KR20090128552A - 연료전지시스템 - Google Patents

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KR20090128552A
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아츠시 이마이
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 발명은, 다음번의 확실한 연료전지시스템의 기동을 확보함과 동시에, 불필요하게 장기간 소기처리가 행하여지는 것을 억제하는 것이 가능한 연료전지시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은, 임피던스 비교부(150)는, 메모리(151)에 저장되어 있는 임피던스 기준값(ins)과, 측정 메모리(152)에 저장되어 있는 측정 임피던스를 비교함으로써, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 문턱값을 하회하였는지의 여부를 판단한다. 한편, SOC 비교부(170)는, 메모리(171)에 저장되어 있는 SOC 기준값과, SOC 메모리(172)에 저장되어 있는 검출 SOC를 비교하고, 검출 SOC가 SOC 기준값을 하회하고 있지 않은지를 판단한다. 소기 제어부(160)는, 이들 양 판단에 의거하여 소기 제어를 행한다.

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 있기 때문에, 시스템 정지 시에 소기 처리를 행함으로써 연료전지 내부에 고인 수분을 외부로 배출하는 방법이 제안되어 있다.
이와 같은 소기 처리를 행하기 위해서는 연료전지 이외의 에너지원이 필요하고, 에너지원으로서 커패시터나 배터리 등, 연료전지의 출력을 보조하는 축전장치가 이용된다.
그런데, 축전장치는, 애노드 소기 처리 이외에 연료전지시스템의 기동 시의 에너지원으로서도 이용된다. 이 때문에, 시스템 정지 후에 외기온이 저하하고, 연료전지시스템을 빙점 하 등의 저온 시에 기동할 필요가 생긴 경우에는, 애노드 소기 처리를 행한 것 등을 원인으로 하는 축전장치의 잔용량의 저하 때문에, 빙점 하 등의 저온 시에 연료전지시스템을 기동할 수 없다는 문제가 생기고 있었다.
이와 같은 문제를 해소하도록, 소기 처리를 개시한 후에, 커패시터나 배터리 등의 축전장치의 잔용량을 감시하고, 감시하고 있는 잔용량이 문턱값까지 저하한 경우에는, 애노드 소기 처리를 종료하여 다음번의 확실한 연료전지시스템의 기동을 확보한다는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1]
일본국 특개2006-202520호 공보
그러나, 상기한 바와 같이, 축전장치의 잔용량에만 의거하여 소기 처리를 종료할지의 여부를 판단한 것에서는, 예를 들면 연료전지의 잔수량이 적정하여도 필요 이상으로 장기간 소기 처리가 행하여지게 되어, 에너지 효율이 악화되거나, 연료전지의 전해질막이 지나치게 건조되는 등의 염려가 있다.
본 발명은 이상 설명한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 다음번의 확실한 연료전지시스템의 기동을 확보함과 동시에, 불필요하게 장기간 소기 처리가 행하여지는 것을 억제하는 것이 가능한 연료전지시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 연료전지시스템은, 연료전지와 축전장치를 구비하고, 시스템 내에 소정의 가스를 공급함으로써 소기 처리를 행하는 연료전지시스템에 있어서, 상기 연료전지의 잔수량을 검지하는 제 1 검지수단과, 상기 축전장치의 잔용량을 검지하는 제 2 검지수단과, 잔수량 기준값을 기억하는 제 1 기억수단과, 잔용량 기준값을 기억하는 제 2 기억수단과, 소기 처리 개시 후에 검지되는 상기 잔수량과 상기 잔수량 기준값과의 비교 결과, 또는 소기 처리 개시 후에 검지되는 상기 잔용량과 상기 잔용량 기준값과의 비교 결과에 의거하여, 당해 소기 처리를 종료할지의 여부를 제어하는 소기 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 축전장치의 잔용량 뿐만 아니라, 연료전지의 잔수량도 고려하여 소기 처리를 종료할지의 여부를 판단하기 때문에, 다음번의 확실한 연료전지시스템의 기동을 확보함과 동시에, 불필요하게 장기간 소기 처리가 행하여지는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 상기 구성에서는, 상기 잔수량 기준값은, 당해 시스템을 다음번 시동할 때에 필요한 수분량을 나타내는 잔수량 문턱값이고, 상기 잔용량 기준값은, 당해 시스템을 다음번 시동할 때에 필요한 전력량을 나타내는 잔용량 문턱값이고, 상기 소기 제어수단은, 상기 잔수량이 상기 잔수량 기준값을 하회한 경우, 또 상기 잔용량이 상기 잔용량 기준값을 하회한 경우에, 당해 소기 처리를 종료하는 형태가 바람직하다.
또한, 상기 구성에서는, 상기 잔용량 문턱값은, 당해 시스템을 다음번 시동할 때의 환경조건에 따라 다른 형태가 더욱 바람직하다.
또한, 상기 소정의 가스는, 상기 연료전지의 애노드에 공급하는 연료가스, 또는 상기 연료전지의 캐소드에 공급하는 산화가스이고, 상기 제 1 검지수단은, 상기 연료전지의 임피던스를 측정함으로써 상기 잔수량을 검지하는 형태이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음번의 확실한 연료전지시스템의 기동을 확보함과 동시에, 불필요하게 장기간 소기 처리가 행하여지는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 연료전지시스템의 구성을 나타내는 도,
도 2는 상기 실시형태에 관한 제어 유닛의 소기 제어기능을 나타내는 도,
도 3은 상기 실시형태에 관한 소기 시간과 측정 임피던스의 관계를 예시한 도,
도 4는 상기 실시형태에 관한 소기 제어처리를 나타내는 플로우차트,
도 5는 변형예 1에 관한 소기 제어처리를 나타내는 플로우차트,
도 6은 변형예 2에 관한 SOC 제어처리를 나타내는 플로우차트,
도 7은 상기 변형예에 관한 배터리의 SOC와 충방전 목표 파워의 관계를 예시한 도,
도 8은 상기 변형예에 관한 배터리의 SOC와 방전 파워 상한값의 관계를 예시한 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
A. 본 실시형태
< 전체 구성 >
도 1은 본 실시형태에 관한 연료전지시스템(100)을 탑재한 차량의 개략 구성이다.
또한, 이하의 설명에서는, 차량의 일례로서 연료전지 자동차(FCHV ; Fuel Cell Hybrid Vehicle)를 상정하나, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에도 적용 가능하다. 또, 차량 뿐만 아니라 각종 이동체(예를 들면, 선박이나 비행기, 로봇 등)나 정치형 연료전지시스템이나 모바일형 연료전지시스템에도 적용 가능하다.
이 차량은, 차륜(63L, 63R)에 연결된 동기 모터(61)를 구동력원으로 하여 주행한다. 동기 모터(61)의 전원은, 연료전지(40)나 배터리(20)이다. 이들 연료전지(40)나 배터리(20)로부터 출력되는 전력은, 인버터(60)로 3상 교류로 변환되고, 동기 모터(61)에 공급된다. 동기 모터(61)는 제동 시에 발전기로서도 기능할 수 있다.
이 차량은, 차륜(63L, 63R)에 연결된 동기 모터(61)를 구동력원으로 하여 주행한다. 동기 모터(61)의 전원은, 연료전지(40)나 배터리(20)이다. 이들 연료전지(40)나 배터리(20)로부터 출력되는 전력은, 인버터(60)로 3상 교류로 변환되고, 동기 모터(61)에 공급된다. 동기 모터(61)는 제동 시에 발전기로서도 기능할 수 있다.
연료전지(40)는, 공급되는 연료가스 및 산화가스로부터 전력을 발생하는 수단이고, 전해질막을 포함하는 MEA 등을 구비한 복수의 단(單) 셀을 직렬로 적층한 스택 구조를 가지고 있다. 구체적으로는, 고체 고분자형, 인산형, 용융 탄산염 형 등, 여러가지 타입의 연료전지를 이용할 수 있다.
냉각기구(70)는, 연료전지(40)를 냉각하는 장치이고, 냉각수를 가압하여 순환시키는 펌프, 냉각수의 열을 외부로 방열하는 열교환기(모두 도시 생략) 등을 구비하고 있다.
연료전지(40)에는, 공급되는 각 가스의 유량을 검출하는 유량센서(41), 연료전지측의 냉각수의 온도(FC 출구 온도)를 검출하는 온도센서(43)가 설치되어 있다.
배터리(축전장치)(20)는, 예를 들면 니켈 수소 배터리 등에 의해 구성된 충방전 가능한 2차 전지이고, 연료전지(40)의 출력을 보조하고, 연료전지(40)의 발전정지 시 등에 축적된 에너지를 동기 모터(61)나 차량 보조기계(50), FC 보조기계(51) 등에 공급함과 동시에, 다음번 시스템 기동 시의 에너지원으로서 이용된다. 배터리(20)의 SOC(State Of Charge ; 충방전상태)는, SOC 센서(21)에 의해 검출되고, 검출된 SOC는 제어 유닛(10)에서 관리된다. 또한, 니켈 수소 배터리 이외에도 여러가지 타입의 2차 전지를 적용할 수 있다. 또, 배터리(20) 대신, 2차 전지 이외의 충방전 가능한 축전기, 예를 들면 커패시터를 사용하여도 된다. 이 배터리(20)는, 연료전지(40)의 방전 경로에 삽입되고, 연료전지(40)와 병렬 접속되어 있다.
연료전지(40)와 배터리(20)는 인버터(60)에 병렬 접속되어 있고, 연료전지(40)로부터 인버터(60)로의 회로에는, 배터리(20)로부터의 전류 또는 동기 모터(61)에서 발전된 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드(42)가 설치되어 있다.
이와 같이, 병렬 접속된 연료전지(40) 및 배터리(20)의 양 전원의 적절한 출력 분배를 실현하기 위해서는 양 전원의 상대적인 전압차를 제어할 필요가 있다. 이와 같은 전압차를 제어하기 위하여, 배터리(20)와 인버터(60)의 사이에는 DC/DC 컨버터(30)가 설치되어 있다. DC/DC 컨버터(30)는, 직류의 전압 변환기이고, 배터리(20)로부터 입력된 DC 전압을 조정하여 연료전지(40)측으로 출력하는 기능, 연료전지(40) 또는 모터(61)로부터 입력된 DC 전압을 조정하여 배터리(20)측으로 출력 하는 기능을 구비하고 있다.
배터리(20)와 DC/DC 컨버터(30)의 사이에는, 차량 보조기계(50) 및 FC 보조기계(51)가 접속되고, 배터리(20)는 이들 보조기계의 전원이 된다. 차량 보조기계(50)란, 차량의 운전 시 등에 사용되는 여러가지 전력기기를 말하고, 조명기기, 공조기기, 유압펌프 등이 포함된다. 또, FC 보조기계(51)란, 연료전지(40)의 운전에 사용되는 여러가지 전력기기를 말하고, 연료가스나 개질 원료를 공급하기 위한 펌프, 개질기의 온도를 조정하는 히터 등이 포함된다.
상기한 각 요소의 운전은, 제어 유닛(10)에 의해 제어된다. 제어 유닛(10)은, 내부에 CPU, RAM, ROM 등을 구비한 마이크로컴퓨터로서 구성되어 있다. 제어 유닛(10)은, 요구 동력에 따른 전력이 공급되도록, 연료전지(40) 및 DC/DC 컨버터(30)의 운전을 제어한다. 또, 제어 유닛(10)에는, 액셀러레이터 페달 센서(11), SOC 센서(21), 유량센서(41), 온도센서(43), 외기 온도를 검출하는 외기 온도센서(44), 차속을 검출하는 차속센서(62) 등으로부터, 여러가지 센서신호가 입력된다. 제어 유닛(10)은, 이들 신호에 의거하여, 당해 시스템을 중추적으로 제어함 과 동시에, 배터리(20)의 SOC를 항시 파악한다.
또한, 제어 유닛(10)에는 이그니션 스위치(IG 스위치)(45)가 접속되어 있다. 제어 유닛(10)은, 이 IG 스위치(45)의 온/오프 조작을 검출하고, 검출 결과에 따라 발전 개시/정지의 제어를 행한다.
이와 같은 구성을 가지는 연료전지시스템(100)에서는, 연료전지(40)의 임피던스를 측정함으로써 연료전지(40)의 수분상태(즉 잔수량)를 검출함과 동시에, SOC 센서(21)에 의해 배터리(20)의 SOC를 검출하고, 이들 양 파라미터에 의거하여 연료전지(40)의 수분상태를 적정하게 유지하는 소기 제어를 실현한다. 이하, 본 실시형태에 관한 소기 제어기능에 대하여 설명한다.
