JP2008053151A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008053151A JP2008053151A JP2006230721A JP2006230721A JP2008053151A JP 2008053151 A JP2008053151 A JP 2008053151A JP 2006230721 A JP2006230721 A JP 2006230721A JP 2006230721 A JP2006230721 A JP 2006230721A JP 2008053151 A JP2008053151 A JP 2008053151A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- injector
- injection
- fuel cell
- gas
- upstream
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムには、水素タンク等の燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路が設けられている。現在においては、この燃料供給流路に、燃料供給源からの燃料ガスの供給圧力を変化させる可変調圧弁を配置することにより、システムの運転状態に応じて燃料ガスの供給圧力を変化させる技術が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system including a fuel cell that generates power by receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. Such a fuel cell system is provided with a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source such as a hydrogen tank to the fuel cell. At present, there is a technique for changing the fuel gas supply pressure in accordance with the operation state of the system by arranging a variable pressure control valve for changing the fuel gas supply pressure from the fuel supply source in the fuel supply channel. Proposed.
また、近年においては、流量調整用の開閉弁を燃料電池システムの燃料供給流路に並列に複数配置し、これら開閉弁の開閉動作を各々制御することにより、燃料供給流路内の燃料ガスの供給流量や供給圧力を調整する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、前記した特許文献１に記載されたような従来の技術（開閉弁を燃料供給流路に並列に複数配置し、これら開閉弁の開閉動作を各々制御する技術）を採用すると、開閉弁を配置するための分岐した並列流路を燃料供給流路の途中に新たに設ける必要がある等、燃料電池システムの構成が徒に複雑になるという問題がある。 However, when a conventional technique (a technique in which a plurality of open / close valves are arranged in parallel in the fuel supply flow path and controls the open / close operations of these open / close valves) as described in Patent Document 1 described above, There is a problem that the configuration of the fuel cell system is complicated, for example, it is necessary to newly provide a branched parallel flow path for placement in the middle of the fuel supply flow path.
また、前記した特許文献１に記載されたような従来の技術を採用すると、並列に配置された開閉弁が同時に開放された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、これら開閉弁が同時に閉鎖された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、の差（圧力変動幅）が大きくなる。このように燃料供給流路内の圧力変動幅が大きくなると、燃料電池内の各部品が断続的に大きな負荷を受けることとなるため、燃料電池の耐用期間が短縮されるおそれがある。 Further, when the conventional technique as described in Patent Document 1 described above is adopted, the gas pressure in the fuel supply passage when the on-off valves arranged in parallel are opened at the same time, and the on-off valves are simultaneously closed. In this case, the difference (pressure fluctuation range) from the gas pressure in the fuel supply flow path becomes large. Thus, when the pressure fluctuation width in the fuel supply flow path becomes large, each component in the fuel cell is intermittently subjected to a large load, which may shorten the useful life of the fuel cell.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池と、この燃料電池に供給される燃料ガスの状態を調整する開閉弁と、を備える燃料電池システムにおいて、システムの構成の簡素化を図るとともに、燃料電池に与える負荷を軽減することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a fuel cell system including a fuel cell and an on-off valve that adjusts the state of the fuel gas supplied to the fuel cell, the system configuration is simplified. It aims at reducing the load given to a fuel cell.
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを燃料電池へと流すための燃料供給流路と、この燃料供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、を備える燃料電池システムであって、開閉弁は、燃料供給流路に複数直列に配置されてなるものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an upstream of the fuel supply channel. The on-off valve is provided with an on-off valve that adjusts the gas state on the side and supplies the gas to the downstream side, and a plurality of on-off valves are arranged in series in the fuel supply channel.
