KR20140058961A - Fuel cell system and control method of the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a fuel cell system. The disclosed fuel cell system includes: i) fuel cell stacks where multiple unit batteries are successively arranged and are connected in parallel to a predetermined load; ii) temperature sensors which are disposed to be connected to the respective fuel cell stacks, detect the operating temperatures of the fuel cell stacks, and output detection signals to a controller; and iii) a cooling unit which circulates cooling water to the fuel cell stacks so as to cool the respective fuel cell stacks. The controller can limit the cooling by the cooling water which is circulated to the fuel cell stacks with a relatively lower operating temperature using the cooling unit in a case where the operating temperatures of the fuel cell stacks are determined to be different by the temperature sensors.

Description

연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법 {FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fuel cell system,

본 발명의 실시예는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 개 이상의 연료 전지 스택을 병렬로 운전하는 연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system and a control method thereof that operate two or more fuel cell stacks in parallel.

알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 전기화학 반응을 통해 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell system is a kind of power generation system that converts the chemical energy of a fuel directly into electrical energy through an electrochemical reaction.

예를 들면, 이러한 연료 전지 시스템은 연료 전지 차량에 채용되어 전기모터를 작동시켜 차량을 구동시킨다.For example, such a fuel cell system is employed in a fuel cell vehicle to drive an electric motor to drive the vehicle.

연료 전지 시스템은 단위의 연료 전지(단위 전지)들이 적층된 연료 전지 스택과, 연료 전지 스택으로 연료를 공급하는 연료 공급 장치와, 연료 전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급 장치와, 연료 전지 스택의 반응열을 제거하며 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치를 구비하고 있다.The fuel cell system includes a fuel cell stack in which fuel cells (unit cells) are stacked, a fuel supply device for supplying fuel to the fuel cell stack, an air supply device for supplying air to the fuel cell stack, And a heat and water management device for removing the reaction heat and controlling the operating temperature of the fuel cell stack.

여기서, 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물 관리 장치로는 냉각수 펌프를 통해 냉각수를 연료 전지 스택으로 순환시키며 반응열을 제거하고, 이러한 반응열에 의해 데워진 냉각수를 라디에이터를 통해 냉각시키는 냉각장치를 구비하고 있다.Here, the heat and water management device for controlling the operating temperature of the fuel cell stack includes a cooling device that circulates the cooling water to the fuel cell stack through the cooling water pump, removes the reaction heat, and cools the cooling water heated by the reaction heat through the radiator Respectively.

한편, 종래 기술에서는 연료 전지 시스템의 출력 성능을 향상시키기 위해 두 개 이상의 연료 전지 스택을 채용하며, 이들 연료 전지 스택을 소정의 부하(예를 들면, 연료 전지 차량의 전기 모터)에 병렬로 연결하고 있다.On the other hand, in the prior art, two or more fuel cell stacks are employed to improve the output performance of the fuel cell system, and these fuel cell stacks are connected in parallel to a predetermined load (for example, an electric motor of the fuel cell vehicle) have.

이 경우, 각각의 연료 전지 스택은 앞서 설명한 바와 같은 냉각장치에 의해 반응열을 냉각시키고 있다.In this case, each fuel cell stack cools the heat of reaction by a cooling device as described above.

그런데, 상기와 같이 연료 전지 스택들이 병렬로 운전하는 연료 전지 시스템에서는 초기 시동 혹은 재시동 시 각 연료 전지 스택의 운전 온도가 다를 경우 각 연료 전지 스택의 출력 또한 달라지게 되어 결과적으로는 전체 연료 전지 시스템의 내구 성능이 저하될 수 있다.However, in the fuel cell system in which the fuel cell stacks operate in parallel as described above, when the operating temperature of each fuel cell stack is different at the time of initial startup or restart, the output of each fuel cell stack also changes. As a result, The durability performance may be deteriorated.

