JP2012142145A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2012142145A
JP2012142145A JP2010293054A JP2010293054A JP2012142145A JP 2012142145 A JP2012142145 A JP 2012142145A JP 2010293054 A JP2010293054 A JP 2010293054A JP 2010293054 A JP2010293054 A JP 2010293054A JP 2012142145 A JP2012142145 A JP 2012142145A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
hydrogen gas
unit
pressure
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.)
Withdrawn
Application number
JP2010293054A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junji Tanaka
淳史 田中
Takeshi Miki
健 三木
Toshihiro Nakai
敏浩 中井
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.)
Hitachi Maxell Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Energy 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 Hitachi Maxell Energy Ltd filed Critical Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority to JP2010293054A priority Critical patent/JP2012142145A/en
Publication of JP2012142145A publication Critical patent/JP2012142145A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system achieving a high level of safety by controlling the pressure of hydrogen gas within an appropriate range with simple constitution.SOLUTION: The fuel cell system comprises: a hydrogen generating unit 4 containing a hydrogen generating material which generates hydrogen by an exothermic reaction with water, and generating hydrogen by the reaction between the hydrogen generating material and water; a water supply unit 2 supplying the hydrogen generating unit 4 with water; a fuel cell 6 generating power using the hydrogen generated by the hydrogen generating unit 4 as fuel; a hydrogen gas pressure measuring unit 5 measuring the pressure of hydrogen gas supplied from the hydrogen generating unit 4 to the fuel cell 6; a setting unit 8 setting the output voltage or the output current of the fuel cell 6; and a controlling unit 9 controlling the setting unit 8 so that the pressure of the hydrogen gas measured by the hydrogen gas pressure measuring unit 5 is within an appropriate range.

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、小型で可搬性が高い燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a small and highly portable fuel cell system.

固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は、室温から100℃以下までの低温で動作し、迅速な起動停止、高出力密度化が可能であるなどの特徴を有するため、民生用コージェネレーションや自動車用などの移動体用発電器、携帯用電源として期待されている。   The polymer electrolyte fuel cell (PEFC) operates at low temperatures from room temperature to 100 ° C or less, and has features such as quick start / stop and high power density. It is expected to be used as a power generator for mobile devices such as cogeneration and automobiles, and as a portable power source.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、電解質層としての水素イオン伝導性高分子電解質膜と、その両面に配された触媒層と、さらにその両面に配されたガス拡散層とからなる多孔質の電極基材で構成された電極・電解質一体化物(MEA:Membrane electrode assembly)を有している。   In general, a polymer electrolyte fuel cell is a porous polymer cell comprising a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane as an electrolyte layer, a catalyst layer disposed on both sides thereof, and a gas diffusion layer disposed on both sides thereof. Electrode / electrolyte integrated body (MEA) composed of a high quality electrode base material.

固体高分子型燃料電池に用いる燃料としては、水素、エタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高エネルギー密度化が可能な点で、水素を燃料とする固体高分子型燃料電池が期待されている。   Hydrogen, ethanol, and the like have been proposed as fuels for use in solid polymer fuel cells, and various developments have been made. However, a solid polymer fuel cell using hydrogen as a fuel in terms of enabling high energy density. Is expected.

固体高分子型燃料電池の燃料として用いられる水素を製造する方法としては、例えば、特許文献1には、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも1種の金属材料を含有し、水との反応により水素を発生する水素発生材料を、水と反応させて水素ガスを製造する方法が開示されている。   As a method for producing hydrogen used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell, for example, Patent Document 1 contains at least one metal material selected from the group consisting of aluminum, magnesium, and alloys thereof. A method of producing hydrogen gas by reacting a hydrogen generating material that generates hydrogen by reaction with water with water is disclosed.

ところで、燃料電池に水素ガスを供給するときには、水素ガスの圧力を一定の範囲内に収めることが望ましい。水素ガスの圧力が高すぎると、容器や配管が破裂するなどの危険がある。一方、水素ガスの圧力が低すぎると、燃料電池の発電に必要な燃料が不足するため、燃料電池の電圧低下により燃料電池が劣化したり燃料電池の出力電力が不足したりする。   By the way, when supplying hydrogen gas to the fuel cell, it is desirable to keep the pressure of the hydrogen gas within a certain range. If the pressure of hydrogen gas is too high, there is a risk that the container or piping will burst. On the other hand, if the pressure of the hydrogen gas is too low, the fuel required for power generation by the fuel cell is insufficient, so that the fuel cell deteriorates due to the voltage drop of the fuel cell or the output power of the fuel cell is insufficient.

水素ガスの圧力を一定の範囲内に収める制御方法として、例えば、特許文献2には、水素ガスの発生装置と燃料電池との間に水素貯蔵バッファとレギュレータを備え、容器への水の供給量を制御して水素ガスの発生量を調節することにより、水素ガスの圧力を一定の範囲内に収める燃料電池システムが提案されている。   As a control method for keeping the pressure of hydrogen gas within a certain range, for example, Patent Document 2 includes a hydrogen storage buffer and a regulator between the hydrogen gas generator and the fuel cell, and the amount of water supplied to the container. A fuel cell system in which the pressure of hydrogen gas is kept within a certain range by controlling the amount of hydrogen gas generated by controlling the above is proposed.

特許4104016号公報Japanese Patent No. 4104041 特開2005−347181号公報JP 2005-347181 A

しかしながら、特許文献1で提案されている方法では、水の供給量を変化させてから水素ガスの発生量が変化するまでに時間がかかり、その間は水素ガスの圧力が望ましい範囲から逸脱してしまうという問題がある。また、特許文献2で提案されている方法では、圧力を調節するための装置が別途必要となるため、システム全体の小型化が難しいという問題がある。   However, in the method proposed in Patent Document 1, it takes time until the amount of hydrogen gas generated changes after the amount of water supply is changed, during which time the pressure of the hydrogen gas deviates from the desired range. There is a problem. Further, the method proposed in Patent Document 2 has a problem that it is difficult to reduce the size of the entire system because a device for adjusting the pressure is separately required.

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、簡単な構成で水素ガスの圧力を適正範囲内に制御して安全性を向上させることができる燃料電池システムを提供する。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a fuel cell system capable of improving safety by controlling the pressure of hydrogen gas within an appropriate range with a simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を収容し、上記水素発生材料を水と反応させて水素を発生させる水素発生部と、上記水素発生部に水を供給する水供給部と、上記水素発生部で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、上記水素発生部から上記燃料電池に供給される水素ガスの圧力を検出する水素ガス圧力検出部と、上記燃料電池の出力電圧または出力電流を設定する設定部と、上記水素ガス圧力検出部が検出した上記水素ガスの圧力が適正範囲内となるように上記設定部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fuel cell system of the present invention contains a hydrogen generating material that generates hydrogen by an exothermic reaction with water, and generates hydrogen by reacting the hydrogen generating material with water to generate hydrogen. A water supply unit that supplies water to the hydrogen generation unit, a fuel cell that generates power using hydrogen generated in the hydrogen generation unit as fuel, and a pressure of hydrogen gas supplied from the hydrogen generation unit to the fuel cell The hydrogen gas pressure detection unit for detecting the pressure, the setting unit for setting the output voltage or output current of the fuel cell, and the setting so that the hydrogen gas pressure detected by the hydrogen gas pressure detection unit is within an appropriate range. And a control unit for controlling the unit.

