KR20160034809A - Fuel cell system - Google Patents

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KR20160034809A
KR20160034809A KR1020150131441A KR20150131441A KR20160034809A KR 20160034809 A KR20160034809 A KR 20160034809A KR 1020150131441 A KR1020150131441 A KR 1020150131441A KR 20150131441 A KR20150131441 A KR 20150131441A KR 20160034809 A KR20160034809 A KR 20160034809A
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KR
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fuel cell
fuel
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KR1020150131441A
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Inventor
고 데지마
마사야 야노
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system which can carry out drying prevention driving, and comprises: a fuel cell (20) provided in a vehicle; and an electronic control unit which is configured to determine whether an amount of water in the fuel cell (20) is equal to or less than a predetermined amount, and to prevent dryness of the fuel cell (20) by increasing the amount of water in the fuel cell (20), when the speed of the vehicle is equal to or greater than a predetermined threshold value after the determination unit determines that the amount of water in the fuel cell (20) is equal to or less than the predetermined amount.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system {FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system.

종래부터 반응 가스(연료 가스 및 산화 가스)를 공급받아 발전을 행하는 연료 전지가 실용화되어 있다. 연료 전지는, 연료를 전기 화학 프로세스에 의해 산화시킴으로써, 산화 반응에 수반하여 방출되는 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 발전 시스템이다. 연료 전지는, 수소 이온을 선택적으로 수송하기 위한 고분자 전해질막의 양측면을 다공질 재료로 이루어지는 한 쌍의 전극(애노드 전극 및 캐소드 전극)에 의해 끼움 지지하여 이루어지는 막-전극 어셈블리를 갖고 있다. 각 전극은, 전기 화학 반응을 촉진시키는 촉매층을 갖고 있으며, 이 촉매층은, 백금 등의 금속 촉매를 담지한 촉매 담지 카본이나, 프로톤이나 산소의 전달을 담당하는 아이오노머(고분자 전해질)를 갖고 있다.BACKGROUND ART [0002] A fuel cell which has conventionally been supplied with a reaction gas (a fuel gas and an oxidizing gas) and performs power generation has been put to practical use. [0002] A fuel cell is a power generation system that directly converts energy released by an oxidation reaction into electric energy by oxidizing the fuel by an electrochemical process. The fuel cell has a membrane-electrode assembly in which both sides of a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions are sandwiched between a pair of electrodes made of a porous material (an anode electrode and a cathode electrode). Each of the electrodes has a catalyst layer for promoting an electrochemical reaction. The catalyst layer has a catalyst-carrying carbon carrying a metal catalyst such as platinum or an ionomer (polymer electrolyte) for transferring protons or oxygen.

이와 같이 구성된 연료 전지는, 건조되면 발전 성능이 저하되는 것이 알려져 있다. 이것은, 연료 전지의 건조에 기인하여 과산화수소의 농도가 상승하고, OH 라디칼이 생성되어 각 전극의 촉매층에 포함되는 아이오노머나 전해질막 중의 불소 성분이 분해되고, 아이오노머의 프로톤 전도도의 저하나 산소 용해도의 저하에 의해 과전압이 저하되는 것에 의한 것이다. 이로 인해, 최근에 있어서는, 연료 전지의 건조를 방지하기 위한 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2008-262824호 참조). 일본 특허 출원 공개 제2008-262824호에 기재된 연료 전지 시스템에 따르면, 연료 전지에 건조가 발생하기 쉬워지는 저부하 영역에서 수소 펌프를 작동시켜 애노드 가스를 순환시킴으로써 애노드 전극의 건조를 방지할 수 있다고 되어 있다.It is known that when the fuel cell constructed as above is dried, the power generation performance is lowered. This is because the concentration of hydrogen peroxide increases due to the drying of the fuel cell, OH radicals are generated, the fluorine components in the ionomer or electrolyte film contained in the catalyst layer of each electrode are decomposed, the proton conductivity of the ionomer is lowered, The overvoltage is lowered. For this reason, in recent years, a technique for preventing the drying of the fuel cell has been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-262824). According to the fuel cell system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-262824, it is possible to prevent drying of the anode electrode by circulating the anode gas by operating the hydrogen pump in a low load region in which drying tends to occur in the fuel cell have.

일본 특허 출원 공개 제2008-262824호에 개시된 연료 전지 시스템은, 저부하 영역에 있어서 수소 펌프를 작동시킴으로써 연료 전지의 건조를 방지하는 것이지만, 이러한 연료 전지 시스템을 예를 들어 차량에 탑재한 경우에는, 차량의 저속 주행 시에 발생하는 외부 소리(차량의 타이어의 노이즈나 바람을 가르는 소리 등)와 비교하여 수소 펌프의 작동음이 상대적으로 커져, 탑승자에게 위화감을 부여해 버리는 것이 우려된다.The fuel cell system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-262824 prevents drying of the fuel cell by operating the hydrogen pump in a low load region. However, when such a fuel cell system is mounted on a vehicle, for example, It is feared that the operating sound of the hydrogen pump becomes relatively large as compared with an external sound (such as noise of a tire or noise of a tire of a vehicle) generated at a low-speed traveling of the vehicle, thereby giving the passenger a sense of discomfort.

본 발명은 탑승자에게 위화감을 부여하는 일 없이 적절한 타이밍에 건조 방지 운전을 실행할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공한다.The present invention provides a fuel cell system capable of performing a drying prevention operation at an appropriate timing without giving a feeling of discomfort to a passenger.

본 발명의 제1 형태에 관한 연료 전지 시스템은, 차량에 탑재된 연료 전지와, 연료 전지 내의 수분량이 소정량 이하인지 여부를 판정하고, 연료 전지 내의 수분량이 소정량 이하라고 판정되었을 때의 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지 내의 수분량을 증가시켜, 연료 전지의 건조를 방지하도록 구성된 전자 제어 유닛을 구비하는 것이다.A fuel cell system according to a first aspect of the present invention is a fuel cell system comprising a fuel cell mounted on a vehicle and a control device for determining whether or not the water content in the fuel cell is equal to or less than a predetermined amount, And an electronic control unit configured to increase the water content in the fuel cell to prevent drying of the fuel cell when the speed is equal to or greater than a predetermined threshold value.

이러한 구성을 채용하면, 연료 전지 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)이며, 또한 연료 전지가 탑재된 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에만, 연료 전지의 건조를 방지할 수 있다. 따라서, 연료 전지의 건조를 방지할 때에 사용되는 기기(보조 기계 등)의 운전 소리를, 차량의 주행에 기인하는 소리(바람을 가르는 소리 등)에 의해 제거할 수 있으므로, 차량의 탑승자에게 위화감을 부여하는 일 없이 연료 전지의 건조를 방지할 수 있다.With such a configuration, drying of the fuel cell can be prevented only when the water content in the fuel cell is less than a predetermined amount (dry state) and the speed of the vehicle on which the fuel cell is mounted is equal to or greater than a predetermined threshold value. Therefore, it is possible to remove the driving sound of a device (an auxiliary machine, etc.) used for preventing the drying of the fuel cell by the sound caused by the running of the vehicle Drying of the fuel cell can be prevented without giving it.

상기 제1 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서, 전자 제어 유닛은, 연료 전지 내의 수분량이 소정량보다 많은 상태에서 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정하고, 기준값과 현재 측정한 임피던스의 차가 소정의 임계값 이상으로 된 경우에 연료 전지 내의 수분량이 소정량 이하라고 판정하도록 구성되어도 된다.In the fuel cell system according to the first aspect, the electronic control unit sets an average value of the impedances measured in a state where the water content in the fuel cell is greater than a predetermined amount as a reference value, and when the difference between the reference value and the currently measured impedance exceeds a predetermined threshold The amount of water in the fuel cell may be determined to be equal to or less than a predetermined amount.

이러한 구성을 채용하면, 연료 전지 내의 수분량이 소정량보다 많은 상태[예를 들어, 전회 또는 현재의 트립 시에 있어서의 소정의 비건조 발전 상태(연료 전지가 건조되지 않는다고 여겨지는 소정의 조건하에 있어서의 발전 상태)]에서 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정하고, 이 기준값과 현재 측정한 임피던스를 비교하여 건조 판정을 행할 수 있다. 즉, 소정의 비건조 발전 상태에 있어서의 임피던스를 기준값으로서 채용하고, 이 기준값을 사용하여 건조 판정을 행할 수 있으므로, 연료 전지의 경년 열화에 수반하여 기준값이 변화한 경우에 있어서도, 정확하게 건조 판정을 행할 수 있다.If this configuration is employed, a state in which the water content in the fuel cell is greater than a predetermined amount (for example, in a predetermined non-dry electricity generating state in the last or current tripping , The average value of the impedances measured in the power generation state) can be set as a reference value, and the dry determination can be made by comparing the reference value with the currently measured impedance. That is, since the impedance in the predetermined non-dry power generation state can be adopted as the reference value and the dry determination can be performed using this reference value, even when the reference value changes with aging deterioration of the fuel cell, .

또한, 본 발명의 제2 형태에 관한 연료 전지 시스템은, 차량에 탑재된 연료 전지와, 연료 전지의 운전 상태가, 연료 전지 내의 수분량이 저하되어 연료 전지의 건조를 초래하는 건조 유인 운전 상태인지 여부를 판정하고, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정되었을 때의 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지 내의 수분량을 증가시켜, 연료 전지의 건조를 방지하기 위한 건조 방지 운전을 실시하도록 구성된 전자 제어 유닛를 구비하는 것이다.A fuel cell system according to a second aspect of the present invention is a fuel cell system including a fuel cell mounted on a vehicle and a control unit for determining whether the operating state of the fuel cell is a drying inducing operation state in which moisture content in the fuel cell is reduced, And when the speed of the vehicle when the operating state of the fuel cell is judged to be the drift-inducing operation state is equal to or greater than the predetermined threshold value, the water content in the fuel cell is increased to prevent the drying of the fuel cell And an electronic control unit configured to perform the operation.

이러한 구성을 채용하면, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태(연료 전지 내의 수분량이 저하되어 연료 전지의 건조를 초래하는 운전 상태)이며, 또한 연료 전지가 탑재된 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에만, 건조 방지 운전을 실시할 수 있다. 따라서, 건조 방지 운전에 사용되는 기기(보조 기계 등)의 운전 소리를, 차량의 주행에 기인하는 소리(바람을 가르는 소리 등)에 의해 제거할 수 있으므로, 차량의 탑승자에게 위화감을 부여하는 일 없이 건조 방지 운전을 실행할 수 있다. 또한, 연료 전지의 건조 상태를 직접 판정하는 대신 연료 전지의 운전 상태를 판정하고, 이 운전 상태가 건조 유인 운전 상태인 경우에 건조 방지 운전을 실행하므로, 연료 전지의 건조를 미연에 방지할 수 있다.When this configuration is employed, the operating state of the fuel cell is a drivability driving state (a driving state in which the water content in the fuel cell is lowered and causes drying of the fuel cell), and the speed of the vehicle on which the fuel cell is mounted exceeds a predetermined threshold value , The drying prevention operation can be carried out only. Therefore, it is possible to remove the driving sound of a device (an auxiliary machine, etc.) used in the anti-drying operation by a sound caused by the running of the vehicle (such as a sound of blowing wind) The drying prevention operation can be executed. Further, the operation state of the fuel cell is determined instead of directly determining the dry state of the fuel cell, and the drying prevention operation is executed in the case where the operation state is the drying inducing operation state, so that the drying of the fuel cell can be prevented in advance .

상기 제2 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서, 전자 제어 유닛은, 연료 전지의 발전 전류가 소정의 임계값 이하이며, 또한 그 발전 전류가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되어도 된다.In the fuel cell system according to the second aspect, in the case where the generated current of the fuel cell is equal to or less than a predetermined threshold value and the generated current continues for a predetermined time or longer, And it may be configured to determine that the vehicle is in an attracting operation state.

이러한 구성을 채용하면, 연료 전지의 발전 전류가 저부하 영역(소정의 임계값 이하)이며, 그 발전 전류가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수 있다. 즉, 측정한 임피던스 등에 기초하여 연료 전지의 건조 상태를 직접 판정하는 대신, 연료 전지의 발전 전류에 기초하여 건조의 개연성을 판정할 수 있다. 따라서, 임피던스의 변화가 작은 저부하 영역에 있어서도, 건조를 미연에 방지할 수 있다.With this configuration, when the generated current of the fuel cell is in a low load region (a predetermined threshold value or less) and the generated current continues for a predetermined time or more, it can be determined that the operating state of the fuel cell is the drift- have. That is, instead of directly determining the dry state of the fuel cell based on the measured impedance or the like, the probability of drying can be determined based on the generated electric current of the fuel cell. Therefore, even in a low load region where the change in impedance is small, drying can be prevented in advance.

상기 제2 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서, 전자 제어 유닛은, 연료 전지의 부하 저감율 또는 출력 저감율이 소정의 임계값을 초과하는 경우에, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되어도 된다.In the fuel cell system according to the second aspect, when the load reduction rate or the output reduction rate of the fuel cell exceeds a predetermined threshold value, the electronic control unit determines that the operation state of the fuel cell is the drift- .

연료 전지의 부하(요구 전력)가 고부하로부터 저부하로 급격하게 저하되는 경우에는, 고부하 시에 연료 전지에 공급되어 있었던 다량의 반응 가스가 저부하 시에 잉여로 되고, 이 잉여 반응 가스에 기인하여 연료 전지가 건조 상태로 되는 것이 예측된다. 이로 인해, 연료 전지의 부하 저감율(단위 시간당 연료 전지의 부하의 저감량)이나 출력 저감율(단위 시간당 연료 전지의 출력의 저감량)을 산출하고, 산출한 부하(출력) 저감율이 소정의 임계값을 초과하는 경우에, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수 있다.In the case where the load (required power) of the fuel cell abruptly drops from a high load to a low load, a large amount of reaction gas supplied to the fuel cell at the time of high load becomes surplus at low load, It is predicted that the fuel cell will be in a dry state. Therefore, the load reduction rate (reduction amount of the load of the fuel cell per unit time) and the output reduction rate (the reduction amount of the output of the fuel cell per unit time) of the fuel cell are calculated, and when the calculated load (output) reduction rate exceeds the predetermined threshold value , It can be determined that the operating state of the fuel cell is the drying inducing operation state.

상기 제2 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서, 전자 제어 유닛은, 연료 전지의 온도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되어도 된다.In the fuel cell system according to the second aspect, the electronic control unit may be configured to determine that the operation state of the fuel cell is the drift inducing operation state when the temperature of the fuel cell is equal to or greater than the predetermined threshold value.

이러한 구성을 채용하면, 연료 전지의 온도가 비교적 고온(소정의 임계값 이상)인 경우에, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수 있다. 즉, 측정한 임피던스 등에 기초하여 연료 전지의 건조 상태를 직접 판정하는 대신, 연료 전지의 온도에 기초하여 건조의 개연성을 판정할 수 있다. 따라서, 임피던스의 변화가 작은 저부하 영역에 있어서도, 건조를 미연에 방지할 수 있다.If this configuration is employed, it can be determined that the operating state of the fuel cell is the drying-in operation state when the temperature of the fuel cell is relatively high (a predetermined threshold value or more). That is, instead of directly determining the dry state of the fuel cell based on the measured impedance or the like, the probability of drying can be determined based on the temperature of the fuel cell. Therefore, even in a low load region where the change in impedance is small, drying can be prevented in advance.

상기 제1 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서, 연료 전지에 연료 가스를 공급하기 위한 연료 가스 통로와, 연료 전지로부터 배출되는 연료 오프 가스를 연료 가스 통로에 환류시키기 위한 순환 통로와, 순환 통로 내의 연료 오프 가스를 연료 가스 통로에 압송하는 순환 펌프를 구비해도 된다. 이러한 경우에 있어서, 전자 제어 유닛은, 연료 전지 내의 수분량이 소정량 이하라고 판정되었을 때의 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 순환 펌프의 작동량을 통상 시보다도 증대시키도록 구성되어도 된다.A fuel gas passage for supplying the fuel gas to the fuel cell; a circulation passage for returning the fuel offgas discharged from the fuel cell to the fuel gas passage; and a circulation passage for circulating the fuel And a circulation pump for feeding the off-gas into the fuel gas passage. In this case, the electronic control unit may be configured to increase the operation amount of the circulation pump from the normal time when the speed of the vehicle when the water amount in the fuel cell is judged to be equal to or less than the predetermined amount is equal to or greater than the predetermined threshold value .

또한, 상기 제2 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서, 연료 전지에 연료 가스를 공급하기 위한 연료 가스 통로와, 연료 전지로부터 배출되는 연료 오프 가스를 연료 가스 통로에 환류시키기 위한 순환 통로와, 순환 통로 내의 연료 오프 가스를 연료 가스 통로에 압송하는 순환 펌프를 구비해도 된다. 이러한 경우에 있어서, 전자 제어 유닛은, 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정되었을 때의 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 순환 펌프의 작동량을 통상 시보다도 증대시키도록 구성되어도 된다.Further, in the fuel cell system according to the second aspect, a fuel gas passage for supplying the fuel gas to the fuel cell, a circulation passage for returning the fuel offgas discharged from the fuel cell to the fuel gas passage, And a circulation pump for feeding the fuel offgas in the fuel gas passage. In this case, the electronic control unit is configured to increase the operation amount of the circulation pump from the normal time when the speed of the vehicle when the operation state of the fuel cell is determined to be the driviness driving state is equal to or greater than the predetermined threshold value .

이러한 구성을 채용하면, 연료 전지가 건조 상태(또는 연료 전지의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태)이며, 또한 연료 전지가 탑재된 이동체의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 순환 펌프의 작동량을 통상 시보다도 증대시켜 연료 가스 통로에의 연료 오프 가스의 압송량을 증대시킴으로써, 연료 전지에 공급되는 연료 가스에 포함되는 수분을 증대시킬 수 있다. 즉, 순환 펌프의 작동량을 증대시키는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용할 수 있다. 순환 펌프의 소비 전력은 에어 컴프레서의 소비 전력과 비교하면 현격하게 작으므로, 연료 소비량을 절감하면서 연료 전지의 건조를 방지할 수 있다. 또한, 순환 펌프의 작동량이 증대되어도, 그 운전 소리를 이동체의 이동에 기인하는 소리에 의해 제거할 수 있다.With this configuration, when the fuel cell is in the dry state (or the operation state in which the operation state of the fuel cell is dry) and the speed of the moving body on which the fuel cell is mounted is equal to or greater than the predetermined threshold value, The amount of water contained in the fuel gas supplied to the fuel cell can be increased by increasing the amount of the fuel offgas to be fed to the fuel gas passage by increasing the amount of the fuel gas. That is, the operation for increasing the operation amount of the circulation pump can be employed as " drying prevention operation ". Since the power consumption of the circulation pump is significantly smaller than the power consumption of the air compressor, it is possible to prevent the fuel cell from drying out while reducing fuel consumption. Further, even if the operation amount of the circulation pump is increased, the operation sound can be removed by the sound caused by the movement of the moving body.

본 발명의 상기 제1, 제2 형태에 따르면, 탑승자에게 위화감을 부여하는 일 없이 적절한 타이밍에 건조 방지 운전을 실행할 수 있는 연료 전지 시스템을 제공하는 것이 가능해진다.According to the first and second modes of the present invention, it becomes possible to provide a fuel cell system that can perform the drying prevention operation at an appropriate timing without imposing an uncomfortable feeling on the occupant.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 장점 및 기술적 및 산업적 현저성은 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 구성의 개략을 나타내는 설명도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 도 2에 나타내는 운전 방법에 있어서의 건조 판정 공정을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 운전 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 도 4에 나타내는 운전 방법에 있어서의 운전 판정 공정을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 연료 전지에 공급되는 반응 가스의 지시값 및 실측값의 시간 이력을 나타내는 타임차트.The features, advantages, and technical and industrial advantages of the exemplary embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which like elements are represented by like reference numerals.
1 is an explanatory view schematically showing the configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention;
2 is a flowchart for explaining a method of operating a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention;
3 is a flowchart for explaining a drying determination step in the operation method shown in Fig.
4 is a flowchart for explaining a method of operating a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention;
5 is a flowchart for explaining an operation determining step in the operation method shown in Fig.
6 is a time chart showing a time history of an indicated value and an actual value of the reaction gas supplied to the fuel cell.

이하, 각 도면을 참조하면서, 본 발명의 각 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 도면의 상하 좌우 등의 위치 관계는, 특별히 언급하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치 관계에 기초하는 것으로 한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 도시의 비율에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 각 실시 형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 본 발명을 이들 실시 형태만으로 한정하는 취지는 아니다. 또한, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 한, 다양한 변형이 가능하다.Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the positional relationships of the upper, lower, right, and left sides of the drawings are based on the positional relationships shown in the drawings unless otherwise specified. In addition, the dimensional ratios in the drawings are not limited to those shown in the drawings. The following embodiments are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments. In addition, various modifications are possible without departing from the gist of the invention.

<제1 실시 형태> 우선, 도 1∼도 3을 사용하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10) 및 그 운전 방법에 대해 설명한다.&Lt; First Embodiment > First, a fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention and a method of operation thereof will be described with reference to Figs. 1 to 3. Fig.

우선, 도 1을 사용하여, 본 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)의 구성에 대해 설명한다. 연료 전지 시스템(10)은, 예를 들어 이동체로서의 연료 전지 차량에 탑재되는 차량 탑재 전원 시스템으로서 기능하는 것이며, 반응 가스(연료 가스 및 산화 가스)의 공급을 받아 발전하는 연료 전지(20)와, 산화 가스로서의 공기를 연료 전지(20)에 공급하기 위한 산화 가스 공급계(30)와, 연료 가스로서의 수소 가스를 연료 전지(20)에 공급하기 위한 연료 가스 공급계(40)와, 전력의 충방전을 제어하기 위한 전력계(50)와, 시스템 전체를 통괄 제어하는 컨트롤러(60)를 구비하고 있다.First, the configuration of the fuel cell system 10 according to the present embodiment will be described with reference to Fig. The fuel cell system 10 functions as a vehicle-mounted power system mounted on a fuel cell vehicle, for example, as a moving body. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 20 that receives power from a reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) An oxidizing gas supply system 30 for supplying air as an oxidizing gas to the fuel cell 20, a fuel gas supply system 40 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 20, A power meter 50 for controlling discharge, and a controller 60 for overall control of the entire system.

연료 전지(20)는, 다수의 셀을 직렬로 적층하여 이루어지는 고체 고분자 전해질형 셀 스택이다. 연료 전지(20)에서는, 애노드 전극에 있어서 (1) 식의 산화 반응이 발생하고, 캐소드 전극에 있어서 (2) 식의 환원 반응이 발생한다. 연료 전지(20) 전체적으로는 (3) 식의 기전 반응이 발생한다. H2→2H＋＋2e－…(1) (1/2)O2＋2H＋＋2e－→H2O…(2) H2＋(1/2)O2→H2O…(3)The fuel cell 20 is a solid polymer electrolyte cell stack in which a plurality of cells are stacked in series. In the fuel cell 20, an oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode, and a reduction reaction of the formula (2) occurs at the cathode electrode. An electromotive reaction of the formula (3) occurs in the entire fuel cell 20. H 2 → 2H + + 2e - ... (1) (1/2) O 2 + 2H + + 2e - ? H 2 O ... (2) H 2 + (1/2 ) O 2 → H 2 O ... (3)

연료 전지(20)를 구성하는 셀은, 고분자 전해질막과, 애노드 전극과, 캐소드 전극과, 세퍼레이터로 구성되어 있다. 애노드 전극 및 캐소드 전극은, 고분자 전해질막을 양측으로부터 사이에 끼워 샌드위치 구조를 형성하고 있다. 세퍼레이터는, 가스 불투과의 도전성 부재로 구성되고, 애노드 전극 및 캐소드 전극을 양측으로부터 사이에 끼우면서, 애노드 전극 및 캐소드 전극과의 사이에 각각 연료 가스 및 산화 가스의 유로를 형성하고 있다.The cell constituting the fuel cell 20 is composed of a polymer electrolyte membrane, an anode electrode, a cathode electrode, and a separator. The anode electrode and the cathode electrode sandwich the polymer electrolyte membrane from both sides to form a sandwich structure. The separator is made of a gas-impermeable conductive member, and a fuel gas and an oxidizing gas flow path are formed between the anode electrode and the cathode electrode while sandwiching the anode electrode and the cathode electrode from both sides.

애노드 전극 및 캐소드 전극은, 각각, 촉매층과, 가스 확산층을 갖고 있다. 촉매층은, 촉매로서 기능하는 예를 들어 백금계의 귀금속 입자를 담지한 촉매 담지 카본과, 고분자 전해질을 갖고 있다. 귀금속 입자의 백금계의 재료로서, 예를 들어 금속 촉매(Pt, Pt-Fe, Pt-Cr, Pt-Ni, Pt-Ru 등)를 사용할 수 있다. 촉매 담지 카본으로서는, 예를 들어 카본 블랙을 사용할 수 있다. 고분자 전해질로서는, 예를 들어 불소계 수지인 퍼플루오로카본술폰산 폴리머나, 비불소계 수지인 BPSH(폴리아릴렌에테르술폰산 공중합체) 등을 갖는 프로톤 전도성의 이온 교환 수지 등을 사용할 수 있다. 퍼플루오로카본술폰산 폴리머나 BPSH는, 술폰산기를 구비하고 있다. 즉, 이들 수지는 이온성을 갖고 있으며, 「아이오노머(이온＋폴리머)」라고도 불린다. 가스 확산층은, 촉매층의 표면에 형성되어 통기성과 전자 도전성을 겸비하고, 탄소 섬유로 이루어지는 실로 짜서 만든 카본 클로스, 카본 페이퍼, 또는 카본 펠트에 의해 형성되어 있다.Each of the anode electrode and the cathode electrode has a catalyst layer and a gas diffusion layer. The catalyst layer has, for example, a catalyst-carrying carbon carrying noble metal particles of a platinum group that functions as a catalyst, and a polymer electrolyte. As the platinum-based material of noble metal particles, for example, a metal catalyst (Pt, Pt-Fe, Pt-Cr, Pt-Ni or Pt-Ru) can be used. As the catalyst-carrying carbon, for example, carbon black can be used. As the polymer electrolyte, for example, a proton conductive ion exchange resin having a perfluorocarbonsulfonic acid polymer as a fluorine resin or a BPSH (polyarylene ether sulfonic acid copolymer) as a non-fluorine resin can be used. The perfluorocarbonsulfonic acid polymer or BPSH has a sulfonic acid group. That is, these resins have ionicity and are also referred to as "ionomer (ion + polymer)". The gas diffusion layer is formed of a carbon cloth, carbon paper, or carbon felt, which is formed on the surface of the catalyst layer and has air permeability and electronic conductivity and is made of a yarn made of carbon fibers.

고분자 전해질막은, 고체 고분자 재료, 예를 들어 불소계 수지에 의해 형성된 프로톤 전도성의 이온 교환막이며, 습윤 상태에서 양호한 전기 전도성을 발휘한다. 고분자 전해질막, 애노드 전극 및 캐소드 전극에 의해 막-전극 어셈블리가 형성되어 있다.The polymer electrolyte membrane is a proton conductive ion exchange membrane formed by a solid polymer material, for example, a fluorine resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. A membrane-electrode assembly is formed by the polymer electrolyte membrane, the anode electrode, and the cathode electrode.

도 1에 나타내는 바와 같이 연료 전지(20)에는, 연료 전지(20)의 출력 전압(FC 전압)을 검출하기 위한 전압 센서(71)와, 출력 전류(FC 전류)를 검출하기 위한 전류 센서(72)가 설치되어 있다.1, the fuel cell 20 is provided with a voltage sensor 71 for detecting the output voltage (FC voltage) of the fuel cell 20 and a current sensor 72 for detecting the output current (FC current) ).

산화 가스 공급계(30)는, 연료 전지(20)의 캐소드 전극에 공급되는 산화 가스가 흐르는 산화 가스 통로(33)와, 연료 전지(20)로부터 배출되는 산화 오프 가스가 흐르는 산화 오프 가스 통로(34)를 갖고 있다. 산화 가스 통로(33)에는, 필터(31)를 통해 대기 중으로부터 산화 가스를 도입하는 에어 컴프레서(32)(산화 가스 공급원)와, 연료 전지(20)에의 산화 가스 공급을 차단하기 위한 차단 밸브(A1)가 설치되어 있다. 산화 오프 가스 통로(34)에는, 연료 전지(20)로부터의 산화 오프 가스의 배출을 차단하기 위한 차단 밸브(A2)와, 산화 가스 공급압을 조정하기 위한 배압 조정 밸브(A3)가 설치되어 있다.The oxidizing gas supply system 30 includes an oxidizing gas passage 33 through which the oxidizing gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell 20 flows and an oxidizing off gas passage 34 through which the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 20 flows 34). The oxidizing gas passage 33 is provided with an air compressor 32 (oxidizing gas supply source) for introducing an oxidizing gas from the atmosphere through a filter 31 and a shutoff valve 32 for shutting off the supply of oxidizing gas to the fuel cell 20 A1. The oxidation off-gas passage 34 is provided with a shutoff valve A2 for shutting off the discharge of oxidized off gas from the fuel cell 20 and a back pressure regulating valve A3 for adjusting the oxidizing gas supply pressure .

연료 가스 공급계(40)는, 연료 가스 공급원(41)과, 연료 가스 공급원(41)으로부터 연료 전지(20)의 애노드 전극에 공급되는 연료 가스가 흐르는 연료 가스 통로(43)와, 연료 전지(20)로부터 배출되는 연료 오프 가스를 연료 가스 통로(43)에 환류시키기 위한 순환 통로(44)와, 순환 통로(44) 내의 연료 오프 가스를 연료 가스 통로(43)에 압송하는 순환 펌프(45)와, 순환 통로(44)에 분기 접속되는 배기 배수 통로(46)를 갖고 있다.The fuel gas supply system 40 includes a fuel gas supply source 41, a fuel gas passage 43 through which the fuel gas supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell 20 flows, A circulation pump 44 for feeding the fuel offgas in the circulation passage 44 to the fuel gas passage 43 and a circulation pump 44 for feeding the fuel offgas in the circulation passage 44 to the fuel gas passage 43, And an exhaust drainage passage 46 branch-connected to the circulation passage 44.

연료 가스 공급원(41)은, 예를 들어 고압 수소 탱크나 수소 흡수 합금 등으로 구성되고, 고압(예를 들어, 35㎫∼70㎫)의 수소 가스를 저류한다. 차단 밸브(H1)를 개방하면, 연료 가스 공급원(41)으로부터 연료 가스 통로(43)에 연료 가스가 유출된다. 연료 가스는, 레귤레이터(H2)나 인젝터(42)에 의해, 예를 들어 200㎪ 정도까지 감압되어, 연료 전지(20)에 공급된다.The fuel gas supply source 41 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen absorbing alloy, and stores hydrogen gas at a high pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa). When the shutoff valve H1 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source 41 to the fuel gas passage 43. The fuel gas is depressurized to about 200 ㎪, for example, by the regulator H2 or the injector 42, and is supplied to the fuel cell 20.

순환 통로(44)에는, 연료 전지(20)로부터의 연료 오프 가스 배출을 차단하기 위한 차단 밸브(H4)와, 순환 통로(44)로부터 분기하는 배기 배수 통로(46)가 접속되어 있다. 배기 배수 통로(46)에는, 배기 배수 밸브(H5)가 배치되어 있다. 배기 배수 밸브(H5)는, 컨트롤러(60)로부터의 지령에 의해 작동함으로써, 순환 통로(44) 내의 불순물을 포함하는 연료 오프 가스와 수분을 외부로 배출(퍼지)한다.A shutoff valve H4 for shutting off the fuel offgas from the fuel cell 20 and an exhaust drainage passage 46 branching from the circulation passage 44 are connected to the circulation passage 44. [ In the exhaust drainage passage 46, an exhaust drain valve H5 is disposed. The exhaust drain valve H5 operates by an instruction from the controller 60 to exhaust (purge) the fuel offgas containing impurities in the circulation passage 44 and moisture to the outside.