부연 설명하면, 연료 전지 시스템에서 연료 전지 스택의 출력 성능은 전적으로 연료 전지의 캐소드측 산소 환원 반응에 의해 좌우되는데, 이는 운전 온도(혹은 반응 온도)에 크게 의존하기 때문이다.In other words, the output performance of the fuel cell stack in the fuel cell system depends entirely on the cathode-side oxygen reduction reaction of the fuel cell, which is highly dependent on the operating temperature (or reaction temperature).

즉, 연료 전지 스택의 운전 온도가 낮을 경우에는 산소 환원 반응 속도가 낮아지고, 연료 전지 스택에서 발생되는 최대 출력도 낮아지며, 이렇게 달라진 최대 출력으로 인해 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택에서는 산소 환원 반응 속도가 낮아 반응열이 덜 발생하게 되고 운전 온도 상승 속도가 감소하게 되는 악순환을 반복하게 된다.That is, when the operating temperature of the fuel cell stack is low, the oxygen reduction reaction rate is lowered, the maximum output generated from the fuel cell stack is also lowered, and the oxygen reduction reaction rate So that the reaction heat is less generated and the operating temperature rising speed is decreased.

본 발명의 실시예들은 연료 전지 스택의 냉각 계통을 제어하여 각 연료 전지 스택의 운전 온도를 동일하게 유지시켜 줌으로써 전체 연료 전지 시스템의 출력 성능 및 내구 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a fuel cell system and a fuel cell system in which the output performance and durability of the entire fuel cell system can be further improved by controlling the cooling system of the fuel cell stack to keep the operation temperature of each fuel cell stack at the same level, Control method.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, ⅰ)다수 개의 단위 전지들이 연속적으로 배열되며, 소정의 부하와 병렬로 연결되는 연료 전지 스택들과, ⅱ)상기 각 연료 전지 스택에 연결되게 설치되며 그 연료 전지 스택의 운전 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서와, ⅲ)상기 각 연료 전지 스택을 냉각시키기 위해 냉각수를 상기 연료 전지 스택으로 순환시키는 냉각유닛을 포함하며, 상기 제어기는 상기 온도 센서를 통해 상기 연료 전지 스택의 운전 온도가 상이하다고 판단되는 경우, 상기 냉각유닛을 통해 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택으로 순환되는 냉각수의 냉각을 제한할 수 있다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes: i) fuel cell stacks in which a plurality of unit cells are arranged in series and connected in parallel with a predetermined load; ii) A temperature sensor for sensing an operating temperature of the fuel cell stack and outputting a detection signal to the controller, and iii) a cooling unit for circulating cooling water to the fuel cell stack to cool the fuel cell stack, May limit the cooling of the cooling water circulated through the cooling unit to the fuel cell stack having a relatively low operating temperature when the operating temperature of the fuel cell stack is judged to be different through the temperature sensor.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템은, 상기 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택은 상기 제어기에 의한 냉각수의 제한으로서 운전 온도가 상승할 수 있다.Further, in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, the operating temperature of the fuel cell stack having the low operating temperature may rise as the cooling water is limited by the controller.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 냉각유닛은 상기 냉각수를 상기 각 연료 전지 스택으로 순환시키는 냉각라인과, 상기 냉각라인에 설치되는 냉각수 펌프와, 상기 냉각라인에서 분기된 분기라인에 설치되며 상기 연료 전지 스택을 거치며 데워진 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와, 상기 분기라인의 분기 지점에 설치되며, 상기 냉각라인과 분기라인을 선택적으로 개폐하는 밸브부재를 포함할 수 있다.Further, in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, the cooling unit includes a cooling line for circulating the cooling water to each fuel cell stack, a cooling water pump installed in the cooling line, And a valve member installed at a branch point of the branch line for selectively opening and closing the cooling line and the branch line.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 온도 센서를 통해 상기 연료 전지 스택의 운전 온도가 상이하다고 판단되는 경우, 상기 밸브부재를 제어하여 상기 냉각라인을 통해 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.Further, in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention, when it is determined through the temperature sensor that the operating temperature of the fuel cell stack is different, the controller controls the valve member to operate The cooling water can be circulated to the fuel cell stack having a low temperature.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 온도 센서를 통해 상기 연료 전지 스택의 운전 온도가 상이하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 밸브부재를 제어하여 상기 분기라인을 통해 냉각라인의 냉각수를 라디에이터로 순환시킬 수 있다.Further, in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention, when it is determined through the temperature sensor that the operating temperature of the fuel cell stack is not different, the controller controls the valve member to switch the branch line The cooling water of the cooling line can be circulated to the radiator.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 밸브부재는 3-웨이 밸브로 이루어질 수 있다.Further, in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, the valve member may be a three-way valve.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 소정의 부하와 병렬로 연결되는 연료 전지 스택들과, 냉각수를 상기 각 연료 전지 스택으로 순환시키는 냉각유닛을 포함하는 연료 전지 시스템을 제어하기 위한 것으로서, 상기 각 연료 전지 스택의 운전 온도를 감지하고, 상기 연료 전지 스택들의 운전 온도가 상이하다고 판단되면, 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택에 대한 라디에이터의 냉각수 순환을 제한할 수 있다.A control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell system including fuel cell stacks connected in parallel with a predetermined load and a cooling unit circulating cooling water to each fuel cell stack It is possible to limit the cooling water circulation of the radiator to the fuel cell stack in which the operation temperature is relatively low when it is determined that the operation temperatures of the fuel cell stacks are different from each other, .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 상기 연료 전지 스택들의 운전 온도가 상이하다고 판단되면, 상기 각 연료 전지 스택으로 냉각수를 순환시키는 냉각라인에서 분기되며 상기 라디에이터가 설치된 분기라인을 폐쇄할 수 있다.The control method of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention is characterized in that when it is determined that the operation temperatures of the fuel cell stacks are different, the cooling method is branched from the cooling line circulating the cooling water to each fuel cell stack, The branch line can be closed.

이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 상기 분기라인의 분기 지점에 설치된 밸브부재를 폐쇄할 수 있다.In this case, the control method of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention can close the valve member provided at the branch point of the branch line.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 제어 방법은 상기 연료 전지 스택들의 운전 온도가 상이하지 않은 것으로 판단되면, 상기 각 연료 전지 스택으로 냉각수를 순환시키는 냉각라인에서 분기되며 상기 라디에이터가 설치된 분기라인을 개방할 수 있다.The control method of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention is characterized in that when it is determined that the operating temperatures of the fuel cell stacks are not different, the cooling water is branched from a cooling line circulating the cooling water to each fuel cell stack, The installed branch line can be opened.

이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템의 제어 방법은, 상기 분기라인의 분기 지점에 설치된 밸브부재를 개방할 수 있다.In this case, the control method of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention can open the valve member provided at the branch point of the branch line.

본 발명의 실시예들은 부하에 병렬로 연결된 연료 전지 스택들의 운전 온도를 온도 센서를 통해 측정하고, 상대적으로 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택에 대한 라디에이터의 냉각수 순환을 제한함으로써 연료 전지 스택들의 운전 온도를 동일하게 유지시킬 수 있다.Embodiments of the present invention provide a fuel cell system that measures the operating temperature of fuel cell stacks connected in parallel to a load through a temperature sensor and limits the operation temperature of the fuel cell stacks by limiting the cooling water circulation of the radiator to a fuel cell stack having a relatively low operating temperature The same can be maintained.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 스택의 냉각 계통을 제어하여 각 연료 전지 스택의 운전 온도를 동일하게 유지시켜 연료 전지 스택들의 출력을 동일하게 함으로써 전체 연료 전지 시스템의 출력 성능 및 내구 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, by controlling the cooling system of the fuel cell stack to keep the operating temperatures of the fuel cell stacks the same, the outputs of the fuel cell stacks are made the same, Can be improved.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are views for explaining the operation of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)은 수소 가스와 같은 연료와, 공기와 같은 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 전기를 생산하는 발전 시스템으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention includes a power generation system that generates electricity through an electrochemical reaction between a fuel such as hydrogen gas and an oxidant such as air.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템(100)은 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응에 의해 생산되는 전기 에너지로서 전기 모터를 작동시키는 연료 전지 차량에 적용될 수 있다.For example, the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention can be applied to a fuel cell vehicle that operates an electric motor as electric energy produced by an electrochemical reaction between a fuel and an oxidant.

