JP7115340B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されたように、燃料電池の正極と負極とを短絡させ、燃料電池に残存する電圧を低下させても、燃料電池内のアノード電極には余剰な水素が残留している。
そのため、部品を取り外す際に、燃料電池のカソード電極にエアが侵入すると、燃料電池のアノード電極の内部に残留している水素と反応して発電し、燃料電池の電圧が再上昇する虞があった。
カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、
前記燃料電池の発電を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記制御部は、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第1ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第2ステップと、を実行するものである。
カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第1ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第2ステップと、を備えるものである。
<燃料電池システムの構成>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池FC、エア供給経路10、コンプレッサ11、入口弁12、バイパス弁13、エア排出経路20、出口弁21、水素供給経路30、水素タンク31、水素バルブ32、インジェクタ33、水素循環経路40、循環ポンプ41、水素排出経路50、排気弁51、制御部60、電圧センサVSを備えている。
H2→2H++2e- ・・・(1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O ・・・(2)
H2+(1/2)O2→H2O ・・・(3)
なお、本実施形態に係る燃料電池システムでは、入口弁12は必須ではない。
なお、本実施形態に係る燃料電池システムでは、バイパス弁13及びバイパス経路は必須ではない。
特に、本実施形態に係る燃料電池システムでは、取り外す際に燃料電池FCのカソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、制御部60が以下のステップを実行する。
まず、制御部60は、入口弁12及び出口弁21を開き、コンプレッサ11を駆動させて、燃料電池FCのカソード電極に空気を供給する(第1ステップ)。第1ステップのみによって、燃料電池FCのアノード電極の内部に残留していた水素ガスが、供給された空気と反応することによって消費される。
なお、入口弁12が設けられていない場合、コンプレッサ11やバイパス弁13を取り外した際にも、燃料電池FCのカソード電極に空気が侵入する。そのため、制御部60が第1ステップ及び第2ステップを実行する。
次に、図2を参照して、第1の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法について説明する。図2は、第1の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すタイミングチャートである。具体的には、図2は、上述の第1ステップ及び第2ステップにおける燃料電池システム内の各機器の動作を示している。
上述の通り、第1ステップ及び第2ステップを実行する際、燃料電池FCの発電は停止している。そのため、コンプレッサ11及び循環ポンプ41は停止している。また、入口弁12、バイパス弁13、出口弁21は、いずれも閉じられている。
次に、時刻t2において、コンプレッサ11を駆動する。
そして、時刻t3において、入口弁12及び出口弁21を開き、その後、バイパス弁13を閉じる。
これら一連の動作によって、コンプレッサ11から燃料電池FCのカソード電極に空気を供給する(第1ステップ)。ここで、時刻t3において、第1ステップが開始される。
次に、時刻t6において、コンプレッサ11を停止する。すなわち、第1ステップを終了する。その後、入口弁12及び出口弁21を閉じる。
なお、循環ポンプ41とコンプレッサ11とを同時に停止してもよい。また、コンプレッサ11よりも先に循環ポンプ41を停止してもよい。
<燃料電池システムの構成>
次に、図3を参照して、第2の実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図3は、第2の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図3に示すように、第2の実施形態に係る燃料電池システムは、図1に示した第1の実施形態に係る燃料電池システムが備える構成要素に加え、窒素供給経路70、窒素タンク71、窒素バルブ72を備えている。例えば、燃料電池自動車の場合、窒素供給経路70、窒素タンク71、窒素バルブ72は、燃料電池自動車に搭載せずに、上述の部品を取り外す際に、一時的に取り付けてもよい。
その他の構成は第1の実施形態に係る燃料電池システムと同様である。
次に、図4を参照して、第2の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法について説明する。図4は、第2の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すタイミングチャートである。具体的には、図4は、上述の第1ステップ及び第2ステップにおける燃料電池システム内の各機器の動作を示している。
図4において、第2ステップを開始する時刻t4までの動作は図2と同様であるため、説明を省略する。
その他の構成は第1の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法と同様である。
<燃料電池システムの構成>
次に、図5を参照して、第3の実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図5は、第3の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図5に示すように、第3の実施形態に係る燃料電池システムは、図1に示した第1の実施形態に係る燃料電池システムが備える構成要素に加え、二次電池BT及び充電量計測器Cを備えている。
なお、図3に示した窒素供給経路70、窒素タンク71、窒素バルブ72を備えていてもよい。
充電量計測器Cは、例えばバッテリ残量計であって、二次電池BTの充電量を計測する。計測対象である充電量は、特に限定されないが、例えばSOC(State Of Charge)である。充電量計測器Cによって計測された二次電池BTの充電量は、制御部60に入力される。
その他の構成は第1の実施形態に係る燃料電池システムと同様である。
11 コンプレッサ
12 入口弁
13 バイパス弁
20 エア排出経路
21 出口弁
30 水素供給経路
31 水素タンク
32 水素バルブ
33 インジェクタ
40 水素循環経路
41 循環ポンプ
50 水素排出経路
51 排気弁
60 制御部
70 窒素供給経路
71 窒素タンク
72 窒素バルブ
BT 二次電池
C 充電量計測器
FC 燃料電池
VS 電圧センサ
Claims (5)
- カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、
前記燃料電池の発電を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記制御部は、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第1ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第2ステップと、を実行し、
前記第1ステップの開始によって一時的に上昇した前記燃料電池の電圧が低下した後、前記第2ステップを開始する、
燃料電池システム。 - 前記第2ステップにおいて前記循環ポンプを駆動させる際、前記第1ステップにおいて駆動している前記コンプレッサの回転数を低下させる、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記アノード電極から排出された水素ガスを排気する排気弁をさらに備え、
前記第2ステップを実行する際、前記インジェクタを介して前記アノード電極に不活性ガスを供給しつつ、前記排気弁を介して排気する、
請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 - 前記コンプレッサ及び前記循環ポンプに電力を供給する二次電池と、
前記二次電池の充電量を計測する計測器と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記計測器によって測定された前記二次電池の充電量が所定の基準値よりも小さい場合、前記第1ステップ及び前記第2ステップを実行しない、
請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 - カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第1ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第2ステップと、を備え、
前記第1ステップの開始によって一時的に上昇した前記燃料電池の電圧が低下した後、前記第2ステップを開始する、
燃料電池システムの制御方法。
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