KR20200042278A - Condensate water drain control system and control method for fuel cell - Google Patents

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Abstract

Provided is a fuel cell condensate discharge control system comprising: a fuel cell stack generating electric power through a chemical reaction; a hydrogen supply line supplying hydrogen supplied from a hydrogen tank to the fuel cell stack and recirculating hydrogen discharged from the fuel cell stack to supply the to the fuel cell stack again; a water trap provided on the hydrogen supply line to store a condensate generated in the fuel cell stack; a drain valve provided at an outlet connected to the water trap to discharge the condensate stored in the water trap; a pressure sensor measuring the pressure of the hydrogen supply line; and a controller controlling the opening and closing of the drain valve based on the pressure of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor.

Description

연료전지의 응축수 배출 제어시스템 및 제어방법{CONDENSATE WATER DRAIN CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL}Condensate discharge control system and control method of fuel cell {CONDENSATE WATER DRAIN CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지의 응축수 배출 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 워터트랩의 수위센서가 고장난 경우에도 워터트랩에 저장된 응축수를 배출하는 제어기술에 관한 것이다.The present invention relates to a condensate discharge control system and control method for a fuel cell, and relates to a control technology for discharging condensate stored in a water trap even when the water trap's water level sensor fails.

연료전지(Fuel cell)는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전지로 일종의 발전 장치이다. 기본적으로 산화, 환원 반응을 이용한다는 점에서 화학 전지와 같지만, 닫힌 시스템 내부에서 전지 반응을 하는 화학 전지와는 달리, 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어 반응 생성물이 연속적으로 시스템 외부로 제거되는 점에서 차이가 있다. 최근에는 연료전지 발전시스템이 실용화되고 있으며, 연료전지의 반응 생성물이 순수한 물이기 때문에 친환경적인 차량의 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. A fuel cell is a type of power generation device that converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy directly. Basically, it is the same as a chemical cell in that it uses oxidation and reduction reactions, but unlike a chemical cell that reacts in a cell inside a closed system, the reactants are continuously supplied from the outside to continuously remove the reaction product from the system. There is a difference. In recent years, fuel cell power generation systems have been put into practical use, and research for use as an energy source for eco-friendly vehicles has been actively conducted because the reaction product of the fuel cell is pure water.

연료전지 시스템은 화학 반응을 통하여 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택과 연료전지 스택의 공기극으로 공기를 공급하는 공기 공급장치 및 연료전지 스택의 수소극으로 수소를 공급하는 수소 공급장치가 포함된다.The fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electrical energy through a chemical reaction, an air supply device that supplies air to the cathode of the fuel cell stack, and a hydrogen supply device that supplies hydrogen to the hydrogen electrode of the fuel cell stack.

연료전지 스택에서 발전을 하면 연료전지 스택 내부에서 생성수가 발생하고, 이들 중 일부는 농도차에 의해 전해질막을 통과하여 수소극으로 배출된다. 수소 공급장치는 재순환장치를 통하여 수소 가스가 재순환되고, 수소극에서 배출된 생성수는 응축되어 수소 공급장치에 포함된 워터트랩에 저장된다. 워터트랩에는 수위센서가 있어 응축수가 기설정된 수위 이상이 되면 드레인 밸브를 개방하여 저장된 응축수를 외부로 배출된다.When generating power in the fuel cell stack, generated water is generated inside the fuel cell stack, and some of them pass through the electrolyte membrane due to a difference in concentration and are discharged to the hydrogen electrode. In the hydrogen supply device, hydrogen gas is recirculated through the recirculation device, and the product water discharged from the hydrogen electrode is condensed and stored in a water trap included in the hydrogen supply device. The water trap has a water level sensor. When the condensate reaches a predetermined level or higher, the drain valve is opened to discharge the stored condensate to the outside.

다만, 워터트랩의 레벨센서가 고장난 경우, 워터트랩에 저장된 응축수 수위를 측정할 수 없어 드레인 밸브를 적절하게 제어할 수 없는 문제가 있다. 수소 공급장치의 응축수가 외부로 원활하게 배출되지 못하면 연료전지 스택에서 생성수를 외부로 배출할 수 없어 분리판 유로를 막게되고, 필요 이상으로 드레인 밸브를 개방하게 되면 불필요하게 수소를 배출하게 되어 연비가 악화되는 문제가 있다.However, when the level sensor of the water trap is broken, there is a problem that the drain valve cannot be properly controlled because the level of condensate stored in the water trap cannot be measured. If the condensed water of the hydrogen supply device cannot be discharged smoothly to the outside, the generated water cannot be discharged from the fuel cell stack, blocking the flow path of the separating plate. There is a problem that worsens.

종래에는 이러한 문제를 방지하기 위하여, 워터트랩의 레벨센서가 고장난 경우, 연료전지 스택에서 발전한 전류를 적산한 전류적산값을 기준으로 전류적산값이 기설정된 일정값이 되면 드레인 밸브를 개방하는 Fail-Safe 제어를 이용하였다. 그러나 이러한 제어에도 워터트랩에 저장된 응축수의 수위를 정확하게 측정할 수 없는 문제가 있었다.Conventionally, in order to prevent such a problem, when the level sensor of the water trap breaks down, the drain valve opens when the current integration value reaches a predetermined predetermined value based on the current integration value obtained by integrating the current generated by the fuel cell stack. Safe control was used. However, even with this control, there was a problem that the water level of the condensate stored in the water trap could not be accurately measured.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The above descriptions as background arts are only for improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as an admission that they correspond to the prior arts already known to those skilled in the art.

KR 10-0969063 BKR 10-0969063 B

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 워터트랩의 레벨센서 고장시에도 워터트랩에 저장된 응축수를 감지하여 드레인 밸브를 적절하게 제어하는 기술을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and to provide a technique for appropriately controlling a drain valve by detecting condensate stored in the water trap even in the event of a water trap level sensor failure.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어시스템은 화학 반응을 통하여 전력을 발전하는 연료전지 스택; 수소 탱크에서 공급된 수소를 연료전지 스택에 공급하고, 연료전지 스택에서 배출된 수소를 재순환시켜 다시 연료전지 스택에 공급하는 수소공급라인; 수소공급라인에 마련되어 연료전지 스택에서 발생된 응축수를 저장하는 워터트랩; 워터트랩에 연결된 배출구에 마련되어 워터트랩에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브; 수소공급라인의 압력을 측정하는 압력센서; 및 압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력을 기반으로 드레인 밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 포함한다.Condensate discharge control system of a fuel cell according to the present invention for achieving the above object is a fuel cell stack for generating power through a chemical reaction; A hydrogen supply line for supplying hydrogen supplied from the hydrogen tank to the fuel cell stack and recirculating hydrogen discharged from the fuel cell stack to supply it back to the fuel cell stack; A water trap provided in the hydrogen supply line to store condensate generated in the fuel cell stack; A drain valve provided at an outlet connected to the water trap to discharge condensate stored in the water trap; Pressure sensor for measuring the pressure of the hydrogen supply line; And a controller that controls opening and closing of the drain valve based on the pressure of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor.