상기와 같은 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로 전기 모터와 같은 부하(1)와 병렬로 연결되는 두 개 이상의 연료 전지 스택(10)을 포함하고 있다. 그러나, 이하에서는 도면에서와 같이 두 개의 연료 전지 스택(10)이 부하(1)와 병렬로 연결된 것을 예로 하여 설명하기로 한다.The fuel cell system 100 as described above basically includes two or more fuel cell stacks 10 connected in parallel with a load 1 such as an electric motor. However, in the following description, it is assumed that two fuel cell stacks 10 are connected in parallel with the load 1 as shown in the figure.

상기 연료 전지 스택(10)은 다수 개의 단위 전지들(연료 전지들)이 연속적으로 배열된 전기 발생 집합체로서 이루어지며, 그 단위 전지에 의한 연료와 산화제의 전기 화학적인 반응, 즉 막-전극 어셈블리(MEA)에 의한 연료의 산화 반응 및 산소의 환원 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.The fuel cell stack 10 is composed of an electricity generation assembly in which a plurality of unit cells (fuel cells) are continuously arranged, and the electrochemical reaction of the fuel with the oxidant by the unit cell, that is, the membrane- MEA) and the reduction reaction of oxygen to generate electrical energy.

여기서, 상기 각 연료 전지 스택(10)은 운전 시, 산소의 환원 반응에 의해 반응열을 발생시키는데, 이러한 반응열은 별도 제공되는 냉각수에 의해 일정 온도로 냉각될 수 있다.Here, each fuel cell stack 10 generates a reaction heat by an oxygen reduction reaction during operation, and the reaction heat may be cooled to a predetermined temperature by cooling water provided separately.

이러한 연료 전지 스택(10)은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 연료 전지 스택으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since this fuel cell stack 10 is made up of a fuel cell stack well known in the art, a detailed description of its construction will be omitted herein.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템(100)은 연료 전지 스택(10)의 냉각 계통을 제어하여 각 연료 전지 스택(10)의 운전 온도를 동일하게 유지시켜 줌으로써 전체 연료 전지 시스템의 출력 성능 및 내구 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.The fuel cell system 100 according to the embodiment of the present invention controls the cooling system of the fuel cell stack 10 to maintain the same operating temperature of each fuel cell stack 10, And a structure capable of further improving endurance performance.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로, 각 연료 전지 스택(10)에 연결되게 설치되는 온도 센서(40)와, 각 연료 전지 스택(10)을 냉각수로서 냉각시키는 냉각유닛(60)과, 시스템(100)의 전반적인 운용을 제어하는 제어기(90)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.The fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention basically includes a temperature sensor 40 connected to each of the fuel cell stacks 10, And a controller 90 for controlling the overall operation of the system 100. The configuration of the cooling unit 60 will be described below.

상기에서 온도 센서(40)는 연료 전지 스택(10)의 반응 온도를 측정하기 위한 것으로서, 연료 전지 스택(10)의 셀 영역 혹은 그 셀 영역의 외측에 설치될 수 있다.The temperature sensor 40 is for measuring the reaction temperature of the fuel cell stack 10 and may be installed outside the cell region of the fuel cell stack 10 or its cell region.

이러한 온도 센서(40)는 각 연료 전지 스택(10)의 반응 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력하는 통상적인 구조의 온도 감지 센서로 이루어질 수 있다.The temperature sensor 40 may be a temperature sensing sensor of a conventional structure for sensing the reaction temperature of each fuel cell stack 10 and outputting the detection signal to the controller 90.

