JP2008277044A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各セルのIR抵抗を測定し(ステップS14)、IR抵抗と負荷電流とに応じて閾値電圧としての最低セル電圧を設定する(ステップS18)。最低セル電圧の設定には、燃料ガスの供給量が不足したときのセルのIV特性を近似したマップデータを利用することもできる。その場合は、マップデータから得られる負荷電流に対応する電圧と、IR抵抗及び負荷電流から計算されるIR損とに基づいて最低セル電圧を決定する。設定した最低セル電圧は実際のセル電圧と比較する(ステップS22)。比較の結果、セル電圧が最低セル電圧よりも低下したときには燃料電池の発電を停止若しくは抑制する(ステップS24)。
【選択図】図5
Description
複数の単位電池を直列に接続してなる燃料電池と、
前記単位電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
何れかの単位電池の電圧が所定の閾値電圧よりも低下したときには前記燃料電池の発電を停止若しくは抑制する発電制御手段と、
前記単位電池のIR抵抗を測定するIR抵抗測定手段と、
IR抵抗と負荷電流とに応じて前記閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、
を備えることを特徴としている。
前記閾値電圧設定手段は、燃料ガスの供給量が不足したときの前記単位電池の電流電圧特性を近似したマップデータを有し、前記マップデータから得られる負荷電流に対応する電圧と、IR抵抗及び負荷電流から計算されるIR損とに基づいて前記閾値電圧を決定することを特徴としている。
前記単位電池の温度を測定する電池温度測定手段をさらに備え、
前記閾値電圧設定手段は、燃料ガスの供給量が不足したときの前記単位電池の電流電圧特性を電池温度別に近似したマップデータを有し、前記マップデータから得られる電池温度及び負荷電流に対応する電圧と、IR抵抗及び負荷電流から計算されるIR損とに基づいて前記閾値電圧を決定することを特徴としている。
前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態を制御する手段であって、負荷電流から決まる必要量に対して酸化剤ガスの供給量を不足させる酸化剤ガス供給制御手段をさらに備えることを特徴としている。
複数の単位電池を直列に接続してなる燃料電池と、
前記単位電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
何れかの単位電池の電圧が所定の閾値電圧よりも低下したときには前記燃料電池の発電を停止若しくは抑制する発電制御手段と、
前記単位電池の温度を測定する電池温度測定手段と、
電池温度に応じて前記閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、
を備えることを特徴としている。
前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態を制御する手段であって、負荷電流から決まる必要量に対して酸化剤ガスの供給量を不足させる酸化剤ガス供給制御手段をさらに備えることを特徴としている。
前記閾値電圧設定手段は、前記単位電池のIR抵抗の温度依存性を予測したマップデータを有し、前記マップデータから得られる電池温度に対応するIR抵抗と負荷電流とから計算されるIR損に基づいて前記閾値電圧を決定することを特徴としている。
複数の単位電池を直列に接続してなる燃料電池と、
前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態を制御する手段であって、負荷電流から決まる必要量以上の酸化剤ガスを供給するモードと、負荷電流から決まる必要量に対して酸化剤ガスの供給量を不足させるモードとを切り替え可能な酸化剤ガス供給制御手段と、
前記単位電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
何れかの単位電池の電圧が所定の閾値電圧よりも低下したときには前記燃料電池の発電を停止若しくは抑制する発電制御手段と、
前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態に応じて前記閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、
を備えることを特徴としている。
図1は、単位電池(以下、セルという)の各電極電位をOCV時と通常発電時とで比較して示す図である。図1においてアノード電位はANで示し、カソード電位はCAで示している。ここでは、OCV時のアノード電位を0Vとし、カソード電位を1Vとしている。この図に示すように、通常発電時、つまり、セルに負荷がかかったときには、アノード電位は僅かに上昇し、且つ、カソード電位は僅かに低下する。さらに、セルのIR抵抗によってIR損が発生するため、見かけのカソード電位(図中に点線で示す)はより低下することになる。見かけのカソード電位とアノード電位との電位差が、発電時のセル電圧となる。なお、発電時のセル電圧とカソード電位、アノード電位及びIR損との間にある関係は次の(1)式によって表すことができる。
セル電圧=カソード電位−アノード電位−IR損 ・・・(1)
次に、本発明において採っている負電圧の原因の判別方法について説明する。仮に各セルに参照電極を設けてアノード電位やカソード電位を実測するのであれば、負電圧の原因がアノードガス欠なのかカソードガス欠なのか判定することは容易である。しかし、多数のセルからなる燃料電池においてそのような方法を採ることは現実的には難しい。燃料電池において容易に測定できるのは、セル電圧、つまり、見かけのカソード電位とアノード電位との電位差である。以下に説明する2つの判別方法は、何れも実際に測定可能なセル電圧に基づいて負電圧の原因を判別する方法である。
図4、図5、図6及び図7を用いて本発明の実施の形態1について説明する。
図4は、本発明の実施の形態1としての燃料電池システムの概略構成図である。以下、図4に示す燃料電池システムの構成について説明する。ただし、図4は本発明を適用し得る燃料電池システムの構成の一例を示したものであり、本発明は他の構成の燃料電池システムにも適用することができる。例えば、図4に示すシステムはいわゆるアノードガス循環型のシステムであるが、本発明はアノードガスを循環させない、いわゆるアノードデッドエンド型のシステムにも適用可能である。
本実施の形態では、制御装置30は、図5のフローチャートに示すルーチンに従って燃料電池4の発電状態を制御する。図5に示すルーチンは、燃料電池システムの起動時に実行される。
実施の形態1の発電制御に関し、図5のフローチャートに示すルーチンは、図7のフローチャートに示すルーチンに代えることもできる。なお、図7に示すルーチンには、図5に示すルーチンと同一内容の処理が含まれている。それらについては、図中に同一のステップ番号を付している。
次に、図4、図8及び図9を用いて本発明の実施の形態2について説明する。本発明の実施の形態2としての燃料電池システムの構成は、実施の形態1と同様、図4を用いて説明することができる。図4に示す構成から抵抗計34を省略した構成が、本発明の実施の形態2としての燃料電池システムの構成となる。
本実施の形態では、制御装置30は、図8のフローチャートに示すルーチンに従って燃料電池4の発電状態を制御する。図8に示すルーチンは、燃料電池システムの起動時に実行される。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
4 燃料電池
10 カソードガス通路
14 エアコンプレッサ
20 アノードガス通路
24 アノードガス供給装置
30 制御装置
32 電圧計
34 抵抗計
36 温度計
CA カソード電位
AN アノード電位
Claims (8)
- 複数の単位電池を直列に接続してなる燃料電池と、
前記単位電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
何れかの単位電池の電圧が所定の閾値電圧よりも低下したときには前記燃料電池の発電を停止若しくは抑制する発電制御手段と、
前記単位電池のIR抵抗を測定するIR抵抗測定手段と、
IR抵抗と負荷電流とに応じて前記閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記閾値電圧設定手段は、燃料ガスの供給量が不足したときの前記単位電池の電流電圧特性を近似したマップデータを有し、前記マップデータから得られる負荷電流に対応する電圧と、IR抵抗及び負荷電流から計算されるIR損とに基づいて前記閾値電圧を決定することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記単位電池の温度を測定する電池温度測定手段をさらに備え、
前記閾値電圧設定手段は、燃料ガスの供給量が不足したときの前記単位電池の電流電圧特性を電池温度別に近似したマップデータを有し、前記マップデータから得られる電池温度及び負荷電流に対応する電圧と、IR抵抗及び負荷電流から計算されるIR損とに基づいて前記閾値電圧を決定することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態を制御する手段であって、負荷電流から決まる必要量に対して酸化剤ガスの供給量を不足させる酸化剤ガス供給制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の燃料電池システム。
- 複数の単位電池を直列に接続してなる燃料電池と、
前記単位電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
何れかの単位電池の電圧が所定の閾値電圧よりも低下したときには前記燃料電池の発電を停止若しくは抑制する発電制御手段と、
前記単位電池の温度を測定する電池温度測定手段と、
電池温度に応じて前記閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態を制御する手段であって、負荷電流から決まる必要量に対して酸化剤ガスの供給量を不足させる酸化剤ガス供給制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項5記載の燃料電池システム。
- 前記閾値電圧設定手段は、前記単位電池のIR抵抗の温度依存性を予測したマップデータを有し、前記マップデータから得られる電池温度に対応するIR抵抗と負荷電流とから計算されるIR損に基づいて前記閾値電圧を決定することを特徴とする請求項6記載の燃料電池システム。
- 複数の単位電池を直列に接続してなる燃料電池と、
前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態を制御する手段であって、負荷電流から決まる必要量以上の酸化剤ガスを供給するモードと、負荷電流から決まる必要量に対して酸化剤ガスの供給量を不足させるモードとを切り替え可能な酸化剤ガス供給制御手段と、
前記単位電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
何れかの単位電池の電圧が所定の閾値電圧よりも低下したときには前記燃料電池の発電を停止若しくは抑制する発電制御手段と、
前記燃料電池への酸化剤ガスの供給状態に応じて前記閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
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