KR101424191B1

KR101424191B1 - Control unit and control method for fuel cell system

Info

Publication number: KR101424191B1
Application number: KR1020130025830A
Authority: KR
Inventors: 차두호; 최청훈; 유성주; 전희권
Original assignee: 지에스칼텍스 주식회사
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-07-28
Also published as: WO2014142387A1

Abstract

Disclosed are a control unit and a control method for a fuel cell system. According to an embodiment of the present invention, the control unit for a fuel cell system comprises: a power supply part to receive external AC power, converting the AC power into DC power and supplying the DC power; a central control part to receive power from the power supply part to control the operation of the fuel cell system and monitor the malfunction of the fuel cell system; a main switch part to switch on or off the DC power supplied by the power supply part in accordance to the control of the central control part; and a part being driven during operation which receives power from the power supply part via the main switch part, supplies fuel and air to the fuel cell stack of the fuel cell system, and collects the state information of the fuel cell system in accordance to the request of the central control part to supply the state information to the central control part.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a control apparatus for a fuel cell system,

본 발명은 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 운전 대기상태에서 낭비되는 전력량을 최소화하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 함과 동시에, 정전후 복전 또는 전원 투입시 시스템의 전체 상태를 모니터링 함으로써 시스템의 불안정 요소를 사전에 제거할 수 있도록 구성된 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a control apparatus for a fuel cell system and a control method thereof, and more particularly to a fuel cell system control method for minimizing the amount of power wasted in an operation standby state, thereby increasing energy efficiency, The present invention relates to a control apparatus for a fuel cell system and a control method thereof,

연료전지(fuel cell)란 연료와 산화제를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 때, 연료전지의 연료로는 주로 수소, 탄화수소, 또는 알코올 등이 사용되며, 이 외에도 천연가스, 메탄올, LPG, 나프타, 등유, 가스화된 석탄 등의 다양한 연료를 사용할 수 있다. 산화제로는 공기, 염소, 이산화염소 등이 사용된다.A fuel cell is a device that generates electrical energy by electrochemically reacting a fuel and an oxidant. At this time, hydrogen, hydrocarbons, alcohol, or the like is mainly used as the fuel of the fuel cell, and various fuels such as natural gas, methanol, LPG, naphtha, kerosene and gasified coal can be used. As the oxidizing agent, air, chlorine, chlorine dioxide and the like are used.

일반적인 연료전지시스템은 크게 연료개질기, 연료전지 스택, 전력변환장치 및 열교환 장치를 포함하여 구성된다. 여기서, 연료개질기는 화학적으로 수소를 함유한 일반적인 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스, 메탄올 등)를 공급받아 연료전지가 요구하는 수소로 변환하는 장치이다. 연료전지 스택은 연료개질기로부터 수소를 공급받고, 공기 중의 산소를 공급받아 직류 전기, 물 및 열에너지 등을 발생시키는 장치이다. 전력변환장치(예로써, 인버터)는 연료전지 스택에서 발생되는 직류전기를 일반적으로 사용하는 교류전기로 변환하는 장치이며, 열교환 장치는 연료전지 스택 내의 연료전지 반응에서 생기는 반응열 또는 연료개질기의 수소변환 과정에서 나오는 폐열 등을 이용하여 온수나 난방 등의 용도로 사용하는 장치이다.A typical fuel cell system mainly comprises a fuel reformer, a fuel cell stack, a power conversion device, and a heat exchange device. Here, the fuel reformer is a device for chemically converting general fuel (LPG, LNG, methane, coal gas, methanol, etc.) containing hydrogen into hydrogen required by the fuel cell. The fuel cell stack is a device that receives hydrogen from a fuel reformer and receives oxygen in the air to generate DC electricity, water, and thermal energy. A power conversion device (for example, an inverter) is a device for converting DC electricity generated in a fuel cell stack into an AC electricity that is generally used, and the heat exchange device is a device for converting a reaction heat generated in a fuel cell reaction in a fuel cell stack, It is a device that is used for the purpose of hot water or heating by using waste heat from process.

도 6은 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 제어장치를 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 제어장치(600)는 전원공급부(602), 제어부(604) 및 운전장치부(606)를 포함하여 구성된다.6 is a block diagram showing a control device of the fuel cell system according to the prior art. As shown, the control apparatus 600 of the fuel cell system according to the related art includes a power supply unit 602, a control unit 604, and an operation unit 606.

전원공급부(602)는 외부의 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 제어부(604) 및 운전장치부(606)로 공급하며, 예를 들어 SMPS(Switched Mode Power Supply)로 구성될 수 있다. 제어부(604)는 전원공급부(602)로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 전반적인 동작을 제어한다. 운전장치부(606)(BOP; Balance Of Plant)는 연료전지 시스템의 연료개질기에 연료를 공급하는 연료펌프, 및 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 공기극 부분에 공기를 공급하는 블로어를 포함하며, 전원공급부(602)를 통하여 전원을 공급받으며 제어부(604)의 제어를 받아 연료전지 시스템을 동작시킨다. The power supply unit 602 receives an external AC power and converts the DC power into a DC power and supplies the DC power to the controller 604 and the operation unit 606. The power supply unit 602 may be a Switched Mode Power Supply (SMPS). The control unit 604 receives power from the power supply unit 602 and controls the overall operation of the fuel cell system. The operating unit 606 (balance of plant) (BOP) includes a fuel pump for supplying fuel to the fuel reformer of the fuel cell system, and a blower for supplying air to the air electrode portion of the fuel cell stack of the fuel cell system, And supplies the power to the fuel cell system through the supply unit 602. The fuel cell system is operated under the control of the control unit 604. [

그러나 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 제어장치의 경우, 연료전지 시스템이 운전 정지 즉, 대기 상태일 때에도 운전장치부(604)가 전원공급부(602)에 항시 연결되어 있게 되므로, 이에 따라 불필요한 대기 전력이 소모되는 문제가 있었으며, 특히 대기 상태가 장기화되는 경우에는 원치 않는 전력손실이 많아지게 되는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술에 따를 경우 연료전지 시스템에 초기 전원 인가시, 또는 정전 등에서 복전된 경우 연료전지 시스템의 이상 여부를 판단하지 않고 바로 연료전지 시스템을 구동하게 되므로, 연료전지 시스템에 회복 불가능한 장애가 발생하거나 또는 안전사고 등이 발생할 염려가 있었다.
However, in the control device of the fuel cell system according to the related art, since the operating unit 604 is constantly connected to the power supply unit 602 even when the fuel cell system is in the operation stop state, i.e., the standby state, There is a problem that the power consumption is undesirably increased, and in particular, when the standby state is prolonged, undesirable power loss is increased. Further, according to the related art, when the fuel cell system is initially powered on, or when the power is restored due to a power failure or the like, the fuel cell system is immediately operated without determining the abnormality of the fuel cell system. Or safety accidents may occur.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들은 연료전지 시스템의 운전 대기상태에서의 낭비되는 전력량을 최소화하여 에너지 효율을 높임과 동시에, 정전후 복전 또는 전원 투입시 시스템의 전체 상태를 자가 진단하고, 문제 발생시 자가 조치를 취함으로써 연료전지 시스템의 불안정 요소를 사전에 제거하는 데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell system which minimizes a wasteful amount of power in a standby state of a fuel cell system to increase energy efficiency, And it is an object of the present invention to eliminate the instable element of the fuel cell system in advance by self-diagnosis of the entire state and self-response when a problem occurs.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어장치는, 외부의 AC 전원을 입력받고 이를 DC 전원으로 변환하여 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 동작을 제어하며, 상기 연료전지 시스템의 이상 여부를 모니터링하는 중앙제어부, 상기 중앙제어부의 제어에 따라 상기 전원공급부로부터 공급되는 DC 전원을 온 또는 오프하는 메인스위치부, 및 상기 메인스위치부를 통하여 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택에 연료 및 공기를 공급하며, 상기 중앙제어부의 요청에 따라 상기 연료전지 시스템의 상태 정보를 수집하여 상기 중앙제어부로 제공하는 운전시가동부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a fuel cell system, comprising: a power supply unit for receiving an external AC power source and converting the received AC power into a DC power source; A main switch unit for controlling the operation of the system and monitoring an abnormality of the fuel cell system, a main switch unit for turning on or off the DC power supplied from the power supply unit under the control of the central control unit, The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system includes a plurality of fuel cells .

상기 중앙제어부는, 상기 전원공급부의 초기 전원 인가시 또는 기 설정된 점검 주기가 경과된 경우, 상기 메인스위치부를 통하여 상기 운전시가동부에 DC 전원을 공급하고, 상기 운전시가동부로부터 상기 연료전지 시스템의 상태 정보를 수신할 수 있다.Wherein the central control unit supplies DC power to the moving part during the operation through the main switch part when the initial power of the power supply part is applied or when a preset inspection period has elapsed, Information can be received.

상기 중앙제어부는, 수신된 상기 상태 정보에 따라 상기 연료전지 시스템에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 운전시가동부를 제어하여 상기 이상에 대한 복구를 수행할 수 있다.The central control unit may control the operating unit during the operation to recover the abnormality when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system according to the received status information.

상기 중앙제어부는, 기 설정된 허용 시간동안 상기 연료전지 시스템의 이상이 복구되지 않는 경우, 상기 연료전지 시스템을 잠금 설정할 수 있다.The central control unit may lock the fuel cell system when the abnormality of the fuel cell system can not be restored for a predetermined allowable time.

상기 중앙제어부는, 상기 연료전지 시스템에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 기 설정된 경고 메시지를 출력할 수 있다.The central control unit may output a predetermined warning message when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system.

상기 중앙제어부는, 상기 경고 메시지 출력 시 네트워크망을 통하여 상기 연료전지 시스템의 제조사에 상기 이상 발생을 통지할 수 있다.The central control unit may notify the manufacturer of the fuel cell system of the occurrence of the abnormality through the network when the warning message is output.

한편, 상기 연료전지 시스템의 제어장치는, 온도센서를 이용하여 설정된 측정위치에서 상기 연료전지 시스템의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며, 상기 중앙제어부는, 상기 온도 측정부에서 측정된 상기 연료전지 시스템의 개질기 온도가 설정된 범위를 초과하는 경우, 상기 운전시가동부에 포함된 냉각팬, 블로어 및 냉각 순환 펌프 중 하나 이상을 가동하거나 또는 상기 개질기로 물을 공급함으로써 상기 개질기의 냉각을 수행할 수 있다.The controller of the fuel cell system may further include a temperature measuring unit for measuring the temperature of the fuel cell system at a measurement position set using a temperature sensor, When the reformer temperature of the battery system exceeds a predetermined range, cooling of the reformer can be performed by operating at least one of a cooling fan, a blower, and a cooling circulation pump included in the operation section during the operation or supplying water to the reformer have.

상기 중앙제어부는, 상기 온도 측정부에서 측정된 상기 연료전지 시스템의 온도가 설정된 동파방지온도 미만인 경우, 상기 메인스위치부를 통하여 상기 운전시가동부를 가동할 수 있다.The central control unit may operate the driving section during the operation of the fuel cell system through the main switch section when the temperature of the fuel cell system measured by the temperature measuring section is lower than the set frost protection temperature.

상기 운전시가동부는, 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 각 단위전지의 전압을 측정하는 전압측정부를 더 포함하며, 상기 중앙제어부는, 상기 전압측정부에서 측정된 전압이 설정된 범위를 초과하는 경우, 상기 연료전지 스택의 출력단에 부하(load)를 연결하여 상기 연료전지 스택 내의 잔류가스를 소모시킬 수 있다.The fuel cell system may further include a voltage measuring unit for measuring a voltage of each unit cell of the fuel cell stack of the fuel cell system. When the voltage measured by the voltage measuring unit exceeds a set range , A load may be connected to an output terminal of the fuel cell stack to consume residual gas in the fuel cell stack.

상기 운전시가동부는, 상기 연료전지 시스템에 포함된 배관의 유량을 측정하는 하나 이상의 유량 센서, 상기 배관의 유압을 측정하는 하나 이상의 유압 센서, 상기 연료전지 시스템 내에 구비된 저수조의 수위를 측정하는 하나 이상의 레벨 센서 및 상기 연료전지 시스템의 가스 누출이 있는지의 여부를 감지하는 가스 누출 탐지부를 포함하는 데이터수집부를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system includes at least one flow sensor for measuring a flow rate of a pipe included in the fuel cell system, at least one hydraulic pressure sensor for measuring a hydraulic pressure of the pipe, a water level sensor for measuring a level of a water reservoir And a gas leakage detection unit for detecting whether or not there is a gas leakage in the fuel cell system.

상기 중앙제어부는, 상기 유량 센서, 상기 유압 센서 또는 상기 레벨 센서 중 적어도 하나의 센싱값이 설정된 범위를 벗어나는 경우 해당 센서에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.The central control unit may determine that an abnormality has occurred in the sensor when the sensing value of at least one of the flow rate sensor, the hydraulic pressure sensor, and the level sensor is out of the set range.

상기 중앙제어부는, 상기 레벨 센서에서 측정된 수위가 기 설정된 범위 미만인 경우, 상기 운전시가동부에 포함된 밸브를 제어하여 상기 저수조에 물을 공급할 수 있다.The central control unit may control the valves included in the operation section during the operation to supply water to the water reservoir when the level measured by the level sensor is less than a preset range.

상기 중앙제어부는, 상기 운전시가동부에 포함된 밸브, 펌프 또는 블로어 중 적어도 하나에 대한 제어신호를 송신하고, 상기 유량 센서, 상기 유압 센서 또는 상기 레벨 센서 중 적어도 하나의 센싱값이 상기 제어신호에 부합하지 않는 경우, 해당 밸브, 펌프 또는 블로어에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.Wherein the central control unit transmits a control signal for at least one of a valve, a pump, and a blower included in the operation section during the operation, and the sensing value of at least one of the flow rate sensor, the hydraulic pressure sensor, If not, it can be judged that an abnormality has occurred in the corresponding valve, pump or blower.

상기 중앙제어부는, 상기 가스 누출 탐지부에서 상기 연료전지 시스템 내의 가스 누출을 감지한 경우, 경고 메시지를 출력하고 상기 연료전지 시스템을 잠금 상태로 설정할 수 있다.The central control unit may output a warning message and set the fuel cell system in a locked state when the gas leakage detection unit detects gas leakage in the fuel cell system.

상기 경고 메시지는 소리, 화면 표시 및 네트워크망을 이용한 원격 통지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The warning message may include at least one of a sound, a screen display, and a remote notification using a network.

상기 중앙제어부는, 상기 연료전지 시스템에 포함된 하나 이상의 보드(board)로 기 설정된 테스트 신호를 송신하거나, 또는 상기 보드로부터 수신한 이상 신호에 따라 각 보드의 통신 가능 여부 및 이상 발생 여부를 감지할 수 있다.The central control unit may transmit a predetermined test signal to at least one board included in the fuel cell system or detect whether or not communication of each board is possible or not according to an abnormal signal received from the board .

한편, 상기 과제를 해결하기 위하여 연료전지 시스템의 제어장치에서 수행되는 제어 방법은, 전원공급부에서, 외부의 AC 전원을 입력받고 이를 DC 전원으로 변환하여 중앙제어부로 공급하는 제1단계, 상기 중앙제어부에서, 상기 전원공급부와 연결된 메인스위치부를 제어하여 운전시가동부에 DC 전원을 공급하는 제2단계, 및 상기 중앙제어부에서, 상기 운전시가동부로부터 상기 연료전지 시스템의 상태 정보를 수신하고, 상기 상태 정보에 따라 상기 연료전지 시스템의 이상 여부를 모니터링하는 제3단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method performed by a controller of a fuel cell system, including: a first step of receiving an external AC power from a power supply unit, converting the AC power to a DC power, A second step of controlling the main switch unit connected to the power supply unit so as to supply DC power to the moving unit during operation, and the central control unit receives the status information of the fuel cell system from the operating unit during the operation, And a third step of monitoring the abnormality of the fuel cell system.

상기 방법은, 상기 제3단계의 수행 이후 상기 중앙제어부에서, 상기 상태 정보에 따른 판단 결과 상기 연료전지 시스템이 정상인 것으로 판단되는 경우, 상기 메인스위치부를 제어하여 상기 운전시가동부로 공급되는 DC 전원을 차단하는 제4단계를 더 포함할 수 있다.If the central control unit determines that the fuel cell system is normal as a result of the determination based on the state information after the execution of the third step, the main control unit controls the DC power source And a fourth step of intercepting the data.

상기 중앙제어부는, 기 설정된 점검 주기에 따라 상기 제2단계 내지 제4단계를 반복 수행할 수 있다.The central control unit may repeat the second to fourth steps according to a predetermined check period.

상기 제3단계는, 수신된 상기 상태 정보에 따라 상기 연료전지 시스템에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 운전시가동부를 제어하여 상기 이상에 대한 복구를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The third step may further include, when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system according to the received status information, performing the recovery of the abnormality by controlling the operating unit during the operation.

상기 복구 수행 단계는, 기 설정된 허용 시간동안 상기 연료전지 시스템의 이상이 복구되지 않는 경우, 상기 연료전지 시스템을 잠금 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The performing of the recovery may further include locking the fuel cell system if an abnormality of the fuel cell system is not recovered for a predetermined allowable time.

상기 방법은, 수신된 상기 상태 정보에 따라 상기 연료전지 시스템에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 기 설정된 경고 메시지를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include outputting a predetermined warning message when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system according to the received status information.

상기 경고 메시지를 출력하는 단계는, 네트워크망을 통하여 상기 연료전지 시스템의 제조사에 상기 이상 발생을 통지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The outputting of the warning message may further include notifying the manufacturer of the fuel cell system via the network network of the occurrence of the abnormality.

본 발명의 실시예들에 따를 경우, 연료전지 시스템이 운전 대기 상태일 경우에는 운전시가동부의 불필요한 대기전력을 차단함으로써 전력소모를 최소화 하고 에너지 사용 효율을 높일 수 있다. 또한, 이와 같은 대기전력 차단을 통해 운전시가동부 등을 구성하는 부품의 수명 및 교체주기를 연장시킬 수 있게 된다.According to embodiments of the present invention, when the fuel cell system is in an operation standby state, unnecessary standby power of the moving part during operation is cut off, thereby minimizing power consumption and increasing energy use efficiency. In addition, through the interruption of the standby power, it is possible to extend the lifetime and the replacement cycle of the components constituting the moving part during operation.

또한, 본 발명의 실시예들에 따를 경우, 연료전지 시스템의 초기 전원 인가시, 정전 후 복전시, 또는 대기시간이 장기화 될 경우 연료전지 시스템의 전체 상황을 자체 모니터링하고, 장애가 발생한 경우 연료전지 시스템의 구동 전에 이에 대한 조치를 취함으로써 어느 한 부분의 고장 또는 이상으로 인하여 연료전지 시스템 전체에 문제가 발생하거나, 또는 안전사고 등이 발생하는 것을 사전에 차단할 수 있는 효과가 있다.
According to the embodiments of the present invention, when the initial power supply of the fuel cell system is turned on, after a power failure, or when the standby time is prolonged, the entire status of the fuel cell system is monitored. It is possible to prevent the occurrence of a problem or a safety accident in the entire fuel cell system due to a failure or an abnormality of any one part by taking measures for the fuel cell system before the fuel cell system is driven.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 제어장치(200)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어장치(200)의 운전장치부(208)의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법(400)을 나타낸 순서도이다.
도 6은 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 제어장치를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram for explaining a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram for explaining a control device 200 of the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a detailed configuration of an operation unit 208 of a control device 200 of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are flowcharts illustrating a control method 400 of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a control device of the fuel cell system according to the prior art.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
The technical idea of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely a means for effectively explaining the technical idea of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)을 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은 연료개질기(102), 연료전지 스택(104), 전력변환장치(106) 및 열교환장치(108)를 포함한다.1 is a block diagram for explaining a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. As shown, the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention includes a fuel reformer 102, a fuel cell stack 104, a power conversion device 106, and a heat exchange device 108.

연료개질기(102)는 화학적으로 수소를 함유한 일반적인 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스, 메탄올 등)를 공급받아 이를 연료전지가 요구하는 수소로 변환한다.The fuel reformer 102 chemically supplies hydrogen (LPG, LNG, methane, coal gas, methanol, etc.) containing hydrogen and converts it into hydrogen required by the fuel cell.

연료전지 스택(104)은 연료극(Anode), 전해질, 공기극(Cathode) 및 분리판으로 이루어진 단위전지가 복수층으로 형성되며, 연료개질기(102)로부터 수소를 공급받고 또한 공기 중의 산소를 공급받아 직류전기 및 열에너지를 발생시킨다.The fuel cell stack 104 includes a plurality of unit cells each composed of an anode, an electrolyte, a cathode, and a separator. The fuel cell stack 104 receives hydrogen from the fuel reformer 102, Electricity and thermal energy are generated.

전력변환장치(106)는 연료전지 스택(104)에서 발생되는 직류전기(DC)를 교류전기(AC)로 변환하며, 예를 들어 인버터(Inverter) 등으로 구성될 수 있다.The power conversion apparatus 106 converts DC generated in the fuel cell stack 104 into AC electricity and may be configured by an inverter or the like.

열교환장치(108)는 연료전지 스택(104)에서 발생되는 열에너지를 온수 및 난방용으로 사용 가능하도록 열교환하기 위한 장치이다.
The heat exchanger 108 is a device for exchanging heat energy generated in the fuel cell stack 104 so that the heat energy can be used for hot water and heating.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 제어장치(200)를 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 제어장치(200)는 전원공급부(202), 중앙제어부(204), 메인스위치부(206), 운전장치부(208), 온도측정부(210), 전압측정부(212) 및 데이터수집부(214)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙제어부(204) 및 온도측정부(210)는 항시가동부로, 운전장치부(208), 전압측정부(212) 및 데이터수집부(214)는 운전시가동부로 구분된다. 본 발명의 실시예에서, 항시가동부는 전원공급부(202)로의 전원 공급시 항상 전원이 공급되는 부분을, 운전시가동부는 연료전지 시스템(100)의 운전시에만 전원이 공급되는 부분을 의미한다. 후술할 바와 같이, 운전시가동부의 전원공급 및 차단은 중앙제어부(204)의 제어에 따라 메인스위치부(206)에서 이루어진다. 즉, 중앙제어부(204)가 메인스위치부(206)를 온(ON) 제어하면 운전시가동부에 전원이 공급되고, 오프(OFF) 제어하면 운전시가동부로 공급되는 전원이 차단된다.2 is a block diagram for explaining a control device 200 of the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. The controller 200 of the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit 202, a central control unit 204, a main switch unit 206, a driving unit 208 A temperature measuring unit 210, a voltage measuring unit 212, and a data collecting unit 214. 2, the central control unit 204 and the temperature measurement unit 210 are always movable, and the operation unit 208, the voltage measurement unit 212, Respectively. In the embodiment of the present invention, the always-moving portion means a portion where power is always supplied when power is supplied to the power supply portion 202, and a portion where power is supplied only when the fuel cell system 100 is in operation . As will be described later, power supply and interruption of power supply during operation are performed by the main switch unit 206 under the control of the central control unit 204. [ That is, when the central control unit 204 controls the main switch unit 206 to be ON, power is supplied to the moving unit during operation. When the main switch unit 206 is controlled to be OFF, the power supplied to the moving unit during operation is interrupted.

전원공급부(202)는 외부의 AC 전원을 입력받고, 입력된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 공급한다. 이러한 전원공급부(202)는, 예를 들어 SMPS(Switched Mode Power Supply)로 구성될 수 있다.The power supply unit 202 receives external AC power, converts the input AC power into DC power, and supplies the DC power. The power supply unit 202 may be, for example, a Switched Mode Power Supply (SMPS).

중앙제어부(204)는 전원공급부(202)로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템(100)의 동작 전반을 제어한다. 구체적으로, 중앙제어부(204)는 설정된 구동프로그램(예를 들어, 설정된 시간에 따라 운전과 정지를 반복하는 프로그램) 또는 외부 입력(예를 들어, 리모컨 또는 룸콘 등을 통한 직접적인 입력)에 의해 운전신호 및 운전정지신호를 발생하도록 구성될 수 있다.The central control unit 204 receives power from the power supply unit 202 and controls the entire operation of the fuel cell system 100. Specifically, the central control unit 204 controls the operation of the vehicle by the set drive program (for example, a program that repeats operation and stop according to the set time) or an external input (for example, a direct input through a remote control or a room controller) And a shut down signal.

또한, 중앙제어부(204)는 전원공급부(202)의 초기 전원 인가시(정전에서 복전된 경우를 포함) 또는 기 설정된 점검 주기마다 연료전지 시스템(100)의 이상 여부를 모니터링하며, 모니터링 결과 이상이 발생한 경우에는 운전장치부(208)를 제어하여 이에 대한 복구(자가조치)를 수행하거나 설정된 경고 메시지를 출력한다. 만약 기 설정된 허용 시간(예를 들어, 24시간)동안 연료전지 시스템(100)의 이상이 복구되지 않는 경우, 중앙제어부(204)는 연료전지 시스템(100) 전체를 잠금 설정하여 이상 상태에서 연료전지 시스템(100)이 가동되는 것을 차단한다. 상기 잠금 상태는 이후 전문가 또는 제조사 등에 의하여 연료전지 시스템(100)의 이상이 복구된 이후 해제될 수 있다. 이와 같은 연료전지 시스템(100)의 이상 여부 모니터링 및 이상 발생 시 조치 과정에 대해서는 후술하기로 한다.In addition, the central control unit 204 monitors the abnormality of the fuel cell system 100 at the initial power-up time of the power supply unit 202 (including when the power is restored due to power failure) The control unit 208 controls the operation unit 208 to perform recovery (self-monitoring) or outputs a warning message. If the abnormality of the fuel cell system 100 is not recovered for a predetermined allowable time (for example, 24 hours), the central control unit 204 locks the entire fuel cell system 100, Thereby preventing the system 100 from operating. The locked state can then be released after the abnormality of the fuel cell system 100 is recovered by a specialist or a manufacturer or the like. The process of monitoring abnormality in the fuel cell system 100 and taking measures in the event of abnormality will be described later.

메인스위치부(206)는 중앙제어부(204)의 제어에 따라 전원공급부(202)로부터 운전시가동부로 공급되는 DC 전원을 온 또는 오프 제어한다. 구체적으로, 메인스위치부(206)는 중앙제어부(204)의 제어신호가 운전신호가 운전신호인 경우 전원공급부(202)로부터 공급되는 DC전원을 온(ON) 동작시키고, 운전정지 신호인 경우 전원공급부(202)로부터 공급되는 DC전원을 오프(OFF) 동작시킨다. 이에 따라, 메인스위치부(206)가 온(ON) 제어되면 운전시가동부에 전원이 공급되며, 오프(OFF) 제어되면 운전시가동부에 공급되는 전원이 차단된다. 이와 같은 메인스위치부(206)는, 예를 들어 릴레이 등을 이용하여 구현될 수 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 운전시가동부는 연료전지 시스템(100)의 운전시에만 전원이 공급되고 나머지 구간에는 전원이 차단됨으로써 연료전지 시스템(100)의 대기전력을 획기적으로 저감시킬 수 있다.The main switch unit 206 controls the DC power supplied from the power supply unit 202 to the driving unit during operation under the control of the central control unit 204. Specifically, when the control signal of the central control unit 204 is an operation signal, the main switch unit 206 turns on the DC power supplied from the power supply unit 202, And turns off the DC power supplied from the supply unit 202. Accordingly, when the main switch unit 206 is controlled to be ON, power is supplied to the moving unit during operation. When the main switch unit 206 is controlled to be OFF, the power supplied to the moving unit during operation is cut off. The main switch unit 206 may be implemented using, for example, a relay. With this configuration, standby power of the fuel cell system 100 can be drastically reduced by supplying power only during operation of the fuel cell system 100 and shutting off power during the remaining period.

운전장치부(208)(BOP; Balance Of Plant)는 메인스위치부(206)를 통하여 전원공급부(202)로부터 전원을 공급받아 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택에 연료 및 공기를 공급한다.The operation unit 208 (BOP) receives power from the power supply unit 202 through the main switch unit 206 and supplies fuel and air to the fuel cell stack of the fuel cell system.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어장치(200)의 운전장치부(208)의 상세 구성을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 운전장치부(208)는 연료펌프(300), 블로어(302), 열순환펌프(304), 냉각수펌프(306), 밸브(308), DC-DC 컨버터부(310) 및 릴레이부(312)를 포함한다.3 is a diagram showing a detailed configuration of an operation unit 208 of a control device 200 of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the operating unit 208 according to an embodiment of the present invention includes a fuel pump 300, a blower 302, a heat circulation pump 304, a coolant pump 306, a valve 308, a DC DC converter unit 310 and a relay unit 312. [

연료펌프(300)는 연료전지 시스템(100)의 연료개질기(102)에 연료를 공급한다. 연료펌프(300)로는 예를 들어 NG(Natural Gas) 펌프, PrOx(Preferential Oxidation; 선택적 산화반응) 펌프 등을 사용할 수 있다.The fuel pump 300 supplies fuel to the fuel reformer 102 of the fuel cell system 100. As the fuel pump 300, for example, an NG (Natural Gas) pump, a PrOx (Preferential Oxidation) pump, or the like can be used.

블로어(302)는 연료전지 시스템(100)의 연료전지 스택(104)의 공기극 부분에 공기를 공급한다. 이와 같은 블로어(302)로서는 예를 들어 Cair(Cathode air) 펌프 등을 사용할 수 있다.The blower 302 supplies air to the air electrode portion of the fuel cell stack 104 of the fuel cell system 100. As such a blower 302, for example, a Cair (Cathode air) pump can be used.

열순환펌프(304)는 열교환장치(108)의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부(204)의 제어에 따라 가열된 물을 순환시킨다. 이와 같은 열순환펌프(304)로는, 예를 들어 CG(Cogeneration; 축열조) 펌프 등을 사용할 수 있다.The heat circulation pump 304 is installed in the hot water and heating pipe of the heat exchanger 108 and circulates the heated water under the control of the central control unit 204. As such a heat circulation pump 304, for example, a CG (Cogeneration) pump can be used.

냉각수펌프(306)는 열교환장치(108)의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부(204)의 제어에 따라 냉각용 냉각수를 순환시킨다.The cooling water pump 306 is installed in the hot water and heating pipe of the heat exchanger 108 and circulates the cooling water for cooling according to the control of the central control unit 204.

밸브(308)는 열교환장치(108)의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부(204)의 제어에 따라 상기 배관의 유량을 조절한다.The valve 308 is mounted on the piping for hot water and heating of the heat exchanger 108 and controls the flow rate of the piping under the control of the central control unit 204.

이 밖에도, 도시하지는 않았으나 운전장치부(208)는 연료전지 시스템(100)의 각 부분의 온도상승을 위한 히터, 및 냉각용 팬(fan) 등을 더 구비할 수 있다.In addition, although not shown, the operating unit 208 may further include a heater for raising the temperature of each part of the fuel cell system 100, and a cooling fan.

DC-DC 컨버터부(310)는 메인스위치부(206)로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환하여 연료펌프(300), 블로어(302), 열순환펌프(304), 냉각수펌프(306), 밸브(308), 히터, 팬 등에 공급한다.The DC-DC converter unit 310 converts the DC voltage of the power supplied from the main switch unit 206 into a driving voltage and supplies the driving voltage to the fuel pump 300, the blower 302, the heat circulation pump 304, the cooling water pump 306 ), A valve 308, a heater, a fan, and the like.

릴레이부(312)는 DC-DC 컨버터부(310)로부터 공급되는 구동전압을 중앙제어부(204)의 개별구동신호에 따라 온/오프 제어한다. 이와 같은 릴레이부(312)는 전기적으로 연결된 부품의 ON/OFF를 제어할 수 있는 스위치 역할의 소자로서, 중앙제어부(204)의 명령을 받아 자신과 연결되는 부품(각 펌프, 블로어, 밸브, 히터류, 팬 등)을 켜고 끄도록 구성될 수 있다.
The relay unit 312 controls on / off the driving voltage supplied from the DC-DC converter unit 310 according to an individual driving signal of the central control unit 204. The relay unit 312 serves as a switch capable of controlling the ON / OFF of the electrically connected parts. The relay unit 312 receives the commands from the central control unit 204 and controls the parts (pumps, blowers, Fan, fan, etc.).

다음으로, 온도측정부(210)는 전원공급부(202)로부터 전원을 공급받으며, 하나 이상의 온도센서를 구비한다. 예를 들어, 상기 온도센서는 연료개질기(102), 연료전지 스택(104) 및 열교환장치(108) 등에 설치될 수 있으며, 온도측정부는 상기 온도센서를 이용하여 연료전지 시스템(100)의 운전에 필요한 온도값을 수집할 수 있다. 온도측정부(210)에서 수집된 데이터(Raw Data)는 전압 또는 저항값의 형태이므로, 이를 섭씨 또는 화씨온도로 환산(보정)하여 중앙제어부(204)에 전달된다. 본 발명의 실시예에서, 온도측정부(210)는 운전시가동부가 아닌 항시가동부에 포함되도록 구성되며, 그 이유는 연료전지 시스템(100)의 동파 방지를 위하여 온도측정부(210)는 항시 연료전지 시스템(100)의 온도를 측정하여야 하기 때문이다.Next, the temperature measuring unit 210 receives power from the power supply unit 202 and has one or more temperature sensors. For example, the temperature sensor may be installed in the fuel reformer 102, the fuel cell stack 104, and the heat exchanger 108, and the temperature measuring unit may be installed in the fuel cell system 100 using the temperature sensor The necessary temperature values can be collected. Since the raw data collected by the temperature measuring unit 210 is a voltage or a resistance value, it is converted into Celsius or Fahrenheit and then transmitted to the central control unit 204. In the embodiment of the present invention, the temperature measuring unit 210 is configured to always be included in the moving part, not in the moving part during operation, because the temperature measuring part 210 always detects the temperature of the fuel cell system 100 The temperature of the fuel cell system 100 must be measured.

다음으로, 전압측정부(212)는 메인스위치부(206)를 통하여 전원을 공급받으며, 중앙제어부(204)의 제어에 따라 연료전지 스택(104)의 각 단위전지의 전압을 측정하고, 측정된 단위전지별 전압값을 중앙제어부(204)로 전송한다. 이를 위하여, 전압측정부(212)는 CVM 보드(Cell Voltage Monitoring Board) 등의 스택 전압 측정 수단을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Next, the voltage measuring unit 212 is supplied with power through the main switch unit 206, measures the voltage of each unit cell of the fuel cell stack 104 under the control of the central control unit 204, And transmits the voltage value of each unit cell to the central control unit 204. [ For this purpose, the voltage measuring unit 212 may include a stack voltage measuring unit such as a CVM board (Cell Voltage Monitoring Board), but is not limited thereto.

다음으로, 데이터수집부(214)는 메인스위치부(206)를 통하여 전원을 공급받으며, 중앙제어부(204)의 제어에 따라 연료전지 시스템(100)의 상태 정보를 수집하여 중앙제어부(204)로 제공한다. 구체적으로, 데이터수집부(214)는 중앙제어부(204)의 제어에 따라 운전장치부(208)의 각 구성의 동작신호를 개별적으로 송신할 수 있다. 이에 따라 데이터수집부(214)는 연료전지 시스템(100)의 각 부위별 압력, 유량, 액체의 양, 또는 가스 누출 여부 등을 측정할 수 있으며, 이러한 측정값들은 485 통신 등을 통하여 중앙제어부(204)로 전송됨으로써 연료전지 시스템의 운전상태를 파악하거나 다음 동작을 위한 판단근거로 사용될 수 있다. 이를 위하여 데이터수집부(214)는 DAQ 보드(Data Acquisition Board) 등의 데이터 수집 수단을 포함할 수 있다.The data collecting unit 214 receives power from the main switch unit 206 and collects status information of the fuel cell system 100 under the control of the central control unit 204 and transmits the status information to the central control unit 204 to provide. Specifically, the data collection unit 214 can individually transmit the operation signals of the respective components of the operation unit 208 under the control of the central control unit 204. [ Accordingly, the data collecting unit 214 can measure pressure, flow rate, amount of liquid, gas leakage or the like of each part of the fuel cell system 100, and these measured values are transmitted to the central control unit 204 so as to grasp the operation state of the fuel cell system or to use it as a basis for the next operation. To this end, the data collecting unit 214 may include data collecting means such as a DAQ board (Data Acquisition Board).

구체적으로, 데이터수집부(214)는 유량측정부, 유압측정부, 수위측정부 및 가스 누출 탐지부를 포함할 수 있다. 유량측정부는 유량계(MFM; Mass Flow Meter)를 이용하여 온수 및 난방용 배관 또는 시스템 내 유량 측정이 필요한 부분의 유량을 측정할 수 있다. 유압측정부는 압력센서(Pressure Sensor)를 이용하여 온수 및 난방용 배관의 유압 또는 시스템 내 유압 측정이 필요한 부분의 유압을 측정할 수 있다. 그리고, 수위측정부는 레벨센서(Level Sensor)를 이용하여 개질기용 베셀 및 냉각용 베셀 또는 시스템 내 스위 측정이 필요한 부분의 수위를 측정할 수 있다. 이때 상기 개질기용 베셀은 연료개질기(102)에서의 연료 개질에 사용되는 물을 공급하기 위한 저수조이며, 냉각용 베셀은 연료전지 스택(104)을 냉각하기 위한 물을 저장하는 저수조이다. 또한, 가스 누출 탐지부는 가스 디텍터(gas detector)를 이용하여 연료개질기(102), 연료전지 스택(104) 또는 기타 밸브 등, 연료전지 시스템(100) 내부에서 가스 누출이 있는지의 여부를 탐지한다.
Specifically, the data collection unit 214 may include a flow rate measurement unit, a hydraulic pressure measurement unit, a water level measurement unit, and a gas leakage detection unit. The flow measuring unit can measure the flow rate of the hot water and heating piping or the part where the flow measurement is required in the system by using a mass flow meter (MFM). The hydraulic pressure measuring unit can measure the hydraulic pressure of the piping for hot water and heating or the hydraulic pressure in the system for measuring the hydraulic pressure in the system by using a pressure sensor. The level measuring unit can measure the level of the vessel for the reformer and the vessel for cooling or the part requiring the switch measurement in the system by using a level sensor. Here, the vessel for reformer is a water tank for supplying water used for fuel reforming in the fuel reformer 102, and a cooling vessel is a water tank for storing water for cooling the fuel cell stack 104. The gas leak detector also detects whether there is gas leakage inside the fuel cell system 100, such as the fuel reformer 102, the fuel cell stack 104, or other valves using a gas detector.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법(400)을 나타낸 순서도이다.4 and 5 are flowcharts illustrating a control method 400 of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 연료전지 시스템의 제어장치(200)에 외부의 AC 전원이 입력되면(402), 전원공급부(202)는 이를 DC 전원으로 변환하여 항시가동부에 해당하는 중앙제어부(204) 및 온도측정부(210)에 공급한다(404).First, when external AC power is input to the controller 200 of the fuel cell system at step 402, the power supply unit 202 converts the external AC power into a DC power and outputs the DC power to the central control unit 204, (404).

다음으로, 중앙제어부(204)는 전원공급부(202)와 연결된 메인스위치부(206)를 제어하여 운전시가동부에 DC 전원을 공급한다(406). 이후, 중앙제어부(204)는 온도측정부(210), 전압측정부(212) 및 데이터수집부(214)로부터 수신되는 연료전지 시스템의 상태 정보에 따라 연료전지 시스템(100)의 상태를 진단(모니터링)한다(408).Next, the central control unit 204 controls the main switch unit 206 connected to the power supply unit 202 to supply DC power to the moving unit during operation (406). The central control unit 204 then diagnoses the state of the fuel cell system 100 according to the state information of the fuel cell system received from the temperature measuring unit 210, the voltage measuring unit 212 and the data collecting unit 214 (408).

만약 상기 408 단계에서의 진단 결과, 연료전지 시스템(100)에 이상이 발생된 것으로 판단되는 경우, 중앙제어부(204)는 운전장치부(208)에 구비된 펌프, 블로어, 밸브, 팬 등을 구동하여 상기 이상을 복구한다(자가조치 프로세스 구동)(412). 이후, 상기 자가조치의 결과 연료전지 시스템(100)이 정상화된 것으로 판단되는 경우, 중앙제어부(204)는 운전시가동부에 공급되던 DC 전원을 차단하여 연료전지 시스템(100)을 대기 모드로 변환한다.If it is determined in step 408 that an abnormality has occurred in the fuel cell system 100, the central control unit 204 drives the pump, the blower, the valve, the fan, and the like provided in the operation unit 208 Thereby recovering the abnormality (driving a self-monitoring process) (412). Thereafter, when it is determined that the fuel cell system 100 is normalized as a result of the self-diagnosis, the central control unit 204 turns off the DC power supplied to the moving unit during operation to convert the fuel cell system 100 into the standby mode .

한편, 상기 406 단계 내지 414 단계로 구성되는 연료전지 시스템(100)의 자가 진단 및 자가 조치 과정은 기 설정된 점검 주기(예를 들어, 24시간)마다 반복하여 수행될 수 있다(416).
Meanwhile, the self-diagnosis and self-monitoring processes of the fuel cell system 100 including steps 406 to 414 may be repeatedly performed at predetermined intervals (for example, 24 hours) (step 416).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어 방법(400)에서의 자가조치 프로세스(412)를 상세히 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart for explaining the self-monitoring process 412 in the control method 400 of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention in detail.

도시된 바와 같이, 중앙제어부(204)는 연료전지 시스템(100)에서 감지된 이상의 유형에 따라 그에 맞는 하나 이상의 자가조치를 수행하며, 각 조치들은 병렬적, 독립적으로 수행될 수 있다.As shown, the central control unit 204 performs one or more self-actions corresponding to the type of abnormality detected in the fuel cell system 100, and each of the measures can be performed in parallel and independently.

예를 들어, 온도측정부(210)에서 측정된 연료전지 시스템(100)의 연료개질기(102) 온도가 설정된 범위를 초과하는 경우(500), 중앙제어부(204)는 개질기 고온 상태로 판단하고, 운전장치부(208)의 릴레이부(312)를 제어하여 운전장치부(208)에 구비된 냉각 팬(fan) 또는 블로어(Blower)를 작동하거나, 연료개질기(102)에 물을 공급하거나, 또는 냉각 순환 펌프를 가동하는 등의 조치를 통해 연료개질기(102)를 냉각시킬 수 있다(502).For example, when the temperature of the fuel reformer 102 of the fuel cell system 100 measured by the temperature measuring unit 210 exceeds the predetermined range (500), the central control unit 204 determines that the reformer is in the high temperature state, It is possible to control the relay unit 312 of the operating unit 208 to operate a cooling fan or a blower provided in the operating unit 208 or to supply water to the fuel reformer 102, The fuel reformer 102 may be cooled 502 by, for example, operating a cooling circulation pump.

다음으로, 온도측정부(210)에서 측정된 연료전지 시스템(100)의 온도가 설정된 동파방지온도 미만일 경우(504), 중앙제어부(204)는 동파 방지를 위하여 메인스위치부(206)를 온 상태로 스위칭하여 운전장치부(208)를 가동한 뒤, 연료전지 스택(104)에 연료를 공급함으로서 연료전지 시스템(100)이 동파되는 것을 방지할 수 있다(506). 또한, 이와 함께 운전장치부(208)의 릴레이부(312)에 신호를 주어 히터를 동작시키는 것도 가능하다.Next, when the temperature of the fuel cell system 100 measured by the temperature measuring unit 210 is lower than the set frost protection temperature (504), the central control unit 204 turns on the main switch unit 206 The fuel cell system 100 can be prevented from being frozen by supplying fuel to the fuel cell stack 104 after the operation unit 208 is operated by switching to the fuel cell stack 100. [ It is also possible to give a signal to the relay unit 312 of the operating unit 208 to operate the heater.

다음으로, 전압측정부(212)에서 측정된 각 스택의 OCV(Open Cercuit Voltage)가 설정된 값을 초과하는 경우(508), 중앙제어부(204)는 스택에 잔류가스가 존재하는 것으로 판단하고 연료전지 스택(104)의 출력단에 부하(load)를 연결하여 상기 연료전지 스택 내의 잔류가스를 소모시킬 수 있다(510).Next, when the OCV (Open Circuit Voltage) of each stack measured by the voltage measuring unit 212 exceeds the set value (508), the central control unit 204 determines that the residual gas is present in the stack, A load may be connected to the output of the stack 104 to consume residual gas in the fuel cell stack (510).

다음으로, 데이터수집부(214)의 수위 측정부에서 측정된 냉각용 베셀 또는 개질기용 베셀의 수위가 기 설정된 범위 미만인 경우(512), 중앙제어부(204)는 운전장치부(208)에 포함된 밸브를 제어하여 상기 베셀에 물을 공급할 수 있다(514). 이 경우 만약 밸브 제어 이후에도 일정 시간 이상 상기 베셀의 수위가 상승하지 않는 경우, 중앙제어부(204)는 직수 구성에 이상이 있는 것으로 판단하고 경고 메시지를 출력할 수 있다.Next, when the water level of the cooling vessel or the vessel for the reformer measured by the water level measuring unit 214 is less than the preset range (512), the central control unit 204 determines A valve may be controlled to supply water to the vessel (514). In this case, if the level of the vessel does not rise for a certain period of time after the valve control, the central control unit 204 may determine that the water supply configuration is abnormal and output a warning message.

또한, 전술한 것 이외에도, 중앙제어부(204)는 연료전지 시스템의 각종 이상을 감지하고, 이에 따른 적절한 조치를 취할 수 있다(516, 518). 예를 들어, 데이터수집부(214)의 가스 누출 탐지부에서 시스템 내의 가스 누출을 감지한 경우, 중앙제어부(204)는 즉시 경고 메시지를 출력하고 연료전지 시스템(100)을 잠금 상태로 설정할 수 있다. 이때 상기 경고 메시지는 연료전시 시스템(100)의 운영자에게 가스 누출을 알리기 위한 소리(경고음) 및 화면 표시 이외에, 통신 모듈(미도시)를 이용한 제조사 알림을 포함할 수 있다. 즉, TCP/IP를 이용한 유/무선 네트워크망을 통하여 연료전지 시스템(100)의 제조사에 연료전지 시스템(100)의 이상 사실을 알림으로써 해당 제조사에서 즉각적인 조치를 취하도록 구성될 수 있다.In addition to the above, the central control unit 204 may detect various anomalies of the fuel cell system and take appropriate action accordingly (516, 518). For example, when the gas leakage detection unit of the data collection unit 214 detects gas leakage in the system, the central control unit 204 may immediately output a warning message and set the fuel cell system 100 to the locked state . At this time, the warning message may include a notification of a manufacturer using a communication module (not shown), in addition to a sound (warning sound) and a screen display for notifying the operator of the fuel display system 100 of gas leakage. That is, the manufacturer of the fuel cell system 100 can be informed of the abnormality of the fuel cell system 100 through the wired / wireless network using the TCP / IP to take immediate action at the manufacturer.

또한, 중앙제어부(204)는 데이터수집부(214)의 유량 센서, 유압 센서, 레벨 센서 또는 가스 디텍터 등의 센싱값이 정상 범위 내인지를 판단하고, 이로부터 센서의 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 특정 유량 센서의 정상 센싱값이 1 내지 5볼트 사이인데 유량 센서에서의 센싱값이 7볼트로 나타나는 경우, 중앙제어부(204)는 해당 유량 센서에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다.Also, the central control unit 204 may determine whether the sensed values of the flow sensor, the hydraulic pressure sensor, the level sensor, the gas detector, etc. of the data collecting unit 214 are within the normal range, . For example, if the sensing value of a particular flow sensor is between 1 and 5 volts and the sensing value of the flow sensor is 7 volts, the central controller 204 may determine that a problem has occurred with the flow sensor.

또한, 중앙제어부(204)는 운전장치부(208)에 포함된 밸브, 펌프 또는 블로어 중 적어도 하나에 대한 제어신호를 송신하고, 상기 유량 센서, 상기 유압 센서 또는 상기 레벨 센서 중 적어도 하나의 센싱값이 상기 제어신호에 부합하지 않는 경우, 해당 밸브, 펌프 또는 블로어에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 중앙제어부(204)에서 특정 밸브를 오픈한 이후 해당 밸브가 설치된 밸브의 유량에 변화가 없는 경우, 중앙제어부(204)는 해당 밸브가 정상작동하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 이 경우는 밸브의 제어신호와 유량 센서의 센싱값이 서로 부합되지 않는 경우이다. 또한, 중앙제어부(204)는 전술한 CVM 보드 또는 DAQ 보드 등, 연료전지 시스템(100)에 포함된 각종 보드(board)로 기 설정된 테스트 신호를 송신하거나, 또는 상기 보드로부터 수신한 이상 신호에 따라 각 보드의 통신 가능 여부 및 이상 발생 여부를 감지할 수 있다.The central control unit 204 also transmits a control signal for at least one of the valve, the pump, and the blower included in the operating unit 208 and controls at least one of the flow rate sensor, the hydraulic pressure sensor, It is determined that an abnormality has occurred in the corresponding valve, pump, or blower. For example, when there is no change in the flow rate of the valve provided with the specific valve after opening the specific valve in the central control unit 204, the central control unit 204 can determine that the valve is not operating normally. That is, in this case, the control signal of the valve and the sensing value of the flow sensor do not match each other. In addition, the central control unit 204 may transmit predetermined test signals to various boards included in the fuel cell system 100, such as the above-described CVM board or DAQ board, It is possible to detect whether the communication of each board is possible or not.

상기와 같은 종류의 이상이 발생한 경우, 전술한 바와 같이 중앙제어부(204)는 기 설정된 경고 메시지(소리, 화면표시, 제조사 알림 등)를 출력함으로써 문제가 된 부품을 즉각적으로 수리하거나 교체할 수 있도록 한다(518).When the above-described kind of abnormality occurs, the central control unit 204 outputs a predetermined warning message (sound, screen display, manufacturer notification, etc.) as described above so that the problematic part can be immediately repaired or replaced (518).

상기와 같은 과정을 통하여 감지된 이상이 복구된 이후, 중앙제어부(204)는 시스템의 이상이 모두 해소되었는지를 판단한다(520). 만약 상기 520 단계의 판단 결과 이상이 모두 해소된 경우 자가조치 프로세스는 종료된다. 그러나 이와 달리 복구 과정을 거친 이후에도 시스템의 이상이 모두 해소되지 않은 경우, 다음으로 중앙제어부(204)는 기 설정된 허용 시간이 초과되었는지의 여부를 판단하고(522), 초과된 경우 연료전지 시스템(100)을 잠금 상태로 변환한다(524). 상기 잠금 상태는 이후 전문가 등에 의하여 이상이 복구된 이후 해제될 수 있다(526).After the detected abnormality is recovered through the above process, the central control unit 204 determines whether the system abnormality is completely eliminated (520). If it is determined in step 520 that all the abnormalities are eliminated, the self-monitoring process is terminated. However, if all of the system failures have not been resolved after the recovery process, the central control unit 204 determines whether the preset allowable time has been exceeded (522) ) To a locked state (524). The locked state may then be released (526) after an error has been recovered by a specialist or the like.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. I will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

100: 연료전지 시스템
102: 연료 개질기
104: 연료전지 스택
106: 전력변환장치
108: 열교환장치
200: 제어장치
202: 전원공급부
204: 중앙제어부
206: 메인스위치부
208: 운전장치부
210: 온도측정부
212: 전압측정부
214: 데이터수집부
300: 연료펌프
302: 블로어
304: 열순환펌프
306: 냉각수펌프
308: 밸브
310: DC-DC 컨버터
312: 릴레이100: Fuel cell system
102: fuel reformer
104: Fuel cell stack
106: Power converter
108: Heat exchanger
200: Control device
202: Power supply
204:
206: Main switch section
208:
210: Temperature measuring unit
212: voltage measuring unit
214: Data collecting unit
300: Fuel pump
302: Blower
304: Heat circulation pump
306: Coolant pump
308: Valve
310: DC-DC converter
312: Relay

Claims

A power supply unit for receiving external AC power and converting the DC power into DC power;
A central control unit for controlling operation of the fuel cell system by receiving power from the power supply unit and monitoring abnormality of the fuel cell system;
A main switch unit for turning on or off DC power supplied from the power supply unit under the control of the central control unit; And
And supplying power to the fuel cell stack of the fuel cell system by supplying power from the power supply unit through the main switch unit, collecting status information of the fuel cell system at the request of the central control unit, Providing the driving time includes the eastern part,
Wherein the central control unit supplies DC power to the moving part during the operation through the main switch part when the initial power of the power supply part is applied or when a preset inspection period has elapsed, And receives information from the fuel cell system.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the central control unit controls the fuel cell system during the operation to recover the abnormality when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system according to the received status information.

The method of claim 3,
Wherein the central control unit locks the fuel cell system when an abnormality of the fuel cell system is not recovered for a predetermined allowable time.

The method of claim 3,
Wherein the central control unit outputs a predetermined warning message when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system.

The method of claim 5,
Wherein the central control unit notifies the manufacturer of the fuel cell system of the occurrence of the abnormality through a network when the warning message is output.

The method of claim 3,
Further comprising a temperature measurement unit for measuring the temperature of the fuel cell system at a measurement position set using a temperature sensor,
Wherein the central control unit is operable to operate at least one of a cooling fan, a blower, and a cooling circulation pump included in the operating section during the operation when the temperature of the reformer of the fuel cell system measured by the temperature measuring unit exceeds a set range, And the cooling of the reformer is performed by supplying water to the reformer.

The method of claim 7,
Wherein the central control unit activates the operation section during the operation of the fuel cell system through the main switch section when the temperature of the fuel cell system measured by the temperature measurement section is lower than the set frost protection temperature.

The method of claim 3,
Wherein the operation-time traveling unit further includes a voltage measuring unit for measuring a voltage of each unit cell of the fuel cell stack of the fuel cell system,
Wherein the central control unit connects a load to an output terminal of the fuel cell stack to consume residual gas in the fuel cell stack when the voltage measured by the voltage measuring unit exceeds a set range, Control device.

The method of claim 3,
The fuel cell system includes at least one flow sensor for measuring a flow rate of a pipe included in the fuel cell system, at least one hydraulic pressure sensor for measuring a hydraulic pressure of the pipe, a water level sensor for measuring a level of a water reservoir Further comprising a level sensor and a data collection section including a gas leakage detection section for detecting whether or not there is gas leakage in the fuel cell system.

The method of claim 10,
Wherein the central control unit determines that an abnormality has occurred in the sensor when the sensing value of at least one of the flow sensor, the hydraulic pressure sensor, and the level sensor is out of the set range.

The method of claim 10,
Wherein the central control unit controls the valves included in the operation section during the operation to supply water to the water storage tank when the water level measured by the level sensor is less than a predetermined range.

The method of claim 10,
Wherein the central control unit transmits a control signal for at least one of a valve, a pump, and a blower included in the operation section during the operation, and the sensing value of at least one of the flow rate sensor, the hydraulic pressure sensor, The control unit determines that an abnormality has occurred in the valve, the pump, or the blower.

The method of claim 10,
Wherein the central control unit outputs a warning message and sets the fuel cell system in a locked state when the gas leakage detection unit detects gas leakage in the fuel cell system.

15. The method of claim 14,
Wherein the warning message includes at least one of a sound, a screen display, and a remote notification using a network.

The method of claim 3,
The central control unit may transmit a predetermined test signal to at least one board included in the fuel cell system or detect whether or not communication of each board is possible or not according to an abnormal signal received from the board , A control device of the fuel cell system.

delete

A control method performed in a control apparatus of a fuel cell system,
A first step of receiving external AC power from a power supply unit and converting the DC power into a DC power and supplying the DC power to the central control unit;
A second step of controlling the main switch unit connected to the power supply unit in the central control unit to supply DC power to the moving unit during operation; And
And a third step of receiving, at the central control unit, the state information of the fuel cell system from the operation section during the operation and monitoring an abnormality of the fuel cell system according to the state information,
In the third step,
When the central control unit determines that the fuel cell system is normal as a result of the determination based on the status information, controlling the main switch unit to cut off the DC power supplied to the operation unit during the operation,
Wherein the central control unit repeatedly performs the second to third steps according to a predetermined inspection cycle.

delete

A control method performed in a control apparatus of a fuel cell system,
A first step of receiving external AC power from a power supply unit and converting the DC power into a DC power and supplying the DC power to the central control unit;
A second step of controlling the main switch unit connected to the power supply unit in the central control unit to supply DC power to the moving unit during operation; And
And a third step of receiving, at the central control unit, the state information of the fuel cell system from the operation section during the operation and monitoring an abnormality of the fuel cell system according to the state information,
In the third step,
And performing a recovery operation on the abnormality by controlling the operation unit during the operation if it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system according to the received status information,
Wherein the performing of the recovery further comprises locking the fuel cell system when an abnormality of the fuel cell system is not restored for a predetermined allowable time.

A control method performed in a control apparatus of a fuel cell system,
A first step of receiving external AC power from a power supply unit and converting the DC power into a DC power and supplying the DC power to the central control unit;
A second step of controlling the main switch unit connected to the power supply unit in the central control unit to supply DC power to the moving unit during operation; And
And a third step of receiving, at the central control unit, the state information of the fuel cell system from the operation section during the operation and monitoring an abnormality of the fuel cell system according to the state information,
In the third step,
And outputting a predetermined warning message when it is determined that an abnormality has occurred in the fuel cell system according to the received status information.

23. The method of claim 22,
Wherein the step of outputting the warning message further comprises notifying the manufacturer of the fuel cell system via the network network of the occurrence of the abnormality.