KR20100060329A - Operating method in fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for operating a fuel cell system is provided to prevent the lifetime reduction of a fuel cell stack by rapidly coping with a dynamic load which is combined with the fuel cell stack and to efficiently use hydrogen without a recovery device of the hydrogen which is discharged from the fuel cell. CONSTITUTION: A method for operating a fuel cell including a fuel cell stack and a hydrogen supply control device comprises the following step: monitoring an internal hydrogen pressure in the fuel cell stack and inputting a measured pressure value to a central controller; extracting hydrogen quantity which is supplied based on the size and distribution of the hydrogen pressure data by analyzing the hydrogen pressure data; controlling the hydrogen supply based on the difference of the supplied pressure quantity and used hydrogen quantity.

Description

연료전지의 시스템의 운전방법{Operating method in fuel cell system}Operating method in fuel cell system

본 발명은 연료전지 시스템의 운전방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동적 부하에 의한 요구출력의 변화 시 연료전지 스택의 어노드측 수소를 연료전지의 출력에 맞게 공급함으로써 효과적으로 동적 부하에 대응할 수 있으며 효율적인 수소의 사용이 가능하고 라인내부의 수소량이 적정함에 따라 안정성 또한 얻을 수 있는 연료전지 시스템의 수소공급제어기법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a fuel cell system, and more particularly, it is possible to effectively cope with dynamic loads by supplying hydrogen on the anode side of the fuel cell stack according to the output of the fuel cell when the required output is changed by the dynamic load. The present invention relates to a hydrogen supply control technique of a fuel cell system which enables efficient use of hydrogen and stability as the amount of hydrogen in the line is appropriate.

통상, 연료전지는 연료에너지를 직접 전기에너지로 바꾸는 발전 시스템으로서, 저공해와 고효율의 이점이 있다.In general, a fuel cell is a power generation system that directly converts fuel energy into electrical energy, and has advantages of low pollution and high efficiency.

특히, 연료전지는 저장 및 운송이 용이한 석유 에너지, 천연가스, 메탄올 등의 에너지원을 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있기 때문에 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.In particular, fuel cells are attracting attention as next-generation energy sources because they can generate electrical energy using energy sources such as petroleum energy, natural gas, and methanol, which are easy to store and transport.

이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형, 융용탄산염형, 고체 산화물형, 고분자 전해질형, 알칼리형 연료전지 등으로 구분되어지며, 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전동도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. These fuel cells are classified into phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, polymer electrolyte type, and alkaline type fuel cell according to the type of electrolyte used, and each of these fuel cells basically operates on the same principle. However, the type of fuel used, the driving behavior, the catalyst and the electrolyte are different.

고분자 전해질형 연료전지는 수소 이온 교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로써 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 특성을 가지며, 구조가 간단하며 빠른 시동과 응답특성, 우수한 내구성을 가지고, 아울러 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있어 자동차의 동력원, 분산형 현지설치용 발전기, 군수용 비상전원, 우주선용 전원 등의 다양한 분야에 응용하기에 적합하다. The polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell that uses a polymer membrane having hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte, and has a high output characteristic with a higher current density than other types of fuel cells. In addition, since methanol and natural gas can be used as fuel in addition to hydrogen, it is suitable for various fields such as automobile power source, distributed on-site generator, military emergency power source and spacecraft power source.

도 1은 일반적인 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지 스택을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a fuel cell stack using a general polymer membrane as an electrolyte.

도 1에 도시한 바와 같이, 연료전지 스택은 기본적으로 고분자 전해질막과 이 전해질막의 양면에 접합되는 에노드 전극 및 캐소드 전극을 포함한다. 전해질막, 에노드 전극 및 캐소드전극은 소위 막-전극 어셈블리(MEA)로 불리는 단위전지를 구성한다.As shown in FIG. 1, the fuel cell stack basically includes a polymer electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode bonded to both surfaces of the electrolyte membrane. The electrolyte membrane, anode electrode and cathode electrode constitute a unit cell called a membrane-electrode assembly (MEA).

