KR20130091816A - Fuel cell system and emergency shut-down control method thereof - Google Patents

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KR20130091816A
KR20130091816A KR1020120013051A KR20120013051A KR20130091816A KR 20130091816 A KR20130091816 A KR 20130091816A KR 1020120013051 A KR1020120013051 A KR 1020120013051A KR 20120013051 A KR20120013051 A KR 20120013051A KR 20130091816 A KR20130091816 A KR 20130091816A
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노형철
박현영
서호철
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세종공업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A fuel cell system is provided to be able to stably stop a fuel cell unit when the emergency shutdown of the system occurs due to the malfunction of the system during normal operation, and to be able to easily secure the emergency power. CONSTITUTION: A fuel cell system (1) comprises a fuel cell unit (10) equipped with a reformer (12), a stack (14) and a balance of plants (BOP) (16) assisting the operation of the reformer and the stack, to generate electricity; a DC output unit (20) for converting the electricity generated by the fuel cell unit and supplying to outside; a battery charged with the electricity supplied from the DC output unit; a display unit (40) for displaying the state of the system to outside; and a control unit (50) discontinuing the power supply to the external load from the battery when the state of charge (SOC) of the battery reaches the threshold value. [Reference numerals] (12) Reformer; (14) Stack; (20) DC output unit; (22) DC/DC converter; (24) Charger; (30) Battery; (40) Display unit; (50) Control unit; (AA) External load; (BB) Electric line; (CC) Control line

Description

연료전지 시스템 및 이의 비상정지 제어방법{Fuel cell system and emergency shut-down control method thereof}Fuel cell system and emergency shut-down control method

본 발명은 연료전지 시스템 및 이의 비상정지 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 정상동작 중 비상정지를 수행하기 위한 연료전지 시스템 및 이의 비상정지 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and an emergency stop control method thereof, and more particularly, to a fuel cell system and an emergency stop control method thereof for performing an emergency stop during normal operation.

연료전지 시스템은 연료전지 및 보조 배터리로 구성된 연료전지 시스템에 관한 것으로, 연료전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시켜 외부부하에 공급하거나 보조 배터리를 충전하는 발전 시스템이다.A fuel cell system relates to a fuel cell system composed of a fuel cell and an auxiliary battery. A fuel cell includes a chemical reaction energy of hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol and oxygen or air including oxygen. It is a power generation system that converts directly into electrical energy and supplies it to external loads or charges auxiliary batteries.

상기 연료전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차, 주택 및 공공건물 등의 대체 전력원으로 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다. 구체적으로 연료전지는 기본적으로 스택(stack), 개질기, BOP(Balance Of Plants) 등을 구비한다. BOP는 연료탱크, 연료 펌프 및 밸브 등으로 스택(stack) 및 개질기의 동작을 주변에서 보조하는 주변기계장치를 의미한다.The fuel cell has a wide range of applications as an alternative power source for automobiles, houses and public buildings by using hydrogen produced by reforming methanol or ethanol as a fuel. Specifically, a fuel cell basically includes a stack, a reformer, balance of plants (BOP), and the like. BOP refers to a peripheral device that assists the operation of the stack and the reformer to the surroundings such as fuel tanks, fuel pumps and valves.

이와 같은 종래 연료전지 시스템의 개발 방향은 초기 단계로서 발전효율과 응용분야에 따른 하드웨어적 설계 연구에 치중되고 있다.The development direction of such a conventional fuel cell system is an early stage and is focused on research on hardware design according to power generation efficiency and application field.

그러나 연료전지 시스템의 본격적인 상용화를 위해서는 발전효율의 향상과 같은 핵심적인 기술개발과 더불어 시스템의 안정적이며 효율적인 운용을 위한 소프트웨어 로직의 개발 노력이 병행되어야 한다.However, for full-scale commercialization of fuel cell systems, efforts must be made to develop core technologies such as improvement of power generation efficiency and software logic development for stable and efficient operation of the system.

특히 종래 연료전지 시스템은, 정상동작 상태에서 시스템의 동작오류 등에 의해 비상정지를 수행하는 경우, 배터리와 외부부하와의 관계에서 적절한 비상정지를 수행하기 위한 소프트웨어 로직에 대한 개발이 부족한 측면이 존재한다.In particular, in the conventional fuel cell system, when emergency stop is performed due to an operation error of the system in a normal operation state, there is a lack of development of software logic for proper emergency stop in the relationship between the battery and external load. .

KR 10-2008-0084372 A, 2008. 09. 19, 도면 1KR 10-2008-0084372 A, September 19, 2008, Drawing 1

본 발명의 목적은 시스템의 동작 중 시스템의 고장과 같은 이유로 시스템이 비상 정지하는 경우 외부부하 및 연료전지유닛을 안정적으로 정지시킬 수 있고, 비상전력을 용이하게 확보할 수 있는 연료전지 시스템 및 이의 비상정지 제어방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a fuel cell system and its emergency that can stably stop external loads and fuel cell units, and can easily secure emergency power when the system is emergencyly stopped for reasons such as system failure during operation of the system. It is to provide a stop control method.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 시스템은, 개질기와, 스택과, 상기 개질기와 스택의 동작을 보조하는 BOP(Balance Of Plants)를 구비하여 전기를 발생하는 연료전지유닛; 상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC 출력부; 상기 DC 출력부로부터 공급된 전기에 의해 충전되는 배터리; 시스템의 상태를 외부로 표시하기 위한 표시부; 및 상기 연료전지유닛 및 상기 외부부하 및 상기 배터리가 상기 DC 출력부로부터 공급된 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 발생한 경우, 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 상기 표시부를 통해 표시하고, 상기 연료전지유닛의 작동을 정지하며, 상기 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 전력을 상기 외부부하로 공급하고, 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)가 사전에 정해진 최저임계값 이상인 경우 상기 배터리의 전력을 상기 외부부하로 공급하는 것을 유지하며, 상기 배터리의 SOC가 상기 최저임계값에 도달한 경우 상기 배터리로부터 상기 외부부하로의 전력 공급을 중단하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including: a fuel cell unit including a reformer, a stack, and a balance of plants (BOP) to assist the operation of the reformer and the stack; A DC output unit for converting the electricity generated by the fuel cell unit to supply to the outside; A battery charged by electricity supplied from the DC output unit; A display unit for displaying the state of the system to the outside; And a warning signal necessary for emergency stop of the system when an emergency error that requires emergency stop occurs during normal operation of a system in which the fuel cell unit and the external load and the battery are operated by electricity supplied from the DC output unit. Display through the display unit, stop the operation of the fuel cell unit, supply the power of the battery to the external load when the external load is in use, the SOC (State Of Charge) of the battery is a predetermined minimum And a control unit which maintains supplying power of the battery to the external load when the threshold value is higher than the threshold value, and stops supplying power from the battery to the external load when the SOC of the battery reaches the minimum threshold value. It is characterized by.

상기 제어유닛에서, 상기 연료전지유닛의 작동 정지는 상기 스택의 작동을 정지하고 상기 개질기의 작동을 정지하며 시스템의 퍼징을 수행한 후 상기 BOP의 작동을 정지하는 것에 의해 이루어질 수 있다.In the control unit, the operation stop of the fuel cell unit may be made by stopping the operation of the BOP after stopping the operation of the stack, stopping the operation of the reformer, and purging the system.

상기 제어유닛은, 상기 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 모니터링된 현재 SOC값과 상기 외부부하의 소비전력량을 이용하여 현재 시점으로부터 시스템의 비상정지가 예상되는 예상시간을 산출하여 상기 표시부를 통해 표시할 수 있다.When the external load is in use, the control unit calculates an estimated time at which an emergency stop of the system is expected from the current time point using the monitored current SOC value of the battery and power consumption of the external load, and displays it on the display unit. can do.

