack; Comparing the difference between the measured air supply temperature and the cooling water discharge temperature to adjust the relative humidity of the air supplied to the stack; Adjusting a supply pressure and a supply flow rate of air supplied to the stack according to the measured oxygen concentration; Adjusting the supply pressure and relative humidity of hydrogen by comparing the difference between the measured hydrogen supply temperature and the cooling water discharge temperature when the hydrogen recycle blower fails; It provides a method of operating a fuel cell system comprising a.

바람직한 일 구현예로서, 상기 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 조절하는 단계에서, 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 기준치 이상으로 낮으면 공급 공기의 상대습도를 증가 조절하고, 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 기준치 이상으로 높으면 공급 공기의 상대습도를 감소 조절하는 것을 특징으로 한다. In a preferred embodiment, in the step of adjusting the relative humidity of the air supplied to the stack, if the air supply temperature is lower than the reference value lower than the coolant discharge temperature, the relative humidity of the supply air is increased and adjusted, the air supply temperature is the cooling water discharge If the temperature is higher than the reference value, it is characterized by reducing the relative humidity of the supply air.

상기 공급 공기의 상대습도 증가 조절은, 공기 공급 압력을 증가시키는 동시에 공기 공급 유량을 감소시키고, 스택에 공급되는 냉각수 유량을 증가시킴으로써, 공기 공급 온도가 상승하는 동시에 냉각수 배출 온도가 하강하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The relative humidity increase control of the supply air is made by increasing the air supply pressure and decreasing the air supply flow rate and increasing the flow rate of the coolant supplied to the stack, thereby increasing the air supply temperature and decreasing the coolant discharge temperature. It is done.

상기 공급 공기의 상대습도 감소 조절은, 스택에 공급되는 공기 공급 유량을 감소시키거나 냉각수 유량을 감소시킴으로써, 공기 공급 온도가 하강하는 동시에 냉각수 배출 온도가 상승하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The relative humidity reduction control of the supply air is characterized by reducing the air supply flow rate supplied to the stack or decreasing the cooling water flow rate, thereby decreasing the air supply temperature and increasing the cooling water discharge temperature.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 산소 농도가 기준치 이하이면, 스택으로 공급되는 공기의 공급 압력 및 공급 유량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, when the oxygen concentration is less than the reference value, it is characterized in that to increase the supply pressure and the supply flow rate of the air supplied to the stack.

바람직한 또 다른 구현예로서, 수소 재순환 블로워 고장시, 수소 공급 온도가 냉각수 배출 온도에 비하여 낮으면, 스택으로 공급되는 수소 공급 압력을 증가시킴으로써, 수소의 상대습도가 증가 조절되는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, when the hydrogen recycle blower fails, if the hydrogen supply temperature is lower than the cooling water discharge temperature, the relative humidity of the hydrogen is increased and controlled by increasing the hydrogen supply pressure supplied to the stack.

또한, 수소 재순환 블로우 고장시, 스택으로부터 배출되는 수소의 퍼지 주기를 단축시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the event of a hydrogen recycle blow failure, a control is made to shorten the purge cycle of hydrogen discharged from the stack.

한편, 상기 공기 공급 압력은 가습기의 출구단에 설치되는 후단 압력 조절기에 의하여 조절되고, 상기 공기 공급 유량은 공기블로워의 RPM 제어를 통해 조절되며, 상기 수소 공급 압력은 스택의 수소 입구단에 설치되는 레귤레이터에 의하여 조절되는 것을 특징으로 한다.
On the other hand, the air supply pressure is controlled by a rear pressure regulator is installed at the outlet end of the humidifier, the air supply flow rate is adjusted through the RPM control of the air blower, the hydrogen supply pressure is installed at the hydrogen inlet end of the stack It is characterized by being controlled by a regulator.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면, 공기블로워의 후단 또는 가습기 전단의 공기 공급 온도와, 냉각수 배출 온도를 측정 비교하고, 비교된 온도 차이를 기반으로 공기 공급 압력 및 유량, 그리고 냉각수 공급유량 등을 가감하여 스택으로 공급되는 공기의 상대습도(RH)를 조절함으로써, 겨울철에 공기의 상대습도 감소로 인한 스택의 성능 저하를 방지하는 동시에 스택의 출력 성능을 증대시킬 수 있다.According to the present invention, the air supply temperature at the rear of the air blower or the front of the humidifier and the cooling water discharge temperature are measured and compared, and the air supply pressure and flow rate and the cooling water supply flow rate are added to the stack based on the temperature difference. By adjusting the relative humidity (RH) of the air, it is possible to prevent the performance of the stack due to the decrease in the relative humidity of the air in winter, while increasing the output performance of the stack.

