JP5577905B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
所定のタイミングで、前記燃料電池への燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止する停止部と、
前記停止部による前記停止後、前記燃料電池の発電電圧の変化速度を算出する電圧変化速度算出部と、
前記電圧変化速度算出部により算出された前記発電電圧の変化速度が正の値となったときに、前記燃料電池へ燃料ガスを再供給する燃料再供給部と
を備え、
前記燃料再供給部は、
前記発電電圧の変化速度が正の値であり、かつ、前記発電電圧の変化加速度が負の値であるときに、前記燃料ガスの再供給を行う、燃料電池システム。
その他、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することも可能である。
A−1.燃料電池システムのハードウェア構成:
図1は、本発明の第1実施例を適用した燃料電池システム1の全体構成図である。この燃料電池システム1は、燃料電池自動車に搭載されており、固体高分子型の燃料電池10を備えている。
図2は、制御ユニット50により実行される発電停止制御ルーチンを示すフローチャートである。この発電停止制御ルーチンは、イグニッションスイッチ61からの出力信号を受けて、イグニッションスイッチ61がオン状態からオフ状態へ切り換わったと判定されたときに、ECU50のCPUにより実行開始される。
以上のように構成された第1実施例の燃料電池システム1によれば、燃料電池10の発電停止後に二次遮断弁23を開閉制御することによって、発電停止後に燃料電池10のアノードに水素ガスが不存在となるのを防止することができ、燃料電池システム1の停止期間中もアノードに水素ガスを存在させることが可能になるので、燃料電池システム1の停止中も燃料電池10の固体高分子電解質膜の触媒に水素を拡散・浸透させておくことができる。その結果、燃料電池10のカソード担体の形態変化を防止することができる。
本発明の第2実施例について説明する。第2実施例における燃料電池システムは、第1実施例における燃料電池システム1と比較して、同一のハードウェア構成を備え、ECUで実行される発電停止制御ルーチンの構成だけが第1実施例と相違する。なお、ハードウェア構成について第1実施例と同一部分については、同一の符号を用いて以下の説明を行うものとする。
第1および第2実施例では、セル電圧Vの変化速度dV/dtが正の値となったときに、アノードへの水素ガスの再供給がなされているが、これに換えて、セル電圧Vの変化速度dV/dtが正の値となり、その後、セル電圧Vの変化加速度d2V/dt2が負の値となったときに、アノードへの水素ガスの再供給がなされる構成としてもよい。
本発明の第3実施例について説明する。第3実施例における燃料電池システムは、第1実施例における燃料電池システム1と比較して、同一のハードウェア構成を備え、ECUで実行される発電停止制御ルーチンの構成だけが第1実施例と相違する。なお、ハードウェア構成について第1実施例と同一部分については、同一の符号を用いて以下の説明を行うものとする。
本発明の第4実施例について説明する。第4実施例における燃料電池システムは、第1実施例における燃料電池システム1と比較して、燃料電池とは別にモニター用の燃料電池を設け、このモニター用燃料電池の発電電圧の変化速度に基づいて、燃料電池への水素ガスの再供給を行う点が相違する。なお、ハードウェア構成について第1実施例と同一部分については、同一の符号を用いて以下の説明を行うものとする。
(ii)モニター用燃料電池210のアノード入口を燃料電池10のアノード入口に接続し、モニター用燃料電池210のカソード入口を、第4実施例と同様に燃料電池10のカソード出口に接続した構成。
(iii)モニター用燃料電池210のアノード入口を、第4実施例と同様に燃料電池10のアノード出口に接続し、モニター用燃料電池210のカソード入口を燃料電池10のカソード入口に接続した構成。
本発明の第5実施例について説明する。図8は、本発明の第5実施例を適用した燃料電池システム301の全体構成図である。図示において、第1実施例と同一部分については、第1実施例と同一の符号を付けた。第5実施例に係る燃料電池システム301は、第1実施例に係る燃料電池システム1と比較して、アノードオフガス通路30における排出通路31に分岐する地点aからエゼクタ24に至る配管30aに、ECU50によりオンオフされる循環ポンプ303が設けられる点が相違するだけであり、循環ポンプ303以外のハードウェア構成については第1実施例に係る燃料電池システム1と同一である。
この発明は第1ないし第5実施例やそれらの変形例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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
各実施例の燃料電池システムは、一次遮断弁21と二次遮断弁23を備え、二次遮断弁23の開閉で発電停止時の水素ガスの再供給を制御しているが、この発明は、二次遮断弁23がなく一次遮断弁21だけを備える燃料電池システムにも適用可能である。その場合には一次遮断弁21の開閉により発電停止時の水素ガスの再供給を制御する。
前記第1実施例における発電停止制御ルーチン(図2)では、セル電圧変化速度dV/dtが値0より大きくなるまで、ステップS120およびS130を繰り返す構成としたが、さらに、次のイレギュラー処理を加える構成としてもよい。イレギュラー処理は次の構成により実現される。ステップS120の直前(ステップS130の「NO」の分岐先とステップS120との間)に、発電停止制御ルーチンが実行開始されてからの経過時間が所定時間を超えたか否かの判定処理を加えて、この判定処理で超えていないと判定されたときに、ステップS120に進み、超えたと判定されたときに、ステップS190に進める。このイレギュラー処理によれば、前記所定時間を経過しても、セル電圧変化速度dV/dtが値0より大きくならないときには、水素ガスの供給を再開することなく、ECU50を停止する。同様に、第2実施例における図4、第5実施例における図9も変形することができる。また、第3実施例における図6においても、ステップS320の直前(ステップS330の「NO」の分岐先とステップS320との間)に経過時間の判断を加えることで、同様なイレギュラー処理を実行する構成とすることができる。
各実施例の燃料電池システムでは、イグニッションスイッチ61がオン状態からオフ状態へ切り換わったタイミングで、発電停止制御ルーチンを実行開始する構成としたが、これに換えて、間欠運転等により停止条件が成立したタイミングでもって、発電停止制御ルーチンを実行開始する構成としてもよい。なお、この場合における発電停止制御ルーチンでは、最終ステップにおけるECUの停止は行なわない。
各実施例および変形例とは異なる種類の燃料電池に本発明を適用することとしてもよい。例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池に適用することができる。あるいは、固体高分子以外の電解質層を有する燃料電池であってもよく、本発明を適用することで同様の効果が得られる。
10…燃料電池
12…セル電圧センサ
13…高圧水素タンク
20…水素供給通路
21…一次遮断弁
22…圧力調整弁
23…二次遮断弁
24…エゼクタ
25…圧力センサ
30…アノードオフガス通路
30a…配管
31…排出通路
32…排出弁
41…エアコンプレッサ
42…空気通路
43…カソードオフガス通路
44…圧力制御弁
50…ECU
61…イグニッションスイッチ
62…アクセル開度センサ
201…燃料電池システム
210…モニター用燃料電池
212…モニター用電圧センサ
301…燃料電池システム
303…循環ポンプ
V…セル電圧
P…アノード入口圧
Claims (6)
- 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
所定のタイミングで、前記燃料電池への燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止する停止部と、
前記停止部による前記停止後、前記燃料電池の発電電圧の変化速度を算出する電圧変化速度算出部と、
前記電圧変化速度算出部により算出された前記発電電圧の変化速度が正の値となったときに、前記燃料電池へ燃料ガスを再供給する燃料再供給部と
を備え、
前記燃料再供給部は、
前記発電電圧の変化速度が正の値であり、かつ、前記発電電圧の変化加速度が負の値であるときに、前記燃料ガスの再供給を行う、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料再供給部による前記燃料ガスの再供給後、前記電圧変化速度算出部により算出された前記発電電圧の変化速度が値0以下となったときに、前記燃料ガスの再供給を停止する再供給停止部
を備え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であって、
前記燃料再供給部による前記燃料ガスの再供給後、前記アノードのガス圧力が所定圧力値を上回るときに、前記燃料ガスの供給を停止する燃料停止部
を備える燃料電池システム。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池のカソードと接続される酸化剤ガス通路に設けられ、前記燃料電池に備えられる電解質膜と同種の電解質膜を備えるモニター用燃料電池と、
前記モニター用燃料電池の発電電圧を検出する電圧センサと、
を備え、
前記電圧変化速度算出部は、
前記電圧センサにより検出された発電電圧を前記燃料電池の発電電圧とみなして前記変化速度の算出を行う、燃料電池システム。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料再供給部による前記燃料ガスの再供給時に、前記燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを前記アノードに循環させるための循環ポンプを作動させるポンプ制御部
を備える燃料電池システム。 - 燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
所定のタイミングで、前記燃料電池への燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止する第1の工程と、
前記第1の工程による前記停止後、前記燃料電池の発電電圧の変化速度を算出する第2の工程と、
前記第2の工程により算出された前記発電電圧の変化速度が正の値となったときに、前記燃料電池へ燃料ガスを再供給する第3の工程と
を備え、
前記第3の工程は、
前記発電電圧の変化速度が正の値であり、かつ、前記発電電圧の変化加速度が負の値であるときに、前記燃料ガスの再供給を行う、燃料電池システムの制御方法。
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JP2010159629A JP5577905B2 (ja) | 2010-07-14 | 2010-07-14 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
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