JP2015185437A - Control device for fuel cell system, and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池システムの制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a fuel cell system.
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の入口に連結された燃料ガス供給路と、燃料ガス供給路内に配置され、燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料ガス供給器と、燃料電池スタックから流出した燃料ガスを燃料ガス供給路に戻すために燃料ガス通路の出口と燃料ガス供給路を互いに連結する燃料ガス戻し通路と、燃料ガス戻し通路内に配置され、燃料ガスから水分を分離して貯蔵する気液分離器と、気液分離器内に貯蔵されている水分を気液分離器から排出するための水分排出路と、水分排出路内に配置された水分排出弁と、を備え、水分排出弁を一時的に開弁して気液分離器から水分を排出させるようにした、燃料電池システムの制御装置が公知である。 A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, a fuel gas supply path connected to an inlet of a fuel gas path formed in the fuel cell stack, and a fuel gas supply path A fuel gas supply device for supplying fuel gas to the fuel cell stack, and a fuel for connecting the outlet of the fuel gas passage and the fuel gas supply passage to return the fuel gas flowing out of the fuel cell stack to the fuel gas supply passage A gas return passage, a gas-liquid separator that is disposed in the fuel gas return passage and separates and stores moisture from the fuel gas, and for discharging moisture stored in the gas-liquid separator from the gas-liquid separator And a water discharge valve disposed in the water discharge passage, wherein the water discharge valve is temporarily opened to discharge water from the gas-liquid separator. Control device It is known.
水分排出弁が開弁されると、水分と共に燃料ガスも気液分離器から流出するおそれがある。このため、気液分離器に貯蔵されている水分量が少ないときには水分排出弁を閉弁し続け、水分貯蔵量が多くなったときに水分排出弁を開弁するのが好ましい。これを達成するためには、気液分離器に貯蔵されている水分量を正確に知る必要がある。そこで、気液分離器から流出する水分の量を検出する水分量センサを設け、水分排出弁を微小時間だけ開弁させたときに気液分離器から流出する水分量を水分量センサにより検出し、検出された水分量に基づいて気液分離器に貯蔵されている水分量を推定し、推定された水分貯蔵量に基づいて水分排出弁の開弁時期を決定する、燃料電池システムの制御装置が公知である(特許文献1参照)。 When the moisture discharge valve is opened, fuel gas may flow out of the gas-liquid separator together with moisture. For this reason, it is preferable to keep the water discharge valve closed when the amount of water stored in the gas-liquid separator is small, and to open the water discharge valve when the amount of stored water increases. In order to achieve this, it is necessary to accurately know the amount of water stored in the gas-liquid separator. Therefore, a moisture sensor is provided to detect the amount of moisture flowing out of the gas-liquid separator, and the amount of moisture flowing out of the gas-liquid separator when the moisture discharge valve is opened for a very short time is detected by the moisture sensor. A control device for a fuel cell system that estimates the amount of water stored in the gas-liquid separator based on the detected amount of water and determines the opening timing of the water discharge valve based on the estimated amount of stored water Is known (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1では、水分量センサを設ける必要があり、また、検出された水分量と気液分離器に貯蔵されている水分量との関係を示すマップをあらかじめ作成しておく必要もある。すなわち、水分排出弁の適切な開閉制御を行うために多大なコスト及び手間を要するおそれがある。 However, in Patent Document 1, it is necessary to provide a moisture sensor, and it is also necessary to create a map indicating the relationship between the detected moisture content and the moisture content stored in the gas-liquid separator in advance. . That is, there is a possibility that a great deal of cost and labor may be required to perform proper opening / closing control of the moisture discharge valve.
