KR101519764B1

KR101519764B1 - 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101519764B1
Application number: KR1020130166674A
Authority: KR
Inventors: 심지현; 김형기; 김상현; 김창호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-05-12
Also published as: CN104747909A; CN104747909B; DE102014227007A1; US20150188165A1; JP6556449B2; JP2015130339A; US10211471B2

Abstract

본 발명은 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 수소 순도를 측정하고, 측정된 수소 순도에 따라 가변적으로 수소 퍼징을 제어함으로써 최적의 퍼징 타이밍을 구현할 수 있는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법을 제공하는 것에 특징이 있다.

Description

수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법 {Apparatus for controlling purging in a hydrogen storage system and method for the same}

본 발명은 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 저장 시스템 내부에 잔류하는 이물질을 방출하도록 수소 저장 시스템 내에 설치된 퍼징 밸브를 이용하여 잔류 이물질을 포함하는 기체를 시스템 외부로 방출시키는 수소 퍼징을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

수소 연료전지차량은 수소를 연료로 수소와 산소를 반응시켜 나오는 전하를 이용하여 모터를 구동시켜 추진력을 발생시키는 차량이다.

수소연료전지차량에는 필수적으로 수소 저장 시스템이 탑재되어야 하며 현재 상용화 성능이 가장 높은 700bar 고압 수소저장 시스템이 전 세계적으로 탑재되는 추세이다. 고압 수소저장 시스템은 조립 직후 내부환경은 공기이며 이는 연료전지의 스택에 치명적인 성분들을 포함하고 있으며 공기분위기인 내부를 수소분위기로 바꿔주는 공정이 반드시 필요하다. 탱크 내부의 기체를 수소분위기로 바꿔주기 위해서는 고압 충/방전을 반복 해야 하며 이는 대략 6 ~ 8시간이 소요되며, 이러한 수소 충반전에 소요되는 시간은 절대적인 시간으로 이를 줄일 수 있는 방법은 현재로써는 개발되지 않고 있다.

이와 같은 수소 충방전을 통해 수소 순도를 향상시키는 작업을 대체할 수 있다면, 또는 이러한 수소 순도 향상 과정을 제외시킬 수 있다면, 전체 공정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 비용 또한 크게 절감할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 수소 저장 시스템 내의 수소 순도를 일정 수준으로 관리하지 않고, 단지 수소 충진을 반복하는 과정에서 변화하는 수소 순도로부터 퍼징 제어를 수행함으로써 수소 퍼징을 효율적으로 제어할 수 있으며, 부가적으로 수소 순도 향상에 소요되는 공정을 제외할 수 있는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 수소 탱크 내의 수소 순도를 산출하는 단계; 산출된 수소 순도에 따라 상기 수소 탱크의 수소 퍼징 주기를 조절하는 단계;를 포함하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 수소 순도를 산출하는 단계 이전에, 수소 충전 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 수소 충전 여부 판단 단계에서 충전이 종료된 것으로 판단되면, 상기 수소 순도 산출 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 수소 순도 측정 단계에서는 하기 수학식 (1)에 따라 수소 탱크 내의 수소 순도를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

(여기서, A: 수소 탱크 내의 초기 압력, B: 수소 탱크의 충전 후 압력, X1: 충전 전 수소 농도, X2: 충전되는 수소 농도, X_c: 충전 후 수소 농도)

여기서, 상기 수소 충전 여부 판단 단계는 연료도어 개방을 감지하는 단계; 연료도어 개방 시, 탱크 압력을 모니터링하는 단계; 연료도어 개방 전후의 탱크 압력 변화가 기준치 이상인 경우 충전 시작으로 판단하는 단계; 연료도어 폐쇄 여부를 감지하여, 연료도어 폐쇄 시 충전 종료로 판단하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 퍼징 주기를 조절하는 단계에서는 미리 설정된 수소 순도에 대한 기준값을 산출된 수소 순도 값과 비교하여, 기산출된 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우에는, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 보다 더 자주 수소 퍼징이 이루어지도록 퍼징 주기를 설정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 수소 퍼징을 위한 퍼징 밸브는 생성되는 전하량을 기준으로, 미리 설정된 기준 전하량에 도달하는 경우 미리 설정된 시간 동안 밸브가 개방되도록 설정되며, 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우와 상기 기준값 이상인 경우에 대하여 각각 서로 다른 값을 가지도록 설정되는 반면, 각각의 경우 밸브 개방 시간은 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우 미리 설정된 제1기준 전하량으로, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 미리 설정된 제2기준 전하량으로 설정되며, 상기 제2기준 전하량은 상기 제1기준 전하량에 비하여 더 큰 값으로 설정되고, 밸브 개방 시간은 0.1초 내지 1.0초의 범위에서 선택된 값로 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

삭제

또한, 상기 퍼징 주기를 조절하는 단계에서는 수소 탱크 내의 수소 순도와 퍼징 주기를 맵핑한 데이터를 포함하는 퍼징 주기 맵으로부터 퍼징 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 주기가 짧아지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 밸브 개방 시간이 길어지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 제공한다.

또한, 수소 탱크; 상기 수소 탱크 내의 수소 퍼징을 위한 퍼징 밸브; 수소 퍼징 주기를 조절하기 위한 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는 상기 수소 탱크 내의 수소 순도를 산출하여, 산출된 수소 순도에 따라 수소 탱크의 퍼징 주기를 조절하도록 구성된 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 수소 탱크 내의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 압력 센서로부터 입력받은 충전 전후의 압력값을 이용하여, 하기 수학식(1)로부터 수소 탱크 내의 수소 순도를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 연료도어 개폐 여부를 검출하기 위한 연료도어 개폐 검출센서를 더 포함하며, 상기 제어기에서는 연료도어 개방이 감지된 경우, 탱크 압력을 모니터링하여 연료도어 개방 전후의 탱크 압력 변화가 기준치 이상인 경우 충전 시작으로 판단하고, 연료도어가 폐쇄된 경우 충전 종료로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 제어기에서는 미리 설정된 수소 순도에 대한 기준값을 산출된 수소 순도 값과 비교하여, 기산출된 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우에는, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 보다 더 자주 수소 퍼징이 이루어지도록 퍼징 주기를 조절하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 제어기는 스택에서 생성되는 전하량을 기준으로, 생성된 전하량이 미리 설정된 기준 전하량에 도달하는 경우 미리 설정된 시간 동안 밸브가 개방되도록 제어하며, 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우와 상기 기준값 이상인 경우에 대하여 각각 서로 다른 값을 가지도록 설정되는 반면, 각각의 경우 밸브 개방 시간은 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우 미리 설정된 제1기준 전하량으로, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 미리 설정된 제2기준 전하량은 으로 설정되며, 상기 제2기준 전하량은 상기 제1기준 전하량에 비하여 더 큰 값으로 설정되고, 밸브 개방 시간은 0.1초 내지 1.0초의 범위에서 선택된 값로 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

삭제

또한, 상기 제어기는 수소 시스템 내의 수소 순도와 퍼징 주기를 맵핑한 데이터를 포함하는 퍼징 주기 맵을 포함하며, 상기 제어기는 상기 퍼징 주기 맵으로부터 수소 퍼징 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 주기가 짧아지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

또한, 상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 밸브 개방 시간이 길어지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법에서는 수소 저장 시스템 내의 수소 순도로부터 퍼징 주기를 산출하여 퍼징 타이밍을 결정할 수 있으므로, 최적의 수소 퍼징을 구현할 수 있다.

또한, 기존의 소비 전류로 퍼징 타이밍을 결정하는 방식에서는 반드시 탱크 시스템 제작 공정 또는 초기 주행 과정에서 큰 시간 및 비용이 소요되는 수소 순도 향상을 위한 공정을 반드시 수행하였으나, 본 발명에 따르면 이러한 수소 순도 향상 공정을 제거할 수 있어, 수소 저장 시스템의 생산 비용을 절감하고, 제작 소요 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 3은 본 발명에 따른 수소 순도 측정 과정에서 충전 종료를 판단하는 과정을 도시한 것이다.

수소저장 시스템 내부의 수소 순도는 충진을 반복함에 따라 주입되는 수소의 순도에 수렴하게 되며, 수소 충진량에 따라 수소 순도는 결정되게 된다.

수소 퍼징은 수소 탱크 내에 잔류하고 있는 이물질을 배출시키기 위한 것이므로, 수소 탱크 내의 수소 순도를 이용하여 수소 퍼징 간격을 조절할 수 있다.

그러므로, 본 발명에서는 수소 저장 시스템 내의 수소 순도를 측정하고, 측정된 수소 순도에 따라 가변적으로 수소 퍼징을 제어함으로써 최적의 퍼징 타이밍을 구현할 수 있는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법을 제공하는 것에 특징이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.

도 1의 구현예에서는 수소 탱크(10), 압력 센서(50), 압력 레귤레이터(20), 연료전지 스택(30) 및 퍼징 밸브(40)와 같은 일반적인 수소 저장 시스템의 구성과 함께, 퍼징 주기를 제어하기 위한 제어기(60) 및 연료도어 개폐를 감지하는 연료도어 개폐 검출 센서를 포함하도록 구성된다.

상기 압력 센서(50)는 수소 탱크(10) 내에 저장된 수소의 압력을 체크하고, 압력 레이귤이터는 고압의 수소를 저압으로 감압하여 스택(30)으로 공급하게 된다.

한편, 본 구현예에서는 상기 수소 탱크(10) 내의 수소 퍼징을 위한 퍼징 밸브(40) 및 수소 퍼징 주기를 조절하기 위한 제어기(60)를 포함하도록 구성된다.

여기서, 상기 제어기(60)는 상기 수소 탱크(10) 내의 수소 순도를 산출하여, 산출된 수소 순도에 따라 연료전지 시스템의 퍼징 빈도를 조절하도록 구성된다.

본 명세서에서 퍼징 빈도를 조절한다고 함은 검출된 수소 순도에 따라 동일하지 않은 수소 퍼징을 수행하는 것을 의미하는 바, 단지 퍼징 빈도를 달리하는 것에 한정되지 않는다. 즉, 퍼징 빈도를 달리하는 것 이외에 수소 퍼징을 위한 퍼징 밸브의 밸브 개방 시간을 달리하는 것과 같이 퍼징되는 가스량을 조절할 수 있는 것이라면 퍼징 빈도를 달리하는 것에 한정되지 않고, 다양한 형태로 구현될 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 본 발명에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법은 퍼징 빈도를 조정하는 것에 한정되지 않으며, 동일 유사한 효과를 도출하는 다양한 실시예를 포섭하는 개념으로 해석되어야 한다.

또한, 상기 연료도어 개폐 검출센서(70)는 연료도어의 개폐 여부를 제어기(60)에 전달하고, 제어기(60)는 연료도어 개폐에 관한 정보 및 수소 탱크 내의 압력 변화로부터 충전 종료 여부를 판단하게 된다.

따라서, 상기 제어기(60)에서는 충전 전후의 압력 변화 및 충전 전의 수소 농도 등의 정보로부터 현재의 수소 순도를 계산하게 된다.

아울러, 상기 제어기(60)에서는 계산된 수소 순도로부터 퍼징 밸브(40)의 퍼징 빈도를 제어하게 된다.

이러한 수소 순도 계산 및 퍼징 제어에 대해서는 아래 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법에 대한 설명에서 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법은 수소 순도를 모니터링하여(S110), 검출된 수소 순도 값으로부터 퍼징 빈도를 조정(S130)하는 것에 기술적 특징이 있다.

구체적으로, 본 구현예에서는 수소 탱크 내의 수소 순도를 모니터링하고(S110), 모니터링된 수소 순도 값과 수소 순도에 대하여 미리 설정된 기준값(T_p)을 비교(S120)하는 단계를 포함한다.

이러한 수소 순도 기준값을 설정하는 구현예에서는 상기 기준값에 의하여 나뉘어지는 두 개의 수소 순도 범위 별로 서로 다른 수소 퍼징 빈도를 갖도록 구성된다.

그러므로, 본 구현예에서는 상기 기준값과 모니터링된 현재의 수소 순도 값과의 비교 결과에 따라 수소 퍼징 빈도가 결정된다(S130). 즉, 기준값과의 비교 결과에 따라 기준값을 기준으로 모니터링 전후의 수소 순도 값이 속해있는 범위가 변하게 된 경우에만 수소 퍼징 빈도가 변경되게 된다.

이와 관련, 도 2의 구현예는 수소 순도 기준값 보다 작은 상태에 있던 수소 탱크을 기준으로 도시된 것이다.

따라서, 수소 순도 기준값과의 비교 단계(S120)에서 수소 순도 기준값 보다 모니터링된 수소 순도 값 이상(Yes)이라면, 퍼징 제어 기준 상태가 변경된 것으로 보아 수소 퍼징 빈도를 조절하게 된다.

반대로, 수소 순도 기준값과의 비교 단계(S120)에서 수소 순도 기준값 보다 모니터링된 수소 순도 값이 더 작다면, 동일한 상태가 유지되는 것이기 때문에 퍼징 빈도를 조절할 필요가 없게 되고, 따라서 수소 순도를 모니터링하는 단계(S110)로 회귀하게 된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 반대의 경우, 즉, 수소 탱크 내의 수소 순도가 수소 순도 기준값 보다 큰 상태에 있었던 경우라면, 수소 순도 값 미만이 되는 경우에만 수소 퍼징 빈도를 조절하고, 수소 순도 값 이상이 되는 경우에는 수소 퍼징 빈도를 유지하게 된다.

도 2의 수소 순도를 모니터링하는 단계에서는 아래와 같은 수학식(1)에 의하여 수소 순도가 산출될 수 있다.

상기 수학식 (1)에서 산출되는 충전 후 농도(Xc)가 수소 탱크 내의 수소 순도 값이 된다.

따라서, 본 구현예에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법에서는 압력 센서에서 충전 전후의 압력(A, B)을 검출하고, 검출된 충전 전후의 압력 값 및 충전 전의 시스템 내 수소 농도 및 충전되는 수소 농도로부터 수소 탱크 내의 수소 순도 값을 산출하게 된다.

한편, 수소 순도 변화는 수소 충전 시에 발생하게 되며, 이와 같은 수소 순도 산출 과정에서 충전 전후의 압력을 검출하는 과정이 필요하므로, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 수소 저장 시스템으로 수소가 충전되는지 여부를 판단하는 과정을 더 포함하도록 구성할 수 있다.

이러한 수소 충전 여부는 도 3에 도시된 바와 같이 연료도어 개폐 여부로부터 판단될 수 있다.

구체적으로, 이러한 수소 충전 여부 판단 단계는 연료도어 개폐를 감지하여(S210), 연료도어 개방 시(S220), 탱크 압력을 모니터링하는 단계(S230)를 포함한다. 여기서 탱크 압력을 모니터링하는 이유는 도어 개방 후 충전을 하지 않는 경우를 배제시키기 위함이다. 따라서, 모니터링된 탱크 압력이 미리 설정된 기준치 이상인 경우, 충전 시작으로 판단하게 된다. 충전이 종료되고, 연료도어를 폐쇄하게 되면 충전이 완전히 종료된 것으로 판단하게 된다.

충전 종료로 판단된 경우, 퍼징 밸브의 개폐를 제어하는 제어기에서는 충전 전후의 수소 탱크 내의 압력 값 등을 입력받아, 앞서와 같은 과정을 통해 현재 시스템 내의 수소 순도를 계산하게 된다.

본 구현예에서는 상기와 같은 수소 순도 계산 과정을 거쳐 산출된 수소 순도 값을 미리 설정된 수소 순도에 대한 기준값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 수소 퍼징 빈도, 바람직하게는 수소 퍼징 주기를 제어하도록 구성된다.

이러한 퍼징 주기 제어는 수소 순도를 고려하여, 기산출된 수소 순도 값이 상기 기준치 미만인 경우에는, 상기 수소 순도 값이 상기 기준치 이상인 경우 보다 더 자주 수소 퍼징이 이루어지도록 퍼징 주기를 제어할 수 있다.

