JP5061453B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
また本発明は、燃料ガスを供給する燃料供給装置と、酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、アイドルストップ制御手段が燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中のコンプレッサの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを要旨とする。
図1は、本発明に係る燃料電池システムの参考例1の概要を説明するシステム構成図である。同図において、燃料電池システムは、例えば固体高分子型の燃料電池本体1を備えている。燃料電池本体1は、図示しない電解質膜を酸化剤極(カソード)1aと燃料極(アノード)1bで挟持した単電池(セル)が複数積層された構造を有するが単セルのみ図示している。
酸化剤極(カソード):2H+ +2e- +(1/2)O2 → H2O …(2)
酸化剤としての空気は、酸化剤供給手段である空気コンプレッサ11が圧縮した空気を空気供給経路12を介して酸化剤極1aへ供給される。空気供給経路12上には空気系加湿装置13と、空気圧力計16が設けられ、酸化剤極1aへ供給される空気を加湿する一方、空気圧力を検出してコントローラ45へ送信する。酸化剤極出口には、空気排気経路14と、空気調圧弁15が設けられ、コントローラ45が空気調圧弁15の開度を制御することにより酸化剤極圧力が制御される。
S02の判定でアイドルストップ許可されたと判定したとき、S03へ進む。アイドルストップ許可されないと判断したとき、何もせずにメインルーチンへリターンする。
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例を説明する。実施例のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本実施例は、アイドルストップが許可されたときに、水素循環ポンプ24と空気コンプレッサ11との少なくとも一方の回転速度を増加させることにより電流消費させて、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる点に特徴がある。本実施例によれば、負荷装置で電流消費ができない場合にも電流消費による減圧操作を行うことができ、アイドルストップの頻度を向上させ、燃料電池の燃費性能を向上させることができるという効果がある。
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例2を説明する。参考例2のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を燃料電池からの電流取出により行う際に、減圧しない極である酸化剤極の目標ガス供給量を取出電流に応じた供給量以上とする点に特徴がある。本参考例によれば、減圧操作しない方の極に反応ガスを十分供給することができ、反応ガス不足による燃料電池本体の劣化を防止することができるという効果がある。
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例3を説明する。参考例3のシステム構成は、図1に示した参考例1とほぼ同様であるが、図1には図示されない窒素濃度検出手段を燃料極1bまたは水素循環経路26に備えている。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を燃料電池からの電流取出により行う際に、燃料極または水素循環経路(燃料循環路)内の窒素濃度を検出し、検出した窒素濃度が所定値以上であるときには、電流取出を制限するする点に特徴がある。本参考例によれば、燃料極の窒素濃度が高い場合には、電流取り出しを行わないので、窒素濃度か高い状態でアイドルストップすることが無くなり、アイドルストップからの復帰時に、水素分圧の上昇が困難となって、燃料電池スタックを劣化させることが無くなる。
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例4を説明する。参考例4のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を水素排出弁(パージ弁)を開いて行うことに特徴がある。
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例5を説明する。参考例5のシステム構成は、図1に示した参考例1とほぼ同様であるが、水素排出弁28の下流に空気コンプレッサ11が供給する空気流量で排出水素を希釈する燃料ガス希釈手段を備えている。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を水素排出弁(パージ弁)を開いて行う際に、水素排出弁から排出する水素流量を制限して、希釈空気流量で所定濃度(水素の燃焼下限界濃度)未満となるように希釈することに特徴がある。
次に、本発明に係る燃料電池システムの参考例6を説明する。参考例6のシステム構成は、図1に示した参考例1と同様である。本参考例は、アイドルストップが許可されたときに、燃料極の水素圧力を所定圧力値以下に低下させる減圧操作を、燃料電池から電流取り出しにより行うことと、水素排出弁(パージ弁)を開いて行うことを併用する点に特徴がある。本参考例によれば、電流取出操作とパージ操作とを併用して減圧操作を行うことができるので、所望の圧力まで短時間で減圧することができるという効果がある。
1a…酸化剤極
1b…燃料極
11…空気コンプレッサ
13…空気系加湿装置
15…空気調圧弁
21…高圧水素タンク
23…水素調圧弁
24…水素循環ポンプ
25…水素系加湿装置
26…水素循環路
28…水素排出弁
40…負荷装置
43…バッテリコントローラ
44…バッテリ
45…コントローラ
Claims (2)
- 燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤供給装置と、
燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、
前記燃料極の出口から入口へ前記燃料極で消費されなかった前記燃料ガスを循環させる燃料循環路及び循環ポンプと、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記アイドルストップ制御手段が前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、前記燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中の前記循環ポンプの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
酸化剤ガスを供給するコンプレッサと、
燃料極に供給された前記燃料ガスと酸化剤極に供給された前記酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池と、
燃料電池の低負荷時であって前記燃料極の燃料ガス圧力が所定の圧力以下のときに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記アイドルストップ制御手段が前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの供給を一時停止させる際に、前記燃料極における燃料ガス圧力を前記所定の圧力以下に低下させる減圧操作を行い、前記減圧操作は燃料電池からの電流取出操作であり、前記減圧操作中の前記コンプレッサの回転数を前記減圧操作開始直前の回転数よりも増加させることにより、前記減圧操作中の電流取出のための電気負荷を前記減圧操作開始直前の電気負荷より大きくすることを特徴とする燃料電池システム。
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