KR100986709B1 - 연료전지시스템 및 그 운전방법 - Google Patents

연료전지시스템 및 그 운전방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100986709B1
KR100986709B1 KR1020087014701A KR20087014701A KR100986709B1 KR 100986709 B1 KR100986709 B1 KR 100986709B1 KR 1020087014701 A KR1020087014701 A KR 1020087014701A KR 20087014701 A KR20087014701 A KR 20087014701A KR 100986709 B1 KR100986709 B1 KR 100986709B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
injector
fuel cell
gas
pressure
sound
Prior art date
Application number
KR1020087014701A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080068755A (ko
Inventor
노리오 야마기시
아키히사 홋타
노리마사 이시카와
고지 가타노
Original Assignee
도요타 지도샤（주）
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타 지도샤（주） filed Critical 도요타 지도샤（주）
Publication of KR20080068755A publication Critical patent/KR20080068755A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100986709B1 publication Critical patent/KR100986709B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

본 발명에 따른 연료전지시스템(1)에는 연료전지(10); 상기 연료전지(10)의 가스공급유로(31)에 제공되어, 상류측의 가스 상태를 조정하여 상기 가스를 하류측에 공급하기 위한 인젝터(35); 및 상기 인젝터(35)의 구동을 제어하기 위한 제어수단(4)이 제공된다. 상기 제어수단(4)은 연료전지시스템(1)을 포함하는 관련장치들의 구동 상태에 대응하여 상기 인젝터(35)의 동작을 제어한다.

Description

연료전지시스템 및 그 운전방법{FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SAME}
본 발명은 연료전지의 가스공급유로에 인젝터가 제공된 연료전지시스템 및 상기 시스템의 운전방법에 관한 것이다.
현재, 반응가스(연료가스 및 산화가스)의 공급을 받아 발전을 행하기 위한 연료전지를 포함하는 연료전지시스템이 제안되어 실용화되어 있다. 이러한 연료전지시스템에는 수소탱크와 같은 연료공급원으로부터 공급되는 연료가스를 연료전지에 공급하기 위한 연료공급유로가 제공된다.
더욱이, 일반적으로, 상기 연료공급유로에는 공급 압력이 현저하게 높은 경우, 상기 연료공급원으로부터의 연료가스의 공급 압력을 일정한 값으로 감소시키는 압력조정밸브(레귤레이터)가 제공된다(예컨대, 일본특허출원공개공보 제2004-342386호 참조).
하지만, 특허문헌 1에 개시된 압력조정밸브에서는, 연료가스의 공급 압력이 상기 밸브의 구조로 인하여 고정되어, 동작 상황을 토대로 연료가스의 공급 압력을 신속하게 변경하는 어렵게 되고(즉, 응답성이 낮고), 목표 압력을 다단계로 변화시키기 위한 고정밀 압력 조정이 불가능하게 된다.
더욱이, 연료전지시스템에서는, 전체시스템의 잡음 수준이 운전 상황에서도 현저하게 낮아, 각각의 동작기기에서 동작음이 발생하게 되면, 상기 음은 상황에 따라 귀에 거슬리는 잡음이 될 수도 있다. 그러므로, 연료가스의 공급 압력이 연료전지의 운전 상태를 토대로 적절하게 변경될 수 있고, 잡음의 인식이 억제될 수 있는 시스템에 대한 요구가 있게 된다.
본 발명은 이러한 상황을 고려하여 개발되었으며, 본 발명의 목적은 연료가스의 공급 압력이 연료전지의 운전 상태를 토대로 적절하게 변경될 수 있고, 조작자가 동작음을 느끼기 어려운 고응답성 연료전지시스템 및 상기 시스템의 운전방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료전지시스템은 가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고, 상기 제어수단은 상기 연료전지시스템을 포함하는 관련장치(associated device)의 구동 상태에 따라 상기 인젝터의 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템이다.
이러한 구성에 따르면, 연료전지의 운전 상태(연료전지의 발전량(전력, 전류, 전압), 연료전지의 온도, 연료전지시스템의 이상 상태, 연료전지본체의 이상 상태 등)을 토대로, 동작 상태(인젝터의 밸브체의 개방도(가스통과면적) 및 인젝터의 밸브체의 개방시간(가스분사시간) 등)가 설정될 수 있다. 그러므로, 연료가스의 가스 상태(공급 압력)가 연료전지의 운전 상태를 토대로 적절하게 변경될 수 있어, 응답성이 개선될 수 있게 된다.
상기 "가스 상태"는 가스의 상태(유량, 압력, 온도, 분자농도 등)로서, 특히 가스유량 및 가스압력 중 하나 이상을 포함한다는 점에 유의한다.
더욱이, 상기 제어수단은 연료전지시스템을 포함하는 관련장치의 구동 상태를 토대로 인젝터의 구동을 제어하여, 상기 인젝터가 예컨대 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리지 않는 상태에서 동작될 수 있고, 상기 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
연료전지시스템을 포함하는 관련장치는 예컨대 연료전지시스템을 포함하는 주변의 전자기기에 해당한다. 이 경우, 전자기기의 예로는 펌프, 모터 및 팬을 들 수 있다. 연료전지시스템이 이동체에 탑재되면, 전자기기는 트랙션모터, 인버터, 컨버터 등으로 해석될 수 있다.
상기 인젝터의 동작을 제어하는 것은 예컨대 인젝터의 동작의 허가하거나 제한(금지)하는 것, 인젝터의 구동 주기를 변경하는 것 등이다. 예를 들어, 관련장치(예컨대, 펌프)의 맥동으로 인한 잡음주파수는 상기 인젝터의 구동주파수와 일치하고, 상기 인젝터는 상기 관련장치로부터의 방사음(radiant sound)의 피크에서 동작되거나, 또는 상기 인젝터의 동작은 상기 관련장치로부터의 방사음이 소정값(문턱값) 이하를 가지는 경우에 제한(금지)된다.
연료전지시스템에 있어서, 상기 제어수단은 상기 관련장치의 구동에 따라 발생되는 방사음에 따라 상기 인젝터의 동작을 제어할 수도 있다.
이러한 구성이 채택되면, 예컨대 인젝터의 동작음은 관련장치로부터의 방사음에 중첩되어, 상기 인젝터의 동작음이 상기 관련장치로부터의 방사음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있게 되고, 상기 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 관련장치로는, 예컨대 연료전지에 유체를 공급하는 펌프가 적용될 수 있다. 상기 펌프로는, 압력 하에 산화가스를 연료전지로 공급하는 에어컴프레서가 적용가능하다.
더욱이, 연료전지시스템이 이동체에 탑재되는 경우, 상기 관련장치의 구동 상태로는, 연료전지나 모터의 냉각 시에 사용하기 위한 팬 또는 승객실 내의 공조장치로부터의 송풍 시에 사용하기 위한 송풍기의 동작 상태가 적용될 수도 있다.
이러한 구성이 채택되면, 예를 들어 인젝터의 동작음이 팬 등으로부터의 방사음에 중첩되어, 상기 인젝터의 동작음이 상기 팬 등으로부터의 방사음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있고, 상기 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것이 방지될 수 있다.
더욱이, 연료전지시스템이 이동체에 탑재되는 경우, 상기 관련장치의 구동 상태로는, 예컨대 상기 이동체의 이동 상태(movement state), 이동 속도 또는 가속 상태가 적용될 수도 있다.
이러한 구성이 채택되는 경우, 이동 속도가 빠르면, 인젝터가 동작되어, 상기 인젝터의 동작음이 주행음(예컨대, 도로 상의 타이어 소음 또는 풍절음)에 의해 감춰지거나 약화될 수 있고, 이러한 동작음이 귀에 거슬리는 것을 방지할 수 있게 된다.
나아가, 상기 인젝터는 가속 상태, 즉 이동체의 이동(가속)에 따라 풍절음이 발생되어, 제동 시의 잡음 등의 발생이 쉽게 인식되지 못하는 가속 시의 환경에서 동작되므로, 이러한 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이동체의 가속 상태는 연료전지의 발전전류, 연료전지에 연결된 전기부하(예컨대, 모터)로부터의 부하요구(발전요구) 또는 액셀러레이터개방도에 대한 상관관계를 가지므로, 상기 인젝터의 동작이 이들 요인 가운데 하나 이상을 토대로 제어될 수 있게 된다.
또한, 연료전지시스템에 있어서, 상기 제어수단은 상기 관련장치로부터의 방사음의 주파수를 토대로 상기 인젝터의 구동주파수를 제어할 수도 있다.
이러한 구성이 채택되면, 예를 들어 인젝터의 구동주파수가 관련장치로부터의 방사음의 주파수와 일치하거나 또는 상기 관련장치로부터의 방사음의 주파수가 인젝터의 구동주파수의 정수배로 설정되어, 상기 인젝터의 동작음이 상기 관련장치로부터의 방사음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있게 되고, 상기 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 예컨대 인젝터의 구동주파수의 위상은 관련장치로부터의 방사음의 것으로부터 적절하게 변위되어, 즉 잡음 발생이 쉽게 인식되지 못하는 환경에서 인젝터가 동작되어, 상기 인젝터의 동작음이 인식되지 않게 되고, 상기 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 연료전지시스템에 있어서, 상기 제어수단은 상기 연료전지시스템을 포함하는 상기 관련장치의 구동 상태를 토대로 상기 인젝터의 허용가능범위의 압력 편차를 변경할 수도 있다.
상기 허용가능한 범위의 압력 편차를 변경하기 위하여, 예컨대 상기 인젝터의 2차압력의 검출값과 목표제어값간의 편차를 토대로 상기 인젝터의 개폐 동작이 피드백 제어를 겪게 되는 제1제어상태는, 상기 인젝터의 2차압력이 소정의(사전설정된) 하한 압력으로 낮아질 때 상기 압력을 소정의(사전설정된) 목표 압력으로 상승시키도록 상기 피드백 제어의 실행이 금지되는 제2제어상태로 변경될 수도 있다.
더욱이, 상기 허용가능한 범위의 압력 편차를 변경하기 위해서는, 예컨대 상기 인젝터의 2차압력의 검출값과 목표제어값간의 편차가 소정값보다 작을 때, 상기 편차는 "0"으로 간주되는 반면, 상기 편차가 소정값 이상을 가질 때에는, 상기 인젝터의 개폐 동작이 상기 편차를 토대로 피드백 제어를 겪게 되는 제1제어상태가, 상기 소정값이 상기 제1제어상태에 비해 증가되는 제2상태로 변경될 수도 있다.
상기 허용가능범위의 압력 편차가 상술된 바와 같이 변경되는 경우, 인젝터의 동작 횟수가 감소하고, 그 결과 거슬리는 동작음의 발생이 억제될 수 있게 된다.
나아가, 연료전지시스템이 이동체에 탑재되는 경우, 상기 제어수단은 이동체의 공회전(idle) 운전 시에만 상기 인젝터의 허용가능범위의 압력 편차를 변경할 수도 있다.
이러한 구성이 채택되면, 타 운전 상태에 비해 정숙성이 높은 공회전 운전 시에 인젝터의 동작 횟수를 감소시킬 수 있게 된다.
상기 관련장치의 구동에 따라 발생되는 방사음이 저감되는 경우, 상기 제어수단은 상기 인젝터의 2차압력이 소정의 하한 압력으로 낮아질 때까지 상기 인젝터의 동작을 금지시킬 수도 있다.
이러한 구성이 채택되면, 보다 높은 정숙성이 요구되는 상황에서 인젝터의 동작 횟수가 감소될 수 있다.
더욱이, 인젝터의 2차압력이 하한 압력으로 낮아질 때, 상기 제어수단은 상기 인젝터의 동작을 허가하여 상기 2차압력을 소정의 압력으로 상승시킬 수도 있다.
이러한 구성이 채택되면, 인젝터의 2차압력이 소정의 압력으로 상승할 때로부터 상기 2차압력이 다음 하한 압력으로 낮아질 때까지의 시간을 얻을 수 있고, 궁극적으로 인젝터의 동작 횟수가 감소될 수 있게 된다.
본 발명의 연료전지시스템은 이동체에 탑재되는 연료전지시스템으로서, 가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 이동체의 이동 상태를 토대로 상기 인젝터의 동작을 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 인젝터는 인젝터의 상류측을 그 하류측에 연결시키는 내부유로, 상기 내부유로에 이동가능하게 배치되어 상기 내부유로의 개구면적이 밸브체의 이동 위치를 토대로 변경되는 밸브체, 및 상기 밸브체를 전자기 구동력으로 구동시키는 밸브체구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지시스템의 운전방법은 가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지 및 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터를 포함하는 연료전지시스템의 운전방법으로서, 상기 방법은 상기 연료전지시스템을 포함하는 관련장치의 구동 상태에 따라 상기 인젝터의 동작을 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 예컨대 인젝터의 동작음이 쉽게 거슬리지 않는 상태에서 인젝터가 동작되어, 상기 인젝터의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 연료가스의 공급 압력이 연료전지의 운전 상태를 토대로 적절하게 변경될 수 있고, 조작자가 동작음을 느끼기 어려운 고응답성 연료전지시스템 및 상기 시스템의 운전방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 구성도;
도 2는 도 1에 도시된 연료전지시스템의 제어장치의 제어 구성을 도시한 제어블럭도;
도 3은 도 1에 도시된 연료전지시스템의 인젝터의 단면도;
도 4는 도 1에 도시된 연료전지시스템의 제어장치의 제어 구성을 도시한 시간도(time chart);
도 5는 도 1에 도시된 연료전지시스템의 제어장치의 제어 구성을 도시한 시간도;
도 6은 도 1에 도시된 연료전지시스템의 운전방법을 도시한 흐름도;
도 7은 도 1에 도시된 연료전지시스템의 변형예를 도시한 구성도; 및
도 8은 도 1에 도시된 연료전지시스템의 변형예를 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템(1)을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시예에서는, 본 발명이 연료전지차량(이동체)의 차량탑재발전시스템에 적용된 일례를 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지시스템(1)의 구성을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료전지시스템(1)은 반응가스(산화가스 및 연료가스)의 공급을 받아 발전을 행하기 위한 연료전지(10)를 포함하고, 상기 시스템은 또한 산화가스로서 공기를 연료전지(10)에 공급하는 산화가스배관시스템(2), 연료가스로서 수소가스를 연료전지(10)에 공급하는 수소가스배관시스템(3), 전체시스템 등을 통합하여 제어하는 제어장치(제어수단)(4)를 포함한다.
상기 연료전지(10)는 반응가스의 공급을 받아 발전을 행하기 위한 소요 개수의 단전지(unitary cells)가 적층된 스택 구조를 가진다. 상기 연료전지(10)에 의한 발전은 PCU(power control unit)(11)로 공급된다. 상기 PCU(11)는 연료전지(10)와 트랙션모터(12) 사이에 배치된 인버터, DC-DC 컨버터 등을 포함한다. 더욱이, 발전 시 전류를 검출하는 전류센서(13)가 연료전지(10)에 부착된다.
상기 산화가스배관시스템(2)은 가습기(20)에 의해 가습되는 산화가스(공기)를 연료전지(10)에 공급하는 공기공급유로(21), 상기 연료전지(10)로부터 배출되는 산화오프가스를 가습기(20)로 안내하는 공기배출유로(22) 및 상기 가습기(20)로부터 산화오프가스를 안내하기 위한 배기유로(23)를 포함한다. 상기 공기공급유로(21)에는 압력 하에 가스를 가습기(20)로 공급하도록 대기로부터 산화가스를 취하는 에어컴프레서(24)가 제공된다.
상기 수소가스배관시스템(3)은 고압(예컨대, 70MPa)의 수소 가스를 저장하는 연료공급원으로서 수소탱크(30), 상기 수소탱크(30)의 수소 가스를 연료전지(10)에 공급하기 위한 연료공급유로로서 수소공급유로(31) 및 상기 연료전지(10)로부터 배출되는 수소오프가스를 수소공급유로(31)로 복귀시키기 위한 순환유로(32)를 포함한다. 상기 수소가스배관시스템(3)은 본 발명의 연료공급시스템의 일 실시예이다.
상기 수소탱크(30) 대신에, 탄화수소계 연료로부터 수소-리치 개질 가스를 형성하는 개질기(reformer) 및 상기 개질기에 의해 형성되는 개질 가스가 고압 상태로 되어 압력을 축적하게 되는 고압가스탱크가 연료공급원으로 채택될 수도 있다는 점에 유의한다. 대안적으로, 수소흡장합금을 갖는 탱크가 연료공급원으로 채택될 수도 있다.
상기 수소공급유로(31)에는 수소탱크(30)로부터 수소 가스의 공급을 차단하거나 허용하는 차단밸브(33), 수소 가스의 압력을 조정하는 레귤레이터(34) 및 인젝터(35)가 제공된다. 상기 인젝터(35)의 상류측에는, 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력과 온도를 검출하는 1차압력센서(41) 및 온도센서(42)가 각각 제공된다. 나아가, 수소공급유로(31)와 순환유로(32)의 합류부의 상류측인 인젝터(35)의 하류측에는, 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력을 검출하는 2차압력센서(43)가 제공된다.
상기 레귤레이터(34)는 레귤레이터의 상류측 압력(1차 압력)을 사전에 미리 설정된 2차 압력으로 조정하는 장치이다. 본 실시예에 있어서, 1차 압력을 감소시키는 기계식압력저감밸브가 레귤레이터(34)로서 채택된다. 기계식압력저감밸브의 구성으로는, 다이어프램을 통해 형성되는 배압실 및 압력조정실이 제공된 하우징을 구비하고, 상기 압력조정실 내의 2차 압력을 형성하도록 배압실의 배압으로 인한 소정의 압력으로 1차 압력이 감소되는 공지된 구성이 채택될 수도 있다.
본 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 레귤레이터(34)가 인젝터(35)의 상류측에 배치되어, 상기 인젝터(35)의 상류측 압력이 효과적으로 감소될 수 있게 된다. 그러므로, 인젝터(35)의 기계적 구조(밸브체, 하우징, 유로, 구동장치 등)의 디자인의 자유도가 높아질 수 있다.
더욱이, 인젝터(35)의 상류측 압력이 감소될 수 있어, 상기 인젝터(35)의 밸브체가 인젝터(35)의 상류측 압력과 하류측 압력간의 압력차의 증가로 인하여 쉽게 이동하지 못하는 것을 방지할 수 있게 된다. 그러므로, 인젝터(35)의 하류측 압력의 가변압력조정범위가 넓어질 수 있고, 상기 인젝터(35)의 응답성의 저하가 억제될 수 있게 된다.
상기 인젝터(35)는 밸브체가 소정의 구동 주기로 전자기 구동력에 의해 직접 구동되고 밸브시트로부터 멀리 배치되는 전자기구동식개폐밸브이므로, 가스 유량이나 가스 압력과 같은 가스 상태가 조정될 수 있게 된다. 상기 인젝터(35)는 수소 가스로서 가스 연료를 분사하는 분사구를 구비한 밸브시트를 포함하고, 상기 분사구에 가스 연료를 공급 및 안내하는 노즐체 및 상기 분사구를 개폐하도록 상기 노즐체에 대하여 축방향(가스유동방향)으로 유지되고 이동가능하게 수용된 밸브체도 포함한다.
본 실시예에서는, 인젝터(35)의 밸브체가 전자기구동장치인 솔레노이드에 의해 구동되고, 이러한 솔레노이드에 공급되는 펄스형 여자 전류는 2단계, 다단계, 연속적(무단차) 방식 또는 선형 방식으로 각각의 분사구의 개구면적을 스위칭하도록 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다.
상기 인젝터(35)의 가스분사시간 및 가스분사시기는 제어장치(4)로부터 출력되는 제어신호를 토대로 제어되어, 수소 가스의 유량 및 압력이 정밀하게 제어되게 된다. 상기 인젝터(35)에서는, 밸브(밸브체 및 밸브시트)가 전자기구동력으로 직접 구동되어 개방되거나 폐쇄되며, 상기 밸브의 구동 주기는 고응답성 영역 내로 제어될 수 있어, 상기 인젝터가 고반응성을 갖도록 한다.
상기 인젝터(35)에 있어서, 요구된 유량을 갖는 가스를 인젝터의 하류측으로 공급하기 위해서는, 상기 인젝터(35)의 가스유로에 제공되는 밸브체의 개방시간 및 개구면적(개방도) 중 하나 이상이 변경되어, 하류측(연료전지(10)측)으로 공급될 가스의 유량(또는 수소분자농도)가 조정되게 된다.
상기 인젝터(35)의 밸브체는 가스 유량을 조정하도록 개방되거나 폐쇄되고, 상기 인젝터(35)의 하류측으로 공급될 가스의 압력은 상기 인젝터(35)의 상류측의 가스 압력에 비해 감소되어, 상기 인젝터(35)가 압력조정밸브(압력저감밸브, 레귤레이터)로 해석될 수 있게 된다는 점에 유의한다. 더욱이, 본 실시예에서는, 인젝터가 가스 요구를 토대로 소정의 압력 범위 내의 요구된 압력을 충족하도록 상기 인젝터(35)의 상류측 가스 압력의 조정량(저감량)을 변경할 수 있는 가변압력조정밸브로 해석될 수 있다.
본 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 인젝터(35)가 수소공급유로(31)와 순환유로(32)의 합류부(A1)의 상류측에 배치된다는 점에 유의한다. 더욱이, 도 1의 점선으로 도시된 바와 같이, 복수의 수소탱크(30)가 연료공급원으로 채택되는 경우, 상기 인젝터(35)는 상기 수소탱크(30)로부터 공급되는 수소 가스들이 합류하는 부분(수소가스합류부(A2))의 하류측에 배치된다.
상기 순환유로(32)는 기액분리기(36) 및 배출밸브(37)를 통해 배출유로(38)에 연결된다. 상기 기액분리기(36)는 수소오프가스로부터 수분을 모은다. 상기 배출밸브(37)는 순환유로(32) 내의 불순물을 포함하는 수소오프가스 및 기액분리기(36)에 의해 모아진 수분을 시스템으로부터 배출(퍼지)하기 위한 제어장치(4)로부터의 지령을 토대로 동작한다.
더욱이, 상기 순환유로(32)에는 가스를 수소공급유로(31)를 향해 공급하도록 순환유로(32) 내의 수소오프가스를 가압하는 수소펌프(39)가 제공된다. 배출유로(38) 내의 가스는 희석기(40)에 의해 희석되어 배기유로(23) 내의 가스와 합류하게 된다는 점에 유의한다. 배출밸브(37) 및 배출유로(38)를 통해 배출되는 수소오 프가스는 희석기(40)에 의해 희석되어 배기유로(23) 내의 산화오프가스와 합류하게 된다는 점에 유의한다.
상기 제어장치(4)는 차량에 제공되는 가속운전장치(액셀러레이터 등)의 조작량을 검출하고, 상기 시스템 내의 각종 유닛들의 운전들을 제어하도록 요구된 가속값(예컨대, 트랙션모터(12)와 같은 부하장치로부터 요구된 발전량)과 같은 제어 정보를 수신한다.
상기 부하장치는 트랙션모터(12) 이외에도, 연료전지(10)를 운전하는 데 필요한 보조장치(예컨대, 컴프레서(24), 수소펌프(39), 냉각펌프의 모터 등), 상기 차량의 주행과 연관된 여하한의 타입의 장치에서 사용하기 위한 액추에이터(체인지기어, 차륜제어장치, 조향장치, 현가장치 등), 승객 공간의 공조장치(공조기), 조명 또는 오디오를 포함하는 일반적인 전력소비장치라는 점에 유의한다.
이들 장치들 또는 부착된 장치들 가운데, 구동에 따라 방사음을 발생시키는 장치는 본 발명의 관련장치에 대응하지만, 상기 장치가 예시된 장치로 국한되는 것은 아니다.
상기 제어장치(4)는 컴퓨터시스템(도시안됨)으로 구성된다. 이러한 컴퓨터시스템은 CPU, ROM, RAM, HDD, 입출력 인터페이스, 디스플레이 등으로 구성되며, 상기 CPU는 프로그램을 실행하기 위해 ROM에 기록된 여하한의 타입의 제어프로그램을 판독하여, 각종 제어 연산들이 실현되게 된다.
구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어장치(4)가 연료전지(10)의 운전 상태(전류센서(13)에 의해 검출되는 연료전지(10)의 발전 시의 전류값)를 토대 로 상기 연료전지(10)에 의해 소비되는 수소 가스의 양(이하, "수소소비량"이라고 함)을 산출한다(연료소비량산출기능: B1). 본 실시예에 있어서, 수소소비량은 연료전지(10)의 전류값과 수소소비량간의 관계를 나타내는 특정 산출식을 이용하여 제어장치(4)의 각 순환 주기 동안 산출 및 갱신된다.
더욱이, 상기 제어장치(4)는 연료전지(10)의 운전 상태(전류센서(13)에 의해 검출되는 발전 시 연료전지(10)의 전류값)를 토대로 인젝터(35)의 하류 위치의 수소 가스의 목표압력값(연료전지(10)에 대한 목표가스공급압력)을 산출한다(목표압력값산출기능: B2). 본 실시예에 있어서, 2차압력센서(43)가 배치되는 위치(압력 조정이 요구되는 위치로서의 압력조정위치)에서의 목표압력값은 상기 연료전지(10)의 전류값과 목표압력값간의 관계를 나타내는 특정 맵을 이용하여 상기 제어장치(4)의 각 산출 주기 동안 산출 및 갱신된다.
나아가, 상기 제어장치(4)는 2차압력센서(43)에 의해 검출되는 인젝터(35)의 하류 위치(압력조정위치)에서 검출된 압력값과 산출된 목표압력값간의 편차를 토대로 피드백보정유량을 산출한다(피드백보정유량산출기능: B3). 상기 피드백보정유량은 목표압력값과 검출된 압력값간의 편차를 줄이기 위하여 수소소비량에 부가될 수소가스유량(압력차저감보정유량)이다. 본 실시예에 있어서, 상기 피드백보정유량은 PI 제어 등의 목표추종형제어를 이용하여 제어장치(4)의 각 산출 주기 동안 산출 및 갱신된다.
또한, 상기 제어장치(4)는 앞서 산출된 목표압력값과 현재 산출된 목표압력값간의 편차에 대응하여 피드포워드보정유량을 산출한다(피드포워드보정유량산출기 능: B4). 상기 피드포워드보정유량은 목표압력값의 변동으로 인한 수소가스유량의 변동(압력차대응보정유량)이다. 본 실시예에서는, 피드포워드보정유량이 목표압력값과 피드포워드보정유량의 편차간의 관계를 나타내는 특정 산출식을 이용하여 제어장치(4)의 각 산출 주기 동안 산출 및 갱신된다.
더욱이, 상기 제어장치(4)는 인젝터(35)의 상류가스상태(1차압력센서(41)에 의해 검출되는 수소가스압력 및 온도센서(42)에 의해 검출되는 수소가스온도)를 토대로 상기 인젝터(35)의 상류정적유량을 산출한다(정적유량산출기능: B5). 본 실시예에 있어서, 정적유량(static flow rate)은 상기 인젝터(35)의 온도와 상류수소가스압력 및 정적유량간의 관계를 나타내는 특정 산출식을 이용하여 상기 제어장치(4)의 각 산출 주기 동안 산출 및 갱신된다.
나아가, 상기 제어장치(4)는 인젝터(35)의 상류가스상태(수소가스의 압력 및 온도)와 인가전압을 토대로 상기 인젝터(35)의 무효분사시간(invalid injection time)을 산출한다(무효분사시간산출기능: B6). 여기서, 무효분사시간은 인젝터(35)가 제어장치(4)로부터 제어신호를 수신할 때로부터 분사가 실제로 시작되는 시간까지 필요한 시간이다. 본 실시예에서는, 무효분사시간과 인가전압, 인젝터(35)의 상류측의 수소가스의 온도 및 압력간의 관계를 나타내는 특정 맵을 이용하여 제어장치(4)의 각 산출 주기 동안 산출 및 갱신된다.
또한, 상기 제어장치(4)는 인젝터(35)의 분사유량을 산출하기 위해 수소소비량, 피드백보정유량 및 피드포워드보정유량을 더한다(분사유량산출기능: B7). 후속해서, 상기 제어장치(4)는 인젝터(35)의 구동 주기에, 상기 인젝터(35)의 기본분사 시간을 산출하도록 인젝터(35)의 분사유량을 정적유량으로 나누어 얻어지는 값을 곱하고, 상기 기본분사시간과 무효분사시간을 더하여 상기 인젝터(35)의 총분사시간을 산출하게 된다(총분사시간산출기능: B8). 여기서, 구동 주기는 인젝터(35)의 분사구의 개폐 상태를 나타내는 단상(온/오프) 파형의 주기이다. 본 실시예에서, 제어장치(4)는 구동 주기를 일정한 값으로 설정한다.
그 후, 상기 제어장치(4)는 상술된 절차를 통해 산출되는 인젝터(35)의 총분사시간을 실현하기 위한 제어신호를 출력하여, 상기 인젝터(35)의 가스분사시간 및 가스분사시기는 상기 연료전지(10)로 공급될 수소 가스의 압력 및 유량을 조정하도록 제어된다.
연료전지시스템(1)의 통상 운전 시, 수소 가스는 수소탱크(30)로부터 수소공급유로(31)를 통해 연료전지(10)의 연료극으로 공급되고, 가습화되어 조정된 공기는 공기공급유로(21)를 통해 연료전지(10)의 산화극으로 공급되어 발전을 행하게 된다. 이 경우, 연료전지(10)로부터 추출될 전력(요구전력)은 제어장치(4)에 의해 산출되고, 상기 수소 가스 및 공기가 발전량에 대응하는 양만큼 상기 연료전지(10)로 공급된다. 본 실시예에서는, 이러한 통상 운전 시 상기 연료전지(10)로 공급될 수소 가스의 압력이 정밀하게 제어된다.
상술된 인젝터(35)는 도 3에 도시된 구조를 가지며, 수소공급유로(가스공급유로(31)의 일부를 구성하고 상기 수소공급유로(31)의 수소탱크(30)측에 배치된 일 구부(one port portion; 51)와 상기 수소공급유로(31)의 연료전지(10)측에 배치된 타 구부(other port portion; 52)를 구비한 내부유로(53)가 제공된 금속제 실린 더(metal-made cylinder; 54)를 구비한다. 상기 실린더(54)에는 상기 구부(51)에 연결된 제1유로부(56), 상기 구부(51)에 대향하여 상기 제1유로부(56)측에 연결되고 상기 제1유로부(56)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2유로부(57), 상기 제1유로부(56)에 대향하여 상기 제2유로부(57)의 일부분에 연결되고 상기 제2유로부(57)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제3유로부(58), 및 상기 제2유로부(57)에 대향하여 상기 제3유로부(58)의 일부분에 연결되고 상기 제2유로부(57) 및 제3유로부(58)의 직경보다 작은 직경을 갖는 제4유로부(59)가 제공되고, 이들 부분들은 내부유로(53)를 구성한다.
더욱이, 상기 인젝터(35)는 제3유로부(58)측에서 제4유로부(59)의 개구를 둘러싸도록 제공되는 시일가능한 부재로 구성된 밸브시트(valve seat; 61); 상기 제2유로부(57) 안으로 이동가능하게 삽입되는 원통부(62)와 상기 제3유로부(58)에 배치되는 제2유로부(57)의 직경보다 큰 직경을 갖는 베벨부(63)를 구비하되, 상기 베벨부(63)에는 경사연통구(64)가 제공되는 금속제 밸브체(65); 상기 밸브체(65)를 밸브시트(61)에 맞닿게 하기 위하여, 상기 밸브체(65)의 원통부(62) 안으로 삽입되는 일 단부와 상기 제1유로부(56)에 형성된 스토퍼(66)와 맞물린 타 단부를 구비하여, 내부유로(53)를 차단하게 되는 스프링(67); 및 밸브체가 제2유로부(57)측의 제3유로부(58)의 단차부(68)에 맞닿을 때까지 상기 스프링(67)의 추진력에 대항하여 상기 밸브체(65)를 이동시킴으로써, 상기 밸브체(65)가 상기 밸브시트(61)로부터 멀리 배치되어, 상기 연통구(64) 내의 내부유로(53)를 연결시키게 되는 솔레노이드(전자기구동장치, 밸브체구동부)(69)를 구비한다.
상술된 바와 같이, 인젝터(35)에 있어서, 내부유로(53)를 연결시키기 위한 구동 시, 금속제 밸브체(65)는 실린더(54)의 단차부(68)에 맞닿도록 상기 금속제 실린더(54)에서 이동하여, 동작음이 발생되게 된다. 이러한 동작음은 경우에 따라 운전자나 승객과 같은 조작자의 귀에 거슬리게 될 수도 있다. 특히, 본 실시예의 인젝터(35)는 고주파수에서 구동되는 전자기구동시스템의 가스상태가변공급장치이므로, 상기 인젝터의 동작음이 현저한 잡음이 되게 된다.
이 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예에서는, 상술된 제어 조건들을 충족시키면서, 상기 제어장치(4)가 후술하는 관련장치의 구동 상태에 따라 상기 인젝터(35)를 구동 및 제어한다. 예를 들어, 상기 제어장치는 보조장치들 중 하나로서 에어컴프레서(관련장치, 펌프)(24)의 운전 상태에 따라 상기 인젝터(35)를 구동 및 제어한다. 즉, 상기 에어컴프레서(24)는 맥동에 대응하여 동작음(방사음)을 발생시키도록 흡입 및 배출의 맥동을 발생시킨다.
구체적으로, 루트형 에어컴프레서에서는, 회전 4차 또는 8차의 동작음이 1600 회전 시 40 Hz의 주파수로, 1200 회전 시 80 Hz의 주파수로, 그리고 1800 회전 시 120 Hz의 주파수로 발생된다. 스크롤형 에어컴프레서에서는, 회전 1차 동작음이 1600 회전 시 10 Hz의 주파수로, 1200 회전 시 20 Hz의 주파수로, 그리고 1800 회전 시 30 Hz의 주파수로 발생된다. 4치 회전자 및 6치 회전자를 이용하는 스크루형 에어컴프레서에서는, 회전 6차 동작음이 1600 회전 시 60 Hz의 주파수로, 1200 회전 시 120 Hz의 주파수로, 그리고 1800 회전 시 180 Hz의 주파수로 발생된다. 그러므로, 상기 인젝터(35)는 예컨대 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수를 토대로 대략 100 Hz 이하의 주파수로 구동된다.
상기 인젝터(35)의 구동주파수가 에어컴프레서(24)의 운전 상태를 나타내는 에어컴프레서(24)의 맥동에 수반하는 동작음의 주파수를 토대로 제어되는 경우에는, 예컨대 위상을 포함하는 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수(펌프 맥동으로 인한 잡음주파수)가 상기 인젝터(35)의 구동주파수에 의해 제조된다.
즉, 상기 에어컴프레서(24)의 동작음이 도 4(a)에 도시된 주파수로 발생되는 경우에는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 피크에서, 상기 인젝터(35)가 에어컴프레서(24)의 동작음의 상승 시기(t1)에서 구동되고, 상기 인젝터(35)의 구동은 상기 에어컴프레서(24)의 잡음 수준이 낮아지기 전 시기(t2)에서 정지된다.
즉, 상기 인젝터(35)의 구동주파수는 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수와 일치되어, 상기 인젝터(35)의 밸브는 상기 에어컴프레서(24)의 음이 방출되면서 개방될 수 있게 된다. 결과적으로, 상기 인젝터(35)의 동작음이 보다 큰 동작음을 방출하는 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 머플링되어, 승객이 들을 수 없게 된다. 여기서, 인젝터(35)가 에어컴프레서(24)의 동작음의 상승 시기에서 구동되는 경우에는, 잡음이 최대일 때의 구동 시 상기 인젝터(35)의 잡음이 더욱 효과적으로 머플링될 수 있다.
더욱이, 상기 인젝터(35)의 구동주파수가 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수를 토대로 제어되면, 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수는 인젝터(35)의 구동주파수의 정수배(integral multiple)로 설정되고, 위상(phase)들이 일 치(match)된다.
즉, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 에어컴프레서(24)의 동작음을 하나씩 걸러 제어가 행해지므로, 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 피크에서, 상기 인젝터(35)는 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 상승 시기(t1)에서 구동되고, 상기 인젝터(35)의 구동은 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 하강 시기(t3)에서 정지된다. 이 때, 에어컴프레서(24)의 음이 방출되면서, 상기 인젝터(35)의 밸브가 개방된 상태로 유지되어, 분사량이 증가되게 된다.
결과적으로, 상기 인젝터(35)는 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수가 인젝터(35)의 구동주파수의 정수배(도 4(c)에서는 2배)가 되도록 구동될 수 있어, 상기 인젝터(35)의 동작음은 상술된 것과 동일한 방식으로 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있게 되고, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 인젝터(35)의 구동 횟수가 감소될 수 있고, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것도 추가로 방지할 수 있게 된다.
나아가, 인젝터(35)의 구동주파수가 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수를 토대로 제어되는 경우, 예컨대 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수가 인젝터(35)의 구동주파수와 같게 설정되고, 위상들이 적절하게 변위된다. 예를 들어, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 예컨대 인젝터(35)의 구동주파수의 위상이 에어컴프레서(24)의 동작음으로부터 변위되어, 상기 동작음이 에어컴프레서(24)의 동작음의 피크발생간격들(t4, t5) 사이에 발생되게 된다.
상술된 바와 같이, 인젝터(35)는 동작음이 에어컴프레서(24)의 동작음과 함께 주기적으로 안정하게 발생되도록 동작된다. 즉, 상기 인젝터(35)는 잡음의 발생이 쉽게 인지되지 않는 환경에서 동작될 수 있어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 인식되지 못하고, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 인젝터(35)는 동작음이 에어컴프레서(24)의 동작음의 발생 간격들 사이에 발생되도록 구동될 수도 있지만, 상기 인젝터는 에어컴프레서(24)의 동작음이 소거되는 한 실질적으로 상기 간격들의 중심에서 구동될 수도 있다는 점에 유의한다.
더욱이, 에어컴프레서(24)의 동작음이 작으면, 예컨대 차속이 소정값보다 작거나 및/또는 연료전지(10)의 발전전류가 공회전 운전에서와 같이 소정값보다 작을 때, 상기 연료전지(10)에 대한 부하요구(발전요구)가 작다. 수소가스 및 공기의 압력들이 약간 변하는 경우에도, 발전안정성에 영향을 주지는 않는다. 결과적으로, 인젝터(35)의 동작은 에어컴프레서(24)의 이러한 피구동 상태에서 금지(제한)될 수 있게 된다.
즉, 에어컴프레서(24)의 동작음이 소정값 이하를 가지는 경우, 상기 인젝터(35)의 분사가 금지되는 반면, 에어컴프레서(24)의 동작음이 소정값을 초과하는 경우에는, 상기 인젝터가 통상적으로 구동되어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 머플링될 수 있다. 이러한 잡음 대책은 타 운전 상태에 비해, 본질적으로 공회전 운전에서와 같이 정숙성이 비교적 높은 상황에서 효 과적이다.
하지만, 인젝터(35)의 분사의 금지는 계속 유지될 수 없다. 그러므로, 에어컴프레서(24)의 동작음이 소정값 이하를 가질 때, 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력을 검출하기 위한 2차압력센서(43)가 모니터링된다. 상기 2차압력센서(43)에 의해 검출되는 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력이 소정의 압력 이하인 경우, 인젝터(35)를 구동하기 위한 이러한 제어 시, 상기 2차압력센서(43)에 의해 검출되는 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 허용가능범위의 압력 편차가 가능한 한 확대되도록 제어가 완화된다.
상기 허용가능범위의 압력 편차를 확대하기 위하여 상기 제어가 완화되는 일례로서, 우선 상기 인젝터(35)의 개폐 동작이 통상 제어에서와 같이 목표값(목표제어값)과 2차압력센서(43)에 의해 검출되는 2차압력의 현재값(검출값)간의 압력 편차를 토대로 피드백제어를 겪게 되는 제1제어상태가, 때때로 이러한 피드백제어의 실행이 상기 인젝터(35)의 2차 압력이 소정의 하한 압력으로 낮아질 때에 2차 압력을 소정의 목표 압력으로 상승시키도록 대담하게(daringly) 금지되는 제2제어상태로 변경되곤 한다.
더욱이, 제2예시로서, 상기 인젝터(35)의 검출된 2차 압력의 현재값(검출값)과 목표값(목표제어값)간의 압력 편차가 소정값보다 작을 때, 상기 편차를 "0"으로 간주하는 반면, 상기 편차가 소정값 이상을 가질 때에는, 상기 인젝터(35)의 개폐 동작이 피드백제어를 겪게 되는 제1제어상태가, 때때로 소정값이 제1제어상태에 비해 증가되는 제2상태, 다시 말해 압력 편차가 "0"으로 강제적으로 간주되는 데드존 이 넓어지는 제2상태로 변경되곤 한다.
나아가, 제3예시로서, 인젝터(35)의 개폐 동작이 제어되어, 상기 인젝터(35)의 구동 주기(기본 기간)가 일정하게 되는 제1제어상태는 때때로 상기 제1제어상태에 비해 구동 주기당 상기 인젝터(35)의 분사량이 강제적으로 증가되는 제2제어상태로 변경되곤 한다.
그 후, 제4예시로서, 인젝터(35)의 개폐 동작이 제어되어, 한 구동 주기(기본 기간)당 상기 인젝터(35)의 분사량 또는 분사시간이 일정하게 되는 제1제어상태는 때때로 상기 제1제어상태에 비해 상기 한 구동 주기(기본 기간)가 강제적으로 길어지는 제2제어상태로 변경되곤 한다.
다음으로, 예컨대 제1예시를 구체적으로 설명하기로 한다. 도 5(a)에 도시된 통상 제어 시, 인젝터(35)는 현재값과 목표값간의 압력 편차를 토대로 시간 t11과 t12 사이에서 구동(분사)된다. 이러한 구동에 의하면, 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력이 도면에 도시된 바와 같이 상승한다. 다른 한편으로, 도 5(b)에 도시된 제1예시에서는, 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력이 소정의 하한값 PL로 낮아지는 시간 t13 까지, 상기 인젝터(35)가 상술된 압력 편차를 토대로 피드백 제어의 결과로서 구동되지 않는다. 하지만, 수소가스압력은 하한값 PL로 낮아지고, 상기 인젝터(35)는 시간 t13과 t14 사이에서 구동된다.
그 후, 이러한 구동 시(t13 및 t14), 수소공급유로(31) 내의 수소 가스의 압력이 가능한 한 높게 상승되면(예컨대, 소정의 상한값(소정의 목표압력) PH로 상승 되면), 시간 t15가 차기 압력이 소정의 하한값 PL로 낮아질 때까지 얻어질 수 있어, 상기 인젝터(35)의 구동을 재시작하게 된다. 그러므로, 인젝터(35)의 동작음의 배출 횟수가 감소될 수 있고, 상기 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이 경우에도, 에어컴프레서(24)의 동작음이 소정값을 초과하면, 인젝터(35)는 통상적으로 구동되어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 상기 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 머플링될 수 있게 된다.
상술된 바와 같이, 에어컴프레서(24)의 동작음이 작으면, 즉 도 6에 도시된 바와 같이, 에어컴프레서(24)의 동작음이 소정의 하한값보다 작으면(단계 S1), 허용가능범위의 압력 편차를 가능한 한 크게 확대하기 위하여 제어가 완화된다(단계 S2). 인젝터(35)의 구동 횟수가 감소되는 경우, 단위시간당 액셀러레이터개방도가 소정의 상한값을 초과하여 증가되면(단계 S3: YES), 허용가능범위의 압력 편차가 통상 설정치로 설정되고(단계 S4), 상기 인젝터(35)의 분사가 통상적으로 수행될 수도 있다.
즉, 허용가능범위의 압력 편차가 액셀러레이터개방도를 토대로 크게 설정되는 단계 S2의 제어가 해제될 수도 있다. 이 경우, 차량 가속 시의 가스 압력의 강하가 방지될 수 있고, 가속 응답성과 생산성이 개선될 수 있다. 물론, 인젝터(35)의 구동이 에어컴프레서(24)의 동작음이 작을 때에 금지되는 경우에도, 상기 금지는 액셀러레이터개방도를 토대로 해제될 수 있다.
통상 제어 시, 상술된 바와 같이, 피드백 제어는 인젝터(35)의 검출된 2차 압력의 "현재값 - 목표값"으로 얻어지는 압력 편차를 토대로 수행되고, 상기 값은 목표제어값을 변경하면서 가능한 한 목표값에 근접하게 된다는 점에 유의한다. 하지만, 상술된 바와 같이, 에어컴프레서(24)의 동작음이 작으면, 연료전지(10)의 부하요구(발전요구)가 작다. 때로는 수소 가스 및 공기의 압력이 약간 변하는 경우에도, 발전 안정성은 영향을 받지 않는다고 가정하기도 한다. 상기 문제점을 해결하기 위하여, 이러한 경우에는, 상기 제어 상태가 제1제어상태로서의 통상 제어 시간으로부터 상기 통상 제어 시간에 비해 압력제어범위가 넓은 제2제어상태로 시프트될 수도 있다.
예를 들어, 목표압력조정폭이 최대화되는 동안 압력 편차의 절대값이 소정값 이하인 경우, 상기 압력 편차가 "0"으로 간주되는 데드존이 확대되고, 압력제어범위는 통상 제어에 비해 넓어지므로, 상기 효과와 유사한 효과가 얻어질 수 있게 된다. 이러한 예시는 허용가능범위의 압력 편차를 확대하기 위하여 제어가 완화되는 제2예시에 대응한다.
나아가, 에어컴프레서(24)의 동작음의 크기가 실질적으로 차속에 대한 비례 관계를 가지므로, 상기 에어컴프레서(24)의 동작음 대신에 차속이 적용될 수도 있고, 상기 인젝터(35)의 동작이 상기 차속을 토대로 제어될 수도 있다. 즉, 차속이 느리면, 에어컴프레서(24)의 동작음이 작고, 주행음이 작다. 그러므로, 차속이 소정값 이하인 경우, 인젝터(35)의 분사가 금지되거나, 또는 허용가능범위의 압력 편차를 가능한 한 확대하기 위하여 제어가 완화되어, 상기 인젝터(35)의 분사 횟수를 줄이게 된다.
다른 한편으로, 차속이 증가하면, 에어컴프레서(24)의 동작음의 크기가 커지고, 도로 상의 타이어 소음 또는 풍절음과 같은 주행음이 커진다. 그러므로, 차속이 소정값을 초과하고, 인젝터(35)가 통상적으로 구동되는 경우에도, 상기 인젝터(35)의 동작음이 에어컴프레서(24)의 동작음 또는 주행음에 의해 머플링될 수 있다. 그러므로, 이러한 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 차속은 실질적으로 인젝터(35)의 분사 횟수 및 에어컴프레서(24)의 회전수에 대하여 비례 관계를 가지므로, 협조 제어가 용이하게 수행되는 장점이 있게 된다. 차량에 따라, 에어컴프레서(24)의 주행음 또는 동작음이 큰 지의 여부를 판정하여, 인젝터(35)의 동작음이 주로 차량에 따라 에어컴프레서(24)의 주행음 또는 동작음에 의해 머플링되는 지의 여부를 선택할 수 있게 된다는 점에 유의한다.
더욱이, 인젝터(35)의 구동음을 머플링하기 위하여 비교적 큰 동작음을 발생시킬 수 있는 차량보조장치의 예로는 에어컴프레서(24), 부가적으로는 차실 내의 공조기(공조장치)로부터 공기를 송풍시키는 송풍기 또는 차실 외부의 연료전지(10)용 냉각수를 냉각시키는 라디에이터팬을 들 수 있다. 그러므로, 인젝터(35)의 동작은 에어컴프레서(24) 대신에 이들 장치들의 동작 상태들, 즉 공조기의 송풍기의 동작음(송풍음) 또는 라디에이터팬의 동작음을 토대로 상술된 것과 동일한 방식으로 제어될 수도 있다. 하지만, 에어컴프레서(24)의 동작음이 보통 최대이므로, 상기 인젝터가 상기 에어컴프레서(24)의 동작 상태에 따라 제어될 수도 있게 된다.
나아가, 에어컴프레서(24)의 동작음의 크기는 실질적으로 연료전지(10)의 발 전전류에 대하여 비례 관계를 가지고, 실질적으로 모터의 요구부하, 즉 액셀러레이터개방도(가속/감속 상태)에 대해서도 비례 관계를 가지므로, 에어컴프레서(24)의 동작음 대신에 액셀러레이터개방도가 적용되고, 이러한 액셀러레이터개방도를 토대로 상기 인젝터(35)의 동작이 제어될 수도 있게 된다.
즉, 액셀러레이터개방도가 작으면, 에어컴프레서(24)의 동작음이 작으므로, 액셀러레이터개방도가 소정값 이하를 가지는 경우, 상기 인젝터(35)의 분사가 금지되거나 또는 허용가능범위의 압력 편차를 가능한 한 확대하기 위하여 제어가 완화되어, 상기 인젝터(35)의 분사 횟수를 줄이게 된다.
다른 한편으로, 액셀러레이터개방도가 증가하면, 에어컴프레서(24)의 동작음의 크기가 커진다. 그러므로, 액셀러레이터개방도가 소정값을 초과할 때 인젝터(35)가 통상적으로 구동되는 경우에도, 상기 인젝터(35)의 동작음은 상기 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 머플링될 수 있다.
그러므로, 이러한 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 액셀러레이터개방도는 실질적으로 인젝터(35)의 분사 횟수 및 에어컴프레서(24)의 회전수에 대하여 비례 관계를 가지므로, 협조 제어가 용이하게 수행된다는 장점이 있게 된다.
연료전지(10)와 배터리를 포함하는 2가지 전원이 제공된 하이브리드시스템에서는, 연료전지(10)의 발전전류가 때때로 모터의 요구부하, 즉 액셀러레이터개방도에 대하여 소정의 관계를 가지지 못하기도 한다는 점에 유의한다. 하지만, 이 경우에도, 액셀러레이터개방도가 크면, 즉 잡음 발생이 쉽게 인식되지 못하는 가속 시 의 환경에서 인젝터(35)가 동작되어, 이러한 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상술된 제어는 연료전지(10)의 워밍업의 종료 후(출력 제한의 해제 후) 수행된다는 점에 유의한다. 이는 워밍업 전에는 압력에 대한 소정의 발전 로버스트 특성(robust property)이 연료전지(10)에서 보이지 않아, 상기 제어를 적용하기 어렵기 때문이다.
본 실시예에 따른 상술된 연료전지시스템(1)에 있어서, 인젝터(35)의 동작 상태(분사 시간)는 상기 연료전지(10)의 운전 상태(발전 시의 전류값)을 토대로 설정될 수 있다. 그러므로, 수소 가스의 공급 압력이 연료전지(10)의 운전 상태를 토대로 적절하게 변경될 수 있고, 응답성이 개선될 수 있게 된다. 더욱이, 인젝터(35)가 가변압력조정밸브 및 수소 가스의 유량조정밸브로서 채택되어, 정밀한 압력 조정(연료전지(10)에 대한 수소 가스의 공급 압력의 조정)이 수행될 수 있다.
즉, 인젝터(35)는 수소 가스의 분사 시기와 분사 시간을 조정하도록 연료전지(10)의 운전 상태를 토대로 제어장치(4)로부터 제어 신호를 수신할 수 있어, 종래의 기계식 가변압력조정밸브에 비해 압력 조정이 보다 신속하면서도 정확하게 수행될 수 있게 된다. 더욱이, 인젝터(35)는 종래의 기계식 가변압력조정밸브에 비해 소형화, 경량화 및 저가이므로, 소형이면서 저가인 전체시스템이 실현될 수 있게 된다.
더욱이, 상술된 실시예에 따른 연료전지시스템(10)에 있어서, 제어장치(4)는 관련장치의 구동 상태를 토대로 인젝터(35)의 동작을 제어하므로, 상기 인젝터(35) 가 예컨대 인젝터(35)의 동작음이 쉽게 거슬리게 되지 않는 상태에서 동작될 수 있게 되고, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
즉, 상기 제어장치(4)는 에어컴프레서(24)의 동작 상태를 토대로 인젝터(35)의 동작을 제어하여, 예컨대 상기 인젝터(35)의 동작음이 상기 에어컴프레서(24)의 동작음에 중첩되게 된다. 결과적으로, 인젝터(35)의 동작음이 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있게 되고, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 제어장치(4)는 공조기의 동작 상태를 토대로 인젝터(35)의 동작을 제어할 수도 있다. 이 경우에는, 예컨대 인젝터(35)의 동작음이 공조기의 동작음에 중첩될 때, 상기 인젝터(35)의 동작음이 상기 공조기의 동작음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 상기 제어장치(4)는 라디에이터팬의 동작 상태를 토대로 상기 인젝터(35)의 동작을 제어할 수도 있다. 이 경우에는, 예컨대 인젝터(35)의 동작음이 라디에이터팬의 동작음에 중첩되어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 상기 라디에이터팬의 동작음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
나아가, 상술된 실시예에 따른 연료전지시스템(1)에 있어서, 상기 시스템이 이동체에 탑재되는 경우에는, 상기 제어장치(4)가 차속을 토대로 인젝터(35)의 동 작을 제어할 수 있다. 그러므로, 예컨대 차속이 높으면, 인젝터(35)가 동작되어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 이동체의 주행음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있고, 이러한 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상술된 실시예에 따른 연료전지시스템(1)에서는, 상기 시스템이 이동체에 탑재되는 경우, 상기 제어장치(4)가 액셀러레이터개방도(가속/감속 상태)를 토대로 인젝터(35)의 동작을 제어할 수 있으므로, 예컨대 액셀러레이터개방도가 클 때, 즉 잡음 발생이 쉽게 인식되지 못하는 가속 시의 환경에서 상기 인젝터(35)가 동작되게 된다. 결과적으로는, 이러한 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 상술된 실시예에 따른 연료전지시스템(1)에 있어서, 상기 제어장치(4)는 보조장치로서 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수를 토대로 인젝터(35)의 구동주파수를 제어할 수 있어, 예컨대 상기 인젝터(35)의 구동주파수가 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수와 일치하게 되거나 또는 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 주파수가 상기 인젝터(35)의 구동주파수의 정수배로 설정되게 된다. 결과적으로, 상기 인젝터(35)의 동작음이 상기 에어컴프레서(24)의 동작음에 의해 감춰지거나 약화될 수 있어, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
나아가, 예컨대 인젝터(35)의 구동주파수의 위상이 상기 에어컴프레서(24)의 동작음의 위상과 적절하게 변위(displaced)되는 경우에는, 즉 잡음 발생이 쉽게 인식되지 못하는 환경에서 상기 인젝터(35)가 동작된다. 결과적으로, 인젝터(35)의 동작음이 인식되지 못하여, 상기 인젝터(35)의 동작음이 귀에 거슬리게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 실시예에서는, 인젝터가 연료전지시스템의 수소공급유로(31)에 제공된 인젝터의 일례에 따라 설명되었다는 점에 유의한다. 하지만, 본 발명은 연료전지시스템의 가스공급유로에 인젝터가 제공되는 한, 여하한의 인젝터에도 적용가능하다.
예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 연료전지(10)에 산화가스(공기)를 공급하기 위한 공기공급유로(21)에 가습기(20) 대신에 가습수공급인젝터(humidifying water supply injector; 71)가 제공되는 경우, 이러한 인젝터에 본 발명이 적용될 수도 있다. 대안적으로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 연료전지(10)에 수소 가스를 공급하기 위한 수소공급유로(31)에 인젝터 대신에 유압식 레귤레이터(72)가 제공되는 경우, 공기압 등으로 상기 유압식 레귤레이터(72)의 수소 압력을 제어하기 위한 캐소드공기공급인젝터(73)에 본 발명이 적용될 수도 있다.
더욱이, 상기 실시예에서는, 본 발명에 따른 연료전지시스템이 연료전지차량에 탑재되는 일례가 기술되어 있지만, 본 발명에 따른 연료전지시스템은 연료전지차량 이외의 여하한의 종류의 이동체(로봇, 선박, 비행기 등)에 탑재될 수도 있다. 본 발명에 따른 연료전지시스템은 건물(주택, 빌딩 등)용 발전설비로서 사용하기 위한 정치식 발전시스템에 적용될 수도 있다.
본 발명은 연료전지의 운전 상태를 토대로 연료가스의 공급 압력을 적절하게 변경할 수 있으며, 조작자가 인젝터의 동작음을 쉽게 인식하지 못하는 고응답성 연 료전지시스템(또는 상기 시스템의 운전방법)에 폭넓게 적용가능하다.

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 연료전지를 동작시키는 데 필요한 보조장치의 방사음 또는 상기 보조장치에 부착된 장치로서 상기 장치의 구동에 따라 방사음을 발생시키는 장치의 방사음에 의하여, 상기 인젝터의 동작음을 조작자에게 숨기거나 약화시키기 위하여 상기 인젝터의 동작을 허용, 금지 또는 구동주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조장치는 상기 연료전지에 유체를 공급하는 펌프인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펌프는 압력 하에 산화가스를 상기 연료전지로 공급하는 에어컴프레서인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  5. 이동체에 탑재되는 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 이동체의 승객실 내의 공조장치의 동작음 또는 송풍음을 토대로 상기 인젝터의 동작음을 조작자에게 숨기거나 약화시키기 위하여 상기 인젝터의 동작을 허용, 금지 또는 구동주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  6. 이동체에 탑재되는 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 연료전지나 모터의 냉각 시에 사용하기 위한 팬 또는 승객실 내의 공조장치로부터의 송풍 시에 사용하기 위한 송풍기의 동작음 또는 송풍음을 토대로 상기 인젝터의 동작음을 조작자에게 숨기거나 약화시키기 위하여 상기 인젝터의 동작을 허용, 금지 또는 구동주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  7. 이동체에 탑재되는 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 인젝터의 동작음을 조작자에게 숨기거나 약화시키기 위하여 상기 이동체의 이동 속도 또는 가속 상태를 토대로 상기 인젝터의 동작을 허용, 금지 또는 구동주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 연료전지를 동작시키는 데 필요한 보조장치로부터의 방사음 또는 상기 보조장치에 부착된 장치로서 상기 장치의 구동에 따라 방사음을 발생시키는 장치부터의 방사음의 주파수를 토대로 상기 인젝터의 구동주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  11. 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 방사음을 발생시키는 장치로부터의 방사음을 토대로 상기 인젝터의 허용가능범위의 압력 편차를 변경하며,
    상기 허용가능범위의 압력 편차는, 상기 인젝터의 2차압력의 검출값과 목표제어값간의 편차를 토대로 상기 인젝터의 개폐 동작이 피드백 제어를 받게 되는 제1제어상태를, 상기 인젝터의 2차압력이 사전설정된 하한 압력으로 낮아질 때 상기 압력을 사전설정된 목표 압력으로 상승시키도록 상기 피드백 제어의 실행이 금지되는 제2제어상태로 변경시켜 변경되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  12. 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터를 구동 및 제어하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 방사음을 발생시키는 장치로부터의 방사음을 토대로 상기 인젝터의 허용가능범위의 압력 편차를 변경하며,
    상기 허용가능범위의 압력 편차는, 상기 인젝터의 2차압력의 검출값과 목표제어값간의 편차가 문턱값보다 작을 때, 상기 편차는 "0"으로 간주되는 반면, 상기 편차가 문턱값 이상을 가질 때에는, 상기 인젝터의 개폐 동작이 상기 편차를 토대로 피드백 제어를 받게 되는 제1제어상태를, 상기 문턱값이 상기 제1제어상태에 비해 증가되는 제2상태로 변경시켜 변경되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    이동체에 탑재되되,
    상기 제어수단은 상기 이동체의 공회전 운전 시에만 상기 인젝터의 허용가능범위의 압력 편차를 변경하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    이동체에 탑재되되,
    상기 제어수단은 상기 이동체의 공회전 운전 시에만 상기 인젝터의 허용가능범위의 압력 편차를 변경하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 방사음을 발생시키는 장치로부터의 방사음을 조작자에게 숨기거나 약화시키는 경우, 상기 제어수단은 상기 인젝터의 2차압력이 사전설정된 하한 압력으로 낮아질 때까지 상기 인젝터의 동작을 금지시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 인젝터의 2차압력이 상기 하한 압력으로 낮아질 때, 상기 제어수단은 상기 인젝터의 동작을 허가하여 상기 2차압력을 사전설정된 압력으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  17. 이동체에 탑재되는 연료전지시스템에 있어서,
    가스의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지; 상기 연료전지의 가스공급유로에 제공되어, 상기 가스를 하류측에 공급하도록 상기 가스공급유로의 상류측의 가스 상태를 조정하는 인젝터; 및 상기 인젝터의 동작음을 조작자에게 숨기거나 약화시키기 위하여 상기 이동체의 이동 상태를 토대로 상기 인젝터의 동작을 허용, 금지 또는 구동 주기를 변경하기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 인젝터의 상류측을 그 하류측에 연결시키는 내부유로, 상기 내부유로에 이동가능하게 배치되어 상기 내부유로의 개구면적이 밸브체의 이동 위치를 토대로 변경되는 밸브체, 및 상기 밸브체를 전자기 구동력으로 구동시키는 밸브체구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 인젝터의 상류측을 그 하류측에 연결시키는 내부유로, 상기 내부유로에 이동가능하게 배치되어 상기 내부유로의 개구면적이 밸브체의 이동 위치를 토대로 변경되는 밸브체, 및 상기 밸브체를 전자기 구동력으로 구동시키는 밸브체구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
KR1020087014701A 2005-12-19 2006-11-22 연료전지시스템 및 그 운전방법 KR100986709B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005365385 2005-12-19
JPJP-P-2005-00365385 2005-12-19
JPJP-P-2006-00285092 2006-10-19
JP2006285092A JP5206918B2 (ja) 2005-12-19 2006-10-19 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080068755A KR20080068755A (ko) 2008-07-23
KR100986709B1 true KR100986709B1 (ko) 2010-10-08

Family

ID=38188443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087014701A KR100986709B1 (ko) 2005-12-19 2006-11-22 연료전지시스템 및 그 운전방법

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20090029226A1 (ko)
EP (1) EP1970986B1 (ko)
JP (1) JP5206918B2 (ko)
KR (1) KR100986709B1 (ko)
CN (1) CN101341619B (ko)
WO (1) WO2007072662A1 (ko)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4530176B2 (ja) * 2006-10-26 2010-08-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP4389922B2 (ja) * 2006-10-30 2009-12-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4756476B2 (ja) * 2006-12-07 2011-08-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池車両
CN101425590B (zh) * 2007-10-30 2010-12-15 上海神力科技有限公司 一种燃料电池发动机的氢气安全保护系统
JP4882972B2 (ja) * 2007-11-16 2012-02-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4438854B2 (ja) 2007-11-19 2010-03-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4363482B2 (ja) 2007-11-20 2009-11-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5286958B2 (ja) * 2008-06-17 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池搭載車両
US9309849B2 (en) * 2011-03-23 2016-04-12 Hitachi, Ltd Method and apparatus for reducing the number of separately distinguishable noise peaks in a direct injection engine
JP5228263B2 (ja) * 2011-08-26 2013-07-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
EP2783898B1 (en) * 2011-11-21 2018-05-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
DE102012005689B3 (de) 2012-03-21 2013-08-22 Audi Ag Verfahren zum Versorgen eines Antriebsaggregats
JP6450263B2 (ja) * 2014-08-25 2019-01-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP6299683B2 (ja) * 2015-06-25 2018-03-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN105117615B (zh) * 2015-10-14 2017-11-14 哈尔滨工业大学 基于累积和控制图的卫星电源系统异常检测方法
JP6447838B2 (ja) * 2016-11-21 2019-01-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
CN106696742B (zh) * 2017-01-05 2018-12-21 上汽通用汽车有限公司 一种电动汽车燃料回收方法、装置及系统
JP6631566B2 (ja) * 2017-03-09 2020-01-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び判定方法
JP6790994B2 (ja) * 2017-04-25 2020-11-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムを搭載した車両
JP6819474B2 (ja) 2017-06-14 2021-01-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび噴射制御方法
JP6973216B2 (ja) * 2018-03-19 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP7115340B2 (ja) * 2019-01-28 2022-08-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
CN109830709B (zh) * 2019-02-01 2020-01-14 清华大学 燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质
DE102019217877A1 (de) 2019-11-20 2021-05-20 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem mit einem Schwingungsgenerator und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem Schwingungsgenerator
JP2021180148A (ja) 2020-05-15 2021-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7469260B2 (ja) 2021-06-11 2024-04-16 株式会社豊田自動織機 水素供給装置
CN114233501A (zh) * 2021-11-12 2022-03-25 潍柴动力股份有限公司 一种燃气喷射阀监测方法及相关设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002373687A (ja) 2001-06-15 2002-12-26 Toyota Motor Corp 燃料電池搭載機器の消音
JP2004048981A (ja) 2002-05-14 2004-02-12 Toyota Motor Corp 車載バッテリのファン制御方法およびファン制御装置
JP2005044654A (ja) 2003-07-23 2005-02-17 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005302571A (ja) 2004-04-13 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06275300A (ja) 1993-03-24 1994-09-30 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム
JP2000097353A (ja) * 1998-09-22 2000-04-04 Aisin Seiki Co Ltd 流量制御バルブ及び燃料電池システム
JP3947800B2 (ja) * 2001-10-16 2007-07-25 株式会社日立製作所 車載用燃料電池の空気供給システム
US7470481B2 (en) * 2002-09-27 2008-12-30 Kabushikikaisha Equos Research Fuel cell system
JP3895263B2 (ja) 2002-11-25 2007-03-22 本田技研工業株式会社 燃料電池システムのアイドル時騒音抑制方法
US7040596B2 (en) * 2002-11-29 2006-05-09 Keihin Corporation Solenoid valve for fuel cell
DE10261610A1 (de) 2002-12-27 2004-07-08 Robert Bosch Gmbh Ventil zum Steuern eines Fluids
US7020562B2 (en) * 2003-03-31 2006-03-28 Proton Energy Systems, Inc. Method of monitoring the operation of gas sensor and system therefor
JP4929556B2 (ja) 2003-05-14 2012-05-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの運転制御
JP4552399B2 (ja) 2003-08-07 2010-09-29 トヨタ自動車株式会社 複数タンクからなるタンクシステムおよびその制御方法
JP2005129427A (ja) 2003-10-27 2005-05-19 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用ガス減圧弁及び燃料電池発電システム
JP2005160127A (ja) * 2003-11-20 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両
JP4647236B2 (ja) * 2003-11-28 2011-03-09 本田技研工業株式会社 燃料電池の反応ガス供給装置
JP4604514B2 (ja) * 2004-03-03 2011-01-05 パナソニック株式会社 家庭用燃料電池コージェネシステム
JP2005327635A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2006179331A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2006309976A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4780390B2 (ja) * 2005-12-15 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002373687A (ja) 2001-06-15 2002-12-26 Toyota Motor Corp 燃料電池搭載機器の消音
JP2004048981A (ja) 2002-05-14 2004-02-12 Toyota Motor Corp 車載バッテリのファン制御方法およびファン制御装置
JP2005044654A (ja) 2003-07-23 2005-02-17 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005302571A (ja) 2004-04-13 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007072662A1 (ja) 2007-06-28
US7846597B2 (en) 2010-12-07
EP1970986A4 (en) 2009-11-25
KR20080068755A (ko) 2008-07-23
US20090029226A1 (en) 2009-01-29
EP1970986B1 (en) 2015-04-01
US20100279193A1 (en) 2010-11-04
EP1970986A1 (en) 2008-09-17
CN101341619B (zh) 2010-08-04
CN101341619A (zh) 2009-01-07
JP5206918B2 (ja) 2013-06-12
JP2007194189A (ja) 2007-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100986709B1 (ko) 연료전지시스템 및 그 운전방법
KR101031899B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이동체
JP4756476B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池車両
JP5041272B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
KR100966910B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 차량
KR101083371B1 (ko) 연료전지 시스템 및 개폐밸브의 진단방법
US20100098980A1 (en) Fuel cell system
US8758952B2 (en) Fuel cell system with vibration control
JP4780427B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP5013307B2 (ja) 燃料電池システム
KR101135658B1 (ko) 연료전지시스템
JP2009158250A (ja) 燃料電池システム
JP2007165162A (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP2008171623A (ja) 燃料電池システム
JP2008204711A (ja) 燃料電池システム
JP2009021024A (ja) 燃料電池システム及び移動体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130924

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141001

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150917

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160921

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170920

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180920

Year of fee payment: 9