KR20170000991A

KR20170000991A - 연료전지 시스템의 비상 운전 방법

Info

Publication number: KR20170000991A
Application number: KR1020150090278A
Authority: KR
Inventors: 노민현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-01-04
Also published as: KR102274110B1

Abstract

본 발명은 연료전지 시스템의 비상 운전 방법에 관한 것으로서, 수소압력센서의 고장시 스택 내 역전압 발생 없이 연료전지 시스템을 구동하여 차량을 최대한 안전한 곳까지 이동시킬 수 있도록 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 연료전지 스택에 공급되는 수소의 압력을 조절하는 수소압력조절밸브, 연료전지 스택의 수소극 입구측 배관과 수소극 출구측 배관에 설치된 입구 압력센서와 출구 압력센서를 가지는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법에 있어서, 입구 압력센서와 출구 압력센서에 대한 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서의 고장 여부를 확인하는 단계; 입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 고장인 경우 비상 운전 제어 모드로 진입하여, 스택 요구 전류값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량 제어를 위한 제어 명령값이 설정되어 있는 별도의 비상 운전 제어맵으로부터 현재의 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 제어 명령값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하여 개도량에 따른 압력으로 연료전지 스택에 수소를 공급함으로써 연료전지 시스템의 비상 운전이 이루어지도록 하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법이 개시된다.

Description

연료전지 시스템의 비상 운전 방법{Method for emergency driving of fuel cell system}

본 발명은 연료전지 시스템의 비상 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소압력센서의 고장시 연료전지 시스템의 비상 운전을 위한 수소 공급 방법에 관한 것이다.

친환경자동차의 하나인 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학 반응으로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료 가스인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지 스택에 산화제 가스인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템, 및 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기를 포함한다.

통상의 연료전지 시스템에서 수소공급장치는 수소저장부(수소탱크), 레귤레이터, 수소압력조절밸브, 수소재순환장치 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 워터트랩, 전동물펌프(냉각수 펌프), 물탱크, 라디에이터 등을 포함한다.

상기 수소공급장치에서 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소는 레귤레이터에서 일정 압력으로 감압된 후 연료전지 스택에 공급되는데, 이때 감압된 수소는 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 압력 제어를 통해 공급량이 제어된 상태로 연료전지 스택에 공급된다.

또한, 연료전지 스택에서 반응 후 남은 수소는 스택 수소극(애노드) 출구단을 통해 배출되거나 수소재순환장치에 의해 스택 수소극 입구단으로 재순환된다.

도 1은 수소공급장치를 나타내는 개략도로서, 수소압력조절밸브(1), 수소압력센서(2,4), 연료전지 스택(3), 수소재순환장치가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 연료전지 스택의 수소극에 연료 가스인 수소를 공급하는 수소 공급 배관(수소극 입구측 배관)에 수소압력조절밸브가 설치된다.

미도시된 수소탱크로부터 레귤레이터를 거친 수소는 수소압력조절밸브(1)에 의해 압력 조절된 후 연료전지 스택(3)으로 공급되는데, 수소압력조절밸브(1)는 제어기(미도시)가 출력하는 제어신호에 따라 레귤레이터에 의해 감압된 수소를 스택 운전 조건에 적절한 압력으로 조절하도록 제어된다.

이때, 제어기가 스택 전, 후단, 보다 상세하게는 스택의 수소극 입, 출구측 배관에 설치된 수소압력센서(2,4)의 센싱값을 피드백 받아 수소압력조절밸브(21)의 듀티값을 조절하는 방식으로 수소 공급압력을 제어한다.

수소재순환장치는 수소 공급의 신뢰성을 높이고 연료전지의 수명을 향상시킬 수 있는 장치로, 재순환 방법에 여러 가지가 있으나, 이젝터를 이용하는 방식, 블로워(7)를 이용하는 방식, 이젝터와 불로워를 함께 이용하는 방식 등이 알려져 있다.

이러한 수소재순환장치는 연료전지 스택(10)의 수소극(애노드)에서 사용하고 남은 미반응 수소를 재순환 배관(6)을 통해 다시 수소극으로 재순환시킴으로써 수소의 재사용을 도모한다.

또한, 연료전지에서는 스택(3) 내부의 전해질막을 통해 수소극으로 넘어오는 질소, 물 및 수증기 등의 이물질이 많아질수록 수소극 내의 수소량이 줄어들게 되어 반응효율이 떨어지며, 따라서 정해진 주기에 맞추어 퍼지밸브(5)를 열어 퍼지를 실시한다.

연료전지 스택(3)의 수소극 출구측 배관에 수소 퍼지를 위한 퍼지밸브(5)를 설치하여 수소극의 수소를 주기적으로 배출함으로써 연료전지 스택으로부터 질소, 물 등의 이물질을 함께 배출 및 제거하고, 수소 이용률을 높이는 것이다.

이와 같이 연료전지 스택 내 이물질의 배출시에는 수소 농도 증가, 수소 이용률 증대, 기체 확산도 및 반응성 향상의 장점이 있게 된다.

한편, 연료전지 시스템에서 수소 공급은 스택의 내구와 성능에 직결되며, 항상 정상적인 압력과 양으로 수소가 공급되어야 하는바, 스택(3)에 공급되는 수소의 압력을 검출하는 수소압력센서(2,4)는 항상 정상적인 상태를 유지해야 한다.

상기 수소압력센서(2,4)는 신뢰성 있는 수소 공급량 제어를 위해 중요한 역할을 하는 부품이고, 수소압력센서(2,4)의 고장 또는 검출값 편차가 발생할 경우 연료전지 시스템의 손상을 초래할 수 있으므로 센서의 비정상적인 상황을 신속히 감지하는 것이 필요하다.

수소압력센서의 신뢰에 대한 중요성을 감안하여 통상 2개의 수소압력센서(2,4)를 장착하여 모니터링하며, 소정의 고장 진단 로직을 통해 제어기가 요구하는 압력과 입, 출구 수소압력센서(2,4)의 센싱값을 분석하여 고장 여부를 판단하고 있다.

그러나, 2개의 수소압력센서(2,4) 중 어느 하나의 고장을 검출한 경우 정상의 수소압력센서의 센싱값을 이용하여 수소 공급을 제어하는 것이 가능하지만, 2개의 수소압력센서가 모두 고장인 경우 수소압력조절밸브(1)의 개도 정도를 조절할 방법이 없기 때문에 연료전지 시스템이 구동되지 못한다.

정상적인 수소 공급 제어가 어려운 상황에서 연료전지 시스템을 운전할 경우 연료전지 스택 내 수소 부족으로 인한 역전압 등의 문제가 발생할 수 있고, 이때 시스템이 심각한 손상을 받을 수 있다.

연료전지 시스템의 운전시 수소압력조절밸브가 개방되지 않거나 개도량이 적절히 제어되지 못하여 스택에 공급되는 수소가 부족한 상태로 스택에 전류가 흐른다면 스택 내부의 역전압이 발생할 가능성이 커지며, 이는 연료전지 자동차 내 고전압 라인에 연결된 제어기, 예컨대 SVM(Stack Voltage Monitoring) 제어기 등에 심각한 손상을 줄 수 있다.

한편으로는 수소압력센서의 고장으로 수소 공급 제어가 불가하여 연료전지 시스템이 셧다운(shutdown)(시동 오프) 되었을 때 차량을 림프 홈(limp home) 모드로 주행시켜 최대한 안전한 곳이나 정비소까지 이동시킬 수 있어야 한다.

이를 위해 고장으로 인한 연료전지 시스템의 셧다운시에는 차량의 다른 고전압 전원, 즉 배터리의 전력을 이용하여 차량 주행용 모터를 구동시키는 EV 모드로 하게 된다.

그러나, 갓길이 없는 고속도로 등에서 EV 모드로 전환되면 차량이 위험해질 수 있기 때문에 경고등을 작동시키고도 차량을 가능한 한 긴 거리로 이동시킬 수 있는 연료전지 시스템의 비상 운전 방안이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 수소압력센서의 고장시 연료전지 시스템의 비상 운전을 위한 수소 공급 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 수소압력센서의 고장시 스택 내 역전압 발생 없이 연료전지 시스템을 구동하여 차량을 최대한 안전한 곳까지 이동시킬 수 있도록 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 연료전지 스택에 공급되는 수소의 압력을 조절하는 수소압력조절밸브, 연료전지 스택의 수소극 입구측 배관과 수소극 출구측 배관에 설치된 입구 압력센서와 출구 압력센서를 가지는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법에 있어서, 입구 압력센서와 출구 압력센서에 대한 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서의 고장 여부를 확인하는 단계; 입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 고장인 경우 비상 운전 제어 모드로 진입하여, 스택 요구 전류값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량 제어를 위한 제어 명령값이 설정되어 있는 별도의 비상 운전 제어맵으로부터 현재의 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 제어 명령값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하여 개도량에 따른 압력으로 연료전지 스택에 수소를 공급함으로써 연료전지 시스템의 비상 운전이 이루어지도록 하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법을 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 고장인 경우 운전자에게 경고하기 위한 경고장치를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서 중 어느 하나만의 고장을 판단한 경우 정상인 압력센서의 센싱값을 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 비상 운전 방법은, 입구 압력센서와 출구 압력센서의 센싱값 차이가 설정범위 이내인지를 확인하는 단계; 상기 센싱값 차이가 설정범위를 벗어난 옵셋 과다 상태이고 상기 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 정상인 것으로 판단한 경우 비상 운전 제어 모드로 진입하여, 상기 비상 운전 제어맵으로부터 현재의 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값을 결정하는 단계; 및 상기 옵셋 과다 판단시 결정된 제어 명령값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하여 개도량에 따른 압력으로 연료전지 스택에 수소를 공급함으로써 연료전지 시스템의 비상 운전이 이루어지도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 옵셋 과다 판단시 운전자에게 경고하기 위한 경고장치를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비상 운전 제어맵은, 선행 연구 과정에서 각 스택 요구 전류값에 대해 차량 운전 조건 및 연료전지 운전 조건에 따라 결정된 수소압력조절밸브의 제어 명령값들 중 각 스택 요구 전류값마다 수소압력조절밸브의 개도량이 가장 큰 제어 명령값을 각 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값으로 설정해놓은 것을 특징으로 한다.

이로써, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 비상 운전 방법에서는 2개의 수소압력센서에 모두 고장이 발생한 경우 별도의 비상 운전 제어맵으로부터 결정된 제어 명령값에 따라 수소압력조절밸브의 구동을 제어하는 비상 수소 공급 방법으로 연료전지 시스템을 운전함으로써 수소압력센서의 고장시에도 연료전지 출력을 이용하여 차량을 최대한 안전한 곳까지 이동시킬 수 있게 된다.

도 1은 수소공급장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 운전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 비상 운전 과정에서 수소 공급 제어를 위한 수소압력조절밸브의 제어맵에 대해 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 연료전지 자동차에 적용되는 것으로, 수소압력센서의 고장시 차량을 최대한 안전한 곳까지 이동시킬 수 있도록 연료전지 시스템을 비상 운전할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

특히, 본 발명은 수소압력센서의 고장시 스택 내 역전압 발생의 위험 없이 연료전지 시스템을 비상 운전할 수 있는 수소 공급 방법을 제공하고자 하는 것이다.

연료전지 자동차의 주 동력원인 연료전지 스택에 공급되는 수소 연료는 스택 전류량에 맞도록 공급되어야 하고, 이때 연료전지 스택에 공급되는 연료량, 즉 수소 공급량은 수소압력조절밸브를 통해 압력으로 제어하게 된다.

또한, 스택 전류를 증가시키기 위해서는 수소 공급압력을 증가시켜 스택 내 반응면에서의 수소량을 증가시켜야 하는데, 스택 전류량과 압력이 상응하도록 정밀하게 수소 공급이 제어되어야 한다.

만약, 요구되는 수소 압력보다 높게 수소가 공급될 경우(수소 공급량이 과다할 경우) 에너지 효율이 감소하여 연비가 악화될 수 있으며, 수소 압력이 낮을 경우(수소 공급량이 부족할 경우) 역전압 발생으로 인해 단시간에 스택 및 시스템에 손상을 줄 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 운전 방법을 나타내는 순서도로서, 본 발명에서 수소압력센서의 고장 여부에 따라 연료전지 시스템의 운전 방법이 선택되는 과정, 특히 수소 공급 제어 방법이 선택되는 과정을 보여주고 있다.

본 발명에 따른 비상 운전 방법이 적용되는 연료전지 시스템의 구성에 대해서는 도 1을 참조하기로 하며, 도 1에는 연료전지 스택(3)의 수소극 입, 출구측 배관에 2개의 수소압력센서(2,4)가 설치되어 있는 연료전지 시스템의 구성이 도시되어 있다.

이하, 본 명세서에서 연료전지 스택의 수소극 입구측 배관에 설치된 수소압력센서(2)를 입구 압력센서라 칭하고, 수소극 출구측 배관(4)에 설치된 수소압력센서를 출구 압력센서라 칭하기로 한다.

먼저, 제어기에서 연료전지 시스템의 시동시나 운전 동안 소정의 진단 로직을 통해 수소압력조절밸브(1)에 대한 이상 여부를 모니터링하는데(S11), 수소압력조절밸브(1)의 고장시에는 수소가 공급될 수 없거나 수소 공급 제어가 불가하여 연료전지 시스템을 구동시킬 수 없으므로, 제어기가 연료전지 시스템을 셧다운(시동 오프)시키고 차량의 다른 고전압 전원, 즉 고전압 배터리(메인 배터리)의 전력을 이용하여 차량 주행용 모터를 구동시키는 EV 모드 제어를 수행한다(S12).

연료전지 자동차에서는 연료전지 스택이 주 동력원이 되고, 고전압 배터리가 보조 동력원이 되며, 연료전지 스택(3)과 고전압 배터리가 병렬로 차량 구동을 위한 모터 시스템, 즉 차량의 전기동력시스템에 연결되어 있다.

상기 수소압력조절밸브(1)의 고장 진단 방법, 이에 더하여 후술하는 수소 리크(leak) 진단 방법 및 수소압력센서(2,4)의 고장 진단 방법에 대해서는 연료전지 시스템에 진단 로직이 기 적용되고 있는 공지 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 제어기는 수소압력조절밸브(1)의 정상시 수소 리크 진단을 수행하여 수소 리크 유무를 확인하고(S13), 수소 리크 발생으로 판단한 경우 연료전지 시스템을 셧다운시키고 고전압 배터리의 전력을 이용하여 차량을 주행시키는 EV 모드 제어를 수행한다(S14).

반면, 제어기가 수소 리크가 없음을 판단한 경우 입구 압력센서(2)와 출구 압력센서(4)의 센싱값(센서 신호값) 차이가 설정범위 이내인지를 확인하고(S15), 이때 설정범위 이내이면 연료전지 시스템을 정상 운전 제어한다(S16).

반면, 설정범위를 벗어난 경우라면 개별 압력센서에 대한 고장 진단 결과로부터 입구 압력센서(2)와 출구 압력센서(4)의 고장 여부를 확인하는데(S17,S18,S19), 이때 두 압력센서(2,4)가 모두 정상이면 센싱값(센서 신호값)의 옵셋 과다로 판정한다.

바람직한 실시예에서, 상기한 옵셋 발생 확인을 반복하여 옵셋 과다 판정이 설정횟수(예, 2회)만큼 반복된 경우이면 제어기가 운전자에게 옵셋 발생을 알려주기 위한 경고장치(미도시)를 작동시켜 점검을 유도한다(S20).

여기서, 경고장치는 클러스터 내 경고등이나 부저와 같은 경고음발생장치가 될 수 있고, 또는 클러스터에서 경고메시지를 표시하는 디스플레이거나, 운전자의 차량 점검을 유도하기 위한 통상의 서비스 램프가 될 수 있다.

이와 더불어 연료전지 스택의 출력으로 모터를 구동하여 차량의 림프 홈 주행이 이루어질 수 있도록 하는 연료전지 시스템의 비상 운전이 실시된다(S20).

