KR102496638B1 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택, 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기, 공기극에서 배출되어 공급공기보다 습한 배출공기를 공급공기의 가습을 위해 가습기로 안내하는 제1 유로, 제1 유로를 통해 가습기로 안내된 배출공기를 가습 후에 가습기에서 배기하기 위해 가습기에 연결되는 제2 유로, 제1 유로와 제2 유로를 연결하는 제3 유로, 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 제1 유로 중의 배출공기가 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브 및 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 바이패스 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.A fuel cell system according to the present invention includes: a fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween; a humidifier for humidifying supply air to be supplied to the air electrode; A first flow path leading to the humidifier for the first flow path, a second flow path connected to the humidifier to exhaust the exhaust air guided to the humidifier through the first flow path from the humidifier after humidification, and a third flow path connecting the first flow path and the second flow path. , A bypass valve provided at the connection point between the first and third flow passages and controlling the bypass amount of exhaust air in the first flow passage to the third flow passage and controlling the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack. It includes a control unit that

Description

연료전지 시스템{Fuel cell system}Fuel cell system {Fuel cell system}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system.

연료전지는 외부에서 수소와 공기를 공급받아 스택 내부에서 전기와 물을 발생시켜, 전기화학 반응을 일으킨다.A fuel cell receives hydrogen and air from the outside and generates electricity and water inside the stack, causing an electrochemical reaction.

이는 물이 운전조건에 따라 수증기, 포화액, 얼음의 형태로 다양하게 변화함으로 물의 전달특성이 변화하는 것은 물론, 이러한 물의 상태 변화가 스택의 분리판 채널, 가스확산층, 촉매층, 멤브레인 등을 통과하는 가스와 전자의 전달특성에도 영향을 매우 미친다.This is because water is variously changed in the form of steam, saturated liquid, or ice depending on operating conditions, so the transfer characteristics of water change, and this change in state of water passes through the separator channel, gas diffusion layer, catalyst layer, membrane, etc. of the stack. It also has a great influence on the transfer characteristics of gases and electrons.

특히, 물과의 싸움으로 알려진 PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지는 소위 물이 넘치는 "플러딩(Flooding)" 현상과, 물이 부족한 "드라이(Dry)" 현상이 공존하여 스택의 내구성이 떨어지는 문제점이 발생한다. In particular, PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells, known for their fight against water, have a problem in which the durability of the stack is reduced due to the coexistence of the so-called "flooding" phenomenon of overflowing water and the "dry" phenomenon of lack of water. Occurs.

따라서, 스택 내의 수분조건에 따라, 스택에서 배출된 습한 공기를 외부로 배기시키거나, 다시 스택 내로 유입시켜, 스택의 운전조건을 변경시킬 수 있는 장치 개발이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need to develop a device capable of changing the operating conditions of the stack by exhausting the humid air discharged from the stack to the outside or introducing it back into the stack according to moisture conditions in the stack.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 스택 내의 수분조건에 따라, 배출된 배출공기를 가습기로 안내시키는 양을 조절하고, 배출공기가 가습기를 지나지 않게 바이패스 시키는 양을 조절할 수 있는 연료전지 시스템을 제공한다.The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to adjust the amount of discharged air to be guided to the humidifier according to the moisture condition in the stack, and to bypass the discharged air so that it does not pass through the humidifier Provided is a fuel cell system capable of adjusting the amount.

또한, 스택의 드라이나 플러딩 현상을 사전에 방지할 수 있는 연료전지 시스템을 제공한다.In addition, a fuel cell system capable of preventing dryness or flooding of a stack in advance is provided.

일 예에서 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택, 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기, 공기극에서 배출되어 공급공기보다 습한 배출공기를 공급공기의 가습을 위해 가습기로 안내하는 제1 유로, 제1 유로를 통해 가습기로 안내된 배출공기를 가습 후에 가습기에서 배기하기 위해 가습기에 연결되는 제2 유로, 제1 유로와 제2 유로를 연결하는 제3 유로, 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 제1 유로 중의 배출공기가 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브 및 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 바이패스 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다. In one embodiment, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween, a humidifier for humidifying supply air to be supplied to the air electrode, and exhaust air discharged from the air electrode that is humider than the supply air. A first flow path leading to the humidifier for air humidification, a second flow path connected to the humidifier to exhaust the exhaust air guided to the humidifier through the first flow path from the humidifier after humidification, and connecting the first flow path and the second flow path. A bypass valve provided at the third flow path, a connection point between the first and third flow paths, and controlling the amount of bypass of exhaust air in the first flow path to the third flow path, and a bypass valve based on moisture conditions in the fuel cell stack A control unit for controlling the valve is included.

다른 예에서 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택, 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기, 공기극에서 배출된 배출공기를 가습기로 안내하는 안내 유로, 안내 유로에 연결되어, 배출공기가 가습기를 지나가지 않게 안내 유로 중의 배출공기를 바이패스 시키는 바이패스 유로, 안내 유로와 바이패스 유로의 연결지점에 마련되어, 안내 유로 중의 배출공기가 바이패스 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브 및 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 바이패스 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.In another example, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween, a humidifier for humidifying supply air to be supplied to the air electrode, and a guide for guiding exhaust air discharged from the air electrode to the humidifier. A bypass passage connected to the flow path and the guide passage to bypass the exhaust air in the guide passage so that the exhaust air does not pass through the humidifier. and a control unit that controls the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack and a bypass valve that adjusts the bypass amount.