本発明によれば、簡単な構成で水素ガスの圧力を適正範囲内に制御して、安全性を向上させることができる燃料電池システムを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system capable of improving safety by controlling the pressure of hydrogen gas within an appropriate range with a simple configuration.

本発明の実施形態1に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating operation | movement of the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの動作の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of operation | movement of the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る燃料電池システムの動作の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of operation | movement of the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating operation | movement of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの動作の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of operation | movement of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る燃料電池システムの動作の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of operation | movement of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention.

本発明の燃料電池システムは、水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を収容し、上記水素発生材料を水と反応させて水素を発生させる水素発生部と、上記水素発生部に水を供給する水供給部と、上記水素発生部で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、上記水素発生部から上記燃料電池に供給される水素ガスの圧力を検出する水素ガス圧力検出部と、上記燃料電池の出力電圧または出力電流を設定する設定部と、上記水素ガス圧力検出部が検出した上記水素ガスの圧力が適正範囲内となるように上記設定部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。これにより、簡単な構成で水素ガスの圧力を適正範囲内に制御して、安全性を向上させることができる。また、従来のように水素貯蔵バッファやレギュレータを必要としないため、燃料電池システム全体を小型化できる。   A fuel cell system according to the present invention includes a hydrogen generating material that generates hydrogen by an exothermic reaction with water, a hydrogen generating unit that generates hydrogen by reacting the hydrogen generating material with water, and water in the hydrogen generating unit. A water supply unit that supplies hydrogen, a fuel cell that generates power using hydrogen generated in the hydrogen generation unit as a fuel, and a hydrogen gas pressure detection unit that detects the pressure of hydrogen gas supplied from the hydrogen generation unit to the fuel cell A setting unit that sets the output voltage or output current of the fuel cell, and a control unit that controls the setting unit so that the hydrogen gas pressure detected by the hydrogen gas pressure detection unit falls within an appropriate range. It is characterized by having. Thereby, the pressure of hydrogen gas can be controlled within an appropriate range with a simple configuration, and safety can be improved. Moreover, since a hydrogen storage buffer and a regulator are not required as in the prior art, the entire fuel cell system can be reduced in size.

上記水素ガスの圧力の上記適正範囲の下限値を第1の閾値とし、上記適正範囲の上限値を第2の閾値としたとき、上記制御部は、上記水素ガスの圧力が第1の閾値より低い場合、上記燃料電池の出力電圧を上げる、または上記燃料電池の出力電流を下げるよう上記設定部を制御し、上記水素ガスの圧力が上記第2の閾値より高い場合、上記燃料電池の出力電圧を下げる、または上記燃料電池の出力電流を上げるよう上記設定部を制御する。これにより、水素ガスの圧力が高い場合、水素ガスの消費量を増やして水素ガスの圧力を下げることができ、容器や配管が破裂するなどの危険を回避できる。一方、水素ガスの圧力が低い場合、水素ガスの消費量を減らして水素ガスの圧力を上げることができ、燃料電池の電圧低下による燃料電池の劣化を抑制でき、また、燃料電池の出力電力不足を解消できる。   When the lower limit value of the appropriate range of the pressure of the hydrogen gas is a first threshold value and the upper limit value of the appropriate range is a second threshold value, the control unit is configured such that the hydrogen gas pressure is greater than the first threshold value. When the pressure is low, the setting unit is controlled to increase the output voltage of the fuel cell or to decrease the output current of the fuel cell. When the hydrogen gas pressure is higher than the second threshold value, the output voltage of the fuel cell The setting unit is controlled so as to decrease the output current or increase the output current of the fuel cell. Thereby, when the pressure of hydrogen gas is high, the consumption amount of hydrogen gas can be increased and the pressure of hydrogen gas can be lowered, and dangers such as rupture of containers and piping can be avoided. On the other hand, when the pressure of hydrogen gas is low, the consumption of hydrogen gas can be reduced to increase the pressure of hydrogen gas, the deterioration of the fuel cell due to the voltage drop of the fuel cell can be suppressed, and the output power of the fuel cell is insufficient Can be eliminated.

上記制御部は、上記設定部の制御後、上記水素ガスの圧力が適正範囲外の状態が一定時間継続したとき、上記水供給部を制御するようにしても良い。この場合、燃料電池の出力電圧または出力電流を制御しても水素ガスの圧力が適正範囲外である状態が一定時間継続したときに、水素発生量を調節することで水素ガスの圧力を適正範囲内に収めることができ、より安全性を高めることができる。具体的には、上記設定部の制御後、上記水素ガスの圧力が上記第1の閾値より低い状態が一定時間継続したとき、上記水素発生部への供給水量を増やすよう上記水供給部を制御し、上記設定部の制御後、上記水素ガスの圧力が上記第2の閾値より高い状態が一定時間継続したとき、上記水素発生部への供給水量を減らすよう上記水供給部を制御する。   The control unit may control the water supply unit when the hydrogen gas pressure is outside the proper range for a certain period of time after the setting unit is controlled. In this case, even if the output voltage or output current of the fuel cell is controlled, when the hydrogen gas pressure is outside the proper range for a certain period of time, the hydrogen gas pressure is adjusted within the proper range by adjusting the hydrogen generation amount. It can be accommodated in, and safety can be further enhanced. Specifically, after the control of the setting unit, the water supply unit is controlled to increase the amount of water supplied to the hydrogen generation unit when the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value for a certain period of time. Then, after the control of the setting unit, when the state in which the pressure of the hydrogen gas is higher than the second threshold value continues for a certain period of time, the water supply unit is controlled to reduce the amount of water supplied to the hydrogen generation unit.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

(実施形態1)
本実施形態1では、本発明の燃料電池システムの一例について説明する。図1は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an example of the fuel cell system of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システムは、図1に示すように、水収容容器1と、水供給部としてのポンプ2と、ポンプ制御部3と、水素発生部4と、水素ガス圧力検出部5と、燃料電池6と、空気流入部7と、設定部8と、制御部9と、出力端子10とを備えている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes a water container 1, a pump 2 as a water supply unit, a pump control unit 3, a hydrogen generation unit 4, and a hydrogen gas pressure detection unit 5. The fuel cell 6, the air inflow unit 7, the setting unit 8, the control unit 9, and the output terminal 10 are provided.

水収容容器1は、水素を発生させるために必要な水を収容している。水収容容器1としては、水を収容可能であれば、その材質や形状は特に限定されず、例えば、従来の水素製造装置に使用されているものと同様の水を収容するタンクなどが採用できる。水収容容器1に収容する水は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液など、少なくとも水を含む液体であればよく、使用する水素発生物質との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。   The water storage container 1 stores water necessary for generating hydrogen. The water storage container 1 is not particularly limited in material and shape as long as it can store water. For example, a tank for storing water similar to that used in a conventional hydrogen production apparatus can be adopted. . The water stored in the water storage container 1 may be a liquid containing at least water, such as neutral water, acidic aqueous solution, alkaline aqueous solution, etc., and a suitable one is selected according to the reactivity with the hydrogen generating material used. do it.

ポンプ2は、水収容容器1内の水を水素発生部4に供給する。   The pump 2 supplies water in the water container 1 to the hydrogen generator 4.

