KR20050083976A

KR20050083976A - 연료 전지 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20050083976A
Application number: KR1020057009295A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 가미하라
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-26
Also published as: WO2004075328A3; JP2004273427A; WO2004075328A2; US20060051635A1; EP1606849A2

Abstract

제어 유닛은 수소 퍼지 밸브가 닫힌 상태로 설정될 때, 수소 전극의 가스 압력과 연료 전지 스택의 온도에 따라 변화하는, 수소 전극의 연료 가스 이외의 불순물량의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 적분값이 임계값 이상이 되면 수소 퍼지 밸브를 열린 상태로 제어한다. 제어 유닛은 수소 퍼지 밸브가 열린 상태로 설정될 때, 수소 전극의 가스 압력과 연료 가스의 온도에 따라 변화하는, 수소 퍼지 밸브로부터의 배출 가스 유량의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 적분값이 임계값 이상이 되면 수소 퍼지 밸브를 닫힌 상태로 제어한다. 이것은 연료 가스 시스템내에서 최고조에 달하는 불순물을 제거하고, 넓은 범위의 운전 부하에 걸쳐 안정한 전력 발생을 확보하며, 연료 배출량을 최소화하는 것이 가능하게 하여, 연료 사용 효율을 향상시킨다.

Description

연료 전지 시스템 및 그 제어방법{FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량 구동 모터를 구동하는 전력을 발생하기 위해 연료 전지 스택에 연료 가스와 산화제 가스를 공급시에 적당한 연료 전지 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

차량의 이동체에 대한 구동 토크를 발생시키는 연료 전지 시스템이 일본국 특허 공개 공보 번호 2000-243417에 개시된 기술을 통해 알려져 있다. 이러한 연료 전지 시스템은 통상적으로 연료로서 수소를 이용하는 고체 고분자형 연료 전지 스택을 구비하고 연료 전지 스택에 의해 소비되는 것 보다 더 많은 수소를 공급함으로써 안정한 전력 발생을 확보할 수 있다.

상기 특허 공보에 따른 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택에서 배출되는, 과잉 수소를 순환시켜서 과잉 수소를 버리지 않고 소비되는 것 보다 더 많은 수소를 연료 전지 스택의 연료 입구측으로 공급한다. 또한, 연속 운전에 의해 수소 시스템에 수소 이외의 다른 불순물 가스가 축적되는 것에 주목하여, 이 연료 전지 시스템은 전력 발생 정도가 저하될 때 수소 시스템에 축적된 불순물을 제거한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.

도 2는 수소 시스템의 질소량, 순환 수소 유량, 및 수소 가스 온도의 관계를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 전지 시스템의 퍼지 밸브 제어 처리 순서를 도시한 플로우차트이다.

도 4는 공기 압력과 연료 전지 스택의 온도에 대한 질소 투과 유량의 관계를 도시한 도면이다.

도 5는 수소 가스 온도와 축적 임계값 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 6은 수소 압력과 수소 가스 온도에 대한 수소 퍼지 밸브에서 배출되는 가스 유량의 관계를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료 전지 시스템의 퍼지 밸브 제어 처리 순서를 도시한 플로우차트이다.

도 8은 연료 전지 스택의 온도과 적분 초기값 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 9는 냉각제 온도와 배출 임계값 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료 전지 시스템에 의해 퍼지 밸브 제어 처리가 수행되는 경우, 수소 가스 온도가 낮을 때와 수소 가스 온도가 높을 때의 질소량의 변화를 도시한 도면이다.

그러나, 상기한 연료 전지 시스템의 전력 발생 정도 감소가 연료 전지 스택의 운전 부하에 따라 다르고 저부하 영역에서 전력 발생 정도가 거의 저하하지 않더라도, 고부하에서는 전력 발생 정도가 이미 허용 범위를 벗어나 저하되었고, 그 것에 의해 연료 전지 스택을 열화시키는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템이 차량에 적용되고 운전 부하가 극저부하에서 고부하로 변화될 때는, 불순물을 제거하는 최적의 시기를 판정할 수 없다는 문제점이 생긴다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 연료 가스 시스템에 축적된 불순물을 제거하고, 넓은 범위의 운전 부하에 걸쳐 안정한 전력 발생을 확보함과 더불어 연료 배출량을 최소화하는 고효율의 연료 전지 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과, 상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛, 상기 연료 전지 스택에서 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛, 및 상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛을 포함하고, 제어 유닛에 의해 상기 개폐밸브의 개폐를 제어한다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 상기 개폐밸브가 닫힌 상태로 설정될 때는, 상기 제어 유닛이 상기 산화제 전극의 가스 압력과 상기 연료 전지 스택의 온도에 따라 변화하는, 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 상기 적분값이 축적 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어함으로써, 상기한 문제점을 해결한다.

본 발명에 따른 다른 연료 전지 시스템은 상기 개폐밸브가 열린 상태로 설정될 때는, 상기 제어 유닛이 상기 연료 전극의 가스 압력과 상기 연료 가스의 온도에 따라 변화하는, 상기 개폐밸브에서의 배출 가스 유량의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 상기 적분값이 배출 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 닫힌 상태로 제어함으로써, 상기한 문제점을 해결한다.

본 발명에 따른 또 다른 연료 전지 시스템은 상기 개폐밸브가 열린 상태에서 닫힌 상태로 동작될 때의 상기 연료 전지 스택의 온도가 높아질 수록, 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하는 경우에 계산되는 적분값의 초기값을 낮게 설정하고 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값의 적분에 기인한 적분값을 산출함으로써, 상기한 문제점을 해결한다.

본 발명의 다른 특징, 이점 및 이익은 다음의 도면을 참조하여 이루어진 다음의 설명으로부터 좀 더 명확해질 것이다.

이하에서 도면을 참조로 본 발명에 따른 실시예의 연료 전지 시스템이 상세히 설명될 것이다.

제1실시예

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 전지 시스템에 적용된다.

도 1에 도시된 것처럼, 이 연료 전지 시스템은 연료 가스와 산화제 가스가 공급됨에 따라 전력을 발생하는 연료 전지 스택(1)을 가진다. 이 연료 전지 스택(1)은 사이에 고체 고분자 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 공기 전극와 수소 전극을 가지는 연료 전지 구성이 세퍼레이터(Separator)로 지지되고 다수의 셀 구성이 적층되어 구성된다. 이 실시예에서는, 전력 발생 반응을 발생시키기 위해 연료 전지 스택(1)에 대한 연료 가스로서 수소 가스를 수소 전극(1a)에 공급하고 산화제 가스로서 산소를 공기 전극(1b)에 공급하는 연료 전지 시스템이 설명된다.

연료 전지 스택(1)이 전력을 발생하도록 할 때에는, 이 연료 전지 시스템은 가습된 수소 가스를 수소 전극(1a)에 공급하고 가습된 공기를 공기 전극(1b)에 공급한다. 공기는 압축기(2)에 의해 압축되어 공기 공급 통로(L1)를 통해 연료 전지 스택(1)의 공기 전극(1b)으로 공급된다. 이때, 연료 전지 시스템은 압축기(2)에 연결된 압축기 모터의 회전수를 제어하고 공기 전극(1b)의 공기 배출측에 제공되는 공기 조정기(3)의 열림 정도를 제어하여 공기 전극(1b)에 공급되는 공기 유량과 공기 압력을 조정한다.

연료 전지 시스템은 공기 전극(1b)에 공급되는 공기 압력을 검출하는 공압센서(4)로부터의 센서신호를 읽어들여 목표 공기 압력이 되도록 공기 압력 조정기(3)를 제어한다.

수소는, 고압 수소 실린더(5)에 보유된 상태로부터, 수소 압력 조정기(6)와 인젝터 펌프(7)를 경유하는 수소 공급 통로(L2)를 통해 수소 전극(1a)으로 공급된다. 수소 전극(1a)으로부터 배출되는 미사용 수소는 수소 순환 통로(L3)를 통해 인젝터 펌프(7)로 리턴되고 인젝터 펌프(7)에 의해 수소 공급 통로(L2)를 통해 수소 전극(1a)으로 순환된다.

이때, 연료 전지 시스템은 수소 압력 조정기(6)의 열림 정도를 제어하여 수소 전극(1a)으로 공급되는 수소 압력을 조정한다. 또한 연료 전지 시스템은 수소 전극(1a)으로 공급되는 수소 압력을 검출하는 수소 압력 센서(9)로부터의 센서신호를 읽어 들이고 목표 수소 압력이 되도록 수소 압력 조정기(6)를 제어한다.

연료 전지 시스템에서는, 수소 퍼지 밸브(8)가 수소 전극(1a)의 수소 배출측에 제공된다. 이 수소 퍼지 밸브(8)의 개폐 동작은 연료 전지 시스템에 의해 제어되고 연료 전지 스택(1)의 상태에 따라 개폐 동작한다. 연료 전지 스택(1)에서 방해하는 물발생과 공기 전극(1b)에서 수소 전극(1a)으로의 공기 누출에 의한 전력 저하 또는 전력 발생 효율 감소를 방지시에, 연료 전지 시스템은 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하여 수소 전극(1a) 또는 수소 순환 통로(L3)내의 수소 가스를 연료 전지 스택(1)으로부터 일시적으로 배출한다.

또한, 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택(1)이 전력을 발생하도록 할 때에 연료 전지 스택(1)의 온도를 조정하는 냉각제 공급 시스템을 가진다. 이 냉각제 공급 시스템은 냉각제 통로(L4)에 라디에이터(10)와 냉각제 펌프(11)를 제공하여 구성된다. 이러한 냉각제 공급 시스템은 냉각제 펌프(11)로부터 펌핑되어 출력된, 냉각제를 연료 전지 스택(1)의 냉각제 통로(L4)에 공급하고, 연료 전지 스택(1)으로부터 배출되는, 냉각제를 라디에이터(10)로 인도하여 냉각제 펌프(11)로 리턴시키도록 구성된다. 이 냉각제 공급 시스템에서는, 연료 전지 스택(1)으로부터 배출되는 냉각제가 공급되는 냉각제 통로(L4)의 부분에서 냉각제 온도를 검출하는 냉각제 온도 센서(12)가 제공된다.

또한, 연료 전지 시스템은 상기한 바와 같이 구성된 각 부를 제어하는 제어 유닛(13)을 가진다. 제어 유닛(13)은 각 부를 제어하기 위한 제어 프로그램을 내장하고, 제어 프로그램을 수행함으로써 연료 전지 스택(1)이 전력을 발생하도록 하고 후술될 퍼지 밸브 제어 처리를 수행한다.

