KR20150020952A - 연료 전지 시스템 및 연료의 농도를 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 연료 전지 시스템(fuel cell system)의 스택에 공급하는 연료의 농도를 제어하는 방법은 상기 스택이 정상 모드(normal mode)일 때 상기 스택에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정하는 단계; 상기 스택의 온도를 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

연료 전지 시스템 및 연료의 농도를 제어하는 방법{Fuel cell system and method for controlling concentration of fuel}
연료전지 시스템 및 연료의 농도제어를 통한 연료전지의 성능 향상 방법에 관한 것이다.
연료 전지(fuel cell)는 수소 등과 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기 에너지를 발생시키는 친환경적 대체 에너지 기술로서 태양 전지(solar cell) 등과 함께 각광을 받고 있다. 일반적으로, 연료 전지는 단위 전력을 발생시키는 다수의 셀(cell)들이 결합된 스택(stack)을 포함한다. 스택은 공급된 연료를 이용하여 전력을 생성한다. 일반적으로 연료전지 시스템의 운전조건의 변화와 메탄올 크로스 오버등의 영향으로 인해, 연료 전지 시스템의 동작 시간이 경과함에 따라, 스택으로부터 출력되는 전력이 감소된다. 이러한 전력의 감소를 줄이기 위한 방법들이 활발히 연구되고 있다.
연료 전지 시스템 및 연료의 농도를 제어하는 방법을 통해 연료전지의 성능을 향상하는 방법을 제공하는 데 있다
일 실시 예에 따른 연료 전지 시스템(fuel cell system)의 스택에 공급하는 연료의 농도를 제어하는 방법은 상기 스택이 정상 모드(normal mode)일 때 상기 스택에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정하는 단계; 상기 스택의 온도를 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 연료 전지 시스템의 스택에 공급하는 연료의 농도를 제어하는 방법은 상기 스택이 정상 모드(normal mode)일 때 상기 스택에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정하는 단계; 및 상기 기준 농도를 기준으로 상기 스택에 공급되는 연료의 농도가 주기적으로 증감하도록 제어하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 연료 전지 시스템은 연료를 저장하는 연료 저장소; 상기 연료 저장소에 저장된 연료를 배출하는 연료 펌프; 상기 연료 펌프로부터 배출된 연료를 이용하여 전력을 생성하는 스택; 및 상기 스택의 온도를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어하는 제어부를 포함한다.
스택의 온도의 변화에 기초하여, 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어할 수 있다.
스택으로부터 출력되는 전력의 변화에 기초하여, 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어할 수 있다.
연료 펌프의 온-오프 시간을 제어하여, 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어할 수 있다.
주기적으로 연료 펌프를 제어하여, 스택에 공급되는 연료의 농도를 낮출 수 있다.
주기적으로 연료 펌프를 제어하여, 스택에 공급되는 연료의 농도를 주기적으로 기준농도와 낮은 농도로 제어하여, 이를 통한 메탄올 크로스오버를 제어 가능하게 하여 주기적으로 연료전지의 성능을 회복 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 연료의 농도를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 연료의 농도를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 전력의 변화에 따른 연료 펌프의 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100, fuel cell system)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면 연료 전지 시스템(100)은 연료 저장소(110, fuel storage), 연료 펌프(115, fuel pump), 애노드 열 교환기(120, anode heat exchanger), 액체 펌프(130, liquid pump), 연료 농도 센서(140, fuel concentration sensor), 스택(150, stack), 에어 펌프(135, air pump), 버퍼(160, buffer), 캐소드 열 교환기(125, cathode heat exchanger), 분리기(170, separator) 및 제어부(180, controller)를 포함한다.
연료 저장소(110)는 연료를 저장한다. 예를 들어, 연료는 메탄올 또는 에탄올과 같은 액체 연료일 수 있다.
연료 펌프(115)는 연료 저장소(110)에 저장된 연료를 배출한다. 연료 펌프(115)는 제어부(180)에 의해 제어된다.
