KR20230133076A - 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법 - Google Patents

연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법 Download PDF

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Abstract

연료전지 시스템의 구동 중, 수소배출밸브를 개방하여 애노드 오프가스의 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서를 보정함으로써 연료전지 시스템의 정지 없이도 수소압력센서의 옵셋 보정을 수행할 수 있는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법이 소개된다.

Description

연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법 {METHOD AND SYSTEM FOR CORRECTING OFFSET OF HYDROGEN PRESSURE SENSOR IN FUEL CELL}
본 발명은 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 연료전지 시스템의 구동 중, 수소배출밸브를 개방하여 애노드 오프가스의 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서를 보정함으로써 연료전지 시스템의 정지 없이도 수소압력센서의 옵셋 보정을 수행할 수 있는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환장치로서, 산업용, 가정용 및 차량용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자 제품, 휴대기기의 전력을 공급하는 데에도 이용될 수 있다.
특히, 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)에서는 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체(MEA, Membrane-Electrode Assmebly)가 위치하고, 막전극접합체는 수소이온을 이동시켜 줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 전극층인 캐소드(Cathode) 및 애노드(Anode)로 구성된다.
수소공급계에서 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소는 일정한 압력으로 감압된 후 연료전지스택에 공급되는데, 이때 감압된 수소는 연료전지스택의 운전 조건에 따라 압력 제어를 통해 공급량이 제어된 상태로 연료전지스택에 공급된다. 또한, 연료전지스택에서 반응 후 남은 수소는 수소 재순환 장치에 의해 애노드로 재순환된다.
공기공급계는 외부 공기를 연료전지스택으로 공급하기 위한 것으로, 공기압축기를 통해 공급되는 건조한 공기를 공기가습기로 가습하여 연료전지의 캐소드에 공급하게 된다. 캐소드의 배기가스는 내부에서 발생한 물 성분에 의해 가습된 상태로 공기가습기로 다시 전해지게 되고, 공기압축기에 의해 캐소드로 공급될 건조공기를 가습하는 데에 이용될 수 있다.
이러한 연료전지 시스템의 공기공급계에 있어서, 연료전지스택으로 공급되는 공기의 공급량은 연료전지스택의 요구 전류량과 주변기기(BOP, Balance of Plant) 요구 전류량에 따라 공기 목표 유량을 결정하도록 구성됨이 일반적이다.
그리고 수소공급계의 경우 수소의 공급량 제어를 위해서 애노드 압력 제어를 수행한다. 이는 개폐정도에 따라 수소 공급량을 조절하는 밸브류의 인근에 설치되는 압력센서들(이하, '수소압력센서'라 한다.)에 의해 수행된다. 참고로, 압력센서는 수소공급계 뿐만 아니라 공기공급계에도 설치될 수 있다.
즉, 현재 일반적인 연료전지 시스템에서는 압력센서의 계측치를 이용하여 연료전지 시스템을 제어하고 있으며, 그 계측치의 정확성은 시스템 연비와 내구도에 큰 영향을 미친다.
한편, 압력센서는 연료전지 시스템의 구동에 따라 점진적으로 옵셋이 발생하게 되므로, 이러한 옵셋을 보정하여 압력센서 계측치의 정확성을 담보할 필요성이 있다.
옵셋이 발생했을 때 적절한 옵셋 보정을 수행하지 않은 상태에서 수소 공급 제어를 수행할 경우에는 제어 정확도는 물론 시스템 안정성까지 보장할 수 없는 상황이 발생한다. 이러한 현상을 대응하기 위해 종래기술에서도 옵셋 보정 기능이 적용되어 있다.
다만, 종래기술 방식은 옵셋 보정을 수행하기 위해 시스템의 일시적인 셧다운(Shut-down)이 요구된다. 다시 말해, 일정 시간 동안 연료전지의 발전을 정지해야만 하므로 시스템의 발전 출력이 불안정해지는 문제가 야기된다. 이러한 문제를 고려하지 않고 장기적인 발전을 수행하게 되면 애노드 압력의 최적화된 제어가 불가능하여 연료 사용량 내지 출력 성능 및 시스템 내구가 저하될 수 있다.
