KR101768333B1 - 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법 및 유량 조정 장치 - Google Patents

산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법 및 유량 조정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101768333B1
KR101768333B1 KR1020150149199A KR20150149199A KR101768333B1 KR 101768333 B1 KR101768333 B1 KR 101768333B1 KR 1020150149199 A KR1020150149199 A KR 1020150149199A KR 20150149199 A KR20150149199 A KR 20150149199A KR 101768333 B1 KR101768333 B1 KR 101768333B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
valve
fuel cell
opening
opening degree
voltage
Prior art date
Application number
KR1020150149199A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160058680A (ko
Inventor
도미오 야마나카
미쯔히로 나다
히로유키 스즈키
Original Assignee
도요타지도샤가부시키가이샤
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 도요타지도샤가부시키가이샤 filed Critical 도요타지도샤가부시키가이샤
Publication of KR20160058680A publication Critical patent/KR20160058680A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101768333B1 publication Critical patent/KR101768333B1/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
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • 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
    • 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
    • B60L11/1883—
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • 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
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • 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
    • 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
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • 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
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • 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
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • 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
    • 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
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • B60L2230/28—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/20—Energy converters
    • B60Y2400/202—Fuel cells
    • 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
    • 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
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

연료 전지에 있어서의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법이며, 부하에의 전기적인 접속이 차단된 부하 차단 상황에 있어서, 연료 전지의 캐소드에 산화 가스를 공급하는 유량 조정 밸브를 완전 폐쇄 혹은 완전 개방의 측으로부터 소정 개방도씩 축차 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄하고, 캐소드로 유도되는 산화 가스의 공급량을 축차적으로 변화시켜서, 연료 전지의 애노드 측으로부터 캐소드의 측으로 투과한 수소를 산화시킨다. 이때, 수소의 산화에 수반되는 연료 전지의 개회로 전압을 계측하고, 계측된 전압이 상승 혹은 하강하는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서의 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도를, 조정 기준 개방도로서 기억한다.

Description

산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법 및 유량 조정 장치{CONTROL METHOD OF FLOW REGULATING VALVE OF OXIDIZING GAS AND FLOW REGULATION DEVICE}
본원은, 2014년 11월 15일에 출원된 출원번호 제2014-232252호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부가 참조에 의해 본원에 도입된다.
본 발명은, 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법과 유량 조정 장치에 관한 것이다.
연료 가스와 산화 가스의 공급을 받아서 발전하는 연료 전지를 구비하는 연료 전지 시스템에서는, 연료 가스 공급계에 한하지 않고, 산화 가스 공급계나 배기 가스의 배기계에 있어도, 관로의 개방도 조정을 거쳐서 유량 조정을 행하는 각종 유량 조정 밸브가 사용되고 있다. 유량 조정 밸브의 고장은, 연료 전지의 운전에 영향을 미치는 점에서, 연료 전지의 발전 전압의 거동을 유량 조정 밸브의 동작과 관련짓고, 연료 전지의 전압 거동을 이용하여 밸브 고장을 판정하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허공개 제2006-269128호 공보). 이 특허문헌에서는, 유량 조정 밸브의 일 형태인 배기계의 퍼지 밸브가 정상적으로 밸브 개방했을 때의 연료 전지의 전압 거동을 미리 파악하여, 퍼지 밸브의 밸브 개방 지령의 출력 시의 실제 전압 거동이 파악 완료 전압 거동과 상이하면, 퍼지 밸브의 고장이 일어났다고 판정한다.
연료 전지의 전압 거동을 이용한 고장 판정 방법은, 퍼지 밸브 이외의 유량 조정 밸브에도 적용 가능하다. 그러나, 연료 전지의 성능 유지를 위한 연구가 진행되고, 산화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브에 있어서는, 이하에 설명한 바와 같이, 저유량 하에 있어서 미세한 유량 조정이 요구되기에 이르렀다.
연료 전지의 발전을 정지했을 때, 연료 전지의 애노드측 유로 내에 수소가 잔류하고, 캐소드측 유로 내에 산소가 잔류하고 있으면, 연료 전지는 극히 높은 개회로 전압(Open circuit voltage: OCV)을 나타낸다. 연료 전지의 개회로 전압이 과잉으로 높아지면, 연료 전지가 구비하는 전극(캐소드)의 전극 전위가 과잉으로 높아지고, 전극에 있어서 촉매의 용출(열화)이 진행됨으로써, 연료 전지의 발전 성능 및 내구성이 저하된다.
또한, 연료 전지의 발전 정지 후에 있어서도, 통상은, 저유량에서의 연료 가스 순환이 이루어지기 때문에, 애노드측 유로 내에는 수소가 잔류한다. 이 잔류 수소는, 연료 전지의 전해질막을 거쳐서 캐소드측 유로로 투과하고, 캐소드에서는, 잔류하는 산소에 의해 투과 수소가 산화되는 반응이 진행한다. 그 결과, 연료 전지의 발전 정지 후 조금 지나면, 캐소드측 유로에 잔류하는 산소가 소비됨으로써, 개회로 전압이 저하(캐소드 전위가 저하)된다. 이와 같은 경우에는, 캐소드 촉매가 환원됨으로써, 그 후에 캐소드 전위가 재상승했을 때에는, 캐소드 촉매의 용출이 보다 일어나기 쉬워진다. 이러한 점에서, 연료 전지의 발전 정지 시에는, 연료 전지의 개회로 전압을 저전압으로 유지 가능한 산화 가스의 유량 조정이 필요해지므로, 연료 전지의 전압 거동을 이용한 산화 가스의 미세한 유량 조정을 가능하게 하는 유량 조정 밸브의 제어 방법이 요청되기에 이르렀다.
상기한 과제의 적어도 일부를 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 형태로서 실시할 수 있다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법이 제공된다. 이 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법은, 연료 전지의 캐소드에 산화 가스를 공급할 때의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브의 제어 방법이며, 상기 연료 전지로부터 전력의 공급을 받는 부하와 상기 연료 전지와의 전기적인 접속이 차단된 부하 차단 상황에 있어서, 상기 유량 조정 밸브를 완전 폐쇄의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방과, 상기 유량 조정 밸브를 완전 개방의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 폐쇄하는 축차 밸브 폐쇄 중 어느 하나를 계속해서 행함으로써 상기 캐소드로 유도되는 상기 산화 가스의 공급량을 축차적으로 변화시켜서, 상기 연료 전지가 구비하는 전해질막을 애노드의 측으로부터 상기 캐소드의 측으로 투과한 수소를 상기 유도한 상기 산화 가스의 산소로 산화시키는 제1 공정과, 상기 축차 밸브 개방 혹은 상기 축차 밸브 폐쇄가 이루어질 때마다, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 계측하는 제2 공정과, 상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 공정에서 이루어진 상기 축차 밸브 개방에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도, 및 상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 공정에서 이루어진 상기 축차 밸브 폐쇄에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도 중 어느 한쪽을, 조정 기준 개방도로서 기억하는 제3 공정을 구비한다.
상기 형태의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법에 의하면, 다음의 이점이 있다. 계측 전압이 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍은, 축차 밸브 개방을 도모하기 이전에 전해질막을 애노드의 측으로부터 캐소드의 측으로 투과하고 있던 수소(이하, '투과 수소'라고 함)의 전부가 캐소드에 잔존의 산화 가스의 산소에 의해 산화된 후에, 축차 밸브 개방의 계속에 의해 캐소드의 측에서 산화 가스가 증가하는 타이밍으로 된다. 투과 수소가 전부 산화되는 상태에서는, 산화 가스 중의 산소는, 투과 수소와 당량비 1로 캐소드로 유도되게 된다. 그리고, 축차 밸브 개방은, 부하 차단 상황에 있어서 이루어지기 때문에, 투과 수소량, 즉 애노드에 잔존하거나 혹은 공급되어 있는 수소량도 소량이므로, 투과 수소와 당량비 1로 산소를 캐소드로 유도하는 산화 가스의 유량도 저유량으로 된다. 이 저유량에서의 산화 가스의 유량은, 계측 전압이 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍과 그 전후의 소정 수의 타이밍에 이루어진 축차 밸브 개방의 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도로 규정되고, 조정 기준 개방도로서 기억된다. 소정 수의 타이밍에 이루어진 각각의 축차 밸브 개방에서의 유량 조정 밸브의 개방도는, 계측 전압이 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍 바로 그 자체일 때의 유량 조정 밸브의 개방도와 약간의 상이는 있다고는 해도, 그 상이 정도는 작다. 따라서, 소정 수의 타이밍에 이루어진 각각의 축차 밸브 개방에서의 유량 조정 밸브의 개방도를 동등하게 취급하여, 적어도 하나를 규정하면 된다.
계측 전압이 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍은, 축차 밸브 폐쇄를 도모하기 이전에 캐소드로 유도되고 있던 산화 가스 중의 산소가 투과 수소의 산화에 수반하여 서서히 소비되어 저감되고, 캐소드에 있어서의 산소가 투과 수소와 당량비 1까지 저감된 타이밍으로 된다. 그리고, 축차 밸브 폐쇄에 있어도, 부하 차단 상황에 있어서 이루어지기 때문에, 투과 수소량, 즉 애노드에 잔존하거나 혹은 공급되어 있는 수소량도 소량이므로, 투과 수소와 당량비 1로 산소를 캐소드에 잔존시키는 산화 가스의 유량도 저유량으로 된다. 이 저유량에서의 산화 가스의 유량은, 계측 전압이 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍과 그 전후의 소정 수의 타이밍에 이루어진 축차 밸브 폐쇄의 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도로 규정되고, 조정 기준 개방도로서 기억된다. 소정 수의 타이밍에 이루어진 각각의 축차 밸브 폐쇄에서의 유량 조정 밸브의 개방도는, 계측 전압이 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 강하로 전환되는 타이밍 바로 그 자체일 때의 유량 조정 밸브의 개방도와 약간의 상이는 있다고는 해도, 그 상이 정도는 작다. 따라서, 소정 수의 타이밍에 이루어진 각각의 축차 밸브 폐쇄에서의 유량 조정 밸브의 개방도를 동등하게 취급하여, 적어도 하나를 규정하면 된다. 그렇게 하면, 상기 형태의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법에 의하면, 기억한 조정 기준 개방도를 개방도 조정의 목표 하나로서 유량 조정 밸브를 제어함으로써, 연료 전지의 계측 전압의 거동을 이용한 산화 가스의 미세한 유량 조정을 가능하게 한다.
(2) 상기 형태의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 축차 밸브 개방을 행할 때의 상기 소정 개방도씩의 밸브 개방량 혹은 밸브 개방 간격이, 상기 계측 전압이 소정의 저전압까지 저하되지 않도록 조정되어 있도록 하여도 된다. 이렇게 하면, 다음의 이점이 있다. 계측 전압이 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍 전의 축차 밸브 개방의 실행 시에는, 계측 전압은 상승으로 전환되는 전압을 향해서 하강 추이의 과정에 있다. 이 다음으로 실행되어야 할 축차 밸브 개방을 밸브 개방량이나 밸브 개방 간격에 대하여 특단의 고려도 없이 실행하면, 연료 전지에 있어서 바람직하지 않은 저전압(예를 들어 제로 전압)까지 개회로 전압이 저하되어버릴 것이 우려된다. 그런데, 이 형태의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법에 의하면, 개회로 전압인 계측 전압을 바람직하지 않은 저전압까지 저하시켜버리게 되는 것을 억제할 수 있다.
(3) 상기 어느 한 형태의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법에 있어서, 상기 제3 공정에서는, 상기 조정 기준 개방도로서 기억한 상기 유량 조정 밸브의 개방도가 소정 시간에 걸쳐서 유지되도록, 상기 유량 조정 밸브를 제어하도록 하여도 된다. 이렇게 하면, 부하와 전기적인 접속이 차단된 비발전 상황에 있어서의 캐소드 촉매의 용출이나 환원을 억제하여, 촉매의 안정화를 도모하는 것이 가능하게 되고, 그 후의, 발전 운전에 지장을 일으키기 어려워진다.
