JP2012003910A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2次電池を有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a secondary battery.
燃料電池は、供給を受けた反応ガスを触媒介在下の電気化学反応に処して発電し、その発電電力により負荷を駆動する。燃料電池の発電電力は、負荷を駆動する上で不足したり余剰となることから、2次電池を燃料電池と併用して、燃料電池の発電電力を充電しつつ電力不足を2次電池で補う燃料電池システムが実用されている。触媒の機能劣化は発電性能の低下を来すことから、触媒機能の劣化の抑制が求められており、種々の提案がなされている(例えば、特許文献1)。 The fuel cell generates electric power by subjecting the supplied reaction gas to an electrochemical reaction under the catalyst, and drives the load with the generated electric power. Since the generated power of the fuel cell is insufficient or excessive when driving the load, the secondary battery is used in combination with the fuel cell, and the secondary battery compensates for the power shortage while charging the generated power of the fuel cell. Fuel cell systems are in practical use. Since the deterioration of the function of the catalyst causes a decrease in the power generation performance, suppression of the deterioration of the catalyst function is required, and various proposals have been made (for example, Patent Document 1).
特許文献1では、燃料電池の出力電力の上限を定める高電位回避電圧を2次電池の充電状況に応じて可変設定することで、2次電池への充電の対処を図りつつ、触媒が高い電位に晒されることを抑制して、触媒劣化を抑制している。その一方、特許文献2では、高負荷から低負荷への燃料電池の運転状況推移時に燃料電池に低温度のガスを供給することで触媒温度を低くして、触媒劣化を抑制している。 In Patent Document 1, the high potential avoidance voltage that determines the upper limit of the output power of the fuel cell is variably set according to the state of charge of the secondary battery, so that the charge of the secondary battery can be dealt with while the catalyst has a high potential. The catalyst is prevented from being deteriorated by being exposed to the catalyst. On the other hand, in Patent Document 2, the catalyst temperature is lowered by supplying a low-temperature gas to the fuel cell when the operating state of the fuel cell changes from a high load to a low load, thereby suppressing catalyst deterioration.
しかしながら、特許文献1で提案されたように高電位回避電圧を2次電池の充電状況に応じて可変設定しても、燃料電池の温度は、高電位回避電圧の設定状況によらず上昇することが有り得るので、こうした状況での触媒劣化の抑制対処が求められるに至った。ところで、特許文献2では、低温ガスの供給により燃料電池の温度上昇を抑制して触媒劣化を抑制する対処法を提案しているものの、運転状態が過渡期にある場合における対処法であるため、2次電池を備えたシステムにおける当該電池への充電対処を図った上での対処法としては十分とは言えないのが実情である。 However, even if the high potential avoidance voltage is variably set according to the charging state of the secondary battery as proposed in Patent Document 1, the temperature of the fuel cell rises regardless of the setting state of the high potential avoidance voltage. Therefore, it has been required to take measures to suppress catalyst deterioration in such a situation. By the way, Patent Document 2 proposes a countermeasure for suppressing catalyst deterioration by suppressing the temperature rise of the fuel cell by supplying a low-temperature gas, but is a countermeasure when the operating state is in a transition period. The situation is that it is not sufficient as a countermeasure after charging the battery in a system including a secondary battery.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、2次電池への充電対処を図った上で、触媒劣化の抑制の実効性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve at least a part of the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the effectiveness of suppressing catalyst deterioration after charging a secondary battery.
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。 In order to achieve at least a part of the above object, the present invention adopts the following configuration.
[適用1:燃料電池システム]
燃料電池システムであって、
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
該燃料電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
該電池温度検出手段の検出した電池温度が目標温度範囲に収まるように、前記燃料電池の温度を維持する電池温度維持手段と、
前記燃料電池の出力電力がその上限として予め定めた高電位回避電圧を超えないように前記燃料電池を運転制御する制御手段と、
前記燃料電池との間で電力のやりとりを行う2次電池と、
該2次電池における充電容量を検出する充電検出手段と、
該充電検出手段の検出した充電容量が満充電側であると、前記高電位回避電圧を高電圧側にシフトする電圧シフト設定に加え、前記目標温度範囲を低温度側にシフトする温度シフト設定を実行する設定手段とを備える、
ことを要旨とする。
[Application 1: Fuel cell system]
A fuel cell system,
A fuel cell that generates power by receiving a supply of a reactive gas; and
Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Battery temperature maintaining means for maintaining the temperature of the fuel cell so that the battery temperature detected by the battery temperature detecting means falls within a target temperature range;
Control means for controlling the operation of the fuel cell so that the output power of the fuel cell does not exceed a predetermined high potential avoidance voltage as an upper limit thereof;
A secondary battery that exchanges power with the fuel cell;
Charge detection means for detecting a charge capacity in the secondary battery;
If the charge capacity detected by the charge detection means is a full charge side, in addition to a voltage shift setting for shifting the high potential avoidance voltage to the high voltage side, a temperature shift setting for shifting the target temperature range to the low temperature side is set. A setting means for executing,
This is the gist.