이는, 발전 사업용 연료전지와 같이 일정한 출력으로 장기간 구동될 것이 요구되는 경우에 있어서 특히 중요한 문제로서 필수적으로 해결될 필요가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2249759 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료전지 시스템의 구동 중, 수소배출밸브를 개방하여 애노드 오프가스의 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서를 보정함으로써 연료전지 시스템의 정지 없이도 수소압력센서의 옵셋 보정을 수행할 수 있는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정 시스템 및 보정방법을 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택의 애노드 입구측에 연결된 수소공급라인에 마련되어 애노드에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 수소압력센서, 연료전지스택의 애노드 출구측에 연결된 수소배출라인에 마련되어 애노드에서 배출된 오프가스의 배출을 제어하는 수소배출밸브, 연료전지스택의 캐소드 입구측으로 공급되는 공기를 가습하고, 수소배출밸브에서 배출된 오프가스를 도입하는 공기가습기, 공기가습기 입구측에 연결된 공기공급라인의 공기 유량을 측정하는 공기유량센서 및 수소배출밸브의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서의 옵셋을 보정하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템은, 공기가습기 입구측과 공기유량센서 사이의 공기공급라인에 마련되어 캐소드 입구측으로 공기를 공급하는 공기압축기를 더 포함하고, 제어기는, 공기압축기의 회전수를 제어하여 캐소드로 공급되는 공기의 유량을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템에서 공기압축기의 회전수는 캐소드로 공급되는 공기의 목표 유량과 목표 압력에 따라 미리 마련된 설정값으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택의 애노드 입구측에 연결된 수소공급라인에 마련되어 애노드에 공급되는 수소의 유량을 조절하는 수소공급밸브를 더 포함하고, 제어기는, 수소공급밸브의 개도량을 제어하여 연료전지스택의 수소 기체 소모량 또는 애노드로 공급되는 수소의 압력을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템에서 수소공급밸브의 개도량은 연료전지스택의 전류 요구량 또는 애노드로 공급되는 수소의 목표 압력에 따라 미리 마련된 설정값으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택의 온도 조절을 위한 냉각라인에 형성된 냉각팬과 냉각펌프를 더 포함하고, 제어기는, 냉각팬과 냉각펌프 각각의 회전수를 제어하여 연료전지스택의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택의 캐소드 입구측에 연결된 공기공급라인에 마련되어 캐소드에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 공기압력센서를 더 포함하고, 제어기는, 수소배출밸브의 개방시 공기압력센서와 수소압력센서에서 측정된 공기와 수소의 압력차이에 기반하여 미리 마련된 공기유량센서의 유량 변동 기준값에 따라 수소압력의 추정값을 도출하며, 도출된 추정값과 수소압력센서에 의해 측정된 수소압력의 측정값을 통해 수소압력센서의 보정값을 도출할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템의 제어기는, 수소압력센서의 측정값이 미리 설정된 압력값과 상이하거나 연료전지스택의 출력이 목표 출력과 상이한 경우 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템의 연료전지스택은 복수개가 마련되고, 수소압력센서는 복수개의 연료전지스택 각각의 애노드 입구측에 연결된 수소공급라인에 개별적으로 마련되며, 제어기는, 복수의 수소압력센서 각각의 측정값 차이가 미리 설정된 오차범위 이상인 경우 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법은, 제어기에서 연료전지스택의 구동 중 수소압력센서의 옵셋 보정 필요여부를 판단하는 단계, 제어기에서 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요하다고 판단한 경우 연료전지스택으로 공급되는 공기의 유량, 연료전지스택의 수소 기체 소모량 및 연료전지스택의 온도가 일정하게 유지되도록 공기압축기, 수소공급밸브, 냉각팬 및 냉각펌프를 제어하는 단계, 제어기에서 수소배출밸브를 개방하여 오프가스를 배출하는 단계, 제어기에서 수소배출밸브의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계 및 제어기에서 도출된 보정값을 통해 수소압력센서의 옵셋을 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법의 오프가스를 배출하는 단계와 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계는, 사전에 설정된 횟수 동안 반복하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법에서 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계는, 반복 수행에 따라 도출된 수소압력센서의 보정값들의 평균값을 최종 수소압력센서의 보정값으로 도출할 수 있다.
본 발명의 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법에 따르면, 연료전지 시스템의 구동 중, 수소배출밸브를 개방하여 애노드 오프가스의 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서를 보정함으로써 연료전지 시스템의 정지 없이도 수소압력센서의 옵셋 보정을 수행할 수 있다.
이에 따라, 연료전지의 장기간 구동시에도 애노드 압력의 최적화된 제어가 가능하여 시스템 내구가 향상되고, 일정한 출력을 안정적으로 유지할 수 있어 연료 사용량 내지 출력 성능이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 수소배출밸브 개방시 공기유량센서의 유량이 변동되는 것을 나타낸 그래프.
도 3은 도 2에서 수소배출밸브 개방 전 공기의 유량 등이 일정하게 유지되는 것을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법을 나타낸 순서도.
이 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 여러 실시형태에 대한 구성 및 작용원리를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 수소배출밸브(510) 개방시 공기유량센서(610)의 유량이 변동되는 것을 나타낸 그래프이며, 도 3은 도 2에서 수소배출밸브(510) 개방 전 공기의 유량 등이 일정하게 유지되는 것을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 일반적인 연료전지시스템의 구성과 이를 제어하는 종래의 제어방법을 간략히 살펴보면서, 본 발명의 각 구성요소 및 단계가 갖는 차별적 특징을 함께 설명하기로 한다.
연료전지시스템은, 복수의 연료전지 셀들이 적층된 연료전지스택(100), 연료로서 사용되는 수소를 연료전지스택(100)의 애노드(110)로 공급하는 연료공급시스템, 전기화학반응에 필요한 산소를 연료전지스택(100)의 캐소드(120)로 공급하는 공기공급시스템 등을 포함한다.
특히 공기공급시스템은 외부공기를 흡입하여 연료전지스택(100)의 캐소드(120)로 공급하는 공기압축기(700), 캐소드(120)로 공급되는 공기의 유량을 조절하는 밸브, 캐소드(120)로 공급되는 공기를 가습하는 공기가습기(200) 등으로 구성된다.
여기서 공기가습기(200)는 연료전지의 작동을 위한 것으로서, 연료전지에서 수분은 수소이온의 전달 매개체 역할을 하기 때문에 캐소드(120)로 공급되는 공기에는 반드시 적절한 수분을 가습할 필요가 있다.
한편, 연료전지의 작동시 수소 연료와 공기에 포함된 산소는 전기화학(electrochemistry) 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키고, 그 부산물로서 물을 생성한다. 캐소드(120) 내부에서 발생한 물은 애노드(110)로 크로스오버(Cross-over)될 수 있으며, 이로 인해 애노드(110)에서 전기화학 반응 후 배출되는 수소 배기가스(이하, '오프가스'라 한다.)에도 일정량의 수분(물)을 포함하게 된다.
