KR20090009311A - 연료전지시스템 및 이동체 - Google Patents

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KR20090009311A
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고타 마나베
마사히로 시게
야스히로 노노베
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 발명은 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키게 하지 않고, 저온 대책용 제어가 행하여지는 것을 통지하는 것이 가능한 연료전지시스템을 제공한다.
이를 위하여 시스템 종료시의 소기처리나 시스템 기동시의 난기처리 등, 저온 대책용 제어를 행하는 경우, 상기 처리의 실시를 문자 메시지나 음성 메시지 등에 의하여 사용자에게 확실하게 통지한다. 이 때문에, 이그니션 키가 오프된 후에 시스템이 작동하고 있는 상황히어도, 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키게 하는 일은 없다.

Description

연료전지시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은, 연료전지시스템에 관한 것이다.
외부 온도가 낮은 경우에는, 연료전지시스템의 정지 후에 그 내부에서 발생한 물이 동결하여, 배관이나 밸브 등이 파손된다는 문제가 있다. 또, 일반적으로 연료전지는 다른 전원에 비하여 기동성이 나쁘고, 특히 저온하에서는 원하는 전압/전류를 공급할 수 없어 기기를 기동할 수 없다는 문제도 있었다.
이와 같은 문제를 감안하여, 연료전지시스템의 정지시에 소기(掃氣; scavenging)처리를 행함으로써 연료전지 내부에 고인 수분을 외부로 배출하는 방법이나(예를 들면 특허문헌 1 참조), 연료전지시스템의 기동시에 난기처리를 행함으로써 연료전지의 발전효율을 높이는 방법(예를 들면 특허문헌 2 참조)이 제안되어 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2005-l41943호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특표2003-504807호 공보
그러나, 연료전지시스템의 정지시나 기동시 등에 행하여지는 소기처리나 난기처리(저온 대책용 제어)는, 통상 운전시에 행하여지는 처리와는 다르기 때문에, 상기 저온 대책용 제어가 갑자기 행하여지면 사용자는 위화감을 느낀다. 또, 이와 같은 저온 대책용 제어가 행하여지는 것을 모른 사용자는, 상기 저온 대책용 제어가 행하여지고 있음에도 불구하고 고장이라고 오인할 염려도 있다.
본 발명은 이상 설명한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키지 않고, 저온 대책용 제어가 행하여지는 것을 통지하는 것이 가능한 연료전지시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 연료전지시스템은, 저온 대책용 제어를 행하는 제어수단과, 상기 저온 대책용 제어의 실시를 통지하는 통지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 저온 대책용 제어(시스템 종료시의 소기처리등)를 행하는 경우, 예를 들면 문자 메시지나 음성 메시지 등에 의하여 사용자에게 확실하게 통지할 수 있어, 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키게 하는 일은 없다.
여기서, 상기 구성에서는, 상기 제어수단은, 저온 대책용 제어로서 시스템 기동시의 난기처리, 또는 시스템 종료시의 소기처리의 적어도 어느 한쪽을 실시하고, 상기 통지수단은, 빛, 소리, 영상, 열, 진동, 바람, 냄새 중 적어도 어느 하나의 체감매체를 사용하여 통지하는 형태가 바람직하다.
또, 상기 구성에서는, 상기 제어수단은, 상기 시스템 기동시의 난기처리 및 상기 시스템 종료시의 소기운전을 실시하고, 상기 통지수단은, 상기 시스템 기동시와 상기 시스템 종료시와의 사이에서 통지형태를 바꾸는 것이 바람직하다. 또한, 상기 통지수단은, 상기 저온 대책용 제어에 관한 시간을 통지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 통지수단은, 상기 저온 대책용 제어의 실시를 이미지 표시, 또는 캐릭터 표시하는 표시장치를 구비하는 것이 바람직하다.
또, 상기 구성에서는, 상기 제어수단은, 저온 대책용 제어로서 소기처리를 실시하여, 상기 연료전지의 저감 필요 수분량과 상기 연료전지의 상태량으로부터 상기 소기처리에 필요로 하는 시간을 추정하는 추정수단을 더 구비하는 형태가 바람직하다. 이 경우, 상기 추정수단은, 해당 시점에서의 상기 연료전지의 잔수량(殘水量)과, 설정된 목표 잔수량으로부터 상기 저감 필요 수분량을 구하는 제 1 연산출수단과, 상기 연료전지의 상태량에 의거하여 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량을 구하는 제 2 연산수단과, 상기 연료전지의 저감 필요 수분량과 상기 연료전지의 단위 시간당 수분 저감량으로부터 상기 소기처리에 필요로 하는 시간을 구하는 제 3 연산수단을 구비하는 형태가 더욱 바람직하다. 또한, 상기 연료전지의 상태량에는, 출력전류, 출력전압, 이론공기비(stoichiometric air rate), 배기산화가스온도, 배기산화가스량이 포함되는 형태가 바람직하다.
