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KR20240070266A - Fuel cell system and control method of fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and control method of fuel cell system Download PDF

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Publication number
KR20240070266A
KR20240070266A KR1020220151902A KR20220151902A KR20240070266A KR 20240070266 A KR20240070266 A KR 20240070266A KR 1020220151902 A KR1020220151902 A KR 1020220151902A KR 20220151902 A KR20220151902 A KR 20220151902A KR 20240070266 A KR20240070266 A KR 20240070266A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
shutoff valve
fuel cell
air shutoff
flow
Prior art date
Application number
KR1020220151902A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박민구
이재광
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 KR1020220151902A priority Critical patent/KR20240070266A/en
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Abstract

연료전지스택과 연결되며, 압력 또는 유량을 측정하는 유동센서가 마련된 공기유동라인; 공기유동라인에 마련된 공기차단밸브; 및 공기차단밸브를 제어하여 공기유동라인의 공기 흐름을 제어하며, 공기차단밸브의 완전폐쇄 또는 완전개방 제어시 출력전압 생성 여부 또는 유동센서의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브의 이상을 감지하고 제어를 보정하는 제어부;를 포함하는 연료전지시스템이 소개된다.An air flow line connected to the fuel cell stack and equipped with a flow sensor that measures pressure or flow rate; An air shutoff valve provided in the air flow line; It controls the air flow in the air flow line by controlling the air shutoff valve, and detects abnormalities in the air shutoff valve through whether output voltage is generated or changes in the measured value of the flow sensor when controlling the complete closure or full opening of the air shutoff valve. A fuel cell system including a control unit that corrects control is introduced.

Description

연료전지시스템 및 연료전지시스템 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system and fuel cell system control method {FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD OF FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지시스템 및 연료전지시스템 제어 방법에 관한 것으로, ACV(Air Cut-Off Valve, 공기차단밸브)의 완전차단(Full Close) 및 완전개방(Full Open)시 제어 이상을 감지하고 이를 보정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell system control method, which detects and corrects control abnormalities when the ACV (Air Cut-Off Valve) is fully closed and fully opened. It's about the technology to do it.

연료전지는 외부에서 수소와 공기를 공급받아 연료전지스택 내부에서 전기화학(electrochemistry)반응을 통해 전기 에너지를 생성하는 장치로서, 연료전지차량(FCEV), 발전용 연료전지 등 다양한 분야에서의 전력원으로 사용될 수 있다.A fuel cell is a device that receives hydrogen and air from the outside and generates electrical energy through an electrochemistry reaction inside the fuel cell stack. It is a power source in various fields such as fuel cell vehicles (FCEV) and fuel cells for power generation. It can be used as

연료전지시스템은 동력원으로써 사용하는 복수의 연료전지 셀들을 적층시킨 연료전지스택, 연료전지스택에 연료인 수소 등을 공급하는 연료공급시스템, 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지스택의 온도를 제어하는 물과 열 관리 시스템 등을 포함한다.The fuel cell system includes a fuel cell stack that stacks a plurality of fuel cells used as a power source, a fuel supply system that supplies hydrogen, a fuel, etc. to the fuel cell stack, an air supply system that supplies oxygen, an oxidizing agent necessary for electrochemical reactions, It includes water and heat management systems that control the temperature of the fuel cell stack.

연료공급시스템은 수소탱크 내부의 압축수소를 감압하여 연료전지스택의 애노드(Anode, 연료극)로 공급하며, 공기공급시스템은 공기압축기를 작동시켜 흡입한 외부공기를 연료전지스택의 캐소드(Cathode, 공기극)로 공급한다.The fuel supply system depressurizes the compressed hydrogen inside the hydrogen tank and supplies it to the anode of the fuel cell stack, and the air supply system operates the air compressor to supply external air to the cathode of the fuel cell stack. ) is supplied.

연료전지스택의 연료극에 수소가 공급되고, 공기극에 산소가 공급되면, 연료극에서는 촉매반응을 통해 수소이온이 분리된다. 분리된 수소 이온은 전해질 막을 통해 공기극인 산화극으로 전달되고, 산화극에서는 연료극에서 분리된 수소 이온과 전자 및 산소가 함께 전기화학적 반응을 일으켜 이를 통해 전기 에너지를 얻을 수 있다. 구체적으로 연료극에서는 수소의 전기 화학적 산화가 일어나고, 공기극에서는 산소의 전기 화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기와 열이 발생되고, 수소와 산소가 결합하는 화학 작용에 의해 수증기 또는 물이 생성된다.When hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell stack and oxygen is supplied to the air electrode, hydrogen ions are separated at the anode through a catalytic reaction. The separated hydrogen ions are transferred to the anode, which is the air electrode, through the electrolyte membrane, and at the anode, the hydrogen ions separated from the fuel electrode, electrons, and oxygen undergo an electrochemical reaction together, through which electrical energy can be obtained. Specifically, electrochemical oxidation of hydrogen occurs at the anode, and electrochemical reduction of oxygen occurs at the air electrode. Electricity and heat are generated due to the movement of electrons generated at this time, and water vapor or water is generated through the chemical reaction of hydrogen and oxygen combining. This is created.

연료전지스택의 전기 에너지 생성 과정에서 발생되는 수증기와 물 및 열과 같은 부산물과 반응되지 않은 수소 및 산소 등을 배출하기 위해 배출 장치가 구비되며, 수증기, 수소 및 산소와 같은 가스들은 배기 통로를 통해 대기 중으로 배출된다.An exhaust device is provided to discharge by-products such as water vapor, water and heat, and unreacted hydrogen and oxygen generated during the electric energy generation process of the fuel cell stack, and gases such as water vapor, hydrogen and oxygen are released into the atmosphere through the exhaust passage. is discharged into the stomach.

연료전지 내부에서 이루어지는 전기화학반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.The electrochemical reaction that occurs inside a fuel cell is expressed in a reaction equation as follows.

[애노드에서의 반응] 2H2(g) → 4H+(aq.) + 4e- [Reaction at anode] 2H 2 (g) → 4H + (aq.) + 4e -

[캐소드에서의 반응] O2(g) + 4H+(aq.) + 4e- → 2H2O(l)[Reaction at cathode] O 2 (g) + 4H + (aq.) + 4e - → 2H 2 O(l)

[전체반응] 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) + 전기에너지 + 열에너지[Overall reaction] 2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O(l) + electrical energy + heat energy

상기 반응식에 나타낸 바와 같이 애노드에서는 수소 분자가 분해되어 4개의 수소이온과 4개의 전자가 생성된다. 전자는 외부 회로를 통해 이동함으로써 전류(전기에너지)를 생성하고, 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드로 이동하여 환원극 반응을 하게 되며, 전기화학반응의 부산물로서 물과 열이 생성된다.As shown in the above reaction equation, hydrogen molecules are decomposed at the anode to generate 4 hydrogen ions and 4 electrons. Electrons move through an external circuit to generate current (electrical energy), and hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte membrane to cause a cathode reaction, and water and heat are generated as by-products of the electrochemical reaction.

한편, 도 1은 연료전지시스템의 개략도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 연료전지스택의 공기유동라인에는 연료전지스택의 셧다운(Shut-down)시 캐소드로 수송되는 공기를 차단하는 ACV(Air Cut-off Valve)가 마련된다. ACV는 연료전지스택의 셧다운시 연료전지스택으로 공기가 유입되어 잔여수소와 반응해 연료전지스택이 열화되는 것을 방지한다.Meanwhile, Figure 1 shows a schematic diagram of a fuel cell system. Referring to FIG. 1, an air cut-off valve (ACV) is provided in the air flow line of the fuel cell stack to block air transported to the cathode when the fuel cell stack is shut down. ACV prevents air from flowing into the fuel cell stack when the fuel cell stack is shut down, reacting with the remaining hydrogen, and deteriorating the fuel cell stack.

