KR20140006049A - 연료 전지 시스템 - Google Patents

연료 전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20140006049A
KR20140006049A KR1020137028662A KR20137028662A KR20140006049A KR 20140006049 A KR20140006049 A KR 20140006049A KR 1020137028662 A KR1020137028662 A KR 1020137028662A KR 20137028662 A KR20137028662 A KR 20137028662A KR 20140006049 A KR20140006049 A KR 20140006049A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
power supply
battery
supply path
circuit breaker
Prior art date
Application number
KR1020137028662A
Other languages
English (en)
Inventor
히로유키 이마니시
고오타 마나베
Original Assignee
도요타지도샤가부시키가이샤
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 도요타지도샤가부시키가이샤 filed Critical 도요타지도샤가부시키가이샤
Publication of KR20140006049A publication Critical patent/KR20140006049A/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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/402—Combination of fuel cell with other electric generators
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • 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
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • 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
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • 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)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명에 의하면, 이상 시에 있어서도 최대한 구동이 가능한 연료 전지 시스템을 제공한다. 연료 가스와 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지(12)와, 전력의 축전 또는 전력의 공급을 행하는 배터리(21)와, 전력의 공급을 받아 구동하는 구동 모터(13)를 구비한 연료 전지 시스템(11)이며, 연료 전지(12)와 구동 모터(13) 사이에 형성된 연료 전지 공급 경로(A)와, 배터리(21)로부터 연장되어 연료 전지 전력 공급 경로(A)에 접속된 배터리 전력 공급 경로(B)와, 연료 전지 전력 공급 경로(A)와 배터리 전력 공급 경로(B)의 접속점(C)보다도 연료 전지(12)측에 설치된 회로 차단 장치(15)를 구비한다.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 전지를 구비한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
예를 들어, 하이브리드 차, 전기 자동차에서는, 차량에 탑재된 전지로부터 전동기에의 전력 공급은, 승압 컨버터 회로, 인버터 회로 등을 개재하여 행해진다. 이러한 전동기를 구비한 차량에는, 차단 전류값을 초과하는 전류가 흘렀을 때 전류를 차단하는 차단 소자로 이루어지는 차단 장치를 전원 경로에 설치한 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2007-68336호 공보
그런데, 반응 가스(연료 가스 및 산화 가스)의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지를 에너지원으로 하는 연료 전지 시스템에서는, 연료 전지 및 배터리의 두 가지의 전력 공급원을 구비한 것이 일반적이다. 이러한 연료 전지 시스템에 있어서, 차단 장치가 인버터 회로와 전동기 사이에 배치되어 있으면, 연료 전지 또는 배터리에 이상이 발생하여 차단 장치에 의해 회로가 차단되었을 때, 전동기에의 급전을 할 수 없는 상태가 되어, 자력으로 퇴피 장소로 이동하는 것이 곤란하게 된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이상 시에 있어서도 최대한 구동이 가능한 연료 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 연료 전지 시스템은,
연료 가스와 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와,
전력의 축전 또는 전력의 공급을 행하는 배터리와,
전력의 공급을 받아 구동하는 구동원을 구비한 연료 전지 시스템이며,
상기 연료 전지와 상기 구동원 사이에 형성된 연료 전지 전력 공급 경로와,
상기 배터리로부터 연장되어 상기 연료 전지 공급 경로에 접속된 배터리 전력 공급 경로와,
상기 연료 전지 전력 공급 경로와 상기 배터리 전력 공급 경로의 접속점보다도 상기 연료 전지측 또는 상기 배터리측에 설치된 회로 차단 장치를 구비한다.
이러한 구성의 연료 전지 시스템에 의하면, 시스템의 이상에 의해 회로 차단 장치가 작동하여 회로가 차단되면, 연료 전지 또는 배터리로부터 구동원에 전력이 공급되지 않게 된다. 그러나, 이와 같은 경우에도, 배터리 또는 연료 전지 중 어느 하나로부터의 전력을 구동원에 공급할 수 있어, 차량 등에 연료 전지 시스템을 탑재했을 경우에는, 구동원을 구동시켜 퇴피 장소 등으로 자력으로 이동할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 회로 차단 장치는, 과부하 시 또는 단락 시에 작동하여 회로를 차단하는 것이어도 된다.
또한, 본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 연료 전지의 발전 전력을 승압하는 제1 컨버터와, 상기 배터리의 방전 전력을 승압하는 제2 컨버터 중 적어도 한쪽이 설치되고,
상기 제1 컨버터가 상기 연료 전지 전력 공급 경로에 설치되어 있는 경우에 있어서는, 상기 회로 차단 장치가 상기 제1 컨버터의 후단에 설치되어 있어도 된다.
또한, 본 발명의 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 연료 전지의 발전 전력을 승압하는 제1 컨버터와, 상기 배터리의 방전 전력을 승압하는 제2 컨버터 중 적어도 한쪽이 설치되고,
상기 제1 컨버터가 상기 연료 전지 전력 공급 경로에 설치되어 있는 경우에 있어서는, 상기 회로 차단 장치가 상기 제1 컨버터의 전단에 설치되어 있어도 된다.
본 발명의 연료 전지 시스템은,
연료 가스와 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와,
전력의 공급을 받아 구동하는 구동원을 구비한 연료 전지 시스템이며,
상기 연료 전지와 상기 구동원 사이에 형성된 연료 전지 전력 공급 경로와,
상기 연료 전지 전력 공급 경로에 설치된 회로 차단 장치를 구비하고,
상기 회로 차단 장치는, 과부하 시 또는 단락 시에 작동하여 회로를 차단하는 것이어도 된다.
본 발명의 연료 전지 시스템에 의하면, 이상 시에 있어서도 최대한 구동시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 2는, 연료 전지 시스템에 설치된 회로 차단 장치의 측면도이다.
도 3은, 회로 차단 장치의 동작을 설명하는 측면도이다.
도 4는, 회로 차단 장치의 동작을 설명하는 측면도이다.
도 5는, 용단식의 퓨즈의 용단 특성을 나타내는 그래프도이다.
도 6은, 전자식의 회로 차단 장치의 동작 특성을 나타내는 그래프도이다.
도 7은, 제1 변형예에 따른 연료 전지 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 8은, 제2 변형예에 따른 연료 전지 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 9는, 제3 변형예에 따른 연료 전지 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 10은, 제4 변형예에 따른 연료 전지 시스템의 개략적인 회로도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템을 연료 전지 차량(FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle)의 차량 탑재 발전 시스템으로서 사용했을 경우에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연료 전지 시스템(11)은 반응 가스인 산화 가스와 연료 가스의 전기 화학 반응에 의해 전력을 발생시키는 연료 전지(12)를 구비하고 있다.
연료 전지(12)는 예를 들어 고분자 전해질형 연료 전지이며, 다수의 단셀을 적층한 스택 구조로 되어 있다. 단셀은, 이온 교환 막으로 이루어지는 전해질의 한쪽 면에 공기극을 갖고, 다른 한쪽 면에 연료극을 가지며, 또한 공기극 및 연료극을 양측으로부터 끼워 넣도록, 한 쌍의 세퍼레이터를 갖는 구조로 되어 있다. 이 경우, 한쪽 세퍼레이터의 수소 가스 유로에 수소 가스가 공급되고, 다른 한쪽 세퍼레이터의 산화 가스 유로에 산화 가스인 공기가 공급되며, 이들의 반응 가스가 화학 반응함으로써 전력이 발생한다.
이 연료 전지(12)는 차량을 주행시키기 위한 구동 모터(13)에 접속되어 있으며, 구동 모터(13)에 전력을 공급한다.