이에 따라, 스택 내의 수분조건에 따라, 배출공기가 가습기로 안내되는 양을 조절하고, 배출공기가 가습기를 지나지 않게 바이패스 시키는 양을 선택적으로 조절할 수 있어, 스택의 내구성이 향상될 수 있다.Accordingly, the amount of discharged air guided to the humidifier can be adjusted according to the moisture condition in the stack, and the amount of bypass of the discharged air not passing through the humidifier can be selectively adjusted, so that the durability of the stack can be improved.

또한, 스택의 드라이나 플러딩 현상을 방지할 수 있어, 출력성능이 향상될 수 있다.In addition, drying or flooding of the stack can be prevented, and output performance can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 연료전지 시스템의 블럭도이다.
도 2는 도 1의 수분 상황에 기초하여, 제어부가 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 도 1의 연료전지 스택의 전류-전압 특성곡선에 따른 전류증가에 대한 전압감소의 비율에 기초하여, 제어부가 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 1의 단위전지의 출력전압들 중의 최대 전압과 최소 전압 사이의 차이값에 기초하여, 수분 상황을 판단하여 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 의한 연료전지 시스템의 블럭도이다.
도 6은 도 5의 수분 상황에 기초하여, 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 도 5의 수분상황에 따라, 연료전지의 운전조건을 판단하여 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating that the control unit controls the bypass valve based on the moisture condition of FIG. 1 .
FIG. 3 is a flowchart illustrating that a controller controls a bypass valve based on a ratio of voltage decrease to current increase according to a current-voltage characteristic curve of the fuel cell stack of FIG. 1 .
FIG. 4 is a flowchart illustrating that a bypass valve is controlled by determining a moisture condition based on a difference between a maximum voltage and a minimum voltage among output voltages of the unit cell of FIG. 1 .
5 is a block diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating the control of the bypass valve based on the moisture condition of FIG. 5 .
FIG. 7 is a flowchart illustrating the control of the bypass valve by determining the operating conditions of the fuel cell according to the moisture condition of FIG. 5 .

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description will be omitted.

실시예Example 1 One

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 연료전지 시스템의 블럭도이다. 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템은 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택(20), 가습기(10), 제1 유로(30), 제2 유로(40), 제3 유로(50), 바이패스 밸브(60), 제어부(100)를 포함한다.1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. It will be described with reference to FIG. 1 . As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell stack 20 including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween, a humidifier 10, a first flow path 30, a second flow path 40, It includes a third flow path 50, a bypass valve 60, and a control unit 100.

가습기(10)는 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하도록 구성될 수 있다.The humidifier 10 may be configured to humidify supply air to be supplied to the air electrode.

제1 유로(30)는 공기극에서 배출되어, 공급공기보다 습한 배출공기를 공급공기의 가습을 위해 가습기(10)로 안내하도록 구성될 수 있다.The first flow path 30 may be configured to guide discharged air, which is discharged from the air electrode and is humider than supplied air, to the humidifier 10 for humidification of the supplied air.

제2 유로(40)는 가습기(10)에 연결될 수 있으며, 제1 유로(30)를 통해 가습기(10)로 안내된 배출공기를 가습시킨 후에 가습기(10)에서 배기시키도록 구성될 수 있다.The second flow path 40 may be connected to the humidifier 10, and may be configured to humidify exhaust air guided to the humidifier 10 through the first flow path 30 and then exhaust the air from the humidifier 10.

제3 유로(50)는 제1 유로(30)와 제2 유로(40)를 연결하도록 구성될 수 있다. 제1 유로(30)와 제3 유로(50)의 연결지점에 바이패스 밸브(60)가 마련될 수 있다. 바이패스 밸브(60)는 제1 유로(30) 중의 배출공기를 제3 유로(50)로 바이패스 되는 양을 조절하도록 구성될 수 있다. The third flow path 50 may be configured to connect the first flow path 30 and the second flow path 40 . A bypass valve 60 may be provided at a connection point between the first flow path 30 and the third flow path 50 . The bypass valve 60 may be configured to adjust the amount of bypassing the exhaust air in the first flow path 30 to the third flow path 50 .

제어부(100)는 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초하여, 바이패스 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다. The controller 100 may be configured to control the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack.

도 2는 도 1의 수분 상황에 기초하여, 제어부가 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating that the control unit controls the bypass valve based on the moisture condition of FIG. 1 .

도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 수분 상황으로서 전해질막의 수화도에 기초하여 바이패스 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다. As shown in FIGS. 1 and 2 , the control unit 100 may be configured to control the bypass valve based on the degree of hydration of the electrolyte membrane as a moisture condition.

먼저, 제어부(100)는 수화도를 판단할 수 있다(S102). 수화도가 제1 기준값 이하에 해당하면 바이패스 밸브를 제어하여(S103), 제1 유로를 완전 개방하도록 구성될 수 있다(S104). 이때, 제1 유로 중의 배출공기는 모두 가습기로 공급될 수 있다.First, the controller 100 may determine the degree of hydration (S102). When the degree of hydration is equal to or less than the first reference value, the bypass valve may be controlled (S103) to completely open the first flow path (S104). In this case, all exhaust air in the first passage may be supplied to the humidifier.

일예로, 수화도가 제1 기준값 이하에 해당하면, 제어부(100)는 스택의 수분상황이 적음을 인지하여, 전해질막의 전류가 급격히 하락함을 인지할 수 있다. 일예로, 제1 기준값은 대략 3~5 범위의 값일 수 있다.For example, when the degree of hydration is equal to or less than the first reference value, the control unit 100 may recognize that the moisture condition of the stack is low, and thus recognize that the current of the electrolyte membrane rapidly decreases. For example, the first reference value may be a value in the range of about 3 to 5.

