KR102621709B1 - 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법은, 연료전지의 스택에서 배출되는 물을 수용하는 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계와, 감지된 물량에 기초하여 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 연료전지 시스템의 운전시간에 따른 가습 성능 저하시에도 실제 습도상태 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 연료전지 시스템의 운전시간에 따른 가습 성능 저하시에도 실제 습도상태 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택에서 배출되는 물량을 감지하고, 이에 기초하여 스택 내부의 습도상태를 판단하는 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.
이중, 고분자 전해질형 연료전지는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다.
수소차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다. 따라서, 수소차는 수소(H2)가 저장되는 수소탱크(H2 Tank), 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산해내는 스택(FC STACK: Fuel Cell Stack), 생성된 물을 배수하기 위한 각종 장치들뿐만 아니라 스택에서 생산된 전기를 저장하는 배터리, 생산된 전기를 변환 및 제어하는 컨트롤러, 구동력을 생성하는 모터 등을 포함하는 구조를 갖는다.
이중, 스택은 수십 또는 수백 개의 셀을 직렬로 쌓아 올린 연료전지 본체를 일컫는 장치로써, 엔드플레이트들 사이에 복수개의 셀이 적층된 구조를 갖되, 각각의 셀의 내부는 전해질막으로 구획되고 일측은 애노드 타측은 캐소드가 마련된다.
각각의 셀들 사이에는 분리판이 배치되어 수소와 산소의 유동 경로를 제한하며 상기 분리판은 산화환원 반응시 전자를 이동시키도록 전도체로 제조된다.
이러한 스택은 애노드에 수소가 공급되면 촉매에 의해 수소이온과 전자로 분리되고, 전자는 분리판을 통해 스택 외부로 이동하며 전기를 생산하며, 수소이온은 전해질막을 통과하여 캐소드로 이동한 후 외기에서 공급되는 산소 및 전자와 결합하여 물을 형성하고 외부로 배출된다.
고분자 전해질형 연료전지는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly; MEA)의 고분자 전해질 막에 일정량의 수분을 공급하여 적정 함수율을 유지해야만 발전효율이 유지될 수 있다.
연료전지 시스템은 스택 내부로 유입되는 유입 가스를 가습하기 위해 가습기를 포함하여 구성되기도 한다. 또한, 연료전지 스택 내부의 습도를 조절하기 위해서는 연료전지 스택으로 공급되는 공기공급량과 스택의 운전 온도를 조절하는 것도 필요하다.
연료전지 시스템이 최적 성능으로 동작하도록 적정 습도를 유지하기 위해서는, 연료전지 스택 내부의 실제 습도상태를 정확하게 판단하는 것이 선행되어야 한다.
그러나, 종래에는 연료전지 시스템의 운전이 계속됨에 따라 가습기의 가습 성능이 저하되는 등의 연료전지 시스템의 특성이 변화됨이 반영되지 않아, 연료전지 스택의 실제 습도상태를 정확하게 판단하는 것이 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 연료전지 시스템의 특성이 변화하더라도 스택 내부의 실제 습도상태를 정확하게 판단할 수 있는 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 일반적인 연료전지 시스템에 구비되는 장치에서 획득되는 데이터를 이용하여, 연료전지 시스템의 습도상태를 판단할 수 있는 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법은, 연료전지의 스택에서 배출되는 물을 수용하는 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계와; 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법은, 연료전지의 스택에서 배출되는 물이 수용되는 컨테이너 내의 물량을 직접 감지하고, 감지된 물량에 기초하여 스택 내부의 습도상태를 판단함으로써, 연료전지 시스템의 특성 변화에 따른 스택 내부의 실제 습도상태를 정확하게 판단할 수 있는 이점이 있다. 이는, 연료전지 스택에서 배출되는 물량은 가습 성능의 저하와 같은 연료전지 시스템의 특성 변화가 반영된 결과물이기 때문이다.
또한, 본 발명의 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법은, 일반적으로 연료전지 시스템에 구비되는 장치인 컨테이너 내의 수위 센서를 이용하여, 습도판단에 필요한 데이터를 획득함으로써, 별도의 센서를 필요로 하지 않아, 연료전지 시스템이 간단하고 컴팩트해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 연료전지시스템에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법의 제어순서도이다.
도 4는 도 3의 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 연료전지시스템에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법의 제어순서도이다.
도 4는 도 3의 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
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 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1의 연료전지시스템에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10), 공기 공급부(20), 가습기(30), 공기 분배기(40), 수소 공급부(50), 워터트랩(60), 드레인 밸브(70), 제어부(80) 및 메모리를 포함한다.
연료전지 스택(10)은 전해질막, 전해질막의 양측에 배치되는 한 쌍의 전극인 캐소드 전극(또는 공기극)과 애노드 전극(또는 연료극)으로 이루어진 연료전지 셀(cell)이 적층되어, 수소와 산소의 전기 화학적 반응으로 전력을 생성한다.
연료전지 시스템의 기동 중에는 연료전지 스택(10)의 캐소드 전극으로 산소를 포함한 공기가 공급되고, 연료전지 스택(10)의 애노드 전극으로 수소가 공급된다. 이때, 공기와 수소는 반응에 적절한 고온 상태로 히팅되어 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다. 또한, 연료전지 스택(10)은 화학적 반응을 위해 일정 습도 이상으로 유지되는 것이 필요한데, 이를 위해 공기는 가습되어 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다.
