JP2009032617A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排出流路L3を介して排出される、燃料極を含む水素循環流路L2内の窒素の排出量を調整するパージバルブ13を有している。そして、パージ量補正部46は、運転モード切替部44による通常発電モードと発電休止モードとの運転モードの切り替えを考慮して、燃料極を含む水素循環流路L2内の窒素量の目標管理値Naを可変に設定し、この設定された窒素量の目標管理値Naに基づいて、パージバルブ13の開き量POAtを制御している。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。この燃料電池システムは、例えば、車両に搭載されて、その電源として機能している。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット40の構成を示すブロック図である。第2の実施形態の燃料電池システムが、第1の実施形態と相違する点は、コントロールユニット40(具体的には、パージ量補正部46)による切替発生率Pcの推定方法である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ13の開き量の補正処理については、第1の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット40の構成を示すブロック図である。第3の実施形態の燃料電池システムが、第1の実施形態と相違する点は、コントロールユニット40(具体的には、パージ量補正部46)による切替発生率Pcの推定方法である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ13の開き量の補正処理については、第1の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。
図12は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット40の構成を示すブロック図である。第4の実施形態の燃料電池システムが、第1の実施形態と相違する点は、コントロールユニット40(具体的には、パージ量補正部46)による切替発生率Pcの推定方法である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ13の開き量の補正処理については、第1の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。
図14は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット40の構成を示すブロック図である。第5の実施形態の燃料電池システムが、第1の実施形態と相違する点は、コントロールユニット40(具体的には、パージ量補正部46)によって補正蓄電量Baaを発電電力決定部41に対して指示することである。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ13の開き量の補正処理については、第1の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。
図16は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムにおけるモード切替処理の手順を示すフローチャートである。第6の実施形態の燃料電池システムが、第1の実施形態と相違する点は、コントロールユニット40(具体的には、運転モード切替部44)による運転モードの切替判断処理である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ13の開き量の補正処理については、第1の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。
2 出力取出装置
3 電動モータ
4 二次電池
5 バッテリコントローラ
6 アクセル開度センサ
7 車速センサ
8 電圧センサ
10 燃料タンク
11 水素調圧バルブ
12 水素循環ポンプ
13 パージバルブ
14 水素希釈装置
15 水素圧力センサ
20 コンプレッサ
21 水素循環ポンプ
21 空気調圧バルブ
22 空気圧力センサ
31 冷却水循環ポンプ
32 ラジエータ
33 ファン
34 冷却水温度センサ
40 コントロールユニット
41 発電電力決定部
42 循環ポンプ回転数決定部
43 水素圧力決定部
44 運転モード切替部
45 パージ量決定部
46 パージ量補正部
50 距離センサ
51 ブレーキセンサ
Claims (14)
- 燃料電池システムにおいて、
燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記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排出されるガスを前記燃料ガス供給流路へと流す循環流路と、
前記循環流路に設けられており、前記燃料ガスを循環させる循環手段と、
前記循環流路を流れるガスを外部へ排出する排出流路と、
前記排出流路を介して排出される、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物の排出量を調整する排出量調整手段と、
前記切替可能な運転モードとして、システムに要求される要求電力を前記燃料電池による発電によって供給する通常発電モードと、前記燃料電池による発電を休止して、システムに要求される要求電力を蓄電手段から供給する発電休止モードとを有し、前記運転モードを切り替えるモード切替手段と、
前記モード切替手段による前記運転モードの切り替えを考慮して、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物量の目標管理値を可変に設定する設定手段と、
前記設定手段によって設定された前記不純物量の目標管理値に基づいて、前記排出量調整手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記設定手段は、前記不純物量の目標管理値を、最小不純物量から、当該最小不純物量よりも大きな値である最大効率不純物量の間で可変に設定しており、
前記最小不純物量は、前記燃料極を含む前記循環流路内に含まれる不純物量のうち、前記循環手段によって循環する燃料ガス流量が最大となる不純物量に対応した値であり、
前記最大効率不純物量は、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物量のうち、前記排出流路を介して前記不純物とともに排出される燃料ガスによって前記燃料電池が発電することができる発電電力と前記循環手段の消費電力との和が最小となる不純物量に対応した値であることを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体の速度が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定速度以下の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
前記設定手段は、前記移動体の速度が前記判定速度以下の場合には、前記不純物の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記移動体の速度が前記判定速度よりも増加するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体と、当該移動体の移動方向に存在する対象物との間の相対距離が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定距離以下の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
前記設定手段は、前記相対距離が前記判定距離以下の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記相対距離が前記判定距離よりも増加するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体に対して操作者から要求される加速要求値が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定加速要求値以下の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
前記設定手段は、前記加速要求値が前記判定加速要値求以下の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記加速要求値が前記判定加速要求値よりも増加するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体に対して操作者から減速要求がある場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
前記設定手段は、前記減速要求がある場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記減速要求がない場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最大効率不純物量に設定することを特徴とする請求項2または5に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、前記蓄電手段の電力残力が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定電力残量以上の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
前記設定手段は、前記電力残量が前記判定電力残量以上の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記電力残量が前記判定電力残量よりも低い場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最大効率不純物量に設定することを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、前記蓄電手段から供給可能な出力可能電力が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定出力可能電力以上の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
前記設定手段は、前記出力可能電力が前記判定出力可能電力以上の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記出力可能電力が前記判定出力可能電力よりも低下するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。 - 前記設定手段は、前記モード切替手段において運転モードの切替条件となるパラメータに基づいて、前記通常発電モードから前記発電休止モードに前記運転モードの切り替えが発生する確率を切替発生率として推定し、当該推定された切替発生率に基づいて、前記不純物量の目標管理値を可変に設定することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。
- 前記設定手段は、前記切替発生率が最大値の場合に、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記切替発生率が最小値の場合に、前記不純物量の目標管理値を前記最大効率不純物量に設定し、前記切替発生率が前記最小値から増加する程、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量から前記最大効率不純物量の間で増加させた値に設定することを特徴とする請求項9に記載された燃料電池システム。
- 前記燃料電池による目標発電電力を決定する発電電力決定手段をさらに有し、
前記設定手段は、前記不純物量の目標管理値が現在値よりも小さい値に変更された場合には、前記発電電力決定手段に対して、前記蓄電手段に蓄電するための余剰分の発電電力を追加的に発電するように指示することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記モード切替手段は、現在の運転モードが前記発電休止モードである場合、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物量が、切替不純物量以上であることを条件として、前記運転モードを前記発電休止モードから前記通常発電モードへと切り替えており、
前記切替不純物量は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体が停止していない場合、前記燃料電池を最大発電電力にて発電するシーンにおいて、前記循環手段を最大運転状態にして安定した発電を継続的に行うことが可能となる不純物量の最大値である許容不純物量が設定されており、前記移動体が停止している場合、前記不純物量の最大値よりも大きい値である補正不純物量の不純物量に設定されていることを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記燃料電池による目標発電電力を決定する発電電力決定手段をさらに有し、
前記モード切替手段は、前記切替不純物量が前記補正不純物量に設定されている場合には、前記発電電力決定手段に対して前記目標発電電力を制限することを指示することを特徴とする請求項12に記載された燃料電池システム。 - 燃料電池システムの制御方法において、
システムに要求される要求電力を、燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池から供給する通常発電モードと、前記燃料電池による発電を休止して、システムに要求される要求電力を蓄電手段から供給する発電休止モードとで運転モードを切り替える第1のステップと、
前記第1のステップにおける前記運転モードの切り替えを考慮して、前記燃料電池の燃料極内、および、当該燃料極から排出されたガスを前記燃料ガスの供給側へと循環させる循環流路内の不純物量の目標管理値を可変に設定する第2のステップと、
前記第2のステップにおいて設定された前記不純物の目標管理値に基づいて、前記循環流路から排出する前記不純物の排出量を調整する第3のステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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