JP2010170926A - 燃料電池システムの掃気処理装置および掃気処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力をできる限り低減できる燃料電池システムの掃気処理装置および掃気処理方法を提供すること。
【解決手段】燃料電池システム1の掃気処理装置40は、燃料電池10と、温度監視部43と、燃料電池の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する閾値記憶部44と、燃料電池の周囲温度および内部温度を、周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する掃気開始判定部45と、掃気処理部46とを備える。閾値記憶部は、周囲温度閾値は、所定温度であり、内部温度閾値は、燃料電池の周囲温度が前記所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶する。掃気開始判定部は、燃料電池の周囲温度が周囲温度閾値以下であり、かつ、燃料電池の内部温度が燃料電池の周囲温度に対応する内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定する。
【選択図】図1
【解決手段】燃料電池システム1の掃気処理装置40は、燃料電池10と、温度監視部43と、燃料電池の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する閾値記憶部44と、燃料電池の周囲温度および内部温度を、周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する掃気開始判定部45と、掃気処理部46とを備える。閾値記憶部は、周囲温度閾値は、所定温度であり、内部温度閾値は、燃料電池の周囲温度が前記所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶する。掃気開始判定部は、燃料電池の周囲温度が周囲温度閾値以下であり、かつ、燃料電池の内部温度が燃料電池の周囲温度に対応する内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池システムの掃気処理装置および掃気処理方法に関する。詳しくは、燃料電池の発電を停止した後に掃気処理を行う燃料電池システムの掃気処理装置および掃気処理方法に関する。
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備える。
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陰極)及びカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしてのエア(酸素を含む空気)を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池システムが注目されている。
このような燃料電池システムには、希釈器が設けられ、この希釈器により、燃料電池のアノード電極から排出された水素オフガスは、カソード電極から排出されたエアオフガスにより希釈されて、外部に排出される。
ところで、発電停止後、燃料電池や反応ガス路の内部等には、発電中に生成された水が残留する。外気温度が氷点下の環境に、発電停止後の燃料電池システムを放置すると、このような残留水が燃料電池や反応ガス路の内部で凍結してしまい、次回燃料電池システムを起動する際に、燃料電池の発電安定性を確保しにくくなるおそれがある。
そこで、燃料電池の停止期間中には、バッテリに蓄電した電力を利用して、これら燃料電池や反応ガス路の内部に掃気ガスを流通させて、残留水をシステム外部に排出する掃気処理を実行している。
ここで、掃気をするか否かの判断を、燃料電池の周囲温度と内部温度との両方に基づいて決定する。具体的には、例えば、燃料電池の周囲温度が0℃以下で、かつ、燃料電池の内部温度が5℃以下の場合に、掃気をすると判断する(特許文献1参照)。
ここで、掃気をするか否かの判断を、燃料電池の周囲温度と内部温度との両方に基づいて決定する。具体的には、例えば、燃料電池の周囲温度が0℃以下で、かつ、燃料電池の内部温度が5℃以下の場合に、掃気をすると判断する(特許文献1参照)。
しかしながら、燃料電池の周囲温度が0℃以下であっても、例えば、周囲温度が−2℃の場合と、周囲温度が−20℃の場合とでは、掃気を開始する燃料電池の内部温度を異ならせる必要がある。
