KR20210086262A - 연료전지스택의 운전방법 - Google Patents

연료전지스택의 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지스택의 산화방지 및 재생을 위한 운전방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연료전지스택의 운전방법은 연료전지스택으로 수소를 공급하는 개질기 및 상기 연료전지스택으로 공기를 공급하는 공기블로어를 오프시키는 단계; 상기 연료전지스택의 캐소드 입/출구 밸브를 각각 폐쇄하는 단계; 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 변환하는 전력변환기의 출력전류가 설정된 최소전류가 되도록 제어하는 단계; 제어부가 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평균치를 산출하는 단계; 상기 제어부가 상기 전압평균치가 제1임계치보다 작으면 상기 전력변환기를 오프시키는 단계를 포함한다.

Description

연료전지스택의 운전방법{Method for operating fuel cells}
본 발명은 연료전지스택에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 시스템에서 연료전지스택의 산화방지 및 재생을 위한 운전방법에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 크게 연료개질장치 및 연료전지스택을 포함한다. 연료개질장치는 연료전지스택에 수소를 공급하기 위해 탄화수소계 연료를 수소로 개질하는 장치이다. 연료전지스택은 연료개질장치로부터 공급받은 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 전력을 생산한다.
연료전지는 이러한 전기화학 반응에 의해 생성된 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학장치로서 전력 생성에 있어서 유망한 기술 중 하나로 평가된다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0071288호(선행문헌 1)에는 연료전지장치가 개시되어 있다. 이러한 연료전지는 통상적으로 애노드(또는 연료 전극), 캐소드(또는 산화제 전극) 및 전해질을 포함하며 연료와 산화제를 반응시켜 전기를 생성시킨다.
예컨대, 연료로 수소와 산화제로 공기가 연료전지에 연속적으로 공급되며, 이에 따라 연료전지는 수소와 공기가 제공되는 한 계속해서 전력을 생성한다.
개별 연료전지는 낮은 전력을 생성하기 때문에 다수의 연료전지는 통상적으로 유효전압의 전력을 생성하기 위해 연료전지스택으로 조립된다.
그런데, 종래의 연료전지스택의 경우 정지시나 장시간 사용하지 않을 경우 공기를 공급하는 캐소드에 남아 있는 산소에 의해 촉매가 산화되어 연료전지스택의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
(선행문헌 1) 한국 공개특허공보 제10-2012-0071288호
본 발명은 연료전지 시스템을 구성하는 연료전지스택의 운전을 정지한 경우 연료전지스택의 산화를 방지하도록 하는 연료전지스택의 운전방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 연료전지스택이 산화되었을 경우 촉매환원반응을 통해 재생시켜 성능을 회복하도록 하는 연료전지스택의 운전방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지스택의 운전방법은, 연료전지스택으로 수소를 공급하는 개질기 및 상기 연료전지스택으로 공기를 공급하는 공기블로어를 오프시키는 단계; 상기 연료전지스택의 캐소드 입/출구 밸브를 각각 폐쇄하는 단계; 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 변환하는 전력변환기의 출력전류가 설정된 최소전류가 되도록 제어하는 단계; 제어부가 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평균치를 산출하는 단계; 상기 제어부가 상기 전압평균치가 제1임계치보다 작으면 상기 전력변환기를 오프시키는 단계를 포함한다.
상기 최소전류는 상기 연료전지스택에 잔존하는 수소와 산소 간의 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류이다.
상기 전력변환기는 상기 최소전류를 설정된 주기로 출력 및 차단한다.
상기 제어부는 상기 설정된 주기 동안의 연료전지스택의 전압평균치를 산출한다.
