JP6102882B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、燃料電池を搭載した車両を示す説明図である。車両10は、燃料電池100と、制御部110(ECU(Electronic Control Unit)とも呼ぶ。)と、要求出力検知部120と、二次電池130と、分配コントローラ140と、駆動モータ150と、ドライブシャフト160と、分配ギア170と、車輪180と、を備える。
H2O → 2H++2e− …(1)
(1/2)O2+2H++2e− → H2O …(2)
式(2)に示すように、カソード側では、水が生成する。この水が燃料電池100に貯留しすぎるとフラッディングが起こり、燃料電池100の発電性能を低下させるおそれがある。また、排ガス回路400(排気系部材)に水が貯留しすぎると、エアブロー時に一度に生成水が排出されるため、後方の物(例えば、車両10の後を走る別の車両等)へ多量の水がかかるおそれがある。そのため、燃料電池100内の水の量が所定以上貯留された場合には、エアコンプレッサ320の回転数を上げて、空気の供給量を多くして、エアブローにより、貯留した水を排出させる。ここで、エアコンプレッサ320の回転数を上げると、消費電力が増大するため、燃費が悪くなる。したがって、燃費を悪化させずに、水を排出することが望まれている。
図5は、第2の実施形態における排水処理の制御フローチャートを示す説明図である。ステップS105では、制御部110は、以下の2つを含む第1の条件を満たしているか判断する。
a)燃料電池100内の水の量の推定値Vw1と排ガス回路400中に存在する水の量の推定値Vw2の和である生成水残量の推定値Vwが第1の値Vwt1よりも大きい(Vw>Vwt1)。
b)燃料電池100に供給される空気の流量Vafが第1の流量Vaf1よりも大きい(Vaf>Vaf1)。
燃料電池100内の水の量の推定値Vw1は、燃料電池100の発電によって生成した水の量と、通常運転で排出される水の量と、前回のエアブローによって排出された水の量から推定できる。燃料電池100の発電によって生成した水の生成量は、発電量に比例するので、発電量から容易に算出できる。燃料電池100内の水の量の推定値Vw1は、例えば、特開2011−090886公報に記載の方法を用いて推定しても良い。排ガス回路400中に存在する水の量の推定値Vw2は、燃料電池100から排出されてくる水の量と、通常運転で排出される水の量と、前回のエアブローによって排出された水の量とから推定できる。燃料電池100に供給される空気の流量Vafは、エアフローメータ370により測定可能である。
a)生成水残量の量の推定値Vwが第1の値Vwt1よりも大きい(Vw>Vwt1)。
c)燃料電池100に要求される電力量(Pr)が、第1の電力量(Pr1)よりもおおきい。
上述したように、制御部110は、車両のアクセルの踏み込み量から、燃料電池100に要求される電力量(要求電力量)を算出できる。制御部110は、第2の条件が満たされる場合には、処理をステップS110に移行し、満たされない場合には、処理をステップS140に移行する。移行後の処理は、第2の実施形態と同じである。要求電力量が大きくなれば、燃料電池100の発電量が大きくなり、要求電力量を発生させるための空気の流量が多くなる。その結果、要求電力量を発生させる以外に追加で供給する空気の流量が少なくなるため、同様に燃費を向上させることができる。なお、本変形例では、制御部110は、ステップS105が満たされない場合にステップS107を実行したが、ステップS105の代わりにS107を実行するように構成しても良い。この場合、第1の条件の成立の有無は問わず、第2の条件でエアコンプレッサ320の回転数を上昇させるか否かが判断される。
100…燃料電池
110…制御部
120…要求出力検知部
130…二次電池
140…分配コントローラ
150…駆動モータ
160…ドライブシャフト
170…分配ギア
180…車輪
200…燃料ガス供給回路
210…燃料ガスタンク
220…燃料ガス供給管
230…燃料ガス排気管
240…燃料ガス還流管
250…主止弁
260…レギュレータ
280…気液分離器
290…水素ポンプ
300…酸化ガス供給回路
310…エアクリーナ
320…エアコンプレッサ
330…酸化ガス供給管
350…大気圧センサ
360…外気温センサ
370…エアフローメータ
380…供給ガス温度センサ
390…供給ガス圧力センサ
400…排ガス回路
410…排ガス管
420…背圧弁
430…燃料ガス排出管
440…排気排水弁
450…酸化ガスバイパス管
460…三方弁
500…冷却回路
510…冷却水供給管
515…冷却水排出管
520…ラジエータ管
525…ウォーターポンプ
530…ラジエータ
535…ラジエータファン
540…バイパス管
545…三方弁
VA1、VA2、VB1、VB2…流量
Vaf…流量
Vaf1…第1の流量
Vaf2…第2の流量
Vwt1…第1の値
Vwt2…第2の値
Vs…速度
Vs1…第1の速度
Vw…推定値
X1、X2…消費量
ΔV…空気量
Claims (6)
- 燃料電池システムであって、
燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池と、
空気を圧縮して前記燃料電池に酸化ガスとして空気を供給するエアコンプレッサと、
前記燃料電池及びエアコンプレッサの動作を制御する制御部と、
前記燃料電池から酸化排ガスおよび生成水を排出する排気系部材と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池内の水の量と前記排気系部材に存在する水の量との和である生成水残量を推定し、
前記制御部は、排水処理を実行しようとする際に、前記エアコンプレッサにより前記燃料電池に供給される空気の流量が第1の流量よりも大きく、さらに前記生成水残量の推定値が第1の判定値よりも大きいことを含む第1の条件が成立した場合には、前記エアコンプレッサの回転数を増大させて、前記燃料電池の中の水を排出するために必要な空気の流量である第2の流量であって前記第1の流量よりも大きな第2の流量以上の空気を前記燃料電池に供給して前記燃料電池の中の水を排出させる、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、
前記制御部は、前記生成水残量の推定値が前記第1の判定値よりも大きく、前記燃料電池の要求電力量が第1の電力量よりも大きいことを含む第2の条件が成立した場合には、前記第1の条件の成立の有無にかかわらず、前記エアコンプレッサの回転数を増大させて、前記第2の流量以上の空気を前記燃料電池に供給して前記燃料電池及び前記排気系部材の中の水を排出させる、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、
前記制御部は、前記生成水残量の推定値が前記第1の判定値よりも大きな第2の判定値より大きな場合には、前記第1の条件の成立の有無にかかわらず、前記エアコンプレッサの回転数を増大させて、前記第2の流量以上の空気を前記燃料電池に供給して前記燃料電池及び前記排気系部材の中の水を排出させる、燃料電池システム。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記生成水残量の推定値が前記第1の判定値よりも大きく、前記エアコンプレッサによる空気の流量が前記第1の流量よりも大きくない場合には、他の条件に応じて前記エアコンプレッサの回転数を増大させる場合を除いて、前記エアコンプレッサの回転数を維持する、燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池と、
空気を圧縮して前記燃料電池に酸化ガスとして空気を供給するエアコンプレッサと、
前記燃料電池及びエアコンプレッサの動作を制御する制御部と、
前記燃料電池から酸化排ガスおよび生成水を排出する排気系部材と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池内の水の量、または、前記排気系部材に存在する水の量を推定し、
前記制御部は、排水処理を実行しようとする際に、前記エアコンプレッサにより前記燃料電池に供給される空気の流量が第1の流量よりも大きく、さらに前記燃料電池内の水の量の推定値または前記排気系部材に存在する水の量の推定値が第1の判定値よりも大きいことを含む第1の条件が成立した場合には、前記エアコンプレッサの回転数を増大させて、前記第1の流量よりも大きな第2の流量以上の空気を前記燃料電池に供給して前記燃料電池の中の水を排出させる、燃料電池システム。 - 請求項1〜5のいずれか一項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は、車両に搭載されており、
前記第1の条件は、前記車両の速度が第1の速度よりも大きいことを含む、燃料電池システム。
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