수화도가 제1 기준값보다 큰 제2 기준값 이상에 해당하면, 바이패스 밸브(S106)를 제어하여, 제3 유로를 완전 개방시킬 수 있다(S107). 제어부는 제3 유로를 개방하여, 제1 유로 중의 배출공기를 모두 제3 유로로 바이패스 시키도록 제어할 수 있다.When the degree of hydration corresponds to the second reference value or higher than the first reference value, the bypass valve (S106) may be controlled to completely open the third flow path (S107). The controller may control to open the third flow path and bypass all exhaust air in the first flow path to the third flow path.

일예로, 수화도가 제2 기준값 이상에 해당하면, 제어부(100)는 스택의 수분상황이 너무 많음을 인지하여, 전해질막의 전류가 잘 통하지 않는 것을 인지할 수 있다.For example, when the degree of hydration is equal to or greater than the second reference value, the controller 100 may recognize that the moisture condition of the stack is too high and thus recognize that the current of the electrolyte membrane does not flow well.

일예로, 제2 기준값은 대략 12~15범위의 값일 수 있다.For example, the second reference value may be a value in the range of approximately 12 to 15.

제어부(100)는 전해질막의 저항(HFR, High Frequency Resistance)에 기초하여, 전해질막의 수화도를 추정하도록 구성될 수 있다.The control unit 100 may be configured to estimate the hydration degree of the electrolyte membrane based on the resistance (HFR, High Frequency Resistance) of the electrolyte membrane.

일예로, 저항(HFR)에 따라 수화도의 값에 대한 데이터, 그래프, 실험으로 파악된 값 등이 제어부(100)에 저장될 수 있다. For example, data, graphs, and experimentally determined values of the degree of hydration according to the resistance (HFR) may be stored in the controller 100 .

본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 측정부(101)를 더 포함할 수 있다. 측정부(101)는 전해질막의 저항을 실시간으로 측정하여 측정값을 제어부(100)로 전달하도록 구성될 수 있다. 측정값으로부터 전달받은 측정값을 기반으로, 제어부(100)는 수화도를 추정하여, 바이패스 밸브(60)를 제어하도록 구성될 수 있다.The fuel cell system according to this embodiment may further include a measuring unit 101 . The measuring unit 101 may be configured to measure the resistance of the electrolyte membrane in real time and transmit the measured value to the control unit 100 . Based on the measurement value transmitted from the measurement value, the controller 100 may be configured to estimate the degree of hydration and control the bypass valve 60 .

일예로, 제어부는 저항(HFR)에 따라 수화도의 값은 반비례되는 것을 인지할 수 있다.For example, the control unit may recognize that the value of the degree of hydration is in inverse proportion to the resistance (HFR).

도 3은 도 1의 연료전지 스택의 전류-전압 특성곡선에 따른 전류증가에 대한 전압감소의 비율에 기초하여, 제어부가 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating that a controller controls a bypass valve based on a ratio of voltage decrease to current increase according to a current-voltage characteristic curve of the fuel cell stack of FIG. 1 .

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 연료전지 스택의 전류-전압 특성곡선에 따른 전류증가에 대한 전압감소의 비율에 기초해서 수분 상황을 판단하도록 구성될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 3 , the control unit 100 may be configured to determine a moisture condition based on a ratio of voltage decrease to current increase according to a current-voltage characteristic curve of a fuel cell stack.

전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율과 대비하여 소정비율 이상 증가할 시(S201), 수분 상황을 저수분으로 판단하여(S202), 바이패스 밸브를 조절하여, 제1 유로 중의 배출공기를 모두 가습기로 공급되도록 제어할 수 있다(S203).When the ratio of voltage reduction to current increase increases by more than a predetermined ratio compared to the reference ratio (S201), the moisture condition is determined as low moisture (S202), and the bypass valve is adjusted to remove the discharged air in the first passage. All can be controlled to be supplied to the humidifier (S203).

일예로, 제어부(1001)에는 전류에 따른 전압 값이 저장될 수 있으며, 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 저장될 수 있다. For example, the controller 1001 may store a voltage value according to current, and may store a ratio of voltage decrease to current increase.

일예로, 스택 내 정전류밀도가 0.3~1.0A/cm2인 범위일 경우, 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율과 대비하여 20% 이상 증가할 시, 제어부(100)는 수분상황이 적음을 판단하여, 바이패스 밸브(60)를 조절하여, 제1 유로(30) 중의 배출공기를 모두 가습기(10)로 공급되도록 제어할 수 있다.For example, when the constant current density in the stack is in the range of 0.3 to 1.0 A/cm 2 , when the ratio of the voltage decrease to the current increase is increased by 20% or more compared to the reference ratio, the control unit 100 has a small moisture situation. is determined, and the bypass valve 60 is adjusted so that all of the discharged air in the first flow passage 30 is supplied to the humidifier 10 .

일예로, 스택(20)의 초기상태에는 전류량이 낮고, 전압이 높을 수 있다. 일정시간이 경과된 후, 스택(20)은 전류량은 높고, 전압이 낮을 수 있다. 이에 대한 실험값, 비율, 그래프 등이 제어부(100)에 저장될 수 있다.For example, in the initial state of the stack 20, the amount of current may be low and the voltage may be high. After a certain amount of time has elapsed, the stack 20 may have a high current and a low voltage. Experimental values, ratios, graphs, etc. may be stored in the controller 100 .

일예로, 실험에 의하여, 전류밀도가 0.3A/cm2일 때 전압은 0.8V일 수 있으며, 전류밀도가 1A/cm2일 때 전압은 0.65V일 수 있다. 이때, 전류밀도는 0.7A/cm2가 증가하나, 전압은 0.15V가 감소할 수 있다. 제어부(100)는 전압이 0.18V~0.2V 감소할 경우, 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율과 대비하여 20% 이상 증가하였음을 판단하도록 구성될 수 있다. For example, according to an experiment, when the current density is 0.3A/cm 2 , the voltage may be 0.8V, and when the current density is 1A/cm 2 , the voltage may be 0.65V. At this time, the current density may increase by 0.7A/cm 2 , but the voltage may decrease by 0.15V. When the voltage decreases by 0.18V to 0.2V, the control unit 100 may be configured to determine that the ratio of the voltage decrease to the current increase has increased by 20% or more compared to the reference ratio.

일예로, 기준비율은 최근 한달동안 측정한 데이터 범위의 연료전지 스택의 전류-전압 특성곡선일 수 있으며, 제어부(100)는 기준비율과 비교하여 판단하도록 구성될 수 있다.For example, the reference ratio may be a current-voltage characteristic curve of a fuel cell stack within a data range measured during a recent month, and the control unit 100 may be configured to compare and determine the reference ratio.

일예로, 제어부(100)는 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율과 대비하여 소정비율 이상 증가하지 않았을 시, 바이패스 밸브의 개도를 조절하여, 제1 유로, 제3 유로의 개도를 조절하도록 구성될 수 있다(S205). 제어부(100)는 제3 유로로 배출공기를 공급시키거나, 제1 유로 중의 배출공기의 일부를 제3 유로로 공급시키도록 제어할 수 있다For example, the control unit 100 controls the opening of the first and third flow passages by adjusting the opening of the bypass valve when the ratio of the voltage decrease to the current increase does not increase by a predetermined ratio or more compared to the reference ratio. It can be configured to (S205). The control unit 100 may supply exhaust air to the third flow path or supply a portion of the exhaust air in the first flow path to the third flow path.

일예로, 제어부(100)는 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율과 대비하여 소정비율 이상 증가함은 복수개의 단위전지가 서로 적층되면서 스택(20) 내 내부저항이, 증가하는 것으로 판단하여, 스택(20) 내의 수분 상황을 저 수분 상황으로 판단할 수 있다.For example, the control unit 100 determines that the ratio of the voltage decrease to the current increase increases by a predetermined ratio or more compared to the reference ratio, as the internal resistance in the stack 20 increases as a plurality of unit cells are stacked on each other. , it is possible to determine the moisture condition in the stack 20 as a low moisture condition.

일예로, 실험에 의하여, 전류밀도가 0.3A/cm2일 때 전압은 0.8V일 수 있으며, 전류밀도가 1A/cm2일 때 전압은 0.65V일 수 있다. 이때, 전류밀도는 0.7A/cm2가 증가하나, 전압은 0.15V가 감소할 수 있다. 제어부(100)는 전압이 0.18V~0.2V 감소할 경우, 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율과 대비하여 20% 이상 증가하였음을 판단하도록 구성될 수 있다. 제어부는 전류증가에 대한 전압감소의 비율이 기준비율의 20% 이상 증가하였음을 판단하고, 스택(20) 내 멤브레인의 내부저항이 20%이상 증가하였음을 판단하여, 스택(20) 내의 수분 상황을 저 수분 상황으로 판단할 수 있다.For example, according to an experiment, when the current density is 0.3A/cm 2 , the voltage may be 0.8V, and when the current density is 1A/cm 2 , the voltage may be 0.65V. At this time, the current density may increase by 0.7A/cm 2 , but the voltage may decrease by 0.15V. When the voltage decreases by 0.18V to 0.2V, the control unit 100 may be configured to determine that the ratio of the voltage decrease to the current increase has increased by 20% or more compared to the reference ratio. The control unit determines that the ratio of the voltage decrease to the current increase has increased by 20% or more of the reference ratio, and determines that the internal resistance of the membrane in the stack 20 has increased by 20% or more, and determines the moisture situation in the stack 20. It can be judged by the low moisture condition.

도 4는 도 1의 단위전지의 출력전압들 중의 최대 전압과 최소 전압 사이의 차이값에 기초하여, 수분 상황을 판단하여 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating that a bypass valve is controlled by determining a moisture condition based on a difference between a maximum voltage and a minimum voltage among output voltages of the unit cell of FIG. 1 .

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 하나씩의 공기극, 연료극 및 전해질막을 포함하는 복수 개의 단위전지의 출력전압들 중의 최대 전압과 최소 전압 사이의 차이값에 기초해서 수분 상황을 판단하도록 구성될 수 있다. As shown in FIGS. 1 and 4 , the control unit 100 determines the moisture condition based on the difference between the maximum voltage and the minimum voltage among output voltages of a plurality of unit cells including one air electrode, fuel electrode, and electrolyte membrane. It can be configured to judge.

제어부(100)는 차이값이 소정값 이상에 해당하면(S210), 고수분으로 판단하여(S220), 제3 유로를 완전 개방하여(S230), 제1 유로 중의 배출공기를 모두 제3 유로로 바이패스 되도록 제어할 수 있다. 일예로, 소정값은 20~50mv일 수 있다.When the difference value corresponds to a predetermined value or more (S210), the control unit 100 determines that the moisture content is high (S220), completely opens the third flow path (S230), and discharges all of the exhaust air in the first flow path to the third flow path. It can be controlled to be bypassed. For example, the predetermined value may be 20 to 50 mv.

일예로, 복수 개의 단위전지의 경우, 공기입구와 근접한 단위전지는 응축수가 유입되거나, 공기가 많이 공급되어, 전해질 막에 수분이 많아, 전류가 상대적으로 많이 흐르게 되어, 전압이 높을 수 있다. 상대적으로 공기입구와 멀게 배치된 단위전지의 경우, 전해질 막에 수분이 적어, 전압이 낮을 수 있다. 제어부(100)는 복수개의 단위전지의 전압 차이값을 소정값과 비교하여, 수분상황을 판단하여, 바이패스 밸브(60)를 제어하도록 구성될 수 있다.For example, in the case of a plurality of unit cells, condensed water or a lot of air is supplied to a unit cell close to an air inlet, so that the electrolyte membrane has a lot of moisture, so that a relatively large current flows, and the voltage may be high. In the case of a unit cell disposed relatively far from an air inlet, the voltage may be low due to the small amount of moisture in the electrolyte membrane. The control unit 100 may be configured to control the bypass valve 60 by comparing the voltage difference between the plurality of unit cells with a predetermined value and determining the moisture condition.

일예로, 제어부(100)는 차이값이 소정값 이하에 해당하면, 제1 유로, 제3 유로의 개도를 조절하도록 구성될 수 있다(S240). 제어부(100)는 제1 유로로 공급시키거나, 제1 유로 중의 일부의 배출공기를 제3 유로로 공급시키도록 제어할 수 있다For example, the controller 100 may be configured to adjust the opening of the first and third flow passages when the difference value is equal to or less than a predetermined value (S240). The control unit 100 may control the supply of air to the first passage or the supply of exhaust air from a part of the first passage to the third passage.

실시예Example 2 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 의한 연료전지 시스템의 블럭도이다.5 is a block diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템은 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택(20), 가습기(10), 안내 유로(31), 바이패스 유로(51), 바이패스 밸브(60), 제어부(100)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the fuel cell system includes a fuel cell stack 20 including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween, a humidifier 10, a guide passage 31, a bypass passage 51, and a bypass passage 51. A pass valve 60 and a control unit 100 are included.

가습기(10)는 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하도록 구성될 수 있으며, 안내 유로(31)는 공기극에서 배출된 배출공기를 가습기로 안내하도록 구성될 수 있다.The humidifier 10 may be configured to humidify supply air to be supplied to the air electrode, and the guide passage 31 may be configured to guide exhaust air discharged from the air electrode to the humidifier.

바이패스 유로(51)는 안내 유로(31)에 연결되어, 배출공기가 가습기(10)를 지나가지 않게 안내 유로(31) 중의 배출공기를 바이패스 시키도록 구성될 수 있다. The bypass passage 51 may be connected to the guide passage 31 to bypass the exhaust air in the guide passage 31 so that the exhaust air does not pass through the humidifier 10 .

일예로, 바이패스 유로(51)는 가습기(10)에서 배기되는 라인과 연결 될 수 있다.For example, the bypass passage 51 may be connected to a line exhausted from the humidifier 10 .

안내 유로(31)와 바이패스 유로(51)의 연결지점에 바이패스 밸브(60)가 마련될 수 있다. 바이패스 밸브(60)는 안내 유로(31) 중의 배출공기를 바이패스 유로(51)로 바이패스 되는 양을 조절하도록 구성될 수 있다.A bypass valve 60 may be provided at a connection point between the guide passage 31 and the bypass passage 51 . The bypass valve 60 may be configured to adjust the bypass amount of exhaust air in the guide passage 31 to the bypass passage 51 .

제어부(100)는 연료전지 스택(20) 내의 수분 상황에 기초하여, 바이패스 밸브(60)를 제어하도록 구성될 수 있다. 수분 상황은 전해질막의 수화도에 기초한 것일 수 있다.The control unit 100 may be configured to control the bypass valve 60 based on the moisture condition in the fuel cell stack 20 . The moisture condition may be based on the degree of hydration of the electrolyte membrane.

도 6은 도 5의 수분 상황에 기초하여, 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating the control of the bypass valve based on the moisture condition of FIG. 5 .

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 스택 내의 수분상황을 판단할 수 있다(S310). 수분 상황이 저수분 상황으로 판단되면, 안내 유로를 완전 개방하여(S320), 안내 유로 중의 배출공기를 모두 가습기로 공급시키도록 바이패스 밸브를 제어할 수 있다. 일예로, 저수분 상황은 전해질막의 수화도가 3~5 범위의 값일 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6 , the controller 100 may determine the moisture condition in the stack (S310). When the moisture condition is determined to be a low moisture condition, the bypass valve may be controlled to fully open the guide passage (S320) and supply all exhaust air in the guide passage to the humidifier. For example, in the low moisture condition, the degree of hydration of the electrolyte membrane may be in the range of 3 to 5.

제어부(100)는 안내 유로 중의 배출공기가 모두 가습기로 공급되게 바이패스 밸브를 제어한 이후에, 수분 상황이 정상 상황으로 복귀한 것으로 판단하면, 연료전지 스택의 온도를 기준 온도와 비교하여, 바이패스 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.When the control unit 100 controls the bypass valve so that all exhaust air in the guide passage is supplied to the humidifier, and determines that the moisture condition has returned to the normal condition, the control unit 100 compares the temperature of the fuel cell stack with the reference temperature, It may be configured to control the pass valve.

일예로, 기준온도는 50°C ~80 °C일 수 있다.For example, the reference temperature may be 50 °C to 80 °C.

제어부(100)는 수분 상황을 고수분 상황으로 판단하면, 바이패스 유로를 완전 개방하여(S340), 안내 유로 중의 배출공기를 모두 바이패스 유로로 바이패스 시키도록 제어할 수 있다. 일예로, 고수분 상황은 전해질막의 수화도가 대략 12~15범위의 값일 수 있다.When determining that the moisture condition is a high moisture condition, the controller 100 may completely open the bypass passage (S340) and control all exhaust air in the guide passage to bypass the bypass passage. For example, in a high moisture condition, the degree of hydration of the electrolyte membrane may be in the range of about 12 to 15.

