KR20210132317A - 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210132317A
KR20210132317A KR1020200050543A KR20200050543A KR20210132317A KR 20210132317 A KR20210132317 A KR 20210132317A KR 1020200050543 A KR1020200050543 A KR 1020200050543A KR 20200050543 A KR20200050543 A KR 20200050543A KR 20210132317 A KR20210132317 A KR 20210132317A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
valve
cell system
cooling
coolant
Prior art date
Application number
KR1020200050543A
Other languages
English (en)
Inventor
안득균
강선종
이현재
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020200050543A priority Critical patent/KR20210132317A/ko
Priority to US17/015,835 priority patent/US11271231B2/en
Publication of KR20210132317A publication Critical patent/KR20210132317A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 연료전지 발전시스템을 구성하는 각 냉각시스템의 개별 냉각수라인을 공동 냉각수라인과 연결하고, 아울러 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 밸브를 구비하여, 필요에 따라 각 냉각시스템의 냉각수를 공동으로 사용함으로써, 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하더라도 제2 연료전지시스템의 냉각수를 이용하여 제1 연료전지시스템을 냉각시킬 수 있는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브; 상기 제1 밸브를 개폐하는 제1 밸브 구동부; 제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브; 상기 제2 밸브를 개폐하는 제2 밸브 구동부; 및 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제1 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 제어부를 포함한다.

Description

연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING COOLING OF FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연료전지 발전시스템을 구성하는 각 연료전지시스템의 냉각수온도를 제어하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지시스템은 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고, 연료전지스택 내에서 전기 화학적으로 직접 전기 에너지로 변환한다.
이러한 연료전지시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지스택, 연료전지스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치, 연료전지스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기(산소)를 공급하는 공기공급장치, 연료전지스택의 반응열을 시스템 외부로 배출하고 연료전지스택의 운전 온도를 제어하는 열관리시스템(Thermal Management System, TMS), 및 연료전지시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지제어기를 포함할 수 있다.
연료전지스택은 다수의 단위 셀들을 연속적으로 배열한 전기 발생 집합체로서, 각각의 단위 셀은 수소 및 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.
수소공급장치는 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소 재순환부 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 가습기 등을 포함하며, 열관리시스템은 냉각수 펌프, 온도조절 밸브 등을 포함한다.
수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소가 고압/저압 레귤레이터를 거쳐 낮은 압력으로 연료전지스택으로 공급되며, 수소 재순환부는 재순환라인에 재순환 블로워를 설치하여 스택의 연료극(anode)에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 연료극으로 재순환시킨다.
공기블로워에 의해 공급되는 건조한 공기가 가습기를 통과하는 동안, 스택의 공기극(cathode) 출구에서 배출된 배출가스(습윤공기)와 수분 교환하여 가습된 후 연료전지스택의 공기극 입구로 공급된다.
이러한 구성을 가지는 연료전지시스템은 연료인 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 발생시키고, 반응 부산물로 열과 물을 배출한다.
한편, 연료전지스택의 효율적인 연료전지 반응을 위해서는 적정 온도를 유지할 필요가 있으며, 이를 위해 연료전지시스템은 냉각수를 순환시켜 연료전지스택을 냉각시키는 열관리시스템과 연료전지스택에 의해 뜨거워진 냉각수를 냉각시키는 냉각시스템을 구비한다. 이때, 냉각시스템은 라디에이터와 냉각팬을 구비할 수 있다.
이러한 연료전지시스템과 냉각시스템이 하나의 발전모듈을 형성하고, 이러한 발전모듈이 복수개 병렬로 연결되어 하나의 연료전지 발전시스템을 구성한다.
종래의 연료전지 발전시스템은 특정 발전모듈 내 냉각수온도가 기준치를 초과하면(냉각시스템의 고장 또는 열관리시스템의 고장), 상기 특정 발전모듈 내 연료전지스택을 냉각시킬 수 있는 대안이 없기 때문에 상기 특정 발전모듈의 가동을 정지시켜야 했다.