본 발명의 실시예에서, 상기 냉각유닛(60)은 냉각수를 연료 전지 스택(10)으로 순환시키며 각각의 연료 전지 스택(10)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 것이다.In the embodiment of the present invention, the cooling unit 60 circulates cooling water to the fuel cell stack 10 and cools the heat generated in each fuel cell stack 10. [

상기 냉각유닛(60)은 냉각수를 각 연료 전지 스택(10)으로 순환시키는 냉각라인(61)과, 냉각라인(61)에 설치되는 냉각수 펌프(63)와, 냉각라인(61)에서 분기된 분기라인(65)에 설치되어 연료 전지 스택(10)을 거치며 데워진 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(67)와, 분기라인(65)의 분기 지점에 설치되며 냉각라인(61)과 분기라인(65)을 선택적으로 개폐하는 밸브부재(69)를 포함한다.The cooling unit 60 includes a cooling line 61 for circulating cooling water to each fuel cell stack 10, a cooling water pump 63 installed in the cooling line 61, A radiator 67 installed in the line 65 for cooling the heated cooling water through the fuel cell stack 10 and a radiator 67 installed at the branch point of the branch line 65 and selectively connecting the cooling line 61 and the branch line 65 As shown in Fig.

여기서, 상기 분기라인(65)은 라디에이터(67)의 입구 측에서 연료 전지 스택(10) 냉각수 유출 측의 냉각라인(61)에 연결되며, 라디에이터(67)의 출구 측에서 다시 냉각라인(61)으로 연결될 수 있다.The branch line 65 is connected to the cooling line 61 on the cooling water outlet side of the fuel cell stack 10 at the inlet side of the radiator 67 and is connected to the cooling line 61 at the outlet side of the radiator 67, .

그리고, 상기 밸브부재(69)는 라디에이터(67)의 출구 측에서 냉각라인(61)과 분기라인(65)의 연결 지점에 설치되며, 그 냉각라인(61)과 분기라인(65)을 선택적으로 개폐할 수 있다.The valve member 69 is installed at the connection point between the cooling line 61 and the branch line 65 at the outlet side of the radiator 67 and selectively connects the cooling line 61 and the branch line 65 to each other Can be opened and closed.

이 경우, 상기 밸브부재(69)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 3-웨이(3-way) 밸브로 이루어질 수 있다.In this case, the valve member 69 may be a 3-way valve well known in the art.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어기(90)는 연료 전지 시스템(100)의 전반적인 운용을 제어하는 것으로, 더 나아가서는 온도 센서(40)로부터 감지 신호를 제공받아 냉각유닛(60)의 냉각 계통을 제어할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the controller 90 controls the overall operation of the fuel cell system 100, and further receives a sensing signal from the temperature sensor 40, Can be controlled.

이러한 제어기(90)는 온도 센서(40)를 통해 연료 전지 스택(10)의 운전 온도가 상이하다고 판단되는 경우, 냉각유닛(60)을 통해 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택(10)으로 순환되는 냉각수의 냉각을 제한할 수 있다.When the operating temperature of the fuel cell stack 10 is judged to be different through the temperature sensor 40, the controller 90 controls the temperature of the fuel cell stack 10 to circulate through the cooling unit 60 to the fuel cell stack 10, It is possible to limit the cooling of the cooling water.

즉, 상기 제어기(90)는 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도가 상이하다고 판단되면, 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택(10)에 대한 라디에이터(67)의 냉각수 순환을 제한할 수 있다.That is, if it is determined that the operating temperatures of the fuel cell stacks 10 are different, the controller 90 can limit the cooling water circulation of the radiator 67 to the fuel cell stack 10 having a relatively low operating temperature .

부연 설명하면, 상기 제어기(90)는 온도 센서(40)를 통해 연료 전지 스택(10)의 운전 온도가 상이하다고 판단되는 경우, 밸브부재(69)를 제어하여 분기라인(65)을 차단함으로써 냉각수가 라디에이터(67)로 순환하는 것을 제한하고, 냉각라인(61)을 통해 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택(10)으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.The controller 90 controls the valve member 69 to shut off the branch line 65 when the operating temperature of the fuel cell stack 10 is judged to be different via the temperature sensor 40, To the radiator (67), and circulate the cooling water through the cooling line (61) to the fuel cell stack (10) having a low operating temperature.

그리고, 상기 제어기(90)는 온도 센서(40)를 통해 연료 전지 스택(10)의 운전 온도가 상이하지 않은 것으로 판단되는 경우, 밸브부재(69)를 제어하여 분기라인(65)을 통해 냉각라인(61)의 냉각수를 라디에이터(67)로 순환시킬 수 있다.When it is determined that the operating temperature of the fuel cell stack 10 is not different through the temperature sensor 40, the controller 90 controls the valve member 69 to open the cooling line The cooling water of the radiator 61 can be circulated to the radiator 67.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작동 및 그 연료 전지 시스템(100)의 제어 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the fuel cell system 100 and the control method of the fuel cell system 100 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams for explaining the operation of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart for explaining a control method of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.

도 2 및 도 4를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서 연료 전지 시스템(100)의 시동 시 혹은 재시동 시(S11 단계), 온도 센서(40)는 부하(1)에 병렬로 연결된 연료 전지 스택(10)의 운전 온도를 감지하고, 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다(S12 단계).2 and 4, the temperature sensor 40 is connected to the fuel cell stack 100 connected in parallel to the load 1 at the time of starting or restarting the fuel cell system 100 (S11) (Step S12). The controller 90 detects the operating temperature of the battery 10 and outputs the detection signal to the controller 90 (step S12).

그러면, 상기 제어기(90)는 온도 센서(40)로부터 감지 신호를 제공받아 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도가 상이한지를 판단하는데(S13 단계), 상기 S13 단계에서 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도가 상이하다고 판단되면, 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택(10)에 대한 라디에이터(67)의 냉각수 순환을 제한한다(S14 단계).The controller 90 receives a sensing signal from the temperature sensor 40 to determine whether the operating temperatures of the fuel cell stacks 10 are different from each other at step S13. The cooling water circulation of the radiator 67 to the fuel cell stack 10 with a relatively low operating temperature is restricted (step S14).

상기 S14 단계에서 제어기(90)는 밸브부재(69)에 제어 신호를 인가하여 라디에이터(67)가 설치된 분기라인(65)을 폐쇄한다.The controller 90 applies a control signal to the valve member 69 to close the branch line 65 provided with the radiator 67 in step S14.

그러면, 본 발명의 실시예에서는 밸브부재(69)를 통해 분기라인(65)을 차단함으로써 냉각수가 라디에이터(67)로 순환하는 것을 제한하고, 냉각라인(61)을 통해 상대적으로 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택(10)으로 냉각수를 순환시키게 된다.Then, in the embodiment of the present invention, the branching line 65 is blocked through the valve member 69 to limit the circulation of the cooling water to the radiator 67, and through the cooling line 61, So that the cooling water is circulated to the battery stack 10.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 스택(10)을 냉각시키며 데워진 냉각수를 라디에이터(67)로 순환시키지 않고, 냉각라인(61)을 통해 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택(10)으로 냉각수를 순환시킴으로써 그 연료 전지 스택(10)의 운전 온도를 상승시키게 된다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the cooling water is supplied to the fuel cell stack 10 with the relatively low operating temperature through the cooling line 61 without cooling the fuel cell stack 10 and circulating the warmed cooling water to the radiator 67, The operation temperature of the fuel cell stack 10 is increased.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 과정을 거치며 병렬로 연결된 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도를 동일하게 유지시킴으로써 각각의 연료 전지 스택(10)에서 동일한 전류의 전기 에너지를 출력할 수 있게 된다.Thus, in the embodiment of the present invention, by maintaining the same operating temperature of the fuel cell stacks 10 connected in parallel through the process described above, it is possible to output electric energy of the same current in each fuel cell stack 10 .

한편, 도 3 및 도 4를 참조하면본 발명의 실시예에 따른 상기 S13 단계에서 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도가 상이하지 않은 것으로 판단되면, 제어기(90)는 밸브부재(69)에 제어 신호를 인가하여 라디에이터(67)가 설치된 분기라인(65)을 개방한다(S15 단계).3 and 4, if the operation temperature of the fuel cell stacks 10 is determined not to be different in step S13 according to the embodiment of the present invention, the controller 90 controls the valve member 69 A control signal is applied to open the branch line 65 provided with the radiator 67 (step S15).

