JP5141038B2 - 燃料電池システム、および、燃料電池の制御方法 - Google Patents
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Description
(1) 燃料電池の低温起動時
(2) 燃料電池の内部で、フラッディングの挙動が検知された時
(3) 燃料電池の掃気処理時
燃料電池の内部を通り、前記燃料電池を冷却するための冷却媒体を流す冷却媒体流路を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体の流れを停止させる工程と、前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体の流れを停止させた状態で、前記燃料電池内部、若しくは、前記燃料電池と前記冷媒流止部との間の密閉空間における前記冷却媒体の圧力を検出する工程と、検出した前記圧力に応じて、前記燃料電池の運転制御を行う工程と、を備えることを要旨とする。
A.実施例:
A1.燃料電池システム100の構成:
図1は、本発明の実施例としての燃料電池システム100の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム100は、主に、燃料電池10と、水素タンク20と、コンプレッサ30と、パージ弁40と、水素循環ポンプ50と、冷媒循環ポンプ55と、冷媒流止弁71,72と、ラジエータ70と、負荷80と、圧力センサ90と、電圧センサ95と、水素遮断弁200と、制御回路400と、を備えている。
(1) 燃料電池システム100の起動時に行う燃料電池システム起動処理
(2) 通常発電中において行うフラッディング抑制処理
(3) 燃料電池システム100の起動終了時において行う燃料電池システム停止処理
これらの処理をこの順番で以下に説明する。
図2は、本実施例の燃料電池システム100が行う燃料電池システム起動処理のフローチャートである。まず、この処理の前提条件について説明する。燃料電池システム起動処理開始前おいて、冷媒流止弁71、冷媒流止弁72、水素遮断弁200、および、パージ弁40は、閉弁されている。また、冷媒循環ポンプ55、水素循環ポンプ50および、コンプレッサ30は駆動していない。従って、圧力検出流路75Aは、冷媒からなる密閉空間である。この燃料電池システム起動処理では、起動時において、制御回路400が所定の判断を行い、必要があれば燃料電池10の暖機を行う。
図3は、本実施例の燃料電池システム100が行うフラッディング抑制処理のフローチャートである。まず、この処理の前提条件について説明する。このフラッディング抑制処理開始前において、冷媒流止弁71、冷媒流止弁72、および、水素遮断弁200は、開弁され、パージ弁40は閉弁されており、冷媒循環ポンプ55、水素循環ポンプ50および、コンプレッサ30は駆動している。従って、圧力検出流路75Aは、冷媒が流れた状態である。このフラッディング抑制処理は、通常発電中に随時行われ、燃料電池10がフラッディング状態であると、燃料電池10を暖機させ、各セル内部の水の蒸発を促進させてフラッディングの抑制を行う。
図4は、本実施例の燃料電池システム100が行う燃料電池システム停止処理のフローチャートである。まず、この処理の前提条件について説明する。この燃料電池システム停止処理開始前において、通常発電状態であり、冷媒流止弁71、冷媒流止弁72、および、水素遮断弁200は、開弁され、パージ弁40は閉弁されており、冷媒循環ポンプ55、水素循環ポンプ50および、コンプレッサ30は駆動している。従って、圧力検出流路75Aは、冷媒が流れている状態である。この燃料電池システム停止処理では、制御回路400が燃料電池システム100の凍結防止のために掃気処理を行うか否かを決定し、掃気処理を行う場合には、残留水排出を促進させるため、発電(暖機)しつつ実行する。
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
図5は、変形例1の燃料電池システム100Aが行う燃料電池システム停止処理のフローチャートである。この本変形例における燃料電池システム停止処理は、上記実施例の燃料電池システム停止処理(図4)とは、異なる処理を行う。以下に図5を用いて具体的に説明する。なお、前提条件は、上記実施例の燃料電池システム100が行う燃料電池システム停止処理と同様である。また、本変形例1の燃料電池システム停止処理では、掃気処理を実行する場合には、燃料電池10の放熱を行った後、掃気処理(発電なし)を実行する。燃料電池システム100Aの機能ブロックは、上記実施例の燃料電池システム100と同様であるので説明を省略する。
上記実施例の燃料電池システム100は、各処理(図2,図3、図4参照)で、冷却媒体圧力を検出する際に、冷媒循環流路75において、冷媒流止弁71および冷媒流止弁72を閉弁した状態で、検出するようにしているが、これに限られず、冷媒流止弁71および冷媒流止弁72が開弁した状態であってもよい。この場合、冷媒循環ポンプ55の駆動を停止させ、冷媒循環流路75において、冷媒の流れが停止した状態で、冷却媒体圧力を検出すればよい。
上記実施例の燃料電池システム100は、各処理(図2,図3、図4参照)において、発電部450が発電を実行することで、燃料電池10を暖機するようにしているが、本発明はこれに限られることはない。例えば、ヒータで燃料電池10を暖機するようにしてもよいし、コンプレッサ30や水素循環ポンプ50などから生じる熱で燃料電池10を暖機するようにしてもよい。
上記実施例の燃料電池システム100または上記変形例1の燃料電池システム100Aでは、燃料電池システム停止処理(図4または図5)において、掃気判断部470は、日付データが表す日付に基づいて、掃気処理を行うか否かの判断を行うようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。燃料電池システムは、GPS装置(図示せず)と、寒冷地域情報が示される寒冷地データ(図示せず)とを備え、掃気判断部470は、GPS装置から取得した位置データを取得し、位置データが表す位置と、寒冷地データが表す寒冷地情報とを勘案して、掃気処理を行うか否かの判断を行うようにしてもよい。この場合、日付データが表す日付も考慮するようにしてもよい。また、燃料電池システムは、燃料電池システムの外部温度を検出するための温度センサ(図示せず)を備えており、燃料電池システムの起動時に、温度センサから外部温度を検出して気温データとして記憶しておく。そして、掃気判断部470は、気温データを取得し、その気温データが表す温度が所定の閾値より低いか否かを検討し、その温度がその閾値より低い場合に、掃気処理を行うと判断するようにしてもよい。
上記実施例の燃料電池システム100では、圧力センサ90は、圧力検出流路75Aにおいて、燃料電池10と冷媒流止弁72との間に設けられているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、圧力センサ90は、冷媒循環流路75Aにおいて、燃料電池冷却流路17や、燃料電池10と冷媒流止弁71との間に設けられていてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