애노드 열 교환기(120)는 열 교환 및 연료를 혼합한다. 애노드 열 교환기(120)에 스택(150)의 애노드로부터 배출되는 물 또는 연료가 공급된다. 스택(150)의 애노드로부터 배출되는 연료는 스택(150)에서 반응하고 남은 연료를 나타낸다. 스택(150)의 애노드로부터 배출되는 물은 스택(150)에서 반응에 의한 부산물이다. 또한, 애노드 열 교환기(120)에 연료 펌프(115)로부터 배출되는 연료가 공급된다. 따라서, 애노드 열 교환기(120)에서는 스택(150)으로부터 배출되는 연료 및 연료 펌프(115)로부터 배출되는 연료가 혼합된다. 일반적으로, 스택(150)으로부터 배출되는 연료는 연료 펌프(115)로부터 배출되는 연료보다 농도가 낮다.
애노드 열 교환기(120)는 연료 및 물의 열을 흡수하거나 연료 및 물에 열을 공급한다. 애노드 열 교환기(120)의 외부에는 열 매개체를 포함하는 장치가 연결될 수 있다.
액체 펌프(130)는 애노드 열 교환기(120)로부터 공급된 연료를 스택(150)으로 공급한다.
연료 농도 센서(140)는 스택(150)으로 공급되는 연료의 농도를 측정한다.
에어 펌프(135)는 스택(150)에 공기를 공급한다.
스택(150)은 공급된 연료 및 공기를 이용하여 전력을 생성한다.
버퍼(160)는 스택(150)으로부터 배출되는 부산물들을 분리한다. 예를 들어, 스택(150)으로부터 연료, 물, 수증기 및 이산화탄소 등의 부산물들이 배출될 수 있다. 버퍼(160)는 연료 및 물을 애노드 열 교환기(120)로 배출하고, 이산화탄소 및 수증기는 캐소드 열 교환기(125)로 배출한다. 버퍼(160)는 특별한 분리 장치를 구비하지 않더라도, 애노드 열 교환기(120)로 연결되는 배관은 버퍼(160)의 아랫부분에 연결하고, 캐소드 열 교환기(125)로 연결되는 배관은 버퍼(160)의 윗부분에 연결함으로써, 액체와 기체를 분리할 수 있다. 다시 말해서, 연료 및 물은 액체 상태 이므로, 버퍼(160)의 아랫부분에 연결된 배관을 통하여 애노드 열 교환기(120)로 배출된다. 이산화탄소 및 수증기는 버퍼(160)의 윗부분에 연결된 배관을 통하여 캐소드 열 교환기(125)로 배출된다.
캐소드 열 교환기(125)는 이산화탄소 및 수증기의 열을 흡수한다. 캐소드 열 교환기(125)의 외부에는 열 매개체를 포함하는 장치가 연결될 수 있다.
분리기(170)는 이산화탄소 및 물을 분리한다. 분리기(170)는 분리한 물은 다시 버퍼(160)로 배출하고, 이산화탄소는 연료 전지 시스템(100)의 외부로 배출한다.
제어부(180)는 연료 전지 시스템(100)에 포함된 구성들을 제어한다. 특히, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 동작을 제어함으로써, 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어할 수 있다.
제어부(180)는 스택(150)으로부터 출력되는 전력의 변화 또는 스택(150)의 온도의 변화에 기초하여 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어한다. 스택(150)이 정상 모드(normal mode)에서 일정 시간 동작하면, 스택(150)으로부터 출력되는 전력이 감소하거나, 스택(150)의 온도가 증가한다. 제어부(180)는 전력의 감소량을 측정하거나, 온도의 상승 정도를 측정하여, 측정된 결과를 기초로 스택에 공급하는 연료의 농도를 제어한다. 특히, 제어부(180)는 전력의 감소량이 크거나 온도의 상승 정도가 큰 경우, 스택(150)에 공급하는 연료의 농도를 낮추도록 연료 전지 시스템(100)을 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 연료의 농도를 낮추기 위해 연료 펌프(115)의 오프 시간을 늘리거나 온 시간을 줄일 수 있다.
메탄올은 반응조건에 따라 액체 또는 기체로 공급되며 대부분은 Anode에서 쉽게 산화반응에 사용되지만, 일부는 전해질로 사용되는 맴브레인(막)을 액체 상태의 메탄올 상태로 이동하여 Cathode에서 직접산화반응이 진행되는 경향이 있다. 이러한 현상을 메탄올 크로스 오버라고 하며, 이러한 크로스 오버 현상으로 인해 연료전지의 성능이 저하되는 현상이 있다. 만약 연료전지 시스템이 정상 모드일 때, 일정한 농도의 메탄올 수용액을 스택(150)에 공급하면, 시간이 누적되면서 메탄올 크로스 오버의 양도 누적되어, 연료전지 스택의 성능이 저하되는 현상이 발생하게 된다.
정상 모드는 초기 기동(initial operation) 이후에 연료 전지 시스템(100)의 구성들이 정상적으로 작동하는 상태를 나타낸다. 초기 기동은 연료 전지 시스템(100)의 구성들이 정상적으로 작동하기 위한 준비 과정을 나타낸다. 예를 들어, 초기 기동에는 스택(150)의 온도를 작동 온도(operation temperature)까지 높이는 단계, 혹은 스택의 Anode에 공급되는 메탄올 수용액의 농도가 기준 농도로 높이거나 낮추는 단계가 포함된다.
제어부(180)에 의한 연료의 농도를 주기적으로 제어하는 방법에 관하여는 이하 도 2 내지 8에서 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 연료 전지 시스템(100)의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 연료 전지 시스템(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 2의 실시예에 따른 연료 전지 시스템(100)에도 적용된다.
도 2를 참조하면, 도 2에 도시된 연료 전지 시스템(100)은 바이패스 밸브(By-pass valve)를 추가로 포함한다. 바이패스 밸브(190)는 버퍼(160) 또는 스택(150)으로부터 출력되는 연료 및 물의 공급을 제어한다. 다시 말해서, 바이패스 밸브(190)는 버퍼(160) 또는 스택(150)으로부터 출력되는 연료 및 물을 애노드 열 교환기(120) 또는 액체 펌프(130)로 배출할 수 있다. 또한, 바이패스 밸브(190)는 연료 펌프(115)로부터 배출되는 연료가 애노드 열 교환기(120)로 들어가는 것을 차단할 수도 있다. 바이패스 밸브(190)는 제어부(180)에 의해 제어될 수 있다.
도 1 및 2에서는 도시되지 않았지만, 연료 전지 시스템(100)은 복수의 센서들을 포함한다. 예를 들어, 연료 전지 시스템(100)에는 스택(150)의 온도를 측정하는 센서, 스택(150)으로부터 출력되는 연료의 농도를 측정하는 센서 등이 포함될 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템(100)에는 스택(150)으로부터 출력되는 전력을 측정하는 장치가 더 포함될 수 있다.
제어부(180)는 복수의 센서들을 통하여 측정된 데이터들을 기초로 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어한다. 제어부(180)는 연료 펌프(115) 또는 바이패스 밸브(190)를 제어하여 연료의 농도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 스택(150)으로부터 출력되는 전력이 임계값보다 작은 경우, 바이패스 밸브(190)에 제어신호를 출력하여 연료의 농도를 낮추도록 제어한다. 바이패스 밸브(190)를 통해 공급되는 연료의 농도가 연료 저장소(110)에 저장된 연료의 농도보다 낮은 경우, 제어부(180)는 바이패스 밸브(190)를 이용하여 연료 펌프(115)에서 배출되는 연료를 차단하도록 제어하고, 바이패스 밸브(190)를 통해 연료가 애노드 열 교환기(120) 또는 액체 펌프(130)로 공급되도록 제어한다. 따라서, 낮은 농도의 연료가 액체 펌프(130)를 통하여 스택(150)에 공급된다.
또 다른 예로서, 제어부(180)는 연료 펌프(115)에서 배출되는 연료의 양을 조절하여, 애노드 열 교환기(120)에서 혼합되는 연료의 농도를 제어한다. 다시 말해서, 제어부(180)는 바이패스 밸브(190) 및 연료 펌프(115)를 통해 애노드 열 교환기(120)로 공급되는 연료가 혼합되도록 바이패스 밸브(190) 및 연료 펌프(115)를 제어한다. 제어부(180)는 스택(150)으로부터 출력되는 전력의 변화량 또는 스택(150)의 온도의 변화량에 기초하여, 바이패스 밸브(190) 및 연료 펌프(115)를 적응적으로 제어할 수 있다.
