KR20240011534A - 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법 - Google Patents

연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법 Download PDF

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이현재
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Abstract

연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 모니터링기; 및 모니터링기의 모니터링 결과, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인의 공기를 연결라인을 통하여 애노드로 공급하는 제2제어를 수행하는 제어기;를 포함하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법이 소개된다.

Description

연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법 {ANODE POISON REDUCTION SYSTEM AND METHOD FOR FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 수소연료전지 차량의 운전 데이터에 기반하여 애노드 촉매의 CO 피독이 우려되는 상황을 판단함으로서 별도의 센서 등이 없이도 비교적 정확하게 피독을 판단하거나 예방할 수 있고, 차량의 적합한 운전 제어를 통해 CO 피독을 사전에 방지할 수 있으며, 애노드 피독으로 인한 성능 저하가 있다고 판단될 때 별도의 라인 추가 없이 애노드 측으로 공기를 유입함으로써 피독으로부터 애노드를 회복할 수 있어 경제적인 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 환경문제로 인하여 전기차나 연료전지 차량 등 친환경적인 차량의 수요가 증가하고 개발이 많이 이루어지고 있다.
이 중 연료전지 차량의 경우 애노드와 캐소드로 구성된 연료전지가 차량의 구동에너지를 제공하며, 연료전지가 화학적 반응을 수반하기 때문에 연료전지의 열화가 발생되지 않도록 잘 관리해야 한다.
연료전지의 경우 공급되는 연료(수소 가스) 내 불순물이 있거나 운전 중 전극 촉매 내 탄소담지체의 불완전 연소 등으로 인해 연료전지에 CO(일산화탄소)가 극소량이라도 존재할 수 있다. 이 경우 전위가 낮은 애노드측 백금에 CO가 흡착하여 촉매의 활성면적을 줄이고 전기화학 반응을 심각하게 저해하는 문제가 발생될 수 있다.
이러한 연료전지 애노드 전극 촉매가 운전 중 CO 흡착에 의해 피독되는 상황을 방지하거나 해결하기 위해 기존에는 (1) Pt-Ru 등의 합금 촉매 사용 (2) 운전 온도의 상향 (3) 애노드 측 공기 유입(피독 시 회복)을 수행하는 방법들이 제시되어 왔다.
그러나 제시된 방법에서 1 번 방법의 경우에는 기존 상용화된 차량에 적용된 촉매 대비 고가의 촉매가 필요하기 때문에 양산형 수소연료전지 자동차에는 적합하지 않은 문제가 있다. 2 번 방법의 경우에는 차량의 주 운전 온도 범위(60~80℃) 보다 고온(150℃ 이상)을 요구하기 때문에 적용이 어려운 문제가 있었다.
또한, 3 번 방법의 경우에도 차량 내 기체 공급 시스템에 별도의 애노드 공기 공급 라인 구성이 어렵고, CO 탈착 이외에는 H2 / O2 계면 형성에 의한 캐소드 측 탄소 부식 우려가 있기 때문에 이 또한 적합하지 않은 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-0171206 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수소연료전지 차량의 운전 데이터에 기반하여 애노드 촉매의 CO 피독이 우려되는 상황을 판단함으로서 별도의 센서 등이 없이도 비교적 정확하게 피독을 판단하거나 예방할 수 있고, 차량의 적합한 운전 제어를 통해 CO 피독을 사전에 방지할 수 있으며, 애노드 피독으로 인한 성능 저하가 있다고 판단될 때 별도의 라인 추가 없이 애노드 측으로 공기를 유입함으로써 피독으로부터 애노드를 회복할 수 있어 경제적인 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템은, 연료전지의 캐소드와 연결된 공기라인; 연료전지의 애노드와 연결되며, 애노드 출구측과 공기라인을 연결하는 연결라인이 구비된 수소라인; 연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 모니터링기; 및 모니터링기의 모니터링 결과, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인의 공기를 연결라인을 통하여 애노드로 공급하는 제2제어를 수행하는 제어기;를 포함한다.
공기라인에는 공기를 가압하여 캐소드에 공급하는 압축기 및 공기라인의 공기유동을 조절하는 공기밸브가 마련되며, 연결라인은 일단이 애노드의 출구측에 연결되고 타단이 공기라인 중 공기밸브와 압축기의 사이 지점에 연결될 수 있다.
