JP7081312B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
(2)本開示の他の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給されるカソードガスが流通する供給路と、前記燃料電池スタックよりも下流側に位置するカソード排ガスが流通する排出路と、前記供給路に配置され、モータによって駆動する第1コンプレッサと、前記供給路に配置され、前記第1コンプレッサよりも下流側に配置された第2コンプレッサと、前記排出路に配置されたタービンであって、前記第2コンプレッサと連結され、前記カソード排ガスによって駆動するタービンと、前記タービンよりも上流側の位置で前記排出路から分岐し、前記タービンを通過することなく前記カソード排ガスを排出させるバイパス路と、開度が調整されることで、前記タービンに流入する前記カソード排ガスの流量割合と、前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合とを調整する分流弁と、前記燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を増加させることに伴って前記モータに供給する電流値を上昇させる場合は、前記電流値を上昇させて前記第1コンプレッサの吐出圧力を上昇させた後に、前記分流弁の開度を変化させることで前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を増加させる第1の制御と、前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を減少させることに伴って前記電流値を下降させる場合は、前記分流弁の開度を変化させることで前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を減少させた後に、前記電流値を下降させて前記第1コンプレッサの吐出圧力を低下させる第2の制御と、の少なくともいずれか一つの制御を実行する。この形態によれば、モータに供給する電流値を上昇させることで第1コンプレッサの吐出圧力を上昇させた後に、バイパス路に流入するカソード排ガスの流量割合を増加させる第1の制御を実行することで、燃料電池スタック内のカソードガスの圧力が急激に低下することを抑制できる。これにより、燃料電池スタックの発電量が要求発電量よりも低下する可能性を低減できる。またこの形態によれば、バイパス路に流入するカソード排ガスの流量割合を減少させた後に、モータに供給する電流値を下降させて第1コンプレッサの吐出圧力を低下させる第2の制御を実行することで、燃料電池スタック内のカソードガスの圧力が急激に低下することを抑制できる。これにより、燃料電池スタックの発電量が要求発電量よりも低下する可能性を低減できる。
(3)上記形態であって、さらに、二次電池を備え、前記制御部は、前記二次電池の充電量が満充電の場合には、前記分流弁の開度を制御して前記カソード排ガスの全量を前記バイパス路に流入させてもよい。この形態によれば、二次電池の充電量が満充電の場合には、タービン側にはカソード排ガスが供給されないので、コンプレッサの消費電力を増大できる。これにより、二次電池の過充電を抑制できるので、二次電池が劣化する可能性を低減できる。
図1は、本開示の第1実施形態における燃料電池システム10を模式的に示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池スタック15と、アノードガス給排系20と、カソードガス給排系30と、制御部としてのECU40とを備える。ECU40は、燃料電池システム10の動作を制御する。燃料電池スタック15は、アノードガスとカソードガスとを反応させて発電する。燃料電池システム10は、動力源として車両に搭載されている。
図8は、本開示の第2実施形態における燃料電池システム10aの電気的構成を示す概念図である。第1実施形態の燃料電池システム10(図2)との異なる点は、二次電池96とBDC97とを備える点である。第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付すと共に適宜説明を省略する。なお、第2実施形態の燃料電池システム10aは、第1実施形態と同様に、アノードガス給排系20とカソードガス給排系30とを備える。
図10は、本開示の第3実施形態における燃料電池システム10bを模式的に示す説明図である。第1実施形態の燃料電池システム10(図1)と異なる点は、モータM1によって駆動する第1コンプレッサ331aと、第1コンプレッサ331aの下流側に第2コンプレッサ331bとを備える点である。第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付すと共に適宜説明を省略する。第1コンプレッサ331aおよび第2コンプレッサ331bは、カソードガス供給路320に配置されている。
D-1.他の実施形態1:
上記各実施形態によれば、分流弁319はポペット弁を用いていたが、バタフライ弁などの他の弁を用いてもよい。
上記第3実施形態において、さらに第2実施形態のECU40aが実行する、図9に示す処理を実行してもよい。
上記各実施形態では、ECU40,40a,40bは、第1の制御と第2の制御の両方を実行していたが、少なくともいずれか一つの制御を実行してもよい。第1の制御と第2の制御の少なくともいずれか1つの制御を実行することによっても、可変ガイドブレードを使用することなく、燃料電池スタック15内のカソードガスの圧力が急激に低下することを抑制し、燃料電池スタック15の発電量が要求発電量よりも低下する可能性を低減できる。
Claims (3)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給されるカソードガスが流通する供給路と、
前記燃料電池スタックよりも下流側に位置するカソード排ガスが流通する排出路と、
前記供給路に配置され、モータによって駆動するコンプレッサと、
前記排出路に配置されたタービンであって、コンプレッサと連結され、前記カソード排ガスによって駆動するタービンと、
前記タービンよりも上流側の位置で前記排出路から分岐し、前記タービンを通過することなく前記カソード排ガスを排出させるバイパス路と、
開度が調整されることで、前記タービンに流入する前記カソード排ガスの流量割合と、前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合とを調整する分流弁と、
前記燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を増加させることに伴って前記モータに供給する電流値を上昇させる場合は、前記電流値を上昇させて前記コンプレッサの吐出圧力を上昇させた後に、前記分流弁の開度を変化させることで前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を増加させる第1の制御と、
前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を減少させることに伴って前記電流値を下降させる場合は、前記分流弁の開度を変化させることで前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を減少させた後に、前記電流値を下降させて前記コンプレッサの吐出圧力を低下させる第2の制御と、の少なくともいずれか一つの制御を実行する、燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給されるカソードガスが流通する供給路と、
前記燃料電池スタックよりも下流側に位置するカソード排ガスが流通する排出路と、
前記供給路に配置され、モータによって駆動する第1コンプレッサと、
前記供給路に配置され、前記第1コンプレッサよりも下流側に配置された第2コンプレッサと、
前記排出路に配置されたタービンであって、前記第2コンプレッサと連結され、前記カソード排ガスによって駆動するタービンと、
前記タービンよりも上流側の位置で前記排出路から分岐し、前記タービンを通過することなく前記カソード排ガスを排出させるバイパス路と、
開度が調整されることで、前記タービンに流入する前記カソード排ガスの流量割合と、前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合とを調整する分流弁と、
前記燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を増加させることに伴って前記モータに供給する電流値を上昇させる場合は、前記電流値を上昇させて前記第1コンプレッサの吐出圧力を上昇させた後に、前記分流弁の開度を変化させることで前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を増加させる第1の制御と、
前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を減少させることに伴って前記電流値を下降させる場合は、前記分流弁の開度を変化させることで前記バイパス路に流入する前記カソード排ガスの流量割合を減少させた後に、前記電流値を下降させて前記第1コンプレッサの吐出圧力を低下させる第2の制御と、の少なくともいずれか一つの制御を実行する、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、さらに、
二次電池を備え、
前記制御部は、
前記二次電池の充電量が満充電の場合には、前記分流弁の開度を制御して前記カソード排ガスの全量を前記バイパス路に流入させる、燃料電池システム。
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