KR20200045363A - Fuelcell system, method for controlling thereof and fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system to reduce freezing of condensate in an air discharge line. According to the present invention, the fuel cell stack comprises: a fuel cell stack generating electricity and water by an electrochemical reaction between hydrogen and air; a coolant circulation loop including a coolant circulation flow path circulating a coolant for cooling the fuel cell stack, a heat exchanger for cooling the coolant circulated through the coolant circulation flow path, and a circulation pump for circulating the coolant through the coolant circulation flow path; and a control unit, when the fuel cell stack is operated at an output less than a predetermined output, performing idle control to maintain the temperature of discharge gas discharged from the fuel cell stack at T2, wherein T2 is lower than T1 which is the temperature of the discharge gas discharged from the fuel cell stack when the fuel cell stack is operated at the output less than the predetermined output and the control unit does not perform the idle control.

Description

연료전지 시스템, 연료전지 시스템의 제어방법, 및 연료전지 차량{FUELCELL SYSTEM, METHOD FOR CONTROLLING THEREOF AND FUEL CELL VEHICLE}Fuel cell system, control method of fuel cell system, and fuel cell vehicle {FUELCELL SYSTEM, METHOD FOR CONTROLLING THEREOF AND FUEL CELL VEHICLE}

본 발명은 연료전지 시스템, 그의 제어방법 및 연료전지 차량에 관한 것으로, 보다 자세히는 저온 환경에서 연료전지 시스템의 공기 배출라인에서 응축수의 빙결에 의해 배출가스 유동이 저하되는 문제를 해결하기 위한 연료전지 시스템, 그의 제어방법 및 및 연료전지 차량에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, a control method thereof, and a fuel cell vehicle, and more specifically, a fuel cell for solving a problem in which exhaust gas flow is lowered by freezing of condensate in an air discharge line of a fuel cell system in a low temperature environment. A system, a control method thereof, and a fuel cell vehicle.

연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.The fuel cell system is a system that continuously produces electrical energy through the chemical reaction of continuously supplied fuel, and continuous research and development is being conducted as an alternative to solving the global environmental problem.

연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.The fuel cell system includes a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and a solid oxide fuel cell (SOFC) depending on the type of electrolyte used. ), A polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), an alkaline fuel cell (AFC), and a direct methanol fuel cell (DMFC), together with the type of fuel used. Depending on the operating temperature, output range, etc., it can be applied to various applications such as mobile power, transportation, and distributed power generation.

이중, 고분자 전해질형 연료전지는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다.Among them, the polymer electrolyte fuel cell is applied to the field of hydrogen vehicles (hydrogen fuel cell vehicles) that are being developed to replace internal combustion engines.

수소차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다. 따라서, 수소차는 수소(H2)가 저장되는 수소탱크(H2 Tank), 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산해내는 스택(FC STACK: Fuel Cell Stack), 생성된 물을 배수하기 위한 각종 장치들뿐만 아니라 스택에서 생산된 전기를 저장하는 배터리, 생산된 전기를 변환 및 제어하는 컨트롤러, 구동력을 생성하는 모터 등을 포함하는 구조를 갖는다. Hydrogen cars are configured to produce their own electricity through a chemical reaction between hydrogen and oxygen and drive a motor to drive. Therefore, the hydrogen car is a hydrogen tank (H 2 Tank) in which hydrogen (H 2 ) is stored, a stack that produces electricity through an oxidation-reduction reaction of hydrogen and oxygen (O 2 ) (FC STACK: Fuel Cell Stack), and the generated water It has a structure including a battery for storing electricity produced in a stack, a controller for converting and controlling the produced electricity, a motor for generating driving force, etc., as well as various devices for draining water.

이중, 스택은 수십 또는 수백 개의 셀을 직렬로 쌓아 올린 연료전지 본체를 일컫는 장치로써, 엔드플레이트들 사이에 복수개의 셀이 적층된 구조를 갖되, 각각의 셀의 내부는 전해질막으로 구획되고 일측은 애노드 타측은 캐소드가 마련된다. Among them, a stack refers to a fuel cell body in which tens or hundreds of cells are stacked in series, and has a structure in which a plurality of cells are stacked between end plates, but the inside of each cell is partitioned by an electrolyte membrane and one side is A cathode is provided on the other side of the anode.

각각의 셀들 사이에는 분리판이 배치되어 수소와 산소의 유동 경로를 제한하며 상기 분리판은 산화환원 반응시 전자를 이동시키도록 전도체로 제조된다. A separator is disposed between each cell to limit the flow path of hydrogen and oxygen, and the separator is made of a conductor to move electrons during the redox reaction.

이러한 스택은 애노드에 수소가 공급되면 촉매에 의해 수소이온과 전자로 분리되고, 전자는 분리판을 통해 스택 외부로 이동하며 전기를 생산하며, 수소이온은 전해질막을 통과하여 캐소드로 이동한 후 외기에서 공급되는 산소 및 전자와 결합하여 물을 형성하고 외부로 배출된다.When hydrogen is supplied to the anode, these stacks are separated into hydrogen ions and electrons by a catalyst, and electrons move to the outside of the stack through a separation plate to produce electricity, and hydrogen ions pass through the electrolyte membrane to the cathode, and then move from the outside air. It combines with the supplied oxygen and electrons to form water and is discharged to the outside.

한편, 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스에는 공기뿐만 아니라 수분도 함유되어 함께 배출되게 된다. 배출가스는 차량의 배기라인을 통하여 차량의 외부로 배출되게 되며, 배기라인을 따라 이동하며 배출가스는 점차적으로 냉각되게 되고 이 과정에서 응축수가 배기라인 내에 생성되게 된다. On the other hand, the exhaust gas discharged from the fuel cell stack contains moisture as well as air and is then discharged together. The exhaust gas is discharged to the outside of the vehicle through the vehicle's exhaust line, moves along the exhaust line, and the exhaust gas is gradually cooled and condensate is generated in the exhaust line in this process.

배기라인에는 응축수의 배출을 위한 드레인 홀이 구비되기도 하는데, 외기 온도가 영하인 경우에 응축수가 빙결되며 드레인 홀이 막히는 문제가 있었다. 드레인 홀이 막히게 되면 일차적으로는 응축수가 배기라인을 따라 배출구를 통하여 배출될 수 있지만, 점차적으로 얼음이 성장하게 되면서 배출가스의 유동을 방해하게 되고, 이에 따라 배출가스의 배압이 높아지게 된다. 이로 인해, 연료전지 스택의 입구단과 출구단의 압력 차이가 줄어들어 연료전지 스택으로의 가스의 유입이 원활하지 않게 되어, 연료전지 스택의 성능이 저하되는 문제가 있었다.The exhaust line is also provided with a drain hole for discharging condensate. When the outside temperature is below zero, the condensate freezes and the drain hole is clogged. When the drain hole is clogged, condensed water may be primarily discharged through the exhaust port along the exhaust line, but as the ice gradually grows, the flow of the exhaust gas is interrupted, thereby increasing the back pressure of the exhaust gas. Due to this, the pressure difference between the inlet end and the outlet end of the fuel cell stack is reduced, so that the inflow of gas into the fuel cell stack is not smooth, and the performance of the fuel cell stack is deteriorated.

따라서, 배기라인에서 응축수가 빙결되는 것을 방지하기 위한 개선된 연료전지 시스템 및 그의 제어방법이 필요한 실정이었다.Accordingly, there is a need for an improved fuel cell system and a control method for preventing condensate from freezing in the exhaust line.

본 발명은 연료전지 스택의 배출가스가 배출되는 배기라인에서 응축수의 빙결을 저감시키기 위한 연료전지 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것에 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method for reducing freezing of condensate in an exhaust line through which exhaust gas of a fuel cell stack is discharged.

이를 통하여, 결국 저온 환경에서도 연료전지 시스템이 성능이 저하되는 것이 방지되도록 하는 데에 목적이 있다.Through this, it is an object to prevent the performance of the fuel cell system from being deteriorated even in a low temperature environment.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 수소와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력과 물을 생성하기 위한 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련되는 냉각수 순환유로와, 상기 냉각수 순환유로로 유통되는 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기와, 상기 냉각수 순환유로로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환펌프를 포함하는 냉각수 순환루프와; 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동 시, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어(idle control)를 수행하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, a fuel cell stack for generating power and water by electrochemical reaction of hydrogen and air; A cooling water circulating flow path provided with cooling water for cooling the fuel cell stack, a heat exchanger for cooling the cooling water flowing through the cooling water circulating flow path, and a cooling water circulation pump for circulating cooling water through the cooling water circulating path A cooling water circulation loop; When the fuel cell stack is driven below a predetermined output, a control unit that performs idle control (idle control) to ensure that the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack is T2.