(4) 상기 어느 한 형태의 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법에 있어서, 상기 제3 공정에서 기억한 상기 조정 기준 개방도를 갱신 기억하는 제4 공정을 구비하고, 상기 제3 공정에서는, 상기 조정 기준 개방도를 기억했을 때의 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 대비 기준 개회로 전압으로 하여, 상기 조정 기준 개방도와 함께 기억한다. 그리고, 상기 제4 공정은, 상기 연료 전지를 상기 부하 차단 상황으로 한 다음에, 상기 유량 조정 밸브의 개방도를 상기 제3 공정에서 기억이 완료된 기억 조정 기준 개방도로 설정하여, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 비교 개회로 전압으로 하여 계측하고, 상기 비교 개회로 전압을 상기 대비 기준 개회로 전압과 비교하는 비교 공정과, 상기 비교 공정에서의 비교 결과에 의해 얻어진 상기 비교 개회로 전압과 상기 대비 기준 개회로 전압의 차분 전압이 작아지는 측으로, 상기 기억 조정 기준 개방도를 보정하고, 상기 보정 후의 개방도를 새로운 조정 기준 개방도로서 갱신하여 기억하는 보정 공정을 구비하도록 하여도 된다. 이렇게 하면, 유량 조정 밸브의 개폐 기능이 경시 변화 등에 의해 변화하여도, 이 개폐 기능 변화를 상쇄하도록 새롭게 조정 기준 개방도를 기억할 수 있다. 따라서, 새로운 조정 기준 개방도를 개방도 조정의 목표의 하나로서 유량 조정 밸브를 제어할 수 있어, 연료 전지의 계측 전압의 거동을 이용한 산화 가스의 미세한 유량 조정을 계속적으로 가능하게 한다.
(5) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 유량 조정 장치가 제공된다. 이 유량 조정 장치는, 연료 전지의 캐소드에 공급하는 산화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와, 상기 연료 전지로부터 전력의 공급을 받는 부하와 상기 연료 전지의 전기적인 접속이 차단되어, 상기 연료 전지를 부하 차단 상황으로 하는 접속 차단부와, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 계측하는 전압 계측부와, 상기 부하 차단 상황에 있어서, 상기 유량 조정 밸브를 개폐 구동 제어하는 밸브 제어부를 구비한다. 그리고, 상기 밸브 제어부는, 상기 유량 조정 밸브를 완전 폐쇄의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방과, 상기 유량 조정 밸브를 완전 개방의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 폐쇄하는 축차 밸브 폐쇄 중 어느 하나를 계속해서 행함으로써 상기 캐소드로 유도되는 상기 산화 가스의 공급량을 축차적으로 변화시켜서, 상기 연료 전지가 구비하는 전해질막을 애노드의 측으로부터 상기 캐소드의 측으로 투과한 수소를 상기 유도한 상기 산화 가스의 산소로 산화시키는 제1 제어부와, 상기 축차 밸브 개방 혹은 상기 축차 밸브 폐쇄가 이루어질 때마다, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 상기 전압 계측부로부터 입수하는 제2 제어부를 구비하고, 상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 제어부에 의해 이루어진 상기 축차 밸브 개방에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도, 및 상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 제어부에 의해 이루어진 상기 축차 밸브 폐쇄에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도 중 어느 한쪽을, 조정 기준 개방도로서 기억한다.
상기 형태의 유량 조정 장치에 의해서도, 기억한 조정 기준 개방도를 개방도 조정의 목표의 하나로서 유량 조정 밸브를 제어함으로써, 연료 전지의 계측 전압의 거동을 이용한 산화 가스의 미세한 유량 조정이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은, 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하며, 예를 들어, 연료 전지의 캐소드에 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급 장치나, 이 산화 가스 공급 장치를 연료 전지와 함께 구비한 연료 전지 시스템, 연료 전지로의 산화 가스 공급 방법으로서도 적용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태로서의 연료 전지 차량(20)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 연료 전지에 있어서의 출력 전류와 출력 전압의 관계 및 출력 전류와 출력 전력의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은, 캐소드측 유로에 공급하는 산소량과 연료 전지의 OCV의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는, 간헐 운전 모드 선택 시의 동작으로서 제어부에 있어서 실행되는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 설정 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb와 축차 밸브 개방 스텝 수의 관계가, 배압 밸브의 개체차에 따라 상이함을 나타내는 설명도이다.
도 7은, 배압 밸브의 축차 밸브 개방에 수반되는 VMEi의 거동을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은, 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 학습 설정 처리를 나타내는 흐름도이다.
A. 연료 전지 시스템의 전체 구성:
도 1은 본 발명의 실시 형태로서의 연료 전지 차량(20)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 연료 전지 차량(20)은, 차체(22)에, 연료 전지 시스템(30)을 탑재한다. 연료 전지 시스템(30)은, 연료 전지 차량(20)의 구동용 모터(170)와 배선(178)에 의해 접속되어 있으며, 배선(178)을 통해 연료 전지 시스템(30)의 발전 전력을 모터(170)에 공급한다.
연료 전지 시스템(30)은, 연료 전지(100)와, 수소 탱크(110)를 포함하는 수소 가스 공급부(120)와, 컴프레서(130)를 포함하는 공기 공급부(140)와, 2차 전지(172)와, DC/DC 컨버터(104)와, DC/DC 컨버터(174)와, 제어부(200)를 구비한다. 또한, 연료 전지 시스템(30)은, 연료 전지(100)의 온도를 소정 범위로 유지하기 위해서 연료 전지를 냉각하는 냉매를 연료 전지 내에 유통시키는 도시하지 않은 냉매 순환부를 더 구비하고 있다. 연료 전지 시스템(30)에서는, 연료 전지(100) 및 2차 전지(172)의 각각이 단독으로, 혹은, 연료 전지(100) 및 2차 전지(172)의 양쪽이, 모터(170)를 포함하는 부하에 대하여 전력을 공급 가능하게 되어 있다.
연료 전지(100)는, 단위 셀이 복수 적층된 스택 구성을 갖고 있다. 본 실시 형태의 연료 전지(100)는, 고체 고분자형 연료 전지이다. 연료 전지(100)를 구성하는 각 단위 셀에서는, 전해질막을 통해 애노드측으로 수소가 흐르는 유로인 애노드측 유로가 형성되고, 캐소드측으로 산소를 함유한 공기가 흐르는 유로인 캐소드측 유로가 형성되어 있다. 연료 전지(100)는, DC/DC 컨버터(104) 및 배선(178)을 통해 모터(170)를 포함하는 부하에 접속되어 있다. 연료 전지(100)의 전압은, 전압 센서(102)에 의해 검출된다. 전압 센서(102)의 검출 신호는, 제어부(200)로 출력된다.
DC/DC 컨버터(104)는, 제어부(200)의 제어 신호를 받아서, 연료 전지(100)의 출력 상태를 변경하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로는, DC/DC 컨버터(104)는, 연료 전지(100)가 발전할 때의 출력 전압을 설정하는 기능을 갖는다. 또한, DC/DC 컨버터(104)는, 연료 전지(100)가 발전한 전력을 부하에 공급할 때 출력 전압을 원하는 전압으로 승압하는 기능을 갖는다. 또한, DC/DC 컨버터(104)는, 도시하지 않은 다이오드를 구비하고 있다. DC/DC 컨버터(104)에 다이오드를 설치함으로써, 연료 전지(100)로부터의 출력 전류가 소정값 이하로 되었을 때에는, 연료 전지(100)와 부하 사이의 전기적인 접속이 차단된다. 본 실시 형태에서는, DC/DC 컨버터(104)가 구비하는 다이오드가 작용함으로써 연료 전지와 부하 사이의 전기적인 접속이 차단된 부하 차단 상황으로 한다.
수소 가스 공급부(120)가 구비하는 수소 탱크(110)는, 예를 들어, 고압의 수소 가스를 저장하는 수소 봄베, 혹은 수소 흡수 합금을 내부에 구비하고, 수소 흡수 합금에 수소를 흡장시킴으로써 수소를 저장하는 탱크로 할 수 있다. 수소 가스 공급부(120)는, 수소 탱크(110)로부터 연료 전지(100)에 이르는 수소 공급 유로(121)와, 미소비의 수소 가스(애노드 오프 가스)를 수소 공급 유로(121)로 순환시키는 순환 유로(122)와, 애노드 오프 가스를 대기 방출하기 위한 수소 방출 유로(123)를 구비한다. 수소 가스 공급부(120)에 있어서, 수소 탱크(110)에 저장된 수소 가스는, 수소 공급 유로(121)의 개폐 밸브(124)의 유로 개폐와, 감압 밸브(125)에서의 감압을 거쳐서, 감압 밸브(125)의 하류의 수소 공급 기기(126), 예를 들어, 인젝터로부터 연료 전지(100)의 각 단위 셀 내에 형성되는 애노드측의 유로에 공급된다. 순환 유로(122)를 순환하는 수소의 유량은, 순환 유로(122)에 설치된 순환 펌프(127)에 의해 조절된다. 수소 공급 기기(126) 및 순환 펌프(127)의 구동량은, 압력 센서(128)가 검출된 순환 수소의 압력을 참조하면서, 부하 요구에 따라서 제어부(200)에 의해 조절된다.
또한, 순환 유로(122)를 흐르는 수소 가스의 일부는, 순환 유로(122)로부터 분기한 수소 방출 유로(123)의 개폐 밸브(129)의 개폐 조정을 거쳐서, 소정의 타이밍에 대기 방출된다. 이에 의해, 순환 유로(122) 내를 순환하는 수소 가스 중의 수소 이외의 불순물(수증기나 질소 등)을 유로 외부로 배출할 수 있어, 연료 전지(100)에 공급되는 수소 가스 중 불순물 농도의 상승을 억제할 수 있다. 상기한 개폐 밸브(129)의 개폐 타이밍은, 제어부(200)에 의해 조절된다.
공기 공급부(140)는, 컴프레서(130) 외에, 제1 공기 유로(141), 제2 공기 유로(145), 제3 공기 유로(146), 분배 밸브(144), 공기 방출 유로(142), 배압 밸브 (143), 및 유량 센서(147)를 구비한다. 제1 공기 유로(141)는, 컴프레서(130)가 도입된 공기가 흐른다. 제2 공기 유로(145) 및 제3 공기 유로(146)는, 제1 공기 유로(141)로부터 분기하여 설치되어 있다. 분배 밸브(144)는, 제1 공기 유로(141)가 제2 공기 유로(145) 및 제3 공기 유로(146)로 분기하는 부위에 설치되어 있으며, 제1 공기 유로(141)로부터, 제2 공기 유로(145) 또는 제3 공기 유로(146)로 흐르는 공기의 분배량을, 제어부(200)의 제어를 받아서 조정한다. 제2 공기 유로(145)의 일부 경로는, 연료 전지(100)에 있어서, 각 단위 셀 내에 형성되는 캐소드측의 유로로 되어 있다. 제3 공기 유로(146)는, 연료 전지(100)를 경유하지 않고 공기를 공기 방출 유로(142)로 유도하는 바이패스 유로이다. 분배 밸브(144)에서 일단 분기한 제2 공기 유로(145)와 제3 공기 유로(146)는, 모두 공기 방출 유로(142)에 접속되어 있다. 배압 밸브(143)는, 제2 공기 유로(145)에 있어서, 제3 공기 유로(146)와의 합류 개소보다 상류측에 설치된 스로틀 밸브이다. 공기 방출 유로(142)는, 제3 공기 유로(146)를 통과한 공기와 함께, 제2 공기 유로(145)를 통과한 캐소드 오프 가스인 공기를 대기 방출하기 위한 유로이다. 공기 방출 유로(142)에는, 앞에서 설명한 수소 방출 유로(123)가 접속되어 있으며, 수소 방출 유로(123)를 통해 방출되는 수소는, 대기 방출에 앞서 공기 방출 유로(142)를 흐르는 공기에 의해 희석된다. 유량 센서(147)는, 제1 공기 유로(141)에 설치되고, 제1 공기 유로(141)를 통해 도입되는 공기의 총 유량을 검출한다.
배압 밸브(143)는, 도시하지 않은 스텝핑 모터를 구비하고 있으며, 스텝핑 모터의 스텝 수를 제어함으로써, 배압 밸브(143)의 밸브 개방도를, 높은 정밀도에 의해 임의의 개방도로 조절 가능하게 되어 있다. 그리고, 배압 밸브(143)는, 개방도 조절을 거쳐서, 연료 전지(100)에 있어서의 캐소드측 유로의 배압을 변경하고, 이 배압 조정에 의해, 제2 공기 유로(145)를 거쳐 연료 전지(100)의 캐소드측 유로에 유입되는 공기량을 조정한다. 컴프레서(130)의 구동량, 분배 밸브(144)에 있어서의 공기의 분배량, 및 배압 밸브(143)의 개방도는, 제어부(200)에 의해 조절된다.
2차 전지(172)는, DC/DC 컨버터(174)를 통해 배선(178)에 접속하고 있으며, DC/DC 컨버터(174)와 DC/DC 컨버터(104)는, 배선(178)에 의해 병렬로 접속되어 있다. 2차 전지(172)로서는, 예를 들어, 연축 전지나, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등을 채용할 수 있다. 2차 전지(172)에는, 2차 전지(172)의 충전량(State of Charge)을 검출하기 위한 도시하지 않은 잔존 용량 모니터가 병설되어 있다. 2차 전지(172)의 충전량은, 잔존 용량(SOC)이라고도 부른다. 잔존 용량 모니터에 의해 검출된 잔존 용량은 제어부(200)로 출력된다. 잔존 용량 모니터는, 2차 전지(172)에 있어서의 충전·방전의 전류값과 시간을 적산하는 SOC 미터로서 구성할 수 있다. 또는, 잔존 용량 모니터는, SOC 미터 대신에 2차 전지(172)의 전압을 검출하는 전압 센서에 의해 구성하도록 하여도 된다.
DC/DC 컨버터(174)는, 2차 전지(172)의 충·방전을 제어하는 충방전 제어 기능을 갖고 있으며, 제어부(200)의 제어 신호를 받아서 2차 전지(172)의 충·방전을 제어한다. 이밖에, DC/DC 컨버터(174)는, 출력측의 목표 전압을 제어부(200)의 제어하에서 설정함으로써, 2차 전지(172)에 축전된 전력의 인출과 모터(170)에의 전압 인가를 행하고, 전력 인출 상태와 모터(170)에 걸리는 전압 레벨을 가변하도록 조정한다. 또한, DC/DC 컨버터(174)는, 2차 전지(172)에 있어서 충방전을 행할 필요가 없을 때에는, 2차 전지(172)와 배선(178)의 접속을 절단한다.
제어부(200)는, 논리 연산을 실행하는 CPU나 ROM, RAM 등을 구비한 소위 마이크로 컴퓨터로 구성된다. 제어부(200)는, 수소 가스 공급부(120)나 공기 공급부(140)가 구비하는 앞에서 설명한 센서 외에, 액셀러레이터 개방도 센서(180), 시프트 포지션 센서, 차속 센서, 및 외기온 센서 등, 다양한 센서로부터 검출 신호를 취득하여, 연료 전지 차량(20)의 다양한 제어를 행한다. 예를 들어, 제어부(200)는, 액셀러레이터 개방도 센서(180)의 검출 신호 등에 기초하여 부하 요구의 크기를 구하고, 부하 요구에 따른 전력이 연료 전지(100)와 2차 전지(172) 중 적어도 한쪽으로부터 얻어지도록, 연료 전지 시스템(30)의 각 부로 구동 신호를 출력한다. 구체적으로는, 연료 전지(100)로부터 전력을 얻는 경우에는, 원하는 전력이 연료 전지(100)로부터 얻어지도록, 수소 가스 공급부(120)나 공기 공급부(140)에서의 가스 공급량을 제어한다. 또한, 제어부(200)는, 원하는 전력이 모터(170)에 공급되도록, DC/DC 컨버터(104)와 DC/DC 컨버터(174)를 제어한다. 또한, 제어부(200)는, 타이머를 더 구비하고 있으며, 다양한 신호를 입력하거나, 다양한 처리를 실행하고 나서의 경과 시간을 계측 가능하게 되어 있다.
B. 간헐 운전 모드와 목표 전압:
본 실시 형태의 연료 전지 차량(20)에서는, 연료 전지 시스템(30)의 가동 중에, 통상 운전 모드와 간헐 운전 모드를 포함하는 복수의 운전 모드가 전환된다. 통상 운전 모드란, 연료 전지 시스템(30)에 대한 부하 요구가, 미리 설정한 기준값을 초과한 경우에 선택되는 운전 모드이며, 모터(170)의 요구 전력을 포함하는 부하 요구의 적어도 일부를, 연료 전지(100)가 발전하는 전력에 의해 조달하는 운전 모드이다. 간헐 운전 모드란, 연료 전지 시스템(30)에 대한 부하 요구가, 미리 설정한 기준값 이하일 때, 연료 전지(100)의 발전을 정지하는 운전 모드이다.
여기서, 연료 전지 시스템(30)으로부터 전력 공급을 받는 부하로서는, 연료 전지 차량(20)을 구동하는 모터(170) 외에, 차량 보조 기계 및 연료 전지 보조 기계가 포함된다. 따라서, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)에 있어서, 부하 요구란, 모터(170)의 요구 전력과, 차량 보조 기계의 요구 전력과, 연료 전지 보조 기계의 요구 전력을 포함한다. 차량 보조 기계에는, 예를 들어, 공조 설비, 조명 장치, 비상등, 및 방향 지시기 등이 포함된다. 연료 전지 보조 기계에는, 예를 들어, 컴프레서(130)나 순환 펌프(127), 분배 밸브(144)나 공기 방출 유로(142)나 배압 밸브(143) 등의 각종 밸브, 앞에서 설명한 냉매를 순환시키기 위한 냉매 펌프나, 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터 팬이 포함된다. 또한, 2차 전지(172)의 잔존 용량 SOC가 저하될 때에는, 2차 전지(172)도 부하의 일부가 될 수 있다. 본 실시 형태에서는, 상기한 각 부하의 요구 전력의 총량으로서, 부하 요구를 구하고, 이 부하 요구가 기준값 이하일 때, 간헐 운전 모드를 선택하고 있다. 그리고, 간헐 운전 모드의 선택 시에, 발전 정지 중의 연료 전지(100)의 전압을 소정의 범위로 제어하고 있다.
도 2는 연료 전지(100)에 있어서의 출력 전류와 출력 전압의 관계 및 출력 전류와 출력 전력의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 이하에, 통상 운전 모드의 선택 시의 제어를 간단하게 설명하고, 또한, 비발전 상황하에 보수 제어 모드에서의 제어의 모습에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 통상 운전 모드에서의 연료 전지(100)의 발전량은, 연료 전지(100)의 출력 전압을 정함으로써 제어된다. 도 2에 도시한 출력 전류와 출력 전력의 관계로부터 알 수 있는 바와 같이, 연료 전지(100)에 있어서는, 출력해야 할 전력 PFC가 정해지면, 그때의 연료 전지(100)의 출력 전류의 크기 IFC가 정해진다. 그리고, 도 2에 도시한 전류-전압 특성(IV 특성)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 연료 전지(100)의 출력 전류 IFC가 정해지면, 그때의 연료 전지(100)의 출력 전압 VFC가 정해진다. 통상 운전 모드가 선택되어 있을 때에는, 제어부(200)가, DC/DC 컨버터(174)에 대하여, 이와 같이 하여 구한 출력 전압 VFC를 목표 전압으로서 지령함으로써, 연료 전지(100)의 발전량이 원하는 양이 되도록 제어한다.
간헐 운전 모드의 선택 시에 연료 전지(100)의 발전을 정지할 때에는, 연료 전지(100)의 출력 전류는 0으로 된다. 연료 전지(100)의 발전을 정지할 때, 즉, 발전을 위해 충분한 수소와 산소가 연료 전지(100)에 공급된 상태에서, 연료 전지(100)와 부하의 접속을 차단해서 출력 전류를 0으로 할 때에는, 연료 전지(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이 극히 높은 개회로 전압(Open circuit voltage: 이하, 단순히 개회로 전압을 'OCV'라고도 함)을 나타낸다. 이것은, 연료 전지(100)의 캐소드 전극 전위가 매우 높아짐을 의미한다. 연료 전지(100)의 전극 전위가 높아지면, 전극이 구비하는 백금 등의 촉매 금속이 용출되고, 연료 전지(100)의 성능이 저하되는 것이 알려져 있다. 그로 인해, 연료 전지(100)의 성능 저하를 억제하기 위해서는, 연료 전지(100)에 있어서 전극 전위의 과잉 상승을 억제하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 연료 전지(100)의 발전 정지 중에, 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 제어함으로써, 캐소드의 전극 전위의 과잉 상승을 억제하고 있다.
도 3은 캐소드측 유로에 공급하는 산소량과 연료 전지(100)의 OCV와의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도인다. 이 도 3에 있어서의 전압의 추이 궤적은, 연료 전지(100)의 발전 정지 중에, 애노드측 유로에는, 통상 운전 모드의 발전을 행하기 위해서 충분량의 수소가 공급되는 상태에서, 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 변경했을 때의, 공급 산소량과 연료 전지(100)의 개회로 전압(OCV)의 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 캐소드측 유로에 공급되는 산소량이 극히 적을 때에는, 공급 산소량이 변화해도 OCV는 극히 낮은 레벨에서 그다지 변화되지 않은 상태가 된다. 이와 같은 공급 산소량의 범위를, 도 3에서는, 산소 결핍 영역 A로서, A를 붙인 화살표로 도시하고 있다. 공급 산소량을 더 증가시키면, 공급 산소량의 증가에 수반해서 OCV가 급격하게 상승하게 된다. 이와 같은 공급 산소량의 범위를, 도 3에서는, 당량비 1 상당 영역 B로서, B를 붙인 화살표로 도시하고 있다. 공급 산소량을 더 증가시키면, 공급 산소량이 변화해도 OCV는 극히 높은 레벨로 그다지 변화되지 않은 상태가 된다. 이와 같은 공급 산소량의 범위를, 도 3에서는, 산소 과잉 영역 C로서, C를 붙인 화살표로 도시하고 있다. 본 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에는, OCV가, 당량비 1 상당 영역 B 내의 소정의 전압을 나타내도록, 공급 산소량을 제어하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에 OCV의 목표 전압 Vmark로서, 당량비 1 상당 영역 B 내의 특정한 전압을 포함하는 전압이 미리 설정되어 있으며, 연료 전지(100)의 OCV가 상기 목표 전압 Vmark가 되도록, 연료 전지(100)에 공급하는 산소량을 조절하고 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 공기 공급부(140)에서는, 연료 전지(100)의 캐소드측 유로에 공급되는 공기량 즉, 산소량은, 컴프레서(130)의 구동량과, 분배 밸브(144)에 있어서의 공기의 분배 상태와, 배압 밸브(143)의 개방도와 같이 정해진다. 본 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 이들 파라미터 중, 컴프레서(130)의 구동량 및 분배 밸브(144)에 있어서의 공기의 분배 상태를 고정하면서, 배압 밸브(143)의 개방도를 변경함으로써, 연료 전지(100)의 OCV가 목표 전압 Vmark가 되도록 제어하고 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, 앞에서 설명한 목표 전압 Vmark와 함께, 목표 전압 Vmark를 얻어지는 산소를 연료 전지에 공급하기 위한 배압 밸브(143)의 개방도[배압 밸브(143)의 구동량]를 미리 제어부(200)의 메모리에 초기값으로서 기억하고 있다. 그리고, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)에서는, 목표 전압 Vmark를 실현하기 위한 배압 밸브(143)의 개방도를, 후술하는 간헐 운전 제어 모드에서, 필요에 따라 설정 혹은 갱신 설정한다.
또한, 연료 전지(100)의 발전을 정지한 후에는, 각 단위 셀에 있어서, 애노드측 유로로부터 캐소드측 유로로 전해질막을 통해 수소가 투과하고, 투과된 수소의 산화 반응이 캐소드에서 진행된다. 그 결과, 전해질막을 투과한 수소의 산화 반응에 의해, 캐소드측 유로 내의 산소가 소비된다. 따라서, 발전 정지 중의 연료 전지(100)에 있어서, 당량비 1 상당 영역에 속하는 원하는 개회로 전압을 얻기 위해서는, 원하는 개회로 전압에 따라서 도 3으로부터 구해지는 산소량(기전력 발생에 필요한 산소량) 외에, 투과한 수소의 산화 반응에 의해 소비되는 산소량(투과 수소에 의한 소비 산소량)을 더 공급할 필요가 있다. 즉, 간헐 운전 모드 선택 시에 원하는 개회로 전압을 얻기 위해 연료 전지(100)에 공급해야 할 산소량(셀 전압 유지 산소량)은 이하의 식 (1)로 표현된다.
(식 1)
셀 전압 유지 산소량=기전력 발생에 필요한 산소량+투과 수소에 의한 소비 산소량
배압 밸브(143)의 개방도를, 제어부(200)의 메모리에 기억한 개방도로 되도록 조절했을 때, 연료 전지(100)에 공급되는 산소량이, 정확히 식 (1)을 만족한다면, 연료 전지(100)의 개회로 전압은 목표 전압 Vmark로 된다. 그러나, 전해질막을 투과하는 수소량은, 애노드측 유로에 있어서의 수소압과, 연료 전지(100)의 내부 온도와, 연료 전지(100)의 내부 습도에 따라서 변동된다. 그로 인해, 예를 들어 이 요인에 의해 공급 산소량이 부족한 경우에는, 연료 전지(100)의 개회로 전압은 목표 전압 Vmark보다도 낮아지게 되고, 공급 산소량이 과잉이 되는 경우에는, 연료 전지(100)의 개회로 전압은 목표 전압 Vmark보다도 높아진다. 본 실시 형태에서는, 연료 전지(100)의 개회로 전압의 검출값과 목표 전압 Vmark를 비교한 결과에 기초하여, 연료 전지(100)로의 공급 산소량을 증감하여, 연료 전지(100)의 개회로 전압을 목표 전압 Vmark에 접근하는 제어를 하고 있다. 상세한 제어의 내용에 대해서는 후술한다.
또한, 간헐 운전 모드 선택 시에 설정되는 OCV의 목표 전압 Vmark(후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 평균 셀 전압임)는, 고전위에 기인하는 전극 촉매의 열화(용출)를 억제하는 관점에서, 각 셀의 전압을 0.9V 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.85V 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.8V 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
이에 반하여, 캐소드의 셀 전압이 낮아질수록, 즉, 캐소드측 유로에 있어서의 산소 분압이 낮아질수록, 캐소드의 전극 촉매가 환원되기 쉬워진다(촉매 표면의 산화 피막이 소실된다)고 생각된다. 캐소드의 전극 촉매가 환원되면, 다음번, 캐소드측 유로 내에 산소가 공급되어 캐소드의 전위가 상승했을 때, 캐소드의 전극촉매 용출이 진행되기 쉬워진다고 하는 문제를 발생할 수 있다. 그로 인해, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 연료 전지(100)를 구성하는 각 셀 전압이 모두 0V로 저하되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 셀 전압의 저하에 기인하는 상기 문제를 억제하는 관점에서, 간헐 운전 모드 선택 시에 설정되는 OCV의 목표 전압 Vmark(평균 셀 전압)는, 0.1V 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2V 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 부하 요구가 기준값 이하로 되어 있지만, 연료 전지 시스템(30)은 가동 중이기(사용자에 의한 시스템 정지의 지시는 입력되지 않기) 때문에, 단시간 내에 다시 부하 요구가 증대될 가능성이 있다. 그로 인해, 다시 부하 요구가 증대되었을 때, 빠르게 원하는 전력을 얻는다는 관점에서는, 캐소드측 유로 내의 산소량을 지나치게 감소시키지 않는 것이 바람직하다. 즉, 다음번에 부하 요구가 증대되었을 때의 응답성 관점에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에 설정되는 OCV의 목표 전압 Vmark(평균 셀 전압)는 높은 쪽이 바람직하다. 따라서, 부하 요구에 대한 응답성을 확보하기 위해서는, 각 셀의 목표 전압 Vmark는, 예를 들어, 0.6V 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.7V 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 간헐 운전 모드 선택 시라도, 연료 전지(100) 내의 애노드측 유로에 있어서는, 간헐 운전 모드를 선택하는 기준으로 되는 부하 요구를 초과한 전력을 즉시 발전 가능하게 되는 양의 수소가 존재하는 상태가 유지된다. 즉, 간헐 운전 모드 선택 시라도, 순환 펌프(127)의 구동이 계속됨과 함께, 전해질막을 통해 캐소드측 유로로 투과된 잃어버린 수소를 보충하기 위해서, 수소 공급 기기(126)로부터의 수소 공급이 행해진다.
또한, 간헐 운전 모드 선택 시라 하더라도, 수소 방출 유로(123)에 설치한 개폐 밸브(129)를 통하여, 순환 유로(122)를 흐르는 수소의 일부가, 연료 전지 차량(20)의 외부로 방출되고, 순환 유로(122)를 흐르는 수소 중의 불순물 농도(질소 및 수증기의 농도)가 억제된다. 간헐 운전 모드 선택 시에는, 전해질막을 통해 캐소드측 유로로부터 애노드측 유로에, 공기 중의 질소가 유입된다. 또한, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 애노드측 유로로부터 캐소드측 유로로 투과된 수소가 캐소드 상에서 산화되어 물이 발생하고, 발생한 물의 일부가 수증기로서 애노드측 유로로 투과된다. 그로 인해, 애노드측 유로 내의 불순물 농도가 기준 농도를 초과하였다고 판단될 때, 제어부(200)에 의해 개폐 밸브(129)를 소정 시간 밸브 개방하는 처리가 실행된다. 질소나 수소의 투과량은 시간에 의존하기 때문에, 애노드측 유로 내의 불순물 농도가 기준 농도를 초과하였다고 판단될 때는, 예를 들어, 개폐 밸브(129)를 밸브 개방하는 처리를 전회 행하고 나서의 경과 시간이, 미리 정한 기준 시간을 초과하였을 때로 할 수 있다. 또한, 개폐 밸브(129)를 밸브 개방하는 처리를 실행하는 타이밍은, 상기한 경과 시간에 기초하는 외에, 순환 유로(122) 내의 불순물 농도(질소 농도 및/또는 수증기 농도)를 직접 측정하여 판단하여도 된다.
C. 간헐 운전 모드 선택 시의 제어:
도 4는 간헐 운전 모드 선택 시의 동작으로서 제어부(200)에 있어서 실행되는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은, 연료 전지 시스템(30)이 기동된 후, 사용자에 의한 시스템 정지의 지시가 입력될 때까지, 연료 전지 시스템(30)의 가동 중에 반복해서 실행된다. 또한, 본 루틴이 반복해서 실행될 때의 간격은, 본 루틴에 따라서 배압 밸브(143)의 개방도가 변경되었을 때, 그 결과로서 캐소드측 유로에 공급되는 산소량이 실제로 변화될 때까지 필요로 하는 시간보다도 오랜 시간(예를 들어 20 내지 30초)이 설정되어 있다.
본 루틴이 실행되면, 제어부(200)는, 부하 요구를 도출한다(스텝 S100). 부하 요구란, 전술한 바와 같이, 모터(170)의 요구 전력과, 차량 보조 기계 및 연료 전지 보조 기계의 요구 전력의 총합이다. 모터(170)의 요구 전력은, 액셀러레이터 개방도 센서(180) 및 차속 센서의 검출 신호에 기초하여 구해진다. 차량 보조 기계 및 연료 전지 보조 기계의 요구 전력은, 각 보조 기계로 출력되는 구동 신호에 기초하여 구해진다.
그 후, 제어부(200)는, 도출된 부하 요구가, 미리 정한 기준값 이하인지 여부를 판단한다(스텝 S110). 부하 요구가 기준값 이하가 아니라고 판단된 경우에는, 간헐 운전 모드는 선택되지 않아, CPU는 본 루틴을 종료한다.
스텝 S110에 있어서, 부하 요구가 기준값 이하라고 판단된 경우에는, 간헐 운전 모드를 위한 처리가 속행된다. 스텝 S110에 있어서 부하 요구가 기준값 이하라고 일단 판단되면, 스텝 S110에 있어서 부하 요구가 기준값을 초과한다고 판단될 때까지는, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴이 반복해서 실행되는 동안에, 연료 전지 시스템(30)의 운전 모드가 간헐 운전 모드인 상태가 계속된다.
스텝 S110에서 부하 요구가 기준값 이하라고 판단되면, 제어부(200)는, 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 소정의 메모리 영역에 기억이 완료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S115). 이 반응장적 완전 폐쇄 개방도란, 도 3에 있어서의 산소 결핍 영역 A와 당량비 1 상당 영역 B의 경계에 상당하는 산소량을 공급 가능하게 되도록, 배압 밸브(143)가 밸브 개방하고 있는 상태의 개방도를 의미한다. 즉, 이 반응장적 완전 폐쇄 개방도는, 연료 전지(100)가 발전을 정지하고 있을 때 전해질막을 투과하는 수소(투과 수소)의 산화에 요하는 양의 산소가, 연료 전지(100)에 대하여 공급되는, 배압 밸브(143)의 개방도이다. 따라서, 후술하는 스텝 S170에서 배압 밸브(143)를 반응장적 완전 폐쇄 개방도로 설정하게 하면, 연료 전지(100)에 공급되는 산소량이 크게 감소한다. 본 실시 형태에서는, 배압 밸브(143)의 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 후술하는 바와 같이 설정되고(스텝 S200), 혹은 필요할 때마다 갱신 설정되어(스텝 S300), 제어부(200) 내의 메모리에 기억되어 있다.
이 스텝 S115에서, 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 기억되지 않았다고 부정 판정하면, 제어부(200)는, 이 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 설정 처리를 실행한다 (스텝 S200). 이 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 설정 처리는, 배압 밸브(143)의 개방도를 연료 전지(100)를 운전 제어하기 위한 하나의 제어 목표 파라미터로서 설정 하기 위해 행해진다. 또한, 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 기억되지 않았다고 하는 부정 판정은, 다음과 같이 내려진다. 예를 들어, 출하 전 점검이나 보수 점검, 혹은 사고 복구 작업 등에 있어서는, 각종 기기 점검을 위해, ECU에 전력을 공급하는 전원(예를 들어 12V 전원, 도시하지 않음)이 제거되고, 거기에서 전력을 얻고 있던 ECU의 기억이 리셋된다. 연료 전지(100)의 각종 제어에 필요한 제어 목표 파라미터는, 이러한 전원 차단 상황하에서 일단 소거되므로, 이러한 제어 목표 파라미터를 설정 혹은 재설정할 필요가 있다. 스텝 S115에서는, 제어부(200)는, 출하 전 점검이나 보수 점검, 혹은 사고 복구 작업 등에서, 작업자가 제어 목표 파라미터를 소거한 것을 도시하지 않은 딥 스위치 등의 조작에 의해 지시하면, 이것을 판독함으로써, 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 기억되지 않았다고 부정 판정할 수 있다. 또는, 소정의 메모리 영역의 데이터를 판독하고, 그 값이 제로(널)이면, 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 기억되지 않았다고 부정 판정하도록 하여도 된다.
도 5는 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 설정 처리(스텝 S200)를 나타내는 흐름도이다. 이 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 설정 처리에서는, 우선, 제어부(200)는, DC/DC 컨버터(104)(도 1 참조)에 의해 모터(170) 등의 각종 부하와의 전기적인 접속을 차단하여(스텝 S210), 연료 전지(100)를 부하 차단 상황으로 한다. 계속해서, 제어부(200)는, 각 셀의 발전 전압의 잠정적인 목표값(이하, '잠정 목표 전압 Vz'라고 함)이 0.8V 정도가 되도록, 이 전압에 대응한 가스량으로 수소 가스 공급과 공기 공급을 도모하고(스텝 S215), 가스 공급이 안정해질 때까지 대기한다(스텝 S220). 스텝 S210에서의 부하 차단 형상과 스텝 S215에서의 가스 공급은, 동시 병행적으로 행해진다.
그 후, 제어부(200)는, 연료 전지(100)의 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄가 되도록 구동한다(스텝 S225). 제어부(200)는, 배압 밸브(143)를 스텝 구동하는 스텝핑 모터의 구동 스텝 수를 메모리에 기억해서 파악하고 있으므로, 스텝 S225에서는, 스텝 S215에 있어서의 공기 공급을 위해서 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄 상태로부터 밸브 개방측으로 구동한 스텝 수와 동일 수의 스텝 수, 스텝핑 모터를 완전 폐쇄측으로 반전 구동하게 된다. 이 상태의 배압 밸브(143)의 개방도는, 설계상의 완전 폐쇄 개방도이며, 개방도의 값이 기계적으로 제로인 기계적 완전 폐쇄 개방도로 된다. 스텝 S225에 이어서, 제어부(200)는, 배압 밸브(143)의 완전 폐쇄 후, 즉 기계적 완전 폐쇄 개방도로서 연료 전지(100)의 캐소드에의 공기 공급을 끊고 나서의 연료 전지(100)의 개회로 전압 VME0을 전압 센서(102)(도 1)로부터 판독한다(스텝 S230). 또한, 이하의 설명에 있어서, 스텝 수는, 스텝 구동하는 스텝핑 모터의 구동 스텝 수를 의미한다. 연료 전지(100)의 전압 VME0은, 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄로 했을 때의 전압이다. 첨자 「0」은 초기값임을 나타낸다.
다음으로, 제어부(200)는, 완전 폐쇄 상태로 한 배압 밸브(143)를 1 스텝 수만큼 밸브 개방측으로 구동하고(스텝 S235), 1 스텝 밸브 개방 구동 후에 있어서의 연료 전지(100)의 전압 VMEi를 전압 센서(102)(도 1)로부터 판독한다(스텝 S240). 이 첨자 「i」는, 스텝 S235에 의한 스텝 밸브 개방 구동의 스텝 수를 나타낸다. 센서 판독에 이어서, 제어부(200)는, 배압 밸브(143)에 1 스텝 밸브 개방 구동 후의 전압 VMEi가 전압 상승으로 추이하였는지 여부를 판정하고(스텝 S245), 상승 추이는 아니라고 부정 판정하면, 스텝 S235로 이행하고, 배압 밸브(143)의 1 스텝의 밸브 개방 구동, 그 후의 전압 VMEi의 판독(스텝 S240), 전압 상승 추이 판정(스텝 S245)을 반복해서 행한다. 이에 의해, 연료 전지(100)가 모터(170) 등의 부하와 전기적으로 차단된 부하 차단 상황에 있어서, 배압 밸브(143)를 상기한 기계적 완전 폐쇄 개방도로부터 1 스텝 수에 상당하는 개방도씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방이 이루어지고(스텝 S235), 이 축차 밸브 개방이 이루어질 때마다, 전압 VMEi가 계측된다(스텝 S240). 이 전압 VMEi는, 연료 전지(100)가 부하 차단 상황에 있기 때문에, 캐소드로 투과된 수소가 캐소드의 산소에 의해 산화됨에 수반하여 각 셀이 발전한 전압으로 된다.
제어부(200)는, 배압 밸브(143)를 구동하는 스텝핑 모터의 1 스텝에 상당하는 개방도씩 축차 밸브 개방됨에 수반하여, 전압 VMEi가 전압 상승으로 추이하였다고 스텝 S245에서 긍정 판정하면, 이 긍정 판정을 내렸을 때의 축차 밸브 개방 시의 스텝 S235에서의 적산 밸브 개방 스텝 수에 대응하는 개방도, 혹은 긍정 판정을 내리기 하나 전의 축차 밸브 개방시의 스텝 S235에서의 적산 밸브 개방 스텝 수에 대응하는 개방도를, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 기억한다(스텝 S250). 그리고, 배압 밸브(143)를, 이 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로 유지한 채, 소정 시간에 걸쳐서 연료 전지(100)에 공기를 계속 공급하고 나서(스텝 S255), 본 루틴을 종료한다. 또한, 스텝 S255에서의 공기 공급 시, 제어부(200)는, 수소 가스에 대해서도 스텝 S215에서 공급한 공급량으로 가스 공급을 계속한다. 이하, 스텝 S235 내지 S250에 이르는 처리에서 일어나는 현상에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 도 6은 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb와 축차 밸브 개방 스텝 수의 관계가, 배압 밸브(143)의 개체차에 의해 상이함을 나타내는 설명도, 도 7은 배압 밸브(143)의 축차 밸브 개방에 수반되는 전압 VMEi의 거동을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
우선, 배압 밸브(143)를 설계상의 완전 폐쇄 개방도로 하는 기계적 완전 폐쇄 개방도에 대하여, 도 6을 이용하여 설명한다. 배압 밸브(143)의 개방도가 기계적 완전 폐쇄 개방도인 것을, 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터 스텝 수와 관련지으면, 기계적 완전 폐쇄 개방도는, 도 6에 있어서 「개방도 0 범위」라고 기재되어 있는 영역에 속하는 스텝 수에 포함된다. 이 범위는, 스텝핑 모터의 스텝 수로부터 환산되는 개방도로서는, 도시한 개방도 Xa보다 작은 범위로 된다. 배압 밸브(143)를 이 기계적 완전 폐쇄 개방도(스텝 S225)로부터 스텝핑 모터의 1 스텝에 상당하는 개방도씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방을 계속하여도(스텝 S235), 도 6에 도시한 바와 같이, 「개방도 0 범위」에서는, 산소 공급량은 0인 상태 그대로이다. 이 범위에서는, 배압 밸브(143)를, 기계적 완전 폐쇄 개방도로부터 배압 밸브(143)를 개방 방향으로 구동하여도, 배압 밸브(143)에 있어서의 가스 통과 유효단면적은 0인 상태 그대로이다. 이것은, 배압 밸브(143)는, 시일 부재를 내장하고, 이 시일 부재가 아직 압축되어 있기 때문에 가스 통과 단면적의 실질상, 제로와 동등하기 때문이다. 축차 밸브 개방의 실행 횟수(스텝 수 Si)가 증가해서 개방도 Xa로 되면, 시일 부재의 압축은 풀리고, 가스 통과 유효 단면적이 제로 이상으로 되어 산소 공급이 시작된다. 이때의 개방도 Xa는, 연료 전지(100)의 캐소드에 실제로 산소가 공급되는 개방도이며, 기계적 완전 폐쇄 개방도로부터 탈출한 개방도이지만, 스텝핑 모터의 1 스텝 정도의 상이밖에 없고, 기계적 완전 폐쇄 개방도와 거의 동등하다. 이 개방도 Xa 이상으로 되도록 축차 밸브 개방의 실행 횟수(스텝 수 Si)가 증가하면, 캐소드에 공급되는 산소량도 증가한다. 이러한 공급량의 증가 당초에는, 스텝 S225에서 배압 밸브(143)가 완전 폐쇄 구동되었을 때보다도 산소량의 증가를 초래하지만, 그 증가분은, 도 3에 도시한 산소 결핍 영역 A에 속하는 소량의 산소량에 상당하고, 이 공급 증가 산소량은 투과 수소의 전부를 산화시킬 수 있는 당량비 1 상당의 산소량에는 달하지 않는다. 그러나, 캐소드에의 산소 공급은 서서히라도 계속되고 있기 때문에, 도 7에 도시한 바와 같이, OCV는, 스텝 S230에서 계측한 전압 VME0인 상태 그대로 추이하지만, 잔류 수소의 산화 진행에 수반하여 산소가 부족하게 되면, 전압 VME0은 서서히 저하된다.
그리고, 개방도 Xa 이상으로 되도록 어느 정도의 스텝 수만큼 축차 밸브 개방의 실행 횟수(스텝 수 Si)가 증가하면, 공급 증가 산소량이 투과 수소의 전부를 산화시킬 수 있는 당량비 1 상당의 산소량에 달하고, 이 이후에 있어서는, OCV는, 도 7에 도시한 바와 같이, 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환된다. OCV가 상승으로 전환된 타이밍에서의 개방도 Xb는, 투과 수소의 전부를 산화시킬 수 있는 당량비 1 상당의 산소량 공급을 일으키는 점에서, 반응장적 완전 폐쇄 개방도라 불린다. 도 6, 도 7에 도시한 개방도 Xb는, 도 5의 반응장적 완전 폐쇄 개방도 설정 처리에 있어서의 스텝 S250의 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에 상당한다. 그런데, 축차 밸브 개방은, 1 스텝 수에 상당하는 개방도씩 배압 밸브(143)를 밸브 개방시키지만, 밸브 개방후의 개방도가 OCV의 상승 추이를 초래하는 타이밍에서의 개방도 Xb와 완전히 일치할 수도 있는 외에, 도 6에 개략적에 나타낸 바와 같이, 개방도 Xb가 Si회째의 축차 밸브 개방의 개방도와 Si+1회째의 축차 밸브 개방의 개방도의 사이에 끼워질 수도 있다. 이러한 점을 고려하여, 스텝 S250에서는, 전술한 바와 같이, OCV가 상승으로 전환되었다고 긍정 판정한 타이밍까지 적산된 적산 밸브 개방 스텝 수(Si+1)에 대응하는 개방도, 혹은, 긍정 판정을 내리기 하나 전의 축차 밸브 개방 시의 적산 밸브 개방 스텝 수(Si)에 대응하는 개방도를, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 기억한다. 기억된 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb는, 이하에 설명하는 간헐 운전 모드의 제어에 있어서, 필요에 따라 배압 밸브(143)의 제어에 사용된다. 스텝 S250에서는, 이 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb와 함께, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb가 얻어졌을 때의 전압 VME0에 대해서도, 이 전압 VME0을 대비 기준 개회로 전압 OCMs로 하여, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb와 함께 기억한다. 또한, 적산 밸브 개방 스텝 수(Si+1)에 대응하는 개방도와, 이보다 하나 전의 적산 밸브 개방 스텝 수(Si)에 대응하는 개방도는, 1 스텝 수분의 개방도 차이만큼 상이하지만, 그 상이 개방도는 작으므로, 상기의 임의의 개방도를 기억하도록 하였다. 이렇게 해서 기억한 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb는, 「요약」에 기재한 「조정 기준 개방도」에 상당한다.
이와 같이 하여 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 구하는 전제로서, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)에서는, 스텝 S225에 있어서 배압 밸브(143)를 앞에서 설명한 기계적 완전 폐쇄 개방도까지 밸브 폐쇄하지만, 반응장적 완전 폐쇄 개방도인 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 설계나 시험 등인 정도로 예상하는 것도 가능하다. 이러한 경우에서는, 기계적 완전 폐쇄 개방도 대신에 예상된 반응장적 완전 폐쇄 개방도(이하, '예상 반응장적 완전 폐쇄 개방도'라고 함)보다도 폐쇄측에서 도 6의 개방도 0 범위라고 기재되어 있는 영역에 포함되는 소정의 밸브 폐쇄측 개방도로, 배압 밸브(143)를 조정하여도 된다. 이때, 실제의 반응장적 완전 폐쇄 개방도는, 예상 반응장적 완전 폐쇄 개방도와 크게 상이할 가능성도 있기 때문에, 그와 같은 가능성을 고려한 경우에는 폐쇄측의 소정의 개방도는 예상 반응장적 완전 폐쇄 개방도보다도 충분히 폐쇄측으로 하는 것이 바람직하다. 이것을 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터 스텝 수로 설명하면 배압 밸브(143)를 도 6에 도시한 스텝 수 S0 내지 S3보다 많은 스텝 수이면서, 예상 반응장적 완전 폐쇄 개방도보다도 충분히 폐쇄측의 개방도에 해당하는 스텝 수만큼, 배압 밸브(143)를 밸브 폐쇄측으로 구동하게 된다.
도 4의 스텝 S115에 있어서, 반응장적 완전 폐쇄 개방도가 기억되어 있다고 긍정 판정하면, 제어부(200)는, 기억이 완료된 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 학습 설정 처리를 실행한다(스텝 S300). 도 8은 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 학습 설정 처리를 나타내는 흐름도이다. 이 기억이 완료된 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 학습 설정 처리에서는, 우선, 제어부(200)는, 학습 실행 스팬을 설정하기 위한 카운터 n을 값 1만큼 인크리먼트하고(스텝 S302), 인크리먼트 후의 카운터 n이 학습 실행 스팬 규정 카운터값 Mn보다 커지게 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S304). 여기서 부정 판정하면, 현시점에서는, 기억이 완료된 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 학습 설정의 타이밍이 아니라고 하여, 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 학습 처리를 아무것도 행하지 않고, 스텝 S120으로 이행한다. 그 한편, 스텝 S304에서 긍정 판정하면, 기억이 완료된 반응장적 완전 폐쇄 개방도를 학습 설정하기 위해, 앞에서 설명한 스텝 S200과 마찬가지로, DC/DC 컨버터(104)(도 1 참조)에서 모터(170) 등의 각종 부하와의 전기적인 접속을 차단하여, 연료 전지(100)를 부하 차단 상황으로 한다(스텝 S305). 계속해서, 제어부(200)는, 도 5에 도시한 반응장적 완전 폐쇄 개방도의 설정 처리에 있어서의 스텝 S250에서 기억한 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb와, 이 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb가 얻어졌을 때의 전압 VME0인 대비 기준 개회로 전압 OCMs를 판독하고(스텝 S310), 배압 밸브(143)의 개방도를 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로 설정한다(스텝 S320). 이때, 제어부(200)는, 현 시점에서의 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터를 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에 대응하는 스텝까지 구동한다.
계속해서, 제어부(200)는, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로 설정했을 때의 연료 전지(100)의 각 셀의 개회로 전압 OCVXb를 전압 센서(102)(도 1)로부터 판독하고(스텝 S330), 이 전압 OCVXb와 대비 기준 개회로 전압 OCMs의 차분 전압의 절댓값을 소정의 임계값 전압 β와 대비한다(스텝 S340). 이 임계값 전압 β는, 소정 기간에 있어서 배압 밸브(143)에 허용되는 구동 상황 차이에 의해 발생하는 가스 공급의 어긋남을 예측해서 설정되어 있다. 그리고, 스텝 S340에서, 상기의 차분 전압의 절댓값이 임계값 전압 β 이하라고 긍정 판정하면, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에 어긋남은 없고, 그 학습은 무용하다고 하여, 후술하는 스텝 S370으로 이행한다.
그 한편, 스텝 S340에 있어서, 전압 OCVXb가, 대비 기준 개회로 전압 OCMs보다 임계값 전압 β를 초과해 크다고 판정되면, 제어부(200)는, 어떠한 원인에 의해 배압 밸브(143)의 유효 단면적이 증가해서 지나치게 개방되었다고 하여, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 1 스텝 줄인 개방도로 갱신하여 기억한다(스텝 S350). 또한, 스텝 S340에서 전압 OCVXb가 대비 기준 개회로 전압 OCMs보다 임계값 전압 β를 초과해 작다고 판정되면, 제어부(200)는, 어떠한 원인에 의해 배압 밸브(143)의 유효 단면적이 줄어서 지나치게 폐쇄되었다고 하여, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 1 스텝 가산한 개방도로 갱신하여 기억한다(스텝 S360). 즉, 스텝 S350과 스텝 S360에 의해, 제어부(200)는, 기억이 완료된 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로 설정했을 때의 OCVXb와 대비 기준 개회로 전압 OCMs의 차분 전압이 작아지게 되는 측으로, 기억이 완료된 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 보정하고, 보정 후의 개방도를 새로운 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 갱신하여 기억한다. 스텝 S340 내지 스텝 S360의 처리 후, 제어부(200)는, 카운터 n에 값 0을 세트하여 이것을 클리어하고(스텝 S370), 후술하는 스텝 S120으로 이행한다.
상기한 스텝 S300에 계속해서, 제어부(200)는, 도 4에 도시한 스텝 S120의 처리로 이행하고, 현시점에서 실행 중인 간헐 운전 제어 처리가, 연료 전지 시스템(30)이 도시하지 않은 이그니션 스위치의 조작 후에 비로소 실행되는 간헐 운전 제어 처리 루틴인지 여부를 판단한다. 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 비로소 실행되는 처리라고 판단되면, 제어부(200)는, 배압 밸브(143)의 개방도를, 스텝 S250에서 설정한 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb 혹은 스텝 S350, S360에서 갱신 기억된 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에 합치한 개방도로 하고, 배압 밸브(143)를 반응장적 완전 폐쇄 상태로 한다(스텝 S170). 그리고, 전압 센서(102)로부터, 연료 전지(100)의 전압값 Vme를 취득한다(스텝 S175).
반응장적 완전 폐쇄 상태란, 도 3에 있어서의 산소 결핍 영역 A와 당량비 1 상당 영역 B의 경계에 상당하는 산소량을 공급 가능하게 되는, 배압 밸브(143)의 밸브 개방 상태를 의미한다. 즉, 연료 전지(100)가 발전을 정지하고 있을 때 전해질막을 투과하는 수소의 산화에 요하는 양의 산소가, 연료 전지(100)에 대하여 공급되는, 배압 밸브(143)의 밸브 개방 상태를 의미한다. 따라서, 스텝 S170에서 배압 밸브(143)를 반응장적 완전 폐쇄 상태로 하면, 연료 전지(100)에 공급되는 산소량이 크게 감소한다. 본 실시 형태에서는, 반응장적 완전 폐쇄 상태가 되는 배압 밸브(143)의 개방도가, 전술한 바와 같이 미리 설정되고, 필요에 따라 더 학습되어, 제어부(200) 내의 메모리에 기억되어 있다.
스텝 S120에 있어서, 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 비로소 실행되는 처리라고 판단될 때, 즉, 통상 운전 모드로부터 간헐 운전 모드로 전환되기 직전에는, 연료 전지(100)에 대하여 과잉량의 산소가 공급되고 있다. 그로 인해, 스텝 S170의 후에 즉시 연료 전지(100)의 발전을 정지하면, 연료 전지(100)의 OCV가 허용할 수 없을 정도로 커지게 될 가능성이 있다. 따라서, 스텝 S170의 후에는, 예를 들어, 연료 전지(100)의 출력 전압이 허용할 수 있는 상한값 이하로 되는 상태에서, 연료 전지(100)의 발전을 계속하여도 된다. 연료 전지(100)의 발전을 계속시키는 경우에는, 연료 전지(100)의 캐소드측 유로 내의 산소량은, 발전에 의해 소비되어 급격하게 감소한다. 그로 인해, 연료 전지(100)의 출력 전류는 점차 작아진다. 이와 같이 연료 전지(100)의 출력 전류가 어느 정도 작아지게 되면, DC/DC 컨버터(104)가 구비하는 다이오드의 작용에 의해, 연료 전지(100)로부터 부하로의 전력 공급이 차단되어, 연료 전지(100)는 발전을 정지한다.
스텝 S170의 후, 연료 전지(100)가 발전을 정지하는 경우에는, 전해질막을 투과한 수소가 캐소드 상에서 산화됨으로써, 연료 전지(100)의 캐소드측 유로 내의 산소량은 빠르게 감소한다. 이와 같이 연료 전지(100) 내의 산소량이 감소함으로써, 발전 정지 후의 연료 전지(100)의 OCV는, 허용할 수 있는 상한값의 근방으로까지 저하되고, 연료 전지(100)의 발전 정지 상태가 더 계속되면, 연료 전지(100)의 OCV는, 상기 상한값 이하로까지 저하된다.
스텝 S175에 있어서 제어부(200)는, 연료 전지(100)가 발전 중이면, 연료 전지(100)의 출력 전압을 취득하고, 연료 전지(100)가 발전 정지중이면, 연료 전지(100)의 OCV를 취득한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 전압값 Vme는, 전압 센서(102)가 검출한 스택 전체의 전압값을, 스택이 구비하는 셀 수로 나눈 평균 셀 전압이다.
스텝 S175에서 연료 전지(100)의 전압값 Vme를 취득하면, 제어부(200)는, 취득한 전압값 Vme와, 목표 전압 Vmark+α를 비교한다(스텝 S180). 목표 전압 Vmark는, 전술한 바와 같이 제어부(200)의 메모리에 미리 기억되어 있다. 또한 α는, 정의 값이며, 캐소드측 유로에의 공급 산소량의 증가가 때를 맞추지 못해, 연료 전지(100)의 SOC가 목표 전압 Vmark보다도 저하되어버리는 것을 억제하기 위해 설정한 값이다. 전술한 바와 같이, 전압값 Vme는, 연료 전지(100)의 발전 정지 후에 점차 저하되기 때문에, 본 실시 형태에서는, 전압값 Vme가, 목표 전압 Vmark+α 이하로 될 때까지, 스텝 S175에 있어서의 전압값 Vme의 취득과 스텝 S180의 판단을 반복한다.
스텝 S180에 있어서 전압값 Vme가, 목표 전압 Vmark+α 이하로 되었다고 판단하면, 제어부(200)는, 배압 밸브(143)의 개방도가, Vmark를 실현하기 위한 개방도로서 미리 기억한 개방도가 되도록, 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터에 구동 신호를 출력하고(스텝 S190), 본 루틴을 종료한다. 즉, 연료 전지(100)에 공급하는 산소량을, 반응장적 완전 폐쇄 상태에 대응하는 산소량으로부터, 상기 목표 전압 Vmark를 실현하기 위한 개방도에 대응하는 산소량으로 증가시킨다.
여기서, 전압값 Vme가 저하되어 목표 전압 Vmark에 도달한 후에 공급 산소량을 증가시키면, 원하는 양의 산소가 캐소드에 도달할 때까지 연료 전지(100)의 전압이 더 저하되어, Vmark를 하회할 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 평균 셀 전압에 상당하는 전압 Vme가 목표 전압 Vmark+α까지 저하된 타이밍에 공급 산소량을 증가시키기 위해서, 연료 전지(100)의 전압이 목표 전압 Vmark보다도 저하되어버리는 것을 억제할 수 있다. 상기 α의 값은, 배압 밸브(143)를 구동할 때의 응답성이나, 공급량을 증가한 산소가 캐소드에 도달할 때까지의 시간을 고려하여, 적절히 설정하면 된다. 산소가 캐소드에 도달할 때까지의 시간은, 예를 들어, 캐소드측 유로에 있어서의 유로 저항이나 유로 길이의 영향을 받는다.
스텝 S120에 있어서, 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 비로소 실행되는 처리가 아닌, 즉, 배압 밸브(143)의 개방도 제어가 이미 개시되었다고 판단하면, 제어부(200)는, 전압 센서(102)로부터, 연료 전지(100)의 전압값 Vme를 취득한다(스텝 S130). 스텝 S130에서 전압값 Vme를 취득할 때에는, 연료 전지(100)는 이미 발전을 정지하였기 때문에, 스텝 S130에서는 연료 전지(100)의 개회로 전압 OCV를 취득하게 된다.
스텝 S130에서 전압값 Vme를 취득한 후, 제어부(200)는, 취득된 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한다(스텝 S150). 비교의 결과, 전압값 Vme가, 목표 전압 Vmark에 비하여 제1 값 이상 높고, 전압 상승 상태에 해당하는 경우에는, 제어부(200)는, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 작게 함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 감소시키고 나서(스텝 S160), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S150에 있어서의 비교의 결과, 전압값 Vme가, 목표 전압 Vmark에 비하여 제2 값 이상 낮게, 전압 저하 상태에 해당하는 경우에는, 제어부(200)는, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 크게 함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 증가시키고 나서(스텝 S162), 본 루틴을 종료한다. 비교 결과, 상기한 전압 상승 상태 및 전압 저하 상태의 어느 쪽에도 해당하지 않고, 전압 유지 상태에 해당하는 경우에는, 제어부(200)는, 비발전 상태에서, 현재의 배압 밸브(143)의 개방도를 유지함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 유지하고 나서(스텝 S164), 본 루틴을 종료한다.
본 실시 형태에서는, 스텝 S160에서 배압 밸브(143)의 개방도를 작게 할 때, 및 스텝 S162에서 배압 밸브(143)의 개방도를 크게 할 때에는, 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터 구동량을, 개방도가 1 스텝분 변경되는 양으로 하고 있다. 즉, 배압 밸브(143)의 개방도를 변경할 때의 최소 단위에 의해, 개방도를 변경하고 있다. 이에 의해, 연료 전지(100)의 전압 변동은 억제된다. 원래부터, 배압 밸브(143)에 있어서의 1회당 개방도의 변경량은, 2 스텝분 이상으로 설정하여도 된다.
또한, 스텝 S160에서 산소량을 감소시키는 판단에 사용한 제1 값과, 스텝 S162에서 산소량을 증가시키는 판단에 사용한 제2 값은, 상이한 값이어도 되며, 동일한 값이어도 된다. 제1 및 제2 값은, 정의 값이면 되며, 배압 밸브(143)에 입력되는 구동 신호에 대한 산소 유량 변화의 응답성 등을 고려하여, 임의로 설정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 모터(170) 등의 부하의 전기적인 접속이 차단된 부하 차단 상황에 있어서 연료 전지(100)를 운전함에 있어서, 캐소드로의 공기 공급(산소 공급)을 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄로 함으로써 일단 정지하고, 그 후에, 배압 밸브(143)를 1 스텝 수씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방 처리를 행한다(스텝 S235). 그리고, 이 축차 밸브 개방마다 계측한 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi가, 도 7에 예시한 바와 같이, 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되면 전압 VMEi가 상승으로 전환되었다고 판정했을 때의 축차 밸브 개방시의 적산 밸브 개방 스텝 수 Si+1에 대응하는 개방도, 혹은, 긍정 판정을 내리기 하나 전의 축차 밸브 개방 시의 적산 밸브 개방 스텝 수 Si에 대응하는 개방도를, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 기억한다(스텝 S250). 이 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb는, 애노드부터 캐소드로 투과한 투과 수소를 과부족 없이 산화시킬 수 있는 당량비 1 상당의 산소량 공급을 초래한다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 이와 같은 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를, 비발전 상황에 있어서 연료 전지(100)를 운전할 때의 개회로 전압 OCV가 목표 전압 Vmark로 되도록, 연료 전지(100)에 공급하는 산소량을 조절하고 있다. 이 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에서 캐소드측의 유량을 배압 밸브(143)에서 제어하고 있는 상황은, 연료 전지(100)가 비발전 상황이며, 애노드측에 잔존하거나 혹은 공급되어 있는 수소량도 소량이므로, 투과 수소와 당량비 1로 산소를 캐소드로 유도하는 공기 유량도 저유량으로 된다. 이러한 점에서, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)에 의하면, 목표 전압 Vmark를 사용하여, 배압 밸브(143)를, 기억한 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로 제어함으로써, 연료 전지(100)의 계측 전압의 거동을 이용한 산화 가스의 미세한 유량 조정을 도모할 수 있다.
