KR20180050617A - 연료 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

연료 전지의 비발전 시에 있어서, 인젝터가 가동하는 것에 기인하는 소음이나 진동을 억제한다.
애노드와 전해질막과 캐소드를 갖는 연료 전지와, 애노드에 수소를 공급하는 인젝터와, 애노드의 압력이 목표 압력에 도달하도록 인젝터의 가동을 제어하는 제어부를 구비하는 연료 전지 시스템. 제어부는 연료 전지 시스템의 시동 후이며 연료 전지의 발전 전에 있어서의 비발전 상태에 있어서, 목표 압력을 제1 목표 압력보다 높은 압력인 제2 목표 압력으로 설정하여 애노드의 압력이 제2 목표 압력으로 되도록 인젝터의 가동을 제어하고 애노드의 압력이 제1 목표 압력보다 높아진 후에, 목표 압력을 제1 목표 압력으로 설정하여 애노드의 압력이 제1 목표 압력으로 되도록 인젝터의 가동을 제어하고, 제1 목표 압력은 연료 전지 스택의 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력이다.

Description

연료 전지 시스템 {FUEL CELL SYSTEM}
본원은, 2015년 6월 25일에 출원된 출원 번호 제2015-127344호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은, 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지에의 반응 가스 공급을 제어하는 연료 전지 시스템으로서, JP2008-130442A에는, 연료 전지 스택의 운전 상태에 기초하여 연료 가스의 목표 압력값을 산출하고, 산출한 목표 압력값과, 센서에 의해 검출한 압력값의 차를 보정하기 위해, 인젝터의 가동을 제어하여 연료 가스의 공급량을 조정하는 시스템이 개시되어 있다.
이와 같이 연료 가스의 공급량의 조정에 인젝터를 사용하는 연료 전지 시스템에 있어서, 예를 들어 시스템의 시동 후 연료 전지의 발전에 사용되는 에어를 공급하는 컴프레서나 연료 전지의 냉각수를 순환시키는 냉각수 펌프가 아직 가동되고 있지 않은 비발전 상태에 있어서 인젝터가 가동되면, 발전 상태에 비해 컴프레서나 냉각수 펌프의 가동음이 없으므로, 인젝터의 가동 빈도에 따라서는, 인젝터의 가동음이나 진동이, 이용자에게 불쾌감을 줄 우려가 있었다. 그로 인해, 연료 전지의 비발전 시에 있어서, 인젝터가 가동하는 것에 기인하는 소음이나 진동을 억제하는 기술이 요구되고 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 전해질막과, 상기 전해질막의 한쪽 면에 형성된 애노드와, 상기 전해질막의 다른 쪽 면에 형성된 캐소드를 갖는 연료 전지를 복수 구비한 연료 전지 스택과; 상기 애노드에 수소를 공급하는 인젝터와; 상기 애노드의 압력이 목표 압력으로 되도록 상기 인젝터의 가동을 제어하는 제어부를 구비하고; 상기 제어부는, 상기 연료 전지 시스템의 시동 후이며 상기 연료 전지의 발전 전에 있어서의 비발전 상태에 있어서, 상기 목표 압력을, 제1 목표 압력보다 높은 압력인 제2 목표 압력으로 설정하여, 상기 애노드의 압력이 상기 제2 목표 압력으로 되도록 상기 인젝터의 가동을 제어하고, 상기 애노드의 압력이 상기 제1 목표 압력보다 높아진 후에, 상기 목표 압력을 상기 제1 목표 압력으로 설정하여, 상기 애노드의 압력이 상기 제1 목표 압력으로 되도록 상기 인젝터의 가동을 제어하고; 상기 제1 목표 압력은 상기 연료 전지 스택의 상기 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력이다. 이러한 형태의 연료 전지 시스템이면, 애노드의 목표 압력을 제1 목표 압력보다 높은 압력인 제2 목표 압력으로 설정하여, 애노드의 압력이 제2 목표 압력으로 되도록 인젝터의 가동을 제어하고, 애노드의 압력이 제1 목표 압력보다 높아진 후에, 목표 압력을 제1 목표 압력으로 하므로, 애노드의 압력이 제1 목표 압력을 하회하는 빈도가 감소한다. 그로 인해, 애노드의 압력을 제1 목표 압력으로 되도록 하기 위해 인젝터가 가동되는 횟수나 빈도를 저감시킬 수 있어, 비발전 시에 있어서의 인젝터의 가동에 의한 소음이나 진동을 억제할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 애노드로부터 배출된 가스를 상기 애노드로 복귀시키는 순환 유로와 상기 순환 유로 상에 설치된 펌프를 구비하고; 상기 제어부는, 상기 비발전 상태에 있어서, 상기 애노드로부터 배출된 가스를 상기 애노드로 복귀시키도록 상기 펌프를 가동시켜도 된다. 이러한 형태의 연료 전지 시스템이면, 연료 전지의 애노드 전체에 보다 수소가 널리 퍼지기 쉬워지므로, 애노드에 있어서 수소가 결핍되는 것을 더욱 억제할 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 비발전 상태에 있어서, 상기 애노드의 압력을 상기 제2 목표 압력으로 한 후에, 상기 애노드의 압력을 측정함으로써 상기 연료 전지 시스템에 있어서의 수소 누설 검사를 행해도 된다. 이러한 형태의 연료 전지 시스템이면, 수소 누설 검사를 행하는 경우에 있어서, 인젝터의 가동에 의한 소음이나 진동을 억제할 수 있다.
본 발명은, 상술한 연료 전지 시스템 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 연료 전지 시스템의 제어 방법이나, 연료 전지 시스템을 탑재한 차량 등의 형태로 실현할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 시스템은, 애노드의 목표 압력을 제1 목표 압력보다 높은 압력인 제2 목표 압력으로 설정하여, 애노드의 압력이 제2 목표 압력으로 되도록 인젝터의 가동을 제어하고, 애노드의 압력이 제1 목표 압력보다 높아진 후에, 목표 압력을 제1 목표 압력으로 하므로, 애노드의 압력이 제1 목표 압력을 하회하는 빈도가 감소한다. 그로 인해, 애노드의 압력을 제1 목표 압력으로 되도록 하기 위해 인젝터가 가동되는 횟수나 빈도를 저감시킬 수 있어, 비발전 시에 있어서의 인젝터의 가동에 의한 소음이나 진동을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태로서의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 제어부에 의해 실행되는 수소 공급 처리의 흐름도이다.
