KR20160059254A - 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치는, 차량용 스택; 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 퍼지 수소를 저장하는 수소 저장소; 저장된 퍼지 수소의 배출을 개폐하는 퍼지 수소 공급 밸브; 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 공기를 개폐하는 공기 개폐 밸브; 및 상기 수소 공급 밸브 또는 공기 개폐 밸브의 제어에 따라 퍼지 수소 또는 공기를 외부로 배출하는 벤트 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치 및 방법{Hydrogen supply control apparatus and Method for controlling the same}
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연료 전지 시스템에서 대기중에 배출되는 수소가스를 퍼지 방식으로 제어함으로써 재활용하여 연비를 향상시키는 수소 공급 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
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.
상기 연료전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차, 주택 및 공공건물 등의 대체 전력원으로 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다. 기본적으로 연료전지는 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.
이와 함께, 연료 전지의 스택의 운전시 스택 내부에 물이 축적되는 플루딩(flooding)현상에 의해 스택의 성능을 저하시키는 현상을 방지하기 위하여 주기적으로 벤트(vent)를 실행하는 벤트 시스템이 구비된다. 이를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다.
도 1을 참조하면, 스택(110)으로부터 공기 벤트 라인(101)과 수소 벤트라인(102)이 구성되고, 이들 라인들(101,102)은 벤트 시스템(180)에 연결된다. 벤트 시스템(180)은 공기라인에서 스택(110)의 화학반응을 일으키고 나서 벤트시키는 가스와 수소라인에서 퍼지시키는 가스를 혼합하여 대기중에 방출만을 수행할 뿐이다.
부연하면, 벤트 시스템(180)은 수소라인에서 퍼지되는 수소를 배출되는 공기와 혼합하여 희석하고 이를 대기중에 방출하는 기능만을 수행한다.
이 경우, 연료 전지 차량에서 연료에 해당하는 수소를 대기중에 방출함으로써 연비가 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 연료전지 차량에서는 수소가 차량용 연료에 해당하여 퍼지되는 수소양만큼 차량의 연비가 떨어지는 현상이 발생한다.
1. 한국공개특허 제10-2014-0071764호 2. 한국공개특허 제10-2006-0085394호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 대기중에 배출되는 수소 가스를 재활용하여 연비를 향상시키는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 대기중에 배출되는 수소 가스를 재활용하여 연비를 향상시키는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치를 제공한다.
상기 수소 공급 제어 장치는,
차량용 스택;
상기 차량용 스택으로부터 배출되는 퍼지 수소를 저장하는 수소 저장소;
저장된 퍼지 수소의 배출을 개폐하는 퍼지 수소 공급 밸브;
상기 차량용 스택으로부터 배출되는 공기를 개폐하는 공기 개폐 밸브; 및
상기 수소 공급 밸브 또는 공기 개폐 밸브의 제어에 따라 퍼지 수소 또는 공기를 외부로 배출하는 벤트 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 수소 공급 제어 장치는, 상기 수소 공급 밸브 및 공기 개폐 밸브와 연결되어 회생 에너지를 생성하는 에너지 회생용 스택;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수소 공급 제어 장치는, 상기 에너지 회생용 스택과 연결되어 상기 회생 에너지로 충전되는 차량용 배터리;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수소 공급 제어 장치는, 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 수소를 포획하는 워터 트랩; 및 포획된 수소를 퍼지하여 상기 수소 저장소에 공급하는 수소 퍼지 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 공기 개폐 밸브는 상기 에너지 회생용 스택 또는 벤트 시스템으로 공기를 공급하는 3방 밸브인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량용 스택의 압력을 센싱하는 제 1 압력 센서; 및 상기 퍼지 수소 공급 밸브의 개폐를 조절하기 위해 상기 수소 저장소의 압력을 센싱하는 제 2 압력 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회생 에너지의 생성은 상기 제 1 압력 센서에 의한 압력이 상기 제 2 압력 센서에 의한 압력보다 큰 경우에만 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회생 에너지의 생성은 차량이 운전중인 상태에서만 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량용 배터리는, 저전압 배터리 또는 고전압 배터리인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량용 배터리가 고전압 배터리이면, 상기 회생 에너지를 고전압으로 변환하여 상기 고전압 배터리에 공급하는 전력 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 차량용 스택으로부터 배출되는 퍼지 수소를 수소 저장소에 저장하는 저장 단계; 퍼지 수소 공급 밸브를 이용하여 저장된 퍼지 수소의 배출을 개폐하는 수소 배출 개폐 단계; 공기 개폐 밸브를 이용하여 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 공기를 개폐하는 공기 배출 개폐 단계; 및 벤트 시스템을 이용하여 상기 수소 공급 밸브 또는 공기 개폐 밸브의 제어에 따라 퍼지 수소 또는 공기를 외부로 배출하는 외부 배출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법을 제공한다.
