KR101575519B1

KR101575519B1 - 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101575519B1
Application number: KR1020140110590A
Authority: KR
Inventors: 이동훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2015-12-07

Abstract

본 발명은 연료전지의 공기극(Cathode)으로 공기를 공급하기 위한 공기압축기의 후단에 위치한 인터쿨러 냉각 기능의 이상 유무를 판정하고, 판정 결과에 따른 비상 운전이 이루어질 수 있도록 한 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 공기압축기 후단 온도와 인터쿨러 후단 온도를 비교하여 그 오차가 기준값 이하인 경우 인터쿨러 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하고, 공기극 입구단의 공기 온도를 기준으로 공기의 바이패스량 제어 및 압력조절밸브의 개방 제어 등을 실시하여 공기극의 배관에서 발생하는 배압을 효과적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 인터쿨러 고장 상황에서도 연료전지 고출력 운전이 가능하도록 한 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템 및 방법{Control system and method for emergency operating according to the fail of intercooler for fuel cell}

본 발명은 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지의 공기극(Cathode)으로 공기를 공급하기 위한 공기압축기의 후단에 위치한 인터쿨러 냉각 기능의 이상 유무를 판정하고, 판정 결과에 따른 비상 운전이 이루어질 수 있도록 한 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

연료전지 차량에 탑재되는 연료전지 시스템은 연료전지 스택에 수소(연료)를 공급하는 수소공급시스템과, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급시스템과, 수소 및 산소의 전기화학적 반응에 의거 전기를 생성하도록 다수의 단위 셀이 적층 결합된 연료전지 스택과, 연료전지 스택의 전기화학적 반응열을 제거하는 동시에 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.

특히, 상기 공기공급시스템은 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기압축기와, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기를 적정 온도로 냉각시키는 인터쿨러와, 냉각된 공기를 가습시켜 공기극으로 공급하는 가습기 등을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 인터쿨러의 기능이 정상적으로 동작하지 않는 경우, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기를 적정 온도로 냉각시킬 수 없으므로, 인터쿨러의 고장 진단 및 비상 운전 로직이 필요하다.

여기서, 종래의 인터쿨러 고장 진단 및 그에 따른 비상 운전 방법을 살펴보면 다음과 같다.

종래 방법의 일례로서, 인터쿨러 기능의 고장 여부를 인터쿨러에 냉각수를 공급하는 워터펌프의 비정상적인 상태(예를 들어, 회전속도 저하, 회로 단선 및 단락, 모터 과열 등)를 감지하여 판정하고 있다.

그러나, 인터쿨러에 공급되는 냉각수가 부족하거나, 냉각수에 기포가 다수 유입되어 워터펌프는 동작하지만 정상적으로 냉각수가 순환하지 않는 경우 등에 대해서는 인터쿨러의 기능 이상을 정확하게 감지하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 인터쿨러의 기능 고장으로 판정되면, 공기압축기의 속도를 인터쿨러의 후단 온도 센서값에 따라 기설정된 속도값으로 제한함과 함께 비상운전 제어를 실시하여 제한적인 연료전지 출력만이 가능한 단점이 있다.

다시 말해서, 인터쿨러 기능 고장 판정시 공기압축기의 속도를 공기압축기 출구측 공기 온도에 따라 맵으로 기설정된 속도 기준 이하로 제한함에 따라, 연료전지의 출력이 매우 제한적으로 운전될 수 밖에 없고, 이에 정비소까지 연료전지 차량이 갈 수 없는 경우가 발생되는 단점이 있다.