上記実施例の燃料電池システム100では、各処理(図2、図3、図4)で、運転制御部440は、冷媒循環流路75において検出した冷却媒体圧力に基づいて、種々の制御を行っているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、燃料電池システム100は、冷媒循環流路75における冷却媒体圧力を温度に置き換える相関データ(相関式、相関表等)を備えており、運転制御部440は、検出した冷却媒体圧力から求まる温度に基づいて、上記種々の制御を行うようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
上記実施例において、制御回路400の各部は、ソフトウェア的に構成されているものを、ハードウェア的に構成するようにしてもよいし、ハードウェア的に構成されているものを、ソフトウェア的に構成するようにしてもよい。
20...水素タンク
30...コンプレッサ
35...カソード流路
40...パージ弁
50...水素循環ポンプ
55...冷媒循環ポンプ
70...ラジエータ
71...冷媒流止弁
72...冷媒流止弁
75...冷媒循環流路
75A...圧力検出流路
80...負荷
90...圧力センサ
95...電圧センサ
100...燃料電池システム
100A...燃料電池システム
200...水素遮断弁
400...制御回路
410...圧力検出部
420...温度上昇判断部
430...冷媒流止制御部
440...運転制御部
450...暖機部
460...停止制御部
470...掃気判断部
480...日付データ記憶部
Claims (12)
- 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池内部を通り、前記燃料電池を冷却するための冷却媒体を流す冷却媒体流路と、
前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体の流れを停止させる冷媒流止部と、
前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体の流れを停止させた状態で、前記燃料電池内部、若しくは、前記燃料電池と前記冷媒流止部との間の密閉空間における前記冷却媒体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部が検出した前記圧力に応じて、前記燃料電池の運転制御を行う運転制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池を暖機する暖機部を備え、
前記圧力検出部は、
前記冷媒流止部により前記冷却媒体の流れが停止された状態であって、前記暖機部に暖機されることによって上昇した前記冷却媒体の圧力を検出する第1検出部を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記運転制御部は、
前記第1検出部によって検出された前記冷却媒体の圧力が、第2閾値より大きい場合に、前記冷却媒体流路において、前記燃料電池に向けて冷却媒体を流し始めることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2または請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムの起動時において、前記冷却媒体の圧力を検出し、該圧力が、第1閾値以下の場合に、前記燃料電池の温度上昇が必要と判断する第1温度上昇判断部を備え、
前記暖機部は、
前記第1温度上昇判断部が、前記燃料電池の温度上昇が必要と判断した場合において、前記燃料電池を暖機することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池内部にフラッディングが生じている場合に、前記燃料電池の温度上昇が必要と判断する第2温度上昇判断部を備え、
前記第2温度上昇判断部が、前記燃料電池の温度上昇が必要と判断した場合において、前記燃料電池を暖機することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムの停止時において、前記暖機部が燃料電池を暖機させている際に、掃気処理を行う掃気処理部を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項6に記載の燃料電池システムにおいて、
前記運転制御部は、
前記第1検出部によって検出された前記冷却媒体の圧力が、第3閾値より大きい場合に、前記燃料電池システムを停止させることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項6または請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムの停止時において、前記掃気処理を行うか否かを判断する掃気判断部を備え、
前記掃気処理部は、
前記掃気判断部が、前記掃気処理を行うと判断した場合に、前記燃料電池に発電させつつ、前記掃気処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の掃気処理を行うか否かを判断する掃気判断部と、
前記掃気判断部が、前記燃料電池の掃気処理が必要と判断した場合において、前記燃料電池の発電を停止させる停止制御部と、を備え、
前記圧力検出部は、
前記停止制御部が前記燃料電池の発電を停止させた後であって、前記冷媒流止部により前記冷却媒体の流れが停止された状態で、前記冷却媒体の圧力を検出する第2検出部を備え、
前記運転制御部は、
前記第2検出部によって検出された前記冷却媒体の圧力が第4閾値より小さい場合に、発電を伴わない掃気処理を実行することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項2ないし請求項8のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記暖機部は、
前記燃料電池に発電を行わせることによって、前記燃料電池を暖機することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項8または請求項9に記載の燃料電池システムにおいて、
前記掃気判断部は、
日付データ、または、前記燃料電池システムの起動時の外部気温を表す気温データの少なくとも一方のデータに基づいて、前記燃料電池の掃気処理を行う否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池の内部を通り、前記燃料電池を冷却するための冷却媒体を流す冷却媒体流路を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体の流れを停止させる工程と、
前記冷却媒体流路において、前記冷却媒体の流れを停止させた状態で、前記燃料電池内部、若しくは、前記燃料電池と前記冷媒流止部との間の密閉空間における前記冷却媒体の圧力を検出する工程と、
検出した前記圧力に応じて、前記燃料電池の運転制御を行う工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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