JP4834963B2 - 燃料電池制御装置、燃料電池システム及び燃料電池制御方法 - Google Patents
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Description
前記燃料電池は、無機プロトン導電体から成る電解質層と、前記電解質層に接合される水素透過性金属層とを備え、
前記温度推定装置は、
前記燃料電池へ供給される反応ガスの流量である反応ガス流量を計測するための反応ガス流量計測部と、
前記燃料電池が出力する出力電力を計測するための電力計測部と、
前記反応ガス流量と前記出力電力とに応じて、前記燃料電池の温度を推定する温度推定部と、
を備えることを特徴とする。
前記推定された温度に応じて前記燃料電池の温度を調整する温度調整部と、
を備えることを特徴とする。こうすれば、たとえば燃料電池の温度を実測するセンサーの故障の際においても燃料電池の温度を調整することができる。
前記燃料電池制御装置は、前記推定された温度に応じて、前記冷却部から供給される前記所定の冷媒の供給量を調整するようにしても良い。こうすれば、高い信頼性で燃料電池の温度調整を行うことができる。
前記燃料電池に水素を含まないパージガスを供給するパージガス供給部を備え、
前記非常停止モードは、さらに、前記パージガス供給部から前記燃料電池にパージガスを供給する工程を含む作動モードであるようにしても良い。こうすれば、燃料電池内の流路から水素ガスを排出することができるので、燃料電池システムの停止後における水素透過性金属層の水素脆化を抑制することができる。
無機プロトン導電体から成る電解質層と、前記電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する燃料電池と、
上記温度推定装置と、
前記推定された温度に応じて前記燃料電池の温度を調整する温度調整部と、
を備えることを特徴とする。
前記燃料電池の温度を実測する温度計測部と、
前記温度計測部の異常を検知する異常検知部と、
を備え、
前記温度調整部は、前記異常を検知する前には前記実測された温度に応じて前記温度調整を行い、前記異常を検知した後には前記推定された温度に応じて前記温度調整を行うようにしても良い。
A.本発明の実施例における燃料電池システムの構成:
B.本発明の第1実施例における燃料電池システムの制御:
C.本発明の第2実施例における燃料電池システムの制御:
D.本発明の第3実施例における燃料電池システムの制御:
E.変形例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システムを備える電気自動車の概略構成図である。電気自動車100は、電源システム20と、負荷部30と、制御部50とを備えている。電源システム20は、電気自動車100の動力源としての電力を供給する。負荷部30は、供給された電力を電気自動車100を駆動するための機械的動力に変換する。制御部50は、電源システム20と負荷部30とを制御する。
図4は、本発明の第1実施例における電源システム制御系のブロックダイアグラムである。この制御系は、制御部50が電源システム20を制御して燃料電池スタック210の温度を所定の目標値に安定させることを制御の目的としている。この目的は、冷却水の流量を操作量として調整することによって達成されるように構成されている。制御部50は、燃料電池温度推定部15と、冷却水流量司令部14とを備えている。燃料電池温度推定部15は、温度センサ286の故障時において作動するように電源システム制御系は構成されている。
図7は、本発明の第2実施例における電源システム制御処理の内容を示すフローチャートである。この制御処理は、燃料電池スタック210の内部温度が過度に低下した場合に、燃料電池システム200を非常停止するための処理(ステップS210〜ステップS240)を含む点で第1実施例の処理と異なる。このような内部温度の過度の低下に応じて燃料電池システム200を非常停止するのは、水素透過性金属層22の水素脆化を抑制するためである。
図8は、本発明の第3実施例における電源システム制御系のブロックダイアグラムである。この制御系は、電源システム20を制御して燃料電池スタック210の温度を所定の目標値に安定させるとともに、燃料電池システム200の出力電力を変動する目標値に追随させることを制御の目的としている。この目的は、反応ガスの流量、冷却水の流量、および燃料電池システム200の出力電圧を操作量として調整することによって達成される。
(1)操作量司令部14aは、燃料電池スタック210および燃料電池スタックモデル151に同一の操作量を指令する。操作量には、本実施例では、反応ガス流量、冷却水流量、および出力電圧値が含まれる。
(2)制御部50aは、電源システム20の出力を電圧計69と電流計67とを用いて実測するとともに、出力計算部152の推定結果との出力差を求める。
(3)状態推定部15aは、この出力差に修正ゲインKを乗じて燃料電池スタックモデル151の操作量にフィードバックする。修正ゲインKは、この出力差が発散することなく十分に短い時間で収束するように決定されたゲインである。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
14a…操作量司令部
15…燃料電池温度推定部
15M…温度推定マップ
15a…状態推定部
20…電源システム
21…電解質層
22…水素透過性金属層
23…電解質部
24…触媒層
25…カソード電極
26…2次電池
27…ガスセパレータ
28…残存容量モニタ
29…ガスセパレータ
30…負荷部
31…モータ
32…ギヤ機構
34…車輪
36…駆動回路
50、50a…制御部
64…DCコンバータ
67…電流計
69…電圧計
100…電気自動車
140…目標値決定部
151…燃料電池スタックモデル
152…出力計算部
200…燃料電池システム
210…燃料電池スタック
210c…燃料電池セル
212…アノード流路
214…カソード流路
216、218…電力出力端子
222…冷却水流路
230…改質器
234…浄化器
260…熱交換機
284…空気供給ポンプ
286…温度センサ
289a…空気流量計
289f…燃料ガス流量計
290…燃料ガス供給バルブ
292…燃料電池加熱用バルブ
300…パージガス供給ポンプ
Claims (3)
- 無機プロトン導電体から成る電解質層と、前記電解質層に接合される水素透過性金属層とを有し電力を出力する燃料電池を制御する燃料電池制御装置であって、
前記燃料電池の温度を実測する温度計測部と、
前記温度計測部の異常を検知する異常検知部と、
前記燃料電池の温度を推定する温度推定装置と、
所定の冷媒を前記燃料電池に供給することによって前記燃料電池を冷却する冷却部と、
水素を含まないパージガスを前記燃料電池に供給するパージガス供給部と、を備え、
前記温度推定装置は、
前記燃料電池へ供給される反応ガスの流量である反応ガス流量を計測するための反応ガス流量計測部と、
前記燃料電池が出力する出力電力を計測するための電力計測部と、
前記反応ガス流量と前記出力電力とに応じて、前記燃料電池の温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記燃料電池制御装置は、
前記燃料電池が電力を出力している際において、前記燃料電池の温度が所定の閾値より低下すると、前記燃料電池への前記反応ガスと前記所定の冷媒の供給を停止し、前記パージガス供給部から前記燃料電池にパージガスを供給する、非常停止モードとし、
前記冷却部から供給される前記所定の冷媒の供給量の調整と、前記非常停止モードへの移行とを、前記異常を検知する前には前記実測された温度に基づいて行い、前記異常を検知した後には前記推定された温度に基づいて行う、燃料電池制御装置。 - 電力を出力する燃料電池システムであって、
無機プロトン導電体から成る電解質層と、前記電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する燃料電池と、
前記燃料電池を制御する燃料電池制御装置と、を備え、
前記燃料電池制御装置は、
前記燃料電池の温度を実測する温度計測部と、
前記温度計測部の異常を検知する異常検知部と、
前記燃料電池の温度を推定する温度推定装置と、
所定の冷媒を前記燃料電池に供給することによって前記燃料電池を冷却する冷却部と、
水素を含まないパージガスを前記燃料電池に供給するパージガス供給部と、を備え、
前記温度推定装置は、
前記燃料電池へ供給される反応ガスの流量である反応ガス流量を計測するための反応ガス流量計測部と、
前記燃料電池が出力する出力電力を計測するための電力計測部と、
前記反応ガス流量と前記出力電力とに応じて、前記燃料電池の温度を推定する温度推定部と、を備え、
前記燃料電池制御装置は、
前記燃料電池が電力を出力している際において、前記燃料電池の温度が所定の閾値より低下すると、前記燃料電池への前記反応ガスと前記所定の冷媒の供給を停止し、前記パージガス供給部から前記燃料電池にパージガスを供給する、非常停止モードとし、
前記冷却部から供給される前記所定の冷媒の供給量の調整と、前記非常停止モードへの移行とを、前記異常を検知する前には前記実測された温度に基づいて行い、前記異常を検知した後には前記推定された温度に基づいて行う、燃料電池システム。 - 燃料電池の制御方法であって、
無機プロトン導電体から成る電解質層と、前記電解質層に接合される水素透過性金属層と、を備える燃料電池の温度を、温度計測部により実測する工程と、
前記温度計測部の異常を検知する工程と、
前記燃料電池の温度を推定する工程と、
所定の冷媒を前記燃料電池に供給することによって前記燃料電池を冷却する工程と、を備え、
前記温度を推定する工程は、
前記燃料電池へ供給される反応ガスの流量である反応ガス流量を計測する工程と、
前記燃料電池が出力する出力電力を計測する工程と、
前記反応ガス流量と前記出力電力とに応じて、前記燃料電池の温度を推定する工程と、を備え、
前記制御方法は、
前記燃料電池が電力を出力している際において、前記燃料電池の温度が所定の閾値より低下すると、前記燃料電池への前記反応ガスと前記所定の冷媒の供給を停止し、水素を含まないパージガスを前記燃料電池に供給する、非常停止モードとする工程を含み、
前記冷却部から供給される前記所定の冷媒の供給量の調整と、前記非常停止モードへの移行とを、前記異常を検知する前には前記実測された温度に基づいて行い、前記異常を検知した後には前記推定された温度に基づいて行う方法である、燃料電池の制御方法。
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