이 연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에의 연료 전지 전력 공급 경로(A)에는, 연료 전지(12)측으로부터 순서대로 FC 승압 컨버터(제1 컨버터)(14), 회로 차단 장치(15), 릴레이(16) 및 구동 인버터(17)가 접속되어 있다. 또한, 회로 차단 장치(15) 및 릴레이(16)의 배치는 반대이어도 된다.
이와 같이, 연료 전지 시스템(11)에서는, 연료 전지(12)에서 발전된 전력이 FC 승압 컨버터(14)에서 승압되어, 구동 인버터(17)를 개재하여 구동 모터(13)에 급전된다.
구동 모터(13)는 예를 들어 3상 교류 모터이며, 구동 모터(13)가 접속된 구동 인버터(17)는 직류 전류를 3상 교류로 변환하여, 구동 모터(13)에 공급한다.
또한, 연료 전지 시스템(11)은 구동 모터(13)에 전력을 공급하는 배터리(21)를 구비하고 있다. 이 배터리(21)로부터 구동 모터(13)에의 배터리 전력 공급 경로(B)에는, 배터리(21)측으로부터 순서대로 릴레이(22) 및 배터리 승압 컨버터(제2 컨버터)(23)가 접속되어 있다.
이 배터리(21)의 배터리 전력 공급 경로(B)는, 연료 전지(12)의 연료 전지 전력 공급 경로(A)에 있어서의 릴레이(16)와 구동 인버터(17) 사이에 접속되어 있고, 연료 전지 전력 공급 경로(A)와 배터리 전력 공급 경로(B)의 접속점(C)을 개재하여 배터리(21)로부터의 전력이 구동 모터(13)에 공급 가능하게 되어 있다.
이것에 의해, 회로 차단 장치(15)는 연료 전지 전력 공급 경로(A)와 배터리 전력 공급 경로(B)의 접속점(C)보다도 연료 전지(12)측에 배치되어 있다.
또한, 배터리 전력 공급 경로(B)에 있어서의 배터리(21)와 릴레이(22) 사이에는, 퓨즈(24)가 설치되어 있다.
배터리 승압 컨버터(23)는 직류의 전압 변환기이며, 배터리(21)로부터 입력된 직류 전압을 조정하여 구동 모터(13)측에 출력[배터리(21)의 방전 전력을 승압하여 출력]하는 기능과, 연료 전지(12) 또는 구동 모터(13)로부터 입력된 직류 전압을 조정하여 배터리(21)에 출력하는 기능을 갖는다. 이러한 배터리 승압 컨버터(23)의 기능에 의해, 배터리(21)의 충방전이 실현된다. 또한, 배터리 승압 컨버터(23)에 의해, 연료 전지(12)의 출력 전압이 제어된다.
배터리(21)는 도시하지 않은 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여, 잉여 전력을 충전하거나 보조적으로 전력을 공급하거나 하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 연료 전지 시스템(11)은 보조 기계용 인버터(25)를 구비하고 있고, 이 보조 기계용 인버터(25)는 배터리 전력 공급 경로(B)에 있어서의 배터리 승압 컨버터(23)와 접속점(C) 사이에 접속되어 있다. 보조 기계용 인버터(25)에는, 공기 압축기(26), 수소 펌프(27) 및 냉각수 펌프(28) 등의 보조 기계가 접속되어 있고, 이들 보조 기계는, 보조 기계용 인버터(25)로부터의 급전에 의해 구동 가능하게 되어 있다.
이어서, 연료 전지 전력 공급 경로(A)에 설치된 회로 차단 장치(15)에 대하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 회로 차단 장치(15)는 측면에서 보아 L자 형상으로 형성된 프레임(30)을 구비하고 있고, 이 프레임(30)은 철편 지지부(31)과 플런저 지지부(32)를 갖고 있다. 프레임(30)의 철편 지지부(31)에는, 가동 철편(33)이 요동 가능하게 지지되어 있고, 이 가동 철편(33)은 접점부(34)와 자석 부착부(35)를 갖고 있다. 그리고, 이 가동 철편(33)의 접점부(34)가 프레임(30)의 철편 지지부(31)에 접촉한 상태에서, 연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에 급전되는 연료 전지 전력 공급 경로(A)의 회로가 폐쇄된다.
프레임(30)의 플런저 지지부(32)에는, 플런저 기구(36)가 지지되어 있다. 플런저 기구(36)는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된 보유 지지통(41)을 구비하고 있고, 이 보유 지지통(41) 내에는, 원기둥 형상으로 형성된 플런저(42)가 미끄럼 이동 가능하게 수용되어 있다. 또한, 보유 지지통(41)은 그 개구부측에, 전자극 부재(43)가 설치되고, 이 전자극 부재(43)에 의해 보유 지지통(41)의 개구부가 봉쇄되어 있다. 또한, 보유 지지통(41) 내에는, 플런저(42)와 전자극 부재(43) 사이에, 코일 스프링(44)이 설치되어 있고, 이 코일 스프링(44)의 탄성력에 의해 플런저(42)가 보유 지지통(41)의 저부측으로 가압되어 있다. 플런저(42)에는, 코일 스프링(44)측으로 돌출한 지지 핀부(46)가 형성되어 있고, 이 지지 핀부(46)는 코일 스프링(44) 내에 삽입되어 있다. 또한, 이 플런저 기구(36)에는, 보유 지지통(41)의 주위를 덮도록, 코일(47)이 설치되어 있고, 이 코일(47)에는, 연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에 급전되는 전류가 흐른다.
상기 회로 차단 장치(15)를 구비한 연료 전지 시스템(11)에 있어서, 무엇인가의 이상에 의해 단락하여, 연료 전지 전력 공급 경로(A)에 대전류의 단락 전류가 흐르면, 연료 전지 전력 공급 경로(A)에서는, 회로 차단 장치(15)의 코일(47)에도 대전류가 흐른다. 그러면, 도 3에 도시한 바와 같이, 회로 차단 장치(15)의 플런저 기구(36)에서는, 코일(47)에 의해 큰 자력이 발생하고, 이 자력에 의해 가동 철편(33)의 자석 부착부(35)가 전자극 부재(43)에 흡착된다. 이것에 의해, 가동 철편(33)이 회전하고, 이 가동 철편(33)의 접점부(34)가 프레임(30)의 철편 지지부(31)로부터 이격하여 연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에 급전되는 연료 전지 전력 공급 경로(A)의 회로가 개방된다. 이것에 의해, 구동 모터(13)에의 비정상적인 대전류의 공급이 차단된다.
또한, 연료 전지 시스템(11)이 무엇인가의 요인으로 과부하로 되면, 연료 전지 전력 공급 경로(A)에는, 통상 운전 시보다도 큰 과전류(예를 들어, 통상 운전 시에 있어서의 최대 전류의 2할 증가)가 흐르고, 회로 차단 장치(15)의 코일(47)에도 과전류가 흐른다. 그러면, 도 4에 도시한 바와 같이, 회로 차단 장치(15)의 플런저 기구(36)에서는, 코일(47)에 의해 자력이 발생한다. 또한, 이 과전류가 코일(47)을 흐르는 것에 의해 발생하는 자력으로는, 가동 철편(33)의 자석 부착부(35)는 전자극 부재(43)에 흡착되는 일은 없다. 그러나, 이 과부하 상태가 계속되어, 과전류가 코일(47)에 계속하여 흐르면, 도 4에 도시한 바와 같이, 발생한 자력에 의해 플런저(42)가 코일(47) 내에 인입되고, 이것에 의해, 플런저 기구(36)에, 큰 자력이 발생한다. 그러면, 이 큰 자력에 의해 가동 철편(33)의 자석 부착부(35)가 전자극 부재(43)에 흡착된다. 이것에 의해, 가동 철편(33)이 회전하고, 이 가동 철편(33)의 접점부(34)가 프레임(30)의 철편 지지부(31)로부터 이격하여 연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에 급전되는 연료 전지 전력 공급 경로(A)의 회로가 개방된다. 이것에 의해, 구동 모터(13)에의 과전류의 공급이 차단된다.
이와 같이, 연료 전지 시스템(11)이 과부하 상태로 되었을 경우에는, 연료 전지 시스템(11)에 문제가 발생하는 일이 없는 일시적인 과부하에 의한 연료 전지 전력 공급 경로(A)의 차단이 억제되고, 과부하가 일정 시간 이상 계속되는 비정상적인 상태일 때, 연료 전지 전력 공급 경로(A)가 차단된다.
그런데, 회로 차단 장치(15)가 작동하여, 연료 전지 전력 공급 경로(A)가 차단되면, 연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에 전력이 공급되지 않게 된다.
그러나, 이와 같은 경우에도, 본 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템(11)에서는, 배터리(21)로부터의 전력을 배터리 전력 공급 경로(B)로부터 구동 모터(13)에 공급할 수 있다.
이것에 의해, 이 연료 전지 시스템(11)을 탑재한 차량에서는, 배터리(21)로부터의 전력 공급을 받음으로써 구동 모터(13)을 구동시켜, 퇴피 장소 등으로 자력으로 이동할 수 있다.
여기서, 전자식의 회로 차단 장치(15) 대신에, 용단식의 퓨즈를 설치하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 대용량의 배터리(21)를 구비한 연료 전지 시스템(11)에서는, 상온보다도 높은 분위기 온도 등의 차량 탑재 환경을 고려하면, 대용량의 퓨즈가 필요하게 되어, 퓨즈의 대형화를 초래하고, 공간을 점유해 버린다.
도 5는 용단식의 퓨즈의 용단 특성을 도시하는 것이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 용단식의 퓨즈는, 전류에 대한 용단되기까지의 시간의 관계가 완만한 곡선으로 된다. 따라서, 이러한 용단 특성을 갖는 퓨즈에서는, 대형이며 대용량의 것[도 5 중 도면 부호 (Ha)로 나타내는 것]으로는, 작동에 필요한 전류가 흘렀다고 하더라도 용단되어 회로가 차단되기까지 상당한 시간을 필요로 하게 된다. 또한, 용단되어 차단되기까지의 시간을 짧게 하기 위하여, 소용량의 것[도 5 중 도면 부호 (Hb)로 나타내는 것]을 사용하면, 정격 전류 통전 시의 발열에 있어서도 용단되어 회로가 차단될 우려가 있다.
이와 같이, 용단식의 퓨즈는, 금속의 물리적인 특성을 제어할 필요가 있을 뿐만 아니라, 정격 전류 통전 시의 발열에 있어서는 용단되지 않아, 단락이나 과부하의 발생 시에 신속하게 회로를 절단하는 기능을 실현하는 것이 곤란하다. 특히, 연료 전지 시스템(11)에 있어서는, 발생하는 전류가 커지기 때문에, 용단식의 퓨즈로는, 통전 기능과 차단 기능의 양립이 곤란하다.
도 6은 전자식의 회로 차단 장치의 동작 특성을 도시하는 것이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 전자식의 회로 차단 장치는, 전류에 대한 차단되기까지의 시간의 관계를 급격하게 변화하는 곡선으로 할 수 있다. 따라서, 이러한 동작 특성을 갖는 회로 차단 장치에서는, 대용량의 것[도 6 중 도면 부호 (Da)로 나타내는 것]이어도 비교적 용량이 작은 것[도 6 중 도면 부호 (Db)로 나타내는 것]이어도, 작동에 필요한 전류가 흐르면 순시에 회로가 차단된다. 즉, 정격 전류 통전 시에는, 회로를 폐쇄한 상태로 유지하고, 무엇인가의 이상에 의한 단락 시 또는 과부하 계속 시에는, 원활하게 차단시킬 수 있다.
