KR102337634B1 - 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템(1)은 연료 전지 모듈의 작동 중에 인가된 전기 출력전압(UA)을 가지며 전기부하(2)에 연결되도록 구성된 제 1 및 제 2 전기 공급단자(101, 102)를 갖는 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10); 상기 연료 전지 모듈(10)의 출력전압(UA)을 발생하기 위해 반응물 중 하나로서 조절가능한 공기량의 공기(51)를 상기 연료 전지 모듈(10)에 공급하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)에 연결된 공기 공급장치(40); 및 상기 제 1 및 제 2 전기 공급단자(101, 102)에서 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력전력을 제어하고 상기 공기 공급장치(40)에 의해 공급된 공기량을 조절하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)과 상기 공기 공급장치(40)에 연결된 제어장치(30)를 포함한다. 상기 제어장치(30)는 상기 부하(2)의 부하 수요를 감지하도록 구성되고, 상기 감지된 부하 수요에 따라 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력전력을 제어하기 위해, 공기비 제어방식으로 감지된 부하 수요에 따라 공기 공급장치(40)에 의해 공급된 공기량을 조절하고 업데이트하도록 구성된다.

Description

연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 작동 방법
본 발명은 복수의 연료 전지 모듈을 포함하는 연료 전지 시스템 및 그러한 연료 전지 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
연료 전지는 수소 및 산소로부터 전기 에너지를 생성한다. 산소는 대개 공기(특히 대기)의 형태로 공급되며 수소는 저장소에서 공급되거나 가령 메탄올로부터 국부적으로 생성된다. 연료 전지는 전형적으로 하나 이상의 연료 전지 스택에 그리고 신선한 작동 가스 및 냉각수를 공급하고 사용된 작동 가스 및 냉각수를 배출 및/또는 재순환시키기 위한 라인, 센서, 밸브, 제어장치, 스위치, 히터 등과 같이, 없다면 연료 전지의 작동이 가능하지 않는, 수많은 주변 요소와 함께 그룹화되어, 연료 전지 모듈을 구성한다. 이들 구성요소 중 일부에는 보호 커버, 하우징 또는 외장이 제공되며, 모든 구성요소 또는 적어도 대부분의 구성요소는 가능한 한 컴팩트하게 어셈블리되어 하우징에 있는 연료 전지와 함께 수용된다.
전형적인 응용에서, 전력 컨버터는 (예를 들어 연료 전지 그룹과 상호연결되는) 하나 이상의 연료 전지 모듈과 (전기 소비제, 가령 전기 모터와 같은) 전기부하 사이에 연결되며, 이는 한편으로는 연료 전지 모듈 또는 모듈들의 출력전압을 부하의 전압과 매칭 및 조절하고, 다른 한편으로 부하 수요에 따라 부하전류를 매칭 및 조절한다. 가령, DC-DC 컨버터와 같은, 연료 전지 모듈과 부하 사이에 연결된 전형적인 전력 컨버터는, 부하전류를 기반으로 제어되고 스위칭되어 부하 수요에 따라 각각의 출력전압 또는 각각의 부하전류를 제공하는 가령 전력 트랜지스터와 같은 스위칭 반도체 소자를 포함한다. 이러한 DC/DC 컨버터는 특정 어플리케이션에 따라 비교적 고가이고 운영상 손실이 있어, 운영 비용이 증가한다.
본 발명의 목적은 적어도 하나의 연료 전지 모듈을 포함하는 연료 전지 시스템 및 이러한 연료 전지 시스템을 작동시키는 방법을 제공하는 것으로, 운영비 절감이 가능해진다.
본 발명은 독립항에 따른 적어도 하나의 연료 전지 모듈을 포함하는 연료 전지 시스템 및 그러한 연료 전지 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 이점적인 실시예 및 추가 발전들이 종속항에 기술되어 있다.