제어기는 제2제어 수행시 압축기를 가동하고 공기밸브를 클로징함으로써 공기를 연결라인을 통해 애노드 출구측으로 공급할 수 있다.
공기라인에는 공기를 가압하여 캐소드에 공급하는 압축기 및 3웨이밸브가 마련되고, 3웨이밸브의 제1웨이는 캐소드와 연결되고 제2웨이는 압축기와 연결되며 제3웨이는 연결라인과 연결되고, 제어기는 제2제어 수행시 압축기를 가동하고 3웨이밸브를 제어하여 공기를 연결라인을 통해 애노드 출구측으로 공급할 수 있다.
모니터링기는 애노드 수소농도 검출기 또는 애노드 습도 검출기 또는 연료전지 요구전류 검출기일 수 있다.
제어기는 애노드 상대습도 또는 애노드 수소농도 또는 연료전지 요구전류를 통해 애노드피독 가능조건을 판단할 수 있다.
제어기는 애노드피독 가능조건이 기준시간 또는 기준시간비율을 넘는 경우 제1제어를 수행할 수 있다.
제어기는 제1제어시 공기라인을 통하여 캐소드에 공급되는 공기의 압력 또는 유량을 증대시킬 수 있다.
제어기는 제1제어시 연료전지 요구전류를 오실레이션을 갖도록 수정하여 연료전지의 발전을 제어할 수 있다.
제어기는 제1제어시 공기라인을 통하여 캐소드에 공급되는 공기의 압력 또는 유량을 증대시키며, 차량의 구동전력을 제공하는 배터리의 충전량에 따라 선택적으로 연료전지의 요구전류가 오실레이션을 갖도록 수정할 수 있다.
애노드피독 발생조건은 연료전지 출력전압의 하강기울기를 통해 판정될 수 있다.
제어기는 기준 전류밀도 구간에서 연료전지 출력전압의 하강기울기가 기준기울기 보다 더 가파른 경우 애노드피독 발생조건으로 판정할 수 있다.
제어기는 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 연료전지의 가동 정지시 제2제어를 수행할 수 있다.
제어기는 제2제어를 수행할 경우 압축기를 구동하여 공기가 연결라인의 드레인밸브 또는 퍼지밸브를 통해 역류하여 애노드의 출구로 공급되도록 할 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량의 애노드 피독저감 방법은, 모니터링기에서 연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 단계; 제어기에서 애노드피독 가능조건을 판단하고, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하는 단계; 및 제어기에서 애노드피독 발생조건을 판단하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인의 공기를 연결라인을 통하여 애노드로 공급하는 제2제어를 수행하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법에 따르면, 수소연료전지 차량의 운전 데이터에 기반하여 애노드 촉매의 CO 피독이 우려되는 상황을 판단함으로서 별도의 센서 등이 없이도 비교적 정확하게 피독을 판단하거나 예방할 수 있고, 차량의 적합한 운전 제어를 통해 CO 피독을 사전에 방지할 수 있으며, 애노드 피독으로 인한 성능 저하가 있다고 판단될 때 별도의 라인 추가 없이 애노드 측으로 공기를 유입함으로써 피독으로부터 애노드를 회복할 수 있어 경제적이다.
도 1 내지 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 방법의 순서도.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템에 따른 효과를 나타내는 그래프.
도 1 내지 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 방법의 순서도이며, 도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템에 따른 효과를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법은 연료전지의 애노드 촉매가 운정 중 CO로 인하여 피독되는 현상을 조기에 방지하고, 피독이 진행된 경우에도 회복 운전이 가능하도록 함으로써 연료전지의 성능 저하와 열화를 방지하기 위한 것이다.
특히, 별도의 센서나 부품의 추가가 없이도 기존의 운전 데이터를 통하여 정확히 피독 상황을 예측하거나 감지할 수 있고, 피독이 발생된 경우에도 운전성에 영향이 없이 이를 해소할 수 있게 된다.
본 발명의 연료전지 시스템은 차량에 적용되는 경우를 예시로 하고 있으나, 반드시 차량에만 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템의 구성도로서, 차량의 연료전지의 경우 애노드(120)와 캐소드(140)로 구성되고, 냉각수가 흐르며 냉각을 수행한다. 애노드(120)에는 수소가 주입되고 캐소드(140)에는 공기가 주입되며, 수소와 공기중의 산소의 화학적 작용에 따라 전력이 발전된다.
본 발명에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템은, 연료전지(100)의 캐소드(140)와 연결된 공기라인(O); 연료전지(100)의 애노드(120)와 연결되며, 애노드 출구측과 공기라인(O)을 연결하는 연결라인(R)이 구비된 수소라인(H); 연료전지(100)의 상태 및 성능을 모니터링하는 모니터링기(M); 및 모니터링기(M)의 모니터링 결과, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인(O)의 공기를 연결라인(R)을 통하여 애노드(120)로 공급하는 제2제어를 수행하는 제어기(C);를 포함한다.
캐소드(140)는 공기라인(O)에 연결되고, 공기라인(O)에는 공기를 가압하여 캐소드(140)에 공급하는 압축기(P) 및 공기라인(O)의 공기유동을 조절하는 공기밸브(V1,V2)가 마련된다.
그리고 애노드(120)에는 수소라인(H)이 연결되며 수소라인(H)을 통해 수소탱크로부터 수소를 공급받는다.
그리고 본 발명의 경우 수소라인(H)에 연결라인(R)이 마련되며, 연결라인(R)은 애노드(120) 출구측과 공기라인(O)을 연결한다.
도시된 것과 같이 연결라인(R)에는 워터트랩(H2), 드레인밸브(H3), 퍼지밸브(H1)가 마련된다. 애노드(120)에서 토출된 배기가스에는 잔여 수소와 수분이 포함되어 있고, 그 수분을 워터트랩(H2)에 저장하고 드레인밸브(H3)를 개방하여 물을 배출한다. 배출된 물은 공기라인(O)의 가습기(P2)로 도입되어 캐소드(140)로 유입되는 공기를 가습하여 제공함으로써 연료전지의 상태를 좋은 컨디션으로 유지한다.
한편, 애노드(120)에서 배출된 수소는 퍼지밸브(H1)의 개방시 가습기(P2)로 토출되고 캐소드(140)로 유입되거나 배기가 되도록 할 수 있다.
구체적으로, 연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 모니터링기(M)를 통한 연료전지의 모니터링 결과, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우에는 제어기(C)는 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행한다.
공급되는 연료(수소 가스)내 불순물이 있거나 운전 중 전극 촉매 내 탄소담지체의 불완전 연소 등으로 인해 연료전지에 CO(일산화탄소)가 극소량이라도 존재할 경우 전위가 낮은 애노드 측 백금에 흡착하여 활성면적을 줄이고 전기화학 반응을 심각하게 저해하는 문제가 있다.
따라서 이러한 문제가 발생할 수 있는 상황을 사전에 감지하고, 그러한 상황이 감지된 경우에는 애노드의 피독이 발생되지 않도록 사전 제어함으로써 피독을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
구체적으로, 모니터링기(M)는 애노드 수소농도 검출기 또는 애노드 습도 검출기 또는 연료전지 요구전류 검출기일 수 있다.
제어기(C)는 모니터링기(M)를 통해 수집한 애노드의 상대습도 또는 애노드 수소농도 또는 연료전지 요구전류를 통해 애노드피독 가능조건을 판단할 수 있다. 바람직하게는 애노드의 상대습도(RH)가 낮고, 애노드의 수소농도가 낮은 상황에서 연료전지에 요구되는 요구전류가 높은 상태가 일정 시간 이상 유지된 경우에는 애노드의 피독이 발생할 수 있는 환경인 것으로 판단한다. 이러한 판단 인자들의 경우에는 시험적으로 도출된 인자들에 해당한다.
제어기(C)는 그러한 조건들이 만족된 경우에는 애노드피독 가능조건이 만족된 경우로 보고, 연료전지의 출력 또는 공기라인을 제어하는 제1제어를 수행한다. 제1제어를 수행함으로써 애노드는 피독될 수 있는 상황에서 벗어나게 되고 연료전지의 성능 저하나 열화를 사전에 미리 방지할 수 있게 되는 것이다.
제어기(C)는 연료전지의 공기라인(O)을 제어함으로써 피독을 예방할 수 있다. 즉, 제어기(C)는 제1제어시 공기라인(O)을 통하여 캐소드(140)에 공급되는 공기의 압력 또는 유량을 증대시킬 수 있다. 이를 통하여 공기의 크로스오버를 발생시킴으로써 애노드의 피독을 방지하도록 하는 것이다.
또는, 제어기(C)는 제1제어시 연료전지(100) 요구전류를 오실레이션을 갖도록 수정하여 연료전지(100)의 발전을 제어할 수 있다. 즉, 연료전지의 제어값인 요구전류에 대하여 오실레이션을 갖도록 증가 및 저하시킴으로써 생성되는 전류와 공급되는 기체의 변동폭을 크게 하는 것이고, 이를 통하여 산소의 크로스오버를 더 발생시킴으로써 애노드의 피독을 방지할 수 있는 것이다.
특히, 제어기(C)는 제1제어시 공기라인(O)을 통하여 캐소드(140)에 공급되는 공기의 압력 또는 유량을 증대시키며, 차량의 구동전력을 제공하는 배터리(B)의 충전량에 따라 선택적으로 연료전지의 요구전류가 오실레이션을 갖도록 수정할 수 있다. 즉, 요구전류의 오실레이션을 발생시키는 경우에는 차량에서 요청되는 총 출력의 만족을 위해 차량의 배터리(B)가 함께 협조제어하여 전력을 제공함으로써 연료전지를 적절하게 관리하면서 차량 전체적인 성능 역시 유지하도록 하는 것이 필요하다.
한편, 제어기(C)는 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우에는 공기라인(O)의 공기를 연결라인(R)을 통하여 애노드(120)로 공급하는 제2제어를 수행한다. 이를 위해 도 1과 같이 연결라인(R)은 일단이 애노드(120)의 출구측에 연결되고 타단이 공기라인 중 공기밸브(V1,V2)와 압축기(P)의 사이 지점에 연결될 수 있다.
이 경우 제어기(C)는 제2제어 수행시 압축기(P)를 가동하고 공기밸브(V1,V2)를 클로징함으로써 공기를 연결라인(R)을 통해 애노드(120) 출구측으로 공급할 수 있다. 공기밸브(V1,V2)의 경우는 도시된 것과 같이 컷오프밸브(V1)와 압력조절기(V2)가 될 수 있다.
제어기(C)는 제2제어를 수행할 경우 컷오프밸브(V1)와 압력조절기(V2)를 모두 클로징하고 압축기(P)를 구동함으로써 공기가 연결라인(R)을 통해 드레인밸브(H3)와 워터트랩(H2)을 거쳐 역류하여 애노드(120)의 출구를 통해 공기가 애노드(120)로 공급되도록 하는 것이다. 이 경우는 적극적으로 애노드(120)에 산소를 공급함으로써 피독된 상황을 회복시키는 것에 해당한다. 그리고 이러한 애노드(120)에의 산소 공급을 위해 별도의 추가적인 라인이나 기구가 필요치 않아 경제적이고, 현재 양산된 차량에서도 제어로직의 변경만으로 바로 적용이 가능한 장점도 있다.
한편, 도 2는 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 이 경우 공기라인(O)에는 공기를 가압하여 캐소드(140)에 공급하는 압축기(P) 및 3웨이밸브(V3)가 마련되고, 3웨이밸브(V3)의 제1웨이(V31)는 캐소드(140)와 연결되고 제2웨이(V32)는 압축기(P)와 연결되며 제3웨이(V33)는 연결라인(R)과 연결되고, 제어기(C)는 제2제어 수행시 압축기(P)를 가동하고 3웨이밸브(V3)를 제어하여 공기를 연결라인(R)을 통해 애노드(120) 출구측으로 공급할 수 있다.
이 경우에는 3웨이밸브(V3)의 제어를 통하여 압축기(P)로부터 공급된 공기를 3웨이밸브(V3)의 제2웨이(V32)와 제3웨이(V33)를 통해 퍼지밸브(H1)를 역류하여 애노드(120) 출구측으로 공기를 공급하게 된다.
한편, 애노드(120)가 이미 피독이 진행된 애노드피독 발생조건은 연료전지 출력전압의 하강기울기를 통해 판정될 수 있다. 즉, 애노드(120)가 이미 피독된 경우에는 동일 조건에서 운전시 출력전압의 하강 등 성능 저하가 발생되기 때문에 이를 통하여 애노드의 피독 여부를 판정하는 것이다.
구체적으로, 제어기(C)는 미리 설정된 기준 전류밀도 구간에서 연료전지 출력전압의 하강기울기가 미리 설정된 기준기울기 보다 더 가파른 경우 애노드피독 발생조건으로 판정할 수 있다.
그리고 제어기(C)는 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우에는 연료전지(100)의 가동 정지시 제2제어를 수행할 수 있다. 즉, 연료전지의 운행 중에는 애노드 측으로 적극적인 공기 공급이 어렵기 때문에 연료전지의 가동이 정지된 상태에서 애노드에 공기를 역류시켜 공급하도록 하는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 애노드 피독저감 방법의 순서도로서, 본 발명의 연료전지 차량의 애노드 피독저감 방법은, 모니터링기에서 연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 단계(S100); 제어기에서 애노드피독 가능조건을 판단하고, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하는 단계(S400); 및 제어기에서 애노드피독 발생조건을 판단하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인의 공기를 연결라인을 통하여 애노드로 공급하는 제2제어를 수행하는 단계(S500);를 포함한다.
구체적으로, 탈착을 위한 인위적 운전 제어(애노드 공기 유입 등)는 기본적으로 스택의 내구성에 악영향을 주기 때문에 방지/회복 운전에 진입 여부를 판단하는 과정이 필요하다. 이에 대한 시험 결과를 통해 애노드 측 CO 형성 및 Pt 흡착에 유리한 조건을 다음과 같이 선정할 수 있다(S200).
(1) 애노드의 낮은 상대습도 (RH < x %)
(2) 애노드의 낮은 수소 농도 (농도 < y %)
(3) 작은 전류 변동폭 즉, 일정 전류 이상으로 지속적인 운전 유지 (요구 전류 > z A)
위와 같은 3가지 조건을 모두 만족하는 상태를 피독 취약 조건에서의 운전으로 볼 수 있다(S200). 이러한 상태로 운전한 시간을 누적하여 피독 방지 진입 여부를 결정하는데, 충족 기준은 차종 / 예상 운전 형태 등에 따라 아래와 같이 세분화할 수 있다(S210).
(1) 누적 시간 형: 전체 누적 시간이 t 시간 이상일 경우 (장시간 & 일정 전류 프로파일로 운전하는 상용 차량 등에 적합)
(2) 시간 비율 형: (피독 취약 운전 시간) / (전체 운전 시간)으로 계산되는 비율이 k % 이상일 경우 (단시간 동안 다이내믹한 프로파일로 운전하는 승용 차량 등에 적합)
피독가능조건이 충족된 경우에는 제1제어를 수행한다(S220,S400). 제1제어에서는 전류 프로파일/기체 공급조건을 제어하며, 각 방법은 다음과 같다.
(1) 요구전류의 오실레이션(S410,S420) : 일정 값 이상의 요구전류가 t 시간 이상 유지될 경우 요구전류량을 짧은 시간 안에 0.1A/㎠ 까지 하향한 후 원점(전류 오실레이션)으로 회복하는 것을 반복한다. 이 때 생성되는 전류가 줄어든 만큼 차량의 배터리 어시스트가 필요하므로 이러한 제어는 배터리가 일정 SOC 이상일 경우만 실시하도록 한다. 참고로, 오실레이션의 진폭, 빈도(Frequency)는 시험을 통해 최적화 할 수 있다. 그리고 요구전류가 일정 전류 이하로 유지될 경우에는 오실레이션을 멈추고, 다시 고전류를 유지할 경우 재시작하는 방식을 적용할 수 있다.