제어부(100)는 바이패스 유로로 바이패스 시킨 후, 수분 상황이 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 복귀한 것으로 판단하면, 연료전지 스택의 온도를 기준 온도와 비교하여, 바이패스 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다. After bypassing the bypass flow path, the control unit 100 determines that the moisture condition has returned to a normal condition between a low moisture condition and a high moisture condition, by comparing the temperature of the fuel cell stack with the reference temperature, It may be configured to control a valve.

제어부(100)는 수분 상황을 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 판단하면, 연료전지 스택의 온도를 고려해서 바이패스 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.The controller 100 may be configured to control the bypass valve in consideration of the temperature of the fuel cell stack when determining that the moisture condition is a normal condition between a low moisture condition and a high moisture condition.

제어부(100)는 수분 상황을 정상 상황으로 판단하고, 온도가 기준 온도 이상에 해당하면(S350), 안내 유로 중의 배출공기를 모두 가습기로 공급시키도록 안내유로를 개방시키도록 제어할 수 있다(S370).The control unit 100 determines that the moisture condition is normal, and if the temperature is equal to or higher than the reference temperature (S350), the control unit 100 may control the guide passage to be opened so that all exhaust air in the guide passage is supplied to the humidifier (S370). ).

제어부(100)는 수분 상황을 정상 상황으로 판단하고, 온도가 기준온도 미만에 해당하면, 연료전지 스택의 출력전류값에 따라, 바이패스 밸브의 개도를 조절하도록 구성될 수 있다(S360). 이때, 제어부(100)는 바이패스 밸브의 개도를 조절하여, 안내 유로 중의 배출공기를 가습기로 공급시키는 양을 조절하도록 구성될 수 있다The control unit 100 may be configured to determine the moisture condition as a normal condition and adjust the opening degree of the bypass valve according to the output current value of the fuel cell stack when the temperature is less than the reference temperature (S360). At this time, the control unit 100 may be configured to adjust the amount of exhaust air supplied to the humidifier in the guide passage by adjusting the opening of the bypass valve.

일예로, 연료전지 스택의 최대출력전류값은 300A~500A일 수 있으며, 온도가 기준온도(50°C ~80°C) 미만에 해당하면, 연료전지 스택의 출력전류값은 0~최대출력전류값 사이값 일 수 있다.For example, the maximum output current value of the fuel cell stack may be 300A to 500A, and if the temperature is less than the reference temperature (50 ° C to 80 ° C), the output current value of the fuel cell stack is 0 to the maximum output current It can be between values.

도 7은 도 5의 수분상황에 따라, 연료전지의 운전조건을 판단하여 바이패스 밸브를 제어하는 것을 나타낸 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating the control of the bypass valve by determining the operating conditions of the fuel cell according to the moisture condition of FIG. 5 .

제어부(100)는 수분 상황을 판단한다(S400). 제어부(100)는 수분 상황이 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 판단하고, 연료전지 스택이 무부하 운전조건이나 저전류 운전조건 중의 어느 하나의 운전조건에서 작동하는 것으로 판단하면(S460), 바이패스 유로를 완전 개방하여(S470), 안내 유로 중의 배출공기를 모두 바이패스 유로로 바이패스 시키도록 제어할 수 있다. The control unit 100 determines the moisture condition (S400). When the control unit 100 determines that the moisture condition is a normal situation between a low moisture condition and a high moisture condition, and determines that the fuel cell stack operates under any one of the no-load driving condition and the low current driving condition (S460 ), the bypass passage can be completely opened (S470), and all exhaust air in the guide passage can be controlled to bypass the bypass passage.

일예로, 저전류 운전조건은 0.6A/cm2 미만일 수 있다.For example, the low current operating condition may be less than 0.6 A/cm 2 .

일예로, 제어부(100)는 수분 상황이 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 판단하고, 연료전지 스택이 무부하 운전조건이나 저전류 운전조건이 아니라고 판단하면, 바이패스 밸브의 개도를 조절하여(420), 배출공기를 안내 유로로 공급하도록 제어할 수 있다.For example, if the control unit 100 determines that the moisture condition is a normal situation between a low moisture condition and a high moisture condition, and determines that the fuel cell stack is not in a no-load operating condition or a low current operating condition, the opening degree of the bypass valve is set. By adjusting (420), the exhaust air can be controlled to be supplied to the guide passage.

이는, 제어부(100)가 스택(20) 내의 수분 상황에 따라, 바이패스 밸브 개도(60)를 조절하여, 배출공기를 가습기(10)로 안내시키는 양을 조절하거나, 바이패스 시키는 양을 선택적으로 조절할 수 있어, 스택의 드라이, 플러딩 현상을 사전에 방지할 수 있어, 스택(20)의 출력성능이 향상될 수 있다.This is because the control unit 100 adjusts the bypass valve opening 60 according to the moisture condition in the stack 20 to adjust the amount of guiding the discharged air to the humidifier 10 or selectively bypass the amount. Since it can be adjusted, drying and flooding of the stack can be prevented in advance, and the output performance of the stack 20 can be improved.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 가습기 20: 스택
30: 제1 유로 40: 제2 유로
50: 제3 유로 60: 바이패스 밸브10: humidifier 20: stack
30: first euro 40: second euro
50: third flow path 60: bypass valve

Claims (18)

공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택;
상기 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기;
상기 공기극에서 배출되어 상기 공급공기보다 습한 배출공기를 상기 공급공기의 가습을 위해 상기 가습기로 안내하는 제1 유로;
상기 제1 유로를 통해 상기 가습기로 안내된 배출공기를 가습 후에 상기 가습기에서 배기하기 위해 상기 가습기에 연결되는 제2 유로;
상기 제1 유로와 제2 유로를 연결하는 제3 유로;
상기 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 상기 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브; 및
상기 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 수분 상황으로서 상기 전해질막의 수화도에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템. A fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
a humidifier humidifying supply air to be supplied to the cathode;
a first flow path for guiding discharged air discharged from the air electrode and humidifying the supply air to the humidifier for humidification of the supply air;
a second flow path connected to the humidifier to exhaust exhaust air guided to the humidifier through the first flow path from the humidifier after being humidified;
a third flow path connecting the first flow path and the second flow path;
a bypass valve provided at a connection point between the first flow path and the third flow path and controlling an amount of bypass of exhaust air in the first flow path to the third flow path; and
A control unit controlling the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack;
The control unit controls the bypass valve based on the degree of hydration of the electrolyte membrane as the moisture condition. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 수화도가 제1 기준값 이하이면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 가습기로 공급되게 상기 바이패스 밸브를 제어하고, 상기 수화도가 상기 제1 기준값보다 큰 제2 기준값 이상이면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 제3 유로로 바이패스 되게 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템. The method of claim 1,
When the degree of hydration is equal to or less than a first reference value, the control unit controls the bypass valve so that all exhaust air in the first passage is supplied to the humidifier, and when the degree of hydration is equal to or greater than a second reference value greater than the first reference value , The fuel cell system controls the bypass valve so that exhaust air in the first flow path is bypassed to the third flow path. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 전해질막의 저항(HFR, High Frequency Resistance)에 기초해서 상기 전해질막의 수화도를 추정하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
The control unit estimates the degree of hydration of the electrolyte membrane based on the resistance (HFR, High Frequency Resistance) of the electrolyte membrane. 청구항 4에 있어서,
상기 전해질막의 저항을 실시간으로 측정하여 그 측정값을 상기 제어부로 전달하는 측정부를 더 포함하는 연료전지 시스템. The method of claim 4,
The fuel cell system further includes a measuring unit configured to measure resistance of the electrolyte membrane in real time and transmit the measured value to the controller. 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택;
상기 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기;
상기 공기극에서 배출되어 상기 공급공기보다 습한 배출공기를 상기 공급공기의 가습을 위해 상기 가습기로 안내하는 제1 유로;
상기 제1 유로를 통해 상기 가습기로 안내된 배출공기를 가습 후에 상기 가습기에서 배기하기 위해 상기 가습기에 연결되는 제2 유로;
상기 제1 유로와 제2 유로를 연결하는 제3 유로;
상기 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 상기 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브; 및
상기 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 전류-전압 특성곡선에 따른 전류증가에 대한 전압감소의 비율에 기초해서 상기 수분 상황을 판단하는 연료전지 시스템.A fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
a humidifier humidifying supply air to be supplied to the cathode;
a first flow path for guiding discharged air discharged from the air electrode and humidifying the supply air to the humidifier for humidification of the supply air;
a second flow path connected to the humidifier to exhaust exhaust air guided to the humidifier through the first flow path from the humidifier after being humidified;
a third flow path connecting the first flow path and the second flow path;
a bypass valve provided at a connection point between the first flow path and the third flow path and controlling an amount of bypass of exhaust air in the first flow path to the third flow path; and
A control unit controlling the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack;
The control unit determines the moisture condition based on a ratio of voltage decrease to current increase according to a current-voltage characteristic curve of the fuel cell stack. 청구항 6에 있어서,
상기 제어부는 상기 비율이 기준비율과 대비하여 소정비율 이상 증가하면 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 가습기로 공급되게 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템.The method of claim 6,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the control unit controls the bypass valve so that all exhaust air in the first passage is supplied to the humidifier when the ratio increases by a predetermined ratio or more compared to a reference ratio. 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택;
상기 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기;
상기 공기극에서 배출되어 상기 공급공기보다 습한 배출공기를 상기 공급공기의 가습을 위해 상기 가습기로 안내하는 제1 유로;
상기 제1 유로를 통해 상기 가습기로 안내된 배출공기를 가습 후에 상기 가습기에서 배기하기 위해 상기 가습기에 연결되는 제2 유로;
상기 제1 유로와 제2 유로를 연결하는 제3 유로;
상기 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 상기 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브; 및
상기 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 하나씩의 공기극, 연료극 및 전해질막을 포함하는 복수 개의 단위전지의 출력전압들 중의 최대 전압과 최소 전압 사이의 차이값에 기초해서 상기 수분 상황을 판단하는 연료전지 시스템. A fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
a humidifier humidifying supply air to be supplied to the cathode;
a first flow path for guiding discharged air discharged from the air electrode and humidifying the supply air to the humidifier for humidification of the supply air;
a second flow path connected to the humidifier to exhaust exhaust air guided to the humidifier through the first flow path from the humidifier after being humidified;
a third flow path connecting the first flow path and the second flow path;
a bypass valve provided at a connection point between the first flow path and the third flow path and controlling an amount of bypass of exhaust air in the first flow path to the third flow path; and
A control unit controlling the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack;
Wherein the control unit determines the moisture condition based on a difference between a maximum voltage and a minimum voltage among output voltages of a plurality of unit cells each including an air electrode, an anode, and an electrolyte membrane. 청구항 8에 있어서,
상기 제어부는 상기 차이값이 소정값 이상이면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 제3 유로로 바이패스 되게 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템.The method of claim 8,
wherein the control unit controls the bypass valve so that exhaust air in the first flow path is bypassed to the third flow path when the difference value is equal to or greater than a predetermined value. 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택;
