JP2012185971A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池スタック10と、エアポンプ31と、第1コンバータ55と、モータ51と、要求電力に基づいて算出される単セルの目標電圧と切替電圧とに基づいてエアポンプ31及び第1コンバータ55を制御するECU80と、を備え、ECU80は、目標電圧が切替電圧以下である場合、単セルの実電圧が目標電圧に追従するように第1コンバータ55を制御する第1モードを実行し、目標電圧が切替電圧以下でない場合、単セルの実電圧が切替電圧で維持されるように第1コンバータ55を制御すると共に、エアポンプ31を制御して空気の供給量を変化することによって単セルのIV特性を変化することで、単セルの実電流を変化させ、燃料電池スタック10の出力する実際電力を要求電力に追従させる第2モードを実行する。
【選択図】図1
Description
また、負荷の要求電力が大きくなると、燃料電池の出力する実電力を大きくするべく、実電流を大きくすることが通常であるから、実電圧が小さく実電流が大きい場合(目標電圧が切替電圧以下である場合)は、要求電力が大きい高負荷側に対応する。一方、実電圧が大きく実電流が小さい場合(目標電圧が切替電圧以下でない場合)は、要求電力が小さい低負荷側に対応する。
このようにして、負荷の要求電力に追従して燃料電池が過不足無く発電するので、不足電力や余剰電力が発生せず、蓄電装置を放電/充電させる必要は無く、放電/充電に伴ってロス(熱等)が生成することもない。よって、燃料電池システムの効率(エネルギ収支)は向上する。
なお、切替電圧は、酸化還元進行電圧範囲以下であって、前記した所定電圧以上であることが好ましい。また、後記する実施形態では、切替電圧と所定電圧とが等しい場合を例示している。
すなわち、制御手段が、電圧制御手段を制御して、燃料電池の実電圧を切替電圧(後記する実施形態では0.8V)で固定する。ここで、切替電圧は、触媒の酸化還元の進行する酸化還元進行電圧範囲以下であるので、実電圧を切替電圧で固定(維持)することで、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることは防止される。これにより、触媒の溶出等が抑制され、燃料電池が劣化し難くなる。その結果、燃料電池の耐久性を向上できる。
このようにして、負荷の要求電力に追従して燃料電池が過不足無く発電するので、不足電力や余剰電力が発生せず、蓄電装置を放電/充電させる必要は無く、放電/充電に伴ってロス(熱等)が生成することもない。よって、燃料電池システムの効率(エネルギ収支)は向上する。
これにより、燃料電池が、蓄電手段の目標蓄電量を考慮した実電力(実電圧、実電流)で発電することになる。したがって、蓄電手段が目標蓄電量となるように放電/充電でき、蓄電手段の蓄電量を好適に維持できる。
前記車両に搭載されることが好ましい。
図1に示す本実施形態に係る燃料電池システム1は、図示しない燃料電池車(移動体)に搭載されている。
燃料電池システム1は、燃料電池スタック10(燃料電池)と、セル電圧モニタ14と、燃料電池スタック10のアノードに対して水素(燃料ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック10のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス)を給排するカソード系と、燃料電池スタック10を経由するように冷媒を循環(通流)させる冷媒系と、燃料電池スタック10の出力端子(図示しない)に接続され、燃料電池スタック10の発電電力を制御する電力制御系と、これらを電子制御する制御手段であるECU80(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
なお、燃料ガス、酸化剤ガスの具体的種類はこれに限定されない。
燃料電池スタック10は、複数(例えば200〜600枚)の固体高分子型の単セル(燃料電池)が積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、これを挟む2枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。MEAは、1価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソード(電極)とを備えている。
O2+4H++4e−→2H2O …(2)
なお、式(3)、式(4)は、触媒が白金(Pt)である場合を例示している。
Pt(OH)2+2H++2e−→Pt+2H2O …(4)
燃料電池スタック10に豊潤な水素、空気(酸素)を通流させ、燃料電池スタック10(単セル)を正常に発電させ、燃料電池スタック10が通常のIV特性に基づいて発電する場合において(図15参照)、セル電位(セル電圧、単セルの電圧)が0.8V以下の領域では、式(4)の還元反応が主に進行し、還元電流が主に通流する。
なお、豊潤な酸素とは、図5に示すように、ストイキ(酸素濃度)を上昇させても、セル電流(単セルの出力する電流)が略一定となり、飽和した状態となる通常ストイキ以上の領域における酸素を意味する。水素についても同様である。
なお、図3に実戦で示す酸化電流、還元電流は、セル電位(セル電圧)の変動の速度(燃料電池車の加速/減速)に対応して、破線で示すようにシフトするので、セル電位の変動の速度(燃料電池車の加速/減速)に対応して、取得することが好ましい。
図1に戻って説明を続ける。
セル電圧モニタ14(発電状態検出手段)は、燃料電池スタック10を構成する複数の単セル毎のセル電圧を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスと、を備えている。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧を検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出するようになっている。そして、モニタ本体(セル電圧モニタ14)は、平均セル電圧及び最低セル電圧をECU80に出力するようになっている。
