KR20090033272A - 연료 전지 시스템 및 이동체 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 이동체 Download PDF

Info

Publication number
KR20090033272A
KR20090033272A KR1020097003505A KR20097003505A KR20090033272A KR 20090033272 A KR20090033272 A KR 20090033272A KR 1020097003505 A KR1020097003505 A KR 1020097003505A KR 20097003505 A KR20097003505 A KR 20097003505A KR 20090033272 A KR20090033272 A KR 20090033272A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery voltage
fuel cell
voltage recovery
cell stack
power
Prior art date
Application number
KR1020097003505A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101016396B1 (ko
Inventor
겐지 우마야하라
Original Assignee
도요타 지도샤（주）
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타 지도샤（주） filed Critical 도요타 지도샤（주）
Publication of KR20090033272A publication Critical patent/KR20090033272A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101016396B1 publication Critical patent/KR101016396B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

이동체는, 연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 경우, 전지의 운전을 일시적으로 정지시키기 위한 간헐 운전을 실행하고, 그리고 간헐 운전 동안에 전지 전압 회복 처리를 실행하기 위한 조건이 만족되는 경우, 전지 전압의 회복 처리를 실행한다. 이동체가 이동하고 있는 경우, 임계 전압 Vth1이 전지 전압 회복 처리를 실행하기 위한 조건으로서 설정되고, 그리고 이동체가 정지하고 있는 경우, 임계 전압 Vth2가 전지 전압 회복 처리를 실행하기 위한 조건으로서 설정된다. 임계 전압이 관계 Vth1 > Vth2를 만족시키도록 설정되는 경우, 이동체가 정지하고 있는 경우 전지 전압 회복 처리가 제한될 수 있다.