かかる構成を採用すると、開閉弁を燃料供給流路に複数直列に配置しているため、開閉弁を並列に配置する場合のように分岐した並列流路を燃料供給流路の途中に新たに設ける必要がない。従って、システムの構成を簡素化することが可能となる。また、直列に配置された複数の開閉弁が同時に開放された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、これら複数の開閉弁が同時に閉鎖された場合における燃料供給流路内のガス圧力と、の差（圧力変動幅）は、１個の開閉弁が開閉した場合の圧力変動幅より大きくなることがなく、さらに、これら複数の開閉弁の開閉時期をずらすことにより、燃料供給流路内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、燃料電池に与える負荷を軽減することが可能となる。なお、本発明において、「ガス状態」とは、流量、圧力、温度、モル濃度等で表されるガスの状態を意味し、特にガス流量及びガス圧力の少なくとも一方を含むものとする。 When such a configuration is adopted, a plurality of on-off valves are arranged in series in the fuel supply flow path, so that a parallel flow path branched as in the case where the on-off valves are arranged in parallel is newly provided in the middle of the fuel supply flow path. There is no need. Therefore, the system configuration can be simplified. Further, the gas pressure in the fuel supply passage when a plurality of on-off valves arranged in series are opened simultaneously, and the gas pressure in the fuel supply passage when the plurality of on-off valves are closed simultaneously, Difference (pressure fluctuation range) does not become larger than the pressure fluctuation range when one on-off valve opens and closes, and furthermore, by shifting the opening and closing timings of the plurality of on-off valves, The pressure fluctuation range can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the load applied to the fuel cell. In the present invention, the “gas state” means a gas state represented by a flow rate, pressure, temperature, molar concentration or the like, and particularly includes at least one of a gas flow rate and a gas pressure.
前記燃料電池システムにおいて、複数の開閉弁の作動時期を異ならせる制御手段を備えることができる。 The fuel cell system may include control means for varying the operation timings of the plurality of on-off valves.
かかる構成を採用すると、複数の開閉弁の作動時期を異ならせる（複数の開閉弁の開閉時期をずらす）ことができるので、燃料供給流路内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、燃料供給流路内の圧力変動に起因する燃料電池の劣化・損傷を抑制して燃料電池の耐用期間の長期化を実現させることが可能となる。 By adopting such a configuration, the operation timings of the plurality of on-off valves can be made different (the opening / closing timings of the plurality of on-off valves are shifted), so that the pressure fluctuation width in the fuel supply channel can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress the deterioration and damage of the fuel cell due to the pressure fluctuation in the fuel supply flow path, and to realize the long life of the fuel cell.
また、前記燃料電池システムにおいて、インジェクタを開閉弁として採用することができる。 In the fuel cell system, an injector can be employed as an on-off valve.
インジェクタとは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。所定の制御部がインジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することにより、燃料ガスの流量や圧力を制御することが可能となる。 An injector is an electromagnetically driven opening and closing that can adjust the gas state (gas flow rate and gas pressure) by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with electromagnetic driving force and separating it from the valve seat It is a valve. The predetermined control unit drives the valve body of the injector to control the fuel gas injection timing and injection time, whereby the flow rate and pressure of the fuel gas can be controlled.
また、前記燃料電池システムにおいて、複数の開閉弁として、所定の最短噴射時間で水素ガスの噴射を周期的に行うように構成された上流側インジェクタ及び下流側インジェクタを採用することができる。かかる場合において、上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、下流側インジェクタの噴射開始時から上流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とする制御手段を採用することができる。また、下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、上流側インジェクタの噴射開始時から下流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とする制御手段を採用してもよい。 In the fuel cell system, an upstream injector and a downstream injector configured to periodically inject hydrogen gas with a predetermined shortest injection time can be employed as the plurality of on-off valves. In such a case, the upstream injector is stopped from the start of injection of the downstream injector by preceding the start of injection and the stop of injection of the upstream injector with respect to the start of injection and stop of injection of the downstream injector, respectively. It is possible to employ a control means that sets the time until the new minimum injection time. In addition, from the start of the injection of the upstream injector to the stop of the injection of the downstream injector by making the injection start and injection stop of the downstream injector precede the injection start and injection stop of the upstream injector, respectively. Control means for setting the time to be the new shortest injection time may be adopted.
かかる構成を採用すると、上流側（下流側）インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、下流側（上流側）インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、下流側（上流側）インジェクタの噴射開始時から上流側（下流側）インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とすることができる。新たな最短噴射時間は、上流側インジェクタと下流側インジェクタとの双方が開放される時間（燃料ガスが燃料供給流路内を流れる時間）であり、１個の上流側（下流側）インジェクタの最短噴射時間よりも短いため、燃料供給流路内の圧力変動幅を小さくすることができる。 By adopting such a configuration, the upstream side (downstream side) injector starts and stops before the downstream side (upstream side) injector starts and stops, respectively. Side) The time from the start of injection of the injector to the stop of injection of the upstream (downstream) injector can be set as a new shortest injection time. The new shortest injection time is the time during which both the upstream and downstream injectors are opened (the time during which the fuel gas flows through the fuel supply passage), and is the shortest of one upstream (downstream) injector. Since it is shorter than the injection time, the pressure fluctuation width in the fuel supply channel can be reduced.
本発明によれば、燃料電池と、この燃料電池に供給される燃料ガスの状態を調整する開閉弁と、を備える燃料電池システムにおいて、システムの構成を簡素化することが可能となるとともに、燃料電池に与える負荷を軽減することが可能となる。 According to the present invention, in a fuel cell system including a fuel cell and an on-off valve that adjusts the state of the fuel gas supplied to the fuel cell, the system configuration can be simplified, and the fuel It is possible to reduce the load applied to the battery.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例について説明することとする。 Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described.
まず、図１〜図３を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３、システム全体を統合制御する制御装置４等を備えている。
First, the structure of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a
燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池１０により発生した電力は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１に供給される。ＰＣＵ１１は、燃料電池１０とトラクションモータ１２との間に配置されるインバータやＤＣ‐ＤＣコンバータ等を備えている。また、燃料電池１０には、発電中の電流を検出する電流センサ１３が取り付けられている。
The
酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給流路２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に導く空気排出流路２２と、加湿器２１から外部に酸化オフガスを導くための排気流路２３と、を備えている。空気供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。
The oxidant
水素ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを水素供給流路３１に戻すための循環流路３２と、を備えている。なお、水素タンク３０に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。
The hydrogen gas piping system 3 includes a
水素供給流路３１には、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３４と、インジェクタ３５ａ、３５ｂと、が設けられている。また、上流側のインジェクタ３５ａの上流側には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側圧力センサ４１及び温度センサ４２が設けられている。また、上流側のインジェクタ３５ａの下流側であって下流側のインジェクタ３５ｂの上流側と、下流側のインジェクタ３５ｂの下流側であって水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１の上流側と、には、水素供給流路３１内の水素ガスの圧力を検出する二次側圧力センサ４３、４４が設けられている。
The hydrogen
レギュレータ３４は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の調圧弁（減圧弁）をレギュレータ３４として採用している。機械式調圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成（ダイアフラム式調圧弁）を採用することができる。
The
本実施形態においては、インジェクタ３５ａ、３５ｂの上流側にレギュレータ３４を配置することにより、インジェクタ３５ａ、３５ｂの上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ３５ａ、３５ｂの機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ３５ａ、３５ｂの上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ３５ａ、３５ｂの上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ３５ａ、３５ｂの弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ３５ａ、３５ｂの下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ３５ａ、３５ｂの応答性の低下を抑制することができる。
In the present embodiment, the upstream pressure of the
インジェクタ３５ａ、３５ｂは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ３５ａ、３５ｂは、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。本実施形態においては、インジェクタ３５ａ、３５ｂの弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階又は多段階に切り替えることができるようになっている。制御装置４から出力される制御信号によってインジェクタ３５ａ、３５ｂのガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ３５ａ、３５ｂは、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。
The
インジェクタ３５ａ、３５ｂは、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ３５ａ、３５ｂのガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側（燃料電池１０側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。なお、インジェクタ３５ａ、３５ｂの弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ３５ａ、３５ｂ下流に供給されるガス圧力がインジェクタ３５ａ、３５ｂ上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ３５ａ、３５ｂを調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ３５ａ、３５ｂの上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な電磁式の可変調圧弁と解釈することもできる。
The
なお、本実施形態においては、図１に示すように、水素供給流路３１と循環流路３２との合流部Ａ１より上流側に、同一構造の２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂを直列に配置している。また、図１に破線で示すように、燃料供給源として複数の水素タンク３０を採用する場合には、各水素タンク３０から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部Ａ２）よりも下流側にインジェクタ３５ａ、３５ｂを配置するようにする。上流側のインジェクタ３５ａは本発明における上流側インジェクタに相当し、下流側のインジェクタ３５ｂは本発明における下流側インジェクタに相当する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, two
循環流路３２には、気液分離器３６及び排気排水弁３７を介して、排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、制御装置４からの指令によって作動することにより、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素オフガス（燃料オフガス）と、を外部に排出（パージ）するものである。また、循環流路３２には、循環流路３２内の水素オフガスを加圧して水素供給流路３１側へ送り出す水素ポンプ３９が設けられている。なお、排気排水弁３７及び排出流路３８を介して排出される水素オフガスは、希釈器４０によって希釈されて排気流路２３内の酸化オフガスと合流するようになっている。
A
制御装置４は、車両に設けられた加速操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ１２等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータ１２のほかに、燃料電池１０を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ２４、水素ポンプ３９、冷却ポンプのモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。
The
制御装置４は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。
The
制御装置４は、燃料電池１０の通常運転時に、下流側のインジェクタ３５ｂを開放状態にし、上流側のインジェクタ３５ａのみを作動させて水素供給流路３１内のガス状態（ガス圧力、ガス流量）を調整するようにしている。そして、システム作動中に上流側のインジェクタ３５ａに不具合が生じた場合には、上流側のインジェクタ３５ａを開放状態にし、下流側のインジェクタ３５ｂを作動させて水素供給流路３１内のガス状態を調整する。また、制御装置４は、燃料電池１０に与える負荷を軽減する目的で、所定の時期（例えば高出力時）に２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を作動させることにより、水素供給流路３１内の圧力変動幅を低減させる。
During the normal operation of the
最初に、１個のインジェクタ３５ａ（３５ｂ）のみを作動させる場合の制御態様について説明することとする。
First, a control mode in the case where only one
まず、制御装置４は、図２に示すように、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、燃料電池１０で消費される水素ガスの量（以下「水素消費量」という）を算出する（燃料消費量算出機能：Ｂ１）。本実施形態においては、燃料電池１０の電流値と水素消費量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に水素消費量を算出して更新することとしている。
First, as shown in FIG. 2, the
また、制御装置４は、燃料電池１０の運転状態（電流センサ１３で検出した燃料電池１０の発電時の電流値）に基づいて、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の下流位置における水素ガスの目標圧力値（燃料電池１０への目標ガス供給圧）を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ２）。本実施形態においては、燃料電池１０の電流値と目標圧力値との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に、二次側圧力センサ４３（４４）が配置された位置における目標圧力値を算出して更新することとしている。
Further, the
また、制御装置４は、算出した目標圧力値と、二次側圧力センサ４３（４４）で検出したインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の下流位置の圧力値（検出圧力値）と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出する（フィードバック補正流量算出機能：Ｂ３）。フィードバック補正流量は、目標圧力値と検出圧力値との偏差を低減させるために水素消費量に加算される水素ガス流量である。本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いて、制御装置４の演算周期毎にフィードバック補正流量を算出して更新することとしている。
Further, the
また、制御装置４は、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の上流のガス状態（一次側圧力センサ４１で検出した水素ガスの圧力及び温度センサ４２で検出した水素ガスの温度）に基づいて、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ４）。本実施形態においては、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の上流側の水素ガスの圧力及び温度と静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、制御装置４の演算周期毎に静的流量を算出して更新することとしている。
Further, the
また、制御装置４は、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の上流のガス状態（水素ガスの圧力及び温度）及び印加電圧に基づいてインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ５）。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）が制御装置４から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の上流側の水素ガスの圧力及び温度と印加電圧と無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、制御装置４の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新することとしている。
In addition, the
また、制御装置４は、水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の噴射流量を算出する（噴射流量算出機能：Ｂ６）。そして、制御装置４は、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ７）。駆動周期とは、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン・オフ）波形の周期を意味する。
The
そして、制御装置４は、以上の手順を経て算出したインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の総噴射時間を実現させるための制御信号を送出することにより、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池１０に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。なお、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の最短噴射時間は、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の仕様により決定される。本実施形態においては、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、インジェクタ３５ａ（３５ｂ）の最短噴射時間をＴとする。
And the
次に、２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を作動させる場合の制御態様について説明することとする。
Next, a control mode in the case where both of the two
制御装置４は、２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を作動させる場合に、２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの作動時期を異ならせる。具体的には、制御装置４は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１を下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２よりも早く設定するとともに、上流側のインジェクタ３５ａの噴射停止時ｔ３を下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２よりも遅くかつ下流側のインジェクタ３５ｂの噴射停止時ｔ４よりも早く設定する。
When both the two
換言すれば、制御装置４は、上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時から最短噴射時間Ｔが経過する前に、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射を開始することにより、図３（Ｃ）に示すように、上流側のインジェクタ３５ａと下流側のインジェクタ３５ｂとの双方が開放されて水素ガスが水素供給流路３１内を流れる時間（Ｔ´：ｔ２〜ｔ３）をつくり出す。このように２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方が開放される時間Ｔ′は、２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂを仮想的な１個のインジェクタ（デュアルインジェクタ）として機能させる場合の最短噴射時間（新たな最短噴射時間）となる。
In other words, the
新たな最短噴射時間Ｔ´は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、１個のインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の最短噴射時間Ｔよりも短くなる。このため、本実施形態におけるデュアルインジェクタを採用した場合のダイナミックレンジは、１個のインジェクタ３５ａ（３５ｂ）を採用した場合のダイナミックレンジよりも大きくなる。新たな最短噴射時間Ｔ´は、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２から上流側のインジェクタ３５ａの噴射停止時ｔ３までに要する時間である。このため、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２をより早くして上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１に近づけると、新たな最短噴射時間Ｔ´をより長くすることができる。一方、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２をより遅くすると、新たな最短噴射時間Ｔ´をより短くすることができる。このように、制御装置４は本発明における制御手段として機能する。
The new shortest injection time T ′ is shorter than the shortest injection time T of one
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、水素供給流路３１に複数のインジェクタ３５ａ、３５ｂを直列に配置しているため、インジェクタ３５ａ、３５ｂを並列に配置する場合のように分岐した並列流路を水素供給流路３１の途中に新たに設ける必要がない。従って、システムの構成を簡素化することが可能となる。また、直列に配置されたインジェクタ３５ａ、３５ｂが同時に開放された場合における水素供給流路３１内のガス圧力と、これらインジェクタ３５ａ、３５ｂが同時に閉鎖された場合における水素供給流路３１内のガス圧力と、の差（圧力変動幅）は、１個のインジェクタ３５ａ（３５ｂ）が開閉した場合の圧力変動幅より大きくなることがなく、さらに、これらインジェクタ３５ａ、３５ｂの作動時期をずらすことにより、水素供給流路３１内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、燃料電池１０に与える負荷を軽減することが可能となるとともに、調圧精度を向上させることが可能となる。
In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, since the plurality of
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、複数のインジェクタ３５ａ、３５ｂの作動時期を異ならせる（複数のインジェクタ３５ａ、３５ｂの開閉時期をずらす）ことができるので、水素供給流路３１内の圧力変動幅を小さくすることができる。具体的には、上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１及び噴射停止時ｔ３を、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２及び噴射停止時ｔ４に対して各々先行させることにより、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２から上流側インジェクタ３５ａの噴射停止時ｔ３までの時間を新たな最短噴射時間Ｔ´とすることができる。新たな最短噴射時間Ｔ´は、上流側のインジェクタ３５ａと下流側のインジェクタ３５ｂとの双方が開放される時間（水素ガスが水素供給流路３１内を流れる時間）であり、１個のインジェクタ３５ａ（３５ｂ）の最短噴射時間Ｔよりも短いため、水素供給流路３１内の圧力変動幅を小さくすることができる。従って、水素供給流路３１内の圧力変動に起因する燃料電池１０の劣化・損傷を抑制して燃料電池１０の耐用期間の長期化を実現させることが可能となる。
Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the operation timings of the plurality of
なお、以上の実施形態においては、燃料電池システム１の水素ガス配管系３に循環流路３２を設けた例を示したが、例えば、図４に示すように、燃料電池１０に排出流路３８を直接接続して循環流路３２を廃止することもできる。かかる構成（デッドエンド方式）を採用した場合においても、前記実施形態と同様に２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂを直列に配置し、制御装置４がこれらインジェクタ３５ａ、３５ｂの作動時期をずらすように制御することにより、同様の作用効果を得ることができる。
In the above embodiment, the example in which the
また、以上の実施形態においては、制御装置４が、燃料電池１０の通常運転時に下流側のインジェクタ３５ｂを開放状態にして上流側のインジェクタ３５ａのみを作動させた例を示したが、通常運転時に上流側のインジェクタ３５ｂを開放状態にして下流側のインジェクタ３５ｂのみを作動させることもできる。
In the above embodiment, the
また、以上の実施形態においては、２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を作動させる場合に、制御装置４が上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時及び噴射停止時を下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時及び噴射停止時に対して先行させた例を示したが、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時及び噴射停止時を上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時及び噴射停止時に対して先行させることもできる。
Further, in the above embodiment, when both the two
例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、制御装置４は、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２を上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１よりも早く設定するとともに、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射停止時ｔ４を上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１よりも遅くかつ上流側のインジェクタ３５ａの噴射停止時ｔ３よりも早く設定することができる。すなわち、制御装置４は、下流側のインジェクタ３５ｂの噴射開始時ｔ２から最短噴射時間Ｔが経過する前に、上流側のインジェクタ３５ａの噴射を開始することにより、図５（Ｃ）に示すように、上流側のインジェクタ３５ａと下流側のインジェクタ３５ｂとの双方が開放されて水素ガスが水素供給流路３１内を流れる時間（新たな最短噴射時間Ｔ´：ｔ１〜ｔ４）をつくり出すことができる。かかる場合において、上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１をより早くすると新たな最短噴射時間Ｔ´をより長くすることができ、上流側のインジェクタ３５ａの噴射開始時ｔ１をより遅くすると新たな最短噴射時間Ｔ´をより短くすることができる。
For example, as shown in FIG. 5 (A), (B) , the
また、以上の実施形態においては、最短噴射時間が同一の２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂを水素供給流路３１に直列に配置した例を示したが、最短噴射時間が異なるインジェクタを複数直列に配置することもできる。かかる場合においても、複数のインジェクタの作動時期をずらす（一のインジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を他のインジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させる）ことにより、水素供給流路３１内の圧力変動幅を小さくすることができる。また、３個以上のインジェクタを水素供給流路３１に直列に配置し、これらインジェクタの作動時期をずらすことにより、水素供給流路３１内の圧力変動幅を小さくすることもできる。
In the above embodiment, the example in which the two
また、以上の実施形態においては、燃料電池１０の通常運転時に１個のインジェクタ３５ａ（３５ｂ）のみを作動させ、所定の時期（例えば高出力時）に２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を作動させる例を示したが、２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を常時作動させることもできる。また、アイドリング時に２個のインジェクタ３５ａ、３５ｂの双方を作動させると、アイドリング時において燃料電池車両の振動を抑制することができるとともに、燃料電池車両から発する音を低減させることが可能となる。
Further, in the above embodiment, only one
また、以上の実施形態においては、水素供給流路３１のインジェクタ３５ａ、３５ｂ上流側に遮断弁３３及び第１のレギュレータ３４ａを設けた例を示したが、インジェクタ３５ａ、３５ｂは、可変調圧弁としての機能を果たすとともに、水素ガスの供給を遮断する遮断弁としての機能をも果たすため、必ずしも遮断弁３３や第１のレギュレータ３４ａを設けなくてもよい。従って、インジェクタ３５ａ、３５ｂを採用すると遮断弁３３や上流側のレギュレータ３４ａを省くことができるため、システムの小型化及び低廉化が可能となる。
Moreover, in the above embodiment, the example which provided the
また、以上の実施形態においては、本発明における開閉弁としてインジェクタ３５ａ、３５ｂを採用した例を示したが、開閉弁は燃料供給流路（水素供給流路３１）の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するものであればよく、インジェクタ３５ａ、３５ｂに限られるものではない。
Moreover, in the above embodiment, although the example which employ | adopted
また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。 Further, in each of the above embodiments, the example in which the fuel cell system according to the present invention is mounted on the fuel cell vehicle has been shown. However, the present invention is applied to various moving bodies (robots, ships, aircrafts, etc.) other than the fuel cell vehicle. Such a fuel cell system can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (house, building, etc.).
１…燃料電池システム、４…制御装置（制御手段）、１０…燃料電池、３０…水素タンク（燃料供給源）、３１…水素供給流路（燃料供給流路）、３５ａ…上流側のインジェクタ（上流側インジェクタ、開閉弁）、３５ｂ…下流側のインジェクタ（下流側インジェクタ、開閉弁）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 4 ... Control apparatus (control means), 10 ... Fuel cell, 30 ... Hydrogen tank (fuel supply source), 31 ... Hydrogen supply flow path (fuel supply flow path), 35a ... Upstream injector ( Upstream injector, on-off valve), 35b ... Downstream injector (downstream injector, on-off valve).
Claims (5)
前記開閉弁は、前記燃料供給流路に複数直列に配置されてなるものである、
燃料電池システム。 A fuel cell, a fuel supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and an on-off valve that adjusts the gas state upstream of the fuel supply channel and supplies it downstream A fuel cell system comprising:
The on-off valve is arranged in series in the fuel supply flow path.
Fuel cell system.
請求項１に記載の燃料電池システム。 A control means for varying the operation timing of the plurality of on-off valves;
The fuel cell system according to claim 1.
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。 The on-off valve is an injector;
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記制御手段は、前記上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、前記下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、前記下流側インジェクタの噴射開始時から前記上流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とするものである、
請求項３に記載の燃料電池システム。 The plurality of on-off valves are an upstream injector and a downstream injector configured to periodically inject hydrogen gas with a predetermined shortest injection time,
The control means precedes the upstream injector at the start of injection and the stop of the injection with respect to the downstream injector at the start of injection and the stop of injection, respectively, so that the upstream injector from the start of injection of the downstream injector. The time until the injection stop of the side injector is the new shortest injection time.
The fuel cell system according to claim 3.
前記制御手段は、前記下流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時を、前記上流側インジェクタの噴射開始時及び噴射停止時に対して各々先行させることにより、前記
上流側インジェクタの噴射開始時から前記下流側インジェクタの噴射停止時までの時間を新たな最短噴射時間とするものである、
請求項３に記載の燃料電池システム。 The plurality of on-off valves are an upstream injector and a downstream injector configured to periodically inject hydrogen gas with a predetermined shortest injection time,
The control means makes the downstream start from the start of injection of the upstream injector by causing the start of injection and stop of injection of the downstream injector to precede the start of injection and stop of injection of the upstream injector, respectively. The time until the injection stop of the side injector is the new shortest injection time.
The fuel cell system according to claim 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006230721A JP2008053151A (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006230721A JP2008053151A (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008053151A true JP2008053151A (en) | 2008-03-06 |
Family
ID=39236982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006230721A Pending JP2008053151A (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008053151A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100952164B1 (en) | 2008-09-01 | 2010-04-12 | 한국에너지기술연구원 | Automatic control method of the hydrogen recirculation system using a multi-ejector |
| JP2012119300A (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Hyundai Motor Co Ltd | Fuel control device and method of vehicle use fuel cell system |
-
2006
- 2006-08-28 JP JP2006230721A patent/JP2008053151A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100952164B1 (en) | 2008-09-01 | 2010-04-12 | 한국에너지기술연구원 | Automatic control method of the hydrogen recirculation system using a multi-ejector |
| JP2012119300A (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Hyundai Motor Co Ltd | Fuel control device and method of vehicle use fuel cell system |
| US9214684B2 (en) | 2010-12-03 | 2015-12-15 | Hyundai Motor Company | Fuel control system and method for fuel cell system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4780390B2 (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP5041272B2 (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP5120590B2 (en) | Fuel cell system and injector diagnostic method | |
| JP4756476B2 (en) | Fuel cell system and fuel cell vehicle | |
| JP4438854B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4924792B2 (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP4883360B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4780427B2 (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP5093749B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP4655082B2 (en) | Fuel cell system | |
| US8257876B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2007328995A (en) | Fuel cell system | |
| JP2007317597A (en) | Fuel cell system and diagnostic method of closing valve | |
| JP5168821B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2007280801A (en) | Fuel cell system and offgas purging method | |
| JP4863052B2 (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP5057203B2 (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP2007323873A (en) | Fuel cell system and its control method | |
| JP2008053151A (en) | Fuel cell system | |
| JP2008004320A (en) | Fuel cell system, and mobile unit | |
| JP2008218034A (en) | Fuel cell system and method of controlling the same | |
| JP2007165162A (en) | Fuel cell system and mobile body | |
| JP2008171623A (en) | Fuel cell system | |
| JP2007305348A (en) | Fuel cell system and moving body | |
| JP5228263B2 (en) | Fuel cell system |