JP2015069910A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池にアノードガスを供給する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that supplies anode gas to a fuel cell.
従来の燃料電池システムとして、高圧タンクからアノードガスを燃料電池に供給するものがある（特許文献１参照）。 As a conventional fuel cell system, there is one that supplies anode gas from a high-pressure tank to a fuel cell (see Patent Document 1).
レイアウトの自由度向上のため、現在開発中の燃料電池システムでは、アノードガスを充填する寸法の異なる複数本の高圧タンクが搭載されており、各高圧タンクからガス通路を介してアノードガスが燃料電池へ供給される。 In order to improve the flexibility of the layout, the fuel cell system currently under development is equipped with multiple high-pressure tanks with different dimensions for filling the anode gas, and the anode gas is fed from each high-pressure tank through the gas passage. Supplied to.
個々の高圧タンクには、それぞれ調圧装置が設けられている。調圧装置には、逆止弁と電磁弁とが並列に設けられており、ガス充填時には逆止弁を通じて高圧タンクにアノードガスが充填され、発電時には電磁弁を制御して高圧タンクからガス通路にアノードガスが供給される。 Each high-pressure tank is provided with a pressure regulator. In the pressure regulator, a check valve and a solenoid valve are provided in parallel. When filling the gas, the high pressure tank is filled with anode gas through the check valve. During power generation, the solenoid valve is controlled to control the gas passage from the high pressure tank. Is supplied with anode gas.
各調圧装置の電磁弁は、燃料電池システムを停止するときには閉じられ、起動するときには開けられる。電磁弁を開ける時には、電磁弁のコイルに大きな電流を流す必要があり、全ての電磁弁を同時に開けようとすると、各電磁弁に供給する電力がタンク本数に乗じた値になってしまう。この対策として調圧装置に対する供給電力を低減するには、１個ずつ順番に各電磁弁を開けることが望ましい。 The solenoid valve of each pressure regulator is closed when the fuel cell system is stopped, and is opened when the fuel cell system is started. When opening the solenoid valves, it is necessary to flow a large current through the coil of the solenoid valve. If all the solenoid valves are opened simultaneously, the power supplied to each solenoid valve is multiplied by the number of tanks. As a countermeasure, it is desirable to open each solenoid valve one by one in order to reduce the power supplied to the pressure regulator.
しかしながら、アノードガスの充填中や供給中に高圧タンク間の内部温度にばらつきが生じるような場合には、システム停止後に各電磁弁を１個ずつ順番に開けようとすると、調圧装置の性能を低下させる可能性がある。 However, if the internal temperature between the high-pressure tanks varies during the filling or supply of the anode gas, if the solenoid valves are opened one by one after the system is stopped, the performance of the pressure regulator will be reduced. There is a possibility of lowering.
例えば、燃料電池へのアノードガスの供給量が多くなるほど、高圧タンクの内部温度が低下するため、高圧タンクごとにアノードガスの供給量が変わるようなシステムでは、各高圧タンクの内部温度にばらつきが生じる。この状態でシステムが停止され、各高圧タンクが、外気温度に収束すると、ガスの状態方程式に従って各高圧タンクの内部圧力にばらつきが生じる。 For example, since the internal temperature of the high-pressure tank decreases as the amount of anode gas supplied to the fuel cell increases, in a system in which the amount of anode gas supplied varies from one high-pressure tank to another, the internal temperature of each high-pressure tank varies. Arise. When the system is stopped in this state and each high-pressure tank converges to the outside air temperature, the internal pressure of each high-pressure tank varies according to the gas state equation.
各高圧タンクの内部圧力にばらつきがある状態で燃料電池が起動された場合に、圧力の大きな高圧タンクから先に調圧装置の電磁弁を開けると、ガス通路の圧力が他の高圧タンクの圧力よりも高くなる。このため、他の高圧タンクの調圧装置では、逆止弁からアノードガスが高圧タンクに逆流する。このように、燃料電池システムを起動するたびに逆止弁がアノードガスの逆流によって余計に作動するため、逆止弁の耐久性が低下してしまう。 If the fuel cell is started with the internal pressure of each high-pressure tank varied, if the pressure regulator's solenoid valve is opened before the high-pressure tank with high pressure, the pressure in the gas passage will be the pressure of the other high-pressure tank. Higher than. For this reason, in the other high pressure tank pressure regulators, the anode gas flows backward from the check valve to the high pressure tank. Thus, every time the fuel cell system is activated, the check valve operates excessively due to the backflow of the anode gas, so that the durability of the check valve decreases.
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、アノードガスのタンクに設けられた調圧装置の性能劣化を抑制する燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that suppresses performance deterioration of a pressure regulator provided in an anode gas tank.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by the following means.
この発明による燃料電池システムのある態様は、燃料電池にアノードガスを供給する複数のタンクと、前記複数のタンクにそれぞれ設けられ、アノードガスを充填又は供給するための複数の調圧装置と、を含む。そして燃料電池システムは、前記複数の調圧装置のそれぞれに接続され、各タンクのアノードガスを通すガス通路を含む。さらに燃料電池システムは、前記燃料電池を起動するときに、前記複数のタンクのうち内部圧力の低いタンクが、他のタンクよりも先に開くように各調圧装置を制御する調圧装置制御部を含むことを特徴とする。 An aspect of the fuel cell system according to the present invention includes: a plurality of tanks for supplying anode gas to the fuel cell; and a plurality of pressure regulators provided in each of the plurality of tanks for filling or supplying anode gas. Including. The fuel cell system includes a gas passage that is connected to each of the plurality of pressure regulators and passes the anode gas of each tank. Furthermore, the fuel cell system is configured to control each pressure regulator so that a tank having a low internal pressure among the plurality of tanks is opened before other tanks when the fuel cell is started. It is characterized by including.
この態様によれば、燃料電池を起動するときに複数のタンクのうち圧力の低いタンクの調圧装置から先に開けるので、タンク間の圧力差によって生じるアノードガスの逆流を抑えることができる。したがって、アノードガスの逆流に伴う調圧装置の性能劣化を抑制することができる。 According to this aspect, when starting the fuel cell, the pressure regulator of the tank having a low pressure among the plurality of tanks is opened first, so that the backflow of the anode gas caused by the pressure difference between the tanks can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the pressure regulator associated with the backflow of the anode gas.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１に関する概略構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram relating to a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention.
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２にアノードガス及びカソードガスを供給して、燃料電池スタック２に接続される負荷に応じて発電する電源システムである。本実施形態では、燃料電池システム１は車両に搭載される。
The fuel cell system 1 is a power supply system that supplies anode gas and cathode gas to the
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、アノードガス供給装置３と、コントローラ５と、を備える。
The fuel cell system 1 includes a
燃料電池スタック２は、複数枚の燃料電池を積層したものである。燃料電池スタック２は、車両を駆動する駆動モータなどの負荷に必要な電力を発電する。
The
燃料電池は、電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とで挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）と、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）とを外部から供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。 In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (fuel gas). Electric power is generated by supplying an oxidant gas) from the outside. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e− (1)
Cathode electrode: 4H ++ 4e- + O 2 → 2H 2 O (2)
この電極反応（１）及び（２）によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。 The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
燃料電池を自動車の動力源として使用する場合には、駆動モータから要求される電力が大きいため、燃料電池を数百枚積層させている。 When a fuel cell is used as a power source for an automobile, a large amount of power is required from the drive motor, and therefore several hundred fuel cells are stacked.
