KR20100020525A - 연료전지시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

연료전지와, 반응가스 공급장치와, 연료전지가 발전 일시정지 상태에 있을 때에 각종 기기에 전력을 공급하는 축전장치를 구비하고, 소정의 전류지령값에 의거하여 반응가스 공급장치를 구동하여 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템이다. 이러한 연료전지시스템은, 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고 또한 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 이상인 경우에, 전류지령값이 물수지 영전류값 미만인지의 여부를 판정하고, 긍정적인 판정이 얻어진 경우에 연료전지의 발전상태를 발전 일시정지 상태로 이행시키는 제어장치를 구비한다.

Description

연료전지시스템 및 그 제어방법{FUEL CELL SYSTEM AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은, 연료전지시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래부터, 반응가스(연료가스 및 산화가스)의 공급을 받아 발전을 행하는 연료전지를 구비한 연료전지시스템이 실용화되어 있다. 연료전지시스템으로 발전을 행하면, 전기화학반응에 의하여 연료전지의 내부에서 수분이 생성된다. 빙점하(氷點下) 등의 저온 환경 하에서는, 연료전지 내에 수분이 체류한 상태에서 연료전지를 정지하고 방치하면, 수분의 동결에 의하여 다음번 시동시의 시동 성능이 저하하는 경우가 있다. 이 때문에, 현재에서는, 연료전지 내의 수분량을 저하시키기 위한 기술이 여러가지 제안되어 있다.
한편, 연료전지에서 효율적으로 발전을 행하기 위해서는, 연료전지를 구성하는 전해질막의 습윤상태를 유지할 필요가 있다. 이 때문에, 최근에는, 연료전지의 함수량(含水量) 제어가 필요한 상황에서 연료전지의 발전을 강제적으로 계속시킴으로써, 연료전지의 습윤상태를 유지하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개2005-26054호 공보 참조).
그런데, 연료전지시스템에는, 연료전지에 반응가스를 공급하기 위한 반응가스 공급장치(예를 들면, 산화가스로서의 공기를 공급하는 에어컴프레서)가 설치되어 있다. 종래는, 소정의 전류지령값에 의거하여 이러한 반응가스 공급장치를 구동 제어하여 연료전지에 반응가스를 공급함으로써, 발전을 행하고 있었다.
그러나, 상기한 일본국 특개2005-26054호 공보에 기재된 것과 같은 종래의 연료전지시스템에서는, 전류지령값이 물수지 영전류값(연료전지 내의 물수지가 영이 될 때의 전류값)을 하회하는 저전류 발전영역에서, 반응가스 공급장치의 기계적인 제약에 의하여 일정량의 반응가스가 연료전지에 공급되어, 연료전지가 과건조 상태가 될 우려가 있었다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 에어컴프레서 등의 반응가스 공급장치를 구동하여 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템에서, 연료전지의 과건조를 억제하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 연료전지시스템은, 연료전지와, 반응가스 공급장치와, 연료전지가 발전 일시정지 상태에 있을 때에 각종 기기에 전력을 공급하는 축전장치를 구비하고, 소정의 전류지령값에 의거하여 반응가스 공급장치를 구동하여 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템에 있어서, 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 이상인 경우에, 전류지령값이 물수지 영전류값 미만인지의 여부를 판정하고, 긍정적인 판정이 얻어진 경우에 연료전지의 발전상태를 발전 일시정지 상태로 이행시키는 제어장치를 구비하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 제어방법은, 연료전지와, 반응가스 공급장치와, 연료전지가 발전 일시정지 상태에 있을 때에 각종 기기에 전력을 공급하는 축전장치를 구비하고, 소정의 전류지령값에 의거하여 반응가스 공급장치를 구동하여 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템의 제어방법에 있어서, 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 이상인 경우에, 전류지령값이 물수지 영전류값 미만인지의 여부를 판정하는 제 1 공정과, 이 제 1 공정에서 긍정적인 판정이 얻어진 경우에, 연료전지의 발전상태를 발전 일시정지 상태로 이행시키는 제 2 공정을 구비하는 것이다.
