KR20190053087A - 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 시스템은, 연료 전지 스택(100)과, 상기 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스를 공급하는 컴프레서(34)와, 상기 컴프레서(34)를 포함하는 상기 연료 전지 시스템의 구성 부품을 제어하는 제어부(20)를 구비하고, 상기 제어부(20)는 상기 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 없을 경우에, 상기 컴프레서(34)에 의해 상기 캐소드 가스를 공급하는 공급 기간과, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지하는 정지 기간을 교대로 전환하고, 상기 공급 기간은 상기 정지 기간보다도 길고, 상기 공급 기간에 있어서 상기 컴프레서(34)에 의해 공급되는 상기 캐소드 가스의 유량은, 상기 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작다.

Description

연료 전지 시스템 및 그 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2012-89523에 기재된 연료 전지 시스템에서는, 연료 전지 스택의 출력을 정지하고 있는 상태에 있어서, 신속히 연료 전지 스택에의 출력 요구에 대응할 수 없는 것을 피하기 위해서, 출력 정지 시에 있어서도, 캐소드 가스를 간헐적으로 연료 전지 스택에 공급한다. 이렇게 해서, 단셀의 전압값(이하, 「셀 전압」이라고 한다)이 일정값 이상으로 유지된다.
일본 특허 공개 제2012-89523의 시스템에서는, 또한, 연료 전지 스택의 출력을 정지하고 있는 상태에 있어서, 연료 전지 스택의 열화를 억제하기 위해서, 최대 셀 전압이 상한 전압을 초과하지 않도록, 공기 컴프레서에 의해 공기가 연료 전지 스택에 간헐적으로 공급된다.
그러나, 본원의 발명자는, 일본 특허 공개 제2012-89523에 기재된 시스템에서는, 공기 컴프레서가 공기를 공급하고 있는 시간보다도 공급하고 있지 않은 시간 쪽이 길고, 공기 컴프레서의 가동 시에 공급하는 공기가 필요량 이상이기 때문에, 셀 전압의 변동량이 크다는 과제가 있음을 알아냈다. 또한, 셀 전압이 큰 경우에는 연료 전지 스택 내의 촉매가 열화될 우려가 있고, 셀 전압이 작은 경우에는 연료 전지 스택에의 출력 요구에 신속히 대응할 수 없을 우려가 있다는 과제가 발생한다.
본 발명의 제1 양태는, 연료 전지 스택과, 상기 연료 전지 스택에 캐소드 가스를 공급하는 컴프레서와, 상기 컴프레서를 포함하는 상기 연료 전지 시스템의 구성 부품을 제어하는 제어부를 구비하는 연료 전지 시스템에 관한 것이다. 상기 제어부는, 상기 연료 전지 스택에의 전력의 출력 요구가 없을 경우에, 상기 컴프레서에 의해 상기 캐소드 가스를 공급하는 공급 기간과, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지하는 정지 기간이 교대로 되도록 상기 컴프레서를 제어하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 공급 기간을, 상기 정지 기간보다도 길고, 상기 공급 기간에 있어서 상기 컴프레서에 의해 공급되는 상기 캐소드 가스의 유량을, 상기 연료 전지 스택에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작게 하도록 상기 컴프레서를 제어하도록 구성된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 전지 스택의 전압의 변동량을 작게 할 수 있기 때문에, 연료 전지 스택 내의 촉매 열화를 억제할 수 있음과 함께, 연료 전지 스택에의 출력 요구에 신속히 대응할 수 있다.
연료 전지 시스템은, 또한, 이차 전지를 구비하고 있어도 된다. 상기 제어부는, 상기 공급 기간으로부터 상기 정지 기간으로 전환될 때, 상기 컴프레서의 구동을 정지시킬 때 발생하는 회생 전력을 상기 이차 전지에 충전하도록 구성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 연비가 향상된다.
연료 전지 시스템은, 또한, 상기 연료 전지 스택의 전압을 검출하는 전압 검출부를 구비하고 있어도 된다. 상기 제어부는, 상기 연료 전지 스택의 전압이 미리 정해진 전압보다도 작은 경우에, 상기 컴프레서에 의해 상기 캐소드 가스를 공급시키고, 상기 연료 전지 스택의 전압이 상기 미리 정해진 전압보다도 큰 경우에, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지시키도록 상기 컴프레서를 제어하도록 구성되어 있어도 된다. 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 미리 정해진 하나의 전압을 기준으로 하여 컴프레서의 제어가 행해지기 때문에, 제어를 간소화할 수 있다.
상기 컴프레서는, 터보 에어 컴프레서여도 된다. 터보 에어 컴프레서는, 다른 에어 컴프레서에 비하여, 가동 개시 시의 소비 전력이 작고, 응답성이 좋다. 이 때문에, 이 형태의 연료 전지 시스템에 의하면, 공급 기간과 정지 기간을 신속히 절환할 수 있음과 함께, 소비 전력을 억제할 수 있기 때문에 연비가 향상된다.
본 발명의 제2 양태는, 연료 전지 스택과, 상기 연료 전지 스택에 캐소드 가스를 공급하는 컴프레서를 구비하는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 관한 것이다. 이 제어 방법은, 상기 연료 전지 스택에의 전력의 출력 요구가 없을 경우에, 상기 컴프레서에 의해 상기 캐소드 가스를 공급하는 공급 기간과, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지하는 정지 기간이 교대로 되도록 상기 컴프레서를 제어하는 것, 상기 공급 기간을, 상기 정지 기간보다도 길고, 상기 공급 기간에 있어서 상기 컴프레서에 의해 공급되는 상기 캐소드 가스의 유량을, 상기 연료 전지 스택에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작게 하도록 상기 컴프레서를 제어하는 것을 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 연료 전지 시스템을 도시하는 개략도.
도 2는 제어부에 의해 실행되는 캐소드 가스 간헐 공급 제어의 흐름도.
도 3은 캐소드 가스 간헐 공급 제어를 나타내는 타이밍 차트.
도 4는 제3 실시 형태에 있어서의 캐소드 가스 간헐 공급 제어의 흐름도.
A. 제1 실시 형태
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태인 연료 전지 시스템(10)을 도시한다. 연료 전지 시스템(10)은 예를 들어, 연료 전지 차량에 탑재된다. 본 실시 형태에 있어서, 연료 전지 시스템(10)은 연료 전지 스택(100)과, 제어부(20)와, 에어플로 미터(32)와, 컴프레서(34)와, 캐소드 가스 유로(60)와, 애노드 가스 유로(80)를 구비한다.
연료 전지 스택(100)은 반응 가스로서 애노드 가스(예를 들어, 수소 가스)와 캐소드 가스(예를 들어, 공기)의 공급을 받아서 발전하는 고체 고분자형 연료 전지이다. 연료 전지 스택(100)은 복수의 단셀(도시하지 않음)이 적층되어서 구성되어 있다. 애노드 가스는, 도시하지 않은 애노드 가스 탱크로부터 공급되어, 애노드 가스 유로(80)를 통하여 연료 전지 스택(100)의 애노드(100a)에 공급되어, 전기 화학 반응에 사용된다. 전기 화학 반응에 사용되지 않은 애노드 가스는, 오프 가스로서 연료 전지 스택(100)의 외부로 배출된다. 한편, 캐소드 가스는, 캐소드 가스 유로(60)를 통하여 연료 전지 스택(100)의 캐소드(100c)에 공급되어, 전기 화학 반응에 사용된다. 전기 화학 반응에 사용되지 않은 산소는, 오프 가스로서 연료 전지 스택(100)의 외부로 방출된다.
캐소드 가스 유로(60)는 연료 전지 스택(100)에 대하여 캐소드 가스의 공급 및 배출을 행하는 유로이다. 캐소드 가스 유로(60)는 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스를 공급하는 캐소드 가스 공급 유로(62)와, 연료 전지 스택(100)으로부터 캐소드 가스를 배출하는 캐소드 가스 배출 유로(64)와, 캐소드 가스 공급 유로(62)와 캐소드 가스 배출 유로(64)를 연통하는 바이패스 유로(66)를 구비한다.
캐소드 가스 공급 유로(62)에는, 상류 측부터 순서대로 에어플로 미터(32)와, 컴프레서(34)와, 압력계(44)가 설치되어 있다. 에어플로 미터(32)는 캐소드 가스 공급 유로(62)에 도입한 캐소드 가스의 유량을 측정하는 기기이다. 압력계(44)는 컴프레서(34)의 하류측의 압력을 측정한다. 본 실시 형태에서는, 압력계(44)는 바이패스 유로(66)와 연결하는 캐소드 가스 공급 유로(62)의 부분보다 상류측이며, 컴프레서(34)보다도 하류측에 설치되어 있지만, 연료 전지 스택(100)의 하류측이며, 바이패스 유로(66)와 연결하는 부분보다도 상류측의 캐소드 가스 배출 유로(64)에 설치되어 있어도 된다.
컴프레서(34)는 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스를 공급하는 부재이다. 본 실시 형태에서는, 컴프레서(34)로서 터보 에어 컴프레서를 사용한다. 터보 에어 컴프레서의 특징으로서, 가동 개시 시의 소비 전력이 다른 에어 컴프레서에 비하여 작은 동시에, 회전수를 변경시킬 때의 동작이 준민한 점을 들 수 있다. 또한, 컴프레서(34)로서, 예를 들어, 용적 압축기를 사용해도 된다.
캐소드 가스 유로(60)에는, 복수의 밸브가 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 캐소드 가스 유로(60)에는, 셧 밸브(36)와, 압력 조절 밸브(37)와, 바이패스 밸브(38)가 설치되어 있다. 셧 밸브(36)는 연료 전지 스택(100)에 들어가는 캐소드 가스의 양을 조정한다. 셧 밸브(36)는 캐소드 가스 공급 유로(62)에 설치되어 있고, 바이패스 유로(66)와 연결되는 부분보다 하류측이며, 연료 전지 스택(100)보다도 상류측에 설치되어 있다. 압력 조절 밸브(37)는 연료 전지 스택(100)의 하류측에 있어서의 캐소드 가스의 압력을 조정한다. 압력 조절 밸브(37)는 캐소드 가스 배출 유로(64)에 설치되어 있고, 바이패스 유로(66)와 연결되는 부분보다도 상류측이며, 연료 전지 스택(100)보다도 하류측에 설치되어 있다. 바이패스 밸브(38)는 바이패스 유로(66)를 통과하는 캐소드 가스의 양을 조정하는 밸브이며, 바이패스 유로(66)에 설치되어 있다.
연료 전지 스택(100)에 의해 발전된 전력은, DC/DC 컨버터(90)를 통하여 이차 전지(92)에 축전된다. 연료 전지 스택(100)과 DC/DC 컨버터(90)와 이차 전지(92)를 포함하는 전원 회로에는, 도시하지 않은 여러가지 부하가 접속되어 있다. 연료 전지 스택(100) 및 이차 전지(92)는 컴프레서(34)나 각종 밸브에도 전력을 공급 가능하다.
전압 검출부(91)는 연료 전지 스택(100)의 전압(이하, 「FC 전압」이라고도 칭한다)을 검출한다. 본 실시 형태에서는, FC 전압으로서, 평균 셀 전압을 사용한다. 「평균 셀 전압」이란, 연료 전지 스택(100)의 양단 전압을 단셀의 수로 제산한 값이다.
제어부(20)는 CPU와 메모리와, 상술한 각 부품이 접속되는 인터페이스 회로를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. 제어부(20)는 ECU(Electronic Control Unit)(21)의 지시에 따라, 연료 전지 시스템(10) 내의 구성 부품 기동 및 정지를 제어하기 위한 신호를 출력한다. ECU(21)는, 연료 전지 시스템(10)을 포함하는 장치 전체의 제어를 행하는 제어부이다. 예를 들어, 연료 전지 차량에서는, 액셀러레이터 페달의 답입량이나 브레이크 페달의 답입량, 차속 등의 복수의 입력값에 따라서 ECU(21)가 차량의 제어를 실행한다. 또한, ECU(21)는, 제어부(20)의 기능 일부에 포함되어 있어도 된다. CPU는 메모리에 기억된 제어 프로그램을 실행함으로써, 연료 전지 시스템(10)에 의한 발전의 제어를 행함과 함께, 후술하는 캐소드 가스 간헐 공급 제어를 실현한다.
제어부(20)는 연료 전지 스택(100)의 운전 모드를, 통상 운전 모드나 출력 요구 제로 운전 모드 등으로 전환한다. 통상 운전 모드란, ECU(21)로부터 연료 전지 시스템(10)이 발전 요구를 받아, 연료 전지 시스템(10)이 요구 전력에 따른 운전을 행하는 모드이다. 출력 요구 제로 운전 모드란, ECU(21)로부터 연료 전지 시스템(10)에의 요구 전력이 미리 정해진 값 이하이며, 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 없는 모드이다. 제어부(20)는 연료 전지 시스템(10)의 운전 모드를, 예를 들어, 연료 전지 시스템(10)을 탑재하는 차량의 정지 시나, 저속 주행시 등의 저부하 운전 시에, 통상 운전 모드로부터 출력 요구 제로 운전 모드로 전환한다. 출력 요구 제로 운전 모드에서는, 제어부(20)는 이차 전지로부터 전력을 공급시킨다. 출력 요구 제로 운전 모드에서는, 제어부(20)는 연료 전지 스택(100)의 전압이 미리 정해진 범위 내가 될 정도로, 연료 전지 스택(100)에 산소를 공급시킨다. 또한, 출력 요구 제로 운전 모드 중에 있어서, 셀 전압이 개회로 전압이 되는 것을 피하기 위하여 작은 전류를 연료 전지 스택(100)으로부터 발생시켜도 된다. 이 경우에 대해서도, 출력 요구 제로 운전 모드에 포함된다. 본 실시 형태에서는, 제어부(20)는 출력 요구 제로 운전 모드에 있어서, 연료 전지 시스템(10)의 각 부를 제어하여, 후술하는 캐소드 가스 간헐 공급 제어를 행한다.
도 2는, 제어부(20)에 의해 실행되는 캐소드 가스 간헐 공급 제어의 흐름도이다. 제어부(20)는 출력 요구 제로 운전 모드를 개시하면, 캐소드 가스 간헐 공급 제어를 개시한다. 또한, 제어부(20)는 출력 요구 제로 운전의 정지 지시, 보다 구체적으로는, ECU(21)로부터 연료 전지 스택(100)에의 전력 요구가 되면, 도 2의 제어를 종료한다. 캐소드 가스 간헐 공급 제어 중에 있어서, 제어부(20)는 애노드 가스의 공급을 정지함과 함께, 셧 밸브(36) 및 압력 조절 밸브(37)를 개방한 상태로 하고, 바이패스 밸브(38)를 폐쇄한 상태로 한다.
캐소드 가스 간헐 공급 제어가 개시된 경우, 먼저, 제어부(20)는 캐소드 가스의 공급을 정지한다(공정 S110). 구체적으로는, 제어부(20)는 컴프레서(34)가 연료 전지 스택(100)에 공급하는 캐소드 가스의 공급 유량을 제로로 설정한다.
이어서, 제어부(20)는 FC 전압이 목표 전압 V1보다 작은지 여부를 판단한다(공정 S120). 목표 전압 V1은, 연료 전지 스택(100)의 열화를 억제하면서, 출력 응답성을 확보 가능한 전압이며, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구해진 전압이다. 본 실시 형태에서는, 제어부(20)는 목표 전압 V1을 미리 기억하고 있다. FC 전압은, 전압 검출부(91)에 의해 검출된다.
FC 전압이 목표 전압 V1 이상이라고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S120: "아니오"), 플로는, 공정 S110으로 되돌아간다. 한편, FC 전압이 목표 전압 V1보다 작다고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S120: "예"), 제어부(20)는 캐소드 가스의 공급을 행한다(공정 S130). 구체적으로는, 제어부(20)는 컴프레서(34)에 의해 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스의 공급을 행한다. 여기서, 캐소드 가스 간헐 공급 제어 중에 있어서, 제어부(20)가 컴프레서(34)에 의해 캐소드 가스를 공급하는 기간을 「공급 기간 P1」이라고 칭하고, 제어부(20)가 캐소드 가스의 공급을 정지하는 기간을 「정지 기간 P2」라고 칭한다.
공급 기간 P1에 있어서 컴프레서(34)에 의해 송출되는 공기의 유량은, 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작다. 이와 같이 함으로써, FC 전압이 급격하게 상승하는 것을 완화할 수 있다. 여기서, 공기의 유량은, 에어플로 미터(32)에 의해 측정 가능하다.
본 실시 형태에서는, 공급 기간 P1에 있어서 컴프레서(34)에 의해 송출되는 공기의 유량은, 0.5NL/min 이상 30NL/min 이하이고, 바람직하게는, 3NL/min 이상 14NL/min 이하이다. 한편, 본 실시 형태에서는, 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량은, 150NL/min 이상 5000NL/min 이하이다. 또한, 1NL/min은, 기준 상태(압력: 0.1013MPa, 온도 0℃, 습도 0％)의 공기가 매분1L 흐르는 것을 의미한다.
본 실시 형태에서는, 공급 기간 P1에 있어서 컴프레서(34)에 의해 송출되는 공기의 유량은, 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량의 최대 유량의 1％ 이하이다. 이와 같이 함으로써, FC 전압이 급격하게 상승하는 것을 효과적으로 완화할 수 있기 때문에, 연료 전지 스택(100)의 내구성이 향상된다.
캐소드 가스의 공급을 개시한(공정 S130) 후, 제어부(20)는 FC 전압이 목표 전압 V1 이상인지 여부를 판단한다(공정 S140). FC 전압이 목표 전압 V1보다 작다고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S140: "아니오"), 제어부(20)는 캐소드 가스의 공급을 계속한다(공정 S130). 한편, FC 전압이 목표 전압 V1 이상이라고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S140: "예"), 플로는 공정 S110으로 되돌아가서, 제어부(20)는 캐소드 가스의 공급을 정지한다. 제어부(20)는 출력 요구 제로 운전 모드가 종료될 때까지, 상술한 일련의 처리를 반복한다.
도 3의 타이밍 차트는, 캐소드 가스 간헐 공급 제어를 나타낸다. 도 3에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은, 위에서부터 순차적으로, FC 전압의 변화와, 컴프레서(34)의 구동 상황을 나타낸다. 도 3에는, 캐소드 가스 간헐 공급 제어의 일부 기간이 도시되어 있다.
본 실시 형태에서는, 시간 t0 내지 시간 t1에 있어서, 제어부(20)는 연료 전지 스택(100)에의 캐소드 가스의 공급을 정지하고 있다. 즉, 제어부(20)는 컴프레서(34)를 정지시키고 있다.
그 후, 시간 t1 내지 시간 t2에 있어서, FC 전압은 목표 전압 V1보다 작게 되어 있기 때문에, 제어부(20)는 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스를 공급하고 있다. 즉, 제어부(20)는 컴프레서(34)를 구동시키고 있다. 여기서, 시간 t1부터 시간 t2까지의 기간은, 컴프레서(34)를 구동시키고 있는 공급 기간 P1이다.
그 후, 시간 t2부터 시간 t3까지의 기간에는, FC 전압은 목표 전압 V1 이상이기 때문에, 제어부(20)는 연료 전지 스택(100)에의 캐소드 가스의 공급을 정지하고 있다. 즉, 시간 t2부터 시간 t3까지의 기간은, 컴프레서(34)를 정지시키고 있는 정지 기간 P2이다.
마찬가지로, 시간 t3부터 시간 t4까지의 기간은, 컴프레서(34)를 구동시키고 있는 공급 기간 P1이며, 시간 t4부터 시간 t5까지의 기간은, 컴프레서(34)를 정지시키고 있는 정지 기간 P2이다. 본 실시 형태에서는, 공급 기간 P1과 정지 기간 P2를 1회씩 구비하는 1주기가, 2초 이상 5초 이하이다.
