KR101851047B1 - 전원 시스템 및 연료 전지의 전압 제어 방법 - Google Patents

전원 시스템 및 연료 전지의 전압 제어 방법 Download PDF

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Abstract

연료 전지(100)의 전압 제어 방법에 있어서, 저부하 상태일 때, 연료 전지와 부하(170, 172)의 전기적인 접속을 차단하는 것과, 전기적인 접속을 차단 중에, 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과, 상기 개회로 전압이 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높을 때, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과, 상기 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮을 때, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과, 상기 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고, 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 클 때, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함한다.

Description

전원 시스템 및 연료 전지의 전압 제어 방법{POWER SUPPLY SYSTEM, AND VOLTAGE CONTROL METHOD FOR FUEL CELL}
본 발명은, 전원 시스템, 및 연료 전지의 전압 제어 방법에 관한 것이다.
연료 전지를 구비하는 전원 시스템에 있어서, 부하로부터의 요구 전력(이하, '부하 요구'라고도 함)에 따라서 전원 시스템으로부터 전력을 취출할 때, 전원 시스템의 가동 중이더라도 일시적으로 부하 요구가 극히 작아지는 경우가 있다. 연료 전지를 구비하는 시스템에 있어서는, 일반적으로, 연료 전지의 발전 전력이 매우 작은 경우에는 시스템 전체의 에너지 효율이 저하된다는 성질을 갖고 있다. 그로 인해, 전원 시스템에 대한 부하 요구가 극히 작을 때 행하는 제어의 하나로서, 연료 전지의 발전을 정지하는 제어가 행해져 왔다. 그리고, 부하에 대해서는, 연료 전지와 함께 전원 시스템에 탑재한 이차 전지에 의해, 요구된 전력을 출력하고 있었다.
연료 전지의 애노드측 유로 내에 수소가 잔류함과 함께 캐소드측 유로 내에 산소가 잔류하는 상태에서 연료 전지의 발전을 정지하면, 연료 전지는 극히 높은 개회로 전압(OCV)을 나타낸다. 연료 전지의 개회로 전압이 과잉으로 높아지면, 연료 전지가 구비하는 전극(캐소드)의 전극 전위가 과잉으로 높아져서, 캐소드 전극에 있어서 촉매의 용출(열화)이 진행됨으로써, 연료 전지의 발전 성능 및 내구성이 저하된다.
또한, 연료 전지의 발전 정지 후에는, 애노드측 유로 내에 잔류하는 수소가, 연료 전지의 전해질막을 통해 캐소드측 유로에 투과하고, 캐소드 상에서 산화되는 반응이 진행한다. 그 결과, 연료 전지의 발전 정지 후 잠시 있으면, 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. 그로 인해, 부하 요구가 극히 작아질 때에는, 연료 전지의 전압(전극 전위)을 적절한 범위 내로 유지하는 것이 요망된다.
부하 요구가 극히 작아질 때, 연료 전지의 전압을 적절한 범위 내로 유지하기 위한 방법으로서, 부하 요구가 극히 작아진 후에도 연료 전지에 있어서 미소한 발전을 계속하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허공개 제2013-161571 참조). 미소한 발전을 계속하는 방법으로서는, 예를 들어, 연료 전지의 출력 전압이 상기 소정의 범위의 하한으로 저하될 때까지는 연료 전지에 대한 산소의 공급을 정지하고, 출력 전압이 상기 하한으로 저하된 후애는 출력 전압이 상기 소정의 범위의 상한으로 상승할 때까지 연료 전지에 대한 산소의 공급을 행한다고 하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 부하 요구가 극히 작아진 후에도 연료 전지의 발전을 계속하면, 요구되지 않은 과잉 발전을, 전압 유지를 위해서만 행하는 사태가 발생할 수 있다. 이와 같이 과잉으로 발전된 전력은, 일단 이차 전지에 충전한 후에 이용하는 것이 가능하다. 그러나, 연료 전지가 발전한 전력을 일단 이차 전지에 축전하는 방법은, 연료 전지에서 발전한 전력을 직접 이용하는 경우보다도 에너지 효율이 나쁘기 때문에, 연료 전지를 구비하는 시스템 전체의 에너지 효율의 저하를 초래한다.
본 발명은, 전원 시스템, 및 연료 전지의 전압 제어 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제1 형태는, 부하에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지를 구비하는 전원 시스템에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법이다. 상기 전압 제어 방법은, 상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 것과, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있을 때, 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건은, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과, 상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과, 상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과, 상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작으며 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 구비한다.
본 발명의 제1 형태에 의하면, 부하 요구가 미리 설정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 연료 전지를 발전시키지 않고, 연료 전지의 개회로 전압을 목표 전압의 근방에서 유지할 수 있다. 그로 인해, 요구되지 않은 과잉 발전을 행할 필요가 없어, 발전한 전력을 일단 이차 전지에 축적하는 것 등에 기인하여 전원 시스템의 에너지 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제1 형태인 전압 제어 방법은, 상기 저부하 상태일 때, 제1 상태와 제2 상태 중, 어느 것에 해당되는지 여부를 판단하는 것과, 상기 제1 상태는, 상기 부하가 신속하게 상기 전력을 요구하는 개연성이 상기 제2 상태에 비하여 높으며, 상기 제1 상태라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 미리 정한 제1 목표 전압을 사용하는 것과, 상기 제2 상태라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압을 사용하는 것을 더 구비하여도 된다.
상기 형태에 의하면, 부하로부터 신속하게 부하 요구가 나타나는 개연성이 높은 제1 상태라고 판단되는 경우에는, 연료 전지의 목표 전압으로서, 더 높은 제1 목표 전압이 사용된다. 그로 인해, 연료 전지 내에 산소를 확보하여, 차회에 부하 요구가 증가했을 때의 응답성을 확보할 수 있다. 또한, 부하로부터 신속하게 부하 요구가 나타나는 개연성이 제1 상태에 비해서 낮은 제2 상태라고 판단되는 경우에는, 연료 전지의 목표 전압으로서, 보다 낮은 제2 목표 전압이 사용된다. 그로 인해, 연료 전지를 구성하는 각 셀의 개회로 전압의 변동이 확대되어도, 과잉으로 전압이 상승하는 단일 셀의 발생을 억제하여, 연료 전지 전체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 형태인 전압 제어 방법은, 상기 저부하 상태로 되어 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 경과한 시간이 미리 설정한 기준 시간 미만인 경우, 상기 목표 전압으로서 제1 목표 전압을 사용하는 것과, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 상기 미리 설정한 기준 시간이 경과한 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 구비하여도 된다.
제1 목표 전압을 목표 전압으로서 사용하는 제어를 계속하면, 연료 전지를 구성하는 각 단일 셀의 개회로 전압의 변동을 확대할 수 있다. 상기 형태에 의하면, 목표 전압을, 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하기 때문에, 과잉으로 전압이 상승하는 단일 셀의 발생을 억제하여, 연료 전지 전체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 형태인 전압 제어 방법은, 상기 저부하 상태일 때, 시프트 포지션이, 소정의 구동 포지션과 소정의 비구동 포지션 중 어느 것인지를 판단하는 것과, 상기 시프트 포지션이 상기 소정의 구동 포지션이라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 미리 정한 제1 목표 전압을 사용하는 것과, 상기 시프트 포지션이 상기 소정의 비구동 포지션이라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압을 사용하는 것을 더 구비하여도 된다.
상기 구성에 있어서, 전압 제어 방법은, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 경과한 시간이 미리 설정한 기준 시간 미만이며, 또한 상기 시프트 포지션이 상기 소정의 구동 포지션이라고 판단된 경우, 상기 목표 전압으로서 상기 제1 목표 전압을 사용하는 것과, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 상기 미리 설정한 기준 시간이 경과하고, 또한 상기 시프트 포지션이 상기 소정의 구동 포지션이라고 판단된 경우, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 구비하여도 된다.
본 발명의 제1 형태인 전압 제어 방법은, 상기 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지를 구비하는 차량이 제1 상태와 제2 상태 중 어느 것에 해당되는지 여부를 판단하는 것과, 상기 부하는, 상기 제1 상태에 있어서 소정 레벨 이상의 전력 응답성을 요구하는 개연성이 상기 제2 상태에 비하여 높으며, 상기 차량이 제1 상태에 있는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 미리 정한 제1 목표 전압을 사용하는 것과, 상기 차량이 제2 상태에 있는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압을 사용하는 것을 더 구비하여도 된다.
본 발명의 제1 형태인 전압 제어 방법은, 상기 저부하 상태로 되어 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 목표 전압으로서 설정한 제1 목표 전압에 대하여 상기 연료 전지의 개회로 전압이 미리 설정한 허용값 이상으로 저하된 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 구비하여도 된다.
상기 형태에 의하면, 연료 전지의 개회로 전압이, 제1 목표 전압에 대하여 허용값 이상으로 저하된 경우에는, 목표 전압을, 보다 낮은 제2 목표 전압으로 변경하기 때문에, 각 단일 셀의 개회로 전압이 변동되는 것에 기인하여, 바람직하지 않을 정도로 고전압의 단일 셀이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 저하된 연료 전지의 개회로 전압을 제1 목표 전압으로 상승시키는 제어를 행하는 것이 아니라, 목표 전압을 보다 낮게 변경함으로써, 연료 전지의 개회로 전압의 변동을 억제하여, 변동에 기인하여 연료 전지의 전극 촉매가 열화되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제1 형태인 전압 제어 방법은, 상기 연료 전지의 개회로 전압의 목표값이 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제2 목표 전압으로 변경된 후에 있어서 상기 연료 전지에 산소를 공급하기 전에, 상기 연료 전지에 대한 산소의 공급을 일시적으로 정지하는 것을 더 구비하여도 된다.
상기 형태에 의하면, 목표 전압으로서 제1 목표 전압을 사용하고 있는 동안에 발생한 각 단일 셀의 개회로 전압의 변동을, 저감할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 부하에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지를 구비하는 전원 시스템에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법이다. 상기 전압 제어 방법은, 상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과, 상기 연료 전지의 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건은, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 전압을 검출하는 것과, 상기 검출한 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 출력 전압을 상기 목표 전압으로 설정하고 상기 연료 전지의 발전을 행하게 하는 것과, 상기 검출한 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단한 상태에서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과, 상기 검출한 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작으며 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 구비한다.
본 발명의 제2 형태에 의하면, 적어도, 부하 요구가 미리 설정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 연료 전지를 발전시키지 않고, 연료 전지의 전압을 목표 전압의 근방에서 유지하는 제어를 행할 수 있다. 그로 인해, 요구되지 않은 과잉 발전을 억제하여, 발전한 전력을 일단 이차 전지에 축적하는 것 등에 기인하여 전원 시스템의 에너지 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제3 형태인 전원 시스템은, 부하에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지와, 상기 연료 전지의 캐소드에 산소를 공급하도록 구성되는 산소 공급부와, 상기 산소 공급부가 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되는 산소량 조절부와, 상기 부하로부터의 요구 전력이, 미리 설정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하도록 구성되는 부하 차단부와, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하도록 구성되는 전압 센서를 구비한다. 상기 산소량 조절부는, 상기 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 설정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성된다. 상기 산소량 조절부는, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량이 감소하도록, 상기 산소 공급부를 구동한 후에 제1 전압 상태에 있어서 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성되는, 상기 제1 전압 상태는 상기 검출된 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 상태이다. 상기 산소량 조절부는, 상기 산소 공급부를 구동한 후에, 상기 검출된 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량이 증가하도록 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성된다.
본 발명의 제3 형태에 의하면, 부하 요구가 미리 설정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 연료 전지를 발전시키지 않고, 연료 전지의 개회로 전압을 목표 전압의 근방에서 유지할 수 있다. 그로 인해, 요구되지 않은 과잉 발전을 행할 필요가 없어, 발전한 전력을 일단 이차 전지에 축적하는 것 등에 기인하여 전원 시스템의 에너지 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 연료 전지의 개회로 전압을 목표 전압에 근접하기 위해서 공급 산소량을 조절하는 제어를, 연료 전지의 개회로 전압과 목표 전압의 관계에 기초하여 공급 산소량을 증감함으로써 행하기 때문에, 공급 산소량을 직접 측정할 필요가 없어, 시스템 구성을 간소화할 수 있다.
본 발명의 제3 형태에 있어서, 상기 산소 공급부는, 산소 공급로와, 산소 도입부와, 바이패스 유로와, 분류 밸브와, 유량 조정 밸브를 구비하여도 된다. 상기 산소 공급로는, 상기 캐소드에 접속하는 유로이더라도 된다. 상기 산소 도입부는, 상기 산소 공급로에 대하여 산소를 도입하도록 구성되어도 된다. 상기 바이패스 유로는, 상기 산소 공급로로부터 분기하여, 상기 산소 도입부로부터 공급되는 산소를, 상기 캐소드를 경유하지 않고 유도하도록 구성되어도 된다. 상기 분류 밸브는, 상기 산소 공급로로부터 상기 바이패스 유로가 분기하는 위치에 설치되고, 개방 밸브 상태에 따라서, 상기 산소 공급로와 상기 바이패스 유로로 분배되는 산소의 분배 비율을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 유량 조정 밸브는, 상기 산소 공급로에 설치되고, 상기 캐소드에 공급되는 산소량을 변경하도록 구성되어도 된다. 상기 산소량 조절부는, 상기 산소 도입부가 도입하는 산소량, 상기 분류 밸브의 개방 밸브 상태, 및 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나를 변경하여 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되어도 된다.
