KR20080059673A - 연료전지시스템 - Google Patents

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KR20080059673A
KR20080059673A KR1020087012884A KR20087012884A KR20080059673A KR 20080059673 A KR20080059673 A KR 20080059673A KR 1020087012884 A KR1020087012884 A KR 1020087012884A KR 20087012884 A KR20087012884 A KR 20087012884A KR 20080059673 A KR20080059673 A KR 20080059673A
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기미히데 호리오
히데아키 미즈노
히로노리 노토
다카시 야마모토
도모야 오가와
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 연료전지시스템은 돌입 전류를 방지하면서 연료전지를 워밍업할 수 있다. 제어장치(90)는 단락 릴레이(81)에 의하여 연료전지(40)와 단락회로(80) 간의 접속/비접속을 전환시킨다. 상기 제어장치(90)는 저온 기동 시에 비접속에서 접속으로 단락 릴레이(81)를 스위칭하기 전, 보조기기를 구동시켜 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 산화가스를 소비함으로써, 산화가스-결핍 상태를 생성하게 된다. 그 후, 제어장치(90)는 FC 릴레이(61)를 온에서 오프로 그리고 단락 릴레이(81)를 오프에서 온으로 전환시켜, 단락 전류를 공급하기 위한 준비를 종료하게 된다.

Description

연료전지시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료전지시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 타 전원에 비해 저온에서의 기동성이 좋지 않다. 이러한 연료전지의 발전 효율은 온도가 저하됨에 따라 감소한다. 온도가 낮으면, 소정의 전압/전류가 공급될 수 없고, 기기가 기동되지 못할 수도 있다.
이러한 사정을 고려하여, 시스템 부하에 연결된 연료전지의 입력 단자와 출력 단자(입/출력단자) 사이에 단락 회로가 구성되고, 저온에서 기동 시, 상기 연료전지는 릴레이 등을 사용하여 단락 회로에 연결됨으로써, 단락 전류를 연료전지본체에 공급시켜, 연료전지를 워밍업하도록 연료전지 자체에 의해 발열되는 것을 특징으로 하는 기술이 개시되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본특허출원공개공보 제2005-93143호
하지만, 발전에 기여하는 가스(산화가스 및 연료가스; 이하 대체로 "반응가스"라고 함)가 저온에서의 기동 시에도 연료전지에 잔존하는 경우, 상기 연료전지가 단락 회로에 연결될 때 돌입 전류(rush current)가 생성되고, 연료전지본체를 통해 흐르게 됨으로써, 연료전지의 파손 등이 발생하는 문제점이 있게 된다.
상술된 사정을 감안하여 본 발명이 개발되었으며, 본 발명의 목적은 돌입 전류의 발생을 억제하면서 연료전지를 워밍업할 수 있는 연료전지시스템을 제공하는 것이다.
상술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 연료전지시스템은 연료전지; 상기 연료전지에 연결된 부하; 상기 연료전지로부터 상기 부하로의 입력 단자와 출력 단자 사이에 제공된 단락회로; 및 상기 연료전지에 잔존하는 반응가스를 감소시킨 후, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 연료전지에 잔존하는 반응가스가 감소된 다음, 연료전지가 단락 회로에 연결되어, 반응가스가 잔존하는 연료전지가 연결되는 경우에 발생하는 문제점, 즉 돌입 전류가 발생되어 연료전지를 파손시키게 되는 문제점을 억제할 수 있게 된다.
여기서, 상기 구성에서는, 제어수단이 연료전지를 발전시켜 상기 연료전지에 잔존하는 반응가스를 소비함으로써, 상기 반응가스를 감소시키는 구성이 바람직하다. 더욱이, 상기 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 센서를 더 포함하여 이루어지되, 상기 제어수단은 상기 센서의 검출 결과를 토대로 상기 연료전지의 발전을 정지시킨 다음, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키는 구성이 바람직하다. 나아가, 상기 반응가스는 상기 연료전지의 애노드로 공급될 연료가스와 캐소드로 공급될 산화가스를 포함하고, 상기 제어수단은 적어도 상기 산화가스를 감소시키는 구성이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 구성에서는, 상기 연료전지에 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스공급수단을 더 포함하여 이루어지되, 상기 제어수단은 상기 불활성가스를 상기 연료전지에 공급하여, 상기 연료전지에 잔존하는 반응가스를 감소시키는 구성이 바람직하다. 더욱이, 상기 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 센서를 더 포함하여 이루어지되, 상기 제어수단은 상기 센서의 검출 결과를 토대로 상기 불활성가스의 공급을 정지시킨 다음, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키는 구성이 바람직하다.
나아가, 상기 구성에서는, 불활성가스가 연료전지의 애노드로 공급될 연료가스 및 캐소드로 공급될 산화가스를 포함하고, 상기 제어수단은 상기 연료가스를 상기 애노드로 공급하여 상기 애노드에서 상기 캐소드로의 상기 연료가스의 크로스 리크(cross leak)를 발생시킴으로써, 상기 산화가스를 감소시키는 구성이 바람직하다. 더욱이, 상기 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 센서를 더 포함하여 이루어지되, 상기 제어수단은 상기 센서의 검출 결과를 토대로 상기 연료가스의 공급을 정지시킨 다음, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키는 구성이 바람직하다. 나아가, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시킨 다음, 목표 단락 전류에 따라 상기 산화가스의 공급을 조정하기 위한 조정수단을 더 포함하여 이루어지는 구성이 바람직하다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 돌입 전류의 발생을 억제하면서 연료전지를 워밍업할 수 있게 된다.
도 1은 제1실시예에 따른 연료전지시스템의 주요부의 구성을 도시한 도면;
도 2a는 종래의 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면;
도 2b는 종래의 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면;
도 2c는 종래의 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면;
도 3a는 본 발명에 따른 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면;
도 3b는 본 발명에 따른 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면;
도 3c는 본 발명에 따른 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면;
도 4는 제1실시예에 따른 전처리를 도시한 흐름도;
도 5는 제2실시예에 따른 연료전지시스템의 주요부의 구성을 도시한 도면;
도 6은 제2실시예에 따른 전처리를 도시한 흐름도; 및
도 7은 제3실시예에 따른 전처리를 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
A. 제1실시예
도 1은 제1실시예에 따른 연료전지시스템(100)의 주요부의 구성을 도시한 도면이다. 본 실시예에서는, 연료전지하이브리드자동차(FCHV), 전기자동차 또는 하이브리드자동차와 같은 차량에 탑재될 연료전지시스템이 가정되지만, 상기 시스템은 차량뿐만 아니라 각종 이동체(예컨대, 선박, 비행기, 로봇 등) 또는 정치형 전원에도 적용가능하다.
연료전지(40)는 공급된 반응가스(연료가스와 산화가스)로부터의 발전을 위한 수단이고, 고체고분자형, 인산형 또는 용융탄산염형과 같은 여하한의 종류의 연료전지가 사용될 수도 있다. 상기 연료전지(40)는 MEA 등을 포함하는 복수의 단셀(unitary cells)이 직렬로 적층된 스택 구조를 가지며, 상기 연료전지(40)에는 각각의 셀전압을 검출하기 위한 셀전압모니터(센서)(50)가 제공된다.
수소가스와 같은 연료가스는 연료가스공급원(10)으로부터 연료전지(40)의 연료극(애노드)으로 공급되는 반면, 공기와 같은 산화가스는 산화가스공급원(70)으로부터 산소극(캐소드)으로 공급된다.
상기 연료가스공급원(10)은 예컨대 수소탱크, 각종 밸브 등으로 구성되고, 밸브개방도, ON/OFF 시간 등이 조정되어 연료전지(40)로 공급될 연료가스량을 제어하게 된다.
상기 산화가스공급원(70)은 예컨대 에어컴프레서, 상기 에어컴프레서를 구동하기 위한 모터, 인버터 등으로 구성되고, 상기 모터의 회전수 등이 조정되어 상기 연료전지(40)로 공급될 산화가스량을 조정하게 된다.
시스템 부하(60)는 여하한의 종류의 2차전지(예컨대, 니켈수소전지 등; 도시 안됨) 또는 연료전지로부터 공급되는 전력으로 구동되는 차량보조기기 및 FC보조기기를 포함한다. 상기 시스템 부하(60)는 FC 릴레이(61)를 통해 연료전지(40)의 입력 단자(41) 및 출력 단자(42) 사이에 연결된다. 상기 FC 릴레이(61)는 연료전지(40)와 시스템 부하(60) 간의 접속/비접속을 전환하도록 제어장치(90)에 의해 제어된다. 차량보조기기는 차량 등의 주행 시에 사용하기 위한 여하한의 종류의 전력기기(조명기기, 공조기기, 유압펌프 등)이고, FC보조기기는 연료전지(40)의 동작 시에 사용하기 위한 여하한의 종류의 전력기기(연료가스 또는 산화가스 등을 공급하기 위한 펌프)인 점에 유의한다.
단락회로(80)는 연료전지(40)에 단락 전류를 공급하기 위한 회로이고, 상기 연료전지(40)의 입력 단자(41)와 출력 단자(42) 사이(입력 단자와 출력 단자 사이)에 제공된다. 상기 단락회로(80)는 단락 릴레이(81), 퓨즈(82) 및 전류센서(83)를 직렬로 연결시켜 구성된다. 상기 단락 릴레이(81)는 제어장치(90)에 의해 제어되어, 연료전지(40)와 단락회로(80) 간의 접속/비접속을 전환하게 된다. 상기 퓨즈(82)는 단락 릴레이(81)의 고장 시 페일 세이프(fail safe)를 실현한다. 돌입 전류 등의 발생으로 인하여 전류(단락 전류)가 단락회로(80)를 통해 과도하게 흐르는 경우, 퓨즈 자신이 용융되어 전류를 차단하게 됨으로써, 연료전지(40)를 보호하게 된다. 상기 전류센서(83)는 단락회로(80)를 통해 흐르는 전류를 검출하고, 검출 결과를 제어장치(90)로 출력한다.
상기 제어장치(제어수단)(90)는 CPU, ROM, RAM 등으로 구성되고, 각각의 입력센서신호를 토대로 상기 시스템의 유닛들을 중앙 제어한다. 더욱이, 예컨대 시스템의 기동 지시가 입력되어, 온도센서(555)에 의해 측정된 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 상기 제어장치(90)는 후술하는 전처리를 수행한 다음, 연료전지(40)에 단락 전류를 공급하도록 단락 릴레이(81)를 연결시켜, 상기 연료전지(40)의 온도를 상승시키기 위하여 제어가 행해진다.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시한 도면들이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 단락 릴레이를 연결시키는 방법을 도시 한 도면들이다. 도 2a 및 도 3a는 잔존하는 산화가스량을 보여주고, 도 2b 및 도 3b는 단락 릴레이의 접속/비접속의 스위치 타이밍을 보여주며, 도 2c 및 도 3c는 연료전지(40)를 통해 흐르는 전류(FC 전류)를 도시한 도면들이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 산화가스가 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 상태로 단락 릴레이가 비접속에서 접속으로 전환되는 경우, 릴레이 접속 동안 돌입 전류(Cr)가 발생되고, 상기 전류는 연료전지(40)를 통과하여 파손 등을 야기하게 된다.
