KR100941258B1 - System for operating hydrogen recirculation blower of fuel cell and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 수소 재순환 블로워가 정상적으로 작동하지 않는 경우, 연료전지 스택의 애노드측을 데드 엔드(Dead End) 조건으로 구동하여, 연료전지 스택의 손상을 방지하는 동시에 차량이 비정상 상태임을 경보할 수 있도록 한 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.According to the present invention, when the hydrogen recycling blower for a fuel cell does not operate normally, the anode side of the fuel cell stack is driven under a dead end condition, thereby preventing the fuel cell stack from being damaged and at the same time alerting that the vehicle is in an abnormal state. The present invention relates to a hydrogen recycle blower operating system for a fuel cell and a control method thereof.
이를 위해, 본 발명은 수소탱크와 연료전지 스택의 애노드측간에 연결되는 수소공급배관과, 상기 수소공급배관과 상기 연료전지 스택의 수소 출구측 배관간에 연결되는 수소 재순환 배관과, 상기 수소 재순환 배관상에 설치되는 수소 재순환 블로워와, 상기 수소공급배관과 상기 수소 재순환 블로워간을 연결하는 수소 재순환 배관상에 설치되는 제1솔레노이드 밸브와, 상기 수소 출구측 배관의 끝단부에 설치되는 제2솔레노이드 밸브와, 상기 제1 및 제2솔레노이드 밸브의 개폐 제어를 위한 밸브 액츄에이터와, 상기 수소 재순환 블로워의 회전수를 모니터링하여 밸브 액츄에이터에 작동 신호를 전송하는 연료전지 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템과; 이 시스템 구성을 기반으로 이루어지는 연료전지용 수소 재순환 블로워의 작동 제어 방법을 제공한다.To this end, the present invention provides a hydrogen supply pipe connected between the hydrogen tank and the anode side of the fuel cell stack, a hydrogen recycle pipe connected between the hydrogen supply pipe and the hydrogen outlet pipe of the fuel cell stack, and the hydrogen recycle pipe. And a first solenoid valve installed on a hydrogen recirculation blower installed at the hydrogen recirculation blower, a hydrogen recirculation pipe connecting the hydrogen supply pipe and the hydrogen recirculation blower, and a second solenoid valve installed at the end of the hydrogen outlet side pipe. And a valve actuator for controlling the opening and closing of the first and second solenoid valves, and a fuel cell controller for monitoring the rotation speed of the hydrogen recirculation blower and transmitting an operation signal to the valve actuator. A recycle blower operating system; Provided is a method for controlling the operation of a hydrogen recycle blower for a fuel cell based on this system configuration.
연료전지, 수소 재순환 블로워, 제어 방법, 데드 엔드, 솔레노이드 밸브 Fuel Cell, Hydrogen Recirculation Blower, Control Method, Dead End, Solenoid Valve
Description
본 발명은 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지용 수소 재순환 블로워가 정상적으로 작동하지 않는 경우, 연료전지 스택의 애노드측을 데드 엔드(Dead End) 조건으로 구동하여, 연료전지 스택의 손상을 방지하는 동시에 차량이 비정상 상태임을 경보할 수 있도록 한 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for operating a hydrogen recycle blower for a fuel cell and a method of controlling the same. More particularly, when the hydrogen recycle blower for a fuel cell does not operate normally, the anode side of the fuel cell stack is driven under a dead end condition. Accordingly, the present invention relates to a hydrogen recycle blower operating system for a fuel cell and a control method thereof for preventing damage to a fuel cell stack and at the same time to alert an abnormal state of a vehicle.
연료전지는 반응 기체의 압력 변화에 덜 민감하며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있고, 이런 이유로 무공해 차량의 동력원, 자가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.Fuel cells are less sensitive to changes in the pressure of the reactant gases and can produce a wide range of outputs, which is why they can be used in a variety of applications, including power sources, pollution-free power generation, mobile and military power sources.
대개, 연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 공급된 수소가 음극 전극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 양극으로 넘어가게 된다.Usually, a fuel cell is a device that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen to generate water. The supplied hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the cathode electrode, and the separated hydrogen ions are transferred through the electrolyte membrane. To the anode.