ポンプ制御装置3は、ポンプ2の動作を制御して、水収容容器1から水素発生部4への供給水量を調節する。   The pump control device 3 controls the operation of the pump 2 to adjust the amount of water supplied from the water container 1 to the hydrogen generator 4.

水素発生部4は、水との反応により水素を発生する水素発生材料を収容している。この水素発生部4は、収容している水素発生材料を水収容容器1から供給される水と反応させて水素ガスを発生させる。水素発生部4としては、例えば、水素発生材料を収容した容器に、水が注入可能な注入口と、容器内で発生した水素ガスを排出可能な排出口とを備えたものを用いることができる。容器としては、水素を発生させる水素発生材料を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水及び水素を透過しにくく、かつ120℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。   The hydrogen generating unit 4 contains a hydrogen generating material that generates hydrogen by a reaction with water. The hydrogen generation unit 4 reacts the stored hydrogen generating material with water supplied from the water storage container 1 to generate hydrogen gas. As the hydrogen generation unit 4, for example, a unit provided with an inlet capable of injecting water into a container containing a hydrogen generating material and an outlet capable of discharging hydrogen gas generated in the container can be used. . The container is not particularly limited in material and shape as long as it can store a hydrogen generating material that generates hydrogen, but is preferably a material or shape that does not leak water or hydrogen. The specific container material is preferably a material that hardly permeates water and hydrogen and that does not break even when heated to about 120 ° C., for example, metals such as aluminum and iron, polyethylene, polypropylene, and polyether ether. Resins such as ketones can be used. Further, as the shape of the container, a prismatic shape, a cylindrical shape or the like can be adopted.

水素発生材料としては、水と反応して水素を発生する水素発生物質を含むものであれば特に限定されないが、水と120℃以下の低温で反応して水素を発生し得る水素発生物質を含むことが望ましい。水素発生物質としては、例えば、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、及びマグネシウムの中の一種以上の元素を主体とする合金、さらには、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムといった金属水素化物などが好適に使用できる。上記合金を用いる場合、主体となる元素以外の金属成分は特に限定されない。主体となる元素とは、合金全体に対して50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含有されている元素のことを意味する。なお、水素発生物質としては、上記例示のものを1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   The hydrogen generating material is not particularly limited as long as it contains a hydrogen generating material that reacts with water to generate hydrogen, but includes a hydrogen generating material that can react with water at a low temperature of 120 ° C. or lower to generate hydrogen. It is desirable. Examples of the hydrogen generating substance include metals such as aluminum, silicon, zinc, and magnesium, alloys mainly composed of one or more elements of aluminum, silicon, zinc, and magnesium, and also sodium borohydride, hydrogenated Metal hydrides such as potassium borohydride and lithium hydride can be preferably used. When the above alloy is used, metal components other than the main element are not particularly limited. The main element means an element contained in an amount of 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more based on the entire alloy. In addition, as a hydrogen generating substance, the thing of the said illustration may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be used together.

水素発生材料は、水と反応して発熱する発熱物質(水素発生物質以外の物質)をさらに含むことが好ましい。この場合、低温(例えば5℃程度)の水を供給しても、上記発熱物質の発熱によって反応系内の温度を高めて、迅速な水素発生が可能となる。水と反応して発熱する発熱物質としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなど、水との反応により水酸化物となるか、あるいは、水和することにより発熱するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸化合物などが挙げられる。また、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなどの金属水素化物などのように水との反応により水素を生成するものは、上記の通り、水素発生物質として使用することが可能であるが、上記の金属や合金を水素発生物質として使用する場合の発熱物質としても用いることができる。   It is preferable that the hydrogen generating material further includes a heat generating material (a material other than the hydrogen generating material) that generates heat by reacting with water. In this case, even if water at a low temperature (for example, about 5 ° C.) is supplied, the temperature in the reaction system is increased by the heat generation of the exothermic substance, and rapid hydrogen generation becomes possible. Examples of the exothermic substance that reacts with water and generates heat include, for example, calcium oxide, magnesium oxide, calcium chloride, magnesium chloride, calcium sulfate, or the like, which becomes a hydroxide by reaction with water, or generates heat by hydration. And alkali metal or alkaline earth metal oxides, chlorides, sulfuric acid compounds and the like. In addition, those that generate hydrogen by reaction with water, such as metal hydrides such as sodium borohydride, potassium borohydride, and lithium hydride, can be used as a hydrogen generating substance as described above. However, it can also be used as a heat generating material when the above metal or alloy is used as a hydrogen generating material.

特に、水素発生物質として、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、及びマグネシウムの中の1種以上の元素を主体とする合金を使用する場合には、上記発熱物質を併用することが好ましい。他方、水素発生物質として上記の金属水素化物を用いる場合には、上記発熱物質を併用しなくても、比較的良好な速度で水素を製造できるが、発熱物質を併用して、さらに水素発生速度を高めてもよい。   In particular, when a metal such as aluminum, silicon, zinc, or magnesium or an alloy mainly composed of one or more elements selected from aluminum, silicon, zinc, and magnesium is used as the hydrogen generating substance, the above exothermic substance is used. It is preferable to use together. On the other hand, when the above metal hydride is used as the hydrogen generating material, hydrogen can be produced at a relatively good rate without using the above exothermic material. May be increased.

水素ガス圧力検出部5は、水素発生部4から燃料電池6に供給される水素ガスの圧力を検出する。   The hydrogen gas pressure detector 5 detects the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen generator 4 to the fuel cell 6.

燃料電池6は、例えば固体高分子型燃料電池(PEFC)で構成されている。具体的には、燃料電池6は、電解質とそれを挟む一対の電極(正極、負極)とで構成されたセルを複数個備えて、スタックを形成している。電解質には固体高分子電解質が使われている。正極には、空気流入部7により空気中の酸素ガス(正極活物質)が供給され、負極には、水素発生部4で発生した水素ガス(負極活物質)が供給される。そして、負極活物質の水素イオンが電解質を通って正極側へ移動し、酸素分子と結合する時に、外部回路中を電子が移動し発電する。なお、燃料電池6において使用される電解質、正極活物質、負極活物質は、上記に限定されるものではない。   The fuel cell 6 is composed of, for example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). Specifically, the fuel cell 6 includes a plurality of cells each composed of an electrolyte and a pair of electrodes (a positive electrode and a negative electrode) that sandwich the electrolyte, thereby forming a stack. A solid polymer electrolyte is used as the electrolyte. Oxygen gas in the air (positive electrode active material) is supplied to the positive electrode by the air inflow portion 7, and hydrogen gas (negative electrode active material) generated in the hydrogen generation portion 4 is supplied to the negative electrode. Then, when the hydrogen ions of the negative electrode active material move to the positive electrode side through the electrolyte and combine with oxygen molecules, electrons move in the external circuit to generate power. The electrolyte, positive electrode active material, and negative electrode active material used in the fuel cell 6 are not limited to the above.

設定部8は、燃料電池6の出力電圧を設定する。この設定部8は、燃料電池6が発生した電力を入力して出力端子10へ出力するものであり、例えばDC/DCコンバータにより構成することができる。出力端子10が出力する電力は、定電圧制御や定電流制御とすることもできる。   The setting unit 8 sets the output voltage of the fuel cell 6. The setting unit 8 inputs electric power generated by the fuel cell 6 and outputs the electric power to the output terminal 10, and can be configured by, for example, a DC / DC converter. The power output from the output terminal 10 can be constant voltage control or constant current control.

