JP2013527569A - 燃料電池システムのエネルギーマネジメント制御方法 - Google Patents

燃料電池システムのエネルギーマネジメント制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2013527569A
JP2013527569A JP2013506516A JP2013506516A JP2013527569A JP 2013527569 A JP2013527569 A JP 2013527569A JP 2013506516 A JP2013506516 A JP 2013506516A JP 2013506516 A JP2013506516 A JP 2013506516A JP 2013527569 A JP2013527569 A JP 2013527569A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
switch
efficiency
cell system
load value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013506516A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5815022B2 (ja
Inventor
ライナー・アウテンリート
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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 Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of JP2013527569A publication Critical patent/JP2013527569A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5815022B2 publication Critical patent/JP5815022B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04604Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04604Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955Shut-off or shut-down of fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本発明は、少なくとも1つの電気消費装置(71、73)に電力を供給する燃料電池システム(50)の作動方法に関し、この燃料電池システム(50)は、少なくとも1つの燃料電池(11)と、燃料電池(11)に供給するための少なくとも1つの補機(12)とを含んでいる。本発明に基づき、燃料電池システム(50)の効率(21)が特定され、燃料電池システム(50)の効率(21)がスイッチオフ限界効率(23)を下回った場合には、燃料電池(11)が一時的にオフにされる。
【選択図】図2