워터트랩에 마련되어 워터트랩에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서;를 더 포함하고, 제어기는 수위센서의 고장 여부를 판단하고, 수위센서가 고장난 것으로 판단한 경우에 압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력을 기반으로 드레인 밸브의 개폐를 제어할 수 있다.A water level sensor that is provided on the water trap and detects the condensate stored in the water trap. Based on the drain valve opening and closing can be controlled.

제어기는 연료전지 스택의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인 시점부터 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입한 경우, 수소공급라인과 수소 탱크 사이에 위치된 압력 제어 밸브 및 수소공급라인의 수소를 외부로 배출하는 퍼지 밸브를 모두 폐쇄하고 드레인 밸브만을 개방한 후, 수소공급라인의 압력의 변화율이 기설정된 변화율 이상이면 드레인 밸브를 폐쇄하도록 제어할 수 있다.When the controller enters the FC Stop mode within a predetermined time from the point when the current integration value integrating the generated current of the fuel cell stack is greater than or equal to the preset integration value, the pressure control valve and hydrogen supply located between the hydrogen supply line and the hydrogen tank After all the purge valves discharging the hydrogen in the line are closed and only the drain valve is opened, the drain valve can be controlled to be closed if the rate of change in the pressure of the hydrogen supply line is greater than or equal to a predetermined rate of change.

제어기는 연료전지 스택의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인 시점부터 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입하지 않은 경우, 기설정된 시간동안 드레인 밸브를 개방하고 폐쇄하도록 제어할 수 있다.The controller may control to open and close the drain valve for a predetermined period of time if the FC stop mode is not entered within a predetermined time from the point when the current integration value integrating the generated current of the fuel cell stack is greater than or equal to the preset integration value. .

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어방법은 워터트랩에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서의 고장 여부를 판단하는 단계; 수위센서가 고장난 것으로 판단되면, 수소공급라인에 마련된 압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 단계; 및 산출한 수소공급라인의 압력의 변화율을 기반으로 워터트랩에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브의 개폐를 제어하는 단계;를 포함한다.A method of controlling condensate discharge of a fuel cell according to the present invention for achieving the above object includes determining whether a water level sensor detecting a condensate stored in a water trap has failed; If it is determined that the water level sensor has failed, calculating a rate of change in the pressure of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor provided in the hydrogen supply line; And controlling opening and closing of a drain valve for discharging condensate stored in the water trap based on the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line.

수위센서의 고장 여부를 판단하는 단계에서는, 수위센서의 센싱값이 정상 범위를 벗어난 경우 수위센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.In the step of determining whether the water level sensor has failed, when the sensing value of the water level sensor is outside the normal range, it may be determined that the water level sensor has failed.

수위센서의 고장 여부를 판단하는 단계에서는, 드레인 밸브의 개방 또는 폐쇄 제어에도 불구하고 수위센서의 센싱값이 고정된 경우 수위센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.In the step of determining whether or not the water level sensor has failed, it may be determined that the water level sensor has failed when the sensing value of the water level sensor is fixed despite the opening or closing control of the drain valve.

수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 단계 이전에, 연료전지 스택의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인지 판단하는 단계; 및 적류적산값이 기설정된 적산값 이상인 경우, 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하고, FC Stop 모드로 진입한 경우, 수소공급라인의 압력의 변화율을 산출할 수 있다.Prior to the step of calculating the rate of change in the pressure of the hydrogen supply line, determining whether the current integration value obtained by integrating the generated current of the fuel cell stack is greater than or equal to a preset integration value; And determining whether to enter the FC Stop mode within a preset time when the accumulated accumulation value is greater than or equal to the preset integrated value; and when entering the FC Stop mode, calculate the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line. You can.

FC Stop 모드로 진입하지 않은 경우, 기설정된 개방시간 동안 드레인 밸브를 개방하고 폐쇄하도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.When not entering the FC Stop mode, the step of controlling to open and close the drain valve for a predetermined opening time; may further include a.

수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 단계 이전에, 수소공급라인과 수소 탱크 사이에 위치된 압력 제어 밸브 및 수소공급라인의 수소를 외부로 배출하는 퍼지 밸브를 모두 폐쇄하고 드레인 밸브만을 개방하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Before the step of calculating the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line, closing both the pressure control valve located between the hydrogen supply line and the hydrogen tank and the purge valve for discharging hydrogen from the hydrogen supply line to the outside, and opening only the drain valve. ; May further include.

드레인 밸브의 개폐를 제어하는 단계에서는, 산출한 수소공급라인의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 미만인 경우, 드레인 밸브의 개방을 유지하도록 제어할 수 있다.In the step of controlling opening and closing of the drain valve, when the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line is less than a predetermined rate of change, it can be controlled to maintain the opening of the drain valve.

드레인 밸브의 개폐를 제어하는 단계에서는, 산출한 수소공급라인의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 이상인 경우, 드레인 밸브를 폐쇄하도록 제어할 수 있다.In the step of controlling opening and closing of the drain valve, when the magnitude of the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line is equal to or greater than a preset rate of change, the drain valve may be controlled to be closed.

본 발명의 연료전지의 응축수 배출 제어시스템 및 제어방법에 따르면, 워터트랩의 수위센서가 고장나더라도 워터트랩의 응축수를 정확하게 감지하여 응축수 배출을 제어하는 효과를 갖는다.According to the condensate discharge control system and control method of the fuel cell of the present invention, even if the water trap water level sensor fails, it has the effect of accurately detecting the condensate of the water trap and controlling the discharge of condensate.

또한, 응축수를 원활하게 배출할 수 있어 연료전지 스택의 수소극에서 플러딩이 방지되는 효과를 갖는다.In addition, since the condensate can be discharged smoothly, it has an effect of preventing flooding at the hydrogen electrode of the fuel cell stack.

또한, 불필요하게 드레인 밸브를 통하여 수소가 배출되는 현상을 방지하여 연비가 향상되는 효과를 갖는다.In addition, it is possible to prevent the phenomenon that hydrogen is discharged through the drain valve unnecessarily, thereby improving fuel efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어방법의 순서도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어를 도시한 그래프이다.1 is a configuration diagram of a condensate discharge control system of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a method for controlling condensate discharge in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating condensate discharge control of a fuel cell according to the prior art.
4 is a graph showing condensate discharge control of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Specific structural or functional descriptions with respect to the embodiments of the present invention disclosed in the present specification or the application have been exemplified for the purpose of illustrating the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. And may not be construed as limited to the embodiments described in this specification or application.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the embodiment according to the present invention can be applied to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that it includes all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and / or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly neighboring to," should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described is present, and one or more other features or numbers. It should be understood that it does not preclude the existence or addability of, steps, actions, components, parts or combinations thereof.

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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and are not to be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined herein. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing denote the same members.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a condensate discharge control system of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어시스템은 화학 반응을 통하여 전력을 발전하는 연료전지 스택(10); 수소 탱크에서 공급된 수소를 연료전지 스택(10)에 공급하고, 연료전지 스택(10)에서 배출된 수소를 재순환시켜 다시 연료전지 스택(10)에 공급하는 수소공급라인(20); 수소공급라인(20)에 마련되어 연료전지 스택(10)에서 발생된 응축수를 저장하는 워터트랩(30); 워터트랩(30)에 연결된 배출구(미도시)에 마련되어 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브(40); 수소공급라인(20)의 압력을 측정하는 압력센서(50); 및 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력을 기반으로 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어하는 제어기(60);를 포함한다.1, a condensate discharge control system of a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 10 for generating electric power through a chemical reaction; A hydrogen supply line 20 that supplies hydrogen supplied from the hydrogen tank to the fuel cell stack 10 and recirculates hydrogen discharged from the fuel cell stack 10 to supply it to the fuel cell stack 10 again; A water trap 30 provided in the hydrogen supply line 20 to store condensate generated in the fuel cell stack 10; A drain valve 40 provided at an outlet (not shown) connected to the water trap 30 to discharge condensate stored in the water trap 30; A pressure sensor 50 for measuring the pressure of the hydrogen supply line 20; And a controller 60 for controlling opening and closing of the drain valve 40 based on the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50.

연료전지 스택(10)은 수소와 산소를 각각 수소극 및 산소극으로 공급받아 화학 반응을 통하여 전력을 발전한다. 연료전지 스택(10)의 내부에서 수소와 산소가 반응하면서 응축수가 발생한다.The fuel cell stack 10 receives hydrogen and oxygen to the hydrogen electrode and the oxygen electrode, respectively, and generates power through a chemical reaction. Condensate is generated while hydrogen and oxygen react within the fuel cell stack 10.

특히, 연료전지에 수소를 공급하는 수소공급라인(20)은 연료전지 스택(10)을 통과한 수소를 재순환하여 다시 연료전지 스택(10)으로 공급한다. 수소를 저장하는 수소 탱크는 연료전지 스택(10)으로 공급되는 수소공급라인(20)과 연결되어 새로운 수소를 수소공급라인(20)으로 공급한다. In particular, the hydrogen supply line 20 for supplying hydrogen to the fuel cell recirculates hydrogen that has passed through the fuel cell stack 10 and supplies it back to the fuel cell stack 10. The hydrogen tank for storing hydrogen is connected to the hydrogen supply line 20 supplied to the fuel cell stack 10 to supply new hydrogen to the hydrogen supply line 20.

수소 탱크는 고압의 수소를 저장하고, 1차 감압을 거친 뒤 수소공급라인(20)으로 공급된다. 수소 탱크와 수소공급라인(20) 사이에는 수소 공급 밸브(90) 및 압력 제어 밸브(100)가 위치될 수 있다. 수소 공급 밸브(90) 및 압력 제어 밸브(100)는 일체형의 압력 제어 밸브(100)로 적용될 수도 있다.The hydrogen tank stores high pressure hydrogen, undergoes primary decompression, and is supplied to the hydrogen supply line 20. A hydrogen supply valve 90 and a pressure control valve 100 may be positioned between the hydrogen tank and the hydrogen supply line 20. The hydrogen supply valve 90 and the pressure control valve 100 may be applied as an integral pressure control valve 100.

압력 제어 밸브(100)는 제어기(60)에 의해 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력을 기반으로 제어될 수 있다. 제어기(60)는 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력이 목표 수소공급라인(20)의 압력을 추종하도록 압력 제어 밸브(100)를 제어할 수 있다.The pressure control valve 100 may be controlled based on the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50 by the controller 60. The controller 60 may control the pressure control valve 100 such that the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50 follows the pressure of the target hydrogen supply line 20.

수소 공급 밸브(90)는 연료전지 시스템의 시동 On/Off에 따라 개방/폐쇄되도록 제어되어 수소를 공급하거나 차단할 수 있다. 수소 공급 밸브(90)는 연료전지 시스템의 시동 On 상태에서 연료전지 스택(10)의 발전을 중단하는 FC Stop 모드에서는 개방을 유지하도록 제어될 수 있다.The hydrogen supply valve 90 is controlled to be opened / closed according to start / off of the fuel cell system to supply or block hydrogen. The hydrogen supply valve 90 may be controlled to remain open in the FC Stop mode, which stops power generation of the fuel cell stack 10 in the start-up state of the fuel cell system.

FC Stop 모드는 차량이 회생제동 상태이거나 차량의 연료전지 요구 전력이 상대적으로 적어 연료전지의 발전 전력이 불필요한 경우, 연료전지 스택(10)으로의 공기 공급을 차단하여 연료전지 스택(10)의 고전압 노출을 회피하고 불필요한 보기류 전력 소모를 감소시키기 위한 운전 제어 모드이다.In the FC Stop mode, when the vehicle is in the regenerative braking state or when the power required for the fuel cell of the vehicle is relatively small, and the generation power of the fuel cell is unnecessary, the air supply to the fuel cell stack 10 is blocked to stop the high voltage of the fuel cell stack 10 This is a driving control mode to avoid exposure and reduce unnecessary auxiliary power consumption.

연료전지 스택(10)을 통과하여 다시 재순환되는 수소공급라인(20)에는 퍼지 밸브(80)가 위치되어 농도가 낮아진 수소를 일부 외부로 배출시킨다.A purge valve 80 is positioned in the hydrogen supply line 20 that is passed through the fuel cell stack 10 and recirculated again to discharge partially reduced hydrogen to the outside.

워터트랩(30)은 수소공급라인(20)에 마련되어 연료전지 스택(10)의 수소극으로 확산된 응축수를 저장한다. 워터트랩(30)은 외부와 연결되거나 가습기로 연결된 배출구(미도시)와 연결되어 저장된 응축수를 배출한다. 드레인 밸브(40)는 배출구(미도시)에 마련되고, 배출구(미도시)를 통하여 수소 또는 응축수가 배출되지 않도록 폐쇄된 상태로 제어되다가, 간헐적으로 개방되면 응축수를 외부로 배출한다.The water trap 30 is provided on the hydrogen supply line 20 to store condensate diffused to the hydrogen electrode of the fuel cell stack 10. The water trap 30 is connected to the outside or connected to a discharge port (not shown) connected to a humidifier to discharge stored condensate. The drain valve 40 is provided at a discharge port (not shown), and is controlled in a closed state so that hydrogen or condensed water is not discharged through the discharge port (not shown), and when opened intermittently, discharges the condensate.