ACV의 완전폐쇄는 ACV를 구동하는 구동모터의 회전에 의해 이루어지는데 일반적으로 ACV가 완전폐쇄가 되도록 하는 구동모터의 회전수가 정해져있고, ACV 내부에 존재하는 센서가 구동모터의 회전수를 카운트해 ACV의 완전폐쇄가 이루어졌는지 감지할 수 있다.The complete closing of the ACV is achieved by the rotation of the drive motor that drives the ACV. Generally, the number of revolutions of the drive motor that allows the ACV to be completely closed is set, and a sensor inside the ACV counts the number of revolutions of the drive motor and operates the ACV. It can be detected whether complete closure has been achieved.

그런데, 연료전지스택의 고출력 운전에 따라 고압력 공기의 영향으로 ACV에 기계적인 결함이 발생할 수 있으며, 기밀유지를 위해 ACV를 높은 토크로 제어하는 경우에도 기계적인 결함이 발생할 수 있다. 또한, 연료전지스택의 운전 누적으로 인해 ACV에 기계적인 결함이 생길 수 있다. 이에 따라, ACV 완전폐쇄 제어 명령에도 불구하고 기계적인 결함으로 인해 ACV 기밀이 유지되지 못하고 연료전지스택으로 공기가 유출될 수 있다. 이에 따라, 연료전지스택의 시동 꺼짐 이후에도 전압이 발생하여 연료전지스택이 열화될 수 있다.However, due to the high-output operation of the fuel cell stack, mechanical defects may occur in the ACV due to the influence of high-pressure air, and mechanical defects may also occur when the ACV is controlled with high torque to maintain airtightness. Additionally, mechanical defects may occur in the ACV due to accumulation of fuel cell stack operation. Accordingly, despite the ACV complete closure control command, the air tightness of the ACV may not be maintained due to a mechanical defect and air may leak into the fuel cell stack. Accordingly, voltage may be generated even after the fuel cell stack is turned off, causing deterioration of the fuel cell stack.

한편, 종래 ACV 내부에 존재하는 센서는 구동모터의 회전수만을 카운트하여 ACV의 완전폐쇄가 이루어졌는지 확인하는 방식이기 때문에 기계적인 결함에 따라 발생한 ACV의 기밀 유지는 종래의 센서로 확인할 수 없다는 문제가 있다.Meanwhile, since the sensor present inside the conventional ACV only counts the number of rotations of the drive motor to check whether the ACV is completely closed, there is a problem that the confidentiality of the ACV caused by a mechanical defect cannot be confirmed with the conventional sensor. there is.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as background technology above are only for the purpose of improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as recognition that they correspond to prior art already known to those skilled in the art.

KRKR 10-2018-0067276 10-2018-0067276 AA

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공기차단밸브에 기계적인 결함이 생겨도 이를 감지하고 보정 제어를 할 수 있어 연료전지스택의 열화를 방지할 수 있는 연료전지시스템 및 연료전지시스템 제어 방법을 제공하고자 함이다.The present invention was proposed to solve this problem. A fuel cell system and a fuel cell system control method that can prevent deterioration of the fuel cell stack by detecting and correcting a mechanical defect in the air shutoff valve. The purpose is to provide.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지시스템은 연료전지스택과 연결되며, 압력 또는 유량을 측정하는 유동센서가 마련된 공기유동라인; 공기유동라인에 마련된 공기차단밸브; 및 공기차단밸브를 제어하여 공기유동라인의 공기 흐름을 제어하며, 공기차단밸브의 완전폐쇄 또는 완전개방 제어시 출력전압 생성 여부 또는 유동센서의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브의 이상을 감지하고 제어를 보정하는 제어부;를 포함한다.The fuel cell system according to the present invention for achieving the above object includes an air flow line connected to the fuel cell stack and equipped with a flow sensor for measuring pressure or flow rate; An air shutoff valve provided in the air flow line; It controls the air flow in the air flow line by controlling the air shutoff valve, and detects abnormalities in the air shutoff valve through whether output voltage is generated or changes in the measured value of the flow sensor when controlling the complete closure or full opening of the air shutoff valve. It includes a control unit that corrects the control.

유동센서는 연료전지스택 입구측의 공기유동라인에 마련될 수 있다.The flow sensor may be provided in the air flow line at the entrance side of the fuel cell stack.

제어부는 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어 후 연료전지스택의 출력전압이 감지되는 경우 공기차단밸브에 이상이 있는 것으로 감지할 수 있다.If the output voltage of the fuel cell stack is detected after controlling the air shutoff valve to be completely closed, the control unit can detect that there is a problem with the air shutoff valve.

제어부는 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어 후 이상 감지시, 공기차단밸브의 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 점진적으로 회전시키며 유동센서로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있다.When an abnormality is detected after controlling the complete closing of the air blocking valve, the control unit gradually rotates the driving motor of the air blocking valve in the closing direction and monitors the pressure value measured from the flow sensor to correct and control the complete closing of the air blocking valve. there is.

제어부는 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 회전시킨 후 유동센서로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이는 경우 공기차단밸브의 완전폐쇄가 이루어진 것으로 판단할 수 있다.The control unit may determine that the air shutoff valve is completely closed when the pressure measured from the flow sensor shows a tendency to gradually increase after rotating the drive motor in the closing direction.

제어부는 유동센서로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이기 시작하는 구동모터의 회전수를 저장하며, 이후의 제어에 있어 저장된 구동모터의 회전수를 통해 공기차단밸브의 완전폐쇄를 제어할 수 있다.The control unit stores the rotational speed of the driving motor at which the pressure measured from the flow sensor begins to gradually increase, and in subsequent control, complete closure of the air shutoff valve can be controlled through the stored rotational speed of the driving motor. there is.

제어부는 구동모터의 회전속도를 감소시키며 유동센서로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있다.The control unit reduces the rotational speed of the drive motor and monitors the pressure value measured from the flow sensor to correct and control the complete closure of the air shutoff valve.

공기유동라인에 복수개의 유동센서가 마련되며, 제1유동센서는 공기유동라인에 마련되는 공기압축기의 전단에 마련되고, 제2유동센서는 연료전지스택 입구측의 공기유동라인에 마련될 수 있다.A plurality of flow sensors are provided in the air flow line, the first flow sensor is provided at the front of the air compressor provided in the air flow line, and the second flow sensor may be provided in the air flow line at the entrance to the fuel cell stack. .

제어부는 공기차단밸브의 완전개방 제어 후 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량이 서로 다른 경우 공기차단밸브에 이상이 있는 것으로 감지할 수 있다.The control unit may detect that there is a problem with the air shutoff valve if the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor are different from each other after controlling the full opening of the air shutoff valve.

제어부는 공기차단밸브의 완전개방 제어 후 이상 감지시, 공기차단밸브의 구동모터를 개방하는 방향으로 점진적으로 회전시키며 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전개방을 보정 제어할 수 있다.When an abnormality is detected after controlling the full opening of the air shutoff valve, the control unit gradually rotates the driving motor of the air shutoff valve in the direction of opening and monitors the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor. Thus, the full opening of the air shutoff valve can be corrected and controlled.

제어부는 구동모터를 개방하는 방향으로 회전시킨 후 제1유동센서로부터 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량이 같은 경우 공기차단밸브의 완전개방이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.The control unit may determine that the air shutoff valve is fully opened when the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor are the same after rotating the drive motor in the opening direction.