배기 배수 밸브(H5)를 통해 배출되는 연료 오프 가스는, 산화 오프 가스 통로(34)를 흐르는 산화 오프 가스와 혼합되고, 도시하고 있지 않은 희석기에 의해 희석된다. 순환 펌프(45)는, 순환계 내의 연료 오프 가스를 모터 구동에 의해 연료 전지(20)에 순환 공급한다.The fuel offgas discharged through the exhaust drain valve H5 is mixed with the oxidation offgas flowing through the oxidation offgas passage 34 and diluted by a diluent not shown. The circulation pump 45 circulates and supplies the fuel off-gas in the circulation system to the fuel cell 20 by motor drive.

전력계(50)는, DC/DC 컨버터(51)와, 배터리(52)와, 트랙션 인버터(53)와, 트랙션 모터(54)와, 보조 기계류(55)를 갖고 있다. DC/DC 컨버터(51)는, 배터리(52)로부터 공급되는 직류 전압을 승압하여 트랙션 인버터(53)에 출력하는 기능과, 연료 전지(20)가 발전한 직류 전력 또는 회생 제동에 의해 트랙션 모터(54)가 회수한 회생 전력을 강압하여 배터리(52)에 충전하는 기능을 갖는다.The power meter 50 has a DC / DC converter 51, a battery 52, a traction inverter 53, a traction motor 54, and an auxiliary machinery 55. The DC / DC converter 51 has a function of boosting the DC voltage supplied from the battery 52 and outputting the boosted DC voltage to the traction inverter 53 and the function of the traction motor 54 And regenerates the regenerated electric power recovered by the regenerative power regenerating unit 52 to charge the battery 52. [

배터리(52)는, 잉여 전력의 저장원, 회생 제동 시의 회생 에너지 저장원, 연료 전지 차량의 가속 또는 감속에 수반하는 부하 변동 시의 에너지 버퍼 등으로서 기능한다. 배터리(52)로서는, 예를 들어 니켈·카드뮴 축전지, 니켈·수소 축전지, 리튬 2차 전지 등의 2차 전지가 적합하다. 배터리(52)에는, 그 잔류 용량인 SOC(State of charge)를 검출하기 위한 SOC 센서(73)가 설치되어 있다.The battery 52 functions as a storage source of surplus electric power, a regenerative energy storage source at the time of regenerative braking, an energy buffer at the time of load fluctuation accompanying acceleration or deceleration of the fuel cell vehicle, and the like. As the battery 52, for example, a secondary battery such as a nickel-cadmium storage battery, a nickel-hydrogen storage battery, or a lithium secondary battery is suitable. The battery 52 is provided with an SOC sensor 73 for detecting the state of charge (SOC), which is its residual capacity.

트랙션 인버터(53)는, 예를 들어 펄스 폭 변조 방식으로 구동되는 PWM 인버터이며, 컨트롤러(60)로부터의 제어 지령에 따라, 연료 전지(20) 또는 배터리(52)로부터 출력되는 직류 전압을 삼상 교류 전압으로 변환하여, 트랙션 모터(54)의 회전 토크를 제어한다. 트랙션 모터(54)는, 예를 들어 삼상 교류 모터이며, 연료 전지 차량의 동력원을 구성한다.The traction inverter 53 is a PWM inverter driven by, for example, a pulse width modulation method. In accordance with a control command from the controller 60, the traction inverter 53 converts the DC voltage output from the fuel cell 20 or the battery 52 into three- Voltage to control the rotation torque of the traction motor 54. [ The traction motor 54 is, for example, a three-phase AC motor, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.

보조 기계류(55)는, 연료 전지 시스템(10) 내의 각 부에 배치되어 있는 각 모터나, 이들 모터를 구동하기 위한 인버터류, 나아가서는 각종 차량 탑재 보조 기계류[예를 들어, 에어 컴프레서(32), 인젝터(42), 순환 펌프(45), 라디에이터, 냉각수 순환 펌프 등]를 총칭하는 것이다.The auxiliary machinery 55 includes motors arranged in respective parts in the fuel cell system 10, inverters for driving these motors, and various other vehicle mounted auxiliary machinery (for example, an air compressor 32) An injector 42, a circulation pump 45, a radiator, a cooling water circulation pump, etc.).

컨트롤러(60)는, CPU, ROM, RAM 및 입출력 인터페이스를 구비하는 컴퓨터 시스템[전자 제어 유닛(ECU)]이며, 연료 전지 시스템(10)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는, 이그니션 스위치로부터 출력되는 기동 신호(IG)를 수신하면, 연료 전지 시스템(10)의 운전을 개시하고, 액셀러레이터 센서로부터 출력되는 액셀러레이터 개방도 신호(ACC)나 차속 센서로부터 출력되는 차속 신호(VC) 등에 기초하여, 시스템 전체의 요구 전력을 구한다. 시스템 전체의 요구 전력은, 차량 주행 전력과 보조 기계 전력의 합계값이다.The controller 60 is a computer system (electronic control unit (ECU)) having a CPU, a ROM, a RAM and an input / output interface, and controls each section of the fuel cell system 10. For example, when the controller 60 receives the start signal IG from the ignition switch, the controller 60 starts the operation of the fuel cell system 10 and outputs the accelerator opening signal ACC, The required power of the entire system is obtained based on the vehicle speed signal VC output from the sensor or the like. The total required power of the system is the sum of the vehicle running power and the auxiliary machine power.

보조 기계 전력에는, 차량 탑재 보조 기계류[에어 컴프레서(32), 순환 펌프(45), 냉각수 순환 펌프 등]에서 소비되는 전력, 차량 주행에 필요한 장치(변속기, 차륜 제어 장치, 조타 장치, 현가 장치 등)에서 소비되는 전력, 탑승원 공간 내에 배치되는 장치(공조 장치, 조명 기구, 오디오 등)에서 소비되는 전력 등이 포함된다.The auxiliary machine electric power includes electric power consumed in an auxiliary machine (an air compressor 32, a circulation pump 45, a cooling water circulation pump, etc.) installed in a vehicle, devices necessary for driving the vehicle (transmission, wheel control device, steering device, , Power consumed in devices (air conditioners, lighting equipment, audio, etc.) disposed in the passenger space, and the like.

컨트롤러(60)는, 연료 전지(20)와 배터리(52)의 각각의 출력 전력의 배분을 결정하고, 연료 전지(20)의 발전량이 목표 전력에 일치하도록, 산화 가스 공급계(30) 및 연료 가스 공급계(40)를 제어함과 함께, DC/DC 컨버터(51)를 제어하여, 연료 전지(20)의 출력 전압을 조정함으로써, 연료 전지(20)의 운전 포인트(출력 전압, 출력 전류)를 제어한다.The controller 60 determines the distribution of the output power of each of the fuel cell 20 and the battery 52 and determines the distribution of the output power of the oxidizing gas supply system 30 and the fuel 52, (Output voltage, output current) of the fuel cell 20 by controlling the gas supply system 40 and controlling the DC / DC converter 51 to adjust the output voltage of the fuel cell 20, .

연료 전지 시스템(10)의 운전 시에는, 연료 전지(20)에 있어서, 상술한 (1) 식에 나타내는 바와 같이, 애노드 전극에서 생성된 수소 이온이 전해질막을 투과하여 캐소드 전극으로 이동하고, 캐소드 전극으로 이동한 수소 이온은, 상술한 (2) 식에 나타내는 바와 같이, 캐소드 전극에 공급되어 있는 산화 가스 중의 산소와 전기 화학 반응을 일으키고, 산소의 환원 반응을 발생시키고, 물을 생성한다.During the operation of the fuel cell system 10, hydrogen ions generated in the anode electrode pass through the electrolyte membrane and move to the cathode electrode in the fuel cell 20, as shown in the above formula (1) , The hydrogen ion moves to an electrochemical reaction with oxygen in the oxidizing gas supplied to the cathode electrode to generate a reduction reaction of oxygen and generate water as shown in the above-mentioned formula (2).

또한, 컨트롤러(60)는, 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)인지 여부를 판정한다. 즉, 컨트롤러(60)는, 본 발명에 있어서의 판정부로서 기능한다. 또한, 컨트롤러(60)는, 건조 판정을 행한 결과, 연료 전지(20)가 건조 상태에 있다고 판정한 경우에, 연료 전지(20)가 탑재된 연료 전지 차량의 속도를 차속 센서로 검출(특정)하고, 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지(20) 내의 수분량을 증가시켜, 연료 전지(20)의 건조를 방지한다. 즉, 컨트롤러(60)는, 본 발명에 있어서의 건조 방지부로서도 기능한다. 본 실시 형태에 있어서는, 후술하는 바와 같이, 순환 펌프(45)의 작동량을 증대시키는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용하고 있다.Further, the controller 60 determines whether the water content in the fuel cell 20 is equal to or less than a predetermined amount (dry state). That is, the controller 60 functions as a determination section in the present invention. When the controller 60 determines that the fuel cell 20 is in the dry state as a result of the drying determination, the controller 60 detects (specifies) the speed of the fuel cell vehicle on which the fuel cell 20 is mounted by the vehicle speed sensor, And increases the amount of water in the fuel cell 20 to prevent the fuel cell 20 from drying when the detected speed is equal to or greater than a predetermined threshold value. That is, the controller 60 also functions as a drying preventing portion in the present invention. In the present embodiment, as described later, the operation for increasing the operation amount of the circulation pump 45 is adopted as &quot; drying prevention operation &quot;.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)라고 판정한 경우에 컨트롤러(60)가 연료 전지 차량의 속도를 차속 센서로 검출하여 특정한 예를 나타냈지만, 연료 전지 차량의 속도를 특정하는 형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연료 전지 차량의 속도를 차속 센서로 상시 검출해 두고, 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)라고 판정한 경우에 컨트롤러(60)가 그 검출한 속도를 판독하여 특정할 수도 있다.In the present embodiment, the controller 60 detects the speed of the fuel cell vehicle as a vehicle speed sensor when it is determined that the amount of water in the fuel cell 20 is equal to or less than a predetermined amount (dry state). However, The form of specifying the speed of the fuel cell vehicle is not limited to this. For example, when the speed of the fuel cell vehicle is always detected by the vehicle speed sensor and the amount of water in the fuel cell 20 is determined to be equal to or less than a predetermined amount (dry state), the controller 60 reads the detected speed It can be specified.

다음으로, 도 2 및 도 3의 흐름도를 사용하여, 본 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)의 건조 방지에 관한 운전 방법에 대해 설명한다.Next, with reference to the flow charts of Figs. 2 and 3, a description will be given of a method for operating the fuel cell system 10 according to the present embodiment for prevention of drying.