(2) 운전(기체 공급) 조건(S430) : 캐소드 압력/SR 증대, SR 증대는 가습 증대 목적으로서, 이론 공기량(stoichiometric ratio, SR)을 증대시킴으로써 애노드에 크로스오버로 공기를 공급하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
이러한 과정을 통해 전류생성과 기체 공급의 변동폭을 극대화하여 캐소드 측으로 산소의 크로스오버를 유도할 수 있고, 캐소드 압력을 증대시켜 공기 크로스오버의 효과를 높이며, SR을 증대하여 가습을 상향시키고 이를 통한 전해질막의 스웰링을 유발하여 이를 통한 기체 크로스오버를 증가시킬 수 있게 된다. 그리고 이를 통하여 애노드의 피독을 예방할 수 있게 된다. 한편, 이러한 제1제어의 경우는 시동 off 까지 시행하되, 필요 시에는 Loop Break 조건을 추가할 수도 있다.
피독이 이미 진행된 경우에는 이를 감지하여 제2제어를 수행할 필요가 있다(S300,S500). 운전 주요 전류대(전류밀도(A/cm2)가 α로 유지되는 경우)에서의 전압이 운전 중 감소하는 것으로 판단될 경우(시간에 따른 감소 기울기가 β 이상)에는 애노드 촉매 피독으로 판단하여 회복운전을 시행한다(S300).
구체적으로, 피독 회복 운전은 애노드 측에 직접적으로 공기를 유입시키는 방법으로서, 연료전지의 정지 상태 (FC Stop) 또는 셧다운 시퀀스 진입시 시행하며, 방법은 다음과 같다(S510,S520).
(1) 공기 공급계의 컷오프 밸브, 압력 조절기 등 공기 순환 경로 차단
(2) 공기 공급계와 연결된 애노드 측 드레인 밸브 개방
(3) 공기 공급하여 애노드 응축수 드레인 라인으로 애노드 유입 유도
이에 대한 공기 공급량과 시간은 사전 시험을 통하여 차종/사양 별로 최적화할 수 있다. 기본적으로는 공기 공급계에서 캐소드로의 경로를 차단하고 애노드 측 드레인 경로를 통한 공기의 역류를 발생시키는 것으로서, 이를 통해 피독된 애노드를 정상상태로 회복시킬 수 있게 되는 것이다. 그리고 이를 위하여 별도의 부품이나 라인의 추가가 필요하지 않아 현재 양산되어 판매된 차량에도 쉽게 적용이 가능한 장점이 있다.
도 4의 경우는 정상적인 요구전류와 오실레이션된 요구전류를 비교하는 그래프이고, 그에 따른 성능의 차이를 도 5의 그래프로 표현하였다. 정전류와 전류 오실레이션으로 각각 운전하였을 때를 비교하면 전류 오실레이션 시 애노드 촉매 피독성 성능 저하가 완화됨을 확인할 수 있다.
그리고 도 6의 경우에는 운전조건을 변경함으로써 피독이 완화되는 것을 나타낸 그래프로서, 정전류 운전 중 캐소드 가습 및 압력을 올렸을 때, 그래프와 같이 성능 저하가 완화됨을 확인할 수 있다.
그에 따라 (a) 전류 생성 / 기체 공급 변동폭을 극대화하여 캐소드 측 산소의 크로스오버 유도 (b) 캐소드 압력 증대와 가습 상향을 통한 전해질막 스웰링 시 캐소드 산소의 크로스오버 증가의 효과를 알 수 있다. 즉, 예방운전 조건에 해당하는 두 운전 방식을 적용하면 CO 피독으로 인한 성능 저하를 사전에 방지하여 내구성 증대의 효과를 기대할 수 있다.
도 7은 피독이 진행된 상태에서 이를 정상화하는 결과를 나타낸 그래프로서, 성능이 저하된 상태에서 애노드 측에 공기가 유입된 상황을 모사하였을 때 성능이 회복하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 애노드 피독 발생조건에서 회복 운전 시(T1), 저하된 성능은 공기 공급을 통해 회복할 수 있는 가역적인 열화이며, 이를 응용한 정지/셧다운 상태에서의 회복 운전을 통해 애노드 측 촉매에 흡착된 CO를 탈락시켜 연료전지 스택의 내구를 증대시킬 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법에 따르면, 수소연료전지 차량의 운전 데이터에 기반하여 애노드 촉매의 CO 피독이 우려되는 상황을 판단함으로서 별도의 센서 등이 없이도 비교적 정확하게 피독을 판단하거나 예방할 수 있고, 차량의 적합한 운전 제어를 통해 CO 피독을 사전에 방지할 수 있으며, 애노드 피독으로 인한 성능 저하가 있다고 판단될 때 별도의 라인 추가 없이 애노드 측으로 공기를 유입함으로써 피독으로부터 애노드를 회복할 수 있어 경제적이다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 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 : 연료전지
H : 수소라인
O : 공기라인
C : 제어기
P : 압축기

Claims (15)

  1. 연료전지의 캐소드와 연결된 공기라인;
    연료전지의 애노드와 연결되며, 애노드 출구측과 공기라인을 연결하는 연결라인이 구비된 수소라인;
    연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 모니터링기; 및
    모니터링기의 모니터링 결과, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인의 공기를 연결라인을 통하여 애노드로 공급하는 제2제어를 수행하는 제어기;를 포함하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공기라인에는 공기를 가압하여 캐소드에 공급하는 압축기 및 공기라인의 공기유동을 조절하는 공기밸브가 마련되며, 연결라인은 일단이 애노드의 출구측에 연결되고 타단이 공기라인 중 공기밸브와 압축기의 사이 지점에 연결된 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어기는 제2제어 수행시 압축기를 가동하고 공기밸브를 클로징함으로써 공기를 연결라인을 통해 애노드 출구측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    공기라인에는 공기를 가압하여 캐소드에 공급하는 압축기 및 3웨이밸브가 마련되고, 3웨이밸브의 제1웨이는 캐소드와 연결되고 제2웨이는 압축기와 연결되며 제3웨이는 연결라인과 연결되고, 제어기는 제2제어 수행시 압축기를 가동하고 3웨이밸브를 제어하여 공기를 연결라인을 통해 애노드 출구측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    모니터링기는 애노드 수소농도 검출기 또는 애노드 습도 검출기 또는 연료전지 요구전류 검출기인 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 애노드 상대습도 또는 애노드 수소농도 또는 연료전지 요구전류를 통해 애노드피독 가능조건을 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 애노드피독 가능조건이 기준시간 또는 기준시간비율을 넘는 경우 제1제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 제1제어시 공기라인을 통하여 캐소드에 공급되는 공기의 압력 또는 유량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 제1제어시 연료전지 요구전류를 오실레이션을 갖도록 수정하여 연료전지의 발전을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제어기는 제1제어시 공기라인을 통하여 캐소드에 공급되는 공기의 압력 또는 유량을 증대시키며, 차량의 구동전력을 제공하는 배터리의 충전량에 따라 선택적으로 연료전지의 요구전류가 오실레이션을 갖도록 수정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    애노드피독 발생조건은 연료전지 출력전압의 하강기울기를 통해 판정되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 기준 전류밀도 구간에서 연료전지 출력전압의 하강기울기가 기준기울기 보다 더 가파른 경우 애노드피독 발생조건으로 판정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 연료전지의 가동 정지시 제2제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제어기는 제2제어를 수행할 경우 압축기를 구동하여 공기가 연결라인의 드레인밸브 또는 퍼지밸브를 통해 역류하여 애노드의 출구로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템.
  15. 모니터링기에서 연료전지의 상태 및 성능을 모니터링하는 단계;
    제어기에서 애노드피독 가능조건을 판단하고, 애노드피독 가능조건이 만족되는 경우 연료전지 출력 또는 공기공급을 제어하는 제1제어를 수행하는 단계; 및
    제어기에서 애노드피독 발생조건을 판단하고, 애노드피독 발생조건이 만족되는 경우 공기라인의 공기를 연결라인을 통하여 애노드로 공급하는 제2제어를 수행하는 단계;를 포함하는 연료전지 차량의 애노드 피독저감 방법.
KR1020220089091A 2022-07-19 2022-07-19 연료전지 차량의 애노드 피독저감 시스템 및 방법 KR20240011534A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR0171206B1 (ko) 1994-11-02 1999-03-30 와다 아키히로 연료 전지 제너레이터 및 그 방법

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