상기 DC 출력부는, 상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 상기 제어유닛의 제어에 의해 직류전력으로 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC/DC 컨버터와, 상기 제어유닛의 제어에 의해 상기 배터리를 충전하기 위한 충전기를 구비할 수 있다.The DC output unit includes a DC / DC converter for converting electricity generated by the fuel cell unit into direct current power by the control of the control unit and supplying the battery to the outside, and charging the battery under the control of the control unit. It may be provided with a charger for.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면은 BOP(Balance Of Plants)와 개질기와 스택을 구비하는 연료전지유닛, 상기 연료전지유닛으로부터 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC 출력부 및 배터리를 구비한 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법에 관한 것으로, 상기 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법은, 상기 DC 출력부로부터 공급되는 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 발생한 경우, 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 표시부를 통해 표시하는 비상경고 단계; 상기 연료전지유닛의 작동을 정지하는 연료전지유닛 정지단계; 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 전력을 상기 외부부하로 공급하는 배터리 전력공급단계; 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)가 최저임계값 이상인 경우 상기 배터리 공급단계를 유지하는 배터리 전력공급유지단계; 및 상기 배터리의 SOC가 상기 최저임계값에 도달한 경우 상기 배터리로부터 상기 외부부하로의 전력 공급을 중단하는 배터리 전력공급중단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Another aspect of the present invention for solving the above object is a fuel cell unit having a balance of plants (BOP) and a reformer and a stack, a DC output unit for converting the electricity generated from the fuel cell unit to supply to the outside; An emergency stop control method for a fuel cell system having a battery. The emergency stop control method for the fuel cell system includes an operation requiring emergency stop in a normal operation state of a system operated by electricity supplied from the DC output unit. An emergency warning step of displaying a warning signal for emergency stop of the system through a display unit when an error occurs; A fuel cell unit stop step of stopping the operation of the fuel cell unit; A battery power supplying step of supplying power of the battery to the external load when the external load is in use; A battery power supply maintaining step of maintaining the battery supplying step when a state of charge (SOC) of the battery is equal to or greater than a minimum threshold value; And stopping the power supply from the battery to the external load when the SOC of the battery reaches the minimum threshold.

상기 연료전지유닛 정지단계는, 스택의 작동을 정지하고 개질기의 작동을 정지하며 시스템의 퍼징을 수행한 후 상기 BOP의 작동을 정지할 수 있다.In the fuel cell unit stopping step, the operation of the stack may be stopped, the operation of the reformer may be stopped, and the operation of the BOP may be stopped after purging the system.

연료전지 시스템의 비상정지 제어방법은 상기 상기 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 모니터링된 현재 SOC값과 상기 외부부하의 소비전력량을 이용하여 현재 시점으로부터 시스템의 비상정지가 예상되는 예상시간을 산출하여 상기 표시부를 통해 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.The emergency stop control method of the fuel cell system calculates an estimated time when an emergency stop of the system is expected from a current point of time by using the monitored current SOC value of the battery and power consumption of the external load when the external load is in use. The method may further include displaying through the display unit.

여기서 상기 DC 출력부는, 상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 상기 연료전지 시스템의 제어에 의해 직류전력으로 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC/DC 컨버터와, 상기 연료전지 시스템의 제어에 의해 상기 배터리를 충전하기 위한 충전기를 구비할 수 있다.The DC output unit may include a DC / DC converter for converting electricity generated by the fuel cell unit into direct current power by controlling the fuel cell system and supplying the same to the outside, and the battery under control of the fuel cell system. It may be provided with a charger for charging.

이와 같이 본 발명에 따른 연료전지 시스템 및 이의 비상정지 제어방법은 동작 중 시스템의 고장과 같은 이유로 시스템이 비상 정지하는 경우 연료전지유닛을 안정적으로 정지시킴과 더불어 외부부하 작동시 배터리에 의해 비상구동을 할 수 있어 안정적이며 효율적인 시스템 운용을 도모할 수 있다.As described above, the fuel cell system and the emergency stop control method thereof according to the present invention stably stops the fuel cell unit when the system stops emergency due to the failure of the system during operation, and also operates the emergency drive by the battery during the external load operation. It can achieve stable and efficient system operation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상정지를 위한 제어절차도이다.1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a control flowchart for emergency stop of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템에 대해 설명한다. 도면들에 표시된 구성들은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도로서, 구성에 대한 설명 중 공지기술에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The configurations shown in the drawings are conceptual diagrams for explaining the concept of the present invention, and a description of known technologies will be omitted from the description of the configurations.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)은 연료전지유닛(10), DC 출력부(20), 배터리(30), 표시부(40) 및 제어유닛(50)으로 이루어질 수 있다.1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present exemplary embodiment may include a fuel cell unit 10, a DC output unit 20, a battery 30, a display unit 40, and a control unit 50. have.

연료전지유닛(10)은 개질기(12), 스택(14), 개질기(12)와 스택(14)의 동작을 보조하는 BOP(Balance Of Plants)(16)를 구비하고, 제어유닛(50)의 제어에 의해 전기를 발생한다. BOP(16)는 연료를 저장하는 연료저장부, 연료저장부의 연료를 개질기(12)로 공급하기 위한 펌프 등으로 구성될 수 있다.The fuel cell unit 10 includes a reformer 12, a stack 14, a balance of plants 16 to assist the operation of the reformer 12 and the stack 14. Generate electricity by control. The BOP 16 may include a fuel storage unit for storing fuel, a pump for supplying fuel to the reformer 12, and the like.

