KR101394677B1 - Fuel cell system operating method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 시스템 운전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전치 차량의 냉각 성능 만족 및 연료전지 시스템 효율 개선을 위한 연료전지 시스템 운전 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 연료전지 시스템 효율과 냉각 성능 판단 지표를 이용하여, 차량 운전 조건(가압운전 유무 판단)을 도출함으로써, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가에 따른 시스템 효율 및 차량 냉각 성능을 모두 만족시킬 수 있는 연료전지 시스템 운전 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention relates to a method of operating a fuel cell system, and more particularly, to a method of operating a fuel cell system for satisfying cooling performance of a fuel cell vehicle and improving fuel cell system efficiency.
That is, the present invention derives a vehicle operating condition (whether or not a pressurized operation is to be performed) by using fuel cell system efficiency and cooling performance judgment index, thereby satisfying both the system efficiency and the vehicle cooling performance as the operating temperature of the fuel cell system increases And a method for operating the fuel cell system.
Description
본 발명은 연료전지 시스템 운전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전치 차량의 냉각 성능 만족 및 연료전지 시스템 효율 개선을 위한 연료전지 시스템 운전 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of operating a fuel cell system, and more particularly, to a method of operating a fuel cell system for satisfying cooling performance of a fuel cell vehicle and improving fuel cell system efficiency.
일반적으로, 연료전지 스택을 포함하는 연료전지 시스템은 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하도록 공기블로워 및 가습기를 포함하는 공기공급 시스템과, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등으로 나누어 볼 수 있다.Generally, a fuel cell system including a fuel cell stack includes a fuel supply system for supplying fuel (hydrogen) to a fuel cell stack, an air blower for supplying oxygen to the fuel cell stack, which is an oxidant necessary for an electrochemical reaction, An air supply system including a humidifier, a heat and water management system for controlling an operation temperature of the fuel cell stack, and the like.
첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연료공급 시스템(20)은 연료전지 스택(10)의 연료극에 수소를 공급하기 위한 수소탱크(21)와, 스택에서 반응을 마친 일부 수소를 재공급하기 위한 수소공급블로워(22) 등을 포함하여 구성되고, 상기 공기공급 시스템(30)은 외기로부터 이물질을 필터링하는 필터(31)와, 필터링된 공기를 흡입하는 공기블로워(32)와, 건조공기를 가습시켜 스택(10)의 공기극에 공급하는 가습기(33) 등을 포함하여 구성되며, 상기 열 및 물관리 시스템(40)은 연료전지 스택(10)의 냉각수 출구측으로부터 입구측 방향을 따라 물펌프(41), 전동식 써모스탯, 라디에이터(42) 등이 순차적으로 배치된 구성을 갖는다.3, the
상기 연료전지 스택은 연료전지 자동차의 주 에너지원인 전기를 생산하는 일종의 발전장치로서, 전극막 어셈블리를 사이에 두고 수소가 공급되는 연료극과 공기가 공급되는 공기극이 적층된 구조를 가지며, 공기중의 산소와 외부에서 공급된 수소가 화학적으로 반응하여 전기에너지를 발생시키는 장치를 말한다.The fuel cell stack has a structure in which a fuel electrode to which hydrogen is supplied and an air electrode to which air is supplied are laminated with an electrode film assembly interposed therebetween, and oxygen And the hydrogen supplied from outside chemically reacts to generate electric energy.
따라서, 연료전지 시스템의 운전 중, 전기에너지의 생성을 위하여 고순도의 수소가 연료전지의 연료극(anode)으로 공급되고, 이와 동시에 에어블로워와 같은 공기 공급 장치를 이용하여 대기중의 공기가 직접 연료전지의 공기극(cathode)으로 공급된다.Therefore, during the operation of the fuel cell system, hydrogen of high purity is supplied to the anode of the fuel cell for generating electric energy, and at the same time, air in the air is directly supplied to the anode of the fuel cell by using an air- Is supplied to the cathode of the fuel cell.
그에 따라, 연료전지 스택으로 공급된 수소가 연료극(anode)의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질 막을 통해 공기극(cathode)으로 넘어가게 되며, 연이어 공기극에 공급된 산소는 외부도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시키게 된다.As a result, the hydrogen supplied to the fuel cell stack is separated into hydrogen ions and electrons in the catalyst of the anode, the separated hydrogen ions are passed through the electrolyte membrane to the cathode, and oxygen supplied to the air electrode It combines with the electrons that enter the air electrode through the external lead to generate water and generate electrical energy.
이러한 연료전지 시스템의 운전 중, 연료전지 스택 발열량 증가에 의한 연료전지 시스템의 운전 온도 상승으로 인하여 냉각 성능 불만족 상태가 초래될 수 있고, 연료전지 시스템의 냉각 성능 저하시 각 부품(연료전지 스택, 라디에이터, 전장품들 등)이 열해될 가능성 있으므로, 연료전지 시스템의 운전 중 냉각 성능은 매우 중요한 요소중 하나이다.During the operation of the fuel cell system, an increase in the operating temperature of the fuel cell system due to an increase in the amount of heat generated by the fuel cell stack may result in unsatisfactory cooling performance. When the cooling performance of the fuel cell system deteriorates, , Electrical products, etc.) may be degraded, so cooling performance during operation of a fuel cell system is one of the most important factors.
상기 연료전지 시스템의 냉각 성능 개선하기 위하여, 연료전지 차량에 탑재된 연료전지 시스템의 운전 온도를 증가시켜서 라디에이터의 냉각 성능을 향상시키는 방법이 채택될 수 있다.In order to improve the cooling performance of the fuel cell system, a method of improving the cooling performance of the radiator by increasing the operating temperature of the fuel cell system mounted in the fuel cell vehicle may be adopted.
예를 들어, 연료전지 스택으로부터 라디에이터로 들어가는 냉각수의 온도가 65℃ 이고, 외기온도가 25℃이면 Δt는 40℃가 되고, 운전온도 증가시 냉각수의 온도가 85℃ 이고, 외기온도가 25℃이면 Δt는 60℃가 되므로, 라디에이터에 의한 냉각 성능이 증가하게 되어, 결국 연료전지 시스템의 냉각 성능이 개선될 수 있다.For example, if the temperature of the cooling water entering the radiator from the fuel cell stack is 65 占 폚 and the outside air temperature is 25 占 폚,? T is 40 占 폚, the cooling water temperature is 85 占 폚 and the outside air temperature is 25 占 폚 ? T is 60 占 폚, cooling performance by the radiator is increased, and the cooling performance of the fuel cell system can be improved eventually.
이렇게 연료전지 시스템의 운전 온도 증가시 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 냉각 성능이 개선되면, 엔진룸 패키지 개선이 가능하고, 열 및 물관리 시스템(Thermal Management System)의 부피 감소 및 원가 절감을 유도할 수 있으며, 차량 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.As the cooling performance of the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system improves when the operating temperature of the fuel cell system increases, the engine room package can be improved, and the volume and cost reduction of the thermal management system (thermal management system) And the degree of freedom of the vehicle design can be improved.
반면, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가시, 가습기의 가습 효율이 저하되면서 연료전지 스택의 건조 분위가 조성으로 인하여 스택 성능 저하를 초래하고, 스택 성능 저하에 따른 발열량이 증가하여 연료전지 차량 출력 제한 및 차속 저하를 초래하는 단점이 있다.On the other hand, when the operating temperature of the fuel cell system is increased, the humidifying efficiency of the humidifier is lowered and the stack performance is deteriorated due to the composition of the dry area of the fuel cell stack. There is a drawback that it causes deterioration.
이러한 단점을 해결하고자, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가시 가습기의 가습효율을 높여 스택 성능을 높이기 위하여 스택에 공기를 가압하여 주입하는 가압 운전이 필요하지만, 이 경우 공기를 가압 주입하기 위한 공기블로워의 소모전력 증가로 연료전지 시스템 효율이 감소하는 문제점이 있다.In order to increase the operating efficiency of the humidifier and increase the stacking performance of the humidifier when the operating temperature of the fuel cell system is increased, it is necessary to perform a pressurizing operation to pressurize and inject air into the stack. In this case, There is a problem that the efficiency of the fuel cell system decreases due to an increase in power consumption.
따라서, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가에 따른 시스템 효율 및 차량 냉각 성능을 모두 만족할 수 있는 연료전지 시스템의 운전 기술 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, there is a demand for development of a fuel cell system operation technology that can satisfy both the system efficiency and the vehicle cooling performance according to the increase of the operating temperature of the fuel cell system.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료전지 시스템 효율과 냉각 성능 판단 지표를 이용하여, 차량 운전 조건(가압운전 유무 판단)을 도출함으로써, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가에 따른 시스템 효율 및 차량 냉각 성능을 모두 만족시킬 수 있는 연료전지 시스템 운전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell system and a system for estimating a cooling performance of the fuel cell system, And to provide a fuel cell system operating method capable of satisfying both efficiency and vehicle cooling performance.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 연료전지 시스템 효율(a)과, 연료전지 시스템의 냉각 성능 판단 지표[Q/ITD(b)]를 이용하여, 연료전지 시스템 운전 조건인 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표[(y) = 시스템 효율(a)*X - Q/ITD(b)*(1-X)]를 도출하고, 도출된 연료전지 시스템 운전 조건에 따라 연료전지 시스템의 운전온도에 따른 가압운전 압력이 결정되도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a fuel cell system having a fuel cell system with a fuel cell system efficiency (a) and a fuel cell system cooling performance evaluation index [Q / ITD (b) (1-X) of the fuel cell system according to the derived fuel cell system operating conditions, and calculates the operating condition of the fuel cell system based on the operating condition of the fuel cell system [(y) = system efficiency (a) * X- Q / ITD The operating pressure of the fuel cell system is determined based on the operating pressure of the fuel cell.
이때, 상기 가압운전 유무 판단 지표에서 X는 0~1 사이의 값이고, a 및 b는 절대값으로 취해진 것이다.At this time, X is a value between 0 and 1, and a and b are taken as absolute values.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 가압운전 압력이 결정된 범위에서 벗어나는 경우, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 주행 중, 스택의 현재 성능지표와 목표지표, 그리고 외기온도를 실시간 모니터링하여, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표를 다시 도출하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, when the pressurized operation pressure deviates from the determined range, during the running of the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system, the present performance index, the target index, and the outside air temperature of the stack are monitored in real- And derives again an indicator of whether or not the battery stack is subjected to a pressurized operation.
바람직하게는, 상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 고온 지역을 주행하는 것으로 판정되면, X=0으로 제어하여 연료전지 시스템 효율보다 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표에 가중치가 부여될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.Preferably, after monitoring the outside air temperature, if it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system travels in the high temperature region, control is made to X = 0 so that the cooling performance indicator of the fuel cell system is weighted So as to be able to be imparted.
또한, 상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 저온 지역을 주행하는 것으로 판정되면, X=1로 제어하여 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표보다 연료전지 시스템 효율에 가중치가 부여될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in the low temperature region after monitoring the outside air temperature, the fuel cell system efficiency is weighted more than the cooling performance index of the fuel cell system by controlling X = 1 .
