JP2003173804A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
残量警告表示条件を外気温に基づき変更する。 【解決手段】 燃料電池システムに設置された燃料電池
スタック(1)と、燃料電池スタックに用いる純水を流
通する経路とを断熱材(8)で覆い、前記純水が凍結し
ないように純水の温度が所定温度(Ts)以下になった
ときに加熱手段(6)によって純水を加熱し、前記加熱
手段は燃料電池システムの燃料によって運転され、前記
燃料電池システムの燃料残量が所定量(V1)以下のと
きに燃料残量の警告灯(19)を点灯し、この警告灯が
点灯する所定量は、前記断熱材の外部温度が低温である
ほどこの所定量が多く設定される。
Description
に関する。
電池は、固体高分子電解質膜と触媒と電極からなる単セ
ルをスタック状に積層して構成される。
は、発電時に適度の潤湿状態を維持することでプロトン
伝導性を示すため、水分を補給する必要がある。このた
め、燃料電池システムには水分補給用の純水タンクが設
置されており、また他の目的でシステム中に純水を使用
する部位もある。
となると凍結し、燃料電池の故障や性能劣化を招くとい
う問題が生じる。
が起動できず、冷間時の起動性が著しく損なわれ、始動
直後に発進できず、実用性が悪い。
000−277135号公報には、燃料電池を断熱材で
覆い、燃料電池からの放熱を遮断するとともに、その内
部に加熱手段を設けた構成が開示されている。
報の構成では、加熱手段によって消費される燃料量につ
いて考慮されておらず、移動体に搭載される燃料電池の
ように所定量の燃料を貯蔵して運転される燃料電池に
は、燃料の残量を制御することができないため適用する
には問題がある。
燃料電池システム内で消費される燃料の残量を把握、制
御して運転者に燃料残量情報を提供するとともに、シス
テム中の純水の温度が氷点下にならないように制御する
ことで課題を解決するものである。
システムに設置された燃料電池スタックと、燃料電池ス
タックに用いる液体を流通する経路との少なくとも一部
を断熱材で覆い、前記液体が凍結しないように液体の温
度が液体の凝縮点以上に設定される所定温度以下になっ
たときに加熱手段によって液体を加熱し、前記加熱手段
は燃料電池システムの燃料によって運転され、前記燃料
電池システムの燃料残量が所定量以下のときに燃料残量
の警告灯を点灯し、この警告灯が点灯する所定量は、前
記断熱材の外部温度が低温であるほどこの所定量が多く
設定される。
警告灯が点灯した時に前記所定温度をより液体の凝固点
に近い第2の所定温度に切り換える。
液体の温度が第2所定温度以下となったときに、前記加
熱手段の運転状態をより高効率の状態に切り換える。
加熱手段は、燃料を燃焼するヒータであり、前記高効率
の運転状態は、このヒータの負荷を高め作動時間を短く
する。
明において、前記燃料電池システムは、改質ガスを生成
する改質装置を備え、前記加熱手段は、前記改質ガスの
原燃料を燃焼するヒータである。
燃料警告灯が点灯する所定量は、前記外部温度とその検
出時刻から設定される。
外部温度とその検出時刻とその時刻での燃料の残量に基
づき燃料がなくなるまでの時間を算出し、その時間を警
告装置によって告知する。
外部温度が、液体の凝固点を越える温度である場合に前
記加熱手段の運転を停止する。
て、前記液体は、燃料電池の冷却もしくは加湿に用いら
れる純水であり、前記凝固点は0℃である。
を使用して運転される加熱手段が、液体の凍結を防止す
るように液体の温度が液体の凝固点以上に設定される所
定温度以下になったときに液体を加熱する。燃料電池シ
ステムの燃料の残量が所定量以下のときに燃料残量の警
告灯を点灯し、この警告灯が点灯する所定量は、断熱材
の外部温度が低温であるほど燃料残量の所定量が多くな
るように設定される。したがって、加熱手段の運転を所
定温度以下の場合に限定したことにより加熱手段によっ
て消費される燃料の量を抑制することができる。また外
部温度が低い場合には加熱手段が消費する燃料が増加
し、燃料電池システムの燃料の消費が進み、システムの
燃料切れが生じて燃料電池スタックと燃料電池システム
の液体が凍結する恐れが早まるが、このような場合には
燃料残量が所定量以下で警告灯を点灯することで事前に
運転者に燃料切れの可能性を認知させ、燃料切れによる
燃料電池スタックの凍結を防止することができる。
に所定温度をより液体の凝固点に近い第2の所定温度に
切り換えることで、加熱手段による燃料の消費量をさら
に低減し、燃料電池システムの運転時間を長期化し、燃
料電池スタックと燃料電池システムの液体の凍結を防止
できる。
度以下となったときに、加熱手段の運転状態をより高効
率の状態に切り換えることで、加熱手段の燃料消費量を
低減し、燃料電池システムの運転時間を延長することが
できる。
燃焼するヒータであり、前記高効率の運転状態は、この
ヒータの負荷を高め作動時間を短くすることにより、燃
料消費量を低減し、効率を高めることができる。
池スタックに(改質された後)改質ガスとして供給され
る原燃料を燃焼するヒータとしたので、燃料を兼用して
効率よく純水の温度を制御できる。
定量は、前記外部温度とその検出時刻から設定されるこ
とにより、さらに精度よく燃料の消費状態を判定するこ
とができる。
とその時刻での燃料の残量に基づき燃料がなくなるまで
の時間を算出し、その時間を警告装置によって告知する
ことにより、燃料切れによる液体の凍結を確実に防止す
ることができる。
点を越える温度である場合に前記加熱手段の運転を停止
することにより、加熱手段の無駄な運転を防止し、燃料
の消費を抑制する。
冷却もしくは加湿に用いられる純水であり、前記凝固点
は0℃としたので、加熱の要否の判断を正確に行うこと
ができ、確実に純水の凍結を防止できる。
の構成の一例を示す。
改質ガスが、またブロア12から空気が供給される。改
質ガスと空気はスタック1内で発電のための電気化学変
化に供せられて、排出される。
として、アキュムレータ2内の純水がポンプ5の作動に
よって熱交換器4を介して燃料電池スタック1に供給さ
れる。燃料電池スタック1を冷却することで昇温した冷
却水は、熱交換器4でポンプ9から熱交換器4内に供給
される冷媒との間で熱交換を行い、降温される。熱交換
器4から排出された冷媒は、ラジエータ10に送られて
大気中に熱を放出し、温度を低下させる。
レータ2と、ポンプ5と、熱交換器4及びこれらを連結
する純水通路は、断熱材8によって覆われており、外部
との熱交換は遮断されている。アキュムレータ2にはそ
の純水の温度を検出するための温度センサ3が設置され
ており、この検出値が断熱材8内の代表温度として取り
扱われる。また断熱材8内には断熱材8内の空気を加熱
するための加熱手段、例えばヒータ6が設置されてい
る。ヒータ6には燃料タンク14から燃料流路13と1
8を通じて燃料が供給され、燃焼し、その排気ガスは断
熱材8の外部に排出される。
4を通じて改質器2にも供給されて、改質反応に用いら
れる。
ローラ17には、外気温度計16、温度センサ3、燃料
残量計15の検出信号が入力され、これらの信号に基づ
いてコントローラ17は燃料残量警告灯19、ポンプ
5、9及びヒータ6の作動を制御する。
ラ17が実施する制御内容を説明する。
気温が入力され、ステップ12で外気温が水の凝固点で
ある0℃以下かどうかを判定する。0℃以下の場合には
ステップ14に進み、0℃を越える時には純水は凍るこ
とがないので制御を停止する。つまり、断熱材8内の温
度が後述する温度しきい値より低い場合でも、外気温度
が0℃以下でなければヒータ6を作動させない。このよ
うに制御することで、無駄にヒータ6を作動させること
なく、燃料消費量を削減できる。
点灯する基準燃料残量V1を算出する。基準燃料残量V
1は図3に示すようなマップから外気温に応じて設定さ
れ、0℃を超えるときには、基準の残量VBを基準燃料
残量V1として設定し、0℃では燃料電池スタック1、
純水流路等の氷を解凍することを見越した燃料分Q1を
基準残量VBに加算して基準燃料残量V1として設定す
る。氷点下の気温の場合には、気温が低くなるほど氷の
解凍に要する熱量が増大するため、気温が低いほど解凍
に必要な燃料分Q1を増加させ、これを基準残量VBに
加算して基準燃料残量V1とする。
とにより、外気温度が低いほどにヒータ6の燃料消費量
が多くなることを勘案し、燃料切れによる燃料電池シス
テムの凍結の可能性を運転者等に警告し、予防すること
ができる。また燃料残量算出の際、外気温が時刻に応じ
て変化することを利用し、時刻を制御変数としてある時
刻での外気温度を測定し、予め記憶された時刻と外気温
度の関係のマップ等に基づきこの時刻からの外気温度変
化を予測し、保温に必要な燃料残量をさらに精度よく算
出するようにしてもよい。なお、このとき外気温度とそ
の検出時刻と燃料の残量から燃料切れまでの時間を演算
し、運転者等に燃料切れまでの時間を告知する警告装置
を設置するようにしてもよい。
が入力され、続くステップ18で検出された燃料残量V
mが基準燃料残量V1以上残っているかどうかを判定す
る。基準燃料残量V1以上残っているときにステップ2
2に進み、基準に満たない時にはステップ20に進んで
燃料残量警告灯19を点灯し、運転者等に燃料残量に注
意するよう警告する。
用いて検出された燃料残量Vmから断熱材8内の温度し
きい値Tを算出する。燃料残量Vmが所定量V2より少
ない場合には温度しきい値Tが0℃に近い値Ttを算出
し、所定量V2以上の時にはTtより高温の温度しきい
値Tsを算出する。燃料残量の所定値をV2として前記
基準燃料残量V1を用いて燃料警告灯19の点灯と同時
に断熱材8内の温度しきい値を切り換えてもよい。
熱材8内を保温できる時間が短くなり、燃料切れによる
凍結の恐れが生じるが、この場合には断熱材8内の温度
を0℃に近づけてヒータ6の点火温度を下げて断熱材8
内部の純水が凍結しない下限温度に断熱材8内の温度を
保持するようにする。したがって、燃料の消費量を低減
し、純水が凍結しない温度に断熱材8内の温度をより長
時間保持することができる。
5に示すより高効率、高出力の運転状態となるように制
御する。通常の運転状態ではヒータ6は、低出力の運転
状態(図5中のW1で示す。)で運転される。これは、
断熱材8内の温度が局所的に高くなり、局部的に熱損傷
を生じることを防止するためである。しかしながら、燃
料残量Vmが減少し、燃料警告灯19が点灯した場合に
は、ヒータ6を高出力(W2)、高効率(H2)の運転
状態に切り換える。この高効率の燃焼状態で、断熱材8
内の平均設定温度を純水が凍結しない下限温度(例え
ば、温度しきい値Tt)まで低下させることで最小燃料
消費量が達成される。
材8内に局所的な高温部が発生し、熱損傷の恐れが生じ
るが、この運転状態は短時間に行われるもので、熱損傷
は最小限度に抑制されるため問題とならない。
きい値Tを切り換えた場合の燃料警告灯19点灯前と点
灯後でのヒータ6の運転状態の違いを示す。実線で示し
た運転状態が点灯後の状態、点線で示したものが点灯前
の運転状態である。点灯前は前述のように低効率H1、
低出力W1で運転され、点灯後は高効率H2、高出力W
2で運転される。比較すると高効率H2、高出力W2で
運転したときの方が急速に温度が上昇するため燃焼時間
ctが短く、点火周期Kが長くてよいことがわかる。
ップ24で、断熱材8内の温度としてアキュムレータ2
の温度Tmを温度センサ3によって検出し、続くステッ
プ26でこの検出温度Tmとしきい値Tを比較する。そ
して検出温度Tmがしきい値T以上の時にはヒータ6を
点火する必要がないため制御を終了する。一方、検出温
度Tmがしきい値T未満の温度のときにはステップ28
でヒータ6を点火し、断熱材8内を加熱し、制御を終了
する。
めたものが図7である。この図7では、燃料警告灯19
が表示される残量V1となったときに断熱材8内の温度
しきい値を切り換える場合を説明する。
である第1温度しきい値(Ts)まで断熱材8内の温度
が低下したとすると、ヒータ6が点火し、低効率、低出
力で断熱材8内を加熱する。時刻t2までこの状態で断
続的に断熱材8内を加熱し、このt1からt2の間に燃
料が消費されて時刻t2で燃料警告灯19が表示される
残量V1まで燃料が消費される。
断熱材8内の温度しきい値Tはより0℃に近い第2温度
しきい値(Tt)に切り換わるとともに、断熱材8内の
温度が第2温度しきい値となったときにヒータ6の運転
状態は高効率、高出力運転に切り換えられる(時刻t
3)。断熱材8内の温度がこの第2温度しきい値Ttを
維持されるようにヒータ6は高効率、高出力で燃焼する
ため燃料の消費が抑制され、断熱材8内の保温時間をよ
り長期とすることができる。
度、つまり純水の温度が氷点下にならないように純水の
温度が所定温度(Ts)以下になるとヒータ(加熱手
段)6を点火して、純水を所定温度Tsに制御し、また
ヒータの燃焼に用いる燃料の残量Vmが燃料警告灯19
を点灯するべき残量V1以下になると燃料警告灯19を
点灯し、さらに断熱材8の外部温度が低いほど燃料警告
灯19が点灯する残量V1を多く設定するようにした。
したがって、加熱手段の運転を所定温度以下の場合に限
定したことにより加熱手段によって消費される燃料の量
を抑制することができる。また外部温度が低い場合には
加熱手段が消費する燃料量が増加し、燃料電池システム
の燃料量の消費が進み、システムの燃料切れが生じて燃
料電池スタック1が凍結する恐れがあるが、このような
場合には燃料残量が残量V1以下で燃料警告灯を点灯す
ることで事前に運転者に燃料切れの可能性を認知させ、
燃料電池スタック1の凍結を防止することができる。
の温度しきい値をより0℃に近い第2の所定温度(T
t、第2の温度しきい値)に切り換えることで、さらに
加熱手段による燃料の消費量を低減し、燃料電池システ
ムの運転時間を長期化し、燃料電池スタックの凍結を防
止できる。
ものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざま
な変更がなしうることは明白である。
めの図である。
トである。
る。
ップである。
である。
Claims (9)
- 【請求項1】燃料電池システムに設置された燃料電池ス
タックと、燃料電池スタックに用いる液体を流通する経
路との少なくとも一部を断熱材で覆い、 前記液体が凍結しないように液体の温度が液体の凝縮点
以上に設定される所定温度以下になったときに加熱手段
によって液体を加熱し、 前記加熱手段は燃料電池システムの燃料によって運転さ
