JP6828419B2

JP6828419B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP6828419B2
Application number: JP2016249617A
Authority: JP
Inventors: 義明鶴田; 宏平小田; 遥広瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018106841A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムにおいて、カソードの触媒に酸化被膜が生じた際に、電圧を下げることにより、酸化被膜を分解、除去することで触媒活性を回復させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１８５９６８号公報

しかし、燃料電池システムを搭載した車両が登坂や高速定常走行等して燃料電池に高負荷要求が続くとき、低負荷から高負荷への推移がないためリフレッシュを実行できず、性能が低下することがある。

そこで、本発明は、燃料電池への高負荷要求が続く状況にあっても、燃料電池の性能劣化や燃費悪化を抑制することを可能とする燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る燃料電池システムは、酸素供給を停止し、燃料電池の触媒に生じた酸化被膜を除去するリフレッシュ制御部を有しており、道路情報を取得する情報取得部を備えた車両に搭載される燃料電池システムであって、
情報取得部が取得した道路情報から燃料電池にとっての高負荷状態が連続することが予測される場合には、あらかじめリフレッシュ制御部を作動させる、燃料電池システムである。

従前の燃料電池システムのように低負荷から高負荷へ推移するときに便乗する判定だけではリフレッシュ判定電圧（Ｖｔ）を長時間下回るようなときにリフレッシュが実行できなかったのに対し、本態様に係る燃料電池システムでは、高負荷が連続することを予測し、あらかじめリフレッシュ制御を行うことにより、燃料電池の性能回復と燃費向上を図る。

本発明によれば、燃料電池への高負荷要求が続く状況にあっても、燃料電池の性能劣化や燃費悪化を抑制することが可能となる。

燃料電池システムにおける制御フローの一例を示すチャートである。（Ａ）通常のリフレッシュ制御のフローと（Ｂ）本発明の態様１に係るリフレッシュ制御フローとを並べて示す図である。リフレッシュ制御の考え方を示す、（Ａ）ＦＣパワーの変化、（Ｂ）リフレッシュ許可タイミングを表したグラフである。態様２の考え方を示す、劣化影響、性能回復効果の時間変化を表したグラフである。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

（態様１）
一般的に、燃料電池システムは、特に図示してはいないが、燃料電池、燃料電池の冷却水が流れる水管、水管に設置されたラジエータ、水管のバイパス、水管に設置された三方弁、同じく水管に設置された冷却水ポンプ、コンピューター（制御装置）などを備えるシステムとして構成される。本実施形態の燃料電池システムは、これらの他、熱量算出部、リフレッシュ制御部、温度センサー等を備える。

また、燃料電池システムは例えば車両に搭載されて用いられる。燃料電池システムは、ある要求電力に対する燃料電池の出力を任意に指令できる制御を実施できるシステムを備えている。

＜基本構成＞
燃料電池のカソード触媒は、カソードが高電位の場合に経時的に活性低下する材料であって、燃料電池システムでは、触媒活性低下をカソード電位の低下により回復させるリフレッシュ制御が実行可能である。本実施形態では、リフレッシュ制御の処理を、車両の位置、勾配等のナビ情報を活用し、高負荷が予測される場合にリフレッシュ制御を先出しして実行する。

＜制御フロー＞
本実施形態の燃料電池システムにおけるリフレッシュ制御のフローの一例を説明する（図１参照）。

制御装置により、燃料電池システムにおいてリフレッシュ制御が必要かどうか判断する（ステップＳＰ１）。リフレッシュ制御が必要かどうかの判断は、例えば、所定の電圧値を基準にして行われる。リフレッシュ制御が必要でなければ（ステップＳＰ１にてｎｏ）、処理を終了する。

リフレッシュ制御が必要な場合は（ステップＳＰ１にてｙｅｓ）、設定頻度のタイミングかどうかを判断し（ステップＳＰ２）、設定頻度のタイミングであれば（ステップＳＰ２にてｙｅｓ）、リフレッシュ処理を実行する（ステップＳＰ３）。

ステップＳＰ２において設定頻度のタイミングではなかった場合（ステップＳＰ２にてｎｏ）、一定時間先までの予測発電パワーPpreが、リフレッシュ実行判定パワーPvtを超えているかどうか判断する（ステップＳＰ４）。超えていれば（ステップＳＰ４にてｙｅｓ）、先読みリフレッシュ処理を実行する（ステップＳＰ５）。一方、越えていなければ（ステップＳＰ４にてｎｏ）、処理を終了する。

＜リフレッシュ制御フロー＞
従前の通常のリフレッシュ制御フローの一例を以下に示す（図２（Ａ）参照）。すなわち、燃料電池車のアクセル入力があり（ステップＳＰ１０１）、設定頻度が到来していて発電した結果、リフレッシュ判定電圧（Vt）を下回ると（ステップＳＰ１０２）、リフレッシュ制御を実行する（ステップＳＰ１０３）。

一方、本実施形態におけるリフレッシュ制御の一例は以下のとおりである（図２（Ｂ）、図３参照）。まず、燃料電池車に搭載されたナビゲーションシステムによって取得される車両位置情報（ナビ情報）により、当該車両の挙動を予測する（ステップＳＰ１１）。次に、予測した車両挙動、車道の勾配情報による予測発電パワーPpre（図３（Ａ）の破線で示す部分参照）を演算する（ステップＳＰ１２）。なお、図３（Ａ）の実線で示す部分は燃料電池の実際の発電量であるＦＣ発電パワーPfcを表す。ここで、設定頻度（リフレッシュの実行タイミング）は到来していないが、一定時間先までの予測発電パワーPpreがリフレッシュ実行判定パワーPvtを超えていて、一定時間リフレッシュ制御を実行することが難しそう（図３（Ｂ）の(i), (ii)参照）な場合（ステップＳＰ１３）、先読みリフレッシュ処理を実行する（ステップＳＰ１４）。これは、リフレッシュ制御の実行タイミングを現在に先出しして、リフレッシュを前倒しで行うというものである（図３（Ｂ）の(iii)参照）。

（態様２）
別の実施形態を態様２として説明する。ここでは、リフレッシュ制御を実行するかどうかを、そのときの触媒の活性状態、または前回実行したリフレッシュ制御からの経過時間により決定する（図４参照）。リフレッシュによる性能回復効果が十分にあり、劣化影響の少ない許可間隔にて態様１で説明したれリフレッシュ処理を実行する。こうした場合、態様１を実施する場合における電位変動回数増加を最小化し、性能向上効果と劣化背反対策を両立することが可能となる。

上述したごとき燃料電池システムによれば以下のことがいえる。すなわち、従来は出力要求の低負荷から高負荷への推移がなく、高負荷が続く登坂や高速定常走行等の場合、リフレッシュ制御を実行できず、性能低下状態が続いてしまうことがあったのに対し、本実施形態では、車両の位置、車道の勾配等のナビ情報を活用し、高負荷が続くことが予想されるとき、設定頻度（リフレッシュ実行のタイミング）が到来する前にリフレッシュ制御を先出しして実行する。これによれば、登坂や高速定常走行時等の高負荷が続くパターンにおける性能回復が実施でき、発電効率の向上、燃費向上が期待できる。また、リフレッシュを実行できないことによる長時間にわたる性能低下を底上げすることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状およびサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

本発明は、燃料電池システムに適用して好適である。

Claims

酸素供給を停止し、電圧を下げることにより、燃料電池の触媒に生じた酸化被膜を除去するためのリフレッシュ制御を実行させるリフレッシュ制御部を有しており、道路情報を取得する情報取得部を備えた車両に搭載される燃料電池システムであって、
前記情報取得部が取得した道路情報から前記燃料電池にとっての高負荷状態が連続することが予測される場合には、高負荷が続き電圧が所定値よりも下がらない状況下では実行できないリフレッシュ制御をあらかじめ実行するため前記リフレッシュ制御部を作動させる、燃料電池システム。