KR20160056802A - 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연소 전지 시스템의 제어 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연소 전지 시스템의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160056802A
KR20160056802A KR1020150156560A KR20150156560A KR20160056802A KR 20160056802 A KR20160056802 A KR 20160056802A KR 1020150156560 A KR1020150156560 A KR 1020150156560A KR 20150156560 A KR20150156560 A KR 20150156560A KR 20160056802 A KR20160056802 A KR 20160056802A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
cathode electrode
oxidant gas
hydrogen
cell vehicle
Prior art date
Application number
KR1020150156560A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101812849B1 (ko
Inventor
히로유키 이마니시
가즈오 야마모토
마사시 도이다
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 KR20160056802A publication Critical patent/KR20160056802A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101812849B1 publication Critical patent/KR101812849B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • 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
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • 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
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • 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
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • 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
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

연료 전지 시스템은, 연료 전지와, 상기 연료 전지의 캐소드극에 산화제 가스를 공급하기 위한 산화제 가스 공급 유로와, 상기 산화제 가스 공급 유로에 설치되고, 상기 산화제 가스를 압축해서 상기 캐소드극에 공급하는 공기 압축기와, 상기 펌프를 구동하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 기동 후, 상기 연료 전지 탑재 차량이 정지하고 있는 동안 또는 상기 전력 공급 회로에 대한 부하 요구가 미리 정해진 값보다도 작을 동안에는, 상기 공기 압축기의 동작을 정지해서 캐소드극에의 산화제 가스의 공급을 정지하고, 캐소드극에 체류하는 수소의 희석을 금지한다.

Description

연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연소 전지 시스템의 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM, FUEL CELL VEHICLE, AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료 전지 탑재 차량에 사용되는 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연료 전지 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
연료 전지를 정지하면, 애노드의 수소가 전해질막을 통해서 캐소드에 이동하여 체류한다. 일본 특허 공개 제2008-021485에는, 캐소드에 산화제 가스를 공급함으로써, 캐소드에 체류하는 수소를 희석해서 배출하는 것이 기재되어 있다. 산화제 가스는 펌프(공기 압축기)에 의해 공급된다.
그러나, 연료 전지 탑재 차량에서는, 일반적으로는, 스타터 스위치를 온으로 해도, 곧바로 달리기 시작하지는 않는다. 그 때문에, 연료 전지에의 부하 요구는 없다. 연료 전지에의 부하 요구가 없는 상황에서, 캐소드에 체류하는 수소를 희석하여 배출하기 위해서만 공기 압축기를 구동해서 산화제 가스를 공급하는 것은, 연비나 노이즈 바이브레이션(노이즈나 진동)의 관점에서 바람직하지 않다. 또한, 산화제 가스가 공급되면 연료 전지는 발전 상태로 되어, 수소가 과도하게 소비되기 때문에 연비를 악화시킨다.
본 발명은, 연비가 향상됨과 함께, 신경이 쓰이는 노이즈 바이브레이션의 발생을 억제 가능한 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연료 전지 시스템의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지 탑재 차량에 사용되는 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 연료 전지와 이차 전지를 갖는 전력 공급 회로와, 상기 연료 전지의 캐소드극에 산화제 가스를 공급하기 위한 산화제 가스 공급 유로와, 상기 산화제 가스 공급 유로에 설치되어, 상기 산화제 가스를 압축해서 상기 캐소드극에 공급하는 펌프와, 상기 펌프를 구동하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 스타터 스위치가 오프에서 온으로 전환된 후, 상기 연료 전지 탑재 차량이 정지하고 있는 동안에, 또는 상기 전력 공급 회로에 대한 부하 요구가 미리 정해진 값보다도 작을 동안에는, 상기 펌프의 동작을 정지해서 캐소드극에의 산화제 가스의 공급을 정지하고, 캐소드극에 체류하는 수소의 희석을 금지한다.
이 구성에 의하면, 연료 전지 탑재 차량이 정지하고 있는 동안 또는 상기 전력 공급 회로에 대한 요구 부하가 미리 정해진 값보다도 작을 동안에는, 캐소드극에 체류하는 수소를 희석해서 상기 캐소드극으로부터 배출하지 않는다. 그 때문에, 주행 이외에 소비되는 연료의 소비를 억제할 수 있으므로, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 주행 중에는, 공력 소음이나 로드 노이즈가 발생하기 때문에, 펌프의 작동음이나 진동은 신경쓰이지 않는다. 그러나, 정지 중에 펌프가 구동하면, 펌프의 노이즈 바이브레이션이 신경쓰이는 것이다. 이 구성에 의하면, 연료 전지 탑재 차량의 기동 후, 연료 전지 탑재 차량이 주행을 개시하지 않은 정지하고 있는 동안에는, 펌프의 동작을 정지하므로, 노이즈 바이브레이션이 신경쓰이지 않는다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 상기 스타터 스위치가 오프에서 온으로 전환된 후, 미리 정해진 시간이 경과했을 때는, 상기 연료 전지 탑재 차량이 주행을 개시하고 있지 않아도, 상기 캐소드극에 산화제 가스를 공급하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석해서 상기 캐소드극으로부터 배출해도 된다.
캐소드극에 수소가 체류하고 있는 동안에는, 연료 전지의 발전 능력이 낮다. 연료 전지가 발전하기 전의 주행은, 이차 전지의 전력을 사용해서 행하여진다. 이차 전지의 내구성 면에서, 이차 전지의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 연료 전지 탑재 차량의 기동 후, 미리 정해진 시간이 경과했을 때, 캐소드극에 산화제 가스를 공급하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석해서 상기 캐소드극으로부터 배출하고, 연료 전지를 발전 가능하게 한다. 그 때문에, 미리 정해진 시간이 경과하면, 연료 전지의 발전 능력이 높아져 있고, 그 후에 주행하는 경우에, 연료 전지의 전력을 사용해서 주행할 수 있으므로, 이차 전지의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 가능하게 된다.