れ、 前記燃料電池システムの燃料残量が所定量以下のときに
燃料残量の警告灯を点灯し、 この警告灯が点灯する所定量は、前記断熱材の外部温度
が低温であるほどこの所定量が多く設定されることを特
徴とする燃料電池システム。 - 【請求項2】前記警告灯が点灯した時に前記所定温度を
より液体の凝固点に近い第2の所定温度に切り換えるこ
とを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 【請求項3】前記液体の温度が第2所定温度以下となっ
たときに、前記加熱手段の運転状態をより高効率の状態
に切り換えることを特徴とする請求項2に記載の燃料電
池システム。 - 【請求項4】前記加熱手段は、燃料を燃焼するヒータで
あり、前記高効率の運転状態は、このヒータの負荷を高
め作動時間を短くすることを特徴とする請求項3に記載
の燃料電池システム。 - 【請求項5】前記燃料電池システムは、改質ガスを生成
する改質装置を備え、前記加熱手段は、前記改質ガスの
原燃料を燃焼するヒータであることを特徴とする請求項
1または3ないし4に記載の燃料電池システム。 - 【請求項6】前記燃料警告灯が点灯する所定量は、前記
外部温度とその検出時刻から設定されることを特徴する
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 【請求項7】前記外部温度とその検出時刻とその時刻で
の燃料の残量に基づき燃料がなくなるまでの時間を算出
し、その時間を警告装置によって告知することを特徴と
する請求項6に記載の燃料電池システム。 - 【請求項8】前記外部温度が、液体の凝固点を越える温
度である場合に前記加熱手段の運転を停止することを特
徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 【請求項9】前記液体は、燃料電池の冷却もしくは加湿
に用いられる純水であり、前記凝固点は0℃であること
を特徴とする請求項1または8に記載の燃料電池システ
ム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001372260A JP3736446B2 (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001372260A JP3736446B2 (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 燃料電池システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003173804A true JP2003173804A (ja) | 2003-06-20 |
JP3736446B2 JP3736446B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=19181182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001372260A Expired - Fee Related JP3736446B2 (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3736446B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7189467B2 (en) | 2002-07-05 | 2007-03-13 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
JP2007294186A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システムの凍結防止装置 |
-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001372260A patent/JP3736446B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7189467B2 (en) | 2002-07-05 | 2007-03-13 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
JP2007294186A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システムの凍結防止装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3736446B2 (ja) | 2006-01-18 |
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