JP2009158399A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】急速暖機が開始されると、セル電圧許容値設定部80cは、燃料電池の運転状態に応じた最低セル電圧許容値を設定する。一方、セル電圧目標値設定部80dは、最低セル電圧目標値の初期値を設定する。その後、セル電圧目標値設定部80dは、セルモニタによって検出される最低セル電圧と、設定した最低セル電圧目標値とを比較し、最低セル電圧が最低セル電圧目標値の付近に一定時間連続して収束しているか否かを判定する。セル電圧目標値設定部80dは、肯定的な判定が得られると、最低セル電圧目標値Vthを更新幅ΔVだけ下げた値に更新する。
【選択図】図2
Description
図1は本実施形態に係る燃料電池システム10を搭載した車両の概略構成である。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)を想定するが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
(1/2)O2+2H++2e-→H2O・・・(2)
H2+(1/2)O2→H2O・・・(3)
図2に示すように、制御部80は、急速暖機判定部80aと、要求電力算出部80bと、セル電圧許容値設定部80cと、セル電圧目標値設定部80dと、電流・電圧指令値算出部80eとを備えて構成されている。
急速暖機判定部80aによって、起動準備状態においてスタック関連温度が第1閾値温度(例えば0℃)未満であることが検知され、低効率運転による急速暖機を開始すべき指示が出力されると、セル電圧許容値設定部80cは、当該時点での燃料電池20の運転状態を把握した後、許容値マップを参照することで該運転状態に応じた最低セル電圧許容値Vphを設定する(図4参照)。一方、セル電圧目標値設定部80dは、最低セル電圧目標値Vthの初期値(例えば−0.05V)を設定する(図4参照)。なお、最低セル電圧目的値の初期値は、固定値としても良いがFC関連温度などに応じて適宜変更しても良い。
セル電圧目標値設定部80dは、セルモニタ101によって検出される最低セル電圧と、設定した最低セル電圧目標値Vthとを比較する。そして、セル電圧目標値設定部80dは、条件式(1)を利用して最低セル電圧が最低セル電圧目標値Vthの付近に一定時間(所定時間)連続して収束しているか否かを判定する。なお、閾値電圧Vr(≧0)や所定時間Tr(≧0)については、任意に設定・変更可能である。
|Vth−Vd| ≦ Vrが所定時間Tr以上継続 ・・・(1)
Vthは最低セル電圧目標値、Vdは最低セル電圧、Vrは閾値電圧(閾値範囲)を示す。
Vth = Vth−ΔV ・・・(2)
セル電圧目標値設定部80dは、条件式(3)を利用して最低セル電圧が最低セル電圧目標値Vthの付近から離れて一定時間(所定時間)連続して高くなったか否かを判定する。なお、条件式(1)と同様、目標値更新マージンVr’(≧0)や所定時間Tr’(≧0)については、任意に設定・変更可能である。
Vd > Vth+Vr’が所定時間Tr’以上継続 ・・・(3)
Vthは最低セル電圧目標値、Vdは最低セル電圧、Vr’は目標値更新マージン(更新マージン)を示す。
Vth = Vth+ΔV’ ・・・(4)
(ステップ30;図4参照)。
本発明は、上記実施形態に限定される趣旨ではなく、種々に変更して適用することが可能である。
上記実施形態では、条件式(1)、(3)のいずれかが成立した場合に、最低セル電圧目標値を更新したが、これに加えて(あるいは代えて)、下記条件式(5)が成立した場合に最低セル電圧目標値を更新しても良い。
電流制限実施中にIc = Ilがリセット時間Ts以上継続 ・・・(5)
Icは電流指令値、Ilは電流下限値を示す。
Vth = Vr ・・・(6)
Vrは現時点での最低セル電圧Vrを示す。
また、上記条件式(1)、(3)の代わりに(あるいはこれに加えて)、下記条件式(1)’、(3)’が成立した場合に最低セル電圧目標値を更新しても良い。なお、所定回数Nr(≧1)、Nr’(≧1)については、任意に設定変更可能である。
|Vth−Vd| ≦ Vrを所定回数Nr以上検知 ・・・(1)’
Vd > Vth+Vr’を所定回数数Nr’以上検知 ・・・(3)’
Claims (9)
- 複数のセルを有する燃料電池と、
セル電圧を検知する検知手段と、
前記セル電圧の最低目標電圧を設定する設定手段と、
検知されるセル電圧が前記最低目標電圧に達した場合に、前記燃料電池の電流制限を行う制御手段とを備え、
前記設定手段は、検知されるセル電圧と前記最低目標電圧との関係が所定条件を満たす場合に、前記最低目標電圧を段階的に更新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、前記セル電圧の最低目標電圧として、該セル電圧の最低許容値よりも高い値を設定す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。
- 前記設定手段は、検知されるセル電圧が前記最低目標電圧の閾値範囲に入り、該状態が所定時間以上継続した場合に、現時点で設定されている最低目標電圧を下げることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記設定手段は、検知されるセル電圧が、所定回数以上、前記最低目標電圧の閾値範囲に入った場合に、前記最低目標電圧を下げることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記設定手段は、検知されるセル電圧が、前記最低目標電圧に更新マージンを加算した値を越え、該状態が所定時間以上継続した場合に、現時点で設定されている最低目標電圧を上げることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記設定手段は、検知されるセル電圧が、所定回数以上、前記最低目標電圧に更新マージンを加算した値を越えた場合に、前記最低目標電圧を上げることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記セル電圧の最低許容値を設定する許容値設定手段をさらに具備することを特徴とする請求項2〜6のいずれか1の請求項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の運転状態は、前記燃料電池の関連温度、前記燃料電池の出力電流、または前記燃料電池に対する反応ガスの供給状態のいずれかであることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。
- 複数のセルを有する燃料電池と、
セル電圧を検知する検知手段と、
前記セル電圧の最低目標電圧を設定する設定手段と、
検知されるセル電圧が前記最低目標電圧に到達した場合に、前記燃料電池の電流制限を行う制御手段とを備え、
前記設定手段は、前記制御手段によって電流制限が行われている間、前記燃料電池に対する出力電流の指令値が、所定時間以上前記出力電流の下限値に設定されている場合には、現時点で設定されている最低目標電圧を、前記検知手段によって検知される実測セル電圧に更新することを特徴とする燃料電池システム。
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