燃料電池スタック２にカソードガスを供給・排出するカソードガス給排装置、及び燃料電池スタック２を冷却する冷却装置については、本発明の主要部ではないので図示を省略している。
The cathode gas supply / discharge device that supplies and discharges the cathode gas to / from the
アノードガス供給装置３は、高圧タンク３１と、アノードガス供給通路３２と、調圧弁３３と、圧力センサ３４と、アノードガス排出通路３５と、バッファタンク３６と、パージ通路３７と、パージ弁３８と、を備える。
The anode
高圧タンク３１は、燃料電池スタック２に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。
The
アノードガス供給通路３２は、高圧タンク３１から排出されたアノードガスを燃料電池スタック２に供給するための通路である。アノードガス供給通路３２の一端部が高圧タンク３１に接続され、他端部が燃料電池スタック２のアノードガス入口孔２１に接続される。
The anode
調圧弁３３は、アノードガス供給通路３２に設けられる。調圧弁３３は、高圧タンク３１から排出されたアノードガスを所望の圧力に調節して燃料電池スタック２に供給する。調圧弁３３は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ５によって制御される。
The
圧力センサ３４は、調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２に設けられる。圧力センサ３４は、調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２を流れるアノードガスの圧力を検出する。
The
アノードガス排出通路３５の一端部は燃料電池スタック２のアノードガス出口孔２２に接続され、他端部がバッファタンク３６の上部に接続される。アノードガス排出通路３５には、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からアノードガス流路にクロスリークしてきた窒素や水蒸気などの不純ガスと、の混合ガス（以下「アノードオフガス」という。）が排出される。
One end of the anode
バッファタンク３６は、アノードガス排出通路３５を通って流れてきたアノードオフガスを一旦蓄える。アノードオフガス中の水蒸気の一部は、バッファタンク３６内で凝縮して液水となり、アノードオフガスから分離される。
The
パージ通路３７の一端部は、バッファタンク３６の下部に接続され、パージ通路３７の他端部は、開口端となっている。バッファタンク３６に溜められたアノードオフガス及び液水は、パージ通路３７を通って開口端から外気へ排出される。
One end of the
パージ弁３８は、パージ通路３７に設けられる。パージ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ５によって制御される。
The
コントローラ５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
The
コントローラ５には、前述した圧力センサ３４の他にも各種センサからの信号が入力される。例えば、各種センサとしては、車両に設けられた始動キーのオンオフ切替えに基づいて燃料電池システム１の始動要求及び停止要求を検出するキーセンサ５１や、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサなどがある。
In addition to the
コントローラ５は、各種センサからの入力信号に基づいて調圧弁３３やパージ弁３８の開度を調節してバッファタンク３６から排出するアノードオフガスの流量を調節し、バッファタンク３６内のアノードガス濃度を一定以下に保つ。
The
図２は、燃料電池システムのタンク搭載ユニット１０を上から見た概要図である。
FIG. 2 is a schematic view of the
タンク搭載ユニット１０は、図１に示したような燃料電池システムに用いられる。本実施形態では、タンク搭載ユニット１０は、調圧弁３３よりも後方に４本の高圧タンク３１１〜３１４を順に並べて搭載するものである。タンク搭載ユニット１０は、ここでは図示していないが、４本の高圧タンク３１１〜３１４を連結する複数のフレームによって構成される。タンク搭載ユニット１０は、例えば高圧タンク３１１〜３１４が、車両の前方ＦＲすなわち車両の進行方向に対して横方向に配列されるように車両に据え付けられる。
The
高圧タンク３１１〜３１４は、図１に示した高圧タンク３１に対応する高圧タンク群である。高圧タンク３１１〜３１４としては、レイアウトの自由度向上のため、寸法の異なるタンクが用いられる。本実施形態では、高圧タンク３１１は、高圧タンク３１２〜３１４よりも内部の容積が大きく、高圧タンク３１２〜３１４の各々の容積は、互いに同一である。
The
本実施形態では、高圧タンク３１１の内部容積は約４５Ｌ（リットル）であり、高圧タンク３１２〜３１４は約２５Ｌである。高圧タンク３１１〜３１４の先端部分には、それぞれ調圧装置３１１ａ〜３１４ａが設けられている。
In the present embodiment, the internal volume of the high-
調圧装置３１１ａ〜３１４ａは、高圧タンク３１１〜３１４を開閉するバルブ装置である。調圧装置３１１ａ〜３１４ａは、コントローラ５によって制御される。調圧装置３１１ａ〜３１４ａを開けることにより、高圧タンク３１１〜３１４から調圧弁３３を介して燃料電池スタック２にアノードガスが供給される。一方、調圧装置３１１ａ〜３１４ａを閉じることにより、アノードガスの供給が停止される。
The
調圧装置３１１ａには、左右に１個ずつコネクタが設けられている。コネクタのそれぞれには、アノードガスを通すガス通路２０が接続される。高圧タンク３１２側のコネクタを「第１コネクタ」といい、調圧弁３３側のコネクタを「第２コネクタ」という。第１コネクタと第２コネクタとが調圧装置３１１ａの内部で連通している。調圧装置３１２ａ〜３１４ａについては、調圧装置３１１ａと同様の構成である。
The
また、高圧タンク３１１〜３１４のそれぞれは、５本のガス通路２０によって接続される。
In addition, each of the
１本目のガス通路２０は、車体に設けられた充填口２１から調圧装置３１４ａに接続され、２本目のガス通路２０は、調圧装置３１４ａから調圧装置３１３ａに接続される。そして３本目のガス通路２０は、調圧装置３１３ａから調圧装置３１２ａに接続され、４本目のガス通路２０は、調圧装置３１２ａから調圧装置３１１ａに接続され、５本目のガス通路２０は、調圧装置３１１ａから調圧弁３３に接続される。
The
このようにガス通路２０は、調圧装置３１１ａ〜３１４ａのそれぞれと連通している。なお、高圧タンク３１１〜３１４の配管は一例であり、これに限られるものではない。また、ガス通路２０については、経路を見やすくするために観念的に示されている。
As described above, the
図３は、高圧タンク３１１に設けられた調圧装置３１１ａの構成を示す図である。図３（ａ）は、高圧タンク３１１にアノードガスを充填しているときの調圧装置３１１ａの状態を示す図である。図３（ｄ）は、高圧タンク３１１から燃料電池スタック２へアノードガスを供給しているときの調圧装置３１１ａの状態を示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a
調圧装置３１１ａは、接続通路４１と、連通路４２と、逆止弁４３と、分岐通路４４と、電磁弁４５と、温度センサ４６と、を備える。
The
接続通路４１は、第１コネクタに接続されるガス通路２０と、第２コネクタに接続されるガス通路２０とを結ぶ通路である。
The
連通路４２は、接続通路４１と、高圧タンク３１１の開口部とを連通する通路である。すなわち連通路４２は、接続通路４１から分岐して高圧タンク３１１の開口部に接続される。
The
逆止弁４３は、連通路４２に設けられる。逆止弁４３は、高圧タンク３１１にアノードガスを充填するためのバルブである。逆止弁４３は、接続通路４１のアノードガス圧力が高圧タンク３１１の内部圧力よりも高くなると開弁する。これにより、接続通路４１からアノードガスが高圧タンク３１１に充填される。一方、逆止弁４３は、接続通路４１のアノードガス圧力が高圧タンク３１１の内部圧力よりも低くなると閉弁する。
The
分岐通路４４は、逆止弁４３よりも高圧タンク３１１の開口部側の連通路４２から分岐して逆止弁４３よりも接続通路４１側の連通路４２に合流する。
The
電磁弁４５は、分岐通路４４に設けられる。電磁弁４５は、高圧タンク３１１の開口部からアノードガスをガス通路２０に供給するためのバルブである。電磁弁４５は、コントローラ５によって制御される。
The
電磁弁４５は、弁体と、弁体を開閉させるコイルとを有する。電磁弁４５は、コイルに電流が供給されると電磁誘導作用によって開弁し、コイルに供給される電流を停止すると閉弁する。
The
温度センサ４６は、高圧タンク３１１の状態を監視するために、高圧タンク３１１の開口部の近傍に設けられる。温度センサ４６は、高圧タンク３１１の内部温度を検出する。温度センサ４６で検出された温度は、コントローラ５に出力される。
The
図３（ａ）に示すように、高圧タンク３１１にアノードガスを充填するときには、電磁弁４５が閉じられる。充填口２１からは、高圧タンク３１１の内部圧力よりも高い圧力でアノードガスがガス通路２０に供給されるので、逆止弁４３が開弁して高圧タンク３１１にアノードガスが供給される。
As shown in FIG. 3A, when the high-
その後に充填口２１からのアノードガスの供給が停止されると、ガス通路２０のアノードガス圧力が、高圧タンク３１１の内部圧力よりも低くなる。これにより、逆止弁４３が閉弁し高圧タンク３１１にアノードガスが充填される。
Thereafter, when the supply of the anode gas from the filling
一方、高圧タンク３１１から燃料電池スタック２にアノードガスを供給する場合には、図３（ｂ）に示すように、逆止弁４３が閉弁した状態でコントローラ５によって電磁弁４５のコイルに所定の電流が供給されることによって電磁弁４５が開弁する。これにより、電磁弁４５からガス通路２０を介して調圧弁３３へアノードガスが供給され、この状態で調圧弁３３を開くことによってアノードガスが燃料電池スタック２に供給される。
On the other hand, when the anode gas is supplied from the high-
一方、電磁弁４５のコイルへの電流の供給が停止されると電磁弁４５が閉じられ、電磁弁４５からガス通路２０へのアノードガスの供給が停止される。
On the other hand, when the supply of current to the coil of the
このように調圧装置３１１ａでは、逆止弁４３と電磁弁４５とが並列に設けられ、ガス充填時には逆止弁４３を通じて高圧タンク３１１にアノードガスが充填され、発電時には電磁弁４５が開弁され高圧タンク３１１からガス通路にアノードガスが供給される。なお、調圧装置３１２ａ〜３１４ａについても、調圧装置３１１ａと同様の構成であるので、ここでの説明を省略する。
As described above, in the
調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５は、燃料電池システム１を停止するときには閉じられ、その後燃料電池システム１を起動するときに開かれる。各電磁弁４５を開けるには、電磁弁４５のコイル４５ｂに大きな電流を流す必要があるので、全ての電磁弁４５を同時に開けようとすると、各電磁弁４５のコイルに供給されるピーク電力が４倍になってしまう。これに対して各調圧装置３１１ａ〜３１４ａを１個ずつ順番に開けることにより、４個の調圧装置３１１ａ〜３１４ａに対するピーク電力を低減させることができる。
Each
しかしながら、アノードガスの充填時又は供給時において高圧タンク３１１〜３１４の内部温度にばらつきが生じる燃料電池システムでは、調圧装置３１１ａ〜３１４ａを１個ずつ順番に開けることに伴い、逆止弁４３の性能低下を招く場合がある。以下に逆止弁４３の性能低下について図４を参照して説明する。
However, in the fuel cell system in which the internal temperature of the high-
図４は、高圧タンク３１１〜３１４の温度及び圧力の大小関係を示す図である。図４（ａ）は、燃料電池システム１を停止したときの高圧タンク３１１〜３１４の温度及び圧力の大小関係を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態で燃料電池システム１の停止後に所定時間経過してから起動したときの高圧タンク３１１〜３１４の温度及び圧力の大小関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the magnitude relationship between the temperature and pressure of the high-
図４（ａ）に示すように、燃料電池システム１の停止時には、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力は互いに同一であるのに対し、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度については、高圧タンク３１１だけ他の高圧タンク３１２〜３１４よりも低くなる。その理由について以下に説明する。
As shown in FIG. 4A, when the fuel cell system 1 is stopped, the internal pressures of the high-
高圧タンク３１１〜３１４では、燃料電池スタック２へのアノードガスの供給量が多くなるほど、ガスの放出に伴い内部のエネルギーが失われるため、内部温度が低下する。
In the high-
また、ガス通路２０を介して高圧タンク３１１〜３１４のそれぞれから同等の圧力でアノードガスが燃料電池スタック２に供給される構成では、通常、内部容積が大きな高圧タンク３１１から最も多くのアノードガスが押し出される。
Further, in the configuration in which the anode gas is supplied to the
このため、高圧タンク３１１から、燃料電池スタック２に最も多くのアノードガスが供給されるので、燃料電池システム１の停止時には、高圧タンク３１１の内部温度は、他の高圧タンク３１２〜３１４の内部温度よりも低くなる。
For this reason, since the largest amount of anode gas is supplied from the high-
そして燃料電池システム１の停止時には、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５が閉じられるため、高圧タンク３１１〜３１４は密閉状態となる。その後燃料電池システム１が長期間放置されると、密閉状態の高圧タンク３１１〜３１４は外気で温められ、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度は次第に外気温度へ収束する。
When the fuel cell system 1 is stopped, the
図４（ｂ）に示すように、燃料電池システム１の起動時までに密閉状態の高圧タンク３１１〜３１４の内部温度が外気温度まで上昇すると、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力については、高圧タンク３１１だけ他の高圧タンク３１２〜３１４よりも高くなる。
As shown in FIG. 4B, when the internal temperature of the sealed high-
すなわち、長期間放置した燃料電池システム１の起動時には、高圧タンク３１１〜３１４の各内部圧力は、状態方程式に従って燃料電池システム１の停止時の高圧タンク３１１〜３１４の各内部温度の大小関係と同じ大小関係となる。
That is, when the fuel cell system 1 left for a long time is started, the internal pressures of the high-
したがって、高圧タンク３１１〜３１４の内部容積の違いによって燃料電池システム１の停止時に高圧タンク３１１〜３１４の内部温度にばらつきが生じると、燃料電池システム１を起動するときには、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力にばらつきが生じる。
Therefore, if the internal temperature of the high-
このような状態で、例えば、内部圧力の大きな高圧タンク３１２から先に調圧装置３１２ａを開けると、高圧タンク３１２の圧力によってガス通路２０のアノードガス圧力が、高圧タンク３１１の内部圧力よりも高くなる。その結果、調圧装置３１１ａでは、逆止弁４３が作動してガス通路２０からアノードガスが高圧タンク３１１に逆流する。このように高圧タンク３１１と高圧タンク３１２との内部圧力に差が生じることによって逆止弁４３の弁体が余計に作動してしまう。
In this state, for example, when the
このため、燃料電池システム１が起動されるたびに、高圧タンク３１１と他の高圧タンク３１２〜３１４との内部圧力の差圧によって逆止弁４３が余計な動作をすることになるため、逆止弁４３の弁体寿命、すなわち耐久性が低下してしまう。
For this reason, every time the fuel cell system 1 is activated, the
以上のように、アノードガスの供給中に高圧タンク３１１〜３１４の内部温度にばらつきが生じるような燃料電池システムでは、起動時に調圧装置３１１ａ〜３１４ａを１個ずつ順番に開けると、開ける順番によっては逆止弁４３の耐久性が低下してしまう。
As described above, in the fuel cell system in which the internal temperature of the high-
そこで本実施形態では、燃料電池システム１の起動時に高圧タンク３１１〜３１４のうち内部圧力が最も低い高圧タンクを他の高圧タンクよりも先に開ける。
Therefore, in the present embodiment, when the fuel cell system 1 is started, the high pressure tank having the lowest internal pressure among the
図５は、高圧タンク３１１〜３１４の停止処理方法の一例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a stop processing method for the high-
まず、コントローラ５は、ステップＳ９０１においてキーセンサ５１から燃料電池システム１の停止要求を受けると、ステップＳ９０２において燃料電池システム１の停止処理を実行する。ここではコントローラ５は、調圧弁３３及びパージ弁３８を閉じ、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を閉じる。
First, when the
ステップＳ９０３においてコントローラ５は、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各温度センサ４６から閉弁時の内部温度をそれぞれ取得する。
In step S903, the
ステップＳ９０４においてコントローラ５は、高圧タンク３１１〜３１４について閉弁時に取得した内部温度の大小関係を示す温度データをメモリ５９に記録する。
In step S <b> 904, the
閉弁時の温度データには、例えば、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部温度が低い高圧タンクから順に、高圧タンク３１１〜３１４の各欄に「１」から「４」までの番号が付される。
In the temperature data when the valve is closed, for example, numbers from “1” to “4” are assigned to the columns of the high-
本実施形態では、図４（ａ）に示した内部温度の大小関係に従って、高圧タンク３１１の欄に「１」、高圧タンク３１２の欄に「２」、高圧タンク３１３の欄に「４」、高圧タンク３１４の欄に「３」の番号が付されている。温度データのデータ形式としては、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度の大小関係が特定できればよく、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度のみを、温度データとしてメモリ５９に記録するようにしてもよい。
In the present embodiment, according to the magnitude relationship of the internal temperature shown in FIG. 4A, “1” in the column of the high-
ステップＳ９０４の処理が完了すると高圧タンク３１１〜３１４の停止処理方法が終了する。なお、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度を取得するタイミングについては、停止要求を受けた直後であっても、ステップＳ９０２の処理の実行中でもよい。
When the processing in step S904 is completed, the stop processing method for the high-
図６は、高圧タンク３１１〜３１４を順次開放する開弁処理方法の一例を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a valve opening processing method for sequentially opening the high-
まず、ステップＳ９１０においてコントローラ５は、例えばキーセンサ５１から始動要求を受けると、燃料電池システム１の起動処理を開始する。すなわち燃料電池スタック２の起動を開始する。
First, in step S910, when the
ステップＳ９１１においてコントローラ５は、燃料電池システム１の停止時の温度データがメモリ５９に記憶されているか否かを確認する。温度データが記憶されていない状況としては、例えば、前回の燃料電池システム１の停止処理が、緊急停止処理であった場合や、燃料電池システム１が初めて起動された場合などが想定される。
In step S <b> 911, the
ステップＳ９１７においてコントローラ５は、メモリ５９に温度データが記憶されていない場合には、高圧タンク３１１〜３１４に関するタンクデータに基づいて、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５の開弁順序を決定する。タンクデータには、高圧タンク３１１〜３１４の内部容積と、高圧タンク３１１〜３１４の開口部から調圧弁３３までのガス通路２０の各通路長とが示されている。タンクデータは、例えばメモリ５９に予め記録されている。
In step S917, if the temperature data is not stored in the
具体的には、コントローラ５は、タンクデータに示されている高圧タンク３１１〜３１４の内部容積を参照して内部容積が最も大きな高圧タンク３１１を特定し、高圧タンク３１１を、各電磁弁４５の開弁順序の１番に設定する。
Specifically, the
この理由は、内部容積が最も大きな高圧タンク３１１は、他の高圧タンク３１２〜３１４に比べて、燃料電池スタック２に供給されるアノードガスの供給量が多くなるため、燃料電池システム１の停止時には高圧タンク３１１の内部温度が最も低くなるからである。そのため、燃料電池システム１の起動時には、状態方程式に従って高圧タンク３１１の内部圧力が最も低くなると推定できる。
The reason is that the high-
次にコントローラ５は、他の高圧タンク３１２〜３１４の内部容積が互いに同一であるため、タンクデータに示される高圧タンク３１２〜３１４の通路長を参照して通路長が最も短い高圧タンク３１２を特定し、高圧タンク３１２を開弁順序の２番に設定する。同様にコントローラ５は、高圧タンク３１３〜３１４のうち、通路長が２番目に短い高圧タンク３１３を開弁順序の３番に設定し、通路長が最も長い高圧タンク３１４を開弁順序の４番に設定する。
Next, since the internal volumes of the other high-
すなわち、互いに容積が等しい調圧装置３１２ａ〜３１４ａについては、高圧タンク３１２〜３１４の各電磁弁４５から調圧弁３３までの圧力損失が最も小さい高圧タンク３１２から先に開けるように開弁順序が決められる。
That is, for the
ステップＳ９１８においてコントローラ５は、開弁順序に従って、内部容積が最も大きな高圧タンク３１１に設けられた調圧装置３１１ａの電磁弁４５を開ける。
In step S918, the
ステップＳ９１９においてコントローラ５は、開弁順序に従って、他の高圧タンク３１２〜３１４のうち、調圧弁３３までの圧力損失が最も小さい高圧タンク３１２に設けられた調圧装置３１２ａの電磁弁４５を開ける。
In step S919, the
ステップＳ９２０においてコントローラ５は、開弁順序に従って、他の高圧タンク３１２〜３１４のうち、調圧弁３３までの圧力損失が２番目に小さい高圧タンク３１３に設けられた調圧装置３１３ａの電磁弁４５を開ける。
In step S920, the
ステップＳ９２１においてコントローラ５は、開弁順序に従って、他の高圧タンク３１２〜３１４のうち、調圧弁３３までの圧力損失が最も大きい高圧タンク３１４に設けられた調圧装置３１４ａの電磁弁４５を開ける。
In step S921, the
このように、ステップＳ９１１でメモリ５９に燃料電池システム１の停止時の温度データが記憶されていない場合には、コントローラ５は、高圧タンク３１１〜３１４の内部容積の大小関係に基づいて開弁順序を決定する。
Thus, when the temperature data when the fuel cell system 1 is stopped is not stored in the
すなわち、コントローラ５は、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力が低い高圧タンクから順に調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５が順次開かれるように、高圧タンク３１１〜３１４の内部容積の大きい順に開弁順序を設定する。そしてコントローラ５は、互いに内部容積が等しい高圧タンク３１２〜３１４が存在する場合には、高圧タンク３１２〜３１４の各電磁弁４５から調圧弁３３までのガス通路２０の通路長が短い順に、開弁順序を変更する。
That is, the
一方、ステップＳ９１１でメモリ５９に温度データが記憶されている場合には、ステップＳ９１２〜Ｓ９１６までの通常の起動処理が実行される。
On the other hand, when temperature data is stored in the
ステップＳ９１２においてコントローラ５は、燃料電池システム１の停止時の温度データに基づいて、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度が低い順に、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５の開弁順序を決定する。
In step S912, the
本実施形態では、コントローラ５は、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度の大小関係が示された温度データを参照し、内部温度が低い高圧タンクから順に開弁順序を設定する。具体的には、開弁順序の１番に高圧タンク３１１を設定し、２番に高圧タンク３１２を設定し、３番に高圧タンク３１４を設定し、４番に高圧タンク３１３を設定する。
In the present embodiment, the
このようにコントローラ５は、高圧タンク３１１〜３１４の閉弁時の内部温度が低い順に開弁順序を設定することにより、図４（ｂ）に示すように、燃料電池システム１の起動時において内部圧力の最も低い高圧タンク３１１から先に開けることが可能になる。
In this way, the
ステップＳ９１３においてコントローラ５は、開弁順序に従って、閉弁時の内部温度が最も低い高圧タンク３１１に設けられた調圧装置３１１ａの電磁弁４５を開ける。
In step S913, the
ステップＳ９１４においてコントローラ５は、開弁順序に従って、閉弁時の内部温度が２番目に低い高圧タンク３１２に設けられた調圧装置３１２ａの電磁弁４５を開ける。
In step S914, the
ステップＳ９１５においてコントローラ５は、開弁順序に従って、閉弁時の内部温度が３番目に低い高圧タンク３１４に設けられた調圧装置３１４ａの電磁弁４５を開ける。
In step S915, the
ステップＳ９１６においてコントローラ５は、開弁順序に従って、閉弁時の内部温度が最も低い高圧タンク３１３に設けられた調圧装置３１３ａの電磁弁４５を開ける。
In step S916, the
このようにコントローラ５は、燃料電池スタック２の起動時において、高圧タンク３１１〜３１４の閉弁時の内部温度が低い順に調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を開ける。これにより、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力の低い方から順に開放されることになる。
Thus, when the
そしてステップＳ９１６又はＳ９２１の処理が完了すると、高圧タンク３１１〜３１４の開弁処理方法が終了する。 And if the process of step S916 or S921 is completed, the valve-opening processing method of the high-pressure tanks 311-314 will be complete | finished.
本発明の第１実施形態によれば、燃料電池システム１は、燃料電池スタック２の高圧タンク３１１〜３１４にそれぞれ設けられる調圧装置３１１ａ〜３１４ａと、調圧装置３１１ａ〜３１４ａのそれぞれに接続されるガス通路２０とを備える。
According to the first embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 is connected to each of the
そして燃料電池システム１は、コントローラ５によって、燃料電池スタック２を起動するときに、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部圧力の低い高圧タンクから先に開けるように各調圧装置３１１ａ〜３１４ａの電磁弁４５を開弁する。
When the
燃料電池システム１の停止時には、図４（ａ）に示すように、高圧タンク３１１〜３１４から燃料電池スタック２へのアノードガスの各供給量の違いが原因で内部温度にばらつきが生じる。そして調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５の閉弁後に、密閉状態の高圧タンク３１１〜３１４が外気によって温められ一定の温度に収束する。その結果、各高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力の大小関係は、状態方程式に従って前回停止時の高圧タンク３１１〜３１４の内部温度の大小関係と同じになる。
When the fuel cell system 1 is stopped, as shown in FIG. 4A, the internal temperature varies due to the difference in the amount of each anode gas supplied from the high-
このため、前回停止時の各高圧タンク３１１〜３１４の内部温度の大小関係を利用して、内部温度の低い高圧タンク３１１から先に調圧弁３１１ａの電磁弁４５を開けることにより、内部圧力が最も低い高圧タンク３１１から先にアノードガスを開放できる。
For this reason, by utilizing the magnitude relationship between the internal temperatures of the high-
したがって、コントローラ５は、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部圧力の低い高圧タンクが、他の高圧タンクよりも先に開放されるように各調圧装置３１１ａ〜３１４ａの電磁弁４５を制御することが可能になる。
Therefore, the
これにより、高圧タンク３１１と他の高圧タンク３１２〜３１４とのタンク間の圧力差によって生じるアノードガスの逆流が抑えられるので、逆流による調圧装置３１２ａ〜３１４ａの逆止弁４３の作動回数を減らすことができる。よって、逆止弁４３の耐久性の劣化を抑制できる。
As a result, the backflow of the anode gas caused by the pressure difference between the high-
また本実施形態では、コントローラ５は、燃料電池システム１を停止したときの高圧タンク３１１〜３１４の内部温度の大小関係に基づいて、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部温度が低い方の高圧タンクから１個ずつ順番に各調圧装置３１１ａ〜３１４ａを開ける。
Moreover, in this embodiment, the
これにより、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部圧力が低い高圧タンクから順に開放されることになるので、開放前の高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力が、ガス通路２０のアノードガス圧力よりも高くなることを回避できる。このため、全ての調圧装置３１１ａ〜３１４ａにおいてアノードガスの逆流を防止することができる。
As a result, among the high-
また本実施形態では、コントローラ５は、図６のステップＳ９１１で高圧タンク３１１〜３１４の内部温度を取得できない場合に、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部容積が大きい高圧タンクから１個ずつ順番に調圧装置３１１ａ〜３１４ａを開ける。
Moreover, in this embodiment, when the
調圧装置３１１ａ〜３１４ａのそれぞれを連通したガス通路２０から調圧弁３３を介して燃料電池スタック２へアノードガスを供給する燃料電池システム１では、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部容積が大きい高圧タンクほど、アノードガスの供給量が多くなる。高圧タンク３１１〜３１４では、燃料電池スタック２へのアノードガスの供給量が多くなるほど、状態方程式に従って内部温度が低下する。
In the fuel cell system 1 that supplies anode gas to the
このため、燃料電池システム１の停止時には、内部容積が最も大きい高圧タンク３１１の内部温度が、他の高圧タンク３１２〜３１４の内部温度よりも低下していると推定できる。
For this reason, when the fuel cell system 1 is stopped, it can be estimated that the internal temperature of the high-
したがって、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部容積が大きい高圧タンクの方から１個ずつ順番に調圧装置３１１ａ〜３１４ａを開けることにより、内部圧力が低い高圧タンクから順番に開放することが可能になる。
Therefore, by opening the
これにより、燃料電池システム１の起動時における高圧タンク３１１〜３１４のタンク間の圧力差に伴うアノードガスの逆流を防止することができる。また、調圧装置３１１ａ〜３１４ａのそれぞれに温度センサ４６や圧力センサが設けられていない状況でも、簡易な構成で、アノードガスの逆流に伴う逆止弁４３の性能低下を抑制することができる。
Thereby, the backflow of anode gas accompanying the pressure difference between the tanks of the high-
なお、本実施形態では燃料電池システム１の起動時に高圧タンク３１１〜３１４の内部容積の大小関係に基づいて調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５の開弁順序を決める例について説明したが、開弁順序をメモリ５９に予め記憶しておいても良い。これにより、開弁順序を求める演算処理を削減できるので、より簡易な構成でアノードガスの逆流を防止することができる。
In the present embodiment, the example in which the opening order of the
また本実施形態では、高圧タンク３１１の内部容積が最も大きく、高圧タンク３１２〜３１４の内部容積は互い等しいため、内部容積が最も大きな高圧タンク３１１のみ、開弁順序の１番に設定するようにしてもよい。
In this embodiment, the internal volume of the high-
この理由は、高圧タンク３１１については、起動時に内部圧力が最も低く、他の高圧タンク３１２〜３１４の内部圧力との差圧が最も大きくなるため、アノードガスの逆流によって調圧装置３１１ａの逆止弁４３が最も作動する可能性が高いからである。
This is because the internal pressure of the high-
また高圧タンク３１２〜３１４については、燃料電池システム１の起動時に高圧タンク３１１〜３１４のタンク間に圧力差が生じても、その圧力差が微小であり逆止弁４３が作動しない場合もある。例えば、燃料電池システム１が停止してから放置時間が短く高圧タンク３１２〜３１４の内部温度がほとんど上昇していない状況で燃料電池システム１が再起動された場合や、燃料電池システム１を停止した時点で内部温度の温度差が小さい場合などが考えられる。
As for the high-
したがって、高圧タンク３１１のみ開弁順序を１番目に設定することにより、性能低下しやすい調圧装置３１１ａに対してのみ、逆止弁４３でのアノードガスの逆流を防止することができる。
Therefore, by setting the valve opening order to the first only in the high-
また本実施形態では、高圧タンク３１２〜３１４の開弁順序については、高圧タンク３１２〜３１４のうち調圧弁３３までの圧力損失が大きい高圧タンクから順に、調圧装置３１２ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を開ける。
Moreover, in this embodiment, about the valve opening order of the
具体的には、高圧タンク３１１〜３１４から調圧弁３３までのガス通路２０のそれぞれの通路長が、メモリ５９に予め記録される。そしてコントローラ５は、メモリ５９に記憶された高圧タンク３１１〜３１４の各通路長を参照して通路長が短い方の高圧タンク３１２〜３１４から順番に、調圧装置３１２ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を１個ずつ開ける。
Specifically, the passage lengths of the
高圧タンク３１１〜３１４のそれぞれから燃料電池スタック２にアノードガスを供給している状況では、高圧タンク３１１〜３１４のうち調圧弁３３までの圧力損失が小さい高圧タンクの方が、アノードガスの供給量が多くなる。その結果、燃料電池システム１の停止時には、高圧タンク３１２〜３１４のうち調圧弁３３までの圧力損失が最も小さい高圧タンク３１２で内部温度が最も低下すると推定できる。したがって、燃料電池システム１の起動時に、調圧弁３３までの圧力損失が小さい高圧タンク３１２から順に調圧装置３１２ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を開けることにより、高圧タンク３１２〜３１４のうち内部圧力の低い高圧タンクから開放することが可能になる。
In a situation where anode gas is supplied to the
本実施形態ではコントローラ５が、内部容積及び通路長を用いて調圧装置３１１ａ〜３１４ａの開弁順序を決定する例について説明したが、上述の条件に従って定められた開弁順序を予めメモリ５９に記録しておいてもよい。これにより、コントローラ５において、タンクデータを用いて開弁順序を算出する演算処理が不要になるため、簡易な構成でアノードガスの逆流に伴う逆止弁４３の性能低下を抑制することができる。
In the present embodiment, an example in which the
また本実施形態では、図６のステップＳ９１１で温度データが存在しない場合に内部容積が大きい高圧タンク３１１から順次開ける例について説明したが、温度データの有無にかかわらず、内部容積の大小関係のみに基づいて高圧タンクを開けるようにしてもよい。この場合、燃料電池システム１の前回停止時から始動要求を受けるまでの期間が、所定の放置時間を超えた場合にのみ、内部容積が大きい高圧タンクから順次開けるようにしてもよい。なお、所定の放置時間は、燃料電池システム１の停止後に高圧タンク３１１〜３１４が外気温に収束するまでの時間を考慮して定められる。
Further, in the present embodiment, the example in which the internal volume is sequentially opened from the
また本実施形態では、燃料電池システム１の停止時の高圧タンク３１１〜３１４の内部温度の大小関係を利用して開弁順序を設定する例について説明したが、内部温度のばらつき度合いに応じて開弁順序を変更するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the example in which the valve opening order is set using the magnitude relationship between the internal temperatures of the high-
例えば、予め開弁順序を設定しておき、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度のうち最大値と最小値との温度差が所定の閾値よりも大きくなったときにのみ、内部温度が最も低い高圧タンクを開弁順序の１番目に入れ替える。所定の閾値は、実験データ等によって設定され、アノードガスの逆流によって逆止弁４３が作動する圧力差に基づいて定められる。あるいは、内部温度が所定の閾値よりも低くなった場合に開弁順序を入れ替えてもよい。
For example, the valve opening order is set in advance, and only when the temperature difference between the maximum value and the minimum value among the internal temperatures of the high-
次に充填口２１から高圧タンク３１１〜３１４へアノードガスが充填された直後に、燃料電池システム１が起動された場合に、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を順次開弁する開弁順序について、図７及び図８を参照して説明する。
Next, immediately after the anode gas is filled from the filling
（第２実施形態）
図７は、充填口２１からアノードガスを充填したときの高圧タンク３１１〜３１４の状態を示す図である。図７（ａ）は、高圧タンク３１１〜３１４の温度関係を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）で示した温度状態における高圧タンク３１１〜３１４の圧力の大小関係を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a state of the high-
図７（ｂ）に示すように、充填口２１から高圧タンク３１１〜３１４にアノードガスが充填された直後は、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力が互いに等しい。そのため、アノードガスが充填された後に燃料電池システム１が起動された場合には、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力のばらつきによって逆止弁４３が作動することはない。
As shown in FIG. 7B, the internal pressures of the high-
一方、図７（ａ）に示すように、高圧タンク３１１〜３１４のそれぞれにアノードガスを充填したときには、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度にばらつきが生じる。
On the other hand, as shown in FIG. 7A, when the
本実施形態では、内部容積が最も大きな高圧タンク３１１から最も多くのアノードガスが燃料電池スタック２へ供給されるため、アノードガスの充填時には、高圧タンク３１１に最も多くのアノードガスが供給される。
In the present embodiment, since the largest amount of anode gas is supplied from the
通常、高圧タンク３１１〜３１４へのアノードガスの供給量が増えるほど、状態方程式に従って高圧タンク３１１〜３１４の内部温度が上昇する。
Normally, as the amount of anode gas supplied to the high-
このため、アノードガスを充填した直後は、高圧タンク３１１の内部温度が最も高くなる。他の高圧タンク３１２〜３１４については、高圧タンク３１１に比べて、内部容積が小さいため内部温度の上昇幅が小さい。また高圧タンク３１２〜３１４の内部容積は互いに等しいため、高圧タンク３１２〜３１４の内部温度のばらつきは僅かである。
For this reason, immediately after filling the anode gas, the internal temperature of the high-
このようにアノードガスの充填後は、高圧タンク３１１〜３１４の内部温度にばらつきが生じるため、高圧タンク３１１〜３１４の近傍に設けられた各電磁弁４５のコイルの温度にもばらつきが生じる。そして電磁弁４５のコイルの温度上昇に伴いコイルのインダクタンスが大きくなるため、電磁弁４５の開弁時にコイルに供給されるピーク電流が、通常の燃料電池システム１の起動時よりも大きくなる。
Thus, since the internal temperature of the
そのため、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５の消費電力や各電磁弁４５に電力を供給する回路の耐圧性などを考慮して開弁順序を設定することが望ましい。
Therefore, it is desirable to set the valve opening order in consideration of the power consumption of each
図８は、本発明の第２実施形態におけるアノードガス充填後の開弁順序に関する図である。 FIG. 8 is a diagram relating to the valve opening sequence after filling the anode gas in the second embodiment of the present invention.