전기화학적 반응성, 이온 전도성, 전자 전도성, 연료 또는 산화제 전달성, 부산물 전달성, 계면 안정성 등에 대한 성능 향상을 위해 에노드 전극과 캐소드 전극은 백금 촉매층과 확산층을 각각 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.In order to improve performance on electrochemical reactivity, ion conductivity, electron conductivity, fuel or oxidant transfer, by-product transfer, interfacial stability, etc., the anode electrode and the cathode electrode preferably include a platinum catalyst layer and a diffusion layer, respectively.

또한, 연료전지 스택은 단위전지들 사이에 설치되는 바이폴라 플레이트와 단위전지의 일측면과 엔드 플레이트 사이에 설치되는 모노폴라 플레이트를 포함한다.In addition, the fuel cell stack includes a bipolar plate installed between the unit cells and a monopolar plate installed between one side of the unit cell and the end plate.

이들 플레이트는 전기적 절연 특성을 구비하며 그것들의 일면 또는 양면에는 연료 공급을 위한 유동유로가 설치된다.These plates have electrical insulation properties and one or both of them are provided with flow passages for fuel supply.

복수의 단위전지와 플레이트들의 적층체는 한 쌍의 엔드 플레이트와 체결부재에 의해 가압된 채로 고정된다.The stack of unit cells and plates is fixed while being pressed by a pair of end plates and fastening members.

전술한 연료전지 스택의 작동원리는 다음과 같다.The operating principle of the fuel cell stack described above is as follows.

먼저, 에노드 전극에 수소가 공급되고 캐소드 전극에 산소 혹은 산소를 포함한 공기가 공급되면, 에노드측의 공급된 수소가 백금 촉매층에서 전자와 수소이온으로 불리되어 전자는 외부도선을 따라 이동하고 수소이온은 전해질 막을 통해 이동한 후 캐소드 측에서 산소와 전자 그리고 수소이온이 만나 물을 생성한다. 이때 외부 회로를 통해 이동하는 전자에 의해 전기에너지가 얻어지게 된다.First, when hydrogen is supplied to the anode electrode and oxygen or oxygen-containing air is supplied to the cathode electrode, the supplied hydrogen on the anode side is called electrons and hydrogen ions in the platinum catalyst layer so that the electrons move along the outer conductor and the hydrogen After the ions move through the electrolyte membrane, oxygen, electrons and hydrogen ions meet on the cathode side to generate water. At this time, electrical energy is obtained by electrons moving through an external circuit.

도 1을 참조하면, 연료전지 스택은 전기가 발생되는 부분이고, 수소공급 제어장치는 수소저장탱크로부터 연료전지 스택으로 공급되는 수소를 제어하는 장치이다.Referring to FIG. 1, a fuel cell stack is a portion in which electricity is generated, and a hydrogen supply control device is a device for controlling hydrogen supplied from a hydrogen storage tank to a fuel cell stack.

연료전지 시스템에서 출력은 외부 부하에 따라 변할 수 있기 때문에, 연료전지 스택에서의 수소와 산소 소모량도 달라진다.In a fuel cell system, the output can vary with external loads, so the hydrogen and oxygen consumption in the fuel cell stack also varies.

공급되는 산소는 연료전지 출력에 있어 중요하지만 공기펌프 외 기타장치를 통해 충분한 양을 공급하는 것이 가능하나 수소의 경우에는 저장탱크의 한계로 인하여 효율적인 이용이 필요하다.Oxygen supplied is important for fuel cell output, but it is possible to supply a sufficient amount through air pumps and other devices, but in the case of hydrogen, efficient use is needed due to the limitation of the storage tank.