Description

연료 전지 시스템 및 이동체{FUEL CELL SYSTEM AND MOVING BODY}
본 발명은, 연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 때에 전지 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전이 실행되는 연료 전지 시스템, 및 이 시스템을 포함하는 이동체에 관한 것이다.
연료 전지 시스템은, 연료 가스 및 산화 가스가 막-전극 접합체에 공급되어 전기 화학 반응을 일으키고, 화학 에너지가 전기 에너지로 변환되는 에너지 변환 시스템이다. 그 중에서도, 고체 고분자막이 전해질로서 사용되는 고체 고분자 전해질형 연료 전지는, 저렴한 비용으로 컴팩트화가 용이하게 실현될 수 있고, 더 나아가 상기 전지는 높은 출력 밀도를 가지므로, 차량에 탑재될 전원 시스템으로서의 적용이 기대된다.
또한, 연료 전지 시스템이 전원으로서 탑재되는 연료 전지 차량에서, 발전 효율이 좋은 고출력 영역에서는, 연료 전지 스택이 발전하게 되고, 연료 전지 스택과 2차 전지의 양쪽 또는 그 중 하나로부터 트랙션 모터에 전력이 공급되는 한편, 발전 효율이 나쁜 저출력 영역에서는, 연료 전지 스택의 발전이 일시적으로 중지되고, 2차 전지만으로부터 트랙션 모터에 전력을 공급하도록 운전 제어가 실행된다. 이러한 방식으로 연료 전지 스택의 부하의 크기에 따라 연료 전지 스택의 발전 및 발전 중지가 교대로 반복되는 운전 방법이 간헐 운전으로 지칭된다. 연료 전지 스택의 발전 효율이 낮은 저부하 영역에서는, 연료 전지 스택의 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전이 실행되어, 연료 전지 스택이 에너지 변환 효율이 높은 범위 내에서 운전될 수 있고, 연료 전지 시스템 전체의 효율이 향상될 수 있다.
연료 전지 스택의 발전 특성의 관점으로부터, 발전 중시 상태로부터 발전 상태로 제어가 이행하는 경우에도, 연료 전지 스택으로의 연료 가스 및 산화 가스의 공급, 막-전극 접합체에 있어서 전기 화학 반응의 진행, 요구 전력에 대응하는 전력의 발생 등에 상당한 시간이 요구된다. 그러므로 요구 전력이 즉시 출력될 수 없고, 발전의 지연이 때때로 발생된다. 연료 전지 시스템이 차량에 탑재될 전원으로서 탑재되는 차량에서, 이러한 발전의 지연은 운전 능력의 저하 요인이 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 일본 특허 출원 공개 No. 2004-172028에는, 간헐 운전이 실행됨으로써 발전 중지 상태로 이행하는 연료 전지 스택의 전지 전압이 기결정된 값보다 아래가 되는 때에, 공기 압축기가 구동되어 연료 전지 스택에 산화 가스를 공급하고, 연료 전지 스택의 캐소드(cathode)에 있어서 산소 부족이 해결되어 전지 전압을 회복시키고, 그리고 발전 요구에 대한 응답 지연이 억제되는 방법이 제안된다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 No. 2004-172028
하지만, 차량의 정지 동안의 상황과 같이, 부하 변동의 발생이 예상되지 않는 상황(비록 부하 변동이 발생할지라도, 응답 지연이 운전 능력에 영향을 주지 않는 상황)에서도, 공기 압축기를 구동하는 등으로 하여, 연료 전지 스택에 산화 가스를 공급하고 전지 전압을 회복시키는 처리가 실행되는 경우, 보조 기계 전력이 쓸모없이 소비되므로 발전 효율이 저하된다.
한편, 차량의 주행 동안의 상황과 같이, 요구 전력에 대한 응답 지연이 운전 능력에 영향을 주는 상황에서는, 전지 전압의 저하를 그대로 방치하는 것은 바람직하지 않다.
그러므로 본 발명의 과제는 연료 전지 시스템의 응답 지연의 억제와 발전 효율의 향상 모두가 실현되는 데 있다.
상술된 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 이동체는, 연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 때에 전지 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전을 실행하고, 간헐 운전 동안 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 만족되는 때에 전지 전압의 회복 처리를 실행하는 제어 장치를 가지는 연료 전지 시스템을 포함한다. 제어 장치는, 이동체의 정지 동안의 전지 전압 회복 처리를 제한한다.
이동체의 정지 동안에는, 요구 부하가 작으므로 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작다. 이동체의 정지 동안에는, 전지 전압 회복 처리가 제한되어, 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 효과적으로 억제될 수 있다. 여기에서, "전지 전압 회복 처리를 제한한다."라는 것은 예를 들어, 전지 전압 회복 처리 실행 조건을 제한적으로 설정한다는 것이다. 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한된다는 사실은 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 용이하게 만족되지 않음을 나타낸다.
이동체가 이동하고 있는 경우 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 느슨하게 설정되는 구성일 수도 있음을 유의한다. 전지 전압 회복 처리 실행 조건을 느슨하게 설정하는 것은, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 용이하게 만족됨을 나타낸다.
본 발명을 수행하기에 적절한 실시예에 따르면, 이동체의 정지 동안의 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 이동체의 이동 동안의 상기 전지 전압 회복 처리 실행 조건과 비교했을 때 제한적으로 설정된다.
상술된 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 때에 전지 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전을 실행하고, 간헐 운전 동안 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 만족되는 때에 전지 전압의 회복 처리를 실행하는 제어 장치, 및 전력 부하에 전력을 공급하는 축전 장치를 포함한다. 제어 장치는, 간헐 운전 동안에 축전 장치로부터 공급될 수 있는 전력이 요구 부하를 초과하는 때에는 전지 전압 회복 처리를 제한한다.
간헐 운전 동안이라도 축전 장치로부터 공급될 수 있는 전력이 요구 부하를 커버하는 경우, 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작아, 전지 전압 회복 처리가 제한되어 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 억제될 수 있다.
축전 장치의 잔존 용량이 증가함에 따라, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적으로 설정될 수도 있다. 축전 장치의 잔존 용량이 큰 경우, 간헐 운전 동안이라도 축전 장치로부터 공급될 수 있는 전력이 요구 부하를 커버할 수 있으므로 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작다. 축전 장치의 잔존 용량이 큰 경우, 전지 전압 회복 처리가 제한되어, 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 억제될 수 있다.
간헐 운전 동안 연료 전지 스택에 대한 요구 부하가 감소함에 따라, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적으로 설정되는 구성일 수도 있음을 유의한다. 간헐 운전 동안이라도, 연료 전지 스택에 대한 요구 부하가 작은 경우, 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작다. 그러므로 전지 전압 회복 처리가 제한되어 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 억제될 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 시스템 구성도이며;
도 2는 전지 전압 회복 처리를 도시하는 타임차트이며; 및
도 3은 전지 전압 회복 루틴을 도시하는 플로우차트이다.
도 1은 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(10)의 시스템 구성이다.
연료 전지 시스템(10)은 예를 들어, 연료 전지 차량에 탑재될 발전 시스템으로서 기능을 하고, 복수의 전지가 적층되는 스택 구조를 포함하는 고체 고분자 전해질형 연료 전지 스택(40)을 포함한다. 각각의 전지는 전해질 막의 한쪽 표면에 애노드(anode)가 배치되고 다른 쪽 표면에 캐소드가 배치되는 막-전극 접합체, 및 막-전극 접합체를 통해 반응 가스(연료 가스, 산화 가스)를 통과시키기 위한 가스 유로(애노드 가스 유로, 캐소드 가스 유로) 및 냉각제를 통과시키기 위한 냉각제 유로가 제공되는 세퍼레이터를 포함한다. 연료 전지 스택(40)은 애노드에서 수소 가스(연료 가스)의 공급을 받고, 캐소드에서 산소 가스(산화 가스)를 받아 전력을 발생시킨다.
연료 전지 스택(40)에서는, 애노드에 있어서 화학식 (1)의 산화 반응이 발생하고, 캐소드에 있어서 화학식 (2)의 환원 반응이 발생한다. 연료 전지 스택(40) 전체에서는, 화학식 (3)의 기전 반응이 발생한다.
H2 -> 2H+ + 2e-
(1/2)02 + 2H+ + 2e- -> H2O
H2 + (1/2)02 -> H2O
연료 전지 시스템(10)의 산소 가스 공급 시스템에는 연료 전지 스택(40)에 산소 가스를 공급하기 위한 산소 가스 공급 유로(11), 및 연료 전지 스택(40)으로부터 배출되는 산소 오프 가스를 외부에 배출하기 위한 산소 오프 가스 배출 유로(12)가 제공된다. 산소 가스 공급 유로(11)에는 대기 중의 산소 가스에 함유되어 있는 분진 등을 제거하기 위한 필터(13), 산소 가스를 가압하기 위한 공기 압축기(14), 및 공기 압축기(14)에 의해 가압되는 산소 가스를 적절하게 가습하기 위한 가습기(15)가 제공된다.
가습기(15)는, 대기로부터 받아들여지는 저습윤의 산소 가스(건조 가스)와 연료 전지 스택(40)의 캐소드로부터 배출되는 고습윤의 산소 오프 가스(웨트(wet) 가스) 사이에서 수분을 교환한다. 화학식 (2)에 도시된 바와 같이, 캐소드에서 수분이 생성되므로 캐소드로부터 배출되는 산소 오프 가스는 다량의 수분을 함유한다. 가습기(15)에 의해 가습되는 산소 가스는 산소 가스 공급 유로(11)를 매개로 하여 연료 전지 스택(40)에 공급되고, 연료 전지 스택(40)의 발전에 사용된다. 산소 오프 가스 배출 유로(12)는 산소 가스의 배출 시스템에 제공되는 배관이고, 가습기(15)와 연료 전지 스택(40) 사이에는 연료 전지 스택(40) 내의 산소 가스 압력을 조정하기 위한 압력 조정 밸브(16)가 배치된다. 산소 오프 가스 배출 유로(12)를 흐르는 산소 오프 가스는 압력 조정 밸브(16)를 통과하고 가습기(15)의 수분 교환에 사용된 뒤, 배기 가스로서 시스템으로부터 대기로 배출된다.
연료 전지 시스템(10)의 수소 가스 공급 시스템에는 고압의 수소 가스가 저장되는 수소 공급원으로서의 수소 탱크(21); 수소 탱크(21) 내에 충전되어 있는 수소 가스를 연료 전지 스택(40)에 공급하는 수소 가스 공급 유로(22); 수소 탱크(21)로부터 수소 가스 공급 유로(22)로의 수소 가스의 공급/정지를 제어하는 차단 밸브(29); 수소 가스 공급 유로(22)로부터 연료 전지 스택(40)으로의 수소 가스의 공급/정지를 제어하는 차단 밸브(28); 연료 전지 스택(40)으로부터 배출되는 수소 오프 가스(미반응 수소 가스)를 수소 가스 공급 유로(22)에 환류시키기 위한 순환 유로(23); 순환 유로(23)를 흐르는 수소 오프 가스를 압력 하에서 수소 가스 공 급 유로(22)로 공급하는 수소 펌프(24); 및 순환 유로(23)로부터 분기되어 산소 오프 가스 배출 유로(12)에 합류하는 배출 유로(25)가 제공된다. 수소 펌프(24)는 스크롤(scroll) 펌프, 베인(vane) 펌프, 루트(root)형 펌프, 다이어프램(diaphragm) 펌프 등이다.
수소 오프 가스 배출 유로(22)의 상류측에는, 수소 탱크(21)로부터 배출되는 고압의 수소 가스의 압력을 조절하는 조절기(27)가 개재되고, 순환 유로(23)는 조절기(27)의 하류측에 합류한다. 수소 탱크(21)로부터 수소 가스 공급 유로(22)에 흐르는 수소 가스 및 순환 유로(23)를 환류하는 수소 오프 가스는 수소 가스 공급 유로(22)와 순환 유로(23) 사이의 연결점에서 합류하고, 혼합 가스로서 연료 전지 스택(40)에 공급된다. 순환 유로(23)의 수소 펌프(24)의 하류측에는, 연료 전지 스택(40)에 환류하는 수소 오프 가스의 환류를 억제하는 체크 밸브(26)가 개재된다.
수소 펌프(24)의 상류측에는, 순환 유로(23)를 흐르는 수소 오프 가스로부터 수분을 분리하는 기체-액체 분리기(30)가 개재된다. 순환 유로(23)를 흐르는 유체는 연료 전지 스택(40)으로부터 배출되는 수소 오프 가스 및 연료 전지 스택(40)의 전기 화학 반응에 의해 생성되는 생성 수분을 포함한다. 기체-액체 분리기(30)는 이 생성 수분을 수소 오프 가스로부터 분리한다. 수분이 분리된 수소 오프 가스는 수소 펌프(24)에 의해 연료 전지 스택(40)으로 환류하게 되는 한편, 기체-액체 분리기(30)에 의해 회수되는 수분은 드레인 밸브(31)를 매개로 하여 유체 배관(32)으로부터 산소 오프 가스 배출 유로(12)에 배출된다.
유체 배관(32)의 상류단은 기체-액체 분리기(30)의 드레인 밸브(31)에 연결 되고, 그 하류단은 산소 오프 가스 배출 유로(12)에 연결되어, 그로 인해 기체-액체 분리기(30)에 의해 분리되는 수분이 산소 오프 가스 배출 유로(12)로 유입하게 된다. 배출 유로(25)에는 이 배출 유로를 개폐하기 위한 셧(shut) 밸브로서 기능을 하는 퍼지(purge) 밸브(33)가 제공된다. 퍼지 밸브(33)는 적절하게 개폐되어, 수소 오프 가스와 함께 수소 오프 가스에 포함되어 있는 불순물이 배출 유로(25)를 매개로 하여 산소 오프 가스 배출 유로(12)에 배출될 수 있다. 수소 오프 가스에 포함되어 있는 불순물이 배출 유로(25)로부터 배출되어, 그로 인해 수소 오프 가스 내의 불순물 농도가 낮아지고, 연료 전지 스택(40)에 순환 및 공급되는 수소 오프 가스 내의 수소 농도가 높아질 수 있다.
연료 전지 시스템(10)의 전력 시스템에는 연료 전지 스택(40)의 발전 전력 및 차량의 제동시의 회생 에너지를 축전하기 위한 2차 전지(축전 장치)(42); 연료 전지 스택(40)의 출력 전압을 조정하여 연료 전지 스택(40)과 2차 전지(42) 사이의 전력 공급 분배를 제어하는 DC/DC 컨버터(41); 및 연료 전지 스택(40) 또는 2차 전지(42)로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 트랙션 모터(차량 주행 모터)(44)에 공급하는 인버터(43)가 제공된다.
연료 전지 시스템(10)의 냉각 시스템에는 연료 전지 스택(40) 내에 순환되는 냉각제를 흐르게 하는 냉각제 유로(51); 냉각제 유로(51)를 따라 냉각제를 압력 하에서 공급하는 냉각제 펌프(54); 냉각제를 냉각하기 위한 라디에이터(53); 및 냉각제가 라디에이터(53)를 우회하게 하여, 그로 인해 냉각제 유로(51)를 따라 냉각제를 흐르게 하는 우회 밸브(52)가 제공된다. 라디에이터(53)를 우회하는 냉각제의 우회량은 조정되어 냉각제 온도를 조정할 수 있다.
연료 전지 시스템(10)의 제어 시스템에는 연료 전지 시스템(10) 전체를 제어하기 위한 제어 장치(60)가 제공된다. 제어 장치(60)는 중앙 처리 장치(CPU), 기억 장치(ROM, RAM), 입출력 인터페이스 등을 포함하는 제어 유닛(ECU)이다.
예를 들면, 이그니션 스위치(71)로부터 기동 신호 출력을 수신한다면, 제어 장치(60)는 연료 전지 시스템(10)의 운전을 개시하고, 액셀러레이터 센서(73)로부터 출력되는 액셀러레이터 개도 신호, 차량 속도 센서(72)로부터 출력되는 차량 속도 신호 등에 근거하여 시스템 전체의 요구 전력을 획득한다. 시스템 전체의 요구 전력은 차량 주행 전력 및 보조 기계 전력의 합계 값이다. 보조 기계 전력의 예로서는, 차량-탑재 보조 기계(가습기, 공기 압축기, 수소 펌프, 냉각수 순환 펌프 등)에서 소비되는 전력, 차량의 주행에 필요한 장치(변속 기어, 휠 제어 장치, 스티어링 장치, 서스펜션 장치 등)에서 소비되는 전력, 및 탑승객 공간에 배치되는 장치(에어 컨디셔닝 장치, 조명 장치, 오디오 등)에서 소비되는 전력을 포함한다.
더욱이, 제어 장치(60)는 연료 전지 스택(40) 및 2차 전지(42)의 출력 전력의 배분을 결정하고, 연료 전지 스택(40)에 의해 발생될 전력의 양이 목표 전력에 일치하도록, 공기 압축기(14)의 회전수 및 조절기(27)의 밸브 개도를 조정하고, 연료 전지 스택(40)에 공급될 반응 가스의 양을 조정하고, 그리고 DC/DC 컨버터(41)를 제어하여 연료 전지 스택(40)의 출력 전압을 조정하여, 그로 인해 연료 전지 스택(40)의 운전 포인트(출력 전압, 출력 전류)가 제어된다. 또한, 제어 장치(60)는, 액셀러레이터 개도에 대응하는 목표 차량 속도를 획득하기 위해, 예를 들어, 스위 치 지령으로서 U-상, V-상 및 W-상의 교류 전압 지령값을 인버터(43)로 출력하고, 트랙션 모터(44)의 출력 토크 및 회전수를 제어한다.
요구 전력이 기결정된 값 이하인 경우, 제어 장치(60)는 발전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전을 실행한다. 기결정된 값이란, 연료 전지 스택(40)의 발전 효율이 감소하는 발전 영역의 상한값이다. 이 발전 영역에서는, 발전 에너지의 대부분이 보조 기계에 의해 소비되므로 발전 효율이 저하한다. 간헐 운전 동안에는, 연료 전지 스택(40)의 발전 상태가 일시적으로 중지 상태가 되지만, 보조 기계는 운전 준비가 되어 있고, 2차 전지(42)로부터 공급될 수 있는 전력은 시스템 전체의 요구 전력(차량 주행 전력 및 보조 기계 전력의 합계)을 커버한다. 발전 중지 동안, 제어 장치(60)는 차단 밸브(28)를 폐쇄하고, 공기 압축기(14)의 구동을 중단시키고, 그리고 연료 전지 스택(40)으로의 반응 가스의 공급을 일시적으로 중지시킨다. 또한, 제어 장치(60)는 DC/DC 컨버터(41)를 작동시켜 2차 전지(42)의 출력 전압을 승압시켜, 그로 인해 연료 전지 스택(40)의 출력 단자 전압이 개방단 전압(OCV)에 유지되고, 간헐 운전 동안에 연료 전지 스택(40)에서 어떠한 전류라도 유출하지 않도록 제어가 실행된다.
제어 장치(60)는 전압 센서(74)로부터 출력되는 연료 전지 스택(40)의 전지 전압을 감시하고, 간헐 운전 동안에 전지 전압의 저하가 기결정된 임계값 아래가 되는 상태에서 전지 전압 회복 처리를 실행한다. 전지 전압 회복 처리는 반응 가스의 공급의 중지에 의하여 저하되는 전지 전압을 저하 전의 전압 부근으로 회복시키기 위한 처리를 지칭한다. 구체적으로, 공기 압축기(14)가 구동되어 연료 전지 스 택(40)의 캐소드에 산화 가스를 공급하거나, 또는 차단 밸브(28)가 개방되고, 수소 펌프(14)가 구동되어 연료 전지 스택(40)의 애노드에 연료 가스를 공급하는 처리를 지칭한다. 또한, 이 처리에 더하여, 냉각제 펌프(54)를 구동하여 연료 전지 스택(40) 내에 냉각제를 순환시키는 처리가 포함될 수도 있다.
연료 전지 스택(40)에서는, 수소의 일부가 전해질막을 통과하여 애노드에서 캐소드로 이동한다. 그 결과, 캐소드측에서 전기 화학 반응이 발생하고 산소 가스 공급 유로(11)에 잔존하는 산소 가스가 소비된다. 특별히, 산소 가스는 공기 중에 20% 정도밖에 존재하지 않으므로, 수소 가스보다 더 빨리 부족하다. 전지 전압 회복 처리의 일례로서, 공기 압축기(14)가 구동되어 연료 전지 스택(40)의 캐소드에 산소 가스를 보급하는 경우, 전지 전압이 회복될 수 있다.
더구나, 상술된 바와 같이, 차량의 주행 중에서 및 차량의 정지 중에서 전지 전압 회복의 필요성이 상이하다. 차량이 주행하고 있는 경우에서는, 간헐 운전 동안에 있어서 전지 전압의 저하는 발전 지연의 요인이 되므로 운전 능력에 영향을 준다. 한편, 차량이 정지되어 있는 경우에서는, 간헐 운전 동안에 있어서 전지 전업의 저하는 운전 능력에 거의 작은 영향을 준다. 그러므로 차량의 정지 동안에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 차량의 주행 동안의 전지 전압 회복 처리 실행 조건과 비교했을 때 제한적으로 설정되어, 요구 부하에 대한 연료 전지 스택(40)의 응답 지연을 억제하면서 발전 효율이 향상될 수 있다.
여기에서, 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 전지 전압 회복 처리를 실행하기 위해 만족되어야 할 필요한 조건이다. 조건의 일례로서, 전지 전압이 일정한 값 아래인 조건 및 연료 전지 스택(40)의 반응 가스(연료 가스 또는 산화 가스)의 압력 또는 농도가 일정한 값 아래인 조건을 포함한다. 구체적으로, 차량의 주행 동안에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 임계 전압 Vth1이라 가정하고, 차량의 정지 동안에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 임계 전압 Vth2이라 가정하면, Vth1 > Vth2이다. 또는, 예를 들어, 차량의 주행 동안에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 반응 가스 압력 P1이라 가정하고, 차량의 정지 동안에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 반응 가스 압력 P2라 가정하면, P1 > P2이다.
전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적이라는 사실은 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 용이하게 만족되지 않음을 나타낸다. 상술된 일례에 따르면, 임계 전압 Vth2는 임계 전압 Vth1과 비교했을 때, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적임을 나타내고, 반응 가스 압력 P2는 반응 가스 압력 P1과 비교했을 때, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적임을 나타낸다.
다음에, 전지 전압 회복 처리의 상세한 설명이 서술될 것이다.
도 2는 전지 전압 회복 처리의 타임차트를 도시한다. 도면에서, "간헐 플래그"는 간헐 운전이 실행되고 있는지 여부를 나타내는 플래그 정보이다. 간헐 플래그 = ON은 간헐 운전이 실행되고 있는 중(발전 중지중)임을 나타낸다. 간헐 플래그 = OFF는 간헐 운전이 실행되고 있지 않음(전지 운전중)을 나타낸다. 예를 들어, 연료 전지 시스템(10)에 대한 요구 전력이 기결정된 값 이하인 경우, 간헐 플래그 = ON이 되고, 연료 전지 시스템(10)에 대한 요구 전력이 기결정된 값을 초과하는 경우, 간헐 플래그 = OFF가 된다. 한편, "주행 플래그"는 차량이 주행하고 있는지 여 부를 나타내는 플래그 정보이다. 주행 플래그 = ON은 차량이 주행하고 있는 중임을 나타낸다. 주행 플래그 = OFF는 차량이 정지되어 있음을 나타낸다. 예를 들어, 액셀러레이터 센서(73)에 의해 검출되는 차량 속도가 기결정된 값(예를 들어, 수 Km/h 이하) 이하인 경우, 주행 플래그 = OFF가 된다. 액셀러레이터 센서(73)에 의해 검출되는 차량 속도가 기결정된 값을 초과하는 경우, 주행 플래그 = ON이 된다.
