JP5151274B2 - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents
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Description
乾燥状態を検出することができる。従って、本発明によれば、電解質膜の乾燥状態を検出した後であっても容易に乾燥状態を回復させることができる。
まず、本発明の各実施形態を説明する前に、図1(A)及び(B)並びに図2(A)及び(B)を参照しながら本発明の骨子について説明する。図1(A)及び(B)は、カウンターフロー型セパレータが用いられるセルの乾燥状態と燃料ガスの圧力損失との関係を示す概念図である。
も小さくなる。上述したように、図1(A)の場面では燃料ガスが全ガス流路で徐々に消費されるのに対して、図1(B)の場面では燃料ガスが供給口側で急速に消費されるため、燃料ガスの実質流路長(L)は図1(B)のほうが図1(A)よりも短くなるからである。
以下、本発明の第一実施形態における燃料電池システムについて説明する。
本発明の第一実施形態における燃料電池システムの構成について図3を用いて説明する。図3は、本発明の第一実施形態としての燃料電池システムの構成例を示す図である。本実施形態における燃料電池システムは、燃料電池10、エアコンプレッサ11、圧力調整弁13、燃料ガス供給装置15、流量調整弁16、燃料ガス循環ポンプ18、冷却器20、ECU(Electric Control Unit)25(本発明の制御装置に相当する)、圧力センサ
31及び33、温度センサ35等を備える。
てもよい。
を持つ燃料電池システムに限定されるものではなく、当該燃料電池システムは、アノードオフガス循環経路を持たないよう構成されてもよい。
により構成されており、CPUがメモリに格納された制御プログラムを実行することによって次のような制御を行う。このECU25により実行される制御は、1つが上述の[本発明の骨子]で説明したような手法によるセルの乾燥状態の検出処理(以降、乾燥検出処理と表記する)であり、もう1つがセルの乾燥状態の回復処理(以降、乾燥回復処理と表
記する)である。以下、ECU25による乾燥検出処理及び乾燥回復処理についてそれぞれ説明する。
ECU25は、この乾燥検出処理により、〔発明の骨子〕で説明したように、電解質膜の一部が乾燥状態となり発電量に部分的偏りが生じているセルの存在を検出する。具体的には、ECU25は、冷却水温度の上昇度に対し燃料ガスの圧力損失値が急激に低下する時点をこのような状態のセルが生じた時点として検出する。以下、このような第一実施形態におけるECU25による乾燥検出処理について図4を用いて説明する。図4は、ECU25による乾燥検出処理を示すフローチャートである。
ECU25は、上記乾燥検出処理によりセルの乾燥を検出すると、以下に示す乾燥回復処理を実行する。なお、本発明は、乾燥回復処理を限定するものではないため、以下に示す乾燥回復処理のいずれか1つ若しくは複数が実行されるようにすればよい。
以下、本実施形態における燃料電池システムの動作例について説明する。本実施形態における燃料電池システムは、ECU25によるセル乾燥検出処理及び乾燥回復処理が実行される際には以下のように動作している。
保されている状態を示している。この状態では、燃料ガスの圧力損失値の変化量(ΔP)及び冷却水温度の変化量(ΔT)の大きさ(絶対値)はいずれも小さい。よって、ECU25は、燃料ガスの圧力損失値の変化量(ΔP)を冷却水温度の変化量(ΔT)で除算した値が変化量閾値Aよりも小さくない、すなわち、冷却水温度の上昇度に対し燃料ガスの圧力損失値が急激に低下しているわけではないと判定する。この結果、ECU25は、セルが乾燥状態にないと判断する。
以下、上述した第一実施形態としての燃料電池システムの作用及び効果について述べる。
れた圧力センサ31により燃料電池10へ供給される前の燃料ガスの圧力が検出され、燃料電池10のアノードオフガス出口付近に設置された圧力センサ33により燃料電池10から送出されたアノードオフガスの圧力が検出される。これら圧力センサ31及び33により検出された燃料ガス及びアノードオフガスの圧力に基づいて、燃料電池10を通過する際の燃料ガスの圧力損失が算出される。続いて、算出された燃料ガスの圧力損失値について所定の時間間隔における変化量(ΔP)が算出される。
以下、本発明の第二実施形態における燃料電池システムについて説明する。上述の第一実施形態における燃料電池システムでは、冷却水温度の変化量と燃料ガスの圧力損失値の変化量とに基づいてセルの乾燥が判断された。第二実施形態における燃料電池システムでは、燃料ガスの供給流量変化に伴う圧力損失値の変化量が加味されてセルの乾燥が判断される。
本発明の第二実施形態における燃料電池システムの構成について図6を用いて説明する。図6は、本発明の第二実施形態としての燃料電池システムの構成例を示す図である。第二実施形態における燃料電池システムは、第一実施形態の構成に加えて、流量計61を更に備える。それ以外の構成については第一実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。
することができる。燃料ガスの実質流路長は、電解質膜の発電量の部分的偏り、すなわち電解質膜の部分的乾燥により変化する。従って、第二実施形態におけるECU25によれば、第一実施形態における燃料電池システムにおいて燃料ガスの供給流量が制御される場合においても正確にセルの乾燥を検出することができる。なお、セルの乾燥回復処理については第一実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
以下、第二実施形態におけるECU25による乾燥検出処理について図7を用いて説明する。図7は、第二実施形態におけるECU25による乾燥検出処理を示すフローチャートである。図7に示す符号のうち第一実施形態と同様の処理については図4と同様の符号を付している。
びS403の後に行われているが、S402の前でこれらの処理(S701及びS702)を行うようにしてもよい。
以下、上述した第二実施形態としての燃料電池システムの作用及び効果について述べる。
11 エアコンプレッサ
13 圧力調整弁
15 燃料ガス供給装置
16 流量調整弁
18 燃料ガス循環ポンプ
20 冷却器
25 ECU(Electric Control Unit)
31、33 圧力センサ
35 温度センサ
41、44、46、51、52、57、61、62 配管
61 流量計
900、901、902 電解質膜
905 部分的乾燥領域、発電不良領域
906 完全乾燥領域、非発電領域
Claims (3)
- 燃料ガスの燃料電池内における圧力損失を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された燃料ガスの圧力損失に基づいて、所定時間間隔における燃料ガスの圧力損失の低下量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された燃料ガスの圧力損失の低下量に応じて、電解質膜の一部が乾燥状態となり電解質膜の反応領域に部分的偏りが生じているセルが存在するとして前記燃料電池内の乾燥状態を診断する診断手段と、
前記燃料電池の運転温度を測定する温度測定手段と、を備え、
前記算出手段は、前記温度測定手段により測定された燃料電池の運転温度の前記所定時間間隔における上昇度を算出し、この燃料電池の運転温度の上昇度に対する前記燃料ガスの圧力損失の低下量の割合を算出し、
前記診断手段は、前記算出手段により算出された割合に応じて前記燃料電池内の乾燥状態を診断する、
ことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。 - 前記燃料ガスの流量を測定する流量測定手段と、
前記流量測定手段により測定された燃料ガス流量の前記所定時間間隔における変化量からこの燃料ガス流量の変化に伴う燃料ガスの圧力損失の低下量を推定する推定手段と、
を更に備え、
前記診断手段は、前記算出手段により算出される燃料ガスの圧力損失の低下量が前記推定手段により推定された低下量よりも十分に小さいか否かを更に判定することにより、前記燃料電池内の乾燥状態を診断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムの制御装置 - 前記診断手段により前記燃料電池内が乾燥状態であると診断された場合に、前記燃料電池内の水分量が増加するように制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御装置。
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