도 3는 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 연료의 농도를 제어하는 방법은 도 1 또는 2에 도시된 연료 전지 시스템(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 연료 전지 시스템(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 일 실시예에 따른 연료의 농도를 제어하는 방법에도 적용된다. 연료 전지 시스템(100)에서 연료의 농도를 제어하는 방법은 다음과 같은 단계들로 구성된다.
310단계에서, 연료 전지 시스템(100)은 스택(150)에 일정한 농도의 연료를 공급한다. 공급되는 연료의 농도는 연료 전지 시스템(100)의 종류 및 특성에 따라 다를 수 있다.
320단계에서, 제어부(180)는 스택(150)이 정상 모드인지 결정한다. 정상 모드이면, 330단계로 진행하고, 그렇지 않으면 310단계로 진행한다. 이때, 정상 모드에서 스택(150)에 공급되는 연료의 농도는 기준 농도라고 지칭할 수 있다. 스택(150)이 정상 모드인지 여부는 스택(150)에 공급되는 연료의 양이나 스택(150)의 온도를 기초로 결정될 수 있다. 일반적으로, 초기 기동 이후의 동작 모드를 정상 모드라 하며, 초기 기동은 스택(150)의 온도를 일정한 온도까지 상승시키는 단계들을 포함한다.
330단계에서, 제어부(180)는 스택(150)의 온도(Tstack)가 타겟 온도(Ttarget)보다 높은지 여부를 결정한다. 스택(150)의 온도(Tstack)가 타겟 온도(Ttarget)보다 높으면 340단계로 진행하고, 그렇지 않으면 310단계로 진행한다.
340단계에서, 제어부(180)는 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어한다. 스택(150)의 온도가 타겟 온도보다 높아지면, 스택(150)의 효율이 떨어진다. 따라서, 제어부(180)는 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어함으로써, 스택(150)의 효율을 높일 수 있다. 특히, 제어부(180)는 스택(150)의 온도가 타겟 온도보다 높아지면, 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 낮춤으로써, 스택(150)의 효율을 높일 수 있다.
제어부(180)는 스택(150)으로부터 출력되는 전력, 스택(150)으로부터 배출되는 연료의 농도 등을 모니터링한 결과에 기초하여 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 전력량의 변화량에 비례하여 연료의 농도를 낮출 수 있다. 이와 관련하여는 도 6 및 7에서 보다 상세히 설명한다.
또한, 제어부(180)는 주기적으로 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 증감시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 정상 모드로 동작한 이후에, 사인파(sine wave)와 같은 주기함수의 형태로 연료 펌프(115)를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(180)는 연료 펌프(115)로부터 배출되는 연료의 양이 주기함수와 동일한 형태로 증감하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 일정 시간마다 연료 펌프(115)로부터 배출되는 연료의 양을 감소시킬 수도 있다.
350단계에서, 제어부(180)는 셧-다운 모드(Shut-down mode)인지 여부를 결정한다. 셧-다운 모드이면, 동작을 종료하고, 셧-다운 모드가 아니면 340단계로 진행한다. 제어부(180)는 셧-다운 모드가 아니면 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 계속해서 제어한다. 셧-다운 모드는 연료 전지 시스템(100)이 동작을 종료하는 단계를 나타낼 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 연료의 농도를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 410단계에서, 연료 전지 시스템(100)은 스택(150)에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정한다. 연료 전지 시스템(100)이 정상 모드일 때, 스택(150)에 기준 농도의 연료가 공급된다. 이때, 연료 전지 시스템(100)은 기준 농도를 미리 설정할 수 있으며, 다른 조건들에 따라 기준 농도를 변경할 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템(100)은 정상 모드에서 실제로 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 측정하고, 측정된 농도를 기준 농도로 설정할 수도 있다.
420단계에서, 제어부(180)는 스택(150)에서 출력되는 전력의 변화를 모니터링한다. 제어부(180)는 스택(150)에서 출력되는 전력이 감소하는지 여부를 모니터링하고, 전력의 감소량이 임계값을 초과하는지 여부를 결정한다. 임계값은 미리 설정되어 제어부(180)에 저장될 수 있으며, 연료 전지 시스템(100)의 종류에 따라 다를 수 있다. 제어부(180)는 임계값과 실시간으로 출력되는 전력의 차이를 계산하여 전력의 감소량을 계산할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 스택(150)으로부터 출력되는 전력이 미리 설정된 하한 또는 상한을 넘는지 여부를 모니터링할 수 있다.
