JP2006302836A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに係り、特に無負荷時または低負荷時にアイドルストップを行う燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system that performs idle stop at no load or low load.
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、水素貯蔵装置や水素発生装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。 In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle has a hydrogen storage device and a hydrogen generator mounted on the vehicle, and hydrogen supplied from the vehicle and oxygen-containing air are sent to the fuel cell to react with each other, and electric energy extracted from the fuel cell is used. It drives the motor connected to the drive wheels, and is the ultimate clean vehicle that only emits water.
このような燃料電池車両においても、内燃機関車両と同様なアイドルストップが考えられる。燃料電池の発電効率が低い低負荷領域あるいは無負荷領域では、燃料電池の発電を一時停止させ、2次電池から所要電力を供給する。そして、燃料電池に発電余力があるときに2次電池へ充電することにより、総合的な燃費効率が向上する。 In such a fuel cell vehicle, an idle stop similar to that of the internal combustion engine vehicle can be considered. In the low load region or no load region where the power generation efficiency of the fuel cell is low, the power generation of the fuel cell is temporarily stopped and the required power is supplied from the secondary battery. Then, when the fuel cell has power generation capacity, charging the secondary battery improves the overall fuel efficiency.
このような燃料電池車両におけるアイドルストップの従来技術としては、特許文献1に記載の技術が知られている。この技術によれば、アイドルストップ状態から発電状態への復帰を迅速に行うために、アイドルストップ中に、間欠的にコンプレッサを駆動して燃料電池のカソードへ空気を供給したり、水素供給系からアノードへ水素を供給して、燃料電池における酸素や水素の残存量を維持していた。
しかしながら上記従来技術によれば、燃料電池のアイドルストップ中に一時的にコンプレッサを駆動て空気供給したり水素供給を行っていたので、例えば、運転者がアクセルペダルを離していたりブレーキ踏込中にも拘わらず、間欠的に音響や振動が強くなり、ユーザに不快感を与えるという問題点があった。 However, according to the above prior art, during the idle stop of the fuel cell, the compressor is temporarily driven to supply air or hydrogen, so that, for example, even when the driver releases the accelerator pedal or the brake is depressed. Regardless, there is a problem in that the sound and vibration are intermittently increased and the user feels uncomfortable.
上記問題点を解決するために本発明は、要求出力が所定値以下となったときに燃料電池の発電を停止させるアイドルストップを行う燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電状態からアイドルストップ状態への移行時に、アイドルストップ中の燃料電池電圧を高める操作を行う制御手段を備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel cell system that performs idle stop for stopping power generation of a fuel cell when a required output becomes a predetermined value or less. The gist is provided with a control means for performing an operation to increase the fuel cell voltage during idling stop at the time of transition.
ここで図11を参照して、燃料電池の電圧値Eと各セル電圧値Vi(i=1,2,3,…,n、n=セル数)と、セル電圧の平均値Vavとの関係は、
E=Σ(Vi)=n×Vav
である。図11の実線はセル電圧のばらつき(分散)が小さい状態を示し、破線はセル電圧のばらつきが大きい場合を示している。例えば固体高分子型燃料電池では、セル電圧のばらつきが小さいほど、平均セル電圧値Vavが高くなる関係にある。固体高分子型燃料電池において、電極触媒が劣化しないセル電圧範囲(例えば、0.9V以下)において、アイドルストップ中の平均セル電圧を高めるためには、セル電圧のばらつきを抑制すればよい。
Referring to FIG. 11, the relationship between the voltage value E of the fuel cell, each cell voltage value Vi (i = 1, 2, 3,..., N, n = number of cells) and the average value Vav of the cell voltages. Is
E = Σ (Vi) = n × Vav
It is. The solid line in FIG. 11 shows a state where the variation (dispersion) of the cell voltage is small, and the broken line shows a case where the variation of the cell voltage is large. For example, in a polymer electrolyte fuel cell, the average cell voltage value Vav increases as the cell voltage variation decreases. In a polymer electrolyte fuel cell, in order to increase the average cell voltage during idle stop in a cell voltage range (for example, 0.9 V or less) in which the electrode catalyst does not deteriorate, variation in cell voltage may be suppressed.
本発明によれば、制御手段の操作によりアイドルストップ中の燃料電池電圧を高めているため、発電再開に要する時間を短縮すると共に、アイドルストップ中に空気補給の頻度が低下し、騒音及び振動を抑制し、ユーザーの不快感を低減することができるという効果がある。 According to the present invention, since the fuel cell voltage during idling stop is increased by operating the control means, the time required for restarting power generation is shortened, and the frequency of air supply during idling stop is reduced, and noise and vibration are reduced. This has the effect of suppressing the user's discomfort.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが、本発明を燃料電池車両に適用した実施例である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, although each Example described below is not specifically limited, it is an Example which applied this invention to the fuel cell vehicle.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の全体構成を示する概略図である。燃料電池システム1は、例えばアノード3とカソード4との間に固体高分子電解質を挟持した燃料電池2、燃料改質装置や水素貯蔵装置等により水素をアノード3に供給する水素供給装置5、水素遮断弁6、水素圧力調整弁7、水素供給配管8、アノード圧力センサ9、水素循環流路10、水素循環ポンプ11、パージ弁12、水素排出配管13、フィルタ14、空気流量計15、空気を圧縮するコンプレッサ16、冷却器17、カソード4からの排気の水分によりカソード4へ供給する空気を加湿する加湿装置18、空気供給配管19、カソード圧力センサ20、空気排出配管21、空気圧力調整弁22、燃料電池2の出力電圧をバッテリ24の電圧に変換するDC/DCコンバータ23、DC/DCコンバータ23から充電されるとともに燃料電池2の出力が不足するとき放電するバッテリ24、バッテリ24の充電状態(SOC)を検出するSOC検出器25、DC/DCコンバータ23及び/又はバッテリ24からの直流を交流に変換するインバータ26、インバータ26の交流で動作する車両駆動用モータ27、燃料電池2の出力電圧を検出する電圧センサ28、燃料電池2の各セル電圧または所定数のセルが直列接続された各セル群の電圧を検出するセル電圧センサ29、燃料電池システム1全体を制御するとともにアイドルストップ中の燃料電池電圧を高める操作を行う制御手段を兼ねるコントローラ(ECU)30を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system 1 includes, for example, a fuel cell 2 in which a solid polymer electrolyte is sandwiched between an
水素供給装置5から供給される水素は、水素圧力調整弁7を経由して、アノード3に供給される。燃料電池2のアノード入口での水素の圧力は、アノード圧力センサ9で測定される。水素圧力調整弁7は、アノード圧力センサ9で測定される圧力が燃料電池2の要求出力に応じた圧力となるようにコントローラ30から制御される。通常はパージ弁12は閉じており、燃料電池2のアノード出口から排出される水素は、水素循環配管10及び水素循環ポンプ11によりアノード3の入口へ循環される。
Hydrogen supplied from the
燃料電池2内に水溢れが発生した場合、水素循環路内に不純物が蓄積した場合、燃料電池2の運転圧を低下させる場合などには、パージ弁12を開けて水素排出配管13から図示しない水素希釈装置等へ水素を排出する。
When water overflow occurs in the fuel cell 2, impurities accumulate in the hydrogen circulation path, or when the operating pressure of the fuel cell 2 is reduced, the
酸化剤ガスとなる空気は、フィルタ14により塵埃・有害化学物質が除去され、コンプレッサ9により圧縮される。コンプレッサ9が圧縮した空気は、冷却器17で冷却されて、加湿装置18へ供給される。加湿装置18は、例えば、高分子中空糸膜を用いた湿度交換装置であり、カソード4の排気が含む水蒸気を冷却器17からの空気に与えることで加湿する。加湿された空気は、空気供給配管19を介してカソード4へ供給される。カソード4の入口での空気圧力はカソード圧力センサ20で測定される。
The air that becomes the oxidant gas removes dust and harmful chemical substances by the
アノード圧力センサ9、空気流量センサ15、カソード圧力センサ20、電圧センサ28、及びセル電圧センサ29は、それぞれコントローラ30の入力端子に接続され、各検出信号をコントローラ30へ入力する。
The anode pressure sensor 9, the
また、水素遮断弁6、水素圧力調整弁7、水素循環ポンプ11、パージ弁12、コンプレッサ16、及び空気圧力調整弁22は、それぞれコントローラ30の出力端子に接続され、コントローラ30が出力する制御信号により制御される。
The hydrogen cutoff valve 6, the hydrogen pressure adjustment valve 7, the hydrogen circulation pump 11, the
コントローラ30は、入力された各センサの信号から燃料電池2の運転状態を判断し、燃料電池システム1全体を制御する。またコントローラ30は、図示しない車両走行制御装置から入力された燃料電池システム1に対する要求負荷に基づいて、燃料電池2のアイドルストップを制御する。
The
また、コントローラ30は、特に限定されないが本実施例では、CPUと、制御プログラムおよび制御マップ等の制御パラメータを予め記憶したROMと、作業用RAMと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
The
また、燃料電池2から取り出す電力は、DC/DCコンバータ23によって制御される。このDC/DCコンバータ23は、例えば入力電圧を昇圧及び降圧できる昇降圧型のDC/DCコンバータであり、燃料電池2が発電した電力をバッテリ24へ充電するとともに、インバータ26を介して車両駆動用モータ27へ供給する。
Further, the electric power extracted from the fuel cell 2 is controlled by the DC /
図2は、実施例1におけるコントローラ30のアイドルストップ制御を説明するフローチャートであり、一定時間毎に実行されるものとする。実施例1は、アイドルストップ直前にカソード4へ供給する空気圧力を高めることにより、アイドルストップ中のカソード酸素分圧を高め、この結果アイドルストップ中の燃料電池電圧を高めることを実現する実施例である。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the idle stop control of the
図2において、まずステップ(以下、ステップをSと略す)10において、アイドルストップ条件の成否を判定をする。S10のアイドルストップ条件判定は、従来の燃料電池システムにおけるアイドルストップ条件を利用してもよいが、本実施例におけるアイドルストップ条件判定の一例は図3(a)を参照して後述される。次いでS20で、アイドルストップ条件フラグの値を判定し、アイドルストップ条件フラグ=1であれば、条件成立としてS21へ進み、アイドルストップ条件フラグ=0であれば、アイドルストップ条件が不成立としてリターンする。 In FIG. 2, first, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 10, it is determined whether or not the idle stop condition is satisfied. The idle stop condition determination in S10 may use the idle stop condition in the conventional fuel cell system. An example of the idle stop condition determination in this embodiment will be described later with reference to FIG. Next, at S20, the value of the idle stop condition flag is determined. If the idle stop condition flag = 1, the condition is established and the process proceeds to S21. If the idle stop condition flag = 0, the idle stop condition is not established and the process returns.
S21では、空気圧力調整弁22の開度を減少してカソード空気圧力を増加させる。このとき、カソード圧力センサ20とアノード圧力センサ9が検出するそれぞれの圧力の差がアノード・カソード間の耐圧以下、或いはカソード圧力と図示しない燃料電池2内冷却水路圧力との差がカソード・冷却水路間耐圧以下となる範囲で空気圧力調整弁22を制御する。次いで、S30へ進みアイドルストップを実行する。S30の詳細は、図3(b)を参照して後述される。
In S21, the opening degree of the air
図3(a)は、アイドルストップ条件判定サブルーチンの一例を説明するフローチャートである。アイドルストップ条件判定が開始されると、まずS11で燃料電池システムに対する要求出力Prq〔W〕が検出または算出される。燃料電池車両の場合、例えば、車速とアクセルペダルの操作量(要求トルク)から要求出力Prqを算出する。次いでS12でSOC検出器25からバッテリ24のSOCを読み込み、S13でSOCに基づいて制御テーブルと参照してバッテリ24から取り出し可能な出力Pbt〔W〕を算出する。SOC検出器25は、例えばバッテリ24の最大容量に対する充電量の比率として、SOC〔%〕を検出するものとする。バッテリ24の取出可能出力Pbtは、使用するバッテリの特性によって限定されるが、例えば、SOCが30〔%〕を超えていれば、最大取り出し可能電力とし、それ以下であれば、SOCの低下量に応じて減じることが好ましい。
FIG. 3A is a flowchart for explaining an example of the idle stop condition determination subroutine. When the idle stop condition determination is started, first, the required output Prq [W] for the fuel cell system is detected or calculated in S11. In the case of a fuel cell vehicle, for example, the required output Prq is calculated from the vehicle speed and the accelerator pedal operation amount (required torque). Next, the SOC of the
次いで、S14で要求出力Prqが所定値P1未満であるか否かを判定する。要求出力がP1未満であれば、S15で要求出力Prqがバッテリ取出可能出力Pbtより小さいか否かを判定する。PrqがPbtより小さければ、燃料電池システム1をアイドルストップしてもバッテリ24から必要な出力を取り出せるので、S16へ進み、アイドルストップ条件フラグを“1”にセットして、リターンする。
Next, in S14, it is determined whether or not the required output Prq is less than a predetermined value P1. If the requested output is less than P1, it is determined in S15 whether the requested output Prq is less than the battery extractable output Pbt. If Prq is smaller than Pbt, the required output can be taken out from the
S14、またはS15の判定が否であれば、S17へ進み、アイドルストップ条件フラグを“0”にリセットして、リターンする。 If the determination in S14 or S15 is negative, the process proceeds to S17, the idle stop condition flag is reset to “0”, and the process returns.
図3(b)は、アイドルストップ実行サブルーチンの一例を説明するフローチャートである。アイドルストップ実行が開始されると、まずS31で水素圧力調整弁7を閉じてアノード3への新規水素供給を停止するとともに、パージ弁12が開いていれば閉じる。S32でコンプレッサ16を停止してカソード4へ空気供給を停止するとともに、空気圧力調整弁22を閉じる。次いで、S33でDC/DCコンバータ23による電力取り出しを停止し、S34で水素循環ポンプ11を停止させる。次いでS35で、図1には図示されない冷却水ポンプ及びラジエータファンを停止する。
FIG. 3B is a flowchart for explaining an example of the idle stop execution subroutine. When the idle stop execution is started, first, the hydrogen pressure adjustment valve 7 is closed in S31 to stop the new hydrogen supply to the
図4は実施例1の効果説明図であり、(a)は燃料電池電圧の時間変化、(b)はカソード空気圧力の時間変化をそれぞれ示す。また(a)、(b)いずれの図においても従来例を実線で、本実施例を破線で示す。時刻101はアイドルストップ開始時刻であり、時刻102はアイドルストップ終了時刻である。従来例ではアイドルストップ前(時刻101以前)のカソード空気圧力が132であり、アイドルストップ中(時刻101から時刻102)に114のように空気圧力が低下する。本実施例では、113に示すようにアイドルストップ直前(時刻101)に、カソードの空気圧力を132から上昇させているので、アイドルストップ中(時刻101から時刻102)のカソード空気圧力は、従来例114に比べて高い値を維持することができる。これに対応して、(a)に示す燃料電池電圧も従来例112に対して、実施例111は高い値を維持することができる。
4A and 4B are diagrams for explaining the effect of the first embodiment. FIG. 4A shows the change over time in the fuel cell voltage, and FIG. 4B shows the change over time in the cathode air pressure. In both the diagrams (a) and (b), the conventional example is indicated by a solid line, and the present embodiment is indicated by a broken line.
アイドルストップ終了時刻102にコンプレッサの駆動を再開し、カソードへ空気供給を再開するとともに、アノードへ水素供給を開始すると、燃料電池電圧の実施例111は、時刻103にアイドルストップ前(時刻101以前)の電圧131に回復する。このとき、水素供給は水素圧力調整弁7の開度を調整することにより行われるが、空気供給はコンプレッサ16の仕事量により空気が供給されるので、ガス供給の速度は、水素の方が速く燃料電池電圧の立ち上がり速度に対しては、空気供給速度が支配的となる。従来例112の電圧が131に回復するのは、時刻104となり、実施例より遅くなる。
When the compressor is restarted at the idle
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例2を説明する。実施例2の構成は、図1に示した実施例1の構成と同様である。実施例2は、アイドルストップ直前(時刻101)にカソードへ供給する空気流量を高める操作を行うことにより、アイドルストップ中(時刻101から時刻102)のセル電圧のばらつきを抑制し、この結果アイドルストップ中の燃料電池電圧を高める実施例である。
Next, a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described. The configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. In the second embodiment, the operation of increasing the flow rate of air supplied to the cathode immediately before the idle stop (time 101) suppresses the cell voltage variation during the idle stop (
図5は、実施例2におけるコントローラ30のアイドルストップ制御を説明するフローチャートであり、一定時間毎に実行されるものとする。まず、S10において、アイドルストップ条件の成否を判定をする。S10のアイドルストップ条件判定の一例は、図3(a)の実施例1と同様である。次いでS20で、アイドルストップ条件フラグの値を判定し、アイドルストップ条件フラグ=1であれば、条件成立としてS41へ進み、アイドルストップ条件フラグ=0であれば、アイドルストップ条件が不成立としてリターンする。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the idle stop control of the
S41では、コンプレッサ16の回転数を増大してカソード空気流量を増加させる。このとき、カソード圧力センサ20とアノード圧力センサ9が検出するそれぞれの圧力の差がアノード・カソード間の耐圧以下、或いはカソード圧力と図示しない燃料電池2内冷却水路圧力との差がカソード・冷却水路間耐圧以下となる範囲で空気圧力調整弁22を制御する。次いで、S30へ進みアイドルストップを実行し、リターンする。
In S41, the rotation speed of the
尚、図5のS10におけるアイドルストップ条件の判定、S30におけるアイドルストップの実行の詳細は、図3(a)、(b)に示した実施例1と同様である。 The details of the determination of the idle stop condition in S10 of FIG. 5 and the execution of the idle stop in S30 are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
図6は、実施例2の効果説明図であり、(a)は燃料電池電圧の時間変化、(b)はカソード空気流量の時間変化をそれぞれ示す。また(a)、(b)いずれの図においても従来例を実線で、本実施例を破線で示す。時刻101はアイドルストップ開始時刻であり、時刻102はアイドルストップ終了時刻である。従来例のカソード空気流量118はアイドルストップ前(時刻101以前)の空気流量が132であり、アイドルストップ中(時刻101から時刻102)にコンプレッサの回転モーメントと抵抗により118のように空気流量が低下する。本実施例では、アイドルストップ直前(時刻101)に、コンプレッサの回転数を増大させてカソードの空気流量117を132から増加させているので、セル内の空気流動を妨げる水滴等が少なくなりアイドルストップ中(時刻101から時刻102)のセル電圧のばらつきは小さくなる。このため、図11で説明したように平均セル電圧も従来例より上昇する。このため実施例のアイドルストップ中(時刻101から時刻102)の燃料電池電圧115は、従来例の燃料電池電圧116より高い値が維持される。
FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the effect of the second embodiment. FIG. 6A shows the change over time in the fuel cell voltage, and FIG. 6B shows the change over time in the cathode air flow rate. In both the diagrams (a) and (b), the conventional example is indicated by a solid line, and the present embodiment is indicated by a broken line.
アイドルストップ終了時刻102にコンプレッサの駆動を再開し、カソードへ空気供給を再開するとともにアノードへ水素供給を開始と、燃料電池電圧の実施例115は、時刻105にアイドルストップ前(時刻101以前)の電圧131に回復するが、従来例116の電圧が131に回復するのは、時刻104となり、実施例より遅くなる。
When the compressor driving is restarted at the idle
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例3を説明する。実施例3の構成は、図1に示した実施例1の構成と同様である。実施例3は、アイドルストップ直前(時刻101)にアノード圧力を低下させる操作を行うことにより、アイドルストップ中にアノードからカソードへリークする水素量を低減し、このリークした水素がカソード空気中の酸素と反応してカソード酸素分圧を低下させることを抑制し、この結果アイドルストップ中の燃料電池電圧を高める実施例である。 Next, a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described. The configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. In Example 3, the amount of hydrogen leaking from the anode to the cathode during the idle stop is reduced by performing an operation for reducing the anode pressure immediately before the idle stop (time 101), and this leaked hydrogen is reduced to oxygen in the cathode air. This is an example in which the reduction of the cathode oxygen partial pressure due to the reaction is suppressed, and as a result, the fuel cell voltage during idle stop is increased.
図7は、実施例3におけるコントローラ30のアイドルストップ制御を説明するフローチャートであり、一定時間毎に実行されるものとする。まず、S10において、アイドルストップ条件の成否を判定をする。S10のアイドルストップ条件判定の一例は、図3(a)の実施例1と同様である。次いでS20で、アイドルストップ条件フラグの値を判定し、アイドルストップ条件フラグ=1であれば、条件成立としてS51へ進み、アイドルストップ条件フラグ=0であれば、アイドルストップ条件が不成立としてリターンする。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the idle stop control of the
S51では、水素圧力調整弁7を閉じて燃料電池2から電力取出することにより、アノード水素圧力を低下させる。このとき、カソード圧力センサ20とアノード圧力センサ9が検出するそれぞれの圧力の差がアノード・カソード間の耐圧以下、或いはアノード圧力と図示しない燃料電池2内冷却水路圧力との差がアノード・冷却水路間耐圧以下となる範囲で水素圧力調整弁7を制御する。次いで、S30へ進みアイドルストップを実行し、リターンする。
In S51, the hydrogen pressure regulating valve 7 is closed and electric power is taken out from the fuel cell 2, thereby reducing the anode hydrogen pressure. At this time, the difference between the pressures detected by the
尚、図7のS10におけるアイドルストップ条件の判定、S30におけるアイドルストップの実行の詳細は、図3(a)、(b)に示した実施例1と同様である。 The details of the determination of the idle stop condition in S10 of FIG. 7 and the execution of the idle stop in S30 are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
図8は、実施例3の効果説明図であり、(a)は燃料電池電圧の時間変化、(b)はアノード圧力の時間変化をそれぞれ示す。また(a)、(b)いずれの図においても従来例を実線で、本実施例を破線で示す。時刻101はアイドルストップ開始時刻であり、時刻102はアイドルストップ終了時刻である。従来例ではアイドルストップ前のアノード水素圧力が132であり、アイドルストップ後に122のように水素圧力が低下する。本実施例では、アイドルストップ直前に、水素圧力調整弁7を閉じ、燃料電池2から電力を取り出すことにより、アノード水素圧力を132から低下させている。このため、アイドルストップ後のアノード水素圧力も実施例121では従来例122より低くなり、アイドルストップ後のアノードからカソードへの水素のリークも少なくなる。この結果、アイドルストップ中のカソード酸素分圧の低下が従来例より実施例が少なくなり、図8(a)に示す燃料電池電圧の低下も実施例119は従来例120より少なくなる。
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the effect of the third embodiment, where FIG. 8A shows the change over time in the fuel cell voltage, and FIG. 8B shows the change over time in the anode pressure. In both the diagrams (a) and (b), the conventional example is indicated by a solid line, and the present embodiment is indicated by a broken line.
アイドルストップ終了時刻102にコンプレッサの駆動を再開し、カソードへ空気供給を再開するとともにアノードへ水素供給を開始すると、実施例の燃料電池電圧119は、時刻106にアイドルストップ前の電圧131に回復するが、従来例の燃料電池電圧120が131に回復するのは、時刻104となり、実施例より遅くなる。
When the driving of the compressor is resumed at the idle
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例4を説明する。実施例4の構成は、図1に示した実施例1の構成と同様である。実施例4は、実施例1と実施例3とを組み合わせた実施例である。即ち実施例4は、アイドルストップ直前にカソード4へ供給する空気圧力を高めることにより、アイドルストップ中のカソード酸素分圧を高め、この結果アイドルストップ中の燃料電池電圧を高めることを実現するとともに、アイドルストップ直前にアノード圧力を低下させる操作を行うことにより、アイドルストップ中にアノードからカソードへリークする水素量を低減し、このリークした水素がカソード空気中の酸素と反応してカソード酸素分圧を低下させることを抑制し、この結果アイドルストップ中の燃料電池電圧を高める実施例である。
Next, a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described. The configuration of the fourth embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. Example 4 is an example in which Example 1 and Example 3 are combined. That is, in Example 4, by increasing the air pressure supplied to the
図9は、実施例4におけるコントローラ30のアイドルストップ制御を説明するフローチャートであり、一定時間毎に実行されるものとする。まず、S10において、アイドルストップ条件の成否を判定をする。S10のアイドルストップ条件判定の一例は、図3(a)の実施例1と同様である。次いでS20で、アイドルストップ条件フラグの値を判定し、アイドルストップ条件フラグ=1であれば、条件成立としてS61へ進み、アイドルストップ条件フラグ=0であれば、アイドルストップ条件が不成立としてリターンする。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the idle stop control of the
S61では、水素圧力調整弁7を閉じて燃料電池2から電力取出することにより、アノード水素圧力を低下させる。またS61では、空気圧力調整弁22の開度を減少してカソード空気圧力を増加させる。このとき、カソード圧力センサ20とアノード圧力センサ9が検出するそれぞれの圧力の差がアノード・カソード間の耐圧以下、或いはアノード圧力またはカソード圧力と図示しない燃料電池2内冷却水路圧力との差がガス流路・冷却水路間耐圧以下となる範囲で水素圧力調整弁7及び空気圧力調整弁22を制御する。次いで、S30へ進みアイドルストップを実行し、リターンする。
In S61, the hydrogen pressure regulating valve 7 is closed and electric power is taken out from the fuel cell 2, thereby reducing the anode hydrogen pressure. In S61, the opening of the air
尚、図9のS10におけるアイドルストップ条件の判定、S30におけるアイドルストップの実行の詳細は、図3(a)、(b)に示した実施例1と同様である。 The details of the determination of the idle stop condition in S10 of FIG. 9 and the execution of the idle stop in S30 are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
図10は、実施例4の効果説明図であり、(a)は燃料電池電圧、(b)はカソード空気圧力、(c)はアノード水素圧力のそれぞれの時間変化を示す。また(a)〜(c)いずれの図においても従来例を実線で、本実施例を破線で示す。時刻101はアイドルストップ開始時刻であり、時刻102はアイドルストップ終了時刻である。従来例ではアイドルストップ前のアノード水素圧力、カソード空気圧力が132であり、アイドルストップ後に126,128のように空気、水素圧力が低下する。
FIG. 10 is a graph for explaining the effect of Example 4, wherein (a) shows the fuel cell voltage, (b) shows the cathode air pressure, and (c) shows the changes over time in the anode hydrogen pressure. In any of the drawings (a) to (c), the conventional example is indicated by a solid line, and the present embodiment is indicated by a broken line.
本実施例のカソード空気圧力125は、図10(b)に示すようにアイドルストップ直前に132から上昇させているので、アイドルストップ後のカソード空気圧力は、従来例126に比べて高い値を維持することができる。
As shown in FIG. 10B, the
また、本実施例では、アイドルストップ直前に、水素圧力調整弁7を閉じ、燃料電池2から電力を取り出すことにより、アノード水素圧力を132から低下させている。このため、アイドルストップ後のアノード水素圧力も実施例127では従来例128より低くなり、アイドルストップ後のアノードからカソードへの水素のリークも少なくなる。この結果、アイドルストップ中のカソード酸素分圧の低下が従来例より実施例が少なくなり、図8(a)に示す燃料電池電圧の低下も実施例119は従来例120より少なくなる。
In this embodiment, the anode hydrogen pressure is reduced from 132 by closing the hydrogen pressure adjusting valve 7 and taking out electric power from the fuel cell 2 immediately before the idling stop. For this reason, the anode hydrogen pressure after the idle stop is also lower in the
アイドルストップ終了時刻102にコンプレッサの駆動を再開し、カソードへ空気供給を再開するとともにアノードへ水素供給を開始すると、実施例の燃料電池電圧123は、時刻107にアイドルストップ前の電圧131に回復するが、従来例の燃料電池電圧124が131に回復するのは、時刻104となり、実施例より遅くなる。
When the compressor is restarted at the idle
尚、実施例4では、実施例1と実施例3とを組み合わせた実施例を説明したが、これに限らず、実施例1〜3の任意の組み合わせを実現することができる。 In the fourth embodiment, the first embodiment and the third embodiment are combined. However, the present invention is not limited to this, and any combination of the first to third embodiments can be realized.
1:燃料電池システム
2:燃料電池
3:アノード
4:カソード
5:水素供給装置
7:水素圧力調整弁
8:水素供給配管
9:アノード圧力センサ
10:水素循環配管
11:水素循環ポンプ
12:パージ弁
13:水素排出配管
14:フィルタ
15:空気流量センサ
16:コンプレッサ
17:冷却器
18:加湿装置
19:空気供給配管
20:カソード圧力センサ
21:空気排出配管
22:空気圧力調整弁
23:DC/DCコンバータ
24:バッテリ
25:SOC検出器
26:インバータ
27:車両駆動用モータ
28:電圧センサ
29:セル電圧センサ
30:コントローラ
1: Fuel cell system 2: Fuel cell 3: Anode 4: Cathode 5: Hydrogen supply device 7: Hydrogen pressure adjustment valve 8: Hydrogen supply pipe 9: Anode pressure sensor 10: Hydrogen circulation pipe 11: Hydrogen circulation pump 12: Purge valve 13: Hydrogen discharge pipe 14: Filter 15: Air flow sensor 16: Compressor 17: Cooler 18: Humidifier 19: Air supply pipe 20: Cathode pressure sensor 21: Air discharge pipe 22: Air pressure adjustment valve 23: DC / DC Converter 24: Battery 25: SOC detector 26: Inverter 27: Vehicle drive motor 28: Voltage sensor 29: Cell voltage sensor 30: Controller
Claims (10)
燃料電池の発電状態からアイドルストップ状態への移行時に、アイドルストップ中の燃料電池電圧を高める操作を行う制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 In the fuel cell system that performs idle stop to stop the power generation of the fuel cell when the required output becomes a predetermined value or less,
A fuel cell system comprising control means for performing an operation of increasing a fuel cell voltage during idle stop when the fuel cell shifts from a power generation state to an idle stop state.
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