KR20200072200A - Control method for supplying hydrogen to fuel cell - Google Patents

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KR20200072200A KR1020180160114A KR20180160114A KR20200072200A KR 20200072200 A KR20200072200 A KR 20200072200A KR 1020180160114 A KR1020180160114 A KR 1020180160114A KR 20180160114 A KR20180160114 A KR 20180160114A KR 20200072200 A KR20200072200 A KR 20200072200A
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Abstract

Introduced is a method for controlling supply of hydrogen to a fuel cell, by controlling a system for supplying hydrogen from a hydrogen supply device to a fuel cell stack, the method comprising: a step of driving a first compressor located in a hydrogen supply line connected to the fuel cell stack from the hydrogen supply device; a step of compressing hydrogen such that a front end pressure or a rear end pressure of the hydrogen supply line satisfies a preset pressure condition as the first compressor is driven; and a step of driving a second compressor connected in parallel to the first compressor through the hydrogen supply line while having an allowable flow rate of an allowable flow rate of the first compressor if the flow rate of hydrogen of the hydrogen supply device increases. Accordingly, a constant pressure of hydrogen can be provided in response to the flow rate of hydrogen.

Description

연료전지의 수소 공급 제어방법{CONTROL METHOD FOR SUPPLYING HYDROGEN TO FUEL CELL}CONTROL METHOD FOR SUPPLYING HYDROGEN TO FUEL CELL

본 발명은 연료전지의 수소 공급 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로 연료 개질기로부터 공급된 수소를 가압하여 연료전지 스택으로 공급하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling hydrogen supply in a fuel cell, and more particularly, to a technology for supplying hydrogen from a fuel reformer to a fuel cell stack by pressing.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서, 산업용, 가정용 및 차량용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자 제품, 휴대기기의 전력을 공급하는 데에도 이용될 수 있다.A fuel cell is an energy converter that converts chemical energy possessed by fuel into electric energy by electrochemically reacting without converting it to heat by combustion, as well as supplying electric power for industrial, household, and automotive use, as well as small electric/electronic products and portable devices. It can also be used to supply power.

특히, 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)에서는 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체(MEA:Membrane-Electrode Assembly)가 위치하고, 막전극접합체는 수소이온을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)로 구성된다.In particular, in the polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) having a high power density, a membrane electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly), which is a main component, is located inside, and the membrane electrode assembly contains hydrogen ions. It consists of a solid polymer electrolyte membrane that can be moved, and a cathode and an anode, which are electrode layers coated with a catalyst so that hydrogen and oxygen can react on both sides of the electrolyte membrane.

연료전지는 건물 등에서 산업용 또는 가정용 전력을 공급하거나 차량에 탑재되어 구동용 전력을 공급할 수 있다. 특히, 건물 등에 설치된 발전용 연료전지는 화학적으로 수소를 함유하는 탄화수소 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스 메탄올 등)로부터 연료전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하는 장치인 연료 개질기(Fuel Reformer)로부터 수소를 공급받는다.The fuel cell may supply industrial or household power in a building or the like, or may be mounted on a vehicle to supply driving power. In particular, the fuel cell for power generation installed in buildings, etc., is a fuel reformer that is a device that chemically converts hydrogen-containing hydrocarbon fuel (LPG, LNG, methane, coal gas methanol, etc.) into a gas containing much hydrogen required by the fuel cell ( Fuel Reformer).

특히, 연료 개질기는 황 제거, 연료 개질, 수성화 반응 및 일산화탄소 제거 등의 4단계를 걸쳐 수소를 공급할 수 있다. 다만, 연료 개질기에서 공급되는 수소의 압력은 연료전지 스택에서 요구하는 수소의 압력보다 낮아 추가적인 압축기의 구성을 필요로 한다. 다만, 압축기는 제어 가능한 유량 범위가 좁아 연료 개질기의 수소 유량이 가변되는 경우에 적절하게 대응할 수 없는 문제가 발생하였다.In particular, the fuel reformer can supply hydrogen through four stages such as sulfur removal, fuel reforming, aqueous reaction, and carbon monoxide removal. However, the pressure of hydrogen supplied from the fuel reformer is lower than the pressure of hydrogen required by the fuel cell stack, which requires the configuration of an additional compressor. However, the compressor has a problem in that it cannot respond appropriately when the hydrogen flow rate of the fuel reformer is variable due to a narrow controllable flow rate range.

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 accepted as acknowledging that they correspond to the prior arts already known to those skilled in the art.

KR 10-2000-0018557 AKR 10-2000-0018557 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 일정한 수소 압력으로 수소를 공급하는 수소 공급 장치의 가변되는 수소 유량에 대응하여 일정한 수소 압력으로 연료전지 스택에 수소를 공급할 수 있는 수소 공급 제어방법을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and a hydrogen supply control method capable of supplying hydrogen to the fuel cell stack at a constant hydrogen pressure in response to a variable hydrogen flow rate of a hydrogen supply device that supplies hydrogen at a constant hydrogen pressure. To provide.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 수소 공급 제어방법은 수소 공급 장치로부터 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 수소 공급 장치에서 연료전지 스택으로 연결된 수소공급라인에 위치된 제1압축기를 구동하는 단계; 제1압축기를 구동함에 따라 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족시키도록 수소를 가압하는 단계; 및 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하면, 제1압축기의 허용 유량 이상의 허용 유량을 가지면서 수소공급라인에 제1압축기와 병렬로 연결된 제2압축기를 구동하는 단계;를 포함한다.The hydrogen supply control method of a fuel cell according to the present invention for achieving the above object is a method of controlling a system for supplying hydrogen from a hydrogen supply device to a fuel cell stack, wherein the hydrogen supply device is connected to the fuel cell stack to supply hydrogen Driving a first compressor located on the line; Pressurizing hydrogen such that the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition as the first compressor is driven; And when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, driving a second compressor connected to the hydrogen supply line in parallel with the first compressor while having an allowable flow rate equal to or greater than the allowable flow rate of the first compressor.