또한, 상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 고지대의 산소 농도 부족 지역을 주행하는 것으로 판정되면, 0<X≤1으로 제어하여 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표보다 연료전지 시스템 효율에 가중치가 부여될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in the low oxygen concentration region of the high altitude after the monitoring of the outside air temperature, So that a weight can be given to the efficiency.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.
본 발명에 따르면, 연료전지 시스템 효율과 냉각 성능 판단 지표를 이용하여, 차량 운전 조건(가압운전 유무 판단)을 도출함으로써, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가에 따른 시스템 효율 및 차량 냉각 성능을 모두 만족시킬 수 있다.According to the present invention, by deriving the vehicle operation condition (presence / absence of pressurized operation) using the fuel cell system efficiency and the cooling performance judgment index, it is possible to satisfy both the system efficiency and the vehicle cooling performance according to the increase of the operating temperature of the fuel cell system .
즉, 스택 초기 성능 기준으로 다양한 운전온도, 운전압력, 공기SR 등 각각의 제어 조건에서 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표를 이용하여 차량 운전 조건(가압운전 유무 판단)을 도출함으로써, 연료전지 시스템의 운전 온도 증가에 따른 시스템 효율 및 차량 냉각 성능을 모두 만족시킬 수 있다.
That is, by deriving the operating conditions of the fuel cell system (whether or not there is a pressurized operation) using fuel cell system efficiency and vehicle cooling performance judgment indices under various control conditions such as various operating temperatures, operating pressures, and air SR, It is possible to satisfy both the system efficiency and the vehicle cooling performance as the operating temperature of the system increases.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템 운전 방법의 일 실시예를 나타내는 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템 운전 방법의 다른 실시예를 나타내는 그래프,
도 3은 연료전지 시스템 구성을 설명하는 블록도.1 is a graph showing an embodiment of a method of operating a fuel cell system according to the present invention,
2 is a graph showing another embodiment of the method for operating the fuel cell system according to the present invention,
3 is a block diagram illustrating a fuel cell system configuration.
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.
본 발명의 연료전지 시스템 운전 방법은 연료전지 시스템 효율 및 연료전지 시스템의 냉각 성능 판단 지표를 이용하여 차량 운전 조건(가압운전 유무 판단)을 도출하는 점에 주안점이 있다.The fuel cell system operating method of the present invention is focused on deriving a vehicle operating condition (whether or not a pressurized operation is to be performed) using the fuel cell system efficiency and the cooling performance judgment index of the fuel cell system.
상기 연료전지 시스템 효율은 연료전지 차량 주행(정속, 가속, 등판 주행, 평지 주행 등) 성능 만족을 위한 연료전지 스택 요구 출력으로부터 수소이용률을 고려한 운전 조건별로 구할 수 있다.The fuel cell system efficiency can be obtained from the required output of the fuel cell stack for satisfying the performance of the fuel cell vehicle running (constant speed, acceleration, backward running, flat running, etc.) for each operation condition considering the hydrogen utilization rate.
이때, BOP(보기류 전장품) 소모 동력의 경우 연료전지 차량 운전 조건에 따라 변동되며, 예를 들어 공기압축기의 경우 스택에 공급되는 공급 공기 유량에 따른 소모 전력 변화가 커지는 것과 같다.At this time, the consumption power of the BOP (electric power system) varies according to the operation condition of the fuel cell vehicle. For example, in the case of the air compressor, the change in the consumed power according to the supply air flow rate supplied to the stack becomes larger.
따라서, 연료전지 스택에 대한 요구 출력 즉, 스택 요구 출력이 아래와 같이 차량의 주행에 필요한 구동부 동력과 BOP 소모 동력의 합을 만족시켜야 한다.Therefore, the required output of the fuel cell stack, that is, the stack demand output, must satisfy the sum of the drive power and the BOP consumption power required for running the vehicle as follows.
[스택 요구 출력 = 구동부 필요 동력(차량 총 주행 저항 × 감속기 효율 × 모터효율 × 제어기 효율 ) + BOP 소모 동력 (공기압축기, 라디에이터팬, 수소블로워, 물펌프, 에어콘펌프, 기타 보기류)][Stack demand output = drive required power (total vehicle driving resistance × speed reducer efficiency × motor efficiency × controller efficiency) + BOP consumption power (air compressor, radiator fan, hydrogen blower, water pump,
이러한 스택 요구 출력으로부터 연료전지 시스템 효율을 아래와 같이 구할 수 있다.From this stack demand output, the fuel cell system efficiency can be obtained as follows.
[연료전지 시스템효율 = 스택효율(스택평균전압/1.25V) × 전기효율((스택출력-BOP 소모동력)/스택출력) × 수소이용률][Stack output (BOP consumption power) / Stack output) × hydrogen utilization rate] [fuel cell system efficiency = stack efficiency (stack average voltage / 1.25 V)
상기 연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템의 냉각 성능 판단 지표는 차량 외기온 및 라디에이터 입구 온도를 고려한 냉각 성능 기준으로서, [Q(스택발열량)/ITD(차량냉각수 라디에이터입구온도 - 외기온도)(kW/K)]로부터 얻을 수 있으며, Q/ITD는 낮을수록 냉각 성능에 유리한 것으로 알려져 있다.The cooling performance judgment index of the fuel cell system mounted on the fuel cell vehicle is a cooling performance reference taking into account the outside temperature of the vehicle and the inlet temperature of the radiator. [Q (stack heat generation amount) / ITD (vehicle cooling water radiator inlet temperature - outdoor temperature) K), and it is known that the lower the Q / ITD, the better the cooling performance.
