KR20210056027A - System and method for controlling temperature of fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 수소 전기차에 사용되는 연료 전지 스택으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 열전 장치에 의해 전기를 발생시켜서 배터리 및 슈퍼콘덴서에 충전시키고 이들 배터리 및 슈퍼콘덴서에 충전된 전력을 선택적으로 방전시켜 온도 조절 장치를 작동시켜서 연료 전지 스택의 온도를 적정한 온도로 유지시키는, 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for controlling a temperature of a fuel cell stack, and in particular, by using waste heat generated from a fuel cell stack used in a hydrogen electric vehicle, electricity is generated by a thermoelectric device to be charged in a battery and a super capacitor, and these batteries And a temperature control system of a fuel cell stack and a method thereof, in which the temperature of the fuel cell stack is maintained at an appropriate temperature by operating a temperature control device by selectively discharging electric power charged in a supercondenser.
통상, 연료전지는 산소와 수소의 전기화학 반응을 이용해 연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전 장치이다. 연료가 외부에서 지속적으로 공급될 수만 있다면 계속해서 전기를 발생시킬 수 있고 에너지 전환 효율도 화석에너지와 크게 다르지 않다. 오히려 크기가 작아도 높은 에너지 효율을 기대할 수 있다. In general, a fuel cell is a power generation device that converts chemical energy of a fuel into electrical energy using an electrochemical reaction of oxygen and hydrogen. If fuel can be supplied continuously from outside, it can continuously generate electricity, and energy conversion efficiency is not much different from fossil energy. Rather, even if the size is small, high energy efficiency can be expected.
수소 연료 전지는 내연기관이 아닌, 수소를 연료로 사용하는 연료 전지를 이용해 모터를 가동한다. 수소 연료 전지의 원리는 먼저 안전한 수소탱크에 보관된 수소가 수소 공급 시스템에 의해 고압 상태에서 저압 상태로 바뀌어 연료 전지 스택으로 이동한다. 차량 전방에서 빨아들인 공기는 고성능 공기필터를 통과해 순수한 산소로 변한 뒤 연료 전지 스택에서 수소와 결합해 폭발을 일으킨다. 이때 발생하는 전기에너지가 배터리 시스템으로 이동해 자동차를 달릴 수 있게 하는 것입니다. The hydrogen fuel cell operates a motor using a fuel cell that uses hydrogen as fuel, not an internal combustion engine. The principle of a hydrogen fuel cell is that hydrogen stored in a safe hydrogen tank is first changed from a high pressure state to a low pressure state by a hydrogen supply system and moves to the fuel cell stack. The air sucked in from the front of the vehicle passes through a high-performance air filter, turns into pure oxygen, and then combines with hydrogen in the fuel cell stack to cause an explosion. The electric energy generated at this time is transferred to the battery system so that the car can run.
연료 전지는 온도가 낮으면 수분이 응결되어 전극을 침수시키고, 물질 전달 저항이 증가하게 되어 연료 전지 스택의 출력 전압이 감소하게 된다. 한편, 온도가 높으면 탈수로 인해 양성자 교환막에서 돌이킬 수 없는 손상을 초래하게 되므로 연료 전지 스택을 적정한 온도로 유지하는 것이 중요하다.In the fuel cell, when the temperature is low, moisture condenses to immerse the electrode, and mass transfer resistance increases, so that the output voltage of the fuel cell stack decreases. On the other hand, if the temperature is high, irreversible damage to the proton exchange membrane is caused due to dehydration, so it is important to maintain the fuel cell stack at an appropriate temperature.
국내 특허 공개 2013-0028223호 공보(이하, 선행기술이라 함)에는 통합형 라디에이터를 사용하고 수냉식 열교환기를 적용함으로써 차량 전방의 공기유동 장애요소를 최소화하여 쿨링 모듈의 크기를 축소 및 단순화시킬 수 있고 쿨링팬의 용량을 최적화할 수 있는 연료전지 차량용 냉각장치가 개시되어 있다.In Korean Patent Publication No. 2013-0028223 (hereinafter referred to as prior art), by using an integrated radiator and applying a water-cooled heat exchanger, it is possible to reduce and simplify the size of the cooling module by minimizing airflow obstacles in the front of the vehicle. A fuel cell vehicle cooling system capable of optimizing the capacity of a fuel cell vehicle is disclosed.
그러나 선행기술은 통합형 라디에이터에 냉각수를 유동시키는 방식이므로 전체적으로 부피가 크고 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받아 동작하므로 효율적인 에너지 관리가 이루어지지 않는 다는 문제점이 있었다. However, since the prior art is a method of flowing coolant to an integrated radiator, the overall volume is large and there is a problem that efficient energy management is not achieved because it operates by receiving power from a power supply device.
따라서 연료 전지 스택에서 항상 발생되는 폐열을 이용하여 발전시켜 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템에 이용함으로써 에너지의 효율을 향상시킬 필요성이 있었다.Accordingly, there has been a need to improve energy efficiency by using waste heat that is always generated from the fuel cell stack to generate electricity and use it for a temperature control system of the fuel cell stack.
따라서 본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 설치 부피가 작고 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는, 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a temperature control system for a fuel cell stack and a method thereof, which has a small installation volume and can improve energy use efficiency.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템은 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절 장치; 상기 연료 전지 스택으로부터 발생된 열을 이용하여 전기를 발생시키도록 구성된 열전 장치; 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하도록 구성된 배터리; 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하며 상기 배터리에 비해 보다 높은 전력을 공급하도록 구성된 슈퍼콘덴서; 상기 연료 전지 스택의 온도를 감지하도록 구성된 연료 전지 스택 온도 감지부; 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 감지하도록 구성된 온도 조절 장치 필요 전력 감지부; 감지된 상기 연료 전지 스택의 온도를 설정 온도 범위와 비교하거나 감지된 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 설정 전력과 비교하여 열전 발전 모드 및 연료 전지 스택 온도 조절 모드 중 어느 하나를 결정하여 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부; 상기 제어부로부터 연료 전지 스택 온도 조절 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서 중 하나 이상에 충전된 전력을 상기 온도 조절 장치에 제공하여 구동시킴으로써 상기 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 설정된 온도 범위를 유지하도록 하는 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부; 및 상기 제어부로부터 열전 발전 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서에 충전시키도록 구성된 열전 발전 모드 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a temperature control system of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes: a temperature control device configured to control the temperature by cooling or heating the fuel cell stack; A thermoelectric device configured to generate electricity using heat generated from the fuel cell stack; A battery configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device; A super capacitor configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device and supply higher power than the battery; A fuel cell stack temperature sensing unit configured to sense a temperature of the fuel cell stack; A temperature control device required power detection unit configured to sense power required for driving the temperature control device; Compares the detected temperature of the fuel cell stack with a set temperature range or compares the detected power required for driving the temperature control device with a set power to determine and control one of a thermoelectric power generation mode and a fuel cell stack temperature control mode A control unit configured to output a signal; When the fuel cell stack temperature control mode is determined from the control unit, a control signal is applied and operated to provide and drive power charged in at least one of the battery and the super capacitor to the temperature control device, thereby cooling or heating the fuel cell stack. A fuel cell stack temperature control mode control unit configured to maintain a set temperature range; And a thermoelectric power generation mode control unit configured to operate by receiving a control signal when the thermoelectric power generation mode is determined by the control unit to charge electricity generated from the thermoelectric device in the battery and the super capacitor.
상기 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템은 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작을 경우 알람신호를 발생하도록 구성된 알람 장치를 더 포함할 수 있다.The temperature control system of the fuel cell stack according to the embodiment may further include an alarm device configured to generate an alarm signal when the power of the battery and the supercondenser is less than a set minimum power.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법은 연료 전지 스택 온도 감지부에 의해 상기 연료 전지 스택의 온도가 감지되는 단계(S100); 온도 조절 장치 필요 전력 감지부에 의해 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 감지되는 단계(S200); 제어부가 감지된 상기 연료 전지 스택의 온도가 설정 온도 범위 내인지 또는 감지된 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하 인지의 여부를 결정하는 단계(S300); 상기 단계(S300)에서 상기 연료 전지 스택의 온도가 설정 온도 범위 내이거나 또는 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하이면, 상기 제어부는 열전 발전 모드 제어부에 제어신호를 출력하여 열전 발전 모드를 진행시키는 단계(S400); 및 상기 단계(S300)에서 상기 연료 전지 스택의 온도가 상기 설정 온도 범위를 벗어나거나 또는 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 상기 설정 전력보다 크면, 상기 제어부가 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 제어신호를 출력하여 연료 전지 스택 온도 조절 모드를 진행시키는 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention includes the steps of sensing a temperature of the fuel cell stack by a fuel cell stack temperature sensing unit (S100); The step of detecting the power required for driving the temperature control device by the power required for the temperature control device sensing unit (S200); Determining, by the controller, whether the detected temperature of the fuel cell stack is within a set temperature range or whether the sensed power required for driving the temperature control device is less than or equal to a set power (S300); When the temperature of the fuel cell stack in the step (S300) is within the set temperature range or the power required to drive the temperature control device is less than or equal to the set power, the control unit outputs a control signal to the thermoelectric power generation mode control unit to generate thermoelectric power. Step of proceeding the mode (S400); And when the temperature of the fuel cell stack in the step (S300) is out of the set temperature range or the power required to drive the temperature control device is greater than the set power, the control unit is directed to the fuel cell stack temperature control mode control unit. And outputting a control signal to proceed with the fuel cell stack temperature control mode (S500).
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 열전 발전 모드 진행 단계(S400)는 열전 장치가 작동하여 상기 연료 전지 스택으로부터 발생되는 열을 이용하여 전기를 발생시키는 단계(S410); 상기 열전 장치에 의해 발생된 전기가 슈퍼콘덴서에 충전되는 단계(S420); 상기 열전 발전 모드 제어부에 의해 상기 슈퍼콘덴서가 완 충전되는 지의 여부가 결정되는 단계(S430); 및 상기 수퍼콘덴서가 완 충전되면 상기 배터리가 충전되는 단계(S440);를 포함하며, 상기 슈퍼콘덴서가 완 충전되지 않으면 상기 슈퍼콘덴서 충전 단계(S420)로 진행될 수 있다.In the method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to another embodiment, the thermoelectric power generation mode proceeding step (S400) is a step of generating electricity using heat generated from the fuel cell stack by operating the thermoelectric device (S410). ; Charging the electricity generated by the thermoelectric device in a super capacitor (S420); Determining whether the super capacitor is fully charged by the thermoelectric power generation mode control unit (S430); And charging the battery when the super capacitor is fully charged (S440 ), and if the super capacitor is not fully charged, the super capacitor charging step (S420) may be performed.