수소 공급 장치는, 수소 공급 압력을 일정하게 유지한 상태로 수소를 공급하는 연료 개질기일 수 있다.The hydrogen supply device may be a fuel reformer that supplies hydrogen in a state where the hydrogen supply pressure is kept constant.

제1압축기를 구동하는 단계에서는, 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단한 상태로 제1압축기를 구동하고, 수소를 가압하는 단계에서는, 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력의 기설정된 압력 조건을 만족하도록 수소가 가압되면 출구밸브를 개방할 수 있다.In the step of driving the first compressor, the first compressor is driven with the outlet valve positioned between the hydrogen supply line and the fuel cell stack blocked, and in the step of pressurizing hydrogen, the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line is When hydrogen is pressurized to satisfy a predetermined pressure condition of, the outlet valve may be opened.

수소를 가압하는 단계에서는, 출구밸브를 개방하기 전까지 수소공급라인에서 제1압축기 및 제2압축기를 바이패스하는 바이패스라인에 위치된 제어밸브를 개방한 상태로 수소를 가압할 수 있다.In the step of pressurizing hydrogen, hydrogen can be pressurized with the control valve located in the bypass line bypassing the first compressor and the second compressor in the hydrogen supply line until the outlet valve is opened.

수소를 가압하는 단계에서는, 출구밸브를 개방한 이후에는 수소공급라인에서 제1압축기 및 제2압축기를 바이패스하는 바이패스라인에 위치된 제어밸브를 차단하고, 수소 공급 장치의 수소 유량을 기반으로 제1압축기의 회전속도를 제어할 수 있다.In the step of pressurizing the hydrogen, after opening the outlet valve, the control valve located in the bypass line bypassing the first compressor and the second compressor in the hydrogen supply line is blocked, and based on the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device. The rotational speed of the first compressor can be controlled.

제2압축기를 구동하는 단계에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하기 이전에, 제2압축기를 최소 회전속도로 구동하도록 제어하면서 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력의 기설정된 압력 조건을 만족시키도록 제어밸브의 개도를 제어할 수 있다.In the step of driving the second compressor, before the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, while controlling the second compressor to be driven at the minimum rotational speed, the predetermined pressure condition of the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line is satisfied. So that the opening degree of the control valve can be controlled.

제2압축기를 구동하는 단계에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하면, 제어밸브를 차단하도록 제어하면서 수소 공급 장치의 수소 유량을 기반으로 제2압축기의 회전속도를 제어할 수 있다.In the step of driving the second compressor, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, it is possible to control the rotation speed of the second compressor based on the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device while controlling to close the control valve.

제2압축기를 구동하는 단계 이후에, 수소 공급 장치의 수소 유량이 감소하면, 제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of driving the second compressor, if the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device decreases, reducing the rotational speed of the first compressor or the second compressor; may further include a.

제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계에서, 제1압축기 및 제2압축기의 회전속도가 최소 회전속도로 감소되면, 제어밸브를 개방하면서 제2압축기의 회전속도를 증가시키는 단계; 및 제1압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.In the step of reducing the rotational speed of the first compressor or the second compressor, if the rotational speed of the first compressor and the second compressor is reduced to the minimum rotational speed, increasing the rotational speed of the second compressor while opening the control valve; And stopping the driving of the first compressor and reducing the rotational speed of the second compressor while shutting off the control valve.

제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계에서, 제2압축기의 회전속도가 최소 회전속도로 감소되면, 제어밸브를 개방하면서 제1압축기를 구동하는 단계; 및 제2압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제1압축기의 회전속도를 감소시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.In the step of reducing the rotational speed of the second compressor, if the rotational speed of the second compressor is reduced to the minimum rotational speed, driving the first compressor while opening the control valve; And stopping the driving of the second compressor, and reducing the rotational speed of the first compressor while shutting off the control valve.

제2압축기를 구동하는 단계 이후에, 수소 공급 장치의 수소 공급이 중단되면, 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단하면서 제어밸브를 개방하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of driving the second compressor, when the hydrogen supply of the hydrogen supply device is stopped, opening the control valve while closing the outlet valve located between the hydrogen supply line and the fuel cell stack; may further include a.

출구밸브를 차단하면서 제어밸브를 개방하는 단계 이후에, 제1압축기의 구동을 정지한 이후에 제2압축기의 구동을 정지하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of opening the control valve while closing the outlet valve, after stopping the driving of the first compressor, stopping the driving of the second compressor; may further include.

본 발명의 연료전지의 수소 공급 제어방법에 따르면, 병렬로 연결된 복수의 압축기를 선택적으로 구동함에 따라 제어 가능한 수소 유량의 범위를 확장시키는 효과를 갖는다.According to the hydrogen supply control method of the fuel cell of the present invention, it has an effect of expanding a range of controllable hydrogen flow rates by selectively driving a plurality of compressors connected in parallel.

또한, 제1압축기 및 제2압축기의 회전속도와 함께 제어밸브를 제어함으로써 유량 제어의 신속성을 확보하면서 제어 가능한 유량 범위를 더욱 확장시킬 수 있는 효과를 갖는다.In addition, by controlling the control valve together with the rotational speeds of the first compressor and the second compressor, it has an effect that the controllable flow range can be further expanded while securing the speed of flow control.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 공급 장치로부터 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소 공급 제어방법의 순서도이다.
1 illustrates a system for supplying hydrogen from a hydrogen supply device to a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method for controlling hydrogen supply in 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 are 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 to include 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 there may be other components in between. 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 that describe the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

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 수소 공급 장치(10)로부터 연료전지 스택(20)으로 수소를 공급하는 시스템을 도시한 것이다.1 illustrates a system for supplying hydrogen from a hydrogen supply device 10 to a fuel cell stack 20 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 수소 공급 장치(10)는 천연가스, 메탄올, 등유, 경유뿐만 아니라, 석탄, 바이오에탄올 등의 탄화수소 연료로부터 수소 가스를 개질하는 연료 개질기(Fuel Reformer)일 수 있다.Referring to FIG. 1, the hydrogen supply device 10 may be a fuel reformer (Fuel Reformer) that reforms hydrogen gas from hydrocarbon fuels such as coal, bioethanol, as well as natural gas, methanol, kerosene, and diesel.