따라서, 연료전지 발전시스템을 구성하는 복수의 연료전지시스템 중에서 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하는 경우, 제2 연료전지시스템의 냉각수를 이용하여 제1 연료전지시스템의 냉각수온도를 낮출 수 있는 방안이 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 연료전지 발전시스템을 구성하는 각 냉각시스템의 개별 냉각수라인을 공동 냉각수라인과 연결하고, 아울러 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 밸브를 구비하여, 필요에 따라 각 냉각시스템의 냉각수를 공동으로 사용함으로써, 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하더라도 제2 연료전지시스템의 냉각수를 이용하여 제1 연료전지시스템을 냉각시킬 수 있는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치는, 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브; 상기 제1 밸브를 개폐하는 제1 밸브 구동부; 제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브; 상기 제2 밸브를 개폐하는 제2 밸브 구동부; 및 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제1 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 평상시 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 닫힘 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장 진단결과에 기초하여 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 개방 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생한 경우, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생하지 않은 경우, 최대 냉각 제어신호를 상기 제1 연료전지시스템에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 연료전지시스템로부터 냉각 고장 진단결과를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장을 직접 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제2 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법은, 연료전지 발전시스템을 구성하는 제1 연료전지시스템과 제2 연료전지시스템의 냉각수온도를 모니터링하는 단계; 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브의 닫힘 상태와, 제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브의 닫힘 상태를 유지하는 단계; 및 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제1 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에는 상기 상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장 여부를 판단하는 단계; 상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생한 경우, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계; 및 상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생하지 않은 경우, 최대 냉각 제어신호를 상기 제1 연료전지시스템에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에는 상기 제1 연료전지시스템로부터 냉각 고장 진단결과를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에는 상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장을 직접 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법은, 연료전지 발전시스템을 구성하는 제1 연료전지시스템과 제2 연료전지시스템의 냉각수온도를 모니터링하는 단계; 제2 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브의 닫힘 상태와, 제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브의 닫힘 상태를 유지하는 단계; 및 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제2 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법은, 연료전지 발전시스템을 구성하는 각 냉각시스템의 개별 냉각수라인을 공동 냉각수라인과 연결하고, 아울러 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 밸브를 구비하여, 필요에 따라 각 냉각시스템의 냉각수를 공동으로 사용함으로써, 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하더라도 제2 연료전지시스템의 냉각수를 이용하여 제1 연료전지시스템을 냉각시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치에 대한 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지 발전시스템에 구비된 열관리시스템과 냉각시스템의 구조를 나타내는 도면,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법에 대한 흐름도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치(100)는, 저장부(Storage, 10), 제1 밸브(20), 제1 밸브 구동부(30), 제2 밸브(40), 제2 밸브 구동부(50), 제어부(Controller, 60)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 연료전지 발전시스템(200)을 구성하는 각 냉각시스템의 개별 냉각수라인을 공동 냉각수라인과 연결하고, 아울러 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 밸브를 구비한 상태에서, 필요에 따라 각 냉각시스템의 냉각수를 공동으로 사용하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.
저장부(10)는 각 연료전지시스템의 고장을 직접 진단하는 경우에 필요한 기준값으로서, TMS 압력값(일례로, 110kpa), 냉각수펌프 RPM(일례로, 500), 라디에이터 입출력 온도차(2℃), 팬 RPM(일례로, 500) 등을 저장할 수 있다.
저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
제1 밸브(20)는 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수를 공동 냉각수라인(110)으로 유입시키거나 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수가 공동 냉각수라인(110)으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 수행한다.
제1 밸브 구동부(30)는 제1 모터(미도시)를 구비할 수 있으며, 제어부(60)의 제어하에 제1 밸브(20)를 개폐시킨다.
제2 밸브(40)는 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수를 공동 냉각수라인(110)으로 유입시키거나 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수가 공동 냉각수라인(110)으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 수행한다.
제2 밸브 구동부(50)는 제2 모터(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(60)의 제어하에 제2 밸브(40)를 개폐시킨다.
제어부(60)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(60)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(60)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제어부(60)는 연료전지 발전시스템(200)을 구성하는 각 냉각시스템의 개별 냉각수라인을 공동 냉각수라인과 연결하고, 아울러 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 밸브를 구비한 상태에서 필요에 따라 각 냉각시스템의 냉각수를 공동으로 사용할 수 있도록 각종 제어를 수행할 수 있다.
제어부(60)는 평상시 제1 밸브(20)와 제2 밸브(40)를 닫힘 상태로 유지하여, 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수와 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수가 공동 냉각수라인으로 유입되지 않도록 한다.
제어부(60)는 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치(일례로, 90℃)를 초과하면, 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수가 제1 연료전지시스템(220)에 유입되도록 제1 밸브(20)와 제2 밸브(40)를 개방한다. 이때, 제어부(60)는 제1 연료전지시스템(220)의 FCU(Fuel cell Control Unit)로부터 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도를 획득할 수 있다. 이러한 제1 연료전지시스템(220)의 FCU는 제1 냉각시스템(210)도 제어한다.
제어부(60)는 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수온도가 기준치(일례로, 300℃)를 초과하면, 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수가 제2 연료전지시스템(240)에 유입되도록 제1 밸브(20)와 제2 밸브(40)를 개방한다. 이때, 제어부(60)는 제2 연료전지시스템(240)의 FCU(Fuel cell Control Unit)로부터 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수온도를 획득할 수 있다. 이러한 제2 연료전지시스템(240)의 FCU는 제2 냉각시스템(230)도 제어한다.
제어부(60)는 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수온도가 기준치(일례로, 300℃)를 초과하면, 제3 연료전지시스템(미도시)의 냉각수가 제2 연료전지시스템(240)에 유입되도록 제2 밸브(40)와 제3 밸브(미도시)를 개방할 수도 있다.
결국, 제어부(60)는 N-1번째 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, N-2번째 연료전지시스템의 냉각수가 N-1번째 연료전지시스템에 유입되도록 N-1번째 밸브와 N-2번째 밸브를 개방하거나, N번째 연료전지시스템의 냉각수가 N-1번째 연료전지시스템에 유입되도록 N-1번째 밸브와 N번째 밸브를 개방한다. 물론 제어부(60)는 N-2번째 밸브와 N번째 밸브를 모두 개방할 수도 있다.
한편, 제어부(60)는 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치(일례로, 300℃)를 초과하면, 제1 연료전지시스템(220)으로부터 냉각 고장정보(진단코드)를 수신한 후에 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수가 제1 연료전지시스템(220)에 유입되도록 제1 밸브(20)와 제2 밸브(40)를 개방할 수 있다.
제어부(60)는 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치(일례로, 300℃)를 초과하면, 열관리시스템 및 냉각시스템에 대한 고장 진단결과에 따라 제1 밸브(20)와 제2 밸브(40)의 개방 여부를 결정할 수 있다. 이때, 제어부(60)는 열관리시스템 또는 냉각시스템에 고장이 발생한 경우에 제1 밸브(20)와 제2 밸브(40)를 개방할 수 있다.
제어부(60)는 열관리시스템의 고장을 진단하는 과정에서, TMS 압력이 기준치(α) 미만이거나 냉각수펌프의 RPM이 기준치(γ) 미만이면 열관리시스템에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
제어부(60)는 냉각시스템의 고장을 진단하는 과정에서, 라디에이터의 입출력 온도차가 기준치(δ) 미만이거나 팬(FAN)의 RPM이 기준치(ε) 미만이면 열관리시스템에 고장이 발생한 것으로 진단할 수 있다.
제어부(60)는 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치를 초과하지만, 열관리시스템 또는 냉각시스템에 고장이 발생하지 않은 경우, 냉각수 펌프를 최대로 구동시키고 온도제어밸브를 최대로 개방하며 팬을 최대로 구동시키도록 제1 연료전지시스템(220)의 FCU를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 최대 냉각 제어신호를 제1 연료전지시스템(220)의 FCU로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이해를 돕기 위해 상기 구성에 대해 설명하지만, 밸브의 수와 밸브 구동부의 수는 본 발명에 아무런 영향을 미치지 않는다. 특히, 상기 구성에 대한 설명만으로도 더 많은 밸브와 밸브 구동부를 구비한 연료전지 발전시스템에 본 발명을 적용하는데 아무런 어려움이 없다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지 발전시스템에 구비된 열관리시스템과 냉각시스템의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, '221'은 열관리시스템을 나타내고, '210'은 냉각시스템을 나타낸다.
제1 온도센서(21)는 냉각 펌프(26)의 냉각수 출구라인에 위치하여 냉각수의 온도를 측정한다.
제2 온도센서(22)는 냉각 펌프(26)의 냉각수 입구라인에 위치하여 냉각수의 온도를 측정한다.
냉각수 히터(23)는 연료전지스택 냉각수 출구라인에서 분기된 라인에 위치하고, 제2 온도조절밸브(25)에 의해 냉각수 펌프(26)로부터 공급되는 냉각수를 가열하여 연료전지스택의 냉각수 출구라인으로 배출한다.
제1 온도조절밸브(24)는 냉각수 펌프(26)와 라디에이터(211) 사이에 위치하여, 연료전지스택으로부터 배출된 냉각수를 직접 냉각수 펌프(26)로 공급하거나(①), 연료전지스택으로부터 배출된 냉각수를 라디에이터(211)를 거쳐 냉각수 펌프(26)로 공급(②)하는 역할을 수행한다.
제2 온도조절밸브(25)는 냉각수 히터(23)와 냉각수 펌프(26) 및 연료전지스택 사이에 위치하여, 냉각수 펌프(26)로부터의 냉각수를 연료전지스택으로 공급(③)하거나, 냉각수 펌프(26)로부터의 냉각수를 냉각수 히터(23)로 공급(④)하는 역할을 수행한다.
냉각수 펌프(26)는 냉각수 순환라인 상에서 냉각수를 순환시키는 역할을 수행한다.
라디에이터(211)는 냉각수의 열을 대기 속으로 방출한다.
라디에이터 팬(212)은 바람을 이용하여 라디에이터(211)에 주입된 냉각수를 냉각시킨다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 제어부(60)가 연료전지 발전시스템을 구성하는 제1 연료전지시스템(220)과 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수온도를 모니터링한다(301).
이후, 제어부(60)가 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치를 초과하는지 판단한다(302).
상기 판단결과(302), 제1 연료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 제어부(60)가 상기 제1 연료전지시스템(220)의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인(110) 사이에 위치하는 제1 밸브(20)의 닫힘 상태와, 제2 연료전지시스템(240)의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인(110) 사이에 위치하는 제2 밸브(40)의 닫힘 상태를 유지한다(303).
상기 판단결과(60), 상기 제1 연3료전지시스템(220)의 냉각수온도가 기준치를 초과하는 경우, 제어부(60)가 상기 제2 연료전지시스템(240)의 냉각수가 상기 제1 연료전지시스템(220)에 유입되도록 상기 제1 밸브(20)와 상기 제2 밸브(40)를 개방한다(304).
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 저장부
20: 제1 밸브
30: 제1 밸브 구동부
40: 제2 밸브
50: 제2 밸브 구동부
60: 제어부

Claims (13)

  1. 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브;
    상기 제1 밸브를 개폐하는 제1 밸브 구동부;
    제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브;
    상기 제2 밸브를 개폐하는 제2 밸브 구동부; 및
    상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제1 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 제어부
    를 포함하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    평상시 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 닫힘 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장 진단결과에 기초하여 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 개방 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생한 경우, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생하지 않은 경우, 최대 냉각 제어신호를 상기 제1 연료전지시스템에 전송하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 연료전지시스템로부터 냉각 고장 진단결과를 수신하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장을 직접 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하면, 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제2 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치.
  9. 연료전지 발전시스템을 구성하는 제1 연료전지시스템과 제2 연료전지시스템의 냉각수온도를 모니터링하는 단계;
    제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브의 닫힘 상태와, 제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브의 닫힘 상태를 유지하는 단계; 및
    상기 제1 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 제2 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제1 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계
    를 포함하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계는,
    상기 상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장 여부를 판단하는 단계;
    상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생한 경우, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계; 및
    상기 제1 연료전지시스템에 냉각 고장이 발생하지 않은 경우, 최대 냉각 제어신호를 상기 제1 연료전지시스템에 전송하는 단계
    를 포함하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계는,
    상기 제1 연료전지시스템로부터 냉각 고장 진단결과를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계는,
    상기 제1 연료전지시스템의 냉각 고장을 직접 진단하는 단계
    를 더 포함하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법.