アノード系は、水素タンク21(燃料ガス供給手段、反応ガス供給手段)と、レギュレータ22と、エゼクタ23、常閉型のパージ弁24と、を備えている。
なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素、及び、水蒸気を含んでいる。また、配管23bには、アノードオフガスに含まれる水分(凝縮水(液体)、水蒸気(気体))を分離・回収する気液分離器(図示しない)が設けられている。
カソード系は、エアポンプ31(コンプレッサ、圧縮機、反応ガス供給手段)と、加湿器32と、常開型の背圧弁33(反応ガス供給手段)と、常開型の循環弁34(オフガス流量制御手段、ガス供給手段)と、流量センサ35、36と、温度センサ37と、を備えている。
そして、エアポンプ31がECU80の指令に従って作動すると、エアポンプ31は、配管31aを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管31b等を通ってカソード流路12に圧送されるようになっている。
なお、配管33bには、前記した希釈器(図示しない)が設けられている。
冷媒系は、冷媒ポンプ41と、ラジエータ42(放熱器)と、を備えている。
次に、電力制御系について、図2を参照して説明する。
電力制御系は、高電圧の電力で動作する高電圧系と、低電圧(例えば12V)の電力で動作する低電圧系と、を備えている。
なお、第2コンバータ57は、ECU80からの指令に従って、燃料電池スタック10、高圧バッテリ53、モータ51からの高圧の電力を、低圧(12V)の電力に変換し、低電圧系に供給するものである。
アクセサリ62は、例えば、ヘッドライト、室内灯である。
IG71は、燃料電池システム1(燃料電池車)の起動スイッチであり、運転席周りに配置されている。そして、IG71は、そのON/OFF信号をECU80に出力するようになっている。
ECU80は、燃料電池システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、エアポンプ31、背圧弁33、循環弁34等の各種機器を制御するようになっている。
ECU80は、燃料電池システム1を、単セルの目標電圧と切替電圧(0.8V)とに基づいて、第1モードと第2モードとの間で切り替え、運転させる機能を備えている。
第2モードは、単セルの目標電圧が切替電圧以下でない場合、単セルの実電圧を切替電圧で維持しつつ、空気の供給量(酸素濃度)を変化することによって単セルのIV特性を変化することで、単セルの実電流を変化させ、単セルの出力する実電力を要求電力に追従させるモードである。
ECU80(発電安定性判定手段)は、燃料電池スタック10の発電が安定しているか否か判定する発電安定性判定機能を備えている。
具体的には、ECU80は、セル電圧モニタ14から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合(最低セル電圧<「平均セル電圧−所定電圧」)、燃料電池スタック10の発電は不安定であると判定するように構成されている。なお、前記所定電圧は、事前試験等により適宜に設定される。
次に、燃料電池システム1の動作について、図6〜図17を参照して説明する。
図6を参照して、燃料電池システム1の基本動作を説明する。
ステップS101において、ECU80は、IG71がONされたか否か判定する。
IG71はONされたと判定した場合(S101・Yes)、ECU80の処理は、ステップS102に進む。一方、IG71はONされていないと判定した場合(S101・No)、ECU80はステップS101の判定を繰り返す。
具体的には、ECU80は、配管21aに設けられた遮断弁(図示しない)を開いてアノード流路11に水素を供給し、エアポンプ31を作動させてカソード流路12に空気を供給する。また、ECU80は、冷媒ポンプ41を作動させ、冷媒を循環させる。
IG71はOFFされたと判定した場合(S103・Yes)、ECU80の処理はステップS104に進む。一方、IG71はOFFされていないと判定した場合(S103・No)、ECU80の処理はステップS200に進む。
具体的には、ECU80は、配管21aに設けられた遮断弁(図示しない)を閉じて水素を遮断し、エアポンプ31及び冷媒ポンプ41を停止し、燃料電池スタック10の発電を停止する。
次に、図7を参照して、システム負荷計算処理S200を説明する。
一方、燃料電池車が減速中である場合、現在のモータ51の回転数が大きくなるにつれて、また、減速の程度が大きくなるにつれて、モータ予想消費電力がマイナス側に大きくなる関係(回生電力が大きくなる関係)となっている。
ここで、補機は、高電圧系の補機(エアポンプ31、冷媒ポンプ41、エアコン56)と、低電圧系の補機(低圧バッテリ61、アクセサリ62)と、に分けられるので(図2参照)、補機の予想消費電力は、高電圧系の補機の予想消費電力と、低電圧系の補機の予想消費電力と、を加算することで得られる(式(5)参照)。
冷媒ポンプ41の予想消費電力は、ここでは、前回のステップS306(図8参照)で消費した電力を採用する。
エアコン56の予想消費電力は、エアコン56を操作する操作パネル(図示しない)からの情報(風量:大・中・小、等)に基づいて算出される。
アクセサリ62の予想消費電力は、アクセサリ62の作動状態(ヘッドライトのON/OFF等)に基づいて算出される。
次に、図8を参照して、エネルギマネジメント処理・燃料電池スタック10の発電制御処理S300を説明する。
なお、初期状態において、循環弁34の開度は略0°(全閉状態)であり、循環ガスの流量(g/s)は略0である。
一方、SOCが50(%)よりも大きい領域では、燃料電池スタック10の発電が不足し、その不足電力を補うように高圧バッテリ53が放電するように、充放電係数が「1」よりも小さくなる傾向となっている。
所定電力は、「触媒が劣化しないと判断されるセル電圧(0.8V、切替電圧、所定電圧)」と、「燃料電池スタック10を構成する単セル数」と、「燃料電池スタック10の通常のIV特性(IV曲線、図15参照)においてセル電圧を0.8Vとした場合における電流値」とを乗算することで与えられる固定値である(式(8)参照)。
一方、目標電力は所定電力以下でないと判定される場合が、単セルの目標電圧が切替電圧(0.8V)以下である場合、に相当し、その後、前記した第1モードが実行されることになる。
ステップS303において、ECU80は、燃料電池スタック10全体の目標電圧(スタック目標電圧)を所定値とする。所定値は、「触媒が劣化しないと判断されるセル電圧(0.8V)」と、「燃料電池スタック10を構成する単セル数」とを積算することで得られる(式(9)参照)。
これにより、単セルの実電圧は、触媒が劣化しないと判断されるセル電圧(0.8V)以下となるので、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることは防止され(図3参照)、触媒が劣化(溶出)し難くなる(図4参照)。
ここで、燃料電池スタック10は、複数の単セルが直列に接続されることで構成されているから、前記目標電流は、燃料電池スタック10全体を通流する電流(スタック電流)と、各単セルを通流する電流(セル電流)と、等しくなる。
なお、図12のマップは、事前試験等により求められ、ECU80に予め記憶されている。また、図12に示すように、目標電流が小さくなるにつれて、目標酸素濃度が低くなる関係となっている。これにより、目標酸素濃度が、目標電流(目標電力)に追従することなる。
なお、図13、図14のマップは、事前試験等により求められ、ECU80に予め記憶されている。また、目標酸素濃度が低くなるにつれて、エアポンプ31及び冷媒ポンプ41の目標回転数は低くなる関係となっており、背圧弁33の目標開度は大きくなる関係となっている。
すなわち、燃料電池スタック10の電圧は所定値で固定されているものの、燃料電池スタック10の実電流が可変され、燃料電池スタック10の実電力が目標電力に追従することになる。
なお、各段階における循環ガスの増加量は適宜に設定され、図16では、循環弁34を全開とした場合、循環ガスの流量が4段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。
すなわち、例えば、循環ガスの流量を増加した場合、エアポンプ31の回転数を増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路12に向かうガス(新規空気と循環ガスとの混合ガス)全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力が向上し、燃料電池スタック10の発電性能が回復し易くなる。
この場合において、循環弁34の開度が同一であっても、エアポンプ31の回転数が増加すると、流量センサ36で検出される循環ガスの流量が増加するので、前記上限値は、エアポンプ31の回転数に関連付けて、つまり、エアポンプ31の回転数が大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。
ステップS310において、ECU80は、ステップS307と同様に、燃料電池スタック10の発電が安定しているか否か判定する。
燃料電池スタック10の発電は安定していると判定した場合(S310・Yes)、ECU80の処理は、エンドを通って、図6のステップS400に進む。一方、燃料電池スタック10の発電は安定していないと判定した場合(S310・No)、ECU80の処理はステップS311に進む。
次に、ステップS302の判定結果がNoの場合に進むステップS350について説明する。
ステップS350において、ECU80は、燃料電池システム1を通常に制御し、通常のIV特性に従って燃料電池スタック10を通常に発電させる。すなわち、燃料電池スタック10に過不足ない豊潤な水素及び空気(酸素)を供給しつつ、ステップS301で算出した目標電力が出力されるように、燃料電池スタック10の実電流、実電圧を可変させる(図15参照)。
次に、図9を参照して、モータトルク制御処理S400を説明する。
具体的には、ECU80は、アクセル開度等に基づいて、マップ検索により、モータ51の目標トルクを算出し、この目標トルクに対して、ステップS402で算出したトルク制限値で制限し、最終目標トルクを算出する。
そして、ECU80は、この最終目標トルクがモータ51生成するように、PDU52を制御する。
このような燃料電池システム1によれば、次の効果を得る。
目標電力が所定電力以下でない場合(S302・No)、つまり、単セルの目標電圧が切替電圧(0.8V)以下である場合、燃料電池システム1が第1モードで運転し、燃料電池スタック10の実電力が目標電力に追従するので(S350)、燃料電池スタック10の発電が余剰/不足を抑制することができる。よって、高圧バッテリ53における充電/放電の頻度が少なくなり、ロスが少なくなる。
また、エアポンプ31等を制御して酸素濃度を可変し、燃料電池スタック10のIV特性を変化させて、燃料電池スタック10の実電流を可変するので(S304、S305、S306)、燃料電池スタック10の実電力を目標電力に追従できる。これにより、高圧バッテリ53における充電/放電の頻度が少なくなり、ロスが少なくなる。
次に、燃料電池システム1の一動作例について、図18を参照して説明する。
図18に示すように、システム消費電力(目標電力)が所定電力以下であり(S302・Yes)、燃料電池システム1が第1モードで運転する場合、燃料電池スタック10(単セル)の実電圧が一定であるものの(S303)、システム消費電力に燃料電池スタック電流(実電流)が追従し、燃料電池スタック10の実電力がシステム消費電力に追従している。また、エアポンプ31及び冷媒ポンプ41の消費電力もシステム消費電力に追従している。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。
すなわち、図19(a)に示すように、前記接続点から見て、第1コンバータ55が燃料電池スタック10側に配置された構成でもよい。
また、図19(b)に示すように、燃料電池スタック10側、高圧バッテリ53側にそれぞれに、第1コンバータ55が配置された構成でもよい。
また、図19(c)に示すように、燃料電池スタック10と高圧バッテリ53とが直列で接続され、第1コンバータ55が高圧バッテリ53とモータ51との間に配置された構成でもよい。
10 燃料電池スタック(燃料電池)
14 セル電圧モニタ
21 水素タンク(燃料ガス供給手段)
31 エアポンプ(酸化剤ガス供給手段)
34 循環弁(オフガス流量制御手段、ガス供給手段)
34a、34b 配管(合流流路)
51 モータ(負荷)
53 高圧バッテリ(蓄電手段)
55 第1コンバータ
80 ECU(制御手段、発電安定性判定手段)
Claims (12)
- 触媒を有し、前記触媒で酸素又は水素を反応させることで発電する燃料電池と、
酸素及び水素の少なくとも一方を、前記燃料電池に供給するガス供給手段と、
前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給手段と、
前記燃料電池の出力する電圧を制御する電圧制御手段と、
前記燃料電池の出力する電力により駆動する負荷と、
前記ガス供給手段、前記冷媒供給手段及び前記電圧制御手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記電圧制御手段を制御することで前記燃料電池の実電圧を前記触媒の酸化還元の進行する酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定した状態で、前記燃料電池への前記少なくとも一方の濃度が前記負荷の要求する要求電力に追従するように前記ガス供給手段を制御しながら、前記冷媒供給手段によって冷媒を前記燃料電池に供給する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御手段は、
前記要求電力に基づいて算出される前記燃料電池の目標電圧と、前記触媒の酸化還元の進行する酸化還元進行電圧範囲以下の切替電圧と、に基づいて、前記ガス供給手段及び前記電圧制御手段を制御し、
前記目標電圧が前記切替電圧以下である場合、前記燃料電池の実電圧が目標電圧に追従するように前記電圧制御手段を制御する第1モードを実行し、
前記目標電圧が前記切替電圧以下でない場合、前記燃料電池の実電圧が前記切替電圧で固定されるように前記電圧制御手段を制御すると共に、前記ガス供給手段を制御して前記少なくとも一方の濃度を変化することによって前記燃料電池のIV特性を変化することで、前記燃料電池の実電流を変化させ、前記燃料電池の出力する実電力を前記要求電力に追従させる第2モードを実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記切替電圧は、豊潤な反応ガスが通流し正常に発電する前記燃料電池のIV特性に基づいて設定されている
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電した電力を蓄電する蓄電手段を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記蓄電手段が目標蓄電量となるように、前記蓄電手段の蓄電量に基づいて前記要求電力を算出する
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記燃料電池の実電圧を前記所定電圧に固定し、前記少なくとも一方の濃度を前記負荷の要求する要求電力に追従させている間、前記燃料電池への冷媒の供給量が前記要求電力に追従するように前記冷媒供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電が安定しているか否か判定する発電安定性判定手段を備え、
前記発電安定性判定手段が前記燃料電池の発電は安定していないと判定した場合、前記制御手段は、前記少なくとも一方の濃度が増加するように前記ガス供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池から排出された前記少なくとも一方のオフガスを、前記燃料電池に向かう前記少なくとも一方に合流させる合流流路を備え、
前記ガス供給手段は、前記合流流路に設けられ合流するオフガスの流量を制御するオフガス流量制御手段を含み、
前記発電安定性判定手段が前記燃料電池の発電は安定していないと判定した場合、前記オフガス流量制御手段はオフガスの流量を増加する
ことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。 - 前記発電安定性判定手段が前記燃料電池の発電は安定していないと判定した場合、
前記オフガス流量制御手段がオフガスの流量を増加した後、
前記制御手段は、外部からの新規の前記少なくとも一方の濃度が増加するように前記ガス供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム。 - 前記ガス供給手段は、酸素を含む空気を供給するエアポンプを備える
ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記ガス供給手段は、水素を供給する水素ポンプを備える
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記負荷は、車両の駆動用のモータを含み、
前記車両に搭載される
ことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014175274A (ja) * | 2013-03-13 | 2014-09-22 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2015503205A (ja) * | 2011-12-09 | 2015-01-29 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation | 燃料電池アセンブリおよびその制御方法 |
KR20150132985A (ko) * | 2014-05-19 | 2015-11-27 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템의 산소 분압 조절 방법 및 장치 |
JP2021012821A (ja) * | 2019-07-08 | 2021-02-04 | 株式会社豊田自動織機 | 無人搬送システム及び無人搬送車 |
JP2022067421A (ja) * | 2020-10-20 | 2022-05-06 | 本田技研工業株式会社 | 電力供給システム、電力供給方法、およびプログラム |
DE102016007545B4 (de) | 2016-06-17 | 2024-03-14 | Isabel Beyer | Verfahren zum Steuern eines Antriebs eines Fahrzeugs |
Families Citing this family (17)
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---|---|---|---|---|
JP6186315B2 (ja) * | 2014-07-14 | 2017-08-23 | 本田技研工業株式会社 | 電力システム |
JP6168033B2 (ja) * | 2014-11-15 | 2017-07-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムを搭載した車両 |
US10040569B2 (en) * | 2014-12-09 | 2018-08-07 | Zodiac Aerotechnics | Autonomous aircraft fuel cell system |
DE102015207600A1 (de) * | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Steuern eines Betriebspunktwechsels eines Brennstoffzellenstapels sowie Brennstoffzellensystem |
JP2017030509A (ja) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | トヨタ自動車株式会社 | 電源制御装置 |
KR101880016B1 (ko) * | 2015-08-03 | 2018-07-18 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법 |
JP6310511B2 (ja) | 2016-07-19 | 2018-04-11 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池車両の運転方法 |
KR102360162B1 (ko) * | 2017-06-09 | 2022-02-09 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량의 운전 제어 장치 및 방법 |
US10826088B2 (en) * | 2018-02-02 | 2020-11-03 | Lg Electronics, Inc. | Methods for transitioning a fuel cell system between modes of operation |
JP7340773B2 (ja) * | 2018-06-12 | 2023-09-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池システム |
KR102602924B1 (ko) * | 2018-12-06 | 2023-11-16 | 현대자동차주식회사 | 연료전지의 운전 제어시스템 및 제어방법 |
CN113629280B (zh) * | 2020-05-08 | 2023-01-03 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池空气系统控制方法 |
CN113428050A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种氢燃料电池的主驱动架构及其响应控制方法 |
US20230253588A1 (en) * | 2022-02-10 | 2023-08-10 | Ford Global Technologies, Llc | Fuel Cell System Having Maximum Cell Voltage Constraint |
CN114530615B (zh) * | 2022-03-02 | 2023-06-16 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法 |
CN114889498B (zh) * | 2022-05-07 | 2023-12-15 | 苏州市华昌能源科技有限公司 | 一种氢电混合动力系统的功率优化分配方法 |
CN117996126A (zh) * | 2024-04-07 | 2024-05-07 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 燃料电池工作参数控制方法、电子设备和用电设备 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60177565A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システムの運転方法 |
JP2005093111A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの制御装置 |
JP2005158662A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007258117A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6855453B2 (en) | 2002-12-30 | 2005-02-15 | Utc Fuel Cells, Llc | Fuel cell having a corrosion resistant and protected cathode catalyst layer |
KR100570689B1 (ko) | 2004-05-11 | 2006-04-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 촉매 및 이를 포함하는 연료 전지 |
JP4947481B2 (ja) | 2005-06-21 | 2012-06-06 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
KR100800247B1 (ko) | 2006-02-28 | 2008-02-01 | 산요덴키가부시키가이샤 | 연료 전지 |
JP5007665B2 (ja) * | 2007-02-05 | 2012-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
US9118049B2 (en) * | 2007-05-29 | 2015-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
CN101593993A (zh) * | 2009-07-01 | 2009-12-02 | 武汉银泰科技燃料电池有限公司 | 无dc-dc变换器的燃料电池稳压方法和燃料电池系统 |
JP4999898B2 (ja) | 2009-08-27 | 2012-08-15 | 株式会社エクセディ | トルクリミッタ装置 |
-
2011
- 2011-03-04 JP JP2011047470A patent/JP5384543B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60177565A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システムの運転方法 |
JP2005093111A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの制御装置 |
JP2005158662A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007258117A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015503205A (ja) * | 2011-12-09 | 2015-01-29 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションUnited Technologies Corporation | 燃料電池アセンブリおよびその制御方法 |
US9318759B2 (en) | 2011-12-09 | 2016-04-19 | Audi Ag | Fuel cell assembly and method of control |
JP2014175274A (ja) * | 2013-03-13 | 2014-09-22 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
KR20150132985A (ko) * | 2014-05-19 | 2015-11-27 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템의 산소 분압 조절 방법 및 장치 |
KR101588799B1 (ko) | 2014-05-19 | 2016-01-26 | 현대자동차 주식회사 | 연료 전지 시스템의 산소 분압 조절 방법 및 장치 |
DE102016007545B4 (de) | 2016-06-17 | 2024-03-14 | Isabel Beyer | Verfahren zum Steuern eines Antriebs eines Fahrzeugs |
JP2021012821A (ja) * | 2019-07-08 | 2021-02-04 | 株式会社豊田自動織機 | 無人搬送システム及び無人搬送車 |
JP7151040B2 (ja) | 2019-07-08 | 2022-10-12 | 株式会社豊田自動織機 | 無人搬送システム及び無人搬送車 |
JP2022067421A (ja) * | 2020-10-20 | 2022-05-06 | 本田技研工業株式会社 | 電力供給システム、電力供給方法、およびプログラム |
JP7123105B2 (ja) | 2020-10-20 | 2022-08-22 | 本田技研工業株式会社 | 電力供給システム、電力供給方法、およびプログラム |
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