KR101846628B1 - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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히로유키 이마니시
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

연료 전지의 넓은 부하 영역에서 연료 가스의 배기량의 추정 정밀도의 저하가 억제된 연료 전지 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
연료 전지 시스템의 제어부는, 부하 전류값이 기준값 이하인 경우에는, 압력의 저하율로부터 산출한 연료 가스의 소실량과 상기 부하 전류값으로부터 산출한 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정한다.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지로부터 배출되는 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와, 기액 분리기에 접속되어 기액 분리기 내의 저류수와 함께 연료 가스를 외부로 배출하는 배출 밸브를 구비한 연료 전지 시스템이 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 1에서는, 배출 밸브의 개방에 의한 연료 가스의 배기량을 추정하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-302708호 공보
연료 가스의 배기량을 추정하기 위해서, 예를 들어 배출 밸브가 개방되어 있는 기간에서 배출 밸브의 상류측과 하류측의 차압에 기초하여 추정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 본 발명자들은, 상기 방법에 의해 연료 가스의 배기량을 추정한 경우, 연료 전지의 부하 상태에 따라는, 추정된 배기량과 실제의 배기량의 오차가 커지는 경우가 있음을 발견하였다.
따라서, 연료 전지의 넓은 부하 영역에서 연료 가스의 배기량의 추정 정밀도의 저하가 억제된 연료 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 연료 전지와, 상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원과, 상기 연료 공급원으로부터 공급된 상기 연료 가스를 상기 연료 전지에 흐르게 하는 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 공급 유로에 흐르게 하는 순환 유로와, 상기 순환 유로 상에 배치되어 상기 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와, 상기 기액 분리기에 접속되어 상기 기액 분리기 내의 저류수 및 상기 연료 가스를 외부로 배출하는 배출 유로와, 상기 배출 유로에 설치된 배출 밸브와, 상기 연료 전지의 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부와, 상기 공급 유로 내의 압력을 검출하는 압력 검출부와, 상기 공급 유로, 상기 순환 유로, 상기 기액 분리기, 또는 상기 배출 밸브보다도 상류측의 상기 배출 유로 내의 압력과, 상기 배출 밸브보다도 하류측의 압력과의 차압을 검출하는 차압 검출부와, 상기 배출 밸브의 개방에 의해 배출되는 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 부하 전류값이 기준값 이하인 경우에는, 상기 배출 밸브의 개방 밸브 기간에서의 상기 공급 유로 내의 압력의 저하율로부터 산출한 상기 연료 가스의 소실량과 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 부하 전류값으로부터 산출한 상기 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템에 의해 달성할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 부하 전류값이 상기 기준값 이하인 경우에는, 상기 연료 가스의 소실량으로부터 상기 연료 가스의 소비량을 감산한 값에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 구성이어도 된다.
상기 목적은, 연료 전지와, 상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원과, 상기 연료 공급원으로부터 공급된 상기 연료 가스를 상기 연료 전지에 흐르게 하는 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 공급 유로에 흐르게 하는 순환 유로와, 상기 순환 유로 상에 배치되어 상기 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와, 상기 기액 분리기에 접속되어 상기 기액 분리기 내의 저류수 및 상기 연료 가스를 외부로 배출하는 배출 유로와, 상기 배출 유로에 설치된 배출 밸브와, 상기 연료 전지의 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부와, 상기 순환 유로 내 및 상기 기액 분리기 중 어느 하나의 압력을 검출하는 압력 검출부와, 상기 공급 유로, 상기 순환 유로, 상기 기액 분리기, 또는 상기 배출 유로 내의 상기 배출 밸브보다도 상류측의 압력과, 상기 배출 밸브보다도 하류측의 압력의 차압을 검출하는 차압 검출부와, 상기 배출 밸브의 개방에 의해 배출되는 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 부하 전류값이 기준값 이하인 경우에는, 상기 배출 밸브의 개방 밸브 기간에서의 상기 순환 유로 내 및 상기 기액 분리기 내 중 어느 하나의 압력 저하율로부터 산출한 상기 연료 가스의 소실량과 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 부하 전류값으로부터 산출한 상기 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템에 의해서도 달성할 수 있다.
상기 목적은, 연료 전지와, 상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원과, 상기 연료 공급원으로부터 공급된 상기 연료 가스를 상기 연료 전지에 흐르게 하는 공급 유로와, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 기액 분리기에 공급하는 제1 배출 유로와, 상기 기액 분리기에 접속되어 상기 기액 분리기 내의 저류수 및 상기 연료 가스를 외부로 배출하는 제2 배출 유로와, 상기 제2 배출 유로에 설치된 배출 밸브와, 상기 연료 전지의 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부와, 상기 공급 유로 내, 상기 제1 배출 유로 내 및 상기 기액 분리기 중 어느 하나의 압력을 검출하는 압력 검출부와, 상기 공급 유로, 상기 제1 배출 유로, 상기 기액 분리기, 또는 상기 제2 배출 유로 내의 상기 배출 밸브보다도 상류측의 압력과, 상기 배출 밸브보다도 하류측의 압력의 차압을 검출하는 차압 검출부와, 상기 배출 밸브의 개방에 의해 배출되는 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어부를 구비하고, 상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 공급 유로로 되돌리지 않는 애노드 비순환형의 연료 전지 시스템이며, 상기 제어부는, 상기 부하 전류값이 기준값 이하인 경우에는, 상기 배출 밸브의 개방 밸브 기간에서의 상기 공급 유로 내, 상기 제1 배출 유로 내 및 상기 기액 분리기 내 중 어느 하나의 압력 저하율로부터 산출한 상기 연료 가스의 소실량과 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 부하 전류값으로부터 산출한 상기 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템에 의해서도 달성할 수 있다.
연료 전지의 넓은 부하 영역에서 연료 가스의 배기량의 추정 정밀도의 저하가 억제된 연료 전지 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 연료 전지 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 배출 밸브의 작동과, 공급 유로 내의 압력의 변화와, 순환 유로 내의 압력과 배출 밸브보다도 하류측의 배출 유로 내의 압력과의 차압의 변화를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 3은 ECU에 의해 실행되는 배출 밸브의 개폐 제어의 흐름도이다.
도 4는 추정 방법 A, B 각각에 의해 추정된 배기량이 목표 배기량에 일치하도록 제어한 경우에서의, 실제의 배기량을 나타낸 실험 결과의 그래프이다.
도 5는 추정 방법 A에 의한 배기량 추정 제어의 흐름도이다.
도 6은 압력 저하율과 단위 시간당의 연료 가스 소실량과의 관계를 규정한 맵이다.
도 7은 부하 전류값과 단위 시간당에서의 연료 가스 소비량과의 관계를 규정한 맵이다.
도 8은 적산 연료 가스 소실량(Q1)과, 적산 연료 가스 소비량(Q2)과, 연료 가스의 추정 배기량(Q)과의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 추정 방법 B에 의한 배기량 추정 제어의 흐름도이다.
도 10은 차압(△Pb)과 배수 유량의 관계를 규정한 맵이다.
도 11은 차압(△Pb)과 배기 유량의 관계를 규정한 맵이다.
도 12는 제1 변형예에 관한 연료 전지 시스템의 개략 구성도이다.
도 13은 제2 변형예에 관한 연료 전지 시스템의 개략 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 실시예의 연료 전지 시스템(1)(이하, 시스템이라고 칭함)에 대해서 설명한다. 시스템(1)은, 예를 들어 차량에 탑재되는 차량용의 시스템에 적용할 수 있다. 단, 다른 용도의 시스템에 적용해도 된다. 도 1은, 시스템(1)의 개략 구성도이다. 시스템(1)은, 전력 공급 수단으로서 연료 전지(2)를 구비하고 있다. 연료 전지(2)는, 고체 고분자 전해질막 등의 전해질막이 촉매 전극인 애노드와 캐소드 사이에 끼워져서 구성되고(도면 중에서는, 전해질막, 애노드, 캐소드의 도시는 생략하고 있음), 애노드에의 수소를 포함하는 연료 가스의 공급과 캐소드에의 공기 등의 산소를 포함하는 산화 가스의 공급을 받아서 발전한다.
탱크(3)는, 연료 전지(2)에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원이다. 공급 유로(4)는, 연료 전지(2)의 애노드 입구에 접속되고, 탱크(3)로부터 공급된 연료 가스를 연료 전지(2)에 흐르게 한다. 공급 유로(4)에는 압력 조절 밸브(6)가 배치되어 있고, 탱크(3)로부터 공급되는 연료 가스는 압력 조절 밸브(6)로 감압되어 원하는 압력으로 조정되고 나서 연료 전지(2)에 공급된다. 또한, 공급 유로(4)에서의 압력 조절 밸브(6)의 하류측에는 인젝터(10)가 배치되어 있다. 인젝터(10)는, 밸브체를 전자 구동력으로 직접적으로 소정의 구동 주기로 구동해서 밸브 시트로부터 이격시킴으로써 가스 유량이나 가스압을 조정하는 것이 가능한 전자 구동식의 개폐 밸브이다. 인젝터(10)나 압력 조절 밸브(6)는, ECU(Electronic Control Unit)(20)에 의해 제어된다.
연료 전지(2)의 애노드 출구에는 연료 전지(2)로부터 배출된 연료 가스(연료 오프 가스)를 공급 유로(4)에 흐르게 하는 순환 유로(8)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 순환 유로(8)의 하류단은 공급 유로(4)에 접속되어 있다. 또한, 순환 유로(8)에는, 연료 전지(2)로부터 배출된 연료 가스를 가압해서 공급 유로(4)에 보내기 위한 순환 펌프(9)가 설치되어 있다. 이에 의해, 본 연료 전지 시스템에서는, 연료 전지(2)의 운전 시에는 연료 가스는 공급 유로(4)와 순환 유로(8)를 통해서 순환한다.
순환 유로(8)의 도중에는 기액 분리기(12)가 배치되어, 연료 가스로부터 수분을 분리하고, 분리한 물을 저류하는 저류조(12a)를 갖고 있다. 시스템(1)에서는, 연료 전지(2)의 발전에 의해 생성된 물이 캐소드측으로부터 전해질막을 투과해서 애노드측에 누출되어 온다. 애노드측으로 이동한 물은 연료 가스와 함께 순환 유로(8)에 배출되고, 기액 분리기(12)에서 회수된다.
기액 분리기(12)의 저류조(12a)의 저부에는, 기액 분리기(12) 내의 저류수 및 연료 가스를 외부로 배출하는 배출 유로(14)가 접속되어 있다. 배출 유로(14)의 하류단은 외기에 노출되어 있다. 배출 유로(14)에는 배출 밸브(16)가 배치되어 있다. 배출 밸브(16)는 통상은 폐쇄되어 있으며, ECU(20)에 의해 필요에 따라서 개방된다. 배출 밸브(16)로서는, 셧 오프 밸브나 유량 조정 밸브 등 배출 상태를 제어하는 것이 가능한 밸브이면 된다. 본 실시 형태에서는, 배출 밸브(16)는 셧 오프 밸브이다. 저류조(12a)로부터 저류수가 넘치기 전에 배출 밸브(16)가 개방되어 배수됨으로써, 액수가 순환 경로(8), 공급 경로(4)를 통해서 연료 전지(2)에 공급되는 것을 방지할 수 있다.
공급 유로(4)에는, 인젝터(10)보다도 하류측에 공급 유로(4) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(21)가 설치되어 있다. 압력 센서(21)는 주로 연료 전지(2)에 공급되는 연료 가스의 압력을 검출한다. 순환 유로(8)에는, 기액 분리기(12)보다도 상류측에 순환 유로(8) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(22)가 설치되어 있다. 압력 센서(22)는, 주로 연료 전지(2)로부터 배출되는 연료 가스의 압력을 검출하고, 배출 밸브(16)보다도 상류측의 압력을 검출할 수 있다. 배출 유로(14)에는, 배출 밸브(16)보다도 하류측의 배출 유로(14) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(23)가 설치되어, 배출 밸브(16)보다도 하류측의 압력을 검출할 수 있다. 압력 센서(23)의 검출값은 대략 대기압을 나타낸다. 압력 센서(21 내지 23)는 ECU(20)의 입력측에 접속되고, 검출한 압력에 따른 신호를 ECU(20)에 입력하고 있다. 압력 센서(21)는, 공급 유로(4) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부의 일례이다. 압력 센서(22, 23)는, 공급 유로(4), 순환 유로(8), 기액 분리기(12), 또는 배출 밸브(16)보다도 상류측의 배출 유로(14) 내의 압력과, 배출 밸브(16)보다도 하류측의 압력과의 차압을 검출하는 차압 검출부의 일례이다.
연료 전지(2)에는 부하 장치(30)가 접속되어 있다. 부하 장치(30)는, 연료 전지(2)의 전기적 특성을 측정하기 위한 장치이며, 예를 들어 전기 화학계 범용 포텐쇼 갈바노스탯을 포함하여 구성할 수 있다. 부하 장치(30)는, 배선에 의해 연료 전지(2)의 애노드측 세퍼레이터와 캐소드측 세퍼레이터에 전기적으로 접속되어 있다. 부하 장치(30)는, 연료 전지(2)의 발전 시에 연료 전지(2)를 흐르는 부하 전류와, 연료 전지(2)의 부하 전압(셀 전압)을 측정할 수 있다. 부하 장치(30)는 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부의 일례이다.
ECU(20)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory)을 구비하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성되어 있다. ECU(20)는, 시스템(1)의 각 구성 요소와 전기적으로 접속되고, 각 구성 요소로부터 수취하는 정보에 기초하여, 각 구성 요소의 동작을 제어한다. 또한, ECU(20)는, 상세하게는 후술하는 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어를 실행하는 제어부의 일례이다.
또한, 연료 전지(2)의 캐소드 입구에는 산화 가스를 공급하기 위한 유로가 접속되고, 캐소드 출구에는 산화 오프 가스를 배출하기 위한 유로가 접속되어 있지만, 도 1에서는 생략되어 있다.
상술한 바와 같이 배출 밸브(16)를 개방함으로써 기액 분리기(12) 내의 저류수를 외부에 배출할 수 있다. 이때, 저류수와 함께 연료 가스의 일부가 외부에 배출된다. 여기서, 배출 밸브(16)로부터 배출되는 연료 가스의 실제 배기량이 목표 배기량이 되도록 제어할 것이 요구된다. 실제의 배기량이 목표 배기량에 대하여 너무 많으면, 연료 가스를 불필요하게 소비하게 되어 연비가 악화될 우려가 있기 때문이다. 반대로 실제의 배기량이 목표 배기량에 대하여 너무 적으면, 예를 들어 실제의 배기량이 제로이면, 저류수를 완전히 배출할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다. 따라서, 본 시스템(1)에서는, 배출 밸브(16)의 개방 중에 배출되는 연료 가스의 배기량을 후술하는 방법에 의해 추정하고, 추정한 배기량이 목표 배기량에 이르렀을 경우에 배출 밸브(16)를 폐쇄한다.
이어서, 배출 밸브(16)의 작동에 의한 압력의 변화 등을 설명한다. 도 2는, 배출 밸브(16)의 작동과, 공급 유로(4) 내의 압력 변화와, 순환 유로(8) 내의 압력과 배출 밸브(16)보다도 하류측의 배출 유로(14) 내의 압력과의 차압의 변화를 나타낸 타이밍 차트이다. 또한, 도 2는, 인젝터(10)로부터의 연료 가스의 공급은 행하여지지 않은 상태에서의 타이밍 차트이다. 상술한 바와 같이 공급 유로(4) 내의 압력은, 압력 센서(21)에 의해 검출된다. 순환 유로(8) 내의 압력과 배출 밸브(16)보다도 하류측의 배출 유로(14) 내의 압력과의 차압(이하, 간단히 차압이라고 칭함)은 압력 센서(22, 23)로부터의 출력값에 기초하여 검출된다. 도 2에서는, 시점 tO에서 배출 밸브(16)가 폐쇄되어 있고, 시점 t1에서 배출 밸브(16)가 개방되어, 시점 t1 내지 t2 사이에서 기액 분리기(12) 내의 저류수의 배출이 완료되고, 시점 t2 내지 t3 사이에서 연료 가스가 배출된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 배출 밸브(16)가 개방되기 전부터 공급 유로(4) 내의 압력은 약간 저하되어 있고, 배출 밸브(16)가 개방된 직후에는 공급 유로(4) 내의 압력은 바로 변화하지는 않고, 배출 밸브(16)의 개방으로부터 잠시 후에 압력이 크게 저하된다. 배출 밸브(16)가 개방되기 전부터 저류수의 배수가 완료되는 시점 tO 내지 t2 사이에서의 공급 유로(4) 내의 압력 저하는, 연료 전지(2)의 발전에 의해 연료 가스가 소비된 것에 기인하고 있다. 마찬가지의 이유에 의해, 시점 tO 내지 t2 사이에서의 차압도 저하된다. 또한, 시점 t1 내지 t2 사이에서의 공급 유로(4) 내의 압력이, 시점 tO 내지 t1 사이에서의 공급 유로(4) 내의 압력과 거의 변화하지 않는 이유는, 시점 t1 내지 t2 사이에서는 저류수의 배수는 행하여지고 있지만 연료 가스의 배기는 행하여지고 있지 않기 때문이다.