개질기(12)는 BOP(16)에 의해 공급된 연료를 가열하여 수소를 생성하고, 이를 스택(14)으로 공급한다. 즉 개질기(12)는 펌프에 의해 연료저장부로부터 공급된 연료와 반응하여 수소 등의 개질가스를 생성한다.Reformer 12 heats the fuel supplied by BOP 16 to produce hydrogen and supplies it to stack 14. That is, the reformer 12 reacts with the fuel supplied from the fuel storage unit by the pump to generate reformed gas such as hydrogen.

즉, 개질기(12)는 연료전지 시스템(1)이 시동 온(ON) 되면 웜업(warm up)을 수행한다. 개질기(12)의 웜업은 개질기(12) 내의 촉매가 촉매활성화 온도에 도달되도록 하여 수소를 안정적으로 발생하도록 하기 위해 수행된다.That is, the reformer 12 warms up when the fuel cell system 1 is turned on. Warm-up of the reformer 12 is performed to allow the catalyst in the reformer 12 to reach the catalyst activation temperature so as to stably generate hydrogen.

스택(14)은 개질기(12)로부터 공급된 수소와 같은 개질가스 및 공기를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 기전력을 발생한다. 여기서 개질기(12) 및 스택(14)의 반응 메커니즘은 이미 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The stack 14 generates electromotive force by using an reforming gas such as hydrogen and air supplied from the reformer 12 to generate an electrochemical reaction. The reaction mechanisms of the reformer 12 and the stack 14 are already well known here, and thus detailed description thereof is omitted.

또한 연료전지유닛(10)은 이와 같이 발생된 전기를 제어유닛(50)의 제어에 의해 DC 출력부(20)를 통해 연료전지유닛(10), 배터리(30) 및 외부부하로 공급한다.In addition, the fuel cell unit 10 supplies the generated electricity to the fuel cell unit 10, the battery 30, and the external load through the DC output unit 20 under the control of the control unit 50.

DC 출력부(20)는 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급한다. 구체적으로 DC 출력부(20)는 제어유닛(50)의 제어에 의해 연료전지유닛(10) 및 외부부하로 직류전력을 공급하기 위한 DC/DC 컨버터(22)와, 제어유닛(20)의 제어에 의해 배터리(30)를 충전하기 위한 충전기(24)를 구비할 수 있다.The DC output unit 20 converts electricity generated by the fuel cell unit 10 and supplies it to the outside. Specifically, the DC output unit 20 controls the DC / DC converter 22 and the control unit 20 to supply DC power to the fuel cell unit 10 and the external load by the control of the control unit 50. The charger 24 for charging the battery 30 can be provided.

DC/DC 컨버터(22)는 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 직류전기를 제어유닛(50)의 제어에 의해 변환하여 외부부하, 연료전지유닛(10) 및 충전기(24)로 공급할 수 있다.The DC / DC converter 22 may convert the direct current generated by the fuel cell unit 10 by the control of the control unit 50 to supply the external load, the fuel cell unit 10, and the charger 24. .

충전기(24)는 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 전기를 DC/DC 컨버터(22)를 통해 공급받아 배터리(30)를 충전하는 장치로서, 제어유닛(50)의 제어에 의해 동작한다.The charger 24 is a device for charging the battery 30 by receiving electricity generated by the fuel cell unit 10 through the DC / DC converter 22, and operates under the control of the control unit 50.

배터리(30)는 연료전지유닛(10), 외부부하로 제어유닛(50)의 제어에 의해 충전 전력을 공급하거나, 제어유닛(50)의 제어에 의해 DC 출력부(20)로부터 공급된 전기에 의해 충전될 수 있다.The battery 30 supplies the charging power to the fuel cell unit 10 and the external load by the control of the control unit 50, or to the electricity supplied from the DC output unit 20 by the control of the control unit 50. Can be charged.

표시부(40)는 제어유닛(50)이 제어에 의해 시스템의 상태를 외부로 표시하기 위한 디스플레이 장치이다. 표시부(40)는 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 발생한 경우 제어유닛(50)의 제어에 의해 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 외부로 표시한다.The display unit 40 is a display device for the control unit 50 to display the state of the system to the outside by the control. The display unit 40 externally displays a warning signal necessary for emergency stop of the system by the control of the control unit 50 when an operation error requiring emergency stop occurs in the normal operation state of the system.