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 진행 단계(S500)는 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 온도 조절 장치의 필요 전력이 배터리의 최대 방전 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S510); 상기 온도 조절 장치의 필요 전력이 상기 배터리의 최대 방전 전력보다 작으면, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 상기 배터리의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S520); 상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력보다 작으면, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S530); 및 상기 슈퍼콘덴서의 전력이 상기 설정된 최소 전력보다 작으면, 알람 장치가 작동되는 단계(S540);를 포함할 수 있다.In the method for controlling the temperature of the fuel cell stack according to the other embodiment, in the step of proceeding the fuel cell stack temperature control mode (S500), the required power of the temperature control device is the maximum discharge of the battery by the fuel cell stack temperature control mode control unit. Determining whether it is less than power (S510); If the required power of the temperature control device is less than the maximum discharge power of the battery, determining whether the power of the battery is less than a set minimum power by the fuel cell stack temperature control mode control unit (S520); If the power of the battery is less than the set minimum power, determining whether the power of the super capacitor is less than the set minimum power by the fuel cell stack temperature control mode control unit (S530); And operating an alarm device (S540) when the power of the super capacitor is less than the set minimum power.
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 단계(S520)에서 상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력 이상일 경우 상기 배터리가 방전되는 단계(S550); 및 상기 배터리로부터 방전된 전력이 상기 온도 조절 장치에 인가되어 작동됨으로써 상기 연료 전지 스택을 설정된 온도 범위로 유지시키는 단계(S560);를 포함할 수 있다.In the method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to another embodiment, the step of discharging the battery when the power of the battery is equal to or greater than the set minimum power in the step (S520) (S550); And maintaining the fuel cell stack in a set temperature range by applying power discharged from the battery to the temperature control device and operating it (S560).
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 단계(S530)에서 상기 슈퍼콘덴서의 전력이 상기 설정된 최소 전력이상일 경우, 상기 슈퍼콘덴서가 방전되는 단계(S570)를 더 포함하고, 상기 슈퍼콘덴서 방전 단계(S570) 후, 상기 연료 전지 스택의 설정된 온도 범위 유지 단계(S560)로 진행될 수 있다.In the method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to the other embodiment, further comprising a step (S570) of discharging the super capacitor when the power of the super capacitor is equal to or greater than the set minimum power in the step (S530), After the supercondenser discharging step (S570), it may proceed to the step (S560) of maintaining a set temperature range of the fuel cell stack.
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 단계(S510)에서 상기 온도 조절 장치의 필요 전력이 상기 배터리의 최대 방전 전력 이상일 경우, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 상기 배터리의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S580); 및 상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력보다 작으면, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S590);를 더 포함하고, 상기 단계(S590)에서 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작으면, 상기 알람 장치 작동단계(S540)로 진행될 수 있다.In the method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to another embodiment, in the step S510, when the required power of the temperature control device is greater than or equal to the maximum discharge power of the battery, the fuel cell stack temperature control mode controller Determining whether the power of the battery is less than the set minimum power (S580); And if the power of the battery is less than the set minimum power, determining by the fuel cell stack temperature control mode control unit whether the power of the supercondenser is less than the set minimum power (S590); If the power of the super capacitor is less than the set minimum power in step S590, the operation of the alarm device may proceed to step S540.
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 단계(S580)에서 상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력이상이면, 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서가 방전되는 단계(S591)를 더 포함하고, 상기 방전 단계(S591) 후에, 상기 연료 전지 스택의 설정된 온도 범위 유지 단계(S560)로 진행될 수 있다.In the method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to the other embodiment, further comprising a step (S591) of discharging the battery and the super capacitor when the power of the battery is equal to or greater than the set minimum power in the step (S580) , After the discharging step (S591), it may proceed to the step (S560) of maintaining a set temperature range of the fuel cell stack.
상기 다른 실시형태에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 있어서, 상기 단계(S590)에서 상기 슈퍼콘덴서의 전력이 상기 설정된 최소 전력 이상이면, 상기 슈퍼콘덴서가 방전되는 단계(S592)를 더 포함하고, 상기 방전 단계(S592) 후에, 상기 연료 전지 스택의 설정된 온도 범위 유지 단계(S560)로 진행될 수 있다.In the method for controlling a temperature of a fuel cell stack according to another embodiment, further comprising a step (S592) of discharging the super capacitor if the power of the super capacitor is equal to or greater than the set minimum power in the step (S590), After the discharging step (S592), it may proceed to the step (S560) of maintaining the set temperature range of the fuel cell stack.
본 발명의 실시형태들에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템 및 그 방법에 의하면, 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절 장치; 상기 연료 전지 스택으로부터 발생된 열을 이용하여 전기를 발생시키도록 구성된 열전 장치; 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하도록 구성된 배터리; 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하며 상기 배터리에 비해 보다 높은 전력을 공급하도록 구성된 슈퍼콘덴서; 상기 연료 전지 스택의 온도를 감지하도록 구성된 연료 전지 스택 온도 감지부; 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 감지하도록 구성된 온도 조절 장치 필요 전력 감지부; 감지된 상기 연료 전지 스택의 온도를 설정 온도 범위와 비교하거나 감지된 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 설정 전력과 비교하여 열전 발전 모드 및 연료 전지 스택 온도 조절 모드 중 어느 하나를 결정하여 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부; 상기 제어부로부터 연료 전지 스택 온도 조절 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서 중 하나 이상에 충전된 전력을 상기 온도 조절 장치에 제공하여 구동시킴으로써 상기 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 설정된 온도 범위를 유지하도록 하는 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부; 및 상기 제어부로부터 열전 발전 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서에 충전시키도록 구성된 열전 발전 모드 제어부;를 포함하여 구성됨으로써, 설치 부피가 작고 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, there is provided a system and method for controlling a temperature of a fuel cell stack, comprising: a temperature controlling device configured to control a temperature by cooling or heating the fuel cell stack; A thermoelectric device configured to generate electricity using heat generated from the fuel cell stack; A battery configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device; A super capacitor configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device and supply higher power than the battery; A fuel cell stack temperature sensing unit configured to sense a temperature of the fuel cell stack; A temperature control device required power detection unit configured to sense power required for driving the temperature control device; Compares the detected temperature of the fuel cell stack with a set temperature range or compares the detected power required for driving the temperature control device with a set power to determine and control one of a thermoelectric power generation mode and a fuel cell stack temperature control mode A control unit configured to output a signal; When the fuel cell stack temperature control mode is determined from the control unit, a control signal is applied and operated to provide and drive power charged in at least one of the battery and the super capacitor to the temperature control device, thereby cooling or heating the fuel cell stack. A fuel cell stack temperature control mode control unit configured to maintain a set temperature range; And a thermoelectric power generation mode control unit configured to operate by receiving a control signal when the thermoelectric power generation mode is determined by the control unit to charge electricity generated from the thermoelectric device to the battery and the super capacitor. There is an excellent effect that it can improve the energy use efficiency.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템의 블록구성도이다.
도 2는 도 1의 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템에 의해 구현되는 연료 전지 스택의 온도 조절 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 도 2의 열전 발전모드 진행 스텝에 대한 상세 플로우챠트이다.
도 4는 도 2의 연료 전지 스택 온도 조절 모드 진행 스텝에 대한 상세 플로우챠트이다.1 is a block diagram of a system for controlling a temperature of a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of controlling a temperature of a fuel cell stack implemented by the temperature control system of the fuel cell stack of FIG. 1.
FIG. 3 is a detailed flowchart of the step of proceeding the thermoelectric power generation mode of FIG. 2.
FIG. 4 is a detailed flowchart of a step of proceeding in the fuel cell stack temperature control mode of FIG. 2.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the present specification. The terms used in the detailed description are only for describing the embodiments of the present invention, and should not be construed as limiting. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular form include the meaning of the plural form. In the present description, expressions such as "comprising" or "feature" are intended to refer to certain features, numbers, steps, actions, elements, some or combination thereof, and one or more It should not be construed as excluding the presence or possibility of other features, numbers, steps, actions, elements, any part or combination thereof.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.In each of the systems shown in the drawings, the elements in some cases each have the same reference number or a different reference number, suggesting that the elements represented may be different or similar. However, elements may have different implementations and operate with some or all of the systems shown or described herein. The various elements shown in the figures may be the same or different. Which is referred to as the first element and which is referred to as the second element is arbitrary.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.In the present specification, "transmitting", "transmitting" or "providing" data or signals from one component to another component means that one component directly transmits data or signals to another component, as well as It includes transmitting data or signals to other components through at least one other component.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a system for controlling a temperature of a fuel cell stack according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 온도 조절 장치(410), 열전 장치(400), 배터리(B), 슈퍼콘덴서(S), 연료 전지 스택 온도 감지부(100), 온도 조절 장치 필요 전력 감지부(110), 제어부(200), 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300), 열전 발전 모드 제어부(310) 및 알람 장치(420)를 포함한다.A temperature control system of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, is a
온도 조절 장치(410)는 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S) 중 하나 이상로부터 전력을 인가받아 동작하여 연료 전지 스택(F)을 냉각 또는 가열하여서 온도를 조절하는 역할을 하며, 예컨대 펠티어 소자로 구성할 수 있다, The
열전 장치(400)는 연료 전지 스택(F)으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 전기를 발생시켜 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S)에 전기를 공급하는 역할을 하며, 열전 소자를 이용하여 구성할 수 있다. The
배터리(B)는 열전 장치(400)로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하여 온도 조절 장치(410)에 구동 전력을 제공하는 역할을 한다.The battery B charges and discharges electricity generated from the
슈퍼콘덴서(S)는 열전 장치(400)로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하여 온도 조절 장치(410)에 구동 전력을 제공하는 역할을 하며, 배터리(B)에 비해 보다 높은 전력을 공급할 수 있다. 슈퍼콘덴서(S)는 배터리(B)에 비해 전력밀도가 상당히 높으므로, 높은 주변 온도 또는 높은 부하 조건으로 인해 연료 전지의 작동 온도가 높은 경우, 배터리(B)에 비해 더 높은 필요 전력을 공급할 수 있다.The super capacitor S serves to provide driving power to the
연료 전지 스택 온도 감지부(100)는 연료 전지 스택(F)의 온도를 감지하여 제어부(200)에 제공하는 역할을 한다.The fuel cell stack
온도 조절 장치 필요 전력 감지부(110)는 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력을 감지하여 제어부(200)에 제공하는 역할을 한다.The power required for the temperature control
제어부(200)는 시스템 전체를 제어하는 마이컴으로서, 연료 전지 스택 온도 감지부(100)에 의해 감지된 연료 전지 스택(F)의 온도를 설정 온도 범위와 비교하거나, 또는 온도 조절 장치 필요 전력 감지부(110)에 의해 감지된, 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력을 설정 전력과 비교하여, 열전 발전 모드 및 연료 전지 스택 온도 조절 모드 중 어느 하나를 결정하여 이에 상응하는 제어신호를 출력하는 역할을 한다.The
제어부(200)는 연료 전지 스택(F)의 온도가 설정 온도 범위 내이거나 또는 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하이면, 열전 발전 모드 제어부(310)에 제어신호를 출력하여 열전 발전 모드를 진행시킨다.The
제어부(200)는 연료 전지 스택(F)의 온도가 설정 온도 범위를 벗어나거나 또는 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력보다 크면, 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)에 제어신호를 출력하여 연료 전지 스택 온도 조절 모드를 진행시킨다.When the temperature of the fuel cell stack F is out of the set temperature range or the power required for driving the
연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)는 제어부(200)에 의해 연료 전지 스택 온도 조절 모드가 결정될 때 동작되어 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S) 중 하나 이상에 충전된 전력을 온도 조절 장치(410)에 제공하여 구동시킴으로써 연료 전지 스택(F)을 냉각 또는 가열하여 설정된 온도 범위를 유지하게 하는 역할을 한다. The fuel cell stack temperature control
열전 발전 모드 제어부(310)는 제어부(200)에 의해 열전 발전 모드가 결정될 때 동작되어 열전 장치(400)로부터 발생된 전기를 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S)에 충전시키는 역할을 한다The thermoelectric power generation
알람 장치(420)는 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작을 경우 배터리(B) 및 슈퍼콘데서(S) 중 하나 이상으로부터 전원을 인가받아 알람신호(경고음 및 경고영상 중 하나 이상)를 발생하는 역할을 한다.When the power of the battery (B) and the super capacitor (S) is less than the set minimum power, the
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템에 의해 구현되는 연료 전지 스택의 온도 조절 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a temperature control method of a fuel cell stack implemented by a temperature control system of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
도 2는 도 1의 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템에 의해 구현되는 연료 전지 스택의 온도 조절 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 3은 도 2의 열전 발전모드 진행 스텝에 대한 상세 플로우챠트이며, 도 4는 도 2의 연료 전지 스택 온도 조절 모드 진행 스텝에 대한 상세 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 나타낸다.FIG. 2 is a flow chart for explaining a temperature control method of the fuel cell stack implemented by the temperature control system of the fuel cell stack of FIG. 1, and FIG. 3 is a detailed flowchart of the thermoelectric power generation mode progress step of FIG. 2, FIG. 4 is a detailed flowchart of the fuel cell stack temperature control mode progress step of FIG. 2, where S denotes a step.