그러면, 상기 냉각라인(61)을 통해 연료 전지 스택들(10)을 순환하며 데워진 냉각수를 분기라인(65)을 통해 라디에이터(67)로 공급하며 냉각시킴으로써 그 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도를 동일하게 유지시킬 수 있게 된다.The cooling water circulating in the fuel cell stacks 10 through the cooling line 61 is supplied to the radiator 67 through the branch line 65 and cooled so that the operation temperature of the fuel cell stacks 10 Can be kept the same.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100) 및 그의 제어 방법에 의하면, 부하(1)에 병렬로 연결된 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도를 온도 센서(40)를 통해 측정하고, 상대적으로 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택(10)에 대한 라디에이터(69)의 냉각수 순환을 제한함으로써 연료 전지 스택들(10)의 운전 온도를 동일하게 유지시킬 수 있다.As described above, according to the fuel cell system 100 and the control method thereof according to the embodiment of the present invention, the operation temperature of the fuel cell stacks 10 connected in parallel to the load 1 is detected by the temperature sensor 40 And restricting the cooling water circulation of the radiator 69 to the fuel cell stack 10 having a relatively low operating temperature, so that the operating temperatures of the fuel cell stacks 10 can be kept the same.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료 전지 스택(10)의 냉각 계통을 제어하여 각 연료 전지 스택(10)의 운전 온도를 동일하게 유지시켜 연료 전지 스택들(10)의 출력을 동일하게 함으로써 전체 연료 전지 시스템의 출력 성능 및 내구 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, by controlling the cooling system of the fuel cell stack 10 to keep the operation temperature of each fuel cell stack 10 the same, the output of the fuel cell stacks 10 is made equal, The output performance and endurance performance of the battery system can be further improved.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Other embodiments may easily be suggested by adding, changing, deleting, adding, or the like of elements, but this also falls within the scope of the present invention.

1... 부하
10... 연료 전지 스택
40... 온도 센서
60... 냉각유닛
61... 냉각라인
63... 냉각수 펌프
65... 분기라인
67... 라디에이터
69... 밸브부재
90... 제어기1 ... load
10 ... Fuel cell stack
40 ... Temperature sensor
60 ... cooling unit
61 ... cooling line
63 ... coolant pump
65 ... branch line
67 ... radiator
69 ... valve member
90 ... controller

Claims (11)

다수 개의 단위 전지들이 연속적으로 배열되며, 소정의 부하와 병렬로 연결되는 연료 전지 스택들;
상기 각 연료 전지 스택에 연결되게 설치되며 그 연료 전지 스택의 운전 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서; 및
상기 각 연료 전지 스택을 냉각시키기 위해 냉각수를 상기 연료 전지 스택으로 순환시키는 냉각유닛
을 포함하며,
상기 제어기는 상기 온도 센서를 통해 상기 연료 전지 스택의 운전 온도가 상이하다고 판단되는 경우, 상기 냉각유닛을 통해 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택으로 순환되는 냉각수의 냉각을 제한하는 연료 전지 시스템.Fuel cell stacks in which a plurality of unit cells are arranged in series and connected in parallel with a predetermined load;
A temperature sensor connected to each of the fuel cell stacks for detecting an operating temperature of the fuel cell stack and outputting a detection signal to the controller; And
A cooling unit for circulating cooling water to the fuel cell stack to cool each of the fuel cell stacks;
/ RTI >
Wherein the controller limits the cooling of the cooling water circulated through the cooling unit to the fuel cell stack having a relatively low operating temperature when the operating temperature of the fuel cell stack is judged to be different via the temperature sensor. 제1 항에 있어서,
상기 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택은 상기 제어기에 의한 냉각수의 제한으로서 운전 온도가 상승하는 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the operating temperature of the fuel cell stack having the low operating temperature rises as the limitation of the cooling water by the controller. 제1 항에 있어서,
상기 냉각유닛은,
상기 냉각수를 상기 각 연료 전지 스택으로 순환시키는 냉각라인과,
상기 냉각라인에 설치되는 냉각수 펌프와,
상기 냉각라인에서 분기된 분기라인에 설치되며 상기 연료 전지 스택을 거치며 데워진 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와,
상기 분기라인의 분기 지점에 설치되며, 상기 냉각라인과 분기라인을 선택적으로 개폐하는 밸브부재
를 포함하는 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
The cooling unit includes:
A cooling line for circulating the cooling water to each of the fuel cell stacks,
A cooling water pump installed in the cooling line,
A radiator installed in a branch line branched from the cooling line and cooling the heated cooling water passing through the fuel cell stack,
A valve member installed at a branch point of the branch line and selectively opening and closing the cooling line and the branch line,
And a fuel cell system. 제3 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 온도 센서를 통해 상기 연료 전지 스택의 운전 온도가 상이하다고 판단되는 경우,
상기 밸브부재를 제어하여 상기 냉각라인을 통해 운전 온도가 낮은 연료 전지 스택으로 냉각수를 순환시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The method of claim 3,
The controller comprising:
If it is determined that the operating temperature of the fuel cell stack is different through the temperature sensor,
And controls the valve member to circulate the cooling water through the cooling line to the fuel cell stack having a low operating temperature. 제3 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 온도 센서를 통해 상기 연료 전지 스택의 운전 온도가 상이하지 않은 것으로 판단되는 경우,
상기 밸브부재를 제어하여 상기 분기라인을 통해 냉각라인의 냉각수를 라디에이터로 순환시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The method of claim 3,
The controller comprising:
If it is determined that the operating temperature of the fuel cell stack is not different through the temperature sensor,
And controls the valve member to circulate the cooling water of the cooling line to the radiator through the branch line. 제3 항에 있어서,
상기 밸브부재는 3-웨이 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The method of claim 3,
Wherein the valve member is a three-way valve. 소정의 부하와 병렬로 연결되는 연료 전지 스택들과, 냉각수를 상기 각 연료 전지 스택으로 순환시키는 냉각유닛을 포함하는 연료 전지 시스템의 제어 방법으로서,
상기 각 연료 전지 스택의 운전 온도를 감지하고, 상기 연료 전지 스택들의 운전 온도가 상이하다고 판단되면, 운전 온도가 상대적으로 낮은 연료 전지 스택에 대한 라디에이터의 냉각수 순환을 제한하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.1. A control method of a fuel cell system including fuel cell stacks connected in parallel with a predetermined load and a cooling unit circulating cooling water to each fuel cell stack,
Wherein the controller senses the operating temperature of each of the fuel cell stacks and restricts cooling water circulation of the radiator to the fuel cell stack having a relatively low operating temperature when it is determined that the operating temperatures of the fuel cell stacks are different. / RTI > 제7 항에 있어서,
상기 연료 전지 스택들의 운전 온도가 상이하다고 판단되면,
상기 각 연료 전지 스택으로 냉각수를 순환시키는 냉각라인에서 분기되며 상기 라디에이터가 설치된 분기라인을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.8. The method of claim 7,
If it is determined that the operating temperatures of the fuel cell stacks are different,
Wherein the fuel cell stack is branched from a cooling line for circulating cooling water to each of the fuel cell stacks and closes a branch line in which the radiator is installed. 제8 항에 있어서,
상기 분기라인의 분기 지점에 설치된 밸브부재를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.9. The method of claim 8,
And closes the valve member provided at the branch point of the branch line. 제7 항에 있어서,
상기 연료 전지 스택들의 운전 온도가 상이하지 않은 것으로 판단되면,
상기 각 연료 전지 스택으로 냉각수를 순환시키는 냉각라인에서 분기되며 상기 라디에이터가 설치된 분기라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.8. The method of claim 7,
If it is determined that the operating temperatures of the fuel cell stacks do not differ,
Wherein the fuel cell stack is branched from a cooling line for circulating cooling water to each fuel cell stack and opens a branch line in which the radiator is installed. 제10 항에 있어서,
상기 분기라인의 분기 지점에 설치된 밸브부재를 개방하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 제어 방법.

11. The method of claim 10,
And a valve member provided at a branch point of the branch line is opened.

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