제 1 태양에 따르면, 본 발명은 연료 전지 모듈의 작동 중에 인가된 전기 출력전압을 가지며 전기부하에 연결되도록 구성된 제 1 및 제 2 전기 공급단자를 갖는 적어도 하나의 연료 전지 모듈; 상기 연료 전지 모듈의 출력전압을 발생하기 위해 반응물 중 하나로서 조절가능한 공기량의 공기를 상기 연료 전지 모듈에 공급하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈에 연결된 공기 공급장치; 및 상기 제 1 및 제 2 전기 공급단자에서 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전력을 제어하고 상기 공기 공급장치에 의해 공급된 공기량을 조절하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈과 상기 공기 공급장치에 연결된 제어장치를 포함하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 상기 제어장치는 상기 부하의 부하 수요를 감지하도록 구성되고, 상기 감지된 부하 수요에 따라 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전력을 제어하기 위해, 특정 공기비를 기초로 한 공기비 제어방식으로 감지된 부하 수요에 따라 공기 공급장치에 의해 공급된 공기량을 조절하고 업데이트하도록 구성된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 연료 전지 모듈과 부하 사이에 연결된 DC/DC 컨버터와 같은 전력 컨버터를 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전력은 감지된 부하 수요에 따라 공기 공급장치에 의해 공급되는 공기량을 조절 및 업데이트함으로써 감지된 부하 수요에 따라 제어된다.
본 발명에 따르면, 특히, 중간 전력 컨버터의 대체물로서 산화제(대기 중에 함유된 산소)의 화학량론을 사용하는 것이 제공된다. 특히, 공기비의 조절은 연료 전지 스택에 야기되는 지속적인 손상없이 연료 전지 시스템의 출력전압 및 이에 따른 성능을 조절하고 업데이트하기에 적절한 소정의 한계치 내에 있다. 따라서, 부하는 연료 전지 모듈에 직접 연결될 수 있고, 모듈의 출력전력은 공기 공급에 의해 조절된다.
또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 연료 전지 모듈의 작동 중에 인가된 전기 출력전압을 갖고 전기부하에 연결되는 제 1 및 제 2 전기 공급단자를 갖는 적어도 하나의 연료 전지모듈을 포함하는 상술한 타입의 연료 전지 시스템의 작동 방법으로서,
- 상기 연료 전지 모듈의 출력전압을 발생하기 위해 반응물 중 하나로서 공기 공급장치를 통해 상기 연료 전지 모듈에 조절가능한 공기량의 공기를 공급하는 단계;
- 부하의 부하 수요를 감지하는 단계; 및
- 공기비 제어 조절에 의해 감지된 부하 수요에 따라 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 상기 제 1 및 제 2 전력 공급단자에서의 출력 전력을 제어하고, 감지된 부하 수요에 따라 공기 공급장치에 의해 공급된 공기량을 업데이트하는 단계를 포함하는 연료 전지 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
특히, 제어장치는 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전력을 제어하기 위해 특정 공기비에 기초하여 공기 공급장치에 의해 공기비 제어방식으로 공급되는 공기량을 조절하도록 구성된다.
특히, 일 실시예에 따른 제어장치는 공기 공급장치에 의해 공급되는 공기량을 1 내지 2 사이의 공기비를 갖는 공기비 제어방식으로 조절하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 공기 공급장치에 의해 공급되는 공기량은 1.5 내지 2의 공기비를 갖는 공기비 제어방식으로 조절된다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전압은 제어장치에 저장된 공기비 대 출력전압 특성에 따라 공기비 제어방식으로 조절된다.
특히, 제어장치는 내부에 저장된 공기비 대 출력전압 특성을 가지며, 제어장치는 공기비 대 전력 특성에 따라 공기비 제어방식으로 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전압을 조절하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 제어장치는 내부에 저장된 제 1 및 제 2 공기비 대 출력전압 특성을 가지며, 제어장치는 제 1 및 제 2 공기비 대 출력전압 특성에 대한 범위로 공기비 제어방식으로 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력전압을 조절하도록 구성된다.
예를 들어, 제 1 공기비 대 출력전압 특성은 부하 수요의 최소 허용 변화를 나타내고, 제 2 공기비 대 출력전압 특성은 부하 수요의 최대 허용 변화를 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 출력 전력을 제어하기 위해 적어도 하나의 연료 전지 모듈의 최대 허용 부하전류의 10%보다 큰 부하 수요에 대해서만 감지된 부하 수요에 따라 상기 공기 공급장치에 의해 공급된 공기량을 조절하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 공기 공급장치는 에어 컴프레셔를 포함한다.
상술한 제어장치의 기능들은 각각의 방법 단계들로 설명된 방법과 유사하게 사용될 수 있다. 이 개시에서 설명된 모든 실시예들과 예들은 이러한 작동 방법과 또한 유사하게 적용될 수 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
이하에서, 본 발명은 하나의 도면을 참조로 한 실시예 형태로 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 태양에 따른 연료 전지 시스템의 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
연료 전지 시스템(1)은 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)을 포함한다. 연료 전지 시스템은 또한 상호연결된 복수의 연료 전지 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지 모듈은 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 병렬로 또는 직렬로, 또는 둘 모두의 조합으로 연결될 수 있다. 연료 전지 모듈(10)(복수의 상호연결된 연료 전지 모듈의 경우, 연료 전지 시스템(1))은 전기부하(2)에 연결되도록 구성된 제 1 전기 공급단자(101)와 제 2 전기 공급단자(102)를 갖는다. 연결된 상태에서, 도면에 도시된 바와 같이, 연료 전지 모듈(10)의 공급단자(101, 102)는 부하전류(IL)를 부하(2)에 공급하기 위해 인가된 출력전압(UA)을 갖는다. 부하(2)는 일반적으로, 예를 들어, 소비제와 관련된 (전기 모터와 같은) 하나 이상의 전기 소비제, 및/또는 전기부하 회로의 다른 전기 부품을 포함하고, 부하전류를 차단하기 위해 연료 전지 모듈(10)에 대한 소비측에 연결된 전기 부품들을 나타낸다.
특히, 부하(2) 및 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)은 그 사이에 연결된 부하(2)의 감지된 부하 수요에 따라 적어도 하나의 연료 전지의 출력 전력을 조절 및 재조정 또는 업데이트하기 위해 제공되는 전력 컨버터(예를 들어, DC/DC 컨버터)를 갖지 않는다. 오히려, 이는 대신에 하기에 보다 상세히 기술된 바와 같이 제어장치(30)와 공기 공급장치(40)의 연료 전지 모듈(10)과의 본 발명의 협력에 의해 달성된다.
한편으로, 연료 전지 시스템(1)의 제어장치(30)는 연료 전지 모듈의 측정된 부하전류(출력 전류)(IL)에 기초하여 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 동작 상태를 감지하는 역할을 한다. 다른 한편으로, 제어장치(30)는 연료 전지 모듈(10)과 연결되어 연료 전지 모듈(10)의 작동을 제어한다. 이를 위해, 제어장치(30)는 제어라인(22)을 통해 연료 전지 모듈(10)에 전기 연결되고 연료 전지 시스템(1)에서 동작하기 위해 상기 모듈을 개별적으로 스위칭하여, 개별적으로 스위치 오프시키거나 또한 모듈 출력전압, 전류 및/또는 출력전력과 같은 전기 파라미터를 개별적으로 제어 또는 조절하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 당업자는 제어장치(30)와 연료 전지 모듈(10) 사이의 상호작용에서 제어 또는 조절 메카니즘을 이용할 수 있으며, 상기 메카니즘은 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 라인(22)을 통한 수소 및 공기(산소)와 같은 화학 반응물의 공급은 각각의 작동 범위(미도시)를 제어하기 위해 제어장치(30)에 의해 개별적으로 조절되고 제어된다.
더욱이, 연료 전지 모듈(10)에 연결되어 상기 연료 전지 모듈(10)의 부하전류를 측정하도록 형성된 측정장치가 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 제어장치(30)는 하드웨어나 소프트웨어로 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있으며 연료 전지 모듈의 부하전류(IL)를 측정할 수 있는 제어장치 내부에 제공된 측정모듈(미도시)을 갖는다. 본 예시적인 실시예에서, 제어장치(30)는 예를 들어 아날로그/디지털 인터페이스를 통해 각각 필요한 파라미터를 수신하고 대응하는 출력 변수를 계산하는 마이크로프로세서를 포함한다. 부하(2)의 부하 수요(따라서 요구된 부하전류)의 특성인 하나 이상의 파라미터가 라인(23)을 통해 제어장치(30)로 전송된다.
더욱이, 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)에 연결되어 조절 가능한 양의 공기(여기서는 주위 공기)(51)를 연료 전지 모듈(10)에 공급하는 공기 공급장치(40)가 제공된다. 공기(51)는 연속적으로 공급되는 연료(여기서는 수소)와 산화제(산소)의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환하여 이에 따라 연료 전지 모듈(10)의 전기 출력전압(UA)을 생성하는 연료 전지의 반응물(여기서는 산화제 산소 O2) 중 하나를 제공하는 역할을 한다. 공기(51)는 유입구(41)를 통해 공기 공급장치(40), 예를 들어 에어 컴프레셔로 도입된다. 에어 컴프레셔(40)는 공급된 공기(51)를 하나 이상의 연료 전지 스택을 통해 전달하며, 여기서 연료 전지 스택에 포함된 산소는 수소와 반응하여 화학 반응시 출력전압(UA)을 생성한다. 배출구(42)를 통해, 사용된 공기 및 미사용 공기(52)는 연료 전지 스택으로부터 이격되어 연료 전지 모듈(10)로부터 방출된다. 에어 컴프레셔(40)는 라인(21)을 통해 제어장치(30)에 연결되고 이 라인을 통해 제어장치(30)에 의해 제어될 수 있어 연료 전지 모듈(10)에 공급되는 공기(51)의 공기량이 개별적으로 조절가능한 방식으로 변화될 수 있게 된다. 이는 보다 상세히 후술하는 바와 같이 공기비(air-ratio) 제어방식으로 행해지며, 제어장치(30)는 각각의 연료 전지 스택에서 연료 전지 모듈(10)에 우세한 공기비를 측정하기 위해 대응하는 측정장치(미도시)에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화제 산소의 화학량론은 연료 전지(10)의 출력 전력을 제어하고 부하(2)의 부하 수요에 따라 연료 전지(10)를 재조정 또는 업데이트하는데 사용된다. 공기비를 제어 또는 조정하는 것은 연료 전지 스택에 이러한 지속적인 손상을 야기하지 않으면서 연료 전지 시스템의 출력전압 및 이에 따라 전력을 감소시키기에 적합한 특정 한계치 내에 있다. 요약하면, 연료 전지 모듈(10)과 부하(2) 사이의 부하전류 제어식 DC/DC 컨버터는 부하(2)가 연료 전지 모듈(10)에 직접 전기적으로 연결되고 그런 후 공기 공급장치를 통해 연료 전지 모듈의 전력이 조절되는 점에서 필요없게 된다.
일 실시예에 따르면, 동작점은 제어장치(30)에 저장된 화학량론적 출력전압 특성에 따라 변경된다. 화학량론은 일반적으로 화학반응시 반응물의 과잉 공급 또는 공급 부족을 의미하는 것으로 이해된다. 화학반응의 비에 필요한만큼의 반응물이 공급될 때 1.0이다. 따라서, 연료 전지에 대한 H2 화학량론 및 O2 화학양론이 있다. (자동차와 같이) 대기 중의 산소와 반응하는 반응로의 경우, 대기중의 산소를 "공기비"(λ)(람다)라 한다. 연료 전지에서, 거의 100% 출력을 얻기 위해 일반적인 공기비율는 1.5 내지 2 사이다. 따라서, 공기 공급장치(40)에 의해 공급되는 공기(산소)의 1½배 내지 2배가 반응시 실제로 요구된다. 이 윈도우가 λ = 1까지 매우 낮은 값까지 확장되면, 극단적인 경우 출력전압과 따라서 연료 전지 모듈의 전력이 제로로 떨어진다(도면 참조). 공급되는 공기의 공기량(따라서 공기비)을 조절함으로써, (수소와의 화학 반응이 영향을 받기 때문에) 연료 전지 모듈의 연료 전지의 전지 전압이 증가되거나 감소될 수 있고, 결과적으로 부하로의 전류 흐름 및 이에 따른 간접 전력 제어가 변하게 된다.
도면에 개략적으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 공기비 대 출력전압 특성(13, 14)이 제어장치(30)에 저장되고, 연료 전지 모듈(10)의 출력전압(UA)은 출력전압 특성에 대응하는 공기비에 따라 λ에 기초하여 공기비 제어방식으로 조절된다. 특히, 본 실시예에서, 제 1 및 제 2 공기비 대 출력전압 특성(13 및 14)이 각각 저장된다. 제 1 공기비 대 출력전압 특성(13)은 부하 수요의 최소 허용 변화를 나타내고, 제 2 공기비 대 출력전압 특성(14)은 부하 수요의 최대 허용 변화를 나타낸다. 도면은 상대적인 연료 전지 출력전압(UR)을 공기비(λ)의 함수로 나타낸 것이다. 상대 연료 전지 출력전압(UR)은 정격 동작(= 100%)에서의 전압에 기초하고, 정성적으로 출력전압(UA)의 경로와 일치한다. 영역(11)은 정격 전력과 관련하여 약 60% 내지 90%의 상대 출력 전력 변화로 확장된 동작 범위를 식별한다. 공기비(λ)를 1.0 내지 1.5 사이로 설정함으로써, 연료 전지 모듈의 출력전압 및 이에 따른 출력 전력이 이 작동 범위 내에서 공기비 제어방식으로 조절될 수 있다. 영역(12)은 정격 전력과 관련하여 약 10% 내지 15%의 상대 출력 전력 변화를 갖는 동작 범위를 식별한다. 공기비(λ)를 1.5 내지 2.0 사이로 설정함으로써, 연료 전지 모듈의 출력전압 및 출력 전력은 이 작동 범위 내에서 공기비 제어방식으로 조절될 수 있다. 전체적으로, 연료 전지 모듈(10)의 출력 전력의 약 10% 내지 100%의 범위(18)가 공기의 공기비 제어식 공급(51)에 의해 커버될 수 있다.
본 실시예에서, 제어장치(30)는 출력전압 특성(13, 14)에 대해 제 1 공기비 내지 제 2 공기비 사이의 작동 범위(15)에서 공기비 제어방식으로 연료 전지 모듈(10)의 출력전압(UA)을 조절한다. 예를 들면, 이 범위(15) 내에서 작동점(16)이 설정된다. 스팬(17)은 공기비(λ)가 1.0 인 허용가능한 부하 수요 범위를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 전력 제어는 DC/DC 컨버터와 같은 전력 전자부품을 통하는 대신에 공기 공급(또는 반응 화학량론)을 통해 유리하게 수행되며, 따라서 이를 무시할 수 있어, 운영 비용을 절감한다. 오히려, 에어 컴프레셔(40)의 제어 및 연료 전지 모듈(10)을 통과하는 공기량의 조절이 수행된다. 전제 조건은 더 이상 존재하지 않는 DC/DC 컨버터에 의한 전력 수요의 조절이 없을뿐만 아니라 연료 전지 모듈의 출력전압과 소비제 또는 부하의 허용 가능한 작동 전압에 일치가 이루어지기 때문에 부하(2)의 작동 전압의 면에서 허용가능한 범위가 연료 전지 모듈(10)의 공급 전압의 범위와 직접 일치한다는 것이다. 따라서, 본 발명은 특히 연료 전지 모듈 및 소비제 또는 부하의 전압 레벨이 부하 범위에 걸쳐 일치하는 애플리케이션에 적용될 수 있다.
특히, 다음과 같은 작동 제한을 지정할 수 있다:
- λ = 1 내지 2, 특히 1.0 내지 2.0 사이의 공기비의 변화;
- 연료 전지 모듈의 최대 허용 부하전류의 10%를 초과하는 부하전류(IL)에 유효.
1.0의 공기비는 연료 전지 전력의 100%에 대해 충분할 것이고 전력이 이 값 아래로 떨어질 것이라고 생각할 수 있다. 그러나, 확산 손실로 인해, 실제 연료 전지 시스템에서 1보다 상당히 큰 공기비가 항상 사용되어야 하므로 확산 손실이 0으로 감소된다. λ = 2.0에서, 이는 현재의 기술 수준에서 충분한 정확도를 부여한다. 이 값 이하의 모든 값은 또한 현재의 최신 상태에서도 λ = 1.0에서 거의 100%에 상당할 수 있는 전압 및 이에 따른 전력 감소로 이어진다. 정확한 값은 상세한 전지 디자인과 연료 전지의 재료 선택에 달려있다. 이들은 특정 용도 및 작동 조건에 대해 당업자에 의해 적절히 선택되고 결정될 수 있다.
연료 전지 시스템의 경우, 일반적으로 면적에 특정한 전류 밀도에 따라 최대 허용 부하전류가 결정된다(정확한 값은 설계 및 운영 관리에 따라 결정된다). 그러나, 연료 전지가 반응 관리를 위한 설계 범위를 벗어나는 하한도 있다. 이는 현재의 최신 기술에서 최대 허용 부하전류의 약 10%이며 상술한 적절한 제한에 대한 이유다.

Claims (12)

  1. - 연료 전지 모듈의 작동 중에 인가된 전기 출력전압(UA)을 가지며 전기부하(2)에 연결되도록 구성된 제 1 및 제 2 전기 공급단자(101, 102)를 갖는 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10);
    - 상기 연료 전지 모듈(10)의 출력전압(UA)을 발생하기 위해 반응물 중 하나로서 조절가능한 공기량의 공기(51)를 상기 연료 전지 모듈(10)에 공급하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)에 연결된 공기 공급장치(40); 및
    - 상기 제 1 및 제 2 전기 공급단자(101, 102)에서 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력전력을 제어하고 상기 공기 공급장치(40)에 의해 공급된 공기량을 조절하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)과 상기 공기 공급장치(40)에 연결된 제어장치(30)를 포함하고,
    상기 제어장치(30)는 상기 부하(2)의 부하 수요를 감지하도록 구성되고, 상기 감지된 부하 수요에 따라 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력전력을 제어하기 위해, 특정 공기비를 기초로 한 공기비 제어방식으로 감지된 부하 수요에 따라 공기 공급장치(40)에 의해 공급된 공기량을 조절하고 업데이트하도록 구성되고,
    상기 제어장치(30)는 내부에 저장된 공기비 대 출력전압 특성(13, 14)을 가지며, 상기 제어장치(30)는 공기비 대 출력전압 특성(13, 14)에 따라 공기비 제어방식으로 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력전압(UA) 및 출력전력을 조절하도록 구성되는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치(30)는 상기 공기 공급장치(40)에 의해 공급되는 공기량을 1 내지 2의 공기비를 갖는 공기비 제어방식으로 조절하도록 구성되는 연료 전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치(30)는 상기 공기 공급장치(40)에 의해 공급되는 공기량을 1.5 내지 2 사이의 공기비를 갖는 공기비 제어방식으로 조절하도록 구성되는 연료 전지 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치(30)는 내부에 저장된 제 1 및 제 2 공기비 대 출력전압 특성(13, 14)을 가지며, 상기 제어장치(30)는 상기 제 1 및 제 2 공기비 대 출력 전압 특성(13, 14) 사이의 범위(15)에서 공기비 제어방식으로 상기 적어도 하나의 연료 전지(10)의 출력전압(UA) 및 출력전력을 조절하도록 구성되는 연료 전지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 공기비 대 출력전압 특성(13)은 상기 부하 수요의 최소 허용 변화를 나타내고, 상기 제 2 공기비 대 출력 전압 특성(14)은 상기 부하 수요의 최대 허용 변화를 나타내는 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치(30)는 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력 전력을 제어하기 위해 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 최대 허용 부하전류의 10%보다 큰 부하 수요에 대해서만 감지된 부하 수요에 따라 상기 공기 공급장치(40)에 의해 공급된 공기량을 조절하도록 구성되는 연료 전지 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 공급장치(40)는 에어 컴프레셔를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 연료 전지 모듈의 작동 중에 인가된 전기 출력전압(UA)을 갖고 전기부하(2)에 연결되는 제 1 및 제 2 전기 공급단자(101, 102)를 갖는 적어도 하나의 연료 전지모듈(10)을 포함하는 연료 전지 시스템(1)의 작동 방법으로서,
    - 상기 연료 전지 모듈의 출력전압(UA)을 발생하기 위해 반응물 중 하나로서 공기 공급장치(40)를 통해 상기 연료 전지 모듈(10)에 조절가능한 공기량의 공기(51)를 공급하는 단계;
    - 부하(2)의 부하 수요를 감지하는 단계; 및
    - 공기비 제어 조절에 의해 감지된 부하 수요에 따라 상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 상기 제 1 및 제 2 전력 공급단자(101, 102)에서의 출력 전력을 제어하고, 감지된 부하 수요에 따라 공기 공급장치(40)에 의해 공급된 공기량을 업데이트하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 연료 전지 모듈(10)의 출력전압(UA) 및 출력전력은 제어장치(30)에 저장된 공기비 대 출력전압 특성(13, 14)에 따라 공기비 제어방식으로 조절되는 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 출력전력은 1 내지 2의 공기비를 갖는 공기비 제어방식으로 제어되는 연료 전지 시스템의 작동 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 출력전력은 1.5 내지 2의 공기비를 갖는 공기비 제어방식으로 제어되는 연료 전지 시스템의 작동 방법.
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