시간 t1 내지 시간 t2의 기간에서는, 간헐 플래그는 ON이고 주행 플래그는 ON이므로, 차량이 주행하고 있는 상태에서 간헐 운전이 실행된다. 이 기간에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 "전지 전압이 임계 전압 Vth1 아래에 있는 조건"이다. 하지만, 도면에서 도시된 바와 같이, 시간 t1 내지 시간 t2의 기간에서는, 전지 전압이 임계 전압 Vth1 아래에 있지 않으므로, 어떠한 전지 전압 회복 처리도 실행되지 않는다.
시간 t2 내지 시간 t4의 기간에서는, 간헐 플래그는 ON이고, 주행 플래그는 OFF이므로, 차량이 정지되어 있는 상태에서 간헐 운전이 실행된다. 이 기간에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 "전지 전압이 임계 전압 Vth2 아래에 있는 조건"이다. 도면에 도시된 바와 같이, 시간 t3에서는, 전지 전압이 임계 전압 Vth2 아래에 있으므로, 공기 압축기(14)가 구동된다(전지 전압 회복 처리가 실행된다).
도 3은 전지 전압 회복 처리 루틴을 도시하는 플로우차트이다.
전압 회복 처리 루틴은 일정한 간격으로 주기적으로 반복 실행된다. 전압 회복 처리 루틴이 호출되는 경우, 제어 장치(60)는 간헐 플래그가 ON에 설정되어 있는지 여부를 판단한다(단계 301). 간헐 플래그가 ON에 설정되어 있지 않은 경우(단 계 301; NO), 제어 장치(60)는 전지 전압 회복 처리 루틴에서 벗어난다.
한편, 간헐 플래그가 ON에 설정되어 있는 경우(단계 301; YES), 제어 장치(60)는 주행 플래그가 ON에 설정되어 있는지 여부를 판단한다(단계 302). 주행 플래그가 ON에 설정되어 있는 경우(단계 302; YES), 제어 장치(60)는 전지 전압 회복 처리 실행 조건으로서 임계 전압 Vth1를 설정한다(단계 303). 주행 플래그가 ON에 설정되어 있지 않은 경우(단계 302; NO), 제어 장치(60)는 전지 전압 회복 처리 실행 조건으로서 임계 전압 Vth2를 설정한다(단계 304).
그리고 제어 장치(60)는 전지 전압이 임계 전압 아래에 있는지 여부를 판단한다(단계 305). 전지 전압이 임계 전압 아래에 있는 경우(단계 305; YES), 제어 장치(60)는 공기 압축기(14)를 구동하는 등 전지 전압 회복 처리를 실행한다(단계 306). 전지 전압이 임계 전압 아래에 있지 않은 경우(단계 305; NO), 제어 장치(60)는 전지 전압 회복 처리 루틴에서 벗어난다.
연료 전지 차량이 정지되어 있는 경우, 요구 부하가 작으므로 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작다. 연료 전지 차량이 정지되어 있는 경우, 전지 전압 회복 처리가 제한되어, 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 효과적으로 억제될 수 있다. 즉, 연료 전지 차량의 정지 동안에 있어서 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 연료 전지 차량의 주행 동안의 전지 전압 회복 처리 실행 조건과 비교했을 때, 제한적으로 설정될 수도 있다.
본 실시예에서는, 간헐 운전 동안에 2차 전지(42)로부터 공급될 수 있는 전력이 요구 부하를 초과하는 경우 전지 전압 회복 처리가 제한될 수도 있음을 유의 한다. 간헐 운전 동안이라도, 2차 전지(42)로부터 공급될 수 있는 전력이 요구 부하를 커버할 수 있는 경우, 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작으므로 전지 전압 회복 처리가 제한되어, 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 억제될 수 있다.
더욱이, 2차 전지(42)의 잔존 용량이 증가함에 따라, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적으로 설정될 수도 있다. 2차 전지(42)의 잔존 용량이 큰 경우, 간헐 운전 동안이라도 2차 전지(42)로부터 공급될 수 있는 전력이 요구 부하를 커버할 수 있으므로 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작다. 2차 전지(42)의 잔존 용량이 큰 경우, 전지 전압 회복 처리가 제한되어, 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 억제될 수 있다.
간헐 운전 동안 연료 전지 스택(40)에 대한 요구 부하가 감소함에 따라, 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적으로 설정되는 구성일 수도 있음을 유의한다. 간헐 운전 동안이라도, 연료 전지 스택(40)에 대한 요구 부하가 작은 경우, 전지 전압을 회복시킬 필요성이 작으므로 전지 전압 회복 처리가 제한되어, 불필요하게 실행되는 전지 전압 회복 처리에 의한 발전 효율의 저하가 억제될 수 있다.
본 실시예에서는, 연료 전지 시스템(10)이 차량에 탑재될 전원 시스템으로서 사용되는 사용 구성이 도해되었지만, 연료 전지 시스템(10)의 사용 구성은 이러한 일례에 제한되지 않고, 상기 시스템은 이동체(선박, 항공기, 로봇 등)에 탑재될 전원 시스템으로서 사용될 수도 있다. 연료 전지 시스템(10)은 고정되어 있는 열병합 발전(cogeneration) 시스템에 탑재될 수도 있다. 열병합 시스템은 상업용이거나 또 는 가정용 어느 하나일 수도 있다.
본 발명에 따르면, 연료 전지 시스템에 있어서 응답 지연의 억제 및 발전 효율의 향상 모두가 실현될 수 있다.

Claims (7)

  1. 이동체에 있어서,
    연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 때에 전지 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전을 실행하고, 상기 간헐 운전 동안에 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 만족되는 때에 전지 전압의 회복 처리를 실행하는 제어 장치를 가지는 연료 전지 시스템을 포함하되,
    상기 제어 장치는, 상기 이동체의 정지 동안의 상기 전지 전압 회복 처리를 제한하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동체의 상기 정지 동안의 상기 전지 전압 회복 처리 실행 조건은 상기 이동체의 이동 동안의 상기 전지 전압 회복 처리 실행 조건과 비교했을 때 제한적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 이동체.
  3. 제1항에 있어서,
    축전 장치를 더 포함하되,
    상기 제어 장치는, 상기 간헐 운전 동안에 상기 축전 장치로부터 전력 부하에 전력을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전지 전압 회복 처리는 상기 간헐 운전 동안에 상기 연료 전지 스택에 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 이동체.
  5. 연료 전지 시스템에 있어서,
    연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 때에 전지 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전을 실행하고, 상기 간헐 운전 동안 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 만족되는 때에 전지 전압의 회복 처리를 실행하는 제어 장치, 및
    전력 부하에 전력을 공급하는 축전 장치를 포함하되,
    상기 제어 장치는, 상기 간헐 운전 동안에 상기 축전 장치로부터 공급될 수 있는 상기 전력이 요구 부하를 초과하는 때에는 상기 전지 전압 회복 처리를 제한하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축전 장치의 잔존 용량이 증가함에 따라, 상기 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
  7. 연료 전지 시스템에 있어서,
    연료 전지 스택에 대한 발전 요구가 기결정된 값 미만인 때에 전지 운전을 일시적으로 중지시키는 간헐 운전을 실행하고, 상기 간헐 운전 동안 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 만족되는 때에 전지 전압의 회복 처리를 실행하는 제어 장치를 포함하되,
    상기 간헐 운전 동안 상기 연료 전지 스택에 대한 요구 부하가 감소함에 따라, 상기 전지 전압 회복 처리 실행 조건이 제한적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
KR1020097003505A 2006-08-22 2007-07-17 연료 전지 시스템 및 이동체 KR101016396B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006225663A JP5093555B2 (ja) 2006-08-22 2006-08-22 燃料電池システム及び移動体
JPJP-P-2006-00225663 2006-08-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090033272A true KR20090033272A (ko) 2009-04-01
KR101016396B1 KR101016396B1 (ko) 2011-02-21

