KR20180085970A - 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션 - Google Patents

다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션 Download PDF

Info

Publication number
KR20180085970A
KR20180085970A KR1020170009724A KR20170009724A KR20180085970A KR 20180085970 A KR20180085970 A KR 20180085970A KR 1020170009724 A KR1020170009724 A KR 1020170009724A KR 20170009724 A KR20170009724 A KR 20170009724A KR 20180085970 A KR20180085970 A KR 20180085970A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
fuel cell
performance evaluation
evaluation station
cell performance
Prior art date
Application number
KR1020170009724A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101955677B1 (ko
Inventor
윤영기
최영우
김태영
김범준
서민호
이종민
정치영
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020170009724A priority Critical patent/KR101955677B1/ko
Priority to US15/695,894 priority patent/US10359456B2/en
Publication of KR20180085970A publication Critical patent/KR20180085970A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101955677B1 publication Critical patent/KR101955677B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04634Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • G01R31/3658
    • G01R31/3662
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432Temperature; Ambient temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492Humidity; Ambient humidity; Water content
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664Failure or abnormal function
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701Temperature
    • H01M8/04731Temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828Humidity; Water content
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은, 연료 전지 MEA(membrane electrode assembly)의 성능 평가를 위한 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션에 관한 것으로, 본 발명의 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션은, 복수 개의 단위 전지를 수납할 수 있는 단위 전지 장착부; 상기 단위 전지에 가스를 공급하고, 압력 발생기 및 질량유량 제어기(MFC)를 포함하는 가스 공급부; 상기 단위 전지 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있는 온도 조절부; 상기 단위 전지 주위를 일정한 가습 상태로 유지할 수 있는 가습부; 상기 단위 전지에 대한 임피던스 및 성능의 측정이 가능한 측정부; 및 상기 가스 공급부, 온도 조절부, 가습부 및 측정부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션{Multi-channels fuel cell test station}
본 발명은 연료 전지 MEA(membrane electrode assembly)의 성능 평가 기술에 관한 것으로, 특히 복수 개의 단위 연료 전지를 성능 평가 할 수 있는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션 및 그를 이용한 다채널 연료 전지 성능 평가 방법에 관한 것이다.
연료 전지(fuel cell)는 연료 에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 발전 시스템으로서, 저공해와 고효율의 이점이 있다. 특히 연료 전지는 저장 및 운송이 용이한 석유 에너지, 천연가스, 메탄올 등의 에너지원을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있기 때문에 차세대 에너지원으로 주목 받고 있다. 이러한 연료 전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료 전지, 용융탄산염 연료 전지, 고체 산화물 연료 전지, 고분자 전해질형 연료 전지, 알칼리 연료 전지 등으로 구분할 수 있으며, 이들 각각의 연료 전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다.
고분자 전해질형 연료 전지는 수소 이온(proton)을 전도하는 고분자막을 전해질로 사용하며, 단위 전지로서 고분자 전해질 막과 그 양면에 위치하는 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진 MEA(막 전극 어셈블리, membrane electrode assembly)를 구비한다. 통상 고분자 전해질형 연료 전지는 복수의 단위 전지(single cell)와 단위 전지에 연료와 산화제를 공급하기 위한 유로가 설치되어 있는 바이폴라 플레이트(bipolar plate, BP)가 교대로 적층된 스택(stack) 구조로 제작된다. 수소 이온을 전도하는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료 전지로는 전술한 고분자 전해질형 연료 전지 이외에 액상의 연료를 애노드에 직접 공급하는 방식으로 구성되는 직접 메탄올형 연료 전지가 있다. 직접 메탄올형 연료 전지는 연료 프로세서를 사용하지 않으며 100℃ 미만의 작동온도에서 운전되므로 휴대용이나 소형 연료 전지 구조에 적합하다는 장점이 있다.
한편, 연료 전지 스택을 제작하기 위해서는 스택의 제작에 앞서 단위 연료 전지의 성능을 평가해야만 한다. 그렇게 하지 않으면, 특정 막-전극 어셈블리의 불량으로 인하여 연료 전지 스택의 제작 후 제작된 스택이 불량으로 판별될 수 있고, 그러한 경우 연료 전지 스택을 해체하고 불량한 단위 연료 전지를 교체하기 위한 공정과 비용이 상당히 소모될 수 있기 때문이다.
종래의 단위 연료 전지를 성능을 평가하는 장치 및 방법은 기본적으로 단일 단위 전지마다 대응되는 개별적인 성능 평가 스테이션을 적용하여 성능 평가하는 방식이었다. 따라서 종래의 방식을 이용하는 경우, 연료 전지 스택 마다 포함되는 복수 개의 단위 연료 전지 각각을 성능 평가하는데 시간이 너무 많이 소요되고, 많은 유지 보수 인력과 넓은 설치 면적이 필요하였고, 이는 결국 성능 평가에 필요로 되는 비용이 증가하는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상술한 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 전지 스택의 대량 생산에 적합하고 복수 개의 단위 전지를 하나의 성능 평가 스테이션으로 성능 평가할 수 있는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션은, 복수 개의 단위 전지를 수납할 수 있는 단위 전지 장착부; 상기 단위 전지에 가스를 공급하고, 압력 발생기 및 질량유량 제어기(MFC)를 포함하는 가스 공급부; 상기 단위 전지 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있는 온도 조절부; 상기 단위 전지 주위를 일정한 가습 상태로 유지할 수 있는 가습부; 상기 단위 전지에 대한 임피던스 및 성능의 측정이 가능한 측정부; 및 상기 가스 공급부, 온도 조절부, 가습부 및 측정부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압력 발생기는 상기 단위 전지의 개수와 일치하고, 상기 질량유량 제어기는 단수인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압력 발생기는 상기 단위 전지 각각의 전단부에 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압력 발생기는, 내부와 외부를 관통 형성되는 주입부 및 배출부를 포함하는 상판; 및 상기 연료 가스가 이동할 수 있는 유로가 형성된 하판;을 포함하고, 상기 주입부는 상기 유로의 일 단부와 연결되고, 상기 배출부는 상기 유로의 타 단부와 연결되어, 상기 주입부로 주입된 유체가 상기 유로의 일 단부에서 타 단부를 거쳐 배출부로 배출되는 구조인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일 단부의 상기 연료 가스의 압력은 상기 타 단부의 상기 연료 가스의 압력보다 높은 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로는 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이에 지그재그 형상의 홈을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는, 공기, 수소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 가스를 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정부는, 전자 접촉기(Magnetic Contactor)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정부는, 단수의 임피던스 측정기 및 단수의 전지 성능 측정장치를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가습부는, 공기 가습기를 포함하고, 상기 공기 가습기는, 물 공급부, 건조 기체 공급부, 기포발생 다공체, 기포 차단벽 및 가습 기체 배출부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다채널 연료 전지 성능 평가 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션을 사용하여, 2 내지 12 개의 단위 전지의 임피던스 및 전지 성능을 동시에 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션은, 연료 전지의 임피던스 및 성능 평가를 저비용으로 가능케 하고, 복수 개의 단위 연료 전지를 하나의 성능 평가 스테이션으로 평가할 수 있으며, 적은 인력과 설치 면적을 필요로 하고, 유지보수가 용이해지는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션의 설계된 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션에 적용되는 압력발생기의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션의 임피던스 측정 방식을 나타내는 회로도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션에 적용되는 가습기의 구조를 나타내는 개략도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션의 설계된 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 단위 연료 전지 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션은, 복수 개의 단위 전지를 수납할 수 있는 단위 전지(110) 장착부; 상기 단위 전지에 가스를 공급하고, 압력 발생기 및 질량유량 제어기(MFC)(120)를 포함하는 가스 공급부; 상기 단위 전지 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있는 온도 조절부; 상기 단위 전지 주위를 일정한 가습 상태로 유지할 수 있는 가습부(200); 상기 단위 전지에 대한 임피던스 및 성능의 측정이 가능한 측정부; 및 상기 가스 공급부, 온도 조절부, 가습부 및 측정부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에서 단위 전지는 연료 전지에 포함되는 촉매, 및 MEA를 포함하는, 연료 전지의 성능 평가에 필요한 집합체를 의미하며, 유로판과 프레임으로 구성되어 MEA에 공기와 수소를 공급할 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 단위 전지는 발전된 전기를 집전하고 가스의 기밀이 유지될 수 있는 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션은 복수 개의 단위 전지를 장착하여 하나의 연료 전지 성능 평가 스테이션으로 복수 개의 단위 전지를 성능 평가할 수 있는 것을 특징으로 하며, 복수 개의 단위 전지를 수납할 수 있는 단위 전지 장착부를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부는 압력 발생기 및 질량유량 제어기를 포함하고, 단위 전지에 수소, 질소, 산소, 혼합 가스 또는 공기 등의 연료 가스를 공급할 수 있는 구조라면 본 발명에서 그 형태를 특정하여 제한하지 아니한다.
단위 전지는 구동 과정에서 안정적인 성능을 발휘하기 위하여 일정한 주위 온도가 유지되어야 할 필요가 있으며, 본 발명에서 상기 온도 조절부는 가열부 및 냉각부를 구비하여 상기 단위 전지 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
단위 연료 전지는 가습 정도에 따라 그 성능이 크게 변화할 수 있다. 본 발명에서는 연료 전지의 성능 평가 시 습도 변화에 따른 성능의 저하를 방지하고 그를 확인하기 위해, 일정한 가습 상태를 유지할 수 있고 습도 상태를 조절할 수 있는 가습기를 구비하는 가습부를 포함할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 성능 평가 스테이션은 상기 단위 전지들의 임피던스 및 단위 전지 성능을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 임피던스 및 단위 전지 성능의 측정은 각각을 측정할 수 있는 별도의 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 이러한 개별 장치들은 본 발명의 연료 전지 성능 평가 스테이션에 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 상기 측정부는 하나의 단위 전지 셀에 대해서는 임피던스 측정 장치를 이용하여 임피던스를 측정하면서 동시에 다른 단위 전지 셀에 대해서는 단위 전지의 성능을 측정할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 성능 평가 스테이션은 상기 단위 전지와 반응이 끝난 가스는 수분을 포함하고 있어 이를 응축시키고 제거하는 배출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제어부는 연료 전지 성능 평가 스테이션의 각 부분을 통합적으로 제어하고 필요한 전력을 공급하며, 각 단위 전지의 성능 평가 결과를 추출할 수 있다.
본 발명에서 가스 공급부는 압력 발생기와 질량유량 제어기를 포함한다. 종래의 성능 평가 스테이션의 경우, 가스 유량의 분배를 위해 단위 전지마다 고가의 질량유량 제어기를 사용하여 연료 전지 성능 평가에 필요한 공간과 비용에 제약이 존재하였다. 반면, 본 발명에 따르면 압력 발생기를 도입하여 복수 개의 단위 전지에 균일한 유량 분배가 가능해짐으로써, 복수 개의 단위 연료 전지를 하나의 질량 유량 제어기를 포함하는 성능 평가 스테이션으로 성능 평가할 수 있는 효과를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압력 발생기는 상기 단위 전지의 개수와 일치하고, 상기 질량유량 제어기는 단수인 것일 수 있다.
본 발명의 압력 발생기는 연료 가스의 압력을 강하시키는 역할을 수행할 수 있고, 결과적으로 상기 성능 평가 스테이션이 장착된 복수 개의 단위 전지에 균일한 연료 가스 유량을 분배할 수 있게 될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 압력 발생기를 도입함으로써 하나의 질량유량 제어기로 복수 개의 단위 전지를 성능 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압력 발생기는 상기 단위 전지 각각의 전단부에 형성되는 것일 수 있다.
상기 압력 발생기가 상기 단위 전지 각각의 전단부에 형성됨으로써 상대적으로 크고 균일한 압력 강하를 발생시켜 복수 개의 단위전지로 균일한 유량을 유입시킬 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션에 적용되는 압력발생기(400)의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압력 발생기(400)는, 내부와 외부를 관통 형성되는 주입부(412) 및 배출부(414)를 포함하는 상판(410); 및 상기 연료 가스가 이동할 수 있는 유로(422)가 형성된 하판(420);을 포함하고, 상기 주입부는 상기 유로의 일 단부와 연결되고, 상기 배출부는 상기 유로의 타 단부와 연결되어, 상기 주입부로 주입된 상기 연료 가스가 상기 유로의 일 단부에서 타 단부를 거쳐 배출부로 배출되는 구조인 것일 수 있다.
상기 압력 발생기는 내부의 공간을 포함하는 챔버 형태인 것일 수 있다. 이 때, 상기 상판과 하판 사이에는 상기 연료 가스를 상판의 주입부로부터 하판의 유로의 일 단부에 연결하여 주입시킬수 있는 구조체 및 하판의 유로의 타 단부로부터 상판의 배출부로 연결하여 상기 연료 가스를 배출시킬 수 있는 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일 단부의 상기 연료 가스의 압력은 상기 타 단부의 상기 연료 가스의 압력보다 높은 것일 수 있다.
상기 연료 가스는 주입부와 연결된 일 단부에서, 유로를 거치면서 압력이 낮아지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로는 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이에 지그재그 형상의 홈을 포함하는 것일 수 있다.
상기 홈을 지그재그 형상으로 형성함으로써 상기 연료 가스가 특별한 장치의 구비 없이도 지그재그로 형성된 홈의 모서리부분에 마찰되면서 압력이 강하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는, 공기, 수소, 질소, 산소 및 수증기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 가스를 공급하는 것일 수 있다. 상기 가스들은 단위 전지에서 전기를 생성하는 원료 가스 역할을 수행하는 것이며, 구체적으로는
수소, 산소 및 공기는 전기화학 반응의 연료 및 산화제로 역할을 수행할 수 있고, 질소 및 수증기는 퍼징과 가습의 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정부는, 전자 접촉기(Magnetic Contactor)(130)를 포함하는 것일 수 있다.
상기 전자 접촉기는 제어부를 통해서 전달된 신호를 받아 여러 단위 전지가 연결된 경우에 하나의 단위 전지 셀에 대해서는 임피던스를 측정하고, 동시에 다른 단위 전지 셀에 대해서는 단위 전지 성능의 측정이 가능하도록 할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션의 임피던스 측정 방식을 나타내는 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정부는, 단수의 임피던스 측정기 및 단수의 전지 성능 측정장치를 포함하는 것일 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션에 적용되는 가습기의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가습부는, 공기 가습기를 포함하고, 상기 공기 가습기는, 건조 기체 공급부(210), 물 공급부(220), 수위계(230), 플로트(240), 기포발생 다공체(250), 기포 차단벽(260) 및 가습 기체 배출부(270)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다채널 연료 전지 성능 평가 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 단위 연료 전지 성능 평가 스테이션을 사용하여, 2 내지 12개의 단위 전지의 임피던스 및 전지 성능을 동시에 측정하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 복수 개의 단위 전지를 수납할 수 있는 단위 전지 장착부;
    상기 단위 전지에 연료 가스를 공급하고, 압력 발생기 및 질량유량 제어기(MFC)를 포함하는 가스 공급부;
    상기 단위 전지 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있는 온도 조절부;
    상기 단위 전지 주위를 일정한 가습 상태로 유지할 수 있는 가습부;
    상기 단위 전지에 대한 임피던스 및 성능의 측정이 가능한 측정부; 및
    상기 가스 공급부, 온도 조절부, 가습부 및 측정부를 제어하는 제어부;를 포함하는,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 발생기는 상기 단위 전지의 개수와 일치하고, 상기 질량유량 제어기는 단수인 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 발생기는 상기 단위 전지 각각의 전단부에 형성되는 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 발생기는, 내부와 외부를 관통 형성되는 주입부 및 배출부를 포함하는 상판; 및 상기 연료 가스가 이동할 수 있는 유로가 형성된 하판;을 포함하고,
    상기 주입부는 상기 유로의 일 단부와 연결되고, 상기 배출부는 상기 유로의 타 단부와 연결되어, 상기 주입부로 주입된 연료 가스가 상기 유로의 일 단부에서 타 단부를 거쳐 배출부로 배출되는 구조인 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 일 단부의 상기 연료 가스의 압력은 상기 타 단부의 상기 연료 가스의 압력보다 높은 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유로는 상기 일 단부와 상기 타 단부 사이에 지그재그 형상의 홈을 포함하는 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 공기, 수소, 질소 및 산소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 가스를 공급하는 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는, 전자 접촉기(Magnetic Contactor)를 포함하는 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는, 단수의 임피던스 측정기 및 단수의 단위 전지 성능 측정장치를 포함하는 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가습부는, 공기 가습기를 포함하고,
    상기 공기 가습기는, 물 공급부, 건조 기체 공급부, 기포발생 다공체, 기포 차단벽 및 가습 기체 배출부를 포함하는 것인,
    다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 단위 연료 전지 성능 평가 스테이션을 사용하여, 2 내지 12 개의 단위 전지의 임피던스 및 전지 성능을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는,
    다채널 연료 전지 성능 평가 방법.

KR1020170009724A 2017-01-20 2017-01-20 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션 KR101955677B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170009724A KR101955677B1 (ko) 2017-01-20 2017-01-20 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션
US15/695,894 US10359456B2 (en) 2017-01-20 2017-09-05 Multichannel fuel cell test station

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170009724A KR101955677B1 (ko) 2017-01-20 2017-01-20 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180085970A true KR20180085970A (ko) 2018-07-30
KR101955677B1 KR101955677B1 (ko) 2019-03-07

Family

ID=62906240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170009724A KR101955677B1 (ko) 2017-01-20 2017-01-20 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10359456B2 (ko)
KR (1) KR101955677B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110988697A (zh) * 2019-12-13 2020-04-10 速博达(深圳)自动化有限公司 膜电极测试装置及方法
CN111370737B (zh) * 2020-02-20 2021-06-11 浙江锋源氢能科技有限公司 一种测试控制方法、装置、存储介质及燃料电池测试系统
CN113495216A (zh) * 2021-05-17 2021-10-12 上海申风投资管理有限公司 一种燃料电池测试设备
CN113991150B (zh) * 2021-10-28 2023-02-03 苏州中车氢能动力技术有限公司 定位电堆内部泄漏单体的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100811985B1 (ko) * 2007-02-15 2008-03-10 삼성에스디아이 주식회사 멀티 mea 테스트 스테이션 및 이를 이용한 멀티 mea평가 방법
JP2009121557A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Toyota Motor Corp 燃料ガス供給システム及び燃料電池システム
KR20120117171A (ko) * 2011-04-14 2012-10-24 한국에너지기술연구원 복수개의 연료전지 성능 평가 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6715743B2 (en) * 2001-11-27 2004-04-06 Chaojiong Zhang Gas humidifier
WO2005088326A1 (en) 2004-03-15 2005-09-22 Hydrogenics Corporation Test station for a fuel cell power module
KR100591441B1 (ko) 2005-04-29 2006-06-22 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지의 테스트 장치 및 방법
JP5627246B2 (ja) * 2009-04-03 2014-11-19 三洋電機株式会社 電池システム、電動車両及び電池制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100811985B1 (ko) * 2007-02-15 2008-03-10 삼성에스디아이 주식회사 멀티 mea 테스트 스테이션 및 이를 이용한 멀티 mea평가 방법
JP2009121557A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Toyota Motor Corp 燃料ガス供給システム及び燃料電池システム
KR20120117171A (ko) * 2011-04-14 2012-10-24 한국에너지기술연구원 복수개의 연료전지 성능 평가 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101955677B1 (ko) 2019-03-07
US10359456B2 (en) 2019-07-23
US20180210019A1 (en) 2018-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6376111B1 (en) System and method for controlling the humidity level of a fuel cell
CA2490877C (en) Humidity controlled solid polymer electrolyte fuel cell assembly
KR101955677B1 (ko) 다채널 연료 전지 성능 평가 스테이션
US9419292B2 (en) Management of operation of PEM-fuel-cell-stack backup electric generator
JP5394568B2 (ja) 開放型燃料電池システム
US9070921B2 (en) Subzero ambient shutdown purge operating strategy for PEM fuel cell system
KR101137763B1 (ko) 연료전지용 활성화장치
US9099703B2 (en) Fast MEA break-in and voltage recovery
KR20170001192A (ko) 연료전지 시스템의 운전압력 제어 방법
KR101519667B1 (ko) 연료전지 가속 활성화 방법
US20070227900A1 (en) Performance enhancement via water management in electrochemical cells
KR101481310B1 (ko) 연료전지 시스템의 수소 퍼지 장치 및 방법
EP2375484B1 (en) Operating method of fuel cell system
US20170338501A1 (en) Fuel cell system
US11881604B2 (en) Fuel cell system
KR20210004152A (ko) 연료전지용 가습기
KR20030047204A (ko) 물의 빙점 이하에서 고분자 전해질 연료전지의 운전방법및 장치
KR101655589B1 (ko) 연료전지 스택 드라이 모니터링 장치 및 방법
US8927165B2 (en) Stack cathode inlet RH (relative humidity) control without RH sensing device feedback
US20110183220A1 (en) Method of purging for fuel cell
KR102152207B1 (ko) 습도조절이 용이한 연료전지용 공기공급장치
KR20070099354A (ko) 연료전지 시스템의 활성화 방법
US20230335764A1 (en) Method for operating a fuel cell device, the fuel cell device, and a motor vehicle outfitted with a fuel cell device
CN212301791U (zh) 一种燃料电池单电池测试台
JP2012129000A (ja) 燃料電池スタックの膜含水量測定方法及びその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right