本発明の一観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の入口に連結された燃料ガス供給路と、燃料ガス供給路内に配置され、燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料ガス供給器と、燃料電池スタックから流出した燃料ガスを燃料ガス供給路に戻すために燃料ガス通路の出口と燃料ガス供給路を互いに連結する燃料ガス戻し通路と、燃料ガス戻し通路内に配置され、燃料ガスから水分を分離して貯蔵する気液分離器と、気液分離器内に貯蔵されている水分を気液分離器から排出するための水分排出路と、水分排出路内に配置された水分排出弁と、を備え、水分排出弁を一時的に開弁して気液分離器から水分を排出させるようにした、燃料電池システムの制御装置であって、燃料ガス供給器が燃料ガスを間欠的に供給することにより、燃料ガス供給器から燃料電池スタックを経て気液分離器に到る燃料ガス流路内に圧力脈動が生じており、燃料ガス流路内の圧力ピーク値を検出する圧力センサを更に備え、圧力ピーク値があらかじめ定められた上限値よりも大きくなったときに水分排出弁を開弁し、水分排出弁の開弁時に圧力ピーク値があらかじめ定められた下限値よりも小さくなったときに水分排出弁を閉弁する、燃料電池システムの制御装置が提供される。
本発明の別の観点によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の入口に連結された燃料ガス供給路と、燃料ガス供給路内に配置され、燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料ガス供給器と、燃料電池スタックから流出した燃料ガスを燃料ガス供給路に戻すために燃料ガス通路の出口と燃料ガス供給路を互いに連結する燃料ガス戻し通路と、燃料ガス戻し通路内に配置され、燃料ガスから水分を分離して貯蔵する気液分離器と、気液分離器内に貯蔵されている水分を気液分離器から排出するための水分排出路と、水分排出路内に配置された水分排出弁と、を備え、水分排出弁を一時的に開弁して気液分離器から水分を排出させるようにした、燃料電池システムの制御方法であって、燃料ガス供給器が燃料ガスを間欠的に供給することにより、燃料ガス供給器から燃料電池スタックを経て気液分離器に到る燃料ガス流路内に圧力脈動が生じており、圧力センサにより検出された燃料ガス流路内の圧力ピーク値があらかじめ定められた上限値よりも大きくなったときに水分排出弁を開弁し、その後、圧力ピーク値があらかじめ定められた下限値よりも小さくなったときに水分排出弁を閉弁する、燃料電池システムの制御方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a fuel gas supply connected to an inlet of a fuel gas passage formed in the fuel cell stack. A fuel gas supply device that is disposed in the fuel gas supply channel and supplies the fuel gas to the fuel cell stack; and an outlet of the fuel gas channel for returning the fuel gas flowing out of the fuel cell stack to the fuel gas supply channel. A fuel gas return passage that connects the fuel gas supply paths to each other, a gas-liquid separator that is disposed in the fuel gas return passage and separates and stores moisture from the fuel gas, and moisture stored in the gas-liquid separator A water discharge path for discharging gas from the gas-liquid separator, and a water discharge valve disposed in the water discharge path, and the water discharge valve is temporarily opened to discharge water from the gas-liquid separator. Let the fire burn A control device for a battery system, in which a fuel gas supplier intermittently supplies fuel gas, thereby causing pressure pulsation in the fuel gas flow path from the fuel gas supplier to the gas-liquid separator through the fuel cell stack. A pressure sensor that detects the pressure peak value in the fuel gas flow path, and opens the moisture discharge valve when the pressure peak value exceeds a predetermined upper limit value. There is provided a control device for a fuel cell system, which closes a water discharge valve when a pressure peak value becomes smaller than a predetermined lower limit value when the valve is opened.
According to another aspect of the present invention, a fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a fuel gas connected to an inlet of a fuel gas passage formed in the fuel cell stack A supply passage, a fuel gas supply device disposed in the fuel gas supply passage, for supplying the fuel gas to the fuel cell stack, and an outlet of the fuel gas passage for returning the fuel gas flowing out of the fuel cell stack to the fuel gas supply passage A fuel gas return passage that connects the fuel gas supply passage to each other, a gas-liquid separator that is disposed in the fuel gas return passage and separates and stores moisture from the fuel gas, and is stored in the gas-liquid separator A moisture discharge passage for discharging moisture from the gas-liquid separator; and a moisture discharge valve disposed in the moisture discharge passage. The moisture discharge valve is temporarily opened to remove moisture from the gas-liquid separator. I tried to drain it, A fuel cell system control method in which a fuel gas supplier intermittently supplies fuel gas, whereby pressure is applied in the fuel gas flow path from the fuel gas supplier through the fuel cell stack to the gas-liquid separator. When the pulsation has occurred and the pressure peak value in the fuel gas flow path detected by the pressure sensor becomes larger than a predetermined upper limit value, the water discharge valve is opened. Provided is a control method for a fuel cell system, which closes a water discharge valve when it becomes smaller than a predetermined lower limit value.
水分排出弁の適切な開閉制御を簡単な構成でもって行うことができる。 Appropriate opening / closing control of the moisture discharge valve can be performed with a simple configuration.
図1を参照すると、燃料電池システムAは燃料電池スタック10を備える。燃料電池スタック10は積層方向に互いに積層された複数の燃料電池単セルを備える。各燃料電池単セルは膜電極接合体20を含む。膜電極接合体20は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。
Referring to FIG. 1, the fuel cell system A includes a
燃料電池単セルのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、燃料電池スタック10の電極を構成する。燃料電池スタック10の電極はDC/DCコンバータ11を介してインバータ12に電気的に接続され、インバータ12はモータジェネレータ13に電気的に接続される。また、燃料電池システムAは蓄電器14を備えており、この蓄電器14はDC/DCコンバータ15を介して上述のインバータ12に電気的に接続される。DC/DCコンバータ11は燃料電池スタック10からの電圧を高めてインバータ12に送るためのものであり、インバータ12はDC/DCコンバータ11又は蓄電器14からの直流電流を交流電流に変換するためのものである。DC/DCコンバータ15は燃料電池スタック10又はモータジェネレータ13から蓄電器14への電圧を低くし、又は蓄電器14からモータジェネレータ13への電圧を高くするためのものである。なお、図1に示される燃料電池システムAでは蓄電器14はバッテリから構成される。
The anode electrode and the cathode electrode of the single fuel cell are electrically connected in series, and constitute an electrode of the
また、燃料電池単セル内には、アノード極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路と、カソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流通路と、燃料電池単セルに冷却水を供給するための冷却水流通路とがそれぞれ形成される。複数の燃料電池単セルの燃料ガス流通路、酸化剤ガス流通路、及び冷却水流通路をそれぞれ直列に接続することにより、燃料電池スタック10には燃料ガス通路30、酸化剤ガス通路40、及び冷却水通路50がそれぞれ形成される。
Further, in the single fuel cell, a fuel gas flow passage for supplying fuel gas to the anode electrode, an oxidant gas flow passage for supplying oxidant gas to the cathode electrode, and cooling water to the single fuel cell cell. A cooling water flow passage for supply is formed. By connecting the fuel gas flow passage, the oxidant gas flow passage, and the cooling water flow passage of the plurality of fuel cell single cells in series, the
燃料ガス通路30の入口には燃料ガス供給路31が連結され、燃料ガス供給路31は燃料ガス源32に連結される。本発明による実施例では燃料ガスは水素から形成され、燃料ガス源32は水素タンクから形成される。燃料ガス供給路31内には上流側から順に、遮断弁33と、燃料ガス供給路31内の燃料ガスの圧力を調整するレギュレータ34と、燃料ガス源32からの燃料ガスを燃料電池スタック10に供給するための燃料ガス供給器、例えば燃料ガスインジェクタ35と、が配置される。別の実施例では、複数の燃料ガスインジェクタが設けられ、これら燃料ガスインジェクタは燃料ガス供給路31内に互いに並列に配置される。一方、燃料ガス通路30の出口には燃料ガス戻し通路36が連結され、この燃料ガス戻し通路36は例えばレギュレータ34と燃料ガスインジェクタ35との間の燃料ガス供給路31に連結される。燃料ガス戻し通路36内には上流側から順に、燃料ガスから水分を分離して貯蔵する気液分離器37と、気液分離器37からの燃料ガスを燃料ガス供給路31に送り込む燃料ガス戻しポンプ38と、が配置される。別の実施例では、気液分離器37は燃料電池スタック10の燃料ガス通路30の出口に取り付けられる。遮断弁33が開弁されかつ燃料ガスインジェクタ35が開弁されると、燃料ガス源32内の燃料ガスが燃料ガス供給路31を介して燃料電池スタック10内の燃料ガス通路30内に供給される。このとき燃料ガス通路30から流出する余剰の燃料ガスは燃料ガス戻し通路36を介して気液分離器37に流入する。気液分離器37において水分ないし液体が分離された燃料ガスは燃料ガス戻し通路36を介して燃料ガス供給路31に戻される。したがって、燃料ガス源32からの燃料ガスと燃料ガス戻し通路36からの燃料ガスとの混合体が燃料ガスインジェクタ35から燃料電池スタック10に供給される。
A fuel
図1に示される実施例では、気液分離器37は分離室37cを備えている。分離室37cの頂部には、上述の燃料ガス戻し通路36が連通される。一方、分離室37cの底部には水分排出路37pが連結され、水分排出路37p内には水分排出弁37vが配置される。燃料電池スタック10から流出した燃料ガスが分離室37c内に流入すると、燃料ガスから水分が分離される。水分が分離された燃料ガスは分離室37cの頂部を通り、燃料ガス戻し通路36を介して燃料ガス供給路31に戻される。一方、燃料ガスから分離された水分は分離室37cの底部に貯蔵される。この場合、分離室37cの底部に水分貯蔵部が形成され、水分貯蔵部の上方に燃料ガスで満たされた容積部が形成されているという見方もできる。水分排出弁37vが開弁されると、水分貯蔵部37bに貯蔵された水分が水分排出路37pを介して気液分離器37外に排出される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the gas-
ここで、燃料ガスインジェクタ35から燃料電池スタック10を経て気液分離器37に到る燃料ガスの流路を燃料ガス流路と称すると、燃料ガス流路内の圧力である燃料ガス圧力PFGを検出するための圧力センサ39が燃料ガス流路内に取り付けられる。図1に示される燃料電池システムAでは、圧力センサ39は燃料ガスインジェクタ35下流の燃料ガス供給路31に取り付けられる。別の実施例では、気液分離器37上流の燃料ガス戻し通路36に圧力センサ39が取り付けられる。更に別の実施例では、燃料電池スタック10内の燃料ガス通路30に圧力センサ39が取り付けられる。なお、厳密には、燃料ガスインジェクタ35下流の燃料ガス供給路31内の圧力、燃料電池スタック10内の燃料ガス通路30内の圧力、及び気液分離器37上流の燃料ガス戻し通路36内の圧力が互いに異なる場合もある。
Here, when the flow path of the fuel gas from the
また、酸化剤ガス通路40の入口には酸化剤ガス供給路41が連結され、酸化剤ガス供給路41は酸化剤ガス源42に連結される。本発明による実施例では酸化剤ガスは空気から形成され、酸化剤ガス源42は大気から形成される。酸化剤ガス供給路41内には上流側から順に、エアクリーナ43と、酸化剤ガスを圧送する酸化剤ガス供給器ないしコンプレッサ44と、コンプレッサ44から燃料電池スタック10に送られる酸化剤ガスを冷却するためのインタークーラ45と、が配置される。一方、酸化剤ガス通路40の出口にはカソードオフガス通路46が連結される。コンプレッサ44が駆動されると、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給路41を介して燃料電池スタック10内の酸化剤ガス通路40内に供給される。このとき酸化剤ガス通路40から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス通路46内に流入する。カソードオフガス通路46内にはカソードオフガス通路46内を流れるカソードオフガスの量を制御するカソードオフガス制御弁47が配置される。
An oxidant
更に図1を参照すると、冷却水通路50の入口には冷却水循環路51の一端が連結され、冷却水循環路51の出口には冷却水循環路51の他端が連結される。冷却水循環路51内には冷却水を圧送する冷却水ポンプ52と、ラジエータ53とが配置される。ラジエータ53上流の冷却水循環路51と、ラジエータ53と冷却水ポンプ52間の冷却水循環路51とはラジエータバイパス通路54により互いに連結される。また、ラジエータバイパス通路54内を流れる冷却水量を制御するラジエータバイパス制御弁55が設けられる。図1に示される燃料電池システムAではラジエータバイパス制御弁55は三方弁から形成され、ラジエータバイパス通路54の出口に配置される。冷却水ポンプ52が駆動されると、冷却水ポンプ52から吐出された冷却水は冷却水循環路51を介して燃料電池スタック10内の冷却水通路50内に流入し、次いで冷却水通路50を通って冷却水循環路51内に流入し、ラジエータ53又はラジエータバイパス通路54を介して冷却水ポンプ52に戻る。
Further, referring to FIG. 1, one end of the cooling
電子制御ユニット60はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス61によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)62、RAM(ランダムアクセスメモリ)63、CPU(マイクロプロセッサ)64、入力ポート65及び出力ポート66を具備する。上述した圧力センサ39の出力信号は対応するAD変換器67を介して入力ポート65に入力される。一方、出力ポート66は対応する駆動回路68を介してDC/DCコンバータ11、インバータ12、モータジェネレータ13、DC/DCコンバータ15、遮断弁33、レギュレータ34、燃料ガスインジェクタ35、水分排出弁37v、燃料ガス戻しポンプ38、コンプレッサ44、カソードオフガス制御弁47、冷却水ポンプ52、及びラジエータバイパス制御弁55に電気的に接続される。
The
燃料電池スタック10で発電すべきときには遮断弁33及び燃料ガスインジェクタ35が開弁され、燃料ガスが燃料電池スタック10に供給される。また、コンプレッサ44が駆動され、酸化剤ガスが燃料電池スタック10に供給される。その結果、燃料電池スタック10において電気化学反応(O2+4H++4e−→2H2O)が起こり、電気エネルギが発生される。この発生された電気エネルギはモータジェネレータ13に送られる。その結果、モータジェネレータ13が車両駆動用の電気モータとして作動され、車両が駆動される。一方、例えば車両制動時にはモータジェネレータ13が回生装置として作動し、このとき回生された電気エネルギは蓄電器14に蓄えられる。
When power generation is to be performed in the
燃料電池スタック10で上述の電気化学反応が起こると、燃料電池スタック10のカソード極において水分が発生する。この水分の一部は膜電極接合体20を通過して燃料ガス通路30に到り、燃料ガスと共に燃料ガス戻し通路36内に流入する。燃料ガスが水分を含んだまま燃料ガス供給路31に戻されると、水分が燃料電池スタック10に供給されてしまう。そこで図1に示される燃料電池システムAでは、燃料電池スタック10から流出する燃料ガスから水分を分離除去するために、燃料ガス戻し通路36内に気液分離器37を設けている。このようにすると、燃料電池スタック10に水分が戻されるのを抑制しつつ燃料ガスを有効に利用することができる。
When the above-described electrochemical reaction occurs in the
ところで、図1に示される実施例では、燃料ガスインジェクタ35は燃料ガス通路と弁体とを有しており、この弁体が燃料ガス通路を開放すると、すなわち燃料ガスインジェクタ35が開弁されると、燃料ガスが燃料ガスインジェクタ35から供給され、弁体が燃料ガス通路を遮断すると、すなわち燃料ガスインジェクタ35が閉弁されると、燃料ガスインジェクタ35からの燃料ガスの供給が停止される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
また、図1に示される実施例では、燃料ガスインジェクタ35は間欠的に開弁され、したがって燃料ガスインジェクタ35から燃料電池スタック10に燃料ガスが間欠的に供給される。すなわち、図2に示されるように、燃料ガスインジェクタ35は開弁時間tOPだけ開弁され、次いで閉弁時間tCLだけ閉弁され、これらが繰り返される。なお、一定の周期時間tCYCに対する開弁時間tOPの割合(=tOP/tCYC)、すなわちデューティ比を変更することにより、燃料ガスインジェクタ35から供給される燃料ガス量が変更される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
この場合、図2に示されるように、燃料ガスインジェクタ35が開弁されると、上述した燃料ガス圧力PFGが次第に上昇する。これに対し、燃料ガスインジェクタ35が閉弁されると、燃料電池スタック10で水素ガスが消費されるのに伴い燃料ガス圧力PFGが次第に低下する。このように燃料ガス圧力PFGは脈動する。なお、図2において、PFGPは燃料ガス圧力PFGのピーク値を表している。
In this case, as shown in FIG. 2, when the
一方、上述したように燃料ガス戻し通路36は気液分離器37の分離室37cの頂部に連通されており、分離室37cの頂部には一定の容積部が形成されている。その結果、分離室37cはバッファとして作用し、燃料ガス圧力の脈動を抑制することができる。この場合の圧力脈動抑制作用は気液分離器37内に貯蔵されている水分量に依存する。すなわち、気液分離器37内に貯蔵されている水分量が少ないときには、容積部の容積が大きいので、燃料ガス圧力PFGの脈動が良好に抑制される。したがって、図3(A)に示されるように、圧力ピーク値PFGPが小さくなる。あるいは、燃料ガス圧力PFGの振幅が小さくなる。これに対し、気液分離器37内に貯蔵されている水分量が多いときには容積部の容積が小さいので、燃料ガス圧力の脈動PFGが抑制されにくい。したがって、図3(B)に示されるように、圧力ピーク値PFGPが大きくなる。あるいは、燃料ガス圧力PFGの振幅が大きくなる。
On the other hand, as described above, the fuel
図4は、気液分離器37内の水分貯蔵量QSWと圧力ピーク値PFGPとの関係を示している。図4からわかるように、水分貯蔵量QSWが多くなるにつれて圧力ピーク値PFGPが大きくなる。このように、圧力ピーク値PFGPは水分貯蔵量QSWを表している。
FIG. 4 shows the relationship between the water storage amount QSW in the gas-
図4に示されるように、水分貯蔵量QSWがあらかじめ定められた下限量QSWLのときに圧力ピーク値PFGPは下限値PFGPLとなり、水分貯蔵量QSWがあらかじめ定められた上限量QSWLのときに圧力ピーク値PFGPは上限値PFGPUとなる。 As shown in FIG. 4, when the water storage amount QSW is a predetermined lower limit amount QSWL, the pressure peak value PFGP becomes the lower limit value PFGPL, and when the water storage amount QSW is a predetermined upper limit amount QSWL, the pressure peak The value PFGP is the upper limit value PFGPU.
そこで図1に示される燃料電池システムAでは、水分貯蔵量QSWが上限量QSWLよりも多くなったとき、すなわち圧力ピーク値PFGPが上限値PFGPUよりも大きくなったときに、水分排出弁37vを開弁するようにしている。また、水分排出弁37vの開弁時に、水分貯蔵量QSWが下限量QSWLよりも少なくなったとき、すなわち圧力ピーク値PFGPが下限値PFGPLよりも小さくなったときに、水分排出弁37vを閉弁するようにしている。
Therefore, in the fuel cell system A shown in FIG. 1, when the water storage amount QSW is larger than the upper limit amount QSWL, that is, when the pressure peak value PFGP is larger than the upper limit value PFGPU, the
すなわち、図5に示されるように、時間t1において圧力ピーク値PFGPが上限値PFGPUよりも大きくなると、水分排出弁37vが開弁される。その結果、水分貯蔵量QSWが減少し、圧力ピーク値PFGPが低下する。次いで、時間t2において圧力ピーク値PFGPが下限値PFGPLよりも小さくなると、水分排出弁37vが閉弁される。
That is, as shown in FIG. 5, when the pressure peak value PFGP becomes larger than the upper limit value PFGPU at time t1, the
このようにすると、水分排出弁37vを開弁すべきときに水分排出弁37vを開弁することができ、水分排出弁37vを閉弁すべきときに水分排出弁37vを閉弁することができる。すなわち、水分排出弁37vの開閉制御を適切に行うことができる。
In this way, the
ここで、圧力センサ39は通常、燃料電池システムAに設けられる。したがって、図1に示される実施例では、水分排出弁37vの開閉制御のために追加の要素を必要としない。すなわち、水分排出弁37vの適切な開閉制御を簡単な構成でもって行うことができる。
Here, the
燃料ガス圧力PFGないし圧力ピーク値PFGPは燃料電池スタック10に送り込まれる燃料ガスの量に応じて変動し、燃料電池スタック10に送り込まれる燃料ガス量は燃料電池システムAの負荷ないし要求発電量に応じて変動する。そこで図1に示される燃料電池システムAでは、上述の上限値PFGPU及び下限値PFGPLが燃料電池システムAの負荷に応じて設定される。すなわち、上限値PFGPU及び下限値PFGPLは燃料電池システムAの負荷Lの関数として図6に示されるマップの形であらかじめROM62内に記憶されている。図6の例では、負荷Lが高くなるにつれて、上限値PFGPU及び下限値PFGPLはそれぞれ大きくなる。
The fuel gas pressure PFG or the pressure peak value PFGP varies according to the amount of fuel gas sent to the
図7は上述した水分排出弁37vの開閉制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図7を参照すると、ステップ100では圧力ピーク値PFGPが読み込まれる。続くステップ101では、現在、水分排出弁37vが開弁しているか否かが判別される。水分排出弁37vが閉弁しているときには次いでステップ102に進み、図6のマップを用いて上限値PFGPUが算出される。続くステップ103では、圧力ピーク値PFGPが上限値PFGPUよりも大きいか否かが判別される。PFGP≦PFGPUのときには処理サイクルを終了する。PFGP>PFGPUのときにはステップ103からステップ104に進み、水分排出弁37vが開弁される。
FIG. 7 shows a routine for executing the above-described opening / closing control of the
Referring to FIG. 7, in
水分排出弁37vが開弁されているときにはステップ101からステップ105に進み、図6のマップを用いて下限値PFGPLが算出される。続くステップ106では、圧力ピーク値PFGPが下限値PFGPLよりも小さいか否かが判別される。PFGP≧PFGPLのときには処理サイクルを終了する。PFGP<PFGPLのときにはステップ106からステップ107に進み、水分排出弁37vが閉弁される。
When the
これまで述べてきた本発明による実施例では、燃料ガス戻し通路36が燃料ガスインジェクタ35上流の燃料ガス供給路31に連結され、燃料ガス戻しポンプ38を用いて燃料ガスが燃料ガス供給路31に戻される。別の実施例では、燃料ガスインジェクタ35が、燃料ガスを噴射することにより負圧室内に負圧を発生するインジェクタから構成され、燃料ガス戻し通路36がこの負圧室内に連結される。その結果、燃料ガスインジェクタ35から燃料ガスが噴射されると、燃料ガス戻し通路36を介して燃料ガスが吸引され、燃料ガス供給路31に戻される。この場合、燃料ガス戻しポンプを必要としない。
In the embodiments according to the present invention described so far, the fuel
A 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
30 燃料ガス通路
31 燃料ガス供給路
35 燃料ガスインジェクタ
36 燃料ガス戻し通路
37 気液分離器
37p 水分排出路
37v 水分排出弁
39 圧力センサ
A
Claims (2)
燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の入口に連結された燃料ガス供給路と、
燃料ガス供給路内に配置され、燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料ガス供給器と、
燃料電池スタックから流出した燃料ガスを燃料ガス供給路に戻すために燃料ガス通路の出口と燃料ガス供給路を互いに連結する燃料ガス戻し通路と、
燃料ガス戻し通路内に配置され、燃料ガスから水分を分離して貯蔵する気液分離器と、
気液分離器内に貯蔵されている水分を気液分離器から排出するための水分排出路と、
水分排出路内に配置された水分排出弁と、
を備え、水分排出弁を一時的に開弁して気液分離器から水分を排出させるようにした、燃料電池システムの制御装置であって、
燃料ガス供給器が燃料ガスを間欠的に供給することにより、燃料ガス供給器から燃料電池スタックを経て気液分離器に到る燃料ガス流路内に圧力脈動が生じており、
燃料ガス流路内の圧力ピーク値を検出する圧力センサを更に備え、
圧力ピーク値があらかじめ定められた上限値よりも大きくなったときに水分排出弁を開弁し、
水分排出弁の開弁時に圧力ピーク値があらかじめ定められた下限値よりも小さくなったときに水分排出弁を閉弁する、
燃料電池システムの制御装置。 A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A fuel gas supply path connected to an inlet of a fuel gas path formed in the fuel cell stack;
A fuel gas supplier that is disposed in the fuel gas supply path and supplies the fuel gas to the fuel cell stack;
A fuel gas return passage connecting the outlet of the fuel gas passage and the fuel gas supply passage to each other to return the fuel gas flowing out of the fuel cell stack to the fuel gas supply passage;
A gas-liquid separator disposed in the fuel gas return passage to separate and store moisture from the fuel gas;
A water discharge passage for discharging water stored in the gas-liquid separator from the gas-liquid separator;
A water discharge valve disposed in the water discharge path;
A control device for a fuel cell system, wherein the water discharge valve is temporarily opened to discharge water from the gas-liquid separator,
When the fuel gas supply device intermittently supplies the fuel gas, pressure pulsation occurs in the fuel gas flow path from the fuel gas supply device to the gas-liquid separator through the fuel cell stack,
A pressure sensor for detecting a pressure peak value in the fuel gas flow path;
When the pressure peak value becomes larger than the predetermined upper limit value, the moisture discharge valve is opened,
Closes the water discharge valve when the pressure peak value becomes smaller than a predetermined lower limit value when the water discharge valve opens.
Control device for fuel cell system.
燃料電池スタック内に形成された燃料ガス通路の入口に連結された燃料ガス供給路と、
燃料ガス供給路内に配置され、燃料ガスを燃料電池スタックに供給する燃料ガス供給器と、
燃料電池スタックから流出した燃料ガスを燃料ガス供給路に戻すために燃料ガス通路の出口と燃料ガス供給路を互いに連結する燃料ガス戻し通路と、
燃料ガス戻し通路内に配置され、燃料ガスから水分を分離して貯蔵する気液分離器と、
気液分離器内に貯蔵されている水分を気液分離器から排出するための水分排出路と、
水分排出路内に配置された水分排出弁と、
を備え、水分排出弁を一時的に開弁して気液分離器から水分を排出させるようにした、燃料電池システムの制御方法であって、
燃料ガス供給器が燃料ガスを間欠的に供給することにより、燃料ガス供給器から燃料電池スタックを経て気液分離器に到る燃料ガス流路内に圧力脈動が生じており、
圧力センサにより検出された燃料ガス流路内の圧力ピーク値があらかじめ定められた上限値よりも大きくなったときに水分排出弁を開弁し、
その後、圧力ピーク値があらかじめ定められた下限値よりも小さくなったときに水分排出弁を閉弁する、
燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A fuel gas supply path connected to an inlet of a fuel gas path formed in the fuel cell stack;
A fuel gas supplier that is disposed in the fuel gas supply path and supplies the fuel gas to the fuel cell stack;
A fuel gas return passage connecting the outlet of the fuel gas passage and the fuel gas supply passage to each other to return the fuel gas flowing out of the fuel cell stack to the fuel gas supply passage;
A gas-liquid separator disposed in the fuel gas return passage to separate and store moisture from the fuel gas;
A water discharge passage for discharging water stored in the gas-liquid separator from the gas-liquid separator;
A water discharge valve disposed in the water discharge path;
A method for controlling the fuel cell system, wherein the water discharge valve is temporarily opened to discharge water from the gas-liquid separator,
When the fuel gas supply device intermittently supplies the fuel gas, pressure pulsation occurs in the fuel gas flow path from the fuel gas supply device to the gas-liquid separator through the fuel cell stack,
When the pressure peak value in the fuel gas flow path detected by the pressure sensor becomes larger than a predetermined upper limit value, the moisture discharge valve is opened,
After that, when the pressure peak value becomes smaller than a predetermined lower limit value, the moisture discharge valve is closed.
Control method of fuel cell system.
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