制御部9は、水素ガス圧力検出部5が検出した水素ガスの圧力が適正範囲となるように設定部8を制御し、燃料電池6の電圧を制御する。制御部9としては、マイクロプロセッサによる構成が望ましいが、電子回路などにより構成することも可能である。   The control unit 9 controls the setting unit 8 so that the hydrogen gas pressure detected by the hydrogen gas pressure detection unit 5 falls within an appropriate range, thereby controlling the voltage of the fuel cell 6. The controller 9 is preferably configured by a microprocessor, but can also be configured by an electronic circuit or the like.

ここで、水素ガス圧力の適正範囲とは、燃料電池システムの通常運転時の水素ガス圧力の範囲を示す。水素ガス圧力が適正範囲外となると、上述したように、容器や配管が破裂するなどの危険や、燃料電池の劣化などの問題が発生する。   Here, the appropriate range of hydrogen gas pressure refers to the range of hydrogen gas pressure during normal operation of the fuel cell system. When the hydrogen gas pressure is out of the proper range, as described above, problems such as the risk of the container and piping rupturing and the deterioration of the fuel cell occur.

本明細書において、水素ガス圧力の適正範囲の下限値を第1の閾値Paとし、適正範囲の上限値を第2の閾値Pbする。   In this specification, the lower limit value of the appropriate range of the hydrogen gas pressure is defined as a first threshold value Pa, and the upper limit value of the appropriate range is defined as a second threshold value Pb.

次に、本実施形態の燃料電池システムの動作について図1を参照しながら図2を用いて説明する。図2は、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート図である。なお、発電を開始する方法及び発電を終了する方法は従来と同じであるため、ここではその説明を省略する。   Next, the operation of the fuel cell system according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system of the present embodiment. In addition, since the method of starting electric power generation and the method of ending electric power generation are the same as the past, the description is abbreviate | omitted here.

燃料電池6が発電を行っている状態で制御部9による制御、つまり、水素ガス圧力を適正範囲内に収めるための制御を開始する(ステップS101)。まず、水素ガス圧力検出部5により、水素発生部4から燃料電池6に供給される水素ガスの圧力を計測し(ステップS102)、制御部9により、水素ガス圧力検出部5によって計測された水素ガス圧力が第1の閾値Paより低いかどうかの判定を行う(ステップS103)。   While the fuel cell 6 is generating electric power, control by the control unit 9, that is, control for keeping the hydrogen gas pressure within an appropriate range is started (step S101). First, the hydrogen gas pressure detector 5 measures the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen generator 4 to the fuel cell 6 (step S102), and the controller 9 measures the hydrogen gas measured by the hydrogen gas pressure detector 5. It is determined whether the gas pressure is lower than the first threshold Pa (step S103).

ステップS103における判定の結果、水素ガス圧力が第1の閾値Pa以上のとき、ステップS105に進む。   If the result of determination in step S103 is that the hydrogen gas pressure is greater than or equal to the first threshold value Pa, processing proceeds to step S105.

ステップS103における判定の結果、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低いとき、ステップS104に進み、制御部9は、設定部8に燃料電池6の出力電圧の設定値を上げるよう指示し、ステップS102に戻る。燃料電池6の出力電圧の設定値を上げることで、燃料電池6の出力電流が減って水素ガスの消費量が減るため、水素ガス圧力を高くすることができる。出力電圧の設定値の上げ方は、1段階だけ電圧を上げる制御でも良いし、複数段階に分けて電圧を上げる制御でも良い。複数段階に分けて電圧を上げる制御の場合、電圧の上限値を設けることが望ましい。   As a result of the determination in step S103, when the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa, the process proceeds to step S104, and the control unit 9 instructs the setting unit 8 to increase the set value of the output voltage of the fuel cell 6, and step Return to S102. By raising the set value of the output voltage of the fuel cell 6, the output current of the fuel cell 6 is reduced and the consumption of hydrogen gas is reduced, so that the hydrogen gas pressure can be increased. The method for increasing the set value of the output voltage may be a control for increasing the voltage by one step or a control for increasing the voltage in a plurality of steps. In the case of control for increasing the voltage in a plurality of stages, it is desirable to provide an upper limit value of the voltage.

ステップS105では、制御部9は、水素ガス圧力検出部5によって計測された水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高いかどうかの判定を行う。   In step S105, the control unit 9 determines whether the hydrogen gas pressure measured by the hydrogen gas pressure detection unit 5 is higher than the second threshold value Pb.

ステップS105における判定の結果、水素ガス圧力が第2の閾値Pb以下のとき、ステップS107に進む。   As a result of the determination in step S105, when the hydrogen gas pressure is equal to or lower than the second threshold value Pb, the process proceeds to step S107.

ステップS105における判定の結果、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高いとき、ステップS106に進み、制御部9は、設定部8に燃料電池6の出力電圧の設定値を下げるよう指示し、ステップS102に戻る。燃料電池6の出力電圧の設定値を下げることで、燃料電池6の出力電流が増えて水素ガスの消費量が増えるため、水素ガス圧力を低くすることができる。出力電圧の設定値の下げ方は、1段階だけ電圧を下げる制御でも良いし、複数段階に分けて電圧を下げる制御でも良い。複数段階に分けて電圧を下げる制御の場合、電圧の下限値を設けることが望ましい。   As a result of the determination in step S105, when the hydrogen gas pressure is higher than the second threshold value Pb, the process proceeds to step S106, and the control unit 9 instructs the setting unit 8 to lower the set value of the output voltage of the fuel cell 6, and step Return to S102. Lowering the set value of the output voltage of the fuel cell 6 increases the output current of the fuel cell 6 and increases the consumption of hydrogen gas, so that the hydrogen gas pressure can be lowered. The method for lowering the set value of the output voltage may be a control for lowering the voltage by one step or a control for lowering the voltage in a plurality of steps. In the case of control for lowering the voltage in a plurality of stages, it is desirable to provide a lower limit value of the voltage.

ステップS107では、制御部9は、上記処理により水素ガス圧力は適正範囲内になったと判断し、設定部8に燃料電池6の出力電圧を通常の設定値に設定するよう指示し、ステップS102に戻る。燃料電池6の出力電圧を通常の設定値に設定する方法は、一段階で通常の設定値に設定しても良いし、複数段階に分けて電圧を変更して通常の設定値に設定するようにしても良い。   In step S107, the control unit 9 determines that the hydrogen gas pressure is within an appropriate range by the above processing, and instructs the setting unit 8 to set the output voltage of the fuel cell 6 to a normal set value. Return. The method of setting the output voltage of the fuel cell 6 to the normal set value may be set to the normal set value in one step, or the voltage is changed into a plurality of steps and set to the normal set value. Anyway.

次に、本実施形態の燃料電池システムの動作、特に、制御部9による設定部8の制御方法について図3及び図4を用いてさらに具体的に説明する。図3は、本実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すグラフであり、図4は、本実施形態の燃料電池システムの動作の他の例を示すグラフである。図3及び図4において、Paは水素ガス圧力の適正範囲の下限値である第1の閾値、Pbは水素ガス圧力の適正範囲の上限値である第2の閾値、V1は通常の電圧設定値、V2は通常の電圧設定値V1より高い第1の電圧設定値、V3は通常の電圧設定値V1より低い第2の電圧設定値とする。   Next, the operation of the fuel cell system according to the present embodiment, in particular, the control method of the setting unit 8 by the control unit 9 will be described more specifically with reference to FIGS. FIG. 3 is a graph showing an example of the operation of the fuel cell system of the present embodiment, and FIG. 4 is a graph showing another example of the operation of the fuel cell system of the present embodiment. 3 and 4, Pa is a first threshold value that is a lower limit value of an appropriate range of hydrogen gas pressure, Pb is a second threshold value that is an upper limit value of an appropriate range of hydrogen gas pressure, and V1 is a normal voltage setting value. , V2 is a first voltage set value higher than the normal voltage set value V1, and V3 is a second voltage set value lower than the normal voltage set value V1.

まず、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低くなった場合の制御について図3を用いて説明する。   First, control when the hydrogen gas pressure becomes lower than the first threshold value Pa will be described with reference to FIG.

図3において、時間t1では、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下であるため、つまり、水素ガス圧力は適正範囲内であるため、燃料電池の出力電圧は通常の電圧設定値V1に設定される。時間t2のとき、水素ガス圧力は第1の閾値Paより低くなって適正範囲外となるため、燃料電池の電圧設定値をV1からV2に上げる。これにより、燃料電池の出力電流が減って水素ガスの消費量が減り、水素ガス圧力が高くなる。時間t3のとき、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下となるため、つまり、水素ガス圧力が適正範囲内となるため、燃料電池の電圧設定値をV2からV1に戻す。   In FIG. 3, at time t1, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold value Pa and not more than the second threshold value Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, so the output voltage of the fuel cell is a normal voltage. Set to set value V1. At time t2, the hydrogen gas pressure falls below the first threshold value Pa and falls outside the appropriate range, so the voltage setting value of the fuel cell is raised from V1 to V2. As a result, the output current of the fuel cell decreases, the consumption of hydrogen gas decreases, and the hydrogen gas pressure increases. At time t3, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold value Pa and not more than the second threshold value Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, so the voltage setting value of the fuel cell is returned from V2 to V1. .

次に、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高くなった場合の制御について図4を用いて説明する。   Next, control when the hydrogen gas pressure becomes higher than the second threshold value Pb will be described with reference to FIG.

図4において、時間t4では、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下であるため、つまり、水素ガス圧力は適正範囲内であるため、燃料電池の出力電圧は通常の電圧設定値V1に設定される。時間t5のとき、水素ガス圧力は第2の閾値Pbより高くなって適性範囲外となるため、燃料電池の電圧設定値をV1からV3に下げる。これにより、燃料電池の出力電流が増えて水素ガスの消費量が増え、水素ガス圧力が低くなる。時間t6のとき、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下となるため、つまり、水素ガス圧力が適正範囲内となるため、燃料電池の電圧設定値をV3からV1に戻す。   In FIG. 4, at time t4, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold value Pa and not more than the second threshold value Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, so the output voltage of the fuel cell is a normal voltage. Set to set value V1. At time t5, the hydrogen gas pressure becomes higher than the second threshold value Pb and falls outside the appropriate range, so the voltage setting value of the fuel cell is lowered from V1 to V3. As a result, the output current of the fuel cell increases, the consumption of hydrogen gas increases, and the hydrogen gas pressure decreases. At time t6, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold Pa and not more than the second threshold Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, so the voltage setting value of the fuel cell is returned from V3 to V1. .

以上のように、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低くなった場合は、燃料電池の電圧設定値を上げる制御を行うことにより、燃料電池の出力電流が減って水素ガスの消費量が減るため、水素ガス圧力を高くすることができる。一方、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高くなった場合は、燃料電池の電圧設定値を下げる制御を行うことにより、燃料電池の出力電流が増えて水素ガスの消費量が増えるため、水素ガス圧力を低くすることができる。   As described above, when the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa, by performing control to increase the voltage setting value of the fuel cell, the output current of the fuel cell is reduced and the consumption of hydrogen gas is reduced. Therefore, the hydrogen gas pressure can be increased. On the other hand, when the hydrogen gas pressure becomes higher than the second threshold value Pb, the control of lowering the fuel cell voltage setting value increases the output current of the fuel cell and increases the consumption of hydrogen gas. The gas pressure can be lowered.

(実施形態2)
本実施形態2では、本発明の燃料電池システムの他の例について説明する。図5は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。図5において、図1と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施形態において、上記実施形態1と異なる点は、制御部9がポンプ制御装置3を制御する点である。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, another example of the fuel cell system of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the fuel cell system of the present embodiment. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The present embodiment is different from the first embodiment in that the control unit 9 controls the pump control device 3.

次に、本実施形態の燃料電池システムの動作について図5を参照しながら図6を用いて説明する。図6は、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャート図である。なお、発電を開始する方法及び発電を終了する方法は従来と同じであるため、ここではその説明を省略する。   Next, the operation of the fuel cell system according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the fuel cell system of the present embodiment. In addition, since the method of starting electric power generation and the method of ending electric power generation are the same as the past, the description is abbreviate | omitted here.

燃料電池6が発電を行っている状態で制御部9による制御、つまり、水素ガス圧力を適正範囲内に収めるための制御を開始する(ステップS201)。まず、水素ガス圧力検出部5により、水素発生部4から燃料電池6に供給される水素ガスの圧力を計測し(ステップS202)、制御部9により、水素ガス圧力検出部5によって計測された水素ガス圧力が第1の閾値Paより低いかどうかの判定を行う(ステップS203)。   While the fuel cell 6 is generating power, control by the control unit 9, that is, control for keeping the hydrogen gas pressure within an appropriate range is started (step S201). First, the hydrogen gas pressure detection unit 5 measures the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen generation unit 4 to the fuel cell 6 (step S202), and the control unit 9 measures the hydrogen gas measured by the hydrogen gas pressure detection unit 5. It is determined whether the gas pressure is lower than the first threshold Pa (step S203).

ステップS203における判定の結果、水素ガス圧力が第1の閾値Pa以上のとき、ステップS207に進む。   If the result of determination in step S203 is that the hydrogen gas pressure is greater than or equal to the first threshold value Pa, processing proceeds to step S207.

ステップS203における判定の結果、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低いとき、ステップS204に進み、制御部9は、設定部8に燃料電池6の出力電圧の設定値を上げるよう指示し、ステップS205に進む。燃料電池6の出力電圧の設定値を上げると、燃料電池6の出力電流が減って水素ガスの消費量が減るため、水素ガス圧力を高くすることができる。   As a result of the determination in step S203, when the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa, the process proceeds to step S204, where the control unit 9 instructs the setting unit 8 to increase the set value of the output voltage of the fuel cell 6, and step The process proceeds to S205. When the set value of the output voltage of the fuel cell 6 is increased, the output current of the fuel cell 6 is reduced and the consumption of hydrogen gas is reduced, so that the hydrogen gas pressure can be increased.

ステップS205では、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低い状態が一定時間継続しているかどうかの判定を行う。   In step S205, it is determined whether or not the state in which the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa continues for a certain period of time.

ステップS205における判定の結果、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低い状態が一定時間継続していないとき、ステップS202に戻る。   As a result of the determination in step S205, when the state where the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa has not continued for a certain period of time, the process returns to step S202.

