KR101550615B1 - Purge Apparatus And Purge Apparatus Control Method - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 퍼지 장치는, 연료 전지 스택의 연료극으로 공급된 수소와 반응한 불순물이 배출되는 배출관에 연결된 퍼지 밸브; 상기 불순물의 누적 유량이 기 설정된 임계값보다 큰 경우 상기 퍼지 밸브를 제어하여 상기 불순물이 배출되도록 상기 퍼지 밸브의 개폐를 제어하고, 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단하고 상기 퍼지 밸브를 개방하여 상기 연료극으로 공급되는 수소의 농도가 증가되도록 제어하는 제어부를 포함한다.A purge apparatus according to the present invention includes: a purge valve connected to a discharge pipe through which impurities reacted with hydrogen supplied to a fuel electrode of a fuel cell stack are discharged; And controlling the opening and closing of the purge valve so as to discharge the impurities by controlling the purge valve when the cumulative flow rate of the impurities is greater than a predetermined threshold value and judging the rapid acceleration when the acceleration of the vehicle exceeds the reference acceleration, And a control unit for opening the valve and controlling the concentration of hydrogen supplied to the fuel electrode to increase.

Description

퍼지 장치 및 퍼지 장치 제어 방법{Purge Apparatus And Purge Apparatus Control Method}Purge Apparatus and Purge Apparatus Control Method [0002]

본 발명은 퍼지 장치 및 퍼지 장치 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 차량 가속시 퍼지 밸브 개방 타이밍을 제어하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a purge apparatus and a purge apparatus control method, and more particularly, to a technique for controlling a purge valve opening timing during fuel cell vehicle acceleration.

일반적으로 종래 연료전지 자동차에서 사용되고 있는 전류 적산에 의한 퍼지 운전 방법은 운전 조건에 따른 퍼지 기술이 최적화되어 있지 않다. 즉, 차량이 가속하는 경우 가속 구간에서 전류 적산에 의한 퍼지 운전 방법은 연료전지 자동차 연료인 수소 농도가 낮아 순간적인 고출력이 어렵다는 문제점이 있다. Generally, the fuzzy operation method using the current integration used in the conventional fuel cell vehicle is not optimized in accordance with the operation conditions. That is, when the vehicle is accelerating, the fuzzy operation method by current integration in the acceleration section has a problem that it is difficult to instantaneously output high power because the hydrogen concentration of the fuel cell vehicle fuel is low.

또한, 연료극 내의 수소 농도 저하에 의한 수소 연료 부족은 카본 부식, 전극 CO 피독 등의 현상으로 연료전지 스택의 내구성에 악영향을 미친다는 문제점이 있다. In addition, the lack of hydrogen fuel due to the decrease in the hydrogen concentration in the fuel electrode has a problem that the durability of the fuel cell stack is adversely affected by a phenomenon such as carbon corrosion and poisoning of the electrode CO.

본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 퍼지 장치 및 퍼지 장치 제어 방법은 차량 가속 시 연료극 내 수소 농도를 증가시켜 안정적인 성능을 확보하기 위함이다.The present invention overcomes the above-described problems, and the purge apparatus and purge apparatus control method according to the present invention are intended to secure stable performance by increasing the hydrogen concentration in the anode at the time of vehicle acceleration.

또한, 연료극 내 수소 농도 부족에 의한 스택의 출력 성능 감소를 방지하고 연료전지 스택의 내구성을 개선하기 위함이다.It is also intended to prevent reduction of the output performance of the stack due to insufficient hydrogen concentration in the anode and to improve the durability of the fuel cell stack.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .

본 발명에 따른 퍼지 장치는, 연료 전지 스택의 연료극으로 공급된 수소와 반응한 불순물이 배출되는 배출관에 연결된 퍼지 밸브; 상기 불순물의 누적 유량이 기 설정된 임계값보다 큰 경우 상기 퍼지 밸브를 제어하여 상기 불순물이 배출되도록 상기 퍼지 밸브의 개폐를 제어하고, 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단하고 상기 퍼지 밸브를 개방하여 상기 연료극으로 공급되는 수소의 농도가 증가하도록 제어하는 제어부를 포함한다.A purge apparatus according to the present invention includes: a purge valve connected to a discharge pipe through which impurities reacted with hydrogen supplied to a fuel electrode of a fuel cell stack are discharged; And controlling the opening and closing of the purge valve so as to discharge the impurities by controlling the purge valve when the cumulative flow rate of the impurities is greater than a predetermined threshold value and judging the rapid acceleration when the acceleration of the vehicle exceeds the reference acceleration, And a control unit for opening the valve to control the concentration of hydrogen supplied to the fuel electrode to increase.

본 발명에 따른 퍼지 장치 및 퍼지 장치 제어 방법은 차량 가속 시 연료극 내 수소 농도를 증가시켜 안정적인 성능이 확보되는 효과가 있다.The purge apparatus and the purge apparatus control method according to the present invention have an effect of securing a stable performance by increasing the hydrogen concentration in the anode at the time of vehicle acceleration.

또한, 연료극 내 수소 농도 부족에 의한 스택의 출력 성능 감소를 방지하고 연료전지 스택의 내구성이 개선되는 효과가 있다.Further, it is possible to prevent a decrease in the output performance of the stack due to insufficient hydrogen concentration in the fuel electrode and to improve the durability of the fuel cell stack.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 가속도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 전지의 운전 전류를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a diagram showing the configuration of a purge apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph illustrating vehicle acceleration according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing an operation current of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a control method of a purge apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a purge apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 가속도를 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating vehicle acceleration according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료 전지의 운전 전류를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing an operation current of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 1 내지 3을 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치를 설명한다.Hereinafter, a purge apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figs.

본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치(1)는 연료 전지 스택(10), 퍼지 밸브(20), 및 제어부(30)를 포함한다.A purge apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 10, a purge valve 20, and a control unit 30.

연료 전지 스택(10)은 연료극인 애노드(11) 및 캐소드(12)를 포함한다.The fuel cell stack 10 includes an anode 11 and a cathode 12 which are anode electrodes.

연료 전지 스택(10)은 가습기(미도시)를 포함하고 가습기를 이용하여 연료 전지 스택(10)에 공급한다.The fuel cell stack 10 includes a humidifier (not shown) and supplies it to the fuel cell stack 10 using a humidifier.

수분을 공급받은 공기는 연료전지 스택(10) 내의 유로를 따라 이동하여 연료극인 애노드(11)에서 수소와 반응한 다음, 물(생성수)을 생성시킨다. 반응에 의해 발생한 물은 산소와 수소의 흐름을 방해하므로, 연료전지 스택으로부터 제거가 필요하다. The air that has been supplied with water moves along the flow path in the fuel cell stack 10 to react with hydrogen at the anode 11, which is a fuel electrode, and then generates water (produced water). Water generated by the reaction interferes with the flow of oxygen and hydrogen, so removal from the fuel cell stack is necessary.

즉, 연료극인 애노드(11)에서 연료전지 스택(10) 반응 후 물, 질소 및 미반응 수소를 포함한 불순물이 생성되고 퍼지밸브(12)의 개폐 작용에 의해 방출될 수 있다. 퍼지 밸브(20)가 개방됨에 따라 연료전지 스택(10) 내에 존재하는 불순물이 배관을 따라 연료전지 스택(10) 외부로 배출할 수 있도록 구성된다.That is, impurities including water, nitrogen, and unreacted hydrogen may be generated after the reaction of the fuel cell stack 10 in the anode 11, which is a fuel electrode, and released by the opening and closing action of the purge valve 12. The purge valve 20 is opened so that impurities existing in the fuel cell stack 10 can be discharged to the outside of the fuel cell stack 10 along the pipe.

제어부(30)는 불순물의 누적 유량이 기 설정된 임계값보다 큰 경우 퍼지 밸브(20)를 제어하여 상기 불순물이 배출되도록 상기 퍼지 밸브의 개폐를 제어한다.The control unit 30 controls the purge valve 20 to control the opening and closing of the purge valve so that the impurities are discharged when the cumulative flow rate of the impurities is greater than a predetermined threshold value.

도 2를 참조하면, 제어부(30)는 차량의 가속도 데이터를 이용하여 최대로 분포된 가속도를 기준 가속도로 설정하고, 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단하고 퍼지 밸브(20)를 개방하여 연료극(11)으로 공급되는 수소의 농도가 증가하도록 제어한다.Referring to FIG. 2, the controller 30 sets the maximum acceleration of the vehicle as the reference acceleration using the acceleration data of the vehicle. When the acceleration of the vehicle exceeds the reference acceleration, So that the concentration of hydrogen supplied to the fuel electrode 11 is controlled to increase.

구체적으로 설명하면, 제어부(30)는 차량 가속도에 따른 분포를 계산하여 가속도가 0에서 2.5인 구간이 전체 구간의 77.9%로 최대 분포이므로 가속도 2.5를 기준 가속도로 설정한다. 제어부(30)는 차량의 가속도가 2.5를 초과하는 경우 급가속으로 판단하고, 퍼지 밸브(20)를 개방하여 연료극(11)으로 공급되는 수소의 농도가 순간적으로 증가하도록 제어한다.Specifically, the controller 30 calculates the distribution according to the vehicle acceleration, and sets the acceleration 2.5 as the reference acceleration since the interval between the acceleration values of 0 and 2.5 is the maximum distribution of 77.9% of the entire interval. When the acceleration of the vehicle exceeds 2.5, the control unit 30 determines that the vehicle is rapidly accelerated, and opens the purge valve 20 to control the concentration of hydrogen supplied to the fuel electrode 11 to instantaneously increase.

도 3을 참조하면, 제어부(30)는 연료 전지 스택(10)에서 발생하는 전류량을 측정하고 전류량의 증가 기울기(a)가 기 설정된 기준 기울기를 초과하는 경우 상기 급가속으로 판단하고 상기 퍼지 밸브를 제어하여 상기 불순물을 배출한다.
3, the control unit 30 measures the amount of current generated in the fuel cell stack 10 and determines that the fuel cell stack 10 is in a rapid acceleration state when the increase slope a of the amount of current exceeds a preset reference slope, And the impurities are discharged.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a control method of a purge apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 4를 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 퍼지 장치의 제어 방법을 설명한다.Hereinafter, a control method of the purge apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

차량 주행 중 급가속을 판단하는 단계(S10)에서 제어부(30)는 연료 전지 스택에서 발생하는 전류량을 측정하고 상기 전류량의 증가 기울기가 기준 기울기를 초과하는 경우 또는 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단한다.The control unit 30 measures the amount of current generated in the fuel cell stack in the step of determining a rapid acceleration during driving of the vehicle, and when the increase slope of the amount of current exceeds the reference slope or when the acceleration of the vehicle exceeds the reference acceleration It is judged to be a rapid acceleration.

제어부(30)는 급가속으로 판단한 경우 퍼지 밸브를 개방하여 상기 연료극으로 공급도는 수소의 농도가 순간적으로 증가하도록 제어한다. (S20)The controller 30 opens the purge valve to control the supply rate to the fuel electrode so that the concentration of hydrogen instantaneously increases. (S20)

불순물의 누적 유량을 판단하는 단계(S30)에서 제어부(30)는 불순물의 누적 유량과 기 설정된 임계값을 비교하고, 불순물의 누적 유량이 기 설정된 임계값보다 큰 경우 퍼지 밸브(20)를 제어하여 상기 불순물이 배출되도록 상기 퍼지 밸브의 개폐를 제어한다. (S40)In step S30, the controller 30 compares the cumulative flow rate of impurities with a preset threshold value. When the cumulative flow rate of the impurities is greater than a predetermined threshold value, the controller 30 controls the purge valve 20 And controls opening and closing of the purge valve so that the impurities are discharged. (S40)

이상에서 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 든다고 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, , Changes, deletions, additions, and so forth, other embodiments may be easily suggested, but these are also within the scope of the present invention.

