KR20120024094A - Zinc-air fuel cell system, and control method for the same - Google Patents

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주식회사 레오모터스
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Abstract

PURPOSE: Zinc-air fuel cell system is provided to prevent overcharging of system by selectively putting in inert gas and external air according to the charging rate of a fuel cell, thereby preventing the excessive oxidation of zinc balls and the consumption of electrolyte. CONSTITUTION: Zinc-air fuel cell system comprises a case(26), a negative electrode bag which is inside the case, having a space for accepting zinc balls and electrolyte, a current collector, which is inside the negative electrode bag, for collecting electrons generated through the reaction of the zinc ball in the electrolyte and oxygen in external air, and a first fan(32), which is inside the case, for blowing inert gas into the case according to the charging rate of the system.

Description

아연-공기 연료전지 시스템 및 그 제어방법 {Zinc-air fuel cell system, and control method for the same}Zinc-air fuel cell system and control method {Zinc-air fuel cell system, and control method for the same}

본 발명은 아연-공기 연료전지 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지의 충전율에 따라 선택적으로 외부공기와 불활성가스를 유입시키므로, 시스템의 과충전을 방지하는 아연-공기 연료전지 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a zinc-air fuel cell system and a control method thereof. More particularly, the zinc-air fuel cell system prevents overcharging of the system since the external air and the inert gas are selectively introduced according to the charging rate of the fuel cell. And a control method thereof.

최근에 자연을 보존하고자 하는 환경정책과 그린 에너지 정책에 부합하여 매연이 발생되지 않는 전기자동차, 모터바이크, 전기버스 등이 화제가 되고 있는 실정이다.Recently, electric vehicles, motorbikes, and electric buses, which do not generate smoke in accordance with environmental policies and green energy policies, which are trying to preserve nature, have become a hot topic.

아연-공기 연료전지는 전해질 내에서 아연과 공기 중의 산소가 반응하여 생성되는 전자를 집전하여 전기를 생성하는 것으로, 근자에 연료에서 생성되는 수소를 이용하여 전기를 생성하는 전통적인 연료전지를 대체하는 연료전지로서 개발이 활발하게 이루어지고 있는 추세이다.The zinc-air fuel cell collects electrons generated by the reaction of zinc and oxygen in the air in the electrolyte to generate electricity. In recent years, the zinc-air fuel cell replaces the conventional fuel cell that generates electricity by using hydrogen generated from the fuel. It is a trend that development is actively performed as a battery.

이러한 아연-공기 연료전지는 전자 생성을 위한 반응계의 구조가 간소하여 경량화 및 전력소비 절감을 통해 고용량 배터리의 구현을 통해 사용효율을 높이고자 하는 전기자동차의 개발추세에 부합하는 것으로 부각되고 있다. Such a zinc-air fuel cell has a simple structure of a reaction system for generating electrons, and thus, it is emerging to meet the development trend of an electric vehicle, which is intended to increase the efficiency of use by implementing a high capacity battery by reducing weight and reducing power consumption.

도 1은 종래 기술에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 아연-공기 연료전지 시스템의 일요부를 보인 사시도이다. 1 is a perspective view of a zinc-air fuel cell system according to the prior art, and FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the zinc-air fuel cell system according to the prior art.

도 1 및 2를 참조하면, 아연-공기 연료전지 시스템은 예컨대 전기자동차, 모터바이크 및 전기버스와 같은 전기구동 장치의 동력원인 모터를 구동시키기 위한 전기를 생성하기 위한 것으로, 음극 주머니(14)와 집전체(16)와 커버블럭(18)과 개폐블럭(20)을 포함하여 이루어진다. 상기 단위 셀 유니트의 구성을 이루는 음극 주머니(14)는, 내부에 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가진다. 여기서, 상기 아연볼(10)은 구 형상을 가진다. 이러한 금속볼(10)은 상기 전해질 내에서 외부로부터 유입되는 산소와 산화환원 반응을 함으로써, 전자를 내어 놓고 산화아연을 생성하게 된다. 이후 상기 집전체(16)는 상기 반응에 의해 생성된 전자를 집전하여 전기를 생성하게 되고, 그 생성된 전기는 배터리(미도시)에 저장된다. 1 and 2, a zinc-air fuel cell system is used to generate electricity for driving a motor that is a power source of an electric drive device such as an electric vehicle, a motorbike, and an electric bus. The current collector 16 includes a cover block 18 and an open / close block 20. The negative electrode bag 14 constituting the unit cell unit has a zinc ball 10 and a receiving space 12 in which an electrolyte is accommodated. Here, the zinc ball 10 has a spherical shape. The metal ball 10 performs a redox reaction with oxygen introduced from the outside in the electrolyte, thereby producing zinc oxide by leaving electrons. Thereafter, the current collector 16 collects electrons generated by the reaction to generate electricity, and the generated electricity is stored in a battery (not shown).