종래 오프가스에 포함된 수분은 별도의 워터 트랩(Water-Trap)등으로 포집되어 배출밸브를 통해 버려졌으나, 최근에는 연료전지의 효율 향상을 위해 워터 트랩으로 포집한 물을 가습기로 순환시켜 공기압축기(700)에 의해 캐소드(120)로 공급될 건조공기의 가습에 재활용하는 경우가 일반적이다.
이때, 오프가스가 가습기로 순환되는 과정에서 배출밸브의 개방에 따라 도 2에 나타난 바와 같이 공기 공급 유량에 변동(A)이 발생한다. 참고로 도 2에서 하단의 그래프는 수소배출밸브(510)의 개방시점을 나타낸 것이고, 상단의 그래프는 공기유량센서(610)에서 측정되는 공기의 공급 유량을 나타낸 것이다.
즉, 수소배출밸브(510)의 개방시 오프가스가 가습기로 유입되면서 일시적으로 가습기의 내부 압력이 높아지므로 공기압축기(700) 전단에 설치된 공기유량센서(610)에서 측정되는 유량은 순간적인 저하(이하, '유량 변동값'이라 한다.)가 나타나게 된다.
따라서 유량 변동값은 수소배출밸브(510) 개방 직전 공기 유량 측정값 및 수소배출밸브(510)의 개방 중 공기 유량 측정값 중 최소값의 차이로 정의될 수 있다. 이러한 유량 변동값에 영향을 미치는 인자로는 공기의 목표 유량, 연료전지스택(100)의 수소 기체 소모량 및 연료전지스택(100)의 온도, 오프가스의 배출 유량 등이 있다. 여기서 공기의 목표 유량, 수소 기체 소모량 및 연료전지스택(100)의 온도를 일정하게 유지시키면 유량 변동값은 오프가스의 배출 유량과의 함수로 표현될 수 있으며, 오프가스의 배출 유량은 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차압에 영향을 받는다. 참고로 애노드(110) 압력은 수소공급라인(400)으로부터 애노드(110)로 유입되는 애노드(110) 입구측의 압력을 의미하고, 캐소드(120) 압력은 공기공급라인(600)으로부터 캐소드(120)로 유입되는 캐소드(120) 입구측의 압력을 의미한다.
따라서, 오프가스의 배출 유량에 관한 함수로 표현되는 유량 변동값은, 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차압으로 표현되므로, 이로부터 애노드(110) 압력을 역산할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 이와 같이 오프가스의 배출에 따라 발생하는 유량 변동값에 기초하여 애노드(110) 압력을 역산함으로써 연료전지의 수소압력센서(420)의 옵셋을 실시간으로 보정하고자 하는 것이다.
이에 따라, 옵셋 보정을 수행하기 위해 연료전지의 발전을 정지할 필요가 없게 되어 시스템의 발전 출력을 안정적으로 유지할 수 있고, 실시간 보정을 통해 애노드(110) 압력의 최적화된 제어가 가능하여 연료 사용량 내지 출력 성능 및 시스템 내구가 향상되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 각 구성요소 및 단계들이 갖는 핵심적 특징들을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 애노드(110) 입구측에 연결된 수소공급라인(400)에 마련되어 애노드(110)에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 수소압력센서(420), 연료전지스택(100)의 애노드(110) 출구측에 연결된 수소배출라인(500)에 마련되어 애노드(110)에서 배출된 오프가스의 배출을 제어하는 수소배출밸브(510), 연료전지스택(100)의 캐소드(120) 입구측으로 공급되는 공기를 가습하고, 수소배출밸브(510)에서 배출된 오프가스를 도입하는 공기가습기(200), 공기가습기(200) 입구측에 연결된 공기공급라인(600)의 공기 유량을 측정하는 공기유량센서(610) 및 수소배출밸브(510)의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서(610)의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서(420)의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서(420)의 옵셋을 보정하는 제어기(300)를 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템에서, 연료전지스택(100)의 애노드(110) 입구측에는 수소가 공급되는 수소공급라인(400)이 마련되고, 캐소드(120) 입구측에는 공기가 공급되는 공기공급라인(600)이 마련된다.
옵셋 보정이 수행되는 수소압력센서(420)는 수소공급라인(400)에 마련되어 애노드(110)에 공급되는 수소의 압력을 실시간으로 측정한다.
연료전지스택(100) 내부에서 전기화학 반응을 거친 수소가스(오프가스)는 애노드(110) 출구측에 연결된 수소배출라인(500)을 통해 배출되고, 수소배출라인(500)에는 수소배출밸브(510)가 마련되어 애노드(110)에서 배출된 오프가스의 배출을 제어한다.
수소배출밸브(510)에서 배출된 오프가스는 공기가습기(200)로 유입되며, 공기가습기(200)의 입구측에는 공기공급라인(600)이 형성된다. 즉, 공기공급라인(600)을 통해 캐소드(120)로 공급되는 공기는 공기가습기(200)를 통과하면서 가습되게 된다.
