JP2012227044A - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】低流量の酸化剤ガスを供給しつつ燃料電池から低電流を取り出すアイドル停止制御中に、燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定手段と、前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。
【選択図】図2
Description
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池10と、この燃料電池10に反応ガスを供給する供給装置20と、これら燃料電池10及び供給装置20を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)40とを備える。この燃料電池システム1は、例えば、燃料電池10により発電された電力を動力源とする図示しない燃料電池車両に搭載される。
高圧バッテリ16は、燃料電池10の出力電圧よりも高圧バッテリ16の電圧が低い場合には、燃料電池10で発電した電力を蓄電する。一方、必要に応じて駆動モータ17に電力を供給し、駆動モータ17の駆動を補助する。この高圧バッテリ16は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池や、キャパシタ等により構成される。
また、背圧弁241は、エア排出路24に設けられている。この背圧弁241は、エア供給路23やカソード電極流路14内の圧力を所定の圧力に制御する。
水素排出路29には、水素排出路29を開閉するパージ弁291が設けられている。このパージ弁291を開くことでパージ処理が実行され、燃料電池10から排出された水素(燃料オフガス)が希釈器50に導入される。
なお、セル電圧センサ41は、複数の燃料電池セルのうち2つ以上を1つの燃料電池セル群とし、これら燃料電池セル群毎の電圧を検出するように構成してもよい。この場合には、ECU40は、燃料電池セル群毎の電圧のうち最も低い電圧を最低セル電圧とする。
GPSセンサ43は、図示しないナビゲーションシステムに設けられ、GPS衛星から送信されるGPS信号を受信して、燃料電池車両の現在位置の経度、緯度及び標高を精度良く検出する。
ここで、車両走行時の通常発電時に比して低ストイキで発電を行うアイドル発電は、例えば車速が所定時間、継続してゼロである場合に実行される。
また、所定条件が成立した場合とは、例えば、希釈器50内の現在の水素濃度が所定の水素濃度以下であり、希釈器50内の燃料オフガスの希釈が完了したと判定された場合である。所定の水素濃度は、後述するアイドル停止制御を実行した場合に高濃度の水素が車外に排出されない濃度に設定される。
希釈器50内の現在の水素濃度は、例えば、パージ弁291が開かれて燃料オフガスが希釈器50内に導入されてから、つまり前回パージ処理から希釈器50内に導入された希釈ガス量の積算値に基づいて算出される。即ち、前回パージ処理後、希釈器50内に導入された希釈ガス量の積算値が所定値以上である場合、希釈器50内の現在の水素濃度は所定の水素濃度以下であると判定可能である。前回パージ処理からの希釈ガス量の積算値は、前回パージ処理からの電流積算値に基づいて算出される。
なお、希釈が完了したか否かは、例えば希釈器50から排出されるガス中の水素濃度を検出する水素濃度センサの検出信号に基づいて判定してもよい。
具体的には、アイドル停止制御部は、アイドル発電時の電流指令値(以下、「アイドル発電用電流指令値」という)よりも低い電流指令値(以下、「アイドル停止用電流指令値」という)をVCU15に出力し、燃料電池10のディスチャージ電流を制御する。これにより、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下する。ディスチャージ電流は、エアポンプ21の駆動に利用される。
なお、このアイドル停止制御は、燃料電池10の最低セル電圧が後述の最低セル電圧閾値を下回り、後述のセル電圧回復制御が実行された場合、又は運転者からの加速要求があった場合に解除される。
具体的には、低圧環境判定部は、大気圧センサ42により検出された大気圧が所定の大気圧閾値を下回っているか、GPSセンサ43により検出された現在位置の標高が所定の標高閾値を超えているか、のいずれかに該当する場合には、燃料電池車両が低圧環境下にあると判定する。
所定の大気圧閾値は、例えば、アイドル停止制御中に供給するエア流量を確保するために、作動するエアポンプ21の回転数が高くなりNV性能が悪化し始めるときの大気圧に設定される。同様に、所定の標高閾値は、例えば、アイドル停止制御中に供給するエア流量を確保するために、作動するエアポンプ21の回転数が高くなりNV性能が悪化し始めるときの標高に設定される。
具体的には、エアポンプ21の回転数に所定の上限値を設定し、当該上限値以下でエアポンプ21を作動させる上限リミット制御を実行する。
所定の上限値は、アイドル停止制御中において、燃料電池システム1の良好なNV性能が確保できる回転数の上限値(例えば、700rpm)に設定される。
より詳しくは、セル電圧閾値判定部は、セル電圧センサ41で検出された燃料電池セル毎のセル電圧のうち、最も低い最低セル電圧を取得し、取得した最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判定する。
ここで、所定の最低セル電圧閾値は、車両走行時の通常発電時に燃料電池10の保護の観点から電流制限を開始するセル電圧以下であり、且つ負電圧にはならない値に設定される。これにより、電流制限を開始する必要があるにも関わらず、ディスチャージ電流指令値を増加させてしまうのが回避され、安定したセル電圧が確保される。
より詳しくは、セル電圧低下時間判定部は、上記のセル電圧低下時間をタイマにより計測して取得し、取得されたセル電圧低下時間が上記のセル電圧異常低下判断時間内であるか否かを判定する。ここで、セル電圧異常低下判断時間は、予め実験を行うことにより設定される。
具体的には、セル電圧回復制御部は、上記のセル電圧閾値判定部により、燃料電池10の最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回ると判定された場合に、燃料電池10に供給するエアの流量を増加する。