Description

本発明は、請求項1の前提部分による、少なくとも1つの電気消費装置に電力を供給する燃料電池システムの作動方法に関する。さらに本発明は、請求項13に基づく、車両におけるそのような方法の適用、並びに請求項14の前提部分による燃料電池システムの作動装置にも関する。
燃料電池は、すでにかなり前から知られており、特に自動車産業分野では近年大きな意味をもつようになっている。
燃料電池は電気エネルギーを化学的方法で発生させるが、燃料電池の機能原理は、分子とイオンが電気化学的に相互反応し、それによって電子流を生成することに基づいている。この場合放出された電子は、電流として消費装置に送ることができる。
従って、燃料電池はエネルギー変換器である。電流を生成するためのエネルギーは、燃料電池に水素などの燃料を供給することによって提供され、燃料と酸化物との化学反応によって電気エネルギーに変換される。
燃料電池が機能するには、反応の個々の基本材料(反応物質)を継続的に供給し、反応生成物を継続的に排出することが必要である。このような役割(例えばカソードとアノードへの気体供給など)は、例えばポンプ、コンプレッサ、真空ポンプ、バルブおよび制御装置などを含むいわゆる補機によって保証される。燃料電池とその供給に使用される補機とは、燃料電池システムと呼ばれる。
補機も同様に電気消費装置である場合が多い。燃料電池の出力が低下しても、補機の消費電力は、燃料電池によって生成される出力よりも大きく減少しないことから、システム負荷が低い場合、燃料電池の効率と比較すると、燃料電池システムのシステム効率は低下する。このことは、燃料消費の上昇又は車両においては燃費の上昇につながる。なぜなら、不足しているエネルギーをオルタネータなどの発電機によって供給しなければならなくなるからである。
この問題に対処するため、従来技術において様々なアプローチが知られている。特許文献1には、燃料電池及び消費装置との相互接続が開示されており、燃料電池及びバッテリを残りのシステムに対して接続(スイッチオン)及び遮断(スイッチオフ)することによりシステム効率の改善が達成される。特許文献2は、燃料電池システムのどのコンポーネントが制御され、どのように、どういう順番で相互接続されるかを開示している。このことが行われるシステム条件に関しては、何も説明されていない。同様に、特許文献3から、燃料電池のスイッチオン/オフが知られている。この場合、スイッチオン/オフは存在する供給媒体に基づいて行われ、燃料電池システムによって達成される効率は何の役割も果たさない。同様に、前もって指定された作動負荷を下回った場合に燃料電池を停止するアプローチも、周知のものと見なすことができる。このアプローチは、小さい作動負荷ではシステム効率が低いため、燃料電池の停止が有効であるという考え方に基づいている。
しかし、これらの周知の解決方法には、様々な課題がある。問題となるのは、特に、燃料電池が静的に選択された停止ポイントでスイッチオフにされることである。このことは、製造上のばらつき又は環境条件などの作動条件により、補機が必要とする電力の方が、燃料電池によって生成される出力よりも多い場合にも行われ、燃料電池は必要に応じて停止されない。
独国特許出願公開第10261418A1号明細書 独国特許発明第10202611C1号明細書 独国特許出願公開第10056429A1号明細書
本発明の課題は、燃料電池の実際の作動条件をより良く考慮する燃料電池システムの作動方法を提供することである。
この課題は、請求項1に基づく方法、並びに請求項9に基づく、そのような方法の自動車における適用、及び請求項10に基づく燃料電池システムの作動装置によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象である。
本発明の本質的な考え方は、燃料電池システムの効率を検知し、特定のスイッチオフ限界効率を下回った場合に燃料電池を停止することにある。好ましいバリエーションでは、同時に、停止時点で一時的に加えられている作動負荷と、温度及び圧力などの様々なシステム状態とが保存される。有利には、次に、システム状態を考慮して作動負荷がスイッチオン限界負荷値を上回った場合、この燃料電池は再びオンにされる。本発明の意味における「一時的」とは、燃料電池の短時間の停止を意味する。このことは、燃料電池は停止しているが、燃料電池システム自体は引き続き作動しているか、又は少なくとも、素早く作動に戻ることができる状態が維持されることを意味している。従って、本発明は、燃料電池システムの最終的な停止に関するものではなく、「スタンバイ」状態への燃料電池システムの切替えに関する。