물론, 공기의 상대습도를 감소 조절하고자, 공기 유량을 감소시켜 시스템 효율 증대 효과를 도모할 수 있다.Of course, to reduce and control the relative humidity of the air, it is possible to reduce the air flow rate to increase the system efficiency.

또한, 스택에 공급되는 공기 중 산소 농도를 측정하고, 측정된 농도에 따라 공기 공급 압력 및 유량을 증대시켜셔, 산소 농도가 저하되는 것을 상쇄시키는 동시에 공급 공기의 가습 성능을 유지시킴으로써, 기존에 고지대에서의 산소 농도 감소로 스택 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, by measuring the oxygen concentration in the air supplied to the stack, and increasing the air supply pressure and flow rate in accordance with the measured concentration to compensate for the decrease in oxygen concentration, while maintaining the humidification performance of the supply air, Decreasing the oxygen concentration at will prevent degradation of stack performance.

또한, 수소 재순환 블로워의 고장시 수소 공급 온도와 냉각수 배출 온도를 측정 비교하여 스택으로 공급하는 수소 공급 압력을 증가시켜 수소의 상대습도가 증가되도록 함으로써, 수소의 상대습도 감소로 인하여 스택의 성능이 저하되는 것을 방지하는 동시에 스택의 출력 성능을 증대시킬 수 있다.In addition, by comparing and comparing the hydrogen supply temperature and cooling water discharge temperature when the hydrogen recycle blower fails, the relative humidity of the hydrogen is increased by increasing the hydrogen supply pressure to be supplied to the stack, thereby degrading the stack performance due to the decrease in the relative humidity of the hydrogen. It can increase the stack's output performance while preventing it.

또한, 수소 재순환 블로워의 고장시, 수소 공급 압력을 증가시킴에 따라 스택으로부터 배출되는 수소 퍼지 유속도 증가하고, 이 증가된 유속의 영향으로 스택내의 물 배출성이 보다 좋아지는 잇점이 있다.
In addition, in the event of a failure of the hydrogen recycle blower, the hydrogen purge flow rate discharged from the stack increases as the hydrogen supply pressure is increased, and the water discharge in the stack is better due to the increased flow rate.

도 1은 본 발명에 따은 연료전지 시스템의 운전 방법을 위한 시스템 구성도이다.1 is a system configuration diagram for a method of operating a fuel cell system according to the present invention.

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.

본 발명은 연료전지 시스템의 운전중 공기 공급 온도, 냉각수 배출 온도, 수소 공급 온도, 공기중 산소 농도 등을 측정하여, 스택으로 공급되는 가스(공기 및 수소)의 압력 및 유량, 그리고 습도 등을 최적 수준으로 조절함으로써, 스택의 출력 성능을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention measures the air supply temperature, the coolant discharge temperature, the hydrogen supply temperature, the oxygen concentration in the air during operation of the fuel cell system, and optimizes the pressure and flow rate of the gas (air and hydrogen) supplied to the stack, and the humidity. By adjusting the level, the focus is on improving the stack's output performance.

연료전지 시스템의 구성을 도 1을 참조로 살펴보면, 연료전지 스택(10)에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템(20)과, 연료전지 스택(10)에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템(30)과, 연료전지 스택(10)의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템(40)과, 실질적으로 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택(10) 등으로 크게 나누어진다.Referring to FIG. 1, a configuration of a fuel cell system includes a fuel supply system 20 for supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack 10, and air, which is an oxidant required for an electrochemical reaction to the fuel cell stack 10. An air supply system 30 for supplying oxygen in the air, a heat and water management system 40 for controlling an operating temperature of the fuel cell stack 10, a fuel cell stack 10 for substantially generating electric energy, and the like. Divided into two.