また、上記のセル電圧低下時間判定部により、セル電圧低下時間がセル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、アイドル発電時よりもエア流量を増加する。具体的には、アイドル発電用電流指令値よりも高い電流指令値(以下、「異常セル電圧回復用電流指令値」という)をVCU15に出力することで、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が高くなる。また、異常セル電圧回復用電流指令値に応じて、アイドル発電時よりも高流量のエア流量を設定し、設定されたエア流量に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ21に出力する。これにより、アイドル発電時よりも高流量のエアが燃料電池10に供給される。また、高流量のエアに対応した信号圧がレギュレータ261に入力され、アイドル発電時よりも高流量の水素が燃料電池10に供給される。即ち、アイドル発電時よりも高ストイキでの発電が行われる。
また、セル電圧回復制御部は、セル電圧低下時間がセル電圧異常低下判断時間内であると判定された場合には、セル電圧低下時間が短いほど、エア流量を増加する。即ち、セル電圧低下時間に応じた電流指令値をVCU15に出力し、かかる電流指令値に応じたエアポンプ回転数の指令値をエアポンプ21に出力する。これにより、セル電圧低下時間、即ちフラッティング現象の発生度合に応じて、エア流量及び水素流量が増量される。
ステップS21では、大気圧センサにより検出された大気圧が所定の大気圧閾値を下回っているか、GPSセンサにより検出された現在位置の標高が所定の標高閾値を超えているか、のいずれかに該当するか否かを判別する。少なくともいずれかに該当してこの判別がYESの場合には、ステップS22に移り、燃料電池車両が低圧環境下にあると判定して本処理を終了する。いずれにも該当せずこの判別がNOの場合には、燃料電池車両が低圧環境下にはないと判断し、本処理を終了する。
そこで本実施形態では、上限リミット制御中において、上記のセル電圧回復制御部によるセル電圧回復制御を実行する。以下、本実施形態のセル電圧回復制御について、図4を参照して説明する。
ステップS31では、上限リミット制御中に、燃料電池の最低セル電圧が所定の最低セル電圧閾値を下回るか否かを判別する。この判別がYESの場合には、フラッティング現象が発生し、フラッティング現象を解消してセル電圧を回復する必要があると判断し、ステップS33に移る。この判別がNOの場合には、セル電圧を回復する必要は無いと判断し、ステップS32に移る。
なお、上述したように本実施形態の燃料電池システムでは、電流指令値に応じてエア流量が設定され、設定されたエア流量に基づくエア圧に応じて水素流量が設定されるため、エアの流量(圧力、ストイキ)、水素の流量(圧力、ストイキ)及び出力電流はいずれも同様の変化を示す。このため図5では、これらのうちエア流量のみを示す(後述の図6においても同様とする)。
これにより、NV性能が確保された状態で、アイドル発電時よりも低流量のエア及び水素が供給され、図5に示すようにエア流量は低下する。また、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下し、時刻t11において平均セル電圧及び最低セル電圧はいずれも若干高くなる。その後、時刻t13までの間、平均セル電圧に大きな変化は見られない一方、最低セル電圧は徐々に減少している。
なお、アイドル停止制御を開始した時刻t11から、セル電圧異常低下判断時間が経過した時刻t12において、最低セル電圧は最低セル電圧閾値を下回っていない。このため、時刻t12ではセル電圧の回復はまだ不要であると判断し、低流量のエアの供給を継続する(図2のステップS2参照)。
これにより、NV性能が確保された状態で、アイドル発電時よりも低流量のエアが供給され、図6に示すようにエア流量は低下する。また、アイドル発電時よりもディスチャージ電流が低下するため、時刻t21において平均セル電圧及び最低セル電圧はいずれも若干高くなる。その後、時刻t22までの間、平均セル電圧に大きな変化は見られない一方、最低セル電圧は急激に減少している。
またこのとき、エア流量の増加量(図6の増加量A)は、アイドル停止制御の実行を開始した時刻t21から、最低セル電圧が最低セル電圧閾値を下回った時刻t22までの時間(図6のセル電圧低下時間T)に応じて設定される。具体的には、セル電圧低下時間Tが短いほど、フラッティング現象の発生が顕著でセル電圧の低下が異常であると判断されるため、より確実にフラッティング現象を解消してセル電圧を回復させるべく、増加量Aを大きく設定する。
(1)本実施形態によれば、アイドル停止中に、アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを燃料電池10に供給しつつ、アイドル発電時よりも低電流を燃料電池10から取り出すアイドル停止制御を実行する燃料電池システム1において、燃料電池システム1が低圧環境下にある場合には、エアポンプ21の作動を制限する。具体的には、エアポンプ21の回転数に上限値を設定し、当該上限値以下でエアポンプ21を作動させる上限リミット制御を実行する。これにより、上記アイドル停止制御を実行中の燃料電池システム1が高地等の低圧環境下にある場合でも、エアポンプ21の作動を制限でき、NV性能の悪化を抑制できる。また、エアポンプ21の回転数を制御するだけでよいため、簡便な制御により、NV性能の悪化を抑制できる。
そこで本実施形態によれば、セル電圧低下時間が所定時間内である場合には、アイドル発電時よりもエアの流量を増加する。これにより、フラッティング現象が確実に解消されるため、電解質膜の劣化を抑制できるとともにセル電圧を回復でき、アイドル停止からの復帰直後に安定したセル電圧を確保できる。
例えば上記実施形態では、アイドル停止制御中に、低流量のエア及び水素を供給するが、水素を供給せず低流量のエアのみを供給する構成でもよい。
10…燃料電池
15…VCU(アイドル停止制御手段)
21…エアポンプ(酸化剤ガス供給手段)
22…水素タンク(燃料ガス供給手段)
28…エゼクタ(燃料ガス供給手段)
261…レギュレータ(燃料ガス供給手段)
40…ECU(アイドル停止制御手段、低圧環境判定手段、作動制限手段、セル電圧閾値判定手段、セル電圧低下時間判定手段、セル電圧回復手段)
41…セル電圧センサ(セル電圧閾値判定手段)
42…大気圧センサ(低圧環境判定手段)
43…GPSセンサ(低圧環境判定手段)
Claims (3)
- 酸化剤ガス及び燃料ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に、前記酸化剤ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止制御を開始するアイドル停止制御手段と、
前記アイドル停止制御中に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定手段と、
前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、前記酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記酸化剤ガス供給手段は、エアポンプであることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 酸化剤ガス及び燃料ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
アイドル発電中に所定条件が成立した場合に開始し、前記酸化剤ガス供給手段により前記アイドル発電時よりも低流量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電時よりも低電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程と、
前記アイドル停止工程中に、前記燃料電池システムが低圧環境下にあるか否かを判定する低圧環境判定工程と、
前記燃料電池システムが低圧環境下にあると判定された場合に、前記酸化剤ガス供給手段の作動を制限する作動制限工程と、を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10122029B2 (en) | 2015-08-03 | 2018-11-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for controlling fuel cell system |
DE102019103795A1 (de) | 2018-03-05 | 2019-09-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und steuerverfahren hierfür |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006006088A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nissan Motor Co Ltd | 圧縮機制御装置 |
JP2006280108A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機システム及び電動機システムの制御方法 |
JP2006302836A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2006309975A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007141462A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム及び燃料電池システムの充電制御方法 |
JP2008257989A (ja) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
-
2011
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006006088A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nissan Motor Co Ltd | 圧縮機制御装置 |
JP2006280108A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Nissan Motor Co Ltd | 電動機システム及び電動機システムの制御方法 |
JP2006302836A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2006309975A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007141462A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム及び燃料電池システムの充電制御方法 |
JP2008257989A (ja) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10122029B2 (en) | 2015-08-03 | 2018-11-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for controlling fuel cell system |
DE102019103795A1 (de) | 2018-03-05 | 2019-09-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem und steuerverfahren hierfür |
US11152633B2 (en) | 2018-03-05 | 2021-10-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and method of controlling the same |
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