상기 T2는, 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 상기 제어부가 상기 아이들 제어를 수행하지 않을 시 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도인 T1보다 낮은 온도이다.The T2 is a temperature lower than T1, which is the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack when the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the control unit does not perform the idle control.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량은, 수소와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력과 물을 생성하는 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련되는 냉각수 순환유로와, 상기 냉각수 순환유로로 유통되는 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기와, 상기 냉각수 순환유로로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환펌프를 포함하는 냉각수 순환루프와; 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동 시, 상기 연료전지 스택의 운전 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어(idle control)를 수행하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention, a fuel cell stack for generating electric power and water through the electrochemical reaction of hydrogen and air; A cooling water circulating flow path provided with cooling water for cooling the fuel cell stack, a heat exchanger for cooling the cooling water flowing through the cooling water circulating flow path, and a cooling water circulation pump for circulating cooling water through the cooling water circulating path A cooling water circulation loop; When the fuel cell stack is driven below a predetermined output, a control unit that performs idle control (idle control) to ensure that the operating temperature of the fuel cell stack is T2.

상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 상기 제어부가 상기 아이들 제어를 수행하지 않을 시 상기 연료전지 스택의 운전 온도를 T1이라고 할 때, 상기 T2는 상기 T1보다 낮은 온도이다.When the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the control unit does not perform the idle control, when the operating temperature of the fuel cell stack is T1, the T2 is a temperature lower than the T1.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법은, (a) 상기 연료전지 스택의 출력 전류값과 외기 온도에 기초하여, 기 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; (b) 상기 (a)단계에서 기 설정된 조건을 만족하는 것으로 판단될 시, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 아이들 제어를 수행하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the control method of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, (a) on the basis of the output current value and the outside temperature of the fuel cell stack, to determine whether the predetermined condition is satisfied Step and; (b) when it is determined that the predetermined condition is satisfied in step (a), performing an idle control so that the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack becomes T2.

상기 T2는, 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 상기 아이들 제어가 수행되지 않을 시 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도인 T1보다 낮은 온도이다.The T2 is a temperature lower than T1, which is the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack when the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the idle control is not performed.

본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to an embodiment of the present invention, there are one or more of the following effects.

첫째, 배기라인으로 유입되는 배출가스 중의 수분 함량이 줄어들게 되어, 배기라인에서 생성되는 응축수의 절대적인 양이 감소되므로 응축수의 빙결 또한 저감되고, 이를 통해 배출가스의 유동이 방해받는 것이 방지 또는 저감될 수 있는 효과가 있다.First, since the moisture content in the exhaust gas flowing into the exhaust line is reduced, the absolute amount of condensate generated in the exhaust line is reduced, so that freezing of the condensate is also reduced, thereby preventing or reducing the flow of the exhaust gas. It has an effect.

둘째, 저온 환경에서도 배출가스가 원활하게 배출될 수 있어 연료전지 시스템이 효과적으로 제어될 수가 있으므로, 연료전지 시스템의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.Second, since the exhaust gas can be discharged smoothly even in a low-temperature environment, the fuel cell system can be effectively controlled, so that the efficiency of the fuel cell system can be improved.

셋째, 기존에 연료전지 시스템의 구성요소를 이용하되, 추가적인 제어를 수행함으로써 위와 같은 효과를 획득할 수가 있는 장점도 있다.Third, existing components of the fuel cell system are used, but there is an advantage of obtaining the above effects by performing additional control.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will become apparent to those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법의 제어순서도이다.
도 3은 도 2의 S1100단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법의 제어순서도이다.1 is a view for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a control flowchart of a control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining step S1100 of FIG. 2.
4 is a view for explaining the effect of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
6 is a control flowchart of a control method of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with understanding of the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 스택(10)과, 냉각수 순환루프(20)와, 제어부(70)를 포함한다.The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell stack 10, a cooling water circulation loop 20, and a control unit 70.

연료전지 스택(10)은 수소와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력과 물을 생성한다.The fuel cell stack 10 generates electric power and water through an electrochemical reaction between hydrogen and air.

연료전지 스택(10)은 전해질막, 전해질막의 양측에 배치되는 한 쌍의 전극인 캐소드 전극(또는 공기극)과 애노드 전극(또는 연료극)으로 이루어진 연료전지 셀(cell)이 적층되어, 수소와 산소의 전기 화학적 반응으로 전력을 생성한다.The fuel cell stack 10 is formed by stacking a fuel cell composed of an electrolyte membrane and a cathode electrode (or cathode) and a cathode electrode (or anode), which are a pair of electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane, to stack hydrogen and oxygen. Electrochemical reactions generate power.

연료전지 시스템의 기동 중에는 연료전지 스택(10)의 캐소드 전극으로 산소를 포함한 공기가 공급되고, 연료전지 스택(10)의 애노드 전극으로 수소가 공급된다. 이때, 공기와 수소는 반응에 적절한 고온 상태로 히팅되어 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다. 또한, 연료전지 스택(10)은 화학적 반응을 위해 일정 습도 이상으로 유지되는 것이 필요한데, 이를 위해 공기는 가습되어 연료전지 스택(10)으로 공급될 수 있다.During the activation of the fuel cell system, air containing oxygen is supplied to the cathode electrode of the fuel cell stack 10, and hydrogen is supplied to the anode electrode of the fuel cell stack 10. At this time, air and hydrogen may be heated to a high temperature state suitable for the reaction to be supplied to the fuel cell stack 10. In addition, it is necessary for the fuel cell stack 10 to be maintained above a certain humidity for chemical reaction, and for this purpose, the air may be humidified and supplied to the fuel cell stack 10.

냉각수 순환루프(20)는 연료전지 스택(10)을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련된다.The cooling water circulation loop 20 is provided with cooling water for cooling the fuel cell stack 10.

연료전지 차량에서는 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스가 차량의 배기관을 통해 유동하는 중에 외기에 의해 냉각되고, 이에 따라 배기관 내에 응축수가 생성되게 된다. 이에, 차량의 배기관에는 응축수를 배출하기 위한 드레인 홀이 마련된다. 그런데, 외기온이 영하인 경우에 드레인 홀에서 응축수의 결빙이 일어나 드레인 홀이 막히게 되어, 배기관(52)을 통한 배출가스의 유동을 방해하는 문제점이 존재하였다. 특히, 차량이 경사진 지면에 노즈 업(nose-up) 상태로 정차중인 경우, 배기관이 응축수 및 결빙에 의해 막혀 배출가스가 배출되지 못하고, 연료전지 스택이 셧다운 문제가 발생될 수 있는 문제점이 존재하였다.In a fuel cell vehicle, the exhaust gas discharged from the fuel cell stack is cooled by outside air while flowing through the exhaust pipe of the vehicle, and condensate is generated in the exhaust pipe. Accordingly, a drain hole for discharging condensate is provided in the exhaust pipe of the vehicle. However, when the outside air temperature is below zero, condensed water freezes in the drain hole, and the drain hole is blocked, and there is a problem that the flow of exhaust gas through the exhaust pipe 52 is blocked. In particular, when the vehicle is stopped in a nose-up state on a sloped surface, there is a problem that the exhaust pipe is blocked due to condensate and icing so that the exhaust gas is not discharged and the fuel cell stack may have a shutdown problem. Did.

본 발명은, 차량의 배기관에서 응축수 및 결빙이 생성되는 것을 저감시키기 위한 연료전지 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 차량의 배기계로 유입되는 배출가스의 수분 함량을 저감시키기 위해 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동 시, 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어(idle control)를 수행하는 제어부를 포함하는 것에 기본적인 특징이 있다.The present invention relates to a fuel cell system for reducing the formation of condensate and freezing in the exhaust pipe of a vehicle. More specifically, in the fuel cell system according to the present embodiment, when the fuel cell stack is driven below a predetermined output to reduce the moisture content of the exhaust gas flowing into the exhaust system of the vehicle, the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack The basic feature is to include a control unit that performs idle control to make T2.

본 실시예에 따른 연료전지 시스템의 특징을 이하에서 보다 상술한다.The characteristics of the fuel cell system according to this embodiment will be described in more detail below.

냉각수 순환루프(20)Cooling water circulation loop (20)

냉각수 순환루프(20)는 냉각수 순환유로(21)와, 열교환기(22)와, 냉각수 순환펌프(23)를 포함할 수 있다. 냉각수 순환루프(20)는 제어부(70)에 의해 제어되며, 냉각수가 냉각수 순환루프(20)로 순환되거나 순환되지 않을 수 있다. The cooling water circulation loop 20 may include a cooling water circulation passage 21, a heat exchanger 22, and a cooling water circulation pump 23. The cooling water circulation loop 20 is controlled by the control unit 70, and the cooling water may or may not be circulated to the cooling water circulation loop 20.

냉각수 순환루프(20)는 제어부(70)의 제어에 의해 제어되며, 냉각수 순환루프(20)로 순환되는 냉각수의 온도가 조절될 수 있다. 또한, 냉각수 순환루프(20)로 순환되는 냉각수의 온도가 조절되는 것에 의해, 연료전지 스택(10)의 온도가 조절될 수가 있다.The cooling water circulation loop 20 is controlled by the control of the control unit 70, and the temperature of the cooling water circulated to the cooling water circulation loop 20 may be adjusted. In addition, the temperature of the fuel cell stack 10 can be adjusted by adjusting the temperature of the cooling water circulated to the cooling water circulation loop 20.

냉각수 순환유로(21)는 연료전지 스택(10)을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련될 수 있다. 냉각수 순환유로(21)는 연료전지 스택(10)을 통과하는 스택 내부유로(211)를 포함할 수 있다.The cooling water circulation passage 21 may be provided with cooling water for cooling the fuel cell stack 10. The cooling water circulation passage 21 may include a stack internal passage 211 passing through the fuel cell stack 10.

냉각수 순환유로(21)는 냉각수가 열교환기(22)를 통과하지 않고 순환되도록 하기 위해, 냉각수 바이패스유로(212)를 포함할 수 있다.The cooling water circulation flow path 21 may include a cooling water bypass flow path 212 to allow the cooling water to circulate without passing through the heat exchanger 22.

냉각수 순환유로(21)는 연료전지 스택(10)에서 배출되는 냉각수가 열교환기(22)로 유입되도록 안내할 수 있다. 냉각수 순환유로(21)는 열교환기(22)에서 배출되는 냉각수가 냉각수 순환펌프(23)로 유입되도록 안내할 수 있다. 냉각수 순환유로(21)는 냉각수 순환펌프(23)에서 배출되는 냉각수가 연료전지 스택(10)으로 유입되도록 안내할 수 있다.The cooling water circulation passage 21 may guide the cooling water discharged from the fuel cell stack 10 into the heat exchanger 22. The cooling water circulation passage 21 may guide the cooling water discharged from the heat exchanger 22 to flow into the cooling water circulation pump 23. The cooling water circulation passage 21 may guide the cooling water discharged from the cooling water circulation pump 23 into the fuel cell stack 10.

열교환기(22)는 연료전지 스택(10)으로 유입되는 냉각수를 냉각시키기 위해 마련될 수 있다. 열교환기(22)는 라디에이터일 수 있다. 라디에이터는 냉각수가 유통되는 열교환유로와, 열교환유로를 냉각시키기 위한 라디에이터팬을 포함하여 구성될 수 있다. 열교환기(22)는 제어부(70)에 의해 제어되며, 열교환기(22)의 내부유로로 유입되는 냉각수를 냉각시키기 위해 구동되거나 구동되지 않을 수 있다.The heat exchanger 22 may be provided to cool the cooling water flowing into the fuel cell stack 10. The heat exchanger 22 may be a radiator. The radiator may include a heat exchange channel through which cooling water flows, and a radiator fan for cooling the heat exchange channel. The heat exchanger 22 is controlled by the control unit 70 and may or may not be driven to cool the cooling water flowing into the internal flow path of the heat exchanger 22.

열교환기(22)가 구동되지 않을 시에는, 냉각수는 열교환기(22) 내부유로를 그대로 통과하여 냉각수 순환유로(21)로 순환될 수 있다.When the heat exchanger 22 is not driven, the cooling water may pass through the internal flow path of the heat exchanger 22 as it is and be circulated to the cooling water circulation channel 21.

냉각수 순환펌프(23)는 냉각수 순환유로(21)로 냉각수를 순환시키기 위해 마련될 수 있다. 냉각수 순환펌프(23)는 냉각수가 순환되도록 유압을 제공할 수 있다.The cooling water circulation pump 23 may be provided to circulate the cooling water through the cooling water circulation channel 21. The cooling water circulation pump 23 may provide hydraulic pressure to circulate the cooling water.

냉각수 순환펌프(23)는 제어부(70)에 의해 구동이 제어될 수 있다.The cooling water circulation pump 23 may be driven by the control unit 70.

냉각수 순환루프(20)는 냉각수 온도획득부(24)를 포함할 수 있다.The cooling water circulation loop 20 may include a cooling water temperature acquisition unit 24.

냉각수 온도획득부(24)는 연료전지 스택(10)의 출구단에서의 냉각수의 온도를 획득하기 위해 마련될 수 있다.The coolant temperature acquisition unit 24 may be provided to acquire the temperature of the coolant at the outlet end of the fuel cell stack 10.

냉각수 온도획득부(24)는 연료전지 스택(10)에서 배출되는 냉각수의 온도를 획득하기 위해 냉각수 순환유로(21) 상에 설치될 수 있다.The cooling water temperature acquisition unit 24 may be installed on the cooling water circulation passage 21 to obtain the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell stack 10.

냉각수 순환루프(20)는 냉각수 바이패스유로(212)로의 냉각수의 유입을 조절하기 위한 바이패스밸브(25)를 포함할 수 있다.The cooling water circulation loop 20 may include a bypass valve 25 for controlling the inflow of cooling water into the cooling water bypass channel 212.

바이패스밸브(25)는 제어부(70)의 제어에 의해 동작하며, 냉각수 바이패스유로(212)로의 냉각수의 유입을 조절할 수 있다. 바이패스밸브(25)는 냉각수 순환유로(21)로 순환되는 냉각수 중의 적어도 일부가 냉각수 바이패스유로(212)로 유입되도록 허용할 수 있다.The bypass valve 25 is operated by the control of the control unit 70 and can control the inflow of cooling water into the cooling water bypass channel 212. The bypass valve 25 may allow at least a portion of the cooling water circulated to the cooling water circulation channel 21 to flow into the cooling water bypass channel 212.

열교환기(22)에서는 냉각수가 외기 등에 의해 자연적으로 또는 강제적으로 냉각되게 되는데, 냉각수가 과도하게 냉각되는 것을 방지하기 위해 냉각수가 열교환기(22)를 통과하지 않고 순환되도록 함으로써 냉각수의 온도를 일정 온도 이상으로 유지시킬 수 있다.In the heat exchanger 22, the cooling water is naturally or forcibly cooled by outside air, etc., so that the cooling water is circulated without passing through the heat exchanger 22 to prevent the cooling water from being excessively cooled, so that the temperature of the cooling water is constant. It can be maintained above.

예를 들면, 외기 온도가 영하 10 ~ 20도로 낮고 연료전지 스택(10)을 영상 5도 정도로 유지하고자 할 때, 제어부(70)는 냉각수의 일부는 열교환기(22)를 통과하도록 하고 나머지 일부는 냉각수 바이패스유로(212)로 순환되도록 제어함으로써, 연료전지 스택(10)으로 유입되는 냉각수의 온도를 적절하게 유지할 수가 있다.For example, when the outside air temperature is lower than 10 to 20 degrees below zero and the fuel cell stack 10 is to be maintained at about 5 degrees, the controller 70 allows a portion of the cooling water to pass through the heat exchanger 22 and the other portion By controlling the circulation to the cooling water bypass flow path 212, the temperature of the cooling water flowing into the fuel cell stack 10 can be properly maintained.

가습기(30)Humidifier (30)

가습기(30)는 연료전지 스택(10) 내부로 공급되는 유입 공기를 가습하기 위해 마련될 수 있다.The humidifier 30 may be provided to humidify the inflow air supplied into the fuel cell stack 10.

가습기(30)는 연료전지 스택(10)의 내부로 공급되는 유입 공기와, 연료전지 스택(10)에서 배출되고 유입 공기보다 수분 함량이 높은 배출가스가 내부에 유통될 수 있다.The humidifier 30 may have an inflow air supplied into the fuel cell stack 10 and an exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 and having a higher moisture content than the inflow air.

가습기(30)의 내부에는 공급기체가 유동되는 유로와 배출기체가 유동되는 유로가 각각 마련될 수 있다.Inside the humidifier 30, a flow path through which a supply gas flows and a flow path through which a discharge gas flows may be provided, respectively.

예를 들면, 가습기(30)는 유입공기가 유통되는 유로가 중공사막 내부에 마련되고, 배출가스가 유동되는 유로가 중공사막이 설치되는 가습기(30)의 내부공간에 마련되어, 중공사막을 통하여 배출가스에서 유입 공기로 수분이 전달될 수 있다.For example, in the humidifier 30, a flow path through which the inflow air flows is provided inside the hollow fiber membrane, and a flow path through which the exhaust gas flows is provided in the interior space of the humidifier 30 in which the hollow fiber membrane is installed and discharged through the hollow fiber membrane. Moisture can be transferred from the gas to the incoming air.

가습기(30)는 가습기(30) 내부의 응축수를 배출시키기 위한 드레인 포트(31)를 구비할 수 있다. 드레인 포트(31)는 가습기(30) 내부에 수집된 응축수를 외부로 배출시키기 위해, 가습기(30)의 저면에 마련될 수 있다.The humidifier 30 may include a drain port 31 for discharging condensate inside the humidifier 30. The drain port 31 may be provided on the bottom surface of the humidifier 30 to discharge the condensate collected inside the humidifier 30 to the outside.

가습기(30)는 드레인 포트(31)를 통해 배출되는 응축수를 가열하기 위한 가습기 히터(32)를 포함할 수 있다.The humidifier 30 may include a humidifier heater 32 for heating condensate discharged through the drain port 31.

외기온이 영하인 경우 드레인 포트(31)로 유입되는 응축수가 드레인 포트(31) 내에서 빙결되어 드레인 포트(31)가 막힐 수 있다. 가습기(30)는 가습기 히터(32)를 마련하여, 드레인 포트(31)에서 응축수가 빙결되는 것을 방지할 수 있다.When the ambient temperature is below zero, the condensate flowing into the drain port 31 is frozen in the drain port 31 and the drain port 31 may be blocked. The humidifier 30 is provided with a humidifier heater 32 to prevent the condensate from freezing in the drain port 31.

인터쿨러(41), 에어 컴프레서(42)Intercooler (41), air compressor (42)

본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 가습기(30)로 유입되는 유입 공기를 냉각시키기 위해 마련되는 인터쿨러(41)를 포함할 수 있다.The fuel cell system according to the present embodiment may include an intercooler 41 provided to cool the incoming air flowing into the humidifier 30.

외부에서 유입된 유입 공기는 에어 컴프레서(42)에 의해 압축되어 가습기(30)로 공급되게 되는데, 이때 에어 컴프레서(42) 내에서 압축되면서 유입 공기는 온도가 상승되게 된다. The inflow air introduced from the outside is compressed by the air compressor 42 and supplied to the humidifier 30. At this time, the temperature of the inflow air is increased while being compressed in the air compressor 42.

한편, 가습기(30) 내부에서 유입 공기의 가습 효과를 높이기 위해서는, 유입 공기의 온도를 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 이는, 가습기(30) 내부에서는 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스가 상대적으로 온도가 낮은 유입 가스와 열교환하며 냉각되면서, 배출가스 중의 수증기가 응축되게 되고, 응축된 물이 중공사막을 통해 유입되며 유입 공기가 가습되기 때문이다.On the other hand, in order to increase the humidifying effect of the inflow air inside the humidifier 30, it is preferable to keep the temperature of the inflow air low. This, as the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is heat exchanged with the relatively low temperature inlet gas inside the humidifier 30, the water vapor in the exhaust gas condenses, and the condensed water passes through the hollow fiber membrane. This is because the incoming air is humidified.

예를 들면, 인터쿨러(41)는 공냉식 열교환기(22)로 구성되어, 외기에 의해 유입 공기가 냉각되도록 마련될 수 있다.For example, the intercooler 41 is composed of an air-cooled heat exchanger 22, and may be provided to cool the inflow air by outside air.

예를 들면, 인터쿨러(41)는 수냉식 열교환기(22)로 구성될 수 있고, 이 경우 인터쿨러(41)로 유입되는 냉각수를 순환시키기 위한 순환루프가 마련될 수 있다.For example, the intercooler 41 may be composed of a water-cooled heat exchanger 22, and in this case, a circulation loop for circulating cooling water flowing into the intercooler 41 may be provided.

배압밸브(51), 배기관(52)Back pressure valve (51), exhaust pipe (52)

배압밸브(51)는 연료전지 스택(10)에서 배출되어 배기관(52)으로 유입되는 배출가스의 유동을 조절하기 위해 마련될 수 있다.The back pressure valve 51 may be provided to control the flow of exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 and introduced into the exhaust pipe 52.

배압밸브(51)는 배출가스가 유동되는 배기유로를 완전히 또는 부분적으로 차단할 수 있다. 이를 통해, 배출가스의 압력을 조절함으로써, 연료전지 스택(10)으로 유입되는 가스의 양을 조절할 수가 있다. 예를 들면, 배출가스의 압력이 높아지는 경우, 연료전지 스택(10)의 유입단과 배출단 사이의 압력차이가 감소되어, 연료전지 스택(10)으로 유입되는 유입 공기의 양이 감소될 수 있다.The back pressure valve 51 may completely or partially block the exhaust flow path through which the exhaust gas flows. Through this, by controlling the pressure of the exhaust gas, it is possible to control the amount of gas flowing into the fuel cell stack (10). For example, when the pressure of the exhaust gas increases, the pressure difference between the inlet end and the outlet end of the fuel cell stack 10 is reduced, so that the amount of inlet air flowing into the fuel cell stack 10 may be reduced.

배기관(52)은 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스를 외부로 배출시키기 위해 마련될 수 있다. 배기관(52)은 차량의 배기계에 마련되며, 외기에 의해 냉각될 수 있다.The exhaust pipe 52 may be provided to discharge exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside. The exhaust pipe 52 is provided in the exhaust system of the vehicle, and can be cooled by outside air.

배기관(52)에는 배기관(52) 내에 수집되는 응축수를 배출시키기 위한 드레인홀이 마련될 수 있다. 배기관(52) 내에 응축수가 지속적으로 수집되는 경우, 배출가스의 유동을 방해하게 되고, 연료전지 스택(10)의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다.A drain hole for discharging condensate collected in the exhaust pipe 52 may be provided in the exhaust pipe 52. When the condensate is continuously collected in the exhaust pipe 52, the flow of the exhaust gas is interrupted, and this may cause deterioration of the performance of the fuel cell stack 10.

이에, 배기관(52)은 외기에 의해 배출가스를 냉각시켜 응축수가 생성되도록 하고, 생성된 응축수가 드레인홀을 통하여 배출되도록 마련될 수 있다.Accordingly, the exhaust pipe 52 may be provided to cool the exhaust gas by the outside air so that condensed water is generated, and the generated condensed water is discharged through the drain hole.

제어부(70)Control unit (70)

제어부(70)는 연료전지 시스템의 구성 전반을 제어할 수 있다. 제어부(70)는 하나 이상의 제어부(70)로 구성될 수 있다. 제어부(70)는 연료전지 시스템 각각의 구성들로부터 연료전지 시스템에 관한 정보 또는 신호를 획득할 수 있다.The control unit 70 may control the overall configuration of the fuel cell system. The control unit 70 may include one or more control units 70. The control unit 70 may obtain information or signals about the fuel cell system from each of the components of the fuel cell system.

제어부(70)는 프로세서와 메모리를 포함하는 것일 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구비될 수 있다. 프로세서는 이하에서 설명하는 과정들을 수행하기 위해, 상기 프로그램 명령들을 수행하도록 구비될 수 있다. 한편, 제어부(70)는 연료전지 시스템 외의 차량의 다른 장치에 구비된 제어부(70)와 통합될 수도 있다.The control unit 70 may include a processor and a memory. Memory may be provided to store program instructions. The processor may be provided to perform the program instructions in order to perform the processes described below. Meanwhile, the control unit 70 may be integrated with the control unit 70 provided in other devices of the vehicle other than the fuel cell system.

제어부(70)는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비 휘발성의 컴퓨터 판독 가능 매체로써 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예로는, ROM, RAM, compact disc (CD)-ROMs, 마그네틱 테이프, 플로피 디스크, 플레시 드라이브, 스마트 카드와 광학 데이터 저장 장치가 있으며 이에 한정되지 아니한다.The control unit 70 may be embodied as a non-volatile computer readable medium including executable program instructions. Examples of computer readable media include, but are not limited to, ROM, RAM, compact disc (CD) -ROMs, magnetic tapes, floppy disks, flash drives, smart cards and optical data storage devices.

제어부(70)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.The control unit 70 includes application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers ( controllers), micro-controllers, microprocessors, and other electrical units for performing other functions.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a fuel cell system according to another embodiment of the present invention, Figure 3 is a view for explaining the effect of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

제어부(70)는 연료전지 스택(10)의 출력 전류값와 외기 온도에 기초하여, 기 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다(S1100).The controller 70 may determine whether or not a predetermined condition is satisfied based on the output current value of the fuel cell stack 10 and the outside temperature (S1100).

제어부(70)는 연료전지 스택(10)의 출력 전류값이 기 설정된 전류값 미만인지 여부를 판단할 수 있다(S1110).The control unit 70 may determine whether the output current value of the fuel cell stack 10 is less than a preset current value (S1110).

연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도는 연료전지 스택(10)의 출력 전류값이 높은 경우가 출력 전류값이 낮은 경우보다 높을 수 있다. 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스가 높을 경우, 배출가스가 배기관(52)으로 유입되어 냉각되더라도 응축수가 생성되기에는 높은 온도일 수 있다. 이 경우, 배출가스 중의 수증기는 배출가스와 함께 외부로 배출될 수 있어, 배기관(52)에 응축수로 인한 응결이 발생할 가능성이 낮다.The temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 may be higher when the output current value of the fuel cell stack 10 is higher than when the output current value is low. When the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is high, even when the exhaust gas flows into the exhaust pipe 52 and is cooled, it may be at a high temperature to generate condensate. In this case, water vapor in the exhaust gas can be discharged to the outside together with the exhaust gas, so that the possibility of condensation due to condensation water in the exhaust pipe 52 is low.

이에, 본 실시예에 따른 제어부(70)는 연료전지 스택(10)의 출력 전류값이 기 설정된 전류값 미만인 경우에만 이하에서 설명하는 아이들 제어(idle control)를 수행하도록 마련될 수 있다.Accordingly, the control unit 70 according to this embodiment may be provided to perform idle control described below only when the output current value of the fuel cell stack 10 is less than a preset current value.

일 실시예에서, 상기 기 설정된 전류값은 약 30 A 미만으로 설정될 수 있다.In one embodiment, the preset current value may be set to less than about 30 A.

제어부(70)는 외기 온도가 기 설정된 온도 미만인지 여부를 판단할 수 있다(S1120). 예를 들면, 제어부(70)는 외기 온도가 0℃ 미만인지 여부를 판단할 수 있다.The control unit 70 may determine whether the outside temperature is below a preset temperature (S1120). For example, the control unit 70 may determine whether the outside temperature is less than 0 ° C.

외기 온도가 일정 온도 이상인 경우에는 배기관(52)에 응축수가 생성되더라도 응결이 일어나지 않고 드레인홀을 통하여 외부로 배출될 수 있다. 예를 들면, 외기 온도가 영상인 경우에는, 배기관(52)에 응축수가 응결될 염려가 없다.When the outside air temperature is higher than a certain temperature, condensation does not occur even when condensed water is generated in the exhaust pipe 52 and may be discharged to the outside through the drain hole. For example, when the outside temperature is an image, there is no fear that condensed water condenses in the exhaust pipe 52.

이에, 본 실시예에 따른 제어부(70)는 외기 온도가 기 설정된 온도 미만인 경우에만 아이들 제어를 수행하도록 마련될 수 있다.Accordingly, the control unit 70 according to the present embodiment may be provided to perform idle control only when the outside temperature is below a preset temperature.

제어부(70)는 연료전지 스택(10)의 출력 전류값이 기 설정된 전류값 미만이고, 외기 온도가 기 설정된 온도 미만이면, 기 설정된 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.If the output current value of the fuel cell stack 10 is less than a preset current value and the ambient temperature is less than a preset temperature, the controller 70 may determine that the preset condition is satisfied.

제어부(70)는 기 설정된 조건을 만족하는 것으로 판단될 시, 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어를 수행할 수 있다.When it is determined that the predetermined condition is satisfied, the control unit 70 may perform idle control to make the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 become T2.

연료전지 스택(10)이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동되고 제어부(70)가 아이들 제어를 수행하지 않을 시 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도를 T1이라고 할 때, T2는 T1보다 낮은 온도로 설정될 수 있다.When the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is T1 when the fuel cell stack 10 is driven below a preset output current value and the control unit 70 does not perform idle control, T2 is T1 It can be set to a lower temperature.

예를 들면, 차량이 정차 중인 상태에서 연료전지 스택(10)이 구동되고 있을 때의 출력 전류값이 기준 출력 전류값으로 설정될 수 있고, 제어부(70)는 연료전지 스택(10)이 기준 출력 전류값 미만으로 구동될 시, 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어를 수행할 수 있다.For example, the output current value when the fuel cell stack 10 is being driven while the vehicle is stopped may be set as a reference output current value, and the control unit 70 may display the fuel cell stack 10 as a reference output. When driven below the current value, idle control may be performed to make the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 become T2.

이때, T1은 차량이 정차 중인 상태에서 연료전지 스택(10)이 구동되고 아이들 제어가 수행되지 않을 시 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도로 정의될 수 있다.At this time, T1 may be defined as the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 when the fuel cell stack 10 is driven while the vehicle is stopped and idle control is not performed.

T1은 연료전지 시스템의 종류, 연료전지 시스템이 적용되는 차량의 상태에 따라 달리 설정될 수 있는 값이다. T1은 연료전지 시스템의 특성에 기초하여 계산을 통해서 얻거나, 실험을 통해서 얻을 수 있다.T1 is a value that can be set differently depending on the type of the fuel cell system and the state of the vehicle to which the fuel cell system is applied. T1 can be obtained through calculation based on the characteristics of the fuel cell system, or through experimentation.

예를 들면, T1은 섭씨 50~55도 정도일 수 있다.For example, T1 may be 50 to 55 degrees Celsius.

T2는 이와 같이 얻어질 수 있는 T1보다는 적어도 더 낮은 온도로 설정된다.T2 is set to at least a lower temperature than T1 thus obtainable.

예를 들면, T2는 0도 내지 10도의 값으로 설정될 수 있다. For example, T2 may be set to a value of 0 to 10 degrees.

예를 들면, T2는 5도 정도로 설정될 수 있다.For example, T2 can be set to about 5 degrees.

제어부(70)는 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도를 조절하기 위해, 냉각수 순환유로(21)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(70)는 냉각수 순환유로(21)에 아이들 제어의 제어 신호를 제공할 수 있다.The control unit 70 may control the cooling water circulation flow path 21 to control the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10. That is, the control unit 70 may provide a control signal for idle control to the cooling water circulation channel 21.

제어부(70)는 기 설정된 출력 전류값 및 외기 온도에 관한 조건을 만족하는 것으로 판단될 시, 연료전지 스택(10)의 출구에서 냉각수의 온도가 T4가 되도록 냉각수 순환유로(21)를 제어하도록 마련될 수 있다(S1200).When it is determined that the controller 70 satisfies the conditions related to the preset output current value and the outside temperature, the control unit 70 is provided to control the cooling water circulation flow path 21 so that the temperature of the cooling water is T4 at the outlet of the fuel cell stack 10. It can be (S1200).

연료전지 스택(10)이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동되고 제어부(70)가 아이들 제어를 수행하지 않을 시 냉각수 온도획득부(24)에서 획득되는 냉각수의 온도를 T3라고 정의할 수 있다. T4는 T3보다 낮은 온도일 수 있다. 즉, 기 설정된 출력 전류값 미만의 출력 전류값인 I1으로 연료전지 스택(10)이 구동될 시, 제어부(70)가 아이들 제어를 수행 할 경우에 연료전지 스택(10)의 온도가 T3, 제어부(70)가 아이들 제어를 수행하지 않을 경우에 연료전지 스택(10)의 온도를 T4라고 할 때, T4는 T3보다 낮은 온도일 수 있다.When the fuel cell stack 10 is driven below a predetermined output current value and the control unit 70 does not perform idle control, the temperature of the cooling water obtained from the cooling water temperature acquisition unit 24 may be defined as T3. T4 may be lower than T3. That is, when the fuel cell stack 10 is driven with an output current value I1 less than a preset output current value, when the control unit 70 performs idle control, the temperature of the fuel cell stack 10 is T3, the control unit When the temperature of the fuel cell stack 10 is T4 when the 70 does not perform idle control, T4 may be a temperature lower than T3.

T4는 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도(T2)를 0도 내지 10도로 유지하기 위한 냉각수의 온도로서, 연료전지 스택(10)의 종류나 특성, 동작 환경에 따라 변경될 수 있다. T4는 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도(T2)를 5도 정도로 유지하기 위한 냉각수의 온도일 수 있다.T4 is the temperature of the coolant for maintaining the temperature T2 of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 to 0 to 10 degrees, and may be changed according to the type, characteristics, and operating environment of the fuel cell stack 10. have. T4 may be the temperature of the cooling water for maintaining the temperature T2 of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 to about 5 degrees.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 효과를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the effect of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 온도에 따른 포화수증기량의 그래프이다. 도 4를 참조하면, 연료전지 스택(10)이 기 설정된 출력 전류값으로 구동되고 제어부(70)가 아이들 제어를 수행하지 않을 시를 A1, 제어부(70)가 아이들 제어를 수행할 시를 A2로 나타낼 수 있다.4 is a graph of the amount of saturated water vapor according to temperature. Referring to FIG. 4, when the fuel cell stack 10 is driven with a preset output current value and the control unit 70 does not perform idle control, A1 and when the control unit 70 performs idle control as A2. Can be represented.

연료전지 스택(10)이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동되게 되면, 제어부(70)는 연료전지 스택(10)의 온도를 낮추기 위해 아이들 제어를 수행하게 된다. 이에 따라, 연료전지 스택(10)의 내부 온도는 T1에서 T2로 떨어지게 된다. 이때, 연료전지 스택(10)의 온도가 떨어짐에 따라 연료전지 스택(10)에서 배출되는 배출가스의 온도도 T1에서 T2로 떨어지게 된다.When the fuel cell stack 10 is driven below a predetermined output current value, the control unit 70 performs idle control to lower the temperature of the fuel cell stack 10. Accordingly, the internal temperature of the fuel cell stack 10 falls from T1 to T2. At this time, as the temperature of the fuel cell stack 10 decreases, the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 also drops from T1 to T2.

이를 도 4의 그래프에서 보면, A1지점에서 포화수증기량 곡선을 따라 A2지점으로 이동하는 것과 같다. 즉, 제어부(70)가 아이들 제어를 수행하게 되면, 배출가스의 포화수증기량이 감소되게 된다.In the graph of FIG. 4, it is the same as moving from point A1 to point A2 along the saturated water vapor curve. That is, when the control unit 70 performs idle control, the amount of saturated water vapor of the exhaust gas is reduced.

이 경우, 배출가스와 함께 수증기 상태로 배출되지 못하는 수분은 응축되어 응축수로서 연료전지 스택(10)에서 배출되어 연료전지 스택(10)의 출구와 연결되는 드레인홀 또는 드레인밸브를 통하여 외부로 배출되게 된다.In this case, the moisture that cannot be discharged together with the exhaust gas is condensed and discharged from the fuel cell stack 10 as condensed water to be discharged to the outside through a drain hole or a drain valve connected to the outlet of the fuel cell stack 10. do.

제어부(70)가 아이들 제어를 수행함으로써, 배출가스 중의 수증기량을 저감시킬 수 있고, 이에 따라 배기관(52) 내에서 배출가스가 냉각되며 응축수가 생성되더라도 절대적인 응축수의 생성량 자체가 줄어들게 된다. 이를 통해, 응축수의 빙결로 인해 배출가스의 유동이 방해받는 것이 방지 또는 저감될 수 있다.By performing the idle control by the control unit 70, it is possible to reduce the amount of water vapor in the exhaust gas, and accordingly, the exhaust gas is cooled in the exhaust pipe 52, and even when the condensate is generated, the absolute amount of condensed water itself is reduced. Through this, it is possible to prevent or reduce the flow of the exhaust gas due to freezing of condensate.

