KR102441064B1 - 연료전지 차량의 제어 방법 - Google Patents

연료전지 차량의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102441064B1
KR102441064B1 KR1020170090485A KR20170090485A KR102441064B1 KR 102441064 B1 KR102441064 B1 KR 102441064B1 KR 1020170090485 A KR1020170090485 A KR 1020170090485A KR 20170090485 A KR20170090485 A KR 20170090485A KR 102441064 B1 KR102441064 B1 KR 102441064B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
amount
target
hydrogen
purge
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020170090485A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190008734A (ko
Inventor
전강식
장재훈
심재영
양성호
진영빈
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020170090485A priority Critical patent/KR102441064B1/ko
Priority to US15/818,445 priority patent/US10703213B2/en
Priority to DE102017221244.6A priority patent/DE102017221244A1/de
Priority to CN201711247747.7A priority patent/CN109273738B/zh
Publication of KR20190008734A publication Critical patent/KR20190008734A/ko
Priority to US16/886,677 priority patent/US11351889B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102441064B1 publication Critical patent/KR102441064B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04134—Humidifying by coolants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04514—Humidity; Ambient humidity; Water content of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04843—Humidity; Water content of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/944—Characterized by control of fuel cell

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은, 애노드를 순환하는 애노드 가스를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 퍼지 라인에 설치되는 퍼지 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 애노드 가스의 목표 퍼지량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계; (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지할 경우에 상기 애노드 가스에 포함된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할 지 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지하는 단계를 포함한다.

Description

연료전지 차량의 제어 방법{CONTROL METHOD FOR FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지 차량의 제어 방법에 관한 것이다.
연료전지 시스템은, 연료전지 차량의 메인 파워(Main Power) 공급원으로서, 수소와 산소의 산화 환원 반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 장치이다.
연료전지 스택(이하, '스택'이라고 함)의 애노드(adode)에는 수소 저장 탱크로부터 고순도의 수소가 공급되고, 스택의 캐소드(cathode)에는 공기 압축기 기타 공기 공급 장치에 의해 공급된 대기 중의 공기가 유입된다.
애노드에서는 수소의 산화 반응이 진행되어 수소 이온(Proton)과 전자(Electron)가 생성되고, 이처럼 생성된 수소 이온과 전자는 각각 고분자 전해질막과 분리판을 통해 캐소드로 이동된다. 또한, 캐소드에서는 애노드로부터 이동된 수소 이온 및 전자와, 공기 공급 장치에 의해 공급된 공기 중의 산소가 참여하는 환원 반응이 진행되어 물이 생성됨과 동시에 전자의 흐름에 의한 전기 에너지가 생성된다.
한편, 종래의 연료전지 시스템은, 수소 퍼지와 응축수 배출을 실시하기 위하여, 애노드를 순환하는 수소 및 기타 가스를 외부로 선택적으로 배출 가능한 퍼지 밸브와, 애노드에서 배출된 응축수가 저장되는 워터 트랩과, 워터 트랩에 저장된 응축수를 외부로 선택적으로 배출 가능한 응축수 밸브를 구비한다. 이러한 퍼지 밸브와 응축수 밸브는 각각, 스택에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출 가능한 공기 배출 라인 또는 스택에 공급하기 위한 공기를 습윤 공기를 이용해 가습 가능한 가습기와 연결된다. 이를 통해, 퍼지 밸브에서 배출된 수소 및 기타 가스와, 응축수 밸브에서 배출된 응축수를 공기 배출 라인을 따라 외부로 배출시킬 수 있다.
그런데, 퍼지 밸브에서 배출된 수소 및 기타 가스를 공기 배출 라인을 따라 그대로 외부로 배출시키는 경우에는 배출 가스의 수소 농도가 상승됨으로써 배출 가스의 수소 농도에 대한 규제를 위반할 염려가 있다. 또한, 응축수 밸브를 통해 응축수뿐만 아니라 애노드를 순환하는 수소 및 기타 가스가 배출될 수 있다. 이로 인해, 응축수 밸브에서 배출된 수소 및 기타 가스를 공기 배출 라인을 따라 그대로 외부로 배출시키는 경우 역시 전술한 수소 농도에 대한 규제를 위반할 염려가 있다. 이러한 수소 농도에 대한 규제의 위반을 방지하기 위하여, 공기 배출 라인에 설치된 공기 압력 조절 밸브를 폐쇄한 상태에서 수소 퍼지와 응축수 배출을 실시하는 방법이 사용되고 있다.
또한, 공기 배출 라인과 가습기는 각각, 캐소드에 공기를 공급하기 위한 공기 공급 라인과 캐소드에 의해 연결되고, 이러한 공기 공급 라인은 스택이 수용되는 스택 인클로져와 벤트관에 의해 연결된다. 여기서, 벤트관은, 공기 공급 라인에 설치된 공기 압축기가 제공하는 음압을 스택 인클로져에 전달 가능하도록 마련된다. 그러면, 스택에서 누출되어 스택 인클로져에 수용된 누출 가스는, 공기 압축기가 제공하는 음압에 의해 흡입된 후, 벤트관과, 공기 공급 라인과, 캐소드와, 공기 배출 라인 등을 순차적으로 통과하여 외부로 배출된다.
그런데, 연료전지 시스템의 가동 중 발전이 정지된 경우에는, 공기 압축기가 정지된다. 이처럼 공기 압축기가 정지된 상태에서 수소 퍼지와 응축수 배출을 실시할 경우에는, 수소가 가습기, 공기 배출 라인, 캐소드, 공기 공급 라인, 벤트관등을 따라 스택 인클로져로 역류될 염려가 있다. 이처럼 수소가 스택 인클로져로 역류되면, 스택에서 수소가 누출되는 것으로 오인되거나, 수소 감지 센서가 손상되거나, 수소 누적에 의한 안전 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 종래에는 체크 밸브 기타 역류 방지 부재를 공기 배출 라인 등에 설치함으로써, 수소가 스택 인클로져로 역류되는 것을 방지하는 방안이 검토되었다. 그러나, 이처럼 역류 방지 부재를 설치할 경우에는 연료전지 시스템의 설치 비용이 증가된다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수소 퍼지와 응축수 배출을 실시할 때 수소가 스택 인클로져로 역류되는 것을 방지할 수 있도록 개선한 연료전지 차량의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은, 수소 퍼지와 응축수 배출을 실시할 때 수소가 스택 인클로져로 역류되는지 여부를 스택 인클로져를 분해 및 결합할 필요없이 진단 가능하도록 개선한 연료전지 차량의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 애노드를 순환하는 애노드 가스를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 퍼지 라인에 설치되는 퍼지 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 있어서, (a) 상기 애노드 가스의 목표 퍼지량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계; (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지할 경우에 상기 애노드 가스에 포함된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할 지 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량과, 상기 목표 개도량과, 상기 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행한다.
바람직하게, 상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 퍼지량과 최대 퍼지량 사이에 위치하는 특정 퍼지량만큼 상기 애노드 가스를 퍼지하는 경우에, 상기 특정 퍼지량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 특정 개도량이 기록되고, 상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도를 이용해 분석한 결과, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 역류 영역에 위치하면, 상기 수소가 역류할 것이라고 판단하여 수행한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 역류 선도를 기준으로 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 비역류 영역에 위치할 수 있도록 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 수정하여 수행한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계; (d2) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량을 상기 역류 선도에 상기 특정 퍼지량으로서 대입하여 상기 목표 퍼지량에 대응하는 상기 특정 개도량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 개도량을 수정 목표 개도량으로 설정하는 단계; 및 (d3) 상기 목표 퍼지량과 상기 수정 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d4) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단되면, 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도에 상기 특정 개도량으로서 대입하여 상기 목표 개도량에 대응하는 상기 특정 퍼지량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 퍼지량을 수정 목표 퍼지량으로 설정하는 단계; 및 (d5) 상기 수정 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 수정 목표 퍼지량만큼 퍼지하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d6) 상기 (d5) 단계로부터 미리 정해진 기준 시간이 경과된 이후에 수행하며, 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 목표 퍼지량과 상기 수정 목표 퍼지량의 차에 해당하는 잔량만큼 재퍼지하는 단계를 더 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 워터 트랩에 저장된 응축수를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 응축수 배출 라인에 설치되는 응축수 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 있어서, (a) 상기 응축수의 목표 배출량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계; (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출할 경우에 상기 응축수를 따라 상기 공기 배출 라인에 전달된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할 지 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되면, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 목표 배출량과, 상기 목표 개도량과, 상기 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행한다.
바람직하게, 상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 배출량과 최대 배출량 사이에 위치하는 특정 배출량만큼 상기 응축수를 배출하는 경우에, 상기 특정 배출량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 특정 개도량이 기록되고, 상기 (c) 단계는, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도를 이용해 분석한 결과, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 역류 영역에 위치하면, 상기 수소가 역류할 것이라고 판단하여 수행한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 역류 선도를 기준으로 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 비역류 영역에 위치할 수 있도록 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 수정하여 수행한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계; (d2) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 상기 목표 배출량을 상기 역류 선도에 상기 특정 배출량으로서 대입하여 상기 목표 배출량에 대응하는 상기 특정 개도량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 개도량을 수정 목표 개도량으로 설정하는 단계; 및 (d3) 상기 목표 배출량과 상기 수정 목표 개도량을 기준으로 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d4) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단되면, 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도에 상기 특정 개도량으로서 대입하여 상기 목표 개도량에 대응하는 상기 특정 배출량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 배출량을 수정 목표 배출량으로서 설정하는 단계; 및 (d5) 상기 수정 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 수정 목표 배출량만큼 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, (d6) 상기 (d5) 단계 이후에 수행하며, 상기 워터 트랩의 수위가 미리 정해진 기준 수위를 초과하는 여부를 판단하는 단계; (d7) 상기 워터 트랩의 수위가 상기 기준 수위를 초과한다고 판단되면, 상기 응축수를 상기 목표 배출량과 상기 수정 목표 배출량의 차에 해당하는 잔량만큼 즉시 재배출하는 단계; 및 (d8) 상기 워터 트랩의 수위가 상기 기준 수위 이하라고 판단되면, 미리 정해진 기준 시간만큼 대기한 후, 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 잔량만큼 재배출하는 하는 단계를 더 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 애노드를 순환하는 애노드 가스를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 퍼지 라인에 설치되는 퍼지 밸브와, 워터 트랩에 저장된 응축수를 상기 공기 배출 라인에 전달하는 응축수 배출 라인에 설치되는 응축수 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 있어서, (a) 상기 애노드 가스의 목표 퍼지량과, 상기 응축수의 목표 배출량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계; (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출할 경우에 상기 공기 배출 라인에 전달된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할지 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되며, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량과, 상기 목표 배출량과, 상기 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행한다.
