JP7293117B2 - 燃料電池システムにおける燃料欠乏を検出し、軽減するための方法 - Google Patents
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Description
・ 動作の間の通常の周期的なパージングステップを採用した燃料電池スタックにおいて、通常よりも多い量のパージガスを燃料電池アノードからパージングするステップと、
・ 調節装置出口からの出口圧力がより大きな圧力となるように調節装置を動作させることによって、低アノード圧力を回避するステップであって、必要ならば、カソードおよびアノードにわたる交差圧力限界を超えることを回避するためにカソード圧力を増加させることもできる、回避するステップと、
・ 特に電圧反転の危険が大きいとき氷点下温度での始動の間、燃料電池から引き出された電流をゼロまでにも低減するステップと、
・ 燃料電池から引き出された電流の増加を遅延させるステップ、例えば、燃料電池車両を始動させた後に通常に走り去ることを遅延させるステップと、
・ 循環する冷却液を用いてスタック内の冷却剤入口温度を低減するステップと、
・ 低燃料再循環率で起きることがある活性化領域入口の過乾燥を緩和するために、燃料電池のカソード入口に供給される酸化剤の相対湿度を増加させるステップとを含む。
本発明は、以下の発明をも含む。
[発明1]
動作している燃料電池システムにおける燃料欠乏状態を検出し、軽減するための方法であって、前記燃料電池システムが、
固体高分子電解質燃料電池と、
酸化剤供給サブシステムと、
燃料供給サブシステムであって、
燃料供給装置および
前記燃料電池のアノード入口に供給される燃料の圧力を調節するための調節装置であって、前記燃料供給装置が、前記調節装置の入口に接続され、前記燃料電池の前記アノード入口が、前記調節装置の出口に接続され、前記調節装置出口からの出口圧力が、前記燃料電池システムが動作しているとき振動する、調節装置、を備える燃料供給サブシステムと、
前記燃料電池の電気出力を監視するための電気出力監視装置とを備える方法において、
前記燃料電池システムが動作している間、前記燃料電池の前記電気出力を監視するステップと、
前記調節装置出口圧力の前記振動から生じる前記燃料電池の前記電気出力における振動の振幅を測定するステップと、
前記電気出力における前記測定された振動の振幅が所定の量を超え、それにより、燃料欠乏状態を示す場合、前記燃料欠乏状態を軽減する是正措置を取るステップとを含む、方法。
[発明2]
前記燃料供給サブシステムが、前記燃料電池のアノード出口を前記燃料電池の前記アノード入口に接続する燃料再循環ラインを備え、前記調節装置が、高圧力ノズル入口と、低圧力入口と、出口とを備える噴射ポンプを備え、前記燃料供給装置が、前記高圧力ノズル入口に接続され、前記燃料再循環ラインが、前記噴射ポンプの前記低圧力入口および前記出口に直列に接続される、発明1に記載の方法。
[発明3]
前記燃料供給サブシステムが、前記燃料電池のアノード出口を前記燃料電池の前記アノード入口に接続する燃料再循環ラインを備え、前記調節装置が、水素リサイクルブロワを備える、発明1に記載の方法。
[発明4]
前記調節装置が、開閉弁を備える、発明1に記載の方法。
[発明5]
前記調節装置出口からの出口圧力が、5秒未満の周期で振動する、発明1に記載の方法。
[発明6]
前記電気出力監視装置が、電圧出力監視装置または電流出力監視装置である、発明1に記載の方法。
[発明7]
前記電気出力が、電圧または電流である、発明6に記載の方法。
[発明8]
前記燃料電池システムを動作させるステップが、前記燃料電池アノードからの通常の量のパージガスをパージングするステップを含む通常の周期的なパージングステップを含み、前記是正措置が、前記電気出力における前記測定された振動の振幅が前記所定の量を超える場合、通常よりも多い量のパージガスを前記燃料電池アノードからパージングするステップを含む、発明1に記載の方法。
[発明9]
前記是正措置が、前記調節装置出口からの出口圧力がより大きな圧力となるように前記調節装置を動作させるステップと、前記燃料電池から引き出された電流を低減するステップと、前記燃料電池から引き出された電流の増加を遅延させるステップと、冷却剤入口温度を低減するステップと、前記燃料電池カソードに供給される酸化剤の相対湿度を増加させるステップとからなる群から選択される、発明1に記載の方法。
[発明10]
前記燃料電池の前記アノード入口における燃料圧力を周期的に低減するステップを備え、それによって、前記燃料電池の前記電気出力における振動の振幅が増加される、発明1に記載の方法。
[発明11]
前記燃料電池システムが、自動車用燃料電池システムである、発明1に記載の方法。
[発明12]
燃料電池システムであって、
固体高分子電解質燃料電池と、
酸化剤供給サブシステムと、
燃料供給サブシステムであって、
燃料供給装置、および
前記燃料電池のアノード入口に供給される燃料の圧力を調節するための調節装置であって、前記燃料供給装置が、前記調節装置の入口に接続され、前記燃料電池の前記アノード入口が、前記調節装置の出口に接続され、前記調節装置出口からの出口圧力が、前記燃料電池システムが動作しているとき振動する、調節装置、を備える燃料供給サブシステムと、
前記燃料電池の電気出力を監視するための電気出力監視装置とを備え、
発明1に記載の方法により動作するように構成される、燃料電池システム。
2a カソード入口
2b カソード出口
3 燃料供給サブシステム
3a アノード入口
3b アノード出口
4a 冷却剤入口
4b 冷却剤出口
5a 正端子
5b 負端子
6 電圧計
31 圧縮水素燃料供給装置
32 開閉弁
33 再循環ループ
34 噴射ポンプ
34a 高圧ノズル入口
34b 低圧力入口
34c 出口
36 水素リサイクルブロワ
Claims (12)
- 動作している燃料電池システムにおける燃料欠乏状態を検出し、軽減するための方法であって、前記燃料電池システムが、
固体高分子電解質燃料電池と、
酸化剤供給サブシステムと、
燃料供給サブシステムであって、
圧縮水素を供給する圧縮水素燃料供給装置および
前記燃料電池のアノード入口に供給される燃料の圧力を調節するための調節装置であって、前記燃料供給装置が、前記調節装置の入口に接続され、前記燃料電池の前記アノード入口が、前記調節装置の出口に接続され、前記調節装置の出口からの出口圧力が、前記燃料電池システムが動作しているとき振動する、調節装置、を備える燃料供給サブシステムと、
前記燃料電池の電気出力を監視するための電気出力監視装置とを備える方法において、
前記燃料電池システムが動作している間、前記燃料電池の前記電気出力を監視するステップと、
前記調節装置からの前記出口圧力の前記振動から生じる前記燃料電池の前記電気出力における振動の振幅を測定するステップと、
前記電気出力における前記測定された振動の振幅が所定の量を超え、それにより、燃料欠乏状態を示す場合、前記燃料欠乏状態を軽減する是正措置を取るステップとを含む、方法。 - 前記燃料供給サブシステムが、前記燃料電池のアノード出口を前記燃料電池の前記アノード入口に接続する燃料再循環ラインを備え、前記調節装置が、高圧力ノズル入口と、低圧力入口と、出口とを備える噴射ポンプを備え、前記燃料供給装置が、前記高圧力ノズル入口に接続され、前記燃料再循環ラインが、前記噴射ポンプの前記低圧力入口および前記出口に直列に接続される、請求項1に記載の方法。
- 前記燃料供給サブシステムが、前記燃料電池のアノード出口を前記燃料電池の前記アノード入口に接続する燃料再循環ラインを備え、前記調節装置が、水素リサイクルブロワを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記調節装置が、開閉弁を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記調節装置の出口からの前記出口圧力が、5秒未満の周期で振動する、請求項1に記載の方法。
- 前記電気出力監視装置が、電圧出力監視装置または電流出力監視装置である、請求項1に記載の方法。
- 前記電気出力が、電圧または電流である、請求項6に記載の方法。
- 前記燃料電池システムを動作させるステップが、前記燃料電池のアノードからの通常の量のパージガスをパージングするステップを含む通常の周期的なパージングステップを含み、前記是正措置が、前記電気出力における前記測定された振動の振幅が前記所定の量を超える場合、通常よりも多い量のパージガスを前記燃料電池のアノードからパージングするステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記是正措置が、前記調節装置の出口からの前記出口圧力がより大きな圧力となるように前記調節装置を動作させるステップと、前記燃料電池から引き出された電流を低減するステップと、前記燃料電池から引き出された電流の増加を遅延させるステップと、燃料電池の適当な動作温度を維持するために冷却剤入口温度を低減するステップと、前記燃料電池のカソードに供給される酸化剤の相対湿度を増加させるステップとからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記燃料電池の前記アノード入口における燃料圧力を周期的に低減するステップを備え、それによって、前記燃料電池の前記電気出力における振動の振幅が増加される、請求項1に記載の方法。
- 前記燃料電池システムが、自動車用燃料電池システムである、請求項1に記載の方法。
- 燃料電池システムであって、
固体高分子電解質燃料電池と、
酸化剤供給サブシステムと、
燃料供給サブシステムであって、
圧縮水素を供給する圧縮水素燃料供給装置、および
前記燃料電池のアノード入口に供給される燃料の圧力を調節するための調節装置であって、前記燃料供給装置が、前記調節装置の入口に接続され、前記燃料電池の前記アノード入口が、前記調節装置の出口に接続され、前記調節装置の出口からの出口圧力が、前記燃料電池システムが動作しているとき振動する、調節装置、を備える燃料供給サブシステムと、
前記燃料電池の電気出力を監視するための電気出力監視装置とを備え、
請求項1に記載の方法により動作するように構成される、燃料電池システム。
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