KR100966226B1 - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지 시스템은 연료 전지 스택(1)의 산화제 가스의 유량을 조정하는 산화제 가스 유량 조정기(5)와, 연료 전지 스택(1)의 습도 상태를 판정하는 제어기(10)를 구비한다. 제어기(10)는 평균 셀 전압을 산출하는 평균 셀 전압 산출기(13)와, 최저 셀 전압을 산출하는 최저 셀 전압 산출기(14)와, 평균 셀 전압과 최저 셀 전압 사이의 전압차를 산출하는 전압차 산출기(15)와, 절대 전압차와 소정값을 비교하는 전압 비교기(16)를 구비한다. 산화제 가스의 유량은 절대 전압차와 소정값 사이의 비교에 기초하여 변경되며, 이어서 절대 전압차에 있어서의 변화에 기초하여 연료 전지 스택(1)의 습도 상태가 판정된다.
연료 전지 스택, 산화제 가스 유량 조정기, 제어기, 평균 셀 전압, 최저 셀 전압, 절대 전압차

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2006년 1월 23일 출원된 일본특허출원 제2006-013834호에 대한 우선권을 주장한다. 일본특허출원 제2006-013834호의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은 통상 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 연료 전지의 습도 상태를 판정하는데 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다.
연료 전지는 전기 에너지 또는 전력을 발생시키기 위해 수소와 산소 사이의 전기화학 반응을 이용하는 전기화학적 장치이다. 연료 시스템에 있어서, 전지로부터의 출력은 가스의 공급 부족, 채널 내에 체류하는 액적으로 인한 발전 불량 및 전해질의 건조에 의한 도전율 저하 때문에 낮아진다. 연료 전지가 이러한 조건하에서 운전된다면, 전지의 열화가 가속화되는 문제가 발생한다. 그러므로, 전술의 문제를 해결하기 위해서는 연료 전지의 습도 상태를 판정해야만 한다.
일본 공개특허출원 제2004-127915호에는, 습도 상태를 판정하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이 공보에서는, 평균 전지 전압이 제1 소정 범위 내에 있고 출력된 전압이 제2 소정 범위 밖에 있는 셀 블럭이 존재하면 습도 과잉이 추정된다. 평균 전지 전압이 제1 소정 범위 밖에 있고 전압 변동이 제3 소정 범위 내에 있으면 습도 부족이 추정된다. 전압 변동이 제3 소정 범위 밖에 있으면 연료 가스 부족이 추정된다.
일본 공개특허출원 제2002-184438호에는, 전압이 저하된 단위 전지에 의해 점유되는 스택 내에서의 위치를 판정하는 기술이 개시되어 있다. 단위 전지가 단부 가까이에 위치되면, 스택이 습도 과잉 상태에 있다고 판정되고, 단위 전지가 중간부 가까이에 위치되면, 스택이 습도 부족 상태에 있다고 판정된다.
일본 공개특허출원 제9-245826호에는, 하나 이상의 단위 전지를 포함하는 셀 블럭에 대한 시간 경과에 따른 전압 변화의 패턴을 미리 저장 장치에 저장하여 두고, 각각의 단위 전지 또는 셀 블럭에 대하여 시간 경과에 따른 전압 변화의 패턴을 측정하고 그 결과로 얻은 전압 패턴을 상기 저장된 패턴과 비교함으로써 습도 상태를 판정하는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허출원 제2005-228688호에서는, 복수의 단위 전지 각각에 대하여 전압이 측정된다. 부하 또는 습윤 상태 변화에 영향을 주는 인자가 변화하는 때의 최소 단위 전지 전압이 제1 소정값을 초과한다면, 연료 전지가 습윤한 것으로 판정되고, 습윤에 영향을 주는 인자가 여전히 변화하거나 변화를 종료한 후에 그 전압이 제2 소정값 아래로 떨어진다면, 판정 결과가 유효하게 된다.
그러나, 일본 공개특허출원 제2004-127915호에서는, 셀 내의 채널 내 수분 축적(습도 과잉) 및 가스 분배에서 일어나는 변동으로 인해 셀 전압이 저하된 경우와, 셀 내부가 건조하고(가습 부족) 전해질막이 건조함으로 인해 반응 효율 및 셀의 출력이 저하된 경우를 구별하는 것이 불가능함을 발견하였다.
일본 공개특허출원 제2002-184438호에서는, 스택의 단부는 셀 온도가 낮고 수분이 쉽게 증발하지 않기 때문에 습도 과잉이지만, 스택의 중앙부는 셀 온도가 높고 수분이 쉽게 증발해버리기 때문에 습도 부족 상태인 바와 같이, 전압이 저하된 셀의 위치에 기초하여 습도 상태를 판정하고 있다. 그러나, 실제 사용에 있어서는, 스택의 단부가 습도 부족이거나 스택의 중앙부가 습도 과잉이 될 수도 있으므로, 습도 상태는 스택 내에서 셀의 위치에 좌우되지 않는다. 그러므로 잘못된 판정을 내릴 위험이 있게 된다.
또한, 일본 공개특허출원 제9-245826호 및 제2005-228688호에 있어서도, 셀의 전압이 셀 내 채널의 수분 집적(습도 과잉) 및 가스 분배에서 일어나는 변동으로 인해 저하된 경우와, 반응 효율 및 셀 출력이 셀 내부의 건조(습도 부족) 및 전해질 막의 건조로 인해 저하된 경우를 구별하는 것이 불가능하다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 연료 전지 스택의 복수의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압과 개별 셀에 의해 출력된 전압에 대한 최저 셀 값 사이의 절대 전압차를 구하는 단계, 절대 전압차를 제1 소정값과 비교하는 단계, 절대 전압차와 제1 소정값 사이의 비교에 기초하여 산화제 가스의 유량을 변경시키는 단계, 산화제 가스의 유량이 변경된 후 절대 전압차에 있어서의 변화에 기초하여 연료 전지 스택의 습도 상태를 판정하는 단계를 기본적으로 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법이 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 개시하는 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 자명해지게 된다.
이하, 본 개시의 일부를 이루는 첨부 도면을 참조한다.
도1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 연료 전지 시스템의 전체 구성을 보여주는 개략적인 블럭 다이어그램이다.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 습도 상태를 판정하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도3은 산화제 가스의 유량을 감소시킴으로써 습도 상태를 변화시킨 경우의 전압 파형을 보여주는 그래프이다.
도4는 도3의 시각 A1(안정 운전)에서의 전압 파형을 보여주는, 도3의 그래프의 확대 부분이다.
도5는 도3의 시각 B1(습도 과잉)에서의 전압 파형을 보여주는, 도3의 그래프의 확대 부분이다.
도6은 도3의 시각 C1(산소 부족)에서의 전압 파형을 보여주는, 도3의 그래프의 확대 부분이다.
도7은 연료 전지가 운전 중에 있을 때(정체 도로 주행), 시간 경과에 따른 최저 셀 전압의 변화를 보여주는 그래프이다.
도8은 도7의 시각 A2에서의 도7의 그래프의 확대 부분이며, 연료 전지가 운전 중에 있을 때(정체 도로 주행) 시간 경과에 따른 최저 셀 전압의 변화를 보여준다.
도9는 도7의 시각 B2에서의 도7의 그래프의 확대 부분이며, 연료 전지가 운전 중에 있을 때(정체 도로 주행) 시간 경과에 따른 최저 셀 전압의 변화를 보여준다.
도10은 도7의 시각 C2에서의 도7의 그래프의 확대 부분이며, 연료 전지가 운전 중에 있을 때(정체 도로 주행) 시간 경과에 따른 최저 셀 전압의 변화를 보여준다.
도11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 습도 상태 판정 프로세스의 흐름도이다.
도12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 습도 상태 판정 방법에서, 최저 셀 전압과 평균 셀 전압 VA 사이의 차의 실측예를 나타내는 그래프이다.
도13은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 습도 상태 판정 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 선별된 실시형태를 설명한다. 본 발명의 실시형태에 대한 다음의 설명은, 단지 설명을 위해 제공되는 것이며 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의해 규정되는 바와 같이 본 발명을 제한하려는 목적으로 제공되는 것이 아님은 본 개시 내용으로부터 당업자에게 자명하다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도면의 기재에서, 동일 또는 유사 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다.
제1 실시형태
먼저 도1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 연료 전지 시스템이 도시되어 있다. 본 실시형태의 연료 전지 시스템은 복수의 단위 셀(2)을 갖는 연료 전지 스택(1), 연료 가스(수소) 채널(3), 산화제 가스(공기) 채널(4), 산화제 가스 유량 조정기(5), 전기 부하(6), 제1 전압 센서(8), 복수의 제2 전압 센서 9(1) 내지 9(n), 제어기(10), 압축기(11), 수소 탱크(12)를 기본적으로 포함하고 있다. 연료 전지 스택(1)은 수소와 산소 사이의 전기화학 반응을 이용하여 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 연료 가스(수소) 채널(3)은 연료 전지 스택(1)의 애노드측에 접속되어 있다. 산화제 가스(공기) 채널(4)은 연료 전지 스택(1)의 캐소드측에 접속되어 있다. 압축기(11) 및 산화제 가스 유량 조정기(5)는 산화제 가스 채널(4)에 접속되어 있다. 수소 탱크(12)는 연료 가스 채널(3)에 접속되어 있다. 전기 부하(6)는 연료 전지 스택(1)에 접속되어 있다.
단위 셀(2)은 직렬로 전기 접속되어 복수의 셀 블럭(7)을 형성하고 있다. 단위 셀(2)은 전해질인 고체 전해질 멤브레인이 애노드와 캐소드 사이에 협지된 한 쌍의 전극을 구비한다. 제1 전압 센서(8)는 연료 전지 스택(1)에 의해 발생되는 전압(이하, "연료 전지의 연료 전지 총 전압"이라고 한다)을 측정하도록 구성 및 배치되어 있다. 제2 전압 센서 9(1) 내지 9(n)은, 셀 블럭 7(1) 내지 7(n) 각각에 대한 전압 VCB(1) 내지 VCB(n)을 측정하도록 구성 및 배치되어 있다. 정수 n의 값은 연료 전지 스택(1)에 포함되는 셀 블럭(7)의 수에 상당한다. 연료 전지 스택(1)이 셀 블럭(7)을 50개 구비하는 본 발명의 일 실시형태에서는, 예를 들어, 정수 n은 50으로 설정된다.
수소 탱크(12)는 연료 가스 채널(3)을 거쳐서 연료 전지 탱크(1)에 접속되며 연료 전지 스택(1)으로 공급되는 수소를 고압으로 저장한다. 수소 탱크(12)에 저장된 수소는, 수소 압력 조정 밸브(도시하지 않음)에 의해, 연료 전지 스택(1)에 의해 요구되는 수소 압력까지 감압된다.
압축기(11)는 산화제 가스 채널(4)을 거쳐서 연료 전지 스택(1)에 접속되어 있다. 압축기(11)는 공기를 압축하고나서 산화제 가스 채널(4)로 그 공기를 공급한다.
산화제 가스 유량 조정기(5)는, 산화제 가스 채널(4)을 거쳐서 연료 전지 스택(1)에 접속되며, 제어기(10)로부터의 지령에 따라서 산화제 가스의 유량을 변경시킨다. 산화제 가스 유량 조정기(5)로서, 예를 들어, 개도(aperture)를 조정함으로써 기체의 유량을 제어하는 밸브(스로틀)를 사용할 수 있다.
제어기(10)는 제1 전압 센서(8)와 제2 전압 센서(9)로부터의 전압 신호를 수신한 후, 연산 결과에 기초하여 산화제 가스 유량 조정기(5)로 제어 신호를 출력한다. 제어기(10)는 평균 셀 전압 산출기(13), 최저 셀 전압 산출기(14), 절대 전압 차 산출기(15), 전압차 비교기(16), 산화제 가스 유량 지령부(17) 및 습도 상태 판정부(18)를 포함한다.
이하, 도2의 흐름도를 이용하여, 전술한 구성에서 얻어지는 연료 전지 시스템의 동작, 즉, 본 발명의 실시형태에 따른 연료 전지의 습도 상태 판정 방법을 설명한다.
먼저, 단계 S01에서, 제1 전압 센서(8)에 의해 연료 전지 총 전압(VT)을 검출하고, 제2 전압 센서 9(1) 내지 9(n)에 의해 셀 블럭 전압 VCB(1) 내지 VC(n)을 검출한다.
다음으로, 단계 S02에서, 평균 셀 전압 산출기(13)는, 식(1)에 나타낸 바와 같이, 연료 전지 총 전압(VT)을 연료 전지 스택을 구성하는 셀의 총 개수(이하, "셀의 총 개수 N"이라고 한다)로 나눔으로써 평균 셀 전압(VA)을 구한다. 최저 셀 전압 산출기(14)는, 셀 블럭(7)을 구성하는 셀의 개수를 n'으로 하고, 셀 블럭 전압 VCB 및 평균 셀 전압 VA를 사용하여 셀 블럭 7(1) 내지 7(n) 각각에 대해 식(2)에 나타낸 셀 전압 VC(1) 내지 VC(n)을 산출하고, 산출 결과 VC(1) 내지 VC(n) 가운데서 최저값을 최저 셀 전압 Vmin으로 설정한다.
평균 셀 전압(VA) = VT / N (1)
셀 전압 VC(n) = VCB(n) - (n'-1)× VA (2)
단계 S03에서, 절대 전압차 산출기(15)는 단계 S02에서 얻은 평균 셀 전압 VA와 최저 셀 전압 Vmin 사이의 절대 전압차를, 예를 들어, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 산출한다. 다르게는, 평균 셀 전압 VA와 최저 셀 전압 Vmin을 산출하는 대신에, 평균 셀 전압 VA와 최저 셀 전압 Vmin 사이의 차를 나타내는 전압 편차를 만들어내는 디지탈 회로를 이용하여 절대 전압차를 구할 수 있다. 그러므로, 이들 전압 편차가 절대 전압차를 구성할 수 있다.
단계 S04에서는, 절대 전압차 비교기(16)가 단계 S03에서 산출된 절대 전압차를 제1 소정값과 비교한다. 이에 따라, 절대 전압차는 항상 양의 값을 갖고, 이러한 이유로 제1 소정값 및 이하에 기재되는 소정값들은 절대값 또는 양의 값으로서 설정된다. 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 미만인 경우에(단계 S04에서 아니오), 프로세스는 단계 S05로 진행하고 연료 전지는 산화제 가스의 유량을 유지하여 운전을 계속한다.
한편, 단계 S04에서, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 이상인 경우에(단계 S04에서 예), 프로세스는 단계 S06으로 진행한다. 단계 S06에서, 산화제 가스 유량 지령부(17)가 산화제 가스의 유량을 증가시키도록 산화제 가스 유량 조정기(5)에 제어 신호를 송신한다.
단계 S06에서 산화제 가스의 유량이 증가된 후, 단계 S07에서는, 절대 전압차 비교기(16)가 제1 소정값 이상인 제2 소정값과, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차를 더 비교한다. 이어서, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제2 소정값 미만인 경우(단계 S07에서 아니오), 프로세스는 단계 S09로 진행한다.
따라서, 연료 전지 스택(1)을 덜 습윤하게 하기 위한 동작인 산화제 가스의 유량에 있어서의 증가가 일어나게 되고, 이에 따라 최저 셀 전압 Vmin이 평균 셀 전압 VA로 회복한다. 그 결과, 습도 상태 판정부(18)가, 연료 전지 스택(1)은 습도 부족 이외의 상태인 습도 과잉 상태에 있다고 판정한다. 이러한 경우, 습도 과잉 상태는, 산화제 가스의 유량을 더욱 증가시키고 연료 전지 스택(1)내에 체류하는 물을 소산시키거나, 또는 다른 상응하는 동작을 실행함으로써 제거된다.
한편, 단계 S07에서 전압을 비교한 결과, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 산화제 가스의 유량 증가에 의해 더욱 저하하여, 제2 소정값 이상임을 나타내는 경우(단계 S07에서 예), 프로세스는 단계 S08로 진행한다. 이 경우에, 습도 상태 판정부(18)가, 연료 전지 스택(1)을 덜 습윤하게 하기 위한 동작인 산화제 가스의 유량 증가에 의해, 최저 셀 전압 Vmin이 평균 셀 전압 VA로 회복하지 않았기 때문에, 연료 전지 스택(1)이 습도 부족인 것으로 판정한다. 이 경우에는, 연료 전지 스택(1)에 체류하는 물이 증가하도록 산화제 가스의 유량을 감소시키거나, 다른 상응하는 동작을 실행한다.
본 발명의 제1 소정값은, 연료 전지가 최적 상태에서 운전되는 경우에 얻을 수 있고 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차의 최대 절대값보다 더 큰 절대 전압값으로 설정할 수 있다. 이 절대값은 셀 사이에 변동을 고려하여 설정하면 더욱 바람직하다. 예를 들어, │-0.15│V에서 │-0.05│V의 절대값을 제1 소정값으로서 설정하는 것이 바람직하다.
연료 전지 스택(1)이 불충분하게 가습되면 셀 전압이 감소한다. 따라서, 절대 셀 전압은 제1 소정값으로부터 더욱 증가하고, 어떤 습도 부족 상태에서는 급격한 전압 강하가 일어난다. 그러므로, 절대 전압차(예를 들어, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어지고 급격한 전압 강하가 일어나기 이전에 습도 부족 상태인 동안에 존재하였던)는 실험을 통하여 구해지는 것이 바람직하다. 그리고, 습도 부족 상태인 동안의 이 절대 전압차에 대한 실험값보다도 낮은 값을 제2 소정값으로서 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 습도 부족 상태를 판정하기 위한 제2 소정값으로서 │-0.3│V에서 │-0.2│V의 절대값을 설정하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 제1 소정값과 제2 소정값은 동일할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 산화제 가스의 유량을 증가시킨 후, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻은 절대 전압차와 소정값을 비교하고, 이에 의해 연료 스택이 습도 부족인 경우를 오판정 없이 판정할 수 있다.
일본 공개특허출원 제2004-127915호는, 시간에 따른 출력 전압의 변화를 비진동 성분과 진동 성분으로 분해함으로써 운전 상태를 판정하는 방법을 개시하고 있다. 도3은 습도 과잉, 산소 부족 상태가 존재하는 경우에 단위 셀의 전압에 있어서의 진동을 실제로 측정한 결과를 보여준다. 도4에는, 단위 셀의 습도 상태가 이상 상태이지 않았던(안정 상태) 시각 A1에서의 전압을 보여주는 확대도가 도시되어 있다. 도5에는, 습도 과잉 상태가 존재하였던 시각 B1에서의 전압을 보여주는 확대도가 도시되어 있다. 도6에는, 산소 부족 상태가 존재하였던 시각 C1에서의 전압을 보여주는 확대도가 도시되어 있다. 도7은, 실제의 운전 중에(정체 도로 주행), 습도 과잉 및 산소 부족이 존재하지 않는 경우에 단위 셀 전압의 진동을 측정한 결과를 보여준다. 도8 내지 도10에는, 전압이 진동하고 있는 부분(시각 A2, B2, C2)의 확대도가 도시되어 있다.
도4로부터 단위 셀이 안정한 상태인 동안에는 셀 전압이 진동하지 않음을 알 수 있다. 그러나, 연료 전지가 운전 상태에 있는 경우, 습도 상태에 이상이 존재하지 않는 경우라도 단위 셀 전압이 진동함을 도7로부터 알 수 있다. 그러므로, 각 시각에서의 확대도인 도8 내지 도10과, 습도 상태에 이상이 실제 존재하였던 때에 이루어진 전압 측정 결과를 보여주는 도5 및 도6을 비교하면, 파형에 있어서의 현격한 차이를 찾아볼 수 없으므로 구별이 불가능하다.
그러므로, 일본 공개특허출원 제2004-127915호에서는, 습도 상태에 있어 이상이 발생하지 않았던 경우라도, 연료 셀이 운전 상태에 있다면 셀의 출력 전압이 진동하므로 이상이 발생하였다라고 판정할 수가 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 단위 셀의 출력 전압의 진동에 의한 영향을 쉽게 받지 않으며 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차와, 제1 소정값을 비교한다. 따라서, 연료 셀이 운전 상태에 있는 경우라도, 습도 상태에 이상이 발생한 경우를 정확히 판정가능하다.
연료 전지 스택(1)을 습도 부족 상태로 만들기 위한 동작으로서, 산화제 가스의 유량을 증가시킨 후, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차와, 습도 부족에 의해 전압이 급격히 저하하기 전의 습도 부족 상태를 판정하기 위한 절대 전압차보다 작은 제2 소정값을 비교한다. 따라서 연료 전지 스택(1)이 습도 부족 상태에 있는지, 또는 다른 상태(습도 과잉, 산소 부족)에 있는지를 판정할 수 있다. 구체적으로, 연료 전지 스택(1)의 습도 상태가 산화제 가스의 유량을 증가시킴으로써 복원되지 않고, 절대 전압차가 제2 소정값 이상이 되도록 더욱 증가한다면, 연료 전지 스택(1)이 본시 습도 부족의 상태에 있었다고 추정할 수 있다. 이와 달리, 산화제 가스 유량을 증가시킴으로써 절대 전압차가 회복된다면, 연료 전지 스택(1)이 습도 부족 이외의 다른 상태에 있다고 추정할 수 있다.
단계 S04에서는 산화제 가스의 유량을 변경시킬 것인지의 여부를 결정한다. 유량은 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 2회 이상 제1 소정값 이상인 경우에만 변경시키는 것으로 할 수 있다. 이러한 구성을 적용하면, 연료 전지 스택의 습도 상태에 이상이 발생하는 경우에만 본 실시형태에 따른 습도 상태 판정 방법을 실행할 수 있다.
단계 S08 및 단계 S09에서의 습도 상태에 관한 긍정의 판정은, 소정 시간 내에 복수회 측정된 절대 전압차와, 제1 또는 제2 소정값의 비교 결과에 기초하여 소정수의 긍정의 결과에 도달되는 경우에 할 수 있다. 예를 들어, 측정 결과가 3초의 기간 내에 6회 중 5회 긍정일 때, 긍정의 판정을 할 수 있다. 이러한 구성을 적용함으로써 습도 상태를 보다 정확히 판정할 수 있다.
단계 S06에서 산화제 가스의 유량이 변경되는 정도는, 연료 전지 스택으로부터 취출된 부하 전류가 증가하는 만큼 유량이 감소되게 할 수 있다. 이러한 구성을 적용함으로써, 부하 전류가 큰 경우에, 예를 들어, 산화제 가스의 유량을 급격히 증가시킬 경우에 연료 전지 스택이 건조해지는 것을 방지할 수 있다.
단계 S02에서 평균 셀 전압 VA은, 식(1)에 나타낸 바와 같이, 연료 전지 스택의 전압을 그 연료 전지 스택을 구성하는 셀의 총 개수로 나눔으로써 구해진다. 따라서, 셀 블럭 전압의 총계를 셀의 총 개수로 나누는 경우보다 측정 오차가 크게 줄어든다.
단계 S02에서 최저 셀 전압 Vmin은 식(2)에 나타낸 바와 같이 산출된다. 따라서, 이 산출은 셀 블럭 내의 모든 셀이 작은 전압 강하를 겪는 경우에, 단위 셀 전압의 강하량을 산출해서 주기 때문에, 습도 상태 변화의 초기에 이상을 판정할 수 있다.
본 실시형태의 셀 블럭은 단위 셀 또는 복수의 셀로 구성될 수 있다. 셀 블럭이 단위 셀로 구성되는 경우, 전체 셀의 전압이 측정된다. 그러므로, 전압 측정이 정확하고 습도 상태를 정확히 판정할 수 있다. 이와 달리, 셀 블럭이 복수의 셀로 구성되는 경우, 연료 전지 시스템의 구성이 간략화될 수 있다.
제2 실시형태
제1 실시형태에서는, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 위로 상승한 경우, 산화제 가스의 유량이 증가되고, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차의 변화에 따라 연료 전지 스택(1)의 습도 상태가 판정된다. 제2 실시형태에서는, 절대 전압차가 제1 소정값 위로 상승한 경우, 산화제 가스의 유량이 감소되고, 후속하는 전압의 변화를 기초로 하여 습도 상태가 판정된다.
제2 실시형태에 따른 연료 전지 시스템의 구성은 도1에서와 동일하며 따라서 도면 및 설명을 생략한다.
도11의 흐름도를 이용하여 제2 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 습도 상태 판정 방법을 설명한다. 단계 S101로부터 단계 S104까지의 프로세스는 도2의 단계 S01에서 단계 S04까지의 프로세스와 동일하다.
단계 S104에서, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 미만이면(단계 S104에서 아니오), 프로세스는 단계 S105로 진행하고, 연료 전지 스택은 산화제 가스의 유량이 유지되는 상태로 운전을 계속한다.
단계 S104에서, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 이상이면(단계 S104에서 예), 프로세스는 단계 S106으로 진행하고, 산화제 가스 유량 지령부(17)는 산화제 가스의 유량을 감소시키도록 산화제 가스 유량 조정기(5)에 제어 신호를 송신한다.
산화제 가스의 유량이 감소된 후, 단계 S107에서 절대 전압차 비교기(16)는 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차와, 제1 소정값 이상인 제3 소정값을 비교한다.
평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제3 소정값 미만이면(단계 S107에서 아니오), 프로세스는 단계 S108로 진행한다. 습도 상태 판정부(18)가, 연료 전지 스택(1)을 습도 과잉으로 하기 위한 동작인 산화제 가스 유량의 감소로 인해, 최저 셀 전압 Vmin이 평균 셀 전압 VA로 회복되는 사실로부터 연료 전지 스택(1)은 습도 부족이라고 판정한다. 이 경우, 연료 전지 스택(1)에 체류하는 물이 증가되도록, 산화제 가스의 유량이 더욱 감소되거나, 또는 다른 상응하는 동작이 실행된다.
한편, 단계 S106에서 산화제 가스의 유량이 감소함으로 인해 절대 전압차가 더욱 감소하고, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제3 소정값 이상인 경우에(단계 S107에서 예), 프로세스는 단계 S109로 진행한다. 절대 전압차 비교기(16)는 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차와, 제3 소정값 이상인 제4 소정값을 더 비교한다.
평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제4 소정값 이상이면(단계 S109에서 아니오), 프로세스는 단계 S110으로 진행한다. 습도 상태 판정부(18)가, 산화제의 유량이 감소한 결과, 연료 전지 스택(1)에서의 산화 반응이 적절히 수행되지 않아 전압이 강하되었기 때문에, 연료 전지 스택(1)은 산소 부족이라고 판정한다. 이 경우, 예를 들어, 습도 과잉 상태를 제거하도록, 산화제 가스의 유량이 증가될 수 있고 연료 전지 스택 내에 체류하는 물이 소산될 수 있거나, 또는 다른 동작이 실행될 수 있다.
한편, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제4 소정값 미만이면(단계 S109에서 예), 프로세스는 단계 S111로 진행한다. 습도 상태 판정부(18)는, 연료 전지 스택(1)을 습도 과잉으로 하는 동작인 산화제 가스 유량의 감소로 인해, 최저 셀 전압 Vmin이 평균 셀 전압 VA로 회복하지 않고 최소 셀 전압 Vmin이 더욱 낮아진다는 사실로부터, 연료 전지 스택(1)은 습도 과 잉인 것으로 판정한다. 또한 이 경우에도, 예를 들어, 습도 과잉 상태를 제거하도록, 산화제 가스의 유량이 증가될 수 있고 연료 전지 스택 내에 체류하는 물이 소산될 수 있거나, 또는 다른 동작이 수행될 수 있다. 연료 전지 스택(1)이 습도 과잉이 더욱 진행된 상태로 산소 부족인 것으로 판정되는 경우, 연료 전지 스택이 습도 과잉으로 판정되는 경우보다 더 큰 정도로 산화제 가스의 유량이 증가될 수 있다.
습도 상태에 관한 판정은, 소정 시간 프레임 내에 복수회 측정된 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차를 제1, 제3 또는 제4 소정값과 비교한 결과가 소정 횟수 이상 긍정이라면, 단계 S108, S110 및 S111에서 긍정될 수 있다. 예를 들어, 측정 결과가 3초의 기간 내에 6회 중 5회 긍정일 때, 긍정의 판정을 할 수 있다.
연료 전지 스택(1)이 지나치게 습윤하게 되면, 셀 전압이 떨어진다. 그러므로, 절대 셀 전압이 제1 소정값 아래로 더욱 떨어지고, 어느 습도 과잉 상태에서 급격한 전압 강하가 일어난다. 따라서, 절대 전압차(예를 들어, 급격한 전압 강하에 앞서 습도 과잉 상태인 동안에 존재하였고 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어지는)는 실험에 의해 얻어지는 것이 바람직하다. 그리고나서, 습도 과잉인 동안의 이 절대 전압차에 대한 실험값보다도 낮은 값을 제3 소정값으로서 설정하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 제1 소정값과 제3 소정값은 동일할 수도 있다. 예를 들어,│-0.3│V에서 │-0.2│V의 절대값을 제3 소정 값으로서 설정하는 것이 바람직하다.
산화제 가스의 유량이 감소되면, 산화제 가스에 함유된 산소의 부족으로 인해 반응 가스들 간의 반응이 연료 전지 스택(1) 내에서 일어나지 않으며, 전압이 현저하게 떨어진다. 따라서, 절대 전압차(예를 들어, 현저한 전압 강하에 앞서 산소 부족 상태인 동안에 존재하였고 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어지는)는 실험을 통해 얻어지는 것이 바람직하다. 그리고나서, 산소 부족인 동안의 절대 전압차에 대한 실험값보다도 낮은 값을 제4 소정값으로서 설정한다. 예를 들어,│-0.5│V에서 │-0.3│V의 절대값을 제4 소정값으로서 설정하는 것이 바람직하다.
제2 실시형태에 따르면, 산화제 가스의 유량이 감소된 후, 제3 소정값과, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차를 비교하고, 이에 의해 연료 전지 스택(1)을 습도 과잉으로 하는 동작인 산화제 가스 유량의 감소에 의해, 최저 셀 전압 Vmin이 평균 셀 전압 VA로 회복되는 사실로부터, 연료 전지 스택(1)은 습도 부족인 것으로 판정할 수 있다.
더 나아가서는, 연료 전지 스택(1)을 습도 과잉으로 하는 동작인 산화제 가스 유량의 감소시킴은, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제3 소정값 이상이 되도록 만들고 또한 산소 부족으로 인해 발전 반응이 진행되지 않고 전압이 저하되었다고 판정하기 위해 사용되는 제4 소정값 이상이 되도록 만든다. 이때, 연료 전지 스택(1)이 산소 부족인 것으로 판정할 수 있다. 이에 더하여, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제3 소정값 이상이고 산소 부족으로 인해 발전 반응이 진행되지 않고 전압 강하가 일어났다고 판정하는 제4 소정값 미만이면, 산소 부족 상태가 아닌 습도 과잉 상태가 정립되고 전압이 낮아지는 것으로 생각된다. 그러면, 연료 전지 스택(1)은 습도 과잉으로 판정될 수 있다.
예를 들어, 도12는 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차의 측정 결과를 보여준다. 이 측정은 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 보다 큰 경우에, 산화제 가스 유량을 실제적으로 감소시킨 경우에 행해졌다. 도12에서 제1 소정값과 제3 소정값은 동일하다. 수직축(평균 셀 전압 VA - 최저 셀 전압 Vmin)은 우측(전압차/V)에 있으며, 절대 수치가 하향 방향으로 증가한다. 수직축 "평균 셀 전압 VA" 및 "최저 셀 전압 Vmin"은 좌측(전압/V)에 있으며, 수치가 상향 방향으로 증가한다.
도12에서, 시각 A3에서, 최저 셀 전압 Vmin으로부터 평균 셀 전압 VA을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값보다 크고, 따라서 산화제 가스의 유량은 감소되기 시작한다. 그 결과, 최저 셀 전압 Vmin으로부터 평균 셀 전압 VA을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차는 더욱 증가되고, 그 결과 제1 소정값은 제4 소정값보다 커지지 않게 된다. 그러므로, 이 경우에, 연료 전지 스택은 산소 부족인 것으로 판정된다.
제3 실시형태
도13의 흐름도를 이용하여 본 발명의 제3 실시형태에 따른 연료 전지 스택의 습도 상태 판정 방법을 설명한다. 본 발명의 제3 실시형태에 따른 연료 전지 시스템에서는, 제1 실시형태에 따른 연료 전지 시스템에 연료 전지 스택 온도 검출기(19)가 부가된다(도1 참조). 연료 전지 스택 온도 검출기(19)는 연료 전지 스택(1)의 온도를 검출하는 기능을 구비하고 있다. 예를 들어, 연료 전지 스택(1)에 열적으로 접속된 온도 센서가 이러한 장치에 상당한다.
본 발명의 이러한 제3 실시형태에서, 단계 S201 내지 단계 S204는 도2의 단계 S01 내지 S04, 그리고 도11의 단계 S101 내지 S104와 동일하다.
본 발명의 제3 실시형태에서는, 단계 S204에서, 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 이상으로 판정된 후(단계 S204에서 아니오), 프로세스는 단계 S220으로 진행한다. 상기 단계는 연료 전지 스택 온도 검출기(19)가 연료 전지 스택의 온도를 검출한 후 단계 S206으로 진행한다. 평균 셀 전압 VA로부터 최저 셀 전압 Vmin을 감산함으로써 얻어진 절대 전압차가 제1 소정값 미만이면(단계 S204에서 예), 단계는 S205로 진행하고, 연료 전지 스택은 산화제 가스 유량을 유지한 상태로 운전을 계속한다.
가스 온도의 증가에 따라 포화 수증기량이 2차식으로(quadratically) 증가한 다. 따라서, 연료 전지 스택(1)의 온도가 상승함에 따라 습도 부족이 발생하기 쉽다. 한편, 연료 전지 스택(1)의 온도가 내려감에 따라 습도 과잉이 보다 쉽게 발생한다. 그러므로, 연료 전지 스택(1)의 온도가 소정 온도 이상이면(단계 S206에서 예), 연료 전지 스택(1)이 습도 부족이며 전압이 저하되기 쉽다. 따라서, 산화제 가스 유량 지령부(17)는 산화제 가스의 유량을 감소시키도록 산화제 가스 유량 조정기(5)에 제어 신호를 송신한다(단계 S207). 산화제 가스의 유량이 감소된 후에 일어나는 단계 S209 내지 단계 S213은, 도11의 단계 S107 내지 단계 S111과 같은 방식으로 진행한다.
한편, 단계 S206에서, 연료 전지 스택(1)의 온도가 소정 온도 미만이면(단계 S206에서 아니오), 연료 전지 스택(1)이 습도 과잉이며 전압이 저하되기 쉽다. 그러므로, 산화제 가스 유량 지령부(17)는 산화제 가스의 유량을 증가시키도록 산화제 가스 유량 조정기(5)에 제어 신호를 송신한다(단계 S208). 산화제 가스의 유량증가에 뒤따르는 단계는, 도2의 단계 S07 내지 단계 S09와 동일하다.
제3 실시형태에서, 산화제 가스의 유량에 있어서의 변경 방향은 연료 전지 스택(1)의 온도에 따라서 결정된다. 연료 셀 스택(1)의 온도가 소정 온도 이상이면, 습도가 부족하기 쉽다. 그러므로, 산화제 가스의 유량이 감소되고, 이에 의해 연료 전지 스택이 습도 부족으로 되는 것을 방지한다. 한편, 연료 전지 스택(1)의 온도가 소정 온도 미만이면, 습도 과잉으로 되기 쉽다. 그러므로, 산화제 가스의 유량이 증가되고, 이에 의해 연료 전지가 습도 과잉으로 되는 것을 방지한다.
이상, 본 발명의 제1 내지 제3 실시형태 및 그 변형예에 의해 본 발명을 설 명하였다. 그러나, 본 개시의 일부를 구성하는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이 아님을 알아야 한다. 본 개시에 기초하여 각종의 변형형태, 실시예 및 응용 기술이 당업자에게 자명해진다. 환언하면, 본 발명은 본 명세서에 개시되지 않은 각종의 실시형태 등을 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 그러므로, 본 발명은 본 개시로부터 타당한 특허청구범위에 따른 발명 특정 사항에 의해서만 제한된다.
용어의 일반적 해석
본 발명의 범위를 이해함에 있어서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, "포함하다" 및 그 파생형은 언급된 특징, 요소, 성분, 그룹, 완전체(integer), 및/또는 단계의 존재를 특정하는 오픈 엔디드(open ended) 용어가 되도록 의도한 것이나, 언급되지 않은 다른 특징, 요소, 성분, 그룹, 완전체 및/또는 단계의 존재를 배재하지 않는다. 상기한 바는 또한 "포함하다", "구비하다" 및 이들의 파생형과 같은 유사한 의미를 갖는 단어에도 적용된다. 또한, "구성요소(part)", "부(section)", "부분(portion)", "부재(member)" 또는 "요소(element)" 라는 용어는 단수형으로 사용되었을 때 하나의 부분 또는 복수의 부분의 두 의미를 가질 수 있다.
구성요소, 부(section), 장치 등에 의해 실행되는 작업 또는 기능을 기술하기 위해 본 명세서 중에서 사용된 "검출하다(detect)"라는 용어는 물리적 인식을 요구하지 않는 구성요소, 부, 장치 등을 포함하지만, 작업 또는 기능을 실행하기 위한 판정, 측정, 모델링, 예측 또는 연산 등을 포함한다. 구성요소, 부 또는 장치의 부분을 기술하기 위해 본 명세서 중에서 사용된 "구성되다"라는 용어는 소망 하는 기능을 실시하기 위해 구성 및/또는 프로그램된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 또한, 특허청구의 범위에서 "수단-플러스 기능"으로서 표현된 용어는 본 발명의 구성요소의 기능을 실시하기 위해 이용될 수 있는 모든 구조를 포함하여야 한다.
본 발명을 설명하기 위해 선별된 실시형태만을 골라내었지만, 첨부된 청구항에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변경 및 변형이 본 발명에서 이루어질 수 있음은 본 개시 내용으로부터 당업자에게 자명하다. 예를 들어, 필요하거나 및/또는 소망하는 바대로 각종 구성요소의 크기, 형상, 위치 또는 배향을 변경할 수 있다. 직접 연결되거나 또는 서로 접촉하는 것으로 보이는 구성요소는 그들 사이에 중간 구조물을 가질 수 있다. 하나의 요소의 기능이 두 개의 구성요소에 의해 수행될 수 있고, 그 반대도 가능하다. 일 실시형태의 구성 및 기능은 다른 실시형태에서 적용될 수 있다. 특정의 일 실시형태에서 모든 이점이 동시에 존재할 필요는 없다. 또한, 종래 기술과 구별되는 특별한 모든 특징, 단독이거나 또는 다른 특징과의 조합은, 그러한 특징(들)에 의해 구현되는 구조적 및/또는 기능적 개념을 포함하는 출원인에 의한 또 다른 발명의 개별 기술로서 보아야 한다. 그러므로, 본 발명에 따른 실시형태에 대한 전술의 기술은 단지 예시를 위해 제공된 것이며, 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의해 규정되는 바로 본 발명을 제한하려는 목적이 아니다.

Claims (20)

  1. 연료 전지 스택의 복수의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압과 상기 개별 셀에 의해 출력되는 전압에 대한 최저 셀 값 사이의 절대 전압차를 측정하는 단계와,
    상기 절대 전압차를 제1 소정값과 비교하는 단계와,
    상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하여 산화제 가스의 유량을 변경시키는 단계와,
    상기 산화제 가스의 유량이 변경된 후, 상기 절대 전압차의 변화를 기초로 하여 상기 연료 전지 스택의 습도 상태를 판정하는 단계를 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차가 상기 제1 소정값 미만인 경우에는, 상기 산화제 가스의 유량이 유지되도록 상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하는 상기 산화제 가스의 유량 변경이 금지되고,
    상기 절대 전압차가 상기 제1 소정값 이상인 경우에는, 상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하는 상기 산화제 가스의 유량 변경이 일어나는 연료 전지 습도 판정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하는 상기 산화제 가스의 유량 변경은 산화제 가스의 유량 증가를 수반하고,
    상기 산화제 가스의 유량이 증가된 후, 상기 제1 소정값 이상인 제2 소정값과 상기 절대 전압차를 비교하는 단계와, 상기 절대 전압차가 상기 제2 소정값 이상인 경우에는 상기 연료 전지 스택의 습도 상태가 습도 부족 상태인 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화제 가스의 유량이 증가된 후, 상기 제1 소정값 이상인 제2 소정값과 상기 절대 전압차를 비교하는 단계와, 상기 절대 전압차가 상기 제2 소정값 미만인 경우에는 상기 연료 전지 스택의 습도 상태가 습도 과잉 상태 또는 산소 부족 상태 중의 어느 하나의 상태인 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하는 상기 산화제 가스의 유량 변경은 산화제 가스의 유량 감소를 수반하고,
    상기 산화제 가스의 유량이 감소된 후, 상기 제1 소정값 이하인 제3 소정값과 상기 절대 전압차를 비교하는 단계와, 상기 절대 전압차가 상기 제3 소정값 이상인 경우에는 상기 연료 전지 스택의 습도 상태가 습도 과잉 상태인 것으로 판정 하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절대 전압차가 상기 제3 소정값 이상의 제4 소정값 이상인 경우에는 상기 연료 전지 스택이 산소 부족 상태인 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하는 상기 산화제 가스의 유량 변경은 산화제 가스의 유량 감소를 수반하고,
    상기 산화제 가스의 유량이 감소된 후, 상기 제1 소정값 이하인 제3 소정값과 상기 절대 전압차를 비교하는 단계와, 상기 절대 전압차가 상기 제3 소정값 미만인 경우에는 상기 연료 전지 스택의 습도 상태가 습도 부족 상태인 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산화제 가스의 유량의 변경 이전에 상기 연료 전지 스택의 온도를 측정하는 단계와,
    상기 온도가 소정 온도 미만인 경우에는 상기 산화제 가스의 유량을 증가시키는 단계와,
    상기 온도가 상기 소정 온도 이상인 경우에는 상기 산화제 가스의 유량을 감소시키는 단계를 더 포함하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하는 상기 산화제 가스의 유량 변경은, 상기 절대 전압차를 상기 제1 소정값과 비교한 결과, 상기 절대 전압차가 2회 이상 상기 제1 소정값 미만인 경우에만, 상기 산화제 가스의 유량 변경을 수반하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차의 변경을 기초로 하는 연료 전지 스택의 습도 상태의 판정은, 상기 산화제 가스의 유량이 변경된 후, 상기 절대 전압차를 2회 이상 측정하는 것을 수반하고, 상기 절대 전압차가 2회 이상 동일한 경우에는 상기 연료 전지 스택의 습도 상태를 더 판정하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 산화제 가스의 유량의 변경은 상기 연료 전지 스택으로부터 취출된 부하 전류가 증가함에 따라 감소하는 연료 전지 습도 판정 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 절대 전압차의 결정은, 상기 연료 전지 스택의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압을 산출하고, 상기 개별 셀에 의해 출력되는 전압에 대한 최저 셀 값을 산출함으로써 달성되는 연료 전지 습도 판정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 평균 셀 전압의 결정은 상기 연료 전지 스택을 형성하는 셀의 총 개수로 상기 연료 전지 스택의 전압을 나눔으로써 결정되는 연료 전지 습도 판정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 최저 셀 전압의 결정은 F=C-(D-1)×E 의 식을 사용하여 얻어지는 연료 전지 습도 판정 방법.
    (여기서, F는, 연료 전지 스택을 임의의 개수의 개별 셀로 분할하는 셀 블럭의 전압 C와, 평균 셀 전압 E와, 셀 블럭을 구성하는 셀의 개수 D로부터 산출되는 셀 전압 중에 최저값이다.)
  15. 제14항에 있어서,
    상기 셀 블럭은 개별 셀의 하나로 구성되는 연료 전지 습도 판정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 셀 블럭은 복수의 개별 셀로 구성되는 연료 전지 습도 판정 방법.
  17. 연료 전지 스택의 산화제 가스의 유량을 조정하도록 구성된 산화제 가스 유량 조정기와,
    상기 산화제 가스 유량 조정기를 제어하도록 상기 산화제 가스 유량 조정기에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하는 연료 전지 시스템이며,
    상기 제어기는, 연료 전지 스택의 복수의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압과 상기 개별 셀에 의해 출력되는 전압에 대한 최저 셀 값 사이의 절대 전압차를, 제1 소정값과 비교하도록 구성된 전압 비교기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하여 상기 산화제 가스의 유량을 변경하도록 상기 산화제 가스 유량 조정기에 지령을 내리도록 구성되며,
    상기 제어기는 상기 산화제 가스의 유량이 변경된 후 상기 절대 전압차에 있어서의 변화에 기초하여 상기 연료 전지 스택의 습도 상태를 판정하도록 더 구성되어 있는 연료 전지 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 연료 전지 스택의 복수의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압을 산출하도록 구성된 평균 셀 전압 산출기와,
    상기 개별 셀에 의해 출력되는 전압에 대한 최저 셀 값을 산출하도록 구성된 최저 셀 전압 산출기와,
    상기 평균 셀 전압과 상기 최저 셀 전압 사이의 절대 전압차를 산출하도록 구성된 전압차 산출기를 더 포함하는 연료 전지 시스템.
  19. 연료 전지 스택의 산화제 가스의 유량을 조정하기 위한 산화제 가스 유량 조정 수단과,
    연료 전지 스택의 복수의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압과 상기 개별 셀에 의해 출력되는 전압에 대한 최저 셀 값 사이의 절대 전압차를, 제1 소정값과 비교하기 위한 수단과,
    상기 절대 전압차와 상기 제1 소정값 사이의 비교를 기초로 하여 상기 산화제 가스 유량을 변경시키도록 산화제 가스 유량 조정 수단에 지령을 내리는 수단과,
    상기 산화제 가스의 유량이 변경된 후, 상기 절대 전압차에 있어서의 변화를 기초로 하여 상기 연료 전지 스택의 습도 상태를 판정하기 위한 수단을 포함하는 연료 전지 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 평균 셀 전압과 상기 최소 셀 전압 사이의 상기 절대 전압차를 결정하기 위한 수단과,
    상기 연료 전지 스택의 복수의 개별 셀에 대한 평균 셀 전압을 결정하기 위 한 수단과,
    상기 개별 셀에 의해 출력되는 전압에 대한 최저 셀 값을 판정하기 위한 수단을 더 포함하는 연료 전지 시스템.
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