KR20080110526A - 순산소를 공급받는 연료 전지를 위한 정지 방법 - Google Patents

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소시에떼 드 테크놀로지 미쉐린
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Abstract

본 발명은 연료 전지(1)를 포함하는 전기 전달 시스템을 위한 정지 방법에 관한 것이며, 연료 전지는 산화제로서 순산소를 공급받고 전력 라인(10)에 전압을 전달하며, 상기 시스템은 애노드측의 연료 가스 회로(11)와, 캐소드측의 순산소 회로(12)를 포함하며, 상기 정지 방법은, 산소 가스의 공급이 차단되는 초기 단계와, 산소 회로의 압력이 수증기압에 도달할 때까지 유지 전류가 연료 전지로부터 견인되는 전기 소비 단계를 포함한다.
연료 전지, 순산소, 전기 전달 시스템, 정지 방법

Description

순산소를 공급받는 연료 전지를 위한 정지 방법{SHUT-DOWN PRECEDURE FOR A FUEL CELL FED WITH PURE OXYGEN}
본 발명은 연료 전지에 관한 것이며, 특히 자동차에 적용하는 연료 전지에 관한 것이다.
물리적 에너지의 전환이 발생하지 않고, 수소(연료)와 산소(산화제)로부터 전기화학적 산화환원 반응에 의해 직접 전기 에너지를 생성하는 연료 전지가 공지되어 있다. 이러한 기술은 특히 자동자의 적용에 유망한 것으로 보인다. 연료 전지는 대체로 일련의 개별 요소들을 포함하며, 각각의 요소는 기본적으로 폴리머 멤브레인에 의해 분리된 애노드와 캐소드로 구성되며, 이 폴리머 멤브레인은 애노드로부터 캐소드로 이온을 통과시킨다.
연료와 관련해서는, 수소 공급을 이용하거나, 또는 예컨대, 탄화수소를 자체 공급하는 리포머(reformer)에 의해 연료 전지 근처에서 반드시 수소가 생성된다. 산화제와 관련해서는, 압축 대기를 연료 전지에 공급하고 산소 비율이 감소된 과잉 공기를 연료 전지의 하류부로 배출하거나, 또는 순산소(pure oxygen)를 연료 전지에 공급한다. 순산소를 공급하는 후자의 방안은 많은 장점을 갖는데, 특히 현재 요구에 대한 연료 전지의 보다 동적인 반응에 있어서 그러하며, 이는 고정된 장치에서와 달리, 특히 간헐적 작동 조건이 가해지는 것으로 공지된 자동차와 같은 운송 수단에 적용하는 경우에 특히 유리하다. 또한, 순산소를 공급받는 연료 전지의 장점으로서, 효율과 전력 밀도가 더 좋으며, 대기에 함유된 이물질에 의한 오염이 전혀 없다는 것을 알 수 있다.
그러나, 이러한 경우에, 시스템이 공기에 존재하는 질소의 질식 효과로부터 도움을 받지 못하기 때문에 연료 전지의 정지는 즉각적이지 않다. 전기화학적 반응은 연료와 산화제 공급 밸브를 단순히 차단시킴으로써는 완전히 중단될 수 없다. 이는 연료 전지의 각 채널 내에 포획되어 남아있는 산소와 수소의 양이 전기화학적 반응을 유지하는데 충분하기 때문이며 이러한 반응은 몇 시간 동안 지속될 위험이 있다. 따라서, 전압이 연료 전지의 단자에 걸쳐 지속되어 안전을 위협한다. PEFC(폴리머 전해질 연료 전지)형 연료 전지의 경우에, 외부 전류 소비 없이 전압을 유지하는 것(즉, 개방 회로 전압)은 멤브레인을 급속히 열화시키는 메카니즘을 수반한다.
특허 출원 공개공보 제WO2005/088756 A1호는 연료 전지가 정지되는 동안 압력의 변화를 측정함으로써 누설을 감지하는 방법을 기술한다. 시스템의 압력은 재생 펌프에 의해 변화될 수도 있다.
특허 출원 공개공보 제WO2005/078845 A2호는 수소와 공기로 작동하는 전지를 정지시키기 위한, 소위 "촉매 분해 억제(catalyst degradation suppressing)" 방법을 제안한다. 최대 전위에서 나타나는 촉매 분해 메카니즘을 제한하기 위해, 전지 는 전압의 급강하를 유도하도록 상당한 전류를 견인함으로써 최소 시간 내에 정지된다. 차단(cut-off) 공정 동안, 수소 공급이 유지되고 압력이 전류에 의해 조절되는 반면, 공기 공급은 차단된다. 차단 방법은 수소가 불충분하게 공급되는 것을 방지하도록 설계된다. 폐가스를 소비하기 위해 저항이 이용된다. 이는 공기 연료 전지를 위한 차단 방법이며, 차단되는 동안 캐소드 회로는 대기로 통기되고 수소 공급이 유지된다.
특허 출원 공개공보 제WO2006/064893호는 공기 연료 전지를 위한 다른 차단 방법을 기술한다. 우선, 수소 공급이 차단된 후, 전류가 인가되며, 압력이 대기압 이하로 약간 강하될 때, 이 수준에서 압력을 지속시키기 위하여 수소 공급이 유지된다. 캐소드측에서, 정화 밸브(purge valve)를 통한 수소 누설을 저하시키도록 공기 공급이 먼저 유지된 후, 산소가 소비될 때까지 공기 공급이 차단된다. 밸브에서의 수소 누설을 방지하기 위하여 여러 구성이 제공된다. 개시된 마지막 실시예에서는, 부하 능력, 수소 밀도, 산소 밀도 및 전압 분포의 함수로서 차단 전류를 최대화하기 위하여 복잡한 계산이 제안된다. 20페이지의 22번째 줄 내지 26번째 줄의 내용에 따르면, 이온 교환 멤브레인에 손상을 줄 수도 있는, 이 기재에 따른 특정 임계치 이하로 압력이 강하되는 것을 방지하도록 모든 조치가 취해진다.
독일 특허 출원 공개공보 제100 59 393호는 순수소와 순산소를 공급받는 연료 전지를 위한 차단 방법을 기술한다. 이 특허 출원 공개공보는 다음의 순서를 기술한다. 먼저, 산소 공급이 차단된 후, 연료 전지에서 수소/산소 반응을 지속시키도록 하는 전류를 견인하기 위하여 가변성 전기 부하가 사용된다. 이후, 산소 압력이 예정된 임계치 이하로 강하될 때, 수소 및 산소 회로는 예정된 압력으로 낮아진 질소로 채워진다. 이는 연료 전지가 정지하도록 한다. 그러나, 이 방안은 질소의 저장이 가능할 것을 요구한다. 또한, 연료 전지의 후속 시동은 가스 회로 내의 질소의 존재로 인해 불가피하게 방해를 받는다.
또한, 특허 출원 공개공보 제WO2006/012954호도 순수소와 순산소를 공급받는 연료 전지를 차단하는 방법을 제안한다. 독일 특허 출원 공개공보 제100 59 393호와 달리, 특허 출원 공개공보 제WO2006/012954호는 순질소를 가지지 않고 공기 내 질소의 질식 효과의 도움을 얻도록, 차단 단계의 말단에서 캐소드 회로를 (불활성 가스가 없는) 대기로 채우도록 제안하고, 수소 압력을 대기압 근처의 수준으로 점진적으로 낮추도록 애노드 회로를 조절하도록 제안한다.
이러한 방안이 질소 공급에 의지하지 않고, 연료 전지의 빠른 정지 및 제어된 정지를 효과적으로 달성하지만, 정지된 전지는 연료 전지에서 공지된 문제점인 소정의 물이 특히 캐소드 회로에 남는 구성이며, 이는 결빙에 민감하여 0℃ 이하의 온도에서 시동에 문제를 일으킨다.
미국 특허 제6,068,942호는 먼저 산소 공급을 차단하고 산소의 부분압이 0.5bar 이하일 때 수소공급을 차단하는, 산소 또는 산소를 전달하는 대기를 공급받는 연료 전지의 차단방법을 제안한다. 미국 특허 제4,226,919호는 i) 시동 단계에서 수소가 산소 이전에 유입되고, ii) 차단 단계에서 산소가 수소 이전에 차단되며, iii) 작동 중 수소 압력 강하가 발생하면 산소 공급이 자동으로 차단되고, iv) 두 회로가 휴지 단계에서 수소로 채워지는 것을 보장하기 위한 공압식 밸브의 구성 을 제안한다.
미국 특허 출원 공개 공보 제2001/0055707호는 낮은 온도(< 0℃)에서의 저장을 위하여 차단 단계 동안에 산소 및 수소 회로를 질소로 세척하기 위한 시스템을 제안한다.
본 발명의 목적은 반드시 질소 공급을 필요로 하지 않으면서 연료 전지의 제어되고 신속한 정지를 달성하는 것으로, 즉, 내부 전기화학적 공정을 정지시킴으로써 연료 전지의 단자에 걸친 전체 전압이 0 근처로 효과적으로 강하되며 더 이상 가스의 소비가 없으며, 연료 전지가 매우 낮은 온도에서도 후속의 급속한 시동에 대해 양호한 상태로 있도록 하는 것이다,
전술한 제안들과는 달리, 본 발명은 가스 소비를 위한 보충을 하지 않음으로써, 두 회로 모두 높은 부분 진공압 수준에 도달하도록 하는 것을 제안한다. 사실, 종래 기술에서 공지된 어떤 문헌에서도 연료 전지를 차단했을 때 나타나는 부분 진공압을 활용하는 것을 제안하지 않으며, 오히려 반대로, 종래 기술은 연료 전지를 정지시켰을 때 가스 회로의 부분 진공압의 전개 또는 상당한 시간에 걸친 유지를 방지하는 것을 제안한다.
본 발명은 연료 전지를 포함하는 전기 전달 시스템을 위한 정지 방법을 제안하며, 연료 전지는 산화제로서 순산소를 공급받고 전력 라인에 전압을 전달하며, 상기 시스템은 애노드측의 연료 가스 회로와, 캐소드측의 순산소 회로를 포함하며,
상기 정지 방법은,
산소 가스의 공급이 차단되는 초기 단계와,
산소 회로의 압력이 수증기압에 도달할 때까지 유지 전류가 연료 전지로부터 견인되는 전기 소비 단계를 포함한다.
차단 단계동안 연료 전지로부터 견인되는 전류는 폐가스를 소비시킴으로써, 압력을 대기압 이하로 상당히 감소시키도록 한다. 충분히 밀봉된 연료 전지에 대하여, 연료 전지의 가스 회로에서 압력을 수증기압, 즉 예컨대, 60℃에서 약 0.2bar(절대 압력) 및 30℃에서 약 0.05bar(절대 압력)와 동일한 수준으로 도달시키는 것이 유리할 수 있다.
연료 전지 채널에 존재하는 물은 부분 진공 수준이 그 순간의 실제 온도에 대응하는 수증기압에 도달하자마자 기화된다. 물 분리기가 이미 시스템에 존재함으로써 연료 전지로부터 이러한 물을 제거하는 것이 쉬워진다. 이를 위하여, 예컨대, 시스템에 이미 존재하는 재순환 펌프에 의해 수증기를 물 분리기로 통과시키는 것이 필요하다. 따라서, 연료 전지는 연료전지의 전극과 멤브레인에 손상을 입히지 않고 매우 낮은 마이너스 온도에서 유지되도록 준비되어 있다. 또한, 물의 기화는 멤브레인이 균일하게 습하게 됨으로써 전도성이 있어 좋은 전기 성능을 보장한다. 또한, 연료 전지의 차단 이후에 불활성 가스가 존재하지 않기 때문에, 연료 전지는 급속한 시동에 적합한 구성으로 된다. 또한, 배출 가스(수소+산소)의 최소량이 잔존하기 때문에, 멤브레인과 전극 상에서 작동하는 전기화학적 분해 메카니즘이 방지된다.