우선, 연료 전지 시스템(10)의 컨트롤러(60)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 운전 중에 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)인지 여부를 판정한다(판정 공정:S10). 여기서, 판정 공정 S10에 대해, 도 3을 사용하여 상세하게 설명한다.2, the controller 60 of the fuel cell system 10 determines whether or not the amount of water in the fuel cell 20 is equal to or less than a predetermined amount (dry state) during operation (determination step: S10) . Here, the judgment step S10 will be described in detail with reference to Fig.

판정 공정 S10에서는, 우선, 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량보다 많은 상태, 예를 들어 전회의 트립 시에 있어서의 소정의 비건조 발전 상태[연료 전지(20)가 건조되지 않는다고 여겨지는 소정의 조건하에 있어서의 발전 상태]에서 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정한다(기준값 설정 공정:S11). 본 실시 형태에 있어서는, 연료 전지(20)의 시동(이그니션 ON) 후, 연료 전지(20)의 발전 전류가 소정의 범위 내(IA∼IB)에 있고, 또한 연료 전지(20)의 온도가 소정의 범위 내(TC∼TD)에 있을 때의 발전 상태를 「비건조 발전 상태」로 하고 있다. 기준값 설정 공정 S11에 있어서, 컨트롤러(60)는, 연료 전지 차량의 전회의 트립 시에 있어서의 비건조 발전 상태에서 임피던스를 소정 시간(td) 내에서 복수회 측정하고, 이 측정한 임피던스의 평균값을 기준값(Zbase)으로서 기록해 둔다.In the judging step S10, first, in a state where the water content in the fuel cell 20 is larger than a predetermined amount, for example, in a predetermined non-dry electricity generating state in the previous trip (a predetermined Is set as a reference value (reference value setting step: S11). In the present embodiment, after the fuel cell 20 is started (ignition ON), the generated current of the fuel cell 20 is within the predetermined range (I A to I B ) and the temperature of the fuel cell 20 Is in a predetermined range (T C to T D ) is referred to as &quot; non-dry power generation state &quot;. In the reference value setting step S11, the controller 60 is measured a plurality of times a non-drying impedance in the power generation state at the time of the previous trips of a fuel cell vehicle in a predetermined time (t d), and the average value of the measured impedance Is recorded as a reference value (Z base ).

또한, 본 실시 형태에서는 「전회」의 트립 시에 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정하였지만, 「수회 전(예를 들어 전 5회 정도)」의 트립에서 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정하거나, 현재의 트립이 비교적 긴 경우에는 「현재」의 트립의 전반의 소정 시간(예를 들어 5분간) 내에 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정할 수도 있다.In the present embodiment, the average value of the impedances measured at the time of the "last time" trip is set as the reference value, but the average value of the impedances measured at the trip of several times (for example, about 5 times in total) , And if the current trip is relatively long, the average value of the impedance measured within a predetermined time (for example, five minutes) of the first half of the trip of the &quot; current &quot;

기준값 설정 공정 S11에 이어, 컨트롤러(60)는, 설정한 기준값(Zbase)과, 현재 측정한 임피던스(Znow)의 차(ΔZ)가 소정의 임계값(ΔZth) 이상인지 여부를 판정하고(임피던스 판정 공정:S12), 양자의 차(ΔZ)가 소정의 임계값(ΔZth) 미만인 경우에는, 연료 전지(20)가 비건조 상태에 있다고 판정하여 그때까지의 운전을 속행한다(비건조 출력 공정:S14). 한편, 컨트롤러(60)는, 양자의 차(ΔZ)가 소정의 임계값(ΔZth) 이상인 경우에, 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)라고 판정한다(건조 출력 공정:S13).Following the reference value setting step S11, the controller 60, and the difference (ΔZ), of setting a reference value (Z base), and a current measuring impedance (Z now) it is determined whether more than a predetermined threshold value (ΔZ th) (impedance determining step: S12), in both cases the car (ΔZ) is less than a predetermined threshold value (ΔZ th) is, it is judged that the fuel cell 20 is in a non-dry state and continues the operation until then (non-dried Output step: S14). On the other hand, it is determined that the controller 60 is, in the case of the two cars (ΔZ) is less than the predetermined threshold value (ΔZ th), or less water content a predetermined amount in the fuel cell 20 (dry) (dry outputting step: S13).

이와 같이 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하(건조 상태)라고 판정한 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(60)는, 연료 전지(20)가 탑재된 연료 전지 차량의 속도를 차속 센서로 검출(특정)한다(속도 특정 공정:S20). 그리고, 컨트롤러(60)는, 속도 특정 공정 S20에서 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인지 여부를 판정하고(속도 판정 공정:S30), 검출한 속도가 소정의 임계값 미만인 경우에는, 특별히 건조 방지 운전을 실시하는 일 없이 그때까지의 운전을 속행한다. 한편, 컨트롤러(60)는, 속도 특정 공정 S20에서 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지(20)의 건조를 방지하기 위한(건조를 해소하기 위한) 건조 방지 운전을 실시한다(건조 방지 공정:S40).2, the controller 60 sets the speed of the fuel cell vehicle on which the fuel cell 20 is mounted to a predetermined value (i.e., And detected (specified) by the vehicle speed sensor (speed specifying step: S20). Then, the controller 60 determines whether the speed detected in the speed specification step S20 is equal to or greater than a predetermined threshold value (speed determination step: S30). If the detected speed is less than the predetermined threshold value, Continue driving until then without performing driving. On the other hand, when the speed detected in the speed specification step S20 is equal to or greater than a predetermined threshold value, the controller 60 performs a drying prevention operation for preventing the drying of the fuel cell 20 Drying prevention process: S40).

건조 방지 공정 S40에 있어서, 컨트롤러(60)는, 차속 센서로 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 순환 펌프(45)의 작동량을 통상 시보다도 증대시켜 연료 가스 통로(43)에의 연료 오프 가스의 압송량을 증대시킴으로써, 연료 전지(20)에 공급되는 연료 가스에 포함되는 수분을 증대시킨다.In the drying prevention step S40, when the speed detected by the vehicle speed sensor is equal to or greater than the predetermined threshold value, the controller 60 increases the operation amount of the circulation pump 45 from the normal time, The amount of water contained in the fuel gas supplied to the fuel cell 20 is increased.

여기서, 순환 펌프(45)의 「통상 시」의 작동량이라 함은, 통상의 발전에 필요한 수소 이론 공연비(예를 들어 1.2∼2.0 정도)를 확보하기 위한 순환 펌프(45)의 작동량을 의미한다. 컨트롤러(60)는, 차속 센서로 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 수소 이론 공연비가 통상 시보다도 높은 값(예를 들어 2.5∼4.0 정도)으로 되도록 순환 펌프(45)의 작동량을 증대시키도록 한다. 이때, 수소 이론 공연비의 값을, 임피던스의 기준값(Zbase)과 현재 측정한 임피던스(Znow)의 차(ΔZ)에 따라 변화시킬 수도 있다. 예를 들어, 양자의 차(ΔZ)가 비교적 큰 경우에는 수소 이론 공연비를 비교적 큰 값(예를 들어 4.0 정도)으로 설정하고, 양자의 차(ΔZ)가 비교적 작은 경우에는 수소 이론 공연비를 비교적 작은 값(예를 들어 2.5 정도)으로 설정할 수 있다. 이와 같이 하면, 건조 상태의 정도에 따른 적절한 건조 방지 운전을 실시할 수 있다.Here, the operation amount of the "normal operation" of the circulation pump 45 means the operation amount of the circulation pump 45 for securing the hydrogen theoretical air-fuel ratio (for example, about 1.2 to 2.0) required for normal power generation do. The controller 60 sets the operation amount of the circulation pump 45 so that the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio becomes higher than a normal value (for example, about 2.5 to 4.0) when the speed detected by the vehicle speed sensor is a predetermined threshold value or more . At this time, the value of the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio can be changed according to the difference (Z) between the impedance reference value (Z base ) and the currently measured impedance (Z now ). For example, when the difference? Z is relatively large, the hydrogen theoretical air-fuel ratio is set to a relatively large value (for example, about 4.0), and when the difference? Z is relatively small, Value (for example, about 2.5). By doing so, it is possible to carry out an appropriate drying prevention operation according to the degree of the drying state.

그 후, 컨트롤러(60)는, 소정의 종료 조건이 만족된 경우에 건조 방지 운전을 종료한다. 종료 조건으로서는, (1) 설정한 기준값(Zbase)과 현재 측정한 임피던스(Znow)의 차(ΔZ)가 소정의 임계값(ΔZth) 미만으로 되는 것, (2) 연료 전지 차량의 속도가 소정의 임계값 미만으로 되는 것 등을 채용할 수 있다.Thereafter, the controller 60 terminates the drying prevention operation when the predetermined end condition is satisfied. Termination conditions as (1) a reference value (Z base) and that the difference (ΔZ) of the current measuring impedance (Z now), that is less than a predetermined threshold value (ΔZ th), (2) the speed of the fuel cell vehicle set Is less than a predetermined threshold value or the like can be adopted.

이상 설명한 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)에 있어서는, 연료 전지(20)가 건조 상태에 있고, 또한 연료 전지 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에만, 건조 방지 운전을 실시할 수 있다. 따라서, 건조 방지 운전에 사용되는 기기[순환 펌프(45)]의 운전 소리를, 연료 전지 차량의 주행에 기인하는 소리(타이어의 노이즈나 바람을 가르는 소리 등)에 의해 제거할 수 있으므로, 연료 전지 차량의 탑승자에게 위화감을 부여하는 일 없이 건조 방지 운전을 실행할 수 있다.In the fuel cell system 10 according to the embodiment described above, the drying prevention operation can be performed only when the fuel cell 20 is in the dry state and the speed of the fuel cell vehicle is equal to or higher than the predetermined threshold value. Therefore, the operation sound of the equipment (circulation pump 45) used for the anti-drying operation can be removed by the sound caused by the running of the fuel cell vehicle (such as the noise of the tire or the sound of blowing the wind) The anti-drying operation can be performed without giving the passenger of the vehicle an uncomfortable feeling.

또한, 이상 설명한 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)에 있어서는, 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량보다 많은 상태(전회의 트립 시에 있어서의 소정의 비건조 발전 상태)에서 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정하고, 이 기준값과 현재 측정한 임피던스를 비교하여 건조 판정을 행할 수 있다. 즉, 바로 근처의 비건조 발전 상태에 있어서의 임피던스를 기준값으로서 채용하고, 이 기준값을 사용하여 건조 판정을 행할 수 있으므로, 연료 전지(20)의 경년 열화에 수반하여 기준값이 변화한 경우에 있어서도, 정확하게 건조 판정을 행할 수 있다.In the fuel cell system 10 according to the above-described embodiment, the impedance of the fuel cell 20 measured in the state where the water content in the fuel cell 20 is larger than a predetermined amount (predetermined non-dry electricity generation state in the previous trip) The average value can be set as a reference value, and the reference value can be compared with the currently measured impedance to perform the dry determination. That is, since the impedance in the immediate non-dry power generation state can be adopted as the reference value and the dry determination can be made using this reference value, even when the reference value changes with aging deterioration of the fuel cell 20, The drying judgment can be performed accurately.

또한, 이상 설명한 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)에 있어서는, 연료 전지(20)가 건조 상태에 있고, 또한 연료 전지 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 순환 펌프(45)의 작동량을 통상 시보다도 증대시켜 연료 가스 통로(43)에의 연료 오프 가스의 압송량을 증대시킴으로써, 연료 전지(20)에 공급되는 연료 가스에 포함되는 수분을 증대시킬 수 있다. 순환 펌프(45)의 소비 전력은 에어 컴프레서(32)의 소비 전력과 비교하면 현격하게 작으므로, 연료 소비량을 절감하면서 연료 전지(20)의 건조를 방지할 수 있다. 또한, 순환 펌프(45)의 작동량이 증대되어도, 그 운전 소리를 연료 전지 차량의 이동에 기인하는 소리에 의해 제거할 수 있는 것은 이미 설명한 바와 같다.In the fuel cell system 10 according to the embodiment described above, when the fuel cell 20 is in a dry state and the speed of the fuel cell vehicle is equal to or greater than a predetermined threshold value, the operation of the circulation pump 45 The amount of water contained in the fuel gas supplied to the fuel cell 20 can be increased by increasing the amount of fuel to be supplied to the fuel gas passage 43 by increasing the amount of fuel to be supplied to the fuel gas passage 43. [ Since the power consumption of the circulation pump 45 is much smaller than the power consumption of the air compressor 32, drying of the fuel cell 20 can be prevented while reducing fuel consumption. Further, even if the operation amount of the circulation pump 45 is increased, the operation sound can be removed by the sound caused by the movement of the fuel cell vehicle as described above.

<제2 실시 형태> 다음으로, 도 4 및 도 5를 사용하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템은, 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템(10)의 컨트롤러(60)의 기능(제어 프로그램)을 변경한 것이며, 그 밖의 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 실질적으로 동일하므로, 시스템의 구성에 대해서는 도시를 생략한다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명을 생략하는 것으로 한다.&Lt; Second Embodiment > Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 4 and 5. Fig. The fuel cell system according to the present embodiment is a modification of the function (control program) of the controller 60 of the fuel cell system 10 according to the first embodiment, and other configurations are substantially the same as the first embodiment Therefore, the configuration of the system is not shown. The same reference numerals as in the first embodiment denote the same components as those in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

본 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 컨트롤러[이하, 제1 실시 형태의 컨트롤러(60)와 구별하기 위해 「60A」라 하는 부호를 부여하는 것으로 함]는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, CPU, ROM, RAM 및 입출력 인터페이스를 구비하는 컴퓨터 시스템(전자 제어 유닛)이며, 연료 전지 시스템의 각 부를 제어하는 것이다.(Hereinafter referred to as &quot; 60A &quot; for distinguishing it from the controller 60 of the first embodiment) of the fuel cell system according to the present embodiment is similar to that of the first embodiment, , A RAM, and a computer system (electronic control unit) having an input / output interface, and controls each part of the fuel cell system.

본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(60A)는, 연료 전지(20)의 운전 상태가, 연료 전지(20) 내의 수분량이 저하되어 연료 전지(20)의 건조를 초래하는 운전 상태(건조 유인 운전 상태)인지 여부를 판정한다. 즉, 컨트롤러(60A)는, 본 발명에 있어서의 운전 판정부로서 기능한다. 또한, 컨트롤러(60A)는, 운전 판정을 행한 결과, 연료 전지(20)가 건조 유인 운전 상태에 있다고 판정한 경우에, 연료 전지(20)가 탑재된 연료 전지 차량의 속도를 차속 센서로 검출(특정)하고, 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지(20) 내의 수분량을 증가시켜, 연료 전지(20)의 건조를 방지하기 위한 건조 방지 운전을 실시한다. 즉, 컨트롤러(60A)는, 본 발명에 있어서의 건조 방지부로서도 기능한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 순환 펌프(45)의 작동량을 증대시키는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용하고 있다.The controller 60A of the present embodiment is configured such that the operating state of the fuel cell 20 is a driving state in which the water content in the fuel cell 20 is lowered to cause drying of the fuel cell 20 Is determined. In other words, the controller 60A functions as a driving determination section in the present invention. The controller 60A also detects the speed of the fuel cell vehicle on which the fuel cell 20 is mounted by the vehicle speed sensor when it is determined that the fuel cell 20 is in the drying inducing operation state as a result of the driving determination And when the detected speed is equal to or greater than the predetermined threshold value, the water content in the fuel cell 20 is increased to perform the drying prevention operation for preventing the fuel cell 20 from drying. That is, the controller 60A also functions as a drying preventing portion in the present invention. In this embodiment, as in the first embodiment, the operation for increasing the operation amount of the circulation pump 45 is employed as &quot; drying prevention operation &quot;.

다음으로, 도 4 및 도 5의 흐름도를 사용하여, 본 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 건조 방지에 관한 운전 방법에 대해 설명한다.Next, with reference to the flow charts of Figs. 4 and 5, a description will be given of a driving method for preventing the drying of the fuel cell system according to the present embodiment.

우선, 연료 전지 시스템의 컨트롤러(60A)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(20)의 운전 상태가 연료 전지(20)의 건조를 초래하는 건조 유인 운전 상태인지 여부를 판정한다(운전 판정 공정:S10A). 여기서, 운전 판정 공정 S10A에 대해, 도 5를 사용하여 상세하게 설명한다.4, the controller 60A of the fuel cell system determines whether or not the operating state of the fuel cell 20 is a drying inducing state resulting in drying of the fuel cell 20 Process: S10A). Here, the operation determination step S10A will be described in detail with reference to FIG.

운전 판정 공정 S10A에서는, 우선, 전류 센서(72)로 연료 전지(20)의 발전 전류를 검출하고(전류 검출 공정:S11A), 검출한 발전 전류가 소정의 임계값(예를 들어 75A) 이하인지 여부를 판정하고(전류 판정 공정:S12A), 전류 센서(72)로 검출한 발전 전류가 소정의 임계값을 초과하는 것으로 판정한 경우에는, 연료 전지(20)가 비건조 유인 운전 상태에 있다고 판정하여 그때까지의 운전을 속행한다(비건조 출력 공정:S15A). 한편, 컨트롤러(60A)는, 전류 판정 공정 S12A에 있어서, 검출한 발전 전류가 소정의 임계값 이하라고 판정한 경우에는, 그 발전 전류가 소정 시간(예를 들어 1분간) 이상 계속되고 있는지 여부를 판정한다(계속 판정 공정:S13A).In the operation determination step S10A, first, the generation current of the fuel cell 20 is detected by the current sensor 72 (current detection step: S11A), and if the detected generation current is less than a predetermined threshold value (for example, 75 A) (Current determining step: S12A). If it is determined that the generated current detected by the current sensor 72 exceeds the predetermined threshold value, it is determined that the fuel cell 20 is in the non-drying inducing operation state And the operation up to that time is continued (non-drying output step: S15A). On the other hand, in the current determination step S12A, when the controller 60A determines that the detected generation current is equal to or less than the predetermined threshold value, the controller 60A determines whether or not the generated current continues for a predetermined time (for example, one minute) (Continuation determining step: S13A).

컨트롤러(60A)는, 계속 판정 공정 S13A에 있어서, 소정의 임계값 이하의 발전 전류의 계속 시간이 소정 시간 미만이라고 판정한 경우에는, 연료 전지(20)가 비건조 유인 운전 상태에 있다고 판정하여 그때까지의 운전을 속행한다(비건조 출력 공정:S15A). 한편, 컨트롤러(60A)는, 계속 판정 공정 S13A에 있어서, 소정의 임계값 이하의 발전 전류가 소정 시간 이상 계속되고 있다고 판정한 경우에는, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정한다(건조 출력 공정:S14A).The controller 60A determines that the fuel cell 20 is in the non-drying inducing operation state when it is determined in the continuously determining step S13A that the continuation time of the generated current equal to or less than the predetermined threshold value is less than the predetermined time, (Non-drying output step: S15A). On the other hand, when the controller 60A determines in step S13A that the generation current of the predetermined threshold value or less continues for a predetermined time or more, the controller 60A determines that the operation state of the fuel cell 20 is the dry- (Drying output step: S14A).

이와 같이 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정한 경우에는, 컨트롤러(60A)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(20)가 탑재된 연료 전지 차량의 속도를 차속 센서로 검출(특정)한다(속도 특정 공정:S20A). 그리고, 컨트롤러(60A)는, 속도 특정 공정 S20A에서 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인지 여부를 판정하고(속도 판정 공정:S30A), 검출한 속도가 소정의 임계값 미만인 경우에는, 특별히 건조 방지 운전을 실시하는 일 없이 그때까지의 운전을 속행한다. 한편, 컨트롤러(60A)는, 속도 특정 공정 S20A에서 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 연료 전지(20)의 건조를 방지하기 위한 건조 방지 운전을 실시한다(건조 방지 공정:S40A).4, the controller 60A controls the speed of the fuel cell vehicle on which the fuel cell 20 is mounted to the speed ratio of the fuel cell 20, (Specific speed step: S20A). Then, the controller 60A judges whether or not the speed detected in the speed specifying step S20A is equal to or larger than the predetermined threshold value (speed determining step: S30A). If the detected speed is less than the predetermined threshold value, Continue driving until then without performing driving. On the other hand, when the speed detected in the speed specification step S20A is equal to or greater than a predetermined threshold value, the controller 60A performs a drying prevention operation to prevent drying of the fuel cell 20 (drying prevention step: S40A).

건조 방지 공정 S40A에 있어서, 컨트롤러(60A)는, 차속 센서로 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 순환 펌프(45)의 작동량을 통상 시보다도 증대시켜 연료 가스 통로(43)에의 연료 오프 가스의 압송량을 증대시킴으로써, 연료 전지(20)에 공급되는 연료 가스에 포함되는 수분을 증대시킨다.In the drying prevention process S40A, when the speed detected by the vehicle speed sensor is equal to or greater than the predetermined threshold value, the controller 60A increases the operation amount of the circulation pump 45 from the normal time as in the first embodiment, The amount of water contained in the fuel gas supplied to the fuel cell 20 is increased by increasing the amount of the fuel off-gas fed to the gas passage 43.

또한, 순환 펌프(45)의 「통상 시」의 작동량이라 함은, 통상의 발전에 필요한 수소 이론 공연비(예를 들어 1.2∼2.0 정도)를 확보하기 위한 순환 펌프(45)의 작동량을 의미한다. 컨트롤러(60A)는, 차속 센서로 검출한 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 수소 이론 공연비가 통상 시보다도 높은 값(예를 들어 2.5∼4.0 정도)으로 되도록 순환 펌프(45)의 작동량을 증대시키도록 한다. 이때, 수소 이론 공연비의 값을, 연료 전지(20)의 발전 전류의 값에 따라 변화시킬 수도 있다. 예를 들어, 전류 센서(72)로 검출한 발전 전류가 비교적 작은(예를 들어 25A) 경우에는 수소 이론 공연비를 비교적 큰 값(예를 들어 4.0 정도)으로 설정하고, 전류 센서(72)로 검출한 발전 전류가 비교적 큰(예를 들어 50A) 경우에는 수소 이론 공연비를 비교적 작은 값(예를 들어 2.5 정도)으로 설정할 수 있다. 이와 같이 하면, 건조 유인 운전 상태의 정도에 따른 적절한 건조 방지 운전을 실시할 수 있다.The operation amount of the &quot; normal operation &quot; of the circulation pump 45 means the operation amount of the circulation pump 45 for securing the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio (for example, about 1.2 to 2.0) required for normal power generation do. The controller 60A sets the operation amount of the circulation pump 45 so that the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio becomes higher (for example, about 2.5 to 4.0) than the normal time when the speed detected by the vehicle speed sensor is equal to or greater than the predetermined threshold value . At this time, the value of the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio may be changed in accordance with the value of the generated current of the fuel cell 20. For example, when the generated current detected by the current sensor 72 is relatively small (for example, 25 A), the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio is set to a relatively large value (for example, about 4.0) When the generated current is relatively large (for example, 50 A), the hydrogen stoichiometric air-fuel ratio can be set to a relatively small value (for example, about 2.5). By doing so, it is possible to carry out proper drying prevention operation according to the degree of the drying inducing operation state.

그 후, 컨트롤러(60A)는, 소정의 종료 조건이 만족된 경우에 건조 방지 운전을 종료한다. 종료 조건으로서는, (1) 전류 센서(72)로 검출한 발전 전류가 소정의 임계값을 초과하는 것, (2) 전류 센서(72)로 검출한 발전 전류가 소정의 임계값 이하라도 그 계속 시간이 소정 시간 미만인 것, (3) 연료 전지 차량의 속도가 소정의 임계값 미만으로 되는 것 등을 채용할 수 있다.Thereafter, the controller 60A ends the drying prevention operation when the predetermined end condition is satisfied. The termination conditions include (1) the generated current detected by the current sensor 72 exceeds a predetermined threshold value, (2) the generated current detected by the current sensor 72 is equal to or less than the predetermined threshold, Is less than the predetermined time, (3) the speed of the fuel cell vehicle becomes less than the predetermined threshold value, or the like.

이상 설명한 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서는, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태이며, 또한 연료 전지 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에만, 건조 방지 운전을 실시할 수 있다. 따라서, 건조 방지 운전에 사용되는 기기[순환 펌프(45)]의 운전 소리를, 연료 전지 차량의 주행에 기인하는 소리(타이어의 노이즈나 바람을 가르는 소리 등)에 의해 제거할 수 있으므로, 연료 전지 차량의 탑승자에게 위화감을 부여하는 일 없이 건조 방지 운전을 실행할 수 있다. 또한, 연료 전지(20)의 건조 상태를 직접 판정하는 대신 연료 전지(20)의 운전 상태를 판정하고, 이 운전 상태가 건조 유인 운전 상태인 경우에 건조 방지 운전을 실행하므로, 연료 전지(20)의 건조를 미연에 방지할 수 있다.In the fuel cell system according to the above-described embodiment, the drying prevention operation can be carried out only when the operating state of the fuel cell 20 is the drying inducing state and the speed of the fuel cell vehicle is equal to or higher than the predetermined threshold value . Therefore, the operation sound of the equipment (circulation pump 45) used for the anti-drying operation can be removed by the sound caused by the running of the fuel cell vehicle (such as the noise of the tire or the sound of blowing the wind) The anti-drying operation can be performed without giving the passenger of the vehicle an uncomfortable feeling. Further, instead of directly determining the dry state of the fuel cell 20, the operation state of the fuel cell 20 is determined, and when the operation state is the dry induction operation state, the drying prevention operation is executed, Drying can be prevented in advance.

또한, 이상 설명한 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서는, 연료 전지(20)의 발전 전류가 저부하 영역(소정의 임계값 이하)이며, 그 발전 전류가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수 있다. 즉, 측정한 임피던스 등에 기초하여 연료 전지(20)의 건조 상태를 직접 판정하는 대신, 연료 전지(20)의 발전 전류에 기초하여 건조의 개연성을 판정할 수 있다. 따라서, 임피던스의 변화가 작은 저부하 영역에 있어서도, 건조를 미연에 방지할 수 있다.In the fuel cell system according to the above-described embodiment, when the generation current of the fuel cell 20 is in a low load region (a predetermined threshold value or less) and the generation current continues for a predetermined time or more, 20 can be judged to be the drift-inducing operation state. That is, instead of directly determining the dry state of the fuel cell 20 based on the measured impedance or the like, the probability of drying can be determined based on the generated electric current of the fuel cell 20. Therefore, even in a low load region where the change in impedance is small, drying can be prevented in advance.

또한, 이상 설명한 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템에 있어서는, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태이며, 또한 연료 전지 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 순환 펌프(45)의 작동량을 통상 시보다도 증대시켜 연료 가스 통로(43)에의 연료 오프 가스의 압송량을 증대시킴으로써, 연료 전지(20)에 공급되는 연료 가스에 포함되는 수분을 증대시킬 수 있다. 순환 펌프(45)의 소비 전력은 에어 컴프레서(32)의 소비 전력과 비교하면 현격하게 작으므로, 연료 소비량을 절감하면서 연료 전지(20)의 건조를 방지할 수 있다. 순환 펌프(45)의 작동량이 증대되어도, 그 운전 소리를 연료 전지 차량의 이동에 기인하는 소리에 의해 제거할 수 있는 것은 이미 설명한 바와 같다.In the fuel cell system according to the above-described embodiment, when the operation state of the fuel cell 20 is in a drying inducing state and the speed of the fuel cell vehicle is equal to or greater than a predetermined threshold value, The amount of water contained in the fuel gas supplied to the fuel cell 20 can be increased by increasing the amount of operation of the fuel gas passage 43 by increasing the amount of fuel to be fed to the fuel gas passage 43. [ Since the power consumption of the circulation pump 45 is much smaller than the power consumption of the air compressor 32, drying of the fuel cell 20 can be prevented while reducing fuel consumption. Even if the operation amount of the circulation pump 45 is increased, the operation sound can be removed by the sound caused by the movement of the fuel cell vehicle.

또한, 제2 실시 형태에 있어서는, 연료 전지(20)의 발전 전류가 소정의 임계값 이하이며, 또한 그 발전 전류가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정한 예를 나타냈지만, 운전 판정의 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다.In the second embodiment, when the generated current of the fuel cell 20 is equal to or smaller than the predetermined threshold value and the generated current continues for a predetermined time or longer, State is shown, but the method of driving determination is not limited to this.

예를 들어, 연료 전지(20)의 부하(요구 전력)가 고부하로부터 저부하로 급격하게 저하된 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 연료 전지(20)에 실제로 공급되는 반응 가스(실측값)의 응답이 지시값보다도 지연되므로, 고부하 시에 연료 전지(20)에 공급되어 있었던 다량의 반응 가스(특히 산화 가스로서의 공기)가 저부하 시에 잉여로 되고, 이 잉여 반응 가스에 기인하여 연료 전지(20)가 건조 상태로 되는 것이 예측된다. 이로 인해, 연료 전지(20)의 부하 저감율(단위 시간당 부하의 저감량)을 산출하고, 산출한 부하 저감율이 소정의 임계값[예를 들어 1초간에 발전 전류 100A의 변화까지 허용하는 경우에는 100(＝100/1)(A/s)]을 초과한 경우에, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수 있다. 또한, 연료 전지(20)의 부하 저감율 대신에, 연료 전지(20)의 「출력 저감율(예를 들어 단위 시간당 발전 전류의 저감량)」을 산출하고, 산출한 출력 저감율이 소정의 임계값을 초과한 경우에, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수도 있다.For example, when the load (required power) of the fuel cell 20 suddenly drops from a high load to a low load, the reaction gas (actual measured value) actually supplied to the fuel cell 20, A large amount of the reactive gas (particularly, the air as the oxidizing gas) supplied to the fuel cell 20 at the time of the high load becomes surplus at the time of low load because the response of the fuel cell 20 is delayed from the indicated value, (20) is expected to be in a dry state. Thus, the load reduction rate (reduction amount of load per unit time) of the fuel cell 20 is calculated, and when the calculated load reduction rate permits a change of the generated current 100A for a predetermined threshold value = 100/1) (A / s)], it can be determined that the operation state of the fuel cell 20 is the dry induction operation state. Further, instead of the load reduction rate of the fuel cell 20, the "output reduction rate (for example, the reduction amount of the generated current per unit time)" of the fuel cell 20 is calculated. When the calculated output reduction rate exceeds the predetermined threshold value , It may be determined that the operation state of the fuel cell 20 is the dry inducing operation state.

또한, 연료 전지(20)의 온도가 소정의 임계값(예를 들어 60∼70℃) 이상인 경우에, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태라고 판정할 수도 있다. 또한, 동결 방지 대책으로서, 연료 전지(20)의 온도를 높이는 등의 겨울 모드 운전을 행하는 경우가 있지만, 이 겨울 모드 운전이 소정 시간 이상 계속된 경우에, 연료 전지(20)의 운전 상태가 건조 유인 운전 상태에 있다고 판정해도 된다.Further, when the temperature of the fuel cell 20 is equal to or higher than a predetermined threshold value (for example, 60 to 70 占 폚), it may be determined that the operation state of the fuel cell 20 is the dry induction operation state. As a countermeasure for preventing freezing, there is a case where a winter mode operation such as raising the temperature of the fuel cell 20 is performed. However, when this winter mode operation continues for a predetermined time or more, It may be determined that the vehicle is in an attracting operation state.

또한, 이상의 각 실시 형태에 있어서는, 순환 펌프(45)의 작동량을 증대시키는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용한 예를 나타냈지만, 「건조 방지 운전」의 예는 이것에 한정되는 것은 아니다.In each of the above embodiments, the example in which the operation for increasing the operation amount of the circulation pump 45 is adopted as the &quot; drying prevention operation &quot; is shown, but the example of the &quot; drying prevention operation &quot;

예를 들어, 컨트롤러[60(60A)]로 배압 조정 밸브(A3)를 제어하여 산화 가스 공급압을 통상 시보다도 증대시킴으로써, 산화 가스의 공급량을 저감시켜 연료 전지(20) 밖으로의 물의 반출을 저감시킬 수도 있다. 즉, 산화 가스 공급압을 증대시키는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용할 수도 있다.For example, by controlling the back pressure regulating valve A3 with the controller 60 (60A) to increase the oxidizing gas supply pressure from the ordinary time, the supply amount of the oxidizing gas is reduced to reduce the outflow of water out of the fuel cell 20 . That is, the operation of increasing the oxidizing gas supply pressure may be employed as &quot; drying prevention operation &quot;.

또한, 컨트롤러[60(60A)]로 에어 컴프레서(32)를 제어하여, 에어 컴프레서(32)로부터의 산화 가스의 공급량을 통상 시보다도 저감시킴으로써, 연료 전지(20) 밖으로의 물의 반출을 저감시킬 수도 있다. 즉, 에어 컴프레서(32)로부터의 산화 가스의 공급량을 저감시키는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용할 수도 있다. 또한, 「통상 시」에 있어서의 에어 컴프레서(32)로부터의 산화 가스의 공급량이라 함은, 예를 들어 에어 이론 공연비가 1.45∼1.6 정도로 되는 공급량을 의미한다. 컨트롤러[60(60A)]는, 에어 이론 공연비가 통상 시보다도 낮은 값(예를 들어 1.3∼1.4 정도)으로 되도록 에어 컴프레서(32)로부터의 산화 가스의 공급량을 저감시키도록 할 수 있다.It is also possible to control the air compressor 32 with the controller 60 (60A) to reduce the supply amount of the water out of the fuel cell 20 by reducing the supply amount of the oxidizing gas from the air compressor 32 have. That is, the operation for reducing the supply amount of the oxidizing gas from the air compressor 32 may be employed as &quot; drying prevention operation &quot;. The supply amount of the oxidizing gas from the air compressor 32 in the "normal time" means, for example, the supply amount at which the air furnace air-fuel ratio becomes about 1.45 to 1.6. The controller 60 (60A) can reduce the supply amount of the oxidizing gas from the air compressor 32 so that the air furnace air-fuel ratio becomes a lower value (for example, about 1.3 to 1.4) than usual.

또한, 연료 전지(20)의 운전 온도를 수도 낮추도록 컨트롤러[60(60A)]로 연료 전지(20)의 운전 상태를 제어함으로써, 연료 전지(20) 내의 수분량의 저하를 억제할 수도 있다. 즉, 연료 전지(20)의 운전 온도를 낮추는 운전을 「건조 방지 운전」으로서 채용할 수도 있다.It is also possible to suppress the decrease in the water content in the fuel cell 20 by controlling the operation state of the fuel cell 20 with the controller 60 (60A) so as to lower the operation temperature of the fuel cell 20. That is, the operation for lowering the operating temperature of the fuel cell 20 may be employed as &quot; drying prevention operation &quot;.

또한, 「건조 방지 운전」으로서, 순환 펌프(45)의 작동량을 증대시키는 운전과, 배압 조정 밸브(A3)를 제어하여 산화 가스 공급압을 증대시키는 운전과, 에어 컴프레서(32)로부터의 산화 가스의 공급량을 저감시키는 운전과, 연료 전지(20)의 운전 온도를 낮추는 운전을 적절히 조합할 수도 있다.The operation for increasing the operation amount of the circulation pump 45 and the operation for increasing the supply pressure of the oxidizing gas by controlling the back pressure regulating valve A3 and the operation for increasing the oxidizing gas from the air compressor 32 The operation of reducing the supply amount of gas and the operation of lowering the operation temperature of the fuel cell 20 may be appropriately combined.

또한, 이상의 각 실시 형태에 있어서는, 이동체로서 「연료 전지 차량」을 예시하였지만, 연료 전지 차량 이외의 각종 이동체(로봇, 선박, 항공기 등)에 본 발명에 관한 연료 전지 시스템을 탑재할 수도 있다.In each of the above embodiments, the "fuel cell vehicle" is exemplified as the moving body, but the fuel cell system according to the present invention may be mounted on various moving bodies (robots, ships, airplanes, etc.) other than the fuel cell vehicle.

본 발명은 이상의 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 이들 실시 형태에 당업자가 적절히 설계 변경을 가한 것도, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다. 즉, 상기 각 실시 형태가 구비하는 각 요소 및 그 배치, 재료, 조건, 형상, 사이즈 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적절히 변경할 수 있다. 또한, 상기 각 실시 형태가 구비하는 각 요소는, 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있고, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but appropriately changes in design by those skilled in the art are included in the scope of the present invention as long as the features of the present invention are provided. In other words, the elements, arrangements, materials, conditions, shapes, sizes, and the like of each of the above-described embodiments are not limited to those illustrated and can be appropriately changed. It is to be noted that the respective elements of each of the above-described embodiments can be combined as far as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.

Claims (9)

연료 전지 시스템이며,
차량에 탑재된 연료 전지(20)와,
상기 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하인지 여부를 판정하고, 상기 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하라고 판정되었을 때의 상기 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 상기 연료 전지(20) 내의 수분량을 증가시켜, 상기 연료 전지(20)의 건조를 방지하도록 구성된 전자 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.A fuel cell system comprising:
A fuel cell 20 mounted on the vehicle,
When the amount of water in the fuel cell (20) is judged to be equal to or less than a predetermined amount, and when the speed of the vehicle is equal to or greater than a predetermined threshold value, And an electronic control unit configured to increase the water content in the battery (20) to prevent drying of the fuel cell (20). 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량보다 많은 상태에서 측정한 임피던스의 평균값을 기준값으로서 설정하고, 상기 기준값과 현재 측정한 임피던스의 차가 소정의 임계값 이상으로 된 경우에 상기 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하라고 판정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the electronic control unit sets an average value of impedances measured in a state where the amount of water in the fuel cell (20) is greater than a predetermined amount as a reference value, and when a difference between the reference value and a currently measured impedance The amount of water in the fuel cell (20) is less than or equal to a predetermined amount. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료 전지(20)에 연료 가스를 공급하기 위한 연료 가스 통로(43)와,
상기 연료 전지(20)로부터 배출되는 연료 오프 가스를 상기 연료 가스 통로(43)에 환류시키기 위한 순환 통로(44)와,
상기 순환 통로(44) 내의 연료 오프 가스를 상기 연료 가스 통로(43)에 압송하는 순환 펌프(45)를 더 포함하고, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20) 내의 수분량이 소정량 이하라고 판정되었을 때의 상기 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 상기 순환 펌프(45)의 작동량을 통상 시보다도 증대시키도록 구성되는, 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising: a fuel gas passage (43) for supplying fuel gas to the fuel cell (20)
A circulation passage (44) for returning the fuel offgas discharged from the fuel cell (20) to the fuel gas passage (43)
Further comprising a circulation pump (45) for feeding the fuel offgas in the circulation passage (44) to the fuel gas passage (43), wherein the electronic control unit determines that the water content in the fuel cell And to increase the operation amount of the circulation pump (45) more than usual when the speed of the vehicle at the time of determination is equal to or greater than a predetermined threshold value. 연료 전지 시스템이며,
차량에 탑재된 연료 전지(20)와,
상기 연료 전지(20)의 운전 상태가, 상기 연료 전지(20) 내의 수분량이 저하되어 상기 연료 전지(20)에 건조를 초래하는 건조 유인 운전 상태인지 여부를 판정하고, 상기 연료 전지(20)의 운전 상태가 상기 건조 유인 운전 상태라고 판정되었을 때의 상기 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 상기 연료 전지(20) 내의 수분량을 증가시켜, 상기 연료 전지(20)의 건조를 방지하기 위한 건조 방지 운전을 실시하도록 구성된 전자 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.A fuel cell system comprising:
A fuel cell 20 mounted on the vehicle,
The operation state of the fuel cell 20 is judged as to whether or not the operation state of the fuel cell 20 is a drying inducing state in which the water content in the fuel cell 20 is lowered to cause drying in the fuel cell 20, To increase the amount of water in the fuel cell (20) and to prevent the fuel cell (20) from drying out when the speed of the vehicle when the driving state is determined to be in the drift inducing operation state is a predetermined threshold value or more Wherein the fuel cell system includes an electronic control unit configured to perform a drying prevention operation. 제4항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20)의 발전 전류가 소정의 임계값 이하이며, 또한 그 발전 전류가 소정 시간 이상 계속된 경우에, 상기 연료 전지(20)의 운전 상태가 상기 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the electronic control unit controls the operation of the fuel cell (20) when the generated current of the fuel cell (20) is below a predetermined threshold value and the generated current continues for a predetermined time or more. State of the fuel cell is determined to be the drift-inducing operation state. 제4항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20)의 부하 저감율이 소정의 임계값을 초과하는 경우에, 상기 연료 전지(20)의 운전 상태가 상기 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 4, wherein the electronic control unit determines that the operation state of the fuel cell (20) is the drift-inducing operation state when the load reduction rate of the fuel cell (20) exceeds a predetermined threshold value And the fuel cell system. 제4항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20)의 출력 저감율이 소정의 임계값을 초과하는 경우에, 상기 연료 전지(20)의 운전 상태가 상기 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the electronic control unit is configured to determine that the operation state of the fuel cell (20) is the drift inducing operation state when the output reduction rate of the fuel cell (20) exceeds a predetermined threshold value And the fuel cell system. 제4항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20)의 온도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 상기 연료 전지(20)의 운전 상태가 상기 건조 유인 운전 상태라고 판정하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the electronic control unit is configured to determine that the operation state of the fuel cell (20) is the drift-inducing operation state when the temperature of the fuel cell (20) Fuel cell system. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 전지(20)에 연료 가스를 공급하기 위한 연료 가스 통로(43)와,
상기 연료 전지(20)로부터 배출되는 연료 오프 가스를 상기 연료 가스 통로(43)에 환류시키기 위한 순환 통로(44)와,
상기 순환 통로(44) 내의 연료 오프 가스를 상기 연료 가스 통로(43)에 압송하는 순환 펌프(45)를 더 포함하고, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연료 전지(20)의 운전 상태가 상기 건조 유인 운전 상태라고 판정되었을 때의 상기 차량의 속도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 상기 순환 펌프(45)의 작동량을 통상 시보다도 증대시키도록 구성되는, 연료 전지 시스템.9. The fuel cell system according to any one of claims 4 to 8, further comprising: a fuel gas passage (43) for supplying fuel gas to the fuel cell (20)
A circulation passage (44) for returning the fuel offgas discharged from the fuel cell (20) to the fuel gas passage (43)
Further comprising a circulation pump (45) for feeding the fuel offgas in the circulation passage (44) to the fuel gas passage (43), wherein the electronic control unit is configured to control the operation of the fuel cell Is configured to increase the operation amount of the circulation pump (45) more than usual when the speed of the vehicle when it is determined that the operation state is the predetermined threshold value or more.
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