이와 같이, 종래에는 인터쿨러 이상상태 판정후 비상운전시 인터쿨러 후단에 장착된 온도센서를 바탕으로 공기압축기의 속도를 제어하고 있으나, 고온의 압축 공기는 가습기를 통과하면서 냉각되기 때문에 고장진단 및 비상운전 제어시 가습기 후단(연료전지의 공기극 입구 전단)에 온도센서를 장착하여 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 공기압축기 후단 온도와 인터쿨러 후단 온도를 비교하여 그 오차가 기준값 이하인 경우 인터쿨러 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하고, 공기극 입구단의 공기 온도를 기준으로 공기의 바이패스량 제어 및 압력조절밸브의 개방 제어 등을 실시하여 공기극의 배관에서 발생하는 배압을 효과적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 인터쿨러 고장 상황에서도 연료전지 고출력 운전이 가능하도록 한 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 공기압축기의 후단 온도와 인터쿨러의 후단 온도를 비교하여 그 오차가 기준값 이하인 경우, 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하는 인터쿨러 고장 진단 판정부와; 상기 인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기가 가습기를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 공기압축기의 속도와 공기극의 출구측에 연결된 압력조절밸브의 개폐량을 공기극의 입구단 온도와 연료전지 스택의 온도를 기준으로 제어하는 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 인터쿨러 고장 진단 판정부는: 공기압축기의 전단에 위치하는 제1압력센서 및 제1온도센서와, 공기압축기의 후단에 위치하는 제2압력센서를 기반으로 공기압축기의 후단 온도를 계산하는 공기압축기 후단 온도 계산부와; 인터쿨러의 후단 온도를 측정하는 제2온도센서; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어부는: 공기압축기로부터의 공기를 인터쿨러의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 제1바이패스 배관과; 인터쿨러로부터의 공기를 가습기의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 제2바이패스 배관과; 연료전지 스택의 공기극으로부터 배출되는 반응 후의 공기를 가습기를 거치지 않고 배출라인으로 바이패스시키는 제3바이패스 배관과; 배출라인에 장착되어 공기극에서 배출되는 공기의 배압을 조절하는 압력조절밸브와; 제1 내지 제2바이패스 배관의 각 전단부에 장착된 3웨이 밸브와; 3웨이 밸브의 개폐방향을 제어하는 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 공기압축기의 후단 온도(T1)와 인터쿨러의 후단 온도(T_{IC out})를 비교하여 그 오차가 기준값(α) 이하인 경우, 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하는 인터쿨러 고장 진단 판정 단계와; 인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기의 속도와 공기극의 출구측 압력조절밸브의 개폐량을 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 기준으로 제어하여, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기가 가습기를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 한 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어 단계는: 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 감지하는 단계와; 연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이하이면, 공기압축기의 속도를 정상속도로 유지시키는 제어 단계와; 연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이상이면, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})를 기준온도(T3)와 비교하는 단계와; 비교 결과, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 높으면, 스택 및 공기극의 입구단 온도를 하강시키고자, 공기극의 배출측에 장착된 압력조절밸브를 개방시키는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력조절밸브를 개방시키는 단계 후, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 계속 높은 경우, 공기극내 배압을 낮추는 제어를 하여 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})를 기준온도(T3) 이하로 하강됨을 유도하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 공기극내 배압을 낮추는 제어는: 공기압축기로부터의 공기를 인터쿨러의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 단계와; 인터쿨러로부터의 공기를 가습기의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 단계와; 연료전지 스택의 공기극으로부터 배출되는 반응 후의 공기를 가습기를 거치지 않고 배출라인으로 바이패스시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기극내 배압을 낮추는 제어를 한 후, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 계속 높은 경우, 공기압축기의 속도를 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)이하가 될 때까지 낮추어주는 제어 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 기존에는 인터쿨러 고장 감지를 인터쿨러에 냉각수를 공급하는 워터펌프 이상 여부를 기반으로 판정하여, 워터펌프는 동작하지만 정상적으로 냉각수가 순환하지 않는 경우 등에 대해서는 인터쿨러의 기능 이상을 정확하게 감지하지 못하는 문제점이 있었지만, 본 발명에서는 공기압축기 후단 온도와 인터쿨러 후단 온도를 비교하여 그 오차가 기준값 이하인 경우 인터쿨러 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있도록 함으로써, 보다 정확하게 인터쿨러 냉각 기능 이상 여부를 판정할 수 있다.

둘째, 인터쿨러 냉각 기능이 고장난 것으로 판정되면, 공기극 입구단의 공기 온도를 기준으로 공기의 바이패스량 제어 및 압력조절밸브의 개방 제어 등을 실시하여 공기극의 배관에서 발생하는 배압을 효과적으로 제어할 수 있도록 함으로써, 인터쿨러 고장 상황에서도 연료전지 고출력 운전을 일정 시간 동안 유지시킬 수 있고, 이에 연료전지 차량의 주행이 일정 시간(예를 들어, 정비소 까지 가는 시간) 동안 원활하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 방법을 나타낸 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 연료전지용 공기압축기에서 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러 냉각 기능에 이상이 있는지 여부를 정확하게 판정할 수 있도록 한 점, 특히 인터쿨러 냉각 기능이 고장난 것으로 판정된 비상 운전상황에서도 연료전지 고출력 운전을 일정 시간 동안 유지시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 인터쿨러의 고장 감지시 비상 운전 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 인터쿨러 고장 진단 판정부는 첨부한 도 1에서 보듯이, 공기압축기(10)의 전단에 위치하는 제1압력센서(22) 및 제1온도센서(24)와, 그리고 공기압축기(10)의 후단에 위치하는 제2압력센서(26)와, 각 센서(22,24,26)의 검출값을 기반으로 공기압축기(10)의 후단 온도를 계산하는 공기압축기 후단 온도 계산부와, 인터쿨러(12)의 후단 온도를 측정하는 제2온도센서(28)를 포함하여 구성된다.

상기 공기압축기(10)를 통과하면서 공기가 압축되는 과정은 단열압축으로 가정할 수 있고, 이 경우 공기압축기(10)의 입구 및 출구(전단 및 후단) 압력 측정을 통해 압축비를 계산하고, 공기압축기의 입구 온도를 바탕으로 공기압축기의 후단 온도(출구 온도)를 아래의 수학식 1에 의하여 계산할 수 있다.

이에, 위의 수학식 1에 의하여 계산된 공기압축기(10)의 후단 온도(T1)와 인터쿨러(12)의 후단 온도(T_{IC out})를 비교하여(S101), 그 오차가 기준값(α) 이하인 경우, 공기압축기로부터의 압축공기가 인터쿨러를 통과하더라도 정상적으로 냉각되지 않는 것으로 판단하여 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하게 된다.

이렇게 상기 인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기(10)에서 압축된 고온의 공기가 가습기(16)를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 하여 연료전지 차량의 주행이 일정 시간(예를 들어, 정비소 까지 가는 시간) 동안 원활하게 이루어질 수 있도록 한 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어가 이루어진다.

즉, 상기 공기압축기(10)의 속도와 공기극의 출구측 압력조절밸브(20)의 개폐량을 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 연료전지 스택(18)의 온도(T_Stack)를 기준으로 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어를 함으로써, 공기압축기(10)에서 압축된 고온의 공기가 가습기(16)를 통과하여 냉각되는 것을 유도할 수 있으며, 그 이유는 공기압축기에 의해 고온으로 압축된 공기가 가습기(16)를 통과하면서 스택 출구단 공기와 열교환하는 동시에 통과하는 배관 표면을 통한 열전달에 의해 냉각되기 때문이다.

이러한 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어를 위하여, 공기압축기(10)로부터의 공기를 인터쿨러(12)의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 제1바이패스 배관(31)과, 인터쿨러(12)로부터의 공기를 가습기(16)의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 제2바이패스 배관(32)과, 연료전지 스택(18)의 공기극으로부터 배출되는 반응 후의 공기를 가습기(16)를 거치지 않고 배출라인(34)으로 바이패스시키는 제3바이패스 배관(33)과, 배출라인(34)에 장착되어 공기극에서 배출되는 공기의 배압을 조절하는 압력조절밸브(20)와, 제1 내지 제2바이패스 배관(31~33)의 각 전단부에 장착된 3웨이 밸브(35)와, 3웨이 밸브(35)의 개폐방향을 제어하는 제어기 등이 구비된다.

여기서, 인터쿨러의 냉각 기능이 고장인 상황에서도 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 한 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어 단계를 순서대로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정된 후, 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 감지하고, 감지된 스택의 온도를 정상 상태 온도(T2)와 비교한다(S202).

이때, 스택의 정상 상태 온도(T2)는 스택의 드라이 아웃(Dry-out) 발생이 가능한 기준 온도로서, 온도에 따른 포화 수증기압과 사용 전류에 따른 공기극의 물 생성량을 기준으로 정할 수 있고, 스택의 내부 저항 측정을 통하여 정할 수 있다.

비교 결과, 연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이하이면, 공기압축기의 속도를 정상속도로 유지시키는 제어가 이루어진다.

즉, 연료전지 스택의 온도가 정상상태 온도(기준: 대략 55도)에 도달하기 전까지는 온도에 따른 포화 수증기압이 낮아서 연료전지에서 수소와 산소의 반응의 결과로 생성되는 수분이 응축하여 플러딩(flooding)이 발생할 수 있는 조건이기 때문에 인터쿨러 냉각 기능에 문제가 생겨도 공기압축기의 속도를 제한하지 않아도 된다.

반면, 연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이상이면, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})를 기준온도(T3)와 비교하는 단계가 진행된다(S103).

비교 결과, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 높으면, 스택 및 공기극의 입구단 온도를 하강시키고자, 공기극의 배출측에 장착된 압력조절밸브를 개방시키는 제어가 이루어진다(S104).

즉, 연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이상이면, 연료전지의 공기극 입구단에 장착된 제3온도센서(30)의 측정값인 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3) 이하가 되도록 공기극의 배출측에 장착된 압력조절밸브(20)를 개방시키는 제어가 이루어지고, 이렇게 압력조절밸브(20)를 개방하면 공기압축기의 입출구단 압축비가 감소하여 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})도 낮아지게 된다.

이렇게 압력조절밸브(20)를 개방시킨 후, 일정 시간이 지난 다음, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 기준온도(T3)를 다시 비교한다(S105).

이때, 상기 기준온도(T3)는 공기극의 입구에서의 공기 온도 최대 한계값이며, 이는 스택 온도에 따라 결정된다.

비교 결과, 여전히 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 더 높으면, 인터쿨러 및 가습기를 흐르는 공기의 바이패스를 통한 공기극내 배압을 낮추는 제어를 하여(S106), 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})를 기준온도(T3) 이하로 하강됨을 유도할 수 있도록 한다.

이때, 상기 공기극내 배압을 낮추는 제어는 공기압축기(10)로부터의 공기를 제1바이패스 배관(31)을 통하여 인터쿨러(12)의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 단계와, 인터쿨러(12)로부터의 공기를 제2바이패스 배관(32)을 통하여 가습기(16)의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 단계와, 연료전지 스택(18)의 공기극으로부터 배출되는 반응 후의 공기를 가습기(16)를 거치지 않고 제3바이패스 배관(33)을 통하여 배출라인(34)으로 바이패스시키는 단계를 포함한다.

물론, 제1 내지 제2바이패스 배관(31~33)의 각 전단부에 장착된 3웨이 밸브(35)의 개폐방향이 제어기에 의하여 바이패스 방향으로 제어된다.

이렇게 공기가 냉각 기능을 상실한 인터쿨러를 통과하지 않고, 제1바이패스 배관(31)을 통과하도록 제어하여 인터쿨러에서 발생하는 배압을 제거하고, 더욱이 연료전지 출력이 증가하여 공급 공기 유량을 증가함으로 인해 공기극의 입구단 온도가 기준값 이상이 되면 가습기를 통과하는 공기량과 스택에서 배출되는 반응 후 공기량 등을 제2 및 제3바이배스 배관(32,33)을 통하여 바이패스시킴으로써, 공기극내 배압을 더욱 낮출 수 있다.

한편, 위와 같이 공기극내 배압을 낮추는 제어를 한 후, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 기준온도(T3)를 다시 비교한다(S107).

비교 결과, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 계속 높으면, 공기압축기의 속도를 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3) 이하가 될 때까지 낮추어주는 제어 단계가 진행된다(S108).

즉, 공기를 모두 각 바이패스 배관으로 통과시킴에도 불구하고, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 계속 높으면, 공기압축기(10)의 속도를 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3) 이하가 될 때까지 낮추고, 공급한 공기량 이상으로 연료전지 출력이 발생하지 않도록 제어한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명은 종래 기술 대비 인터쿨러의 이상 상태를 정확하게 진단 가능함은 물론, 공기극의 입구단 공기 온도 기준으로 공기의 바이패스량과 압력조절밸브의 개폐 제어를 통해 공기극내의 배압을 효과적으로 제어하여 인터쿨러 고장 상황에서 연료전지 고출력 운전이 가능한 장점을 제공할 수 있다.