바람직하게, 상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 퍼지량과 최대 퍼지량 사이에 위치하는 특정 퍼지량만큼 상기 애노드 가스를 퍼지하는 경우에, 상기 특정 퍼지량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 제1 특정 개도량이 기록되고, 상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 배출량과 최대 배출량 사이에 위치하는 특정 배출량만큼 상기 응축수를 배출하는 경우에, 상기 특정 배출량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 제2 특정 개도량이 기록되며, 상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도를 이용해 분석한 결과, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량이 미리 정해진 역류 영역에 위치하면, 상기 수소가 역류할 것이라고 판단하여 수행한다.
바람직하게, 상기 역류 선도를 기준으로 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량이 미리 정해진 비역류 영역에 위치할 수 있도록 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 수정하여 수행한다.
바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계; (d2) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 상기 목표 개도량을 상기 수소의 역류가 방지될 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 개도량을 수정 목표 개도량을 설정하는 단계; (d3) 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 수정 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 목표 퍼지량만큼 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 목표 배출량만큼 배출하는 단계를 포함한다.
바람직하게, (d4) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 배출량을 상기 수소의 역류가 방지될 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 배출량을 수정 목표 퍼지량과 수정 목표 배출량으로 설정하는 단계; (d5) 상기 수정 목표 퍼지량, 상기 수정 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 수정 목표 퍼지량만큼 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 수정 목표 배출량만큼 배출하는 단계; 및 (d6) 상기 (d5) 단계로부터 미리 정해진 기준 시간이 경과된 이후부터 수행하며, 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 목표 퍼지량과 상기 수정 목표 퍼지량의 차에 해당하는 잔량만큼 재퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 목표 배출량과 상기 수정 목표 배출량의 차에 해당하는 잔량만큼 재배출하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명은, 애노드를 순환하는 가스를 퍼지 밸브를 통해 퍼지하는 경우와, 워터 트랩에 저장되는 응축수를 응축수 밸브를 통해 배출하는 경우에, 퍼지 밸브와 응축수 밸브에서 배출된 수소가 스택 인클로져로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명은, 스택 인클로져를 분리 및 결합할 필요 없이 역류 선도를 이용해 수소의 역류 여부를 판단할 수 있으므로, 스택 인클로져와 스택의 분해 및 결합 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 스택 인클로져와 스택의 분해 및 결합으로 인해 2차적인 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 연료전지 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 퍼지량과, 목표 개도량을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 배출량과, 목표 개도량을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 7은 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 개도량을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 8은 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 퍼지량과, 목표 배출량을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 연료전지 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명은, 수소 퍼지와 응축수 배출 중 적어도 하나를 실시할 때 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류되는지 여부와, 수소의 역류 정도를 진단 가능한 연료전지 차량의 제어 방법에 관한 것이다. 이하에서는, 도 1을 참조하여, 이러한 본 발명이 적용되는 연료전지 차량에 구비된 연료전지 시스템(1)의 개략적인 구성을 먼저 살펴보기로 한다.
연료전지 시스템(1)은, 연료전지 스택(10)(이하, '스택(10)'이라고 함)과, 스택(10)이 수용되는 스택 인클로져(20)와, 수소 공급 장치(30)와, 수소 공급 밸브(40)와, 퍼지 밸브(50)와, 워터 트랩(60)과, 응축수 밸브(70)와, 공기 공급 장치(80)와, 공기 필터(90)와, 공기 공급 밸브(100)와, 가습기(110)와, 공기 압력 조절 밸브(120) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 스택(10)은, 고분자 전해질막(11)과, 수소의 산화 반응이 진행되어 수소 이온과 전자가 생성되는 애노드(12)와, 애노드(12)로부터 각각 이동된 수소 이온 및 전자와 공기 공급 장치(80)에 의해 공급된 공기 중의 산소가 참여하는 환원 반응이 진행되어 전기 에너지와 생성수가 생성되는 캐소드(13)를 구비할 수 있다.
애노드(12)는, 수소 공급 라인(130)과 연결되며 수소 공급 라인(130)을 통과한 수소가 유입되는 수소 유입구(14)와, 수소 재순환 라인(140)과 연결되며 애노드(12)를 통과한 수소가 배출되는 수소 배출구(15)를 구비할 수 있다. 여기서, 수소 재순환 라인(140)은 수소 배출구(15)를 통해 애노드(12)에서 배출된 수소를 다시 수소 공급 라인(130)으로 전달할 수 있도록 수소 배출구(15)와 수소 공급 라인(130)을 연결한다. 따라서, 수소 유입구(14)에는 수소 공급 장치(30)로부터 공급된 수소와 수소 재순환 라인(140)에 의해 재순환된 수소가 함께 유입될 수 있다.
캐소드(13)는, 공기 공급 라인(150)과 연결되며, 공기가 유입되는 공기 유입구(16)와, 공기 배출 라인(160)과 연결되며, 캐소드(13)를 통과한 공기와 캐소드(13)에서 생성된 생성수가 혼합된 습윤 공기가 배출되는 습윤 공기 배출구(17)를 구비할 수 있다. 여기서, 공기 공급 라인(150)은, 대기와 가습기(110)의 공기 유입구(111)를 연결하는 제1 공기 공급 라인(152)과, 가습기(110)의 공기 배출구(113)와 캐소드(13)의 공기 유입구(16)를 연결하는 제2 공기 공급 라인(154)을 구비할 수 있다. 또한, 공기 배출 라인(160)은, 캐소드(13)의 습윤 공기 배출구(17)와 가습기(110)의 습윤 공기 유입구(115)를 연결하는 제1 공기 배출 라인(162)과, 가습기(110)의 습윤 공기 배출구(117)와 외부를 연결하는 제2 공기 배출 라인(164)을 구비할 수 있다. 따라서, 공기 유입구(16)에는 가습기(110)에서 가습된 후 제2 공기 공급 라인(154)을 통과한 공기가 유입될 수 있고, 습윤 공기 배출구(17)에서는 습윤 공기가 제1 공기 배출 라인(162)으로 배출될 수 있다.
다음으로, 스택 인클로져(20)는, 스택(10)을 수용 가능하도록 내부에 형성되는 내부 공간(22)과, 내부 공간(22)을 대기와 연통시키는 연통구(24)와, 내부 공간(22)을 후술할 공기 필터(90)와 연통시키는 벤트관(26)을 구비할 수 있다.
내부 공간(22)은, 내부 공간(22)의 내측면과 스택(10)의 외측면 사이에 소정의 간격이 형성되도록 스택(10)을 수용 가능하게 형성된다. 이러한 내부 공간(22)의 내측면과 스택(10)의 외측면 사이의 간격에는, 스택(10)의 외측면에서 발생한 응축수와, 스택(10)에서 누출된 누출 가스와, 연통구(24)를 통해 내부 공간(22)으로 유입된 대기 중의 공기 등이 수용될 수 있다.
연통구(24)는 내부 공간(22)을 대기와 연통 가능하도록 스택 인클로져(20)의 일측벽에 관통 형성된다. 연통구(24)는 스택 인클로져(20)의 하측벽에 관통 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 연통구(24)는, 대기 중의 공기를 내부 공간(22)으로 안내할 수 있고, 내부 공간(22)의 내부 압력을 대기압 상태로 조절할 수 있다. 이러한 연통구(24)에는 내부 공간(22)으로부터 유입되는 공기를 여과 가능한 에어 필터(미도시)가 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
벤트관(26)은 내부 공간(22)을 공기 압축기(82)의 입구와 연통 시킬 수 있도록 설치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 벤트관(26)은 내부 공간(22)과 후술할 공기 필터(90)를 연결하도록 설치된다. 벤트관(26)은 내부 공간(22)의 상부와 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 벤트관(26)에 의하면, 공기 압축기(82)가 구동될 때 공기 필터(90)에 작용하는 음압이 벤트관(26)을 통해 내부 공간(22)에 전달된다. 그러면, 내부 공간(22)에 수용된 누출 가스, 응축수, 공기(이하, '누출 가스' 등이라고 함)는 이러한 음압에 의해 흡입되어 벤트관(26)을 통해 공기 필터(90)로 전달된다. 이처럼 공기 필터(90)로 전달된 누출 가스 등은 공기 공급 라인(150), 공기 압축기(82), 가습기(110), 공기 배출 라인(160) 등을 순차적으로 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
다음으로, 수소 공급 장치(30)는 수소가 저장되는 수소 저장 탱크(32)를 구비할 수 있다. 이러한 수소 저장 탱크(32)는, 수소 공급 라인(130)을 통해 애노드(12)의 수소 유입구(14)와 연결되며, 스택(10)에서 전기 에너지를 생성하는데 필요한 수소를 공급한다. 이러한 수송 저장 탱크(32)로부터 공급된 수소는 수소 공급 라인(130)을 따라 유동하다가 애노드(12)의 수소 유입구(14)에 유입된다.
다음으로, 수소 공급 밸브(40)는, 수소 공급 라인(130)에 설치되며, 개도의 조절을 통해 애노드(12)에 공급되는 수소의 공급량을 조절할 수 있다.
다음으로, 퍼지 밸브(50)는 수소 재순환 라인(140)을 통과하는 수소를 외부로 배출 가능하도록 마련된다. 이를 위하여, 수소 재순환 라인(140)은 수소 퍼지 라인(170)에 의해 공기 배출 라인(160)과 연결되며, 퍼지 밸브(50)는 이러한 수소 퍼지 라인(160)을 개폐 가능하도록 수소 퍼지 라인(170)에 설치된다. 이러한 퍼지 밸브(50)는, 미리 정해진 수소 퍼지 조건이 만족된 경우에 수소 퍼지 라인(170)을 선택적으로 개방할 수 있다. 수소 퍼지 조건은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 수소 퍼지 조건은 애노드(12)의 수소 농도가 미리 정해진 기준 농도 이상인지 여부일 수 있다. 이러한 퍼지 밸브(50)에 의해 수소 퍼지 라인(160)이 개방되는 경우에, 수소 재순환 라인(140)을 통과하는 수소 및 기타 가스는 수소 퍼지 라인(170)을 통해 공기 배출 라인(160)으로 전달된 후 습윤 공기와 함께 공기 배출 라인(160)을 따라 외부로 배출될 수 있다.
다음으로, 워터 트랩(60)은, 수소 재순환 라인(140)과 연결된 응축수 배출 라인(180)에 설치된다. 여기서, 응축수 배출 라인(180)은 일단이 수소 재순환 라인(140)과 연결되고 타단이 가습기(110)의 응축수 유입(119)와 연결되도록 설치된다. 따라서, 수소와 함께 수소 재순환 라인(130)을 따라 유동하는 응축수는 이러한 응축수 배출 라인(170)으로 유입된 후 워터 트랩(60)에 저장될 수 있다.
다음으로, 응축수 밸브(70)는, 워터 트랩(60)에 비해 응축수 배출 라인(180)의 하류 측에 위치하도록 응축수 배출 라인(180)에 설치된다. 이러한 응축수 밸브(70)는, 워터 트랩(60)에 저장된 응축수의 수위에 따라 응축수 배출 라인(180)을 선택적으로 개폐한다. 이러한 응축수 밸브(70)에 의해 응축수 배출 라인(180)이 개방된 경우에, 워터 트랩(60)에 저장된 응축수는 응축수 배출 라인(170)을 따라 가습기(110)의 내부 공간으로 전달된 후 제1 공기 공급 라인(152)을 따라 가습기(110)로 전달된 공기와 수분 교환될 수 있다.
다음으로, 공기 공급 장치(80)는, 제1 공기 공급 라인(152)에 설치되며 대기 중의 공기를 펌핑하여 공급 가능한 공기 압축기(82)를 구비할 수 있다. 이러한 공기 압축기(82)에 의해 공급된 공기는, 제1 공기 공급 라인(152)을 따라 유동하다가 가습기(110)에 의해 가습된 후, 제2 공기 공급 라인(154)을 따라 유동하여 캐소드(13)의 공기 유입구(16)에 유입될 수 있다.
다음으로, 공기 필터(90)는, 공기 압축기(82)에 비해 제1 공기 공급 라인(152)의 상류 측에 위치하도록 제1 공기 공급 라인(152)에 설치된다. 공기 필터(90)는 벤트관(26)에 의해 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)과 연결된다. 이러한 공기 필터(90)는 공기 압축기(82)가 제공하는 음압에 의해 대기 중으로부터 흡입된 공기와 내부 공간(22)으로부터 흡입된 공기 등을 여과할 수 있다.
다음으로, 공기 공급 밸브(100)는, 제1 공기 공급 라인(152)에 설치되며, 개도의 조절을 통해 캐소드(13)에 공급되는 공기의 공급량을 조절할 수 있다.
다음으로, 가습기(110)는 공기 압축기(82)에 의해 공급된 공기와 캐소드(13)에서 배출된 습윤 공기를 수분 교환하여 공기를 가습 가능한 중공 사막 가습기로 구성될 수 있다. 가습기(110)는, 제1 공기 공급 라인(152)과 연결되는 공기 유입구(111)와, 제2 공기 공급 라인(154)과 연결되는 공기 배출구(113)와, 제1 공기 배출 라인(152)과 연결되는 습윤 공기 유입구(115)와, 제2 공기 배출 라인(154)과 연결되는 습윤 공기 배출구(117)와, 응축수 배출 라인(180)과 연결되는 응축수 유입구(119)를 구비할 수 있다. 이러한 가습기(110)는, 공기 유입구(111)를 통해 유입된 공기를 습윤 공기 유입구(115)를 통해 유입된 습윤 공기 및 응축수 유입구(119)를 통해 유입된 응축수와 수분 교환하여 공기를 가습한 후, 공기 배출구(113)를 통해 공기를 배출하고 습윤 공기 배출구(117)를 통해 습윤 공기를 배출한다.
다음으로, 공기 압력 조절 밸브(120)는, 제2 공기 배출 라인(154)에 설치되며, 개도의 조절을 통해 제2 공기 배출 라인(154)을 통해 외부로 배출되는 습윤 공기, 수소 및 기타 가스의 배출 압력을 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 퍼지량과, 목표 개도량을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 애노드(12)를 순환하는 수소 및 기타 가스(이하, '애노드 가스라고 함')를 퍼지 밸브(50)를 통해 배출하는 애노드 가스의 퍼지를 실시하는 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 배출된 애노드 가스에 포함된 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 애노드 가스의 목표 퍼지량(Pt)과, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)을 각각 설정하는 단계(S 10); 스택(10)이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계(S 20); 스택(10)이 발전 정지 상태라고 판단되는 경우에, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드 가스를 퍼지할 경우에 애노드 가스에 포함된 수소가 공기 배출 라인(160)의 상류 측과 연결된 스택 인클로져(20)로 역류할 지 여부를 판단하는 단계(S 30); 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단된 경우에, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드 가스를 퍼지하는 단계(S 40); 및 수소가 역류할 것이라고 판단된 경우에, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At) 중 적어도 하나를 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드(12)로부터 애노드 가스를 퍼지하는 단계(S 50) 등을 포함할 수 있다.
먼저, S 10 단계는, 연료전지 차량의 현재 상태를 기준으로 애노드 가스의 목표 퍼지량(Pt)과, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)을 설정하여 수행할 수 있다.
애노드 가스의 목표 퍼지량(Pt)은, 애노드(12)를 순환하는 애노드 가스 중 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출시키고자 하는 애노드 가스의 배출량을 말한다. 이러한 목표 퍼지량(Pt)은, 애노드(12)의 수소 압력(Ah)과, 애노드(12)의 수소 농도 등에 따라 결정될 수 있다. 또한, 애노드 가스의 퍼지 시에 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 수소의 양(이하, '목표 수소 퍼지량(Hp)'이라고 함)은, 아래의 수학식 1과 같이, 목표 퍼지량(Pt)과, 애노드(12)의 수소 압력(Ah)에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112017068325264-pat00001
공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)은, 애노드 가스의 퍼지 시의 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량을 말한다. 이러한 목표 개도량(At)은, 공기 배출 라인(160)의 배출구 주변의 수소 농도 등에 따라 결정될 수 있다.
다음으로, S 20 단계는, 애노드(12)에 대한 수소의 공급과, 캐소드(13)에 대한 공기의 공급을 정지하여 스택(10)을 이용한 발전을 정지하는 발전 정지 모드(FC STOP MODE)가 실시되고 있는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다. 이러한 발전 정지 모드는, 연료전지 차량이 키 오프된 경우와, 연료전지 차량을 시동하는 경우와, 연료전지 차량이 강판 주행인 경우와, 연료전지 차량의 주행 중 발전의 정지가 필요한 경우 등에 실시될 수 있다.
이후에, S 30 단계는, 도 3에 도시된 바와 같이, 목표 퍼지량(Pt)과, 목표 개도량(At)과, 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 역류 선도에는, 미리 정해진 애노드 가스의 최소 퍼지량과 최대 퍼지량 사이에 위치하는 특정 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지하는 경우에, 특정 퍼지량에서 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 특정 개도량(As)이 기록된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 역류 선도는, 특정 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지할 경우의 수소의 퍼지량을 나타내는 특정 수소 퍼지량(Hps)과, 특정 수소 퍼지량(Hps)만큼 수소를 퍼지할 경우에 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 특정 개도량(As)의 좌표 값들을 나타내는 역류 기준선(R)을 포함한다.
애노드(12)의 가스의 최소 퍼지량은, 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량에 상관 없이 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하지 않는다고 판단되는 애노드 가스의 퍼지량을 말한다. 도 3에 도시된 'Hpmin'는, 이러한 최소 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지할 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최소 수소 퍼지량을 말한다.
애노드 가스의 최대 퍼지량은, 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량 조절을 통해 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지 가능한 한계점에 해당하는 애노드 가스의 퍼지량을 말한다. 이러한 애노드 가스의 최대 퍼지량을 초과하여 애노드 가스를 퍼지하면, 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량에 상관 없이 수소는 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하게 된다. 도 3에 도시된 'Hpmax'는 이러한 최대 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지할 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최대 수소 퍼지량을 말한다. 도 3에 도시된 'Amax1'은 이러한 최대 수소 퍼지량(Hpmax)만큼 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 수소를 배출할 경우에 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 임계 개도량을 말한다.
S 30 단계는, 목표 퍼지량(Pt)과, 목표 개도량(At)을 이러한 역류 선도를 이용해 분석하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R) 또는 역류 기준선(R)의 좌측 영역에 위치하면, 수소의 역류 방지 측면에서 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)이 모두 적정 수준이라고 해석할 수 있다. 이를 통해, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R) 또는 역류 기준선(R)의 좌측 역역에 위치하면, 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)만큼 퍼지 밸브(50)를 통해 퍼지함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방할 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출된 수소가 공기 배출 라인(160)을 따라 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하지 않을 것이라고 판단할 수 있다.
예를 들어, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R)의 우측 영역에 위치(①)하면, 수소의 역류 방지 측면에서 목표 수소 퍼지량(Hp)이 적정 수준에 비해 높거나 목표 개도량(At)이 적정 수준에 비해 낮다고 해석할 수 있다. 이를 통해, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R)의 우측 영역에 위치(①)하면, 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)만큼 퍼지 밸브(50)를 통해 퍼지함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방할 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출된 수소가 공기 배출 라인(160)을 따라 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류할 것이라고 판단할 수 있다.
설명의 편의를 위해 이하에서는, 애노드 가스의 퍼지 시에 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단되는 역류 기준선(R) 및 역류 기준선(R)의 좌측 영역을 비역류 영역(X)이라고 명명하고, 애노드 가스의 퍼지 시에 수소가 역류할 것이라고 판단되는 역류 기준선(R)의 우측 영역을 역류 영역(Y)이라고 명명하기로 한다.
다음으로, S 40 단계는, S 30 단계에서 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 비역류 영역(X)에 위치한다고 판단된 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)만큼 퍼지함과 함께, 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다.
이후에, S 50 단계는, S 30 단계에서 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 영역(Y)에 위치(①)한다고 판단된 경우에, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 비역류 영역(X)에 위치할 수 있도록 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At) 중 적어도 하나를 수정하여 수행할 수 있다.
예를 들어, S 50 단계는, 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계(S 51); 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 목표 개도량(At)을 수정하여 수정 목표 개도량(Atr)을 설정하는 단계(S 52); 목표 퍼지량(Pt)과 수정 목표 개도량(Atr)을 기준으로 애노드(12)로부터 애노드 가스를 퍼지하는 단계(S 53); 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에, 목표 퍼지량(Pt)을 수정하여 수정 목표 퍼지량(Ptr)을 설정하는 단계(S 54); 수정 목표 퍼지량(Ptr)과 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드(12)로부터 애노드 가스를 수정 목표 퍼지량(Ptr)만큼 퍼지하는 단계(S 55); 및 S 55 단계부터 미리 정해진 기준 시간(T)이 경과된 이후에 수행하며, 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 수정 목표 퍼지량(Ptr)의 차에 해당하는 잔량(Pt- Ptr)만큼 재퍼지하는 단계(S 56)를 포함할 수 있다.
S 51 단계는, 연료전지 차량에 구비된 경사도 센서 등을 이용해 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하여 수행할 수 있다. 여기서, 강판 주행이란, 연료전지 차량이 내리막길을 주행 중인 것을 의미한다. 연료전지 차량이 강판 주행 중인 경우에는, 주행 풍이 공기 압력 제어 밸브(120)를 통해 연료전지 스택(10)으로 유입됨으로 인해, 의도치 않게 스택(10) 전압이 상승되어 스택(10)에 Dry-0ut이 유발되거나 스택(10)의 내구성에 악 영향을 줄 수 있다. 이러한 문제점들의 발생을 예방하기 위하여, S 51 단계에서는, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)을 수정하기 이전에 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 것이다.
S 52 단계는, S 51 단계에서 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단된 경우에, 도 3에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 개도량(At)을 수정하여 수행할 수 있다. 즉, 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단된 경우에는, 목표 퍼지량(Pt)은 그대로 둔 상태에서, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)의 수정을 통해 수소의 역류를 방지하는 것이다. 이러한 S 52 단계는, 연료전지 차량이 키 오프된 경우와, 연료전지 차량이 시동 정지 중인 경우와, 연료전지 차량이 강판 주행 이외의 상태로 주행 중인 경우 등에 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 개도량(At)을 수정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, S 52 단계는, 목표 수소 퍼지량(Hp)을 역류 기준선(R)에 특정 수소 퍼지량(Hps)으로서 대입하여 목표 수소 퍼지량(Hp)에 대응하는 특정 개도량(As)을 도출한 후, 이처럼 도출된 특정 개도량(As)을 수정 목표 개도량(Atr)으로 설정(②)하여 수행할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 수정 목표 개도량(Atr)이 역류 기준선(R) 상에 위치하도록, 목표 수소 퍼지량(Hp)을 그대로 둔 상태에서 목표 개도량(At)을 수정 목표 개도량(Atr)까지 증가시키는 것이다.
S 53 단계는, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)만큼 퍼지함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 수정 목표 개도량(Atr)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 퍼지 밸브(50)에서 배출된 수소가 공기 배출 라인(160)을 따라 수소 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
S 54 단계는, S 51 단계에서 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에 도 3에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 퍼지량(Pt)을 수정하여 수행할 수 있다. 즉, 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에는, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)은 그대로 둔 상태에서, 애노드 가스의 목표 퍼지량(Pt)의 수정을 통해 수소의 역류를 방지하는 것이다.
도 3에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 퍼지량(Pt)을 수정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, S 54 단계는, 목표 개도량(At)을 역류 기준선(R)에 특정 개도량(As)으로서 대입하여 목표 개도량(At)에 대응하는 특정 수소 퍼지량(Hps)을 도출한 후, 이처럼 도출된 특정 수소 퍼지량(Hps)을 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr)으로 설정(③)하여 수행하고, 다시 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr)을 전술한 수학식 1에 대입하여 수정 목표 퍼지량(Ptr)을 설정하여 수행할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr)과 목표 개도량(At)이 역류 기준선(R) 상에 위치하도록, 목표 개도량(At)을 그대로 둔 상태에서 목표 수소 퍼지량(Hp)을 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr)까지 감소시킨 후, 이러한 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr)을 이용해 수정 목표 퍼지량(Ptr)을 설정하는 것이다.
S 55 단계는, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 애노드 가스를 수정 목표 퍼지량(Ptr)만큼 퍼지함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 퍼지 밸브(50)에서 배출된 수소가 공기 배출 라인(160)을 따라 수소 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
S 56 단계는, S 55 단계로부터 미리 정해진 기준 시간(T)이 경과된 이후에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 수정 목표 퍼지량(Ptr)의 차에 해당하는 잔량(Pt- Ptr)만큼 퍼지함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 기준 시간(T)은, S 56 단계에서 퍼지된 수소가 S 55 단계에서 퍼지된 수소와 혼합되어 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류되는 것을 방지 가능한 정도의 시간을 말한다. 이러한 S 56 단계를 통해 목표 퍼지량(Pt)의 잔량을 마저 퍼지함으로써, 애노드(12)의 수소 농도를 적절한 수준으로 조절할 수 있다.
한편, S 50 단계는, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At) 중 어느 하나를 수정하여 수소의 역류를 방지하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, S 50 단계는, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)을 함께 수정(④)하여 수소의 역류를 방지할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 배출량(Dt)과, 목표 개도량(At)을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 워터 트랩(60)에 저장된 응축수를 응축수 밸브(70)를 통해 배출하는 응축수 배출을 실시하는 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 응축수와 함께 배출된 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 응축수의 목표 배출량(Dt)과, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)을 각각 설정하는 단계; 스택(10)이 발전 정지 상태라고 판단되는 경우에, 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At)을 기준으로 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 배출할 경우에 응축수와 함께 공기 배출 라인(160)에 전달된 수소가 공기 배출 라인(160)의 상류 측과 연결된 스택 인클로져(20)로 역류할 지 여부를 판단하는 단계; 및 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단된 경우에, 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At)을 기준으로 응축수를 배출하는 단계; 및 수소가 역류할 것이라고 판단된 경우에, 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At) 중 적어도 하나를 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At)을 기준으로 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, S 110 단계는, 연료전지 차량의 현재 상태를 기준으로 응축수의 목표 배출량(Dt)과, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)을 설정하여 수행할 수 있다.
응축수의 목표 배출량(Dt)은, 워터 트랩(60)에 저장된 응축수 중 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 배출시키고자 하는 응축수의 배출량을 말한다. 이러한 목표 배출량(Dt)은, 워터 트랩(60)에 설치된 수위 센서에 의해 측정된 워터 트랩(60)의 수위(H) 등에 따라 결정될 수 있다. 워터 트랩(60)은 응축수 배출 라인에 의해 애노드(12)와 연결되므로, 응축수 밸브(70)를 개방하여 워터 트랩(60)에서 응축수를 배출할 경우에는, 애노드(12)를 순환하는 수소가 응축수와 함께 응축수 밸브(70)를 통해 배출된다. 이처럼 응축수의 배출 시에 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 배출되는 수소의 양(이하, '목표 수소 배출량(He)'이라고 함)은, 아래의 수학식 2와 같이, 목표 배출량(Dt)과, 애노드(12)의 수소 압력(Ah)과, 워터 트랩(60)에 저장된 응축수의 양(Wd)에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112017068325264-pat00002
공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)은, 응축수 배출 시의 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량을 말한다. 이러한 목표 개도량(At)은, 공기 배출 라인(160)의 배출구 주변의 수소 농도 등에 따라 결정될 수 있다.
다음으로, S 120 단계는, 애노드(12)에 대한 수소의 공급과, 캐소드(13)에 대한 공기의 공급을 정지하여 스택(10)을 이용한 발전을 정지하는 발전 정지 모드(FC STOP MODE)가 실시되고 있는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
이후에, S 130 단계는, 도 5에 도시된 바와 같이, 목표 배출량(Dt)과, 목표 개도량(At)과, 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행할 수 있다.
도 5에 도시된 역류 선도에는, 미리 정해진 응축수의 최소 배출량과 최대 배출량 사이에 위치하는 특정 배출량만큼 응축수를 배출하는 경우에, 특정 배출량에서 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 특정 개도량(As)이 기록된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 역류 선도는, 특정 배출량만큼 응축수를 배출할 경우의 수소의 배출량을 나타내는 특정 수소 배출량(Hes)과, 특정 수소 배출량(Hes)만큼 수소를 배출할 경우에 수소가 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 특정 개도량(As)의 좌표 값들을 나타내는 역류 기준선(R')을 포함한다.
응축수의 최소 배출량은, 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량에 상관 없이 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하지 않는다고 판단되는 응축수의 배출량을 말한다. 도 3에 도시된 'Hemin'는, 이러한 최소 배출량만큼 응축수를 배출할 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최소 수소 배출량을 말한다.
응축수의 최대 배출량은, 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량 조절을 통해 수소가 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지 가능한 한계점에 해당하는 응축수의 배출량을 말한다. 이러한 응축수의 배출량을 초과하여 응축수를 배출하면, 공기 압력 제어 밸브(120)의 개도량에 상관 없이 수소는 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하게 된다. 도 5에 도시된 'Hemax'는 이러한 최대 배출량만큼 응축수를 배출할 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최대 수소 배출량을 말한다. 도 3에 도시된 'Amax2'는 이러한 최대 배출량(Hemax)만큼 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 수소를 배출할 경우에 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 임계 개도량을 말한다.
S 130 단계는, 목표 수소 배출량(He)과, 목표 개도량(At)을 이러한 역류 선도를 이용해 분석하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R') 또는 역류 기준선(R')의 좌측 영역에 위치하면, 수소의 역류 방지 측면에서 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At)이 모두 적정 수준이라고 해석할 수 있다. 이를 통해, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R') 또는 역류 기준선(R')의 좌측 영역에 위치하면, 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 응축수 밸브(70)를 통해 배출함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방할 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출된 수소가 가습기(110), 공기 배출 라인(160) 등을 따라 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하지 않을 것이라고 판단할 수 있다.
예를 들어, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R')의 우측 영역(⑤)에 위치하면, 수소의 역류 방지 측면에서 목표 배출량(Dt)이 적정 수준에 비해 높거나 목표 개도량(At)이 적정 수전에 비해 낮다고 해석할 수 있다. 이를 통해, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 기준선(R')의 우측 영역에 위치(⑤)하면, 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 응축수 밸브(70)를 통해 배출함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방할 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출된 수소가 가습기(110), 공기 배출 라인(160) 등을 따라 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류할 것이라고 판단할 수 있다.
설명의 편의를 위해 이하에서는, 응축수 배출 시에 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단되는 역류 기준선(R') 및 역류 기준선(R')의 좌측 영역을 비역류 영역(X')이라고 명명하고, 응축수 배출 시에 수소가 역류할 것이라고 판단되는 역류 기준선(R')의 우측 영역을 역류 영역(Y')이라고 명명하기로 한다.
다음으로, S 140 단계는, S 130 단계에서 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 비역류 영역(X')에 위치한다고 판단된 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 배출함과 함께, 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다.
이후에, S 150 단계는, S 130 단계에서 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 역류 영역(Y')에 위치한다고 판단된 경우에, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 비역류 영역(X')에 위치할 수 있도록 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At) 중 적어도 하나를 수정하여 수행할 수 있다.
예를 들어, S 150 단계는, 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계(S 151); 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단된 경우에, 목표 개도량(At)을 수정하여 수정 목표 개도량(Atr)을 설정하는 단계(S 152); 목표 배출량(Dt)과 수정 목표 개도량(Atr)을 기준으로 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 배출하는 단계(S 153); 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에, 목표 배출량(Dt)을 수정하여 수정 목표 배출량(Dtr)을 설정하는 단계(S 154); 수정 목표 배출량(Dtr)과 목표 개도량(At)을 기준으로 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 수정 목표 배출량(Dtr)만큼 배출하는 단계(S 155); S 155 단계 이후에 수행하며, 워터 트랩(60)의 수위(H)가 미리 정해진 기준 수위(Hr)를 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 156); 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr)를 초과한다고 판단되는 경우에, 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 수정 목표 배출량(Dtr)의 차에 해당하는 잔량(Dt-Dtr)만큼 즉시 배출하는 단계(S 157); 및 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr) 이하라고 판단된 경우에, 미리 정해진 기준 시간(T)만큼 대기한 후, 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 수정 목표 배출량(Dtr)의 차에 해당하는 잔량(Dt-Dtr)만큼 배출하는 단계(S 158)를 포함할 수 있다.
S 151 단계는, 연료전지 차량에 구비된 경사도 센서 등을 이용해 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
S 152 단계는, S 151 단계에서 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단된 경우에, 도 5에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 개도량(At)을 수정하여 수행할 수 있다.
도 5에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 개도량(At)을 수정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, S 152 단계는, 목표 수소 배출량(He)을 역류 기준선(R')에 특정 수소 배출량(Hes)으로서 대입하여 목표 배출량(Dt)에 대응하는 특정 개도량(As)을 도출(⑥)한 후, 이처럼 도출된 특정 개도량(As)을 수정 목표 개도량(Atr)으로 설정하여 수행할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 목표 수소 배출량(He)과 수정 목표 개도량(Atr)이 역류 기준선(R') 상에 위치하도록, 목표 배출량(Dt)을 그대로 둔 상태에서 목표 개도량(At)을 수정 목표 개도량(Atr)까지 증가시키는 것이다.
S 153 단계는, 응축수 밸브(70)를 통해 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 배출함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 수정 목표 개도량(Atr)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 응축수 밸브(70)에서 배출된 수소가 가습기(110), 공기 배출 라인(160) 등을 따라 수소 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
S 154 단계는, S 151 단계에서 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에 도 5에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 배출량(Dt)을 수정하여 수행할 수 있다. 즉, 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에는, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)은 그대로 둔 상태에서, 응축수의 목표 배출량(Dt)의 수정을 통해 수소의 역류를 방지하는 것이다.
도 5에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 배출량(Dt)을 수정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 154 단계는, 목표 개도량(At)을 역류 기준선(R')에 특정 개도량(As)으로서 대입하여 목표 개도량(At)에 대응하는 특정 수소 배출량(Hes)을 도출(⑦)한 후, 이처럼 도출된 특정 수소 배출량(Hes)을 수정 목표 수소 배출량(Her)으로 설정하고, 다시 수정 목표 수소 배출량(Her)을 전술한 수학식 2에 대입하여 수정 목표 배출량(Dtr)을 설정하여 수행할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 수정 목표 수소 배출량(Her)과 목표 개도량(At)이 역류 기준선(R') 상에 위치하도록, 목표 개도량(At)을 그대로 둔 상태에서 목표 수소 배출량(He)을 수정 목표 수소 배출량(Her)까지 감소시킨 후, 이러한 수정 목표 수소 배출량(Her)을 이용해 수정 목표 배출량(Dtr)을 설정하는 것이다.
S 155 단계는, 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 수정 목표 배출량(Dtr)만큼 배출함과 동시에 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 응축수 밸브(70)에서 배출된 수소가 가습기(110), 공기 배출 라인(160) 등을 따라 수소 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
S 156 단계는, 워터 트랩(60)에 설치된 수위 센서를 이용해 워터 트랩(60)의 수위(H)가 미리 정해진 기준 수위(Hr)를 초과하는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다. 기준 수위(Hr)는 응축수가 워터 트랩(60)의 외부로 넘쳐 흐르는 것을 방지 가능한 정도의 수위를 말한다.
S 157 단계는, S 156 단계에서 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr)를 초과한다고 판단된 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 수정 목표 배출량(Dtr)의 차에 해당하는 잔량(Dt-Dtr)만큼 즉시 재배출하여 수행할 수 있다. 즉, 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr)를 초과하는 경우에는, 응축수가 워터 트랩(60)의 외부로 넘칠 확률이 높으므로, 이를 방지하기 위해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 상기 잔량(Dt-Dtr)만큼 즉시 배출시키는 것이다.
S 158 단계는, S 156 단계에서 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr) 이하라고 판단된 경우에, 미리 정해진 기준 시간(T)만큼 대기한 후, 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 상기 잔량(Dt-Dtr)만큼 재배출하여 수행할 수 있다. 기준 시간(T)은, S 158 단계에서 배출된 수소가 S 155 단계에서 배출된 수소와 혼합되어 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류되는 것을 방지 가능한 정도의 시간을 말한다. 이러한 S 158 단계를 통해 목표 배출량(Dt)의 잔량(Dt-Dtr)을 마저 배출함으로써, 워터 트랩(60)의 수위(H)를 적절한 수준으로 조절할 수 있다.
한편, S 150 단계는, 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At) 중 어느 하나를 수정하여 수소의 역류를 방지하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, S 150 단계는, 목표 배출량(Dt)과 목표 개도량(At)을 함께 수정(⑧)하여 수소의 역류를 방지할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 개도량(At)을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이며, 도 8은 수소의 역류를 방지 가능하도록 목표 퍼지량(Pt)과, 목표 배출량(Dt)을 수정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 애노드 가스의 퍼지를 실시함과 동시에 응축수 배출을 실시하는 경우에, 퍼지 밸브(50)와 응축수 밸브(70)를 통해 배출된 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지 차량의 제어 방법은, 애노드 가스의 목표 퍼지량(Pt)과, 응축수의 목표 배출량(Dt)과, 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)을 각각 설정하는 단계(S 210); 스택(10)이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계(S 220); 스택(10)이 발전 정지 상태라고 판단되는 경우에, 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드(12)로부터 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 배출할 경우에 공기 배출 라인(160)에 전달된 수소가 공기 배출 라인(160)의 상류 측과 연결된 스택 인클로져(20)로 역류할 지 여부를 판단하는 단계(S 230); 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단된 경우에, 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 응축수를 배출하는 단계(S 240); 및 수소가 역류할 것이라고 판단된 경우에, 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At) 중 적어도 하나를 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 목표 퍼피량, 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 응축수를 배출하는 단계(S 250)를 포함할 수 있다.
먼저, S 210 단계는, 연료전지 차량의 현재 상태를 기준으로 애노드 가스의 목표 퍼지량(Pt), 응축수의 목표 배출량(Dt) 및 공기 압력 제어 밸브(120)의 목표 개도량(At)을 설정하여 수행할 수 있다.
또한, S 210 단계는, 전술한 수학식 1을 이용해 목표 퍼지량(Pt)으로부터 목표 수소 퍼지량(Hp)을 산출함과 함께, 전술한 수학식 2를 이용해 목표 배출량(Dt)으로부터 목표 수소 배출량(He)을 산출하여 수행할 수 있다.
다음으로, S 220 단계는, 애노드(12)에 대한 수소의 공급과, 캐소드(13)에 대한 공기의 공급을 정지하여 스택(10)을 이용한 발전을 정지하는 발전 정지 모드(FC STOP MODE)가 실시되고 있는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
이후에, S 230 단계는, 도 7에 도시된 바와 같이, 목표 퍼지량(Pt)과, 목표 배출량(Dt)과, 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행할 수 있다.
도 7에 도시된 역류 선도에는 미리 정해진 애노드 가스의 최소 퍼지량과 최대 퍼지량 사이에 위치하는 특정 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지하는 경우에, 특정 퍼지량에서 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 제1 특정 개도량(As1)이 기록된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 역류 선도는, 특정 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지할 경우의 수소의 퍼지량을 나타내는 특정 수소 퍼지량(Hps)과, 특정 수소 퍼지량(Hps)만큼 수소를 퍼지할 경우에 수소가 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 제1 특정 개도량(As1)의 좌표 값들을 나타내는 제1 역류 기준선(R1)을 포함한다.
도 7에 도시된 'Hpmin'는 최소 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지할 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최소 수소 퍼지량을 말한다. 도 7에 도시된 'Hpmax'는 최대 퍼지량만큼 애노드 가스를 퍼지할 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최대 수소 퍼지량을 말한다. 도 7에 도시된 'Amax1'은 이러한 최대 수소 퍼지량(Hpmax)만큼 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 수소를 배출할 경우에 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 임계 개도량을 말한다.
도 7에 도시된 역류 선도에는, 미리 정해진 응축수의 최소 배출량과 최대 배출량 사이에 위치하는 특정 배출량만큼 응축수를 배출하는 경우에, 특정 배출량에서 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 제2 특정 개도량(As2)이 기록된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 역류 선도는, 특정 배출량만큼 응축수를 배출할 경우의 수소의 배출량을 나타내는 특정 수소 배출량(Hes)과, 특정 수소 배출량(Hes)만큼 수소를 배출할 경우에 수소가 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 제2 특정 개도량(As2)의 좌표 값들을 나타내는 제2 역류 기준선(R2)을 포함한다.
도 7에 도시된 'Hemin' 는 최소 배출량만큼 응축수를 배출할 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최소 수소 배출량을 말한다. 도 7에 도시된 'Hemax' 는 최대 배출량만큼 응축수를 배출할 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출되는 최대 수소 배출량을 말한다. 도 7에 도시된 'Amax2'는 이러한 최대 배출량(Hemax)만큼 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 수소를 배출할 경우에 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 공기 압력 제어 밸브(120)의 임계 개도량을 말한다.
S 230 단계는, 목표 수소 퍼지량(Hp)과, 목표 수소 배출량(He)과, 목표 개도량(At)을 이러한 역류 선도를 이용해 분석하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 제1 역류 기준선(R1) 또는 제1 역류 기준선(R1)의 좌측 영역에 위치함과 동시에, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 제2 역류 기준선(R2) 또는 제2 역류 기준선(R2)의 좌측 영역에 위치하면, 수소의 역류 방지 측면에서 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)이 모두 적정 수준이라고 해석할 수 있다. 이를 통해, 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 응축수를 배출할 경우에, 퍼지 밸브(50)와 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출된 수소가 가습기(110) 및 공기 배출 라인(160) 등을 따라 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류하지 않을 것이라고 판단할 수 있다.
예를 들어, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 제1 역류 기준선(R1)의 우측 영역에 위치하거나, 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 제2 역류 기준선(R2)의 우측 영역에 위치하거나, 목표 수소 퍼지량(Hp)과 목표 개도량(At)의 좌표가 제1 역류 기준선(R1)의 우측 영역에 위치함과 동시에 목표 수소 배출량(He)과 목표 개도량(At)의 좌표가 제2 역류 기준선(R2)의 우측 영역에 위치하면, 수소의 역류 방지 측면에서 목표 퍼지량(Pt)과 목표 배출량(Dt) 중 적어도 하나가 적정 수준에 비해 높거나 목표 개도량(At)이 적정 수준에 비해 낮다고 해석할 수 있다. 이를 통해 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 응축수를 배출할 경우에, 퍼지 밸브(50)와 응축수 밸브(70)를 통해 애노드(12)로부터 배출된 수소가 가습기(110) 및 공기 배출 라인(160) 등을 스택 인클로져(20)의 내부 공간(22)으로 역류할 것이라고 판단할 수 있다.
설명의 편의를 위해 이하에서는, 애노드 가스의 퍼지 시에 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단되는 제1 역류 기준선(R1) 및 제1 역류 기준선(R1)의 좌측 영역을 제1 비역류 영역(X1)이라고 명명하고, 애노드 가스의 퍼지 시에 수소가 역류할 것이라고 판단되는 제1 역류 기준선(R1)의 우측 영역을 제1 역류 영역(Y1)이라고 명명하기로 한다. 또한, 응축수의 배출 시에 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단되는 제2 역류 기준선(R2) 및 제2 역류 기준선(R2)의 좌측 영역을 제2 비역류 영역(X2)이라고 명명하고, 응축수의 배출 시에 수소가 역류할 것이라고 판단되는 제2 역류 기준선(R2)의 우측 영역을 제2 역류 영역(Y2)이라고 명명하기로 한다.
다음으로, S 240 단계는, S 230 단계에서 수소가 역류하지 않을 것이라고 판단된 경우에, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)만큼 퍼지하고 응축수 밸브(70)를 통해 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 배출함과 동시에, 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다.
이후에, S 250 단계는, S 230 단계에서 수소가 역류할 것이라고 판단된 경우에, 목표 수소 퍼지량(Hp) 및 목표 개도량(At)의 좌표가 제1 비역류 영역(X1)에 위치함과 동시에 목표 수소 배출량(He) 및 목표 개도량(At)의 좌표가 제2 비역류 영역(X2)에 위치할 수 있도록 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At) 중 적어도 하나를 수정하여 수행할 수 있다.
예를 들어, S 250 단계는, 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계(S 251); 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에, 목표 퍼지량(Pt)을 수정하여 수정 목표 퍼지량(Ptr)을 설정함과 동시에 목표 배출량(Dt)을 수정하여 수정 목표 배출량(Dtr)을 설정하는 단계(S 252); 수정 목표 퍼지량(Ptr), 수정 목표 배출량(Dtr) 및 목표 개도량(At)을 기준으로 애노드(12)로부터 애노드 가스를 수정 목표 퍼지량(Ptr)만큼 퍼지함과 동시에 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 수정 목표 배출량(Dtr)만큼 배출하는 단계(S 253); S 253 단계 이후에 수행하며, 워터 트랩(60)의 수위(H)가 미리 정해진 기준 수위(Hr)를 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S 254); 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr)를 초과한다고 판단된 경우에, 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 수정 목표 배출량(Dtr)의 차에 해당하는 잔량(Dt-Dtr)만큼 즉시 배출하는 단계(S 255); S 255 단계 이후에 수행하며, 미리 정해진 기준 시간(T)만큼 대기한 후, 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 수정 목표 퍼지량(Ptr)의 차에 해당하는 잔량(Pt-Ptr)만큼 퍼지하는 단계(S 256); 및 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr) 이하라고 판단된 경우에, 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 수정 목표 퍼지량(Ptr)의 차에 해당하는 잔량(Pt-Ptr)만큼 퍼지함과 동시에 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 수정 목표 배출량(Dtr)의 차에 해당하는 잔량(Dt-Dtr)만큼 배출하는 단계(S 257)를 포함할 수 있다.
S 251 단계는, 연료전지 차량에 구비된 경사도 센서 등을 이용해 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
S 252 단계는, S 251 단계에서 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에 도 7에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 퍼지량(Pt)과 목표 배출량(Dt)을 수정하여 수행할 수 있다. 즉, 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단된 경우에는, 목표 개도량(At)은 그대론 둔 상태에서, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)의 수정을 통해 수소의 역류를 방지하는 것이다.
도 7에 도시된 역류 선도를 이용해 목표 퍼지량(Pt)과 목표 배출량(Dt)을 수정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, S 252 단계는, 목표 개도량(At)을 제1 역류 기준선(R1)에 제1 특정 개도량(As1)으로서 대입하여 목표 개도량(At)에 대응하는 특정 수소 퍼지량(Hps)을 도출한 후, 이처럼 도출된 특정 수소 퍼지량(Hps)을 제1 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr1)으로 설정하고, 다시 제1 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr1)을 전술한 수학식 1에 대입하여 제1 수정 목표 퍼지량(Ptr1)을 설정함으로써 수행할 수 있다.
예를 들어, S 252 단계는, 목표 개도량(At)을 제2 역류 기준선(R2)에 제2 특정 개도량(As2)으로서 대입하여 목표 개도량(At)에 대응하는 특정 수소 배출량(Hes)을 도출한 후, 이처럼 도출된 특정 수소 배출량(Hes)을 제1 수정 목표 수소 배출량(Her1)으로 설정하고, 다시 제1 수정 목표 수소 배출량(Her1)을 전술한 수학식 2에 대입하여 제1 수정 목표 배출량(Dtr1)을 설정함으로써 수행할 수 있다.
또한, S 252 단계에 있어서, 수소의 역류를 보다 확실하게 방지하기 위해서는, 수정된 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)의 좌표와, 수정된 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)의 좌표가 모두 제1 비역류 영역(X1)에 위치함과 동시에 제2 비역류 영역(X2)에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 역류 기준선(R2)이 제1 역류 기준선(R1)의 좌측 영역에 위치하는 경우에는, 수정된 목표 퍼지량(Pt)과 목표 개도량(At)의 좌표와, 수정된 목표 배출량(Dt) 및 목표 개도량(At)의 좌표가 모두 제2 비역류 영역(X2)에 위치하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, S 252 단계는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr2) 및 제2 수정 목표 수소 배출량(Her2)을 설정한 후, 이러한 제2 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr2) 및 제2 수정 목표 수소 배출량(Her2)을 전술한 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 제2 수정 목표 퍼지량(Ptr2) 및 제2 수정 목표 배출량(Dtr2)을 설정함으로써 수행할 수 있다. 제2 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr2)과 제2 수정 목표 수소 배출량(Her2)은 아래의 수학식 3 내지 5를 이용해 설정할 수 있다.
Figure 112017068325264-pat00003
Figure 112017068325264-pat00004
Figure 112017068325264-pat00005
여기서, 'α'는 수소의 역류에 대한 애노드 가스의 퍼지의 기여도를 말하고, 'β'는 수소의 역류에 대한 응축수 배출의 기여도를 말한다. 이러한 'α'와 'β'는 각각, 제2 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr2) 및 제2 수정 목표 수소 배출량(Her2) 모두가 제1 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr1)과 제1 수정 목표 수소 배출량(Her1)에 비해 낮은 값을 가질 수 있도록 0 에서 1 사이의 값을 가진다.
S 253 단계는, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 애노드 가스를 제2 수정 목표 수소 퍼지량(Hpr2)만큼 퍼지하고 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 제2 수정 목표 배출량(Dtr2)만큼 배출함과 동시에, 공기 압력 제어 밸브(120)를 목표 개도량(At)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 퍼지 밸브(50)와 응축수 밸브(70)로부터 배출된 수소가 가습기(110)와 공기 배출 라인(160) 등을 따라 수소 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
S 254 단계는, 워터 트랩(60)에 설치된 수위 센서를 이용해 워터 트랩(60)의 수위(H)가 미리 정해진 기준 수위(Hr)를 초과하는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다.
S 255 단계는, S 254 단계에서 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr)를 초과한다고 판단된 경우에, 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 제2 수정 목표 배출량(Dtr2)의 차이에 해당하는 잔량(Dt-Dtr2)만큼 즉시 재배출하여 수행할 수 있다.
S 256 단계는, S 255 단계로부터 미리 정해진 기준 시간(T)만큼 대기한 후, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 제2 수정 목표 퍼지량(Ptr2)의 차이에 해당하는 잔량(Pt-Ptr2)만큼 재퍼지하여 수행할 수 있다.
S 257 단계는, S 254 단계에서 워터 트랩(60)의 수위(H)가 기준 수위(Hr) 이하라고 판단된 경우에, 미리 정해진 기준 시간(T)만큼 대기한 후, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 제2 수정 목표 퍼지량(Ptr2)의 차이에 해당하는 잔량만큼 재퍼지함과 동시에 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)과 제2 수정 목표 배출량(Dtr2)의 차이에 해당하는 잔량만큼 재배출하여 수행할 수 있다.
한편, S 250 단계는, 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단된 경우에, 목표 개도량(At)을 수정하여 수정 목표 개도량(Atr)을 설정하는 단계(S 258); 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt) 및 수정 목표 개도량(Atr)을 기준으로 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)만큼 퍼지함과 동시에 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 배출하는 단계(S 259)를 더 포함할 수 있다.
S 258 단계는, 제1 역류 기준선(R1)과 제2 역류 기준선(R2)을 이용해 목표 개도량(At)을 수정하여 수행할 수 있다.
예를 들어, S 258 단계는, 도 8에 도시된 바와 같이, 목표 수소 퍼지량(Hp)을 제1 역류 기준선(R1)에 특정 수소 퍼지량(Hps)으로서 대입하여 목표 퍼지량(Pt)에 대응하는 제1 특정 개도량(As1)을 도출한 후, 이처럼 도출된 제1 특정 개도량(As1)을 제1 수정 목표 개도량(Atr1)으로 설정하여 수행할 수 있다.
예를 들어, S 258 단계는, 목표 수소 배출량(He)을 제2 역류 기준선(R2)에 특정 수소 배출량(Hes)으로서 대입하여 목표 배출량(Dt)에 대응하는 제2 특정 개도량(As2)을 도출한 후, 이처럼 도출된 제2 특정 개도량(As2)을 제2 수정 목표 개도량(Atr2)으로 설정하여 수행할 수 있다.
또한, S 258 단계에 있어서, 수소의 역류를 보다 확실하게 방지하기 위해서는, 목표 퍼지량(Pt)과 수정된 목표 개도량(At)의 좌표와, 목표 배출량(Dt)과 수정된 목표 개도량(At)의 좌표가 모두 제1 비역류 영역(X1)에 위치함과 동시에 제2 비역역 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2 역류 기준선(R2)이 제1 역류 기준선(R1)의 상측 영역에 위치하는 경우에는, 목표 퍼지량(Pt)과 수정된 목표 개도량(At)의 좌표와, 목표 배출량(Dt)과 수정된 목표 개도량(At)의 좌표가 모두 제2 비역류 영역(X1)에 위치하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, S 258 단계는, 제1 수정 목표 개도량(Atr1)과 제2 수정 목표 개도량(Atr2)을 이용해 제3 수정 목표 개도량(Atr3)을 설정하여 수행할 수 있다. 제3 수정 목표 개도량(Atr3)은 아래의 수학식 6을 이용해 설정할 수 있다.
Figure 112017068325264-pat00006
여기서, 'γ'는 애노드 가스의 퍼지와 응축수 배출의 복합 실시가 수소의 역류에 미치는 영향도를 나타낸다. 수학식 6은, 제1 수정 목표 개도량(Atr1)과 제2 수정 목표 개도량(Atr2) 중에서 큰 값에 이러한 'γ'를 곱하여 제3 수정 목표 개도량(Atr3)을 산출함을 나타낸다. 또한, 'γ'는, 목표 퍼지량(Pt)과 제3 수정 목표 개도량(Atr3)의 좌표와, 목표 배출량(Dt)과 제3 수정 목표 개도량(Atr3)의 좌표 모두가 제2 비역류 영역(X2)에 위치할 수 있도록, 1에 비해 큰 값을 가진다.
S 259 단계는, 퍼지 밸브(50)를 통해 애노드(12)로부터 애노드 가스를 목표 퍼지량(Pt)과 퍼지하고 응축수 밸브(70)를 통해 워터 트랩(60)으로부터 응축수를 목표 배출량(Dt)만큼 배출함과 동시에, 공기 압력 제어 밸브(120)를 제3 수정 목표 개도량(Atr3)만큼 개방하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 퍼지 밸브(50)와 응축수 밸브(70)로부터 배출된 수소가 가습기(110)와 공기 배출 라인(160) 등을 따라 수소 인클로져의 내부 공간(22)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
한편, S 250 단계는, 목표 퍼지량(Pt)과 목표 배출량(Dt)을 수정하거나 목표 개도량(At)을 수정하여 수소의 역류를 방지하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, S 250 단계는, 목표 퍼지량(Pt), 목표 배출량(Dt), 및 목표 개도량(At)을 함께 수정하여 수소의 역류를 방지할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 연료전지 스택
20 : 스택 인클로져
30 : 수소 공급 장치
40 : 수소 공급 밸브
50 : 퍼지 밸브
60 : 워터 트랩
70 : 응축수 밸브
80 : 공기 공급 장치
90 : 공기 필터
100 : 공기 공급 밸브
110 : 가습기
120 : 공기 압력 제어 밸브
Pt : 목표 퍼지량
Ptr : 수정 목표 퍼지량
Ptr1 : 제1 수정 목표 퍼지량
Ptr2 : 제2 수정 목표 퍼지량
Hp : 목표 수소 퍼지량
Hpr : 수정 목표 수소 퍼지량
Hpr1 : 제1 수정 목표 수소 퍼지량
Hpr2 : 제2 수정 목표 수소 퍼지량
Hps : 특정 수소 퍼지량
Hpmin : 최소 수소 퍼지량
Hpmax : 최대 수소 퍼지량
Dt : 목표 배출량
Dtr : 수정 목표 배출량
Dtr1 : 제1 수정 목표 배출량
Dtr2 : 제2 수정 목표 배출량
He : 목표 수소 배출량
Her : 수정 목표 수소 배출량
Her1 : 제1 수정 목표 수소 배출량
Her2 : 제2 수정 목표 수소 배출량
Hes : 특정 수소 배출량
Hemin : 최소 수소 배출량
Hemax : 최대 수소 배출량
At : 목표 개도량
Atr : 수정 목표 개도량
Atr1 : 제1 수정 목표 개도량
Atr2 : 제2 수정 목표 개도량
Atr3 : 제3 수정 목표 개도량
As : 특정 개도량
As1 : 제1 특정 개도량
As2 : 제2 특정 개도량
Amax1 , Amax2 : 임계 개도량
α : 기여도
β : 기여도
γ : 영향도
역류 기준선 : R, R', R1, R2
비역류 영역 : X, X', X1, X2
역류 영역 : Y, Y', Y1, Y2

Claims (20)

  1. 애노드를 순환하는 애노드 가스를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 퍼지 라인에 설치되는 퍼지 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 애노드 가스의 목표 퍼지량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계;
    (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지할 경우에 상기 애노드 가스에 포함된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할 지 여부를 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량과, 상기 목표 개도량과, 상기 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 퍼지량과 최대 퍼지량 사이에 위치하는 특정 퍼지량만큼 상기 애노드 가스를 퍼지하는 경우에, 상기 특정 퍼지량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 특정 개도량이 기록되고,
    상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도를 이용해 분석한 결과, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 역류 영역에 위치하면, 상기 수소가 역류할 것이라고 판단하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 역류 선도를 기준으로 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 비역류 영역에 위치할 수 있도록 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 수정하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계;
    (d2) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량을 상기 역류 선도에 상기 특정 퍼지량으로서 대입하여 상기 목표 퍼지량에 대응하는 상기 특정 개도량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 개도량을 수정 목표 개도량으로 설정하는 단계; 및
    (d3) 상기 목표 퍼지량과 상기 수정 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d4) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단되면, 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도에 상기 특정 개도량으로서 대입하여 상기 목표 개도량에 대응하는 상기 특정 퍼지량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 퍼지량을 수정 목표 퍼지량으로 설정하는 단계; 및
    (d5) 상기 수정 목표 퍼지량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 수정 목표 퍼지량만큼 퍼지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d6) 상기 (d5) 단계로부터 미리 정해진 기준 시간이 경과된 이후에 수행하며, 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 목표 퍼지량과 상기 수정 목표 퍼지량의 차에 해당하는 잔량만큼 재퍼지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  8. 워터 트랩에 저장된 응축수를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 응축수 배출 라인에 설치되는 응축수 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 응축수의 목표 배출량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계;
    (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출할 경우에 상기 응축수를 따라 상기 공기 배출 라인에 전달된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할 지 여부를 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되면, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 목표 배출량과, 상기 목표 개도량과, 상기 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 배출량과 최대 배출량 사이에 위치하는 특정 배출량만큼 상기 응축수를 배출하는 경우에, 상기 특정 배출량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 특정 개도량이 기록되고,
    상기 (c) 단계는, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도를 이용해 분석한 결과, 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 역류 영역에 위치하면, 상기 수소가 역류할 것이라고 판단하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 역류 선도를 기준으로 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량이 미리 정해진 비역류 영역에 위치할 수 있도록 상기 목표 배출량과 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 수정하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계;
    (d2) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 상기 목표 배출량을 상기 역류 선도에 상기 특정 배출량으로서 대입하여 상기 목표 배출량에 대응하는 상기 특정 개도량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 개도량을 수정 목표 개도량으로 설정하는 단계; 및
    (d3) 상기 목표 배출량과 상기 수정 목표 개도량을 기준으로 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d4) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단되면, 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도에 상기 특정 개도량으로서 대입하여 상기 목표 개도량에 대응하는 상기 특정 배출량을 도출한 후, 도출된 상기 특정 배출량을 수정 목표 배출량으로서 설정하는 단계; 및
    (d5) 상기 수정 목표 배출량과 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 수정 목표 배출량만큼 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    (d6) 상기 (d5) 단계 이후에 수행하며, 상기 워터 트랩의 수위가 미리 정해진 기준 수위를 초과하는 여부를 판단하는 단계;
    (d7) 상기 워터 트랩의 수위가 상기 기준 수위를 초과한다고 판단되면, 상기 응축수를 상기 목표 배출량과 상기 수정 목표 배출량의 차에 해당하는 잔량만큼 즉시 재배출하는 단계; 및
    (d8) 상기 워터 트랩의 수위가 상기 기준 수위 이하라고 판단되면, 미리 정해진 기준 시간만큼 대기한 후, 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 잔량만큼 재배출하는 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  15. 애노드를 순환하는 애노드 가스를 캐소드에서 배출된 습윤 공기를 외부로 배출하는 공기 배출 라인에 전달하는 퍼지 라인에 설치되는 퍼지 밸브와, 워터 트랩에 저장된 응축수를 상기 공기 배출 라인에 전달하는 응축수 배출 라인에 설치되는 응축수 밸브와, 상기 공기 배출 라인에 설치되는 공기 압력 제어 밸브를 포함하는 연료전지 차량의 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 애노드 가스의 목표 퍼지량과, 상기 응축수의 목표 배출량과, 상기 공기 압력 제어 밸브의 목표 개도량을 각각 설정하는 단계;