  13. 연료전지 발전시스템을 구성하는 제1 연료전지시스템과 제2 연료전지시스템의 냉각수온도를 모니터링하는 단계;
    상기 제2 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 제1 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제1 밸브의 닫힘 상태와, 제2 연료전지시스템의 개별 냉각수라인과 상기 공동 냉각수라인 사이에 위치하는 제2 밸브의 닫힘 상태를 유지하는 단계; 및
    상기 제2 연료전지시스템의 냉각수온도가 기준치를 초과하지 않는 경우, 상기 제1 연료전지시스템의 냉각수가 상기 제2 연료전지시스템에 유입되도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 개방하는 단계
    를 포함하는 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 방법.
KR1020200050543A 2020-04-27 2020-04-27 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법 KR20210132317A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200050543A KR20210132317A (ko) 2020-04-27 2020-04-27 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법
US17/015,835 US11271231B2 (en) 2020-04-27 2020-09-09 Apparatus and method for controlling cooling of fuel cell-based generator system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200050543A KR20210132317A (ko) 2020-04-27 2020-04-27 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210132317A true KR20210132317A (ko) 2021-11-04

Family

ID=78222852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200050543A KR20210132317A (ko) 2020-04-27 2020-04-27 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11271231B2 (ko)
KR (1) KR20210132317A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102550728B1 (ko) * 2021-07-01 2023-07-04 현대모비스 주식회사 연료전지 시스템에서 결함에 대처하기 위한 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100837975B1 (ko) 2006-09-27 2008-06-13 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각 시스템
US7862949B2 (en) * 2006-12-15 2011-01-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell reliability improvement by using stack end plate temperature sensors
KR101261923B1 (ko) 2011-09-08 2013-05-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각펌프 고장시 비상 제어 운전 장치 및 방법
DE102013213573A1 (de) * 2013-07-11 2015-01-15 Airbus Operations Gmbh System und Verfahren zum Kühlen eines Flugzeugbrennstoffzellensystems
US11201341B2 (en) * 2019-10-22 2021-12-14 Ford Global Technologies, Llc Thermal management system for fuel cell vehicle having multiple fuel-cell stacks

Also Published As

Publication number Publication date
US20210336282A1 (en) 2021-10-28
US11271231B2 (en) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7972736B2 (en) Fuel cell system with warming-up and method of operating the same
US20160126565A1 (en) System and method for controlling temperature of fuel cell stack
CN102666156A (zh) 车辆控制设备和车辆控制方法
US8871402B2 (en) Fuel cell system
US7998633B2 (en) Fuel cell system
US11872908B2 (en) Method for controlling thermal management systems of power plant
US20170301935A1 (en) Apparatus and method for controlling fuel cell stack
CN102859770A (zh) 燃料电池系统及抑制燃料电池的发电效率下降的方法
JP5061594B2 (ja) 燃料電池運転システム
KR20210132317A (ko) 연료전지 발전시스템의 냉각 제어 장치 및 그 방법
KR20180068159A (ko) 연료전지 시스템
CN112751056B (zh) 一种燃料电池吹扫系统以及控制方法
CN102201584B (zh) 用于阀控制的冷却剂旁通路径的诊断原理
US11283090B2 (en) Apparatus and method for controlling concentration of exhaust hydrogen in fuel cell system
KR102595285B1 (ko) 연료전지 시스템에서 효율 개선을 위한 방법
KR101734760B1 (ko) 연료전지 스택의 제어 장치 및 그 방법
KR20210036746A (ko) 연료전지 냉각 펌프 진단 장치 및 그 방법
JP2008053144A (ja) 燃料電池システム
CN115377450A (zh) 燃料电池系统的温度控制装置及操作燃料电池系统的方法
KR101795243B1 (ko) 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법
KR101927158B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그의 제어 방법
KR20210063894A (ko) 연료전지시스템의 배기수소 농도 저감 장치 및 그 방법
JP2008047444A (ja) 燃料電池システム
JP2008004418A (ja) 熱交換システム
US20230317986A1 (en) Apparatus for controlling fuel cell system and method thereof