제어부는 구동모터의 회전속도를 감소시키며 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전개방을 보정 제어할 수 있다.The control unit reduces the rotational speed of the drive motor and monitors the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor to correct and control the full opening of the air shutoff valve.

상기 연료전지시스템을 제어하기 위한 방법으로서, 연료전지시스템 제어 방법은 제어부가 공기차단밸브의 완전폐쇄 또는 완전개방을 제어하는 단계; 제어부가 유동센서의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브의 이상을 감지하는 단계; 및 제어부가 공기차단밸브의 제어를 보정하는 단계;를 포함한다.As a method for controlling the fuel cell system, the fuel cell system control method includes the steps of a control unit controlling fully closing or fully opening an air shutoff valve; A step where the control unit detects an abnormality in the air shutoff valve through a change in the measured value of the flow sensor; And a step of the control unit correcting the control of the air shutoff valve.

공기차단밸브의 완전폐쇄시 공기차단밸브의 이상을 감지하는 단계는, 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어 후 연료전지스택의 출력전압이 감지되는 경우 공기차단밸브의 이상이 있다고 감지하며, 공기차단밸브의 완전개방시, 공기차단밸브의 이상을 감지하는 단계는,공기차단밸브의 완전개방 후 공기유동라인에 마련된 복수의 유동센서에 의해 측정되는 유량이 다른 경우 공기차단밸브의 제어 오차가 있다고 감지할 수 있다.The step of detecting an abnormality in the air blocking valve when the air blocking valve is completely closed is to detect an abnormality in the air blocking valve when the output voltage of the fuel cell stack is detected after controlling the complete closing of the air blocking valve. In the step of detecting an abnormality in the air shutoff valve when fully opened, if the flow rate measured by a plurality of flow sensors provided in the air flow line is different after the air shutoff valve is fully opened, it can be detected that there is a control error in the air shutoff valve. there is.

공기차단밸브의 완전폐쇄시 공기차단밸브의 제어를 보정하는 단계는, 공기차단밸브를 폐쇄하는 방향으로 공기차단밸브의 구동모터를 회전시키며 유동센서로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어를 보정할 수 있다.The step of correcting the control of the air shutoff valve when the air shutoff valve is completely closed involves rotating the drive motor of the air shutoff valve in the direction of closing the air shutoff valve and monitoring the pressure value measured from the flow sensor to ensure that the air shutoff valve is completely closed. Closure control can be calibrated.

공기차단밸브의 완전개방시 공기차단밸브의 제어를 보정하는 단계는, 공기차단밸브를 개방하는 방향으로 공기차단밸브의 구동모터를 회전시키며 공기유동라인에 마련되는 공기압축기의 전단에 마련된 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 연료전지스택 입구측의 공기유동라인에 마련된 제2유동센서에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전개방 제어를 보정할 수 있다.The step of correcting the control of the air shutoff valve when the air shutoff valve is fully opened involves rotating the drive motor of the air shutoff valve in the direction of opening the air shutoff valve and the first flow provided at the front of the air compressor provided in the air flow line. Fully open control of the air shutoff valve can be corrected by monitoring the flow rate measured by the sensor and the flow rate measured by the second flow sensor provided in the air flow line at the inlet side of the fuel cell stack.

본 발명의 연료전지시스템 및 연료전지시스템 제어방법에 따르면, 공기차단밸브에 기계적인 결함이 생겨도 이를 감지하고 보정 제어를 할 수 있어 연료전지스택의 열화를 방지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 기계적인 결함을 감지하기 위한 별다른 센서가 없이 기존 시스템에 존재하는 센서를 통해 기계적 결함을 감지하므로 경제성 측면에서도 이점을 갖는다.According to the fuel cell system and fuel cell system control method of the present invention, even if a mechanical defect occurs in the air shutoff valve, it can be detected and corrected for, thereby preventing deterioration of the fuel cell stack. In addition, it is advantageous in terms of economic efficiency because mechanical defects are detected through sensors existing in the existing system without any special sensors to detect mechanical defects.

도 1은 연료전지시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템이다.
도 3은 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어시 이상 감지 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 공기차단밸브의 완전폐쇄 보정 제어 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 공기차단밸브의 완전개방 제어시 이상 감지 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템 제어 방법의 흐름도이다.
1 is a schematic diagram of a fuel cell system.
Figure 2 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph to explain the principle of abnormality detection when controlling the complete closure of the air shutoff valve.
Figure 4 is a graph to explain the principle of full closure correction control of the air shutoff valve.
Figure 5 is to explain the principle of abnormality detection when controlling the full opening of the air shutoff valve.
Figure 6 is a flowchart of a fuel cell system control method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명에 따른 연료전지시스템은 공기차단밸브(ACV)에 발생할 수 있는 기계적 결함에 의한 완전폐쇄 또는 완전개방이 완벽하게 제어되지 못하는 문제를 해결하기 위한 것이다.The fuel cell system according to the present invention is intended to solve the problem of not being able to completely close or fully open due to mechanical defects that may occur in the air shutoff valve (ACV).

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지시스템은 연료전지스택(100)과 연결되며, 압력 또는 유량을 측정하는 유동센서(200)가 마련된 공기유동라인(300); 공기유동라인(300)에 마련된 공기차단밸브(400); 및 공기차단밸브(400)를 제어하여 공기유동라인(300)의 공기 흐름을 제어하며, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 또는 완전개방 제어시 전압생성여부 또는 유동센서의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브의 이상을 감지하고 제어를 보정하는 제어부(500);를 포함한다.The fuel cell system according to the present invention for achieving the above object includes an air flow line 300 connected to the fuel cell stack 100 and equipped with a flow sensor 200 that measures pressure or flow rate; An air blocking valve 400 provided in the air flow line 300; And the air flow in the air flow line 300 is controlled by controlling the air shutoff valve 400, through whether or not voltage is generated or the measured value of the flow sensor when controlling the complete closing or fully opening of the air shutoff valve 400. It includes a control unit 500 that detects abnormalities in the air shutoff valve and corrects the control.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템이다. 구체적으로, 각 구성을 설명하면, 유동센서(200)는 공기유동라인(300)에 마련된 공기압축기(600)에 의해 가압된 공기의 압력 또는 유량을 측정하는 센서이다. 유동센서(200)는 연료전지스택(100)의 입구, 더 구체적으로는 캐소드 입구측 공기유동라인(300)에 마련될 수 있다. 유동센서(200)는 캐소드 입구로 유입되는 공기의 압력 또는 유량을 측정하게 된다.Figure 2 is a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. Specifically, to describe each configuration, the flow sensor 200 is a sensor that measures the pressure or flow rate of air pressurized by the air compressor 600 provided in the air flow line 300. The flow sensor 200 may be provided at the inlet of the fuel cell stack 100, more specifically, at the air flow line 300 at the cathode inlet side. The flow sensor 200 measures the pressure or flow rate of air flowing into the cathode inlet.

공기차단밸브(400)는 연료전지스택(100)의 시동꺼짐(Shut-down)시 공기유동라인(300)으로부터 잔여공기가 캐소드로 유입되는 것을 막아 연료전지스택(100)의 시동꺼짐 후에도 전압이 생성되는 것을 방지하는 구성으로, 연료전지스택(100)의 열화를 방지하기 위한 구성이다. 공기차단밸브(400)가 완전폐쇄되면 공기유동라인(300)의 공기는 바이패스라인(350)을 따라 대기 중으로 배출된다.The air blocking valve 400 prevents residual air from flowing into the cathode from the air flow line 300 when the fuel cell stack 100 is shut down, so that the voltage remains even after the fuel cell stack 100 is shut down. This is a configuration to prevent deterioration of the fuel cell stack 100. When the air shutoff valve 400 is completely closed, the air in the air flow line 300 is discharged into the atmosphere along the bypass line 350.

