JP2009037762A - Control device of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムの制御装置に関し、特に、燃料電池内の電解質膜の乾燥を防止する技術に関する。 The present invention relates to a control device for a fuel cell system, and more particularly to a technique for preventing drying of an electrolyte membrane in a fuel cell.
燃料電池の各セルにおいて発電効率を維持するためには、プロトン(水素イオン)の移動を確保するために電解質膜を湿潤に保つ必要がある。電解質膜の乾燥は電解質膜の劣化にも繋がる。そこで、燃料電池システムには、この電解質膜、ガス拡散電極(燃料ガス電極(アノード)及び酸化剤ガス電極(カソード))等から構成されるセルに加湿器で加湿されたガスを供給するよう構成されるものがある。 In order to maintain power generation efficiency in each cell of the fuel cell, it is necessary to keep the electrolyte membrane wet in order to ensure the movement of protons (hydrogen ions). Drying the electrolyte membrane also leads to deterioration of the electrolyte membrane. Therefore, the fuel cell system is configured to supply a gas humidified by a humidifier to a cell composed of the electrolyte membrane, gas diffusion electrode (fuel gas electrode (anode) and oxidant gas electrode (cathode)), and the like. There is something to be done.
一方で、燃料電池システムは、車両に搭載される場合等には、軽量小型でかつ安価であることが望まれる。これにより、燃料電池システムにおいて、加湿器を持たない構成や容量の小さい加湿器を持つ構成が採られる。このような燃料電池システムでは、無加湿或いは低加湿状態のガスが燃料電池へ供給されるため、電解質膜を湿潤に保つための他の構成が必要となる。 On the other hand, when the fuel cell system is mounted on a vehicle, it is desired that the fuel cell system be light and small and inexpensive. Thereby, in a fuel cell system, the structure which does not have a humidifier, or the structure which has a humidifier with a small capacity | capacitance is taken. In such a fuel cell system, a gas in a non-humidified state or a low humidified state is supplied to the fuel cell, so that another configuration for keeping the electrolyte membrane moist is required.
下記特許文献1には、燃料電池システムにおいて電解質膜が乾燥していると判断すると、カソードに供給される空気供給量を常時に比べて少なくなるように制御することで水分の蒸発を抑制し、電解質膜の乾燥を防ぐ手法が提案されている。下記特許文献2には、酸化剤ガスの流量、圧力、温度の検出値に基づいて電解質膜の乾燥を判定し、酸化剤ガスの供給量、圧力、温度を低下させることで電解質膜の乾燥を防ぐ手法が提案されている。下記特許文献3には、燃料電池システムにおいてセル電圧等から電解質膜の乾燥を判定し、セルの空気通路内の空気圧力を通常運転時よりも上昇させることにより電解質膜の乾燥を防ぐ手法が提案されている。
しかしながら、上述のような従来手法のうち空気供給量を少なくなるように制御して乾燥を防ぐ手法では、空気供給量が少なくなり過ぎると、逆に電解質膜の乾燥を促進させてしまう恐れがある。空気供給量が少なくなると水素又は酸素が不足することで発電電圧が低下しセルの発熱量が増える。更に、空気供給量が少ないことから排出ガスへの放熱効果も低下する。これにより、空気供給量が少なくなり過ぎると、スタック温度が上昇しセル乾燥を促進させてしまう場合がある。このように、上述のような従来手法では、電解質膜の乾燥を適切に防ぐことができない場面が存在する。 However, in the conventional methods as described above, in the method of preventing the drying by controlling the air supply amount to be small, if the air supply amount is too small, the drying of the electrolyte membrane may be promoted conversely. . When the air supply amount decreases, the generated voltage decreases due to the lack of hydrogen or oxygen, and the heat generation amount of the cell increases. Furthermore, since the air supply amount is small, the heat dissipation effect to the exhaust gas is also reduced. As a result, if the air supply amount becomes too small, the stack temperature may rise and promote cell drying. As described above, there are scenes where the conventional technique as described above cannot appropriately prevent the electrolyte membrane from being dried.
また、上述のような無加湿或いは低加湿状態のガスが燃料電池へ供給される構成を持つ燃料電池システムであっても、全運転状態においてセル乾燥が顕著となるわけではない。セル乾燥が顕著となる運転状態において、発電効率の低下や電解質膜の劣化といった問題が生じ易い。それゆえ、従来方法では運転状態が不安定になる問題があった。 Further, even in a fuel cell system having a configuration in which a gas in a non-humidified state or a low humidified state as described above is supplied to the fuel cell, cell drying does not become prominent in all operating states. In an operating state where cell drying becomes significant, problems such as a decrease in power generation efficiency and deterioration of the electrolyte membrane are likely to occur. Therefore, the conventional method has a problem that the operation state becomes unstable.
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、電解質膜の乾燥を適切に防ぐ燃料電池システムの制御装置を提供することにある。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a control device for a fuel cell system that appropriately prevents the electrolyte membrane from drying.
本発明は、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。即ち、本発明は、燃料電池システムの制御装置に関するものであり、この制御装置は、燃料電池へ供給されるガスに関し、要求発電量に対応する標準ガスストイキ比を決定する標準決定手段と、燃料電池の温度を検知する温度検知手段と、燃料電池の運転状態を判断する状態判断手段と、上記温度検知手段により検知された温度から燃料電池の温度変化率を算出する算出手段と、上記状態判断手段により燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあると判断される場合には、燃料電池の温度が安定するように、上記算出手段により算出される温度変化率に応じて標準ガスストイキ比を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。 The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the present invention relates to a control device for a fuel cell system. This control device relates to a gas supplied to the fuel cell, a standard determination means for determining a standard gas stoichiometric ratio corresponding to a required power generation amount, and a fuel cell. Temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell, state determination means for determining the operating state of the fuel cell, calculation means for calculating the temperature change rate of the fuel cell from the temperature detected by the temperature detection means, and the state determination means If it is determined that the fuel cell is in an operating state in which the electrolyte membrane is easy to dry, the standard gas stoichiometric ratio is corrected according to the rate of temperature change calculated by the above calculation means so that the temperature of the fuel cell is stabilized. And a correcting means for performing.
本発明では、算出手段により燃料電池の温度変化率が算出される。この温度変化率は、例えば、所定の経過時間に対する温度の変化量の割合を示す。更に、標準決定手段により要求発電量に対応する標準ガスストイキ比が決定される。この標準ガスストイキ比とは、燃料電池へ供給されるガスについて、要求発電量に対応するように決められる理想供給量に対する、誤差等を含めた実際の供給量の比を示す。ガスストイキ比は例えばガス供給量を変化させることで制御される。更に、状態判断手段により燃料電池の運転状態が判断される。本発明では、補正手段により燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあると判断される場合には、上記標準ガスストイキ比が燃料電池の温度が安定するように補正される。 In the present invention, the temperature change rate of the fuel cell is calculated by the calculating means. This temperature change rate indicates, for example, the ratio of the temperature change amount with respect to a predetermined elapsed time. Further, the standard gas stoichiometric ratio corresponding to the required power generation amount is determined by the standard determining means. The standard gas stoichiometric ratio indicates a ratio of an actual supply amount including an error or the like to an ideal supply amount determined so as to correspond to a required power generation amount for the gas supplied to the fuel cell. The gas stoichiometric ratio is controlled, for example, by changing the gas supply amount. Further, the operating state of the fuel cell is determined by the state determining means. In the present invention, when it is determined by the correcting means that the fuel cell is in an operating state in which the electrolyte membrane is easily dried, the standard gas stoichiometric ratio is corrected so that the temperature of the fuel cell is stabilized.
燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にある場合には、ガスストイキ比が高すぎても低すぎても燃料電池の温度が急上昇し電解質膜の乾燥を促進することがある。これは、要求発電量に対応するように決定された標準ガスストイキ比を用いて発電する場合においても同様である。これにより、本発明では、電解質膜の乾燥し易い運転状態にある場合とそうでない場合とに区別して、燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にある場合には、例えば通常運転時の発電に利用される標準ガスストイキ比を補正することにより、燃料電池の温度が安定するように制御される。 When the fuel cell is in an operating state in which the electrolyte membrane can be easily dried, the temperature of the fuel cell may rise rapidly and promote the drying of the electrolyte membrane even if the gas stoichiometric ratio is too high or too low. The same applies to the case where power is generated using the standard gas stoichiometric ratio determined so as to correspond to the required power generation amount. Thus, in the present invention, when the fuel cell is in an operation state where the electrolyte membrane is easy to dry, it is distinguished from the case where the electrolyte membrane is in an operation state where the electrolyte membrane is easy to dry. By correcting the standard gas stoichiometric ratio used for the fuel cell, the temperature of the fuel cell is controlled to be stable.
従って、本発明によれば、電解質膜の乾燥し易い運転状態ではより細かくガスストイキ比が制御されるため、運転状態に伴う電解質膜の乾燥を適切に防ぐことができる。これは、加湿器等のガスの湿度を制御する他の機器を備える燃料電池システムであってもそうでない燃料電池システムであっても同様であるが、ガスの湿度を制御する他の機器を備えない燃料電池システムにおいてより顕著である。 Therefore, according to the present invention, since the gas stoichiometric ratio is more finely controlled in the operating state in which the electrolyte membrane is easily dried, drying of the electrolyte membrane accompanying the operating state can be appropriately prevented. This is the same whether the fuel cell system is equipped with another device for controlling the humidity of gas such as a humidifier or not, but is equipped with another device for controlling the humidity of gas. Not more noticeable in fuel cell systems.
本発明において好ましくは、上記算出手段が前回算出された温度変化率と今回算出された温度変化率との差を求めるようにし、上記補正手段が、燃料電池の温度が安定するように、上記温度変化率の差に応じて上記標準ガスストイキ比を増減させるように構成する。 In the present invention, preferably, the calculation means obtains a difference between the temperature change rate calculated last time and the temperature change rate calculated this time, and the correction means sets the temperature so that the temperature of the fuel cell is stabilized. The standard gas stoichiometric ratio is increased or decreased according to the difference in change rate.
このような構成によれば、温度変化率の差に応じて、標準ガスストイキ比は増加されることもあれば、減少されることもある。このように標準ガスストイキ比を補正することで、温度変化率が小さくなるように制御され、電解質膜の乾燥を未然に防ぐことができる。 According to such a configuration, the standard gas stoichiometric ratio may be increased or decreased depending on the difference in temperature change rate. By correcting the standard gas stoichiometric ratio in this way, the temperature change rate is controlled to be small, and drying of the electrolyte membrane can be prevented beforehand.
このような構成において更に好ましくは、上記補正手段が、上記温度変化率の差に応じた増減幅を決定し、この決定された増減幅分、上記標準ガスストイキ比を増減させるように構成する。 In such a configuration, more preferably, the correction means determines an increase / decrease width according to the difference in temperature change rate, and increases / decreases the standard gas stoichiometric ratio by the determined increase / decrease width.
このような構成によれば、温度変化率の差が大きい場合には例えば増減幅を大きくし、温度変化率の差が小さい場合には例えば増減幅を小さくすることができる。これにより、補正後のガスストイキ比の値をより電解質膜の乾燥を防ぐための理想値に早く近づけることができる。よって、どのような運転状態にあっても一層電解質膜の乾燥を防止すること
ができる。
According to such a configuration, when the temperature change rate difference is large, for example, the increase / decrease range can be increased, and when the temperature change rate difference is small, the increase / decrease range can be decreased, for example. Thereby, the corrected value of the gas stoichiometric ratio can be brought closer to the ideal value for preventing the electrolyte membrane from drying more quickly. Therefore, it is possible to further prevent the electrolyte membrane from being dried in any operating state.
また、本発明において好ましくは、燃料電池の発電量を測定する電力測定手段を更に備えるように構成し、上記状態判断手段が、上記電力測定手段により測定された発電量及び上記温度検知手段により検知された温度に基づいて、燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあるか否かを判断するように構成する。このような構成において、上記状態判断手段が、低発電かつ燃料電池の温度が高い場合に、燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあると判断するようにしてもよい。 In the present invention, preferably, the apparatus further comprises power measuring means for measuring the power generation amount of the fuel cell, and the state determination means detects the power generation amount measured by the power measurement means and the temperature detection means. Based on the measured temperature, it is configured to determine whether or not the fuel cell is in an operation state in which the electrolyte membrane is easily dried. In such a configuration, the state determination means may determine that the fuel cell is in an operation state in which the electrolyte membrane is easily dried when the power generation is low and the temperature of the fuel cell is high.
燃料電池は、スタック温度が高い程或いはガスストイキ比が高い程、持ち去り水蒸気量が大きくなり、電解質膜の乾燥が顕著となる特性を持つ。このような特性を判断基準として、燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあるか否かを判断することにより、標準ガスストイキ比を補正すべき運転状態を的確に判断することができる。 The fuel cell has such characteristics that the higher the stack temperature or the higher the gas stoichiometric ratio, the greater the amount of water vapor that is taken away and the more the electrolyte membrane is dried. By determining whether or not the fuel cell is in an operation state in which the electrolyte membrane is easy to dry using such characteristics as a criterion, it is possible to accurately determine the operation state in which the standard gas stoichiometric ratio is to be corrected.
従って、本発明によれば、電解質膜の乾燥が促進されそうな運転状態を適切に判断し、このような運転状態において燃料電池の温度が安定するように制御されるため、適切に電解質膜の乾燥を防ぐことができる。 Therefore, according to the present invention, the operating state in which the drying of the electrolyte membrane is likely to be promoted is appropriately determined, and the temperature of the fuel cell is controlled to be stable in such an operating state. Drying can be prevented.
本発明によれば、電解質膜の乾燥を適切に防ぐ燃料電池システムの制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of the fuel cell system which prevents the electrolyte membrane from drying appropriately can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における燃料電池システムについて説明する。なお、以下に述べる実施形態の構成は例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the embodiment described below is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the following embodiment.
[本発明の実施形態の骨子]
まず、本発明の実施形態の詳細を説明する前に、図1、2及び3を参照しながら本発明の実施形態の骨子について説明する。図1は、スタック温度と発電量との関係に基づいて、燃料電池システムにおいて電解質膜の乾燥が顕著となる運転状態と通常運転状態とを示す図である。図1に示されるスタック温度とは、燃料電池スタックの温度である。
[Outline of the embodiment of the present invention]
First, before describing the details of the embodiment of the present invention, the outline of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an operation state and a normal operation state in which drying of the electrolyte membrane becomes significant in the fuel cell system based on the relationship between the stack temperature and the power generation amount. The stack temperature shown in FIG. 1 is the temperature of the fuel cell stack.
セルの乾燥(電解質膜の乾燥)は、持ち去り水蒸気量が多い場合、すなわち発電中にセルにて生成される水分量に対しセル内を流れるガスにより蒸発する水分量が多い場合に起こる。つまり、スタック温度が高い程或いはガスストイキ比が高い程、持ち去り水蒸気量が大きくなり、電解質膜の乾燥が顕著となる。このガスストイキ比とは、酸化剤ガス若しくは燃料ガスの燃料電池への要求供給量に対する実際供給量の比を示す。一般的に、ガスストイキ比は燃料電池システムの低発電運転時において高くなる傾向がある。逆に、発電量が大きいとセルのカソードで生成される生成水量が多くなるため、例えスタック温度が高い場合であってもセル乾燥が顕著とならない場合がある。 The drying of the cell (drying of the electrolyte membrane) occurs when the amount of water vapor carried away is large, that is, when the amount of water evaporated by the gas flowing in the cell is larger than the amount of water generated in the cell during power generation. That is, the higher the stack temperature or the higher the gas stoichiometric ratio, the greater the amount of water vapor that is taken away, and the more the electrolyte membrane is dried. The gas stoichiometric ratio indicates the ratio of the actual supply amount to the required supply amount of the oxidant gas or fuel gas to the fuel cell. Generally, the gas stoichiometric ratio tends to be high during low power generation operation of the fuel cell system. On the other hand, if the amount of power generation is large, the amount of water produced at the cathode of the cell increases, so that even if the stack temperature is high, cell drying may not be significant.
また、冷却水循環系(ラジエータや冷却水循環ポンプ等)を備える燃料電池システムでは、一般的に発電量が小さい場合は冷却水への放熱量も小さくスタック温度も低い。しかし、外気温度が極端に高い場合や渋滞時等ラジエータへの通風量が小さい場合には、低発電量時でも冷却水温度が上昇するためスタック温度が上昇しセル乾燥が生じる。 Further, in a fuel cell system including a cooling water circulation system (a radiator, a cooling water circulation pump, etc.), generally, when the amount of power generation is small, the heat radiation to the cooling water is small and the stack temperature is low. However, when the outside air temperature is extremely high or when the amount of ventilation to the radiator is small, such as when there is a traffic jam, the cooling water temperature rises even when the amount of power generation is low, so the stack temperature rises and cell drying occurs.
これにより、燃料電池システムの全運転状態のうち、セル乾燥が顕著となる運転状態は、図1の破線で囲まれる領域1に位置し、通常運転状態は実線で囲まれる領域2に位置するといえる。つまり、低発電運転時であってスタック温度がある程度高い運転状態におい
てセル乾燥が顕著となる。以降、このようなセル乾燥が顕著となる運転状態(図1の破線で囲まれる領域1)を乾燥注意状態1と表記する。本発明の実施形態における燃料電池システムは、運転状態がこの乾燥注意状態1に含まれるか否かを判断することにより、その時点での運転状態がセル乾燥が顕著となる運転状態であるか否かを判断する。
Thereby, it can be said that the operation state in which cell drying becomes remarkable among all the operation states of the fuel cell system is located in a
図2は、通常運転時のガスストイキ比と冷却水温度変化率との関係を示す図である。図2に示される冷却水温度変化率とは、所定の経過時間に対する温度の変化量の割合を示し、同図の通常時の標準ガスストイキ比とは、通常運転時の制御により要求発電量に対し決定されるガスストイキ比である。一般的には、標準ガスストイキ比は、各セルにおける出力特性のばらつきやガス供給量を制御する装置(エアコンプレッサ等)の特性を加味して、要求されるべき供給量(ガスストイキ比=1)より大きい値となるように決定される。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the gas stoichiometric ratio and the cooling water temperature change rate during normal operation. The cooling water temperature change rate shown in FIG. 2 indicates the ratio of the temperature change amount with respect to a predetermined elapsed time. The normal gas stoichiometric ratio in the normal state in FIG. Gas stoichiometric ratio determined. In general, the standard gas stoichiometric ratio is more than the required supply amount (gas stoichiometric ratio = 1), taking into account the variations in output characteristics in each cell and the characteristics of a device (such as an air compressor) that controls the gas supply amount. It is determined to be a large value.
図2に示すように、通常運転時には、ガスストイキ比が高い場合であっても、発電量が大きく生成水量が多くなる、又、排出ガスへの放熱効果も向上するためスタック温度が安定する。スタック温度が安定すれば当然に冷却水温度も安定する。よって、通常運転時には、燃料電池システムは、決定された標準ガスストイキ比となるように制御すればよい。なお、ガスストイキ比が低くなり過ぎる場合には、水素又は酸素が不足することで発電電圧が低下しセルの発熱量が増え、更にガス供給量が小さいことから排出ガスへの放熱効果も低下する。これにより、ガスストイキ比が低くなり過ぎる場合には、スタック温度が上昇するため冷却水温度上昇率が大きくなる。 As shown in FIG. 2, during normal operation, even when the gas stoichiometric ratio is high, the power generation amount is large and the amount of generated water is large, and the heat dissipation effect to the exhaust gas is improved, so that the stack temperature is stabilized. If the stack temperature is stabilized, the cooling water temperature is naturally also stabilized. Therefore, during normal operation, the fuel cell system may be controlled so as to achieve the determined standard gas stoichiometric ratio. If the gas stoichiometric ratio is too low, the power generation voltage decreases due to the lack of hydrogen or oxygen, the amount of heat generated by the cell increases, and the effect of heat dissipation to the exhaust gas also decreases due to the small amount of gas supply. As a result, when the gas stoichiometric ratio becomes too low, the stack temperature rises, so the rate of increase in the coolant temperature increases.
図3は、電解質膜の乾燥が顕著となる運転状態におけるガスストイキ比と冷却水温度変化率との関係を示す図である。運転状態が乾燥注意状態にある場合には、図2の場面と異なり、ガスストイキ比が高くなり過ぎた場合にも冷却水温度変化率は大きくなる。つまり、運転状態が乾燥注意状態1にある場合には、ガスストイキ比が高すぎても低すぎてもスタック温度変化率が上昇し電解質膜の乾燥を引き起こすことになる。従って、運転状態が乾燥注意状態1にある場合には、冷却水温度が安定するように通常運転時に比べてより精密にガスストイキ比を制御する必要がある。なお、このような運転状態においては、通常時の標準ガスストイキ比は冷却水温度が最も安定する値よりも少し高い値となっている。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the gas stoichiometric ratio and the cooling water temperature change rate in an operating state where the drying of the electrolyte membrane becomes significant. When the operating state is a dry caution state, unlike the scene of FIG. 2, the cooling water temperature change rate increases even when the gas stoichiometric ratio becomes too high. That is, when the operation state is in the
従って、本発明の実施形態における燃料電池システムは、セル乾燥が顕著となる運転状態にある場合には、通常時に決定される標準ガスストイキ比を冷却水温度が安定するようにすなわち冷却水温度変化率が低くなるように補正する。具体的には、図3に示される、標準ガスストイキ比を用いた発電時の制御点Aから冷却水温度変化率が最も低くなる制御点Bへ移行するように制御される。 Therefore, when the fuel cell system according to the embodiment of the present invention is in an operation state in which cell drying becomes significant, the standard gas stoichiometric ratio determined at the normal time is set so that the cooling water temperature becomes stable, that is, the cooling water temperature change rate. Correct so that becomes lower. Specifically, the control is performed so as to shift from the control point A during power generation using the standard gas stoichiometric ratio shown in FIG. 3 to the control point B at which the cooling water temperature change rate is the lowest.
本発明の実施形態における燃料電池システムは、このように制御することにより、スタック温度を安定させ、電解質膜の乾燥を防ぐ。なお、制御されるガスストイキ比は、燃料ガス及び酸化剤ガス双方を対象としてもよいし、いずれか一方を対象とするようにしてもよい。また、本実施形態で実行される乾燥防止制御は、ガスストイキ比を補正することとしたが、ガス供給量を用いるようにしても同様であることは言うまでもない。この場合には、標準ガス供給量を求めるようにし、この標準ガス供給量を補正するようにすればよい。 In the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, the stack temperature is stabilized and the electrolyte membrane is prevented from drying by controlling in this way. Note that the controlled gas stoichiometric ratio may be for both the fuel gas and the oxidant gas, or may be for either one. In addition, the dry prevention control executed in the present embodiment corrects the gas stoichiometric ratio, but it goes without saying that the same applies even if the gas supply amount is used. In this case, the standard gas supply amount may be obtained and the standard gas supply amount may be corrected.
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態における燃料電池システムについて説明する。
[First embodiment]
The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described below.
〔システム構成〕
本発明の第一実施形態における燃料電池システムの構成について図4を用いて説明する。図4は、本発明の第一実施形態としての燃料電池システムの構成例を示す図である。本
実施形態における燃料電池システムは、燃料電池10、エアコンプレッサ11、圧力調整弁13及び17、燃料ガス供給装置15、流量調整弁16、燃料ガス循環ポンプ18、冷却器20、ECU(Electric Control Unit)25(本発明の制御装置に相当する)、温
度センサ21、電力量計23等を備える。
〔System configuration〕
The configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the fuel cell system as the first embodiment of the present invention. The fuel cell system in the present embodiment includes a
エアコンプレッサ11は、例えばエアフィルタ等を介して大気から取り込まれる空気を酸化剤ガスとして所定量分圧縮し、圧縮された空気を配管41へ送り出す。なお、本発明は、エアコンプレッサ11から送り出される酸化剤ガスは、このような圧縮空気に限定されるものではない。これにより、酸化剤ガスは、燃料電池10の酸化剤ガス入口に繋がる酸化剤ガス供給用の配管41を通り、燃料電池10へ供給される。
The
燃料ガス供給装置15は、燃料ガスとして例えば水素ガス、水素混合ガス等を供給する。燃料ガス供給装置15から供給される燃料ガスは、流量調整弁16により流量制御され、配管51へ送り出される。
The fuel
流量調整弁16は、燃料ガス供給装置15から供給される燃料ガスを燃料電池10の要求発電量等に応じて所定流量分送り出す。流量調整弁16を通過した燃料ガスは、燃料電池10の燃料ガス入口に繋がる燃料ガス供給用の配管51を通り、燃料電池10へ供給される。
The flow
燃料電池10は、電解質膜の両面をガス拡散電極(燃料ガス電極(アノード)及び酸化剤ガス電極(カソード))で挟み更にその両側をガス供給路の設けられたセパレータで挟むようにしてそれぞれ形成されるセルが複数積層されることにより構成されている。なお、このセルでは、電解質膜と燃料ガス電極及び酸化剤ガス電極との接合体としてMEA(Membrane Electrode Assembly)を用いるようにしてもよいしMEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)を用いるようにしてもよい。
The
燃料電池10は、各セルにおいてこのように供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを電解質膜を介してそれぞれ反応させることにより発電を行う。ここで発電に供されなかった燃料ガス(以降、アノードオフガスと表記する)はアノードオフガス出口から、発電に供されなかった酸化剤ガス(以降、カソードオフガスと表記する)はカソードオフガス出口からそれぞれ排出される。
The
圧力調整弁13は、燃料電池10のカソードオフガス出口に繋がる配管44と配管46との間に配置され、カソードオフガスの背圧を調整する。圧力調整弁13を通過したカソードオフガスは、配管46へ送り出され、排気経路(図示せず)等へ送り出される。
The
一方、アノードオフガス出口に繋がる配管52には、圧力調整弁17が配置される。圧力調整弁17は、アノードオフガスの背圧を調整する。圧力調整弁17を通過したアノードオフガスは、配管54へ送り出され、燃料ガス循環ポンプ18へ送られる。
On the other hand, the
燃料ガス循環ポンプ18は、回転駆動用のモータ等を備え、圧力調整弁17に繋がる配管54とアノードオフガスを再度燃料電池10へ循環させる配管57との間に配置される。燃料ガス循環ポンプ18は、配管54を通るアノードオフガスを燃料電池10へ再供給するために、当該アノードオフガスを配管57へ送り出す。配管57を通るアノードオフガスは、燃料ガス供給装置15から供給される燃料ガスと配管51により混合され、燃料電池10へ再供給される。
The fuel
このように、本実施形態における燃料電池システムでは、燃料電池10から発電に供されず送出されたアノードオフガスが再び燃料電池10へ供給されるアノードオフガス循環
経路が形成されている。しかしながら、本発明は、このようなアノードオフガス循環経路を持つ燃料電池システムに限定されるものではなく、当該燃料電池システムは、アノードオフガス循環経路を持たないよう構成されてもよい。
Thus, in the fuel cell system according to the present embodiment, an anode off-gas circulation path is formed in which the anode off-gas sent from the
更に、燃料電池10には当該燃料電池を適温で動作させるために冷却液(冷却水)が供給される。燃料電池10内では、この冷却水が例えばセル間に設けられる冷却板を通過する際にセルの発する熱を奪い、冷却水出口から燃料電池10の外へ送出される。冷却水出口から送出された冷却水は、冷却水出口に繋がる配管61を通り、冷却器20に送られる。
Further, a coolant (cooling water) is supplied to the
冷却器20は、燃料電池10の各セルから熱を奪うことで加熱された冷却水を配管61から取り込み、取り込まれた冷却水を冷却する。冷却器20は、内部に備えられる冷却ファン等から送られる風により配管61から取り込まれた冷却水を冷却し、冷却された冷却水を配管62に送り出す。配管62へ送り出された冷却水は、燃料電池10へ再供給される。
The cooler 20 takes in the cooling water heated by taking heat from each cell of the
このように、本実施形態における燃料電池システムは、燃料電池10内の各セルの熱を奪い加熱された冷却水が冷却器20により冷却され、再度燃料電池10へ供給されるという冷却水循環系を持つ。
As described above, the fuel cell system according to the present embodiment has a cooling water circulation system in which the heat of each cell in the
本実施形態における燃料電池システムでは、燃料電池10の運転温度を推定するために、このような冷却水循環系において燃料電池10の出口付近に温度センサ21が設置される。温度センサ21は、燃料電池10の各セルから熱を奪うことで加熱され燃料電池10から出された冷却水の温度を検出する。検出された冷却水の温度はECU25へ送られる。
In the fuel cell system in the present embodiment, a
なお、本発明は、燃料電池10の各セルの発する熱が反映された冷却水の温度を測定することができれば、この温度センサ21の設置位置や温度検出原理等を限定するものではない。従って、温度センサ21は、燃料電池10内の各セルを通過した冷却水が流れる排出路に設けられるようにしてもよい。更に言えば、本発明は、燃料電池10の運転温度を測定することができれば、冷却水の温度でなくてもよく、燃料電池10内の温度や燃料電池10自体の所定箇所の温度が測定されるようにしてもよい。
The present invention does not limit the installation position of the
本実施形態における燃料電池システムは、更に、燃料電池10における発電量を計測するために電力量計23を備える。例えば、電力量計23は、燃料電池10の出力端子と負荷装置(図示せず)とを接続させる電力線に設置される。計測された電力量はECU25へ送られる。なお、本発明は、燃料電池10の発電量を測定することができれば、この電力量計23の設置位置や測定原理等を限定するものではない。また、燃料電池10の発電量として、燃料電池10から出力される電流若しくは電圧を計測するようにしてもよい。
The fuel cell system in the present embodiment further includes a watt-
ECU25は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、入出力インタフェース等
により構成される。ECU25は、メモリに格納された制御プログラムをCPUに実行させることにより乾燥防止制御を行う。このECU25により実行される乾燥防止制御は、上述の[本発明の実施形態の骨子]で説明したとおりである。すなわち、ECU25は、温度センサ21から送られる冷却水温度及び電力量計23から送られる発電量に基づいて、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態1か否かを判断する。ECU25は、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態1であると判断すると、冷却水温度変化率に応じて標準ガスストイキ比を補正し、補正されたガスストイキ比により燃料電池10の発電を継続させる。
The
ECU25によるガスストイキ比の制御対象は、燃料ガス及び酸化剤ガス双方を対象としてもよいし、いずれか一方を対象とするようにしてもよい。ECU25は、酸化剤ガスのストイキ比を制御する場合には、エアコンプレッサ11から出力される酸化剤ガス流量を変化させるようにしてもよいし、圧力調整弁13を通過するカソードオフガスの流量を変化させるようにしてもよい。燃料ガスのストイキ比を制御する場合には、ECU25は、燃料ガス循環ポンプ18のモータの回転数を制御することにより循環されるアノードオフガス流量を変化させるようにしてもよいし、流量調整弁16により燃料ガスの供給流量を変化させるようにしてもよいし、圧力調整弁17を通過するアノードオフガスの流量を変化させるようにしてもよい。本発明は、決定されたガスストイキ比の実現手法を限定するものではないため、上記のいずれか1つの手法を採るようにしてもよいし、全ての手法を併せて実行するようにしてもよいし、上記以外の手法を採るようにしてもよい。ガスストイキ比の実現手法によって上述のシステム構成も変わるものである。
The control object of the gas stoichiometric ratio by the
〔動作例〕
以下、本実施形態における燃料電池システムの動作例について図5を用いて説明する。図5は、第一実施形態における燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
[Operation example]
Hereinafter, an operation example of the fuel cell system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system in the first embodiment.
ECU25は、負荷装置等を制御する制御装置(図示せず)から必要な電力量の要求を逐次若しくは所定の周期で受けている(S401)。ECU25は、この要求に応じて、燃料電池10で発電すべき発電量を決定する(S402)。このとき、ECU25は、例えば、他の動力源により供給される電力量との関係から燃料電池10で供給すべき発電量を決定する。
The
ECU25は、燃料電池10において供給すべき発電量を決定すると、その発電量に対応する標準ガスストイキ比を決定する(S403)。例えば、ECU25は、メモリ等に保持される制御マップ等に基づいて、必要な発電量との関係から標準ガスストイキ比を決定する。なお、本発明は、この標準ガスストイキ比の決定手法を限定するものではない。ECU25は、このように決定された標準ガスストイキ比に基づいて、燃料電池の発電が行われるように制御する。もちろん、必要な電力量が燃料電池10において発電されるようにするのに、このようなガスストイキ比以外の要素が併せて用いられてもよい。このとき、本実施形態における燃料電池システムは、エアコンプレッサ11、圧力調整弁13及び17、燃料ガス循環ポンプ18、流量調整弁16が上記標準ガスストイキ比を満たすように制御され、全体として以下のように動作する。
When the
エアコンプレッサ11は酸化剤ガスを所定流量分圧縮し配管41へ送り出す。酸化剤ガスは配管41を通り燃料電池10内の各セルのカソードに供給される。圧力調整弁13は、燃料電池10から送出されるカソードオフガスの背圧を調整している。一方で、流量調整弁16は、燃料ガス供給装置21から供給される燃料ガスの流量を調整し配管51へ送り出す。燃料ガスは配管51を通り燃料電池10内の各セルのアノードに供給される。圧力調整弁17は、燃料電池10から送出されるアノードオフガスの背圧を調整している。燃料ガス循環ポンプ18は、圧力調整弁17を通過したアノードオフガスを所定の圧力で配管57へ送り出している。配管57を通るアノードオフガスは、燃料ガス供給装置15から供給される燃料ガスと配管51により混合され、燃料電池10へ再供給されている。
The
燃料電池10内の各セルでは、このように供給された燃料ガスと酸化剤ガスとが、電解質膜を介してそれぞれ反応し発電が行われている。電力量計23は、このようにして燃料電池10により発電された電力量を計測し、計測結果をECU25へ逐次若しくは所定の周期で送る。
In each cell in the
燃料電池10内の各セルでは発電に伴い発熱が起こる。この発熱によりセルが高温とな
りセルの電解質膜が乾燥するのを防ぐために、燃料電池スタック10内には冷却器20により冷却された冷却水が送り込まれている。冷却水は、燃料電池10内の各セルにより発せられた熱を奪い、燃料電池10から排出されている。温度センサ21は、この燃料電池10内から送出された冷却水の温度を検出し、検出結果をECU25へ逐次若しくは所定の周期で送る。
Each cell in the
ECU25は、温度センサ21からの出力信号及び電力量計23からの出力信号を取得する(S404)。ECU25は、温度センサ21からの出力信号の示す冷却水温度をメモリ等に都度保持する。保持される冷却水温度は後述する冷却水温度変化率を算出するために用いられる。
The
ECU25は、この冷却水温度と電力量計23からの出力信号の示す発電量とに基づいて、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態か否かを判断する(S405)。具体的には、メモリ等に保持される図1の情報に基づいて、ECU25は、取得された冷却水温度(スタック温度)と発電量とが乾燥注意状態を示す領域1内に含まれるか否かを判断する。ECU25は、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態ではないと判断すると(S405;NO)、標準ガスストイキ比をそのまま用いて発電を続けさせる(S430)。このようにしても、図2に示されるように、冷却水温度変化率が電解質膜の乾燥状態が顕著となる程上昇しないからである。
The
ECU25は、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態であると判断すると(S405;YES)、先に決定された標準ガスストイキ比を以下のように補正する。このとき、冷却水温度変化率とガスストイキ比との関係は図3の制御点A近辺に位置する。ECU25は、この制御点Aが制御点Bへ移行されるように、標準ガスストイキ比を補正する。
When the
これにはまず、ECU25は、冷却水温度の変化率(TN)を算出する(S406)。
このとき、温度センサ21から送られて保持される冷却水温度情報の履歴データが利用される。ECU25は、算出された冷却水温度の変化率(TN)をメモリ等にその都度保持
する。ECU25は、このように保持される前回の冷却水温度変化率(TN-1)と今回算
出された冷却水温度変化率(TN)の差(TN−TN-1)を求める(S407)。
First, the
At this time, the history data of the coolant temperature information sent from the
続いて、ECU25は、連続処理フラグがONとなっているか否かを判定する(S408)。連続処理フラグの初期値はOFFとなっている。ECU25は、連続処理フラグがOFFとなっていると判断すると(S408;NO)、冷却水温度変化率の差(TN−TN-1)を第1閾値と比較する(S420)。
Subsequently, the
ECU25は、冷却水温度変化率の差(TN−TN-1)が第1閾値より小さいと判断すると(S420;YES)、標準ガスストイキ比を所定量増加させ(S421)、連続処理フラグをONに設定する(S422)。逆に、ECU25は、冷却水温度変化率の差(TN−TN-1)が第1閾値より小さくなく(S420;NO)、第2閾値より大きいと判断すると(S423;YES)、標準ガスストイキ比を所定量減少させる(S424)。このとき、連続処理フラグはOFFのままとなる。
When the
一方、ECU25は、連続処理フラグがONに設定されており(S408;YES)、冷却水温度変化率の差(TN−TN-1)が第1閾値より小さいと判断すると(S410;YES)、標準ガスストイキ比を所定量減少させ(S411)、連続処理フラグをOFFに設定する(S412)。ECU25は、冷却水温度変化率の差(TN−TN-1)が第1閾値より小さくなく(S410;NO)、第2閾値より大きいと判断すると(S413;YES)、標準ガスストイキ比を所定量増加させる(S414)。このとき、連続処理フラグはONのままとなる。
On the other hand, the
ECU25は、このように標準ガスストイキ比が補正された場合には、その補正されたガスストイキ比により発電されるように制御する(S435)。なお、上記第1閾値及び第2閾値、並びにガスストイキ比を増減させる所定量はそれぞれ燃料電池10を構成するセルの出力特性及びその他のガスストイキの制御に利用される機器の特性に応じて予め決められ、メモリ等に調整可能に保持される。このような処理が完了すると、再度S401から繰り返し実行される。
When the standard gas stoichiometric ratio is corrected in this way, the
〈第一実施形態の作用及び効果〉
以下、上述した第一実施形態としての燃料電池システムの作用及び効果について述べる。
<Operation and effect of the first embodiment>
The operation and effect of the fuel cell system as the first embodiment described above will be described below.
本実施形態における燃料電池システムでは、電力量計23により燃料電池10で発電される電力量が測定され、温度センサ21により各セルと熱交換し燃料電池10から送出された冷却水の温度が検出される。
In the fuel cell system according to the present embodiment, the amount of electric power generated by the
ECU25では、この検出された冷却水温度に基づいて冷却水温度変化率が算出される。また、ECU25では、燃料電池10により要求電力量が発電されるようにガスストイキ比等が制御される。このとき決定されるガスストイキ比は、要求電力量により決まる標準ガスストイキ比である。
The
本実施形態における燃料電池システムでは、発電量及び冷却水温度に基づいて、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態か否かが判断され、乾燥注意状態であれば先に決定された標準ガスストイキ比が冷却水温度変化率に応じて補正される。一方、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態にない場合には標準ガスストイキ比のまま発電が継続される。
In the fuel cell system according to the present embodiment, it is determined whether or not the operation state of the
これにより、本実施形態における燃料電池システムによれば、電解質膜の乾燥が顕著となる運転状態にある場合には通常運転時に決定される標準ガスストイキ比が更に電解質膜の乾燥を防ぐように制御される。従って、そのような運転状態においても、ガスストイキ比がより細かく制御されるため、電解質膜の乾燥を促進させることを防ぎ、問題となる程の電解質膜の乾燥を未然に防ぐことができる。 Thus, according to the fuel cell system of the present embodiment, when the electrolyte membrane is in an operating state where the drying of the electrolyte membrane is significant, the standard gas stoichiometric ratio determined during normal operation is controlled to further prevent the electrolyte membrane from drying. The Therefore, even in such an operating state, the gas stoichiometric ratio is controlled more finely, so that it is possible to prevent the drying of the electrolyte membrane from being promoted and to prevent the electrolyte membrane from being dried to a problem.
[第二実施形態]
以下、本発明の第二実施形態における燃料電池システムについて説明する。上述の第一実施形態における燃料電池システムでは、予め決められた所定量分、ガスストイキ比を増減させると説明した。第二実施形態における燃料電池システムは、このガスストイキ比を増減させる量を冷却水温度変化率の差に応じて取得する。
[Second Embodiment]
The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention will be described below. In the fuel cell system according to the first embodiment described above, the gas stoichiometric ratio is increased or decreased by a predetermined amount. The fuel cell system according to the second embodiment acquires the amount by which the gas stoichiometric ratio is increased or decreased according to the difference in the cooling water temperature change rate.
〔システム構成〕
本発明の第二実施形態における燃料電池システムの構成は、図4に示される第一実施形態と同様である。よって、ここでは説明を省略する。なお、ECU25によるセル乾燥防止制御の内容が変わるため、この変更点について以下の〔動作例〕の項にて説明する。
〔System configuration〕
The configuration of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the description is omitted here. Since the content of the cell drying prevention control by the
〔動作例〕
以下、第二実施形態における燃料電池システムの動作例について図6を用いて説明する。図6は、第二実施形態における燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。ECU25により冷却水温度変化率の前回との差(TN−TN-1)が算出される(S407)までは、第一実施形態と同じである。
[Operation example]
Hereinafter, an operation example of the fuel cell system in the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system in the second embodiment. The process is the same as that in the first embodiment until the
第二実施形態における燃料電池システムでは、ECU25がこの算出された冷却水温度
変化率の差(TN−TN-1)に基づいてガスストイキ比の増減幅(γ)を決定する(S601)。このとき、ECU25は、メモリに予め保持される冷却水温度変化率の差(TN−
TN-1)とガスストイキ比増減幅(γ)との関係情報を用いる。図7は、冷却水温度変化
率の差(TN−TN-1)とガスストイキ比増減幅(γ)との関係の例を示す図である。図7の例では、冷却水温度変化率の差(TN−TN-1)とガスストイキ比増減幅(γ)との関係は比例関係となる。ECU25は、例えば、このような関係式を用いてガスストイキ比の増減幅(γ)を算出する。
In the fuel cell system according to the second embodiment, the
T N-1 ) and the gas stoichiometric ratio increase / decrease width (γ) are used. FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the difference in the cooling water temperature change rate (T N −T N−1 ) and the gas stoichiometric ratio increase / decrease width (γ). In the example of FIG. 7, the relationship between the difference in the cooling water temperature change rate (T N −T N−1 ) and the gas stoichiometric ratio increase / decrease width (γ) is a proportional relationship. For example, the
ECU25は、標準ガスストイキ比を補正する場合には、このように決定されたガスストイキ比の増減幅(γ)を用いて、ガスストイキ比を減少(S411、S424)若しくは増加(S414、S421)させる。ECU25は、冷却水温度変化率の前回との差が大きい場合すなわち図3に示す制御点Bから離れた状態の場合には大きく標準ガスストイキ比を補正し、冷却水温度変化率の前回との差が小さい場合すなわち図3に示す制御点Bに近い状態の場合には小さく標準ガスストイキ比を補正する。
When correcting the standard gas stoichiometric ratio, the
第二実施形態における燃料電池システムは、このように制御することにより、第一実施形態に比べてより理想の制御点に近づけることができるため、電解質膜の乾燥を適切に防ぐことができる。 The fuel cell system according to the second embodiment can be brought closer to an ideal control point as compared with the first embodiment by controlling in this way, and thus the electrolyte membrane can be appropriately prevented from drying.
〈第二実施形態の作用及び効果〉
以下、上述した第二実施形態としての燃料電池システムの作用及び効果について述べる。
<Operation and effect of the second embodiment>
The operation and effect of the fuel cell system as the second embodiment described above will be described below.
本実施形態における燃料電池システムでは、前回算出された冷却水温度変化率と今回算出された冷却水温度変化率との差(TN−TN-1)に対応するようにガスストイキ比増減幅(γ)が決定される。燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態にある場合に、このガスストイキ比増減幅(γ)分、先に決定された標準ガスストイキ比が補正される。
In the fuel cell system according to the present embodiment, the gas stoichiometric ratio increase / decrease width (T N −T N−1 ) corresponding to the difference (T N −T N−1 ) between the previously calculated cooling water temperature change rate and the currently calculated cooling water temperature change rate. γ) is determined. When the operating state of the
これにより、本実施形態における燃料電池システムによれば、電解質膜の乾燥が顕著となる運転状態にある場合には通常運転時と比べてより細かくかつ理想点により近づくようにガスストイキ比が制御されるため、電解質膜の乾燥を未然に防止することができる。 As a result, according to the fuel cell system of the present embodiment, the gas stoichiometric ratio is controlled to be finer and closer to the ideal point when the electrolyte membrane is in an operation state where the drying of the electrolyte membrane becomes significant compared to the normal operation. Therefore, drying of the electrolyte membrane can be prevented in advance.
[変形例]
上述の第一実施形態及び第二実施形態における燃料電池システムでは、燃料電池10における必要発電量に対応する標準ガスストイキ比が決定される制御周期と同じ周期において、標準ガスストイキ比の補正が実行されていた。つまり、標準ガスストイキ比に関し、決定周期と補正周期とが同じであった。
[Modification]
In the fuel cell systems in the first embodiment and the second embodiment described above, the correction of the standard gas stoichiometric ratio is executed in the same cycle as the control cycle in which the standard gas stoichiometric ratio corresponding to the required power generation amount in the
しかしながら、補正周期を決定周期より短くなるように制御されてもよい。具体的には、図5及び6の処理フローにおいて、S404からS435が複数回ループされるようにしてもよい。この場合には、補正されたガスストイキ比で発電されるように制御された後(S435)、S404に戻り再度燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態であれば再度標準ガスストイキ比が補正される。
However, the correction period may be controlled to be shorter than the determination period. Specifically, in the processing flows of FIGS. 5 and 6, S404 to S435 may be looped a plurality of times. In this case, after being controlled to generate power at the corrected gas stoichiometric ratio (S435), the process returns to S404, and if the operating state of the
このようにすれば、燃料電池10の運転状態が乾燥注意状態にある場合で、要求される発電量が長い時間一定に保たれる場合においても、図3に示す制御点Bに近づくまで標準ガスストイキ比が補正されるようになるため、電解質膜の乾燥を未然に防止することができる。
In this way, even when the operating state of the
また、上述の第一実施形態及び第二実施形態における燃料電池システムでは、前回算出
された冷却水温度変化率と今回算出された冷却水温度変化率との差(TN−TN-1)に基づいて、標準ガスストイキ比の増減若しくは増減幅(γ)が決定されていた。
Further, in the fuel cell systems in the first and second embodiments described above, the difference (T N −T N−1 ) between the previously calculated cooling water temperature change rate and the currently calculated cooling water temperature change rate. Based on the above, the increase / decrease or increase / decrease width (γ) of the standard gas stoichiometric ratio was determined.
しかしながら、その時点での冷却水温度変化率(変化量)に基づいて、標準ガスストイキ比の増減若しくは増減幅(γ)を決定するようにしてもよい。冷却水温度変化量が大きい場合に冷却水温度変化率の前回との差が大きい場合と同様の処理とすればよい。 However, the increase / decrease or increase / decrease width (γ) of the standard gas stoichiometric ratio may be determined based on the cooling water temperature change rate (change amount) at that time. When the cooling water temperature change amount is large, the same processing as that when the difference in the cooling water temperature change rate from the previous time is large may be used.
10 燃料電池
11 エアコンプレッサ
13、17 圧力調整弁
15 燃料ガス供給装置
16 流量調整弁
18 燃料ガス循環ポンプ
20 冷却器
21 温度センサ
23 電力量計
25 ECU(Electric Control Unit)
41、44、46、51、52、54、57、61、62 配管
DESCRIPTION OF
41, 44, 46, 51, 52, 54, 57, 61, 62 Piping
Claims (5)
前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段と、
前記燃料電池の運転状態を判断する状態判断手段と、
前記温度検知手段により検知された燃料電池の温度から前記燃料電池の温度変化率を算出する算出手段と、
前記状態判断手段により前記燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあると判断される場合には、前記燃料電池の温度が安定するように、前記算出手段により算出される温度変化率に応じて前記標準ガスストイキ比を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。 Standard determination means for determining a standard gas stoichiometric ratio corresponding to the required power generation amount with respect to the gas supplied to the fuel cell;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
State determining means for determining an operating state of the fuel cell;
Calculation means for calculating a temperature change rate of the fuel cell from the temperature of the fuel cell detected by the temperature detection means;
When it is determined by the state determination means that the fuel cell is in an operating state in which the electrolyte membrane is easily dried, the temperature change rate calculated by the calculation means is adjusted so that the temperature of the fuel cell is stabilized. Correction means for correcting the standard gas stoichiometric ratio,
A control device for a fuel cell system comprising:
前記補正手段は、前記燃料電池の温度が安定するように、前記温度変化率の差に応じて前記標準ガスストイキ比を増減させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムの制御装置。 The calculation means obtains a difference between the temperature change rate calculated last time and the temperature change rate calculated this time,
The correction means increases or decreases the standard gas stoichiometric ratio according to the difference in the temperature change rate so that the temperature of the fuel cell is stabilized.
The control apparatus for a fuel cell system according to claim 1.
前記状態判断手段は、前記電力測定手段により測定された発電量及び前記温度検知手段により検知された温度に基づいて、前記燃料電池が電解質膜の乾燥し易い運転状態にあるか否かを判断する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池システムの制御装置。 Further comprising power measuring means for measuring the amount of power generated by the fuel cell;
The state determination unit determines whether or not the fuel cell is in an operation state in which the electrolyte membrane is easily dried based on the amount of power generation measured by the power measurement unit and the temperature detected by the temperature detection unit. ,
The fuel cell system control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device is a fuel cell system control device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101005 |