이때, 차량의 림프 홈 주행을 위한 비상 수소 공급 제어를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 운전 제어가 수행되며, 이러한 비상 운전 제어는 두 압력센서(2,4)가 모두 고장인 경우에도 동일하게 수행되므로 이후 좀더 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 S15 단계에서 두 압력센서(2,4)의 센싱값 차이가 설정범위를 벗어나고 두 압력센서(2,4) 중 어느 하나가 고장임을 판단한 경우, 제어기는 연료전지 시스템의 정상적인 운전 제어를 수행하되, 이때 수소 공급 제어에 있어서는 정상인 압력센서의 센싱값을 피드백 받아 수소압력조절밸브(1)의 구동을 제어하여 수소 공급압력 및 수소 공급량을 조절하게 된다(S21,S22).

즉, 정상인 압력센서의 센싱값 신호를 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용하여 연료전지 시스템의 정상 운전이 이루어지도록 연료전지 스택에 수소를 공급하는 것이다.

또한, 상기 S17, S19 단계에서 두 압력센서(2,4)가 모두 고장인 것으로 판단한 경우, 제어기는 비상 운전 로직을 이용한 연료전지 시스템의 비상 운전 제어를 수행하고(S23), 경고장치를 작동시켜 운전자에게 비상 운전 제어 모드로 진입하였음을 경고하게 된다.

비상 운전 제어 과정에서는 별도의 비상 운전 제어맵을 이용하여 수소압력조절밸브의 구동을 제어하게 되는데, 차량 운행 동안 차량 부하 등의 차량 운전 정보와 스택 온도 등의 연료전지 상태 정보에 기초하여 연료전지 스택(3)에 요구되는 스택 요구 전류값이 통상의 과정으로 결정되면, 비상 운전 제어맵을 이용하여 상기 결정된 현재의 스택 요구 전류값에 해당하는 수소압력조절밸브 제어 명령값, 즉 수소압력조절밸브(1)의 개도량을 제어하기 위한 듀티 명령값을 결정한다.

이와 같이 스택 요구 전류값을 입력 변수로 하여 비상 운전 제어맵으로부터 듀티 명령값이 결정되면, 결정된 듀티 명령값을 사용하여 수소압력조절밸브(1)의 구동을 제어하고, 이를 통해 수소압력조절밸브의 개도량에 따라 조절된 공급압력으로 연료 가스인 수소를 연료전지 스택(3)에 공급하는 연료전지 시스템의 비상 운전을 실시하게 된다.

결국, 연료전지 시스템의 비상 운전 과정 동안 연료전지 스택(3)에서 출력되는 전류를 이용하여 모터 시스템을 구동함으로써 차량을 최대한 안전한 곳으로 이동시키기 위한 림프 홈 주행이 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 비상 운전 로직을 적용함에 있어서 비상 운전 제어맵은 스택 요구 전류값으로부터 수소압력조절밸브(1)의 개도량을 제어하기 위한 명령값을 산출하는데 이용되고, 이때 비상 운전 제어맵은 스택 요구 전류값에 따른 제어 명령값, 예컨대 듀티 명령값이 설정되어 있는 맵이 된다.

상기 비상 운전 제어맵은 동일 사양의 연료전지 시스템 및 차량에 대해 수행한 시험 및 평가, 시뮬레이션 등을 포함하는 선행 연구 과정에서 수집된 데이터를 이용하여 작성될 수 있다.

즉, 선행 연구 과정에서 차량 운행 동안 가속페달 조작(또는 차량 부하) 등의 차량 운전 조건 및 스택 온도 등의 여러 연료전지 운전 조건들을 고려하여 스택 요구 전류값에 대한 수소압력조절밸브(1)의 적절한 제어 명령값들이 구해질 수 있으며, 도 3은 선행 연구 과정에서 구해진 제어 명령값들을 스택 요구 전류값에 대해 맵핑한 예를 나타내고 있다.

도 3에서 횡축(X축)은 스택 요구 전류값을, 종축(Y축)은 스택 요구 전류값에 따라 맵핑된 수소압력조절밸브 제어 명령값들을 나타내며, 예시된 바와 같이 동일한 스택 요구 전류값에 대해서도 운전 조건에 따라 복수의 제어 명령값들이 결정되어 맵핑될 수 있다.

실제 본 발명의 비상 운전 제어에 사용하기 위한 비상 운전 제어맵을 작성함에 있어서는, 선행 연구 과정을 통해 수집된 데이터들, 즉 각 스택 요구 전류값에 대해 맵핑된 제어 명령값(수소압력조절밸브의 개방 정도를 나타내는 값임)들 중 가장 높은 값(도 3의 맵핑된 값들 중 가장 윗부분의 값)을 사용하여 비상 운전 제어맵을 작성한다.

도 3에서 선으로 나타낸 값들이 실제 비상 운전 제어에 사용되는 맵 값이 되는데, 제어 명령값들 중 가장 윗부분의 값들은 각 스택 요구 전류값에서 수소압력조절밸브(1)의 개도가 가장 커지게 되는 값으로, 맵 값들 중 가장 높은 값을 비상 운전 제어맵에서 사용하여 비상 운전 제어 동안 수소 부족 현상이 발생하지 않는 충분한 양의 수소가 연료전지 스택에 공급될 수 있도록 한다.

이에 차량의 림프 홈 주행을 위한 연료전지 시스템의 비상 운전 동안에는 최소한 수소 부족으로 인한 역전압 발생 가능성을 줄일 수 있고, 시스템이 스택 내부의 역전압으로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 수소압력조절밸브
2 : 수소압력센서(입구 압력센서)
3 : 연료전지 스택
4 : 수소압력센서(출구 압력센서)
5 : 퍼지밸브
6 : 재순환 배관
7 : 재순환 블로워

Claims

연료전지 스택에 공급되는 수소의 압력을 조절하는 수소압력조절밸브, 연료전지 스택의 수소극 입구측 배관과 수소극 출구측 배관에 설치된 입구 압력센서와 출구 압력센서를 가지는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법에 있어서,
입구 압력센서와 출구 압력센서에 대한 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서의 고장 여부를 확인하는 단계;
입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 고장인 경우 비상 운전 제어 모드로 진입하여, 스택 요구 전류값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량 제어를 위한 제어 명령값이 설정되어 있는 별도의 비상 운전 제어맵으로부터 현재의 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 제어 명령값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하여 개도량에 따른 압력으로 연료전지 스택에 수소를 공급함으로써 연료전지 시스템의 비상 운전이 이루어지도록 하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 고장인 경우 운전자에게 경고하기 위한 경고장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서 중 어느 하나만의 고장을 판단한 경우 정상인 압력센서의 센싱값을 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하기 위한 피드백 신호로 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법.
청구항 1에 있어서,
입구 압력센서와 출구 압력센서의 센싱값 차이가 설정범위 이내인지를 확인하는 단계;
상기 센싱값 차이가 설정범위를 벗어난 옵셋 과다 상태이고 상기 고장 진단의 결과로부터 입구 압력센서와 출구 압력센서가 모두 정상인 것으로 판단한 경우 비상 운전 제어 모드로 진입하여, 상기 비상 운전 제어맵으로부터 현재의 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값을 결정하는 단계; 및
상기 옵셋 과다 판단시 결정된 제어 명령값에 따라 수소압력조절밸브의 개도량을 제어하여 개도량에 따른 압력으로 연료전지 스택에 수소를 공급함으로써 연료전지 시스템의 비상 운전이 이루어지도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 옵셋 과다 판단시 운전자에게 경고하기 위한 경고장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 비상 운전 제어맵은,
선행 연구 과정에서 각 스택 요구 전류값에 대해 차량 운전 조건 및 연료전지 운전 조건에 따라 결정된 수소압력조절밸브의 제어 명령값들 중 각 스택 요구 전류값마다 수소압력조절밸브의 개도량이 가장 큰 제어 명령값을 각 스택 요구 전류값에 해당하는 제어 명령값으로 설정해놓은 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 비상 운전 방법.