JP2005518641A - 寒冷環境向けの燃料電池エネルギー管理システム - Google Patents
寒冷環境向けの燃料電池エネルギー管理システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005518641A JP2005518641A JP2003570409A JP2003570409A JP2005518641A JP 2005518641 A JP2005518641 A JP 2005518641A JP 2003570409 A JP2003570409 A JP 2003570409A JP 2003570409 A JP2003570409 A JP 2003570409A JP 2005518641 A JP2005518641 A JP 2005518641A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- stack
- energy management
- management system
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
エネルギー管理システムは、車両が走行していない間、燃料電池システムの温度を制御する。本エネルギー管理システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに空気を供給する送風機と、給水槽と、水素供給槽とを含む。水素供給槽と、燃料電池スタックとの間に水素供給弁が接続している。燃料電池スタックの出力側にヒータが接続している。制御装置は水素供給弁と送風機とを制御して、燃料電池スタックと給水槽を暖めるためにヒータに電力供給する。加熱が必要であり、かつ貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超える場合、制御装置は、送風機を始動し、水素供給弁を開く。貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超えない場合、制御装置はパージを起動させ、給水槽から水を排出し、かつ車両の始動を禁止する。
Description
本発明は、燃料電池に関し、またより詳細には寒冷環境向けの燃料電池のエネルギー管理システムに関する。
燃料電池システムは、広くさまざまな用途における電力源としてますます使用されている。燃料電池システムはまた、内燃機関(ICE)を置き換えるものとして車両における使用も提案されている。固体高分子電解質膜(PEM)燃料電池は、アノードとカソードの間にはさまれている膜を含む。電気化学反応により電気を発生させるため、アノードに水素(H2)が供給され、またカソードに酸素(O2)が供給される。
第1の半電池反応において、アノードでは水素H2の解離により、水素プロトンH+および電子e-を発生させる。膜はプロトン伝導性であり、かつ誘電体である。結果として、プロトンは膜を通って輸送されるが、電子は、膜の両端に接続されている電気的負荷を通って流れる。第2の半電池反応において、カソードでは酸素O2がプロトンH+と反応し、電子e-を吸収して、水H2Oを生成させる。
寒冷な天候におけるICEの作動が、ICEの発展の間、強い関心を持たれてきている。燃料電池が商業的な普及を目指して利用可能になっているので、燃料電池の寒冷な天候における性能特性がより重要となってきている。燃料電池が確実に受け入れられるようにするため、車両製造業者は、顧客の要求条件および期待に取り組まなければならない。いくつかのこれらの要求条件には、手ごろな購入価格および作動コスト、信頼できるかつ安全な作動、加速性および制動性などの交通適合性能、走行距離、有効搭載量、ならびに周囲温度許容範囲が含まれる。
車両向けの周囲温度許容範囲仕様は、−40℃と52℃の間の温度を典型的に含む。ICE向けの例示的な寒冷天候仕様では、前部および後部ウインドデフロスタを操作しながらクランキング時間30秒以内にエンジンが始動しなければならないことを典型的に要する。これらの仕様ではまた、−40℃などの低い周囲温度で安定に作動し、引続きこの低い周囲温度に8時間浸かっていることをも必要としている。始動直後、車両は、スロットル全開を含む異なった加速の速度で運転走行が可能とすべきである。燃料電池車はおそらく、消費者の期待に合致する同様な寒冷天候仕様に適合する必要があるであろう。
消費者は、自動車が氷点下の天候で作動可能であることを期待している。燃料電池システム内の液体および蒸気の水が、燃料電池の寒冷な天候における作動について主に懸念される所である。冷却システムは、脱イオン水を典型的に使用している。燃料電池スタック加湿システム、および作動中のカソードにおける水の生成により、燃料電池スタックのほとんど全ての部分に、液体または蒸気の状態で水が、休止時間の間、全体として確実に存在する。雰囲気および温度が一回0℃を下回ると、水が凍結し、流れが燃料電池スタックを通過するのを阻止する恐れがある。これらの閉塞によって、燃料電池スタックが膨張し、損傷を受け、かつ/または冷却および可湿システムが作動不能になる恐れがある。
作動中に、かつ/または始動過程の一部として、燃料電池システム内における凍結を防止する、多くの取組みがある。消極的な凍結防止策は、いくつかの異なる取組みを包含する。1つの取組みでは、水冷却媒体の使用を最小限とすることにより、凍結を最小限としている。電気伝導性のない低い凍結温度の伝熱液体で、水冷却媒体を置き換えることができる。いくつかの主な燃料電池供給業者は、この領域で研究している。純粋な水冷却媒体を制限する他の選択肢は、液対液熱交換器を使用して、別個のスタックおよび放熱器冷却媒体ループによって作動させることである。しかし、この取組みにより、費用、重量、および体積が増加する。
他の取組みは、燃料電池が作動していない間、凍結による損傷を防止するため燃料電池システムから水を除去することを包含する。燃料電池スタック内の液体の水の大部分は、重力で自己排水することによって、システム休止時除去することができる。システム休止の直前に燃料電池スタックを通して、乾燥した除湿空気を送ることによってスタック内の残留水分を除去することができる。これらのシステムでは、燃料電池を作動可能とする前に、水を添加しなければならない。
他の取組みでは、燃料電池スタックおよび水容器全体の周囲に断熱材を巻いて、作動および休止時間における熱損失を減速している。断熱材はしばしば、燃料電池スタック外被と一体化している。この取組みによりスタックの体積および重量が増加する。燃料電池スタック重量は車両性能、据付動力要件、およびコストに影響があるので、車両供給業者は、スタック重量が増加しない他の取組みを用いる動機を有する。燃料電池スタック重量を低下させると、熱容量が低下し、暖機運転時間が短縮されるだけでなく、クールダウン時間も短縮される。
