KR101300897B1 - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 시스템이며, 산화제 가스 유로에 공급되는 산화제 가스와, 연료 가스 유로에 공급되는 연료 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와, 연료 전지에 공급하는 산화제 가스의 양과 연료 전지의 전압을 조정하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 산화제 가스의 화학양론비를 통상 운전 시의 산화제 가스의 화학양론비보다도 작게 하고, 연료 전지로부터의 폐열을 통상 운전 시보다도 크게 하는 저효율 운전 시에, 산화제 가스의 화학양론비와 연료 전지의 전압에 기초하여 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 폐색 정도 판정 수단을 구비한다. 이에 의해, 연료 전지 시스템의 저효율 운전의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 전지 시스템의 저효율 운전 시의 제어에 관한 것이다.
연료 전지 시스템에는 전해질막의 양측에 연료극과 산화제극을 배치하여, 연료극에 공급되는 수소와 산화제극에 공급되는 공기 중의 산소의 전기 화학 반응에 의해 발전이 이루어지는 동시에 산화제극에 물이 생성되는 연료 전지가 많이 사용되고 있다.
이와 같은 연료 전지는 통상의 운전 온도보다도 낮은 온도에서 운전하면 소정의 전압, 전류를 출력할 수 없으므로, 시동 후, 통상의 운전 온도에 도달할 때까지 난기 운전을 행하는 경우가 많다. 난기 운전의 방법으로서는, 연료 전지에 공급하는 공기의 공급량을 통상의 공급량보다도 적게 하고, 공기 화학양론비를 통상 운전 시의 공기 화학양론비보다도 작게 하는 저효율 운전을 행하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 여기서, 공기 화학양론비라 함은, 연료 전지의 부하에 대응한 이론 필요 공기량에 대한 실제의 공기량의 비율로, 통상 운전 시의 공기 화학양론비는 2.0 정도인 경우가 많다. 공기 화학양론비를 낮게 설정하여 저효율 운전을 실시하면, 통상 운전시보다도 공기 농도 과전압이 커지므로, 수소와 산소의 반응에 의해 취출되는 에너지 중 열손실(발전 손실)이 증대되는 것이다.
또한, 연료 전지를 저온 하에서 시동할 때에, 연료 전지의 난기 운전을 안정적으로 행하여, 가스 공급 부족에 의한 열화를 억제하기 위해, 공기 화학양론비를 기준값의 2.0과 1.8 사이에서 변화시키고, 수소 화학양론비를 기준값의 1.2로부터 1.05 사이에서 변화시키고, 그때의 셀 전압의 변화율로부터 각 단위 셀의 셀 화학양론비를 계산하여, 각 단위 셀의 화학양론비가 소정값보다도 저하되어 있는 경우에는 공기, 수소의 공급량을 증가시키는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 공개 특허 제2007-141744호 공보 일본 공개 특허 제2007-184202호 공보
그런데, 연료 전지에 공급하는 공기 유량을 저감시켜, 공기 화학양론비를 저하시킨 저효율 운전을 행한 경우, 공기극에는 수소 이온과 전자와 산소가 결합하여 물이 생성되는 동시에, 부족한 공기 유량에 따라서 수소 이온과 전자가 재결합하여 수소가 생성된다. 이와 같이 괴리된 수소 이온과 전자가 재결합함으로써 공기극에 생성되는 수소를 펌핑 수소라고 한다. 공기극에서 생성된 물과 펌핑 수소는 공기극으로부터의 배출 공기에 의해 대기로 방출된다.
펌핑 수소는 공기에 의해 희석되어 대기로 배출되지만, 저효율 운전으로 인해 공기극에 공급하는 공기 유량이 적어지면, 희석이 불충분해져 배출 공기 중의 수소 농도가 높아져 버린다고 하는 문제가 있었다. 또한, 공기 유량을 저감시키고 있으므로, 생성된 수분을 충분히 배출할 수 없어, 공기 유로 중에 수분이 체류하여 공기 유로가 폐색되어 버리는 경우가 있다. 생성된 수분에 의해 공기 유로의 폐색이 발생하면, 폐색된 공기 유로의 주변에서 연료 전지의 열화가 발생한다고 하는 문제가 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 저효율 운전 시에 공기 유로의 폐색이 발생해도 그것을 판별할 수는 없고, 특허문헌 2에 기재된 종래 기술은 공기 유량을 감소시키는 저효율 운전에 적용할 수 없어, 저효율 운전 시의 공기 유로의 폐색의 판정도 할 수 없다.
본 발명의 목적은 연료 전지 시스템에 있어서, 저효율 운전의 안정성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 연료 전지 시스템은, 산화제 가스 유로에 공급되는 산화제 가스와, 연료 가스 유로에 공급되는 연료 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와, 연료 전지에 공급하는 산화제 가스의 양과 연료 전지의 전압을 조정하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 산화제 가스의 화학양론비를 통상 운전 시의 산화제 가스의 화학양론비보다도 작게 하고, 연료 전지로부터의 폐열을 통상 운전 시보다도 크게 하는 저효율 운전 시에, 산화제 가스의 화학양론비와 연료 전지의 전압에 기초하여 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 폐색 정도 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 폐색 정도 판정 수단은, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압과 연료 전지의 운전 전압의 전압차에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 연료 전지의 온도를 취득하는 온도 센서와, 연료 전지의 전압을 취득하는 전압 센서와, 연료 전지의 출력 전류를 취득하는 전류 센서와, 산화제 가스의 유량을 취득하는 유량 취득 수단을 구비하고, 제어부는, 온도 센서에 의해 취득한 연료 전지의 온도에 기초하여 연료 전지의 기준 전류 전압 특성을 계산하는 기준 전류 전압 특성 계산 수단과, 유량 취득 수단에 의해 취득한 산화제 가스의 유량으로부터 산화제 가스의 화학양론비를 계산하는 화학양론비 계산 수단과, 계산한 기준 전류 전압 특성에 기초하여 전류 센서에 의해 취득한 연료 전지의 운전 전류에 대한 기준 전압을 계산하고, 계산한 기준 전압으로부터 전압 센서에 의해 취득한 연료 전지의 운전 전압을 빼서 산화제 농도 과전압을 계산하는 산화제 농도 과전압 계산 수단을 포함하고, 폐색 정도 판정 수단은 산화제 가스의 화학양론비와 산화제 농도 과전압에 기초하여 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 폐색 정도 판정 수단은, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 기준 산화제 농도 과전압과 산화제 농도 과전압 계산 수단에 의해 계산한 산화제 농도 과전압의 전압차에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 제어부는, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압과 연료 전지의 운전 전압의 전압차가 소정의 임계값보다도 큰 경우에는, 연료 전지의 전압을 상승시켜 저효율 운전으로부터 통상 운전으로 이행한 후, 산화 가스 유량을 증대시키는 블로우 운전을 행하는 산화제 가스 유로 블로우 수단을 구비하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 제어부는, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 기준 산화제 농도 과전압과 산화제 농도 과전압 계산 수단에 의해 계산한 산화제 농도 과전압의 전압차가 소정의 임계값보다도 큰 경우에는, 연료 전지의 전압을 상승시켜 저효율 운전으로부터 통상 운전으로 이행한 후, 산화 가스 유량을 증대시키는 블로우 운전을 행하는 산화제 가스 유로 블로우 수단을 구비하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 산화제 가스는 공기이고, 연료 가스는 수소이고, 제어부는, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압과 연료 전지의 운전 전압의 전압차에 따라서 펌핑 수소량을 이론 펌핑 수소량으로부터 증대시켜 보정 펌핑 수소량으로 하는 펌핑 수소량 보정 수단과, 펌핑 수소량 보정 수단에 의해 보정한 보정 펌핑 수소량에 기초하여 필요 희석 공기 유량을 계산하는 필요 공기 유량 계산 수단과, 공기 유량을 필요 공기 유량 계산 수단에 의해 계산한 필요 희석 공기 유량으로 증가시키는 공기 유량 증대 수단을 구비하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 산화제 가스는 공기이고, 연료 가스는 수소이고, 제어부는, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 기준 산화제 농도 과전압과 산화제 농도 과전압 계산 수단에 의해 계산한 산화제 농도 과전압의 전압차에 따라서 펌핑 수소량을 이론 펌핑 수소량으로부터 증대시켜 보정 펌핑 수소량으로 하는 펌핑 수소량 보정 수단과, 펌핑 수소량 보정 수단에 의해 보정한 보정 후 펌핑 수소량에 기초하여 필요 희석 공기 유량을 계산하는 필요 공기 유량 계산 수단과, 공기 유량을 필요 공기 유량 계산 수단에 의해 계산한 필요 희석 공기 유량으로 증가시키는 공기 유량 증대 수단을 구비하는 것으로서도 적합하다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서, 폐색 정도 판정 수단은, 산화제 가스의 화학양론비가 1.0보다도 작은 경우에, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압보다 연료 전지의 운전 전압이 높아진 정도에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 것으로서도 적합하고, 산화제 가스의 화학양론비가 1.0보다도 작은 경우에, 산화제 가스의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 기준 산화제 농도 과전압보다도 산화제 농도 과전압 계산 수단에 의해 계산한 산화제 농도 과전압이 낮아진 정도에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 것으로서도 적합하다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 있어서, 저효율 운전의 안정성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 구성을 도시하는 계통도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 물 막힘 판정의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 통상 운전과 저효율 운전의 전류 전압 특성이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 공기 화학양론비에 대한 운전 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지의 셀 사이의 압력 손실비의 편차의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 다른 물 막힘 판정의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 공기 화학양론비에 대한 공기 농도 과전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 공기 블로우 동작의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 공기 블로우 동작 시의 연료 전지의 운전점의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 희석 공기 유량 계산의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 공기 화학양론비에 대한 펌핑 수소량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 정상 상태에서의 공기 농도 과전압(Ve2)과 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 전압차(ΔVe)에 대한 펌핑 수소량의 보정 계수의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(100)의 연료 전지(11)는 산화제 가스로서 산소를 포함하는 공기를 사용하고, 연료 가스로서 수소를 사용하고 있다. 산화제 가스인 공기는 대기로부터 공기 유량계(14)를 통해 공기 흡입관로(16)로부터 공기 압축기(12)로 흡입되고, 공기 압축기(12)에 의해 가압된 토출 공기는 공기 공급관로(17)로부터 연료 전지(11)로 공급된다. 연료 전지(11) 내로 들어간 공기는, 연료 전지(11)의 내부에 설치된 공기 유로를 통과하면서 수소 계통으로부터 공급된 수소와 반응하여 산소가 감소한다. 그리고 반응의 결과인 생성수가 수증기 혹은 물방울로서 공기 유로 중에 증가해 간다. 반응 후의 수분량이 증가한 공기는 연료 전지(11) 내부의 공기 유로로부터 공기 배출관로(18)로 배출된다. 또한, 흡입한 공기 중 일부의 공기를 연료 전지(11)에 공급하지 않고, 공기 배출관로(18)에 유출시키는 바이패스관로(19)가 설치되고, 바이패스관로(19)에는 바이패스 공기 유량을 조정하는 바이패스 밸브(15)가 설치되어 있다. 공기 배출관로(18)와 바이패스관로(19)는 합류하여 배기관로(20)에 접속되어 있다. 배기관로(20)에 유입된 공기는 대기 방출구(27)로부터 대기로 배기된다. 연료 전지 시스템(100)으로 유입되는 공기 유량은 공기 압축기(12)의 모터(13)의 회전수를 조정함으로써 조절된다.
연료 가스인 수소 가스는 수소 가스 탱크(21)에 저류되어 있다. 수소는 수소 가스 탱크(21)로부터 수소 공급관로(22)를 통해 연료 전지(11)의 내부의 수소 유로에 공급된다. 연료 전지(11)의 수소 유로에 유입된 수소의 일부는 발전에 의해 소비되지만, 소비되지 않았던 연료 전지(11)의 내부의 수소 유로로부터 수소 출구관로(24)로 배출된다. 수소 출구관로(24)에 배출된 반응 후의 수소 가스 등은 수소 순환관로(25)의 수소 펌프(23)에 의해 가압되어, 수소 공급관로(22)로 순환한다. 발전에 의해 수소가 소비되어 수소 농도가 저하되어 가면, 수소 배출 밸브(28)가 개방으로 되고, 반응 후의 수소 가스는 수소 배출관로(26)로부터 배기관로(20)로 배출되고, 배출 공기에 의해 희석되어 대기 방출구(27)로부터 대기로 방출된다.
연료 전지(11)에는 부하(32)가 접속되고, 연료 전지(11)로부터 부하(32)로의 출력 전압을 취득하는 전압 센서(29)와, 출력 전류를 취득하는 전류 센서(30)가 설치되어 있다. 또한, 연료 전지(11)에는 그 온도를 취득하기 위한 온도 센서(31)가 설치되어 있다. 공기 압축기(12)의 모터(13), 바이패스 밸브(15), 수소 펌프(23), 수소 배출 밸브(28)는 제어부(50)에 접속되어, 제어부(50)로부터의 지령에 의해 동작하도록 구성되어 있다. 또한, 공기 유량계(14), 전압 센서(29), 전류 센서(30), 온도 센서(31)는 각각 제어부(50)에 접속되어, 취득한 각 신호를 제어부(50)에 입력할 수 있도록 구성되어 있다. 제어부(50)는, 내부에 신호 처리를 행하는 CPU와 제어 프로그램, 제어용 데이터 등을 저장하는 메모리를 포함하는 컴퓨터이다. 또한, 도 1에 있어서, 1점 쇄선은 신호선을 나타낸다.
연료 전지 시스템(100)의 동작에 대해 설명하기 전에, 연료 전지(11)의 통상 운전과 저효율 운전에 대해 설명한다. 연료 전지(11)는 부하(32)로의 출력 전력에 대해 이론상 필요로 하는 공기 및 수소 가스보다도 다량의 공기, 수소 가스를 공급하여 운전된다. 출력 전력에 대해 이론상 필요로 하는 공기에 대한 실제로 연료 전지에 공급되는 공기 유량의 비율을 공기 화학양론비라고 하고, 출력 전력에 대해 이론상 필요로 하는 수소 가스에 대한 실제로 연료 전지에 공급되는 수소 가스의 양의 비율을 수소 가스 화학양론비라고 한다. 통상 운전에서는, 공기 화학양론비를 1.5로부터 2.0 정도, 수소 가스 화학양론비를 1.1로부터 1.2 정도로 하여 운전하는 경우가 많다. 즉, 전기 출력에 대해 이론상 필요로 하는 수소 가스의 1.1로부터 1.2배의 수소 가스를 연료 전지(11)에 공급하고, 전기 출력에 대해 이론상 필요로 하는 공기 유량 1.5로부터 2.0배의 공기를 연료 전지(11)에 공급하여 운전한다. 이와 같이, 수소 가스, 공기 모두 소정의 화학양론비로서 연료 전지(11)를 운전한 경우, 연료 전지(11)의 출력 전류와 출력 전압의 관계는, 도 3의 곡선 a에 나타낸 바와 같이, 공기 유량, 수소 가스 유량이 다소 변화되어도 그 곡선 a는 변화되지 않고, 곡선 a를 따라서 출력 전압, 출력 전류가 결정된다. 이와 같이, 수소 가스, 공기를 전기 출력에 대해 이론상 필요한 양 이상으로 공급하여, 연료 전지(11)의 전류 전압 특성을 안정시킨 상태에서의 운전 상태가 통상 운전이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류가 I1인 경우, 그 전류(I1)에서의 전압은 기준 전압(V0)으로 된다.
이에 대해, 연료 전지(11)로의 공급 공기 유량을 통상 운전의 상태로부터 감소시켜, 공기 화학양론비가 1.0보다도 작은, 즉 이론상 출력에 필요한 공기량보다도 적은 공기량밖에 공급하지 않은 경우에는 연료 전지(11)의 출력 전류 전압 특성은 도 3의 곡선 a로부터 곡선 b와 같이 변화된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류가 I1로 운전된 경우, 운전 전압은 V1로 되고, 기준 전압(V0)과의 전압차는 공기 농도 과전압(Ve1)으로 된다. 이 공기 농도 과전압(Ve1)이 클수록 연료 전지(11)의 손실이 크고 발열이 커진다. 이와 같이, 연료 전지(11)에 공급하는 공기의 유량을 저감시켜 공기 화학양론비를 내림으로써 연료 전지(11)의 효율을 내려 폐열에 의해 연료 전지(11)의 난기를 행할 수 있다. 이와 같은 운전이 저효율 운전이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류를 운전 전류(I1)로 고정한 경우, 통상 운전 상태로부터 공기 화학양론비를 내리면 운전 전압(V1)은 기준 전압(V0)으로부터 저하되어 간다. 도 4의 곡선 c로부터 곡선 f는 연료 전지(11)로부터의 출력 전류를 운전 전류(I1)로 고정한 경우, 공기 화학양론비가 변화되었을 때의 운전 전압(V1)의 변화의 모습을 나타낸 것으로, 곡선 c는 공기 유로에 물 막힘이 없는 경우의 공기 화학양론비에 대한 운전 전압(V1)의 변화를 나타내고, 곡선 d로부터 곡선 f는 공기 유로에 물 막힘이 있는 경우의 공기 화학양론비에 대한 운전 전압(V1)의 변화를 나타내고, 곡선 d는 물 막힘의 정도가 낮은 경우를 나타내고, 곡선 f는 물 막힘의 정도가 큰 경우를 나타내고 있다.
연료 전지(11)는 각 셀, 각 유로에 균등하게 공기가 흐르고 있는 경우에는, 이론상으로는 공기 화학양론비가 1.0으로 되면 발전을 개시하게 된다. 따라서, 이론적으로는, 공기 화학양론비가 1.0 이하에서는 운전 전압(V1)은 거의 0이고, 공기 화학양론비가 1.0을 초과하면 각 셀에서 일제히 발전이 개시되어, 운전 전압(V1)은 거의 0의 상태로부터 급속하게 기준 전압(V0)으로 되는 변화를 이룬다. 그러나, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 물 막힘이 없는 정상 상태에서도 각 셀 사이의 압력 손실에는 편차가 있고, 평균 압력 손실을 1.0으로 한 경우, 압력 손실비는 0.9로부터 1.0 정도까지의 편차가 있다. 이로 인해, 압력 손실비가 낮은 셀은 다른 셀보다도 공기 유량이 많아지므로, 전체의 공기 화학양론비가 1.0에 도달하기 전에 일부의 셀에서는 셀 단체에서의 공기 화학양론비가 1.0에 도달하여 발전이 개시된다. 또한, 반대로 압력 손실이 큰 셀에서는, 전체의 공기 화학양론비가 1.0에 도달해도 셀 단체에서의 공기 화학양론비가 1.0에 도달하지 않고, 예를 들어 전체의 공기 화학양론비가 1.1 정도에 도달하여 처음으로 발전이 개시된다. 이로 인해, 정상 상태의 실제의 연료 전지(11)의 공기 화학양론비에 대한 운전 전압(V1)은, 도 4의 곡선 c에 나타낸 바와 같이, 공기 화학양론비가 0.9 정도로부터 급속하게 상승하여, 공기 화학양론비가 1.1 정도로 상당히 기준 전압(V0)에 가까운 전압으로 되고, 그 후 완만하게 기준 전압(V0)을 향해 상승해 가는 상승이 급한 S자 커브로 된다.
저효율 운전에 있어서는 공기의 유량을 통상 운전보다도 저감시킨 운전으로 하고 있으므로, 공기극에 생성된 수분 혹은 물방울이 공기 유로로부터 충분히 배출되지 않아, 공기 유로의 일부에 물 막힘이 발생하는 경우가 있다. 이 경우에는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 셀 사이의 압력 손실비의 편차가 0.7 정도로부터 1.3 정도 사이에 분포하도록 되어 간다. 이로 인해, 물 막힘이 발생한 경우에는, 예를 들어 공기 화학양론비가 0.7 정도라도 물 막힘이 발생하고 있지 않은 압력 손실비가 작은 셀에서는 셀 단체의 공기 화학양론비가 1.0으로 되어 발전이 개시된다. 반대로, 물 막힘에 의해 압력 손실이 상승하는 셀 사이의 압력 손실비가 큰 셀에서는, 예를 들어 공기 화학양론비가 1.3 정도로 되지 않으면 발전을 개시하지 않게 된다. 이로 인해, 물 막힘이 발생했을 때는, 물 막힘이 발생하고 있지 않은 경우에 비교하여 낮은 공기 화학양론비로부터 운전 전압(V1)의 상승이 시작되고, 물 막힘이 발생하고 있지 않은 경우에 비교하여 높은 공기 화학양론비로 운전 전압(V1)이 기준 전압(V0) 근방에 도달한다. 물 막힘의 정도가 클수록 셀 사이 압력 손실비의 편차는 커지므로, 물 막힘의 정도가 커질수록 낮은 공기 화학양론비로부터 운전 전압(V1)의 상승이 시작되고, 높은 공기 화학양론비로 운전 전압(V1)이 기준 전압(V0) 근방에 도달한다. 즉, 공기 화학양론비의 상승에 의한 운전 전압(V1)의 상승이 완만해진다. 그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류를 운전 전류(I1)로 고정하여 공기 화학양론비를 변화시킨 경우, 운전 전압(V1)은 물 막힘이 없는 상태의 운전 전압(V1)의 변화를 나타내는 곡선 c보다도 상승이 적은 1점 쇄선의 곡선 d로부터 곡선 f로 나타내는 상승이 완만한 S자 커브로 되고, 물 막힘의 정도가 클수록 운전 전압(V1)은 곡선 f에 가까운 변화를 나타내고, 물 막힘의 정도가 작을수록 운전 전압(V1)은 곡선 c에 가까운 변화를 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이, 물 막힘이 발생한 경우, 상기와 같이 운전 전압(V1)이 변화되므로, 공기 화학양론비가 1.0 근방보다도 낮은 영역에서는, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류를 운전 전류(I1)로 고정하여 운전한 경우, 그 운전 전압(V1)은 물 막힘의 정도가 클수록 물 막힘이 없는 정상 상태의 운전 전압(V2)보다도 높아진다. 또한, 공기 화학양론비가 1.0 근방보다도 크고, 통상 운전의 공기 화학양론비(S0)보다도 낮은 상태에서 운전한 경우에는, 그 운전 전압은 물 막힘이 없는 경우보다도 낮아진다. 그리고, 물 막힘이 없는 정상 상태의 운전 전압과 물 막힘이 발생하고 있는 경우의 운전 전압의 전압차(ΔV)는 동일한 공기 화학양론비에서는 물 막힘의 정도가 커질수록 커진다.
제어부(50)는, 도 2의 스텝 S101에 도시한 바와 같이, 이상 설명한 바와 같은 저효율 운전을 개시한다. 저효율 운전의 제어의 방법은 다양하게 생각되지만, 저효율 운전에서 출력하는 전력에 따라서 미리 설정한 소정량의 공기와 수소 가스를 연료 전지에 공급하여 연료 전지(11)의 운전을 개시한 후, 부하측의 전압을 제어함으로써 연료 전지(11)의 운전 전압(V1)을 고정하고, 필요 전력으로 되도록 공기 유량을 조정하여 출력 전류를 소정의 I1로 조정하는 방법이 있다. 이 경우, 연료 전지(11)의 출력 전압, 출력 전류를 저효율 운전에서 부하를 소비할 수 있는 전력으로 할 수 있지만, 공기 화학양론비는 미리 설정한 공기 화학양론비보다도 벗어나게 된다.
도 2로부터 도 5를 참조하면서, 이상에 설명한 연료 전지 시스템(100)을 저효율 운전했을 때의 연료 전지(11) 내부의 공기 유로의 물 막힘 판정 동작에 대해 설명한다. 도 2의 스텝 S101에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 연료 전지(11)를 시동한 후, 저효율 운전을 개시하고, 도 2에 도시하는 스텝 S102에 도시한 바와 같이, 도 1에 도시하는 전압 센서(29)에 의해 연료 전지(11)의 운전 전압(V1)을 취득하고, 도 2의 스텝 S103에 도시한 바와 같이, 전류 센서(30)에 의해 연료 전지(11)의 운전 전류(I1)를 취득한다. 다음에, 제어부(50)는 도 2의 스텝 S104에 도시한 바와 같이, 공기 유량계(14)에 의해 연료 전지 시스템(100)의 흡입 공기 유량을 취득한다. 그리고, 제어부(50)는 바이패스 밸브(15)가 개방되어 있는 경우에는, 그 개방도로부터 바이패스 유량을 계산하여, 흡입 공기 유량으로부터 바이패스 유량을 뺀 유량을 연료 전지(11)로의 공급 공기 유량으로 한다. 제어부(50)는 도 2의 스텝 S105에 도시한 바와 같이, 취득한 운전 전압(V1)과 운전 전류(I1)로부터 연료 전지(11)의 부하(32)로의 출력 전력을 산출하고, 그 출력 전력을 위해 이론적으로 필요한 이론 필요 공기 유량을 계산한다. 그리고 연료 전지(11)로의 공급 공기 유량을 필요 이론 공기 유량으로 나누어 운전 공기 화학양론비(S1)를 산출한다.
제어부(50)는 운전 전압(V1)의 취득과 운전 공기 화학양론비(S1)의 계산이 종료되면, 도 2의 스텝 S106에 도시한 바와 같이, 도 4에 도시하는 맵 상에서 공기 화학양론비가 운전 공기 화학양론비(S1) 시의 정상 상태에서의 운전 전압(V2)과 운전 전압(V1)의 전압차(ΔV)를 취득한다. 그리고, 도 2의 스텝 S107에 도시한 바와 같이, 취득한 전압차(ΔV)가 소정의 임계값보다도 크게 되어 있었던 경우에는, 물 막힘이 발생하고 있다고 판정하고, 전압차(ΔV)가 소정의 임계값보다도 크게 되어 있지 않은 경우에는, 물 막힘은 발생하고 있지 않다고 판정한다. 제어부(50)는 전압차(ΔV)의 크기에 기초하여 공기 유로의 물 막힘 정도를 판정하도록 해도 좋다. 물 막힘 정도는, 예를 들어, 전압차(ΔV)에 따라서, 복수 단계의 물 막힘 레벨을 설정하여, 어떤 물 막힘 레벨인지를 출력하도록 해도 좋다.
이상 서술한 실시 형태에서는, 연료 전지(11)의 저효율 운전 중에 공기 유로의 물 막힘을 판정할 수 있으므로, 물 막힘에 의해 연료 전지(11)의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.
다음에 도 6, 도 7을 참조하면서, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(100)의 다른 물 막힘 판정 방법에 대해 설명한다. 도 1로부터 도 5를 참조하여 설명한 것과 동일한 부분에는 동일한 번호를 부여하여 설명은 생략한다. 본 실시 형태는 운전 공기 화학양론비에 대한 공기 농도 과전압(Ve)의 맵에 기초하여 물 막힘을 판정하는 것이다.
먼저, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 연료 전지(11)를 운전 전류(I1)에서 저효율 운전한 경우, 그 운전 전압(V1)은 운전 전류(I1)에서 통상 운전했을 때의 기준 전압(V0)보다도 낮아진다. 이 기준 전압(V0)과 운전 전압(V1)의 전압차가 운전 공기 농도 과전압(Ve1)으로 된다. 도 3의 곡선 a로 나타내는 연료 전지(11)의 통상 운전 시의 전류 전압 특성, 곡선 b로 나타내는 저효율 운전 시의 전류 전압 특성은 연료 전지(11)의 온도에 따라서 변화되어 버리므로, 연료 전지(11)의 다양한 운전 온도에 대해 도 4에 도시한 맵에 기초하여 물 막힘의 판단을 행하는 경우에는, 연료 전지(11)의 온도마다 복수의 맵을 참조하는 것이 필요해진다. 한편, 도 3의 곡선 a로 나타내는 연료 전지(11)의 통상 운전 시의 전류 전압 특성, 곡선 b로 나타내는 저효율 운전 시의 전류 전압 특성이 온도에 따라서 변화되어도, 그 차의 공기 농도 과전압(Ve)은 크게 변화되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태는 공기 농도 과전압(Ve)을 계산하여, 공기 농도 과전압(Ve)과 공기 화학양론비의 맵에 기초하여 물 막힘의 판정을 행하도록 하고, 연료 전지(11)의 온도가 변화되었을 때에 앞서 도 1로부터 도 5를 참조하여 설명한 실시 형태로부터 계산의 단순화와 효율화를 할 수 있도록 한 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 연료 전지 시스템(100)을 시동한 후, 스텝 S201에 도시한 바와 같이, 저효율 운전을 개시한다. 제어부(50)는, 도 6에 도시하는 스텝 S202에 도시한 바와 같이, 도 1에 도시하는 온도 센서(31)에 의해 연료 전지(11)의 운전 온도(T1)를 취득하고, 도 6의 스텝 S203에 도시한 바와 같이 전류 센서(30)로부터 연료 전지(11)의 출력 전류인 운전 전류(I1)를 취득하고, 도 6의 스텝 S204에 도시한 바와 같이, 전압 센서(29)로부터 연료 전지(11)의 운전 전압(V1)을 취득한다.
제어부(50)는, 도 6의 스텝 S205에 도시한 바와 같이 취득한 연료 전지(11)의 온도로부터 메모리 중에 온도마다 준비하고 있는 공기 화학양론비(S0)의 통상 운전 시의 복수의 전류 전압 특성으로부터 1개의 전류 전압 특성을 선택하고, 이 선택한 전류 전압 특성과 취득한 운전 전류(I1)로부터 운전 전류(I1), 운전 온도(T1) 시의 기준 전압(V0)을 취득한다. 다음에, 제어부(50)는, 도 6의 스텝 S206 및 도 3에 도시한 바와 같이, 취득한 기준 전압(V0)으로부터 연료 전지(11)의 운전 전압(V1)을 빼서 운전 전류(I1), 온도(T1) 시의 운전 공기 농도 과전압(Ve1)을 계산한다. 제어부(50)는, 도 6의 스텝 S207에 도시한 바와 같이, 공기 유량계(14)에 의해 연료 전지 시스템(100)의 흡입 공기 유량을 취득하고, 도 6의 스텝 S208에 도시한 바와 같이, 앞서 설명한 실시 형태와 동일한 방법으로 운전 공기 화학양론비(S1)를 산출한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 공기 농도 과전압(Ve1)은 기준 전압(V0)과 운전 전압(V1)의 차로 되므로, 공기 화학양론비가 작아짐에 따라서 공기 농도 과전압은 커져 기준 전압(V0)에 가까워지고, 공기 화학양론비가 커짐에 따라서 공기 농도 과전압은 작아져, 통상 운전에서의 공기 화학양론비(S0)에서 0으로 된다. 그리고, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류를 운전 전류(I1)에 고정하여 공기 화학양론비를 변화시킨 경우, 공기 농도 과전압(Ve)은, 도 7에 도시한 바와 같이 물 막힘이 없는 상태의 공기 농도 과전압(Ve)의 변화를 나타내는 곡선 g보다도 하강이 적은 1점 쇄선의 곡선 h로부터 곡선 j로 나타내는 상승이 완만한 S자 커브로 되고, 물 막힘의 정도가 클수록 공기 농도 과전압(Ve)은 곡선 j에 가까운 변화를 나타내고, 물 막힘의 정도가 작을수록 공기 농도 과전압(Ve)은 곡선 h에 가까운 변화를 나타낸다.
도 7에 도시한 바와 같이, 물 막힘이 발생한 경우, 상기와 같이 공기 농도 과전압(Ve)이 변화되므로, 공기 화학양론비가 1.0 근방보다도 낮은 영역에서는, 연료 전지(11)로부터의 출력 전류를 운전 전류(I1)에 고정하여 운전한 경우, 그 운전 공기 농도 과전압(Ve1)은 물 막힘의 정도가 클수록 물 막힘이 없는 정상 상태의 공기 농도 과전압(Ve2)보다도 낮아진다. 또한, 공기 화학양론비가 1.0 근방보다도 크고, 통상 운전의 공기 화학양론비(S0)보다도 낮은 상태에서 운전한 경우에는, 그 운전 공기 농도 과전압(Ve1)은 물 막힘이 없는 경우보다도 높아진다. 그리고, 물 막힘이 없는 정상 상태의 운전 공기 농도 과전압(Ve2)과 물 막힘이 발생하고 있는 경우의 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 전압차(ΔVe)는, 동일한 공기 화학양론비에서는 물 막힘의 정도가 커질수록 커진다.
제어부(50)는 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 취득과 운전 공기 화학양론비(S1)의 계산이 종료되면, 도 2의 스텝 S209에 도시한 바와 같이, 도 7에 도시하는 맵 상에서 공기 화학양론비가 운전 공기 화학양론비(S1)에서 정상 상태에서의 공기 농도 과전압(Ve2)과 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 전압차(ΔVe)를 취득한다. 그리고, 도 6의 스텝 S210에 도시한 바와 같이, 취득한 전압차(ΔVe)가 소정의 임계값보다도 크게 되어 있던 경우에는, 물 막힘이 발생하고 있다고 판정하고, 전압차(ΔVe)가 소정의 임계값보다도 크게 되어 있지 않은 경우에는, 물 막힘은 발생하고 있지 않다고 판정한다. 또한, 전압차(ΔVe)의 크기에 기초하여 공기 유로의 물 막힘 정도를 판정하도록 해도 좋다. 물 막힘 정도는, 예를 들어 전압차(ΔVe)에 따라서, 복수 단계의 물 막힘 레벨을 설정하여, 어떤 물 막힘 레벨인지를 출력하도록 해도 좋다.
이상 서술한 실시 형태에서는, 앞서 도 1로부터 도 5를 참조하여 설명한 실시 형태와 동일한 효과에 추가하여, 적은 수의 맵에 의해 물 막힘의 판정을 행할 수 있어, 제어를 간편하게 할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
다음에, 도 8, 도 9를 참조하면서 저효율 운전 시에 물 막힘이 발생했을 때의 공기 블로우 운전에 대해 설명한다. 먼저, 도 1로부터 도 7을 참조하여 설명한 것과 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
제어부(50)는 도 8의 스텝 S301로부터 스텝 S309에 도시한 바와 같이, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일한 스텝에서 공기 화학양론비가 운전 공기 화학양론비(S1) 시의 정상 상태에서의 공기 농도 과전압(Ve2)과 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 전압차(ΔVe)를 취득한다. 그리고, 도 8의 스텝 S310에 도시한 바와 같이, 취득한 전압차(ΔVe)가 소정의 임계값보다도 큰지 여부를 판단하여, 전압차(ΔVe)가 소정의 임계값보다도 큰 경우에는, 물 막힘의 정도가 커서, 공기 블로우가 필요하다고 판단한다. 그리고, 제어부(50)는 도 8의 스텝 S311에 도시한 바와 같이, 저효율 운전 중단 처리를 행한다. 또한, 취득한 전압차(ΔVe)가 소정의 임계값에 도달하고 있지 않은 경우에는 도 8의 스텝 S302로 돌아가 물 막힘 감시를 계속한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 저효율 운전 중에는, 연료 전지(11)는 전류 전압 특성을 나타내는 곡선 b 위에서 운전 전압(V1), 운전 전류(I1)로 운전되고 있다. 이 상태에서, 공기 유량을 증가시켜 버리면, 연료 전지의 전류 전압 특성은 통상 운전의 전류 전압 특성을 나타내는 곡선 a를 향해 변화되므로, 운전 전압(V1)을 일정하게 한 경우, 전류가 증대되고, 부하가 필요로 하는 이상의 전력을 출력해 버리게 된다.
따라서, 제어부(50)는, 우선 부하(32)의 전압을 상승시키고, 연료 전지(11)의 운전 전압을 V1로부터 상승시키는 동시에, 도 9에 점선으로 나타내는 등출력 곡선 k를 따라서 연료 전지(11)의 출력 전류가 변화되도록, 공기 압축기(12)의 모터(13)의 회전수를 조정하여 공기 공급량을 조정한다. 그리고, 제어부(50)는 연료 전지(11)의 운전점을 운전 전압(V1), 운전 전류(I1), 운전 공기 화학양론비(S1)의 운전점(P1)으로부터 등출력 곡선(k)을 따라서, 통상 운전의 전압 전류 특성을 나타내는 곡선 a 위의 운전점(P3)으로 이동시킨다. 운전점(P3)에서는, 연료 전지(11)는 운전 전압(V3), 운전 전류(I3), 운전 공기 화학양론비(S3)로 운전된다. 이 운전점(P3)은 통상 운전의 전류 전압 특성의 곡선 a 위에 있는 운전점이므로, 예를 들어, 전류가 변화되었을 때에 이 곡선 a를 따라서 출력 전압이 변화되지만, 공기 유량을 변화시켜도 연료 전지(11)의 출력 전압, 출력 전류는 변화되지 않는 운전점이다. 이와 같이, 제어부(50)는 연료 전지(11)의 운전 전압(V1)을 상승시키고, 운전점을 통상 운전의 전류 전압 특성을 나타내는 곡선 a 위로 이동시킴으로써, 저효율 운전을 중단한다.
제어부(50)는 저효율 운전을 중단한 후, 도 8의 스텝 S312에 도시한 바와 같이, 공기 압축기(12)의 모터(13)의 회전수를 상승시키고 연료 전지(11)로의 공기 유량을 증가시켜, 공기 유로에 체류되어 있는 물을 블로우한다. 이때의 공기 유량은 공기 압축기(12)의 최대 공기 유량으로 해도 좋고, 별도 소정의 설정값까지 공기 유량을 상승시키도록 해도 좋다.
도 8의 스텝 S313에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 공기 블로우 처리가 종료되면, 저효율 운전을 재개한다. 제어부(50)는 저효율 운전의 운전점(P1)으로부터 통상 운전의 전류 전압 특성의 곡선 a 위에 있는 운전점(P3)으로의 이행과 반대의 요령으로, 등출력 곡선(k)을 따라서 출력이 연료 전지(11)의 출력 전압, 출력 전류가 이동하도록, 부하(32)의 전압을 저하시키고 연료 전지(11)의 출력 전류를 저하시키는 동시에, 등출력 곡선(k)을 따라서 출력 전류가 변화되도록 공기 유량, 공기 화학양론비를 조정한다. 그리고, 연료 전지(11)의 운전점을 저효율 운전의 운전점(P1)으로 복귀시켜 저효율 운전과 물 막힘의 감시를 계속한다. 그리고, 저효율 운전의 도중에 전압차(ΔVe)가 소정의 임계값보다도 커진 경우에는, 다시 공기 블로우 처리를 행한다.
본 실시 형태는 저효율 운전 중에 물 막힘의 판정을 행하고, 그 판정에 기초하여 공기 유로의 공기 블로우 처리를 행하므로, 저효율 운전을 안정적으로 계속할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
다음에, 저효율 운전 시에 생성되는 펌핑 수소의 희석 처리에 대해 설명한다. 연료 전지 시스템(100)의 동작에 대해 설명하기 전에, 펌핑 수소의 발생에 대해 설명한다. 연료 전지(11)에서 발생하는 펌핑 수소의 이론 발생량(WH0)은 이하의 식으로 나타낸다.
WH0＝(1－S1)×I1×n/(2×F)×22.4×60
여기서,
WH0 : 펌핑 수소의 이론 발생량
S1 : 운전 공기 화학양론비
I1 : 연료 전지의 운전 전류
F : 페러데이 계수
n : 셀 매수
즉, 이론상, 펌핑 수소는 공기 화학양론비가 1.0 이하로 되면, 연료 전지(11)의 운전 전류(I1)에 비례하여 발생하고, 연료 전지(11)의 운전 전류(I1), 운전 공기 화학양론비(S1)로부터 계산할 수 있다. 그러나, 앞서 도 5의 (a)를 참조하여 설명한 바와 같이, 셀 사이의 압력 손실비에는 편차가 있으므로, 연료 전지(11) 전체의 공기 화학양론비가 1.0 이상이라도 셀에 따라서는 공기 유량이 부족하여, 셀 단체에서 공기 화학양론비가 1.0을 하회하는 부분이 발생하고, 이 셀에서 펌핑 수소가 발생해 버린다. 그리고, 공기 유로에 물 막힘이 발생하면, 셀 사이의 압력 손실비의 편차가 커지므로, 공기 유량의 부족에 의해 펌핑 수소가 발생하는 셀이 증가한다. 이로 인해, 도 11의 곡선 c'로부터 f'에 나타낸 바와 같이, 물 막힘의 정도가 커지면, 펌핑 수소의 발생량이 증가해 간다. 여기서, 곡선 c'로부터 곡선 f'는 도 4에 나타내는 곡선 c로부터 곡선 d, 도 7에 나타내는 곡선 h로부터 곡선 j의 각 물 막힘 정도에 대응하는 물 막힘 정도로 되었을 때의 펌핑 수소의 발생량을 나타내는 곡선이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 물 막힘 정도가 커지면, 펌핑 수소의 발생량은 도 11에 도시하는 이론 발생량(WH0)보다도 커진다. 또한, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한 운전 공기 화학양론비(S1) 시의 정상 상태에서의 공기 농도 과전압(Ve2)과 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 전압차(ΔVe)는 물 막힘 정도가 커지면 증대되므로, 이 전압차(ΔVe)에 기초하여 펌핑 수소의 발생량의 이론 발생량(WH0)에 대한 특성 커브는 도 13과 같이 된다. 제어부(50)는 도 12에 도시하는 맵을 메모리에 저장하고 있다.
다음에, 펌핑 수소의 희석 처리 동작에 대해 도 10, 도 11을 참조하면서 설명한다. 제어부(50)는 도 10의 스텝 S401로부터 스텝 S409에 도시한 바와 같이, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일한 스텝에서 공기 화학양론비가 운전 공기 화학양론비(S1) 시의 정상 상태에서의 공기 농도 과전압(Ve2)과 운전 공기 농도 과전압(Ve1)의 전압차(ΔVe)를 취득한다. 그리고, 도 10의 스텝 S410에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 도 12에 도시하는 맵으로부터 펌핑 수소의 이론 발생량(WH0)에 대한 보정 계수를 취득하고, 이론 발생량(WH0)에 보정 계수를 곱하여, 보정 펌핑 수소량을 계산한다. 제어부(50)는 도 10의 스텝 S411에 도시한 바와 같이, 보정 펌핑 수소량을 희석 수소 농도로 나누어, 필요 희석 공기 유량을 계산한다. 그리고, 제어부(50)는 이 필요 희석 공기 유량에 연료 전지(11)의 저효율 운전의 운전 공기 화학양론비(S1)에 필요한 공기 유량을 더한 공기 유량을 흡입 공기 유량으로서 설정하고, 도 10의 스텝 S413에 도시한 바와 같이, 공기 압축기(12)의 모터(13)의 회전수를 증가시켜 흡입 공기 유량을 증가시킨다. 그리고, 바이패스 밸브(15)를 개방으로 하여, 증가시킨 공기가 연료 전지(11)에 유입되지 않고 바이패스관로(19)로부터 배기관로(20)로 흐르도록 하여, 연료 전지(11)의 저효율 운전을 유지하면서, 배출 공기의 수소 가스 농도를 소정의 희석 농도 이하로 한다.
본 실시 형태는, 저효율 운전 중에 물 막힘의 정도에 따라서 증가하는 펌핑 수소에 의한 배출 수소 농도의 증가를 억제하는 경우가 생기므로, 저효율 운전을 안정적으로 계속할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
11 : 연료 전지
12 : 공기 압축기
13 : 모터
14 : 공기 유량계
15 : 바이패스 밸브
16 : 공기 흡입관로
17 : 공기 공급관로
18 : 공기 배출관로
19 : 바이패스관로
20 : 배기관로
21 : 수소 가스 탱크
22 : 수소 공급관로
23 : 수소 펌프
24 : 수소 출구관로
25 : 수소 순환관로
26 : 수소 배출관로
27 : 대기 방출구
28 : 수소 배출 밸브
29 : 전압 센서
30 : 전류 센서
31 : 온도 센서
32 : 부하
50 : 제어부
100 : 연료 전지 시스템

Claims (10)

  1. 연료 전지 시스템이며,
    산화제 가스 유로에 공급되는 공기와, 연료 가스 유로에 공급되는 수소의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와,
    연료 전지에 공급하는 공기의 유량과 연료 전지의 전압을 조정하는 제어부를 구비하고,
    제어부는,
    공기의 화학양론비를 통상 운전 시의 공기의 화학양론비보다도 작게 하고, 연료 전지로부터의 폐열을 통상 운전 시보다도 크게 하는 저효율 운전 시에, 공기의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압과 연료 전지의 운전 전압의 전압차에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는 폐색 정도 판정 수단과,
    공기의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압과 연료 전지의 운전 전압의 전압차에 따라서 펌핑 수소량을 이론 펌핑 수소량으로부터 증대시켜 보정 펌핑 수소량으로 하는 펌핑 수소량 보정 수단과,
    펌핑 수소량 보정 수단에 의해 보정한 보정 펌핑 수소량에 기초하여 필요 희석 공기 유량을 계산하는 필요 공기 유량 계산 수단과,
    공기 유량을 필요 공기 유량 계산 수단에 의해 계산한 필요 희석 공기 유량으로 증가시키는 공기 유량 증대 수단을 구비하는, 연료 전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 연료 전지의 온도를 취득하는 온도 센서와,
    연료 전지의 전압을 취득하는 전압 센서와,
    연료 전지의 출력 전류를 취득하는 전류 센서와,
    공기의 유량을 취득하는 유량 취득 수단을 구비하고,
    제어부는,
    온도 센서에 의해 취득한 연료 전지의 온도에 기초하여 연료 전지의 기준 전류 전압 특성을 계산하는 기준 전류 전압 특성 계산 수단과,
    유량 취득 수단에 의해 취득한 공기의 유량으로부터 공기의 화학양론비를 계산하는 화학양론비 계산 수단과,
    계산한 기준 전류 전압 특성에 기초하여 전류 센서에 의해 취득한 연료 전지의 운전 전류에 대한 기준 전압을 계산하고, 계산한 기준 전압으로부터 전압 센서에 의해 취득한 연료 전지의 운전 전압을 빼서 산화제 농도 과전압을 계산하는 산화제 농도 과전압 계산 수단을 포함하고,
    폐색 정도 판정 수단은 공기의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 기준 산화제 농도 과전압과 산화제 농도 과전압 계산 수단에 의해 계산한 산화제 농도 과전압의 전압차에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는, 연료 전지 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 폐색 정도 판정 수단은,
    공기의 화학양론비가 1.0보다도 작은 경우에, 공기의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 전압보다 연료 전지의 운전 전압이 높아진 정도에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는, 연료 전지 시스템.
  10. 제3항에 있어서, 폐색 정도 판정 수단은,
    공기의 화학양론비가 1.0보다도 작은 경우에, 공기의 화학양론비에 대한 정상 시의 연료 전지의 기준 산화제 농도 과전압보다도 산화제 농도 과전압 계산 수단에 의해 계산한 산화제 농도 과전압이 낮아진 정도에 따라서 산화제 가스 유로의 폐색 정도를 판정하는, 연료 전지 시스템.
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