실제로, 캐소드측에 소정의 산소량과 애노드측에 소정의 수소량이 반드시 남아있고 더 이상 반응하지 않는 연료 전지의 정지 상태에서, 두 가스를 동시에 완전히 소비시키는 것은 매우 어렵다. 다음과 같은 이유로 과잉 수소(또는 대체로 과 잉 연료 가스)로 있는 것이 바람직하다.
- 제거되는 물이 캐소드측에서 우세하므로, 최소 압력으로 물의 기화를 보장하기 위하여 모든 산소를 소비하는 것이 바람직하며,
- 1) 애노드측의 수소의 불충분한 공급 또는 부재, 2) 캐소드측의 산소의 존재, 3) 전류의 유지라는 3가지 조건의 조합은 분해 메카니즘, 특히 대체로 촉매를 지지하기 위해 사용하는 탄소의 급속한 부식을 초래하게 된다.
이러한 목적을 위해, 연료 전지를 차단하는 방법은 다음의 2가지 방법으로 제어될 수도 있으며, 이는, 연료 가스 이전에 산소가 모두 소비되는 것을 보장하도록 산소 공급의 차단에 대해 연료 가스 공급의 차단이 지연되거나, 또는 순산소와 연료 가스 공급이 동시에 차단되고, 양호하게는 주변 환경에 대한 소정의 산소의 정화가 이뤄지는 것이다. 이러한 다른 두 번째 방법은 이하에서 더욱 자세하게 설명된다.
그 외의 설명에서, 본 발명은 폴리머 멤브레인 형태의 전해질을 구비한 연료 전지 타입(즉, 폴리머 전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Fuel Cell)를 뜻하는 PEFC)을 고려하여 기술된다. 이는 운송 차량, 특히 자동차의 용도를 위한 양호한 실시예를 구성하지만, 이로 제한되지는 않는다. 연료 전지가 즉각적으로 정지하지 않을 때의 1가지 단점은 차량이 정지한 이후에 연료 전지를 냉각시키기 위한 시스템이 오랫동안 작동되어야 한다는 점이며, 그렇지 않으면 폴리머 멤브레인에 손상을 입히는 핫스팟(hot spot)이 발생할 위험이 있다. 또한, 개방 회로 전압을 유지하는 것은 멤브레인에 급속한 분해 메카니즘을 발생시킨다. 본 발명에 의해 제안 되는 정지 방법은 특히 이러한 타입의 연료 전지에 대한 이러한 단점을 제거할 수 있다.
도2는 폴리머 멤브레인 형태의 전해질을 구비한 타입의 (즉, PEFC 타입의) 연료 전지(1)를 도시한다. 2가지 가스, 즉 연료(저장된 수소 또는 차량 내에서 생산되는 수소)와 산화제[순산소(pure oxygen)]를 공급받는 연료 전지(1)는 전기화학적 전지의 전극에 공급된다. 간단한 도시를 위하여, 도2는 본 발명이 쉽게 이해되도록 가스 회로의 요소들만 도시한다.
설비는 애노드측에 연료 가스 회로(11)를 포함한다. 도면은 수소 공급 밸브(110)를 통한 다음 이젝터(113)를 통하여 관류하는 공급 라인에 의하여 연료 전지(1)의 애노드 회로의 유입구에 연결된 순수소(pure hydrogen, H2)의 탱크를 도시한다. 압력 센서(111)는 연료 전지(1)의 유입구 바로 이전 라인에 설치된다. 재생 회로(11R)는 연료 전지(1)의 애노드 회로의 출구에 연결된다. 이젝터(113)와 재순환 펌프(115)는 물 분리기(114)를 통해 소비되지 않은 가스를 재생하고 탱크로부터 유입되는 신선한 가스와 혼합하는데 사용된다.
또한 설비는 캐소드측에 산화제 가스 회로(12)를 포함한다. 도면은 산소 공급 밸브(120)를 통한 다음 이젝터(123)를 통하여 관류하는 공급 라인에 의하여 연료 전지(1)의 캐소드 회로의 유입구에 연결된 순산소(O2)의 탱크를 도시한다. 압력 센서(121)는 연료 전지(1)의 유입구 바로 이전 라인에 설치된다. 재생 회로(12R) 는 연료 전지(1)의 캐소드 회로의 출구에 연결된다. 이젝터(123)와 재순환 펌프(125)는 물 분리기(124)를 통해 소비되지 않은 가스를 재생하고 탱크로부터 유입되는 신선한 가스와 혼합하는데 사용된다. 연료 전지(1)의 가스 출구에 바로, 산소 회로를 대기로 통기시키기 위한 정화 밸브(122)가 있다.
연료 전지(1)는 DC 전압을 전달하는 전력 라인(10)에 연결된다. 도2는 전력 라인(10)에 연결된 전기 부하와 연료 전지를 절연하기 위한 스위치(10A)를 도시한다. 연료 전지(1)는 전력 관리 유닛(14, 도2 참조)에 DC 전류를 전달한다. 연료 전지에 의해 전달되는 DC 전류는 전력 관리 유닛(14)에서 측정된다. 전력 관리 유닛(14)은 기본적으로 DC/AC 변환기와 자동차의 1개 이상의 구동 휠(미도시)에 기계적으로 결합된 전기 기계로 구성되는 소정의 장치, 예컨대 자동차용 전기 견인 모듈(electric traction module)에 의해 형성된 부하(18)의 일 측부에 연결된다. 또한 전력 관리 유닛(14)은 예컨대 수퍼 커패시터의 뱅크(17)와 같은 다른 전기 로드에도 연결된다.
따라서, 연료 전지(1)는 소정 장치[로드(18)] 또는 수퍼 커패시터의 뱅크(17), 또는 양쪽의 장치 모두에 전기를 전달할 수 있다. 수퍼 커패시터의 뱅크(17)는 전기 에너지를 수용하고 저장할 수도 있으며, 또는 전기 에너지를 전기 견인 모듈[로드(18)]에 전달할 수도 있다. 전력 관리 유닛(14)은 차량 운전자에 의한 지시 또는 전기 전달 시스템의 상태에 따라 전력 순환을 조절한다.
또한, 연료 전지 차단 방법에 필요한 유지 전류(hold current)를 견인하기 위한 모든 상황하에서 가능하도록, 전자 변량기(electronic variator)와 관련된 저 항기(19)가 연료 전지의 단자, 즉 스위치(10A)의 상류부에 직접 연결된다.
연료 전지(1)는 제어 유닛(15)에 의해 제어된다. 이러한 제어 유닛(15)은 전력 라인(10)에 존재하는 전압을 측정하기 위한 장치(13)와 정지 공정을 위한 트리핑 부재(tripping member; 16) (예컨대, 접속 키)로부터, 수소 회로[센서(111)]와 산소 회로[센서(121)]의 절대 압력 센서로부터 정보를 수신한다. 제어 유닛은 또한 다양한 밸브(110, 120, 122)의 작동을 제어한다.
도1은 연료 전지(1)의 정지를 잘 제어하기 위해 제안된 작동 순서를 도시한다. 키 또는 스위치를 통한 운전자 또는 차량 감시를 위한 임의의 안전 시스템은 연료 전지의 정지를 요구하는 신호를 제어 유닛(15)으로 송신한다. 정지 신호가 수신될 때, 초기 단계는 산소와 수소 공급 밸브를 폐쇄되도록 한다. 이를 위하여, 연료 전지(1)의 제어 유닛(15)은 산소 공급 밸브(120)와 수소 공급 밸브(110)를 폐쇄하기 위하여 전기 신호를 송신한다. 도1은 이러한 초기 단계를 나타내는 "O2+H2 정지" 작동의 본 발명에 따른, 순산소를 공급받는 연료 전지의 정지를 제어하기 위한 일 특정 방법을 도시한다.
