JP2010108757A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池11と、燃料電池から排出された反応ガスが流通する反応ガス配管38と、反応ガス配管に配され、反応ガスの流れを調整する反応ガス調整手段34と、を備えた燃料電池システム10であって、反応ガス調整手段の温度を検出する温度検出手段55と、燃料電池の発電停止中に、反応ガス調整手段に付着した燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段33と、温度検出手段の検出値に基づいて、反応ガス調整手段において生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、をさらに有し、凍結判定手段により反応ガス調整手段で生成水が凍結する虞があると判定された際に、掃気手段による掃気を実行可能に構成されている。
【選択図】図1
Description
この特許文献1の燃料電池システムは、燃料電池システムの起動操作が行われたら、シャットバルブを開くとともに、温度センサにより温度を測定する。測定された温度が所定値以下の場合には、圧力センサにより圧力値が正常であるか否かを判定し、正常である場合は排出バルブを開き、圧力センサにより測定される圧力低下量が正常であるか否かを判定する。次に、排出バルブを閉じ、圧力センサにより測定される圧力上昇量が正常であるか否かを判定する。次に、水素ポンプを起動し、回転数が正常であるかを判定する。次に、コンプレッサを作動し、圧力センサにより測定される圧力値が正常であるか否かを判定する。以上の判定において、一つでも異常があれば、凍結している部品が存在すると判断して、燃料電池システムの起動を禁止するものである。
また、燃料電池システムには、燃料電池システムの停止中に内部に残留している生成水が凍結してしまうため、生成水が凍結しないように燃料電池システム内に付着した水滴を除去(掃気)する方法が開示されている。しかしながら、従来の燃料電池システムの掃気方法では、燃料電池の温度に応じて掃気を行うか否かを判定しているため、例えば、燃料電池システムを短時間起動して、燃料電池は暖機されたが、バルブ類などは暖機されない場合は掃気が行われないことになる。そのため、生成水がバルブ類などに付着して凍結し、燃料電池システムの次回起動時に正常に起動できなくなる虞がある。
次に、本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
(燃料電池システム)
図1は燃料電池システムの概略構成図である。
図1に示すように、燃料電池システム10の燃料電池11は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池11に形成されたアノードガス供給用連通孔13(アノードガス流路21の入口側)にはアノードガス供給配管23が連結され、その上流端部には水素タンク30が接続されている。また、燃料電池11に形成されたカソードガス供給用連通孔15(カソードガス流路22の入口側)にはカソードガス供給配管24が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ33が接続されている。なお、燃料電池11に形成されたアノードオフガス排出用連通孔14(アノードガス流路21の出口側)にはアノードオフガス排出配管35が連結され、カソードオフガス排出用連通孔16(カソードガス流路22の出口側)にはカソードオフガス排出配管38が連結されている。
ここで、背圧弁34の上流側(燃料電池11と背圧弁34との間)における背圧弁34の直近には温度センサ55が設けられている。温度センサ55により背圧弁34の温度と略同一の温度を検出することができるようになっている。温度センサ55からの検出結果(センサ出力)は、制御装置(ECU)45へ伝達され、その検出結果に基づいて、背圧弁34の掃気(後に詳述する。)を実行するか否かを決定するように構成されている。
次に、本実施形態における燃料電池システム10の停止方法について説明する。
図3は燃料電池システム10の停止方法を示すフローチャートである。
図3に示すように、ステップS11では、燃料電池システム10の起動信号であるイグニッションスイッチ(不図示)をオフにした後に、生成水量検出部47において、燃料電池11でイグニッションスイッチがオフされるまでの間に生成された生成水量を検出し、所定量以上の生成水が生成された場合にはステップS12へ進み、所定量未満の生成水しか生成されていない場合にはステップS15へ進む。例えば、生成水量は燃料電池11に設けた電流センサ(不図示)から検出される積算電流量に基づいて算出される。
次に、本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態を図4〜図5に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と掃気の方法が異なるのみであり、燃料電池システムの構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態における燃料電池システム10の停止方法について説明する。
図4は燃料電池システム10の停止方法を示すフローチャートである。
図4に示すように、ステップS21では、生成水量検出部47において、燃料電池11でイグニッションスイッチがオフされるまでの間に生成された生成水量を検出し、所定量以上の生成水が生成された場合にはステップS22へ進み、所定量未満の生成水しか生成されていない場合にはステップS26へ進む。
なお、ステップS24においてバッテリの残量が少ないために、背圧弁34の掃気を行わずに燃料電池11内部の掃気を実行する場合は、上述のステップS25にあたる背圧弁34の掃気を実行しないため、ステップS27においては背圧弁34を必ず開弁して掃気を行うことにより、背圧弁34に付着した液滴を可能な限り除去することができる。
図5に示すように、例えば、発電停止時にバッテリに蓄電されている電力量を100とし、背圧弁34の掃気に必要な電力量を50、燃料電池11内部の掃気に必要な電力量を80とする。このとき、背圧弁34の掃気を実行すると、燃料電池11内部の凍結防止掃気を実行する電力量が不足してしまい、燃料電池11内部が凍結により破損する虞が生じる。一方、燃料電池11内部の凍結防止掃気を確実に実行するために、残り20の電力量で背圧弁34の掃気を実行しても、対策が不十分なため、背圧弁34に付着した液滴を確実に除去することができない。したがって、背圧弁34の掃気を実行せずに、燃料電池11内部の掃気を実行し、併せて背圧弁34の掃気も行うように構成することで、燃料電池11の破損および背圧弁34の凍結をまとめて防止することができる。
例えば、本実施形態において、背圧弁の温度を検出する温度センサをカソードオフガス排出配管に取り付けた構成にしたが、背圧弁の温度を直接検出してもよく、冷媒、ガス、周辺補機の温度を代替温度として採用してもよい。また、温度センサは1箇所だけでなく、複数箇所に取り付けてもよく(例えば、背圧弁の上流側および下流側)、その場合には、いずれかの温度を検出するようにしたり、各温度センサの平均値を求めるようにしてもよい。
Claims (5)
- アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池と、
該燃料電池から排出された反応ガスが流通する反応ガス配管と、
該反応ガス配管に配され、前記反応ガスの流れを調整する反応ガス調整手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記反応ガス調整手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池の発電停止中に、前記反応ガス調整手段に付着した前記燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記反応ガス調整手段において前記生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、をさらに有し、
該凍結判定手段により前記反応ガス調整手段で前記生成水が凍結する虞があると判定された際に、前記掃気手段による掃気を実行可能に構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電中に、該燃料電池で生成される生成水量を検出する生成水量検出手段を有し、
前記生成水量が所定量以下である場合には、前記反応ガス調整手段の掃気を実行しないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池内部の前記生成水の凍結可否を判定する燃料電池内部凍結判定手段を有し、前記反応ガス調整手段の掃気後に、前記燃料電池内部が凍結する虞があると判定された場合には、前記掃気手段により前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
- 前記掃気手段は蓄電装置により駆動され、
該蓄電装置の残量が、前記反応ガス調整手段の掃気および前記燃料電池内部の掃気に費やす電力量合計以下となっている場合であって、前記燃料電池内部の掃気によって前記反応ガス調整手段も掃気できる場合には、前記反応ガス調整手段の掃気を取り止めて、前記燃料電池内部の掃気を実行可能に構成されてい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。 - アノード電極にアノードガスを、カソード電極にカソードガスを供給し発電を行う燃料電池と、
該燃料電池から排出された反応ガスが流通する反応ガス配管と、
該反応ガス配管に配され、前記反応ガスの流れを調整する反応ガス調整手段と、
該反応ガス調整手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池の発電停止中に、前記反応ガス調整手段に付着した前記燃料電池の生成水の除去を行う掃気手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記反応ガス調整手段で前記生成水が凍結するか否かを判定する凍結判定手段と、を備え、
該凍結判定手段により前記反応ガス調整手段で前記生成水が凍結する虞があると判定された際に、前記掃気手段による掃気を実行する燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池の後流側に位置する反応ガス調整手段の温度を測定するデバイス温度測定ステップと、
前記反応ガス調整手段の凍結防止のための掃気が必要か否かを判定するデバイス掃気判定ステップと、
前記反応ガス調整手段を掃気するデバイス掃気ステップと、有することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。
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