JP6135642B2 - 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
図1は、第1実施形態における燃料電池システム100の構成を示す概略図である。この燃料電池システム100は、例えば、燃料電池車両に搭載され、車両の駆動モータや電装品等に電力を供給する。燃料電池システム100は、燃料電池10と、制御部20と、カソードガス供給部30と、カソード排ガス排出部40と、アノードガス供給部50と、アノードガス循環部60と、を備える。
図5は、第2実施形態における第2のルーチンの処理内容を説明するためのフローチャートである。第1実施形態の第2のルーチン(図3)では、制御部20は、下流側検出圧力値PDMが目標圧力値PTを一度でも下回ると、水素供給装置57による水素供給を開始させるものとして説明した。一方、第2実施形態の第2のルーチンでは、制御部20は、下流側検出圧力値PDMが目標圧力値PTを2回連続して下回ったときに水素供給装置57による水素供給を開始する。すなわち、図5に示すように、制御部20は、ステップS310において取得した下流側検出圧力値PDMが、取得した目標圧力値PTを下回っている場合(ステップS320:Yes)、再度、下流側検出圧力値PDMおよび目標圧力値PTを取得する(ステップS330)。そして、再度取得した下流側検出圧力値PDMが、再度取得した目標圧力値PTを下回っていた場合(ステップS340:Yes)、水素供給装置57による水素供給を開始する(ステップS350)。制御部20は、上記のステップS310〜S340の処理を繰り返すことによって、第2の周期CT2ごとに、水素供給装置57による水素供給が必要な時期か否かを監視し続けるように構成されている。
図7は、第3のルーチンの処理内容を説明するためのフローチャートである。第3実施形態の制御部20は、水素供給装置57による水素供給中には、第3のルーチンとして、以下の処理を第3の周期CT3(CT3<CT1、例えば、CT3=1ms)ごとに繰り返し実行する。制御部20は、まず、第1のルーチンで算出した最新の噴射本数Nを記憶部23から取得する(ステップS410)。そして、現在、水素供給装置57において水素供給に使用されているインジェクタの本数Nと、記憶部23から取得した噴射本数Nとを比較し、本数に変更があるか否かの判定をおこなう(ステップS420)。噴射本数Nに変更がない場合、制御部20は、水素供給装置57に対して、現在の水素供給量(開弁DUtyおよび噴射本数N)での水素の供給を継続させつつ、再度、ステップS410の処理に戻る。一方、噴射本数Nに変更がある場合には、制御部20は、水素供給量を変更するための再セットを開始する(ステップS430)。具体的には、制御部20は、最新の水素供給量(開弁DUtyおよび噴射本数N)を記憶部23から取得する。そして、水素供給装置57に対して、現在の水素供給量による水素供給を停止させ、取得した新たな水素供給量で水素の供給を実行させる。制御部20は、上記のステップS410〜S420の処理を繰り返すことによって、第3の周期CT3ごとに、水素供給装置57による水素供給量に変更が必要か否かを監視し続けるように構成されている。
なお、この発明は上記の実施形態や実施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。
制御部20は、水素供給装置57による水素供給中に、制御部20から供給停止要求を受信すると、水素供給装置57による水素供給が完了していなくても、水素供給装置57に対して、水素の供給を停止させる第4のルーチンを繰り返し実行してもよい。第4のルーチンは、第1の周期CT1よりも短い第4の周期CT4(CT4<CT1、例えば、CT4=1ms)でおこなわれることが好ましい。従来の制御部は、供給停止要求を受信すると、水素供給装置57による水素供給が完了した後に、次の水素供給を停止させていた。しかし、この場合、供給停止要求の受信後にも、しばらくは水素の供給を継続するため、アノードの圧力が必要以上に高くなり、クロスリークが発生して燃費が悪化する問題があった。制御部20が第4のルーチンを実行することによって、供給停止要求の受信後、速やかに水素の供給を停止させることができるため、クロスリークの発生を抑制できる。
図4および図8では、第1のルーチンの処理動作と第2のルーチンの処理動作はタイミングがずれるように示されている。すなわち、第1のルーチンの処理動作と第2のルーチンの処理動作は同時に処理が開始されないように示されているが、第1のルーチンの処理動作は、常に第2のルーチンの処理動作と同時に処理が開始されるように構成されていてもよい。
2…カソード
3…アノード
10…燃料電池
13…電流検出部
20…制御部
23…記憶部
30…カソードガス供給部
31…カソードガス配管
32…エアコンプレッサ
33…エアフロメータ
34…供給バルブ
35…圧力検出部
40…カソード排ガス排出部
41…カソード排ガス配管
42…水素分離部
43…排出バルブ
44…圧力検出部
50…アノードガス供給部
51…アノードガス配管
52…水素タンク
53…開閉弁
54…レギュレータ
55…一次側圧力検出部
56…温度検出部
57…水素供給装置
58…二次側圧力検出部
60…アノードガス循環部
61…アノード排ガス配管
62…気液分離部
63…アノードガス循環配管
64…循環ポンプ
65…アノード排水配管
66…排水弁
67…圧力検出部
100…燃料電池システム
Claims (5)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
水素供給配管を介して前記燃料電池に水素を供給する水素供給部と、
前記水素供給配管の内圧の圧力値を検出する圧力検出部と、
前記燃料電池の発電電流の電流値を検出する電流検出部と、
前記検出した電流値および前記圧力値に基づいて前記燃料電池に必要な水素供給量を算出し、算出された水素量に相当する水素を前記燃料電池に供給するように、前記水素供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
第1の周期ごとに、前記圧力値、及び前記電流値に基づいて水素供給量を算出するとともに、
前記第1の周期よりも短い第2の周期ごとに前記圧力値を取得し、前記取得した圧力値に基づいて水素の供給が必要と判断された場合は、直前に算出された水素供給量に相当する水素を前記燃料電池に供給し、
前記第1の周期ごとに、前記電流値から、前記水素供給配管の内圧の目標圧力値を新たに算出するとともに、算出した前記目標圧力値を用いて目標圧力値を更新し、
前記第2の周期ごとに、取得した前記圧力値が、前記目標圧力値を下回っているか否かによって、前記水素供給部による水素供給が必要か否かを判定する、燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
水素供給配管を介して前記燃料電池に水素を供給する水素供給部と、
前記水素供給配管の内圧の圧力値を検出する圧力検出部と、
前記燃料電池の発電電流の電流値を検出する電流検出部と、
第1の周期ごとに、前記電流値および前記圧力値を取得し、取得した前記電流値および前記圧力値から、前記水素供給部による必要な水素供給量を算出するとともに、算出した前記水素供給量を用いて記憶部に記憶されている水素供給量を更新する第1のルーチンを実行するとともに、
前記第1の周期よりも短い第2の周期ごとに、前記圧力値を取得し、取得した前記圧力値から、前記水素供給部による水素供給が必要か否かを判定し、前記水素供給が必要と判定すると、前記記憶部から前記水素供給量を取得し、前記水素供給部に対して、取得した前記水素供給量に対応する水素の供給を開始させる第2のルーチンを実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第1のルーチンにおいて、前記第1の周期ごとに、取得した前記電流値から、前記水素供給配管の内圧の目標圧力値を算出するとともに、算出した前記目標圧力値を用いて前記記憶部に記憶されている目標圧力値を更新し、
前記第2のルーチンにおいて、前記第2の周期ごとに、前記記憶部から前記目標圧力値を取得し、取得した前記圧力値が、取得した前記目標圧力値を下回っているか否かによって、前記水素供給部による水素供給が必要か否かを判定する、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、
前記制御部は、前記第2のルーチンにおいて、取得した前記圧力値が、取得した前記目標圧力値を下回っている場合、再度、前記圧力値および前記目標圧力値を取得し、再度取得した前記圧力値が、再度取得した前記目標圧力値を下回っている場合に、前記水素供給部による水素供給が必要と判定する、燃料電池システム。 - 請求項2から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記記憶部から取得した第1の前記水素供給量に対応する水素の供給を前記水素供給部に実行させているとき、前記第1の周期よりも短い第3の周期ごとに、前記記憶部から前記水素供給量を取得し、取得した前記水素供給量である第2の前記水素供給量が、前記第1の水素供給量に対して、予め設定された閾値以上変化したか否かを判定し、前記閾値以上変化したと判定すると、前記水素供給部に対して、前記第1の水素供給量に対応する水素の供給が完了していなくても、前記第2の水素供給量に対応する水素の供給を開始させる第3のルーチンを実行する、燃料電池システム。 - 水素供給配管を介して燃料電池に水素を供給する水素供給部を備える燃料電池システムの制御方法であって、
第1の周期ごとに、前記燃料電池の発電電流の電流値および前記水素供給配管の内圧の圧力値を取得し、取得した前記電流値および前記圧力値から、前記水素供給部による必要な水素供給量を算出するとともに、算出した前記水素供給量を用いて記憶部に記憶されている水素供給量を更新し、
前記第1の周期よりも短い第2の周期ごとに、前記圧力値を取得し、取得した前記圧力値から、前記水素供給部による水素供給が必要か否かを判定し、前記水素供給が必要と判定すると、前記記憶部から前記水素供給量を取得し、前記水素供給部に対して、取得した前記水素供給量に対応する水素の供給を開始させ、
前記第1の周期ごとに、取得した前記電流値から、前記水素供給配管の内圧の目標圧力値を算出するとともに、算出した前記目標圧力値を用いて前記記憶部に記憶されている目標圧力値を更新し、
前記第2の周期ごとに、前記記憶部から前記目標圧力値を取得し、取得した前記圧力値が、取得した前記目標圧力値を下回っているか否かによって、前記水素供給部による水素供給が必要か否かを判定する、制御方法。
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