상기 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기;
상기 공기극에서 배출된 배출공기를 상기 가습기로 안내하는 제1 유로;
상기 제1 유로에 연결되어, 상기 배출공기가 상기 가습기를 지나가지 않게 상기 제1 유로 중의 배출공기를 바이패스 시키는 제3 유로;
상기 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 상기 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브; 및
상기 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 저수분 상황으로 판단되면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 가습기로 공급되게 상기 바이패스 밸브를 제어하고, 상기 수분 상황이 고수분 상황으로 판단되면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 제3 유로로 바이패스 되게 상기 바이패스 밸브를 제어하는, 연료전지 시스템.A fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
a humidifier humidifying supply air to be supplied to the cathode;
a first flow path guiding exhaust air discharged from the cathode to the humidifier;
a third passage connected to the first passage to bypass the discharged air in the first passage so that the discharged air does not pass through the humidifier;
a bypass valve provided at a connection point between the first flow path and the third flow path and controlling an amount of bypass of exhaust air in the first flow path to the third flow path; and
A control unit controlling the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack;
When the moisture condition is determined to be a low moisture condition, the control unit controls the bypass valve so that all exhaust air in the first passage is supplied to the humidifier, and when the moisture condition is determined to be a high moisture condition, the first The fuel cell system controls the bypass valve so that all exhaust air in the passage is bypassed to the third passage. 삭제delete 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 상기 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 판단되면, 상기 연료전지 스택의 온도를 고려해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템. The method of claim 10,
The fuel cell system of claim 1 , wherein the control unit controls the bypass valve in consideration of the temperature of the fuel cell stack when the moisture condition is determined to be a normal condition between the low moisture condition and the high moisture condition. 청구항 12에 있어서,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 상기 정상 상황으로 판단되고, 상기 온도가 기준온도 이상이면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 가습기로 공급되게 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템.The method of claim 12,
Wherein the control unit controls the bypass valve so that exhaust air in the first flow path is supplied to the humidifier when the moisture condition is determined to be the normal condition and the temperature is equal to or higher than the reference temperature. 청구항 12에 있어서,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 상기 정상 상황으로 판단되고, 상기 온도가 기준온도 미만이면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 상기 가습기로 공급되는 양을 상기 연료전지 스택의 출력전류값에 따라 조절하는 연료전지 시스템.The method of claim 12,
The control unit adjusts the amount of exhaust air in the first passage supplied to the humidifier according to the output current value of the fuel cell stack when the moisture condition is determined to be the normal condition and the temperature is less than the reference temperature. Fuel battery system. 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 상기 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 판단되고, 상기 연료전지 스택이 무부하 운전조건이나 저전류 운전조건 중의 어느 하나의 운전조건에서 작동하는 것으로 판단되면, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 제3 유로로 바이패스 되게 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템.The method of claim 10,
When the control unit determines that the moisture condition is a normal situation between the low moisture condition and the high moisture condition, and the fuel cell stack operates under any one of the no-load driving condition and the low current driving condition, The fuel cell system controls the bypass valve so that exhaust air in the first flow path is bypassed to the third flow path. 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 상기 저수분 상황으로 판단되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 가습기로 공급되게 상기 바이패스 밸브를 제어한 이후에, 상기 수분 상황이 상기 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 복귀한 것으로 판단되면, 상기 연료전지 스택의 온도를 고려해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템.The method of claim 10,
After the control unit determines that the moisture condition is the low moisture condition and controls the bypass valve so that all exhaust air in the first passage is supplied to the humidifier, the moisture condition is the low moisture condition and the high moisture condition The fuel cell system controlling the bypass valve in consideration of the temperature of the fuel cell stack when it is determined that the normal situation has been returned. 청구항 10에 있어서,
상기 제어부는 상기 수분 상황이 상기 고수분 상황으로 판단되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 모두 상기 제3 유로로 바이패스 되게 상기 바이패스 밸브를 제어한 이후에, 상기 수분 상황이 상기 저수분 상황과 고수분 상황의 사이인 정상 상황으로 복귀한 것으로 판단되면, 상기 연료전지 스택의 온도를 고려해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템.The method of claim 10,
After the control unit determines that the moisture condition is the high moisture condition and controls the bypass valve so that all exhaust air in the first passage is bypassed to the third passage, the moisture condition is the low moisture condition. The fuel cell system controls the bypass valve in consideration of the temperature of the fuel cell stack when it is determined that the return to a normal state between the temperature and the high moisture state occurs. 공기극, 연료극 및 이들 사이에 마련된 전해질막을 구비하는 연료전지 스택;
상기 공기극으로 공급될 공급공기를 가습하는 가습기;
상기 공기극에서 배출된 배출공기를 상기 가습기로 안내하는 제1 유로;
상기 제1 유로에 연결되어, 상기 배출공기가 상기 가습기를 지나가지 않게 상기 제1 유로 중의 배출공기를 바이패스 시키는 제3 유로;
상기 제1 유로와 제3 유로의 연결지점에 마련되어, 상기 제1 유로 중의 배출공기가 상기 제3 유로로 바이패스 되는 양을 조절하는 바이패스 밸브; 및
상기 연료전지 스택 내의 수분 상황에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 수분 상황으로서 상기 전해질막의 수화도에 기초해서 상기 바이패스 밸브를 제어하는 연료전지 시스템. A fuel cell stack including an air electrode, a fuel electrode, and an electrolyte membrane provided therebetween;
a humidifier humidifying supply air to be supplied to the cathode;
a first flow path guiding exhaust air discharged from the cathode to the humidifier;
a third passage connected to the first passage to bypass the discharged air in the first passage so that the discharged air does not pass through the humidifier;
a bypass valve provided at a connection point between the first flow path and the third flow path and controlling an amount of bypass of exhaust air in the first flow path to the third flow path; and
A control unit controlling the bypass valve based on the moisture condition in the fuel cell stack;
The control unit controls the bypass valve based on the degree of hydration of the electrolyte membrane as the moisture condition.
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