JP2009164136A - 車載用燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】通常運転時に水素ガスを循環させるために用いるポンプ410を、低温始動時に、水素吸蔵合金タンク200から水素ガスを引き出すために用いる。1つのポンプを水素ガスの循環と引き出しとで共用することにより、車両搭載時のスペースを節約できるとともに、軽量化を図ることができる。
【選択図】 図1
Description
前記水素ガス吸蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における第1の箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の箇所に向かって流すポンプと、
前記第1の流路中における前記水素ガス吸蔵部の排出口と前記第1の箇所との間に位置する第2の箇所と、前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記ポンプとの間に位置する第3の箇所と、の間をつなぐと共に、前記第1の流路から分岐された前記水素ガスを流して、前記第2の流路に送る第3の流路と、
前記第1の流路中における前記第2の箇所と前記第1の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第1のバルブと、
前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記第3の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第2のバルブと、
前記第3の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第3のバルブと、
前記ポンプ及び前記第1ないし第3のバルブを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの圧力が基準圧力を上回っている場合は、前記第1及び第2のバルブを開き、前記第3のバルブを閉じて、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させ、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを前記第2の流路を介して前記第1の流路に戻し、前記ポンプにより前記水素ガスを循環させると共に、
前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの圧力が前記基準圧力を下回っている場合には、前記第1及び第2のバルブを閉じ、前記第3のバルブを開いて、前記ポンプにより前記水素ガス吸蔵部から前記水素ガスを引き出させ、引き出した該水素ガスを前記第1の流路から前記第3の流路を介して前記第2の流路に送り、該第2の流路から前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させることを要旨とする。
(a)前記水素ガス吸蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における第1の箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の箇所に向かって流すポンプと、前記第1の流路中における前記水素ガス吸蔵部の排出口と前記第1の箇所との間に位置する第2の箇所と、前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記ポンプとの間に位置する第3の箇所と、の間をつなぐと共に、前記第1の流路から分岐された前記水素ガスを流して、前記第2の流路に送る第3の流路と、前記第1の流路中における前記第2の箇所と前記第1の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第1のバルブと、前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記第3の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第2のバルブと、前記第3の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第3のバルブと、を用意する工程と、
(b)前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの圧力が基準圧力を上回っている否かを判定する工程と、
(c)前記水素ガスの圧力が前記基準圧力を上回っている場合、前記第1及び第2のバルブを開き、前記第3のバルブを閉じて、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させ、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを前記第2の流路を介して前記第1の流路に戻し、前記ポンプにより前記水素ガスを循環させる工程と、
(d)前記水素ガスの圧力が前記基準圧力を上回っていない場合、前記第1及び第2のバルブを閉じ、前記第3のバルブを開いて、前記ポンプにより前記水素ガス吸蔵部から前記水素ガスを引き出させ、引き出した該水素ガスを前記第1の流路から前記第3の流路を介して前記第2の流路に送り、該第2の流路から前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させる工程と、
を備えることを要旨とする。
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させることを要旨とする。
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記燃料電池から排出される前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備えることを要旨とする。
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第1の流路中における前記特定箇所と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備えることを要旨とする。
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記第1の流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
を備えることを要旨とする。
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、
前記水素ガス供給部及び前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させると共に、前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化することを要旨とする。
(a)前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、を用意する工程と、
(b)前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させる工程と、
(c)前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化する工程と、
を備えることを要旨とする。
A.第1の実施例:
A−1.第1の実施例の構成:
A−2.第1の実施例の動作:
B.第2の実施例:
B−1.第2の実施例の構成:
B−2.第2の実施例の動作:
C.変形例:
A−1.第1の実施例の構成:
図1は本発明の第1の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。本実施例の燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池100と、その燃料電池100に水素ガスを供給する水素吸蔵合金タンク200と、を備えている。
2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O …(2)
H2 + (1/2)O2 → H2O …(3)
このような燃料電池100を車両の動力源として用いる場合、燃料電池100から発生された電力によって電動機(図示せず)を駆動し、その発生トルクを車軸(図示せず)に伝達して、車両の推進力を得る。
それではまず、酸化ガスの流れについて簡単に説明する。制御部50によってコンプレッサ504を駆動することにより、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、エアクリーナ502によって浄化された後、酸化ガス供給流路501を通り、加湿器506を介して燃料電池100に供給される。供給された酸化ガスは、燃料電池100内において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、酸素オフガス排出流路503を通り、後述する気液分離器508やコンバスタ510を介して、車両外部の大気中に排出される。
B−1.第2の実施例の構成:
図4は本発明の第2の実施例としての車載用燃料電池システムを示す構成図である。第1の実施例の燃料電池システムでは、水素ガスの供給源として、水素吸蔵合金タンク200を用いるようにしたが、本実施例の燃料電池システムでは、水素吸蔵合金タンク200に代えて、高圧水素ガスタンク300を用いるようにしている。
それでは、水素ガスの流れについて詳細に説明する。なお、酸化ガスの流れについては、第1の実施例の場合と同様であるので、説明は省略する。
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
100…燃料電池
102…シャットバルブ
104…シャットバルブ
200…水素吸蔵合金タンク
202…シャットバルブ
300…高圧水素ガスタンク
302…シャットバルブ
400…圧力センサ
401…本流流路
402…シャットバルブ
403…循環流路
404…減圧バルブ
404…減圧バルブ
405…バイパス流路
406…気液分離器
407…排出流路
408…シャットバルブ
409…リリーフ流路
410…ポンプ
412…シャットバルブ
414…シャットバルブ
416…リリーフバルブ
418…減圧バルブ
420…熱交換器
422…減圧バルブ
424…気液分離器
426…逆止弁
501…酸化ガス供給流路
502…エアクリーナ
503…酸素オフガス排出流路
504…コンプレッサ
506…加湿器
508…気液分離器
510…コンバスタ
512…白金触媒
602…流入口
604…シリンダ
606…流出口
610…ガス流路
612…コック
Claims (10)
- 水素ガスを吸蔵したり、放出したりすることが可能な水素ガス吸蔵合金を備える水素ガス吸蔵部と、該水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス吸蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における第1の箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の箇所に向かって流すポンプと、
前記第1の流路中における前記水素ガス吸蔵部の排出口と前記第1の箇所との間に位置する第2の箇所と、前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記ポンプとの間に位置する第3の箇所と、の間をつなぐと共に、前記第1の流路から分岐された前記水素ガスを流して、前記第2の流路に送る第3の流路と、
前記第1の流路中における前記第2の箇所と前記第1の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第1のバルブと、
前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記第3の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第2のバルブと、
前記第3の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第3のバルブと、
前記ポンプ及び前記第1ないし第3のバルブを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの圧力が基準圧力を上回っている場合は、前記第1及び第2のバルブを開き、前記第3のバルブを閉じて、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させ、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを前記第2の流路を介して前記第1の流路に戻し、前記ポンプにより前記水素ガスを循環させると共に、
前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの圧力が前記基準圧力を下回っている場合には、前記第1及び第2のバルブを閉じ、前記第3のバルブを開いて、前記ポンプにより前記水素ガス吸蔵部から前記水素ガスを引き出させ、引き出した該水素ガスを前記第1の流路から前記第3の流路を介して前記第2の流路に送り、該第2の流路から前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させることを特徴とする車載用燃料電池システム。 - 請求項1に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第1及び第2のバルブのうち、少なくとも一方は、前記燃料電池から前記水素ガス吸蔵部に向かう、前記水素ガスの逆向きの流れを阻止する逆流防止手段を有することを特徴とする車載用燃料電池システム。 - 貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に位置する特定箇所から、前記車両の外部に向かって延びる第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能なリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブは、該リリーフバルブより前記特定箇所側の流路内に存在する前記水素ガスの圧力が、基準圧力を上回った場合に開いて、前記水素ガスを前記第1の流路から前記第2の流路を介して外部に排出させることを特徴とする車載用燃料電池システム。 - 請求項3に記載の車載用燃料電池システムにおいて、
前記第2の流路の排出口は、排出する前記水素ガスが路面に向かうように、配置されていることを特徴とする車載用燃料電池システム。 - 水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記燃料電池から排出される前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備える車載用燃料電池システム。 - 水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第1の流路中における前記特定箇所と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記水素ガスに含まれる水分を、液体と気体とに分離して、液体のみを除去する気液分離部と、
を備える車載用燃料電池システム。 - 貯蔵された水素ガスを所定の圧力でもって放出することが可能な水素ガス貯蔵部と、該水素ガス貯蔵部から放出された前記水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス貯蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
該第1の流路中に配置され、前記水素ガス貯蔵部から放出される前記水素ガスの圧力を低減する少なくとも1つの減圧部と、
前記第1の流路中における前記減圧部と前記燃料電池の供給口との間に配置され、前記第1の流路を流れる前記水素ガスの温度を上げる昇温部と、
を備える車載用燃料電池システム。 - 水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、
前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、
前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、
前記水素ガス供給部及び前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させると共に、前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化することを特徴とする車載用燃料電池システム。 - 水素ガスを吸蔵したり、放出したりすることが可能な水素ガス吸蔵合金を備える水素ガス吸蔵部と、該水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記水素ガス吸蔵部の放出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における第1の箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記第1の箇所に向かって流すポンプと、前記第1の流路中における前記水素ガス吸蔵部の排出口と前記第1の箇所との間に位置する第2の箇所と、前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記ポンプとの間に位置する第3の箇所と、の間をつなぐと共に、前記第1の流路から分岐された前記水素ガスを流して、前記第2の流路に送る第3の流路と、前記第1の流路中における前記第2の箇所と前記第1の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第1のバルブと、前記第2の流路中における前記燃料電池の排出口と前記第3の箇所との間に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第2のバルブと、前記第3の流路中に配置され、開閉によりガスを流したり止めたりすることが可能な第3のバルブと、を用意する工程と、
(b)前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスの圧力が基準圧力を上回っている否かを判定する工程と、
(c)前記水素ガスの圧力が前記基準圧力を上回っている場合、前記第1及び第2のバルブを開き、前記第3のバルブを閉じて、前記水素ガス吸蔵部から放出される前記水素ガスを前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させ、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを前記第2の流路を介して前記第1の流路に戻し、前記ポンプにより前記水素ガスを循環させる工程と、
(d)前記水素ガスの圧力が前記基準圧力を上回っていない場合、前記第1及び第2のバルブを閉じ、前記第3のバルブを開いて、前記ポンプにより前記水素ガス吸蔵部から前記水素ガスを引き出させ、引き出した該水素ガスを前記第1の流路から前記第3の流路を介して前記第2の流路に送り、該第2の流路から前記第1の流路を介して前記燃料電池に供給させる工程と、
を備える車載用燃料電池システムの制御方法。 - 水素ガスを供給するための水素ガス供給部と、該水素ガス供給部から送出される前記水素ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、残った前記水素ガスを排出する燃料電池と、を備え、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記水素ガス供給部の送出口と前記燃料電池の供給口との間をつなぐと共に、前記水素ガス供給部から送出される前記水素ガスを流して、前記燃料電池に供給する第1の流路と、前記燃料電池の排出口と前記第1の流路中における特定箇所との間をつなぐと共に、前記燃料電池から排出される前記水素ガスを流して、前記第1の流路に戻す第2の流路と、前記第2の流路中に配置され、前記第2の流路を流れる前記水素ガスを前記特定箇所に向かって流し、前記水素ガスを循環させるポンプと、を用意する工程と、
(b)前記燃料電池システムの始動時において、前記水素ガス供給部より前記水素ガスを送出させる工程と、
(c)前記ポンプを駆動させて、前記水素ガスが流れるべき流路内に流れを起こし、該流路内に存在する不純物と送出した前記水素ガスとを攪拌して均一化する工程と、
を備える車載用燃料電池システムの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009101666A JP5062215B2 (ja) | 2009-04-20 | 2009-04-20 | 車載用燃料電池システム及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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