수소 공급 장치(10)로부터 공급된 수소는 수소공급라인(50)을 따라서 유동되어 연료전지 스택(20)으로 공급될 수 있다. 수소 공급 장치(10)와 연료전지 스택(20) 사이에는 연료전지 스택(20)으로 공급하는 수소의 유량을 즉시 가변할 수 있도록 수소를 저장하는 버퍼 탱크(40, Buffer Tank)가 더 포함될 수 있다.Hydrogen supplied from the hydrogen supply device 10 may flow along the hydrogen supply line 50 and be supplied to the fuel cell stack 20. A buffer tank 40 for storing hydrogen may be further included between the hydrogen supply device 10 and the fuel cell stack 20 to immediately change the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell stack 20. .

수소 공급 장치(10)와 연료전지 스택(20) 사이의 수소공급라인(50)에는 수소 공급 장치(10)로부터 공급된 수소를 압축하는 압축기가 더 포함될 수 있다. 압축기는 허용 유량이 동일하거나 상이한 복수의 압축기가 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 수소 공급 장치(10)로부터 공급된 수소의 유량에 따라 선택적으로 압축기(51,52)가 구동될 수 있다.The hydrogen supply line 50 between the hydrogen supply device 10 and the fuel cell stack 20 may further include a compressor that compresses hydrogen supplied from the hydrogen supply device 10. In the compressor, a plurality of compressors having the same or different allowable flow rates may be connected in parallel. Accordingly, the compressors 51 and 52 may be selectively driven according to the flow rate of hydrogen supplied from the hydrogen supply device 10.

도시한 것과 같이, 압축기(51,52)는 허용 유량이 상대적으로 적은 제1압축기(51)와 제1압축기(51)의 허용 유량과 동일하거나 큰 허용 유량을 갖는 제2압축기(52)가 병렬로 포함될 수 있다. 제1압축기(51)와 제2압축기(52)의 압력 범위는 동일하고 용량만이 상이할 수 있다.As shown in the drawing, the compressors 51 and 52 are parallel to the first compressor 51 having a relatively small allowable flow rate and the second compressor 52 having the same or greater than the allowable flow rate of the first compressor 51. It can be included as The pressure range of the first compressor 51 and the second compressor 52 is the same, and only the capacity may be different.

허용 유량은 각각의 압축기의 회전속도가 최소인 상태에서 유동시키는 최소유량과 최대인 상태에서 유동시키는 최대유량 사이의 범위일 수 있다. 제1압축기(51)의 허용 유량과 제2압축기(52)의 허용 유량은 일부 또는 전부가 중복될 수 있고, 제2압축기(52)는 최대유량이 제1압축기(51)의 최대유량보다 클 수 있다. The permissible flow rate may range between the minimum flow rate flowing at the minimum rotational speed of each compressor and the maximum flow rate flowing at the maximum. The allowable flow rate of the first compressor 51 and the allowable flow rate of the second compressor 52 may partially or entirely overlap, and the second compressor 52 may have a maximum flow rate greater than the maximum flow rate of the first compressor 51. Can be.

제1압축기(51) 및 제2압축기(52)는 수소 공급 장치(10)에서 공급된 수소의 압력과 연료전지 스택(20)에서 요구하는 압력 사이에 차이가 존재하여 수소의 압력을 상승시키기 위하여 요구된다.The first compressor 51 and the second compressor 52 have a difference between the pressure of hydrogen supplied from the hydrogen supply device 10 and the pressure required by the fuel cell stack 20 to increase the pressure of hydrogen. Is required.

제1압축기(51) 및 제2압축기(52)의 회전속도 제어는 정확도는 높으나 제어 가능한 유량의 범위가 상대적으로 좁다. 이에 따라, 복수의 압축기를 병렬로 구성함으로써 회전속도의 제어에 따른 유량 범위가 확장된다The rotation speed control of the first compressor 51 and the second compressor 52 is high in accuracy, but the range of the flow rate that can be controlled is relatively narrow. Accordingly, by configuring a plurality of compressors in parallel, the flow rate range according to the control of the rotational speed is extended.

수소공급라인(50)에는 제1압축기(51) 및 제2압축기(52)를 바이패스하는 바이패스라인(60)이 포함되고, 바이패스라인(60)에는 제어밸브(61)가 위치될 수 있다. 제1압축기(51) 또는 제2압축기(52)에 의해 수소공급라인(50)을 통하여 공급된 수소는 바이패스라인(60)에 의해 다시 제1압축기(51) 또는 제2압축기(52)의 전단으로 역류될 수 있고, 제어밸브(61)는 개폐에 따라 바이패스라인(60)을 따라 역류되는 수소의 유동을 차단하거나 허용할 수 있다.The hydrogen supply line 50 includes a bypass line 60 for bypassing the first compressor 51 and the second compressor 52, and a control valve 61 may be located in the bypass line 60. have. Hydrogen supplied through the hydrogen supply line 50 by the first compressor 51 or the second compressor 52 is again connected to the first compressor 51 or the second compressor 52 by the bypass line 60. It may be reversed to the front end, and the control valve 61 may block or allow the flow of hydrogen to be reversed along the bypass line 60 according to opening and closing.

제어밸브(61)의 경우는 제어 가능한 유량의 범위가 상대적으로 넓고 즉각적으로 반응하여 반응 속도가 높으나 정확도가 낮다. 따라서, 제1압축기(51) 및 제2압축기(52)의 회전속도와 함께 제어밸브(61)를 제어함으로써 유량 제어의 신속성과 제어 가능한 유량 범위를 확장시킬 수 있는 효과를 갖는다.In the case of the control valve 61, the range of the flow rate that can be controlled is relatively wide, and the reaction speed is high by reacting immediately, but the accuracy is low. Accordingly, by controlling the control valve 61 together with the rotational speeds of the first compressor 51 and the second compressor 52, it is possible to extend the speed of flow control and the controllable flow range.

수소공급라인(50)에는 압축기의 전단인 수소 공급 장치(10) 측에 입구밸브(71)가 마련되고, 압축기의 후단인 연료전지 스택(20) 측에 출구밸브(72)가 마련될 수 있다. 입구밸브(71) 및 출구밸브(72)는 수소 공급 장치(10)에서 수소가 공급되지 않는 경우에는 차단된 상태로 유지될 수 있다.The hydrogen supply line 50 may be provided with an inlet valve 71 on the hydrogen supply device 10 side of the compressor, and an outlet valve 72 on the fuel cell stack 20 side of the compressor. . The inlet valve 71 and the outlet valve 72 may remain blocked when hydrogen is not supplied from the hydrogen supply device 10.

또한, 수소공급라인(50)에는 압축기의 전단인 수소 공급 장치(10) 측과 압축기의 후단인 연료전지 스택(20) 측에는 각각 제1압력센서(81) 및 제2압력센서(82)가 마련될 수 있다. 제1압력센서(81)는 압축기 전단의 수소 압력을 측정하고, 제2압력센서(82)는 압축기 후단의 수소 압력을 측정할 수 있다.In addition, the hydrogen supply line 50 is provided with a first pressure sensor 81 and a second pressure sensor 82 respectively on the hydrogen supply device 10, which is the front end of the compressor, and on the fuel cell stack 20, which is the rear end of the compressor. Can be. The first pressure sensor 81 may measure the hydrogen pressure at the front end of the compressor, and the second pressure sensor 82 may measure the hydrogen pressure at the rear end of the compressor.

추가로, 압축기(51, 52)의 전단 또는 후단에 수소의 유량을 측정하는 유량센서(90)가 더 포함될 수 있다. 또한, 압축기 후단에는 수소의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 더 포함될 수 있고, 이에 따라 압축기(51, 52)에 의해 압축된 수소의 온도를 측정하여 수소가 과열되지 않도록 제어할 수 있다.In addition, a flow sensor 90 for measuring the flow rate of hydrogen at the front end or the rear end of the compressors 51 and 52 may be further included. In addition, a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature of hydrogen may be further included in the rear stage of the compressor, and accordingly, the temperature of hydrogen compressed by the compressors 51 and 52 may be measured to control hydrogen from overheating. .

제어기(30)는, 제1압력센서(81), 제2압력센서(82) 및 유량센서(90)와 온도센서(미도시)로부터 측정된 압력, 유량 또는 온도를 전송받아 제1압축기(51), 제2압축기(52) 및 제어밸브(61)의 개도를 제어할 수 있다. 특히, 제어기(30)는 수소 공급 압력을 일정하게 유지한 상태로 수소를 공급하는 연료 개질기의 수소 유량이 가변되는 경우에 연료전지 스택(20) 측으로 수소 공급 압력을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.The controller 30 receives the pressure, flow rate, or temperature measured from the first pressure sensor 81, the second pressure sensor 82, the flow sensor 90, and the temperature sensor (not shown), and the first compressor 51 ), the opening degree of the second compressor 52 and the control valve 61 can be controlled. In particular, the controller 30 may control to maintain a constant hydrogen supply pressure toward the fuel cell stack 20 when the hydrogen flow rate of the fuel reformer that supplies hydrogen is varied while maintaining the hydrogen supply pressure constant. .

구체적인 제어 방법은 아래에서 설명한다.The specific control method will be described below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소 공급 제어방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a method for controlling hydrogen supply in a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 공급 장치로부터 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 수소 공급 장치에서 연료전지 스택으로 연결된 수소공급라인에 위치된 제1압축기를 구동하는 단계(S100); 제1압축기를 구동함에 따라 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족시키도록 수소를 가압하는 단계(S200); 및 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하면(S310), 제1압축기의 허용 유량 이상의 허용 유량을 가지면서 수소공급라인에 제1압축기와 병렬로 연결된 제2압축기를 구동하는 단계(S320);를 포함한다.Referring to FIG. 2, in a method of controlling a system for supplying hydrogen from a hydrogen supply device to a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, a product located in a hydrogen supply line connected to a fuel cell stack from a hydrogen supply device Driving a compressor (S100); Pressing the hydrogen so that the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition as the first compressor is driven (S200); And when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases (S310), driving a second compressor connected in parallel with the first compressor to the hydrogen supply line while having an allowable flow rate equal to or greater than the allowable flow rate of the first compressor (S320); do.

이에 따라, 수소공급라인에 위치된 각각이 병렬로 연결된 제1압축기 및 제2압축기를 수소 공급 장치의 수소 유량에 따라 순차적으로 구동함에 따라 수소 공급 장치의 수소 유량의 가변에 능동적으로 대응하여 허용 유량 범위가 확대되는 효과를 갖는다. 또한, 압축기를 선택적으로 구동함에 따라 압축기에서 소모하는 전력이 감소되는 효과를 갖는다.Accordingly, as each of the first compressors and the second compressors positioned in parallel in the hydrogen supply line is sequentially driven according to the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device, the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device is actively responded to the allowable flow rate. It has the effect of expanding the range. Also, as the compressor is selectively driven, power consumed by the compressor is reduced.

수소 공급 장치는, 수소 공급 압력을 일정하게 유지한 상태로 수소를 공급하는 연료 개질기일 수 있다. 즉, 수소 공급 장치는 수소 공급 압력은 일정한 상태로 수소 유량만이 가변되어 공급된다.The hydrogen supply device may be a fuel reformer that supplies hydrogen in a state where the hydrogen supply pressure is kept constant. That is, the hydrogen supply device is supplied with a constant hydrogen supply pressure and only the hydrogen flow rate is varied.

수소 공급 장치에서 수소를 공급하기 시작하는 초기의 경우 상대적으로 허용 유량이 적은 제1압축기를 먼저 구동시킬 수 있다.In the case of the initial supply of hydrogen from the hydrogen supply device, the first compressor having a relatively small allowable flow rate may be driven first.

구체적으로, 제1압축기를 구동하는 단계(S100)에서는, 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단한 상태로 제1압축기를 구동할 수 있다. 수소공급라인의 수소 압력이 연료전지 스택에서 요구되는 수소 압력을 만족하지 못하므로 출구밸브를 차단하여 연료전지 스택으로 수소를 공급하지 않는 상태로 제1압축기를 구동시킬 수 있다. 제1압축기는 최소 회전속도로 구동시키기 시작하고 서서히 회전속도를 증가시키도록 제어할 수 있다.Specifically, in step S100 of driving the first compressor, the first compressor may be driven with the outlet valve positioned between the hydrogen supply line and the fuel cell stack blocked. Since the hydrogen pressure in the hydrogen supply line does not satisfy the hydrogen pressure required in the fuel cell stack, the outlet valve may be blocked to drive the first compressor without supplying hydrogen to the fuel cell stack. The first compressor may be controlled to start driving at the minimum rotational speed and gradually increase the rotational speed.

수소를 가압하는 단계(S200)에서는, 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족하도록 수소가 가압되면 출구밸브를 개방할 수 있다. 즉, 제1압축기가 충분히 구동되지 않아 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족하지 못하는 경우에는 출구밸브를 개방하지 않은 상태로 수소를 가압할 수 있다.In the step of pressurizing hydrogen (S200), when hydrogen is pressurized such that the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition, the outlet valve may be opened. That is, when the first compressor is not sufficiently driven and the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line does not satisfy a predetermined pressure condition, hydrogen may be pressurized without opening the outlet valve.

수소를 가압하는 단계(S200)에서는, 출구밸브를 개방하기 전까지 수소공급라인에서 제1압축기 및 제2압축기를 바이패스하는 바이패스라인에 위치된 제어밸브를 개방한 상태로 수소를 가압할 수 있다.In the step of pressurizing hydrogen (S200), hydrogen can be pressurized with the control valve located in the bypass line bypassing the first compressor and the second compressor in the hydrogen supply line until the outlet valve is opened. .

출구밸브를 개방하기 전까지는 제1압축기의 후단에서 연료전지 스택으로 수소가 공급되지 못하기 때문에 제1압축기의 후단의 수소는 바이패스라인을 통하여 다시 제1압축기의 전단으로 유동되도록 제어밸브는 개방될 수 있다. 이에 따라, 수소공급라인과 바이패스라인을 통하여 수소는 순환될 수 있다.Since the hydrogen cannot be supplied from the rear end of the first compressor to the fuel cell stack until the outlet valve is opened, the control valve is opened so that the hydrogen at the rear end of the first compressor flows back through the bypass line to the front end of the first compressor. Can be. Accordingly, hydrogen can be circulated through the hydrogen supply line and the bypass line.

수소를 가압하는 단계(S200)에서는, 출구밸브를 개방한 이후에는 수소공급라인에서 제1압축기 및 제2압축기를 바이패스하는 바이패스라인에 위치된 제어밸브를 차단하고, 수소 공급 장치의 수소 유량을 기반으로 제1압축기의 회전속도를 제어할 수 있다.In the step of pressurizing hydrogen (S200), after opening the outlet valve, the control valve located in the bypass line bypassing the first compressor and the second compressor in the hydrogen supply line is blocked, and the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device. Based on the can control the rotational speed of the first compressor.

출구밸브를 개방하면, 수소공급라인의 수소가 연료전지 스택 측으로 배출된다. 즉, 바이패스라인을 통하여 수소를 다시 제1압축기 전단으로 역류시킬 필요가 없기 때문에 바이패스라인의 제어밸브를 차단하도록 개도를 제어할 수 있다. When the outlet valve is opened, hydrogen from the hydrogen supply line is discharged to the fuel cell stack side. That is, since the hydrogen does not need to flow back to the front end of the first compressor through the bypass line, the opening degree can be controlled to shut off the control valve of the bypass line.

동시에, 제1압축기의 회전속도를 수소 공급 장치의 수소 유량에 따라 제어할 수 있다. 제1압축기의 회전속도는 수소 유량이 증가할수록 증가하도록 제어할 수 있다. 특히, 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족시킨 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.At the same time, the rotational speed of the first compressor can be controlled according to the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device. The rotation speed of the first compressor can be controlled to increase as the hydrogen flow rate increases. In particular, it is possible to control so that the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition.

제2압축기를 구동하는 단계(S320) 이전에, 제2압축기의 구동이 필요한지 여부를 판단하는 단계(S310)를 더 포함할 수 있다. 제2압축기의 구동이 필요한지 여부를 판단하는 단계에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 제1압축기의 허용 유량을 초과하는 경우에는 제2압축기를 추가로 구동할 수 있다.Before the step of driving the second compressor (S320), it may further include the step of determining whether the driving of the second compressor (S310). In the step of determining whether driving of the second compressor is required, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device exceeds the allowable flow rate of the first compressor, the second compressor may be additionally driven.

제2압축기를 구동하는 단계(S320)에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하기 이전에, 제2압축기를 최소 회전속도로 구동하도록 제어하면서 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족시키도록 제어밸브의 개도를 제어할 수 있다.In the step of driving the second compressor (S320), before the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device is increased, while controlling the second compressor to be driven at the minimum rotational speed, a pressure condition in which the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line is preset. The opening degree of the control valve can be controlled to satisfy.

수소 공급 장치의 수소 유량이 증가할 것으로 예상되면 제2압축기를 구동하기 시작할 수 있다. 먼저, 제2압축기를 최소 회전속도로 구동하도록 제어할 수 있다. 또한, 동시에 차단된 상태의 제어밸브를 개방하여 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족된 상태가 유지되도록 제어밸브의 개도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 수소 공급 장치의 수소 유량 증가를 대비할 수 있다.If the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device is expected to increase, the second compressor can be started. First, it can be controlled to drive the second compressor at the minimum rotational speed. In addition, by opening the control valve in the blocked state at the same time, it is possible to control the opening degree of the control valve so that the pressure at the front end or the rear end of the hydrogen supply line is satisfied with a predetermined pressure condition. Accordingly, an increase in the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device can be prepared.

또한, 제2압축기를 구동하는 단계(S320)에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하면, 제어밸브를 차단하도록 제어하면서 수소 공급 장치의 수소 유량을 기반으로 제2압축기의 회전속도를 제어할 수 있다.In addition, in the step S320 of driving the second compressor, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, the rotation speed of the second compressor can be controlled based on the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device while controlling to shut off the control valve. have.

즉, 수소 공급 장치의 수소 유량이 서서히 증가함에 따라 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족된 상태가 유지되도록 제어밸브를 서서히 차단하도록 제어할 수 있다. 동시에, 제2압축기의 회전속도는 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가함에 따라 증가되도록 제어할 수 있다.That is, as the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device gradually increases, it is possible to control the control valve to be gradually blocked so that the pressure at the front end or the rear end of the hydrogen supply line maintains a predetermined pressure condition. At the same time, the rotation speed of the second compressor can be controlled to increase as the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases.

반대로, 수소 공급 장치의 수소 유량이 감소하면, 제1압축기 및 제2압축기의 회전속도를 감소하도록 제어할 수 있다.Conversely, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device decreases, the rotation speeds of the first compressor and the second compressor can be controlled to decrease.

즉, 제2압축기를 구동하는 단계(S320) 이후에, 수소 공급 장치의 수소 유량이 감소하면, 제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계(S400);를 더 포함할 수 있다.That is, after the step S320 of driving the second compressor, if the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device decreases, the step of reducing the rotational speed of the first compressor or the second compressor (S400); may further include a.

구체적으로, 수소 유량의 감소량이 상대적으로 작은 경우에는 제1압축기의 회전속도를 감소시키고, 수소 유량의 감소량이 상대적으로 큰 경우에는 제2압축기의 회전속도를 감소시킬 수 있다. 특히, 수소 유량의 감소량이 상대적으로 더 큰 경우에는 제1압축기와 제2압축기의 회전속도를 모두 감소시킬 수 있다. 제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도는 각각의 최소 회전속도까지 감소시킬 수 있다.Specifically, when the amount of decrease in the hydrogen flow rate is relatively small, the rotational speed of the first compressor may be reduced, and when the amount of hydrogen flow reduction is relatively large, the rotational speed of the second compressor may be reduced. In particular, when the reduction amount of the hydrogen flow rate is relatively larger, it is possible to reduce both the rotational speed of the first compressor and the second compressor. The rotational speed of the first compressor or the second compressor can be reduced to the respective minimum rotational speed.

제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계(S400)에서, 제1압축기 및 제2압축기의 회전속도가 최소 회전속도로 감소되면(S510), 제어밸브를 개방하면서 제2압축기의 회전속도를 증가시키는 단계(S520); 및 제1압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계(S530);를 더 포함할 수 있다.In the step (S400) of reducing the rotational speed of the first compressor or the second compressor, when the rotational speeds of the first compressor and the second compressor are reduced to the minimum rotational speed (S510), the rotation of the second compressor while opening the control valve Increasing the speed (S520); And stopping the driving of the first compressor and reducing the rotation speed of the second compressor while blocking the control valve (S530).

즉, 수소 공급 장치의 수소 유량이 제1압축기 및 제2압축기의 회전속도가 모두 최소 회전속도인 상태에서의 제1압축기 및 제2압축기의 유량보다 작아진 경우에는 제1압축기와 제2압축기 중 적어도 어느 하나는 구동을 정지시키도록 제어할 수 있다.That is, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device is smaller than the flow rates of the first compressor and the second compressor in a state in which the rotational speeds of the first compressor and the second compressor are both the minimum rotational speed, among the first compressor and the second compressor At least one can be controlled to stop driving.

구체적으로, 제1압축기의 구동을 정지하기 이전에(S530), 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족된 상태가 유지되도록 제어밸브를 개방하면서 제2압축기의 회전속도를 증가시킬 수 있다(S520). 제2압축기의 회전속도 증가량은 제1압축기의 최소 회전속도에 따른 유량을 더 배출하도록 설정될 수 있다.Specifically, before stopping the operation of the first compressor (S530), the rotational speed of the second compressor is opened while the control valve is opened to maintain a condition in which the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition. It can be increased (S520). The amount of increase in the rotational speed of the second compressor may be set to further discharge the flow rate according to the minimum rotational speed of the first compressor.

이후에, 제1압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제2압축기의 회전속도를 감소시킬 수 있다(S530). 제1압축기의 구동을 정지한 후, 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족된 상태를 유지하면서 제어밸브를 서서히 차단하고 동시에 제2압축기의 회전속도를 서서히 감소시킬 수 있다. 제2압축기의 회전속도는 수소 공급 장치의 수소 유량에 따라 제어될 수 있다.Thereafter, the driving of the first compressor may be stopped, and the rotation speed of the second compressor may be reduced while the control valve is blocked (S530). After stopping the operation of the first compressor, the control valve can be gradually blocked while maintaining the condition in which the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition, and at the same time, the rotation speed of the second compressor can be gradually reduced. . The rotation speed of the second compressor can be controlled according to the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device.

제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계(S530)에서, 제2압축기의 회전속도가 최소 회전속도로 감소되면(S610), 제어밸브를 개방하면서 제1압축기를 구동하는 단계(S620); 및 제2압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제1압축기의 회전속도를 감소시키는 단계(S630);를 더 포함할 수 있다.In the step of reducing the rotational speed of the second compressor (S530), when the rotational speed of the second compressor is reduced to the minimum rotational speed (S610), driving the first compressor while opening the control valve (S620); And stopping the driving of the second compressor and reducing the rotational speed of the first compressor while blocking the control valve (S630).

제1압축기의 구동을 정지한 이후에 제2압축기만을 구동하는 상태에서는 수소 공급 장치의 수소 유량에 따라 제2압축기의 회전속도를 제어할 수 있다. 다만, 수소 공급 장치의 수소 유량이 제2압축기의 회전속도를 최소 회전속도로 감소시킨 상태에서의 유량보다 작아진 경우에는 제2압축기 대신 허용 유량이 상대적으로 적은 제1압축기만을 구동하도록 제어할 수 있다.In the state in which only the second compressor is driven after stopping the driving of the first compressor, the rotational speed of the second compressor can be controlled according to the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device. However, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device is smaller than the flow rate in a state in which the rotation speed of the second compressor is reduced to the minimum rotation speed, it can be controlled to drive only the first compressor having a relatively small allowable flow rate instead of the second compressor. have.

구체적으로, 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족된 상태가 유지되도록 제어밸브를 개방하면서 제1압축기를 구동시킬 수 있다. 여기서, 제2압축기의 최소 회전속도에서의 유량 이상의 유량을 압축하도록 제1압축기의 회전속도를 제어할 수 있다.Specifically, the first compressor may be driven while the control valve is opened so that a state in which the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition. Here, the rotation speed of the first compressor can be controlled to compress the flow rate equal to or greater than the flow rate at the minimum rotation speed of the second compressor.

제1압축기의 구동이 완료되면(S620), 제2압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제1압축기의 회전속도를 제어할 수 있다. 제어밸브를 서서히 차단하면서 제1압축기의 회전속도를 감소시키도록 제어할 수 있다(S630). 제1압축기의 회전속도는 수소 공급 장치의 수소 유량에 따라 제어될 수 있다.When the driving of the first compressor is completed (S620), the driving of the second compressor is stopped and the rotation speed of the first compressor can be controlled while the control valve is blocked. It can be controlled to reduce the rotational speed of the first compressor while gradually closing the control valve (S630). The rotation speed of the first compressor can be controlled according to the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device.

제2압축기를 구동하는 단계(S320) 이후에, 수소 공급 장치의 수소 공급이 중단되면(S710), 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단하면서 제어밸브를 개방하는 단계(S720);를 더 포함할 수 있다.After the step of driving the second compressor (S320), when the hydrogen supply of the hydrogen supply device is stopped (S710), opening the control valve while blocking the outlet valve located between the hydrogen supply line and the fuel cell stack (S720) ); may be further included.

수소 공급 장치의 수소 공급이 급격하게 중단된 경우에는 긴급하게 수소를 공급하는 압력을 제어해야 한다. 이에 따라, 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단할 수 있다. 제1압축기와 제2압축기의 구동은 즉시 종료될 수 없는 점에서, 수소 공급 장치로부터 수소가 갑자기 중단된 경우, 출구밸브부터 차단할 수 있다. When the hydrogen supply of the hydrogen supply device is suddenly stopped, it is necessary to urgently control the pressure for supplying hydrogen. Accordingly, the outlet valve located between the hydrogen supply line and the fuel cell stack can be shut off. Since the driving of the first compressor and the second compressor cannot be immediately terminated, when hydrogen is suddenly stopped from the hydrogen supply device, the outlet valve can be shut off.

또한, 동시에 제어밸브를 개방하여 바이패스라인으로 수소의 역류를 허용함으로써 제1압축기 및 제2압축기의 구동을 정지할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. In addition, by simultaneously opening the control valve and allowing the reverse flow of hydrogen to the bypass line, it is possible to secure a time to stop the operation of the first compressor and the second compressor.

출구밸브를 차단하면서 제어밸브를 개방하는 단계(S720) 이후에, 제1압축기의 구동을 정지한 이후에 제2압축기의 구동을 정지하는 단계(S730);를 더 포함할 수 있다. 즉, 초기 구동시와 반대로, 상대적으로 허용 유량이 작은 제1압축기를 먼저 정지하고, 이후에 제2압축기를 정지할 수 있다. 이에 따라, 다시 수소 공급 장치의 수소 공급이 재개되는 경우에 신속하게 연료전지 스택으로 다시 수소를 공급하도록 제어할 수 있는 효과를 갖는다.After the step of opening the control valve while blocking the outlet valve (S720), after stopping the operation of the first compressor (S730) to stop the operation of the second compressor; may further include. That is, as opposed to the initial driving, the first compressor having a relatively small allowable flow rate may be stopped first, and then the second compressor may be stopped. Accordingly, when the hydrogen supply of the hydrogen supply device is resumed, it is possible to control the supply of hydrogen back to the fuel cell stack quickly.

수소 공급 장치의 수소 공급이 완전히 차단되면, 제1압축기 및 제2압축기의 구동을 정지시킨 후, 입구밸브 또한 차단하도록 제어할 수 있다.When the hydrogen supply of the hydrogen supply device is completely blocked, after the operation of the first compressor and the second compressor is stopped, the inlet valve may also be controlled to be blocked.

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 : 수소 공급 장치 20 : 연료전지 스택
30 : 제어기 40 : 버퍼 탱크
50 : 수소공급라인
51 : 제1압축기 52 : 제2압축기
60 : 바이패스라인 61 : 제어밸브
71 : 입구밸브 72 : 출구밸브
81 : 제1압력센서 82 : 제2압력센서
90 : 유량센서
10: hydrogen supply device 20: fuel cell stack
30: controller 40: buffer tank
50: hydrogen supply line
51: first compressor 52: second compressor
60: bypass line 61: control valve
71: inlet valve 72: outlet valve
81: first pressure sensor 82: second pressure sensor
90: flow sensor

Claims (12)