図８（ａ）は、本実施形態の開弁順序で調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を順番に開けたときのピーク電力を示す図である。図８（ｂ）は、アノードガスの充填後に高圧タンク３１４から高圧タンク３１１へ順番に調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を開けたときのピーク電力を示す参考図である。
Fig.8 (a) is a figure which shows the peak electric power when each
図８（ａ）及び図８（ｂ）には、コントローラ５によって調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５の開弁に必要なピーク電流Ｉｐ１〜Ｉｐ４と、各電磁弁４５に供給されるトータルの電力とが示されている。トータルの電力は、各電磁弁４５のコイルに供給される一定の電圧に対して、各電磁弁４５のコイルに流れる電流を積算した値が乗算された値である。
8A and 8B show the peak currents Ip1 to Ip4 required for opening the
アノードガスの充填直後は、図７（ｂ）に示したとおり、調圧装置３１１ａの温度が他の調圧装置３１２ａ〜３１４ａよりも高くなるため、調圧装置３１１ａの電磁弁４５に供給されるピーク電流Ｉｐ１が最も大きくなる。また、電磁弁４５の開弁状態を維持するのに必要な電流、いわゆるホールド電流についても、温度上昇幅が最も大きい調圧装置３１１ａの電磁弁４５に供給されるホールド電流が最も大きくなる。
Immediately after filling with the anode gas, as shown in FIG. 7B, the temperature of the
図８（ａ）及び図８（ｂ）では、調圧装置３１２ａ〜３１４ａの電磁弁４５に供給されるピーク電流Ｉｐ２〜Ｉｐ４に基づいて算出される電力を「１０」とすると、ピーク電流Ｉｐ１については「１２」となる。そして調圧装置３１２ａ〜３１４ａの電磁弁４５に供給されるホールド電流に基づいて算出される電力は「２」となり、調圧装置３１１ａの電磁弁４５に供給されるホールド電流については「３」となる。
8 (a) and 8 (b), when the electric power calculated based on the peak currents Ip2 to Ip4 supplied to the
図８（ｂ）に示すように、まず調圧装置３１４ａにおいて電磁弁４５にピーク電流Ｉｐ４が供給され、ピーク電流Ｉｐ４によって電磁弁４５が開弁した後に電磁弁４５に供給される電流が、ピーク電流「１０」からホールド電流「２」まで下げられる。すなわちピーク電力は「１０」から「２」に低下する。
As shown in FIG. 8B, first, the peak current Ip4 is supplied to the
次に調圧装置３１４ａの電磁弁４５に対してホールド電流「２」が供給されている状態で、調圧装置３１３ａの電磁弁４５には、ピーク電流Ｉｐ３が供給され、開弁後にピーク電流「１０」からホールド電流「２」まで下げられる。すなわちピーク電力は「１２」から「４」に低下する。
Next, in a state where the hold current “2” is supplied to the
次に調圧装置３１３ａ及び３１４ａの各電磁弁４５に対してホールド電流「２×２」が供給されている状態で、調圧装置３１２ａの電磁弁４５には、ピーク電流Ｉｐ２が供給され、開弁後にピーク電流「１０」からホールド電流「２」まで下げられる。すなわちピーク電力は「１４」から「６」に低下する。
Next, with the hold current “2 × 2” being supplied to the
最後に調圧装置３１２ａ〜３１４ａの３つの電磁弁４５に対してホールド電流「２×３」が供給されている状態で、調圧装置３１１ａの電磁弁４５には、ピーク電流Ｉｐ１が供給され、開弁後にピーク電流「１２」からホールド電流「３」まで下げられる。すなわちピーク電力は「１８」から「９」に低下する。
Finally, the peak current Ip1 is supplied to the
このように、調圧装置３１１ａ〜３１４ａのうち電磁弁４５の温度が最も高い調圧装置３１１ａの電磁弁４５を４番目に開けるときには、３つの電磁弁４５のそれぞれにホールド電流が供給された状態で、最も大きなピーク電流Ｉｐ１が供給される。
Thus, when the
一方、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、開弁順序の１番目に調圧装置３１１ａの電磁弁４５を開ける。そして調圧装置３１１の電磁弁４５に供給されたピーク電流Ｉｐ１がホールド電流まで低下した後に他の調圧装置３１２ａ〜３１４ａの電磁弁４５を順番に開ける。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 8A, the
これにより、４番目の電磁弁４５を開ける時に、ピーク電流Ｉｐ１よりも低いピーク電流Ｉｐ４が調圧装置３１４ａの電磁弁４５に供給されるため、全ての電磁弁４５を開けた時のピーク電力「１７」が、図５（ｂ）のときのピーク電力「１８」よりも小さくなる。
Thus, when the
なお、本実施形態では、調圧装置３１１ａ〜３１４ａのうち温度が最も高くなる調圧装置３１１ａの電磁弁４５を１番目に開ける例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、調圧装置３１１ａの電磁弁４５を、１番目ではなく、２番目又は３番目に開けるようにしてもよい。
In addition, although this embodiment demonstrated the example which opens the
このように、アノードガスの充填直後に燃料電池システム１が起動される場合には、図８（ｂ）のように調圧装置３１１ａの電磁弁４５を最後に開けなければ、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの電磁弁４５を全て開けた時のピーク電力を低減することができる。
As described above, when the fuel cell system 1 is started immediately after filling with the anode gas, unless the
本発明の第２実施形態によれば、高圧タンク３１１〜３１４にアノードガスが充填された後直ぐに燃料電池システム１が再起動された場合には、コントローラ５は、電磁弁４５の温度が最も高い調圧装置３１１ａを最後に開けないように開弁順序を制限する。
According to the second embodiment of the present invention, when the fuel cell system 1 is restarted immediately after the high-
具体的にはコントローラ５は、アノードガスの充填後に燃料電池システム１を再起動する場合には、調圧装置３１１ａの電磁弁４５を、他の調圧装置３１２ａ〜３１４ａの少なくともひとつの調圧装置より先に開ける、すなわち調圧装置３１１ａを最後に開けない。
Specifically, when the
図９は、本実施形態における高圧タンク３１１〜３１４を順次開放する開弁処理方法を示すフローチャートである。図９では、ステップＳ９３０以外の処理は、図６に示したステップＳ９１０〜Ｓ９２１の処理と同じであるため、ここでの説明を省略する。
FIG. 9 is a flowchart showing a valve opening processing method for sequentially opening the high-
ステップＳ９３０においてコントローラ５は、燃料電池システム１が起動された場合、例えばキーセンサ５１から始動要求を受けた場合に、アノードガスの充填フラグを確認する。充填フラグは、充填口２１からいずれかの高圧タンク３１１〜３１４にアノードガスが供給された時点で「１」に設定される。
In step S930, when the fuel cell system 1 is activated, for example, when a start request is received from the
そしてコントローラ５は、充填フラグが「１」を示す場合には、燃料電池システム１を起動するときに高圧タンク３１１〜３１４の内部容積の大小関係に基づいて調圧装置３１１ａ〜３１４ａを開ける。具体的には、コントローラ５は、メモリ５９に記憶されたタンクデータを参照して内部容積が最も大きな高圧タンク３１１を特定し、特定した高圧タンク３１１の調圧装置３１１ａを開ける。
When the filling flag indicates “1”, the
その後コントローラ５は、調圧装置３１１ａ以外の調圧装置３１２ａ〜３１４ａについて、調圧弁３３までの圧力損失が小さい順に高圧タンク３１２〜３１４を開放する。すなわち、コントローラ５は、調圧装置３１２ａを開いた後に調圧装置３１３ａを開き、最後に調圧装置３１４ａを開ける。
Thereafter, the
このように高圧タンク３１１の調圧装置３１１ａ以外の調圧装置３１４ａを最後に開けることにより、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５を全部開けた時のピーク電力を低減することができる。そしてピーク電力を低減することにより、各電磁弁４５にピーク電流を供給する供給回路にとって過大な電流が出力されて供給回路が故障することを抑制できる。
Thus, by opening the
また、コントローラ５は、調圧装置３１１ａ〜３１４ａのいずれかの電磁弁４５を開弁した後に充填フラグを「０」に設定する。そして燃料電池システム１が停止されるときには図５で示した停止処理が実行され、その後に燃料電池システム１が起動されたときに、図６で示した開弁順序で調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各電磁弁４５が１個ずつ順番に開けられる。
Further, the
このように本実施形態では、アノードガスが充填されてから燃料電池システム１が再起動される場合には調圧装置３１１ａが１番目に開けられ、またアノードガスが充填されずに燃料電池システム１が通常起動される場合にも調圧装置３１１ａが１番目に開けられる。
As described above, in this embodiment, when the fuel cell system 1 is restarted after the anode gas is filled, the
したがって内部容積が最も大きな高圧タンク３１１の調圧装置３１１ａを１番目に開けることにより、調圧装置３１１ａ〜３１４ａを全て開けた時の各電磁弁４５に対するピーク電力の低減と、逆止弁４３に対する性能低下の抑制との両立を図ることができる。
Therefore, by opening the
また本実施形態では、アノードガスの充填直後に再起動された時、及び、アノードガスが充填されずに起動された通常起動時の両方で別々に開弁順序を決定する例について説明したが、起動条件に関わらず調圧装置３１１ａを開ける順番を１番目に固定してもよい。この場合にも、通常起動時には調圧装置３１１ａの逆止弁４３の性能低下を抑制でき、充填後の再起動時には、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの電磁弁４５を全て開けた時のピーク電力を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the example in which the valve opening order is determined separately both at the time of restarting immediately after filling of the anode gas and at the time of normal starting that is started without filling with the anode gas has been described. You may fix the order which opens the
また本実施形態では、メモリ５９に記憶されたタンクデータに基づいて開弁順序を設定する例について説明したが、調圧装置３１１ａ〜３１４ａの各温度センサ４６の検出値に基づいて開弁順序を設定してもよい。この場合にはコントローラ５は、アノードガスの充填後に燃料電池システム１が起動されると各温度センサ４６の内部温度を取得し、例えば内部温度が最も高い高圧タンク３１１に設けられた調圧装置３１１ａの電磁弁４５を１番目に開ける。また、電磁弁４５の温度を検出するセンサを新たに設け、このセンサの検出値に基づいて開弁順序を決定してもよい。
In the present embodiment, the example in which the valve opening order is set based on the tank data stored in the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば、本実施形態では、タンク搭載ユニット１０をアノードガス非循環型の燃料電池システム１で使用する例について説明したが、タンク搭載ユニット１０をアノードガス循環型の燃料電池システムで使用することも可能である。
For example, in the present embodiment, the example in which the
また本実施形態では、温度センサ４６を設けて燃料電池システム１の起動時の高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力を推定する例について説明したが、高圧タンク３１１〜３１４の内部圧力を検出するセンサを各調圧装置３１１ａ〜３１４ａに設けても良い。これにより、高圧タンク３１１〜３１４を順次開放するときに調圧装置３１１ａ〜３１４ａの逆止弁４３がアノードガスの逆流によって作動することをより確実に防ぐことができる。
In the present embodiment, an example in which the
また本実施形態では、高圧タンク３１１〜３１４の内部容積の違いによって燃料電池システム１の停止時に各高圧タンク３１１〜３１４の内部温度にばらつきが生じる例について説明したが、別の理由で各高圧タンクの内部温度にばらつきが生じる。例えば、各高圧タンクの熱容量や伝熱面積などの違い、又は、高圧タンク周囲の熱環境の違いによっても内部温度にばらつきが生じる場合がある。このような場合にも、燃料電池システム１の起動時に、前回停止時の各高圧タンクの内部温度の低い方から順に高圧タンクを順次開放することにより、本実施形態と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, an example in which the internal temperature of each of the
また、第１、第２実施形態では、高圧タンク３１１〜３１４のうち内部圧力が低い高圧タンクから順次開放する例について説明したが、複数の高圧タンクのうちの一部の高圧タンクについてのみ、内部圧力が低い高圧タンクから順に開放しても良い。例えば、高圧タンク３１１及び高圧タンク３１２に対してのみ、内部圧力の低い高圧タンク３１１から先に調圧装置３１１ａの電磁弁４５を開ける。この場合においても本実施形態と同様の効果が得られる。
Further, in the first and second embodiments, the example in which the internal pressure is sequentially opened from the high pressure tanks having the low internal pressure among the
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 In addition, the said embodiment can be combined suitably.
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック（燃料電池）
４ コントローラ（調圧装置制御部）
２０ ガス通路
３１１〜３１４ 高圧タンク（タンク）
３１１ａ〜３１４ａ 調圧装置
４５ 電磁弁
Ｓ９１２（通常起動制御部）
Ｓ９１７（充填起動制御部）
1
4. Controller (pressure regulator controller)
20
311a to
S917 (filling activation control unit)
Claims (9)
前記複数のタンクにそれぞれ設けられ、アノードガスを充填又は供給するための複数の調圧装置と、
前記複数の調圧装置のそれぞれに接続され、各タンクのアノードガスを通す１本のガス通路と、
前記燃料電池を起動するときに、前記複数のタンクのうち内部圧力の低いタンクから先に開けるように各調圧装置を制御する調圧装置制御部と、
を含む燃料電池システム。 A plurality of tanks for supplying anode gas to the fuel cell;
A plurality of pressure regulators each provided in the plurality of tanks for filling or supplying anode gas;
One gas passage connected to each of the plurality of pressure regulators and passing the anode gas of each tank;
A pressure regulator control unit that controls each pressure regulator to open first from a tank having a low internal pressure among the plurality of tanks when starting the fuel cell;
Including fuel cell system.
前記調圧装置制御部は、前記燃料電池を停止したときの前記各タンクのうち温度が低い方のタンクから１個ずつ順番に前記各調圧装置を開ける、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The pressure regulator control unit opens the pressure regulators one by one from the tank with the lower temperature among the tanks when the fuel cell is stopped,
Fuel cell system.
前記調圧装置制御部は、前記各タンクの容積が大きい方のタンクから１個ずつ順番に前記各調圧装置を開ける、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The pressure regulator control unit opens the pressure regulators one by one from the tank with the larger volume of each tank,
Fuel cell system.
前記各タンクに設けられ、タンクの圧力を検出する検出器を含み、
前記調圧装置制御部は、前記各タンクの圧力が低い方のタンクから１個ずつ順番に前記各調圧装置を開ける、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
A detector for detecting the pressure of the tank provided in each tank;
The pressure regulator control unit opens the pressure regulators one by one from the tank with the lower pressure of each tank,
Fuel cell system.
前記調圧装置のそれぞれは、前記タンクの温度が高くなるほど、当該調圧装置を開けるのに必要なピーク電力が大きくなる電磁弁を有し、
前記調圧装置制御部は、前記各タンクにアノードガスを充填してから前記燃料電池を起動するときには、前記電磁弁の温度が最も高い調圧装置を、他の調圧装置のうち少なくともひとつの調圧装置よりも先に開ける、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
Each of the pressure regulators has an electromagnetic valve that increases the peak power required to open the pressure regulator as the temperature of the tank increases.
When the fuel cell is started after filling each tank with the anode gas, the pressure regulator control unit selects a pressure regulator having the highest temperature of the solenoid valve as at least one of the other pressure regulators. Open before the pressure regulator,
Fuel cell system.
前記調圧装置制御部は、容積が最も大きなタンクの調圧装置を１番目に開ける、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The pressure regulator control unit opens the pressure regulator of the tank with the largest volume first.
Fuel cell system.
前記調圧装置制御部は、互いに容積が同じ所定のタンクの調圧装置を開けるときには、前記所定のタンクの調圧装置のうち前記燃料電池への前記ガス通路の通路長が短い調圧装置から順番に開ける、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6, wherein
When the pressure regulator control unit opens the pressure regulator of a predetermined tank having the same volume, the pressure regulator from the pressure regulator with a short passage length of the gas passage to the fuel cell among the pressure regulators of the predetermined tank. Open in order,
Fuel cell system.
前記複数のタンクにそれぞれ設けられ、アノードガスを充填又は供給するための調圧装置と、
前記タンクにアノードガスを充填せずに前記燃料電池を起動するときには、各調圧装置を１個ずつ所定の順序で開ける通常起動制御部と、
前記タンクにアノードガスを充填してから前記燃料電池を起動するときには、温度が最も高い調圧装置以外の調圧装置を最後に開ける充填起動制御部と、
を含む燃料電池システム。 A plurality of tanks for supplying anode gas to the fuel cell;
A pressure regulator provided in each of the plurality of tanks for filling or supplying anode gas;
When starting the fuel cell without filling the tank with the anode gas, a normal start control unit that opens each pressure adjusting device one by one in a predetermined order;
When starting the fuel cell after filling the tank with the anode gas, a charging start control unit that finally opens a pressure adjusting device other than the pressure adjusting device having the highest temperature;
Including fuel cell system.
前記複数のタンクにそれぞれ設けられ、アノードガスを充填又は供給するための複数の調圧装置と、
前記複数の調圧装置のそれぞれに接続され、各タンクのアノードガスを通すガス通路と、
前記燃料電池を起動するときには、前記各タンクの容積の大小関係に基づいて、前記各調圧装置を開ける調圧装置制御部と、
を含む燃料電池システム。 A plurality of tanks for supplying anode gas to the fuel cell;
A plurality of pressure regulators each provided in the plurality of tanks for filling or supplying anode gas;
A gas passage connected to each of the plurality of pressure regulators and passing an anode gas of each tank;
When starting the fuel cell, based on the size relationship of the volume of each tank, a pressure regulator control unit that opens each pressure regulator, and
Including fuel cell system.
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