KR20210071465A - 내구성을 향상시키는 연료전지 시스템 및 이의 운전방법 - Google Patents

내구성을 향상시키는 연료전지 시스템 및 이의 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기 설정된 값에 따라 스택 인클로져 또는 스택부를 회전시켜 내구성및 막열화를 방지하는 연료전지 시스템 및 이의 운전방법에 관한 것으로써, 스택부의 출력 조건을 지속적으로 모니터하여 저출력 조건을 만족시키거나 주기적으로 설정한 기준을 만족하면, 스택 인클로져 또는 스택부를 회전시켜 공기 입/출구 및 연료 입/출구를 변경시킴으로써, 기존의 공기 과급 등에 의해 공기 입구부에만 집중되었던 스트레스를 공기 입구 뿐 아니라 입구 출구에도 분산시킬 뿐만 아니라, 연료 전지 내부에 불균형하게 응축되어 있던 플러딩에 의한 물을 균형있게 재분배시켜 연료 전지의 막열화를 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

내구성을 향상시키는 연료전지 시스템 및 이의 운전방법{Fuel cell system to improve durability and its operation method}
본 발명은 기 설정된 값에 따라 스택 인클로져 또는 스택부를 회전시켜 내구성및 막열화를 방지하는 연료전지 시스템 및 이의 운전방법에 관한 것이다.
연료전지는 공기 중 산소와 연료가스인 수소의 전기화학적 반응을 이용하여 전기를 생산하는데 이때 부산물로 물이 생성된다. 이와 같이 전극에 생성된 물은 멤브레인의 RH를 조절하는데 도움이 되는 반면 전극이나 GDL (가스확산층) 기공을 막아 공기가 전극에 전달되는 것을 막는다.
이러한 물이 적절하게 제거되지 않아 전극과 채널/GDL에 과량의 물이 존재하는 것을 플러딩(Flooding))이라고 하는데, 이러한 플러딩(Flooding) 발생 시 공기와 수소의 전달을 방해하여 저출력 영역에서 특정 셀들의 성능이 급격히 저하되어 연료전지 전체의 성능을 제한할 수 있다. 한편, 차량에서 사용되는 연료전지의 스택부는 수많은 단위 셀들을 직렬 연결하여 고전압을 생성하게 되는데, 직렬 연결의 특성상 하나의 셀이라도 성능이 제한되면 연료전지 전체의 성능이 최저 셀의 성능에 따라 제한된다. 즉, 플러딩(Flooding) 발생시 운전자는 차량의 성능 저하나 울컥거림을 느낄 수 있다.
보통 연료 전지를 탑재한 차량에서 플러딩(Flooding)이 발생하면 공기 유량을 순간적으로 높여 물을 제거할 수 있는데, 공기유량이 높아지면 소모 전력이 높고 멤브레인이 건조해져 내구에 악영향을 받을 수 있어 플러딩(Flooding)을 사전에 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 플러딩(Flooding)현상이 발생하는 경우 전체적인 공급 공기량이 부족하기 보다는 불균일한 공기 공급이 주요 원인이므로, 즉, 연료극과 공기극으로 수소와 공기가 불균일하게 공급되면 유량편차가 발생하게 되고, 공기극과 연료극에는 국부적으로 플러딩 현상이 발생하여 전체적인 발전 안정성이 저하될 수 있으므로, 국부적인 플러딩(Flooding)을 방지하기 위해서는 균등한 공기 공급이 요구된다.
따라서, 연료극과 공기극에 수소와 공기를 균일하게 공급할 수 있는 연료전지 시스템 및 이의 운전방법의 개발이 필요한 실정이었다.
