KR100547638B1

KR100547638B1 - 연료 전지용 제어 장치

Info

Publication number: KR100547638B1
Application number: KR1020037013224A
Authority: KR
Inventors: 스즈키게이스케
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2006-01-31
Also published as: EP1483799A2; KR20030089714A; CN1288786C; CN1561555A; WO2003061046A3; US20040115497A1; WO2003061046A2; JP2003217631A

Abstract

연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)은 연료 정지를 정지하기 위한 과정들의 개시를 판단한다. 연료 전극 가스 제어 유닛(102)은 정지 과정들의 개시의 판단을 기초로 연료 전극에서의 연료 가스를 정지 상태를 향하여 제어한다. 가스 압력 검출 유닛(103)은 연료 전극에서의 가스 압력을 검출한다. 산화제 전극 가스 제어 유닛(104)은, 산화제 전극에서의 가스 압력과 연료 전극에서의 가스 압력 간의 차이가 가스 검출의 결과와 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)으로부터의 출력에 기초하여 허용가능한 차압의 최대값 내에 있도록, 산화제 전극에서의 가스 압력을 제어하고, 또한 가스 압력 검출 유닛이 검출한 가스 압력이 허용가능한 차압의 최대값과 대기압과의 합에 도달한 후에, 산화제 전극에서의 가스 압력을 대기압으로 하도록 제어한다.

Description

연료 전지용 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR FUEL CELL}

본 발명은, 연료 전지용 제어 장치에 관한 것이며, 보다 자세하게는 연료 전지의 정지시의 가스 압력 제어에 관한 것이다.

연료 전지의 정지시, 이후의 연료 전극의 내부 저항의 증가와, 연료 전극과 산화제 전극 간의 차압의 증가에 기인하는 연료 전지에서의 열화의 발생을 방지하면서, 신속하게 연료 전극용 가스와 산화제 전극용 가스를 정지해야 한다.

일본 특개평 제2000-512069호에는, 연료 전지를 정지할 때에, 산화제 전극 측의 공급 밸브를 폐쇄하고, 이어서 산화제 전극 측의 산소 분압이 소정값까지 떨어졌을 때에 연료 전극 측의 공급 밸브를 폐쇄함으로써, 과잉 산소에 의한 산화 피막의 형성에 기인하여 전지의 내부 저항이 증가하여 유발된 전류 밀도의 분포가 변화하는 것으로 인하여, 서서히 전해질이 열화되는 것을 방지하는 기술(이하, 제1 종래 기술이라 칭함)이 개시되어 있다.

또한, 일본국 특개평 제8(1996)-45527호에는, 연료 개질기로부터 개질 가스를 공급하는 연료 전지의 긴급 정지시, 공기 송풍기의 회전을 소정 시간 동안 지속하면서, 산화제 전극에 가스 공급을 계속함으로써, 연료 전극과 산화제 전극 간의 차압의 증가를 방지하는 기술(이하, 제2 종래 기술이라 칭함)이 개시되어 있다.

발명의 개시

그러나, 제1 종래 기술에서, 산화제 전극용 가스가 미리 정지된다. 따라서, 압축기와 압력 조절 밸브로 통상적으로 구성된 산화제 가스를 공급하는 구성에서, 산화제 전극 측의 가스 압력이 갑자기 저하하여, 아직 동작 중인 연료 전극 측의 가스 압력과 산화제 전극 측의 가스 압력 간의 차압이 결과적으로 과대해진다. 따라서, 제1 종래 기술은 전해질의 열화 위험성을 감수해야 한다는 문제점이 있다.

또한, 제2 종래 기술에서, 연료 전지를 정지할 때의 산화제 전극용 가스 공급의 연속이 타이머로 제어된다. 그러나, 연료 전극에서의 가스 압력과 산화제 전극에서의 가스 압력 간의 차압의 변화는 연료 전지의 정지시 동작 상태에 따라 변동할 수도 있다. 따라서, 타이머로 제어하더라도 산화제 전극으로의 가스 공급의 정지 후에 차압이 허용값 내에 유지된다는 보증은 없고, 제1 종래 기술과 유사하게 연료 전극과 산화제 전극 간의 차압이 과대해질 수도 있다. 그러므로, 제2 종래 기술은 또한 전해질의 열화 위험성을 감수해야 하는 문제점을 가진다.