압력센서(50)는 수소공급라인(20)에 마련되어 수소공급라인(20)의 압력을 측정한다. 특히, 수소공급라인(20) 중 연료전지 스택(10)으로 유입되는 연료전지 스택(10)의 수소극 입구측에 위치되어 연료전지 스택(10)의 수소극으로 유입되는 수소공급라인(20)의 압력을 측정할 수 있다.The pressure sensor 50 is provided on the hydrogen supply line 20 to measure the pressure of the hydrogen supply line 20. In particular, the hydrogen supply line 20 of the hydrogen supply line 20 is located at the inlet side of the anode of the fuel cell stack 10 flowing into the fuel cell stack 10 and flowing into the hydrogen electrode of the fuel cell stack 10 Pressure can be measured.

워터트랩(30)에 마련되어 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서(70);를 더 포함할 수 있다. 수위센서(70)는 워터트랩(30)에 마련되어 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 감지할 수 있다. 특히, 수위센서(70)는 워터트랩(30)에 저장된 응축수의 수위를 감지하여 응축수가 저장된 양을 감지할 수 있다.A water level sensor 70 provided in the water trap 30 and sensing condensate stored in the water trap 30 may further be included. The water level sensor 70 is provided on the water trap 30 to detect condensate stored in the water trap 30. In particular, the water level sensor 70 may detect the level of condensate stored in the water trap 30 to detect the amount of condensate stored.

제어기(60)는 일반적으로 수위센서(70)의 센싱값을 기반으로 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어할 수 있다. 구체적으로, 수위센서(70)가 고장나지 않은 경우, 수위센서(70)의 센싱값으로 응축수가 제1설정량 이상으로 저장된 것으로 판단하면 드레인 밸브(40)를 개방시키고, 다시 수위센서(70)의 센싱값으로 응축수가 제2설정량 미만으로 판단하면 드레인 밸브(40)를 폐쇄시킬 수 있다. 다만, 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단한 경우, 수위센서(70)의 센싱값을 기반으로 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어할 수 없다. The controller 60 can generally control the opening and closing of the drain valve 40 based on the sensing value of the water level sensor 70. Specifically, when the water level sensor 70 is not broken, if it is determined that the condensed water is stored at a first set amount or more as the sensing value of the water level sensor 70, the drain valve 40 is opened, and again the water level sensor 70 If it is determined that the condensed water is less than the second set amount as the sensing value of, the drain valve 40 may be closed. However, when it is determined that the water level sensor 70 has failed, it is not possible to control opening and closing of the drain valve 40 based on the sensing value of the water level sensor 70.

제어기(60)는 수위센서(70)의 고장 여부를 판단하고, 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단한 경우에 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력을 기반으로 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어할 수 있다. The controller 60 determines whether the water level sensor 70 has failed, and when it is determined that the water level sensor 70 is broken, the drain valve (based on the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50) 40) opening and closing can be controlled.

제어기(60)의 구체적인 제어 방법에 관하여는 아래에서 구체적으로 설명한다.A detailed control method of the controller 60 will be described in detail below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어방법의 순서도이다.2 is a flow chart of a method for controlling condensate discharge in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어방법은 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서(70)의 고장 여부를 판단하는 단계(S100); 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단되면, 수소공급라인(20)에 마련된 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 산출하는 단계(S600); 및 산출한 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 기반으로 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어하는 단계(S700);를 포함한다.2, the method of controlling condensate discharge of a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes determining whether the water level sensor 70 detecting the condensate stored in the water trap 30 has failed (S100); If it is determined that the water level sensor 70 has failed, calculating a rate of change in pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50 provided in the hydrogen supply line 20 (S600); And controlling opening and closing of the drain valve 40 for discharging condensate stored in the water trap 30 based on the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line 20 (S700).

일반적으로 제어기(60)는 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브(40)를 제어함에 있어서 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서(70)를 이용한다. 즉, 수위센서(70)가 고장나지 않은 것으로 판단되면, 수위센서(70)의 센싱값을 기반으로 드레인 밸브(40)를 제어한다.In general, the controller 60 uses the water level sensor 70 to detect the condensate stored in the water trap 30 in controlling the drain valve 40 for discharging the condensate stored in the water trap 30. That is, when it is determined that the water level sensor 70 is not broken, the drain valve 40 is controlled based on the sensing value of the water level sensor 70.

다만, 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단되면 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 산출하고, 이를 기반으로 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어한다.However, if it is determined that the water level sensor 70 has failed, the rate of change of the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50 is calculated, and based on this, the opening and closing of the drain valve 40 is controlled.

압력의 변화율을 산출하는 단계(S600)에서는, 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력이 시간에 따라 변화하는 변화율(dP/dt)를 산출할 수 있다. 압력의 변화율은 짧은 단위 시간에 따른 순간 변화율일 수 있다.In the step (S600) of calculating the rate of change of pressure, the rate of change (dP / dt) in which the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50 changes with time can be calculated. The rate of change of pressure may be an instantaneous rate of change according to a short unit time.

다른 실시예로, 압력의 변화율 대신 압력의 크기를 이용하여 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어할 수 있다. 구체적으로, 수소공급라인(20)의 기존 압력 또는 목표 수소공급라인(20)의 압력 등을 고려하여 기설정된 한계압력의 크기보다 작아지면 드레인 밸브(40)의 폐쇄시키도록 제어할 수 있다.In another embodiment, the opening and closing of the drain valve 40 for discharging condensate stored in the water trap 30 may be controlled by using the size of pressure instead of the rate of change of pressure. Specifically, in consideration of the existing pressure of the hydrogen supply line 20 or the pressure of the target hydrogen supply line 20, etc., it can be controlled to close the drain valve 40 when it becomes smaller than a predetermined limit pressure.

이에 따라, 수위센서(70)가 고장나더라도 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 통하여 워터트랩(30)에 저장된 응축수를 감지할 수 있고, 이에 따라 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어함에 따라 응축수 배출 제어의 강건성을 향상시키고 응축수의 배출을 적절하게 제어할 수 있는 효과를 갖는다.Accordingly, even if the water level sensor 70 fails, it is possible to detect the condensate stored in the water trap 30 through the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line 20, thereby controlling the opening and closing of the drain valve 40. Accordingly, it has the effect of improving the robustness of the condensate discharge control and properly controlling the discharge of condensate.

특히, 수위센서(70)의 고장 여부를 판단하는 단계(S100)에서는, 수위센서(70)의 센싱값이 정상 범위를 벗어난 경우 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 즉, 수위센서(70)에서 센싱한 수위가 정상 범위를 벗어난 경우, 수위센서(70)가 정상적으로 작동하지 않는 것으로 판단할 수 있다.In particular, in step S100 of determining whether the water level sensor 70 has failed, when the sensing value of the water level sensor 70 is out of the normal range, the water level sensor 70 may be determined to have failed. That is, when the water level sensed by the water level sensor 70 is outside the normal range, it may be determined that the water level sensor 70 does not operate normally.

다른 실시예로는, 수위센서(70)의 고장 여부를 판단하는 단계(S100)에서는, 드레인 밸브(40)의 개방 또는 폐쇄 제어에도 불구하고 수위센서(70)의 센싱값이 고정된 경우 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 즉, 드레인 밸브(40)를 개방하였지만 수위센서(70)에서 센싱한 수위가 기준시간 이상으로 감소되지 않으면 수위센서(70)가 고장난 것으로 판단할 수 있다. In another embodiment, in the step S100 of determining whether the water level sensor 70 has failed, the water level sensor when the sensing value of the water level sensor 70 is fixed despite the opening or closing control of the drain valve 40. It can be judged that 70 is broken. That is, when the drain valve 40 is opened, but the water level sensed by the water level sensor 70 is not reduced by more than the reference time, it may be determined that the water level sensor 70 is broken.

또한, 드레인 밸브(40)를 폐쇄한 상태에서 연료전지 스택(10)이 계속해서 발전하는데 수위센서(70)의 센싱값이 증가되지 않는 경우에는 고장난 것으로 판단할 수 있다. 구체적으로, 후술하는 연료전지 스택(10)의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기준적산값을 초과할 때까지 증가하더라도 수위센서(70)의 센싱값이 증가되지 않는다면 수위센서(70)가 정상적으로 작동하지 않는 것으로 판단할 수 있다.In addition, when the fuel cell stack 10 continues to generate electricity while the drain valve 40 is closed, when the sensing value of the water level sensor 70 is not increased, it may be determined that the failure has occurred. Specifically, even if the current integration value integrating the generated current of the fuel cell stack 10 described later increases until it exceeds the reference integration value, if the sensing value of the water level sensor 70 does not increase, the water level sensor 70 is normally You can judge it not working.

수위센서(70)의 고장 여부를 판단하는 단계(S100)에서, 수위센서(70)가 고장나지 않은 것으로 판단한 경우, 수위센서의 센싱값을 기반으로 드레인 밸브(40)를 제어할 수 있다(S800).In step S100 of determining whether the water level sensor 70 has failed, if it is determined that the water level sensor 70 is not broken, the drain valve 40 may be controlled based on the sensing value of the water level sensor (S800). ).

수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 산출하는 단계(S600) 이전에, 연료전지 스택(10)의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인지 판단하는 단계(S200); 및 적류적산값이 기설정된 적산값 이상인 경우, 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입 여부를 판단하는 단계(S300);를 더 포함하고, FC Stop 모드로 진입한 경우, 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 산출할 수 있다.Before the step of calculating the rate of change of the pressure of the hydrogen supply line 20 (S600), determining whether the current integration value obtained by integrating the generated current of the fuel cell stack 10 is greater than or equal to a preset integrated value (S200); And if the cumulative accumulated value is more than the preset integrated value, determining whether to enter the FC Stop mode within a preset time (S300); further comprising, when entering the FC Stop mode, the hydrogen supply line (20) The rate of change of pressure can be calculated.

수위센서(70)가 고장난 것으로 판단한 경우, 연료전지 스택(10)의 발전 전류를 시간에 따라 적분한 전류적산값을 산출하고, 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인 경우에 드레인 밸브(40)를 개방하도록 제어할 수 있다.When it is determined that the water level sensor 70 has failed, the current integration value obtained by integrating the generated current of the fuel cell stack 10 over time is calculated, and when the current integration value is greater than or equal to the preset integration value, the drain valve 40 is applied. It can be controlled to open.

특히, 적류적산값이 기설정된 적산값 이상으로 판단된 시점부터 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입한 경우에 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 산출하고, 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 기반으로 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어할 수 있다.Particularly, when entering into the FC Stop mode within a preset time from the time when the accumulated accumulation value is determined to be greater than or equal to the preset integrated value, the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line 20 is calculated, and the pressure in the hydrogen supply line 20 It is possible to control the opening and closing of the drain valve 40 based on the rate of change.

FC Stop 모드는 연료전지 스택(10)과 연결된 고전압 배터리의 충전량(SOC: State of Charge) 및 연료전지 스택(10)과 연결된 부품(모터 등)의 부하 등에 의해 진입되도록 제어될 수 있다. 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 경우, 가감속이 반복됨에 따라 FC Stop 모드로 빈번하게 진입할 수 있다.The FC Stop mode may be controlled to enter the state of charge (SOC) of a high voltage battery connected to the fuel cell stack 10 and loads of components (motor, etc.) connected to the fuel cell stack 10. In the case of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system, it is possible to frequently enter the FC Stop mode as the acceleration / deceleration is repeated.

기설정된 적산값은 연료전지 스택(10)의 전력 발전에 따라 워터트랩(30)에 저장되는 응축수의 증가 속도를 고려하여 적절하게 설정될 수 있고, 기설정된 시간은 기설정된 적산값에 따라 워터트랩(30)에 응축수가 과도하게 저장되지 않도록 적절하게 설정될 수 있다.The preset integrated value may be appropriately set in consideration of the increase rate of condensate stored in the water trap 30 according to the power generation of the fuel cell stack 10, and the preset time may be set according to the preset integrated value It may be appropriately set so that the condensed water is not excessively stored in 30.

이에 따라, 수위센서(70)가 고장난 경우에도 워터트랩(30)에 저장되는 응축수의 양을 간접적으로 예측함으로써 드레인 밸브(40)를 개방하여 응축수를 배출할 시기를 예측할 수 있는 효과를 갖는다.Accordingly, even when the water level sensor 70 fails, the amount of condensate stored in the water trap 30 is indirectly predicted, thereby having the effect of predicting when to drain the condensate by opening the drain valve 40.

수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 산출하는 단계(S600) 이전에, 수소공급라인(20)과 수소 탱크 사이에 위치된 압력 제어 밸브(100) 및 수소공급라인(20)의 수소를 외부로 배출하는 퍼지 밸브(80)를 모두 폐쇄하고 드레인 밸브(40)만을 개방하는 단계(S400);를 더 포함할 수 있다.Before the step (S600) of calculating the rate of change of pressure in the hydrogen supply line 20, the pressure control valve 100 located between the hydrogen supply line 20 and the hydrogen tank and the hydrogen in the hydrogen supply line 20 are external It may further include a step (S400) of closing all the purge valves 80 discharged to and opening only the drain valve 40.

드레인 밸브(40)만을 개방하는 단계(S400)에서는, 압력 제어 밸브(100) 및 퍼지 밸브(80) 등을 폐쇄하여 드레인 밸브(40)을 제외한 수소공급라인(20)의 입구 내지 출구를 모두 폐쇄함으로써 수소공급라인(20)은 드레인 밸브(40)를 통해서만 외부로 응축수 또는 수소가 배출되도록 제어할 수 있다.In the step (S400) of opening only the drain valve 40, the pressure control valve 100 and the purge valve 80 are closed to close both the inlet and the outlet of the hydrogen supply line 20 except for the drain valve 40. By doing so, the hydrogen supply line 20 can be controlled such that condensate or hydrogen is discharged to the outside only through the drain valve 40.

즉, 이에 따라 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력이 드레인 밸브(40)를 통한 수소공급라인(20)의 응축수 또는 수소 배출에 의해서 변화되도록 하여 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 통하여 응축수가 배출되는지 수소가 배출되는지 더 정확하게 구분할 수 있는 효과를 갖는다.That is, according to this, the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50 is changed by the discharge of condensate or hydrogen from the hydrogen supply line 20 through the drain valve 40 so that the hydrogen supply line 20 Through the rate of change of the pressure of condensed water or hydrogen is discharged has an effect that can be more accurately distinguished.

이때, 압력센서(50)에 의한 압력의 변화율을 더 정확하게 측정하기 위하여 압력 제어 밸브(100)에 의한 수소공급라인(20)의 압력 제어는 중단될 수 있다.At this time, the pressure control of the hydrogen supply line 20 by the pressure control valve 100 may be stopped to more accurately measure the rate of change of pressure by the pressure sensor 50.

구체적으로, 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어하는 단계(S400)에서는, 산출한 수소공급라인(20)의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 미만인 경우, 드레인 밸브(40)의 개방을 유지하도록 제어할 수 있다.Specifically, in the step (S400) of controlling the opening and closing of the drain valve 40, when the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line 20 is less than a predetermined rate of change, the drain valve 40 is controlled to maintain the opening. can do.

압력 제어 밸브(100) 및 퍼지 밸브(80)를 폐쇄하고, 드레인 밸브(40)를 개방하도록 제어함에 따라 초반에는 워터 밸브에 저장된 응축수가 드레인 밸브(40)를 통하여 배출구(미도시)로 배출된다. 이에 따라, 수소공급라인(20)의 압력의 변화율이 일부 감소할 수 있으나 응축수의 배출 유량이 상대적으로 적어 수소공급라인(20)의 압력의 변화율 크기가 상대적으로 작다.As the pressure control valve 100 and the purge valve 80 are closed and the drain valve 40 is controlled to be opened, the condensate stored in the water valve is discharged to the outlet (not shown) through the drain valve 40 in the beginning. . Accordingly, the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line 20 may be partially reduced, but the discharge rate of the condensate is relatively small, so the size of the rate of change in the pressure in the hydrogen supply line 20 is relatively small.

따라서, 수소공급라인(20)의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 미만인 경우에는 드레인 밸브(40)가 개방되더라도 수소공급라인(20)의 수소를 포함한 기체가 배출되는 것이 아닌 워터트랩(30)에 저장된 응축수가 배출되는 상태인 것으로 유추할 수 있다. Therefore, when the magnitude of the rate of change of the pressure of the hydrogen supply line 20 is less than a predetermined rate of change, even if the drain valve 40 is opened, gas containing hydrogen in the hydrogen supply line 20 is not discharged to the water trap 30. It can be inferred that the stored condensate is discharged.

즉, 워터트랩(30)의 응축수를 배출하는 상태에는 드레인 밸브(40)의 개방을 유지하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 드레인 밸브(40)를 개방하여 워터트랩(30) 내부의 응축수를 완전히 배출함에 따라 연료전지 스택(10)의 플러딩을 방지할 수 있다.That is, the state in which the condensate of the water trap 30 is discharged can be controlled to maintain the opening of the drain valve 40. Accordingly, it is possible to prevent flooding of the fuel cell stack 10 as the drain valve 40 is opened to completely discharge the condensate inside the water trap 30.

반대로, 드레인 밸브(40)의 개폐를 제어하는 단계(S700)에서는, 산출한 수소공급라인(20)의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 이상인 경우, 드레인 밸브(40)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다.Conversely, in the step of controlling opening / closing of the drain valve 40 (S700), when the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line 20 is greater than or equal to a predetermined change rate, the drain valve 40 may be controlled to close. .

드레인 밸브(40)를 통하여 수소공급라인(20)의 수소를 포함한 기체가 배출되는 경우, 상대적으로 배출 유량이 큰 이유로 수소공급라인(20)의 압력의 변화율 크기가 상대적으로 크다.When the gas including hydrogen in the hydrogen supply line 20 is discharged through the drain valve 40, the rate of change in the pressure of the hydrogen supply line 20 is relatively large because of a relatively large discharge flow rate.

따라서, 수소공급라인(20)의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 이상인 경우에는 드레인 밸브(40)를 통하여 수소공급라인(20)의 수소를 포함한 기체가 배출되는 것으로 유추할 수 있다. Accordingly, when the magnitude of the rate of change of pressure in the hydrogen supply line 20 is greater than or equal to a predetermined change rate, it can be inferred that gas containing hydrogen in the hydrogen supply line 20 is discharged through the drain valve 40.

즉, 워터트랩(30)의 응축수가 배출이 완료되고 수소공급라인(20)의 수소를 포함한 기체가 외부로 배출되는 상황에는 드레인 밸브(40)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 외부로 배출되는 수소를 최소화하여 연비가 향상되는 효과 및 수소를 배출함에 따른 위험성이 감소되는 효과를 갖는다.That is, when the discharge of condensed water from the water trap 30 is completed and the gas including hydrogen in the hydrogen supply line 20 is discharged to the outside, the drain valve 40 can be controlled to be closed. Accordingly, it has the effect of improving the fuel efficiency by minimizing the hydrogen discharged to the outside and the effect of reducing the risk of discharging hydrogen.

드레인 밸브(40)를 폐쇄하도록 제어하는 경우, 상기 전류적산값을 0으로 리셋시키고 전류의 적산을 새롭게 시작할 수 있다. 또한, 압력센서(50)의 센싱값을 기반으로 압력 제어 밸브(100)를 통한 수소공급라인(20)의 압력 제어를 다시 수행할 수 있다.When controlling to close the drain valve 40, the current integration value can be reset to 0 and the current accumulation can be newly started. In addition, pressure control of the hydrogen supply line 20 through the pressure control valve 100 may be performed again based on the sensing value of the pressure sensor 50.

