KR101822717B1 - 연료 전지 시스템, 이동체 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 전지를 탑재하는 차량의 안전성과 유저의 편리성을 확보하는 기술을 제공한다.
이동체에 탑재 가능한 연료 전지 시스템에 있어서, 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구의 개방 지시를 수신했을 때에, 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 연료 전지 시스템이 동작 중인지 여부를 판단한다. 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 연료 전지 시스템이 동작 중이라고 판단되었을 때에, 연료 가스 저장부로부터 셀 스택으로 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 충전구를 개방한다.

Description

연료 전지 시스템, 이동체 및 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM, MOVABLE BODY, AND CONTROL METHOD}
본 발명은 연료 전지 시스템, 이동체 및 제어 방법에 관한 것이다.
전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 차량에는 그 동력원이 되는 연료 전지가 탑재되어 있다. 연료 전지는 수소 가스를 포함하는 연료 가스가 공급되는 애노드측과, 공기가 공급되는 캐소드측을 구비하고 있다. 연료 가스는 수소 탱크에 고압 충전된 수소 가스를 감압 밸브에 의해 원하는 압력까지 감압하여 애노드측에 공급되도록 되어 있다. 한편, 공기는, 열교환기 등을 통해 높은 발전 효율이 얻어지는 온도로 조정 및 가습한 후, 연료 전지 스택의 캐소드측에 공급되도록 되어 있다. 특허문헌 1에는 연료 전지가 탑재된 차량에 대한 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2011-181509호 공보
연료 전지는 연료 가스의 공급을 받아 발전을 행하기 위해, 연료 전지를 탑재하는 차량은 주행을 계속하기 위해, 연료 가스를 보급하는 것이 필요해진다. 또한, 연료 전지에 연료 가스를 보급할 때에는, 충분히 안전성이 확보되는 것이 바람직하다. 한편, 안전성을 확보하는 나머지, 연료 전지를 탑재하는 차량의 유저가 불편을 느끼는 것은 바람직하지 않으므로, 안전성의 확보에는 유저의 편리성도 고려할 필요가 있다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 과제는 연료 전지를 탑재하는 차량의 안전성과 유저의 편리성이 확보되는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명에 관한 연료 전지 시스템은 이동체에 탑재 가능한 연료 전지 시스템이며, 연료 가스와 산화제 가스의 공급을 받아 발전하는 복수의 단셀을 포함하는 셀 스택과, 연료 가스를 저장하는 연료 가스 저장부와, 상기 연료 가스 저장부로부터 상기 셀 스택으로 연료 가스를 공급하는 공급로와, 상기 공급로에 설치되어, 상기 셀 스택으로의 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브와, 상기 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구와, 상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중일 때에, 상기 충전구를 개방하는 지시를 수신했을 경우, 상기 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 상기 충전구를 개방하도록 제어하는 제어부를 구비한다.
본 발명에 관한 이동체는 연료 전지 시스템을 탑재한 이동체이며, 상기 연료 전지 시스템은 연료 가스와 산화제 가스의 공급을 받아 발전하는 복수의 단셀을 포함하는 셀 스택과, 연료 가스를 저장하는 연료 가스 저장부와, 상기 연료 가스 저장부로부터 상기 셀 스택으로 연료 가스를 공급하는 공급로와, 상기 공급로에 설치되어, 상기 셀 스택으로의 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브와, 상기 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구와, 상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중일 때에, 상기 충전구를 개방하는 지시를 수신했을 경우, 상기 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 상기 충전구를 개방하도록 제어하는 제어부를 구비한다.
본 발명에 관한 제어 방법은 이동체에 탑재 가능한 연료 전지 시스템에 있어서 실시되는 제어 방법이며, 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구의 개방 지시를 수신했을 때에, 상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중인지 여부를 판단하는 스텝과, 상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중이라고 판단되었을 때에, 상기 연료 가스 저장부로부터 상기 셀 스택으로 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 상기 충전구를 개방하는 스텝을 구비한다.
본 발명에 따르면, 연료 전지를 탑재하는 차량의 안전성과 유저의 편리성이 확보되는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 일 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템에 의한 제어의 흐름을 도시하는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 발명의 범위를 이들로 한정하는 것은 아니다.
[연료 전지 시스템의 구성]
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 연료 전지 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템(FS)의 개략 구성의 예에 대해 설명한다. 또한, 도 1을 참조하여 이하에 설명하는 구성은 연료 전지 시스템(FS)이 구비하는 주요한 구성에 지나지 않고, 연료 전지 시스템(FS)이 구비하는 구성은, 이하에 설명하는 구성 이외의 구성을 포함할 수 있다. 연료 전지 시스템(FS)은 연료 전지 차량(10)에 탑재되어, 연료 전지 차량(10)의 차량 탑재 전원 시스템으로서 기능한다. 연료 전지 시스템(FS)은 연료 전지 자동차(FCV), 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 차량(이동체)에 탑재할 수 있다.
연료 전지 시스템(FS)은 연료 전지(FC)와, 산화 가스 공급계(ASS)와, 연료 가스 공급계(FSS)와, 구동계(HVS)와, 냉각계(CS)를 구비하고 있다. 또한, 연료 전지 시스템(FS)은 엔진 컨트롤 유닛으로서, 컨트롤러(FCHV-ECU)와, 컨트롤러(FC-ECU)와, 컨트롤러(HF-ECU)를 구비하고 있다.
산화 가스 공급계(ASS)는 산화제 가스(산화 가스)로서의 공기를 연료 전지(FC)[셀(CE)]에 공급하기 위한 계이다. 연료 가스 공급계(FSS)는 연료 가스로서의 수소 가스를 연료 전지(FC)[셀(CE)]에 공급하기 위한 계이다. 구동계(HVS)는 구동 모터(DM) 등에 전력을 공급하여 구동하는 계이며, 하이브리드 시스템을 구성하는 계이다. 냉각계(CS)는 연료 전지(FC)를 냉각하기 위한 계이다.
연료 전지 시스템(FS)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 연료 전지(FC)는 복수의 셀(CE)[애노드, 캐소드 및 전해질을 구비하는 단일의 전지(발전체)]을 직렬로 적층하여 이루어지는 고체 고분자 전해질형의 셀 스택을 포함하여 구성되어 있다. 연료 전지(FC)에서는, 통상의 발전 시의 운전에 있어서, 애노드에 있어서 식 1의 산화 반응이 발생하고, 캐소드에 있어서 식 2의 환원 반응이 발생한다. 연료 전지(FC) 전체적으로는 식 3의 기전 반응이 발생한다.
<식 1 >
H2→2H++2e-
<식 2>
(1/2)02+2H++2e-→H20
<식 3>
H2+(1/2)02→H20
또한, 연료 전지 시스템(FS)은 연료 전지(FC)와 연료 가스 공급계(FSS)를 연결하는 영역에, 수소 펌프(HP)를 갖고 있다.
연료 전지(FC)에 공급된 연료 가스는 연료 전지(FC)의 내부에서 기전 반응에 기여하고, 오프 가스로서 연료 전지(FC)로부터 배출된다. 연료 전지(FC)로부터 배출된 연료 오프 가스는, 일부는 수소 펌프(HP)에 의해 환류되어, 연료 가스 공급계(FSS)로부터 공급되는 연료 가스와 함께 연료 전지(FC)에 재공급된다. 또한, 연료 전지(FC)로부터의 연료 오프 가스의 일부는, 연료 오프 가스 유로에 설치된 배기 배수 밸브(EV)의 작동에 의해, 연료 오프 가스 유로를 통해, 산화 오프 가스와 함께 배출된다.
배기 배수 밸브(EV)는 컨트롤러(FC-ECU)의 제어에 의해 작동하여, 순환 유로 내의 불순물을 포함하는 연료 오프 가스와 수분을 외부로 배출하기 위한 밸브이다. 배기 배수 밸브(EV)의 개방에 의해, 순환 유로 내의 연료 오프 가스 중의 불순물의 농도가 내려가, 순환계 내를 순환하는 연료 오프 가스 중의 수소 농도를 올릴 수 있다.