전술한 바와 같이, 연료전지 스택으로부터 라디에이터로 들어가는 냉각수의 온도가 65℃이고, 외기온도가 25℃이면 Δt는 40℃가 되고, 연료전지 시스템의 운전온도 증가시 냉각수의 온도가 85℃이고, 외기온도가 25℃이면 Δt는 60℃가 되므로, 라디에이터에 의한 연료전지 시스템의 냉각 성능이 증가하게 되므로, Q/ITD는 낮을수록 냉각 성능에 유리한 것으로 알려져 있다.As described above, when the temperature of the cooling water entering the radiator from the fuel cell stack is 65 占 폚 and the outside air temperature is 25 占 폚,? T is 40 占 폚, the cooling water temperature is 85 占 폚 when the operating temperature of the fuel cell system is increased, When the temperature is 25 占 폚,? T becomes 60 占 폚, so that the cooling performance of the fuel cell system by the radiator is increased, and it is known that the lower the Q / ITD, the better the cooling performance.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 얻어진 연료전지 시스템 효율과 연료전지 시스템의 냉각 성능 판단 지표를 이용하여, 연료전지 시스템의 운전온도에 따른 연료전지 시스템 효율 및 냉각 성능을 만족시키는 연료전지 시스템 운전 조건을 도출하게 된다.According to the present invention, a fuel cell system operating condition that satisfies the fuel cell system efficiency and cooling performance according to the operating temperature of the fuel cell system can be obtained by using the fuel cell system efficiency obtained as described above and the cooling performance judgment index of the fuel cell system .
상기 연료전지 시스템 운전 조건은 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표로서, [(y) = 시스템 효율(a)*X - Q/ITD(b)*(1-X)]을 통해 도출된다.The fuel cell system operation condition is derived from [(y) = system efficiency (a) * X - Q / ITD (b) * (1 - X)] as an indicator for determining whether the fuel cell stack is operated under pressure.
이때, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표에서, X는 0~1 사이의 값이고, a ≥0 이며, b≥0 이다.At this time, in the indicator for determining whether the fuel cell stack is operated under pressure, X is a value between 0 and 1, a? 0, and b? 0.
특히, 상기 가압운전 유무 판단 지표에서 X=1 이면 연료전지 시스템 효율이 최대가 되고, 반면 X=0 이면 냉각 성능이 최대가 되며, 목표로 하는 연료전지 시스템의 운전 조건에 따라 X값을 0~1 사이의 값으로 가변시킬 수 있다.In particular, when X = 1, the fuel cell system efficiency is maximized. On the other hand, if X = 0, the cooling performance is maximized. If the X value is 0 or less according to the operation condition of the target fuel cell system, 1 < / RTI >
이렇게 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표가 도출되면, 도출된 연료전지 시스템 운전 조건에 따라 연료전지 시스템의 운전온도에 따른 가압운전 압력이 첨부한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 결정될 수 있다.When the fuel cell stack is judged to be a pressurized operation existence determination index, the pressurized operation pressure according to the operating temperature of the fuel cell system can be determined according to the derived fuel cell system operation conditions as shown in FIGS. 1 and 2 .
첨부한 도 1은 연료전지 차량의 등판 정속 주행시 연료전지 시스템의 운전 온도(공기SR2.0)에 따른 공기블로워의 운전 압력 제어 조건을 실험을 통해 나타낸 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing experimental conditions for controlling the operation pressure of an air blower according to the operating temperature (air SR2.0) of the fuel cell system during constant-speed running of a fuel cell vehicle.
공기블로워의 운전압력에 따른 공기입구압력 대비 연료전지 시스템 효율을 나타내는 도 1의 가장 위쪽 그래프를 참조하면, 연료전지 차량의 등판 정속 주행시 스택의 공기극에 대한 공기입구압력이 증가하는 경우, 연료전지 시스템의 운전온도 D℃에서 연료전지 시스템 효율이 점차 조금씩 낮아지고, 연료전지 시스템의 운전온도 D+5℃로 증가된 상태에서는 연료전지 시스템 효율이 D℃보다 다소 낮은 수준을 유지하며, 또한 연료전지 시스템의 운전온도 D+10℃로 증가된 상태에서는 D℃ 및 D+5℃ 상태보다 연료전지 시스템 효율이 낮지만 공기입구압력이 증가할수록 연료전지 시스템 효율이 점차 증가함을 알 수 있다.Referring to the uppermost graph of FIG. 1 showing the efficiency of the fuel cell system versus the air inlet pressure according to the operating pressure of the air blower, when the air inlet pressure to the air electrode of the stack increases at constant speed running of the fuel cell vehicle, The efficiency of the fuel cell system is maintained at a level somewhat lower than the D ° C in the state where the efficiency of the fuel cell system is gradually lowered at the operating temperature D ° C. of the fuel cell system and the operating temperature of the fuel cell system is increased to D + The efficiency of the fuel cell system is lower than that of D ° C and D + 5 ° C. However, as the air inlet pressure increases, the efficiency of the fuel cell system gradually increases.
이렇게 연료전지 시스템의 운전온도별 시스템 효율이 가장 높은 값을 취하면 도 1의 가장 위쪽 그래프에서 보듯이 은선으로 묶어진 부분이 된다.When the system efficiency of the fuel cell system according to the operation temperature is taken as the highest value, the fuel cell system becomes the portion bounded by the silver line as shown in the uppermost graph of FIG.
또한, 공기블로워의 운전압력에 따른 공기입구압력 대비 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표(Q/ITD)를 나타내는 도 1의 중간에 도시된 그래프를 참조하면, 연료전지 차량의 등판 정속 주행시 스택의 공기극에 대한 공기입구압력이 증가하는 경우, 연료전지 시스템의 운전온도 D℃에서 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 다소 낮아지면서 다시 상승하고, 연료전지 시스템의 운전온도 D+5℃로 증가된 상태에서는 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 D℃보다 다소 낮은 수준을 유지하면서 점차 조금씩 낮아지며, 또한 연료전지 시스템의 운전온도 D+10℃로 증가된 상태에서는 D℃ 및 D+5℃ 상태보다 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 높지만 공기입구압력이 증가할수록 점차 크게 낮아짐을 알 수 있다.1 showing the cooling performance index (Q / ITD) of the fuel cell system to the air inlet pressure according to the operating pressure of the air blower, When the air inlet pressure of the fuel cell system increases, the cooling performance index of the fuel cell system rises again at an operation temperature D ° C of the fuel cell system, and increases again to the operating temperature D + 5 ° C of the fuel cell system. The cooling performance index of the system is gradually lowered while being maintained at a level somewhat lower than D ° C and the cooling performance of the fuel cell system is higher than that of D ° C and D + 5 ° C when the operating temperature of the fuel cell system is increased to D + It can be seen that the surface is high but gradually decreases as the air inlet pressure increases.
이렇게 연료전지 시스템의 운전온도별 냉각 성능 지표가 가장 낮은 값을 취하면 도 1의 중간에 도시된 그래프에서 보듯이 은선으로 묶어진 부분이 된다.If the cooling performance index for each operating temperature of the fuel cell system is taken as the lowest value, it becomes a portion bounded by the silver line as shown in the graph in the middle of FIG.
이와 같이 연료전지 시스템 효율 및 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 운전온도(냉각수 온도)에 따라 변화되는 바, 운전온도별 연료전지 시스템 효율의 가장 높은 값(은선부분) 및 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 가장 낮은 값을 축을 바꾸어 도시하면, 첨부한 도 1의 가장 아래쪽 도면과 같이 도시된다.As described above, the fuel cell system efficiency and the cooling performance index of the fuel cell system change according to the operation temperature (cooling water temperature), and the highest value of the fuel cell system efficiency (the hatched portion) The lowest value is shown in the lowered figure of the accompanying Fig.
도 1의 가장 아래쪽 그래프에서 위쪽 사선(파란색)은 운전온도별 연료전지 시스템 효율의 가장 높은 값을 취하여, 이를 운전온도별 공기블로워의 운전압력으로 나타낸 것이고, 아래쪽 사선(붉은색)은 운전온도별 연료전지 시스템의 냉각성능 지표( Q/ITD)의 가장 낮은 값을 취하여, 이를 운전온도별 공기블로워의 운전압력으로 나타낸 것이다.In the graph at the bottom of FIG. 1, the upper oblique line (blue) represents the highest value of the efficiency of the fuel cell system according to the operating temperature, which is represented by the operating pressure of the air blower according to the operating temperature, and the lower oblique line The lowest value of the cooling performance index (Q / ITD) of the fuel cell system is taken as the operating pressure of the air blower according to the operating temperature.
즉, 위쪽 사선(파란색)은 연료전지 시스템 효율이 최대(X=1)일 때의 운전온도별 공기블로워의 운전압력을 나타내고, 아래쪽 사선(붉은색)은 운전온도별 연료전지 시스템의 냉각성능이 최대(X=0)일 때의 운전온도별 공기블로워의 운전압력을 나타낸다.That is, the upper oblique line (blue) represents the operation pressure of the air blower according to the operation temperature when the fuel cell system efficiency is maximum (X = 1), and the lower oblique line (red) And the operating pressure of the air blower by the operating temperature at the maximum (X = 0).
따라서, 연료전지 시스템의 운전 조건에 따라 X값을 0~1 사이의 값으로 가변시킴으로써, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표 즉, [(y) = 시스템 효율(a)*X - Q/ITD(b)*(1-X)]가 달라지게 되며, 이때의 연료전지 스택 가압운전 유무 판단 지표의 범위는 연료전지 시스템 효율이 최대(X=1)일 때의 운전온도별 공기블로워의 운전압력을 나타내는 위쪽 사선(파란색)과 운전온도별 연료전지 시스템의 냉각성능이 최대(X=0)일 때의 운전온도별 공기블로워의 운전압력을 나타내는 아래쪽 사선(붉은색) 사이 범위에 놓이게 된다.Therefore, by varying the value of X to a value between 0 and 1 according to the operating condition of the fuel cell system, it is possible to determine whether or not the fuel cell stack is operated under pressure, that is, [(y) = system efficiency (a) * X - Q / ITD (b) * (1-X)], and the range of the fuel cell stack pressure operating condition determining index is the operating pressure of the air blower according to the operating temperature when the fuel cell system efficiency is maximum (X = 1) (Red) indicating the operating pressure of the air blower by the operating temperature when the cooling performance of the fuel cell system is maximum (X = 0) by the operating temperature and the upper oblique line (blue) representing the operating temperature.