먼저, 연료 전지 스택 온도 감지부(100)에 의해 연료 전지 스택(F)의 온도가 감지되고(S100), 온도 조절 장치 필요 전력 감지부(110)에 의해 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력이 감지된다(S200).First, the temperature of the fuel cell stack F is sensed by the fuel cell stack temperature sensor 100 (S100), and the
이어서, 제어부(200)는 연료 전지 스택 온도 감지부(100)에 의해 감지된 연료 전지 스택(F)의 온도가 설정 온도 범위 내인지, 또는 온도 조절 장치 필요 전력 감지부(110)에 의해 감지된 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하 인지의 여부를 결정한다(S300).Subsequently, the
상기 스텝(S300)에서 연료 전지 스택(F)의 온도가 설정 온도 범위 내이거나 또는 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하이면(YES), 제어부(200)는 열전 발전 모드 제어부(310)에 제어신호를 출력하여 열전 발전 모드를 진행시킨다(S400).In the step S300, if the temperature of the fuel cell stack F is within the set temperature range or the power required for driving the
한편, 상기 단계(S300)에서 연료 전지 스택(F)의 온도가 설정 온도 범위를 벗어나거나 또는 온도 조절 장치(410)를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력보다 크면(NO), 제어부(200)가 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(100)에 제어신호를 출력하여 연료 전지 스택 온도 조절 모드를 진행시킨다(S500).On the other hand, if the temperature of the fuel cell stack F in the step (S300) is out of the set temperature range or the power required for driving the
상기 스텝(S400, S500)후에 스텝(S100)으로 진행된다.After the steps S400 and S500, the process proceeds to step S100.
상기 스텝(S400)에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.The step S400 will be described with reference to FIG. 3.
먼저, 열전 장치(400)는 연료 전지 스택(F)으로부터 발생되는 열을 이용하여 전기를 발생시키고(S410), 발생된 전기가 슈퍼콘덴서(S)에 충전된다(S420).First, the
이어서, 열전 발전 모드 제어부(310)는 슈퍼콘덴서(S)가 완 충전(full charge)되는 지의 여부를 결정한다(S430).Subsequently, the thermoelectric power generation
상기 스텝(S430)에서 수퍼콘덴서(S)가 완 충전되면(YES), 배터리(B)가 충전된다(S440).When the super capacitor (S) is fully charged (YES) in the step (S430), the battery (B) is charged (S440).
한편, 상기 스텝(S430)에서 슈퍼콘덴서(S)가 완 충전되지 않으면(NO), 상기 스텝(S420)으로 진행된다. On the other hand, if the super capacitor (S) is not fully charged (NO) in the step (S430), the process proceeds to the step (S420).
상기 스텝(S500)에 대해 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.The step S500 will be described with reference to FIG. 4.
먼저, 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)는 온도 조절 장치(410)의 필요 전력이 배터리(B)의 최대 방전 전력보다 작은 지의 여부를 결정한다(S510).First, the fuel cell stack temperature
상기 스텝(S510)에서, 온도 조절 장치(410)의 필요 전력이 배터리(B)의 최대 방전 전력보다 작으면(YES), 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)는 배터리(B)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부를 결정한다(S520).In the step S510, if the required power of the
상기 스텝(S520)에서 배터리(B)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작으면(YES), 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)는 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부를 결정한다(S530).If the power of the battery B is less than the set minimum power (YES) in the step S520, the fuel cell stack temperature control
상기 스텝(S530)에서 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작으면(YES), 알람 장치(420)가 작동되어 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S)가 비정상 상태임을 알린다(S540).If the power of the super capacitor (S) is less than the set minimum power (YES) in the step (S530), the
한편, 상기 스텝(S520)에서 배터리(B)의 전력이 설정된 최소 전력 이상일 경우(NO), 배터리(B)가 방전되고(S550), 방전된 전력이 온도 조절 장치(410)에 인가되어 작동됨으로써 연료 전지 스택(F)을 설정된 온도 범위로 유지시킨다(S560).Meanwhile, when the power of the battery B is greater than or equal to the set minimum power (NO) in the step S520, the battery B is discharged (S550), and the discharged power is applied to the
한편, 상기 스텝(S530)에서 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력이상일 경우(NO), 슈퍼콘덴서(S)가 방전되고(S570), 상기 스텝(S560)이 진행된다.On the other hand, when the power of the super capacitor S is greater than or equal to the set minimum power (NO) in step S530, the super capacitor S is discharged (S570), and the step S560 proceeds.
한편, 상기 스텝(S510)에서 온도 조절 장치(410)의 필요 전력이 배터리(B)의 최대 방전 전력 이상일 경우(NO), 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)는 배터리(B)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부를 결정한다(S580).Meanwhile, when the required power of the
상기 스텝(S580)에서 배터리(B)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작으면(YES), 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300)는 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부를 결정한다(S590).If the power of the battery B is less than the set minimum power (YES) in the step S580, the fuel cell stack temperature control
상기 단계(S590)에서 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력보다 작으면(YES), 상기 스텝(S540)으로 진행된다.If the power of the super capacitor S is less than the set minimum power (YES) in the step S590, the process proceeds to the step S540.
한편, 상기 스텝(S580)에서 배터리(B)의 전력이 설정된 최소 전력이상이면(NO), 배터리(B) 및 슈퍼콘덴서(S)가 방전된 후(S591), 상기 스텝(S560)으로 진행된다.On the other hand, if the power of the battery B is greater than or equal to the set minimum power (NO) in the step S580, after the battery B and the super capacitor S are discharged (S591), the process proceeds to the step S560. .
한편, 상기 스텝(S590)에서 슈퍼콘덴서(S)의 전력이 설정된 최소 전력 이상이면(NO), 슈퍼콘덴서(S)가 방전된 후(S592), 상기 스텝(S560)으로 진행된다.On the other hand, if the power of the super capacitor S is greater than or equal to the set minimum power (NO) in step S590, after the super capacitor S is discharged (S592), the process proceeds to step S560.
본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템 및 그 방법에 의하면, 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절 장치; 상기 연료 전지 스택으로부터 발생된 열을 이용하여 전기를 발생시키도록 구성된 열전 장치; 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하도록 구성된 배터리; 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하며 상기 배터리에 비해 보다 높은 전력을 공급하도록 구성된 슈퍼콘덴서; 상기 연료 전지 스택의 온도를 감지하도록 구성된 연료 전지 스택 온도 감지부; 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 감지하도록 구성된 온도 조절 장치 필요 전력 감지부; 감지된 상기 연료 전지 스택의 온도를 설정 온도 범위와 비교하거나 감지된 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 설정 전력과 비교하여 열전 발전 모드 및 연료 전지 스택 온도 조절 모드 중 어느 하나를 결정하여 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부; 상기 제어부로부터 연료 전지 스택 온도 조절 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서 중 하나 이상에 충전된 전력을 상기 온도 조절 장치에 제공하여 구동시킴으로써 상기 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 설정된 온도 범위를 유지하도록 하는 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부; 및 상기 제어부로부터 열전 발전 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서에 충전시키도록 구성된 열전 발전 모드 제어부;를 포함하여 구성됨으로써, 설치 부피가 작고 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a system and method for controlling a temperature of a fuel cell stack include: a temperature controlling device configured to control a temperature by cooling or heating the fuel cell stack; A thermoelectric device configured to generate electricity using heat generated from the fuel cell stack; A battery configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device; A super capacitor configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device and supply higher power than the battery; A fuel cell stack temperature sensing unit configured to sense a temperature of the fuel cell stack; A temperature control device required power detection unit configured to sense power required for driving the temperature control device; Compares the detected temperature of the fuel cell stack with a set temperature range or compares the detected power required for driving the temperature control device with a set power to determine and control one of a thermoelectric power generation mode and a fuel cell stack temperature control mode A control unit configured to output a signal; When the fuel cell stack temperature control mode is determined from the control unit, a control signal is applied and operated to provide and drive power charged in at least one of the battery and the super capacitor to the temperature control device, thereby cooling or heating the fuel cell stack. A fuel cell stack temperature control mode control unit configured to maintain a set temperature range; And a thermoelectric power generation mode control unit configured to operate by receiving a control signal when the thermoelectric power generation mode is determined by the control unit to charge electricity generated from the thermoelectric device to the battery and the super capacitor. Energy utilization efficiency can be improved.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.In the drawings and specification, an optimal embodiment has been disclosed, and specific terms are used, but these are used only for the purpose of describing the embodiments of the present invention, and are used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. Was not done. Therefore, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 연료 전지 스택 온도 감지부
110: 온도 조절 장치 필요 전력 감지부
200: 제어부
300: 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부
310: 열전 발전 모드 제어부
F: 연료 전지 스택
400: 열전 장치
410: 온도 조절 장치
420: 알람 장치
B: 배터리
S: 슈퍼콘덴서100: fuel cell stack temperature sensing unit
110: thermostat required power sensing unit
200: control unit
300: fuel cell stack temperature control mode control unit
310: thermoelectric power generation mode control unit
F: fuel cell stack
400: thermoelectric device
410: thermostat
420: alarm device
B: battery
S: Super capacitor
Claims (10)
상기 연료 전지 스택으로부터 발생된 열을 이용하여 전기를 발생시키도록 구성된 열전 장치(400);
상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하도록 구성된 배터리(B);
상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 충전 및 방전하며 상기 배터리에 비해 보다 높은 전력을 공급하도록 구성된 슈퍼콘덴서(S);
상기 연료 전지 스택의 온도를 감지하도록 구성된 연료 전지 스택 온도 감지부(100);
상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 감지하도록 구성된 온도 조절 장치 필요 전력 감지부(110);
감지된 상기 연료 전지 스택의 온도를 설정 온도 범위와 비교하거나 감지된 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력을 설정 전력과 비교하여 열전 발전 모드 및 연료 전지 스택 온도 조절 모드 중 어느 하나를 결정하여 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부(200);
상기 제어부로부터 연료 전지 스택 온도 조절 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서 중 하나 이상에 충전된 전력을 상기 온도 조절 장치에 제공하여 구동시킴으로써 상기 연료 전지 스택을 냉각 또는 가열하여 설정된 온도 범위를 유지하도록 하는 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부(300); 및
상기 제어부로부터 열전 발전 모드가 결정될 때 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 열전 장치로부터 발생된 전기를 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서에 충전시키도록 구성된 열전 발전 모드 제어부(310);를 포함하는, 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템.
A temperature control device 410 configured to control a temperature by cooling or heating the fuel cell stack F;
A thermoelectric device 400 configured to generate electricity using heat generated from the fuel cell stack;
A battery (B) configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device;
A super capacitor (S) configured to charge and discharge electricity generated from the thermoelectric device and supply higher power than the battery;
A fuel cell stack temperature sensing unit 100 configured to sense a temperature of the fuel cell stack;
A temperature control device required power detection unit 110 configured to detect power required for driving the temperature control device;
Compares the detected temperature of the fuel cell stack with a set temperature range or compares the detected power required for driving the temperature control device with a set power to determine and control one of a thermoelectric power generation mode and a fuel cell stack temperature control mode A control unit 200 configured to output a signal;
When the fuel cell stack temperature control mode is determined by the control unit, a control signal is applied and operated to provide and drive power charged in at least one of the battery and the super capacitor to the temperature control device, thereby cooling or heating the fuel cell stack. A fuel cell stack temperature control mode control unit 300 to maintain a set temperature range; And
A thermoelectric power generation mode control unit 310 configured to operate by receiving a control signal when the thermoelectric power generation mode is determined by the control unit to charge electricity generated from the thermoelectric device in the battery and the super capacitor; Temperature control system.
상기 배터리 및 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작을 경우 알람신호를 발생하도록 구성된 알람 장치(420)를 더 포함하는, 연료 전지 스택의 온도 조절 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising an alarm device (420) configured to generate an alarm signal when the power of the battery and the super capacitor is less than a set minimum power, the fuel cell stack temperature control system.
연료 전지 스택 온도 감지부에 의해 상기 연료 전지 스택의 온도가 감지되는 단계(S100);
온도 조절 장치 필요 전력 감지부에 의해 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 감지되는 단계(S200);
제어부가 감지된 상기 연료 전지 스택의 온도가 설정 온도 범위 내인지 또는 감지된 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하 인지의 여부를 결정하는 단계(S300);
상기 단계(S300)에서 상기 연료 전지 스택의 온도가 설정 온도 범위 내이거나 또는 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 설정 전력 이하이면, 상기 제어부는 열전 발전 모드 제어부에 제어신호를 출력하여 열전 발전 모드를 진행시키는 단계(S400); 및
상기 단계(S300)에서 상기 연료 전지 스택의 온도가 상기 설정 온도 범위를 벗어나거나 또는 상기 온도 조절 장치를 구동하기 위한 필요 전력이 상기 설정 전력보다 크면, 상기 제어부가 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 제어신호를 출력하여 연료 전지 스택 온도 조절 모드를 진행시키는 단계(S500);를 포함하는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
As a method for controlling a temperature of a fuel cell stack using the temperature control system of the fuel cell stack according to claim 1,
Sensing the temperature of the fuel cell stack by a fuel cell stack temperature sensing unit (S100);
The step of detecting the power required for driving the temperature control device by the power required for the temperature control device sensing unit (S200);
Determining, by the controller, whether the detected temperature of the fuel cell stack is within a set temperature range or whether the sensed power required for driving the temperature control device is less than or equal to a set power (S300);
If the temperature of the fuel cell stack in the step (S300) is within the set temperature range or the power required to drive the temperature control device is less than or equal to the set power, the control unit outputs a control signal to the thermoelectric power generation mode control unit to generate thermoelectric power. Step of proceeding the mode (S400); And
When the temperature of the fuel cell stack in the step (S300) is out of the set temperature range or the power required for driving the temperature control device is greater than the set power, the control unit controls the fuel cell stack temperature control mode control unit. Comprising, Step of outputting a signal to proceed with the fuel cell stack temperature control mode (S500).
상기 열전 발전 모드 진행 단계(S400)는
열전 장치가 작동하여 상기 연료 전지 스택으로부터 발생되는 열을 이용하여 전기를 발생시키는 단계(S410);
상기 열전 장치에 의해 발생된 전기가 슈퍼콘덴서에 충전되는 단계(S420);
상기 열전 발전 모드 제어부에 의해 상기 슈퍼콘덴서가 완 충전되는 지의 여부가 결정되는 단계(S430); 및
상기 수퍼콘덴서가 완 충전되면 상기 배터리가 충전되는 단계(S440);를 포함하며,
상기 슈퍼콘덴서가 완 충전되지 않으면 상기 슈퍼콘덴서 충전 단계(S420)로 진행되는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
The method of claim 3,
The thermoelectric power generation mode proceeding step (S400) is
Generating electricity using heat generated from the fuel cell stack by operating the thermoelectric device (S410);
Charging the electricity generated by the thermoelectric device in a super capacitor (S420);
Determining whether the super capacitor is fully charged by the thermoelectric power generation mode control unit (S430); And
Including; the step of charging the battery when the super capacitor is fully charged (S440), and,
If the super capacitor is not fully charged, the method proceeds to the step of charging the super capacitor (S420).
상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 진행 단계(S500)는
상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 온도 조절 장치의 필요 전력이 배터리의 최대 방전 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S510);
상기 온도 조절 장치의 필요 전력이 상기 배터리의 최대 방전 전력보다 작으면, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 상기 배터리의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S520);
상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력보다 작으면, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S530); 및
상기 슈퍼콘덴서의 전력이 상기 설정된 최소 전력보다 작으면, 알람 장치가 작동되는 단계(S540);를 포함하는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
The method of claim 3,
The fuel cell stack temperature control mode proceeding step (S500)
Determining, by the fuel cell stack temperature control mode control unit, whether the required power of the temperature control device is less than the maximum discharge power of the battery (S510);
If the required power of the temperature control device is less than the maximum discharge power of the battery, determining whether the power of the battery is less than a set minimum power by the fuel cell stack temperature control mode control unit (S520);
If the power of the battery is less than the set minimum power, determining whether the power of the super capacitor is less than the set minimum power by the fuel cell stack temperature control mode control unit (S530); And
If the power of the super capacitor is less than the set minimum power, the step of operating the alarm device (S540); including, the temperature control method of the fuel cell stack.
상기 단계(S520)에서 상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력 이상일 경우 상기 배터리가 방전되는 단계(S550); 및
상기 배터리로부터 방전된 전력이 상기 온도 조절 장치에 인가되어 작동됨으로써 상기 연료 전지 스택을 설정된 온도 범위로 유지시키는 단계(S560);를 포함하는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
The method of claim 5,
Discharging the battery when the power of the battery is equal to or greater than the set minimum power in step S520 (S550); And
Including, a method for controlling a temperature of a fuel cell stack, wherein the power discharged from the battery is applied to the temperature control device and operated to maintain the fuel cell stack in a set temperature range (S560).
상기 단계(S530)에서 상기 슈퍼콘덴서의 전력이 상기 설정된 최소 전력이상일 경우, 상기 슈퍼콘덴서가 방전되는 단계(S570)를 더 포함하고,
상기 슈퍼콘덴서 방전 단계(S570) 후, 상기 연료 전지 스택의 설정된 온도 범위 유지 단계(S560)로 진행되는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
The method of claim 5,
In the step (S530), when the power of the super capacitor is equal to or greater than the set minimum power, the super capacitor is discharged (S570), further comprising:
After the supercondenser discharging step (S570), the method proceeds to the step of maintaining a set temperature range of the fuel cell stack (S560).
상기 단계(S510)에서 상기 온도 조절 장치의 필요 전력이 상기 배터리의 최대 방전 전력 이상일 경우, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 상기 배터리의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S580); 및
상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력보다 작으면, 상기 연료 전지 스택 온도 조절 모드 제어부에 의해 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작은 지의 여부가 결정되는 단계(S590);를 더 포함하고,
상기 단계(S590)에서 슈퍼콘덴서의 전력이 설정된 최소 전력보다 작으면, 상기 알람 장치 작동단계(S540)로 진행되는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
The method of claim 5,
In the step S510, when the required power of the temperature control device is greater than or equal to the maximum discharge power of the battery, determining whether the power of the battery is less than a set minimum power by the fuel cell stack temperature control mode control unit ( S580); And
If the power of the battery is less than the set minimum power, determining by the fuel cell stack temperature control mode control unit whether the power of the super capacitor is less than the set minimum power (S590);
If the power of the supercondenser in the step (S590) is less than the set minimum power, the operation proceeds to the alarm device step (S540), the method of controlling the temperature of the fuel cell stack.
상기 단계(S580)에서 상기 배터리의 전력이 상기 설정된 최소 전력이상이면, 상기 배터리 및 슈퍼콘덴서가 방전되는 단계(S591)를 더 포함하고,
상기 방전 단계(S591) 후에, 상기 연료 전지 스택의 설정된 온도 범위 유지 단계(S560)로 진행되는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법.
The method of claim 8,
If the power of the battery in the step (S580) is more than the set minimum power, further comprising a step (S591) of discharging the battery and the super capacitor,
After the discharging step (S591), the method proceeds to the step of maintaining a set temperature range of the fuel cell stack (S560).
상기 단계(S590)에서 상기 슈퍼콘덴서의 전력이 상기 설정된 최소 전력 이상이면, 상기 슈퍼콘덴서가 방전되는 단계(S592)를 더 포함하고,
상기 방전 단계(S592) 후에, 상기 연료 전지 스택의 설정된 온도 범위 유지 단계(S560)로 진행되는, 연료 전지 스택의 온도 조절 방법. The method of claim 8,
If the power of the super capacitor in the step (S590) is equal to or greater than the set minimum power, the step of discharging the super capacitor (S592),
After the discharging step (S592), the method proceeds to the step of maintaining a set temperature range of the fuel cell stack (S560).
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|---|---|---|---|---|
| KR102586978B1 (en) * | 2023-04-25 | 2023-10-10 | 유호전기공업주식회사 | A portable catalytic heating system capable of thermoelectric power generation, electric vehicle equipped with the system and an operating method for the same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130028223A (en) | 2011-09-09 | 2013-03-19 | 현대자동차주식회사 | Cooling apparatus for fuel cell vehicle |
| KR20140078948A (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-26 | 현대자동차주식회사 | Method for rising temperature of fuel cell |
| KR101777956B1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-12 | 현대제철 주식회사 | Fuel cell system and the control method thereof |
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2019
- 2019-11-08 KR KR1020190142590A patent/KR102254511B1/en active IP Right Grant
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| KR20140078948A (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-26 | 현대자동차주식회사 | Method for rising temperature of fuel cell |
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