燃料電池システムの効率を検知するために、有利には、燃料電池に供給されるエネルギー量と、燃料電池システムから最大出力として提供されるエネルギー量とを比較することが可能である。供給されるエネルギー量は周知であり、一方、最大出力として提供されるエネルギー量は、直接測定されるか、又は補機のエネルギー消費量を特定し、燃料電池に供給されるエネルギー量からこの消費量を差し引くことによって計算することができる。有利には、燃料電池の停止は電気的に、すなわちセルを電源から切り離すことによって行われる。しかし、別の方法では、例えば燃料供給を遮断して、化学反応を終了することにより、同様に燃料電池を停止することも可能である。
スイッチオン作動負荷値を上回った場合は、燃料電池を再びオンするのが有利である。このために、例えば、燃料電池が停止された時の作動負荷値を保存することができる。しかし、同様に、スイッチオン作動負荷値が静的であることも考えられる。
もう1つの好ましい実施形態では、スイッチオフ限界効率及び/又はスイッチオン作動負荷値がシステム状態に応じて変化する。燃料電池の出力及び従って燃料電池システムの効率も、温度又は圧力などの様々なシステム状態に左右される。できる限り最適な限界値を用いるため、スイッチオフ限界効率及び/又はスイッチオン作動負荷値を、それぞれ優勢なシステム状態に適合させることが有利であり得る。このために、センサ情報、作動情報及び状態情報を使って、関連するシステム状態を検知できる分析手段がある。好ましくは、センサ情報、作動情報及び状態情報は、いわゆるポーリング(定期的な問い合わせ)によって得られる。しかし、同様に、割り込み要求又は再起構造を使用することもできる。次に、データは、例えば任意のデータ構造(アレイ、リスト又は木など)の中に保存することができる。有利には、このデータ構造が、それぞれ使用されるシステム(例えば自動車)の中で作成される。従って、データ収集は、システムが長く作動すればするほど、一層大きくなると考えられる。この場合、保存されたデータはこの個別のシステムから発生しているため、正確であるという利点が考えられる。しかし、典型的な燃料電池システムのデータをあらかじめ測定又は計算し、完成した表としてシステム内に保存することも可能である。
有利には、手持ちのエネルギーアキュムレータの充電状態も考慮される。例えば、バッテリの充電が比較的少ない場合は、スイッチオフ限界効率及び/又はスイッチオン作動負荷値を低下させることができる。
本発明に基づく方法の有利な発展形態では、スイッチオフ限界効率及び/又はスイッチオン作動負荷値が、電気消費装置の状態に応じて変化するように設定されている。すなわち、燃料電池の両方の切替え限界値の調整は、燃料電池システムの内部だけで行われるのではなく、代替として又はこれに追加して、燃料電池システムの外部から影響を与えることもできる。これについては、例として電気消費装置自体の作動状態が考えられるため、電気消費装置の変化への素早い反応が可能となり、効率の検知を補足する形で、燃料電池のスイッチオン又はオフを最適なタイミングで実現することができる。
本発明に基づく方法の極めて有利なもう1つの実施形態では、さらに、電気消費装置が電動機として形成されており、スイッチオフ限界効率及び/又はスイッチオン作動負荷値は、この電動機によって駆動されるシステムの状態に応じて変化する。電気消費装置自体としての電動機だけではなく、これを補足する方法又は代替の方法として、この電動機によって駆動されるシステムの特性値も、燃料電池の両方の切替え限界値に影響を与えるために利用することができる。これによって、先々の燃料電池への要求に関する情報を非常に早期にかつ効率的に手に入れることができ、例えば自動車の場合は、車両のコントロールユニットがそのような情報を評価する。これにより、効率の最適化に加えて、スタート/ストップシステムを一緒に組み込むことが可能となり、このシステムは、例えば自動車の速度がゼロにまで低下した場合(一般的な例では信号で一時的に停車した場合など)、燃料電池が効率の悪い範囲に入り、オフにされる可能性があることを比較的早期に検知する。同様に、例えば、特にブレーキペダルの解除及び/又は車両のアクセルペダルの操作により、スイッチオン作動負荷値が低下することで極めて早期に発進に反応することができる。すなわち、本発明に基づく方法は、周知のスタート/ストップシステムによって最適な方法で補足されるか、又はそうしたシステムによって拡張することができる。
好ましくは、燃料電池のスイッチオフが、燃料電池を残りのシステムから電気的に切り離すことによって行われる。そのために、例えば、コンデンサ付きMOSFETスイッチの形で調整ユニットを使用することができる。もちろん、その他の種類の電気スイッチを使用することも可能である。
もう1つの好ましい実施形態では、燃料電池のスイッチオフの際に、補機もオフにされる。このことは、例えば、コンデンサ付きMOSFETスイッチ又は任意のその他の電気スイッチによっても行うことができる。特に、燃料電池のスイッチオフと補機のスイッチオフとの間に時間的な間隔が存在する場合は有利である。
有利であるのは、あらかじめ特定されたシステムの作動負荷値より大きい場合は、燃料電池はオフにされないことである。この値は静的であることもでき、又はそれぞれの優位なシステム状態によって変化させることもできる。
好ましくは、燃料電池がオフの場合、消費装置はエネルギーアキュムレータによって駆動される。そのために、開閉装置が分析手段を含み、この分析手段は、センサ情報によって、燃料電池が作動しているか、作動していないかを検知することが可能である。エネルギーアキュムレータは、電気エネルギーのバッファリングに適した全ての装置、特に(鉛)蓄電池であることができる。
本発明による方法のもう1つの有利な発展形態では、燃料電池のスイッチオフの際に、燃料電池のための空気供給が低下又はオフにされる。そのような空気供給は、電気消費量の大きい補助消費装置であるため、この空気供給によって発生する電流を停止又は低減することにより、エネルギー節約の大きな効果を得ることができる。さらに、騒音の発生が顕著に低下する。この場合、有利であり得るのは、そのような空気供給のフィード装置の種類に応じて、これを完全にオフにするか、又は低下のみ行うことである。特に、作動中に50,000rpmより大きな非常に高い回転数で作動するフローコンプレッサが使用されている場合は、エネルギー消費と騒音発生を軽減するために、回転数の低下のみを行うことが明らかに有利となる。この場合、回転数ゼロから再始動することは非常に手間がかかると考えられ、従って、一方では燃料電池の迅速な再スタートを保証し、他方ではエネルギーの節約を保証するために、回転数を約10〜12,000rpmの範囲にまで低下するのが最適と思われる。
もう1つの非常に有利な実施形態では、さらに、燃料電池システムが、燃料電池のアノード周辺にアノード再循環フィード装置を備えるアノード排気ガス再循環を含み、燃料電池のスイッチオフの際に、アノード再循環フィード装置によって送られる流量は維持されるか、又は低減されるが、停止されないようにすることができる。
燃料電池への水素又は燃料電池の発電に適した気体の燃料電池への供給は一般的に比較的複雑であるため、燃料電池が一時的にオフになっている場合に、アノード再循環フィード装置を完全に停止することはあまり有利ではない。水素の供給のみは停止することができる。気体が再循環フィード装置内を、通常は低減された流量で引き続き移動していれば、スイッチオフ作動負荷値に達した場合に、燃料電池の再スタートを非常に迅速かつ効率的に実施することができる。なぜなら、少なくとも僅かな量の水素がアノードの全範囲に存在しており、カソード側に再び送り込まれる空気とともに直ちに電気的に変換され得るからである。
最後に本発明は、説明した方法の車両における適用、並びに燃料電池システムの作動装置にも関する。
以下に、本発明の幾つかの実施例を図に基づいて詳しく説明する。
燃料電池システムの好ましい構造のブロック図である。 燃料電池の効率の変化と燃料電池システムの効率の変化を示したグラフである。 本発明に基づく方法の好ましい実施形態を説明するためのフローチャートである。 燃料電池システムを装備した車両の原理図である。
図1には、燃料電池システムの好ましい構造がブロック図の形で示されており、その構成部品は、燃料電池(11)、補機(12)、燃料電池(11)を電気的にオン/オフするための燃料電池の調整ユニット(16)、補機(12)をオン/オフにし、それによって特に燃料電池(11)のオン/オフにも用いられる補機の調整ユニット(17)である。さらに、燃料電池によって生成される燃料電池の電流(13)、燃料電池システムによって提供される正味電流(14)、及び補機(12)によって消費される電流(15)が示されている。
この場合、燃料電池システムの全構成部品は、例えば電気配線によって電気的に接続されている。燃料電池の調整ユニット(16)は、燃料電池と燃料電池システムのその他の構成部品との間に接続されているため、このユニットは、燃料電池(11)を残りのシステムから切り離すことができる。補機の調整ユニット(17)は、補機と燃料電池システムのその他の構成部品との間に接続されているため、このユニットは、補機(17)を残りのシステムから切り離すことができる。燃料電池の調整ユニット(16)と補機の調整ユニット(17)の両方とも、コンデンサ付きMOSFETスイッチ又は任意のその他の電気スイッチによっても実施することができる。