10 : 공기압축기
12 : 인터쿨러
16 : 가습기
18 : 연료전지 스택
20 : 압력조절밸브
22 : 제1압력센서
24 : 제1온도센서
26 : 제2압력센서
28 : 제2온도센서
30 : 제3온도센서
31 : 제1바이패스 배관
32 : 제2바이패스 배관
33 : 제3바이패스 배관
34 : 배출라인
35 : 3웨이 밸브

Claims

삭제
공기압축기의 후단 온도(T1)와 인터쿨러의 후단 온도(T_{IC out})를 비교하여 그 오차가 기준값(α) 이하인 경우, 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하는 인터쿨러 고장 진단 판정부;
상기 인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기가 가습기를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 공기압축기의 속도와 공기극의 출구측 압력조절밸브의 개폐량을 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 기준으로 제어하는 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어부;
를 포함하고,
상기 인터쿨러 고장 진단 판정부는:
공기압축기의 전단에 위치하는 제1압력센서 및 제1온도센서와, 공기압축기의 후단에 위치하는 제2압력센서를 기반으로 공기압축기의 후단 온도를 계산하는 공기압축기 후단 온도 계산부와;
인터쿨러의 후단 온도를 측정하는 제2온도센서;
로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 시스템.
공기압축기의 후단 온도(T1)와 인터쿨러의 후단 온도(T_{IC out})를 비교하여 그 오차가 기준값(α) 이하인 경우, 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하는 인터쿨러 고장 진단 판정부;
상기 인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기가 가습기를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 공기압축기의 속도와 공기극의 출구측 압력조절밸브의 개폐량을 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 기준으로 제어하는 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어부;
를 포함하고,
상기 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어부는:
공기압축기로부터의 공기를 인터쿨러의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 제1바이패스 배관과;
인터쿨러로부터의 공기를 가습기의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 제2바이패스 배관과;
연료전지 스택의 공기극으로부터 배출되는 반응 후의 공기를 가습기를 거치지 않고 배출라인으로 바이패스시키는 제3바이패스 배관과;
배출라인에 장착되어 공기극에서 배출되는 공기의 배압을 조절하는 압력조절밸브와;
제1 내지 제2바이패스 배관의 각 전단부에 장착된 3웨이 밸브와;
3웨이 밸브의 개폐방향을 제어하는 제어기;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 시스템.
삭제
공기압축기의 후단 온도(T1)와 인터쿨러의 후단 온도(T_{IC out})를 비교하여 그 오차가 기준값(α) 이하인 경우, 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하는 인터쿨러 고장 진단 판정 단계;
인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기의 속도와 공기극의 출구측 압력조절밸브의 개폐량을 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 기준으로 제어하여, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기가 가습기를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 한 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어 단계;
를 포함하고,
상기 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어 단계는:
연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 감지하는 단계와;
연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이하이면, 공기압축기의 속도를 정상속도로 유지시키는 제어 단계와;
연료전지 스택의 온도(T_Stack)가 정상상태 온도(T2) 이상이면, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})를 기준온도(T3)와 비교하는 단계와;
비교 결과, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 높으면, 스택 및 공기극의 입구단 온도를 하강시키고자, 공기극의 배출측에 장착된 압력조절밸브를 개방시키는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 방법.
공기압축기의 후단 온도(T1)와 인터쿨러의 후단 온도(T_{IC out})를 비교하여 그 오차가 기준값(α) 이하인 경우, 인터쿨러의 냉각 기능에 이상이 있는 것으로 판정하는 인터쿨러 고장 진단 판정 단계;
인터쿨러의 냉각 기능이 고장으로 판정되면, 공기압축기의 속도와 공기극의 출구측 압력조절밸브의 개폐량을 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})와 연료전지 스택의 온도(T_Stack)를 기준으로 제어하여, 공기압축기에서 압축된 고온의 공기가 가습기를 통과하여 냉각되는 것을 유도하는 동시에 연료전지의 고출력 운전이 일정 시간 동안 유지되도록 한 인터쿨러 고장시 비상 운전 제어 단계;
를 포함하고,
상기 압력조절밸브를 개방시키는 단계 후, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 계속 높은 경우, 공기극내 배압을 낮추는 제어를 하여 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})를 기준온도(T3) 이하로 하강됨을 유도하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 공기극내 배압을 낮추는 제어는:
공기압축기로부터의 공기를 인터쿨러의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 단계와;
인터쿨러로부터의 공기를 가습기의 전단에서 후단으로 바이패스시키는 단계와;
연료전지 스택의 공기극으로부터 배출되는 반응 후의 공기를 가습기를 거치지 않고 배출라인으로 바이패스시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 공기극내 배압을 낮추는 제어를 한 후, 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)보다 계속 높은 경우, 공기압축기의 속도를 공기극의 입구단 온도(T_{CA_In})가 기준온도(T3)이하가 될 때까지 낮추어주는 제어 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 공기압축기 냉각용 인터쿨러 고장 제어 방법.