JP2009140748A - Fuel cell system, and control method of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell and a control method for the fuel cell system.
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。 A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.
燃料電池のうち固体の電解質を用いたものには、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等がある。このうち、固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜がカソード触媒層とアノード触媒層(以下、両者を合わせて触媒層と称する)とにより挟まれた膜電極接合体(MEA)がさらにセパレータによって挟まれたセルが複数積層されたスタック構造を有する。固体高分子型燃料電池においては、燃料ガスがアノード触媒層に供給され、酸化剤ガスがカソード触媒層に供給される。その結果、燃料ガスと酸化剤ガスとが電気化学反応して水が生成される。この水が生成されるときに発生する電流が外部に取り出されることにより、燃料電池は発電する。 Examples of the fuel cell using a solid electrolyte include a solid polymer fuel cell and a solid oxide fuel cell. Among these, the polymer electrolyte fuel cell further includes a membrane electrode assembly (MEA) in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a cathode catalyst layer and an anode catalyst layer (hereinafter referred to as a catalyst layer together). It has a stack structure in which a plurality of cells sandwiched between separators are stacked. In the polymer electrolyte fuel cell, fuel gas is supplied to the anode catalyst layer, and oxidant gas is supplied to the cathode catalyst layer. As a result, the fuel gas and the oxidant gas undergo an electrochemical reaction to generate water. The fuel cell generates electricity by taking out the current generated when the water is generated.
このような燃料電池においては、発電停止後に残留する燃料ガスおよび酸化剤ガスに起因して、触媒の形態が変化するおそれがある。そこで、車両停止後に停止時間を予測し、予測された停止時間に応じた停止処理を行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In such a fuel cell, the form of the catalyst may change due to fuel gas and oxidant gas remaining after power generation is stopped. Thus, a technique is disclosed in which a stop time is predicted after the vehicle stops and a stop process is performed according to the predicted stop time (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の技術では、わずかでも水素が残留していればセル電圧が再度上昇する可能性があることから、発電継続時間が長くなってしまう。その結果、停止処理に時間がかかる。 However, in the technique of Patent Document 1, if even a small amount of hydrogen remains, the cell voltage may increase again, resulting in a long power generation duration. As a result, the stop process takes time.
本発明は、触媒の形態変化を抑制することができ、かつ、燃料電池の発電停止時における停止処理時間の短縮化を図ることができる燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that can suppress a change in the form of the catalyst and can shorten the stop processing time when the power generation of the fuel cell is stopped. For the purpose.
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、燃料電池の燃料ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出する時間取得手段と、時間取得手段が取得した発電停止時間とあらかじめ定めた所定時間とを比較し、時間取得手段が取得した発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が上昇するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が停止されるように発電制御手段を制御する制御、および、発電停止時間が所定時間よりも長い場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が継続されるように発電制御手段を制御する制御、の少なくとも一方を行う制御手段と、を備えることを特徴とするものである。 A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, a pressure adjustment unit that adjusts the pressure of the fuel gas in the fuel cell, and a power generation control unit that controls the power generation of the fuel cell. And the time acquisition means for estimating or detecting the power generation stop time when the fuel cell power generation is stopped, and the power generation stop time acquired by the time acquisition means by comparing the power generation stop time acquired by the time acquisition means with a predetermined time. Control for controlling the pressure adjusting means so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell rises when the time is equal to or less than a predetermined time, and controlling the power generation control means so that the power generation of the fuel cell is stopped, and the power generation stop time If the pressure is longer than a predetermined time, the pressure control means is controlled so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell decreases, and the power generation control Controlling the control, it is characterized in that and a control means for performing at least one of.
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電停止時間が所定時間以下の場合、燃料ガスの圧力が上昇するとともに燃料電池の発電が停止する。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。また、この場合、燃料電池を発電させる必要がないことから、燃料電池の発電停止時における停止処理時間が短縮化される。さらに、燃料ガスを消費させる必要がないことから、水素の無駄な消費を抑制することができる。また、本発明に係る燃料電池システムによれば、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するとともに燃料電池の発電が継続される。それにより、カソード触媒層において、残留した燃料ガスの消費時間が短縮化される。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, when the power generation stop time of the fuel cell is equal to or shorter than the predetermined time, the pressure of the fuel gas increases and the power generation of the fuel cell stops. Thereby, the shape change of a catalyst layer can be suppressed. In this case, since it is not necessary to generate power from the fuel cell, the stop processing time when the fuel cell stops generating power is shortened. Furthermore, since it is not necessary to consume fuel gas, wasteful consumption of hydrogen can be suppressed. Further, according to the fuel cell system of the present invention, when the power generation stop time is longer than the predetermined time, the pressure of the fuel gas in the fuel cell is reduced and the power generation of the fuel cell is continued. This shortens the consumption time of the remaining fuel gas in the cathode catalyst layer. Thereby, the shape change of a catalyst layer can be suppressed.
上記構成において、制御手段は、時間取得手段が取得した発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が停止されるように発電停止制御手段を制御するものであってもよい。 In the above configuration, the control means adjusts the pressure so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell rises to a pressure set according to the power generation stop time when the power generation stop time acquired by the time acquisition means is less than a predetermined time. The power generation stop control means may be controlled so as to stop the power generation of the fuel cell while controlling the means.
上記構成において、燃料電池内の燃料ガス圧力を検出する圧力検出手段と、燃料電池への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を制御するガス供給手段と、をさらに備え、制御手段は、発電停止時間が所定時間よりも長い場合に、圧力検出手段の検出圧力が所定値以下になると燃料ガスの供給が停止されるようにガス供給手段を制御するとともに、燃料電池の発電が停止されるように発電制御手段を制御するものであってもよい。 In the above configuration, the apparatus further comprises pressure detecting means for detecting the fuel gas pressure in the fuel cell, and gas supply means for controlling the supply of the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell. Is longer than the predetermined time, the gas supply means is controlled so that the supply of fuel gas is stopped when the detected pressure of the pressure detection means falls below a predetermined value, and the power generation so that the power generation of the fuel cell is stopped. It may control the control means.
上記構成において、燃料電池内のセル電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、制御手段は、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、電圧検出手段の検出電圧が所定値以下になると酸化剤ガスの供給が停止されるようにガス供給手段を制御するものであってもよい。この構成によれば、各セルの電圧が検出されることから、各セル間の電圧のバラツキの影響を抑制することができる。したがって、いずれのセルにおいても、逆電位を抑制することができる。その結果、触媒層の形態変化を抑制することができる。 In the above configuration, the apparatus further includes voltage detection means for detecting a cell voltage in the fuel cell, and the control means is configured to oxidize when the detection voltage of the voltage detection means becomes a predetermined value or less when the power generation stop time is longer than the predetermined time. You may control a gas supply means so that supply of gas may be stopped. According to this configuration, since the voltage of each cell is detected, it is possible to suppress the influence of the voltage variation between the cells. Therefore, the reverse potential can be suppressed in any cell. As a result, changes in the shape of the catalyst layer can be suppressed.
上記構成において、燃料電池の発電停止時間を入力可能な入力手段をさらに備え、時間取得手段は、入力手段に入力された発電停止時間を検出することによって発電停止時間を取得するものであってもよい。上記構成において、燃料電池システムの位置を取得する位置取得手段をさらに備え、時間取得手段は、位置取得手段の取得結果に基づいて発電停止時間を推定するものであってもよい。上記構成において、時刻を取得する時刻取得手段をさらに備え、時間取得手段は、時刻取得手段の取得結果に基づいて発電停止時間を推定するものであってもよい。 The above configuration may further include an input unit capable of inputting a power generation stop time of the fuel cell, and the time acquisition unit may acquire the power generation stop time by detecting the power generation stop time input to the input unit. Good. The said structure WHEREIN: The position acquisition means which acquires the position of a fuel cell system may be further provided, and a time acquisition means may estimate an electric power generation stop time based on the acquisition result of a position acquisition means. The said structure WHEREIN: The time acquisition means which acquires time may be further provided, and a time acquisition means may estimate an electric power generation stop time based on the acquisition result of a time acquisition means.
上記構成において、時間取得手段は、燃料電池の発電停止時間の過去の履歴に基づいて発電停止時間を推定するものであってもよい。 In the above configuration, the time acquisition unit may estimate the power generation stop time based on a past history of the power generation stop time of the fuel cell.
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出するステップと、発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池の燃料ガスの圧力を上昇させるとともに燃料電池の発電を停止させるステップ、および、発電停止時間が所定時間より長い場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力を低下させるとともに燃料電池の発電を継続させるステップ、の少なくとも一方のステップと、を備えることを特徴とするものである。 The control method of the fuel cell system according to the present invention includes a step of estimating or detecting a power generation stop time when power generation of the fuel cell is stopped, and increasing the pressure of the fuel gas of the fuel cell when the power generation stop time is a predetermined time or less. At least one of a step of stopping power generation of the fuel cell and a step of reducing the pressure of the fuel gas in the fuel cell and continuing the power generation of the fuel cell when the power generation stop time is longer than a predetermined time. It is characterized by comprising.
本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池の発電停止時間が所定時間以下の場合、燃料ガスの圧力が上昇するとともに燃料電池の発電が停止する。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。また、この場合、燃料電池を発電させる必要がないことから、燃料電池の発電停止時における停止処理時間が短縮化される。さらに、燃料ガスを消費させる必要がないことから、水素の無駄な消費を抑制することができる。また本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、発電停止時間が所定時間より長い場合は、燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するとともに燃料電池の発電が継続する。それにより、カソード触媒層において、残留した燃料ガスの消費時間が短縮化される。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。 According to the control method of the fuel cell system according to the present invention, when the power generation stop time of the fuel cell is equal to or shorter than the predetermined time, the pressure of the fuel gas is increased and the power generation of the fuel cell is stopped. Thereby, the shape change of a catalyst layer can be suppressed. In this case, since it is not necessary to generate power from the fuel cell, the stop processing time when the fuel cell stops generating power is shortened. Furthermore, since it is not necessary to consume fuel gas, wasteful consumption of hydrogen can be suppressed. Further, according to the control method of the fuel cell system according to the present invention, when the power generation stop time is longer than the predetermined time, the pressure of the fuel gas in the fuel cell decreases and the power generation of the fuel cell continues. This shortens the consumption time of the remaining fuel gas in the cathode catalyst layer. Thereby, the shape change of a catalyst layer can be suppressed.
上記制御方法において、発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力を発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇させるとともに燃料電池の発電を停止させるステップを備えるものであってもよい。 The above control method includes a step of increasing the pressure of the fuel gas in the fuel cell to a pressure set according to the power generation stop time and stopping the power generation of the fuel cell when the power generation stop time is equal to or shorter than a predetermined time. There may be.
上記制御方法において、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、燃料電池内の燃料ガス圧力が所定値以下になると燃料ガスの供給を停止するとともに燃料電池の発電を停止させるステップをさらに備えるものであってもよい。 In the above control method, when the power generation stop time is longer than a predetermined time, the method further includes the step of stopping the fuel gas supply and the power generation of the fuel cell when the fuel gas pressure in the fuel cell becomes a predetermined value or less. It may be.
上記制御方法において、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、燃料電池内のセル電圧が所定値以下になると酸化剤ガスの供給を停止するステップをさらに備えるものであってもよい。この制御方法によれば、各セルの電圧が検出されることから、各セル間の電圧のバラツキの影響を抑制することができる。したがって、いずれのセルにおいても、逆電位を抑制することができる。その結果、触媒層の形態変化を抑制することができる。 In the above control method, when the power generation stop time is longer than the predetermined time, the method may further include a step of stopping the supply of the oxidant gas when the cell voltage in the fuel cell becomes a predetermined value or less. According to this control method, since the voltage of each cell is detected, it is possible to suppress the influence of the voltage variation between the cells. Therefore, the reverse potential can be suppressed in any cell. As a result, changes in the shape of the catalyst layer can be suppressed.
上記制御方法において、発電停止時間を推定または検出するステップは、入力された発電停止時間を検出することによって発電停止時間を検出するステップであってもよい。上記制御方法において、発電停止時間を推定または検出するステップは、取得した位置情報に基づいて発電停止時間を推定するステップであってもよい。上記制御方法において、発電停止時間を推定または検出するステップは、取得した時刻情報に基づいて発電停止時間を推定するステップであってもよい。 In the above control method, the step of estimating or detecting the power generation stop time may be a step of detecting the power generation stop time by detecting the input power generation stop time. In the above control method, the step of estimating or detecting the power generation stop time may be a step of estimating the power generation stop time based on the acquired position information. In the above control method, the step of estimating or detecting the power generation stop time may be a step of estimating the power generation stop time based on the acquired time information.
上記制御方法において、燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出するステップは、発電停止時間の過去の履歴に基づいて発電停止時間を推定するステップであってもよい。 In the above control method, the step of estimating or detecting the power generation stop time when the fuel cell stops generating power may be a step of estimating the power generation stop time based on a past history of the power generation stop time.
本発明によれば、触媒の形態変化を抑制することができ、かつ、燃料電池の発電停止時における停止処理時間の短縮化を図ることができる燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that can suppress a change in the form of the catalyst and can shorten the stop processing time when the power generation of the fuel cell is stopped. Can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
まず、本発明の第1実施例に係る燃料電池システム300について説明する。図1は、燃料電池システム300の構成を示すブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム300は、燃料電池20、ガス供給手段30、検出手段60、発電制御手段70、圧力調整手段75、時間取得手段80、入力手段90および制御手段200を備える。
First, the
燃料電池20は、セル10が複数積層されたスタック構造を有する。セル10の積層体の両端には、それぞれエンドプレート25が配置されている。エンドプレート25にはそれぞれ、酸化剤ガスおよび燃料ガスを各セル10に供給または各セル10から排出するための配管部(図示せず)が設けられている。
The
ガス供給手段30は、燃料電池20へ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する手段である。ガス供給手段30は、酸化剤ガス供給手段(図示せず)および燃料ガス供給手段(図示せず)を備える。酸化剤ガス供給手段は、燃料電池20に酸化剤ガスを供給する手段である。燃料ガス供給手段は、燃料電池20に燃料ガスを供給する手段である。酸化剤ガスとしては、例えば酸素を含んだエアが用いられる。燃料ガスとしては、例えば水素が用いられる。以下、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応ガスと総称する。ガス供給手段30は、制御手段200の指示に従って、各セル10に反応ガスを供給する。それにより、各セル10において発電が行われる。
The gas supply means 30 is means for supplying fuel gas and oxidant gas to the
検出手段60は、圧力検出手段62および電圧検出手段65を備え、燃料電池20に接続されている。圧力検出手段62は、燃料電池20内の燃料ガス圧力を検出する手段である。電圧検出手段65は、各セル10のセル電圧を検出する手段である。圧力検出手段62および電圧検出手段65は、制御手段200に検出結果を伝える。
The detection means 60 includes a pressure detection means 62 and a voltage detection means 65 and is connected to the
発電制御手段70は、燃料電池20の発電を制御する手段である。発電制御手段70は、例えば、燃料電池20のプラス端子およびマイナス端子に接続されたスイッチ等からなる。発電制御手段70がオンされると、閉回路が形成される。それにより、燃料電池20の発電が開始される。この場合、図示しない負荷において電力が消費される。発電制御手段70がオフされると、開回路が形成される。それにより、燃料電池20の発電は停止する。発電制御手段70は、制御手段200からの指示を受けて、燃料電池20の発電を開始あるいは停止させる。
The power generation control means 70 is means for controlling the power generation of the
圧力調整手段75は、燃料電池20内の燃料ガスの圧力を調整する手段である。圧力調整手段75は、例えば、圧力調整バルブ等により構成される。圧力調整手段75は、燃料電池20に接続されている。圧力調整手段75は、制御手段200からの指示を受けて、燃料電池20内の燃料ガスの圧力を調整する。
The pressure adjusting means 75 is a means for adjusting the pressure of the fuel gas in the
時間取得手段80は、燃料電池20の発電停止時に発電停止時間を検出する手段である。ここで、発電停止時とは、燃料電池20への出力要求が停止された場合のことをいう。また、発電停止時間とは、燃料電池20の発電が停止されてから燃料電池20が発電を開始するまでの時間のことをいう。時間取得手段80は、入力手段90から取得した発電停止時間を制御手段200に伝える。
The time acquisition means 80 is means for detecting the power generation stop time when the
入力手段90は、燃料電池システム300のオペレータ等が燃料電池20の発電停止時間を入力することが可能な手段である。入力手段90として、例えば、キーボード、タッチパネル等の入力端末を用いることができる。入力手段90は、取得結果を時間取得手段80に伝える。
The input means 90 is a means by which an operator of the
制御手段200は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成される。制御手段200は、検出手段60および時間取得手段80から受け取った結果に基づいて、燃料電池システム300を制御する。
The control means 200 includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory) and the like. The
図2にセル10の模式的断面図を示す。図2に示すように、セル10はセパレータ110a、拡散層108a、カソード触媒層104、電解質膜102、アノード触媒層106、拡散層108bおよびセパレータ110bが順に積層された構造を有する。電解質膜102は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質からなり、例えばパーフルオロスルフォン酸型ポリマからなる。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the
カソード触媒層104は、プロトンと酸素との反応を促進する触媒層である。アノード触媒層106は、水素のプロトン化を促進する触媒層である。カソード触媒層104およびアノード触媒層106は、例えば、白金担持カーボンからなる。拡散層108aは、酸素を含有する酸化剤ガスを透過する層である。拡散層108bは水素を含有する燃料ガスを透過する層である。拡散層108a,108bは、例えば、カーボンペーパからなる。セパレータ110aには、酸化剤ガス流路112aが設けられている。セパレータ110bには、燃料ガス流路112bが設けられている。
The
燃料ガス流路112bには、燃料ガス供給手段から燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、拡散層108bを透過してアノード触媒層106に到達する。燃料ガスに含まれる水素は、アノード触媒層106の触媒を介してプロトンと電子とに解離する。プロトンは、電解質膜102を伝導してカソード触媒層104に到達する。
Fuel gas is supplied from the fuel gas supply means to the fuel
酸化剤ガス流路112aには、酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスは、拡散層108aを透過してカソード触媒層104に到達する。カソード触媒層104においては、触媒を介してプロトンと酸素とが反応する。それにより、発電が行われるとともに、水が生成される。発電によって生成された水は、主として酸化剤ガス流路112aおよび燃料ガス流路112bを通って外部へ排出される。
Oxidant gas is supplied to the oxidant
ここで、燃料電池20の発電が停止される過程において、カソード触媒層104の触媒の形態が変化することがある。この場合、燃料電池20の発電性能が低下するおそれがある。図3に、燃料電池20の発電停止時におけるカソード触媒層104の触媒の形態変化について説明する。図3の縦軸はカソード触媒層104における触媒の単位時間あたりの形態変化進行率を示し、図3の横軸は時間を示す。したがって、図3において描かれた曲線と横軸とによって囲まれた範囲の面積は、触媒の形態変化量を示す。
Here, in the process in which the power generation of the
図3の曲線120aは、ガス供給手段30から燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方の供給が停止され、かつ発電制御手段70がオフされている場合の形態変化を示す。この場合、カソード触媒層104において酸素が不足するため、図3に示すように触媒の形態変化は進行しない。しかしながら、所定の時間(図3においては、時間125a)が経過すると、流入する酸素および残留する燃料ガスによって触媒の形態変化が進行する。この場合、触媒の形態変化が開始されるまでの時間は比較的長くなるが、触媒の形態変化量は比較的大きくなる。
A
触媒の形態変化が開始されるまでの時間は、燃料ガスの圧力に応じて変化する。図3の曲線120bおよび曲線120cに示すように、燃料ガスの圧力が大きくなるほど触媒の形態変化が開始されるまでの時間が長くなる。しかしながら、燃料ガスの圧力が大きくなるほど、形態変化量も大きくなる。なお、燃料ガスの圧力は、燃料電池20のシール材等により制限される。図3の曲線120cは、燃料電池20が許容可能な最大圧力を示している。
The time until the catalyst shape change is started varies depending on the pressure of the fuel gas. As shown by the
一方、一例として曲線120dは、燃料ガスの圧力が低下され、酸化剤ガスの供給が継続され、かつ発電制御手段70がオンされている場合の形態変化を示す。この場合、燃料電池20の発電に伴って燃料ガスが消費される。それにより、触媒の形態変化が進行する。しかしながら、この場合においては、燃料ガスが消費されるまでの時間が短縮化される。したがって、曲線120a,120b,120cの場合に比較して、触媒の形態変化量は小さくなる。
On the other hand, as an example, a
本実施例においては、時間取得手段80の取得結果が所定時間以下であれば、制御手段200は、燃料ガスの圧力が発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように圧力調整手段75を制御するとともに燃料電池20の発電が停止されるように発電制御手段70を制御する。ここで、発電停止時間に応じて設定される圧力とは、発電停止時間が形態変化の開始するまでの時間以下になる燃料ガス圧力のことをいう。
In this embodiment, if the acquisition result of the
例えば、図3に示すように所定時間が125bであれば、制御手段200は、燃料ガスの圧力が曲線120bに対応する圧力から曲線120cに対応する圧力の範囲まで上昇するように圧力調整手段75を制御するとともに燃料電池20の発電を停止させる。それにより、曲線120a,120b,120c,120dに示す形態変化を回避することができる。また、この場合、燃料電池20を発電させる必要がないことから、燃料電池20の発電停止時における停止処理時間が短縮化される。さらに、燃料ガスを消費させる必要がないことから、水素の無駄な消費を抑制することができる。
For example, as shown in FIG. 3, if the predetermined time is 125b, the control means 200 causes the pressure adjusting means 75 to increase the pressure of the fuel gas from the pressure corresponding to the
なお、時間取得手段80の取得結果が所定時間以下であれば、制御手段200は、燃料ガスの圧力が曲線120cに対応する圧力まで上昇するように圧力調整手段75を制御してもよい。この場合、触媒の形態変化が開始するまでの時間が最大になるからである。ただし、燃料電池20の起動時の水素残圧が高いとシール材の形態変化等が発生することがあることから、発電停止時間の終了時間と形態変化の開始するまでの時間とが等しくなるように燃料ガスの圧力が調整されることが好ましい。
If the acquisition result of the
一方、時間取得手段80の取得結果が時間125cよりも大きければ、制御手段200は、燃料ガスの圧力が低下するように圧力調整手段75を制御するとともに、燃料電池20の発電が継続されるように発電制御手段70を制御する。それにより、曲線120a,120b,120cに示す形態変化を回避することができる。
On the other hand, if the acquisition result of the time acquisition means 80 is greater than the
続いて、燃料電池システム300の動作の詳細について説明する。図4に、燃料電池システム300の発電停止時におけるフローチャートの一例を示す。例えば、燃料電池20への出力要求が停止された場合、時間取得手段80は、入力手段90に入力された発電停止時間を検出し、制御手段200に伝える(ステップS1)。
Next, details of the operation of the
制御手段200は、発電停止時間が所定値以下であるか否かを判定する(ステップS2)。なお、発電停止時間の所定時間については、触媒層の形態変化が許容される時間を用いればよい。例えば、図3における時間125cが所定時間に相当する。時間125cは、燃料電池20に用いられる材質等の設計事項に依存する。したがって、時間125cを、予め実験等によって求めておき、制御手段200のROMに記憶させておいてもよい。
The control means 200 determines whether or not the power generation stop time is equal to or less than a predetermined value (step S2). In addition, what is necessary is just to use the time which the form change of a catalyst layer is accept | permitted about the predetermined time of electric power generation stop time. For example, the
ステップS2において、発電停止時間が所定時間以下であると判定された場合、制御手段200は、燃料電池20内の燃料ガスの圧力が発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように圧力調整手段75を制御するとともに燃料電池20の発電が停止されるように発電制御手段70を制御する(ステップS3)。それにより、図3の曲線120a,120b,120c,120dの形態変化を回避することができる。その後、制御手段200は、フローチャートの実行を終了する。
When it is determined in step S2 that the power generation stop time is equal to or shorter than the predetermined time, the control means 200 controls the pressure so that the pressure of the fuel gas in the
ステップS2において停止時間が所定時間以下であると判定されなかった場合、制御手段200は、燃料電池20内の燃料ガス圧力が低下するように圧力調整手段75を制御するとともに、燃料電池20の発電が継続するように発電制御手段70を制御する(ステップS4)。この場合、カソード触媒層104では、残留した燃料ガスが、酸化剤ガスと反応して消費される。それにより、図3の曲線120a,120b,120cの形態変化を回避することができる。なお、発電で得られた電力は、例えば冷却水を冷やす際のエネルギとして用いることができる。
If it is not determined in step S2 that the stop time is equal to or shorter than the predetermined time, the
続いて、制御手段200は、圧力検出手段62が検出した燃料電池20の検出圧力が所定圧力以下であるか否かを判定する(ステップS5)。所定圧力は、燃料電池20に用いられる材料等により異なるため、予め実験により求めておき、制御手段200のROMに記憶させておいてもよい。本実施例においては、所定圧力として、例えば80kPaを用いることができる。ステップS5において、燃料ガス圧力が所定圧力以下であると判定された場合、制御手段200は、燃料ガスの供給が停止されるようにガス供給手段30を制御するとともに、燃料電池20の発電が停止されるように発電制御手段70を制御する(ステップS6)。
Subsequently, the control means 200 determines whether or not the detected pressure of the
次に、制御手段200は、電圧検出手段65が検出した各セル10の電圧が所定電圧以下であるか否かを判定する(ステップS7)。所定電圧は、予め実験により求めておき、制御手段200のROMに記憶させておいてもよい。各セル10の電圧が所定電圧以下であると判定された場合、制御手段200は、酸化剤ガスの供給が停止されるようにガス供給手段30を制御する(ステップS8)。その後、制御手段200は、フローチャートの実行を終了する。
Next, the control means 200 determines whether or not the voltage of each
なお、ステップS5において燃料ガス圧力が所定圧力以下であると判定されなかった場合、制御手段200は、ステップS4を実行する。また、ステップS7において各セル10の電圧が所定電圧以下であると判定されなかった場合、制御手段200は、ステップS6を実行する。
If it is not determined in step S5 that the fuel gas pressure is equal to or lower than the predetermined pressure, the
このように、上記フローチャートに従った制御により、燃料電池20の発電停止時における触媒の形態変化を抑制することができる。また、燃料電池20の発電停止時における停止処理時間の短縮を図ることができる。
As described above, the control according to the flowchart described above can suppress the change in the catalyst form when the power generation of the
また、各セル10の電圧が検出されていることから、各セル10間の電圧のバラツキの影響を抑制することができる。したがって、いずれのセル10においても、逆電位を抑制することができる。その結果、触媒の形態変化を抑制することができる。なお、いずれかのセル10の電圧に基づいてステップS7が実行されてもよい。この場合においても、燃料電池20の各セル電圧を推定することは可能である。また、ステップS7は省略されてもよい。セル電圧は、燃料ガスの圧力に依存するからである。
Moreover, since the voltage of each
なお、本実施例においては時間125cをしきい値として用いて制御を切り替えているが、それに限られない。例えば、曲線120cに示す形態変化が開始してすぐに次回の発電が開始されれば、形態変化量が曲線120dに示す形態変化量よりも小さくなる場合があるからである。したがって、曲線120c開始後の形態変化量が曲線120d全体の形態変化量と同一になる時間を、時間125cの代わりにしきい値として用いてもよい。また、本実施例においては燃料ガスの圧力を低下させる際に圧力調整手段75を用いているが、それに限られない。例えば、燃料ガスの供給が停止された状態で燃料電池20が発電を継続すれば、燃料ガスの消費に伴って燃料ガスの圧力が低下する。したがって、燃料ガスの供給が停止されるようにガス供給手段30が制御されかつ燃料電池20の発電が継続されるように発電制御手段70が制御されれば、燃料ガスの圧力は低下する。
In this embodiment, the control is switched using the
なお、本実施例においては制御手段200は、ステップS3と、ステップS4〜ステップS8と、の両方のステップを実行したが、これに限られない。例えば、制御手段200は、ステップS3およびステップS4〜ステップS8のいずれか一方のみを実行してもよい。すなわち、制御手段200は、ステップS1、ステップS2およびステップS3のみを実行してもよく、ステップS1、ステップS2およびステップS4〜ステップS8のみを実行してもよい。
In the present embodiment, the
続いて、本発明の第2実施例に係る燃料電池システム300aについて説明する。図5に、燃料電池システム300aの構成を示すブロック図を示す。図5に示す燃料電池システム300aは、図1に示す燃料電池システム300の入力手段90の代わりに、位置取得手段92を備える。その他の構成は、図1に示す燃料電池システム300と同じであるため、説明を省略する。位置取得手段92は、燃料電池システム300aの位置を取得する手段であり、例えばナビゲーションシステム等を用いることができる。
Subsequently, a
位置取得手段92は、取得結果を時間取得手段80に伝える。時間取得手段80は、位置取得手段92の取得結果に基づいて発電停止時間を推定する。以下、時間取得手段80による発電停止時間推定の具体例を、燃料電池システム300aが搭載された自動車を例として説明する。
The
例えば、自動車で会社に出勤して、自動車を会社の駐車場に停止させたとする。このとき、時間取得手段80は、位置取得手段92から現在の自動車の位置情報を受け取る。そして、時間取得手段80は、あらかじめROMに記録しておいた位置情報と駐車時間との関係を表すマップ等を参照して、燃料電池20の発電停止時間を推定する。この推定手順は、会社以外の場所にも応用することができる。
For example, suppose you work at a company by car and stop the car at the company parking lot. At this time, the
また、時間取得手段80は、位置取得手段92の取得結果および駐車時間の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。例えば、曜日、日付等に応じて会社の駐車場に自動車を停止させる時間が異なる場合には、時間取得手段80はその履歴を参照して発電停止時間を推定してもよい。また、時間取得手段80は、初めての場所に駐車する場合、発電停止時間が長時間であると推定してもよい。この場合、少なくとも図3の曲線120a,120b,120cの形態変化を回避することができる。なお、この場合の駐車時間をROMに記憶しておき、次回に当該場所に駐車する場合にその履歴を用いてもよい。
The
次に、燃料電池システム300aの動作について詳細に説明する。図6に燃料電池システム300aの発電停止時におけるフローチャートの一例を示す。図6に示すフローチャートは、図4に示すフローチャートのステップS1の代わりにステップS1aを備える。その他の構成は、図4に示すフローチャートと同じであるため説明を省略する。時間取得手段80は、位置取得手段92が取得した位置情報を検出し、その位置情報に基づいて発電停止時間を推定し、制御手段200に伝える(ステップS1a)。また、この場合、時間取得手段80は、燃料電池20の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。
Next, the operation of the
本実施例に係る燃料電池システム300aにおいても、図6に示すフローチャートに従った制御により、燃料電池20の発電停止時における触媒の形態変化を抑制することができる。また、燃料電池20の発電停止時における停止処理時間の短縮を図ることができる。
Also in the
なお、本実施例においては制御手段200は、ステップS3と、ステップS4〜ステップS8と、の両方のステップを実行したが、これに限られない。例えば、制御手段200は、ステップS3およびステップS4〜ステップS8のいずれか一方のみを実行してもよい。すなわち、制御手段200は、ステップS1a、ステップS2およびステップS3のみを実行してもよく、ステップS1a、ステップS2およびステップS4〜ステップS8のみを実行してもよい。
In the present embodiment, the
続いて、本発明の第3実施例に係る燃料電池システム300bについて説明する。図7に、燃料電池システム300bの構成を示すブロック図を示す。図7に示す燃料電池システム300bは、図1に示す燃料電池システム300の入力手段90の代わりに、時刻取得手段95を備える。その他の構成は、図1に示す燃料電池システム300と同じであるため、説明を省略する。時刻取得手段95は、燃料電池システム300bの時刻を取得する手段であり、例えば内蔵時計、電波時計等を用いることができる。
Subsequently, a
時刻取得手段95は、取得結果を時間取得手段80に伝える。時間取得手段80は、時刻取得手段95の取得結果に基づいて発電停止時間を推定する。以下、時間取得手段80による発電停止時間推定の具体例を、燃料電池システム300bが搭載された自動車を例として説明する。
The
例えば、自動車で会社から帰宅して、自宅の駐車場に自動車を停止させたとする。このとき、時間取得手段80は、時刻取得手段95から現在の自動車の時刻情報を受け取る。そして、時間取得手段80は、あらかじめROMに記録しておいた時刻情報と駐車時間との関係を表すマップ等を参照して、燃料電池20の発電停止時間を推定する。この推定手順は、自宅以外の場所にも応用することができる。
For example, suppose that you return from a company by car and stop the car at your parking lot. At this time, the
また、時間取得手段80は、時刻取得手段95の取得結果および駐車時間の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。例えば、曜日、日付等に応じて自宅の駐車場に自動車を停止させる時間が異なる場合には、時間取得手段80はその履歴を参照して発電停止時間を推定してもよい。また、時間取得手段80は、マップ等に記憶されていない時刻に駐車する場合、発電停止時間が長時間であると推定してもよい。この場合、少なくとも図3の曲線120a,120b,120cの形態変化を回避することができる。なお、この場合の駐車時間をROMに記憶しておき、次回に当該時刻に駐車する場合にその履歴を用いてもよい。
The
次に、燃料電池システム300bの動作について詳細に説明する。図8に燃料電池システム300bの発電停止時におけるフローチャートの一例を示す。図8に示すフローチャートは、図4に示すフローチャートのステップS1の代わりにステップS1bを備える。その他の構成は、図4に示すフローチャートと同じであるため説明を省略する。時間取得手段80は、時刻取得手段95が取得した時刻情報を検出し、その時刻情報に基づいて発電停止時間を推定し、制御手段200に伝える(ステップS1b)。また、この場合、時間取得手段80は、燃料電池20の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。
Next, the operation of the
本実施例に係る燃料電池システム300bにおいても、図8に示すフローチャートに従った制御により、燃料電池20の発電停止時における触媒の形態変化を抑制することができる。また、燃料電池20の発電停止時における停止処理時間の短縮を図ることができる。
Also in the
なお、燃料電池システム300bは、図5の位置取得手段92を備えていてもよい。この場合、制御手段200は、位置情報および時刻情報に基づいて発電停止時間をより正確に推定することができる。例えば、ある特定の場所に駐車する場合でも、時刻に応じて駐車時間が異なる場合があるからである。
The
なお、本実施例においては制御手段200は、ステップS3と、ステップS4〜ステップS8と、の両方のステップを実行したが、これに限られない。例えば、制御手段200は、ステップS3およびステップS4〜ステップS8のいずれか一方のみを実行してもよい。すなわち、制御手段200は、ステップS1b、ステップS2およびステップS3のみを実行してもよく、ステップS1b、ステップS2およびステップS4〜ステップS8のみを実行してもよい。
In the present embodiment, the
10 セル
20 燃料電池
30 ガス供給手段
62 圧力検出手段
65 電圧検出手段
70 発電制御手段
75 圧力調整手段
80 時間取得手段
90 入力手段
92 位置取得手段
95 時刻取得手段
200 制御手段
300 燃料電池システム
10
Claims (16)
前記燃料電池の前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、
前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、
前記燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出する時間取得手段と、
前記時間取得手段が取得した前記発電停止時間とあらかじめ定めた所定時間とを比較し、前記時間取得手段が取得した前記発電停止時間が前記所定時間以下の場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が上昇するように前記圧力調整手段を制御するとともに前記燃料電池の発電が停止されるように前記発電制御手段を制御する制御、および、前記発電停止時間が前記所定時間よりも長い場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御するとともに前記燃料電池の発電が継続されるように前記発電制御手段を制御する制御、の少なくとも一方を行う制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas;
Pressure adjusting means for adjusting the pressure of the fuel gas of the fuel cell;
Power generation control means for controlling power generation of the fuel cell;
Time acquisition means for estimating or detecting a power generation stop time when power generation of the fuel cell is stopped;
The power generation stop time acquired by the time acquisition means is compared with a predetermined time, and when the power generation stop time acquired by the time acquisition means is less than the predetermined time, the fuel gas in the fuel cell Controlling the pressure adjusting means to increase the pressure and controlling the power generation control means to stop the power generation of the fuel cell, and when the power generation stop time is longer than the predetermined time, Control means for performing at least one of control for controlling the pressure adjusting means so that the pressure of the fuel gas in the fuel cell is reduced and controlling the power generation control means so that power generation of the fuel cell is continued; A fuel cell system comprising:
前記燃料電池への前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御するガス供給手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記発電停止時間が前記所定時間よりも長い場合に、前記圧力検出手段の検出圧力が所定値以下になると前記燃料ガスの供給が停止されるように前記ガス供給手段を制御するとともに、前記燃料電池の発電が停止されるように前記発電制御手段を制御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。 Pressure detecting means for detecting the fuel gas pressure in the fuel cell;
Gas supply means for controlling supply of the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell; and
The control means controls the gas supply means so that the supply of the fuel gas is stopped when the detected pressure of the pressure detection means becomes a predetermined value or less when the power generation stop time is longer than the predetermined time. The fuel cell system according to claim 1, wherein the power generation control means is controlled so that power generation of the fuel cell is stopped.
前記制御手段は、前記発電停止時間が前記所定時間よりも長い場合は、前記電圧検出手段の検出電圧が所定値以下になると前記酸化剤ガスの供給が停止されるように前記ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。 Voltage detecting means for detecting a cell voltage in the fuel cell;
When the power generation stop time is longer than the predetermined time, the control means controls the gas supply means so that the supply of the oxidant gas is stopped when the detection voltage of the voltage detection means falls below a predetermined value. The fuel cell system according to claim 3, wherein:
前記時間取得手段は、前記入力手段に入力された前記発電停止時間を検出することによって前記発電停止時間を取得することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 An input means capable of inputting the power generation stop time of the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the time acquisition unit acquires the power generation stop time by detecting the power generation stop time input to the input unit.
前記時間取得手段は、前記位置取得手段の取得結果に基づいて前記発電停止時間を推定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 It further comprises position acquisition means for acquiring the position of the fuel cell system,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the time acquisition unit estimates the power generation stop time based on an acquisition result of the position acquisition unit.
前記時間取得手段は、前記時刻取得手段の取得結果に基づいて前記発電停止時間を推定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 It further comprises time acquisition means for acquiring time,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the time acquisition unit estimates the power generation stop time based on an acquisition result of the time acquisition unit.
前記発電停止時間が所定時間以下の場合に前記燃料電池の燃料ガスの圧力を上昇させるとともに前記燃料電池の発電を停止させるステップ、および、前記発電停止時間が前記所定時間より長い場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力を低下させるとともに前記燃料電池の発電を継続させるステップ、の少なくとも一方のステップと、を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 Estimating or detecting a power generation stop time when the fuel cell power generation is stopped;
Increasing the pressure of the fuel gas in the fuel cell when the power generation stop time is less than or equal to a predetermined time and stopping the power generation of the fuel cell; and when the power generation stop time is longer than the predetermined time, the fuel cell A method for controlling the fuel cell system, comprising: reducing the pressure of the fuel gas in the fuel cell and continuing the power generation of the fuel cell.
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