KR100476580B1 - 연료전지 시스템의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지 스택(1)에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하부(9)에 공급하여 부하부(9)를 구동하며, 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템에 이용되는 제어장치 및 제어방법이다. 제어부(10)는 부하부(9)의 부하가 소정 비율로 변화할 때, 전력 축적부(8)에서 연료전지 스택(1)으로 공급되는 한계 부하 전력을 미리 설정하고, 전력 축적부(8)의 출력 가능 전력을 계산한다. 그리고, 제어부(10)는 한계 부하 전력과 출력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출한다. 출력 가능 전력이 한계 부하 전력보다 큰 경우, 제어부(10)는 충전 전력이 한계 부하 전력과 출력 가능 전력과의 전력 차와 동일해지도록 연료전지 스택(1)의 전력 발생량을 제어한다.

Description

연료전지 시스템의 제어장치 및 제어방법{CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD OF FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하회로에 공급하여 부하를 구동하며, 또한 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
차량의 전력원으로 사용되는 연료전지 시스템에는 주로 연료전지 스택이 사용되며, 이 연료전지 스택은 산화제 전극과 연료 전극 사이에 고체 고분자 전해질 막을 사이에 끼운 것을 한 쌍으로 한 연료전지 구조 사이에 이격판을 끼워 다수의 연료전지 구조를 적층하는 방식으로 얻어진다. 연료전지 스택에서 발생되는 전력은 배터리에 충전되어 차량의 모터를 구동하는 데 이용된다.
연료전지 시스템에 대하여, 저속 주행 시에 배터리의 충전 레벨(SOC)이 높게 설정되어 모터의 구동력을 확보함으로써 배터리로부터 출력 가능한 전력을 확보하도록 행해지는 제어가 일본 특개평 공보 2000-92610호에 개시되어 있다.
또한, 종래의 연료전지 시스템에 대해서는, 예컨대 일본 특개평 공보 10(1998)-271706호에 개시되어 있다. 이 방법에서는, 차량에 설치된 모터 등의 메인 부하가 거의 0인 상태를 검출하여, 그 검출 결과로서, 검출된 상태에 대한 판정이 배터리를 충전해야 한다, 라고 하면 배터리를 충전한다. 이 방법에 의해, 종래의 연료전지 시스템에서는 부하에 요구되는 전력이 크게 변화하는 경우에도 항상 충분한 전력을 공급하는 것이 가능했다.
그러나, 일본 특개평 공보 2000-92610호에 개시된 연료전지 시스템에서는, 차속을 검출하여, 검출한 차속에 따라 목표 충전 레벨을 설정하도록 제어함으로써, 배터리의 출력 가능 전력을 확보하였다. 따라서, 배터리를 실제 충전하여 출력을 확보하는 데 소정의 시간이 필요하여, 어떤 경우에는 연료전지 시스템이 즉시 요구를 충족시킬 수 없다는 문제가 발생하게 되었다.
또한, 일본 특개평 공보 10(1998)-281806호에 개시된 연료전지 시스템에서는, 충전해야 하는 배터리의 상태를 메인 부하가 거의 0이 되는 상태로 간주하여, 그 상태가 검출되면 배터리를 충전해야 하는 것으로 판정하는 식으로 제어한다. 따라서, 비교적 중간 부하가 계속되는 경우, 즉, 메인 부하가 거의 0인 기간이 짧으면, 배터리를 충분히 충전할 수 없다. 따라서, 이 연료전지 시스템에서는 부하에 요구되는 이용 전력에 있어서의 변화에 대해 공급되는 전력이 부족해진다는 문제가 있었다.
도 1은 본 발명이 적용된 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용된 연료전지 시스템에 마련된 제어부의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 부하부 및 한계 부하 전력에 요구되는 전력간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 연료전지 스택의 출력 전력과 연료 가스 및 산화제 가스의 압력값 및 유량 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 충전 레벨, 입력 가능 전력 및 출력 가능 전력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제어부에 의한 전력 제어 처리의 처리 단계를 나타내는 순서도이다.
도 7은 제어부에 의한 전력 제어 처리의 처리 단계를 나타내는 순서도이다.
도 8A는 부하부에 요구되는 부하, 목표 전력 발생량 및 한계 부하 전력에 대한 출력 가능 전력 사이의 관계를 나타내고, 도 8B는 부하부에 요구되는 부하, 한계 부하 전력에 대한 목표 전력 발생량, 출력 가능 전력 및 부족량 사이의 관계를 나타내며, 도 8C는 부하부에 요구되는 부하, 한계 부하 전력에 대한 목표 전력 발생량, 목표 FC 한계 전력 및 부족량 사이의 관계를 나타낸다.
도 9A는 연료전지 스택의 출력과 부하부에 요구되는 부하 사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 9B는 전력 축적부에서의 전력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10A는 연료전지 스택의 출력과 부하부에 요구되는 부하 사이의 관계를 나타내는 다른 그래프이고, 도 10B는 전력 축적부에서의 전력의 변화를 나타내는 다른 그래프이다.
도 11은 제어부에 의해 부하에 목표 FC 한계 전력이 공급될 때의 사용자에 대한 통지 처리의 순서도이다.
도 12는 연료전지 스택의 온도에 따라, 목표 FC 한계 전력에 상당하는 전력을 발생시킬 수 있는지 여부를 판정하는 처리 단계를 나타내는 순서도이다.
도 13은 연료전지 스택으로부터의 냉각제 온도(연료전지 온도)와 연료전지 스택의 최대 출력 가능 전력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 연료 가스 또는 산화제 가스의 화학양론비에 따라, 목표 FC 한계 전력에 상당하는 전력을 발생시킬 수 있는지 여부를 판정하는 처리 단계를 나타내는 순서도이다.