대한민국 공개특허공보 10-2015-0033841
본 발명은 스택부의 출력 조건을 지속적으로 모니터하여 저출력 조건을 만족시키거나 주기적으로 설정한 일정 기준을 만족하면, 스택 인클로져 또는 스택부를 회전시켜 공기 입/출구 및 연료 입/출구를 변경시킴으로써 이를 포함하는 연료 전지의 내구성을 향상시키는 연료 전지 시스템 및 이의 운전방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템은 전기를 생성하는 스택부; 상기 스택부을 밀봉하고, 공기 입구와 공기 출구 및 연료 입구 및 연료 출구를 포함하는 스택 인클로져; 상기 스택 인클로져의 외벽면을 고정시키는 고정부, 상기 고정부와 인접한 일측에 위치하여 고정부를 회전시키는 회전부, 및 상기 회전부의 타측에 위치하는 유압부를 포함하는 구동부; 및 상기 스택부의 동작을 제어하고, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 회전부로 인해 상기 스택 인클로져가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 입구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 출구에 위치하게 될 수 있다.
상기 회전부로 인해 상기 스택 인클로져가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 출구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 입구에 위치하게 될 수 있다.
상기 유압부는 회전 시에 압력을 낮추고, 회전 후 압력을 높여 스택 인클로져의 기밀을 유지시킬 수 있다.
상기 제어부는, 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택 인클로져를 180도 회전시킬 수 있다.
상기 회전 후, 상기 제어부가, 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택 인클로져를 180도 회전시켜 원위치시킬 수 있다.
상기 제어부는, 주기적으로 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택 인클로져를 180도 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 전기를 생성하고, 공기입구와 공기출구 및 연료입구 및 연료출구를 포함하는 스택부; 상기 스택부을 밀봉하는 스택 인클로져; 상기 스택부의 외벽면을 고정시키는 고정부, 상기 고정부와 인접한 일측에 위치하여 고정부를 회전시키는 회전부 및 상기 회전부의 타측에 위치하는 유압부를 포함하는 구동부; 및 상기 스택부의 동작을 제어하고, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 회전부로 인해 상기 스택부가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 입구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 출구에 위치하게 될 수 있다.
상기 회전부로 인해 상기 스택부가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 출구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 입구에 위치하게 될 수 있다.
상기 유압부는 회전 시에 압력을 낮추고, 회전 후 압력을 높여 스택부의 기밀을 유지시킬 수 있다.
상기 제어부는, 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택부를 180도 회전시킬 수 있다.
상기 회전 후, 상기 제어부가, 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택부를 180도 회전시켜 원위치시킬 수 있다.
상기 제어부는, 주기적으로 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택부를 180도 회전시킬 수 있다.
상기 제어부가 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되는 경우는, 셀 전압이 기 설정된 셀 전압 이상일 때, 차량 속도가 기 설정된 차량속도 이하일 때, 주행거리가 기 설정된 주행 거리 미만일 때, 및 차량 온도가 기 설정된 차량 온도 이하일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함할 수 있다.
상기 제어부가 설정된 기준을 만족한다고 판단되는 경우는, 운전 시간이 기 설정된 운전 시간 이상일 때, 운전 거리가 기 설정된 운전 거리 이상일 때, 및 출력 전류가 기 설정된 출력 전류 이상일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함할 수 있다.
본 발명은 스택부의 출력 조건을 지속적으로 모니터하여 저출력 조건을 만족시키거나 주기적으로 설정한 기준을 만족하면, 스택 인클로져 또는 스택부를 회전시켜 공기 입/출구 및 연료 입/출구를 변경시킴으로써, 기존의 공기 과급 등에 의해 공기 입구부에만 집중되었던 스트레스를 공기 입구 뿐 아니라 입구 출구에도 분산시킬 뿐만 아니라, 연료 전지 내부에 불균형하게 응축되어 있던 플러딩에 의한 물을 균형있게 재분배시켜 연료 전지의 막열화를 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 연료전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료전지에 포함된 구동부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료전지에 포함된 스택 인클로져 내 공기 입/출구 및 연료 입/출구의 회전 전후의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서의 연료전지의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에서 제1 실시예에 따른 스택 인클로져 회전방법 또는 제2 실시예에 따른 스택부의 회전방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에서, 제3 실시예에 따른, 스택 인클로져 회전방법 또는 스택부의 회전방법을 보여주는 플로우차트이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서의 연료전지의 사시도이다.