또, 본 발명에 관한 소기 소요시간 추정방법은, 연료전지시스템의 소기처리에 필요로 하는 시간을 추정하는 방법으로서, 해당 시점에서의 연료전지의 잔수량과 설정된 목표 잔수량으로부터, 상기 연료전지의 저감 필요 수분량을 구하는 제 1 단계와, 상기 연료전지의 상태량에 의거하여 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량을 구하는 제 2 단계와, 상기 연료전지의 저감 필요 수분량과 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량으로부터 상기 소기처리에 필요로 하는 시간을 구하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키게 하는 일 없이, 저온 대책용 제어가 행하여지는 것을 통지하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 연료전지시스템의 구성을 나타내는 도,
도 2는 제 1 실시형태에 관한 가습기 부근의 구성을 설명하기 위한 도,
도 3은 제 1 실시형태에 관한 제어유닛의 기능구성을 나타내는 블럭도,
도 4는 제 1 실시형태에 관한 임피던스와 잔수량의 계를 나타내는 그래프,
도 5는 제 1 실시형태에 관한 표시화면을 예시한 도,
도 6은 제 1 실시형태에 관한 표시화면을 예시한 도,
도 7은 제 1 실시형태에 관한 시스템 종료처리를 나타내는 플로우차트,
도 8은 제 1 실시형태에 관한 스택 수분 저감량 연산처리를 나타내는 플로우차트,
도 9는 제 2 실시형태에 관한 시스템 기동처리를 나타내는 플로우차트,
도 10은 제 2 실시형태에 관한 표시화면을 예시한 도,
도 11은 제 2 실시형태에 관한 표시화면을 예시한 도,
도 12A는 변형예에 관한 표시화면을 예시한 도,
도 12B는 변형예에 관한 표시화면을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
A. 제 1 실시형태
도 1은 제 1 실시형태에 관한 연료전지시스템(100)의 주요부 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는, 연료전지자동차(FCHV ; Fuel Cell Hyblid Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 자동차 등의 차량에 탑재되는 연료전지시스템을 상정하나, 차량뿐만 아니라 각종 이동체(예를 들면, 선박이나 비행기, 로봇 등)나 정치(定置)형 전원에도 적용 가능하다.
연료전지(40)는, 공급되는 반응가스(연료가스 및 산화가스)로부터 전력을 발생하는 수단이고, 고체 고분자형, 인산형, 용융탄산염형 등, 여러가지 타입의 연료전지를 이용할 수 있다. 연료전지(40)는, MEA 등을 구비한 복수의 단(單)셀을 직렬로 적층한 스택 구조를 가지고 있다. 이 연료전지(40)의 출력전압(이하, FC 전압) 및 출력전류(이하, FC 전류)는, 각각 전압센서(140) 및 전류센서(150)에 의하여 검출된다. 연료전지(40)의 연료극(애노드)에는, 연료가스공급원(10)으로부터 수소가스 등의 연료가스가 공급되는 한편, 산소극(캐소드)에는, 산화가스공급원(70)으로부터 공기 등의 산화가스가 공급된다.
연료가스공급원(10)은, 예를 들면 수소 탱크나 여러가지 밸브 등으로 구성되고, 밸브 개방도나 ON/OFF 시간 등을 조정함으로써, 연료전지(40)에 공급하는 연료가스량을 제어한다.
산화가스공급원(70)은, 예를 들면 공기압축기나 공기압축기를 구동하는 모 터, 인버터 등으로 구성되고, 상기 모터의 회전수 등을 조정함으로써, 연료전지(40)에 공급하는 산화가스량을 조정한다.
도 2는, 산화가스공급원(70)과 연료전지(40)와의 사이에 설치된 가습기(43)를 설명하기 위한 도면이다.
가습기(43)는, 수증기 교환막(43)을 거쳐 연료전지(40)로부터 배출되는 산화 오프 가스와 연료전지(40)에 공급되는 공급 산화 가스와의 사이에서 수분교환, 열교환을 행하는 가습기이다. 공급 산화 가스는, 산화 가스 공급원(70)으로부터 공급 가스 유로(44), 가습기(43) 등을 경유하여 연료전지(40)에 공급된다. 한편, 연료전지(40)로부터 배출되는 산화 오프 가스는, 배출 가스 유로(45), 가습기(43) 등을 경유하여 외부로 배출된다. 이 배출 가스 유로(45)에는 산화 오프 가스의 온도를 측정하는 온도센서(46)가 설치되어 있다.
