KR102552146B1 - 연료전지 시스템의 운전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 연료전지 시스템의 운전 제어를 통해 스택 내부의 수분량을 효과적으로 관리함으로써 연료전지 스택의 절연 저항이 저하되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에서는 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하는 단계; 제어기에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 전류 기준값과 비교하고, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하는 단계; 측정된 스택 전류가 미리 설정된 전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제1절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 제어기에 의해, 연료전지 스택으로의 미리 설정된 시간 동안 공기 공급량을 증가시키는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 제공한다.

Description

연료전지 시스템의 운전 제어 장치 및 방법 {Apparatus for controlling the operation of the fuel cell system and Method for the same}
본 발명은 연료전지 시스템의 운전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 시스템의 절연 성능을 향상시킬 수 있는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 장치이다.
이러한 연료전지는 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중에서도 양성자 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)로도 알려진 고분자 전해질막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)가 이용되고 있다.
특히, 고분자 전해질막 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비해 작동온도가 낮고, 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력 밀도가 크고, 시동시간이 짧으며 부하변화에 대한 응답이 빠른 특성이 있어 자동차용이나 휴대기기용 전원으로 널리 활용 가능하다.
이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소 이온이 이동하는 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane)을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층(Catalyst Electrode Layer)이 부착된 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly,MEA), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 가스확산층(Gas Diffusion Layer,GDL), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.
또한, 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소)의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템, 그리고 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 제어기를 포함한다.
통상의 연료전지 시스템에서 수소공급장치는 수소저장부(수소탱크), 레귤레이터, 수소압력제어밸브, 수소재순환장치 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 냉각수 펌프, 물탱크, 라디에이터 등을 포함한다.
한편, 연료전지 시스템의 스택 내에서는 수소와 산소의 반응 결과물로 물이 생성되는데, 생성된 물이 스택 내에 누적되는 경우, 스택 내에 잔류하는 생성수로 인해 연료전지 시스템의 성능 저하 문제가 발생할 수 있다.
스택 내에 잔류하는 생성수는 스택 내로 공급되는 공기를 따라 유동하면서 외부로 배출된다. 다만, 연료전지 차량이 공기 저유량 영역 (전압 제한 영역)에서 장기 운전 시, 공기 공급량이 작아져 물 유동이 현저히 줄어들게 되고, 이에 따라 스택 내부 생성수가 원활하게 배출되지 못하게 된다. 따라서, 스택 내에 생성수가 누적됨에 따라 누적 생성수에 의해 전도성 패스(path)가 형성되어 연료전지 스택의 절연 저항이 저하되는 문제가 발생한다.
그러므로, 연료전지 차량이 공기 저유량 영역에서 장시간 운행할 경우, 스택의 절연 저항의 하락을 방지하기 위한 기술이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1673345호 (2016. 11. 07.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 연료전지 시스템의 운전 제어를 통해 스택 내부의 수분량을 효과적으로 관리함으로써 연료전지 스택의 절연 저항이 저하되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치 및 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하는 단계; 제어기에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 전류 기준값과 비교하고, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하는 단계; 측정된 스택 전류가 미리 설정된 전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제1절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 제어기에 의해, 연료전지 스택으로의 미리 설정된 시간 동안 공기 공급량을 증가시키는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 센서부에 의해, 초기 절연 저항을 측정하는 단계; 제어기에 의해, 상기 초기 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하는 단계; 상기 초기 절연 저항이 상기 제1절연기준값 보다 큰 경우, 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하는 단계; 제어기에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 제1전류 기준값과 비교하고, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제2절연기준값과 비교하는 단계; 측정된 스택 전류가 미리 설정된 제1전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제2절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 제어기에 의해, 연료전지 스택으로의 미리 설정된 시간 동안 공기 공급량을 증가시키는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에서는 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 압축기와; 상기 공기 압축기와 상기 연료전지 스택 사이에 배치되며, 연료전지 스택의 캐소드 입구 측에 설치되는 공기 차단밸브와; 연료전지 스택의 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하기 위한 센서부와; 상기 센서부로부터 측정된 정보를 전달받으며, 상기 공기 압축기 및 상기 공기 차단밸브의 구동을 제어할 수 있는 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 센서부에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 제1전류 기준값과 비교하고, 상기 센서부에 의해, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하고, 측정된 스택 전류가 미리 설정된 제1전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제1절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 상기 제어기는 연료전지 스택으로 공급되는 공기 공급량을 증가시키기 위해, 상기 공기 압축기의 회전수를 증가시키도록 구성된 연료전지 시스템의 운전 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 공기를 공급하기 위한 압축기 회전수를 제어하는 것만으로 절연 저항이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 연료전지 시스템의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 절연 성능 회복 시 발생할 수 있는 배터리 과충전 문제를 해결함으로써, 배터리 내구 향상 및 연료전지 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예를 상세하게 설명한다. 아래에서는 본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 기술 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위 내에서 구체화 가능한 모든 실시 예들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 용어 중, "제1", "제2", "제3"과 같은 표현은 해당 실시예에서 사용되는 용어들을 구분하기 위하여 서수적 표현을 부가한 것에 불과하며, 각각의 의미를 한정하려는 의도는 아님을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 장치는 연료전지 스택(10)을 포함하며, 이 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급 라인 및 연료인 수소를 공급하기 위한 연료 공급 라인을 포함한다.