さらに他の取組みは、始動過程の一部として燃料電池を作動させて、燃料電池スタックを加熱するのに使用される廃熱を生成させることを包含する。このシステムの利点は、何らシステムの変更を要しない比較的単純な設計を含む。このシステムの欠点は、燃料電池スタックの電力が比較的小さいので、氷点下の温度では長い暖機運転時間を要する点を含む。このシステムではまた、アノードおよびカソードの流路内の氷が直接融解されない。このシステムではまた、車両内の燃料電池が作動していない場合、凍結により生じる恐れのある損傷にも対処していない。
他のシステムは、作動中に、かつ/または始動過程の一部として、圧縮機からの熱風を使用して、アノードおよびカソード流路内の氷を融解し、かつMEAを暖める。熱風は、典型的に90℃を超えており、比較的急速に入手可能である。熱風は、カソードの全ての部分を暖める。欠点は、空気から得られる加熱力があまり大きくない事実を含む(しかし、膜電極集合体の熱容量は非常に小さい)。
他のシステムは、水素/空気バーナを使用してスタック冷却媒体を暖め、それが次に燃料電池スタックを暖める。この加熱システムの利点は、大量の高品質の熱発生を含む。廃熱を利用して、乗客区画を暖めることができる。欠点は、燃料経済性の低下、および燃料電池システムの重量、体積、およびコストを増加させる水素/空気バーナが必要である点を含む。
前述のシステムの大部分は、始動時または作動中に燃料電池スタックを暖めることに関するものであるが、燃料電池スタックが低い周囲温度で休止またはオフ状態のままである場合に生じる恐れのある損傷を防止するものではない。休止状態に対処するシステムはしばしば、外部差し込み式抵抗ヒータを含む。−20℃を下回る温度について差し込み式ヒータを消費者が受け入れていても、−20℃から0℃についての差し込み式ヒータの要求条件はおそらく商業的には受け入れられない。他の解決策は、加熱された車庫を含み、これもおそらく商業的には受け入れられない。
本発明のエネルギー管理システムは、車両が走行していない間、車両の燃料電池の温度を制御する。本エネルギー管理システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに空気を供給する送風機と、給水槽と、水素供給槽とを含む。水素供給槽と、燃料電池スタックとの間に水素供給弁が接続している。燃料電池スタックの出力側にヒータが接続している。車両が走行していない間、制御装置が水素供給弁と送風機とを制御して、燃料電池スタックと給水槽を暖めるためにヒータに電力供給する。
本発明の他の特徴として、ヒータは抵抗式ヒータである。圧力センサは、水素供給槽についての水素圧力信号を発生し、また圧力センサは制御装置に接続している。スタック温度センサは制御装置に接続しており、スタック温度信号を発生する。水素圧力信号が最初の圧力値を超える場合、制御装置はスタック温度に基づいて加熱が必要であるかどうかを決定する。加熱が必要である場合、制御装置は、スタック温度信号が最初のスタック温度値を超えるまで、送風機を始動し、水素供給弁を開く。
本発明のさらに他の特徴として、周囲温度センサは、周囲温度信号を発生する。水槽センサは、水温信号を発生する。圧力信号が最初の圧力値を超えない場合、制御装置はスタック温度信号、周囲温度信号、および水温信号を使用して、加熱が必要であるかどうか決定するためにルックアップ表にアクセスする。
他の特徴として、水素貯槽レベルセンサは、貯槽レベル信号を発生する。加熱が必要であり、かつ貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超える場合、制御装置は、送風機を始動し、水素供給弁を開く。スタック温度信号が最初のスタック温度値を超えるまで、制御装置は加熱を継続する。貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超えない場合、制御装置はパージを起動させ、給水槽から水を排出し、かつ車両を始動することを禁止する。
本発明のさらなる適用可能性の領域は、本明細書において以後提供している詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示の目的だけのためであり、本発明の範囲を限定するためではない点を理解されたい。
本発明は、詳細な説明および添付図面からより全面的に理解されるようになるであろう。
1つまたは複数の好ましい実施形態についての下記の記述は、性格として単に例示的であり、本発明、その用途、または使用を決して限定しようとするものではない。
ここに図1を参照すると、膜電極集合体(MEA)12を含む、燃料電池集合体10の断面を示している。MEA12は、プロトン交換膜(PEM)であることが好ましい。MEA12は、膜14とカソード16と、アノード18とを含む。膜14は、カソード16の内側表面と、アノード18の内側表面との間にはさまれている。カソード拡散媒質20は、カソード16の外側表面に隣接している。アノード拡散媒質24は、アノード18の外側表面に隣接している。燃料電池集合体10はさらに、カソード流路26と、アノード流路28とを含む。カソード流路26は、供給源から酸素O2を受け入れ、カソード拡散媒質20へ導く。アノード流路28は、供給源から水素H2を受け入れ、アノード拡散媒質24へ導く。
ここに図1を参照すると、膜電極集合体(MEA)12を含む、燃料電池集合体10の断面を示している。MEA12は、プロトン交換膜(PEM)であることが好ましい。MEA12は、膜14とカソード16と、アノード18とを含む。膜14は、カソード16の内側表面と、アノード18の内側表面との間にはさまれている。カソード拡散媒質20は、カソード16の外側表面に隣接している。アノード拡散媒質24は、アノード18の外側表面に隣接している。燃料電池集合体10はさらに、カソード流路26と、アノード流路28とを含む。カソード流路26は、供給源から酸素O2を受け入れ、カソード拡散媒質20へ導く。アノード流路28は、供給源から水素H2を受け入れ、アノード拡散媒質24へ導く。
燃料電池集合体10において、膜14は、移動性イオンとしてH+イオンを有する、カチオン透過性、プロトン伝導性膜である。燃料ガスは水素H2であり、酸化剤は酸素O2である。全体的な電池反応は、水への水素の酸化であり、アノード18およびカソード16における対応する反応は:
H2=2H++2e-
0.5O2+2H++2e-=H2O
燃料ガスとして水素を使用しているので、全体的な電池反応の生成物は水である。典型的には、生成される水は、カソード16で捨てられる。カソード16は、酸素側に電極触媒層を含む多孔性電極である。水は、生成時集められ、任意の従来の方法で燃料電池集合体10のMEA12から運び出される。
H2=2H++2e-
0.5O2+2H++2e-=H2O
燃料ガスとして水素を使用しているので、全体的な電池反応の生成物は水である。典型的には、生成される水は、カソード16で捨てられる。カソード16は、酸素側に電極触媒層を含む多孔性電極である。水は、生成時集められ、任意の従来の方法で燃料電池集合体10のMEA12から運び出される。
電池反応により、アノード拡散媒質24からカソード拡散媒質20への方向にプロトン交換が起こる。このようにして、燃料電池集合体10は電気を発生させる。電気的負荷30は、MEA12の両端の板32および板34に電気的に接続している。板32および34が、他の燃料電池に隣接している場合、板32および34は双極極板である。他の燃料電池がそれらに隣接していない場合、板32および/または34は、端板である。
ここに図2を参照すると、本発明による燃料電池向けエネルギー管理システムを例示しており、全体的に100と称している。燃料電池スタック102は、アノード流路104と、カソード流路106とを含む。温度センサ108は、燃料電池スタック102の内部温度を測定する。送風機モータ110により、カソード流路106に空気112を供給している。カソード流路106を出た空気は、排気116に送られる。バルク液体水素貯蔵タンク120により、弁122を通ってアノード流路104に水素を供給している。水素貯蔵タンク120は、−250℃を下回る温度の液体水素を貯蔵する。水素貯蔵タンク120は、複合材料製の断熱され、かつ強化されたタンクが好ましい。リストリクタ弁126および逆止め弁128は周期的に開いて、圧力を下げ、システムに「げっぷ(burp)」をさせる。閉止弁129を、アノード流れ管路104の出口端に場合によって取り付けることができる。
燃料電池スタック102は、アノード端子130と、カソード端子132とを含む。それぞれアノード流路104およびカソード流路106に、水素および空気を供給すると、燃料電池スタック102は、アノード端子からカソード端子132まで電圧を発生させる。通常の作動の間、燃料電池スタック102は、1つまたは複数の蓄電池、電動機、または他の負荷(図2に示されない)に電力を供給する。
第1の抵抗式ヒータ136の一方の端をカソード端子132に接続している。第1の抵抗式ヒータ136は、燃料電池スタック102に接近した位置にするのが好ましい。第1の抵抗式ヒータ136の反対側の端を、ソレノイドスイッチ140に接続している。第2のソレノイドスイッチ142を、ヒューズ146と、アノード端子130との間に接続する。第2の抵抗式ヒータ148を、水を貯蔵する水槽150に接近した位置としている。好ましい状態では、第2の抵抗式ヒータ148と、水槽150は、容器152の内部に位置している。温度センサ154は、水槽150内の水温を検知する。ソレノイド弁156は、水槽150からの水の流れを制御する。
燃料電池の温度およびエネルギーを管理する燃料電池制御装置160は、マイクロプロセッサ、メモリ(ROM、RAM、および/またはフラッシュメモリなど)、および入力/出力I/Oインターフェース(全て図示されない)を含む。燃料電池制御装置160は、周囲温度信号を発する周囲温度センサ164に接続している。燃料電池制御装置160に関連している、較正ルックアップ表(LUT)162は、内部スタック温度と、周囲温度と、水槽温度と、車両が駐車し走行していない場合に加熱する必要性との間の関係を定義する。燃料電池制御装置160は、車両制御装置170に接続している。車両制御装置170は、車両が駐車しているかどうか、および/または車両が走行しているかどうかを識別する信号をもたらす。圧力センサ174は、水素貯蔵タンク120内に貯蔵されている水素についての圧力信号をもたらす。貯槽レベルセンサ176は、水素貯蔵タンク120内の水素のレベルを示す貯槽レベル信号をもたらす。
ここに図3を参照すると、燃料電池制御装置160を操作するステップを示しており、全体的に200と称している。ステップ202で制御を開始する。ステップ204では、燃料電池制御装置160は、車両が走行しているかどうかを決定する。車両が走行している場合、制御ループはステップ204に戻る。安全上の理由で、車両が走行しており、または駐車していない場合、温度およびエネルギー管理は行われない。車両が走行していない場合、ステップ208により制御が継続され、そこでは燃料電池制御装置160は、車両が駐車しているかどうかを決定する。駐車していない場合、制御ループはステップ204に戻る。燃料電池制御装置160は、車両制御装置170から、走行および駐車のステータス情報を得ることが好ましい。
車両が駐車しており、走行していない場合、ステップ210により制御が継続される。ステップ210で、燃料電池制御装置160は水素貯蔵タンク120内の圧力を測定する。ステップ212で、燃料電池制御装置160は、圧力Pが最大圧力Pmaxを超えているかどうかを決定する。測定された圧力Pが最大圧力Pmaxを超えている場合、ステップ218により制御が継続される。ステップ218で、燃料電池制御装置160は、スタック温度センサ108を使用して、スタック温度を測定する。ステップ220で、燃料電池制御装置160は、燃料電池スタック102および水供給部150を加熱することが必要であるかどうかを決定する。付加的な加熱が必要である場合、ステップ222により制御が継続される。ステップ222で、燃料電池制御装置160は、送風機モータ110を始動し、かつ水素供給弁122を使用して、水素が流れる状態にする。もはや加熱が必要でなくなるまで、ステップ218および220により制御が継続される。次いで、ステップ224により制御が継続され、そこでは燃料電池制御装置160は、送風機モータ110を停止し、かつ水素供給弁122を使用して、水素が流れない状態にする。ステップ226で、燃料電池制御装置160は、P>Pmaxかどうかを決定する。P>Pmaxであれば、ステップ228で燃料電池制御装置160は水素パージ(除去)を起動させ、また、ステップ204により制御が継続される。PがPmaxを超えていなければ、ステップ226からステップ204まで制御が継続される。
ステップ212で測定したとき、測定された圧力Pが最大圧力Pmaxを超えない場合、ステップ230により制御が継続され、そこで、燃料電池制御装置160は、スタック温度、周囲温度、および水温を測定する。ステップ234で、燃料電池制御装置160は、測定している温度を使用して、LUT162、または較正表にアクセスする。ステップ238で、燃料電池制御装置160は、LUT162を使用して、加熱が必要であるかどうかを決定する。加熱が必要ではない場合、燃料電池制御装置160は、ステップ204までループを戻す。そうではない場合、燃料電池制御装置160はステップ244により継続され、そこで燃料電池制御装置160は、レベルセンサ176を使用して、水素貯蔵タンク120のレベルを測定する。
ステップ246で、燃料電池制御装置160は、水素が十分に入手できるかどうかを決定する。十分な水素があれば、ステップ218により燃料電池制御装置160は継続される。十分な水素が入手できなければ、ステップ250により燃料電池制御装置160は継続され、パージを起動させる。ステップ252で、弁156を使用して水槽から水が排出される。ステップ254で、エンジンの始動を禁止して、燃料電池スタックへの損傷を防止する。ステップ254は、燃料電池制御装置160から車両制御装置170に禁止または不能信号を送ることにより達成するのが好ましい。
燃料電池を運転して、熱を発生させる前に、燃料電池制御装置160は車両が走行しておらず、駐車していることを確認する。これらのステップによって、燃料電池システムの危険な作動を防止する。次に、燃料電池制御装置160は、水素の圧力PがPmaxを超えているかどうかを測定する。P>Pmaxならば、燃料電池制御装置160は、空気および水素の流れを開始させることにより燃料電池スタック102を作動させる。燃料電池制御装置160は、所望の加熱が行われるまで燃料電池スタック102を作動させる。その後、燃料電池制御装置160は、送風機を停止させ、水素が流れない状態にする。
水素の圧力PがPmax未満である場合、燃料電池制御装置160は、内部スタック温度、周辺温度、および水槽温度を測定し、加熱が必要であるかどうかを決定する。加熱が必要である場合、燃料電池制御装置160は、水素が十分に入手できるかどうかを決定する。十分な水素が入手できなければ、燃料電池制御装置160は、システムをパージし、水槽から水を排出し、かつ、エンジンの始動を禁止して、凍結による損傷を防止する。
上記のことから理解されるように、本発明によるエネルギー管理システムによって、寒冷環境による燃料電池スタックおよび他のシステム構成部分への損傷が防止される。さらに、車両が駐車しており、走行していない場合燃料電池スタックの温度を管理することによって、典型的な作動温度まで燃料電池システムを加熱するのに要する時間量を低減している。その上、本発明によるエネルギー管理システムは、重量または体積を増加させることなく、低い周囲温度で水が凍結する問題を解決している。
本発明の広い教示がさまざまな形で実施できることは、上記の記述から、本分野の技術者にはここで理解され得よう。したがって、本発明は特定の例に関連して記述されているが、それらについて、本発明の真の範囲はそのように限定されるべきではない。何故なら、図面、明細書、および上記特許請求範囲を検討すれば、熟練した実践者には他の修正が明らかになるからである。
Claims (23)
- 車両が走行していない間、前記車両の燃料電池の温度を制御するエネルギー管理システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに空気を供給する送風機と、
給水槽と、
水素供給槽と、
前記水素供給槽と、前記燃料電池スタックとの間に接続されている水素供給弁と、
前記燃料電池スタックの出力側に接続されているヒータと、
前記車両が走行していない間、前記水素供給弁と前記送風機とを制御して、前記燃料電池スタックと前記給水槽を暖めるために前記ヒータに電力供給する制御装置と
を備えるエネルギー管理システム。 - 前記ヒータが抵抗式ヒータである、請求項1に記載のエネルギー管理システム。
- 前記水素供給槽についての水素圧力信号を発生し、かつ前記制御装置に接続されている圧力センサ
をさらに備える、請求項1に記載のエネルギー管理システム。 - 前記制御装置に接続され、かつスタック温度信号を発生するスタック温度センサ
をさらに備える、請求項3に記載のエネルギー管理システム。 - 前記制御装置が、もし前記水素圧力信号が最初の圧力値を超える場合、前記スタック温度に基づいて加熱が必要であるかどうかを決定する、請求項4に記載のエネルギー管理システム。
- 前記制御装置が、もし加熱が必要である場合、前記スタック温度信号が最初のスタック温度値を超えるまで、前記送風機を始動し、かつ前記水素供給弁を開く、請求項5に記載のエネルギー管理システム。
- 周囲温度信号を発生する周囲温度センサと、
水温信号を発生する水槽センサと
をさらに備える、請求項4に記載のエネルギー管理システム。 - 前記制御装置が、前記圧力信号が最初の圧力値を超えない場合、前記スタック温度信号、前記周囲温度信号、および前記水温信号を使用して、加熱が必要であるかどうか決定するためにルックアップ表にアクセスする、請求項7に記載のエネルギー管理システム。
- 貯槽レベル信号を発生する水素貯槽レベルセンサ
をさらに備える、請求項8に記載のエネルギー管理システム。 - 前記制御装置が、もし加熱が必要であり、かつもし前記貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超える場合、前記送風機を始動し、かつ前記水素供給弁を開く、請求項9に記載のエネルギー管理システム。
- 前記制御装置が、前記スタック温度信号が最初のスタック温度値を超えるまで、加熱を継続する、請求項10に記載のエネルギー管理システム。
- 前記制御装置が、もし前記貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超えない場合、パージを起動させ、前記給水槽から水を排出し、かつ車両の始動を禁止する、請求項9に記載のエネルギー管理システム。
- 車両が走行していない間、前記車両の燃料電池の温度を制御するエネルギー管理方法であって、
燃料電池スタック、送風機、給水槽、水素貯蔵装置、水素供給弁、前記燃料電池スタックの出力側に接続されているヒータ、および制御装置を提供するステップと、
前記制御装置を、前記水素供給弁、前記スイッチ、および前記送風機、ならびに前記ヒータに接続するステップと、
前記車両が走行していない間、前記水素供給弁、前記スイッチ、および前記送風機を制御して、前記燃料電池スタックおよび前記給水槽を暖める熱を発生させるステップと
を含む方法。 - 前記ヒータが抵抗式ヒータである、請求項13に記載の方法。
- 前記制御装置に接続されている圧力センサを使用して、前記水素供給槽の水素圧力信号を発生するステップ
をさらに含む、請求項13に記載の方法。 - 前記制御装置にスタック温度センサを接続するステップと、
前記スタック温度センサを使用して、スタック温度信号を発生するステップと
をさらに含む、請求項15に記載の方法。 - 前記圧力信号が最初の圧力値を超えるかどうか決定するステップと、
もし前記圧力信号が最初の圧力値を超える場合、前記スタック温度に基づいて加熱が必要であるかどうかを決定するステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - もし加熱が必要である場合、前記スタック温度信号が最初のスタック温度値に到達するまで、前記送風機を始動し、かつ前記水素供給弁を開くステップ
をさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 周囲温度センサおよび水温センサを前記制御装置に接続するステップと、
前記周囲温度センサを使用して周囲温度信号を発生するステップと、
前記水温センサを使用して水温信号を発生するステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 前記圧力信号が最初の圧力値を超えない場合、前記スタック温度信号、前記周囲温度信号、および前記水温信号を使用して、加熱が必要であるかどうか決定するためにルックアップ表にアクセスするステップ
をさらに含む、請求項19に記載の方法。 - 貯槽レベルセンサを前記制御装置に接続するステップと、
水素貯槽レベルセンサを使用して貯槽レベル信号を発生するステップと
をさらに含む、請求項20に記載の方法。 - もし、前記スタック温度が最初のスタック温度値に到達するまで、加熱が必要である場合、かつもし前記貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超える場合、前記送風機を始動し、かつ前記水素供給弁を開くステップ
をさらに含む、請求項21に記載の方法。 - もし前記貯槽レベル信号が最初の貯槽レベル値を超えない場合、パージを起動させ、前記貯水装置から水を排出し、かつ車両の始動を禁止するステップ
をさらに含む、請求項21に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/948,897 US6727013B2 (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Fuel cell energy management system for cold environments |
PCT/US2002/025029 WO2003071615A2 (en) | 2001-09-07 | 2002-08-07 | Fuel cell energy management system for cold environments |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005518641A true JP2005518641A (ja) | 2005-06-23 |
JP2005518641A5 JP2005518641A5 (ja) | 2005-11-17 |
Family
ID=25488362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003570409A Pending JP2005518641A (ja) | 2001-09-07 | 2002-08-07 | 寒冷環境向けの燃料電池エネルギー管理システム |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6727013B2 (ja) |
JP (1) | JP2005518641A (ja) |
CN (1) | CN1552107A (ja) |
AU (1) | AU2002366431A1 (ja) |
DE (1) | DE10297174B4 (ja) |
WO (1) | WO2003071615A2 (ja) |
Families Citing this family (49)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4374782B2 (ja) * | 2001-01-18 | 2009-12-02 | トヨタ自動車株式会社 | 車載用燃料電池システム及びその制御方法 |
US7141326B2 (en) * | 2001-04-06 | 2006-11-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Warm-up apparatus for fuel cell |
US6916566B2 (en) * | 2001-10-17 | 2005-07-12 | Ford Motor Company | System and method for rapid preheating of an automotive fuel cell |
US6887598B2 (en) * | 2002-08-16 | 2005-05-03 | Generals Motors Corporation | Control system and method for starting a frozen fuel cell |
JP4421178B2 (ja) * | 2002-09-18 | 2010-02-24 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
JP3677266B2 (ja) * | 2002-11-18 | 2005-07-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタックおよびその暖機方法 |
JP4179855B2 (ja) * | 2002-11-22 | 2008-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP4725002B2 (ja) * | 2003-03-12 | 2011-07-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP4461701B2 (ja) * | 2003-04-22 | 2010-05-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池を搭載した移動体 |
DE10324213A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellenvorrichtung |
JP4538203B2 (ja) | 2003-06-09 | 2010-09-08 | トヨタ自動車株式会社 | エネルギー管理装置 |
US20050026027A1 (en) * | 2003-06-19 | 2005-02-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell system |
JP4061589B2 (ja) * | 2003-06-24 | 2008-03-19 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム搭載車両 |
US7117732B2 (en) * | 2003-12-01 | 2006-10-10 | Societe Bic | Fuel gauge for fuel cartridges |
CN1689182A (zh) * | 2003-12-12 | 2005-10-26 | Lg电子株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
US7350604B2 (en) * | 2004-03-04 | 2008-04-01 | Ford Global Technologies, Llc | Gaseous fuel system for automotive vehicle |
US20080063902A1 (en) * | 2004-05-19 | 2008-03-13 | Yoshitaka Kawasaki | Fuel Cell System |
DE102004056952A1 (de) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Nucellsys Gmbh | Brennstoffzellensystem mit Flüssigkeitsabscheider |
CN100432691C (zh) * | 2005-01-21 | 2008-11-12 | 新源动力股份有限公司 | 一种燃料电池系统用空压机性能自动检测平台 |
KR100639017B1 (ko) | 2005-03-07 | 2006-10-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
US20060292406A1 (en) * | 2005-06-23 | 2006-12-28 | Bruce Lin | Thermal control of fuel cell for improved cold start |
US20070082241A1 (en) * | 2005-10-07 | 2007-04-12 | Hsi-Ming Shu | Fuel cell apparatus of feedback module |
US7976990B2 (en) * | 2005-12-06 | 2011-07-12 | Honda Motor Co., Ltd. | High efficiency fuel cell system |
CA2576682A1 (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-08 | Martinrea International Inc. | Electrolyte delivery system |
CN101064369B (zh) | 2006-04-26 | 2010-10-27 | 上海攀业氢能源科技有限公司 | 适合低温启动的无端板燃料电池堆 |
KR100790851B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2008-01-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 스택에 열교환기가 내장된 연료전지 |
JP4379922B2 (ja) * | 2006-09-12 | 2009-12-09 | トヨタ自動車株式会社 | 移動体 |
US8286464B2 (en) * | 2006-12-22 | 2012-10-16 | Societe Bic | Sensing device and methods related thereto |
EP2111502A2 (en) * | 2007-01-31 | 2009-10-28 | Turbodyne Technologies, Inc. | Generation and management of mass air flow |
US7921946B2 (en) * | 2007-05-07 | 2011-04-12 | General Electric Company | System and method for cooling a battery |
DE102007023417A1 (de) * | 2007-05-18 | 2008-11-20 | Daimler Ag | Heizvorrichtung für Kondensatableiter |
JP5490107B2 (ja) * | 2009-05-08 | 2014-05-14 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
US8709670B2 (en) * | 2010-07-07 | 2014-04-29 | Ford Global Technologies, Llc | Fuel cell system with mechanical check valve |
DE102011077692A1 (de) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Siemens Ag | Elektrischer Energiespeicher |
CN102306857B (zh) * | 2011-08-31 | 2015-03-04 | 上海尧豫实业有限公司 | 锌空气动力电池组供气系统 |
CN106627207A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-05-10 | 惠州市蓝微新源技术有限公司 | 一种电动汽车动力电池自动预热方法 |
CN107394231A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-11-24 | 中国东方电气集团有限公司 | 采用燃料电池的动力系统及具有其的整车系统 |
CN107394230A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-11-24 | 中国东方电气集团有限公司 | 采用燃料电池的动力系统及具有其的整车系统 |
US10720655B2 (en) | 2017-11-28 | 2020-07-21 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Partial derivative based feedback controls for pid |
US10777831B2 (en) | 2017-11-28 | 2020-09-15 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Equation based cooling system control strategy/method |
US10714773B2 (en) | 2017-11-28 | 2020-07-14 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Cooling system dT/dt based control |
US11094950B2 (en) | 2017-11-28 | 2021-08-17 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Equation based state estimator for cooling system controller |
CN110120536B (zh) * | 2018-02-07 | 2020-09-01 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池系统的吹扫控制方法及系统 |
US10844774B2 (en) | 2018-03-26 | 2020-11-24 | Ford Global Technologies, Llc | Method and system for water collection and usage on-board a vehicle |
JP7096527B2 (ja) * | 2018-08-29 | 2022-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池車両 |
CN109461951B (zh) * | 2018-10-23 | 2024-02-06 | 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 | 一种新型氢能汽车燃料电池堆的冷却系统 |
CN109509899A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-03-22 | 中氢新能技术有限公司 | 一种燃料电池电堆加热方法 |
CN111284367B (zh) * | 2020-01-15 | 2022-01-07 | 深圳市佳华利道新技术开发有限公司 | 一种运行控制方法、交通设备、计算设备和存储介质 |
JP7322815B2 (ja) * | 2020-05-28 | 2023-08-08 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4446841A1 (de) * | 1994-12-27 | 1996-07-04 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenmodul |
DE29623879U1 (de) * | 1995-06-07 | 2000-05-04 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Temperaturregelsystem für ein Kraftfahrzeug |
US6186254B1 (en) * | 1996-05-29 | 2001-02-13 | Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. | Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle |
US6479177B1 (en) * | 1996-06-07 | 2002-11-12 | Ballard Power Systems Inc. | Method for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell |
JP3769882B2 (ja) * | 1997-06-06 | 2006-04-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池装置および燃料電池装置の温度調整方法 |
DE19755815C2 (de) * | 1997-12-16 | 1999-12-09 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffderivats, damit betreibbare Reformierungsanlage und Brennstoffzellen-Betriebsverfahren |
DE19943690C2 (de) * | 1999-09-06 | 2001-08-02 | Mannesmann Ag | Brennstoffzellensystem zum Betreiben einer elektrischen Maschine und Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems |
DE10000514C2 (de) * | 2000-01-08 | 2002-01-10 | Daimler Chrysler Ag | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines solchen |
US6489048B1 (en) * | 2000-02-11 | 2002-12-03 | Plug Power Inc. | Operating a fuel cell system during low power demand |
JP4843845B2 (ja) * | 2000-07-03 | 2011-12-21 | 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 |
US6835483B2 (en) * | 2001-05-31 | 2004-12-28 | Plug Power, Inc. | Method and apparatus for controlling a combined heat and power fuel cell system |
US6979504B2 (en) * | 2001-07-25 | 2005-12-27 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell system automatic power switching method and apparatus |
US20030022036A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-30 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell controller self inspection |
-
2001
- 2001-09-07 US US09/948,897 patent/US6727013B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-08-07 DE DE10297174T patent/DE10297174B4/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-08-07 JP JP2003570409A patent/JP2005518641A/ja active Pending
- 2002-08-07 CN CNA028174542A patent/CN1552107A/zh active Pending
- 2002-08-07 AU AU2002366431A patent/AU2002366431A1/en not_active Abandoned
- 2002-08-07 WO PCT/US2002/025029 patent/WO2003071615A2/en active Application Filing
-
2004
- 2004-03-02 US US10/791,428 patent/US8288049B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003071615A2 (en) | 2003-08-28 |
US20030049504A1 (en) | 2003-03-13 |
AU2002366431A1 (en) | 2003-09-09 |
US6727013B2 (en) | 2004-04-27 |
US20040166388A1 (en) | 2004-08-26 |
DE10297174T5 (de) | 2004-08-12 |
WO2003071615A3 (en) | 2004-01-29 |
DE10297174B4 (de) | 2009-01-29 |
CN1552107A (zh) | 2004-12-01 |
US8288049B2 (en) | 2012-10-16 |
AU2002366431A8 (en) | 2003-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6727013B2 (en) | Fuel cell energy management system for cold environments | |
CN110957503B (zh) | 一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法 | |
JP3999498B2 (ja) | 燃料電池システム及びその停止方法 | |
US7901823B2 (en) | Fuel cell employing cooling liquid passages for starting at low temperature | |
EP1291949B1 (en) | Fuel cell system, method of controlling the same, and vehicle mounted with the same | |
US7368193B2 (en) | Temperature-based vehicle wakeup strategy to initiate fuel cell freeze protection | |
JP4341356B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP4660927B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006513528A (ja) | 燃料電池駆動の電気車両又はその他の負荷の氷点下での起動運転 | |
JP4401457B2 (ja) | 電気自動車用発電システム | |
US7716938B2 (en) | External control of a vehicle coolant pump with remote heating option | |
JP4533604B2 (ja) | 燃料電池の低温起動方法 | |
JP2007134241A (ja) | 燃料電池冷却システム | |
JP2008123930A (ja) | 燃料電池システム | |
JP4939053B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006286486A (ja) | 燃料電池ユニット | |
JP4984546B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2002042846A (ja) | 燃料電池の冷却/暖機設備 | |
KR101113647B1 (ko) | 연료전지 차량의 밸브 결빙 방지 장치 및 방법 | |
KR20030092387A (ko) | 연료전지 전기 자동차의 스택 보호장치 | |
JP3736446B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2009176467A (ja) | 燃料電池自動車 | |
KR20230071973A (ko) | 고분자 전해질 연료전지의 시동성 및 안전성 향상을 위한 단열용기 | |
JP2007311058A (ja) | 燃料電池システムと燃料電池の冷却方法 | |
JP2007012564A (ja) | 燃料電池の低温起動方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060512 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060518 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061010 |