이러한 구성 및 방법에 의하면, 연료전지가 건조하고(함수량이 소정의 문턱값 미만이다), 축전장치의 충전량이 비교적 많으며(소정의 문턱값 이상이다), 또한, 전류지령값이 낮은(물수지 영전류값 미만이다) 경우에, 연료전지의 발전상태를 발전 일시정지 상태로 이행시킬 수 있다. 따라서, 기계적인 제약에 의하여 반응가스 공급장치로부터 공급되는 반응가스의 유량을 소정의 하한 유량 이하로 설정할 수 없는 경우에도, 연료전지가 건조하는 조건 하에서 반응가스 공급장치를 자동적으로 정지시키고, 연료전지에 대한 반응가스의 공급을 일시적으로 정지할 수 있다. 이 결과, 연료전지의 과건조를 억제할 수 있다. 또한, 「발전상태」란, 연료전지가 계속적으로 발전을 행하고 있는 상태를 의미하고, 「발전 일시정지 상태」란, 연료전지에 의한 발전을 일시적으로 정지한 상태를 의미한다.
상기 연료전지시스템에서, 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 미만인 경우에, 전류지령값을 물수지 영전류값 이상으로 설정한 상태에서 연료전지의 발전상태를 유지하는 제어장치를 채용할 수 있다.
또, 상기 연료전지시스템의 제어방법에서, 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 미만인 경우에, 전류지령값을 물수지 영전류값 이상으로 설정한 상태에서 연료전지의 발전상태를 유지하는 제 3 공정을 구비할 수 있다.
이러한 구성 및 방법을 채용하면, 연료전지가 건조하고(함수량이 소정의 문턱값 미만이다), 또한, 축전장치의 충전량이 적은(소정의 문턱값 미만이다) 경우에, 전류지령값을 물수지 영전류값 이상으로 설정한 상태에서 연료전지의 발전상태를 유지할 수 있다. 따라서, 연료전지의 과건조를 억제함과 동시에, 축전장치의 충전을 실현시킬 수 있다.
또, 상기 연료전지시스템에서, 연료전지에 산화가스를 공급하는 에어컴프레서를 반응가스 공급장치로서 채용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 에어컴프레서 등의 반응가스 공급장치를 구동하여 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템에 있어서, 연료전지의 과건조를 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 연료전지시스템의 구성도,
도 2는 연료전지의 전류값과 에어컴프레서로부터 공급되는 에어 유량의 관계를 나타내는 맵,
도 3은 연료전지의 전류값과 연료전지 내의 물수지의 관계를 나타내는 맵,
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 연료전지시스템의 제어방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관한 연료전지시스템(1)에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 본 발명을 연료전지 차량의 차량 탑재 발전시스템에 적용한 예에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 연료전지시스템(1)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반응가스(산화가스 및 연료가스)의 공급을 받아 전력을 발생하는 연료전지(2)와, 연료전지(2)에 산화가스로서의 공기를 공급하는 산화가스 배관계(3)와, 연료전지(2)에 연료가스로서의 수소가스를 공급하는 수소가스 배관계(4)와, 시스템의 전력을 충방전하는 전력계(5)와, 시스템 전체를 통합 제어하는 제어장치(6)를 구비하고 있다.
연료전지(2)는, 예를 들면 고체고분자 전해질형으로 구성되고, 다수의 단전지를 적층한 스택구조를 구비하고 있다. 연료전지(2)의 단전지는, 이온 교환막으로 이루어지는 전해질의 한쪽 면에 공기극을 가지고, 다른쪽 면에 연료극을 가지며, 또한 공기극 및 연료극을 양쪽에서 끼우도록 한 쌍의 세퍼레이터를 가지고 있다. 한쪽의 세퍼레이터의 연료가스 유로에 연료가스가 공급되고, 다른쪽의 세퍼레이터의 산화가스 유로에 산화가스가 공급되며, 이 가스 공급에 의하여 연료전지(2)는 전력을 발생한다. 연료전지(2)에는, 단전지를 구성하는 전해질에 포함되는 수분의 양(함수량)을 검출하는 함수량 센서(2a)가 설치되어 있다. 함수량 센서(2a)에서 검출된 함수량에 관한 정보는 제어장치(6)에 입력되고, 연료전지(2) 내의 발전 제어에 이용된다.