Family

ID=39106612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097003505A KR101016396B1 (ko) 2006-08-22 2007-07-17 연료 전지 시스템 및 이동체

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8053124B2 (ko)
JP (1) JP5093555B2 (ko)
KR (1) KR101016396B1 (ko)
CN (1) CN101473481B (ko)
DE (1) DE112007000171B4 (ko)
WO (1) WO2008023521A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8859158B2 (en) 2010-12-01 2014-10-14 Hyundai Motor Company System and method for controlling operation of fuel cell hybrid system by switching to battery power in response to idle stop condition
US10205184B2 (en) 2014-04-10 2019-02-12 Hyundai Motor Company System and method for controlling performance of fuel cell stack

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4274278B2 (ja) 2007-10-31 2009-06-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5786446B2 (ja) * 2011-05-18 2015-09-30 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP5769083B2 (ja) * 2011-11-14 2015-08-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池車両
JP6292405B2 (ja) 2014-11-14 2018-03-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転制御方法
JP6164199B2 (ja) * 2014-11-15 2017-07-19 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび燃料電池の電圧制御方法
KR101822245B1 (ko) * 2015-12-14 2018-01-26 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각수펌프 제어방법
DE102016119814A1 (de) * 2016-10-18 2018-04-19 Audi Ag Brennstoffzellensystem
JP7095580B2 (ja) * 2018-12-07 2022-07-05 トヨタ自動車株式会社 車両
JP7156005B2 (ja) * 2018-12-25 2022-10-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3842015B2 (ja) 2000-06-12 2006-11-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両のアイドル制御装置
KR100511355B1 (ko) 2000-10-03 2005-08-31 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체
JP3719229B2 (ja) * 2001-12-19 2005-11-24 トヨタ自動車株式会社 電源装置
JP3911435B2 (ja) * 2002-04-11 2007-05-09 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびその制御方法
JP3729792B2 (ja) 2002-06-04 2005-12-21 トヨタ自動車株式会社 動力装置と動力装置の運転方法
JP2004056868A (ja) 2002-07-17 2004-02-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両のアイドル制御装置
JP3879635B2 (ja) 2002-09-06 2007-02-14 日産自動車株式会社 移動体用燃料電池パワープラントシステム
JP4182732B2 (ja) * 2002-11-22 2008-11-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、およびこれを搭載した移動体、および燃料電池システムの制御方法
JP2004213961A (ja) 2002-12-27 2004-07-29 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびこれを搭載する自動車
JP4461701B2 (ja) * 2003-04-22 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を搭載した移動体
JP4525008B2 (ja) * 2003-07-02 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 エネルギ出力装置およびエネルギ出力装置の制御方法
JP4811626B2 (ja) 2003-08-25 2011-11-09 トヨタ自動車株式会社 車両用の燃料電池システム及び電気自動車
DE102005052019B4 (de) 2004-11-02 2017-03-30 Honda Motor Co., Ltd. Verfahren zum Steuern/Regeln eines Leerlaufstopps eines Brennstoffzellensystems

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8859158B2 (en) 2010-12-01 2014-10-14 Hyundai Motor Company System and method for controlling operation of fuel cell hybrid system by switching to battery power in response to idle stop condition
US10205184B2 (en) 2014-04-10 2019-02-12 Hyundai Motor Company System and method for controlling performance of fuel cell stack
US10971743B2 (en) 2014-04-10 2021-04-06 Hyundai Motor Company System and method for controlling performance of fuel cell stack

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008023521A1 (fr) 2008-02-28
US20090169937A1 (en) 2009-07-02
CN101473481A (zh) 2009-07-01
JP2008052937A (ja) 2008-03-06
DE112007000171T5 (de) 2008-10-30
CN101473481B (zh) 2011-05-11
JP5093555B2 (ja) 2012-12-12
KR101016396B1 (ko) 2011-02-21
DE112007000171B4 (de) 2018-07-12
US8053124B2 (en) 2011-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101016396B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이동체
KR101135654B1 (ko) 연료전지시스템 및 그 제어방법
JP5062512B2 (ja) 燃料電池システム
US8227123B2 (en) Fuel cell system and current control method with PI compensation based on minimum cell voltage
JP4378735B1 (ja) 燃料電池システム
JP4789018B2 (ja) 燃料電池システム
JP5224082B2 (ja) 燃料電池システム及びその排水制御方法
JP5060024B2 (ja) 燃料電池車両
JP4993293B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP4613694B2 (ja) 燃料電池自動車及びその制御方法
JP5233312B2 (ja) 燃料電池システム
WO2008050881A1 (en) Fuel cell system
JP2007157586A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
US8795914B2 (en) Fuel cell system
JP5077636B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008084603A (ja) 燃料電池システム及びそのパージ方法
JP4337104B2 (ja) 燃料電池システム
JP5105222B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008059933A (ja) 燃料電池システム及び水量推定方法
JP5099580B2 (ja) 燃料電池システム
JP2021180162A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140117

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150119

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160119

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170119

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180119

Year of fee payment: 8