제어부(500)는 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 제어하는 구성이다. 예를 들어, 제어부는 FCU(Fuel-cell Control Unit)일 수 있다. 제어부(Controller)는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.The control unit 500 is configured to control complete closure of the air shutoff valve 400. For example, the control unit may be a fuel-cell control unit (FCU). The controller is a communication device that communicates with other controllers or sensors to control the function in charge, a memory that stores the operating system, logic commands, input/output information, etc., and a unit that performs the judgments, calculations, and decisions necessary to control the function in charge. It may include more than one processor.

한편, 제어부(500)는 공기차단밸브(400)와 통신하여 공기차단밸브(400)를 제어한다. 구체적으로, 공기차단밸브(400) 제어는 공기차단밸브(400)를 구동하는 구동모터(미도시)가 제어부(500)에 의해 제어되어 실시되며, 이에 따라 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 수행할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 communicates with the air shutoff valve 400 to control the air shutoff valve 400. Specifically, control of the air shutoff valve 400 is performed by controlling a drive motor (not shown) that drives the air shutoff valve 400 by the control unit 500, thereby ensuring complete closure of the air shutoff valve 400. It can be done.

예를 들어, 연료전지스택(100)의 시동꺼짐시 제어부(500)는 구동모터를 공기차단밸브(400)가 폐쇄되는 방향으로 회전시켜 공기유동라인(300)으로 유입되는 공기를 차단할 수 있는 것이다.For example, when the fuel cell stack 100 is turned off, the control unit 500 can block the air flowing into the air flow line 300 by rotating the drive motor in the direction in which the air shutoff valve 400 is closed. .

그런데, 상술했듯, 고압의 공기 혹은 연료전지스택(100)의 운전 누적에 따라 공기차단밸브(400)에 기계적인 결함이 발생할 수 있으며, 이로 인해 제어부(500)의 완전폐쇄 제어에도 불구하고 공기차단밸브(400)가 완전폐쇄가 이루어지지 못할 수 있다.However, as mentioned above, mechanical defects may occur in the air shutoff valve 400 due to the accumulation of high pressure air or the operation of the fuel cell stack 100, resulting in air shutoff despite the complete closing control of the control unit 500. The valve 400 may not be completely closed.

완전폐쇄가 이루어지지 못하면 공기유동라인(300)에 틈이 형성될 수 있고 형성된 틈으로 외부에서 유입된 공기가 캐소드로 유입되어 시동꺼짐 후에도 전압이 발생할 수 있다.If complete closure is not achieved, a gap may be formed in the air flow line 300, and air from the outside may flow into the cathode through the gap formed, causing voltage to be generated even after the engine is turned off.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 연료전지시스템은 유동센서(200)의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브(400)의 이상을 감지하고. 이상이 감지된 경우 공기차단밸브(400)의 제어를 보정하여 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어질 수 있도록 한다.To solve this problem, the fuel cell system of the present invention detects abnormalities in the air shutoff valve 400 through changes in the measured value of the flow sensor 200. If an abnormality is detected, the control of the air shutoff valve 400 is corrected so that the air shutoff valve 400 can be completely closed.

한편, 제어부(500)는 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 제어 후 연료전지스택(100)의 출력전압이 감지되는 경우 공기차단밸브(400)에 이상이 있는 것으로 감지할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 may detect that there is a problem with the air shutoff valve 400 when the output voltage of the fuel cell stack 100 is detected after controlling the complete closure of the air shutoff valve 400.

구체적으로, 도 3을 참조하면, 연료전지스택(100)의 시동꺼짐 이후에는 제어부(500)에 의해 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 제어가 이루어진다. 완전폐쇄가 이루어진 직후라도 연료전지스택(100)의 캐소드와 애노드에는 잔여 공기와 잔여 수소가 남아있어 출력이 발생하므로, 발생된 잔여출력은 COD히터 등에 의해 소모될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 3, after the fuel cell stack 100 is turned off, the control unit 500 controls the air shutoff valve 400 to be completely closed. Even immediately after complete closure, residual air and residual hydrogen remain in the cathode and anode of the fuel cell stack 100 to generate output, so the residual output generated may be consumed by a COD heater, etc.

그러나, 잔여출력이 소모된 후에도 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어지지 않은 경우에는 외부에서 캐소드로 공기가 유입되 잔여수소와 반응하여 출력전압이 발생한다. 이에 따라, 공기차단밸브(400) 완전폐쇄 제어 이후 일정 시간이 지난 후에도 연료전지스택(100)에서 출력전압이 발생하면 공기차단밸브(400)에 이상이 있는 것으로 감지할 수 있다.However, if the air shutoff valve 400 is not completely closed even after the remaining output is consumed, air flows into the cathode from the outside and reacts with the remaining hydrogen to generate an output voltage. Accordingly, if the output voltage is generated from the fuel cell stack 100 even after a certain period of time has elapsed after the air shutoff valve 400 is completely closed, it can be detected that there is a problem with the air shutoff valve 400.

한편, 제어부는 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 제어 후 이상 감지시, 공기차단밸브(400)의 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 점진적으로 회전시키며 유동센서(200)로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있다.Meanwhile, when an abnormality is detected after controlling the complete closure of the air shutoff valve 400, the control unit gradually rotates the drive motor of the air shutoff valve 400 in the closing direction and monitors the pressure value measured from the flow sensor 200. Complete closure of the air shutoff valve 400 can be corrected and controlled.

구체적으로, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄시에 이상이 감지된 경우에는 공기차단밸브(400)가 완전하게 닫히지 않아 공기유동라인(300)에 틈이 생긴 것이라고 볼 수 있다. 따라서, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 위해 공기차단밸브(400)를 구동하는 구동모터를 공기차단밸브(400)를 폐쇄하는 방향으로 회전시켜 공기차단밸브(400)를 완전폐쇄시킬 수 있다.Specifically, if an abnormality is detected when the air shutoff valve 400 is completely closed, it can be seen that the air shutoff valve 400 is not completely closed, creating a gap in the air flow line 300. Therefore, in order to completely close the air shutoff valve 400, the drive motor that drives the air shutoff valve 400 can be rotated in the direction of closing the air shutoff valve 400 to completely close the air shutoff valve 400. .

이때, 공기차단밸브(400)가 완전하게 폐쇄되도록 하는 구동모터의 회전수를 측정하여 이후의 완전폐쇄 제어시에 회전수를 보상할 필요가 있다. 따라서, 구동모터를 점진적으로 회전시키면 유동센서(200)로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브(400)가 완전히 폐쇄되는 구동모터의 회전수를 얻을 수 있다.At this time, it is necessary to measure the rotation speed of the drive motor that causes the air shutoff valve 400 to be completely closed and compensate for the rotation speed during subsequent complete closing control. Therefore, by gradually rotating the drive motor, the pressure value measured from the flow sensor 200 can be monitored to obtain the rotation speed of the drive motor at which the air shutoff valve 400 is completely closed.

한편, 제어부(500)는 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 회전시킨 후 유동센서(200)로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이는 경우 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어진 것으로 판단할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 may determine that the air shutoff valve 400 is completely closed when the pressure measured from the flow sensor 200 shows a tendency to gradually increase after rotating the drive motor in the closing direction. there is.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어지지 않은 경우에는 공기유동라인(300)에 형성된 틈으로 인해 연료전지스택(100) 내 존재하는 수소의 유출로 유동센서(200)에서 측정되는 압력은 대기압과 동일한 압력을 보일 수 있다.Specifically, referring to FIG. 4, when the air shutoff valve 400 is not completely closed, the hydrogen present in the fuel cell stack 100 flows out of the flow sensor due to a gap formed in the air flow line 300. The pressure measured at (200) may show the same pressure as atmospheric pressure.