10: 연료 스택
11: 연료극
20: 퍼지 밸브
30: 제어부10: Fuel stack
11: anode
20: Purge valve
30:

Claims (6)

연료 전지 스택의 연료극으로 공급된 수소와 반응한 불순물이 배출되는 배출관에 연결된 퍼지 밸브;
상기 불순물의 누적 유량이 기 설정된 임계값보다 큰 경우 상기 퍼지 밸브를 제어하여 상기 불순물이 배출되도록 상기 퍼지 밸브의 개폐를 제어하고, 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단하고 상기 퍼지 밸브를 개방하여 상기 연료극으로 공급되는 수소의 농도가 증가되도록 제어하는 제어부를 포함한 퍼지 장치.A purge valve connected to a discharge pipe through which impurities reacted with hydrogen supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack are discharged;
And controlling the opening and closing of the purge valve so as to discharge the impurities by controlling the purge valve when the cumulative flow rate of the impurities is greater than a predetermined threshold value and judging the rapid acceleration when the acceleration of the vehicle exceeds the reference acceleration, And a control unit for opening the valve to control the concentration of hydrogen supplied to the fuel electrode to increase. 제1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 연료 전지 스택에서 발생하는 전류량을 측정하고 상기 전류량의 증가 기울기가 기준 기울기를 초과하는 경우 상기 급가속으로 판단하고 상기 퍼지 밸브를 제어하여 상기 불순물을 배출하는 퍼지 장치The method according to claim 1,
Wherein the control unit measures the amount of current generated in the fuel cell stack and judges the rapid acceleration when the slope of the increase in the amount of current exceeds a reference slope and controls the purge valve to discharge the impurities, 제2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 차량의 가속도 데이터를 이용하여 최대로 분포된 가속도를 상기 기준 가속도로 설정하고, 상기 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단하고 상기 퍼지 밸브를 개방하여 상기 연료극으로 공급되는 수소의 농도가 증가되도록 제어하는 퍼지 장치.3. The method of claim 2,
The control unit sets the maximum acceleration to the reference acceleration using the acceleration data of the vehicle, determines that the acceleration of the vehicle exceeds a reference acceleration, and determines that the vehicle is rapidly accelerated, opens the purge valve, Wherein the concentration of hydrogen is controlled to be increased. 연료 전지 스택의 연료극으로 공급된 수소와 반응한 불순물이 배출되는 배출관, 상기 배출관에 연결된 퍼지 밸브, 상기 불순물의 누적 유량이 기 설정된 임계값보다 큰 경우 상기 퍼지 밸브를 제어하여 상기 불순물이 배출되도록 상기 퍼지 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한 퍼지 장치에 있어서,
차량의 주행 중 측정된 가속도를 이용하여 급가속을 판단하는 단계;
상기 퍼지 밸브를 개방하여 상기 연료극으로 공급되는 수소의 농도가 증가되도록 제어하는 단계를 포함한 퍼지 장치 제어 방법.A purge valve connected to the exhaust pipe, and a purge valve for controlling the purge valve to control the purge valve to discharge the impurities if the cumulative flow rate of the impurities is greater than a predetermined threshold value. A purge apparatus including a control unit for controlling opening and closing of a purge valve,
Determining rapid acceleration using the measured acceleration during running of the vehicle;
And controlling the purge valve to open so as to increase the concentration of hydrogen supplied to the fuel electrode. 제4 항에 있어서,
상기 급가속을 판단하는 단계는,
상기 연료 전지 스택에서 발생하는 전류량을 측정하는 단계; 및
상기 전류량의 증가 기울기가 기준 기울기를 초과하는 경우 상기 급가속으로 판단하는 단계를 포함한 퍼지 장치 제어 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the step of determining the rapid acceleration includes:
Measuring an amount of current generated in the fuel cell stack; And
And judging the rapid acceleration if the increase slope of the amount of current exceeds a reference slope. 제5 항에 있어서,
상기 급가속을 판단하는 단계는,
상기 차량의 가속도 데이터를 이용하여 최대로 분포된 가속도를 기준 가속도로 설정하는 단계; 및
상기 차량의 가속도가 기준 가속도를 초과하는 경우 급가속으로 판단하는 단계를 포함한 퍼지 장치 제어 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the step of determining the rapid acceleration includes:
Setting the maximum distributed acceleration as the reference acceleration using the acceleration data of the vehicle; And
And judging that the vehicle is rapidly accelerated when the acceleration of the vehicle exceeds the reference acceleration.
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