도 1로 되돌아가, 배터리(60)는 충방전 가능한 2차 전지이고, 예를 들면 니켈수소 배터리 등에 의하여 구성되어 있다. 물론, 배터리(60) 대신 2차 전지 이외의 충방전 가능한 축전기(예는 커패시터)를 설치하여도 된다. 이 배터리(60)는, DC/DC 컨버터(130)를 거쳐 연료전지(40)과 병렬로 접속되어 있다.
인버터(110)는, 예를 들면 펄스폭 변조 방식의 PWM 인버터이고, 제어 유닛(80)으로부터 주어지는 제어지령에 따라 연료전지(40) 또는 배터리(60)로부터 출력되는 직류전력을 3상 교류전력으로 변환하여, 트랙션 모터(115)에 공급한다. 트랙션 모터(115)는, 차륜(116L, 116R)을 구동하기 위한 모터(즉 이동체의 동력원)이며, 이와 같은 모터의 회전수는 인버터(110)에 의하여 제어된다. 이 트랙션 모 터(115) 및 인버터(110)는, 연료전지(40)측에 접속되어 있다.
DC/DC 컨버터(130)는, 예를 들면 4개의 파워·트랜지스터와 전용 드라이브회로(모두 도시 생략)에 의하여 구성된 풀브리지·컨버터이다. DC/DC 컨버터(130)는, 배터리(60)로부터 입력된 DC 전압을 승압 또는 강압하여 연료전지(40)측에 출력하는 기능, 연료전지(40) 등으로부터 입력된 DC 전압을 승압 또는 강압하여 배터리(60)측에 출력하는 기능을 구비하고 있다. 또, DC/DC 컨버터(130)의 기능에 의하여 배터리(60)의 충방전이 실현된다.
배터리(60)와 DC/DC 컨버터(130)의 사이에는, 차량 보조기계나 FC 보조기계 등의 보조기계류(120)가 접속되어 있다. 배터리(60)는, 이들 보조기계류(120)의 전원이 된다. 또한, 차량 보조기계란, 차량의 운전시 등에 사용되는 여러가지 전력기기(조명기기, 공조기기, 유압펌프 등)를 말하며, FC 보조기계란, 연료전지(40)의 운전에 사용되는 여러가지 전력기기(연료가스나 산화가스를 공급하기 위한 펌프등)를 말한다.
제어 유닛(제어수단)(80)은, CPU, ROM, RAM 등에 의하여 구성되고, 전압센서(140)나 전류센서(150), 연료전지(40)의 온도를 검출하는 온도센서(50), 배터리(60)의 충전상태를 검출하는 SOC센서, 액셀러레이터 페달의 개방도를 검출하는 액셀러레이터 페달 센서 등으로부터 입력되는 각 센서신호에 의거하는 상기 시스템각 부를 중추적으로 제어한다. 또, 본 실시형태에 관한 제어 유닛(80)은, 시스템 정지시에 실행하는 소기처리(저온 대책용 제어)를 행한다.
표시장치(통지수단)(160)는, 액정 표시장치나 각종 램프 등으로 구성되고, 음성출력장치(통지수단)(170)는, 스피커, 앰플리파이어, 필터 등으로 구성되어 있다. 제어 유닛(80)은, 표시장치(160) 및 음성 출력장치를 사용하여 각종 제어내용을 통지한다. 이 제어내용에는, 시스템 정지시에 실행하는 소기처리의 제어내용(예를 들면, 소기처리의 종료 메시지의 표시나 소기처리 종료까지 필요로 하는 시간의 산출 등 ; 상세한 것은 뒤에서 설명)도 포함된다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 소기처리를 설명하기 위한 블럭도이다.
제어 유닛(80)은, 타이밍 결정부(18)와, 임피던스 측정부(180)와, 소기 종료예정시간 추정부(280)와, 통지제어부(380), 소기제어부(480)의 기능을 실현한다.
<타이밍 결정부(18)>
타이밍 결정부(18)는, 임피던스 측정의 개시 타이밍을 결정하는 것이다. 타이밍 결정부(18)는, 이그니션 키가 오프된 것을 검지하면, 소기처리에 필요한 임피던스 측정을 개시해야 한다고 판단하여, 임피던스 측정의 개시명령을 중첩 신호 생성부(182)에 보낸다. 또한, 본 실시형태에서는 이그니션 키가 오프된 것을 계기로 하여 임피던스 측정의 개시명령을 보내나, 어떠한 타이밍으로 임피던스 측정의 개시명령을 보내는지는 임의이다.
<임피던스 측정부(180)>
임피던스 측정부(180)는, 목표 전압 결정부(181), 중첩 신호 생성부(182), 전압 지령 신호 생성부(183), 연산부(184)를 구비하고 있다.