본 실시예의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 구함에 있어서, 배압 밸브(143)를 스텝핑 모터의 1 스텝씩 밸브 개방하도록 축차 밸브 개방하였다(스텝 S235). 따라서, 본 실시예의 연료 전지 시스템(30)에 의하면, 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi가 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되도록 축차 밸브 개방할 때 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi가 예를 들어 0볼트와 같은 저전압까지 저하되지 않도록 가능하므로, 연료 전지(100)에 있어서의 촉매의 열화를 회피할 수 있다. 이 경우, 축차 밸브 개방을 2 스텝 수나 3 스텝 수씩의 축차 밸브 개방로 하는 것도 가능하며, 이러한 복수 스텝 수에서의 축차 밸브 개방이더라도, 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi가 과도하게 저하되지 않도록 가능하다. 또한, 복수 스텝 수에서의 축차 밸브 개방의 경우, 밸브 개방 속도를 맞춰서 조정 등을 함으로써, 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi의 과도한 저하를 보다 확실하게 회피할 수 있다.
본 실시예의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb가 소정 시간에 걸쳐서 유지되도록, 배압 밸브(143)를 제어한다(스텝 S255). 따라서, 본 실시예의 연료 전지 시스템(30)에 의하면, 모터(170) 등의 부하와 전기적인 접속이 차단된 부하 차단 상황에 있어서의 캐소드 촉매의 용출이나 환원을 억제하여, 촉매의 안정화를 도모하는 것이 가능하게 되고, 그 후의, 연료 전지(100)의 발전 운전에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있다.
본 실시예의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 구하기 위해서, 배압 밸브(143)를 1 스텝씩 축차 밸브 개방하고 있으며, 이 1 스텝씩의 밸브 개방을, 투과 수소의 산화에 수반되는 전압 변화가 전압 센서(102)에 의해 검출되는 시간을 확보하는 간격으로 행하도록 하였다. 따라서, 본 실시예의 연료 전지 시스템(30)에 의하면, 배압 밸브(143)를 축차 밸브 개방하는 것에 수반되는 전압 변화가 전압 센서(120)에 의해 계측되기 이전에, 다음 축차 밸브 개방이 행해지는 사태를 회피할 수 있으므로, 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi의 거동을 정확하게 파악할 수 있어, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 제어할 때의 정밀도도 높아진다.
본 실시예의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 보수 점검 시 등에 있어서의 개방도 설정 처리에 있어서 설정하는 외에, 차량 주행 과정에 있어서의 간헐 운전 제어 처리에 있어서도, 학습하고, 갱신되어 있다. 따라서, 다음의 이점이 있다. 배압 밸브(143) 등의 기계 부품에는, 통상, 기능 확보하기 위해 허용되는 개체 차가 있음과 함께, 그 기능에 대해서도, 경년변화를 일으킨다. 배압 밸브(143)에 대해서 설명하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 기계적 완전 폐쇄 개방도인 개방도 Xa나 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb는, 도면에 도시한 바와 같은 범위에 있어서 개체 차가 존재하고, 동일한 배압 밸브(143)에 있어서도, 경년변화에 의해, 도시한 범위에서의 어긋남은 발생할 수 있다. 본 실시예의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 보수 점검 시 등에 있어서의 개방도 설정 처리에 있어서 설정함과 함께, 차량 주행 과정에 있어서의 간헐 운전 제어 처리에 있어서도, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 학습해서 재설정하므로(스텝 S300), 개체 차에 기초한 제어의 어긋남이나, 경년변화의 영향을 고려한 배압 밸브(143)의 구동 제어를 도모할 수 있다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 도 4에 도시한 간헐 운전 모드의 실행 과정에 있어서, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 학습 보정하지만(도 8의 스텝 S350 내지 S360), 배압 밸브(143)의 구동을 수반하는 이 학습 보정에 대해서는, 카운터 n이 학습 보정을 실행하는 스팬을 규정하는 카운터값 Mn에 달하는 타이밍에 행한다. 따라서, 간헐 운전 모드의 실행 시에 있어서 , 배압 밸브(143)를 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에 구동하는 빈도를 적정하게 조정할 수 있다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)에 의하면, 부하 요구가 미리 설정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 연료 전지(100)를 발전시키지 않고, 연료 전지(100)에 있어서의 고전위 상태를 회피할 수 있다. 그로 인해, 요구되지 않은 과잉 발전을, 고전위 상태를 회피하기 위해서만 행할 필요가 없으며, 발전한 전력을, 일단 2차 전지에 축적하는 등에 기인해서 연료 전지 시스템(30)의 에너지 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 2에 도시한 IV 특성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 연료 전지(100)의 발전을 정지함으로써 연료 전지가 높은 개회로 전압 OCV를 나타내는 것을 회피하는 방법으로서, 연료 전지(100)의 출력 전압이 허용할 수 있을 정도의 고전압 V1로 되도록, 출력 전류가 I1로 되는 저출력의 발전을 행하는 방법이 고려된다. 이와 같이 하여 얻어진 잉여의 전력은, 2차 전지(172)에 충전하는 것이 가능하지만, 일단, 2차 전지(172)를 충전한 후에 2차 전지(172)로부터 부하에 대하여 전력을 출력하는 경우에는, 연료 전지(100)로부터 직접 부하에 대하여 전력을 공급하는 경우에 비하여 에너지 효율이 저하된다. 또한, 2차 전지(172)의 용량에는 한도가 있기 때문에, 고전위 회피를 위한 발전량이 많아지면, 고전위 회피를 위한 저출력 발전을 계속할 수 없게 되거나, 차량에 있어서의 브레이킹 시의 회생 전력을 회수할 수 없게 될 가능성이 있다. 그 결과, 연료 전지 시스템에 있어서의 에너지 수지를 적절하게 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 소정의 저부하 상태의 시에는 발전을 정지하면서 고전위 상태를 회피할 수 있기 때문에, 상기와 같은 문제를 회피할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 캐소드측 유로에 대하여 전압 유지를 위해 필요로 하는 양의 산소를 공급할 때에 현재의 연료 전지(100)의 개회로 전압 OCV에 기초하여 배압 밸브(143)의 개방도를 조절함으로써 공급 산소량을 증감하고 있다. 여기서, 연료 전지(100)에 공급하는 공기량, 나아가서는 산소량을 조절하는 방법으로서는, 공급 산소량을 직접 검출하고, 공급 산소량이 원하는 양이 되도록, 공급 산소량을 변경하는 방법도 생각된다. 그러나 이 경우에는, 캐소드측 유로에 공급되는 산소량을 검출하기 위한 유량계, 예를 들어 공기량을 검출하기 위한 에어 플로우미터를 설치할 필요가 생기게 된다. 본 실시 형태에서는, 이러한 에어 플로우미터를 설치할 필요가 없어, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 캐소드측 유로에 공급하는 공기의 유로를 분류하고, 배압 밸브(143)의 개방도에 의해 공급 산소량을 제어하고 있기 때문에, 공급 산소량의 제어를 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 공급 산소량의 증감을, 컴프레서(130)의 구동량의 증감에 의해 행하는 방법도 고려된다. 이러한 경우에, 컴프레서(130)는, 가장 부하 요구가 작아질 때부터 가장 부하 요구가 커질 때까지 대응가능한 유량 레인지의 큰 컴프레서를 사용해서 실현해도 되지만, 미소한 유량에 대응한 컴프레서를 별도 설치해서 조정하여도 된다. 본 실시 형태에서는, 이러한 컴프레서를 더 형성하지 않고, 고정밀도로 미소한 공기 유량의 제어를 실현하고 있다. 원래부터, 미소한 유량에 대응한 컴프레서를 별도 설치하는 등, 다른 방법에 의해 공급 산소량을 조절하고, 전압값 Vme를 목표 전압 Vmark에 접근하는 제어를 행하여도 된다. 또는 분배 밸브(144)에 있어서의 공기의 분배 상태를 가변하여, 전술한 제어를 행하여도 된다. 이 경우에도, 발전을 정지하면서 고전위를 회피할 수 있다는 본 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
본 발명은, 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중 기술적 특징에 대응하는 실시 형태의 기술적 특징은, 전술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 혹은, 전술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해서, 적절히 바꾸기나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 연료 전지(100)의 캐소드에의 공기 공급을 도모할 때의 유량 조정을, 배압 밸브(143)의 개폐 구동에 의한 배압 조정을 거쳐서 행하도록 하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 분배 밸브(144)의 분배량 조정을 병용하거나, 연료 전지(100)에의 입구측 유로인 제2 공기 유로(145)에 유량 조정 밸브로서의 스로틀 밸브를 설치하는 외에, 출구부와 입구부의 양쪽에 스로틀 밸브를 설치하여도 된다. 캐소드에 공급되는 산소량을 조절 가능한 유량 조정 밸브를 설치하면, 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를, 연료 전지(100)의 전압 VMEi가 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되었다고 판정했을 때의 적산 밸브 개방 스텝 수(Si+1)에 대응하는 개방도, 혹은, 그 하나 전의 적산 밸브 개방 스텝 수(Si)에 대응하는 개방도 중 어느 하나로 하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연료 전지(100)의 전압 VMEi가 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되었다고 판정했을 때의 적산 밸브 개방 스텝 수(Si+1)보다 하나 후의 적산 밸브 개방 스텝 수(Si+2)에 대응하는 개방도를, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 기억하여도 된다. 즉, 연료 전지(100)의 전압 VMEi가 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍을 포함한 전후의 소정 수의 타이밍에 이루어진 축차 밸브 개방의 유량 조정 밸브의 개방도 중, 전압 VMEi가 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍 바로 그 자체일 때의 배압 밸브(143)의 개방도의 차가 소정의 범위에 들어가 있으면, 어느 하나의 타이밍에 이루어진 축차 밸브 개방에서의 배압 밸브(143)의 개방도를 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 규정하여도 된다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 규정함에 있어서, 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄까지 구동하였지만, 축차 밸브 개방의 계속에 수반되는 OCV의 상승 추이를 파악할 수 있는 것이면, 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄 전의 규정 개방도까지 밸브 폐쇄 구동하고, 그 후에, 축차 밸브 개방을 행하도록 하여도 된다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 규정함에 있어서, 배압 밸브(143)를 축차 밸브 개방하도록 하였지만, 배압 밸브(143)를 일단, 완전 개방의 측으로 밸브 개방 구동한 후에, 1 스텝 수씩의 축차 밸브 폐쇄를 행하도록 하여도 된다. 이와 같이 축차 밸브 폐쇄를 행할 때에는, 연료 전지(100)의 개회로 전압 VMEi가 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강승으로 전환되었다고 판정했을 때의 스텝핑 모터 적산 밸브 개방 스텝 수나, 그 하나 전, 혹은 그 하나 후의 적산 밸브 개방 스텝 수에 대응하는 개방도를, 당량비 1 상당의 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 기억하면 된다. 이 경우에도, 개회로 전압 VMEi가 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍 바로 그 자체일 때의 배압 밸브(143)의 개방도와의 차가 소정의 범위에 들어가 있으면, 어느 하나의 타이밍에 이루어진 축차 밸브 폐쇄에서의 배압 밸브(143)의 개방도를 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb로서 규정하여도 된다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 도 4에 도시한 간헐 운전 모드의 실행 과정에서 부하 요구로부터의 조건이 성립하면(스텝 S110 긍정 판정), 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 설정하지만(도 5의 스텝 S200), 다음과 같이 하여도 된다. 예를 들어, 부하 요구로부터의 조건이 성립하여도, 도 4에 도시한 간헐 운전 모드의 실행 과정에서 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 학습 보정하고 나서의 경과 시간이 짧은 경우에는, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb의 재설정을 행하지 않도록 하여도 된다. 이 경과 시간이 짧으면, 배압 밸브(143)의 시일 부재에 경시적인 경화 등은 일어나기 어려우므로, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb에 큰 차는 발생하지 않는다고 상정된다. 이러한 경우에 개방도 재설정을 생략하면, 제어부(200)의 연산 부하를 경감할 수 있다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)은, 도 4에 도시한 간헐 운전 모드의 실행 과정에서 부하 요구로부터의 조건이 성립되면(스텝 S110 긍정 판정), 반응장적 완전 폐쇄 개방도에 대해서도 이것이 기억이 완료되면, 스텝 S300의 일련 처리에서 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 학습하여 갱신하지만, 다음과 같이 하여도 된다. 도 4에 도시한 간헐 운전 모드의 실행 과정에 있어서의 스텝 S150에서는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 비교 결과에 따라서, 배압 밸브(143)를 1 스텝씩 축차적으로 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄한다. 따라서, 이러한 축차 밸브 개방 혹은 축차 밸브 폐쇄일 때마다 전압값 Vme의 추이를 파악하면서, 스텝 S150과 그 이후의 스텝 S160 내지 스텝 S162에서, 배압 밸브 밸브 개방 개방도 Xb를 학습해서 기억, 즉 갱신 설정하도록 하여도 된다.
20: 연료 전지 차량
22: 차체
30: 연료 전지 시스템
100: 연료 전지
102: 전압 센서
104: DC/DC 컨버터
110: 수소 탱크
120: 수소 가스 공급부
121: 수소 공급 유로
122: 순환 유로
123: 수소 방출 유로
124: 개폐 밸브
125: 감압 밸브
126: 수소 공급 기기
127: 순환 펌프
128: 압력 센서
129: 개폐 밸브
130: 컴프레서
140: 공기 공급부
141: 제1 공기 유로
142: 공기 방출 유로
143: 배압 밸브
144: 분배 밸브
145: 제2 공기 유로
146: 제3 공기 유로
147: 유량 센서
170: 모터
172: 2차 전지
174: DC/DC 컨버터
178: 배선
180: 액셀러레이터 개방도 센서
200: 제어부

Claims (8)

  1. 연료 전지의 캐소드에 산화 가스를 공급 할 때의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브의 제어 방법이며,
    상기 연료 전지로부터 전력의 공급을 받는 부하와 상기 연료 전지와의 전기적인 접속이 차단된 부하 차단 상황에 있어서, 상기 유량 조정 밸브를 완전 폐쇄의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방과, 상기 유량 조정 밸브를 완전 개방의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 폐쇄하는 축차 밸브 폐쇄 중 어느 하나를 계속해서 행함으로써 상기 캐소드로 유도되는 상기 산화 가스의 공급량을 축차적으로 변화시켜서, 상기 연료 전지가 구비하는 전해질막을 애노드의 측으로부터 상기 캐소드의 측으로 투과한 수소를 상기 유도한 상기 산화 가스의 산소로 산화시키는 제1 공정과,
    상기 축차 밸브 개방 혹은 상기 축차 밸브 폐쇄가 이루어질 때마다, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 계측하는 제2 공정과,
    상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 공정에서 이루어진 상기 축차 밸브 개방에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도, 및 상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 공정에서 이루어진 상기 축차 밸브 폐쇄에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도 중 어느 한쪽을, 조정 기준 개방도로서 기억하는 제3 공정
    을 구비하는, 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 축차 밸브 개방을 행할 때의 상기 소정 개방도씩의 밸브 개방량 혹은 밸브 개방 간격이, 상기 계측 전압이 소정의 저전압까지 저하되지 않도록 조정되어 있는, 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 공정에서는, 상기 조정 기준 개방도로서 기억한 상기 유량 조정 밸브의 개방도가 소정 시간에 걸쳐서 유지되도록, 상기 유량 조정 밸브를 제어하는, 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 공정에서 기억한 상기 조정 기준 개방도를 갱신 기억하는 제4 공정을 구비하고,
    상기 제3 공정에서는,
    상기 조정 기준 개방도를 기억했을 때의 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 대비 기준 개회로 전압으로 하여, 상기 조정 기준 개방도와 함께 기억하고,
    상기 제4 공정은,
    상기 연료 전지를 상기 부하 차단 상황으로 한 다음에, 상기 유량 조정 밸브의 개방도를 상기 제3 공정에서 기억이 완료된 기억 조정 기준 개방도로 설정하고, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 비교 개회로 전압으로 하여 계측하고, 상기 비교 개회로 전압을 상기 대비 기준 개회로 전압과 비교하는 비교 공정과,
    상기 비교 공정에서의 비교 결과에 의해 얻어진 상기 비교 개회로 전압과 상기 대비 기준 개회로 전압의 차분 전압이 작아지는 측으로, 상기 기억 조정 기준 개방도를 보정하고, 상기 보정 후의 개방도를 새로운 조정 기준 개방도로서 갱신하여 기억하는 보정 공정
    을 구비하는, 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법.
  5. 유량 조정 장치이며,
    연료 전지의 캐소드에 공급하는 산화 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브와,
    상기 연료 전지로부터 전력의 공급을 받는 부하와 상기 연료 전지와의 전기적인 접속이 차단되어, 상기 연료 전지를 부하 차단 상황으로 하는 접속 차단부와,
    상기 연료 전지의 개회로 전압을 계측하는 전압 계측부와,
    상기 부하 차단 상황에 있어서, 상기 유량 조정 밸브를 개폐 구동 제어하는 밸브 제어부
    를 구비하고,
    상기 밸브 제어부는,
    상기 유량 조정 밸브를 완전 폐쇄의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 개방하는 축차 밸브 개방과, 상기 유량 조정 밸브를 완전 개방의 측으로부터 소정 개방도씩 밸브 폐쇄하는 축차 밸브 폐쇄 중 어느 하나를 계속해서 행함으로써 상기 캐소드로 유도되는 상기 산화 가스의 공급량을 축차적으로 변화시켜서, 상기 연료 전지가 구비하는 전해질막을 애노드의 측으로부터 상기 캐소드의 측으로 투과한 수소를 상기 유도한 상기 산화 가스의 산소로 산화시키는 제1 제어부와,
    상기 축차 밸브 개방 혹은 상기 축차 밸브 폐쇄가 이루어질 때마다, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 상기 전압 계측부로부터 입수하는 제2 제어부를 구비하고,
    상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 개방의 계속에 수반하여 상승으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 제어부에 의해 이루어진 상기 축차 밸브 개방에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 1개의 개방도, 및 상기 계측된 계측 전압이 상기 축차 밸브 폐쇄의 계속에 수반하여 하강으로 전환되는 타이밍을 포함하는 소정 수의 타이밍에 있어서 상기 제1 제어부에 의해 이루어진 상기 축차 밸브 폐쇄에서의 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나의 개방도 중 어느 한쪽을, 조정 기준 개방도로서 기억하는 제3 제어부
    를 구비한 유량 조정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어부는, 상기 축차 밸브 개방을 행할 때의 상기 소정 개방도씩의 밸브 개방량 혹은 밸브 개방 간격이, 상기 계측 전압이 소정의 저전압까지 저하되지 않도록 조정되어 있는, 유량 조정 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제3 제어부는, 상기 조정 기준 개방도로서 기억한 상기 유량 조정 밸브의 개방도가 소정 시간에 걸쳐서 유지되도록, 상기 유량 조정 밸브를 제어하는, 유량 조정 장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제3 제어부에서 기억한 상기 조정 기준 개방도를 갱신 기억하는 제4 제어부를 구비하고,
    상기 제3 제어부는,
    상기 조정 기준 개방도를 기억했을 때의 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 대비 기준 개회로 전압으로 하여, 상기 조정 기준 개방도와 함께 기억하고,
    상기 제4 제어부는,
    상기 연료 전지를 상기 부하 차단 상황으로 한 다음에, 상기 유량 조정 밸브의 개방도를 상기 제3 제어부에서 기억이 완료된 기억 조정 기준 개방도로 설정하여, 상기 수소의 산화에 수반되는 상기 연료 전지의 개회로 전압을 비교 개회로 전압으로 하여 계측하고, 상기 비교 개회로 전압을 상기 대비 기준 개회로 전압과 비교하는 비교부와,
    상기 비교부에서의 비교 결과에 의해 얻어진 상기 비교 개회로 전압과 상기 대비 기준 개회로 전압의 차분 전압이 작아지는 측으로, 상기 기억 조정 기준 개방도를 보정하고, 상기 보정 후의 개방도를 새로운 조정 기준 개방도로서 갱신하여 기억하는 보정부
    를 구비하는, 유량 조정 장치.
KR1020150149199A 2014-11-15 2015-10-27 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법 및 유량 조정 장치 KR101768333B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014232252A JP6164200B2 (ja) 2014-11-15 2014-11-15 酸化ガスの流量調整弁の制御方法と流量調整装置
JPJP-P-2014-232252 2014-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160058680A KR20160058680A (ko) 2016-05-25
KR101768333B1 true KR101768333B1 (ko) 2017-08-14

Family

ID=54843578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150149199A KR101768333B1 (ko) 2014-11-15 2015-10-27 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법 및 유량 조정 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9799901B2 (ko)
EP (1) EP3021407B1 (ko)
JP (1) JP6164200B2 (ko)
KR (1) KR101768333B1 (ko)
CN (1) CN105609812B (ko)
CA (1) CA2911556C (ko)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6168032B2 (ja) * 2014-11-14 2017-07-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6164199B2 (ja) 2014-11-15 2017-07-19 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび燃料電池の電圧制御方法
JP6512187B2 (ja) * 2016-07-21 2019-05-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2018018942A (ja) * 2016-07-27 2018-02-01 東京エレクトロン株式会社 液処理装置及び液処理方法
JP6667418B2 (ja) * 2016-11-04 2020-03-18 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム
US10249893B2 (en) * 2017-04-26 2019-04-02 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell architectures, monitoring systems, and control logic for characterizing fluid flow in fuel cell stacks
JP6777006B2 (ja) * 2017-05-12 2020-10-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6783188B2 (ja) * 2017-05-25 2020-11-11 愛三工業株式会社 燃料電池システム
US11260761B2 (en) * 2017-08-14 2022-03-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle
JP6911716B2 (ja) * 2017-11-09 2021-07-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP6882222B2 (ja) * 2018-03-26 2021-06-02 Ｅｎｅｏｓ株式会社 水素充填システムの圧力計の故障診断方法及び水素充填システムの圧力計の校正方法
JP7067401B2 (ja) * 2018-10-05 2022-05-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7067402B2 (ja) * 2018-10-05 2022-05-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN109449463A (zh) * 2018-11-02 2019-03-08 浙江晨阳新材料有限公司 一种燃料电池控制装置
JP7156085B2 (ja) * 2019-02-27 2022-10-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
CN111244508B (zh) * 2020-01-16 2021-12-28 深圳市南科动力科技有限公司 一种高响应燃料电池系统控制方法
JP7299196B2 (ja) * 2020-06-12 2023-06-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN112319497B (zh) * 2020-10-22 2022-03-15 黄冈格罗夫氢能汽车有限公司 氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统
US11450871B2 (en) * 2021-02-22 2022-09-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air supply control method to fuel cell system
CN113782789B (zh) * 2021-08-31 2022-03-18 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统阳极压力保护方法
CN113883910B (zh) * 2021-10-19 2023-05-16 攀钢集团西昌钢钒有限公司 控制系统在节流流量计处于死区时控制调节阀的方法
CN114284532B (zh) * 2021-12-22 2023-08-04 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池系统的空气流量计算方法、介质、终端及系统
JP7441880B2 (ja) 2022-03-30 2024-03-01 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004172028A (ja) 2002-11-22 2004-06-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、およびこれを搭載した移動体、および燃料電池システムの制御方法
JP2007280799A (ja) 2006-04-07 2007-10-25 Toyota Motor Corp 燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法
JP2009224313A (ja) 2008-02-18 2009-10-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4925594B2 (ja) 2005-03-22 2012-04-25 ダイハツ工業株式会社 燃料電池装置
JP4577625B2 (ja) * 2007-12-20 2010-11-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004172028A (ja) 2002-11-22 2004-06-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、およびこれを搭載した移動体、および燃料電池システムの制御方法
JP2007280799A (ja) 2006-04-07 2007-10-25 Toyota Motor Corp 燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁開度算出方法
JP2009224313A (ja) 2008-02-18 2009-10-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
CA2911556C (en) 2017-12-05
US9799901B2 (en) 2017-10-24
KR20160058680A (ko) 2016-05-25
CA2911556A1 (en) 2016-05-15
CN105609812A (zh) 2016-05-25
EP3021407B1 (en) 2017-04-05
US20160141684A1 (en) 2016-05-19
JP2016096088A (ja) 2016-05-26
CN105609812B (zh) 2018-01-05
JP6164200B2 (ja) 2017-07-19
EP3021407A1 (en) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101768333B1 (ko) 산화 가스의 유량 조정 밸브의 제어 방법 및 유량 조정 장치
KR101851047B1 (ko) 전원 시스템 및 연료 전지의 전압 제어 방법
KR101768334B1 (ko) 전원 시스템 및 연료 전지의 전압 제어 방법
CN110774905B (zh) 燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法
CN111055698B (zh) 燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法
KR101109715B1 (ko) 연료전지 시스템
JP6225886B2 (ja) 燃料電池システムおよび該システム内の流体の排出方法
EP2678895B1 (en) Controlling pem fuel cell voltage during power transitions and idling
JP4993293B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP5354482B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
CN108630963B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
JP2016096087A5 (ko)
CN109768303B (zh) 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法
US10693160B2 (en) Fuel cell system and method of controlling the same
CA2597570A1 (en) Fuel cell system with voltage detection device
US9070916B2 (en) Method for controlling fuel cell system
US11069911B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2008282778A (ja) 燃料電池システム、および燃料電池の掃気処理方法

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