상기 전압평균치가 상기 제1임계치보다 작으면 상기 연료전지스택 내에 잔존하는 수소와 산소간의 전기화학반응이 일어나지 않는 것으로 판단하여 상기 전력변환기를 오프시킨다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지스택의 운전방법은, a) 연료전지스택의 운전 중에 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평*치를 산출하는 단계; b) 상기 전압 평균치가 제2임계치보다 작으면 상기 연료전지스택의 운전을 정지하는 단계; c) 상기 연료전지스택으로 수소를 공급하는 개질기 및 상기 연료전지스택으로 공기를 공급하는 공기블로어를 각각 오프시키는 단계; d) 상기 연료전지스택의 캐소드 입/출구 밸브를 각각 폐쇄하는 단계; e) 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 변환하는 전력변환기의 출력전류가 설정된 최소전류가 되도록 제어하는 단계; f) 제어부가 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평균치가 설정된 제1임계치보다 작으면 상기 전력변환기를 오프시키는 단계; g) 카운트를 +1 증가시키고, 총 카운트가 설정된 기준카운트에 도달하면 상기 연료전지스택을 운전시키는 단계; h) 상기 총 카운트가 상기 기준카운트에 도달하지 않으면 상기 캐소드 입/출구 밸브를 각각 개방하는 단계; i) 상기 개질기 및 공기블로어를 온시키는 단계; j) 상기 총 카운트가 상기 기준카운트에 도달할 때까지 상기 c)~g) 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
상기 최소전류는 상기 연료전지스택에 잔존하는 수소와 산소 간의 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류이다.
상기 전력변환기는 상기 최소전류를 설정된 주기로 출력 및 차단한다.
상기 제어부는 상기 설정된 주기 동안의 연료전지스택의 전압평균치를 산출한다.
상기 전압평균치가 상기 제1임계치보다 작으면 상기 연료전지스택 내에 잔존하는 수소와 산소간의 전기화학반응이 일어나지 않는 것으로 판단하여 상기 전력변환기를 오프시킨다.
본 발명에 의하면 연료전지 시스템에서 연료전지스택의 운전이 정지된 상태에서 연료전지스택이 산화되는 것을 방지할 수 있어 연료전지스택의 성능저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면 연료전지스택이 산화되었을 경우 촉매환원반응을 통해 재생시켜 성능을 회복시킴으로써 연료전지스택을 재활용할 있고 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택이 적용되는 연료전지시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택의 산화방지를 위한 운전방법을 보인 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택의 재생을 위한 운전방법을 보인 흐름도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택이 적용되는 연료전지 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템에서는 도시가스와 같은 연료가 개질기(110)를 거치면서 수소를 생산한다.
이때, 도시가스에는 황 성분이 포함되어 있다. 이러한 황 성분에 의한 연료전지스택의 촉매가 황피독되는 현상이 있으므로, 황 성분은 사전에 반드시 제거될 필요가 있다.
이를 위해 개질기(110)의 전단에는 탈황기(도시되지 않음)가 설치되어 연료(도시가스)에 포함된 황 성분을 제거하도록 한다.
개질기(110)는 공급된 연료와 물을 반응시켜 수소를 생성한다. 공급되는 연료는 예를 들어 일반적으로 수소가 포함된 도시가스를 사용할 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 천연가스도 가능하며 수소가 포함된 가스라면 모두 적용이 가능하다.
개질기(110)에서 생산된 수소는 연료전지스택(130)의 애노드(anode)로 공급된다.
또한, 공기블로어(120)에 의해 외부로부터 공기가 연료전지스택(130)의 캐소드(cathode)로 공급된다.
연료전지스택(130)은 복수 개의 개별 연료전지가 스택 형태로 배치되며 개질기(110)로부터 공급되는 수소와 공기블로어(120)에 의해 공급되는 공기 중의 산소와의 전기화학반응으로 직류 전력을 생산한다.
연료전지는 연료인 수소와 산화제인 산소가 분리판의 유로를 통해 막전극 접합체의 애노드와 캐소드로 각각 공급되며, 이때 수소는 애노드(연료극 또는 산화극)로 공급되고, 산소는 캐소드(공기극 또는 환원극)로 공급된다.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온 교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체 확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
연료전지스택(130)에서 생산된 전압은 전력변환기(140)으로 전달된다. 전력변환기(140)는 직류전력을 교류전력을 변환할 수 있다.
전압검출부(170)는 연료전지스택(130)에서 생성된 전압을 검출할 수 있다. 이러한 전압검출부(170)는 전력변환기(140)의 내부에 설치될 수도 있다. 전압검출부(170)에서 검출된 전압은 제어부(180)로 전달된다.
제어부(180)는 연료전지 시스템의 전반적인 동작을 제어한다. 본 실시예에서는 특히 전압검출부(170)에서 검출된 전압을 기초로 전력변환기(140)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(180)는 전력변환기(140)에서 출력되는 전류를 설정된 주기로 제어하고, 이때 전압검출부(170)에서 검출된 전압의 평균치를 확인하여 전력변환기(140)의 온/오프를 제어할 수 있다.
한편, 연료전지스택(130)에서 전기화학반응이 더 활성화되도록 외부로부터 공기블로어(120)에 의해 연료전지스택(130)으로 공급되는 공기는 가습기(도시되지 않음)를 거쳐 가습된 공기가 연료전지스택(130)의 캐소드로 공급될 수도 있다.
연료전지스택(130)의 캐소드 입구에는 캐소드 입구 밸브(150)가 설치될 수 있다. 또한, 캐소드의 출구에는 캐소드 출구 밸브(160)가 설치될 수 있다.
캐소드 입구 밸브(150)는 공기블로어(120)에서 연료전지스택(130)의 캐소드로 공급되는 공기(산소)의 흐름을 제어한다. 즉, 캐소드 입구 밸브(150)가 개방되면 공기가 캐소드로 공급되고 캐소드 입구 밸브(150)가 폐쇄되면 캐소드로 공기의 공급이 차단된다
캐소드 출구 밸브(160)로는 연료전지스택(130)에서 수소와 산소의 전기화학반응 후 남은 공기가 배출될 수 있다. 캐소드 출구 밸브(160)가 개방되면 캐소드로부터 공기가 배출될 수 있고 캐소드 출구 밸브(160)가 폐쇄되면 캐소드로부터 공기의 배출이 차단된다.
본 실시예에서 이들 캐소드 입구 밸브(150) 및 캐소드 출구 밸브(160)는 제어부(180)에 의해 동작이 제어되며 연료전지스택(130)의 촉매 산화방지 및 촉매 환원반응 시 동작될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 연료전지 시스템은 그 외 전력을 생산하기 위한 각종 보조설비(BOP:Balance Of Plant)(도지되지 않음)를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 연료전지스택(130)의 촉매 산화방지 및 촉매 환원반응 시 개질기(110)와 공기블로어(120)에서 연료전지스택(130)으로 공급되는 수소 및 공기(산소)의 차단에 대한 신뢰성을 높이기 위해 제어부(180)는 개질기(110) 및 공기블로어(120)의 동작을 오프시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택의 산화방지를 위한 운전방법을 보인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지스택의 산화방지를 위한 운전방법에서는 연료전지스택의 운전이 정지된 상태인지를 확인하여(S101), 정지상태이면 개질기(110) 및 공기블로어(120)를 오프시킨다(S103).
그리고 캐소드 입구 밸브(150) 및 캐소드 출구 밸브(160)를 오프(폐쇄)시킨다(S105).
이후에, 제어부(I80)에서 전력변환기(140)의 출력전류가 설정된 최소전류가 되도록 제어한다(S107). 여기서, 상기 최소전류는 연료전지스택(130)에서 수소와 산소간에 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류이다. 본 실시예에서는 일례로 최소전류를 10A로 설정할 수 있다. 이러한 최소전류는 물론 변경될 수 있다.
즉, 제어부(180)는 전력변환기(140)의 출력을 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류값인 10A로 제어함으로써 연료전지스택(130) 내부에서 전기화학반응을 통해 산소가 모두 소진되되도록 한다.
이때, 본 실시예에서 전력변환기(140)의 출력과 출력차단은 설정된 주기마다 설정된 횟수만큼 반복된다. 예컨대, 전력변환기(140)에서 5초 주기로 10A를 출력하는 경우 5초가 10A를 출력하고 5초간 대기하였다가 다시 5초간 10A를 출력하도록 하는 것이다.
이후에, 연료전지스택(130)은 산소와 수소 간의 전기화학반응을 통해 전력을 생산하게 되고, 전압검출부(170)에서는 생산된 전압을 검출하고 검출된 전압을 기초로 계산된 전압평균치가 제1임계치보다 작으면(S109), 전력변환기(140)를 오프시킨다(S111).
여기서, 전압평균치가 제1임계치보다 작다는 것은 연료전지스택(130)에서 더 이상 전기화학반응이 일어나지 않는다는 것을 의미한다. 이는 연료전지스택(130)에 산소가 더 이상 잔존하지 않는다는 것을 의미한다. 여기서, 제1임계치는 전압평균치를 기준으로 전기화학반응이 일어나지 않음을 판단하는 기준값이 된다.