이와 같이 아연-공기 연료전지에서는 단위 셀 유니트에 구비된 아연볼의 표면에 충분한 공기를 접촉시키는 것이 중요하다. 이를 위하여, 종래 기술에 따른 아연-공기 연료전지 시스템은 도 1 및 2에서 표시된 바와 같이 연료전지 시스템의 케이스(26) 내로 공기를 유입, 배출하기 위한 송풍팬(30)을 구비한다. 즉, 상기 송풍팬(30)의 회전에 따라 외부공기가 연료전지 시스템 내로 유입되어, 공기 중 산소가 아연 볼과 반응하고, 잔류 공기는 다시 또 다른 송풍팬(30)에 의하여 외부로 배출된다. As described above, in the zinc-air fuel cell, it is important to bring sufficient air into contact with the surface of the zinc ball provided in the unit cell unit. To this end, the zinc-air fuel cell system according to the prior art has a blowing fan 30 for introducing and discharging air into the case 26 of the fuel cell system, as shown in Figs. That is, as the blowing fan 30 rotates, external air flows into the fuel cell system, oxygen in the air reacts with the zinc balls, and residual air is discharged to the outside by another blowing fan 30.

하지만, 충분한 충전이 이루어졌음에도 시스템 내에 잔류하거나 또는 송풍팬에 의하여 시스템 내로 유입되는 공기는 결국 아연볼(10)의 과도한 산화를 촉진시켜, 과충전의 문제를 발생시킨다. 더 나아가, 이러한 과충전으로 인하여, 시스템의 가동수명이 짧아지는 문제 또한 있다. However, even if sufficient charge is made, air remaining in the system or introduced into the system by the blower fan eventually promotes excessive oxidation of the zinc ball 10, resulting in a problem of overcharging. Furthermore, due to such overcharging, there is also a problem of shortening the operating life of the system.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 과충전을 효과적으로 방지할 수 있는 아연-공기 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made by the necessity as described above, an object of the present invention is to provide a zinc-air fuel cell system that can effectively prevent overcharge.

본 발명의 다른 목적은 제품의 과충전을 효과적으로 방지하지 할 수 있는 아연-공기 연료전지 시스템의 제어방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a control method of a zinc-air fuel cell system that can effectively prevent overcharging of a product.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 케이스(26); 상기 케이스(26) 내에 구비되어 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(14); 상기 음극 주머니(14) 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼(10)과 외부공기 중 산소와의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(16); 및 상기 케이스(26)에 구비되어 상기 시스템의 충전율에 따라 불활성가스를 상기 케이스(26) 내로 송풍하기 위한 제 1 송풍팬(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템을 제공한다. The present invention for achieving the above object case (26); A cathode bag 14 provided in the case 26 and having a receiving space 12 in which a zinc ball 10 and an electrolyte are accommodated; A current collector 16 disposed in the negative electrode bag 14 to collect electrons generated by a reaction between zinc balls 10 in the electrolyte and oxygen in external air; And a first blowing fan 32 provided in the case 26 to blow inert gas into the case 26 according to the filling rate of the system. .

본 발명의 일 실시예에서 상기 아연-공기 연료전지 시스템은 상기 시스템 내로 외부공기를 유입시키기 위한 제 2 송풍팬(30)을 더 포함하며, 상기 제 1 송풍팬(32)과 제 2 송풍팬(30)는 교차로 동작하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the zinc-air fuel cell system further includes a second blowing fan 30 for introducing external air into the system, wherein the first blowing fan 32 and the second blowing fan ( 30 preferably operates at an intersection.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 아연-공기 연료전지 시스템은 충전율이 소정수준 이상인 경우 제 2 송풍팬(30)에 의한 외부공기 유입을 차단하고, 제 1 송풍팬(32)에 의한 불활성가스 유입을 개시하는 것이 바람직하다. In another embodiment of the present invention, the zinc-air fuel cell system blocks the inflow of external air by the second blowing fan 30 when the filling rate is more than a predetermined level, and inert by the first blowing fan 32. It is preferable to start the gas inlet.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 불활성가스는 질소 또는 할로겐 가스인 것이 바람직하다. In another embodiment of the present invention, the inert gas is preferably nitrogen or halogen gas.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 제 1 송풍팬(30)에 의하여 유입된 불활성가스에 의하여 상기 케이스(26) 내에 형성된 압력은 케이스(26) 외부 압력보다 높은 것이 바람직하다. In another embodiment of the present invention, the pressure formed in the case 26 by the inert gas introduced by the first blowing fan 30 is preferably higher than the pressure outside the case 26.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 케이스(26); 상기 케이스(26) 내에 구비되어 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(14); 상기 음극 주머니(14) 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼(10)과 외부공기 중 산소와의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(16); 및 상기 케이스(26)에 구비되어 상기 시스템의 충전율에 따라 불활성가스 또는 외부공기를 상기 케이스(26) 내로 송풍하기 위한 제 3 송풍팬(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a case (26); A cathode bag 14 provided in the case 26 and having a receiving space 12 in which a zinc ball 10 and an electrolyte are accommodated; A current collector 16 disposed in the negative electrode bag 14 to collect electrons generated by a reaction between zinc balls 10 in the electrolyte and oxygen in external air; And a third blowing fan 34 provided in the case 26 to blow inert gas or external air into the case 26 according to the filling rate of the system. To provide.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 3 송풍팬(34)의 전단에는 외부공기 유입라인(36) 및 불활성가스 유입라인(38)이 공통으로 연결되며, 상기 외부공기 유입라인(36) 및 불활성가스 유입라인(38) 각각에는 제어밸브(40, 42)가 구비되는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the external air inlet line 36 and the inert gas inlet line 38 is commonly connected to the front end of the third blowing fan 34, the external air inlet line 36 and inert Each of the gas inlet lines 38 is preferably provided with control valves 40 and 42.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 아연-공기 연료전지 시스템은 충전율이 소정수준 이상인 경우 제 3 송풍팬(30)에 의하여 불활성가스를 상기 시스템 내로 유입시키며, 불활성가스의 유입에 따라 상기 외부공기의 시스템 내 유입을 차단하는 것이 바람직하다. In another embodiment of the present invention, the zinc-air fuel cell system inert gas into the system by the third blowing fan 30 when the filling rate is more than a predetermined level, the external in accordance with the inflow of inert gas It is desirable to block the ingress of air into the system.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 상기 불활성가스는 질소 또는 할로겐 가스인 것이 바람직하며, 상기 제 3 송풍팬(34)에 의하여 유입된 불활성가스에 의하여 상기 시스템 내에 형성된 압력은 외부 압력보다 높은 것이 바람직하다. In another embodiment of the present invention, the inert gas is preferably nitrogen or halogen gas, the pressure formed in the system by the inert gas introduced by the third blowing fan 34 is higher than the external pressure. desirable.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연료전지 시스템의 충전율을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 충전율이 소정 수준 이상인 경우, 시스템 내로의 외부공기 유입을 차단하고, 상기 시스템 내로 불활성가스를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템의 제어방법을 제공한다. In order to achieve the above another object, the present invention comprises the steps of measuring the filling rate of the fuel cell system; And when the measured filling rate is more than a predetermined level, it provides a control method of the zinc-air fuel cell system comprising the step of blocking the inflow of external air into the system, and introducing an inert gas into the system.

본 발명의 일 실시예에서 상기 방법은 상기 충전율이 소정 수준 미만으로 떨어지는 경우, 상기 시스템 내로의 불활성가스 유입을 차단하고, 외부공기를 유입시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
In one embodiment of the present invention, the method preferably further comprises the step of blocking the inert gas inflow into the system, when the filling rate falls below a predetermined level, and introducing external air.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 아연-공기 연료전지 시스템 및 그 제어방법은 연료전지의 충전율에 따라 선택적으로 외부공기와 불활성가스를 유입시키므로, 시스템의 과충전을 방지한다. 더 나아가 과도한 아연볼 산화, 전해질 소모 등을 방지하여, 보다 긴 유효 가동 시간의 아연-공기 연료전지 시스템 사용을 가능하게 한다.
The zinc-air fuel cell system and control method thereof according to the present invention having the configuration as described above selectively introduce external air and inert gas according to the rate of charge of the fuel cell, thereby preventing overcharging of the system. It further prevents excessive zinc ball oxidation, electrolyte consumption, and the like, enabling the use of zinc-air fuel cell systems with longer effective run times.

도 1은 종래 기술에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 일요부를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 단면도.
도 5 및 6은 연료전지 시스템의 충전율에 따른 제 1 송풍팬 및 제 2 송풍팬 동작을 설명하는 연료전지 시스템의 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법에 대한 단계도.1 is a perspective view of a zinc-air fuel cell system according to the prior art.
Figure 2 is a perspective view showing the main part of a zinc-air fuel cell system according to the prior art.
3 is a perspective view of a zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are cross-sectional views of the fuel cell system for explaining the operation of the first blowing fan and the second blowing fan according to the filling rate of the fuel cell system.
7 is a cross-sectional view of a zinc-air fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a control method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 전해질 배출 시스템를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a zinc-air fuel cell electrolyte discharge system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 사시도, 도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 단면도이다.3 is a perspective view of a zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템은 도 1 및 2에서 설명한 바와 같이 시스템의 단위 유니트들이 내부에 수용되는 케이스(26)를 포함하며, 상기 케이스(26) 내에는 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(14), 상기 음극 주머니(14) 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼(10)과 외부공기 중 산소와의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(16)를 포함한다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템은 상기 케이스(26)에 구비되어 상기 시스템의 충전율에 따라 불활성가스를 상기 케이스(26) 내로 송풍하기 위한 송풍팬(32, 이하 제 1 송풍팬)을 포함한다. 제 1 송풍팬(32)는 외부공기 유입을 위한 도 1 및 2의 송풍팬(30, 이하 제 2 송풍팬)과 구분되며, 제 1 송풍팬(32)에 의하여 질소, 할로겐 가스와 같은 불활성가스가 시스템 내로 유입된다. 이를 위하여 제 1 송풍팬(32)에는 불활성가스 유입라인(33)이 연결되는 것이 바람직하며, 상기 불활성가스 유입라인(33)에는 불활성가스 공급원(미도시)가 별도로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 3, the zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a case 26 in which the unit units of the system are accommodated, as described in FIGS. 1 and 2, and the case 26. ) Is a negative electrode pocket 14 having a zinc ball 10 and a receiving space 12 in which the electrolyte is accommodated, and disposed inside the negative electrode pocket 14 so that the zinc ball 10 and the outside air in the electrolyte are And a current collector 16 for collecting electrons generated by the reaction with oxygen. In addition, the zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention is provided in the case 26, the blowing fan 32 for blowing the inert gas into the case 26 in accordance with the filling rate of the system 26, the first Blower fan). The first blower fan 32 is distinguished from the blower fan 30 (hereinafter referred to as the second blower fan) of FIGS. 1 and 2 for inflow of external air, and is inert gas such as nitrogen and halogen gas by the first blower fan 32. Is introduced into the system. To this end, it is preferable that an inert gas inlet line 33 is connected to the first blowing fan 32, and an inert gas supply source (not shown) can be separately connected to the inert gas inlet line 33.

본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템은 케이스 내로 외부공기(즉, 산소 함유 기체)와 불활성기체(예를 들면 질소)를 선택적으로 유입시키기 위한 유입수단인 2 종류의 송풍팬(제 1 송풍팬, 제 2 송풍팬)을 포함한다. Zinc-air fuel cell system according to an embodiment of the present invention is a blower fan of the two kinds of inlet means for selectively introducing external air (that is, oxygen-containing gas) and inert gas (for example nitrogen) into the case ( A first blowing fan and a second blowing fan).

이하 도면을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 송풍팬 동작을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, a blower fan operation of a zinc-air fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5 및 6은 연료전지 시스템의 충전율에 따른 제 1 송풍팬(32) 및 제 2 송풍팬(30) 동작을 설명하는 연료전지 시스템의 단면도이다. 5 and 6 are cross-sectional views of the fuel cell system illustrating the operation of the first blowing fan 32 and the second blowing fan 30 according to the filling rate of the fuel cell system.

도 5를 참조하면, 먼저 충전율이 소정 수준 미만인 경우, 제 2 송풍팬(30)은 회전하며, 이에 따라 외부공기가 케이스(26) 내로 유입된다. 유입된 외부공기 중 산소는 단위 셀 내의 아연볼과 산화환원반응하여, 전자가 생성된다. Referring to FIG. 5, first, when the filling rate is less than a predetermined level, the second blowing fan 30 rotates, so that external air flows into the case 26. Oxygen in the introduced external air is redox reacted with zinc balls in the unit cell to generate electrons.

도 5에 도시된 바와 같이, 외부공기 유입 및 이에 따라 연료전지 시스템의 충전이 진행됨에 따라 시스템 내의 충전율은 소정수준 이상으로 올라간다. 상기 소정수준의 충전율을 시스템에서 충전되어, 외부로 전기를 공급하기 위한 최대 수준의 충전율인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서 연료전지 시스템의 충전율은 연료전지의 출력전압을 측정하는 방식으로 측정된다. As shown in FIG. 5, as the external air is introduced and thus the fuel cell system is charged, the charging rate in the system increases to a predetermined level or more. The predetermined level of filling rate is preferably filled in the system so that the filling rate is the maximum level for supplying electricity to the outside. In one embodiment of the present invention, the charge rate of the fuel cell system is measured by measuring the output voltage of the fuel cell.

도 6을 참조하면, 아연-공기 연료전지 시스템의 충전율이 소정 수준 이상으로 증가한 경우, 제 2 송풍팬(30)에 의한 외부공기 유입은 차단된다. 이를 위하여, 제 2 송풍팬(30)의 회전은 멈추게 되고, 별도의 차단 밸브(미도시)에 의하여 제 2 송풍팬(30)과 케이스 내부의 연료전지 시스템은 더 이상 기체 연통하지 않게 된다. Referring to FIG. 6, when the filling rate of the zinc-air fuel cell system is increased to a predetermined level or more, inflow of external air by the second blowing fan 30 is blocked. To this end , the rotation of the second blower fan 30 is stopped, and the second blower fan 30 and the fuel cell system inside the case are no longer in gas communication by a separate shutoff valve (not shown).

제 2 송풍팬(30)에 의한 외부공기 유입 차단과 함께, 제 1 송풍팬(32)은 회전하게 되며, 이에 따라 제 1 송풍팬(32)에 연결된 불활성가스 유입라인(33)을 통하여 질소, 할로겐 가스와 같은 불활성가스가 케이스(26) 내로 유입된다. 상기 유입된 질소 등의 불활성가스는 시스템 내의 산소를 밀어내게 되며(blowing), 이로써 혹 잔류하는 산소와 아연볼의 불필요한 산화환원 반응을 막게 된다. In addition to blocking the inflow of external air by the second blower fan 30, the first blower fan 32 is rotated, and thus, nitrogen, through an inert gas inlet line 33 connected to the first blower fan 32. Inert gas, such as halogen gas, is introduced into the case 26. The introduced inert gas such as nitrogen blows oxygen in the system, thereby preventing unnecessary redox reaction of remaining oxygen and zinc balls.

본 발명의 일 실시예에서 연료전지의 충전율이 소정 수준 이상인 경우 상기 불활성가스는 지속적으로 케이스(26) 내로 유입된다. 이 경우, 지속적으로 유입된 불활성가스는 케이스(26) 내에 구비된 또 다른 송풍팬(31, 이하 배출용 송풍팬)에 의하여 외부로 배출되는데, 이때 상기 유입된 불활성가스에 의하여 케이스(26) 내부에 형성된 압력은 케이스(26) 외부 압력보다 높게 구성된다. 이로써, 케이스(26) 외부의 공기가 다시 케이스(26) 내로 유입되는 가능성은 완전 차단된다. In one embodiment of the present invention, when the filling rate of the fuel cell is more than a predetermined level, the inert gas is continuously introduced into the case 26. In this case, the continuously introduced inert gas is discharged to the outside by another blowing fan 31 (hereinafter, referred to as a blower fan for discharging) provided in the case 26, in which case the inside of the case 26 is introduced by the introduced inert gas. The pressure formed in the case 26 is configured to be higher than the pressure outside the case 26. As a result, the possibility that air outside the case 26 flows back into the case 26 is completely blocked.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템은 소정 수준 이상의 충전 진행에 따라 케이스(26) 내로 유입된 불활성가스는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 케이스(26) 내부를 채우게 되며, 이후, 케이스(26)는 외부로부터 완전 차단되는 방식을 제공한다. 이를 통하여, 과도한 불활성가스 사용을 방지하고, 외부공기의 유입을 완전히 차단할 수 있다. 이를 위하여 케이스(26)에 구비되는 송풍팬에는 모두 별도의 차단 밸브(미도시)가 구비될 수 있다. In the zinc-air fuel cell system according to another embodiment of the present invention, the inert gas introduced into the case 26 as the filling progresses above a predetermined level fills the inside of the case 26 of the fuel cell system according to the present invention. Then, the case 26 provides a way to be completely isolated from the outside. Through this, it is possible to prevent excessive use of inert gas, and completely block the inflow of external air. To this end, the blower fan provided in the case 26 may be provided with a separate shutoff valve (not shown).

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 아연-공기 연료전지 시스템의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a zinc-air fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 상기 연료전지 시스템은 상술한 시스템과 동일한 구성을 가지나, 케이스(26)에 구비되어 상기 시스템의 충전율에 따라 불활성가스 또는 외부공기를 상기 케이스(26) 내로 송풍하기 위한 제 3 송풍팬(34)을 포함한다. 즉, 본 실시예에서는 하나의 송풍팬(34)에 의하여 두 종류의 기체(외부공기, 불활성가스)를 선택적으로 케이스(26) 내로 유입된다.Referring to FIG. 7, the fuel cell system has the same configuration as the above-described system, but is provided in the case 26 so as to blow inert gas or external air into the case 26 according to the filling rate of the system. And a blowing fan 34. That is, in this embodiment, two kinds of gases (external air, inert gas) are selectively introduced into the case 26 by one blower fan 34.

이를 위하여, 제 3 송풍팬(34)의 전단에는 외부공기 유입라인(36) 및 불활성가스 유입라인(38)이 공통으로 연결되며, 상기 외부공기 유입라인(36) 및 불활성가스 유입라인(38) 각각에는 제어밸브(40, 42)가 구비된다. 즉, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 외부공기 유입과 불활성가스 유입은 동시에 진행되지 않고, 교차로 진행되며, 그 기준은 연료전지 시스템의 충전율임은 상술한 바와 같다. 따라서, 상기 제어밸브(40, 42)의 개폐는 충전율에 따라 결정되며, 만약 충전율이 낮은 경우는 외부공기 유입라인(36)의 제어밸브(40)가 개방, 불활성가스 유입라인(38)의 제어밸브(42)은 폐쇄된다. 반대로 충전율이 소정 수준 이상인 경우 불활성가스 유입라인(38)의 제어밸브(42)는 개방, 외부공기 유입라인(36)의 제어밸브(40)는 폐쇄된다. 상기 케이스(26)에는 유입된 기체를 외부로 배출하기 위한 배출용 송풍팬(31)이 구비될 수 있으며, 각각의 송풍팬에는 별도의 차단 밸브가 구비되어, 케이스(26)를 외부공기로부터 밀봉시킬 수 있다. To this end, an external air inlet line 36 and an inert gas inlet line 38 are commonly connected to the front end of the third blower fan 34, and the external air inlet line 36 and the inert gas inlet line 38 are provided in common. Each is provided with control valves 40 and 42. That is, in the fuel cell system according to the present invention, inflow of external air and inert gas do not proceed at the same time, but proceed at the intersection, and the criterion is the filling rate of the fuel cell system. Accordingly, opening and closing of the control valves 40 and 42 is determined according to the filling rate. If the filling rate is low, the control valve 40 of the external air inlet line 36 is opened to control the inert gas inlet line 38. The valve 42 is closed. On the contrary, when the filling rate is more than a predetermined level, the control valve 42 of the inert gas inlet line 38 is opened, and the control valve 40 of the external air inlet line 36 is closed. The case 26 may be provided with a blower fan 31 for discharging the introduced gas to the outside, each blower fan is provided with a separate shut-off valve, sealing the case 26 from the outside air You can.

본 발명은 상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 연료전지의 과충전을 방지할 수 있는, 연료전지 시스템의 제어방법을 제공한다. The present invention provides a control method of a fuel cell system, which can prevent overcharging of a fuel cell in order to achieve the above another object.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법에 대한 단계도이다.8 is a flowchart illustrating a control method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저 연료전지 시스템의 충전율을 측정한다(S110). 상기 충전율 측정은 연료전지의 출력전압을 측정하는 방식이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. Referring to FIG. 8, first, a charging rate of a fuel cell system is measured (S110). The charge rate measurement was a method of measuring the output voltage of the fuel cell, but the scope of the present invention is not limited thereto.

이후 충전율이 소정 수준 이상인지를 판단하고(S120), 충전율이 소정 수준 이상인 경우, 과충전을 방지하기 위하여 불활성가스가 유입된다(S130). 만약, 충전율이 소정 수준 미만인 경우에는 외부공기가 유입되어 충전이 계속 진행된다(S140). 상기 불활성가스 유입과 외부공기 유입은 동시에 진행되지 않고, 충전율에 따라 교차로 진행됨은 상술한 바와 같다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 상술한 도면에 나타난 케이스(26)가 시스템의 물리적 경계가 되므로, 상기 케이스(26)에 구비된 송풍팬의 교차되는 동작 제어를 통하여 불활성가스 유입 또는 외부공기 유입이 선택적으로 진행될 수 있다. Then, it is determined whether the filling rate is more than a predetermined level (S120), and if the filling rate is more than a predetermined level, inert gas is introduced to prevent overcharging (S130). If the filling rate is less than a predetermined level, the external air is introduced to continue charging (S140). The inert gas inflow and the external air inflow do not proceed at the same time, and the intersection proceeds according to the filling rate as described above. In addition, in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention, since the case 26 shown in the above-described drawings becomes a physical boundary of the system, the inert gas is controlled by controlling the operation of the blower fan provided in the case 26. Inflow or inflow of external air may optionally be carried out.

더 나아가, 불활성가스가 유입되는 단계(S130) 후 연료전지 시스템의 충전율을 측정하여, 충전율이 소정수준 미만으로 떨어지는지를 판단한다(S150). 만약 소정수준 미만으로 충전율이 떨어지면, 시스템 내로의 불활성가스 유입을 차단하고, 외부공기를 유입시켜, 충전을 진행한다(S160). 반대로, 여전히 충전율이 소정수준 이상인 경우에는 외부공기 대신 불활성가스를 유입시킨다(S170).Further, by measuring the filling rate of the fuel cell system after the step of introducing the inert gas (S130), it is determined whether the filling rate falls below a predetermined level (S150). If the filling rate falls below a predetermined level, blocking the inert gas inflow into the system, inflowing external air, and proceeds to filling (S160). On the contrary, if the filling rate is still above a predetermined level, inert gas is introduced instead of external air (S170).

본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법은 연료전지의 충전율에 따라 선택적으로 외부공기와 불활성가스를 유입시키므로, 과도한 아연볼의 산화, 전해질 소모 등을 방지하여, 보다 긴 유효 가동 시간의 아연-공기 연료전지 시스템 사용을 가능하게 한다. The control method of the fuel cell system according to the present invention selectively introduces external air and inert gas in accordance with the filling rate of the fuel cell, thereby preventing excessive zinc ball oxidation, electrolyte consumption, and the like. Enable the use of fuel cell systems.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 외부 공기와 교차로 주입되는 불활성가스 대신 시스템 내를 진공으로 전환시킴으로써 공기 중 산소와 아연볼 사이의 산화환원 반응을 방지하며, 이에 따라 아연-공기 연료전지의 과충전을 방지한다. 이를 위하여, 연료전지 커버(26)에는 별도의 진공 라인이 연결될 수 있다. Another embodiment of the present invention prevents redox reaction between oxygen and zinc balls in the air by converting the system into a vacuum instead of an inert gas injected into the outside air, thereby overcharging the zinc-air fuel cell. prevent. To this end, a separate vacuum line may be connected to the fuel cell cover 26.

한편, 위에서 설명한 불활성가스는 질소, 할로겐가스, 크세논(Xe) 및 크립톤(krypton)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 가스인 것이 바람직하다. On the other hand, the inert gas described above is preferably a gas consisting of at least one selected from the group consisting of nitrogen, halogen gas, xenon (Xe) and krypton (krypton).

이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명이 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다. As mentioned above, although preferred embodiment about this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It is defined by what was described in the claim, and it is clear that various deformation | transformation and adaptation are possible in the technical field to which this invention belongs. Do.

10:아연볼 12:수용공간
14:음극 주머니 16:집전체
16a:구획판 16b:리브
18:커버블럭 18a:슬릿
18b:접속구 18c:기공부
20:개폐블럭 20a:폐쇄부
20b:개방부 22:스프라켓
24:체인 26:케이스
28:연료공급블럭 30:송풍팬(제 2 송풍팬)
32: 제 1 송풍팬 33: 불활성가스 유입라인
34: 제 3 송풍팬 36: 외부공기 유립라인
38: 불활성가스 유입라인
40, 42: 제어밸브10: zinc ball 12: accommodation space
14: negative electrode bag 16: current collector
16a: compartment 16b: rib
18: Cover block 18a: Slit
18b: Port 18c: Hole
20: open / close block 20a: closed part
20b: Opening part 22: Sprockets
24: Chain 26: Case
28: fuel supply block 30: blowing fan (second blowing fan)
32: first blowing fan 33: inert gas inlet line
34: 3rd blowing fan 36: outside air clearance line
38: inert gas inlet line
40, 42: control valve

Claims (12)

아연-공기 연료전지 시스템으로, 상기 시스템은
케이스(26);
상기 케이스(26) 내에 구비되어 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(14);
상기 음극 주머니(14) 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼(10)과 외부공기 중 산소와의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(16); 및
상기 케이스(26)에 구비되어 상기 시스템의 충전율에 따라 불활성가스를 상기 케이스(26) 내로 송풍하기 위한 제 1 송풍팬(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. Zinc-air fuel cell system, the system is
Case 26;
A cathode bag 14 provided in the case 26 and having a receiving space 12 in which a zinc ball 10 and an electrolyte are accommodated;
A current collector 16 disposed in the negative electrode bag 14 to collect electrons generated by a reaction between zinc balls 10 in the electrolyte and oxygen in external air; And
And a first blowing fan (32) provided in the case (26) for blowing inert gas into the case (26) according to the filling rate of the system. 제1항에 있어서,
상기 아연-공기 연료전지 시스템은 상기 시스템 내로 외부공기를 유입시키기 위한 제 2 송풍팬(30)을 더 포함하며, 상기 제 1 송풍팬(32)과 제 2 송풍팬(30)는 교차로 동작하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 1,
The zinc-air fuel cell system further includes a second blowing fan 30 for introducing external air into the system, wherein the first blowing fan 32 and the second blowing fan 30 operate at the intersection. Zinc-air fuel cell system characterized by. 제 2항에 있어서,
상기 아연-공기 연료전지 시스템은 충전율이 소정수준 이상인 경우 제 2 송풍팬(30)에 의한 외부공기 유입을 차단하고, 제 1 송풍팬(32)에 의한 불활성가스 유입을 개시하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 2,
The zinc-air fuel cell system is characterized in that when the filling rate is more than a predetermined level to block the inflow of external air by the second blower fan 30, the zinc characterized in that the inlet gas inlet by the first blower fan 32 is started. -Air fuel cell system. 제 3항에 있어서,
상기 불활성가스는 질소 또는 할로겐 가스인 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 3,
Zinc-air fuel cell system, characterized in that the inert gas is nitrogen or halogen gas. 제 3항에 있어서,
상기 제 1 송풍팬(30)에 의하여 유입된 불활성가스에 의하여 상기 케이스(26) 내에 형성된 압력은 케이스(26) 외부 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 3,
The pressure formed in the case (26) by the inert gas introduced by the first blowing fan (30) is higher than the pressure outside the case (26), zinc-air fuel cell system. 아연-공기 연료전지 시스템으로, 상기 시스템은 케이스(26);
상기 케이스(26) 내에 구비되어 아연볼(10)과 전해질이 수용되는 수용공간(12)을 가지는 음극 주머니(14);
상기 음극 주머니(14) 내부에 배치되어 상기 전해질 내에서의 아연볼(10)과 외부공기 중 산소와의 반응에 의해 발생되는 전자를 집전하는 집전체(16); 및
상기 케이스(26)에 구비되어 상기 시스템의 충전율에 따라 불활성가스 또는 외부공기를 상기 케이스(26) 내로 송풍하기 위한 제 3 송풍팬(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. A zinc-air fuel cell system, comprising: a case 26;
A cathode bag 14 provided in the case 26 and having a receiving space 12 in which a zinc ball 10 and an electrolyte are accommodated;
A current collector 16 disposed in the negative electrode bag 14 to collect electrons generated by a reaction between zinc balls 10 in the electrolyte and oxygen in external air; And
And a third blowing fan (34) provided in the case (26) for blowing inert gas or external air into the case (26) according to the filling rate of the system. 제 6항에 있어서,
상기 제 3 송풍팬(34)의 전단에는 외부공기 유입라인(36) 및 불활성가스 유입라인(38)이 공통으로 연결되며, 상기 외부공기 유입라인(36) 및 불활성가스 유입라인(38) 각각에는 제어밸브(40, 42)가 구비되는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 6,
An external air inlet line 36 and an inert gas inlet line 38 are commonly connected to a front end of the third blower fan 34, and each of the external air inlet line 36 and the inert gas inlet line 38 is connected to each other. Zinc-air fuel cell system, characterized in that the control valve (40, 42) is provided. 제 7항에 있어서,
상기 아연-공기 연료전지 시스템은 충전율이 소정수준 이상인 경우 제 3 송풍팬(30)에 의하여 불활성가스를 상기 시스템 내로 유입시키며, 불활성가스의 유입에 따라 상기 외부공기의 시스템 내 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 7, wherein
The zinc-air fuel cell system inert gas into the system by the third blowing fan 30 when the filling rate is more than a predetermined level, it is characterized in that to block the inflow of the external air into the system according to the inert gas flow. Zinc-air fuel cell system. 제 6항에 있어서,
상기 불활성가스는 질소, 할로겐가스, 크세논(Xe) 및 크립톤(krypton)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 가스인 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 6,
The inert gas is a zinc-air fuel cell system, characterized in that the gas consisting of any one or more selected from the group consisting of nitrogen, halogen gas, xenon (Xe) and krypton (krypton). 제 6항에 있어서,
상기 제 3 송풍팬(34)에 의하여 유입된 불활성가스에 의하여 상기 시스템 내에 형성된 압력은 외부 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템. The method of claim 6,
Zinc-air fuel cell system, characterized in that the pressure formed in the system by the inert gas introduced by the third blowing fan (34) is higher than the external pressure. 아연-공기 연료전지 시스템의 제어방법으로, 상기 방법은
연료전지 시스템의 충전율을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 충전율이 소정 수준 이상인 경우, 시스템 내로의 외부공기 유입을 차단하고, 상기 시스템 내로 불활성가스를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템의 제어방법.A method of controlling a zinc-air fuel cell system, the method of
Measuring a charge rate of the fuel cell system; And
If the measured filling rate is greater than or equal to a predetermined level, blocking the inflow of external air into the system, and introducing an inert gas into the system. 제 11항에 있어서, 상기 방법은
상기 충전율이 소정 수준 미만으로 떨어지는 경우, 상기 시스템 내로의 불활성가스 유입을 차단하고, 외부공기를 유입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-공기 연료전지 시스템의 제어방법.The method of claim 11, wherein the method is
If the filling rate falls below a predetermined level, the method of controlling a zinc-air fuel cell system, characterized in that further comprising the step of blocking the inert gas inflow into the system, and introducing external air.
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