공기 공급 라인은 연료전지 스택(10)의 캐소드에 연결되며, 이러한 공기 공급 라인에는 공기를 스택으로 공급하기 위한 공기 압축기(블로워, 20) 및 스택으로 유입되는 공기를 차단할 수 있도록 스택 입출구에 설치되는 공기 차단밸브(60, 70)들을 포함할 수 있다.
또한, 공기 압축기(20)와 스택 입구 측 제1 공기 차단밸브(60) 사이에는 가습기(30)가 설치될 수 있다. 제1 공기 차단밸브(60)를 통과하여 연료전지 스택(10) 측으로 공급된 공기는 연료전지 스택(10) 출구 측에 설치된 제2 공기 차단밸브(70)를 통해 배기될 수 있다.
연료 공급 라인은 연료전지 스택(10)의 애노드에 연결되며, 연료를 재순환시켜 스택으로 다시 공급하기 위한 재순환 라인을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 연료전지 스택(10)에 대한 파라미터들을 측정하기 위한 센서부(40)가 연료전지 시스템 내에 설치된다. 구체적으로, 연료전지 스택(10)에는 스택 전류, 스택의 절연저항 등을 측정하기 위한 센서부(40)가 설치된다. 이러한 센서부(40)는 스택 전류를 측정하기 위한 전류 센서 및 스택의 절연저항을 측정하기 위한 절연저항 센서를 포함하며, 이러한 센서류는 기공지된 형태이며, 본 명세서에서는 구체적인 설명을 생략한다.
이러한 센서부(40)를 통해 측정된 파라미터들, 특히 스택 전류 및 스택 절연저항값들은 제어기(50)로 전달되며, 제어기(50)에서는 전달받은 측정값들에 근거하여 공기 압축기(20) 및 제1공기 차단밸브(60)의 동작을 제어한다.
즉, 제어기(50)에서는 센서부(40)로부터 연료전지 스택(10)의 스택 전류 및 절연저항값들에 대한 정보를 지속적으로 전달받으며, 전달받은 정보를 이용하여 스택으로 전달되는 공기 공급량을 제어하게 되며, 이에 따라 스택 내부의 잔류 생성수 량을 적절히 제어하도록 구성된다.
이러한 제어기(50)에서 수행되는 구체적인 연료전지 시스템의 운전 제어 방법은 도 2 내지 도 5에 도시되어 있다.
먼저, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 연료전지 차량의 시동 시 또는 차량 주행 시, 센서부(40)에 의해 스택 전류 및 절연 저항을 측정하고, 제어기(50)에서는 측정된 스택 전류 및 절연 저항을 모니터링한다 (S201).
이후, 측정 결과에 근거, 저전류 영역에서 절연저항이 충분히 하락한 상태인지를 확인하게 된다 (S202). 이를 위해 측정된 스택 전류 및 절연저항값은 미리 설정된 기준값과 비교되는데, 절연저항 하락 상태를 보다 정확하게 판단하기 위하여 위 상태가 미리 설정된 기준시간(t1) 이상 유지되고 있는지를 함께 고려함이 바람직하다.
단계 S201에서의 모니터링 결과, 스택 전류가 미리 설정된 전류 기준값 보다 작은 영역, 즉 저전류 영역의 스택 전류로 검출되고, 절연저항 또한 미리 설정된 제1절연기준값 이하로 하락한 것으로 확인된 경우, 절연저항 하락으로 인해 안전성 문제가 발생할 수 있는 상황으로 판단한다. 따라서, 이러한 경우라면 공기 공급량을 증가시켜 (S203), 과량의 공기가 스택 내부로 공급됨에 따라 스택 내 잔류 생성수가 충분히 제거될 수 있도록 제어한다.
예를 들어, 단계 S203에 따라 공기 공급량을 증가시키기 위해, 제어기(50)는 제1공기 차단밸브(60)의 개도는 유지한 상태에서 공기 압축기(20)의 회전수를 증가시키게 된다.
공기 공급량 증가를 위한 공기 압축기 제어는 미리 설정된 기준시간(t2) 진행될 수 있으며, 위 기준시간(t2)가 경과하면 스택 내의 절연저항을 다시 측정한다 (S204). 이 때, 제어기(50)는 공기 압축기(20)의 회전수를 증가된 수준으로 유지하거나 또는 증가되기 전 수준으로 원복시킬 수 있다.
단계 S204의 측정 결과, 절연저항과 미리 설정된 제2절연기준값을 비교하는 단계가 수행된다 (S205). 여기서 제2절연기준값 (제2절연기준값 > 제1절연기준값)은 하락한 절연저항이 충분히 회복되었는지를 판단하기 위한 기준값으로, 제1절연기준값 보다 큰 값으로 설정된다. 예를 들어, 정상적인 절연저항이 400㏀ 정도이고, 절연저항 하락을 판단하기 위한 제1절연기준값을 250㏀으로 설정하였다면, 제2절연기준값은 그 사이 값인 350㏀으로 설정할 수 있다.