문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 단락 릴레이를 비접속에서 접속으로 전환하기 전에 보조기기가 구동되어, 산화가스결핍상태를 형성하도록 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 산화가스가 소비된다(이하, 전처리라고 함). 따라서, 산화가스결핍상태가 형성된 다음, 연료전지(40)를 통해 단락 전류를 공급하도록 단락 릴레이가 연결되어, 돌입 전류의 발생을 억제하면서 연료전지가 워밍업될 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 전처리를 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 전처리를 도시한 흐름도이다.
조작스위치(도시 안됨)로부터 시스템의 기동 지시를 수신하면, 제어장치(90)는 온도센서(55)에 의해 측정된 연료전지(40)의 온도(이하, FC 온도라고 함)가 설정된 기준 온도보다 낮은 지의 여부를 판정한다(단계 S1 → 단계 S2). FC 온도가 기준 온도를 초과하면(단계 S2; NO), 제어장치(90)는 단계들을 실행하지 않고 처리를 종료한다. 다른 한편으로, FC 온도가 기준 온도보다 낮으면(단계 S2; YES), 제 어장치(90)는 연료전지(40)를 발전시키고, 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 산화가스를 소비(감소)시키기 위하여 보조기기를 구동하기 시작한다. 구체적으로, 연료전지(40)의 캐소드로의 산화가스의 공급이 정지되는 반면, 충분한 양의 연료가스가 연료전지(40)의 애노드로 공급되어, 상기 연료전지(40)가 발전하며, 보조기기의 구동이 개시된다. 물론, 보조기기의 구동 대신, 배터리 또는 캐패시터(어느 것도 도시되어 있지 않음)와 같은 2차전지에 발전이 축적될 수도 있다.
제어장치(90)는 단계 S4로 진행되어 산화가스결핍상태가 형성되었는지의 여부를 판정하게 된다. 구체적으로, 셀전압모니터(센서)(50)에 의해 검출되는 각각의 셀전압이 소정값(예컨대, 0 V 정도)으로 낮아지는 지의 여부를 판정하게 된다. 각각의 셀전압이 소정값으로 낮아지는 경우, 산화가스결핍상태가 형성된 것으로 판정된다. 다른 한편으로, 각각의 셀전압이 소정값으로 낮아지지 않으면, 산화가스결핍상태가 형성되지 않은 것으로 판정한다.
산화가스결핍상태가 형성되지 않은 것으로 판정된 경우(단계 S4; NO), 제어장치(90)는 단계 S3으로 되돌아가 보조기기를 계속 구동시키게 된다. 다른 한편으로, 산화가스결핍상태가 형성된 것으로 판정된 경우에는(단계 S4; YES), 제어장치(90)가 보조기기의 구동을 정지시키고, FC 릴레이(61)를 ON에서 OFF로 전환시켜, 연료전지(40)가 시스템 부하(60)로부터 전기적으로 비접속되게 된다(단계 S5 → 단계 S6). 나아가, 제어장치(90)는 연료전지(40)를 단락회로(80)에 전기적으로 접속시키기 위해 단락 릴레이(81)를 OFF에서 ON으로 전환시키고(단계 S7), 단락 전류의 공급을 준비시켜, 처리를 종료하게 된다.
이러한 전처리가 수행되면, 제어장치(90)는 연료가스와 산화가스를 공급하고, 연료전지(40)가 발전을 개시하도록 한다. 그 결과, 단락 전류가 그 자체로부터 발열하는 연료전지(40)를 통해 흐르고, 상기 연료전지(40)가 워밍업된다. 단락 전류의 전류값, 단락 전류의 공급 시간 등은 연료전지(40)의 워밍업 온도에 따라 적절하게 설정될 수도 있다는 점에 유의한다. 더욱이, 단락 전류의 전류값은, 전류센서(83)에 의해 검출되는 전류값이 소정값(목표전류값 등; 이하 목표단락전류값이라고 함)이 되도록 제어될 수도 있다. 구체적으로, 제어장치(조정수단)(90)는 전류센서(83)에 의해 검출된 전류값 및 목표단락전류값으로부터 필요한 산화가스량을 획득하고, 획득한 양의 산화가스가 연료전지(40)로 공급되도록 에어컴프레서 등의 구동을 제어할 수도 있다.
나아가, 단락회로(80)에는 퓨즈(82)가 제공되어, 전류센서(83) 등에 이상이 발생하여 과도하게 큰 전류가 단락회로(80)를 통해 흐르는 경우에도, 상기 전류가 연료전지(40)를 통해 흐르는 것을 방지할 수 있게 된다.
상술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 연료전지의 캐소드에 잔존하는 산화가스는 산화가스결핍상태를 형성하도록 소비된 다음, 연료전지에 단락 전류를 공급하도록 단락 릴레이가 연결되어, 돌입 전류의 발생을 억제하면서 연료전지가 워밍업될 수 있게 된다.
상기 예시에서는, 산화가스결핍상태가 형성된 다음, 단락 전류가 연료전지로 공급되는 경우가 기술되어 있지만, 그 대신에(또는 그 이외에), 산화가스결핍상태가 형성된 다음, 단락 전류가 연료전지로 공급될 수도 있다. 하지만, 연료전지(40) 가 연료가스결핍상태에서 발전하면, 연료전지(40)의 MEA 등이 손상된다. 다른 한편으로, 연료전지(40)가 산화가스결핍상태에서 발전할 때, MEA 등이 손상을 입지 않는다는 것은 실험적으로 확인된다. 그러므로, 산화가스결핍상태가 형성된 다음, 단락 전류가 연료전지로 공급되는 것이 바람직하다.
B. 제2실시예
상기 제1실시예에서는, 캐소드에 잔존하는 산화가스가 소비되어 산화가스결핍상태를 형성하게 되는 경우가 개시되어 있다. 제2실시예에서는, 불활성가스가 공급되어 캐소드에 잔존하는 산화가스가 밀려 나가 산화가스결핍상태를 형성하게 되는 경우가 기술될 것이다.
도 5는 제2실시예에 따른 연료전지시스템(100')의 구성을 도시한 도면이다.
언료전지시스템(100')에 있어서, 도 1에 도시된 연료전지시스템(100)에는 불활성가스공급원(110) 및 3원밸브(120)가 제공된다. 그러므로, 도 1에 대응하는 부분은 동일한 도면 부호로 표시되며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 불활성가스공급원(불활성가스공급수단)(110)은 N2 가스와 같은 불활성가스를 공급하기 위한 수단이고, 불활성가스가 충전된 고압탱크, 펌프 등으로 구성된다.
상기 3원밸브(120)는 산화가스공급로에 제공되고, 연료전지(40)로 공급될 가스를 전환하도록 제어장치(90)에 의해 제어된다. 구체적으로, 3원밸브(120)는 연료전지(40)의 애노드로의 불활성가스 또는 산화가스의 공급을 전환하도록 제어된다.
도 6은 제2실시예에 따른 전처리를 도시한 흐름도이다. 도 6에 도시된 흐름에서는, 도 4에 도시된 단계 S3, S5 대신에, 단계 S13, S15가 제공된다는 점에 유의한다. 그러므로, 다른 단계들은 동일한 도면 부호들로 표시되며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제어장치(90)가 FC 온도가 기준 온도보다 낮은 것으로 판정하는 경우(단계 S2; YES), 3원밸브(120)는 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 산화가스를 밀어 내기(감소시키기) 위하여 상기 연료전지(40)의 캐소드로의 불활성가스의 공급을 개시하도록 전환된다(단계 S13).
제어장치(90)가 단계 S4로 진행되면, 공급된 불활성가스에 의해 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 산화가스를 밀어내어 산화가스결핍상태가 형성되었는지의 여부를 판정한다. 구체적으로는, 셀전압모니터(50)에 의해 검출되는 각각의 셀전압이 소정값(예컨대, 0 V 정도)으로 낮아졌는 지의 여부를 판정한다. 각각의 셀전압이 소정값으로 낮아지면, 산화가스결핍상태가 형성된 것으로 판정된다. 다른 한편으로, 각각의 셀전압이 적절하게 낮아지지 않으면, 산화가스결핍상태가 형성되지 않은 것으로 판정된다.
제어장치(90)가 산화가스결핍상태가 형성되지 않은 것으로 판정하는 경우(단계 S4; NO), 상기 장치는 단계 S13으로 되돌아가 불활성가스의 공급을 계속하게 된다. 다른 한편으로, 산화가스결핍상태가 형성된 것으로 판정되는 경우에는(단계 S4; YES), 제어장치(90)는 불활성가스의 공급을 정지시키고, FC 릴레이(61)를 ON에서 OFF로 전환시켜, 시스템 부하(60)로부터 연료전지(40)를 전기적으로 비접속시키 게 된다(단계 S15 → 단계 S6). 후속 동작은 제1실시예의 것과 유사하므로, 추가로 설명하지는 않기로 한다는 점에 유의한다.
따라서, 불활성가스가 연료전지의 캐소드로 공급될 수도 있어, 산화가스를 감소시키고 산화가스결핍상태를 형성하게 된다.
상기 예시에서는, 불활성가스가 연료전지의 캐소드로 공급되어 산화가스결핍상태를 형성하게 되지만, 그 대신에(또는 그 이외에), 불활성가스가 연료전지의 애노드로 공급될 수도 있어, 연료가스결핍상태를 형성하게 될 수도 있다는 점에 유의한다.
따라서, 애노드에 잔존하는 연료가스가 연료전지로부터의 어떠한 발전도 없이 감소되는 경우, 상기 연료전지의 MEA 등이 손상되는 문제점이 발생하지 않고(제1실시예 참조), 이에 따라 애노드 또는 캐소드 어느 쪽으로도 불활성가스가 공급될 수도 있다.
C. 제3실시예
상기 제1실시예에서는, 캐소드에 잔존하는 산화가스가 소비되어 산화가스결핍상태를 형성하게 되지만, 제3실시예에서는, 산화가스결핍상태가 애노드에서 캐소드로의 연료가스의 크로스 리크에 의해 형성된다.
도 7은 제3실시예에 따른 전처리를 도시한 흐름도이다. 도 7에 도시된 흐름에서는, 도 4에 도시된 단계 S3, S5 대신에, 단계 S23, S25가 제공된다는 점에 유의한다. 그러므로, 여타의 단계들은 동일한 도면 부호들로 표시되며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제어장치(90)가 FC 온도가 기준 온도보다 낮은 것으로 판정하는 경우(단계 S2; YES), 캐소드로의 산화가스의 공급이 정지되는 반면, 충분한 양의 연료가스가 연료전지(40)의 애노드로 공급된다. 잘 알려진 바와 같이, 애노드로 공급될 연료가스(예컨대, 수소가스)의 분자 직경은 캐소드로 공급될 산화가스의 분자 직경보다 작으므로, 애노드에서 캐소드로의 연료가스의 크로스 리크가 개시되게 된다(단계 S23).
제어장치(90)가 단계 S4로 진행되면, 크로스 리크에 의해 발생되는 연료가스에 의해 연료전지(40)의 캐소드에 잔존하는 산화가스를 밀어내어 산화가스결핍상태가 형성되었는지의 여부를 판정한다. 구체적으로는, 셀전압모니터(50)에 의해 검출되는 각각의 셀전압이 소정값(예컨대, 0 V 정도)으로 낮아졌는 지의 여부를 판정한다. 각각의 셀전압이 소정값으로 낮아지면, 산화가스결핍상태가 형성된 것으로 판정된다. 다른 한편으로, 각각의 셀전압이 적절하게 낮아지지 않으면, 산화가스결핍상태가 형성되지 않은 것으로 판정된다.
제어장치(90)가 산화가스결핍상태가 형성되지 않은 것으로 판정하는 경우(단계 S4; NO), 상기 장치는 단계 S23으로 되돌아가 연료가스의 크로스 리크를 계속하게 된다(예컨대, 30초 동안). 다른 한편으로, 산화가스결핍상태가 형성된 것으로 판정되는 경우에는(단계 S4; YES), 제어장치(90)는 애노드로의 연료가스의 공급을 정지시키고, FC 릴레이(61)를 ON에서 OFF로 전환시켜, 시스템 부하(60)로부터 연료전지(40)를 전기적으로 비접속시키게 된다(단계 S25 → 단계 S6). 후속 동작은 제1실시예의 것과 유사하므로, 추가로 설명하지는 않기로 한다는 점에 유의한다.
따라서, 애노드에서 캐소드로의 연료가스의 크로스 리크는 상기 크로스 리크에 의해 발생되는 연료가스에 의해 캐소드에 잔존하는 산화가스를 밀어내도록 발생될 수도 있어, 산화가스가 감소되어 산화가스결핍상태를 형성하게 된다.
D. 변형예
상기 실시예들에서는, 저온에서의 기동 시의 워밍업이 가정되었지만, 본 발명은 워밍업이 필요한 어떠한 경우에도, 예컨대 시스템 운전 정지 전에 급속한 워밍업이 행해지는 경우에도 적용가능하다.
더욱이, 상기 실시예들에서는, 연료전지(40)와 단락회로(80) 간의 접속/비접속을 전환하기 위한 수단으로서, 단락 릴레이(81)가 예시되어 있지만, IGBT, FET 등으로 구성된 반도체스위치가 사용될 수도 있다. 단락회로(80)에는 단락 시 전류를 제한하기 위한 LCR 부하가 제공될 수도 있다는 점에 유의한다. 상기 단락회로(80)에는 퓨즈(82) 또는 전류센서(83)가 제공되지 않을 수도 있다.

Claims (9)

  1. 연료전지시스템에 있어서,
    연료전지;
    상기 연료전지에 연결된 부하;
    상기 연료전지로부터 상기 부하로의 입력 단자와 출력 단자 사이에 제공된 단락회로; 및
    상기 연료전지에 잔존하는 반응가스를 감소시킨 후, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키기 위한 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 연료전지를 발전시켜 상기 연료전지에 잔존하는 상기 반응가스를 소비함으로써, 상기 반응가스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 센서를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 센서의 검출 결과를 토대로 상기 연료전지의 발전을 정지시킨 다음, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응가스는 상기 연료전지의 애노드로 공급될 연료가스와 캐소드로 공급될 산화가스를 포함하고,
    상기 제어수단은 적어도 상기 산화가스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지에 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스공급수단을 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 불활성가스를 상기 연료전지에 공급하여, 상기 연료전지에 잔존하는 상기 반응가스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 센서를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 센서의 검출 결과를 토대로 상기 불활성가스의 공급을 정지시킨 다음, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불활성가스는 상기 연료전지의 애노드로 공급될 연료가스 및 캐소드로 공급될 산화가스를 포함하고,
    상기 제어수단은 상기 연료가스를 상기 애노드로 공급하여 상기 애노드에서 상기 캐소드로의 상기 연료가스의 크로스 리크(cross leak)를 발생시킴으로써, 상기 산화가스를 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료전지의 출력 전압을 검출하기 위한 센서를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제어수단은 상기 센서의 검출 결과를 토대로 상기 연료가스의 공급을 정지시킨 다음, 상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시키는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  9. 제4항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료전지를 상기 단락회로에 연결시킨 다음, 목표 단락 전류에 따라 상기 산화가스의 공급을 조정하기 위한 조정수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
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