이때, 상기 외부 배출 단계는, 상기 수소 공급 밸브 및 공기 개폐 밸브와 연결되는 에너지 회생용 스택을 이용하여 회생 에너지를 생성하는 회생 에너지 생성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 외부 배출 단계는, 상기 에너지 회생용 스택과 연결되어 상기 회생 에너지로 차량용 배터리를 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 저장 단계는, 워터 트랩을 이용하여 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 수소를 포획하는 단계; 및 수소 퍼지 밸브를 이용하여 포획된 수소를 퍼지하여 상기 수소 저장소에 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 회생 에너지 생성 단계는, 제 1 압력 센서를 이용하여 상기 차량용 스택의 압력을 센싱하는 단계; 및 제 2 압력 센서를 이용하여 상기 퍼지 수소 공급 밸브의 개폐를 조절하기 위해 상기 수소 저장소의 압력을 센싱하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수소 공급 제어 방법은, 상기 차량용 배터리가 고전압 배터리이면, 전력 컨버터를 이용하여 상기 회생 에너지를 고전압으로 변환하여 상기 고전압 배터리에 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 버려지는 수소가스를 특정공간에 일정양을 모아 놓은 후에 에너지 회생용 스택을 이용하여 전기 에너지로 재생산함으로써 수소가스 이용률을 높여 연료 전지 차량의 연비 효율을 향상할 수 있다.
도 1은 일반적인 벤트 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치(200)의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수소 공급 제어 장치(200)가 적용되는 연료 전지 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 수소 가스를 활용하여 에너지 회생을 수행하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 도 4에 따라 저전압 배터리를 충전하는 개념도의 일예이다.
도 6은 도 4에 따라 고전압 배터리를 충전하는 개념도의 일예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치(200)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 수소 공급 제어 장치(200)는, 차량용 스택(210), 차량용 스택(210)으로부터 발생한 수소 및/또는 공기를 이용하여 회생 에너지를 생성하는 에너지 회생용 스택(230), 상기 에너지 회생용 스택(230)에 수소를 공급하는 수소 저장소(270), 상기 에너지 회생용 스택(230)으로부터 회생 에너지를 공급받아 충전하는 차량용 배터리(240), 에너지 회생용 스택(230) 및/또는 차량용 스택(210)으로부터 유입되는 수소 및/또는 공기를 외부를 배출하는 벤트 시스템(280) 등을 포함하여 구성된다.
차량용 스택(210)은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA, 전극막 어셈블리, 전극막 접합체라고도 함)와 분리판(Separator)으로 이루어진 단위 셀이 수십 내지 수백 개 이상 적층된 구조를 가지고, 양끝단에는 적층된 각 구성들을 일정한 면압으로 고정시키고 동시에 집전 역할을 하는 엔드 플레이트가 장착된다.
막-전극 어셈블리는 고분자 전해질 막과, 이 고분자 전해질 막을 사이에 두고 배열되는 연료극(Anode)(미도시) 및 공기극(Cathode)(미도시)로 구성된다. 또한, 이들 연료극 및 공기극은 나노 크기의 촉매입자를 포함하는 촉매층이 전극 기재(backing layer)에 흡착된다.