목표 전압 결정부(181)는, 액셀러레이터 페달 센서나 SOC 센서 등으로부터 입력되는 각 센서신호에 의거하여 출력 목표 전압(예를 들면 300V 등)을 결정하고, 이것을 전압 지령 신호 생성부(183)에 출력한다.
중첩 신호 생성부(182)는, 타이밍 결정부(18)로부터 송출되는 임피던스 측정의 개시명령에 따라, 출력 목표 전압에 중첩해야 할 임피던스 측정용 신호(예를 들면 진폭값 2V의 특정 주파수의 사인파 등)를 생성하여, 이것을 전압 지령 신호 생성부(183)에 출력한다. 또한, 임피던스 측정용 신호의 각 파라미터(파형의 종류, 주파수, 진폭값)는, 시스템 설계 등에 따라 적절하게 설정하면 된다.
전압 지령 신호 생성부(183)는, 출력 목표 전압에 임피던스 측정용 신호를 중첩하고, 전압 지령 신호(Vfcr)로서 DC/DC 컨버터(130)에 출력한다. DC/DC 컨버터(130)는, 주어지는 전압 지령 신호(Vfcr)에 의거하여 연료전지(40) 등의 전압제어를 행한다.
연산부(184)는, 전압센서(140)에 의하여 검출되는 연료전지(40)의 전압(FC 전압)(Vf) 및 전류센서(150)에 의하여 검출되는 연료전지(40)의 전류(FC 전류)(If)를 기설정된 샘플링 레이트로 샘플링하여, 푸리에 변환처리(FFT 연산처리나 DFT 연산처리) 등을 실시한다. 연산부(184)는, 푸리에 변환처리 후의 FC 전압신호를 푸리에 변환처리 후의 FC 전류신호로 나누는 등으로 하여 연료전지(40)의 임피던스를 구한다. 연산부(184)는, 이와 같이 하여 구한 연료전지(40)의 임피던스(이하, 스택 임피던스)를 스택 잔수량 연산부(281)에 출력한다.
<소기 종료 예정시간 추정부(280)>
소기 종료 예정시간 추정부(추정수단)(280)는, 스택 잔수량 연산부(281), 스택 수분 저감량 연산부(282), 추정부(283), 잔수량 비교부(284)를 구비하고 있다.
스택 잔수량 연산부(281)는, 연산부(184)로부터 공급되는 스택 임피던스를 기초로 스택 내의 잔수량(스택 잔수량)을 연산한다. 스택 잔수량 연산부(281)에는, 도 4에 나타내는 바와 같은 스택 임피던스와 스택 잔수량과의 관계를 나타내는 함수(F)가 미리 저장되어 있다. 스택 잔수량 연산부(281)는, 이 함수(F)에 스택 임피던스를 대입함으로써 스택 잔수량을 구한다. 스택 잔수량 연산부(281)는, 이와 같이 구한 스택 잔수량을 잔수량 비교부(284)에 출력한다.
잔수량 비교부(284)는, 스택 잔수량 연산부(281)로부터 공급되는 스택 잔수량(Ws)과, 미리 설정되어 있는 목표 잔수량(Wo)을 비교하여, 소기처리가 필요한지의 여부를 판단한다. 잔수량 비교부(284)는, 스택 잔수량(Ws)이 목표 잔수량(Wo) 이하인 경우에는, 소기처리는 불필요하다고 판단하여, 소기처리의 종료 지령을 통지 제어부(380)에 보낸다.
한편, 잔수량 비교부(제 1 연산수단)(284)는, 스택 잔수량(Ws)이 목표 잔수량(Wo)을 넘어 있는 경우에는, 소기처리가 필요하다고 판단하여, 스택 잔수량(Ws)에서 목표 잔수량(Wo)을 감산함으로써 저감해야 할 수분량(이하, 저감 필요 수분량)(Wd)을 구하여, 이것을 추정부(283)에 보낸다.
스택 수분 저감량 연산부(제 2 연산수단)(282)는, 단위 시간당의 스택 수분 저감량(Wdd)을 연산하는 것으로, 방출 수량 연산부(282a), 스택 생성수량 연산부(282b), 회수 수량 연산부(282c)를 구비하고 있다. 또, 단위 시간당의 스택 수분 저감량(Wdd)의 구체적인 연산방법 등에 대해서는, 실시형태의 동작설명의 항에서 상세하게 밝힌다.
추정부(제 3 연산수단)(283)는, 잔수량 비교부(284)로부터 공급되는 저감 필요 수분량(Wd)과, 스택 수분 저감량 연산부(282)로부터 공급되는 단위 시간당의 스택 수분 저감량(Wdd)을 사용하여, 소기처리에 필요로 하는 시간(이하, 소기 소요시간)을 추정하고, 이것을 통지 제어부(380)에 출력한다.
<통지 제어부(380)>
통지 제어부(380)는, 잔수량 비교부(284)로부터의 통지, 또는 추정부(283)로부터 출력되는 소기 소요시간에 의거하여, 표시장치(160) 및 음성 출력장치(165)로부터의 출력내용을 제어한다.
구체적으로는, 잔수량 비교부(284)로부터 소기처리의 종료 지령이 통지된 경우에는, 예를 들면 소기 종료 메시지를 표시장치(160)에 표시함과 동시에(도 5 참조), 상기 소기처리가 종료한 것을 나타내는 음성 메시지나 경고음을 음성 출력장치(165)로부터 출력한다.
한편, 추정부(283)로부터 소기 소요시간이 출력된 경우에는, 예를 들면 추정부(283)에 의하여 추정된 소기 소요시간(소기 종료까지의 예상시간)을 나타내는 메시지를 표시장치(160)에 표시함과 동시에(도 6 참조), 상기 예상시간을 나타내는 음성 메시지를 음성 출력장치(165)로부터 출력한다. 이하, 본 시스템의 종료시의 동작에 대하여 설명한다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 시스템 종료처리를 나타내는 플로우차트이다. 제어 유닛(80)의 타이밍 결정부(18)는, 이그니션 키가 오프된 것을 검출하면, 소기처리에 필요한 스택 임피던스의 측정 개시 명령을 중첩 신호 생성부(182)에 보낸 다(단계 S10 → 단계 S20).
임피던스 연산부(180)의 중첩 신호 생성부(182)는, 측정 개시명령을 수취하면, 출력 목표 전압에 중첩해야 할 임피던스 측정용 신호를 생성하여, 이것을 전압 지령 신호 생성부(183)에 출력한다.
전압 지령 신호 생성부(183)는, 목표 전압 결정부(181)로부터 공급되는 출력목표 전압에, 중첩 신호 생성부(182)로부터 출력되는 임피던스 측정용 신호를 중첩하고, 전압 지령 신호(Vfcr)로서 DC/DC 컨버터(130)에 출력한다. DC/DC 컨버터(130)는, 주어지는 전압 지령 신호(Vfcr)에 의거하여 연료전지(40) 등의 전압 제어를 행한다. 연산부(184)는, 전압센서(140)에 의하여 검출되는 FC 전압 Vf 및 전류센서(150)에 의하여 검출되는 FC 전류(If)를, 기설정된 샘플링 레이트로 샘플링한 후, 푸리에 변환처리를 실시하고, 푸리에 변환처리 후의 FC 전압신호를 푸리에 변환처리의 FC 전류신호로 나눔으로써 연료전지(40)의 임피던스(즉, 스택 임피던스)를 구한다(단계 S30). 연산부(184)는, 이와 같이 하여 구한 스택 임피던스를 스택 잔수량 연산부(381)에 출력한다.
소기 종료 예정시간 추정부(280)의 스택 잔수량 연산부(281)는, 수취한 스택 임피던스에서 스택 잔수량을 추정한다. 구체적으로는, 스택 잔수량 연산부(281)는, 도 4에 나타내는 함수(F)에 수취한 스택 임피던스를 대입함으로써 스택 잔수량(Ws)을 구한다(단계 S40). 스택 잔수량 연산부(281)는, 이와 같이 하여 구한 스택 잔수량(Ws)을 잔수량 비교부(284)에 출력한다.
잔수량 비교부(284)는, 스택 잔수량 연산부(281)로부터 공급되는 스택 잔수 량(Ws)과, 미리 설정되어 있는 목표 잔수량(Wo)을 비교하여, 소기처리를 개시(또는 계속)해야 할 지의 여부를 판단한다(단계 S50). 이 목표 잔수량(Wo)은, 예를 들면 실험 등에 의하여 구할 수 있다.
여기서, 스택 잔수량(Ws)이 목표 잔수량(Wo)을 넘어 있는 경우에는(단계 S50 ; NO), 잔수량 비교부(284)는, 저감 필요 수분량(Wd)[= 스택 잔수량(Ws) - 목표 잔수량(Wo)]을 구하고(단계 S60), 이것을 추정부(283)에 보낸다. 또한 잔수량 비교부(284)는, 소기 제어부(480)에 대하여 소기처리의 개시(또는 계속)지령을 보냄과 동시에, 스택 수분 저감량 연산부(282)에 대하여 단위 시간당의 스택 수분 저감량(Wdd)의 산출지령을 보낸다.