이에 따라, 연료전지 시스템의 운전온도에 따라, X값을 0~1 사이의 값으로 가변시킴으로써, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표가 달라지게 되고, 결국 연료전지 시스템의 운전온도별 공기블로워의 가압운전압력은 연료전지 시스템 효율이 최대(X=1)일 때의 운전온도별 공기블로워의 운전압력을 나타내는 위쪽 사선(파란색)과 운전온도별 연료전지 시스템의 냉각성능이 최대(X=0)일 때의 운전온도별 공기블로워의 운전압력을 나타내는 아래쪽 사선(붉은색) 사이 범위내에서 조절된다.Accordingly, by varying the value of X to a value between 0 and 1 according to the operating temperature of the fuel cell system, the indicator of whether or not the fuel cell stack is under pressure operation is changed. As a result, The pressurized operating pressure is the maximum of the cooling performance of the fuel cell system (X = 0) by the upper oblique line (blue) indicating the operation pressure of the air blower by the operating temperature when the fuel cell system efficiency is maximum (X = (Red) indicating the operating pressure of the air blower by the operating temperature at the time when the air blower is operated.
이렇게 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표를 이용하여 차량 운전 조건 즉, 공기블로워의 가압운전 유무 판단 및 가압운전압력을 도출함으로써, 연료전지 시스템의 운전 온도에 따른 연료전지 시스템 효율 및 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 냉각 성능을 모두 만족시킬 수 있다.The fuel cell system efficiency and the fuel cell system efficiency according to the operating temperature of the fuel cell system and the fuel cell system efficiency can be improved by deriving the determination of the operating condition of the air blower, It is possible to satisfy all of the cooling performance of the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell.
첨부한 도 2는 연료전지 차량의 등판 정속 주행시 운전 온도(냉각수 온도)별 공기운전압력 50kPa에서의 공기 SR 제어 조건을 실험을 통해 나타낸 그래프로서, 공기블로워의 운전압력을 50kPa로 유지한 상태에서 공기 SR 즉, 화학양론비도 일정범위로 조절됨을 보여주는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing an experiment of an air SR control condition at an air operating pressure of 50 kPa for each operation temperature (cooling water temperature) at the time of running at constant speed in a fuel cell vehicle. In the state where the operating pressure of the air blower is maintained at 50 kPa, SR, that is, the stoichiometric ratio is adjusted to a certain range.
공기 SR(%) 대비 연료전지 시스템 효율을 나타내는 도 2의 가장 위쪽 그래프를 참조하면, 연료전지 차량의 등판 정속 주행시 공기블로워의 운전압력을 50kPa 로 유지한 상태에서는 연료전지 시스템의 운전온도 D℃에서 연료전지 시스템 효율이 가장 좋고, 연료전지 시스템의 운전온도가 D+5℃로 증가된 상태에서는 연료전지 시스템 효율이 D℃보다 다소 낮은 수준을 유지하며, 또한 연료전지 시스템의 운전온도가 D+10℃로 증가된 상태에서는 D℃ 및 D+5℃ 상태보다 연료전지 시스템 효율이 많이 낮음을 알 수 있다.Referring to the top graph of FIG. 2 showing the efficiency of the fuel cell system versus the air SR (%), in the state where the operation pressure of the air blower is maintained at 50 kPa at the constant speed running on the back plate of the fuel cell vehicle, The efficiency of the fuel cell system is maintained at a level somewhat lower than the D ° C when the fuel cell system efficiency is the best and the operation temperature of the fuel cell system is increased to D + 5 ° C, The efficiency of the fuel cell system is much lower than that of the D < 0 > C and D + 5 < 0 > C states.
또한, 공기 SR(%) 대비 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표(Q/ITD)를 나타내는 도 2의 중간에 도시된 그래프를 참조하면, 연료전지 차량의 등판 정속 주행시 공기블로워의 운전압력을 50kPa 로 유지한 상태에서는 연료전지 시스템의 운전온도 D℃에서 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 가장 높고, 연료전지 시스템의 운전온도 D+5℃로 증가된 상태 및 D+10℃로 증가된 상태에서는 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표가 D℃보다 낮은 수준을 유지하되, D+10℃로 증가된 상태에서는 조금씩 점차 증가됨을 알 수 있다.2 showing the cooling performance index (Q / ITD) of the fuel cell system relative to the air SR (%), the operating pressure of the air blower is maintained at 50 kPa In a state where the cooling performance index of the fuel cell system is the highest at the operation temperature D ° C of the fuel cell system, the state where the operation temperature of the fuel cell system is increased to D + 5 ° C, Is maintained at a level lower than D ° C, but it gradually increases gradually when the temperature is increased to D + 10 ° C.
도 2의 가장 아래쪽 그래프에서, 붉은색 라인은 연료전지 시스템 효율이 최대(X=1)일 때의 운전온도별 공기 SR을 나타내고, 파란색 라인은 운전온도별 연료전지 시스템의 냉각성능이 최대(X=0)일 때의 운전온도별 공기 SR을 나타내며, 선을 이었을 때 평행사변형 박스 구간을 형성하게 된다.2, the red line represents the air SR by the operating temperature when the fuel cell system efficiency is the maximum (X = 1), and the blue line represents the cooling performance of the fuel cell system by the operating temperature at the maximum (X = 0), and a parallelogram box section is formed when a line is drawn.
따라서, 연료전지 시스템의 운전 조건에 따라 X값을 0~1 사이의 값으로 가변시킴으로써, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표 즉, [(y) = 시스템 효율(a)*X - Q/ITD(b)*(1-X)]가 달라지게 되며, 이때의 연료전지 스택 가압운전 유무 판단 지표의 범위는 평행사변형 박스 구간내에 존재하게 된다.Therefore, by varying the value of X to a value between 0 and 1 according to the operating condition of the fuel cell system, it is possible to determine whether or not the fuel cell stack is operated under pressure, that is, [(y) = system efficiency (a) * X - Q / ITD (b) * (1-X)]. In this case, the range of the fuel cell stack pressurization operation judgment index exists within the parallelogram section.
