JP5924228B2 - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents
燃料電池システムおよびその制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5924228B2 JP5924228B2 JP2012229641A JP2012229641A JP5924228B2 JP 5924228 B2 JP5924228 B2 JP 5924228B2 JP 2012229641 A JP2012229641 A JP 2012229641A JP 2012229641 A JP2012229641 A JP 2012229641A JP 5924228 B2 JP5924228 B2 JP 5924228B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- pressure
- oxidant gas
- gas
- cell system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 346
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 157
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 161
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 142
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 130
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 130
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 80
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 77
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 57
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 276
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 146
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 36
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 27
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 25
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 24
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 20
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- MUMZUERVLWJKNR-UHFFFAOYSA-N oxoplatinum Chemical compound [Pt]=O MUMZUERVLWJKNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013506 data mapping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
- H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
- H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
- H01M8/04611—Power, energy, capacity or load of the individual fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
- H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04828—Humidity; Water content
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧制御部と
を備え、
前記ガス圧制御部は、
前記燃料電池の運転時における所定のタイミングで、前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、
前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を変化させたときの前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係を示す特性曲線を特定し、
前記所定のタイミング以後に繰り返し、前記特定した特性曲線に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を制御する、燃料電池システム。
その他、本発明は、以下の形態として実現することも可能である。
A.第1実施形態:
A−1.システム全体の構成:
A−2.カソード背圧制御処理:
A−3.作用、効果:
B.第2実施形態:
C.第3実施形態:
D.第4実施形態:
E.第5実施形態:
F.第6実施形態:
G.第7実施形態:
H.第8実施形態:
I.第9実施形態:
J.第10実施形態:
K.変形例:
A−1.システム全体の構成:
図1は、本発明の第1実施形態としての燃料電池システム10の構成を示す説明図である。この実施形態は、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した例である。図1に示すように、燃料電池システム10は、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電を行い、発電に伴う電力を発生する燃料電池(FC)20と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池20に供給する酸化剤ガス配管系30と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池20に供給する燃料ガス配管系40と、システムの電力を充放電する電力系50と、システム全体を統括制御する制御ユニット60などを備えている。
図2は、制御ユニット60で実行されるカソード背圧制御処理を示すフローチャートである。このカソード背圧制御処理は、所定時間(例えば、100msec)毎に繰り返し実行される。処理が開始されると、制御ユニット60は、まず、カソード背圧の増大が開始されるタイミングであるか否かを判定する(ステップS110)。運転者によってアクセルペダル80が踏み込まれて負荷要求があると、図示しない制御処理によりエアコンプレッサ31の酸化剤ガスの供給量が増大されて、カソード背圧が増大する。ステップS110では、そのカソード背圧の増大が開始されるタイミングであるか否かの判定を行う。
以上のように構成された第1実施形態の燃料電池システム10によれば、カソード背圧の増大が開始されるタイミングで、カソード背圧感度Sが求められ、そのカソード背圧感度Sに基づいてカソード背圧−出力特性曲線が求められる。その後、動作の時々で、要求出力TWが取得され、その要求出力TWを前記求められたカソード背圧−出力特性曲線に照らし合わせることで、要求出力TWに対応するカソード背圧が目標カソード背圧TPとして算出され、その目標カソード背圧TPにカソード背圧Pが制御される。カソード背圧−出力特性曲線は、前述したようにカソード極の白金表面積の大小(大きさの程度)に応じて決まるもので、白金表面積が減少していないときは勿論のこと、白金表面積が燃料電池の使用に伴って減少して燃料電池20の出力が低下するような場合にも、要求出力TWを確保するのに必要なカソード背圧を指し示す。このために、この第1実施形態の燃料電池システム10によれば、要求出力TWを確保することの確実性が高まり、発電性能を向上することができる。また、この燃料電池システム10によれば、酸化剤ガスの圧力としてカソード背圧が制御されることで、酸化剤ガスの制御を応答性よく行うことができる。
図4は、第2実施形態におけるカソード背圧制御処理を示すフローチャートである。第2実施形態における燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システム10と比較して、制御ユニットで実行されるカソード背圧制御処理だけが相違する。第2実施形態におけるハードウェア構成は、第1実施形態と同一であることから、各構成要素については同一の符合を付して、以下の説明を行う。
第3実施形態における燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システム10と比較して、同一のハードウェア構成を備え、異なるのは制御ユニットで実行されるカソード背圧制御処理だけである。第3実施形態におけるカソード背圧制御処理は、図2に示した第1実施形態におけるカソード背圧制御処理とほぼ同一の構成を備え、異なるのはステップS170の処理の内容だけである。すなわち、第3実施形態におけるカソード背圧制御処理では、図2のステップS110〜S160、S180〜S194の処理をそのまま実行し、ステップS170の処理だけが、後述する特性曲線推定処理に替わる。なお、第3実施形態におけるハードウェア構成は、第1実施形態と同一であることから、各構成要素については同一の符合を付して、以下の説明を行う。
第4実施形態における燃料電池システムは、第3実施形態の燃料電池システム10と比較して、制御ユニットで実行される特性曲線推定処理が相違するだけで、その他のソフトウェアの構成、およびハードウェアの構成は同一である。第4実施形態におけるハードウェア構成は、第3実施形態、すなわち第1実施形態と同一であることから、各構成要素については第1実施形態と同一の符合を付して、以下の説明を行う。
前記第1ないし第4実施形態における燃料電池システムでは、所定のタイミングで、カソード背圧感度Sの検出からカソード背圧−出力特性曲線の推定までを行って、その後、カソード背圧−出力特性曲線を参照して、要求出力TWに対応する目標カソード背圧TPを算出する構成としたが、前記推定したカソード背圧−出力特性曲線は、1日とか1週間とか等の所定期間において継続して利用する構成とすることができる。これが第5実施形態における燃料電池システムである。例えば、第1実施形態に対して第5実施形態を適用させる場合には、図2のステップS170でカソード背圧−出力特性曲線が最初に得られたときに、その推定されたカソード背圧−出力特性曲線を、燃料電池システムの電源オフ後にも記憶内容を維持する不揮発性メモリ、例えばEPROMに記憶させ、前記所定期間の間は、カソード背圧制御処理は、図2のステップS180ないしS192だけを実行する構成とする。すなわち、ステップS190では、EPROMに記憶したカソード背圧−出力特性曲線を用いて目標カソード背圧TPの算出を行う。所定期間経過後には、図2のステップS110ないしS194を実行するようにして、カソード背圧−出力特性曲線の更新を行い、次の所定期間においてはその更新されたカソード背圧−出力特性曲線を用いるようにする。
次に、第6実施形態について説明する。第6実施形態におけるハードウェア構成は第1実施形態と同一であり、各構成要素については、第1実施形態と同一の符合を付して、以下の説明を行う。第1実施形態では、カソード背圧−出力特性曲線の推定を、テーブルデータに複数のカソード背圧−出力特性曲線を予め用意し、カソード背圧感度Sに基づき一つのカソード背圧−出力特性曲線を選択することによって行っていた。これに対して、この第6実施形態では、電流密度を求める数式を利用してカソード背圧−出力特性曲線の推定行うようにした。ここでは、まず、燃料電池20で発生する電流密度を考えてみる。電流密度は、以下の式(1)に従って求めることができる。
ただし、「i」は電流密度、「APt」はカソード白金表面積、「iO」はカソード交換電流密度、「θ」は酸化皮膜率、「PO2」は必要酸素分圧、「Pref」は基準酸素濃度、「α」は電荷移動係数、「F」はファラデー定数、「η」はカソード過電圧、「R」は気体定数、「T」は燃料電池温度である。
第7実施形態における燃料電池システムは、第6実施形態の燃料電池システム10と比較して、同一のハードウェア構成を備え、制御ユニットで実行されるカソード背圧制御処理(図2、図11)についても同一である。第7実施形態における燃料電池システムは、第6実施形態の燃料電池システム10と比較して、ソフトウェアとして、湿度制御処理をさらに備えることが相違する。なお、この第7実施形態のハードウェア構成は第1実施形態とも同一であることから、各構成要素については、第1実施形態と同一の符合を付して、以下の説明を行う。
第8実施形態における燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システム10と比較して、同一のハードウェア構成を備える。なお、ハードウェアの各構成要素については、第1実施形態と同一の符合を付して、以下の説明を行う。この第8実施形態では、1回のアクセルワークで、燃料電池の出力確保と同時にバッテリ52の状態の改善とを同時に行う。こうしたトータルの制御を制御ユニット60で行うようにしている。
第9実施形態における燃料電池システムは、第8実施形態の燃料電池システム10と比較して、制御ユニットで実行されるトータル制御処理が相違するだけで、その他のソフトウェアの構成、およびハードウェアの構成は同一である。第9実施形態におけるハードウェア構成は、第8実施形態、すなわち第1実施形態と同一であることから、各構成要素については第1実施形態と同一の符合を付して、以下の説明を行う。
第10実施形態における燃料電池システムは、第8実施形態の燃料電池システム10と比較して、制御ユニットで実行されるトータル制御処理が相違するだけで、その他のソフトウェアの構成、およびハードウェアの構成は同一である。第10実施形態におけるハードウェア構成は、第8実施形態、すなわち第1実施形態と同一であることから、各構成要素については第1実施形態と同一の符合を付して、以下の説明を行う。
なお、この発明は上記第1ないし第10実施形態やそ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。
上記各実施形態では、燃料電池20から排出される酸化剤ガスの圧力(カソード背圧)に基づいて、圧力感度であるカソード背圧感度Sを求めていたが、これに換えて、燃料電池20に供給される酸化剤ガスの圧力に基づいて圧力感度を求める構成としてもよい。また、燃料電池のセル内の酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの圧力に基づいて圧力感度を求める構成としてもよい。また、酸化剤ガスの供給口と排出口の圧力差に基づいて圧力感度を求める構成としてもよい。
上記実施形態では、燃料電池は、固体高分子型の燃料電池であった。これに対して、固体高分子型以外のタイプの燃料電池としてもよい。
上記実施形態では、自動車などの車両に搭載される燃料電池システムであったが、車両のみならず各種移動体(例えば、二輪車や船舶、飛行機、ロボットなど)にも適用可能である。さらに、移動体に搭載された燃料電池システムに限らず、定置型の燃料電池システムや携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
前記実施例および各変形例において、ソフトウェアによって実現した機能は、ハードウェア、例えばディスクリートな電子回路によって実現するものとしてもよい。
2b…電圧センサ
2c…温度センサ
3a…回転数検出センサ
3b…圧力センサ
5b…回転数検出センサ
10…燃料電池システム
20…燃料電池
30…酸化剤ガス配管系
31…エアコンプレッサ
32…酸化剤ガス供給路
33…加湿モジュール
34…カソードオフガス流路
40…燃料ガス配管系
41…燃料ガス供給源
42…燃料ガス供給路
43…燃料ガス循環路
44…アノードオフガス流路
45…水素循環ポンプ
46…逆止弁
50…電力系
52…バッテリ
53…トラクションインバータ
54…補機インバータ
60…制御ユニット
61…要求出力取得部
62…ガス圧感度検出部
63…対応関係算出部
64…目標ガス圧算出部
65…ガス圧変更部
71…車輪
80…アクセルペダル
81…アクセルペダルセンサ
51…高圧DC/DCコンバータ
M1…モータ
M2…モータ
M3…トラクションモータ
M4…補機モータ
A1…背圧調整弁
H1…タンクバルブ
H2…水素供給バルブ
H3…FC入口バルブ
H4…FC出口バルブ
H5…パージバルブ
Claims (19)
- 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧制御部と
を備え、
前記ガス圧制御部は、
前記燃料電池の運転時における所定のタイミングで、前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、
前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を変化させたときの前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係を示す特性曲線を特定し、
前記所定のタイミング以後に繰り返し、前記特定した特性曲線に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を制御する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記特定した特性曲線に基づく酸化剤ガスの圧力の制御は、
前記燃料電池に要求される要求出力を取得し、
前記要求出力を前記特性曲線に照らし合わせることで、前記要求出力に対応する前記酸化剤ガスの圧力を目標ガス圧として算出し、
前記酸化剤ガスの圧力を前記目標ガス圧に制御することである、燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記ガス圧感度の個々の値に前記特性曲線をそれぞれ対応づけたテーブルデータを記憶する記憶部を備え、
前記ガス圧制御部による、前特性曲線の特定は、前記検出されたガス圧感度に対応する前記特性曲線を前記テーブルデータの中から選択して行う、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池のカソード極出口側から排出される前記酸化剤ガスの圧力を調整する背圧調整弁を備え、
前記ガス圧制御部は、
前記背圧調整弁の開度を調整することによって、前記酸化剤ガスの圧力の制御を行う、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記所定のタイミングは、前記酸化剤ガスの圧力の増大が開始されるタイミングである、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記所定のタイミングは、前記燃料電池の負荷が高負荷動作点へ移動を開始するタイミングである、燃料電池システム。 - 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧制御部と
を備え、
前記ガス圧制御部は、
前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、
前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係を特定し、
前記特定した対応関係に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を制御し、
さらに、
前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係として、第1の対応関係と、前記第1の対応関係よりも酸化剤ガスの圧力が増大側に傾いた第2の対応関係との2種類を有し、
前記燃料電池の備える電極触媒に含まれる白金の利用率が低下する所定の運転状態に前記燃料電池がない時に前記第1の対応関係を選択し、前記燃料電池が前記所定の運転状態にある時に前記第2の対応関係を選択して、前記対応関係の特定を行う、燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムであって、
前記所定の運転状態は、前記燃料電池のフラッディング状態である、燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムであって、
前記所定の運転状態は、前記燃料電池のアイドリング状態である、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記ガス圧制御部により特定された特性曲線を、前記燃料電池システムの電源オフ後にも継続して記憶する不揮発性メモリを備え、
所定の期間において、前記ガス圧制御部による前記酸化剤ガスの圧力の制御を、前記不揮発性メモリに記憶された前記特性曲線に基づいて行う、燃料電池システム。 - 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧制御部と
を備え、
前記ガス圧制御部は、
前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、
前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係を特定し、
前記特定した対応関係に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を制御し、
さらに、
前記ガス圧制御部により算出された、前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係から求められる前記ガス圧感度と、前記ガス圧感度の対応する前記出力の絶対値とを、実際の酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力から導かれるカソード背圧感度および絶対値と比較することによって、前記燃料電池にフラッディングが発生していることを判定するフラッディング判定部を備える、燃料電池システム。 - 請求項11に記載の燃料電池システムであって、
前記フラッディング判定部は、
前記フラッディングが発生していると判定されたときに、前記フラッディングを回避するための処理を実行する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムであって、さらに、
蓄電状態(SOC)の適正範囲が前記燃料電池の状態によって変わるバッテリと、
前記バッテリが良好でない状態で、前記ガス圧制御部による前記酸化剤ガスの圧力の制御がなされるとき、前記酸化剤ガスの圧力が前記目標ガス圧に達するよりも早いタイミングで、前記燃料電池の出力が前記要求出力に達するように、前記酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御部と
を備える、燃料電池システム。 - 請求項13に記載の燃料電池システムであって、
前記バッテリのSOCを検出するSOC検出部をさらに備え、
前記バッテリが良好でない状態は、前記検出されたSOCが所定の適正範囲から外れた状態である、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池が良好でない状態で、前記ガス圧制御部による前記酸化剤ガスの圧力の制御がなされるとき、前記酸化剤ガスの圧力が前記目標ガス圧に達するよりも早いタイミングで、前記燃料電池の出力が前記要求出力に達するように、前記酸化剤ガスの流量を制御するガス流量制御部を備える、燃料電池システム。 - 請求項15に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池が良好でない状態は、前記燃料電池のフラッディング状態である、燃料電池システム。 - 燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記酸化剤ガスの圧力を制御するガス圧制御部と、
前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記カソード極の白金表面積を推定する白金表面積推定部と
を備える、燃料電池システム。 - 燃料電池と、前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記酸化剤ガスの圧力を制御する工程を備え、
前記工程は、
前記燃料電池の運転時における所定のタイミングで、前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、
前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を変化させたときの前記酸化剤ガスの圧力と前記燃料電池の出力との対応関係を示す特性曲線を特定し、
前記所定のタイミング以後に繰り返し、前記特定した特性曲線に基づいて、前記酸化剤ガスの圧力を制御する、燃料電池システムの制御方法。 - 燃料電池と、前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記酸化剤ガスの圧力を制御する工程と、
前記酸化剤ガスの圧力の変化に対する前記燃料電池の出力の変化の割合をガス圧感度として検出し、前記検出されたガス圧感度に基づいて、前記カソード極の白金表面積を推定する工程と
を備える、燃料電池システムの制御方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012229641A JP5924228B2 (ja) | 2012-10-17 | 2012-10-17 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
US14/414,774 US10158134B2 (en) | 2012-10-17 | 2013-09-30 | Fuel cell system and control method thereof |
DE112013003046.2T DE112013003046T5 (de) | 2012-10-17 | 2013-09-30 | Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren desselben |
CN201380037863.XA CN104508887B (zh) | 2012-10-17 | 2013-09-30 | 燃料电池***及其控制方法 |
PCT/IB2013/002153 WO2014060805A1 (en) | 2012-10-17 | 2013-09-30 | Fuel cell system and control method thereof |
US16/185,756 US11283089B2 (en) | 2012-10-17 | 2018-11-09 | Fuel cell system and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012229641A JP5924228B2 (ja) | 2012-10-17 | 2012-10-17 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014082115A JP2014082115A (ja) | 2014-05-08 |
JP5924228B2 true JP5924228B2 (ja) | 2016-05-25 |
Family
ID=49596336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012229641A Expired - Fee Related JP5924228B2 (ja) | 2012-10-17 | 2012-10-17 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US10158134B2 (ja) |
JP (1) | JP5924228B2 (ja) |
CN (1) | CN104508887B (ja) |
DE (1) | DE112013003046T5 (ja) |
WO (1) | WO2014060805A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6554662B2 (ja) * | 2015-08-25 | 2019-08-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池のシミュレーション方法 |
US10109873B2 (en) | 2016-01-18 | 2018-10-23 | Hamilton Sundstrand Corporation | Electrochemical cell and method of operation |
JP6614120B2 (ja) | 2016-12-13 | 2019-12-04 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セルの触媒活性化方法 |
KR102336394B1 (ko) * | 2017-03-17 | 2021-12-08 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 공기 공급 제어방법 및 시스템 |
DE102017214440A1 (de) | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung sowie entsprechende Brennstoffzellenanordnung |
DE102017214445A1 (de) * | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung sowie entsprechende Brennstoffzellenanordnung |
KR102554879B1 (ko) * | 2017-12-12 | 2023-07-12 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 제어방법 및 제어시스템 |
CN108987770B (zh) * | 2018-07-18 | 2020-11-06 | 西南交通大学 | 一种多堆燃料电池发电***的协调优化控制方法 |
KR20200138475A (ko) * | 2019-05-29 | 2020-12-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 회복 제어 시스템 및 방법 |
CN110459783A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-11-15 | 武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司 | 一种燃料电池发动机空气控制*** |
JP7216347B2 (ja) * | 2020-11-19 | 2023-02-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 発電制御装置 |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62160665A (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-16 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
JPH0471168A (ja) * | 1990-07-12 | 1992-03-05 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラント |
JP3455392B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2003-10-14 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池の特性診断方法および燃料電池の運転方法 |
JP3832802B2 (ja) | 2000-07-25 | 2006-10-11 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
JP4185671B2 (ja) * | 2001-02-21 | 2008-11-26 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムの制御装置 |
JP4432400B2 (ja) * | 2003-07-25 | 2010-03-17 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムの制御装置 |
JP2006147234A (ja) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池の制御装置 |
JP2006164898A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの制御方法 |
JP2006310217A (ja) * | 2005-05-02 | 2006-11-09 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2006338925A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
DE102005038455B4 (de) | 2005-08-03 | 2016-04-14 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Ermittlung und/oder Einstellung des Oxidator-Volumenstroms bei einem Brennstoffzellensystem |
JP2007234311A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
US7914935B2 (en) | 2006-09-29 | 2011-03-29 | GM Global Technology Operations LLC | Method for managing fuel cell power increases using air flow feedback delay |
JP5120769B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2013-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP5407132B2 (ja) * | 2007-10-15 | 2014-02-05 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムの起動制御装置及び起動制御方法 |
JP4591721B2 (ja) | 2007-11-21 | 2010-12-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP2009158371A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP4827023B2 (ja) * | 2007-12-27 | 2011-11-30 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP2010267516A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2010267518A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Sony Corp | 非水電解質二次電池 |
JP4751463B2 (ja) * | 2009-05-25 | 2011-08-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
JP5324522B2 (ja) | 2009-06-23 | 2013-10-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
-
2012
- 2012-10-17 JP JP2012229641A patent/JP5924228B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-09-30 WO PCT/IB2013/002153 patent/WO2014060805A1/en active Application Filing
- 2013-09-30 DE DE112013003046.2T patent/DE112013003046T5/de active Pending
- 2013-09-30 US US14/414,774 patent/US10158134B2/en active Active
- 2013-09-30 CN CN201380037863.XA patent/CN104508887B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-11-09 US US16/185,756 patent/US11283089B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104508887A (zh) | 2015-04-08 |
JP2014082115A (ja) | 2014-05-08 |
US10158134B2 (en) | 2018-12-18 |
US20150207159A1 (en) | 2015-07-23 |
DE112013003046T5 (de) | 2015-03-05 |
WO2014060805A1 (en) | 2014-04-24 |
US11283089B2 (en) | 2022-03-22 |
CN104508887B (zh) | 2017-04-12 |
US20190081339A1 (en) | 2019-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5924228B2 (ja) | 燃料電池システムおよびその制御方法 | |
JP4868251B2 (ja) | 燃料電池システム、アノードガス生成量推定装置及びアノードガス生成量の推定方法 | |
JP5007665B2 (ja) | 燃料電池システム | |
KR101053991B1 (ko) | 연료전지시스템 및 전원제어방법 | |
JP5062512B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5817472B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP5505024B2 (ja) | 燃料電池自動車及びその制御方法 | |
EP2950376B1 (en) | Fuel cell system and fuel cell powered vehicle | |
JP4407750B2 (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法。 | |
JP6447838B2 (ja) | 燃料電池車両 | |
WO2009005136A1 (ja) | 燃料電池システムおよびその電流制御方法 | |
JP5136415B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2013140715A (ja) | 燃料電池システム | |
WO2013051397A1 (ja) | 燃料電池システム | |
JP6237426B2 (ja) | 燃料電池システム | |
WO2008099743A1 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006210100A (ja) | 電源装置 | |
JP6225957B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2011192458A (ja) | 燃料電池システム、移動体、および燃料電池システムの制御方法 | |
JP2015219970A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5099580B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2013134866A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP5672639B2 (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
JP2017037758A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140924 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150223 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150310 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150430 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150908 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151023 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160404 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5924228 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |