KR100742301B1 - 연료전지 시스템 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다. 그리고, 본 발명의 연료전지 시스템의 작동방법에 따르면, 시스템의 기동, 정지, 발전상태 유지 동작을 수행하는 다수의 주변장치(BOP)가 연료전지스택에서 생산된 전력을 사용하도록 분배 공급하는 방법은, 전류집전체에 의해 구획된 2개 이상의 영역 중 이상이 발생되거나 이상이 발생될 것으로 예측되는 어떤 특정 셀이 위치한 영역을 선택하는 제1 단계와, 제1 단계에서 선택된 특정 셀의 영역을 제외하고 나머지 영역들에서 발생되는 전력을 주변장치(BOP)가 선택적으로 사용하도록 전원분배장치가 분배 연결하는 제2 단계에 의해 이루어진다. 이로 인해 본 발명의 연료전지 시스템 및 그 작동방법은 전력소모원인 각종 주변장치(BOP)들이 필요로 하는 전력을 연료전지스택에서 공급되는 2개 이상의 전력들 중에서 선택적으로 사용할 수 있게 구성함으로써 연료전지스택 내에서 이상이 있는 특정 셀이 지속적으로 전력 생산되지 못하게 방지함으로써, 연료전지스택에서 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.

연료전지스택, 전류집전체, 전원분배장치, 셀전압, 부하

Description

연료전지 시스템 및 그 작동방법{Fuel Cell System and Operating Method Thereof}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 연료전지스택이 공급하는 직류전원의 제1 실시예를 나타낸 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시된 연료전지스택 내에 발생되는 특정 셀의 이상 유무에 따라 전력을 분배하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4는 도 1에 도시된 연료전지스택이 공급하는 직류전원의 제2 실시예를 나타낸 개략도이다.

도 5는 도 4에 도시된 연료전지스택 내에 발생되는 특정 셀의 이상 유무에 따라 전력을 분배하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6은 도 1에 도시된 연료전지스택의 냉각수 온도를 변화시키면서 출력 셀 전압이 시간에 따라 변화됨을 나타낸 그래프이다.

도 7은 도 1에 도시된 연료전지스택의 출력전력을 여러 단계로 증가시키면서 출력 셀 전압이 시간에 따라 변화됨을 나타낸 그래프이다.

도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 결과를 반영하여 연료전지스택 내의 특정 셀의 이상을 미리 예측하고서 작동되는 단계를 도시한 흐름도이다.

도 9는 도 8에 도시된 작동단계에 따라 실시된 연료전지스택의 출력 전압을 나타낸 그래프이다.

도 10은 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

100, 200 : 연료전지 시스템 110, 210 : 연료전지스택

120, 220 : 연료공급장치 130, 230 : 산화제공급장치

140, 240 : 냉각장치 150, 250 : 전원분배장치

본 발명은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 연료전지스택에서 특정 셀의 전압이 과도하게 저하되는 현상을 방지하여 안정적인 전력을 공급하는 연료전지 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다.

고분자 전해질 연료전지는 수소이온 교환특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 수소를 함유한 연료가스와 산소를 함유한 공기를 사용하여 전기화학반응을 일으켜 전기 및 열을 발생시킨다. 이런 고분자 전해질 연료전지는 빠른 시동능력이 있으며, 소형화할 수 있어 이동용 전원, 자동차용 전원, 가정용 열병합 발전설비 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

도 10은 종래기술에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 연료전지 시스템(200)은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직류전력을 생산하는 연료전지스택(210)과, 천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 탄화수소계열의 발전원료(F)를 수소가 많은 가스로 개질하여 연료전지스택(210)에 공급하는 연료공급장치(220)와, 연료전지스택(210)에 산소가 함유된 산화제를 공급하는 산화제공급장치(230), 연료전지스택(210)을 냉각시키는 냉각장치(240)를 주된 구성요소로 구비하며, 그 외에도 기동, 정지, 발전상태 유지 등의 동작을 수행하기 위한 제어기, 펌프, 밸브, 각종 센서 등과 같이 전력을 필요로 하는 주변장치(BOP; Balance of Plants)들을 구비한다.

그리고, 종래기술의 연료전지 시스템(200)은 전력이 필요한 다수의 주변장치(BOP)들에게 연료전지스택(210)에서 생산된 전력을 각각 분배 공급하기 위한 전원분배장치(250)를 구비하며, 초기 기동시 주변장치(BOP)에 기동 전력을 제공하고 연료전지스택(210)에서 전력이 생산된 후에 그 공급을 중단하는 외부 교류전력(260) 또는 배터리(261)와 같은 보조전원기도 구비한다. 즉, 종래기술의 연료전지 시스템(200)은 초기 기동시에 보조전원기가 각종 주변장치(BOP)의 기동 전력을 제공하고, 연료공급장치(220)와 냉각장치(240) 등이 안정화되면서 연료전지스택(210)에서 발생된 직류전력을 각종 주변장치(BOP)가 사용한다.

하지만, 종래기술의 연료전지 시스템(200)은 그 운전 유지 과정에서 특정 셀의 전압이 소정의 기준 값 이하로 내려가서 그 운전이 지속되는 경우에 해당 셀의 전극이 파괴되고, 이상이 있는 특정 셀로 인해서 다른 근접한 셀들도 점점 약화되 는 문제점이 있어서, 특정 셀에 이상이 있는 경우에 출력을 줄인다거나 운전을 정지하는 등의 조치가 필요하다. 하지만, 실제적으로 종래기술의 연료전지 시스템(200)은 어떤 특정 셀의 전압이 지속적으로 낮아지는 경우보다 특정 셀에 이상이 있으면 그 기동 정지 및 운전 조건의 변경시 열 밸런스가 이동하면서 전기화학반응으로 생성된 물이 일시적으로 가스의 이동경로를 막는 문제점 등이 발생된다. 그래서, 종래에는 연료전지스택(210)의 출력을 줄이거나 전력생산을 잠시 중단시키지만, 이 또한 안정적으로 전력을 공급하지 못하기 때문에 실질적인 문제 해결방법이 될 수 없다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전원분배장치를 통해 전력소모원인 각종 주변장치(BOP)가 필요로 하는 전력을 연료전지스택에서 공급되는 2개 이상의 전력원 중에서 선택적으로 사용할 수 있게 구성함으로써 연료전지스택 내에서 이상이 있는 특정 셀에서 각종 주변장치(BOP)로 공급하기 위한 전력생산을 방지하여 안정적으로 발전전력을 공급하는 연료전지 시스템 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직류전력을 생산하는 연료전지스택과, 상기 연료전지스택에 수소가 함유된 개질가스를 공급하는 연료공급장치와, 상기 연료전지스택에 산소가 함유된 산화제를 공급하는 산화제공급장치와, 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 이용하여 시스템의 기동, 정 지, 발전상태 유지 동작을 수행하는 다수의 주변장치(BOP; Balance of Plants), 및 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 상기 다수의 주변장치(BOP)로 각각 분배 공급하는 전원분배장치를 포함한다. 특히, 상기 연료전지스택은 그 내부에 순차적으로 적층된 다수의 단위 셀들을 2개 이상의 영역으로 구획하도록 상기 다수의 단위 셀들의 양 단부 및 그 양 단부 사이에서 해당 영역의 단위 셀들이 생산한 전류를 집적하는 전류집전체가 각각 위치하고, 상기 전원분배장치는 상기 연료전지스택 내의 2개 이상의 영역에서 각각 생산되는 전력들 중에서 특정 영역의 전력을 상기 다수의 주변장치(BOP)에 선택적으로 분배 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 주변장치(BOP)의 초기 기동 전력을 제공하며 상기 연료전지스택에서 전력이 생산된 후에 전력 공급을 중단하는 보조전원기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 전류집전체는 접촉저항이 적고 허용전류가 높은 소재인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 연료전지스택은 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 연료전지스택들로 구성되며, 상기 전원분배장치는 상기 다수의 연료전지스택들에 각각 연결되어 상기 다수의 연료전지스택들 중에서 이상이 발생되거나 이상이 발생될 것으로 예측되는 연료전지스택에 대한 부하가 감소되게 작동되는 것이 바람직하다.

본 발명의 연료전지 시스템의 작동방법으로서 상기 주변장치(BOP)가 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 사용하도록 분배 공급하는 방법은, 상기 전류집전체에 의해 구획된 2개 이상의 영역 중 이상이 발생되거나 이상이 발생될 것으로 예측 되는 어떤 특정 셀이 위치한 영역을 선택하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 선택된 특정 셀의 영역을 제외하고, 나머지 영역들에서 발생되는 전력을 상기 주변장치(BOP)가 선택적으로 사용하도록 상기 전원분배장치가 분배 연결하는 제2 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 제1 단계에서 첫 번째 적층된 셀과 마지막으로 적층된 셀이 위치한 영역에서 이상이 발생되는지를 가장 먼저 검색하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 연료전지스택이 전력을 생산하기 이전에 상기 주변장치(BOP)가 필요로 하는 초기 기동 전력을 외부 보조전원기로부터 제공받는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연료전지 시스템(100)은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직류전력을 생산하는 연료전지스택(110)과, 발전원료(F)를 수소가 많은 개질가스로 개질하여 연료전지스택(110)에 개질가스를 공급하는 연료공급장치(120)와, 연료전지스택(110)에 산소가 함유된 산화제를 공급하는 산화제공급장치(130)와, 연료전지스택(110)을 냉각시키는 냉각장치(140)와, 연료전지스택(110)에서 생산된 직류(DC)전력을 교류(AC)전력으로 변환하는 전력변환기와, 연 료전지스택(110)에서 생산된 전력을 이용하여 시스템의 기동, 정지, 발전상태 유지 동작을 수행하는 다수의 주변장치(BOP; Balance of Plants), 및 연료전지스택(110)에서 생산된 전력을 다수의 주변장치(BOP)로 각각 분배 공급하는 전원분배장치(150)를 구비한다. 그 외에도 연료전지 시스템(100)은 주변장치(BOP)의 초기 기동 전력을 제공하고서 연료전지스택(110)에서 전력이 생산된 후에 전력 공급을 중단하는 외부 교류전력(160) 또는 배터리(161)와 같은 보조전원기를 더 구비한다.

도 2는 도 1에 도시된 연료전지스택이 공급하는 직류전원의 제1 실시예를 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 연료전지스택 내에 발생되는 특정 셀의 이상 유무에 따라 전력을 분배하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 연료전지스택(110)은 그 내부에 순차적으로 적층된 다수의 단위 셀들의 양 단부 및 그 양 단부 사이에 전류집전체가 각각 위치하여, 다수의 단위 셀들이 2개 이상의 영역으로 구획된다. 전류집전체는 해당 영역의 단위 셀들이 생산한 전류를 집적하는 수단으로 운전 조건과 사양에 따라 다른 형태 또는 소재가 사용될 수 있지만, 특별하게 형상에 제약되지 않고 접촉저항이 작으며 허용전류가 높다면 핀이나 클립 등이어도 무방하다.

도 1 및 도 2에 도시된 도면번호 8은 연료전지스택(110) 내에서 발생되는 전체 전압을 의미하며, 3개의 영역으로 구획된 경우에 8-1이 제1 영역에서 발생되는 전압을, 8-2가 제2 영역에서 발생되는 전압을, 8-3이 제3 영역에서 발생되는 전압을 각각 의미한다. 다수의 단위 셀들이 3개를 초과하여 구획되는 경우에는 n 번째 위치하는 영역이 각각 8-n으로 표시된다. 그리고, 연료전지스택(110)에서 발생된 전압은 릴레이 또는 반도체 스위칭 소자들과 절연형 DC/DC 컨버터를 이용해 직류 전력원으로 변환되고, 이런 직류 전력원을 사용하는 연료전지 시스템(100)의 주변장치(BOP) 및 전력변환기와 같은 부하들은 7-1, 7-2, ..., 7-m 등으로 세분화되어 표시될 수 있다.

그리고, 본 실시예의 연료전지 시스템은 다음과 같은 방법에 따라 주변장치(BOP)와 같은 일종의 부하들이 연료전지스택(110)에서 생산된 전력을 선택적으로 사용한다(도 3참조).

먼저, 연료전지 시스템(100)은 초기 기동시 연료전지스택(110)에서 전력이 생산되기 이전에 부하(7-1, 7-2, ..., 7-m)들이 필요로 하는 기동 전력을 외부 교류전력(160) 또는 배터리(161)와 같은 보조전원기로부터 공급받고, 연료전지스택(110)에서 안정적으로 전력을 생산한 후에 주변장치(BOP)와 같은 일종의 부하(7-1, 7-2, ..., 7-m)들이 필요한 전력을 연료전지스택(110)으로부터 공급받는다.

그런 다음에 연료전지스택(110)이 작동되면서 전력을 생산하는 과정에서 전류집전체에 의해 구획된 2개 이상의 영역 중 어떤 영역 내에 위치한 특정 셀에 이상이 발생되는지를 검색한다. 그런 다음에 이상이 있는 특정 셀의 영역을 제외하고, 나머지 영역들에서 발생되는 전력원을 주변장치(BOP)와 같은 부하들이 선택적으로 사용하도록 전원분배장치(150)가 분배 연결한다.

즉, 제1 영역에서 발생되는 전압(8-1)이 소정의 기준 값 이하로 낮아지는지를 측정하여, 이상이 있다고 판별되면 연료전지 시스템(100)의 부하(7-1, 7-2, ..., 7-m)들 중 하나가 이상이 없는 나머지 영역(8-2, 8-3, .. , 8-n) 중 하나에서 발생되는 전압을 사용하도록 연결한다. 이와 동일한 과정으로 제2 영역에서 발생되는 전압(8-2)부터 마지막 영역에서 발생되는 전압(8-n)까지 이상이 발생되는지를 판별하고, 연료전지 시스템(100)의 부하(7-1, 7-2, ..., 7-m)들이 모두 이상이 없는 영역으로부터 전력을 공급받도록 한다.

다만, 보통 부하(7-1, 7-2, ..., 7-m)들 중 하나는 시스템 사용자를 위한 것(예를 들어, DC/AC 인버터, 자동차 모터 구동장치)이고, 이것은 전력원을 변경하는 것이 바람직하지 못하므로 이런 고정 부하를 제외하고 나머지 부하(m-1개)들만이 전력원을 이동할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 연료전지스택이 공급하는 직류전원의 제2 실시예를 나타낸 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 연료전지스택 내에 발생되는 특정 셀의 이상 유무에 따라 전력을 분배하는 방법을 도시한 흐름도이다.

본 실시예의 연료전지 시스템(100)에 사용되는 연료전지스택(110) 뿐만 아니라 일반적인 연료전지스택은 다수 개가 적층된 단위 셀들 중에서 일시적인 과도한 가습 또는 부족한 가습으로 인해 일시적인 이상이 가장 빈번하게 발생되는 곳이 첫 번째와 마지막에 위치한 단위 셀이다. 그래서, 본 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 다수 개가 적층된 단위 셀의 양 단부에 전류집전체가 위치하고, 첫 번째와 마지막 단위 셀이 각각 하나의 영역으로 구획되도록 다수 개의 단위 셀들 사이사이에 전류집전체가 위치한다. 그리고, 본 실시예는 연결수단인 스위치 1과 스위치 2가 다수의 전류집전체들에 각각 연결되어, 스위치 1과 스위치 2의 선택에 따라 연료전지스택(110)에서 생산되는 전력원과 그 전력을 필요로 하는 주변장치(BOP)와 같은 부하가 상호 연결된다. 이와 같은 구성으로 도 4에 도시된 연료전지스택(110)도 도 2에 도시된 바와 같이 동일하게 구현될 수 있다.

여기서, 도 4에 도시된 연료전지스택(110)은 다수의 영역들 중에서 첫 번째와 마지막 셀이 위치한 영역을 제외한 다수의 단위 셀들이 하나의 영역으로 설정된다. 그리고, n=3, m=2가 되어서 7-1은 전력변환을 거친 후 연료전지발전 시스템의 출력이 되고, 7-2는 시스템 구동에 필요한 주변장치(BOP)의 기동 전력으로 사용된다.

그리고, 상기와 같은 연료전지 시스템(100)은 다음과 같은 방법에 따라 주변장치(BOP)와 같은 일종의 부하들이 연료전지스택(110)에서 생산된 전력을 선택적으로 사용한다(도 5참조).

먼저, 연료전지 시스템(100)은 초기 기동시 연료전지스택(110)에서 전력이 생산되기 이전에 부하(7-2)들이 필요로 하는 기동 전력을 외부 교류전력(160) 또는 배터리(161)와 같은 보조전원기로부터 공급받는다.

그런 다음에 연료전지스택(110)이 작동되면서 전력을 생산하는 과정에서 첫 번째 단위 셀 또는 마지막 단위 셀이 위치한 영역의 전압이 저하되는지를 측정하고서, 두 개의 영역이 모두 이상이 있다고 판단되는 경우에 스위치를 조작하여 주변장치(BOP)의 전원(7-2)을 첫 번째 단위 셀과 마지막 단위 셀이 위치한 영역을 제외한 단위 셀들의 영역(8-3)으로 연결한다. 그리고, 첫 번째 단위 셀이 위치한 영역에 이상이 있다고 판단되는 경우에는 스위치를 조작하여 주변장치의 전원(7-2)을 첫 번째 단위 셀이 위치한 영역을 제외한 단위 셀들의 영역(8-1)으로 연결한다. 그리고, 마지막 단위 셀이 위치한 영역에 이상이 있다고 판단되는 경우에는 스위치를 조작하여 주변장치의 전원(7-2)을 마지막 단위 셀이 위치한 영역을 제외한 단위 셀들의 영역(8-2)으로 연결한다.

이와 같이 본 실시예는 이상이 있다고 판단되는 영역에서 전력생산에 의한 부담을 줄여줌으로써, 이상이 발생된 단위 셀이 회복되기를 기다린 후에 주변장치의 전원(7-2)을 연료전지스택(110)의 전체 영역(8)에 연결함으로써 소정의 동작을 완료한다.

다만, 연료전지 시스템(100)의 출력 전력(7-1)은 연료전지스택(110)의 전체 영역(8)에 연결되는 것이 바람직하고, 연료전지스택(110)의 상태에 따라 스위치를 조작하여 변경하여도 무방하다.

도 6은 도 1에 도시된 연료전지스택의 냉각수 온도를 변화시키면서 출력 셀 전압이 시간에 따라 변화됨을 나타낸 그래프이고, 도 7은 도 1에 도시된 연료전지스택의 출력전력을 여러 단계로 증가시키면서 출력 셀 전압이 시간에 따라 변화됨을 나타낸 그래프이다.

일반적인 연료전지 시스템은 사용자의 요구에 따라 그 운전 도중에 발전전력이 변화되거나 그 설치환경이 바뀌는 등의 요인으로 인해 연료전지스택 내의 유량, 압력, 온도 등의 평형 조건이 바뀌는 경우가 있다. 이렇게 연료전지 시스템의 운전 조건이 변하는 과도상태에서는 연료전지스택의 첫 번째와 마지막에 적층된 양쪽 셀이 가장 많은 영향을 받는다.

이를 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이, 연료전지스택은 온도 조건이 높아 질수록 온도가 상승하는 과도 상태에서 가습조건이 건조해지면서 마지막 단위 셀이 영향을 받게 되고, 온도가 하강할수록 첫 번째 단위 셀이 영향을 받아서 결국 첫 번째와 마지막 단위 셀의 전압이 과도하게 떨어지는 경향이 있다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 연료전지스택은 시스템에서 필요로 하는 출력 전력조건이 증가할수록 첫 번째와 마지막 단위 셀이 평균치보다 과도하게 떨어지는 경향이 있다. 이와 같은 실험을 통해 밝혀진 바와 같이 연료전지스택의 전압 변화의 특징을 사전에 알고 있다면, 도 5에서의 방법과 달리 도 8에서와 같이 단위 셀의 전압이 소정 값 이하로 내려가는 것을 굳이 기다릴 필요없이 연료전지스택의 운전조건이 바꾸기 전에 이상이 예측되는 단위 셀의 전압이 안정화되도록 대응하는 것이 보다 바람직할 것이다.

그래서, 본 실시예는 각 유량, 가습조건, 압력, 온도, 출력전력 등의 조건에 따라 이상 현상을 발생할 것으로 예측되는 특정 셀의 데이터가 설정되어 있다면, 미리 갖고 있던 데이터를 참조하여 예측되는 특정 셀의 영역에 대한 부하를 줄여주는 방향으로 전원분배장치(150)가 전환 작동된다. 그리고, 이상이 있는 특정 셀이 회복될 수 있는 소정의 시간이 경과된 후에 전원분배장치(150)가 원 상태의 연결상태로 전환한다.

또한, 본 실시예는 다수의 연료전지스택을 직렬 또는 병렬로 연결한 연료전지 시스템의 경우에도 상기와 같이 이상 현상이 발생되거나, 이런 이상 현상이 발생될 것으로 예측되는 특정 셀을 포함하는 연료전지스택에 대해서도 부하를 줄여주는 방향으로 전원분배장치가 전환 작동됨으로써 안정적인 전력생산을 할 수 있다.

이로 인해 본 실시예는 도 9에 도시된 바와 같이 어떠한 단위 셀이 셀 전압 평균치보다 과도하게 떨어지지 않음을 확인할 수 있었고, 연료전지스택에서 안정적으로 전력을 공급할 수 있었다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료전지 시스템 및 그 작동방법은 전력소모원인 각종 주변장치(BOP)가 필요로 하는 전력을 연료전지스택에서 공급되는 2개 이상의 전력들 중에서 선택적으로 사용할 수 있게 구성함으로써 연료전지스택 내에서 이상이 있는 특정 셀이 지속적으로 전력 생산되지 못하게 방지함으로써, 연료전지스택에서 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직류전력을 생산하는 연료전지스택과;

   상기 연료전지스택에 수소가 함유된 개질가스를 공급하는 연료공급장치와;

   상기 연료전지스택에 산소가 함유된 산화제를 공급하는 산화제공급장치와;

   상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 이용하여 시스템의 기동, 정지, 발전상태 유지 동작을 수행하는 다수의 주변장치(BOP; Balance of Plants); 및

   상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 상기 다수의 주변장치(BOP)로 각각 분배 공급하는 전원분배장치를 포함하며,

   상기 연료전지스택은 그 내부에 순차적으로 적층된 다수의 단위 셀들을 2개 이상의 영역으로 구획하도록 상기 다수의 단위 셀들의 양 단부 및 그 양 단부 사이에서 해당 영역의 단위 셀들이 생산한 전류를 집적하는 전류집전체가 각각 위치하고,

   상기 전원분배장치는 상기 연료전지스택 내의 2개 이상의 영역에서 각각 생산되는 전력들 중에서 특정 영역의 전력을 상기 다수의 주변장치(BOP)에 선택적으로 분배 공급하는 연료전지 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주변장치(BOP)의 초기 기동 전력을 제공하며 상기 연료전지스택에서 전력이 생산된 후에 전력 공급을 중단하는 보조전원기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전류집전체는 접촉저항이 적고 허용전류가 높은 소재인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연료전지스택은 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 연료전지스택들로 구성되며, 상기 전원분배장치는 상기 다수의 연료전지스택들에 각각 연결되어 상기 다수의 연료전지스택들 중에서 이상이 발생되거나 이상이 발생될 것으로 예측되는 연료전지스택에 대한 부하가 감소되게 작동되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
5. 청구항 1에 기재된 연료전지 시스템의 작동방법으로서,

   상기 주변장치(BOP)가 상기 연료전지스택에서 생산된 전력을 사용하도록 분배 공급하는 방법은,

   상기 전류집전체에 의해 구획된 2개 이상의 영역 중 이상이 발생되거나 이상이 발생될 것으로 예측되는 어떤 특정 셀을 선택하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계에서 선택된 특정 셀의 영역을 제외하고, 나머지 영역들에서 발생되는 전력을 상기 주변장치(BOP)가 선택적으로 사용하도록 상기 전원분배장치 가 분배 연결하는 제2 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 작동방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 단계에서 첫 번째 적층된 셀과 마지막으로 적층된 셀이 위치한 영역에서 이상이 발생되는지를 가장 먼저 검색하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 작동방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 연료전지스택이 전력을 생산하기 이전에 상기 주변장치(BOP)가 필요로 하는 초기 기동 전력을 보조전원기로부터 제공받는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 작동방법.

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