따라서, 실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 전지를 필요한 전위만큼 적층하여야 하며, 단위 전지를 적층한 것을 연료전지 스택(= 스택)이라 하며, 이러한 연료전지 스택에 있어서, 음극(애노드)으로 수소를, 양극(캐소드)으로 공기 또는 산소를 흘려주어 그 내부에서 전기화학반응을 일으킴으로써, 고효율의 전기 에너지와 반응에 의한 물을 발생시키게 된다.Therefore, in order to obtain a potential required in an actual vehicle, unit cells must be stacked as needed, and a stack of unit cells is called a fuel cell stack (= stack). In such a fuel cell stack, hydrogen is charged to a cathode (anode). By flowing air or oxygen to the anode (cathode) and causing an electrochemical reaction therein, high efficiency electrical energy and water by reaction are generated.
현재, 연료전지 시스템은 연료전지 스택의 수소 출구측에 수소 재순환 블로워를 연결하여, 수소 출구측 수소를 재사용하고 있다.Currently, the fuel cell system connects a hydrogen recycle blower to the hydrogen outlet side of the fuel cell stack to reuse hydrogen at the hydrogen outlet side.
즉, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지 스택에 수소 재순환 블로워를 연결하여, 연료전지 스택의 애노드측에서 사용하고 남은 수소를 다시 애노드 공급측으로 재순환시켜, 수소의 재사용을 도모하고 있다.That is, as shown in FIG. 1, a hydrogen recycling blower is connected to the fuel cell stack, and the remaining hydrogen used on the anode side of the fuel cell stack is recycled back to the anode supply side, and hydrogen is reused.
그러나, 기존 수소재순환 블로워를 이용한 연료전지 시스템의 경우, 수소 재순환 장치가 정상적으로 동작하지 않을 경우 연료전지 스택보다 재순환 배관쪽의 부하가 작기 때문에 스택내로 공급된 수소가 재순환 배관을 통해 연료전지 스택의 수소 출구측으로 흘러갈 위험성이 있다.However, in the case of a fuel cell system using a hydrogen recirculation blower, when the hydrogen recirculation apparatus does not operate normally, the load on the recirculation pipe is smaller than that of the fuel cell stack. There is a risk of flow to the exit side.
또한, 불순물 및 물 제거를 위해 수소쪽 배기 밸브가 열릴 경우, 재순환 배관쪽을 통해 탱크에서 공급된 수소가 바로 빠져나가는 문제점이 있고, 이로 인해 연료전지 시스템 성능이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.In addition, when the hydrogen-side exhaust valve is opened to remove impurities and water, there is a problem that the hydrogen supplied from the tank immediately exits through the recirculation pipe side, which may cause a problem that the performance of the fuel cell system is deteriorated.
다시 말해서, 연료전지 시스템용 수소 재순환 블로워의 동작 정지시, 수소 블로워 배관을 통해 탱크에서 공급된 수소가 스택 후단으로 흘러갈 위험성이 있고, 이로 인해 연료전지 시스템 성능이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.In other words, when the hydrogen recycle blower for the fuel cell system is stopped, there is a risk that the hydrogen supplied from the tank flows to the rear end of the stack through the hydrogen blower pipe, which may cause a problem of deterioration of the fuel cell system performance.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 수소 재순환 블로워의 동작 상태를 블로워 회전수를 통해 확인하여 비정상 동작으로 판정되면, 재순환 블로워의 동작을 정지시킴과 함께 수소 재순환 배관에 있는 솔레노이드 밸브를 닫아서 재순환 라인을 차단하고, 동시에 연료전지 스택의 애노드 측을 데드 엔드(Dead end) 조건으로 구동시켜, 연료전지 스택에서 끌어갈 수 있는 전류값을 주행에 필요한 최소한으로 제한하도록 함으로써, 연료전지 스택의 손상을 방지하는 동시에 운전자에게 차량이 비정상 상태임을 경보할 수 있는 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, when the operation state of the hydrogen recycle blower is confirmed by the blower rotation speed is determined to be abnormal operation, the operation of the recirculation blower and the solenoid in the hydrogen recycle pipe Closing the recirculation line by closing the valve and simultaneously driving the anode side of the fuel cell stack to a dead end condition to limit the current value that can be drawn from the fuel cell stack to the minimum required for running It is an object of the present invention to provide a hydrogen recirculation blower operating system for a fuel cell and a method of controlling the same, which can prevent damage to a stack and alert a driver that a vehicle is in an abnormal state.