도 3은 수소 공급 처리에 있어서의 연료 전지 시스템 상태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제2 실시 형태의 연료 전지 시스템의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제어부에 의해 실행되는 수소 공급 처리의 흐름도이다.
도 6은 제2 실시 형태의 수소 공급 처리에 있어서의 연료 전지 시스템의 상태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제3 실시 형태의 수소 공급 처리의 흐름도이다.
A. 제1 실시 형태:
A1. 시스템 구성:
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태로서의 연료 전지 시스템(10)의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다. 연료 전지 시스템(10)은, 예를 들어 차량에 탑재되고, 운전자로부터의 요구에 따라서, 차량의 동력원으로 되는 전력을 출력한다. 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)은, 연료 전지 스택(100)과, 제어부(20)와, 캐소드 가스 공급계(30)와, 캐소드 가스 배출계(40)와, 애노드 가스 공급계(50)와, 애노드 가스 배출계(60)와, 냉각계(70)를 구비한다.
연료 전지 스택(100)은, 반응 가스로서 수소(애노드 가스)와 공기(캐소드 가스)의 공급을 받아 발전하는 고체 고분자형 연료 전지이다. 연료 전지 스택(100)은, 복수의 연료 전지(11)가 적층되어 구성되어 있다.
각 연료 전지(11)는, 막 전극 접합체(5)와, 막 전극 접합체(5)를 끼움 지지하여 반응 가스나 냉매의 유로를 형성함과 함께, 집전판으로서도 기능하는 판상 기재인 2매의 세퍼레이터(도시하지 않음)를 갖는다. 막 전극 접합체(5)는, 전해질막(1)과, 전해질막(1)의 양면에 배치된 전극(2, 3)을 갖고 있다. 전해질막(1)은, 습윤 상태일 때에 양호한 프로톤 전도성을 나타내는 고체 고분자 박막이다. 연료 전지(11)의 공기가 공급되는 전극은 캐소드(공기극)라고 불리고, 수소가 공급되는 전극은 애노드(연료극)라고 불린다. 연료 전지(11) 내에 있어서 발전이 행해지면, 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 캐소드 측에 물이 생성된다.
제어부(20)는, CPU와 RAM과 ROM을 구비하는 컴퓨터로서 구성되어 있다. 제어부(20)는, 비발전 상태에 있어서 인젝터(55)의 소리와 진동 중 적어도 한쪽을 저감시키면서 수소의 공급을 행하기 위한 수소 공급 처리를 행한다. 제어부(20)의 ROM에는, 수소 공급 처리에 있어서 사용되는 제1 목표 압력 P1과, 제2 목표 압력 P2와, 제2 목표 압력 P2의 설정 시간 tP2가 기억되어 있다. 수소 공급 처리의 상세는 후술한다. 또한, 제어부(20)는, 연료 전지 스택(100)에 있어서의 애노드의 압력 목표 값인 목표 압력을 설정하여, 애노드의 압력이 목표 압력으로 되도록 인젝터(55)의 가동을 제어한다. 구체적으로는, 제어부(20)는, 애노드의 압력을 제1 목표 압력 P1보다 높은 압력인 제2 목표 압력 P2로 설정하여, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2로 되도록 인젝터(55)의 가동을 제어한다. 그리고, 제어부(20)는 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1보다 높아진 후에, 목표 압력을 제1 목표 압력 P1로 설정하여, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1로 되도록 인젝터(55)의 가동을 제어한다. 또한, 제어부(20)는 캐소드 가스 공급계(30), 캐소드 가스 배출계(40), 애노드 가스 공급계(50), 애노드 가스 배출계(60), 냉각계(70)를 제어하여, 연료 전지 스택(100)에 발전시킨다.
캐소드 가스 공급계(30)는, 캐소드 가스 배관(31)과, 에어 컴프레서(32)와, 에어 플로 미터(33)와, 개폐 밸브(34)를 구비한다. 캐소드 가스 배관(31)은, 연료 전지 스택(100)의 캐소드 측의 공급용 매니폴드에 접속된 배관이다. 에어 컴프레서(32)는, 캐소드 가스 배관(31)을 통해 연료 전지 스택(100)과 접속되어 있고, 외기를 도입하여 압축한 공기를, 캐소드 가스로서 연료 전지 스택(100)에 공급한다.
에어 플로 미터(33)는, 에어 컴프레서(32)의 상류 측에 있어서, 에어 컴프레서(32)가 도입하는 외기의 양을 계측하여, 제어부(20)에 송신한다. 제어부(20)는, 이 계측값에 기초하여 에어 컴프레서(32)를 구동함으로써, 연료 전지 스택(100)에 대한 공기의 공급량을 제어한다. 개폐 밸브(34)는, 에어 컴프레서(32)와 연료 전지 스택(100) 사이에 설치되어 있다. 개폐 밸브(34)는, 통상 폐쇄된 상태이고, 에어 컴프레서(32)로부터 소정의 압력을 갖는 공기가 캐소드 가스 배관(31)에 공급되었을 때에 개방된다.
캐소드 가스 배출계(40)는, 캐소드 배기 가스 배관(41)과, 압력 조정 밸브(43)를 구비한다. 캐소드 배기 가스 배관(41)은, 연료 전지 스택(100)의 캐소드 측의 배출용 매니폴드에 접속된 배관이다. 캐소드 배기 가스는, 캐소드 배기 가스 배관(41)을 통해, 연료 전지 시스템(10)의 외부로 배출된다. 압력 조정 밸브(43)는, 제어부(20)에 의해 그 개방도가 제어되어 있고, 캐소드 배기 가스 배관(41)에 있어서의 캐소드 배기 가스의 압력(연료 전지 스택(100)의 캐소드 측의 배압)을 조정한다.