이때, 연료 전지 스택(1)의 전력 발생에 대한 외부 요청의 수신에 응답하여, 제어 유닛(13)은 공기 압력 센서(4)와 수소 압력 센서(9)로부터의 센서신호를 읽어들이고 연료 전지 스택(1)으로 공급되는 공기 압력과 수소 압력을 검출한다. 따라서, 연료 전지 스택(1)이 전력 발생 요구를 만족시키는 전력을 발생하도록 하기 위해서는, 제어 유닛(13)이 압축기(2)의 구동량과 공기 조정기(3)의 열림 정도를 조정하여 공기 유량과 공기 압력을 조정하고, 수소 압력 조정기(6)의 열림 정도를 조정하여 수소 유량과 수소 압력을 조정한다. 이때, 연료 전지 스택(1)이 전력을 발생함에 따라 열이 발생되므로, 제어 유닛(13)은 냉각제 온도 센서(12)로부터의 센서신호를 읽어들여 연료 전지 스택(1)의 온도를 검출하고 냉각제 펌프(11)의 구동량과 라디에이터(10)에 의한 냉각 정도를 제어한다.

이러한 방법으로 통상 운전이 수행될 때, 연료 전지 스택(1)에서 배출되는 수소 가스를 수소 순환 통로(L3)를 통해 인젝터 펌프(7)로 순환시키고 인젝터 펌프(7)가 수소를 순환시켜서 연료 전지 스택(1)으로 인도되도록 함으로써, 연료 전지 시스템은 연료 전지 스택(1)의 안정한 전력 발생을 확보하고 수소 시스템의 반응 효율을 향상시킨다.

제어 유닛(13)은 통상 수소 퍼지 밸브(8)를 닫힌 상태로 제어하고, 질소가 공기 전극(1b)으로부터 확산되어 수소 시스템내에 축적될 때, 질소를 필수적으로 포함하는 수소 이외의 불순물을 외부로 배출하기 위해 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 퍼지 밸브 제어 처리를 수행한다. 여기서, 제어 유닛(13)은 질소가 축적되는 경우와 마찬가지로 수소 이외의 질소 함유 불순물의 축적을 검출하여 퍼지 밸브 제어 처리를 수행할 수 있다.

즉, 이러한 연료 전지 시스템에서는 연료 전지 스택(1)이 전력을 안정하게 발생시키기 위해, 연료 전지 스택(1)에 대해 요구되는 부하에 따라 대략 일정량 이상의 수소 순환량을 확보할 필요가 있다. 여기서, 도 2에 도시된 것처럼, 수소 시스템내의 질소량과 인젝터 펌프(7)의 순환 수소 유량 사이의 관계는, 수소 시스템내의 질소량이 증가함에 따라 수소 농도가 감소하고 수소 시스템내의 가스 분자 평균량이 증가하고, 인젝터 순환 수소 유량이 낮아지게 된다. 수소 시스템내의 가스 온도가 높을 때는, 수소 시스템내의 수증기 부분 압력이 증가하여 순환 수소 유량을 감소시켜서, 높은 온도인 경우에는 수소 시스템내의 허용 가능한 질소 최대량이 작아진다. 따라서, 연료 전지 시스템에서는, 수소 유량에 대한 수소 시스템내의 질소량을 증가시키지 않도록 다음의 퍼지 밸브 제어 처리가 수행된다.

연료 전지 시스템에서의 퍼지 밸브 제어 처리

다음에, 상기한 방법으로 구성된 연료 전지 시스템에서 제어 유닛(13)에 의해 수소 퍼지 밸브(8)의 개폐 동작을 제어하는 퍼지 밸브 제어 처리가 도 3의 플로우차트를 참조로 설명된다.

연료 전지 시스템이 기동하고 있으면, 제어 유닛(13)은 미리 설정된 기간 마다 단계(S1) 이하의 처리를 시작한다. 먼저, 단계(S1)에서, 제어 유닛(13)은 공기 압력 센서(4), 수소 압력 센서(9) 및 냉각제 온도 센서(12)로부터의 센서신호를 읽어들여, 공기 압력과 수소 압력과 연료 전지 스택(1)의 온도와 수소 전극내의 가스 온도에 상당하는 냉각제 온도를 검출하고, 단계(S2)로 처리를 진행한다. 냉각제 온도를 검출하는 이유는 냉각제 온도가 수소 전극(1a)내의 수소 가스 온도 및 공기 전극(1b)내의 공기 온도와 강한 상관 관계를 갖기 때문이다.

단계(S2)에서는, 제어 유닛(13)이 수소 퍼지 밸브(8)의 현재 개폐 상태를 검출하여 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 상태인지를 판정한다. 제어 유닛(13)은 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 상태일 때 단계(S3)로 처리를 진행하고, 수소 퍼지 밸브(8)가 열린 상태일 때는 단계(S9)로 처리를 진행한다.

단계(S3)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S1)에서 검출된 공기 압력과 냉각제 온도로부터 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값으로서 질소 투과 유량을 검색한다. 이때, 제어 유닛(13)이, 공기 압력과 냉각제 온도(연료 전지 스택(1)의 온도)에 대한 질소 투과 유량을 설명하는, 도 4에 도시된 바와 같은, 미리 저장된 맵데이터를 참조하여, 단계(S1)에서 검출된 공기 압력과 냉각제 온도로부터, 공기 전극(1b)에서 수소 전극(1a)으로 확산되는, 질소 투과 유량를 추정한다. 도 4에 도시된 맵데이터는 실험에 의해 이미 얻어진 것으로서, 공기 압력과 연료 전지 스택(1)의 온도가 높을 수록 질소 투과 유량이 많아지는 것으로 기술되었다.

다음 단계(S4)에서는, 제어 유닛(31)이 이전의 퍼지 밸브 제어 처리의 단계(S4)에서 산출된 질소 투과 유량과 현재 단계(S3)에서 추정된 질소 투과 유량을 가산하여, 수소 전극(1a)내의 현재 질소 투과 유량(질소량의 적분값)을 산출한다. 이전 까지의 질소 투과량의 축적인 질소 투과 유량이 현재 질소 투과 유량에 가산됨에 따라, 제어 유닛(13)이 질소 투과 유량의 적분값을 구한다.