도 1를 참조하면, 상기 연료전지(10)는 스택부(100), 상기 스택부를 밀봉하고 있는 스택 인클로져(200), 상기 스택 인클로져를 고정 및 회전시키는 구동부(300), 및 스택부에 공기 및 연료를 공급하는 공분기(400)을 포함할 수 있고; 상기 스택 인클로져(200)는 공기 입구(210), 공기 출구(215), 연료 입구(220), 및 연료 출구(225)를 포함할 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 연료전지(10)에 공급되는 공기는, 공분기(400), 스택 인클로져(200)에 포함된 공기 입구(210), 스택부(100)에 포함된 공기 입구(미도시), 및 공기공급매니폴드(미도시)를 차례로 통해서 스택부(100)로 공급될 수 있고; 공기배출매니폴드(미도시), 스택부(100)에 포함된 공기 출구(미도시), 스택 인클로져(200)에 포함된 공기 출구(215), 및 공분기(400)를 차례로 통해서 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 연료전지(10)에 공급되는 연료는, 공분기(400), 스택 인클로져(200)에 포함된 연료 입구(220), 스택부(100)에 포함된 연료 입구(미도시), 및 연료공급매니폴드(미도시)를 차례로 통해서 스택부(100)로 공급될 수 있고; 연료배출매니폴드(미도시), 스택부(100)에 포함된 연료 출구(미도시), 스택 인클로져(200)에 포함된 연료 출구(225), 및 공분기(400)를 차례로 통해서 외부로 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료전지에 포함된 구동부의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 구동부(300)는 상기 스택 인클로져(200)의 외벽면을 고정시키는 고정부(310), 상기 고정부와 인접한 일측에 위치하여 고정부를 회전시키는 회전부(320), 및 상기 회전부의 타측에 위치하는 유압부(330)을 포함할 수 있고, 상기 구동부(300) 전체를 고정하기 위해 유압부(330)와 연결된 구동부 고정부(340)을 더 포함할 수 있다.
제어부(600)가 스택 인클로져(200)를 회전시켜야 한다고 판단되면, 유압부(330)의 압력을 감소시켜 회전부(320)가 회전하기에 용이하도록 한 다음, 회전부(320)를 회전시킨다. 이때, 회전부 일측에 위치한 고정부(310)가 스택 인클로져(200)의 외벽면을 고정시키고 있으므로, 제어부(600)가 회전부(320)를 180도만큼 회전시키면 결과적으로 스택 인클로져(200)를 180도로 회전시킬 수 있다. 그 다음, 공분기(400)와 스택 인클로저(200) 간에 공기 및 연료가 새지 않도록, 유압부(330)의 압력을 높여 공분기(400)와 스택 인클로저(200) 간에 기밀을 유지시키도록 한다.
또한, 상기 구성 외에도 스택 인클로져 주변에 위치할 수 있는 구성(미도시) 중 스택 인클로져가 회전하여 역 위치로 배치되어 문제가 될 수 있는 부품은 회전 반경에 벗어난 부분에 위치하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료전지에 포함된 스택 인클로져 내 공기 입/출구 및 연료 입/출구의 회전 전후의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 스택 인클로져(200)는 상하단 2 모듈로 구성될 수 있고, 각 공기 입구(210) 및 연료 입구(220)는 각 모듈 상단에 위치할 수 있으며, 이에 상응하는 공기 출구(215) 및 연료 출구(225)는 각각 공기 입구(210) 및 연료 입구(220)의 대각선에 위치할 수 있다.
또한, 제어부를 통한 구체적인 제어를 통해 스택 인클로져를 회전시켜 위치를 180도로 변환시킬 수 있고, 이는 결과적으로, 회전 전 상기 공기 입구(210) 및 연료 입구 (220) 위치는, 회전 후에, 회전 전의 공기 출구(215) 및 연료 출구(225)에 위치하게 되고, 회전 전의 상기 공기 출구(215) 및 연료 출구(225) 위치는, 회전 후, 회전 전의 공기 입구(210) 및 연료 입구(220)에 위치할 수 있다. 즉, 상기 회전을 통해 공기의 입/출구가 변경되면 저출력 조건에서 발생하는 공기 과급에 대한 스트레스를 입구와 출구 두 부분으로 분산할 수 있기 때문에 공기 과급에 의해 발생하는 연료전지의 막열화를 지연시킬 수 있고, 이는 차량의 내구 성능을 향상시키게 된다.
상기 스택 인클로져 모듈은 1모듈일 때도 적용될 수 있고, 특정모듈로 제한되지 않는다. 또한, 상기 스택 인클로져의 형상은 직사각형 뿐만 아니라, 정사각형, 타원 등일 수 있고, 입출구가 대각선이 대칭되는 것이면 어떠한 형상도 적용 가능하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서의 연료전지의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 연료전지(10)는 스택부(100), 상기 스택부를 밀봉하고 있는 스택 인클로져(200), 상기 스택부를 고정 및 회전시키는 구동부(500), 및 스택부에 공기 및 연료를 공급하는 공분기(400)을 포함할 수 있고; 상기 스택부(100)는 공기 입구(110), 공기 출구(115), 연료 입구(120), 및 연료 출구(125)를 포함할 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 연료전지(10)에 공급되는 공기는, 공분기(400), 스택 인클로져(200)에 포함된 공기 입구(미도시), 스택부(100)에 포함된 공기 입구(110), 및 공기공급매니폴드(미도시)를 차례로 통해서 스택부(100)로 공급될 수 있고; 공기배출매니폴드(미도시), 스택부(100)에 포함된 공기 출구(115), 스택 인클로져(200)에 포함된 공기 출구(미도시), 및 공분기(400)를 차례로 통해서 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 연료전지(10)에 공급되는 연료는, 공분기(400), 스택 인클로져(200)에 포함된 연료 입구(미도시), 스택부(100)에 포함된 연료 입구(120), 및 연료공급매니폴드(미도시)를 차례로 통해서 스택부(100)로 공급될 수 있고; 연료배출매니폴드(미도시), 스택부(100)에 포함된 연료 출구(125), 스택 인클로져(200)에 포함된 연료 출구(미도시), 및 공분기(400)를 차례로 통해서 외부로 배출될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 상기 연료전지 시스템의 연료전지에 포함된 구동부(500)는 상기 스택부(100)의 외벽면을 고정시키는 고정부(510), 상기 고정부와 인접한 일측에 위치하여 고정부를 회전시키는 회전부(520), 및 상기 회전부의 타측에 위치하는 유압부(530)을 포함할 수 있고, 상기 구동부(500) 전체를 고정하기 위해 유압부(530)와 연결된 구동부 고정부(540)을 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 일 실시예와 이미 상술한 일 실시예와 비교했을 때, 상기 구동부(500)에 포함된 고정부(510), 회전부(520) 및 유압부(530)가 스택 인클로져 외부가 아닌 스택 인클로져 내부에 위치하는 것; 상기 고정부(510)가 스택 인클로져의 외벽면이 아닌 스택부의 외벽면을 고정시키는 것; 및 스택 인클로져(200)는 고정된 채 스택부(100)만이 회전하는 것;을 제외하고, 구동부(500)를 통해 스택부(100)를 회전시키는 구동 방식;과 상기 회전에 따른 스택부(100) 내 공기 입/출구 및 연료 입/출구의 회전 전후 위치 변경 방식; 및 이에 따른 효과;는 상술한 일 실시예와 동일하거나 다를 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에서 제1 실시예에 따른 스택 인클로져의 회전방법 또는 제2 실시예에 따른 스택부의 회전방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 5와 도 1 및 도 4를 참조하면, S700에서 운전에 의해 연료 전지 시스템이 가동되고, S710에서 제어부(600)가 연료 전지 내 스택부(100)의 출력을 모니터링한다.