도 15는 화학양론비와 연료전지 스택에서 발생하는 전력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 상기 문제를 고려한 것으로, 이용 전력이 변화하는 부하에 언제라도 충분한 전력을 공급할 수 있는 연료전지 시스템의 제어방법 및 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 형태는 연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하회로에 공급하여 부하를 구동하며, 상기 연료전지로부터 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템의 제어장치이다. 상기 제어장치는 상기 부하회로의 상기 부하가 소정의 비율로 증가할 때, 상기 전력 축적부 및 상기 연료전지로부터 상기 부하회로로 공급되는 전력의 증가량인 한계 부하 전력량을 설정하는 한계 부하 전력 설정부; 상기 전력 축적부의 출력 가능 전력을 계산하는 출력 가능 전력 계산부; 상기 전력 축적부에 입력 및 축적 가능한 전력을 계산하는 입력 가능 전력 계산부; 및 상기 한계 부하 전력 설정부에 의해 설정된 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력 계산부에 의해 계산된 출력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 출력 가능 전력이 상기 한계 부하 전력보다 작은 경우, 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차와 상기 입력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차가 상기 입력 가능 전력보다 큰 경우, 전력을 발생시켜 상기 입력 가능 전력을 상기 전력 축적부의 충전전력으로 설정하며, 상기 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력을 제어하여, 상기 한계 부하 전력에서 상기 입력 가능 전력과 상기 출력 가능 전력을 뺀 전력의 부족량에 상당하는 전력을 상시 발생시킬 수 있게 하는 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명의 제2 형태는, 연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하회로에 공급하여 부하를 구동하며, 상기 연료전지로부터 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템의 제어방법이다. 이 제어방법은, 상기 부하회로의 상기 부하가 소정의 비율로 증가할 때, 상기 전력 축적부 및 상기 연료전지로부터 상기 부하회로로 공급되는 전력량의 증가량인 한계 부하 전력량을 미리 설정하는 단계; 상기 전력 축적부에 입력 및 축적 가능한 전력을 계산하고, 상기 전력 축적부의 출력 가능 전력을 계산하는 단계; 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차와 상기 입력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하는 단계; 및 상기 입력 가능 전력이 충전전력이 되도록 상기 전력 축적부에 전력을 발생시키고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차가 상기 입력 가능 전력보다 큰 경우, 상기 한계 부하 전력에서 상기 입력 가능 전력과 상기 출력 가능 전력을 뺀 전력의 부족량을 상시 발생시키도록, 상기 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력을 제어하는 단계를 구비한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
예컨대 도 1에 도시한 것과 같이 구성된 연료전지 시스템에 본 발명이 적용된다.
이 연료전지 시스템은 수소 함유 가스와 연료 가스가 공급되어 전력을 발생시키는 연료전지 스택(1)을 구비한다. 이 연료전지 스택(1)은, 예컨대 고체 고분자 전해질 막을 사이에 끼우고 있는 산화제 전극과 연료 전극 한 쌍을 탑재한 연료전지 구조 사이에 이격판을 끼운 다수의 연료전지 구조로 구성된다. 이 연료전지 스택(1)은 산화제 가스로서 산소 함유 공기가 그 산화제 전극에 공급되고 연료 가스로서 수소가스가 그 연료 전극에 공급됨으로써 전력을 발생시키며, 예컨대 차량 등의 구동원으로서 이용된다.
<연료전지 시스템의 구성>
도 1로부터 분명하듯이, 이 연료전지 시스템은 연료전지 스택(1)에 공급할 수소가스를 저장하는 연료탱크(2)와 연료전지 스택(1)에 공급할 연료 가스의 압력 및 유량을 조정하는 압력 제어 밸브(3)를 구비하고 있다. 여기서, 연료전지 스택(1), 연료탱크(2) 및 압력 제어 밸브(3)는 수소 통과관을 통해 서로 연결된다. 압력 제어 밸브(3)의 밸브 개도(開度)는 후술하는 제어부(1)로부터의 개도 제어신호(S1)에 따라 조정되어, 연료전지 스택(1)에 공급되는 연료 가스의 압력 및 유량을 제어한다.
또한, 이 연료 전지 시스템은 연료전지 스택(1)에 산화제 가스를 공급하는 압축기(4), 압축기(4)를 구동하는 모터(5) 및 연료전지 스택(1)의 산화제 가스 배기 측에 배치되는 압력 제어 밸브(6)를 구비한다. 여기서, 압축기(4), 연료전지 스택(1) 및 압력 제어 밸브(6)는 산화제 통과관을 통해 서로 연결된다. 제어부(10)는 모터(5)에 구동력 제어신호(S2)를 출력함으로써 모터(5)의 구동력에 따라 압축기(4)의 구동력을 제어한다. 또한, 제어부(10)는 압력 제어 밸브(6)에 밸브 개도 제어신호(S3)를 출력하여 압력 제어 밸브(6)를 제어함으로써 연료전지 스택(1)에서의 산화제 가스 압력을 제어하고, 이것에 의해 연료전지 스택(1)에 공급되는 산화제 가스의 유량을 제어한다.
또한, 이 연료전지 시스템은 연료전지 스택(1)에 전기적으로 접속된 전력 제어부(7), 연료전지 스택(1)에 의해 발생된 전력을 축적하는 전력 축적부(8) 및 연료전지 스택(1)에 의해 발생한 전력으로 구동되는 구동 모터 등의 부하부(9)를 구비한다. 축적부(8)는 소위 배터리로 구성된다.
전력 제어부(7)는 제어부(10)로부터의 전력 제어신호(S4)에 따라 연료전지 스택(1)으로부터 전력을 끌어내어, 압축기의 모터(5), 부하부(9), 전력 축적부(8) 등에 전력을 공급한다. 전력 제어부(7)로부터 공급된 전력의 양이 부하부(9)에서 소비되는 전력량보다 크면, 전력 축적부(8)는 연료전지 스택(1)으로부터의 과잉 전력을 충전전력으로서 저장한다. 전력 제어부(7)에서 공급된 전력의 양이 부하부(9)에서 소비되는 전력량보다 적으면, 전력 축적부(8)는 부족량에 상당하는 전력을 부하부(9)에 공급한다.
제어부(10)는 차량 운전자에 의해 조작되는 가속기 동작량 정보 및 차속 펄스 신호에 따른 차속 정보를 산출한다. 제어부(10)는 가속기 동작량 정보가 나타내는 크기에 따라 부하부(9)에 구동력 제어신호(S5)를 출력함으로써 구동력을 제어한다. 더욱이, 제어부(10)는 가속기 동작량 정보 및 차속 정보에 따른 연산을 통해 목표 전력 발생량을 취득한다.
제어부(10)는 연료전지 스택(1)으로부터 발생하는 전력의 목표로서 목표 전력 발생량을 계산한다. 또한, 제어부(10)는 압력 제어 밸브(3)의 밸브 개도, 모터(5)의 구동력 및 압력 제어 밸브(6)의 개도를 제어하여, 원하는 전력 발생량을 취득하고, 연료전지 스택(1)에 공급되는 연료 가스와 산화제 가스의 압력 및 유량을 제어하여, 연료전지 스택(1)의 전력 발생량을 제어한다. 또한, 제어부(10)는 전력 제어부(7)를 제어하여, 전력 축적부(8) 및 부하부(9)에 전력을 공급한다.
<제어부(10)의 기능 구성>
도 2는 제어부(10)의 기능 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2로부터 분명하듯이, 제어부(10)는 가속기 동작량 정보 및 차속 정보가 입력되는 소요 부하 계산부(21), 전력 축적부(8)의 상태를 검출하는 배터리 센서(도시 생략)로부터의 배터리 온도 및 전력 축적부(8)의 충전 레벨을 나타내는 충전 레벨 정보가 입력되는 입력 가능/출력 가능 출력 계산부(22), 및 저장된 전력의 값으로서 차량의 최대 가속 시에 부하부(9)에 필요한 전력을 보상하는 값을 갖는 한계 부하 전력 기억부(23)를 구비한다.
또한, 제어부(10)는 입력 가능/출력 가능 전력 계산부(22) 및 한계 부하 전력 기억부(23)로부터의 정보를 이용하여 계산하는 목표 충전량 계산부(24), 목표 FC 한계 전력 계산부(25), 부하부(9)를 제외한 연료전지 시스템의 각 구성요소에의 소비전력을 계산하는 보조장치 소비전력 계산부(26), 소요 부하 계산부(21), 목표 충전량 계산부(24) 및 보조장치 소비전력 계산부(26)로부터의 정보를 이용하여 계산하는 목표 전력 발생량 계산부(27)를 포함한다. 또 제어부(10)는 목표 전력 발생량 계산부(27) 및 목표 FC 한계 전력 계산부(25)로부터의 정보를 이용하여 계산하는 가스 공급량 제어부(28)를 포함한다.
소요 부하 계산부(21)는 부하부(9)의 구동에 필요한 소요 부하 전력을 가속기 동작량 정보 및 차속 정보에 따라 계산한다. 그리고, 소요 부하 계산부(21)는 계산된 소요 부하 전력 정보(S11)를 목표 전력 발생량 계산부(27)에 출력한다.
입력 가능/출력 가능 전력 계산부(22)는 전력 축적부(8)에 저장할 수 있는 전력의 값을 나타내는 입력 가능 전력 정보 및 전력 축적부(8)에서 부하부(9)로 출력할 수 있는 전력의 값을 나타내는 출력 가능 전력 정보를 배터리 온도 및 충전 레벨 정보에 따라 계산한다. 그리고, 입력 가능/출력 가능 전력 계산부(22)는 입력 가능 전력 정보(S14) 및 출력 가능 전력 정보(S13)를 목표 충전량 계산부(24) 및 목표 FC 한계 전력 계산부(25)에 출력한다.
목표 충전량 계산부(24)는 연료전지 스택(1)에 의해 발생되어 한계 부하 전력 정보(S12), 입력 가능 전력 정보(S14) 및 출력 가능 전력 정보(S13)에 따라 전력 축적부(8)에 저장되는 전력의 목표량으로서 목표 충전량을 계산한다. 그리고, 목표 충전량 계산부(24)는 입력 가능 전력의 범위 내에서 목표 충전량을 결정하여 충전 전력의 한계 부하 전력으로의 접근을 허용하고, 목표 충전 전력 정보(S16)를 목표 전력 발생량 계산부(27)에 출력한다.
목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 한계 부하 전력 정보(S12), 출력 가능 전력 정보(S13) 및 입력 가능 전력 정보(S14)에 따라 계산한다. 그리고, 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 즉시 취득하여 부하부(9)에 공급할 수 있는 목표 FC 한계 전력을 나타내는 목표 FC 한계 전력 정보(S17)를 취득하여 가스 공급량 제어부(28)에 출력한다.
목표 전력 발생량 계산부(27)는 보조장치 소비전력 정보(S15), 목표 발생 전력 정보(S16) 및 소요 부하 전력 정보(S11)에 따라 계산한다. 그리고, 목표 전력 발생량 계산부(27)는 연료전지 스택(1)에 의해 발생된 전력의 목표인 전력의 값을 나타내는 목표 발생 전력 정보(S18)를 취득하여 가스 공급량 제어부(28)에 출력한다.
가스 공급량 제어부(28)는 목표 발생 전력 정보(S18) 및 목표 FC 한계 전력 정보(S17)에 따라 압력 제어 밸브(3), 모터(5) 및 압력 제어 밸브(6)를 제어하여, 연료전지 스택(1)에 공급되는 연료 가스 및 산화제 가스의 압력 및 유량을 제어하고, 이에 따라 연료전지 스택(1)의 발생 전력을 제어하게 된다.
도 3은 부하부(9)에 요구되는 전력의 변화에 대응하도록 연료전지 스택(1) 및 전력 축적부(8)에서 부하부(9)로 공급되는 전력의 변화를 나타낸다. 도 3으로부터 분명하듯이, 곡선 A가 부하부(9)의 구동에 필요한 전력을 나타내는 경우, 연료전지 스택(1)이 곡선 B로 나타낸 전력만을 발생시킬 수 있다면, 연료전지 스택(1)의 전력 발생량은 부하부(9)에 전력을 공급하는 전력 축적부(8)에 의해 보상된다. 구체적으로, 곡선 C가 나타내는 전력은 도 3에서 빗금친 영역이 나타내는 전력을 보상하기 위한 것이다. 여기서, 곡선 C가 나타내는 전력이 차량의 최대 가속 시에 요구되는 전력이라고 하면, 한계 부하 전력의 값은 미리 설정되어 한계 부하 전력 기억부(23)에 저장된다.
도 4는 연료전지 스택(1)의 출력 전력과 연료 가스 및 산화제 가스의 압력 및 유량 사이의 관계를 나타낸다. 도 4에서 실선은 연료전지 스택(1)으로부터 전력을 취득하기 위한 최소 필요 유량 및 최소 필요 압력을 나타낸다. 여기서, 가스 공급량 제어부(28)는 제어 목표 유량 및 압력이 FC 한계 전력에 의해 증가하는 유량값 및 압력값(도 4에서 ●으로 표시)으로서 설정되고, 연료전지 스택(1)으로부터 실제 취득되는 전력은 목표 전력 발생량(도 4에서 ○으로 표시)으로서 설정되도록 각 구성요소를 제어한다. 따라서, 목표 전력 발생량의 전력과 목표 FC 한계 전력의 합계가 연료전지 스택(1)으로서 취득될 수 있다. 최대 부하에서 부하부(9)가 작동하여 소요 부하 전력에 대한 요구가 일어나면, 제어부(10)는 목표 FC 한계 전력에 상당하는 전력의 양을 연료전지 스택(1)에서 즉시 취득하여 부하부(9)에 공급한다.
한편, 목표 FC 한계 전력이 0이면, 가스 공급량 제어부(28)는 최소 필요 유량 및 최소 필요 압력을 얻기 위해 모터(5)를 제어하여 압축기(4)의 구동량을 감소시키고, 연료전지 스택(1)으로부터 실제 취득된 전력이 목표 전력 발생량으로 설정된다. 즉, 도 4에서 ○로 나타낸 출력 전력을 취득할 때, 가스 공급량 제어부(28)는 도 4에서 ○로부터 연장하는 점선이 각각의 특성을 나타내는 선과 교차하는 지점을 제어 목표 유량 및 제어 목표 압력으로 설정한다.
도 5는 충전 레벨(SOC)에 대한 출력 가능 전력 및 입력 가능 전력의 변화를 나타낸다. 출력 가능 전력 및 입력 가능 전력은 온도에 따라서도 달라지고, 도 5는 실온 및 저온에서의 각각의 특성을 나타낸다.
<제어부(10)의 전력 제어 처리>
도 6 및 도 7에는 상술한 구성을 가진 제어부(10)에 의한 전력 제어 처리의 처리 단계를 나타내고 있다.
도 6에 의하면, 부하부(9) 구동 시에 제어부(10)는 우선 단계 ST1에서 배터리 센서(도시 생략)로부터의 센서 신호에 따라 출력 가능 전력 계산부(22)에 의해 전력 축적부(8)의 온도를 검출한 다음, 단계 ST2로 진행한다.
단계 ST2에서 제어부(1)는 전력 축적부(8)의 전류치 및 전압치에 따라 충전 레벨을 계산하여 그 결과를 입력 가능/출력 가능 전력 계산부(22)에 출력한다.
다음에, 단계 ST3에서 입력 가능/출력 가능 전력 계산부(22)는 단계 ST1 및 ST2에서 구한 배터리 온도 및 충전 레벨에 따라 입력 가능 전력 정보(S14) 및 출력 가능 전력 정보(S13)를 계산한다. 여기서, 입력 가능/출력 가능 전력 계산부(22)는 도 5에 도시한 것처럼 충전 레벨에 대한 입력 가능 전력 및 출력 가능 전력의 특성, 배터리 온도 및 충전 레벨에 따라 입력 가능 전력 및 출력 가능 전력을 구한다.
이어서, 단계 ST4에서 제어부(10)는 한계 부하 전력 기억부(23)에 저장된 한계 부하 전력 정보를 독출한다.
다음 단계 ST5에서 소요 부하 계산부(21)에 가속기 동작량 정보 및 차속 정보가 입력된다. 다음 단계 ST6에서 소요 부하 계산부(21)는 가속기 동작량 정보 및 차속 정보에 따라 부하부(9)에 요구되는 소요 부하 전력을 계산한다.
다음 단계 ST7에서 보조장치 소비전력 계산부(26)는 보조장치 소비전력 정보(S15)를 계산한다.
도 7에 나타낸 다음 단계 ST8에서는, 목표 충전량 계산부(24)가 한계 부하 전력 기억부(23)에 저장된 한계 부하 전력의 양과 단계 ST3에서 구한 출력 가능 전력의 양을 비교하여, 한계 부하 전력이 출력 가능 전력보다 작은지 여부를 판정한다. 한계 부하 전력이 출력 가능 전력보다 작으면, 목표 충전량 계산부(24)는 단계 ST9로 진행하고, 한계 부하 전력이 출력 가능 전력 이상이면 후술하는 단계 ST11로 진행한다.
한계 부하 전력이 출력 가능 전력보다 작으면, 목표 충전량 계산부(24)는 출력 가능 전력이 도 8A에 나타낸 것처럼 한계 부하 전력을 커버할 수 있어, 추가 충전 없이 한계 부하 전력을 확보할 수 있다고 인식한다. 그래서, 목표 충전량 계산부(24)는 목표 충전량이 0인 목표 충전 전력 정보(S16)를 목표 전력 발생량 계산부(27)에 출력하고 단계 ST9로 진행한다.
단계 ST9에서 목표 전력 발생량 계산부(27)는 단계 ST6에서 구한 소요 부하 전력과 같은 양의 목표 전력 발생량을 취득하고, 목표 발생 전력 정보(S18)를 가스 공급량 제어부(28)에 출력한다. 그리고, 단계 ST19에서 목표 FC 한계 전력이 0으로 설정된다. 그 후에 단계 ST10으로 진행한다. 여기서, 목표 전력 발생량 계산부(27)는 목표 전력 발생량에 단계 ST7에서 구한 보조장치 소비전력도 포함하고 있다.
한편, 단계 ST8에서 한계 부하 전력이 출력 가능 전력 이상이라고 판정되면, 목표 충전량 계산부(24)는 단계 S11에서 한계 부하 전력에 대한 출력 가능 전력의 전력 차를 계산한다. 이 경우, 목표 충전량 계산부(24)는 한계 부하 전력에서 출력 가능 전력을 뺀 전력 차를 인지한다.
이어서, 단계 ST12에서 목표 충전량 계산부(24)는 단계 ST11에서 계산된 전력 차가 입력 가능 전력보다 작은지 여부를 판정한다. 전력 차가 입력 가능 전력보다 작다고 판정하면, 목표 충전량 계산부(24)는 단계 ST13으로 진행하지만, 전력 차가 입력 가능 전력 이상이라고 판정하면, 목표 충전량 계산부(24)는 후술하는 단계 ST15로 이행한다.
단계 ST13에서 목표 충전량 계산부(24)는 도 8B에 나타낸 것처럼, 입력 가능 전력에 상당하는 전력을 충전함으로써 전력 차를 커버할 수 있다고 인식하고, 단계 ST11에서 계산된 전력 차를 그대로 목표 충전량으로 설정한다.
다음 단계 ST14에서 목표 전력 발생량 계산부(27)는 소요 부하 계산부(21)로부터 단계 ST6에서 구한 소요 부하 전력을 받는 동시에, 목표 충전량 계산부(24)로부터 단계 ST13에서 구한 목표 충전량을 받는다. 그리고, 소요 부하 전력과 목표 충전량을 합한 전력량을 목표 전력 발생량으로 설정하고, 단계 ST18에서 목표 FC 한계 전력을 0으로 설정한다. 그 후에 단계 ST10으로 진행한다.
단계 ST12에서 전력 차가 입력 가능 전력 이상이라고 판정하면, 목표 충전량 계산부(24)는 단계 ST15에서 입력 가능 전력이 도 8C에 나타낸 것처럼 전력 차를 커버할 수 있다고 인식하고 입력 가능 전력을 목표 충전량으로 설정한다.
다음 단계 ST16에서 목표 전력 발생량 계산부(27)는 소요 부하 계산부(21)로부터의 소요 부하 전력과 목표 충전량을 합하여 목표 전력 발생량을 구한다. 여기서, 목표 전력 발생량 계산부(27)는 목표 전력 발생량에 상술한 단계 ST7에서 구한 보조장치 소비전력을 포함하고 있다.
다음 단계 ST17에서 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 한계 부하 전력에서 출력 가능 전력을 뺀 전력 차를 구하고, 구한 전력 차에서 입력 가능 전력을 빼 목표 FC 한계 전력(전력의 부족량)을 구한다. 그 후, 단계 ST10으로 이행한다. 다음 단계 ST10에서 가스 공급량 제어부(28)는 목표 발생 전력 정보(S18)에 따라 각 구성요소를 제어하는 제어신호를 출력하고, 연료 가스 및 산화제 가스의 유량 및 압력을 설정하여 도 4에 도시한 바와 같이 목표 발생량 및 목표 FC 한계 전력을 구한다.
<실시형태의 효과>
상술한 바와 같은 처리를 하는 제어부(10)에 의하면, 출력 가능 전력이 도 8B에 나타낸 것처럼 한계 부하 전력보다 작은 경우, 또한 입력 가능 전력이 전력 차보다 큰 경우에는, 목표 충전량으로 전력 차를 보상하도록 목표 전력 발생량을 설정한다. 그렇게 함으로써 언제라도 한계 부하 전력을 취득할 수 있다.
예컨대 도 9A에 나타낸 바와 같이, 연료전지 스택(1)의 발생 전력 출력은 부하부(9)의 부하가 바뀌기 전의 기간(T1)에 소요 부하를 초과하고, 도 9B에 나타낸 것처럼 전력 축적부(8)에 전력이 충전된다. 이 때의 목표 충전 전력과 출력 가능 전력의 총계는 한계 부하 전력이 된다. 여기서, 연료전지 (순)출력과 연료전지 (총)출력과의 차는 보조장치에 의해 소비되는 전력이 된다.
여기서, 도 9A에 나타낸 바와 같이, 다음 기간(T2)에 소요 부하가 크게 변화하여, 연료전지 스택(1)으로부터의 전력 출력에 있어서의 변화가 소요 부하의 변화속도에 비해 지연되는 경우나, 소요 부하가 연료전지 스택(1)으로부터의 전력 출력과 전력 축적부(8)의 출력 가능 전력의 총계를 초과하는 경우에도 항상 한계 부하 전력을 확보하도록 목표 충전량이 설정되기 때문에 목표 충전량에 상당하는 전력이 공급될 수 있다. 따라서, 연료전지 시스템에 의하면, 부하부(9)의 부하가 크게 변화하는 경우에도, 부하부(9)에 한계 부하 전력을 공급하는 것이 가능해지고, 소요 부하의 변화에 따라 전력 공급을 하는 것이 가능해진다.
또한, 이 연료전지 시스템에서, 전력 축적부(8)에서 부하부(9)로 공급되는 전력은 출력 가능 전력 내에서 유지될 수 있다. 따라서, 연료전지 시스템에 의하면, 전력 축적부(8)의 열화의 진행을 억제하는 것이 가능해진다.
더욱이, 부하가 변화한 후의 기간(T3)에 연료전지 시스템은 계속해서 전력 축적부(8)를 충전하기 때문에, 출력 가능 전력으로 한계 부하 전력을 커버하기에 충분히 높은 충전 레벨을 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 연료전지 시스템에 의하면, 부하부(9)의 소요 부하가 변하지 않을 때, 전력 축적부(8)에 충전을 하기 때문에, 한계 부하 전력을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 상기와 같은 처리를 하는 제어부(10)에 의하면, 출력 가능 전력이 도 8C에 나타낸 것처럼 한계 부하 전력보다 작은 경우, 입력 가능 전력이 그 사이의 전력 차보다 작더라도, 목표 FC 한계 전력을 설정함으로써 한계 부하 전력을 확보할 수 있다.
예컨대, 도 10A에 나타낸 것처럼, 부하부(9)의 부하가 변화하기 전의 기간(T1)에 연료전지 (순)출력이 소요 부하를 초과하고, 도 10B에 나타낸 것처럼 입력 가능 전력보다 작은 전력이 전력 축적부(8)에 충전된다.
여기서, 기간(T1)에는 전력 축적부(8)의 입력 가능 전력이 작기 때문에, 기간(T1)에서의 출력 가능 전력과 충전 전력의 합만으로는 한계 부하 전력을 커버할 수 없는 것으로 한다. 이와 반대로, 연료전지 시스템에서는 단계 ST17에서 목표 FC 한계 전력을 설정하여, 과잉 전력을 항상 출력할 수 있는 것으로 한다. 그리고, 부하부(9)의 소요 부하가 커지면, 이미 취득된 전력과 목표 FC 한계 전력이 연료전지 스택(1)에서 취득되는 동시에, 전력 축적부(8)의 충전 전력이 부하부(9)에 공급된다.
따라서, 연료전지 시스템에 의하면, 목표 FC 한계 전력을 즉시 취득하여, 연료전지 스택(1)의 출력이 부하에 비해 불충분한 기간을 단축하는 것이 가능하고, 또한 연료전지 스택(1)의 출력의 부족량을 줄이는 것이 가능하다. 또한, 소요 부하의 변화에 응하여 전력을 공급하는 것이 가능하다.
더욱이, 연료전지 시스템에 의하면, 도 5에 나타낸 것처럼 전력 축적부(8)가 실온에 비해 저온에서 전력을 보다 많이 출력하는 경우에도, 또한 부하 변화에 대해 전력이 그 정도로 충분히 공급되지 않는 경우에도, 부하부(9)에 목표 FC 한계 전력을 공급함으로써 부하 변화에 빠르게 대처할 수 있다.
또한, 연료전지 시스템에 의하면, 전력 축적부(8)에 입력되는 전력은 출력 가능 전력 내에서 유지될 수 있고, 전력 축적부(8)로부터 출력되는 전력은 출력 가능 전력 내에서 유지될 수 있다. 따라서, 전력 축적부(8)의 열화의 진행을 억제하는 것이 가능하다.
<제어부(10)의 통지 처리>
다음에, 도 11을 참조하여, 제어부(10)에 의해 목표 FC 한계 전력을 부하부(9)에 공급할 때의 사용자에 대한 통지 처리에 관해 설명한다.
도 11에 의하면, 우선 단계 ST21에서 예컨대 상술한 단계 ST17에서 설명한 것처럼 목표 FC 한계 전력 계산부(25)에 의해 목표 FC 한계 전력이 계산되어, 단계 ST22로 진행한다.
단계 ST22에서 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 압력 제어 밸브(3), 모터(5) 및 압력 제어 밸브(6)를 제어하여, 단계 ST21에서 계산된 목표 FC 한계 전력을 얻을 수 있는지 여부를 판정한다. 목표 FC 한계 전력을 얻을 수 있다고 판정한 경우, 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 단계 ST23으로 진행한다. 목표 FC 한계 전력을 얻는 것이 불가능하다고 판정한 경우, 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 단계 S24로 진행한다.
단계 ST23에서 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 한계 부족 램프를 오프 하도록 제어하여, 목표 FC 한계 전력을 공급하는 것이 불가능하다고 차량 운전자에게 통지한다.
단계 ST24에서 목표 FC 한계 전력 계산부(25)는 한계 부족 램프를 온 하도록 제어한다.
그렇게 함으로써, 연료전지 시스템에서는 가속 동작이 저하되는 것을 차량 운전자에게 통지하는 것이 가능해진다. 또한, 급가속 등을 요구에 대한 남은 전력이 거의 없다고 통지함으로써, 상황에 따른 운전 조작을 재촉하는 것이 가능해진다.
여기서, 차량 운전자에게 목표 FC 한계 전력의 실행 불가능성을 통지하는 수단은 램프에 한정되지 않고, 표시기구나 음향기구(도시 생략)를 사용할 수도 있다.
<연료전지 스택(1)의 온도에 따른 판정 처리>
다음에, 도 11에 나타낸 단계 ST22의 판정이 연료전지 스택(1)의 온도에 따라 실행되는 도 12를 참조하여 실시형태에 관해 설명한다.
도 12에 의하면, 단계 ST31에서 목표 FC 한계 전력 계산부(25)가 상술한 처리에서와 마찬가지로 목표 FC 한계 전력을 계산하고 다음 처리를 시작한다.
다음 단계 ST32에서는 연료전지 스택(1)에 공급되는 냉각제의 온도가 온도 센서(도시 생략)에 의해 검출된다.
다음 단계 ST33에서는 단계 ST32에서 검출된 냉각제 온도에 따라 연료전지(1)의 최대 가능 전력 발생량을 계산한다. 여기서, 도 13에 나타낸 연료전지 스택(1)으로부터의 냉각제 온도(연료전지 온도)와 연료전지 스택(1)의 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량과의 관계를 참조하여 냉각제 온도에 따른 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량을 구한다.
다음 단계 ST34에서는 목표 발생 전력과 목표 FC 한계 전력과의 합계를 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량과 비교한다. 목표 발생 전력과 목표 FC 한계 전력의 합계가 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량보다 작으면 단계 ST35로 진행한다. 목표 발생 전력과 목표 FC 한계 전력의 합계가 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량 이상이면 단계 ST37로 진행한다.
단계 ST35에서는 전력을 발생시키는 연료 가스 및 산화제 가스의 유량 및 압력을 계산하고, 여기서 전력은 연료전지 스택(1)에서의 목표 발생 전력과 목표 FC 한계 전력의 합계이다. 이어서 단계 ST36으로 진행한다.
단계 ST36에서 목표 FC 한계 전력이 적당하다고 판정되면 도 11의 단계 ST23으로 진행한다. 이어서, 도 11의 단계 ST23으로 진행한다.
한편, 단계 ST34에서 목표 발생 전력과 목표 FC 한계 전력의 합계가 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량보다 크면 단계 ST37로 진행한다. 단계 ST37에서, 가스 공급량 제어부(28)는 단계 ST33에서 계산된 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량에 따라 연료 가스 및 산화제 가스의 유량 및 온도를 계산한다. 그리고, 단계 ST38로 진행한다.
단계 ST38에서 목표 FC 한계 전력이 적당하지 않다고 판정하면, 도 11의 단계 ST24로 진행한다.
상기와 같은 처리를 실행하는 연료전지 시스템에 의하면, 연료전지 스택(1)의 온도 변화에 따라 변화하는 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량은 한계 부하 전력을 커버하도록 목표 FC 한계 전력을 공급할 수 있는지 여부의 판정에 따라 구해진다. 따라서, 연료전지 스택(1)의 온도 상태에 따라 과도한 부하 변화에 대해 남은 전력이 거의 없는 것을 정확하게 판단할 수 있게 된다.
<화학양론비에 따른 판정 처리>
다음에, 도 11에서의 단계 ST22의 판정을 도 14에 나타낸 연료 가스 또는 산화제 가스의 화학양론비에 따라 실행하는 예에 관해 설명한다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 단계 ST41에서 상술한 처리와 마찬가지로 목표 FC 한계 전력 계산부(25)에 의해 목표 FC 한계 전력을 계산한다. 그리고, 단계 ST42로 진행하여 다음 처리를 시작한다.
단계 ST42에서 목표 전력 발생량 및 목표 FC 한계 전력에 따라 한계 화학양론비를 계산한다. 이어서 단계 ST43으로 진행한다. 여기서, 화학양론비는 연료전지 스택(1)에 대한 가스 공급량을 연료전지 스택(1)에 의해 소비되는 가스 공급량으로 나눈 값이고, 이 화학양론비는 도 15에 나타낸 것처럼 연료전지 스택(1)의 발생 전력에 따라 변화한다. 이 경우, 한계 화학양론비는 연료전지 시스템의 순수(純水) 수집효율 및 가습 특성에 따라서도 변화한다.
단계 ST43에서 목표 발생 전력과 목표 FC 한계 전력의 합계의 전력 발생에 필요한 연료 가스 및 산화제 가스의 유량을 전력 발생 시에 소비되는 연료 가스 및 산화제 가스의 유량으로 나누어 목표 FC 한계 전력량 충족 화학양론비를 계산한다. 이어서 단계 ST44로 진행한다.
단계 ST44에서는 단계 ST42에서 구한 한계 화학양론비와 단계 ST43에서 구한 목표 FC 한계 전력량 충족 화학양론비를 서로 비교한다. 목표 FC 한계 전력량 충족 화학양론비가 한계 화학양론비보다 크다고 판정하면, 단계 ST45로 진행한다. 목표 FC 한계 전력량 충족 화학양론비가 한계 화학양론비 이하라고 판정하면, 단계 ST47로 진행한다.
단계 ST45에서 목표 화학양론비를 목표 FC 한계 전력량 충족 화학양론비로 설정하고 단계 ST46으로 진행한다.
단계 ST46에서 목표 FC 한계 전력이 알맞다고 판정하면 도 11의 단계 ST23으로 진행한다.
단계 ST47에서는 목표 화학양론비를 도 15에 나타낸 한계 화학양론비로 설정하고 단계 ST48로 진행한다.
단계 ST48에서 목표 FC 한계 전력이 부적당하다고 판정하면 도 11의 단계 ST24로 진행한다.
상기와 같은 처리를 실행하는 연료전지 시스템에 의하면, 연료전지 스택(1)의 소비 변화에 따라 변화하는 연료전지 스택(1)의 최대 가능 전력 발생량을 구하여, 한계 부하 전력을 커버하는 목표 FC 한계 전력을 공급할 수 있는지 여부를 판정한다. 따라서, 연료전지 스택(1)의 소비 상태에 따라 과도한 부하 변화에 대해 남은 전력이 거의 없는 것을 정확하게 판단할 수 있게 된다.
여기서, 상술한 실시형태는 본 발명의 일례이므로, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 물론, 상기 실시형태와 다른 경우에도, 본 발명에 관한 기술 사상의 범위 내에서 설계 등에 따라 각종 변경이 가능하다.
본 발명의 연료전지 시스템의 제어장치에 의하면, 출력 가능 전력이 한계 부하 전력보다 작은 경우, 충전 전력이 한계 부하 전력과 출력 가능 전력과의 전력 차보다 커지도록 연료전지의 전력 발생량을 제어한다. 따라서, 부하회로의 부하가 증가하더라도, 전력 축적부로부터 전력이 공급되어, 한계 부하 전력에 상당하는 전력이 공급될 수 있다. 이와 같이, 이용 전력이 변화하는 부하로의 충분한 전력 공급이 실현될 수 있다.
또한, 한계 부하 전력과 출력 가능 전력과의 전력 차가 전력량 판정의 결과로서 입력 가능 전력보다 큰 경우, 입력 가능 전력이 전력 축적부의 충전 전력이 되도록 전력이 발생하고, 한계 부하 전력에서 입력 가능 전력과 출력 가능 전력을 뺀 전력 차의 부족량이 항상 발생하도록 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력이 제어된다. 따라서, 전력 축적부가 낮은 온도 등으로 인해 부하 변화에 대하여 전력을 충분히 공급할 수 없더라도, 부하회로에 전력을 즉시 공급할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어장치에 의하면, 연료전지의 온도, 산화제 가스의 화학양론비, 유량 및 압력, 연료 가스의 화학양론비, 유량 및 압력 중 어느 하나에 따라 연료전지가 소요 한계 전력에 대한 부족 전력량에 상당하는 전력을 발생시킬 수 없다고 판정한다. 따라서, 연료전지의 상태에 따라, 부하 변화에 대한 남은 전력이 거의 없다고 통지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어장치에 의하면, 연료전지가 부족 전력량에 상당하는 전력을 발생할 수 없는 경우, 소요 한계 전력을 확보할 수 없다고 사용자에게 통지한다. 따라서, 부하 변화에 대해 남은 전력이 거의 없다고 정확하게 통지하는 것이 가능해진다.
더욱이, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어장치에 의하면, 전력 축적부에서 부하회로로 공급되는 전력을 출력 가능 전력 이하로 설정하고, 연료전지에서 전력 축적부로 입력되는 전력을 전력 축적부의 입력 가능 전력 이하로 설정한다. 따라서, 전력 축적부의 열화의 진행을 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법에 의하면, 출력 가능 전력이 전력량 판정의 결과로서 한계 부하 전력보다 작은 경우, 충전 전력이 한계 부하 전력과 출력 가능 전력과의 전력 차보다 커지도록 연료전지의 전력 발생량을 제어한다. 따라서, 부하회로의 부하가 증가하더라도, 전력 축적부로부터 전력이 공급되어, 한계 부하 전력에 상당하는 전력이 공급될 수 있다. 이와 같이, 이용 전력이 변화하는 부하로의 충분한 전력 공급이 실현될 수 있다.
또한, 한계 부하 전력과 출력 가능 전력과의 전력 차가 전력량 판정의 결과로서 입력 가능 전력보다 큰 경우, 입력 가능 전력이 전력 축적부의 충전 전력이 되도록 전력이 발생하고, 한계 부하 전력에서 입력 가능 전력과 출력 가능 전력을 뺀 전력 차의 부족량이 항상 발생하도록 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력이 제어된다. 따라서, 전력 축적부가 낮은 온도 등으로 인해 부하 변화에 대하여 전력을 충분히 공급할 수 없더라도, 부하회로에 전력을 즉시 공급할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법에 의하면, 연료전지의 온도, 산화제 가스의 화학양론비, 유량 및 압력, 연료 가스의 화학양론비, 유량 및 압력 중 어느 하나에 따라 소요 한계 전력에 대한 부족 전력량에 상당하는 전력을 연료전지가 발생시킬 수 없다고 판정한다. 따라서, 연료전지의 상태에 따라, 부하 변화에 대한 남은 전력이 거의 없다고 통지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법에 의하면, 연료전지가 부족 전력량에 상당하는 전력을 발생할 수 없는 경우, 소요 한계 전력을 확보할 수 없다고 사용자에게 통지한다. 따라서, 부하 변화에 대해 남은 전력이 거의 없다고 정확하게 통지하는 것이 가능해진다.
더욱이, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법에 의하면, 전력 축적부에서 부하회로로 공급되는 전력을 출력 가능 전력 이하로 설정하고, 연료전지에서 전력 축적부로 입력되는 전력을 전력 축적부의 입력 가능 전력 이하로 설정한다. 따라서, 전력 축적부의 열화의 진행을 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 임의의 실시형태를 참조하여 상기에 본 발명에 관해 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 분야의 기술자들에 의해 교시로서 대안 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 다음의 청구항을 참조하여 한정된다.

Claims (9)

  1. 연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하회로에 공급하여 부하를 구동하며, 상기 연료전지로부터 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템의 제어장치에 있어서,
    상기 부하회로의 상기 부하가 소정의 비율로 증가할 때, 상기 전력 축적부 및 상기 연료전지로부터 상기 부하회로로 공급될 전력의 증분인 한계 부하 전력량을 설정하는 한계 부하 전력 설정부;
    상기 전력 축적부의 출력 가능 전력을 계산하는 출력 가능 전력 계산부;
    상기 전력 축적부에 입력 및 축적 가능한 전력을 계산하는 입력 가능 전력 계산부; 및
    상기 한계 부하 전력 설정부에 의해 설정된 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력 계산부에 의해 계산된 출력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 출력 가능 전력이 상기 한계 부하 전력보다 작은 경우, 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차와 상기 입력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차가 상기 입력 가능 전력보다 큰 경우, 전력을 발생시켜 상기 입력 가능 전력을 상기 전력 축적부의 충전전력으로 설정하며, 상기 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력을 제어하여, 상기 한계 부하 전력에서 상기 입력 가능 전력과 상기 출력 가능 전력을 뺀 전력의 부족량에 상당하는 전력을 상시 발생시킬 수 있게 하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지의 온도, 산화제 가스의 화학양론비, 유량, 압력 및 연료 가스의 화학양론비, 유량, 압력 중 적어도 하나에 따라 상기 연료전지가 상기 소요 한계 전력의 전력 부족량에 상당하는 전력을 발생시킬 수 없다고 판정하는 판정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지가 상기 전력 부족량에 상당하는 전력을 발생시킬 수 없을 때, 상기 한계 부하 전력을 확보할 수 없다고 사용자에게 통지하는 통지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전력 축적부에서 상기 부하회로로 공급되는 전력을 상기 출력 가능 전력 이하로 설정하고, 또한 상기 연료전지에서 상기 전력 축적부로 입력되는 전력을 상기 전력 축적부의 상기 입력 가능 전력 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어장치.
  5. 연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하회로에 공급하여 부하를 구동하며, 상기 연료전지로부터 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 부하회로의 상기 부하가 소정의 비율로 증가할 때, 상기 전력 축적부 및 상기 연료전지로부터 상기 부하회로로 공급될 전력의 증분인 한계 부하 전력량을 미리 설정하는 단계;
    상기 전력 축적부에 입력 및 축적 가능한 전력을 계산하고, 상기 전력 축적부의 출력 가능 전력을 계산하는 단계;
    상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차와 상기 입력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하는 단계; 및
    상기 입력 가능 전력이 충전전력이 되도록 상기 전력 축적부에 전력을 발생시키고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차가 상기 입력 가능 전력보다 큰 경우, 상기 한계 부하 전력에서 상기 입력 가능 전력과 상기 출력 가능 전력을 뺀 전력의 부족량을 상시 발생시키도록, 상기 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료전지의 온도, 산화제 가스의 화학양론비, 유량, 압력 및 연료 가스의 화학양론비, 유량, 압력 중 적어도 하나에 따라 상기 연료전지가 상기 소요 한계 전력의 전력 부족량에 상당하는 전력을 발생시킬 수 없다고 판정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연료전지가 상기 전력 부족량에 상당하는 전력을 발생시킬 수 없을 때, 상기 한계 부하 전력을 확보할 수 없다고 사용자에게 통지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전력 축적부에서 상기 부하회로로 공급되는 전력을 상기 출력 가능 전력 이하로 설정하고, 또한 상기 연료전지에서 상기 전력 축적부로 입력되는 전력을 상기 전력 축적부의 상기 입력 가능 전력 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  9. 연료 가스 및 산화제 가스를 연료전지에 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 부하회로에 공급하여 부하를 구동하며, 상기 연료전지로부터 발생된 전력을 전력 축적부에 축적하는 연료전지 시스템의 제어장치에 있어서,
    상기 부하회로의 상기 부하가 소정의 비율로 증가할 때, 상기 전력 축적부 및 상기 연료전지로부터 부하회로로 공급될 전력의 증분인 한계 부하 전력량을 설정하는 한계 부하 전력 설정수단;
    상기 전력 축적부의 출력 가능 전력을 계산하는 출력 가능 전력 계산수단;
    상기 전력 축적부에 입력 및 축적 가능한 전력을 계산하는 입력 가능 전력 계산수단; 및
    상기 한계 부하 전력 설정수단에 의해 설정된 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력 계산수단에 의해 계산된 출력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 출력 가능 전력이 상기 한계 부하 전력보다 작은 경우, 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차와 상기 입력 가능 전력을 비교하여 전력량 판정결과를 산출하고, 상기 전력량 판정의 결과로서 상기 한계 부하 전력과 상기 출력 가능 전력간의 전력 차가 상기 입력 가능 전력보다 큰 경우, 전력을 발생시켜 상기 입력 가능 전력을 상기 전력 축적부의 충전전력으로 설정하며, 상기 연료전지에 공급되는 가스의 유량 또는 압력을 제어하여, 상기 한계 부하 전력에서 상기 입력 가능 전력과 상기 출력 가능 전력을 뺀 전력의 부족량에 상당하는 전력을 상시 발생시킬 수 있게 하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어장치.
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