다음 단계(S5)에서, 제어 유닛(13)은, 단계(S1)에서 검출한 냉각제 온도로부터, 수소 전극(1a)내에 축적되도록 허용되는 질소량의 값인 축적 임계값을 산출한다. 이때, 제어 유닛(13)은, 냉각제 온도(수소 가스 온도)에 대한 축적 임계값을 설명하는, 도 5에 도시된 바와 같은, 미리 저장된 맵 데이터를 참조하여 단계(S1)에서 검출된 냉각제 온도로부터, 수소 전극(1a)으로 확산되는, 축적 임계값을 추정한다. 도 5에 도시된 맵 데이터는 실험에 의해 이미 얻어진 것으로서, 냉각제 온도가 높을 수록 축적 임계값은 작아지는 것으로 기술되었다.

다음 단계(S6)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S4)에서 적분을 통해 구한 질소 투과 유량이 단계(S5)에서 구한 축적 임계값 이상인지를 판정한다. 제어 유닛(13)이 적분을 통해 구한 질소 투과 유량이 축적 임계값 이상이 아니라고 판정하면, 처리를 종료하고, 반면에 적분을 통해 구한 질소 투과 유량이 축적 임계값 이상이라고 판정되면 단계(S7)로 처리를 진행한다. 여기서, 처리의 종료시에, 제어 유닛(13)은 다음 퍼지 밸브 제어 처리에서의 단계(S4)에서 사용하기 위해 단계(S4)에서 적분을 통해 구한 질소 투과 유량을 유지한다.

단계(S7)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S6)의 판정 결과로부터, 공기 전극(1b)에서 수소 전극(1a)으로 투과하는 질소량이 증가함에 따라 순환 수소 유량이 저하하고 연료 전지 스택(1)이 안정되게 동작할 수 없다는 가능성이 있다고 결정하여, 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 제어한다. 따라서, 연료 전지 시스템은 수소 전극(1a)과 수소 순환 통로(L3)내의 다량의 질소를 함유하는 가스를 외부로 배출한다.

다음 단계(S8)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S4)에서 적분되어 유지되는 질소 투과 유량을 리셋하고 처리를 종료한다.

한편, 상기한 단계들(S1 ~ S8)의 처리를 행함으로써, 예를 들어, 다음 퍼지 밸브 제어 처리의 단계(S2)에서 수소 퍼지 밸브(8)가 열린 상태라고 결정한 후의 단계(S9)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S1)에서 검출된 냉각제 온도와 수소 압력으로부터 수소 전극(1a)에서 배출되는 가스량인 퍼지 유량을 산출한다. 이때, 제어 유닛(13)은 도 6에 도시된 바와 같이 미리 저장된 수소 가스 압력과 수소 가스 온도에 대한 단위 시간당 퍼지 유량을 설명하는 맵 데이터를 참조하여 단계(S1)에서 검출된 냉각제 온도에 상당하는 수소 가스 온도와 검출된 수소 압력으로부터 퍼지 유량을 추정한다. 도 6에 도시된 맵 데이터는 실험에 의해 미리 구해진 것으로서, 수소 가스 온도가 높을 수록 수증기 부분 압력을 증가시킴에 의해 퍼지 유량이 작아지고, 수소 압력이 높을 수록 퍼지 유량이 커지는 것으로 설명되었다.

다음 단계(S10)에서는, 제어 유닛(13)이 이전 퍼지 밸브 제어 처리에서의 단계(S10)에서 산출된 퍼지 유량과 현재 단계(S9)에서 산출된 퍼지 유량을 가산하여 현재 퍼지 유량(적분값)을 산출한다. 이전까지의 퍼지 유량의 축적인 퍼지 유량이 현재 퍼지 유량에 가산됨으로써, 제어 유닛(13)은 퍼지 유량의 적분값을 구한다.

다음 단계(S11)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S10)에서 적분을 통해 구한 퍼지 유량(배출 가스 유량의 적분값)이 미리 설정된 배출 임계값 이상인지를 판정하여 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 상태인지를 판정한다. 여기서, 배출 임계값은 실험에 의해 미리 구해진 것이고, 수소 전극(1a)에 축적되는 것이 허용되는 질소량을 적어도 제공할 수 있는 퍼지 유량이 설정된다.

제어 유닛(13)은 적분을 통해 구한 퍼지 유량이 배출 임계값 이상이 아니라고 결정하면, 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 내버려 두고 처리를 종료한다. 여기서, 제어 유닛(13)은 다음 퍼지 밸브 제어 처리에서의 단계(S10)에 사용하기 위해 단계(S10)에서 적분을 통해 구한 퍼지 유량을 유지한다. 한편, 적분을 통해 구한 퍼지 유량이 배출 임계값 이상이라고 판정한 후의 단계(S12)에서는, 제어 유닛(13)이 충분한 양의 질소가 배출되었다고 판정하고, 수소 퍼지 밸브(8)를 닫힌 상태로 제어하여, 수소 전극(1a)으로부터의 질소 함유 가스의 배출 동작을 종료한다.

다음 단계(S13)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S10)에서 적분되어 유지되는 퍼지 유량을 리셋하고 처리를 종료한다.

위에서 상세히 설명된 것처럼, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 제어 유닛(13)이 도 3에 도시된 바와 같이 맵데이터를 이용하여 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값으로서 확산 질소 유량을 구하여 적분함으로써 연료 전지 스택(1)의 동작 상태에 따라 수소 전극(1a)에 축적된 질소량을 추정하고, 수소 가스 온도에 따라 설정된 축적 임계값의 질소량이 될 때 수소 퍼지 밸브(8)를 열어 질소를 배출한다. 따라서, 이러한 구성은 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 빈도를 최소화할 수 있고, 넓은 범위의 운전 부하에 걸쳐 연료 전지 스택(1)의 전력 발생을 안정하게 유지하는 것이 가능하게 하는 순환 수소량을 확보한다. 또한 연료 전지 스택(1)내에 축적된 불순물을 효율적으로 제거하는 것이 가능하여, 연료 전지 스택(1)의 열화를 최소로 억제한다.

연료 전지 시스템에 따르면, 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 동안, 제어 유닛(13)은 공기 압력과 연료 전지 스택(1)의 온도에 따라 미리 설정된 값(수소 전극(1a)으로 흐르는 질소량)을 적분하고, 적분값이 미리 설정된 축적 임계값 이상이 되면 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정한다. 따라서, 이러한 구성에 의하여, 수소 전극(1a)내의 질소 축적에 의해 야기되는 순환 수소량의 부족이, 수소 농도 센서를 사용하지 않고 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 시기를 정확히 판정함에 의해 방지될 수 있다. 또한 과도한 퍼지에서 질소와 함께 수소의 무효한 배출을 억제하고 넓은 범위의 운전 부하에 걸쳐 연료 전지 스택(1)의 안정한 동작을 확보하는 것이 가능하다. 수소 사용 효율이 증가될 수 있다.

또한, 이 연료 전지 시스템에 따르면, 제어 유닛(13)은 질소 투과 유량을 연료 전지 스택(1)의 온도가 높을 수록 크게 설정하고 공기 압력이 높을 수록 크게 설정한다. 따라서, 이 구성은 축적된 실제 질소량에 가까운 값을 구할 수 있고, 정밀한 제어를 수행할 수 있다.

또한, 이 연료 전지 시스템에 따르면, 제어 유닛(13)은 냉각제 온도에 상응하는 수소 가스 온도가 높아질 수록 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정시 사용되는 질소량의 임계값을 작게 한다. 따라서, 이 구성은 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 빈도를 최소화할 수 있다.

또, 이 연료 전지 시스템에 따르면, 제어 유닛(13)이 냉각제 온도로부터 수소 가스 온도와 연료 전지 스택(1)의 온도를 추정한다. 따라서, 이 구성은 여러 가지의 온도 센서를 사용하지 않고 수소 퍼지 밸브(8)의 개폐를 제어할 수 있다.

그리고, 이 연료 전지 시스템에 따르면, 제어 유닛(13)은 수소 퍼지 밸브(8)가 열린 동안 수소 압력과 수소 가스 온도에 상응하는 퍼지 유량을 적분하고, 적분값이 미리 설정된 배출 임계값 이상이 되면 수소 퍼지 밸브(8)를 닫는다. 따라서, 이 구성은 수소 센서를 사용하지 않고 수소 퍼지 밸브(8)를 닫힌 상태로 설정하는 시기를 적정하게 결정할 수 있어, 수소 배출량의 억제와 연료 전지 스택(1)의 안정한 운전을 확보할 수 있다.

또, 이 연료 전지 시스템에 따르면, 제어 유닛(31)은 수소 가스 온도가 높아질수록 퍼지 유량을 작게 설정한다. 따라서, 이 구성은 실제 퍼지 유량에 가까운 값을 구할 수 있어 좀더 정밀한 제어를 수행할 수 있다.

제2실시예

제2실시예에 따른 연료 전지 시스템을 다음에 설명한다. 상기한 제1실시예와 동일한 부분에 대해서는, 동일 참조 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 제2실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구성은 제1실시예와 동일하므로, 그 설명 역시 생략한다.

제2실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지 스택(1)의 온도에 따라 배출 임계값이 변화됨을 특징으로 한다. 제2실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 단계에서 사용되는 이전의 질소 투과 유량(적분값)을 대신해, 수소 퍼지 밸브(8)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 변환된 후 첫번째 퍼지 밸브 제어 처리에서 적분 초기값이 사용된다.

연료 전지 시스템에 따르면, 도 7에 도시된 것처럼, 이전 퍼지 밸브 제어 처리에서 수소 퍼지 밸브(8)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 설정된 후 첫번째 퍼지 밸브 제어 처리에서, 제어 유닛(13)이 상기한 바와 같은 방법으로 단계(S1~S3)의 처리를 수행하고 단계(S21)로 처리를 진행한다.

다음 단계(S21)에서는, 제어 유닛(13)이 적분 초기값과 현재 단계(S3)에서 추정된 단위 시간당 질소 투과 유량을 가산하여 수소 전극(1a)내의 현재 질소 투과 유량을 산출한다. 여기서, 적분 초기값은, 이전의 퍼지 밸브 제어 처리에서의 단계(S13)에서 퍼지 유량이 리셋된 후의 단계(S23)에서 제어 유닛(13)에 의해 설정되어, 단계(S21)에서 사용된다.

단계(S23)에서는, 제어 유닛(13)이 연료 전지 스택(1)의 온도에 상응하는 적분 초기값을 설명하는 도 8에 도시된 바와 같은 미리 저장된 맵 데이터를 참조하여 적분 초기값을 구한다. 이때, 제어 유닛(13)은 냉각제 온도를 연료 전지 스택(1)의 온도로 변환하고 변환된 연료 전지 스택(1)의 온도가 높아질 수록 적분 초기값을 작게 설정한다. 도 8에 도시된 이 맵 데이터는 실험에 의해 이미 구해진 것이고, 연료 전지 스택(1)의 온도가 높아질 수록 적분 초기값이 작아짐을 설명한다.

따라서, 제어 유닛(13)은, 상기와 같은 방법으로 축적 임계값을 구하고, 축적 임계값과 적분 초기값을 가산하여 구해진 질소량(적분값)과 비교하여(단계S6), 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정할 필요가 있는지 판정한다.

연료 전지 시스템에서는, 단계(S1~S6)의 처리가 반복되는 동안 질소 투과 유량의 적분값이 적분 임계값을 초과했다고 판정되면, 제어 유닛(13)은 단계(S7)에서 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하고 다음의 퍼지 밸브 제어 처리를 시작한다. 이 퍼지 밸브 제어 처리에서는, 연료 전지 시스템이 상기한 처리와 같이 단계(S1)과 단계(S2)의 처리와 단계(S9)와 단계(S10)의 처리를 수행하여 단계(S22)로 처리를 진행한다.

단계(S22)에서는, 제어 유닛(13)이 단계(S1)에서 검출된 수소 가스 온도에 따라 냉각제 온도에 상응하는 배출 임계값을 구하고, 배출 임계값을 단계(S10)에서 구해진 퍼지 유량과 비교한다. 이때, 제어 유닛(13)은 냉각제 온도에 상응하는 배출 임계값을 설명하는 도 9에 도시된 바와 같은 맵 데이터를 참조하여 배출 임계값을 구한다. 도 9에 도시된 맵 데이터는 실험에 의해 미리 구해진 것으로서, 수소 가스 온도를 나타내는 냉각제 온도가 높아질 수록 배출 임계가 높음을 설명한다.

다음에, 제어 유닛(13)은 맵 데이터를 참조로 구해진 배출 임계값과 퍼지 유량을 비교하고 퍼지 유량이 배출 임계값 보다 낮으면 처리를 종료하는 반면에, 퍼지 유량이 배출 임계값 이상이면 단계(S12, S13)와 단계(S23)의 처리를 수행한다.

이러한 퍼지 밸브 제어 처리를 수행하는 연료 전지 시스템은 수소 가스 온도에 의해 도10에 도시된 바와 같이 수소 시스템내의 질소량을 변화시킬 수 있다.

즉, 연료 전지 스택(1) 또는 냉각제의 온도가 낮고 수소 가스 온도가 낮을 때는, 수소 전극(1a)내에 흐르는 가스의 수소 부분 압력에 상응하는 수증기 부분 압력이 낮아서, 도 5에 도시된 바와 같은 맵 데이터를 참조하여 높은 수소 농도를 제공하는 허용가능한 질소량의 적분값 또는 축적 임계값(DN_LH)를 설정할 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같은 맵 데이터를 참조하여 퍼지 유량에 대한 낮은 배출 임계값을 설정할 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템에서는, 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 상태일 때 질소량이 축적 임계값(DN_LH)가 되면, 제어 유닛(13)이 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하여 배출 임계값에 상당하는 퍼지 유량을 배출하고, 축적 임계값(DN_LH) 보다 낮는 질소량(DN_LL)이 되면, 제어 유닛(13)은 수소 퍼지 밸브(8)를 닫힌 상태로 설정한다. 따라서, 연료 전지 시스템은 축적 임계값(DN_LH)과 질소량(DN_LL) 사이에서 질소량을 변화시킬 수 있다.

이 연료 전지 시스템에 따르면, 연료 전지 스택(1) 또는 냉각제의 온도가 높고 수소 가스 온도가 높을 때는, 연료 전지 스택(1)으로 순환되는 수소 시스템내의 가스에 포함되는 다량의 수증기가 있어, 순환되는 가스에 포함되는 수소의 부분 압력이 낮다. 따라서, 연료 전지 시스템에서는, 제어 유닛(13)이, 충분한 수소 순환량을 확보하기 위해서 도 5에 도시된 바와 같은 맵 데이터를 참조하여 축적 임계값(DN_LH) 보다 낮은 축적 임계값(DN_HH)으로 설정하여야 한다.

연료 전지 시스템에서는, 연료 전지 스택(1)의 온도가 높을 때, 공기 전극(1b)에서 수소 전극(1a)으로의 질소 투과 유량이 증가하여, 질소량의 증가 속도가 빨라지고, 도 6에 도시된 바와 같이 질소와 같은 불순물의 단위 시간당 퍼지 유량이 작아져서, 질소량의 감소 속도를 느리게 한다. 따라서, 제어 유닛(13)은 도 8에 도시된 바와 같은 맵 데이터를 참조하여 질소량(DN_HL)까지 질소량을 감소시키는 퍼지 유량의 배출 임계값을 설정한다. 질소량의 증가 속도가 빠름에 따라, 수소 가스 온도가 높을 때의 배출 임계값은 질소가스 온도가 낮을 때의 질소량(DN_LH)에서 질소량(DN_LL)로의 감소 크기 보다도 큰 감소 크기를 가지는 퍼지 유량이 된다.

비록, 제어 유닛(13)은 퍼지 종료시의 질소량을 저온과 고온에 대해 DN_LL과 DN_HL로 각각 설정하였지만, 수소 가스 온도가 낮을 때 질소량이 DN_HL로 될때 까지 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 배출 임계값을 설정할 수 있다. 이러한 배출 임계값이 설정되면, 퍼지 종료 후 질소량이 질소량(DN_HL)에서 축적 임계값(DN_LH)까지 증가하는 시간이 길어지고, 결과로서 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 주기를 늘리는 것을 가능하게 한다. 그러나, 수소 가스 온도가 낮을 때의 퍼지 종료시 질소 축적량이 DN_HL로 설정되면, 질소량(DN_LL)이 설정된 경우와 비교하여 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 시간이 길어져서, 배출되는 수소량이 증가하고 그것에 의해 수소 사용 효율을 저하시킨다. 따라서 연료 전지 시스템은 수소 사용 효율의 저하를 최소로 억제할 수 있는 수소 퍼지 밸브(8)의 열린 시간을 제공할 정도로 축적 임계값(DN_HL)에 대한 질소량(DN_LL)을 설정해야 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명이 적용되는 제2실시예의 연료 전지 시스템에 따르면, 제어 유닛(13)은 냉각제 온도가 높고 수소 시스템내의 가스 온도가 높을 수록 배출 가스 유량인 배출 임계값을 높게 설정하고, 수소 퍼지 밸브(8)로부터 배출되는 적분값 또는 퍼지 유량이 배출 임계값이 되면 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태에서 닫힌 상태로 되도록 작동시킨다. 이러한 구성은, 수소 시스템의 가스 온도에 상관없이, 배출되는 수소량을 최소로 억제할 정도로, 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정하는 주기 및 수소 퍼지 밸브(3)를 열린 상태로 유지하는 시간을 설정할 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템은, 수소 시스템내의 불순물을 축적 임계값 이하로 유지할 수 있고, 수소 사용 효율의 저하를 억제할 수 있다.

연료 전지 시스템에 따르면, 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 상태에서 열린 상태로 작동되는 퍼지 밸브 제어 처리에서, 제어 유닛(13)은 연료 전지 스택(1)의 온도가 높을 수록 적분 초기값을 작게 설정한다. 따라서, 이러한 구성은, 배출 임계값에 따라 수소 퍼지 밸브(8)를 열린 상태로 설정함에 의해 감소되는 질소량을 적분 초기값으로 설정할 수 있고, 수소 퍼지 밸브(8)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 작동되는 첫번째 퍼지 밸브 제어 처리를 수행할 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템은, 수소 퍼지 밸브(8)가 닫힌 상태로 작동되는 첫번째 퍼지 밸브 제어 처리에서 적분 초기값으로부터 질소량 적분을 시작할 수 있다. 연료 전지 스택(1)의 온도에 따라 다른 배출 임계값이 설정될 때 조차도, 다음 퍼지 밸브 제어 처리에서 정확한 실제의 질소 축적량이 구해질 수 있다. 따라서, 연료 전지 시스템은 수소 시스템내의 불순물을 축적 임계값 이하로 좀더 신뢰성있게 유지할 수 있다. 연료 전지 스택(1)의 온도에 따라 변화하는 적분 초기값을 설정함에 의해 다음 퍼지 밸브 제어 처리를 수행하는 처리에 대해서는, 단계(S13) 다음에 적분 초기값을 설정하고, 다음 단계(S4)에서 적분 초기값을 사용하여 질소량을 구하는 것이 가능하다.

상기 실시예들은 본 발명의 단지 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명은 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상내에서, 상기한 것과는 별도의 실시예에 의해 다양한 설계 변경이 가능하다.

즉, 비록 상기한 연료 전지 시스템의 설명은 수소를 순환시키기 위해 인젝터 펌프(7)를 이용한 경우에 대해 이루어졌지만, 펌프나 블로어(Blower)를 이용하여 순환시킬 수 있다. 펌프나 블로어를 이용할 때에도, 질소 농도과 수증기 부분 압력이 상승함에 따라, 수소 부분 압력이 떨어져, 연료 전지 스택(1)의 수소 공급량이 부족하지만, 인젝터 펌프(7)의 경우와 같은 퍼지 밸브 제어 처리를 수행함으로써 상기한 경우에 설명된 바와 같은 효과를 보일 수 있다.

수소 압력과 공기 압력의 검출위치는, 상기한 연료 전지 시스템내의 수소와 공기를 위한 연료 전지 스택(1)의 입구이고, 이들은 연료 전지 스택(1)으로부터 공기와 수소가 배출되는 측일 수 있다. 또한, 냉각제 온도의 검출위치는 연료 전지 스택(1)의 냉각제 출구이지만, 입구측일 수 있다. 그리고, 수소와 공기의 온도는 직접 검출될 수 있음을 말할 필요는 없다.

2003년 2월 2일자로 출원된 특허출원번호 특원 2003-43096와 2003년 11월 19일자로 출원된 특허출원번호 특원 2003-389253의 전체 내용이 참조로 여기에 병합되었다.

비록 발명이 위에서 특정 실시예를 참조로 설명되었지만, 발명은 상기한 실시에에 한정되지 않는다. 상기한 실시예의 변형 및 변환이 상기 가르침에 비추어, 당업자에게 자명하다. 발명의 범위는 다음의 청구항들을 참조로 정해진다.

본 발명은 발전을 위해 연료 전지 스택에 연료 가스와 산화제 가스를 공급하는 처리에 채택되어, 차량 구동 모터를 구동시킬 수 있다.

Claims

사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과;

상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛;

상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛;

상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛; 및

상기 개폐밸브가 닫힌 상태로 설정될 때, 상기 산화제 전극의 가스 압력과 상기 연료 전지 스택의 온도에 따라 변화하는, 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 상기 적분값이 축적 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 연료 전지 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 유닛은 상기 연료 전지 스택의 온도가 높아질수록 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값을 크게 하여 상기 적분값을 산출하는, 연료 전지 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 유닛은 상기 산화제 전극의 가스 압력이 높아질수록 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값을 크게 하여 상기 적분값을 산출하는, 연료 전지 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 유닛은 연료 가스의 온도가 높아질수록 상기 축적 임계값을 작게 하여 상기 개폐밸브를 제어하는, 연료 전지 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 연료 전지 스택에 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 공급 유닛; 및

상기 냉각 매체의 온도를 검출하는 냉각 매체 온도 검출 유닛을 더 포함하고,

상기 제어 유닛은 상기 냉각 매체 온도 검출 유닛에 의해 검출된 냉각 매체 온도에 기초하여 상기 연료 전지 스택의 온도 또는 상기 연료 가스 온도를 예측하고, 상기 축적 임계값을 변화시키는, 연료 전지 시스템.
사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과;

상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛;

상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛;

상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛; 및

상기 개폐밸브가 열린 상태로 설정될 때, 상기 연료 전극의 가스 압력과 상기 연료 가스의 온도에 따라 변화하는, 상기 개폐밸브로부터의 배출 가스 유량의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 상기 적분값이 배출 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 닫힌 상태로 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 연료 전지 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 제어 유닛은 상기 개폐밸브로부터 배출되는 연료 가스의 온도가 높을 수록 상기 개폐밸브로부터의 배출 가스 유량을 작게 하여 상기 적분값을 산출하는, 연료 전지 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 제어 유닛은 상기 연료 전극의 가스 압력이 낮을 수록 상기 개폐밸브로부터의 배출 가스 유량을 작게 하여 상기 적분값을 산출하는, 연료 전지 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 제어 유닛은 상기 연료 전극의 연료 가스 온도가 높을 수록 상기 배출 임계값을 크게 하는, 연료 전지 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 연료 전지 스택에 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 공급 유닛; 및

상기 냉각 매체의 온도를 검출하는 냉각 매체 온도 검출 유닛을 더 포함하고,

상기 제어 유닛은 상기 냉각 매체 온도 검출 수단에 의해 검출된 냉각 매체 온도에 기초하여 상기 연료 가스 온도를 예측하고, 상기 적분값을 산출하는, 연료 전지 시스템.
사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과;

상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛;

상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛;

상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛; 및

상기 개폐밸브의 개폐 상태를 제어하는 제어 유닛을 포함하고,

상기 제어 유닛은 상기 개폐밸브가 닫힌 상태로 설정될 때, 상기 산화제 전극의 가스 압력과 상기 연료 전지 스택의 온도에 따라 변화하는, 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 상기 적분값이 축적 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하며,

상기 개폐밸브가 열린 상태로 설정될 때, 상기 연료 전극의 가스 압력과 상기 연료 가스의 온도에 따라 변화하는, 상기 개폐밸브로부터의 배출 가스 유량의 적분에 기인한 적분값을 산출하고, 상기 적분값이 배출 임계값 이상이 될 때 상기 개폐밸브를 닫힌 상태로 제어하며, 상기 개폐밸브가 열린 상태에서 닫힌 상태로 작동될 때의 상기 연료 전지 스택의 온도가 높을 수록 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하는 경우에 산출되는 적분값의 초기값을 낮게 설정하는, 연료 전지 시스템.
사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과, 상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛, 상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛, 및 상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛을 포함하는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,

상기 개폐밸브가 닫힌 상태로 설정될 때, 상기 산화제 전극의 가스 압력과 상기 연료 전지 스택의 온도에 따라 변화하는, 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값의 적분에 기인한 적분값을 산출하는 단계; 및

상기 적분값이 축적 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하는 단계를 포함하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과, 상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛, 상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛, 및 상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛을 포함하는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,

상기 개폐밸브가 열린 상태로 설정될 때, 상기 연료 전극의 가스 압력과 상기 연료 가스의 온도에 따라 변화하는, 상기 개폐밸브로부터의 배출 가스 유량의 적분에 기인한 적분값을 산출하는 단계; 및

상기 적분값이 배출 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 닫힌 상태로 제어하는 단계를 포함하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
사이에 전해질막을 구비한 서로 마주 대하도록 제공된 연료 전극과 산화제 전극을 가지는 연료 전지 스택과, 상기 연료 전극에 연료 가스를 공급하고 상기 산화제 전극에 산화제 가스를 공급하여 상기 연료 전지 스택이 전력을 발생하도록 하는 가스 공급 유닛, 상기 연료 전지 스택으로부터 배출되는 과잉 연료 가스를 상기 연료 전지 스택의 연료 가스 입구로 리턴시키는 순환 통로를 가지는 순환 유닛, 상기 연료 전극에 존재하는 가스를 상기 순환 통로에서 배출하는 개폐밸브를 가지는 가스 배출 유닛을 포함하는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,

상기 개폐밸브가 닫힌 상태로 설정될 때, 상기 산화제 전극의 가스 압력과 상기 연료 전지 스택의 온도에 따라 변화하는, 상기 연료 전극으로 공급되는 가스에 관한 단위 시간당 값의 적분에 기인한 적분값을 산출하는 단계;

상기 적분값이 축적 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하는 단계;

상기 개폐밸브가 열린 상태로 설정될 때, 상기 연료 전극의 가스 압력과 상기 연료 가스의 온도에 따라 변화하는, 상기 개폐밸브로부터의 배출 가스 유량의 적분에 기인한 적분값을 산출하는 단계;

상기 적분값이 배출 임계값 이상이 되면 상기 개폐밸브를 닫힌 상태로 제어하는 단계; 및

상기 개폐밸브가 열린 상태에서 닫힌 상태로 작동될 때의 연료 전지 스택의 온도가 높을 수록 상기 개폐밸브를 열린 상태로 제어하는 경우에 산출되는 적분값의 초기값을 낮게 설정하는 단계를 포함하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.