KR101867758B1 - Fuel cell stack purge control apparatus and method thereof - Google Patents

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이승준
전유택
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현대제철 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell stack purge control apparatus and a method thereof which can prevent a flooding phenomenon. The fuel cell stack purge control apparatus comprises: a stack voltage detection unit to detect an output voltage of a fuel cell stack; a cooling fan driving unit to lower the temperature of the fuel cell stack; a purge valve opened and closed to perform a purge of the fuel cell stack; a storage unit to store at least one among a purge cycle for purge control in accordance with the state of the fuel cell stack, purge time, hydrogen supply pressure information, and cooling fan control information in accordance with the temperature; and a control unit to control opening/closing of the purge valve based on the information stored in the storage unit to perform purge control of the fuel cell stack, periodically detect the voltage of the fuel cell stack while performing the purge control, and adjust the purge time and purge cycle in accordance with the voltage of the fuel cell stack in steps to calculate a final purge cycle and purge time to prevent the voltage of the fuel cell stack from dropping.

Description

연료전지 스택의 퍼지 제어 장치 및 방법{FUEL CELL STACK PURGE CONTROL APPARATUS AND METHOD THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fuel cell stack,

본 발명은 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 스택의 퍼지 제어를 통해 연료전지 내에서 가스 공급을 막는 플러딩 현상을 방지할 수 있도록 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus and method for controlling a purging of a fuel cell stack, and more particularly to a purging control of a fuel cell stack for preventing a flooding phenomenon, Apparatus and method.

일반적으로 연료전지 시스템은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소, 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응을 통해 전기와 열을 발생시키도록 한 일종의 열병합 발전시스템이다. Generally, a fuel cell system is a cogeneration system that generates electricity and heat through a chemical reaction of air containing hydrogen and oxygen or oxygen contained in a hydrocarbon-based material.

이러한 연료전지 시스템은 전기를 발생하는 연료전지 스택과 연료전지 주변장치(BOP : Balance of Plant)로 구성된다.Such a fuel cell system is composed of a fuel cell stack for generating electricity and a balance-of-plant (BOP).

이러한 연료전지는 연료로서 수소를 사용하며, 부산물로서 물이 생성된다.Such a fuel cell uses hydrogen as fuel, and water is produced as a by-product.

상기 전지 반응으로 생성된 물은 연료전지 내에서 수소 가스의 공급을 막아 플러딩(flooding) 현상을 일으킨다. The water generated by the battery reaction prevents the supply of hydrogen gas in the fuel cell to cause a flooding phenomenon.

이러한 플러딩 현상은 스택의 내구 및 성능 저하에 큰 영향을 미치며, 따라서 가능한 한 플러딩 현상을 방지하기 위한 효율적인 퍼지 방법이 필요하다.Such a flooding phenomenon greatly affects the durability and degradation of the stack, and therefore, an efficient purging method is required to prevent the flooding phenomenon as much as possible.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 제10-2015-0115164호(2015.10.14., 공개, 연료전지 시스템의 연료극 운전제어 장치 및 방법)에 개시되어 있다. BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0115164 (published on Oct. 13, 2015), an apparatus and method for controlling operation of a fuel cell in a fuel cell system.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 연료전지 스택의 퍼지 제어를 통해 연료전지 내에서 가스 공급을 막는 플러딩 현상을 방지할 수 있도록 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus and method for controlling a purging of a fuel cell stack that can prevent a flooding phenomenon in a fuel cell through purge control of the fuel cell stack.

본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치는, 연료전지 스택의 출력 전압을 검출하는 스택 전압 검출부; 상기 연료전지 스택의 온도는 낮추기 위한 냉각 팬 구동부; 상기 연료전지 스택의 퍼지를 수행을 위해 개폐되는 퍼지밸브; 상기 연료전지 스택의 상태에 따른 퍼지 제어를 위한 퍼지주기, 퍼지시간, 수소 공급 압력 정보, 및 온도에 따른 냉각 팬 제어 정보 중 적어도 하나 이상을 저장하는 저장부; 및 상기 저장부에 저장된 적어도 하나 이상의 정보에 기초하여 상기 퍼지밸브의 개폐를 제어하여 상기 연료전지 스택의 퍼지 제어를 수행하되, 상기 퍼지 제어를 수행하면서 상기 연료전지 스택의 전압을 주기적으로 검출하고 상기 연료전지 스택의 전압에 따라 퍼지 시간과 퍼지 주기를 단계적으로 조절하여, 상기 연료전지 스택 전압이 강하되지 않는 최종적인 퍼지 주기와 퍼지 시간을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for controlling purge of a fuel cell stack according to an aspect of the present invention includes: a stack voltage detecting unit for detecting an output voltage of a fuel cell stack; A cooling fan driving unit for lowering the temperature of the fuel cell stack; A purge valve that is opened and closed for purge of the fuel cell stack; A storage unit for storing at least one of a purge cycle for purge control according to the state of the fuel cell stack, purge time, hydrogen supply pressure information, and cooling fan control information according to temperature; And a control unit for controlling the opening and closing of the purge valve based on at least one or more pieces of information stored in the storage unit so as to perform purge control of the fuel cell stack and periodically detecting the voltage of the fuel cell stack while performing the purge control, And a controller for controlling the purge time and the purge period in accordance with the voltage of the fuel cell stack so as to calculate the final purge period and the purge time at which the fuel cell stack voltage is not lowered.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 연료전지 스택 전압에 따라 퍼지 주기나 퍼지 시간을 단계적으로 조절하기 전에 상기 제어부가 지정된 퍼지 시간동안 상기 연료전지 스택의 퍼지를 수행하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the controller may perform purging of the fuel cell stack for a predetermined purge time before stepwise adjusting the purge period or the purge period according to the fuel cell stack voltage.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 감소시키고, 상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 증가시킨 이후에도 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 수소 공급 압력을 지정된 압력으로 증가시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the fuel cell stack voltage falls below a predetermined reference even after the purging period is decreased to a settable limit and the purge time is increased to a settable maximum, Pressure is increased.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 감소시키고, 상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 증가시킨 이후에도 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 냉각 팬을 제어하여 상기 연료전지 스택의 온도를 지정된 온도로 증가시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit controls the cooling fan when the fuel cell stack voltage drops below a predetermined reference even after the purging period is decreased to a settable minimum and the purge time is increased to a settable maximum The temperature of the fuel cell stack is increased to a predetermined temperature.

본 발명의 다른 측면에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법은, 제어부가 기 지정된 시간마다 연료전지 스택 전압을 검출하여 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하되었는지 판단하는 단계; 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하됨에 따라, 상기 제어부가 기 설정된 단위만큼 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 단계적으로 감소시키는 단계; 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하됨에 따라, 상기 제어부가 기 설정된 단위만큼 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 단계적으로 증가시키는 단계; 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하되지 않을 경우, 상기 제어부가 상기 검출한 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 상기 퍼지 시간을 이전에 최종적으로 증가된 퍼지 시간에서 기 설정된 단위만큼 단계적으로 감소시키는 단계; 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하되지 않을 경우, 상기 제어부가 상기 검출한 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 상기 퍼지 주기를 이전에 최종적으로 감소된 퍼지 주기에서 기 설정된 단위만큼 단계적으로 증가시키는 단계; 및 상기 제어부가 상기 최종적으로 증가된 퍼지 시간에서 단계적으로 감소되어 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 최종적으로 감소된 퍼지 시간, 및 상기 최종적으로 감소된 퍼지 주기에서 단계적으로 증가되어 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 최종적으로 증가된 퍼지 주기를 산출하여 상기 최종적으로 산출된 퍼지 주기와 퍼지 시간에 의해 상기 연료전지 스택의 퍼지 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a fuel cell stack, including the steps of: detecting a fuel cell stack voltage at predetermined time intervals to determine whether the fuel cell stack voltage is lower than a predetermined reference voltage; The control unit gradually decreasing the purge cycle by a predetermined unit to a settable minimum as the fuel cell stack voltage becomes lower than a preset reference voltage; The control unit gradually increasing the purge time by a predetermined unit to a settable maximum as the voltage of the fuel cell stack is lower than a preset reference voltage; Wherein when the fuel cell stack voltage is not lower than a predetermined reference voltage, the control unit sets the purge time until the detected fuel cell stack voltage becomes lower than a predetermined reference, Stepwise by a unit; When the fuel cell stack voltage is not lower than a predetermined reference voltage, the control unit sets the purge cycle to a predetermined value in a previously reduced purge cycle until the detected fuel cell stack voltage becomes lower than a predetermined reference Stepwise by a unit; And the controller is incrementally decreased in the finally increased purge time to a finally reduced purge time until the fuel cell stack voltage falls below a predetermined reference, and in the finally reduced purge period Calculating a finally increased purge period until the fuel cell stack voltage becomes lower than a predetermined reference and performing purge control of the fuel cell stack by the finally calculated purge period and purge time .

본 발명은, 상기 연료전지 스택 전압에 따라 퍼지 주기나 퍼지 시간을 증가시키거나 감소시키기 전에 상기 제어부가 지정된 퍼지 시간동안 상기 연료전지 스택의 퍼지를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is further characterized in that the control unit performs purging of the fuel cell stack for a predetermined purge time before increasing or decreasing a purge period or a purge time according to the fuel cell stack voltage.

본 발명은, 상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 단계적으로 감소시키는 단계; 및 상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 단계적으로 증가시키는 단계; 이후, 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 상기 제어부는 수소 공급 압력을 지정된 압력으로 증가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a step of gradually decreasing the purge period to a settable minimum; And gradually increasing the purge time to a settable maximum; Thereafter, when the fuel cell stack voltage is lower than a predetermined reference, the control unit may increase the hydrogen supply pressure to a predetermined pressure.

본 발명은, 상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 단계적으로 감소시키는 단계; 및 상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 단계적으로 증가시키는 단계; 이후, 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 상기 제어부는 냉각 팬을 제어하여 상기 연료전지 스택의 온도를 지정된 온도로 증가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a step of gradually decreasing the purge period to a settable minimum; And gradually increasing the purge time to a settable maximum; Thereafter, when the voltage of the fuel cell stack falls below a predetermined reference, the control unit controls the cooling fan to increase the temperature of the fuel cell stack to a predetermined temperature.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 연료전지 스택의 퍼지 제어를 통해 연료전지 내에서 가스 공급을 막는 플러딩 현상을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, the present invention has an effect of preventing a flooding phenomenon that prevents gas supply in the fuel cell through purging control of the fuel cell stack.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a purge control apparatus for a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a flow chart for explaining a method of controlling a purging of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a fuel cell stack purge control apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.Brief Description of the Drawings Fig. 1 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a purge control apparatus for a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치는, 스택 전압 검출부(110), 냉각 팬 구동부(120), 제어부(130), 퍼지밸브(140), 및 저장부(150)를 포함한다.1, the apparatus for controlling purging of a fuel cell stack according to the present embodiment includes a stack voltage detecting unit 110, a cooling fan driving unit 120, a control unit 130, a purge valve 140, (150).

상기 스택 전압 검출부(110)는 연료전지 스택에서 출력하는 전압을 검출한다. 즉, 상기 스택 전압 검출부(110)는 상기 연료전지 스택(미도시)의 출력 단자를 통해 전압을 검출한다.The stack voltage detector 110 detects a voltage output from the fuel cell stack. That is, the stack voltage detector 110 detects a voltage through an output terminal of the fuel cell stack (not shown).

본 실시예에서 상기 연료전지 스택의 전압이 기 설정된 기준보다 낮을 경우에는 플러딩 현상에 의해 전압이 정상적으로 출력되지 않고 있는 것을 의미하며, 상기 연료전지 스택의 전압이 기 설정된 기준 이상인 경우에는 플러딩 현상이 없는 정상 상태인 것을 의미한다.In the present embodiment, when the voltage of the fuel cell stack is lower than a preset reference, it means that the voltage is not normally output due to the flooding phenomenon. When the voltage of the fuel cell stack is higher than a predetermined reference, It means that it is in a normal state.

상기 냉각 팬 구동부(120)는 상기 제어부(130)의 제어에 따라 냉각 팬(미도시)을 구동하여 연료전지 스택의 온도는 낮추는 역할을 수행한다.The cooling fan driving unit 120 drives the cooling fan (not shown) under the control of the controller 130 to lower the temperature of the fuel cell stack.

예컨대 상기 냉각 팬(미도시)의 회전 속도를 느리게 구동할 경우에는 상기 연료전지 스택의 온도가 상승하여 내부에 있는 물이 기화되는 현상이 발생한다. For example, when the rotational speed of the cooling fan (not shown) is driven slowly, the temperature of the fuel cell stack rises and water in the inside of the fuel cell stack is vaporized.

따라서 본 실시예에서는 퍼지 주기와 퍼지 시간을 더 이상 조절하지 못할 경우에 상기 냉각 팬(미도시)의 회전 속도를 느리게 조절하여 상기 연료전지 스택(미도시)의 온도를 증가시킴으로써 내부에 있는 물을 기화시켜 퍼지 효과를 향상시키는데 이용한다.Therefore, in the present embodiment, when the purge period and the purge time can not be adjusted any more, the temperature of the fuel cell stack (not shown) is increased by slowly adjusting the rotation speed of the cooling fan (not shown) And is used to improve the purge effect by vaporization.

상기 퍼지밸브(140)는 상기 제어부(130)의 제어에 따라 개폐되어 상기 연료전지 스택에서 퍼지를 수행한다.The purge valve 140 is opened and closed under the control of the controller 130 to perform purging in the fuel cell stack.

상기 제어부(130)는 지정된 퍼지주기와 퍼지시간에 따라 상기 퍼지밸브(140)의 개폐를 제어한다.The control unit 130 controls opening and closing of the purge valve 140 according to a designated purge period and a purge time.

예컨대 상기 퍼지주기는 30초 이내에서 1초 단위로 설정될 수 있고, 상기 퍼지시간(상기 퍼지밸브를 한 번 오픈하여 퍼지 시키는 시간)은 1초 이내에서 0.1초 단위로 설정될 수 있다. 다만 상기 퍼지주기 및 퍼지시간은 가변될 수 있다.For example, the purging period may be set within a period of 30 seconds in units of 1 second, and the purge period (the time for purge of the purge valve by opening the purge valve) may be set within 0.1 second in 1 second. However, the purge period and the purge time may vary.

상기 저장부(150)는 상기 연료전지 스택의 상태(예 : 플러딩 여부)에 따라 퍼지 제어를 위한 정보(예 : 퍼지주기, 퍼지시간, 수소 공급 압력 정보, 온도에 따른 냉각 팬 제어 정보 등)를 저장한다.The storage unit 150 stores information for purge control (for example, purge period, purge time, hydrogen supply pressure information, cooling fan control information according to temperature, etc.) according to the state of the fuel cell stack .

상기 제어부(130)는 상기 저장부(150)에 저장된 퍼지 제어를 위한 정보(예 : 퍼지주기, 퍼지시간, 수소 공급 압력 정보, 온도에 따른 냉각 팬 제어 정보 등)에 기초하여 연료전지 스택(미도시)의 퍼지 제어를 수행한다.The controller 130 controls the fuel cell stack (not shown) based on information for purge control stored in the storage unit 150 (e.g., purge cycle, purge time, hydrogen supply pressure information, The fuzzy control is performed.

상기 제어부(130)에 의한 연료전지 스택(미도시)의 퍼지 제어 방법에 대해서는 도 2의 흐름도를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.The purging control method of the fuel cell stack (not shown) by the controller 130 will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for controlling a purging of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(130)가 기 설정된 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)에 따라 퍼지 제어를 수행하고 있는 것으로 가정한다(S101).As shown in FIG. 2, it is assumed that the controller 130 performs fuzzy control according to predetermined set values (e.g., purge cycle, purge time) (S101).

상기 제어부(130)는 스택 전압 검출부(110)를 통해 기 설정된 주기(또는 조건)에 따라 연료전지 스택 전압을 측정(또는 검출) 한다(S102).The controller 130 measures (or detects) the fuel cell stack voltage according to a predetermined period (or condition) through the stack voltage detector 110 (S102).

그리고 상기 제어부(130)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되었는지 판단한다(S103).The controller 130 determines whether the detected stack voltage is lower than a preset reference (S103).

상기 판단(S103)에 따라 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우(S103의 예), 상기 제어부(130)는 상기 연료전지 스택을 퍼지하고(즉, 현재 플러딩 현상이 발생한 상태인 것으로 판단하여 일단 퍼지를 수행하고), 퍼지 주기를 기 설정된 단위만큼 감소시킨다(S105).If the detected stack voltage is lower than a preset reference (S103), the controller 130 purges the fuel cell stack (that is, the current flooding phenomenon occurs) And purge is performed once), and the purge cycle is decreased by a predetermined unit (S105).

즉, 현재 설정값으로 퍼지를 수행할 경우에는 플러딩 현상이 발생하는 것이라고 판단하여 상기와 같이 일단 퍼지를 수행한 후 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 퍼지 주기를 지정된 단위만큼 감소시키는 것이다.That is, when the purging is performed with the current set value, it is determined that the flooding phenomenon occurs, and the purging period of the set value (e.g., purge period, purge time) is decreased by the designated unit after performing the purge once will be.

다음 상기 제어부(130)는 지정된 시간이 경과된 후 다시 연료전지 스택 전압을 측정(또는 검출)하여, 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되었는지 판단한다(S106).Next, the controller 130 measures (or detects) the fuel cell stack voltage again after a predetermined time has elapsed, and determines whether the detected stack voltage is lower than a predetermined reference (S106).

상기 판단(S106)에 따라 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우(S106의 예), 상기 제어부(130)는 조정 가능한 퍼지 주기가 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 최소가 되었는지 판단한다(S107).If the detected stack voltage is lower than a predetermined reference in step S106 (YES in step S106), the controller 130 determines whether the adjustable purge period is smaller than the set value (e.g., purge period, purge time) It is judged whether or not it is minimum (S107).

상기 퍼지 주기의 감소(S105)는 상기 퍼지 주기가 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 최소가 될 때까지 반복 수행한다(S103 ~ S107).The decrease (S105) of the purge cycle is repeated until the purge cycle becomes the minimum of the set value (e.g., purge cycle, purge time) (S103 to S107).

상기와 같이 조정 가능한 퍼지 주기가 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 최소가 되었을 경우(S107의 예), 상기 제어부(130)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되면(S106의 예), 퍼지 시간을 증가시킨다(S108).When the adjustable purge period becomes the minimum of the set value (e.g., purge period, purge time) (YES in step S107), the controller 130 determines whether the detected stack voltage is lower than a preset reference S106), the purge time is increased (S108).

다음 상기 제어부(130)는 지정된 시간이 경과된 후 다시 연료전지 스택 전압을 측정(또는 검출)하여, 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되었는지 판단한다(S109).Next, the controller 130 measures (or detects) the fuel cell stack voltage again after a predetermined time has elapsed, and determines whether the detected stack voltage is lower than a predetermined reference (S109).

상기 판단(S109)에 따라 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우(S109의 예), 상기 제어부(130)는 조정 가능한 퍼지 시간이 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 최대가 되었는지 판단한다(S110).If the detected stack voltage is lower than a predetermined reference in step S109 (YES in step S109), the controller 130 determines whether the adjustable purge time is less than the set value (e.g., purge cycle, purge time) It is determined whether the maximum value is reached (S110).

상기 퍼지 시간의 증가(S108)는 상기 퍼지 시간이 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 최대가 될 때까지 반복 수행한다(S108 ~ S110).The increase (S108) of the purge time is repeated until the purge time becomes the maximum of the set value (e.g., purge cycle, purge time) (S108 to S110).

상기와 같이 조정 가능한 퍼지 시간이 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 최대가 되었을 경우(S110의 예), 상기 제어부(130)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되면(S109의 예), 수소 공급 압력을 증가시키거나 냉각 팬의 회전 속도를 낮게 제어하여 연료전지 스택 온도를 증가시킨다(S111).If the adjustable purge time becomes the maximum of the set value (e.g., purge period, purge time) (YES in S110), the controller 130 determines that the detected stack voltage is lower than a preset reference S109), the fuel cell stack temperature is increased by increasing the hydrogen supply pressure or controlling the rotation speed of the cooling fan to be low (S111).

상기와 같이 퍼지 주기와 퍼지 시간을 더 이상 조절하지 못할 경우에 상기 제어부(130)는 상기 냉각 팬(미도시)의 회전 속도를 느리게 조절하여 상기 연료전지 스택(미도시)의 온도를 증가시킴으로써 스택 내부에 있는 물을 기화시켜 퍼지 효과를 향상시킬 수 있다. 또는 상기 수소의 공급 압력을 증가시킴으로써 퍼지 효과를 향상시킬 수 있다.If the purging period and the purging time can not be controlled as described above, the controller 130 controls the rotation speed of the cooling fan (not shown) to be slow to increase the temperature of the fuel cell stack (not shown) The purge effect can be improved by vaporizing the water in the inside. Or the purge effect can be improved by increasing the supply pressure of the hydrogen.

한편 상기와 같이 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 퍼지 주기나 퍼지 시간을 조절한 후 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되지 않았을 경우(S103의 아니오, S106의 아니오, S109의 아니오), 상기 제어부(130)는 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 퍼지 시간을 지정된 단위만큼 감소시킨다(S112). On the other hand, if the detected stack voltage is not lower than the preset reference value after adjusting the purge period and the purge time of the set values (e.g., purge period, purge time) (NO in S103, NO in S106, NO), the control unit 130 decreases the purge time of the set value (e.g., purge period, purge time) by a designated unit (S112).

다음 상기 제어부(130)는 지정된 시간이 경과된 후 다시 연료전지 스택 전압을 측정(또는 검출)하여, 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되었는지 판단한다(S113).Next, the controller 130 measures (or detects) the fuel cell stack voltage again after the lapse of a predetermined time, and determines whether the detected stack voltage is lower than a preset reference (S113).

상기 퍼지 시간의 감소(S112)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 반복 수행하고(S112 ~ S113), 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되면(S113의 예), 상기 제어부(130)는 바로 이전 단계로 퍼지 시간을 복귀시킨다(S114).The decrease (S112) of the purge time is repeated until the detected stack voltage becomes lower than a predetermined reference (S112 to S113). If the detected stack voltage is lower than a predetermined reference (YES in S113) The controller 130 returns the purge time to the immediately preceding step (S114).

즉, 상기 제어부(130)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되기 전 단계의 퍼지 시간으로 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 퍼지 시간을 복귀(또는 복원)시키는 것이다.That is, the controller 130 restores (or restores) the purge time of the set value (e.g., purge cycle, purge time) to the purge time of the step before the detected stack voltage is lower than a predetermined reference.

상기와 같이 상기 설정값의 퍼지 시간을 이전 단계의 퍼지 시간으로 복귀시킨 후, 상기 제어부(130)는 퍼지 주기를 지정된 단위만큼 증가시킨다(S115).After the purge time of the set value is returned to the purge time of the previous step as described above, the control unit 130 increases the purge period by a designated unit (S115).

다음 상기 제어부(130)는 지정된 시간이 경과된 후 다시 연료전지 스택 전압을 측정(또는 검출)하여, 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되었는지 판단한다(S116).Next, the controller 130 measures (or detects) the fuel cell stack voltage again after a predetermined time has elapsed, and determines whether the detected stack voltage is lower than a preset reference (S116).

상기 퍼지 주기의 증가(S115)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 반복 수행하고(S115 ~ S116), 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되면(S116의 예), 상기 제어부(130)는 바로 이전 단계로 퍼지 주기를 복귀시킨다(S117).The increase (S115) of the purging period is repeated until the detected stack voltage becomes lower than a preset reference (S115 to S116). If the detected stack voltage is lower than a preset reference (YES in S116) The control unit 130 returns the purging period to the immediately preceding step (S117).

즉, 상기 제어부(130)는 상기 검출한 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하되기 전 단계의 퍼지 주기로 상기 설정값(예 : 퍼지주기, 퍼지시간)의 퍼지 주기를 복귀(또는 복원)시키는 것이다.That is, the control unit 130 returns (or restores) the purging period of the set value (e.g., purge period, purge time) to the purge period of the stage before the detected stack voltage is lower than a predetermined reference.

상기와 같이 제어부(130)는 상기 연료전지 스택의 검출 전압에 따라 퍼지 시간과 퍼지 주기를 조정하여 최적의 효율을 얻을 수 있는 퍼지 주기와 퍼지 시간을 산출하여 설정값을 저장부(150)에 갱신 저장하고, 상기 저장부(150)에 갱신 저장된 설정값에 기초하여 퍼지 제어를 수행한다(S118).As described above, the control unit 130 calculates the purge period and the purge period that can obtain the optimum efficiency by adjusting the purge time and the purge period according to the detection voltage of the fuel cell stack, and updates the set value to the storage unit 150 And performs fuzzy control based on the updated set value stored in the storage unit 150 (S118).

다만 상기 도 2에 도시된 흐름도는, 본 실시예에 따른 퍼지 제어 방법의 이해를 목적으로 도시된 것이므로, 실제 연료전지 시스템에 적용시에는 보다 안정적인 알고리즘으로 변형될 수 있다. However, since the flowchart shown in FIG. 2 is shown for the sake of understanding the purge control method according to the present embodiment, it can be modified into a more stable algorithm when applied to an actual fuel cell system.

예컨대 상기 도 2에서는 S103 단계 이후에 S104 단계에서 한 번만 퍼지를 수행하는 것으로 도시되어 있지만, 실질적인 적용시에는 스택 전압 강하 시(S106의 예, S109의 예, S113의 예, S116의 예)마다 퍼지를 수행한 후 퍼지 주기나 퍼지 시간을 조정하도록 구현될 수 있음에 유의한다.For example, although Fig. 2 shows that purging is performed only once in step S104 and after step S103 in Fig. 2, the purging is performed only once for each of the cases of stack voltage drop (S106, S109, And then adjust the purge cycle or purge time.

상기와 같이 본 실시예는 연료전지 스택의 퍼지 제어를 통해 연료전지 내에서 가스 공급을 막는 플러딩 현상을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present embodiment has an effect of preventing the flooding phenomenon that prevents gas supply in the fuel cell through the purging control of the fuel cell stack.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 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 embodiments, but, on the contrary, I will understand the point. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

110 : 스택 전압 검출부
120 : 냉각 팬 구동부
130 : 제어부
140 : 퍼지밸브
150 : 저장부110: Stack voltage detector
120: Cooling fan drive unit
130:
140: purge valve
150:

Claims (8)

연료전지 스택의 출력 전압을 검출하는 스택 전압 검출부;
상기 연료전지 스택의 온도는 낮추기 위한 냉각 팬 구동부;
상기 연료전지 스택의 퍼지를 수행을 위해 개폐되는 퍼지밸브;
상기 연료전지 스택의 상태에 따른 퍼지 제어를 위한 퍼지주기, 퍼지시간, 수소 공급 압력 정보, 및 온도에 따른 냉각 팬 제어 정보 중 적어도 하나 이상을 저장하는 저장부; 및
상기 저장부에 저장된 적어도 하나 이상의 정보에 기초하여 상기 퍼지밸브의 개폐를 제어하여 상기 연료전지 스택의 퍼지 제어를 수행하되, 상기 퍼지 제어를 수행하면서 상기 연료전지 스택의 전압을 주기적으로 검출하고 상기 연료전지 스택의 전압에 따라 퍼지 시간과 퍼지 주기를 단계적으로 조절하여, 상기 연료전지 스택 전압이 강하되지 않는 최종적인 퍼지 주기와 퍼지 시간을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치.
A stack voltage detector for detecting an output voltage of the fuel cell stack;
A cooling fan driving unit for lowering the temperature of the fuel cell stack;
A purge valve that is opened and closed for purge of the fuel cell stack;
A storage unit for storing at least one of a purge cycle for purge control according to the state of the fuel cell stack, purge time, hydrogen supply pressure information, and cooling fan control information according to temperature; And
Wherein the control unit controls the opening and closing of the purge valve based on at least one or more pieces of information stored in the storage unit to perform the purge control of the fuel cell stack and periodically detects the voltage of the fuel cell stack while performing the purge control, And a controller for gradually adjusting the purge time and the purge period according to the voltage of the battery stack to calculate a final purge period and a purge time at which the fuel cell stack voltage is not lowered. controller.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 연료전지 스택 전압에 따라 퍼지 주기나 퍼지 시간을 단계적으로 조절하기 전에 상기 제어부가 지정된 퍼지 시간동안 상기 연료전지 스택의 퍼지를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치.
The apparatus of claim 1,
Wherein the control unit performs purging of the fuel cell stack for a predetermined purge time before stepwise adjusting the purge period or the purge period according to the fuel cell stack voltage.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 감소시키고, 상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 증가시킨 이후에도 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 수소 공급 압력을 지정된 압력으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치.
The apparatus of claim 1,
Wherein the control unit increases the hydrogen supply pressure to a specified pressure when the fuel cell stack voltage falls below a preset reference even after the purge period is reduced to a settable minimum and the purge time is increased to a settable maximum. A purging control device of a battery stack.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 감소시키고, 상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 증가시킨 이후에도 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 냉각 팬을 제어하여 상기 연료전지 스택의 온도를 지정된 온도로 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 장치.
The apparatus of claim 1,
Wherein the control unit controls the cooling fan to decrease the temperature of the fuel cell stack to a predetermined temperature when the fuel cell stack voltage falls below a predetermined reference even after the purging period is decreased to a settable minimum, To the fuel cell stack.
제어부가 기 지정된 시간마다 연료전지 스택 전압을 검출하여 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하되었는지 판단하는 단계;
상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하됨에 따라, 상기 제어부가 기 설정된 단위만큼 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 단계적으로 감소시키는 단계;
상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하됨에 따라, 상기 제어부가 기 설정된 단위만큼 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 단계적으로 증가시키는 단계;
상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하되지 않을 경우, 상기 제어부가 상기 검출한 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 상기 퍼지 시간을 이전에 최종적으로 증가된 퍼지 시간에서 기 설정된 단위만큼 단계적으로 감소시키는 단계;
상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준 전압보다 강하되지 않을 경우, 상기 제어부가 상기 검출한 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 상기 퍼지 주기를 이전에 최종적으로 감소된 퍼지 주기에서 기 설정된 단위만큼 단계적으로 증가시키는 단계; 및
상기 제어부가 상기 최종적으로 증가된 퍼지 시간에서 단계적으로 감소되어 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 최종적으로 감소된 퍼지 시간, 및 상기 최종적으로 감소된 퍼지 주기에서 단계적으로 증가되어 상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 때 까지 최종적으로 증가된 퍼지 주기를 산출하여 상기 최종적으로 산출된 퍼지 주기와 퍼지 시간에 의해 상기 연료전지 스택의 퍼지 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법.
The control unit detecting the fuel cell stack voltage at a predetermined time interval to determine whether the fuel cell stack voltage is lower than a preset reference voltage;
The control unit gradually decreasing the purge cycle by a predetermined unit to a settable minimum as the fuel cell stack voltage becomes lower than a preset reference voltage;
The control unit gradually increasing the purge time by a predetermined unit to a settable maximum as the voltage of the fuel cell stack is lower than a preset reference voltage;
Wherein when the fuel cell stack voltage is not lower than a predetermined reference voltage, the control unit sets the purge time until the detected fuel cell stack voltage becomes lower than a predetermined reference, Stepwise by a unit;
When the fuel cell stack voltage is not lower than a predetermined reference voltage, the control unit sets the purge cycle to a predetermined value in a previously reduced purge cycle until the detected fuel cell stack voltage becomes lower than a predetermined reference Stepwise by a unit; And
The control unit gradually decreasing from the finally increased purge time to a finally reduced purge time until the fuel cell stack voltage becomes lower than a predetermined reference and gradually increasing in the finally reduced purge period, Calculating a finally increased purge period until the voltage of the fuel cell stack becomes lower than a predetermined reference and performing purge control of the fuel cell stack by the finally calculated purge period and purge time Wherein the fuel cell stack is a fuel cell stack.
제 5항에 있어서,
상기 연료전지 스택 전압에 따라 퍼지 주기나 퍼지 시간을 증가시키거나 감소시키기 전에 상기 제어부가 지정된 퍼지 시간동안 상기 연료전지 스택의 퍼지를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising the step of purging the fuel cell stack for a specified purge time before the control unit increases or decreases the purge period or purge time according to the fuel cell stack voltage. Control method.
제 5항에 있어서,
상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 단계적으로 감소시키는 단계; 및
상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 단계적으로 증가시키는 단계; 이후,
상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 상기 제어부는 수소 공급 압력을 지정된 압력으로 증가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Stepwise decreasing the purge period to a settable minimum; And
Stepwise increasing the purge time to a settable maximum; after,
Further comprising increasing the hydrogen supply pressure to a specified pressure when the fuel cell stack voltage drops below a preset reference.
제 5항에 있어서,
상기 퍼지 주기를 설정 가능한 최소까지 단계적으로 감소시키는 단계; 및
상기 퍼지 시간을 설정 가능한 최대까지 단계적으로 증가시키는 단계; 이후,
상기 연료전지 스택 전압이 기 설정된 기준보다 강하될 경우, 상기 제어부는 냉각 팬을 제어하여 상기 연료전지 스택의 온도를 지정된 온도로 증가시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 스택의 퍼지 제어 방법.6. The method of claim 5,
Stepwise decreasing the purge period to a settable minimum; And
Stepwise increasing the purge time to a settable maximum; after,
Further comprising the step of controlling the cooling fan to increase the temperature of the fuel cell stack to a predetermined temperature when the voltage of the fuel cell stack falls below a predetermined reference. Way.
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