따라서, 연료전지스택(130)으로 산소가 더 이상 공급되지 않은 상태이므로 연료전지스택(130) 내부에서 더 이상 촉매 산화가 일어나지 않는 것이다.
이러한 과정을 통해 연료전지스택(130)의 촉매 산화를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택의 재생을 위한 운전방법을 보인 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지스택의 재생을 위한 운전방법에서는 연료전지 시스템의 운전 중에(S201), 연료전지스택(130)에서 생산한 전압의 평균치가 설정된 제2임계치보다 작으면(S203), 연료전지시스템의 운전을 정지한다(S205). 구체적으로 연료전지스택(130)의 운전을 정지한다.
여기서 전압평균치가 제2임계치보다 작다는 것은 연료전지스택(130)의 촉매가 산화되어 연료전지스택(130)의 성능이 저하됨을 의미한다. 촉매가 산화되면 연료전지스택(130)의 성능이 저하되어 전기생산량이 저하된다. 따라서, 제2임계치는 전압평균치를 기준으로 성능이 저하되었음을 판단하는 기준값이 된다.
연료전지스택(130)의 운전이 정지되면 개질기(110) 및 공기블로어(120)를 오프시킨다(S207). 그리고 캐소드 입구 밸브(150) 및 캐소드 출구 밸브(160)를 오프(폐쇄)시킨다(S209).
이후에, 제어부(I80)에서 전력변환기(140)의 출력전류가 최소전류가 되도록 제어한다(S211). 상기 최소전류는 연료전지스택(130)에서 수소와 산소 간에 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류이다. 본 실시예에서는 일례로 최소전류를 10A로 설정할 수 있다.
이후, 연료전지스택(130)에서는 내부에 잔존하는 산소와 수소 간의 전기화학반응을 통해 전력이 생산되고, 전압검출부(170)는 연료전지스택(130)의 셀 전압을 검출하고, 검출된 전압을 기초로 산출된 전압평균치가 제1임계치보다 작으면(S213) 전력변환기(140)를 오프시킨다(S215).
계속해서 카운트를 +1 증가시키고(S217), 총 카운트가 설정된 기준카운트에 도달하였는지를 판단하여(S219), 기준카운트에 도달하였으면 연료전지스택(130)을 운전시킨다(S201).
만약, 총 카운트가 기준카운트에 도달하지 않으면(S219), 수소와 산소를 다시 연료전지스택(130)으로 공급하기 위해 캐소드 입구 밸브(150)와 캐소드 출구 밸브(160)를 개방시키고(S221), 개질기(110)와 공기블로어(120)를 온시킨다(S223).
이후에는 총 카운트가 기준카운트에 도달할 때까지 상기 S205~S219 단계를 반복한다. 그리고 총 카운트가 기준카운트에 도달하면 연료전지스택(130)의 운전을 개시한다(S201).
상기 S219 단계 및 S221 단계에서 연료전지스택(130)으로 수소와 산소가 다시 공급되도록 하고 전력변환기(140)의 출력전류를 최소전류로 제어함으로써 수소가 캐소드에 흡착된 산소와 촉매환원반응을 통해 산화된 촉매를 재생시키도록 하는 것이다. 이때, 연료전지스택(130)의 운전은 정지되어 있으므로 공급된 수소와 산소 간의 전기화학반응이 일어나지 않고 단순히 수소에 의해 산화된 캐소드 촉매가 촉매환원반응을 일으켜 산화를 제거하는 것이다.
이러한 과정은 기설정된 횟수(설정된 기준카운트)만큼 반복하도록 하고 설정된 횟수에 도달하면 연료전지스택(130)이 재생되었다고 판단하여 연료전지시스템을 정상운전하도록 한다(S201).
즉, 상기 단계(S205~S217)가 기설정된 횟수만큰 반복되면 연료전지스택이 재생된 것으로 판단하여 발전운전 단계(S201)로 진행하고, 설정된 횟수만큼 반복되지 않으면 산화된 촉매에 대하여 촉매환원반응을 통해 촉매를 재생시키도록 한다.