단계 S205에서 절연저항이 제2절연기준값 보다 작은 경우, 공기 공급량 증가에도 불구 절연저항 하락이 해소되지 않은 상황이므로, 운전자에게 절연저항이 낮음을 경고한다 (S206). 이러한 경고는 알람을 울리거나, 차량 계기판의 경고등을 점등하는 형태로 제공될 수 있다.
반면, 단계 S205에서 절연저항이 제2절연기준값 보다 크거나 같은 경우, 절연저항이 안전한 수준으로 회복된 것으로 보아, 단계 S201의 스택 전류 및 절연저항 모니터링 단계로 복귀하게 된다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것이다.
도 3에 따른 제2실시예에서는 연료전지 시스템의 절연저항에 관한 기준값을 설정하고, 연료전지 스택(10)의 초기 절연저항 측정값과 기준값을 비교한 결과에 따라 두 개의 제어 상태(State 1 & 2)로 구분 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 3의 좌측 플로우(S302 ~ S308)은 절연저항 측정값이 충분히 큰 State 1에 대한 것이고, 우측 플로우(S312 ~ S317)는 절연저항 측정값이 상대적으로 작은 State 2에 관한 것이다.
구체적으로, 연료전지 차량 시동 후, 연료전지 스택 발전 시작 후 일정 시간 동안 시스템 절연 대표값을 구하고, 이를 초기 절연 저항이라 한다. 예를 들어, 연료전지 시동 완료 후, 30sec ~ 60sec 동안 스택의 절연저항을 측정하고, 그 평균값을 초기 절연 저항으로 사용할 수 있다. 따라서, 단계 S301을 통해 센서부(40)에 의해 초기 절연 저항을 측정하고, 측정된 초기 절연 저항을 미리 설정된 제1절연 기준값과 비교한다 (S302). 이 때, 제2실시예에서의 제1절연 기준값은 초기 절연 저항의 크기에 따라 State 1 또는 State 2에 따른 제어를 선택적으로 실시하기 위하여 제공되는 값이다.
따라서, 초기 절연 저항이 제1절연 기준값 (예를 들어, 400㏀) 보다 큰 경우, 초기 절연 저항이 정상이라고 판단하고 State 1 을 수행한다.
반면, 초기 절연 저항이 제1절연 기준값 (예를 들어, 400㏀) 보다 작거나 같을 경우, 초기 절연 저항이 낮다고 판단하여, 절연 저항의 기준을 상대적인 값으로 변경하여 State 2를 진행한다 (S312~S317). 즉, 도 2의 우측 플로우 (State 2)에서와 같이, 절연 저항에 대한 변화량 및 그 기준값을 이용하여 절연 저항 저하 여부를 판단한다 (S312).
다시 도 3 우측의 State 1에 따른 플로우를 살펴보면, 초기 절연 저항이 제1절연 기준값 보다 큰 경우, 스택 전류와 절연저항을 미리 설정된 기준값과 비교하는 단계가 수행된다 (S303).
즉, 본 단계(S303)에서는 스택 전류와 미리 설정된 제1전류 기준값을 비교하고, 스택의 절연저항을 미리 설정된 제2절연 기준값과 비교함으로써, 저전류 영역에서 절연저항이 충분히 하락한 상태인지를 확인하게 된다 (S303). 이 때, 절연저항 하락 상태를 보다 정확하게 판단하기 위하여 위 상태가 미리 설정된 기준시간(t1) 이상 유지되고 있는지를 함께 고려함이 바람직하다.
스택 전류가 미리 설정된 제1전류 기준값(예를 들어, 20A) 보다 작은 영역, 즉 저전류 영역의 스택 전류로 검출되고, 절연저항 또한 미리 설정된 제2절연 기준값(예를 들어, 250㏀) 이하로 하락한 것으로 확인된 경우, 절연저항 하락으로 인해 안전성 문제가 발생할 수 있는 상황으로 판단한다.
즉, 위 조건이 만족 시에는 스택 내부의 생성수가 공기의 흐름이 거의 없는 저전류 영역(20A 이하)에서 스택 내부에 축적되어, 스택 내 전도성 패스(Path)가 형성되어 연료전지 시스템의 절연을 하락시킨다고 간주하여 다음 단계를 수행한다. 반면, 위 조건을 만족하지 못하는 경우, 즉, 시스템 절연이 유지되는 경우에는 계속해서 시스템 절연값을 모니터링 한다.
절연저항 하락 상태로 판단된 경우, 단계 S304와 같은 단계를 통해 공기 공급량을 증가시키고, 이에 따라 과량의 공기가 스택 내부로 공급됨에 따라 스택 내 잔류 생성수가 충분히 제거될 수 있도록 제어한다 (공기 공급의 증가로 인한 스택 내부 물 제거 단계).
예를 들어, 제어기(50)는 제1공기 차단밸브(60)의 개도를 기준 각도 1로 유지한 상태에서 공기 압축기(20)의 회전수를 압축기 기준 회전수1로 증가시킨다 (S304). 이 때 압축기 기준 회전수1 (예를 들어, 압축 기준 회전수1=30,000 rpm), 공기 차단밸브 기준 각도 1(예를 들어, 공기 차단밸브 기준 각도 1=50°)는 실험에 의하여 결정된 기준값으로 미리 설정될 수 있으며, 제어기(50)는 기준 시간2(예를 들어, 기준 시간2(t2)=4초) 동안 압축기 기준 회전수1 및 공기 차단밸브 기준 각도1을 유지한다.
한편, 만약 여기서 제시한 조건(압축기 기준 회전수1, 공기 차단밸브 기준 각도1, 기준 시간2)보다 더 과한 공기가 공급된다면(예를 들어, 유량과 시간의 증가), 스택 내부의 생성수는 완전히 제거 되어 시스템 절연은 회복될 수 있다. 다만, 이러한 경우 스택 전압 (예를 들어, 360V)이 일정 기준치 이상 상승하여 차량에 설치된 배터리 전압보다 상승하게 되며, 배터리로 전기가 충전되어 배터리 과충전이 발생할 수 있다. 이는 연료전지차량의 연비를 낮아지게 하는 문제가 있다.
따라서, 압축기의 기준 회전수1, 공기 차단밸브 기준각도1 및 기준 시간2는 배터리 과충전 문제가 발생하지 않도록, 스택 전압이 배터리 전압 보다 상승하지 않게끔 설정됨이 바람직하다.
공기 공급량 증가를 위한 공기 압축기 제어는 미리 설정된 기준시간(t2) 동안 진행될 수 있으며, 위 기준 시간2 동안 추가 공급된 공기에 의해 스택 내부에 축적된 물이 밖으로 배출되어 연료전지 시스템 절연 저항이 서서히 상승한다.
이후, 스택 내의 절연저항을 다시 측정하고, 측정 결과 절연저항과 미리 설정된 제3절연기준값을 비교하는 단계가 수행된다 (S305). 여기서 제3절연기준값 (제3절연기준값 > 제2절연기준값)은 하락한 절연저항이 충분히 회복되었는지를 판단하기 위한 기준값으로, 제2절연기준값 보다 큰 값으로 설정된다. 또한, 제3절연 기준값은 State 1과 State 2를 구분하기 위하여 제공되는 제1절연기준값 보다는 작은 값으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1절연기준값이 400㏀ 정도이고, 절연저항 하락을 판단하기 위한 제2절연기준값을 250㏀으로 설정하였다면, 제3절연기준값은 그 사이 값인 350㏀으로 설정할 수 있다.
따라서, 기준 시간3(예를 들어, 기준시간3(t3)=90초)이 경과한 이후, 연료전지 시스템 절연 저항을 측정하고, 측정된 절연 저항값이 제3절연 기준값(예를 들어, 350㏀) 이상 회복되었다면, 단계 S303의 스택 전류 및 절연저항 모니터링 및 기준값과 비교하는 단계로 복귀하게 된다.
반면, 스택 내부의 물이 아직 배출 완료되지 않았다고 판단된다면, 추가적인 공기 공급을 위한 후속 단계가 수행된다. 즉, 도 3의 단계 S305에서와 같이, 절연저항이 제3절연기준값 보다 작은 경우, 공기 공급량 증가에도 불구 절연저항 하락이 해소되지 않은 상황이므로, 운전자에게 절연저항이 낮음을 경고한다 (S308). 이러한 경고는 알람을 울리거나, 차량 계기판의 경고등을 점등하는 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 제어기(50)는 공기 압축기(20)의 회전수를 증가 전으로 원복시키거나, 압축기 회전수를 그대로 유지시킬 수 있다.
또한, 단계 S305 이후, 미리 설정된 기준시간4(t4) 동안 압축기 기준 회전수를 증가시키는 과정을 일정 횟수 이하로 반복하도록 구성할 수 있다. 구체적으로, n1=3으로 설정하는 경우, 반복횟수가 3회가 될 때까지 압축기 기준 회전수를 증가시키는 과정을 반복하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 단계 S304의 압축기 기준 회전수1가 30,000 rpm이고, 미리 설정된 압축기 회전수 증가분이 5,000rpm이라면, 1회차에는 30,000 rpm, 2회차에는 35,000rpm, 3회차에는 40,000rpm으로 압축기가 구동된다. 따라서, 도 3에서와 같이, 반복횟수를 소정의 한계치와 비교하고 (S306), 한계치 이하인 경우에만 압축기 기준 회전수를 추가로 증가하는 단계(S307)을 수행하도록 구성할 수 있다.
여기서, 반복횟수와 관련된 한계치를 두는 이유는 연료전지 스택(10)의 전압이 앞에서 말한 배터리 전압보다 상승하여 배터리 과충전이 발생하는 문제를 해소하기 위함이다.
압축기 회전수를 증가시킨 횟수가 소정의 한계치를 초과한 경우, 시스템 절연 저항이 낮다고 판단하여, 제어기(50)에 의해 시스템 절연 경고를 발생하게 된다.
압축기 회전수 증가를 반복함에 있어서, 공기 차단밸브 기준 각도 및 유지 시간은 동일하게 설정함이 바람직하다. 다만, 이러한 압축기 기준 회전수, 공기 차단밸브 기준 각도 및 유지 시간의 설정 방법은 하나의 예시일 뿐이며, 이러한 예에 한정되는 것은 아니다.
한편, 초기 절연 저항이 제1절연 기준값 (예를 들어, 400㏀) 보다 작거나 같을 경우, 초기 절연 저항이 낮다고 판단하여, State 2에 따른 제어가 수행된다.
이러한 State 2의 각 제어 단계들(S312 ~ S317)은 단계 S312에서 절연 저항에 대한 변화량 값을 이용하는 것 이외에는 State 1에서의 일련의 과정(S303 ~ S308)과 실질적으로 동일하게 수행될 수 있다.
구체적으로, 본 단계 S312에서는 초기 절연 저항이 제1절연 기준값 (예를 들어, 400㏀) 보다 작거나 같을 경우, 현재 연료전지 시스템의 절연 저항이 낮은 상태로 보아, 절연 상태의 비교 대상을 절연 저항의 절대값이 아니라, 시간에 따른 변화량에 관한 상대값으로 변경하여 판단하는 것에 특징이 있다.
즉, 스택 전류를 미리 설정된 제2전류 기준값과 비교하는 것은 단계 S303에서와 실질적으로 동일하나, 단계 S312에서는 절연 저항의 변화량(Δ절연 저항)을 절연 저항 변화량에 대한 기준값(Δ절연 저항 기준값)과 비교한다는 점에서 차이가 있다.
미리 설정된 기준 시간5(t5) 동안, 스택 전류가 저전류 영역이고, 절연저항이 크게 하락한 것으로 확인된 경우, 절연저항 하락으로 인해 안전성 문제가 발생할 수 있는 상황으로 판단하고 후속 단계를 실시한다.
이 때, 저전류 영역임을 판단하기 위하여 미리 설정된 제2전류 기준값은 앞서의 제1전류 기준값과 동일하게 20A 이하로 설정될 수 있다. 또한, 절연 저항 변화량(초기 절연저항-현재 절연저항)에 대한 기준값(Δ절연 저항 기준값)은 100㏀으로 설정될 수 있으며, 절연저항의 변화가 100㏀ 보다 큰 경우라면, 절연저항이 크게 하락한 경우로 판단할 수 있다. 이와 관련, State 2에서 절연 저항 변화량을 이용하는 것은, 초기 절연 저항이 낮은 경우라면, 아무리 공기를 추가 공급하더라도 초기 절연 보다는 회복이 불가능하기 때문에, 초기 절연저항과 관련된 상대적인 측정값을 이용함이다.
위 단계 S312의 조건을 만족하지 못하는 경우에는 시스템 절연이 유지되는 경우로 보아, 계속해서 시스템 절연값을 모니터링 한다.
절연저항 하락 상태로 판단된 경우, 단계 S313을 통해 공기 공급량을 증가시키는 제어가 수행된다 (공기 공급의 증가로 인한 스택 내부 물 제거 단계).
예를 들어, 제어기(50)는 제1공기 차단밸브(60)의 개도를 기준 각도 2로 유지한 상태에서 공기 압축기(20)의 회전수를 압축기 기준 회전수2로 증가시킨다 (S313). 이 때 압축기 기준 회전수2 및 공기 차단밸브 기준각도2는 각각 압축기 기준회전수1 및 공기 차단밸브 기준 각도 1과 동일한 값으로 설정될 수 있으며, 기준시간6(t6) 또한 기준 시간2(t2)와 동일하게 설정될 수 있다.
이 때 압축기의 기준 회전수2, 공기 차단밸브 기준각도2 및 기준 시간6은 배터리 과충전 문제가 발생하지 않도록, 스택 전압이 배터리 전압 보다 상승하지 않을 수 있도록 설정됨이 앞서 State 1의 예와 동일하다.
공기 공급량 증가를 위한 공기 압축기 제어는 미리 설정된 기준시간(t6) 동안 진행될 수 있으며, 위 기준 시간6 동안 추가 공급된 공기에 의해 스택 내부에 축적된 물이 밖으로 배출되어 한다.
이후, 공기 공급량 증가에 따라 연료전지 시스템 절연 저항이 서서히 상승하게 되는데, 소정의 기준시간7(t7) 경과 후, 스택 내의 절연저항을 다시 측정하고, 측정 결과 절연저항과 미리 설정된 제4절연기준값을 비교하는 단계가 수행된다 (S314). 여기서 제4절연기준값은 제3절연기준값에 대응되는 값이며, 바람직하게는 초기 절연 저항값의 90% 정도로 설정될 수 있다.