< 소기 제어기능의 설명 >
도 2는, 제어 유닛(10)의 소기 제어기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 제어 유닛(10)은, 임피던스 연산부(140), 임피던스 비교부(150), 소기 제어부(160), SOC 비교부(170)를 구비하고 있다.
소기 제어부(소기 제어수단)(160)는, IG 스위치(45)가 오프되고, IG 스위치(45)로부터 연료전지(40)의 발전 정지 명령을 수취하면, 소기 처리를 개시한다.
구체적으로는, 연료전지(40)나 배관(도시 생략) 등에 잔류하는 수분을 저감하기 위하여, 연료전지(40)의 캐소드에 저습도의 산화가스, 또는 연료전지(40)의 애노드에 저습도의 연료가스를 공급함으로써 소기 처리를 행한다. 단, 이와 같은 소기 처리는 어디까지나 일례이며, 당해 시스템에 잔류하는 수분을 저감할 수 있는 것이면, 어떠한 방법을 채용하여도 된다.
한편, 임피던스 연산부(제 1 검지수단)(140)는, 소기 처리가 개시되면, 간헐적으로 임피던스 측정을 행하고, 소기 개시로부터의 시간(이하, 소기시간)과 측정 임피던스의 쌍[도 3에 나타내는(t, in) = (t1, in1), (t2, in2) 등]을 측정 메모리(152)에 차례로 저장하여 간다.
임피던스 비교부(150)는, 메모리(제 1 기억수단)(151)에 저장되어 있는 임피던스 기준값(ins)(잔수량 기준값 ; 도 3 참조)과, 측정 메모리(152)에 저장되어 있 는 측정 임피던스를 비교함으로써, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 문턱값을 하회하였는지의 여부를 판단한다. 이 임피던스 기준값(ins)은, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 지나치게 저감하지 않도록(즉, 전해질막이 지나치게 건조하지 않도록) 설치한 기준값이고, 당해 시스템을 다음번 시동할 때에 필요한 수분량을 나타내는 잔수량 문턱값을 나타내는 것이다. 또한, 임피던스 기준값(ins)은, 미리 실험 등에 의해 구해진다. 임피던스 비교부(150)는, 측정 임피던스가 임피던스 기준값(ins)을 넘어 있음으로써, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 문턱값을 하회하였다고 판단되면, 소기 처리를 종료하여야 한다는 취지를 소기 제어부(160)에 통지한다.
한편, 임피던스 비교부(150)는, 측정 임피던스가 임피던스 기준값(ins)을 하회하고 있음으로써, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 아직 문턱값을 하회하고 있지 않다고 판단되면, SOC 비교를 행하여야 한다는 취지를 SOC 비교부(170)에 통지한다.
SOC 센서(제 2 검지수단)(21)는, 소기 처리가 개시되면, 간헐적으로 배터리(20)의 SOC를 검출하고, 검출한 배터리(20)의 SOC(이하, 검출 S0C)를 S0C 메모리(172)에 차례로 저장하여 간다.
SOC 비교부(170)는, 임피던스 비교부(150)로부터의 통지에 따라, 메모리(제 2 기억수단)(171)에 저장되어 있는 SOC 기준값(잔용량 기준값)과, SOC 메모리(172)에 저장되어 있는 검출 SOC를 비교하여, 검출 SOC가 SOC 기준값을 하회하고 있지 않은지를 판단한다. 이 SOC 기준값은, 당해 시스템을 정지한 후, 당해 시스템을 다음번 시동할 때에 필요한 전력량을 나타내는 잔용량 문턱값을 나타내는 것으로, 미리 실험 등에 의해 구해진다. SOC 비교부(170)는, 검출 SOC가 SOC 기준값을 하회하고 있는 경우에는, 소기 처리를 종료해야 한다는 취지를 소기 제어부(160)에 통지한다. 또한, SOC 기준값은 고정값으로 하여도 되나, 예를 들면 외기 온도센서(44)에 의해 검출되는 외기 온도(환경조건)에 따라 SOC 기준값을 바꾸도록 하여도 된다.
소기 제어부(소기 제어수단)(160)는, 상기한 바와 같이, IG 스위치(45)로부터 연료전지(40)의 발전 정지 명령을 수취함으로써 소기 처리를 개시하는 한편, 임피던스 비교부(150) 또는 S0C 비교부(170)로부터의 통지에 따라 소기 처리를 종료한다. 소기 처리의 구체적인 제어는, 연료전지(40)에 공급하는 산화가스나 연료가스의 공급량, 바이패스 밸브(도시 생략)의 밸브 개방도 등을 조정함으로써 실현된다. 이상 설명한 구성에 의하여 연료전지시스템(100)에 잔존하는 수분량을 적정하게 유지하는 소기 제어를 실현하는 것이 가능해진다. 이하, 본 실시형태에 관한 소기 제어처리에 대하여 설명한다.
< 동작설명 >
도 4는, 제어 유닛(10)에 의해 실행되는 소기 제어처리를 나타내는 플로우차트이다.
소기 제어부(160)는, IG 스위치(45)로부터 연료전지(40)의 발전 정지 명령[즉, IG 스위치(45)의 오프 지령]을 수취하면, 이 발전 정지 명령을 트리거로 하여 소기 처리를 개시한다(단계 S100 → 단계 S200). 임피던스 연산부(140)는, 소기 제어부(160)에 의해 소기 처리가 개시되면, 간헐적으로 임피던스 측정을 행하고 (단계 S300), 소기 시간과 측정 임피던스의 쌍[도 3에 나타내는 (t, in)=(t1, in1), (t2, in2) 등]을 측정 메모리(152)에 차례로 저장하여 간다.
한편, 임피던스 비교부(150)는, 메모리(151)에 저장되어 있는 임피던스 기준값(ins)(도 3 참조)과, 측정 메모리(152)에 저장되어 있는 측정 임피던스를 비교 함으로써, 연료전지(40)에 잔존하는 수분량이 문턱값을 하회하였는지를 판단한다 (단계 S400). 상기한 바와 같이, 임피던스 기준값(ins)은, 당해 시스템에 잔존하는 수분량의 문턱값을 나타내는 것이다. 임피던스 비교부(150)는, 측정 임피던스가 임피던스 기준값(ins)을 넘어 있음으로써, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 문턱값을 하회하였다고 판단되면(단계 S400 ; YES), 소기 처리를 종료하여야 한다는 취지를 소기 제어부(160)에 통지한다(단계 S600). 소기 제어부(160)는, 임피던스 비교부(150)로부터의 통지에 의거하여, 산화가스나 연료가스의 공급을 정지하는 등으로 하여 소기 처리를 종료한다.
한편, 임피던스 비교부(150)는, 측정 임피던스가 임피던스 기준값(ins)을 하회하고 있음으로써, 당해 시스템에 잔존하는 수분량이 아직 문턱값을 하회하고 있지 않다고 판단되면(단계 S400 ; NO), SOC 비교를 행하여야 한다는 취지를 SOC 비교부(170)에 통지한다.
SOC 비교부(170)는, 임피던스 비교부(150)로부터의 통지에 따라, 메모리(171)에 저장되어 있는 SOC 기준값과, SOC 메모리(172)에 저장되어 있는 검출 SOC를 비교하여, 검출 SOC가 SOC 기준값을 하회하고 있지 않은지를 판단한다(단계 S500). 상기한 바와 같이, SOC 기준값은, 당해 시스템을 정지한 후, 다음번, 연료전지(40)를 기동할 때에 필요한 전력량을 확보하기 위한 문턱값을 나타내는 것이다. SOC 비교부(170)는, 검출 SOC가 기준값을 하회하고 있지 않은 경우에는(단계 S500 ; NO), 단계 S300으로 되돌아가고, 임피던스 비교를 행하여야 한다는 취지를 임피던스 비교부(150)에 통지한다.
한편, SOC 비교부(170)는, 검출 SOC가 SOC 기준값을 하회하고 있는 경우에는(단계 S500 ; YES), 소기 처리를 종료하여야 한다는 취지를 소기 제어부(160)에 통지한다(단계 S600). 소기 제어부(160)는, 임피던스 비교부(150)로부터의 통지에 의거하여, 산화가스나 연료가스의 공급을 정지하는 등으로 하여 소기 처리를 종료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 임피던스 측정에 의해 검출되는 당해 시스템의 잔수량과, SOC 센서에 의해 검출되는 배터리의 SOC에 의거하여, 소기 처리를 종료하여야 하는지의 여부를 판단하기 때문에, 다음번의 확실한 연료전지시스템의 기동을 확보함과 동시에, 불필요하게 장기간 소기 처리가 행하여지는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
B. 변형예
< 변형예 1 >
상기한 본 실시형태에서는, IG 스위치(45)가 오프되기 전의 연료전지(40)의 운전상태에 대하여 특별히 언급하지 않았으나, 당해 IG 스위치(45)가 오프되기 전의 연료전지(40)의 운전상태(운전 모드)에 따라 소기제어를 바꾸도록 하여도 된다.
도 5는, 변형예 1에 관한 소기 제어처리를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 5에 나타내는 소기 제어처리는, 도 4에 나타내는 소기 제어처리에 대하여 단계 S100a, S100b를 부가한 것이다. 그 밖의 단계는 도 4와 동일하기 때문에, 대응하는 단계에는 동일부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.
소기 제어부(160)는, IG 스위치(45)로부터 연료전지(40)의 발전 정지 명령[즉, IG 스위치(45)의 오프 지령]을 수취하면, 이 지령에 따라 연료전지(40)의 발전을 정지함과 동시에, 당해 발전을 정지하기까지의 연료전지(40)의 운전 모드를 확인한다(단계 S100 → 단계 S100a). 연료전지(40)의 운전 모드는, 통상 운전 모드와 저온 운전 모드의 2종류가 존재한다. 저온 운전 모드란, 저온 환경 하에서의 시동성의 향상을 목적으로 한 제어(함수량 제어나 전해질막의 건조 제어 등)를 실시하는 운전 모드를 말하고, 통상 운전 모드란, 저온 모드 이외의 운전 모드를 말한다.
이들 2종류의 운전 모드의 변환은, 외기 온도 센서(44)에 의해 검출되는 외기 온도에 의거하여 행하여진다. 상세하게 설명하면, 제어 유닛(10)은, 검출되는 외기 온도가 문턱값을 넘어 있는 경우에는 통상 운전 모드로 운전을 행하는 한편, 당해 외기 온도가 문턱값 이하가 되면 저온 운전 모드로 운전을 행한다. 또한, 설정되는 문턱값은, 미리 실험 등에 의해 구하면 된다. 또, 이것 대신(또는 아울러) 유저에 의한 저온 스위치(도시 생략)의 조작에 의거하여 운전 모드를 변환하도록 하여도 된다.
소기 제어부(160)는, 단계 S100a에서 통상 운전 모드로 설정되어 있다고 판 단되면, 저온 시동이 아닌 통상 시동을 고려한 통상 소기 처리를 행한 후(단계 S100b), 소기 처리를 종료한다(단계 S600). 또한, 통상 소기 처리란, 배터리(20)의 SOC를 고려하지 않고, 설정시간만 소기를 행하는 처리를 말한다.
한편, 소기 제어부(160)는, 단계 S100a에서 저온 운전 모드로 설정되어 있다고 판단되면, 저온 시동을 고려한 저온 소기 처리를 행한 후(단계 S200∼단계 S500), 소기 처리를 종료한다(단계 S600). 또한, 저온 소기 처리에 관한 상세한 것은, 본 실시형태에서 그 상세를 분명하게 하였기 때문에, 더 이상의 설명은 생략한다. 이상 설명한 바와 같이, 변형예 1에 관한 구성에 의하면, 연료전지(40)의 운전 모드에 따른 최적의 소기 제어를 실현하는 것이 가능하게 된다.
< 변형예 2 >
상기한 변형예 1에서는, 배터리(20)의 SOC에 대하여 특별히 언급하지 않았으나, 연료전지(40)의 운전 모드에 따라 배터리(20)의 SOC의 제어를 바꾸도록 하여도 된다.
도 6은, 변형예 2에 관한 SOC 제어처리를 나타내는 플로우차트이다. 이 SOC 제어처리는, 연료전지(40)를 운전하고 있는 사이에 제어 유닛(10)에 의해 간헐적으로 실행된다.
제어 유닛(10)은, 먼저, 당해 시점에서의 연료전지(40)의 운전 모드를 확인한다(단계 S200). 제어 유닛(10)은, 통상 운전 모드로 설정되어 있다고 판단되면, 통상 운전 시의 배터리(20)의 SOC 제어를 행하는 한편(단계 S220), 저온 운전 모드로 설정되어 있다고 판단되면, 저온 운전 시의 배터리(20)의 SOC 제어를 행한다(단 계 S210).
도 7은, 각 운전 모드에서의 배터리의 SOC와 배터리의 충방전 목표 파워의 관계를 예시한 도면이고, 도 8은, 각 운전 모드에서의 배터리의 SOC와 배터리의 방전 파워 상한값의 관계를 예시한 도면이다. 또한, 도 7 및 도 8에서는, 통상 운전 모드의 그래프를 일점 쇄선으로 나타내고, 저온 운전 모드의 그래프를 실선으로 나타낸다.
변형예 1에서 설명한 바와 같이, 저온 운전 모드로 운전하는 경우에는, 저온환경 하에서의 다음번 시동이 전제가 된다. 따라서, 저온 운전 모드로 운전하는 경우에는, 저온 환경 하에서의 다음번 시동에 필요한 배터리의 SOC를 확보할 필요가 있기 때문에, 도 7에 나타내는 바와 같이, 통상 운전 모드에서의 배터리(20)의 SOC의 제어값보다, 저온 운전 모드에서의 배터리(20)의 SOC의 제어값의 쪽이 높아진다(도 7에 나타내는 SOC1, SOC2 참조). 한편, 배터리(20)의 방전 파워 상한값에대해서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 통상 운전 모드에서의 배터리(20)의 방전 파워 상한값보다, 저온 운전 모드에서의 배터리(20)의 방전 파워 상한값의 쪽이 낮아진다(도 8에 나타내는 Pb1, Pb2 참조). 이와 같이, 배터리(20)의 SOC 제어를 행함으로써, 저온 환경 하에서도 연료전지시스템을 확실하게 시동할 수 있다.
<변형예 3>
상기한 본 실시형태에서는, 소기 처리 시에 연료전지에 공급하는 가스로서 산화가스나 연료가스를 예시하였으나, 질소가스 등, 임피던스 측정 가능한 모든 기체에 적용 가능하다.

Claims (4)

  1. 연료전지와 축전장치를 구비하고, 시스템 내에 소정의 가스를 공급함으로써 소기 처리를 행하는 연료전지시스템에 있어서,
    상기 연료전지의 잔수량을 검지하는 제 1 검지수단과,
    상기 축전장치의 잔용량을 검지하는 제 2 검지수단과,
    잔수량 기준값을 기억하는 제 1 기억수단과,
    잔용량 기준값을 기억하는 제 2 기억수단과,
    소기 처리 개시 후에 검지되는 상기 잔수량과 상기 잔수량 기준값과의 비교결과, 또는 소기 처리 개시 후에 검지되는 상기 잔용량과 상기 잔용량 기준값과의 비교 결과에 의거하여, 당해 소기 처리를 종료할지의 여부를 제어하는 소기 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잔수량 기준값은, 당해 시스템을 다음번 시동할 때에 필요한 수분량을 나타내는 잔수량 문턱값이고,
    상기 잔용량 기준값은, 당해 시스템을 다음번 시동할 때에 필요한 전력량을 나타내는 잔용량 문턱값이고,
    상기 소기 제어수단은, 상기 잔수량이 상기 잔수량 기준값을 하회한 경우, 또는 상기 잔용량이 상기 잔용량 기준값을 하회한 경우에, 당해 소기 처리를 종료 하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 잔용량 문턱값은, 당해 시스템을 다음번 시동할 때의 환경조건에 따라 다른 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 가스는, 상기 연료전지의 애노드에 공급하는 연료가스, 또는 상기 연료전지의 캐소드에 공급하는 산화가스이고,
    상기 제 1 검지수단은, 상기 연료전지의 임피던스를 측정함으로써 상기 잔수량을 검지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
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KR101452837B1 (ko) * 2012-04-30 2014-10-23 엘아이지넥스원 주식회사 캠핑트레일러에 전원을 공급하기 위한 연료전지 시스템 및 그 방법

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