JP2008258035A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システム1は、冷媒温度変化量算出部46により検出された温度が所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値以上である場合には、温度が第1閾値よりも低い第2閾値以下になるまで制限レート量を負の値とする。特に、冷媒温度変化量算出部46により検出された温度が第1閾値よりも高くなった際に、冷媒温度変化量算出部46により検出された温度変化量が所定の収束判定値以上である場合には、制限レート量を負の所定値とし、冷媒温度変化量算出部46により検出された温度が第1閾値よりも高くなった際に、冷媒温度変化量算出部46により検出された温度変化量が収束判定値よりも小さい場合には、制限レート量を上記負の所定値よりも大きな値にすることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池10と、この燃料電池10に反応ガスとしての水素ガスや酸化ガスとしての空気を供給する供給装置20と、燃料電池10内に冷媒を流通させる冷却手段としての冷却システム30と、これらを制御する制御装置40とを有する。
すなわち、水素タンク22から、水素供給路25を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。また、コンプレッサ21を駆動させることにより、エア供給路23を介して、燃料電池10のカソード側に空気を供給する。
燃料電池10に供給された水素ガス及び空気は、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水等の残留水とともに、水素排出路26及びエア排出路24に流入する。これら水素ガス及び空気は、図示しない排ガス処理装置で処理されて、外部に排出される。
まず、ST1では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値以上であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST2に移り、この判別が“NO”である場合にはST5に移る。ここで、燃料電池保護温度とは、燃料電池10の膜電極を保護するために設定された冷媒の上限温度であり、本実施形態では、例えば100℃に設定される。また、第1閾値は、この燃料電池保護温度よりも低い温度、本実施形態では、例えば95℃に設定される。
時刻t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6、t7〜t8では、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を減少させる電流制限処理(図2のST2の処理)が行われる。図3に示すように、この電流制限処理は、冷媒の温度が第1閾値以上となってから第2閾値以下となるまで行われる。
(1)本実施形態の燃料電池システム1によれば、冷媒の温度が第1閾値よりも高くなった際に、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値以上である場合には制限レート量を負の所定値とし、冷媒の温度変化量が所定の収束判定値よりも小さい場合には制限レート量を上記負の所定値よりも大きな値にする電流制限レート調整手段を設けた。これにより、燃料電池の温度変化量が小さくなるのに合わせて、電流の制限値のハンチングを収束させることができる。また、これに伴い、燃料電池10の温度を第1閾値と第2閾値の間に収束させながら発電を継続させることができる。ここで例えば、これら第1閾値及び第2閾値を燃料電池保護温度付近に設定することにより、燃料電池10の温度を、発電を行うのに好ましい温度に保ちながら、効率よく発電を行うことができる。
以下の第2実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。第2実施形態の燃料電池システムは、上述の第1実施形態の燃料電池システム1と、制御装置の電流制限レート調整部の構成が異なる。
まず、ST11では、流出口温度計44により検出された冷媒の温度Tが、第1閾値以上であるか否かを判別し、この判別が“YES”である場合にはST12に移り、この判別が“NO”である場合にはST19に移る。
ST12では、電流制限処理を行い、ST13に移る。具体的には、この電流制限処理では、冷媒の温度が第1閾値よりも高くなったことに応じて、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を次第に小さくし、燃料電池10の発電電流を制限する。また、この制限レート量の値は、後述のST20の制限レート量変更処理において、冷媒温度変化量算出部46により算出された冷媒の温度の変化量に応じて、変更されるようになっている。
ST14では、電流制限値ホールド処理を行い、ST15に移る。具体的には、この電流制限値ホールド処理では、制限レート量の値を略0に設定することにより、電流制限値を一定にする。
ST16では、電流制限解除処理を行い、ST17に移る。具体的には、この電流制限解除処理では、冷媒の温度が第2閾値よりも低くなったことに応じて、電流制限値の制限レート量を正の値にすることにより、電流制限値を次第に大きくし、燃料電池10の発電電流の制限を解除する。ここで、制限レート量の値は、例えば、上述のST12の電流制限処理において設定された負の制限レート量に−1を乗じて正にした値が用いられる。
ST18では、電流制限値ホールド処理を行い、ST19に移る。具体的には、この電流制限値ホールド処理では、制限レート量の値を略0に設定することにより、電流制限値を一定にする。
時刻t1〜t2、t5〜t6、t9〜t10では、電流制限値の制限レート量を負の所定値に設定することにより、電流制限値を減少させる電流制限処理(図4のST12の処理)が行われる。図5に示すように、この電流制限処理は、冷媒の温度が第1閾値以上となってから第1閾値以下となるまで行われる。
(2)本実施形態の燃料電池システムによれば、第1閾値と第2閾値との間では、燃料電池10から取り出される電流の制限値は略一定となる。これにより、燃料電池10の温度が急激に変化するのを防止することができる。また、制限レート量を略0にすることにより、例えば、燃料電池10への要求出力が設定された電流の制限値付近において激しく変化するような場合であっても、この要求に対する応答を安定にすることができる。ここで例えば、本実施形態の燃料電池システムを車両の動力源として応用した場合には、操縦者による出力要求に対する応答を安定にすることで、操縦者が感じる違和感を低減させることができる。
10 燃料電池
11 高圧バッテリ
12 電流制限器(電流制限手段)
20 供給装置
30 冷却システム(冷却手段)
44 流出口温度計(冷媒温度検出手段)
40 制御装置
45 供給装置駆動部
46 冷媒温度変化量算出部(冷媒温度変化量算出手段)
47 電流制限レート調整部(電流制限レート調整手段)
Claims (2)
- 反応ガス及び酸化ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内に冷媒を流通させ当該燃料電池を冷却する冷却手段と、
冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記燃料電池から取り出される電流を制限する電流制限手段と、
前記電流制限手段による電流の制限値の単位時間当たりの変化量を制限レート量として、該制限レート量を調整する電流制限レート調整手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記冷媒温度検出手段により検出された冷媒の温度の単位時間当たりの変化量を算出する冷媒温度変化量算出手段をさらに備え、
前記電流制限レート調整手段は、
前記冷媒温度検出手段により検出された温度が所定の燃料電池保護温度よりも低い第1閾値以上である場合には、当該温度が前記第1閾値よりも低い第2閾値以下になるまで前記制限レート量を負の値とし、
特に、前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量が所定の収束判定値以上である場合には、前記制限レート量を負の所定値とし、
前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第1閾値よりも高くなった際に、前記冷媒温度変化量算出手段により検出された温度変化量が前記収束判定値よりも小さい場合には、前記制限レート量を前記負の所定値よりも大きな値にすることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記電流制限レート調整手段は、
前記冷媒温度検出手段により検出された温度が前記第2閾値よりも大きくかつ前記第1閾値よりも小さい場合には、前記制限レート量の値を略0に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。
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