만일, 기준 시간7(t7)이 경과한 이후, 연료전지 시스템 절연 저항을 측정하고, 측정된 절연 저항값이 제4절연 기준값 이상 회복되었다면, 단계 S312의 스택 전류 및 절연저항 변화량을 모니터링하고 그 기준값과 비교하는 단계로 복귀하게 된다.
반면, 스택 내부의 물이 아직 배출 완료되지 않았다고 판단된다면, 추가적인 공기 공급을 위한 후속 단계가 수행된다.
이 때, 단계 S314 이후, 미리 설정된 기준시간8(t8) 동안 압축기 기준 회전수를 증가시키는 과정을 일정 횟수 이하로 반복하도록 구성할 수 있다(S315, S316). 따라서, 도 3에서와 같이, 반복횟수를 소정의 한계치와 비교하고 (S315), 한계치 이하인 경우에만 압축기 기준 회전수를 추가로 증가하는 단계(S316)을 수행하도록 구성할 수 있다.
압축기 회전수를 증가시킨 횟수가 소정의 한계치를 초과한 경우, 시스템 절연 저항이 낮다고 판단하여, 제어기(50)에 의해 시스템 절연 경고를 발생하게 된다(S317).
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전 제어 방법을 도시한 것으로, 도 4는 도 3의 State 2에서와 실질적으로 동일하다.
즉, 도 4에 따른 본 발명의 제3실시예는 초기 절연저항과 그에 대한 기준값과의 비교 결과와는 무관하게, 저전류 영역에서 측정된 절연저항의 변화량의 차이가 발생한 경우에만 선별적으로 공기 공급량 증가 제어를 실시하는 것에 특징이 있다.
따라서, 단계 S401 내지 단계 S406은 제2실시예의 단계 S312 내지 단계 S317과 실질적으로 동일하다.
즉, 단계 S401에서는 스택 전류를 미리 설정된 제1전류 기준값과 비교하고, 절연 저항의 변화량(Δ절연 저항)을 절연 저항 변화량에 대한 기준값(Δ절연 저항 기준값)과 비교한다.
미리 설정된 기준 시간1(t1) 동안, 스택 전류가 저전류 영역이고, 절연 저항의 변화량(Δ절연 저항)이 절연 저항 변화량에 대한 기준값(Δ절연 저항 기준값) 보다 작거나 같은 경우, 절연저항 하락으로 인해 안전성 문제가 발생할 수 있는 상황으로 판단하고 후속 단계를 실시한다.
이 때, 저전류 영역임을 판단하기 위하여 미리 설정된 제2전류 기준값은 앞서의 실시예들과 동일하게 20A 이하로 설정될 수 있다. 또한, 절연 저항 변화량(초기 절연저항-현재 절연저항)에 대한 기준값(Δ절연 저항 기준값)은 100㏀으로 설정될 수 있으며, 절연저항의 변화가 100㏀ 보다 큰 경우라면, 절연저항이 크게 하락한 경우로 판단할 수 있다.
위 단계 S401의 조건을 만족하지 못하는 경우에는 시스템 절연이 유지되는 경우로 보아, 계속해서 시스템 절연값을 모니터링 한다.
절연저항 하락 상태로 판단된 경우, 단계 S402을 통해 공기 공급량을 증가시키는 제어가 수행된다 (공기 공급의 증가로 인한 스택 내부 물 제거 단계).
예를 들어, 제어기(50)는 제1공기 차단밸브(60)의 개도를 기준 각도 1로 유지한 상태에서 공기 압축기(20)의 회전수를 압축기 기준 회전수1로 증가시킨다 (S402). 이 때 압축기 기준 회전수1 및 공기 차단밸브 기준각도1은 기준시간2(t2) 동안 유지되어야 한다.
이 때 압축기의 기준 회전수1, 공기 차단밸브 기준각도1 및 기준 시간2(t2)은 배터리 과충전 문제가 발생하지 않도록, 스택 전압이 배터리 전압 보다 상승하지 않을 수 있도록 설정됨은 앞서의 실시예들에서와 동일하다.
공기 공급량 증가를 위한 공기 압축기 제어는 미리 설정된 기준시간2 (t2) 동안 진행될 수 있으며, 위 기준 시간2 동안 추가 공급된 공기에 의해 스택 내부에 축적된 물이 밖으로 배출되어 한다.
이후, 공기 공급량 증가에 따라 연료전지 시스템 절연 저항이 서서히 상승하게 되는데, 소정의 기준시간3(t3) 경과 후, 스택 내의 절연저항을 다시 측정하고, 측정 결과 절연저항과 미리 설정된 제1절연기준값을 비교하는 단계가 수행된다 (S403). 여기서 제1절연기준값은, 바람직하게는 초기 절연 저항값의 90% 정도로 설정될 수 있다.
만일, 기준 시간3(t3)이 경과한 이후, 연료전지 시스템 절연 저항을 측정하고, 측정된 절연 저항값이 제1절연 기준값 이상 회복되었다면, 단계 S401의 스택 전류 및 절연저항 변화량을 모니터링하고 그 기준값과 비교하는 단계로 복귀하게 된다.
반면, 스택 내부의 물이 아직 배출 완료되지 않았다고 판단된다면, 추가적인 공기 공급을 위한 후속 단계가 수행된다.
이 때, 단계 S403 이후, 미리 설정된 기준시간8(t8) 동안 압축기 기준 회전수를 증가시키는 과정을 일정 횟수 이하로 반복하도록 구성할 수 있다. 따라서, 도 3에서와 같이, 반복횟수를 소정의 한계치와 비교하고 (S404), 한계치 이하인 경우에만 압축기 기준 회전수를 추가로 증가하는 단계(S405)을 수행하도록 구성할 수 있다.
압축기 회전수를 증가시킨 횟수가 소정의 한계치를 초과한 경우, 시스템 절연 저항이 낮다고 판단하여, 제어기(50)에 의해 시스템 절연 경고를 발생하게 된다(S406).
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10: 연료전지 스택
20: 공기 압축기
30: 가습기
40: 센서부
50: 제어기
60: 제1 공기 차단밸브
70: 제2 공기 차단밸브

Claims (20)

  1. 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하는 단계;
    제어기에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 전류 기준값과 비교하고, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하는 단계;
    측정된 스택 전류가 미리 설정된 전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제1절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 제어기에 의해, 연료전지 스택으로의 미리 설정된 시간 동안 공기 공급량을 증가시키는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    센서부에 의해, 공기 공급량 증가 후의 스택 절연 저항을 측정하는 단계; 및
    공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항을 제2절연기준값과 비교하고, 상기 제2절연기준값 보다 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 더 작은 경우, 절연 저항 낮음 경고를 송출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 상기 제2절연기준값 보다 크거나 같은 경우, 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하고, 제어기에 의해, 측정 결과를 모니터링하는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    공기 공급량을 증가시키는 단계에서는, 상기 제어기에 의해, 공기 차단밸브의 개도는 유지한 상태에서 공기 압축기의 회전수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 공기 차단밸브의 개도 및 증가된 공기 압축기의 회전수는 스택 전압이 배터리 전압 보다 상승하지 않도록 미리 설정되어 상기 제어기에 저장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  6. 센서부에 의해, 초기 절연 저항을 측정하는 단계;
    제어기에 의해, 상기 초기 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하는 단계;
    상기 초기 절연 저항이 상기 제1절연기준값 보다 큰 경우, 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하는 단계;
    제어기에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 제1전류 기준값과 비교하고, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제2절연기준값과 비교하는 단계;
    측정된 스택 전류가 미리 설정된 제1전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제2절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 제어기에 의해, 연료전지 스택으로의 미리 설정된 시간 동안 공기 공급량을 증가시키는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 초기 절연 저항이 상기 제1절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항의 변화량을 측정하는 단계;
    제어기에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 제2전류 기준값과 비교하고, 측정된 스택 절연 저항의 변화량을 미리 설정된 절연 저항 변화량에 대한 기준값과 비교하는 단계;
    측정된 스택 전류가 미리 설정된 제2전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항 변화량이 미리 설정된 절연 저항 변화량에 대한 기준값 보다 작거나 같은 경우, 제어기에 의해, 연료전지 스택으로의 미리 설정된 시간 동안 공기 공급량을 증가시키는 단계;를 포함하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    센서부에 의해, 공기 공급량 증가 후의 스택 절연 저항을 측정하는 단계; 및
    공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항을 제3절연기준값과 비교하고, 상기 제3절연기준값 보다 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 더 작은 경우, 절연 저항 낮음 경고를 송출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    센서부에 의해, 공기 공급량 증가 후의 스택 절연 저항을 측정하는 단계; 및
    공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항을 제4절연기준값과 비교하고, 상기 제4절연기준값 보다 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 더 작은 경우, 절연 저항 낮음 경고를 송출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 상기 제3절연기준값 보다 크거나 같은 경우, 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하고, 제어기에 의해, 측정 결과를 모니터링하는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 상기 제4절연기준값 보다 크거나 같은 경우, 센서부에 의해, 스택 전류 및 스택 절연 저항의 변화량을 측정하고, 제어기에 의해, 측정 결과를 모니터링하는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  12. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 제어기는 공기 차단밸브의 개도는 유지한 상태에서 공기 압축기의 회전수가 증가하도록 제어함으로써 상기 연료전지 스택으로의 공기 공급량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 공기 차단밸브의 개도 및 증가된 공기 압축기의 회전수는 스택 전압이 배터리 전압 보다 상승하지 않도록 미리 설정되어 상기 제어기에 저장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 제3절연기준값 또는 제4절연기준값 보다 더 작은 경우, 상기 제어기는 기준 회전수를 증가시키는 과정을 미리 설정된 한계치 이하로 반복하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 방법.