상술한 바와 같이, 연료 전지 스택(100)에의 출력 요구가 없는 기간에 있어서, 제어부(20)는 공급 기간 P1과 정지 기간 P2가 교대로 되도록 컴프레서(34)를 제어한다. 즉, 제어부(20)는 컴프레서(34)에 의한 캐소드 가스의 공급과 정지를 교대로 실행한다(전환한다). 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 공급 기간 P1은, 정지 기간 P2보다도 길다. 또한, 도 3에 도시되는 상태로 되기 전에, 공급 기간 P1보다도 긴 정지 기간 P2가 있어도 된다. 즉, 최초의 공급 기간 P1이 개시되기 전에, 공급 기간 P1보다도 긴 정지 기간 P2가 있어도 된다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에서는, 공급 기간 P1은, 정지 기간 P2보다도 길고, 공급 기간 P1에 있어서 컴프레서(34)에 의해 송출되는 공기의 유량은, 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작다. 이 때문에, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에 의하면, 컴프레서(34)가 송출한 공기에 기인하여 상승하는 FC 전압의 상승 정도를 완만하게 할 수 있기 때문에, FC 전압의 진폭을 작게 할 수 있다. 이 결과, FC 전압이 너무 높아지는 것에 의해 연료 전지 스택(100) 내의 촉매가 열화되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 출력 요구가 있었을 경우에 신속히 대응할 수 있다. 또한, 공급 기간 P1에 있어서 컴프레서(34)에 의해 송출되는 공기의 유량은, 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작기 때문에, 이들 유량을 동일하게 한 경우보다도 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에서는, 공급 기간 P1은, 정지 기간 P2보다도 길다. 이 때문에, 연료 전지 스택(100) 내의 수증기나 물의 유동성이 향상되기 때문에, 연료 전지 시스템(10) 내의 환경을 양호하게 유지할 수 있다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에서는, 제어부(20)는 연료 전지 스택(100)의 전압이 미리 정해진 목표 전압 V1보다도 작은 경우에 컴프레서(34)를 구동시키고, 연료 전지 스택(100)의 전압이 목표 전압 V1보다도 큰 경우에 컴프레서(34)를 정지시킨다. 공정 S120에 있어서의 목표 전압 V1과 공정 S140에 있어서의 목표 전압 V1을 다른 값으로 설정해도 되지만, 본 실시 형태와 같이, 공정 S120에 있어서의 목표 전압 V1과 공정 S140에 있어서의 목표 전압 V1을 동일하게 함으로써, 제어를 간소화할 수 있다.
본 실시 형태의 연료 전지 시스템(10)에서는, 컴프레서(34)로서 터보 에어 컴프레서를 사용한다. 여기서, 터보 에어 컴프레서는, 다른 에어 컴프레서에 비하여, 가동 개시 시의 소비 전력이 작고, 응답성이 좋다. 이 때문에, 연료 전지 시스템(10)에 의하면, 공급 기간 P1과 정지 기간 P2를 신속히 절환할 수 있음과 함께, 소비 전력을 억제할 수 있기 때문에 연비가 향상된다.
B. 제2 실시 형태
제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 비교하여, 공급 기간 P1로부터 정지 기간 P2로 전환될 때, 제어부(20)는 컴프레서(34)의 구동을 정지시킬 때 발생하는 회생 전력을 이차 전지(92)에 충전하는 구성인 점이 상이하지만, 기타는 동일하다. 제2 실시 형태에 따르면, 회생 전력을 충전함으로써, 연비를 향상시킬 수 있다.
C. 제3 실시 형태
도 4는, 제3 실시 형태에 있어서의 캐소드 가스 간헐 공급 제어의 흐름도이다. 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태와 비교하여, 공정 S150과 공정 S160을 구비하는 점에서 상이하지만, 기타는 동일하다.
제3 실시 형태에서는, FC 전압이 목표 전압 V1보다 작다고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S140: "아니오"), 제어부(20)는 FC 전압이 하한 전압 V2보다 작은지 여부를 판단한다(공정 S150). 하한 전압 V2는, 예를 들어, 연료 전지 스택(100) 내의 촉매 산화 반응과 환원 반응이 전환되는 전압이며, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구해진 전압이다. 본 실시 형태에서는, 제어부(20)는 미리 하한 전압 V2를 기억하고 있다. 본 실시 형태에서는, 하한 전압 V2는 목표 전압 V1보다도 작다.
FC 전압이 하한 전압 V2 이상이라고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S150: "아니오"), 제어부(20)는 캐소드 가스의 공급을 계속한다(공정 S130). 한편, FC 전압이 하한 전압 V2보다 작다고 제어부(20)가 판단한 경우(공정 S150: "예"), 제어부(20)는 퍼지 처리를 행한다(공정 S160). 퍼지 처리(공정 S160) 후, 플로는, 공정 S110으로 되돌아간다. 여기서, 퍼지 처리란, 연료 전지 스택(100) 내의 캐소드 가스 유로(60)에 존재하는 물을 저감시키는 처리이다. 본 실시 형태에서는, 공급 기간 P1에 있어서 컴프레서(34)에 의해 송출되는 공기의 유량의 10배 이상의 유량의 공기가, 컴프레서(34)에 의해 연료 전지 스택(100)에 공급된다. 본 실시 형태에서는, 퍼지 처리가 몇초간 행하여진다.
제3 실시 형태에 따르면, 퍼지 처리를 행함으로써, 연료 전지 스택(100) 내의 캐소드 가스 유로(60)에 존재하는 물에 기인하는 FC 전압의 저하를 회복시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 기술적 특징에 대응하는 실시 형태 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 또는, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해서, 적절히, 바꾸기나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않다면, 적절히, 삭제하는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 연료 전지 시스템에 있어서,
    연료 전지 스택(100)과,
    상기 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스를 공급하는 컴프레서(34)와,
    상기 컴프레서(34)를 포함하는 상기 연료 전지 시스템의 구성 부품을 제어하도록 구성되는 제어부(20)를 포함하고,
    상기 제어부(20)는 상기 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 없을 경우에, 상기 컴프레서(34)에 의해 상기 캐소드 가스를 공급하는 공급 기간과, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지하는 정지 기간이 교대로 되도록 상기 컴프레서(34)를 제어하도록 구성되고,
    상기 제어부(20)는 상기 공급 기간을, 상기 정지 기간보다도 길고, 상기 공급 기간에 있어서 상기 컴프레서(34)에 의해 공급되는 상기 캐소드 가스의 유량을, 상기 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작아지게 상기 컴프레서(34)를 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    이차 전지(92)를 더 포함하고,
    상기 제어부(20)는 상기 공급 기간으로부터 상기 정지 기간으로 전환될 때, 상기 컴프레서(34)의 구동을 정지시킬 때 발생하는 회생 전력을, 상기 이차 전지(92)에 충전하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 전지 스택(100)의 전압을 검출하는 전압 검출부(91)를 더 포함하고,
    상기 제어부(20)는 상기 연료 전지 스택(100)의 전압이 미리 정해진 전압보다도 작은 경우에, 상기 컴프레서(34)에 의해 상기 캐소드 가스를 공급시키고, 상기 연료 전지 스택(100)의 전압이 상기 미리 정해진 전압보다도 큰 경우에, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지시키도록 상기 컴프레서(34)를 제어하도록 구성되는, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴프레서(34)는 터보 에어 컴프레서인, 연료 전지 시스템.
  5. 연료 전지 스택(100)과, 상기 연료 전지 스택(100)에 캐소드 가스를 공급하는 컴프레서(34)를 구비하는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 연료 전지 스택(100)에의 전력의 출력 요구가 없을 경우에, 상기 컴프레서(34)에 의해 상기 캐소드 가스를 공급하는 공급 기간과, 상기 캐소드 가스의 공급을 정지하는 정지 기간이 교대로 되도록 상기 컴프레서(34)를 제어하고,
    상기 공급 기간을, 상기 정지 기간보다도 길고, 상기 공급 기간에 있어서 상기 컴프레서(34)에 의해 공급되는 상기 캐소드 가스의 유량을, 상기 연료 전지 스택에의 전력의 출력 요구가 있는 경우에 있어서의 유량보다도 작게 하도록 상기 컴프레서(34)를 제어하는, 연료 전지 시스템의 제어 방법.
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