KR20120085322A - 연료전지의 제어 - Google Patents

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Abstract

연료전지 시스템은, 전해질막을 가지는 셀을 적어도 1개 포함하는 연료전지를 구비함과 함께, 지표값 취득부와 제어부를 구비한다. 지표값 취득부는, 각 셀의 단락 부위의 온도에 상관하는 온도 지표값을 취득한다. 제어부는, 온도 지표값이 단락 부위의 온도가 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 소정의 범위 내가 되도록, 단락 부위의 온도에 영향을 주는 연료전지의 제어 파라미터에 대한 제어를 행한다.

Description

연료전지의 제어{CONTROLLING FUEL CELL}
본 발명은, 연료전지의 제어에 관한 것이다.
연료전지, 예를 들면, 고체고분자형 연료전지는, 전해질막을 사이에 두고 배치되는 한 쌍의 전극(애노드 및 캐소드)에 각각 반응 가스(연료 가스 및 산화 가스)를 공급하여 전기 화학 반응을 야기함으로써, 물질이 가지는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환한다.
연료전지를 가지는 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지에 포함되는 각 셀의 출력 전압을 측정하고, 출력 전압 중의 최저 전압이 0(제로)V 미만인 경우에는 부하의 감소 지령을 행하며, 최저 전압이 소정의 문턱값 이상인 경우에는 부하의 증대 지령을 행하는 제어 방법이 알려져 있다.
일본 특허공개 제2006-179389호 공보 일본 특허공개 제2007-35516호 공보 일본 특허공개 제2008-300299호 공보
연료전지의 각 셀에 있어서, 예를 들면, 반응 가스를 확산시키는 가스 확산층의 기재(基材)(예를 들면, 카본파이버)가 전해질막을 관통하는 것을 원인으로 하여, 단락 부위가 발생하는 경우가 있다. 연료전지의 셀에 단락 부위가 존재하고 있는 상태에서, 부전압에서의 발전을 계속하거나 연료전지를 무부하 상태로 유지하면, 셀의 단락 부위에도 전류가 흐르는 경우가 있다. 셀의 단락 부위에 전류가 흐르고, 단락 부위의 온도가 전해질막의 분해 온도 이상까지 상승하면, 단락 부위 주변의 전해질막에 핀홀이 발생하고, 연료전지의 성능이 저하된다.
셀의 단락 부위에 전류가 흘렀을 때의 단락 부위의 도달 온도나 전해질막의 분해 온도는, 단락 부위의 저항값이나 연료전지의 사양(예를 들면, 전해질막의 두께) 등에 따라 다르다. 따라서, 단락 부위의 저항값이나 연료전지의 사양 등을 고려하지 않고 설정된 문턱값을 사용하여 일률적으로 연료전지의 전압 제어를 행하는 상기 종래의 기술에서는, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 없다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 연료전지의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있는 연료전지 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제의 적어도 일부를 해결하기 위하여, 본 발명은, 이하의 형태 또는 적용례로서 실현하는 것이 가능하다.
[적용례 1] 전해질막을 가지는 셀을 적어도 1개 포함하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템으로서,
각 상기 셀의 단락 부위의 온도에 상관하는 온도 지표값을 취득하는 지표값 취득부와,
상기 온도 지표값이 상기 단락 부위의 온도가 상기 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 소정의 범위 내가 되도록, 상기 단락 부위의 온도에 영향을 주는 상기 연료전지의 제어 파라미터에 대한 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 각 셀의 단락 부위의 온도에 상관하는 온도 지표값이 취득되고, 온도 지표값이 단락 부위의 온도가 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 소정의 범위 내가 되도록, 단락 부위의 온도에 영향을 주는 연료전지의 제어 파라미터에 대한 제어가 행하여지기 때문에, 연료전지의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 2] 적용례 1에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 단락 부위의 저항값을 취득하는 저항값 취득부를 더 구비하고,
상기 제어부는, 상기 단락 부위의 저항값에 의거하여, 상기 온도 지표값의 상기 소정의 범위를 설정하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값이 취득되고, 단락 부위의 저항값에 의거하여 온도 지표값의 소정의 범위가 설정되기 때문에, 온도 지표값의 허용 범위를 양호한 정밀도로 설정할 수 있으며, 드라이버빌리티의 저하를 억제하면서 연료전지의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 3] 적용례 2에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는,
상기 연료전지의 애노드에 연료 가스를 공급시킴과 함께 캐소드에 불활성 가스를 공급시키는 수단과,
상기 연료전지에 전압을 값을 변화시키면서 인가시키는 수단과,
상기 전압값마다의 전류값을 측정시키는 수단과,
상기 전압값과 상기 전류값의 관계에 의거하여 상기 저항값을 산출하는 수단을 포함하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값을 양호한 정밀도로 취득할 수 있음과 함께, 크로스 리크량도 파악할 수 있다.
[적용례 4] 적용례 2에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는,
상기 연료전지의 애노드 및 캐소드에 동일한 종류의 가스를 공급시키는 수단과,
상기 연료전지에 전압을 인가시키는 수단과,
상기 전압 인가 시의 전류값을 측정시키는 수단과,
상기 전압값과 상기 전류값의 관계에 의거하여 상기 저항값을 산출하는 수단을 포함하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값을 간이한 방법으로 용이하게 취득할 수 있다.
[적용례 5] 적용례 4에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 동일한 종류의 가스는, 상기 연료전지의 발전에 사용되는 연료 가스와 산화 가스 중 일방인, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값의 취득 시에 연료전지의 발전에 사용되지 않는 가스가 사용되지 않기 때문에, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 억제하여 단락 부위의 저항값을 더욱 용이하게 취득할 수 있다.
[적용례 6] 적용례 3 내지 적용례 5 중 어느 하나에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는, 상기 연료전지 시스템의 출하 시에 상기 단락 부위의 저항값을 취득하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 반드시 단락 부위의 저항값을 취득하기 위한 장치를 연료전지 시스템에 구비할 필요가 없어져서, 시스템의 복잡화를 억제하면서 단락 부위의 저항값을 양호한 정밀도로 취득할 수 있다.
[적용례 7] 적용례 3 내지 적용례 5 중 어느 하나에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는, 상기 연료전지 시스템의 정기 점검 시에 상기 단락 부위의 저항값을 취득하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값의 경시(經時) 변화를 고려하여 적절하게 온도 지표값의 소정의 범위를 설정할 수 있고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 더욱 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 8] 적용례 3 내지 적용례 5 중 어느 하나에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는, 상기 연료전지의 운전 정지 시에 상기 단락 부위의 저항값을 취득하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값의 경시 변화를 고려하여 적절하게 온도 지표값의 소정의 범위를 설정할 수 있고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 더욱 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 9] 적용례 1 내지 적용례 8 중 어느 하나에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 제어 파라미터는, 상기 연료전지의 전압값인, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 연료전지의 전압값에 대한 제어를 행함으로써, 단락 부위의 온도를 전해질막의 분해 온도보다 작게 할 수 있고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 10] 적용례 9에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 제어부는, 상기 온도 지표값이 상기 소정의 범위 외인 경우에는, 상기 연료전지의 전압의 절대값을 저하시키는 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 온도는 연료전지의 전압의 절대값에 의존하기 때문에, 연료전지의 전압의 절대값을 저하시키는 제어를 행함으로써, 단락 부위의 온도를 전해질막의 분해 온도보다 작게 할 수 있고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 11] 적용례 10에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
상기 제어부는, 상기 온도 지표값이 상기 소정의 범위 외이며, 또한, 상기 온도 지표값로서의 상기 전압값이 제로 미만인 경우에는, 상기 연료전지의 전압을 상승시키는 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 부전압 운전 시에 있어서 단락 부위의 온도를 전해질막의 분해 온도보다 작게 할 수 있고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 12] 적용례 10에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
상기 제어부는, 상기 온도 지표값이 상기 소정의 범위 외이며, 또한, 상기 온도 지표값로서의 상기 전압값이 제로 이상인 경우에는, 상기 연료전지의 전압을 하강시키는 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 정전압(통상) 운전 시에 있어서 단락 부위의 온도를 전해질막의 분해 온도보다 작게 할 수 있고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 13] 적용례 2에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
상기 제어부는, 각 상기 셀에 대하여 개(開)회로 전압값이 초기값으로부터 저하되었는지의 여부를 판정하고, 개회로 전압값이 초기값으로부터 저하된 제1 셀의 IV 특성인 제1 특성과 개회로 전압값이 초기값으로부터 변화되지 않은 IV 특성인 제2 특성을 비교하여, 소정의 고부하 시에 있어서의 상기 제1 특성과 상기 제2 특성의 전압값의 차분에 의거하여 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 개회로 전압값이 초기값으로부터 저하되어 있는 경우에는, 상기 저항값 취득부에 상기 단락 부위의 저항값을 재취득시키고, 재취득된 상기 단락 부위의 저항값에 의거하여 상기 소정의 범위를 갱신하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생 원인이 되는 단락 부위의 저항값의 저하를 원인으로 하는 개회로 전압의 저하량을 파악하고, 단락 부위의 저항값의 재취득을 행하는지의 여부의 판정을 행할 수 있기 때문에, 제어의 효율화를 도모하면서, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 14] 적용례 13에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는, 상기 제2 특성으로부터 산출되는 RV 특성과 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 개회로 전압값에 의거하여, 상기 단락 부위의 저항값을 재취득하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값의 취득에 있어서 불활성 가스를 사용하거나 양 전극에 동일 종류의 가스를 공급하여 저항값의 측정을 행할 필요가 없기 때문에, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 억제하면서, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 15] 적용례 2에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
상기 제어부는, 각 상기 셀에 대하여 소정의 저부하 시의 전압값인 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 저하되었는지의 여부를 판정하고, 상기 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 저하된 제1 셀의 IV 특성인 제1 특성과 상기 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 변화되지 않은 IV 특성인 제2 특성을 비교하여, 소정의 고부하 시에 있어서의 상기 제1 특성과 상기 제2 특성의 전압값의 차분에 의거하여 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 상기 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 저하되어 있는 경우에는, 상기 저항값 취득부에 상기 단락 부위의 저항값을 재취득시키고, 재취득된 상기 단락 부위의 저항값에 의거하여 상기 소정의 범위를 갱신하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 개회로 전압을 측정하지 않고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생 원인이 되는 단락 부위의 저항값의 저하를 원인으로 하는 저부하 시 전압값의 저하량을 파악하여, 단락 부위의 저항값의 재취득을 행할지의 여부의 판정을 행할 수 있기 때문에, 연료전지의 내구성 향상 및 제어의 효율화를 도모하면서, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 16] 적용례 15에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 저항값 취득부는, 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 상기 저부하 시 전압값인 제1 저부하 시 전압값과 상기 제2 특성에 있어서의 상기 제1 저부하 시 전압값에 대응하는 전류값에 의거하여, 상기 단락 부위의 저항값을 재취득하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 단락 부위의 저항값의 취득에 있어서 불활성 가스를 사용하거나 양 전극에 동일 종류의 가스를 공급하여 저항값의 측정을 행할 필요가 없기 때문에, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 억제하면서, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
[적용례 17] 적용례 1 내지 적용례 16 중 어느 하나에 기재된 연료전지 시스템으로서,
상기 온도 지표값은 상기 연료전지의 전압값이고,
상기 제어부는, 상기 연료전지의 성능 저하를 억제하기 위한 상기 온도 지표값의 적어도 1개의 다른 소정의 범위를 설정하고, 상기 온도 지표값이 상기 다른 소정의 범위 내가 되며, 또한, 상기 단락 부위의 온도가 상기 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 상기 소정의 범위 내가 되도록, 상기 연료전지의 상기 제어 파라미터에 대한 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
이 연료전지 시스템에서는, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제하면서, 더욱 로버스트(robust)성이 높은 연료전지의 제어를 실현할 수 있음과 함께, 상정되는 연료전지의 복수의 열화 모드에 의한 열화를 더욱 효율적으로 회피할 수 있다.
또한, 본 발명은, 다양한 양태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들면, 연료전지, 연료전지 시스템, 연료전지 및 연료전지 시스템의 제어 방법 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 연료전지 시스템(20)을 적용 가능한 전기 자동차(10)의 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 제1 실시예에 있어서의 연료전지 시스템(20)의 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항의 측정 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4는 셀(21)에 있어서의 캐소드 전위와 전류의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)를 설정하기 위한 실험 결과의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 6은 전해질막(ME)이 분해되어 핀홀이 생길 때의 온도 측정 결과의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 7은 문턱값의 설정 시의 셀(21)의 상정 회로를 나타내는 설명도이다.
도 8은 단락 부위(SC)의 저항값에 따른 원(原)문턱값 V1o 및 문턱값 V1의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 9는 단락 부위(SC)의 저항값에 따른 원문턱값 V2o 및 문턱값 V2의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 10은 제1 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 운전 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은 필요 열량(Q)의 설정을 위한 실험 결과의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 12는 제2 실시예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 13은 셀(21)의 IV 특성 측정 결과의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 14는 셀 A의 VR 특성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 15는 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 방법의 이론을 나타내는 설명도이다.
도 16은 제2 실시예의 제1 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 17은 제2 실시예의 제2 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 18은 제2 실시예의 제3 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 19는 제3 실시예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 20은 셀(21)의 IV 특성 측정 결과의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 21은 단락 부위(SC)의 전류(Is)의 추정 방법을 나타내는 설명도이다.
도 22는 제3 실시예의 제1 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 23은 제3 실시예의 제2 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 24는 제3 실시예의 제3 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 25는 셀 F의 단락 부위(SC)의 전류를 추정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 26은 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 제어 시의 전압의 문턱값의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 27은 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 제어 시의 전압의 문턱값의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 28은 문턱값 Vt4의 결정 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 29는 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 운전 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 30은 제5 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 운전 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 31은 셀(21)의 MEA 온도의 측정 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 32는 셀 전압과 MEA 온도의 관계를 조사하는 실험 결과의 일례를 나타내는 설명도이다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태를 실시예에 의거하여 설명한다.
A. 제1 실시예 :
A-1. 연료전지 시스템의 구성 :
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 연료전지 시스템(20)을 적용 가능한 전기 자동차(10)의 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 전기 자동차(10)는, 연료전지 시스템(20)과, 이차 전지(30)와, 차량 구동축(39)을 구동하는 구동 모터(33)를 가지고 있다. 연료전지 시스템(20)은, 연료전지(22)와, 연료전지(22)에 공급하는 수소를 저장하는 수소 탱크(23)와, 연료전지(22)에 압축 공기를 공급하기 위한 에어컴프레서(24)를 포함하고 있다.
수소 탱크(23)에 저장된 연료 가스로서의 수소는, 수소 가스 공급로(60)로 방출되고, 수소 가스 공급로(60)에 설치된 감압 밸브(61)에 의해 감압된 후, 압력 조정 밸브(62)에 의해 소정의 압력으로 조정되고, 연료전지(22)의 애노드에 공급된다. 애노드로부터 배출되는 애노드 배기 가스는, 애노드 배기 가스로(63)로 유도되고, 수소 펌프(65)에 의해 다시 수소 가스 공급로(60)에 공급된다. 또, 애노드 배기 가스로(63)로부터 분기된 배기 가스 배출로(64)에 설치된 개폐 밸브(66)를 개방 상태로 함으로써, 애노드 배기 가스의 일부를 외부로 배출할 수 있다.
에어컴프레서(24)는, 필터를 구비한 에어플로우미터(28)를 통해 외부로부터 도입된 산화 가스로서의 공기를 가압하고, 산화 가스 공급로(67)를 통해 연료전지(22)의 캐소드에 공급한다. 공기는, 연료전지(22)에 공급되기 전에 가습되는 것으로 해도 된다. 캐소드로부터 배출되는 캐소드 배기 가스는, 캐소드 배기 가스로(68)로 유도되어서 외부로 배출된다.
연료전지(22)로서는 여러가지 종류의 연료전지를 사용하는 것이 가능하지만, 본 실시예에서는, 연료전지(22)로서 고체고분자형 연료전지를 사용하고 있다. 연료전지(22)는, 복수의 셀(21)이 도시 생략한 세퍼레이터를 통하여 적층된 스택 구조를 가지고 있다. 셀(21)은 연료전지(22)에 있어서의 발전을 행하는 단위 모듈이고, 각 셀(21)은, 도시 생략한 전해질막의 각 면에 애노드 및 캐소드의 전극이 형성된 막전극 접합체(MEA라고도 불린다)를 포함하고 있다. 각 셀(21)은, 또한, MEA를 사이에 두도록 배치되고, 반응 가스로서의 수소 가스 및 공기를 확산시키면서 MEA에 공급하는 가스 확산층을 포함하고 있다. 연료전지(22)의 각 셀(21)은, 수소 가스와 공기에 포함되는 산소와의 전기 화학 반응에 의해 발전을 행한다. 또한, 본 실시예에 있어서, 각 셀(21)의 구성이나 사양은 서로 동일하다.
연료전지 시스템(20)은, 또한, 연료전지(22)의 각 셀(21)의 전압(셀 전압)을 측정하는 전압계(26)와, 전압계(26)로부터 출력되는 셀 전압을 나타내는 신호나 다른 신호를 이용하여 후술하는 연료전지 시스템(20)의 제어를 행하는 제어부(70)를 가지고 있다. 제어부(70)는, CPU나, ROM, RAM을 가지는 마이크로컴퓨터를 이용하여 구성된다.
연료전지 시스템(20)은, 인버터(35)를 통해 구동 모터(33)와 접속되어 있음과 함께, DC/DC 컨버터(32)를 통해 이차 전지(30)와 접속되어 있다. 연료전지 시스템(20)로부터 출력되는 전력은, 구동 모터(33)에 공급되고, 구동 모터(33)에 의한 차량 구동축(39)의 구동에 사용된다. 또, 이차 전지(30)의 잔존 용량이 소정값 이하가 된 경우 등에는, 연료전지 시스템(20)에 의해 이차 전지(30)의 충전이 행하여진다. 이차 전지(30)의 전력은, 전력 부족 시에 있어서의 구동 모터(33)의 구동 등에 사용된다.
A-2. 연료전지 시스템의 제어 :
도 2는, 제1 실시예에 있어서의 연료전지 시스템(20)의 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 연료전지 시스템(20)의 출하 시에는, 연료전지(22)의 각 셀(21)의 단락 부위의 저항의 측정이 행하여진다(단계 S110). 출하 시에 측정된 셀(21)의 단락 부위의 저항을 초기 단락 저항이라고 부르는 것으로 한다.
셀(21)의 단락 부위의 저항의 측정은, 예를 들면, 일본 특허공개 제2002-208424호 공보에 기재된 공지된 방법을 이용하여 실시 가능하다. 도 3은, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항의 측정 방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 셀(21)은, 전해질막(ME)과 애노드(AE) 및 캐소드(CE)를 포함하고 있다. 셀(21)에서는, 예를 들면, 반응 가스를 확산시키는 가스 확산층의 기재(예를 들면, 카본파이버)가 전해질막(ME)를 관통하는 것을 원인으로 하여, 단락 부위(SC)가 발생하는 경우가 있다. 또, 셀(21)에 있어서, 애노드(AE)로부터 캐소드(CE)로 수소 가스가 누설되는 크로스 리크(CL)가 발생하는 경우가 있다.
셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항 측정 시에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 애노드(AE)에 수소 가스가 공급되고, 캐소드(CE)에 불활성 가스인 질소 가스가 공급된다. 애노드(AE)로의 수소 가스의 공급은, 수소 탱크(23) 및 수소 가스 공급로(60)(도 1)를 이용하여 행하여진다. 또, 캐소드(CE)로의 질소 가스의 공급은, 산화 가스 공급로(67) 대신 설치된 도시 생략한 질소 가스 공급계를 이용하여 행하여진다. 이 상태에서, 셀(21)에 외부 전원(PS)이 접속되고 캐소드(CE)의 전위가 정(正)이 되도록 전압이 인가되며, 각 전압값에 있어서의 전류값이 측정된다. 셀(21)에 전압이 인가되었을 때에, 단락 부위(SC)가 존재하면, 단락 부위(SC)를 통해 전류가 흐른다. 또, 셀(21)에 있어서 크로스 리크(CL)가 있으면, 캐소드(CE)에서는, 크로스 리크(CL)에 의해 캐소드(CE)에 도달한 수소 가스가 프로톤과 전자로 분리되는 반응이 일어나고, 애노드(AE)에서는, 캐소드(CE)로부터 전해질막(ME)을 통해 애노드(AE)로 이동한 프로톤이 전자와 결합하여 수소가 되는 반응이 일어나며, 이것에 의해서도 전류가 흐른다.
도 4는, 셀(21)에 있어서의 캐소드 전위와 전류의 측정 결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 4에는, 단락 부위(SC)의 저항이 비교적 큰 케이스 1과 단락 부위(SC)의 저항이 비교적 작은 케이스 2에 있어서, 캐소드 전위의 각 값에 있어서의 전류 측정값의 점을 연결한 직선을 나타내고 있다. 이 직선의 기울기에 의거하여, 단락 부위(SC)의 저항이 산출된다. 케이스 1에서는, 캐소드 전위의 증가에 수반하는 전류값의 증가가 근소하고, 단락 부위(SC)의 저항이 크다. 또, 케이스 2에서는, 캐소드 전위의 증가에 수반하는 전류값의 증가가 크고, 단락 부위(SC)의 저항이 작다. 셀(21)에 단락 부위(SC)가 존재하지 않는 경우에는, 이론적으로는, 캐소드 전위의 증가에 수반하는 전류값의 증가는 제로가 된다. 또한, 도 4에 나타낸 그래프 상에 있어서의 직선의 절편은 크로스 리크(CL)에 의한 전류에 대응한다. 그 때문에, 이 측정 방법에 의하면, 단락 부위(SC)의 저항에 더하여, 크로스 리크(CL)도 측정할 수 있고, 특히 출하 검사 시에 있어서의 공정의 효율화를 도모할 수 있다.
상기 서술한 방법과는 다른 방법에 의해, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항을 측정하는 것도 가능하다. 예를 들면, 애노드(AE) 및 캐소드(CE)의 양방에 동일한 종류의 가스를 공급하고, 양극 사이에 전압을 인가하며, 전류값이 안정된 시점에서의 전압값과 전류값에 의거하여 단락 부위(SC)의 저항을 산출하는 방법을 채용할 수 있다. 극 사이로의 전압 인가 직후에는, 카본의 충전이나 백금 산화물의 변화에 따른 전류가 흐르기 때문에, 그러한 전류가 방전되어서 전류값이 안정된 시점에서의 전압값과 전류값을 사용함으로써, 단락 부위(SC)의 저항을 양호한 정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 동일한 종류의 가스로서는, 수소 가스나 공기, 혹은 질소 등의 불활성 가스 등을 이용 가능하다. 또, 극 사이에 인가하는 전압은, 0.3V에서 0.5V의 사이인 것이 바람직하다.
측정된 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값은, 제어부(70)(도 1)에 기억된다. 이때 제어부(70)는, 저항값 취득부로서 기능한다.
다음으로, 셀(21)의 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)가 설정되고, 전해질막(ME)이 분해 온도(Td)까지 온도 상승하는데 필요한 열량[필요 열량(Q)]이 산출된다(단계 S120). 도 5는, 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)를 설정하기 위한 실험 결과의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 5에는, 전해질막, 촉매층 및 MEA에 대하여, 서모그래피를 사용하여 계측한 온도와 중량 감소 미분값의 관계를 나타내고 있다. 도 5에 나타낸 실험 결과로부터, 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)는, 예를 들면, 300℃로 설정된다.
또, 도 6은, 전해질막(ME)이 분해되어 핀홀이 생길 때의 온도 측정 결과의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 6에는, 셀(21)을 가열하였을 때의 MEA의 표면 온도 및 세퍼레이터의 표면 온도의 경시 변화를 나타내고 있다. 또한, 실험에서는 측정 가능 온도의 상한이 약 1400℃인 측정 기기를 사용하였기 때문에, 도 6에서는 1400℃ 이상의 온도는 모두 1400℃로서 나타내어져 있다. 실험에서는, 개시로부터의 경과 시간이 약 8초인 시점에 있어서, MEA 표면 온도가 약 0.1초 사이에 1000℃ 이상 상승하고 있다. 그 때문에, 필요 열량(Q)의 산출 시에는 주위로의 방열은 고려하지 않는 것으로 할 수 있고, 또, 산출하는 열량은 0.1초당의 열량이면 되는 것이 확인되었다.
표 1은, 필요 열량(Q)의 산출 결과의 일례를 나타내고 있다. 표 1에 따라, 전해질막(ME)의 막 두께나 가스 확산층 기재의 직경, 각 재료의 비중 및 비열과 같은 셀(21)의 사양과, 발생하는 핀홀의 직경이나 초기 온도와 같은 조건이 설정되면, 핀홀의 직경에 상당하는 전해질막(ME)의 부분이 분해 온도(Td)(300℃)까지 온도 상승하는데 필요한 열량[필요 열량(Q)]을 산출할 수 있다. 표 1에 나타낸 예에서는, 전해질막으로서 듀퐁사제의 NRE211(두께 25㎛)을 사용하고, 가스 확산층으로서 SGL사제의 25BC를 사용하였다. 또, 발생하는 핀홀의 직경을 1,000㎛로 하였다. 표 1에 나타낸 예에서는, 필요 열량(Q)은 약 0.05J이었다.
Figure pct00001
필요 열량(Q)이 산출되면, 연료전지(22)의 제어 시에, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제하기 위하여 사용되는 전압의 문턱값 V1 및 V2가 설정된다(도 2의 단계 S130). 전해질막(ME)의 핀홀은, 부전압에서의 발전 시[셀 전압이 0(제로)V 미만에서의 발전 시]와 통상 발전 시(셀 전압이 0V 이상에서의 발전 시)의 양방에 있어서 발생할 가능성이 있다.
즉, 연료전지(22)의 셀(21)에 단락 부위(SC)가 존재하고 있는 상태로 부전압에서의 발전을 계속하면, 당해 셀(21)에 있어서 애노드의 카본 산화나 전해질막(ME)의 드라이업 등에 의해 MEA의 과전압이 커지고, 단락 부위(SC)에도 전류가 흘러서 단락 부위(SC)의 온도가 상승하는 경우가 있다. 단락 부위(SC)의 온도가 전해질막(ME)의 분해 온도(Td) 이상이 되면 단락 부위(SC) 주변의 전해질막(ME)이 분해 소실되어 전해질막(ME)에 핀홀이 발생한다.
다른 한편, 연료전지(22)의 셀(21)에 단락 부위(SC)가 존재하는 경우에, 단락 부위(SC)에 가하여지는 전압은, 무부하 상태에서 셀(21)에 개회로 전압(이하, 「OCV」라고 부른다)이 가하여지고 있는 상태에 있어서 최대가 된다. 그 때문에, 단락 부위(SC)의 저항이 작을 때에 셀(21)이 무부하 상태로 유지되면, 단락 부위(SC)에 전류가 흐르는 경우가 있고, 단락 부위(SC)의 온도가 전해질막(ME)의 분해 온도(Td) 이상이 되어서 전해질막(ME)에 핀홀이 발생하는 경우가 있다.
단계 S130에서 설정되는 전압의 문턱값 V1은 부전압 발전 시에 있어서의 문턱값이고, 문턱값 V2는 통상 발전 시에 있어서의 문턱값이다. 본 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 전압값은, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도에 상관하는 지표값임과 함께, 단락 부위(SC)의 온도에 영향을 주는 연료전지(22)의 제어 파라미터이다.
셀(21)의 셀 전압이 0V 미만인 부전압 발전 시에 있어서의 문턱값 V1의 설정 시에는, 먼저, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 셀(21)의 MEA를 가변 저항으로 간주하고, 하기의 식 (1)을 이용하여 원문턱값 V1o을 산출한다. 식 (1)에 있어서, R은 측정된 단락 부위(SC)의 저항이고, Q는 상기 서술한 필요 열량(Q)이다. 원문턱값 V1o은, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도가 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)와 동일해질 때의 셀(21)의 전압이다. 따라서, 셀(21)의 전압이 원문턱값 V1o보다 커지도록 연료전지(22)의 제어를 행하면, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도는 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)보다 작아진다.
V1o=-(R×Q)0.5 … (1)
문턱값 V1은, 원문턱값 V1o에 안전 계수를 가미하여, 원문턱값 V1o보다 큰 값으로서 설정된다. 도 8은, 단락 부위(SC)의 저항값에 따른 원문턱값 V1o 및 문턱값 V1의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 문턱값 V1은, 셀(21)마다, 당해 셀(21)에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값에 의거하여 설정된다. 또한, 도 8에는, 실험에 있어서 전해질막(ME)에 핀홀이 발생하였을 때의 조건을 ×표로 나타내고 있다. 실험 결과에 의하면, 셀(21)의 셀 전압이 문턱값 V1보다 작아지지 않도록 연료전지(22)의 제어를 행하면, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
또, 셀(21)의 셀 전압이 0V 이상인 통상 발전 시에 있어서의 문턱값 V2의 설정 시에는, 먼저, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 셀(21)의 MEA를 전지로 간주하고, 하기의 식 (2)를 이용하여 원문턱값 V2o을 산출한다. 식 (2)에 있어서, R은 단락 부위(SC)의 저항이고, Q는 상기 서술한 필요 열량(Q)이다. 원문턱값 V2o은, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도가 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)와 동일해질 때의 셀(21)의 전압이다. 따라서, 셀(21)의 전압이 원문턱값 V2o보다 작아지도록 연료전지(22)의 제어를 행하면, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도는 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)보다 작아진다.
V2o=(R×Q)0.5 … (2)
문턱값 V2는, 원문턱값 V2o에 안전 계수를 가미하여, 원문턱값 V2o보다 작은 값으로서 설정된다. 도 9는, 단락 부위(SC)의 저항값에 따른 원문턱값 V2o 및 문턱값 V2의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 문턱값 V2는, 셀(21)마다, 당해 셀(21)에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값에 의거하여 설정된다. 셀(21)의 셀 전압이 문턱값 V2보다 커지지 않도록 연료전지(22)의 제어를 행하면, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 방지할 수 있다.
문턱값 V1, V2의 설정이 완료되면, 제어부(70)에 의한 연료전지(22)의 운전 제어가 행하여진다(도 2의 단계 S140). 도 10은, 제1 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 운전 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 제어부(70)는, 연료전지 시스템(20)의 각 부를 제어하여 연료전지(22)의 발전을 행하고(단계 S210), 소정의 타이밍으로 전압계(26)에 의해 측정된 각 셀(21)의 전압값을 취득한다(단계 S220).
이때, 제어부(70)는, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도에 상관하는 온도 지표값으로서의 전압값을 취득하는 지표값 취득부로서 기능한다. 전압 측정의 타이밍은, 소정 시간 경과마다이어도 되고, 소정 시간 발전했을 때마다이어도 된다.
제어부(70)는, 셀(21)의 셀 전압이 0V 미만이고(단계 S230 : NO), 또한, 셀 전압이 셀(21)마다 설정된 문턱값 V1 이상인 경우에는(단계 S240 : NO), 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 없다고 하여(도 8 참조), 발전을 계속한다(단계 S210). 한편, 제어부(70)는, 셀(21)의 셀 전압이 0V 미만이고, 또한, 셀 전압이 문턱값 V1보다 작은 경우에는(단계 S240 : YES), 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 있기 때문에, 연료전지(22)의 전압을 상승시키는 제어를 실행한다(단계 S250). 구체적으로는, 제어부(70)는, 예를 들면, 부하(전류)를 낮추거나, 수소 가스 순환계의 순환량을 증가시키거나, 공기화학량론비를 증가시키거나, 가습량을 증가시키는 제어를 행한다. 이것에 의해, 각 셀(21)의 셀 전압이 문턱값 V1 이상이 되고, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생이 회피된다.
또, 제어부(70)는, 셀(21)의 셀 전압이 0V 이상이고(단계 S230 : YES), 또한, 셀 전압이 셀(21)마다 설정된 문턱값 V2 이하인 경우에는(단계 S260 : NO), 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 없다고 하여(도 9 참조), 발전을 계속한다(단계 S210). 한편, 제어부(70)는, 셀(21)의 셀 전압이 0V 이상이고, 또한, 셀 전압이 문턱값 V2보다 큰 경우에는(단계 S260 : YES), 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 있기 때문에, 연료전지(22)의 전압을 하강시키는 제어를 실행한다(단계 S270). 구체적으로는, 제어부(70)는, 예를 들면, 발전을 행하여 이차 전지(30)를 충전하거나, 공기화학량론비를 감소시키는 제어를 행한다. 이것에 의해, 각 셀(21)의 셀 전압이 문턱값 V2 이하가 되고, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생이 회피된다.
즉, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 셀(21)의 셀 전압을 이용한 판정(도 10의 단계 S240 및 S260)에 있어서 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 있다고 판정된 경우에는, 연료전지(22)의 전압의 절대값을 저하시키는 제어가 실행된다(단계 S250 및 S270).
또, 본 실시예에서는, 연료전지 시스템(20)의 출하 후의 소정의 타이밍으로, 각 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득이 행하여지고(도 2의 단계 S150), 새롭게 취득된 저항값에 의거하여 문턱값 V1, V2의 갱신(새로운 문턱값 V1, V2의 설정)이 행하여진다(단계 S130). 이것에 의해, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 경시 변화를 고려하여 적절하게 설정된 문턱값 V1, V2를 사용한 연료전지(22)의 제어가 가능해지고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제하는 것이 가능해진다.
단락 부위(SC)의 저항값의 재취득을 행하는 타이밍은, 예를 들면, 연료전지 시스템(20)의 정기 점검 시로 할 수 있다. 이 경우에는, 상기 서술한 초기 단락 저항의 측정 방법과 동일한 방법에 의해, 단락 부위(SC)의 저항값의 측정을 행하는 것이 가능하다. 또, 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득을 행하는 타이밍은, 연료전지(22)의 통산 운전 시간이 소정 시간을 넘은 직후의 운전 정지 시나, 전기 자동차(10)의 통산 주행 거리가 소정 거리를 넘은 직후의 운전 정지 시로 할 수도 있다. 이 경우에는, 온보드에서 단락 부위(SC)의 저항값의 측정이 행하여지는 것이 바람직하다. 이 경우에도, 상기 서술한 초기 단락 저항의 측정 방법과 동일한 방법에 의해, 단락 부위(SC)의 저항값의 측정을 행하는 것이 가능하지만, 특히, 애노드(AE) 및 캐소드(CE)의 양방에 동일한 종류의 가스(수소 가스와 공기의 일방)를 공급하고, 양극 사이에 전압을 인가하며, 전류값이 안정된 시점에서의 전압값과 전류값에 의거하여 단락 부위(SC)의 저항을 산출하는 방법을 채용하는 것이, 연료전지 시스템(20)에 불활성 가스 공급계를 탑재할 필요가 없다는 점에서 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 제어부(70)에 의한 연료전지(22)의 운전 제어 시에, 각 셀(21)의 전압값이 취득되고, 취득된 전압값이 문턱값 V1, V2에 의해 규정되는 소정의 범위 내가 되도록 연료전지(22)의 전압 제어가 행하여진다. 여기서, 셀(21)의 전압은, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 전류에 상관하고, 따라서, 단락 부위(SC)의 온도에 상관한다. 또, 전압의 문턱값 V1, V2는, 단락 부위(SC)의 온도가 전해질막의 분해 온도(Td)보다 작아지는 전압의 범위를 규정하도록 설정된다. 그 때문에, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 전압의 문턱값 V1, V2가, 연료전지(22)의 사양이나 각 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값에 의거하여, 단락 부위(SC)의 온도가 전해질막의 분해 온도(Td)보다 작아지는 값으로 설정되기 때문에, 연료전지(22)의 사양이나 각 셀(21)의 단락의 정도에 따른 적절한 문턱값 V1, V2를 설정할 수 있고, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 확실하게 억제할 수 있다. 또, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 전압값이 문턱값 V1, V2의 직전까지 변화되는 것을 허용할 수 있기 때문에, 단락 부위(SC)의 저항값이나 연료전지(22)의 사양을 고려하지 않고 안전 측의 문턱값을 설정하는 경우와 비교하여, 연료전지(22)의 전압의 허용 범위를 더욱 넓게 취할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 연료전지(22)의 출력 제한을 행하지 않고 계속 운전 가능한 영역을 확대할 수 있으며, 드라이버빌리티의 저하를 억제하여 더욱 로버스트성이 높은 시스템을 구축할 수 있다. 또한, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 전압의 문턱값 V1, V2가 각 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값에 의거하여 셀(21)마다 설정되고, 전압의 측정값과 문턱값 V1, V2의 판정도 셀(21)마다 실행되기 때문에, 모든 셀(21)에 일률적인 문턱값을 설정하여 전압 제어를 행하는 경우와 비교하여, 연료전지(22)의 전압의 허용 범위를 넓게 취할 수 있고, 마찬가지로 드라이버빌리티의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 경시 변화를 고려한 적절한 문턱값 V1, V2를 설정하는 것이 가능해지고, 장기간에 걸쳐 드라이버빌리티의 저하를 억제하면서 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)가 설정되고, 전해질막(ME)의 막 두께와 같은 셀(21)의 사양에 의거하여, 전해질막(ME)이 분해 온도(Td)까지 온도 상승하는데 필요한 열량[필요 열량(Q)]이 산출된다고 하고 있지만, 필요 열량(Q)은 실험에 의해 설정되는 것으로 해도 된다. 도 11은, 필요 열량(Q)의 설정을 위한 실험 결과의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 11에는, 동일 사양의 셀(21)을 작성 조건(촉매층 형성 방법이나 열전사 시의 온도 및 압력 등)을 변경하여 복수 작성하고, 부전압으로 발전시켜서 전해질막에 핀홀을 발생시켰을 때의, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항과 핀홀 발생 시의 발열량(0.1초당)의 대응 관계를 나타내고 있다. 도 11의 예에서는, 핀홀 발생 시의 발열량의 최저값(Jmin)은 약 0.05J이고, 필요 열량(Q)은 이 값으로 설정된다.
B. 제2 실시예 :
B-1. 단락 부위의 저항값의 재취득 :
도 12는, 제2 실시예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 제2 실시예에 있어서도, 제1 실시예와 마찬가지로, 연료전지 시스템(20)의 출하 후의 소정의 타이밍으로, 연료전지(22)의 각 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득이 행하여진다. 다만, 제2 실시예에서는, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값이, 직접 측정되는 것이 아니라, 셀(21)의 특성으로부터 추정되는 점이, 제1 실시예와는 다르다.
먼저, 제어부(70)(도 1)는, OCV(개회로 전압)가 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재하는지의 여부를 판정한다(단계 S310). 제어부(70)는, 각 셀(21)의 OCV의 초기값을 기억하고 있고, 무부하 상태에 있어서의 각 셀(21)의 전압(OCV)을 측정하여 초기값과 비교함으로써 판정을 행한다. 일반적으로, OCV의 저하는, 단락 부위(SC)의 저항값의 저하와 크로스 리크(CL)에 의하여 야기된다. 따라서, OCV가 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에는, 제어부(70)는, 단락 부위(SC)의 저항값이 저하된 셀(21)이 존재하지 않는다고 판단하고, 문턱값 V1, V2의 재설정(도 2의 단계 S130)을 행하지 않고 운전을 계속한다.
단계 S310의 판정에 있어서, OCV가 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에는, 제어부(70)는, OCV가 저하된 셀(21)(이하, 셀 B라고도 부른다)과 OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)(이하, 셀 A라고도 부른다)의 IV 특성(전류 밀도와 셀 전압의 관계)을 측정하고, 양자의 IV 특성을 비교하여 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량을 추정한다(도 12의 단계 S320). 전압 저하량의 추정 시에는, IV 특성이 새롭게 측정되어도 되고, 연료전지 시스템(20)의 운전 중에 있어서 이미 기록된 각 부하에 있어서의 전류값과 전압값을 이용하여 산출된 IV 특성이 이용되어도 된다.
도 13은, 셀(21)의 IV 특성 측정 결과의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 13에는, OCV가 변화되지 않은 셀 A의 IV 특성과 OCV가 저하된 셀 B의 IV 특성의 측정 결과를 나타내고 있다. 제어부(70)는, 양자의 IV 특성에 있어서의 소정의 고부하 시의 전압차를 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이라고 추정한다. 고부하 시에 있어서는, 단락 부위(SC)의 저항값의 저하를 원인으로 하는 전압 저하량은 크로스 리크(CL)를 원인으로 하는 전압 저하량과 비교하여 무시할 수 있을 정도로 작고, 또한, 크로스 리크(CL)의 양은 전류와 무관하게 일정하기 때문에, 이러한 추정이 성립한다. 소정의 고부하 시는, 예를 들면, 전류 밀도가 0.5A/㎠ 이상 시인 것이 바람직하다. 도 13의 예에서는, 전류 밀도가 1.0A/㎠ 시의 셀 A와 셀 B의 전압차를, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량으로 추정하고 있다. 이렇게 하면, 셀 전압의 저하량을, 크로스 리크(CL)를 원인으로 하는 전압 저하량과 단락 부위(SC)의 저항값의 저하를 원인으로 하는 전압 저하량으로 나눌 수 있다.
다음으로, 제어부(70)는, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량에 의거하여 보정된 셀 B의 OCV를 산출한다(단계 S330). 도 13에는, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량에 의거하여 보정된 셀 B의 IV 특성[크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이 없다고 가정한 경우의 셀 B의 IV 특성]도 나타내고 있다. 보정 후의 셀 B의 OCV(이하, 「보정 후 개회로 전압(Vc)」이라고 부른다)는, 보정 전의 셀 B의 OCV를 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량 분만큼 상승시킨 값이다. 또한, 산출된 보정 후의 셀 B의 OCV가 셀 A의 OCV와 동일한 경우에는, OCV의 저하가 크로스 리크(CL)만에 의해 야기되었다고 생각되기 때문에, 새롭게 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값을 취득할 필요는 없어, 도 12의 이후의 단계가 실행되지 않고 발전이 계속된다.
다음으로, 제어부(70)는, 셀 A의 IV 특성으로부터 VR 특성(셀 전압과 저항의 관계)을 산출한다(단계 S340). 도 14에는, 산출된 셀 A의 VR 특성의 일례를 나타내고 있다. 제어부(70)는, 셀 B의 보정 후 개회로 전압(Vc)과 셀 A의 VR 특성에 의거하여, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값을 추정한다(단계 S350). 구체적으로는, 제어부(70)는, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값은, 셀 A의 VR 특성(도 14)에 있어서의 셀 B의 보정 후 개회로 전압(Vc)에 대응하는 저항값(Rs)과 동일하다고 추정한다.
도 15는, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 방법의 이론을 나타내는 설명도이다. 셀 A의 IV 특성(도 13 참조)의 측정은, 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 부하의 저항을 변화시키면서 전압값과 전류값을 측정함으로써 실행된다. 셀 A의 VR 특성은, 단지 셀 A의 IV 특성을 V=I?R의 관계에 의거하여 변형한 것이기 때문에, 역시 도 15(a)에 나타내는 측정에 의거한 것이다. 한편, 셀 B의 보정 후 개회로 전압(Vc)은, 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 무부하 시에 있어서 단락 부위(SC)에 가하여지는 전압이다. 여기서, 도 15(a)에 나타내는 회로와 도 15(b)에 나타내는 회로는 동일하다. 따라서, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값은, 셀 A의 VR 특성에 있어서의 셀 B의 보정 후 개회로 전압(Vc)에 대응하는 저항값과 동일하다고 추정할 수 있다.
또한, 도 12의 단계 S310에 있어서, OCV가 저하된 셀(21)이 복수 존재한다고 판정된 경우에는, 셀(21)마다 단계 S320에서 S350까지의 처리가 행하여지고, 각 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다.
제2 실시예에 있어서도, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정에 의해 재취득되면, 새로운 저항값에 의거하여 문턱값 V1, V2의 갱신(새로운 문턱값 V1, V2의 설정)이 행하여진다(도 2의 단계 S130). 이것에 의해, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 경시 변화를 고려한 적절한 문턱값 V1, V2를 설정하는 것이 가능해지고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제하는 것이 가능해진다.
상기 서술한 제1 실시예에서는, 출하 후의 소정의 타이밍에 있어서의 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)은, 초기 단락 저항의 측정 방법과 동일한 방법, 즉, 애노드(AE)에 수소 가스를 공급함과 함께 캐소드(CE)에 불활성 가스를 공급하여 셀(21)에 전압을 인가하였을 때의 전압과 전류를 측정하여 단락 부위(SC)의 저항을 산출하는 방법이나, 애노드(AE) 및 캐소드(CE)의 양방에 동일 종류의 가스(수소 가스 또는 공기)를 공급하고 양극 사이에 전압을 인가하여 전압과 전류를 측정하여 단락 부위(SC)의 저항을 산출하는 방법에 의해 행하여지는 것으로 하고 있다. 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득에 불활성 가스를 사용하는 방법을 채용하는 경우에는, 연료전지 시스템(20)에, 그 운전 자체에는 필요가 없는 불활성 가스의 공급계(예를 들면, 불활성 가스를 수용하는 탱크)가 필요하게 됨과 함께, 캐소드(CE)를 완전하게 불활성 가스로 치환하는 공정이 필요하게 되어, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 초래한다. 또, 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득에 애노드(AE) 및 캐소드(CE)의 양극에 수소 가스를 공급하는 방법을 채용하는 경우에도, 캐소드(CE)를 완전하게 수소 가스로 치환하는 공정이나, 캐소드(CE)에 수소 가스를 공급하는 배관이 필요하게 되고, 마찬가지로, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 초래한다. 양극에 공기를 공급하는 방법을 채용하는 경우도 마찬가지이다. 제2 실시예에서는, OCV가 초기값으로부터 저하된 셀 B와 OCV가 변화되지 않은 셀 A의 IV 특성의 비교에 의해 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이 추정되고, 셀 A의 IV 특성으로부터 산출되는 VR 특성과 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량을 사용하여 보정된 셀 B의 개회로 전압값에 의거하여 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정되기 때문에, 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득에 있어서 불활성 가스를 사용하거나 양 전극에 동일 종류의 가스를 공급할 필요가 없다. 따라서, 제2 실시예의 연료전지 시스템(20)에서는, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 억제하면서, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
또, 제2 실시예에서는, 셀 전압의 저하량을, 크로스 리크(CL)를 원인으로 하는 전압 저하량과 단락 부위(SC)의 저항값의 저하를 원인으로 하는 전압 저하량으로 나눌 수 있다. 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생 원인은, 크로스 리크(CL)가 아니라 단락 부위(SC)의 저항값의 저하이다. 제2 실시예에서는, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생 원인이 되는 단락 부위(SC)의 저항값의 저하를 원인으로 하는 개회로 전압(OCV)의 저하량을 파악하고, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득을 행하는지의 여부의 판정을 행할 수 있다. 또, 제2 실시예에서는, 단락 부위(SC)의 저항값의 저하를 원인으로 하는 셀 전압의 저하만을 고려하여 전압의 문턱값 V1, V2가 설정되기 때문에, 연료전지(22)의 전압의 허용 범위를 넓게 취할 수 있고, 드라이버빌리티의 저하를 억제할 수 있다.
B-2. 제2 실시예의 변형예 :
도 16은, 제2 실시예의 제1 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 16에 나타낸 제2 실시예의 제1 변형예에서는, 상기 제2 실시예(도 12)에 있어서의 OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)(셀 A)의 특성 대신, 기록된 초기 특성이 사용된다. 즉, 도 16에 나타낸 변형예에서는, 출하 시의 셀(21)의 IV 특성(초기 IV 특성)이 기록되어 있고, 제어부(70)는, 기록된 초기 IV 특성으로부터 VR 특성(초기 VR 특성)을 산출한다(단계 S302). 초기 특성은, 셀(21)마다 기록되는 것으로 해도 되나, 연료전지(22)에 있어서의 각 셀(21)의 구성이나 사양은 서로 동일하기 때문에, 1개의 대표 셀(21)의 특성만이 기록되는 것으로 해도 된다.
다음으로, OCV가 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재하는지의 여부의 판정이 행하여지고(단계 S310), OCV가 저하된 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에는, OCV가 저하된 셀 B의 IV 특성이 측정되어 초기 IV 특성과 비교되고, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이 추정된다(단계 S322). 그리고, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량에 의거하여 보정된 셀 B의 OCV[보정 후 개회로 전압(Vc)]가 산출되고(단계 S332), 셀 B의 보정 후 개회로 전압(Vc)과 초기 VR 특성에 의거하여, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S352).
도 16에 나타낸 변형예에서는, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는 경우에도, 기록된 초기 특성을 이용하여 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값을 추정할 수 있고, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 억제하면서, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
도 17은, 제2 실시예의 제2 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 17에 나타낸 제2 실시예의 제2 변형예에서는, 도 16에 나타낸 변형예와 마찬가지로, 셀(21)의 초기 IV 특성이 기록되고, 기록된 초기 IV 특성으로부터 초기 VR 특성이 산출되며(단계 S302), OCV가 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재하는지의 여부의 판정이 행하여지고(단계 S310), OCV가 저하된 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에, OCV가 초기값과 바뀌지 않는 셀(21)이 존재하는지의 여부가 판정된다(단계 S312). 그리고, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에는, 도 12에 나타낸 제2 실시예와 마찬가지로, OCV가 변화되지 않은 셀(21)(셀 A)과 OCV가 저하된 셀(21)(셀 B)을 비교함으로써, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S320부터 S350). 한편, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에는, 도 16에 나타낸 제2 실시예의 제1 변형예와 마찬가지로, 기록된 초기 특성과 OCV가 저하된 셀 B를 비교함으로써, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S322부터 S352).
연료전지 시스템(20)에 있어서 발전을 행하면, 각 셀(21)에 있어서의 단락이나 크로스 리크(CL)의 발생에 의해 IV 특성이 변화되는 것 외에, 다른 원인(예를 들면, 촉매 열화)에 의한 성능 저하에 의해서도 IV 특성이 변화되는 경우가 있다. 이 성능 저하에 의한 IV 특성의 변화는, 연료전지(22)의 각 셀(21)에 있어서 대략 공통된다고 생각된다. 그 때문에, 도 12에 나타낸 제2 실시예와 같이 OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀 A와 OCV가 저하된 셀 B를 비교함으로써 단락 부위(SC)의 저항값을 추정하는 방법을 채용하는 쪽이, 성능 저하에 의한 IV 특성의 변화에게 수반하는 오차가 생기기 어렵다는 점에서, 도 16에 나타낸 제2 실시예의 제1 변형예와 같이 초기 특성과 OCV가 저하된 셀 B를 비교함으로써 단락 부위(SC)의 저항값을 추정하는 것보다 추정의 정밀도가 높다고 생각된다. 도 17에 나타낸 제2 실시예의 제2 변형예에서는, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하여 정밀도가 더욱 높은 추정 방법(제2 실시예의 방법)을 채용할 수 있는 경우에는 이것을 채용하고, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않고 제2 실시예의 방법을 채용할 수 없는 경우에는, 제2 실시예의 제1 변형예의 방법을 채용한다. 그 때문에, 도 17에 나타낸 제2 실시예의 제2 변형예에서는, 다양한 케이스에 대응하면서 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 정밀도를 가능한 한 높일 수 있다.
또한, 도 17에 나타낸 제2 실시예의 제2 변형예에 있어서, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에는, 전기 자동차(10) 및 연료전지 시스템(20)의 운전을 정지하고, 상기 서술한 초기 단락 저항의 측정 방법과 동일한 방법에 의해 단락 부위(SC)의 저항값의 측정을 행하는 것으로 해도 된다.
도 18은, 제2 실시예의 제3 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 18에 나타낸 제2 실시예의 제3 변형예는, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에(단계 S312 : NO), 기록된 초기 특성과 발전 이력으로부터 성능 저하 후의 IV 특성을 추정하는 공정(단계 S314)이 실행되는 점이, 도 17에 나타낸 제2 실시예의 제2 변형예와 다르다. 성능 저하 후의 IV 특성의 추정은, 일본 특허공개 제2006-139935호 공보나 H.A.Gasteiger et al., J.Electrochem. Soc., 152권 A2256-A2271쪽(2005년）, R.M.Darling and J.P.Meyers., J.Electrochem. Soc., 150권 A1523-A1527쪽(2003년), W.Bi and T.F.Fuller., J.PowerSources, 178권 188-196쪽(2008년)과 같은 문헌에 기재된 공지된 방법을 이용하여 실시 가능하다. 성능 저하 후의 IV 특성이 추정되면, 도 17에 나타낸 제2 실시예의 제2 변형예와 마찬가지로, 추정된 성능 저하 후의 IV 특성과 OCV가 저하된 셀 B의 IV 특성을 비교함으로써, 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S322부터 S352).
도 18에 나타낸 제2 실시예의 제3 변형예에서는, OCV가 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않고 제2 실시예와 같은 정밀도가 높은 방법을 채용할 수 없는 경우이어도, 초기 특성과 발전 이력으로부터 성능 저하 후의 IV 특성이 추정되고, 추정된 성능 저하 후의 IV 특성을 이용한 셀 B의 단락 부위(SC)의 저항값의 추정이 행하여지기 때문에, 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
C. 제3 실시예 :
C-1. 단락 부위의 저항값의 재취득 :
도 19는, 제3 실시예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 제3 실시예에 있어서도, 제2 실시예와 마찬가지로, 연료전지 시스템(20)의 출하 후의 소정의 타이밍으로, 연료전지(22)의 각 셀(21)의 특성으로부터 단락 부위(SC)의 저항값을 추정함으로써, 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득이 행하여진다. 다만, 제3 실시예에서는, 각 셀(21)의 OCV를 계측하지 않고 단락 부위(SC)의 저항값을 추정하는 점이 다르다.
먼저, 제어부(70)(도 1)는, 소정의 저부하[최저 전류(Ib)]로 발전하고 있을 때의 셀 전압(이하, 「최저 전류 시 전압(Vb)」이라고 부른다)이 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재하는지의 여부를 판정한다(단계 S410). 여기서, 소정의 최저 전류(Ib)는, 0보다 큰 값이면 임의로 설정 가능하지만, 본 실시예에서는 0.1A/㎠인 것으로 한다. 제어부(70)는, 각 셀(21)의 최저 전류 시 전압(Vb)의 초기값을 기억하고 있고, 각 셀(21)의 최저 전류 시 전압(Vb)을 측정하여 초기값과 비교함으로써 판정을 행한다. 일반적으로, 최저 전류 시 전압(Vb)의 저하는, OCV의 저하와 마찬가지로, 단락 부위(SC)의 저항값의 저하와 크로스 리크(CL)에 의하여 야기된다. 따라서, 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에는, 제어부(70)는, 단락 부위(SC)의 저항값이 저하된 셀(21)이 존재하지 않는다고 판단하고, 문턱값 V1, V2의 재설정(도 2의 단계 S130)을 행하지 않고 운전을 계속한다.
단계 S410의 판정에 있어서, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에는, 제어부(70)는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀(21)(이하, 셀 F라고도 부른다)과 최저 전류 시 전압(Vb)이 변화되지 않은 셀(21)(이하, 셀 E라고도 부른다)의 IV 특성을 측정하고, 양자의 IV 특성을 비교하여 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량을 추정한다(단계 S420). 도 20은, 셀(21)의 IV 특성 측정 결과의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 20(a)에는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 변화되지 않은 셀 E의 IV 특성과 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀 F의 IV 특성의 측정 결과를 나타내고 있다. 또, 도 20(b)에는, 도 20(a)의 X1부를 확대하여 나타내고 있다. 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량의 추정은, 도 13에 나타낸 제1 실시예와 동일한 방법으로 행하여진다. 즉, 양 IV 특성에 있어서의 소정의 고부하 시(예를 들면, 전류 밀도가 1.0A/㎠일 때)의 전압차가 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이라고 추정된다.
다음으로, 제어부(70)는, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량에 의거하여 보정된 셀 F의 IV 특성을 산출한다(단계 S430). 도 20(a) 및 20(b)에는, 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량에 의거하여 보정된 셀 F의 IV 특성[크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이 없다고 가정한 경우의 셀 F의 IV 특성]도 나타내고 있다. 보정 후의 셀 F의 IV 특성은, 보정 전의 셀 F의 IV 특성을 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량 분만큼 전체적으로 상승시킨 것이다. 또한, 산출된 보정 후의 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)이 셀 A의 최저 전류 시 전압(Vb)과 동일한 경우에는, 최저 전류 시 전압(Vb)의 저하가 크로스 리크(CL)만에 의해 야기되었다고 생각되기 때문에, 새롭게 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값을 취득할 필요는 없고, 도 19의 이후의 단계가 실행되지 않고 발전이 계속된다.
다음으로, 제어부(70)는, 셀 E의 IV 특성과 보정 후의 셀 F의 IV 특성에 의거하여, 셀 F의 단락 부위(SC)의 전류(Is)를 추정한다(단계 S440). 최저 전류(Ib)는 미리 설정된 값이고, 보정 후의 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)은, 보정 후의 셀 F의 IV 특성으로부터 산출 가능하다. 제어부(70)는, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 셀 E의 IV 특성에 있어서의 보정 후의 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)에 대응하는 전류(Ik)를 산출하고, 전류(Ik)와 최저 전류(Ib)의 차분을 단락 부위(SC)에 있어서의 전류(Is)로서 산출한다.
도 21은, 단락 부위(SC)의 전류(Is)의 추정 방법을 나타내는 설명도이다. 도 21에는, 단락 부위(SC)를 가지지 않는 셀 E와 단락 부위(SC)를 가지는 셀 F와 부하를 포함하는 회로를 나타내고 있다. 단락 부위(SC)를 가지지 않는다고 한 경우의 셀 F의 IV 특성은 셀 E의 IV 특성과 동일하다고 하면, 셀 F에서는, 부하에 흐르는 전류(Ib)에 더하여 셀 F의 내부의 단락 부위(SC)에 흐르는 전류(Is) 분도 발전할 필요가 있기 때문에, 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)은 셀 E의 최저 전류 시 전압(Vb)보다 작아져 있다고 생각된다. 셀 F의 본래의 IV 특성은 셀 E의 IV 특성과 동일하기 때문에, 셀 F에서는, 셀 E의 IV 특성에 따라 최저 전류 시 전압(Vb) 시의 전류를 흘려보내고 있을 것이다. 따라서, 단락 부위(SC)의 전류(Is)는, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 셀 E의 IV 특성에 있어서의 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)에 대응하는 전류(Ik)로부터 최저 전류(Ib)를 뺀 값이라고 추정할 수 있다.
제어부(70)는, 보정 후의 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)으로 추정된 단락 부위(SC)의 전류(Is)로부터, 단락 부위(SC)의 저항값을 산출한다(단계 S450). 또한, 도 19의 단계 S410에 있어서, 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀(21)이 복수 존재한다고 판정된 경우에는, 셀(21)마다 단계 S420부터 S450까지의 처리가 행하여지고, 각 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다.
제3 실시예에 있어서도, 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정에 의해 재취득되면, 새로운 저항값에 의거하여 문턱값 V1, V2의 갱신(새로운 문턱값 V1, V2의 설정)이 행하여진다(도 2의 단계 S130). 이것에 의해, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 경시 변화를 고려한 적절한 문턱값 V1, V2를 설정하는 것이 가능해지고, 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제하는 것이 가능해진다.
상기 서술한 제2 실시예에서는, 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 시에 각 셀(21)의 OCV가 계측되었지만, 연료전지(22)의 내구성 향상을 위해서는, 연료전지(22)의 운전 중에 무부하 상태로 하여 OCV를 가하는 것을 회피하는 것이 바람직하다. 제3 실시예에서는, 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 시에 각 셀(21)의 OCV를 계측할 필요가 없기 때문에, 연료전지(22)의 내구성 향상을 도모하면서, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.
C-2. 제3 실시예의 변형예 :
도 22는, 제3 실시예의 제1 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 22에 나타낸 제3 실시예의 제1 변형예에서는, 출하 시의 셀(21)의 IV 특성(초기 IV 특성)이 기록되고(단계 S402), 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 저하된 셀(21)이 존재하는지의 여부의 판정이 행하여지며(단계 S410), 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값과 바뀌지 않는 셀(21)이 존재하는지의 여부가 판정된다(단계 S412). 그리고, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에는, 상기 제3 실시예(도 19)에 있어서의 최저 전류 시 전압(Vb)이 변화되지 않은 셀(21)(셀 E)의 IV 특성 대신, 기록된 초기 IV 특성과 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀 F를 비교함으로써, 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S460부터 S490). 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재한다고 판정된 경우에는, 도 19에 나타낸 제3 실시예와 마찬가지로, 최저 전류 시 전압(Vb)이 변화되지 않은 셀(21)(셀 E)과 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀(21)(셀 F)을 비교함으로써, 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S420부터 S450).
도 22에 나타낸 변형예에서는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하여 정밀도가 더욱 높은 추정 방법(제3 실시예의 방법)을 채용할 수 있는 경우에는 이것을 채용하여, 최저 전류 시 전압(Vb)이 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는 경우에도 초기 IV 특성을 이용하여 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값을 추정할 수 있고, 시스템의 복잡화나 제어의 번잡화를 억제하면서, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제할 수 있는 연료전지(22)의 제어를 실현할 수 있음과 함께, 다양한 케이스에 대응하면서 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 정밀도를 가능한 한 높일 수 있다.
도 23은, 제3 실시예의 제2 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 23에 나타낸 제3 실시예의 제2 변형예는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우(단계 S412 : NO)의 처리가, 도 22에 나타낸 제3 실시예의 제1 변형예와 다르다. 도 23에 나타낸 변형예에서는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에, 기록된 초기 IV 특성과 발전 이력으로부터, 성능 저하 후의 IV 특성이 추정된다(단계 S414). 성능 저하 후의 IV 특성의 추정은, 상기 서술한 공지된 방법을 이용하여 실시 가능하다. 성능 저하 후의 IV 특성이 추정되면, 도 22에 나타낸 제3 실시예의 제1 변형예와 마찬가지로, 추정된 성능 저하 후의 IV 특성과 최저 전류 시 전압(Vb)이 저하된 셀 F의 IV 특성을 비교함으로써, 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값이 추정된다(단계 S462부터 S492).
도 23에 나타낸 제3 실시예의 제2 변형예에서는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않고 제3 실시예와 같은 정밀도가 높은 방법을 채용할 수 없는 경우이어도, 초기 IV 특성과 발전 이력으로부터 성능 저하 후의 IV 특성이 추정되고, 추정된 성능 저하 후의 IV 특성을 이용한 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값의 추정이 행하여지기 때문에, 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
도 24는, 제3 실시예의 제3 변형예에 있어서의 단락 부위(SC)의 저항값의 재취득(도 2의 단계 S150)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 24에 나타낸 제3 실시예의 제3 변형예는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우(단계 S412 : NO)의 처리가, 도 23에 나타낸 제3 실시예의 제2 변형예와 다르다. 도 24에 나타낸 변형예에서는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는다고 판정된 경우에, 상기 서술한 초기 단락 저항의 측정 방법과 동일한 방법에 의해, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값의 측정이 행하여진다(단계 S464). 즉, 애노드(AE)에 수소 가스가 공급되고 캐소드(CE)에 질소 가스가 공급된 후, 소정의 전압(0.2V?0.5V)이 인가되어, 각 전압값에 있어서의 전류값으로부터 단락 부위(SC)의 저항값이 산출된다.
다음으로, 단락 부위(SC)의 저항값이 최소인 셀(21)이 기준 셀로 설정되고, 기준 셀의 IV 특성과 단락 부위(SC)의 저항값 추정의 대상인 대상 셀(셀 F)의 IV 특성을 비교하여 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량이 추정된다(단계 S474). 그리고, 기준 셀의 IV 특성과 크로스 리크(CL)에 의한 전압 저하량에 의거하여 보정된 셀 F의 IV 특성과 기준 셀의 단락 저항에 의거하여, 셀 F의 단락 부위(SC)의 전류(Is)가 추정된다(단계 S484). 도 25에 나타내는 바와 같이, 도 20(b)에 나타낸 제3 실시예와 동일한 방법에 의해, 기준 셀의 단락 부위(SC)의 저항값과 최저 전류 시 전압(Vb)로부터 단락 부위(SC)에 흐르는 전류 Is1이 추정되고, 전류 Is1에 의거하여 셀 F의 단락 부위(SC)에 흐르는 전류 Is2가 추정된다. 그 후, 보정 후의 셀 F의 최저 전류 시 전압(Vb)으로 추정된 단락 부위(SC)의 전류 Is2로부터 단락 부위(SC)의 저항값이 산출된다(단계 S494).
도 24에 나타낸 제3 실시예의 제3 변형예에서는, 최저 전류 시 전압(Vb)이 초기값으로부터 변화되지 않은 셀(21)이 존재하지 않는 경우이어도, 단락 부위(SC)의 저항값을 측정한 기준 셀의 IV 특성에 의거하여 셀 F의 단락 부위(SC)의 저항값의 추정이 행하여지기 때문에, 단락 부위(SC)의 저항값의 추정 정밀도를 높일 수 있다.
D. 제4 실시예 :
도 26 및 도 27은, 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 제어 시의 전압의 문턱값의 일례를 나타내는 설명도이다. 상기 제1 실시예부터 제3 실시예에서는, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제한다는 관점에서의 전압의 문턱값에 대하여 설명하였지만, 연료전지(22)의 제어 시의 전압의 문턱값은 연료전지(22)의 성능 저하를 억제하는 다른 관점에서 설치되는 경우도 있다. 제4 실시예에서는, 복수의 관점에서 설정된 전압의 복수의 문턱값을 사용한 연료전지(22)의 제어가 실행된다.
도 26에는, 통상 발전 시(셀 전압 0V 이상에서의 발전 시)에 있어서의 전압의 상한 문턱값을 나타내고 있다. 도 26에 나타낸 문턱값 Vt2는, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제한다는 관점에서 설정된 전압의 상한 문턱값이다(도 9 참조). 또, 문턱값 Vt1은, 연료전지(22)의 내구성 향상을 목적으로 하여 OCV를 회피한다는 관점에서 설정된 전압의 상한 문턱값이다. 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 제어에서는, 두가지 관점에서 설정된 2개의 상한 문턱값 중, 안전 측의 문턱값, 즉 작은 쪽의 문턱값이 실제로 사용된다. 도 26에 나타낸 예에서는, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값이 Ra 이하인 경우에는 문턱값 Vt2가 사용되고, 저항값이 Ra보다 큰 경우에는 문턱값 Vt1이 사용된다.
도 27에는, 단락 부위(SC)의 저항값이 Rb인 셀(21)의 부전압 발전 시(셀 전압 0V 미만에서의 발전 시)에 있어서의 전압의 하한 문턱값을 나타내고 있다. 도 27에 나타낸 문턱값 Vt4는, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제한다는 관점에서 설정된 전압의 하한 문턱값이다. 도 28은, 문턱값 Vt4의 결정 방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 28에 나타내는 바와 같이, 문턱값 Vt4는, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제한다는 관점에서 설정된 단락 부위(SC)의 저항값마다의 문턱값 분포(도 8 참조)에 있어서의 저항값 Rb에 대응하는 문턱값이다. 또, 문턱값 Vt3은, 일본 특허공개 제2008-277044호 공보에 기재된 수소 결핍을 회피한다는 관점에서 설정된 각 셀 온도에 따른 전압의 하한 문턱값이다. 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 제어에서는, 두가지 관점에서 설정된 2개의 하한 문턱값 중, 안전 측의 문턱값, 즉 큰 쪽의 문턱값이 실제로 사용된다. 도 27에 나타낸 예에서는, 셀 온도가 마이너스 20℃ 이상인 경우에는 문턱값 Vt3이 사용되고, 셀 온도가 마이너스 30℃ 이하이며 전류 밀도가 Ia 이하인 경우에도 문턱값 Vt3이 사용되고, 셀 온도가 -30℃ 이하이며 전류 밀도가 Ia를 넘는 경우에는 문턱값 Vt4가 사용된다.
도 29는, 제4 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 운전 제어(도 2의 단계 S140)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 29에는, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 저항값이 1.0 메가옴?㎠이고, 셀 온도가 마이너스 30℃인 경우의 운전 제어 방법을 나타내고 있다. 연료전지(22)의 발전이 행하여지고(단계 S510), 소정의 타이밍으로 각 셀(21)의 전압이 측정된다(단계 S520). 셀(21)의 셀 전압이 0V 이상인 경우에는(단계 S530 : YES), 도 26에 따라, 셀 전압이 문턱값 Vt1보다 큰지의 여부의 판정이 행하여진다(단계 S580). 셀 전압이 문턱값 Vt1 이하인 경우에는(단계 S580 : NO), 발전이 계속되고, 셀 전압이 문턱값 Vt1보다 큰 경우에는(단계 S580 : YES), 셀 전압을 하강시키는 제어가 실행된다(단계 S590). 이것에 의해, 통상 발전 시에 있어서, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생이 회피됨과 함께, OCV가 회피되어서 연료전지(22)의 내구성이 향상된다.
한편, 셀(21)의 셀 전압이 0V 미만인 경우에는(단계 S530 : NO), 도 27에 따라, 전류 밀도가 Ia보다 작은지의 여부의 판정이 행하여지고(단계 S540), 전류 밀도가 Ia보다 작은 경우에는, 셀 전압이 문턱값 Vt3보다 작은지의 여부의 판정이 행하여진다(단계 S550). 또, 전류 밀도가 Ia 이상인 경우에는, 셀 전압이 문턱값 Vt4보다 작은지의 여부의 판정이 행하여진다(단계 S560). 셀 전압이 문턱값 Vt3 이상인 경우(단계 S550 : NO) 또는 셀 전압이 문턱값 Vt4 이상인 경우에는(단계 S560 : NO), 발전이 계속되고, 셀 전압이 문턱값 Vt3보다 작은 경우(단계 S550 : YES) 또는 셀 전압이 문턱값 Vt4보다 작은 경우에는(단계 S560 : YES), 셀 전압을 상승시키는 제어가 실행된다(단계 S570). 이것에 의해, 부전압 발전 시에 있어서, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생이 회피됨과 함께, 수소 결핍이 회피된다.
이상 설명한 바와 같이, 제4 실시예에서는, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제한다는 관점에서 설정된 전압의 문턱값과 함께, 다른 관점에서 설정된 전압의 문턱값도 고려하여, 가장 안전 측의 문턱값을 사용하여 연료전지(22)의 제어가 행하여진다. 즉, 셀(21)의 전압값이, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 억제한다는 관점에서 설정된 전압의 문턱값에 의해 규정되는 범위 내이며, 또한, 다른 관점에서 설정된 전압의 문턱값에 의해 규정되는 범위 내이도록, 연료전지(22)의 제어가 행하여진다. 그 때문에, 제4 실시예에서는, 연료전지(22)의 전해질막에 있어서의 핀홀의 발생을 유효하게 억제하면서, 더욱 로버스트성이 높은 연료전지(22)의 제어를 실현할 수 있음과 함께, 상정되는 연료전지(22)의 복수의 열화 모드에 의한 열화를 더욱 효율적으로 회피할 수 있다.
E. 제5 실시예 :
도 30은, 제5 실시예에 있어서의 연료전지(22)의 운전 제어(도 2의 단계 S140)의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 제5 실시예의 운전 제어는, 발전 중(단계 S710)의 소정의 타이밍으로, 열전대를 사용하여 셀(21)의 MEA 온도가 측정되는 점이(단계 S720), 셀 전압이 측정되는 제1 실시예(도 10 참조)와는 다르다. 도 31은, 셀(21)의 MEA 온도의 측정 방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 31(a)에는, 셀(21)의 전해질막(ME)의 평면을 나타내고 있고, 도 31(b)에는, 도 31(a)의 B-B의 위치에 있어서의 셀(21)의 단면을 나타내고 있다. 도 31(b)에 나타내는 바와 같이 본 실시예에서는, MEA와 애노드(AE) 측의 가스 확산층의 계면에 열전대가 설치된다. 도 31(a)에 나타내는 바와 같이, 열전대는, MEA의 발전부[전해질막(ME) 상에 전극이 형성된 부분]에 있어서 예를 들어 1㎠당 1지점 설치된다. 열전대를 애노드(AE) 측에 설치하면, 캐소드(CE) 측에 설치하는 경우와 비교하여, 가스 확산이나 생성수 배출의 점에서 배반(contradictory)이 적기 때문에 바람직하다. 또, 열전대를 MEA와 가스 확산층의 계면에 설치하면, 열전대를 가스 확산층의 외측 표면에 설치하는 경우와 비교하여, MEA 온도의 측정 정밀도를 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, MEA 온도를 측정하는 열전대로서는, 예를 들면, 소선(素線) 직경 25㎛의 K형 열전대(안베에스엠티사 제)에 10㎛의 파릴렌코트(일본 파릴렌사 제)를 실시한 것을 채용 가능하다.
측정된 MEA 온도는, 전해질막(ME)의 분해 온도(Td)(예를 들면, 300℃)와 비교되고(단계 S730), MEA 온도가 분해 온도(Td) 미만인 경우에는(단계 S730 : NO), 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 없다고 하여 발전이 계속된다(단계 S710). 한편, MEA 온도가 분해 온도(Td) 이상인 경우에는(단계 S730 : YES), 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀 발생의 우려가 있기 때문에, 통상 발전 시이면(단계 S740 : YES) 셀 전압을 하강시키는 제어가 실행되고(단계 S760), 부전압 발전 시이면(단계 S740 : NO) 셀 전압을 상승시키는 제어가 실행된다(단계 S750).
셀(21)의 전압을 제어함으로써, MEA 온도를 제어하는 것이 가능하다. 도 32는, 셀 전압과 MEA 온도의 관계를 조사하는 실험 결과의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 32에는, 양극에 상대 습도 100%의 질소를 공급하고, 전류 밀도 0.4A/㎠로 발전을 행하며, 셀 전압이 마이너스 10V에 도달했을 때에 부하를 차단한 경우에 있어서의, MEA 온도와 셀 전압의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 32에 나타내는 결과로부터, 부전압 발전 시에는, 셀 전압을 상승시키면 MEA 온도가 저하되는 것을 알 수 있다. 또, 도시 생략하나, 통상 발전 시에는, 셀 전압을 하강시키면 MEA 온도가 하강한다. 따라서, 상기 서술한 바와 같이, 통상 발전 시에 있어서 셀 전압을 하강시키는 제어가 실행된 경우, 및, 부전압 발전 시에 있어서 셀 전압을 상승시키는 제어가 실행된 경우에는, MEA 온도를 저하시킬 수 있고, 전해질막(ME)에 있어서의 핀홀의 발생을 회피할 수 있다.
F. 변형예 :
또한, 본 발명은 상기의 실시예나 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 양태로 실시하는 것이 가능하며, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.
F1. 변형예 1 :
상기 각 실시예에서는, 셀(21)의 단락 부위(SC)의 온도에 상관하는 온도 지표값으로서, 셀(21)의 전압이나 MEA 온도가 취득되는 것으로 하고 있지만, 온도 지표값으로서, 예를 들면, 전류값과 같은 다른 지표값이 취득되는 것으로 해도 된다. 또, 상기 각 실시예에서는, 단락 부위(SC)의 온도에 영향을 주는 제어 파라미터로서의 연료전지(22)의 전압에 대한 제어가 행하여지는 것으로 하고 있지만, 제어 파라미터로서, 예를 들면, 전류와 같은 다른 제어 파라미터가 사용되는 것으로 해도 된다.
F2. 변형예 2 :
상기 각 실시예에서는, 연료전지 시스템(20)을 가지는 전기 자동차(10)를 예로 사용하여 설명하였지만, 본 발명은, 전기 자동차(10)용에 한하지 않고 다른 용도의 연료전지 시스템(20)에 적용 가능하다. 또, 상기 각 실시예에 있어서의 전기 자동차(10)나 연료전지 시스템(20)의 구성은, 어디까지나 일례이고, 여러가지 변형이 가능하다.
10 : 전기 자동차 20 : 연료전지 시스템
21 : 셀 22 : 연료전지
23 : 수소 탱크 24 : 에어컴프레서
26 : 전압계 28 : 에어플로우미터
30 : 이차 전지 33 : 구동 모터
35 : 인버터 39 : 차량 구동축
60 : 수소 가스 공급로 61 : 감압 밸브
62 : 압력 조정 밸브 63 : 애노드 배기 가스로
64 : 배기 가스 배출로 65 : 수소 펌프
66 : 개폐 밸브 67 : 산화 가스 공급로
68 : 캐소드 배기 가스로 70 : 제어부

Claims (18)

  1. 전해질막을 가지는 셀을 적어도 1개 포함하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템으로서,
    각 상기 셀의 단락 부위의 온도에 상관하는 온도 지표값을 취득하는 지표값 취득부와,
    상기 온도 지표값이 상기 단락 부위의 온도가 상기 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 소정의 범위 내가 되도록, 상기 단락 부위의 온도에 영향을 주는 상기 연료전지의 제어 파라미터에 대한 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 연료전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단락 부위의 저항값을 취득하는 저항값 취득부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 단락 부위의 저항값에 의거하여, 상기 온도 지표값의 상기 소정의 범위를 설정하는, 연료전지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는,
    상기 연료전지의 애노드에 연료 가스를 공급시킴과 함께 캐소드에 불활성 가스를 공급시키는 수단과,
    상기 연료전지에 전압을 값을 변화시키면서 인가시키는 수단과,
    상기 전압값마다의 전류값을 측정시키는 수단과,
    상기 전압값과 상기 전류값의 관계에 의거하여 상기 저항값을 산출하는 수단을 포함하는, 연료전지 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는,
    상기 연료전지의 애노드 및 캐소드에 동일한 종류의 가스를 공급시키는 수단과,
    상기 연료전지에 전압을 인가시키는 수단과,
    상기 전압 인가 시의 전류값을 측정시키는 수단과,
    상기 전압값과 상기 전류값의 관계에 의거하여 상기 저항값을 산출하는 수단을 포함하는, 연료전지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 동일한 종류의 가스는, 상기 연료전지의 발전에 사용되는 연료 가스와 산화 가스 중 일방인, 연료전지 시스템.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는, 상기 연료전지 시스템의 출하 시에 상기 단락 부위의 저항값을 취득하는, 연료전지 시스템.
  7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는, 상기 연료전지 시스템의 정기 점검 시에 상기 단락 부위의 저항값을 취득하는, 연료전지 시스템.
  8. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는, 상기 연료전지의 운전 정지 시에 상기 단락 부위의 저항값을 취득하는, 연료전지 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 파라미터는, 상기 연료전지의 전압값인, 연료전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도 지표값이 상기 소정의 범위 외인 경우에는, 상기 연료전지의 전압의 절대값을 저하시키는 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
    상기 제어부는, 상기 온도 지표값이 상기 소정의 범위 외이며, 또한, 상기 온도 지표값로서의 상기 전압값이 제로 미만인 경우에는, 상기 연료전지의 전압을 상승시키는 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
    상기 제어부는, 상기 온도 지표값이 상기 소정의 범위 외이며, 또한, 상기 온도 지표값로서의 상기 전압값이 제로 이상인 경우에는, 상기 연료전지의 전압을 하강시키는 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
    상기 제어부는, 각 상기 셀에 대하여 개회로 전압값이 초기값으로부터 저하되었는지의 여부를 판정하고, 개회로 전압값이 초기값으로부터 저하된 제1 셀의 IV 특성인 제1 특성과 개회로 전압값이 초기값으로부터 변화되지 않은 IV 특성인 제2 특성을 비교하여, 소정의 고부하 시에 있어서의 상기 제1 특성과 상기 제2 특성의 전압값의 차분에 의거하여 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 개회로 전압값이 초기값으로부터 저하되어 있는 경우에는, 상기 저항값 취득부에 상기 단락 부위의 저항값을 재취득시키고, 재취득된 상기 단락 부위의 저항값에 의거하여 상기 소정의 범위를 갱신하는, 연료전지 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는, 상기 제2 특성으로부터 산출되는 RV 특성과 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 개회로 전압값에 의거하여, 상기 단락 부위의 저항값을 재취득하는, 연료전지 시스템.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 온도 지표값은 각 상기 셀의 전압값이고,
    상기 제어부는, 각 상기 셀에 대하여 소정의 저부하 시의 전압값인 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 저하되었는지의 여부를 판정하고, 상기 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 저하된 제1 셀의 IV 특성인 제1 특성과 상기 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 변화되지 않은 IV 특성인 제2 특성을 비교하여, 소정의 고부하 시에 있어서의 상기 제1 특성과 상기 제2 특성의 전압값의 차분에 의거하여 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 상기 저부하 시 전압값이 초기값으로부터 저하되어 있는 경우에는, 상기 저항값 취득부에 상기 단락 부위의 저항값을 재취득시키고, 재취득된 상기 단락 부위의 저항값에 의거하여 상기 소정의 범위를 갱신하는, 연료전지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 저항값 취득부는, 보정된 상기 제1 특성에 있어서의 상기 저부하 시 전압값인 제1 저부하 시 전압값과 상기 제2 특성에 있어서의 상기 제1 저부하 시 전압값에 대응하는 전류값에 의거하여, 상기 단락 부위의 저항값을 재취득하는, 연료전지 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 지표값은 상기 연료전지의 전압값이고,
    상기 제어부는, 상기 연료전지의 성능 저하를 억제하기 위한 상기 온도 지표값의 적어도 1개의 다른 소정의 범위를 설정하고, 상기 온도 지표값이 상기 다른 소정의 범위 내가 되며, 또한, 상기 단락 부위의 온도가 상기 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 상기 소정의 범위 내가 되도록, 상기 연료전지의 상기 제어 파라미터에 대한 제어를 행하는, 연료전지 시스템.
  18. 전해질막을 가지는 셀을 적어도 1개 포함하는 연료전지의 제어 방법으로서,
    (a) 각 상기 셀의 단락 부위의 온도에 상관하는 온도 지표값을 취득하는 공정과,
    (b) 상기 온도 지표값이 상기 단락 부위의 온도가 상기 전해질막의 분해 온도보다 작아지도록 설정된 소정의 범위 내가 되도록, 상기 단락 부위의 온도에 영향을 주는 상기 연료전지의 제어 파라미터에 대한 제어를 행하는 공정을 구비하는, 방법.
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