KR20200020343A - 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 현재 수소압력에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절함으로써, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서 연료전지시스템이 차량에 안정적인 전력(변동폭이 크지 않은 전류)을 공급할 수 있도록 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 연료전지시스템의 운전 제어 장치에 있어서, 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 저장부; 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 제어부를 포함한다.

Description

연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING OPERATION OF FUEL CELL SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지스택에 공급되는 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우에 연료전지시스템을 안정적으로 운전하는 기술에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 종래의 연료전지시스템의 운전 제어 기술에 적용되어 그 성능을 향상시킬 수 있다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치이며, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품, 특히 휴대용 장치의 전력 공급에도 적용될 수 있다.
현재 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 연료전지 중 가장 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 형태가 가장 많이 연구되고 있으며, 이는 낮은 작동온도로 인한 빠른 시동 시간과 빠른 전력변환 반응시간을 갖는다.
이러한 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온이 이동하는 고체 고분자 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly), 반응가스들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer), 반응가스들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구, 그리고 반응가스들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(Bipolar Plate)을 포함하여 구성된다.
이러한 단위 셀 구성을 이용하여 연료전지 스택을 조립할 때, 셀 내 가장 안쪽에 주요 구성부품인 막전극접합체 및 기체확산층의 조합이 위치하는데, 막전극접합체는 고분자 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 촉매가 도포된 촉매전극층, 즉 애노드(Anode) 및 캐소드(Cathode)를 가지며, 애노드 및 캐소드가 위치한 바깥부분에 기체확산층, 가스켓 등이 적층된다.
기체확산층의 바깥쪽에는 반응가스(연료인 수소와 산화제인 산소 또는 공기)를 공급하고 냉각수가 통과하는 유로(Flow Field)가 형성된 분리판이 위치된다.
이러한 구성을 단위 셀로 하여 복수의 단위 셀들을 적층한 뒤 가장 바깥쪽에 집전판(Current Collector) 및 절연판, 적층 셀들을 지지하기 위한 엔드플레이트(End Plate)를 결합하는데, 엔드플레이트 사이에 단위 셀들을 반복 적층하여 체결함으로써 연료전지 스택을 구성하게 된다.
실제 차량에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 단위 셀을 필요한 전위만큼 적층해야 하며, 단위 셀들을 적층한 것이 스택이다. 1개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약 1.3V로서, 차량 구동에 필요한 전력을 생산하기 위해 다수의 셀을 직렬로 적층하고 있다.
한편, 연료전지스택에 공급되는 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 연료전지시스템의 출력(전류)이 지속적으로 큰폭으로 변동하기 때문에 차량에 안정적인 전력을 공급할 수 없어 차량의 주행 안정성을 보장할 수 없다.
연료전지 시스템의 운전을 제어하는 종래의 기술은 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 수소공급밸브의 개도량을 최대(100%)로 유지한다. 그럼에도 불구하고 현재 수소압력이 계속해서 떨어져 임계치 이하가 되면 목표 수소압력을 기준치까지 낮추게 되고 이는 연료전지시스템의 출력 제한(감소)으로 이어지며 이에 따라 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하게 된다. 이렇게 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하게 되면 수소공급밸브의 개도량과 연료전지시스템의 출력을 원래대로 복귀시키게 되는데 그러면 또다시 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하게 되어 상술한 과정이 지속적으로 반복된다.
결국, 종래의 기술은 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서, 연료전지시스템이 차량에 안정적인 전력(변동폭이 크지 않은 전류)을 공급하지 못하게 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술은 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서, 연료전지시스템이 공급할 수 있는 최대의 출력을 유지시키지 못하는 문제점이 있다.
대한민국공개특허 제2017-0000991호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 현재 수소압력에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절함으로써, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서 연료전지시스템이 차량에 안정적인 전력(변동폭이 크지 않은 전류)을 공급할 수 있도록 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 수소공급밸브의 개도량에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절함으로써, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서 연료전지시스템이 공급할 수 있는 최대의 출력을 유지할 수 있게 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 연료전지시스템의 운전 제어 장치에 있어서, 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 저장부; 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 제어부를 포함한다.
이러한 본 발명의 장치는 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 개도량 측정부를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 제어부는 현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단할 수 있다. 여기서 상기 제어부는 상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 연료전지시스템의 운전 제어 장치에 있어서, 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 저장부; 상기 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 개도량 측정부; 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 개도량 측정부에 의해 측정된 개도량의 단위시간당 평균을 산출하고, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단할 수 있다. 이때 상기 제어부는 상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 연료전지시스템의 운전 제어 방법에 있어서, 저장부가 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 단계; 압력센서가 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 단계; 및 제어부가 상기 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 단계를 포함한다.
이러한 본 발명의 방법은 개도량 측정부가 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 출력을 설정하는 단계는 현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단할 수 있다. 여기서 상기 출력을 설정하는 단계는 상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 연료전지시스템의 운전 제어 방법에 있어서, 저장부가 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 단계; 개도량 측정부가 상기 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 단계; 압력센서가 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 단계; 및 제어부가 상기 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 측정된 개도량의 단위시간당 평균을 산출하고, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 출력을 설정하는 단계는 현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단할 수 있다. 이때, 상기 출력을 설정하는 단계는 상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 현재 수소압력에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절함으로써, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서 연료전지시스템이 차량에 안정적인 전력(변동폭이 크지 않은 전류)을 공급할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 수소공급밸브의 개도량에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절함으로써, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태에서 연료전지시스템이 공급할 수 있는 최대의 출력을 유지할 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 연료전지시스템의 수소공급계통을 나타내는 일에시도,
도 2 는 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블에 대한 일예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 따른 제어 장치에 의해 운전된 연료전지시스템의 성능 분석도,
도 6 은 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 7 은 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.
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 1 은 본 발명이 적용되는 연료전지시스템의 수소공급계통을 나타내는 일에시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, FBV(100), FSV(110), FEJ(120), 압력센서(FUEL PRESSURE SENSOR, 130), 연료전지스택(140), FPV(150), FWT(160), FL20(170), FDV(180) 등을 포함할 수 있다.
FBV(100)는 수소차단밸브(FUEL BLOCK VALVE)로서 연료전지스택(140)에 공급되는 수소를 차단하는 역할을 수행한다.
FSV(110)는 수소공급밸브(FUEL SUPPLY VALVE)로서 연료전지스택(140)에 공급되는 수소압력을 조절하는 역할을 수행한다.
FEJ(120)는 수소배출기(FUEL EJECTOR)로서 수소에 압력을 가하여 연료전지스택(140)에 공급하는 역할을 수행한다.
압력센서(130)는 제1 압력센서(131)와 제2 압력센서(132)를 구비할 수 있으며, 연료전지스택(140)에 공급되는 수소압력을 측정하는 역할을 수행한다.
FPV(150)는 연료라인 퍼지밸브(FUEL-LINE PURGE VALVE)로서 연료전지스택(140) 내 수소극 응축수 및 불순물을 배출하는 역할을 수행한다.
FWT(160)는 워터 트랙(FUEL-LINE WATER TRAP)으로서 워터를 저장하는 역할을 수행한다.
FL20(170)은 수위 측정 센서(FUEL-LINE LEVEL SENSOR)로서 FWT(160)에 저장된 워터의 레벨을 측정하는 역할을 수행한다.
FDV(180)는 워터 배출 밸브(FUEL-LINE DRAIN VALVE)로서 FWT(160)에 저장된 워터를 배출하는 역할을 수행한다.
도 2 는 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 장치는, 저장부(10), 개도량 측정부(20), 및 제어부(30)를 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구비될 수 있으며, 아울러 발명을 실시하는 방식에 따라 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 연료전지스택(140)에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 테이블(그래프)을 저장하고 있다. 이때, 연료전지시스템의 출력은 도 3에 도시된 바와 같이 연료전지스택(140)이 공급할 수 있는 전류(A)를 의미한다. 일례로, 현재 수소압력이 140kpa라면 연료전지스택(140)이 공급할 수 있는 전류는 150A이다.
또한, 저장부(10)는 단위시간당 수소공급밸브(110)의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 테이블(그래프)을 더 저장할 수도 있다. 이때, 연료전지시스템의 출력은 도 4에 도시된 바와 같이 연료전지시스템이 공급할 수 있는 전력(kW)을 의미한다. 일례로, 단위시간당 수소공급밸브(110)의 평균 개도량이 40%라면 연료전지스택(140)이 공급할 수 있는 출력은 55kW가 된다.
이러한 저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
다음으로, 개도량 측정부(20)는 제어부(30)의 제어하에 수소공급밸브(110)의 개도량을 측정한다. 이때 개도량은 수소공급밸브(110)가 완전히 열렸으면 100%가 되고 반만 열렸으면 50% 완전히 닫혔으면 0%가 된다.
다음으로, 제어부(30)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(30)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(30)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 제어부(30)는 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 현재 수소압력에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 저장부(10)에 저장되어 있는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 테이블에서 압력센서(130)에 의해 감지된 현재 수소압력에 상응하는 연료전지의 출력을 검색하고, 상기 검색된 출력을 연료전지시스템에 설정할 수 있다. 일례로, 도 2에 도시된 바와 같이 현재 수소압력이 140kpa라면 제어부(30)는 연료전지스택(140)이 공급할 수 있는 전류를 150A로 설정할 수 있다.
이때, 제어부(30)는 목표 수소압력과 현재 수소압력의 차이가 임계치를 초과하면 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(30)는 목표 수소압력과 현재 수소압력의 차이가 임계치를 초과하고 수소공급밸브(110)의 개도량이 기준치를 초과하면 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 판단할 수도 있다. 여기서, 임계치는 압력센서(130)의 측정오차(옵셋)를 고려하여 설정될 수 있다.
이렇게 제어부(30)가 연료전지시스템의 출력을 조절하는 경우 그 성능 향상은 도 5에 도시된 바와 같다.
도 5 는 본 발명에 따른 제어 장치에 의해 운전된 연료전지시스템의 성능 분석도이다.
도 5에서 "510"을 통해 알 수 있듯이 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하는 변동폭이 완만하게 유지되고 있고, "520"을 통해 알 수 있듯이 연료전지시스템의 출력의 변동폭이 완만하게 유지되고 있으며, "530"을 통해 알 수 있듯이 수소공급밸브의 개도량이 최대를 유지하는 시간이 감소한 것은 물론 개도량 변동폭이 완만하게 유지되고 있다.
이로 인해 연료전지시스템은 안정적인 출력을 낼 수 있고 이러한 안정적인 출력은 연료전지 차량의 동력원으로 사용되어 차량의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(30)는 수소공급밸브의 개도량을 모니터링하여 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력이 차량에서 요구하는 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태를 진단하고, 그 진단시점부터 수소공급밸브의 개도량에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 조절할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 저장부(10)에 저장되어 있는 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력(전력)이 기록된 테이블에서, 개도량 측정부(20)에 의해 측정된 개도량의 단위시간당 평균에 상응하는 연료전지의 출력을 검색하고, 상기 검색된 출력을 연료전지시스템에 설정할 수 있다. 일례로, 단위시간당 수소공급밸브(110)의 평균 개도량이 40%라면 연료전지스택(140)이 공급할 수 있는 출력을 55kW로 설정할 수 있다.
이때, 제어부(30)는 목표 수소압력과 현재 수소압력의 차이가 임계치를 초과하면 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(30)는 목표 수소압력과 현재 수소압력의 차이가 임계치를 초과하고 수소공급밸브(110)의 개도량이 기준치를 초과하면 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 판단할 수도 있다. 여기서, 임계치는 압력센서(130)의 측정오차(옵셋)를 고려하여 설정될 수 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 저장부(10)가 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장한다(601).
이후, 압력센서(130)가 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정한다(602).
이후, 제어부(30)가 압력센서(130)에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정한다(603).
도 7 은 본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전 제어 방법에 대한 다른 실시예 흐름도이다.
먼저, 저장부(10)가 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장한다(701).
이후, 개도량 측정부(20)가 상기 수소공급밸브의 개도량을 측정한다(702).
이후, 압력센서(130)가 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정한다(703).
이후, 제어부(30)가 압력센서(130)에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 개도량 측정부(30)에 의해 측정된 개도량의 단위시간당 평균을 산출하고, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정한다(704).
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: 저장부
20: 개도량 측정부
30: 제어부
110: 수소공급밸브
130: 압력센서

Claims (14)

  1. 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 저장부;
    상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 압력센서에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 제어부
    를 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수소공급밸브의 개도량을 측정하는 개도량 측정부
    를 더 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  5. 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 저장부;
    상기 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 개도량 측정부;
    상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 압력센서; 및
    상기 압력센서에 의해 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 개도량 측정부에 의해 측정된 개도량의 단위시간당 평균을 산출하고, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 제어부
    를 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 운전 제어 장치.
  8. 저장부가 연료전지스택에 공급되는 수소압력에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 단계;
    압력센서가 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 단계; 및
    제어부가 상기 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 단계
    를 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    개도량 측정부가 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 단계
    를 더 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 출력을 설정하는 단계는,
    현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 출력을 설정하는 단계는,
    상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정하는 단계
    를 더 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
  12. 저장부가 단위시간당 수소공급밸브의 평균 개도량에 상응하는 연료전지시스템의 출력이 기록된 운전 테이블을 저장하는 단계;
    개도량 측정부가 상기 수소공급밸브의 개도량을 측정하는 단계;
    압력센서가 상기 연료전지스택에 공급되는 현재 수소압력을 측정하는 단계; 및
    제어부가 상기 측정된 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 경우, 상기 측정된 개도량의 단위시간당 평균을 산출하고, 상기 운전 테이블에 기초하여 연료전지시스템의 출력을 설정하는 단계
    를 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 출력을 설정하는 단계는,
    현재 수소압력과 목표 수소압력 간의 차이가 임계치를 초과하고 상기 수소공급밸브의 개도량이 기준치를 초과하면, 현재 수소압력이 목표 수소압력을 추종하지 못하는 상태로 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 출력을 설정하는 단계는,
    상기 압력센서의 측정오차를 고려하여 상기 임계치를 설정하는 단계
    를 더 포함하는 연료전지시스템의 운전 제어 방법.
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