수분을 공급받은 공기는 스택내 유로를 따라 이동하여 수소와 반응한 다음 물을 생성한다. 연료전지 스택(10)으로 공급된 수소는 산소와 반응하고, 반응하지 않은 미반응 수소는 애노드 전극의 출구단쪽으로 배출되는데, 이때 미반응 수소는 수분을 함유한 채로 배출될 수 있다.
한편, 연료전지 스택(10)에서 생성되어 배출되지 않고 내부에 잔존하는 물은 산소와 수소의 흐름을 방해하므로 제거가 필요한데, 생성된 물의 일부는 수소나 공기의 흐름에 의해 스택의 외부로 배출되나 나머지는 배출되지 않고 연료전지 스택(10) 내에 잔존할 수 있다. 특히, 연료전지 스택(10)의 애노드 전극에 물이 다량 존재할 경우, 연료인 수소의 공급을 방해하여 연료전지 스택(10)의 발전 성능이 저하되며, 나아가 구성품의 손상을 일으킬 수 있다.
연료전지 스택(10)의 내부의 물을 배출하기 위해 연료전지 스택(10) 내부의 흐름량을 증가시켜 스택 내부의 유체(수분을 포함한 혼합 가스)의 유속을 증대시키는 방법이 있다. 이때 가장 많이 이용되는 방법은 주기적인 수소의 퍼징(purging)이다. 연료전지 스택(10) 내의 수분을 제거하고자 할 때 배수-퍼지 밸브(미도시)를 통해 퍼징을 함으로써 연료전지 스택(10) 내의 수소 흐름량을 증가시킬 수 있다.
종래에는 연료전지 스택 내부의 습도상태를 판단하기 위해 상대습도(relative humidity, RH) 추정기를 이용하였고, 상대습도 추정기는 시뮬레이션 모델에 연료전지 시스템의 위치 별 온도나 압력, 공기 유량 등의 값을 이용하여 연료전지 스택의 상대습도를 추정하였다.
그러나, 이러한 종래의 상대습도 추정기는 주행 시간에 따라 변화되는 연료전지 시스템의 가습 성능을 반영하여 실제 스택 내부의 건조나 습윤 상태를 진단하기에는 정확성이 떨어지는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 주행 시간에 따른 가습 성능 변화가 반영되어 보다 정확하게 스택의 습도상태를 판단할 수 있는 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법은, 연료전지 스택에서 배출되는 물량을 감지하는 단계와, 감지된 물량에 기초하여 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하는 것에 기본적인 특징이 있다.
본 실시예에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법을 설명하기에 앞서, 연료전지 시스템의 구성을 설명하기로 한다.
공기 공급부(20)는 연료전지 스택(10)에 공기를 공급하는 일종의 에어 블로워로서, 제어부(80)의 제어하에 기준 RPM으로 작동하여 기준시간 동안 연료전지 스택(10)에 공기를 공급(압축)한다. 이때, 기준 RPM(Revolution Per Minute)은 공기 분배기(40)의 기밀상태가 불량인 경우, 즉 공기 분배기(40) 내부의 가스켓에 손상(찢어짐)이 발생한 경우, 공기 분배기(40)가 완전히 닫혀 있는 상태임에도 불구하고 공기가 상기 손상 부위를 통해 연료전지 스택(10)으로 공급될 정도의 압력이 가해지도록 설정한다. 물론, 공기 분배기(40)의 기밀상태가 정상이라면 상기 기준 RPM에서 연료전지 스택(10)으로 공기가 공급되지 않는다.
가습기(30)는 연료전지 스택(10) 내부로 공급되는 공급기체를 가습하는 기능을 한다. 가습기(30)는 연료전지 스택(10)의 내부로 공급되는 공급기체와, 연료전지 스택(10)에서 배출되고 공급기체보다 수분 함량이 높은 배출기체가 내부에 유통될 수 있다.
가습기(30)의 내부에는 공급기체가 유동되는 유로와 배출기체가 유동되는 유로가 각각 마련될 수 있다.
예를 들면, 가습기(30)는 공급기체가 유동되는 유로가 중공사막 내부에 마련되고, 배출기체가 유동되는 유로가 중공사막이 설치되는 내부공간에 마련되어, 중공사막을 통하여 배출기체에서 공급기체로 수분이 전달될 수 있다.
공기 분배기(40)는 연료전지 스택(10)에서 수소 반응시 필요한 공기공급량 조절을 위한 기구로서, 일례로 공기 흐름을 위한 소정의 공기 통로를 갖는 하우징과, 플랩바디를 이용해 하우징의 공기통로를 개폐하는 플랩밸브와, 플랩밸브의 개폐를 제어하는 솔레노이드밸브로 구성될 수 있다.
공기 분배기(40)는 ACV(Air cut-off valve, 공기 차단 밸브)를 포함할 수 있다.
ACV는 차량의 운행 종료시(Key-off) 플랩밸브가 완전닫힘(Full Close)으로 전환되고, 반면 차량의 운행 시작시(Key-on) 플랩밸브가 완전열림(Full Open)으로 전환되는 방식으로 작동된다. 이때, 차량의 시동시 ACV가 완전히 닫힌 상태(연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기가 차단된 상태)에서 연료전지 스택(10)의 출력전압이 임계치를 초과하지 않으면 비로소 정상 시동이 이루어지며 이후 차량의 운행이 이루어진다.
또한, 공기 분배기(40)는 바이패스 유로를 가질 수 있다. 즉, 공기 분배기(40)는 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하지 않고 바로 배출할 수 있는 공기의 통로를 가질 수 있다.
또한, 공기 분배기(40)는 제어부(80)의 제어신호에 기초하여 ACV 내 플랩밸브의 각도를 조절(공기공급량 조절)할 수 있다. 즉, ACV의 각도를 조절하여 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기공급량을 조절할 수 있다.
도 2를 참조하면, 연료전지 시스템에서 공기는 공기 공급부(20)로부터 가습기(30)로 유입되고, 공기 분배기(40)를 통과하여 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다. 연료전지 시스템에서 배출되는 공기는 다시 공기 분배기(40)를 통과하여 가습기(30)로 유입되고, 공기압력밸브를 거쳐 연료전지 시스템의 외부로 배출될 수 있다.
수소 공급부(50)는 연료전지 스택(10)의 내부로 수소를 공급하는 역할을 한다. 수소 공급부(50)는 수소를 저장하는 수소 탱크, 수소 탱크로부터 연료전지 스택(10)으로 수소가 유동하는 경로인 공급관, 공급관을 개폐하는 밸브 및 밸브의 개폐를 제어하는 솔레노이드밸브로 구성될 수 있다.
워터트랩(60)은 연료전지 스택(10)에서 배출되는 물을 수용할 수 있다. 워터트랩(60)은 연료전지 스택(10)의 연료극(또는 애노드 전극)이나 공기극(또는 캐소드 전극)에서 배출되는 물을 수용할 수 있다.
연료전지 스택(10)의 내부의 가스의 유동에 의해 연료전지 스택(10)의 외부로 배출되는 물은 워터트랩(60)으로 유입되어 수용될 수 있다. 예를 들면, 수소 퍼징에 의해 연료전지 스택(10)의 외부로 배출되는 물도 워터트랩(60)으로 유입되어 수용될 수 있다.
워터트랩(60)의 내부에는 워터트랩(60) 내부의 물량을 감지하기 위한 수위 센서(미도시)가 설치될 수 있다.
수위 센서는 워터트랩(60) 내부의 물량이 일정 수위에 도달하는지를 감지하는 센서일 수 있다. 이 경우, 수위 센서는 물량이 일정 수위에 도달하는 것을 감지하여 제어부(80)에 신호를 제공할 수 있고, 제어부(80)는 이를 송신할 시 드레인 밸브(70)를 개방해 워터트랩(60) 내부의 물을 외부로 배출시킬 수 있다.
또는, 수위 센서는 워터트랩(60) 내부의 물량을 실시간으로 감지할 수 있는 센서일 수 있다.
드레인 밸브(70)는 워터트랩(60) 내부의 물량이 일정 수위에 도달할 시, 워터트랩(60) 내부의 물을 외부로 배출시키기 위해, 개방되도록 제어부(80)에 의해 제어될 수 있다.
제어부(80)는 연료전지 시스템의 구성 전반을 제어할 수 있다. 제어부(80)는 하나 이상의 제어부로 구성될 수 있다. 제어부(80)는 연료전지 시스템 각각의 구성들로부터 연료전지 시스템에 관한 정보 또는 신호를 획득할 수 있다.
제어부(80)는 프로세서와 메모리를 포함하는 것일 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구비될 수 있다. 프로세서는 이하에서 설명하는 과정들을 수행하기 위해, 상기 프로그램 명령들을 수행하도록 구비될 수 있다. 한편, 제어부(80)는 연료전지 시스템 외의 차량의 다른 장치에 구비된 제어부와 통합될 수도 있다.
제어부(80)는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비 휘발성의 컴퓨터 판독 가능 매체로써 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예로는, ROM, RAM, compact disc (CD)-ROMs, 마그네틱 테이프, 플로피 디스크, 플레시 드라이브, 스마트 카드와 광학 데이터 저장 장치가 있으며 이에 한정되지 아니한다.
제어부(80)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법의 제어순서도이고, 도 4는 도 3의 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 실시예에 따른 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법에 관하여 상술하기로 한다.
먼저, 제어부(80)는 기본 목표 공기공급량(A)과 기본 목표 운전온도(B)로 연료전지 시스템이 동작하도록 연료전지 시스템의 전반을 제어할 수 있다.
수위 센서는 워터트랩(60) 내의 물량을 감지할 수 있다(S100). 수위 센서는 감지된 물량에 기초하여, 제어부(80)로 신호를 제공할 수 있다.
제어부(80)는 수위 센서로부터 워터트랩(60) 내부의 물량에 관한 신호를 제공받을 수 있다. 이때, 제어부(80)는 주기적으로 수위 센서로부터 물량에 관한 신호를 제공받도록 프로그램 될 수 있다.
예를 들면, 수위 센서는 워터트랩(60) 내의 물량이 일정 수위에 도달할 시, 제어부(80)로 신호를 제공할 수 있다. 여기서, 신호를 제공한다고 함은, 일정 조건을 만족하기 전에는 신호를 제공하지 않다가 일정 조건을 만족 시 신호를 제공하는 것을 의미함은 물론이고, 일정 조건을 만족하기 전에는 오프셋 신호를 제공하다가 일정 조건을 만족 시 신호를 제공하는 것을 중단함으로써 실질적으로 신호를 제공하는 것도 의미하는 것으로 정의될 수 있다.
제어부(80)는 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다(S200). 제어부(80)는 수위 센서로부터 제공받은 신호에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
[표 1]
제어부(80)는 메모리에 기 저장된 정보와 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태가 건조상태인지, 정상상태인지, 과습상태인지를 판단할 수 있다(S210, S220, S230).
예를 들면, 제어부(80)는 워터트랩(60) 내의 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
제어부(80)는 워터트랩(60) 내의 물량이 7~25g인 것으로 감지되면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단할 수 있다(S220).
또는, 제어부(80)는 워터트랩(60) 내의 물량이 25g을 초과하는 것으로 감지되면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단할 수 있다(S230).
한편, 제어부(80)는 워터트랩(60) 내의 물량이 7g 미만인 것으로 감지되면, 습도상태를 판단하지 않을 수 있다. 이 경우, 습도상태를 판단하기에는 정보가 충분하지 않을 수 있기 때문이다. 이때에는 스택 내부가 건조상태인지 판단하는 단계(S210)는 건너뛰고 스택 내부의 습도상태가 정상상태인지 판단하는 단계(S220)나 과습상태인지 판단하는 단계(S230)로 넘어갈 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(80)는 퍼징 직후의 워터트랩(60) 내의 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다. 여기서 퍼징은 스택 내부로 공급되는 수소의 유량을 일시적으로 증가시켜 스택 내부의 물이 배출되도록 하는 수소 퍼징을 의미한다.
제어부(80)는 퍼징 직후 워터트랩(60) 내의 물량이 10~40g인 것으로 감지되면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단할 수 있다(S220).
또는, 제어부(80)는 퍼징 직후 워터트랩(60) 내의 물량이 40g 초과하는 것으로 감지되면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단할 수 있다(S230).
한편, 제어부(80)는 퍼징 직후 워터트랩(60) 내의 물량이 10g 미만인 것으로 감지되면, 습도상태를 판단하지 않을 수 있다. 이 경우, 습도상태를 판단하기에는 정보가 충분하지 않을 수 있기 때문이다. 이때에는 스택 내부가 건조상태인지 판단하는 단계(S210)는 건너뛰고 스택 내부의 습도상태가 정상상태인지 판단하는 단계(S220)나 과습상태인지 판단하는 단계(S230)으로 넘어갈 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(80)는 퍼징 전후로 워터트랩(60) 내의 물량 증가분에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
제어부(80)는 퍼징이 실시되는 시점을 기준으로, 퍼징이 실시되기 전과 퍼징이 실시된 후에 워터트랩(60) 내의 물량을 감지할 수 있다. 제어부(80)는 퍼징 전의 워터트랩(60) 내의 물량 대비 퍼징 후의 워터트랩(60) 내의 물량의 증가분을 판단할 수 있다. 제어부(80)는 판단된 물량의 증가분에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
이와 달리, 수위 센서에서 퍼징 전후의 물량의 증가분을 직접 감지하거나, 별도의 프로세서가 수위 센서로부터 물량에 관한 데이터를 제공받아 물량의 증가분을 계산할 수도 있다. 이 경우, 제어부(80)는 물량의 증가분을 수위 센서나 별도의 프로세서로부터 획득할 수 있다.
제어부(80)는 퍼징 전후 물량의 증가분이 3~15g인 것으로 판단되면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단할 수 있다(S220).
또는, 제어부(80)는 퍼징 전후 물량의 증가분이 15g을 초과하는 것으로 판단되면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단할 수 있다(S230).
한편, 제어부(80)는 퍼징 전후 물량의 증가분이 3g 미만인 것으로 판단되면, 습도상태를 판단하지 않을 수 있다. 이 경우, 습도상태를 판단하기에는 정보가 충분하지 않을 수 있기 때문이다. 이때에는 스택 내부가 건조상태인지 판단하는 단계(S210)는 건너뛰고 스택 내부의 습도상태가 정상상태인지 판단하는 단계(S220)나 과습상태인지 판단하는 단계(S230)으로 넘어갈 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(80)는 제어부(80)는 기 설정된 시간 동안의 워터트랩(60) 내의 물량 증가율에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
제어부(80)는 수위 센서로부터 기 설정된 시간 동안 기 설정된 시간 간격 별로 물량에 관한 데이터를 제공받을 수 있다. 제어부(80)는 수위 센서로부터 제공받은 데이터에 기초하여, 기 설정된 시간 동안의 워터트랩(60) 내의 물량 증가율을 계산할 수 있다. 제어부(80)는 계산된 물량 증가율에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
제어부(80)는 계산된 물량 증가율이 5g/min 미만이면, 스택 내부의 습도상태는 건조상태인 것으로 판단할 수 있다(S210).
또는, 제어부(80)는 계산된 물량 증가율이 5~20g/min 이면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단할 수 있다(S220).
또는, 제어부(80)는 계산된 물량 증가율이 20g/min 초과이면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단할 수 있다(S230).