    (b) 연료전지 스택이 발전 정지 상태인지 여부를 판단하는 단계;
    (c) 상기 연료전지 스택이 상기 발전 정지 상태라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출할 경우에 상기 공기 배출 라인에 전달된 수소가 상기 공기 배출 라인의 상류 측과 연결된 스택 인클로져로 역류할지 여부를 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 수소가 역류할 것이라고 판단되며, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 상기 수소의 역류를 방지 가능한 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량과, 상기 목표 배출량과, 상기 수소의 역류의 상관 관계를 나타내는 역류 선도를 이용해 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 퍼지량과 최대 퍼지량 사이에 위치하는 특정 퍼지량만큼 상기 애노드 가스를 퍼지하는 경우에, 상기 특정 퍼지량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 제1 특정 개도량이 기록되고,
    상기 역류 선도에는, 미리 정해진 최소 배출량과 최대 배출량 사이에 위치하는 특정 배출량만큼 상기 응축수를 배출하는 경우에, 상기 특정 배출량에서 상기 수소의 역류를 방지 가능한 최소 값에 해당하는 상기 공기 압력 제어 밸브의 제2 특정 개도량이 기록되며,
    상기 (c) 단계는, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 상기 역류 선도를 이용해 분석한 결과, 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량이 미리 정해진 역류 영역에 위치하면, 상기 수소가 역류할 것이라고 판단하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 역류 선도를 기준으로 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량이 미리 정해진 비역류 영역에 위치할 수 있도록 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 목표 개도량 중 적어도 하나를 수정하여 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중인지 여부를 판단하는 단계;
    (d2) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이 아니라고 판단되면, 상기 목표 개도량을 상기 수소의 역류가 방지될 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 개도량을 수정 목표 개도량을 설정하는 단계;
    (d3) 상기 목표 퍼지량, 상기 목표 배출량 및 상기 수정 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 목표 퍼지량만큼 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 목표 배출량만큼 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    (d4) 상기 연료전지 차량이 강판 주행 중이라고 판단되면, 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 배출량을 상기 수소의 역류가 방지될 수준으로 수정하여, 수정된 상기 목표 퍼지량과 상기 목표 배출량을 수정 목표 퍼지량과 수정 목표 배출량으로 설정하는 단계;
    (d5) 상기 수정 목표 퍼지량, 상기 수정 목표 배출량 및 상기 목표 개도량을 기준으로 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 수정 목표 퍼지량만큼 퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 수정 목표 배출량만큼 배출하는 단계; 및
    (d6) 상기 (d5) 단계로부터 미리 정해진 기준 시간이 경과된 이후부터 수행하며, 상기 애노드로부터 상기 애노드 가스를 상기 목표 퍼지량과 상기 수정 목표 퍼지량의 차에 해당하는 잔량만큼 재퍼지함과 동시에 상기 워터 트랩으로부터 상기 응축수를 상기 목표 배출량과 상기 수정 목표 배출량의 차에 해당하는 잔량만큼 재배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 제어 방법.
KR1020170090485A 2017-07-17 2017-07-17 연료전지 차량의 제어 방법 KR102441064B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170090485A KR102441064B1 (ko) 2017-07-17 2017-07-17 연료전지 차량의 제어 방법
US15/818,445 US10703213B2 (en) 2017-07-17 2017-11-20 Method for controlling fuel cell vehicle
DE102017221244.6A DE102017221244A1 (de) 2017-07-17 2017-11-28 Verfahren zum steuern eines brennstoffzellenfahrzeugs
CN201711247747.7A CN109273738B (zh) 2017-07-17 2017-11-30 用于控制燃料电池交通工具的方法
US16/886,677 US11351889B2 (en) 2017-07-17 2020-05-28 Method for controlling fuel cell vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170090485A KR102441064B1 (ko) 2017-07-17 2017-07-17 연료전지 차량의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190008734A KR20190008734A (ko) 2019-01-25
KR102441064B1 true KR102441064B1 (ko) 2022-09-06

Family

ID=64745481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170090485A KR102441064B1 (ko) 2017-07-17 2017-07-17 연료전지 차량의 제어 방법

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10703213B2 (ko)
KR (1) KR102441064B1 (ko)
CN (1) CN109273738B (ko)
DE (1) DE102017221244A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7127306B2 (ja) * 2018-03-16 2022-08-30 トヨタ自動車株式会社 車両及びその制御方法
KR20210011525A (ko) * 2019-07-22 2021-02-02 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 비상 운전 제어 장치 및 방법
CN112677827B (zh) * 2021-01-22 2023-01-03 中汽创智科技有限公司 氢燃料商用车功率输出预测方法、***、设备以及介质
US20230047889A1 (en) * 2021-08-16 2023-02-16 HyTech Power, Inc. Hydrogen fuel cell exhaust system
CN113506898B (zh) * 2021-09-09 2021-12-21 潍柴动力股份有限公司 一种氢燃料电池发动机用安全保护检修装置及方法
US11862827B2 (en) 2022-02-11 2024-01-02 Ford Global Technologies, Llc System and method of enhanced purge strategy for fuel cell in vehicle
DE102022206259A1 (de) * 2022-06-22 2023-12-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007265676A (ja) 2006-03-27 2007-10-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
WO2011004780A1 (ja) 2009-07-07 2011-01-13 日産自動車株式会社 燃料電池パワープラントの運転制御装置及び運転制御方法
JP2015125873A (ja) 2013-12-26 2015-07-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5632552A (en) 1996-04-16 1997-05-27 Toyo Electric Manufacturing Co. Ltd. Lamp holder having lockable cap with integral clamping elements
JP2001025105A (ja) 1999-07-09 2001-01-26 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車の電力制御装置
JP2001210342A (ja) * 2000-01-28 2001-08-03 Toyota Motor Corp 車両搭載用燃料電池の水素供給システム
JP3956568B2 (ja) 2000-02-18 2007-08-08 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP4325216B2 (ja) 2003-02-20 2009-09-02 日産自動車株式会社 燃料電池プラントの制御装置
JP4432751B2 (ja) 2004-11-30 2010-03-17 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池システム
JP2008130282A (ja) 2006-11-17 2008-06-05 Toyota Motor Corp 燃料電池用配管
US20090035624A1 (en) * 2007-03-28 2009-02-05 Koji Kobayashi Fuel gas generation supply equipment
JP4935563B2 (ja) 2007-07-30 2012-05-23 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
TW201019524A (en) * 2008-11-07 2010-05-16 Nan Ya Printed Circuit Board Hydrogen fuel cell system
JP5060527B2 (ja) 2009-08-03 2012-10-31 本田技研工業株式会社 燃料電池の発電制御方法
JP5060526B2 (ja) 2009-08-03 2012-10-31 本田技研工業株式会社 燃料電池の発電制御方法
KR101293961B1 (ko) * 2010-12-09 2013-08-07 기아자동차주식회사 연료전지용 상대습도 및 응축수 추정기
CN102522582B (zh) * 2011-12-28 2014-06-18 新源动力股份有限公司 一种车载燃料电池发电***的关机吹扫***和吹扫方法
CN104377376A (zh) * 2014-11-20 2015-02-25 双登集团股份有限公司 一种自给充装的燃料电池氢气供气***
CN105186016B (zh) * 2015-07-21 2017-12-05 同济大学 一种燃料电池***的电控喷氢压力调节装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007265676A (ja) 2006-03-27 2007-10-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
WO2011004780A1 (ja) 2009-07-07 2011-01-13 日産自動車株式会社 燃料電池パワープラントの運転制御装置及び運転制御方法
JP2015125873A (ja) 2013-12-26 2015-07-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN109273738B (zh) 2022-06-10
US10703213B2 (en) 2020-07-07
DE102017221244A1 (de) 2019-01-17
KR20190008734A (ko) 2019-01-25
US20190016233A1 (en) 2019-01-17
US11351889B2 (en) 2022-06-07
CN109273738A (zh) 2019-01-25
US20200290466A1 (en) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102441064B1 (ko) 연료전지 차량의 제어 방법
US8541141B2 (en) Fuel cell system
KR102651959B1 (ko) 연료전지의 수소 공급 제어시스템 및 제어방법
KR100811806B1 (ko) 연료전지 시스템의 제어장치, 연료전지 시스템, 연료전지 하이브리드 차량
KR101113651B1 (ko) 연료전지 차량의 수소 배기 장치
US9647282B2 (en) Method for controlling fuel cell system
JP4806953B2 (ja) 燃料電池システムとその運転方法、及び燃料電池車両
US9614235B2 (en) Fuel cell system and method of controlling the system
US20080088043A1 (en) Fuell cell system and operation method of fuel cells
WO2006030969A1 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムのガス漏れ判定方法
KR102496256B1 (ko) 수소 퍼지 제어방법 및 제어시스템
US20160276681A1 (en) Fuel cell system
JP2014035822A (ja) 燃料電池システム
US7588848B2 (en) Fuel cell controller and control method
KR102371601B1 (ko) 연료전지 시스템 제어 방법
JP6156272B2 (ja) 燃料電池システム
JP2006134647A (ja) 燃料電池システム
KR102406510B1 (ko) 연료전지 시스템용 수소 공급 방법
KR20230133076A (ko) 연료전지의 수소압력센서 옵셋 보정시스템 및 보정방법
JP2009123588A (ja) 燃料電池システム
KR20220083443A (ko) 연료전지 시스템 및 그 제어방법
KR102463708B1 (ko) 연료전지 시스템
JP2009004160A (ja) 燃料電池システム
KR20240015423A (ko) 연료전지 시스템 및 그 제어방법
US20240105975A1 (en) System and method for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant