KR20140039614A - System and method to control balance of plant for dmfc - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부하 상태와 희석연료의 농도를 감안하여 연료의 공급을 제어하여 직접 메탄올 연료 전지의 성능을 개선한 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템 및 그 방법을 개시하며, 상기 시스템은 물과 메탄올을 포함하는 희석연료와 공기 중의 산소를 이용하여 발전하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하여 출력하는 전자적 주변 장치; 물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 기계적 주변 장치; 및 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 기계적 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.The present invention discloses a direct methanol fuel cell peripheral control system and method thereof that improves the performance of a direct methanol fuel cell by controlling the supply of fuel in consideration of the load condition and the concentration of the dilute fuel, A fuel cell stack that generates electricity using oxygen in the air; An electronic peripheral device for sensing and outputting current and voltage of the fuel cell stack; Controlling the amount and concentration of the dilute fuel and the air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump, and the blower, and controlling the state of the temperature, the voltage and the current of the fuel cell stack A mechanical peripheral device controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack; And controlling the supply amount of the dilute fuel and the air to be supplied to the fuel cell stack so that the amount of the load of the fuel cell stack is divided into a plurality of steps and the mechanical peripheral device has a stoichiometric ratio according to each step And a control unit.
Description
본 발명은 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부하 상태와 희석연료의 농도를 감안하여 연료의 공급을 제어하여 직접 메탄올 연료 전지의 성능을 개선한 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a direct methanol fuel cell peripheral device control system, and more particularly, to a direct methanol fuel cell in which the performance of a direct methanol fuel cell is improved by controlling the supply of fuel in consideration of load conditions and concentration of dilute fuel Peripheral device control system and method thereof.
기존 선진국들이 탄소배출량을 줄이기 위해 노력하는 동안 중국, 인도와 같은 신흥국가들의 에너지 요구량은 OECD 국가들을 넘어설 것으로 예상되고 있다. 한편, 석탄은 광범위한 양이 전 세계적으로 매장되어 있으며 앞으로 미국, 중국 등과 같은 세계 에너지 시장에서 중요한 에너지원이 될 것으로 개대되고 있다.While traditional developed countries are working to reduce carbon emissions, the energy needs of emerging economies such as China and India are expected to surpass OECD countries. On the other hand, coal has been found to be an important source of energy in the world energy markets such as the United States and China, where a wide range of coal is buried globally.
전 세계 이산화탄소 배출량은 지속적으로 증가하고 있으며 효율적인 탄소전환법의 개발이 필요한 실정이며, 최근 이산화탄소가 분리된 청정석탄을 얻어내는 기술과 석탄을 직접연료로 이용하는 기술적 접근이 시도되고 있다. 이산화탄소 분리기술은 일반적으로 매장지역에 따른 지역 토질이 서로 달라서 보편적으로 적용하기 어려운 단점이 있으며 효율성 측면과 비용적 문제가 따르기 때문에 기술적 접근이 어려운 실정이다.The global carbon dioxide emissions are continuously increasing, and the development of an efficient carbon conversion method is required. Recently, attempts have been made to use coal as a direct fuel as well as a technology to obtain clean coal from which carbon dioxide has been separated. The carbon dioxide separation technology has a disadvantage that it is difficult to apply it universally due to the difference of the local soil according to the store area, and technical approach is difficult due to the efficiency and cost problems.
이를 해결하기 위한 다양한 에너지원의 개발이 이루어지고 있으며, 그 일예로 직접메탄올 연료전지가 개발된 바 있다.Various energy sources have been developed to solve this problem. For example, a direct methanol fuel cell has been developed.
직접메탄올 연료전지(이하, '연료전지'라 함)는 약 60℃ ~ 80℃ 정도의 낮은 온도 범위에서 작동하는 저온 연료전지이다. 이러한 유형의 연료전지는 전해질로서 폴리머 막을 사용한다. Direct methanol fuel cells (hereinafter referred to as 'fuel cells') are low-temperature fuel cells that operate in the low temperature range of about 60 ° C to 80 ° C. This type of fuel cell uses a polymer membrane as an electrolyte.
사전에 개질(Reforming)되지 않은 메탄올(CH3OH)이 산화될 물과 함께 애노드에 직접 공급되며, 이산화탄소(CO2)가 폐가스로 생성된다. 산화제로서 캐소드에 공급되는 대기 산소(Atmospheric Oxygen)는 수소 이온(H+)들 및 전자들과 반응하여 물을 형성한다. Unreformed methanol (CH 3 OH) is supplied directly to the anode with the water to be oxidized, and carbon dioxide (CO 2 ) is produced as a waste gas. Atmospheric oxygen supplied to the cathode as an oxidant reacts with hydrogen ions (H + ) and electrons to form water.
상기한 연료전지(Fuel Cell) 스택은 MEA, 분리판, 가스켓, 전류 집전체 및 엔드 플레이트가 적층되어 실제 전력을 공급할 수 있는 하나의 모듈이 된다.The fuel cell stack is a module capable of supplying actual power by stacking an MEA, a separation plate, a gasket, a current collector, and an end plate.
직접메탄올 연료전지는 메탄올과 물을 연료로 사용하며, 전극반응은 연료가 산화되는 애노드 반응과 수소이온과 산소의 환원에 의한 캐소드 반응으로 구성되며 반응은 다음과 같다. 하기의 반응식에서 <반응식 1>은 애노드 반응을 표현한 것이고, <반응식 2>는 캐소드 반응을 표현한 것이고, <반응식 3>는 전체 반응을 표현한 것이다.The direct methanol fuel cell uses methanol and water as the fuel, and the electrode reaction consists of the anode reaction where the fuel is oxidized and the cathode reaction by the reduction of hydrogen ions and oxygen. In the following reaction formula, Reaction 1 represents an anode reaction, Reaction 2 represents a cathode reaction, and Reaction 3 represents an overall reaction.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
[반응식 3][Reaction Scheme 3]
산화반응(반응식 1)이 일어나는 애노드 전극에서는 메탄올과 물의 반응에 의하여 이산화탄소, 6개의 수소이온 및 전자가 생성이 되며, 생성된 수소이온은 수소 이온교환막을 거쳐 캐소드 전극으로 전달된다. In the anode electrode where oxidation reaction (Scheme 1) occurs, carbon dioxide, six hydrogen ions and electrons are generated by the reaction of methanol and water, and the generated hydrogen ions are transferred to the cathode electrode through the hydrogen ion exchange membrane.
환원반응(반응식 2)이 일어나는 캐소드 전극에서는 수소이온과 외부 회로를 통해 전달된 전자 그리고 산소 간의 반응에 의해 물이 생성된다. At the cathode electrode where the reduction reaction (Scheme 2) takes place, water is generated by the reaction between hydrogen ions and electrons transferred through an external circuit and oxygen.
따라서 직접메탄올 전체반응(반응식 3)은 메탄올과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 생성하는 반응이 된다.Therefore, the direct methanol total reaction (Scheme 3) is a reaction in which methanol and oxygen react to produce water and carbon dioxide.
종래의 직접메탄올 연료전지 시스템의 주변장치(BOP : Balance of Plant)는 제어장치를 이용하여 제어된다. Conventional direct methanol fuel cell system peripheral equipment (BOP: Balance of Plant) is controlled using a control device.
제어장치는 개회로전압(OCV: Open Circuit Voltage) 상태에서 계산된 양론비로 희석연료와 공기를 공급하고, 개회로전압 이후 부하 상태에서 스택의 최적의 성능을 낼 수 있는 최고의 양론비로 희석연료와 공기를 공급한다. The control unit supplies the diluted fuel and air at the stoichiometric ratio calculated in the OCV (Open Circuit Voltage) state and supplies the diluted fuel and air at the highest stoichiometric ratio, .
그러므로, 직접메탄올 연료전지 시스템은 최고의 양론비로 희석연료와 공기를 공급함에 따라서 부득이하게 과잉의 연료와 공기를 공급하게되고 그 결과 크로스오버(Crossover) 현상, 연료 누수 및 스택의 수명 단축에 이르는 문제점이 발생하였다.Therefore, the direct methanol fuel cell system supplies dilute fuel and air at the highest stoichiometric ratio, thereby inevitably supplying excess fuel and air, resulting in problems such as crossover phenomenon, fuel leakage and shortening the life of the stack Respectively.
탱크 내의 희석연료의 농도가 일정 농도(MeOH, 9M= 2.9%) 이하의 경우 원액공급장치의 RPM을 조절하여 원액을 공급하고, 희석연료의 농도가 일정 농도(MeOH, 9M= 2.9%) 이상의 경우 원액의 공급을 중단하여 희석연료 탱크 내의 희석연료 농도를 조절하여 연료전지 스택 내에 연료를 공급한다.When the concentration of the diluting fuel in the tank is less than a certain concentration (MeOH, 9M = 2.9%), the RPM of the stock solution is controlled to supply the undiluted solution. If the concentration of the diluting fuel is more than a certain concentration (MeOH, 9M = 2.9% The supply of the undiluted solution is stopped to adjust the dilute fuel concentration in the dilute fuel tank to supply fuel into the fuel cell stack.
연료전지 스택은 부하 발생시 희석연료가 고농도 또는 저농도 상태인 경우 스택의 성능 및 내구성을 저하시키는 요인이 되는 문제점이 있다. 또한, 고농도의 경우는 연료전지 스택의 크로스오버(Crossover) 현상과 과열로 인한 냉각시스템의 냉각 효과를 저하시키는 문제점 등이 발생한다.
The fuel cell stack has a problem that the performance and durability of the stack are degraded when the diluent fuel is in a high concentration or a low concentration state when a load is generated. In the case of a high concentration, a crossover phenomenon of the fuel cell stack and a problem of lowering the cooling effect of the cooling system due to overheating occur.
본 발명의 목적은 개회로 전압 이후 부하 상태에서 스택의 부하에 따른 양론비로 희석연료를 공급하도록 제어함으로써 연료전지 스택에 공급되는 연료량과 공기량이 과잉되지 않도록 제어할 수 있는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is a peripheral device of a direct methanol fuel cell that can control the amount of fuel and air supplied to the fuel cell stack by controlling to supply dilution fuel at a stoichiometric ratio according to the load of the stack in the load state after the open circuit voltage. The present invention provides a control system and method thereof.
본 발명의 다른 목적은 희석연료의 메탄올 농도를 세분화하여 농도에 따라 혼합을 위한 물과 원액의 공급을 조절하여 연료전지 스택으로 공급되는 희석연료가 일정한 농도를 유지하도록 제어할 수 있는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a direct methanol fuel cell capable of controlling the concentration of methanol in the dilute fuel so that the diluent fuel supplied to the fuel cell stack can be controlled to maintain a constant concentration, And a method thereof.
본 발명의 또다른 목적은 연료전지 스택의 온도, 전류, 전압을 피드백하여 그에 따른 제어를 수행함으로써 연료전지가 최적의 상태로 동작되도록 유지할 수 있는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
It is still another object of the present invention to provide a direct methanol fuel cell peripheral control system and method for maintaining the fuel cell in an optimal state by feeding back the temperature, current, and voltage of the fuel cell stack and performing control accordingly. In providing.
본 발명에 따른 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템은, 물과 메탄올을 포함하는 희석연료와 공기 중의 산소를 이용하여 발전하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하여 출력하는 전자적 주변 장치; 물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 기계적 주변 장치; 및 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 기계적 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.A peripheral device control system of a direct methanol fuel cell according to the present invention includes: a fuel cell stack which generates power using dilute fuel including water and methanol and oxygen in the air; An electronic peripheral device for sensing and outputting current and voltage of the fuel cell stack; Controlling the amount and concentration of the dilute fuel and the air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump, and the blower, and controlling the state of the temperature, the voltage and the current of the fuel cell stack A mechanical peripheral device controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack; And controlling the supply amount of the dilute fuel and the air to be supplied to the fuel cell stack so that the amount of the load of the fuel cell stack is divided into a plurality of steps and the mechanical peripheral device has a stoichiometric ratio according to each step And a control unit.