본 발명의 제3 형태에 있어서, 상기 산소량 조절부는, 상기 산소 도입부가 도입하는 산소량, 및 상기 분류 밸브의 개방 밸브 상태를 고정한 상태에서, 상기 유량 조정 밸브의 개방도를 변경함으로써, 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되어도 된다.
본 발명의 제4 형태인 전원 시스템은, 부하에 대하여 전력을 공급하는 연료 전지와, 상기 연료 전지의 캐소드에 산소를 공급하도록 구성되는 산소 공급부와, 상기 산소 공급부가 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되고, 상기 연료 전지의 출력 상태를 제어하도록 구성되는 적어도 하나의 전자 제어 장치와, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하도록 구성되는 부하 차단부와, 상기 연료 전지의 전압을 검출하도록 구성되는 전압 센서를 구비한다. 상기 전자 제어 장치는, 상기 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지의 전압을 미리 설정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서, 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성된다. 상기 전자 제어 장치는, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 산소 공급부를 구동한 후에, 상기 검출된 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태이며, 또한 상기 부하 차단부가 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 상태에서, 상기 캐소드에 공급하는 산소량이 증가하도록 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성된다. 상기 전자 제어 장치는, 상기 전자 제어 장치가 상기 미리 설정한 조건에서 상기 산소 공급부를 구동한 후에, 상기 검출된 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지의 출력 전압이 상기 목표 전압이 되도록 상기 연료 전지의 출력 상태를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 형태는, 전원 시스템을 구동용 전원으로서 탑재하는 이동체, 연료 전지를 구비하는 전원 시스템에 있어서의 연료 전지의 고전위 회피 제어 방법, 전술한 전압 제어 방법 또는 고전위 회피 제어 방법을 실현하는 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 일시적이지 않은 기록 매체 등의 형태로 실현되어도 된다.
여기서, 본 발명의 예시적인 실시 양태의 특징, 이점과, 기술적 및 산업적 중요성이 첨부된 도면을 참조로 하여 하기에 기술될 것이며, 도면에서 유사 번호는 유사 요소를 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지 차량의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 전지에 있어서의 출력 전류와, 출력 전압 혹은 출력 전력과의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 공급 산소량과 연료 전지의 개회로 전압의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 목표 전압 설정 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 목표 전압 변경 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 전압 유지 제어를 개시한 후의 개회로 전압의 거동을 개념적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.```````````
도 9는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 극한값 회피 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 12는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태로서의 연료 전지 차량(20)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 연료 전지 차량(20)은, 차체(22)에, 전원 시스템(30)을 탑재한다. 전원 시스템(30)과, 연료 전지 차량(20)의 구동용 모터(170)의 사이는, 배선(178)에 의해 접속되어 있으며, 배선(178)을 통해 전원 시스템(30)과 모터(170)의 사이에서 전력이 교환된다.
전원 시스템(30)은, 연료 전지(100)와, 수소 탱크(110)를 포함하는 수소 가스 공급부(120)와, 압축기(130)를 포함하는 공기 공급부(140)와, 이차 전지(172)와, DC/DC 컨버터(104)와, DC/DC 컨버터(174)와, 제어부(200)를 구비한다. 또한, 전원 시스템(30)은, 연료 전지(100)의 온도를 소정 범위로 유지하기 위해 연료 전지를 냉각하는 냉매를 연료 전지 내에 유통시키는 냉매 순환부(도시생략)를, 더 구비하고 있다. 전원 시스템(30)에서는, 연료 전지(100) 및 이차 전지(172)의 각각이 단독으로, 혹은, 연료 전지(100) 및 이차 전지(172)의 양쪽으로부터 동시에, 모터(170)를 포함하는 부하에 대하여 전력을 공급 가능하게 되어 있다.
연료 전지(100)는, 단일 셀이 복수 적층된 스택 구성을 갖고 있다. 제1 실시 형태의 연료 전지(100)는, 고체 고분자형 연료 전지이다. 연료 전지(100)를 구성하는 각 단일 셀에서는, 전해질막을 사이에 개재하여, 애노드측에 수소가 흐르는 유로(이후, '애노드측 유로'라고도 함)가 형성되고, 캐소드측에 산소가 흐르는 유로(이후, '캐소드측 유로'라고도 함)가 형성되어 있다. 연료 전지(100)는, DC/DC 컨버터(104) 및 배선(178)을 통하여, 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, 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. 제1 실시 형태에서는, DC/DC 컨버터(104)가 구비하는 다이오드가, 본 발명의 「부하 차단부」로서 간주되어도 된다.
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, 소비되지 않은 수소 가스(애노드 오프 가스)를 수소 공급 유로(121)에 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 거쳐, 감압 밸브(125)의 하류 수소 공급 기기(126)(예를 들어, 인젝터)로부터, 연료 전지(100)의 애노드측 유로에 공급된다. 순환 유로(122)를 순환하는 수소의 유속은, 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 중의 불순물 농도의 상승을 억제할 수 있다. 상기 한 개폐 밸브(124)의 개폐 타이밍은, 제어부(200)에 의해 조절된다.
공기 공급부(140)는, 압축기(130) 외에, 제1 공기 유로(141), 제2 공기 유로(145), 제3 공기 유로(146), 분류 밸브(144), 공기 방출 유로(142), 배압 밸브(143), 및 유량 센서(147)를 구비한다. 제1 공기 유로(141)는, 압축기(130)가 도입한 공기의 전량이 흐른다. 제2 공기 유로(145) 및 제3 공기 유로(146)는, 제1 공기 유로(141)로부터 분기하여 설치되어 있다. 분류 밸브(144)는, 제1 공기 유로(141)가 제2 공기 유로(145) 및 제3 공기 유로(146)로 분기하는 부위에 설치되어 있으며, 이 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태를 변경함으로써, 제1 공기 유로(141)로부터 제2 공기 유로(145) 또는 제3 공기 유로(146)로 흐르는 공기의 분배 비율을 변경 가능하게 되어 있다. 제2 공기 유로(145)의 일부는, 연료 전지(100) 내에서 캐소드측 유로를 형성하고 있다. 제3 공기 유로(146)는, 연료 전지(100)를 경유 하지 않고 공기를 유도하는 바이패스 유로이다. 제2 공기 유로(145)와 제3 공기 유로(146)는 합류하여, 공기 방출 유로(142)로 된다. 배압 밸브(143)는, 제2 공기 유로(145)에 있어서, 제3 공기 유로(146)와의 합류 개소보다 상류측에 설치된 스로틀 밸브이다. 배압 밸브(143)의 개방도를 조절함으로써, 연료 전지(100)에 있어서의 캐소드측 유로의 배압을 변경할 수 있다. 공기 방출 유로(142)는, 제3 공기 유로(146)를 통과한 공기와 함께, 제2 공기 유로(145)를 통과한 공기(캐소드 오프 가스)를 대기 방출하기 위한 유로이다. 공기 방출 유로(142)에는, 전술한 수소 방출 유로(123)가 접속되어 있으며, 수소 방출 유로(123)를 통해 방출되는 수소는, 대기 방출에 앞서서, 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.
제1 실시 형태에서는, 공기 공급부(140)가, 본 발명의 「산소 공급부」로서 간주되어도 된다. 공기 공급부(140)에 있어서, 압축기(130)의 구동량, 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태, 및 배압 밸브(143)의 개방도로부터 선택되는 적어도 하나의 조건을 변경함으로써, 연료 전지(100)의 캐소드측 유로에 공급되는 공기의 유량(산소 유량)을 조절할 수 있다. 제1 실시 형태에서는, 배압 밸브(143)는, 스텝핑 모터(도시생략)를 구비하고 있으며, 스텝핑 모터의 스텝 수를 제어함으로써, 배압 밸브(143)의 밸브 개방도를, 높은 정밀도에 의해 임의의 개방도로 조절 가능하게 되어 있다. 압축기(130)의 구동량, 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태, 및 배압 밸브(143)의 개방도는, 제어부(200)에 의해 조절된다. 또한, 공기 공급부(140)는, 예를 들어 제1 공기 유로(141)에 있어서, 연료 전지(100)에 공급하기 위한 공기를 가습하는 가습 장치를 구비하도록 해도 된다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 제1 공기 유로(141) 및 제2 공기 유로(145)가, 본 발명의 「산소 공급로」로서 간주되어도 된다. 또한, 압축기(130)가, 본 발명의 「산소 도입부」로서 간주되어도 된다. 또한, 제3 공기 유로(146)가, 본 발명의 「바이패스 유로」로서 간주되어도 된다. 또한, 배압 밸브(143)가, 본 발명의 「유량 조정 밸브」로서 간주되어도 된다.
이차 전지(172)는, DC/DC 컨버터(174)를 통해 상기 배선(178)에 접속하고 있으며, DC/DC 컨버터(174)와 DC/DC 컨버터(104)는, 상기 배선(178)에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 이차 전지(172)로서는 , 예를 들어 연축전지나, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등을 채용할 수 있다. 이차 전지(172)에는, 이차 전지(172)의 잔존 용량(SOC)을 검출하기 위한 잔존 용량 모니터(도시생략)가 병설되어 있으며, 검출된 잔존 용량은 제어부(200)로 출력된다. 잔존 용량 모니터는, 이차 전지(172)에 있어서의 충전·방전의 전류값과 시간을 적산하는 SOC 미터로서 구성할 수 있다. 또는, 잔존 용량 모니터는, SOC 미터 대신에 이차 전지(172)의 전압을 검출하는 전압 센서에 의해 구성하도록 해도 된다.
DC/DC 컨버터(174)는, 이차 전지(172)의 충·방전을 제어하는 충방전 제어 기능을 갖고 있으며, 제어부(200)의 제어 신호를 받아서 이차 전지(172)의 충·방전을 제어한다. 이밖에, DC/DC 컨버터(174)는, 출력측의 목표 전압을 제어부(200)의 제어하에서 설정함으로써, 이차 전지(172)의 축전 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, 이차 전지(172)에 있어서 충방전을 행할 필요가 없을 때에는, 이차 전지(172)와 배선(178)의 접속을 절단한다.
제어부(200)는, 논리 연산을 실행하는 CPU나 ROM, RAM 등을 구비한 소위 마이크로컴퓨터로 구성된다. 제어부(200)는, 수소 가스 공급부(120)나 공기 공급부(140)가 구비하는 전술한 센서 외에, 액셀러레이터 개방도 센서(180), 시프트 포지션 센서, 차속 센서, 및 외기온 센서 등, 다양한 센서로부터 검출 신호를 취득하여, 연료 전지 차량(20)에 대한 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 이차 전지(172) 중 적어도 한쪽으로부터 얻어지도록, 전원 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)로부터의 가스 공급량을 제어한다. 또한, 제어부(200)는, 원하는 전력이 모터(170)에 공급되도록, DC/DC 컨버터(104, 174)를 제어한다. 제1 실시 형태에서는, 제어부(200)는, 본 발명의 「산소량 조절부」, 혹은 「전자 제어 장치」로서 간주되어도 된다. 또한, 제어부(200)는, 또한 타이머를 구비하고 있으며, 다양한 신호를 입력하거나, 다양한 처리를 실행하고 나서의 경과 시간을 계측 가능하게 되어 있다.
제1 실시 형태의 연료 전지 차량(20)에서는, 전원 시스템(30)의 가동 중에, 통상 운전 모드와 간헐 운전 모드를 포함하는 복수의 운전 모드가 전환된다. 통상 운전 모드란, 전원 시스템(30)에 대한 부하 요구가, 미리 설정한 기준값을 초과하는 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, 전원 시스템(30)에 대한 부하 요구가, 미리 설정한 기준값 이하일 때, 연료 전지(100)의 발전을 정지하는 운전 모드이다.
여기서, 전원 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, 제1 실시 형태의 전원 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(에어컨), 조명 장치, 비상등, 및 방향 지시기 등이 포함된다. 연료 전지 보조 기계에는, 예를 들어 압축기(130), 순환 펌프(127), 분류 밸브(144)나 공기 방출 유로(142)나 배압 밸브(143) 등의 각종 밸브, 전술한 냉매를 순환시키기 위한 냉매 펌프, 및 냉매를 냉각하기 위한 라디에이터 팬이 포함된다. 또한, 이차 전지(172)의 잔존 용량(SOC)이 저하되었을 때에는, 이차 전지(172)도 부하의 일부가 될 수 있다. 제1 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 정지중의 연료 전지(100)의 전압을 소정의 범위로 제어하고 있다.
도 2는, 연료 전지(100)에 있어서의 출력 전류와, 출력 전압 혹은 출력 전력의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 이하에, 통상 운전 모드의 선택 시의 제어를 간단하게 설명하고, 또한 간헐 운전 모드의 선택 시에 있어서의 연료 전지(100)의 제어에 대하여 상세히 설명한다.
제1 실시 형태에서는, 통상 운전 모드에 있어서의 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. 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 차단하여 출력 전류를 0으로 할 때에는, 연료 전지(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이 극히 높은 개회로 전압(OCV)을 나타낸다. 이것은, 연료 전지(100)의 캐소드 전극 전위가 매우 높아지게 됨을 나타낸다. 연료 전지(100)의 전극 전위가 높아지면, 전극이 구비하는 백금 등의 촉매 금속이 용출하여, 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. 제1 실시 형태에서는, 연료 전지(100)의 발전 정지 중에, 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 제어함으로써, 캐소드의 전극 전위의 과잉 상승을 억제하고 있다.
도 3은, 연료 전지(100)의 발전 정지 중에, 애노드측 유로에는, 통상 운전 모드의 발전을 행하기 위해 충분한 양의 수소가 공급되는 상태에서, 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 변경했을 때의, 공급 산소량과 연료 전지(100)의 개회로 전압(OCV)의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 캐소드측 유로에 공급되는 산소량이 극히 적을 때에는, 공급 산소량이 변화하여도 OCV는 극히 낮은 레벨에서 그다지 변화되지 않는 상태가 된다. 이와 같은 공급 산소량의 범위를, 도 3에서는, 산소 결핍 영역 A로서, A를 부여한 화살표로 나타내고 있다. 공급 산소량을 더 증가시키면, 공급 산소량의 증가에 수반되어 OCV가 급격하게 상승하게 된다. 이와 같은 공급 산소량의 범위를, 도 3에서는, 공급되는 산소에 대한, 그 산소와 반응하는 수소의 당량비가 1로서 간주되어도 되는 중간 영역 B로서, B를 부여한 화살표로 나타내고 있다. 공급 산소량을 더 증가시키면, 공급 산소량이 변화하여도 OCV는 극히 높은 레벨에서 그다지 변화하지 않는 상태가 된다. 이와 같은 공급 산소량의 범위를, 도 3에서는, 산소 과잉 영역 C로서, C를 부여한 화살표로 나타내고 있다. 제1 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에는, OCV가, 중간 영역 B 내의 소정의 전압을 나타내도록, 공급 산소량을 제어하고 있다. 즉, 제1 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에 OCV의 목표 전압 Vmark로서, 중간 영역 B 내의 특정한 전압이 미리 설정되어 있으며, 연료 전지(100)의 개회로 전압이 상기 목표 전압 Vmark가 되도록, 연료 전지(100)에 공급하는 산소량을 조절하고 있다.
전술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 공기 공급부(140)에서는, 연료 전지(100)의 캐소드측 유로에 공급되는 공기량(산소량)은, 압축기(130)의 구동량과, 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태와, 배압 밸브(143)의 개방도에 의해 정해진다. 제1 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 이들 파라미터 중, 압축기(130)의 구동량 및 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태를 고정하면서, 배압 밸브(143)의 개방도를 변경함으로써, 연료 전지(100)의 OCV가 목표 전압 Vmark가 되도록 제어하고 있다. 그로 인해, 제1 실시 형태에서는, 전술한 목표 전압 Vmark와 함께, 목표 전압 Vmark가 얻어지는 산소를 연료 전지에 공급하기 위한 배압 밸브(143)의 개방도[배압 밸브(143)의 구동량]를 미리 제어부(200) 내의 메모리에 초기값으로서 기억하고 있다. 목표 전압 Vmark를 실현하기 위한 배압 밸브(143)의 개방도는, 예를 들어 미리 실험적으로 구할 수 있다.
또한, 연료 전지(100)의 발전을 정지한 후에는, 각 단일 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, 중간 영역 B에 속하는 원하는 개회로 전압을 얻기 위해서는, 원하는 개회로 전압에 따라서 도 3으로부터 구해지는 산소량(기전력 발생에 필요한 산소량) 외에, 또한 투과한 수소의 산화 반응에 의해 소비되는 산소량(투과 수소에 의한 소비 산소량)을 공급할 필요가 있다. 즉, 간헐 운전 모드 선택 시에 원하는 개회로 전압을 얻기 위해서 연료 전지(100)에 공급해야 할 산소량(셀 전압 유지 산소량)은, 이하의 식 (1)로 표현된다.
셀 전압 유지 산소량=기전력 발생에 필요한 산소량+투과 수소에 의한 소비 산소량…(1)
배압 밸브(143)의 개방도를, 제어부(200) 내의 메모리에 기억한 개방도가 되도록 조절했을 때, 연료 전지(100)에 공급되는 산소량이, 정확히 식 (1)을 만족한다고 하면, 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 변동한다. 그로 인해, 예를 들어 이 요인에 의해 공급 산소량이 부족한 경우에는, 연료 전지(100)의 개회로 전압은 목표 전압 Vmark보다도 낮아지고, 공급 산소량이 과잉이 되는 경우에는, 연료 전지(100)의 개회로 전압은 목표 전압 Vmark보다도 높아진다. 제1 실시 형태에서는, 연료 전지(100)의 개회로 전압의 검출값과 목표 전압 Vmark를 비교한 결과에 기초하고, 연료 전지(100)에의 공급 산소량을 증감하여, 연료 전지(100)의 개회로 전압을 목표 전압 Vmark에 근접하는 제어를 하고 있다. 상세한 제어의 내용에 대해서는 후술한다.
또한, 간헐 운전 모드 선택 시에 설정되는 연료 전지(100)의 OCV의 목표 전압 Vmark(후술하는 바와 같이, 제1 실시 형태에서는 평균 셀 전압임)는, 고전위에 기인하는 전극 촉매의 열화(용출)를 억제하는 관점에서, 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, 차회에 캐소드측 유로 내에 산소가 공급되어 캐소드의 전위가 상승했을 때, 캐소드의 전극 촉매 용출이 진행되기 쉬워진다는 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, 전원 시스템(30)은 가동 중이기(사용자에 의한 시스템 정지의 지시는 입력되어 있지 않기) 때문에, 단시간 중에 다시 부하 요구가 증대될 가능성이 있다. 그로 인해, 다시 부하 요구가 증대되었을 때, 신속하게 원하는 전력을 얻는다는 관점에서는, 캐소드측 유로 내의 산소량을 지나치게 감소시키지 않는 것이 바람직하다. 즉, 차회에 부하 요구가 증대했을 때의 응답성의 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, 목표 전압 Vmark는, 예를 들어 0.6V 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.7V 이상으로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 간헐 운전 모드 선택 시라 하더라도, 연료 전지(100) 내의 애노드측 유로에 있어서는, 간헐 운전 모드를 선택하는 기준이 되는 부하 요구를 초과한 전력을 즉시 발전 가능하게 되는 양의 수소가 존재하는 상태가 유지된다. 즉, 간헐 운전 모드 선택 시이더라도, 순환 펌프(127)의 구동이 계속됨과 함께, 전해질막을 통해 캐소드측 유로로 투과한 소실된 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 통해, 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 유로로, 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 초과했다고 판단될 때, 제어부(200)에 의해 개폐 밸브(129)를 소정 시간 개방 밸브하는 처리가 실행된다. 질소나 수소의 투과량은 시간에 의존하기 때문에, 애노드측 유로 내의 불순물 농도가 기준 농도를 초과했다고 판단될 때에는, 예를 들어 개폐 밸브(129)를 개방하는 처리를 전회에 행하고 나서의 경과 시간이, 미리 정한 기준 시간을 초과했을 때라고 할 수 있다. 또한, 개폐 밸브(129)를 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.
도 4는, 간헐 운전 모드 선택 시의 동작으로서 제어부(200)의 CPU에 있어서 실행되는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은, 전원 시스템(30)이 기동된 후, 사용자에 의한 시스템 정지의 지시가 입력될 때까지, 전원 시스템(30)의 가동 중에 반복하여 실행된다. 또한, 본 루틴이 반복해 실행될 때의 간격은, 본 루틴에 따라서 배압 밸브(143)의 개방도가 변경되었을 때, 그 결과로서 캐소드측 유로에 공급되는 산소량이 실제로 변화할 때까지 필요로 하는 시간보다도 오랜 시간(예를 들어 1 내지 5초)이 설정되어 있다.
본 루틴이 실행되면, CPU는, 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, CPU는, 도출된 부하 요구가, 미리 정한 기준값 이하인지 여부를 판단한다(스텝 S110). 부하 요구가 기준값 이하가 아니라고 판단된 경우에는, 간헐 운전 모드는 선택되지 않고, 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 초과했다고 판단될 때까지는, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴이 반복해서 실행되는 동안, 전원 시스템(30)의 운전 모드가 간헐 운전 모드인 상태가 계속된다.
스텝 S110에서 부하 요구가 기준값 이하라고 판단되면, CPU는, 실행 중인 간헐 운전 제어 처리 루틴이, 전원 시스템(30)의 운전 모드가 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 처음으로 실행되는 처리인지 여부를 판단한다(스텝 S120). 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 처음으로 실행되는 처리라고 판단하면, CPU는 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 중간 영역 B의 경계에 있어서의 산소량을 공급할 때의, 배압 밸브(143)의 개방 밸브 상태이다. 즉, 연료 전지(100)의 발전 정지 중에 전해질막을 투과하는 수소의 산화에 필요로 하는 양의 산소를, 연료 전지(100)에 대하여 공급할 때의, 배압 밸브(143)의 개방 밸브 상태이다. 스텝 S170에서 배압 밸브(143)를 반응장적 완전 폐쇄 상태로 할 때에는, 연료 전지(100)에 공급되는 산소량은, 통상 운전 모드 선택 시에 비해서 크게 감소한다. 제1 실시 형태에서는, 반응장적 완전 폐쇄 상태가 될 때의 배압 밸브(143)의 개방도가 미리 설정되어, 제어부(200) 내의 메모리에 기억되고 있다.
스텝 S120에 있어서, 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 처음으로 실행되는 처리라고 판단될 때, 즉, 통상 운전 모드로부터 간헐 운전 모드로 전환되기 직전에는, 연료 전지(100)에 대하여 과잉량의 산소가 공급되어 있다. 그로 인해, 스텝 S170의 후에 즉시 연료 전지(100)의 발전을 정지하면, 연료 전지(100)의 OCV가 과잉으로 커질 가능성이 있다. 따라서, 스텝 S170의 후에는, 예를 들어 연료 전지(100)의 출력 전압을 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 작아지면, DC/DC 컨버터(104)가 구비하는 다이오드의 작용에 의해, 연료 전지(100)로부터 부하에의 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 신속하게 감소된다. 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 CPU는, 연료 전지(100)가 발전 중이면, 연료 전지(100)의 출력 전압을 취득하고, 연료 전지(100)가 발전 정지 중이면, 연료 전지(100)의 OCV를 취득한다. 또한, 제1 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, CPU는, 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 제때에 이루어지지 않아, 연료 전지(100)의 OCV가 목표 전압 Vmark보다도 저하되어버리는 것을 억제하기 위해 설정한 값이다. 전술한 바와 같이, 전압값 Vme는, 연료 전지(100)의 발전 정지 후에 점차 저하되기 때문에, 제1 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 이하가 되었다고 판단하면, CPU는, 배압 밸브(143)의 개방도가, Vmark를 실현하기 위한 개방도로서 미리 기억한 개방도로 되도록, 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터로 구동 신호를 출력하여(스텝 S190), 본 루틴을 종료한다. 즉, 연료 전지(100)에 공급하는 산소량을, 반응장적 완전 폐쇄 상태에 대응하는 산소량으로부터, 상기 Vmark를 실현하기 위한 개방도에 대응하는 산소량에 증가시킨다.
여기서, 전압값 Vme가 목표 전압 Vmark로 저하되고 나서 공급 산소량을 증가시키면, 원하는 양의 산소가 캐소드에 도달할 때까지 연료 전지(100)의 전압이 더 저하되어, Vmark를 하회할 가능성이 있다. 제1 실시 형태에서는, Vme가 목표 전압 Vmark+α로 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, 공급량이 증가된 산소가 캐소드에 도달할 때까지의 속도(예를 들어, 캐소드측 유로에 있어서의 유로 저항이나 유로 길이의 영향을 받음)를 고려하여, 적절히 설정하면 된다.
스텝 S120에 있어서, 금회의 간헐 운전 모드가 되고 나서 처음으로 실행되는 처리가 아닌, 즉, 배압 밸브(143)의 개방도 제어가 이미 개시되어 있다고 판단하면, CPU는 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 정지하고 있기 때문에, 스텝 S130에서는 연료 전지(100)의 OCV를 취득한다.
스텝 S130에서 전압값 Vme를 취득한 후, CPU는, 취득한 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한다(스텝 S150). 비교의 결과, 전압값 Vme가, 목표 전압 Vmark에 비하여 제1 값 이상 높은(이하, '고전압 상태'라고도 함) 경우에는, CPU는, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 작게 함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 감소시켜서(스텝 S160), 본 루틴을 종료한다. 비교의 결과, 전압값 Vme가, 목표 전압 Vmark에 비하여 제2 값 이상 낮은(이하, '저전압 상태'라고도 함) 경우에는, CPU는, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 크게 함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 증가시켜서(스텝 S162), 본 루틴을 종료한다. 비교의 결과, 상기한 고전압 상태 및 저전압 상태에 해당하지 않는(전압 유지 상태에 해당함) 경우에는, CPU는, 비발전 상태에서, 현재의 배압 밸브(143)의 개방도를 유지함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 유지하여(스텝 S164), 본 루틴을 종료한다. 상기 전압 유지 상태는, 상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 상태로 간주되어도 된다. 제1 실시 형태에서는, 상기 고전압 상태가, 본 발명의 「제1 전압 상태」로서 간주되어도 된다. 또한, 상기 저전압 상태가, 본 발명의 「제2 전압 상태」로서 간주되어도 된다.
제1 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 따라 개방도를 변경하고 있다. 이에 의해, 연료 전지(100)의 전압 변동을 억제하고 있다. 단, 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.
이상과 같이 구성된 제1 실시 형태의 전원 시스템(30)에 의하면, 부하 요구가 미리 설정된 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 위해서만으로 행할 필요가 없어, 발전한 전력을 일단 이차 전지에 축적하는 것 등에 기인하여 전원 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 OCV를 나타내는 것을 피하는 방법으로서, 연료 전지(100)의 출력 전압을 허용할 수 있을 정도의 고전압 V1로 되도록, 저출력의 발전(출력 전류가 I1로 되는 발전)을 행하는 방법이 생각된다. 이와 같이 하여 얻어진 잉여 전력은, 이차 전지(172)에 충전하는 것이 가능하지만, 일단 이차 전지(172)를 충전한 후에 이차 전지(172)부터 부하에 대하여 전력을 출력하는 경우에는, 연료 전지(100)로부터 직접 부하에 대하여 전력을 공급하는 경우에 비해서 에너지 효율이 저하된다. 또한, 이차 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, 전원 시스템에 있어서의 에너지 수지를 적절하게 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 제1 실시 형태에서는, 소정의 저부하 상태일 때에는 발전을 정지하면서 고전위 상태를 회피할 수 있기 때문에, 상기와 같은 문제를 피할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 저부하 상태에 있어서 연료 전지의 전압 변동을 억제할 수 있기 때문에, 연료 전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 캐소드측 유로에 대하여 전압 유지를 위해 필요로 하는 양의 산소를 공급할 때 현재의 연료 전지(100)의 OCV에 기초하여 배압 밸브(143)의 개방도를 조절함으로써 공급 산소량을 증감하고 있다. 여기서, 연료 전지(100)에 공급하는 산소량(공기량)을 조절하는 방법으로서는, 공급 산소량을 직접 검출하여, 공급 산소량이 원하는 양으로 되도록, 공급 산소량을 변경하는 방법도 생각된다. 그러나 이 경우에는, 캐소드측 유로에 공급되는 산소량을 검출하기 위한 유량계(공기량을 검출하기 위한 에어 플로우미터)를 설치할 필요가 발생한다. 제1 실시 형태에서는, 이러한 에어 플로우미터를 설치할 필요가 없어, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 의하면, 캐소드측 유로에 공급하는 공기의 유로를 분류하고, 배압 밸브(143)의 개방도에 의해 공급 산소량(공기 유량)을 제어하고 있기 때문에, 공급 산소량의 제어를 고정밀도로 행할 수 있다. 공급 산소량의 증감을, 압축기(130)의 구동량의 증감에 의해 행하는 방법도 생각되지만, 압축기(130)는, 가장 부하 요구가 작아질 때부터 가장 부하 요구가 커질 때까지 대응 가능한 유량 레인지가 큰 압축기이다. 따라서, 제1 실시 형태에 있어서의 발전 정지 시의 전압 유지와 같이 미소한 유량의 조절은 일반적으로 곤란하며, 미소한 유량에 대응한 압축기를 별도 설치할 필요가 발생한다. 제1 실시 형태에서는, 이러한 압축기를 더 설치하지 않고, 고정밀도이고 미소한 공기 유량의 제어가 가능하게 된다. 단, 미소한 유량에 대응한 압축기를 별도 설치하는 등, 다른 방법에 의해 공급 산소량을 조절하고, 전압값 Vme를 목표 전압 Vmark에 근접하는 제어를 행하여도 된다. 이 경우에도, 발전을 정지하면서 고전위를 회피할 수 있다고 하는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 스텝 S150에 있어서 전압값 Vme가 목표 전압 Vmark보다도 크고, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가 제1 값보다 큰 경우에, 또한 일시적인 응답 지연인지 여부를 판단하도록 해도 된다. 예를 들어, 간헐 운전 모드를 개시하여, 배압 밸브(143)의 개방도를, 반응장적 완전 폐쇄 상태로부터 Vmark에 따른 개방도로 변경한 직후에는, Vme가 목표 전압 Vmark+α로 저하된 타이밍에 산소 공급을 증가시킴으로써, 일시적으로 Vme가 목표 전압 Vmark보다도 크고, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가 제1 값보다 커지는 경우가 있다. 이와 같이, 배압 밸브(143)의 개방도 제어를 개시한 직후에는, 일시적인 응답 지연이라고 판단하여, Vme가 목표 전압 Vmark보다도 소정값 이상 큰 경우이더라도, 배압 밸브(143)의 개방도를 변경하지 않도록 하여도 된다. 일시적인 응답 지연인지 여부의 판단은, 예를 들어 배압 밸브(143)의 개방도 제어를 개시(스텝 S190을 실행)하고 나서의 경과 시간에 기초하여 행할 수 있다.
또한, 도 4의 간헐 운전 처리 루틴을 반복해 실행할 때의 시간 간격은, CPU가 배압 밸브(143)에 대하여 개방도 변경을 위한 구동 신호를 출력하고 나서 전압값 Vme가 변화할 때까지의 응답 시간보다도, 길게 설정하는 것이 바람직하다. 배압 밸브(143)의 개방도를 변경하는 지시 신호를 CPU가 출력하여도, 실제로 배압 밸브(143)의 개방도가 변경되어 공급 산소량이 변화하고, 캐소드에 도달하는 산소량이 변화할 때까지는, 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 그 도중에 다시 스텝 S150의 판단을 행하면, 배압 밸브(143)의 개방도 변경량은 충분하여도, 공급 산소량이 아직 부족, 혹은 아직 과잉이라고 판단되어, 다시 배압 밸브(143)의 개방도 변경이 행해져서, 오히려 공급 산소량이 과잉 혹은 부족해질 가능성이 있기 때문이다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 관계에 기초하여 배압 밸브(143)의 개방도를 증감할 때 배압 밸브(143)의 개방도의 상한 및/또는 하한을 설정하여도 된다. 배압 밸브(143)의 개방도의 상한은, 배압 밸브(143)에 있어서의 기계적인 완전 개방 상태보다도 작은 개방도로 할 수 있다. 상기 상한은, 예를 들어 전해질막을 투과하는 수소량이 최대가 되는 경우이더라도, 현재 설정되어 있는 목표 전압 Vmark를 실현할 수 있는 산소량을 공급 가능한 개방도로서, 목표 전압 Vmark마다 미리 설정한 값으로 할 수 있다. 또한, 배압 밸브(143)의 개방도의 하한은, 배압 밸브(143)에 있어서의 기계적인 완전 폐쇄 상태일 필요는 없다. 상기 하한은, 예를 들어 배압 밸브(143)에 있어서의 유로의 유효 단면적이 실질적으로 0으로 되는 개방도로 할 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에 있어서의 목표 전압 Vmark로서, 제어부(200)의 메모리에 기억한 단일의 값을 사용하였지만, 상이한 구성으로 하여도 된다. 이하에, 제2 실시 형태로서, 연료 전지 차량(20)에 있어서의 시프트 포지션에 기초하여 목표 전압 Vmark를 변경하는 구성을 설명한다. 제2 실시 형태는, 목표 전압의 설정에 관한 동작만이 제1 실시 형태와 상이하다.
도 5는, 제2 실시 형태의 연료 전지 차량(20)에 있어서 실행되는 목표 전압 설정 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은, 전원 시스템(30)이 기동된 후, 사용자에 의한 시스템 정지의 지시가 입력될 때까지, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴과 평행하여, 전원 시스템(30)의 가동 중에 반복해 실행된다. 제2 실시 형태에서는, CPU가, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴에 있어서 목표 전압 Vmark를 사용한 처리를 행할 때에는, 도 5의 목표 전압 설정 처리 루틴에 의해 설정된 최신의 목표 전압을 사용하여 처리를 실행한다.
도 5의 루틴이 실행되면, CPU는, 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태인지 여부를 판단한다(스텝 S200). 이 스텝 S200의 처리는, 도 4에 있어서의 스텝 S100 및 스텝 S110과 동일한 처리이다. 스텝 S200에 있어서 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태가 아니라고(부하 요구가 기준값을 초과하였다고) 판단했을 때에는, CPU는, 후술하는 경과 시간에 관한 기억을 리셋하고(스텝 S250), 본 루틴을 종료한다.
스텝 S200에 있어서 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태(부하 요구가 기준값 이하)라고 판단했을 때에는, CPU는 시프트 포지션 센서로부터 검출 신호를 취득하고, 시프트 포지션을 판단한다(스텝 S210). 스텝 S210에 있어서, 시프트 포지션이 D 레인지라고 판단하면, CPU는 시프트 포지션이 D 레인지라고 하는 조건, 및 부하 요구가 간헐 운전 모드에 대응하는 저부하 요구라고 하는 조건의 양쪽이 성립하고 나서의 경과 시간이, 미리 설정한 기준 시간을 초과하였는지 여부를 판단한다(스텝 S220). 제2 실시 형태에서는, 제어부(200)에 있어서, 시프트 포지션이 D 레인지의 상태에서 스텝 S200에 있어서 간헐 운전 모드를 선택해야 하다고 최초에 판단되고 나서의 경과 시간을 계측하고 있다. 이 경과 시간은, 간헐 운전 모드가 해제되었을 때, 즉, 스텝 S200에 있어서 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태에서는 없어졌다고 판단되었을 때, 스텝 S250에 있어서 리셋된다.
스텝 S220에 있어서, 간헐 운전 모드가 선택되고 나서의 경과 시간이 기준 시간을 초과하지 않았다고 판단했을 때에는, CPU는, 목표 전압 Vmark로서 제1 목표 전압 Vmark1을 설정하고(스텝 S230), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S220에 있어서, 간헐 운전 모드가 선택되고 나서의 경과 시간이 기준 시간을 초과했다고 판단했을 때에는, CPU는, 목표 전압 Vmark로서, 제1 목표 전압 Vmark1보다도 낮은 제2 목표 전압 Vmark2를 설정하고(스텝 S240), 본 루틴을 종료한다. 또한, 스텝 S210에 있어서, 시프트 포지션이 P 레인지라고 판단했을 때에도, CPU는, 목표 전압 Vmark로서 제2 목표 전압 Vmark2를 설정하고(스텝 S240), 본 루틴을 종료한다.
도 6은, 제어부(200)의 CPU가 실행하는 목표 전압 변경 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은, 도 5의 처리에 있어서 목표 전압 Vmark로서 제2 목표 전압 Vmark2가 설정될 때이며, 제1 목표 전압 Vmark1로부터 제2 목표 전압 Vmark2로의 목표 전압 Vmark의 변경이 행해졌다고 판단되는 경우에, 도 4의 처리 대신에 인터럽트 처리에 의해 1회 실행된다.
본 루틴이 실행되면, CPU는, 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄로 하는 구동 신호를 출력한다(스텝 S300). 이에 의해, 캐소드측 유로 내에의 산소 공급이 정지되고, 연료 전지(100)의 전압은 저하되기 시작한다. 그 후, CPU는, 전압 센서(102)로부터, 현재의 OCV(평균 셀 전압)인 전압값 Vme를 취득한다(스텝 S310).
그리고, CPU는 전압값 Vme와 (제2 목표 전압 Vmark2+β)를 비교한다(스텝 S320). β는, 도 4의 스텝 S180에 있어서의 α와 마찬가지로 정의 값이며, 캐소드측 유로에의 산소의 공급 개시가 제때 이루어지지 않아, 연료 전지(100)의 OCV가 제2 목표 전압 Vmark2보다도 저하되어버리는 것을 억제하기 위해 설정한 값이다. 제2 실시 형태에서는, 전압값 Vme가 (제2 목표 전압 Vmark2+β) 이하로 될 때까지, 스텝 S320의 판단을 반복한다. 스텝 S320에 있어서, 전압값 Vme가 (제2 목표 전압 Vmark2+β) 이하로 되었다고 판단하면, CPU는 제2 목표 전압 Vmark2를 실현하기 위한 개방도로서 미리 기억한 개방도로 되도록, 배압 밸브(143)의 스텝핑 모터에 구동 신호를 출력하여(스텝 S330), 본 루틴을 종료한다.
제1 목표 전압 Vmark1 및 제2 목표 전압 Vmark2는, 제어부(200) 내의 메모리에 미리 기억되어 있으며, 전술한 바와 같이, 제1 목표 전압 Vmark1은 제2 목표 전압 Vmark2보다도 큰 값이다. 따라서, 제2 실시 형태에서는, 시프트 포지션이 D 레인지이며, 간헐 운전 모드가 선택되고 나서의 경과 시간이 기준 시간에 달하지 않았을 때에는, 더 높은 전압의 목표 전압을 사용하여, 도 4에 기초하는 공급 산소량의 제어가 행해진다. 또한, 시프트 포지션이 D 포지션이며, 간헐 운전 모드가 선택되고 나서의 경과 시간이 기준 시간을 초과했을 때, 및 P 레인지일 때에는, 보다 낮은 전압의 목표 전압을 사용하여, 도 4에 기초하는 공급 산소량의 제어가 행해진다.
제2 실시 형태에서는, 시프트 포지션이 D 레인지이며, 간헐 운전 모드가 선택되고 나서의 경과 시간이 기준 시간을 초과하지 않은 상태가, 본 발명의 「제1 상태」로서 간주되어도 된다. 또한, 시프트 포지션이 D 레인지이며, 간헐 운전 모드가 선택되고 나서의 경과 시간이 기준 시간을 초과한 상태, 및 시프트 포지션이 P 레인지인 상태가, 본 발명의 「제2 상태」로서 간주되어도 된다.
도 7은, 도 4로부터 도 6의 처리에 기초하여 목표 전압 Vmark를 사용한 전압 유지 제어를 개시한 후의, 각 셀에 있어서의 개회로 전압의 거동을 개념적으로 나타내는 설명도이다. 도 7에서는, 평균 셀 전압을 굵은 선으로 나타내고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 목표 전압 Vmark로서 제1 목표 전압 Vmark1을 설정하여 전압 유지 제어를 개시하면, 평균 셀 전압은 제1 목표 전압 Vmark1에 유지되지만, 스택 전체에서는 셀 전압의 변동이 점차 커진다. 그 후, 목표 전압이 제1 목표 전압 Vmark1로부터 제2 목표 전압 Vmark2로 변경되어 산소 공급이 정지되면, 개회로 전압은 급격하게 저하되고, 산소 공급이 재개된 후에, 평균 셀 전압은 제2 목표 전압 Vmark2로 유지되게 된다. 평균 셀 전압이 제2 목표 전압 Vmark2로 유지되게 된 후에는, 각 셀 전압의 변동은 점차 커진다.
제1 목표 전압 Vmark1은, 고전위에 기인하는 전극 촉매의 열화(용출)를 억제하는 관점에서, 0.9V 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.85V 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.8V 이하로 하는 것이 더 바람직하다. 또한, 제1 목표 전압 Vmark1은, D 레인지의 상태에서 다시 부하가 증대했을 때(액셀러레이터 온으로 되었을 때), 캐소드측 유로 내의 산소량을 즉시 회복해서 원하는 전력을 얻기 위한 응답성을 확보하는 관점에서, 0.6V 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.7V 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
캐소드의 전극 촉매가 환원되는 것을 억제하는 관점에서, 연료 전지(100)를 구성하는 어느 쪽의 단일 셀의 전압도, 0V보다 높은 값인 것이 바람직하다. 그로 인해, 제2 목표 전압 Vmark2는, 0.1V 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2V 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 또한, 간헐 운전 모드가 장기에 걸쳐 계속해서, 각 단일 셀의 개회로 전압의 변동이 커졌을 때에도, 모든 단일 셀의 전압이, 전극 촉매의 용출을 충분히 억제할 수 있는 전압인 것이 바람직하다. 그로 인해, 제2 목표 전압 Vmark2는, 0.4V 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.3V 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 스텝 S220의 판단에서 사용하는 기준 시간은, 연료 전지(100)의 평균 셀 전압을 제1 목표 전압 Vmark1로 유지했을 때, 최고 셀 전압을 나타내는 단일 셀의 개회로 전압도, 허용 범위 내에 억제하는 관점에서, 적절히 설정하면 된다.
제2 실시 형태에 의하면, 부하로부터 신속하게 부하 요구가 나타나는 개연성이 비교적 높은 상태라고 판단되는 경우에는, 간헐 운전 모드 선택 시에, 보다 높은 목표 전압을 설정하여 전압 유지 제어를 행하기 위해서, 캐소드측 유로 내에서 비교적 많은 산소량을 확보하여, 차회에 부하 요구가 증가했을 때의 응답성을 확보할 수 있다. 또한, 부하로부터 신속하게 부하 요구가 나타나는 개연성이 비교적 낮은 상태라고 판단되는 경우에는, 간헐 운전 모드 선택 시에, 보다 낮은 목표 전압을 설정하여 전압 유지 제어를 행하기 때문에, 셀 전압의 변동이 확대되어도, 과잉으로 전압이 상승하는 단일 셀의 발생을 억제하여, 연료 전지(100) 전체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
특히 제2 실시 형태에서는, 시프트 포지션이 D 레인지인 상태 그대로 기준 시간을 경과하면, 시프트 포지션의 변경이 없어도, 목표 전압 Vmark를, 보다 낮은 목표 전압으로 변경하고 있다. 그로 인해, 특정한 목표 전압을 사용하는 제어를 계속해서 셀 전압의 변동이 확대되어, 바람직하지 않을 정도로 전압이 상승하는 단일 셀이 발생하는 경우이더라도, 시프트 포지션의 변경 등의 사용자로부터의 지시를 기다리지 않고, 일부의 단일 셀에 있어서의 과도한 전압 상승을 해소하는 것이 가능해진다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 목표 전압 Vmark를, 제1 목표 전압 Vmark1로부터 제2 목표 전압 Vmark2로 변경할 때 전압 Vme를 제2 목표 전압 Vmark2에 근접하기 위한 산소 공급량의 제어를 개시하기 전에, 일단, 산소 공급을 정지하고 있다. 그로 인해, 목표 전압 Vmark로서 제1 목표 전압 Vmark1을 사용하고 있는 동안에 발생한 각 단일 셀의 개회로 전압의 변동을, 저감할 수 있다. 그 이유는, 이하와 같이 생각된다. 즉, 목표 전압 Vmark로서 제1 목표 전압 Vmark1을 사용하고 있는 동안에는, 각 단일 셀 내에 있어서의 유로 저항의 변동이나, 유로 내에서 발생하는 물 등의 영향 때문에, 캐소드에 공급되는 산소량이 단일 셀마다 변동되어, 개회로 전압의 변동이 점차 넓어진다. 이때, 산소 공급을 일시적으로 정지하면, 연료 전지(100)가 구비하는 각 단일 셀이, 동일하게 산소 부족의 상태로 되어, 개회로 전압의 변동이 작아진다고 생각된다.
제2 실시 형태에 있어서, 시프트 포지션이 P 레인지로 되어, 제2 목표 전압 Vmark2를 사용한 전압 유지 제어가 개시된 후에, 부하 요구가 기준값 이하인 채로(스텝 S110 참조), 시프트 포지션이 D 레인지로 변경되는 경우가 생각된다. 이러한 경우에는, 도 5와 같이, 시프트 포지션이 D 레인지의 상태이며, 또한 간헐 운전 모드에 대응하는 저부하 요구라는 조건이 성립되고 나서의 경과 시간에 기초하여 목표 전압을 설정하는 것이 아니라, 낮은 쪽의 목표 전압인 제2 목표 전압 Vmark2를 유지하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 간헐 운전 모드 중의 전압 변동의 빈도를 억제하고, 전압 변동에 기인하는 전극 촉매의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 도 5에서는, 시프트 포지션으로서, D 레인지 및 P 레인지의 경우에 대해서만 설명하고 있으며, 다른 레인지가 선택되어 있는 경우에 대해서는 기재를 생략하고 있다. 예를 들어, 다른 레인지로서 N 레인지가 선택되는 경우에는, D 레인지와 마찬가지의 처리를 행할 수 있다. 또는, R 레인지가 선택되는 경우에는, R 레인지가 선택되고 나서의 경과 시간에 관계없이, 항상 제1 목표 전압 Vmark1을 사용하여, 이동 시의 응답성을 확보하여도 된다. D 레인지 및 R 레인지는, 본 발명의 구동 포지션으로서 간주되어도 된다. 또한, P 레인지 및 N 레인지는, 본 발명의 비구동 포지션으로서 간주되어도 된다. 또한, 구동 포지션이 선택되어 있을 때, 모터(170), 이차 전지(172) 등에 의해, 소정 레벨 이상의 전력 응답성이 요구될 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 스텝 S150에 있어서의 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 비교 결과에 기초하여, 스텝 S160 및 스텝 S162에 있어서 산소 유량을 증감할 때에는, 스텝핑 모터의 1 스텝분씩 배압 밸브(143)의 개방도를 변경하였지만, 상이한 구성으로 하여도 된다. 이하에, 제3 실시 형태로서, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차의 크기에 따라서, 산소 유량의 변경량을 변화시키는 구성을 설명한다.
도 8은, 제3 실시 형태에 있어서의 제어부(200)의 CPU가, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴 대신에 실행하는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴에서는, 스텝 S150 이후의 처리 이외에는 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴과 마찬가지의 처리를 행하기 때문에, 공통되는 처리에 대해서는 동일한 공정 번호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 고전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 또한 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가, 미리 정한 기준값 이상인지 여부를 판단한다(스텝 S400). 그리고, CPU는, 상기 차가 기준값 미만이라고 판단될 때에는, 비발전 상태에서 배압 밸브(143)의 개방도를 1 스텝분 감소시키는 신호를 배압 밸브(143)로 출력하여(스텝 S430), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S400에 있어서 상기 차가 기준값 이상이라고 판단할 때에는, CPU는, 비발전 상태에서 배압 밸브(143)의 개방도를 2 스텝분 감소시키는 신호를 배압 밸브(143)로 출력하여(스텝 S440), 본 루틴을 종료한다.
스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 저전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 또한 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가, 미리 정한 기준값 이상인지 여부를 판단한다(스텝 S410). 그리고, CPU는, 상기 차가 기준값 미만이라고 판단될 때에는, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 1 스텝분 증가시키는 신호를 배압 밸브(143)로 출력하여(스텝 S450), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S410에 있어서 상기 차가 기준값 이상이라고 판단될 때에는, CPU는, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 2 스텝분 증가시키는 신호를 배압 밸브(143)로 출력하여(스텝 S460), 본 루틴을 종료한다.
스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 전압 유지 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 비발전 상태에서, 현재의 배압 밸브(143)의 개방도를 유지함으로써 캐소드측 유로에 공급하는 산소량을 유지하여(스텝 S164), 본 루틴을 종료한다.
제3 실시 형태에 의하면, 고전압 상태 또는 저전압 상태에 해당하고, 배압 밸브(143)의 개방도(산소의 공급량)를 증감할 때, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가 클수록, 증감의 정도를 크게 하고 있다. 그로 인해, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가 변동하는 경우이더라도, 연료 전지(100)의 개회로 전압을 신속하게 목표 전압 Vmark에 근접할 수 있다. 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가 변동하는 원인의 하나로서는, 예를 들어 애노드측 유로에 있어서의 수소압, 연료 전지(100)의 내부 온도, 및 연료 전지(100)의 내부 습도로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 조건이 변동됨으로써, 전해질막을 투과하는 수소량이 변동하고, 전술한 식 (1)의 셀 전압 유지 산소량이 변동되는 것을 들 수 있다.
스텝 S400 및 스텝 S410의 판단에 사용하는 기준값은, 예를 들어 공급 산소량을 증감하는 정도를 상이하게 함으로써 공급 산소량의 증감 속도의 변화량 등을 고려하여 정하면 된다. 또한, 스텝 S400과 스텝 S410은, 사용하는 기준값의 값을 상이하게 해도 되며, 동일하여도 된다. 또한, 도 8에서는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차에 따라서 공급 산소량을 증가시키는 동작 및 감소시키는 동작의 각각을, 2단계로 변경 가능하게 하고 있지만, 3단계 이상으로 변경 가능하게 하여도 된다. 또한, 공급 산소량을 증감하는 단위는, 스텝핑 모터의 1 스텝분과 2 스텝분의 조합 이외의 조합이어도 된다.
제1 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드가 선택될 때에는, 연료 전지(100)의 OCV인 전압값 Vme를, 설정한 목표 전압 Vmark에 근접하는 제어를 계속적으로 행하고 있지만, 전압값 Vme의 변동 상태에 따라서 목표 전압 Vmark를 변경하는 것도 가능하다. 이와 같은 구성을, 제4 실시 형태로서 이하에 설명한다.
도 9는, 제4 실시 형태에 있어서의 제어부(200)의 CPU가, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴 대신에 실행하는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴에서는, 스텝 S150 이후의 처리 이외에는 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴과 마찬가지의 처리를 행하기 때문에, 공통되는 처리에 대해서는 동일한 공정 번호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 고전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 도 4와 마찬가지로, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 작게 하여 산소 유량을 감소시켜서(스텝 S160), 본 루틴을 종료한다. 또한, 비교의 결과, 전술한 전압 유지 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 도 4와 마찬가지로, 비발전 상태에서, 현재의 배압 밸브(143)의 개방도를 유지함으로써 산소 유량을 유지하여(스텝 S164), 본 루틴을 종료한다.
스텝 S150의 비교 결과, 전술한 저전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차가, 미리 정한 기준값 이상인지 여부를 판단한다(스텝 S500). 그리고, CPU는, 상기 차가 기준값 미만이라고 판단될 때에는, 도 4의 스텝 S162와 마찬가지로, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 크게 하여 산소 유량을 증가시켜서(스텝 S510), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S500에 있어서, 상기 차가 상기 기준값 이상이라고 판단될 때에는, CPU는, 비발전 상태에서, 목표 전압 Vmark를, 지금까지 설정하고 있던 값 목표 전압 Vmark1로부터, 보다 작은 값 목표 전압 Vmark2로 변경함과 함께, 배압 밸브(143)의 개방도가, 목표 전압 Vmark2를 실현하기 위한 개방도로서 미리 제어부(200) 내의 메모리에 기억한 개방도로 되도록, 배압 밸브(143)에 대하여 구동 신호를 출력하여(스텝 S520), 본 루틴을 종료한다.
제4 실시 형태에서는, 스텝 S500의 판단에서 사용하는 기준값이, 본 발명의 「허용값」으로서 간주되어도 된다. 또한, 스텝 S500에 있어서 상기 차가 기준값 이상이라고 판단될 때까지 목표 전압 Vmark로서 사용하고 있던 목표 전압 Vmark1이, 본 발명의 「제1 목표 전압」으로서 간주되어도 된다. 스텝 S520에서 새롭게 설정되는 목표 전압 Vmark2가, 본 발명의 「제2 목표 전압」으로서 간주되어도 된다.
제4 실시 형태에 의하면, 전압 Vme에 기초하여 배압 밸브(143)의 개방도를 조절하는 전압 유지 제어를 행하여도, 목표 전압 Vmark1을 유지하는 것이 곤란해진 경우에는, 목표 전압 Vmark를, 목표 전압 Vmark1보다도 낮은 목표 전압 Vmark2로 변경하고 있다. 그로 인해, 각 단일 셀의 OCV가 변동되는 것에 기인하여 바람직하지 않을 정도로 고전압의 단일 셀이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
목표 전압 Vmark1을 유지하는 것이 곤란해지는 원인으로서는, 예를 들어 각 단일 셀의 캐소드측 유로 내에 있어서의 유로 저항에 변동이 발생하는 것을 들 수 있다. 유로 저항이 변동되면, 일부의 단일 셀 캐소드에 있어서 산소가 부족해서 전압이 저하되고, 연료 전지(100) 전체에서 평균 셀 전압이 저하되는 경우가 있다. 단일 셀마다 캐소드측 유로 내의 유로 저항이 변동되는 원인으로서는, 예를 들어 캐소드 근방에서 액수(液水)가 발생하는 것을 들 수 있다. 발전 정지를 수반하는 간헐 운전 모드 선택 시에는, 전해질막을 투과한 수소가 캐소드 상에서 산화되는 반응이 진행하고, 이 반응에 의해 물이 발생하기 때문이다.
이와 같이 목표 전압 Vmark1을 유지하는 것이 곤란해졌을 때, 연료 전지(100)의 개회로 전압을 목표 전압 Vmark1에 근접하기 위해 공급 산소량을 증가시키면, 공급된 산소는, 유로 저항이 작은 흐르기 쉬운 유로에 보다 많이 흐르게 되기 때문에, 각 셀 전압의 변동이, 보다 커질 가능성이 있다. 그로 인해, 목표 전압을 높게 유지한 채, 공급 산소량을 증가시키는 제어를 속행하면, 바람직하지 않을 정도로 고전압의 셀이 발생할 개연성이 높아진다. 제4 실시 형태에서는, 설정된 목표 전압 Vmark1의 유지가 곤란해졌을 때에는, 제어에 사용하는 목표 전압을, 보다 낮은 목표 전압 Vmark2로 변경하고 있기 때문에, 높은 평균 전압을 중심으로 하여 각 단일 셀의 변동이 커지는 것에 기인하여 과잉으로 고전압의 단일 셀이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 연료 전지(100)의 개회로 전압이 저하됨으로써, 캐소드의 전극 촉매 환원이 진행되는 경향이 있기 때문에, 일단 내려간 전압을 상승시키면, 전술한 바와 같이 캐소드에 있어서 촉매 전극의 용출이 진행되기 쉬워진다. 제4 실시 형태와 같이, 전압값 Vme가 어느 정도 이상 저하되었을 때에는, 목표 전압 Vmark도 저하시켜서 OCV의 재상승을 억제하고 있기 때문에, 전압의 재상승에 기인하는 촉매 열화를 억제할 수 있다.
또한, 스텝 S520에서 새롭게 설정하는 제2 목표 전압 Vmark2는, 스텝 S130에서 검출한 현재의 OCV인 전압값 Vme보다도 높아도 되고, 낮아도 되며, 동일하여도 된다. 단, 제2 목표 전압 Vmark2는, 스텝 S130에서 검출한 전압값 Vme보다도 낮은 쪽이, 연료 전지(100)의 전압 재상승의 빈도를 억제할 수 있다는 관점에서 바람직하다.
또한, 보다 낮은 제2 목표 전압 Vmark2를 새롭게 설정한 후에도, 전압값 Vme가 저하를 계속하여, 전압값 Vme와 제2 목표 전압 Vmark2의 차가 확대되는 경우에는, 목표 전압 Vmark를 더 낮게 설정하는 동작을 반복해 행하여도 된다. 이와 같이, 보다 낮은 값으로 변경된 목표 전압 Vmark는, 부하 요구가 소정값을 초과해서 간헐 운전 모드가 해제될 때에는, 리셋하도록 하면 된다.
또한, 제4 실시 형태를, 제3 실시 형태와 조합하여도 된다. 구체적으로는, 목표 전압 Vmark에 비해서 전압값 Vme가 낮을 때이며, 목표 전압 Vmark와 전압값 Vme의 차가 소정값 이하일 때에는, 목표 전압 Vmark와 전압값 Vme의 차가 클수록, 배압 밸브(143)의 개방도를 증가시키는 정도를 크게 하는 제어를 행하면 된다(도 8의 스텝 S450 및 스텝 S460 참조). 그리고, 목표 전압 Vmark에 비해서 전압값 Vme가 낮을 때이며, 목표 전압 Vmark와 전압값 Vme의 차가 소정값을 초과했을 때에는, 목표 전압 Vmark를, 보다 낮은 값으로 변경하는 제어를 행하면 된다(도 9의 스텝 S520 참조).
또한, 제4 실시 형태의 스텝 S520에 있어서, 목표 전압 Vmark를, 지금까지 설정하고 있던 목표 전압 Vmark1로부터, 더 작은 값인 목표 전압 Vmark2로 변경할 때 목표 전압 Vmark2를 실현하기 위한 개방도로서 미리 제어부(200) 내의 메모리에 기억한 개방도로 되도록, 배압 밸브(143)의 개방도를 즉시 변경하는 것이 아니라, 배압 밸브(143)의 개방도를 일단 완전 폐쇄로 하도록 해도 된다. 즉, 도 6과 마찬가지로, 목표 전압 Vmark2에 따른 개방도가 되도록 배압 밸브(143)의 개방도를 변경하는데 앞서서(스텝 S330), 전압값 Vme가 (제2 목표 전압 Vmark2+β) 이하로 될 때까지(스텝 S320), 배압 밸브(143)를 완전 폐쇄로 하여(스텝 S300), 산소 공급을 정지하여도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 목표 전압 Vmark로서 제1 목표 전압 Vmark1을 사용하고 있는 동안에 발생한 각 단일 셀의 개회로 전압의 변동을, 저감할 수 있다.
제3 실시 형태에서는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차의 크기에 따라서 산소 유량의 변경량[배압 밸브(143)의 개방도 변경량]을 변화시키고 있다. 제4 실시 형태에서는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차의 크기에 따라서 목표 전압 Vmark를 변경하고 있다. 이에 반하여, 전압값 Vme가 크게 변화되는 것이 예측되는 경우에는, 전압값 Vme가 변화하기 전에, 예측되는 전압값 Vme의 변화를 상쇄하기 위해서, 배압 밸브(143)의 개방도 증감량을 변경하도록 해도 된다. 이와 같은 구성을, 제5 실시 형태로서 이하에 설명한다.
도 10은, 제5 실시 형태에 있어서의 제어부(200)의 CPU가, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴 대신에 실행하는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴에서는, 스텝 S150 이후의 처리 이외에는 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴과 마찬가지의 처리를 행하기 때문에, 공통되는 처리에 대해서는 동일한 공정 번호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 고전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 연료 전지(100)에 대한 공급 산소량의 증대가 예측되는지 여부(공급 산소량이 증대하는 조건에 해당하는지 여부)를 판단한다(스텝 S600). 공급 산소량의 증대를 예측할 수 없는 경우에는, CPU는, 배압 밸브(143)의 개방도를 작게 함으로써, 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 감소시키는 통상의 처리를 행하고(스텝 S160), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S600에 있어서 공급 산소량의 증대가 예측되는 경우에는, CPU는, 공급 산소량의 증대 영향을 가미하여, 산소 유량을 원하는 양 감소할 수 있도록 배압 밸브(143)의 개방도를 조절하여(스텝 S630), 본 루틴을 종료한다.
또한, 스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 저전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 연료 전지(100)에 대한 공급 산소량의 증대가 예측되는지 여부(공급 산소량이 증대하는 조건에 해당하는지 여부)를 판단한다(스텝 S610). 공급 산소량의 증대를 예측할 수 없는 경우에는, CPU는, 배압 밸브(143)의 개방도를 크게 함으로써, 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 증가시키는 통상의 처리를 행하고(스텝 S162), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S610에 있어서 공급 산소량의 증대가 예측되는 경우에는, CPU는, 공급 산소량의 증대 영향을 가미하여, 산소 유량을 원하는 양만큼 증가할 수 있도록 배압 밸브(143)의 개방도를 조절하여(스텝 S640), 본 루틴을 종료한다.
또한, 스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 전압 유지 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 연료 전지(100)에 대한 공급 산소량의 증대가 예측되는지 여부(공급 산소량이 증대하는 조건에 해당하는지 여부)를 판단한다(스텝 S620). 공급 산소량의 증대를 예측할 수 없는 경우에는, CPU는, 현재의 배압 밸브(143)의 개방도를 유지함으로써, 캐소드측 유로에 공급하는 산소의 유량을 유지하는 통상의 처리를 행하고(스텝 S164), 본 루틴을 종료한다. 스텝 S620에 있어서 공급 산소량의 증대가 예측되는 경우에는, CPU는, 공급 산소량의 증대 영향을 가미하여, 산소 유량을 유지할 수 있도록 배압 밸브(143)의 개방도를 조절하여(스텝 S650), 본 루틴을 종료한다.
여기서, 공급 산소량의 증대가 예측될 때에는, 예를 들어 순환 유로(122)를 흐르는 수소의 일부를, 수소 방출 유로(123)에 설치한 개폐 밸브(129)를 통해 방출해야 할 타이밍이라고 판단되는 경우를 들 수 있다. 전술한 바와 같이, 간헐 운전 모드 선택 시에 있어서도, 소정의 타이밍에 개폐 밸브(129)를 개방 밸브함으로써, 애노드측 유로 내에 있어서의 불순물 농도의 상승을 억제하고 있다. 개폐 밸브(129)를 개방 밸브하여 순환 유로(122) 내의 수소를 방출할 때에는, 전술한 바와 같이, 방출하는 수소를 공기 방출 유로(142)로 유도하여 수소를 희석함으로써, 연료 전지 차량(20)으로부터 방출되는 수소 농도를 저감한다(도 1 참조). 그로 인해, 제5 실시 형태에서는, 개폐 밸브(129)를 개방 밸브할 때에는, 동시에 압축기(130)의 구동량을 증대시킴으로써 공기 방출 유로(142)를 흐르는 공기량을 증대시켜서, 방출되는 수소 농도를 충분히 저감하고 있다. 이와 같이 압축기(130)의 구동량을 증대시키면, 분류 밸브(144)의 상태가 고정되어 있기 때문에, 배압 밸브(143)에 대하여 통상의 제어를 행하면, 캐소드측 유로에 공급되는 산소가 과잉이 된다.
따라서 제5 실시 형태에서는, 개폐 밸브(129)를 개방하는 타이밍이라고 판단되어 있을 때에는, 압축기(130)의 구동량의 증가에 의해 연료 전지(100)에 공급되는 산소량이 증대하는 것에 앞서서, 배압 밸브(143)의 개방도를 작게 하는 제어를 추가하고 있다. 이에 의해, 압축기(130)의 구동량이 증가하는 경우이더라도, 압축기(130)의 구동량의 증가분의 영향을 억제하여, 연료 전지(100)에 공급되는 산소의 변화량을, 전압값 Vme와 Vmark의 관계로부터 유도되는 원하는 양으로 억제하고 있다. 또한, 제5 실시 형태에서는, 개폐 밸브(129)를 개방 밸브할 때의 압축기(130)에 있어서의 구동량의 증가량은, 미리 일정한 값으로 정해져 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 분류 밸브(144)의 상태는 고정되어 있다. 그로 인해, 제5 실시 형태에서는, 압축기(130)의 구동량의 증가 전에 취할 수 있는 배압 밸브(143)의 개방도의 전체 범위에 관하여, 압축기(130)의 구동량을 소정량 증가시켰을 때, 통상의 제어에 있어서 공급 산소량을 1 스텝분 증가, 1 스텝분 감소, 및 공급 산소량을 유지시키기 위한 배압 밸브(143)의 개방도가, 미리 실험적으로 구해져서 제어부(200) 내의 메모리에 맵으로서 기억되어 있다. 스텝 S630, 스텝 S640, 및 스텝 S650에서는, CPU는 현재의 배압 밸브(143)의 개방도에 기초하여 상기 맵을 참조하여, 배압 밸브(143)의 구동량을 결정한다.
또한, 개폐 밸브(129)를 개방 밸브해야 할 시간은 미리 정해져 있다. 그로 인해, 개폐 밸브(129)를 개방 밸브해야 할 타이밍이라고 일단 판단된 후에는, 상기 개방 밸브해야 할 시간이 경과될 때까지는, 스텝 S600 또는 스텝 S610에 있어서, 공급 산소량의 증대가 예측되는 조건이라고 판단한다.
이와 같은 구성으로 하면, 연료 전지(100)의 전압 제어와는 다른 목적, 혹은, 연료 전지의 개회로 전압이 변동하는 통상의 요인과는 다른 요인이기 때문에, 연료 전지(100)에 대한 공급 산소량이 변동될 수 있는 상태로 되어도, 상기 변동을 억제하여, 연료 전지(100)의 OCV를 목표 전압 Vmark로 하는 제어를 안정적으로 행하는 것이 가능해진다.
또한, 연료 전지(100)에 대한 공급 산소량의 증대가 예측되는지 여부에 기초하는 제5 실시 형태의 제어는, 도 4에 도시한 제1 실시 형태의 제어 대신에, 도 8에 나타내는 제3 실시 형태의 제어, 혹은, 도 9에 도시한 제4 실시 형태의 제어에 있어서 적용하여도 된다. 또한, 제5 실시 형태에서는, 공급 산소량의 증대가 예측되는 경우로서, 개폐 밸브(129)를 개방 밸브해야 하다고 판단되는 경우를 들었지만, 상이한 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 연료 전지(100)에 공급되는 산소의 유로 중 어느 한쪽의 개소에 있어서, 액수가 체류하고 있다고 판단될 때, 압축기(130)의 구동량을 일시적으로 증가시켜서 액수의 체류를 해소하는 구성을 채용하고, 압축기(130)의 구동량의 일시적인 증가 시에, 마찬가지의 처리를 행하여도 된다. 또한, 공급 산소량의 증대가 예측되는 경우를 대신하여, 공급 산소량의 감소가 예측되는 경우에, 제어를 변경[배압 밸브(143)의 개방도를 크게 하는 제어를 추가]하여도 된다. 공급 산소량의 감소가 예측되는 경우에는, 예를 들어 압축기(130)에 문제가 발생하여, 구동량을 억제해야 하다고 판단되는 경우를 들 수 있다.
제1 내지 제5 실시 형태에서는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과에 기초하여, 미리 설정한 변경량에 의해, 배압 밸브(143)의 개방도가 증감하였지만, 상이한 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 전압값 Vme가, 상한값 혹은 하한값으로서 정한 극한값에 달하는 경우에는, 배압 밸브(143)의 개방도를 최대한 변경하여, 전압값 Vme가 극한값에 달하는 것을 억제하도록 해도 된다. 이와 같은 구성을, 제6 실시 형태로서 이하에 설명한다.
도 11은, 제6 실시 형태의 연료 전지 차량(20)에 있어서 실행되는 극한값 회피 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴은, 전원 시스템(30)이 기동된 후, 사용자에 의한 시스템 정지의 지시가 입력될 때까지, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴과 평행하여, 전원 시스템(30)의 가동 중에 반복해 실행된다.
본 루틴이 실행되면, CPU는, 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태인지 여부를 판단한다(스텝 S200). 이 스텝 S200의 처리는, 도 4에 있어서의 스텝 S100 및 스텝 S110과 동일한 처리이다. 스텝 S200에 있어서 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태가 아니라고(부하 요구가 기준값을 초과함) 판단했을 때에는, CPU는 본 루틴을 종료한다.
스텝 S200에 있어서 간헐 운전 모드를 선택해야 할 상태(부하 요구가 기준값 이하임)라고 판단했을 때에는, CPU는, 전압 센서(102)로부터, 현재의 OCV인 전압값 Vme를 취득한다(스텝 S700). 스텝 S700의 처리는, 도 4에 있어서의 스텝 S130과 마찬가지의 처리이다.
전압값 Vme를 취득하면, CPU는, 전압값 Vme가 상한값 이상인지의 여부를 판단한다(스텝 S710). 스텝 S710의 판단에서 사용하는 상한값이란, 캐소드가, 피해야 할 고전위 상태(전극 촉매가 극히 용출되기 쉬운 상태)가 되어 있음을 나타내는 값으로서 미리 정한 값이다. 상기 상한값은, 예를 들어 0.9V로 할 수 있다.
스텝 S710에 있어서 전압값 Vme가 상한값 이상이라고 판단했을 때에는, CPU는 배압 밸브(143)의 개방도가 최소가 되도록 배압 밸브(143)로 구동 신호를 출력하고, 공급 산소량을 감소시켜서(스텝 S720), 본 루틴을 종료한다. 여기서, 배압 밸브(143)의 개방도가 최소가 될 때란, 배압 밸브(143)에 있어서의 유로의 유효 단면적이 실질적으로 0이 되는 개방도이면 되며, 배압 밸브(143)에 있어서의 기계적인 완전 폐쇄 상태일 필요는 없다. 이와 같이 하여 산소 공급을 일시적으로 실질적으로 차단함으로써, 연료 전지(100)의 OCV는 신속하게 저하된다.
스텝 S710에 있어서 전압값 Vme가 상한값 미만이라고 판단했을 때에는, CPU는, 전압값 Vme가 하한값 이하인지 여부를 판단한다(스텝 S730). 스텝 S730의 판단에서 사용하는 하한값이란, 캐소드가, 피해야 할 저전위 상태(전극 촉매가 환원되는 정도가 극히 큰 상태)가 되는 것을 나타내는 값으로서 미리 정한 값이다. 상기 하한값은, 예를 들어 0.1V로 할 수 있다.
스텝 S730에 있어서 전압값 Vme가 하한값 이하라고 판단했을 때에는, CPU는, 배압 밸브(143)의 개방도가 최대가 되도록 배압 밸브(143)로 구동 신호를 출력하고, 공급 산소량을 증가시켜서(스텝 S740), 본 루틴을 종료한다. 여기서, 배압 밸브(143)에 있어서의 최대의 개방도란, 전해질막을 투과하는 수소량이 최대가 되는 경우이더라도, 현재 설정되어 있는 목표 전압 Vmark를 실현할 수 있는 산소량을 공급 가능한 개방도로서, 목표 전압 Vmark마다 미리 설정해 두면 되며, 배압 밸브(143)에 있어서의 기계적인 완전 개방 상태일 필요는 없다. 이와 같이 하여 산소 공급을 일시적으로 급격하게 증가시킴으로써, 연료 전지(100)의 OCV는 신속하게 상승한다.
또한, 제6 실시 형태에서는, 스텝 S720 및 스텝 S730에 있어서의 공급 산소량의 증감에 관한 동작은, 도 4에 기초하는 공급 산소량의 증감에 관한 제어에 우선해서 인터럽트 처리에 의해 실행된다. 그로 인해, 전압값 Vme가 상한값 혹은 하한값에 달했을 때에는, 전압값 Vme를 상한값 혹은 하한값으로부터 멀어지게 하여, 전압값 Vme가 상한값 혹은 하한값에 달하는 것에 따른 문제를 피할 수 있다. 스텝 S730에 있어서 전압값 Vme가 하한값을 초과했다고 판단되었을 때에는, CPU는, 본 루틴을 종료하고, 도 4에 기초하는 통상의 공급 산소량의 제어가 실행된다.
이와 같은 구성으로 하면, 연료 전지의 개회로 전압이, 바람직하지 않은 극한값에 달했을 때에는, 연료 전지의 개회로 전압을 신속하게 극한값으로부터 떨어진 값으로 할 수 있다.
제6 실시 형태에 있어서의 연료 전지(100)의 극한값(상한값 혹은 하한값)을 회피하기 위한 도 11에 기초하는 제어는, 도 4에 도시한 제1 실시 형태의 처리 루틴 대신에, 도 8에 도시한 제3 실시 형태의 처리 루틴, 혹은, 도 9에 도시한 제4 실시 형태의 처리 루틴과 평행하게 실행하고, 상기한 제어 처리 루틴에 기초하는 공급 산소량 변경의 동작에 우선해서 실행하여도 된다.
상기 각 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 연료 전지(100)의 발전을 정지하고, 연료 전지(100)의 OCV와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과에 기초해서 공급 산소량을 증감하였지만, 상이한 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 연료 전지(100)의 OCV가 목표 전압 Vmark를 초과한 경우에는, 발전 정지 상태에서 공급 산소량을 감소시키는 것이 아니라, 연료 전지(100)에 미소한 발전을 행하게 하여, 연료 전지(100)의 전압 상승을 억제하도록 해도 된다. 이와 같은 구성을 제7 실시 형태로서 이하에 설명한다.
도 12는, 제7 실시 형태에 있어서의 제어부(200)의 CPU가, 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴 대신에 실행하는 간헐 운전 제어 처리 루틴을 나타내는 흐름도이다. 본 루틴에서는, 스텝 S150 이후의 처리 이외는 도 4의 간헐 운전 제어 처리 루틴과 마찬가지의 처리를 행하기 때문에, 공통되는 처리에 대해서는 동일한 공정 번호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
스텝 S150에 있어서 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark를 비교한 결과, 전술한 저전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 도 4와 마찬가지로, 비발전 상태에서, 배압 밸브(143)의 개방도를 크게 하여 산소 유량을 증가시켜서(스텝 S162), 본 루틴을 종료한다. 또한, 비교의 결과, 전술한 전압 유지 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 도 4와 마찬가지로, 비발전 상태에서, 현재의 배압 밸브(143)의 개방도를 유지함으로써 산소 유량을 유지하여(스텝 S164), 본 루틴을 종료한다.
스텝 S150의 비교 결과, 전술한 고전압 상태에 해당한다고 판단된 경우에는, CPU는, 연료 전지(100)의 출력 전압이 목표 전압 Vmark로 되도록, 연료 전지(100)의 발전 제어를 행하고(스텝 S800), 본 루틴을 종료한다. 간헐 운전 모드 선택 시에는, 공급 산소량은 통상 운전 모드 선택 시에 비해서 적어지게 되어 있기 때문에, 연료 전지(100)의 출력 전압을 목표 전압 Vmark로 하면, 통상 운전 모드 선택 시에 출력 전압을 목표 전압 Vmark로 하는 경우에 비하여, 발전량은 미소로 된다.
또한, 스텝 S800에 있어서, 연료 전지(100)의 출력 전압이 목표 전압 Vmark로 되는 미소 발전이 일단 개시되면, 그 후에 도 12의 간헐 운전 제어 처리 루틴이 반복될 때에는, 스텝 S130에서는, 발전 중의 연료 전지(100)의 출력 전압이 취득된다. 이때, 출력 전압은 목표 전압 Vmark로 되어 있기 때문에, 스텝 S150에서는 전압 유지 상태라고 판단된다. 그리고, 스텝 S164에서는, 출력 전압을 목표 전압 Vmark로서 미소한 발전을 행하는 상태가 유지된다.
이상과 같은 구성에 의하면, 적어도 연료 전지(100)의 OCV가 Vmark보다도 큰 고전압 상태가 될 때까지는, 연료 전지(100)의 발전을 정지한 간헐 운전 모드의 제어를 행하기 때문에, 저부하 상태일 때의 연료 전지(100)로부터의 발전량을 억제할 수 있고, 그 결과, 전원 시스템(30)의 에너지 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 연료 전지(100)의 전압이 목표 전압 Vmark로 되도록, 비발전 상태에서의 산소 공급량의 제어, 또는, 미소한 발전을 행하기 위해서, 연료 전지(100)의 전압 변동을 억제하여, 연료 전지(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는, 목표 전압 Vmark를 실현하기 위해서 스텝 S190에 있어서 설정하는 배압 밸브(143)의 개방도는, 목표 전압 Vmark마다 미리 정해서 제어부(200)의 메모리에 기억하고 있다. 그리고, 전압 유지 제어가 개시된 후에는, 전압값 Vme와 목표 전압 Vmark의 차에 기초하여 배압 밸브(143)의 개방도를 조절함으로써, 결과적으로, 식 (1)에 나타내는 셀 전압 유지 산소량을 연료 전지(100)에 공급하고 있다. 이에 반하여, 변형예 1에 있어서는, 식 (1)에 나타내는 셀 전압 유지 산소량을, 각종 파라미터에 기초하여 산출하여, 공급해야 할 산소량을 결정하여도 된다. 이 경우에는 , 예를 들어 애노드측 유로의 수소 분압(애노드측 유로 내의 압력 및 수소 농도), 연료 전지(100) 내의 온도, 및 연료 전지(100) 내의 습도를 검출해서 투과수 소량을 구하고, 투과 수소에 의한 소비 산소량을 구하면 된다. 그리고, 식 (1)에 기초하여, 기전력 발생에 필요한 산소량과, 상기한 투과 수소에 의한 소비 산소량의 합계값으로서, 셀 전압 유지 산소량을 구하고, 이러한 셀 전압 유지 산소량을 공급 가능하게 되는 배압 밸브(143)의 개방도를 설정하여도 된다.
이때, 애노드측 유로 내의 압력은, 순환 유로(122)에 설치한 압력 센서(128)의 검출값에 기초하여 알 수 있다. 애노드측 유로 내의 수소 농도는, 순환 유로(122) 내에 수소 농도 센서를 설치함으로써 알 수 있다. 연료 전지(100) 내의 온도는, 예를 들어 연료 전지(100)의 내부에 온도 센서를 설치하여 검출하여도 되며, 연료 전지(100)로부터 배출되는 냉매 온도로부터 추정하여도 된다. 연료 전지(100) 내의 습도는, 예를 들어 캐소드측 유로에 습도 센서를 설치해서 검출할 수 있다. 또한, 연료 전지(100)에 공급해야 할 산소량과 배압 밸브(143)의 개방도의 관계는, 미리 조사해서 맵으로서 기억해 두면 된다.
상기 각 실시 형태에서는, 스텝 S130 및 스텝 S175에서 취득하는 전압값 Vme를, 스택 전체의 OCV를 셀 수로 나눈 평균 셀 전압으로 하였다. 이에 반하여, 변형예 2에서는 상이한 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 연료 전지(100)를 구성하는 각 단일 셀의 전압을 개별로 측정하고, 전압값 Vme로서 최저 셀 전압을 사용하여도 되고, 최고 셀 전압을 사용하여도 된다. 최저 셀 전압을 사용하는 경우에는, 각 단일 셀의 전압이 지나치게 저하되어 캐소드의 전극 촉매가 과도하게 환원되는 것을 억제하는 관점에서 유리하다. 또한, 최고 셀 전압을 사용하는 경우에는, 각 단일 셀의 전압이 너무 상승하여 캐소드의 전극 촉매가 과도하게 용출하는 것을 억제하는 관점에서 유리하다.
상기 각 실시 형태에서는, 캐소드에 공급되는 산소량을 변경하기 위해서 산소 공급로에 설치하는 유량 조정 밸브를, 제2 공기 유로(145)에 설치한 배압 밸브(143)로 하였다. 이에 반하여, 변형예 3에서는 상이한 구성으로 하여도 된다. 연료 전지(100)로부터 배출된 산소가 흐르는 유로(하류측 유로)에 설치한 스로틀 밸브인 배압 밸브(143) 대신에, 연료 전지(100)에 산소를 공급하기 위한 유로(상류측 유로)에 설치한 스로틀 밸브의 개방도를 제어함으로써, 공급 산소량을 조절하여도 된다. 또는, 하류측 유로와 상류측 유로의 양쪽에 설치한 스로틀 밸브의 개방도를 제어함으로써, 공급 산소량을 조절하여도 된다. 캐소드에 공급되는 산소량을 조절 가능한 유량 조정 밸브를 설치하면, 실시 형태와 마찬가지의 제어가 가능해진다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에는, 압축기(130)의 구동량 및 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태를 고정하면서, 배압 밸브(143)의 개방도를 변경함으로써, 연료 전지(100)의 OCV가 목표 전압 Vmark가 되도록 공급 산소량을 제어하고 있지만, 상이한 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 압축기(130)의 구동량(산소 도입부가 도입하는 산소량), 분류 밸브(144)의 개방 밸브 상태, 및 배압 밸브(143)의 개방도(유량 조정 밸브의 개방도)로부터 선택되는 적어도 하나를 변경함으로써, 공급 산소량을 제어하여도 된다. 또는, 산소 공급로에 바이패스 유로[제3 공기 유로(146)]를 설치하지 않고, 압축기(130) 대신에, 또는 압축기(130) 외에, 간헐 운전 모드 선택 시에 있어서의 산소 공급량을 원하는 유량으로 조절 가능한 압축기를 설치하고, 이러한 압축기의 구동량 제어에 의해, 공급 산소량을 조절하여도 된다. 이러한 구성으로 하여도, 공급 산소량을 측정하지 않고, 전압값 Vme에 기초하여 공급 산소량을 조절함으로써, 발전을 정지한 상태에서, 연료 전지(100)의 전압(캐소드 전위)을 바람직하지 않은 고전위를 회피한 원하는 전압으로 할 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는, 간헐 운전 모드 선택 시에 연료 전지(100)의 발전을 정지할 때에는, DC/DC 컨버터(104)가 구비하는 다이오드에 의해, 연료 전지(100)와 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있다. 이에 반하여, 변형예 4에서는 상이한 구성으로 하여도 된다. 예를 들어, 부하 차단부로서, 연료 전지(100)와 부하의 전기적인 접속을 물리적으로 절단하는 스위치를, 배선(178)에 설치하도록 해도 된다.
본 발명은, 전술한 실시 형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 적절히 대체하거나, 조합되어도 된다.

Claims (13)

  1. 부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)를 구비하는 전원 시스템(30)에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법에 있어서,
    상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 것과,
    상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있을 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함하고,
    상기 저부하 상태일 때, 제1 상태와 제2 상태 중, 어느 하나에 해당되는지 여부를 판단하는 것과, 상기 제1 상태는, 상기 부하가 신속하게 상기 전력을 요구하는 개연성이 상기 제2 상태에 비해서 높은 것과,
    상기 제1 상태라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 미리 정한 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 제2 상태라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압을 사용하는 것을 더 포함하고,
    상기 연료 전지의 개회로 전압의 목표값이 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제2 목표 전압으로 변경된 후에 있어서 상기 연료 전지에 산소를 공급하기 전에, 상기 연료 전지에 대한 산소의 공급을 일시적으로 정지하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  2. 부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)를 구비하는 전원 시스템(30)에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법에 있어서,
    상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 것과,
    상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있을 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함하고,
    상기 저부하 상태로 되어 상기 목표 전압으로서 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 미리 설정한 기준 시간이 경과한 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  3. 부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)를 구비하는 전원 시스템(30)에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법에 있어서,
    상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 것과,
    상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있을 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함하고,
    상기 저부하 상태일 때, 시프트 포지션이, 소정의 구동 포지션과 소정의 비구동 포지션 중 어느 것인지를 판단하는 것과,
    상기 시프트 포지션이 상기 소정의 구동 포지션이라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 미리 정한 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 시프트 포지션이 상기 소정의 비구동 포지션이라고 판단되는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압을 사용하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 경과한 시간이 미리 설정한 기준 시간 미만이며, 또한 상기 시프트 포지션이 상기 소정의 구동 포지션이라고 판단된 경우, 상기 목표 전압으로서 상기 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 상기 미리 설정한 기준 시간이 경과하고, 또한 상기 시프트 포지션이 상기 소정의 구동 포지션이라고 판단된 경우, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  5. 부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)를 구비하는 전원 시스템(30)에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법에 있어서,
    상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 것과,
    상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있을 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함하고,
    상기 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지를 구비하는 차량이 제1 상태와 제2 상태 중 어느 것에 해당되는지 여부를 판단하는 것과, 상기 부하는, 상기 제1 상태에 있어서 소정 레벨 이상의 전력 응답성을 요구하는 개연성이 상기 제2 상태에 비해서 높은 것과,
    상기 차량이 제1 상태에 있는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 미리 정한 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 차량이 제2 상태에 있는 경우에는, 상기 목표 전압으로서, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압을 사용하는 것을 더 포함하고,
    상기 연료 전지의 개회로 전압의 목표값이 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제2 목표 전압으로 변경된 후에 있어서 상기 연료 전지에 산소를 공급하기 전에, 상기 연료 전지에 대한 산소의 공급을 일시적으로 정지하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  6. 부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)를 구비하는 전원 시스템(30)에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법에 있어서,
    상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 것과,
    상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하고 있을 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 감소시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과,
    상기 검출한 개회로 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함하고,
    상기 저부하 상태로 되어 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 목표 전압으로서 설정한 제1 목표 전압에 대하여 상기 연료 전지의 개회로 전압이 미리 설정한 허용값 이상으로 저하된 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  7. 제2항 내지 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지의 개회로 전압의 목표값이 상기 제1 목표 전압으로부터 상기 제2 목표 전압으로 변경된 후에 있어서 상기 연료 전지에 산소를 공급하기 전에, 상기 연료 전지에 대한 산소의 공급을 일시적으로 정지하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  8. 부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)를 구비하는 전원 시스템(30)에 있어서의 상기 연료 전지의 전압 제어 방법에 있어서,
    상기 부하로부터의 요구 전력이 미리 정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지의 전압을 미리 정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에, 상기 연료 전지의 전압을 검출하는 것과,
    상기 검출한 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 출력 전압을 상기 목표 전압으로 설정하고 상기 연료 전지의 발전을 행하게 하는 것과,
    상기 검출한 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단한 상태에서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 증가시키는 것과,
    상기 검출한 전압이 상기 목표 전압과 상기 제1 값의 합보다도 작고 또한 상기 목표 전압으로부터 상기 제2 값을 뺀 값보다도 큰 전압 유지 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량을 유지하는 것을 포함하고,
    상기 저부하 상태로 되어 상기 목표 전압으로서 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 미리 설정한 기준 시간이 경과한 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 포함하는,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
  9. 전원 시스템(30)에 있어서,
    부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하도록 구성되는 연료 전지(100)와,
    상기 연료 전지의 캐소드에 산소를 공급하도록 구성되는 산소 공급부(140)와,
    상기 산소 공급부가 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되는 산소량 조절부(200)와,
    상기 부하로부터의 요구 전력이, 미리 설정한 기준값 이하로 되는 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하도록 구성되는 부하 차단부와,
    상기 연료 전지의 개회로 전압을 검출하도록 구성되는 전압 센서(102)
    를 포함하고,
    상기 산소량 조절부는, 상기 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지의 개회로 전압을 미리 설정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성되고,
    상기 산소량 조절부는, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량이 감소하도록, 상기 산소 공급부를 구동한 후에 제1 전압 상태에 있어서 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성되는, 상기 제1 전압 상태는 상기 검출된 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 상태이며,
    상기 산소량 조절부는, 상기 산소 공급부를 구동한 후에, 상기 검출된 개회로 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지에 공급하는 산소량이 증가하도록 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성되고,
    상기 저부하 상태로 되어 상기 목표 전압으로서 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 미리 설정한 기준 시간이 경과한 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 포함하는,
    전원 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 산소 공급부는, 산소 공급로(145)와, 산소 도입부(130)와, 바이패스 유로(146)와, 분류 밸브(144)와, 유량 조정 밸브(143)를 구비하고,
    상기 산소 공급로는, 상기 캐소드에 접속하는 유로이며,
    상기 산소 도입부는, 상기 산소 공급로에 대하여 산소를 도입하도록 구성되고,
    상기 바이패스 유로는, 상기 산소 공급로로부터 분기하고, 상기 산소 도입부로부터 공급되는 산소를, 상기 캐소드를 경유하지 않고 유도하도록 구성되고,
    상기 분류 밸브는, 상기 산소 공급로로부터 상기 바이패스 유로가 분기하는 위치에 설치되고, 개방 밸브 상태에 따라서, 상기 산소 공급로와 상기 바이패스 유로로 분배되는 산소의 분배 비율을 변경하도록 구성되고,
    상기 유량 조정 밸브는, 상기 산소 공급로에 설치되고, 상기 캐소드에 공급되는 산소량을 변경하도록 구성되며,
    상기 산소량 조절부는, 상기 산소 도입부가 도입하는 산소량, 상기 분류 밸브의 개방 밸브 상태, 및 상기 유량 조정 밸브의 개방도 중 적어도 하나를 변경하여 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되는,
    전원 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 산소량 조절부는, 상기 산소 도입부가 도입하는 산소량, 및 상기 분류 밸브의 개방 밸브 상태를 고정한 상태에서, 상기 유량 조정 밸브의 개방도를 변경함으로써, 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되는,
    전원 시스템.
  12. 전원 시스템(30)에 있어서,
    부하(170, 172)에 대하여 전력을 공급하는 연료 전지(100)와.
    상기 연료 전지의 캐소드에 산소를 공급하도록 구성되는 산소 공급부(140)와
    상기 산소 공급부가 상기 캐소드에 공급하는 산소량을 조절하도록 구성되고, 상기 연료 전지의 출력 상태를 제어하도록 구성되는 적어도 하나의 전자 제어 장치(200)와,
    상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하도록 구성되는 부하 차단부와,
    상기 연료 전지의 전압을 검출하도록 구성되는 전압 센서(102)
    를 포함하며,
    상기 전자 제어 장치는, 저부하 상태일 때, 상기 연료 전지의 전압을 미리 설정한 목표 전압으로 하기 위해 필요로 하는 산소를 상기 연료 전지에 공급하기 위한 조건인 미리 설정한 조건에서, 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 미리 설정한 조건에서 상기 산소 공급부를 구동한 후에, 상기 검출된 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제2 값 이상 낮은 제2 전압 상태이며, 또한 상기 부하 차단부가 상기 연료 전지와 상기 부하의 전기적인 접속을 차단하는 상태에서, 상기 캐소드에 공급하는 산소량이 증가하도록 상기 산소 공급부를 구동하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 전자 제어 장치가 상기 미리 설정한 조건에서 상기 산소 공급부를 구동한 후에, 상기 검출된 전압이 상기 목표 전압에 비해서 제1 값 이상 높은 제1 전압 상태에 있어서, 상기 연료 전지의 출력 전압이 상기 목표 전압이 되도록 상기 연료 전지의 출력 상태를 제어하도록 구성되고,
    상기 저부하 상태로 되어 상기 목표 전압으로서 제1 목표 전압을 사용하는 것과,
    상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 미리 설정한 기준 시간이 경과한 경우에는, 상기 목표 전압을, 상기 제1 목표 전압으로부터, 상기 제1 목표 전압보다도 낮은 제2 목표 전압으로 변경하는 것을 더 포함하는,
    전원 시스템.
  13. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 목표 전압으로서 상기 제1 목표 전압을 사용하는 것은 상기 미리 설정한 조건에서 상기 연료 전지에 산소를 공급한 후에 경과한 시간이 상기 미리 설정한 기준 시간 미만인 경우인,
    연료 전지의 전압 제어 방법.
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