S720에서, 상기 제어부(600)가 스택부(100)의 출력을 모니터링 한 값이 저출력인 경우, 즉, 설정된 기준을 만족하지 하지 못하는지 판단한다. 고출력인 경우, 즉, 기 설정된 기준이 만족되면, S700이 수행되고; 저출력인 경우, 즉, 기 설정된 기준이 만족되지 않으면, S730이 수행된다.
바람직하게는, 상기 제어부가 저출력 조건, 즉 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되는 경우는, 셀 전압이 기 설정된 셀 전압 이상일 때, 차량 속도가 기 설정된 차량속도 이하일 때, 주행거리가 기 설정된 주행 거리 미만일 때, 및 차량 온도가 기 설정된 차량 온도 이하일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 셀 전압이 기 설정된 셀 전압 이상인 경우는 셀 전압이 기 설정된 셀 전압 이상, 즉 0.8V 이상일 때, 저출력에 의해 공기 과급을 유발할 수 있다. 또한, 차량 속도가 기 설정된 차량속도 이하인 경우는 차량 속도가 기 설정된 차량속도 이하 즉 40km/h일 때, 또는, 주행거리가 기 설정된 주행 거리 미만인 경우는 주행거리가 기 설정된 주행 거리 미만 즉 10km/회 미만일 때, 베이커리 모드와 같이 짧은 구간이 장기적으로 지속되면, 공기 과급과 플러딩에 의한 전해질막 열화 가능성 높아질 수 있다. 또한, 차량 온도가 기 설정된 차량 온도 이하인 경우는 차량 온도가 기 설정된 차량 온도 이하, 즉 58도 이하일 때, 저온 운전 구간이 길어지므로 스택부 내부에 발생하는 물에 의한 플러딩 유발 가능성 높아 질 수 있다.
S730에서, 상기 제어부(600)가 차량의 시동 On/OFF 여부 및 평지 주차 여부를 모니터링한다. 그리고, S740에서, 상기 제어부(600)의 모니터링 한 값이 시동 OFF이고, 평지 주차를 만족하였는지 확인한다. 만족되면, S750이 수행되고, 만족되지 않으면, S730이 수행된다.
S750에서, 연료 전지 시스템 내 스택 인클로져 또는 스택부가 180도로 회전한다. 구체적으로, 스택 인클로져의 외벽면을 고정시키는 고정부(310)을 포함하는 구동부(300)를 갖는 연료 전지 시스템은 제1 실시예에 따라 스택 인클로져(200)가 회전하고, 스택부의 외벽면을 고정시키는 고정부(510)을 포함하는 구동부(500)를 포함하는 연료 전지 시스템은 제2 실시예에 따라 스택 인클로져(200)가 고정된 채, 스택 인클로져 내부에 포함되는 스택부(100)만이 회전한다.
그 후, S800에서 시동 OFF된 차량이 운전에 의해 연료 전지 시스템이 다시 가동되고, S810에서 제어부(600)가 연료 전지 내 스택부(100)의 출력을 모니터링한다.
S820에서, 상기 제어부(600)가 스택부(100)의 출력을 모니터링 한 값이 설정된 기준을 만족하는지 판단한다. 만족되면, S830이 수행되고, 만족되지 않으면, S810이 수행된다.
바람직하게는, 상기 제어부가 설정된 기준을 만족한다고 판단되는 경우는, 운전 시간이 기 설정된 운전 시간 이상일 때, 운전 거리가 기 설정된 운전 거리 이상일 때, 및 출력 전류가 기 설정된 출력 전류 이상일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함할 수 있다.
S830에서, 상기 제어부(600)가 차량의 시동 On/OFF 여부 및 평지 주차 여부를 모니터링한다. 그리고, S840에서, 상기 제어부(600)의 모니터링 한 값이 시동 OFF이고, 평지 주차를 만족하였는지 확인한다. 만족되면, S850이 수행되고, 만족되지 않으면, S830이 수행된다.
S850에서, 연료 전지 시스템 내 스택 인클로져 또는 스택부가 180도로 회전되여 원위치된다. 구체적으로, 스택 인클로져의 외벽면을 고정시키는 고정부(310)을 포함하는 구동부(300)를 갖는 연료 전지 시스템은 제1 실시예에 따라 스택 인클로져(200)가 회전하여 원위치 되고, 스택부의 외벽면을 고정시키는 고정부(510)을 포함하는 구동부(500)를 포함하는 연료 전지 시스템은 제2 실시예에 따라 스택 인클로져(200)가 고정된 채, 스택 인클로져 내부에 포함되는 스택부(100)만이 회전되어 원위치된다.
도 6는 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에서, 제3 실시예에 따른, 스택 인클로져 또는 스택부의 또 다른 회전방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 6와 도 1 및 도 4를 참조하면, S900에서 운전에 의해 연료 전지 시스템이 가동되고, S910에서 제어부(600)가 주기적으로 설정된 기준을 모니터링한다.
S920에서, 상기 제어부(600)가 주기적으로 설정된 기준을 만족하는지 판단한다. 만족되면, S930이 수행되고, 만족되지 않으면, S910이 수행된다.
바람직하게는, 상기 설정된 기준을 만족한다고 판단되는 경우는, 운전 시간이 기 설정된 운전 시간 이상일 때, 및 운전 거리가 기 설정된 운전 거리 이상일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함할 수 있고, 이때, 상기 기 설정된 운전 시간은 9~11시간일 수 있고, 상기 기 설정된 운전 거리는 350~400km일 수 있다.
S930에서, 상기 제어부(600)가 차량의 시동 On/OFF 여부 및 평지 주차 여부를 모니터링한다. 그리고, S940에서, 상기 제어부(600)의 모니터링 한 값이 시동 OFF이고, 평지 주차를 만족하였는지 확인한다. 만족되면, S950이 수행되고, 만족되지 않으면, S930이 수행된다.
S950에서, 연료 전지 시스템 내 스택 인클로져 또는 스택부가 180도로 회전한다. 구체적으로, 스택 인클로져의 외벽면을 고정시키는 고정부(310)을 포함하는 구동부(300)를 갖는 연료 전지 시스템은 스택 인클로져(200)가 회전하고, 스택부의 외벽면을 고정시키는 고정부(510)을 포함하는 구동부(500)를 포함하는 연료 전지 시스템은 스택 인클로져(200)가 고정된 채, 스택 인클로져 내부에 포함되는 스택부(100)만이 회전한다.
종합하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 제어부를 통한 상기 기재한 구체적인 제어를 통해 스택 인클로져 또는 스택부를 회전시켜 위치를 180도로 변환시킬 수 있고, 이는 결과적으로, 회전 후의 상기 공기 및 연료 입구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 출구에 위치하게 되고, 회전 후의 상기 공기 및 연료 출구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 입구에 위치할 수 있다. 즉, 상기 회전을 통해 공기의 입/출구가 변경되면 저출력 조건에서 발생하는 공기 과급에 대한 스트레스를 입구와 출구 두 부분으로 분산할 수 있기 때문에 공기 과급에 의해 발생하는 연료전지의 막열화를 지연시킬 수 있고, 이는 차량의 내구 성능을 향상시키게 된다.
한편, 본 발명의 회전을 통한 연료 전지 시스템은 특히 스택부에 주입되는 공기의 방향을 바꾸는 방법보다 훨씬 더 효율적인데, 이는 중력을 고려할 때 공기가 주입되는 위치는 항상 출구보다 위에 위치하게 되기 때문이다. 즉, 연료전지의 스택부가 출력을 낼 때 내부에서 플러딩에 의해 발생되는 물은 중력을 고려하여 흐르게 되는데, 단지 공기의 흐름을 바꾸는 것보다 스택 인클로져의 회전을 통하여 입/출구의 위치를 변경해주는 것이 결과적으로 연료전지 내 스택부 입장에서는 유리하다.
또한, 상기 회전을 통해 수소의 입/출구가 변경되면 연료전지 연료극 내부에서 플러딩에 의해 발생되는 불균일하게 응축되는 물의 제거를 유도할 수 있고, 결과적으로 연료극의 플러딩 역시 방지하는 역할로 작용할 수 있다.
결과적으로, 스택부 또는 스택 인클로저를 180도 회전시키는 본 발명의 연료 전지 시스템은 연료 전지 내부의 물 분산을 유도하여 공기 및 연료의 흐름에 오실레이션 효과와 같은 영향을 주어 국부적 막 열화 또는 플러딩을 방지할 수 있다는 중요한 특징이 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10 : 연료전지
100 : 스택부
200 : 스택 인클로져
300 : 구동부(스택 인클로져)
400 : 공분기
500 : 구동부(스택부)
600 : 제어부

Claims (16)

  1. 전기를 생성하는 스택부;
    상기 스택부을 밀봉하고, 공기 입구와 공기 출구 및 연료 입구 및 연료 출구를 포함하는 스택 인클로져;
    상기 스택 인클로져의 외벽면을 고정시키는 고정부, 상기 고정부와 인접한 일측에 위치하여 고정부를 회전시키는 회전부, 및 상기 회전부의 타측에 위치하는 유압부를 포함하는 구동부; 및
    상기 스택부의 동작을 제어하고, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전부로 인해 상기 스택 인클로져가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 입구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 출구에 위치하게 되는 것인 연료 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전부로 인해 상기 스택 인클로져가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 출구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 입구에 위치하게 되는 것인 연료 전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유압부는 회전 시에 압력을 낮추고, 회전 후 압력을 높여 스택 인클로져의 기밀을 유지시키는 것인 연료 전지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택 인클로져를 180도 회전시키는 것인 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전 후, 상기 제어부가, 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택 인클로져를 180도 회전시켜 원위치시키는 것인 연료 전지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 주기적으로 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택 인클로져를 180도 회전시키는 것인 연료 전지 시스템.
  8. 전기를 생성하고, 공기입구와 공기출구 및 연료입구 및 연료출구를 포함하는 스택부;
    상기 스택부을 밀봉하는 스택 인클로져;
    상기 스택부의 외벽면을 고정시키는 고정부, 상기 고정부와 인접한 일측에 위치하여 고정부를 회전시키는 회전부 및 상기 회전부의 타측에 위치하는 유압부를 포함하는 구동부; 및
    상기 스택부의 동작을 제어하고, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전부로 인해 상기 스택부가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 입구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 출구에 위치하게 되는 것인 연료 전지 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 회전부로 인해 상기 스택부가 회전하면, 회전 후의 상기 공기 및 연료 출구 위치는 회전 전의 공기 및 연료 입구에 위치하게 되는 것인 연료 전지 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 유압부는 회전 시에 압력을 낮추고, 회전 후 압력을 높여 스택부의 기밀을 유지시키는 것인 연료 전지 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택부를 180도 회전시키는 것인 연료 전지 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회전 후, 상기 제어부가, 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택부를 180도 회전시켜 원위치시키는 것인 연료 전지 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 주기적으로 설정된 기준을 만족한다고 판단되면, 상기 회전부를 통해 스택부를 180도 회전시키는 것인 연료 전지 시스템.
  15. 제5항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제어부가 설정된 기준을 만족하지 못한다고 판단되는 경우는, 셀 전압이 기 설정된 셀 전압 이상일 때, 차량 속도가 기 설정된 차량속도 이하일 때, 주행거리가 기 설정된 주행 거리 미만일 때, 및 차량 온도가 기 설정된 차량 온도 이하일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함하는 것인 연료 전지 시스템.
  16. 제6항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제어부가 설정된 기준을 만족한다고 판단되는 경우는, 운전 시간이 기 설정된 운전 시간 이상일 때, 운전 거리가 기 설정된 운전 거리 이상일 때, 및 출력 전류가 기 설정된 출력 전류 이상일 때로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 경우를 포함하는 것인 연료 전지 시스템.
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