  15. 연료전지 스택과;
    상기 연료전지 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 압축기와;
    상기 공기 압축기와 상기 연료전지 스택 사이에 배치되며, 연료전지 스택의 캐소드 입구 측에 설치되는 공기 차단밸브와;
    연료전지 스택의 스택 전류 및 스택 절연 저항을 측정하기 위한 센서부와;
    상기 센서부로부터 측정된 정보를 전달받으며, 상기 공기 압축기 및 상기 공기 차단밸브의 구동을 제어할 수 있는 제어기;를 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 센서부에 의해, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 제1전류 기준값과 비교하고, 상기 센서부에 의해, 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제1절연기준값과 비교하고,
    측정된 스택 전류가 미리 설정된 제1전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항이 미리 설정된 제1절연기준값 보다 작거나 같은 경우, 상기 제어기는 연료전지 스택으로 공급되는 공기 공급량을 증가시키기 위해, 상기 공기 압축기의 회전수를 증가시키도록 구성된 연료전지 시스템의 운전 제어 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    센서부에서는 공기 공급량 증가 후의 스택 절연 저항을 측정하도록 구성되고,
    상기 제어기에서는 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항을 미리 설정된 제2절연기준값과 비교하고, 상기 제2절연기준값 보다 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 더 작은 경우, 절연 저항 낮음 경고를 송출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어기는 공기 차단밸브의 개도는 유지한 상태에서 공기 압축기의 회전수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 공기 차단밸브의 개도 및 증가된 공기 압축기의 회전수는 스택 전압이 배터리 전압 보다 상승하지 않도록 미리 설정되어 상기 제어기에 저장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 센서부는 연료전지 시동 시의 초기 절연 저항을 측정하도록 구성되고,
    상기 제어기에서는, 초기 절연 저항이 기준값 보다 작거나 같은 경우, 측정된 스택 전류를 미리 설정된 제2전류 기준값과 비교하고 측정된 스택 절연 저항의 변화량을 미리 설정된 절연 저항 변화량에 대한 기준값과 비교한 결과에 따라, 측정된 스택 전류가 미리 설정된 제2전류 기준값 보다 작고, 측정된 스택 절연 저항 변화량이 미리 설정된 절연 저항 변화량에 대한 기준값 보다 작거나 같은 경우, 연료전지 스택으로의 공기 공급량을 미리 설정된 시간 동안 증가시키도록 공기 압축기의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 센서부에 의해, 공기 공급량 증가 후에 측정된 스택 절연 저항이 상기 제1절연기준값 보다 더 작은 경우, 상기 제어기는 기준 회전수를 증가시키는 과정을 미리 설정된 한계치 이하로 반복하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 제어 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111948458B (zh) * 2020-09-23 2021-11-09 东风汽车集团有限公司 一种电动汽车绝缘监测系统的检测方法及设备
CN112382777B (zh) * 2020-11-03 2023-12-29 盐城国投中科新能源科技有限公司 一种提高氢燃料电池系统绝缘性能的方法
KR20220101298A (ko) * 2021-01-11 2022-07-19 현대자동차주식회사 절연 저항 검출 장치, 그를 포함하는 시스템 및 그 방법
CN114094147B (zh) * 2021-11-25 2022-05-13 北京新研创能科技有限公司 燃料电池模块的排水排气控制方法及燃料电池模块
DE102022212517A1 (de) 2022-11-23 2023-11-23 Vitesco Technologies GmbH Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Computerprogramm zum Überprüfen der Dichtigkeit eines Kathodeneingangsventils und/oder Kathodenausgangsventils eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE102022212518A1 (de) 2022-11-23 2023-11-30 Vitesco Technologies GmbH Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Computerprogramm zum Überprüfen der Dichtigkeit eines Kathodeneingangsventils eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE102022212515A1 (de) 2022-11-23 2023-11-30 Vitesco Technologies GmbH Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Computerprogramm zum Überprüfen der Dichtigkeit eines Kathodenausgangsventils eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009110848A (ja) 2007-10-31 2009-05-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2011216370A (ja) 2010-03-31 2011-10-27 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007257956A (ja) 2006-03-22 2007-10-04 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2011204430A (ja) 2010-03-25 2011-10-13 Panasonic Corp 燃料電池システム
CA2860966C (en) 2012-01-10 2017-01-03 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system provided with a cathode flow rate control unit
KR20150138762A (ko) * 2014-06-02 2015-12-10 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 안전 시스템 및 그 제어 방법
US9698438B2 (en) * 2014-09-18 2017-07-04 Hyundai Motor Company Ventilation apparatus and control method thereof
JP6102882B2 (ja) 2014-10-16 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR101673345B1 (ko) 2015-03-17 2016-11-07 현대자동차 주식회사 연료전지 차의 절연저항 측정방법 및 절연저항 측정장치
KR101869914B1 (ko) 2016-04-20 2018-07-20 현대자동차주식회사 연료 전지 자동차 및 연료 전지 자동차의 절연 저항 측정 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009110848A (ja) 2007-10-31 2009-05-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2011216370A (ja) 2010-03-31 2011-10-27 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法

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