기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입하지 않은 경우, 기설정된 개방시간 동안 드레인 밸브(40)를 개방하고 폐쇄하도록 제어하는 단계(S500);를 더 포함할 수 있다. 기설정된 개방시간은 실험에 의해 기설정된 적산값에 따른 워터트랩(30)에 저장되는 응축수의 저장속도에 따라 설정될 수 있다.If not entering the FC Stop mode within a predetermined time, the step of controlling to open and close the drain valve 40 for a predetermined opening time (S500); may further include a. The preset opening time may be set according to a storage speed of condensate stored in the water trap 30 according to a preset integrated value by experiment.

여기서도 드레인 밸브(40)를 폐쇄할 때, 전류적산값을 0으로 리셋하도록 제어할 수 있다. 전류 적산을 0부터 다시 시작하여 전류적산값이 기설정된 적산값 이상이 되면 다시 드레인 밸브(40)를 개방하도록 제어하기 위함이다.Here, when the drain valve 40 is closed, it can be controlled to reset the current integration value to zero. This is to control to open the drain valve 40 again when the current integration value starts from 0 again and the current integration value becomes greater than or equal to the preset integration value.

기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입하지 않은 경우에는 압력센서(50)에서 측정한 수소공급라인(20)의 압력의 변화율을 신뢰하기 어렵기 때문에, 정확하게 응축수 배출을 제어할 수는 없지만 어느 정도 응축수가 저장된 것으로 판단하면 응축수를 배출하도록 제어하는 것이다.If the FC Stop mode is not entered within a preset time, it is difficult to trust the rate of change in the pressure of the hydrogen supply line 20 measured by the pressure sensor 50, so it is not possible to accurately control the discharge of condensate, but to some extent If is judged to be stored, it is to control to discharge condensate.

이에 따라, FC Stop 모드로 진입하지 않더라도 워터트랩(30)에 계속해서 응축수가 저장되어 플러딩이 발생하는 현상이 발생하지 않도록 주기적인 응축수 배출을 제어하는 효과를 갖는다.Accordingly, even if it does not enter the FC Stop mode, the condensate is continuously stored in the water trap 30 and has the effect of controlling the discharge of the condensate periodically so that flooding does not occur.

도 3은 종래 기술에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어를 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing condensate discharge control of a fuel cell according to the prior art, and FIG. 4 is a graph showing condensate discharge control of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어에 따르면 전류적산값이 기설정된 값이 되면 드레인 밸브를 개방하여 응축수를 배출하도록 제어하였다.Referring to FIG. 3, according to the condensate discharge control of the fuel cell according to the prior art, when the current accumulation value reaches a predetermined value, the drain valve is opened to control the condensate to be discharged.

그러나 이러한 제어에 따르면, 그래프의 좌측에서 도시한 것과 같이 응축수 배출이 완료된 상태에도 계속해서 드레인 밸브를 개방하도록 유지하여 수소공급라인의 수소가 계속해서 배출되는 문제가 있었다. However, according to this control, as shown in the left side of the graph, there is a problem in that the hydrogen in the hydrogen supply line is continuously discharged by keeping the drain valve open even when the condensate discharge is completed.

또한, 그래프의 우측에서 도시한 것과 같이 응축수의 배출이 완료되지 않은 경우에 드레인 밸브가 폐쇄되어 응축수 배출이 완전히 이루어지지 않는 문제가 있었다.In addition, as shown in the right side of the graph, when the discharge of condensate is not completed, the drain valve is closed, and there is a problem that condensate discharge is not completely performed.

즉, 종래 기술에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어는 드레인 밸브의 개방시간이 일정하게 설정되어 응축수 배출이 완료되었는지를 전혀 감지할 수 없는 문제가 있었다.That is, in the condensate discharge control of the fuel cell according to the prior art, there is a problem in that the opening time of the drain valve is set to be constant and it is impossible to detect whether the condensate discharge is completed.

다만, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 응축수 배출 제어는 전류적산값이 기설정된 값이 되고, FC Stop 모드에 진입하면 드레인 밸브를 개방하도록 제어한다. However, referring to FIG. 4, in the condensate discharge control of the fuel cell according to an embodiment of the present invention, the current accumulation value becomes a preset value, and when entering the FC Stop mode, the drain valve is controlled to be opened.

특히, 압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력(수소공급압력)의 변화율을 기반으로 드레인 밸브의 폐쇄하도록 제어한다. 즉, 수소공급라인의 압력이 급격하게 하강한 경우 응축수의 배출이 완료된 것으로 판단하여 드레인 밸브를 폐쇄한다.In particular, it is controlled to close the drain valve based on the rate of change of the pressure (hydrogen supply pressure) of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor. That is, when the pressure of the hydrogen supply line drops sharply, it is judged that discharge of condensed water is completed and the drain valve is closed.

이에 따라, 드레인 밸브가 워터트랩의 응축수 배출을 완료한 시점을 감지하여 응축수 배출의 완료 직후 드레인 밸브를 폐쇄하도록 제어할 수 있다.Accordingly, it is possible to control the drain valve to close the drain valve immediately after completion of the discharge of the condensate by detecting the time when the drain valve has completed discharging the condensate.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although illustrated and described in connection with specific embodiments of the present invention, it is understood in the art that the present invention may be variously improved and changed within the limits that do not depart from the technical spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to those of ordinary skill.

10 : 연료전지 스택 20 : 수소공급라인
30 : 워터트랩 40 : 드레인 밸브
50 : 압력센서 60 : 제어기
70 : 수위센서 80 : 퍼지 밸브
90 : 수소 공급 밸브 100 : 압력 제어 밸브10: fuel cell stack 20: hydrogen supply line
30: water trap 40: drain valve
50: pressure sensor 60: controller
70: water level sensor 80: purge valve
90: hydrogen supply valve 100: pressure control valve

Claims (12)

화학 반응을 통하여 전력을 발전하는 연료전지 스택;
수소 탱크에서 공급된 수소를 연료전지 스택에 공급하고, 연료전지 스택에서 배출된 수소를 재순환시켜 다시 연료전지 스택에 공급하는 수소공급라인;
수소공급라인에 마련되어 연료전지 스택에서 발생된 응축수를 저장하는 워터트랩;
워터트랩에 연결된 배출구에 마련되어 워터트랩에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브;
수소공급라인의 압력을 측정하는 압력센서; 및
압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력을 기반으로 드레인 밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 포함하는 연료전지의 응축수 배출 제어시스템.A fuel cell stack that generates electric power through a chemical reaction;
A hydrogen supply line for supplying hydrogen supplied from the hydrogen tank to the fuel cell stack and recirculating hydrogen discharged from the fuel cell stack to supply it back to the fuel cell stack;
A water trap provided in the hydrogen supply line to store condensate generated in the fuel cell stack;
A drain valve provided at an outlet connected to the water trap to discharge condensate stored in the water trap;
Pressure sensor for measuring the pressure of the hydrogen supply line; And
Containing water discharge control system of a fuel cell comprising a; controller for controlling the opening and closing of the drain valve based on the pressure of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor. 청구항 1에 있어서,
워터트랩에 마련되어 워터트랩에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서;를 더 포함하고,
제어기는 수위센서의 고장 여부를 판단하고, 수위센서가 고장난 것으로 판단한 경우에 압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력을 기반으로 드레인 밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어시스템.The method according to claim 1,
A water level sensor that is provided on the water trap and detects condensate stored in the water trap;
The controller determines whether the water level sensor has failed, and controls the opening and closing of the drain valve based on the pressure of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor when it is determined that the water level sensor has failed. . 청구항 1에 있어서,
제어기는 연료전지 스택의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인 시점부터 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입한 경우, 수소공급라인과 수소 탱크 사이에 위치된 압력 제어 밸브 및 수소공급라인의 수소를 외부로 배출하는 퍼지 밸브를 모두 폐쇄하고 드레인 밸브만을 개방한 후, 수소공급라인의 압력의 변화율이 기설정된 변화율 이상이면 드레인 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어시스템.The method according to claim 1,
When the controller enters the FC Stop mode within a predetermined time from the point when the current integration value integrating the generated current of the fuel cell stack is greater than or equal to the preset integration value, the pressure control valve and hydrogen supply located between the hydrogen supply line and the hydrogen tank After closing all the purge valves discharging the hydrogen of the line to the outside and opening only the drain valve, condensate discharge of the fuel cell characterized in that the drain valve is closed when the rate of change in the pressure of the hydrogen supply line is above a predetermined rate of change. Control system. 청구항 1에 있어서,
제어기는 연료전지 스택의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인 시점부터 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입하지 않은 경우, 기설정된 시간동안 드레인 밸브를 개방하고 폐쇄하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어시스템.The method according to claim 1,
The controller is characterized in controlling to open and close the drain valve for a predetermined period of time if the FC stop mode is not entered within a predetermined time from the point when the current integration value integrating the generated current of the fuel cell stack is greater than or equal to the preset integration value. Fuel cell condensate discharge control system. 워터트랩에 저장된 응축수를 감지하는 수위센서의 고장 여부를 판단하는 단계;
수위센서가 고장난 것으로 판단되면, 수소공급라인에 마련된 압력센서에서 측정한 수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 단계; 및
산출한 수소공급라인의 압력의 변화율을 기반으로 워터트랩에 저장된 응축수를 배출하는 드레인 밸브의 개폐를 제어하는 단계;를 포함하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.Determining whether the water level sensor detecting the condensate stored in the water trap has failed;
If it is determined that the water level sensor has failed, calculating a rate of change in the pressure of the hydrogen supply line measured by the pressure sensor provided in the hydrogen supply line; And
Controlling the opening and closing of the drain valve to discharge the condensate stored in the water trap based on the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line; Condensate discharge control method of a fuel cell comprising a. 청구항 5에 있어서,
수위센서의 고장 여부를 판단하는 단계에서는, 수위센서의 센싱값이 정상 범위를 벗어난 경우 수위센서가 고장난 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 5,
In the step of determining whether the water level sensor is broken, the method for controlling condensate discharge of a fuel cell, characterized in that when the sensing value of the water level sensor is out of the normal range, the water level sensor is broken. 청구항 5에 있어서,
수위센서의 고장 여부를 판단하는 단계에서는, 드레인 밸브의 개방 또는 폐쇄 제어에도 불구하고 수위센서의 센싱값이 고정된 경우 수위센서가 고장난 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 5,
In the step of determining whether the water level sensor is malfunctioning, the method for controlling condensate discharge of a fuel cell, characterized in that the water level sensor is determined to be malfunctioning when the sensing value of the water level sensor is fixed despite the opening or closing control of the drain valve. 청구항 5에 있어서,
수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 단계 이전에, 연료전지 스택의 발전 전류를 적분한 전류적산값이 기설정된 적산값 이상인지 판단하는 단계; 및
적류적산값이 기설정된 적산값 이상인 경우, 기설정된 시간 이내에 FC Stop 모드로 진입 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하고,
FC Stop 모드로 진입한 경우, 수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 5,
Prior to the step of calculating the rate of change in the pressure of the hydrogen supply line, determining whether the current integration value obtained by integrating the generated current of the fuel cell stack is greater than or equal to a preset integration value; And
Further comprising the step of determining whether to enter the FC Stop mode within a preset time, if the accumulated accumulation value is greater than or equal to the preset integrated value;
When entering the FC Stop mode, the method for controlling the discharge of condensate from a fuel cell, characterized in that it calculates the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line. 청구항 8에 있어서,
FC Stop 모드로 진입하지 않은 경우, 기설정된 개방시간 동안 드레인 밸브를 개방하고 폐쇄하도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 8,
When not entering the FC Stop mode, the step of controlling to open and close the drain valve for a predetermined opening time; Condensate discharge control method of the fuel cell further comprising a. 청구항 5에 있어서,
수소공급라인의 압력의 변화율을 산출하는 단계 이전에, 수소공급라인과 수소 탱크 사이에 위치된 압력 제어 밸브 및 수소공급라인의 수소를 외부로 배출하는 퍼지 밸브를 모두 폐쇄하고 드레인 밸브만을 개방하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 5,
Prior to the step of calculating the rate of change of the pressure in the hydrogen supply line, closing both the pressure control valve located between the hydrogen supply line and the hydrogen tank and the purge valve for discharging hydrogen from the hydrogen supply line to the outside and opening only the drain valve. ; Containing water discharge control method of a fuel cell further comprising a. 청구항 10에 있어서,
드레인 밸브의 개폐를 제어하는 단계에서는, 산출한 수소공급라인의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 미만인 경우, 드레인 밸브의 개방을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 10,
In the step of controlling opening and closing of the drain valve, when the calculated rate of change in the pressure of the hydrogen supply line is less than a predetermined rate of change, the method for controlling the discharge of condensate from the fuel cell is characterized in that the drain valve is opened. 청구항 10에 있어서,
드레인 밸브의 개폐를 제어하는 단계에서는, 산출한 수소공급라인의 압력의 변화율 크기가 기설정된 변화율 이상인 경우, 드레인 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 응축수 배출 제어방법.The method according to claim 10,
In the step of controlling opening and closing of the drain valve, when the calculated rate of change in pressure of the hydrogen supply line is equal to or greater than a predetermined rate of change, the method for controlling condensate discharge of a fuel cell is characterized in that the drain valve is closed.
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