제어부(80)는 물량 증가율을 계산시, 기 설정된 시간 동안 감지된 물량의 값들 중에 최저값과 최대값이 제외된 값들을 이용하여 계산할 수 있다. 제어부(80)는 물량 증가율을 계산시, 기 설정된 시간 동안 감지된 물량의 값들 중에 상위 일정 퍼센트의 값들과 하위 일정 퍼센트의 값들을 제외한 나머지 값들을 이용하여 계산할 수 있다. 이를 통해, 기 설정된 시간 동안의 물량의 증가 추이를 계산하는데 부적당한 값들을 제외시켜, 연료전지 시스템의 실제 습도상태를 보다 정확하게 반영하는 물량 증가율을 계산할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(80)는 드레인 밸브의 개방 주기에 관한 데이터에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있다.
드레인 밸브의 개방 주기에 관한 데이터는 드레인 밸브가 개방되도록 제어 신호가 생성 또는 제공되는 주기, 워터트랩 내의 물량이 드레인 밸브가 개방되는 물량에 도달하는 주기 등을 포함하는 것으로 정의될 있다. 즉, 드레인 밸브의 개방 주기에 관한 데이터는 실제 드레인 밸브의 개방 주기뿐만 아니라 드레인 밸브를 개방시키는 일정 조건에 도달하는 주기, 드레인 밸브를 개방시키기 위한 제어 신호가 생성되는 주기를 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
예를 들면, 드레인 밸브의 개방 주기에 관한 데이터는 워터트랩(60) 내의 물량이 기 설정된 시간 동안 드레인 밸브의 개방 조건인 일정 수위에 몇 회 도달하였는지에 관한 데이터를 포함할 수 있다.
드레인 밸브의 개방주기는 직전의 드레인 밸브 개방 시점으로부터 그 다음 드레인 밸브 개방 시점까지 연료전지에서 생성된 누적 전하량(coulomb, C)을 단위로 정의될 수 있다. 즉, 드레인 밸브의 개방주기는 C/회를 단위로 할 수 있다.
이때, 연료전지 시스템은 연료전지 시스템에서 생성되는 누적 전하량을 감지하는 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(80)는 감지부로부터 연료전지 시스템에서 생성되는 누적 전하량에 관한 데이터를 제공받을 수 있다.
제어부(80)는 드레인 밸브의 개방 주기가 100,000 C/회 초과인 것으로 판단되면, 스택 내부의 습도상태는 건조상태인 것으로 판단할 수 있다(S210).
또는, 제어부(80)는 드레인 밸브의 개방 주기가 5,000~100,000 C/회 인 것으로 판단되면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단할 수 있다(S220).
또는, 제어부(80)는 드레인 밸브의 개방 주기가 5,000 C/회 미만인 것으로 판단되면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단할 수 있다(S220).
제어부(80)는 스택 내부의 습도상태를 판단한 결과에 기초하여, 목표 공기공급량과 목표 운전 온도 중 적어도 어느 하나를 판단할 수 있다(S300). 목표 공기공급량은 연료전지 스택(10)의 내부로 유입되는 공기공급량의 목표값으로 정의될 수 있다. 목표 운전 온도는 연료전지 스택(10)의 운전 중 연료전지 스택(10)의 내부 온도의 목표값으로 정의될 수 있다.
제어부(80)는 목표 공기공급량 판단 시, 기 설정된 공기공급량 가변범위에 더 기초하여 판단할 수 있다. 공기공급량 가변범위는 연료전지 시스템의 성능 유지를 위해 필요한 공기공급량의 최소값과 최대값의 범위로 정의될 수 있다. 연료전지 스택의 성능을 일정 수준 이상으로 유지하기 위해서는 연료전지 스택의 내부 습도를 일정 범위 내에서 유지하는 것이 필요한데, 이를 위해서는 연료전지 스택의 내부로 공급되는 공기공급량이 일정 범위 내로 유지되는 것이 바람직하다.
공기공급량 가변범위는 연료전지 스택(10)의 운전 환경에 따라 변경될 수 있으며, 특정한 운전 환경들에 따른 공기공급량 가변범위들은 시뮬레이션이나 실험에 의해서 얻어져 제어부(80)에 저장될 수 있다.
제어부(80)는 S200단계에서 스택 내부의 습도상태가 건조상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 공기공급량에서 감소분(A1)을 뺀 값을 목표 공기공급량으로 계산할 수 있다(S311). 여기서, 감소분(A1)은 연료전지 시스템의 시뮬레이션이나 실험을 통해 획득된 값으로서, 메모리에 저장될 수 있다.
스택의 출력에 기초하여 계산된 이상적인 공기공급량을 1로 보았을 때, 기 설정된 공기공급량은 화학양론비(SR:Stoichiometry Ratio)의 약 1.8~2배로 설정될 수 있다. 따라서, 기 설정된 공기공급량은 스택의 출력에 따라 달리 설정될 수가 있다.
예를 들면, 감소분(A1)은 이상적인 공기공급량을 1로 보았을 때, 그 0.05배에 해당되는 값으로 판단될 수 있다. 즉, 예를 들어 제어부(80)는 스택에 현재 1.8 SR로 공기량이 공급되고 있는 상태에서 스택 내부가 건조상태인 것으로 판단될 시, 목표 공기공급량을 1.805 SR로 계산할 수 있다.
제어부(80)는 기 설정된 공기공급량 가변범위 내의 값이 되는 목표 공기공급량을 계산할 수 있다. 즉, 제어부(80)는 기 설정된 공기공급량에서 감소분(A1)을 뺀 값이 공기공급량 가변범위의 최소값보다 작은 경우, 공기공급량 가변범위의 최소값을 목표 공기공급량으로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(80)는 S200단계에서 스택 내부의 습도상태가 건조상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 운전온도에서 감소분(B1)을 뺀 값을 목표 운전온도로 계산할 수 있다(S312). 여기서, 감소분(B1)은 연료전지 시스템의 시뮬레이션이나 실험을 통해 획득된 값으로서, 메모리에 저장될 수 있다. 예를 들면, 감소분(B1)은 2℃ 정도로 설정될 수 있다. 2℃는 실험적으로 얻어진 값으로서, 스택 내부의 습도를 실질적으로 변화시키기 위해서 필요한 온도변화일 수 있다. 또한, 스택의 운전온도를 감지하는 온도센서의 오차범위를 고려하여 감소분(12)은 2℃ 정도로 설정될 수 있다.
제어부(80)는 S200단계에서 스택 내부의 습도상태가 정상상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 공기공급량을 목표 공기공급량으로 판단할 수 있다(S321). 즉, 제어부(80)는 스택 내부의 습도상태가 정상상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 공기공급량을 유지할 수 있다.
또한, 제어부(80)는 S200단계에서 스택 내부의 습도상태가 정상상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 운전온도를 목표 운전온도로 판단할 수 있다(S322). 즉, 제어부(80)는 스택 내부의 습도상태가 정상상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 운전온도를 유지할 수 있다.
제어부(80)는 S200단계에서 스택 내부의 습도상태가 과습상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 공기공급량에서 증가분(A2)을 더한 값을 목표 공기공급량으로 계산할 수 있다(S331). 여기서, 증가분(A2)은 연료전지 시스템의 시뮬레이션이나 실험을 통해 획득된 값으로서, 메모리에 저장될 수 있다.
예를 들면, 증가분(A2)은 이상적인 공기공급량을 1로 보았을 때, 그 0.05배에 해당되는 값으로 판단될 수 있다. 즉, 예를 들어, 제어부(80)는 스택에 현재 1.8 SR로 공기량이 공급되고 있는 상태에서 스택 내부가 과습상태인 것으로 판단될 시, 목표 공기공급량을 1.795 SR로 계산할 수 있다.
또한, 제어부(80)는 S200단계에서 스택 내부의 습도상태가 과습상태인 것으로 판단된 경우, 기 설정된 운전온도에서 증가분(B2)을 더한 값을 목표 운전온도로 계산할 수 있다(S332). 여기서, 증가분(B2)은 연료전지 시스템의 시뮬레이션이나 실험을 통해 획득된 값으로서, 메모리에 저장될 수 있다.
예를 들면, 증가분(B2)은 2℃ 정도로 설정될 수 있다. 2℃는 실험적으로 얻어진 값으로서, 스택 내부의 습도를 실질적으로 변화시키기 위해서 필요한 온도변화일 수 있다. 또한, 스택의 운전온도를 감지하는 온도센서의 오차범위를 고려하여 증가분(B2)은 2℃ 정도로 설정될 수 있다.
제어부(80)는 S300단계에서 판단된 목표 공기공급량 또는 목표 운전온도로 연료전지 시스템을 제어할 수 있다(S400).
예를 들면, 제어부(80)는 연료전지 스택(10) 내부로 목표 공기공급량이 유입되도록, 공기 공급부(20)와 가습기(30) 및 공기 분배기(40) 중 하나 이상에 제어 신호를 제공할 수 있다.
예를 들면, 제어부(80)는 연료전지 스택(10)가 목표 운전온도로 동작하도록, 공기 공급부(20), 가습기(30), 공기 분배기(40), 수소 공급부(50) 및 워터트랩(60) 중 하나 이상에 제어 신호를 제공할 수 있다.
한편, 제어부(80)는 감지된 물량에 기초하여, 드레인 밸브(70)가 개방되도록 제어할 수 있다(S500). 제어부(80)는 워터트랩(60) 내의 물량이 일정 수위에 도달한 것으로 감지되면, 드레인 밸브(70)가 개방되도록 제어 신호를 제공할 수 있다.
제어부(80)는 상기 S100~S500 단계를 반복해서 실시할 수 있다. 즉, 습도상태 판단방법은 워터트랩(60) 내의 물량을 재감지하는 단계와, 감지된 물량에 기초하여 스택 내부의 습도상태를 재판단하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 워터트랩(60) 내의 물량을 재감지하는 단계에는 워터트랩 내의 물량을 감지하는 단계(S100)에 관한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 스택 내부의 습도상태를 재판단하는 단계에는 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계(S300)에 관한 설명이 적용될 수 있다. 다만, S300단계에서 이전에 판단된 습도상태 판단결과는 일정 시간 동안 유지될 수 있다.
예를 들면, 제어부(80)는 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계(S300)에서 정상상태로 판단된 경우, 유지 시간(예를 들어 10분) 동안은 정상상태의 판단이 유지된 이후에, 재 감지된 물량에 기초해 스택 내부의 습도상태를 건조상태 또는 과습상태로 판단할 수 있다.