430단계에서, 제어부(180)는 모니터링 결과에 기초하여 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 모니터링 결과 전력이 하한을 넘는 경우, 연료 펌프(115)를 제어하여 스택(150)에 공급되는 연료의 농도는 낮춘다. 또한, 제어부(180)는 모니터링 결과 전력이 상한을 넘는 경우, 스택(150)에 공급되는 연료의 농도를 기준 농도가 되도록 연료 펌프(115)를 제어할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 연료의 농도를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 510단계에서, 연료 전지 시스템(100)은 스택(150)에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정한다.
520단계에서, 제어부(180)는 정상 모드로 동작한 시간(T)이 미리 설정된 시간(T1)보다 크거나 같은지 여부를 결정한다. 만약, T가 T1보다 크면 502단계로 진행하고, 그렇지 않으면 510단계로 진행한다. 제어부(180)는 연료 전지 시스템(100)이 정상 모드로 동작한 이후에 시간을 카운트 한다. T1은 연료 전지 시스템(100)의 종류에 따라 미리 설정되어 메모리에 저장된 값일 수 있다. 즉, 연료 전지 시스템(100)마다 다른 특성을 미리 실험을 통하여 조사하여 T1을 미리 설정할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지 시스템(100)이 정상 모드로 동작한 이후, 어느 정도의 시간이 경과한 후에 효율이 감소하는지를 측정하고, 측정된 시간은 T1으로 설정될 수 있다.
530단계에서, 제어부(180)는 카운트하는 시간(T)를 멈추고, 전력의 변화량(△P)을 측정한다.
540단계에서, 제어부(180)는 측정된 △P가 PLIMIT보다 크거나 같은지 여부를 결정한다. 만약, △P가 PLIMIT보다 크거나 같으면 550단계로 진행하고, 그렇지 않으면 530단계로 진행한다. PLIMIT은 미리 설정된 전력값을 나타낸다.
540단계에서, 제어부(180)는 T을 초기화하고, 카운트를 다시 시작한다.
550단계에서, 제어부(180)는 스택(150)에 공급되는 연료의 농도가 감소하도록 연료 펌프(115) 또는 바이패스 밸브(190)를 제어한다.
560단계에서, 제어부(180)는 스택(150)에 공급되는 연료의 농도(Cstack)가 미리 설정된 농도(CLIMIT)보다 작거나 같은지 여부를 결정한다. 만약, Cstack이 CLIMIT보다 작거나 같으면 510단계로 진행하고, 그렇지 않으면 560단계로 진행한다.
도 6은 전력의 변화에 따른 연료 펌프의 동작을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그래프(610)는 시간에 따라 스택(150)으로부터 출력되는 전력(Pstack)을 나타낸다. 그래프들(620 내지 640)은 시간에 따른 연료 펌프(115)의 온-오프를 나타낸다. 그래프(610)에서 PU는 상한선을 PL은 하한선을 각각 나타낸다. 제어부(180)는 Pstack이 PU 보다 작거나 또는 상한선을 PL보다 큰지 여부를 모니터링 한다.
그래프(620)는 제어부(180)가 연료 펌프(115)의 오프-시간(OFF time)을 제어하는 것을 설명하기 위한 그래프이다. 그래프(620)를 참조하면, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 온-시간(D1)은 일정하게 유지하지만, 오프-시간을 늘릴 수 있다. 즉, Pstack이 PU 과 PL 사이에 위치하는 동안, 제어부(180)는 일정한 오프-시간(D2)을 유지한다. 하지만, Pstack이 PL보다 낮아지면, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 오프-시간을 D2에서 D3로 늘린다.
그래프(630)는 제어부(180)가 연료 펌프(115)의 온-시간(ON-time)을 제어하는 것을 설명하기 위한 그래프이다. 그래프(630)를 참조하면, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 오프-시간(D5)은 일정하게 유지하지만, 온-시간을 줄일 수 있다. 즉, Pstack이 PU 과 PL 사이에 위치하는 동안, 제어부(180)는 일정한 온-시간(D4)을 유지한다. 하지만, Pstack이 PL보다 낮아지면, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 온-시간을 D4에서 D6로 줄인다.
그래프(640)는 제어부(180)가 주기함수에 기초하여 연료 펌프(115)를 제어하는 것을 설명하기 위한 그래프이다. 그래프(640)를 참조하면, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 온-시간 및 오프-시간은 일정하게 유지하지만, 온-시간 동안 연료 펌프(115)의 동작을 주기 함수에 기초하여 제어할 수 있다. 즉, Pstack이 PL보다 낮아지면, 제어부(180)는 연료 펌프(115)의 온-시간 동안 연료 펌프(115)에서 배출되는 연료의 증감을 반복하도록 연료 펌프(115)를 제어한다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다.
100: 연료 전지 시스템
110: 연료 저장소
115: 연료 펌프
150: 스택
180: 제어부
190: 바이패스 밸브

Claims (18)

  1. 연료 전지 시스템(fuel cell system)의 스택에 공급하는 연료의 농도를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 스택이 정상 모드(normal mode)일 때 상기 스택에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정하는 단계;
    상기 스택의 온도를 모니터링하는 단계; 및
    상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어하는 단계를 포함하는 연료의 농도 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링하는 단계는 상기 스택의 온도가 미리 설정된 타겟 온도보다 높은지 모니터링하고,
    상기 스택의 온도가 상기 타겟 온도보다 높으면, 상기 연료의 농도를 제어하는 단계는 전력의 감소량을 측정하고, 상기 전력의 감소량에 비례하여 상기 연료의 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료의 농도 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료의 농도를 제어하는 단계는 주기적으로 연료의 농도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료의 농도 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료의 농도를 제어하는 단계는 상기 스택으로부터 배출되는 연료의 농도의 변화 또는 상기 스택의 온도의 변화에 기초하여 연료의 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료의 농도 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료의 농도를 제어하는 단계는 연료의 농도가 주기함수에 따라 증감하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료의 농도 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주기 함수는 사인 함수의 형태인 것을 특징으로 하는 연료의 농도 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 주기함수에 따라 증감하는 상기 연료의 농도는 상기 기준 농도보다 낮은 것을 특징으로 하는 연료의 농도 제어 방법.
  8. 연료 전지 시스템(fuel cell system)의 스택에 공급하는 연료의 농도를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 스택이 정상 모드(normal mode)일 때 상기 스택에 공급되는 연료의 기준 농도를 결정하는 단계; 및
    상기 기준 농도를 기준으로 상기 스택에 공급되는 연료의 농도가 주기적으로 증감하도록 제어하는 단계를 포함하는 연료의 농도 제어 방법.
  9. 연료를 저장하는 연료 저장소;
    상기 연료 저장소에 저장된 연료를 배출하는 연료 펌프;
    상기 연료 펌프로부터 배출된 연료를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 스택; 및
    상기 스택의 온도를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어하는 제어부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연료 펌프의 온-오프를 제어하되, 상기 연료 펌프의 온 시간의 길이는 일정하게 유지하고, 오프 시간의 길이를 조절하여 상기 스택에 공급되는 연료의 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전력의 감소량을 측정하고, 상기 전력의 감소량에 비례하여 상기 연료 펌프의 오프 시간의 길이를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 주기적으로 상기 연료 펌프의 오프 시간을 증가 시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스택으로부터 배출되는 연료의 농도의 변화 또는 상기 스택으로부터 출력되는 전력의 변화량을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연료 펌프에서 배출되는 연료의 양이 주기 함수에 따라 증감하도록 상기 연료 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주기 함수는 사인 함수의 형태인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 주기함수에 따라 증감하는 상기 연료의 농도는 상기 기준 농도보다 낮은 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 스택으로부터 배출되는 연료 및 상기 연료 펌프로부터 배출되는 연료가 혼합되는 애노드 열 교환기(Anode heat Exchanger);
    상기 스택과 상기 애노드 열 교환기의 사이에 위치하여 상기 스택 및 상기 연료 펌프로부터 상기 애노드 열 교환기로 배출되는 연료의 양을 조절하는 바이패스 밸브(by-pass valve)를 더 포함하는 연료 전지 시스템.
  18. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 바이패스 밸브를 제어하여 상기 연료 펌프로부터 배출되는 연료를 차단하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
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