KR101363399B1 - Fuel cell system and control method of the same - Google Patents

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KR101363399B1 KR1020120149913A KR20120149913A KR101363399B1 KR 101363399 B1 KR101363399 B1 KR 101363399B1 KR 1020120149913 A KR1020120149913 A KR 1020120149913A KR 20120149913 A KR20120149913 A KR 20120149913A KR 101363399 B1 KR101363399 B1 KR 101363399B1
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박현석
김억수
강선두
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현대오트론 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof and more specifically, to a fuel cell system and a control method thereof capable of determining the abnormality of a fuel cell. According to the embodiment of the present invention, provided is the fuel cell system and the control method thereof comprising; a stack which generates electricity with an electrochemical reaction after hydrogen and oxygen are supplied; a flux measuring unit which is connected to the stack and measures a first recirculation hydrogen amount of the stack; an output measuring unit which is connected to the stack and measures first output current amount generated in the stack; and a control unit which determines the abnormality of the stack based on a second recirculation hydrogen amount which is fixed by the first recirculation hydrogen amount and a second output current amount according to supply amounts of arbitrary hydrogen and oxygen. [Reference numerals] (10) Fuel supply unit; (20) Reformer; (30) Stack; (40) Flux measuring unit; (50) Output measuring unit; (60) Calculation unit; (70) Electricity converter; (80) Control unit; (90) Alarming unit; (AA) Air; (BB) Electricity

Description

연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법{Fuel cell system and control method of the same}FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF THE SAME

본 발명은 연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지의 이상 여부를 판별할 수 있는 연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof, and more particularly, to a fuel cell system and a control method thereof capable of determining whether a fuel cell is abnormal.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.Fuel cells are a kind of power generation system that converts chemical energy of fuel into electricity by reacting it electrochemically in the stack without converting it into heat by combustion. It is a power generation device that not only supplies electric power for industrial, It can also be applied to the power supply of electronic products, especially portable devices.

현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지는 복수의 단위 셀들이 연속적으로 배치된 스택 어셈블리(Stack Assembly)로 구성되며, 단위 셀들에 연료인 수소와 산화제인 산소를 제공하여 전기 에너지를 생산한다.BACKGROUND ART [0002] As a power source for driving a vehicle, a fuel cell is formed of a stack assembly in which a plurality of unit cells are continuously arranged, and generates hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidizer to generate electric energy.

연료전지 스택을 구성하는 단위 셀들 중에서 어느 하나의 셀에서 성능저하 가 발생되거나 고장이 발생되면 연료전지 스택의 전체 성능을 저하시켜 안정된 동작을 제공하지 못하는 현상이 발생한다. 종래에는 연료전지 스택의 각 단위 셀에서 출력되는 전압 및 전류를 직접 측정하여 연료전지 스택의 성능을 진단하고 있다.If a performance degradation or a failure occurs in any one of the unit cells constituting the fuel cell stack, the overall performance of the fuel cell stack may be degraded to provide a stable operation. Conventionally, the performance of the fuel cell stack is diagnosed by directly measuring the voltage and current output from each unit cell of the fuel cell stack.

종래의 연료전지 스택의 성능 진단 시스템은 모니터링 단자를 연료전지 스택을 구성하는 모든 단위 셀들의 단자에 접속시키고, 커넥터 케이블을 이용하여 측정기와 측정장치(TS)을 연결하여 각 단위 셀(C)에서 출력되는 전압값 및 전류값을 검출함으로써 전압 및 전류가 불량한 단위 셀을 검출하였다.In the conventional fuel cell stack performance diagnosis system, the monitoring terminal is connected to the terminals of all the unit cells constituting the fuel cell stack, and the measuring cable and the measuring device TS are connected by using a connector cable in each unit cell C. By detecting the output voltage value and current value, a unit cell having a poor voltage and current was detected.

이러한 종래의 기술은 연료전지 스택의 단위 셀 각각에 측정기의 모니터링 단자를 접속시켜야 하는 번거로움이 발생되고, 측정 작업이 오래 걸리는 문제점이 발생하며 연료전지 스택을 차량에서 반드시 분리하여야 하는 번거로움이 발생한다.This conventional technology has a problem in that the monitoring terminals of the measuring instrument are connected to each unit cell of the fuel cell stack, a long measurement task occurs, and a problem in that the fuel cell stack must be separated from the vehicle is generated. do.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연료 전지 스택의 재순환 수소량을 측정하여 연료 전지의 이상 여부를 판별할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of determining whether a fuel cell is abnormal by measuring an amount of recycle hydrogen in a fuel cell stack.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 연료 전지 스택의 재순환 수소량을 측정하여 상기 재순환 수소량이 고장진단 기준의 벗어났는지 여부를 통해 연료 전지의 이상 여부를 판별할 수 있는 연료 전지 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a control method of a fuel cell system capable of determining an abnormality of a fuel cell by measuring the amount of recycle hydrogen in a fuel cell stack and determining whether the amount of recycle hydrogen is out of the failure diagnosis criteria. To provide.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 수소와 산소가 공급되어 전기화학적 반응으로 전기를 발생시키는 스택, 상기 스택에 연결되어 상기 스택의 제1 재순환 수소량을 측정하는 유량 측정부, 상기 스택에 연결되어 상기 스택에서 발생되는 제1 출력전류량을 측정하는 출력 측정부 및 상기 제1 출력전류량에 따른 상기 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 재순환 수소량에 근거하여 상기 스택의 이상 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the stack is supplied with hydrogen and oxygen to generate electricity in an electrochemical reaction, connected to the stack to measure the amount of the first recycle hydrogen of the stack A flow rate measuring unit, an output measuring unit connected to the stack to measure a first output current amount generated in the stack, and a first amount according to the first recycle hydrogen amount according to the first output current amount and an optional supply amount of hydrogen and oxygen And a control unit for determining whether or not the stack is abnormal based on the second recycle hydrogen amount determined according to the output current amount.

상기 제1 출력전류량과 상기 제2 출력전류량이 동일한 경우, 상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량과 상기 제2 재순환 수소량을 비교할 수 있다.When the first output current amount and the second output current amount are the same, the controller may compare the first recycle hydrogen amount and the second recycle hydrogen amount.

상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량이 상기 제2 재순환 수소량 보다 큰 경우에 상기 스택을 이상 상태로 판단할 수 있다.The controller may determine the stack as an abnormal state when the first recycle hydrogen amount is greater than the second recycle hydrogen amount.

여기서, 상기 제1 재순환 수소량과 상기 제1 출력전류량은 정방향의 비례관계를 가질 수 있다.Here, the first recycle hydrogen amount and the first output current amount may have a proportional relationship in the forward direction.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법은, 수소와 산소를 공급하여 스택의 전기화학적 반응을 개시하는 단계, 유량 측정부를 이용하여 스택의 제1 재순환 수소량을 측정하는 단계, 출력 측정부로 상기 스택에서 발생하는 제1 출력전류량을 측정하는 단계 및 제어부를 이용하여 상기 제1 출력전류량에 따른 상기 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전압량에 따라 정해지는 제2 재순환 수소량에 근거하여 상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a fuel cell system, including: supplying hydrogen and oxygen to initiate an electrochemical reaction of a stack; Measuring a small amount, measuring a first output current amount generated in the stack with an output measuring unit, and using the control unit according to the first recycled hydrogen amount according to the first output current amount and an optional supply amount of hydrogen and oxygen And determining whether the stack is abnormal based on a second recycle hydrogen amount determined according to a second output voltage amount.

상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계에서, 상기 제1 출력전류량과 상기 제2 출력전류량이 동일한 경우에, 상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량과 상기 제2 재순환 수소량을 비교할 수 있다.In the determining of whether the stack is abnormal, when the first output current amount and the second output current amount are the same, the controller may compare the first recycle hydrogen amount and the second recycle hydrogen amount.

이때, 상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량이 상기 제2 재순환 수소량 보다 큰 경우에 상기 스택을 이상 상태로 판단할 수 있다.In this case, the controller may determine the stack as an abnormal state when the amount of the first recycle hydrogen is greater than the amount of the second recycle hydrogen.

여기서, 상기 제1 재순환 수소량과 상기 제1 출력전류량은 정방향의 비례관계를 가질 수 있다.Here, the first recycle hydrogen amount and the first output current amount may have a proportional relationship in the forward direction.

상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계 이후에, 상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the step of selecting an operation mode of the stack after determining whether the stack is abnormal.

상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계에서, 상기 스택이 이상 상태라고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 연료전지 시스템이 수소를 반응시키는 운전으로 전환되도록 제어하거나 상기 연료전지 시스템이 운전을 종료하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step of selecting an operation mode of the stack, if it is determined that the stack is in an abnormal state, the controller controls the fuel cell system to switch to an operation of reacting hydrogen or controls the fuel cell system to terminate the operation. It may further comprise a step.

상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계에서, 상기 스택이 이상 상태라고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 연료전지 시스템이 운전을 종료하도록 제어할 수 있다.In the step of selecting an operation mode of the stack, when it is determined that the stack is in an abnormal state, the controller may control the fuel cell system to terminate the operation.

상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계에서, 상기 스택이 이상 상태가 아니라고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 연료전지 시스템이 정상운전모드를 지속하도록 제어할 수 있다.In the step of selecting the operation mode of the stack, when it is determined that the stack is not abnormal, the control unit may control the fuel cell system to maintain the normal operation mode.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 전지 스택의 재순환 수소량을 측정하여 상기 재순환 수소량이 고장진단 기준의 벗어났는지 여부를 통해 연료전지의 이상 여부를 판별할 수 있는 연료전지 시스템 및 연료전지 시스템의 제어 방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a fuel cell system and a fuel cell system capable of determining an abnormality of a fuel cell by measuring the amount of recycled hydrogen in a fuel cell stack by determining whether the amount of recycled hydrogen is out of the failure diagnosis criteria. It can provide a control method of.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.1 is a block diagram illustrating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
2A is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
2B is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a control method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 연료전지 스택으로부터 배출되는 재순환 수소량을 측정하여 연료전지의 이상 여부를 판별할 수 있는 연료전지 시스템 및 연료전지 시스템의 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the fuel cell system and the control method of the fuel cell system that can determine the abnormality of the fuel cell by measuring the amount of recycle hydrogen discharged from the fuel cell stack according to the present invention. do.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은, 수소와 산소가 공급되어 전기화학적 반응으로 전기를 발생시키는 스택(30), 스택(30)에 연결되어 스택(30)으로부터 배출되는 제1 재순환 수소량을 측정하는 유량 측정부(40), 스택(30)에 연결되어 스택(30)에서 발생되는 제1 출력전류량을 측정하는 출력 측정부(50) 및 상기 제1 출력전류량에 따른 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 재순환에 근거하여 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 제어부(80)를 포함한다. 제어부(80)는 스택(30)에서 발생되는 전류의 누적량을 기준으로 연료와 공기(산소)의 공급량을 제어하는 역할도 할 수 있다.As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a stack 30 and a stack 30 connected to a stack 30 for generating electricity by an electrochemical reaction by supplying hydrogen and oxygen. Flow rate measuring unit 40 for measuring the amount of the first recycle hydrogen discharged from 30, the output measuring unit 50 connected to the stack 30 to measure the first output current generated in the stack 30 and the The control unit 80 for determining whether or not the stack 30 is abnormal based on the first recycle hydrogen amount according to the first output current amount and the second recycle current determined according to the second output current amount according to an arbitrary supply amount of hydrogen and oxygen is provided. Include. The control unit 80 may also control the supply amount of fuel and air (oxygen) based on the accumulation amount of the current generated in the stack 30.

상기 연료전지 시스템(1)은, 탄화수소계열의 연료를 공급하는 연료공급부(10), 연료공급부(10)에 연결되어 수소를 생성시키는 개질기(20), 제1 출력전류량과 제2 출력전류량을 비교하는 연산부(60), 스택(30)의 출력측에 연결되어 직류전기를 교류전기로 전환시켜 공급하는 전력변환기(70) 및 제어부(80)에 연결되어 제어부(80)가 판별하는 스택(30)의 이상 여부를 표시하거나 알려주는 알람부(90)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system 1 includes a fuel supply unit 10 that supplies hydrocarbon-based fuel, a reformer 20 that is connected to the fuel supply unit 10 to generate hydrogen, a comparator that compares the first output current amount and the second output current amount A power converter 70 connected to the output side of the stack 30 to convert the direct current into alternating electricity and supply the power to the stack 30 and a control unit 80 connected to the control unit 80, And an alarm unit 90 for indicating or indicating an abnormality.

스택(30)은 다수의 단위 셀 들이 연속적으로 배열되어 구성되며, 연료인 수소와 공기(산소)의 전기 화학적 반응으로 전기 에너지를 생성한다. 단위 셀은 막-전극 어셈블리와 막-전극 어셈블리의 사이에 도전성을 지닌 플레이트 형태의 세퍼레이터(Separator)를 포함하며, 세퍼레이터에는 막-전극 어셈블리의 밀착면으로 연료 및 공기를 유동시키기 위한 채널이 형성된다.The stack 30 is constituted by a plurality of unit cells arranged in series and generates electrical energy by electrochemical reaction between hydrogen as fuel and air (oxygen). The unit cell includes a plate-shaped separator having conductivity between the membrane-electrode assembly and the membrane-electrode assembly, and a channel for flowing fuel and air is formed in the separator on the contact surface of the membrane-electrode assembly .

막-전극 어셈블리의 일면에는 공급된 수소를 수소 이온(Proton)과 전자로 분해하는 전극/촉매층인 애노드(Anode, 양극)가 형성되고, 다른 일면에는 수소와 산소를 반응시키는 전극/촉매층인 캐소드(Cathode, 음극)가 형성된다. 한편, 스택(30) 중심부에는 촉매가 코팅된 멤브레인이 배치된다.An anode (anode), which is an electrode / catalyst layer for decomposing the supplied hydrogen into protons and electrons, is formed on one surface of the membrane-electrode assembly, and a cathode (anode) Cathode, cathode) are formed. On the other hand, at the center of the stack 30, a membrane coated with a catalyst is disposed.

세퍼레이터에 형성된 채널의 일측에는 수소를, 다른 일측에는 공기(산소)를 유입시킨다. 이때, 애노드에서는 수소가 멤브레인 표면의 촉매작용으로 수소 양이온과 전자로 분해된다(하기 식 (1) 참조). 여기서, 전자는 양극 플레이트(Bi-polar Plate)를 통해 흘러가고, 수소 양이온은 멤브레인을 통해서 캐소드 쪽으로 흘러가게 된다. 멤브레인을 통과하여 흘러간 수소 양이온은 캐소드의 산소 음이온과 결합하여 전기 화학적 환원반응에 의해 물을 생성(하기 식 (2) 참조)하고, 동시에 전자의 흐름으로부터 전기 에너지를 생성하게 된다.Hydrogen is introduced into one side of the channel formed in the separator, and air (oxygen) is introduced into the other side. At this time, in the anode, hydrogen is decomposed into hydrogen cations and electrons by the catalytic action of the surface of the membrane (see the following formula (1)). Here, the electrons flow through the Bi-polar plate, and the hydrogen cations flow to the cathode through the membrane. Hydrogen cations flowing through the membrane combine with oxygen anions at the cathode to produce water by electrochemical reduction reaction (see equation (2) below) and at the same time generate electrical energy from the flow of electrons.

H2 --> 2H + 2e- --- 식 (1)H 2 - > 2H + 2 e - (1)

4H + O2 + 4e- --> 2H2O --- 식 (2)4H + O 2 + 4 e- -> 2H 2 O (2)

즉, 스택(30)에서는 수소와 산소의 전기 화학적 반응으로 물이 생성되고, 이 물이 생성되는 전기 화학적 반응에 소요되는 수소는 전기량과 비례하게 된다. 이때, 반응에 참여하지 않는 수소는 재순환된다. 이에 따라, 재순환되는 수소의 양을 측정하면 공급된 수소가 전기 화학적 반응에 정상적으로 참여하는지를 확인할 수 있다. That is, in the stack 30, water is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and the hydrogen required for the electrochemical reaction in which the water is generated is proportional to the amount of electricity. At this time, hydrogen not participating in the reaction is recycled. Accordingly, by measuring the amount of hydrogen recycled it can be confirmed whether the supplied hydrogen normally participates in the electrochemical reaction.

만약, 출력전류량이 일정하고 스택(30)에 공급되는 수소의 양이 일정한 경우, 재순환 수소가 정상 상태일 때보다 많다면 공급된 수소가 반응에 정상적으로 참여하지 않고 연료전지 시스템(1)의 백금, 카본과 같은 촉매나 물과 반응한 것으로 볼 수 있으며, 이와 같은 비정상적인 반응은 연료전지 시스템(1) 내의 단위 셀을 손상시키는 원인이 된다.If the output current amount is constant and the amount of hydrogen supplied to the stack 30 is constant, if the recycle hydrogen is larger than when it is in a steady state, the supplied hydrogen does not normally participate in the reaction and platinum of the fuel cell system 1 It can be regarded as reacting with a catalyst such as carbon or water, and this abnormal reaction causes damage to the unit cell in the fuel cell system 1.

이를 감안하여, 도 2a 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(80)는 출력 측정부(50)에서 측정된 제1 출력전류량에 따른 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 재순환 수소량을 비교하여 스택(30)의 이상 여부를 판별할 수 있다.
In view of this, as shown in Figures 2a to 3, the control unit 80 according to an embodiment of the present invention is the amount of the first recycle hydrogen according to the first output current amount measured by the output measuring unit 50 and arbitrary The abnormality of the stack 30 may be determined by comparing the amount of the second recycle hydrogen determined according to the second output current amount according to the supply amount of hydrogen and oxygen.

이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 제어 방법을 설명한다.Hereinafter, a control method of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 3. Fig.

먼저, 유량 측정부(40)를 이용하여 스택(30)의 제1 재순환 수소량을 측정한다(S310). 다음, 출력 측정부(50)로 스택(30)에서 발생하는 제1 출력전류량을 측정한다(S320). 마지막으로, 제어부(80)를 이용하여 제1 출력전류량에 따른 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 물 배출량을 비교하여 스택(30)의 이상 여부를 판별한다(S330).First, the first recycle hydrogen amount of the stack 30 is measured using the flow rate measuring unit 40 (S310). Next, the output measuring unit 50 measures a first output current amount generated in the stack 30 (S320). Finally, using the control unit 80, the stack 30 compares the first recycle hydrogen amount according to the first output current amount and the second water discharge amount determined according to the second output current amount according to the arbitrary supply amount of hydrogen and oxygen. It is determined whether the abnormality (S330).

상기 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 단계(S330) 이전에, 연료전지 시스템(1)의 제1 출력전류량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따라 정해지는 제2 출력전류량을 비교하는 단계(S325)를 더 포함할 수 있다.Comparing the first output current amount of the fuel cell system 1 and the second output current amount determined according to the supply amount of any hydrogen and oxygen before the step S330 of determining whether the stack 30 is abnormal S325).

스택(30)에 공급되는 임의의 수소와 산소의 양에 따른 제2 출력전류량이 연료전지 시스템(1)의 제1 출력전류량과 동일한 조건이라면, 스택(30)에서 반응하지 않고 재순환되는 제1 재순환 수소량 역시 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 재순환 수소량 과 동일해야 한다. 즉, 이상적인 경우의 연료전지 시스템(1)에서는 유량 측정부(40)에서 측정된 제1 재순환 수소량이 동일 출력인 제2 출력전류에 따른 제2 재순환 수소량과 같은 값을 가질 것이다. 하지만, 스택(30)에서 반응하지 않고 재순환되는 수소가 정상 상태일 때보다 많다면 제1 출력전류량에 따른 제1 재순환 수소량이 이상적인 경우 보다 커질 것이다.If the second output current amount according to the amount of hydrogen and oxygen supplied to the stack 30 is the same condition as the first output current amount of the fuel cell system 1, the first recycle is recycled without reacting in the stack 30. The amount of hydrogen must also be equal to the amount of second recycle hydrogen determined by the amount of second output current. That is, in the fuel cell system 1 in the ideal case, the first recycle hydrogen amount measured by the flow rate measuring unit 40 will have the same value as the second recycle hydrogen amount according to the second output current having the same output. However, if there is more hydrogen recycled without reacting in the stack 30 than in the normal state, the amount of the first recycle hydrogen according to the first output current amount will be larger than the ideal case.

따라서, 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 단계(S330)에서, 제1 출력전류량과 제2 출력전류량이 동일한 조건이라면, 제어부(80)는 제1 재순환 수소량이 제2 재순환 수소량 보다 큰 경우에 스택(30)을 이상 상태로 판단할 수 있다.Therefore, in step S330 of determining whether the stack 30 is abnormal, if the first output current amount and the second output current amount are the same condition, the controller 80 determines that the first recycle hydrogen amount is greater than the second recycle hydrogen amount. In this case, the stack 30 may be determined to be in an abnormal state.

도 1, 도 2a 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법에서, 상기 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 단계(S330) 이후에, 스택(30)이 이상 상태라고 판단하면, 제어부(80)가 판별하는 스택(30)의 이상을 표시하거나 알려주는 알람 단계(S335-1)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2A and 3, in the control method of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, after the step S330 of determining whether the stack 30 is abnormal, (S335-1) indicating or indicating an abnormality of the stack 30 determined by the control unit 80, if it is determined that the abnormality of the stack 30 is abnormal.

다음, 스택(30)의 운전모드를 선택하는 단계(S335-2)에서는, 스택(30)의 이상에 따라서 연료전지 시스템(1)은 제어부(80)에 의해 연료전지 시스템(1)이 수소를 반응시키는 운전으로 전환되도록 제어될 수 있다.Next, in step S335-2 of selecting an operation mode of the stack 30, the fuel cell system 1 controls hydrogen by the controller 80 according to the abnormality of the stack 30. It can be controlled to switch to reacting operation.

상기 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 단계(S330) 이후에, 스택(30)이 이상 상태가 아니라고 판단되면, 연료전지 시스템(1)은 제어부(80)에 의해 정상운전모드를 지속하도록 제어될 수 있다.If it is determined that the stack 30 is not in an abnormal state after the step S330 of determining whether the stack 30 is abnormal or not, the fuel cell system 1 is controlled by the control unit 80 to continue the normal operation mode .

도 1, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법에서, 상기 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 단계(S330) 이후에, 스택(30)이 이상 상태라고 판단하면, 제어부(80)가 판별하는 스택(30)의 이상을 표시하거나 알려주는 알람 단계(S335-1)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2B and 3, in the control method of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention, after the step S330 of determining whether the stack 30 is abnormal, (S335-1) indicating or indicating an abnormality of the stack 30 determined by the control unit 80, if it is determined that the abnormality of the stack 30 is abnormal.

이후, 제어부(80)는 스택(30)의 이상을 감지하여 연료전지 시스템(1)의 운전을 종료할 수 있다.Thereafter, the control unit 80 may detect an abnormality in the stack 30 and terminate the operation of the fuel cell system 1. [

본 발명의 제1 실시예와 같이, 상기 스택(30)의 이상 여부를 판별하는 단계(S330) 이후에, 스택(30)이 이상 상태가 아니라고 판단하면, 제어부(80)는 연료전지 시스템(1)이 정상운전모드를 지속하는 단계(S335-2)를 더 포함하도록 제어할 수 있다.
If the stack 30 is determined not to be in an abnormal state after the step S330 of determining whether the stack 30 is abnormal as in the first embodiment of the present invention, the controller 80 controls the fuel cell system 1 (S335-2) that the normal operation mode is continued in the normal operation mode.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연료전지 스택의 재순환 수소량을 측정하여 상기 물 배출량이 고장진단 기준의 벗어났는지 여부를 통해 연료전지의 이상 여부를 판별할 수 있는 연료전지 시스템 및 그의 제어 방법을 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, a fuel cell system and a control method thereof capable of determining an abnormality of a fuel cell by measuring the amount of recycled hydrogen in a fuel cell stack based on whether the water discharge is out of the failure diagnosis criteria. Can be provided.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

1 : 연료전지 시스템 10 : 연료공급부
20 : 개질기 30 : 스택
40 : 유량 측정부 50 : 출력 측정부
60 : 연산부 70 : 전력변환기
80 : 제어부 90 : 알람부1: Fuel cell system 10: Fuel supply unit
20: Reformer 30: stack
40: Flow measuring part 50: Output measuring part
60: Operation unit 70: Power converter
80: control unit 90: alarm unit

Claims (16)

수소와 산소가 공급되어 전기화학적 반응으로 전기를 발생시키는 스택;
상기 스택에 연결되어 상기 스택의 제1 재순환 수소량을 측정하는 유량 측정부;
상기 스택에 연결되어 상기 스택에서 발생되는 제1 출력전류량을 측정하는 출력 측정부; 및
상기 제1 출력전류량에 따른 상기 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 재순환 수소량에 근거하여 상기 스택의 이상 여부를 판별하는 제어부;를 포함하는 연료전지 시스템.
A stack in which hydrogen and oxygen are supplied to generate electricity by an electrochemical reaction;
A flow rate measuring unit connected to the stack to measure a first recycle hydrogen amount of the stack;
An output measuring unit connected to the stack for measuring an amount of a first output current generated in the stack; And
A control unit for determining whether the stack is abnormal based on the first recycle hydrogen amount according to the first output current amount and the second recycle hydrogen amount determined according to a second output current amount according to an arbitrary supply amount of hydrogen and oxygen; Fuel cell system comprising.
제1항에 있어서,
상기 제1 출력전류량과 상기 제2 출력전류량이 동일한 경우,
상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량과 상기 제2 재순환 수소량을 비교하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
When the first output current amount is equal to the second output current amount,
The control unit compares the amount of the first recycle hydrogen and the amount of the second recycle hydrogen fuel cell system.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량이 상기 제2 재순환 수소량 보다 큰 경우에 상기 스택을 이상 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
And the controller determines the stack as an abnormal state when the amount of the first recycle hydrogen is greater than the amount of the second recycle hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 제1 재순환 수소량과 상기 제1 출력전류량은 정방향의 비례관계를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
And the first recycle hydrogen amount and the first output current amount have a proportional relationship in a forward direction.
제1항에 있어서,
상기 제1 출력전류량과 상기 제2 출력전류량을 비교하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising an operation unit for comparing the first output current amount and the second output current amount.
제1항에 있어서,
상기 제어부에 연결되어 상기 제어부가 판별하는 상기 스택의 이상 여부를 표시하거나 알려주는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising an alarm unit connected to the control unit for indicating or indicating an abnormality of the stack determined by the control unit.
수소와 산소를 공급하여 스택의 전기화학적 반응을 개시하는 단계;
유량 측정부를 이용하여 스택의 제1 재순환 수소량을 측정하는 단계;
출력 측정부로 상기 스택에서 발생하는 제1 출력전류량을 측정하는 단계; 및
제어부를 이용하여 상기 제1 출력전류량에 따른 상기 제1 재순환 수소량과 임의의 수소와 산소의 공급량에 따른 제2 출력전류량에 따라 정해지는 제2 재순환 수소량에 근거하여 상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
Initiating an electrochemical reaction of the stack by supplying hydrogen and oxygen;
Measuring a first amount of recycled hydrogen in the stack using a flow rate measuring unit;
Measuring an amount of a first output current generated in the stack with an output measuring unit; And
The controller determines whether the stack is abnormal based on the first recycle hydrogen amount according to the first output current amount and the second recycle hydrogen amount determined according to a second output current amount according to an arbitrary supply amount of hydrogen and oxygen. Control method of a fuel cell system comprising a.
제7항에 있어서,
상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계에서,
상기 제1 출력전류량과 상기 제2 출력전류량이 동일한 경우에,
상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량과 상기 제2 재순환 수소량을 비교하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
In the step of determining whether the stack is abnormal,
When the first output current amount is equal to the second output current amount,
And the control unit compares the first recycle hydrogen amount with the second recycle hydrogen amount.
제7항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 재순환 수소량이 상기 제2 재순환 수소량 보다 큰 경우에 상기 스택을 이상 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
And the control unit determines the stack as an abnormal state when the first recycle hydrogen amount is larger than the second recycle hydrogen amount.
제7항에 있어서,
상기 제1 재순환 수소량과 상기 제1 출력전류량은 정방향의 비례관계를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
And the first recycle hydrogen amount and the first output current amount have a proportional relationship in a forward direction.
제7항에 있어서,
상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계 이전에,
상기 제1 출력전류량과 상기 제2 출력전류량을 비교하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
Prior to the step of determining whether the stack is abnormal,
Comparing the first output current amount and the second output current amount; control method of a fuel cell system, characterized in that it further comprises.
제7항에 있어서,
상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계 이후에,
상기 제어부가 판별하는 상기 스택의 이상 여부를 표시하거나 알려주는 알람 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
After the step of determining whether the stack is abnormal,
And an alarm step of indicating or notifying whether the stack is abnormal, which is determined by the control unit.
제7항에 있어서,
상기 스택의 이상 여부를 판별하는 단계 이후에,
상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
After the step of determining whether the stack is abnormal,
Further comprising: selecting an operation mode of the stack.
제13항에 있어서,
상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계에서,
상기 스택이 이상 상태라고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 연료전지 시스템이 수소를 반응시키는 운전으로 전환되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
In the step of selecting the operation mode of the stack,
And if it is determined that the stack is in an abnormal state, the controller controls the fuel cell system to switch to an operation for reacting hydrogen.
제13항에 있어서,
상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계에서,
상기 스택이 이상라고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 연료전지 시스템이 운전을 종료하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
In the step of selecting the operation mode of the stack,
And if it is determined that the stack is abnormal, the controller controls the fuel cell system to terminate the operation.
제13항에 있어서,
상기 스택의 운전모드를 선택하는 단계에서,
상기 스택이 이상 상태가 아니라고 판단될 경우, 상기 제어부는 상기 연료전지 시스템이 정상운전모드를 지속하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어 방법.14. The method of claim 13,
In the step of selecting the operation mode of the stack,
And if it is determined that the stack is not in an abnormal state, the control unit controls the fuel cell system to maintain a normal operation mode.
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