그리고, 본 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템(11)에서는, 상기 전자식의 회로 차단 장치(15)를 구비함으로써, 연료 전지 시스템(11)이 단락했을 때 또는 과부하 상태로 되었을 때만, 연료 전지 전력 공급 경로(A)를 원활하게 차단시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 연료 전지 시스템(11)에서는, 연료 전지(12)에 대하여 FC 승압 컨버터(14)를 개재하여 구동 모터(13)측에 회로 차단 장치(15)를 배치시키고 있다. 이 회로 차단 장치(15)의 배치 개소에서는, 연료 전지(12)로부터 출력된 대전류의 전력이 FC 승압 컨버터(14)에 의해 승압되어 전류값이 내려진다. 따라서, 회로 차단 장치(15)로서는, FC 승압 컨버터(14)보다도 연료 전지(12)측에 배치하는 경우와 비교하여, 소형이며 저비용인 소전류용의 것을 사용할 수 있다.
또한, 수동으로 차단시키는 것이 가능한 회로 차단 장치(15)를 사용하면, 서비스 플러그를 불필요하게 할 수 있어, 구성의 간략화 및 유지 보수의 용이화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 연료 전지(12) 및 배터리(21)의 전압을 각종 사양에 대응한 전압으로 조정 가능하게 하기 위하여, 승압 컨버터로서, FC 승압 컨버터(14) 및 배터리 승압 컨버터(23)를 설치한 연료 전지 시스템(11)을 예시했지만, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 도 7에 도시한 바와 같이, 배터리 승압 컨버터(23)만을 구비한 연료 전지 시스템(11)이어도 되고, 도 8에 도시한 바와 같이, FC 승압 컨버터(14)만을 구비한 연료 전지 시스템(11)이어도 된다. 이들 경우에도, 회로 차단 장치(15)는 연료 전지 전력 공급 경로(A)에 있어서의 배터리 전력 공급 경로(B)와의 접속점(C)보다도 연료 전지(12)측에 설치한다.
또한, FC 승압 컨버터(14)만을 구비한 연료 전지 시스템(11)에 있어서는, 릴레이(22) 및 퓨즈(24)를 더 구비하지 않는 구조이어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 도 9에 도시한 바와 같이, 구동 모터(13)나 보조 기계[공기 압축기(26), 수소 펌프(27), 냉각수 펌프(28) 등]에의 전력 공급원으로서 연료 전지(12)만을 구비하는 것으로 하고, 배터리(21), 배터리 승압 컨버터(23), 릴레이(22) 및 퓨즈(24)를 구비하고 있지 않은 연료 전지 시스템(11)이어도 된다. 이 경우에도, 회로 차단 장치(15)는 연료 전지 전력 공급 경로(A)에 있어서의 배터리 전력 공급 경로(B)와의 접속점(C)보다도 연료 전지(12)측에 설치한다.
도 1의 실시 형태에서는, 회로 차단 장치(15)를 FC 승압 컨버터(14)의 후단[연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에의 전력 공급 방향 하류측], 바꾸어 말하면, FC 승압 컨버터(14)를 기준으로 하여 연료 전지(12)와는 반대측[구동 모터(13)측]에 위치하도록 설치했지만, 도 10에 도시한 바와 같이, 회로 차단 장치(15)를 FC 승압 컨버터(14)의 전단[연료 전지(12)로부터 구동 모터(13)에의 전력 공급 방향 상류측], 바꾸어 말하면, FC 승압 컨버터(14)를 기준으로 하여 연료 전지(12)측에 설치해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 회로 차단 장치(15)를 연료 전지 전력 공급 경로(A)측에 설치했지만, 회로 차단 장치(15)를 배터리 전력 공급 경로(B)측에 설치해도 된다. 이 경우, 배터리(21)측의 출력의 이상이나 과부하에 의해 회로 차단 장치(15)가 작동하면, 배터리(21)로부터의 전력이 구동 모터(13)에 공급되지 않게 되지만, 연료 전지(12)로부터의 전력 공급을 받음으로써 구동 모터(13)를 구동시켜 퇴피 장소 등으로 자력으로 이동할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템을 연료 전지 차량에 탑재했을 경우에 대하여 설명하고 있지만, 연료 전지 차량 이외의 각종 이동체(로봇, 선박, 항공기 등)에도 본 발명에 따른 연료 전지 시스템을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템을, 건물(주택, 빌딩 등)용 발전 설비로서 사용되는 정치용 발전 시스템에 적용할 수도 있다.
11: 연료 전지 시스템
12: 연료 전지
13: 구동 모터(구동원)
15: 회로 차단 장치
21: 배터리
A: 연료 전지 전력 공급 경로
B: 배터리 전력 공급 경로
C: 접속점

Claims (5)

  1. 연료 가스와 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와,
    전력의 축전 또는 전력의 공급을 행하는 배터리와,
    전력의 공급을 받아 구동하는 구동원을 구비한 연료 전지 시스템이며,
    상기 연료 전지와 상기 구동원 사이에 형성된 연료 전지 전력 공급 경로와,
    상기 배터리로부터 연장되어 상기 연료 전지 전력 공급 경로에 접속된 배터리 전력 공급 경로와,
    상기 연료 전지 전력 공급 경로와 상기 배터리 전력 공급 경로의 접속점보다도 상기 연료 전지측 또는 상기 배터리측에 설치된 회로 차단 장치를 구비하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로 차단 장치는, 과부하 시 또는 단락 시에 작동하여 회로를 차단하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지의 발전 전력을 승압하는 제1 컨버터와, 상기 배터리의 방전 전력을 승압하는 제2 컨버터 중 적어도 한쪽이 설치되고,
    상기 제1 컨버터가 상기 연료 전지 전력 공급 경로에 설치되어 있는 경우에 있어서, 상기 회로 차단 장치가 상기 제1 컨버터의 후단에 설치되어 있는, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지의 발전 전력을 승압하는 제1 컨버터와, 상기 배터리의 방전 전력을 승압하는 제2 컨버터 중 적어도 한쪽이 설치되고,
    상기 제1 컨버터가 상기 연료 전지 전력 공급 경로에 설치되어 있는 경우에 있어서는, 상기 회로 차단 장치가 상기 제1 컨버터의 전단에 설치되어 있는, 연료 전지 시스템.
  5. 연료 가스와 산화 가스의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 연료 전지와,
    전력의 공급을 받아 구동하는 구동원을 구비한 연료 전지 시스템이며,
    상기 연료 전지와 상기 구동원 사이에 형성된 연료 전지 전력 공급 경로와,
    상기 연료 전지 전력 공급 경로에 설치된 회로 차단 장치를 구비하고,
    상기 회로 차단 장치는, 과부하 시 또는 단락 시에 작동하여 회로를 차단하는, 연료 전지 시스템.