연료극은 순수한 수소를 공급하지만, 반응 중 공기극에서 반응물(물)과 질소 등이 고분자 전해질 막을 투과해 넘어와 불순물의 역할을 하여 연료인 수소가 각 유로를 지나가지 못하게 된다. 이는 수소의 농도를 저하시켜 연료 전지 스택의 열화 원인이 되기도 한다.
차량용 스택(210)은 그 원리 및/또는 구성이 널리 알려져 있으므로 본 발명의 명확한 이해를 위해 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
물론, 에너지 회생용 스택(230)도 차량용 스택(210)과 유사한 구성 및/또는 원리를 갖는다. 물론, 에너지 회생용 스택(230)은 차량용 스택(210)에서 배출되는 수소 및 공기를 이용하므로, 부피, 발전 용량 등에서 차량용 스택(210)보다 작게 구성된다.
부연하면, 에너지 회생용 스택(230)의 용량은 차량용 스택(210)의 용량의 공기 공급 과급비에 따라서 결정될 수 있다. 스택에 공급되는 공기는 스택에서 필요로 하는 공기의 양보다 통상 약 1 내지 2배 정도 많이 공급된다. 2배의 공기를 공급한다고 가정하였을 경우에, 차량용 스택에서는 절반의 공기만 소모하고 배출하게 되며, 이 배출된 공기는 에너지회생용 스택에 공급된다.
에너지 회생용 스택(230)의 공기도 2배의 공기 공급으로 가정하면 에너지 회생용 스택(230)은 차량용 스택(210)의 용량의 약 1/4 용량으로 장착된다.
차량용 스택(210)에서 발생한 공기는 공기 벤트 라인을 따라 벤트 시스템(280)으로 유입된다. 이와 함께, 차량용 스택(210)에서 발생한 수소는 수소 벤트 라인을 따라 벤트 시스템(280)으로 유입된다.
공기 벤트 라인의 경우 차량용 스택(210)과 벤트 시스템(280) 사이에는 공기 개폐 밸브(250)가 위치한다. 상기 공기 개폐 밸브(250)는 제어기(미도시)의 제어에 따라 상기 에너지 회생용 스택 (230)또는 벤트 시스템(280)으로 공기를 공급한다.
즉, 에너지 회생용 스택(230)이 회생 에너지를 생성하기 위해 동작하면 이 에너지 회생용 스택(230)에 공기를 공급한다. 에너지 회생용 스택(230)이 동작하지 않으면 차량용 스택(210)으로부터 발생한 공기는 벤트 시스템(280)을 거쳐 외부로 배출된다. 따라서, 공기 개폐 밸브(250)는 3방(3-way) 밸브가 된다.
도 2를 계속 설명하면, 차량용 스택(210)과 에너지 희생용 스택(230) 사이에는 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 수소를 포획하는 워터 트랩(260), 포획된 수소를 퍼지하여 상기 수소 저장소(270)에 공급하는 수소 퍼지 밸브(272)가 구성된다.
일반적으로 차량용 스택(210)의 연료극(ANODE)쪽으로 수소가 공급되면, 반응하지 않은 미반응수소 (H2 및 Water[Vapor+Liquid] 혼합)는 연료극의 출구단쪽으로 배출된다. 이때 미반응 수소내에 함유된 물은 워터트랩(260)내에 중력에 의하여 떨어져 모이게 되고, 액적이 제거된 수소는 수소 퍼지 밸브(272)의 개폐에 의한 퍼지작업을 통해 수소 저장소(270)로 유입된다.
수소 저장소(270)는 퍼징된 수소를 저장한다. 수소 저장소(270)에는 제 2 압력 센서(273)가 구성되며, 이 제 2 압력 센서(273) 및 차량용 스택(210)에 구성되는 제 1 압력 센서(211)의 동작에 의해 퍼지 수소 공급 밸브(271)가 개폐된다. 부연하면, 제 1 압력 센서(211)는 상기 차량용 스택(210)의 압력을 센싱하고, 제 2 압력 센서(273)는 상기 퍼지 수소 공급 밸브(271)의 개폐를 조절하기 위해 상기 수소 저장소(270)의 압력을 센싱한다. 센싱된 압력 정보는 제어기(미도시)에 전송된다.
따라서, 상기 제 1 압력 센서(211)에 의한 압력이 상기 제 2 압력 센서(273)에 의한 압력보다 크고, 차량이 운전중인 경우 퍼지 수소 공급 밸브(271)의 오픈되고, 공기 개폐 밸브(250)가 에너지 회생용 스택(230)쪽으로 오픈된다. 이 경우, 에너지 회생용 스택(2300이 동작되며, 회생 에너지를 생성한다.
배터리(240)는 배터리 셀(미도시)이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 이 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등의 고전압 배터리가 될 수 있다. 일반적으로 고전압 배터리는 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다.
도 2에서는 에너지 회생용 스택(230) 및 위터 트랩(260)의 구성을 모두 도시하였으나, 이들 구성요소는 선택적으로 적용될 수 있다. 가령 워터 트랩(260) 및 수소 퍼지 밸브(272)를 구성하지 않고 수소 저장소(270)만을 구성할 수 있다. 또한, 회생용 스택(230)을 구성하지 않고, 워터 트랩(260), 수소 퍼지 밸브(272), 수소 저장소(270), 퍼지 수소 공급 밸브(271)만을 구성하여 수소를 재순환할 수도 있다.
도 3은 도 2에 도시된 수소 공급 제어 장치(200)가 적용되는 연료 전지 시스템(300)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 수소는 수소 공급 밸브(320), 수소 차단 밸브 (330), 레귤레이터(340), 수소 탱크(350) 등의 구성에 의해 이젝터(310)를 통해 차량용 스택(210)으로 공급된다.
그런데, 일반적으로 수소는 실제 반응에 필요한 양보다 더 많은 양을 넣어서 성능을 올려주고, 미반응한 수소는 재순환 기구인 이젝터(310), 수소 재순환 블로워(360) 등을 통해 다시 차량용 스택(210)에 공급된다. 즉 수소 재순환이 이루어진다. 물론, 이와 함께, 가습기(360), 공기 공급 블로워(370)에 의해 공기가 차량용 스택(210)에 공급된다.
차량용 스택(210)과 에너지 회생용 스택(230) 간의 공기, 냉각수 및/또는 수소를 공급 및/또는 순환하기 위한 3방 밸브(350)가 구성된다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 수소 가스를 활용하여 에너지 회생을 수행하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 차량이 운전을 시작하면 차량용 스택(도 2의 210)의 압력(즉 수소 압력)이 수소 저장소(도 2의 270)의 압력보다 큰 지를 확인한다(단계 S410,S420).
확인 결과, 단계 S420에서 차량용 스택(210)의 압력이 수소 저장소(270)의 압력보다 크면 수소 퍼지가 발생하는지를 확인한다(단계 S430).
확인 결과, 단계 S430에서 수소 퍼지가 발생하지 않으면 단계 S420 내지 단계 S430가 반복 수행되다. 이와 달리, 단계 S430에서 수소 퍼지가 발생하면 퍼지 수소 가스를 수소 저장소(270)에 저장하고 차량의 정지 여부를 확인하여 정지이면 도 4의 알고리즘을 종료한다(단계 S450). 물론, 단계 S450에서 차량이 운행중이면 단계 S420 내지 단계 S450이 반복 수행된다.
한편, 단계 S420에서 차량용 스택(210)의 압력이 수소 저장소(270)의 압력보다 낮으면, 수소 저장소(270)에 회생 에너지를 생성하기 위한 충분한 수소(즉 퍼징된 수소)가 저장되어 있으므로 에너지 회생용 스택(도 2의 230)이 동작을 수행한다(단계 S421,S423,S425,S427). 부연하면, 에너지 회생용 스택(230)에 냉각수, 공기, 퍼지 수소 등이 공급된다. 이러한 냉각수, 공기, 및 퍼지 수소의 공급으로 인해, 에너지 회생용 스택(230)에서 회생 에너지(즉, 전기 에너지)가 생성된다.
이 수소 저장소(270)에는 제 2 압력센서(도 2의 273)가 달려 있어서 연료 전지 시스템 내에 수소량의 모니터링이 가능하다. 수소 저장소(270)의 압력이 높게 되면은 차량용 스택(도 2의 210)의 퍼지 시스템에 영향을 줄 수 있기 때문에 수소 저장소(270)의 압력은 차량 스택(210)의 압력보도 낮게 설정한다. 일정 수준의 퍼지 수소가스가 수소 저장소(270)에 모이게 되면 공기 벤트 측과 냉각수에 달린 3way 밸브(도 3의 350)를 개폐하여서 공기 및/냉각수를 에너지 회생용 스택(도 2의 230)으로 공급한다.
공기 및/또는 냉각수가 공급된 시점에 퍼지 수소 공급 밸브(도 2의 271)도 개폐를 한다. 이렇게 되면 에너지 회생용 스택(230)에 수소, 공기, 냉각수를 공급할 수 있게 된다. 즉 에너지 회생용 스택(230)은 전기 에너지를 생성 가능한 상태가 된다. 이때 생성된 에너지는 차량 내부에 장착된 배터리(도 2의 240)를 충전하는 용도로 활용이 가능하다. 이러한 방식으로 대기중에 방출되는 수소가스를 활용한 에너지 회생을 진행한다.
생성된 회생 에너지는 차량용 배터리(도 2의 240)에 공급되어 충전이 수행된다(단계 S428).
이때, 계속하여 차량용 스택(210)의 압력과 수소 저장소(270)의 압력을 비교하는 과정이 수행된다(단계 S429).
비교 결과, 단계 S429에서 차량용 스택(210)의 압력이 수소 저장소(270)의 압력보다 크면 단계 S430으로 진행한다.
이와 달리, 단계 S429에서 차량용 스택(210)의 압력이 수소 저장소(270)의 압력보다 작으면 단계 S421 내지 단계 S429가 반복 수행된다.
도 5는 도 4에 따라 저전압 배터리를 충전하는 개념도의 일예이다. 도 5를 참조하면, 차량용 배터리로서 저전압 배터리(540)가 구성된다. 이러한 저전압 배터리(540) 사용의 경우, 부품수가 적으며 손쉽게 구성 가능하다.
도 6은 도 4에 따라 고전압 배터리를 충전하는 개념도의 일예이다. 도 6을 참조하면, 차량용 배터리로서 고전압 배터리(640)이면, 회생 에너지를 고전압으로 변환하여 상기 고전압 배터리(640)에 공급하는 전력 컨버터(630)가 더 구성된다.
즉, 에너지 회생용 스택(230)에 차량용 배터리 충전을 위하여 별도의 전압 상승 부스터가 장착된다. 일반적으로 차량의 12V 배터리 시스템 충전을 위해서는 별도의 전압 상승 부스터는 필요 없으나, 고전압 배터리 충전시에는 전력 컨버터(630)와 같은 전압 상승 부스터를 장착한다. 전력 컨버터(630)는 DC-DC 컨버터가 된다.
200: 수소 공급 제어 장치
210: 차량용 스택 211: 제 1 압력 센서
230: 에너지 회생용 스택 240: 차량용 배터리
250: 공기 개폐 밸브
260: 워터 트랩
270: 수소 저장소
271: 퍼지 수소 공급 밸브 272: 수소 퍼지 밸브
273: 제 2 압력 센서
280: 벤트 시스템

Claims (20)

  1. 차량용 스택;
    상기 차량용 스택으로부터 배출되는 퍼지 수소를 저장하는 수소 저장소;
    저장된 퍼지 수소의 배출을 개폐하는 퍼지 수소 공급 밸브;
    상기 차량용 스택으로부터 배출되는 공기를 개폐하는 공기 개폐 밸브; 및
    상기 수소 공급 밸브 또는 공기 개폐 밸브의 제어에 따라 퍼지 수소 또는 공기를 외부로 배출하는 벤트 시스템;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 공급 밸브 및 공기 개폐 밸브와 연결되어 회생 에너지를 생성하는 에너지 회생용 스택;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 회생용 스택과 연결되어 상기 회생 에너지로 충전되는 차량용 배터리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량용 스택으로부터 배출되는 수소를 포획하는 워터 트랩; 및
    포획된 수소를 퍼지하여 상기 수소 저장소에 공급하는 수소 퍼지 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 공기 개폐 밸브는 상기 에너지 회생용 스택 또는 벤트 시스템으로 공기를 공급하는 3방 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 차량용 스택의 압력을 센싱하는 제 1 압력 센서; 및
    상기 퍼지 수소 공급 밸브의 개폐를 조절하기 위해 상기 수소 저장소의 압력을 센싱하는 제 2 압력 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회생 에너지의 생성은 상기 제 1 압력 센서에 의한 압력이 상기 제 2 압력 센서에 의한 압력보다 큰 경우에만 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 회생 에너지의 생성은 차량이 운전중인 상태에서만 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 차량용 배터리는, 저전압 배터리 또는 고전압 배터리인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차량용 배터리가 고전압 배터리이면, 상기 회생 에너지를 고전압으로 변환하여 상기 고전압 배터리에 공급하는 전력 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 장치.
  11. 차량용 스택으로부터 배출되는 퍼지 수소를 수소 저장소에 저장하는 저장 단계;
    퍼지 수소 공급 밸브를 이용하여 저장된 퍼지 수소의 배출을 개폐하는 수소 배출 개폐 단계;
    공기 개폐 밸브를 이용하여 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 공기를 개폐하는 공기 배출 개폐 단계; 및
    벤트 시스템을 이용하여 상기 수소 공급 밸브 또는 공기 개폐 밸브의 제어에 따라 퍼지 수소 또는 공기를 외부로 배출하는 외부 배출 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 외부 배출 단계는, 상기 수소 공급 밸브 및 공기 개폐 밸브와 연결되는 에너지 회생용 스택을 이용하여 회생 에너지를 생성하는 회생 에너지 생성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 외부 배출 단계는, 상기 에너지 회생용 스택과 연결되어 상기 회생 에너지로 차량용 배터리를 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 저장 단계는,
    워터 트랩을 이용하여 상기 차량용 스택으로부터 배출되는 수소를 포획하는 단계; 및
    수소 퍼지 밸브를 이용하여 포획된 수소를 퍼지하여 상기 수소 저장소에 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기 개폐 밸브는 상기 에너지 회생용 스택 또는 벤트 시스템으로 공기를 공급하는 3방 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 회생 에너지 생성 단계는,
    제 1 압력 센서를 이용하여 상기 차량용 스택의 압력을 센싱하는 단계; 및
    제 2 압력 센서를 이용하여 상기 퍼지 수소 공급 밸브의 개폐를 조절하기 위해 상기 수소 저장소의 압력을 센싱하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 회생 에너지의 생성은 상기 제 1 압력 센서에 의한 압력이 상기 제 2 압력 센서에 의한 압력보다 큰 경우에만 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 회생 에너지의 생성은 차량이 운전중인 상태에서만 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 차량용 배터리는, 저전압 배터리 또는 고전압 배터리인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 차량용 배터리가 고전압 배터리이면, 전력 컨버터를 이용하여 상기 회생 에너지를 고전압으로 변환하여 상기 고전압 배터리에 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 수소 공급 제어 방법.

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