ステップS205における判定の結果、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低い状態が一定時間継続しているとき、ステップS206に進み、制御部9は、ポンプ制御装置3に対し、水素発生部4への供給水量を増やすよう指示し、ステップS202に戻る。水素発生部4への供給水量を増やすと、水素発生部4における水素ガス発生量が増えるため、水素ガス圧力をさらに高くすることができる。供給水量の増やし方は、1段階だけ供給水量を増やす制御でも良いし、複数段階に分けて供給水量を増やす制御でも良い。複数段階に分けて供給水量を増やす制御の場合、供給水量の上限値を設けることが望ましい。   As a result of the determination in step S205, when the state where the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa continues for a certain time, the process proceeds to step S206, and the control unit 9 sends the pump control device 3 to the hydrogen generation unit 4. Is instructed to increase the amount of water supplied, and the process returns to step S202. When the amount of water supplied to the hydrogen generator 4 is increased, the amount of hydrogen gas generated in the hydrogen generator 4 is increased, so that the hydrogen gas pressure can be further increased. The method for increasing the amount of supplied water may be a control for increasing the amount of supplied water by one stage or a control for increasing the amount of supplied water in a plurality of stages. In the case of control for increasing the amount of water supplied in multiple stages, it is desirable to provide an upper limit value for the amount of water supplied.

ステップS207では、制御部9は、水素ガス圧力検出部5によって計測された水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高いかどうかの判定を行う。   In step S207, the control unit 9 determines whether the hydrogen gas pressure measured by the hydrogen gas pressure detection unit 5 is higher than the second threshold value Pb.

ステップS207における判定の結果、水素ガス圧力が第2の閾値Pb以下のとき、ステップS211に進む。   As a result of the determination in step S207, when the hydrogen gas pressure is equal to or lower than the second threshold value Pb, the process proceeds to step S211.

ステップS207における判定の結果、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高いとき、制御部9は、ステップS208に進み、設定部8に燃料電池6の出力電圧の設定値を下げるよう指示し、ステップS209に進む。燃料電池6の出力電圧の設定値を下げると、燃料電池6の出力電流が増えて水素ガスの消費量が増えるため、水素ガス圧力を低くすることができる。   If the result of determination in step S207 is that the hydrogen gas pressure is higher than the second threshold value Pb, the control unit 9 proceeds to step S208, instructs the setting unit 8 to decrease the set value of the output voltage of the fuel cell 6, and step The process proceeds to S209. When the set value of the output voltage of the fuel cell 6 is lowered, the output current of the fuel cell 6 increases and the consumption of hydrogen gas increases, so that the hydrogen gas pressure can be lowered.

ステップS209では、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高い状態が一定時間継続しているかどうかの判定を行う。   In step S209, it is determined whether or not the state in which the hydrogen gas pressure is higher than the second threshold value Pb continues for a certain period of time.

ステップS209における判定の結果、水素ガスの圧力が第2の閾値Pbより高い状態が一定時間継続していないとき、ステップS202に戻る。   As a result of the determination in step S209, when the state in which the pressure of the hydrogen gas is higher than the second threshold value Pb has not continued for a certain period of time, the process returns to step S202.

ステップS209における判定の結果、水素ガスの圧力が第2の閾値Pbより高い状態が一定時間継続しているとき、ステップS210に進み、制御部9は、ポンプ制御装置3に対し、水素発生部4への供給水量を減らすよう指示し、ステップS202に戻る。水素発生部4への供給水量を減らすと、水素発生部4における水素ガス発生量が減るため、水素ガス圧力をさらに下げることができる。供給水量の減らし方は、1段階だけ供給水量を減らす制御でも良いし、複数段階に分けて供給水量を減らす制御でも良い。複数段階に分けて供給水量を減らす制御の場合、供給水量の下限値を設けることが望ましい。   As a result of the determination in step S209, when the state in which the pressure of the hydrogen gas is higher than the second threshold value Pb continues for a certain period of time, the process proceeds to step S210, and the control unit 9 instructs the hydrogen generator 4 to the pump controller 3. Is instructed to reduce the amount of water supplied to step S202, and the process returns to step S202. When the amount of water supplied to the hydrogen generating unit 4 is reduced, the amount of hydrogen gas generated in the hydrogen generating unit 4 is reduced, so that the hydrogen gas pressure can be further reduced. The method for reducing the amount of supplied water may be a control for reducing the amount of supplied water by one stage or a control for reducing the amount of supplied water in a plurality of stages. In the case of control for reducing the amount of supplied water in multiple stages, it is desirable to provide a lower limit value for the amount of supplied water.

ステップS211では、制御部9は、上記処理により水素ガス圧力は適正範囲内になったと判断し、設定部8に燃料電池6の出力電圧を通常の設定値に設定する指示する。そして、ステップS212に進み、ポンプ制御装置3に対し、水素発生部4への供給水量を通常の供給水量設定値に設定するよう指示し、ステップS202に戻る。供給水量を通常の供給水量設定値に設定する方法は、一段階で通常の設定値に設定しても良いし、複数段階に分けて供給水量を変更して通常の設定値に設定するようにしても良い。   In step S211, the control unit 9 determines that the hydrogen gas pressure is within an appropriate range by the above processing, and instructs the setting unit 8 to set the output voltage of the fuel cell 6 to a normal set value. In step S212, the pump control device 3 is instructed to set the amount of water supplied to the hydrogen generator 4 to a normal water supply amount set value, and the flow returns to step S202. The method for setting the supply water amount to the normal supply water amount set value may be set to the normal set value in one step, or the supply water amount is changed in multiple steps and set to the normal set value. May be.

次に、本実施形態の燃料電池システムの動作、特に、制御部9による設定部8及びポンプ制御装置3の制御方法について図7及び図8を用いてさらに具体的に説明する。図7は、本実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すグラフであり、図8は、本実施形態の燃料電池システムの動作の他の例を示すグラフである。図7及び図8において、Paは水素ガス圧力の適正範囲の下限値である第1の閾値、Pbは水素ガス圧力の適正範囲の上限値である第2の閾値、V1は通常の電圧設定値、V2は通常の電圧設定値V1より高い第1の電圧設定値、V3は通常の電圧設定値V1より低い第2の電圧設定値、W1は通常の供給水量設定値、W2は通常の供給水量設定値W1より高い第1の供給水量設定値、W3は通常の供給水量設定値W1より低い第2の供給水量設定値である。   Next, the operation of the fuel cell system of the present embodiment, in particular, the control method of the setting unit 8 and the pump control device 3 by the control unit 9 will be described more specifically with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph showing an example of the operation of the fuel cell system of the present embodiment, and FIG. 8 is a graph showing another example of the operation of the fuel cell system of the present embodiment. 7 and 8, Pa is a first threshold value that is a lower limit value of the appropriate range of hydrogen gas pressure, Pb is a second threshold value that is an upper limit value of the appropriate range of hydrogen gas pressure, and V1 is a normal voltage setting value. , V2 is a first voltage set value higher than the normal voltage set value V1, V3 is a second voltage set value lower than the normal voltage set value V1, W1 is a normal supply water amount set value, and W2 is a normal supply water amount. A first supply water amount set value higher than the set value W1, W3 is a second supply water amount set value lower than the normal supply water amount set value W1.

まず、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低くなった場合の制御について図7を用いて説明する。   First, the control when the hydrogen gas pressure becomes lower than the first threshold Pa will be described with reference to FIG.

図7において、時間t1では、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下であるため、つまり、水素ガス圧力は適正範囲内であるため、燃料電池の出力電圧は通常の電圧設定値V1に設定され、水素発生部への供給水量も通常の供給水量設定値W1に設定される。時間t2のとき、水素ガス圧力は第1の閾値Paより低くなって適性範囲外となるため、燃料電池の出力電圧の設定値をV1からV2に上げる。その後、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低い状態が一定時間継続した時間t7のとき、水素発生部への供給水量の設定値をW1からW2に増やす。これにより、水素ガスの発生量が増加して、水素ガス圧力も上がる。時間t3のとき、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下となるため、つまり、水素ガス圧力が適正範囲内となるため、燃料電池の出力電圧の設定値をV2からV1に戻し、水素発生部への供給水量の設定値もW2からW1に戻す。   In FIG. 7, at time t1, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold value Pa and not more than the second threshold value Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, so the output voltage of the fuel cell is a normal voltage. The set value V1 is set, and the amount of water supplied to the hydrogen generator is also set to the normal supply water amount set value W1. At time t2, the hydrogen gas pressure falls below the first threshold value Pa and falls outside the appropriate range, so the set value of the output voltage of the fuel cell is increased from V1 to V2. Thereafter, when the state in which the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa is a time t7 in which the hydrogen gas pressure has continued for a certain period of time, the set value of the amount of water supplied to the hydrogen generator is increased from W1 to W2. Thereby, the generation amount of hydrogen gas increases and the hydrogen gas pressure also increases. At time t3, since the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold Pa and not more than the second threshold Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, the set value of the output voltage of the fuel cell is changed from V2 to V1. The set value of the amount of water supplied to the hydrogen generator is also returned from W2 to W1.

次に、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高くなった場合の制御について図8を用いて説明する。   Next, control when the hydrogen gas pressure becomes higher than the second threshold value Pb will be described with reference to FIG.

図8において、時間t4では、水素ガス圧力は第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下であるため、つまり、水素ガス圧力は適正範囲内であるため、燃料電池の出力電圧は通常の電圧設定値V1に設定され、水素発生部への供給水量も通常の供給水量設定値W1に設定される。時間t5のとき、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高くなって適性範囲外となるため、燃料電池の出力電圧の設定値をV1からV3に下げる。その後、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高い状態が一定時間継続した時間t8のとき、水素発生部への供給水量の設定値をW1からW3に減らす。これにより、水素ガスの発生量が減少し、水素ガス圧力も下がる。時間t6のとき、水素ガス圧力が第1の閾値Pa以上第2の閾値Pb以下となるため、つまり、水素ガス圧力が適正範囲内となるため、燃料電池の出力電圧の設定値をV3からV1に戻し、水素発生部への供給水量の設定値もW3からW1に戻す。   In FIG. 8, at time t4, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold value Pa and not more than the second threshold value Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range, so the output voltage of the fuel cell is a normal voltage. The set value V1 is set, and the amount of water supplied to the hydrogen generator is also set to the normal supply water amount set value W1. At time t5, the hydrogen gas pressure becomes higher than the second threshold value Pb and falls outside the appropriate range, so the set value of the output voltage of the fuel cell is lowered from V1 to V3. Thereafter, when the state in which the hydrogen gas pressure is higher than the second threshold value Pb continues for a certain period of time t8, the set value of the amount of water supplied to the hydrogen generator is reduced from W1 to W3. Thereby, the generation amount of hydrogen gas is reduced, and the hydrogen gas pressure is also lowered. At time t6, the hydrogen gas pressure is not less than the first threshold value Pa and not more than the second threshold value Pb, that is, the hydrogen gas pressure is within an appropriate range. Therefore, the set value of the output voltage of the fuel cell is changed from V3 to V1. Then, the set value of the amount of water supplied to the hydrogen generator is also returned from W3 to W1.

以上のように、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低くなった場合は、まず、燃料電池の電圧設定値を上げる制御を行うことにより、燃料電池の出力電流が減って水素ガスの消費量が減るため、水素ガス圧力を高くすることができる。しかし、燃料電池の電圧設定値を上げた後、水素ガス圧力が第1の閾値Paより低い状態が一定時間継続した場合は、水素発生部への供給水量を増加させる制御をさらに行うことで、水素ガス発生量を増やすことができるため、水素ガス圧力をより高くすることができる。一方、水素ガス圧力が第2の閾値Pbより高くなった場合は、まず、燃料電池の電圧設定値を下げる制御を行うことにより、燃料電池の出力電流が増えて水素ガスの消費量が増えるため、水素ガス圧力を低くすることができる。しかし、燃料電池の電圧設定値を下げた後、水素ガス圧力が第2の閾値Paより高い状態が一定時間継続した場合は、水素発生部への供給水量を減少させる制御をさらに行うことで、水素ガス発生量を減らすことができるため、水素ガス圧力をより低くすることができる。   As described above, when the hydrogen gas pressure becomes lower than the first threshold value Pa, first, by performing control to increase the voltage setting value of the fuel cell, the output current of the fuel cell is reduced and the consumption amount of hydrogen gas Therefore, the hydrogen gas pressure can be increased. However, if the hydrogen gas pressure is lower than the first threshold value Pa for a certain period of time after increasing the voltage setting value of the fuel cell, by further performing control to increase the amount of water supplied to the hydrogen generation unit, Since the amount of hydrogen gas generation can be increased, the hydrogen gas pressure can be further increased. On the other hand, when the hydrogen gas pressure becomes higher than the second threshold value Pb, first, by performing control to lower the fuel cell voltage setting value, the output current of the fuel cell increases and the amount of hydrogen gas consumption increases. The hydrogen gas pressure can be lowered. However, if the hydrogen gas pressure is higher than the second threshold value Pa for a certain period of time after the fuel cell voltage setting value is lowered, by further controlling the amount of water supplied to the hydrogen generator, Since the amount of hydrogen gas generation can be reduced, the hydrogen gas pressure can be further reduced.

なお、上記実施形態1及び2では、設定部8が燃料電池の出力電圧を設定する場合について説明したが、燃料電池は一定の条件下では、出力電圧が決まれば出力電流も一意に決まるため、燃料電池の出力電流を設定することによっても、出力電圧を設定する場合と同様、水素ガス圧力を制御可能である。具体的には、出力電圧と出力電流との間には、燃料電池の出力電圧を上げれば出力電流が下がり、出力電圧を下げれば出力電流が上がるという関係が成立する。よって、燃料電池の出力電流を下げると、水素ガスの消費量が増えて水素ガス圧力を低くすることができ、燃料電池の出力電流を上げると、水素ガスの消費量が減って水素ガス圧力を高くすることができる。   In the first and second embodiments, the case where the setting unit 8 sets the output voltage of the fuel cell has been described. However, the output current is uniquely determined when the output voltage is determined under a certain condition. By setting the output current of the fuel cell, the hydrogen gas pressure can be controlled as in the case of setting the output voltage. Specifically, a relationship is established between the output voltage and the output current in that the output current decreases when the output voltage of the fuel cell is increased, and the output current increases when the output voltage is decreased. Therefore, if the output current of the fuel cell is lowered, the consumption of hydrogen gas can be increased to lower the hydrogen gas pressure, and if the output current of the fuel cell is increased, the consumption of hydrogen gas can be reduced to reduce the hydrogen gas pressure. Can be high.

本発明の燃料電池システムは、パソコン、携帯電話などのコードレス機器といった高機能のポータブル型電子機器の電源用途を始めとして、従来の燃料電池が使用されている各種用途に好ましく用いることができる。   The fuel cell system of the present invention can be preferably used in various applications in which conventional fuel cells are used, including power supply applications for highly functional portable electronic devices such as cordless devices such as personal computers and mobile phones.

1 水収容容器
2 ポンプ
3 ポンプ制御装置
4 水素発生部
5 水素ガス圧力検出部
6 燃料電池
7 空気流入部
8 設定部
9 制御部
10 出力端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water container 2 Pump 3 Pump control apparatus 4 Hydrogen generation part 5 Hydrogen gas pressure detection part 6 Fuel cell 7 Air inflow part 8 Setting part 9 Control part 10 Output terminal

Claims (4)

水との発熱反応により水素を発生する水素発生材料を収容し、前記水素発生材料を水と反応させて水素を発生させる水素発生部と、
前記水素発生部に水を供給する水供給部と、
前記水素発生部で発生した水素を燃料として発電を行う燃料電池と、
前記水素発生部から前記燃料電池に供給される水素ガスの圧力を検出する水素ガス圧力検出部と、
前記燃料電池の出力電圧または出力電流を設定する設定部と、
前記水素ガス圧力検出部が検出した前記水素ガスの圧力が適正範囲内となるように前記設定部を制御する制御部と、を含むことを特徴とする燃料電池システム。
Containing a hydrogen generating material that generates hydrogen by an exothermic reaction with water, and reacting the hydrogen generating material with water to generate hydrogen; and
A water supply unit for supplying water to the hydrogen generation unit;
A fuel cell that generates electricity using hydrogen generated in the hydrogen generator as a fuel;
A hydrogen gas pressure detector for detecting the pressure of hydrogen gas supplied from the hydrogen generator to the fuel cell;
A setting unit for setting the output voltage or output current of the fuel cell;
And a control unit that controls the setting unit so that the pressure of the hydrogen gas detected by the hydrogen gas pressure detection unit is within an appropriate range.
前記水素ガスの圧力の前記適正範囲の下限値を第1の閾値とし、前記適正範囲の上限値を第2の閾値としたとき、
前記制御部は、
前記水素ガスの圧力が第1の閾値より低い場合、前記燃料電池の出力電圧を上げる、または前記燃料電池の出力電流を下げるよう前記設定部を制御し、
前記水素ガスの圧力が前記第2の閾値より高い場合、前記燃料電池の出力電圧を下げる、または前記燃料電池の出力電流を上げるよう前記設定部を制御する燃料電池システム。
When the lower limit value of the appropriate range of the pressure of the hydrogen gas is a first threshold value, and the upper limit value of the appropriate range is a second threshold value,
The controller is
When the pressure of the hydrogen gas is lower than a first threshold, the setting unit is controlled to increase the output voltage of the fuel cell or decrease the output current of the fuel cell;
A fuel cell system that controls the setting unit to lower the output voltage of the fuel cell or increase the output current of the fuel cell when the pressure of the hydrogen gas is higher than the second threshold.
前記制御部は、前記設定部の制御後、前記水素ガスの圧力が適正範囲外である状態が一定時間継続したとき、前記水供給部を制御する請求項1または2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein, after the control of the setting unit, the control unit controls the water supply unit when a state in which the pressure of the hydrogen gas is outside an appropriate range continues for a predetermined time. 前記制御部は、
前記設定部の制御後、前記水素ガスの圧力が前記第1の閾値より低い状態が一定時間継続したとき、前記水素発生部への供給水量を増やすよう前記水供給部を制御し、
前記設定部の制御後、前記水素ガスの圧力が前記第2の閾値より高い状態が一定時間継続したとき、前記水素発生部への供給水量を減らすよう前記水供給部を制御する請求項3に記載の燃料電池システム。
The controller is
After the control of the setting unit, when the state in which the pressure of the hydrogen gas is lower than the first threshold continues for a certain time, the water supply unit is controlled to increase the amount of water supplied to the hydrogen generation unit,
4. The control of the water supply unit according to claim 3, wherein, after the setting unit is controlled, the water supply unit is controlled to reduce the amount of water supplied to the hydrogen generation unit when a state in which the pressure of the hydrogen gas is higher than the second threshold value continues for a predetermined time. The fuel cell system described.
JP2010293054A 2010-12-28 2010-12-28 Fuel cell system Withdrawn JP2012142145A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010293054A JP2012142145A (en) 2010-12-28 2010-12-28 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010293054A JP2012142145A (en) 2010-12-28 2010-12-28 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012142145A true JP2012142145A (en) 2012-07-26

Family

ID=46678229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010293054A Withdrawn JP2012142145A (en) 2010-12-28 2010-12-28 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012142145A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140026633A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 GM Global Technology Operations LLC Extremum seeking algorithm in a variable time interval to detect anode pressure sensor stuck failure in a fuel cell system
CN108075157A (en) * 2018-01-23 2018-05-25 湖北工业大学 A kind of portable fuel battery hydrogen making and hydrogen supply system and its application method
JP2018156743A (en) * 2017-03-15 2018-10-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140026633A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 GM Global Technology Operations LLC Extremum seeking algorithm in a variable time interval to detect anode pressure sensor stuck failure in a fuel cell system
US9080938B2 (en) * 2012-07-27 2015-07-14 GM Global Technology Operations LLC Extremum seeking algorithm in a variable time interval to detect anode pressure sensor stuck failure in a fuel cell system
JP2018156743A (en) * 2017-03-15 2018-10-04 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
CN108075157A (en) * 2018-01-23 2018-05-25 湖北工业大学 A kind of portable fuel battery hydrogen making and hydrogen supply system and its application method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3899518B2 (en) FUEL CELL SYSTEM, ITS DRIVE CONTROL METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE HAVING POWER SUPPLY SYSTEM
KR20070085778A (en) Fuel cell power generation system, its stopping/safekeeping method and program
JP7050461B2 (en) Fuel cell system and how to stop it
JP4951917B2 (en) Fuel reforming system
JP2012142145A (en) Fuel cell system
JP2009261199A (en) Portable power supply system and control method thereof
WO2014057603A1 (en) Fuel battery system including fuel battery and lead storage battery, and method for charging same
JP2019207867A (en) Fuel cell system and method for operating the same
JP5001761B2 (en) Steam generator and operating method of fuel cell system
US10069153B2 (en) Fuel cell system and method for controlling the same
JP2005149902A (en) Fuel cell power generating device and fuel cell power generating method
JP5720584B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5683031B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
JP5378252B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR SETTING GENERATED POWER TARGET VALUE
EP2645462B1 (en) Solid oxide fuel cell system
JP2006351280A (en) Fuel cell starter and starting method of fuel cell
JP2009059477A (en) Control method of fuel cell power generation system, and fuel cell power generation system
JP5673907B1 (en) Secondary battery type fuel cell system
JP2004281393A (en) Fuel cell power generation system
JP2012009182A (en) Fuel cell system, power generation method of fuel cell and method of determining flooding
JP2014216062A (en) Secondary battery type fuel cell system and power supply system including the same
JP2009238457A (en) Fuel battery system and method of starting same
KR100785820B1 (en) Fuel supplying equipment for direct methanol fuel cell
KR100625968B1 (en) Fuel cell system
JP2006253009A (en) Fuel cell system and its operation method

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140304