正味電流(14)が、燃料電池によって生成される燃料電池の電流(13)と補機(12)によって消費される電流(15)との差から生じることは明らかである。
図2には、燃料電池の効率の変化(22)並びに燃料電池システムの効率の変化(21)がグラフの形で示されている。グラフのx軸は、この場合、燃料電池(11)によって提供される電流である。グラフのy軸はそれぞれの効率を示している。さらに、スイッチオフ限界効率(23)が示されている。燃料電池システムの効率(21)は、燃料電池(11)によって提供される電流が小さくなればなるほど低下していることが分かる。このことは、補機(12)の電力消費の割合が増加していることを意味している。負荷が非常に小さい場合、燃料電池システムの効率(21)は0%以下に低下することがある。
図3によるフローチャートは、燃料電池システムの作動方法の好ましい実施形態を説明している。このフローチャートはスタート(31)で始まる。次にブロック(32)が続き、このブロックでは燃料電池(11)がオンであるかどうか分析される。燃料電池がオンである場合、次にブロック(36)が続き、このブロックでは燃料電池システムの効率が測定される。次のブロック(38)では、燃料電池システムの効率がスイッチオフ限界値よりも大きいかどうかが分析される。大きい場合は、次のブロック(33)において作動負荷が測定される。続いて、次のブロック(39)において、その作動負荷がシステムの作動負荷値よりも小さいかどうかが分析される。小さい場合は、次のブロック(37)に続き、このブロックでは燃料電池(11)がオフにされる。ブロック(39)における分析で、作動負荷がシステムの作動負荷値よりも大きいことが判明した場合、すぐにプロセスの終了(40)が続く。ブロック(38)における分析で、燃料電池システムの効率がスイッチオフ限界値よりも小さいことが判明した場合も同じことが当てはまる。ブロック(32)における分析で、燃料電池(11)がオンでないことが判明した場合は、次のブロック(33)に続き、このブロックでは作動負荷が測定される。続いて、ブロック(34)において、その作動負荷がシステムの作動負荷値よりも大きいかどうかが分析される。大きい場合は、次のブロック(35)に続き、このブロックでは燃料電池(11)がオンにされる。続いてブロック(36)では、燃料電池システムの効率が測定される。それ以外の場合は、プロセスの終了(40)に続く。このプロセスの流れは、反復的に使用される。
図4は、燃料電池システム(50)が装備されている車両(100)の原理図の例を示している。燃料電池システム(50)の他に、この車両(100)は電気駆動システム(70)を有し、このシステムは、電動機(71)によって車両(100)の駆動軸(101)を駆動する。電動機(71)の他に、電気駆動システム(70)はさらにリチウムイオン電池などのエネルギーアキュムレータ(72)、並びに必要に応じて、例として消費装置(73)によって示されているその他の消費装置を含んでいる。車両(100)自体の制御は、周知の方法で車両のコントロールユニット(102)によって行われるため、このコントロールユニットと車両(100)とのネットワークは示されておらず、原理を説明するためにコントロールユニットのみ示されている。
燃料電池(11)は、周知の方法でアノード領域(51)とカソード領域(51)とからなる。この燃料電池は、特に燃料電池の調整ユニット(16)と補機の調整ユニット(17)とを含む調整ユニット(53)によって電気駆動システム(70)に接続されている。燃料電池(11)のアノード領域(51)には、特に圧縮ガスタンクとして形成できる水素タンク(54)から水素が供給される。燃料電池(11)のアノード領域(51)から流れ出す水素は、循環回路の中で再循環フィード装置(55)によって、水素タンクユニット(54)からくる新鮮な水素と混ぜ合わされて、アノード領域(51)に戻される。さらに周知のドレンバルブ(56)が設けられ、このバルブはアノード循環回路内に溜まっている不活性ガス及び/又は水を周知の方法で時々排出する。
カソード領域(52)では、空気供給装置(57)が酸素のサプライヤとして空気を供給している。カソード領域(52)からの排出空気は、直接又は追加のバーナー(図示されていない)によってタービン(58)に達し、その後周辺環境に戻される。排気ガス中の残りの熱エネルギー及び/又は圧力エネルギーは、タービン(58)によって少なくも部分的に回収される。タービン(58)は、空気供給装置(57)及びオプションの電気機械(59)と一緒に、いわゆるエレクトリックターボチャージャ(TEC)を形成することができる。エレクトリックターボチャージャは、排気ガス中に残っているエネルギーを空気供給装置(57)の駆動に利用し、必要に応じて追加の駆動エネルギーを、モータモードの電気機械(59)を介して提供することができる。排気ガスの部分にあるエネルギーが大きく、空気供給装置(57)が必要とするよりも多くのエネルギーをタービン(58)が提供できるような場合、電気機械(59)はさらにジェネレータモードでタービン(58)から駆動され、追加の電流を生成することができる。
ここで説明されている燃料電池システム(50)内の燃料電池(11)の停止は、すでに上述したように機能する。これに加えて、さらに、電気消費装置、ここでは特に電動機(71)の状態変数並びに車両のコントロールユニット(102)から送られる値によって、スイッチオフ限界効率(23)及びスイッチオン作動負荷値が影響を受けるようにすることもできる。このことは、結果として、燃料電池(11)を車両に適用する場合、上述の機能にスタート/ストップシステムを拡張できることを意味している。例えば赤信号などで、車両(100)の一次的な停止又は下り坂など、駆動エネルギーを全く必要としない走行状況が生じた場合、このことは、車両のコントロールユニット(102)及び/又は電動機(71)の状態変数に基づいて、すなわち、この電動機がモータモード又はジェネレータモードのどちらで作動しているかが評価されることによって、検知することができる。次に、燃料電池システムの停止は、スイッチオフ限界効率(23)を上昇させることによって加速することができるため、燃料電池システム(50)は非常に速くスタンバイモードに移行することができる。このモードでは、エネルギーが節約され、排出量及び騒音が明らかに軽減される。特に、このために、空気供給装置(57)の回転数を明らかに低下させることが可能である。説明したエレクトリックターボチャージャを使用する場合は、再始動に比較的時間がかかるため、完全な停止は有利でないことがしばしばある。このことから、通常、平均して50,000rpmより多い回転数に対しては、回転数を10〜12,000rpmの範囲まで低減することが好ましい。要求された残留空気がカソード領域(52)を通過する必要のないように、さらにオプションのシステムバイバスバルブ(60)を設けることができ、このバルブを介して、カソード領域へのインプットラインとカソード領域からのアウトプットラインとの間でバイバスが実施される。
さらに、燃料電池(11)が電気的に停止している場合、燃料電池(11)には追加の水素は必要ないことから、水素タンク(54)からの水素供給も停止される。しかし、アノード領域(51)全体における水素の均等配分を維持するため、再循環フィード装置(55)が、一般的には回転数を下げて引き続き作動し、さらにドレンバルブ(56)が閉じられ、この状態で強制的に維持されている場合、アノード排気ガスはアノード循環回路を循環する。次に、例えば信号での発信など、システムが再スタートする場合は、燃料電池がスタンバイモードから再び通常の作動モードに切り替えられるまで、必要なエネルギーはまずエネルギーアキュムレータ(72)から提供される。この場合、当然ながら、燃料電池の効率モニタも引き続き重ねて行われているため、効率面での理由から燃料電池のオンが有利でないと思われる場合、燃料電池(11)はオンにされない。
11 燃料電池
12 補機
13 燃料電池の電流
14 正味電流
15 補機によって消費される電流
16 燃料電池の調整ユニット
17 補機の調整ユニット
21 燃料電池システムの効率の変化
22 燃料電池の効率の変化
23 スイッチオフ限界効率
31 スタート
32 燃料電池の分析
33 作動負荷の測定
34 作動負荷の分析
35 燃料電池のスイッチオン
36 システム効率の測定
37 燃料電池のスイッチオフ
38 システム効率の分析
39 作動負荷の分析
40 終了
50 燃料電池システム
51 アノード領域
52 カソード領域
53 調整ユニット
54 水素タンク
55 再循環フィード装置
56 ドレンバルブ
57 空気供給装置
58 タービン
59 電気機械
60 システムバイパスバルブ
70 電気駆動システム
71 電動機
72 エネルギーアキュムレータ
73 その他の電気消費装置
100 車両
101 駆動軸
102 車両コントロールユニット

Claims (14)

  1. 少なくとも1つの電気消費装置(71、73)に電力を供給する燃料電池システム(50)の作動方法であり、前記燃料電池システム(50)が、少なくとも1つの燃料電池(11)と、該燃料電池(11)に供給するための少なくとも1つの補機(12、57)とを含む方法であって、
    前記燃料電池システム(50)の効率(21)が特定され、前記燃料電池システム(50)の前記効率(21)がスイッチオフ限界効率(23)を下回った場合には、前記燃料電池(11)が一時的にオフにされることを特徴とする方法。
  2. スイッチオン作動負荷値を上回った場合、前記燃料電池(11)が再びオンにされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記スイッチオフ限界効率(23)及び/又は前記スイッチオン作動負荷値が、システム状態に応じて変化することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記スイッチオフ限界効率(23)及び/又は前記スイッチオン作動負荷値が、前記電気消費装置(71、73)の状態に応じて変化することを特徴とする、請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記電気消費装置が電動機(71)として形成されており、前記スイッチオフ限界効率(23)及び/又は前記スイッチオン作動負荷値は、前記電動機(71)によって駆動されるシステム(100)の状態に応じて変化することを特徴とする、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記燃料電池(11)のスイッチオフが、前記燃料電池(11)を残りのシステムから電気的に切り離すことによって行われることを特徴とする、請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記燃料電池(11)のスイッチオフの際に、前記補機(12)もオフにされることを特徴とする、請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記燃料電池(11)のスイッチオフと前記補機(12)のスイッチオフとの間に時間的な間隔が存在することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  9. 前記燃料電池(11)のスイッチオフの際に、前記燃料電池(11)のための空気供給が低下又はオフにされることを特徴とする、請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記燃料電池システム(50)が、前記燃料電池(11)のアノード(51)周辺に、アノード再循環フィード装置(55)を備えるアノード排気ガス再循環を含み、前記燃料電池(11)のスイッチオフの際に、前記アノード再循環フィード装置(55)によって送られる流量は維持されるか、又は低減されるが、停止されないことを特徴とする、請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の方法。
  11. システムの作動負荷値より大きい場合は、前記燃料電池(11)はオフにされないことを特徴とする、請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記燃料電池(11)がオフの場合、前記消費装置(71、73)はエネルギーアキュムレータ(72)によって駆動されることを特徴とする、請求項1〜11のうちいずれか一項に記載の方法。
  13. 請求項1〜12のうちいずれか一項に記載の方法の車両(100)における適用。
  14. 少なくとも1つの電気消費装置(71、73)に電力を供給する燃料電池システム(50)の作動装置であり、前記燃料電池システム(50)が、少なくとも1つの燃料電池(11)と、該燃料電池(11)に供給するための少なくとも1つの補機(12、57)とを含む装置であって、
    前記燃料電池システム(50)の効率(21)を検知するための分析手段が設けられており、該分析手段は調整ユニット(16、17)と相互に作用して、検知された前記燃料電池システム(50)の前記効率(21)がスイッチオフ限界効率(23)を下回った場合には、前記燃料電池(11)が、前記補機(12、57)及び/又は前記燃料電池(11)に作用する前記調整ユニット(53、16、17)によってオフにされることを特徴とする装置。
JP2013506516A 2010-04-30 2011-03-30 燃料電池システムのエネルギーマネジメント制御方法 Expired - Fee Related JP5815022B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010018907A DE102010018907A1 (de) 2010-04-30 2010-04-30 Verfahren zur Regelung des Energiemanagements eines Brennstoffzellensystems
DE102010018907.3 2010-04-30
PCT/EP2011/001582 WO2011134580A1 (de) 2010-04-30 2011-03-30 Verfahren zur regelung des energiemanagements eines brennstoffzellensystems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013527569A true JP2013527569A (ja) 2013-06-27
JP5815022B2 JP5815022B2 (ja) 2015-11-17

Family

ID=44065362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013506516A Expired - Fee Related JP5815022B2 (ja) 2010-04-30 2011-03-30 燃料電池システムのエネルギーマネジメント制御方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130065147A1 (ja)
EP (1) EP2564459B1 (ja)
JP (1) JP5815022B2 (ja)
CN (1) CN102870265B (ja)
DE (1) DE102010018907A1 (ja)
WO (1) WO2011134580A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015200473B4 (de) 2015-01-14 2024-01-18 Audi Ag Verfahren zum Überführen eines Brennstoffzellensystems in einen Stand-by-Modus sowie entsprechendes Brennstoffzellensystem
DE102016203866A1 (de) * 2016-03-09 2017-09-14 Volkswagen Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
CN107689459B (zh) * 2017-08-22 2019-11-08 西南交通大学 一种有轨电车用燃料电池阵列系统的效率优化控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004014159A (ja) * 2002-06-04 2004-01-15 Toyota Motor Corp 電源装置
JP2004129433A (ja) * 2002-10-04 2004-04-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両及びその制御方法
JP2005071797A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び車両
JP2005085622A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池発電システム
JP2006073427A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007005000A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
JP2008103201A (ja) * 2006-10-19 2008-05-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3687991B2 (ja) * 1994-02-24 2005-08-24 株式会社エクォス・リサーチ ハイブリッド電源装置
JP2002141073A (ja) * 2000-10-31 2002-05-17 Nissan Motor Co Ltd 移動体用燃料電池システム
DE10056429A1 (de) 2000-11-14 2002-06-13 Daimler Chrysler Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems
CA2379363A1 (en) * 2001-03-28 2002-09-28 Ballard Power Systems Inc. Methods and apparatus for improving the cold starting capability of a fuel cell
JP3719229B2 (ja) * 2001-12-19 2005-11-24 トヨタ自動車株式会社 電源装置
DE10202611C1 (de) 2002-01-24 2003-04-30 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
JP3911435B2 (ja) * 2002-04-11 2007-05-09 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびその制御方法
US7491457B2 (en) * 2002-08-16 2009-02-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell apparatus
DE10261418A1 (de) 2002-12-30 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
JP5109255B2 (ja) * 2003-11-04 2012-12-26 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび移動体、燃料電池システムの停止方法
US20070087233A1 (en) * 2005-10-12 2007-04-19 Janusz Blaszczyk System and method of controlling fuel cell shutdown
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
EP2001070B1 (en) * 2007-05-28 2011-06-22 Honda Motor Co., Ltd. Electric power supply system
US8486571B2 (en) * 2008-06-27 2013-07-16 Hyundai Motor Company Method for controlling output of fuel cell in fuel cell hybrid vehicle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004014159A (ja) * 2002-06-04 2004-01-15 Toyota Motor Corp 電源装置
JP2004129433A (ja) * 2002-10-04 2004-04-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両及びその制御方法
JP2005071797A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び車両
JP2005085622A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池発電システム
JP2006073427A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007005000A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御方法
JP2008103201A (ja) * 2006-10-19 2008-05-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN102870265A (zh) 2013-01-09
CN102870265B (zh) 2017-02-08
EP2564459B1 (de) 2013-11-13
DE102010018907A1 (de) 2011-11-03
EP2564459A1 (de) 2013-03-06
US20130065147A1 (en) 2013-03-14
WO2011134580A1 (de) 2011-11-03
JP5815022B2 (ja) 2015-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110194065B (zh) 车辆的整车能量控制方法、装置、车辆和存储介质
US7939213B2 (en) Fuel cell system and electric vehicle including the fuel cell system
US7807306B2 (en) Power system for a hybrid fuel cell vehicle that employs a floating base load strategy
JP7342135B2 (ja) 燃料電池システムのための動作ストラテジを設定する方法および回路アセンブリ
JP2003249236A (ja) 電源装置
CN110015211B (zh) 一种混合动力汽车燃料电池系统的控制方法
US20060220387A1 (en) Gas turbine engine generator system
US20220320541A1 (en) Fuel cell control method, control system and electric vehicle
JP6094564B2 (ja) 燃料電池システム
US20150380755A1 (en) Fuel cell system and fuel cell vehicle
WO2008072793A1 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法
CN110957506A (zh) 一种燃料电池系统及其待机控制方法
CN100517948C (zh) 混合式发电系统及其控制方法
CN103048572B (zh) 一种增程器测试系统
JP5815022B2 (ja) 燃料電池システムのエネルギーマネジメント制御方法
US8642222B2 (en) Fuel cell power request control strategy
JP2020102420A (ja) 燃料電池システム
US20110053015A1 (en) Control Method for a Fuel Cell System and Fuel Cell System
KR20130078099A (ko) 에너지 효율성이 높은 전기자동차 충전장치
JP4502985B2 (ja) 燃料電池システム
JP2015170447A (ja) 燃料電池システム
JP2015170440A (ja) 燃料電池システム
US9772859B2 (en) Wake-up judgment apparatus for generator
CN112701329B (zh) 燃料电池系统带载启动的控制方法
KR20150082497A (ko) 전력 감소 천이 동안 연료 전지 전압의 양성 변화율에 대한 대응

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131225

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20140322

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20140322

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20140331

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20140422

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20140430

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141111

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20150209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150311

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150908

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150918

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5815022

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees