KR102496635B1 - Air distribution apparatus for fuel cell system and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1스택 모듈 및 제2스택 모듈로 공급되는 공기유량을 가변적으로 분배하는 연료전지 시스템의 공기분배장치로서, 제1스택 모듈 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 제1공기 공급경로; 제2스택 모듈 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 제2공기 공급경로; 및 상기 제1공기 공급경로 및 상기 제2공기 공급경로 사이에 회전가능하게 설치된 플랩;을 포함하고, 상기 플랩의 회전에 의해 상기 제1공기 공급경로의 유로단면적 및 상기 제2공기 공급경로의 유로단면적이 상대적으로 가변가능하다. An air distribution device of a fuel cell system that variably distributes air flow rates supplied to a first stack module and a second stack module, comprising: a first air supply path for guiding a flow of air supplied to a first stack module; a second air supply path for guiding a flow of air supplied to the second stack module; and a flap rotatably installed between the first air supply path and the second air supply path, wherein the flow path cross-sectional area of the first air supply path and the flow path of the second air supply path are generated by rotation of the flap. The cross-sectional area is relatively variable.
Description
본 발명은 연료전지 시스템의 공기분배장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 상황에서 2개의 스택모듈 측으로 공급되는 공기유량의 분배를 가변적으로 조절함으로써 2개의 스택 모듈의 성능 및 내구수명을 동일하게 유지할 수 있는 연료전지 시스템의 공기분배장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to an air distribution device of a fuel cell system and a control method thereof, and more particularly, to a performance and durability lifespan of two stack modules by variably adjusting the distribution of air flow supplied to two stack modules in various situations. It relates to an air distribution device of a fuel cell system capable of maintaining the same and a control method thereof.
일반적으로 알려진 바와 같이 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다. 이러한 연료전지 시스템은 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택과, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급장치와, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급장치와, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 포함할 수 있다. 이러한 연료 전지 시스템은 연료인 수소와 공기 중 산소의 전기 화학 반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응 부산물로서 열과 물을 배출하게 된다.As is generally known, a fuel cell system is a kind of power generation system that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy. Such a fuel cell system includes a fuel cell stack generating electrical energy, a fuel supply device supplying fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and an air supply supplying oxygen in the air, which is an oxidizing agent required for an electrochemical reaction, to the fuel cell stack. and a heat and water management device for removing reaction heat from the fuel cell stack to the outside of the system and controlling an operating temperature of the fuel cell stack. Such a fuel cell system generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel and oxygen in the air, and emits heat and water as reaction by-products.
일부의 연료전지 시스템은 2개의 스택 모듈이 인클로저(enclosure) 내에 적층되고, 인클로저의 일면에는 각 스택 모듈에 공기, 수소를 균등하게 공급 및 배출해주는 인터페이스 유로인 매니폴드 블록이 설치될 수 있다. 매니폴드 블록은 스택 모듈들을 장착함과 더불어 인클로저의 일면에 밀봉적으로 결합될 수 있다. In some fuel cell systems, two stack modules are stacked in an enclosure, and a manifold block, which is an interface flow path that equally supplies and discharges air and hydrogen to and from each stack module, may be installed on one side of the enclosure. The manifold block may be hermetically coupled to one side of the enclosure as well as mounting the stack modules.
매니폴드 블록은 성능 및 패키지를 최적화하기 위하여 공기경로(공기 공급경로 및 공기 배출경로), 수소경로(수소 공급경로 및 수소 배출경로)가 함께 구성될 수 있다. 그외에도 매니폴드 블록에는 수소공급시스템의 수소차단밸브, 수소공급밸브, 수소퍼지밸브, 워터트랩, 드레인밸브, 수소 이젝터 등이 마련됨으로써 모듈화될 수 있다. The manifold block may be configured with an air path (air supply path and air discharge path) and a hydrogen path (hydrogen supply path and hydrogen discharge path) to optimize performance and package. In addition, the manifold block may be modularized by providing a hydrogen shutoff valve, a hydrogen supply valve, a hydrogen purge valve, a water trap, a drain valve, a hydrogen ejector, and the like of the hydrogen supply system.
한편, 매니폴드 블록에는 가습기를 통해 공급되는 공기가 2개의 스택 모듈에 각각 나눠서 공급될 수 있도록 하나의 공기 유로가 둘로 나눠져 각 모듈에 연결되는 공기 공급경로가 형성되어 있고, 공기 공급경로는 2개의 스택 모듈으로 공기를 균일하게 분배하도록 설계된다. On the other hand, in the manifold block, one air flow path is divided into two and an air supply path connected to each module is formed so that the air supplied through the humidifier can be divided and supplied to the two stack modules. It is designed to evenly distribute the air into the stacked modules.