연료 전지(1)의 제어 유닛(15)은 도1의 "Is 제공(establish Is)"으로 표시되는 작지만 전지의 채널에 남아있는 가스를 소비하기에는 충분한 전류(Is)가 제공되는 것을 확인한다. 부하(18)와 수퍼 커패시터의 뱅크(17)가 전류를 흡수하지 못하도록 하는 것이 가능하기 때문에, 제어 유닛(15)은 차단 공정에 필요한 전류(Is)가 항상 확실히 흡수될 수 있도록 저항기(19)의 전자 접촉자를 제어한다. 선택적으 로, 전류(Is)는 전지의 상태(온도, 전지의 모든 요소들 사이의 전압 분포 등)에 따라 조절될 수도 있다. 이러한 전류(Is)의 사용은 이후에 기술된다.
압력은 수증기의 온도에 의존하는 경향이 있다. 금속 쌍극 플레이트의 사용과 같은 적절한 구조적 수단에 의해, 연료 전지의 밀봉이 잘 이뤄져 약 60℃에서 200mbar, 즉 30℃에서 50mbar의 압력 수준을 달성할 수 있다.
차단 공정의 말단에서 약간의 수소 과잉을 보장하기 위하여, 연료 전지의 제어 유닛(15)은 "O2 정화 개방" 작동으로 표시되는, O2 정화 밸브를 개방하도록 한다. 수소 이전에 산소가 모두 소비되도록 보장하기 위해 결정된 수준(S)에 캐소드 회로의 압력이 도달할 때, 제어 유닛(15)은 "O2 정화 폐쇄" 작동으로 표시되는, O2 정화 밸브를 폐쇄하도록 한다.
마지막으로, 연료 전지의 단자에 걸친 전압(V)이 상기 임계치(Vmin)이하일 때, 연료 전지(1)의 제어 유닛(15)은 전지로부터 견인되는 이송 전류가 차단되는 최종 단계를 수행한다. 전지 전압이 충분히 낮은 수준으로 강하될 때, 전지는 정지되는 것으로 고려될 수 있다.
양호하게는, 실패 없이 잠재 가스 잔여물을 소비하고 차단 이후에 전압이 상승하지 못하게 하기 위하여, 저항기(미도시, 예컨대, 50 옴)는 각각의 전지 요소 또는 2개나 3개의 연료 전지 전지 요소로 이뤄진 그룹에 영구적으로 연결된다.
본 발명에 의해 제안된 정지 방법의 다른 장점은 정지시 연료 전지가 빠른 시동을 위한 적합한 구성이라는 것이다.
도3의 곡선은 연료 전지(1)가 이러한 방법을 사용하여 차단되는 동안의 몇 개의 파라미터의 변이를 도시한다. 정지 방법의 시작 지시는 t0(초기 단계)에서 발생한다. 처음의 두 곡선은 애노드 회로와 캐소드 회로의 각각에서 압력의 변이를 도시한다. 네 번째 곡선은 전류값(Is)이 어느 순간 이후에 전지로부터 견인되고 차단 공정이 완료되는 시점에서 t4(최종 단계)로 유지되는 것을 표시한다. t0에서, 세 번째 곡선은 애노드 회로의 압력(2번째 곡선)이 t1에서 임계치(S)에 도달할 때까지 캐소드 회로의 정화 밸브가 개방되어 유지되는 것을 나타낸다. t1 내에서, 두 번째 회로는 폐쇄되고 전류가 계속 흡수된다는 사실만으로 가스 압력이 감소한다.
애노드 회로의 부피와 캐소드 회로의 부피가 동일하면, 화학량적인 관계를 고려할 때, 가스 소비량은 수소부에서 약 2배 높다. 산소 압력[P(O2)를 제공하는 두 번째 곡선]은 시간 t2에서 대기압 이하로 떨어진다. 수소 압력[P(H2)를 제공하는 첫 번째 곡선]은 시간 t3에서 대기압 이하로 떨어진다.
캐소드 회로의 잔류 압력을 한정하는 임계치(S)가 정화(시간 t1) 이후에 형성됨으로써, 전류가 불충분하게 공급된 수소와 동시에 견인되는 상황을 방지하기 위하여, 산소는 수소 이전에 완전히 소비되고, 폴리머 멤브레인과 관련된 촉매를 지지하기 위해 사용한 탄소의 부식을 초래한다. 시간 t4에서, 산소는 완전히 소비되고 캐소드 회로의 잔류 압력은 수증기압과 일치한다. 연료 전지에 나타나는 전 압(연료 전지의 전압을 제공하는 다섯 번째 곡선)은 그 결과 0에 근접하여, 전지는 차단된 것으로 간주된다. 이후, 시간 t4와 t5사이에 탈기 단계가 이어지며, 이 동안에 재순환 라인에서 제공된 물 분리기에서 수증기의 응축을 촉진시키기 위하여 예컨대, 재순환 펌프를 가동시킴으로써, 캐소드 회로에서 증기 형태로 나타나는 물이 쉽게 제거된다.
양호하게는, 필요시, 정지 부재가 작동한 이후와 산소 및 수소 공급 밸브가 폐쇄되기 이전에, 수퍼 커패시터의 뱅크에 전기 에너지를 최대한 저장한 상태로 차량을 정지시키기 위하여, 전기 에너지 저장 장치의 충전의 수준이 점검되며, 이 충전 수준이 높은 임계치 미만인 경우에는 전지는 작동을 유지하고 에너지 유지 유닛은 전기 에너지 저장 장치를 재충전시키기 위한 재충전 모드로 전환되고, 그 후, 충전 수준이 상기 높은 임계치 이상일 때, 산소 및 수소 공급 밸브는 폐쇄된다. 이는 차량의 후속 재시동시에 매우 유용하다.
도1은 순산소를 공급받는 연료 전지의 정지 방법의 블록 선도.
도2는 순산소를 공급받는 연료 전지를 이용하는 전력 생산 시스템의 개략도.
도3은 순산소를 공급받는 연료 전지의 정지를 도시하는 여러 가지의 타이밍의 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 연료 전지
10: 전압 라인
11: 연료 가스 회로
11R: 재생 회로
14: 전력 관리 유닛
17: 수퍼 커패시터의 뱅크
110: 수소 공급 밸브
120: 산소 공급 밸브

Claims (6)

  1. 연료 전지(1)를 포함하는 전기 전달 시스템을 위한 정지 방법이며,
    연료 전지는 산화제로서 순산소를 공급받고 전력 라인(10)에 전압을 전달하며, 상기 시스템은 애노드측의 연료 가스 회로(11)와, 캐소드측의 순산소 회로(12)를 포함하며,
    상기 정지 방법은,
    산소 가스의 공급이 차단되는 초기 단계와,
    산소 회로의 압력이 수증기압에 도달할 때까지 유지 전류가 연료 전지로부터 견인되는 전기 소비 단계를 포함하는 정지 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연료 가스 공급의 차단은 모든 산소가 연료 가스 이전에 소비되는 것을 보장하기 위하여 산소 공급의 차단에 대하여 지연되는 정지 방법.
  3. 제1항에 있어서, 순산소와 연료 가스의 공급이 동시에 차단되는 정지 방법.
  4. 제3항에 있어서, 캐소드측의 순산소 회로(12)가 상기 산소 회로를 대기로 통기시키기 위한 수단을 포함하는 시스템에 대하여,
    전기 소비 단계의 시작시, 산소가 수소 이전에 모두 소비되는 것을 보장하기 위하여 산소 회로의 압력이 대기압보다 높은 예정된 압력(S)으로 강하할 때까지 산 소 회로는 대기 또는 비활성 가스와 소통하게 되는 정지 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템에서 연료 전지는 전해질로서 폴리머 멤브레인을 사용하는 정지 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템은 차량에 설치되는 정지 방법.
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