애노드 가스 공급계(50)는, 애노드 가스 배관(51)과, 수소 탱크(52)와, 개폐 밸브(53)와, 레귤레이터(54)와, 인젝터(55)와, 압력 계측부(56)를 구비한다. 수소 탱크(52)는, 애노드 가스 배관(51)을 통해 연료 전지 스택(100)의 애노드 측의 공급용 매니폴드와 접속되어 있고, 탱크 내에 충전된 수소를 연료 전지 스택(100)에 공급한다.
개폐 밸브(53)와, 레귤레이터(54)와, 인젝터(55)와, 압력 계측부(56)는, 이 순서로, 상류 측인 수소 탱크(52) 측으로부터 설치되어 있다. 개폐 밸브(53)는, 제어부(20)로부터의 지령에 의해 개폐되고, 수소 탱크(52)로부터 인젝터(55)의 상류 측으로의 수소의 유입을 제어한다. 레귤레이터(54)는, 인젝터(55)의 상류 측에 있어서의 수소의 압력을 조정하기 위한 감압 밸브이며, 그 개방도가 제어부(20)에 의해 제어된다. 인젝터(55)는, 전자 구동식 개폐 밸브이다. 압력 계측부(56)는, 인젝터(55)의 하류 측에 있어서의 압력을 계측하여, 제어부(20)에 송신한다. 본 실시 형태에서는, 제어부(20)는 인젝터(55)의 하류 측에 있어서의 압력을, 연료 전지 스택(100)의 애노드의 압력으로서 취득한다.
애노드 가스 배출계(60)는, 애노드 배기 가스 배관(61)과, 개폐 밸브(66)를 구비한다. 애노드 배기 가스 배관(61)은, 연료 전지 스택(100)의 애노드 측의 배출용 매니폴드에 접속된 배관이다. 연료 전지 스택(100)의 발전에 사용되는 일이 없었던 미반응 가스(수소나 질소 등)를 포함하는 애노드 배기 가스는, 애노드 배기 가스 배관(61)을 통해 연료 전지 시스템(10)의 외부로 배출된다. 개폐 밸브(66)는, 애노드 배기 가스 배관(61)에 설치되어 있고, 제어부(20)로부터의 지령에 따라서 개폐된다.
냉각계(70)는, 냉각 배관(71)과, 냉각수 펌프(73)와, 라디에이터(74)를 구비한다. 냉각수는, 냉각수 펌프(73)에 의해, 냉각 배관(71)을 흘러, 연료 전지 스택(100) 내를 순환하여 연료 전지 스택(100)을 냉각한 후, 라디에이터(74)에 의해 냉각되어, 다시 연료 전지 스택(100)에 공급된다.
또한, 도시나 상세한 설명은 생략하지만, 차량에 탑재된 연료 전지 시스템(10)은, 이차 전지와, 연료 전지 스택(100)의 출력 전압이나 이차 전지의 충방전을 제어하는 DC/DC 컨버터를 더 구비한다. 이차 전지는, 연료 전지 스택(100)이 출력하는 전력이나 회생 전력을 축전하고, 연료 전지 스택(100)과 함께 전력원으로서 기능한다.
A2. 수소 공급 처리:
다음으로, 연료 전지 시스템(10)에 있어서 실행되는 수소 공급 처리에 대해 설명한다. 이 처리는, 연료 전지 시스템(10)의 시동 후이며 연료 전지(11)의 발전 전인 비발전 상태에 있어서 실행된다.
수소 공급 처리는, 연료 전지 시스템(10)의 시동 후, 연료 전지 스택(100)의 발전 시에 수소가 애노드 전체에 공급될 때까지의 시간을 생략하기 위해, 미리 애노드 가스 공급계(50)로부터 연료 전지 스택(100)으로 수소를 공급하는 처리이다. 이때, 연료 전지 시스템(10)이 탑재되는 차량은, 「차량 시동의 대기 상태」로 된다. 「차량 시동의 대기 상태」라 함은, 연료 전지 시스템(10)이 탑재되는 차량이, 예를 들어 유저의 액셀러레이터의 페달의 답입에 의해 시동 가능한 상태를 말한다. 「차량 시동의 대기 상태」는, 유저가 액셀러레이터 페달을 밟음으로써 해제되고, 연료 전지 스택(100)의 발전이 시동된다.
도 2는, 제어부(20)에 의해 실행되는 수소 공급 처리의 흐름도이다. 수소 공급 처리가 개시되면, 제어부(20)는, 제어부(20)의 ROM에 미리 기억된 제2 목표 압력 P2를 판독하여, 연료 전지 스택(100)의 애노드의 목표 압력을, 제1 목표 압력 P1보다 높은 압력인 제2 목표 압력 P2로 설정한다(스텝 S100). 제1 목표 압력 P1은, 연료 전지 스택(100)의 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력이다. 본 실시 형태에서는, 제1 목표 압력 P1은, 연료 전지 스택(100)의 애노드에 있어서 부분적으로 수소가 결핍되는 것을 방지하기 위해 필요한 최소 압력과, 압력 계측부(56)의 계측 오차를 가산한 압력이다. 제2 목표 압력 P2는, 차량 시동의 대기 상태가 해제될 때까지, 연료 전지 스택(100)의 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회하는 것을 억제하기 위해 설정되는 압력이다. 제2 목표 압력 P2는, 예를 들어 차량 시동의 대기 상태가 해제될 때까지의 통상의 시간과, 연료 전지 스택(100)의 크로스오버에 의한 수소의 감소량과, 제1 목표 압력 P1의 관계를 실험에 의해 산출하고, 산출한 값에 압력 계측부(56)의 계측 오차를 가산함으로써 구할 수 있다.
다음으로, 제어부(20)는, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2로 되도록 인젝터(55)의 가동을 제어한다(스텝 S102). 구체적으로는, 제어부(20)는 압력 계측부(56)로부터 취득한 연료 전지 스택(100)의 애노드의 압력과, 제2 목표 압력 P2의 차압을 계산하고, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동하여 인젝터(55)의 밸브를 개방하여, 차압분의 애노드 가스를 공급한 후, 인젝터(55)의 밸브를 폐쇄한다. 스텝 S102가 행해짐으로써, 애노드의 압력은, 제1 목표 압력 P1보다 높은 제2 목표 압력 P2까지 높아진다.
스텝 S102가 행해짐으로써 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1보다 높아진 후, 제어부(20)는 제어부(20)의 ROM에 미리 기억된 제1 목표 압력 P1을 판독하여, 연료 전지 스택(100)의 애노드 목표 압력을, 제1 목표 압력 P1로 설정한다(스텝 S108).
또한, 본 실시 형태에서는, 제어부(20)는, 스텝 S102에 있어서, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동하고, 스텝 S108에 있어서 애노드의 압력을 제1 목표 압력 P1로 설정할 때까지 이하의 제어를 실행한다.
애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동하면(스텝 S102), 제어부(20)는 목표 압력을 제2 목표 압력 P2로 설정하고 나서의 경과 시간이, 미리 정한 설정 시간 tP2를 경과하였는지 여부를 판단한다(스텝 S104). 이 미리 정한 설정 시간 tP2를, 이하 단순히 「설정 시간 tP2」라고도 한다. 설정 시간 tP2는, 예를 들어 수 초이다. 설정 시간 tP2는, 예를 들어 캐소드 가스 공급계(30) 등, 연료 전지 시스템(10)의 다른 계의 시동에 필요로 하는 시간 등에 따라서 적절하게 정해 둘 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 설정 시간 tP2가 경과하면, 캐소드 가스 공급계(30)는 캐소드 가스를 연료 전지 스택(100)에 충분히 공급 가능해져, 지체 없이 발전 가능한 상태로 된다.
설정 시간 tP2가 경과하지 않은 경우에는(스텝 S104: "아니오"), 제어부(20)는 압력 계측부(56)로부터 연료 전지 스택(100)의 애노드 압력을 취득하여, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2를 하회하였는지 여부를 판단한다(스텝 S106). 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2를 하회한 경우에는(스텝 S106: "예"), 제어부(20)는 스텝 S102로 되돌아가, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켜, 압력 계측부(56)로부터 취득한 연료 전지 스택(100)의 애노드의 압력과, 제2 목표 압력 P2의 차압분의 애노드 가스를 공급한다.
설정 시간 tP2가 경과하고 있지 않고(스텝 S104: "아니오"), 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2를 하회하고 있지 않은 경우에는(스텝 S106: "아니오"), 제어부(20)는, 설정 시간 tP2가 경과하였는지 여부를 다시 판단한다(스텝 S104). 설정 시간 tP2가 경과한 경우에는(스텝 S104: "예"), 제어부(20)는 애노드의 압력을 제1 목표 압력 P1로 설정한다(스텝 S108).
이상과 같이 하여 제1 목표 압력 P1이 설정되면(스텝 S108), 제어부(20)는 차량 시동의 대기 상태가 해제되었는지 여부를 판단한다(스텝 S110). 차량 시동의 대기 상태가 해제되어 있지 않은 경우에는(스텝 S110: "아니오"), 제어부(20)는 압력 계측부(56)로부터 연료 전지 스택(100)의 애노드 압력을 취득하여, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회하였는지 여부를 판단한다(스텝 S112). 여기서, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회한 경우에는(스텝 S112: "예"), 제어부(20)는 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켜, 압력 계측부(56)로부터 취득한 연료 전지 스택(100)의 애노드 압력과, 제1 목표 압력 P1의 차압분의 애노드 가스를 공급한다(스텝 S114).
한편, 차량 시동의 대기 상태가 해제되어 있지 않고(스텝 S110: "아니오"), 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회하고 있지 않은 경우에는(스텝 S112: "아니오"), 제어부(20)는 스텝 S110으로 되돌아가, 차량 시동의 대기 상태가 해제되었는지 여부를 다시 판단한다.
제어부(20)는, 차량 시동의 대기 상태가 해제되면(스텝 S110: "예"), 수소 공급 처리를 종료하고, 목표 압력을 연료 전지 스택(100)의 발전에 필요한 압력으로 변경한다. 제어부(20)는 또한, 연료 전지 스택(100)을 발전시키기 위해, 에어 컴프레서(32)나, 냉각수 펌프(73)를 회전시킨다.
도 3은, 수소 공급 처리에 있어서의 연료 전지 시스템(10)의 상태의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에는, 연료 전지 시스템(10)의 운전 모드와, 애노드의 압력인 수소 압력과, 인젝터(55)의 밸브의 개폐 상태와, 에어 컴프레서(32)의 회전수와, 냉각수 펌프(73)의 회전수가 각각 횡축에 시간을 취하여 나타내어져 있다. 또한, 도 3에 나타내는 수소 압력에는, 목표 압력이 파선으로 나타내어져 있고, 압력의 측정값이 실선으로 나타내어져 있다.
연료 전지 시스템(10)과 접속되는 배터리 등의 고전압계의 구동이 완료되면(시간 t1), 도 3에 나타내는 바와 같이, 연료 전지 시스템(10)의 운전 모드는 정지 모드인 모드 0으로부터 시동 모드인 모드 1로 전환된다. 이때, 연료 전지 스택(100)은 비발전 상태이므로, 에어 컴프레서(32)나, 냉각수 펌프(73)는 회전하고 있지 않다.
시간 t1에 도달하면, 제어부(20)에 의해 애노드의 압력은 제2 목표 압력 P2로 설정되고(도 2, 스텝 S100), 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)가 가동된다(도 2, 스텝 S102). 수소 압력의 측정값은, 제2 목표 압력 P2에 도달한다.
설정 시간 tP2가 경과하면(시간 t2, 도 2, 스텝 S104: "예"), 도 3에 나타내는 바와 같이, 목표 압력은 제1 목표 압력 P1로 설정된다(도 2, 스텝 S108). 도 3에 나타내는 예에서는, 차량 시동의 대기 상태가 해제될 때까지, 수소 압력의 측정값이 제1 목표 압력 P1을 하회하고 있지 않다. 그로 인해, 인젝터(55)는 차량 시동의 대기 중에 있어서, 수소 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 하기 위해, 한번 가동할 뿐이다.
차량 시동의 대기 상태가 해제되면(시간 t3), 에어 컴프레서(32)나 냉각수 펌프(73)의 회전이 개시되고, 발전에 필요한 수소를 공급하기 위해 인젝터(55)가 가동된다.
