JP2005302555A - 燃料電池の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池1の制御装置において、燃料電池1の酸化剤ガス供給通路L1を通じてカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段7と、上記酸化剤ガス供給通路L1または上記カソード内のガス圧力を検出するカソード側ガス圧力検出手段11と、燃料電池1の水素供給通路L3を通じてアノードに水素を供給する水素供給手段5と、上記水素供給通路L3または上記アノード内のガス圧力に占める水素の圧力に係る目標水素分圧を決定する手段1と、上記カソード側ガス圧力検出手段により検出されたガス圧力と上記目標水素分圧とに基づいて燃料電池1に供給される水素の水素供給圧力を算出する水素供給圧力算出手段1と、上記水素供給圧力にて上記水素供給手段から燃料電池1に水素を供給する水素供給制御手段13と、を備えた。
【選択図】図1
Description
図1に、本発明の実施形態に係る燃料電池の構成図を示す。この燃料電池は、燃料電池本体1と、燃料電池本体1の空気極(カソードともいう)に酸化剤ガスである空気を供給する空気供給器7と、空気供給器7の上流側の空気導入通路に設置された大気圧センサ9と、空気極側のガス圧力を測定する空気極圧力センサ11と、空気極側のガス圧力を調整する調圧弁15と、燃料電池本体1の水素極(アノードともいう)に燃料ガスである水素を供給する燃料タンク5と、燃料タンク5からの水素の供給圧力を制御する水素供給弁13と、水素極からの燃料オフガスの排出を制御する排出弁17と、燃料電池本体1を冷却する冷却水の水温を検知する水温センサ19とを有している。
池の反応を制御する。ECU3は、不図示の入出力インターフェースを介して水素供給弁13、空気調圧弁15、および排出弁17の開閉または弁の開口の開度を制御する。また、ECU3は、空気供給器7から供給される空気の流量を制御する。さらに、ECU3は、大気圧センサ9、空気極圧力センサ11および水温センサ19(燃料電池温度検出手段に相当する)に接続され、大気圧、空気極内のガス圧力および冷却水の水温を監視する。
図3は、燃料電池起動時のECU3の制御を示すフローチャートである。この処理は、ECU3のCPUで実行される制御プログラムとして実現できる。本燃料電池では、起動時、ECU3は、まず、安定発電目標水素分圧を参照する(S1)。次に、ECU3は、空気極および水素供給前の水素極が大気圧にあると仮定して、大気圧と安定発電目標水素分圧から目標水素圧力を算出する(S3)。ここでは、大気圧と安定発電目標水素分圧との加算値を目標水素圧力とする。
水素分圧と空気極のガス圧力とにより目標水素圧力を算出し、水素極に供給される水素の供給圧力を目標水素圧力に制御する。その結果、水素極の水素分圧を概ね安定発電目標水素分圧に制御でき、安定起動に必要な水素を水素極に供給できる。
上記実施形態では、要求発電量とマップから、空気供給量、空気極の目標ガス圧力および目標水素分圧を求め、さらに、空気極の目標ガス圧力および目標水素分圧から目標水素圧力を求めて、水素極の水素分圧を制御する例を示した。このような水素分圧を燃料電池のセルの温度に基づいて補正してもよい。セルの温度により、セル内の触媒の活性化の程度が異なり、要求発電量に対して必要な水素の量、したがって、目標水素分圧が変わるからである。ここでは、燃料電池のセルを冷却する冷却水の水温をセルの温度と見なして、その水温に基づき水素分圧を補正する例を示す。
図7に、目標水素圧力を算出したときに、その目標水素圧力が許容値を超えるか否かに応じて、制御シーケンスを変更する処理の例を示す。このような目標水素圧力の許容値は、例えば、セルを構成する電解質膜の耐久性の劣化を防止するための経験値または設計値として決定できる。ECU3は、そのような許容値をメモリに保持するようにすればよい。
上記実施形態では、図1に示したような水素の循環系を有しない燃料電池において、水素極側の目標水素圧力を不純物ガスの圧力に目標水素分圧を加算した値とする燃料電池について説明した。しかし、本発明の実施は、そのような構成には限定されない。例えば、図3と同様の制御により、水素の循環系を有するような燃料電池において、水素極側の排出弁17を開閉しないで燃料電池を起動することができる。また、図4と同様の制御により、水素の循環系を有するような燃料電池において、水素極側の排出弁17を開閉しないで水素濃度を制御することができる。
3 ECU
5 燃料タンク
7 空気供給器
9 大気圧センサ
11 空気極圧力センサ
13 水素供給弁
15 調圧弁
17 排出弁
19 水温センサ
L1 空気供給経路
L2、L4 ガス排出経路
L3 水素供給経路
Claims (3)
- 燃料電池の酸化剤ガス供給通路を通じてカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス供給通路または前記カソード内のガス圧力を検出するカソード側ガス圧力検出手段と、
燃料電池の水素供給通路を通じてアノードに水素を供給する水素供給手段と、
前記水素供給通路または前記アノード内のガス圧力に占める水素の圧力に係る目標水素分圧を決定する手段と、
前記カソード側ガス圧力検出手段により検出されたガス圧力と前記目標水素分圧とに基づいて燃料電池に供給される水素の水素供給圧力を算出する水素供給圧力算出手段と、
前記水素供給圧力にて前記水素供給手段から燃料電池に水素を供給する水素供給制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池の制御装置。 - 請求項1に記載の燃料電池の制御装置において、
さらに、前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、
前記燃料電池の温度より前記目標水素分圧を補正する手段とを備え、
前記水素供給圧力算出手段は、前記カソード側ガス圧力検出手段により検出されたガス圧力と前記補正された目標水素分圧とに基づいて前記燃料電池に供給される水素の水素供給圧力を算出することを特徴とする燃料電池の制御装置。 - 請求項1または2に記載の燃料電池の制御装置において、
さらに、前記アノード内または水素供給通路に残留する残留ガスを排出する排出手段と、
前記水素供給圧力がアノード側のガス圧力の許容範囲にないときに前記排出手段によって前記滞留ガスを排出させる排出制御手段と、
残留ガスを排出させたときのアノード内または水素供給通路に残留する残留ガス分圧を算出する手段と、を備え、
水素供給圧力算出手段は、前記残留ガス分圧と前記目標水素分圧とに基づいて前記燃料電池に供給される水素の水素供給圧力を算出することを特徴とする燃料電池の制御装置。
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