JP2011096554A - Fuel cell system and transportation apparatus having the same - Google Patents

Fuel cell system and transportation apparatus having the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011096554A
JP2011096554A JP2009250482A JP2009250482A JP2011096554A JP 2011096554 A JP2011096554 A JP 2011096554A JP 2009250482 A JP2009250482 A JP 2009250482A JP 2009250482 A JP2009250482 A JP 2009250482A JP 2011096554 A JP2011096554 A JP 2011096554A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
power generation
time
gas supply
cell stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009250482A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5543173B2 (en
Inventor
Yasuyuki Muramatsu
恭行 村松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
Priority to JP2009250482A priority Critical patent/JP5543173B2/en
Publication of JP2011096554A publication Critical patent/JP2011096554A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5543173B2 publication Critical patent/JP5543173B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of restraining reduction of power generation efficiency. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes a cell stack. The cell stack includes a fuel cell having an anode and a cathode. A CPU controls the amount of air supply to the cathode by an air pump to be increased, every time the time of power generation of the cell stack exceeds a first predetermined time. The CPU also sets a second predetermined time based on a total power generating time, and drives the air pump for the second predetermined time after stopping a water solution pump on the occasion of stopping power generation of the cell stack. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器に関し、より特定的には、直接メタノール型の燃料電池システムおよびそれを備える輸送機器に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a transport device including the same, and more particularly to a direct methanol fuel cell system and a transport device including the same.

燃料電池システムでは、燃料電池のアノードに燃料を、燃料電池のカソードに空気を、それぞれ供給することによって発電反応を行うものが一般的に知られている。この発電反応ではカソード側で水が生成される。また、燃料としてメタノール水溶液などの液体を用いる燃料電池システムにおいては、カソードで生成される水に加えて燃料水溶液がアノードとカソードとを隔離する電解質膜などの部材を透過してしまう場合がある。生成された水や透過した燃料水溶液がカソードのうち発電反応を行う部分の表面を覆ってしまう、所謂フラッディング発生すると、発電反応が阻害されて燃料電池の出力電力が低下してしまう場合がある。   2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell system is known that performs a power generation reaction by supplying fuel to an anode of a fuel cell and air to a cathode of the fuel cell. In this power generation reaction, water is generated on the cathode side. In addition, in a fuel cell system using a liquid such as an aqueous methanol solution as a fuel, the aqueous fuel solution may permeate a member such as an electrolyte membrane that separates the anode and the cathode in addition to water generated at the cathode. When so-called flooding occurs in which the generated water or the permeated aqueous fuel solution covers the surface of the cathode where the power generation reaction occurs, the power generation reaction may be hindered and the output power of the fuel cell may be reduced.

特許文献1には、液体がカソードの表面を覆ってしまう不具合を検出した際、カソードに供給する空気の供給量を増加させることが開示されている(段落0047参照)。
特開2006−210070号公報
Patent Document 1 discloses that the amount of air supplied to the cathode is increased when a problem that the liquid covers the surface of the cathode is detected (see paragraph 0047).
JP 2006-210070 A

しかし、特許文献1において、フラッディングを検出した後エアポンプによる空気供給量を一気に上げると、エアポンプの消費電力が急増するためネット出力電力が低下し発電効率が低下してしまう。   However, in Patent Document 1, if the air supply amount by the air pump is increased at a stroke after detecting flooding, the power consumption of the air pump increases rapidly, so that the net output power decreases and the power generation efficiency decreases.

それゆえに、この発明の主たる目的は、発電効率の低下を抑制できる燃料電池システムを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing a decrease in power generation efficiency.

上述の目的を達成するために、請求項1に記載の燃料電池システムは、アノードとカソードとを有する燃料電池と、燃料電池のカソードに酸化剤を含む気体を供給するための気体供給部と、燃料電池の出力電力に相関性のある相関情報を取得する情報取得部と、情報取得部によって取得された相関情報に基づいて気体供給部による気体供給量を制御する制御部とを備え、制御部は、相関情報が燃料電池の出力電力の減少を示すごとに気体供給部による気体供給量を増加させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to claim 1 includes a fuel cell having an anode and a cathode, and a gas supply unit for supplying a gas containing an oxidant to the cathode of the fuel cell; An information acquisition unit that acquires correlation information correlated with the output power of the fuel cell, and a control unit that controls a gas supply amount by the gas supply unit based on the correlation information acquired by the information acquisition unit, Is characterized in that the gas supply amount by the gas supply unit is increased every time the correlation information indicates a decrease in the output power of the fuel cell.

請求項2に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、相関情報は燃料電池の発電時間を含み、制御部は、発電時間が第1所定時間を経過するごとに気体供給部による気体供給量を増加させることを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the correlation information includes a power generation time of the fuel cell, and the control unit gasses the power generation time every time the first predetermined time elapses. The gas supply amount by the supply unit is increased.

請求項3に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、相関情報は燃料電池の出力電力に関する情報を含み、制御部は、燃料電池の出力電力に関する情報が所定分小さくなるごとに気体供給部による気体供給量を増加させることを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 3 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the correlation information includes information related to the output power of the fuel cell, and the control unit reduces the information related to the output power of the fuel cell by a predetermined amount. The gas supply amount by the gas supply unit is increased every time.

請求項4に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノードに燃料水溶液を供給する水溶液供給部をさらに備え、制御部は、燃料電池の発電を停止させる際、水溶液供給部を停止させたのち気体供給部を第2所定時間分駆動させることを特徴とする。   A fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect, further comprising an aqueous solution supply unit that supplies an aqueous fuel solution to the anode of the fuel cell, and the control unit stops power generation of the fuel cell. In this case, the gas supply unit is driven for a second predetermined time after the aqueous solution supply unit is stopped.

請求項5に記載の燃料電池システムは、請求項4に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電開始からの総発電時間を取得する時間取得部をさらに備え、制御部は、時間取得部によって取得された総発電時間に基づいて第2所定時間を設定することを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 5 is the fuel cell system according to claim 4, further comprising a time acquisition unit for acquiring a total power generation time from the start of power generation of the fuel cell, wherein the control unit is A second predetermined time is set based on the acquired total power generation time.

請求項6に記載の輸送機器は、請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池システムと、燃料電池システムから電力が供給される電動モータとを備える。   A transportation device according to a sixth aspect includes the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects, and an electric motor to which electric power is supplied from the fuel cell system.

請求項1に記載の燃料電池システムでは、情報取得部によって取得された相関情報に基づいて燃料電池の出力電力の減少を認識するごとに、気体供給部による気体供給量を増加させていく。これによって、気体供給部による気体供給量を、燃料電池の発電開始から暫くは少なめに設定しその後徐々に上げることができる。したがって、燃料電池のカソード内の飽和蒸気圧を徐々に上昇させて、カソード内の液体の気化を促進できるとともに、液体のカソードからの排出を促進でき、経時的に徐々に進行する性質を有する燃料電池のフラッディングの進行を抑えることができる。その結果、気体供給部による気体供給量の急激な増大による電力の浪費を防ぎつつ、燃料電池の出力電力の低下を抑制でき、発電効率の低下を抑制できる。   In the fuel cell system according to the first aspect, the gas supply amount by the gas supply unit is increased each time a decrease in the output power of the fuel cell is recognized based on the correlation information acquired by the information acquisition unit. As a result, the gas supply amount by the gas supply unit can be set to a small value for a while from the start of power generation of the fuel cell, and then gradually increased. Therefore, the fuel having the property of gradually increasing the saturated vapor pressure in the cathode of the fuel cell and promoting the vaporization of the liquid in the cathode and promoting the discharge of the liquid from the cathode and gradually progressing with time. The progress of battery flooding can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in output power of the fuel cell and prevent a decrease in power generation efficiency while preventing waste of electric power due to a rapid increase in the amount of gas supplied by the gas supply unit.

一般的に、燃料電池のフラッディングは経時的に徐々に進行するので、燃料電池の出力電力は経時的に徐々に低下していく。したがって、燃料電池の発電開始からの経過時間と燃料電池の出力電力との間には強い相関性がある。請求項2に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の発電時間が第1所定時間を経過するごとに、燃料電池の出力電力が減少しているとみなし、気体供給部による気体供給量を所定分ずつ増加させていく。これによって、気体供給部による気体供給量を簡単に制御でき、発電開始から定期的に気体供給部による気体供給量を増加させることができる。その結果、カソード内に存在する液体の排出を促進でき、燃料電池の出力電力の低下を抑制することができる。   In general, since the flooding of the fuel cell gradually proceeds with time, the output power of the fuel cell gradually decreases with time. Therefore, there is a strong correlation between the elapsed time from the start of power generation by the fuel cell and the output power of the fuel cell. In the fuel cell system according to claim 2, it is considered that the output power of the fuel cell decreases every time the power generation time of the fuel cell passes the first predetermined time, and the gas supply amount by the gas supply unit is determined by a predetermined amount. Increase it step by step. Thereby, the gas supply amount by the gas supply unit can be easily controlled, and the gas supply amount by the gas supply unit can be periodically increased from the start of power generation. As a result, the discharge of the liquid present in the cathode can be promoted, and the decrease in the output power of the fuel cell can be suppressed.

請求項3に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の出力電力に関する情報を検出し、その値が所定分(たとえば所定量または所定割合)小さくなるごとに気体供給部による気体供給量を所定分増加させる。これによって、気体供給部による気体供給量を精度よく制御でき、燃料電池の出力電力の低下をより確実に抑制することができる。   The fuel cell system according to claim 3 detects information related to the output power of the fuel cell, and increases the gas supply amount by the gas supply unit by a predetermined amount each time the value decreases by a predetermined amount (for example, a predetermined amount or a predetermined ratio). Let As a result, the amount of gas supplied by the gas supply unit can be accurately controlled, and a decrease in the output power of the fuel cell can be more reliably suppressed.

請求項4に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の発電を停止させる際、水溶液供給部を停止させた後、気体供給部を第2所定時間分駆動させる。これによって、水溶液供給部と気体供給部とを同時に停止させる場合と比較して、発電終了時にカソードの液体をより多く排出させることができる。これによって、次回の発電においてフラッディングが発生するまでの時間を長くすることができる。   In the fuel cell system according to claim 4, when stopping the power generation of the fuel cell, after stopping the aqueous solution supply unit, the gas supply unit is driven for a second predetermined time. As a result, more cathode liquid can be discharged at the end of power generation than when the aqueous solution supply unit and the gas supply unit are stopped simultaneously. Thereby, it is possible to lengthen the time until flooding occurs in the next power generation.

燃料電池の発電開始からの経過時間である総発電時間の長さに応じて、カソードに存在する液体の量が変化する傾向がある。したがって、請求項5に記載の燃料電池システムでは、燃料電池の総発電時間に基づいて、カソードに存在する液体の量に応じた第2所定時間を設定する。そして、水溶液供給部を停止させた後、設定された第2所定時間分、気体供給部を駆動させる。これによって、気体供給部の駆動に要する電力の浪費を防ぐことができる。   The amount of liquid present in the cathode tends to change according to the length of the total power generation time, which is the elapsed time from the start of power generation of the fuel cell. Therefore, in the fuel cell system according to the fifth aspect, the second predetermined time corresponding to the amount of the liquid present in the cathode is set based on the total power generation time of the fuel cell. Then, after stopping the aqueous solution supply unit, the gas supply unit is driven for the set second predetermined time. As a result, waste of electric power required for driving the gas supply unit can be prevented.

輸送機器は運転時において外力によって振動等を受け易いので、輸送機器に燃料電池システムを搭載する場合にはフラッディングが起こり易い。この発明によれば、フラッディングの発生を抑制し発電効率の低下を抑えることができるので、この発明は、請求項6に記載するように燃料電池システムを備える輸送機器に好適に用いられる。   Since transportation equipment is susceptible to vibrations and the like due to external forces during operation, flooding is likely to occur when a fuel cell system is mounted on the transportation equipment. According to the present invention, the occurrence of flooding can be suppressed and the decrease in power generation efficiency can be suppressed. Therefore, the present invention is suitably used for transportation equipment including a fuel cell system as described in claim 6.

なお、「燃料電池の出力電力に相関性のある相関情報」とは、当該情報をみれば燃料電池の出力電力が減少しているか否かを認識できる情報をいう。燃料電池の出力電力が減少しているとき、当該情報は増加傾向にあるかまたは減少傾向にある。相関情報としては、燃料電池の発電時間、燃料電池の出力電力に関する情報、燃料電池の発電効率などが挙げられる。燃料電池の発電効率は、水溶液タンクへの単位時間当たりの燃料補給量や、燃料電池のアノード出口やカソード出口からの排出物の温度に基づいて求めることができる。   Note that “correlation information having a correlation with the output power of the fuel cell” refers to information with which it is possible to recognize whether or not the output power of the fuel cell is decreasing based on the information. When the output power of the fuel cell is decreasing, the information is increasing or decreasing. Examples of the correlation information include power generation time of the fuel cell, information related to the output power of the fuel cell, and power generation efficiency of the fuel cell. The power generation efficiency of the fuel cell can be obtained based on the amount of fuel replenished per unit time to the aqueous solution tank and the temperature of the discharge from the anode outlet and cathode outlet of the fuel cell.

「燃料電池の出力電力に関する情報」としては、燃料電池自体の出力電力、出力電圧、出力電流や、セルスタックの出力電力、出力電圧、出力電流などが挙げられる。   Examples of the “information regarding the output power of the fuel cell” include the output power, output voltage, and output current of the fuel cell itself, and the output power, output voltage, and output current of the cell stack.

この発明によれば、燃料電池システムの発電効率の低下を抑制できる。   According to this invention, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell system.

この発明の一実施形態の自動二輪車を示す左側面図である。1 is a left side view showing a motorcycle according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施形態の燃料電池システムの配管を示すシステム図である。It is a system diagram showing piping of a fuel cell system of one embodiment of this invention. この発明の一実施形態の燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of the fuel cell system of one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態の動作の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of one Embodiment of this invention. 総発電時間と第2所定時間との関係を示すテーブルである。It is a table which shows the relationship between total electric power generation time and 2nd predetermined time. (a)は従来例におけるセルスタックのグロス出力電力を示すグラフであり、(b)は図4の動作を行う場合と従来例とにおけるセルスタックのグロス出力電力およびネット出力電力ならびに補機消費電力を示すグラフである。(A) is a graph showing the gross output power of the cell stack in the conventional example, and (b) is the gross output power and net output power of the cell stack and the auxiliary machine power consumption in the case of performing the operation of FIG. 4 and the conventional example. It is a graph which shows. この発明の一実施形態の動作の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of operation | movement of one Embodiment of this invention. (a)は従来例におけるセルスタックのグロス出力電力を示すグラフであり、(b)は図7の動作を行う場合と従来例とにおけるセルスタックのグロス出力電力およびネット出力電力ならびに補機消費電力を示すグラフである。(A) is a graph showing the gross output power of the cell stack in the conventional example, and (b) is the gross output power and net output power and auxiliary power consumption of the cell stack in the case of performing the operation of FIG. 7 and the conventional example. It is a graph which shows.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
ここでは、この発明の燃料電池システム100を、輸送機器の一例である自動二輪車10に搭載した場合について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Here, a case where the fuel cell system 100 of the present invention is mounted on a motorcycle 10 which is an example of a transportation device will be described.

まず、自動二輪車10について説明する。この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、自動二輪車10のシートにドライバがそのハンドル24に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。   First, the motorcycle 10 will be described. Left and right, front and rear, and top and bottom in the embodiment of the present invention mean left and right, front and back, and top and bottom with respect to a state in which the driver is seated on the seat of the motorcycle 10 toward the handle 24.

図1を参照して、自動二輪車10は車体フレーム12を有する。車体フレーム12は、ヘッドパイプ14、ヘッドパイプ14から後方へ斜め下方に延びるフロントフレーム16、およびフロントフレーム16の後端部に連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がるリヤフレーム18を備えている。リヤフレーム18の上端部には、図示しないシートを設けるためのシートレール20が固設されている。   Referring to FIG. 1, a motorcycle 10 has a body frame 12. The vehicle body frame 12 includes a head pipe 14, a front frame 16 extending obliquely downward from the head pipe 14 to the rear, and a rear frame 18 connected to a rear end portion of the front frame 16 and rising obliquely upward to the rear. A seat rail 20 for fixing a seat (not shown) is fixed to the upper end portion of the rear frame 18.

ヘッドパイプ14内には、ステアリング軸22が回動自在に挿通されている。ステアリング軸22の上端にはハンドル24が固定されたハンドル支持部26が取り付けられている。ハンドル支持部26の上端には表示操作部28が配置されている。   A steering shaft 22 is rotatably inserted into the head pipe 14. A handle support portion 26 to which a handle 24 is fixed is attached to the upper end of the steering shaft 22. A display operation unit 28 is disposed at the upper end of the handle support unit 26.

図3をも参照して、表示操作部28は、各種指示や各種情報入力用の入力部28a、および各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成される表示部28bを含む。入力部28aは、後述するセルスタック102ひいては燃料電池104の発電を停止させるための強制停止スイッチ28cを含む。   Referring also to FIG. 3, display operation unit 28 includes an input unit 28 a for inputting various instructions and various information, and a display unit 28 b configured by, for example, a liquid crystal display for providing various information. The input unit 28a includes a forced stop switch 28c for stopping power generation of the cell stack 102 and the fuel cell 104, which will be described later.

図1に示すように、ステアリング軸22の下端には左右一対のフロントフォーク30が取り付けられており、一対のフロントフォーク30それぞれの下端には前輪32が回転自在に取り付けられている。   As shown in FIG. 1, a pair of left and right front forks 30 are attached to the lower end of the steering shaft 22, and a front wheel 32 is rotatably attached to the lower ends of the pair of front forks 30.

リヤフレーム18の下端部には、スイングアーム(リヤアーム)34が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム34の後端部34aには、後輪36に連結されかつ後輪36を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ38が内蔵されている。スイングアーム34には、電動モータ38に電気的に接続される駆動ユニット40が内蔵されている。駆動ユニット40は、電動モータ38の回転駆動を制御するためのモータコントローラ42、および二次電池128(後述)の蓄電量を検出する蓄電量検出器44を含む。   A swing arm (rear arm) 34 is swingably attached to the lower end portion of the rear frame 18. A rear end portion 34 a of the swing arm 34 includes, for example, an axial gap type electric motor 38 that is connected to the rear wheel 36 and that rotates the rear wheel 36. The swing arm 34 includes a drive unit 40 that is electrically connected to the electric motor 38. The drive unit 40 includes a motor controller 42 for controlling the rotational drive of the electric motor 38 and a storage amount detector 44 that detects a storage amount of a secondary battery 128 (described later).

このような自動二輪車10には、車体フレーム12に沿って燃料電池システム100の構成部材が配置されている。燃料電池システム100は、電動モータ38や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。   In such a motorcycle 10, components of the fuel cell system 100 are arranged along the body frame 12. The fuel cell system 100 generates electric energy for driving the electric motor 38, auxiliary machines, and the like.

以下、図1および図2を参照して、燃料電池システム100について説明する。
燃料電池システム100は、メタノール(メタノール水溶液)を改質せずにダイレクトに電気エネルギの生成(発電)に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。
Hereinafter, the fuel cell system 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The fuel cell system 100 is a direct methanol fuel cell system that directly uses methanol (aqueous methanol solution) for generation (electric power generation) of electric energy without reforming.

燃料電池システム100は、燃料電池セルスタック(以下、単にセルスタックという)102を含む。図1に示すように、セルスタック102は、フロントフレーム16から吊るされ、フロントフレーム16の下方に配置されている。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a cell stack) 102. As shown in FIG. 1, the cell stack 102 is suspended from the front frame 16 and disposed below the front frame 16.

図2に示すように、セルスタック102は、それぞれメタノールに基づく水素イオンと酸素(酸化剤)との電気化学反応によって発電できる複数の燃料電池(燃料電池セル)104を含む。これらの燃料電池104は積層(スタック)されかつ直列接続されている。各燃料電池104は、固体高分子膜からなる電解質膜106と、電解質膜106を挟んで互いに対向するアノード(燃料極)108およびカソード(空気極)110とを含む。アノード108およびカソード110はそれぞれ、電解質膜106側に白金触媒層(図示せず)を有する。隣り合う燃料電池104間にはセパレータ112が挟まれている。   As shown in FIG. 2, the cell stack 102 includes a plurality of fuel cells (fuel cell) 104 that can generate electric power by an electrochemical reaction between hydrogen ions based on methanol and oxygen (oxidant). These fuel cells 104 are stacked (stacked) and connected in series. Each fuel cell 104 includes an electrolyte membrane 106 made of a solid polymer membrane, and an anode (fuel electrode) 108 and a cathode (air electrode) 110 facing each other with the electrolyte membrane 106 interposed therebetween. Each of the anode 108 and the cathode 110 has a platinum catalyst layer (not shown) on the electrolyte membrane 106 side. A separator 112 is sandwiched between adjacent fuel cells 104.

図1に示すように、フロントフレーム16の下方でありかつセルスタック102の上方には、ラジエータユニット114が配置されている。   As shown in FIG. 1, a radiator unit 114 is disposed below the front frame 16 and above the cell stack 102.

図2に示すように、ラジエータユニット114は、水溶液用のラジエータ114aと気液分離用のラジエータ114bとを一体的に設けたものである。   As shown in FIG. 2, the radiator unit 114 is a unit in which an aqueous solution radiator 114a and a gas-liquid separation radiator 114b are integrally provided.

また、リヤフレーム18の一対の板状部材の間には、上方から順に燃料タンク116、水溶液タンク118および水タンク120が配置されている。   A fuel tank 116, an aqueous solution tank 118, and a water tank 120 are disposed between the pair of plate members of the rear frame 18 in order from above.

燃料タンク116は、セルスタック102の電気化学反応の燃料となる高濃度(好ましくは、メタノールを約50wt%含む)のメタノール燃料(高濃度メタノール水溶液)を収容している。水溶液タンク118は、燃料タンク116からのメタノール燃料をセルスタック102の電気化学反応に適した濃度(好ましくは、メタノールを約3wt%含む)に希釈したメタノール水溶液を収容している。水タンク120は、水溶液タンク118に供給すべき水を収容している。   The fuel tank 116 contains a high-concentration (preferably containing about 50 wt% methanol) methanol fuel (high-concentration aqueous methanol solution) that serves as a fuel for the electrochemical reaction of the cell stack 102. The aqueous solution tank 118 contains a methanol aqueous solution obtained by diluting the methanol fuel from the fuel tank 116 to a concentration suitable for the electrochemical reaction of the cell stack 102 (preferably containing about 3 wt% of methanol). The water tank 120 contains water to be supplied to the aqueous solution tank 118.

燃料タンク116にはレベルセンサ122が装着され、水溶液タンク118にはレベルセンサ124が装着され、水タンク120にはレベルセンサ126が装着されている。レベルセンサ122,124および126は、それぞれたとえばフロートセンサであり、タンク内の液面の高さ(液位)を検出する。   A level sensor 122 is attached to the fuel tank 116, a level sensor 124 is attached to the aqueous solution tank 118, and a level sensor 126 is attached to the water tank 120. The level sensors 122, 124, and 126 are, for example, float sensors, and detect the height (liquid level) of the liquid level in the tank.

燃料タンク116の前側でありかつフロントフレーム16の上側には、二次電池128が配置されている。二次電池128は、セルスタック102からの電力を蓄え、コントローラ136(後述)の指示に応じて電気構成部材に電力を供給する。二次電池128の上側には、燃料ポンプ130が配置されている。   A secondary battery 128 is disposed on the front side of the fuel tank 116 and on the upper side of the front frame 16. The secondary battery 128 stores electric power from the cell stack 102 and supplies electric power to the electric components in accordance with instructions from a controller 136 (described later). A fuel pump 130 is disposed on the upper side of the secondary battery 128.

フロントフレーム16の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ132およびエアポンプ134が収納されている。フロントフレーム16の右側の収納スペースには、コントローラ136および水ポンプ138が配置されている。   In the storage space on the left side of the front frame 16, an aqueous solution pump 132 and an air pump 134 are stored. A controller 136 and a water pump 138 are arranged in the storage space on the right side of the front frame 16.

フロントフレーム16にはメインスイッチ140が設けられている。メインスイッチ140がオンされることによってコントローラ136に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ140がオフされることによってコントローラ136に運転停止指示が与えられる。セルスタック102の発電動作中にメインスイッチ140がオフされた場合は、コントローラ136に運転停止指示および発電停止指示が与えられる。   A main switch 140 is provided on the front frame 16. When the main switch 140 is turned on, an operation start instruction is given to the controller 136, and when the main switch 140 is turned off, an operation stop instruction is given to the controller 136. When the main switch 140 is turned off during the power generation operation of the cell stack 102, an operation stop instruction and a power generation stop instruction are given to the controller 136.

図2に示すように、燃料タンク116と燃料ポンプ130とはパイプP1によって連通され、燃料ポンプ130と水溶液タンク118とはパイプP2によって連通され、水溶液タンク118と水溶液ポンプ132とはパイプP3によって連通され、水溶液ポンプ132とセルスタック102とはパイプP4によって連通されている。パイプP4はセルスタック102のアノード入口I1に接続されている。水溶液ポンプ132を駆動させることによってセルスタック102にメタノール水溶液が供給される。パイプP4にはメタノール水溶液の濃度(メタノール水溶液におけるメタノールの割合)を検出するための濃度センサ142が設けられている。濃度センサ142としては、たとえば超音波センサが用いられる。超音波センサは、メタノール水溶液の濃度に応じて変化する超音波の伝播時間(伝播速度)を電圧値として検出する。コントローラ136は、その電圧値に基づいてメタノール水溶液の濃度を検出する。   As shown in FIG. 2, the fuel tank 116 and the fuel pump 130 are communicated by a pipe P1, the fuel pump 130 and the aqueous solution tank 118 are communicated by a pipe P2, and the aqueous solution tank 118 and the aqueous solution pump 132 are communicated by a pipe P3. The aqueous solution pump 132 and the cell stack 102 are communicated with each other by a pipe P4. The pipe P4 is connected to the anode inlet I1 of the cell stack 102. An aqueous methanol solution is supplied to the cell stack 102 by driving the aqueous solution pump 132. The pipe P4 is provided with a concentration sensor 142 for detecting the concentration of the aqueous methanol solution (ratio of methanol in the aqueous methanol solution). For example, an ultrasonic sensor is used as the concentration sensor 142. The ultrasonic sensor detects a propagation time (propagation speed) of an ultrasonic wave that changes according to the concentration of the aqueous methanol solution as a voltage value. The controller 136 detects the concentration of the aqueous methanol solution based on the voltage value.

セルスタック102のアノード入口I1付近には、セルスタック温度センサ144が設けられている。セルスタック温度センサ144は、メタノール水溶液の温度を検出し、それをセルスタック102ひいては燃料電池104の温度とみなす。   A cell stack temperature sensor 144 is provided in the vicinity of the anode inlet I 1 of the cell stack 102. The cell stack temperature sensor 144 detects the temperature of the aqueous methanol solution, and regards it as the temperature of the cell stack 102 and the fuel cell 104.

セルスタック102と水溶液用のラジエータ114aとはパイプP5によって連通され、ラジエータ114aと水溶液タンク118とはパイプP6によって連通されている。パイプP5はセルスタック102のアノード出口I2に接続されている。
上述したパイプP1〜P6は主として燃料の流路となる。
The cell stack 102 and the aqueous solution radiator 114a are connected with each other by a pipe P5, and the radiator 114a and the aqueous solution tank 118 are connected with each other by a pipe P6. The pipe P5 is connected to the anode outlet I2 of the cell stack 102.
The pipes P1 to P6 described above mainly serve as fuel flow paths.

また、エアポンプ134にはパイプP7が接続され、エアポンプ134とセルスタック102とはパイプP8によって連通されている。パイプP8はセルスタック102のカソード入口I3に接続されている。エアポンプ134を駆動させることによって外部からセルスタック102に酸素(酸化剤)を含む気体としての空気が供給される。パイプP7近傍には、外気温を検出する外気温センサ146が設けられている。   In addition, a pipe P7 is connected to the air pump 134, and the air pump 134 and the cell stack 102 are communicated with each other by a pipe P8. The pipe P8 is connected to the cathode inlet I3 of the cell stack 102. By driving the air pump 134, air as a gas containing oxygen (oxidant) is supplied to the cell stack 102 from the outside. An outside air temperature sensor 146 that detects the outside air temperature is provided in the vicinity of the pipe P7.

セルスタック102と気液分離用のラジエータ114bとはパイプP9によって連通され、ラジエータ114bと水タンク120とはパイプP10によって連通され、水タンク120にはパイプ(排気管)P11が設けられている。パイプP9は、セルスタック102のカソード出口I4に接続されている。パイプP11は水タンク120の排気口に設けられ、セルスタック102からの排気を外部に排出する。
上述したパイプP7〜P11は主として酸化剤の流路となる。
The cell stack 102 and the gas-liquid separating radiator 114b are communicated by a pipe P9, the radiator 114b and the water tank 120 are communicated by a pipe P10, and the water tank 120 is provided with a pipe (exhaust pipe) P11. The pipe P9 is connected to the cathode outlet I4 of the cell stack 102. The pipe P11 is provided at the exhaust port of the water tank 120 and exhausts the exhaust from the cell stack 102 to the outside.
The pipes P7 to P11 described above mainly serve as an oxidant flow path.

水タンク120と水ポンプ138とはパイプP12によって連通され、水ポンプ138と水溶液タンク118とはパイプP13によって連通されている。
上述したパイプP12,P13は水の流路となる。
The water tank 120 and the water pump 138 are communicated by a pipe P12, and the water pump 138 and the aqueous solution tank 118 are communicated by a pipe P13.
The pipes P12 and P13 described above serve as a water flow path.

ついで、図3を参照して、燃料電池システム100の電気的構成について説明する。
燃料電池システム100のコントローラ136は、CPU148、クロック回路150、メモリ152、電圧検出回路154、電流検出回路156、ON/OFF回路158および電源回路160を含む。
Next, the electrical configuration of the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG.
The controller 136 of the fuel cell system 100 includes a CPU 148, a clock circuit 150, a memory 152, a voltage detection circuit 154, a current detection circuit 156, an ON / OFF circuit 158, and a power supply circuit 160.

CPU148は、必要な演算を行い燃料電池システム100の動作を制御する。クロック回路150は、CPU148にクロック信号を与える。メモリ152は、たとえばEEPROMからなり、燃料電池システム100の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納する。電圧検出回路154は、セルスタック102の電圧を検出する。電流検出回路156は、電気回路162を流れる電流を検出する。ON/OFF回路158は、電気回路162を開閉する。電源回路160は、電気回路162に所定の電圧を供給する。   The CPU 148 performs necessary calculations and controls the operation of the fuel cell system 100. The clock circuit 150 provides a clock signal to the CPU 148. The memory 152 includes, for example, an EEPROM, and stores programs, data, calculation data, and the like for controlling the operation of the fuel cell system 100. The voltage detection circuit 154 detects the voltage of the cell stack 102. The current detection circuit 156 detects a current flowing through the electric circuit 162. The ON / OFF circuit 158 opens and closes the electric circuit 162. The power supply circuit 160 supplies a predetermined voltage to the electric circuit 162.

コントローラ136のCPU148には、メインスイッチ140および入力部28aからの入力信号が入力される。また、CPU148には、レベルセンサ122,124,126、濃度センサ142、セルスタック温度センサ144および外気センサ146からの検出信号が入力される。さらに、CPU148には、電圧検出回路154からの電圧検出値、および電流検出回路156からの電流検出値が入力される。CPU148は、電圧検出回路154からの電圧検出値と電流検出回路156からの電流検出値とに基づいて、セルスタック102の出力電力を算出する。   The CPU 148 of the controller 136 receives input signals from the main switch 140 and the input unit 28a. Further, detection signals from the level sensors 122, 124, 126, the concentration sensor 142, the cell stack temperature sensor 144, and the outside air sensor 146 are input to the CPU 148. Further, the voltage detection value from the voltage detection circuit 154 and the current detection value from the current detection circuit 156 are input to the CPU 148. The CPU 148 calculates the output power of the cell stack 102 based on the voltage detection value from the voltage detection circuit 154 and the current detection value from the current detection circuit 156.

CPU148によって、燃料ポンプ130、水溶液ポンプ132、エアポンプ134および水ポンプ138等の補機類が制御される。   The CPU 148 controls auxiliary equipment such as the fuel pump 130, the aqueous solution pump 132, the air pump 134, and the water pump 138.

また、ドライバに各種情報を報知するための表示部28bがCPU148によって制御される。さらに、電気回路162を開閉するON/OFF回路158がCPU148によって制御される。   Further, the CPU 148 controls the display unit 28b for notifying the driver of various information. Further, the CPU 148 controls an ON / OFF circuit 158 that opens and closes the electric circuit 162.

二次電池128は、セルスタック102の出力電力を補完するものであり、セルスタック102の出力電力によって充電され、その放電によって電動モータ38や補機類等に電力を供給する。   The secondary battery 128 complements the output power of the cell stack 102, is charged by the output power of the cell stack 102, and supplies power to the electric motor 38, auxiliary machines, and the like by the discharge.

CPU148には、インターフェイス回路164を介して蓄電量検出器44からの蓄電量検出値が入力される。CPU148は、入力された蓄電量検出値と二次電池128の容量とを用いて二次電池128の蓄電率を算出する。   The CPU 148 receives the stored amount detection value from the stored amount detector 44 via the interface circuit 164. CPU 148 calculates the storage rate of secondary battery 128 using the input storage amount detection value and the capacity of secondary battery 128.

記憶手段であるメモリ152には、図4および図7の動作を実行するためのプログラム、各種演算値および各種検出値等が格納される。また、メモリ152には、図5の総発電時間と第2所定時間(パージ時間)との関係を示すテーブルデータが格納されている。図5において、総発電時間が1時間未満、2時間未満、3時間未満のときには、それぞれ、第2所定時間は1分、2分、3分となる。しかし、総発電時間が3時間以上になれば第2所定時間は4分のままである。これは総発電時間が3時間以上になればフラッディングが飽和するからである。   A memory 152 as a storage means stores a program for executing the operations of FIGS. 4 and 7, various calculation values, various detection values, and the like. Further, the memory 152 stores table data indicating the relationship between the total power generation time and the second predetermined time (purge time) shown in FIG. In FIG. 5, when the total power generation time is less than 1 hour, less than 2 hours, and less than 3 hours, the second predetermined time is 1 minute, 2 minutes, and 3 minutes, respectively. However, if the total power generation time becomes 3 hours or more, the second predetermined time remains 4 minutes. This is because the flooding is saturated when the total power generation time is 3 hours or more.

この実施形態では、制御部はCPU148を含む。気体供給部はエアポンプ134を含む。情報取得部は、CPU148、クロック回路150、電圧検出回路154および電流検出回路156を含む。水溶液供給部は水溶液ポンプ132を含む。時間取得部はCPU148およびクロック回路150を含む。   In this embodiment, the control unit includes a CPU 148. The gas supply unit includes an air pump 134. The information acquisition unit includes a CPU 148, a clock circuit 150, a voltage detection circuit 154, and a current detection circuit 156. The aqueous solution supply unit includes an aqueous solution pump 132. The time acquisition unit includes a CPU 148 and a clock circuit 150.

図4を参照して、燃料電池システム100の動作の一例について説明する。
メインスイッチ140がオンされ蓄電量検出器44が二次電池128の蓄電率が所定値(好ましくは40%)未満であることを検出すれば、セルスタック102ひいては燃料電池102の発電が開始される。このとき、CPU148は、水溶液ポンプ132を駆動させ、メタノール水溶液がセルスタック102のアノード108に供給されるとともに、エアポンプ134を駆動させ、空気がセルスタック102のカソード110に供給される。
An example of the operation of the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG.
When the main switch 140 is turned on and the storage amount detector 44 detects that the storage rate of the secondary battery 128 is less than a predetermined value (preferably 40%), the power generation of the cell stack 102 and thus the fuel cell 102 is started. . At this time, the CPU 148 drives the aqueous solution pump 132 to supply the aqueous methanol solution to the anode 108 of the cell stack 102 and also drives the air pump 134 to supply air to the cathode 110 of the cell stack 102.

このように発電が開始されると、CPU148は、クロック回路150からの信号に基づいてセルスタック102ひいては燃料電池104の発電時間をカウントする(ステップS1)。セルスタック102の発電時間のカウントはセルスタック102の発電開始時に開始される。後述のように、当該発電時間は第1所定時間(ここでは1時間)経過するごとにゼロクリアされ、0から第1所定時間までのカウントが繰り返される。   When power generation is started in this way, the CPU 148 counts the power generation time of the cell stack 102 and thus the fuel cell 104 based on the signal from the clock circuit 150 (step S1). Counting the power generation time of the cell stack 102 is started when the power generation of the cell stack 102 is started. As will be described later, the power generation time is cleared to zero each time a first predetermined time (here, 1 hour) elapses, and the count from 0 to the first predetermined time is repeated.

そして、CPU148は、セルスタック102の発電時間が第1所定時間(ここでは1時間)経過したか否かを判断する(ステップS3)。発電時間が第1所定時間経過していなければ、CPU148は、第2所定時間を設定するために、セルスタック102の発電開始からの経過時間である総発電時間をカウントする(ステップS5)。そして、CPU148は、発電停止信号が与えられたか否かを判断する(ステップS7)。強制停止スイッチ28cがオフされたとき、発電停止信号がCPU148に与えられる。また、CPU148が、蓄電量検出器44の出力に基づいて二次電池128の蓄電率が所定値(たとえば98%)以上であることを検出すれば、自らに発電停止信号を与える。ステップS7において、CPU148に発電停止信号が与えられていなければステップS1に戻る。ステップS3およびS7がNOである限り、ステップS1〜S7の処理が繰り返される。   Then, the CPU 148 determines whether or not the power generation time of the cell stack 102 has passed a first predetermined time (here, 1 hour) (step S3). If the first power generation time has not elapsed, the CPU 148 counts the total power generation time, which is the time elapsed from the start of power generation in the cell stack 102, in order to set the second predetermined time (step S5). Then, the CPU 148 determines whether or not a power generation stop signal is given (step S7). When the forced stop switch 28c is turned off, a power generation stop signal is given to the CPU 148. Further, if the CPU 148 detects that the storage rate of the secondary battery 128 is equal to or higher than a predetermined value (for example, 98%) based on the output of the storage amount detector 44, it gives a power generation stop signal to itself. In step S7, if the power generation stop signal is not given to the CPU 148, the process returns to step S1. As long as steps S3 and S7 are NO, steps S1 to S7 are repeated.

ステップS3において第1所定時間が経過すれば、CPU148は、エアポンプ134の出力を大きくし、セルスタック102のカソード110への空気供給量を5%増加させる(ステップS9)。そして、CPU148は、発電時間をゼロクリアし(ステップS11)、ステップS1に戻る。   When the first predetermined time has elapsed in step S3, the CPU 148 increases the output of the air pump 134 and increases the amount of air supplied to the cathode 110 of the cell stack 102 by 5% (step S9). Then, the CPU 148 clears the power generation time to zero (step S11) and returns to step S1.

一方、ステップS7においてCPU148に発電停止信号が与えられれば、CPU148は、メモリ152に格納された図5の関係を示すテーブルデータを参照して、総発電時間に基づいて第2所定時間を設定する(ステップS13)。そして、CPU148は、パージ処理を行う。すなわち、水溶液ポンプ132を停止させた後、設定された第2所定時間分エアポンプ134を駆動させ(ステップS15)、終了する。   On the other hand, if a power generation stop signal is given to the CPU 148 in step S7, the CPU 148 refers to the table data indicating the relationship of FIG. 5 stored in the memory 152 and sets the second predetermined time based on the total power generation time. (Step S13). Then, the CPU 148 performs a purge process. That is, after the aqueous solution pump 132 is stopped, the air pump 134 is driven for the set second predetermined time (step S15), and the process ends.

このように動作する燃料電池システム100によれば、セルスタック102の発電時間が第1所定時間(ここでは1時間)経過するごとに、セルスタック102の出力電力が減少しているとみなし、エアポンプ134による空気供給量を所定分(ここでは5%)ずつ増加させていく。これによって、エアポンプ134による空気供給量を、セルスタック102の発電開始から暫くは少なめに設定し、その後定期的に徐々に上げることができ、制御も簡単にできる。したがって、セルスタック102のカソード110内の飽和蒸気圧を徐々に上昇させて、カソード110内の液体の気化を促進できるとともに、液体のカソード110からの排出を促進でき、経時的に徐々に進行する性質を有するセルスタック102のフラッディングの進行を抑えることができる。その結果、エアポンプ134による空気供給量の急激な増大による電力の浪費を防ぎつつ、セルスタック102ひいては燃料電池104の出力電力の低下を抑制でき、発電効率の低下を抑制できる。   According to the fuel cell system 100 operating in this way, every time the power generation time of the cell stack 102 elapses for the first predetermined time (here, 1 hour), the output power of the cell stack 102 is considered to decrease, and the air pump The air supply amount by 134 is increased by a predetermined amount (here, 5%). As a result, the amount of air supplied by the air pump 134 can be set to a small value for a while from the start of power generation of the cell stack 102, and then gradually increased periodically, and the control can be simplified. Accordingly, the saturated vapor pressure in the cathode 110 of the cell stack 102 can be gradually increased to promote the vaporization of the liquid in the cathode 110 and the discharge of the liquid from the cathode 110 can be promoted, and gradually proceeds with time. The progress of flooding of the cell stack 102 having the property can be suppressed. As a result, while preventing waste of electric power due to a sudden increase in the amount of air supplied by the air pump 134, a decrease in the output power of the cell stack 102 and the fuel cell 104 can be suppressed, and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

また、セルスタック102の総発電時間に基づいて、カソード110に存在する液体の量に応じた第2所定時間を設定し、セルスタック102の発電を停止させる際、水溶液ポンプ132を停止させた後、エアポンプ134を第2所定時間分駆動させる。これによって、水溶液ポンプ132とエアポンプ134とを同時に停止させる場合と比較して、発電終了時にカソード110の液体をより多く排出させることができ、次回の発電においてフラッディングが発生するまでの時間を長くすることができる。また、セルスタック102の総発電時間に基づいて第2所定時間を設定することによって、エアポンプ134の駆動に要する電力の浪費を防ぐことができる。   In addition, after setting the second predetermined time according to the amount of liquid present in the cathode 110 based on the total power generation time of the cell stack 102 and stopping the power generation of the cell stack 102, after stopping the aqueous solution pump 132 Then, the air pump 134 is driven for a second predetermined time. As a result, compared with the case where the aqueous solution pump 132 and the air pump 134 are stopped simultaneously, more liquid of the cathode 110 can be discharged at the end of power generation, and the time until flooding occurs in the next power generation is lengthened. be able to. Further, by setting the second predetermined time based on the total power generation time of the cell stack 102, it is possible to prevent waste of power required for driving the air pump 134.

図4の動作を行う場合の効果を、図6を参照して説明する。
図6(a)には、従来例においてセルスタックの発電とその停止とを3回行った場合のセルスタックのグロス出力電力の一例を示す。図6(b)には、そのうちの1つに対応するデータとして、図4の動作を行う場合と従来例とにおけるセルスタックのグロス出力電力およびネット出力電力ならびに補機消費電力を示す。セルスタックのネット出力電力は、セルスタックのグロス出力電力から補機消費電力を減じたものである。
The effect of performing the operation of FIG. 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 6A shows an example of the gross output power of the cell stack when the power generation and the stop of the cell stack are performed three times in the conventional example. FIG. 6B shows, as data corresponding to one of them, the gross output power and net output power of the cell stack and the auxiliary machine power consumption when the operation of FIG. 4 is performed and in the conventional example. The net output power of the cell stack is the gross output power of the cell stack minus the auxiliary machine power consumption.

図6(a)に示すように、セルスタックの出力電力は、発電開始後に急上昇し、その後経時的に緩やかに減少していく。   As shown in FIG. 6A, the output power of the cell stack rises rapidly after the start of power generation, and then gradually decreases with time.

図6(b)を参照して、従来例では、補機(エアポンプを含む)の消費電力は破線A1に示すように一定であるが、セルスタックのグロス出力電力は破線A2に示すように時間の経過とともに減少するので、セルスタックのネット出力電力も破線A3に示すように時間の経過とともに減少する。   Referring to FIG. 6B, in the conventional example, the power consumption of the auxiliary machine (including the air pump) is constant as shown by the broken line A1, but the gross output power of the cell stack is the time as shown by the broken line A2. Therefore, the net output power of the cell stack also decreases with time as shown by the broken line A3.

それに対して、燃料電池システム100が図4の動作を行う場合、補機(エアポンプ134を含む)の消費電力は実線B1に示すように第1所定時間経過するたびにエアポンプ134による空気供給量の増加に伴って増加していく。セルスタック102のグロス出力電力は実線B2に示すように、緩やかに減少した後にエアポンプ134による空気供給量の増加に伴って急激に増加し(真上に立ち上がり)、それを繰り返すという鋸歯状の特性を有し、フラッディングまでの時間が長くなる。これに伴って、セルスタック102のネット出力電力も破線B3に示すように鋸歯状の特性を有し、従来例に比べて減少を抑えることができる。   On the other hand, when the fuel cell system 100 performs the operation of FIG. 4, the power consumption of the auxiliary machine (including the air pump 134) is equal to the amount of air supplied by the air pump 134 every time the first predetermined time elapses as shown by the solid line B1. It increases with the increase. As shown by the solid line B2, the gross output power of the cell stack 102 gradually decreases, then increases sharply as the air supply amount by the air pump 134 increases (rises directly above), and repeats that. And the time to flooding becomes longer. Along with this, the net output power of the cell stack 102 also has a saw-tooth characteristic as shown by the broken line B3, and can suppress a decrease compared to the conventional example.

ついで、図7を参照して、燃料電池システム100の他の動作例について説明する。
図7に示す動作例では、図4に示す動作例のステップS3の処理に代えてステップS3aおよびS3bの処理が行われ、ステップS11の処理に代えてステップS11aの処理が行われる。それ以外については図4の動作と同様であるので、同一のステップ番号を付することで、重複する説明は省略する。
Next, another operation example of the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG.
In the operation example shown in FIG. 7, the processes of steps S3a and S3b are performed instead of the process of step S3 of the operation example shown in FIG. 4, and the process of step S11a is performed instead of the process of step S11. Since other operations are the same as the operation of FIG. 4, the same step numbers are assigned, and redundant description is omitted.

図7に示す動作例において、ステップS1の後のステップS3aでは、CPU148は、発電開始から5分後の出力電力を2分間継続して取得して平均する。この平均値を出力電力初期値とする。そして、ステップS3bにおいて、CPU148は、セルスタック102のグロス出力電力が出力電力初期値から所定分(ここでは5%以上)低下したか否かを判断する。グロス出力電力が所定分低下していなければステップS5に進み、一方、所定分低下していればステップS9に進む。   In the operation example shown in FIG. 7, in step S3a after step S1, the CPU 148 continuously acquires and averages the output power after 5 minutes from the start of power generation for 2 minutes. This average value is used as the output power initial value. In step S3b, the CPU 148 determines whether or not the gross output power of the cell stack 102 has decreased by a predetermined amount (here, 5% or more) from the output power initial value. If the gross output power has not decreased by a predetermined amount, the process proceeds to step S5, and if it has decreased by a predetermined amount, the process proceeds to step S9.

また、ステップS9の後、CPU148は、ステップS3aで得られた出力電力初期値をクリアし、ステップS1に戻る。   In addition, after step S9, the CPU 148 clears the initial output power value obtained in step S3a, and returns to step S1.

このように動作する燃料電池システム100によれば、セルスタック102の出力電力を検出し、その値が所定分(ここでは5%)小さくなるごとにエアポンプ134による空気供給量を所定分(ここでは5%)増加させる。これによって、エアポンプ134による空気供給量を精度よく制御でき、セルスタック102の出力電力の低下をより確実に抑制することができる。また、図4の動作を行う場合と同様の効果を得ることができる。   According to the fuel cell system 100 operating in this manner, the output power of the cell stack 102 is detected, and the air supply amount by the air pump 134 is reduced by a predetermined amount (here, every time the value is reduced by a predetermined amount (here, 5%)). 5%) increase. As a result, the amount of air supplied by the air pump 134 can be accurately controlled, and a decrease in the output power of the cell stack 102 can be more reliably suppressed. In addition, the same effect as when performing the operation of FIG. 4 can be obtained.

図7に示す動作を行う場合の効果を、図8を参照して説明する。
図8(a)は図6(a)と同じ図であり、図8(a)には、従来例においてセルスタックの発電とその停止とを3回行った場合のセルスタックのグロス出力電力の一例を示す。図8(b)には、そのうちの1つに対応するデータとして、図7の動作を行う場合と従来例とにおけるセルスタックのグロス出力電力およびネット出力電力ならびに補機消費電力を示す。図8(b)における破線A1〜A3は、図6(b)の破線A1〜A3と同じ従来例である。
The effect of performing the operation shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG.
FIG. 8A is the same diagram as FIG. 6A, and FIG. 8A shows the gross output power of the cell stack when the power generation and the stop of the cell stack are performed three times in the conventional example. An example is shown. FIG. 8B shows, as data corresponding to one of them, the gross output power and net output power of the cell stack and auxiliary device power consumption in the case where the operation of FIG. 7 is performed and in the conventional example. The broken lines A1 to A3 in FIG. 8B are the same conventional examples as the broken lines A1 to A3 in FIG.

図8(b)を参照して、燃料電池システム100が図7の動作を行う場合、補機(エアポンプ134を含む)の消費電力は、セルスタック102のグロス出力電力が所定分低下するたびに、エアポンプ134による空気供給量の増加に伴って実線C1に示すように増加していく。セルスタック102のグロス出力電力は実線C2に示すように、緩やかに減少した後にエアポンプ134による空気供給量の増加に伴って急激に増加し(真上に立ち上がり)、それを繰り返すという鋸歯状の特性を有し、フラッディングまでの時間が長くなる。これに伴って、セルスタック102のネット出力電力も実線C3に示すように鋸歯状の特性を有し、破線A3で示す従来例に比べて減少を抑えることができる。   Referring to FIG. 8B, when the fuel cell system 100 performs the operation of FIG. 7, the power consumption of the auxiliary machine (including the air pump 134) is calculated every time the gross output power of the cell stack 102 decreases by a predetermined amount. As the air supply amount by the air pump 134 increases, it increases as shown by the solid line C1. As shown by the solid line C2, the gross output power of the cell stack 102 gradually decreases, then increases sharply as the air supply amount by the air pump 134 increases (rises right above), and repeats that. And the time to flooding becomes longer. Along with this, the net output power of the cell stack 102 also has a sawtooth characteristic as shown by the solid line C3, and can suppress the decrease compared to the conventional example shown by the broken line A3.

なお、図7に示す動作例においては、ステップS3bにおいて、セルスタック102のグロス出力電力が出力電力初期値から所定割合(ここでは5%)低下したか否かを判断したが、これに限定されない。たとえば、セルスタック102のグロス出力電力が出力電力初期値から所定量低下したか否かを判断するようにしてもよい。   In the operation example shown in FIG. 7, it is determined in step S3b whether or not the gross output power of the cell stack 102 has decreased by a predetermined percentage (here, 5%) from the output power initial value. However, the present invention is not limited to this. . For example, it may be determined whether the gross output power of the cell stack 102 has decreased by a predetermined amount from the initial output power value.

上述の実施形態では、燃料電池104の出力電力に関する情報として、セルスタック102の出力電力を用いたが、これに限定されず、燃料電池104の出力電力を用いてもよい。燃料電池104の出力電力は、セルスタック102の出力電力を、セルスタック102に含まれる燃料電池104の数で割ることによって得られる。また、燃料電池104の出力電力に関する情報として、燃料電池104の出力電圧や出力電流、セルスタック102の出力電圧や出力電流を用いてもよい。   In the above-described embodiment, the output power of the cell stack 102 is used as information on the output power of the fuel cell 104. However, the present invention is not limited to this, and the output power of the fuel cell 104 may be used. The output power of the fuel cell 104 is obtained by dividing the output power of the cell stack 102 by the number of fuel cells 104 included in the cell stack 102. Further, as the information related to the output power of the fuel cell 104, the output voltage and output current of the fuel cell 104 and the output voltage and output current of the cell stack 102 may be used.

上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。   In the above embodiment, methanol is used as the fuel, and methanol aqueous solution is used as the fuel aqueous solution. However, the present invention is not limited to this, and alcohol-based fuel such as ethanol may be used as the fuel, and alcohol-based aqueous solution such as ethanol aqueous solution may be used as the fuel aqueous solution. Good.

上述の実施形態では、セルスタック102(燃料電池104)のカソード110にエアポンプ134によって空気を供給する場合について説明したが、これに限定されない。この発明は、酸化剤を含む任意の気体をカソード110に供給でき、気体供給部として任意の送気ポンプを用いることができる。   In the above-described embodiment, the case where air is supplied to the cathode 110 of the cell stack 102 (fuel cell 104) by the air pump 134 has been described, but the present invention is not limited to this. In the present invention, any gas containing an oxidant can be supplied to the cathode 110, and any air supply pump can be used as the gas supply unit.

自動二輪車10などの輸送機器は運転時において外力によって振動等を受け易いので、輸送機器に燃料電池システムを搭載する場合にはフラッディングが起こり易い。この発明によれば、フラッディングの発生を抑制し発電効率の低下を抑えることができるので、この発明は、燃料電池システムを備える任意の輸送機器に好適に用いられる。輸送機器としては、自動二輪車だけではなく、自動車や船舶等が含まれる。   Since transportation equipment such as the motorcycle 10 is easily subjected to vibration or the like due to external force during operation, flooding is likely to occur when the fuel cell system is mounted on the transportation equipment. According to the present invention, since the occurrence of flooding can be suppressed and the decrease in power generation efficiency can be suppressed, the present invention is suitably used for any transportation equipment including a fuel cell system. The transportation equipment includes not only motorcycles but also automobiles and ships.

また、この発明は、据え付けタイプの燃料電池システムにも適用でき、さらに、パーソナルコンピュータ、携帯機器等の電子機器に搭載される可搬型の燃料電池システムにも適用できる。   The present invention can also be applied to a stationary fuel cell system, and can also be applied to a portable fuel cell system mounted on an electronic device such as a personal computer or a portable device.

10 自動二輪車
38 電動モータ
100 燃料電池システム
102 燃料電池セルスタック
104 燃料電池
108 アノード
110 カソード
132 水溶液ポンプ
134 エアポンプ
136 コントローラ
148 CPU
150 クロック回路
152 メモリ
154 電圧検出回路
156 電流検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motorcycle 38 Electric motor 100 Fuel cell system 102 Fuel cell cell stack 104 Fuel cell 108 Anode 110 Cathode 132 Aqueous solution pump 134 Air pump 136 Controller 148 CPU
150 Clock circuit 152 Memory 154 Voltage detection circuit 156 Current detection circuit

Claims (6)

アノードとカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソードに酸化剤を含む気体を供給するための気体供給部と、
前記燃料電池の出力電力に相関性のある相関情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部によって取得された前記相関情報に基づいて前記気体供給部による気体供給量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記相関情報が前記燃料電池の出力電力の減少を示すごとに前記気体供給部による気体供給量を増加させる、燃料電池システム。
A fuel cell having an anode and a cathode;
A gas supply unit for supplying a gas containing an oxidant to the cathode of the fuel cell;
An information acquisition unit for acquiring correlation information correlated with the output power of the fuel cell;
A control unit that controls a gas supply amount by the gas supply unit based on the correlation information acquired by the information acquisition unit;
The control unit increases the gas supply amount by the gas supply unit every time the correlation information indicates a decrease in the output power of the fuel cell.
前記相関情報は前記燃料電池の発電時間を含み、
前記制御部は、前記発電時間が第1所定時間を経過するごとに前記気体供給部による気体供給量を増加させる、請求項1に記載の燃料電池システム。
The correlation information includes the power generation time of the fuel cell,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit increases a gas supply amount by the gas supply unit every time the power generation time passes a first predetermined time.
前記相関情報は前記燃料電池の出力電力に関する情報を含み、
前記制御部は、前記燃料電池の出力電力に関する情報が所定分小さくなるごとに前記気体供給部による気体供給量を増加させる、請求項1に記載の燃料電池システム。
The correlation information includes information related to output power of the fuel cell,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit increases a gas supply amount by the gas supply unit every time information on the output power of the fuel cell decreases by a predetermined amount.
前記燃料電池の前記アノードに燃料水溶液を供給する水溶液供給部をさらに備え、
前記制御部は、前記燃料電池の発電を停止させる際、前記水溶液供給部を停止させたのち前記気体供給部を第2所定時間分駆動させる、請求項1に記載の燃料電池システム。
An aqueous solution supply unit for supplying an aqueous fuel solution to the anode of the fuel cell;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the power generation of the fuel cell is stopped, the control unit drives the gas supply unit for a second predetermined time after stopping the aqueous solution supply unit.
前記燃料電池の発電開始からの総発電時間を取得する時間取得部をさらに備え、
前記制御部は、前記時間取得部によって取得された前記総発電時間に基づいて前記第2所定時間を設定する、請求項4に記載の燃料電池システム。
A time acquisition unit for acquiring a total power generation time from the start of power generation of the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 4, wherein the control unit sets the second predetermined time based on the total power generation time acquired by the time acquisition unit.
請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池システムと、
前記燃料電池システムから電力が供給される電動モータとを備える、輸送機器。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
A transportation device comprising: an electric motor to which electric power is supplied from the fuel cell system.
JP2009250482A 2009-10-30 2009-10-30 Fuel cell system and transportation equipment including the same Expired - Fee Related JP5543173B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009250482A JP5543173B2 (en) 2009-10-30 2009-10-30 Fuel cell system and transportation equipment including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009250482A JP5543173B2 (en) 2009-10-30 2009-10-30 Fuel cell system and transportation equipment including the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011096554A true JP2011096554A (en) 2011-05-12
JP5543173B2 JP5543173B2 (en) 2014-07-09

Family

ID=44113257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009250482A Expired - Fee Related JP5543173B2 (en) 2009-10-30 2009-10-30 Fuel cell system and transportation equipment including the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5543173B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013200990A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Seiko Instruments Inc Fuel cell device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63110558A (en) * 1986-10-29 1988-05-16 Hitachi Ltd Air supply method for fuel cell
JPH07235324A (en) * 1994-02-23 1995-09-05 Toyota Motor Corp Drive device of fuel cell
JP2003007320A (en) * 2001-06-20 2003-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system, method for generating electricity by fuel cell, program and medium
JP2005294065A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp Fuel cell unit, information processing apparatus, and power supply control method thereof
JP2006253009A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and its operation method
JP2006302515A (en) * 2005-04-15 2006-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell
JP2009146709A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63110558A (en) * 1986-10-29 1988-05-16 Hitachi Ltd Air supply method for fuel cell
JPH07235324A (en) * 1994-02-23 1995-09-05 Toyota Motor Corp Drive device of fuel cell
JP2003007320A (en) * 2001-06-20 2003-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system, method for generating electricity by fuel cell, program and medium
JP2005294065A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp Fuel cell unit, information processing apparatus, and power supply control method thereof
JP2006253009A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and its operation method
JP2006302515A (en) * 2005-04-15 2006-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell
JP2009146709A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013200990A (en) * 2012-03-23 2013-10-03 Seiko Instruments Inc Fuel cell device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5543173B2 (en) 2014-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5350619B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP6164187B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2009090696A (en) Vehicle
JP6555169B2 (en) Control method of fuel cell system
JP5304863B2 (en) Fuel cell system
JP2009016057A (en) Fuel cell device and driving method therefor
JP5543173B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
TW200926495A (en) Fuel cell system and control method therefor
JP5350668B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment
TW201034282A (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP2008181871A (en) Fuel cell system
JP2008041395A (en) Fuel cell system
JP5252887B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5431873B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP2008140778A (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP5406561B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP5308634B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP4550491B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment using the same
JP2010272253A (en) Fuel cell system
JP2006127874A (en) Fuel cell system and its control method
EP1804324A1 (en) Direct Methanol Fuel cell system and operating method for shutdown
JP5147165B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5252866B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP5852589B2 (en) Fuel cell system and transportation equipment including the same
JP2009093809A (en) Fuel cell system and transport equipment including it

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120809

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130910

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130911

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140422

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140508

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5543173

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees