JP2005353360A

JP2005353360A - 燃料電池の制御装置及び制御方法

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Publication number: JP2005353360A
Application number: JP2004171111A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Oshima; 邦明尾島; Kenichiro Ueda; 健一郎上田; Koichiro Miyata; 幸一郎宮田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-09
Also published as: US20050277004A1; US7588848B2; JP4738762B2

Abstract

【課題】燃料電池の始動開始直後においても迅速に外部出力を開始することができ、始動性を向上することができる燃料電池の制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池１の始動時に、燃料電池１のアノード極１ｂに燃料ガスを供給するとともに燃料電池１のカソード極１ｃに酸化剤ガスを供給して発電を開始させる。前記アノード極１ｂから外部に排出される燃料ガスを、前記カソード極１ｃから外部に排出される酸化剤ガスにより希釈を行い、前記アノード極１ｂから燃料ガスの排出を開始してから終了するまで、前記燃料ガスを希釈するために必要な酸化剤ガスの必要希釈流量と、前記燃料電池１に要求される要求電力値に基づいて算出される外部出力に必要な酸化剤ガスの必要外部出力流量とをそれぞれ算出する。前記必要希釈流量と前記必要外部出力流量とを比較して大きい方の流量を、酸化剤ガスの流量として設定する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池のアノード極側の反応ガスをパージするとき、特に始動時における燃料電池の制御装置及び制御方法に関するものである。

燃料電池車両等に搭載される燃料電池には、反応ガスを化学反応させて電力を得るものがある。この種の燃料電池として、固体高分子電解質膜の両側にアノード極とカソード極とを備え、アノード極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソード極に酸化剤ガス（例えば酸素を含む空気）を供給して、これら反応ガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。

この燃料電池では、発電に伴ってカソード極側で水が生成され、この生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード極側にも浸入する。また、カソード極に供給された空気中の窒素は微量ながら固体高分子電解質膜をアノード極側に透過して水素ガスに混入する。アノード極側におけるこれら水分や窒素等の不純物は、燃料電池の発電を不安定にする虞がある。

特に、燃料の利用率を上げるために燃料電池から排出される未反応の燃料ガスをリサイクルさせて再度燃料電池に供給する循環型の燃料電池システムでは、燃料電池の停止状態が長時間に渡ると、アノード極側の不純物の濃度が高まる傾向にある。
そこで、この種の燃料電池では、始動開始時に反応ガスを供給するとともに、燃料電池のアノード極の下流側に配設された排出バルブを開いて燃料電池内の燃料ガスを排出し、燃料電池の出力電圧が一定以上になった後で排出バルブを閉じて、外部出力を開始する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−９７０４７号公報

ところで、燃料電池のアノード極側の反応ガスをパージしたとき、特に始動開始直後においても、他の機器の作動要求（例えば、燃料電池を駆動源とする燃料電池車両においては、アクセルペダルの踏み込み）等に応じて外部出力電力が要求される場合がある。しかしながら、従来の技術においては、燃料電池の始動開始時における掃気処理中には、アノード極側の反応ガスを一定値以下の濃度まで希釈するためにカソード極側の酸化剤ガスは必要であるため、外部出力に必要な酸化剤ガスを与えることができず、高出力の外部出力は制限される。このため、燃料ガス排出バルブを閉じるまで外部出力を開始できず、また開始できたとしても外部出力量が大幅に制限されてしまうため、始動性が損なわれてしまうという問題がある。

従って、本発明は、燃料電池のアノード極側の反応ガスをパージしたとき、特に始動開始直後においても迅速に外部出力を開始することができ、始動性を向上することができる燃料電池の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１）と、前記燃料電池のアノード極（例えば、実施の形態におけるアノード極１ｂ）に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段（例えば、実施の形態における燃料ガス供給手段２）と、前記アノード極の下流側に設けられ、前記アノード極から排出された燃料ガスを前記燃料電池外部に排出する燃料ガス排出手段（例えば、実施の形態における燃料ガス排出バルブ１０）と、前記燃料ガス排出手段の下流側に設けられ、前記燃料電池のカソード極から排出された酸化剤ガスにより前記排出された燃料ガスを希釈する希釈部（例えば、実施の形態における希釈部１７）と、前記燃料電池に要求電力を入力する要求電力入力手段（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ１２）と、前記酸化剤ガスの目標流量を設定する目標酸化剤ガス流量設定手段（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ１２）とを有する制御部（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ１２）と、前記カソード極の下流側に設けられ、前記目標酸化剤ガス流量設定手段から得られた値によって酸化剤ガスの流量を調整する酸化剤ガス流量調整手段（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ１２）とを備える燃料電池の制御装置であって、前記制御部は、燃料ガスを所定量排出したときに前記燃料ガス排出手段を閉じ、前記燃料ガスの希釈に必要な酸化剤ガスの希釈必要流量（例えば、実施の形態における希釈必要流量ＱＡ）と、前記要求電圧入力手段で得られる要求電力値に基づいて外部出力に必要な酸化剤ガスの外部出力必要流量（例えば、実施の形態における外部出力必要流量ＱＢ）とをそれぞれ算出して、前記目標酸化剤ガス流量設定手段は、前記希釈必要流量と外部出力必要流量とを比較して、大きい方を設定値とすることを特徴とする。

この発明によれば、前記制御部により前記燃料電池のアノード極側の反応ガスをパージするとき、特に始動時に、前記燃料ガス供給手段と前記燃料ガス排出手段とを開放して、前記燃料電池のアノード極に燃料ガスを供給して前記燃料電池のアノード極の掃気処理を開始する。このときに、前記燃料電池のカソード極に必要量の酸化剤ガスを供給することで、前記燃料電池内で外部出力を開始させつつ、カソード極の掃気処理を行うことができる。

前記アノード極から排出された燃料ガス（燃料オフガス）を、前記カソード極から排出された酸化剤ガス（酸化剤オフガス）によって前記希釈部にて希釈する。そして、前記制御部によって算出された前記希釈必要流量と外部出力必要流量とを前記目標酸化剤ガス流量設定手段により比較して、大きい方を設定値としている。これにより、前記希釈必要流量が前記外部出力必要流量よりも大きいときには、前記希釈必要流量が設定値となり、掃気処理に必要な流量の範囲内で外部出力も行われる。一方、前記希釈必要流量が前記外部出力必要流量よりも小さいときには、前記外部出力必要流量が設定値となり、掃気処理を行いつつ要求された電力を燃料電池に外部出力させることができる。従って、燃料電池の始動開始直後から、掃気処理を行いつつ要求された外部出力電力を供給することが可能となり、始動性を向上することができる。

請求項２に係る発明は、燃料電池のアノード極に燃料ガスを供給するとともに燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給して発電を開始させるとともに、前記アノード極から外部に排出される燃料ガスを、前記カソード極から外部に排出される酸化剤ガスにより希釈を行い、前記アノード極から燃料ガスの排出を開始してから終了するまで、前記燃料ガスを希釈するために必要な酸化剤ガスの希釈必要流量と、前記燃料電池に要求される要求電力値に基づいて算出される外部出力に必要な酸化剤ガスの外部出力必要流量とをそれぞれ算出して、前記希釈必要流量と前記外部出力必要流量とを比較して大きい方の流量を、酸化剤ガスの流量として設定する制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、前記燃料電池のアノード極側の反応ガスをパージするとき、特に始動時に、外部出力を開始させるとともに、アノード極から燃料ガスを排出して掃気処理を行い、前記アノード極から排出された燃料ガス（燃料オフガス）を前記カソード極から排出された酸化剤ガス（酸化剤オフガス）によって希釈する。そして、前記希釈必要流量と外部出力必要流量とを比較して、大きい方を設定するため、前記希釈必要流量が前記外部出力必要流量よりも大きいときには、前記希釈必要流量が設定されて掃気処理に必要な流量の範囲内で外部出力も行われる。一方、前記希釈必要流量が前記外部出力必要流量よりも小さいときには、前記外部出力必要流量が設定されて掃気処理を行いつつ要求された電力を燃料電池に外部出力させることができる。従って、燃料電池の始動開始直後から、掃気処理を行いつつ要求された外部出力電力を供給することが可能となり、始動性を向上することができる。

請求項１、請求項２に係る発明によれば、燃料電池の始動開始直後から、掃気処理を行いつつ要求された外部出力電力を供給することが可能となり、始動性を向上することができる。

以下、この発明の実施の形態における燃料電池の制御装置および制御方法を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用される燃料電池の制御装置の全体構成図である。
同図に示すように、燃料電池１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１ａ（以下、電解質膜１ａ、と記す）をアノード極１ｂとカソード極１ｃとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなる（図には簡略化して単セルのみを示している）。

前記燃料電池１のアノード極１ｂに燃料として水素を供給し、カソード極１ｃに酸化剤として酸素を含むエアを供給すると、アノード極１ｂで触媒反応により発生した水素イオンが、電解質膜１ａを通過してカソード極１ｃまで移動して、カソード極１ｃで酸素と電気化学反応を起こして発電する。
なお、発電の際にはカソード極１ｃ側で水が生成されるとともに、カソード極１ｃ側で生じた生成水の一部が電解質膜１ａを介してアノード極１ｂ側に逆拡散してアノード極１ｂ側にも生成水が存在する。

燃料電池１は、燃料ガス供給手段２、酸化剤ガス供給手段５からそれぞれ反応ガスである水素、エアを供給される。燃料ガス供給手段２は、燃料ガス（水素）を貯蔵する燃料タンクを備えている。燃料ガス供給手段２から供給される燃料ガスは、図示しない遮断弁やレギュレータを介して燃料ガス供給流路３を通ってアノード極１ｂに供給される。
また、燃料ガス供給流路３のアノード極１ｂ入口付近には圧力センサ１３が設けられており、アノード極１ｂに流入する燃料ガスの圧力を検知できるようにしている。

そして、消費されなかった未反応の燃料オフガスは、アノード極１ｂ側の生成水等の残留水と共にアノード極１ｂから燃料ガス循環流路９に排出され、燃料ガス供給流路３に合流する。つまり、燃料電池１から排出された燃料オフガスは、燃料ガス供給手段２から供給される新鮮な燃料ガスと合流して、再び燃料電池１のアノード極１ｂに供給される。また、燃料ガス循環流路９から分岐した燃料ガス排出流路７は希釈部１７に接続される。燃料ガス排出流路７には燃料ガス排出バルブ１０が設けられ、燃料ガス排出バルブ１０を開弁することにより利用済の燃料オフガスを燃料ガス排出流路７から希釈部１７に排出する。

一方、酸化剤ガス供給手段５は、酸化剤ガスであるエアを圧送するコンプレッサ（図示しない）を備え、このコンプレッサを駆動することにより酸化剤ガス供給流路６を介して、燃料電池１のカソード極１ｃに供給される。
また、酸化剤ガス供給流路６のカソード極１ｃ入口付近には圧力センサ１４、流量センサ１５が設けられており、カソード極１ｃに流入する酸化剤ガスの圧力、流量をそれぞれ検知できるようにしている。

燃料電池１のカソード極１ｃに供給された酸化剤ガスは発電に供された後、燃料電池１からカソード極１ｃ側の生成水等の残留水と共にオフガスとして酸化剤ガス排出流路８に排出される。

酸化剤ガス排出流路８は希釈部１７に接続され、酸化剤ガス排出流路８から排出される酸化剤オフガスは希釈部１７内で燃料オフガスと混合される。
これにより、燃料ガス排出流路７から排出された燃料オフガスは、希釈部１７により所定濃度以下に希釈される。

燃料電池１は、冷却水を循環させる循環ポンプを備えた冷却水流路（図示せず）などを備えている。燃料電池１の作動時に冷却水を循環させることにより、燃料電池１は電気化学反応に適した温度（例えば８０°Ｃ）に制御される。
また、燃料電池１には、燃料電池１を構成する各セルの電圧を測定するための電圧センサ１９が設けられている。この電圧センサ１９により各セルにおける発電状態を検出させている。

燃料電池１の制御装置には、該システムの制御を行うためのＥＣＵ１２が設けられている。このＥＣＵ１２における制御部（図示せず）には、イグニッションスイッチからのイグニッションＯＮ、ＯＦＦ（ＩＧ−ＯＮ、ＩＧ−ＯＦＦ）の信号や、圧力センサ１３、１４、流量センサ１５からの検出値が入力される。そして、ＥＣＵ１２における制御部は、これらの入力された検出値や信号に基づいて、燃料ガス供給手段２、酸化剤ガス供給手段５、燃料ガス排出バルブ１０、酸化剤ガス排出バルブ１１を駆動させる信号を出力する。

上述のような構成を備えた燃料電池の制御装置における反応ガスの流量制御について、図２および図３を用いて説明する。図２、図３は反応ガスの流量制御の処理内容を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、燃料ガス供給手段２の開閉弁（図示せず）を開いて、燃料ガス供給流路３を介してアノード極１ｂに燃料ガス（水素）を供給する。また、ステップＳ２−１では、酸化剤ガス供給手段５のコンプレッサを駆動して、酸化剤ガス供給流路６を介してカソード極１ｃに酸化剤ガス（エア）を供給する。このように、燃料電池１のアノード極１ｂ、カソード極１ｃにそれぞれ反応ガスを供給することで、燃料電池１の始動が開始される。ステップＳ２−２では、セル電圧またはスタック温度を測定する。この場合は電圧センサ１９により各セルの電圧を測定する。

ステップＳ３では、燃料ガス排出バルブ１０をＯＮにして（開弁して）、アノード極１ｂに残存するガスや水等を燃料ガス排出流路７から排出できるようにする。このとき、酸化剤ガス排出バルブ１１もＯＮにして（開弁して）、カソード極１ｃに残存するガスや水等を酸化剤ガス排出流路８から排出できるようにする。

ステップＳ４では、マップ１ａ、１ｂ（図４（ａ）、図４（ｂ）参照）のいずれかにより算出される所定量に達したかにより燃料ガスを排出したか否かを判定する。換言すれば、燃料電池１の起動時における掃気処理が完了したか否かを判定する。

図４（ａ）はセル電圧の所定値と、起動時のスタック温度との関係を示すグラフ（マップ１ａ）である。同図に示すように、セル電圧の所定値と、起動時のスタック温度とは略比例の関係になる。起動時のスタック温度が高い場合にはセルの活性が高いために、セル電圧が短時間に高くなり、不純物ガス排出後のセル電圧が高くなると推定されるため、セル電圧の所定値を高く設定する。一方、起動時のスタック温度が低い場合にはセルの活性が低いために、セル電圧が高くなるには時間がかかるため、セル電圧の所定値を低く設定する。よって、アノード極側の不純物ガスが排出されてもなおアノード極側へ燃料ガスが導入されることを抑制するために、コンプレッサの消費電力が抑えられる。
図４（ｂ）は燃料ガス排出バルブ開放時間の所定値と、起動時のセル電圧との関係を示すグラフ（マップ１ｂ）である。ここで、起動時のセル電圧とは、ステップＳ２−２において、燃料電池１の各セルについて測定された電圧のうち、最も低いセル電圧である。同図に示すように、燃料ガス排出バルブ開放時間と、起動時のセル電圧とは略反比例の関係になる。起動時のセル電圧が低い場合には、燃料電池１内に不純ガス等が混入して外部出力しにくい環境下にあると推定される。そのため、燃料ガス排出バルブ開放時間の所定量を高く設定し、アノード極側への燃料ガスの導入量を高く設定する。一方、起動時のセル電圧がいずれも一定以上であれば、起動時のセル電圧が低い場合に比べて、燃料ガスを希釈するために必要な酸化剤ガスの導入量が、少なく設定されるためにコンプレッサの消費電力が抑えられる。

ステップＳ４の判定結果がＹＥＳであればステップＳ１０に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ５−１に進む。ステップＳ１０以降の処理については後述し、ステップＳ５−１の処理について説明する。
ステップＳ５−１では、マップ２ａ、２ｂ（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）により算出される燃料ガスの希釈に必要な酸化剤ガスの流量である希釈必要流量ＱＡを算出する。
図５（ａ）は希釈必要流量ＱＡと、セル電圧の所定値との関係を示すグラフ（マップ２ａ）である。同図に示すように、希釈必要流量ＱＡと、セル電圧の所定値とは略反比例の関係になる。セル電圧の所定値が大きくなる程、図４（ａ）の関係により掃気処理にかかる時間が短くなるため、掃気処理に必要な酸化剤ガスの流量は減少するからである。
図５（ｂ）は希釈必要流量ＱＡと、燃料ガス排出バルブ開放時間の所定値との関係を示すグラフ（マップ２ｂ）である。同図に示すように、希釈必要流量ＱＡと、燃料ガス排出バルブ開放時間の所定値とは略比例の関係になる。燃料ガス排出バルブ開放時間の所定値が大きくなる程、掃気処理に必要な酸化剤ガスの流量は増加するからである。

次に、ステップＳ５−２では、燃料電池１が外部出力しているか否かを判定する。換言すれば、燃料電池１が外部機器に対して電力を供給しているか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ６−１に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ６−２に進む。

ステップＳ６−１では、マップ３（図６参照）により算出される外部出力に必要な酸化剤ガス流量である外部出力必要流量ＱＢを算出する。図６は外部出力必要流量ＱＢと要求電力との関係を示すグラフ（マップ３）である。同図に示すように、外部出力必要流量ＱＢと要求電力とは略比例の関係にある。要求電力が高い場合には、より多くの反応ガスを燃料電池１に流入させる必要があるからである。この要求電力は、燃料電池１を搭載した燃料電池車両の場合においては、アクセルペダルの踏み込み量や補機類の作動状態に応じて変動する。
一方、ステップＳ６−２では、外部出力をしていない、すなわち、要求電力が０の状態であるので、外部出力必要流量ＱＢを０に設定する。

ステップＳ６−１、ステップＳ６−２の処理の後、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、希釈必要流量ＱＡが外部出力必要流量ＱＢより大きいか否かを判定し、判定結果がＹＥＳである場合はステップＳ８に進み、判定結果がＮＯである場合はステップＳ９に進む。ステップＳ８では酸化剤ガス流量目標値を希釈必要流量ＱＡに設定し、ステップＳ４の処理に戻る。このときには、掃気処理に必要な流量の範囲内で外部出力も行われる。
また、ステップＳ９では酸化剤ガス流量目標値を外部出力必要流量ＱＢに設定し、ステップＳ４の処理に戻る。これにより、掃気処理を行いつつ要求された電力を燃料電池に外部出力させることができる。従って、燃料電池１の始動開始直後から、掃気処理を行いつつ要求された外部出力電力を供給することが可能となり、始動性を向上することができる。

以下、上述したステップＳ１０以降の処理について説明する。ステップＳ１０では、燃料ガス排出バルブ１０をＯＦＦにする（閉弁する）。ステップＳ１１−１では、燃料ガス排出バルブ１０より下流側の燃料ガスの希釈に必要な酸化剤ガスの希釈必要流量ＱＡをマップ２を用いて算出する。ステップＳ１１−２では、燃料電池１が外部出力しているか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１２−１に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ１２−２に進む。ステップＳ１２−１では、外部出力に必要な酸化剤ガスの外部出力必要流量ＱＢをマップ３を用いて算出する。ステップＳ１２−２では、外部出力をしていない、すなわち、要求電力が０の状態であるので、外部出力必要流量ＱＢを０に設定する。

ステップＳ１２−１、ステップＳ１２ー２の処理の後、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、希釈必要流量ＱＡが外部出力必要流量ＱＢより大きいか否かを判定し、判定結果がＹＥＳである場合はステップＳ１４に進み、判定結果がＮＯである場合はステップＳ１５に進む。ステップＳ１４ではエア流量目標値を希釈必要流量ＱＡに設定し、ステップＳ１６の処理に進む。このときには、掃気処理に必要な流量の範囲内で外部出力も行われる。

また、ステップＳ１５では酸化剤ガス流量目標値を外部出力必要流量ＱＢに設定し、ステップＳ１６の処理に進む。これにより、掃気処理を行いつつ要求された電力を燃料電池から外部出力させることができる。従って、燃料電池１の排出バルブ１０をＯＦＦにした後でも、掃気処理を行いつつ要求された外部出力電力を供給することが可能となり、始動性を向上することができる。

ステップＳ１４、ステップＳ１５の処理の後、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、燃料ガス排出バルブ１０をＯＦＦにした後、所定時間経過したか否かを判定する。この所定時間は、排出バルブ１０下流側に残留する燃料ガスの希釈に要する時間である。ステップＳ１７では、外部出力に必要な外部出力必要流量ＱＢを算出する。そして、ステップＳ１８では、酸化剤ガス流量目標値を外部出力必要流量ＱＢに設定する。これにより、燃料電池１の起動時における掃気処理を終了して、通常の外部出力処理に移行する。

上述の処理の内容を図７を用いて時系列的に説明する。図７は、酸化剤ガス流量および圧力、アノード極入口圧、燃料ガス排出バルブ、最低セル電圧、要求電力についての時間に関するグラフである。同図に示すように、燃料電池１の始動を開始すると（時刻ｔ０）、燃料電池１に反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）の供給が開始され、これに伴いアノード極１ｂの入口圧も上昇していく。この入口圧が一定値に達したとき（時刻ｔ１）、燃料ガス排出バルブ１０をＯＮにしてアノード極１ｂ内のガスの掃気処理を開始する。このとき、酸化剤ガスの流量は希釈必要流量に設定されている。そして、燃料電池１内の掃気処理を行いつつ燃料電池１内で反応ガスを電気化学反応させて、各セルのうち最低セル電圧が所定値に達したとき（時刻ｔ２）、燃料電池１に対する要求電力の入力が開始される。このとき、酸化剤ガス流量は、希釈必要流量と外部出力必要流量とを比較して大きい方に設定される。その後、燃料電池１内の掃気処理が完了すると、燃料ガス排出バルブ１０がＯＦＦにされ（時刻ｔ３）、これによりアノード極１ｂの入口圧が上昇する。そして、燃料ガス排出バルブ１０下流側の燃料ガスの掃気処理を行いつつ外部出力処理も並行して行う。このとき、アクセルペダルが踏み込まれて要求外部出力電力が上昇したときには（時刻ｔ４〜ｔ５）、それに応じて酸化剤ガスの流量も、希釈必要流量ＱＡと外部出力流量ＱＢの大きいほうに設定されるため、掃気処理に並行して要求された外部出力電力を出力することができる。詳しくは、時刻ｔ４〜ｔ４’またはｔ４’’〜ｔ５においてはＱＡ＞ＱＢであり、時刻ｔ４’〜ｔ４’’ではＱＡ＜ＱＢである。その後、排出バルブ１０下流側の掃気処理も完了すると（時刻ｔ６）、酸化剤ガス流量や圧力も外部出力に見合った流量ＱＢや圧力になるように設定され、燃料電池１の通常モードでの外部出力処理に移行する（時刻ｔ７）。
このように、本発明の実施の形態では、燃料電池１の始動開始直後から、掃気処理を行いつつ要求された外部出力電力を供給することが可能となり、始動性を向上することができる。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、燃料電池を駆動源として搭載した燃料電池車両に用いると、始動性を向上できる点で好ましいが、車両以外に用いることも可能である。
また、本発明の実施の形態では、始動時に制御を行ったが、運転時にセル電圧が低下してきたときに行ってもよい。

本発明の実施の形態における燃料電池の制御装置の概略構成図である。本発明の反応ガスの流量制御の処理内容を示すフローチャートである。本発明の反応ガスの流量制御の処理内容を示すフローチャートである。セル電圧の所定値と起動時のスタック温度との関係を示すグラフ（マップ１ａ）と、燃料ガス排出バルブ開放時間の所定値と起動時のセル電圧との関係を示すグラフ（マップ１ｂ）である。希釈必要流量ＱＡとセル電圧の所定値との関係を示すグラフ（マップ２ａ）と、前記希釈必要流量ＱＡと燃料ガス排出バルブ開放時間の所定値との関係を示すグラフ（マップ２ｂ）である。外部出力必要流量ＱＢと要求電力との関係を示すグラフ（マップ３）である。酸化剤ガス流量および圧力、アノード極入口圧、燃料ガス排出手段、最低セル電圧、要求電力についての時間に関するグラフである。

符号の説明

１…燃料電池
１ｂ…アノード極
１ｃ…カソード極
２…燃料ガス供給手段
１０…燃料ガス排出バルブ（燃料ガス排出手段）
１２…ＥＣＵ（制御部、要求電力入力手段、目標酸化剤ガス流量設定手段、酸化剤ガス流量調整手段）
１７…希釈部

Claims

燃料電池と、
前記燃料電池のアノード極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記アノード極の下流側に設けられ、前記アノード極から排出された燃料ガスを前記燃料電池外部に排出する燃料ガス排出手段と、
前記燃料ガス排出手段の下流側に設けられ、前記燃料電池のカソード極から排出された酸化剤ガスにより前記排出された燃料ガスを希釈する希釈部と、
前記燃料電池に要求電力を入力する要求電力入力手段と、前記酸化剤ガスの目標流量を設定する目標酸化剤ガス流量設定手段とを有する制御部と、
前記カソード極の下流側に設けられ、前記目標酸化剤ガス流量設定手段から得られた値によって酸化剤ガスの流量を調整する酸化剤ガス流量調整手段とを備える燃料電池の制御装置であって、
前記制御部は、
燃料ガスを所定量排出したときに前記燃料ガス排出手段を閉じ、
前記燃料ガスの希釈に必要な酸化剤ガスの希釈必要流量と、前記要求電圧入力手段で得られる要求電力値に基づいて外部出力に必要な酸化剤ガスの外部出力必要流量とをそれぞれ算出して、
前記目標酸化剤ガス流量設定手段は、前記希釈必要流量と外部出力必要流量とを比較して、大きい方を設定値とすることを特徴とする燃料電池の制御装置。
燃料電池のアノード極に燃料ガスを供給するとともに燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給して発電を開始させるとともに、
前記アノード極から外部に排出される燃料ガスを、前記カソード極から外部に排出される酸化剤ガスにより希釈を行い、
前記アノード極から燃料ガスの排出を開始してから終了するまで、前記燃料ガスを希釈するために必要な酸化剤ガスの希釈必要流量と、前記燃料電池に要求される要求電力値に基づいて算出される外部出力に必要な酸化剤ガスの外部出力必要流量とをそれぞれ算出して、前記希釈必要流量と前記外部出力必要流量とを比較して大きい方の流量を、酸化剤ガスの流量として設定する制御を行うことを特徴とする燃料電池の制御方法。