그리고, 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 온도, 전류, 전압, 상기 기계적 주변 장치의 원액의 양 및 상기 희석연료의 양 중 적어도 하나 이상이 허용치를 벗어나면 상기 연료전지 스택을 오프시키는 상기 프로텍션을 수행할 수 있다.The control unit performs the protection to turn off the fuel cell stack when at least one of the temperature, the current, the voltage, the amount of the undiluted liquid of the mechanical peripheral device, and the amount of the diluted fuel in the fuel cell stack is out of tolerance can do.
그리고, 상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 부하가 허용치 이상이면 상기 프로텍션을 실행할 수 있다.The control unit may perform the protection if the load of the fuel cell stack is not less than the allowable value.
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 부하를 35A까지 단계적으로 증가시켜서 상기 구간을 설정하여 상기 구간 별로 희석 연료 및 공기의 공급량을 단계적으로 증가하도록 제어하고, 상기 연료전지 스택의 부하가 상기 허용치인 35A 이상이면 상기 프로텍션을 실행할 수 있다.Wherein the controller controls the step of increasing the load of the fuel cell stack to 35A to set the interval so as to gradually increase the supply amount of the diluting fuel and the air by the interval, and when the load of the fuel cell stack is 35 A or more The above protection can be executed.
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 공기극의 온도가 하한기준 이하이면 공기극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 상기 공기극 팬을 온하는 제1 제어 및 연료극의 온도가 하한기준 이하여면 연료극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 상기 연료극 팬을 온하는 제2 제어를 수행할 수 있다.The control unit turns off the air electrode fan when the temperature of the air electrode of the fuel cell stack is lower than the lower limit and turns on the air electrode fan when the temperature of the air electrode is lower than the upper limit standard, The second control for turning on the fuel electrode fan can be performed.
상기 제어부는, 희석연료의 농도가 허용치 이하이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 증가시키고, 허용치 이상이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지할 수 있다.The control unit may increase the RPM of the source liquid pump stepwise when the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value, and may gradually decrease the RPM of the source liquid pump to keep the concentration of the diluted fuel at a constant value.
본 발명에 따른 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템은, 물과 메탄올을 포함하는 희석연료와 공기 중의 산소를 이용하여 발전하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하여 출력하는 전자적 주변 장치; 물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 기계적 주변 장치; 및 상기 희석연료의 농도가 허용치 이하이면 상기 원액펌프의 RPM을 증가시키고, 허용치 이상이면 상기 원액펌프의 RPM을 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지하며, 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 기계적 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 다른 특징으로 한다.A peripheral device control system of a direct methanol fuel cell according to the present invention includes: a fuel cell stack which generates power using dilute fuel including water and methanol and oxygen in the air; An electronic peripheral device for sensing and outputting current and voltage of the fuel cell stack; Controlling the amount and concentration of the dilute fuel and the air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump, and the blower, and controlling the state of the temperature, the voltage and the current of the fuel cell stack A mechanical peripheral device controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack; And if the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value, the RPM of the stock solution pump is increased, and if the concentration of the diluted fuel is more than the allowable value, the RPM of the stock solution pump is maintained to maintain the concentration of the diluted fuel, and the amount of load of the fuel cell stack. And a controller configured to control the supply of the dilution fuel and the air to be supplied to the fuel cell stack so that the mechanical peripheral device has a constant stoichiometric ratio according to each step. do.
또한, 본 발명에 따른 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 제어 방법은, 연료전지 스택에 계산된 양론비로 희석연료를 일정 시간동안 공급하는 개회로전압 상태 단계; 및 상기 개회로전압 상태 단계 이후 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 구간으로 구분하고 기계적 주변 장치가 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 공기의 공급량을 각 구간에 따라서 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하는 로드 모드 진입 단계;를 수행함을 특징으로 한다.In addition, a control method of a peripheral control system for a direct methanol fuel cell according to the present invention includes: an open circuit voltage state step of supplying dilution fuel for a predetermined time at a stoichiometric ratio calculated on a fuel cell stack; And dividing the load of the fuel cell stack into a plurality of sections after the open circuit voltage state step, and adjusting the supply amount of the diluted fuel and air according to each section so that a mechanical peripheral device has a constant stoichiometric ratio. The load mode entry step of supplying to; characterized in that to perform.
여기에서, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류 및 원액의 양과 희석 연료의 양 중 적어도 하나 이상이 허용치를 벗어나면 연료전지 스택을 오프하는 프로텍션을 더 수행할 수 있다.Here, if at least one of the temperature, the voltage, the current, the amount of the undiluted solution, and the amount of the diluted fuel in the fuel cell stack is out of tolerance, the fuel cell stack can be protected from being turned off.
그리고, 상기 연료전지 스택의 부하를 35A까지 단계적으로 증가시켜서 상기 구간을 설정하여 상기 구간 별로 희석 연료 및 공기의 공급량을 단계적으로 증가하도록 제어하고, 상기 연료전지 스택의 부하가 상기 허용치인 35A 이상이면 상기 프로텍션을 실행할 수 있다.If the load of the fuel cell stack is equal to or higher than the permissible value of 35 A, the control unit controls the fuel cell stack to gradually increase the load of the fuel cell stack to 35 A to set the interval, The above protection can be executed.
그리고, 상기 연료전지 스택의 공기극의 온도가 하한기준 이하이면 공기극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 공기극 팬을 온하는 제1 제어 및 연료극의 온도가 하한기준 이하이면 연료극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 상기 연료극 팬을 온하는 제2 제어를 수행할 수 있다.If the temperature of the cathode of the fuel cell stack is below the lower limit, the cathode fan is turned off. If the temperature of the anode is below the lower limit, the anode fan is turned off. The second control for turning on the fuel electrode fan can be performed.
그리고, 희석연료의 농도가 허용치 이하이면 원액펌프의 RPM을 단계적으로 증가시키고, 허용치 이상이면 원액펌프의 RPM을 단계적으로 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지할 수 있다.If the concentration of the diluting fuel is less than the allowable value, the RPM of the diluted fuel can be kept constant by gradually increasing the RPM of the diluted fuel by gradually increasing the RPM of the diluted fuel.
또한, 본 발명에 따른 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템은, 물과 메탄올을 포함하는 희석연료와 공기 중의 산소를 이용하여 발전하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하고, 물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 주변 장치; 및 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 다른 특징으로 한다.Also, a peripheral device control system of a direct methanol fuel cell according to the present invention includes: a fuel cell stack that generates electricity using dilute fuel including water and methanol and oxygen in the air; Sensing the current and voltage of the fuel cell stack, controlling the amount and concentration of the diluted fuel and air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the raw liquid pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump and the blower, A peripheral device for controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack according to the temperature of the fuel cell stack and the state of the voltage and current; And a control unit for dividing the amount of load of the fuel cell stack into a plurality of stages and controlling the supply amount of the diluted fuel and the air to be supplied to the fuel cell stack so that the peripheral device has a constant stoichiometric ratio according to each stage. It is characterized by including;
여기에서, 상기 제어부는, 희석연료의 농도가 허용치 이하이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 증가시키고, 허용치 이상이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지할 수 있다.
Here, the control unit may increase the RPM of the raw liquid pump stepwise when the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value, and may gradually decrease the RPM of the raw liquid pump when the concentration of the diluted fuel is not less than the permissible value, have.
따라서, 본 발명에 의하면 개회로 전압 이후 부하 상태에서 스택의 부하에 따른 양론비로 희석연료를 공급하도록 제어함으로써 연료전지 스택에 공급되는 연료량과 공기량의 과잉 공급이 억제되어서 크로스오버(Crossover) 현상, 연료 누수 및 스택의 수명 단축에 이르는 문제점을 해결하는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, by controlling the supply of dilute fuel according to the stoichiometric ratio in accordance with the load of the stack in the load state after the open circuit voltage, excessive supply of the fuel amount and the air amount supplied to the fuel cell stack is suppressed and crossover phenomenon, There is an effect of solving the problem of leakage and reduction of the life of the stack.
또한, 본 발명에 의하면 희석연료의 농도에 따라 혼합을 위한 물과 원액의 공급을 조절함으로써 연료전지 스택으로 공급되는 희석연료가 일정한 농도를 유지할 수 있다. 그러므로, 희석연료가 고농도 또는 저농도 상태인 경우 부하의 성능 저하가 해소될 수 있으며, 고농도의 경우의 연료전지 스택의 크로스오버(Crossover) 현상과 과열로 인한 냉각시스템의 냉각 효과를 저하시키는 문제점 을 해소할 수 있는 효과가 있다.Further, according to the present invention, by controlling the supply of the water and the stock solution for mixing according to the concentration of the diluting fuel, the diluting fuel supplied to the fuel cell stack can maintain a constant concentration. Therefore, when the dilute fuel is in a high concentration or a low concentration state, degradation of load performance can be solved, and the problem of lowering the cooling effect of the cooling system due to the crossover phenomenon and overheating of the fuel cell stack in the case of high concentration can be solved There is an effect that can be done.
또한, 본 발명에 의하면 연료전지 스택의 온도, 전류, 전압을 피드백하여 그에 따른 제어를 수행함으로써 연료전지가 최적의 상태로 동작될 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, the temperature, current, and voltage of the fuel cell stack are fed back and controlled according to the feedback, so that the fuel cell can be operated in an optimal state.
도 1은 본 발명에 따른 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 실시예의 동작을 설명하는 흐름도.
도 3은 도 2의 희석연료 공급 및 공기 공급 알고리즘의 상세 흐름도.
도 4는 도 2의 연료극/공기극 열교환기 온도제어 알고리즘의 상세 흐름도.1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a peripheral device control system of a direct methanol fuel cell according to the present invention;
2 is a flow chart illustrating the operation of the embodiment of FIG.
3 is a detailed flowchart of the dilution fuel supply and air supply algorithm of FIG. 2;
4 is a detailed flowchart of the fuel electrode / cathode heat exchanger temperature control algorithm of FIG. 2;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of description and should not be interpreted as limiting the scope of the present invention.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention and thus various equivalents and modifications Can be.
본 발명에 따른 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템 및 그 방법의 실시예는 연료전지 스택으로 일정 농도(0.7 ~ 1.1M)로 희석연료를 공급하며, 연료전지 스택의 부하를 다수의 구간으로 구분하고 물질 수지식에 의해 계산되어진 양론비(λ, Lamda) 데이터 값으로 희석연료를 공급하는 구성을 포함한다.An embodiment of a peripheral device control system and method of a direct methanol fuel cell according to the present invention is characterized in that a dilute fuel is supplied to a fuel cell stack at a predetermined concentration (0.7 to 1.1 M), a load of the fuel cell stack is divided into a plurality of sections And supplying dilute fuel to the stoichiometric ratio ([lambda], Lamda) data value calculated by the material knowledge.
도 1을 참조하면, 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템은 연료전지 스택(10), 전자적 주변장치(12), 기계적 주변장치(14), 주변장치 제어부(16) 및 표시부(20)를 포함한다.1, a peripheral device control system of a direct methanol fuel cell includes a
여기에서 연료전지 스택(10)은 전해질을 사이에 두고 공기극과 연료극이 형성된 구성을 가지며, 연료극으로 희석연료가 공급되고 공기극으로 공기가 공급되어서 발전을 위한 반응을 갖는다.Here, the
희석 연료는 물과 메탄올이 혼합된 것을 포함하며, 공기는 반응을 위한 산소를 공급하기 위하여 공급되는 것이다.The diluent fuel includes a mixture of water and methanol, and air is supplied to supply oxygen for the reaction.