제어부(80)는 S300단계에서 습도상태가 정상상태로 판단된 경우, 유지 시간(위의 예에서 10분) 동안은 스택 내부의 습도상태를 재 판단하지 않을 수 있다. 또는, 제어부(80)는 유지 시간 동안에 감지된 물량에 기초하여 계산한 결과 건조 또는 과습상태에 해당되는 조건을 만족하는 것으로 판단되더라도, 유지 시간이 경과하기 전까지는 스택 내부의 습도상태가 건조 또는 과습상태인 것으로 판단하지 않을 수 있다.
한편, 제어부(80)는 재 감지된 물량에 기초해 판단한 스택 내부의 습도상태가 정상상태인 경우에는, 기존의 습도상태 판단결과를 유지할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(80)는 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계(S300)에서 건조 또는 과습상태로 판단된 경우, 유지 시간(예를 들면 5분) 동안은 건조 또는 과습상태의 판단이 유지된 이후에, 재 감지된 물량에 기초해 스택 내부의 습도상태를 정상상태로 판단할 수 있다.
제어부(80)는 S300단계에서 습도상태가 정상상태로 판단된 경우, 유지 시간(예를 들면 5분) 동안은 스택 내부의 습도상태를 재 판단하지 않을 수 있다. 또는, 제어부(80)는 유지 시간 동안에 감지된 물량에 기초하여 계산한 정상상태에 해당되는 조건을 만족하는 것으로 판단되더라도, 유지 시간이 경과하기 전까지는 스택 내부의 습도상태가 정상상태인 것으로 판단하지 않을 수 있다.
한편, 제어부(80)는 재 감지된 물량에 기초해 판단한 스택 내부의 습도상태가 직전에 판단한 습도상태와 동일한 경우에는, 직전의 습도상태 판단결과를 유지할 수 있다.
이를 통해, 연료전지 시스템이 일시적인 습도상태의 변화에 의해 공기공급량과 운전온도가 계속적으로 변화되지 않고, 한번 판단된 결과를 일정 시간 동안 유지하며 목표 공기공급량과 목표 운전온도로 동작됨으로써, 연료전지 시스템의 습도상태를 효과적으로 조절할 수 있는 이점이 있다. 차량이 운행 중에는 연료전지 시스템의 출력전력이 변동될 수 있고, 그에 따라 일시적으로 물량의 증감할 수 있다. 일시적인 물량의 증감시마다 연료전지 시스템의 목표 공기공급량과 목표 운전온도를 가변 시킨다면, 연료전지 시스템에 걸리는 부하가 과도해져 시스템의 소모전력이 지나치게 높아질 수 있을 뿐만 아니라, 연료전지 시스템의 습도상태를 일정하게 유지하는데도 방해가 될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 워터트랩(60) 내의 물량, 물량 변화율 또는 드레인 밸브 개방 주기는 스택 내부의 상대습도와 비슷한 추이를 보인다. 본 발명에서는 이와 같은 워터트랩(60) 내의 물량 등과 스택 내부의 습도상태와의 상관관계를 이용하여, 스택 내부의 실제 상대습도를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 다른 조건이 동일할 때, 차량의 운전 시간이 증가함에 따라 드레인 밸브가 개방되어 드레인이 실시되는 횟수는 점점 감소된다. 이는, 차량의 운전 시간이 증가함에 따라, 가습기의 가습 효과가 저하됨을 의미한다.
종래와 같이 연료전지 스택 내부로 유입되는 유체(수소, 산소 등)의 유량, 연료전지 스택 외부로 배출되는 유체(수소, 산소 등)의 유량 등에 기초한 스택 내부의 습도상태의 추정은 위와 같은 가습 효과의 저하를 반영하기 어렵다. 따라서, 습도상태의 추정이 부정확해지는 문제점이 있다.
본 발명에서는 가습 효과가 변화함에 따라 실제 변화되는 값인, 워터트랩 내의 물량에 관한 데이터(물량, 물량 변화율 등)를 이용하여 스택 내부의 습도상태를 판단하므로, 위와 같이 운전시간에 따른 가습 효과의 저하가 반영될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 습도상태 판단방법을 이용하면 보다 정확하게 스택 내부의 습도상태를 판단할 수 있는 이점이 있다.
또한, 종래 기술에서는 스택 내부의 스택상태를 추정하기 위해 필요한 유량 등을 측정하기 위해, 별도의 측정 센서를 연료전지 시스템에 구비하여야 한다. 그러나, 본 발명은 연료전지 시스템에 일반적으로 구비되는 워터트랩과 그 내부의 수위 센서(수위 센서는 드레인 밸브의 개방 시점을 감지하기 위해 구비되는 것이 일반적)를 그대로 이용할 수 있어, 별도의 추가적인 구성이 필요하지 않다. 따라서, 연료전지 시스템의 구성이 복잡해지거나 부피가 증가되지 않고, 구성이 간단해지고 계산 과정 및 관련 변수의 개수가 최소화 되므로, 진단의 신뢰도가 향상될 수 있다. 이는, 계산 과정이 늘어나고 변수의 개수가 증가함에 따라 누적 오차도 늘어날 수 있기 때문이다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 연료전지 스택
20 : 공기 공급부
30 : 가습기
40 : 공기 분배기
50 : 수소 공급부
60 : 워터트랩
70 : 드레인 밸브
80 : 제어부
20 : 공기 공급부
30 : 가습기
40 : 공기 분배기
50 : 수소 공급부
60 : 워터트랩
70 : 드레인 밸브
80 : 제어부
Claims (16)
- (a) 연료전지의 스택에서 배출되는 물을 수용하는 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계;
(b) 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하고,
스택 내부로 공급되는 가스의 유량을 일시적으로 상승시켜 스택 내부의 물 배출을 유도하는 동작을 퍼징(purging)이라고 할 때,
상기 (a)단계는,
퍼징이 실시되는 시점을 기준으로, 퍼징이 실시되기 전과 퍼징이 실시된 후에 상기 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계를 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 컨테이너는, 스택의 공기극 또는 연료극으로부터 배출되는 물을 수용하고,
상기 (a)단계에서는,
상기 컨테이너 내에 설치되어 물량을 감지하는 수위 센서를 이용하여, 상기 컨테이너 내의 물량을 감지하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (b)단계는,
퍼징 전의 상기 컨테이너 내의 물량 대비 퍼징 후의 상기 컨테이너 내의 물량 증가분에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 (b)단계에서는,
물량 증가분이 3~15g이면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단하고,
물량 증가분이 15g을 초과하면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (b)단계는,
기 설정된 시간 동안의 상기 컨테이너 내의 물량 증가율에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - (a) 연료전지의 스택에서 배출되는 물을 수용하는 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계;
(b) 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 (b)단계는,
기 설정된 시간 동안의 상기 컨테이너 내의 물량 증가율에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 (b)단계에서는,
물량 증가율이 5~20g/min이면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단하고,
물량 증가율이 20g/min 초과이면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단하고,
물량 증가율이 5g/min 미만이면 스택 내부의 습도상태는 건조상태인 것으로 판단하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 5에 있어서,
상기 (b)단계는,
기 설정된 시간 동안 감지된 물량의 값들 중에 최저값과 최대값이 제외된 값들을 이용하여, 물량 증가율을 계산하는 단계와,
계산된 물량 증가율에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
(c) 상기 컨테이너 내의 물량이 일정값에 도달 시, 응축수를 배출시키기 위해 드레인 밸브가 개방되도록 제어하는 단계를 더 포함하고,
상기 (b) 단계는,
상기 드레인 밸브의 개방 주기에 관한 데이터에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - (a) 연료전지의 스택에서 배출되는 물을 수용하는 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계;
(b) 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계; 및
(c) 상기 컨테이너 내의 물량이 일정값에 도달 시, 응축수를 배출시키기 위해 드레인 밸브가 개방되도록 제어하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는,
상기 드레인 밸브의 개방 주기에 관한 데이터에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하고,
드레인 밸브의 개방 주기의 단위(C/회)를 직전 드레인 밸브 개방 시점으로부터 그 다음 드레인 밸브 개방 시점까지의 연료전지에서 생성된 누적 전하량(coulomb, C)으로 정의할 때,
상기 (b)단계에서는,
드레인 밸브의 개방 주기가 5,000~100,000 C/회이면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단하고,
드레인 밸브의 개방 주기가 100,000 C/회 초과이면, 스택 내부의 습도상태는 건조상태인 것으로 판단하고,
드레인 밸브의 개방 주기가 5,000 C/회 미만이면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (b)단계는,
상기 컨테이너 내의 물량이 7~25g이면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단하고,
상기 컨테이너 내의 물량이 25g 초과이면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - (a) 연료전지의 스택에서 배출되는 물을 수용하는 컨테이너 내의 물량을 감지하는 단계;
(b) 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하고,
스택의 연료극으로 공급되는 수소 가스의 유량을 일시적으로 상승시켜 연료극 내부의 물 배출을 유도하는 동작을 수소 퍼징이라고 할 때,
상기 (b)단계는, 수소 퍼징 직후 상기 컨테이너 내의 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 판단하는 단계를 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 (b)단계에서는,
수소 퍼징 직후 상기 컨테이너 내의 물량이 10~40g이면, 스택 내부의 습도상태는 정상상태인 것으로 판단하고,
수소 퍼징 직후 상기 컨테이너 내의 물량이 40g 초과이면, 스택 내부의 습도상태는 과습상태인 것으로 판단하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
(c) 상기 (b)단계에서 판단된 스택 내부의 습도상태에 기초하여, 목표 공기공급량과 목표 운전온도 중 적어도 어느 하나를 판단하는 단계를 더 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 13에 있어서,
(d) 상기 (c)단계에서 판단된 목표 공기공급량 또는 목표 운전온도로 연료전지 시스템을 제어하는 단계를 더 포함하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 (c)단계에서는,
공기공급량 가변시의 최소 및 최대 변경값에 관한, 기 설정된 공기공급량 가변범위에 더 기초하여, 목표 공기공급량을 판단하는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법. - 청구항 1에 있어서,
(e) 상기 컨테이너 내의 물량을 재감지하는 단계;
(f) 감지된 물량에 기초하여, 스택 내부의 습도상태를 재판단하는 단계를 더 포함하고,
스택 내부의 습도상태는, 상기 (b)단계에서 판단한 결과로 기 설정된 유지 시간 동안은 유지되고, 상기 (f)단계에서 판단한 결과에 따라 유지되거나 변경되는, 연료전지 시스템의 습도상태 판단방법.
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