JP2007257956A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御部40は、燃料電池スタック1の反応に必要な含水状態を基準として、この燃料電池スタック1の乾燥状態を推定する。また、制御部40は、燃料電池スタック1の発電状態に応じて設定される運転圧力に基づいて、空気調圧弁23およびコンプレッサ21の回転数を制御することにより、酸化剤極に供給される空気圧力を制御する。この場合、制御部40は、燃料電池スタック1が乾燥していると推定した場合には、酸化剤極に供給される空気圧力が運転圧力よりも大きくなるように、供給される空気圧力を制御する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる燃料電池システムを示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、車両を駆動する電動モータの電源として、車両に搭載されている。
本発明の第2の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第2の実施形態にかかる燃料電池システムが第1の実施形態のそれと相違する点は、乾燥圧力Pdの算出方法である。本実施形態の基本的なシステム構成は、第1の実施形態のそれと同じであり、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることとし、その詳細な説明は省略する。なお、この第2の実施形態にかかる燃料電池システムにおいて、制御部40は、燃料電池システムがシステムを停止してから次回に起動するまでの経過時間をシステム停止時間Tstopとして測定しているとともに、システムが起動してからの経過時間をシステム経過時間Tstartとして測定している。
図7は、本発明の第3の実施形態にかかる燃料電池システムを示すブロック図である。本発明の第3の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第3の実施形態にかかる燃料電池システムが第1の実施形態のそれと相違する点は、乾燥圧力Pdの算出方法である。本実施形態の基本的なシステム構成は、第1の実施形態のそれと同じであり、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることとし、その詳細な説明は省略する。なお、この第3の実施形態にかかる燃料電池システムにおいて、制御部40には、スタック温度センサ44からの検出信号の入力に代えて、燃料電池スタック1における電解質膜の抵抗値を測定する抵抗値センサ45からの検出信号が入力されている。
図10は、本発明の第4の実施形態にかかる燃料電池システムを示すブロック図である。本発明の第4の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第4の実施形態にかかる燃料電池システムが第1の実施形態のそれと相違する点は、乾燥圧力Pdの算出方法である。本実施形態の基本的なシステム構成は、第1の実施形態のそれと同じであり、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることとし、その詳細な説明は省略する。なお、この第4の実施形態にかかる燃料電池システムにおいて、制御部40には、スタック温度センサ44からの検出信号の入力に代えて、燃料電池スタック1の燃料極側からの排出ガスの湿度を検出する湿度センサ46からの検出信号が入力されている。
図12は、本発明の第5の実施形態にかかる燃料電池システムを示すブロック図である。本発明の第5の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。この第5の実施形態にかかる燃料電池システムが第1の実施形態のそれと相違する点は、乾燥圧力Pdの算出方法である。本実施形態の基本的なシステム構成は、第1の実施形態のそれと同じであり、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いることとし、その詳細な説明は省略する。なお、この第5の実施形態にかかる燃料電池システムにおいて、制御部40には、スタック温度センサ44からの検出信号の入力に代えて、燃料電池スタック1の酸化剤極へ供給される空気の湿度を検出する湿度センサ47からの検出信号が入力されている。
10 燃料タンク
11 水素調圧弁
12 水素循環ポンプ
13 パージ弁
20 空気供給装置
21 コンプレッサ
23 空気調圧弁
24 バイパス弁
31 ラジエータ
32 冷媒循環ポンプ
40 制御部
41 水素圧力センサ
42 流量計
43 空気圧力センサ
44 スタック温度センサ
45 抵抗値センサ
46 湿度センサ
47 湿度センサ
48 電流計
Claims (12)
- 燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、
前記燃料電池の酸化剤極側から排出される排出ガスを外部に排出するとともに、前記燃料電池の燃料極側から排出される排出ガスを希釈して排出する酸化剤ガス排出流路と、
前記燃料電池をバイパスして、前記酸化剤ガス供給流路側から前記酸化剤ガス排出流路側に前記酸化剤ガスが流れるバイパス流路と、
前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、
前記燃料電池の反応に必要な含水状態を基準として、当該燃料電池の乾燥状態を推定する推定手段と、
前記燃料電池の発電状態に応じて設定される運転圧力に基づいて、前記圧力調整手段を制御することにより、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力を制御する圧力制御手段とを有し、
前記圧力制御手段は、前記推定手段によって前記燃料電池が乾燥していると推定された場合には、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力が前記運転圧力よりも大きくなるように、前記圧力調整手段を制御することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記圧力制御手段は、前記燃料電池が乾燥している程、前記酸化剤極に供給される前記酸化剤ガスの圧力が前記運転圧力よりも大きくなるように、前記圧力調整手段を制御することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
- 前記圧力制御手段は、前記燃料電池を構成する部品の性能に応じて設定される上限圧力の範囲内において、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力を前記運転圧力よりも大きくすることを特徴とする請求項1または2に記載された燃料電池システム。
- 前記圧力制御手段は、前記燃料電池に要求される負荷の時間変化率が大きい場合には、前記燃料電池に要求される負荷の時間変化率が小さい場合と比較して、前記上限圧力を小さく設定することを特徴とする請求項3に記載された燃料電池システム。
- 前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段をさらに有し、
前記推定手段は、前記温度検出手段によって検出される前記燃料電池の温度が高い程、前記燃料電池が乾燥していると推定することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - システムの停止時間を測定する停止時間測定手段をさらに有し、
前記推定手段は、前記停止時間測定手段によって測定される前記システムの停止時間が長い程、前記燃料電池が乾燥していると推定することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - システムの起動後の経過時間を測定する経過時間測定手段をさらに有し、
前記推定手段は、前記経過時間測定手段によって測定される前記システムの起動後の経過時間が長い程、前記燃料電池が湿潤傾向に推移していると推定することを特徴とする請求項6に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池を構成する電解質膜の抵抗値を検出する抵抗値検出手段をさらに有し、
前記推定手段は、前記抵抗値検出手段によって検出される前記電解質膜の抵抗値が大きい程、前記燃料電池が乾燥していると推定することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池の燃料極側から排出される排出ガスの湿度を検出する湿度検出手段をさらに有し、
前記推定手段は、前記湿度検出手段によって検出される前記排出ガスの湿度が低い程、前記燃料電池が乾燥していると推定することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスの湿度を検出する湿度検出手段をさらに有し、
前記推定手段は、前記湿度検出手段によって検出される前記酸化剤ガスの湿度が低い程、前記燃料電池が乾燥していると推定することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段と、
前記バイパス流路に設けられ、自己の開閉状態に応じて、前記酸化剤ガスの流れを遮断可能な開閉手段とをさらに有し
前記圧力制御手段は、前記発電電流検出手段によって検出される前記発電電流に基づいて、前記開閉手段の開閉状態をさらに制御することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電電流を検出する発電電流検出手段をさらに有し、
前記圧力制御手段は、前記発電電流検出手段によって検出される前記発電電流に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力が前記運転圧力よりも大きくなるように、前記圧力調整手段を制御するか否かを決定することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載された燃料電池システム。
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