그러나, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어진 시점부터는 캐소드측으로 수소가 크로스오버(Cross-Over)되어 유동센서(200)에서 측정되는 압력은 점진적으로 증가하는 경향을 보이게 된다.However, from the point where the air shutoff valve 400 is completely closed, hydrogen crosses over to the cathode, and the pressure measured by the flow sensor 200 tends to gradually increase.

따라서, 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 회전시킨 후 유동센서(200)로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이는 경우에는 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어진 것으로 판단할 수 있다.Therefore, if the pressure measured from the flow sensor 200 shows a tendency to gradually increase after rotating the drive motor in the closing direction, it can be determined that the air shutoff valve 400 is completely closed.

한편, 제어부(500)는 유동센서(200)로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이기 시작하는 구동모터의 회전수를 저장하며, 이후의 제어에 있어 저장된 구동모터의 회전수를 통해 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 제어할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 stores the rotational speed of the driving motor at which the pressure measured from the flow sensor 200 begins to gradually increase, and in subsequent control, air blocking is performed through the stored rotational speed of the driving motor. Full closure of the valve 400 can be controlled.

구체적으로, 공기차단밸브(400)를 완전 차단하기 위해 기존에 설정되었던 회전수가 1000 이라고 하고, 유동센서(200)로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이기 시작하는 구동모터의 회전수가 1250 이라고 하면, 보상해줘야 할 값은 250 이라고 할 수 있다. 따라서, 이 경우 250을 기존 설정되었던 회전수에 더하여 저장하고 이후의 제어에 있어서 저장된 값을 사용하여 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 제어할 수 있는 것이다.Specifically, the rotation speed previously set to completely block the air shutoff valve 400 is 1000, and the rotation speed of the drive motor at which the pressure measured from the flow sensor 200 begins to gradually increase is 1250. Then, the value to be compensated is 250. Therefore, in this case, 250 can be stored in addition to the previously set number of revolutions, and the stored value can be used to control complete closure of the air shutoff valve 400 in subsequent control.

부연설명하자면, 보정 제어 이후의 연료전지스택(100) 시동 꺼짐에 따른 공기차단밸브 완전폐쇄 제어시에도 공기차단밸브(400)에 이상이 감지되면 같은 방법에 따라 보상해줘야 할 회전수를 구할 수 있다. 이를 통해, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 제어가 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.To elaborate, if an abnormality is detected in the air shutoff valve 400 even during the complete closing control of the air shutoff valve due to the fuel cell stack 100 being turned off after correction control, the number of revolutions to be compensated can be obtained using the same method. . Through this, the complete closing control of the air shutoff valve 400 can be continuously performed.

한편, 연료전지의 시동 초기 공기유동라인(300)에 쌓인 수소기체 농도 저감을 위해 공기차단밸브(400)를 소폭 개방해주어야 하는 경우가 있다. 이 때 제어부(500)를 통해 저장된 회전수(보상값)를 통해 공기차단밸브(400)를 소폭 개방할 수 있는 데이터로 활용할 수 있다.Meanwhile, in order to reduce the concentration of hydrogen gas accumulated in the air flow line 300 at the start of the fuel cell, there are cases where the air shutoff valve 400 must be slightly opened. At this time, the number of revolutions (compensation value) stored through the control unit 500 can be used as data to slightly open the air shutoff valve 400.

한편, 제어부(500)는 구동모터의 회전속도를 감소시키며 유동센서(200)로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 can control the complete closure of the air shutoff valve 400 by reducing the rotational speed of the drive motor and monitoring the pressure value measured from the flow sensor 200.

구체적으로, 제어부(500)는 구동모터의 초기 회전속도를 결정할 수 있는데, 연료전지스택(100)의 잔여전압 소모 이후 감지되는 출력전압의 크기에 따라 구동모터의 회전속도를 결정할 수 있다. 즉, 감지되는 출력전압이 크다면 공기유동라인(300)에 형성된 틈의 크기가 상대적으로 큰 것이므로 구동모터의 회전속도를 크게할 수 있다.Specifically, the control unit 500 can determine the initial rotation speed of the drive motor, and can determine the rotation speed of the drive motor according to the magnitude of the output voltage detected after the remaining voltage of the fuel cell stack 100 is consumed. That is, if the sensed output voltage is large, the size of the gap formed in the air flow line 300 is relatively large, and the rotation speed of the drive motor can be increased.

반대로, 감지되는 출력전압이 작다면 공기유동라인(300)에 형성된 틈의 크기가 상대적으로 작은 것이므로 구동모터의 회전속도를 상대적으로 작게할 수 있다.Conversely, if the sensed output voltage is small, the size of the gap formed in the air flow line 300 is relatively small, so the rotation speed of the driving motor can be relatively low.

또한, 제어부(500)는 구동모터의 회전을 제어한 이후, 유동센서(200)로부터 측정되는 압력을 모니터링하면서, 아직 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄가 이루어지지 않은 경우에는 이전의 구동모터 회전속도보다 회전속도를 줄여서 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있는 것이다.In addition, after controlling the rotation of the drive motor, the control unit 500 monitors the pressure measured from the flow sensor 200 and, if the air shutoff valve 400 has not been completely closed, returns to the previous drive motor rotation. By reducing the rotational speed rather than the speed, the complete closure of the air shutoff valve 400 can be corrected and controlled.

즉, 일정한 회전속도를 가지는 것보다 회전속도를 줄이면서 공기차단밸브(400)의 완저폐쇄를 제어했을 때 정확한 구동모터의 보상값을 구할 수 있다.In other words, an accurate compensation value for the drive motor can be obtained when the complete closing of the air shutoff valve 400 is controlled while reducing the rotation speed rather than maintaining a constant rotation speed.

한편, 공기차단밸브(400)에 이상이 생긴 경우에는 완전폐쇄 제어는 물론 완전개방 제어 또한 문제가 발생했을 가능성이 크다. 따라서, 완전폐쇄 제어에 문제가 발생했을 때 뿐만 아니라, 완전개방 제어에 문제가 발생했을 때도 공기차단밸브(400)에 이상이 생긴 것을 감지하고 보정 제어가 필요하다.On the other hand, if there is a problem with the air shutoff valve 400, it is highly likely that a problem occurs not only in fully closed control but also in fully open control. Therefore, not only when a problem occurs in fully closed control, but also when a problem occurs in fully open control, it is necessary to detect an abnormality in the air shutoff valve 400 and perform correction control.

완전개방 제어시, 공기차단밸브(400)의 이상을 감지하기 위해서는 공기유동라인(300)을 유동하는 공기의 유량과 연료전지스택(100)으로 유입되는 공기의 유량을 비교한다.During fully open control, in order to detect an abnormality in the air shutoff valve 400, the flow rate of air flowing through the air flow line 300 is compared with the flow rate of air flowing into the fuel cell stack 100.

이를 위해, 공기유동라인(300)에는 복수개의 유동센서(200)가 마련되며, 제1유동센서(200-1)는 공기유동라인(300)에 마련되는 공기압축기(600)의 전단에 마련되고, 제2유동센서(200-2)는 연료전지스택(100) 입구측의 공기유동라인(300)에 마련될 수 있다.For this purpose, a plurality of flow sensors 200 are provided in the air flow line 300, and the first flow sensor 200-1 is provided at the front of the air compressor 600 provided in the air flow line 300. , the second flow sensor 200-2 may be provided in the air flow line 300 at the inlet side of the fuel cell stack 100.

한편, 제어부(500)는 공기차단밸브(400)의 완전개방 제어 후 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량이 서로 다른 경우 공기차단밸브(400)에 이상이 있는 것으로 감지할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 determines that the flow rate measured by the first flow sensor 200-1 and the flow rate measured by the second flow sensor 200-2 are different from each other after controlling the full opening of the air shutoff valve 400. In this case, it can be detected that there is a problem with the air shutoff valve 400.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량이 서로 다른 경우에는 공기압축기(600)에 의해 가압된 공기가 바이패스라인(350)을 통해 일부 유출되고 있음을 의미하는 것이고, 이는 공기차단밸브(400)에 이상이 발생했다는 것으로 판단될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 5, when the flow rate measured by the first flow sensor 200-1 and the flow rate measured by the second flow sensor 200-2 are different from each other, the air compressor 600 This means that some of the pressurized air is leaking out through the bypass line 350, which can be determined to indicate that an abnormality has occurred in the air shutoff valve 400.

즉, 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량값이 제2유동센서(200-2)에서 측정되는 유량값 보다 큰 경우에는 공기차단밸브(400)의 완전개방이 미완료된 상태로 바이패스라인(350)으로 유출되는 유량이 발생하는 것이다.That is, if the flow rate value measured by the first flow sensor 200-1 is greater than the flow rate value measured by the second flow sensor 200-2, the air shutoff valve 400 is not fully opened. A flow rate flowing out to the bypass line 350 occurs.

한편, 제어부(500)는 공기차단밸브(400)의 완전개방 제어 후 이상 감지시, 공기차단밸브(400)의 구동모터를 개방하는 방향으로 점진적으로 회전시키며 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브(400)의 완전개방을 보정 제어할 수 있다.Meanwhile, when an abnormality is detected after controlling the full opening of the air shutoff valve 400, the control unit 500 gradually rotates the drive motor of the air shutoff valve 400 in the opening direction and transmits the signal to the first flow sensor 200-1. Full opening of the air shutoff valve 400 can be corrected and controlled by monitoring the flow rate measured by and the flow rate measured by the second flow sensor 200-2.

구체적으로, 공기차단밸브(400)의 완전개방시에 이상이 감지된 경우에는 공기차단밸브(400)가 완전하게 열리지 않아 공기유동라인(300)의 바이패스라인(350)으로 분기되는 지점에 틈이 생긴 것이라고 볼 수 있다. 따라서, 공기차단밸브(400)의 완전개방을 위해 공기차단밸브(400)를 구동하는 구동모터를 공기차단밸브(400)를 개방하는 방향으로 회전시켜 공기차단밸브(400)를 완전개방시킬 수 있다.Specifically, if an abnormality is detected when the air shutoff valve 400 is fully opened, the air shutoff valve 400 does not completely open and a gap is formed at the point where the air flow line 300 branches off to the bypass line 350. It can be seen that this has occurred. Therefore, in order to completely open the air shutoff valve 400, the drive motor that drives the air shutoff valve 400 can be rotated in the direction of opening the air shutoff valve 400 to completely open the air shutoff valve 400. .

이때, 공기차단밸브(400)가 완전하게 개방되도록 하는 구동모터의 회전수를 측정하여 이후의 완전개방 제어시에 회전수를 보상할 필요가 있다. 따라서, 구동모터를 점진적으로 회전시키면서 제1유동센서(200-1)로부터 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)로부터 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브(400)가 완전히 개방되는 구동모터의 회전수를 얻을 수 있다.At this time, it is necessary to measure the rotation speed of the drive motor that causes the air shutoff valve 400 to be completely opened and compensate for the rotation speed during subsequent full opening control. Therefore, the air shutoff valve 400 is completely opened by gradually rotating the drive motor and monitoring the flow rate measured from the first flow sensor 200-1 and the second flow sensor 200-2. You can obtain the number of revolutions of the motor.

한편, 제어부는 구동모터를 개방하는 방향으로 회전시킨 후 제1유동센서(200-1)로부터 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량이 같은 경우 공기차단밸브(400)의 완전개방이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.Meanwhile, the control unit rotates the drive motor in the opening direction, and when the flow rate measured by the first flow sensor (200-1) and the flow rate measured by the second flow sensor (200-2) are the same, the air shutoff valve (400) ) can be judged to have been completely opened.

구체적으로, 공기차단밸브(400)를 완전 개방하기 위해 기존에 설정되었던 회전수가 1000 이라고 하고, 제1유동센서(200-1)와 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량값이 같아지기 시작하는 구동모터의 회전수가 1250 이라고 하면, 보상해줘야 할 값은 250이라고 할 수 있다. 따라서, 이 경우 250을 기존 설정되었던 회전수에 더하여 저장하고 이후의 제어에 있어서 저장된 값을 사용하여 공기차단밸브(400)의 완전개방을 제어할 수 있는 것이다.Specifically, it is assumed that the number of revolutions previously set to fully open the air shutoff valve 400 is 1000, and the flow rate measured by the first flow sensor 200-1 and the second flow sensor 200-2 is If the number of revolutions of the driving motor that starts to become equal is 1250, the value that needs to be compensated is 250. Therefore, in this case, 250 can be stored in addition to the previously set number of revolutions, and the stored value can be used to control the full opening of the air shutoff valve 400 in subsequent control.

나아가, 공기차단밸브(400)의 이상이 감지되면 공기차단밸브(400)의 완전개방과 완전폐쇄 제어 모두 영향을 받으므로, 완전폐쇄 보정 제어에 사용된 구동모터의 회전수를 완전개방 보정 제어에 사용할 수 있는 것이다.Furthermore, when an abnormality in the air shutoff valve 400 is detected, both the fully open and fully closed controls of the air shutoff valve 400 are affected, so the number of revolutions of the drive motor used in the fully closed correction control is changed to the fully open correction control. It can be used.

또한, 이는 완전개방의 경우에도 같으므로, 완전개방 보정 제어에 사용된 구동모터의 회전수를 완전폐쇄 보정 제어에 사용할 수 있다.Additionally, since this is the same in the case of fully open, the rotational speed of the drive motor used for fully open correction control can be used for fully closed correction control.

한편, 제어부(500)는 구동모터의 회전속도를 감소시키며 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브(400)의 완전개방을 보정 제어할 수 있다.Meanwhile, the control unit 500 reduces the rotation speed of the drive motor and monitors the flow rate measured by the first flow sensor 200-1 and the flow rate measured by the second flow sensor 200-2 to control the air shutoff valve. The full opening of (400) can be corrected and controlled.

구체적으로, 제어부(500)는 구동모터의 초기 회전속도를 결정할 수 있는데, 연료전지스택(100)의 시동 및 공기차단밸브(400)의 완전 개방 제어 이후 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)로부터 측정되는 유량의 차이값의 크기에 따라 구동모터의 회전속도를 결정할 수 있다.Specifically, the control unit 500 can determine the initial rotation speed of the driving motor, which is controlled by the first flow sensor 200-1 after starting the fuel cell stack 100 and controlling the full opening of the air shutoff valve 400. The rotational speed of the driving motor can be determined according to the size of the difference between the measured flow rate and the flow rate measured from the second flow sensor 200-2.

즉, 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)로부터 측정되는 유량의 차이값이 크다면 구동모터의 회전속도를 크게 할 수 있고,차이값이 작다면 구동모터의 회전속도를 상대적으로 작게할 수 있다.That is, if the difference between the flow rate measured by the first flow sensor 200-1 and the flow rate measured by the second flow sensor 200-2 is large, the rotation speed of the drive motor can be increased, and the difference value is large. If it is small, the rotation speed of the drive motor can be relatively small.

또한, 제어부(500)는 구동모터의 회전을 제어한 이후, 제1유동센서(200-1)로부터 측정되는 유량과 제2유동센서(200-2)로부터 측정되는 유량을 모니터링하면서, 아직 공기차단밸브(400)의 완전개방이 이루어지지 않은 경우에는 이전의 구동모터 회전속도보다 회전속도를 줄여서 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있는 것이다.In addition, after controlling the rotation of the drive motor, the control unit 500 monitors the flow rate measured from the first flow sensor 200-1 and the flow rate measured from the second flow sensor 200-2, while still blocking the air. If the valve 400 is not fully opened, the complete closure of the air shutoff valve 400 can be corrected and controlled by reducing the rotation speed from the previous driving motor rotation speed.

이를 통하여, 정확한 구동모터의 보상값을 구해 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄를 보정 제어할 수 있는 것이다.Through this, it is possible to obtain an accurate compensation value for the drive motor and correct and control the complete closure of the air shutoff valve 400.

한편, 도 6을 참조하면, 상기 연료전지시스템을 제어하기 위한 방법으로서, 연료전지시스템 제어 방법은 제어부가 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 또는 완전개방을 제어하는 단계(S110, S120); 제어부(500)가 유동센서(200)의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브(400)의 이상을 감지하는 단계(S111,S121); 및 제어부(500)가 공기차단밸브(400)의 제어를 보정하는 단계(S112, S122);를 포함한다.Meanwhile, referring to FIG. 6, as a method for controlling the fuel cell system, the fuel cell system control method includes steps (S110, S120) of the control unit controlling fully closing or fully opening the air shutoff valve 400; Steps (S111, S121) where the control unit 500 detects an abnormality in the air shutoff valve 400 through a change in the measured value of the flow sensor 200; and steps in which the control unit 500 corrects the control of the air shutoff valve 400 (S112, S122).

구체적으로, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄시 공기차단밸브(400)의 이상을 감지하는 단계(S111)는, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 제어 후 연료전지스택(100)의 출력전압이 감지되는 경우 공기차단밸브(400)의 이상이 있다고 감지하며, 공기차단밸브(400)의 완전개방시, 공기차단밸브(400)의 이상을 감지하는 단계(S121)는, 공기차단밸브(400)의 완전개방 후 공기유동라인(300)에 마련된 복수의 유동센서(200)에 의해 측정되는 유량이 다른 경우 공기차단밸브(400)의 이상이 있다고 감지할 수 있다.Specifically, the step (S111) of detecting an abnormality in the air shutoff valve 400 when the air shutoff valve 400 is completely closed is the output voltage of the fuel cell stack 100 after controlling the complete closure of the air shutoff valve 400. When this is detected, it is detected that there is an abnormality in the air blocking valve 400, and when the air blocking valve 400 is fully opened, the step (S121) of detecting an abnormality in the air blocking valve 400 is performed. ), if the flow rate measured by the plurality of flow sensors 200 provided in the air flow line 300 is different, it can be detected that there is a problem with the air shutoff valve 400.

구체적으로, 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄시 공기차단밸브(400)의 제어를 보정하는 단계(S112)는, 공기차단밸브(400)를 폐쇄하는 방향으로 공기차단밸브(400)의 구동모터를 회전시키며 유동센서(200)로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브(400)의 완전폐쇄 제어를 보정할 수 있다.Specifically, in the step (S112) of correcting the control of the air shutoff valve 400 when the air shutoff valve 400 is completely closed, the drive motor of the air shutoff valve 400 is moved in the direction of closing the air shutoff valve 400. By rotating and monitoring the pressure value measured from the flow sensor 200, the complete closing control of the air shutoff valve 400 can be corrected.

구체적으로, 공기차단밸브(400)의 완전개방시 공기차단밸브(400)의 제어를 보정하는 단계(S122)는, 공기차단밸브(400)를 개방하는 방향으로 공기차단밸브(400)의 구동모터를 회전시키며 공기유동라인(300)에 마련되는 공기압축기(600)의 전단에 마련된 제1유동센서(200-1)에 의해 측정되는 유량과 연료전지스택(100) 입구측의 공기유동라인(300)에 마련된 제2유동센서(200-2)에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브(400)의 완전개방 제어를 보정할 수 있다.Specifically, in the step (S122) of correcting the control of the air shutoff valve 400 when the air shutoff valve 400 is fully opened, the drive motor of the air shutoff valve 400 is moved in the direction of opening the air shutoff valve 400. The flow rate measured by the first flow sensor 200-1 provided at the front of the air compressor 600 provided in the air flow line 300 and the air flow line 300 on the inlet side of the fuel cell stack 100 are rotated. ) The full opening control of the air shutoff valve 400 can be corrected by monitoring the flow rate measured by the second flow sensor 200-2 provided in the.

한편, 공기차단밸브(400)의 보정 제어(S112, S122)가 완료되면 제어부(500)는 구동모터의 회전수를 저장하는 단계(S113, S123)를 더 수행할 수 있다.Meanwhile, when the correction control (S112, S122) of the air shutoff valve 400 is completed, the control unit 500 may further perform steps (S113, S123) of storing the rotation speed of the driving motor.

구체적으로, 공기차단밸브(400)에 기계적 결함이 생겨 완전폐쇄 또는 완전개방이 실시되는데 문제가 생기는 경우, 이후의 완전폐쇄 또는 완전개방 제어에 있어서도 보정 제어의 필요가 있다. 따라서, 제어부(500)는 보정 제어 단계(S112, 122)에서 획득한 구동모터의 회전수를 보상값으로 저장하고 이 값을 이후의 공기차단밸브(400) 완전폐쇄 또는 완전개방 제어에 사용할 수 있는 것이다.Specifically, if a mechanical defect occurs in the air shutoff valve 400 and a problem occurs in fully closing or fully opening, correction control is necessary in the subsequent fully closed or fully opened control. Therefore, the control unit 500 stores the rotation speed of the driving motor obtained in the correction control step (S112, 122) as a compensation value and this value can be used for the subsequent fully closed or fully opened control of the air shutoff valve 400. will be.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical spirit of the present invention as provided by the following claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge.

100 : 연료전지스택
200 : 유동센서
300 : 공기유동라인
400 : 공기차단밸브
100: Fuel cell stack
200: Flow sensor
300: Air flow line
400: Air shutoff valve

Claims (16)

연료전지스택과 연결되며, 압력 또는 유량을 측정하는 유동센서가 마련된 공기유동라인;
공기유동라인에 마련된 공기차단밸브; 및
공기차단밸브를 제어하여 공기유동라인의 공기 흐름을 제어하며, 공기차단밸브의 완전폐쇄 또는 완전개방 제어시 출력전압 생성 여부 또는 유동센서의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브의 이상을 감지하고 제어를 보정하는 제어부;를 포함하는 연료전지시스템.
An air flow line connected to the fuel cell stack and equipped with a flow sensor that measures pressure or flow rate;
An air shutoff valve provided in the air flow line; and
Controls the air flow in the air flow line by controlling the air shutoff valve, and detects and controls abnormalities in the air shutoff valve through whether output voltage is generated or changes in the measured value of the flow sensor when controlling the complete closure or full opening of the air shutoff valve. A fuel cell system including a control unit that corrects.
청구항 1에 있어서,
유동센서는 연료전지스택 입구측의 공기유동라인에 마련된 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 1,
A fuel cell system characterized in that the flow sensor is provided in the air flow line at the entrance to the fuel cell stack.
청구항 1에 있어서,
제어부는 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어 후 연료전지스택의 출력전압이 감지되는 경우 공기차단밸브에 이상이 있는 것으로 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 1,
A fuel cell system characterized in that the control unit detects that there is a problem with the air shutoff valve when the output voltage of the fuel cell stack is detected after controlling the complete closure of the air shutoff valve.
청구항 3에 있어서,
제어부는 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어 후 이상 감지시, 공기차단밸브의 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 점진적으로 회전시키며 유동센서로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전폐쇄를 보정 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 3,
When an abnormality is detected after controlling the complete closing of the air blocking valve, the control unit gradually rotates the driving motor of the air blocking valve in the closing direction and monitors the pressure value measured from the flow sensor to correct and control the complete closing of the air blocking valve. Characterized by a fuel cell system.
청구항 4에 있어서,
제어부는 구동모터를 폐쇄하는 방향으로 회전시킨 후 유동센서로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이는 경우 공기차단밸브의 완전폐쇄가 이루어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 4,
A fuel cell system characterized in that the control unit determines that the air shutoff valve is completely closed when the pressure measured from the flow sensor shows a tendency to gradually increase after rotating the drive motor in the closing direction.
청구항 5에 있어서,
제어부는 유동센서로부터 측정되는 압력이 점진적으로 증가하는 경향을 보이기 시작하는 구동모터의 회전수를 저장하며, 이후의 제어에 있어 저장된 구동모터의 회전수를 통해 공기차단밸브의 완전폐쇄를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 5,
The control unit stores the rotation speed of the driving motor at which the pressure measured from the flow sensor begins to gradually increase, and in subsequent control, controls the complete closing of the air shutoff valve through the stored rotation speed of the driving motor. Characterized by a fuel cell system.
청구항 4에 있어서,
제어부는 구동모터의 회전속도를 감소시키며 유동센서로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전폐쇄를 보정 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 4,
A fuel cell system characterized in that the control unit reduces the rotational speed of the drive motor and monitors the pressure value measured from the flow sensor to correct and control the complete closure of the air shutoff valve.
청구항 1에 있어서,
공기유동라인에 복수개의 유동센서가 마련되며, 제1유동센서는 공기유동라인에 마련되는 공기압축기의 전단에 마련되고, 제2유동센서는 연료전지스택 입구측의 공기유동라인에 마련되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 1,
A plurality of flow sensors are provided in the air flow line, the first flow sensor is provided at the front of the air compressor provided in the air flow line, and the second flow sensor is provided in the air flow line at the entrance of the fuel cell stack. fuel cell system.
청구항 8에 있어서,
제어부는 공기차단밸브의 완전개방 제어 후 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량이 서로 다른 경우 공기차단밸브에 이상이 있는 것으로 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 8,
A fuel cell system characterized in that the control unit detects that there is a problem with the air shutoff valve if the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor are different from each other after controlling the full opening of the air cutoff valve. .
청구항 9에 있어서,
제어부는 공기차단밸브의 완전개방 제어 후 이상 감지시, 공기차단밸브의 구동모터를 개방하는 방향으로 점진적으로 회전시키며 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전개방을 보정 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 9,
When an abnormality is detected after controlling the full opening of the air shutoff valve, the control unit gradually rotates the driving motor of the air shutoff valve in the direction of opening and monitors the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor. A fuel cell system characterized in that the full opening of the air shutoff valve is corrected and controlled.
청구항 10에 있어서,
제어부는 구동모터를 개방하는 방향으로 회전시킨 후 제1유동센서로부터 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량이 같은 경우 공기차단밸브의 완전개방이 이루어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 10,
A fuel cell characterized in that the control unit rotates the drive motor in the opening direction and determines that the air shutoff valve is fully opened when the flow rate measured by the first flow sensor is the same as the flow rate measured by the second flow sensor. system.
청구항 10에 있어서,
제어부는 구동모터의 회전속도를 감소시키며 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 제2유동센서에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전개방을 보정 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
In claim 10,
A fuel cell system characterized in that the control unit reduces the rotational speed of the drive motor and monitors the flow rate measured by the first flow sensor and the flow rate measured by the second flow sensor to correct and control the full opening of the air shutoff valve.
청구항 1에 따른 연료전지시스템의 제어 방법으로서,
제어부가 공기차단밸브의 완전폐쇄 또는 완전개방을 제어하는 단계;
제어부가 유동센서의 측정값의 변화를 통하여 공기차단밸브의 이상을 감지하는 단계; 및
제어부가 공기차단밸브의 제어를 보정하는 단계;를 포함하는 연료전지시스템 제어 방법.
A control method for a fuel cell system according to claim 1, comprising:
A step where the control unit controls the complete closing or fully opening of the air shutoff valve;
A step where the control unit detects an abnormality in the air shutoff valve through a change in the measured value of the flow sensor; and
A fuel cell system control method including a step of the control unit correcting the control of the air shutoff valve.
청구항 12에 있어서,
공기차단밸브의 완전폐쇄시 공기차단밸브의 이상을 감지하는 단계는, 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어 후 연료전지스택의 출력전압이 감지되는 경우 공기차단밸브의 이상이 있다고 감지하며,
공기차단밸브의 완전개방시, 공기차단밸브의 이상을 감지하는 단계는,공기차단밸브의 완전개방 후 공기유동라인에 마련된 복수의 유동센서에 의해 측정되는 유량이 다른 경우 공기차단밸브의 이상이 있다고 감지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템 제어 방법.
In claim 12,
In the step of detecting an abnormality in the air blocking valve when the air blocking valve is completely closed, if the output voltage of the fuel cell stack is detected after controlling the complete closing of the air blocking valve, it is detected that there is an abnormality in the air blocking valve,
When the air shutoff valve is fully opened, the step of detecting an abnormality in the air shutoff valve is that if the flow rate measured by a plurality of flow sensors provided in the air flow line is different after the air shutoff valve is fully opened, there is an abnormality in the air shutoff valve. A fuel cell system control method characterized by sensing.
청구항 13에 있어서,
공기차단밸브의 완전폐쇄시 공기차단밸브의 제어를 보정하는 단계는, 공기차단밸브를 폐쇄하는 방향으로 공기차단밸브의 구동모터를 회전시키며 유동센서로부터 측정되는 압력값을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전폐쇄 제어를 보정하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템 제어 방법.
In claim 13,
The step of correcting the control of the air shutoff valve when the air shutoff valve is completely closed involves rotating the drive motor of the air shutoff valve in the direction of closing the air shutoff valve and monitoring the pressure value measured from the flow sensor to ensure that the air shutoff valve is completely closed. A fuel cell system control method characterized by correcting closure control.
청구항 13에 있어서,
공기차단밸브의 완전개방시 공기차단밸브의 제어를 보정하는 단계는, 공기차단밸브를 개방하는 방향으로 공기차단밸브의 구동모터를 회전시키며 공기유동라인에 마련되는 공기압축기의 전단에 마련된 제1유동센서에 의해 측정되는 유량과 연료전지스택 입구측의 공기유동라인에 마련된 제2유동센서에 의해 측정되는 유량을 모니터링하여 공기차단밸브의 완전개방 제어를 보정하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템 제어 방법.
In claim 13,
The step of correcting the control of the air shutoff valve when the air shutoff valve is fully opened involves rotating the drive motor of the air shutoff valve in the direction of opening the air shutoff valve and the first flow provided at the front of the air compressor provided in the air flow line. A fuel cell system control method characterized by monitoring the flow rate measured by the sensor and the flow rate measured by the second flow sensor provided in the air flow line at the entrance of the fuel cell stack and correcting the full opening control of the air shutoff valve.
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Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20221114

PG1501 Laying open of application