JP2005183012A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池10の上流側には、高圧水素タンク21の他、第1遮断弁22、1次レギュレータ23、2次レギュレータ24、第2遮断弁25、エジェクタ26が設置されている。第1遮断弁22は、制御装置60からの信号に基づいて開閉し、閉鎖状態で高圧水素タンク21から供給される水素の通流を遮断する一方、開放状態で高圧水素タンク21からの水素を下流側に供給する。暖機系30は、水素が通流する系(暖機水素系)と、燃料電池10の冷却液が通流する系(暖機冷却液系)と、MHタンク31を加熱する系(再生加熱系)とを有している。再生加熱系は、電気ヒータ37、および補助ポンプ38から構成される。
【選択図】 図5
Description
(1)電気ヒータによる暖機; 燃料電池電気自動車が搭載するバッテリや車庫等に備えられた商用電源により電気ヒータを発熱させ、この熱により燃料電池を暖機する(例えば、特許文献1参照)。
(2)水素燃焼器等による暖機; 燃料電池電気自動車が燃料(原燃料)として搭載する水素やメタノール、ガソリン等を触媒燃焼器等に供給して燃焼させ、この燃焼熱により燃料電池を暖機する(例えば、特許文献2参照)。
(3)燃料電池の自己発熱による暖機; 燃料電池が発電を開始すると水素と酸素の電気化学的な反応により発熱(いわゆる自己発熱)することを利用して燃料電池を暖機する(例えば、特許文献3参照)。
(4)その他の暖機; 蓄熱剤や発熱剤により燃料電池を暖機する(例えば、特許文献4参照)。
請求項2の燃料電池システムでは、例えば、燃料電池の暖機途中あるいは水素吸蔵合金の再生途中に運転スイッチ(燃料電池電気自動車のイグニッションスイッチ等)がOFF状態にされた場合、制御手段は、水素吸蔵合金の再生が完了するまで燃料電池の運転を継続させ、放出された水素を燃料電池に消費させる。
請求項2の燃料電池システムでは、緊急時再生において、水素吸蔵合金タンクを例えば電気ヒータにより加熱する。すると、水素吸蔵合金タンクの内圧および温度が上昇し、水素吸蔵合金からの水素の放出速度が増大する。
請求項4の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金タンク内の温度や圧力が比較的低い状態であっても、水素吸蔵合金タンクから水素が放出される。
請求項4の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金タンク内の圧力が比較的低い状態であっても、水素吸蔵合金タンクから水素が放出される。
請求項3の燃料電池システムでは、遮断弁が閉鎖されることにより高圧水素タンクからの水素の供給が停止され、燃料電池の運転(水素の消費)に伴って水素供給ラインの圧力が減少する。これにより、水素吸蔵合金タンクから水素供給ラインに水素が流入しやすくなり、水素吸蔵合金からの水素の放出が促進される。
≪原理≫
まず、本発明により燃料電池を暖機する原理を説明する。図1は、暖機原理を説明する模式図である。図2は、一例としてのMH(Metal Hydride:水素吸蔵合金)タンクの内部温度−圧力(内圧)特性図である。図3は、MHタンクに印加される水素の圧力によりMHタンクの内部温度が変化する様子をプロットしたタイムチャートである。尚、図2の摂氏温度の表示は、1000/T(K)による温度表示(アーレニウスプロットによる温度表示)を解りやすくするための目安的なものである。
AB2型合金(ラーベス相合金); TiCr2、(Zr,Ti)(Ni,Mn,V,Fe)2・・
AB5型合金; LaNi5、MnNi5・・
BCC系合金; Ti−V−Cr、Ti
<実施形態の構成>
以下に述べる実施形態では、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に発生する熱で燃料電池を暖機しつつ、燃料電池に水素を供給して発電を行う構成を採っている。図4は、実施形態の燃料電池システムが搭載される車両の一部透視側面図である。図5は、実施形態の燃料電池システムのブロック構成図である。
次に、図6のフローチャートを参照して、本実施形態における燃料電池の始動時制御の手順を詳細に説明する(図5を適宜参照)。
運転者により車両V(図4参照)のイグニッションスイッチ(図示せず)がON状態にされると、制御装置60は、図6に示す始動時制御を実行する。制御装置60は、先ずステップS1で燃料電池システムF1のシステムチェックを行い、システムに異常があると判定した場合(No)にはステップS2の異常時処理へ移行する。ステップS1で異常がないと判定した場合(Yes)、制御装置60は、ステップS3で燃料電池10の温度TFCが暖機要求温度T1(例えば、0℃)より低いか否かを判定し、この判定がNoであればステップS4で通常時始動制御に移行する。尚、燃料電池10の温度TFCは、暖機系30における冷却液の液温TINとしてもよいし、燃料電池10の装置温度を温度センサで検出してその検出結果を用いるようにしてもよい。
次に、燃料電池10の暖機途中あるいは水素吸蔵合金の再生途中に、運転者がイグニッションスイッチをOFF状態にした場合に水素吸蔵合金を再生する制御の手順を述べる。
制御装置60は、前記の始動時制御と並行して、図8にそのフローチャートを示す緊急時再生制御を実行する。この制御は、いわゆる割り込み制御であり、イグニッションスイッチが暖機途中(始動時制御のステップS5〜ステップS9)あるいは再生途中(始動時制御のステップS11あるいはステップS12)にOFF状態にされることによって開始される。
1,10 燃料電池
2 水素供給系,高圧水素タンク
21 高圧水素タンク
22 第1遮断弁(遮断弁)
29a〜29f 燃料配管(水素供給ライン)
3 暖機系,MHタンク
31 MHタンク(水素吸蔵合金タンク)
36a,36b 水素配管
37 電気ヒータ(加熱手段)
60 制御装置(緊急時再生手段を含む)
C1 1次冷却系
Claims (6)
- 高圧の水素を貯蔵する高圧水素タンクと、
前記高圧水素タンクに貯蔵された水素を燃料ガスとして消費する燃料電池と、
前記高圧水素タンクと前記燃料電池とを接続する水素供給ラインと、
水素吸蔵合金を蓄えて、前記燃料電池と熱交換可能に接続された水素吸蔵合金タンクと、
前記水素供給ラインに連結され、当該水素供給ラインと前記水素吸蔵合金タンクとの間での水素の移送に供される水素配管と
を備え、
前記燃料電池の暖機時に前記水素供給ラインから前記水素吸蔵合金タンクに水素を導入させて前記水素吸蔵合金の水素吸蔵熱によって当該燃料電池を加熱し、前記燃料電池の暖機後に当該燃料電池の発電に伴って発生する熱によって前記水素吸蔵合金タンクを加熱することで前記水素吸蔵合金タンクから水素を放出させて前記水素吸蔵合金の再生を行う燃料電池システムにおいて、
前記水素吸蔵合金を再生する前に前記燃料電池の運転停止指令が入力されたとき、当該水素吸蔵合金の再生を行う緊急時再生手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記緊急時再生手段は、前記燃料電池の運転を継続させながら、前記水素吸蔵合金の再生を行うことを特徴とする、請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記緊急時再生手段は、
前記水素吸蔵合金タンクを加熱する加熱手段を備え、
前記水素吸蔵合金の再生にあたり、当該加熱手段による当該水素吸蔵合金タンクの加熱を行うことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記緊急時再生手段は、前記水素吸蔵合金の再生にあたり、前記水素吸蔵合金タンクの圧力と温度との少なくとも一方が通常運転時に当該水素吸蔵合金を再生させる場合より低い状態で前記水素吸蔵合金タンクから水素を放出させることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記緊急時再生手段は、前記水素吸蔵合金の再生にあたり、通常運転時に当該水素吸蔵合金を再生させる場合より圧力の低い部位に前記水素吸蔵合金タンクからの水素を放出させることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
- 前記水素供給ラインを前記高圧水素タンクと前記水素配管との間で連通または遮断する遮断弁を更に備え、
前記緊急時再生手段は、前記水素吸蔵合金の再生にあたり、当該遮断弁を閉鎖することを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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WO2012147318A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
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