JP2002305017A - 燃料電池の残留水排出装置および残留水排出方法 - Google Patents

燃料電池の残留水排出装置および残留水排出方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム構成が複雑化することを抑制しつ
つ、反応ガスのガス流路内の残留水を効率良くかつ確実
に外部に排出する。 【解決手段】 先ず、定常運転の状態から酸化剤供給部
１２をなすエアーコンプレッサーの回転数を所定時間ｔ
１に亘って上昇させる（ステップＳ０１）。次に、背圧
弁１３および排出弁１７を閉弁する（ステップＳ０
２）。燃料電池１１内を流通する反応ガスの圧力が所定
の第１圧力Ｐ２（例えば、２００ｋＰａ）まで上昇した
か否かを判定し（ステップＳ０３）、判定結果が「ＹＥ
Ｓ」の場合には背圧弁１３および排出弁１７を全開とす
る（ステップＳ０４）。次に、燃料電池の残留水排出装
置１０の作動を停止して（ステップＳ０５）、一連の処
理を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の残留水
排出装置および残留水排出方法に係り、燃料電池の反応
ガスの流路内に残留する残留水を外部に排出する技術に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体
高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み
込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構
成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備
えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソ
ードに酸化剤として空気が供給されて、アノードで触媒
反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜
を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電
気化学反応を起こして発電するようになっている。ここ
で、固体高分子電解質膜のイオン導電性を保つために、
燃料電池に供給される反応ガス（例えば、水素や空気）
には加湿装置等によって水が混合されていると共に、燃
料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生
成される。こうした水が反応ガスの流路内において結露
すると、反応ガスのガス流路に水が溜まってしまいガス
流路を閉塞する場合がある。このように結露水によって
反応ガスの流路が閉塞された状態で燃料電池の作動を停
止した時に、燃料電池の温度が氷点下まで低下すると、
反応ガスのガス流路が閉塞された状態で凍結してしま
い、燃料電池の始動が困難になるという問題が生じる。
【０００３】このような問題に対して、従来、例えば特
表２０００−５１２０６８号公報に開示された燃料電池
電力発生装置のように、燃料電池の停止時に反応ガスの
ガス流路内をパージすることによって、ガス流路内の残
留水を外部に排出する燃料電池電力発生装置が知られて
いる。この燃料電池電力発生装置では、パージ専用のガ
ス供給ラインを設けることによって乾燥した浄化ガスを
流通させることで、ガス流路内の残留水を外部に排出す
るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の一例による燃料電池電力発生装置のように、パ
ージ専用のガス供給ラインを設けると、システム構成が
複雑化してしまうという問題が生じる。しかも、乾燥し
た浄化ガスを流通させることで、燃料電池内が過剰に乾
燥してしまい、固体分子電解質膜が破損してしまう虞が
ある。また、単にガス流路内のガス流量を増大すること
によって燃料電池の外部に残留水を排出する方法が知ら
れているが、このような方法では、例えばガス流路の曲
がり部分等に残留する水分を確実に除去することが困難
であるという問題が生じる。本発明は上記事情に鑑みて
なされたもので、装置構成が複雑化することを抑制しつ
つ、反応ガスのガス流路内の残留水を効率良くかつ確実
に外部に排出することが可能な燃料電池の残留水排出装
置および残留水排出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料
電池の残留水排出装置は、燃料電池に反応ガスを供給す
る反応ガス供給手段（例えば、後述する実施の形態にお
ける空気供給部１２および燃料供給部１４）と、前記燃
料電池の運転停止時において、前記反応ガスのガス流量
を増大させることにより前記燃料電池のガス流路内の残
留水を外部に排出するガス流量制御手段（例えば、後述
する実施の形態におけるステップＳ０１）と、前記ガス
流量制御手段の作動後に、前記反応ガスのガス圧力を増
大させた後に、増大させた前記ガス圧力を低下させるこ
とにより、前記ガス流量制御手段によって排出しきれな
かった前記ガス流路内の残留水を外部に排出するガス圧
力制御手段（例えば、後述する実施の形態におけるステ
ップＳ０２、ステップＳ０４）とを備えたことを特徴と
している。
【０００６】上記構成の燃料電池の残留水排出装置によ
れば、燃料電池の運転停止後に、先ず、ガス流量制御手
段にてガス流量を増大させる。これにより、ガス流路内
の残留水を量的に外部に排出する。次に、ガス圧力制御
手段にてガス圧力を増大させた後に、増大したガス圧力
を解放する（低下させる）ことでガス流路内の反応ガス
の流速を増大させる。これにより、例えばガス流路内の
曲がり部分等のようにガス流量の増大のみでは除去し難
い位置の残留水を外部に排出する。このように、外部に
排出する残留水の排出量や残留位置等に応じて、２段階
の排出動作を行うことで、ガス流路内の残留水を確実に
除去することができる。また、この排出動作を燃料電池
の運転停止時に行うことで、次回起動時にガス流路内に
水が残留していることなく、残留水の凍結によってガス
流路内が閉塞されてしまうことを防ぐことができる。
【０００７】さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電
池の残留水排出装置は、前記ガス流量制御手段にて前記
反応ガスのガス流量を増大させた所定時間（例えば、後
述する実施の形態における所定時間ｔ１）後に、前記ガ
ス圧力制御手段にて前記反応ガスのガス圧力を増大させ
ることを特徴としている。上記構成の燃料電池の残留水
排出装置によれば、ガス流路内のガス流量を所定時間に
亘って増大させることで、反応ガスの流速を増大させ
て、ガス流路内の大部分の残留水を量的に外部に排出す
ることができる。この後、ガス圧力制御手段にてガス圧
力を増大させた後に、増大したガス圧力を解放する（低
下させる）ことで、流量増大だけでは外部に排出できな
かった残留水を除去することができる。
【０００８】また、請求項３に記載の本発明の燃料電池
の残留水排出方法は、燃料電池の運転停止時において、
前記燃料電池のガス流路に反応ガスを供給し、前記ガス
流路内の残留水を外部に排出する燃料電池の残留水排出
方法であって、前記反応ガスのガス圧力を増大させた後
に、増大したガス圧力を低下させることにより前記ガス
流路内に残留した残留水を排出することを特徴としてい
る。上記のような燃料電池の残留水排出方法によれば、
ガス流路内における反応ガスのガス圧力を上昇させた後
に、例えばガス圧力が所定圧力を超えた時点で、増大し
たガス圧力を解放させることで、瞬間的に各ガス流路内
の反応ガスの流速を急上昇させることができる。強制的
に残留水を排出しやすい環境をつくることで、残留水を
確実に外部に排出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
燃料電池の残留水排出装置について添付図面を参照しな
がら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る燃料電
池の残留水排出装置１０の構成図である。本実施の形態
による燃料電池の残留水排出装置１０は、例えば電気自
動車等の車両に搭載されており、例えば、制御部１０ａ
と、燃料電池１１と、空気供給部１２と、背圧弁１３
と、燃料供給部１４と、燃料供給側圧力制御部１５と、
エゼクタ１６と、排出弁１７とを備えて構成されてい
る。
【００１０】燃料電池１１は、例えば固体ポリマーイオ
ン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカ
ソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、
複数のセルを積層して構成されたスタックからなり、燃
料として例えば水素が供給される燃料極と、酸化剤とし
て例えば酸素を含む空気が供給される空気極とを備えて
いる。
【００１１】燃料電池１１の空気極には、酸化剤供給部
１２から空気が供給される空気供給口１１ａと、空気極
内の空気等を外部に排出するための空気排出口１１ｂが
設けられている。一方、燃料極には、水素が供給される
燃料供給口１１ｃと、燃料極内の水素等を外部に排出す
るための燃料排出口１１ｄが設けられている。
【００１２】酸化剤供給部１２は、例えばエアーコンプ
レッサーからなり、燃料電池１１の負荷やアクセルペダ
ル（図示略）からの入力信号等に応じて制御されてお
り、燃料電池１１の空気極に空気を供給するとともに、
燃料供給側圧力制御部１５における信号圧として空気を
供給している。
【００１３】燃料としての水素は、順次、燃料供給部１
４、燃料供給側圧力制御部１５、エゼクタ１６を介して
燃料供給口１１ｃから燃料電池１１の燃料極に供給され
る。さらに、燃料電池１１の燃料排出口１１ｄから排出
された未反応の排出燃料は、逆止弁１８を通じてエゼク
タ１６へと導入されており、燃料供給側圧力制御部１５
から供給された燃料と、燃料電池１１から排出された排
出燃料とが混合されて燃料電池１１に供給されている。
【００１４】燃料供給側圧力制御部１５は、例えば空気
式の比例圧力制御弁からなり、酸化剤供給部１２から供
給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給側圧力制
御部１５を通過した燃料が燃料供給側圧力制御部１５の
出口で有する圧力、つまり燃料供給圧を酸化剤供給圧に
対して所定の圧力差（つまり燃料極と空気極との極間差
圧）になるように設定している。すなわち、酸化剤をな
す空気の圧力を基準圧力として、燃料をなす水素の圧力
を制御する燃料供給側圧力制御部１５で、燃料電池１１
の固体高分子電解質膜に対する酸化剤の圧力と燃料の圧
力との差、つまり燃料極と空気極との極間差圧を所定圧
力差の範囲に設定する。これにより、後述するように、
本発明の圧力制御手段（例えば、後述するステップＳ０
２、ステップＳ０４）によって、空気極側における酸化
剤の圧力を増大させたときに、この酸化剤の圧力を基準
として、燃料極側における燃料の圧力も増大されるの
で、固体高分子電解質膜に対する極間差圧を所定圧力差
の範囲にすることができ、極間差圧が著しく増大するこ
とで固体高分子電解質膜に過剰な圧力差が作用して破損
してしまうことを防止して、固体高分子電解質膜を保護
することができる。なお、燃料供給側圧力制御部１５
は、上述したような比例圧力制御弁に限定されず、比例
圧力制御弁以外のその他の圧力制御弁であっても良い。
この場合には、空気極側における酸化剤の圧力を増大さ
せたときに、ほぼ同時に、燃料極側における燃料の圧力
も増大させることで、固体高分子電解質膜に対する極間
差圧を所定圧力差の範囲にすることが好ましい。
【００１５】エゼクタ１６は、内部を流通する高速の燃
料流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる燃料
電池１１からの排出燃料を吸い込み、この排出燃料を燃
料と混合して燃料電池１１へ再度供給することで、燃料
電池１１から排出された排出燃料を循環させている。
【００１６】本実施の形態による燃料電池の残留水排出
装置１０は上記の構成を備えている。次に、この燃料電
池の残留水排出装置１０の動作、特に燃料電池１１の停
止時の動作について添付図面を参照しながら説明する。
図２は、燃料電池の残留水排出装置１０の動作を示すフ
ローチャートであり、図３は燃料電池１１内部における
反応ガス（例えば、燃料極側の水素や空気極側の空気）
のガス流量の変化を示すグラフ図であり、図４は燃料電
池１１内部における反応ガスのガス圧力の変化を示すグ
ラフ図である。
【００１７】先ず、図２に示すステップＳ０１において
は、例えば燃料電池１１の運転停止信号を得たら、酸化
剤供給部１２をなすエアーコンプレッサーの回転数を所
定時間ｔ１に亘って上昇させる。これにより、例えば図
３に示すように、燃料電池１１内を流通する反応ガスの
流量は、定常運転での所定流量Ｌ０から所定の第１流量
Ｌ１まで増大し、所定時間ｔ１の経過後には徐々に低下
して、例えば定常運転での所定流量Ｌ０まで低下する。
次に、ステップＳ０２においては、背圧弁１３および排
出弁１７の弁開度を小さくする、あるいは、閉弁する。
これにより、例えば図４に示すように、背圧弁１３およ
び排出弁１７を閉弁した時刻ｔ２から、燃料電池１１内
を流通する反応ガスの圧力は定常運転での所定圧力Ｐ１
から徐々に増大する。
【００１８】そして、ステップＳ０３においては、燃料
電池１１内を流通する反応ガスの圧力が所定の第１圧力
Ｐ２（例えば、２００ｋＰａ）まで上昇したか否かを判
定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップ
Ｓ０３に戻り、一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合
には、ステップＳ０４に進む。ステップＳ０４において
は、背圧弁１３および排出弁１７を全開とする。これに
より、例えば図３に示すように、背圧弁１３および排出
弁１７を全開とした時刻ｔ３から適宜の時間に亘って、
燃料電池１１内を流通する反応ガスの流量は、所定の第
２流量Ｌ２（例えば、Ｌ２＞Ｌ１）まで急激に増大す
る。一方、例えば図４に示すように、背圧弁１３および
排出弁１７を全開とした時刻ｔ３以降において、燃料電
池１１内を流通する反応ガスの圧力は大気圧Ｐ０まで低
下する。
【００１９】そして、ステップＳ０５においては、例え
ば反応ガスの供給を停止することで、燃料電池の残留水
排出装置１０の作動を停止して、停止時の処理を終了す
る。すなわち、先ず、燃料電池１１内の反応ガスのガス
流路におけるガス流量を増大させることで反応ガスの流
速を増大させて、ガス流路内の大部分の残留水を量的に
外部に排出する。次に、ガス流路におけるガス圧力を増
大させ、この圧力を低下させることで反応ガスの流速を
瞬間的に急上昇させて、流量増大だけでは外部に排出す
ることが困難な残留水を外部に排出する。
【００２０】上述したように、本実施の形態による燃料
電池の残留水排出装置１０によれば、燃料電池１１の外
部に排出する残留水の排出量や残留位置等に応じて、２
段階の排出動作、つまり、ガス流量増大による量的な排
出動作、および、この後のガス圧力増大および低下によ
る質的な排出動作を行うことで、燃料電池の残留水排出
装置１０の構成が複雑化することを防止しつつ、ガス流
路内の残留水を効率良く、かつ、確実に除去することが
できる。
【００２１】なお、本実施の形態においては、背圧弁１
３および排出弁１７の開閉動作によって燃料電池１１内
の反応ガスの流速を上昇させるとしたが、これに限定さ
れず、例えば図５に示す本実施形態の変形例に係る燃料
電池の残留水排出装置２０のように、燃料電池１１内
に、カソードドレンバルブ２１およびアノードドレンバ
ルブ２２を備え、背圧弁１３および排出弁１７と共にカ
ソードドレンバルブ２１およびアノードドレンバルブ２
２を開閉制御しても良い。以下に、この本実施形態の変
形例に係る燃料電池の残留水排出装置２０について説明
する。なお、上述した実施形態に係る燃料電池の残留水
排出装置１０と同一部分には同じ符号を配して説明を省
略または簡略する。
【００２２】この燃料電池の残留水排出装置２０は、例
えば、制御部２０ａと、燃料電池１１と、空気供給部１
２と、背圧弁１３と、燃料供給部１４と、燃料供給側圧
力制御部１５と、エゼクタ１６と、排出弁１７と、カソ
ードドレンバルブ２１と、アノードドレンバルブ２２
と、空気極側加湿部２３と、燃料極側加湿部２４とを備
えて構成されている。カソードドレンバルブ２１は、燃
料電池１１内における空気流路の適宜の位置、好ましく
は残留水が溜まりやすい出口付近に設けられ、燃料電池
１１の外部に空気および残留水を排出可能とされてい
る。アノードドレンバルブ２２は、燃料電池１１内にお
ける水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池１１の
外部に水素および残留水を排出可能とされている。ここ
で、カソードドレンバルブ２１およびアノードドレンバ
ルブ２２は、燃料電池１１の定常運転状態においては閉
状態とされている。
【００２３】空気極側加湿部２３は、酸化剤供給部１２
から供給される酸化剤としての空気に水蒸気を混合し
て、空気を加湿してから燃料電池１１へと供給し、燃料
極側加湿部２４は、燃料供給部１４からエゼクタ１６を
介して供給される燃料としての水素に水蒸気を混合し
て、水素を加湿してから燃料電池１１へと供給し、固体
分子電解質膜の所定のイオン導電性を確保している。
【００２４】次に、この燃料電池の残留水排出装置２０
の動作について添付図面を参照しながら説明する。図６
は、燃料電池の残留水排出装置２０の動作を示すフロー
チャートである。この本実施形態の変形例に係る燃料電
池の残留水排出装置２０の動作において、上述した実施
形態の燃料電池の残留水排出装置１０の動作と異なる点
は、図６に示すステップＳ０３のＹＥＳ側におけるステ
ップＳ１４である。すなわち、ステップＳ１４において
は、カソードドレンバルブ２１およびアノードドレンバ
ルブ２２を全開とする。これにより、例えば図３に示す
ように、各ドレンバルブ２１，２２を全開とした時刻ｔ
３から適宜の時間に亘って、各ドレンバルブ２１，２２
を流通して燃料電池１１の外部に排出される各反応ガス
の流量は、所定の第２流量Ｌ２（例えば、Ｌ２＞Ｌ１）
まで急激に増大する。一方、例えば図４に示すように、
各ドレンバルブ２１，２２を全開とした時刻ｔ３以降に
おいて、燃料電池１１内を流通する反応ガスの圧力は大
気圧Ｐ０まで低下する。この場合には、燃料電池１１に
設けた水抜き用の各ドレンバルブ２１，２２を利用する
ことで、ガス流路内の残留水を効率良く外部に排出する
ことができる。
【００２５】なお、上述した本実施の形態の燃料電池の
残留水排出装置１０および本実施形態の変形例に係る燃
料電池の残留水排出装置２０においては、酸化剤供給部
１２をなすエアーコンプレッサーの回転数を上昇させる
ために必要な電力として、例えば燃料電池１１による発
電電力を利用しても良い。この場合には、外部電源を必
要としないので、システムの簡略化に資することができ
る。また、例えば電流負荷のない状態つまり燃料電池１
１の発電は停止した状態で、蓄電装置等から供給される
電力や、外部からの動力等を利用しても良い。この場合
には、燃料電池１１の発電が停止されているために水が
生成されることが無く、ガス流路内の残留水の排出性を
向上させることができる。また、上述した本実施の形態
の燃料電池の残留水排出装置１０および本実施形態の変
形例に係る燃料電池の残留水排出装置２０においては、
ガス圧力増大による排出動作は一度だけ実行するとした
が、これに限定されず、上述したステップＳ０２〜ステ
ップＳ０４における動作を繰り返し行っても良い。な
お、上述した本実施の形態の燃料電池の残留水排出装置
１０においては、図３および図４に示すように、ガス流
量の増大後に、このガス流量が低下し始めるタイミング
（時刻ｔ２）と、ガス圧力が増大し始めるタイミング
（時刻ｔ２）とを、同一のタイミングとしたが、これに
限定されず、例えばガス流量の増大途中においてガス圧
力を増大させても良いし、例えばガス流量の増大後に、
このガス流量が低下する途中や、ガス流量の低下後にガ
ス圧力を増大させても良い。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明の燃料電池の残留水排出装置によれば、ガス流量
を増大させることでガス流路内の残留水を量的に外部に
排出した後に、ガス圧力を増大させ、さらに、増大した
ガス圧力を解放する（低下させる）ことでガス流路内の
反応ガスの流速を増大させて、ガス流量の増大のみでは
除去し難い位置の残留水を外部に排出する。このよう
に、２段階の排出動作を行うことで、ガス流路内の残留
水を確実に除去することができる。
【００２７】また、請求項２に記載の本発明の燃料電池
の残留水排出装置によれば、ガス流路内のガス流量を所
定時間に亘って増大させることで、反応ガスの流速を増
大させて、ガス流路内の大部分の残留水を量的に外部に
排出することができる。この後、ガス圧力制御手段にて
ガス圧力を増大させた後に、増大したガス圧力を解放す
る（低下させる）ことで、流量増大だけでは外部に排出
できなかった残留水を除去することができる。
【００２８】また、請求項３に記載の本発明の燃料電池
の残留水排出方法によれば、瞬間的に各ガス流路内の反
応ガスの流速を急上昇させることができ、強制的に残留
水を排出しやすい環境をつくることで、残留水を確実に
外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る燃料電池の残留水
排出装置の構成図である。
【図２】 図１に示す燃料電池の残留水排出装置の動作
を示すフローチャートである。
【図３】 燃料電池内部における反応ガス（燃料極側の
水素や空気極側の空気）のガス流量の変化を示すグラフ
図である。
【図４】 燃料電池内部における反応ガス（燃料極側の
水素や空気極側の空気）のガス圧力の変化を示すグラフ
図である。
【図５】 本実施形態の変形例に係る燃料電池の残留水
排出装置の構成図である。
【図６】 図５に示す燃料電池の残留水排出装置の動作
を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０，２０ 燃料電池の残留水排出装置 １２ 空気供給部（反応ガス供給手段） １３ 背圧弁（制御弁） １４ 燃料供給部（反応ガス供給手段） １７ 排出弁（制御弁） ２１ カソードドレンバルブ（制御弁） ２２ アノードドレンバルブ（制御弁） ステップＳ０１ ガス流量制御手段 ステップＳ０２、ステップＳ０４ ガス圧力制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚嶋 稔 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G068 AA07 AB11 AC13 AD39 AD49 AF01 AF20 AF32 AF36 AF40 5H026 AA06 HH09 HH10 5H027 AA06 DD00 KK01 KK21 MM01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス
    供給手段と、 前記燃料電池の運転停止時において、前記反応ガスのガ
    ス流量を増大させることにより前記燃料電池のガス流路
    内の残留水を外部に排出するガス流量制御手段と、 前記ガス流量制御手段の作動後に、前記反応ガスのガス
    圧力を増大させた後に、増大させた前記ガス圧力を低下
    させることにより、前記ガス流量制御手段によって排出
    しきれなかった前記ガス流路内の残留水を外部に排出す
    るガス圧力制御手段とを備えたことを特徴とする燃料電
    池の残留水排出装置。
  2. 【請求項２】 前記ガス流量制御手段にて前記反応ガス
    のガス流量を増大させた所定時間後に、前記ガス圧力制
    御手段にて前記反応ガスのガス圧力を増大させることを
    特徴とする請求項１に記載の燃料電池の残留水排出装
    置。
  3. 【請求項３】 燃料電池の運転停止時において、前記燃
    料電池のガス流路に反応ガスを供給し、前記ガス流路内
    の残留水を外部に排出する燃料電池の残留水排出方法で
    あって、 前記反応ガスのガス圧力を増大させた後に、増大したガ
    ス圧力を低下させることにより前記ガス流路内に残留し
    た残留水を排出することを特徴とする燃料電池の残留水
    排出方法。
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Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296350A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005302571A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置
JP2006127831A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2006331674A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2007005171A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007018830A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システムとその運転停止方法
US7232622B2 (en) 2003-07-11 2007-06-19 Hyundai Motor Company Fuel cell system comprising an absorbent tank for removing residue therein
JP2007165018A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US7275732B2 (en) 2004-11-30 2007-10-02 Keihin Corporation Solenoid-operated valve for fuel cells
JP2008041647A (ja) * 2006-07-11 2008-02-21 Canon Inc 燃料電池システムおよび燃料電池システムにおけるパージ方法
US7442458B2 (en) 2004-04-13 2008-10-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and activation system thereof
JP2010061896A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2010244778A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
US7838157B2 (en) 2003-04-09 2010-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
KR101007153B1 (ko) 2009-03-12 2011-01-12 한국에너지기술연구원 영하조건에서 연료전지 시스템의 내구성 확보를 위한 최적 퍼지방법
WO2011004485A1 (ja) * 2009-07-09 2011-01-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
US8192884B2 (en) 2007-07-19 2012-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and mobile object
US8450016B2 (en) 2005-07-26 2013-05-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method of fuel cell system
WO2013132536A1 (ja) * 2012-03-08 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
WO2022190902A1 (ja) 2021-03-08 2022-09-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4745603B2 (ja) * 2002-07-29 2011-08-10 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP3857223B2 (ja) * 2002-11-29 2006-12-13 株式会社ケーヒン 燃料電池用レギュレータ
US7951501B2 (en) * 2006-08-17 2011-05-31 The Trustees Of Princeton University Fuel cell system and method for controlling current
JP5247719B2 (ja) 2006-12-19 2013-07-24 ユーティーシー パワー コーポレイション 燃料電池の燃料圧力可変制御
US8192885B2 (en) * 2009-01-26 2012-06-05 GM Global Technology Operations LLC Shutdown strategy for enhanced water management
JP4751463B2 (ja) * 2009-05-25 2011-08-17 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US11242044B2 (en) 2018-07-18 2022-02-08 Kohler Co. Motor generator control for fixed fuel source engine
AT522522B1 (de) * 2019-05-09 2021-06-15 Avl List Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Entfernen von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235324A (ja) * 1994-02-23 1995-09-05 Toyota Motor Corp 燃料電池の駆動装置
JPH09312168A (ja) * 1996-05-22 1997-12-02 Toyota Motor Corp 燃料電池装置
JP2000306595A (ja) * 1999-04-21 2000-11-02 Matsushita Seiko Co Ltd 燃料電池システム
JP2001229938A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2002246045A (ja) * 2001-02-20 2002-08-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798186A (en) 1996-06-07 1998-08-25 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for commencing operation of a fuel cell electric power generation system below the freezing temperature of water
US6479177B1 (en) * 1996-06-07 2002-11-12 Ballard Power Systems Inc. Method for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell
US6475655B1 (en) * 1999-06-23 2002-11-05 Daihatsu Motor Co., Ltd. Fuel cell system with hydrogen gas separation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235324A (ja) * 1994-02-23 1995-09-05 Toyota Motor Corp 燃料電池の駆動装置
JPH09312168A (ja) * 1996-05-22 1997-12-02 Toyota Motor Corp 燃料電池装置
JP2000306595A (ja) * 1999-04-21 2000-11-02 Matsushita Seiko Co Ltd 燃料電池システム
JP2001229938A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2002246045A (ja) * 2001-02-20 2002-08-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296350A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4501351B2 (ja) * 2003-03-27 2010-07-14 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US7838157B2 (en) 2003-04-09 2010-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US7232622B2 (en) 2003-07-11 2007-06-19 Hyundai Motor Company Fuel cell system comprising an absorbent tank for removing residue therein
JP4626176B2 (ja) * 2004-04-13 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の制御装置
US7442458B2 (en) 2004-04-13 2008-10-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and activation system thereof
JP2005302571A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置
JP2006127831A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
US7275732B2 (en) 2004-11-30 2007-10-02 Keihin Corporation Solenoid-operated valve for fuel cells
JP2006331674A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2007005171A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007018830A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システムとその運転停止方法
US8450016B2 (en) 2005-07-26 2013-05-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2007165018A (ja) * 2005-12-09 2007-06-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2008041647A (ja) * 2006-07-11 2008-02-21 Canon Inc 燃料電池システムおよび燃料電池システムにおけるパージ方法
US8192884B2 (en) 2007-07-19 2012-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and mobile object
JP2010061896A (ja) * 2008-09-02 2010-03-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR101007153B1 (ko) 2009-03-12 2011-01-12 한국에너지기술연구원 영하조건에서 연료전지 시스템의 내구성 확보를 위한 최적 퍼지방법
JP2010244778A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
WO2011004485A1 (ja) * 2009-07-09 2011-01-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
US9425473B2 (en) 2009-07-09 2016-08-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and method of operating fuel cell system
JP6017785B2 (ja) * 2009-07-09 2016-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
WO2013132536A1 (ja) * 2012-03-08 2013-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JPWO2013132536A1 (ja) * 2012-03-08 2015-07-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
US9570768B2 (en) 2012-03-08 2017-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method thereof
WO2022190902A1 (ja) 2021-03-08 2022-09-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システム

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