JP2008097909A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008097909A JP2008097909A JP2006276100A JP2006276100A JP2008097909A JP 2008097909 A JP2008097909 A JP 2008097909A JP 2006276100 A JP2006276100 A JP 2006276100A JP 2006276100 A JP2006276100 A JP 2006276100A JP 2008097909 A JP2008097909 A JP 2008097909A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- hydrogen
- discharge valve
- discharge
- fuel
- 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
-
- 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
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムの起動時の制御に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to control at the time of startup of the fuel cell system.
燃料電池では、例えば、燃料には水素、酸化剤としては酸素を含む空気が用いられ、電気化学反応によって発電がされると共に酸化剤極側に水が生成され、酸化剤ガスの空気は大気へ排出される。また、燃料側電極を流れる水素ガスは、流路を流れている水素の一部が反応して消費されるので、水素ポンプによって水素を循環させる循環系統となっており、発電反応で消費された分の水素が外部の水素ガスタンクから水素の循環系統に供給されるようになっている。 In a fuel cell, for example, hydrogen containing hydrogen and oxygen containing oxygen are used as fuel, and electricity is generated by an electrochemical reaction and water is generated on the oxidizer electrode side. Discharged. In addition, the hydrogen gas flowing through the fuel side electrode is consumed as a part of the hydrogen flowing through the flow path reacts, so it is a circulation system in which hydrogen is circulated by the hydrogen pump and consumed in the power generation reaction. A minute amount of hydrogen is supplied from an external hydrogen gas tank to a hydrogen circulation system.
このような、燃料電池システムでは、電気化学反応に使用されない窒素が含まれている空気を酸化剤として使用しているので、電気化学反応に使用されない窒素が空気側極の空気流路に滞留すると共に、拡散層及び電解質膜を通して水素側極にクロスリークしてくる。また、発電のための電気化学反応によって空気側極に生成される水分の一部が、拡散層及び電解質膜を通して水素側極にクロスリークしてくる。このように、運転中の燃料電池の水素側極には空気側極から窒素及び水分がクロスリークしてくる状態となっている。 In such a fuel cell system, air containing nitrogen that is not used in the electrochemical reaction is used as an oxidizing agent, so that nitrogen that is not used in the electrochemical reaction stays in the air flow path of the air side electrode. At the same time, it cross leaks to the hydrogen side electrode through the diffusion layer and the electrolyte membrane. In addition, a part of moisture generated in the air side electrode by the electrochemical reaction for power generation cross leaks to the hydrogen side electrode through the diffusion layer and the electrolyte membrane. Thus, nitrogen and moisture cross leak from the air side electrode to the hydrogen side electrode of the operating fuel cell.
ところが、水素系統は上記のように循環系統となっていることから、運転中に水素系統に入り込んだ窒素や水分は次第に水素循環系統内に蓄積され、水素以外の不純物濃度が増加してくる。このように水素系統中の不純物が多くなってくると水素分圧が低下し、発電量が低下してしまう。そこで、水素系統には水素側極で反応後の水素ガスを系統外に排出することによって、水素循環系統に滞留してきた窒素や水分等の不純物を系統外に排出する水素系排出弁を備える水素排出系統が設置されている。 However, since the hydrogen system is a circulation system as described above, nitrogen and moisture entering the hydrogen system during operation are gradually accumulated in the hydrogen circulation system, and the concentration of impurities other than hydrogen increases. When the impurities in the hydrogen system increase in this way, the hydrogen partial pressure decreases and the power generation amount decreases. Therefore, the hydrogen system is equipped with a hydrogen-based discharge valve that discharges impurities such as nitrogen and moisture remaining in the hydrogen circulation system by discharging the hydrogen gas after reaction at the hydrogen side electrode out of the system. An exhaust system is installed.
この水素排出系統の水素系排出弁は、例えば、燃料電池の起動の際に開弁されて、水素側極の不純物ガスを排出して、水素側極の中の水素濃度を高めつつ発電量を増加していくことにも使用されている。そして、燃料電池の起動後は、この水素系排出弁は、例えば所定のシーケンスによって開閉され、水素側極の不純物を排出して発電量を維持するように動作する(例えば、特許文献1参照)。 The hydrogen discharge valve of this hydrogen discharge system is opened, for example, when the fuel cell is started, and discharges the impurity gas on the hydrogen side electrode to increase the hydrogen concentration in the hydrogen side electrode and increase the power generation amount. It is also used to increase. Then, after the fuel cell is started, the hydrogen-based discharge valve is opened and closed by a predetermined sequence, for example, and operates to discharge the impurities on the hydrogen side electrode and maintain the power generation amount (see, for example, Patent Document 1). .
燃料電池の水素系統には上記のように、水分が滞留してくる。そして、例えば、低温状態で燃料電池が停止している際には、上記の水素排出系統の中に滞留した水分が凍結して、水素系排出弁の開閉動作ができなくなる場合がある。すると、起動の際に水素側極の水素分圧を上昇させることができなくなるため、燃料電池の発電電力を維持することができなくなるという問題があった As described above, moisture stays in the hydrogen system of the fuel cell. For example, when the fuel cell is stopped in a low temperature state, the water accumulated in the hydrogen discharge system may freeze and the hydrogen discharge valve may not be opened or closed. Then, since it becomes impossible to raise the hydrogen partial pressure of the hydrogen side electrode at the time of starting, there was a problem that it became impossible to maintain the generated power of the fuel cell.
このため、燃料電池の起動前に各部の温度などを測定して水素系統の水素系排出弁が凍結して動作できなない状態と判断された場合には、燃料電池の起動を禁止したり、燃料電池の起動を許可し、燃料電池の起動過程において燃料電池からの電力を水素系排出弁の解凍用ヒータに供給して水素系排出弁を加熱、解凍してフル出力まで起動したりする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, before starting the fuel cell, if the temperature of each part is measured and it is determined that the hydrogen discharge valve of the hydrogen system is frozen and cannot be operated, the start of the fuel cell is prohibited, A method of allowing the fuel cell to start, supplying power from the fuel cell to the thawing heater of the hydrogen discharge valve in the fuel cell start process, heating and thawing the hydrogen discharge valve, and starting up to full output Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載された従来技術のように、水素系排出弁が凍結している場合に燃料電池の起動を禁止してしまうと、何らかの外部熱源によって水素系排出弁の解凍を行う装置が必要で、システムが複雑になってしまうという問題があった。 If the start of the fuel cell is prohibited when the hydrogen discharge valve is frozen as in the prior art described in Patent Document 1, a device for thawing the hydrogen discharge valve with some external heat source is required. There was a problem that the system became complicated.
また、特許文献1に記載された、水素系排出弁が凍結状態であっても燃料電池の起動を許可し、燃料電池からの電力を水素系排出弁の解凍用ヒータに供給して水素系排出弁を加熱、解凍していく起動方法では、燃料電池の起動とともに燃料電池の発電電力は燃料電池を搭載した車両の駆動モータなどの駆動装置に出力されて燃料電池車を走行させることができるようになっている。しかし、燃料電池の起動後、水素系排出弁が解凍されて、水素側極の不純物ガスを排出して水素側極の中の水素分圧を高めることができるようになるまでは水素側極の水素分圧は低いままであり、燃料電池の発電電力も低い状態となっている。このように、燃料電池の発電電力が少ない状態で燃料電池車両の走行を開始した 場合、水素系排出弁が解凍される前に、燃料電池の発電電力が車両走行必要電力よりも少なくなってしまう場合がある。このような状態となると、車両の走行速度は運転者の意図に反して次第に低下し、場合によっては発電不能によって車両が路上にて停止してしまう場合がある。 Moreover, even if the hydrogen-based discharge valve described in Patent Document 1 is frozen, the fuel cell is allowed to start, and the electric power from the fuel cell is supplied to the thawing heater of the hydrogen-based discharge valve to discharge the hydrogen-based discharge. In the start-up method in which the valve is heated and thawed, the power generated by the fuel cell is output to a drive device such as a drive motor of a vehicle equipped with the fuel cell together with the start of the fuel cell so that the fuel cell vehicle can run. It has become. However, after starting the fuel cell, the hydrogen discharge valve is thawed and the hydrogen side electrode is discharged until the hydrogen side electrode impurity gas is discharged to increase the hydrogen partial pressure in the hydrogen side electrode. The hydrogen partial pressure remains low, and the power generated by the fuel cell is also low. In this way, if the fuel cell vehicle starts running with low power generated by the fuel cell, the power generated by the fuel cell will be less than the vehicle required power before the hydrogen discharge valve is thawed. There is a case. In such a state, the traveling speed of the vehicle gradually decreases against the driver's intention, and in some cases, the vehicle may stop on the road due to the inability to generate power.
本発明は、燃料電池車両の走行開始後に燃料電池の発電電力が走行必要電力を下回ることを防止することを目的とする。 It is an object of the present invention to prevent the generated power of a fuel cell from falling below the required traveling power after the fuel cell vehicle starts traveling.
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する車両駆動用の燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、前記燃料電池の燃料極から反応後の燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路に設けられ、反応後の燃料ガスの一部を大気に排出する排出弁と、前記排出弁の状態を検出する排出弁状態検出手段と、前記排出弁の開閉制御を行なう制御部と、を含む燃料電池システムであって、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動過程において、前記排出弁状態検出手段によって前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気に排出することができない状態にあると判断した場合には、前記燃料電池の発電電力を車両駆動装置に送電しない送電禁止手段を有することを特徴とする。 A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell for driving a vehicle that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas supply channel that supplies fuel gas to a fuel electrode of the fuel cell, A discharge valve provided in a fuel gas discharge passage for discharging the reacted fuel gas from the fuel electrode of the fuel cell, and discharging a part of the reacted fuel gas to the atmosphere; and a discharge for detecting the state of the discharged valve A fuel cell system including a valve state detection unit and a control unit that performs opening / closing control of the discharge valve, wherein the control unit is configured to perform the discharge by the discharge valve state detection unit in a startup process of the fuel cell system. When the valve determines that the fuel gas after reaction cannot be discharged to the atmosphere, the valve has power transmission prohibiting means that does not transmit the power generated by the fuel cell to the vehicle drive device.
また、本発明に係る燃料電池システムは、2次電池を備え、前記送電禁止手段は、前記燃料電池の発電電力を前記2次電池に出力すること、としても好適であるし、前記送電禁止手段は、前記燃料電池と前記駆動装置との間に設けられた電力接続装置を遮断状態に保持すること、としても好適であるし、前記送電禁止手段は、前記燃料電池と前記車両駆動装置との間に設けられたインバータ回路を全開状態として、前記燃料電池と前記車両駆動装置とを接続しないこと、としても好適である。 The fuel cell system according to the present invention preferably includes a secondary battery, and the power transmission prohibiting means outputs the generated power of the fuel cell to the secondary battery, and the power transmission prohibiting means. Is preferable to hold the power connection device provided between the fuel cell and the drive device in a cut-off state, and the power transmission prohibiting means includes the fuel cell and the vehicle drive device. It is also preferable that the fuel cell and the vehicle drive device are not connected by fully opening the inverter circuit provided therebetween.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記排出弁状態検出手段は、前記排出弁に取り付けられた温度センサであり、前記制御部は、前記排出弁の温度が所定の温度以下である場合に、前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気に排出することができない状態にあると判断すること、としても好適であるし、前記排出弁状態検出手段は、前記排出弁に取り付けられた開度センサであり、前記制御部は、前記排出弁の開度指令値と前記排出弁の開度センサからの開度信号とに差異がある場合に、前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気排出することができない状態にあると判断すること、としても好適であるし、前記排出弁状態検出手段は、前記燃料ガス排出流路に取り付けられた圧力センサであり、前記制御部は、前記排出弁に開指令を出力する前後の前記燃料ガス排出流路の圧力に差異がない場合には、前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気排出することができない状態にあると判断すること、としても好適である。 Further, in the fuel cell system according to the present invention, the exhaust valve state detecting means is a temperature sensor attached to the exhaust valve, and the control unit is configured such that the temperature of the exhaust valve is equal to or lower than a predetermined temperature. The discharge valve is preferably determined to be in a state in which the reacted fuel gas cannot be discharged to the atmosphere, and the discharge valve state detection means has an opening degree attached to the discharge valve. A sensor, and when the opening command value of the discharge valve and the opening signal from the opening sensor of the discharge valve are different, the control unit discharges the fuel gas after the reaction of the discharge valve to the atmosphere. The exhaust valve state detecting means is a pressure sensor attached to the fuel gas discharge flow path, and the control unit is configured to detect the exhaust valve state. Open command If there is no difference in pressure of the fuel gas discharge channel before and after the said discharge valve to determine fuel gas after the reaction to be in the state where it can not be air emissions, it is also preferable.
本発明は、燃料電池車両の走行開始後に燃料電池の発電電力が走行必要電力を下回ることを防止することができるという効果を奏する。 The present invention has an effect that it is possible to prevent the generated power of the fuel cell from falling below the required traveling power after the fuel cell vehicle starts traveling.
本発明の好適な実施形態について、図1を参照しながら説明する。図1は本発明の燃料電池システム10に係る実施形態を示す概略系統図である。図1において、実線は電気系統を示し、二重線は空気、水素などのガス系統を示し、1点鎖線は制御系統を示している。図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム10は酸化剤ガスとして酸素を含む空気を用い、燃料ガスとして水素を用いている。酸化剤ガスである空気は大気から吸気流量計や空気フィルタを介して空気吸込み管路19から空気圧縮機15に吸込まれ、空気圧縮機15によって加圧された吐出空気は燃料電池11の酸化剤極である空気側極12に流入する。燃料電池11の空気側極12から燃料電池内に入った空気は、水素系統から供給された水素との発電反応によって酸素が減少する。そして反応の生成物である生成水が水蒸気あるいは水滴として空気中に増えてくる。反応後の水分量が増加した空気は燃料電池11の空気排出管路24に排出される。
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic system diagram showing an embodiment according to the
燃料ガスである水素ガスは水素ガスタンク31に貯留されている。水素は水素ガスタンク31から水素供給管路33によって燃料電池11の燃料側極である水素側極13に供給される。燃料電池11に供給された水素の一部は空気側極12に供給された酸化剤である空気中の酸素と反応して消費されるが、消費されなかった水素はクロスリークによって水素系統に入り込んだ窒素や水分と共に水素側極13の水素排出管路34からから排出された後、水素排出管路34と水素供給管路33とを接続する水素循環管路35に設けられた水素循環ポンプ36によって水素供給管路33に再循環される。そして発電によって消費された水素分は水素ガスタンク31から水素供給管路33によって補充される。補充される水素ガスの量は水素ガス供給調節弁32によって調節される。
Hydrogen gas, which is fuel gas, is stored in a
上記のように、水素系統は循環系統となっているので、長時間運転していると空気側極12からクロスリークしてくる窒素や水分などの不純物が濃縮されてくる。そこで、このような不純物がある程度濃縮されてきた場合には、水素排出管路34に接続された水素系大気放出管路39の水素系排出弁38を開として所定量の水素ガスを水素系大気放出管路39から外気に放出して水素系統内の水素分圧を上昇させる。水素系排出弁38には水素系排出弁状態検出手段である温度センサ26が設けられている。温度センサ26は水素系排出弁38の温度を連続して測定することができるものであれば熱電対でもよいし、電気抵抗式であってもよい。
As described above, since the hydrogen system is a circulation system, impurities such as nitrogen and moisture that cross-leak from the
燃料電池11の空気側極12と水素側極13からは、それぞれ電力出力線41a,41bによって燃料電池11の発電電力が出力されている。この電力出力線41a,41bはインバータ装置47に接続されている。インバータ装置47は内部に複数のスイッチング用のインバータ素子を備え、燃料電池11から供給された直流を駆動用の三相交流に変換するものである。インバータ装置47によって燃料電池11の発電電力は車両駆動用の駆動電力に変換されて車両駆動用モータ49に供給される。また、この燃料電池11とインバータ装置47との間の電力出力線41a,41bには、燃料電池11の補機である空気圧縮機15のモータ16への電力供給線51a,51bと、水素循環ポンプ36のモータ37への電力供給線53a,53bが接続され、燃料電池11の出力によって各補機を動作させるように構成されている。各モータ16,37への電力供給線51a,51b,53a,53bの中間にインバータ装置を設けて、各モータを交流によって駆動するように構成されていてもよい。
From the
更に、この燃料電池11とインバータ装置47との間の電力出力線41a,41bには、DC/DCコンバータ43が接続され、DC/DCコンバータ43には2次電池45が接続されている。DC/DCコンバータ43は2次電池45への充電及び2次電池45からの放電を制御する。
Further, a DC /
温度センサ26、各調節弁32,38、燃料電池11の各状態量、空気圧縮機15、水素循環ポンプ36の各モータ16,37などの状態量は、すべて制御部61に接続されており、温度センサ26からの計測値は制御部61に入力され、制御部61は各調節弁32,38の開度指令、各モータ16,37の回転数指令、インバータ装置47、DC/DCコンバータ43の制御信号を出力して燃料電池システム10全体の制御を行う。制御部61はCPUや記憶部を含みソフトウェアによって全体の制御を行うようになっていても良いし、電気回路を組み合わせて制御を行うようになっていても良い。また、制御部61には車両の走行状態や必要要求付加など車両からのデータが入力されるようになっていても良い。また、制御部61には制御動作に必要な制御マップなどの制御データを保持している記憶部63がデータバス65によって接続されている。
The state quantities of the
図2を参照しながら、本実施形態の動作について説明する。図2のステップS101に示すように、制御部61は、燃料電池11の水素系排出弁38の状態に係らず、燃料電池車両のイグニッションキーがONの状態となったときには燃料電池11を起動する。図2のステップS102に示すように、制御部61は燃料電池11の起動後、水素系排出弁38に取り付けられた温度センサ26からの信号によって水素系排出弁38の温度を取得する。そして、図2のステップS103に示すように、制御部61は、取得した水素系排出弁38の温度が所定の温度以下で反応後の水素ガスを排出できない状態になっているかどうかを判断する。所定の温度は、水素系排出弁38が開弁動作でき、反応後の水素ガスを大気に排出できる状態であるかどうかを判断する温度であって、例えば、氷点温度の0℃としてもよいし、氷点温度に計測、制御のマージンを持たせて5℃のように一定の値に設定しても良いし、外気温度などによって可変としても良い。可変とする場合には、外気温度等と所定の温度との関係をマップ等にして、これを記憶部63に格納し、このマップに基づいて可変とするようにしてもよい。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in step S101 of FIG. 2, the
図2のステップS103において、制御部61が水素系排出弁38の温度は所定の温度以下で凍結により、反応後の水素ガスを排出することができないと判断した場合には、図2のステップS106に示すように、制御部61は、インバータ装置47にインバータ素子を全て開状態とする指令を出力する。この指令によって、インバータ装置47は内部に備えている全てのインバータ素子の回路を開状態として、燃料電池11と車両駆動用モータ49の電気的接続を遮断して、燃料電池11の発電電力を車両駆動用モータ49へ送電することができない状態とする。
In step S103 of FIG. 2, when the
図2のステップS107に示すように、制御部61はDC/DCコンバータ43にDC/DCコンバータ43を2次電池45の蓄電モードとする指令を出力する。この指令によってDC/DCコンバータ43は燃料電池11からの電気出力を2次電池45に蓄電するように動作する。
As shown in step S <b> 107 of FIG. 2, the
水素系排出弁38から反応後の水素ガスの排出ができない状態で起動された燃料電池11は自己発熱による暖機運転状態となっているが、この状態でも発電反応によって電力を出力し続けている。燃料電池11によって発電される発電電力は、空気圧縮機15のモータ16と水素循環ポンプ36のモータ37によって消費される。そして、図2のステップS108に示すように、各モータ16,37の必要駆動電力以上に発電がされた場合は、電力は電力出力線41a,41bからDC/DCコンバータ43に流入し、DC/DCコンバータ43から2次電池45に流れ、2次電池45に蓄電される。この運転の間にも、燃料電池11は発電による自己発熱によってその温度が上昇し、それに従って水素系排出弁38の温度も上昇する。
The
そこで制御部61は図2のステップS102に戻り、水素系排出弁38の温度を取得して、図2のステップS103に示すように水素系排出弁38の温度が所定の温度以上となって反応後の水素ガスを排出することができる状態となっているかどうかを判断する。このように制御部61は、図2のステップS102,S103,S106からS108に示すループを繰り返して実行して水素系排出弁38の温度が所定の温度に上昇したかどうかを監視する。この際、図2のステップS106からS108では、制御部61からの指令によってインバータ装置47、DC/DCコンバータ43の動作の変更は行なわれず、2次電池45への蓄電モードが保持されるように動作となる。
Therefore, the
上記のように、燃料電池11の自己発熱によって水素系排出弁38の温度も上昇してくるので、燃料電池11の起動の後、ある程度の時間が経過すると、水素系排出弁38の温度は先に説明した所定の温度に上昇してくる。
As described above, the temperature of the
そして、図2のステップS103において、制御部61が水素系排出弁38の温度は所定の温度以上で凍結しておらず、反応後の水素ガスを排出することができると判断した場合には、図2のステップS104に示すように、制御部61はインバータ装置47の駆動を許可する指令を出力する。この指令によって、インバータ装置47のインバータ素子はスイッチング動作を開始することができる状態となる。制御部は、図2のステップS105に示すように、DC/DCコンバータ43を充放電モードとして燃料電池11の発電電力が駆動等に必要な電力以上の場合には2次電池45に蓄電し、逆に燃料電池11の発電電力が必要電力以下の場合には2次電池45から車両駆動用モータ49に電力を出力できるようなモードに切り替える。これによって、燃料電池11の発電電力はインバータ装置47によって車両駆動用モータ49の駆動電力を供給することができる状態となって、燃料電池車両の走行が可能となる。水素系排出弁38が凍結していないので、水素系排出弁38の開閉によって燃料電池11の水素側極13の水素分圧を上昇させて燃料電池11の発電電力を上昇させていくことができるため、燃料電池車両が走行を開始した後に安定して走行に必要な電力を車両駆動装置である車両駆動用モータ49に供給することができる。
In step S103 of FIG. 2, when the
以上説明した実施形態では、燃料電池11の起動後、水素系排出弁38の温度が所定の温度以上となって、その開閉によって反応後の水素ガスの排出ができるようになった状態まで、燃料電池11からの発電電力を車両駆動用モータ49に送電できないようにしているので、水素系排出弁38から反応後の水素ガスの排出ができない場合には、燃料電池車両が走行できない状態となっている。このため、水素系排出弁38から反応後の水素ガスの排出ができない状態のまま、燃料電池車両が走行することが無く、燃料電池車両の走行開始後に燃料電池の発電電力が走行必要電力を下回ることを防止することができるという効果を奏する。また、燃料電池11の温度上昇中に発電される過剰な電力を2次電池45に蓄電し、その電力を走行時の電力として使用することができることから、エネルギーを有効に利用することができるという効果を奏する。
In the above-described embodiment, after the
図3、図4を参照しながら第2の実施形態について説明する。先に説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図3は第2の実施形態の燃料電池システムの系統図である。本実施形態では、水素系排出弁38の状態検出手段として水素系排出弁38の弁開度を検出する開度センサ28が設けられている。開度センサ28は水素系排出弁38の弁棒の移動量から弁開度を連続的に検出する位置検出器やリニアセンサであってもよいし、弁の全開、全閉の状態の信号を出力するようなリミットスイッチ等でも良い。また、本実施形態では、水素系排出弁38の状態検出手段として水素排出管路34に圧力を測定する圧力センサ27が取り付けられている。圧力センサ27は連続的に水素排出管路34の圧力の測定ができるものであれば圧電式やダイヤフラム式などの圧力センサであってもよい。本実施形態では、電力出力線41aの燃料電池11とインバータ装置47との間にあって、DC/DCコンバータ43とインバータ装置47との間に電力出力線41aの接続を遮断することができる遮断器42が取り付けられている。図3では、遮断器42は一方の電力出力線41aに取り付けられているが、他方の電力出力線41bに取り付けてもよい。遮断器は制御部61からの指令によって電力出力線41aの接続を機械的に切り離して電気的に遮断状態とするスイッチの一種である。以上説明した他は、先に説明した実施形態と同様の構成となっている。
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Parts similar to those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 3 is a system diagram of the fuel cell system according to the second embodiment. In the present embodiment, an opening degree sensor 28 that detects the opening degree of the hydrogen-based
図4を参照しながら、第2の実施形態の動作について説明する。図2で説明した先の実施形態と同様の動作についての説明は省略する。制御部61は、図4のステップS201に示すように燃料電池11を起動させた後、図4のステップS202に示すように、水素系排出弁38に開弁指令を出力する。この開弁指令によって水素系排出弁38のアクチュエータが動作して水素系排出弁38を開状態としようとする。次に、制御部61は、図4のステップS203に示すように、水素系排出弁38に取り付けられた開度センサ28からの信号によって水素系排出弁38の弁開度を取得する。そして、制御部61は、図4のステップS204に示すように、開度指令値と開度センサ28から取得された実際の開度との間に差異があるかどうかを判断する。差異の判断は2つの信号の間の差異が所定の誤差範囲内であれば差異が無いものと判断し、2つの信号の差異が所定の誤差範囲を超えている場合には、差異があるものと判断する。所定の誤差範囲は、例えば、指令値の数%というようにしても良いし、水素系排出弁38が全開、全閉運用であり、開度センサ28がリミットスイッチの場合には、信号のON、OFFの差異によって判断するようにしても良い。
The operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. The description of the same operation as that of the previous embodiment described in FIG. 2 is omitted. After starting the
制御部61は水素系排出弁38の弁開指令の指令値と実開度に差異がある場合には、水素系排出弁38は凍結固着状態で開動作ができず、反応後の水素ガスを排出することができない状態にあるものと判断する。そして、図4のステップS208に示すように、制御部61は遮断器42に電力出力線41aを遮断するよう遮断指令を出力する。この指令によって遮断器42は機械的に電力出力線41aの接続を遮断して、車両駆動用モータ49に燃料電池11の発電電力を送電できない状態とする。そして、図4のステップS209,210に示すように、制御部61はDC/DCコンバータ43にDC/DCコンバータ43を2次電池45への蓄電モードとして燃料電池11からの電気出力を2次電池45に蓄電するようにする。
If there is a difference between the command value of the valve opening command of the hydrogen-based
また、図4のステップS204に示すように、制御部61は水素系排出弁38の弁開指令の指令値と実開度に差異がない場合には、水素系排出弁38は開動作ができ、反応後の水素ガスを排出することができる状態にあるものと判断する。そして、図4のステップS205に示すように、制御部61は、遮断器42を全閉とする指令を遮断器42に出力する。この指令によって遮断器42は機械的に電力出力線41aを接続して、車両駆動用モータ49に燃料電池11の発電電力を送電できる状態とする。
In addition, as shown in step S204 of FIG. 4, when there is no difference between the command value of the valve opening command of the hydrogen-based
制御部61は、図4のステップS206,S207に示すように、インバータ装置47の動作を開始させ、DC/DCコンバータ43を充放電モードとして、燃料電池11の発電電力をインバータ装置47によって駆動用電力に変換して車両駆動用モータ49に供給することができる状態となって、燃料電池車両の走行が可能となる。
As shown in steps S206 and S207 of FIG. 4, the
以上説明した、第2の実施形態では、先に説明した実施形態の効果に加えて、開度センサ28によって水素系排出弁38の実開度を検出し、その信号に基づいて弁の開閉可能と反応後の水素ガスの排出が可能かどうかを判断しているので、温度のみでの判断よりも確実に水素系排出弁38の状態を判断することができるという効果を奏する。また、遮断器42によって機械的に電力出力線41aの遮断を行なうことによって車両駆動用モータ49への送電を遮断していることから、送電の遮断が確実で、より確実に水素系排出弁38から反応後の水素ガスの排出ができない状態のまま燃料電池車両が走行することを防止することができるという効果を奏する。
In the second embodiment described above, in addition to the effects of the embodiment described above, the actual opening of the hydrogen-based
図5を参照しながら、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態の系統構成は先に説明した第2の実施形態と同様である。また第2の実施形態と同様の動作についての説明は省略する。制御部61は、図5のステップS301に示すように燃料電池11を起動させた後、図5のステップS302に示すように、圧力センサ27によって水素系排出弁38に開弁指令を出力する前の水素排出管路34の圧力を取得して記憶部63に格納する。そして、制御部61は図5のステップS303に示すように水素系排出弁38に開弁指令を出力して水素系排出弁38を開弁しようとする。その後、図5のステップS304に示すように、制御部61は、水素系排出弁38に開弁指令を出力した後の水素排出管路34の圧力を取得して記憶部63に格納する。先の開弁指令によって水素系排出弁38が実際に開弁されている場合には、開弁指令後の圧力は開弁指令前の圧力よりも低くなり、開弁されていないときには開弁指令後の圧力と開弁指令前の圧力は略等しくなる。制御部61は、図5のステップS305に示すように、先に記憶部63に格納した、水素系排出弁38に開弁指令を出力する前の水素排出管路34の圧力と、水素系排出弁38に開弁指令を出力した後の水素排出管路34の圧力とのデータを記憶部63から取得して比較する。そして、2つの圧力の間に差異があるかどうかを判断する。差異の判断は2つの信号の間の差異が所定の誤差範囲内であれば差異が無いものと判断し、2つの信号の差異が所定の誤差範囲を超えている場合には、差異があるものと判断する。所定の誤差範囲は、例えば、測定圧力の数%というようにしても良いし、一定の値としても良い。
The third embodiment will be described with reference to FIG. The system configuration of the third embodiment is the same as that of the second embodiment described above. Also, the description of the same operation as in the second embodiment is omitted. The
制御部61は、2つの圧力の間に差異がない場合には、水素系排出弁38は開弁できず反応後の水素ガスを排出することができない状態となっていると判断し、2つの圧力に差異がある場合には水素系排出弁38が開弁して反応後の水素ガスを排出することができる状態となっていると判断する。水素系排出弁38の状態検出後の送電禁止手段は、図2で説明したものと同様、インバータ装置47のインバータ素子を全開して車両駆動用モータへの送電を遮断するものである。また、この送電遮断は第2の実施形態と同様に遮断器42によって行なうこととしても良い。
When there is no difference between the two pressures, the
以上説明した第3の実施形態は、先に説明した実施形態に加えて、水素系排出弁38にセンサを取り付けけることなく、燃料電池11の運転に必要な圧力センサ27を流用して水素系排出弁38の状態取得ができることから、システムを簡略化することができるという効果を奏する。
In the third embodiment described above, in addition to the embodiment described above, the
10 燃料電池システム、11 燃料電池、12 空気側極、13 水素側極、15 空気圧縮機、16,37 モータ、19 空気吸込み管路、23 空気供給管路、24 空気排出管路、26 温度センサ、27 圧力センサ、28 弁開度センサ、31 水素ガスタンク、32 水素供給調節弁、33 水素供給管路、34 水素排出管路、35 水素循環管路、36 水素循環ポンプ、38 水素系排出弁、39 水素系大気放出管路、41,41a,41b 電力出力線、42 遮断器、43 DC/DCコンバータ、45 2次電池、47 インバータ装置、49 車両駆動用モータ、51a,51b,53a,53b 電力供給線、61 制御部、63 記憶部、65 データバス。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、
前記燃料電池の燃料極から反応後の燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路に設けられ、反応後の燃料ガスの一部を大気に排出する排出弁と、
前記排出弁の状態を検出する排出弁状態検出手段と、
前記排出弁の開閉制御を行なう制御部と、
を含む燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムの起動過程において、前記排出弁状態検出手段によって前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気に排出することができない状態にあると判断した場合には、前記燃料電池の発電電力を車両駆動装置に送電しない送電禁止手段
を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell for driving a vehicle that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A fuel gas supply channel for supplying fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell;
A discharge valve provided in a fuel gas discharge passage for discharging the reacted fuel gas from the fuel electrode of the fuel cell, and discharging a part of the reacted fuel gas to the atmosphere;
A discharge valve state detecting means for detecting the state of the discharge valve;
A control unit for performing opening / closing control of the discharge valve;
A fuel cell system comprising:
In the starting process of the fuel cell system, the control unit determines that the exhaust valve state detection means determines that the exhaust valve cannot discharge the reacted fuel gas to the atmosphere. A fuel cell system comprising: a power transmission prohibiting unit that does not transmit the power generated by the battery to the vehicle drive device.
2次電池を備え、
前記送電禁止手段は、前記燃料電池の発電電力を前記2次電池に出力すること
を特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
A secondary battery,
The power transmission prohibiting means outputs the power generated by the fuel cell to the secondary battery.
前記送電禁止手段は、前記燃料電池と前記駆動装置との間に設けられた電力接続装置を遮断状態に保持すること
を特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The power transmission prohibiting unit holds a power connection device provided between the fuel cell and the driving device in a cut-off state.
に記載の燃料電池システムにおいて、
前記送電禁止手段は、前記燃料電池と前記車両駆動装置との間に設けられたインバータ回路を全開状態として、前記燃料電池と前記車両駆動装置とを接続しないこと
を特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell system characterized in that the power transmission prohibiting means fully opens an inverter circuit provided between the fuel cell and the vehicle drive device, and does not connect the fuel cell and the vehicle drive device.
前記排出弁状態検出手段は、前記排出弁に取り付けられた温度センサであり、
前記制御部は、前記排出弁の温度が所定の温度以下である場合に、前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気に排出することができない状態にあると判断すること
を特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The discharge valve state detection means is a temperature sensor attached to the discharge valve,
When the temperature of the discharge valve is equal to or lower than a predetermined temperature, the control unit determines that the discharge valve cannot discharge the reacted fuel gas to the atmosphere. system.
前記排出弁状態検出手段は、前記排出弁に取り付けられた開度センサであり、
前記制御部は、前記排出弁の開度指令値と前記排出弁の開度センサからの開度信号とに差異がある場合に、前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気排出することができない状態にあると判断すること
を特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The discharge valve state detection means is an opening sensor attached to the discharge valve,
The control unit cannot discharge the fuel gas after the reaction to the atmosphere when there is a difference between the opening command value of the discharge valve and the opening signal from the opening sensor of the discharge valve. A fuel cell system characterized in that it is determined to be in a state.
前記排出弁状態検出手段は、前記燃料ガス排出流路に取り付けられた圧力センサであり、
前記制御部は、前記排出弁に開指令を出力する前後の前記燃料ガス排出流路の圧力に差異がない場合には、前記排出弁が反応後の燃料ガスを大気排出することができない状態にあると判断すること
を特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
The discharge valve state detection means is a pressure sensor attached to the fuel gas discharge flow path,
When there is no difference in the pressure of the fuel gas discharge flow path before and after outputting an open command to the discharge valve, the control unit is in a state in which the discharge valve cannot discharge the reacted fuel gas to the atmosphere. A fuel cell system characterized by being judged to be present.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006276100A JP2008097909A (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006276100A JP2008097909A (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008097909A true JP2008097909A (en) | 2008-04-24 |
Family
ID=39380548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006276100A Pending JP2008097909A (en) | 2006-10-10 | 2006-10-10 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008097909A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010176864A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Honda Motor Co Ltd | Fuel battery vehicle |
JP2011003465A (en) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1040962A (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-13 | Toyota Motor Corp | Power supply device and electric vehicle |
JP2003187846A (en) * | 2001-12-17 | 2003-07-04 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2004139771A (en) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2004172025A (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2004296338A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Nissan Motor Co Ltd | Control device of fuel cell system for vehicle |
JP2005050645A (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
-
2006
- 2006-10-10 JP JP2006276100A patent/JP2008097909A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1040962A (en) * | 1996-07-26 | 1998-02-13 | Toyota Motor Corp | Power supply device and electric vehicle |
JP2003187846A (en) * | 2001-12-17 | 2003-07-04 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2004139771A (en) * | 2002-10-16 | 2004-05-13 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2004172025A (en) * | 2002-11-22 | 2004-06-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2004296338A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Nissan Motor Co Ltd | Control device of fuel cell system for vehicle |
JP2005050645A (en) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010176864A (en) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Honda Motor Co Ltd | Fuel battery vehicle |
JP2011003465A (en) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4735642B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
JP5007927B2 (en) | Fuel cell system | |
US10547068B2 (en) | Solid oxide fuel cell system and method of controlling the same | |
JP4543337B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5056239B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5231750B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2013206625A (en) | Fuel cell system | |
JP5168814B2 (en) | Fuel cell system and vehicle equipped with fuel cell system | |
JP5083603B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2007220355A (en) | Low-temperature starting method of fuel cell system and fuel cell | |
KR101047521B1 (en) | Fuel cell system | |
JP2009129848A (en) | Fuel cell system | |
JP2008097909A (en) | Fuel cell system | |
JP2007172843A (en) | Fuel cell system and its starting method | |
JP5266626B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5074723B2 (en) | Fuel cell system and starting method thereof | |
JP5060105B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5103851B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4956110B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2005276529A (en) | Fuel cell system | |
JP2005129243A (en) | Fuel cell system and operation method of fuel cell | |
JP7331780B2 (en) | fuel cell system | |
JP2009272275A (en) | Fuel cell system, and starting method for fuel cell system | |
JP5080884B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM | |
JP2008059829A (en) | Fuel cell system and its starting-up method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090910 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120228 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120626 |