KR100726877B1 - 연료전지 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 가습된 연료와 반응하여 전기를 생성하는 연료전지 스택과, 상기 연로전지 스택의 후단에 설치되어 상기 연료전지 스택 내부의 연료와 응축수를 주기적으로 일정시간 체류 및 외부로 배출키는 수소 밴트 밸브를 포함하는 구성이며 본 발명에 따른 연료전지 시스템 제어 방법은 상기 연료전지 스택 내부에 연료와 응축수가 일정시간 체류되도록 밸브를 폐쇄시키는 단계와, 상기 단계 후 상기 응축수와 연료가 상기 연료전지 스택의 외부로 방출되도록 밸브를 개방시키는 단계가 주기적으로 실행되어, 연료를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

연료전지, 밸브제어, PWM 제어, 수소, 가습조건, 연료전지 스택

Description

연료전지 시스템 및 그의 제어방법 {Fuel cell system and control method thereof}

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 연료 라인을 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 연료 라인을 도시한 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 밴트 밸브를 폐쇄하였을 때 연료전지 스택의 평균 전압을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 밴트 밸브 개방 주기와 개방시간을 도시한 파형이다.

도 5는 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 장착한 자동차의 수소 밴트 밸브 제어 계통도이다.

도 6은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 연료 소모량을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 수소 저장 탱크 20 : 레귤레이터

30 : 가습기 40 : 연료전지 스택

50 : 밸브 61 : 가속 폐달

62 : 신호변환기 63 : 일정시간동안 합산된 로드전류

64 : 평균 로드전류

65 : 로드 전류 대비 수소 밴트 밸브 개방시간의 함수

66 : 수소 밴트 밸브 개방시간 67 : 액츄에이터 제어기

본 발명은 연료의 배출량을 조절함으로써 고효율을 얻을 수 있도록 구성된 자동차 엔진에 적용하기 위한 고체 고분자 연료전지 시스템과 그 연료전지 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

통상적으로 연료전지란, 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 특징을 갖는다.

상기 연료전지의 연료인 수소는 순수 수소를 이용하거나, 메탄이나 에탄올 같은 탄화수소를 이용하여 개질 과정을 통해 생산된 수소를 이용한다. 연료전지의 산화제로서 순수한 산소는 연료전지의 효율을 높일 수 있지만 산소 저장에 따른 비용과 무게가 증가하는 문제가 있다. 따라서 공기 중에 산소가 많이 포함되어 있으 므로 효율은 좀 떨어지지만 공기를 직접 이용한다.

자동차에 적용된 연료전지 스택(stack)내에서 화학반응을 위해서는 수소나 공기가 적절한 습도를 유지해야 한다.

이에 연료전지 시스템은 연료로서 순수한 수소를, 산화제로서 공기를 사용하며 반응가스를 가습시켜 공급하기 위해 가습기를 장착한다.

반응가스의 가습은 연료전지 스택 내의 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assembly)를 구성하고 있는 이온교환막의 이온 전도도를 높여 산화극에서 생성된 프로톤 이온을 쉽게 환원극으로 이동시키고, 환원극으로 공급된 공기에 포함된 산소와 외부에서 일을 하고 돌아온 전자와 전기화학 반응을 통해 물을 생성하게 된다.

수소의 상대습도를 70%내외로 유지해야만 막 전극 접합체의 드라이-아웃현상을 막을 수 있으며, 막 전극접합체를 구성하고 있는 이온교환막은 가습이 많이 될수록 이온전도도 또한 높아지게 되어 연료전지 스택의 효율을 높이게 된다. 그러나 반대로 높은 가습조건은 연료전지 스택으로 반응 가스와 함께 가습기로부터 공급된 수증기의 액화과정이 쉽게 일어나 촉매와 반응가스들의 접촉을 방해할 수 있는 상태가 되어 연료전지 스택의 효율을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 연료전지 시스템에서는 상기와 같은 이유에 따라 적절한 가습조건을 감안하여 두 가지 상반된 효과의 적절한 점을 찾는 것이 매우 중요하다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 연료 라인을 도시한 개략도이다.

도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템에 공급되는 연료로는 주로 순수한 수소가 사용되며, 이는 자동차에 장착되어 있는 수소 저장 탱크(10)로부터 공급된다. 수소 저장 탱크(10) 내의 압축 압력은 상당히 높은 편인데 상압형 연료전지 시스템에 공급되는 수소의 압력은 레귤레이터(20)를 사용하여 대개 0.2 barg(Gauge bar) 정도로 낮추어 공급된다. 이렇게 공급된 수소는 가습기(30)를 거쳐 가습이 되고, 연료전지 스택(40)으로 들어가 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하게 되며, 반응하고 남은 잉여량은 연료전지 스택의 외부로 방출된다.

이때 방출되는 잉여량은 공급된 압력에 비례하여 증가하게 되며, 0.2barg 정도의 공급압으로 0.12 barg의 입, 출구 압력차를 갖는 연료전지 스택(40)을 사용할 경우 방출되는 수소의 양은 1분에 1200 리터 정도가 된다. 그러므로 이와 같은 시스템에서 연료의 효율을 높이는 것은 기대하기 어렵고 또한 이러한 시스템을 자동차에 장착하는 것도 사실상 불가능하다.

연료전지 스택(40)의 적절한 가습조건을 찾는 작업은 연료전지 스택의 설계 단계에서부터 고려되어야 하는 사항으로서, 연료전지 스택을 계(system)로 정의하였을 때 가습기(30)로부터 공급되는 물의 양과 스택(40)내에서 전기 화학 반응에 의해 생성되는 물의 양, 그리고 스택(40)으로부터 나가는 물의 양은 적절한 양으로 조절되어야 한다.

만일, 이러한 물수지가 적절히 맞추어 지지 않는다면 연료전지 스택 내에서는 풀루딩(flooding)이 일어나게 되고 이 과정으로 생성된 응축수는 반응가스가 지나가는 채널을 막거나 촉매 표면을 덮어 막전극 접합체에 죽은 영역(Dead area)을 만들게 된다.

공기가 지나가는 환원극의 경우 대기중의 공기를 공급하는 블로어나 콤프레셔의 공급압력을 조금 높게 조정하여 스택의 입,출구에 압력차를 크게 함으로써, 스택 내에 응축되는 물의 배출을 쉽게 할 수 있는 반면, 산화극으로 공급되는 연료의 양은 시스템의 연료 효율과 직결되므로 배출을 제한해야 한다.

하지만, 상기와 같은 이유로 연료의 배출을 제한하게 되면 가습된 반응가스에 포함된 수분과, 이온교환막을 통해 환원극에서 역확산 되는 물이 산화극 내에서 쉽게 응축되고, 이 응축수로 인해 스택의 성능을 감소시키는 죽은 영역(Dead area)이 발생하게 된다.

따라서, 저공해와 새로운 에너지원으로써 많은 장점을 갖는 연료전지를 이용한 자동차의 빠른 대중화를 위해 반응가스를 적절히 가습하는 가습 조건과 사용되는 연료의 배출량을 효율적으로 제어하는 연료전지 시스템의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기 전술한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 연료의 배출을 담당하는 수소 밴트 밸브의 개방 시간 및 개방 주기를 조절함에 따라 효율적으로 연료를 사용할 수 있는 연료전지 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 가습된 연료와 반응하여 전기를 생성하는 연료전지 스택과 상기 연로전지 스택의 후단에 설치되어 상기 연료전지 스택 내부의 연료와 응축수를 주기적으로 일정시간 체류 및 외부로 배출키는 수소 밴트 밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 연료전지 시스템 제어 방법은 가습된 연료와 반응하여 전기를 생성하는 연료전지 스택 내부에 연료와 응축수가 일정시간 체류되도록 밸브를 폐쇄시키는 단계와 상기 단계 후 상기 응축수와 연료가 상기 연료전지 스택의 외부로 방출되도록 밸브를 개방시키는 단계가 주기적으로 실행됨을 특징으로 한다.

상기 밸브를 폐쇄시키는 단계와 개방시키는 단계는 상기 연료전지 스택의 셀 평균 전압이 일정 범위의 값 이하일 때 밸브를 개방하여 일정 개방시간(a)을 유지하고 일정 범위의 값 이상일 때 밸브를 폐쇄한 다음, 다시 밸브를 개방하는 시점을 한 주기(T)로 정의하여 실행됨을 특징으로 한다.

상기 일정 범위의 값은 최소 셀 전압 또는 수소 밴트 밸브 개방 직후 전압의 80%~99% 범위 전압값인 것을 특징으로 한다.

상기 밸브의 개폐 주기(T)는 연료전지 시스템으로 전송되는 각각의 로드 전류 중 최대 로드 전류에서의 주기를 모든 로드 전류에 대해 동일한 값으로 설정하고, 상기 주기(T)에 따른 밸브의 개방 시간(a)은 각각의 로드 전류에 따라 계산되는 각 주기에서의 개방시간을 듀티 레이트(T/a)로 환산하고, 상기 환산된 값을 최대 로드 전류에 의해 계산된 주기(T)에서의 개방시간(a)으로 환산하여 각각의 개방시간(a)을 모든 로드 전류에 대해 같은 주기(T)에서 각각 다른 값으로 설정하는 것 을 특징으로 하는 연료전지 시스템 제어방법.

한편, 상기 밸브의 개방 시간(a)은 모든 로드 전류에 대해 동일한 임의의 값으로 설정하고, 상기 주기(T)에 따른 밸브의 개방 시간(a)은 각각의 로드 전류에 따라 계산되는 각 주기에서의 개방시간을 듀티 레이트(T/a)로 환산하고, 상기 환산된 값을 동일한 임의의 값의 개방시간(a)에서의 주기(T)로 환산하여 각각의 주기(T)를 모든 로드 전류에 대해 같은 임의의 개방시간(a)에서 각각 다른 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 연료전지 시스템의 연료 라인을 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 밴트 밸브를 폐쇄하였을 때 연료전지 스택의 평균 전압을 도시한 그래프이다.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 가습된 연료와 반응하여 전기를 생성하는 연료전지 스택(40)과 제어신호에 의해 주기적으로 상기 연료전지 스택 내부의 연료와 응축수를 일정시간 체류시키고 외부로 배출하도록 구비되는 수소 밴트 밸브(50)를 포함하여 구성된다.

수소 저장 탱크(10) 내 높은 압력으로 압축된 수소는 레귤레이터(20)를 사용하여상압형 연료전지 시스템에 대개 0.2 barg(Gauge bar) 정도로 낮추어 공급된다. 이렇게 공급된 수소는 가습기(30)를 거쳐 가습이 되고, 연료전지 스택(40)으로 들어가 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하게 되며, 반응하고 남은 잉여량은 연료전지 스택의 외부로 방출되게 된다. 이때 방출되는 잉여량은 공급된 압력에 비례하여 증가하게 되며, 0.2barg 정도의 공급압으로 0.12 barg의 입, 출구 압력차를 갖는 연료전지 스택(40)을 사용할 경우 방출되는 수소의 량은 1분에 1200 리터 정도가 된다.

상기 수소 밴트 밸브(50)를 연료로 사용되는 수소의 배출을 제한할 수 있도록 연료전지 스택(40)에서 수소가 방출되는 라인의 뒷단에 장착한 후, 상기 수소 밴트 밸브(50)의 개방시간 및 개방주기를 조절하여 연료전지 스택(40) 내의 셀 전압을 일정하게 유지하여, 수소의 방출량을 제한하게 된다.

본 발명에 따른 연료전지 시스템 제어 방법은 가습된 연료와 반응하여 전기를 생성하는 연료전지 스택(40) 내부의 연료와 응축수가 일정시간 체류되도록 밸브(50)를 폐쇄시키는 단계와, 상기 단계 후 상기 응축수와 연료가 상기 연료전지 스택(40)의 외부로 방출되도록 밸브(50)를 개방시키는 단계가 주기적으로 실행된다.

상기와 같은 수소 밴트 밸브(50)가 장착된 본 발명의 연료전지 시스템을 제어하기 위한 제어 방법의 일 실시예는 다음과 같다.

상기 연료전지 스택(40)으로부터 배출되는 수소 라인의 후단을 상기 수소 밴트 밸브(50)로 폐쇄시킨 상태로 연료전지 시스템을 운전할 경우, 연료전지 스택의 평균 전압은 도 3과 같이 일정 시간 일정한 전압을 유지하다가 급격하게 감소하게 된다.

상기 연료전지 시스템이 전기에너지를 생산하기 위해서는 그에 상응하는 막 전극 접합체의 면적이 필요하게 된다. 즉, 높은 전류를 내기 위해서는 막 전극 접합체의 넓은 면적이 필요하게 되므로, 높은 전류를 내기 위해 필요한 막 전극 접합체의 산화극 내의 필요 면적이 가려지기 전까지 셀 평균전압은 일정하게 유지된다. 그러나 막 전극 접합체의 산화극의 필요 면적이 가습된 물과, 환원극으로부터 역 확산된 물로 조금이라도 가려지기 시작하면 셀 전압은 급격하게 감소되어 연료전지 스택의 평균전압이 일정 시간 동안 일정하게 유지된다.

이에 따라 연료전지 스택(40)의 셀 전압이 셧다운 조건으로 감소하기 전에 수소 밴트 밸브(50)를 열어 연료의 배출 흐름을 통해 산화극 내에 응축된 물을 방출하여 셀 평균 전압을 다시 회복시키는 작업이 필요하다. 이에 수소 밴트 밸브(50)를 열어 연료의 흐름으로부터 발생되는 스택 입출구의 압력차를 통해 스택의 산화극 내에 응축된 응축수를 내보내기 위해서는, 수소 밴트 밸브가 얼마의 시간 동안 폐쇄되고 얼마의 시간 동안 개방되어야 하는지를 결정해야 한다.

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수소 밴트 밸브 개방 주기와 개방시간을 도시한 파형이다.

본 발명에 따른 연료전지 시스템으로부터 배출되는 연료의 량을 제어하기 위해 도시된 바와 같은 두가지 변수 즉, 수소 밴트 밸브의 개폐 주기(T)와 수소 밴트 밸브의 개방시간(a)이 진폭변조제어 방식(PWM ; Pulse width modulation)의 제어 요소와 유사하게 적용된다.

상기와 같은 제어 방식을 적용하기 위해 먼저 연료전지 시스템 내 스택의 최소 전압이 유지되는 최대한의 주기를 결정한다. 여기서 주기라 함은 상기에서 설명된 수소 밴트 밸브의 개폐 주기(T)와 같은 의미로서, 셀 평균 전압이 감소하기 시작하는 시점에서 수소 밴트 밸브를 개방하고 일정 시간(a)을 유지한 후 폐쇄된 다음 다시 수소 밴트 밸브를 개방하는 시점으로 정의된다.

주기(T)는 셀 평균 전압이 제한치에 도달하는 시점 또는 평균전압이 감소하는 시점까지를 주기(T)로 결정하게 되는 바, 그 제한치는 연료전지를 셧다운 시키지 않는 최소 셀 전압이 될 수 있고 초기 전압의 퍼센트가 될 수 있다. 하지만 자동차의 경우 급격한 로드(load) 변화가 수반되는 경우가 많으므로 초기 전압의 80%~99%의 범위로 셀 평균 전압이 감소하였을 때까지를 주기로 결정하는 것이 적당하다. 여기서 초기 전압이란 수소 밴트 밸브의 개방 직후의 전압을 말한다.

결정된 주기(T)마다 수소 밴트 밸브를 열어 셀 평균 전압을 회복시키는 과정에서 수소 밴트 밸브(50)의 개방을 유지하는 시간(a)도 중요하다. 수소 밴트 밸브의 개방 시간이 길면 산화극 내의 막 전극 접합체의 면적을 가리고 있는 응축수가 충분히 빠져 나가 셀 전압이 회복될 수 있지만, 배출되는 수소량이 많아져 연료 이용률이 감소하게 된다. 이와는 반대로 수소 밴트 밸브의 개방 시간(a)을 짧게 하면 연료의 이용률은 증가 하지만, 연료전지 스택의 산화극 내부에 축적되어 있는 응축수를 충분히 배출하지 못해 셀 전압이 감소하게 되고 결국 연료전지 시스템은 셧다운 된다.

수소 밴트 밸브의 개방 시간(a)은 셀 전압이 회복되는 시간으로 정의되고 각 로드 전류의 주기(T)와 수소 밴트 밸브 개방시간(a)이 정의될 수 있다.

각 로드 전류마다 정의된 주기(T)와 수소 밴트 밸브 개방 시간(a)은 듀티 레이트(T/a)로 환산될 수 있다. 이는 다시 측정에 기준이 되는 로드 전류 중 최대치의 로드 전류에서의 주기로 수소 밴트 밸브 개방시간을 환산하여 운전에 사용되거나 임의의 수소 밴트 밸브 개방 시간을 일정하게 설정한 뒤, 주기를 듀티레이트로 환산하여 시스템에 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 장착한 자동차의 수소 밴트 밸브 제어 계통도이고, 도 6은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 연료 소모량을 나타낸 그래프이다.

주기(T)는 연료전지 시스템으로 전송되는 각각의 로드 전류 중 최대 로드 전류에서의 주기를 모든 로드 전류에 대해 동일한 값으로 설정하는 단계가 실행된다.

이때, 상기 주기(T)에 따른 개방 시간(a)은 각각의 로드 전류에 따라 계산되는 각 주기에서의 개방시간을 듀티 레이트로 환산하는 단계와, 상기 단계에서 환산된 값을 최대 로드 전류에 의해 계산된 주기(T)에서의 개방시간(a)으로 환산하여 각각의 개방시간(a)을 모든 로드 전류에 대해 같은 주기(T)에서 각각 다른 값으로 설정하는 단계가 실행된다.

한편, 상기 주기(T)에 따른 개방 시간(a)은 각각의 로드 전류에 따라 계산되는 각 주기에서의 개방시간을 듀티 레이트로 환산하는 단계와, 상기 단계에서 환산된 값을 임의의 일정한 개방시간(a)의 주기(T)로 환산하여 각각의 주기(T)를 모든 로드 전류에 대해 각각 다른 값으로 설정하는 단계가 실행 될 수도 있다.

예를 들어, 운전자가 가속 폐달(61)을 밟는 정도에 따라 가속 폐달(61)의 위치는 운전자가 요구하는 로드신호로 신호변환기(62)에 의해 바뀌게 된다. 이때, 연료전지 시스템에 요구하는 로드 전류가 결정되고 결정된 전류 신호는 연료전지 시스템으로 전송된다. 이렇게 전송된 로드 전류는 자동차를 구동하는 (도시하지 않은) 모터제어기를 통해 모터를 구동하는 에너지가 되고, 또 한편으로는 일정시간 동안 합산되고(63) 평균된 (64) 후 로드 전류 대비 수소 밴트 밸브 개방시간의 함수(65)를 통해 수소 밴트 밸브 개방시간(66)이 결정되며, 결정된 수소 밴트 밸브 개방시간(a)에 따라 액츄에이터 제어기(67)를 통해 수소 밴트 밸브를 제어하게 된다.

이때, 로드를 합산하는 시간은 최대 피크 전류에서 결정된 주기와 동일한 시간이 사용되는데 그 이유는 연료전지 스택의 산화극에 응축수가 축적되는 속도는 최대 피크일 때 가장 빠를 것이고, 이 최대 피크에서 결정된 주기는 응축수의 가장 빠른 축적속도에서 안정화된 최소 전류를 유지하는 시간이기 때문이다.

활면적 250cm²의 막 전극 접합체로 제작된 100 셀 스택의 운전 시 상기의 방법으로 측정한 주기(T)는 로드 전류 50A에서 60초, 100A에서 36초, 150A에서 28초, 200A에서 17초, 250A에서 9초이다. 또한 각 로드 전류에서 수소 밴트 밸브 개방시간(a)은 50A에서 1.6초, 100A에서 1.2초, 150A에서 1초, 200A에서 0.8초, 250A에서 0.5초이다. 상기와 같이 얻어진 데이터로 각각의 듀티레이트를 계산하면 50A에서 37.5, 100A에서 30, 150A에서 28, 200A에서 21.25, 250A에서 18이다. 이렇게 얻어진 듀티레이트를 이용하여 250A의 주기 9초로 수소밴트 밸브 개방시간(a)을 각 로드전류에서 계산하면 50A에서 0.24초, 100A에서 0.3초, 150A에서 0.32초, 200A에서 0.42초, 250A에서 0.5초가 된다. 따라서, 주기(T)를 9초로 일정하게 설정한뒤 밸브 개방시간(a)을 전술된 각기 다른 값으로 설정하면, 232쎌(Cell) 연료전지 스택이 장착된 연료전지의 경우를 나타낸 도 5에서와 같이 연료의 효율을 높일 수 있게 된다.

한편, 수소밴트 밸브 개방시간(a)을 소정값으로 설정하고 주기(T)를 각 로드전류에 따라 상기 얻어진 듀티레이트를 이용하여 계산할 수 도 있다. 상기 임의의 수소밴트 밸브 개방시간(a)는 짧을수록 연료의 효율이 높으나, 너무 짧으면 밸브의 응답이 짧아 반응 속도가 느려질 수 있다.

도 5에서 개방 작동이라고 표시된 직선은 수소 밴트 밸브를 운전동안 지속적으로 개방한 상태에서 운전을 한 경우 즉, 종래 기술에 따른 경우를 나타내며, 가습기 전단의 수소 공급 압력은 0.2 barg이다. 또한, 개폐 제어 작동이라고 표시된 점선은 본 발명의 시스템을 사용하여 수소 밴트 밸브를 제어하며 운전한 그림이다. 두 운전 모두 동일한 로드 프로파일을 사용하여 운전한 것이며, 도시된 바와 같이 상당한 차이를 보이며 연료가 절약되는 것이 확인될 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명에 따른 연료전지 시스템 및 그 제어방법은 연료의 배출을 담당하는 수소 밴트 밸브의 개방 시간 및 개방 주기를 조절함으로써 막 전극 접합체의 드라이-아웃현상을 막고 이온교환막의 이온전도도를 높게 한 상태로, 효율적으로 연료를 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 가습된 연료와 반응하여 전기를 생성하는 연료전지 스택 내부에 연료와 응축수가 일정시간 체류되도록 밸브를 폐쇄시키는 단계와, 상기 단계 후 상기 응축수와 연료가 상기 연료전지 스택의 외부로 방출되도록 밸브를 개방시키는 단계가 주기적으로 실행되는 연료전지 시스템 제어 방법에 있어서,

   상기 밸브를 폐쇄시키는 단계와 개방시키는 단계는,

   상기 연료전지 스택의 셀 평균 전압이 일정 범위의 값 이하일 때 밸브를 개방하여 일정 개방시간(a)을 유지하고 일정 범위의 값 이상일 때 밸브를 폐쇄한 다음, 다시 밸브를 개방하는 시점을 한 주기(T)로 정의하여 실행됨을 특징으로 하는 연료전지 시스템 제어 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 일정 범위의 값은 최소 셀 전압인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 제어 방법.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 일정 범위의 값은 수소 밴트 밸브 개방 직후 전압의 80%~99% 범위 전압값인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 제어 방법.
6. 청구항 3 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브의 개폐 주기(T)는 연료전지 시스템으로 전송되는 각각의 로드 전류 중 최대 로드 전류에서의 주기를 모든 로드 전류에 대해 동일한 값으로 설정하고, 밸브의 개방 시간(a)은 각각의 로드 전류에서의 주기(T)와 각각의 로드 전류에 따라 계산되는 듀티 레이트(T/a)로 환산하여 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 제어방법.
7. 청구항 3 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브의 개방 시간(a) 은 모든 로드 전류에 대해 동일한 소정 값으로 설정하고, 해당 로드 전류에서의 주기(T)는 각각의 로드 전류에서의 개방시간(a)과 각각의 로드 전류에 따라 계산되는 듀티 레이트(T/a)로 환산하여 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템 제어방법.

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