그리고, 주변 장치는 전자적 주변장치(12)와 전기적 주변장치(14)를 포함하며, 그 중 전자적 주변장치(12)는 전류 및 전압 센서를 포함하며, 센싱된 전압 및 전류값을 주변장치 제어부(16)로 제공하는 구성을 갖는다.In addition, the peripheral device includes an electronic
표시부(20)는 주변장치 제어부(16)로부터 제공되는 정보를 표시하며, 물, 원액 및 희석연료의 양, 희석연료의 농도, 연료전지 스택(10)의 온도 등을 표시할 수 있다.The
기계적 주변장치(14)는 연료전지 스택(10)과 결합가능한 온도센서(30), 블로워(32), 공기극 팬(34), 연료극 팬(36)을 포함한다.The mechanical
여기에서, 온도센서(30)는 연료전지 스택(10)의 온도, 공기극의 온도, 연료극의 온도를 센싱하는 구성이다.Here, the temperature sensor 30 is configured to sense the temperature of the
그리고, 블로워(32)는 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급 장치이다.The blower 32 is an air supply device for supplying air to the
그리고, 공기극 팬(34) 및 연료극 팬(36)은 연료전지 스택(10)의 열교환기에 구성되며, 공기극 팬(34)은 연료전지 스택(10)의 공기극에서 발열한 열을 방열시키기 위한 구성이고, 연료극 팬(36)은 연료전지 스택(10)의 연료극에서 발열한 열을 방열시키기 위한 구성이다.The air electrode fan 34 and the
또한, 기계적 주벼장치(14)는 희석연료 탱크(40), 물 탱크(42), 원액 탱크(44), 희석연료 펌프(46), 물 펌프(48), 원액 펌프(50), 희석연료 센서(52), 원액연료 센서(54), 메탄올 센서(56) 및 메탄올 센서 펌프(58)를 포함한다.The
희석연료 탱크(40)는 연료전지 스택(10)으로 공급될 희석연료를 수용하는 구성이며, 희석연료 펌프(46)에 의하여 희석연료가 연료전지 스택(10)으로 공급된다.The
그리고, 물 탱크(42)는 원액인 메탄올을 희석하기 위한 물을 수용하는 구성이며, 물 펌프(48)에 의하여 물이 희석연료 탱크(40)로 공급된다.The
그리고, 원액 탱크(44)는 순도 99퍼센트 이상의 메탄올을 수용하는 구성이며, 원액 펌프(50)에 의하여 원액이 희석연료 탱크(40)로 공급된다.The
이때, 원액 탱크(44)의 원액 양은 원액연료 센서(54)에 의하여 측정될 수 있으며, 희석연료 탱크(40)의 희석연료의 양은 희석연료 센서(52)에 의하여 측정될 수 있다.At this time, the amount of undiluted fuel in the
그리고, 희석연료 탱크(40)에 수용되는 희석연료의 농도는 메탄올 센서(56)에 의하여 측정되며, 메탄올 센서 펌프(58)는 희석연료 탱크(40)의 희석 연료를 메탄올 센서(56)로 측정을 위하여 펌핑하는 동작을 수행한다.The concentration of the diluting fuel contained in the diluting
본 발명에 따른 실시예로 구성되는 제어부는 도 2와 같이 동작을 제어한다.The control unit configured according to the embodiment of the present invention controls the operation as shown in FIG.
도 2를 참조하면, 제어부(16)는 먼저 OCV 모드를 수행하며(S2), OCV 모드는 3분 간 진행된다.(S4) 상기 OCV 상태에서 연료전지 스택(10)에 계산된 양론비로 희석연료와 공기가 공급된다.Referring to FIG. 2, the
상기와 같이 OCV 모드를 수행한 후 제어부(16)는 로드 모드(부하 모드)로 진입하며(S6), 로드 모드로 진입한 후 프로텍션(L2)을 수행한다.After performing the OCV mode as described above, the
프로텍션(L2)은 연료전지 스택(10)의 온도, 전류, 전압, 기계적 주변 장치(14)의 원액의 양 및 희석연료의 양 중 적어도 하나 이상이 허용치를 벗어나면 연료전지 스택(10)을 오프시키는 동작이다.The protection L2 is configured to turn off the
상기 프로텍션(L2)은 순차적인 단계들(S8 내지 S20)의 수행으로 이루어지며, The protection L2 is performed by performing the sequential steps S8 to S20,
먼저, 연료전지 스택(10)의 온도가 80℃ 이상이면(S8) 제어부(16)는 연료전지 스택(10)을 오프한다(S20). 연료전지 스택(10)의 온도는 온도 센서(30)의 값으로 구할 수 있다.First, when the temperature of the
그리고, 연료전지 스택(10)의 전류가 35A 이상이면(S10) 제어부(16)는 연료전지 스택(10)을 오프한다(S20). 연료전지 스택(10)의 전류는 전자적 주변장치(12)에서 센싱한 값으로 구할 수 있다.If the current of the
그리고, 연료전지 스택(10)의 전압이 35V 이상이면(S12) 제어부(16)는 연료전지 스택(10)을 오프한다(S20). 연료전지 스택(10)의 전압은 전자적 주변장치(12)에서 센싱한 값으로 구할 수 있다.If the voltage of the
그리고, 원액 탱크(44)에 수용된 원액의 양이 부족하면(S14) 제어부(16)는 연료전지 스택(10)을 오프한다(S20). 원액 탱크(44)에 수용된 원액의 양은 원액연료 센서(54)에서 센싱한 값으로 구할 수 있다.If the amount of the stock solution contained in the
그리고, 희석연료 탱크(40)에 수용된 희석연료의 양이 부족하면(S16) 제어부(16)는 연료전지 스택(10)을 오프한다(S20). 희석연료 탱크(40)에 수요된 희석연료의 양은 희석연료 센서(52)에서 센싱한 값으로 구할 수 있다.If the amount of dilution fuel stored in the
상기한 과정에서 연료전지 스택(10)의 온도가 80℃ 이하이고, 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전류가 35A 이하이며, 연료전지 스택(10)에서 출력되는 전압이 35V 이하이고, 원액의 양과 희석연료의 양이 충분하면 연료전지 스택(10)을 온하여 발전을 수행한다.If the temperature of the
상기와 같이 프로텍션(L2)이 완료된 후 희석연료 공급 및 공기 공급 알고리즘(S22)과 연료극/공기극 열 교환기 온도제어 알고리즘(S24)을 순차적으로 실행한다.After the protection L2 is completed, the dilution fuel supply and air supply algorithm S22 and the fuel / air cathode heat exchanger temperature control algorithm S24 are sequentially executed.
여기에서, 희석연료 공급 및 공기 공급 알고리즘(S22)은 도 3을 참조하여 설명될 수 있다.Here, the dilution fuel supply and air supply algorithm (S22) can be explained with reference to Fig.
제어부(16)는 35A 이하인 연료전지 스택(16)의 부하를 5A 단위로 구분하여 희석연료와 공기의 공급량을 제어한다. 제어부(16)는 희석연료의 공급량을 조절하기 위하여 연료전지 스택(10)으로 희석연료를 공급하는 희석연료 펌프(46)의 RPM을 조절하며, 공기의 공급량을 조절하기 위하여 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급화는 블로워(32)의 RPM을 조절한다.The
즉, 연료전극 스택(16)의 부하가 5A 이상이면(S50) 희석 연료의 공급양과 공기의 공급양을 증가시키기 위하여 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 증가시킨다(S52). 만약 연료전극 스택(16)의 부하가 5A 이하이면 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 감소시킨다(S78). That is, if the load of the
그 후, 연료전극 스택(16)의 부하가 10A 이상이면(S54) 희석 연료의 공급양과 공기의 공급양을 증가시키기 위하여 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 증가시킨다(S56). 만약 연료전극 스택(16)의 부하가 10A 이하이면 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 감소시킨다(S78). Thereafter, if the load of the
그 후, 연료전극 스택(16)의 부하가 15A, 20A, 25A 및 30A 이상인지 각각 확인하여(S58, S62, S66, S70) 이상이면 희석 연료의 공급양과 공기의 공급양을 증가시키기 위하여 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 증가시킨다(S60, S64, S68, S72). 만약 연료전극 스택(16)의 부하가 15A, 20A, 25A 및 30A 이하이면 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 감소시킨다(S78). Thereafter, it is confirmed whether the load of the
만약, 연료전극 스택(16)의 부하가 35A 이상이면(S74) 프로텍션(L2)를 실행하여 연료전극 스택(16)을 오프시킨다. 그리고, 이때 연료전극 스택(16)의 부하가 35A 이하이면(S74) 희석연료 펌프(46)와 블로워(32)의 RPM을 감소시킨다(S78).If the load of the
상기와 같이 희석연료 공급 및 공기 공급 알고리즘(S22)이 도 3과 같이 수행될 수 있으며, 그 후 연료극/공기극 열교환기 온도 제어 알고리즘(S24)이 수행된다.As described above, the dilution fuel supply and air supply algorithm S22 may be performed as shown in FIG. 3, and then the fuel / air cathode heat exchanger temperature control algorithm S24 is performed.
연료극/공기극 열교환기 온도 제어 알고리즘(S24)은 도 4를 참조하여 설명될 수 있다.The fuel / air cathode heat exchanger temperature control algorithm S24 may be described with reference to FIG.
도 4에서 연료전지 스택(10)의 공기극 온도가 50℃ 이상이면(S80), 연료전지 스택(10)의 공기극의 온도를 낮추기 위하여 공기극 팬(34)을 온 시킨다(S82). 공기극 팬(34)의 온에 의하여 연료전지 스택(10)의 공기극에 구성되는 열교환기의 방열이 가속될 수 있으며, 연료전지 스택(10)의 공기극의 온도가 하강될 수 있다.4, when the air electrode temperature of the
그리고, 연료전지 스택(10)의 공기극 온도가 25℃ 이하이면(S84), 연료전지 스택(10) 공기극의 온도를 낮추는 것을 중지하기 위하여 공기극 팬(34)을 오프 시킨다(S86). 공기극 팬(34)의 오프에 의하여 연료전지 스택(10)의 공기극에 구성되는 열교환기의 방열의 가속이 중지될 수 있으며, 연료전지 스택(10)의 공기극의 온도를 강제로 하강시키는 것이 중지될 수 있다.If the temperature of the air electrode of the
또한, 연료전지 스택(10)의 연료극 온도가 50℃ 이상이면(S90), 연료전지 스택(10)의 연료극의 온도를 낮추기 위하여 연료극 팬(34)을 온 시킨다(S92). 연료극 팬(34)의 온에 의하여 연료전지 스택(10)의 연료극에 구성되는 열교환기의 방열이 가속될 수 있으며, 연료전지 스택(10)의 연료극의 온도가 하강될 수 있다.If the fuel electrode temperature of the
그리고, 연료전지 스택(10)의 연료극 온도가 25℃ 이하이면(S94), 연료전지 스택(10) 연료극의 온도를 낮추는 것을 중지하기 위하여 연료극 팬(34)을 오프 시킨다(S96). 연료극 팬(34)의 오프에 의하여 연료전지 스택(10)의 연료극에 구성되는 열교환기의 방열의 가속이 중지될 수 있으며, 연료전지 스택(10)의 연료극의 온도가 강제로 하강되는 것이 중지될 수 있다.If the temperature of the fuel electrode of the
한편, 본 발명에 따른 실시예는 희석연료의 농도가 일정하게 유지될 수 있도록 농도 제어 알고리즘(L4)이 수행될 수 있다.On the other hand, in the embodiment according to the present invention, the concentration control algorithm L4 may be performed so that the concentration of the diluting fuel can be kept constant.
농도 제어 알고리즘(L4)은 희석연료의 농도가 허용치 이하이면 원액펌프(50)의 RPM을 증가시키고, 허용치 이상이면 원액펌프(50)의 RPM을 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지하는 동작을 수행한다.The concentration control algorithm L4 increases the RPM of the
여기에서, 희석연료의 농도는 메탄올 센서(56)에서 센싱된 값으로 구할 수 있으며, 허용 농도는 0.9몰(M)을 기준으로 0.8M과 1.0M 사이를 유지하도록 제어될 수 있다.Here, the concentration of the dilute fuel can be obtained as a value sensed by the
제어부(16)는 희석연료의 농도가 0.9M 이상인지 이하인지 판단하고(S30), 0.9M 이하이면 원액펌프(50)의 RPM을 증가시키고(S32), 그 후 희석연료의 농도가 0.8M 이상인지(S34) 0.7M 이상인지(S36) 판단하여 희석연료의 농도가 0.8M 이상에 도달하지 않으면 원액펌프(50)의 RPM을 증가시켜서 희석연료의 농도가 일정한 수준을 유지할 수 있도록 제어한다.The
이와 반대로, 제어부(16)는 희석연료의 농도가 0.9M 이상인지 이하인지 판단하고(S30), 0.9M 이상이면 원액펌프(50)의 RPM을 감소시키고(S38), 그 후 희석연료의 농도가 1.0M 이하인지(S40) 1.1M 이하인지(S42) 판단하여 희석연료의 농도가 1.0M 이하에 도달하지 않으면 원액펌프(50)의 RPM을 감소시켜서 희석연료의 농도가 일정한 수준을 유지할 수 있도록 제어한다. On the other hand, if the concentration of the diluted fuel is 0.9 M or more (S30), the
따라서, 본 발명에 의하면, 개회로 전압 이후 부하 상태에서 스택의 부하에 따른 양론비로 희석연료를 공급하도록 제어할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to control to supply the diluted fuel with the stoichiometric ratio according to the load of the stack in the load state after the open circuit voltage.
그러므로, 연료전지 스택에 공급되는 희석연료와 공기가 부하 상태에 적당한 양으로 제어될 수 있어서 연료량과 공기량의 과잉 공급이 방지될 수 있다.Therefore, the dilution fuel and air supplied to the fuel cell stack can be controlled in an appropriate amount to the load condition, so that an excessive supply of the fuel amount and the air amount can be prevented.
그러므로, 직접메탄올 연료전지 스택의 크로스오버(Crossover) 현상, 연료 누수 및 스택의 수명 단축의 문제점이 해결될 수 있다.Therefore, the problems of the direct methanol fuel cell stack crossover phenomenon, the fuel leakage, and the shortening of the lifetime of the stack can be solved.
또한, 본 발명에 의하면 희석연료의 메탄올 농도를 세분화하여 농도에 따라 혼합을 위한 물과 원액의 공급을 조절하여서 연료전지 스택으로 공급되는 희석연료가 일정한 농도를 유지하도록 제어할 수 있다.According to the present invention, the concentration of methanol in the diluted fuel is subdivided, and the supply of water and the stock solution for mixing is controlled according to the concentration, so that the dilute fuel supplied to the fuel cell stack can be controlled to maintain a constant concentration.
그러므로, 희석연료가 고농도 또는 저농도 상태인 경우 부하가 발생하여 성능을 저하시키는 요인이 해소될 수 있으며, 고농도의 경우의 연료전지 스택의 크로스오버(Crossover) 현상과 과열로 인한 냉각시스템의 냉각 효과를 저하가 해결될 수 있다.Therefore, when the diluent fuel is in a high concentration or a low concentration state, the factor that causes the load to be lowered due to the load can be solved, and the crossover phenomenon of the fuel cell stack at the high concentration and the cooling effect of the cooling system due to the overheating The degradation can be resolved.
또한, 본 발명에 의하면 연료전지 스택의 온도, 전류, 전압을 피드백하여 그에 따른 제어를 수행함으로써 연료전지가 최적의 상태로 동작되도록 유지할 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, the temperature, current, and voltage of the fuel cell stack are fed back and controlled according to the feedback, thereby maintaining the fuel cell in an optimal state.
10 : 연료전지 스택 12 : 전자적 주변장치
14 : 기계적 주변장치 16 : 주변장치 제어부
20 : 표시부 30 : 온도센서
32 : 블로워 34 : 공기극 팬
36 : 연료극 팬 40 : 희석연료 탱크
42 : 물 탱크 44 : 원액 탱크
46 : 희석연료 탱크 48 : 물 펌프
50 : 원액 펌프 52 : 희석연료 센서
54 : 원액연료 센서 56 : 메탄올 센서
58 : 메탄올 센서 펌프10: Fuel cell stack 12: Electronic peripheral device
14: mechanical peripheral device 16: peripheral device control part
20: display section 30: temperature sensor
32: blower 34: air pole fan
36: fuel electrode fan 40: dilution fuel tank
42: water tank 44: undiluted tank
46: dilution fuel tank 48: water pump
50: stock solution pump 52: dilution fuel sensor
54: undiluted fuel sensor 56: methanol sensor
58: Methanol sensor pump
Claims (14)
상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하여 출력하는 전자적 주변 장치;
물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 기계적 주변 장치; 및
상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 기계적 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
A fuel cell stack generating electricity using dilute fuel including water and methanol and oxygen in the air;
An electronic peripheral device for sensing and outputting current and voltage of the fuel cell stack;
Controlling the amount and concentration of the dilute fuel and the air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump, and the blower, and controlling the state of the temperature, the voltage and the current of the fuel cell stack A mechanical peripheral device controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack; And
A control unit that divides the amount of load of the fuel cell stack into a plurality of stages and controls the supply of the diluted fuel and the air to be supplied to the fuel cell stack by adjusting the supply amount of the diluted fuel and the air so that the mechanical peripheral device has a constant stoichiometric ratio according to each stage. Peripheral device control system of a direct methanol fuel cell, characterized in that it comprises a.
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 온도, 전류, 전압, 상기 기계적 주변 장치의 원액의 양 및 상기 희석연료의 양 중 적어도 하나 이상이 허용치를 벗어나면 상기 연료전지 스택을 오프시키는 상기 프로텍션을 수행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The control unit may directly control the fuel cell stack to turn off the fuel cell stack when at least one of the temperature, the current, the voltage of the fuel cell stack, the amount of the undiluted liquid of the mechanical peripheral device, Peripheral Device Control System for Methanol Fuel Cells.
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 부하가 허용치 이상이면 상기 프로텍션을 실행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit executes the protection if the load of the fuel cell stack is not less than the allowable value.
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 부하를 35A까지 단계적으로 증가시켜서 상기 구간을 설정하여 상기 구간 별로 희석 연료 및 공기의 공급량을 단계적으로 증가하도록 제어하고, 상기 연료전지 스택의 부하가 상기 허용치인 35A 이상이면 상기 프로텍션을 실행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
The method of claim 3,
The control unit increases the load of the fuel cell stack up to 35A step by step to set the section and controls to increase the supply amount of dilution fuel and air for each section step by step, and the load of the fuel cell stack is 35A or more of the allowable value. The peripheral control system of the direct methanol fuel cell for performing the protection.
상기 제어부는 상기 연료전지 스택의 공기극의 온도가 하한기준 이하이면 공기극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 상기 공기극 팬을 온하는 제1 제어 및 연료극의 온도가 하한기준 이하여면 연료극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 상기 연료극 팬을 온하는 제2 제어를 수행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
The method according to claim 1,
The controller is configured to turn off the cathode fan when the temperature of the cathode of the fuel cell stack is lower than the lower limit, and to turn off the anode fan when the temperature of the anode is lower than the lower limit. If the above, the peripheral control system of the direct methanol fuel cell to perform the second control to turn on the anode fan.
상기 제어부는,
희석연료의 농도가 허용치 이하이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 증가시키고, 허용치 이상이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein,
The RPM of the source liquid pump is gradually increased when the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value and the RPM of the source liquid pump is gradually decreased when the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value, Control system.
상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하여 출력하는 전자적 주변 장치;
물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 기계적 주변 장치; 및
상기 희석연료의 농도가 허용치 이하이면 상기 원액펌프의 RPM을 증가시키고, 허용치 이상이면 상기 원액펌프의 RPM을 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지하며, 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 기계적 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
A fuel cell stack generating electricity using dilute fuel including water and methanol and oxygen in the air;
An electronic peripheral device for sensing and outputting current and voltage of the fuel cell stack;
Controlling the amount and concentration of the dilute fuel and the air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump, and the blower, and controlling the state of the temperature, the voltage and the current of the fuel cell stack A mechanical peripheral device controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack; And
When the concentration of the diluted fuel is below the allowable value, the RPM of the stock solution pump is increased, and when the concentration of the diluted fuel is above the allowable value, the RPM of the stock solution pump is maintained to maintain the concentration of the diluted fuel, and the amount of load of the fuel cell stack is increased. And a controller configured to control the supply of the dilution fuel and the air to the fuel cell stack by dividing it into a plurality of stages and adjusting the supply amount of the diluted fuel and the air so that the mechanical peripheral device has a constant stoichiometric ratio according to each stage. Peripheral control system for methanol fuel cell.
상기 개회로전압 상태 단계 이후 상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 구간으로 구분하고 기계적 주변 장치가 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 공기의 공급량을 각 구간에 따라서 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하는 로드 모드 진입 단계;를 수행함을 특징으로 하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 제어 방법.
An open circuit voltage state step of supplying diluted fuel for a predetermined time at a stoichiometric ratio calculated on the fuel cell stack; And
After the open-circuit voltage state step, the amount of load of the fuel cell stack is divided into a plurality of sections, and the amount of dilution fuel and air is adjusted according to each section so that the mechanical peripheral device has a constant stoichiometric ratio to the fuel cell stack. Load mode entry step of supplying; control method of a peripheral control system of a direct methanol fuel cell, characterized in that performing.
상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류 및 원액의 양과 희석 연료의 양 중 적어도 하나 이상이 허용치를 벗어나면 연료전지 스택을 오프하는 프로텍션을 더 수행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
A control method of a peripheral device control system of a direct methanol fuel cell that further performs a control to turn off the fuel cell stack when at least one of temperature, voltage, current, amount of undiluted fuel and amount of diluted fuel is out of tolerance of the fuel cell stack .
상기 연료전지 스택의 부하를 35A까지 단계적으로 증가시켜서 상기 구간을 설정하여 상기 구간 별로 희석 연료 및 공기의 공급량을 단계적으로 증가하도록 제어하고, 상기 연료전지 스택의 부하가 상기 허용치인 35A 이상이면 상기 프로텍션을 실행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 제어 방법.
10. The method of claim 9,
The load of the fuel cell stack is increased stepwise to 35 A to set the interval so as to gradually increase the supply amount of the diluting fuel and the air by the interval, and when the load of the fuel cell stack is the allowable value of 35 A or more, Wherein the method comprises the steps of:
상기 연료전지 스택의 공기극의 온도가 하한기준 이하이면 공기극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 공기극 팬을 온하는 제1 제어 및 연료극의 온도가 하한기준 이하이면 연료극 팬을 오프하고 상한 기준 이상이면 상기 연료극 팬을 온하는 제2 제어를 수행하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
A first control for turning off the air electrode fan when the temperature of the air electrode of the fuel cell stack is below the lower limit and turning on the air electrode fan when the temperature of the air electrode is lower than the upper limit, And a second control to turn on the fan.
희석연료의 농도가 허용치 이하이면 원액펌프의 RPM을 단계적으로 증가시키고, 허용치 이상이면 원액펌프의 RPM을 단계적으로 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
A peripheral device control system of a direct methanol fuel cell in which the RPM of the raw liquid pump is increased stepwise when the concentration of the diluted fuel is less than an allowable value and the RPM of the raw liquid pump is decreased stepwise, / RTI >
상기 연료전지 스택의 전류 및 전압을 센싱하고, 물 펌프, 원액 펌프, 희석연료 펌프, 메탄올 센서 펌프 및 블로워를 제어하여서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 희석 연료 및 공기의 양과 농도를 제어하고, 상기 연료전지 스택의 온도와 전압 및 전류의 상태에 따라서 상기 연료전지 스택의 방열과 프로텍션을 제어하는 주변 장치; 및
상기 연료전지 스택의 부하의 양을 다수의 단계로 구분하고 상기 주변 장치가 각 단계에 따라서 일정한 양론비를 갖도록 상기 희석연료와 상기 공기의 공급량을 조절하여 상기 연료전지 스택으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
A fuel cell stack generating electricity using dilute fuel including water and methanol and oxygen in the air;
Sensing the current and voltage of the fuel cell stack, controlling the amount and concentration of the diluted fuel and air supplied to the fuel cell stack by controlling the water pump, the raw liquid pump, the dilution fuel pump, the methanol sensor pump and the blower, A peripheral device for controlling the heat dissipation and protection of the fuel cell stack according to the temperature of the fuel cell stack and the state of the voltage and current; And
A control unit for dividing the load of the fuel cell stack into a plurality of stages and controlling the amount of supply of the diluted fuel and the air to be supplied to the fuel cell stack so that the peripheral device has a constant stoichiometric ratio according to each stage; Peripheral device control system of the direct methanol fuel cell, characterized in that it comprises a.
상기 제어부는,
희석연료의 농도가 허용치 이하이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 증가시키고, 허용치 이상이면 상기 원액펌프의 RPM을 단계적으로 감소시켜서 상기 희석연료의 상기 농도를 일정하게 유지하는 직접메탄올 연료전지의 주변장치 제어 시스템.
14. The method of claim 13,
Wherein,
The RPM of the source liquid pump is gradually increased when the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value and the RPM of the source liquid pump is gradually decreased when the concentration of the diluted fuel is less than the allowable value, Control system.
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