이상의 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은, 연료 전지의 정지 시에 연료 전극과 산화제 전극 간의 차압을 허용값 내로 유지하여, 전해질 내의 열화 위험성을 제거할 수 있는 연료 전지용 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 연료 전지의 정지 과정의 개시를 판단하는 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛, 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛으로부터의 출력에 기초하여, 연료 전극에서의 연료 가스를 정지 상태를 향 하여 제어하는 연료 전극 가스 제어 유닛, 상기 연료 전극에서의 가스 압력을 검출하는 가스 압력 검출 유닛, 및 상기 가스 압력 검출 유닛으로부터의 출력과 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛으로부터의 출력에 기초하여, 산화제 전극에서의 가스 압력과 연료 전극에서의 가스 압력 간의 차이가 허용가능한 차압의 최대값 내에 있도록, 산화제 전극에서의 가스 압력을 제어하고, 또한 상기 가스 압력 검출 유닛에 의하여 검출된 가스 압력이 대기압과 허용가능한 차압의 최대값과의 합에 도달한 후, 산화제 전극에서의 가스 압력을 대기압으로 하도록 제어하는 산화제 전극 가스 제어 유닛을 포함하는 연료 전지용 제어 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 전지용 제어 장치의 기본 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예를 사용하는 연료 전지 시스템의 하드웨어의 구성도이다.

도 3은 본 발명을 사용하지 않는 연료 전지의 정지시 시간에 따른 가스 압력의 변화를 도시하는 타이밍 챠트이다.

도 4는 본 발명을 사용하는 연료 전지의 정지시 시간에 따른 가스 압력의 변화를 도시하는 타이밍 챠트이다.

도 5는 본 실시예에 따른 제어기의 동작을 설명하는 일반적인 흐름도이다.

도 6은 본 실시예에 따른 수소 제어를 정지하기 위한 과정을 설명하는 상세 흐름도이다.

도 7은 본 실시예에 따른 수소 제어를 정지하기 위한 과정을 설명하는 다른 상세 흐름도이다.

도 8은 본 실시예에 따른 공기 제어를 위한 과정을 설명하는 상세 흐름도이다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료 전지용 제어 장치의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1에서, 연료 전지용 제어장치는, 연료 전지의 정지 과정의 개시를 판단하는 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101), 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)으로부터의 출력에 기초하여, 연료 전극에서의 연료 가스를 정지 상태를 향하여 제어하는 연료 전극 가스 제어 유닛(102), 연료 전극에서의 가스 압력을 검출하는 가스 압력 검출 유닛(103), 및 가스 압력 검출 유닛(103)으로부터의 출력과 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)으로부터의 출력에 기초하여, 산화제 전극에서의 가스 압력과 연료 전극에서의 가스 압력 간의 차이가 허용가능한 차압의 최대값 내에 있도록, 산화제 전극에서의 가스 압력을 제어하고, 또한 상기 가스 압력 검출 유닛에 의하여 검출된 가스 압력이 대기압과 허용가능한 차압의 최대값과의 합에 도달한 후, 산화제 전극에서의 가스 압력을 대기압으로 하도록 제어하는 산화제 전극가스 제어 유닛(104)을 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 연료 전지용 제어 장치의 실시예를 사용하는 연료 전지 시스템의 하드웨어의 구성도이다. 여기서, 연료 전지는 연료 전지 차량이나 연료 전지를 포함하는 하이브리드 차량용 동력원에 적용된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템은, 산화제 전극으로서의 공기 전극(201a)과 연료 전극(201b)을 포함하는 연료 전지 본체인 연료 전지 스택(201), 가습기(202), 압축기(203), 연료로서의 수소 가스를 저장하는 고압 수소 탱크(215), 고압 수소의 유량을 제어하는 가변 밸브(204), 공기의 압력 및 유량을 제어하는 스로틀(205), 수소를 외부로 방출하는 퍼지 밸브(206), 순수 펌프(207), 연료 전지 스택(201)으로부터 방출된 미사용된 수소를 상류로 다시 순환시키기 위한 이젝터(208), 연료 전지 스택(201)으로부터 출력을 취하는 구동 유닛(209), 연료 전지 유입구의 공기 압력을 검출하는 공기 압력 센서(210), 연료 전지 유입구의 수소 압력을 검출하는 수소 압력 센서(211), 연료 전지로 흐르는 공기 유량을 검출하는 공기 유량 센서(212), 연료 전지로 유입하는 수소 유량을 검출하는 수소 유량 센서(213), 및 각 센서들(210,211,212,213)의 신호들을 취하여 내장 제어 소프트웨어에 기초하여 연료 전지의 각 액츄에이터들(203,204,205,206)을 제어하는 제어기(214)를 포함한다.

압축기(203)는 공기를 압축하여 가습기(202)로 보내고, 가습기(202)는 순수 펌프(207)로부터 공급된 순수로 공기를 가습한다. 가습된 공기는 연료 셀 스택(201)으로 보내진다.

고압 수소 탱크(215)에 저장된 수소 가스의 유량은 가변 밸브(204)로 제어되어, 수소 가스는 이젝터(208)에서, 연료 전극(201b)으로부터의 배기 가스와 합류한다. 합류된 가스는 가습기(202)로 보내진다. 가습기(202)는, 공기와 유사하게 순수 펌프(207)로부터 공급된 순수로 수소를 가습하여, 가습된 수소는 연료 전지 스 택(201)의 연료 전극(201b)으로 보내진다. 연료 전지 스택(201)은 여기로 보내진 공기와 수소 간의 반응을 촉진하여 발전하여, 전류(전력)을 구동 유닛(209)에 공급한다.

연료 전지 스택(201)에서의 반응 후의 나머지 공기는 연료 전지 외부로 배출된다. 공기의 압력은 스로틀(205)로 제어되고, 공기가 대기로 배출된다. 또한, 반응후 나머지 수소는 연료 전지 외부로 배출되지만, 이젝터(208)에 의해서 가습기(202)의 상류로 다시 순환되어 발전에 재이용된다.

제어기(214)는, 공기 전극(201a)의 유입구의 공기 압력을 검출하는 공기 압력 센서(210), 상기 공기의 유량을 검출하는 공기 유량 센서(212), 연료 전극(201b)의 유입구에서의 수소 압력을 검출하는 수소 압력 센서(211), 및 상기 수소의 유량을 검출하는 수소 유량 센서(213)로부터의 각 검출값들을 취한다. 이어서, 제어기(214)는, 취한 검출값들이 그 때의 목표 발전량에 의하여 결정된 소정의 목표값들로 각각 설정되도록, 압축기, 스로틀(205), 및 가변 밸브(204)를 제어한다. 또한, 제어기(214)는 목표값들에 대하여 실제로 획득된 압력과 유량에 응답하여 연료 전지 스택(201)에서 구동 유닛(209)으로 취해진 출력(전류값)을 명령하여 제어한다.

또한, 제어기(214)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)과, 연료 전극 가스 제어 유닛(102)과, 산화제 전극 가스 제어 유닛(104)을 포함한다.

제어기(214)에 의한 제어를 제외한, 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 연료 전지에서, 본 발명을 채용하지 않은 경우의 연료 전지 정지시의 연료 전극의 수소 압력 및 공기 전극의 공기 압력의 시간에 대한 변화의 태양을 도 3의 타이밍 챠트에 도시하였다.

연료 전지의 동작 시에, 예컨대 시점(t0)에서 어떠한 원인으로 연료 전지의 정지 과정 개시를 판단하는 조건이 성립되었다고 가정한다. 상기 시점(tO)에서 공기 및 수소의 공급 정지가 판단된다. 상기 판단에 응답하여, 압축기(203)가 정지되고, 스로틀(205)이 공기 시스템에 대하여 완전 개방된다. 또한, 가변 밸브(204)가 폐쇄되고, 퍼지 밸브(206)가 수소 시스템에 대하여 완전 개방된다. 이러한 방식으로, 공기 전극에서의 공기 압력은 도 3에 점선으로 나타낸 바와 같이 빠르게 저하한다.

반면, 물 막힘 등에 의한 출력 저하를 방지하기 위해서 제공된 퍼지 밸브(206)는 적은 유량을 가지므로, 연료 전극의 수소 압력은, 도 3에 실선으로 나타낸 바와 같이 완만히 저하한다. 이것은, 동작 중의 퍼징 시에 급격한 압력 저하의 발생을 방지하기 위하여, 막힌 물을 배출하는 데 필요한 최소 유량이 퍼지 밸브에 제공된다는 사실에 기인한다.

또한, 연료 전지의 정지시 퍼지 밸브가 즉시 개방되지 않는 경우가 있다. 대신, 방출될 수소 가스를 처리하는 배기 가스 프로세서가 동작 준비 설정을 한 후, 퍼지 밸브가 완전히 개방되도록 제어된다. 이러한 경우에서, 연료 전극에서의 수소 가스의 압력 저하는 더욱 지연된다.

그러므로, 도 3에 도시되는 바와 같이, 압력이 빠르게 저하하는 공기 전극 과, 압력이 서서히 저하하는 연료 전극 간의 차압이 과대해지는 경우가 있을 수도 있다. 상기 차압의 값이 허용 한계를 초과하면, 연료 전지의 전해질이 열화되는 경우가 있을 수도 있다. 여기서, 큰 차압을 방지하기 위하여, 연료 전지의 정지용으로 큰 유량의 다른 퍼지 밸브를 별도로 제공하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이러한 퍼지 밸브는 비용이 증가되고, 또한 가스 압력의 저하의 가속이 발생된다. 따라서, 연료 전극보다도 산화제 전극을 먼저 정지시키는 상태를 달성하기 어려울 수도 있다.

그러므로, 본 발명에서, 연료 가스의 공급은, 연료 전지의 정지 과정들의 개시의 판단이 행해질 때 정지되어, 퍼지 밸브가 완전히 개방되거나 발전이 계속된다. 또한, 산화제 가스가 연속적으로 공급되어 산화제 가스 압력이 연료 가스 압력의 변화를 추종하도록 압력 제어를 계속한다. 이러한 방식으로, 연료 전극과 산화제 전극 간의 가스 압력의 차압은 허용가능한 차압의 최대값 내에서 유지된다.

도 4는 본 발명에 따른 연료 전지용 제어 장치에 의한 연료 전지의 정지시에, 연료 전극에서의 압력과 공기 전극에서의 압력의 시간에 대한 변화의 태양을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 4에서, 연료 전지가 동작 중일 때, 예컨대 시점(tO)에서 연료 전지의 정지 과정 개시의 판단 상황이 발생한다고 가정한다. 제어기(214)는 즉시 가변 밸브(204)를 폐쇄하여 연료 가스(수소)의 공급을 정지하고, 제어기(214)는 퍼지 밸브(206)를 완전 개방한다. 동시에, 공기 전극에서의 공기 압력이 연료 전극에서의 수소 압력의 변화를 추종하도록, 압축기(203)로부터의 공기의 공급이 계속되고, 스로틀(205)의 개방각이 조정된다. 또한, 수소 압력이 대기압과 허용가능 차압(α)의 최대값의 합에 도달할 때(이러한 시점을 시점(t1)이라 칭한다), 압축기(203)가 정지되고 스로틀(205)이 완전 개방됨으로써, 공기 압력이 대기압과 동일하게 되도록 제어된다.

이러한 방식으로, 산화제 전극과 연료 전극 간의 과잉 차압에 의한 전해질의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 과잉 산소에 의한 산화 피막의 형성에 의하여 전지의 내부 저항의 증가하여 유발되는 전류 밀도의 분포 변화에 기인하여 전해질이 서서히 열화하는 것도 방지할 수 있다.

(제1 실시예)

다음에, 도 1 및 도 2에 도시된 구성에 의한 제1 실시예의 동작에 관하여 도 5, 도 6 및 도 8의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다. 도 5는 각 소정 시간에서(예컨대, 매 10ms 마다) 제어기(214)에 의하여 실행되는 일반적인 흐름도이다.

우선, 단계 S501에서, 연료 전지의 정지 과정이 개시되는 지의 여부가 판단된다. 연료 전지를 정지하는 상태에 있지 않은 경우에는, 단계 S502에서 통상의 동작 제어가 수행된 후, 동작이 종료된다. 통상 동작 제어에서, 예컨대 구동 유닛(209)이 필요로 하는 전력(전류)을 연료 전지 스택(201)의 사용으로 발전하기 위하여, 수소 가스 압력 및/또는 수소 가스 유량과, 이것에 관련되는 공기 압력 및/또는 공기 유량이 계산된다. 또한, 이들 압력 값들 및/또는 유량을 구성하도록 압축기(203), 스로틀(205), 및 가변 밸브(204)가 제어된다.

단계 S501에서, 연료 전지의 정지 과정 개시가 판단된 경우에는, 단계 S503 에서 수소 제어가 정지된다. 이어서, 단계 S504에서, 연료 전극 입구에서의 수소 압력을 검출하는 압력 센서(211)로부터 검출값을 읽어들인 후, 이 수소 압력을 소정의 값과 비교한다.

이 소정값은, 대기압과, 연료 전극에서의 가스 압력 및 공기 전극(산화제 전극)에서의 가스 압력 간의 허용가능 차압(α)의 최대값과의 합이다. 여기서, 허용가능 차압(α)의 최대값은 연료 전지의 구조 및 전해질의 재료와 구조 등에 따라 결정되는 값이다. 고체 고분자 전해질을 사용한 연료 전지 스택의 경우에서, 허용가능 차압(α)의 최대값은 대기압에 비교하여 일반적으로 더 작은 값이다.

단계 S504에서, 수소 압력이 소정값보다 큰 것으로 판단되면, 동작은 단계 S505로 진행하여, 공기 전극의 압력과 유량의 제어를 계속하여, 이후 동작이 종료된다.

단계 S504에서, 수소 압력이 소정값보다 큰 것으로 판단되지 않으면, 동작은 단계 S506으로 진행하여, 공기의 공급과 압력 제어를 정지하고, 그 후 동작이 종료된다.

도 6은 도 5의 단계 S503에서 수소 제어 정지의 과정의 내용을 도시하는 상세한 흐름도이다.

단계 S601에서, 가변 밸브(204)를 폐쇄하기 위한 제어 신호가 발행되어 수소 공급을 정지한다. 단계 S602에서, 연료 전극(201b)에서의 수소 압력은 압력 센서(211)에 의하여 검출된다. 단계 S603에서, 검출된 수소 압력에 관련하여 필요한 발전량이 계산된다.

여기서, 가변 밸브(204)의 하류의 수소 가스용 경로들의 체적과, 수소 가스 압력과의 곱에 기초하여 수소 당량이 계산된다. 수소 당량에 기초하여, 수소 가스 압력과 필요한 발전량 간의 관계가 미리 계산된다. 그 후, 상기 관계의 맵을 미리 제어기(214)에 기억시켜두어, 상기 관계에서 수소 압력이 증가함에 따라 필요 발전량을 증가시킬 수 있게 한다. 따라서, 필요 발전량이 상기 맵을 참조하여 계산될 수 있다.

또한, 통상 발전 동안 발전량에 응답하여, 수소 압력을 계산하는 제어를 포함하는 시스템에서, 이 통상 계산 방법을 이용하여 역산하는 구성을 사용할 수 있다.

단계 S604에서, 퍼지 밸브가 완전 개방된다. 따라서, 서브루틴 처리가 종료되어, 동작은 일반적인 흐름도로 리턴된다.

도 8은 도 5의 단계 S505에서 공기 제어를 계속하기 위한 과정의 내용을 도시하는 상세 흐름도이다.

단계 S801에서, 단계 S503에서 계산된 필요 발전량에 기초하여 발전에 필요한 공기 유량이 계산된다. 단계 S802에서, 실제 공기 유량이 계산값과 일치하도록 제어된다. 단계 S803에서, 공기 압력이 수소 압력을 추종하도록 제어된다. 따라서, 서브루틴 처리가 종료되어, 동작은 일반적인 흐름도로 리턴된다.

(제2 실시예)

다음, 도 1 및 도 2에 도시된 구성에 의한 제2 실시예의 동작에 관하여, 도 5, 도 7, 및 도 8의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.

도 5 및 도 8은 제1 실시예와 유사하므로, 도 7에 관해서만 설명한다.

도 7은 도 5의 단계 S503에서의 수소 제어를 정지하기 위한 과정의 내용을 나타내는 상세 흐름도이다.

단계 S701에서, 가변 밸브(204)를 폐쇄하기 위한 제어 신호가 발행되어 수소 공급을 정지시킨다. 단계 S702에서, 연료 전극(201b)에서의 수소 압력은 압력 센서(211)에 의하여 검출된다.

단계 S703에서, 검출된 수소 압력에 관련되는 필요 발전량은 통상 동작에 사용되는 맵을 참조하여 역산에 의하여 계산된다. 단계 S704에서, 단계 S703에서 계산된 필요 발전량을 전력으로 취하는 명령을 구동 유닛(209)으로 출력한 후, 처리가 종료된다.

여기서, 제1 실시예에서 연료 전극에서의 수소 압력은 퍼지 밸브로 배기함으로써 감소된다. 또한, 수소 압력은 제2 실시예에서 수소 압력에 응답하여 발전에 의하여 감소된다. 그러나, 양쪽을 동시에 수행할 수 있다.

또한, 실시예 양쪽 모두에서, 공기 전극에서의 유량은 수소의 실제 압력에 관련된 필요 발전량의 사용에 의하여 계산된다. 그러나, 공기 전극에서의 유량은 소정값으로서 대신 정의될 수도 있다. 이러한 소정값은 공기 압력을 제어하는 데 충분한 유량으로서 적절하게 정의될 수도 있다.

상기 실시예들에 따르면, 제어 장치는, 연료 전지의 정지 과정의 개시를 판단하는 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101), 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)으로부터의 출력에 기초하여, 연료 전극에서의 연료 가스를 정지 상 태를 향하여 제어하는 연료 전극 가스 제어 유닛(102), 연료 전극에서의 가스 압력을 검출하는 가스 압력 검출 유닛(103), 및 가스 압력 검출 유닛(103)으로부터의 출력과 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)으로부터의 출력에 기초하여, 산화제 전극에서의 가스 압력과 연료 전극에서의 가스 압력 간의 차이가 허용가능한 차압의 최대값 내에 있도록, 산화제 전극에서의 가스 압력을 제어하고, 상기 가스 압력 검출 유닛(103)에 의하여 검출되는 가스 압력이 대기압과 허용가능한 차압의 최대값과의 합에 도달한 후, 산화제 전극에서의 가스 압력을 대기압으로 하도록 제어하는 산화제 전극 가스 제어 유닛(104)을 포함한다. 따라서, 연료 전극 측의 가스 압력과 산화제 전극 측의 가스 압력 간의 차압에 기인하는 전해질의 파괴를 방지하면서, 연료 전지를 즉시 정지시킬 수 있다.

또한, 제어 장치는, 연료 가스 압력이 대기압과, 허용가능한 차압의 최대값과의 합에 도달한 후, 산화제 전극 측의 가스 압력을 대기압으로 떨어지도록 제어하는 구성을 채용한다. 따라서, 산화제 전극에서의 가스 압력을 대기압으로 저하하도록 설정함으로써 제어를 정지한 후, 차압이 허용가능한 차압의 최대값을 초과하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 산화제 전극 측의 가스 제어를 연료 전극 측보다 빨리 대기압으로 설정함으로써, 과잉 산소에 의한 산화 피막의 형성에 의한 전지의 내부 저항의 증가로 유발되는 전류 밀도의 분포 변화에 기인하여 전해질이 서서히 열화하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 따르면, 연료 전극 가스 제어 유닛(102)은, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)이 정지 과정의 개시를 판단할 때, 연료 가스의 공 급을 정지하고, 연료 가스를 외부로 방출하기 위한 배기 밸브를 개방시키도록 설계된 유닛이다. 또한, 산화제 전극 가스 제어 유닛(104)은, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)이 상기 정지 과정의 개시를 판단할 때, 산화제 가스의 공급을 계속하고, 산화제 가스의 압력이 연료 가스의 압력을 추종하도록 설계된 유닛이다. 그러므로, 연료 전지를 정지하는 과정을 개시하는 판단이 행해질 때, 연료 가스 압력의 강하를 배기 밸브를 개방함으로써 촉진할 수 있고, 연료 전극 측의 가스 압력과 산화제 전극 측의 가스 압력 간의 차압이 소정 범위 내에 유지되도록 확실하게 제어할 수 있다.

또한, 제2 실시예에 따르면, 연료 전극 가스 제어 유닛(102)은, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)이 상기 정지 과정들의 개시를 판단할 때, 연료 가스의 공급을 정지하고, 발전을 계속함으로써 연료 전극에서의 가스 압력을 감소시키도록 설계된 유닛이다. 또한, 산화제 전극 가스 제어 유닛(104)은, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)이 상기 정지 과정들의 개시를 판단할 때, 산화제 가스의 공급을 계속하고, 산화제 가스의 압력이 연료 가스의 압력을 추종하도록 설계된 유닛이다. 그러므로, 연료 가스는 발전을 계속함으로써 소모될 수 있고, 따라서 발전을 계속함으로써 연료 가스 압력의 강하를 촉진하고, 발전을 연료 가스로부터 취할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 따르면, 산화제 전극 가스 제어 유닛(104)은, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)이 상기 정지 과정들의 개시를 판단할 때, 연료 셀의 소정의 발전량에 관련된 산화제 가스의 공급을 계속하도록 설계된 유닛이다. 따라서, 정지 과정들의 진행시 단순한 방법에 따라 산화제 가스의 공급을 계속할 수 있고, 또한 압력을 요구되는 값으로 제어할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 따르면, 소정의 발전량은, 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛(101)이 상기 정지 과정들의 개시를 판단할 때, 연료 가스의 압력에 응답하여 설정될 수 있다. 따라서, 발전을 계속하기 위한 시간을 최소화하면서, 연료 셀을 즉시 정지시킬 수 있다.

일본 특개평 제2002-8762호가 여기서 그 전체가 참조용으로 명백히 사용되었다.

Claims

연료 전지의 정지 과정의 개시를 판단하는 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛;

상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛으로부터의 출력에 기초하여, 연료 전극에서의 연료 가스를 정지 상태를 향하여 제어하는 연료 전극 가스 제어 유닛;

상기 연료 전극에서의 가스 압력을 검출하는 제1 가스 압력 검출 유닛;

산화제 전극에서의 가스 압력을 검출하는 제2 가스 압력 검출 유닛; 및

상기 제1 가스 압력 검출 유닛으로부터의 출력과 상기 제2 가스 압력 검출 유닛으로부터의 출력과 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛으로부터의 출력에 기초하여, 산화제 전극에서의 가스 압력과 연료 전극에서의 가스 압력 간의 차이가 허용가능한 차압의 최대값 내에 있도록, 산화제 전극에서의 가스 압력을 제어하고, 또한 상기 제1 가스 압력 검출 유닛이 검출하는 가스 압력이 대기압과 허용가능한 차압의 최대값과의 합에 도달한 후, 산화제 전극에서의 가스 압력을 대기압이 되도록 제어하는 산화제 전극 가스 제어 유닛을 구비하고,

상기 산화제 전극 가스 제어 유닛은, 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛이 정지 과정의 개시를 판단할 때, 산화제 가스의 공급을 계속하고, 산화제 가스의 압력을 상기 연료 가스의 압력에 추종하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연료 전극 가스 제어 유닛은, 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛이 상기 정지 과정의 개시를 판단할 때, 연료 가스의 공급을 정지하고, 상기 연료 가스를 외부로 배기하는 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연료 전극 가스 제어 유닛은, 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛이 정지 과정의 개시를 판단할 때, 상기 연료 가스의 공급을 정지하고, 발전을 계속함으로써 연료 전극에서의 가스 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 산화제 전극 가스 제어 유닛은, 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛이 정지 과정의 개시를 판단할 때, 상기 연료 전지의 소정의 발전량에 관련되는 산화제 가스 공급을 계속하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 제어 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 소정의 발전량은, 상기 연료 전지 정지 과정 개시 판단 유닛이 정지 과정의 개시를 판단하는 시점에서, 상기 연료 가스의 압력에 응 답하여 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 제어 장치.