이렇게 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표를 이용하여 차량 운전 조건 즉, 공기블로워의 가압운전 유무 판단 및 공기 SR을 도출함으로써, 연료전지 시스템의 운전 온도에 따른 연료전지 시스템 효율 및 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 냉각 성능을 모두 만족시킬 수 있다.The fuel cell system efficiency and the fuel cell system according to the operating temperature of the fuel cell system can be improved by deriving the operating condition of the air conditioner, that is, It is possible to satisfy all the cooling performance of the mounted fuel cell vehicle.
한편, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 주행 중, 상기와 같이 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표를 이용하여, 공기블로워의 가압운전 압력이 결정된 범위에서 벗어나는 경우, 스택의 현재 성능지표와 목표지표, 그리고 외기온도를 실시간 모니터링하여, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표를 다시 도출할 수 있다.On the other hand, when the pressurized operating pressure of the air blower deviates from the determined range by using the fuel cell system efficiency and the vehicle cooling performance determination index as described above during traveling of the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system, The target indicator, and the outside temperature are monitored in real time, and the indicator of whether the fuel cell stack is operated under pressure can be derived again.
좀 더 상세하게는, 연료전지 스택의 초기 성능 기준으로 다양한 운전온도, 운전압력, 공기 SR 등 각 제어 조건은 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표를 이용하여 도출하되, 연료전지 시스템의 운전 시간 누적에 따른 스택 성능 감소로 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 감소가 초래되는 경우에는 스택의 현재 성능지표와 목표지표, 그리고 외기온도를 실시간 모니터링하여, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표를 다시 도출하여 제어 조건을 업데이트시킬 수 있다.More specifically, various control conditions such as various operation temperatures, operating pressures, and air SRs are derived based on fuel cell system efficiency and vehicle cooling performance index as initial performance criteria of the fuel cell stack, When the system efficiency and the cooling performance of the vehicle decrease due to the decrease in the stack performance due to accumulation, the current performance index, the target index, and the outside temperature of the stack are monitored in real time, The condition can be updated.
이때, 상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 고온 지역을 주행하는 것으로 판정되면, 예를 들어 외기온도가 35℃ 이상에서 주행하는 것으로 판정되면, 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표 도출시 상기 X의 범위를 X=0으로 제어하여 연료전지 시스템 효율보다 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표에 가중치가 부여되도록 함으로써, 고온지역에서는 연료전지 시스템의 냉각 성능을 더 만족시키는 것이 바람직하다.If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in the high temperature region, for example, when it is determined that the outdoor air temperature travels at 35 ° C or higher, the fuel cell system efficiency and the vehicle cooling It is preferable that the cooling performance of the fuel cell system is more satisfactorily satisfied in the high temperature region by controlling the range of X to 0 when the performance judgment index is derived so that the cooling performance index of the fuel cell system is weighted more than the fuel cell system efficiency Do.
즉, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 고온 지역(외기온도 35℃ 이상) 주행시 냉각수를 냉각시키는 라디에이터의 냉각 성능이 급격히 떨어질 수 있고, 그에 따라 연료전지의 전극막 어셈블리(MEA)가 상대습도 저하로 인해 건조되면서 스택 성능 저하 및 발열량 증가 가능성이 크므로, 연료전지 시스템의 냉각 성능을 최우선으로 운전 조건을 제어하는 것이 바람직하며, 이를 통해 연료전지 시스템 효율 일부 손실을 허용하더라도 공기블로워에 의한 운전 압력 및 SR 제어를 통한 가압 운전으로 스택 성능 증가 및 발열량 감소를 도모할 수 있다.That is, the cooling performance of the radiator, which cools the cooling water at the time of traveling in a high temperature region (at an outside temperature of 35 ° C or higher), may be drastically lowered, so that the electrode membrane assembly (MEA) It is desirable to control the operating conditions with the cooling performance of the fuel cell system as the top priority, and thus, even if the efficiency of the fuel cell system is partially allowed, the operation by the air blower Pressure and SR control, the stack performance can be increased and the amount of heat generated can be reduced.
또한, 상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 저온 지역을 주행하는 것으로 판정되면, 예를 들어 외기온도가 0℃ 이하에서 주행하는 것으로 판정되면, 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표 도출시 상기 X의 범위를 X=1로 제어하여 외기온도가 낮은 상태이므로 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표보다 연료전지 시스템 효율에 가중치가 부여될 수 있도록 함으로써, 저온지역에서는 연료전지 시스템 효율을 더 만족시키는 것이 바람직하다.If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in a low temperature region after the monitoring of the outside air temperature, for example, if it is determined that the outside air temperature travels at 0 DEG C or less, fuel cell system efficiency and vehicle cooling Since the outside temperature is low by controlling the range of X as X = 1 when deriving the performance judgment index, the fuel cell system efficiency can be weighted more than the cooling performance index of the fuel cell system, Is satisfied.
즉, 저온 지역 주행시 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 냉각 성능 문제가 발생할 가능성은 낮으므로, 낮은 외기 온도 및 낮은 상대 습도로 인한 스택 성능 저하 가능성을 해결하고자, 공기블로워의 운전 압력 및 SR 제어를 통한 가압 운전으로 스택 성능 및 연료전지 시스템 효율을 개선할 수 있다.In order to solve the possibility of lowering the stack performance due to the low outside temperature and low relative humidity, the operation pressure of the air blower and the SR control The stack performance and fuel cell system efficiency can be improved.
또한, 상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 차량 시스템 효율이 저하되는 고지대의 산소 농도 부족 지역을 주행하는 것으로 판정되면, 연료전지 시스템 효율 및 차량 냉각 성능 판단 지표 도출시 상기 X의 범위를 0<X≤1으로 제어하여 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표보다 연료전지 시스템 효율에 가중치가 부여되도록 하는 것이 바람직하다.If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in a region of low oxygen concentration where the efficiency of the vehicle system is lowered after monitoring the outside air temperature, It is desirable to control the range of X to 0 < X < 1 so that the fuel cell system efficiency is weighted more than the cooling performance index of the fuel cell system.
즉, 고지대 산악 지역 주행시 저지대 대비 외기 온도가 감소되므로 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 냉각 성능에 문제가 발생할 가능성은 낮으므로, 고지대 주행시 산소 농도 부족으로 스택 성능 저하 및 발열량 증가를 해결하고자 운전 압력 및 SR제어를 통한 가압 운전으로 스택 성능 및 연료전지 시스템 효율을 개선할 수 있다.
That is, since the outside air temperature is reduced compared with the low-lying zone when driving in a mountainous area in a high mountain region, the cooling performance of the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is low. Therefore, Pressure and SR operation can improve the stack performance and fuel cell system efficiency.
10 : 스택
12 : 공기극
14 : 공기공급라인
16 : 공기배출라인
18 : 공기블로워
20 : 가습기
28 : 후단압력조절기10: Stack
12: air pole
14: air supply line
16: air discharge line
18: Air blower
20: Humidifier
28: rear end pressure regulator
Claims (5)
상기 가압운전 유무 판단 지표에서 X는 0~1 사이의 값이고, a ≥0 이며, b≥0 이다.
(Y) = system (a) of the fuel cell stack, which is the operation condition of the fuel cell system, using the fuel cell system efficiency (a) and the cooling performance judgment index [Q / ITD And the pressure operating pressure according to the operating temperature of the fuel cell system is determined according to the derived fuel cell system operating conditions. Wherein the fuel cell system is operated at a predetermined temperature.
Wherein X is a value between 0 and 1, a? 0, and b? 0.
상기 가압운전 압력이 결정된 범위에서 벗어나는 경우, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량의 주행 중, 스택의 현재 성능지표와 목표지표, 그리고 외기온도를 실시간 모니터링하여, 연료전지 스택의 가압운전 유무 판단 지표를 다시 도출하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.
The method according to claim 1,
When the pressure operating pressure deviates from the determined range, the current performance index, the target index, and the outside air temperature of the stack are monitored in real time during traveling of the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system, Is derived again.
상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 고온 지역을 주행하는 것으로 판정되면, X=0으로 제어하여 연료전지 시스템 효율보다 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표에 가중치가 부여될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.
The method of claim 2,
If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in the high temperature region after the monitoring of the outside air temperature, it is controlled to be X = 0 so that the cooling performance indicator of the fuel cell system can be weighted Wherein the fuel cell system is operable to operate the fuel cell system.
상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 저온 지역을 주행하는 것으로 판정되면, X=1로 제어하여 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표보다 연료전지 시스템 효율에 가중치가 부여될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.
The method of claim 2,
If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system is traveling in a low temperature region after the monitoring of the outside air temperature, control is made to be X = 1 so that the fuel cell system efficiency is weighted more than the cooling performance index of the fuel cell system Wherein the fuel cell system is operable to operate the fuel cell system.
상기 외기온도 모니터링 후, 연료전지 시스템이 탑재된 연료전지 차량이 고지대의 산소 농도 부족 지역을 주행하는 것으로 판정되면, 0<X≤1으로 제어하여 연료전지 시스템의 냉각 성능 지표보다 연료전지 시스템 효율에 가중치가 부여될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 운전 방법.The method of claim 2,
If it is determined that the fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system travels in the low oxygen concentration region of the high altitude after the monitoring of the outside air temperature, 0 <X? 1, the fuel cell system efficiency And the weight of the fuel cell system can be given.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10297846B2 (en) | 2015-06-01 | 2019-05-21 | Hyundai Motor Company | Operation control method of fuel cell system |
| US10396378B2 (en) | 2015-08-21 | 2019-08-27 | Hyundai Motor Company | Device and method for improving stack performance of fuel cell system |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07282826A (en) * | 1994-04-14 | 1995-10-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Differential pressure control method for fuel cell and device |
| US20030000758A1 (en) * | 1999-12-23 | 2003-01-02 | Brueck Rolf | Fuel cell installation and method for operating the fuel cell installation |
| KR20030070447A (en) * | 2002-02-25 | 2003-08-30 | 한국과학기술연구원 | Apparatus of Gas Supply for Fuel Cell Operation |
| US20060204799A1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-14 | Takao Ishikawa | Hydrogen supply device and hydrogen supplying method |
-
2012
- 2012-06-08 KR KR1020120061219A patent/KR101394677B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07282826A (en) * | 1994-04-14 | 1995-10-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Differential pressure control method for fuel cell and device |
| US20030000758A1 (en) * | 1999-12-23 | 2003-01-02 | Brueck Rolf | Fuel cell installation and method for operating the fuel cell installation |
| KR20030070447A (en) * | 2002-02-25 | 2003-08-30 | 한국과학기술연구원 | Apparatus of Gas Supply for Fuel Cell Operation |
| US20060204799A1 (en) * | 2005-03-09 | 2006-09-14 | Takao Ishikawa | Hydrogen supply device and hydrogen supplying method |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10297846B2 (en) | 2015-06-01 | 2019-05-21 | Hyundai Motor Company | Operation control method of fuel cell system |
| US10396378B2 (en) | 2015-08-21 | 2019-08-27 | Hyundai Motor Company | Device and method for improving stack performance of fuel cell system |
Also Published As
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