KR101405778B1 - Fuel cell system operating method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템 운전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템 효율 개선 및 스택의 전압 안정성 유지를 도모할 수 있도록 한 연료전지 시스템 가압 운전 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 연료전지 시스템의 고온 운전시 전류 밀도에 따른 후단 압력조절기 개도 각도를 조절하고, 공기 운전 압력에 따른 공기 SR 변화 제어를 실시함으로써, 운전 온도 증가시 가압 운전이 가능하여 스택 전압 안정성 유지 및 시스템 효율을 개선함과 함께 스택의 열량 증가를 방지하여 차량 냉각 성능을 개선할 수 있도록 한 연료전지 시스템 운전 방법을 제공하고자 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system operating method, and more particularly, to a fuel cell system pressurized operation method capable of improving fuel cell system efficiency and maintaining voltage stability of a stack.
That is, the present invention adjusts the opening angle of the rear end pressure regulator according to the current density at the high temperature operation of the fuel cell system and controls the air SR change according to the air operating pressure, The present invention provides a method of operating a fuel cell system capable of improving the cooling efficiency of the vehicle by preventing the increase of the heat quantity of the stack.

Description

연료전지 시스템 운전 방법{FUEL CELL SYSTEM OPERATING METHOD}FUEL CELL SYSTEM OPERATING METHOD [0002]

본 발명은 연료전지 시스템 운전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 시스템 효율 개선 및 스택의 전압 안정성 유지를 도모할 수 있도록 한 연료전지 시스템 가압 운전 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system operating method, and more particularly, to a fuel cell system pressurized operation method capable of improving fuel cell system efficiency and maintaining voltage stability of a stack.

연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 연료전지 스택에 수소(연료)를 공급하는 수소공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템과, 수소 및 산소의 전기화학적 반응에 의거 전기를 생성하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택의 전기화학적 반응열을 제거하는 동시에 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.A fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle includes a hydrogen supply system for supplying hydrogen (fuel) to the fuel cell stack, an air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant required for the electrochemical reaction, A fuel cell stack for generating electricity based on the electrochemical reaction of oxygen, a heat and water management system for controlling an operating temperature of the stack while removing the electrochemical reaction heat of the fuel cell stack, and the like.

주지된 바와 같이, 연료전지 자동차의 주 에너지원은 연료전지 스택이라 부르는 발전장치로부터 기인하는데, 이 연료전지 스택은 공기중의 산소와 외부에서 공급된 수소가 화학적으로 반응하여 에너지를 발생시키는 장치를 말한다.As is well known, the main energy source of a fuel cell vehicle is derived from a power generation device called a fuel cell stack, in which oxygen in the air and hydrogen supplied from outside chemically react to generate energy It says.

이러한 연료전지 시스템의 냉각 성능 개선을 위한 고온 운전시, 가습기 효율 저하로 연료전지 스택이 건조해져 스택 성능이 저하될 수 있고, 그에 따라 스택 발열량 증가로 스택 성능이 점차 감소되어 스택의 전압 안정성이 저하되고, 결국 연료전지 시스템 효율 저하 및 셧 다운(Shut down) 발생 가능성이 증가한다.
During high temperature operation for improving the cooling performance of the fuel cell system, the fuel cell stack may be dried due to a decrease in the efficiency of the humidifier, and the stack performance may be lowered. As a result, The efficiency of the fuel cell system deteriorates and the possibility of shutdown is increased.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 시스템의 고온 운전시, 전류 밀도에 따른 후단 압력조절기 개도 각도를 조절하고, 운전 압력에 따른 공기 SR(과잉공급율) 변화 제어를 함으로써, 스택 전압 안정성 유지 및 시스템 효율 개선을 이룰 수 있도록 한 연료전지 시스템 운전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell system and a fuel cell system that can control the opening angle of the rear end pressure regulator according to the current density, And a method for operating the fuel cell system that can maintain the stability of the stack voltage and improve the system efficiency.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 연료전지 시스템의 운전 온도가 지속적으로 증가할 때, 스택의 전류밀도에 따라 공기블로워(18)에 의한 스택의 공기 운전압력을 가감 조절하기 위하여, 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 닫힘 또는 열림방향으로 스텝(step) 제어하는 단계와; 스택의 전압 안정성을 확보하기 위하여 공기 SR을 스텝(step) 제어를 통해 가감시키는 단계; 를 포함하는 제어가 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법을 제공한다.To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system comprising: a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks, Controlling the opening angle of the regulator (28) stepwise in the closing or opening direction; Adding and subtracting air SR through step control to secure voltage stability of the stack; The fuel cell system comprising: a fuel cell;

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 스택의 전류밀도가 증가하여 일정 시간 동안 유지되면, 상기 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 닫힘 방향으로 제어하여, 스택 입구의 공기 운전압력이 상승되도록 한 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, when the current density of the stack is increased and maintained for a predetermined time, the opening angle of the rear end pressure regulator 28 is controlled in the closing direction to increase the air operating pressure at the stack inlet .

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 공기 SR을 스텝(step)별로 가감 제어하는 단계는 후단압력조절기(28)의 개도 각도 변경에 따른 공기 운전압력 변경 완료 판단후에 이루어지되, 스택 전압 안정성이 저하되는 경우 공기 SR을 일정 수준 증가시켜 전압 안정성을 확보하고, 전압 안정성이 확보되면 다시 공기 SR을 일정 수준 감소시키는 제어 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the step of controlling the air SR step by step is performed after the determination of completion of the air operation pressure change according to the opening angle change of the rear stage pressure regulator 28, The air SR is increased by a certain level to ensure the voltage stability, and when the voltage stability is secured, the air SR is reduced to a certain level.

바람직하게는, 상기 스택 전압 안정성 저하 판단 기준은, "최소셀 전압비율(a) = 스택의 최소셀 전압/스택의 전체 셀 평균전압"으로 판단하되, a < 0.8~0.95 이면 스택 전압 안정성이 저하된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the stack voltage stability degradation criterion is determined as "minimum cell voltage ratio (a) = minimum cell voltage of the stack / total cell average voltage of the stack", where a <0.8 to 0.95, Is determined to be &lt; / RTI &gt;

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 후단 압력 조절기의 개도 각도 스텝 제어와, 공기 SR 스텝 제어는 맵 데이터에 의하여 한꺼번에 동시에 진행될 수 있는 것을 특징으로 한다.
According to another embodiment of the present invention, the opening angle step control of the rear end pressure regulator and the air SR step control can be simultaneously performed at the same time by the map data.

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, 연료전지 시스템의 고온 운전시 전류 밀도에 따른 후단 압력조절기 개도 각도를 조절하고, 공기 운전 압력에 따른 공기 SR 변화 제어를 실시함으로써, 운전 온도 증가시 가압 운전이 가능하여 스택 전압 안정성 유지 및 시스템 효율을 개선함과 함께 스택의 열량 증가를 방지하여 차량 냉각 성능을 개선할 수 있다.According to the present invention, by controlling the opening angle of the rear end pressure regulator according to the current density at the high temperature operation of the fuel cell system and controlling the air SR change according to the air operating pressure, Maintain and improve system efficiency while preventing an increase in the heat of the stack, thereby improving vehicle cooling performance.

본 발명의 가압 운전에 따라, 연료전지 스택의 출력 밀도 증가로 인한 스택 부피 감소가 가능한 잇점이 있다.
According to the pressurized operation of the present invention, it is possible to reduce the stack volume due to an increase in the output density of the fuel cell stack.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템 운전 방법을 위한 구성도,
도 2는 연료전지의 운전온도별 스택 성능을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 운전 방법을 설명하기 위한 것으로서, 전류밀도에 따른 운전압력 및 공기 SR의 비율을 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 운전 방법을 설명하기 위한 것으로서, 공기운전압력별 공기 SR 제어 범위를 설명하는 그래프,
도 5는 연료전지 운전조건별 시스템 효율을 나타내는 그래프,
도 6은 연료전지 운전압력별 상대습도를 나타내는 그래프,
도 7은 연료전지 운전조건별 블로워 소모전력을 나타내는 그래프,
도 8은 연료전지 공기 SR에 따른 상대습도를 나타내는 그래프,
도 9는 연료전지 운전조건별 시스템 효율을 나타내는 그래프,
도 10은 연료전지 운전조건별 스택 전압안정성을 나타내는 그래프.1 is a configuration diagram for a method of operating a fuel cell system according to the present invention;
FIG. 2 is a graph showing the stacking performance of the fuel cell by operating temperature,
3 is a graph illustrating the operation pressure and the ratio of the air SR according to the current density for explaining the fuel cell operating method according to the present invention,
FIG. 4 is a graph for explaining a method of operating a fuel cell according to the present invention,
5 is a graph showing the system efficiency of each fuel cell operating condition,
6 is a graph showing the relative humidity of each fuel cell operating pressure,
7 is a graph showing blower consumption power according to fuel cell operating conditions,
8 is a graph showing the relative humidity according to the fuel cell air SR,
9 is a graph showing the system efficiency for each fuel cell operating condition,
10 is a graph showing the stability of the stack voltage according to fuel cell operating conditions;

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 발명의 이해를 돕기 위하여, 연료전지 시스템의 공기공급시스템 및 그 동작, 그리고 전류밀도별 공기운전압력 및 공기 SR의 상관관계를 살펴보면 다음과 같다.For better understanding of the present invention, the air supply system of the fuel cell system and its operation, and the relationship between the air operation pressure and the air SR according to the current density will be described as follows.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택(10)의 공기극(12)으로 공기를 공급하는 공기공급라인(14)과, 반응을 마친 공기가 배출되는 공기배출라인(16)과, 공기극(12)으로 가습공기를 공급하기 위한 가습기(20)와, 가습기(20)내에 가습될 새로운 외부 공기를 공급하는 공기블로워(18) 등을 포함하여 구성되어 있다.1, an air supply line 14 for supplying air to the air electrode 12 of the fuel cell stack 10, an air discharge line 16 for discharging the reacted air, A humidifier 20 for supplying humidified air to the humidifier 20, and an air blower 18 for supplying new external air to be humidified in the humidifier 20.

또한, 가습기(20)의 전후단에는 공기 운전압력을 측정하는 제1압력센서(22) 및 제2압력센서(24)가 배치되고, 제2압력센서(24) 및 공기블로워(18) 사이에는 공기공급량을 측정하는 유량센서(26)가 장착되어 있으며, 가습기(20)의 배출측에는 후단압력조절기(28, BPR: Back Pressure Regulator)가 장착되어 있다.A first pressure sensor 22 and a second pressure sensor 24 for measuring the air operating pressure are disposed at the front and rear ends of the humidifier 20 and between the second pressure sensor 24 and the air blower 18 A flow rate sensor 26 for measuring the air supply amount is mounted and a back pressure regulator 28 (BPR: Back Pressure Regulator) is mounted on the discharge side of the humidifier 20.

따라서, 상기 스택(10)으로부터 공기배출라인(16)을 통하여 물을 함유한 습식공기가 가습기(20)내로 배출되어, 공기블로워(18)로부터 흡입되어 가습기(20)를 통과하는 외부공기(건식공기)를 가습시키고, 가습된 공기는 연료전지 스택(10)의 공기극(12)으로 공급된다.Therefore, the wet air containing water is discharged from the stack 10 through the air discharge line 16 into the humidifier 20, sucked from the air blower 18, and discharged from the humidifier 20 Air is humidified, and the humidified air is supplied to the air electrode 12 of the fuel cell stack 10.

이와 같은 공기 공급 시스템의 작동에 따른 공기와 수소 공급 시스템에 의한 수소가 각각 스택으로 공급되어, 스택의 전기화학적 반응에 의하여 전기가 생성된다.The air generated by the operation of the air supply system and the hydrogen generated by the hydrogen supply system are supplied to the stack, and electricity is generated by the electrochemical reaction of the stack.

한편, 연료전지 시스템의 출력 범위에 따라 공기 운전 압력 제어 방법이 상이하게 나타나게 되는 바, 도 5에서 보듯이 전류밀도 365~370%범위에서는 운전 압력이 증가할수록 시스템 효율이 감소하고, 전류밀도 730~790% 범위에서는 반대로 시스템 효율이 상승한다. 5, when the current density is in the range of 365 to 370%, the system efficiency decreases as the operating pressure increases and the current density decreases to 730 ~ In the range of 790%, system efficiency increases inversely.

보다 상세하게는, 전류밀도 365~370% 범위의 경우 도 6 및 도 7에서와 같이 운전 압력이 증가할수록 "공기 입구측 상대습도 증가에 의한 스택 성능 증가량 < 공기 블로워 소모 전력량" 이므로 시스템 효율이 감소하는 것이고, 반대로 전류밀도 730~790% 범위의 경우 "상대습도 증가에 의한 스택 성능 증가량 > 공기 블로워 소모 전력 증가량" 이므로 시스템 효율이 개선될 수 있다.More specifically, when the current density is in the range of 365 to 370%, as the operating pressure increases as shown in FIGS. 6 and 7, the increase in the stack performance due to the increase in the relative humidity of the air inlet side <the consumption power of the air blower & Conversely, when the current density is in the range of 730 to 790%, the " increase in stack performance due to the increase in relative humidity ", and increase in the consumption power of air blower &quot;, system efficiency can be improved.

이러한 전류밀도에 따른 연료전지 시스템의 운전 압력을 가변 제어하여 연료전지 시스템 효율을 적정 수준으로 유지시킬 수 있는 방안이 모색되고 있다.A method for maintaining the fuel cell system efficiency at an appropriate level by varying the operating pressure of the fuel cell system according to the current density is being sought.

한편, 첨부한 도 7에서 보듯이, 공기 SR에 따른 전류밀도별 공기블로워 소모 전력 예상치 추정 결과, 동일 운전 압력에서 공기 SR이 감소할수록 소모 전력이 감소하는 것으로 알려져 있다.Meanwhile, as shown in the attached FIG. 7, it is known that the estimated power consumption of the air blower according to the current density according to the air SR decreases as the air SR decreases at the same operating pressure.

또한, 첨부한 도 8에서 보듯이, 공기 SR에 따른 전류밀도별 공기측 상대습도 측정 결과, 전류밀도 685~790% 범위에서는 공기SR 감소시 배기로 배출되는 수증기량 감소 및 스택 내 잔류 수분량 증가로 공기측 상대습도가 증가하는 것으로 알려져 있다.As shown in the attached FIG. 8, when the current density is 685 to 790%, the relative humidity of the air according to the air density SR according to the current density decreases, Side relative humidity is known to increase.

또한, 첨부한 도 9에서 보듯이, "상대습도 증가에 의한 스택 성능 증가량 + 공기블로워 소모전력 감소량 > 공기SR 감소에 따른 스택 성능 감소량" 인 경우 공기 SR 감소로 시스템 효율이 증가하는 것으로 알려져 있다.In addition, as shown in FIG. 9, it is known that the system efficiency is increased due to reduction of the air SR when the "stack performance increase due to the relative humidity increase + air blower power reduction amount &

첨부한 도 10에서 보듯이, 전류밀도 800% 및 160% 조건에서 공기SR이 감소하는 경우 스택 전압 안정성 비교시 SR 0.8A 이상 구간에서는 전류밀도 160% 조건에서 안정성이 우수하지만, 그 이하 구간에서는 전류밀도 160% 조건에서 안정성이 급격히 저하되며, 그 이유는 연료전지 차량 주행시 주로 전류밀도 160% 조건의 경우 자연 냉각으로 전류밀도 800% 조건대비 연료전지 시스템 운전 온도가 낮고, 배출 가스량이 작아 스택내 물배출성이 급격히 저하되기 때문이다.10, when the air SR is decreased under the conditions of current density of 800% and 160%, the stability of the current density is 160% at the SR 0.8A or more in the comparison of the stability of the stack voltage. However, The stability is drastically deteriorated under the condition of the density of 160% because the fuel cell system operating temperature is lower than that of the current density of 800% by natural cooling when the current density is 160% This is because the dischargeability is rapidly deteriorated.

이렇게 도 7 내지 도 10을 참조로 설명한 전류밀도 및 공기 SR 간의 상관 관계에 따라 스택의 시스템 효율이 변경될 수 있는 점을 감안하여, 본 발명은 전류밀도에 따른 연료전지 시스템의 운전 압력을 가변 제어하고, 공기 운전압력별 공기 SR을 제어하여 연료전지 시스템 효율 개선을 도모하고자 한 점에 주안점이 있다.In view of the fact that the system efficiency of the stack can be changed according to the correlation between the current density and the air SR described above with reference to FIGS. 7 to 10, the present invention can be applied to a fuel cell system, And to improve the efficiency of the fuel cell system by controlling the air SR according to the air operation pressure.

여기서, 본 발명의 연료전지 시스템 운전 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of operating the fuel cell system of the present invention will be described.

첨부한 도 2는 차량의 등판 정속 주행 중, 운전온도별 스택 성능을 나타낸 성능 곡선이다.FIG. 2 is a performance curve showing the stacking performance by operating temperature during constant-speed running of the vehicle at the back plate.

도 2에서 보듯이, 연료전지 시스템의 운전 온도가 지속적으로 증가(D → D+10℃)하면, 가습기 효율 저하 및 연료전지 스택 건조로 스택 성능이 감소된다.As shown in FIG. 2, when the operating temperature of the fuel cell system continuously increases (D → D + 10 ° C.), the efficiency of the humidifier decreases and the stacking performance of the fuel cell stack decreases.

이러한 점을 감안하여, 본 발명은 가변 운전압력 제어 및 공기 SR 가감 제어를 하여, 스택내 잔류 수분량 증가로 물 평형(water balance) 개선을 이루고, 스택 성능 감소 최소화를 도모하며, 결국 연료전지 시스템 효율 및 스택 전압 안정성을 개선할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.In view of the above, the present invention provides variable water pressure control and air SR acceleration / deceleration control to improve the water balance by increasing the residual water amount in the stack, minimize stack performance degradation, And the stability of the stack voltage can be improved.

이를 위해, 스택의 전류밀도에 따라 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 단계(step) 제어하여 공기블로워(18)에 의한 스택의 공기 운전압력을 가감 제어하고, 동시에 또는 연이어 공기 SR 즉, 공기극에 대한 화학양론비(Stoichiometry Ratio: 실제공급공기량/이론공기량)의 단계(step)별 가감 제어가 이루어지도록 함으로써, 연료전지 시스템 효율 및 스택 전압 안정성을 개선할 수 있다.To this end, the opening angle of the rear end pressure regulator 28 is controlled step by step in accordance with the current density of the stack to control the air operation pressure of the stack by the air blower 18, The fuel cell system efficiency and the stack voltage stability can be improved by controlling the stoichiometry ratio (actual supply air amount / theoretical air amount) for each step.

본 발명의 일 구현예로서, 도 3에서 보는 바와 같이 연료전지 차량 운전중 전류밀도가 증가함에 따른 전류밀도 구간 변경이 이루어지면, 후단압력조절기(28)의 개도 각도에 대한 단계(step) 제어가 이루어지도록 함으로써, 연료전지 시스템 효율 및 스택 전압 안정성을 개선할 수 있다.3, when the current density section is changed as the current density increases during the operation of the fuel cell vehicle, step control on the opening angle of the downstream pressure regulator 28 is performed Fuel cell system efficiency and stack voltage stability can be improved.

예를 들어, 도 3의 전류밀도 구간 중 a구간 → b구간으로 전류밀도가 증가 변경 후, 10초 정도 유지될 경우 전류밀도가 b 구간으로 변경되었다고 판단되면, 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 닫힘 방향으로 제어하여 스택 입구의 공기 운전압력이 상승되도록 하고, 이때 공기블로워의 rpm은 증가되는 상태가 된다.For example, if the current density is maintained for about 10 seconds after the change of the current density is changed from the period a to the period b of the current density period of FIG. 3, it is determined that the current density is changed to the period b, Is controlled in the closing direction so that the air operating pressure at the stack inlet is raised, and the rpm of the air blower is increased.

이렇게 전류밀도가 증가하는 경우 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 닫힘 방향으로 스텝 제어하여 공기 운전압력을 증가시킴으로써, 연료전지 시스템 효율을 상승시킬 수 있고, 반면 전류밀도가 감소하는 경우 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 열림방향으로 제어하여 공기 운전압력을 감소시키는 동시에 공기블로워의 과부하를 방지하고자 rpm이 낮아지도록 한다.When the current density increases, the efficiency of the fuel cell system can be increased by increasing the air operation pressure by stepwise controlling the opening angle of the rear stage pressure regulator 28 in the closing direction. On the other hand, when the current density is decreased, The opening angle of the air blower 28 is controlled in the opening direction so as to reduce the air operating pressure and to reduce the rpm to prevent overload of the air blower.

이어서, 후단압력조절기(28)의 개도 각도 변경에 따른 스택에 대한 공기 운전압력 변경 완료 판단이 이루어진다.Then, it is determined whether or not the air operation pressure has been changed to the stack according to the opening degree change of the rear end pressure regulator 28. [

예를 들어, 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이 스택에 대한 공기 운전압력 변경 완료 판단은 운전압력이 a구간→b구간으로 증가 변경 후 5초 정도 유지될 경우, 전류 밀도가 b구간으로 변경되었다고 판단하게 되고, 이후 공기 SR 변경 제어가 이루어진다.For example, as shown in FIG. 3, when the operating pressure is changed from a to b, the current density is changed to b , And then the air SR change control is performed.

공기 SR의 변경 제어의 일례로서, 도 4의 b 구간에서의 스택 운전 중, 스택 전압 안정성이 저하되었다고 판단되는 경우, 공기 SR을 일정 수준 증가시켜서 전압 안정성을 확보하고, 전압 안정성이 확보되면 다시 공기 SR을 일정 수준 감소시키는 제어가 이루어진다.As an example of the change control of the air SR, when it is determined that the stack voltage stability is degraded during the stack operation in the section b of Fig. 4, the air SR is increased by a certain level to secure the voltage stability, Control is performed to reduce the SR to a certain level.

예를 들어, 스택 전압 안정성이 저하되었다고 판단되는 경우, 공기 SR을 0.2 증가시켜서 전압 안정성을 확보한 후, 공기 SR을 다시 0.2 감소시키는 조절 제어가 이루어진다.For example, if it is determined that the stability of the stack voltage is deteriorated, an adjustment control is performed to increase the air SR by 0.2 to secure voltage stability, and then reduce the air SR by 0.2 again.

단, 상기 공기 SR 증가로 운전 압력이 c구간으로 너무 크게 증가되며 변경된 경우 전압 안정성 확보 후, 공기 SR을 b구간으로 다시 감소시킨 후, 공기 운전압력을 재측정하면서 공기 SR의 가감을 결정하도록 한다.However, after increasing the air SR, the operating pressure is increased too much to the section c, and after the voltage stabilization is changed, the air SR is reduced again to the section b, .

이때, 스택 전압 안정성 저하 판단 기준은, "최소셀 전압비율(a) = 스택의 최소셀 전압/스택의 전체 셀 평균전압"으로 판단하되, 최소셀 전압비율(a)이 예를 들어 임계치인 0.8~0.95 범위보다 그 이하이면 스택 전압 안정성이 저하된 것으로 판단한다.At this time, the stack voltage stability degradation criterion is determined as "minimum cell voltage ratio (a) = minimum cell voltage of the stack / total cell average voltage of the stack", while the minimum cell voltage ratio a is, for example, 0.8 To less than 0.95, it is determined that the stability of the stack voltage is degraded.

한편, 상기 전류밀도에 따른 후단 압력 조절기의 개도 각도 스텝 제어와, 공기 SR 가감 제어는 상기와 같이 순차적인 독립적 제어로 진행될 수 있고, 맵 데이터에 의하여 한꺼번에 동시에 진행될 수 있다.On the other hand, the opening angle step control of the downstream pressure regulator according to the current density and the air SR acceleration / deceleration control can be progressed to the sequential independent control as described above, and can proceed simultaneously at the same time by the map data.

또한, 전류밀도 증가시 후단 압력 조절기의 개도에 대한 스텝 제어예로서, 후단 압력 조절기의 개도를 닫힘방향으로 1차 제어하고, 스택 전압 안정성 판단 후 공기 SR을 증가 또는 감소시키는 제어를 한 다음, 후단 압력 조절기의 개도를 더 닫아주는 2차 제어를 할 수 있다.
As an example of step control on the opening degree of the rear end pressure regulator when the current density increases, the opening degree of the rear end pressure regulator is firstly controlled in the closing direction and the air SR is controlled to be increased or decreased after the stack voltage stability is judged. Secondary control can be done to further close the opening of the pressure regulator.

10 : 스택
12 : 공기극
14 : 공기공급라인
16 : 공기배출라인
18 : 공기블로워
20 : 가습기
28 : 후단압력조절기10: Stack
12: air pole
14: air supply line
16: air discharge line
18: Air blower
20: Humidifier
28: rear end pressure regulator

Claims (5)

삭제delete 연료전지 시스템의 운전 온도가 지속적으로 증가할 때,
스택의 전류밀도에 따라 공기블로워(18)에 의한 스택의 공기 운전압력을 가감 조절하기 위하여, 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 닫힘 또는 열림방향으로 스텝(step) 제어하는 단계와;
스택의 전압 안정성을 확보하기 위하여 공기 과잉공급율을 스텝(step) 제어를 통해 가감시키는 단계;
를 포함하는 제어가 이루어질 수 있도록 한 것이며,
스택의 전류밀도가 증가하여 일정 시간 동안 유지되면, 상기 후단압력조절기(28)의 개도 각도를 닫힘 방향으로 제어하여, 스택 입구의 공기 운전압력이 상승되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.
As the operating temperature of the fuel cell system continuously increases,
Step controlling the opening angle of the rear end pressure regulator (28) in the closing or opening direction to adjust the air operation pressure of the stack by the air blower (18) according to the current density of the stack;
Adding or subtracting the excess air supply rate through step control to secure the voltage stability of the stack;
So that the control can be performed,
Wherein when the current density of the stack is increased and maintained for a predetermined time, the opening angle of the rear stage pressure regulator (28) is controlled in the closing direction so that the air operating pressure at the stack inlet is increased.
청구항 2에 있어서,
상기 공기 과잉공급율을 스텝(step)별로 가감 제어하는 단계는 후단압력조절기(28)의 개도 각도 변경에 따른 공기 운전압력 변경 완료 판단후에 이루어지되, 스택 전압 안정성이 저하되는 경우 공기 과잉공급율을 일정 수준 증가시켜 전압 안정성을 확보하고, 전압 안정성이 확보되면 다시 공기 과잉공급율을 일정 수준 감소시키는 제어 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.
The method of claim 2,
The step of controlling the excess air supply rate step by step is performed after the completion of the change of the air operation pressure due to the change of the opening angle of the downstream pressure regulator 28. When the stability of the stack voltage is lowered, And a control process of securing the voltage stability and reducing the excess air supply rate to a certain level again when the voltage stability is ensured.
청구항 3에 있어서,
상기 스택 전압 안정성 저하 판단 기준은, "최소셀 전압비율(a) = 스택의 최소셀 전압/스택의 전체 셀 평균전압"으로 판단하되, 최소셀 전압비율이 임계치 이하이면 스택 전압 안정성이 저하된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.
The method of claim 3,
The stack voltage stability degradation criterion is determined as "minimum cell voltage ratio (a) = minimum cell voltage of the stack / total cell average voltage of the stack", and if the minimum cell voltage ratio is below the threshold value, Fuel ratio of the fuel cell system.
청구항 2에 있어서,
상기 후단 압력 조절기의 개도 각도 스텝 제어와, 공기 과잉공급율 스텝 제어는 맵 데이터에 의하여 한꺼번에 동시에 진행될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.The method of claim 2,
Wherein the opening angle step control of the downstream pressure regulator and the air excess supply rate step control can be carried out simultaneously at the same time by the map data.
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