JP2009110848A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池40と、燃料電池40と外部導体との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部90と、燃料電池40の発電状態を制御する制御部10とを備え、制御部10が、燃料電池40の電圧が当該燃料電池40の開放電圧よりも低い所定の高電位回避電圧閾値以上になることを抑制する高電位化回避制御を行うとともに、絶縁抵抗測定部90による絶縁抵抗検出時には高電位回避電圧閾値を変更する。
【選択図】図1
Description
そこで、冷却水の導電率上昇に伴う種々の障害の発生を抑制するため、冷却水の導電率の上昇を燃料電池の絶縁抵抗として検出し、必要に応じて冷却水中のイオンを除去するイオン除去フィルタや冷却水等の交換することが行われている。
なお、高分子電解質膜41に塗布する触媒は白金触媒に限らず、白金コバルト触媒(以下、単に触媒という)などにも適用可能である。燃料電池40を構成する各セルは、高分子電解質膜41の両面にアノード極42とカソード極43とをスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体44を備えている。燃料電池40は、複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。
この制御装置10には、例えば圧力センサ91によって検知される燃料ガスの供給圧力や電圧センサ92によって検知される燃料電池40のFC電圧、電流センサ93によって検知される燃料電池40のFC電流、SOCセンサ21によって検知されるバッテリ20の充電状態SOC(State Of Charge)をあらわすSOC値など、種々のセンサ信号が入力される。
この閾値電圧Vthは、燃料電池40の開放電圧よりも低い電圧であり、予め実験などにより求められ、製造出荷時などに制御装置10の内部メモリ11に格納される。また、閾値電圧Vthは固定値としても良いが、例えば周囲環境(外気温度や燃料電池温度、湿度、運転モードなど)に応じて逐次書き換え可能な値としても良い。
このため、制御装置10は、図3に示すように、燃料電池40の電圧が閾値電圧Vthよりも低い所定の電圧維持酸化ガスブロー電圧(下限電圧閾値)Vbまで下がると(te2,te3時点)、酸化ガスを燃料電池40に供給する電圧維持酸化ガスブロー作動を行い、これにより、燃料電池40の電圧を上昇させて閾値電圧Vthに復帰させることになる。
この電圧維持酸化ガスブロー作動では、エアコンプレッサを最低エア流量で駆動し、燃料ガスの循環ポンプを最低回転数で駆動し、燃料電池40を冷却するための冷却水を循環させる冷却水ポンプを燃料電池40の発電電力にしたがって駆動する。
絶縁抵抗測定部90による絶縁抵抗検出を精度良く行うには、燃料電池40に大きな電圧変動があることは好ましくないところ、電圧維持酸化ガスブローを実施すると、電圧が変動するため、絶縁抵抗検出時における電圧維持酸化ガスブローによる電圧変動を抑制するには、電圧維持酸化ガスブローの実施回数を減らす、すなわち、電圧維持酸化ガスブロー作動の実行間隔tを長くする必要がある。
この実行間隔tを長くするには、単位時間内での酸化ガス消費量を少なくすればよい、すなわち、燃料電池40の電圧を上げて発電量を減らせばよいので、本実施形態では、絶縁抵抗測定部90による絶縁抵抗検出が可能な状態にあるとき、例えば車両停車中の出力停止モードにあるときは、電圧維持酸化ガスブロー作動の間隔tが絶縁抵抗検出制御時の絶縁抵抗検出可能時間Tよりも長くなるように閾値電圧Vthを変更する。
これにより、図4(b)のtf1’時点で示す一の電圧維持酸化ガスブロー作動によって、より高い閾値電圧Vthまで電圧を上げることになり、その結果、図4(b)のtf2’時点で示す次に電圧が電圧維持酸化ガスブロー電圧に下がって電圧維持酸化ガスブロー作動が実行されるようになるまでの間隔tv2が、絶縁抵抗検出を行わないときの隣り合う電圧維持酸化ガスブロー作動のtf1,tf2時点の間隔tv1よりも長くなる。
このようにして、電圧維持酸化ガスブロー作動の間隔tが絶縁抵抗検出可能時間Tよりも長くなる状況を作る。
これにより、燃料電池40が劣化して電圧維持酸化ガスブロー作動の間隔tが小さくなっても、それを補正することができる。
このような意図しない還元領域まで電圧維持酸化ガスブロー電圧を低下させることはできるだけ回避するのが良い。また、出力停止モードから通常運転モードへの復帰時の円滑な復帰のためにも、電圧維持酸化ガスブロー電圧Vbを低下させることはできるだけ回避するのが良い。これらの理由から、本実施形態では、電圧維持酸化ガスブロー電圧Vbを下げずに、閾値電圧Vthを上げるようにしている。
この電圧維持酸化ガスブロー作動中に、絶縁抵抗測定部90による絶縁抵抗測定が行われると、測定値に誤差が生じてしまうが、上記の構成によれば、絶縁抵抗測定部90による絶縁抵抗測定時に閾値電圧Vthが上げられており、電圧維持酸化ガスブロー作動の間隔tが長くなっている(例えば、50秒)ので、絶縁抵抗の測定中に電圧維持酸化ガスブロー作動が実行されることを防ぐことができる。
このため、電圧維持酸化ガスブロー作動と、次の電圧維持酸化ガスブロー作動との間の時間に絶縁抵抗が検出可能となる。したがって、高電位化回避制御中であっても正確に絶縁抵抗を検出することができる。
Claims (3)
- 燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池と、
該燃料電池と外部導体との間の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、
前記燃料電池の発電状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の電圧が当該燃料電池の開放電圧よりも低い所定の高電位回避電圧閾値以上になることを抑制する高電位化回避制御を行うとともに、前記絶縁抵抗測定部による絶縁抵抗検出時に前記高電位回避電圧閾値を変更する燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記高電位化回避制御時に、前記燃料電池の電圧が前記高電位回避電圧閾値よりも低い所定の下限電圧閾値まで下がると酸化ガスを前記燃料電池に供給する電圧維持酸化ガスブロー作動を行うとともに、該電圧維持酸化ガスブロー作動の間隔が前記絶縁抵抗検出時の絶縁抵抗検出可能時間よりも長くなるように前記高電位回避電圧閾値を変更する請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記制御部は、前記燃料電池内のクロスリークによる前記電圧維持酸化ガスブロー作動の間隔の変動分を加味して前記高電位回避電圧閾値を変更する請求項2に記載の燃料電池システム。
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