A3. 효과:
일반적으로, 연료 전지 시스템(10)의 비발전 상태에 있어서는, 에어 컴프레서(32)나 냉각수 펌프(73)가 회전하고 있지 않다. 그로 인해, 비발전 상태에 있어서 인젝터(55)가 가동되면, 발전이 행해지고 있는 상태에 비해 에어 컴프레서(32)나 냉각수 펌프(73)의 가동음이 없으므로, 인젝터(55)의 가동 빈도에 따라서는, 예를 들어 연료 전지 시스템(10)이 탑재된 차량의 이용자에게 불쾌감을 줄 우려가 있다. 그러나, 이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에서는, 연료 전지 스택(100)의 비발전 상태에 있어서, 애노드의 목표 압력을, 제1 목표 압력 P1보다 높은 압력인 제2 목표 압력 P2로 설정하여, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2로 되도록 인젝터(55)의 가동을 제어하고, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1보다 높아진 후에, 제1 목표 압력 P1로 설정하여, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1로 되도록 인젝터(55)의 가동을 제어한다. 그로 인해, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회하는 빈도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 애노드의 압력을 목표 압력으로 하기 위해, 인젝터(55)가 가동하는 횟수를 저감시킬 수 있으므로, 인젝터(55)의 가동에 의한 소음이나 진동 중 적어도 한쪽을 억제할 수 있다.
또한, 제1 목표 압력 P1은, 연료 전지 스택(100)의 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력 중 최소의 압력이므로, 애노드에 있어서 수소가 부분적으로 결핍되는 것에 기인하는 연료 전지 스택(100)의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 연료 전지 스택(100)의 비발전 상태에 있어서 애노드에 수소가 공급되므로, 연료 전지 스택(100)의 발전 시에, 연료 전지 스택(100)에 수소가 도달할 때까지의 시간을 생략할 수 있다. 그로 인해, 연료 전지 스택(100)의 발전 개시에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.
B. 제2 실시 형태:
B1. 시스템 구성:
제1 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템(10)은, 연료 전지 시스템(10)의 시동 후이며 연료 전지 스택(100)의 발전 전에 있어서의 비발전 상태에 있어서, 인젝터(55)의 가동에 의한 소음이나 진동을 억제하면서, 애노드에 있어서 수소가 결핍되는 것에 기인하는 연료 전지 스택(100)의 열화를 억제하는 것이 가능하였다. 이에 대해, 제2 실시 형태에서는, 애노드로부터 배출되는 가스인 애노드 배기 가스를 연료 전지 스택(100)에 순환시키는 애노드 가스 순환계(80)를 구비함으로써, 애노드에 있어서 수소가 결핍되는 것에 기인하는 연료 전지 스택(100)의 열화를 더욱 억제 가능한 연료 전지 시스템(10a)에 대해 설명한다.
도 4는, 제2 실시 형태의 연료 전지 시스템(10a)의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10a)은, 연료 전지 스택(100)과, 제어부(20)와, 캐소드 가스 공급계(30)와, 캐소드 가스 배출계(40)와, 애노드 가스 공급계(50)와, 애노드 가스 배출계(60)와, 냉각계(70)와, 애노드 가스 순환계(80)를 구비한다.
애노드 가스 순환계(80)는, 애노드 가스 순환 배관(81)과, 애노드 가스 순환 배관(81) 상에 설치된 수소 펌프(82)를 주로 구비한다. 제어부(20)는, 애노드 가스 순환계(80)를 제어하여, 연료 전지 스택(100)의 애노드에 있어서 발전 반응에 사용되는 일이 없었던 미반응 가스인 수소나 질소 등을 포함하는 애노드로부터 배출되는 가스를, 수소 펌프(82)를 가동시켜, 애노드 가스 순환 배관(81)을 통해 연료 전지 스택(100)의 애노드에 순환시킨다. 또한, 제어부(20)는 비발전 상태에 있어서, 애노드로부터 배출된 가스를 애노드로 복귀시키도록 수소 펌프(82)를 가동시킨다. 애노드 가스 순환 배관(81)을 「순환 유로」라고도 칭한다. 또한, 애노드 가스 순환계(80)의 구성 이외에는, 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)과 마찬가지의 구성이므로, 제2 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템(10a)의 그 밖의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
B2. 수소 공급 처리:
도 5는, 제어부(20)에 의해 실행되는 수소 공급 처리의 흐름도이다. 상술한 제1 실시 형태에서는, 제어부(20)는 제2 목표 압력 P2를 설정하고(도 2, 스텝 S100), 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켰다(도 2, 스텝 S102). 이에 대해, 제2 실시 형태에서는, 제어부(20)는 제2 목표 압력 P2와, 제2 회전수 R2를 설정하고(도 5, 스텝 S200), 그 후, 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시키는 것에 추가로, 제2 회전수 R2로 수소 펌프(82)를 회전시킨다(도 5, 스텝 S202). 또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제어부(20)는 시간 tP2가 경과하면, 목표 압력을 제1 목표 압력 P1로 설정하였다(도 2, 스텝 S108). 이에 대해, 제2 실시 형태에서는, 시간 tP2가 경과하면, 제어부(20)는 제1 목표 압력 P1과, 제1 회전수 R1을 설정하여(도 5, 스텝 208), 제1 회전수 R1로 수소 펌프를 회전시킨다(도 5, 스텝 S209). 제2 실시 형태에 있어서의 그 밖의 수소 공급 처리는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 있어서, 제2 회전수 R2는, 수소 공급 처리의 개시 시에 있어서 연료 전지 스택(100)의 애노드에 공기가 존재한 경우에, 그 상태를 해소하여 애노드에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 충분한 회전수이다. 제1 회전수 R1은, 수소 펌프(82)가 취할 수 있는 회전수 중 최소의 회전수이다. 또한, 제어부(20)는 수소 공급 처리의 개시 시로부터, 수소 펌프(82)를 제1 회전수 R1로 회전시켜도 된다.
도 6은, 제2 실시 형태의 수소 공급 처리에 있어서의 연료 전지 시스템(10a)의 상태의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에는, 연료 전지 시스템(10a)의 운전 모드와, 수소 압력과, 인젝터(55)의 개폐 상태와, 에어 컴프레서(32)의 회전수와, 냉각수 펌프(73)의 회전수와, 수소 펌프(82)의 회전수가 각각 횡축에 시간을 취하여 나타내어져 있다. 또한, 도 6에 나타내는 수소 펌프(82)의 회전수에는, 목표 회전수가 파선으로 나타내어져 있고, 회전수의 측정값이 실선으로 나타내어져 있다. 본 실시 형태에서도 시간 t1에 도달하면, 애노드의 압력을 제2 목표 압력 P2로 설정하고(도 5, 스텝 S200), 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 하기 위해, 제어부(20)는 인젝터(55)를 가동시킨다(도 5, 스텝 S202). 수소 압력의 측정값은, 제2 목표 압력 P2에 도달한다. 이때, 제어부(20)는 수소 펌프(82)를 제2 회전수 R2로 회전시킨다(도 5, 스텝 S202).
설정 시간 tP2가 경과하면(시간 t2, 도 5, 스텝 S204: "예"), 도 6에 나타내는 바와 같이, 제어부(20)는 목표 압력을 제1 목표 압력 P1로 설정하고, 수소 펌프(82)의 회전수를 제1 회전수 R1로 설정하여(도 5, 스텝 S208), 수소 펌프(82)를 제1 회전수 R1로 회전시킨다. 도 6에 나타내는 예에서는, 차량 시동의 대기 상태가 해제될 때까지, 수소 압력의 측정값이, 제1 목표 압력 P1을 하회하고 있지 않다. 그로 인해, 도 6에 나타내는 예에서는, 차량 시동의 대기 중에 있어서, 인젝터(55)는 한번 가동할 뿐이다. 또한, 수소 펌프(82)는 제2 회전수 R2로 회전한 후, 수소 펌프(82)의 최소 회전수인 제1 회전수 R1로 회전한다. 그리고, 차량 시동의 대기 상태가 해제되면(시간 t3), 에어 컴프레서(32)나 냉각수 펌프(73)의 회전이 개시되고, 발전에 필요한 압력을 공급하기 위해 인젝터(55)가 가동된다.
B3. 효과:
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10a)에서는, 연료 전지의 비발전 상태에 있어서, 애노드의 압력을 제2 목표 압력 P2로 설정한 후에, 제2 목표 압력 P2보다 낮은 제1 목표 압력 P1로 설정한다. 또한, 제1 목표 압력 P1은, 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력 중 최소의 압력이다. 그로 인해, 연료 전지 시스템(10a)은, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
또한, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10a)에서는, 제어부(20)는 수소 펌프(82)를 회전시키므로, 수소는 애노드 전체에 더욱 널리 퍼지기 쉬워진다. 그로 인해, 애노드에 있어서 수소가 부분적으로 결핍되는 것에 기인하는 연료 전지 스택(100)의 열화를 더욱 억제할 수 있다. 게다가, 제1 회전수 R1은, 애노드에 있어서 수소가 부분적으로 결핍되는 것을 억제하는 것이 가능한 회전수 중 최소의 회전수이다. 그로 인해, 비발전 상태에 있어서 수소 펌프(82)가 가동하고 있어도, 수소 펌프(82)가 가동하는 것에 의한 소음이나 진동을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10a)에서는, 압력이 제2 목표 압력 P2로 설정되면, 수소 펌프(82)는 제1 회전수 R1보다 많은 회전수인 제2 회전수 R2로 회전한다. 그로 인해, 연료 전지 시스템(10a)의 시동 시에 연료 전지 스택(100)의 애노드에 공기가 존재하는 경우라도, 수소를 애노드 전체에 더욱 빠르게 널리 퍼지게 할 수 있으므로, 애노드에 있어서 수소가 부분적으로 결핍되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
C. 제3 실시 형태:
C1. 시스템 구성:
제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템(10, 10a)은, 연료 전지(11)의 발전 개시 시에 연료 전지 스택(100)에 수소가 도달할 때까지의 시간을 생략하기 위해, 비발전 상태에 있어서 연료 전지 스택(100)에 수소를 공급하면서, 인젝터(55)의 가동에 의한 소음이나 진동을 억제할 수 있었다. 이에 대해, 제3 실시 형태에서는, 연료 전지 스택(100)의 비발전 상태에 있어서, 수소 누설 검사를 행하기 위해 연료 전지 스택(100)에 수소를 공급하면서, 인젝터(55)의 가동에 의한 소음이나 진동을 억제하는 것이 가능한 연료 전지 시스템에 대해 설명한다. 수소 누설 검사는, 제어부(20)가, 비발전 상태에 있어서, 애노드의 압력을 제2 목표 압력 P2로 한 후에, 애노드의 압력을 측정함으로써 행해진다. 또한, 제3 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템의 개략 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
C2. 수소 공급 처리:
도 7은, 제3 실시 형태의 수소 공급 처리의 흐름도이다. 본 실시 형태에 있어서의 수소 공급 처리는, 수소 누설 검사와 동시에 행해진다.
수소 공급 처리가 개시되면, 제어부(20)는, 애노드의 압력을 제2 목표 압력 P2로 설정하고(스텝 S300), 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켜, 그 후, 개폐 밸브(53, 66)를 폐쇄시킨다(스텝 S302). 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달한 경우에는(스텝 S304: "예"), 제어부(20)는 애노드의 압력을 제1 목표 압력 P1로 설정한다(스텝 S308). 한편, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하지 않는 경우에는(스텝 S304: "아니오"), 제어부(20)는 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달할 때까지 대기한다.
다음으로, 제어부(20)는 애노드의 압력 저하가 소정 값 이상인지의 여부를 판단한다(스텝 S310). 구체적으로는, 제어부(20)는 압력 계측부(56)가 측정한 애노드의 압력값을 취득하여, 애노드의 압력 감소량이 크로스오버에 의한 수소의 감소량과, 압력 계측부(56)의 계측 오차를 가산한 값 이상인지 여부를 판단한다. 압력 저하가 소정 값 이상인 경우에는(스텝 S310: "예"), 제어부(20)는 예를 들어 경고 램프를 온으로 하는 등의 수소 누설 보고를 행하고(스텝 S311), 수소 공급 처리를 종료한다.
한편, 압력 저하가 소정 값 미만인 경우에는(스텝 S310: "아니오"), 제어부(20)는 소정 시간이 경과하였는지 여부를 판단한다(스텝 S312). 소정 시간이라 함은, 수소 누설 검사를 행하기 위해 미리 정해진 시간이며, 예를 들어 제2 목표 압력 P2에 도달한 후부터 계측된다. 소정 시간이 경과하지 않은 경우에는(스텝 S312: "아니오"), 제어부(20)는 스텝 S310으로 되돌아가, 압력 저하가 소정 값 이상인지 여부를 다시 판단한다.
소정 시간이 경과한 후에는(스텝 S312: "예"), 제어부(20)는 개폐 밸브(53, 66)를 개방하여, 제1 실시 형태의 스텝 S110 내지 스텝 S114와 마찬가지의 처리를 행한다(스텝 S314－스텝 S318). 즉, 제어부(20)는 차량 시동의 대기 상태가 해제되었는지 여부를 판단하고(스텝 S314), 대기 상태가 해제되지 않는 경우는(스텝 S314: "아니오"), 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회하였는지 여부를 판단한다(스텝 S316). 그리고, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회한 경우에는(스텝 S316: "예"), 제1 목표 압력 P1에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시킨다(스텝 S318). 차량 시동의 대기 상태가 해제된 경우에는(스텝 S314: "예"), 제어부(20)는 수소 공급 처리를 종료한다.
C3. 효과:
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템에서는, 수소 공급 처리와 동시에 행해지는 수소 누설 검사에 있어서, 애노드의 압력을 제2 목표 압력 P2로 설정한 후에, 제2 목표 압력 P2보다 낮은 제1 목표 압력 P1로 설정한다. 또한, 제1 목표 압력 P1은, 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력 중 최소의 압력이다. 그로 인해, 연료 전지 시스템은, 수소 공급 처리와 동시에 수소 누설 검사를 행하는 경우에 있어서도, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
D. 변형예:
D1. 변형예 1:
상술한 다양한 실시 형태에서는, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회하면(도 2, 스텝 S112: "예", 도 5, 스텝 S212: "예", 도 7, 스텝 S316: "예"), 제어부(20)는, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시킨다(도 2, 스텝 S114, 도 5, 스텝 S214, 도 7, 스텝 S318). 이에 대해, 제어부(20)는, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회한 경우에는, 애노드의 압력을 제1 목표 압력 P1보다 높은 압력, 예를 들어 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켜도 된다. 이와 같이 함으로써, 제1 목표 압력 P1에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시키는 경우보다 애노드의 압력이 높아지므로, 애노드의 압력이 제1 목표 압력 P1을 하회할 때까지의 시간을 길게 할 수 있다. 그로 인해, 수소 공급 처리에 있어서, 인젝터(55)의 가동 빈도를 더욱 저감시킬 수 있어, 연료 전지 시스템(10, 10a)에 있어서의 소음이나 진동을 더욱 억제할 수 있다.
D2. 변형예 2:
상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2를 하회하면(도 2, 스텝 S106: "예", 도 5, 스텝 S206: "예"), 제어부(20)는 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시킨다(도 2, 스텝 S102, 도 5, 스텝 S202). 이에 대해, 제어부(20)는, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 대해 소정의 비율을 하회한 경우에, 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켜도 된다. 예를 들어, 제어부(20)는 애노드의 압력이, 제2 목표 압력 P2의 값으로부터 10％ 하회한 경우에, 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터(55)를 가동시켜도 된다.
D3. 변형예 3:
상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 제어부(20)는, 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터를 가동시킨다(도 2, 스텝 S102, 도 5, 스텝 S202). 이에 대해, 애노드의 압력은, 인젝터(55)가 가동되는 빈도가 저감되도록 제1 목표 압력 P1보다 높아지면 되고, 제2 목표 압력 P2에 도달하지 않아도 된다.
D4. 변형예 4:
상술한 제1 실시 형태에서는, 제어부(20)는, 설정 시간 tP2가 경과하였는지 여부를 판단하고(도 2, 스텝 S104), 설정 시간 tP2를 경과하지 않은 경우에는(도 2, 스텝 S104: "아니오"), 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2를 하회하였는지 여부를 판단한다(도 2, 스텝 S106). 이에 대해, 스텝 S104로부터 스텝 S106은, 생략되어도 된다.
D5. 변형예 5:
상술한 제2 실시 형태에서는, 제어부(20)는, 설정 시간 tP2가 경과하였는지 여부를 판단하고(도 5, 스텝 S204), 설정 시간 tP2를 경과하지 않은 경우에는(도 5, 스텝 S204: "아니오"), 애노드의 압력이 제2 목표 압력 P2를 하회하였는지 여부를 판단한다(도 5, 스텝 S206). 이에 대해, 스텝 S204 내지 스텝 S206은, 생략되어도 된다.
D6. 변형예 6:
상술한 다양한 실시 형태에서는, 제어부(20)는, 인젝터(55)의 하류 측에 있어서의 압력을, 연료 전지 스택(100)의 애노드의 압력으로서 취득하고 있다. 이에 대해, 연료 전지 스택(100)에 압력 센서를 구비하는 것으로 하고, 제어부(20)는 센서에 의해 취득된 압력을 연료 전지 스택(100)의 애노드 압력으로서 취득해도 된다. 또한, 예를 들어 애노드 가스 배관(51)으로부터 가장 이격된 개소의 연료 전지(11)에 압력 센서를 구비하는 것으로 하고, 제어부(20)는 센서에 의해 취득된 압력을, 연료 전지 스택(100)의 애노드 압력으로서 취득해도 된다. 또한, 연료 전지(11)의 전류값을 계측하는 센서를 구비하는 것으로 하고, 제어부(20)는 연료 전지(11)의 전류값을 취득하여, 미리 실험에 의해 구해진 전류값과 애노드의 압력의 관계에 기초하여, 취득한 전류값으로부터 애노드의 압력을 산출해도 된다.
D7. 변형예 7:
상술한 다양한 실시 형태에서는, 제어부(20)는, 취득한 애노드의 압력에 기초하여 애노드 가스를 공급하고 있다. 이에 대해, 연료 전지 시스템(10, 10a)에 있어서 애노드 가스 중의 수소 분압이나, 수소 농도를 측정 가능한 센서를 구비하는 것으로 하고, 제어부(20)는 애노드 가스 중의 수소 분압이나 수소 농도를 취득해도 된다. 제어부(20)는, 취득한 수소 분압이나 수소 농도에 기초하여 애노드 가스를 공급해도 된다.
D8. 변형예 8:
상술한 다양한 실시 형태에서는, 제1 목표 압력 P1, 제2 목표 압력 P2는, 제어부(20)의 ROM에 기억되어 있다. 이에 대해, 제어부(20)는 취득되는 애노드의 압력과, 애노드의 수소 결핍을 방지하기 위한 압력의 관계를 정한 계산식이나 맵을 ROM에 기억해 두고, 계산식이나 맵에 기초하여 목표 압력을 설정해도 된다.
D9. 변형예 9:
상술한 제3 실시 형태에서는, 연료 전지 시스템은, 제1 실시 형태와 마찬가지로 연료 전지 스택(100)과, 제어부(20)와, 캐소드 가스 공급계(30)와, 캐소드 가스 배출계(40)와, 애노드 가스 공급계(50)와, 애노드 가스 배출계(60)와, 냉각계(70)를 구비하고 있다. 이에 대해, 제3 실시 형태에 있어서의 연료 전지 시스템은, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 애노드 배기 가스를 연료 전지 스택(100)에 순환시키는 애노드 가스 순환계(80)를 구비하고 있어도 된다. 그리고, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 수소 누설 검사에 있어서, 제1 목표 압력 P1을 설정하여, 제1 회전수 R1로 수소 펌프를 회전시켜도 된다. 또한, 제2 목표 압력 P2와, 제2 회전수 R2를 설정하고, 그 후, 제2 목표 압력 P2에 도달하도록 인젝터를 가동시키는 것에 추가로 제2 회전수 R2로 수소 펌프를 회전시켜도 된다. 이와 같이 함으로써, 수소 누설 검사를 행하는 경우라도, 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
1 : 전해질막
2, 3 : 전극
5 : 막 전극 접합체
10, 10a : 연료 전지 시스템
11 : 연료 전지
20 : 제어부
30 : 캐소드 가스 공급계
31 : 캐소드 가스 배관
32 : 에어 컴프레서
33 : 에어 플로 미터
34 : 개폐 밸브
40 : 캐소드 가스 배출계
41 : 캐소드 배기 가스 배관
43 : 압력 조정 밸브
50 : 애노드 가스 공급계
51 : 애노드 가스 배관
52 : 수소 탱크
53 : 개폐 밸브
54 : 레귤레이터
55 : 인젝터
56 : 압력 계측부
60 : 애노드 가스 배출계
61 : 애노드 배기 가스 배관
66 : 개폐 밸브
70 : 냉각계
71 : 냉각 배관
73 : 냉각수 펌프
74 : 라디에이터
80 : 애노드 가스 순환계
81 : 애노드 가스 순환 배관
82 : 수소 펌프
100 : 연료 전지 스택
P1 : 제1 목표 압력
P2 : 제2 목표 압력
R1 : 제1 회전수
R2 : 제2 회전수
tP2 : 설정 시간

Claims (3)

  1. 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템이며,
    전해질막과, 상기 전해질막의 한쪽 면에 형성된 애노드와, 상기 전해질막의 다른 쪽 면에 형성된 캐소드를 갖는 연료 전지를 복수 구비한 연료 전지 스택과,
    상기 애노드에 수소를 공급하는 인젝터와,
    컴프레서를 이용하여 상기 캐소드에 캐소드 가스를 공급하는 캐소드 가스 공급계와,
    상기 캐소드 가스 공급계와, 상기 인젝터를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 연료 전지 시스템의 시동 후이며 상기 연료 전지의 발전 전에 있어서의 차량 시동의 대기 상태에 있어서 상기 컴프레서를 동작시키지 않고, 상기 대기 상태가 해제된 경우에 상기 컴프레서를 동작시키고,
    상기 제어부는,
    상기 대기 상태에 있어서, 상기 애노드의 목표 압력을, 제1 목표 압력보다 높은 압력인 제2 목표 압력으로 설정하고, 상기 애노드의 압력이 상기 제2 목표 압력으로 되도록 상기 인젝터의 가동을 제어하고,
    상기 애노드의 압력이 상기 제1 목표 압력보다 높아진 후이며 상기 제2 목표 압력으로 설정하고 나서 미리 정해진 시간이 경과한 때에, 상기 목표 압력을 상기 제1 목표 압력으로 설정하고, 상기 차량의 액셀러레이터의 페달이 온 되었는지 여부에 따라서 상기 대기 상태가 해제되었는지 여부를 판단하고, 상기 대기 상태가 해제되어 있지 않은 경우에는 상기 애노드의 압력이 상기 제1 목표 압력으로 되도록 상기 인젝터의 가동을 제어하고,
    상기 대기 상태가 해제된 경우에는, 상기 애노드의 목표 압력을 상기 제1 목표 압력으로부터 상기 연료 전지의 발전에 필요한 압력으로 변경하여 상기 인젝터의 가동을 제어하고,
    상기 제1 목표 압력은 상기 연료 전지 스택의 상기 애노드 전체에 수소를 널리 퍼지게 하기 위해 정해진 압력이고,
    상기 제2 목표 압력은, 차량 시동의 대기 상태가 해제될 때까지 상기 애노드의 압력이 상기 제1 목표 압력을 하회하는 것을 억제하기 위해 설정되는 압력이며,
    상기 미리 정해진 시간은, 상기 캐소드에 캐소드 가스의 공급을 개시하기 위해 필요한 시간인, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애노드로부터 배출된 가스를 상기 애노드로 복귀시키는 순환 유로와 상기 순환 유로 상에 설치된 펌프를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 대기 상태에 있어서, 상기 애노드로부터 배출된 가스를 상기 애노드로 복귀시키도록 상기 펌프를 가동시키는, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 대기 상태에 있어서, 상기 애노드의 압력을 상기 제2 목표 압력으로 한 후에, 상기 애노드의 압력을 측정함으로써 수소 누설 검사를 행하는, 연료 전지 시스템.


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