JP2008021611A - Voltage measuring system and method of fuel cell - Google Patents

Voltage measuring system and method of fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2008021611A
JP2008021611A JP2006194399A JP2006194399A JP2008021611A JP 2008021611 A JP2008021611 A JP 2008021611A JP 2006194399 A JP2006194399 A JP 2006194399A JP 2006194399 A JP2006194399 A JP 2006194399A JP 2008021611 A JP2008021611 A JP 2008021611A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
group
lowest
unit
cell
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
Application number
JP2006194399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichiro Ueda
健一郎 上田
Junji Uehara
順司 上原
Hirotsugu Matsumoto
裕嗣 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2006194399A priority Critical patent/JP2008021611A/en
Publication of JP2008021611A publication Critical patent/JP2008021611A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily, surely calculate a value closely approximated to the actual lowest unit cell voltage, appropriately control the whole fuel cell, and enhance reliability and durability. <P>SOLUTION: A voltage measuring system includes a fuel cell 14 formed by electrically connecting a plurality of unit cells 12a-12j in series; a first cell monitor 18a to a fifth cell monitor 18e for dividing the fuel cell 14 into 5 groups 16a-16e containing two unit cells and measuring group voltage of the divided groups 16a-16e; an average unit cell voltage calculating device 22 for calculating average unit cell voltage by dividing the total voltage of the whole fuel cells by the total number of unit cells; a lowest group voltage detecting device 24 for detecting the lowest group voltage among the group voltages of the groups 16a-16e; and a lowest unit cell voltage decision device 26 for calculating the lowest unit cell voltage from the lowest cell voltage obtained by subtracting the average unit cell voltage from the lowest group voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の単位セルが電気的に直列に接続される燃料電池において、最低単位セル電圧を検出するための燃料電池の電圧測定システム及び電圧測定方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell voltage measurement system and a voltage measurement method for detecting a minimum unit cell voltage in a fuel cell in which a plurality of unit cells are electrically connected in series.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備え、複数の前記単位セルが電気的に直列に積層されることにより、スタック化された燃料電池(燃料電池スタックともいう)が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane includes a unit cell sandwiched between separators, and a plurality of the unit cells are electrically stacked in series. Thus, a stacked fuel cell (also referred to as a fuel cell stack) is configured.

ところで、この種の燃料電池では、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。いずれかの単位セルの発電性能が低下すると、この単位セルの電圧(最低単位セル電圧)に基づいた制御が必要になるからである。このため、通常、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置(セル電圧モニタ)に接続して、発電時の各単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。   By the way, in this type of fuel cell, it is necessary to detect whether each unit cell has a desired power generation performance. This is because if the power generation performance of any unit cell is reduced, control based on the voltage of the unit cell (minimum unit cell voltage) is required. For this reason, usually, an operation of detecting a cell voltage for each unit cell during power generation by connecting a cell voltage terminal provided in the separator to a voltage detection device (cell voltage monitor) is performed.

しかしながら、例えば、車載用として使用される燃料電池では、数十〜数百の単位セルを積層しており、全ての単位セル毎にセル電圧を検出することは、現実的ではない。そこで、特許文献1に開示されている燃料電池の性能監視方法及び装置が知られている。   However, for example, in a fuel cell used for in-vehicle use, several tens to several hundreds of unit cells are stacked, and it is not realistic to detect a cell voltage for every unit cell. Therefore, a fuel cell performance monitoring method and apparatus disclosed in Patent Document 1 are known.

この特許文献1では、図7に示すように、20個の燃料電池1a〜1tが電気的に直列に接続されたスタック2を備えるとともに、それぞれ5つの燃料電池1a〜1e、1f〜1j、1k〜1o及び1p〜1tで構成される4つの群1〜群4に分割されている。各群1〜群4の出力電圧を測定するために、それぞれ独立した電圧測定ユニットV1〜V4を設けている。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 7, a stack 2 in which 20 fuel cells 1a to 1t are electrically connected in series is provided, and five fuel cells 1a to 1e, 1f to 1j, and 1k are respectively provided. It is divided into four groups 1 to 4 composed of ˜1o and 1p to 1t. In order to measure the output voltage of each group 1 to group 4, independent voltage measurement units V1 to V4 are provided.

電圧測定ユニットV1は、群1を構成する5つの直列接続された燃料電池1a〜1eから発生される電圧を測定し、電圧測定ユニットV2は、群2を構成する燃料電池1f〜1jによって発生される電圧を測定し、電圧測定ユニットV3は、群3を構成する燃料電池1k〜1oによって発生される電圧を測定し、さらに、電圧測定ユニットV4は、群4を構成する燃料電池1p〜1tによって発生される電圧を測定している。   The voltage measuring unit V1 measures the voltage generated from the five series-connected fuel cells 1a to 1e constituting the group 1, and the voltage measuring unit V2 is generated by the fuel cells 1f to 1j constituting the group 2. The voltage measuring unit V3 measures the voltage generated by the fuel cells 1k to 1o constituting the group 3, and the voltage measuring unit V4 is determined by the fuel cells 1p to 1t constituting the group 4. The voltage that is generated is measured.

上記のスタック2では、例えば、前記スタック2内の燃料電池1a〜1tの合計電圧(すなわち、群1〜群4の電圧の和)を、群の数で除算した結果を群基準電圧として使用している。   In the stack 2 described above, for example, a result obtained by dividing the total voltage of the fuel cells 1a to 1t in the stack 2 (that is, the sum of the voltages of the groups 1 to 4) by the number of groups is used as the group reference voltage. ing.

次いで、電圧測定ユニットV1で得られる燃料電池1a〜1eの電圧が群基準電圧と比較され、さらに、電圧測定ユニットV2、V3及びV4の順に、これらで検出される各電圧が群基準電圧と比較されている。   Next, the voltages of the fuel cells 1a to 1e obtained by the voltage measurement unit V1 are compared with the group reference voltage. Further, in the order of the voltage measurement units V2, V3 and V4, the voltages detected by these are compared with the group reference voltage. Has been.

特表平5−502973号公報(図1)Japanese Patent Publication No. 5-502973 (Fig. 1)

しかしながら、上記の特許文献1では、群基準電圧との比較によって、例えば、群2の電圧低下が検出されても、燃料電池1f〜1kの最低単位セル電圧を正確に算出することができないという問題がある。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, even if, for example, a voltage drop in the group 2 is detected by comparison with the group reference voltage, the minimum unit cell voltage of the fuel cells 1f to 1k cannot be accurately calculated. There is.

具体的に、燃料電池1fのセル電圧が0.2Vであり、その他の燃料電池1g〜1jのセル電圧が0.6Vである場合、スタック2全体の保護制御を行うために設定される最低単位セル電圧は、正規化された単位セル電圧であって、(0.2V+0.6V×4)/5=0.52Vとなる。   Specifically, when the cell voltage of the fuel cell 1f is 0.2V and the cell voltages of the other fuel cells 1g to 1j are 0.6V, the minimum unit set for performing protection control of the entire stack 2 The cell voltage is a normalized unit cell voltage, and is (0.2V + 0.6V × 4) /5=0.52V.

従って、実際の最低単位セル電圧(0.2V)に近い値を設定することができず、実際の最低単位セル電圧に基づいた適正な制御が遂行されないという問題がある。これにより、スタック全体は、実際の最低単位セル電圧よりも高圧側で制御されてしまい、燃料電池1fを保護することができないというおそれがある。   Accordingly, there is a problem that a value close to the actual minimum unit cell voltage (0.2V) cannot be set, and proper control based on the actual minimum unit cell voltage is not performed. As a result, the entire stack is controlled on the higher voltage side than the actual minimum unit cell voltage, and the fuel cell 1f may not be protected.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、実際の最低単位セル電圧に近似した値を容易且つ確実に算出することができ、燃料電池全体の適正な制御が良好に遂行され、信頼性及び耐久性を向上させることが可能な燃料電池の電圧測定システム及び電圧測定方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can easily and reliably calculate a value approximating the actual minimum unit cell voltage, so that proper control of the entire fuel cell can be performed satisfactorily, and reliability It is another object of the present invention to provide a voltage measuring system and a voltage measuring method for a fuel cell capable of improving durability.

本発明は、複数の単位セルが電気的に直列に接続される燃料電池と、前記燃料電池を、2以上の前記単位セルを含む少なくとも2つの群に分割し、分割された各群毎の電圧である群電圧を測定する群電圧測定装置と、前記燃料電池全体の総電圧を前記単位セルの総数で除算することにより、平均単位セル電圧を算出する平均単位セル電圧算出装置と、前記各群の群電圧の中、最低群電圧を検出する最低群電圧検出装置と、最低群電圧−平均単位セル電圧×(群の単位セル数−1)=最低単位セル電圧から前記最低単位セル電圧を算出する最低単位セル電圧決定装置とを備えている。   The present invention divides a fuel cell in which a plurality of unit cells are electrically connected in series, and the fuel cell into at least two groups including two or more unit cells, and the divided voltages for each group A group voltage measuring device that measures the group voltage, an average unit cell voltage calculating device that calculates an average unit cell voltage by dividing the total voltage of the entire fuel cell by the total number of unit cells, and each of the groups The lowest group cell voltage is calculated from the lowest group voltage detection device for detecting the lowest group voltage and the lowest group voltage-average unit cell voltage × (number of unit cells in group-1) = lowest unit cell voltage. A minimum unit cell voltage determining device.

また、群は、2つの単位セルを含むことが好ましい。最低単位セル電圧決定装置の演算処理が一挙に簡素化されるからである。   The group preferably includes two unit cells. This is because the arithmetic processing of the lowest unit cell voltage determination device is simplified at once.

さらに、本発明は、複数の単位セルが電気的に直列に接続される燃料電池を、2以上の前記単位セルを含む少なくとも2つの群に分割し、分割された各群毎の電圧である群電圧を測定する工程と、前記燃料電池全体の総電圧を前記単位セルの総数で除算することにより、平均単位セル電圧を算出する工程と、前記各群の群電圧の中、最低群電圧を検出する工程と、最低群電圧−平均単位セル電圧×(群の単位セル数−1)=最低単位セル電圧から前記最低単位セル電圧を算出する工程とを有している。   Further, according to the present invention, a fuel cell in which a plurality of unit cells are electrically connected in series is divided into at least two groups including two or more unit cells, and a group is a voltage for each divided group. A step of measuring a voltage; a step of calculating an average unit cell voltage by dividing the total voltage of the entire fuel cell by the total number of unit cells; and detecting the lowest group voltage among the group voltages of each group And a step of calculating the lowest unit cell voltage from the lowest group voltage−average unit cell voltage × (number of unit cells in group−1) = lowest unit cell voltage.

本発明では、最低群電圧、平均単位セル電圧及び群の単位セル数に基づいて、最低単位セル電圧が算出されるため、実際の最低単位セル電圧に近似した値を容易且つ確実に算出することができる。これにより、燃料電池全体の適正な制御が良好に遂行され、出力制御等の保護動作が確実に行われて信頼性及び耐久性を向上させることが可能になる。   In the present invention, since the lowest unit cell voltage is calculated based on the lowest group voltage, the average unit cell voltage, and the number of unit cells in the group, it is possible to easily and reliably calculate a value that approximates the actual lowest unit cell voltage. Can do. As a result, proper control of the entire fuel cell can be satisfactorily performed, and a protective operation such as output control can be reliably performed to improve reliability and durability.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る電圧測定システム10の概略構成説明図であり、図2は、前記電圧測定システム10の要部概略説明図である。   FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of a voltage measurement system 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic main part explanatory diagram of the voltage measurement system 10.

図2に示すように、電圧測定システム10は、複数、例えば、10個の単位セル12a〜12jが電気的に直列に接続される燃料電池14を備える。なお、実際上、車載型燃料電池では、数十〜数百の単位セルが電気的に直列に接続されているが、説明の簡素化を図るため、便宜的に10個の単位セル12a〜12jを有する燃料電池14を採用する。   As shown in FIG. 2, the voltage measurement system 10 includes a fuel cell 14 in which a plurality of, for example, ten unit cells 12 a to 12 j are electrically connected in series. In practice, in the in-vehicle fuel cell, several tens to several hundreds of unit cells are electrically connected in series. However, for the sake of simplicity of explanation, ten unit cells 12a to 12j are used for convenience. A fuel cell 14 having the following is adopted.

燃料電池14は、それぞれ2以上、例えば、2つの単位セル12aと12b、12cと12d、12eと12f、12gと12h及び12iと12jを含む少なくとも2つ、例えば、5つの群16a〜16eに分割される。燃料電池14には、分割された各群16a〜16e毎の電圧である群電圧(Vass)を測定するための第1セル電圧モニタ(群電圧測定装置)18a〜第5セル電圧モニタ(群電圧測定装置)18eが接続される。   The fuel cell 14 is divided into at least two, for example, five groups 16a to 16e each including two or more unit cells 12a and 12b, 12c and 12d, 12e and 12f, 12g and 12h, and 12i and 12j. Is done. The fuel cell 14 includes a first cell voltage monitor (group voltage measuring device) 18a to a fifth cell voltage monitor (group voltage) for measuring a group voltage (Vass) that is a voltage for each of the divided groups 16a to 16e. Measuring device) 18e is connected.

第1セル電圧モニタ18a〜第5セル電圧モニタ18eは、制御部20に接続される。制御部20は、燃料電池14全体の総電圧(Vall)を単位セル12a〜12jの総数で除算することにより、平均単位セル電圧(Vav)を算出する平均単位セル電圧算出装置(回路)22と、各群16a〜16eの群電圧(Vass)の中、最低群電圧(Vasslow)を検出する最低群電圧検出装置(回路)24と、最低群電圧(Vasslow)−平均単位セル電圧(Vuav)×(群の単位セル数−1)=最低単位セル電圧(Vulow)から前記最低単位セル電圧(Vulow)を算出する最低単位セル電圧決定装置(回路)26とを備える。   The first cell voltage monitor 18 a to the fifth cell voltage monitor 18 e are connected to the control unit 20. The control unit 20 divides the total voltage (Vall) of the entire fuel cell 14 by the total number of unit cells 12a to 12j, thereby calculating an average unit cell voltage calculation device (circuit) 22 that calculates an average unit cell voltage (Vav). Among the group voltages (Vass) of the groups 16a to 16e, the lowest group voltage detection device (circuit) 24 for detecting the lowest group voltage (Vasslow), and the lowest group voltage (Vasslow) -average unit cell voltage (Vuav) × (The number of unit cells in the group −1) = the lowest unit cell voltage determination device (circuit) 26 for calculating the lowest unit cell voltage (Vlow) from the lowest unit cell voltage (Vlow).

図1に示すように、単位セル12a〜12jは、それぞれ電解質膜・電極構造体28を備える。この電解質膜・電極構造体28は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜30と、前記固体高分子電解質膜30を挟持するアノード側電極32及びカソード側電極34とを有する。電解質膜・電極構造体28は、図示しないセパレータ間に介装されて矢印A方向に積層される。   As shown in FIG. 1, each of the unit cells 12 a to 12 j includes an electrolyte membrane / electrode structure 28. The electrolyte membrane / electrode structure 28 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 30 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 32 and a cathode side electrode that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 30. 34. The electrolyte membrane / electrode structure 28 is interposed between separators (not shown) and stacked in the direction of arrow A.

燃料電池14には、燃料ガス供給装置36と、酸化剤ガス供給装置38とが設けられる。燃料ガス供給装置36は、制御部20に接続される水素供給部40を備え、この水素供給部40から導出される水素は、水素供給路42を通って各電解質膜・電極構造体28を構成するアノード側電極32に供給される。アノード側電極32の排出側には、水素排出路44が接続されるとともに、前記水素排出路44にパージ弁46が配設される。パージ弁46は、制御部20により開閉制御される。   The fuel cell 14 is provided with a fuel gas supply device 36 and an oxidant gas supply device 38. The fuel gas supply device 36 includes a hydrogen supply unit 40 connected to the control unit 20, and hydrogen derived from the hydrogen supply unit 40 constitutes each electrolyte membrane / electrode structure 28 through a hydrogen supply path 42. Supplied to the anode side electrode 32. A hydrogen discharge path 44 is connected to the discharge side of the anode side electrode 32, and a purge valve 46 is disposed in the hydrogen discharge path 44. The purge valve 46 is controlled to be opened and closed by the control unit 20.

酸化剤ガス供給装置38は、制御部20に接続されるエアコンプレッサ48を備え、このエアコンプレッサ48から導出される空気は、空気供給路50を通って各電解質膜・電極構造体28を構成するカソード側電極34に供給される。カソード側電極34の排出側には、空気排出路52が接続されるとともに、前記空気排出路52に圧力調整弁54が配設される。圧力調整弁54は、制御部20により開度制御される。   The oxidant gas supply device 38 includes an air compressor 48 connected to the control unit 20, and the air led out from the air compressor 48 constitutes each electrolyte membrane / electrode structure 28 through an air supply path 50. It is supplied to the cathode side electrode 34. An air discharge path 52 is connected to the discharge side of the cathode side electrode 34, and a pressure adjusting valve 54 is disposed in the air discharge path 52. The opening of the pressure adjustment valve 54 is controlled by the control unit 20.

燃料電池14には、例えば、走行用モータ等の負荷56が接続されており、前記燃料電池14の発電により得られる電流が前記負荷56に供給される。なお、燃料電池14には、図示しないが、冷却媒体を循環供給するための冷却媒体供給装置が設けられる。   For example, a load 56 such as a traveling motor is connected to the fuel cell 14, and a current obtained by power generation of the fuel cell 14 is supplied to the load 56. Although not shown, the fuel cell 14 is provided with a cooling medium supply device for circulatingly supplying the cooling medium.

このように構成される電圧測定システム10の動作について、本発明の電圧測定方法との関連で、図3に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   The operation of the voltage measurement system 10 configured as described above will be described below along the flowchart shown in FIG. 3 in relation to the voltage measurement method of the present invention.

先ず、制御部20を介して燃料ガス供給装置36及び酸化剤ガス供給装置38が駆動される。燃料ガス供給装置36では、水素供給部40から水素供給路42に水素が導出され、この水素は、燃料電池14を構成する各電解質膜・電極構造体28のアノード側電極32に供給された後、水素排出路44に排出される。   First, the fuel gas supply device 36 and the oxidant gas supply device 38 are driven via the control unit 20. In the fuel gas supply device 36, hydrogen is led out from the hydrogen supply unit 40 to the hydrogen supply path 42, and this hydrogen is supplied to the anode side electrode 32 of each electrolyte membrane / electrode structure 28 constituting the fuel cell 14. The hydrogen is discharged to the hydrogen discharge path 44.

一方、酸化剤ガス供給装置38では、エアコンプレッサ48から空気供給路50に空気が導出されると、この空気は、各電解質膜・電極構造体28のカソード側電極34に供給された後、空気排出路52に排出される。従って、各電解質膜・電極構造体28では、アノード側電極32に供給される燃料ガス(水素)と、カソード側電極34に供給される酸化剤ガス(酸素)とが、図示しない電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   On the other hand, in the oxidant gas supply device 38, when air is led out from the air compressor 48 to the air supply path 50, this air is supplied to the cathode side electrode 34 of each electrolyte membrane / electrode structure 28 and then air. It is discharged to the discharge path 52. Accordingly, in each electrolyte membrane / electrode structure 28, the fuel gas (hydrogen) supplied to the anode side electrode 32 and the oxidant gas (oxygen) supplied to the cathode side electrode 34 are contained in an electrode catalyst layer (not shown). In this way, it is consumed by an electrochemical reaction to generate electricity.

このため、図2に示すように、燃料電池14を構成する単位セル12a〜12jで発電され、第1セル電圧モニタ18a〜第5セル電圧モニタ18eを介して各群16a〜16eの群電圧(Vass)が算出される(図3中、ステップS1)。   Therefore, as shown in FIG. 2, power is generated in the unit cells 12a to 12j constituting the fuel cell 14, and the group voltages (16a to 16e) of the groups 16a to 16e (via the first cell voltage monitor 18a to the fifth cell voltage monitor 18e) Vass) is calculated (step S1 in FIG. 3).

第1セル電圧モニタ18a〜第5セル電圧モニタ18eは、制御部20に接続されており、これらにより測定された群電圧(Vass)は、最低群電圧検出装置24に送られる。この最低群電圧検出装置24では、全ての群電圧(Vass)の中、最も電圧が低い最低群電圧(Vasslow)が検出される(ステップS2)。   The first cell voltage monitor 18 a to the fifth cell voltage monitor 18 e are connected to the control unit 20, and the group voltage (Vass) measured by these is sent to the lowest group voltage detection device 24. The lowest group voltage detection device 24 detects the lowest group voltage (Vasslow) having the lowest voltage among all the group voltages (Vass) (step S2).

また、各群16a〜16eの群電圧(Vass)は、平均単位セル電圧算出装置22に送られる。この平均単位セル電圧算出装置22では、各群16a〜16eの群電圧(Vass)を総和した燃料電池14全体の総電圧(Vall)を単位セル総数(10)で除算することにより、平均単位セル電圧(Vav)が算出される(ステップS3)。   The group voltage (Vass) of each group 16 a to 16 e is sent to the average unit cell voltage calculation device 22. In this average unit cell voltage calculation device 22, the total voltage (Vall) of the entire fuel cell 14, which is the sum of the group voltages (Vass) of the groups 16 a to 16 e, is divided by the total number of unit cells (10). A voltage (Vav) is calculated (step S3).

次いで、最低単位セル電圧決定装置26では、最低群電圧(Vasslow)−平均単位セル電圧(Vuav)×(群の単位セル数−1)=最低単位セル電圧(Vulow)から前記最低単位セル電圧(Vulow)が算出される(ステップS4)。   Next, in the lowest unit cell voltage determination device 26, the lowest unit cell voltage (Vasslow) −average unit cell voltage (Vuav) × (number of unit cells in group−1) = the lowest unit cell voltage (Vulow) to the lowest unit cell voltage (Vulow) Vulow) is calculated (step S4).

ここで、第1の実施形態では、各群16a〜16eの各単位セル数が2つであり、実質的に、最低単位セル電圧決定装置26では、最低群電圧(Vasslow)−平均単位セル電圧(Vuav)=最低単位セル電圧(Vulow)から前記最低単位セル電圧(Vulow)が算出される。   Here, in the first embodiment, the number of unit cells in each of the groups 16a to 16e is two, and in the lowest unit cell voltage determination device 26, the lowest group voltage (Vasslow) -average unit cell voltage. The minimum unit cell voltage (Vlow) is calculated from (Vuav) = the minimum unit cell voltage (Vlow).

さらに、ステップS5に進んで、上記の算出された最低単位セル電圧(Vulow)に基づいて、例えば、燃料電池14の出力制限やエア増量又は減量、増圧又は減圧、水素増量又は減量、増圧又は減圧、アイドル停止判断等の各種スタック保護制御が実施される。   Further, the process proceeds to step S5, and based on the calculated minimum unit cell voltage (Vlow), for example, output limitation of the fuel cell 14, air increase or decrease, pressure increase or decrease, hydrogen increase or decrease, pressure increase Alternatively, various stack protection controls such as decompression and idle stop determination are performed.

この場合、第1の実施形態では、最低群電圧(Vasslow)及び平均単位セル電圧(Vuav)に基づいて、最低単位セル電圧(Vulow)が算出されている。このため、実際の最低単位セル電圧(Vulow)に近似した値を容易且つ確実に算出することができる。   In this case, in the first embodiment, the lowest unit cell voltage (Vlow) is calculated based on the lowest group voltage (Vasslow) and the average unit cell voltage (Vuav). Therefore, a value approximate to the actual minimum unit cell voltage (Vlow) can be easily and reliably calculated.

具体的には、図4に示すように、例えば、単位セル12dの出力電圧が0.2Vに低下していると、群16bに接続された第2セル電圧モニタ18bを介して最低群電圧(Vasslow)=0.8Vが検出される。一方、燃料電池14全体の総電圧(Vall)=5.6Vが得られ、この総電圧(Vall)が単位セル総数(10)で除算されると、平均単位セル電圧(Vuav)=0.56Vが算出される。次に、最低群電圧(Vasslow)=0.8Vから平均単位セル電圧(Vuav)=0.56Vを減ずることにより、最低単位セル電圧(Vulow)=0.24Vが算出される。   Specifically, as shown in FIG. 4, for example, when the output voltage of the unit cell 12d is lowered to 0.2V, the lowest group voltage (via the second cell voltage monitor 18b connected to the group 16b) Vasslow) = 0.8V is detected. On the other hand, when the total voltage (Vall) = 5.6V of the whole fuel cell 14 is obtained and this total voltage (Vall) is divided by the total number of unit cells (10), the average unit cell voltage (Vuav) = 0.56V. Is calculated. Next, by subtracting the average unit cell voltage (Vuav) = 0.56V from the lowest group voltage (Vasslow) = 0.8V, the lowest unit cell voltage (Vulow) = 0.24V is calculated.

これに対して、第1セル電圧モニタ18a〜第5セル電圧モニタ18eにより検出されたそれぞれの群電圧(Vass)を単位セル12a〜12j毎の電圧に正規化すると、単位セル12a、12b、12e〜12jでは、それぞれ1.2V/2=0.6Vとなる一方、単位セル12c、12dでは、0.8V/2=0.4Vとなる。従って、最低単位セル電圧(Vulow)=0.4Vとなってしまう。   On the other hand, when the respective group voltages (Vass) detected by the first cell voltage monitor 18a to the fifth cell voltage monitor 18e are normalized to the voltages of the unit cells 12a to 12j, the unit cells 12a, 12b, and 12e. ˜12j, 1.2V / 2 = 0.6V, respectively, while unit cells 12c and 12d have 0.8V / 2 = 0.4V. Therefore, the lowest unit cell voltage (Vlow) = 0.4V.

従って、第1の実施形態では、実際の最低単位セル電圧(Vulow)=0.2Vに近似した値(0.24V)が得られ、従来の正規化する方式に比べて、高精度な最低単位セル電圧(Vulow)の算出処理が遂行される。これにより、燃料電池14全体の適正な制御が良好に遂行され、出力制限等の保護動作が確実に行われて、前記燃料電池14の信頼性及び耐久性を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。   Therefore, in the first embodiment, a value (0.24V) approximate to the actual minimum unit cell voltage (Vulow) = 0.2V is obtained, and the minimum unit is more accurate than the conventional normalization method. A cell voltage (Vlow) calculation process is performed. As a result, proper control of the entire fuel cell 14 is satisfactorily performed, protection operation such as output limitation is performed reliably, and the reliability and durability of the fuel cell 14 can be improved satisfactorily. The effect is obtained.

図5は、本発明の第2の実施形態に係る電圧測定システム60の要部概略説明図である。なお、第1の実施形態に係る電圧測定システム10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of a main part of a voltage measurement system 60 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the voltage measurement system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

電圧測定システム60は、複数、例えば、20個の単位セル12a〜12tが電気的に直列に接続される燃料電池62を備える。燃料電池62は、2以上、例えば、それぞれ4つの単位セル12a〜12d、12e〜12h、12i〜12l、12m〜12p、12q〜12tを含む5つの群64a〜64eに分割される。   The voltage measurement system 60 includes a fuel cell 62 in which a plurality of, for example, 20 unit cells 12a to 12t are electrically connected in series. The fuel cell 62 is divided into five or more groups 64a to 64e including, for example, four unit cells 12a to 12d, 12e to 12h, 12i to 12l, 12m to 12p, and 12q to 12t, respectively.

燃料電池62には、分割された各群64a〜64e毎の電圧である群電圧(Vass)を算出するための第1セル電圧モニタ(群電圧測定装置)66a〜第5セル電圧モニタ(群電圧測定装置)66eが接続される。   The fuel cell 62 includes a first cell voltage monitor (group voltage measuring device) 66a to a fifth cell voltage monitor (group voltage) for calculating a group voltage (Vass) that is a voltage for each of the divided groups 64a to 64e. Measuring device) 66e is connected.

このように構成される電圧測定システム60は、図6に示すフローチャートに沿って動作する。   The voltage measurement system 60 configured in this way operates according to the flowchart shown in FIG.

単位セル12a〜12tから発生する電圧を具体的に例示して、以下に説明すると、前記単位セル12a〜12tの中、例えば、単位セル12eの電圧が0.2Vであって、他の単位セル12a〜12d、12f〜12tの電圧が0.6Vである。   The voltage generated from the unit cells 12a to 12t will be specifically illustrated, and will be described below. Among the unit cells 12a to 12t, for example, the voltage of the unit cell 12e is 0.2V, and other unit cells The voltages at 12a to 12d and 12f to 12t are 0.6V.

先ず、各群64a〜64eの群電圧(Vass)が算出された後(ステップS11)、最低群電圧(Vasslow)=2.0Vが検出される(ステップS12)。そして、ステップS13に進んで、燃料電池62全体の総電圧(Vall)2.4V×4+2.0V=11.6Vが算出され、この総電圧11.6Vが単位セル数である20により除算されて、最低単位セル電圧(Vulow)=0.58Vが算出される。   First, after the group voltage (Vass) of each of the groups 64a to 64e is calculated (step S11), the lowest group voltage (Vasslow) = 2.0V is detected (step S12). In step S13, the total voltage (Vall) of the entire fuel cell 62 is calculated as 2.4V × 4 + 2.0V = 11.6V, and the total voltage 11.6V is divided by 20 which is the number of unit cells. The lowest unit cell voltage (Vlow) = 0.58V is calculated.

さらに、ステップS14に進み、最低群電圧(Vasslow)−(平均単位セル電圧(Vuav)×(群の単位セル数−1)=2.0V−0.58V×3=0.26V、すなわち、最低単位セル電圧(Vulow)が算出される。次いで、上記の最低単位セル電圧(Vulow)=0.26Vに基づいて、各種スタック保護制御が実施される(ステップS15)。   In step S14, the lowest group voltage (Vasslow) − (average unit cell voltage (Vuav) × (number of unit cells in group−1) = 2.0V−0.58V × 3 = 0.26V, that is, the lowest The unit cell voltage (Vulow) is calculated, and various stack protection controls are performed based on the lowest unit cell voltage (Vulow) = 0.26 V (step S15).

ここで、例えば、群64bを構成する単位セル12e〜12hを正規化すると、2.0V÷4=0.5Vとなり、最低単位セル電圧(Vulow)=0.5Vとなり、実際の値0.2Vに比べて相当に大きくなってしまう。   Here, for example, when the unit cells 12e to 12h constituting the group 64b are normalized, 2.0V ÷ 4 = 0.5V is obtained, and the minimum unit cell voltage (Vlow) = 0.5V is obtained. It will be considerably larger than.

従って、第2の実施形態では、実際の値2.2Vに近似した最低単位セル電圧(Vulow)=0.26Vが得られ、燃料電池62全体の適正な保護制御が良好に遂行され、信頼性及び耐久性の向上を図ることができる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Therefore, in the second embodiment, the minimum unit cell voltage (Vulow) = 0.26 V approximate to the actual value of 2.2 V is obtained, and proper protection control of the entire fuel cell 62 is satisfactorily performed, and reliability is improved. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, such as improvement of durability.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の電圧測定システムの概略構成説明図である。1 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell voltage measurement system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 前記電圧測定システムの要部概略説明図である。It is a principal part schematic explanatory drawing of the said voltage measurement system. 前記電圧測定システムによる電圧測定方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the voltage measurement method by the said voltage measurement system. 前記電圧測定方法の具体例の説明図である。It is explanatory drawing of the specific example of the said voltage measurement method. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池の電圧測定システムの要部概略説明図である。It is a principal part schematic explanatory drawing of the voltage measurement system of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記電圧測定システムによる電圧測定方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the voltage measurement method by the said voltage measurement system. 特許文献1に開示されている燃料電池の性能監視方法及び装置の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a fuel cell performance monitoring method and apparatus disclosed in Patent Document 1;

符号の説明Explanation of symbols

10、60…電圧測定システム 12a〜12t…単位セル
14、62…燃料電池 16a〜16e、64a〜64e…群
18a〜18e、66a〜66e…セル電圧モニタ
20…制御部 22…平均単位セル電圧算出装置
24…最低群電圧検出装置 26…最低単位セル電圧決定装置
28…電解質膜・電極構造体 30…固体高分子電解質膜
32…アノード側電極 34…カソード側電極
36…燃料ガス供給装置 38…酸化剤ガス供給装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 60 ... Voltage measurement system 12a-12t ... Unit cell 14, 62 ... Fuel cell 16a-16e, 64a-64e ... Group 18a-18e, 66a-66e ... Cell voltage monitor 20 ... Control part 22 ... Average unit cell voltage calculation Device 24 ... Minimum group voltage detection device 26 ... Minimum unit cell voltage determination device 28 ... Electrolyte membrane / electrode structure 30 ... Solid polymer electrolyte membrane 32 ... Anode side electrode 34 ... Cathode side electrode 36 ... Fuel gas supply device 38 ... Oxidation Agent gas supply device

Claims (4)

複数の単位セルが電気的に直列に接続される燃料電池と、
前記燃料電池を、2以上の前記単位セルを含む少なくとも2つの群に分割し、分割された各群毎の電圧である群電圧を測定する群電圧測定装置と、
前記燃料電池全体の総電圧を前記単位セルの総数で除算することにより、平均単位セル電圧を算出する平均単位セル電圧算出装置と、
前記各群の群電圧の中、最低群電圧を検出する最低群電圧検出装置と、
最低群電圧−平均単位セル電圧×(群の単位セル数−1)=最低単位セル電圧から前記最低単位セル電圧を算出する最低単位セル電圧決定装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池の電圧測定システム。
A fuel cell in which a plurality of unit cells are electrically connected in series;
A group voltage measuring device that divides the fuel cell into at least two groups including two or more unit cells, and measures a group voltage that is a voltage for each of the divided groups;
An average unit cell voltage calculation device for calculating an average unit cell voltage by dividing the total voltage of the entire fuel cell by the total number of unit cells;
Among the group voltages of each group, the lowest group voltage detection device for detecting the lowest group voltage,
Lowest group voltage-average unit cell voltage × (number of unit cells in group−1) = lowest unit cell voltage determination device for calculating the lowest unit cell voltage from lowest unit cell voltage
A voltage measurement system for a fuel cell, comprising:
請求項1記載の電圧測定システムにおいて、前記群は、2つの前記単位セルを含むことを特徴とする燃料電池の電圧測定システム。   The voltage measurement system according to claim 1, wherein the group includes the two unit cells. 複数の単位セルが電気的に直列に接続される燃料電池を、2以上の前記単位セルを含む少なくとも2つの群に分割し、分割された各群毎の電圧である群電圧を測定する工程と、
前記燃料電池全体の総電圧を前記単位セルの総数で除算することにより、平均単位セル電圧を算出する工程と、
前記各群の群電圧の中、最低群電圧を検出する工程と、
最低群電圧−平均単位セル電圧×(群の単位セル数−1)=最低単位セル電圧から前記最低単位セル電圧を算出する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の電圧測定方法。
Dividing a fuel cell in which a plurality of unit cells are electrically connected in series into at least two groups including two or more unit cells, and measuring a group voltage that is a voltage for each divided group; ,
Calculating an average unit cell voltage by dividing the total voltage of the entire fuel cell by the total number of unit cells;
Detecting the lowest group voltage among the group voltages of each group;
Calculating the lowest unit cell voltage from the lowest group voltage−average unit cell voltage × (number of unit cells in group−1) = lowest unit cell voltage;
A method for measuring a voltage of a fuel cell, comprising:
請求項3記載の電圧測定方法において、前記群は、2つの前記単位セルを含むことを特徴とする燃料電池の電圧測定方法。   4. The voltage measuring method according to claim 3, wherein the group includes the two unit cells.
JP2006194399A 2006-07-14 2006-07-14 Voltage measuring system and method of fuel cell Pending JP2008021611A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006194399A JP2008021611A (en) 2006-07-14 2006-07-14 Voltage measuring system and method of fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006194399A JP2008021611A (en) 2006-07-14 2006-07-14 Voltage measuring system and method of fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008021611A true JP2008021611A (en) 2008-01-31

Family

ID=39077416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006194399A Pending JP2008021611A (en) 2006-07-14 2006-07-14 Voltage measuring system and method of fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008021611A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140333316A1 (en) * 2012-01-17 2014-11-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US11664513B2 (en) 2019-11-08 2023-05-30 Hyundai Mobis Co., Ltd. System and method for sensing fuel cell of vehicle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140333316A1 (en) * 2012-01-17 2014-11-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JPWO2013108369A1 (en) * 2012-01-17 2015-05-11 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US10267862B2 (en) 2012-01-17 2019-04-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system with minimum cell voltage estimation
US11664513B2 (en) 2019-11-08 2023-05-30 Hyundai Mobis Co., Ltd. System and method for sensing fuel cell of vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5126480B2 (en) Fuel cell system
JP2006351346A (en) Redox flow battery system
JP5326423B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL STATE DETECTION METHOD
JP5343509B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL STATE DETECTION METHOD
DK1570538T3 (en) Method and Device for Monitoring Fuel Cell Tensions
JP4852854B2 (en) Fuel cell system
US20060024537A1 (en) Fuel cell system and method of controlling fuel cell
JP4637448B2 (en) Fuel cell power generation system and method of operating fuel cell power generation system
JP2008021611A (en) Voltage measuring system and method of fuel cell
JP2005063724A (en) Fuel cell system
JP4762569B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2010108815A (en) Electrochemical device
JP5139870B2 (en) Fuel cell system and cross leak detection method using the same
JP2007311210A (en) Deterioration state detection method of redox flow battery
JP2002313396A (en) Fuel cell system
JP2006278246A (en) Control method of fuel cell stack
JP5172605B2 (en) Fuel cell system and cross leak detection method using the same
US20200212465A1 (en) Method of controlling measurement of cell voltage of fuel cell and apparatus for executing the same
JP3671053B2 (en) Fuel cell system
JP2010251279A (en) Fuel cell system
JP2009266475A (en) Fuel cell system and its cell voltage control method
JP2000285945A (en) Voltage detection method for fuel cell
JP4647293B2 (en) Fuel cell monitoring apparatus and monitoring method
JP5508633B2 (en) Fuel cell abnormality detection device, fuel cell device, and fuel cell abnormality detection method
JP2005209456A (en) Fuel battery system