구체적으로, 표시부(40)는 시스템의 비상정지가 필요한 경우 제어유닛(50)으로부터 전송되는 제어신호에 대응하여 비상정지에 필요한 경고신호를 생성하여 LED, CRT, LCD 등을 통해 화면으로 표출한다.Specifically, when the emergency stop of the system is required, the display unit 40 generates a warning signal for emergency stop in response to a control signal transmitted from the control unit 50 and displays it on the screen through LEDs, CRTs, LCDs, and the like.

이하에서는 제어유닛(50)에 대해 구체적으로 설명한다. 제어유닛(50)은 전술한 각 구성들의 동작을 제어하고 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.Hereinafter, the control unit 50 will be described in detail. The control unit 50 may control the operation of the above-described components and control the overall operation of the fuel cell system 1 according to the present embodiment.

제어유닛(50)은 연료전지유닛(10)에 의해 발생된 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 사전에 정해진 비상정지가 필요한 동작오류가 감지된 경우 사전에 정해진 제어루틴을 수행하여 시스템을 비상정지 시킨다.The control unit 50 performs a predetermined control routine when the operation error requiring a predetermined emergency stop is detected among the normal operating states of the system operated by the electricity generated by the fuel cell unit 10. Emergency stop.

즉 제어유닛(50)은, 시스템의 비상정지 절차가 시작되는 경우 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 표시부(40)를 통해 표시하고, 상기 연료전지유닛의 작동을 정지한다. 이에 의해 DC 출력부(20)를 통해 외부부하로 공급되는 전력도 차단된다.That is, the control unit 50 displays a warning signal for emergency stop of the system through the display unit 40 when the emergency stop procedure of the system is started, and stops the operation of the fuel cell unit. As a result, the power supplied to the external load through the DC output unit 20 is also cut off.

여기서 연료전지유닛(10)의 작동을 정지하는 것은 스택(14)의 작동을 정지하고, 개질기(12)의 작동을 정지하며, 시스템의 퍼징을 수행한 후 BOP(16)의 작동을 정지하는 제어루틴에 의해 수행될 수 있다.Here, stopping the operation of the fuel cell unit 10 stops the operation of the stack 14, stops the operation of the reformer 12, and controls to stop the operation of the BOP 16 after purging the system. Can be performed by a routine.

제어유닛(50)은 전술한 바와 같이 연료전지유닛(10)의 작동을 정지하기 전에 현재 시스템이 비상정지 상태로 돌입하는 것을 알리기 위한 경고 화면을 표시부(40)를 통해 표시할 수 있다.As described above, the control unit 50 may display a warning screen through the display unit 40 for notifying that the current system enters the emergency stop state before stopping the operation of the fuel cell unit 10.

즉 제어유닛(50)은 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 감지된 경우, 시스템이 비상정지 상태임을 알리기 위한 경고화면을 표시하도록 지시하기 위한 제어신호를 생성하고 이를 표시부(40)로 전달한다.That is, the control unit 50 generates a control signal for instructing to display a warning screen for notifying that the system is in an emergency stop state when an operation error requiring an emergency stop is detected in the normal operation state of the system, and displaying the control unit 40. To pass.

제어유닛(50)은 표시부(40)에 비상경고가 표시되고 연료전지유닛(10)의 작동이 정지된 후, 외부부하가 사용 중인 경우 배터리(30)의 전력을 외부부하로 공급한다. 그리고 제어유닛(50)은 배터리(30)의 SOC(State Of charge)가 사전에 정해진 최저임계값 이상인 경우 배터리(30)의 전력을 외부부하로 공급하는 것을 유지한다.After the emergency warning is displayed on the display unit 40 and the operation of the fuel cell unit 10 is stopped, the control unit 50 supplies the power of the battery 30 to the external load when the external load is in use. And the control unit 50 maintains to supply the power of the battery 30 to the external load when the state of charge (SOC) of the battery 30 is more than a predetermined minimum threshold value.

또한 제어유닛(50)은 상기 배터리의 SOC(State Of charge)가 최저임계값에 도달한 경우 배터리(30)로부터 외부부하로의 전력 공급을 중단한다. 이것은 배터리(30)의 SOC가 최저임계값 미만으로 감소하는 것을 막기 위한 것으로, 보통 최저임계값은 대략 25%로 설정될 수 있다.In addition, the control unit 50 stops supplying power from the battery 30 to the external load when the state of charge (SOC) of the battery reaches a minimum threshold. This is to prevent the SOC of the battery 30 from decreasing below the minimum threshold, and the minimum threshold may normally be set to approximately 25%.

이에 의해 제어유닛(50)은 시스템의 동작오류에 의한 비상정지 상황에서도, 배터리(30)를 이용하여 외부부하가 일정시간 비상기동이 가능한 상태를 유지하도록 할 수 있어, 외부부하의 구동 안정성을 향상할 수 있다.As a result, the control unit 50 can maintain the state in which the external load is capable of emergency start for a predetermined time by using the battery 30 even in an emergency stop situation due to an operation error of the system, thereby improving driving stability of the external load. can do.

또한 제어유닛(50)은 외부부하가 사용 중인 경우 배터리(30)의 모니터링된 현재 SOC값과 외부부하의 소비전력량을 이용하여 현재 시점으로부터 시스템의 비상정지가 예상되는 예상시간을 산출하여 표시부(40)를 통해 표시할 수 있다. 이에 의해 사용자는 외부부하의 비상정지 시간을 예측할 수 있어 외부부하의 비상정지에 따른 위험을 최소화 할 수 있다.In addition, the control unit 50 calculates an estimated time at which the emergency stop of the system is expected from the present time by using the monitored current SOC value of the battery 30 and the power consumption of the external load when the external load is in use. ) Can be displayed. As a result, the user can predict the emergency stop time of the external load to minimize the risk of emergency stop of the external load.

이하에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an emergency stop control method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

즉 연료전지 시스템(1)의 비상정지 제어방법은 DC 출력부(20)로부터 공급되는 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 시스템의 오류가 발생한 경우, 시스템을 비상 정지하기 위한 로직에 관한 것이다.That is, the emergency stop control method of the fuel cell system 1 relates to logic for emergency stop of the system when a system error occurs during a normal operation state of the system operated by electricity supplied from the DC output unit 20. .

먼저, 연료전지 시스템(1)은 DC 출력부(20)로부터 공급되는 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 발생한 경우, 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 표시부(40)를 통해 표시한다(S210).First, the fuel cell system 1 may display a warning signal necessary for emergency stop of the system when an operation error requiring emergency stop occurs during normal operation of a system operated by electricity supplied from the DC output unit 20. 40 through (S210).

다음, 연료전지 시스템(1)은 스택(14)의 작동을 정지하고(S220), 개질기(12)의 작동을 정지하고 시스템의 퍼징을 수행한 후 BOP(16)의 작동을 정지함으로써(S225), 연료전지유닛(10)의 작동을 정지시킨다. 그리고 연료전지 시스템(1)은 외부부하가 사용 중인지 판단한다(S230).Next, the fuel cell system 1 stops the operation of the stack 14 (S220), stops the operation of the reformer 12, purges the system, and then stops the operation of the BOP 16 (S225). The operation of the fuel cell unit 10 is stopped. In addition, the fuel cell system 1 determines whether an external load is in use (S230).

S230단계 판단 결과 외부부하가 사용 중인 경우, 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)의 모니터링된 현재 SOC값과 외부부하의 소비전력량을 이용하여 현재 시점으로부터 시스템의 비상정지가 예상되는 예상시간을 산출하여 표시부(40)를 통해 표시하고(S240) 배터리(30)의 전력을 외부부하로 공급하여(S250) 외부부하의 비상구동을 수행할 수 있다.When the external load is in use, the fuel cell system 1 uses the monitored current SOC value of the battery 30 and the power consumption of the external load to estimate the estimated time at which the emergency stop of the system is expected from the present time. Calculate and display through the display unit 40 (S240) and supply the power of the battery 30 to an external load (S250) to perform an emergency drive of the external load.

다음, 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)의 SOC가 최저임계값 이상인 경우(S255), 위의 S250단계의 배터리 공급단계를 계속 수행한다. 반면 S255단계의 판단 결과 배터리(30)의 SOC가 최저임계값에 도달한 경우, 연료전지 시스템(1)은 배터리(30)로부터 외부부하로의 전력 공급을 중단한다(S260).Next, when the SOC of the battery 30 is greater than or equal to the minimum threshold value (S255), the fuel cell system 1 continues the battery supplying step of step S250. On the other hand, when the SOC of the battery 30 reaches the minimum threshold as a result of the determination in step S255, the fuel cell system 1 stops supplying power from the battery 30 to the external load (S260).

한편, 전술한 S230단계의 판단 결과 외부부하가 사용 중이 아닌 경우, 연료전지 시스템(1)은 S260단계를 수행하여 배터리(30)로부터 외부부하로의 전력 공급을 중단한다.On the other hand, when the external load is not in use as a result of the determination in step S230 described above, the fuel cell system 1 performs step S260 to stop supplying power from the battery 30 to the external load.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(1) 및 이의 비상정지 제어방법은 동작 중 시스템의 고장과 같은 이유로 시스템이 비상 정지하는 경우 연료전지유닛(10)을 안정적으로 정지시킴과 더불어 외부부하 작동시 배터리(30)에 의해 비상구동을 할 수 있어 안정적이며 효율적인 시스템 운용을 도모할 수 있다.As described above, the fuel cell system 1 and the emergency stop control method thereof according to an exemplary embodiment of the present invention stably stop the fuel cell unit 10 when the system is emergencyly stopped due to a failure of the system during operation. Emergency operation can be performed by the battery 30 when the external load is operated, thereby achieving stable and efficient system operation.

1: 연료전지 시스템
10: 연료전지유닛
12: 개질기
14: 스택
16: BOP
20: DC 출력부
22: DC/DC 컨버터
24: 충전기
30: 배터리
40: 표시부
50: 제어유닛1: Fuel cell system
10: fuel cell unit
12: reformer
14: stack
16: BOP
20: DC output
22: DC / DC converter
24: charger
30: Battery
40:
50: control unit

Claims (8)

개질기와, 스택과, 상기 개질기와 스택의 동작을 보조하는 BOP(Balance Of Plants)를 구비하여 전기를 발생하는 연료전지유닛;
상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC 출력부;
상기 DC 출력부로부터 공급된 전기에 의해 충전되는 배터리;
시스템의 상태를 외부로 표시하기 위한 표시부; 및
상기 연료전지유닛 및 상기 외부부하 및 상기 배터리가 상기 DC 출력부로부터 공급된 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 발생한 경우, 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 상기 표시부를 통해 표시하고, 상기 연료전지유닛의 작동을 정지하며, 상기 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 전력을 상기 외부부하로 공급하고, 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)가 사전에 정해진 최저임계값 이상인 경우 상기 배터리의 전력을 상기 외부부하로 공급하는 것을 유지하며, 상기 배터리의 SOC가 상기 최저임계값에 도달한 경우 상기 배터리로부터 상기 외부부하로의 전력 공급을 중단하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A fuel cell unit including a reformer, a stack, and a balance of plants (BOP) for assisting the operation of the reformer and the stack;
A DC output unit for converting the electricity generated by the fuel cell unit to supply to the outside;
A battery charged by electricity supplied from the DC output unit;
A display unit for displaying the state of the system to the outside; And
When an operation error requiring emergency stop occurs among the normal operation states of the system in which the fuel cell unit, the external load, and the battery are operated by electricity supplied from the DC output unit, a warning signal necessary for emergency stop of the system is provided. Display through a display unit, stop the operation of the fuel cell unit, supply the power of the battery to the external load when the external load is in use, the SOC (State Of Charge) of the battery is a predetermined minimum threshold And a control unit to keep supplying power of the battery to the external load when the value is greater than the value, and to stop supplying power from the battery to the external load when the SOC of the battery reaches the minimum threshold value. A fuel cell system, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 제어유닛에서,
상기 연료전지유닛의 작동 정지는 상기 스택의 작동을 정지하고 상기 개질기의 작동을 정지하며 시스템의 퍼징을 수행한 후 상기 BOP의 작동을 정지하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein in the control unit,
The operation stop of the fuel cell unit is made by stopping the operation of the stack, stopping the operation of the reformer, purging the system, and stopping the operation of the BOP. 제1항에 있어서, 상기 제어유닛은,
상기 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 모니터링된 현재 SOC값과 상기 외부부하의 소비전력량을 이용하여 현재 시점으로부터 시스템의 비상정지가 예상되는 예상시간을 산출하여 상기 표시부를 통해 표시하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein the control unit,
When the external load is in use, using the monitored current SOC value of the battery and the power consumption of the external load to calculate the expected time for the emergency stop of the system from the current time point, characterized in that for displaying through the display unit Fuel cell system. 제1항에 있어서,
상기 DC 출력부는, 상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 상기 제어유닛의 제어에 의해 직류전력으로 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC/DC 컨버터와, 상기 제어유닛의 제어에 의해 상기 배터리를 충전하기 위한 충전기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1,
The DC output unit includes a DC / DC converter for converting electricity generated by the fuel cell unit into direct current power by the control of the control unit and supplying it to the outside, and charging the battery under the control of the control unit. A fuel cell system, characterized by comprising a charger for. BOP(Balance Of Plants)와 개질기와 스택을 구비하는 연료전지유닛, 상기 연료전지유닛으로부터 발생된 전기를 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC 출력부 및 배터리를 구비한 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법에 있어서,
상기 DC 출력부로부터 공급되는 전기에 의해 운용되는 시스템의 정상동작 상태 중 비상정지가 필요한 동작오류가 발생한 경우, 시스템의 비상정지에 필요한 경고신호를 표시부를 통해 표시하는 비상경고 단계;
상기 연료전지유닛의 작동을 정지하는 연료전지유닛 정지단계;
외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 전력을 상기 외부부하로 공급하는 배터리 전력공급단계;
상기 배터리의 SOC(State Of Charge)가 최저임계값 이상인 경우 상기 배터리 공급단계를 유지하는 배터리 전력공급유지단계; 및
상기 배터리의 SOC가 상기 최저임계값에 도달한 경우 상기 배터리로부터 상기 외부부하로의 전력 공급을 중단하는 배터리 전력공급중단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법.A fuel cell unit having a balance of plants (BOP), a reformer and a stack, a DC output unit for converting electricity generated from the fuel cell unit and supplying it to the outside, and an emergency stop control method for a fuel cell system having a battery In
An emergency warning step of displaying a warning signal for emergency stop of the system through a display unit when an operation error requiring emergency stop occurs in a normal operation state of a system operated by electricity supplied from the DC output unit;
A fuel cell unit stop step of stopping the operation of the fuel cell unit;
A battery power supplying step of supplying power of the battery to the external load when the external load is in use;
A battery power supply maintaining step of maintaining the battery supplying step when a state of charge (SOC) of the battery is equal to or greater than a minimum threshold value; And
And stopping the power supply from the battery to the external load when the SOC of the battery reaches the minimum threshold value. 제5항에 있어서,
상기 연료전지유닛 정지단계는, 스택의 작동을 정지하고 개질기의 작동을 정지하며 시스템의 퍼징을 수행한 후 상기 BOP의 작동을 정지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법.The method of claim 5,
The fuel cell unit stop step, the operation of the emergency stop control method of the fuel cell system, characterized in that to stop the operation of the stack, stop the operation of the reformer and stop the operation of the BOP after performing the purging of the system. 제5항에 있어서,
상기 외부부하가 사용 중인 경우 상기 배터리의 모니터링된 현재 SOC값과 상기 외부부하의 소비전력량을 이용하여 현재 시점으로부터 시스템의 비상정지가 예상되는 예상시간을 산출하여 상기 표시부를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법.The method of claim 5,
Calculating an estimated time at which an emergency stop of the system is expected from a current time point using the monitored current SOC value of the battery and power consumption of the external load when the external load is in use, and displaying the same through the display unit; Emergency stop control method of the fuel cell system, characterized in that. 제5항에 있어서,
상기 DC 출력부는, 상기 연료전지유닛에 의해 발생된 전기를 상기 연료전지 시스템의 제어에 의해 직류전력으로 변환하여 외부로 공급하기 위한 DC/DC 컨버터와, 상기 연료전지 시스템의 제어에 의해 상기 배터리를 충전하기 위한 충전기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상정지 제어방법.The method of claim 5,
The DC output unit may include a DC / DC converter for converting electricity generated by the fuel cell unit into direct current power by controlling the fuel cell system and supplying the battery to the outside, and controlling the battery by the fuel cell system. Emergency stop control method for a fuel cell system characterized in that it comprises a charger for charging.
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KR101684294B1 (en) * 2015-09-24 2016-12-20 세종공업 주식회사 Method of Safely Ending Control the Fuel Cell System After Abnormal Shut Down and Successive Reset

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