KR1020137028662A 2011-05-02 2011-05-02 연료 전지 시스템 KR20140006049A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/060537 WO2012150630A1 (ja) 2011-05-02 2011-05-02 燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140006049A true KR20140006049A (ko) 2014-01-15

Family

ID=47107823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137028662A KR20140006049A (ko) 2011-05-02 2011-05-02 연료 전지 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140072838A1 (ko)
EP (1) EP2706601A4 (ko)
JP (1) JPWO2012150630A1 (ko)
KR (1) KR20140006049A (ko)
CN (1) CN103503212B (ko)
WO (1) WO2012150630A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180138001A (ko) * 2017-06-20 2018-12-28 (주)엠텍정보기술 연료전지 하이브리드 파워 팩

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842032A (zh) * 2015-12-03 2017-06-13 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池测试系统以及使用燃料电池测试系统的方法
JP6500881B2 (ja) * 2016-12-12 2019-04-17 トヨタ自動車株式会社 駆動システムおよび車両
JP6958371B2 (ja) * 2018-01-12 2021-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車
JP7446137B2 (ja) * 2020-03-27 2024-03-08 本田技研工業株式会社 電力算出装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0541051U (ja) * 1991-10-31 1993-06-01 松下電工株式会社 回路遮断器の過電流検出装置
DE10006781A1 (de) * 2000-02-18 2002-03-14 Xcellsis Gmbh Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Erzeugung elektrischer Energie und mit Verteilung der elektrischen Energie an Verbraucher
JP2002334646A (ja) * 2001-05-10 2002-11-22 Mitsubishi Electric Corp 回路遮断器の電磁引外し装置
JP2004248432A (ja) * 2003-02-14 2004-09-02 Toyota Motor Corp 駆動装置およびこれを備える自動車
JP2005317248A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Mitsubishi Electric Corp 遮断器の電磁形引き外し装置
JP2006210176A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Ricoh Co Ltd 電源装置とそれを使用した電子・電気機器及び画像形成装置
JP2007068336A (ja) 2005-08-31 2007-03-15 Toyota Motor Corp 電気回路
JP2009123599A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Yamatake Corp 発電システム
JP2009165243A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5081738B2 (ja) * 2008-06-18 2012-11-28 本田技研工業株式会社 燃料電池車両

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180138001A (ko) * 2017-06-20 2018-12-28 (주)엠텍정보기술 연료전지 하이브리드 파워 팩

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012150630A1 (ja) 2012-11-08
EP2706601A4 (en) 2015-01-07
CN103503212B (zh) 2016-02-10
JPWO2012150630A1 (ja) 2014-07-28
US20140072838A1 (en) 2014-03-13
CN103503212A (zh) 2014-01-08
EP2706601A1 (en) 2014-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190229377A1 (en) Battery pack
JP2019009982A (ja) 安全な車両用エネルギ供給装置
KR20140006049A (ko) 연료 전지 시스템
WO2019057026A1 (zh) 继电器及使用该继电器的动力电池电路
US9789755B2 (en) Electric vehicle
KR20150074439A (ko) 배터리 과충전 안전 장치
JP4746593B2 (ja) コンタクタの接続・遮断方法
EP3670238B1 (en) Power supply system and operation method thereof
JP2015089170A (ja) 電池装置
US7976994B2 (en) Electricity production installation comprising fuel cells connected in series and comprising means for isolating a cell and method for monitoring such an installation
WO2022009639A1 (ja) 配電モジュール
US10217595B2 (en) Device for switching an electrical circuit
JP2012210126A (ja) 電力供給装置
KR102311125B1 (ko) 접촉기를 통해 적어도 하나의 고전압 단자에 의해 연결 가능한 배터리를 포함하는 배터리 시스템 및 상기 접촉기를 스위칭하기 위한 방법
JP5084526B2 (ja) 車両用の電源装置
WO2015040655A1 (ja) スイッチング装置および蓄電池システム
JP5014923B2 (ja) 燃料電池システム及び車両
WO2022024695A1 (ja) 直流回路開閉装置
CN210403824U (zh) 供电设备及电动汽车
JP2013051075A (ja) リレー装置
KR20150053662A (ko) 과충전 방지 배터리
JP2012182984A (ja) 車両用の電源装置
WO2022064850A1 (ja) 直流回路開閉装置
JP6772931B2 (ja) 電池パックの放電制御装置
JP2006174664A (ja) 電池パック

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20151112

Effective date: 20160425

S901 Examination by remand of revocation
E90F Notification of reason for final refusal
S601 Decision to reject again after remand of revocation