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 수소탱크와 연료전지 스택의 애노드측간에 연결되는 수소공급배관과; 상기 수소공급배관과 상기 연료전지 스택의 수소 출구측 배관간에 연결되는 수소 재순환 배관과; 상기 수소 재순환 배관상에 설치되는 수소 재순환 블로워와; 상기 수소공급배관과 상기 수소 재순환 블로워간을 연결하는 수소 재순환 배관상에 설치되는 제1솔레노이드 밸브와; 상기 수소 출구측 배관의 끝단부에 설치되는 제2솔레노이드 밸브와; 상기 제1 및 제2솔레노이드 밸브의 개폐 제어를 위한 밸브 액츄에이터와; 상기 수소 재순환 블로워의 회전수를 모니터링하여, 밸브 액츄에이터에 작동 신호를 전송하는 연료전지 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is a hydrogen supply pipe connected between the hydrogen tank and the anode side of the fuel cell stack; A hydrogen recycle pipe connected between the hydrogen supply pipe and a hydrogen outlet pipe of the fuel cell stack; A hydrogen recycle blower installed on the hydrogen recycle pipe; A first solenoid valve installed on a hydrogen recycle pipe connecting the hydrogen supply pipe and the hydrogen recycle blower; A second solenoid valve installed at an end of the hydrogen outlet pipe; A valve actuator for controlling opening and closing of the first and second solenoid valves; A fuel cell controller which monitors the rotational speed of the hydrogen recycle blower and transmits an operation signal to a valve actuator; It provides a hydrogen recycle blower operating system for a fuel cell comprising a.
바람직한 구현예로서, 상기 제1솔레노이드 밸브와 수소 재순환 블로워간의 수소 재순환 배관에는 배관내의 가스온도를 검출하여, 그 검출신호를 상기 연료전지 제어기에 전송하는 온도센서가 장착된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the hydrogen recycle pipe between the first solenoid valve and the hydrogen recycle blower is equipped with a temperature sensor for detecting a gas temperature in the pipe and transmitting the detection signal to the fuel cell controller.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 연료전지 제어기에는 운전자가 수소 재순환 블로워의 작동 불량을 인지할 수 있는 운전자 인터페이스가 더 연결된 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the fuel cell controller is characterized in that the driver interface is further connected to the driver can recognize the malfunction of the hydrogen recycle blower.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 연료전지 시스템의 수소 재순환 블로워에 대한 회전수를 연료전지 제어기에서 모니터링하는 동시에 수소 재순환 블로워의 현재 회전수를 기준 회전수와 비교하는 제1단계와; 상기 수소 재순환 블로워의 현재 회전수가 기준 회전수 이하이면 수소 재순환 블로워의 이상으로 판단하여 전원 차단으로 정지시키는 제2단계와; 상기 수소 재순환 블로워의 정지 동작과 동시에 상기 연료전지 제어기에서 밸브 액츄에이터에 신호를 보내어, 수소공급배관과 수소 재순환 블로워간을 연결하는 수소 재순환 배관상의 제1솔레노이드 밸브를 닫힘으로 작동시키는 제3단계와; 상기 수소 재순환 블로워의 정지 및 제1솔레노이드 밸브의 닫힘 상태에서 연료전지 스택이 데드 엔드 모드로 운전되는 제4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 제어 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is: a first rotational speed of the hydrogen recycle blower of the fuel cell system in the fuel cell controller while monitoring the current rotational speed of the hydrogen recycle blower compared to the reference rotational speed Steps; A second step of determining that the hydrogen recycle blower is at or below the reference rotational speed and stopping the power supply when the current rotational speed of the hydrogen recycle blower is less than or equal to the reference rotational speed; A third step of sending a signal from the fuel cell controller to a valve actuator at the same time as the stop operation of the hydrogen recirculation blower and operating by closing the first solenoid valve on the hydrogen recirculation pipe connecting the hydrogen supply pipe and the hydrogen recirculation blower; A fourth step of operating the fuel cell stack in a dead end mode in a state where the hydrogen recycle blower is stopped and a first solenoid valve is closed; It provides a hydrogen recycle blower operation control method for a fuel cell comprising a.
바람직한 구현예로서, 상기 수소 재순환 배관내의 가스온도 및 연료전지 스택의 냉각수 출구온도를 모니터링 및 비교하는 단계가 더 진행되어, 상기 냉각수 출구온도가 더 크면, 상기 제2단계로 진입하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the step of monitoring and comparing the gas temperature in the hydrogen recirculation pipe and the cooling water outlet temperature of the fuel cell stack is further performed, and if the cooling water outlet temperature is larger, the second step is entered. .
바람직한 다른 구현예로서, 상기 제2단계에서, 수소 재순환 블로워의 정지와 함께 연료전지 사용 가능 전류를 연료전지 시스템 운전에 필요한 최소한의 전류값으로 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, in the second step, the method further includes limiting the fuel cell available current to a minimum current value required for operating the fuel cell system together with stopping the hydrogen recycle blower.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 제2단계에서, 수소 재순환 블로워의 정지와 함께 운전자에게 수소 재순환 블로워의 이상을 알리는 경보 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, in the second step, a warning step of notifying the driver of an abnormality of the hydrogen recycling blower is further performed along with stopping the hydrogen recycling blower.
바람직한 또 다른 구현예로서, 연료전지 스택이 데드 엔드 모드로 운전되는 상태에서, 연료전지 스택의 현재 전압과 정상 전압을 비교하여, 전압차가 클수록 연료전지 스택의 수소 출구측 배관에 설치되는 제2솔레노이드 밸브의 개폐주기를 짧게 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, in a state in which the fuel cell stack is operated in the dead end mode, a second solenoid is installed in the hydrogen outlet pipe of the fuel cell stack by comparing the current voltage with the normal voltage of the fuel cell stack and increasing the normal voltage. It characterized in that it further comprises the step of controlling the opening and closing period of the valve short.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.Through the above problem solving means, the present invention can provide the following effects.
1) 수소 재순환 블로워가 정상적으로 동작하지 않을 경우, 재순환 블로워 동 작을 정지시키고, 재순환 배관상의 솔레노이드 밸브를 닫아 재순환 배관으로 수소가 유입되는 것을 차단해줌으로써, 기존에 탱크로부터의 수소가 재순환 배관으로 역류되는 방지하여 연료전지 스택의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.1) If the hydrogen recirculation blower does not operate normally, stop the recirculation blower operation and close the solenoid valve on the recirculation pipe to block the inflow of hydrogen into the recirculation pipe, so that the hydrogen from the tank flows back to the recirculation pipe. It is possible to prevent the performance of the fuel cell stack from deteriorating.
2) 또한, 수소 재순환 블로워가 정상적으로 동작하지 않을 경우, 연료전지 스택을 데드 엔드 조건으로 구동시키는 동시에 스택에서 사용하는 전류값을 주행에 필요한 최소한의 전류값으로 제한하여 연료전지 스택의 손상을 방지할 수 있다.2) If the hydrogen recirculation blower does not operate normally, run the fuel cell stack in dead end condition and limit the current value used in the stack to the minimum current value necessary to prevent damage to the fuel cell stack. Can be.
3) 또한, 수소 재순환 블로워가 정상적으로 동작하지 않을 경우, 운전자 인터페이스를 통해 경보함으로써, 이를 운전자가 인지하여 신속하게 정비를 받을 수 있음을 유도할 수 있다.3) In addition, when the hydrogen recirculation blower does not operate normally, the driver interface may be alerted, thereby inducing the driver to be promptly recognized for maintenance.
우선, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 본 명세서에서 사용되는 용어를 정의하면 다음과 같다.First, to help understand the present invention, terms used in the present specification are defined as follows.
1) 수소 재순환 시스템(Hydrogen recirculation system): 연료전지 스택의 발전 효율을 높이기 위해 미반응한 수소를 재순환시키고, 시스템의 안정을 향상시키기 위해 수소 재순환 블로워를 사용하는 시스템1) Hydrogen recirculation system: A system using a hydrogen recirculation blower to recycle unreacted hydrogen to improve the power generation efficiency of a fuel cell stack and to improve the stability of the system.
2) 수소 재순환 블로워(Hydrogen blower): 수소 블로워는 임펠러, 모터, 블로워 하우징, 그리고 모터 제어기로 구성되며, 연료전지 스택 출구로 배출된 혼합가스에 압력을 상승시켜 스택 입구로 다시 재순환시키고, 스택 입구로 보내진 혼합가스는 수소 가스와 섞여서 스택 입구로 들어가게 된다.2) Hydrogen recirculation blower: Hydrogen blower consists of impeller, motor, blower housing, and motor controller. The hydrogen blower is recirculated back to the stack inlet by increasing the pressure of the mixed gas discharged to the fuel cell stack outlet. The mixed gas sent to is mixed with hydrogen gas and enters the stack inlet.
3) 연료전지 스택(Fuel cell stack): 연료전지의 발전 모듈로 공기와 수소의 전기 화학적 반응으로 전기를 생성하며, 공기극(Cathode electrode), 연료극(Anode electrode), MEA, 냉각유로 등의 구성 요소를 갖는다.3) Fuel cell stack: A fuel cell power generation module that generates electricity through the electrochemical reaction of air and hydrogen.It also includes components such as cathode electrode, anode electrode, MEA and cooling flow path. Has
4) 연료전지 제어기(Blower controller): 연료전지 시스템 운전중 연료전지에 공급되는 연료인 수소와 공기의 유량을 제어하고, 스택 온도 조절을 위해 냉각량을 결정하는 역할을 하며, 연료전지의 상태를 모니터링하여 연료전지의 정상적인 운전 상태를 제어하는 기능을 한다.4) Fuel cell controller (Blower controller): controls the flow rate of hydrogen and air, fuel supplied to the fuel cell during operation of the fuel cell system, determines the amount of cooling to control the stack temperature, and controls the state of the fuel cell. It monitors and controls the normal operating condition of the fuel cell.
5) 연료전지 데드 엔드(Dead End) 운전: 연료전지에서 수소가 공급되는 애노드측을 사용하고 남은 수소를 재순환시키는 구성없이, 스택에서 사용하고 남은 수소량에 비례하여 탱크로부터 수소가 공급되도록 운전하는 방식을 말한다.5) Fuel Cell Dead End Operation: Operate the fuel cell to supply hydrogen from the tank in proportion to the amount of hydrogen remaining in the stack without using the anode side where hydrogen is supplied from the fuel cell and recycling the remaining hydrogen. Say the way.
6) 연료전지 최대 전류 제한: 연료전지 시스템을 보호하기 위해 연료전지 상태에 따라 뽑아 갈 수 있는 전류의 최대값을 제한하는 것을 의미한다.6) Fuel cell maximum current limit: means to limit the maximum value of current that can be drawn according to the fuel cell condition to protect the fuel cell system.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템을 설명하는 구성도이고, 도 3은 수소 재순환 블로워의 작동 제어 방법을 설명하는 순서도이다.2 is a configuration diagram illustrating a hydrogen recycle blower operating system for a fuel cell according to the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of controlling an operation of a hydrogen recycle blower.
연료전지 스택(10)은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 이를 위해 연료전지 스택(10)의 애노드 측에 수소 공급을 위한 수소탱크(12)가 수소공급배관(14)을 매개로 연결된다.The
또한, 상기 수소공급배관(14)상에는 수소 공급압 조절을 위한 고압 및 저압 레귤레이터(16,18)가 순차적으로 설치되고, 그 사이에는 수소 공급 차단을 위한 제3솔레노이브 밸브(20)가 설치된다.In addition, on the
이때, 연료전지 시스템의 연료전지 스택(10)의 수소 출구측에는 배출되는 수소의 재사용을 위하여 수소 재순환 블로워(22)가 연결된다.At this time, the
즉, 상기 수소공급배관(14)과 상기 연료전지 스택(10)의 수소 출구측 배관(24) 사이에 연결되는 수소 재순환 배관(26)상에 수소 재순환 블로워(22)가 설치된다.That is, a
여기서, 상기 수소공급배관(14)과 상기 수소 재순환 블로워(22)간을 연결하는 수소 재순환 배관(26)상에 탱크(12)에서 공급된 수소가 수소 재순환 배관(26)을 통해 연료전지 스택(10)의 후단으로 흘러가는 것을 차단할 수 있는 제1솔레노이드 밸브(28)가 장착된다.Here, the hydrogen supplied from the
또한, 상기 수소 출구측 배관(24)의 끝단부에는 연료전지 스택(10)의 수소 유로에 축적된 과량의 물 배출을 위한 수소 퍼지 밸브로서 제2솔레노이드 밸브(30)가 장착된다.In addition, a
이때 상기 제1,2,3솔레노이드 밸브(28,30,20)는 그 개폐 동작을 조절하는 밸브 액츄에이터(32)와 연결되고, 이 밸브 액츄에이터(32)는 연료전지 제어기(34)와 신호 교환 가능하게 연결된다.In this case, the first, second, and
한편, 상기 제1솔레노이드 밸브(28)와 수소 재순환 블로워(22)간의 수소 재순환 배관(26)에는 배관내의 가스온도를 검출하여, 그 검출신호를 상기 연료전지 제어기(34)에 전송하는 온도센서(36)가 장착된다.Meanwhile, the
또한, 상기 연료전지 제어기(34)에는 운전자가 수소 재순환 블로워(22)의 작동 불량을 인지할 수 있는 운전자 인터페이스(38), 예를들어 시각적인 램프 또는 청각적인 경보음 발생장치가 연결된다.In addition, the
또한, 상기 수소 재순환 블로워(22)에는 블로워모터의 회전수를 모니터링하는 일종의 회전수 감지센서(미도시됨)가 장착되고, 이 센서는 상기 연료전지 제어기(34)와 신호 교환 가능하게 연결된다.In addition, the
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.Here, the hydrogen recycle blower operation control method for a fuel cell of the present invention having the above configuration will be described.
먼저, 수소 재순환 블로워에 대한 회전수 모니터링 단계가 선행된다.First, the rotation speed monitoring step for the hydrogen recycle blower is preceded.
즉, 수소 재순환 블로워에 대한 회전수, 다시 말해서 수소 재순환 블로워(22)에 포함된 블로워 모터의 회전수를 회전수 감지센서에서 감지하여, 그 검출 신호를 연료전지 제어기(34)에 전송한다.That is, the rotation speed of the hydrogen recycle blower, that is, the rotation speed of the blower motor included in the
이에, 상기 연료전지 제어기(34)는 수소 재순환 블로워(22)의 현재 회전수를 기준 회전수와 비교하는 연산을 하게 되고, 그 결과 상기 수소 재순환 블로워(22)의 현재 회전수가 기준 회전수 이하이면 수소 재순환 블로워(22)의 이상으로 판단하여, 수소 재순환 블로워(22)에 대한 전원을 차단하여 정지시키는 제어를 하게 된다.Accordingly, the
또는, 상기 수소 재순환 배관(26)에 장착된 온도센서(36)에서, 수소 재순환 배관(26)내의 가스온도를 검출하여 연료전지 제어기(34)에 전송하면, 연료전지 제 어기(34)는 검출된 가스온도와 연료전지 스택의 냉각수 출구온도를 비교하게 되고, 그 비교결과 상기 냉각수 출구온도가 더 크면, 수소 재순환 블로워(22)의 이상으로 판단하여, 수소 재순환 블로워(22)에 대한 전원을 차단하여 정지시키는 제어를 하게 된다.Alternatively, when the
이때, 상기 수소 재순환 배관(26)내의 가스온도(또는 배관온도)를 온도센서(36)로 검출하여, 수소 재순환 블로워(22)의 동작 유무를 판단할 수 있는 이유는 상기 재순환 블로워(22)가 정상 동작할 경우 수소 재순환 배관(26)내의 가스온도와 연료전지 스택(10)의 온도는 비슷한 수준을 유지하는 반면, 연료전지 스택(10)의 냉각수 출구 온도가 수소 재순환 배관(22)의 가스온도보다 일정 수준 이상으로 높아질 경우에는 수소 재순환 블로워(22)가 동작하지 않는 것으로 판단할 수 있기 때문이다.At this time, the gas temperature (or pipe temperature) in the
또한, 상기 수소 재순환 블로워(22)의 정지 동작과 동시에 상기 연료전지 제어기(34)에서 밸브 액츄에이터(32)에 신호를 보내고, 이 밸브 액츄에이터(32)의 조절 동작에 의하여 상기 수소공급배관(14)과 수소 재순환 블로워(22)간을 연결하는 수소 재순환 배관(26)상의 제1솔레노이드 밸브(28)는 닫힘으로 작동된다.In addition, the
한편, 첨부한 도 4의 그래프에 나타낸 바와 같이, 상기 수소 재순환 블로워(22)의 정지와 함께 상기 연료전지 제어기(34)는 연료전지의 사용 가능 전류를 연료전지 시스템 운전에 필요한 최소한의 전류값으로 제한한다.On the other hand, as shown in the attached graph of Figure 4, with the stop of the
즉, 상기 연료전지 제어기(34)에서는 연료전지 스택(10)에서 끌어갈 수 있는 전류값을 연료전지 차량의 주행에 필요한 최소한으로 제한하여 연료전지 스택의 손 상을 방지할 수 있도록 한다. That is, in the
또한, 상기 수소 재순환 블로워(22)의 정지와 함께 운전자에게 수소 재순환 블로워(22)의 이상을 알리는 경보 단계가 운전자 인터페이스(38)를 통해 이루어지게 되고, 이를 운전자가 인지하여 신속하게 정비를 받을 수 있음을 유도하게 된다.In addition, an alarm step of informing the driver of an abnormality of the
상기와 같이, 수소 재순환 블로워(22)의 정지 및 제1솔레노이드 밸브(28)의 닫힘 상태에서 연료전지 제어기(34)에 의하여 연료전지 스택(10)은 데드 엔드 운전모드로 운전되어진다.As described above, the
연이어, 상기 연료전지 스택(10)이 데드 엔드 모드로 운전되는 상태에서, 연료전지 제어기(34)에 의하여, 연료전지 스택(10)의 현재 전압과 정상 전압을 비교하는 단계가 진행되는 바, 그 전압차가 클수록 연료전지 스택(10)의 수소 출구측 배관(24)에 설치되는 제2솔레노이드 밸브(30)의 개폐주기를 첨부한 도 5의 그래프와 같이 짧게 제어하여, 연료전지 스택(10)의 애노드측 수소 공급을 원활히 하고, 애노드측의 유로에 과축적된 물과 불순물 보다 신속하게 제거하여, 연료전지 시스템 성능 유지하는 동시에 스택 손상 방지를 도모할 수 있도록 한다.Subsequently, in the state where the
도 1은 기존의 연료전지용 수소 재순환 시스템을 설명하는 구성도,1 is a block diagram illustrating a conventional hydrogen recycling system for fuel cells;
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 시스템을 설명하는 구성도,2 is a block diagram illustrating a hydrogen recycle blower operating system for a fuel cell according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 제어 방법을 설명하는 순서도,3 is a flowchart illustrating a method for controlling a hydrogen recycle blower for a fuel cell according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 제어시, 연료전지 최대 전류를 제한하는 것을 설명하는 그래프,4 is a graph illustrating limiting the maximum current of a fuel cell when controlling a hydrogen recycle blower for a fuel cell according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 수소 재순환 블로워 작동 제어시, 수소 배기를 위한 수소 퍼지 밸브(제2솔레노이드 밸브)의 개폐주시를 설명하는 그래프.5 is a graph illustrating opening and closing of a hydrogen purge valve (second solenoid valve) for hydrogen exhaust when controlling a hydrogen recycle blower operation for a fuel cell according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 연료전지 스택 12 : 수소탱크10
14 : 수소공급배관 16 : 고압 레귤레이터14: hydrogen supply piping 16: high pressure regulator
18 : 저압 레귤레이터 20 : 제3솔레노이브 밸브18: low pressure regulator 20: third solenoid valve
22 : 수소 재순환 블로워 24 : 수소 출구측 배관22: hydrogen recycle blower 24: hydrogen outlet side piping
26 : 수소 재순환 배관 28 : 제1솔레노이드 밸브26: hydrogen recirculation piping 28: the first solenoid valve
30 : 제2솔레노이드 밸브 32 : 밸브 액츄에이터30: second solenoid valve 32: valve actuator
34 : 연료전지 제어기 36 : 온도센서34
38 : 운전자 인터페이스38: driver interface
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