JP2006331863A - 燃料電池システムおよび制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池に反応ガスを供給し、該燃料電池に接続される要求負荷に応じて発電を行なう燃料電池システムであって、前記燃料電池に供給する前記反応ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、前記圧力調整手段を用いて前記反応ガスの圧力を、前記要求負荷に対応する発電に必要な分圧として予め設定された要求分圧に制御する圧力制御手段と、前記要求分圧が所定値より低い場合に、前記圧力調整手段を用いて前記反応ガスの圧力を当該要求分圧よりも高い圧力に制御する高圧力制御手段とを備える燃料電池システムとする。
【選択図】 図3
Description
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
A−2.水素偏在の低減の概念:
A−3.低負荷時の高圧力処理:
B.第2実施例:
B−1.起動時の高圧力処理:
C.変形例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池システム100の全体構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システム100は、図示するように、車両90に搭載されており、反応ガスである水素ガスと酸素ガスとの供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池10、水素ガスを貯蔵する水素タンク20、燃料電池10に酸素ガスを含む空気を供給するブロワ30、燃料電池10によって発電された電気により充電される二次電池40、燃料電池10によって発電された電力によって車軸55を駆動するモータ50、車両90や燃料電池システム100を全般的に制御する制御コンピュータ400等を備えている。
燃料電池は、その運転により発生する水分や、供給される空気中の窒素などが、電解質膜を介して漏れ出すことがあり、例えば、セル面内のアノード側では水素ガスと共に不純物が混在した状態となることがある。こうした不純物の中でも窒素は重いため、セル面内の特定の場所に集まり易く、セル面内全体では水素ガスが存在する場所と、不足する場所とが生じている。特に、通常の発電運転時に比べ、運転の起動時や負荷が低い場合にはセル面内を流れる水素ガスの流量が低下し、こうした水素の偏在が生じ易い。
図3は、上述した制御コンピュータ400がROMに記録されたプログラムに基づき実行する高圧力処理のフローチャートである。この処理は、燃料電池10内の水素ガスの偏在を低減する処理であり、燃料電池10に接続される負荷が低い場合に実行される処理である。したがって、この処理が実行される前提として、開閉弁200は開弁され、水素タンク20からの所定圧力の水素ガスと、ブロワ30からの空気が共に燃料電池10に供給されているものとする。
B−1.起動時の高圧力処理:
第1実施例の高圧力処理では、低負荷時に処理を実行するものとしたが、第2実施例では燃料電池による発電開始前の準備処理として高圧力処理を行なう。なお、第2実施例におけるハード構成は、第1実施例と同様であるため説明を省略する。
本実施例では、高圧力処理により水素ガスの偏在を低減するものとしたが、循環ポンプなど、循環量を制御可能な循環装置を備えたシステムであれば、高圧力処理と共に、水素ガスの循環量を増加する制御を行なうものとしても良い。こうすることで、圧力による偏在の低減に加えて、水素ガスの循環による偏在の低減を行なうことができ効果的となる。
20...水素タンク
24...水素供給流路
26...アノードオフガス流路
28...水素循環流路
30...ブロワ
34...空気供給流路
36...カソードオフガス流路
40...二次電池
50...モータ
55...車軸
60...気液分離器
70...循環装置
90...車両
100...燃料電池システム
110...電圧計
120...電流計
131,132...スイッチ
200...開閉弁
210...調圧弁
220...可変調圧弁
240...パージ弁
310,330,340,350...圧力センサ
400...制御コンピュータ
Claims (6)
- 燃料電池に反応ガスを供給し、該燃料電池に接続される要求負荷に応じて発電を行なう燃料電池システムであって、
前記燃料電池に供給する前記反応ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、
前記圧力調整手段を用いて前記反応ガスの圧力を、前記要求負荷に対応する発電に必要な分圧として予め設定された要求分圧に制御する圧力制御手段と、
前記要求分圧が所定値より低い場合に、前記圧力調整手段を用いて前記反応ガスの圧力を当該要求分圧よりも高い圧力に制御する高圧力制御手段と
を備える燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記要求分圧が所定値より低い場合とは、前記燃料電池の起動時である燃料電池システム。 - 請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、更に、
前記燃料電池内を流れた前記反応ガスとしての水素ガスを、再度該燃料電池に還流させる循環手段と、
前記要求分圧が所定値より低い場合における該要求分圧よりも高い圧力への制御と共に、前記循環手段による前記水素ガスの循環を行なう循環制御手段と
を備える燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、更に、
前記燃料電池内を流れた前記反応ガスとしての水素ガスを、再度該燃料電池に還流させる循環ポンプを備え、
前記高圧力制御手段は、前記循環ポンプによる最低循環量よりも、前記燃料電池における適切な発電に必要な循環量が少ない場合に、前記循環ポンプの駆動に代えて、前記反応ガスの圧力を前記要求分圧よりも高い圧力に制御する
燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、更に、
前記燃料電池内を流れた前記反応ガスとしての水素ガスを、再度該燃料電池に還流させるエジェクタを備え、
前記高圧力制御手段は、前記エジェクタによる循環量よりも、前記燃料電池における適切な発電に必要な循環量が多い場合に、前記反応ガスの圧力を前記要求分圧よりも高い圧力に制御する
燃料電池システム。 - 燃料電池に反応ガスを供給し、該燃料電池に接続される要求負荷に応じて発電を行なう燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池に供給する前記反応ガスの圧力を、前記要求負荷に対応する発電に必要な分圧として予め設定された要求分圧に制御しつつ、
前記要求分圧が所定値より低い場合には、前記反応ガスの圧力を当該要求分圧よりも高い圧力に制御する
燃料電池システムの制御方法。
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