여기서, 퍼징 주기의 제어는 스택(30)으로부터 생성되는 전하량을 기준으로, 생성된 전하량이 미리 설정된 기준 전하량에 도달하는 경우 미리 설정된 퍼징 밸브의 개방 시간 동안 밸브가 개방되도록 설정할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법에서는 산출된 수소 순도 값이 상기 기준치 미만인 경우와 상기 수소 순도 값이 상기 기준치 이상인 경우에 대하여, 각각 상이한 시간 동안 수소 퍼징이 이루어질 수 있도록 구성되어야 한다.

이를 위해 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우와 상기 기준값 이상인 경우에 대하여 각각 서로 다른 값을 가지도록 설정되는 반면, 각각의 경우 밸브 개방 시간은 동일하게 설정됨이 바람직하다.

상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우에 대하여는 제1기준 전하량이 설정되고, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 상기 제1기준 전하량과 상이한 제2기준 전하량이 설정될 수 있다. 이와 같이 기준 전하량을 상이하게 설정하는 경우, 밸브 개방 시간은 0.1(s) 내지 1.0(s)의 범위에서 선택될 수 있다.

따라서, 수소 순도가 기준값 미만인 경우에는 스택 내에서 생성된 전하가 제1기준 전하량에 도달하는 경우마다 밸브를, 선택된 밸브 개방 시간 동안 개방하게 되며, 수소 순도가 기준값 이상인 경우에는 스택 내에서 생성된 전하가 제2기준 전하량에 도달하는 경우마다 밸브를, 선택된 밸브 개방 시간 동안 개방하게 된다. 여기서, 제2기준 전하량은 제1기준 전하량 보다 더 큰 값으로 설정되어야 한다.

이러한 퍼징 주기 제어는 퍼징 밸브의 밸브 개방 시간을 달리하는 것과 같은 다른 실시예를 포함할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

한편, 본 발명의 또 다른 구현예에서는 퍼징 주기 제어를 위한 맵에 의하여 퍼징 주기가 제어되도록 구성할 수 있다.

이러한 퍼징 주기 맵은 수소 순도의 감소에 따라 퍼징 주기가 짧아지거나 또는 수소 순도의 감소에 따라 퍼징 밸브 개방 시간이 길어지도록 설정될 수 있다.

따라서, 이러한 퍼징 주기 맵에는 다양한 기준 전하값과 밸브 개방 시간을 포함하여 구성될 수 있다.

이상 설명된 것처럼, 본 발명에 따른 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치 및 방법에서는 수소 순도를 모니터링하여, 모니터링된 수소 순도값으로부터 퍼징 밸브의 퍼징 주기 등을 제어할 수 있게 되며, 이에 따라 일정 수준의 수소 순도를 유지할 필요가 없기 때문에 수소 탱크 제작시 또는 초기 운전 시 등과 같은 상황에서 수소 순도 향상을 위한 공정을 제거할 수 있게 된다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

10: 수소 탱크
20: 압력 레귤레이터
30: 스택
40: 퍼징 밸브
50: 압력 센서
60: 제어기
70: 연료도어 개폐 검출센서

Claims

수소 탱크 내의 수소 순도를 산출하는 단계;
산출된 수소 순도에 따라 연료전지 시스템의 수소 퍼징 주기를 조절하는 단계;
를 포함하고,
상기 퍼징 주기를 조절하는 단계에서는 미리 설정된 수소 순도에 대한 기준값을 산출된 수소 순도 값과 비교하여, 기산출된 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우에는, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 보다 더 자주 수소 퍼징이 이루어지도록 퍼징 주기를 설정하고,
상기 수소 퍼징을 위한 퍼징 밸브는 생성되는 전하량을 기준으로, 미리 설정된 기준 전하량에 도달하는 경우 미리 설정된 시간 동안 밸브가 개방되도록 설정되며, 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우와 상기 기준값 이상인 경우에 대하여 각각 서로 다른 값을 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 수소 순도를 산출하는 단계 이전에, 수소 충전 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 수소 충전 여부 판단 단계에서 충전이 종료된 것으로 판단되면, 상기 수소 순도 산출 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 수소 순도를 산출하는 단계에서는 하기 수학식 (1)에 따라 수소 탱크 내의 수소 순도를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.

(여기서, A: 수소 탱크 내의 초기 압력, B: 수소 탱크의 충전 후 압력, X1: 충전 전 수소 농도, X2: 충전되는 수소 농도, X_c: 충전 후 수소 농도)
청구항 2에 있어서,
상기 수소 충전 여부 판단 단계는,
연료도어 개방을 감지하는 단계;
연료도어 개방 시, 탱크 압력을 모니터링하는 단계;
연료도어 개방 전후의 탱크 압력 변화가 기준치 이상인 경우 충전 시작으로 판단하는 단계;
연료도어 폐쇄 여부를 감지하여, 연료도어 폐쇄 시 충전 종료로 판단하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
각각의 경우에 대한 밸브 개방 시간은 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우 미리 설정된 제1기준 전하량으로, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 미리 설정된 제2기준 전하량으로 설정되며, 상기 제2기준 전하량은 상기 제1기준 전하량에 비하여 더 큰 값으로 설정되고, 밸브 개방 시간은 0.1초 내지 1.0초의 범위에서 선택된 값로 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 퍼징 주기를 조절하는 단계에서는 수소 탱크 내의 수소 순도와 퍼징 주기를 맵핑한 데이터를 포함하는 퍼징 주기 맵으로부터 퍼징 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 주기가 짧아지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 밸브 개방 시간이 길어지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 방법.
수소 탱크;
상기 수소 탱크 내의 수소 퍼징을 위한 퍼징 밸브;
수소 퍼징 주기를 조절하기 위한 제어기;를 포함하며,
상기 제어기는 상기 수소 탱크 내의 수소 순도를 산출하여, 산출된 수소 순도에 따라 연료전지 시스템의 퍼징 주기를 조절하도록 구성되고,
상기 제어기에서는 미리 설정된 수소 순도에 대한 기준값을 산출된 수소 순도 값과 비교하여, 기산출된 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우에는, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 보다 더 자주 수소 퍼징이 이루어지도록 퍼징 주기를 조절하고,
상기 제어기는 스택에서 생성되는 전하량을 기준으로, 생성된 전하량이 미리 설정된 기준 전하량에 도달하는 경우 미리 설정된 시간 동안 밸브가 개방되도록 제어하며, 상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우와 상기 기준값 이상인 경우에 대하여 각각 서로 다른 값을 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 수소 탱크 내의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하며,
상기 제어기는 상기 압력 센서로부터 입력받은 충전 전후의 압력값을 이용하여, 하기 수학식(1)로부터 수소 탱크 내의 수소 순도를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.

(여기서, A: 수소 탱크 내의 초기 압력, B: 수소 탱크의 충전 후 압력, X1: 충전 전 수소 농도, X2: 충전되는 수소 농도, X_c: 충전 후 수소 농도)
청구항 12에 있어서,
연료도어 개폐 여부를 검출하기 위한 연료도어 개폐 검출센서를 더 포함하며, 상기 제어기에서는 연료도어 개방이 감지된 경우, 탱크 압력을 모니터링하여 연료도어 개방 전후의 탱크 압력 변화가 기준치 이상인 경우 충전 시작으로 판단하고, 연료도어가 폐쇄된 경우 충전 종료로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
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청구항 11에 있어서,
각각의 경우에 대한 밸브 개방 시간은 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 기준 전하량은 수소 순도 값이 상기 기준값 미만인 경우 미리 설정된 제1기준 전하량으로, 상기 수소 순도 값이 상기 기준값 이상인 경우 미리 설정된 제2기준 전하량은 으로 설정되며, 상기 제2기준 전하량은 상기 제1기준 전하량에 비하여 더 큰 값으로 설정되고, 밸브 개방 시간은 0.1초 내지 1.0초의 범위에서 선택된 값로 설정되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 수소 시스템 내의 수소 순도와 퍼징 주기를 맵핑한 데이터를 포함하는 퍼징 주기 맵을 포함하며, 상기 제어기는 상기 퍼징 주기 맵으로부터 수소 퍼징 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 주기가 짧아지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 퍼징 주기 맵은 수소 순도가 감소함에 따라 퍼징 밸브 개방 시간이 길어지도록 설정된 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템의 퍼징 제어 장치.
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