KR20040094849A - 연료 전지 시스템 및 그의 보호 방법 - Google Patents

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KR20040094849A KR10-2004-7015010A KR20047015010A KR20040094849A KR 20040094849 A KR20040094849 A KR 20040094849A KR 20047015010 A KR20047015010 A KR 20047015010A KR 20040094849 A KR20040094849 A KR 20040094849A
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오가와소이치로
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

시스템은 연료 전지 스택(1)이 정지할 동안에 물의 응고로부터 시스템을 보호하는 2개의 모드를 갖는다. 에너지 소비의 관점으로부터의 효율적인 보호 모드는 추정된 재시동 시간 및 외부 공기 온도의 이동에 따라 선택된다. 이 보호 모드는, 연료 전지(1)에 공급되는 물을 가열함으로써 응고를 방지하는 제 1 보호 모드 및, 연료 전지(1) 내의 물을 연료 전지(1) 외부로 배출하여, 연료 전지(1) 외부에서 물을 응고시킴으로써 연료 전지(1) 내의 물의 응고를 방지하는 제 2 보호 모드이다.

Description

연료 전지 시스템 및 그의 보호 방법{FUEL CELL SYSTEM AND PROTECTION METHOD THEREOF}
연료 전지는, 전해막에서 발생하는 전기 화학적 반응으로 인해 전기 에너지를 추출하는 장치이고, 일부 연료 전지는 전력을 생성하기 위해 축축하게 되는 전해막을 필요로 한다. 일반적으로, 순수한 물을 이용하여 전해막을 축축하게 하기 때문에, 불순물이 전해막에 부착하지 않아, 연료 전지의 성능이 저하하게 된다. 순수한 물은 또한 연료 전지를 냉각시키는 데에도 사용된다. 그러나, 순수한 물이 전해막을 축축하게 하거나 냉각시키기 위해 사용되고, 시스템이 연료 전지를 정지시킬 시에 응고점 이하로 방치되면, 물은 시스템 내부에서 응고하고, 시스템의 내부 구조가 응고로 유발된 체적 팽창으로 인해 손상 받을 가능성이 있다. 또한, 응고된 물로 인해, 기체, 공기 또는 물을 연료 전지에 공급하는 흐름 경로도 또한 막히게 되어 시스템을 재시동할 수 없다.
상기의 문제를 해결하기 위해, 1995년 일본 특허청에 의해 공개된 JP7-169476A에서는, 연료 전지가 정지할 시에 온도가 0℃ 이하로 떨어지지 않도록 가열기로 연료 전지를 가열하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 1996년 일본 특허청에 의해 공개된 JP8-273689A에서는, 연료 전지가 정지할 시에 연료 전지 밖으로 물을 배출하여, 물이 연료 전지 밖에서 응고하도록 함으로써 연료 전지 내에서 물의 응고를 방지하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로써, 특히, 응고점(freezing point) 이하에서 연료 전지 시스템을 보호하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 개략도이다.
도 2는 보호 모드 선택 처리를 도시한 흐름도이다.
도 3은 생성된 외부 공기 온도의 이동 데이터의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 보호하는데 필요한 정지 시간과 에너지량의 관계를 도시한 다이어그램으로서, 실선은 제 1 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량이고, 파선은 제 2 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량이다.
도 5는 보호하는데 필요한 정지 시간과 에너지량의 관계를 도시한 다이어그램으로서, 외부 공기 온도의 이동 데이터에 따라 도 4를 정정함으로써 획득된다.
도 6은 재시동 시간 추정 처리를 도시한 흐름도이다.
도 7은 외부 공기 온도의 이동 데이터 생성 처리를 도시한 흐름도이다.
도 8은 제 1 보호 모드를 선택할 시의 보호 처리를 도시한 흐름도이다.
도 9는 제 2 보호 모드를 선택할 시의 보호 처리를 도시한 흐름도이다.
도 10은 재시동 추정 시간 정정 모드로의 보호 모드 선택 처리를 도시한 흐름도이다.
도 11은 정정된 재시동 추정 모드를 계산하는 처리를 도시한 흐름도이다.
그러나, 전자의 방법에서는, 연료 전지의 정지 시간이 보다 길어짐에 따라, 연료 전지를 보호하는데 필요한 에너지량은 계속적으로 증가하여, 사용될 수 있는 에너지량에는 한계가 있는 차량 연료 전지에 대한 개량 없이 적용될 수 없다. 또한, 후자의 방법에서는, 연료 전지의 정지 시간이 짧을 시에도 연료 전지를 보호하는데 비교적 상당량의 에너지가 필요하며, 응고된 물은 연료 전지를 재시동할 시에 해동되어야 하므로, 연료 전지를 신속히 재시동할 수 없다.
그래서, 본 발명의 목적은, 연료 전지가 정지할 시에 물의 응고로부터 시스템을 보호하여, 고 재시동 응답을 갖는 연료 전지 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연료 전지 시스템을 제공하며, 이 연료 전지 시스템은, 산화제 및 수소 함유 기체를 전해막에 공급함으로써 전력을 생성시키는 연료 전지, 물을 연료 전지에 공급하는 급수 장치, 및 제어기를 구비한다. 제어기는, 연료 전지를 재시동할 시에 재시동 시간을 추정하고, 외부 공기 온도의 이동(shift)을 추정하며, 제각기 추정된 재시동 시간 및 외부 공기 온도의 이동에 따라, 연료 전지가 정지할 시에 연료 전지에 공급되는 물을 가열함으로써 시스템내의 물의 응고를 방지하는 제 1 보호 모드에 의해 시스템이 보호될 시에 필요한 제 1 에너지량 및, 연료 전지가 정지할 시에 연료 전지로부터 물을 배출함으로써 시스템내의 물의 응고를 방지하는 제 2 보호 모드에 의해 시스템이 보호될 시에 필요한 제 2 에너지량을 계산하고, 연료 전지가 정지할 시에 이용되는 보호 모드로서, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 작을 시에는 제 1 보호 모드를 선택하고, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 클 시에는 제 2 보호 모드를 선택하며, 선택된 보호 모드로 시스템을 보호한다.
본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 연료 전지 시스템을 보호하는 방법을 제공하며, 이 연료 전지 시스템은, 산화제 및 수소 함유 기체를 전해막에 공급함으로써 전력을 생성시키는 연료 전지 및, 물을 연료 전지에 공급하는 급수 장치를 제공한다. 상기 방법은, 연료 전지를 재시동할 시에 재시동 시간을 추정하는 단계, 외부 공기 온도의 이동을 추정하는 단계, 제각기 추정된 재시동 시간 및 외부 공기 온도의 이동에 따라, 연료 전지가 정지할 시에 연료 전지에 공급되는 물을 가열함으로써 시스템내의 물의 응고를 방지하는 제 1 보호 모드에 의해 시스템이 보호될 시에 필요한 제 1 에너지량 및, 연료 전지가 정지할 시에 연료 전지로부터 물을 배출함으로써 시스템내의 물의 응고를 방지하는 제 2 보호 모드에 의해 시스템이 보호될 시에 필요한 제 2 에너지량을 계산하는 단계, 연료 전지가 정지할 시에 이용되는 보호 모드로서, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 작을 시에는 제 1 보호 모드를 선택하고, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 클 시에는 제 2 보호 모드를 선택하는 단계 및, 선택된 보호 모드로 시스템을 보호하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특성 및 이점 뿐만 아니라 상세 사항은 본 명세서의 다음 부분에서 설명되고, 첨부한 도면에 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 개략도이다. 이 연료 전지 시스템은 차량에 사용된다. 연료 전지 스택(stack)(1)에서, 전해막 1m의 어느 측면에는음극 기체 통로 및 양극 기체 통로가 설치된다. 공기는 산화제로서 급기 통로(2)를 통해 음극 기체 통로에 공급되고, 수소 함유 기체는 연료 공급 통로(3)를 통해 양극 기체 통로에 공급된다. 결과적으로, 전해막 1m의 표면 상에는 다음과 같은 전기 화학적 반응이 일어난다.
양극 반응: H2→ 2H++ 2e-
음극 반응: 2H++ 2e-+ (1/2)O2→ H2O
따라서, 전기 에너지는 연료 전지 스택(1)으로부터 추출될 수 있다.
연료 탱크(4)에 저장된 수소, 또는 천연 가스, 메탄올, 연료 탱크(4)에 저장되고, 개질기(reformer)에 의해 개질되는 가솔린 등의 탄화 수소 연료를 개질함으로써 얻어지는 개질 기체 함유 수소는 연료 공급 통로(3)에 공급된다.
냉각제 통로(5)는 연료 전지 스택(1)을 통과한다. 냉각제 탱크(6)에 저장되는 냉각제(부동액, 또는 물과 부동액의 혼합물)는 펌프(7)에 의해 연료 전지 스택(1)에 공급되고, 연료 전지 스택(1)을 통해 순환되어 그것을 냉각하도록 한다. 연료 전지 스택(1)으로부터 회수된 열은 열 교환기(8)로부터 대기로 배출된다.
전해막 1m의 성능을 충분히 이용하여, 연료 전지 스택(1)의 전력 생성 효율을 향상하기 위해서는, 전해막 1m의 가습 상태가 최적의 수준으로 유지되어야 한다. 이를 위해, 본 실시예에 따르면, 가습기(9)는 연료 전지 스택(1)의 상류에 설치되어, 전해막 1m에 공급되는 공기 및 수소 함유 기체를 축축하게 한다. 제어기(20)는 연료 전지 스택(1)의 동작 상태에 따라 펌프(11)를 구동하고, 물 저장 탱크(12)로부터 급수 통로(13)를 통해 물을 가습기(9)에 공급한다. 가습기(9)에서 소모되지 않은 물은 물 저장 탱크(12)로 재순환된다.
연료 전지 스택(1)은 가습기(9)를 이용하여 전해막 1m을 축축하게 하는 외부 가습 타입이지만, 내부 가습 타입일 수도 있는데, 이 내부 가습 타입에서, 급수 통로(13)는 다공성 물질의 어느 측면 상의 급기 통로(2)(또는 음극 통로) 및 연료 공급 통로(3)(또는 양극 통로)와 접촉하게 되고, 공기 및 수소 함유 기체는 물이 급수 통로(13)로부터 급기 통로(2) 및 연료 공급 통로(3)로 관통하도록 함으로써 축축하게 된다.
가습기(9)에서 소모된 물은 배기의 부분으로서 연료 전지 스택(1)으로부터 배출되어, 배기에 함유된 물을 연료 전지 스택(1)으로부터 분리하는 기액 분리기(15)가 연료 전지 스택(1)의 하류에 접속된다. 기액 분리기(15)에 의해 분리된 물은 펌프(10) 및 밸브(19)를 통해 물 저장 탱크(12)로 순환된다. 가열기(21)는 물 저장 탱크(12) 내의 물을 가열하기 위해 설치된다. 버너는 또한 가열기(21) 대신에 제공될 수 있다. 물 저장 탱크(12)는, 후술하는 제 2 보호 모드가 선택되고, 내부 물이 응고할 시에 체적 팽창에 견딜 수 있을 정도로 구성된다.
또한, 냉각제 탱크(6), 펌프(7) 및 열 교환기(8)를 제외한 시스템의 부품(연료 전지 스택(1), 가습기(9) 및 물 저장 탱크(12) 등의 주 구성 요소)은, 단열 재료로 구성되어 연료 전지 스택(1)이 정지할 시에 상기 부품의 온도 저하를 억제하는 보호 케이스(14) 내에 수용된다.
순수한 물은 전해막 1m을 축축하게 하는데 사용된다. 이것은, 불순물을 함유한 물이 연료 전지 스택(1)에 공급될 경우, 이 불순물이 전해막 1m에 부착하여, 연료 전지 스택(1)의 성능을 저하시키기 때문이다. 그러나, 순수한 물이 가습을 위해 사용될 시에, 연료 전지가 정지하면, 시스템 내의 물은 시스템이 응고점 이하로 떨어질 시에 응고할 수 있고, 시스템의 내부 구성은 응고 동안에 체적 팽창에 의해 손상을 받을 수 있다. 응고된 물은 공기 또는 물 통로를 차단하여, 시스템의 재시동을 방해할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에서, 연료 전지 시스템이 응고점 이하로 떨어질 시에 물의 응고로부터 시스템을 보호하는 2개의 모드가 제공되고, 이 시스템은 연료 전지 스택(1)이 정지할 시에 이들 모드 중 하나에 의해 물의 응고로부터 보호된다. 특히, 2개의 모드는 다음과 같다:
모드 (1): 펌프(11)는 급수 통로(13) 내의 물을 재순환시키기 위해 구동되고, 물 저장 탱크(12) 내의 물은 물 저장 탱크(12) 내에 설치되어, 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 가열기(21)에 의해 가열된다.