기설정된 횟수는 촉매환원반응이 충분히 발생하도록 설정된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110 : 개질기 120 : 공기블로어
130 : 연료전지스택 140 : 전력변환기
150 : 캐소드 입구 밸브 160 : 캐소드 출구 밸브
170 : 전압검출부 180 : 제어부

Claims (10)

  1. 연료전지스택으로 수소를 공급하는 개질기 및 상기 연료전지스택으로 공기를 공급하는 공기블로어를 오프시키는 단계;
    상기 연료전지스택의 캐소드 입/출구 밸브를 각각 폐쇄하는 단계;
    상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 변환하는 전력변환기의 출력전류가 설정된 최소전류가 되도록 제어하는 단계;
    제어부가 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평균치를 산출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 전압평균치가 제1임계치보다 작으면 상기 전력변환기를 오프시키는 단계를 포함하는 연료전지스택의 운전방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최소전류는 상기 연료전지스택에 잔존하는 수소와 산소 간의 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류인 연료전지스택의 운전방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환기는 상기 최소전류를 설정된 주기로 출력 및 차단하는 연료전지스택의 운전방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 설정된 주기 동안의 연료전지스택의 전압평균치를 산출하는 연료전지스택의 운전방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압평균치가 상기 제1임계치보다 작으면 상기 연료전지스택 내에 잔존하는 수소와 산소간의 전기화학반응이 일어나지 않는 것으로 판단하여 상기 전력변환기를 오프시키는 연료전지스택의 운전방법.
  6. a) 연료전지스택의 운전 중에 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평균치를 산출하는 단계;
    b) 상기 전압 평균치가 제2임계치보다 작으면 상기 연료전지스택의 운전을 정지하는 단계;
    c) 상기 연료전지스택으로 수소를 공급하는 개질기 및 상기 연료전지스택으로 공기를 공급하는 공기블로어를 각각 오프시키는 단계;
    d) 상기 연료전지스택의 캐소드 입/출구 밸브를 각각 폐쇄하는 단계;
    e) 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 변환하는 전력변환기의 출력전류가 설정된 최소전류가 되도록 제어하는 단계;
    f) 제어부가 상기 연료전지스택에서 생산된 전압의 평균치가 설정된 제1임계치보다 작으면 상기 전력변환기를 오프시키는 단계;
    g) 카운트를 +1 증가시키고, 총 카운트가 설정된 기준카운트에 도달하면 상기 연료전지스택을 운전시키는 단계;
    h) 상기 총 카운트가 상기 기준카운트에 도달하지 않으면 상기 캐소드 입/출구 밸브를 각각 개방하는 단계;
    i) 상기 개질기 및 공기블로어를 온시키는 단계;
    j) 상기 총 카운트가 상기 기준카운트에 도달할 때까지 상기 c)~g) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 연료전지스택의 운전방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최소전류는 상기 연료전지스택에 잔존하는 수소와 산소 간의 전기화학반응이 일어날 수 있는 최소한의 전류인 연료전지스택의 운전방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전력변환기는 상기 최소전류를 설정된 주기로 출력 및 차단하는 연료전지스택의 운전방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 설정된 주기 동안의 연료전지스택의 전압평균치를 산출하는 연료전지스택의 운전방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전압평균치가 상기 제1임계치보다 작으면 상기 연료전지스택 내에 잔존하는 수소와 산소간의 전기화학반응이 일어나지 않는 것으로 판단하여 상기 전력변환기를 오프시키는 연료전지스택의 운전방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114927728A (zh) * 2022-04-13 2022-08-19 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统停机泄放控制方法及装置、车辆
WO2023247671A3 (de) * 2022-06-22 2024-06-20 Robert Bosch Gmbh Diagnoseverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120071288A (ko) 2010-12-22 2012-07-02 지에스퓨얼셀 주식회사 연료전지 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120071288A (ko) 2010-12-22 2012-07-02 지에스퓨얼셀 주식회사 연료전지 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114927728A (zh) * 2022-04-13 2022-08-19 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统停机泄放控制方法及装置、车辆
CN114927728B (zh) * 2022-04-13 2023-09-12 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统停机泄放控制方法及装置、车辆
WO2023247671A3 (de) * 2022-06-22 2024-06-20 Robert Bosch Gmbh Diagnoseverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem

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