산화가스 배관계(3)는, 연료전지(2)에 공급되는 산화가스가 흐르는 공기 공급 유로(11)와, 연료전지(2)로부터 배출된 산화 오프 가스가 흐르는 배기 유로(12)를 가지고 있다. 공기 공급 유로(11)에는, 필터(13)를 거쳐 산화가스를 도입하는 에어컴프레서(14)와, 에어컴프레서(14)에 의하여 압송되는 산화가스를 가습하는 가습기(15)가 설치되어 있다. 배기 유로(12)를 흐르는 산화 오프 가스는, 배압 조정 밸브(16)를 통과하여 가습기(15)에서 수분 교환에 제공된 후, 도시 생략한 희석기에서 수소 오프 가스와 합류하여 수소 오프 가스를 희석하고, 최종적으로 배기 가스로서 시스템 밖의 대기 중에 배기된다. 에어컴프레서(14)는, 본 발명에서의 반응가스 공급장치의 일 실시형태에 상당하는 것이다.
본 실시형태에서는, 제어장치(6)가, 소정의 전류지령값에 의거하여 에어컴프레서(14)를 구동 제어함으로써, 연료전지(2)에 공급되는 공기의 유량(에어 유량)을 조정한다. 이때, 에어컴프레서(14)의 기계적인 제약에 의하여, 도 2에 나타내는 바와 같이, 에어컴프레서(14)로부터 연료전지(2)로 공급되는 에어 유량을 소정의 하한 유량(QU) 이하로 설정할 수는 없게 되어 있다. 전류지령값이 저하하여 에어컴프레서(14)로부터 공급되는 에어 유량이 하한 유량(QU)에 도달하면, 도 3에 나타내는 바와 같이 연료전지(2) 내의 물수지는 영(零) 내지 음(-)이 되기 때문에, 이와 같은 저전류 발전이 장시간 계속되면, 연료전지(2)의 건조가 진행되게 된다. 또한, 에어컴프레서(14)로부터 공급되는 에어 유량이 하한 유량(QU)이 되는 전류값의 최대값은, 연료전지(2)의 물수지가 영이 되는 전류값[물수지 영전류값(I0)]이다.
수소가스 배관계(4)는, 수소공급원(21)과, 수소공급원(21)으로부터 연료전지(2)에 공급되는 수소가스가 흐르는 수소공급 유로(22)와, 연료전지(2)로부터 배출된 수소 오프 가스(연료 오프 가스)를 수소공급 유로(22)의 합류점(A1)으로 되돌리기 위한 순환유로(23)와, 순환유로(23) 내의 수소 오프 가스를 수소공급 유로(22)로 압송하는 수소펌프(24)와, 순환유로(23)에 분기 접속된 배기 배수 유로(25)를 가지고 있다.
수소공급원(21)은, 예를 들면 고압 탱크나 수소 흡장 합금 등으로 구성되고, 소정 압력(예를 들면 35 MPa 또는 70 MPa)의 수소가스를 저류 가능하게 구성되어 있다. 또한, 탄화수소계의 연료로부터 수소 농후한 개질(改質)가스를 생성하는 개질기와, 이 개질기에서 생성한 개질가스를 고압상태로 하여 축압하는 고압 가스 탱크로부터 수소공급원(21)을 구성하여도 된다. 또, 수소 흡장 합금을 가지는 탱크를 수소공급원(21)으로서 채용할 수도 있다.
수소공급 유로(22)에는, 수소공급원(21)으로부터의 수소가스의 공급을 차단 또는 허용하는 차단 밸브(26)와, 수소가스의 압력을 조정하는 레귤레이터(27)와, 연료전지(2)에 대한 수소가스의 공급 압력·유량 등을 조정하는 전자구동식의 개폐 밸브(28)가 설치되어 있다. 차단 밸브(26)를 개방하면, 수소공급원(21)으로부터 수소공급 유로(22)로 수소가스가 유출된다. 수소가스는, 레귤레이터(27)나 개폐 밸브(28)에 의하여 최종적으로 예를 들면 200 kPa 정도까지 감압되어, 연료전지(2)에 공급된다. 차단 밸브(26) 및 개폐 밸브(28)의 동작은 제어장치(6)에 의하여 제어된다.
순환유로(23)에는, 기액분리기(30) 및 배기 배수 밸브(31)를 거쳐, 배기 배수 유로(25)가 접속되어 있다. 기액분리기(30)는, 수소 오프 가스로부터 수분을 회수하는 것이다. 배기 배수 밸브(31)는, 제어장치(6)로부터의 지령에 의하여 작동함으로써, 기액분리기(30)에서 회수한 수분과, 순환유로(23) 내의 불순물을 함유하는 수소 오프 가스(연료 오프 가스)를 외부로 배출(퍼지)한다. 배기 배수 밸브(31) 및 배기 배수 유로(25)를 거쳐 배출되는 수소 오프 가스는, 도시 생략한 희석기에서 배기 유로(12) 내의 산화 오프 가스(공기)와 합류하여 희석된다. 또, 순환유로(23)에는, 순환유로(23) 내의 수소 오프 가스를 가압하여 수소공급 유로(22) 측으로 송출하는 수소펌프(24)가 설치되어 있다. 수소펌프(24)는, 도시 생략한 모터의 구동에 의하여, 순환계 내의 수소가스를 연료전지(2)로 순환 공급한다.
전력계(5)는, 고압 DC/DC 컨버터(61), 배터리(62), 트랙션 인버터(63), 트랙션 모터(64), 도시 생략한 각종 보조기계 인버터 등을 구비하고 있다. 고압 DC/DC 컨버터(61)는, 직류의 전압변환기이고, 배터리(62)로부터 입력된 직류전압을 조정하여 트랙션 인버터(63) 측으로 출력하는 기능과, 연료전지(2) 또는 트랙션 모터(64)로부터 입력된 직류전압을 조정하여 배터리(62)로 출력하는 기능을 가진다. 고압 DC/DC 컨버터(61)의 이들 기능에 의하여, 배터리(62)의 충방전이 실현된다. 또, 고압 DC/DC 컨버터(61)에 의하여, 연료전지(2)의 출력전압이 제어된다.
배터리(62)는, 도시 생략한 배터리 컴퓨터의 제어에 의하여, 잉여전력의 충전이나 트랙션 모터(64) 및 보조기계장치에 대한 전력 공급을 행하는 것이고, 본 발명에서의 축전장치의 일 실시형태이다. 배터리(62)는, 급가속시나 간헐 운전모드에 있어서의 전력 어시스트(각종 기기에 대한 전력 공급)를 행한다. 또한, 간헐 운전모드란, 예를 들면 아이들링시, 저속 주행시, 회생 제동시 등과 같은 저부하 운전시에 연료전지(10)의 발전을 일시적으로 휴지하고, 배터리(62)로부터 트랙션 모터(64) 등의 부하장치에 대한 전력 공급을 행하며, 연료전지(10)에는 개방단 전압을 유지할 수 있는 정도의 수소가스 및 공기의 공급을 간헐적으로 행하는 운전모드를 의미한다. 간헐 운전모드는, 본 발명에서의 발전 일시정지 상태에 상당한다. 배터리(62)로서는, 예를 들면, 니켈 수소전지나 리튬 이온전지를 채용할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 배터리(62)의 충전량(SOC : State of Charge)을 검출하는 SOC 센서(62a)가 설치되어 있다. SOC 센서(62a)에서 검출된 배터리(62)의 충전량에 관한 정보는, 제어장치(6)에 입력되고, 연료전지시스템(1)의 발전 제어에 사용된다.
트랙션 인버터(63)는, 직류전류를 3상 교류로 변환하고, 트랙션 모터(64)에 공급한다. 트랙션 모터(64)는, 예를 들면 3상 교류 모터이고, 연료전지시스템(1)이 탑재되는 차량의 주동력원을 구성한다. 보조기계 인버터는, 각 모터의 구동을 제어하는 전동기 제어부이고, 직류전류를 3상 교류로 변환하여 각 모터에 공급한다. 보조기계 인버터는, 예를 들면 펄스 폭 변조 방식의 PWM 인버터이고, 제어장치(6)로부터의 제어지령에 따라서 연료전지(2) 또는 배터리(62)로부터 출력되는 직류전압을 3상 교류 전압으로 변환하여, 각 모터에서 발생하는 회전 토오크를 제어한다.
제어장치(6)는, 차량에 설치된 가속 조작 부재(액셀러레이터 등)의 조작량을 검출하고, 가속요구값[예를 들면 트랙션 모터(64) 등의 부하장치로부터의 요구발전량] 등의 제어정보를 받아, 시스템 내의 각종 기기의 동작을 제어한다. 또한, 부하장치란, 트랙션 모터(64) 이외에, 연료전지(2)를 작동시키기 위하여 필요한 보조기계장치[예를 들면 에어컴프레서(14)나 수소펌프(24)의 모터 등], 차량의 주행에 관여하는 각종 장치(변속기, 차륜 제어장치, 조타장치, 현가장치 등)에서 사용되는 엑츄에이터, 탑승자 공간의 공기 조절장치(에어컨디셔너), 조명, 오디오 등을 포함하는 전력소비장치를 총칭한 것이다.
제어장치(6)는, 도시 생략한 컴퓨터 시스템에 의하여 구성되어 있다. 이러한 컴퓨터 시스템은, CPU, ROM, RAM, HDD, 입출력 인터페이스 및 디스플레이 등을 구비하는 것이고, ROM에 기록된 각종 제어 프로그램을 CPU가 판독하여 실행함으로써, 각종 제어 동작이 실현되도록 되어 있다.
구체적으로는, 제어장치(6)는, 도시 생략한 액셀러레이터 센서에서 검출한 액셀러레이터 조작량에 의거하여, 연료전지(2)의 전류지령값(목표 전류값)을 산출한다. 그리고, 제어장치(6)는, 산출한 전류지령값에 의거하여 에어컴프레서(14)나 개폐 밸브(28)를 구동 제어함으로써, 연료전지(2)에 공급되는 반응가스(산화가스로서의 공기 및 연료가스로서의 수소가스)의 유량을 조정한다. 이것에 의하여, 제어장치(6)는, 부하장치로부터의 요구발전량에 따른 발전을 행한다. 이와 같이 연료전지(2)가 부하장치에 대한 전력 공급을 위하여 발전을 계속적으로 행하는 운전모드를 통상 운전모드라 칭하는 것으로 한다. 통상 운전모드는, 본 발명에서의 발전상태에 상당한다.
또, 제어장치(6)는, 함수량 센서(2a)를 사용하여 검출한 연료전지(2)의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, SOC 센서(62a)를 사용하여 검출한 배터리(62)의 축전량이 소정의 문턱값 미만인 경우에, 전류지령값을 물수지 영전류값(I0)(도 2 및 도 3) 이상으로 설정한 상태에서 통상 운전모드를 유지한다. 이것에 의하여, 연료전지(2)의 과건조를 억제할 수 있다.
한편, 제어장치(6)는, 함수량 센서(2a)를 사용하여 검출한 연료전지(2)의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, SOC 센서(62a)를 사용하여 검출한 배터리(62)의 축전량이 소정의 문턱값 이상인 경우에, 전류지령값이 물수지 영전류값(I0) 미만인지의 여부를 판정한다. 그리고, 제어장치(6)는, 전류지령값이 물수지 영전류값(I0) 미만이라고 판정한 경우에, 연료전지(2)의 운전모드를 통상 운전모드에서 간헐 운전모드로 이행시킨다. 이것에 의하여, 에어컴프레서(14)의 구동에 의한 연료전지(2)에 대한 공기의 공급을 일시적으로 정지시킬 수 있기 때문에, 연료전지(2)의 과건조를 억제할 수 있다.