모드 (2): 펌프(10, 11)는 연료 전지 스택(1) 내의 물을 물 저장 탱크(12)로 배출하기 위해 구동되고, 연료 전지 스택(1) 내의 물의 응고는 연료 전지 스택(1) 내의 모든 물을 실질적으로 제거함으로써 방지된다. 시스템이 재시동될 시에, 가열기(21)는 물 저장 탱크(12)에서 응고된 물을 해동시키기 위해 구동된다.
연료 전지 스택(1)이 정지되면, 제어기(20)는 보호 모드 중 하나를 선택하여, 물의 응고로부터 시스템을 보호한다.
클록(51)으로부터의 시간 및 데이터 정보, 라디오(52)로부터의 기후 정보 및, 시스템 시동/정지 스위치(53)로부터의 시스템 시동 신호 및 정지 신호와 함께, 연료 탱크(4) 내에 남아 있는 연료량을 검출하는 잔여 연료량 센서(31), 위성으로부터 차량의 위치에 관한 정보를 수신하는 GPS 수신기(32), 차량 외부의 온도(외부 공기 온도)를 검출하는 외부 공기 온도 센서(33), 차량 주변의 조명을 검출하는 조명 센서(34), 차량 주변의 산소 농도를 검출하는 산소 센서(35), 도시되지 않은 배터리의 잔여 배터리량을 검출하는 잔여 배터리량 센서(36), 운전자가 차량 재시동 시간 등의 정보를 입력하도록 하는 입력 장치(37), 물 저장 탱크(12) 내의 물의 온도를 검출하는 물 온도 센서(38) 및, 연료 전지 스택(1) 내의 물의 량(특히, 연료 전지 스택(1) 내의 물 버퍼의 물의 량)을 검출하는 물의 량 센서(39)로부터의 신호는 제어기(20)에 입력된다.
연료 전지 스택(1)이 정지할 시에, 제어기(20)는 시스템을 각 보호 모드로 보호하는데 필요한 에너지량을 계산하여, 보다 적은 에너지량을 필요로 하는 보호 모드를 선택함으로써 시스템을 보호한다. 그러나, 연료 전지 시스템이 이와 같이 보호될 시에도, 운전자가 스위치(53)를 스위칭함으로써 시동 동작을 실행하여, 연료 전지 스택(1)을 시동할 의도를 나타내면, 제어기(20)는 즉시 보호 처리를 정지시켜, 연료 전지 스택(1)을 시동시킨다.
연료 전지 시스템은, 검출된 잔여 연료량 또는 배터리량이 저 레벨로 떨어질 시에, 경고 메시지를 표시하거나 경고등을 조명하여, 운전자가 연료를 보급하도록 권하는 지시기(41) 및, 검출된 잔여 연료량 또는 배터리량이 저 레벨로 떨어질 시에, 경고음 또는 경고 메시지를 발하여, 운전자가 연료를 보급하도록 권하는 경보기(42)를 더 포함한다.
이후, 연료 전지 스택(1)이 정지할 시에 시스템을 보호하기 위해 실행되는 처리에 대하여 기술될 것이다.
도 2는 제어기(20)에 의해 수행되는 보호 모드 선택 처리를 도시한 것으로써, 이 처리는 미리 정해진 구간(예컨대, 10초 마다)에서 반복적으로 실행된다.
먼저, 단계(S1)에서, 연료 전지 스택(1)이 시스템 시동/정지 스위치(53)로부터 제어기(20)로 입력되는 시동 신호 및 정지 신호에 따라 정지하는 지를 판정한다. 예컨대, 시동 신호가 정지 신호를 입력한 후에 입력되지 않으면, 연료 전지 스택(1)은 정지 상태에 있는 것으로 판정된다. 여기서, 정지 상태는 일시 정지(transient stop) 또는 아이들 정지(idle stop)를 의미하지 않지만, 운전자가 스위치(53)를 스위치 오프하여 차량을 그대로 남겨 두어, 차량은 소정의 시간 동안(예컨대, 일 주일) 주행을 정지하도록 한다. 연료 전지 스택(1)이 주행 중일 시에는, 시스템 내의 물이 연료 전지 스택(1)에 의한 열 발생으로 인해 응고하는 문제가 없어, 루틴은 종료된다.
연료 전지 스택(1)이 정지하는 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S2)로 진행하고, 연료 전지 온도 TEMPc가 판독된다. 연료 전지 온도 TEMPc는 연료 전지 스택(1) 자체의 온도일 수 있지만, 여기서 문제는 시스템 내의 물이 응고될 시에, 가습을 위해 사용되는 물의 온도, 즉, 물 저장 탱크(12) 내의 물의 온도가 이용된다는 것이다(이하, 동일함).
단계(S3)에서, 연료 전지 온도 TEMPc가 소정의 온도 TEMPth0(0℃ 근처의 온도, 예컨대, 5℃) 이하로 떨어지는 지의 여부가 판정된다. 소정의 온도 이하로 떨어지지 않으면, 시스템 내의 물이 응고하는 문제가 없어, 보호의 필요성이 없고, 이 루틴은 종료된다. 연료 전지 온도 TEMPc가 소정의 온도 TEMPth0 이하로 떨어지면, 시스템 내의 물은 응고하여, 루틴이 단계(S4) 및 후속 단계의 시스템 보호 처리를 수행한다.
단계(S4)에서, 연료 전지 스택(1)의 재시동 시간 RST1이 추정된다. 연료 전지 스택(1)의 재시동 시간은 도 6에 도시된 흐름도에 따라 추정되며, 이는 아래에서 상세히 기술된다.
단계(S5)에서, 외부 공기 온도의 미래 변동이 추정되고, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA가 생성된다. 외부 공기 온도 이동 데이터는, 예컨대, 재시동 추정 시간 RST1까지 생성된다. 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는, 연료 전지 스택(1)이 정지한 후의 시간과 외부 공기 온도 간의 관계를 나타내는 정보이며, 이의 일례는 도 3에 도시된다. 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 도 7에 도시된 흐름도에 따라 생성되며, 이는 아래에서 상세히 기술된다.
단계(S6, S7)에서, 재시동 추정 시간 RST1까지 제 1 보호 모드(물의 가열 및 물의 온도 유지에 의한 보호)로 시스템을 보호할 시에 필요한 에너지량 E1 및, 재시동 추정 시간 RST1까지 제 2 보호 모드(물을 연료 전지 스택(1)으로부터 물 저장 탱크(12)로 배출함에 의한 보호)로 시스템을 보호할 시에 필요한 에너지량 E2은, 제각기 단계(S5)에서 생성된 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA 및, 단계(S4)에서 추정되는 연료 전지 스택(1)의 재시동 추정 시간 RST1에 기초하여 계산된다.
특히, 외부 공기 온도가 현재의 외부 공기 온도에서 일정할 경우에 시스템을 보호하는데 필요한 에너지량 E1, E2을 먼저 계산한다. 제 1 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E1에 관해, 에너지량 E1은 연료 전지 스택(1)으로부터 외부로 방출된 열을 가열기(21)로 가열하여 보충해서, 0℃ 이상의 연료 전지 스택(1)의 온도를 유지하는데 필요한 에너지량으로서 계산된다. 제 2 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E2은, 물 저장 탱크(12) 내에서 응고된 물을 가열기(21)로 가열하여 해동하는데 필요한 에너지량과, 가열기(21)로 가열하여 해동할 동안에 얼음의 표면으로부터 누출한 열을 보충하는데 필요한 에너지량의 합으로서 계산된다. 여기서, 간략화를 위해, 펌프(10, 11)를 구동하는데 필요한 에너지량은 고려되지 않지만, 에너지량 E1, E2를 보다 정확히 계산하기 위해, 이들 에너지량이 고려될 수 있다.
도 4는 이와 같이 계산되는, 보호에 필요한 에너지량 E1, E2의 일례를 도시한 것이다. 어느 보호 모드를 선택하든지 간에, 시스템을 보호하는데 필요한 에너지량은 정지 시간이 보다 길어짐에 따라 증가한다. 정지 시간이 짧을 시에, 에너지량은 제 1 보호 모드에서보다 제 2 보호 모드에서 보다 급속히 증가하여, 에너지량 E1이 에너지량 E2 보다 적다. 그러나, 제 2 보호 모드를 선택하면, 필요한 에너지량은 어떤 정지 시간(도면의 t1)을 넘어서는 서서히 증가하고, 제 1 보호 모드 및 제 2 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E1, E2의 상대 크기는 어떤 정지 시간(도면의 t2)에서 반전된다.
이것은, 제 1 보호 모드에서는 정지 시간 및 필요한 보호 에너지량이 선형관계를 갖는 반면에, 제 2 보호 모드에서는 필요한 보호 에너지량이 정지 시간에 따라 증가하는 물 저장 탱크(12) 내의 얼음의 량에 따라 결정되며, 물 저장 탱크(12) 내의 모든 물이 응고한 후에, 얼음의 량이 정지 시간과 무관하게 일정하기 때문이다. 그러나, 물 저장 탱크(12) 내의 모든 물이 응고하면, 물의 온도는 0℃ 이하로 떨어지고, 해동에 필요한 에너지량은 증가하여, 보호에 필요한 에너지량은 모든 물이 응고한 후에도 정지 시간에 따라 점진적으로 증가한다.
또한, 보호에 필요한 에너지량은 외부 공기 온도에 의해 영향을 받는다. 외부 공기 온도가 낮으면, 시스템 온도의 하락은 보호에 필요한 에너지량이 증가할(필요한 에너지량의 기울기가 증가함) 정도로 가파르다. 이와 관련하여, 단계(S6, S7)에서, 이와 같이 계산된 에너지량 E1, E2는, 단계(S4)에서 생성된 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA에 따라 정정되어, 2개의 모드를 선택할 시에 필요한 보호 에너지량 E1, E2으로서 취해진다. 도 5는 정정 후의 데이터의 일례를 도시한 것이다.
단계(S8)에서, 제 1 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E1 및, 제 2 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E2은 비교된다. 에너지량 E1이 에너지량 E2 보다 적을 시에, 루틴은 단계(S9)로 진행하고, 제 1 보호 모드가 선택되며, 플래그 FPMODE는 제 1 보호 모드가 선택됨을 나타내는 "1"로 설정된다. 역으로, 에너지량 E1이 에너지량 E2 보다 많을 시에, 루틴은 단계(S10)로 진행하고, 제 2 보호 모드가 선택되며, 플래그 FPMODE는 제 2 보호 모드가 선택됨을 나타내는 "2"로 설정된다.
그 다음, 제어기(20)에 의해 수행되는 재시동 시간 추정 처리는 도 6을 참조로 기술된다. 운전자가 매 주 지정된 날짜(예컨대, 일요일)에 한번 차량을 사용한다고 가정하여, 이 추정 처리는 수행된다. 이 추정 처리는 도 2의 단계(S4)에서의 처리에 대응한다.
첫째로, 단계(S21)에서는, 재시동 추정 시간 초기값 RST0이 판독된다. 이 초기값 RST0은, 차량이 공장에서 선적되어, 사용자에게로 송달될 시의 적당한 시간(예컨대, 12:00)로 설정되고, 연료 전지 스택(1)이 단계(S25) 및 후속 단계의 처리(학습 처리)에 의해 재시동할 때마다 새로운 값으로 갱신된다.
단계(S22)에서는, 입력 장치(37)로부터 입력된 외부 입력 시간 RST2(운전자에 의해 추정된 재시동 시간)이 존재하는 지가 판정된다. 외부 입력 시간 RST2이 존재하지 않으면, 루틴은 단계(S23)로 진행하고, 재시동 추정 시간 RST1은 일 주일 후에 시간 RST0으로 설정된다. 역으로, 외부 입력 시간 RST2이 존재하면, 루틴은 단계(S24)로 진행하고, 재시동 추정 시간 RST1은 일 주일 후에 시간 RST2로 설정된다.
재시동 추정 시간 RST1은 상기 처리에 의해 추정되지만, 이 추정의 정확도를 향상시키기 위해, 이 흐름도에서는, 후속적인 추정을 위해 이용되는 재시동 추정 시간 초기값 RST0이 실제 재시동 시간과 추정된 재시동 시간의 차에 따라 정정된다. 특히, 재시동 추정 시간 RST1이 단계(S23)에서 설정되고, 연료 전지 스택(1)이 재시동하면, 루틴은 단계(S25)에서 단계(S26)로 진행하고, 실제 시동 시간은 RST3으로서 저장된다. 단계(S27)에서, 실제 시동 시간 RST3과 재시동 추정 시간 RST1의차가 소정의 값 ΔRSTth 보다 작은 지가 판정된다. 작다면, 재시동 시간 초기값 RST0은 정정되지 않고, 작지 않다면, 루틴은 단계(S28)로 진행하고, 재시동 추정 시간 초기값 RST0은 다음의 것에 의해 정정된다:
RSTO = RST1 + (RST3 - RST1) × G2
여기서, G2 = 이득.
또한, 재시동 추정 시간 RST1이 단계(S24)에서 설정되고, 연료 전지 스택(1)이 재시동하면, 루틴은 단계(S29)에서 단계(S30)로 진행하고, 재시동 추정 시간 초기값 RST0은 RST2로 정정된다. 재시동이 실행되면, 루틴은 단계(S29)에서 단계(S31)로 진행하고, 실제 시동 시간은 RST3으로서 저장된다.
그 후, 단계(S32)에서, RST3과 재시동 추정 시간 RST1(=RST2)의 차가 소정의 값 ΔRSTth 보다 작은 지가 판정된다. 그 차가 소정의 값 ΔRSTth 보다 작다면, 루틴은 단계(S33)로 진행하고, 재시동 추정 시간 초기값 RST0은 RST2로 정정되고, 또한, 루틴은 단계(S34)로 진행하며, 재시동 추정 시간 초기값 RST0은 다음의 것에 의해 정정된다:
RSTO = RST2 + (RST3 - RST2) × G1
여기서, G1 = 이득.
그 다음, 제어기(20)에 의해 수행되는 외부 공기 온도 이동을 생성시키는 절차는 도 7을 참조로 기술된다. 이 처리는 도 2의 단계(S5)의 처리에 대응한다.
첫째로, 단계(S41)에서, 백업 전력량 Pb이 소정의 값 Pbth보다 작다면, 루틴은 단계(S42)로 진행하고, 외부 공기 온도 이동의 생성은 정지되어, 백업 전력의전체의 사용을 회피하도록 한다.
백업 전력량 Pb이 소정의 값 Pbth보다 크다면, 루틴은 단계(S43)로 진행하고, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA가 이미 존재하는 지가 판정된다. 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA가 존재하지 않으면, 루틴은 단계(S44) 및 후속 단계로 진행하여, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA를 생성시키는 반면에, 상기 데이터가 존재한다면, 루틴은 단계(S51) 및 후속 단계로 진행하여, 정확도를 더욱 높이기 위해 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA를 정정한다.
단계(S44)에서, GPS 수신기(32)로부터 수신된 차량 위치 정보가 판독된다. 단계(S45)에서, 연료 전지 스택(1)이 정지할 시의 날짜 및 시간은 제어기(20)의 메모리 내에 저장되어 판독된다. 또한, 단계(46)에서, 라디오(52)로부터 입수되는 차량 위치와 날짜 및 시간에 대응하는 기후 정보(미래 날씨, 온도 변동)가 판독된다.
단계(S47)에서, 미래 외부 공기 온도 이동(예컨대, 일 주일 후에 재시동 추정 시간 RST1까지의 외부 공기 온도 이동)이 기후 정보에 기초하여 추정되고, 도 3에 도시된 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA가 생성된다. 기후 정보를 입수하지 않고, 온도 이동은 차량 위치, 날짜 및 시간(계절)으로부터 추정될 수 있거나, 또는 기후 정보가 어떤 이유로 입수될 수 없을 시에, 온도 이동은 차량 위치, 날짜 및 시간(계절)으로부터 추정될 수 있다.
단계(S48)에서, 외부 공기 온도 센서(33)에 의해 검출된 현재의 외부 공기 온도 TEMPo가 판독된다. 단계(49)에서, 조명 센서(34)에 의해 검출되는 차량 주변의 조명 ILM이 판독된다. 단계(S50)에서, 단계(S47)에서 생성된 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 현재의 외부 공기 온도 TEMPo 및 조명 ILM에 따라 정정되어, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA의 정확도를 더욱 높이도록 한다. 예컨대, 검출된 외부 공기 온도 TEMPo가 기후 정보에 기초한 외부 공기 온도보다 더 높거나, 검출된 조명 ILM이 소정의 값 ILMth보다 더 높다면, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 보다 고온으로 이동된다. 소정의 값 ILMth은, 예컨대, 차량 위치(위도, 고도) 및 날짜(계절)에 따라 메모리 내에 저장되어, 태양 직사광이 차량에 비치는 조명의 값으로 설정될 수 있다.
단계(S43)에서, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA가 이미 존재하는 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S51)로 진행하고, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA를 조사함으로써 획득된 값(외부 공기 온도 추정값)과, 외부 공기 온도 센서(33)에 의해 검출된 현재의 외부 공기 온도 TEMPo의 차 ΔT는 계산된다. 단계(S52)에서, ΔT의 절대값이 소정의 값 ΔTth보다 더 큰 것으로 판정되면, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 실제 외부 공기 온도 이동을 신뢰성 있게 나타내지 않아, 루틴은 단계(S53)로 진행하여, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA를 정정하도록 한다. 그렇지 않다면, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 실제 외부 공기 온도 이동과 잘 일치하여, 루틴은 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA를 정정하지 않고 종료된다.
단계(S53)에서, 조명 ILM은 조명 센서(34)에 의해 검출된다. 단계(S54)에서, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 ΔT 및 조명 ILM에 따라 정정된다. 특히, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는, 예컨대, ΔT만큼 이동되거나, 검출된 조명 ILM이 소정의 값 ILMth보다 더 높을 시에, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는높은 측으로 이동된다.
그 다음, 도 2의 단계(S9)에서 제 1 보호 모드를 선택할 시에 제어기(20)에 의해 실행되는 보호 처리는 도 8을 참조로 기술된다.
첫째로, 단계(S61)에서, 플래그 FPMODE의 값에 따라 제 1 보호 모드가 선택되는 지가 판정된다. 플래그 FPMODE가 "1"이고, 제 1 보호 모드가 선택되는 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S62)로 진행하거나, 또한 이 루틴은 종료된다.
단계(S62)에서, 잔여 에너지량 rE(잔여 연료량, 잔여 배터리량)이 검출된다. 단계(S63)에서는, 검출된 잔여 에너지량 rE이 소정의 값 rEth보다 큰 지가 판정된다. 소정의 값 rEth이, 예컨대, 연료 전지 스택(1)을 재시동하는데 필요한 최소 에너지량으로 설정되어, 연료 전지 스택(1)이 재시동된 후에 어떤 시간 동안 차량을 주행한다. 잔여 에너지량 rE이 소정의 값 rEth보다 작다면, 루틴은 단계(S64)로 진행하거나, 또한 루틴은 단계(S68)로 진행한다.
단계(S64)에서, 지시기(41) 및 경보기(42)에 대한 전력량 Pi이 소정의 값 Pith보다 큰 지가 판정된다. 그것이 소정의 값 Pith보다 크다면, 루틴은 단계(S65)로 진행하고, 지시기(41) 및 경보기(42)는 활성화되며, 루틴은 단계(S66)로 진행하며, 가열기(21)는 정지된다. 다른 한편, 지시기(41) 및 경보기(42)에 대한 전력량 Pi이 소정의 값 Pith보다 작다면, 루틴은 단계(S67)로 진행하고, 지시기(41) 및 경보기(42)는 정지된다.
단계(S63)에서, 잔여 에너지량 rE이 소정의 값 rEth보다 큰 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S68)로 진행하고, 지시기(41) 및 경보기(42)는 정지되며, 연료 전지 온도 TEMPc는 판독된다.
단계(S70)에서, 연료 전지 온도 TEMPc가 소정의 온도 TEMPth(예컨대, 2℃)보다 낮은 지가 판정된다. 그것이 TEMPth보다 낮다면, 루틴은 단계(S71)로 진행하거나, 루틴은 단계(S66)로 진행하고, 가열기(21)는 정지된다.
단계(S71)에서, 산소 농도 CNo가 검출된다. 단계(S72)에서, 산소 농도 CNo가 소정의 농도 CNth보다 큰 지가 판정된다. 소정의 농도 CNth는, 예컨대, 값 CNmin+α로 설정될 수 있고, 이 값은 인간의 신체에 악영향을 주지 않는 제한 산소 농도 CNmin에 대한 어떤 공차를 갖는다. 산소 농도 CNo가 소정의 농도 CNth보다 크다면, 루틴은 단계(S73)로 진행하고, 가열기(21)는 물 저장 탱크(12) 내의 물을 가열시키기 위해 활성화된다. 그것이 소정의 농도 CNth보다 낮다면, 루틴은 단계(S66)로 진행하고, 가열기(21)는 정지된다. 산소 농도 CNo가 소정의 농도 CNth보다 적을 시에 가열기(21)를 정지하는 이유는, 가열기(21)가 폐쇄 공간, 예컨대, 지하 주차장 또는 실내 주차 구역내에서 계속적으로 동작될 경우, 차량 주변의 산소 농도가 떨어져, 아마 부근의 사람에게 악영향을 줄 수도 있기 때문이다.
단계(S74)에서, 현재의 시간 t이 RST1 + Δt(Δt: 소정의 시간) 전인 지가 판정된다. 현재의 시간 t이 RST1 + Δt(Δt: 소정의 시간) 전이면, 루틴은 종료된다. 이 시간을 경과하면, 루틴은 단계(S75)로 진행하고, 재시동 추정 시간을 정정하고, 보호 모드 선택을 검토하는 재시동 추정 시간 정정 모드가 사용된다. 소정의 시간 Δt은 0 이상의 임의의 시간으로 설정된다. 재시동 추정 시간 정정 모드는 나중에 기술된다.
그 다음, 단계(S10)에서 제 2 보호 모드를 선택할 시에 제어기(20)에 의해 실행되는 보호 처리는 도 9를 참조로 기술된다.
첫째로, 단계(S81)에서, 플래그 FPMODE의 값에 따라 제 2 보호 모드가 선택되는 지가 판정된다. 플래그 FPMODE가 "2"이고, 제 2 보호 모드가 선택되는 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S82)로 진행하거나, 또한 이 루틴은 종료된다.
단계(S82)에서, 잔여 에너지량 rE(잔여 연료량, 잔여 배터리량)이 검출된다. 단계(S83)에서는, 잔여 에너지량 rE이 소정의 값 rEth보다 적은 지가 판정된다. 소정의 값 rEth이 연료 전지 스택(1)을 재시동하는데 필요한 최소 에너지량으로 설정되어, 연료 전지 스택(1)이 재시동된 후에 어떤 시간 동안 차량을 주행한다. 그것이 소정의 값 rEth보다 작다면, 루틴은 단계(S84)로 진행하고, 지시기(41) 및 경보기(42)에 대한 전력량 Pi이 소정의 값 Pith보다 크다면, 루틴은 단계(S89)로 진행한다.
단계(S84)에서, 지시기(41) 및 경보기(42)에 대한 전력량 Pi이 소정의 값 Pith보다 큰 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S85)로 진행하고, 지시기(41) 및 경보기(42)는 활성화된다. 그렇지 않으면, 루틴은 단계(S86)로 진행하고, 지시기(41) 및 경보기(42)는 정지된다. 그 후, 루틴은 단계(S87)로 진행하고, 펌프(10, 11)는 정지되며, 가열기(21)는 단계(S88)에서 정지되고, 이 루틴은 종료된다.
단계(S83)에서, 잔여 에너지량 rE이 소정의 값 rEth보다 큰 것으로 판정되면, 지시기(41) 및 경보기(42)는 단계(S89)에서 정지된다. 단계(S90)에서, 배출 상태가 검출된다. 여기서, 배출 상태를 판정하기 위해, 연료 전지 스택(1) 내의 물의량은 물의 량 센서(39)에 의해 검출된다.
단계(S91)에서, 연료 전지 스택(1) 내의 검출된 물의 량이 0이 아니고, 물의 배출이 완료되지 않은 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S92)로 진행한다. 단계(S92)에서, 펌프(10, 11)는 활성화되고, 연료 전지 스택(1) 내의 물은 물 저장 탱크(12)로 배출된다. 이 때에, 펌프(11)는 역 방향으로 회전하여, 물을 연료 전지 스택(1)에서 물 저장 탱크(12)로 배출하여 회수시킨다. 역으로, 검출된 물의 량이 0이고, 물의 배출이 완료된 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S93)로 진행하고, 펌프(10, 11)는 정지된다.
단계(S94)에서, 현재의 시간 t이 재시동 추정 시간 RST1 전의 소정의 시간 Δt1에 도달한 지가 판정된다. 이 시간이 도달된 것으로 판정되면, 루틴은 단계(S95)로 진행하고, 연료 전지 온도 TEMPc는 판독된다. 여기서, 소정의 시간 Δt1이 가열기(21)로 가열하여 물 탱크(12) 내의 얼음을 해동하는데 필요한 시간보다 더 길게 설정된다.
단계(S96)에서, 연료 전지 온도 TEMPc가 소정의 온도 TEMPth 보다 더 낮은 지가 판정된다. 그것이 TEMPth 보다 낮다면, 루틴은 단계(S97)로 진행하고, 가열기(12)는 활성화되어, 물 탱크(12) 내의 얼음을 해동시킨다. 그렇지 않으면, 해동이 불필요하여, 루틴은 단계(S98)로 진행하고, 가열기(21)는 정지된다. 재시동 추정 시간 RST1 전의 소정의 시간 Δt1에 해동을 개시하여, 재시동 추정 시간 RST1에 의해 물 탱크(12) 내의 얼음의 해동을 완료하고, 연료 전지 스택(1)을 즉시 재시동할 수 있다.
단계(S99)에서, 현재의 시간 t이 RST1 + Δt2(Δt2: 소정의 시간) 전인 지가 판정되고, 그것이 RST1 + Δt2 전이면, 이 루틴은 종료된다. 이 시간을 경과하면, 루틴은 단계(S100)로 진행하고, 재시동 시간을 정정하고, 보호 모드 선택을 검토하는 재시동 추정 시간 정정 모드로의 이동이 있다. 소정의 시간 Δt2는 0 이상의 임의의 시간으로 설정된다.
그 다음, 재시동 추정 시간 정정 모드(이하, 정정 모드)로의 이동이 있을 시에 제어기(20)에 의해 수행되는 처리는 도 10을 참조로 기술된다. 이 정정 모드에서, 제어기(20)는 연료 전지 스택(1)의 재시동 추정 시간을 정정하여, 정정된 재시동 추정 시간에 따른 보호 모드 선택을 검토한다.
첫째로, 단계(S101)에서, 정정 모드를 사용하는 지가 판정된다. 정정 모드를 사용하지 않는 것으로 판정되면, 이 루틴은 종료되고, 정정 모드를 사용하는 것으로 판정되면, 이 루틴은 단계(S102)로 진행하고, 연료 전지 온도 TEMPc가 판독된다.
단계(S103)에서, 연료 전지 온도 TEMPc가 소정의 온도 TEMPth0(예컨대, 5℃)보다 낮은 지가 판정된다. 그것이 소정의 온도 TEMPth0보다 낮다면, 루틴은 단계(S104)로 진행하고, 재시동 추정 시간 RST1을 정정하여 정정된 재시동 시간 RST1'을 추정한다. 정정된 재시동 추정 시간 RST1'은 도 11에 도시된 흐름도에 따라 추정되며, 이는 나중에 기술된다.
단계(S105)에서, 외부 공기 온도 이동은 정정 후에 재시동 추정 시간 RST1'까지 추정되고, 외부 공기 온도 이동 데이터 TPDATA는 재생된다. 외부 공기 온도이동 데이터 TPDATA의 재생은 이미 기술된 도 7에 도시된 흐름도에 따라 수행되어, 이에 대한 설명은 여기서 생략된다.
단계(S106, S107)에서, 제 1 보호 모드 또는 제 2 보호 모드를 선택하여 시스템이 정정된 재시동 추정 시간 RST1'까지 보호될 시에 필요한 에너지량 E1', E2'은 제각기 계산된다. 에너지량 E1', E2'을 계산하는 방법은 단계(S6, S7)에서의 에너지량 E1, E2에 대한 것과 동일하여, 이에 대한 설명은 생략된다.
단계(S108)에서, 제 1 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E1'과, 제 2 보호 모드를 선택할 시에 필요한 에너지량 E2'는 비교된다. 에너지량 E1'이 에너지량 E2'보다 작다면, 루틴은 단계(S109)로 진행하고, 제 1 보호 모드가 선택되며, 플래그 FPMODE는 제 1 보호 모드가 선택되었음을 나타내는 "1"로 설정된다. 역으로, 에너지량 E1'이 에너지량 E2'보다 크다면, 루틴은 단계(S110)로 진행하고, 제 2 보호 모드가 선택되며, 플래그 FPMODE는 제 2 보호 모드가 선택되었음을 나타내는 "2"로 설정된다.
그 다음, 정정된 재시동 시간을 계산하는 방법이 도 11을 참조로 기술된다. 이 계산은 도 10의 단계(S104)에서의 처리에 대응한다.
첫째로, 단계(S111)에서, 정정 모드를 사용하는 지가 판정된다. 정정 모드를 사용하지 않는 것으로 판정되면, 이 루틴은 종료되고, 정정 모드를 사용하는 것으로 판정되면, 이 루틴은 단계(S112)로 진행한다.
단계(S112)에서, 정정에 앞서 재시동 추정 시간 RST1이 판독된다. 단계(S113)에서, 외부 입력 시간 RST2가 존재하는 지가 판정된다. 외부 입력 시간 RST2가 존재하지 않으면, 루틴은 단계(S114)로 진행하고, 정정된 재시동 추정 시간 RST1'은 다음의 식으로부터 계산된다:
RST1' = RST + Ave.(RST3 - RST1) × G1'
여기서, G1' = 이득.
Ave.(RST3 - RST1)는, (RST3 - RST1)가 도 6의 단계(S27)에서 계산될 때마다, 가중 평균 처리에 의해 획득된 누산 값이다. 다른 한편, 외부 입력 시간 RST2가 존재하면, 루틴은 단계(S115)로 진행하고, 정정된 재시동 추정 시간 RST1'은 다음의 식으로부터 계산된다:
RST1' = RST1 + Ave.(RST3 - RST2) × G2'
여기서, G2 = 이득.
Ave.(RST3 - RST2)는, (RST3 - RST2)가 도 6의 단계(S32)에서 계산될 때마다, 가중 평균 처리에 의해 획득된 누산 값이다.
상기 실시예에서, 냉각제는 물 함유 부동액이지만, 순수한 물도 냉각제로서 사용될 수 있으며, 이 경우에, 물 저장 탱크(12)의 가열기(21)에 대응하는 장치가 냉각제 탱크(6) 내에 설치될 수 있고, 상기 실시예와 동일한 제어가 수행될 수 있다.
(2002년 3월 27일자로 출원된) 일본 특허원 P2002-88075의 전체 내용은 여기서 참조로 포함된다.
본 발명이 본 발명의 특정 실시예를 참조로 상술되었지만, 본 발명은 상술한 실시예로 제한되지 않는다. 상기 요지에 비추어 당업자에게는 상술한 실시예의 수정 및 변형이 가능하다. 본 발명의 범주는 다음의 청구범위 내에서 한정된다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 적용될 수 있고, 물론, 차량에 사용되는 연료 전지 시스템과 다른 것에도 적용될 수 있다. 본 발명은 절대 최소치로의 물의 응고로부터 시스템을 보호하는데 필요한 에너지량을 줄일 수 있다.

Claims (17)

  1. 연료 전지 시스템으로서,
    산화제 및 수소 함유 기체를 전해막(1m)에 공급함으로써 전력을 생성시키는 연료 전지(1),
    물을 상기 연료 전지(1)에 공급하는 급수 장치(9, 12) 및,
    제어기(20)를 구비하는데, 상기 제어기(20)는,
    상기 연료 전지(1)를 재시동할 시에 재시동 시간을 추정하고,
    외부 공기 온도의 이동(shift)을 추정하며,
    제각기 추정된 재시동 시간 및 외부 공기 온도의 이동에 따라, 상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 연료 전지(1)에 공급되는 물을 가열함으로써 상기 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 제 1 보호 모드에 의해 상기 시스템이 보호될 시에 필요한 제 1 에너지량 및, 상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 연료 전지(1)로부터 물을 배출함으로써 상기 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 제 2 보호 모드에 의해 상기 시스템이 보호될 시에 필요한 제 2 에너지량을 계산하고,
    상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 이용되는 보호 모드로서, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 작을 시에는 제 1 보호 모드를 선택하고, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 클 시에는 제 2 보호 모드를 선택하며,
    선택된 보호 모드로 시스템을 보호하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    날짜 및 시간을 검출하는 센서(51)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는 상기 검출된 날짜 및 시간에 따라 상기 외부 공기 온도의 이동을 추정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템의 위치를 검출하는 센서(32)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는 상기 검출된 시스템의 위치에 따라 상기 외부 공기 온도의 이동을 추정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템 주변의 조명을 검출하는 센서(34)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는 상기 검출된 조명에 따라 상기 외부 공기 온도의 이동을 추정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기후 정보를 입력하는 장치(52)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는 상기 입력된 기후 정보에 따라 상기 외부 공기 온도의 이동을 추정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 공기 온도를 검출하는 센서(33)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는 상기 추정된 외부 공기 온도의 이동으로부터 획득된 외부 공기 온도와 상기 검출된 외부 공기 온도의 차에 따라 상기 추정된 외부 공기 온도의 이동을 정정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(20)는 상기 연료 전지(1)가 실질적으로 재시동할 시의 실제 재시동 시간과 추정된 재시동 시간의 차를 사용하여, 다음의 경우의 재시동 시간을 추정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    운전자가 상기 재시동 시간을 입력하는 장치(37)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는, 입력된 재시동 시간이 있을 시에, 상기 연료 전지(1)가 상기 입력된 재시동 시간에서 재시동함을 추정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(20)는, 상기 추정된 재시동 시간 후에 소정의 시간이 경과할 지라도 상기 연료 전지(1)가 재시동되지 않을 시에 상기 추정된 재시동 시간을 정정하여, 상기 정정된 재시동 시간에 따라 보호 모드 선택을 다시 실행하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어기(20)는, 상기 추정된 재시동 시간과 실제 재시동 시간의 차에 따라 추정된 재시동 시간을 정정하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 내의 잔여 에너지량을 검출하는 센서(31, 36)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는, 상기 시스템 내의 검출된 잔여 에너지량이 소정의 값 보다 적을 시에 상기 제 1 보호 모드의 상기 연료 전지(1)의 보호를 정지하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 외부의 산소 농도를 검출하는 센서(35)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는, 상기 시스템 외부의 검출된 산소 농도가 소정의 값 보다 낮을 시에 상기 제 1 보호 모드에서의 보호를 정지하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 내의 잔여 에너지량이 소정의 값 보다 적을 시에 경보를 발하는 장치(41, 42)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(20)는, 상기 시스템이 상기 제 2 보호 모드에서 보호될 시에 추정된 재시동 시간 전에 소정의 시간으로부터 상기 연료 전지(1)의 외부에 응고한 얼음을 해동시키기 시작하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 전지(1)를 시동하는 스위치(53)를 더 포함하는데,
    상기 제어기(20)는, 상기 시스템의 보호를 정지시키고, 상기 시스템이 상기 제 1 또는 2 보호 모드에 의해 보호될 시에 상기 스위치(53)를 동작할 시에 상기 연료 전지(1)를 시동하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  16. 산화제 및 수소 함유 기체를 전해막(1m)에 공급함으로써 전력을 생성시키는 연료 전지(1) 및, 물을 상기 연료 전지(1)에 공급하는 급수 장치(9, 12)를 가진 연료 전지 시스템을 보호하는 방법에 있어서,
    상기 연료 전지(1)를 재시동할 시에 재시동 시간을 추정하는 단계,
    외부 공기 온도의 이동을 추정하는 단계,
    제각기 추정된 재시동 시간 및 외부 공기 온도의 이동에 따라, 상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 연료 전지(1)에 공급되는 물을 가열함으로써 상기 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 제 1 보호 모드에 의해 상기 시스템이 보호될 시에 필요한 제 1 에너지량 및, 상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 연료 전지(1)로부터 물을 배출함으로써 상기 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 제 2 보호 모드에 의해 상기 시스템이 보호될 시에 필요한 제 2 에너지량을 계산하는 단계,
    상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 이용되는 보호 모드로서, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 작을 시에는 제 1 보호 모드를 선택하고, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 클 시에는 제 2 보호 모드를 선택하는 단계 및,
    선택된 보호 모드로 시스템을 보호하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 보호 방법.
  17. 연료 전지 시스템으로서,
    산화제 및 수소 함유 기체를 전해막(1m)에 공급함으로써 전력을 생성시키는 연료 전지(1),
    물을 상기 연료 전지(1)에 공급하는 급수 장치(9, 12),
    상기 연료 전지(1)를 재시동할 시에 재시동 시간을 추정하는 수단,
    외부 공기 온도의 이동을 추정하는 수단,
    제각기 추정된 재시동 시간 및 외부 공기 온도의 이동에 따라, 상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 연료 전지(1)에 공급되는 물을 가열함으로써 상기 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 제 1 보호 모드에 의해 상기 시스템이 보호될 시에 필요한 제 1 에너지량 및, 상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 연료 전지(1)로부터 물을 배출함으로써 상기 시스템 내의 물의 응고를 방지하는 제 2 보호 모드에 의해 상기 시스템이 보호될 시에 필요한 제 2 에너지량을 계산하는 수단,
    상기 연료 전지(1)가 정지할 시에 이용되는 보호 모드로서, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 작을 시에는 제 1 보호 모드를 선택하고, 제 1 에너지량이 제 2 에너지량보다 클 시에는 제 2 보호 모드를 선택하는 수단 및,
    선택된 보호 모드로 시스템을 보호하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
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