수소 공급 장치로부터 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
수소 공급 장치에서 연료전지 스택으로 연결된 수소공급라인에 위치된 제1압축기를 구동하는 단계;
제1압축기를 구동함에 따라 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력이 기설정된 압력 조건을 만족시키도록 수소를 가압하는 단계; 및
수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하면, 제1압축기의 허용 유량 이상의 허용 유량을 가지면서 수소공급라인에 제1압축기와 병렬로 연결된 제2압축기를 구동하는 단계;를 포함하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
A method of controlling a system for supplying hydrogen from a hydrogen supply device to a fuel cell stack,
Driving a first compressor located in a hydrogen supply line connected to a fuel cell stack from a hydrogen supply device;
Pressurizing hydrogen such that the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line satisfies a predetermined pressure condition as the first compressor is driven; And
When the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, driving a second compressor connected to the hydrogen supply line in parallel with the first compressor while having an allowable flow rate greater than or equal to the allowable flow rate of the first compressor; Way.
청구항 1에 있어서,
수소 공급 장치는, 수소 공급 압력을 일정하게 유지한 상태로 수소를 공급하는 연료 개질기인 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 1,
The hydrogen supply device is a fuel reformer for supplying hydrogen in a state where the hydrogen supply pressure is kept constant, and the hydrogen supply control method of the fuel cell.
청구항 1에 있어서,
제1압축기를 구동하는 단계에서는, 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단한 상태로 제1압축기를 구동하고,
수소를 가압하는 단계에서는, 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력의 기설정된 압력 조건을 만족하도록 수소가 가압되면 출구밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of driving the first compressor, the first compressor is driven while the outlet valve located between the hydrogen supply line and the fuel cell stack is blocked,
In the step of pressurizing hydrogen, when the hydrogen is pressurized to satisfy a predetermined pressure condition of a front pressure or a rear pressure of the hydrogen supply line, the outlet valve is opened.
청구항 3에 있어서,
수소를 가압하는 단계에서는, 출구밸브를 개방하기 전까지 수소공급라인에서 제1압축기 및 제2압축기를 바이패스하는 바이패스라인에 위치된 제어밸브를 개방한 상태로 수소를 가압하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 3,
In the step of pressurizing hydrogen, fuel characterized by pressurizing hydrogen with the control valve located in the bypass line bypassing the first compressor and the second compressor in the hydrogen supply line until the outlet valve is opened. Method for controlling hydrogen supply of battery.
청구항 3에 있어서,
수소를 가압하는 단계에서는, 출구밸브를 개방한 이후에는 수소공급라인에서 제1압축기 및 제2압축기를 바이패스하는 바이패스라인에 위치된 제어밸브를 차단하고, 수소 공급 장치의 수소 유량을 기반으로 제1압축기의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 3,
In the step of pressurizing the hydrogen, after opening the outlet valve, the control valve located in the bypass line bypassing the first compressor and the second compressor in the hydrogen supply line is blocked, and based on the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device. A control method for supplying hydrogen to a fuel cell, characterized by controlling the rotational speed of the first compressor.
청구항 1에 있어서,
제2압축기를 구동하는 단계에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하기 이전에, 제2압축기를 최소 회전속도로 구동하도록 제어하면서 수소공급라인의 전단 압력 또는 후단 압력의 기설정된 압력 조건을 만족시키도록 제어밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of driving the second compressor, before the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, while controlling the second compressor to be driven at the minimum rotational speed, the predetermined pressure condition of the front pressure or the rear pressure of the hydrogen supply line is satisfied. Hydrogen supply control method of the fuel cell, characterized in that to control the opening degree of the control valve.
청구항 6에 있어서,
제2압축기를 구동하는 단계에서는, 수소 공급 장치의 수소 유량이 증가하면, 제어밸브를 차단하도록 제어하면서 수소 공급 장치의 수소 유량을 기반으로 제2압축기의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 6,
In the step of driving the second compressor, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device increases, the fuel cell is characterized in that the control of the control valve to be blocked while controlling the rotation speed of the second compressor based on the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device. Hydrogen supply control method.
청구항 1에 있어서,
제2압축기를 구동하는 단계 이후에, 수소 공급 장치의 수소 유량이 감소하면, 제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 1,
After the step of driving the second compressor, when the hydrogen flow rate of the hydrogen supply device decreases, the step of reducing the rotational speed of the first compressor or the second compressor; further comprising a method for controlling hydrogen supply of a fuel cell .
청구항 8에 있어서,
제1압축기 또는 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계에서, 제1압축기 및 제2압축기의 회전속도가 최소 회전속도로 감소되면,
제어밸브를 개방하면서 제2압축기의 회전속도를 증가시키는 단계; 및
제1압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 8,
In the step of reducing the rotational speed of the first compressor or the second compressor, if the rotational speed of the first compressor and the second compressor is reduced to the minimum rotational speed,
Increasing the rotational speed of the second compressor while opening the control valve; And
And stopping the driving of the first compressor and reducing the rotational speed of the second compressor while shutting off the control valve.
청구항 9에 있어서,
제2압축기의 회전속도를 감소시키는 단계에서, 제2압축기의 회전속도가 최소 회전속도로 감소되면,
제어밸브를 개방하면서 제1압축기를 구동하는 단계; 및
제2압축기의 구동을 정지하고, 제어밸브를 차단하면서 제1압축기의 회전속도를 감소시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 9,
In the step of reducing the rotational speed of the second compressor, if the rotational speed of the second compressor is reduced to the minimum rotational speed,
Driving the first compressor while opening the control valve; And
And stopping the driving of the second compressor and reducing the rotational speed of the first compressor while blocking the control valve.
청구항 1에 있어서,
제2압축기를 구동하는 단계 이후에, 수소 공급 장치의 수소 공급이 중단되면, 수소공급라인과 연료전지 스택 사이에 위치된 출구밸브를 차단하면서 제어밸브를 개방하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 1,
After the step of driving the second compressor, when the hydrogen supply of the hydrogen supply device is stopped, opening the control valve while blocking the outlet valve located between the hydrogen supply line and the fuel cell stack; characterized in that it further comprises a A method for controlling hydrogen supply in a fuel cell.
청구항 11에 있어서,
출구밸브를 차단하면서 제어밸브를 개방하는 단계 이후에, 제1압축기의 구동을 정지한 이후에 제2압축기의 구동을 정지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소 공급 제어방법.
The method according to claim 11,
After the step of opening the control valve while closing the outlet valve, stopping the operation of the second compressor after stopping the operation of the first compressor; hydrogen supply control method of a fuel cell further comprising a.
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