배기 배수 밸브(EV)를 통해 배출되는 연료 오프 가스는 산화 오프 가스 유로(OG)를 흐르는 산화 오프 가스와 혼합되어 배기된다.
계속해서, 연료 가스 공급계(FSS)에 대해 설명한다. 연료 가스 공급계(FSS)는 고압 수소 탱크(FS1)와, 주 정지 밸브(FS2)와, 충전구(FS3)를 주로 갖고 있다.
고압 수소 탱크(FS1)는 고압(예를 들어, 35㎫ 내지 70㎫)의 수소 가스(연료 가스)를 저장하는 저장부이다.
주 정지 밸브(FS2)는 컨트롤러(HF-ECU)의 제어에 의해, 고압 수소 탱크(FS1)로부터 연료 전지(FC)로 연통하는 연료 가스 공급 배관의 개폐를 행하는 개폐 밸브이다. 당해 개폐에 의해, 고압 수소 탱크(FS1)로부터 연료 전지(FC)로 유입되는 연료 가스의 차단 및 해방을 행할 수 있다.
충전구(FS3)는 고압 수소 탱크(FS1)로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구이다. 충전구(FS3)는 리드 박스(FS4) 내에 형성되어 있다. 리드 박스(FS4)에는 리드 박스(FS4)의 내부를 해방 또는 폐쇄하도록 회전 가능한 리드(FS5)가 설치되어 있다.
리드(FS5)가 폐쇄되어 있을 때, 충전구(FS3)는 외부로부터 은폐된다. 또한, 리드(FS5)가 개방되었을 때에, 충전구(FS3)는 외부로 노출된다. 이때, 충전구(FS3)에 대해, 수소 스테이션의 수소 충전 노즐(도시하지 않음)을 삽입하는 것이 가능해진다. 유저가 연료 가스를 충전하기 위해, 외부에 노출된 충전구(FS3)에 수소 스테이션의 수소 충전 노즐을 삽입하면, 충전구(FS3) 및 수소 충전 노즐을 통해, 연료 전지 시스템(FS)과 수소 스테이션 사이에서 통신이 행해진다. 당해 통신의 결과, 연료 가스의 충전이 가능하다고 판단되었을 때, 고압 수소 탱크(FS1)와 충전구(FS3) 사이의 충전 경로의 밸브(도시하지 않음)가 개방되어, 연료 가스의 충전이 개시된다.
리드(FS5)의 개폐[즉, 충전구(FS3)의 개방/폐쇄]는 유저로부터의 지시에 따라, 컨트롤러(FCHV-ECU) 및 컨트롤러(HF-ECU) 등의 제어에 의해 행해진다. 컨트롤러(HF-ECU)에 의한 리드(FS5)의 개폐의 제어 방법의 상세는 후술한다.
계속해서, 산화 가스 공급계(ASS), 구동계(HVS) 및 냉각계(CS)에 대해 설명한다. 이 계에 대해서는, 주요한 구성만 간단하게 설명한다. 산화 가스 공급계(ASS)는 산화 가스 유로(AS1)에 각각 설치된 에어 클리너(AS2)와, 에어 콤프레서(AS3)와, 인터쿨러(AS4)를 갖는다. 구동계(HVS)는 연료 전지 승압 컨버터(HV1)와, 배터리 승압 컨버터(HV2)와, 트랙션 인버터(HV3)와, 이차 전지(BT)와, 구동 모터(DM)를 구비한다. 냉각계(CS)는 메인 라디에이터(RM)와, 워터 펌프(WP)를 갖고 있다.
계속해서, 엔진 컨트롤 유닛에 대해 설명한다. 컨트롤러(FCHV-ECU), 컨트롤러(FC-ECU) 및 컨트롤러(HF-ECU)는 각각, CPU, ROM, RAM 및 입출력 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터 시스템이다.
컨트롤러(FCHV-ECU)는 연료 전지 시스템(FS)의 전체의 제어, 주행 제어 및 전력 배분 제어 등을 행한다. 예를 들어, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 이그니션 스위치로부터 출력되는 기동 신호 IG를 수신하면, 연료 전지 시스템(FS)의 운전을 개시한다[연료 전지 시스템(FS)을 기동함]. 그 후, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 액셀러레이터 센서로부터 출력되는 액셀러레이터 개방도 신호 ACC나, 차속 센서로부터 출력되는 차속 신호 VC 등을 기초로, 연료 전지 시스템(FS) 전체의 요구 전력을 구한다. 연료 전지 시스템(FS) 전체의 요구 전력은 차량 주행 전력과 보조 기기 전력의 합계값이다.
또한, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 액셀러레이터 개방도에 따른 목표 토크가 얻어지도록, 예를 들어 스위칭 지령으로서, U상, V상 및 W상의 각 교류 전압 지령값을 트랙션 인버터에 출력하여, 구동 모터(DM)의 출력 토크 및 회전수를 제어한다.
또한, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 연료 전지 시스템(FS)의 운전의 정지 신호를 수신하면, 연료 전지 시스템(FS)의 운전을 정지하기 위한 처리를 개시한다. 연료 전지 시스템(FS)의 운전을 정지하기 위한 처리에는, 예를 들어 연료 전지(FC)[셀(CE)]로의 연료 가스 및 산화제 가스의 공급의 정지[주 정지 밸브(FS2)의 폐쇄를 포함함], 연료 전지(FC)[셀(CE)] 내의 가스의 배기 및 물의 배수, 연료 전지(FC) 내의 압력 조절, 연료 전지(FC)의 냉각 등의 처리가 포함된다.
컨트롤러(FC-ECU)는 연료 전지(FC)의 발전 제어 및 차량 탑재 보조 기기류의 제어 등을 행한다. 예를 들어, 컨트롤러(FC-ECU)는 연료 전지(FC)의 발전량이 목표 전력에 일치하도록, 산화 가스 공급계(ASS) 및 연료 가스 공급계(FSS)를 제어함과 함께, FC 승압부(FDC)를 제어하고, 연료 전지(FC)의 운전 포인트(출력 전압, 출력 전류)를 제어한다. 또한, 컨트롤러(FC-ECU)는 냉각계(CS)를 제어하여 연료 전지(FC)가 적절한 온도가 되도록 제어한다.
컨트롤러(HF-ECU)는 연료 가스의 충전 및 공급 등에 관한 제어를 행한다. 예를 들어, 컨트롤러(HF-ECU)는 충전구(FS3) 및 수소 충전 노즐을 통한 연료 전지 시스템(FS)과 수소 스테이션 사이의 통신의 제어나, 리드(FS5)의 개폐[즉, 충전구(FS3)의 개방/폐쇄) 및/또는 리드(FS5)의 개폐의 가부의 제어를 행한다.
[연료 전지 시스템의 제어]
도 2를 참조하여, 연료 전지 시스템(FS)에 의해 행해지는 처리의 제어 플로우를 설명한다. 충전구(FS3)의 개구에 관한 처리의 제어 플로우를 도시하고 있다.
먼저, 스텝 S21에 있어서, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 충전구(FS3)의 개방 지시[즉, 리드(FS5)를 개방하는 지시]를 수신하였는지 여부를 판정한다. 충전구(FS3)의 개방 지시는, 예를 들어 연료 전지 시스템(FS)을 탑재한 이동체의 유저에 의한 스위치류의 조작을 통해 행해진다. 당해 지시를 수신하였다고 판정되었을 경우, 처리는 스텝 S22로 진행한다.
스텝 S22에 있어서, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 연료 전지 시스템(FS)을 탑재한 이동체(예를 들어, 연료 전지 차량)가 정지 중(정차 중)인지 여부를 판정한다. 예를 들어, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 이동체에 구비하는 시프트 레버의 포지션이 P(파킹)인 것, 사이드 브레이크가 걸려 있는 것, 또는 이동체의 차속이 제로인 것을 감지함으로써, 이동체가 정지 중이라고 판정한다. 차륜이 회전하고 있는지 여부에 의해 판정할 수도 있다. 정지 중이라고 판정된 경우, 처리는 스텝 S23으로 진행한다. 정지 중이 아니라고 판정된 경우, 처리는 S26으로 진행하고, 충전구(FS3)의 개방 지시는 캔슬된다[즉, 충전구(FS3)는 개방되지 않음].
스텝 S23에 있어서, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 연료 전지 시스템(FS)이 동작 중(즉, 운전 중, 기동 중 등의 발전 중 또는 발전 가능한 상태)인지 여부를 판정한다. 기동 중이라고 판정된 경우, 처리는 스텝 S24로 진행한다. 동작 중이 아니라고 판정된 경우, 처리는 스텝 S25로 진행한다.
스텝 S24에 있어서, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 주 정지 밸브(FS2)를 폐쇄한다. 주 정지 밸브(FS2)의 폐쇄에 의해, 고압 수소 탱크(FS1)와 연료 전지(FC) 사이의 연료 가스의 흐름이 차단된다.
또한, 스텝 S24에 있어서, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 주 정지 밸브(FS2)를 폐쇄함과 함께, 연료 전지 시스템(FS)의 동작을 종료(정지)하기 위한 처리를 개시해도 된다. 연료 전지 시스템(FS)의 동작을 정지하기 위한 처리에는, 예를 들어 연료 전지(FC)[셀(CE)]로의 연료 가스 및 산화제 가스의 공급의 정지, 연료 전지(FC)[셀(CE)] 내의 가스의 배기 및 물의 배수, 연료 전지(FC) 내의 압력 조절, 연료 전지(FC)의 냉각 등의 처리가 포함된다. 이 연료 전지 시스템(FS)의 운전을 정지하기 위한 처리는, 상술한 바와 같은 연료 전지 시스템(FS)의 운전의 정지 신호를 수신했을 때에 개시되는 처리[연료 전지 시스템(FS)의 통상의 정지 처리]와 동일하다.
주 정지 밸브(FS2)가 폐쇄되어 있을 때에는, 연료 전지(FC)[셀(CE)] 내에 연료 가스가 공급되지 않으므로, 주 정지 밸브(FS2)의 폐쇄 중에 발전 요구가 발생했을 경우, 연료 가스 결여(수소 결여)가 발생한다. 그러나, 스텝 S24에 있어서 주 정지 밸브(FS2)를 폐쇄함과 함께, 연료 전지 시스템(FS)의 동작을 정지함으로써, 연료 가스 결여를 방지할 수 있다.
또한, 스텝 S24에 있어서의 연료 전지 시스템(FS)의 기동의 정지 처리는 연료 전지 시스템(FS)의 통상의 정지 처리의 일부를 생략할 수 있다. 예를 들어, 연료 전지(FC)[셀(CE)] 내의 가스의 배기 및/또는 물의 배수의 처리를 생략할 수 있다. 이와 같이 처리의 일부를 생략함으로써, 연료 전지 시스템(FS)의 기동의 정지를 통상보다도 빠르게 완료할 수 있다.
스텝 S25에 있어서, 컨트롤러(FCHV-ECU)[또는, 컨트롤러(HF-ECU)]는 충전구(FS3)를 개방한다[즉, 리드(FS5)를 개방함]. 또는, 컨트롤러(FCHV-ECU)[또는, 컨트롤러(HF-ECU)]는 충전구(FS3)를 개방 가능한 상태로 한다. 충전구(FS3)가 개방된 것에 의해, 유저는 수소 스테이션의 수소 충전 노즐을 충전구(FS3)에 삽입하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 컨트롤러(FCHV-ECU)는 연료 전지 시스템(FS)을 탑재한 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 연료 전지 시스템(FS)이 동작 중일 때에, 충전구(FS3)를 개방하는 지시를 수신했을 경우, 주 정지 밸브(FS2)를 폐쇄한 후, 충전구(FS3)를 개방한다. 또한, 이동체의 이동 중에는 충전구(FS3)의 개방 지시는 캔슬된다.
따라서, 충전구(FS3)를 개방하는 지시를 수신했을 경우라도, 이동체의 이동 중에는 충전구(FS3)는 개방되지 않으므로, 연료 전지(CE)를 탑재하는 이동체(차량)의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 이동체의 정지 중(정차 중)에 충전구(FS3)를 개방하는 지시를 수신했을 경우, 연료 전지 시스템(FS)이 동작 중일 때에는, 주 정지 밸브(FS2)의 폐쇄 후에 충전구(FS3)는 개방된다. 그로 인해, 유저는 충전구(FS3)를 개방하려고 한 것임에도 개방되지 않는다는 위화감을 느끼는 경우가 없다. 즉, 연료 전지 시스템(FS)이 동작 중일 때에 수신한 충전구(FS3)의 개방 지시는 항상 캔슬되어 버리는 경우와 비교하여, 유저에게 있어서 편리성이 높다.
또한, 이동체의 정지 중(정차 중)이고, 연료 전지 시스템(FS)이 기동 중에 충전구(FS3)의 개방 지시를 받았을 때에는, 주 정지 밸브(FS2)의 폐쇄와 함께, 연료 전지 시스템(FS)의 기동을 정지하고, 그 후, 충전구(FS3)를 개방할 수도 있다. 그 결과, 연료 전지 시스템(FS)의 기동을 정지하지 않고 주 정지 밸브(FS2)를 폐쇄했을 때에 발생할 수 있는 수소 결여를 방지할 수 있다.
또한, 도 2의 스텝 S24에 있어서의 연료 전지 시스템(FS)의 기동의 정지 처리는 연료 전지 시스템(FS)의 통상의 정지 처리의 일부를 생략할 수 있다. 이와 같이 처리의 일부를 생략함으로써, 연료 전지 시스템(FS)의 기동의 정지를 통상보다도 빠르게 행할 수 있는 결과, 통상의 정지 처리의 종료를 기다리는 것보다도, 충전구(FS3)를 빠르게 개방할 수 있다.
또한, 유저가 충전구(FS3)를 개방하는 것은 연료 가스의 충전을 위해서이고, 당해 충전이 종료되면, 그 직후에 유저는 차량의 운전을 개시할 가능성이 높다고 생각된다. 따라서, 스텝 S24의 연료 전지 시스템(FS)의 기동의 정지 처리에 있어서, 연료 전지(FC)[셀(CE)] 내의 가스의 배기 및 물의 배수 등의 일부의 처리를 생략해도, 연료 전지(FC)가 열화되는 경우는 거의 없다고 생각된다.
AS1 : 산화 가스 유로
AS2 : 에어 클리너
AS3 : 에어 콤프레서
AS4 : 인터쿨러
ASS : 산화 가스 공급계
BT : 이차 전지
CE : 셀
CS : 냉각계
DM : 구동 모터
FCHV-ECU : 컨트롤러
FC-ECU : 컨트롤러
HF-ECU : 컨트롤러
EV : 배기 배수 밸브
FC : 연료 전지
FS : 연료 전지 시스템
FS1 : 고압 수소 탱크
FS2 : 주 정지 밸브
FS3 : 충전구
FS4 : 리드 박스
FS5 : 리드
FSS : 연료 가스 공급계
HP : 수소 펌프
HVS : 구동계
RM : 메인 라디에이터
WP : 워터 펌프

Claims (6)

  1. 이동체에 탑재 가능한 연료 전지 시스템이며,
    연료 가스와 산화제 가스의 공급을 받아 발전하는 복수의 단셀을 포함하는 셀 스택과,
    연료 가스를 저장하는 연료 가스 저장부와,
    상기 연료 가스 저장부로부터 상기 셀 스택으로 연료 가스를 공급하는 공급로와,
    상기 공급로에 설치되어, 상기 셀 스택으로의 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브와,
    상기 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구와,
    상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중일 때에, 상기 충전구를 개방하는 지시를 수신했을 경우, 상기 연료 전지 시스템의 동작의 종료 처리와 함께, 상기 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 상기 충전구를 개방하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 연료 전지 시스템의 동작의 상기 종료 처리는, 상기 연료 전지 시스템의 동작의 통상 종료 처리의 적어도 일부의 처리를 포함하지 않는, 연료 전지 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 일부의 처리는 상기 셀 스택의 배기 및 배수의 처리 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 연료 전지 시스템.
  5. 연료 전지 시스템을 탑재한 이동체이며, 상기 연료 전지 시스템은,
    연료 가스와 산화제 가스의 공급을 받아 발전하는 복수의 단셀을 포함하는 셀 스택과,
    연료 가스를 저장하는 연료 가스 저장부와,
    상기 연료 가스 저장부로부터 상기 셀 스택으로 연료 가스를 공급하는 공급로와,
    상기 공급로에 설치되어, 상기 셀 스택으로의 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브와,
    상기 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구와,
    상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중일 때에, 상기 충전구를 개방하는 지시를 수신했을 경우, 상기 연료 전지 시스템의 동작의 종료 처리와 함께, 상기 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 상기 충전구를 개방하도록 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 연료 전지 시스템의 동작의 상기 종료 처리는, 상기 연료 전지 시스템의 동작의 통상 종료 처리의 적어도 일부의 처리를 포함하지 않는, 이동체.
  6. 이동체에 탑재 가능한 연료 전지 시스템에 있어서 실시되는 제어 방법이며,
    상기 연료 전지 시스템의 연료 가스 저장부로 연료 가스를 충전하기 위한 충전구의 개방 지시를 수신했을 때에, 상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중인지 여부를 판단하는 스텝과,
    상기 이동체의 이동이 정지 중이고, 또한 상기 연료 전지 시스템이 동작 중이라고 판단되었을 때에, 상기 연료 전지 시스템의 동작의 종료 처리와 함께, 상기 연료 가스 저장부로부터 상기 연료 전지 시스템의 셀 스택으로 연료 가스의 공급을 제어하는 주 정지 밸브를 폐쇄한 후, 상기 충전구를 개방하는 스텝을 구비하고,
    상기 연료 전지 시스템의 동작의 상기 종료 처리는, 상기 연료 전지 시스템의 동작의 통상 종료 처리의 적어도 일부의 처리를 포함하지 않는, 제어 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6352323B2 (ja) * 2016-02-26 2018-07-04 本田技研工業株式会社 燃料電池車両
KR102463419B1 (ko) 2017-10-13 2022-11-03 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 수소 충전 감지 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5125460B2 (ja) 2007-12-05 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 車両

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10210334A1 (de) 2002-03-08 2003-09-18 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils
US8597849B2 (en) 2005-08-30 2013-12-03 GM Global Technology Operations LLC Pressure activated shut-off valve
JP5503156B2 (ja) 2009-01-30 2014-05-28 本田技研工業株式会社 燃料電池移動体
JP5382054B2 (ja) 2011-04-21 2014-01-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用燃料補給システムおよび移動体
JP2013167291A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Honda Motor Co Ltd 燃料利用システム
JP5450700B2 (ja) 2012-03-19 2014-03-26 本田技研工業株式会社 移動体
KR101459834B1 (ko) 2012-09-28 2014-11-07 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 충전 안전 제어 시스템 및 방법
JP2014192047A (ja) * 2013-03-27 2014-10-06 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両の制御方法
JP5744094B2 (ja) 2013-03-27 2015-07-01 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP5959463B2 (ja) 2013-03-27 2016-08-02 本田技研工業株式会社 燃料電池車両及び移動体

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5125460B2 (ja) 2007-12-05 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 車両

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Publication number Publication date
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