하지만, 2개 스택 모듈들 사이에서 압력차이(차압)가 발생할 경우에는 공기의 설계된 분배량이 왜곡될 수 있다. 이와 같이 다양한 변수로 인해 공기의 분배량이 왜곡될 경우에는 2개의 스택 모듈 사이에서 성능 편차가 발생할 수 있고, 이로 인해 2개의 스택 모듈의 내구수명이 서로 달라지는 문제점이 있었다. However, when a pressure difference (differential pressure) occurs between the two stack modules, the designed distribution amount of air may be distorted. In this way, when the distribution amount of air is distorted due to various variables, performance deviation may occur between the two stack modules, resulting in a problem in that the durability of the two stack modules differs from each other.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 2개의 스택 모듈 측으로 공급되는 공기유량의 분배를 다양한 상황에 맞춰 가변적으로 조절함으로써 2개의 스택 모듈의 성능 및 내구수명을 동일하게 유지할 수 있는 연료전지 시스템의 공기분배장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been devised in view of the above, and by variably adjusting the distribution of the air flow supplied to the two stack modules according to various situations, the fuel that can maintain the same performance and durability of the two stack modules Its purpose is to provide an air distribution device for a battery system and a control method thereof.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 제1스택 모듈 및 제2스택 모듈로 공급되는 공기유량의 분배를 가변적으로 조절하는 연료전지 시스템의 공기분배장치로서, One aspect of the present invention for achieving the above object is an air distribution device for a fuel cell system that variably adjusts distribution of air flow rates supplied to a first stack module and a second stack module,
제1스택 모듈 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 제1공기 공급경로;a first air supply path for guiding a flow of air supplied to the first stack module;
제2스택 모듈 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 제2공기 공급경로; 및a second air supply path for guiding a flow of air supplied to the second stack module; and
상기 제1공기 공급경로 및 상기 제2공기 공급경로 사이에 회전가능하게 설치된 플랩;을 포함하고, A flap rotatably installed between the first air supply path and the second air supply path;
상기 플랩의 회전에 의해 상기 제1공기 공급경로의 유로단면적 및 상기 제2공기 공급경로의 유로단면적이 상대적으로 가변가능하다. By the rotation of the flap, the passage cross-sectional area of the first air supply passage and the passage cross-sectional area of the second air supply passage are relatively variable.
본 발명의 다른 측면은 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법으로, Another aspect of the present invention is a control method of an air distribution device of a fuel cell system,
상기 제1스택 모듈 내로 유입된 제1공기유량이 상기 제2스택 모듈 내로 유입된 제2공기유량 보다 크면 상기 플랩을 상기 제1공기 공급경로 측으로 일정각도 회전시킬 수 있다. When the first air flow rate introduced into the first stack module is greater than the second air flow rate introduced into the second stack module, the flap may be rotated at a predetermined angle toward the first air supply path.
본 발명에 의하면, 다양한 상황에 맞춰 제1공기 공급경로의 유로 단면적 및 제2공기 공급경로의 유로 단면적으로 상대적으로 가변함으로써 제1스택 모듈 및 제2스택 모듈로 공급되는 공기유량을 적절히 분배할 수 있고, 이를 통해 제1 및 제2 스택 모듈의 성능 및 내구수명을 동일하게 유지할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, the flow rate of air supplied to the first stack module and the second stack module can be appropriately distributed by relatively varying the cross-sectional area of the flow path of the first air supply path and the cross-sectional area of the flow path of the second air supply path according to various situations. Through this, there is an advantage in maintaining the same performance and durability of the first and second stack modules.
또한, 본 발명은 2개의 스택 모듈 측으로 공급되는 공기량을 항상 균일하게 분배할 수 있고, 이를 통해 2개의 스택 모듈의 열화를 동시에 진행할 수 있으며, 플로딩, 급격한 전압강하 등과 같은 이상상황 발생시에는 공기량을 임의적으로 조절함으로써 각 스택모듈을 용이하게 정상화할 수 있다. In addition, the present invention can always uniformly distribute the amount of air supplied to the two stack modules, through which the deterioration of the two stack modules can proceed simultaneously, and in the event of an abnormal situation such as flooding or sudden voltage drop, the air amount can be reduced. By arbitrarily adjusting, each stack module can be easily normalized.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기분배장치가 적용되는 연료전지 시스템을 예시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기분배장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기분배장치의 플랩이 제1공기 공급경로 측으로 회전한 상태를 예시한 제1사용상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기분배장치의 플램이 제2공기 공급경로 측으로 회전한 상태를 예시한 제2사용상태도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기분배장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기분배장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기분배장치의 제어방법을 도시한 순서도이다. 1 is a configuration diagram illustrating a fuel cell system to which an air distribution device according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a view showing an air distribution device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 .
4 is a first use state diagram illustrating a state in which a flap of an air distribution device according to an embodiment of the present invention is rotated toward a first air supply path.
5 is a second use state diagram illustrating a state in which the flam of the air distribution device according to an embodiment of the present invention is rotated toward the second air supply path.
6 is a flowchart illustrating a control method of an air distribution device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a control method of an air distribution device according to another embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a control method of an air distribution device according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, the sizes and line thicknesses of components shown in the drawings referred to in describing the present invention may be somewhat exaggerated for convenience of understanding. In addition, the terms used in the description of the present invention are defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the user, operator's intention, convention, and the like. Therefore, the definition of this term should be made based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기분배장치가 적용가능한 연료전지 시스템(1)을 예시한 것으로, 연료전지 시스템(1)은 제1스택 모듈(11)과 제2스택 모듈(12)이 설치된 인클로저(10, enclosure)와, 인클로저(10)의 일측에 설치된 매니폴드 블록(15)과, 매니폴드 블록(15) 측으로 공기를 공급하는 공기 공급부(20)와, 매니폴드 블록(15) 측으로 수소를 공급하는 수소 공급부(30)를 포함할 수 있다. 1 illustrates a
제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)은 인클로저(10)의 내부에 상하방향으로 적층되게 설치될 수 있다. The
인클로저(10)는 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)을 안전하게 보호함과 더불어 밀봉성을 확보하도록 구성될 수 있다. The
매니폴드 블록(15)은 공기 공급부(20)를 통과한 공기가 유입되는 공기 입구(16)와, 각 스택 모듈(11, 12)로부터 공기가 배출되는 공기 출구(17)와, 수소 공급부(30)를 통과한 수소가 유입되는 수소 입구(18)와, 각 스택 모듈(11, 12)에서 수소가 배출되는 수소 출구(19)를 가질 수 있다. The
매니폴드 블록(15)의 내부에는 각 스택 모듈(11, 12)로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 공기 공급경로와, 각 스택 모듈(11, 12)로부터 배출되는 공기의 흐름을 안내하는 공기 배출경로와, 각 스택 모듈(11, 12)로 공급되는 수소의 흐름을 안내하는 수소 공급경로와, 각 스택 모듈(11, 12)로부터 배출되는 수소의 흐름을 안내하는 수소 배출경로 등이 일체화되게 형성될 수 있다. Inside the
각 스택 모듈(11, 12)은 애노드과 캐소드을 가진 단위 연료전지들이 적층되게 구성될 수 있다. 각 스택 모듈(11, 12)은 막전극접합체를 가지고, 막전극접합체는 수소 이온(Proton)을 이동시켜 줄 수 있는 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수있도록 도포된 촉매층(즉, 캐소드 및 애노드)로 구성될 수 있다.Each of the
공기 공급부(20)는 각 스택 모듈(11, 12)의 캐소드에 연결된 공기 공급라인(21)과, 공기 공급라인(21)에 설치된 공기 공급유닛(22)을 포함할 수 있다. The
공기 공급유닛(22)은 전기에너지에 의해 구동하는 공기 블로워 또는 공기 압축기 등으로 이루어져 공기를 각 스택 모듈(11, 12)의 캐소드로 강제 공급할 수 있다. The
공기 공급유닛(22)의 상류 측에는 공기 필터(25)가 설치될 수도 있다. An
공기 공급라인(21)의 도중에는 가습기(23)가 설치되고, 가습기(23)는 공기 공급유닛(22)에 의해 공급되는 공기를 가습하도록 구성될 수 있다. A
수소 공급부(30)는 각 스택 모듈(11, 12)의 애노드에 연결된 수소 공급라인(31)과, 수소 공급라인(31)에 설치된 수소 공급밸브(32)를 포함할 수 있다. 수소 공급밸브(32)의 개도에 따라 수소의 공급량이 결정될 수 있다. The
제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)은 제어부(40)에 개별적으로 접속될 수 있고, 제어부(40)는 제1스택 모듈(11)의 전압 및 제2스택 모듈(12)의 전압을 개별적으로 모니터링할 수 있다. The
제1스택 모듈(11)에는 제1유량센서(41)가 설치될 수 있고, 제1유량센서(41)에 의해 제1스택 모듈(11)의 공기유량을 실시간으로 측정할 수 있다. 제2스택 모듈(12)에는 제2유량센서(42)가 설치될 수 있고, 제2유량센서(42)에 의해 제2스택 모듈(12)의 공기유량을 실시간으로 측정할 수 있다. 제1유량센서(41) 및 제2유량센서(42)는 제어부(40)에 접속될 수 있고, 이에 제어부(40)는 제1스택 모듈(11)의 공기유량 및 제2스택 모듈(12)의 공기유량을 실시간으로 모니터링할 수 있다. A
공기분배장치(50)는 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)로 공급되는 공기유량을 분배하는 장치로서, 매니폴드 블록(15)의 내부에 제공될 수 있다. The
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기분배장치(50)는 매니폴드 블록(15)의 공기 입구(16)와 소통하는 제1공기 공급경로(51) 및 제2공기 공급경로(52)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
제1공기 공급경로(51)는 제1스택 모듈(11) 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하도록 구성될 수 있고, 제2공기 공급경로(52)는 제2스택 모듈(12) 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하도록 구성될 수 있다. The first
제1공기 공급경로(51) 및 제2공기 공급경로(52)는 매니폴드 블록(15)의 공기 입구(16)로부터 분기되도록 구성될 수 있고, 제1공기 공급경로(51) 및 제2공기 공급경로(52)는 각 스택 모듈(11, 12)로 공급되는 공기유량의 분배율이 서로간에 1%이내가 되도록 분기될 수 있다. The first
제1공기 공급경로(51) 및 제2공기 공급경로(52)의 분기부에는 플랩(55)이 회전가능하게 설치될 수 있다. 도 2는 플랩(55)이 중립위치에 위치한 상태를 나타낸다. 여기서, 중립위치는 제1공기 공급경로(51)의 유로단면적 및 제2공기 공급경로(52)의 유로단면적이 서로 동일한 위치를 의미한다. A
플랩(55)의 회전에 의해 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적 및 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적이 상대적으로 가변될 수 있고, 이를 통해 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)로 공급되는 공기유량을 가변적으로 분배할 수 있다. By the rotation of the
플랩(55)은 구동모터(56)에 의해 양방향(시계방향 및 반시계방향)으로 회전할 수 있고, 구동모터(56)는 매니폴드 블록(15)의 외측에 배치되며, 플랩(55)은 매니폴드 블록(15)의 내부에 배치될 수 있다. The
본 발명의 실시예에 따르면, 플랩(55)은 선단의 폭이 좁아지는 쐐기 형상으로 형성될 수 있고, 플랩(55)의 회전에 의해 플랩(55)의 선단이 제1공기 공급경로(51) 및 제2공기 공급경로(52)에 선택적으로 이동할 수 있다. 이에 플랩(55)의 회전에 의해 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적 및 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적이 보다 정밀하게 가변할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the
구동모터(56)에는 모터제어기(57)가 접속되고, 모터제어기(57)는 제어부(40) 측에 접속될 수 있으며, 이에 제어부(40)의 제어신호를 전달받은 모터제어기(57)가 구동모터(56)의 구동을 제어할 수 있다. A
제어부(40)는 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12) 중에서 어느 하나의 스택 모듈로 공급되는 공기유량이 상대적으로 작은 경우에는 공급되는 공기유량이 상대적으로 큰 스택 모듈의 공기 공급경로를 향해 플랩(55)을 회전시키도록 구성될 수 있다. When the air flow rate supplied to any one of the
예컨대, 제어부(40)에 의해 제2스택 모듈(12) 측으로 공급되는 공기유량이 제1스택 모듈(11)로 공급되는 공기유량 보다 작게 분배되는 것으로 인식되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(40)는 플랩(55)을 공급되는 공기유량이 상대적으로 큰 제1공기 공급경로(51) 측으로 일정각도로 회전시키고, 이에 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적이 작아지고, 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적이 커질 수 있다. 이에 따라, 제2스택 모듈(12)로 공급되는 공기유량이 상대적으로 증가함으로써 제2스택 모듈(12)과 제1스택 모듈(11)로 공급되는 공기유량을 적절히 분배할 수 있다. For example, when it is recognized that the air flow rate supplied to the
이와 반대로, 제어부(40)에 의해 제1스택 모듈(11)로 공급되는 공기유량이 제2스택 모듈(12)로 공급되는 공기유량 보다 작게 분배되는 것으로 인식되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(40)는 플랩(55)을 공급되는 공기유량이 상대적으로 큰 제2공기 공급경로(52) 측으로 일정각도로 회전시키고, 이에 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적이 작아지고, 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적이 커질 수 있다. 이에 따라, 제1스택 모듈(11)로 공급되는 공기유량이 상대적으로 증가함으로써 제1스택 모듈(11)과 제2스택 모듈(12)로 공급되는 공기유량을 적절히 분배할 수 있다. Conversely, when it is recognized by the
이와 같이, 본 발명은 다양한 상황에 맞춰 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적 및 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적으로 상대적으로 가변함으로써 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)로 공급되는 공기유량을 적절히 분배할 수 있고, 이를 통해 제1 및 제2 스택 모듈(11, 12)의 성능 및 내구수명을 동일하게 유지할 수 있다.As described above, the present invention provides the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기분배장치의 제어방법을 도시한 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating a control method of an air distribution device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 제1유량센서(41)에 의해 제1스택 모듈(11) 내로 유입된 제1공기유량(FL1)을 측정하고, 제2유량센서(42)에 의해 제2스택 모듈(12) 내로 유입된 제2공기유량(FL2)을 측정한다(S1). First, the first air flow rate FL1 introduced into the
제어부(40)는 제1유량센서(41) 및 제2유량센서(42)로부터 각각의 공기유량(FL1, FL2)을 입력받은 후에, 제1공기유량(FL1)이 제2공기유량(FL2) 보다 큰 지를 판단한다(S2). 즉, 제1스택 모듈(11) 내로 유입된 공기유량이 제2스택 모듈(12) 내로 유입된 공기유량 보다 큰 지를 판단한다. After receiving the air flow rates FL1 and FL2 from the
제1공기유량(FL1)이 제2공기유량(FL2) 보다 큰 것으로 판단되면, 제어부(40)는 플랩(55)을 제1공기 공급경로(51) 측으로 일정 회전각도로 회전시킴으로써 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적을 상대적으로 크게 할 수 있고, 이를 통해 제2스택 모듈(12) 측으로 공급되는 공기유량을 증가시킬 수 있다(S3). When it is determined that the first air flow rate FL1 is greater than the second air flow rate FL2, the
여기서, 플랩(55)의 회전각도는 제1공기유량(FL1)과 제2공기유량(FL2)의 차이값에 대응하도록 설정될 수 있다. Here, the rotation angle of the
S2단계에서 제1공기유량(FL1)이 제2공기유량(FL2) 보다 크지 않는 것으로 판단되면, 제2공기유량(FL2)이 제1공기유량(FL1) 보다 큰지를 판단한다(S4). 즉, 제2스택 모듈(12) 내로 유입된 공기유량이 제1스택 모듈(11) 내로 유입된 공기유량 보다 큰 지를 판단한다. If it is determined in step S2 that the first air flow rate FL1 is not greater than the second air flow rate FL2, it is determined whether the second air flow rate FL2 is greater than the first air flow rate FL1 (S4). That is, it is determined whether the air flow rate introduced into the
제2공기유량(FL2)이 제1공기유량(FL1) 보다 큰 것으로 판단되면, 제어부(40)는 플랩(55)을 제2공기 공급경로(52) 측으로 일정 회전각도로 회전시킴으로써 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적을 상대적으로 크게 할 수 있고, 이를 통해 제1스택 모듈(11) 측으로 공급되는 공기유량을 증가시킬 수 있다(S5).When it is determined that the second air flow rate FL2 is greater than the first air flow rate FL1, the
그리고, S4단계에서 제2공기유량(FL2)이 제1공기유량(FL1)보다 크지 않으면 제2공기유량(FL2)과 제1공기유량(FL1)이 서로 동일한 것으로 판단할 수 있고, 제어부(40)는 플랩(55)을 중립위치에 위치시킨다(S6). In step S4, if the second air flow rate FL2 is not greater than the first air flow rate FL1, it may be determined that the second air flow rate FL2 and the first air flow rate FL1 are equal to each other, and the control unit 40 ) places the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기분배장치의 제어방법을 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a control method of an air distribution device according to another embodiment of the present invention.
제어부(40)는 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1) 및 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)를 모니터링한다(S11). The
공기유량이 충분히 공급되는 상태에서는 SR(공기의 화학양론비)이 충분하므로 제1스택 모듈(11)의 공기유량과 제2스택 모듈(12)의 공기유량 사이의 분배율이 1%이내로 차이가 날 경우에는 크게 문제가 되지 않지만, 연료전지 시스템의 초기 구동 시에는 제1스택 모듈(11)과 제2스택 모듈(12) 사이의 공기유량에서 미량의 차이가 발생하더라도 공기유량이 상대적으로 적게 공급되는 스택 모듈의 전압생성속도가 느리게 진행될 수 있다. 이는 매우 짧은 시간 동안 일어나지만 자주 반복되면 장기적으로 제1스택 모듈(11)과 제2스택 모듈(12) 사이의 내구 수명이 달라질 수 있다. When the air flow rate is sufficiently supplied, the SR (stoichiometric ratio of air) is sufficient, so that the distribution ratio between the air flow rate of the
제어부(40)는 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)가 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1) 보다 느린지를 판단한다(S12). 즉, 제2스택 모듈(12) 내로 유입된 공기유량이 제1스택 모듈(11) 내로 유입된 공기유량 보다 작은 지를 판단한다. The
제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)가 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1) 보다 느린 것으로 판단되면, 제어부(40)는 플랩(55)을 제1공기 공급경로(51) 측으로 일정 회전각도로 회전시킴으로써 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적을 상대적으로 크게 하고, 이에 제2스택 모듈(12) 측으로 공급되는 공기유량을 증가시킴으로써 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)를 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)에 맞출 수 있다(S13). When it is determined that the voltage generation speed VS2 of the
여기서, 플랩(55)의 회전각도는 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)와 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)의 차이값에 대응하도록 설정될 수 있다. Here, the rotation angle of the
S12단계에서 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)가 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1) 보다 느리지 않은 판단되면, 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)가 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2) 보다 느린 지를 판단한다(S14). 즉, 제1스택 모듈(11) 내로 유입된 공기유량이 제2스택 모듈(12) 내로 유입된 공기유량 보다 작은 지를 판단한다. If it is determined in step S12 that the voltage generation speed VS2 of the
제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)가 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2) 보다 느린 것으로 판단되면, 제어부(40)는 플랩(55)을 제2공기 공급경로(52) 측으로 일정 회전각도로 회전시킴으로써 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적을 상대적으로 크게 하고, 이에 제1스택 모듈(11) 측으로 공급되는 공기유량을 증가시킴으로써 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)를 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)에 맞출 수 있다(S15).When it is determined that the voltage generation speed VS1 of the
그리고, S14단계에서 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)가 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2) 보다 느리지 않으면 제1스택 모듈(11)의 전압생성속도(VS1)가 제2스택 모듈(12)의 전압생성속도(VS2)가 서로 동일한 것으로 판단할 수 있고, 제어부(40)는 플랩(55)을 중립위치에 위치시킨다(S16). In step S14, if the voltage generation speed VS1 of the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기분배장치의 제어방법을 도시한 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a control method of an air distribution device according to another embodiment of the present invention.
제어부(40)는 제1스택 모듈(11)의 전압(V1) 및 제2스택 모듈(12)의 전압(V2)을 모니터링한다(S21). The
연료전지 시스템이 아이들 상태에서 급작스럽게 작동하면 가습기(23)에 응축된 물이 스택 모듈(11, 12) 측으로 유입될 수 있고, 이로 인해 플로딩에 의한 급격한 전압강하(셀빠짐)가 발생할 수 있다. 이와 같이 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12) 중에서 어느 하나의 스택 모듈에 급격한 전압강하가 발생할 경우, 해당 스택 모듈 측으로 공급되는 공기유량을 증가시켜 플로딩에 의한 급격한 전압강하를 신속하게 해소할 필요가 있다. If the fuel cell system suddenly operates in an idle state, water condensed in the
제어부(40)는 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12)에서 급격한 전압강하가 발생하는 지를 판단한다(S22). The
제2스택 모듈(12)에서 급격한 전압강하가 발생한 것으로 판단되면, 제어부(40)는 플랩(55)을 제1공기 공급경로(51) 측으로 일정 회전각도로 회전시킴으로써 제2공기 공급경로(52)의 유로 단면적을 상대적으로 크게 하고, 이에 제2스택 모듈(12) 측으로 공급되는 공기유량을 증가시킴으로써 제2스택 모듈(12)에서 플로딩에 의한 급격한 전압강하를 신속하게 해소할 수 있다(S23). When it is determined that a rapid voltage drop has occurred in the
여기서, 플랩(55)의 회전각도는 제2스택 모듈(12)의 급격한 전압강하량에 맞춰 설정될 수 있다. Here, the rotation angle of the
S22단계에서 제2스택 모듈(12)에서 급격한 전압강하가 발생하지 않는 것으로 판단되면, 제1스택 모듈(11)에서 급격한 전압강하가 발생하는 지를 판단한다(S24). If it is determined in step S22 that no rapid voltage drop occurs in the
제1스택 모듈(11)에서 급격한 전압강하가 발생하는 것으로 판단되면, 제어부(40)는 플랩(55)을 제2공기 공급경로(52) 측으로 일정 회전각도로 회전시킴으로써 제1공기 공급경로(51)의 유로 단면적을 상대적으로 크게 하고, 이에 제1스택 모듈(11) 측으로 공급되는 공기유량을 증가시킴으로써 제1스택 모듈(11)에서 플로딩에 의한 급격한 전압강하를 신속하게 해소할 수 있다(S25).When it is determined that a sudden voltage drop occurs in the
그리고, S24단계에서 제1스택 모듈(11)에서도 급격한 전압강하가 발생하지 않은 것으로 판단되면 제1스택 모듈(11) 및 제2스택 모듈(12) 중에서 어느 스택 모듈에서도 급격한 전압강하가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있으므로, 제어부(40)는 플랩(55)을 중립위치에 유지시킨다(S26). In step S24, if it is determined that no sudden voltage drop has occurred in the
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited by the embodiments disclosed herein and the accompanying drawings, and may be variously modified by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention. .
10: 인클로저
11: 제1스택 모듈
12: 제2스택 모듈
15: 매니폴드 블록
20:공기 공급부
30: 수소 공급부
50: 공기분배장치
51: 제1공기 공급경로
52: 제2공기 공급경로
55: 플랩10: Enclosure
11: first stack module
12: second stack module
15: Manifold block
20: air supply unit
30: hydrogen supply unit
50: air distribution device
51: first air supply path
52: second air supply path
55: flap
Claims (15)
제1스택 모듈 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 제1공기 공급경로;
제2스택 모듈 측으로 공급되는 공기의 흐름을 안내하는 제2공기 공급경로; 및
상기 제1공기 공급경로 및 상기 제2공기 공급경로의 분기부에 회전가능하게 설치된 플랩;을 포함하고,
상기 플랩의 회전에 의해 상기 제1공기 공급경로의 유로단면적 및 상기 제2공기 공급경로의 유로단면적이 상대적으로 가변가능하고,
매니폴드 블록이 상기 제1스택 모듈 및 상기 제2스택 모듈에 공통으로 연결되고, 상기 제1공기 공급경로 및 상기 제2공기 공급경로는 상기 매니폴드 블록의 공기 입구로부터 분기되는 연료전지 시스템의 공기분배장치.An air distribution device of a fuel cell system that variably adjusts distribution of air flow rates supplied to a first stack module and a second stack module,
a first air supply path for guiding a flow of air supplied to the first stack module;
a second air supply path for guiding a flow of air supplied to the second stack module; and
A flap rotatably installed in the branching portions of the first air supply path and the second air supply path;
The passage cross-sectional area of the first air supply passage and the passage cross-sectional area of the second air supply passage are relatively variable by rotation of the flap,
Air of a fuel cell system in which a manifold block is commonly connected to the first stack module and the second stack module, and the first air supply path and the second air supply path diverge from the air inlet of the manifold block. distribution device.
상기 제1스택 모듈 및 상기 제2스택 모듈은 인클로저 내에 설치되는 연료전지 시스템의 공기분배장치.The method of claim 1,
The air distribution device of a fuel cell system in which the first stack module and the second stack module are installed in an enclosure.
상기 인클로저의 일측에는 상기 매니폴드 블록이 설치되는 연료전지 시스템의 공기분배장치.The method of claim 2,
An air distribution device of a fuel cell system in which the manifold block is installed on one side of the enclosure.
상기 플랩은 선단의 폭이 좁아지는 쐐기 형상으로 형성되는 연료전지 시스템의 공기분배장치.The method of claim 1,
The flap is an air distribution device of a fuel cell system formed in a wedge shape with a narrow tip.
상기 플랩은 구동모터에 의해 양방향으로 회전가능한 연료전지 시스템의 공기분배장치.The method of claim 1,
The air distribution device of a fuel cell system in which the flap is rotatable in both directions by a driving motor.
상기 구동모터에는 모터제어기가 접속되고, 상기 모터제어기는 제어부에 접속되는 연료전지 시스템의 공기분배장치.The method of claim 5,
A motor controller is connected to the drive motor, and the motor controller is connected to a control unit.
상기 제어부는 상기 제1스택 모듈 및 상기 제2스택 모듈 중에서 어느 하나의 스택 모듈로 공급되는 공기유량이 상대적으로 작은 경우에는 공급되는 공기유량이 상대적으로 큰 스택 모듈의 공기 공급경로를 향해 플랩을 회전시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치.The method of claim 6,
When the air flow rate supplied to any one of the first stack module and the second stack module is relatively small, the controller rotates the flap toward the air supply path of the stack module having a relatively large air flow rate. The air distribution device of the fuel cell system.
상기 제1스택 모듈 내로 유입된 제1공기유량이 상기 제2스택 모듈 내로 유입된 제2공기유량 보다 크면 상기 플랩을 상기 제1공기 공급경로 측으로 일정각도 회전시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.A control method of an air distribution device of a fuel cell system according to claim 1,
Control of the air distribution device of the fuel cell system for rotating the flap toward the first air supply path at a predetermined angle when the first air flow rate introduced into the first stack module is greater than the second air flow rate introduced into the second stack module method.
상기 제2스택 모듈 내로 유입된 제2공기유량이 상기 제1스택 모듈 내로 유입된 제1공기유량 보다 크면 상기 플랩을 상기 제2공기 공급경로 측으로 일정각도 회전시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.The method of claim 8,
Control of the air distribution device of the fuel cell system for rotating the flap toward the second air supply path at a predetermined angle when the flow rate of the second air introduced into the second stack module is greater than the flow rate of the first air introduced into the first stack module. method.
상기 제2스택 모듈 내로 유입된 제2공기유량과 상기 제1스택 모듈 내로 유입된 제1공기유량이 동일하면 상기 플랩을 중립위치에 위치시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.The method of claim 8,
A method of controlling an air distribution device of a fuel cell system in which the flap is positioned at a neutral position when the second air flow rate introduced into the second stack module is the same as the first air flow rate introduced into the first stack module.
상기 제2스택 모듈의 전압생성속도가 상기 제1스택 모듈의 전압생성속도 보다 느리면 상기 플랩을 상기 제1공기 공급경로 측으로 일정각도 회전시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.A control method of an air distribution device of a fuel cell system according to claim 1,
and rotating the flap toward the first air supply path at a predetermined angle when the voltage generation speed of the second stack module is slower than the voltage generation speed of the first stack module.
상기 제1스택 모듈의 전압생성속도가 상기 제2스택 모듈의 전압생성속도 보다 느리면 상기 플랩을 상기 제2공기 공급경로 측으로 일정각도 회전시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.The method of claim 11,
and rotating the flap toward the second air supply path at a predetermined angle when the voltage generation speed of the first stack module is slower than the voltage generation speed of the second stack module.
상기 제1스택 모듈의 전압생성속도 및 상기 제2스택 모듈의 전압생성속도가 동일하면 상기 플랩을 중립위치에 위치시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.The method of claim 11,
A method of controlling an air distribution device of a fuel cell system in which the flap is positioned at a neutral position when the voltage generation speed of the first stack module and the voltage generation speed of the second stack module are the same.
상기 제1스택 모듈 및 상기 제2스택 모듈 중에서 어느 하나의 스택 모듈에 급격한 전압강하가 발생하면 급격한 전압강하가 발생하지 않은 스택 모듈의 공기 공급경로 측으로 상기 플랩을 일정각도로 회전시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.A control method of an air distribution device of a fuel cell system according to claim 1,
When a sudden voltage drop occurs in any one of the first stack module and the second stack module, the fuel cell system rotates the flap at a predetermined angle toward the air supply path of the stack module where the sudden voltage drop does not occur. Control method of air distribution device.
상기 제1스택 모듈 및 상기 제2스택 모듈 중에서 어느 하나의 스택 모듈에 급격한 전압강하가 발생하지 않으면 상기 플랩을 중립위치에 위치시키는 연료전지 시스템의 공기분배장치의 제어방법.The method of claim 14,
A method for controlling an air distribution device of a fuel cell system, in which the flap is positioned in a neutral position when a sudden voltage drop does not occur in any one of the first stack module and the second stack module.
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