참고로, 공기가습기(200)에는 도 1에 도시된 바와 같이 내부 막(210)이 형성된다. 공기가습기(200) 내부 막(210)은 수분이 투과될 수 있는 구조로 형성되며, 공기가습기(200) 내부 막(210)을 기준으로 하여 그 내부는 루멘 사이드(Lumen side), 외부는 쉘 사이드(Shell side)라고 한다. 공기공급라인(600)을 통해 공기가습기(200)로 유입되는 공기는 루멘 사이드를 통과하고, 수소배출밸브(510)에서 배출된 오프가스는 쉘 사이드로 유입되어 오프가스에 포함된 일정량의 수분이 루멘 사이드로 투과되면서 공기공급라인(600)을 통해 공기가습기(200)로 유입된 공기가 가습된다. 그리고 쉘 사이드로 유입된 오프가스는 루멘 사이드로 수분을 공급한 후, 배출구(220)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템에서 제어기(300)는, 수소배출밸브(510)의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서(610)의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서(420)의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서(420)의 옵셋을 보정한다.
구체적으로, 공기공급라인(600)에는 공기의 유량을 측정하는 공기유량센서(610)가 마련되는데, 앞서 본 바와 같이 수소배출밸브(510)에서 오프가스를 배출하는 경우 공기유량센서(610)에서 측정되는 유량은 순간적인 변동(이하, '유량 변동값'이라 한다.)이 발생하게 된다.
이러한 유량 변동값은 오프가스의 배출 유량에 관한 함수로서, 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차압으로 표현되므로, 이로부터 애노드(110) 압력을 역산할 수 있게 된다. 다시 말해, 수소압력센서(420)의 압력값을 추정할 수 있게 되는 것이다.
그리고 이와 같이 추정된 수소압력센서(420)의 압력값과 수소압력센서(420)에서 측정한 실제값과의 차이로부터 수소압력센서(420)의 실시간 옵셋 보정값이 도출되며, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서(420)의 옵셋을 보정하게 되는 것이다. 참고로 여기서 수소압력센서(420)에서 측정한 실제값은, 애노드(110)로 공급되는 수소의 목표 압력값이 활용될 수 있으며, 이에 대해서는 추후 구체적으로 설명하기로 한다.
결과적으로, 오프가스의 배출에 따른 유량 변동값으로부터 수소압력센서(420)의 압력값을 추정하고 이로부터 보정값을 도출하여 옵셋 보정을 수행함으로써, 연료전지의 발전을 정지하지 않고도 옵셋 보정을 수행할 수 있게 된다. 이에 따라, 시스템의 발전 출력을 안정적으로 유지할 수 있고, 실시간 보정을 통해 애노드(110) 압력의 최적화된 제어가 가능하여 연료 사용량 내지 출력 성능 및 시스템 내구가 향상되는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 공기가습기(200) 입구측과 공기유량센서(610) 사이의 공기공급라인(600)에 마련되어 캐소드(120) 입구측으로 공기를 공급하는 공기압축기(700)를 더 포함하고, 제어기(300)는, 공기압축기(700)의 회전수를 제어하여 캐소드(120)로 공급되는 공기의 유량을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 공기압축기(700)의 회전수는 캐소드(120)로 공급되는 공기의 목표 유량과 목표 압력에 따라 미리 마련된 설정값으로 결정될 수 있다.
앞서 본 바와 같이, 유량 변동값에 영향을 미치는 인자로는 공기의 목표 유량, 수소 기체 소모량 및 연료전지스택(100)의 온도 등이 있다. 여기서 연료전지스택(100)의 온도는 그 자체로서 유량 변동값에 영향을 미치는 것이 아니라, 연료전지스택(100) 내부의 압력 상승에 부분적인 영향을 미침으로써 유량 변동값에 영향을 주게 되는 간접적인 영향 인자에 해당한다.
다시 말해, 연료전지스택(100)의 온도는 공기의 목표 압력에 영향을 주는 인자에 해당하므로, 공기의 목표 압력 역시 유량 변동값의 영향 인자가 될 수 있다. 그리고 공기의 목표 압력 내지 목표 유량은 공기압축기(700)의 회전수를 조절함으로써 제어될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 공기가습기(200) 입구측과 공기유량센서(610) 사이의 공기공급라인(600)에 마련되는 공기압축기(700)를 더 포함하고, 제어기(300)에 의해 공기압축기(700)의 회전수를 제어함으로써 캐소드(120)로 공급되는 공기의 유량을 일정하게 유지하고자 하는 것이다. 그리고 공기압축기(700)의 회전수는 공기의 목표 유량과 목표 압력에 따라 다수의 실험을 통해 미리 마련된 설정값으로 결정될 수 있다.
결과적으로, 이와 같이 공기압축기(700)의 회전수를 제어함으로써, 유량 변동값에 영향을 미치는 인자를 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라 유량 변동값을 공기의 목표 유량과 목표 압력을 제외한 영향 인자에 관한 함수로만 표현할 수 있게 되므로, 최소화된 영향 인자의 영향만을 고려하여 애노드(110) 압력 추정값을 손쉽게 역산할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 도 2에서 수소배출밸브(510) 개방 전 공기의 유량 등이 일정하게 유지되는 것을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 애노드(110) 입구측에 연결된 수소공급라인(400)에 마련되어 애노드(110)에 공급되는 수소의 유량을 조절하는 수소공급밸브(410)를 더 포함하고, 제어기(300)는, 수소공급밸브(410)의 개도량을 제어하여 연료전지스택(100)의 수소 기체 소모량 또는 애노드(110)로 공급되는 수소의 압력을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템에서 수소공급밸브(410)의 개도량은 연료전지스택(100)의 전류 요구량 또는 애노드(110)로 공급되는 수소의 목표 압력에 따라 미리 마련된 설정값으로 결정될 수 있다.
이는, 앞서 살펴본 유량 변동값에 영향을 미치는 인자에서 연료전지스택(100)에서의 수소 기체 소모량을 고정하고, 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차압으로 표현되는 유량 변동값으로부터 애노드(110) 압력을 역산하여 수소압력센서(420)의 실시간 옵셋 보정값을 도출하기 위해 애노드(110)로 공급되는 수소의 목표 압력을 일정하게 고정시키는 것으로 이해될 수 있다.
다시 말해, 수소 기체의 소모량 고정을 통해 유량 변동값을 오프가스의 배출 유량에 관한 함수로만 표현할 수 있게 함으로써, 애노드(110) 압력 추정값을 손쉽게 역산할 수 있다. 그리고 이와 같이 추정된 애노드(110) 압력 추정값과 애노드(110)로 공급되는 수소의 목표 압력값의 차이로부터 수소압력센서(420)의 옵셋 보정값을 쉽게 도출할 수 있게 된다. 수소압력센서(420)의 옵셋 보정값은 애노드(110) 압력 추정값과 실제 애노드(110) 압력 측정값의 차이로 계산됨이 바람직하나, 실제 애노드(110) 압력의 측정값은 항시 어느 정도의 변동이 있어 오차가 발생하므로, 애노드(110)로 공급되는 수소의 목표 압력값을 고정하여 수소압력센서(420)에서 측정한 실제값 대신 활용하는 경우 정확도가 향상될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 애노드(110) 입구측에 연결된 수소공급라인(400)에 마련되는 수소공급밸브(410)를 더 포함하고, 제어기(300)에 의해 수소공급밸브(410)의 개도량을 제어하여 연료전지스택(100)의 수소 기체 소모량 또는 애노드(110)로 공급되는 수소의 압력을 일정하게 유지하는 것이다. 이때, 수소 기체의 소모량은 연료전지스택(100)의 목표 출력에 따른 전류 요구량에 의해 결정될 수 있으며, 애노드(110)로 공급되는 수소의 압력은 다수의 실험을 통해 미리 마련된 목표 압력의 설정값에 따라 결정될 수 있다.
결과적으로, 이와 같이 수소공급밸브(410)의 개도량을 제어함으로써, 유량 변동값에 영향을 미치는 인자를 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라 유량 변동값을 수소 기체 소모량을 제외한 영향 인자에 관한 함수로만 표현할 수 있게 되므로, 최소화된 영향 인자의 영향만을 고려하여 애노드(110) 압력 추정값을 손쉽게 역산할 수 있는 효과가 있다.
참고로, 도 1을 참조하면, 수소공급라인(400)은 일측이 수소탱크(430)에 연결되고 타측이 애노드(110) 입구측에 연결된다. 여기서 수소공급밸브(410)는 수소탱크(430)와 애노드(110) 입구측 사이의 수소공급라인(400)에 형성되며, 수소압력센서(420)는 수소공급밸브(410)와 애노드(110) 입구측 사이의 수소공급라인(400)에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 온도 조절을 위한 냉각라인(800)에 형성된 냉각팬(810)과 냉각펌프(820)를 더 포함하고, 제어기(300)는, 냉각팬(810)과 냉각펌프(820) 각각의 회전수를 제어하여 연료전지스택(100)의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이는, 앞서 살펴본 유량 변동값에 영향을 미치는 인자에서 연료전지스택(100)의 온도를 고정하여, 온도 상승에 따라 연료전지스택(100)의 내부 압력이 상승하는 것을 최소화하기 위한 것으로 이해될 수 있다.
다시 말해, 연료전지스택(100)의 온도는 그 자체로서 유량 변동값에 영향을 미치는 것이 아니라, 연료전지스택(100) 내부의 압력 상승에 부분적인 영향을 미침으로써 유량 변동값에 영향을 주게 되는 간접적인 영향 인자에 해당하므로, 연료전지스택(100)의 온도 역시 일정하게 유지할 필요가 있는 것이다.
따라서 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 온도 조절을 위해 내부에 냉각수가 흐르는 냉각라인(800) 및 냉각라인(800)에 마련되어 냉각수의 유동을 발생시키는 냉각팬(810)과 냉각펌프(820)를 더 포함한다. 그리고 제어기(300)에 의해 냉각팬(810)과 냉각펌프(820)의 회전수를 제어함으로써 연료전지스택(100)의 온도를 일정하게 유지하는 것이다.
예를 들어, 냉각팬(810)과 냉각펌프(820)의 회전수를 늘리면 냉각수의 유량과 유속이 증가하므로, 연료전지스택(100)의 구동에 따라 상승한 온도를 보다 빠르게 식힐 수 있게 된다.
결과적으로, 이와 같이 냉각팬(810)과 냉각펌프(820)의 회전수를 제어함으로써, 유량 변동값에 영향을 미치는 인자를 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라 유량 변동값을 연료전지스택(100)의 온도를 제외한 영향 인자에 관한 함수로만 표현할 수 있게 되므로, 최소화된 영향 인자의 영향만을 고려하여 애노드(110) 압력 추정값을 손쉽게 역산할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 캐소드(120) 입구측에 연결된 공기공급라인(600)에 마련되어 캐소드(120)에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 공기압력센서(620)를 더 포함하고, 제어기(300)는, 수소배출밸브(510)의 개방시 공기압력센서(620)와 수소압력센서(420)에서 측정된 공기와 수소의 압력차이에 기반하여 미리 마련된 공기유량센서(610)의 유량 변동 기준값에 따라 수소압력의 추정값을 도출하며, 도출된 추정값과 수소압력센서(420)에 의해 측정된 수소압력의 측정값을 통해 수소압력센서(420)의 보정값을 도출할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 오프가스의 배출 유량에 관한 함수로 표현되는 유량 변동값은, 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차압으로 표현되므로 유량 변동값으로부터 애노드(110) 압력의 추정값을 역산하기 위해서는 캐소드(120) 압력을 측정할 필요가 있다.
따라서 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 연료전지스택(100)의 캐소드(120) 입구측에 연결된 공기공급라인(600)에 마련되는 공기압력센서(620)를 더 포함하여, 이를 통해 캐소드(120) 입구측의 공기 압력을 측정한다. 그리고 제어기(300)는, 미리 마련된 공기유량센서(610)의 유량 변동 기준값에 따라 수소압력의 추정값을 도출한다.
여기서 미리 마련된 공기유량센서(610)의 유량 변동 기준값은, 수소배출밸브(510)의 개방시 공기압력센서(620)에서 측정된 공기의 압력과 수소압력센서(420)에서 측정된 수소의 압력의 차이에 기반하여 다수의 실험을 통해 작성된 시험 맵에 의해 결정되는 것으로 이해될 수 있다.
다시 말해, 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차이에 따라 유량 변동값이 결정되므로, 다수의 실험을 통해 특정한 차압(애노드 압력과 캐소드 압력의 차이를 의미한다.) 조건에서의 유량 변동값을 데이터화 할 수 있다.
즉, 이와 같이 데이터화된 유량 변동값이 유량 변동 기준값이 된다. 이러한 유량 변동 기준값은 곧, 수소배출밸브(510)의 개방시 특정한 차압 조건을 의미하므로, 캐소드(120) 압력을 알고 있다면, 애노드(110) 압력을 역산하여 추정할 수 있게 되는 것이다.
결과적으로, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템은, 공기압력센서(620)를 통해 측정된 캐소드(120) 압력과 미리 마련된 공기유량센서(610)의 유량 변동 기준값에 따라 수소압력의 추정값을 도출할 수 있게 된다.
이와 같이 도출된 추정값과 수소압력센서(420)에 의해 측정된 수소압력의 측정값을 통해 수소압력센서(420)의 보정값을 도출함으로써, 연료전지의 발전을 정지하지 않고도 실시간으로 수소압력센서(420)의 옵셋 보정을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템의 제어기(300)는, 수소압력센서(420)의 측정값이 미리 설정된 압력값과 상이하거나 연료전지스택(100)의 출력이 목표 출력과 상이한 경우 수소압력센서(420)의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
이는, 수소압력센서(420)의 이상을 감지하여 옵셋 보정의 필요 여부를 판단하기 위한 것으로 이해될 수 있다. 구체적으로, 수소압력센서(420)에 이상이 발생한 경우, 연료전지스택(100)의 출력이 목표 출력과 상이하게 될 수 있으며, 목표 출력 요구량에 따라 결정되는 수소 기체의 목표 압력 역시 수소압력센서(420)의 측정값과 달라질 수 있다. 즉, 여기서 미리 설정된 압력값은 목표 출력 요구량에 따라 결정된 애노드(110)로 공급되는 수소 기체의 목표 압력을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템의 제어기(300)는 수소압력센서(420)의 측정값이 미리 설정된 압력값과 상이하거나 연료전지스택(100)의 출력이 목표 출력과 상이한 경우, 수소압력센서(420)에 이상이 발생한 것으로 보아 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단함으로써, 수소압력센서(420)의 옵셋 보정을 실시간으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템의 연료전지스택(100)은 복수개가 마련되고, 수소압력센서(420)는 복수개의 연료전지스택(100) 각각의 애노드(110) 입구측에 연결된 수소공급라인(400)에 개별적으로 마련되며, 제어기(300)는, 복수의 수소압력센서(420) 각각의 측정값 차이가 미리 설정된 오차범위 이상인 경우 수소압력센서(420)의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단할 수 있다.
도 1에서는 하나의 연료전지스택(100)만을 도시하고 있으나, 일반적인 연료전지시스템은 복수의 연료전지스택(100)이 구비되고, 각 연료전지스택(100)의 애노드(110) 입구측에는 복수개의 수소압력센서(420)가 개별적으로 마련될 수 있다.
이와 같이 복수의 연료전지스택(100) 각각에 대응하는 복수의 수소압력센서(420)가 마련된 연료전지시스템의 경우, 수소압력센서(420) 각각의 이상을 감지하여 옵셋 보정이 필요한지 여부를 판단할 필요가 있다.
이는, 각 수소압력센서(420)에서 측정된 측정값들의 차이로부터 추정할 수 있다. 구체적으로, 제어기(300)는 복수의 수소압력센서(420) 각각의 측정값 차이가 미리 설정된 오차범위 이상인 경우 수소압력센서(420)의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단한다.
여기서 미리 설정된 오차범위란, 수소압력센서(420)의 옵셋 보정이 필요한 경우를 나타내는 지표로서 다수의 실험을 통해 결정된 설정값을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템의 제어기(300)는 복수의 수소압력센서(420) 각각의 측정값 차이가 미리 설정된 오차범위 이상인 경우, 수소압력센서(420)에 이상이 발생한 것으로 보아 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단함으로써, 보다 일반적인 연료전지시스템에 있어서도 수소압력센서(420)의 옵셋 보정을 실시간으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법은, 제어기에서 연료전지스택의 구동 중 수소압력센서의 옵셋 보정 필요여부를 판단하는 단계(S100), 제어기에서 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요하다고 판단한 경우 연료전지스택으로 공급되는 공기의 유량, 연료전지스택의 수소 기체 소모량 및 연료전지스택의 온도가 일정하게 유지되도록 공기압축기, 수소공급밸브, 냉각팬 및 냉각펌프를 제어하는 단계(S200), 제어기에서 수소배출밸브를 개방하여 오프가스를 배출하는 단계(S300), 제어기에서 수소배출밸브의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계(S400) 및 제어기에서 도출된 보정값을 통해 수소압력센서의 옵셋을 보정하는 단계(S500)를 포함한다.
구체적으로, 제어기에서 연료전지스택의 구동 중 수소압력센서의 옵셋 보정 필요여부를 판단하는 단계(S100)는, 수소압력센서(420)의 측정값이 미리 설정된 압력값과 상이하거나 연료전지스택(100)의 출력이 목표 출력과 상이한 경우 수소압력센서(420)의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단할 수 있다. 만약, 복수의 수소압력센서(420)가 마련된 경우에는, 복수의 수소압력센서(420) 각각의 측정값 차이가 미리 설정된 오차범위 이상인 경우 수소압력센서(420)의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단할 수 있음은 앞서 살펴본 바와 같다.
수소압력센서의 옵셋 보정이 필요하다고 판단한 경우, 제어기는 연료전지스택으로 공급되는 공기의 유량, 연료전지스택의 수소 기체 소모량 및 연료전지스택의 온도가 일정하게 유지되도록 공기압축기, 수소공급밸브, 냉각팬 및 냉각펌프를 제어한다(S200).
즉, 제어기(300)는 앞서 살펴본 바와 같이, 공기의 목표 유량과 목표 압력에 따라 공기압축기(700), 냉각팬(810) 및 냉각펌프(820)의 회전수를 제어하고, 연료전지스택(100)의 전류 요구량과 수소의 목표 압력에 따라 수소공급밸브(410)의 개도량을 제어하여, 연료전지스택(100)으로 공급되는 공기의 유량, 연료전지스택(100)의 수소 기체 소모량 및 연료전지스택(100)의 온도를 일정하게 유지한다.
그리고 이와 같은 상태에서 제어기는, 수소배출밸브를 개방하여 오프가스를 배출시킨다(S300). 결과적으로 유량 변동값에 영향을 미치는 인자를 최소화한 상태에서 오프가스를 배출시키게 되므로, 오프가스의 배출에 의한 영향만을 고려하여 애노드 압력 추정값을 손쉽게 역산할 수 있게 되는 것이다.
이는, 도 3을 참조하면 쉽게 이해될 수 있다. 도 3은 도 2에서 수소배출밸브(510) 개방 전 공기의 유량 등이 일정하게 유지되는 것을 나타낸 그래프로서, X축은 시간의 변화를, Y축은 각각 연료전지스택(100)의 전류와 전류 요구량, 공기의 압력과 유량, 수소의 압력, 냉각수의 온도, 연료전지스택(100)의 발열량 변화 및 수소배출밸브(510)의 개방 여부를 나타낸 것이다.
여기서, B 영역은 수소배출밸브(510)의 개방 전 공기의 유량 등이 일정하게 유지되는 것을 나타내는 부분이며, 이와 같은 상태에서 수소배출밸브(510)를 개방하여 오프가스가 배출되는 경우, 공기의 유량 변동(A)이 발생한다.
계속하여, 제어기는 수소배출밸브의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출한다(S400).
구체적으로, 제어기(300)는 오프가스의 배출시 발생하는 유량 변동값을, 미리 마련된 유량 변동 기준값과 비교하여 이에 해당하는 애노드(110) 압력과 캐소드(120) 압력의 차압을 확인하고, 공기압력센서(620)에서 측정된 캐소드(120) 압력을 대입하여 애노드(110) 압력의 추정값을 역산하게 된다. 그리고 이와 같이 역산된 추정값으로부터 실제 수소압력센서(420)에서 측정된 수소압력의 측정값을 뺀 값을 수소압력센서(420)의 보정값으로 도출한다.
결과적으로, 이와 같이 도출된 보정값을 통해 수소압력센서의 옵셋을 보정하게 된다(S500).
한편, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법의 오프가스를 배출하는 단계(S300)와 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계(S400)는, 사전에 설정된 횟수 동안 반복하여 수행될 수 있다(S410). 여기서, 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계(S400)는, 반복 수행에 따라 도출된 수소압력센서의 보정값들의 평균값을 최종 수소압력센서의 보정값으로 도출할 수 있다(S420).
이는, 본 발명에 따라 도출되는 수소압력센서(420) 보정값의 정확도를 높이기 위한 단계로 이해될 수 있다. 수소압력센서(420)의 보정값은 연료전지스택(100)의 구동 중 실시간으로 계산되어 도출되므로, 그 정확도를 높이기 위해 일정 횟수 동안 반복 도출한 후, 그 산술 평균을 최종 보정값으로 활용할 필요가 있는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법은, 수소배출밸브를 개방하여 오프가스를 배출하는 단계(S300)와 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계(S400)를 사전에 설정된 횟수 동안 반복 수행하고, 반복 수행에 따라 도출된 수소압력센서(420)의 보정값들의 평균값을 최종 수소압력센서(420)의 보정값으로 도출할 수 있다. 여기서 사전에 설정된 횟수란, 제어 조건에 따라 임의의 값으로 선택될 수 있을 것이다.
이에 따라, 정확도가 향상된 보정값으로 수소압력센서(420)의 옵셋 보정을 수행할 수 있어, 보다 정밀하면서도 최적화된 제어가 가능한 효과가 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지의 수소압력센서(420) 옵셋 보정시스템 및 제어방법에 의하면, 연료전지 시스템의 구동 중, 수소배출밸브(510)를 개방하여 애노드(110) 오프가스의 배출시 발생되는 공기유량센서(610)의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서(420)의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서(420)를 보정함으로써 연료전지 시스템의 정지 없이도 수소압력센서(420)의 옵셋 보정을 수행할 수 있으며, 결과적으로, 연료전지의 장기간 구동시에도 애노드(110) 압력의 최적화된 제어가 가능하여 시스템 내구가 향상되고, 일정한 출력을 안정적으로 유지할 수 있어 연료 사용량 내지 출력 성능이 개선되는 장점이 있다.
발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 연료전지스택
110 : 애노드
120 : 캐소드
200 : 공기가습기
210 : 내부 막
220 : 배출구
300 : 제어기
400 : 수소공급라인
410 : 수소공급밸브
420 : 수소압력센서
430 : 수소탱크
500 : 수소배출라인
510 : 수소배출밸브
600 : 공기공급라인
610 : 공기유량센서
620 : 공기압력센서
700 : 공기압축기
800 : 냉각라인
810 : 냉각팬
820 : 냉각펌프

Claims (12)

  1. 연료전지스택의 애노드 입구측에 연결된 수소공급라인에 마련되어 애노드에 공급되는 수소의 압력을 측정하는 수소압력센서;
    연료전지스택의 애노드 출구측에 연결된 수소배출라인에 마련되어 애노드에서 배출된 오프가스의 배출을 제어하는 수소배출밸브;
    연료전지스택의 캐소드 입구측으로 공급되는 공기를 가습하고, 수소배출밸브에서 배출된 오프가스를 도입하는 공기가습기;
    공기가습기 입구측에 연결된 공기공급라인의 공기 유량을 측정하는 공기유량센서; 및
    수소배출밸브의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하고, 도출된 보정값을 통해 수소압력센서의 옵셋을 보정하는 제어기;를 포함하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공기가습기 입구측과 공기유량센서 사이의 공기공급라인에 마련되어 캐소드 입구측으로 공기를 공급하는 공기압축기;를 더 포함하고,
    제어기는, 공기압축기의 회전수를 제어하여 캐소드로 공급되는 공기의 유량을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    공기압축기의 회전수는 캐소드로 공급되는 공기의 목표 유량과 목표 압력에 따라 미리 마련된 설정값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    연료전지스택의 애노드 입구측에 연결된 수소공급라인에 마련되어 애노드에 공급되는 수소의 유량을 조절하는 수소공급밸브;를 더 포함하고,
    제어기는,
    수소공급밸브의 개도량을 제어하여 연료전지스택의 수소 기체 소모량 또는 애노드로 공급되는 수소의 압력을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    수소공급밸브의 개도량은 연료전지스택의 전류 요구량 또는 애노드로 공급되는 수소의 목표 압력에 따라 미리 마련된 설정값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    연료전지스택의 온도 조절을 위한 냉각라인에 형성된 냉각팬과 냉각펌프;를 더 포함하고,
    제어기는, 냉각팬과 냉각펌프 각각의 회전수를 제어하여 연료전지스택의 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    연료전지스택의 캐소드 입구측에 연결된 공기공급라인에 마련되어 캐소드에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 공기압력센서;를 더 포함하고,
    제어기는,
    수소배출밸브의 개방시 공기압력센서와 수소압력센서에서 측정된 공기와 수소의 압력차이에 기반하여 미리 마련된 공기유량센서의 유량 변동 기준값에 따라 수소압력의 추정값을 도출하며, 도출된 추정값과 수소압력센서에 의해 측정된 수소압력의 측정값을 통해 수소압력센서의 보정값을 도출하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제어기는,
    수소압력센서의 측정값이 미리 설정된 압력값과 상이하거나 연료전지스택의 출력이 목표 출력과 상이한 경우 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    연료전지스택은 복수개가 마련되고, 수소압력센서는 복수개의 연료전지스택 각각의 애노드 입구측에 연결된 수소공급라인에 개별적으로 마련되며,
    제어기는,
    복수의 수소압력센서 각각의 측정값 차이가 미리 설정된 오차범위 이상인 경우 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템.
  10. 제어기에서 연료전지스택의 구동 중 수소압력센서의 옵셋 보정 필요여부를 판단하는 단계;
    제어기에서 수소압력센서의 옵셋 보정이 필요하다고 판단한 경우 연료전지스택으로 공급되는 공기의 유량, 연료전지스택의 수소 기체 소모량 및 연료전지스택의 온도가 일정하게 유지되도록 공기압축기, 수소공급밸브, 냉각팬 및 냉각펌프를 제어하는 단계;
    제어기에서 수소배출밸브를 개방하여 오프가스를 배출하는 단계;
    제어기에서 수소배출밸브의 오프가스 배출시 발생되는 공기유량센서의 유량 변동값을 통하여 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계; 및
    제어기에서 도출된 보정값을 통해 수소압력센서의 옵셋을 보정하는 단계;를 포함하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    오프가스를 배출하는 단계와 수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계는, 사전에 설정된 횟수 동안 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    수소압력센서의 보정값을 도출하는 단계는,
    반복 수행에 따라 도출된 수소압력센서의 보정값들의 평균값을 최종 수소압력센서의 보정값으로 도출하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정방법.
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