상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 상기 스타터 스위치가 오프에서 온으로 전환된 후, 상기 전력 공급 회로에 대한 부하 요구가 있었을 때는, 상기 연료 전지 탑재 차량이 주행을 개시하고 있지 않아도, 상기 캐소드극에 산화제 가스를 공급하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석해서 상기 캐소드극으로부터 배출해도 된다.
이차 전지의 내구성 면에서, 이차 전지의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 연료 전지 탑재 차량을 주행시키기 전이어도, 예를 들어 에어컨의 기동에 의해 전력이 필요해지고, 전력 공급 회로에 대한 부하 요구가 있었을 때는, 연료 전지를 발전시키므로, 이차 전지의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 가능하게 된다.
이 구성에 의하면, 제1 형태와 마찬가지로, 연비가 향상됨과 함께, 신경이 쓰이는 노이즈 바이브레이션의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 특징, 이점 및 예시적인 실시예들의 기술 및 산업의 중요성을, 동일한 구성 요소에 대하여 동일한 부호를 부여하는 이하의 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 연료 전지를 탑재한 차량을 도시하는 설명도이다.
도 2는 연료 전지 탑재 차량의 연료 전지 시스템을 도시하는 설명도이다.
도 3의 A, B는, 연료 전지를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4의 A, B는, 제1 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다.
도 5의 A 내지 G는, 제1 실시 형태에서의 타이밍 차트이다.
도 6은 비교예에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다.
도 7의 A 내지 G는, 비교예에서의 타이밍 차트이다.
도 8은 제2 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다.
도 9의 내지 G는, 제2 실시 형태에서의 타이밍 차트이다.
도 10은 제3 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다.
도 11의 A 내지 G는, 제3 실시 형태에서의 타이밍 차트이다.
도 12는 제4 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다.
도 13의 A 내지 G는, 제4 실시 형태에서의 타이밍 차트이다.
먼저, 제1 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 연료 전지를 탑재한 차량을 도시하는 설명도이다. 연료 전지 탑재 차량(10)은, 연료 전지(100)와, 제어부(110)(ECU(Electronic Control Unit)라고도 함)와, 스타터 스위치(115)와, 요구 출력 검지부(120)와, 속도계(125)와, 이차 전지(130)와, 전력 분배 컨트롤러(140)와, 구동 모터(150)와, 드라이브 샤프트(160)와, 동력 분배 기어(170)와, 차륜(180)을 구비한다.
연료 전지(100)는, 연료 가스와 산화제 가스를 전기 화학적으로 반응시켜서 전력을 취출하기 위한 발전 장치이다. 제어부(110)는, 요구 출력 검지부(120)로부터 취득한 요구 출력값에 기초하여, 연료 전지(100)와 이차 전지(130)의 동작을 제어한다. 요구 출력 검지부(120)는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 액셀러레이터(도시하지 않음)의 답입량을 검지하고, 그 답입량의 크기로부터, 운전자로부터의 요구 출력을 검지한다. 제어부(110)는, 요구 출력으로부터, 연료 전지(100)에 요구하는 요구 전력량을 산출한다. 스타터 스위치(115)는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 기동, 정지를 전환하는 메인 스위치이다. 속도계(125)는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 주행 속도를 측정한다. 속도계(125)는, 구동 모터(150)의 회전수, 드라이브 샤프트(160)의 회전수, 동력 분배 기어(170)의 회전수, 차륜(180)의 회전수 중 어느 하나를 측정하고, 연료 전지 탑재 차량(10)의 주행 속도를 취득한다. 이차 전지(130)는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 기동 직후 등, 연료 전지(100)의 발전력이 작은 경우에, 연료 전지 탑재 차량을 움직이게 하기 위한 전력원으로서 사용된다. 이차 전지(130)로서, 예를 들어 니켈 수소 전지나, 리튬 이온 전지를 채용하는 것이 가능하다. 이차 전지(130)에의 충전은, 예를 들어 연료 전지(100)로부터 출력되는 전력을 사용해서 직접 충전하는 것이나, 연료 전지 탑재 차량(10)이 감속될 때 연료 전지 탑재 차량(10)의 운동 에너지를 구동 모터(150)에 의해 회생해서 충전함으로써 행하는 것이 가능하다. 전력 분배 컨트롤러(140)는, 제어부(110)로부터의 명령을 받아, 연료 전지(100)로부터 구동 모터(150)에 인출하는 전력량과, 이차 전지(130)로부터 구동 모터(150)에 인출하는 전력량을 제어한다. 또한, 전력 분배 컨트롤러(140)는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 감속 시에는, 제어부(110)로부터의 명령을 받아, 구동 모터(150)에 의해 회생된 전력을 이차 전지(130)에 보낸다. 전력 분배 컨트롤러(140)와, 연료 전지(100)와, 이차 전지(130)는, 전력 공급 회로를 구성하고 있다. 구동 모터(150)는, 연료 전지 탑재 차량(10)을 움직이게 하기 위한 전동기로서 기능한다. 또한, 구동 모터(150)는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 감속될 때는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 운동 에너지를 전기 에너지로 회생하는 발전기로서 기능한다. 드라이브 샤프트(160)는, 구동 모터(150)가 발하는 구동력을 동력 분배 기어(170)에 전달하기 위한 회전축이다. 동력 분배 기어(170)는, 좌우의 차륜(180)에 구동력을 분배한다.
도 2는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 연료 전지 시스템을 도시하는 설명도이다. 연료 전지 탑재 차량(10)은, 연료 전지(100)와, 연료 가스 공급 회로(200)와, 산화제 가스 공급 회로(300)와, 배기 가스 회로(400)와, 냉각 회로(500)를 구비한다.
연료 가스 공급 회로(200)는, 연료 가스 탱크(210)와, 연료 가스 공급관(220)과, 연료 가스 배기관(230)과, 연료 가스 환류관(240)과, 주 정지 밸브(250)와, 레귤레이터(260)와, 기액 분리기(280)와, 수소 펌프(290)를 구비한다. 연료 가스 탱크(210)는, 연료 가스를 저장한다. 본 실시 형태에서는, 연료 가스로서 수소를 사용하고 있다. 연료 가스 탱크(210)와 연료 전지(100)는, 연료 가스 공급관(220)으로 접속되어 있다. 연료 가스 공급관(220) 상에는, 연료 가스 탱크(210)측으로부터, 주 정지 밸브(250)와, 레귤레이터(260)가 설치되어 있다. 주 정지 밸브(250)는, 연료 가스 탱크(210)로부터의 연료 가스의 공급을 온 오프한다. 레귤레이터(260)는, 연료 전지(100)에 공급되는 연료 가스의 압력을 조정한다.
연료 가스 배기관(230)은, 연료 전지(100)로부터의 연료 배기 가스를 배출한다. 연료 가스 환류관(240)은, 연료 가스 배기관(230)과, 연료 가스 공급관(220)에 접속되어 있다. 연료 가스 배기관(230)과 연료 가스 환류관(240)의 사이에는, 기액 분리기(280)가 설치되어 있다. 연료 배기 가스에는, 소비되지 않은 수소와, 연료 전지(100)를 통해서 이동해 온 질소와, 물이 포함되어 있다. 기액 분리기(280)는, 연료 배기 가스 중의 물과, 가스(수소와 질소)를 분리한다. 또한, 연료 가스 환류관(240)에는, 수소 펌프(290)가 설치되어 있다. 연료 전지 시스템은, 연료 가스 환류관(240) 및 수소 펌프(290)를 사용해서 연료 배기 가스를 연료 전지(100)에 공급함으로써, 연료 배기 가스 중의 수소를 발전에 이용한다.
산화제 가스 공급 회로(300)는, 에어 클리너(310)와, 공기 압축기(320)(「펌프(320)」라고도 함)와, 산화제 가스 공급관(330)(「산화제 가스 공급 유로(330)」라고도 함)과, 대기압 센서(350)와, 외기온 센서(360)와, 에어플로우 미터(370)와, 공급 가스 온도 센서(380)와, 공급 가스 압력 센서(390)를 구비한다. 본 실시 형태의 연료 전지(100)는, 산화제 가스로서, 공기(공기 중의 산소)를 사용한다. 에어 클리너(310)는, 공기를 도입할 때, 공기 중의 진애를 제거한다. 펌프(320)는, 공기를 압축하여, 산화제 가스 공급관(330)을 통해서 공기를 연료 전지(100)에 보낸다. 산화제 가스 공급관(330)은, 펌프(320)와 연료 전지(100)(후술하는 캐소드극)를 접속하고 있다. 대기압 센서(350)는, 대기압을 측정한다. 외기온 센서(360)는, 도입하기 전의 공기의 온도를 취득한다. 에어플로우 미터(370)는, 도입한 공기의 유량을 측정한다. 이 유량은, 연료 전지(100)의 공급되는 공기의 양과 거의 동일하다. 또한, 공기의 유량은, 펌프(320)의 회전수에 따라 바뀐다. 공급 가스 온도 센서(380)는, 연료 전지(100)에 공급되는 공기의 온도를 측정하고, 공급 가스 압력 센서(390)는, 연료 전지(100)에 공급되는 공기의 압력을 측정한다.
배기 가스 회로(400)는, 배기 가스관(410)과, 압력 조절 밸브(420)와, 연료 가스 배출관(430)과, 배기 배수 밸브(440)와, 산화제 가스 바이패스관(450)과, 분류 밸브(460)를 구비한다. 배기 가스관(410)은, 연료 전지(100)의 산화 배기 가스를 배출한다. 배기 가스관(410)에는, 압력 조절 밸브(420)가 설치되어 있다. 압력 조절 밸브(420)는, 연료 전지(100) 중의 공기의 압력을 조정한다. 연료 가스 배출관(430)은, 기액 분리기(280)와, 배기 가스관(410)을 접속하고 있다. 연료 가스 배출관(430) 상에는, 배기 배수 밸브(440)가 설치되어 있다. 제어부(110)(도 1)는, 연료 배기 가스 중의 질소 농도가 높아지거나, 또는, 기액 분리기(280) 중의 물의 양이 많아졌을 때는, 배기 배수 밸브(440)를 개방하여, 물과 가스(주로 질소)를 배기한다. 이때, 수소도 배출된다. 본 실시 형태에서는, 연료 가스 배출관(430)은, 배기 가스관(410)에 접속되어 있고, 배출되는 가스 중의 수소는, 산화 배기 가스에 의해 희석된다. 산화제 가스 바이패스관(450)은, 산화제 가스 공급관(330)과, 배기 가스관(410)을 접속한다. 산화제 가스 바이패스관(450)과 산화제 가스 공급관(330)의 접속부에는, 분류 밸브(460)가 설치되어 있다. 제어부(110)(도 1)는 배기 배수 밸브(440)를 개방하여, 물과 가스(주로 질소)를 배기할 때, 분류 밸브(460)를 개방하여서 산화제 가스 바이패스관(450)에 공기를 흘려서, 수소를 희석한다. 또한, 제어부(110)는, 후술하는 바와 같이, 연료 전지 탑재 차량(10)의 기동 시에, 연료 전지(100)의 캐소드극 내의 수소를 배출할 때, 분류 밸브(460)를 개방하여서 산화제 가스 바이패스관(450)에 공기를 흘려서 수소를 희석한다. 배기 가스관(410)은, 산화제 가스 배출 유로이며, 연료 가스 배출 유로이기도 하다.
냉각 회로(500)는, 냉각수 공급관(510)과, 냉각수 배출관(515)과, 라디에이터관(520)과, 워터 펌프(525)와, 라디에이터(530)와, 바이패스관(540)과, 삼방 밸브(545)를 구비한다. 냉각수 공급관(510)은, 연료 전지(100)에 냉각수를 공급하기 위한 관이며, 냉각수 공급관(510)에는 워터 펌프(525)가 배치되어 있다. 냉각수 배출관(515)은, 연료 전지(100)로부터 냉각수를 배출하기 위한 관이다. 냉각수 배출관(515)의 하류부는, 삼방 밸브(545)를 통해서, 라디에이터관(520)과, 바이패스관(540)에 접속되어 있다. 라디에이터관(520)에는, 라디에이터(530)가 설치되어 있다. 라디에이터(530)에는, 라디에이터 팬(535)이 설치되어 있다. 라디에이터 팬(535)은, 라디에이터(530)에 바람을 보내어, 라디에이터(530)로부터 방열을 촉진한다. 라디에이터관(520)의 하류부와, 바이패스관(540)의 하류부는, 냉각수 공급관(510)에 접속되어 있다.
냉각수는, 워터 펌프(525)에 의해, 냉각수 공급관(510)을 통해서 연료 전지(100)에 공급되어, 연료 전지(100)를 냉각한다. 냉각수는, 연료 전지(100)로부터 열을 회수함으로써 따뜻해지고, 냉각수 배출관(515)으로부터 배출된다. 따뜻해진 냉각수는 삼방 밸브(545)에 의해, 라디에이터관(520)과 바이패스관(540)에 분배해서 흘려진다. 라디에이터관(520)에 흘려진 냉각수는, 라디에이터(530)에 의해 냉각되지만, 바이패스관(540)에 흘려진 냉각수는 냉각되지 않는다. 삼방 밸브(545)에 의한 라디에이터관(520)과 바이패스관(540)에의 냉각수의 분배 비율과, 외기온과, 라디에이터 팬(535)으로부터의 풍량에 의해, 냉각 회로(500)의 냉각수의 온도가 제어된다.
도 3의 A, B는, 연료 전지를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 연료 전지(100)는, 전해질막(101)과, 캐소드측 촉매층(102)과, 애노드측 촉매층(103)과, 캐소드측 가스 유로(104)와, 애노드측 가스 유로(105)를 구비하고 있다. 캐소드측 촉매층(102)과 캐소드측 가스 유로(104)를 합쳐서 캐소드극이라 칭하고, 애노드측 촉매층(103)과 애노드측 가스 유로(105)를 합쳐서 애노드극이라 칭한다. 전해질막은, 프로톤 전도성을 갖는 전해질막이며, 예를 들어 퍼플루오로 카본 술폰산 중합체와 같은 불소계 전해질 수지(이온 교환 수지)가 사용된다. 캐소드측 촉매층(102)과, 애노드측 촉매층(103)은, 촉매(예를 들어 백금)를 담지한 카본을 갖고 있다. 캐소드측 가스 유로(104)는, 캐소드측 촉매층(102)에 공기를 공급하기 위한 유로이며, 카본페이퍼로 형성된 가스 확산층과, 익스팬드 메탈과 같은 다공성의 부재를 갖고 있다. 애노드측 가스 유로(105)는, 애노드측 촉매층(103)에 공기를 공급하기 위한 유로이며, 카본페이퍼로 형성된 가스 확산층과, 세퍼레이터(도시하지 않음)에 의해 형성된, 구불구불한 형상의 유로를 구비하고 있다.
도 3의 A는, 캐소드극에 수소가 체류하는 이유를 도시하는 설명도이다. 연료 전지 탑재 차량(10)의 스타터 스위치(115)가 꺼지고, 연료 전지 탑재 차량(10) 및 그 연료 전지 시스템이 정지하면, 연료 가스 공급 회로(200)(도 2)의 주 정지 밸브(250)와 레귤레이터(260)가 폐쇄되고, 수소 펌프(290)도 정지된다. 그 결과, 연료 전지(100)의 애노드극에는, 수소가 공급되지 않게 된다. 그러나, 애노드극 내에는, 수소가 잔류하고 있다. 수소는, 확산되기 쉽기 때문에, 전해질막(101)을 빠져 나가서 캐소드극측으로 확산한다. 캐소드극과 애노드극의 수소 분압이 평형 상태에 달하면, 캐소드극과 애노드극의 수소의 분압은 일정해진다. 캐소드극에 수소가 잔존하고 있는 상태에서는, 연료 전지(100)의 발전 능력이 저하되기 때문에, 수소를 배출하는 것이 바람직하다.
도 3의 B는, 캐소드극으로부터의 수소의 배출을 설명하는 설명도이다. 제어부(110)는, 연료 전지(100)에 소량(예를 들어 4％), 산화제 가스 바이패스관(450)에 대량(예를 들어 96％)의 공기가 흐르도록, 분류 밸브(460)의 개방도를 조정한다. 제어부(110)는, 펌프(320)를 구동하여, 압력 조절 밸브(420)를 서서히 개방하여서, 공기를 연료 전지(100)의 캐소드극에 공급한다. 본 실시 형태에서는, 펌프(320)는, 예를 들어 1000L/min의 유량을 흘리고, 그 중 연료 전지(100)에 4％(40L/min), 산화제 가스 바이패스관(450)에 96％(960L/min)를 흘린다. 유량을 1000L/min으로 한 것은, 펌프(320)의 노이즈 바이브레이션(노이즈와 진동)을 고려한 것이다. 연료 전지 탑재 차량(10)이 정차하고 있을 때의 이 유량은, 연료 전지 탑재 차량(10)의 통상 운전시에 연료 전지(100)에 공급되는 공기의 유량보다도 적은 값이며, 노이즈 바이브레이션을 고려하여, 적정한 값이 된다. 캐소드극의 수소는, 퍼지되어서 방출되어, 연료 전지(100)로부터 배출된다. 이때 배출되는 수소는, 산화제 가스 바이패스관(450)을 통해서 흘려진 공기에 의해 희석되어, 대기에 방출된다. 방출되는 가스의 수소 농도는, 4％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 4의 A, B는, 제1 실시 형태에서의, 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다. 도 5의 A 내지 G는, 제1 실시 형태에서의 타이밍 차트이다. 도 5의 A 내지 G에서, 해칭을 부여한 부분은, 연료 전지 탑재 차량(10)의 동작 상태에 따라 여러 값을 취할 수 있는 곳이다. 도 5의 F에 도시한 바와 같이, 캐소드극에 체류하는 수소는, 스타터 스위치(115)가 오프로 된 후, 평형 상태로 될 때까지 서서히 증가한다. 스텝 S100에서, 연료 전지 탑재 차량(10)의 스타터 스위치(115)가 온으로 된다. 스텝 S110에서는, 제어부(110)는, 압력 조절 밸브(420)를 개방 개시 개방도 위치까지 개방한다. 압력 조절 밸브(420)를 개방 개시 개방도 위치까지 개방하는 것은, 제어부(110)가 압력 조절 밸브(420)의 개방도를 정할 때의 원점을 취득하기 위해서이다.
제어부(110)는, 스텝 S120에서 펌프(320)를 구동하고, 스텝 S130에서 압력 조절 밸브(420)를 일정 기간 개방한다. 이 2개의 처리는, 연료 전지(100)의 캐소드극 내의 부압을 정압으로 하기 위한 처리이다. 스텝 S140에서는, 제어부(110)는, 압력 조절 밸브(420)를 폐쇄하고, 공기 압축기를 정지한다. 압력 조절 밸브(420)의 위치는, 개방 개시 개방도 위치이어도 된다. 스텝 S150에서는, 제어부(110)는, 후의 처리에서 공기 압축기에 의해 공기를 공급할 때, 연료 전지(100)에 소량(예를 들어 4％), 산화제 가스 바이패스관(450)에 대량(예를 들어 96％)의 공기가 흐르도록 분류 밸브(460)의 개방도를 조정한다. 제어부(110)는, 이 상태에서 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행하는 것을 대기한다.
스텝 S160에서는, 제어부(110)는, 속도계(125)의 값으로부터, 연료 전지 탑재 차량이 정지 상태(주행 중이 아닌지)인지 여부를 판단한다. 정지 중인 경우에는, 더 대기한다. 정지 중이 아닌 경우에는, 제어부(110)는, 처리를 스텝 S170으로 이행한다. 이때 주행에 필요한 전력은, 예를 들어 이차 전지(130)로부터 공급된다. 또한, 제어부(110)는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 완전 정지 중(속도가 0km/h)이 아니어도, 미속(예를 들어 속도 5km/h 이하)인 경우에는, 정지 중으로 간주하고 스텝 S160의 판단을 행해도 된다.
연료 전지 탑재 차량이 주행을 시작한 후, 스텝 S170에서는, 제어부(110)는, 펌프(320)를 구동한다. 이때의 펌프(320)의 회전수는, 노이즈 바이브레이션을 고려하여, 통상 운전시에 있어서의 공기 압축기의 회전수보다도 적은 회전수인 것이 바람직하다. 스텝 S180에서는, 제어부(110)는, 압력 조절 밸브(420)를 서서히 개방해 간다. 이에 의해 도 5에 도시한 바와 같이, 연료 전지(100)의 캐소드극 내의 수소가 서서히 배출되어 적어지게 되고, 연료 전지(100)의 출력(출력 전압)이 점점 커져 간다.
스텝 S190에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)의 출력이 기정값 이상으로 되었는지 여부를 판단한다. 본 실시 형태에서는, 1 셀당의 전압이 0.6V 이상으로 되었는지 여부로 판단하고 있다. 캐소드극에 수소가 잔존하고 있으면 연료 전지(100)의 기전력이 낮지만, 캐소드극의 수소가 적어지면, 기전력이 커져 간다. 1 셀당의 전압이 0.6V 이상으로 되면, 캐소드극의 수소는 거의 배출되었다고 판단할 수 있다. 1 셀당의 전압이 0.6V 이상으로 된 경우에는, 제어부(110)는, 처리를 스텝 S200으로 이행한다. 스텝 S200에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)에의 요구 부하에 따라, 펌프(320), 압력 조절 밸브(420), 분류 밸브(460)의 개방도를 제어한다. 스텝 S210에서, 스타터 스위치(115)가 오프로 되면, 제어부(110)는 처리를 스텝 S220으로 이행하고, 펌프(320)의 구동을 정지한다.
도 6은, 비교예에 있어서의, 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다. 제1 실시 형태와 비교하면, 스텝 S130, S140, S160의 처리가 실행되지 않는 점이 상이하다. 즉, 제1 실시 형태에서는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행할 때까지는, 연료 전지(100)의 캐소드극으로부터의 수소의 배출을 대기하지만, 비교예에서는, 스텝 S100에서 스타터 스위치(115)가 온으로 되면, 연료 전지 탑재 차량(10)이 정지 중인지 여부를 판단하지 않고, 연료 전지(100)의 캐소드극으로부터의 수소의 배출 처리를 실행한다.
도 7의 A 내지 G는, 비교예에서의 타이밍 차트이다. 그 때문에, 도 5의 A 내지 G에 나타내는 제1 실시 형태에서는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행 개시한 후에 연료 전지(100)가 통상 운전 가능한 전압이 되는 것에 반해, 도 7의 A 내지 G에 나타내는 비교예에서는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행 개시하기 전에 연료 전지(100)가 통상 운전 가능한 전압이 된다. 연료 전지(100)가 통상 운전 가능한 전압이 되면, 연료가 소비된다. 그 결과, 비교예에서는, 제1 실시 형태보다도 빨리 연료의 소비가 시작된다. 그리고, 주행 개시 전의 연료 소비는, 연비를 악화시킨다.
이상, 제1 실시 형태에 의하면, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행을 개시하고 나서 연료 전지(100)에 의한 연료 소비가 시작되기 때문에, 비교예보다도 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행하면, 공력 소음이나 로드 노이즈, 진동이 발생한다. 공력 소음이나 로드 노이즈는 크기 때문에, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행을 개시하고 나서 펌프(320)를 구동시키면, 펌프(320)의 구동에 수반하는 노이즈 바이브레이션은, 공력 소음이나 로드 노이즈에 의해 신경쓰이지 않게 된다.
이어서, 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 8은, 제2 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다. 제1 실시 형태와의 차이는, 스텝 S160 전에, 스텝 S230을 구비하는 점이다. 스텝 S230에서는, 제어부(110)는, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 미리 정해진 시간(소정시간(t1))을 경과했는지 여부를 판단한다. 제2 실시 형태에서는, 소정 시간(t1)을 1분으로 하고 있다. 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 소정 시간(t1)을 경과한 경우에는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 정지하고 있는지 여부(스텝 S160)에 관계없이 처리를 스텝 S170으로 이행한다.
도 9의 A 내지 G는, 제2 실시 형태에서의 타이밍 차트이다. 도 5의 A 내지 G에 나타내는 제1 실시 형태에서는, 연료 전지 탑재 차량(10)의 속도가 올라간 시점을 기점으로, 펌프(320)가 구동되고, 압력 조절 밸브(420)가 개방되어, 연료 전지(100)의 캐소드극에 체류하는 수소가 감소하기 시작하고, 연료 전지(100)의 출력이 커진다. 제2 실시 형태에서는, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 미리 정해진 시간(소정 시간(t1))을 경과한 시점을 기점으로, 펌프(320)가 구동되고, 압력 조절 밸브(420)가 개방되어, 연료 전지(100)의 캐소드극에 체류하는 수소가 감소하기 시작하고, 연료 전지(100)의 출력이 커진다. 또한, 미리 정해진 시간(t1)보다도 빨리 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행을 개시한 경우에는, 제1 실시 형태에서 설명한 처리가 행하여진다. 도 9의 A 내지 G로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2 실시 형태는, 비교예보다도 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 소정 시간(t1)을 1분으로 했지만, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 주행이 개시될 때까지의 시간은, 운전자에 따라 상이하다. 따라서, 제어부(110)는, 그 연료 전지 탑재 차량(10)의 동작 이력, 구체적으로는, 과거의 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 주행이 개시될 때까지의 시간에 기초하여, 소정 시간(t1)을 변경해도 된다. 예를 들어, 소정 시간(t1)을 과거의 평균 시간의 80％의 시간으로 해도 된다. 또는, 소정 시간(t1)을 (과거의 평균 시간-20초)로 해도 된다. 이 경우, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 주행이 개시될 때까지의 시간이 너무 긴 경우, 예를 들어 5분 이상인 경우에는, 제어부(110)는, 5분으로서 평균값을 산출해도 된다.
이상 제2 실시 형태에 의하면, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행을 개시하고 있지 않아도, 소정 기간(t1)을 경과하면, 연료 전지(100)의 캐소드 수소가 배출되고, 연료 전지(100)는 발전 가능한 상태가 된다. 연료 전지(100)가 발전하기 전의 연료 전지 탑재 차량(10)의 주행은, 이차 전지(130)의 전력을 사용해서 행하여진다. 이차 전지의 내구성 면에서, 이차 전지(130)의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 바람직하다. 이 실시 형태에 따르면, 소정 기간(t1)을 경과하면, 연료 전지(100)의 발전 능력이 높아져 있고, 그 후에 주행하는 경우에, 연료 전지(100)의 전력을 사용해서 주행할 수 있으므로, 이차 전지(130)의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 가능하게 된다.
계속해서, 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 10은, 제3 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다. 제2 실시 형태와의 차이는, 스텝 S230과 스텝 S160의 사이에, 스텝 S240을 구비하는 점이다. 스텝 S240에서는, 제어부(110)는, 연료 전지 탑재 차량(10)으로부터의 요구 전력(요구 부하)이 미리 정해진 값 이상인지 여부를 판단한다. 연료 전지 탑재 차량(10)으로부터의 요구 전력이 미리 정해진 값(소정 값(P1)) 이상으로 되는 경우로서는, 예를 들어 에어컨(도시하지 않음)의 소비 전력이 큰 경우 등을 들 수 있다. 또한, 제어부(110)는, 이차 전지(130)의 축전량이 적은 경우에는, 소정 값(P1)을 낮추어도 된다. 제어부(110)는, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서 소정 시간(t1)을 경과하지 않았어도, 또는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 정지하고 있어도, 연료 전지 탑재 차량(10)으로부터의 요구 전력이 미리 정해진 값 이상이면, 처리를 스텝 S170으로 이행한다.
도 11의 A 내지 G는, 제3 실시 형태에서의 타이밍 차트이다. 제3 실시 형태에서는, 에어컨이 기동된 시간을 기점으로, 펌프(320)가 구동되고, 압력 조절 밸브(420)가 개방되어, 연료 전지(100)의 캐소드극에 체류하는 수소가 감소하기 시작하고, 연료 전지(100)의 출력이 커진다. 또한, 에어컨의 기동이 미리 정해진 시간(t1)보다도 느린 경우나, 연료 전지 탑재 차량(10)의 주행보다도 느린 경우에는, 각각, 제2 실시 형태, 제1 실시 형태에서 설명한 처리가 행하여진다. 도 11 의 A 내지 G로부터 알 수 있는 바와 같이, 제3 실시 형태는, 비교예보다도 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 전력 공급 회로에 대한 부하 요구가 있었을 때는, 연료 전지를 발전시키므로, 이차 전지의 충전량(SOC)을 소정의 범위 내로 해 두는 것이 가능하게 된다.
계속해서, 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 12는, 제4 실시 형태에서의 캐소드극으로부터의 수소 배출의 제어 흐름도이다. 제1 실시 형태에서는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행을 개시하고 나서, 연료 전지(100)의 캐소드극 수소 배출 처리를 실행했지만, 제4 실시 형태에서는, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서, 연료 전지(100)의 캐소드극 수소 배출 처리를 실행한다. 단, 비교예와 비교하여, 천천히 수소의 배출 처리를 행한다.
스텝 S100 내지 S140의 처리는, 제1 실시 형태에서의 처리와 동일하다. 스텝 S250에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)에 공급되는 공기의 양과, 산화제 가스 바이패스관(450)에 흐르는 공기의 양이 소정의 비(예를 들어 4:96)가 되도록, 분류 밸브(460)를 개방한다. 스텝 S260에서는, 제어부(110)는, 압력 조절 밸브를 약간 개방하고, 스텝 S270에서는, 펌프(320)를 구동한다. 펌프(320)의 회전수는, 펌프(320)의 회전에 수반하는 노이즈 바이브레이션이 소정의 값 이하가 되는 회전수로 하는 것이 바람직하다.
스텝 S280에서는, 제어부(110)는 압력 조절 밸브(420)의 개방도를 천천히 크게 해 나간다. 이 압력 조절 밸브(420)의 개방도를 크게 해 나가는 속도는, 제1 실시 형태의 스텝 S180보다도 작은 것이 바람직하다. 연료 전지(100)의 캐소드극으로부터의 수소의 배출이 실행되고, 연료 전지의 출력이 커져 간다. 스텝 S290에서는, 제어부(110)는, 연료 전지(100)의 출력이 기정값 이상이 되었는지 여부를 판단한다. 제어부(110)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 1 셀당의 전압이 0.6V 이상으로 되었는지 여부로 판단하고 있다. 1 셀당의 전압이 0.6V 이상으로 된 경우에는, 제어부(110)는, 처리를 스텝 S200으로 이행한다.
스텝 S290에서, 연료 전지(100)의 출력이 기정값 이상이 아닌 경우에는, 제어부(110)는, 처리를 스텝 S160으로 이행한다. 스텝 S160에서는, 제어부(110)는, 연료 전지 탑재 차량(10)이 정지 중인지 여부를 판단한다. 연료 전지 탑재 차량(10)이 정지 중이라면 처리를 스텝 S280으로 이행하고, 정지중이 아닌 경우, 즉, 주행 개시 후인 경우에는, 처리를 스텝 S170으로 이행한다. 스텝 S170, S180, S190의 처리는, 제1 실시 형태와 동일하다. 즉, 연료 전지 탑재 차량(10)이 주행을 개시한 뒤에는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 처리가 행하여진다.
도 13의 A 내지 G는, 제4 실시 형태에서의 타이밍 차트이다. 제4 실시 형태에서는, 스타터 스위치(115)가 온으로 되고 나서, 연료 전지(100)의 캐소드극 수소 배출 처리가 실행된다. 단, 비교예와 비교하여, 천천히 수소의 배출 처리를 행한다. 그 때문에, 비교예와 비교하면 연료 전지 탑재 차량(10)의 주행 개시까지 연료 전지가 발생시키는 전압은 낮고, 연료 소비도 적다. 또한, 연료 전지 탑재 차량(10)의 주행 개시까지의 펌프(320)의 구동량도 적으므로, 노이즈 바이브레이션의 관점에 있어서 우수하다.
이상, 몇 가지의 실시예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 실시 형태는, 그 취지 및 특허 청구 범위를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함된다.

Claims (5)

  1. 연료 전지 탑재 차량(10)에 사용되는 연료 전지 시스템에 있어서,
    연료 전지(100)와 이차 전지(130)를 갖는 전력 공급 회로;
    상기 연료 전지의 캐소드극(102, 104)에 산화제 가스를 공급하기 위한 산화제 가스 공급 유로(33);
    상기 산화제 가스 공급 유로에 설치되고, 상기 산화제 가스를 압축해서 상기 캐소드극에 공급하는 펌프(320); 및
    상기 펌프를 구동하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석하도록 구성된 제어부(110)
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 스타터 스위치(115)가 오프에서 온으로 전환된 후, 상기 연료 전지 탑재 차량이 정지하고 있는 동안, 또는 상기 전력 공급 회로에 대한 요구 부하가 미리 정해진 값보다도 작을 동안에는, 상기 펌프의 동작을 정지해서 캐소드극에의 산화제 가스의 공급을 정지하고, 캐소드극에 체류하는 수소의 희석을 금지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 상기 스타터 스위치가 오프에서 온으로 전환된 후, 미리 정해진 시간이 경과했을 때는, 상기 연료 전지 탑재 차량이 주행을 개시하고 있지 않아도, 상기 캐소드극에 산화제 가스를 공급하고, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석해서 상기 캐소드극으로부터 배출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 연료 전지 탑재 차량의 상기 스타터 스위치가 오프에서 온으로 전환된 후, 상기 전력 공급 회로에 대한 부하 요구가 있었을 때는, 상기 연료 전지 탑재 차량이 주행을 개시하고 있지 않아도, 상기 캐소드극에 산화제 가스를 공급하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석해서 상기 캐소드극으로부터 배출하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지 시스템인 것을 특징으로 하는, 연료 전지 탑재 차량.
  5. 연료 전지 탑재 차량(10)에 사용되는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은,
    연료 전지(100)와 이차 전지(130)를 갖는 전력 공급 회로;
    상기 연료 전지의 캐소드극(102, 104)에 산화제 가스를 공급하기 위한 산화제 가스 공급 유로(33);
    상기 산화제 가스 공급 유로에 설치되고, 상기 산화제 가스를 압축해서 상기 캐소드극에 공급하는 펌프(320); 및
    상기 펌프를 구동하여, 상기 캐소드극에 체류하는 수소를 희석하도록 구성된 제어부(110)를 포함하고,
    상기 제어 방법은,
    상기 연료 전지 탑재 차량의 스타터 스위치(115)가 오프에서 온으로 전환된 후, 상기 연료 전지 탑재 차량이 정지하고 있는 동안, 또는 상기 전력 공급 회로에 대한 요구 부하가 미리 정해진 값보다도 작을 동안에는, 상기 펌프의 동작을 정지해서 캐소드극에의 산화제 가스의 공급을 정지하고, 캐소드극에 체류하는 수소의 희석을 금지하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
KR1020150156560A 2014-11-12 2015-11-09 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연소 전지 시스템의 제어 방법 KR101812849B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2014-229867 2014-11-12
JP2014229867A JP6206375B2 (ja) 2014-11-12 2014-11-12 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160056802A true KR20160056802A (ko) 2016-05-20
KR101812849B1 KR101812849B1 (ko) 2017-12-27

Family

ID=54539972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150156560A KR101812849B1 (ko) 2014-11-12 2015-11-09 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연소 전지 시스템의 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9956885B2 (ko)
EP (1) EP3021403B1 (ko)
JP (1) JP6206375B2 (ko)
KR (1) KR101812849B1 (ko)
CN (1) CN105591133B (ko)
CA (1) CA2911892C (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101866020B1 (ko) * 2016-04-26 2018-06-08 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 시동 제어방법
JP6447838B2 (ja) * 2016-11-21 2019-01-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP2018147614A (ja) * 2017-03-02 2018-09-20 三菱自動車工業株式会社 燃料電池システム
JP6992420B2 (ja) * 2017-11-09 2022-02-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
JP7054629B2 (ja) * 2018-01-22 2022-04-14 本田技研工業株式会社 燃料電池車両
KR102565339B1 (ko) 2018-03-14 2023-08-09 현대자동차주식회사 연료전지의 시동 제어방법 및 제어시스템
KR20210060684A (ko) * 2019-11-15 2021-05-27 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 운전 제어시스템 및 제어방법
CN110957506B (zh) * 2019-11-25 2021-09-10 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池系统及其待机控制方法
KR20220101298A (ko) * 2021-01-11 2022-07-19 현대자동차주식회사 절연 저항 검출 장치, 그를 포함하는 시스템 및 그 방법
CN113193211B (zh) * 2021-04-20 2023-02-10 内蒙古民族大学 一种氢能装置内置燃烧供热结构
US20230261223A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-17 Ford Global Technologies, Llc Cell voltage control through oxygen starvation for fuel cell systems

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06163069A (ja) * 1992-11-20 1994-06-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池通気時の圧力変動低減方法
JP2007179949A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP5151057B2 (ja) 2006-04-07 2013-02-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の協調制御方法
JP2007294294A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Toyota Industries Corp 燃料電池の運転制御装置
JP2007317472A (ja) 2006-05-25 2007-12-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4941639B2 (ja) 2006-05-25 2012-05-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5205718B2 (ja) 2006-07-12 2013-06-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5005661B2 (ja) * 2008-11-21 2012-08-22 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2010146788A (ja) * 2008-12-17 2010-07-01 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、およびその起動時における開弁動作の制御方法
JP5387180B2 (ja) * 2009-07-03 2014-01-15 トヨタ自動車株式会社 移動体用燃料電池システムおよびその制御方法
US9093679B2 (en) * 2010-09-24 2015-07-28 Honda Motor Co., Ltd. Method of shutting down fuel cell system
JP5786446B2 (ja) * 2011-05-18 2015-09-30 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20160133965A1 (en) 2016-05-12
JP6206375B2 (ja) 2017-10-04
CA2911892A1 (en) 2016-05-12
EP3021403A1 (en) 2016-05-18
EP3021403B1 (en) 2019-01-16
CN105591133A (zh) 2016-05-18
CN105591133B (zh) 2019-01-08
KR101812849B1 (ko) 2017-12-27
JP2016095933A (ja) 2016-05-26
US9956885B2 (en) 2018-05-01
CA2911892C (en) 2018-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101812849B1 (ko) 연료 전지 시스템, 연료 전지 탑재 차량, 및 연소 전지 시스템의 제어 방법
US11050072B2 (en) Fuel cell system and operation control method of the same
JP4789018B2 (ja) 燃料電池システム
US9640812B2 (en) Fuel cell system including controller to prevent over-discharge of battery and lowering in drivability upon recovering from idle stop
WO2013128610A1 (ja) 燃料電池システム
US20080248351A1 (en) Fuel Cell System
KR101923764B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 연료 전지 탑재 차량
JP2007128778A (ja) 燃料電池システム、その制御方法及びそれを搭載した車両
US20150180070A1 (en) Fuel cell system
JP5769083B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池車両
US8092947B1 (en) Fuel cell system
JP2007026843A (ja) 燃料電池自動車およびその制御方法
US9825317B2 (en) Fuel cell system and control method of the same
JP5711008B2 (ja) 車両用燃料電池システムのアイドル停止方法
JPWO2013128610A1 (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant