KR20090063262A - 연료전지차량 - Google Patents

연료전지차량 Download PDF

Info

Publication number
KR20090063262A
KR20090063262A KR1020097007720A KR20097007720A KR20090063262A KR 20090063262 A KR20090063262 A KR 20090063262A KR 1020097007720 A KR1020097007720 A KR 1020097007720A KR 20097007720 A KR20097007720 A KR 20097007720A KR 20090063262 A KR20090063262 A KR 20090063262A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
fuel cell
vehicle
reaction
humidifier
Prior art date
Application number
KR1020097007720A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101020225B1 (ko
Inventor
마사히로 다케시타
시게유키 이노우에
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 KR20090063262A publication Critical patent/KR20090063262A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101020225B1 publication Critical patent/KR101020225B1/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
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 연료전지차량(100)은, 반응가스의 공급을 받아 발전하기 위한 연료전지스택(20); 상기 연료전지스택(20)으로부터 배기되는 산화오프가스와 산화가스를 그 사이에 수증기투과막을 개재시켜 전달함에 따라, 상기 산화오프가스와 상기 산화가스 간의 수분교환을 행하기 위한 가습기(43); 및 상기 가습기(43)로부터 배기되는 상기 산화오프가스를 차량의 외부로 배출하기 위한 배출유로(45)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 차량의 전방측을 향해 개방되는 산화오프가스출구(43A)가 상기 가습기(43)에 형성된다. 상기 배출유로(45)는 상기 반응오프가스출구(43A)에 연결되어, 상기 차량의 전방측으로부터 차량의 후방측까지 실질적으로 U자 형상으로 굴곡되어 있다.

Description

연료전지차량{FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 연료전지시스템이 탑재되는 연료전지차량에 관한 것이다.
연료전지시스템은 연료가스와 산화가스를 막전극접합체에 공급하여, 전기화학반응을 발생시킴으로써, 화학에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 에너지변환시스템이다. 이러한 연료전지시스템들 가운데, 고체고분자막이 전해질로 사용되는 고체고분자전해질형 연료전지스택이 차내전원시스템의 용도로 기대되는데, 그 이유는 상기 고체고분자전해질형 연료전지스택은 저비용으로 소형화가 가능하고, 출력 밀도가 높기 때문이다.
연료전지스택에 있어서, 애노드에서 발생되는 수소 이온은 수화상태로 전해질막을 통해 캐소드로 이동한다. 따라서, 전해질막의 애노드측 표면 부근에서는 수분이 부족하여 건조 상태가 된다. 연료전지스택의 발전을 계속하기 위해서는, 애노드측에 수분을 공급하는 것이 필요하다. 고체고분자전해질형 연료전지스택에서 사용하기 위한 전해질막은 적절하게 습윤된 상태에 있을 때 수소이온도전성이 양호하다. 하지만, 그 수분량이 저하되면, 전해질막의 전기저항이 과도하게 증가하여, 전해질막이 적절하게 기능하는 것을 막게 된다.
가습기를 이용하여 반응가스를 가습하는 방법으로는 전해질막에 수분을 공급 하는 방법이 잘 알려져 있다. 예를 들어, 일본특허공개공보 제2005-116368호에는 복수의 중공섬유막으로 이루어지는 중공섬유막번들이 수용되는 가습기에 의해 산화가스를 가습하기 위한 연료전지시스템이 개시되어 있다. 전지반응에 의해 발생되는 다량의 수분을 포함하는 고습윤의 산화오프가스는 중공섬유막 내부에서 유동하고, 대기로부터 유입되는 저습윤의 산화가스는 중공섬유막 외부에서 유동한다. 산화오프가스와 산화가스 간에 수분교환이 행해져 산화가스를 가습시키게 된다.
특허문헌 1 : 일본특허공개공보 제2005-116368호
하지만, 가습기로부터의 산화오프가스가 배출되는 출구가 상기 산화오프가스를 그 후방측을 향해 배출하는 연료전지차량의 후방측을 향해 개방되는 경우, 다음과 같은 문제점들이 발생하게 된다. 예를 들어, 연료전지차량이 빙점 아래의 환경에서 그 전방측이 아래쪽으로 기울어져 정차되어 있는 경우, 가습기로부터 하류측에 있는 관에 남아 있는 물이 가습기로 역류하여, 상기 가습기 내부에서 얼게 될 가능성이 있다. 물이 가습기 내부에서 얼게 되면, 반응가스유로가 폐쇄되어 연료전지차량이 시동될 수 없게 된다.
연료전지차량에는, 연료오프가스와 산화오프가스를 혼합하여 연료오프가스를 대기로 희석 및 배출하기 위한 희석기가 보통 탑재된다. 하지만, 가습기와 희석기가 직선형 관으로 연결되는 경우에는, 희석기 안으로의 공기유량이 감소하고, 전지반응에 의해 생성되는 물, 수증기 등이 가습기로부터 희석기로 유동하는 산화오프가스에서 상기 생성되는 물 또는 수증기가 공기와 분리되지 않은 상태로 혼합되어, 그 희석 성능이 열화될 가능성이 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 상술된 문제점들을 해결하는 것으로서, 가습기로부터 하류측에 있는 관에서 상기 가습기로의 물의 역류를 방지하여 희석기의 희석 성능을 개선하는 것이다.
상술된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료전지차량은 반응가스의 공급을 받아 발전하기 위한 연료전지스택; 상기 연료전지스택으로부터 배기되는 반응오프가스와 상기 반응가스를 그 사이에 수증기투과막을 개재시켜 전달함에 따라, 상기 반응오프가스와 상기 반응가스 간의 수분교환을 행하기 위한 가습기; 및 상기 가습기로부터 배기되는 상기 반응오프가스를 차량의 외부로 배출하기 위한 배출유로를 포함하여 이루어진다. 상기 차량의 전방측을 향해 개방되는 반응오프가스출구는 상기 가습기에 형성되고, 상기 배출유로는 상기 반응오프가스출구에 연결되어, 상기 반응오프가스출구로부터 배기되는 반응오프가스가 상기 차량의 전방측으로 유동한 다음 상기 차량의 후방측으로 유동하도록 굴곡되는 것을 특징으로 한다.
희석기로부터 배출되는 반응오프가스를 전달하기 위한 배출유로가 굴곡되어, 반응오프가스가 차량의 전방측으로 유동한 다음 차량의 후방측으로 유동하게 되기 때문에, 연료전지차량이 그 전방측이 아래쪽으로 기울어져 정차되어 있는 경우에도, 가습기로부터 하류측에 있는 관에서 상기 가습기로의 물의 역류를 방지할 수 있게 된다. 상기 배출유로의 형상으로는 거의 U자형, 거의 V자형, 거의 정방형 U자형이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 연료전지차량은 상기 반응오프가스를 희석하기 위한 희석기를 더 포함하여 이루어지고, 상기 희석기는 상기 배출유로의 하류측에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 가습기로부터 배출되는 반응오프가스는 굴곡된 배출유로에서 전달되는 과정에서 원심력에 의해 기체와 액체로 분리되므로, 상기 희석기가 공기를 안정하게 도입시킬 수 있다. 이에 따라 상기 희석기의 희석 성능이 개선될 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 연료전지차량이 반응오프가스의 배출음을 죽이기 위한 머플러를 더 포함하여 이루어지고, 상기 머플러는 상기 배출유로의 하류측에 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지시스템의 시스템블록도; 및
도 2는 연료전지시스템의 차내 레이아웃이다.
이하, 본 발명의 실시예를 각각의 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 연료전지차량의 차내전원시스템으로서의 역할을 하는 연료전지시스템(10)의 시스템 구성을 보여준다.
상기 연료전지시스템(10)은 반응가스(산화가스 및 연료가스)의 공급을 받아 발전하기 위한 연료전지스택(20), 상기 연료전지스택(20)에 연료가스로서 수소가스를 공급하기 위한 연료가스배관시스템(30), 상기 연료전지스택(20)에 산화가스로서 공기를 공급하기 위한 산화가스배관시스템(40), 전력의 충방전을 제어하기 위한 전력시스템(60) 및 전체 시스템을 대체로 제어하기 위한 컨트롤러(70)를 포함하여 이 루어진다.
상기 연료전지스택(20)은 예컨대 복수의 셀들이 층으로 일렬 적층되어 구성되는 고체고분자전해질형 전지스택이다. 상기 셀들은 이온교환막으로 구성된 전해질막의 일 측에 배치된 캐소드, 상기 전해질막의 타 측에 배치된 애노드 및 상기 캐소드와 애노드를 그 사이에 끼우는 한 쌍의 세퍼레이터를 포함하여 이루어진다. 상기 세퍼레이터 중 하나의 연료가스유로로 연료가스가 공급되고, 상기 세퍼레이터 중 다른 하나의 산화가스유로로 산화가스가 공급된다. 상기 연료전지스택(20)은 가스 공급에 의해 발전시킨다.
상기 연료가스배관시스템(30)은 연료가스공급원(31), 상기 연료가스공급원(31)으로부터 연료전지스택(20)의 애노드로 공급될 연료가스(수소가스)가 유동하는 연료가스공급유로(35), 상기 연료전지스택(20)으로부터 배출되는 연료오프가스(수소오프가스)를 연료가스공급유로(35)로 복귀시키기 위한 순환유로(36), 상기 순환유로(36) 내의 연료오프가스를 연료가스공급유로(35)로 가압 및 전달하기 위한 순환펌프(37), 및 상기 순환유로(36)에 분기되어 연결된 배기유로(39)를 포함하여 이루어진다.
상기 연료가스공급원(31)은 예컨대 고압수소탱크 또는 수소흡장합금으로 구성되고, 35 MPa 또는 70 MPa 등의 수소가스를 저장한다. 차단밸브(32)가 개방되면, 연료가스공급원(31)으로부터 연료가스공급유로(35)로 수소가스가 유동한다. 수소가스의 압력은 예컨대 레귤레이터(33) 또는 인젝터(34)에 의해 200 kPa 정도로 저감되고, 상기 수소가스가 연료전지스택(20)으로 공급된다.
상기 연료가스공급원(31)은 탄화수소연료로부터 수소가 리치인 개질가스를 생성하기 위한 개질기 및 상기 개질기에 의해 생성되는 개질가스를 고압상태로 만들어 상기 가스를 축적하기 위한 고압가스탱크로 구성될 수도 있다.
상기 인젝터(34)는 밸브시트로부터 밸브체를 분리시키도록 사전설정된 구동 주기로 전자기구동력을 가지고 밸브체를 직접 구동시켜 가스유량 또는 가스압력을 조정할 수 있는 전자기구동형 온-오프밸브이다. 상기 인젝터(34)는 연료가스와 같은 기체형 연료를 분무하기 위한 분무구를 구비한 밸브시트, 기체형 연료를 분무구에 공급 및 안내하기 위한 노즐체, 및 상기 분무구를 개폐하기 위한 밸브체를 포함하여 이루어지되, 상기 밸브체는 상기 노즐체에 대하여 샤프트 방향(기류 방향)으로 이동가능하게 축적 및 유지된다.
상기 배기유로(39)는 배기밸브(38)를 통해 순환유로(36)에 연결된다. 상기 배기밸브(38)는 컨트롤러(70)로부터 지시를 받아 작동되어, 순환유로(36) 내의 불순물과 물을 포함하는 연료오프가스를 외부로 배출시킨다. 배기밸브(38)를 개방시킴으로써, 순환유로(36) 내의 수소오프가스의 불순물 농도가 감소되고, 순환되어 공급될 연료오프가스의 수소 농도가 증가된다.
배기밸브(38) 및 배기유로(39)를 통해 배출되는 연료오프가스 및 배출유로(45)에서 유동하는 산화오프가스는 희석기(50) 안으로 유동하고, 상기 희석기(50)는 연료오프가스를 희석시킨다. 희석된 연료오프가스의 배출음은 머플러(소음기)(51)에 의해 소음되고, 희석된 연료오프가스는 테일파이프(52)를 통해 차량의 외부로 배출된다.
상기 산화가스배관시스템(40)은 연료전지스택(20)의 캐소드로 공급될 산화가스가 유동하는 산화가스공급유로(44), 및 연료전지스택(20)으로부터 배출되는 산화오프가스가 유동하는 배출유로(45)를 포함하여 이루어진다. 필터(41)를 통해 산화가스를 도입하기 위한 에어컴프레서(42) 및 상기 에어컴프레서(42)에 의해 가압 및 전달되는 산화가스를 가습하기 위한 가습기(43)는 산화가스공급유로(44)에 배치된다. 상기 가습기(43) 및 산화가스의 공급압력을 조정하기 위한 배압조정밸브(46)는 배출유로(45)에 배치된다.
상기 가습기(43)는 복수의 수증기투과막(중공섬유막)으로 이루어지는 수증기투과막번들(중공섬유막번들)을 수용한다. 전지반응에 의해 생성되는 다량의 수분을 포함하는 고습윤 산화오프가스(습식가스)는 수증기투과막 안에서 유동하고, 대기로부터 도입되는 저습윤 산화가스(건식가스)는 수증기투과막 외부에서 유동한다. 산화가스를 가습하기 위하여, 수증기투과막이 그 사이에 개재되어 산화가스와 산화오프가스 간에 수분 교환이 이루어진다.
상기 전력시스템(60)은 DC/DC 컨버터(61), 배터리(62), 트랙션인버터(63) 및 트랙션모터(64)를 포함하여 이루어진다. 상기 DC/DC 컨버터(61)는 직류전압컨버터로서, 배터리(62)로부터의 직류전압의 압력을 증가시켜 상기 직류전압을 트랙션인버터(63)로 출력하는 기능과, 상기 연료전지스택(20) 또는 트랙션모터(64)로부터의 직류전압의 압력을 감소시켜 상기 직류전압으로 배터리(62)를 충전시키는 기능을 가진다. DC/DC 컨버터(61)의 상술된 기능들에 의하여, 배터리(62)의 충방전이 제어된다. DC/DC 컨버터(61)에 의한 전압 변환을 제어함으로써, 연료전지스택(20)의 운 전포인트(출력전압, 출력전류)가 제어된다.
상기 배터리(62)는 전력을 충방전할 수 있는 축전장치로서, 브레이크의 회생 시 회생에너지의 저장원 및 연료전지차량의 가감속을 수반하는 부하 변동 시 에너지버퍼로서의 역할을 한다. 예를 들면, 니켈-카드뮴 축전지, 니켈-수소 축전지 및 리튬이차전지와 같은 이차전지들이 배터리(62)로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 트랙션인버터(63)는 직류 전기를 3상교류로 변환시키고, 상기 3상교류를 트랙션모터(64)에 공급한다. 상기 트랙션모터(64)는 예컨대 3상교류모터이고, 연료전지차량의 전원을 구성한다.
상기 컨트롤러(70)는 CPU, ROM, RAM 및 입출력 인터페이스를 포함하여 이루어지는 컴퓨터시스템이고, 연료전지시스템(10)의 각각의 부분을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(70)가 점화스위치(도시 안됨)로부터 출력되는 시동 신호를 받으면, 상기 컨트롤러(70)는 연료전지시스템(10)의 운전을 개시하며, 액셀러레이터센서(도시 안됨)로부터 출력되는 액셀러레이터위치신호 또는 차속센서(도시 안됨)로부터 출력되는 차속신호를 토대로 전체 시스템의 필요한 전력을 산출한다. 전체 시스템의 필요한 전력은 차량주행전력과 보조전력의 총합이다. 상기 보조전력은 예컨대 차내 부속물(가습기, 에어컴프레서, 수소펌프, 냉각수순환펌프 등)에 의해 소비되는 전력, 차량 주행에 필요한 장치(변속기, 차륜제어장치, 조향장치, 현가장치 등)에 의해 소비되는 전력, 및 탑승자 공간에 배치된 장치(에어컨디셔너, 조명장치, 오디오시스템 등)에 의해 소비되는 전력을 포함한다.
상기 컨트롤러(70)는 연료전지스택(20)과 배터리(62)의 출력전력배분을 결정 하고, 인젝터(34)의 밸브위치 또는 에어컴프레서(42)의 회전수를 조정하며, 연료전지스택(20)으로 공급되는 반응가스량을 조정하여, 상기 연료전지스택(20)의 발전이 목표 전력과 일치하도록 한다. 상기 컨트롤러(70)는 또한 DC/DC 컨버터(61)를 제어하고, 연료전지스택(20)의 출력전압을 조정하여, 상기 연료전지스택(20)의 운전포인트(출력전압, 출력전류)를 제어하게 된다. 상기 컨트롤러(70)는 또한 스위칭지령으로서 U상, V상 및 W상의 각종 교류전압지령값을 트랙션인버터(63)에 출력하고, 상기 트랙션모터(64)의 회전수와 출력토크를 제어하여, 액셀러레이터위치에 대응하는 목표 차속이 얻어질 수 있도록 한다.
도 1은 단지 시스템 구성을 개략적으로 설명하기 위한 것으로, 실제 차내 레이아웃은 여기에 반영되지 않았다는 점에 유의한다.
다음으로, 도 2를 참조하여 연료전지시스템(10)의 차내 레이아웃을 설명하기로 한다. 설명의 편의성을 위하여, 연료전지스택(20), 에어컴프레서(42), 가습기(43), 희석기(50), 머플러(51) 및 테일파이프(52)의 차내 레이아웃만을 도시하였고, 다른 장치들은 도 2에서 생략되어 있다. 도 1의 것과 동일한 참조 부호를 갖는 장치들은 동일한 장치들을 나타내며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
참조 부호 100은 연료전지차량을 나타낸다. 도면에서 좌측은 차량의 전방측이고, 도면에서 상측은 차량의 우측면이다.
가습기(43)에 형성되는 산화오프가스출구(43A)는 차량의 전방측을 향해 개방된다. 배출유로(45)는 산화오프가스출구(43A)에 연결되고 거의 U자형으로 굴곡되어, 상기 배출유로(45)가 차량의 전방측으로부터 상기 차량의 후방측을 향해 배향 되도록 한다. 상기 희석기(50)는 배출유로(45)의 하류측에 연결되고, 상기 머플러(51)는 그로부터 하류측에 연결된다. 상기 테일파이프(52)는 차량의 후방측을 향해 거의 직선형으로 배치된다.
상술된 구성에 의하면, 배출유로(45)가 거의 U자형으로 굴곡되어 있기 때문에, 가습기(43)로부터 하류측에 있는 배관시스템(테일파이프(52), 머플러(51), 희석기(50) 등)에 남아 있는 물이 배출유로(45)의 중간(굴곡점 부근)으로만 역류하여, 연료전지차량(100)의 전방측이 아래쪽으로 기울어져 정차되어 있는 경우에도, 물이 가습기(43)로 역류하지 않게 된다. 이에 따라, 가습기(43)의 동결로 인한 연료전지시스템(10)의 시동 실패를 피할 수 있게 된다. 상기 연료전지차량(100)의 전방측이 아래쪽으로 기울어져 정차되어 있을 때 가습기(43)로 물이 역류하는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 산화오프가스출구(43A)가 가습기(43)로부터 하류측에 있는 배관시스템(테일파이프(52), 머플러(51), 희석기(50) 등)보다 높은 위치에 제공될 수도 있다.
배출유로(45)는 거의 U자형으로 굴곡되어 있기 때문에, 가습기(43)로부터 배출되는 산화오프가스는 배출유로(45)에서 전달되는 과정에서 원심력에 의해 기체와 액체로 분리된다. 상기 가스로부터 분리되는 수분은 배출유로(45)의 벽면 주위에 남아 있으므로, 수분이나 수증기가 거의 없는 공기가 희석기(50)의 공기도입개구(50A) 안으로 유동한다. 수분이 공기도입개구(50A) 안으로 혼합되는 것은 희박하기 때문에, 안정된 공기도입량이 확보될 수 있고, 희석기(50)의 희석 성능이 개선될 수 있게 된다.
배출유로(45)의 형상이 거의 U자 형상으로 국한되는 것은 아니며, 예컨대 거의 V자 형상과 거의 정방형 U자 형상이 사용될 수도 있다는 점에 유의한다.
본 실시예에 따른 연료전지시스템(10)이 전력원으로서 연료전지차량에 탑재되는 일 예시가 상기 상세한 설명에 도시되어 있지만, 상기 연료전지시스템(10)은 전력원으로서 연료전지차량이 아닌 기타 이동체(로봇, 선박, 항공기 등)에 탑재될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 희석기로부터 배출되는 반응오프가스를 전달하기 위한 배출유로가 굴곡되어, 반응오프가스출구로부터 배출되는 반응오프가스가 차량의 전방측으로 유동된 다음, 차량의 후방측으로 유동되므로, 연료전지차량의 전방측이 아래쪽으로 기울어져 정차되어 있는 경우에도, 가습기로부터 하류측에 있는 관으로부터 상기 가습기로 물이 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다. 상기 가습기로부터 배출되는 반응오프가스는 배출유로 내에서 전달되는 과정에서 원심력에 의해 기체와 액체로 분리되기 때문에, 공기가 희석기 안으로 안정하게 도입될 수 있다. 이에 따라, 희석기의 희석 성능을 개선시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 연료전지차량에 있어서,
    반응가스의 공급을 받아 발전하기 위한 연료전지스택;
    상기 연료전지스택으로부터 배기되는 반응오프가스와 상기 반응가스를 그 사이에 수증기투과막을 개재시켜 전달함에 따라, 상기 반응오프가스와 상기 반응가스 간의 수분교환을 행하기 위한 가습기; 및
    상기 가습기로부터 배기되는 상기 반응오프가스를 차량의 외부로 배출하기 위한 배출유로를 포함하여 이루어지고,
    상기 차량의 전방측을 향해 개방되는 반응오프가스출구는 상기 가습기에 형성되고, 상기 배출유로는 상기 반응오프가스출구에 연결되어, 상기 반응오프가스출구로부터 배기되는 반응오프가스가 상기 차량의 전방측으로 유동한 다음 상기 차량의 후방측으로 유동하도록 굴곡되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응오프가스를 희석하기 위한 희석기를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 희석기는 상기 배출유로의 하류측에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응오프가스의 배출음을 죽이기 위한 머플러를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 머플러는 상기 배출유로의 하류측에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지차량.
KR1020097007720A 2006-10-26 2007-09-27 연료전지차량 KR101020225B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2006-00291729 2006-10-26
JP2006291729A JP4530176B2 (ja) 2006-10-26 2006-10-26 燃料電池車両

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090063262A true KR20090063262A (ko) 2009-06-17
KR101020225B1 KR101020225B1 (ko) 2011-03-07

Family

ID=39324400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097007720A KR101020225B1 (ko) 2006-10-26 2007-09-27 연료전지차량

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7897287B2 (ko)
JP (1) JP4530176B2 (ko)
KR (1) KR101020225B1 (ko)
CN (1) CN101472760B (ko)
DE (1) DE112007002277B4 (ko)
WO (1) WO2008050594A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4530176B2 (ja) * 2006-10-26 2010-08-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
KR101028023B1 (ko) * 2008-06-05 2011-04-13 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 배기 장치
JP5812379B2 (ja) * 2010-07-02 2015-11-11 スズキ株式会社 燃料電池車両の暖房装置
DE102015122144A1 (de) * 2015-12-17 2017-06-22 Volkswagen Ag Befeuchter mit integriertem Wasserabscheider für ein Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem sowie Fahrzeug mit einem solchen
CN109921063A (zh) * 2017-12-13 2019-06-21 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池空气增湿系统、燃料电池系统及车辆
CN110459783A (zh) * 2019-09-10 2019-11-15 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 一种燃料电池发动机空气控制系统

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000110541A (ja) * 1998-09-30 2000-04-18 Suzuki Motor Corp 自動車の排気系構造
US6641625B1 (en) * 1999-05-03 2003-11-04 Nuvera Fuel Cells, Inc. Integrated hydrocarbon reforming system and controls
DE10110419A1 (de) * 2000-03-08 2003-10-23 Honda Motor Co Ltd Brennstoffzellensystem
JP4470346B2 (ja) * 2001-01-18 2010-06-02 トヨタ自動車株式会社 車載用燃料電池システムおよび水素オフガス排出方法
JP4626097B2 (ja) * 2001-06-15 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 車載用燃料電池システム
CN1320678C (zh) * 2002-05-24 2007-06-06 上海神力科技有限公司 一种用于燃料电池的增湿装置
JP4140294B2 (ja) * 2002-07-05 2008-08-27 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4147924B2 (ja) * 2002-12-03 2008-09-10 日産自動車株式会社 燃料電池システム
CN101164806B (zh) * 2003-08-26 2010-06-09 丰田自动车株式会社 移动体
JP4622312B2 (ja) * 2003-08-26 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 車両
JP2005116368A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4507584B2 (ja) * 2003-12-15 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4084353B2 (ja) 2004-01-05 2008-04-30 昭和電工株式会社 リチウム電池用負極材用組成物の製造方法
JP4788989B2 (ja) * 2004-01-07 2011-10-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2005222833A (ja) * 2004-02-06 2005-08-18 Toyota Motor Corp 移動体
JP4993240B2 (ja) * 2004-03-17 2012-08-08 トヨタ自動車株式会社 制御装置
JP4506254B2 (ja) * 2004-04-16 2010-07-21 日産自動車株式会社 燃料電池システムの車両搭載構造
JP2005310653A (ja) * 2004-04-23 2005-11-04 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US20080110514A1 (en) * 2005-01-26 2008-05-15 Naohiro Yoshida Fuel Tank System
JP2007043846A (ja) * 2005-08-04 2007-02-15 Toyota Motor Corp 移動体
JP2007052936A (ja) * 2005-08-15 2007-03-01 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4844107B2 (ja) * 2005-12-02 2011-12-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4872331B2 (ja) * 2005-12-05 2012-02-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその停止方法
JP4677892B2 (ja) * 2005-12-07 2011-04-27 トヨタ自動車株式会社 ルーツ型ポンプおよび燃料電池システム
JP5041272B2 (ja) * 2005-12-12 2012-10-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体
JP5206918B2 (ja) * 2005-12-19 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5041266B2 (ja) * 2005-12-19 2012-10-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体
JP5168814B2 (ja) * 2006-04-19 2013-03-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および燃料電池システムを搭載する車両
JP4530176B2 (ja) * 2006-10-26 2010-08-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP4432958B2 (ja) * 2006-11-10 2010-03-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を搭載した移動体
JP2008147139A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4830852B2 (ja) * 2006-12-28 2011-12-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5115016B2 (ja) * 2007-04-25 2013-01-09 株式会社豊田自動織機 燃料電池の排ガス処理装置
JP5214906B2 (ja) * 2007-05-11 2013-06-19 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4947299B2 (ja) * 2007-05-29 2012-06-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその温度制御方法
JP4386099B2 (ja) * 2007-06-07 2009-12-16 トヨタ自動車株式会社 加湿器及び燃料電池システム
JP2009016155A (ja) * 2007-07-04 2009-01-22 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置および燃料電池システム
GB2453127A (en) * 2007-09-26 2009-04-01 Intelligent Energy Ltd Fuel Cell System
US20100003577A1 (en) * 2008-07-04 2010-01-07 Tohru Eguchi Fuel gas supplying apparatus for fuel cell system
JP5206206B2 (ja) * 2008-08-01 2013-06-12 トヨタ紡織株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN101472760A (zh) 2009-07-01
US7897287B2 (en) 2011-03-01
JP2008109807A (ja) 2008-05-08
WO2008050594A1 (fr) 2008-05-02
DE112007002277T5 (de) 2009-09-10
KR101020225B1 (ko) 2011-03-07
CN101472760B (zh) 2011-06-22
US20090229899A1 (en) 2009-09-17
JP4530176B2 (ja) 2010-08-25
DE112007002277B4 (de) 2014-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101136501B1 (ko) 연료전지 시스템
US8722266B2 (en) Fuel cell system
CN101755355B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
US8652699B2 (en) Fuel cell system
CN101849313B (zh) 燃料电池系统
WO2008050881A1 (en) Fuel cell system
WO2009096229A1 (ja) 燃料電池システム
KR101020225B1 (ko) 연료전지차량
WO2008072483A1 (ja) 燃料電池システム
WO2008023521A1 (fr) Système à piles à combustible et corps en mouvement
KR100974761B1 (ko) 연료전지 하이브리드 차량의 연료전지 출력 제어 방법
EP1953857B1 (en) Fuel cell system
JP5105222B2 (ja) 燃料電池システム
JP5099580B2 (ja) 燃料電池システム
JP5151185B2 (ja) 燃料電池システムおよびその掃気処理方法
JP2013232407A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムのパージ制御方法
JP2008130441A (ja) 燃料電池システム
JP2008282778A (ja) 燃料電池システム、および燃料電池の掃気処理方法

Legal Events

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

Payment date: 20140204

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150130

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160127

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170202

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180220

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190219

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200219

Year of fee payment: 10