すなわち、燃料電池の周囲温度が低いと、燃料電池の内部の熱が急激に奪われるため、燃料電池の内部温度は急激に低下する。したがって、周囲温度としての外気温が−2℃の場合における内部温度の低下速度と、外気温が−20℃の場合における内部温度の低下速度とでは、外気温が−20℃の場合の方が急激になる。
すなわち、燃料電池の周囲温度が低いと、燃料電池の内部の熱が急激に奪われるため、燃料電池の内部温度は急激に低下する。したがって、周囲温度としての外気温が−2℃の場合における内部温度の低下速度と、外気温が−20℃の場合における内部温度の低下速度とでは、外気温が−20℃の場合の方が急激になる。
そのため、外気温が−20℃の場合は、燃料電池の内部温度が例えば5℃まで低下した時点で掃気を開始する必要がある。燃料電池の内部温度が5℃未満まで低下してから掃気を開始すると、掃気の実行中に内部温度がさらに低下するので、水分が凍結してしまい、水分を確実に除去できないおそれがある。
これに対し、外気温が−2℃の場合は、燃料電池の内部温度が5℃まで低下した時点で掃気を開始すると、バッテリの電力が無駄になるおそれがある。
つまり、外気温が−2℃の場合は、燃料電池の内部温度が例えば2℃まで低下した時点で掃気を開始しても、掃気の実行中に内部温度がそれほど低下しないので、水分を確実に除去できる。
ここで、燃料電池の内部温度が5℃から2℃まで低下する間に、イグニッションスイッチがオンされることがありうる。
この場合、掃気が不要となるが、従来では、内部温度が5℃まで低下した時点で、直ちにエアコンプレッサを作動して、掃気を開始し、バッテリの電力を引き出して消費するため、バッテリの電力消費が無駄になってしまう。
つまり、外気温が−2℃の場合は、燃料電池の内部温度が例えば2℃まで低下した時点で掃気を開始しても、掃気の実行中に内部温度がそれほど低下しないので、水分を確実に除去できる。
ここで、燃料電池の内部温度が5℃から2℃まで低下する間に、イグニッションスイッチがオンされることがありうる。
この場合、掃気が不要となるが、従来では、内部温度が5℃まで低下した時点で、直ちにエアコンプレッサを作動して、掃気を開始し、バッテリの電力を引き出して消費するため、バッテリの電力消費が無駄になってしまう。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、消費電力をできる限り低減できる燃料電池システムの掃気処理装置および掃気処理方法を提供することを目的とする。
本発明の燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)の掃気処理装置(例えば、後述の制御装置40)は、反応ガスの反応により発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池10)と、前記燃料電池の発電を停止した後、当該燃料電池の周囲温度および内部温度を監視する温度監視手段(例えば、後述の温度監視部43)と、前記燃料電池の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する閾値記憶手段(例えば、後述の閾値記憶部44)と、前記温度監視手段により監視する前記燃料電池の周囲温度および内部温度を、前記閾値記憶手段に記憶した周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する掃気開始判定手段(例えば、後述の掃気開始判定部45)と、前記掃気開始判定手段により掃気を開始すると判定された場合に、前記燃料電池の掃気処理を行う掃気処理手段(例えば、後述の掃気処理部46)と、を備える燃料電池システムの掃気処理装置であって、前記閾値記憶手段は、前記周囲温度閾値は、所定温度であり、前記内部温度閾値は、前記燃料電池の周囲温度が前記所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶しており、前記掃気開始判定手段は、前記燃料電池の周囲温度が前記周囲温度閾値以下であり、かつ、前記燃料電池の内部温度が前記燃料電池の周囲温度に対応する前記内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定することを特徴とする。
この発明によれば、内部温度閾値を、燃料電池の周囲温度が所定温度より低くなるに従って高くなるように設定した。よって、周囲温度が高くなるほど、内部温度が低くなるまで掃気を開始しないこととなり、掃気処理を無駄に実行するのを抑制して、消費電力をできる限り低減できる。
本発明の燃料電池システムの掃気処理方法は、反応ガスの反応により発電する燃料電池の発電を停止した後、当該燃料電池の周囲温度および内部温度を監視する工程と、燃料電池の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する工程と、前記燃料電池の周囲温度および内部温度を周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する工程と、掃気を開始すると判定された場合に、前記燃料電池の掃気処理を行う工程と、を含む燃料電池システムの掃気処理方法であって、前記周囲温度閾値は、所定温度であり、前記内部温度閾値は、前記燃料電池の周囲温度が前記所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶して、前記燃料電池の周囲温度が前記周囲温度閾値以下であり、かつ、前記燃料電池の内部温度が前記燃料電池の周囲温度に対応する前記内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定することを特徴とする。
この発明によれば、内部温度閾値を、燃料電池の周囲温度が所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶する。よって、周囲温度が高くなるほど、内部温度が低くなるまで掃気を開始しないこととなり、掃気処理を無駄に実行するのを抑制して、消費電力をできる限り低減できる。
本発明によれば、内部温度閾値を、燃料電池の周囲温度が所定温度より低くなるに従って高くなるように設定した。よって、周囲温度が高くなるほど、内部温度が低くなるまで掃気を開始しないこととなり、掃気処理を無駄に実行するのを抑制して、消費電力をできる限り低減できる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1の掃気処理装置40のブロック図である。
燃料電池システム1は、反応ガスとしての水素ガスおよびエア(空気)を反応させて発電する燃料電池10と、燃料電池10に水素ガスおよびエアを供給する供給装置20と、これらを制御する掃気処理装置としての制御装置40とを有する。この燃料電池システム1は、燃料電池10により発電された電力を動力源とする図示しない燃料電池車両に搭載される。
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1の掃気処理装置40のブロック図である。
燃料電池システム1は、反応ガスとしての水素ガスおよびエア(空気)を反応させて発電する燃料電池10と、燃料電池10に水素ガスおよびエアを供給する供給装置20と、これらを制御する掃気処理装置としての制御装置40とを有する。この燃料電池システム1は、燃料電池10により発電された電力を動力源とする図示しない燃料電池車両に搭載される。
燃料電池10は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陰極)およびカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。
このような燃料電池10は、アノード電極(陰極)側に形成されたアノード流路13に水素ガスが供給され、カソード電極(陽極)側に形成されたカソード流路14に酸素を含むエアが供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
燃料電池10の内部には、燃料電池10の内部温度を測定する温度センサ15が設けられている。
また、燃料電池10の外側には、燃料電池10の周囲温度を測定する温度センサ16が設けられている。温度センサ16は、燃料電池10が搭載された燃料電池車両の外気温を測定する。
また、燃料電池10の外側には、燃料電池10の周囲温度を測定する温度センサ16が設けられている。温度センサ16は、燃料電池10が搭載された燃料電池車両の外気温を測定する。
供給装置20は、燃料電池10のカソード電極側にエアを供給するエアコンプレッサ21と、燃料電池10のアノード電極側に水素ガスを供給する水素タンク31およびエゼクタ32とを備える。
エアコンプレッサ21は、エア供給路22を介して、燃料電池10のカソード流路14の一端側にエアを供給する。
燃料電池10のカソード流路14の他端側には、燃料電池10から排出されるエアが流通するエア排出路23が接続され、このエア排出路23の先端側には、後述の希釈器50が接続されている。また、エア排出路23には、開度を調整可能な背圧弁231が設けられている。
燃料電池10のカソード流路14の他端側には、燃料電池10から排出されるエアが流通するエア排出路23が接続され、このエア排出路23の先端側には、後述の希釈器50が接続されている。また、エア排出路23には、開度を調整可能な背圧弁231が設けられている。
さらに、エア供給路22には、掃気ガス導入路24が分岐して設けられている。掃気ガス導入路24の先端側は、後述の水素供給路33に接続されている。また、この掃気ガス導入路24には、掃気ガス導入弁241が設けられている。この掃気ガス導入弁241を開いた状態では、エア供給路22と水素供給路33とは連通し、掃気ガス導入弁241を閉じた状態では、エア供給路22と水素供給路33との連通は遮断される。
水素タンク31は、水素供給路33を介して、燃料電池10のアノード流路13の一端側に水素ガスを供給する。この水素供給路33には、エゼクタ32が設けられている。また、水素供給路33のうち水素タンク31とエゼクタ32との間には、水素タンク31から供給される水素ガスを減圧する図示しない遮断弁およびレギュレータが設けられている。さらに、水素供給路33のうち燃料電池10の近傍には、水素供給路33の圧力を測定する圧力センサ331が設けられている。
燃料電池10のアノード流路13の他端側には、燃料電池10から排出される水素ガスが流通する水素還流路34が接続される。この水素還流路34の先端側は、エゼクタ32に接続されている。エゼクタ32は、水素還流路34を流通する水素ガスを回収し、水素供給路33に還流する。
また、この水素還流路34には、水素排出路35および掃気ガス排出路36が、それぞれ分岐している。これら水素排出路35と掃気ガス排出路36の先端側は、希釈器50に接続される。
水素排出路35には、この水素排出路35を開閉するパージ弁351が設けられている。このパージ弁351を開状態とすることにより、水素還流路34を流通するガスを中流量で希釈器50に排出可能である。
掃気ガス排出路36には、この掃気ガス排出路36を開閉する掃気ガス排出弁361が設けられている。この掃気ガス排出弁361を開状態とすることにより、水素還流路34を流通するガスを大流量で希釈器50に排出可能である。
掃気ガス排出路36には、この掃気ガス排出路36を開閉する掃気ガス排出弁361が設けられている。この掃気ガス排出弁361を開状態とすることにより、水素還流路34を流通するガスを大流量で希釈器50に排出可能である。
希釈器50は、エア排出路23を介して導入されたエアオフガスを希釈ガスとして用いて、上述の水素排出路35および掃気ガス排出路36を介して導入された水素オフガスをこの希釈ガスで希釈して、燃料電池システム1の外部に放出する。
本実施形態では、アノード流路13、水素供給路33、水素還流路34、水素排出路35、および掃気ガス排出路36により、水素ガス及び燃料電池10から排出された水素オフガスが流通するアノードガス系が構成される。
また、カソード流路14、エア供給路22、エア排出路23、および掃気ガス導入路24により、エアおよび燃料電池10から排出されたエアオフガスが流通するカソードガス系が構成される。また、この図1では、アノードガス系を白抜きの矢印で示し、カソードガス系を実線の矢印で示す。
また、カソード流路14、エア供給路22、エア排出路23、および掃気ガス導入路24により、エアおよび燃料電池10から排出されたエアオフガスが流通するカソードガス系が構成される。また、この図1では、アノードガス系を白抜きの矢印で示し、カソードガス系を実線の矢印で示す。
上述のエアコンプレッサ21、背圧弁231、掃気ガス導入弁241、遮断弁、パージ弁351、および掃気ガス排出弁361は、制御装置40により制御される。
また、制御装置40には、温度センサ15,16、圧力センサ331、イグニッションスイッチ41、およびタイマ42が接続されている。
イグニッションスイッチ41は、燃料電池システム1が搭載された燃料電池車両の運転席に設けられており、運転者の操作に応じて、起動を指令するオン信号又は停止を指令するオフ信号を制御装置40に送信する。制御装置40は、イグニッションスイッチ41から出力されたオン/オフ信号に従い、燃料電池10の起動を開始したり、燃料電池10の発電を停止したりする。
タイマ42は、燃料電池10の発電停止後からの経過時間を計測し、制御装置40に出力する。
イグニッションスイッチ41は、燃料電池システム1が搭載された燃料電池車両の運転席に設けられており、運転者の操作に応じて、起動を指令するオン信号又は停止を指令するオフ信号を制御装置40に送信する。制御装置40は、イグニッションスイッチ41から出力されたオン/オフ信号に従い、燃料電池10の起動を開始したり、燃料電池10の発電を停止したりする。
タイマ42は、燃料電池10の発電停止後からの経過時間を計測し、制御装置40に出力する。
制御装置40は、温度監視手段としての温度監視部43と、閾値記憶手段としての閾値記憶部44と、掃気開始判定手段としての掃気開始判定部45と、掃気処理手段としての掃気処理部46とを備える。
制御装置40は、温度監視部43、掃気開始判定部45および掃気処理部46を含む制御部と、閾値記憶部44を含む記憶部とで構成される。
制御装置40は、温度監視部43、掃気開始判定部45および掃気処理部46を含む制御部と、閾値記憶部44を含む記憶部とで構成される。
温度監視部43は、イグニッションスイッチ41から出力されたオフ信号により燃料電池10の発電を停止した後、燃料電池10の周囲温度および内部温度を監視する。
温度監視部43は、燃料電池10の周囲温度を測定する温度センサ16、および燃料電池10の内部温度を測定する温度センサ15と接続される。温度監視部43には、温度センサ16から燃料電池10の周囲温度の測定値が入力され、温度センサ15から燃料電池10の内部温度の測定値が入力される。
温度監視部43は、燃料電池10の周囲温度を測定する温度センサ16、および燃料電池10の内部温度を測定する温度センサ15と接続される。温度監視部43には、温度センサ16から燃料電池10の周囲温度の測定値が入力され、温度センサ15から燃料電池10の内部温度の測定値が入力される。
閾値記憶部44は、燃料電池10の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する。
具体的には、燃料電池10の周囲温度の閾値として、閾値記憶部44は所定温度を記憶する。この所定温度は、ここでは0℃である。
燃料電池10の内部温度の閾値として、閾値記憶部44は内部温度の閾値テーブルを記憶する。
具体的には、燃料電池10の周囲温度の閾値として、閾値記憶部44は所定温度を記憶する。この所定温度は、ここでは0℃である。
燃料電池10の内部温度の閾値として、閾値記憶部44は内部温度の閾値テーブルを記憶する。
具体的には、図2に示すように、横軸に燃料電池10の周囲温度をとり、縦軸に燃料電池10の内部温度閾値をとったグラフに基づく閾値テーブルが作成されて、閾値記憶部44にあらかじめ記憶されている。図2に示す閾値テーブルにおいて、例えば、燃料電池10の周囲温度がToの場合、燃料電池10の内部温度閾値はTiとなる。
図2に示す閾値テーブルにおいて、燃料電池10の周囲温度Toが所定温度としての0℃より低くなるに従って、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは高くなる。例えば、燃料電池10の周囲温度Toが−2℃の場合、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは2℃である。また、燃料電池10の周囲温度Toが−20℃の場合、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは5℃である。
逆に言えば、燃料電池10の周囲温度が所定温度としての0℃より低温の領域において、燃料電池10の周囲温度Toが高ければ高いほど、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは低くなる。
図2に示す閾値テーブルにおいて、燃料電池10の周囲温度Toが所定温度としての0℃より低くなるに従って、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは高くなる。例えば、燃料電池10の周囲温度Toが−2℃の場合、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは2℃である。また、燃料電池10の周囲温度Toが−20℃の場合、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは5℃である。
逆に言えば、燃料電池10の周囲温度が所定温度としての0℃より低温の領域において、燃料電池10の周囲温度Toが高ければ高いほど、対応する燃料電池10の内部温度閾値Tiは低くなる。
掃気開始判定部45は、温度監視部43により監視する燃料電池10の周囲温度および内部温度を、閾値記憶部44に記憶された周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する。
すなわち、掃気開始判定部45は、温度監視部43により監視する燃料電池10の周囲温度が閾値記憶部44に記憶されている燃料電池10の周囲温度閾値以下であり、かつ、燃料電池10の内部温度が燃料電池10の周囲温度に対応する閾値記憶部44に記憶されている燃料電池10の内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定する。
具体的には、例えば、燃料電池10の周囲温度Toが−2℃の場合、燃料電池10の内部温度閾値Tiが2℃以下である場合に、掃気を開始すると判定する。また、燃料電池10の周囲温度Toが−20℃の場合、燃料電池10の内部温度閾値Tiが5℃以下である場合に、掃気を開始すると判定する。
具体的には、例えば、燃料電池10の周囲温度Toが−2℃の場合、燃料電池10の内部温度閾値Tiが2℃以下である場合に、掃気を開始すると判定する。また、燃料電池10の周囲温度Toが−20℃の場合、燃料電池10の内部温度閾値Tiが5℃以下である場合に、掃気を開始すると判定する。
掃気処理部46は、掃気開始判定部45により掃気を開始すると判定された場合に、燃料電池10の掃気処理を行う。掃気処理部46は、カソード掃気部461と、アノード掃気部462とを備える。
カソード掃気部461は、カソード掃気処理を実行する。すなわち、掃気ガス導入弁241および背圧弁231を開状態とし、掃気ガス排出弁361を閉状態として、エアコンプレッサ21によりエア供給路22にエアを供給することで、カソードガス系を掃気する。
アノード掃気部462は、アノード掃気処理を実行する。すなわち、掃気ガス導入弁241および掃気ガス排出弁361を開状態とし、背圧弁231を閉状態として、エアコンプレッサ21によりエア供給路22にエアを供給することで、アノードガス系を掃気する。
図3は、燃料電池システム1における制御装置40の動作を示すフローチャートである。 このフローチャートは、イグニッションスイッチ41がオフにされたことにより開始する。
まず、ステップS1では、イグニッションスイッチ41から出力されたオフ信号により燃料電池10の発電を停止する。
まず、ステップS1では、イグニッションスイッチ41から出力されたオフ信号により燃料電池10の発電を停止する。
ステップS2では、温度監視部43により燃料電池10の周囲温度および内部温度を監視する。すなわち、温度センサ16により燃料電池10の周囲温度を測定し、温度センサ15により燃料電池10の内部温度を測定する。
ステップS3では、掃気開始判定部45により燃料電池10の周囲温度が所定温度以下であるか否かを判定する。すなわち、温度センサ16により測定する燃料電池10の周囲温度が、閾値記憶部44に記憶されている燃料電池10の周囲温度閾値ここでは0℃以下であるか否かを判定する。
この判定がYESの場合は、ステップS4に移り、NOの場合は、ステップS8に移る。
この判定がYESの場合は、ステップS4に移り、NOの場合は、ステップS8に移る。
ステップS4では、掃気開始判定部45により、燃料電池10の周囲温度に対応する燃料電池10の内部温度閾値を閾値記憶部44から抽出する。
ステップS5では、掃気開始判定部45により、燃料電池10の内部温度が抽出した燃料電池10の内部温度閾値以下であるか否かを判定する。すなわち、温度センサ15により測定する燃料電池10の内部温度と、ステップS4で抽出した燃料電池10の内部温度閾値とを比較して、燃料電池10の内部温度が内部温度閾値以下であるか否かを判定する。
この判定がYESの場合は、ステップS6に移り、NOの場合は、ステップS8に移る。
この判定がYESの場合は、ステップS6に移り、NOの場合は、ステップS8に移る。
ステップS6では、掃気処理部46により燃料電池10の掃気処理を行う。
すなわち、カソード掃気部461は、掃気ガス導入弁241および背圧弁231を開状態とし、掃気ガス排出弁361を閉状態として、エアコンプレッサ21によりエア供給路22にエアを供給することで、カソードガス系を掃気する。
また、アノード掃気部462は、掃気ガス導入弁241および掃気ガス排出弁361を開状態とし、背圧弁231を閉状態として、エアコンプレッサ21によりエア供給路22にエアを供給することで、アノードガス系を掃気する。
すなわち、カソード掃気部461は、掃気ガス導入弁241および背圧弁231を開状態とし、掃気ガス排出弁361を閉状態として、エアコンプレッサ21によりエア供給路22にエアを供給することで、カソードガス系を掃気する。
また、アノード掃気部462は、掃気ガス導入弁241および掃気ガス排出弁361を開状態とし、背圧弁231を閉状態として、エアコンプレッサ21によりエア供給路22にエアを供給することで、アノードガス系を掃気する。
ステップS7では、掃気処理部46により燃料電池10の掃気処理が終了したか否かを判定する。
この判定がYESの場合は、終了し、NOの場合は、ステップS7に戻る。
この判定がYESの場合は、終了し、NOの場合は、ステップS7に戻る。
一方、ステップS5の判定がNOで、ステップS8に移った場合、ステップS8では、イグニッションスイッチ41がオンであるか否かを判定する。
この場合は、燃料電池10の周囲温度は所定温度以下であるが、燃料電池10の内部温度は、燃料電池10の周囲温度に対応する内部温度閾値まで低下していないため、掃気処理は実行されない。
この場合は、燃料電池10の周囲温度は所定温度以下であるが、燃料電池10の内部温度は、燃料電池10の周囲温度に対応する内部温度閾値まで低下していないため、掃気処理は実行されない。
また、ステップS3の判定がNOで、ステップS8に移った場合、ステップS8では、イグニッションスイッチ41がオンであるか否かを判定する。
この場合は、燃料電池10の周囲温度は所定温度まで低下していないため、掃気処理は実行されない。
ステップS8の判定がYESの場合は、終了し、NOの場合は、ステップS2に戻る。
この場合は、燃料電池10の周囲温度は所定温度まで低下していないため、掃気処理は実行されない。
ステップS8の判定がYESの場合は、終了し、NOの場合は、ステップS2に戻る。
図4は、掃気処理が実行されない場合の一例を示すタイミングチャートである。図5は、掃気処理が実行される場合の一例を示すタイミングチャートである。
図4では、外気温が5℃である。よって、燃料電池10の内部温度は、発電停止後、徐々に低下して5℃に近づいていく。
したがって、図3のフローチャートを参照すれば、燃料電池10の周囲温度である外気温が0℃以下にならないので、ステップS3の判定は常にNOとなり、掃気処理は実行されない。
したがって、図3のフローチャートを参照すれば、燃料電池10の周囲温度である外気温が0℃以下にならないので、ステップS3の判定は常にNOとなり、掃気処理は実行されない。
図5では、燃料電池10の周囲温度としての外気温が−10℃である。この場合、燃料電池10の周囲温度−10℃に対応する燃料電池10の内部温度閾値を3℃とする。
燃料電池10の内部温度は、発電停止後、徐々に低下して外気温の−10℃に近づいていく。そして、時刻t1で、燃料電池10の内部温度は、内部温度閾値である3℃まで低下する。
燃料電池10の内部温度は、発電停止後、徐々に低下して外気温の−10℃に近づいていく。そして、時刻t1で、燃料電池10の内部温度は、内部温度閾値である3℃まで低下する。
したがって、図3のフローチャートを参照すれば、燃料電池10の周囲温度である外気温が0℃以下であるため、ステップS3の判定は常にYESとなるが、時刻t1になるまでは、燃料電池10の内部温度が内部温度閾値である3℃を超えているため、ステップS5の判定がNOとなり、掃気処理は実行されない。
しかし、時刻t1以降、燃料電池10の内部温度が内部温度閾値である3℃以下となるので、ステップS5の判定がYESとなって、ステップS6により掃気処理が実行される。
しかし、時刻t1以降、燃料電池10の内部温度が内部温度閾値である3℃以下となるので、ステップS5の判定がYESとなって、ステップS6により掃気処理が実行される。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)燃料電池10の内部温度閾値を、燃料電池10の周囲温度が所定温度より低くなるに従って高くなるように設定したことにより、燃料電池10の周囲温度が高くなるほど、燃料電池10の内部温度が低くなるまで掃気を開始しないこととなり、掃気処理を無駄に実行するのを抑制して、消費電力をできる限り低減できる。
例えば、燃料電池10の周囲温度が−2℃の場合は、燃料電池10の内部温度が5℃まで低下した時点では掃気を開始せず、内部温度が2℃まで低下してはじめて掃気を開始する。このように、燃料電池10の周囲温度が−2℃の場合に、掃気を開始するタイミングを燃料電池10の内部温度が5℃から2℃に低下するまで遅らせることにより、この間に例えばイグニッションスイッチ41がオンされれば掃気を開始しないで済み、バッテリの無駄な電力消費を回避することができる。
(1)燃料電池10の内部温度閾値を、燃料電池10の周囲温度が所定温度より低くなるに従って高くなるように設定したことにより、燃料電池10の周囲温度が高くなるほど、燃料電池10の内部温度が低くなるまで掃気を開始しないこととなり、掃気処理を無駄に実行するのを抑制して、消費電力をできる限り低減できる。
例えば、燃料電池10の周囲温度が−2℃の場合は、燃料電池10の内部温度が5℃まで低下した時点では掃気を開始せず、内部温度が2℃まで低下してはじめて掃気を開始する。このように、燃料電池10の周囲温度が−2℃の場合に、掃気を開始するタイミングを燃料電池10の内部温度が5℃から2℃に低下するまで遅らせることにより、この間に例えばイグニッションスイッチ41がオンされれば掃気を開始しないで済み、バッテリの無駄な電力消費を回避することができる。
(2)燃料電池10の内部温度が5℃から2℃に低下する間にイグニッションスイッチ41がオンされた場合、掃気を実行せずに車両を運転することができ、燃料電池10の停止後、掃気制御のためにエアコンプレッサ21を作動させることがなくなり、エアコンプレッサ21の作動による作動音もなくなり、商品性が向上する。
(3)バッテリの無駄な電力消費を回避する一方、必要な掃気は確実に実行することで、発電停止後の残留水が燃料電池10や反応ガス路の内部で凍結することを防止して、次回燃料電池システム1を起動する際に、燃料電池10の発電安定性を確保することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
1…燃料電池システム
10…燃料電池
40…制御装置(掃気処理装置)
43…温度監視部(温度監視手段)
44…閾値記憶部(閾値記憶手段)
45…掃気開始判定部(掃気開始判定手段)
46…掃気処理部(掃気処理手段)
10…燃料電池
40…制御装置(掃気処理装置)
43…温度監視部(温度監視手段)
44…閾値記憶部(閾値記憶手段)
45…掃気開始判定部(掃気開始判定手段)
46…掃気処理部(掃気処理手段)
Claims (2)
- 反応ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電を停止した後、当該燃料電池の周囲温度および内部温度を監視する温度監視手段と、
前記燃料電池の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する閾値記憶手段と、
前記温度監視手段により監視する前記燃料電池の周囲温度および内部温度を、前記閾値記憶手段に記憶した周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する掃気開始判定手段と、
前記掃気開始判定手段により掃気を開始すると判定された場合に、前記燃料電池の掃気処理を行う掃気処理手段と、
を備える燃料電池システムの掃気処理装置であって、
前記閾値記憶手段は、前記周囲温度閾値は、所定温度であり、前記内部温度閾値は、前記燃料電池の周囲温度が前記所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶しており、
前記掃気開始判定手段は、前記燃料電池の周囲温度が前記周囲温度閾値以下であり、かつ、前記燃料電池の内部温度が前記燃料電池の周囲温度に対応する前記内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理装置。 - 反応ガスの反応により発電する燃料電池の発電を停止した後、当該燃料電池の周囲温度および内部温度を監視する工程と、
燃料電池の周囲温度の閾値および内部温度の閾値を記憶する工程と、
前記燃料電池の周囲温度および内部温度を周囲温度閾値および内部温度閾値と比較して、掃気を開始するか否かを判定する工程と、
掃気を開始すると判定された場合に、前記燃料電池の掃気処理を行う工程と、
を含む燃料電池システムの掃気処理方法であって、
前記周囲温度閾値は、所定温度であり、前記内部温度閾値は、前記燃料電池の周囲温度が前記所定温度より低くなるに従って高くなるように記憶して、
前記燃料電池の周囲温度が前記周囲温度閾値以下であり、かつ、前記燃料電池の内部温度が前記燃料電池の周囲温度に対応する前記内部温度閾値以下である場合に、掃気を開始すると判定することを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。
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JP2009013968A JP2010170926A (ja) | 2009-01-26 | 2009-01-26 | 燃料電池システムの掃気処理装置および掃気処理方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013134832A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
JP2013211163A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
JPWO2016013304A1 (ja) * | 2014-07-24 | 2017-05-25 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 |
-
2009
- 2009-01-26 JP JP2009013968A patent/JP2010170926A/ja active Pending
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