JP4992255B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来、燃料電池システムを搭載した車両であって、車両がアイドル停止状態である場合には、燃料電池で発電を行うために駆動させる機器の動作を停止して発電を休止することで、不要な電力消費を抑えて燃費の向上を図るものが知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, when a vehicle is equipped with a fuel cell system and the vehicle is in an idle stop state, it is unnecessary to stop the power generation by stopping the operation of the device that is driven to generate power with the fuel cell. There is known one that improves power consumption by suppressing power consumption (see, for example, Patent Document 1).
しかし、車両がアイドル停止状態で発電を休止した場合、燃料電池システムの状態(例えば燃料ガスの圧力が低すぎるなど)によっては、その後発電を再開するときに支障(燃料ガス圧力の上昇遅れなどの支障)が生じ、必要な発電電力が得られないことがあり得る。 However, when power generation is stopped when the vehicle is in an idling stop state, depending on the state of the fuel cell system (for example, the pressure of the fuel gas is too low) It is possible that necessary generated power cannot be obtained.
そこで、所定の条件(発電再開時に支障が生じない条件)を満たさない場合には、アイドル停止状態とさせない燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムによれば、所定条件を満たさない場合にはアイドル停止とならないため、アイドル停止状態から発電を再開して必要な発電電力が得られなくなるという事態を防止することができる(例えば特許文献2参照)。
しかし、従来の燃料電池システムにおいて、発電再開時に支障が生じないと予測される条件を満たした場合であっても、経時劣化によるガス漏れや制御性が悪化した場合には、燃料ガス圧力が不安定となる。そして、燃料ガス圧力が過大となってしまった場合、その後の発電において燃料極側から排出される燃料ガス量が多くなり、燃料ガスの排出に際して希釈装置の稼働率が高くなって希釈装置による騒音が生じてしまう。また、燃料ガス圧力が小さくなってしまった場合、酸化剤極側の圧力との差が大きくなり、両極間に設けられる電解質膜の劣化を促進してしまうこととなる。 However, in the conventional fuel cell system, even if the conditions that are expected to not cause problems when restarting power generation are satisfied, the fuel gas pressure will be reduced if the gas leakage due to deterioration over time or the controllability deteriorates. It becomes stable. If the fuel gas pressure becomes excessive, the amount of fuel gas discharged from the fuel electrode side in the subsequent power generation increases, and the operating rate of the dilution device increases when the fuel gas is discharged, resulting in noise from the dilution device. Will occur. Further, when the fuel gas pressure becomes small, the difference from the pressure on the oxidant electrode side becomes large, and the deterioration of the electrolyte membrane provided between both electrodes is promoted.
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、騒音の発生および燃料電池の劣化を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing generation of noise and deterioration of the fuel cell. is there.
本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料ガス供給量制御手段と、燃料極側圧力検出手段と、ガス排出手段と、希釈手段と、蓄電手段と、制御手段とを備えている。燃料電池は、燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。燃料ガス供給量制御手段は、燃料電池の燃料極側に供給する燃料ガス量を制御するものである。燃料極側圧力検出手段は、燃料電池の燃料極側の圧力を検出するものである。ガス排出手段は、燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出するものである。希釈手段は、ガス排出手段によって排出されるガスを希釈するものである。蓄電手段は、要求された電力量のうち燃料電池から供給できない不足分の電力量を供給するものである。制御手段は、要求された電力量を燃料電池又は燃料電池と蓄電手段とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量を蓄電手段によって供給する発電休止モードとを切替可能であり、システムの運転状態を制御可能なものである。さらに、燃料電池の酸化剤極側との圧力差が大きくなることによる燃料電池の電解質膜の劣化を防止可能な燃料電池の燃料極側の圧力を第1圧力とし、発電休止モードから通常発電モードへの移行時に希釈手段による騒音が大きくなることを防止可能な燃料電池の燃料極側の圧力を第2圧力としたとき、制御手段は、燃料極側圧力検出手段の検出圧力に基づいて、燃料極側の圧力が発電休止モードの開始から終了までの間に第1圧力以下となった場合は燃料ガス供給量制御手段により燃料電池の燃料極側に燃料ガスを供給し且つ燃料極側の圧力が発電休止モードの開始から終了までの間に第2圧力以上となった場合はガス排出手段により燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出する第1制御、燃料極側の圧力が発電休止モードの開始から終了までの間に第2圧力以上となった場合はガス排出手段により燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出し且つ燃料極側の圧力が発電休止モードの開始後に第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第2制御、及び、燃料極側の圧力が発電休止モードの開始後に第1圧力以下若しくは第2圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第3制御のうち、少なくとも1つを実行する構成となっている。 The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell, fuel gas supply amount control means, fuel electrode side pressure detection means, gas discharge means, dilution means, power storage means, and control means. The fuel cell has a fuel electrode supplied with fuel gas and an oxidant electrode supplied with oxidant gas, and generates electric power by reacting the supplied fuel gas and oxidant gas. The fuel gas supply amount control means controls the amount of fuel gas supplied to the fuel electrode side of the fuel cell. The fuel electrode side pressure detecting means detects the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell. The gas discharge means discharges the gas on the fuel electrode side of the fuel cell to the outside. The dilution means dilutes the gas discharged by the gas discharge means. The power storage means supplies a deficient amount of power that cannot be supplied from the fuel cell among the requested amount of power. The control means can switch between a normal power generation mode in which the required amount of power is supplied by the fuel cell or the fuel cell and the power storage means, and a power generation suspension mode in which the required amount of power is supplied by the power storage means. The operating state can be controlled. Furthermore, the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell that can prevent the deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell due to the increase in the pressure difference with the oxidant electrode side of the fuel cell is set as the first pressure, and the normal power generation mode is changed from the power generation suspension mode to the normal power generation mode. When the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell that can prevent the noise due to the dilution means from increasing during the transition to the second pressure is the second pressure, the control means When the pressure on the pole side becomes equal to or lower than the first pressure between the start and end of the power generation halt mode, the fuel gas is supplied to the fuel electrode side of the fuel cell by the fuel gas supply amount control means, and the pressure on the fuel electrode side If a second pressure above the first control for discharging the fuel electrode side of the gas of the fuel cell to the outside by the gas discharge means, the pressure of the fuel electrode side power pauses between but from the beginning to the end of the power idle mode From start to end mode Generation and if it becomes the second pressure or the pressure of the fuel electrode side of the gas was discharged to the outside and the fuel electrode side of the fuel cell is less than the first pressure after the start of power generation idle mode by the gas discharge means between at Second control for switching from the halt mode to the normal power generation mode, and third control for switching from the power halt mode to the normal power generation mode when the pressure on the fuel electrode side becomes the first pressure or lower or the second pressure or higher after the start of the power generation halt mode Of these, at least one is executed.