배수가 완료되어 기액 분리기(12) 및 배출 유로(14)가 대기에 연통하면, 배출 유로(14)를 통해서 연료 가스가 배기되어 간다. 이에 의해, 시점 t2 내지 t3 사이에서 공급 유로(4) 내의 압력 및 차압은 저하된다. 연료 가스가 배기됨으로써, 순환 유로(8)와 연통하고 있는 공급 유로(4) 내의 압력도 저하되기 때문이다. 따라서, 시점 t2 내지 t3 사이에서의 공급 유로(4) 내의 압력 저하는, 상술한 연료 전지(2)의 발전에 의한 연료 가스의 소비량과, 연료 가스의 배기량에 기인하고 있다. 또한, 시점 t2 내지 t3 사이에서 차압이 저하되는 이유는, 연료 가스가 배기됨으로써 압력 센서(22)에 의해 검출되는 순환 유로(8) 내의 압력이 저하되는 것에 반해, 압력 센서(23)에 의해 검출되는 대기압은 거의 변화하지 않기 때문이다. 또한, 후술하는 추정 방법에 의해 추정된 배기량이 목표 배기량에 도달했다고 판단된 경우에는, 배출 밸브(16)는 폐쇄된다.
도 3은, ECU(20)에 의해 실행되는 배출 밸브(16)의 개폐 제어의 흐름도이다. ECU(20)는, 시스템(1)이 운전 중인지 여부를 판정한다(스텝 1). 저류수의 배수 처리는 시스템의 운전 중에 실시하기 때문이다. 시스템(1)이 운전 중인 경우에는 ECU(20)는 스텝 1 이후의 처리가 실행되고, 시스템(1)이 운전 중이 아닌 경우에는, 본 제어는 종료된다.
다음으로 ECU(20)는, 배출 밸브(16)의 개방 밸브 조건이 성립되었는지 여부를 판정한다(스텝 S2). 배출 밸브(16)의 개방 밸브 조건이란, 예를 들어 전회의 배출 밸브(16)의 개방으로부터의 경과 시간이 소정 시간에 도달한 경우 등인데, 이것에 한정되지 않는다. 개방 밸브 조건이 성립되지 않은 경우에는, 본 제어는 종료된다. 배출 밸브(16)의 개방 밸브 조건이 성립되면, ECU(20)는 부하 장치(30)에 의해 검출된 연료 전지(2)의 부하 전류값이 기준값 이하인지 여부를 판정한다(스텝 S3). 기준값에 대해서는 상세하게는 후술한다. 부하 전류값이 기준값 이하인 경우, ECU(20)는 배출 밸브(16)를 개방하고(스텝 S4a), 배출 밸브(16)의 개방에 의한 연료 가스의 배기량을 추정하기 위한 추정 방법 A를 실행한다(스텝 S5a). ECU(20)는, 추정된 배기량이 목표 배기량 이상이 되었는지 여부를 판정하고(스텝 S6a), 추정된 배기량이 목표 배기량 이상으로 될 때까지 배기량의 추정을 계속한다. 추정된 배기량이 목표 배기량 이상으로 된 경우에는, ECU(20)는 배출 밸브(16)를 폐쇄하고(스텝 S7), 본 제어를 종료한다. 또한, 목표 배기량은 미리 설정된 고정값이어도 되고, 시스템(1)의 운전 상태에 따라서 설정되는 것이어도 된다.
한편, 스텝 S3에서 부정 판정인 경우, 즉, 부하 전류값이 기준값을 초과하는 경우에는, ECU(20)는, 배출 밸브(16)를 개방하고(스텝 S4b), 배출 밸브(16)의 개방에 의한 연료 가스의 배기량을 추정하기 위한 추정 방법 B를 실행한다(스텝 S5b). ECU(20)는, 추정된 배기량이 목표 배기량 이상으로 되었는지 여부를 판정하고(스텝 S6b), 추정된 배기량이 목표 배기량 이상으로 될 때까지 배기량의 추정을 계속한다. 추정된 배기량이 목표 배기량 이상으로 된 경우에는, ECU(20)는 배출 밸브(16)를 폐쇄하고(스텝 S7), 본 제어를 종료한다. 이상의 제어에 의해, 기액 분리기(12) 내의 저류수은 배수되고, 연료 가스도 원하는 양만 배기된다.
이어서, 추정 방법 A, B를 부하 전류값에 따라서 전환하는 이유에 대해서 설명한다. 도 4는, 추정 방법 A, B 각각에 의해 추정된 배기량이 목표 배기량에 일치하도록 제어한 경우에서의, 실제의 배기량을 나타낸 실험 결과의 그래프이다. 그래프의 종축은 배기량을 나타내고, 횡축은 부하 전류값을 나타내고 있다. 선분 CA, CB는, 목표 배기량을 일정하게 하고 부하 전류값이 상이한 조건 하에서, 추정 방법 A, B에 의해 배기량을 추정한 경우에서의 실제의 배기량을 나타내고 있다. 따라서 도 4는, 추정된 배기량과 실제의 배기량의 오차의 정도를 나타내고 있다.
선분 CA가 나타내는 바와 같이, 부하 전류값이 낮은 영역에서는 목표 배기량, 즉 추정된 배기량과 실제의 배기량의 오차는 작지만, 부하 전류값이 높은 영역에서는 오차가 크다. 이에 반해 선분 CB가 나타내는 바와 같이, 부하 전류값이 낮은 영역에서 오차는 크지만, 부하 전류값이 높은 영역에서 오차는 작다. 본 시스템(1)에서는, 선분 CA, CB의 교점 부근에서의 부하 전류값을 기준값으로서 채용하고 있다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 기준값보다도 부하 전류값이 낮은 영역에서 오차가 적은 추정 방법 A를 사용해서 배기량을 추정하고, 기준값보다도 부하 전류값이 높은 영역에서 오차가 적은 추정 방법 B를 사용해서 배기량을 추정한다.
이어서, 추정 방법 A에 대해서 도 2, 5를 참조하여 설명한다. 도 5는, 추정 방법 A에 의한 배기량 추정 제어의 흐름도이다. 추정 방법 A에서는, 배출 밸브(16)가 개방되어 있는 개방 밸브 기간에서의 공급 유로(4) 내의 압력 저하율로부터 산출한 연료 가스의 소실량과 개방 밸브 기간에서의 연료 전지(2)의 부하 전류값으로부터 산출한 연료 전지의 발전에 의한 연료 가스의 소비량에 기초하여 연료 가스의 배기량을 추정한다.
ECU(20)는, 배출 밸브(16)가 개방된 시점 t1로부터의 공급 유로(4) 내의 압력 저하율(△Pa)로부터 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출한다(스텝 S11). 도 6은, 압력 저하율(△Pa)과 단위 시간당 연료 가스 소실량과의 관계를 규정한 맵이다. ECU(20)는 이 맵에 기초하여, 압력 저하율(△Pa)로의 단위 시간당에서의 연료 가스 소실량을 산출하고, 시점 t1로부터 현재까지의 시간 적분을 하여, 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출한다. 또한, 단위 시간당 연료 가스 소실량은, 압력 저하율(△Pa)을 사용한 계산식에 의해 산출해도 된다. 또한, ECU(20)는, 압력 센서(21)에 의해 검출된 전회의 압력값으로부터 금회의 압력값을 감산한 값을 압력 저하율(△P)로서 산출한다.
이어서, ECU(20)는, 부하 전류값으로부터 연료 전지(2)의 발전에 기인하는 적산 연료 가스 소비량(Q2)을 산출한다(스텝 S12). 도 7은, 부하 전류값과 단위 시간당에서의 연료 가스 소비량과의 관계를 규정한 맵이다. ECU(20)는 이 맵에 기초하여, 부하 전류값에 대응한 단위 시간당 연료 가스 소비량을 산출하고, 시점 t1로부터 현재 시점까지의 시간 적분을 산출하여, 적산 연료 가스 소비량(Q2)을 산출한다. 또한, 도 6, 7의 맵은 미리 실험 등에 기초하여 규정되어, ECU(20)의 ROM에 기록되어 있다. 또한, 단위 시간당 연료 가스 소비량은, 부하 전류값을 사용한 계산식에 의해 산출해도 된다.
여기서, 상술한 적산 연료 가스 소비량(Q2)은, 연료 전지(2)의 발전에 의해 소비된 연료 가스의 전체량을 나타낸다. 적산 연료 가스 소실량(Q1)은, 이유의 여하를 불문하고 공급 경로(4)나 순환 경로(8) 및 연료 전지(2) 내로부터의 소실된 연료 가스의 전체량을 나타낸다. 따라서, 적산 연료 가스 소실량(Q1)은, 적산 연료 가스 소비량(Q2)과 배출 밸브(16)의 개방에 의한 연료 가스의 배기량(Q)을 포함한다. 도 8은, 적산 연료 가스 소실량(Q1)과, 적산 연료 가스 소비량(Q2)과, 연료 가스의 추정 배기량(Q)과의 관계를 도시한 도면이다. 또한, 저류수의 배수가 완료되지 않은 경우에는, 적산 연료 가스 소실량(Q1)과 발전에 의해 소비된 적산 연료 가스 소비량(Q2)은 대략 동일한 값이 되기 때문에, 연료 가스의 배기량(Q)은 대략 제로가 된다.
이어서, ECU(20)는, 적산 연료 가스 소실량(Q1)으로부터 적산 연료 가스 소비량(Q2)을 감산해서 얻어지는 배기량(Q)을 추정된 배기량으로서 산출한다(스텝 S13). 상기 스텝 S11 내지 S13은, 도 3에 도시한 바와 같이 추정된 배기량이 목표 배기량에 도달할 때까지 반복해서 행해지고(스텝 S6a에서 "아니오"), 추정된 배기량이 목표 배기량에 도달하면(스텝 S6a에서 "예"), 배출 밸브(16)가 폐쇄된다(스텝 S7). 이상과 같이 하여 배기량이 추정된다. 또한, 적산 연료 가스 소실량(Q1)으로부터 적산 연료 가스 소비량(Q2)을 감산해서 얻어지는 값에 보정 계수 등을 승산한 값을 추정된 배기량으로서 산출해도 된다.
이어서, 도 4에서 나타낸 바와 같이, 추정 방법 A에 대해서 부하 전류가 높은 영역에서 오차가 커지는 이유에 대해 설명한다. 추정 방법 A에서는, 연료 전지(2)의 부하 전류가 큰 경우, 바꾸어 말하면 연료 전지(2)의 발전에 의한 연료 가스의 소비량이 큰 경우, 도 2에 도시한 시점 t1 내지 t2 사이에서의 공급 유로(4) 내의 압력 저하율이 커진다. 바꾸어 말하면, 공급 유로(4) 내의 압력을 나타내는 선분이 급경사가 된다. 이 때문에, 발전에 기인하는 공급 유로(4) 내의 압력 저하율과 연료 가스의 배기에 의한 공급 유로(4) 내의 압력 저하율이 대략 일치할 우려가 있다. 이 경우, 상기 방법으로 산출된 적산 연료 가스 소실량(Q1)과 적산 연료 가스 소비량(Q2)이 대략 일치하여, 실제의 배기량보다도 배기량(Q)이 적게 산출될 우려가 있다. 이에 의해, 목표 배기량보다도 실제의 배기량이 많아지고 나서 배출 밸브(16)가 폐쇄될 우려가 있다. 이러한 원인에 의해, 부하 전류값이 높은 영역에서 추정 방법 A에서의 오차가 커지는 것이라 생각된다.
이어서, 추정 방법 B에 대해서 도 2, 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 추정 방법 B에 의한 배기량 추정 제어의 흐름도이다. 추정 방법 B에서는, 배출 밸브(16)의 개방 밸브 기간에서의 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정한다.
ECU(20)는, 배출 밸브(16)가 개방되기 직전의 기액 분리기(12) 내의 저류량을 산출한다(스텝 S21). 구체적으로는, ECU(20)는, 전회 배수가 행하여지고 나서의 연료 전지(2)의 발전량에 따라서 생성된 생성수량을, 연료 전지(2)의 부하 전류 등과 생성수량이 대응지어진 관계식이나 맵 등을 사용하여, 기액 분리기(12) 내의 저수량을 산출한다. 연료 전지(2)의 발전량은 부하 전류로부터 산출된다. 다음으로 ECU(20)는, 순환 유로(8) 내의 압력과 배출 밸브(16)의 하류측의 압력과의 차압(△Pb)으로부터, 배출 밸브(16)가 개방되고 나서의 배수량을 추정한다(스텝 S22). 도 10은, 차압(△Pb)과 배수 유량과의 관계를 규정한 맵이다. ECU(20)는, 이 맵에 기초하여, 차압(△Pb)에 대응한 배수 유량을 산출하고, 배출 밸브(16)가 개방된 시점 t1로부터 현재 시점까지의 시간 적분을 산출하여, 배수량을 추정한다. 또한, 도 10의 맵은 미리 실험 등에 기초하여 규정되어, ECU(20)의 ROM에 기록되어 있다. 도 10의 맵은, 차압(△Pb)이 클수록, 즉, 배출 밸브(16)의 하류측의 압력에 대하여 순환 유로(8) 내의 압력이 클수록, 단위 시간당 배수량이 많은 것을 나타내고 있다. 차압(△Pb)이 클수록, 외부에의 배수가 촉진되기 때문이다.
다음으로 ECU(20)는, 추정된 배수량이 산출된 저수량 이상으로 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S23). ECU(20)는, 추정된 배수량이 저수량 이상으로 될 때까지, 배수량의 추정을 계속한다.
추정된 배수량이 저수량에 도달하면, 배수가 완료된 것이라고 판단되어, ECU(20)는 배출 밸브(16)의 상류측 및 하류측의 차압(△Pb)으로부터, 배기량을 추정한다(스텝 S24). 도 11은, 차압(△Pb)과 배기 유량의 관계를 규정한 맵이다. ECU(20)는, 이 맵에 기초하여, 차압(△Pb)에 대응한 연료 가스의 배기량을 산출하고, 저류수의 배수가 완료된 시점 t2로부터 현재 시점까지의 시간 적분을 산출하여, 배기량(Q)을 산출한다. 또한, 도 11의 맵은 미리 실험 등에 기초하여 규정되어, ECU(20)의 ROM에 기록되어 있다. 도 11의 맵은, 도 10의 맵과 마찬가지로, 차압(△Pb)이 클수록, 단위 시간당 배기 유량이 많은 것을 나타내고 있다. 차압(△Pb)이 클수록, 외부에의 배기가 촉진되기 때문이다. 또한, 도 10, 11의 맵을 사용하지 않고, 차압(△Pb)을 사용한 계산식에 의해 배수량 및 배기량을 추정해도 된다.
상기 스텝 S21 내지 S24는, 도 3에 도시한 바와 같이 추정된 배기량이 목표 배기량에 도달할 때까지 반복해서 행해지고(스텝 S6b에서 "아니오"), 추정된 배기량이 목표 배기량에 도달하면(스텝 S6b에서 "예"), 배출 밸브(16)가 폐쇄된다(스텝 S7). 이상과 같이 하여 배기량이 추정된다.
도 4에서 나타낸 바와 같이 부하 전류값이 낮은 영역에서는, 어떠한 원인에 의해 추정 방법 B의 오차가 추정 방법 A의 오차보다도 크게 되어 있다. 생각할 수 있는 가능성으로서는 이하의 이유가 있다. 부하 전류값이 낮은 영역에서는 높은 영역보다도 순환 유로(8) 내의 압력은 낮아지고, 순환 유로(8) 내의 압력과 배출 밸브(16)의 하류측의 압력과의 차압도 작아진다. 이렇게 차압이 작아지면, 압력 센서(22, 23)의 검출 오차에 의해, 검출된 차압(△Pb)이 실제의 차압보다도 작아질 우려가 있다. 이 때문에, 실제의 배기 유량보다도 적은 배기 유량이 산출되고, 결과적으로 실제의 배기량보다도 적은 배기량이 추정된다. 그 결과, 추정된 배기량보다도 실제의 배기량이 많이 배출될 가능성이 있다.
또한, 그 밖에 이하와 같은 이유를 생각할 수 있다. 부하 전류값이 낮은 영역에서는 발전에 의한 생성수량도 적기 때문에, 기액 분리기(12) 내의 실제 저수량보다도 스텝 S21에서 산출된 저수량이 많이 산출될 우려가 있다. 이 때문에, 실제로는 배수가 완료되었음에도 불구하고 배수 중이라고 판단되어, 배출 밸브(16)가 폐쇄되는 타이밍이 본래의 타이밍보다도 지연되는 것이라 생각된다. 그 결과, 목표 배기량보다도 실제의 배기량이 커질 가능성이 있다.
이상과 같이 본 시스템(1)의 ECU(20)는, 기준값보다도 부하 전류값이 낮은 영역에서 오차가 적은 추정 방법 A에 의해 배기량을 추정하고, 기준값보다도 부하 전류값이 높은 영역에서 오차가 적은 추정 방법 B에 의해 배기량을 추정한다. 이에 의해, 연료 전지(2)가 넓은 부하 영역에서 연료 가스의 배기량의 추정 정밀도의 저하가 억제되어 있다.
또한, 상기 실시예에서는 추정 방법 B에 있어서, 순환 유로(8) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(22)에 기초하여 차압(△Pb)을 검출했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 압력 센서(22) 대신에 공급 유로(4), 기액 분리기(12), 또는 배출 밸브(16)보다도 상류측의 배출 유로(14) 내의 압력을 검출하는 압력 센서의 검출값을 사용해도 된다.
또한, 배출 밸브(16)보다도 하류측의 배출 유로(14) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(23)에 기초하여 차압(△Pb)을 검출했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 압력 센서(23) 대신에 배출 유로(14) 이외의 장소에 설치되어서 대기압을 검출 가능한 위치에 설치된 압력 센서를 사용해도 된다. 배출 밸브(16)의 개방에 의해 배기는 대기에 배출되기 때문에, 이러한 압력 센서이어도 배출 밸브(16)의 하류측의 압력을 검출하게 된다.
상기 실시예에서는, 압력 센서(21)로부터의 검출값에 기초하여 공급 유로(4) 내의 압력 저하율(△P)을 취득하고, 압력 저하율(△P)로부터 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, ECU(20)는, 순환 유로(8) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(22)로부터의 검출값에 기초하여 순환 유로(8) 내의 압력 저하율을 취득하고, 순환 유로(8) 내의 압력 저하율로부터 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출해도 된다. 연료 전지(2)의 발전에 의해 연료 가스가 소비됨으로써 순환 유로(8) 내의 압력도 저하되고, 또한 배출 밸브(16)가 개방됨으로써 순환 유로(8) 내의 압력도 저하되기 때문이다. 이 경우, 압력 센서(22)는, 순환 유로(8) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부의 일례이다. 또한, 압력 센서(22)는, 기액 분리기(12)보다도 상류측의 순환 유로(8)에 설치되어 있어도 되고, 기액 분리기(12)보다도 하류측의 순환 유로(8)에 설치되어 있어도 된다.
이어서, 시스템의 변형예에 대해서 설명한다. 도 12는, 제1 변형예에 관한 시스템(1a)의 개략 구성도이다. 또한, 상술한 시스템(1)과 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여함으로써 중복되는 설명을 생략한다. 시스템(1a)에서는, 기액 분리기(12) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(24)가 설치되어 있다. 압력 센서(24)는, 기액 분리기(12) 내의 저류수를 뒤집어 쓰지 않도록 높은 위치에 설치되어 있다. 시스템(1a)에서는, ECU(20)는, 압력 센서(24)로부터의 검출값에 기초하여 기액 분리기(12) 내의 압력 저하율을 취득하고, 기액 분리기(12) 내의 압력 저하율로부터 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출한다. 연료 전지(2)의 발전에 의해 연료 가스가 소비됨으로써 기액 분리기(12) 내의 압력도 저하되고, 또한 배출 밸브(16)가 개방됨으로써 기액 분리기(12) 내의 압력도 저하되기 때문이다. 이 경우, 압력 센서(24)는, 기액 분리기(12) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부의 일례이다.
도 13은, 제2 변형예에 관한 시스템(1b)의 개략 구성도이다. 시스템(1b)은, 시스템(1, 1a)과 달리 애노드 비순환형이며, 순환 유로(8) 및 순환 펌프(9)는 설치되어 있지 않아, 연료 전지(2)로부터 배출된 연료 가스가 다시 공급 유로(4) 및 연료 전지(2)로 되돌려지지 않는다. 또한, 시스템(1b)은, 연료 전지(2)로부터 배출된 연료 가스를 기액 분리기(12)에 공급하는 제1 배출 유로(14a)와, 기액 분리기(12)에 접속되어 기액 분리기(12) 내의 저류수 및 연료 가스를 외부로 배출하는 제2 배출 유로(14b)를 구비하고 있다. 배출 밸브(16)는, 제2 배출 유로(14b)에 배치되어 있다. 따라서, 연료 전지(2)로부터 배출된 연료 가스는, 배출 밸브(16)가 개방됨으로써 외부에 배출된다. 압력 센서(22)는, 제1 배출 유로(14a)에 설치되어 제1 배출 유로(14a) 내의 압력을 검출한다. 압력 센서(23)는, 제2 배출 유로(14b)에 설치되고, 배출 밸브(16)보다도 하류측에서의 제2 배출 유로(14b) 내의 압력을 검출한다.
시스템(1b)도, 시스템(1, 1a)과 마찬가지로, 적산 연료 가스 소실량(Q1)으로부터 적산 연료 가스 소비량(Q2)을 감산해서 얻어지는 배기량(Q)을 추정된 배기량으로서 산출할 수 있다. 또한, ECU(20)는, 압력 센서(21)로부터의 검출값에 기초하여 공급 유로(4) 내의 압력 저하율(△P)을 취득하여, 압력 저하율(△P)로부터 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출해도 되고, 압력 센서(22)로부터의 검출값에 기초하여 제1 배출 유로(14a) 내의 압력 저하율을 취득하여, 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출해도 된다. 또한, ECU(20)는, 기액 분리기(12) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(24)로부터의 검출값에 기초하여 기액 분리기(12) 내의 압력 저하율을 취득하여, 적산 연료 가스 소실량(Q1)을 산출해도 된다. 압력 센서(21, 22, 24)는, 각각, 공급 유로(4) 내, 제1 배출 유로(14a) 내 및 기액 분리기(12) 중 어느 하나의 압력을 검출하는 압력 검출부의 일례이다.
시스템(1b)에 대해서는, ECU(20)는, 제1 배출 유로(14a) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(22)의 검출값에 기초하여 차압(△Pb)을 검출하는데, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, ECU(20)는, 공급 유로(4) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(21)의 검출값, 기액 분리기(12) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(24)의 검출값, 또는 제2 배출 유로(14b) 내의 배출 밸브(16)보다도 상류측의 압력을 검출하는 압력 센서의 검출값에 기초하여, 차압(△Pb)을 검출해도 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지 범위 내에서, 다양한 변형·변경이 가능하다.
1 : 연료 전지 시스템 2 : 연료 전지
3 : 탱크(연료 공급원) 4 : 공급 유로
8 : 순환 유로 12 : 기액 분리기
16 : 배출 밸브 20 : ECU(제어부)
21 : 압력 센서(압력 검출부)
22, 23 : 압력 센서(차압 검출부) 30 : 부하 장치(전류 검출부)

Claims (4)

  1. 연료 전지와,
    상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원과,
    상기 연료 공급원으로부터 공급된 상기 연료 가스를 상기 연료 전지에 흐르게 하는 공급 유로와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 공급 유로에 흐르게 하는 순환 유로와,
    상기 순환 유로 상에 배치되어 상기 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와,
    상기 기액 분리기에 접속되어 상기 기액 분리기 내의 저류수 및 상기 연료 가스를 외부로 배출하는 배출 유로와,
    상기 배출 유로에 설치된 배출 밸브와,
    상기 연료 전지의 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부와,
    상기 공급 유로 내의 압력을 검출하는 압력 검출부와,
    상기 공급 유로, 상기 순환 유로, 상기 기액 분리기, 또는 상기 배출 밸브보다도 상류측의 상기 배출 유로 내의 압력과, 상기 배출 밸브보다도 하류측의 압력과의 차압을 검출하는 차압 검출부와,
    상기 배출 밸브의 개방에 의해 배출되는 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 연료 전지의 부하 전류값이 기준값 이하인지 여부를 판단하여, 상기 부하 전류값이 상기 기준값 이하인 경우에는, 상기 배출 밸브의 개방 밸브 기간에서의 상기 공급 유로 내의 압력의 저하율로부터 산출한 상기 연료 가스의 소실량과 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 부하 전류값으로부터 산출한 상기 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 부하 전류값이 상기 기준값 이하인 경우에는, 상기 연료 가스의 소실량으로부터 상기 연료 가스의 소비량을 감산한 값에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템.
  3. 연료 전지와,
    상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원과,
    상기 연료 공급원으로부터 공급된 상기 연료 가스를 상기 연료 전지에 흐르게 하는 공급 유로와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 공급 유로에 흐르게 하는 순환 유로와,
    상기 순환 유로 상에 배치되어 상기 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와,
    상기 기액 분리기에 접속되어 상기 기액 분리기 내의 저류수 및 상기 연료 가스를 외부로 배출하는 배출 유로와,
    상기 배출 유로에 설치된 배출 밸브와,
    상기 연료 전지의 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부와,
    상기 순환 유로 내 및 상기 기액 분리기 내 중 어느 하나의 압력을 검출하는 압력 검출부와,
    상기 공급 유로, 상기 순환 유로, 상기 기액 분리기, 또는 상기 배출 유로 내의 상기 배출 밸브보다도 상류측의 압력과, 상기 배출 밸브보다도 하류측의 압력과의 차압을 검출하는 차압 검출부와,
    상기 배출 밸브의 개방에 의해 배출되는 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 연료 전지의 부하 전류값이 기준값 이하인지 여부를 판단하여, 상기 부하 전류값이 상기 기준값 이하인 경우에는, 상기 배출 밸브의 개방 밸브 기간에서의 상기 순환 유로 내 및 상기 기액 분리기 중 어느 하나의 압력 저하율로부터 산출한 상기 연료 가스의 소실량과 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 부하 전류값으로부터 산출한 상기 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템.
  4. 연료 전지와,
    상기 연료 전지에 연료 가스를 공급하는 연료 공급원과,
    상기 연료 공급원으로부터 공급된 상기 연료 가스를 상기 연료 전지에 흐르게 하는 공급 유로와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스로부터 수분을 분리해서 저류하는 기액 분리기와,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 기액 분리기에 공급하는 제1 배출 유로와,
    상기 기액 분리기에 접속되어 상기 기액 분리기 내의 저류수 및 상기 연료 가스를 외부로 배출하는 제2 배출 유로와,
    상기 제2 배출 유로에 설치된 배출 밸브와,
    상기 연료 전지의 부하 전류값을 검출하는 전류 검출부와,
    상기 공급 유로 내, 상기 제1 배출 유로 내 및 상기 기액 분리기 중 어느 하나의 압력을 검출하는 압력 검출부와,
    상기 공급 유로, 상기 제1 배출 유로, 상기 기액 분리기, 또는 상기 제2 배출 유로 내의 상기 배출 밸브보다도 상류측의 압력과, 상기 배출 밸브보다도 하류측의 압력과의 차압을 검출하는 차압 검출부와,
    상기 배출 밸브의 개방에 의해 배출되는 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는 제어부를 구비하고,
    상기 연료 전지로부터 배출된 상기 연료 가스를 상기 공급 유로로 되돌리지 않는 애노드 비순환형의 연료 전지 시스템이며,
    상기 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 연료 전지의 부하 전류값이 기준값 이하인지 여부를 판단하여, 상기 부하 전류값이 상기 기준값 이하인 경우에는, 상기 배출 밸브의 개방 밸브 기간에서의 상기 공급 유로 내, 상기 제1 배출 유로 내 및 상기 기액 분리기 내 중 어느 하나의 압력 저하율로부터 산출한 상기 연료 가스의 소실량과 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 부하 전류값으로부터 산출한 상기 연료 전지의 발전에 의한 상기 연료 가스의 소비량에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하고, 상기 부하 전류값이 상기 기준값을 초과하는 경우에는, 상기 개방 밸브 기간에서의 상기 차압에 기초하여 상기 연료 가스의 배기량을 추정하는, 연료 전지 시스템.
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