상기 연료공급 시스템(20)의 구성 및 동작을 보면, 연료탱크(미도시됨)로부터 레귤레이터(22)를 통과한 수소(연료)가 수소입구밸브(미도시됨)를 거쳐 연료전지 스택의 수소극(anode)으로 들어간 후, 전기 생성을 위한 반응을 마친후, 일부는 수소 재순환 라인의 수소 재순환 블로워(24)에 의하여 입구측으로 재순환되고 나머지는 수소퍼지밸브(26)를 거쳐 외부로 배출된다.In the configuration and operation of the fuel supply system 20, the hydrogen (fuel) passing from the fuel tank (not shown) through the regulator 22 passes through a hydrogen inlet valve (not shown) and the hydrogen electrode of the fuel cell stack. After entering the anode, after completion of the reaction for generation of electricity, part is recycled to the inlet side by the hydrogen recycle blower 24 of the hydrogen recycle line and the remainder is discharged to the outside via the hydrogen purge valve 26.

상기 공기공급 시스템(30)의 구성 및 동작을 보면, 필터(32)에 의하여 여과된 외부공기를 공기블로워(34)가 흡입하여 가습기(36)로 공급하고, 가습기(36)에 공급된 건조공기는 가습기내를 통과하는 배출가스(연료전지 스택에서 반응을 마친 습한 공기)에 의하여 가습된 후, 연료전지 스택(10)으로 공급된다.In the configuration and operation of the air supply system 30, the air blower 34 sucks the external air filtered by the filter 32, supplies it to the humidifier 36, and supplies the dry air supplied to the humidifier 36. Is humidified by the exhaust gas passing through the humidifier (humid air that has reacted in the fuel cell stack), and then supplied to the fuel cell stack 10.

즉, 연료전지 스택으로부터 배출된 배출가스 즉, 습윤공기가 가습기(36)내에 유입되면, 가습기(36)내에 다발로 배치된 중공사막의 내부로 모세관 작용에 의하여 들어가서 중공사막내를 통과하는 건조공기를 가습시키게 되고, 나머지 수분이 분리되어진 습윤공기(air)는 가습기(36)의 출구를 통해 외부로 배출된다.That is, when the exhaust gas discharged from the fuel cell stack, that is, the wet air, flows into the humidifier 36, the dry air enters through the hollow fiber membrane by capillary action into the hollow fiber membrane arranged in the bundle in the humidifier 36. To humidify, and the remaining air is separated from the wet air (air) is discharged to the outside through the outlet of the humidifier (36).

상기 열 및 물관리 시스템(40)은 스택내에서 전기 생성을 위한 수소와 산소가 반응할 때 많은 반응열을 생성하므로 이를 방열시키기 위한 시스템으로서, 스택(10)에서 배출된 냉각수가 워터펌프(42)의 펌핑력에 의하여 냉각수 순환라인(44)을 따라 스택용 라디에이터(46)로 들어가서 그 온도가 하강되도록 냉각된 후, 스택(10)으로 다시 공급되어 스택에 대한 냉각을 실시하게 된다.The heat and water management system 40 is a system for dissipating heat and heat generated when hydrogen and oxygen for electricity generation in the stack reacts. The cooling water discharged from the stack 10 is a water pump 42. By the pumping force of the along the cooling water circulation line 44 enters the stack radiator 46 and cooled to lower the temperature, it is supplied back to the stack 10 to perform the cooling for the stack.

한편, 상기 공기블로워의 후단이면서 가습기의 전단 위치에 제1온도센서(T1)와 산소의 온도를 측정하는 산소센서(50)가 설치되고, 연료전지 스택의 캐소드(공기극) 입구 및 출구에는 각각 제2 및 제3온도센서(T2,T3)가 설치되며, 또한 연료전지 스택의 냉각수 입구 및 출구에는 각각 제4 및 제5온도센서(T4,T5)가 설치되고, 연료전지 스택의 수소 입구 및 출구에도 각각 제6 및 제7온도센서(T6,T7)가 설치된다.On the other hand, the first temperature sensor (T1) and the oxygen sensor 50 for measuring the temperature of the oxygen is installed at the rear end of the air blower and the front of the humidifier, and the cathode (air electrode) inlet and outlet of the fuel cell stack, respectively Second and third temperature sensors T2 and T3 are installed, and cooling water inlets and outlets of the fuel cell stack are provided with fourth and fifth temperature sensors T4 and T5, respectively, and hydrogen inlets and outlets of the fuel cell stack. In addition, sixth and seventh temperature sensors T6 and T7 are respectively installed.

여기서, 상기한 연료전지 시스템 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 연료전지 시스템 운전 방법을 설명하면 다음과 같다.Herein, the fuel cell system operating method of the present invention based on the fuel cell system configuration will be described.

먼저, 연료전지 시스템의 운전중, 각 온도센서들의 센싱 및 산소센서의 센싱이 동시에 이루어진다.First, during operation of the fuel cell system, sensing of each temperature sensor and sensing of an oxygen sensor are simultaneously performed.

즉, 스택(10)에 공급되는 공기블로워(34) 후단의 공기 공급 온도를 제1온도센서(T1)에서 측정하고, 스택(10)으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 제5온도센서(T5)에서 측정하며, 또한 스택(10)으로 공급되는 수소 공급 온도를 제6온도센서(T6)에서 측정하고, 스택(10)으로 공급되는 공기블로워(34) 후단의 공기중 산소 농도를 산소센서(50)에 측정하게 된다.That is, the air supply temperature of the rear end of the air blower 34 supplied to the stack 10 is measured by the first temperature sensor T1, and the coolant discharge temperature discharged from the stack 10 is measured by the fifth temperature sensor T5. In addition, the hydrogen supply temperature supplied to the stack 10 is measured by the sixth temperature sensor T6, and the oxygen concentration in the air at the rear end of the air blower 34 supplied to the stack 10 is measured by the oxygen sensor 50. Will be measured.

이때, 제1온도센서(T1)에서 측정된 공기 공급 온도와 제5온도센서(T5)에서 측정된 냉각수 배출 온도의 차이를 제어부(미도시됨)에서 비교하여, 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 증가 또는 감소 조절하게 된다.In this case, a difference between the air supply temperature measured by the first temperature sensor T1 and the cooling water discharge temperature measured by the fifth temperature sensor T5 is compared by a controller (not shown), and the relative humidity of the air supplied to the stack is compared. To increase or decrease.

보다 상세하게는, 스택에 공급되는 공기블로워(34) 후단의 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 기준치 이상으로 낮으면(동절기에는 외기 온도가 낮음에 따라 공기 공급 온도가 더 낮을 수 밖에 없음), 즉 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 낮되 그 온도 차이가 기준범위를 벗어나면, 스택에 공급되는 공급 공기의 상대습도를 증가시키는 조절이 이루어진다.More specifically, when the air supply temperature of the rear end of the air blower 34 supplied to the stack is lower than the reference value than the coolant discharge temperature (in winter, the air supply temperature must be lower due to the low outside air temperature), that is, If the air supply temperature is lower than the coolant discharge temperature but the temperature difference is outside the reference range, adjustment is made to increase the relative humidity of the supply air supplied to the stack.

이에, 스택에 공급되는 공급 공기의 상대습도를 증가시키는 조절은, 스택에 공급되는 공기 공급 압력을 증가시키는 동시에 공기 공급 유량을 감소시키고, 이와 함께 냉각수 공급 유량을 증가시킴으로써, 공기 공급 온도가 상승하는 동시에 냉각수 배출 온도가 하강하여 이루어진다.Thus, the adjustment to increase the relative humidity of the supply air supplied to the stack increases the air supply pressure supplied to the stack and at the same time reduces the air supply flow rate, thereby increasing the cooling water supply flow rate, thereby increasing the air supply temperature. At the same time, the cooling water discharge temperature is lowered.

다시 말해서, 스택에 공급되는 공기 공급 압력을 증가시키는 동시에 공기 공급 유량을 감소시킴에 따라 공기 공급 온도가 상승되고, 스택에 공급되는 저온의 냉각수 공급 유량을 증가시킴에 따라 냉각수 배출 온도가 하강할 수 밖에 없고, 결국 공기 공급 온도가 상승함에 따라 공기의 상대습도가 증가하게 된다.In other words, the air supply temperature is increased by increasing the air supply pressure supplied to the stack and at the same time decreasing the air supply flow rate, and the cooling water discharge temperature may decrease by increasing the low temperature cooling water supply flow rate supplied to the stack. In addition, as the air supply temperature increases, the relative humidity of the air increases.

이렇게 함으로써, 겨울철 외기 온도 저하시 스택에 공급되는 공기의 상대습도 감소로 인한 스택 성능 저하를 방지하는 동시에 스택의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.By doing so, it is possible to prevent the stack performance due to the decrease in the relative humidity of the air supplied to the stack when the outside air temperature decreases in winter, and at the same time improve the output performance of the stack.

반면에, 여름철과 같이 스택에 공급되는 공기블로워(34) 후단의 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 기준치 이상으로 높으면, 즉 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 높되, 그 온도 차이가 기준범위를 벗어나면, 스택에 공급되는 공급 공기의 상대습도를 감소시키는 조절이 이루어진다.On the other hand, if the air supply temperature of the rear end of the air blower 34 supplied to the stack, such as summer, is higher than the reference value than the coolant discharge temperature, that is, the air supply temperature is higher than the coolant discharge temperature, but the temperature difference is outside the reference range The adjustment is made to reduce the relative humidity of the supply air supplied to the stack.

이에, 스택에 공급되는 공급 공기의 상대습도를 감소시키는 조절은, 스택에 공급되는 공기 공급 유량을 감소시키거나 냉각수 공급 유량을 감소시킴으로써, 공기 공급 온도가 하강하는 동시에 냉각수 배출 온도가 상승하여 이루어진다.Thus, the adjustment to reduce the relative humidity of the supply air supplied to the stack is made by reducing the air supply flow rate supplied to the stack or decreasing the cooling water supply flow rate, thereby lowering the air supply temperature and increasing the cooling water discharge temperature.

다시 말해서, 공기 공급 유량을 감소시킴에 따라 공기 공급 온도가 다소 낮아질 수 밖에 없고, 동시에 냉각수 공급 유량을 감소시킴에 따라 스택에서 냉각을 마치고 나온 냉각수 배출 온도가 상승할 수 밖에 없으므로, 공기블로워 후단의 공기 공급 온도와 스택에서 배출되는 냉각수 배출 온도간의 편차를 줄이는 동시에 공기 공급 온도가 하강함에 따라 공기의 상대습도가 적정 수준으로 감소하게 된다.In other words, as the air supply flow rate is reduced, the air supply temperature is lowered slightly, and at the same time, as the coolant supply flow rate is decreased, the coolant discharge temperature after finishing cooling in the stack is inevitably increased. The relative humidity of the air is reduced to an appropriate level as the air supply temperature decreases while reducing the deviation between the air supply temperature and the coolant discharge temperature discharged from the stack.

이렇게 여름철과 같은 외기 온도 상승시에도 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 적정 수준으로 유지시켜 스택의 출력 성능을 유지시킬 수 있다.In this way, even when the outside temperature rises, such as in summer, the relative humidity of the air supplied to the stack can be maintained at an appropriate level to maintain the output performance of the stack.

이때, 상기 가습기(36)의 출구단에 설치되는 후단 압력 조절기(38)의 흡입 압력 상승 제어에 의하여 공기 공급 압력이 증가될 수 있고, 공기블로워(34)의 RPM 하강 제어를 통해 공기 공급 유량을 감소시킬 수 있다.At this time, the air supply pressure may be increased by the suction pressure rise control of the rear pressure regulator 38 installed at the outlet end of the humidifier 36, and the air supply flow rate may be increased by controlling the RPM drop of the air blower 34. Can be reduced.

한편, 스택에 공급되는 공기블로워 후단의 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 낮거나 높되, 기준범위를 벗어나지 않으면 연료전지 시스템은 계속 정상적으로 운전되도록 한다.On the other hand, if the air supply temperature of the rear end of the air blower supplied to the stack is lower or higher than the cooling water discharge temperature, the fuel cell system continues to operate normally if it does not exceed the standard range.

본 발명에 따르면, 공기블로워(34) 후단의 공기중 산소 농도 측정이 이루어진 후, 측정된 산소 농도에 따라 스택에 공급되는 공기 공급 압력 및 공기 공급 유량을 조절하는 단계가 진행된다.According to the present invention, after measuring the oxygen concentration in the air after the air blower 34, the step of adjusting the air supply pressure and the air supply flow rate is supplied to the stack in accordance with the measured oxygen concentration.

상기 산소센서(50)에서 측정된 산소 농도가 기준치 이하이면, 연료전지 시스템이 고지대에서 운전중인 것으로 판정하여, 스택으로 공급되는 공기 공급 압력 및 공기 공급 유량을 증가시킴으로써, 스택에서 실질적으로 수소와 반응하는 산소량을 보상해주도록 한다.If the oxygen concentration measured by the oxygen sensor 50 is less than the reference value, it is determined that the fuel cell system is operating in the highlands, thereby increasing the air supply pressure and air supply flow rate to the stack, thereby substantially reacting with hydrogen in the stack. Compensate for oxygen

따라서, 연료전지 시스템이 산소 농도가 희박한 고지대에서 운전되는 경우, 스택에 공급되는 공기중 산소 농도 감소로 인하여 스택 성능이 저하되는 것을 방지하는 동시에 스택 출력 성능을 유지시킬 수 있다.Therefore, when the fuel cell system is operated in a high altitude where the oxygen concentration is scarce, it is possible to prevent the stack performance from being lowered due to the decrease in the oxygen concentration in the air supplied to the stack and to maintain the stack output performance.

본 발명에 따르면, 수소 재순환 블로워(24)의 고장시, 측정된 수소 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 비교하여 수소 공급 압력 및 수소의 상대습도를 조절하는 단계가 진행된다.According to the present invention, when the hydrogen recycle blower 24 fails, a step of adjusting the hydrogen supply pressure and the relative humidity of hydrogen is performed by comparing the difference between the measured hydrogen supply temperature and the cooling water discharge temperature.

즉, 수소측 재순환블로워 고장시, 스택의 애노드로 공급되는 수소의 상대습도가 감소됨에 따라 스택 성능이 저하되는 현상이 발생될 수 있으므로, 수소 공급 압력 및 수소의 상대습도를 조절하는 단계가 진행된다.That is, when the hydrogen-side recirculation blower fails, stack performance may decrease as the relative humidity of hydrogen supplied to the anode of the stack decreases, thereby adjusting the hydrogen supply pressure and the relative humidity of hydrogen. .

이에, 스택(10)으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 제5온도센서(T5)에서 측정하고, 스택(10)으로 공급되는 수소 공급 온도를 제6온도센서(T6)에서 측정한 결과, 수소 공급 온도가 냉각수 배출 온도에 비하여 낮으면, 스택(10)의 수소 입구단에 설치되는 레귤레이터(22)의 조절에 의하여 스택으로 공급되는 수소 공급 압력을 증가시키게 된다.As a result, the cooling water discharge temperature discharged from the stack 10 is measured by the fifth temperature sensor T5, and the hydrogen supply temperature supplied to the stack 10 is measured by the sixth temperature sensor T6. Is lower than the cooling water discharge temperature, the hydrogen supply pressure supplied to the stack is increased by controlling the regulator 22 installed at the hydrogen inlet end of the stack 10.

따라서, 수소 재순환 블로워 고장시, 스택의 애노드로 공급되는 수소의 부족량을 수소 공급 압력 증가에 따라 보상할 수 있고, 스택내로 들어간 수소가 고온의 냉각수에 의하여 기화되어 결국 수소의 상대습도가 증가된다.Thus, in the case of a hydrogen recycle blower failure, the shortage of hydrogen supplied to the anode of the stack can be compensated for by the increase in the hydrogen supply pressure, and the hydrogen entering the stack is vaporized by the high temperature cooling water and eventually increases the relative humidity of the hydrogen.

한편, 수소 재순환 블로우 고장시, 스택의 애노드로 공급되는 수소의 부족량을 더 보상하기 위하여, 스택으로부터 배출되는 수소의 퍼지 주기를 단축시키는 제어가 동시에 이루어진다.
On the other hand, in the event of a hydrogen recycle blow failure, control is made at the same time to shorten the purge period of hydrogen discharged from the stack to further compensate for the shortage of hydrogen supplied to the stack's anode.

10 : 연료전지 스택 20 : 연료공급 시스템
22 : 레귤레이터 24 : 수소 재순환 블로워
26 : 수소퍼지밸브 30 : 공기공급 시스템
32 : 필터 34 : 공기블로워
36 : 가습기 38 : 압력조절기
40 : 열 및 물관리 시스템 42 : 워터펌프
44 : 냉각수 순환라인 46 : 라디에이터
50 : 산소센서 T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7 : 온도센서10: fuel cell stack 20: fuel supply system
22 regulator 24 hydrogen recycle blower
26: hydrogen purge valve 30: air supply system
32: filter 34: air blower
36: humidifier 38: pressure regulator
40: heat and water management system 42: water pump
44: cooling water circulation line 46: radiator
50: oxygen sensor T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7: temperature sensor

Claims (12)

스택으로 공급되는 공기블로워 후단의 공기 공급 온도를 가습기의 전단 위치에 있는 제1온도센서에서 측정하는 단계;
스택으로부터 배출되는 냉각수 배출 온도를 스택의 냉각수 출구에 있는 제5온도센서에서 측정하는 단계;
측정된 공기 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 제어부에서 비교하여, 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 조절하는 단계;
상기 스택으로 공급되는 공기블로워 후단의 공기중 산소 농도를 가습기의 전단 위치에 있는 산소센서에서 측정하는 단계;
측정된 산소 농도에 따라 스택에 공급되는 공기 공급 압력을 가습기의 출구단에 설치되는 압력 조절기의 제어를 통해 조절하고, 공기 공급 유량을 공기블로어의 RPM 제어를 통해 조절하는 단계;
상기 스택으로 공급되는 수소 공급 온도를 스택의 수소 입구에 있는 제6온도센서에서 측정하는 단계;
수소 재순환 블로워 고장시, 측정된 수소 공급 온도와 냉각수 배출 온도의 차이를 비교하여 수소 공급 압력 및 수소의 상대습도를 스택의 수소 입구단에 설치되는 레귤레이터의 조절을 통해 조절하는 단계;
를 포함하고,
상기 스택에 공급되는 공기의 상대습도를 조절하는 단계에서,
상기 제어부에서의 비교에 의해 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 기준치 이상으로 낮으면, 스택에 공급되는 공기 공급 압력을 증가시키는 동시에 공기 공급 유량을 감소시킴에 따라 공기 공급 온도가 상승되고, 냉각수 유량을 증가시킴에 따라 냉각수 배출 온도가 하강하게 되면서 공급 공기의 상대습도가 증가 조절되도록 하고,
상기 제어부에서의 비교에 의해 공기 공급 온도가 냉각수 배출 온도보다 기준치 이상으로 높으면 스택에 공급되는 공기 공급 유량을 감소시키거나 냉각수 유량을 감소시킴으로써, 공기 공급 온도가 하강하는 동시에 냉각수 배출 온도가 상승하여 공급 공기의 상대습도를 감소 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법.
Measuring the air supply temperature at the rear end of the air blower supplied to the stack at a first temperature sensor at a front end position of the humidifier;
Measuring the coolant discharge temperature discharged from the stack at a fifth temperature sensor at a coolant outlet of the stack;
Comparing the difference between the measured air supply temperature and the cooling water discharge temperature in the controller to adjust a relative humidity of air supplied to the stack;
Measuring the oxygen concentration in the air at the rear of the air blower supplied to the stack by an oxygen sensor located at a front end of the humidifier;
Adjusting the air supply pressure supplied to the stack according to the measured oxygen concentration through the control of a pressure regulator installed at the outlet of the humidifier, and adjusting the air supply flow rate through RPM control of the air blower;
Measuring a hydrogen supply temperature supplied to the stack at a sixth temperature sensor at a hydrogen inlet of the stack;
In the event of a hydrogen recycle blower failure, comparing the difference between the measured hydrogen supply temperature and the cooling water discharge temperature to adjust the hydrogen supply pressure and the relative humidity of hydrogen through regulation of a regulator installed at the hydrogen inlet end of the stack;
Lt; / RTI >
In the step of adjusting the relative humidity of the air supplied to the stack,
When the air supply temperature is lower than the coolant discharge temperature by a comparison from the control unit, the air supply temperature is increased by increasing the air supply pressure supplied to the stack and decreasing the air supply flow rate, thereby reducing the cooling water flow rate. As the cooling water discharge temperature decreases, the relative humidity of the supply air is increased and controlled.
When the air supply temperature is higher than the coolant discharge temperature by a comparison from the control unit, the air supply temperature supplied to the stack is reduced or the coolant flow rate is decreased, thereby decreasing the air supply temperature and increasing the coolant discharge temperature. A method of operating a fuel cell system, characterized by reducing and controlling the relative humidity of air.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 산소 농도가 기준치 이하이면, 스택으로 공급되는 공기의 공급 압력을 압력 조절기의 흡입 압력 상승 제어를 통해 증가시키고, 공급 유량을 공기블로어의 RPM 상승 제어를 통해 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법.
The method according to claim 1,
When the oxygen concentration is less than the reference value, the supply pressure of the air supplied to the stack is increased through the suction pressure increase control of the pressure regulator, and the supply flow rate is increased through the RPM increase control of the air blower. Driving way.
청구항 1에 있어서,
수소 재순환 블로워 고장시, 수소 공급 온도가 냉각수 배출 온도에 비하여 낮으면, 스택으로 공급되는 수소 공급 압력을 스택의 수소 입구단에 설치되는 레귤레이터의 조절을 통해 증가시킴으로써, 수소의 상대습도가 증가 조절되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법.
The method according to claim 1,
In the case of a hydrogen recycle blower failure, if the hydrogen supply temperature is lower than the cooling water discharge temperature, the relative humidity of hydrogen is increased and controlled by increasing the hydrogen supply pressure supplied to the stack through the regulation of a regulator installed at the hydrogen inlet end of the stack. A method of operating a fuel cell system, characterized in that.
청구항 1에 있어서,
수소 재순환 블로우 고장시, 스택으로부터 배출되는 수소가 수소퍼지밸브를 거쳐 외부로 배출되도록 하는 수소의 퍼지 주기를 단축시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법.
The method according to claim 1,
And a control for shortening the purge cycle of hydrogen to allow hydrogen discharged from the stack to be discharged to the outside through the hydrogen purge valve in the case of hydrogen recycle blow failure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101313880B1 (en) * 2012-09-17 2013-10-01 한국에너지기술연구원 Method for managing stationary fule cell system
KR101588776B1 (en) * 2013-11-20 2016-01-26 현대자동차 주식회사 Fuel cell system
KR101526807B1 (en) 2014-07-02 2015-06-08 현대자동차주식회사 Air blower control method of fuel cell vehicle
KR102607858B1 (en) * 2015-07-08 2023-11-30 삼성전자주식회사 Electrochemical battery and method of operating the same
CN105183027B (en) * 2015-10-10 2017-11-07 南京信息工程大学 A kind of gas humidity automatic control system for cloud chamber
KR101745255B1 (en) 2016-04-01 2017-06-08 현대자동차주식회사 Fuel cell purging control method
WO2018028948A1 (en) 2016-08-09 2018-02-15 Unilever N.V. A filter unit adapted as a pre-filter system for water filtration comprising multiple filters in a single filter housing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349067A (en) 2003-05-21 2004-12-09 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2005116499A (en) 2003-10-10 2005-04-28 Hyundai Motor Co Ltd Temperature/humidity control system for fuel cell stack and its control method
JP2007335409A (en) 2006-06-09 2007-12-27 Gm Global Technology Operations Inc System level adjustment for increasing rh of stack entrance
JP2008258040A (en) 2007-04-06 2008-10-23 Toyota Motor Corp Humidifying water amount estimation device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349067A (en) 2003-05-21 2004-12-09 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2005116499A (en) 2003-10-10 2005-04-28 Hyundai Motor Co Ltd Temperature/humidity control system for fuel cell stack and its control method
JP2007335409A (en) 2006-06-09 2007-12-27 Gm Global Technology Operations Inc System level adjustment for increasing rh of stack entrance
JP2008258040A (en) 2007-04-06 2008-10-23 Toyota Motor Corp Humidifying water amount estimation device

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