JP2015179620A - 燃料電池システム及び燃料電池の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る燃料電池システムは、複数のセルが積層されてなる燃料電池と、燃料電池のカソードガスの背圧を調整するための調圧弁と、燃料電池の温度に基づいて調圧弁を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムである。制御部は、燃料電池システムの起動後、燃料電池の温度が最初に第1の基準温度T1を超えた場合に、背圧を第1の圧力からより高圧の第2の圧力へ切り換え、第1の基準温度T1において第2の圧力へ切り換えた後には、燃料電池の温度が第2の基準温度T2(但し、T2<T1)を下回った場合に背圧を第1の圧力へ切り換え、第2の基準温度T2を超えた場合に背圧を第2の圧力へ切り換える。
【選択図】図1
Description
特許文献1に開示された燃料電池システムでは、スタック温度が所定の基準温度未満に戻った場合には、カソードガスの排気弁を開けることによりカソードガスの背圧を元に戻している。
複数のセルが積層されてなる燃料電池と、
前記燃料電池のカソードガスの背圧を調整するための調圧弁と、
前記燃料電池の温度に基づいて前記調圧弁を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御部は、
当該燃料電池システムの起動後、前記燃料電池の温度が最初に第1の基準温度T1を超えた場合に、前記背圧を第1の圧力からより高圧の第2の圧力へ切り換え、
前記第1の基準温度T1において前記第2の圧力へ切り換えた後には、前記燃料電池の温度が第2の基準温度T2(但し、T2<T1)を下回った場合に前記背圧を前記第1の圧力へ切り換え、前記第2の基準温度T2を超えた場合に前記背圧を前記第2の圧力へ切り換えるものである。
このような構成により、セルスタックの乾燥を効果的に抑制できる上、システム全体の効率にも優れている。
前記第2の圧力へ切り換えた後に、前記燃料電池の電流密度が0.2A/cm2よりも小さくなることが好ましい。このような場合に特に好適である。
複数のセルが積層されてなる燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池の起動後、前記燃料電池の温度が最初に第1の基準温度T1を超えた場合に、前記燃料電池のカソードガスの背圧を第1の圧力からより高圧の第2の圧力へ切り換え、
前記第1の基準温度T1において前記第2の圧力へ切り換えた後には、前記燃料電池の温度が第2の基準温度T2(但し、T2<T1)を下回った場合に前記背圧を前記第1の圧力へ切り換え、前記第2の基準温度T2を超えた場合に前記背圧を前記第2の圧力へ切り換えるものである。
このような構成により、セルスタックの乾燥を効果的に抑制できる上、システム全体の効率にも優れている。
まず、図1を参照して、実施の形態1に係る燃料電池システムについて説明する。図1は、実施の形態1に係る燃料電池システムの構成図である。図1に示すように、実施の形態1に係る燃料電池システムは、燃料電池FC、エア供給経路10、コンプレッサ11、エア排出経路20、背圧調整弁21、燃料ガス供給経路30、燃料ガスタンク31、調圧弁32、燃料ガス循環経路40、循環ポンプ41、制御部50、温度センサTS、圧力センサPSを備えている。ここで、制御部50は、記憶部51を備えている。
H2→2H++2e− ・・・(1)
(1/2)O2+2H++2e−→H2O ・・・(2)
H2+(1/2)O2→H2O ・・・(3)
コンプレッサ11は、エア供給経路10上に設けられている。コンプレッサ11は、システム外から取り込んだ空気(AIR_IN)を圧縮し、燃料電池FCへ送出する。コンプレッサ11の吐出圧は、燃料電池FCにおける空気の背圧(エア背圧)に応じて、制御部50により制御される。具体的には、エア背圧が高い程、コンプレッサ11の吐出圧も高くする必要がある。
背圧調整弁21は、エア排出経路20上に設けられている。背圧調整弁21により、燃料電池FCにおけるエア背圧が調圧される。背圧調整弁21を通過した空気(AIR_OUT)は、システム外へ放出される。
燃料ガスタンク31は、燃料ガス供給経路30の終端に設けられている。燃料ガスタンク31には、例えば高圧の水素ガスが貯蔵されている。
調圧弁32は、燃料ガス供給経路30上に設けられている。調圧弁32により、燃料電池FCへ供給する水素ガスの圧力が調圧される。さらに、調圧弁32により、燃料ガスタンク31から燃料電池FCへの水素ガスの供給を遮断することもできる。
循環ポンプ41は、燃料ガス循環経路40上に設けられている。循環ポンプ41は、燃料電池FCから排出された水素ガスを加圧し、燃料ガス供給経路30へ送出する。
つまり、実施の形態1に係る燃料電池システムでは、最初は第1の基準温度T1で背圧を切り換え、一度スタック温度が第1の基準温度T1を超えたら、システム終了まで第2の基準温度T2(<T1)で背圧を切り換える。
11 コンプレッサ
20 エア排出経路
21 背圧調整弁
30 燃料ガス供給経路
31 燃料ガスタンク
32 調圧弁
40 燃料ガス循環経路
41 循環ポンプ
50 制御部
51 記憶部
FC 燃料電池
PS 圧力センサ
TS 温度センサ
Claims (6)
- 複数のセルが積層されてなる燃料電池と、
前記燃料電池のカソードガスの背圧を調整するための調圧弁と、
前記燃料電池の温度に基づいて前記調圧弁を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御部は、
当該燃料電池システムの起動後、前記燃料電池の温度が最初に第1の基準温度T1を超えた場合に、前記背圧を第1の圧力からより高圧の第2の圧力へ切り換え、
前記第1の基準温度T1において前記第2の圧力へ切り換えた後には、前記燃料電池の温度が第2の基準温度T2(但し、T2<T1)を下回った場合に前記背圧を前記第1の圧力へ切り換え、前記第2の基準温度T2を超えた場合に前記背圧を前記第2の圧力へ切り換える、
燃料電池システム。 - 前記燃料電池の温度と前記背圧の目標値との関係を示すマップを格納する記憶部を更に備え、
前記記憶部には、
前記第1の基準温度T1において前記背圧を前記第1の圧力と前記第2の圧力との間で切り換えるための第1のマップと、
前記第2の基準温度T2において前記背圧を前記第1の圧力と前記第2の圧力との間で切り換えるための第2のマップと、が格納されている、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、当該燃料電池システムの起動時に前記背圧を前記第1の圧力に制御する、
請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 - 前記第1の圧力が大気圧である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 前記第2の圧力へ切り換えた後に、前記燃料電池の電流密度が0.2A/cm2よりも小さくなる、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - 複数のセルが積層されてなる燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池の起動後、前記燃料電池の温度が最初に第1の基準温度T1を超えた場合に、前記燃料電池のカソードガスの背圧を第1の圧力からより高圧の第2の圧力へ切り換え、
前記第1の基準温度T1において前記第2の圧力へ切り換えた後には、前記燃料電池の温度が第2の基準温度T2(但し、T2<T1)を下回った場合に前記背圧を前記第1の圧力へ切り換え、前記第2の基準温度T2を超えた場合に前記背圧を前記第2の圧力へ切り換える、
燃料電池の制御方法。
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