계속해서, 도 4의 플로우 차트를 이용하여, 연료전지시스템(1)의 제어방법에 대하여 설명한다.
연료전지시스템(1)의 통상 운전모드에서는, 수소공급원(21)으로부터 수소가스가 수소공급 유로(22)를 거쳐 연료전지(2)의 연료극에 공급됨과 동시에, 가습 조정된 공기가 공기 공급 유로(11)를 거쳐 연료전지(2)의 산화극에 공급됨으로써, 발전이 행하여진다. 이때, 연료전지(2)로부터 인출해야 할 전력(발전요구량)이 제어장치(6)에서 연산되고, 그 발전요구량에 따른 양의 수소가스 및 공기가 연료전지(2) 내에 공급되게 되어 있다. 본 실시형태에서는, 이러한 통상 운전모드에서의 연료전지(2)의 과건조를 억제한다.
먼저, 연료전지시스템(1)의 제어장치(6)는, 함수량 센서(2a)를 사용하여 검출한 연료전지(2)의 함수량이 소정의 문턱값 미만인지의 여부를 판정하고(함수량 판정 공정 : S1), 긍정적인 판정이 얻어진 경우에, SOC 센서(62a)를 사용하여 검출한 배터리(62)의 축전량이 소정의 문턱값 미만인지의 여부를 판정한다(축전량 판정 공정 : S2). 그리고, 제어장치(6)는, 축전량 판정 공정(S2)에서, 배터리(62)의 축전량이 소정의 문턱값 미만이라고 판정한 경우에, 전류지령값을 물수지 영전류값(I0) 이상으로 설정한 상태에서 통상 운전모드를 유지한다(발전량 조정 공정 : S3).
한편, 제어장치(6)는, 축전량 판정 공정(S2)에서, 배터리(62)의 축전량이 소정의 문턱값 이상이라고 판정한 경우에, 전류지령값이 물수지 영전류값(I0) 미만인지의 여부를 판정한다(전류 판정 공정 : S4). 그리고, 제어장치(6)는, 전류 판정 공정(S4)에서 전류지령값이 물수지 영전류값(I0) 미만이라고 판정한 경우에, 연료전지(2)의 운전모드를 통상 운전모드에서 간헐 운전모드로 이행시킨다(간헐 ON 공정 : S5). 이것에 대하여, 제어장치(6)는, 전류 판정 공정(S4)에서 전류지령값이 물수지 영전류값(I0) 이상이라고 판정한 경우에, 연료전지(2)의 운전모드를 통상 운전모드 그대로 유지한다(간헐 OFF 공정 : S6).
또한, 전류 판정 공정(S4)은, 본 발명에서의 제 1 공정에 상당하고, 간헐 ON 공정(S5)은, 본 발명에서의 제 2 공정에 상당한다. 또, 발전량 조정 공정(S3)은, 본 발명에서의 제 3 공정에 상당한다.
이상 설명한 실시형태에 관한 연료전지시스템(1)에서는, 연료전지(2)가 건조하고(함수량이 소정의 문턱값 미만이다), 배터리(62)의 충전량이 비교적 많으며(소정의 문턱값 이상이다), 또한, 전류지령값이 낮은[물수지 영전류값(I0) 미만이다] 경우에, 연료전지(2)의 운전모드를 통상 운전모드에서 간헐 운전모드로 이행시킬 수 있다. 따라서, 기계적인 제약에 의하여 에어컴프레서(14)로부터 공급되는 에어 유량을 소정의 하한 유량 이하로 설정할 수 없는 시스템에서도, 연료전지(2)가 건조하는 조건 하에서 에어컴프레서(14)를 자동적으로 정지시켜, 연료전지(2)에 대한 공기의 공급을 일시적으로 정지할 수 있다. 이 결과, 연료전지(2)의 과건조를 억제할 수 있다.
또, 이상 설명한 실시형태에 관한 연료전지시스템(1)에서는, 연료전지(2)가 건조하고(함수량이 소정의 문턱값 미만이다), 또한, 배터리(62)의 충전량이 적은(소정의 문턱값 미만이다) 경우에, 전류지령값을 물수지 영전류값(I0) 이상으로 설정한 상태에서 연료전지(2)의 통상 운전모드를 유지할 수 있다. 따라서, 연료전지(2)의 과건조를 억제함과 동시에, 배터리(62)의 충전를 실현시킬 수 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 연료전지가 건조하고 또한 배터리의 충전량이 적은 경우에, 전류지령값을 「물수지 영전류값(I0) 이상」으로 설정한 상태에서 통상 운전모드를 유지한 예를 나타내었으나, 전류지령값을 「연료전지시스템의 최대 효율점에서의 전류값」으로 설정한 상태에서 통상 운전모드를 유지할 수도 있다. 이와 같이 하면, 연료전지의 과건조를 더욱 확실하게 억제할 수 있다.
또, 이상의 실시형태에서는, 연료전지의 함수량을 검출하는 함수량 센서를 채용하고 있으나, 함수량 센서의 구성이나 함수량의 문턱값 판정방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 연료전지의 저항값(임피던스)을 검출하는 저항센서를 설치하고, 이 저항센서에서 검출한 저항값이 증대하여 소정의 문턱값을 넘은 경우에, 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이 된 것으로 판정하는 구성(방법)을 채용할 수 있다.
본 발명에 관한 연료전지시스템은, 이상의 실시형태에 나타내는 바와 같이, 연료전지 차량에 탑재 가능하고, 또, 연료전지 차량 이외의 각종 이동체(로봇, 선박, 항공기 등)에도 탑재 가능하다. 또, 본 발명에 관한 연료전지시스템을, 건물(주택, 빌딩 등)용의 발전설비로서 사용되는 정치용(定置用) 발전 시스템에 적용하여도 된다.

Claims (5)

  1. 연료전지와, 반응가스 공급장치와, 상기 연료전지가 발전 일시정지 상태에 있을 때에 각종 기기에 전력을 공급하는 축전장치를 구비하고, 소정의 전류지령값에 의거하여 상기 반응가스 공급장치를 구동하여 상기 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템에 있어서,
    상기 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 상기 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 이상인 경우에, 상기 전류지령값이 물수지 영전류값 미만인지의 여부를 판정하고, 긍정적인 판정이 얻어진 경우에 상기 연료전지의 발전상태를 발전 일시정지 상태로 이행시키는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 상기 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 미만인 경우에, 상기 전류지령값을 물수지 영전류값 이상으로 설정한 상태에서 상기 연료전지의 발전상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 반응가스 공급장치는, 상기 연료전지에 산화가스를 공급하는 에어컴프레서인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  4. 연료전지와, 반응가스 공급장치와, 상기 연료전지가 발전 일시정지 상태에 있을 때에 각종 기기에 전력을 공급하는 축전장치를 구비하고, 소정의 전류지령값에 의거하여 상기 반응가스 공급장치를 구동하여 상기 연료전지에 반응가스를 공급함으로써 발전을 행하는 연료전지시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 상기 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 이상인 경우에, 상기 전류지령값이 물수지 영전류값 미만인지의 여부를 판정하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정에서 긍정적인 판정이 얻어진 경우에, 상기 연료전지의 발전상태를 발전 일시정지 상태로 이행시키는 제 2 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연료전지의 함수량이 소정의 문턱값 미만이고, 또한, 상기 축전장치의 축전량이 소정의 문턱값 미만인 경우에, 상기 전류지령값을 물수지 영전류값 이상으로 설정한 상태에서 상기 연료전지의 발전상태를 유지하는 제 3 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 제어방법.
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