本発明によれば、制御手段は、燃料極側の圧力が第1圧力を超え第2圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する第1制御、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御し且つ燃料極側の圧力が第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第2制御、及び、燃料極側の圧力が第1圧力以下若しくは第2圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第3制御のうち、少なくとも1つを実行する。 According to the present invention, the control means includes the first control for controlling the operation state in the power generation suspension mode so that the pressure on the fuel electrode side exceeds the first pressure and less than the second pressure, and the pressure on the fuel electrode side is A second control for controlling the operation state in the power generation suspension mode so as to be less than the second pressure, and switching from the power generation suspension mode to the normal power generation mode when the pressure on the fuel electrode side becomes equal to or lower than the first pressure; When the pressure becomes equal to or lower than the first pressure or equal to or higher than the second pressure, at least one of the third controls for switching from the power generation suspension mode to the normal power generation mode is executed.
ここで、第1制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く(すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され)、通常発電モードの移行時に希釈装置による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第1圧力を超えるようにされるため、燃料極側の圧力が低くなりすぎて酸化剤極側との圧力差が大きくなって電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。 Here, according to the first control, since the operation state in the power generation suspension mode is controlled and the pressure on the fuel electrode side becomes less than the second pressure, the pressure on the fuel electrode side is high (that is, on the fuel electrode side). A large amount of fuel gas is enclosed), and it is possible to prevent a situation in which the noise caused by the diluting device becomes loud when shifting to the normal power generation mode. In addition, since the operation state in the power generation suspension mode is controlled so that the pressure on the fuel electrode side exceeds the first pressure, the pressure on the fuel electrode side becomes too low and the pressure difference from the oxidant electrode side. It becomes possible to prevent the electrolyte membrane from deteriorating and degrading the electrolyte membrane.
また、第2制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く(すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され)、通常発電モードの移行時に希釈装置による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、燃料極側の圧力が第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第1圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。すなわち、通常発電モードに移行したことにより燃料ガスや酸化剤ガスが燃料電池に供給されて、両極間の圧力差が小さくなるため、電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。 Further, according to the second control, the operation state in the power generation suspension mode is controlled, and the pressure on the fuel electrode side becomes less than the second pressure, so that the pressure on the fuel electrode side is high (that is, the fuel on the fuel electrode side). It is possible to prevent a situation in which the noise caused by the diluting device becomes large when the normal power generation mode is shifted. In addition, when the pressure on the fuel electrode side becomes equal to or lower than the first pressure, the power generation stop mode is switched to the normal power generation mode. Therefore, the power generation stop mode continues with the pressure lower than the first pressure, and the electrolyte membrane is deteriorated due to the pressure difference between the two electrodes. Can be prevented. That is, since the fuel gas or the oxidant gas is supplied to the fuel cell due to the shift to the normal power generation mode, the pressure difference between the two electrodes is reduced, so that the electrolyte membrane can be prevented from being deteriorated.
さらに、第3制御によれば、燃料極側の圧力が第1圧力以下若しくは第2圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第1圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。さらに、第2圧力以上のままで発電休止モードが継続し、通常発電モードの移行時に希釈装置による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。 Furthermore, according to the third control, when the pressure on the fuel electrode side becomes equal to or lower than the first pressure or higher than the second pressure, the power generation suspension mode is switched from the power generation suspension mode to the normal power generation mode. It is possible to prevent the electrolyte membrane from being deteriorated due to the pressure difference between the two electrodes. Furthermore, it is possible to prevent a situation in which the power generation pause mode continues while maintaining the second pressure or higher and the noise caused by the dilution device becomes large when the normal power generation mode is shifted.
従って、上記いずれかの制御を行うことにより、騒音の発生および燃料電池の劣化を抑制することができる。 Therefore, by performing any of the above controls, it is possible to suppress the generation of noise and the deterioration of the fuel cell.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池10と、燃料ガス供給系20と、ガス循環系30と、ガス排出系(ガス排出手段)40と、酸化剤ガス供給系50と、酸化剤ガス排出系60とを備えている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1 includes a
燃料電池10は、燃料ガス(水素ガス)の供給を受ける燃料極と、酸化剤ガス(酸素)の供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。このとき、燃料電池10では、
燃料極 :H2→2H++2e−
酸化剤極:2H++2e−+(1/2)O2→H2O
なる反応により発電が行われることとなる。また、燃料極と酸化剤極とは電解質膜を挟んで重ね合わされて発電セルを構成しており、燃料電池10は、これら発電セルが複数層積層されたスタック構造となっている。
The
Fuel electrode: H 2 → 2H + + 2e −
Oxidant electrode: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
As a result, power generation is performed. Further, the fuel electrode and the oxidant electrode are overlapped with an electrolyte membrane interposed therebetween to constitute a power generation cell, and the
燃料ガス供給系20は、水素タンク21と、水素ガス導入配管22と、水素タンク元弁23と、減圧弁24と、水素調圧弁(燃料ガス供給量制御手段)25とからなっている。水素タンク21は、燃料電池10の燃料極に供給する水素ガスを蓄えておくものである。水素ガス導入配管22は水素タンク21と燃料電池10の燃料極側入口とを接続し、水素タンク21からの水素ガスを燃料電池10の燃料極まで導くものである。水素タンク元弁23は、水素タンク21と水素ガス導入配管22との接続部分に設けられ、開閉動作することにより水素ガスを水素ガス導入配管22に流したり遮断したりするものである。減圧弁24は、水素ガス導入配管22に設けられ、開閉動作によって水素ガス圧力を減圧するものである。水素調圧弁25は、水素ガス導入配管22のうち減圧弁24から燃料電池10に至るまでの部分に設けられ、燃料電池10の燃料極側に供給される水素ガス量を制御するものである。また、水素調圧弁25は、水素ガスの供給量を制御することにより燃料電池10の燃料極側の圧力を調整可能となっている。
The fuel
ガス循環系30は、発電に寄与することなく排出された燃料ガスを再利用するためのものであって、循環配管31とガス循環装置32とを備えている。循環配管31は、一端が燃料電池10の燃料極側出口に接続され、他端が水素調圧弁25と燃料電池10の燃料極側入口との間の水素ガス導入配管22に接続されており、燃料電池10の燃料極側から排出されたオフガスを循環させて再度燃料電池10の燃料極側に送り込む流路となるものである。ガス循環装置32は、循環配管31上に設けられ、燃料電池10の燃料極側から排出されたガスを循環させて再度燃料電池10の燃料極側に送り込む動力源となるものである。
The
ガス排出系40は、ガス循環装置32によって送り出されるガスが燃料電池10に至るまでの区間における循環配管31と外部とを連通させて、燃料電池10の燃料極側のガスを外部に排出するものである。このガス排出系40は、ガス排出配管41と、パージ弁42とを備えている。ガス排出配管41は、一端がガス循環装置32から燃料電池10に至るまでの循環配管31に接続され、他端が外部につながっている。開閉弁42は、開閉自在に制御されるものであり、開閉動作することにより流路を遮断したり開放したりしてガスの排出を制御するものである。
The
酸化剤ガス供給系50は、コンプレッサ51と、空気供給配管52とからなっている。コンプレッサ51は、外気を取り込み圧縮して燃料電池10の酸化剤極側に送り込むものである。空気供給配管52は、コンプレッサ51と燃料電池10の酸化剤極側入口とを接続するものであり、コンプレッサ51により圧送される空気を燃料電池10の酸化剤極側に導くものである。
The oxidant
酸化剤ガス排出系60は、酸化剤ガス排出配管61と、空気調圧弁62とを備えている。酸化剤ガス排出配管61は、燃料電池10の酸化剤極側と外部とを接続し、燃料電池10の酸化剤極側から排出されたガスを外部に導くものである。空気調圧弁62は、酸化剤ガス排出配管61上に設けられ、外部に排出するガス量を制御するものである。
The oxidant
さらに、本実施形態に係る燃料電池システム1は、各種センサ71〜75、パワーマネージャー80、バッテリ(蓄電手段)90、バッテリコントローラ100、駆動モータ110、希釈装置(希釈手段)120、およびコントローラ(制御手段)130を備えている。
Furthermore, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes
各種センサ71〜75のうち、第1圧力センサ(燃料極側圧力検出手段)71は、水素調圧弁25から燃料電池10の燃料極側入口に至るまでの水素ガス導入配管22上に設けられている。また、第2圧力センサ(燃料極側圧力検出手段)72は、循環配管31上に設けられている。これらセンサ71,72は、燃料電池10の燃料極側の圧力を検出する構成となっている。
Among the
第3圧力センサ73は、コンプレッサ51から燃料電池10の酸化剤極側入口に至るまでの空気供給配管52上に設けられ、燃料電池10の酸化剤極側の圧力を検出する構成となっている。大気圧センサ(気圧検出手段)74は、周囲の気圧を検出するものである。電圧センサ75は、単セルごと、または複数セルごとに電圧を測定するものである。
The
パワーマネージャー80は、燃料電池10から電力を取り出して、バッテリ90や駆動モータ110へ電力を供給するものである。また、パワーマネージャー80は、電力取り出し制御のために、燃料電池10から取り出す電流の値を計測する機能を有している。
The
バッテリ90は、要求された電力量(駆動モータ110の駆動に必要な電力量)のうち燃料電池10から供給できない不足分の電力量を駆動モータ110に供給するものである。また、バッテリ90は、燃料電池システム1で発電を行うために必要な補機類を駆動させるために必要な電力を供給するようにもなっている。さらに、バッテリ90は、逆に燃料電池10の発電電力が余剰になったときに電力を蓄電し、且つ、駆動モータ110の回生電力についても蓄電するようになっている。
The
バッテリコントローラ100は、バッテリ90の残容量を検出するものであり、検出結果をコントローラ130に送信する構成となっている。希釈装置120は、ガス排出配管41上に設けられ、ガス排出系40から排出されるガスを希釈するものである。コントローラ130は、燃料電池システム1の運転状態(各種弁、ガス供給および排出、並びに電力の取出など)を制御するものである。例えばコントローラ130は、水素タンク21の高圧水素を減圧弁24で所定圧力まで減圧し、所望の水素供給量を満たすような水素圧にするべく第1圧力センサ71の検出値を参照しながら水素調圧弁25を制御する。また、コントローラ130は、所望の空気供給量を満たすような空気圧にするべく第2圧力センサ72の検出値を参照しながらコンプレッサ51の回転数を制御する。特にコントローラ130は、燃料電池10から大電流を取り出したい場合には、水素調圧弁25およびコンプレッサ51を制御して燃料極側および酸化剤極側を加圧し、燃料電池10内の化学反応効率を上げる。
The
また、コントローラ130は、要求された電力量を燃料電池10のみ又は燃料電池10とバッテリ90とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量をバッテリ90のみによって供給する発電休止モードとを切替可能に構成されている。
Further, the
ここで、コントローラ130についてより詳しく説明する。図2は、図1に示したコントローラ130の詳細を示す構成図である。同図に示すようにコントローラ130は、発電電力決定部131、発電休止モード切替部132、発電休止モード時制御部133および通常発電モード切替部134を有している。
Here, the
発電電力決定部131は、移動体の運転者が要求する駆動力値を検知し、検出値とバッテリ90の供給可能電力などに応じて、燃料電池10の目標発電電力を決定するものである。発電休止モード切替部132は、燃料電池10の目標発電電力、車両の走行状況、バッテリ90の状態、ならびに燃料電池システム1の状態に基づいて、燃料電池の運転モードを、通常発電モードから発電休止モードの切り替えるか否かを決定するものである。発電休止モード時制御部133は、発電休止モード中の燃料電池システム1の制御を行うものである。通常発電モード切替部134は、燃料電池システム1の運転モードを、発電休止モードから通常発電モードへの切り替えるか否かを決定するものである。
The generated
さらに、本実施形態においてコントローラ130は、第1圧力センサ71および第2圧力センサ72の少なくとも一方の検出値に基づいて、燃料極側の圧力が第1圧力を超え、第1圧力よりも大きい第2圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する構成となっている。ここで、燃料極側の圧力が第1圧力以下となると、酸化剤極の圧力との差が大きくなり、両極間に設けられる電解質膜の劣化を促進してしまう。一方、燃料極側の圧力が第2圧力以上となると、その後通常発電モードに移行したときに、燃料極側から排出される燃料ガス量が多くなり、燃料ガスの排出に際して希釈装置120の稼働率が高くなって希釈装置120による騒音が生じてしまう。本実施形態に係るコントローラ130は、このような不都合を防止すべく、燃料極側の圧力が第1圧力を超え第2圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御するようになっている。
Further, in the present embodiment, the
次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作を説明する。図3は、第1実施形態に係る燃料電池システム1の動作を示すフローチャートであり、通常発電モードから発電休止モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。 Next, the operation of the fuel cell system 1 according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to the first embodiment, and shows processing for determining whether or not to shift from the normal power generation mode to the power generation suspension mode.
図3に示すように、まず、発電休止モード切替部132は、発電電力決定部131により決定された目標となる発電電力が所定値以下であるか否かを判断する(ST1)。目標となる発電電力が所定値以下でないと判断した場合(ST1:NO)。所定値以下であると判断されるまで、この処理を繰り返すこととなる。一方、目標となる発電電力が所定値以下であると判断した場合(ST1:YES)、発電休止モード切替部132は、車速が所定車速以下であるか否かを判断する(ST2)。
As illustrated in FIG. 3, first, the power generation suspension
車速が所定車速以下でないと判断した場合(ST2:NO)、処理はステップST1に移行する。車速が所定車速以下であると判断した場合(ST2:YES)、発電休止モード切替部132は、バッテリ90の残容量が所定容量以上であるか否かを判断する(ST3)。
When it is determined that the vehicle speed is not lower than the predetermined vehicle speed (ST2: NO), the process proceeds to step ST1. When it is determined that the vehicle speed is equal to or lower than the predetermined vehicle speed (ST2: YES), the power generation suspension
バッテリ90の残容量が所定容量以上でないと判断した場合(ST3:NO)、処理はステップST1に移行する。バッテリ90の残容量が所定容量以上であると判断した場合(ST3:YES)、発電休止モード切替部132は、発電休止モードに移行しその後通常発電モードに移行したとき、すなわち発電再開時に支障無く発電を行うことができるか否かを判断する(ST4)。例えば、燃料電池10の電圧が所定値以下のときに発電を休止してしまうと、発電再開時に安定した発電ができずに、移動体の駆動力に支障がでるため、発電休止モードへの移行を行わない。
When it is determined that the remaining capacity of the
発電再開時に支障無く発電を行うことができないと判断した場合(ST4:NO)、処理はステップST1に移行する。一方、発電再開時に支障無く発電を行うことができると判断した場合(ST4:YES)、コントローラ130は、発電休止モードを開始する(ST5)。そして、図3に示す処理は終了する。
If it is determined that power generation cannot be performed without any trouble when power generation is resumed (ST4: NO), the process proceeds to step ST1. On the other hand, when it is determined that power generation can be performed without any trouble when power generation is resumed (ST4: YES), the
図4は、第1実施形態に係る燃料電池システム1の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to the first embodiment, showing a process for determining whether or not to shift from the power generation suspension mode to the normal power generation mode and an initial process in the normal power generation mode. Yes.
まず、発電休止モードにおいて発電休止モード時制御部133は、パージ弁42を閉じる(ST11)。次いで、発電休止モード時制御部133は水素調圧弁25を全閉とする(ST12)。そして、発電休止モード時制御部133は、コンプレッサ51を停止させ(ST13)、パワーマネージャー80を制御して電流の取り出しを停止する(ST14)。さらに、発電休止モード時制御部133は、希釈装置120を停止させる(ST15)。
First, in the power generation stop mode, the power generation stop
次に、通常発電モード切替部134は、通常発電モードに移行するか否かを判断する(ST16)。このとき、通常発電モード切替部134は、例えば運転者が要求する駆動力が増加し、燃料電池10での発電を再開しないと電力供給が満たされない場合や、バッテリ90残量が不足して、電力供給を満たすことができないなどの条件が成立した場合に、通常発電モードに移行すると判断する。
Next, the normal power generation
ここで、通常発電モードに移行しないと判断した場合(ST16:NO)、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力と大気圧センサ74により検出された大気圧との差圧が第2所定値以上であるか否かを判断する(ST17)。この処理において、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力が第2圧力未満であるか否かを判断するようにしている。
Here, when it is determined that the mode does not shift to the normal power generation mode (ST16: NO), the
差圧が第2所定値以上であると判断した場合(ST17:YES)、発電休止モード時制御部133は、パージ弁42を開け(ST18)、希釈装置120を稼働させる(ST19)。そして、処理はステップST22に移行する。一方、差圧が第2所定値以上でないと判断した場合(ST17:NO)、発電休止モード時制御部133は、パージ弁42が開いているときにはパージ弁42を閉じ(ST20)、希釈装置120が稼働しているときには停止させる(ST21)。そして、処理はステップST22に移行する。
When it is determined that the differential pressure is greater than or equal to the second predetermined value (ST17: YES), the power generation halt
図5は、図4に示したステップST17〜ST21の処理の詳細を示す図であり、(a)は差圧と第2所定値との関係を示し、(b)は希釈装置120の稼働状態を示している。図5(a)および(b)に示すように、希釈装置120が稼働しておらずパージ弁42が閉じられている場合には、制御性の悪化などにより燃料極側の圧力が上昇することがある。そして、ステップST18,19に示したように、差圧が第2所定値以上となると、希釈装置120が稼働しパージ弁42が開けられる。これにより、燃料極側のガスが外部に排出され、差圧は低下することとなる。このように、第1実施形態においてコントローラ130は、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるように制御をしている。
FIG. 5 is a diagram showing details of the processing of steps ST17 to ST21 shown in FIG. 4, (a) shows the relationship between the differential pressure and the second predetermined value, and (b) shows the operating state of the
ここで、発電休止モード時制御部133は、差圧が大きくなるに従って、希釈装置120による希釈量を増加させることが望ましい。これにより、差圧が大きく、パージ弁42が開けられたときに多量のガスが排出されるとしても、適切な希釈を行うことができるからである。
Here, it is desirable that the power generation halt
再度、図4を参照する。ステップST22において、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力と大気圧センサ74により検出された大気圧との差圧が第1所定値以下であるか否かを判断する(ST22)。この処理において、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力が第1圧力を超えるか否かを判断するようにしている。
Reference is again made to FIG. In step ST22, the power generation halt
差圧が第1所定値以下であると判断した場合(ST22:YES)、発電休止モード時制御部133は、水素調圧弁25を開ける(ST23)。そして、処理はステップST16に移行する。一方、差圧が第1所定値以下でないと判断した場合(ST22:NO)、発電休止モード時制御部133は、水素調圧弁25が開いているときには水素調圧弁25を閉じる(ST24)。そして、処理はステップST16に移行する。
When it is determined that the differential pressure is equal to or lower than the first predetermined value (ST22: YES), the power generation halt
図6は、図4に示したステップST22〜ST24の処理の詳細を示す図であり、(a)は差圧と第1所定値との関係を示し、(b)は水素調圧弁25の開閉状態を示している。図6(a)および(b)に示すように、水素調圧弁25が閉じている場合には、経時劣化によるガス漏れなどにより燃料極側の圧力が減少することがある。そして、差圧が第1所定値以下となると、水素調圧弁25が開けられる。これにより、燃料極側に水素ガスが供給され、差圧は上昇することとなる。このように、第1実施形態においてコントローラ130は、燃料極側の圧力が第1圧力を超えるように制御をしている。
FIG. 6 is a diagram showing details of the processing of steps ST22 to ST24 shown in FIG. 4, (a) shows the relationship between the differential pressure and the first predetermined value, and (b) shows the opening and closing of the hydrogen
再度、図4を参照する。ステップST16において、発電休止モード時制御部133が通常発電モードに移行すると判断した場合(ST16:YES)、コントローラ130は、通常発電モードを開始する(ST25)。
Reference is again made to FIG. In step ST16, when the power generation halt
次に、コントローラ130は、水素調圧弁25を開け(ST26)、燃料電池10に燃料ガスの供給を開始する。そして、コントローラ130は、燃料極側の圧力が所定圧力以上であるか否かを判断する(ST27)。所定圧力以上でないと判断した場合(ST27:NO)、所定圧力以上であると判断されるまで、この処理が繰り返される。一方、所定圧力以上であると判断した場合(ST27:YES)、コントローラ130は、コンプレッサ51を駆動させ(ST28)、燃料電池10に酸化剤ガスの供給を開始すると共に、パワーマネージャー80を制御して電流の取り出しを再開する(ST29)。その後、図4に示す処理は終了する。
Next, the
このようにして、第1実施形態に係る燃料電池システム1によれば、コントローラ130は、燃料極側の圧力が第1圧力を超え第2圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する。この制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く(すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され)、通常発電モードの移行時に希釈装置120による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第1圧力を超えるようにされるため、燃料極側の圧力が低くなりすぎて酸化剤極側との圧力差が大きくなって電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池10の劣化を抑制することができる。
Thus, according to the fuel cell system 1 according to the first embodiment, the
また、第1圧力センサ71および第2圧力センサ72の少なくとも一方の検出圧力と大気圧センサ74の検出圧力との差圧と、第1圧力および第2圧力との関係から制御を行うため、差圧を用いて簡易な計算により制御を行うことができる。なお、本実施形態では差圧を用いているが、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。
Further, since the control is performed based on the relationship between the first pressure and the second pressure, and the difference between the detected pressure of at least one of the
また、第1圧力センサ71および第2圧力センサ72の少なくとも一方の検出圧力と大気圧センサ74の検出圧力との差圧が大きくなるに従って、希釈装置120の希釈量を増加させる。これにより、発電休止モード中においても適切な希釈を行って、燃料極側のガスを排出することができる。この場合においても、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。
Further, as the differential pressure between the detected pressure of at least one of the
また、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行った場合、燃料電池10に酸化剤ガスの供給を開始すると共に燃料電池10から電流を取り出す。これにより、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池10の触媒劣化を防止することができる。
In addition, when switching from the power generation halt mode to the normal power generation mode, supply of oxidant gas to the
また、燃料極側の圧力が第1圧力を超えるように発電休止モード中での運転状態を制御する場合には、発電休止モード中において燃料電池10の燃料極側に燃料ガスを供給する。これにより、燃料極側の圧力を上昇させて、酸化剤極側との圧力差を小さくして電解質膜の劣化を防止することができる。
Further, when the operation state in the power generation suspension mode is controlled so that the pressure on the fuel electrode side exceeds the first pressure, the fuel gas is supplied to the fuel electrode side of the
また、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行った場合、燃料電池10に燃料ガスの供給を開始し、燃料極側の圧力が所定圧力以上となってから燃料電池10から電流を取り出す。これにより、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
Further, when switching from the power generation suspension mode to the normal power generation mode, supply of fuel gas to the
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る燃料電池システム2は、第1実施形態のものと同様であるが、処理内容が異なっている。以下、第1実施形態との相違点を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system 2 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is different. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
図7は、第2実施形態に係る燃料電池システム2の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。なお、図7に示すステップST31〜ST36、およびステップST43〜ST47の処理は、それぞれ図4に示したステップST11〜ST16、およびステップST25〜ST29と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 2 according to the second embodiment, showing a process for determining whether or not to shift from the power generation suspension mode to the normal power generation mode and an initial process in the normal power generation mode. Yes. 7 are the same as steps ST11 to ST16 and steps ST25 to ST29 shown in FIG. 4, respectively, and thus the description thereof is omitted.
ステップST36において通常発電モードに移行しないと判断した場合(ST36:NO)、通常発電モード切替部134は、燃料極側の圧力と大気圧センサ74により検出された大気圧との差圧が第1所定値以下であるか否かを判断する(ST37)。差圧が第1所定値以下でないと判断した場合(ST37:NO)、処理はステップST43に移行し、コントローラ130は、通常発電モードを開始することとなる(ST43)。このように、コントローラ130は、燃料極側の圧力が第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードに切り替えるようにしている。
If it is determined in step ST36 that the mode does not shift to the normal power generation mode (ST36: NO), the normal power generation
差圧が第1所定値以下であると判断した場合(ST37:YES)、燃料極側の圧力と大気圧センサ74により検出された大気圧との差圧が第2所定値以上であるか否かを判断する(ST38)。この処理において、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力が第2圧力未満であるか否かを判断するようにしている。
If it is determined that the differential pressure is equal to or lower than the first predetermined value (ST37: YES), whether or not the differential pressure between the pressure on the fuel electrode side and the atmospheric pressure detected by the
差圧が第2所定値以上であると判断した場合(ST38:YES)、発電休止モード時制御部133は、パージ弁42を開け(ST39)、希釈装置120を稼働させる(ST40)。そして、処理はステップST22に移行する。一方、差圧が第2所定値以上でないと判断した場合(ST38:NO)、発電休止モード時制御部133は、パージ弁42が開いているときにはパージ弁42を閉じ(ST41)、希釈装置120が稼働しているときには停止させる(ST42)。そして、処理はステップST36に移行する。
When it is determined that the differential pressure is greater than or equal to the second predetermined value (ST38: YES), the power generation halt
このようにして、第2実施形態に係る燃料電池システム2によれば、コントローラ130は、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御し且つ燃料極側の圧力が第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える。この制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第2圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く(すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され)、通常発電モードの移行時に希釈装置120による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、燃料極側の圧力が第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第1圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。すなわち、通常発電モードに移行したことにより燃料ガスや酸化剤ガスが燃料電池10に供給されて、両極間の圧力差が小さくなるため、電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池10の劣化を抑制することができる。
Thus, according to the fuel cell system 2 according to the second embodiment, the
さらに、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、差圧を用いて簡易な計算により制御を行うことができる。なお、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。また、発電休止モード中においても適切な希釈を行って、燃料極側のガスを排出することができる。この場合においても、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。 Furthermore, according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, control can be performed by simple calculation using the differential pressure. The same effect can be obtained by using a ratio instead of the differential pressure. Further, the gas on the fuel electrode side can be discharged by performing appropriate dilution even during the power generation halt mode. Even in this case, the same effect can be obtained by using a ratio instead of the differential pressure.
また、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池10の触媒劣化を防止することができ、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
Further, it is possible to prevent catalyst degradation of the
次に、本発明の第3実施形態を説明する。第3実施形態に係る燃料電池システム3は、第1実施形態のものと同様であるが、構成および処理内容が異なっている。以下、第1実施形態との相違点を説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The
図8は、本発明の第3実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム3は、希釈装置120周辺の配管接続等が第1実施形態のものと異なっている。同図に示すように、希釈装置120には、ガス排出配管41の他に、さらに酸化剤ガス排出配管61が接続されている。そして、希釈装置120は、酸化剤ガス排出配管61から排出されるガスによって、燃料極側から排出されるガスを希釈するようになっている。
FIG. 8 is a configuration diagram of a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
図9は、第3実施形態に係る燃料電池システム3の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。なお、図9に示すステップST51〜ST56、およびステップST59〜ST63の処理は、それぞれ図4に示したステップST11〜ST16、およびステップST25〜ST29と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the
ステップST56において通常発電モードに移行しないと判断した場合(ST56:NO)、通常発電モード切替部134は、燃料極側の圧力と大気圧センサ74により検出された大気圧との差圧が第1所定値以下であるか否かを判断する(ST57)。差圧が第1所定値以下でないと判断した場合(ST57:NO)、処理はステップST43に移行し、コントローラ130は、通常発電モードを開始することとなる(ST59)。このように、コントローラ130は、燃料極側の圧力が第1圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードに切り替えるようにしている。
When it is determined in step ST56 that the operation mode does not shift to the normal power generation mode (ST56: NO), the normal power generation
一方、差圧が第1所定値以下であると判断した場合(ST57:YES)、通常発電モード切替部134は、燃料極側の圧力と大気圧センサ74により検出された大気圧との差圧が第2所定値以上であるか否かを判断する(ST58)。差圧が第2所定値以上でないと判断した場合(ST58:NO)、処理はステップST43に移行し、コントローラ130は、通常発電モードを開始することとなる(ST59)。このように、コントローラ130は、燃料極側の圧力が第2圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードに切り替えるようにしている。
On the other hand, when it is determined that the differential pressure is equal to or lower than the first predetermined value (ST57: YES), the normal power generation
また、差圧が第2所定値以上であると判断した場合(ST58:YES)、処理はステップST56に移行することとなる。 If it is determined that the differential pressure is greater than or equal to the second predetermined value (ST58: YES), the process proceeds to step ST56.
このようにして、第3実施形態に係る燃料電池システム3によれば、コントローラ130は、燃料極側の圧力が第1圧力以下若しくは第2圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える。この制御によれば、燃料極側の圧力が第1圧力以下若しくは第2圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第1圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。さらに、第2圧力以上のままで発電休止モードが継続し、通常発電モードの移行時に希釈装置120による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池10の劣化を抑制することができる。
In this way, according to the
さらに、第3実施形態によれば、第1実施形態と同様に、差圧を用いて簡易な計算により制御を行うことができる。なお、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。また、発電休止モード中においても適切な希釈を行って、燃料極側のガスを排出することができる。この場合においても、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。 Furthermore, according to the third embodiment, similarly to the first embodiment, control can be performed by simple calculation using the differential pressure. The same effect can be obtained by using a ratio instead of the differential pressure. Further, the gas on the fuel electrode side can be discharged by performing appropriate dilution even during the power generation halt mode. Even in this case, the same effect can be obtained by using a ratio instead of the differential pressure.
また、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池10の触媒劣化を防止することができ、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
Further, it is possible to prevent catalyst degradation of the
次に、本発明の第4実施形態を説明する。第3実施形態に係る燃料電池システム4は、第1実施形態のものと同様であるが、処理内容が異なっている。以下、第1実施形態との相違点を説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system 4 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the processing content is different. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
図10は、第4実施形態に係る燃料電池システム4の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。なお、図10に示すステップST71〜ST76、およびステップST85〜ST89の処理は、それぞれ図4に示したステップST11〜ST16、およびステップST85〜ST89と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 4 according to the fourth embodiment, showing a process for determining whether or not to shift from the power generation suspension mode to the normal power generation mode and an initial process in the normal power generation mode. Yes. The processes in steps ST71 to ST76 and steps ST85 to ST89 shown in FIG. 10 are the same as steps ST11 to ST16 and steps ST85 to ST89 shown in FIG.
ステップST76において通常発電モードに移行しないと判断した場合(ST76:NO)、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力と目標圧力との差圧が第2所定値以上であるか否かを判断する(ST77)。この処理において、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力が第2圧力未満であるか否かを判断するようにしている。なお、目標圧力は、定められた圧力であってもよいし、大気圧センサ74の検出値等をもとに算出されてもよい。
When it is determined in step ST76 that the operation mode does not shift to the normal power generation mode (ST76: NO), the power generation suspension mode
差圧が第2所定値以上であると判断した場合(ST77:YES)、発電休止モード時制御部133は、パージ弁42を開け(ST78)、希釈装置120を稼働させる(ST79)。そして、処理はステップST82に移行する。一方、差圧が第2所定値以上でないと判断した場合(ST77:NO)、発電休止モード時制御部133は、パージ弁42が開いているときにはパージ弁42を閉じ(ST80)、希釈装置120が稼働しているときには停止させる(ST81)。そして、処理はステップST82に移行する。
When it is determined that the differential pressure is greater than or equal to the second predetermined value (ST77: YES), the power generation suspension mode
ステップST82において発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力と目標圧力との差圧が第1所定値以下であるか否かを判断する(ST82)。この処理において、発電休止モード時制御部133は、燃料極側の圧力が第1圧力を超えるか否かを判断するようにしている。
In step ST82, the power generation halt
差圧が第1所定値以下であると判断した場合(ST82:YES)、発電休止モード時制御部133は、水素調圧弁25を開ける(ST83)。そして、処理はステップST76に移行する。一方、差圧が第1所定値以下でないと判断した場合(ST82:NO)、発電休止モード時制御部133は、水素調圧弁25が開いているときには水素調圧弁25を閉じる(ST84)。そして、処理はステップST76に移行する。
When it is determined that the differential pressure is equal to or lower than the first predetermined value (ST82: YES), the power generation halt
ここで、発電休止モード時制御部133は、目標圧力から燃料極側の圧力を減じて得られる差圧が正に大きくなるに従って、水素調圧弁25の開度を大きくし、燃料電池10に供給する燃料ガス量を多くする。これにより、発電休止モード中においても目標圧力に維持し、その後通常発電モードの移行時にスムーズに発電を開始することができる。
Here, the power generation stop
このようにして、本発明の第4実施形態によれば、第1実施形態と同様に、騒音の発生および燃料電池10の劣化を抑制することができる。また、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池10の触媒劣化を防止することができ、燃料極側の圧力を上昇させて、酸化剤極側との圧力差を小さくして電解質膜の劣化を防止することができる。また、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
Thus, according to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to suppress the generation of noise and the deterioration of the
さらに、第4実施形態によれば、コントローラ130は、燃料極側の圧力と目標圧力との差圧と、第1圧力および第2圧力との関係から制御を行うため、大気圧に変動があった場合や大気圧センサ等が故障した場合であっても、安定した制御を行うことができる。
Furthermore, according to the fourth embodiment, the
また、目標圧力から燃料極側の圧力を減じて得られる差圧が正に大きくなるに従って、燃料電池10に供給する燃料ガス量を多くする。これにより、発電休止モード中においても目標圧力に維持し、その後通常発電モードの移行時にスムーズに発電を開始することができる。
Further, the amount of fuel gas supplied to the
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。 As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention, and the embodiments may be combined. It may be.
1〜4…燃料電池システム
10…燃料電池
20…燃料ガス供給系
21…水素タンク
22…水素ガス導入配管
23…水素タンク元弁
24…減圧弁
25…水素調圧弁(燃料ガス供給量制御手段)
30…ガス循環系
31…循環配管
32…ガス循環装置
40…ガス排出系(ガス排出手段)
41…ガス排出配管
42…パージ弁
42…開閉弁
50…酸化剤ガス供給系
51…コンプレッサ
52…空気供給配管
60…酸化剤ガス排出系
61…酸化剤ガス排出配管
62…空気調圧弁
71…第1圧力センサ(燃料極側圧力検出手段)
72…第2圧力センサ(燃料極側圧力検出手段)
73…第3圧力センサ
74…大気圧センサ(気圧検出手段)
75…電圧センサ
80…パワーマネージャー
90…バッテリ(蓄電手段)
100…バッテリコントローラ
110…駆動モータ
120…希釈装置(希釈手段)
130…コントローラ(制御手段)
131…発電電力決定部
132…発電休止モード切替部
133…発電休止モード時制御部
134…通常発電モード切替部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-4 ...
30 ...
41 ...
72. Second pressure sensor (fuel electrode side pressure detecting means)
73 ...
75 ...
DESCRIPTION OF
130 ... Controller (control means)
131 ... Generated
Claims (6)
前記燃料電池の燃料極側に供給する燃料ガス量を制御する燃料ガス供給量制御手段と、
前記燃料電池の燃料極側の圧力を検出する燃料極側圧力検出手段と、
前記燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出するガス排出手段と、
前記ガス排出手段によって排出されるガスを希釈する希釈手段と、
要求された電力量のうち前記燃料電池から供給できない不足分の電力量を供給する蓄電手段と、
要求された電力量を前記燃料電池又は前記燃料電池と前記蓄電手段とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量を前記蓄電手段によって供給する発電休止モードとを切替可能であり、システムの運転状態を制御可能な制御手段と、を備え、
前記燃料電池の酸化剤極側との圧力差が大きくなることによる前記燃料電池の電解質膜の劣化を防止可能な前記燃料電池の燃料極側の圧力を第1圧力とし、前記発電休止モードから前記通常発電モードへの移行時に前記希釈手段による騒音が大きくなることを防止可能な前記燃料電池の燃料極側の圧力を第2圧力としたとき、前記制御手段は、前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力に基づいて、燃料極側の圧力が前記発電休止モードの開始から終了までの間に前記第1圧力以下となった場合は前記燃料ガス供給量制御手段により前記燃料電池の燃料極側に燃料ガスを供給し且つ燃料極側の圧力が前記発電休止モードの開始から終了までの間に前記第2圧力以上となった場合は前記ガス排出手段により前記燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出する第1制御、燃料極側の圧力が前記発電休止モードの開始から終了までの間に前記第2圧力以上となった場合は前記ガス排出手段により前記燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出し且つ燃料極側の圧力が前記発電休止モードの開始後に前記第1圧力以下となると前記発電休止モードから前記通常発電モードへ切り替える第2制御、及び、燃料極側の圧力が前記発電休止モードの開始後に前記第1圧力以下若しくは前記第2圧力以上となると前記発電休止モードから前記通常発電モードへ切り替える第3制御のうち、少なくとも1つを実行する
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a fuel electrode supplied with a fuel gas and an oxidant electrode supplied with an oxidant gas, and reacting the supplied fuel gas with the oxidant gas to generate electric power;
Fuel gas supply amount control means for controlling the amount of fuel gas supplied to the fuel electrode side of the fuel cell;
Fuel electrode side pressure detecting means for detecting the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell;
Gas discharging means for discharging the gas on the fuel electrode side of the fuel cell to the outside;
Dilution means for diluting the gas discharged by the gas discharge means;
Power storage means for supplying a deficient amount of power that cannot be supplied from the fuel cell among the requested amount of power;
It is possible to switch between a normal power generation mode in which the requested amount of power is supplied by the fuel cell or the fuel cell and the power storage means, and a power generation suspension mode in which the required amount of power is supplied by the power storage means. Control means capable of controlling the operating state,
The pressure on the fuel electrode side of the fuel cell, which can prevent the deterioration of the electrolyte membrane of the fuel cell due to a large pressure difference with the oxidant electrode side of the fuel cell, is set as a first pressure, and When the pressure on the fuel electrode side of the fuel cell capable of preventing an increase in noise due to the dilution means at the time of transition to the normal power generation mode is set to the second pressure, the control means Based on the detected pressure, when the pressure on the fuel electrode side becomes equal to or lower than the first pressure during the period from the start to the end of the power generation suspension mode, the fuel gas supply amount control means brings the fuel electrode side to the fuel electrode side of the fuel cell. When fuel gas is supplied and the pressure on the fuel electrode side becomes equal to or higher than the second pressure during the period from the start to the end of the power generation suspension mode, the gas on the fuel electrode side of the fuel cell is externally supplied by the gas discharge means. Exhausted The first control, when the pressure of the fuel electrode side becomes the second pressure or more and the time period from the start to the end of the generator idle mode of the fuel electrode side of the gas of the fuel cell by the gas discharge means to the outside of second control that switches discharged and the pressure of the fuel electrode side is equal to or less than the first pressure after the start of the generator idle mode from the power hibernation mode to the normal power generation mode, and the pressure of the fuel electrode side the power idle mode among the after starting the first pressure less or the second pressure or the from the power idle mode of the third control switch to the normal power generation mode, the fuel cell system, which comprises performing at least one.
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 Before SL control means when discharging the fuel electrode side of the gas of the fuel cell to the outside by the gas discharge means in said first control or the second control, the not operate the dilution means for diluting the gas It controls as follows. The fuel cell system of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記制御手段は、前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力と前記気圧検出手段の検出圧力との差圧または比に基づいて、燃料極側の圧力が前記第1圧力以下となったか否か、および燃料極側の圧力が前記第2圧力以上となったか否かを判断する
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 It further comprises a barometric pressure detecting means for detecting ambient atmospheric pressure,
Whether the pressure on the fuel electrode side is equal to or lower than the first pressure based on a differential pressure or a ratio between the detected pressure of the fuel electrode side pressure detection unit and the detected pressure of the atmospheric pressure detection unit ; 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein whether or not the pressure on the fuel electrode side is equal to or higher than the second pressure is determined .
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 The said control means increases the dilution amount of the said dilution means as the differential pressure or ratio of the detection pressure of the said fuel electrode side pressure detection means and the detection pressure of the said atmospheric | air pressure detection means becomes large. 4. The fuel cell system according to 3.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The said control means starts taking out the electric current from a fuel cell while starting supply of oxidant gas to the said fuel cell, when switching from a power generation halt mode to a normal power generation mode is performed. 5. The fuel cell system according to any one of 4 above.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 Before SL control means, when performing switching from the power hibernation mode to the normal power generation mode, the supply of fuel gas to start the fuel cell, the current pressure of the fuel electrode side from the fuel cell from becoming equal to or higher than a predetermined pressure The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the fuel cell system is extracted .
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