본 발명에 따른 연료전지 시스템에 따르면, 배기라인에서 응축수의 빙결에 의해 배출가스의 유동이 방해받는 것이 저감되도록 제어될 수 있고, 이와 같은 제어를 위해 추가적인 연료 소모라던가 에너지 소모가 최소화될 수가 있다.According to the fuel cell system according to the present invention, the flow of the exhaust gas can be controlled to be reduced by the freezing of condensate in the exhaust line, and for this control, additional fuel consumption or energy consumption can be minimized.

예를 들면, 빙결 문제를 해결하기 위해서는 종래에는 연료전지 스택(10)의 온도를 필요한 온도보다 높게 설정하는 방법을 고려해볼 수가 있는데, 이 경우 불필요하게 연료 소모가 많아지게 되는 문제가 있었다. 또한, 이 경우 생성되는 물의 양도 많아지므로 이와 같은 제어에도 불구하고 빙결이 일어날 수 있는 가능성은 높아질 수 있는 문제도 있었다.For example, in order to solve the freezing problem, a method of setting the temperature of the fuel cell stack 10 higher than the required temperature may be considered in the related art, but in this case, there is a problem that fuel consumption increases unnecessarily. In addition, since the amount of water generated in this case is also increased, there is a problem that the possibility of freezing may be increased despite such control.

본 발명에 따른 연료전지 시스템에서는, 일정 조건을 만족할 시, 배기라인으로 유입되는 배출가스에 함유된 수증기량 자체를 저감시켜, 응축수의 생성량 자체를 줄이고, 이에 따라 빙결이 발생하더라도 발생되는 빙결량 자체가 줄어들게 되는 효과가 있다. 따라서, 빙결에 의해 응축수가 배출되는 드레인 홀이 막힐 가능성도 낮아지게 되고, 배기라인 내에 빙결에 의해 배출가스의 유동이 방해받는 것이 방지될 수가 있다.In the fuel cell system according to the present invention, when a certain condition is satisfied, the amount of water vapor contained in the exhaust gas flowing into the exhaust line is reduced, thereby reducing the amount of condensate generated, and accordingly the amount of ice generated even when freezing occurs It has the effect of being reduced. Therefore, the possibility that the drain hole through which condensate is discharged by freezing becomes clogged becomes low, and it is possible to prevent the flow of exhaust gas from being blocked by freezing in the exhaust line.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

이하에서 설명되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템이 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 다른 연료전지 시스템과 다른 점은, 인터쿨러(41)를 냉각시키기 위한 서브 냉각수 순환루프(60)를 더 포함한다는 점이다. 본 실시예에서도 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 제어가 모두 적용될 수가 있고, 그에 추가로 서브 냉각수 순환루프(60)에 대한 제어가 더 수행될 수 있다.The fuel cell system according to another embodiment of the present invention described below differs from the fuel cell system according to an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 4, in order to cool the intercooler 41. The cooling water circulation loop 60 is further included. In this embodiment, all of the controls described with reference to FIGS. 1 to 4 may be applied, and additionally, control of the sub cooling water circulation loop 60 may be further performed.

도 5를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템은 서브 냉각수 순환루프(60)를 더 포함할 수 있다.5, the fuel cell system according to another embodiment of the present invention may further include a sub cooling water circulation loop 60.

서브 냉각수 순환루프(60)는 서브 냉각수 순환유로(61)와, 서브 열교환기(62)와, 서브 냉각수 순환펌프(63)를 포함할 수 있다.The sub cooling water circulation loop 60 may include a sub cooling water circulation passage 61, a sub heat exchanger 62, and a sub cooling water circulation pump 63.

서브 냉각수 순환유로(61)는 인터쿨러(41)를 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련될 수 있다. 서브 냉각수 순환유로(61)는 냉각수 순환유로(21)와 연결되는 유로로 마련될 수도 있으나, 본 실시예에서는 서브 냉각수 순환유로(61)는 냉각수 순환유로(21)와 별개로 마련되는 것으로 설명하기로 한다. 이는, 냉각수 순환유로(21)로 순환되는 냉각수의 온도와 서브 냉각수 순환유로(61)로 순환되는 냉각수의 온도를 서로 독립적으로 제어하기 위함이다.The sub-cooling water circulation channel 61 may be provided with cooling water for cooling the inter cooler 41. The sub-cooling water circulation channel 61 may be provided as a flow path connected to the cooling water circulation channel 21, but in this embodiment, the sub-cooling water circulation channel 61 is described as being provided separately from the cooling water circulation channel 21. Shall be This is to independently control the temperature of the cooling water circulated in the cooling water circulating flow path 21 and the temperature of the cooling water circulated in the sub cooling water circulating flow path 61.

서브 열교환기(62)는 인터쿨러(41)로 유입되는 냉각수를 냉각시키기 위해 마련될 수 있다. 서브 열교환기(62)는 라디에이터일 수 있다. 서브 열교환기(62)는 열교환기(22)와 동일한 라디에이터로 마련될 수도 있고, 또는 별개의 라디에이터로 마련될 수도 있다. 예를 들면, 냉각수 순환유로(21)의 라디에이터와 서브 냉각수 순환로푸의 라디에이터가 서로 나란하게 설치될 수 있다.The sub heat exchanger 62 may be provided to cool the cooling water flowing into the intercooler 41. The sub heat exchanger 62 may be a radiator. The sub heat exchanger 62 may be provided with the same radiator as the heat exchanger 22, or may be provided with a separate radiator. For example, a radiator of the cooling water circulation passage 21 and a radiator of the sub cooling water circulation passage can be installed side by side.

서브 열교환기(62)는 제어부(70)에 의해 제어되며, 서브 열교환기(62)의 내부유로로 유입되는 냉각수를 냉각시키기 위해 구동되거나 구동되지 않을 수 있다.The sub heat exchanger 62 is controlled by the control unit 70 and may or may not be driven to cool the cooling water flowing into the internal flow path of the sub heat exchanger 62.

서브 열교환기(62)가 구동되지 않을 시에는, 냉각수는 열교환기(22) 내부유로를 그대로 통과하여 서브 냉각수 순환유로(61)로 순환될 수 있다.When the sub heat exchanger 62 is not driven, the cooling water may pass through the internal flow path of the heat exchanger 22 as it is and be circulated to the sub cooling water circulation channel 61.

서브 냉각수 순환펌프(63)는 서브 냉각수 순환유로(61)로 냉각수를 순환시키기 위해 마련될 수 있다. 서브 냉각수 순환펌프(63)는 냉각수가 순환되도록 유압을 제공할 수 있다. 서브 냉각수 순환펌프(63)는 제어부(70)에 의해 구동이 제어될 수 있다.The sub-cooling water circulation pump 63 may be provided to circulate the cooling water through the sub-cooling water circulation channel 61. The sub cooling water circulation pump 63 may provide hydraulic pressure to circulate the cooling water. The sub cooling water circulation pump 63 may be driven by the control unit 70.

서브 냉각수 순환루프(60)는 서브 냉각수 온도획득부(24)를 포함할 수 있다.The sub coolant circulation loop 60 may include a sub coolant temperature acquisition unit 24.

서브 냉각수 온도획득부(24)는 인터쿨러(41)의 출구단에서의 냉각수의 온도를 획득하기 위해 마련될 수 있다.The sub coolant temperature acquisition unit 24 may be provided to acquire the temperature of the coolant at the outlet end of the intercooler 41.

서브 냉각수 온도획득부(24)는 인터쿨러(41)에서 배출되는 냉각수의 온도를 획득하기 위해 서브 냉각수 순환유로(61) 상에 설치될 수 있다.The sub-cooling water temperature acquisition unit 24 may be installed on the sub-cooling water circulation channel 61 to obtain the temperature of the cooling water discharged from the intercooler 41.

한편, 서브 냉각수 순환유로(61)는 에어 컴프레서(42)를 통과하도록 마련될 수 있다. 에어 컴프레서(42)는 유입 공기를 압축시키기 위해 터빈 등의 회전체를 하므로 마찰에 의해 열이 발생될 수 있고, 공기를 압축시킴에 따라 공기의 온도가 상승하는 것에 의해서도 에어 컴프레서(42)의 온도가 상승할 수 있다. 이에, 서브 냉각수 순환유로(61)가 에어 컴프레서(42)를 통과하도록 마련하여, 인터쿨러(41)와 함께 에어 컴프레서(42)도 냉각시킴으로써, 결과적으로는 가습기(30)로 유입되는 공기의 온도를 낮출 수 있는 효과가 있다.Meanwhile, the sub-cooling water circulation channel 61 may be provided to pass through the air compressor 42. Since the air compressor 42 rotates such as a turbine to compress the incoming air, heat may be generated due to friction, and the temperature of the air compressor 42 may also increase due to the increase in air temperature as the air is compressed. Can rise. Accordingly, the sub-cooling water circulation passage 61 is provided to pass through the air compressor 42, and the air compressor 42 is also cooled together with the intercooler 41. As a result, the temperature of the air flowing into the humidifier 30 is increased. It has the effect of lowering.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법의 제어순서도이다.6 is a control flowchart of a control method of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제어부(70)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 제어방법에 추가적으로 서브 냉각수 순환유로(61)에 대한 제어를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 6, the control unit 70 may control the sub-cooling water circulation channel 61 in addition to the control method described with reference to FIGS. 2 and 3.

S1100단계 및 S1200단계에 대하여는 도 3 및 도 4에서 한 설명이 그대로 적용될 수 있다.With respect to steps S1100 and S1200, the description of FIGS. 3 and 4 may be applied as it is.

제어부(70)는 기 설정된 출력 전류값 및 외기 온도에 관한 조건을 만족하는 것으로 판단될 시, 서브 냉각수 온도획득부(24)에서 획득되는 냉각수의 온도가 T5가 되도록 하기 위해 서브 냉각수 순환유로(61)를 제어할 수 있다(S1300).When it is determined that the controller 70 satisfies the conditions related to the preset output current value and the outside temperature, the sub cooling water circulation flow path 61 is set so that the temperature of the cooling water obtained from the sub cooling water temperature acquisition unit 24 becomes T5. ) Can be controlled (S1300).

S1200단계에서 제어부(70)의 제어에 의해, 냉각수 순환유로(21)의 냉각수 온도획득부(24)에서 획득되는 냉각수의 온도를 T4라고 정의할 수 있다. T5는 T4보다 낮은 온도로 설정될 수 있다. 즉, 제어부(70)는 냉각수 순환유로(21)로 순환되는 냉각수의 온도보다 서브 냉각수 순환유로(61)로 순환되는 냉각수의 온도가 낮도록, 냉각수 순환유로(21) 및 서브 냉각수 순환유로(61)에 제어 신호를 제공할 수 있다.Under the control of the control unit 70 in step S1200, the temperature of the cooling water obtained in the cooling water temperature acquisition unit 24 of the cooling water circulation flow path 21 may be defined as T4. T5 may be set to a temperature lower than T4. That is, the control unit 70, the cooling water circulating flow path 21 and the sub cooling water circulating flow path 61 so that the temperature of the cooling water circulating in the sub cooling water circulating flow path 61 is lower than the temperature of the cooling water circulating in the cooling water circulating flow path 21 ).

예를 들면, T5는 영하 10도 내지 0도의 값으로 설정될 수 있다.For example, T5 may be set to a value of 10 degrees to 0 degrees below zero.

앞서 설명한 바와 같이 인터쿨러(41)는 가습기(30)로 유입되는 유입 공기의 온도를 낮추는 역할을 한다. 유입 공기의 온도가 낮아지면 가습기(30) 내부에서 배출가스와의 열교환을 통하여 가습기(30) 내에서 생성되는 응축수의 양이 많아지게 된다. 즉, 배기라인으로 배출되는 배출가스 중의 수분 함유량이 감소되게 된다.As described above, the intercooler 41 serves to lower the temperature of the incoming air flowing into the humidifier 30. When the temperature of the inflow air is lowered, the amount of condensate generated in the humidifier 30 increases through heat exchange with the exhaust gas inside the humidifier 30. That is, the moisture content in the exhaust gas discharged to the exhaust line is reduced.

가습기(30) 내에서 생성되는 응축수는 드레인 포트(31)를 통하여 외부로 배출될 수 있다. 응축수가 배기라인으로 유입되어 드레인홀을 통하여 배출되는 경우에는 배기라인을 따라 이동 중에 배출가스 또는 응축수의 온도가 지속적으로 떨어지게 되므로 응축수의 빙결이 발생할 가능성이 비교적 높다. 반면, 가습기(30)의 드레인 포트(31)를 통하여 응축수가 배출되는 경우, 상대적으로 높은 온도로 응축수가 배출되게 되므로, 응축수의 빙결이 문제될 가능성이 낮다. Condensate generated in the humidifier 30 may be discharged to the outside through the drain port (31). When the condensate flows into the exhaust line and is discharged through the drain hole, the temperature of the exhaust gas or condensate constantly decreases while moving along the exhaust line, so there is a relatively high possibility of condensation freezing. On the other hand, when the condensed water is discharged through the drain port 31 of the humidifier 30, since the condensed water is discharged at a relatively high temperature, the possibility of freezing of condensed water is low.

본 발명에 따르면, 가습기(30)에서 응축수가 더 많이 발생되도록 하여, 배기라인에서 응축수의 빙결에 따른 문제가 보다 효과적으로 저감되는 한편 유입 가스에 대한 가습 효과도 향상될 수가 있는 이점이 있다.According to the present invention, by allowing more condensed water to be generated in the humidifier 30, there is an advantage in that the problem due to freezing of condensed water in the exhaust line can be more effectively reduced while the humidifying effect on the incoming gas can be improved.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서 또는 제어부(70)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above-described present invention can be embodied as computer readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer-readable medium includes any kind of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include a hard disk drive (HDD), solid state disk (SSD), silicon disk drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. This includes, and is also implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet). Also, the computer may include a processor or a control unit 70. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.Although the present invention has been described above by way of limited examples and drawings, the present invention is not limited by this, and is described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Various implementations are possible within the equal scope of the claims to be made.

10 : 연료전지 스택
20 : 냉각수 순환루프
21 : 냉각수 순환유로
211 : 스택 내부유로
212 : 냉각수 바이패스유로
22 : 열교환기
23 : 냉각수 순환펌프
24 : 냉각수 온도획득부
25 : 바이패스밸브
30 : 가습기
31 : 드레인 포트
32 : 가습기 히터
41 : 인터쿨러
42 : 에어 컴프레서
51 : 배압밸브
52 : 배기관
60 : 서브 냉각수 순환루프
61 : 서브 냉각수 순환유로
62 : 서브 열교환기
63 : 서브 냉각수 순환펌프
64 : 서브 냉각수 온도획득부
70 : 제어부10: fuel cell stack
20: cooling water circulation loop
21: cooling water circulation channel
211: inside the stack
212: coolant bypass passage
22: heat exchanger
23: Cooling water circulation pump
24: coolant temperature acquisition unit
25: bypass valve
30: humidifier
31: drain port
32: humidifier heater
41: intercooler
42: air compressor
51: back pressure valve
52: exhaust pipe
60: Sub coolant circulation loop
61: sub cooling water circulation channel
62: sub heat exchanger
63: Sub coolant circulation pump
64: sub cooling water temperature acquisition unit
70: control unit

Claims (15)

수소와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력과 물을 생성하기 위한 연료전지 스택;
상기 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련되는 냉각수 순환유로와, 상기 냉각수 순환유로로 유통되는 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기와, 상기 냉각수 순환유로로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환펌프를 포함하는 냉각수 순환루프; 및
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동 시, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어(idle control)를 수행하는 제어부를 포함하고,
상기 T2는, 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 상기 제어부가 상기 아이들 제어를 수행하지 않을 시 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도인 T1보다 낮은 온도인, 연료전지 시스템.A fuel cell stack for generating power and water by electrochemical reaction of hydrogen and air;
A cooling water circulating flow path provided with cooling water for cooling the fuel cell stack, a heat exchanger for cooling the cooling water flowing in the cooling water circulating flow path, and a cooling water circulation pump for circulating cooling water through the cooling water circulating path Cooling water circulation loop; And
When the fuel cell stack is driven below a predetermined output, a control unit for performing an idle control (idle control) to ensure that the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack is T2,
The T2 is a fuel cell system having a temperature lower than T1, which is the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack when the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the control unit does not perform the idle control. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각수 순환루프는, 상기 연료전지 스택의 출구단에서의 냉각수의 온도를 획득하기 위한 냉각수 온도획득부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동 시, 상기 냉각수 온도획득부에서 획득되는 냉각수의 온도가 T4가 되도록 하기 위해, 상기 냉각수 순환루프를 제어하도록 마련되고,
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동되고 상기 제어부가 상기 아이들 제어를 수행하지 않을 시 상기 냉각수 온도획득부에서 획득되는 냉각수의 온도를 T3이라고 할 때, 상기 T4는 상기 T3보다 낮은 온도인, 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The cooling water circulation loop includes a cooling water temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the cooling water at the outlet end of the fuel cell stack,
The control unit,
When the fuel cell stack is driven below a preset output current value, the cooling water circulation loop is provided to control the cooling water circulation loop so that the temperature of the cooling water obtained from the cooling water temperature acquisition unit becomes T4,
When the fuel cell stack is driven below a preset output current value and the control unit does not perform the idle control, when the temperature of the cooling water obtained from the cooling water temperature acquisition unit is T3, the T4 is a temperature lower than the T3. Phosphorus, fuel cell system. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 외기 온도가 일정 온도 미만인 경우에만, 상기 아이들 제어를 수행하도록 마련되는, 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The control unit,
The fuel cell system is provided to perform the idle control only when the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the outside temperature is below a predetermined temperature. 청구항 1에 있어서,
상기 T2는, 섭씨 0도 내지 10도의 값인, 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The T2 is a value of 0 to 10 degrees Celsius, the fuel cell system. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지 스택으로 유입되는 유입 공기와, 상기 배출가스가 내부에서 유통되게 마련되는 가습기를 더 포함하고,
상기 가습기는, 가습기 내부의 응축수를 배출시키기 위한 드레인 포트를 구비하는, 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
In addition to the inlet air flowing into the fuel cell stack, the exhaust gas is further provided with a humidifier to be distributed in the interior,
The humidifier is provided with a drain port for discharging condensate inside the humidifier, the fuel cell system. 청구항 5에 있어서,
상기 가습기는, 상기 드레인 포트를 통해 배출되는 응축수를 가열하기 위한 가습기 히터를 포함하는, 연료전지 시스템.The method according to claim 5,
The humidifier, a fuel cell system including a humidifier heater for heating the condensate discharged through the drain port. 청구항 5에 있어서,
상기 가습기로 유입되는 상기 유입 공기를 냉각하기 위해 마련되는 인터쿨러; 및
상기 인터쿨러를 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련되는 서브 냉각수 순환유로와, 상기 서브 냉각수 순환유로로 유통되는 냉각수를 냉각시키기 위한 서브 열교환기와, 상기 서브 냉각수 순환유로로 냉각수를 순환시키기 위한 서브 냉각수 순환펌프를 포함하는 서브 냉각수 순환루프를 더 포함하는, 연료전지 시스템.The method according to claim 5,
An intercooler provided to cool the incoming air flowing into the humidifier; And
A sub-cooling water circulation channel provided with cooling water for cooling the intercooler, a sub heat exchanger for cooling cooling water flowing through the sub cooling water circulation channel, and a sub cooling water circulation pump for circulating cooling water through the sub cooling water circulation channel A fuel cell system further comprising a sub-cooling water circulation loop comprising a. 청구항 7에 있어서,
상기 냉각수 순환루프는, 상기 연료전지 스택의 출구단에서의 냉각수의 온도를 획득하기 위한 냉각수 온도획득부를 포함하고,
상기 서브 냉각수 순환루프는, 상기 서브 냉각수 순환유로 내의 냉각수 온도를 획득하기 위한 서브 냉각수 온도획득부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동 시,
상기 냉각수 온도획득부에서 획득되는 냉각수의 온도가 T4가 되도록 하기 위해 상기 냉각수 순환루프를 제어하고,
상기 서브 냉각수 온도획득부에서 획득되는 냉각수의 온도가 상기 T4보다 낮은 T5가 되도록 하기 위해 상기 서브 냉각수 순환루프를 제어하도록 마련되는, 연료전지 시스템.The method according to claim 7,
The cooling water circulation loop includes a cooling water temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the cooling water at the outlet end of the fuel cell stack,
The sub-cooling water circulation loop includes a sub-cooling water temperature acquisition unit for obtaining the cooling water temperature in the sub-cooling water circulation channel,
The control unit,
When the fuel cell stack is driven below a predetermined output current value,
The cooling water circulation loop is controlled so that the temperature of the cooling water obtained from the cooling water temperature acquisition unit becomes T4,
A fuel cell system provided to control the sub-cooling water circulation loop so that the temperature of the cooling water obtained from the sub-cooling water temperature acquisition unit becomes T5 lower than the T4. 청구항 8에 있어서,
상기 T5는, 섭씨 영하 10도 내지 0도의 값인, 연료전지 시스템.The method according to claim 8,
The T5 is a value of 10 to 0 degrees Celsius below zero, the fuel cell system. 청구항 1에 있어서,
상기 냉각수 순환루프는,
냉각수가 상기 열교환기를 통과하지 않고 순환되도록 하기 위해, 냉각수 바이패스유로 및 상기 냉각수 바이패스유로로의 냉각수의 유입을 조절하기 위한 바이패스밸브를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 연료전지 스택의 운전 온도가 일정 온도 미만이 되는 것을 방지하기 위해, 냉각수의 적어도 일부가 상기 열교환기를 통과하지 않고 순환되게, 상기 바이패스밸브에 제어 신호를 제공하도록 마련되는, 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The cooling water circulation loop,
In order to allow the cooling water to circulate without passing through the heat exchanger, a cooling water bypass flow path and a bypass valve for controlling the inflow of cooling water into the cooling water bypass flow path are included.
The control unit,
In order to prevent the operating temperature of the fuel cell stack from being below a certain temperature, a fuel cell system is provided to provide a control signal to the bypass valve such that at least a portion of the cooling water is circulated without passing through the heat exchanger. 수소와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력과 물을 생성하는 연료전지 스택;
상기 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되게 마련되는 냉각수 순환유로와, 상기 냉각수 순환유로로 유통되는 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기와, 상기 냉각수 순환유로로 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환펌프를 포함하는 냉각수 순환루프; 및
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동 시, 상기 연료전지 스택의 운전 온도가 T2가 되도록 하기 위해 아이들 제어(idle control)를 수행하는 제어부를 포함하고,
상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 상기 제어부가 상기 아이들 제어를 수행하지 않을 시 상기 연료전지 스택의 운전 온도를 T1이라고 할 때, 상기 T2는 상기 T1보다 낮은 온도인, 연료전지 차량.A fuel cell stack that generates power and water through an electrochemical reaction between hydrogen and air;
A cooling water circulating flow path provided with cooling water for cooling the fuel cell stack, a heat exchanger for cooling the cooling water flowing in the cooling water circulating flow path, and a cooling water circulation pump for circulating cooling water through the cooling water circulating path Cooling water circulation loop; And
When the fuel cell stack is driven below a predetermined output, a control unit for performing an idle control (idle control) to ensure that the operating temperature of the fuel cell stack is T2,
When the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the controller does not perform the idle control, when the operating temperature of the fuel cell stack is T1, the T2 is a lower temperature than the T1. 연료전지 스택과, 상기 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각수가 순환되는 냉각수 순환루프를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 연료전지 스택의 출력 전류값과 외기 온도에 기초하여, 기 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 기 설정된 조건을 만족하는 것으로 판단될 시, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도가 T2가 되도록 아이들 제어를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 T2는, 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 미만으로 구동되고 상기 아이들 제어가 수행되지 않을 시 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출가스의 온도인 T1보다 낮은 온도인, 연료전지 시스템의 제어방법.In the control method of a fuel cell system comprising a fuel cell stack and a cooling water circulation loop through which cooling water for cooling the fuel cell stack is circulated,
(a) determining whether a predetermined condition is satisfied based on an output current value and an outside temperature of the fuel cell stack;
(b) when it is determined that the predetermined conditions are satisfied in step (a), performing an idle control so that the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack becomes T2,
The T2 is a method of controlling a fuel cell system, wherein the fuel cell stack is driven below a predetermined output and the idle gas temperature is lower than T1, which is the temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack when the idle control is not performed. 청구항 11에 있어서,
상기 (a)단계에서는,
상기 연료전지 스택의 출력 전류값이 기 설정된 전류값 미만이고, 외기 온도가 기 설정된 온도 미만이면, 상기 조건을 만족하는 것으로 판단하는, 연료전지 시스템의 제어방법.The method according to claim 11,
In step (a),
If the output current value of the fuel cell stack is less than a preset current value, and the outside temperature is less than a preset temperature, it is determined that the above conditions are satisfied, and the control method of the fuel cell system. 청구항 11에 있어서,
상기 (b)단계에서는,
상기 연료전지 스택의 출구단에서의 냉각수의 온도가 T4가 되도록 상기 냉각수 순환루프가 제어되고,
상기 T4는, 상기 연료전지 스택이 기 설정된 출력 전류값 미만으로 구동되고 상기 아이들 제어가 수행되지 않을 시 상기 연료전지 스택의 출구단에서의 냉각수의 온도인 T3보다 낮은 온도인, 연료전지 시스템의 제어방법.The method according to claim 11,
In step (b),
The cooling water circulation loop is controlled so that the temperature of the cooling water at the outlet end of the fuel cell stack becomes T4,
The T4 is a control of the fuel cell system, wherein the fuel cell stack is driven below a preset output current value and is lower than T3, the temperature of the cooling water at the outlet end of the fuel cell stack when the idle control is not performed. Way. 청구항 14에 있어서,
상기 연료전지 시스템은,
상기 연료전지 스택으로 유입되는 유입 공기과, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배출 가스가 내부에서 유통되게 마련되는 가습기;
상기 가습기로 유입되는 상기 유입 공기를 냉각하기 위해 마련되는 인터쿨러; 및
상기 인터쿨러를 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되는 서브 냉각수 순환루프를 포함하고,
(c) 상기 (a)단계에서 기 설정된 조건을 만족하는 것으로 판단될 시, 상기 서브 냉각수 순환루프로 유통되는 냉각수의 온도가 상기 T4보다 낮은 T5가 되도록 상기 서브 냉각수 순환루프를 제어하는 단계를 더 포함하는, 연료전지 시스템의 제어방법.The method according to claim 14,
The fuel cell system,
A humidifier in which inflow air flowing into the fuel cell stack and exhaust gas discharged from the fuel cell stack are distributed therein;
An intercooler provided to cool the incoming air flowing into the humidifier; And
A sub-cooling water circulation loop through which cooling water flows to cool the intercooler,
(c) when it is determined that the predetermined condition is satisfied in step (a), controlling the sub cooling water circulation loop so that the temperature of the cooling water flowing through the sub cooling water circulation loop becomes T5 lower than the T4. Including, the control method of the fuel cell system.
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