스택 수분 저감량 연산부(282)는, 이와 같은 지령을 수취하면, 도 8에 나타내는 스택 수분 저감량 연산처리를 실행한다(단계 S70). 먼저, 방출 수량 연산부(282a)는, 하기 수학식 (1)에 이론공기비(Sa), FC 전류(If)를 대입함으로써, FC 배기 에어량(Aa)을 산출한다.
Figure 112008084348593-PCT00001
F ; 패러데이 정수
다음에, 방출 수량 연산부(282a)는, 온도센서(46)(도 2 참조)에 의하여 검지되는 FC 배기 에어 온도를 이용하여 포화 증기분압(Pt)을 산출하고, 포화 증기분압(Pt) 및 FC 배기 에어량(Aa)을 하기 수학식 (2)에 대입함으로써, 방출 수량(Wc) 을 산출한다. 방출 수량 연산부(282a)는, 산출한 방출 수량(Wc)을 회수 수량 연산부(282c)에 출력한다.
Figure 112008084348593-PCT00002
한편, 스택 생성수량 연산부(282b)는, 하기 수학식 (3)에 FC 전류(If)를 대입함으로써 FC 생성수량(Wm)을 산출하고, 회수 수량 연산부(282c)에 출력한다.
Figure 112008084348593-PCT00003
회수 수량 연산부(282c)는, 방출 수량 연산부(282a)에 의하여 산출된 FC 배기 에어량(Aa)[수학식 (1) 참조] 등을 기초로, 가습기(43)의 수증기 교환율(Cr)을 구한다. 회수 수량 연산부(282c)는, 구해진 수증기 교환율(Cr)과 공급되는 FC 생성수량(Wm)을 하기 수학식 (4)에 대입함으로써, 회수 수량(Wt)을 산출한다.
Figure 112008084348593-PCT00004
회수 수량 연산부(282c)에 의하여 회수 수량(Wt)이 산출되면, 스택 수분 저감량 연산부(282)는, 하기 수학식 (5)에 FC 생성수량(Wm), 회수 수량(Wt), 방출 수량(Wc)을 대입함으로써, 단위 시간당의 스택 수분 저감량(Wdd)을 도출하고, 이것을 추정부(283)에 출력하여, 처리를 종료한다.
Figure 112008084348593-PCT00005
추정부(283)는, 스택 수분 저감량 연산부(282)로부터 공급되는 단위 시간당의 스택 수분 저감량(Wdd)과 잔수량 비교부(284)로부터 공급되는 저감 필요 수분량 (Wd)을 하기 수학식 (6)에 대입함으로써, 추정 소기 소요시간(Tf)을 산출하고(단계 S80), 통지 제어부(38O)에 보낸다.
Figure 112008084348593-PCT00006
통지 제어부(380)는, 추정부(283)로부터 추정 소기 소요시간(Tf)을 수취하면, 도 6에 나타내는 바와 같은 추정 소기 소요시간을 나타내는 메시지를 표시장치(160)에 표시함과 동시에, 상기 예정시간을 나타내는 음성 메시지를 음성 출력장치(165)로부터 출력하고(단계 S90), 단계 S30으로 되돌아간다. 여기서, 스택 잔수량(Ws)이 목표 잔수량(Wo)을 넘어 있는 동안은(단계 S40 ; YES), 상기한 처리가 반복하여 실행된다.
그 후, 스택 잔수량(Ws)이 목표 잔수량(Wo) 이하가 된 것을 검지하면(단계 S40 : YES), 잔수량 비교부(284)는, 통지 제어부(380) 및 소기 제어부(480)에 대하여 소기처리의 종료지령을 보낸다. 소기 제어부(480)는, 이와 같은 지령에 의거하여 소기처리를 종료하기 위한 제어(산화가스의 공급정지 등)를 행하는 한편(단계 S100), 통지 제어부(380)는, 도 5에 나타내는 바와 같은 소기 종료 메시지를 표시장치(160)에 표시함과 동시에, 상기 소기처리가 종료한 것을 나타내는 음성 메시지 등을 음성 출력장치(165)로부터 출력하고(단계 S110), 시스템 종료처리를 종료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 시스템 종료시에 소기처리(즉 저온 대책용 제어)를 행하는 경우, 상기 처리의 실시를 문자 메시지나 음성 메시지 등에 의하여 사용자에게 확실하게 통지한다. 이 때문에, 이그니션 키가 오프된 후에 시스템이 작동하고 있는 상황이어도, 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키게 하는 일은 없다.
B. 제 2 실시형태
상기한 제 1 실시형태에서는,시스템 종료시에 저온 대책용 제어를 행하는 경우에 대하여 설명하였으나, 예를 들면 시스템 기동시에 난기처리 등의 저온 대책용 제어가 필요하게 되는 경우도 있다. 이하, 이와 같은 제어를 실현하는 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 제 2 실시형태에 관한 연료전지시스템의 하드웨어구성은, 상기 제 1 실시형태와 동일하기 때문에 도시 및 상세한 설명은 생략한다.
도 9는, 본 실시형태에 관한 기동처리를 나타내는 플로우차트이다.
제어 유닛(80)은, 이그니션 키가 온된 것을 검출하면, 온도센서(50)로부터 해당 시점에서의 FC 온도(Tf)를 파악한다(단계 S310 → 단계 S320). 그리고, 제어 유닛(80)은, 미리 설정된 허가 온도(Tc)(통상 운전에 의한 시동을 허가할지의 여부를 판단하기 위한 온도)와 FC 온도(Tf)를 비교한다(단계 S330).
FC 온도(Tf)가 허가 온도(Tc) 이하인 경우(단계 S330 ; NO), 제어 유닛(80)은, 난기처리(예를 들면, 고부하상태에서 발전을 행함으로써 연료전지를 발열시키 는 등)를 개시한다(단계 S340). 또한 제어 유닛(80)은, 도 10에 나타내는 바와 같은 난기상태를 나타내는 그래프 등을 표시장치(160)에 표시함과 동시에, 상기 난기상태를 나타내는 음성 메시지를 음성 출력장치(165)로부터 출력한다(단계 S350). 도 10에 나타내는 그래프에 대하여 상세하게 설명하면, 제어 유닛(80)은, 예를 들면 현재 상태의 FC 온도(Tf)를 0%, 허가 온도(Tc)를 100%로 하여 그래프를 설정한다. 그 후, 난기처리가 시작되어, FC 온도가 상승하여 가면, 제어 유닛(80)은, 상기 FC 온도의 상승에 따라 FC 온도를 나타내는 영역(도 10의 ▨ 부분)을 확대하여 가는 표시제어를 행한다. 또한, 이와 같은 표시형태는 일례이며, 어떠한 표시형태를 채용할지는 임의이다(뒤에서 설명).
제어 유닛(80)은, 이와 같은 표시를 행하면, 단계 S320으로 되돌아가, 상기일련의 처리를 실행한다. 이와 같은 처리를 실행하고 있는 동안에, FC 온도(Tf)가 허가 온도(Tc)를 넘은 것을 검지하면(단계 S330 ; YES), 제어 유닛(80)은, 도 11에 나타내는 바와 같은 통상 운전이 가능하게 된 것을 나타내는 Ready ON 메시지를 표시장치(160)에 표시함과 동시에, 상기 Ready ON 메시지를 음성 출력장치(165)로부터 출력하고(단계 S360), 처리를 종료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 시스템 기동시에 난기처리(즉 저온 대책용 제어)를 행하는 경우, 상기 처리의 실시를 문자 메시지나 음성 메시지 등에 의하여 유저에게 확실하게 통지한다. 이 때문에, 이그니션 키가 온된 후, 통상 운전이 시작되기 전에 시스템이 작동하고 있는 상황이어도, 사용자에게 위화감이나 오인을 일으키는 일이 없다.
<변형예>
(변형예 1)
제 2 실시형태에서는, FC 온도의 변화를 표시하였으나, FC 온도(Tf)의 변화량으로부터 허가 온도(Tc)에 도달하기까지의 예정시간(저온 대책용 제어에 관한 시간 ; 이하, Ready ON 예정시간)을 구하여, 이것을 표시장치(160)나 음성 출력장치(165)로부터 출력하도록 하여도 된다. 여기서, Ready ON 예정시간을 표시할 때는, 디지털 표기로 통상 운전개시까지의 초수를 표시하거나, Ready ON 예정시간에 대한 경과시간을 막대 그래프로 표시하여도 된다. 여기서, Ready ON 예정시간에 대해서는, 실시간으로 연산하면서 차례로 수정하여도 되나, 엄밀한 정밀도를 요구하지 않는 것이면(예를 들면 Ready ON 예정시간을 막대 그래프로 이미지 표시하는 경우 등), 수정하지 않아도 된다. 또, 반드시 Ready ON 예정시간을 통지할 필요는 없고, Ready ON 예정시간을 표시하는 대신에(또는 아울러), 난기처리(저온 대책용 제어)가 행하여지고 있는 동안, 상기 난기처리 중인 것을 나타내는 화상(예를 들면 펭귄을 본뜬 화상 ; 도 12A 참조)이나 경고 마크(도 12B 참조)를 표시장치(160)에 표시하여도 된다.
(변형예 2)
또, 제 2 실시형태에서는 FC 온도(Tf)에 의거하여 난기상태를 통지하였으나, 연료전지시스템(100)의 열용량을 알고 있는 경우에는, 발열량에 의거하여 난기상태를 통지하여도 된다. 상세하게 설명하면, 제어 유닛(80)은, 먼저 하기 수학식 (7)에 FC 온도(Tf) 및 허가 온도(Tc)를 대입함으로써, 필요 발열량(Qn)을 산출한다.
Figure 112008084348593-PCT00007
C ; 시스템의 열용량
다음에, 제어 유닛(80)은, 하기 수학식 (8)에 FC 전압(Vf) 및 FC 전류(If)를 대입함으로써, 시스템 발열량 적분값(Di)을 산출한다.
Figure 112008084348593-PCT00008
OCV ; 개방 회로 전압(≒ 492V)
제어 유닛(80)은, 현재 상태의 시스템 발열량 적분값(Di)을 0%, 필요 발열량 (Qn)을 100%로 하여 그래프를 설정한다. 그 후, 난기처리가 개시되면, 경과시간에 따라 시스템 발열량 적분값(Di)을 나타내는 영역이 확대되고, 시스템 발열량 적분값(Di)이 필요 발열량(Qn)에 도달하면, 통상 기동이 가능하게 된 것을 나타내는 Ready ON 메시지가 표시장치(160) 및 음성 출력장치(165)로부터 출력된다. 이와 같이, 발열량에 의거하여 난기상태를 통지하여도 된다.
C. 기타
상기 제 2 실시형태에 관한 변형예를 상기 제 1 실시형태에 적용하여도 되는 것은 물론이다. 또, 상기 제 1 실시형태에 관한 구성과 상기 제 2 실시형태에 관한 구성을 조합하고, 시스템 종료시에서의 소기처리와 시스템 기동시에서의 난기처리를 병용하도록 하여도 된다. 이 경우, 소기처리의 진행상황을 나타내는 통지형 태와 난기처리의 진행상황을 나타내는 통지형태를 바꾸어도 된다. 구체적으로는 표시해야 할 화상의 종류나 색, 문자의 종류나 크기, 점등 패턴 등을 바꾸거나, 출력해야 할 음성의 종류(남성, 여성 등)나 경고음의 종류 등을 바꾸어도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 영상이나 소리의 체감 매체에 의하여 통지하는 표시장치(160), 음성 출력장치(165)를 예시하였으나, 빛, 소리, 영상, 열, 진동, 바람, 냄새의 적어도 어느 하나의 체감 매체를 사용하여 통지하는 통지수단을 이용하여도 된다.

Claims (10)

  1. 연료전지시스템에 있어서,
    저온 대책용 제어를 행하는 제어수단과,
    상기 저온 대책용 제어의 실시를 통지하는 통지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은, 저온 대책용 제어로서 난기처리, 또는 소기처리의 적어도 어느 한쪽을 실시하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 통지수단은, 빛, 소리, 영상, 열, 진동, 바람, 냄새의 적어도 어느 하나의 체감 매체를 사용하여 통지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 난기처리 및 상기 소기처리를 실시하고,
    상기 통지수단은, 상기 난기처리와 상기 소기처리와의 사이에서 통지형태를 바꾸는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 통지수단은, 상기 저온 대책용 제어에 관한 시간을 통지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 통지수단은, 상기 저온 대책용 제어의 실시를 이미지 표시, 또는 캐릭터 표시하는 표시장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은, 저온 대책용 제어로서 소기처리를 실시하고,
    상기 연료전지의 저감 필요 수분량과 상기 연료전지의 상태량으로부터 상기소기처리에 필요로 하는 시간을 추정하는 추정수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 추정수단은,
    해당 시점에서의 상기 연료전지의 잔수량과, 설정된 목표 잔수량으로부터 상기 저감 필요 수분량을 구하는 제 1 연산출수단과,
    상기 연료전지의 상태량에 의거하여 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량을 구하는 제 2 연산수단과,
    상기 연료전지의 저감 필요 수분량과 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량으로부터 상기 소기처리에 필요로 하는 시간을 구하는 제 3 연산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 연료전지의 상태량에는, 출력전류, 출력전압, 이론공기비, 배기 산화 가스 온도, 배기 산화 가스량이 포함되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  10. 연료전지시스템의 소기처리에 필요로 하는 시간을 추정하는 방법에 있어서,
    해당 시점에서의 연료전지의 잔수량과 설정된 목표 잔수량으로부터, 상기 연료전지의 저감 필요 수분량을 구하는 제 1 단계와,
    상기 연료전지의 상태량에 의거하여 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량을 구하는 제 2 단계와,
    상기 연료전지의 저감 필요 수분량과 상기 연료전지의 단위 시간당의 수분 저감량으로부터 상기 소기처리에 필요로 하는 시간을 구하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소기 소요시간 추정방법.
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