上記構成を備える燃料電池システムでは、2次電池の検出充電容量が満充電側であると、燃料電池の出力電力の上限を定める高電位回避電圧を高電圧側にシフトすると共に、目標温度範囲を低温度側にシフトする。このため、燃料電池が反応ガスの反応を起こすために有する触媒は、低温度側にシフトした低温度環境下において高電位に晒される機会があるに過ぎないので、触媒劣化の抑制を図ることができる。しかも、2次電池の検出充電容量が満充電側である状況下では、2次電池を充電する必要性が低い上、燃料電池は、その出力電圧が高電圧側にシフトした高電位回避電圧を超えないよう運転制御されることから、運転制御幅が広がる。よって、燃料電池を、余剰な電力が出ないよう運転することや、必要性の低い電池充電に対処できるよう運転することが可能となるので、2次電池の充電に対しても対処できる。 In the fuel cell system having the above configuration, if the detected charge capacity of the secondary battery is on the full charge side, the high potential avoidance voltage that determines the upper limit of the output power of the fuel cell is shifted to the high voltage side, and the target temperature range is Shift to lower temperature. For this reason, the catalyst that the fuel cell has for causing the reaction of the reaction gas has only an opportunity to be exposed to a high potential in a low temperature environment shifted to a low temperature side, so that it is possible to suppress catalyst deterioration. it can. Moreover, under the situation where the detection charge capacity of the secondary battery is on the fully charged side, the necessity for charging the secondary battery is low, and the fuel cell has a high potential avoidance voltage whose output voltage has shifted to the high voltage side. Since the operation is controlled so as not to exceed, the operation control range is expanded. Therefore, the fuel cell can be operated so as not to generate surplus electric power, or can be operated so as to cope with battery charging that is less necessary, so that it is possible to cope with charging of the secondary battery.
その一方、2次電池の検出充電容量が満充電側ではなく、2次電池への補充充電が必要な状況下では、上記した高電圧側への電圧シフト設定と低温度側への温度シフト設定がなされない。よって、燃料電池の触媒は、低温度側にシフトしていない環境下において高電位に晒されないので、触媒劣化の抑制を図ることができる。しかも、高電位回避電圧は高電圧側にシフトしていないことから、燃料電池の運転制御幅が狭くなり、余剰の発電を行う機会が増えることになる。よって、その余剰電力を2次電池への補充充電に当てることができ、2次電池の充電に対しても対処できる。 On the other hand, when the detection charge capacity of the secondary battery is not the fully charged side and the supplementary charging to the secondary battery is necessary, the voltage shift setting to the high voltage side and the temperature shift setting to the low temperature side described above. Is not made. Therefore, since the catalyst of the fuel cell is not exposed to a high potential in an environment that has not shifted to the low temperature side, catalyst deterioration can be suppressed. In addition, since the high potential avoidance voltage is not shifted to the high voltage side, the operation control width of the fuel cell is narrowed, and the chances of surplus power generation are increased. Therefore, the surplus power can be applied to supplementary charging of the secondary battery, and the secondary battery can be charged.
上記した燃料電池システムは、次のような態様とすることができる。例えば、形態変化維持率を導入し、この形態変化維持率と燃料電池の出力電圧との相関を、燃料電池の温度ごとに記憶する。この形態変化維持率は、燃料電池が有する触媒の触媒機能維持の状況を表しており、燃料電池の出力電圧が高くなると低減する。上記した相関を記憶した上で、目標温度範囲の温度に対応した相関を参照して、電圧シフトを実行するようにできる。こうすれば、触媒機能の維持を図った上でより確実に高電位回避電圧を高電圧側にシフトできる。 The fuel cell system described above can be configured as follows. For example, a form change maintenance rate is introduced, and the correlation between this form change maintenance rate and the output voltage of the fuel cell is stored for each temperature of the fuel cell. This form change maintenance rate represents the status of maintaining the catalytic function of the catalyst of the fuel cell, and decreases as the output voltage of the fuel cell increases. After storing the above correlation, the voltage shift can be executed with reference to the correlation corresponding to the temperature in the target temperature range. In this way, the high potential avoidance voltage can be shifted to the high voltage side more reliably while maintaining the catalytic function.
この場合、触媒機能維持の上で下限となる下限形態変化維持率に対応した高電圧側の出力電圧に高電位回避電圧をシフトするようにすれば、触媒機能維持の実効性と高電位回避電圧の高電圧側シフトの実効性を高めることができる。そして、この下限形態変化維持率より高い形態変化維持率であって該形態変化維持率の前記相関における変曲をもたらす前記高い形態変化維持率に対応した高電圧側の出力電圧に高電位回避電圧をシフトするようにしてもよい。こうすれば、上記した実効性をより高めることができる。 In this case, if the high potential avoidance voltage is shifted to the output voltage on the high voltage side corresponding to the lower limit form change maintenance rate, which is the lower limit in maintaining the catalyst function, the effectiveness of maintaining the catalyst function and the high potential avoidance voltage are increased. It is possible to increase the effectiveness of the high voltage side shift. Then, a high potential avoidance voltage is applied to the output voltage on the high voltage side corresponding to the high form change maintenance ratio, which is a form change maintenance ratio higher than the lower limit form change maintenance ratio and causes inflection in the correlation of the form change maintenance ratio. May be shifted. In this way, the above-described effectiveness can be further enhanced.
また、前記検出した電池温度が前記目標温度範囲より低温側に逸脱した温度であると、前記充電容量の状況に拘わらず、前記温度シフト設定と前記電圧シフト設定とを実行するようにできる。こうすれば、次の利点がある。 Further, if the detected battery temperature is a temperature deviating from the target temperature range to the lower temperature side, the temperature shift setting and the voltage shift setting can be executed regardless of the state of the charge capacity. This has the following advantages.
電池温度が低い場合は、往々にして低外気温状況下での燃料電池運転であることから、燃料電池に限らず2次電池にあってもその温度は低くなり、2次電池の容量低下が起き得る。こうした場合に高電位回避電圧が低いと、既述したように燃料電池の運転制御幅が狭くなって余剰の発電を行う機会が増えることから、2次電池が早期のうちに満充電となり、電力余りとなり得る。ところが、上記の形態では、高電位回避電圧を高電圧側にシフトするので、余剰の電力が生じにくくなって、2次電池への充電も緩慢となり、電力余りを抑制できる。その上で、燃料電池の温度も低温であることから、触媒劣化の抑制も可能となる。 When the battery temperature is low, since the fuel cell operation is often performed under a low outside air temperature condition, the temperature is low not only in the fuel cell but also in the secondary battery, and the capacity of the secondary battery is reduced. I can get up. In this case, if the high potential avoidance voltage is low, the operation control width of the fuel cell is narrowed as described above, and the opportunity for surplus power generation increases. It can be too much. However, in the above embodiment, since the high potential avoidance voltage is shifted to the high voltage side, surplus power is less likely to be generated, charging of the secondary battery is slowed down, and surplus power can be suppressed. In addition, since the temperature of the fuel cell is also low, catalyst deterioration can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図1は本発明の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池100と、2次電池200と、燃料ガス供給系300と、酸化ガス供給系400と、冷却系500と、DC−DCコンバーター600と、セルモニター620と、制御部700と、を備える。燃料電池システム10は、負荷610に対して電力を供給する。燃料電池100は、複数の単セル(図示せず)を積層して備えるスタック構造とされている。各単セルには、セルモニター620が接続されており、各単セルの状態、例えば、電圧及び電流モニタすることが可能である。また、燃料電池100には、温度センサー110が接続され、当該センサーは、燃料電池100の温度を検出してその検出温度(燃料電池温度)を制御部700に出力する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as an embodiment of the present invention. The
燃料ガス供給系300は、燃料電池100での電気化学反応に供される燃料ガスとして、水素を供給する。燃料ガス供給系300は、燃料ガスタンク310と、遮断弁320と、レギュレータ330と、を有する。遮断弁320は、燃料電池システム10の停止時に遮断し、水素ガスの供給を停止する。レギュレータ330は、燃料電池100の供給する水素の圧力を調整する。
The fuel
酸化ガス供給系400は、燃料電池100での電気化学反応に供される酸化ガスとして、空気を供給する。酸化ガス供給系400は、エアクリーナー410と、エアポンプ420と、インタークーラー430と、フィルター440と、を有する。エアクリーナー410は、大気中の空気を取り込むときに、空気中のゴミや塵を除去する。エアポンプ420は、空気を圧縮して燃料電池100に供給する。エアポンプ420には、モーター421が接続されている。インタークーラー430は、圧縮により熱くなった空気を冷却する。フィルター435は、エアクリーナー410により除去できなかった細かな塵や埃を除去する。
The oxidizing
2次電池200は、DC−DCコンバーター600を介して燃料電池100に接続されており、燃料電池100の補助電源として機能する。すなわち、燃料電池100の出力が負荷610からの出力要求に満たない場合には、2次電池200は、その差を出力して補う。逆に、燃料電池100の出力が負荷610の出力要求よりも大きい場合には、2次電池200はその差を充電する。2次電池200としては、例えば、鉛蓄電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などを採用することができる。2次電池200には、容量検出センサー210が接続され、当該センサーは、2次電池200の充電状況を検出し、その検出充電量(以下、SOCとも称する)を制御部700に出力する。
The
冷却系500は、燃料電池100とラジエータ510とを含む循環経路520に冷媒を循環させる。制御部700は、後述する電位設定処理等により燃料電池100の電池温度の目標温度範囲を設定する。そして、この制御部700は、温度センサー110の検出した電池温度が設定した目標温度範囲に収まるように、循環ポンプ530を駆動制御して冷媒循環量を調整しつつ冷却系500での冷媒循環を図り、燃料電池100の温度(電池温度)を維持する。
The
DC−DCコンバーター600は、2次電池200の充・放電を制御する充放電制御機能を有しており、制御部700の制御信号を受けて2次電池200の充・放電を制御するとともに、負荷610に掛かる電圧レベルを可変に調整する。
The DC-
制御部700は、例えば、主記憶装置と中央演算処理装置とを備えるマイクロコンピューターとして構成され、負荷610からの出力要求に応じてガス供給量を制御する。燃料ガス供給系300については、レギュレータ330を制御して燃料ガスの供給量を制御し、酸化ガス供給系400については、モーター421を制御して酸化ガスの供給量を制御する。また、制御部700は、負荷610からの出力要求に応じて、DC−DCコンバーター600を制御する。
For example, the
制御部700は、記憶部710を備え、当該記憶部は、燃料電池100が各セルにおいて有する触媒(例えば、白金触媒)の触媒機能維持の状況を表す後述の形態変化維持率を記憶する。
The
図2は本実施例の燃料電池システム10が行う温度電位設定処理を示すフローチャートである。この温度電位設定処理は、制御部700にて所定時間ごとに繰り返し実行され、制御部700は、まず、温度センサー110と容量検出センサー210から、燃料電池温度(FC温度)と2次電池200のSOCを読み込む(ステップS100)。次いで、読み込んだFC温度が40℃を下回るか否かを判定する(ステップS110)。
FIG. 2 is a flowchart showing a temperature potential setting process performed by the
燃料電池100が適正な運転を継続していると、通常、FC温度は60〜80℃の範囲に収まる。つまり、制御部700は、60〜80℃の温度範囲を目標温度範囲として、温度センサー110の検出温度がこの目標温度範囲(60〜80℃;以下、通常FC温度範囲)に収まるように、冷却系500における冷媒循環の循環量(即ち、循環ポンプ530の駆動状況)を制御する。これにより、既述したように、FC温度は60〜80℃の通常FC温度範囲に維持されることになる。ところが、ステップS110にてFC温度が40℃を下回ると肯定判定した場合は、FC温度が通常FC温度範囲より大きく低温側に逸脱していることから、現状の燃料電池システム10の環境は、システム運転当初或いは低外気温状況下であると予想される。こうした状況下では、2次電池200にあってもその温度は低くなり、充電容量が低下しているとも予想される。よって、容量低下に対処すべく、ステップS130に移行する。なお、ステップS110での肯定判定を経てステップS130に移行した場合については、後述する。
When the
一方、ステップS110でFC温度が40℃以上であると否定判定した場合は、読み込んだ2次電池200のSOCが満充電の60%を上回るか否か、つまりSOCが満充電側であるかを判定する(ステップS120)。ここで肯定判定すると、現状の2次電池200の充電容量は満充電側であることになるので、この場合は、FC温度の目標温度を、通常FC温度範囲(60〜80℃)を低温度側、例えば、40〜60℃にシフトする(ステップS130)。ステップS120の肯定判定を経たステップS130では、ステップS120への移行以前のステップS110で、FC温度が40℃以上であるとの判定下の処理である。よって、ステップS110での否定判定(FC温度≧40℃)とステップS120の肯定判定(SOC>60%)とを経たステップS130により、制御部700は、目標温度範囲を40〜60℃に変更した上で、温度センサー110の検出温度がこの目標温度範囲(40〜60℃;以下、低温度側シフト温度範囲)に収まるように、冷却系500における冷媒循環の循環量(即ち、循環ポンプ530の駆動状況)を制御する。具体的には、冷媒循環量の増量により、FC温度(≧40℃)が変更後の低温度側シフト温度範囲(40〜60℃)に収まるよう、循環ポンプ530が制御される。なお、ステップS120での判定の閾値は、上記した満充電の60%に限られるものではなく、少なくとも満充電の50%以上とできる。
On the other hand, if the negative determination is made in step S110 that the FC temperature is 40 ° C. or higher, whether the SOC of the read
こうしたFC温度の目標温度の低温度側シフトに続き、制御部700は、燃料電池100の出力電力の上限を定める高電位回避電圧を、FC温度を維持する際の目標温度範囲の温度、この場合には、上記シフト済みの低温度側シフト温度範囲の温度と対応させて、高電圧側にシフトする。この高電位回避電圧の高電圧側のシフトに当たり、制御部700は、まず、記憶部710に記憶した形態変化維持率のマップを参照する(ステップS140)。図3は燃料電池100が各セルにおいて有する触媒の触媒機能維持の状況を表す形態変化維持率と燃料電池の出力電圧との相関を示す説明図である。
Following such a low temperature side shift of the FC temperature target temperature, the
図示するように、形態変化維持率は、燃料電池100の出力電圧が高くなると低減する性質を持ち、形態変化維持率と燃料電池の出力電圧との相関は温度ごとに異なる。この形態変化維持率は、燃料電池100の下限電位を固定した上で、温度と上限電位をパラメータとした電位変動耐久モデル試験から求められる。制御部700の記憶部710は、電位変動耐久モデル試験で求めた形態変化維持率と燃料電池の出力電圧との相関を温度ごとにマップ状に記憶している。本実施例では、50%程度の形態変化維持率での電池運転、換言すれば各セルでの触媒存在下での電気化学反応が進行するよう、この50%の形態変化維持率を下限に設定する。この下限維持率(50%)は、燃料電池100を含む燃料電池システム10を車両に搭載した場合を想定し、当該システムの燃料電池100に求められる耐久性(目標耐久年数)と発電性能維持(目標性能低下率)を考慮して定めたものである。
As shown in the figure, the shape change maintenance rate has a property of decreasing as the output voltage of the
そして、この下限維持率に対応した高電位側の出力電圧を、FC温度を維持する際の目標温度範囲の温度(シフト済みの低温度側シフト温度範囲の温度:40℃)に対応するマップの参照を経て決定する。図3でもって説明すると、40℃に対応する形態変化維持率マップから50%の下限形態変化維持率と対となる電圧Hv1を読み込み、高電位回避電圧を高電位側のこの電圧Hv1に設定(シフト)する(ステップS150)。これにより、制御部700は、電圧Hv1を超える出力電圧とならないように燃料ガスおよび酸化ガスの供給量を調整しつつ、燃料電池100の運転を制御する。
Then, the output voltage on the high potential side corresponding to this lower limit maintenance rate is converted to a temperature in the target temperature range when maintaining the FC temperature (the temperature in the shifted low temperature side shift temperature range: 40 ° C.). Determine through reference. Referring to FIG. 3, the voltage Hv1 paired with the 50% lower limit form change maintenance rate is read from the form change maintenance rate map corresponding to 40 ° C., and the high potential avoidance voltage is set to this voltage Hv1 on the high potential side ( Shift) (step S150). Thereby, the
その一方、ステップS120で2次電池200のSOCが満充電の60%以下であると否定判定すると、現状の2次電池200の充電容量は満充電側ではなく、2次電池200への補充充電の必要性が高い状況にあることになる。よって、この場合は、FC温度の目標温度を、通常FC温度範囲(60〜80℃)にセット(復帰もしくは維持)する(ステップS160)。ステップS120の否定判定を経たこのステップS160では、ステップS120への移行以前のステップS110で、FC温度が40℃以上であるとの判定下の処理である。よって、ステップS110での否定判定(FC温度≧40℃)とステップS120の否定判定(SOC≦60%)とを経たステップS160により、制御部700は、目標温度範囲を60〜80℃の通常FC温度範囲に設定した上で、温度センサー110の検出温度がこの目標温度範囲(通常FC温度範囲:60〜80℃)に収まるように、冷却系500における冷媒循環の循環量(即ち、循環ポンプ530の駆動状況)を制御する。具体的には、それまでの目標温度範囲が低温度側シフト温度範囲であれば、冷媒循環量の減量により、FC温度(≧40℃)が変更後の通常FC温度範囲(60〜80℃)に収まるよう、循環ポンプ530が制御される。また、それまでの目標温度範囲が既に通常FC温度範囲であれば、冷媒循環量を大きく変えないように維持して、FC温度が変更後の通常FC温度範囲(60〜80℃)に収まるよう、循環ポンプ530が制御される。
On the other hand, if it is determined in step S120 that the SOC of the
こうしたFC温度の目標温度の通常FC温度範囲設定に続いては、既述したステップS140に移行して、マップの参照と高電位回避電圧の設定(ステップS150)がなされる。この場合には、ステップS140でのマップ参照に当たり、制御部700は、通常FC温度範囲に対応する温度(80℃)について記憶部710が記憶した形態変化維持率と電圧の相関のマップを参照し、下限維持率に対応した電圧Hv2に高電位回避電圧を設定(シフト)する(ステップS150)。これにより、制御部700は、電圧Hv2を超える出力電圧とならないように燃料ガスおよび酸化ガスの供給量を調整しつつ、燃料電池100の運転を制御する。この場合、燃料電池100は、通常FC温度範囲(60〜80℃)の温度範囲にて運転されることから、電圧Hv2は、通常の電池運転制御に当たって常用される高電位回避電圧に相当することになり、ステップS160に続くステップS150では、高電位回避電圧の高電位側へのシフトはなされないことになる。
Following the normal FC temperature range setting of the FC temperature target temperature, the process proceeds to the above-described step S140, where the map is referenced and the high potential avoidance voltage is set (step S150). In this case, when referring to the map in step S140, the
また、ステップS110での肯定判定(FC温度<40℃)に続くステップS130では、先に説明したように、FC温度の目標温度を低温度側(40〜60℃)にシフトし、その後、高電位回避電圧を上記シフト済みの低温度側シフト温度範囲の温度と下限維持率に対応した高電位側の電圧Hv1に設定(シフト)する(ステップS150)。これにより、制御部700は、FC温度を40〜60℃に維持した上で、電圧Hv1を超える出力電圧とならないように燃料ガスおよび酸化ガスの供給量を調整しつつ、燃料電池100の運転を制御する。
In step S130 following the affirmative determination in step S110 (FC temperature <40 ° C.), as described above, the FC temperature target temperature is shifted to the low temperature side (40 to 60 ° C.), and then the high temperature is increased. The potential avoidance voltage is set (shifted) to the voltage Hv1 on the high potential side corresponding to the temperature and the lower limit maintenance ratio in the shifted low temperature side shift temperature range (step S150). Thereby, the
以上説明した本実施例の燃料電池システム10では、2次電池200のSOCが満充電の60%を上回るような満充電側であれば(ステップS120の肯定判定)、FC温度の目標温度を、通常FC温度範囲(60〜80℃)から低温度側の温度範囲(低温側シフト温度範囲:40〜60℃)にシフトした上で(ステップS130)、燃料電池100の出力電力の上限を定める高電位回避電圧を、50%という下限の形態変化維持率とシフト済みの低温度側シフト温度範囲の温度(40℃)に対応する高電位側の電圧Hv1にシフトする(ステップS150)。このため、燃料電池100が反応ガスの反応を起こすために各セルに有する触媒は、低温度側にシフトした低温度環境下(40〜60℃)においてのみ、高電位の電圧Hv1に晒される機会があるに過ぎない。よって、本実施例の燃料電池システム10によれば、触媒劣化の抑制を図ることができる。しかも、2次電池200のSOCが満充電側である状況下では、2次電池200を充電する必要性が低い上、燃料電池100は、その出力電圧が高電位の電圧Hv1(シフト済みの高電位回避電圧)を超えないよう運転制御されることから、運転制御幅が広がる。よって、燃料電池100を、余剰な電力が出ないよう運転することや、必要性の低い電池充電に対処できるよう運転することが可能となるので、2次電池200の充電に対しても対処できる。
In the
その一方、2次電池200のSOCが満充電の60%以下であるような満充電側ではない場合には、2次電池200への補充充電の必要性が高い状況となる。本実施例の燃料電池システム10では、こうした状況下では、FC温度の目標温度を通常FC温度範囲(60〜80℃)にセットすることで、目標温度の低温側シフト温度範囲(40〜60℃)へのシフトを行わない。しかも、この場合には、燃料電池100の通常の運転制御時における目標温度範囲(通常FC温度範囲:60〜80℃)に対応した電圧Hv2を高電位回避電圧とすることで、高電位回避電圧の高電位側へのシフトについてもこれを行わない。よって、燃料電池100の触媒は、低温度側にシフトしていない通常FC温度範囲(60〜80℃)の環境下において高電位に晒されないので、本実施例の燃料電池システム10によれば、触媒劣化の抑制を図ることができる。しかも、高電位回避電圧は高電圧側にシフトしていないことから、燃料電池100の運転制御幅が狭くなり、余剰の発電を行う機会が増えることになるので、制御部700により、その余剰電力を2次電池200への補充充電に当てることができ、2次電池200の充電に対しても対処できる。
On the other hand, when the SOC of the
しかも、本実施例の燃料電池システム10では、触媒の触媒機能維持の状況を表す形態変化維持率と燃料電池100の出力電圧との相関を、通常FC温度範囲(60〜80℃)の温度と、低温側シフト温度範囲(40〜60℃)の温度に対応させて記憶部710に記憶した(図3参照)。その上で、これら温度範囲(目標温度範囲)の温度に対応した相関を参照して(ステップS140)、高電位回避電圧を、目標温度の低温度側シフト(ステップS130)と併せて高電圧側にシフトするようにした。よって、本実施例の燃料電池システム10によれば、形態変化維持率を用いて触媒機能の維持を図った上で、より確実に高電位回避電圧を高電圧側にシフトできる。このように形態変化維持率を考慮した上で高電圧側のシフト電圧を定めるに当たり、50%の形態変化維持率を下限に設定した。よって、燃料電池100の触媒を50%の形態変化維持率で機能させることができる。
Moreover, in the
また、本実施例の燃料電池システム10では、燃料電池100のFC温度が目標温度範囲とされた低温側シフト温度範囲(40〜60℃)の温度より低温であると(ステップS110の肯定判定)、既述したように2次電池200のSOC低下が起き得る。こうした低FC温度の時に、仮に高電位回避電圧が通常FC温度範囲の状況のまま定電圧側のままとすると、既述したように燃料電池100の運転制御幅が狭くなって余剰の発電を行う機会が増え、2次電池200が早期のうちに満充電となり、燃料電池100の発電電力が余る機会が増え、発電ロスとなる。これに対し、本実施例の燃料電池システム10では、上記した低FC温度であると、燃料電池100のSOCに拘わらず、即ちSOCの判定を行うステップS120をスキップして、目標温度範囲を低温側シフト温度範囲(40〜60℃)にシフトしつつ、高電位回避電圧にあっても、この低温側シフト温度範囲(40〜60℃)に対応した高電圧側の電圧Hv1にシフトする。このため、高電位回避電圧の高電圧側シフトにより、余剰の電力が生じにくくなって、2次電池200への充電も緩慢となり、電力余りを抑制できる。その上で、燃料電池100の温度もその目標温度範囲である低温側シフト温度範囲(40〜60℃)の低温に維持されることから、触媒劣化の抑制も可能となる。
Further, in the
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記した実施の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。例えば、上記した実施例では、形態変化維持率を考慮した上で高電圧側のシフト電圧を定めるに当たり、50%の形態変化維持率を下限に設定したが、次のようにすることもできる。つまり、図3に示すように、各温度ごとの形態変化維持率と電圧との相関において、形態変化維持率が低減側に急変する変曲をもたらす変曲点に対応する高い形態変化維持率を採用する。そして、目標温度範囲の低温側シフトと共に、その低温側シフト温度範囲(40〜60℃)に対応した上記の変曲点での高電圧側の電圧Hv3に高電位回避電圧をシフトするようにすることもできる。こうすれば、高い形態変化維持率を確保できるので、触媒劣化の実効性がより高まる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not restricted to above-described embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is possible to implement in various aspects. For example, in the above-described embodiment, when the shift voltage on the high voltage side is determined in consideration of the form change maintenance rate, the form change maintenance rate of 50% is set as the lower limit. However, the following may be adopted. That is, as shown in FIG. 3, in the correlation between the change rate of the form change and the voltage for each temperature, the high change rate of the form change corresponding to the inflection point that causes the inflection in which the change form change rate suddenly changes to the reduction side. adopt. Along with the low temperature side shift of the target temperature range, the high potential avoidance voltage is shifted to the high voltage side voltage Hv3 at the inflection point corresponding to the low temperature side shift temperature range (40 to 60 ° C.). You can also By doing so, a high form change maintenance rate can be secured, so that the effectiveness of catalyst deterioration is further increased.
また、燃料電池100を目標温度範囲に維持するに当たり、上記の実施例では、冷却系500による冷媒循環方式を採用したが、燃料ガス供給系300或いは酸化ガス供給系400にガス冷却機器を設けてガス冷却を図り、その冷却したガスを供給することで燃料電池100の温度維持を図るようにすることもできる。
Further, in maintaining the
10…燃料電池システム
100…燃料電池
110…温度センサー
200…2次電池
210…容量検出センサー
300…燃料ガス供給系
310…燃料ガスタンク
320…遮断弁
330…レギュレータ
400…酸化ガス供給系
410…エアクリーナー
420…エアポンプ
421…モーター
430…インタークーラー
435…フィルター
440…フィルター
500…冷却系
510…ラジエータ
520…循環経路
530…循環ポンプ
610…負荷
620…セルモニター
700…制御部
710…記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
該燃料電池の温度を検出する電池温度検出手段と、
該電池温度検出手段の検出した電池温度が目標温度範囲に収まるように、前記燃料電池の温度を維持する電池温度維持手段と、
前記燃料電池の出力電力がその上限として予め定めた高電位回避電圧を超えないように前記燃料電池を運転制御する制御手段と、
前記燃料電池との間で電力のやりとりを行う2次電池と、
該2次電池における充電容量を検出する充電検出手段と、
該充電検出手段の検出した充電容量が満充電側であると、前記高電位回避電圧を高電圧側にシフトする電圧シフト設定に加え、前記目標温度範囲を低温度側にシフトする温度シフト設定を実行する設定手段とを備える、
燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell that generates power by receiving a supply of a reactive gas; and
Battery temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Battery temperature maintaining means for maintaining the temperature of the fuel cell so that the battery temperature detected by the battery temperature detecting means falls within a target temperature range;
Control means for controlling the operation of the fuel cell so that the output power of the fuel cell does not exceed a predetermined high potential avoidance voltage as an upper limit thereof;
A secondary battery that exchanges power with the fuel cell;
Charge detection means for detecting a charge capacity in the secondary battery;
If the charge capacity detected by the charge detection means is a full charge side, in addition to a voltage shift setting for shifting the high potential avoidance voltage to the high voltage side, a temperature shift setting for shifting the target temperature range to the low temperature side is set. A setting means for executing,
Fuel cell system.
前記燃料電池が有する触媒の触媒機能維持の状況を表す形態変化維持率であった前記燃料電池の出力電圧が高くなると低減する前記形態変化維持率と、前記燃料電池の出力電圧との相関を、前記燃料電池の温度ごとに記憶する特性記憶手段を備え、
前記設定手段は、前記特性記憶手段の記憶した前記相関のうち、前記目標温度範囲の温度に対応した前記相関を参照して、前記電圧シフトを実行する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The correlation between the change rate of the change in form and the output voltage of the fuel cell, which decreases when the output voltage of the fuel cell is high, which is the change rate of change in form of the fuel cell, which indicates the state of maintaining the catalytic function of the catalyst of the fuel cell, Characteristic storage means for storing each temperature of the fuel cell;
The fuel cell system, wherein the setting unit performs the voltage shift with reference to the correlation corresponding to the temperature in the target temperature range among the correlations stored in the characteristic storage unit.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010136777A JP2012003910A (en) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Fuel cell system |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013150619A1 (en) * | 2012-04-04 | 2013-10-10 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
CN111055698A (en) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell vehicle and control method for fuel cell vehicle |
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