수소공급 제어장치는 변하는 부하에 따른 수소의 소모량에 맞게 필요한 수소량을 공급하기 위한 제어장치이다.The hydrogen supply control device is a control device for supplying the required amount of hydrogen according to the consumption of hydrogen according to the changing load.

한편, 공급되는 수소의 양이 사용되는 수소의 양보다 적을 경우 연료부족으 로 인한 연료전지 성능저하가 일어나고 이는 내구성에 문제를 일으킬 수 있으므로 성능저하가 일어나기전에 충분한 수소를 공급하기 위한 방안을 마련해 두어야 한다. 반대로 공급되는 수소의 양이 사용되는 수소의 양보다 많을 경우에는 수소측 압력증가로 인해서 산소측과 압력차이가 발생하게 되고 이로 인하여 성능저하가 나타날 수 있다.On the other hand, if the amount of hydrogen supplied is less than the amount of hydrogen used, deterioration of fuel cell performance may occur due to fuel shortage, which may cause durability problems. Therefore, a plan for supplying sufficient hydrogen before deterioration occurs must be prepared. do. On the contrary, when the amount of hydrogen supplied is larger than the amount of hydrogen used, the pressure difference with the oxygen side occurs due to the increase in pressure on the hydrogen side, which may result in a decrease in performance.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 외부 부하 변동 시 연료전지에서 필요로 하는 적정수준의 수소를 공급하는 방법을 제공함에 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, and to provide a method for supplying an appropriate level of hydrogen required by a fuel cell when an external load is changed.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연료전지 스택과 수소공급 제어장치를 포함하는 연료전지의 시스템의 운전방법에 있어서, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택의 내부 수소압력을 감시하되, 연료전지 내부 수소의 압력을 측정하기 위한 압력측정장치가 연료전지 스택의 수소측 출구쪽에 연결되어, 측정된 압력값과 기준구간압력을 비교하여, 수소공급장치에 (ON)/오프(OFF)신호를 전달하는 중앙제어장치에 입력하는 단계; 상기 수소압력 데이터를 분석하여 이 수소압력 데이터의 크기와 분포에 기반하여 공급되는 수소량을 추출하는 단계; 상기 공급되는 수소량과 사용되는 수소량의 차이에 따른 압력변화에서, 설정구간 내에서 최소기준압력 이하로 떨어질 때, 수소공급장치를 온(ON)시켜 수소공급을 개시하고, 최고기준압력 이상으로 올라갈 때, 수소공급장치를 오프(OFF)시켜 수소 공급을 차단하는 수소공급제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell stack and a method of operating a fuel cell system including a hydrogen supply control device, the interior of the fuel cell stack for generating electrical energy by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen A pressure measuring device for monitoring the hydrogen pressure and measuring the pressure of the hydrogen inside the fuel cell is connected to the hydrogen side outlet of the fuel cell stack, comparing the measured pressure value with the reference section pressure, and turning on the hydrogen supply device (ON). Inputting to a central controller which transmits / OFF signals; Analyzing the hydrogen pressure data to extract the amount of hydrogen supplied based on the size and distribution of the hydrogen pressure data; In the pressure change according to the difference between the amount of hydrogen supplied and the amount of hydrogen used, when the pressure falls below the minimum reference pressure within the set period, the hydrogen supply device is turned on to start the hydrogen supply, and the pressure is higher than the maximum reference pressure. When up, it is characterized in that it comprises a hydrogen supply control step of shutting off the hydrogen supply by turning off the hydrogen supply device (OFF).

본 발명에 따르면, 동적 부하에 의한 요구출력의 변화 시 연료전지 스택의 어노드측 수소를 연료전지의 출력에 맞게 공급함으로써 효과적으로 동적 부하에 대응할 수 있으며 효율적인 수소의 사용이 가능하고 라인내부의 수소량이 적정함에 따라 안정성 또한 얻을 수 있는 등의 넓은 장점을 가질 수 있다. According to the present invention, when the required output is changed by the dynamic load, the anode side of the fuel cell stack is supplied with the output of the fuel cell according to the output of the fuel cell to effectively cope with the dynamic load, and the efficient use of hydrogen and the amount of hydrogen in the line This titration can have a wide range of advantages, such as stability.

이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 을 상세히 설명한다.Hereinafter, in accordance with an embodiment of the present invention based on the accompanying example drawings will be described in detail.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 연료전지 시스템에서의 운전방법에 관한 제어 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 구성을 나타낸 블록도이다. 2 is a control flowchart illustrating a method of operating a fuel cell system according to an exemplary embodiment, and FIG. 3 is a block diagram showing a fuel cell configuration according to an embodiment of the present invention.

도면에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른, 연료전지 스택과 수소공급 제어장치를 포함하는 연료전지의 시스템의 운전방법은, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택의 내부 수소압력을 감시하되, 연료전지 내부 수소의 압력을 측정하기 위한 압력측정장치(P)가 연료전지 스택의 수소측 출구쪽에 연결되어, 측정된 압력값과 기준구간압력을 비교하여, 수소공급장치에 (ON)/오프(OFF)신호를 전달하는 중앙제어장치에 입력하는 단계; 상기 수소압력 데이터를 분석하여 이 수소압력 데이터의 크기와 분포에 기반하여 공급되는 수소량을 추출하는 단계; 상기 공급되는 수소량과 사용되는 수소량의 차이에 따른 압력변화에서, 설정구간 내에서 최소기준압력 이하로 떨어질 때, 수소공급장치를 온(ON)시켜 수소공급을 개시하고, 최고기준압력 이상으로 올라갈 때, 수소공급장치를 오프(OFF)시켜 수소 공급을 차단하는 수소공급제어단계를 포함하여 이루어진다.As illustrated in the drawings, according to an embodiment of the present invention, a method of operating a fuel cell system including a fuel cell stack and a hydrogen supply control device generates electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The internal hydrogen pressure of the fuel cell stack is monitored, and a pressure measuring device (P) for measuring the pressure of hydrogen in the fuel cell is connected to the hydrogen side outlet of the fuel cell stack, and the measured pressure value is compared with the reference section pressure. Inputting to the central control unit for transmitting an (ON) / off (OFF) signal to the hydrogen supply device; Analyzing the hydrogen pressure data to extract the amount of hydrogen supplied based on the size and distribution of the hydrogen pressure data; In the pressure change according to the difference between the amount of hydrogen supplied and the amount of hydrogen used, when the pressure falls below the minimum reference pressure within the set period, the hydrogen supply device is turned on to start the hydrogen supply, and the pressure is higher than the maximum reference pressure. When up, it comprises a hydrogen supply control step of shutting off the hydrogen supply by turning off the hydrogen supply device.

또한, 기준출력에 필요한 수소량의 두배 혹은 그 이상의 수소를 수소공급장치에서 주기적으로 온(ON)/오프(OFF)시킨 후 연료전지의 외부 부하의 크기에 따라 측정된 데이터를 바탕으로 온(ON)/오프(OFF)시간 주기를 추출하여, 이를 바탕으로 상기 수소공급량을 조절하도록 하는 기법이 채용된다.In addition, by periodically turning on / off hydrogen twice the amount of hydrogen required for the reference output in the hydrogen supply device and then turning it on based on the data measured according to the magnitude of the external load of the fuel cell. The technique of extracting a) / OFF time period and adjusting the hydrogen supply amount based on this is employed.

여기에서, 상기 출력은 수학식

Figure 112008081913903-PAT00001
의 온/오프 제어 관계식으로 계산하는 것이 바람직하다.Wherein the output is:
Figure 112008081913903-PAT00001
It is preferable to calculate by the on / off control relation of.

또한, 연료전지 외부 부하의 변화에 따라 높아지는 연료전지 출력값을 실시간 측정하는 압력측정장치(P)와, 측정된 출력값에 따라 측정된 데이터를 바탕으로 실시간 계산된 온(ON)/오프(OFF)시간으로 수소공급을 제어하는 중앙제어장치를 통해, 상기 연료전지 스택의 캐소드측 산소공급량은 제어되는 수소공급량에 맞게 충분히 공급되어지고, 어노드와 캐소드측의 출구쪽은 평상시 닫힌구조로, 일정시간간격으로 퍼지되어 생성수의 배출과 산소 및 수소의 유동에 용이하도록 하게 된다.In addition, the pressure measuring device (P) for real-time measurement of the fuel cell output value that increases with the change of the external load of the fuel cell, and the ON / OFF time calculated in real time based on the measured data according to the measured output value Through the central control unit to control the hydrogen supply, the cathode oxygen supply amount of the fuel cell stack is sufficiently supplied according to the controlled hydrogen supply amount, the anode and the cathode outlet side is normally closed structure, a predetermined time interval It is purged to make it easy to discharge the generated water and flow of oxygen and hydrogen.

본 발명은, 연료전지 스택과 수소공급 제어장치를 포함하는 연료전지에서, 연료전지 스택의 내부 수소 압력변화와 외부 부하변동에 의한 연료전지 출력값의 변화에 따라 수소 공급을 제어할 수 있는 제어 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a fuel cell including a fuel cell stack and a hydrogen supply control device includes: a control circuit unit configured to control a hydrogen supply according to a change in fuel cell output value due to an internal hydrogen pressure change and an external load change of the fuel cell stack; It provides a fuel cell comprising a.

또한, 본 발명은 연료전지 스택과 수소공급 제어장치를 포함하는 연료전지의 운전방법에 있어서, 외부 부하변동으로 인한 연료전지 스택의 수소압력변화를 측정하는 제 1단계, 상기 측정된 압력값을 기준구간 압력과 비교하는 제2 단계 및 상기 비교 결과에 따라 상기 수소공급장치를 온(ON),오프(OFF)시키는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전방법을 제공한다.In addition, the present invention is a fuel cell operating method including a fuel cell stack and a hydrogen supply control device, the first step of measuring the hydrogen pressure change of the fuel cell stack due to external load variation, based on the measured pressure value And a third step of comparing the section pressure and a third step of turning on and off the hydrogen supply device according to the comparison result.

또, 본 발명은 연료전지 스택과 수소공급 제어장치를 포함하는 연료전지의 운전방법에 있어서, 적정량의 2배 혹은 그이상의 수소가 일정 시간동안 온(ON),오프(OFF)를 반복하는 제 1단계, 외부 부하변동으로 인한 연료전지 출력값을 측정하는 제2단계, 상기 측정된 출력값에 따라 오프(OFF)시간을 제어하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 운전방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a fuel cell operating method including a fuel cell stack and a hydrogen supply control device, the method comprising: a first cycle in which twice or more of an appropriate amount of hydrogen is repeatedly turned on or off for a predetermined time; And a second step of measuring a fuel cell output value due to external load variation, and a third step of controlling an OFF time according to the measured output value.

이러한 운전방법에서, 중앙제어장치를 이용하여 연료전지 출력과 스택내의 수소압력을 측정이 가능하고 기준값과의 비교 및 관계식 계산을 통해 오프(OFF)시간제어를 수행하게 된다.In this operation method, the central controller can be used to measure the fuel cell output and the hydrogen pressure in the stack, and perform off time control through comparison with reference values and calculation of relations.

도 4는, 본 발명에 일 실시예에 있어, 수소를 100sccm으로 10초 동안 공급했을 경우에 각각의 부하(1.0A, 2.6A)에서의 출력지속시간을 나타낸 그래프이다. 수소 공급을 차단한 후 출력이 감소하기 시작할 때까지의 시간을 출력지속 시간으로 설정하였다. 부하가 증가할수록 출력지속시간이 줄어드는 것을 그래프를 통해 알 수 있다. 처음 실험결과를 바탕으로 on/off 제어 관계 수학식1을 아래와 같이 구할 수 있다.4 is a graph showing the output duration at each load (1.0A, 2.6A) when hydrogen is supplied at 100 sccm for 10 seconds in one embodiment of the present invention. The time until the output started to decrease after the hydrogen supply was cut off was set as the output duration. The graph shows that the output duration decreases as the load increases. Based on the first experimental results, the on / off control relationship Equation 1 can be obtained as follows.

Figure 112008081913903-PAT00002
Figure 112008081913903-PAT00002

위의 수학식 1은 수소공급장치의 일환으로서의 솔레노이드 밸브의 작동지연과 출력지속시간의 안정성을 고려하여 실험 데이터를 최소자승법으로 변환한 식의 70%를 적용하였다.Equation 1 above applies 70% of the equation obtained by converting the experimental data to the least-square method in consideration of the operation delay of the solenoid valve and the stability of the output duration as part of the hydrogen supply device.

이 식을 이용하여 on/off 제어 시간을 적용한 결과, 일정한 부하발생 할 때의 연료전지 내부 압력변화와 유량변화 그리고, 부하가 변동할 때의 연료전지 내부 압력변화와 유량변화를 살펴 본 바, 두 경우 모두에서 수소를 10초동안 100sccm 으로 일정하게 공급하였으며, 위 관계 수학식1을 이용하여 수소가 라인에 공급되지 않는 시간을 제어한 결과 안정적인 출력을 나타내었다.As a result of applying the on / off control time using this equation, the pressure change and the flow rate change in the fuel cell when a constant load occurs, and the pressure change and the flow rate change in the fuel cell when the load changes, In all cases, hydrogen was constantly supplied at 100 sccm for 10 seconds. As a result of controlling the time during which hydrogen was not supplied to the line by using the above relation Equation 1, the output was stable.

이러한 본 발명을 이용하면, 부하의 변화에 대응이 가능하고 효율적인 수소의 이용이 가능하다. 또한 수소의 부족으로 인한 연료전지 스택의 성능저하를 방지하여 내구성저하를 막을 수 있게 되는 것이다.. By using this invention, it is possible to cope with the change of load and to use hydrogen efficiently. In addition, it is possible to prevent the deterioration of durability by preventing the deterioration of the fuel cell stack due to the lack of hydrogen.

도 2는 분 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 운전방법을 설명하기 위한 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of operating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 먼저 본 실시예의 연료전지 장치는 연료전지 스택, 수소탱크, 산소탱크, 수소공급 제어장치, 제어인자 측정장치를 구비하며, 노트 북이나 소형 가전기기 등의 외부 부하에서 요구하는 전력이 증가할 때, 이에 대응하여 중앙제어장치가 수소공급장치를 컨트롤함으로써 연료전지 성능의 저하없이 부하에 대응하게 된다.As shown in FIG. 2, the fuel cell apparatus of the present embodiment first includes a fuel cell stack, a hydrogen tank, an oxygen tank, a hydrogen supply control device, and a control factor measuring device. When the required power increases, the central controller responds to the load without degrading the fuel cell performance by controlling the hydrogen supply.

연료전지의 출력과 내부수소압력을 측정하기 위해서 도 3에 도시한 바와 같이 전류,전압측정장치가 부착되고 닫혀진 수소출구쪽에 수소압력을 측정하는 압력계가 구비될 수 있다. 그리고 중앙제어장치는 측정된 연료전지 내부 수소압력과 연료전지 전류,전압을 바탕으로 수소공급장치를 동작시킨다.In order to measure the output of the fuel cell and the internal hydrogen pressure, as shown in FIG. 3, a pressure gauge for measuring the hydrogen pressure may be provided at the hydrogen outlet side to which the current and voltage measuring device is attached and closed. The central control unit operates the hydrogen supply unit based on the measured hydrogen pressure inside the fuel cell and the fuel cell current and voltage.

도 2에 나타난 수소공급장치로서의 유량 조절장치는 일반적인 수동 솔레노이드밸브 형태로 대체 될 수 있으며 입력이 제어되는 수소와 달리 산소공급은 충분하게 이루어진다. The flow regulator as a hydrogen supply device shown in FIG. 2 can be replaced with a general manual solenoid valve type, and unlike the hydrogen whose input is controlled, the oxygen supply is sufficient.

연료전지 내부 압력을 이용한 운전방법은 도 2에서와 같이 수소공급장치를 온(ON),오프(OFF)시키는 주체로 연료전지 내부의 수소사용량에 따른 압력변화를 이용한다. The operating method using the internal pressure of the fuel cell uses a pressure change according to the hydrogen consumption inside the fuel cell as a main agent for turning on and off the hydrogen supply device as shown in FIG. 2.

한편, 연료전지 부하에 따른 출력변화를 이용한 운전방법은 먼저 연료전지 출력에 필요한 수소량의 2배 이상을 공급하고, 온(ON),오프(OFF)시간을 주기적으로 함으로써 연료전지내부에 공급된 수소량과 전력생산으로 소모되는 수소량의 균형을 맞추는 형태이다.On the other hand, the operation method using the output change according to the fuel cell load is supplied to the inside of the fuel cell by first supplying more than twice the amount of hydrogen required for the fuel cell output, and by periodically turning on and off time It is a form that balances the amount of hydrogen consumed by hydrogen production with the power generation.

부하변동에 따라 출력이 변할 때는 일정 공급량(유량 x 온(ON)시간)을 유지한 후 오프(OFF)시간을 줄이고 늘림에 따라서 수소 필요량에 따라 공급을 제어할 수 있게 된다.When the output changes according to the load fluctuation, it is possible to control the supply according to the hydrogen demand as the supply time (flow x on time) is maintained and then the off time is reduced and increased.

상기 두가지 수소 공급제어 방법에 있어서 적정 수소압력구간과 부하에 따른 적정 오프(OFF)시간을 결정할 때는 시스템의 안정성을 고려하여 한계구간의 80% 정도를 이용하는 것이 바람직하다.In the above two hydrogen supply control methods, it is preferable to use about 80% of the limit section in consideration of the stability of the system when determining the appropriate hydrogen pressure section and the appropriate OFF time according to the load.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예의 의하여 정해지는 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. The scope of the invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

이상에서 설명한 바와 같이 , 본 발명에 의하면, 동적부하의 변동에도 연료전지 스택으로 공급되는 수소를 상기 방법으로 제어함으로써 안정적인 출력을 유지할 수 있다. As described above, according to the present invention, stable output can be maintained by controlling hydrogen supplied to the fuel cell stack by the above-described method even when the dynamic load is changed.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawing.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described as a specific preferred embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.

도면의 간단한 설명 Brief description of the drawings

도 1은 종래 기술에 의한 연료전지 스택의 구조를 나타낸 그림이다. 1 is a view showing the structure of a fuel cell stack according to the prior art.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 연료전지 시스템에서의 운전방법에 관한 제어 순서도이다. 2 is a control flowchart of a method of operating a fuel cell system according to an exemplary embodiment.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연료전지 구성을 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 4는 부하와 출력 지속시간과의 관계식을 이용한 제어 그래프이다.4 is a control graph using a relationship between load and output duration.

Claims (4)

연료전지 스택과 수소공급 제어장치를 포함하는 연료전지의 시스템의 운전방법에 있어서, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택의 내부 수소압력을 감시하되, 연료전지 내부 수소의 압력을 측정하기 위한 압력측정장치가 연료전지 스택의 수소측 출구쪽에 연결되어, 측정된 압력값과 기준구간압력을 비교하여, 수소공급장치에 (ON)/오프(OFF)신호를 전달하는 중앙제어장치에 입력하는 단계; 상기 수소압력 데이터를 분석하여 이 수소압력 데이터의 크기와 분포에 기반하여 공급되는 수소량을 추출하는 단계; 상기 공급되는 수소량과 사용되는 수소량의 차이에 따른 압력변화에서, 설정구간 내에서 최소기준압력 이하로 떨어질 때, 수소공급장치를 온(ON)시켜 수소공급을 개시하고, 최고기준압력 이상으로 올라갈 때, 수소공급장치를 오프(OFF)시켜 수소 공급을 차단하는 수소공급제어단계를 포함하는 연료전지의 시스템의 운전방법.In a method of operating a fuel cell system including a fuel cell stack and a hydrogen supply control device, the internal hydrogen pressure of a fuel cell stack generating electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is monitored. A pressure measuring device for measuring the pressure of the fuel cell stack is connected to the outlet of the hydrogen side of the fuel cell stack, and compares the measured pressure value with the reference section pressure, and transmits the ON / OFF signal to the hydrogen supply device. Inputting to a control device; Analyzing the hydrogen pressure data to extract the amount of hydrogen supplied based on the size and distribution of the hydrogen pressure data; In the pressure change according to the difference between the amount of hydrogen supplied and the amount of hydrogen used, when the pressure falls below the minimum reference pressure within the set period, the hydrogen supply device is turned on to start the hydrogen supply, and the pressure is higher than the maximum reference pressure. And a hydrogen supply control step of shutting off the hydrogen supply by turning off the hydrogen supply device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 기준출력에 필요한 수소량의 두배 혹은 그 이상의 수소를 수소공급장치에서 주기적으로 온(ON)/오프(OFF)시킨 후 연료전지의 외부 부하의 크기에 따라 측정된 데이터를 바탕으로 온(ON)/오프(OFF)시간 주기를 추출하여, 이를 바탕으로 상기 수소공급량을 조절하는 연료전지의 시스템의 운전방법.After twice or more hydrogen of the amount of hydrogen required for the reference output is periodically turned on / off from the hydrogen supply device, on / off based on the measured data according to the magnitude of the external load of the fuel cell. A method of operating a fuel cell system which extracts an OFF time period and adjusts the hydrogen supply amount based on this. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 출력은 수학식
Figure 112008081913903-PAT00003
의 온/오프 제어 관계식으로 계산하는 것을 포함하는 연료전지의 시스템의 운전방법.The output is
Figure 112008081913903-PAT00003
A method of operating a fuel cell system comprising calculating with the on / off control relationship of. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 연료전지 외부 부하의 변화에 따라 높아지는 연료전지 출력값을 실시간 측정하는 측정부와, 측정된 출력값에 따라 측정된 데이터를 바탕으로 실시간 계산된 온(ON)/오프(OFF)시간으로 수소공급을 제어하는 중앙제어장치를 통해, 상기 연료전지 스택의 캐소드측 산소공급량은 제어되는 수소공급량에 맞게 충분히 공급되어지고, 어노드와 캐소드측의 출구쪽은 평상시 닫힌구조로, 일정시간간격으로 퍼지되어 생성수의 배출과 산소 및 수소의 유동에 용이하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 시스템의 운전방법.Controls the hydrogen supply by measuring the fuel cell output value that increases according to the external load of the fuel cell in real time and on / off time calculated in real time based on the data measured according to the measured output value. Through the central controller, the cathode oxygen supply amount of the fuel cell stack is sufficiently supplied according to the hydrogen supply amount to be controlled, and the anode and cathode outlet sides are normally closed, and are purged at regular time intervals to generate the generated water. A method of operating a fuel cell system, characterized by facilitating discharge and flow of oxygen and hydrogen.
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