JP2015220195A - Control method of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a fuel cell system.
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。そのため、燃料電池はカルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜電極接合体を基本構造とする単セルを複数積層して構成されている。 A fuel cell directly converts chemical energy into electrical energy by supplying fuel and an oxidant to two electrically connected electrodes and causing the fuel to be oxidized electrochemically. Therefore, since the fuel cell is not subject to the Carnot cycle, it exhibits high energy conversion efficiency. A fuel cell is usually configured by laminating a plurality of single cells having a basic structure of a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes.
特許文献１には、無加湿条件か高温条件の、少なくともいずれか一方の条件下で運転される燃料電池システムであって、燃料電池は、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路が、燃料ガスと酸化剤ガスの流れ方向が互いに対向するようにそれぞれ配置され、且つ、酸化剤ガス流路入口近傍の水分量の判定手段と、判定手段において酸化剤ガス流路入口近傍の水分量が不足していると判定された場合に、燃料ガス流量を増加させるか、又は燃料ガス圧力を減少させるかの少なくともいずれか一方の操作によって、酸化剤ガス流路入口近傍の水分量を増加させる燃料ガス制御手段を備えることを特徴とする、燃料電池システムが開示されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell system that is operated under at least one of a non-humidified condition and a high temperature condition, and the fuel cell includes a fuel gas channel and an oxidant gas channel. And the oxidant gas flow direction in the vicinity of the oxidant gas flow path inlet and the determination means for the water content in the vicinity of the oxidant gas flow path inlet, Fuel gas control to increase the amount of moisture near the oxidant gas flow path inlet by increasing the fuel gas flow rate or decreasing the fuel gas pressure when it is determined that Disclosed is a fuel cell system comprising means.
しかしながら、特許文献１に示す従来の燃料電池システムでは、乾燥による燃料電池性能の低下時に、燃料極側で、燃料ガス排出弁の開閉による圧力の制御を行い燃料電池の性能を回復させているが、燃料ガス排出弁を開けることにより燃料ガスの無駄が発生することを考慮しておらず、燃費が悪いという問題がある。
本発明は上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、本発明の目的は、燃料ガスを節約し、かつ、燃料電池の性能を回復させることができる燃料電池システムの制御方法を提供することである。
However, in the conventional fuel cell system shown in Patent Document 1, when the fuel cell performance is reduced due to drying, the pressure of the fuel electrode side is controlled by opening and closing the fuel gas discharge valve to restore the fuel cell performance. There is a problem in that fuel efficiency is poor because the waste of fuel gas is not taken into account by opening the fuel gas discharge valve.
The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control method for a fuel cell system that can save fuel gas and restore the performance of the fuel cell. is there.
本発明の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池セルを複数備えるセル集合部と、該セル集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、燃料ガスの排出流量を調整する燃料ガス排出弁を有し、該セル集合部から燃料ガスを排出する燃料ガス排出部と、を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池セルの燃料極の乾燥の程度と相関する電気的特性値を測定し、得られた測定値が、所定値によって定められた許容範囲外であるか否かを判断する、判断工程と、
前記判断工程において前記測定値が、許容範囲外であると判断された場合に、前記測定値を許容範囲内にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する、算出工程と、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量以下である場合に、前記燃料ガス排出弁を閉じた状態で、前記要求燃料ガス流量以上の流量で前記燃料ガスを供給し、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量を超える場合に、前記要求燃料ガス流量と前記最大供給流量との差分流量を算出し、前記燃料ガス排出弁を開くことによって、前記差分流量以上の排出流量で前記燃料ガスを排出する、流量調整工程と、を有することを特徴とする。
A control method for a fuel cell system according to the present invention includes a cell assembly portion including a plurality of fuel cells, a fuel gas supply portion that supplies fuel gas to the cell assembly portion, and a fuel gas discharge valve that adjusts the discharge flow rate of the fuel gas A fuel gas discharge unit that discharges fuel gas from the cell assembly, and a control method for a fuel cell system,
A determination step of measuring an electrical characteristic value that correlates with a degree of drying of the fuel electrode of the fuel cell, and determining whether the obtained measurement value is outside an allowable range determined by a predetermined value; ,
A calculation step of calculating a required fuel gas flow rate required to bring the measurement value within the allowable range when the measurement value is determined to be outside the allowable range in the determination step;
When the required fuel gas flow rate is less than or equal to the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the fuel gas is supplied at a flow rate equal to or higher than the required fuel gas flow rate with the fuel gas discharge valve closed.
When the required fuel gas flow rate exceeds the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the difference flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate is calculated, and the fuel gas discharge valve is opened to open the difference And a flow rate adjusting step of discharging the fuel gas at a discharge flow rate equal to or higher than the flow rate.
本発明によれば、燃料ガスを節約し、かつ、燃料電池の性能を回復させることができる。 According to the present invention, fuel gas can be saved and the performance of the fuel cell can be recovered.
本発明の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池セルを複数備えるセル集合部と、該セル集合部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、燃料ガスの排出流量を調整する燃料ガス排出弁を有し、該セル集合部から燃料ガスを排出する燃料ガス排出部と、を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池セルの燃料極の乾燥の程度と相関する電気的特性値を測定し、得られた測定値が、所定値によって定められた許容範囲外であるか否かを判断する、判断工程と、
前記判断工程において前記測定値が、許容範囲外であると判断された場合に、前記測定値を許容範囲内にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する、算出工程と、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量以下である場合に、前記燃料ガス排出弁を閉じた状態で、前記要求燃料ガス流量以上の流量で前記燃料ガスを供給し、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量を超える場合に、前記要求燃料ガス流量と前記最大供給流量との差分流量を算出し、前記燃料ガス排出弁を開くことによって、前記差分流量以上の排出流量で前記燃料ガスを排出する、流量調整工程と、を有することを特徴とする。
A control method for a fuel cell system according to the present invention includes a cell assembly portion including a plurality of fuel cells, a fuel gas supply portion that supplies fuel gas to the cell assembly portion, and a fuel gas discharge valve that adjusts the discharge flow rate of the fuel gas A fuel gas discharge unit that discharges fuel gas from the cell assembly, and a control method for a fuel cell system,
A determination step of measuring an electrical characteristic value that correlates with a degree of drying of the fuel electrode of the fuel cell, and determining whether the obtained measurement value is outside an allowable range determined by a predetermined value; ,
A calculation step of calculating a required fuel gas flow rate required to bring the measurement value within the allowable range when the measurement value is determined to be outside the allowable range in the determination step;
When the required fuel gas flow rate is less than or equal to the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the fuel gas is supplied at a flow rate equal to or higher than the required fuel gas flow rate with the fuel gas discharge valve closed.
When the required fuel gas flow rate exceeds the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the difference flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate is calculated, and the fuel gas discharge valve is opened to open the difference And a flow rate adjusting step of discharging the fuel gas at a discharge flow rate equal to or higher than the flow rate.
得られた測定値を許容範囲内にするために必要とされる要求燃料ガス流量が燃料ガス供給部の最大供給流量以下である場合は、燃料ガス排出弁を閉じた状態で燃料ガス供給部により燃料ガスを供給することにより、燃料ガスを排出することなく燃料電池の性能を回復させることができる。
また、得られた測定値を許容範囲内にするために必要とされる要求燃料ガス流量が燃料ガス供給部の最大供給流量を超えた場合にのみ燃料ガス排出弁を開き、燃料ガスを排出することにより、従来は無駄に排出していた燃料ガスを節約し、かつ、燃料電池の性能を回復させることができる。
さらに、本発明は、セル集合部と燃料ガス供給部との間で燃料ガスを循環させる燃料ガス循環部がなくても行うことができるため、コスト及び搭載面で優れている。
If the required fuel gas flow rate required to bring the measured value within the allowable range is less than or equal to the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the fuel gas supply unit with the fuel gas discharge valve closed By supplying the fuel gas, the performance of the fuel cell can be recovered without discharging the fuel gas.
Also, the fuel gas discharge valve is opened and the fuel gas is discharged only when the required fuel gas flow rate required to bring the obtained measured value within the allowable range exceeds the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit. As a result, it is possible to save the fuel gas that has conventionally been wasted and to restore the performance of the fuel cell.
Furthermore, the present invention can be carried out without a fuel gas circulation part that circulates the fuel gas between the cell assembly part and the fuel gas supply part, and thus is excellent in cost and mounting.
図１は、本発明に用いる燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
図１に示す燃料電池システム１００は、セル集合部１と、燃料ガス供給部として燃料ガス供給装置２及び燃料ガス供給流路３と、燃料ガス排出部として燃料ガス排出流路４及び燃料ガス排出弁５と、酸化剤ガス供給部として酸化剤ガス供給装置６及び酸化剤ガス供給流路７と、酸化剤ガス排出部として酸化剤ガス排出流路８と、制御部９と、を備える。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system used in the present invention.
A fuel cell system 100 shown in FIG. 1 includes a cell assembly unit 1, a fuel gas supply device 2 and a fuel gas supply channel 3 as a fuel gas supply unit, and a fuel gas discharge channel 4 and a fuel gas discharge as a fuel gas discharge unit. The valve 5 includes an oxidant gas supply device 6 and an oxidant gas supply channel 7 as an oxidant gas supply unit, an oxidant gas discharge channel 8 as an oxidant gas discharge unit, and a control unit 9.
セル集合部１は、酸化剤極と、燃料極と、酸化剤極及び燃料極に挟持される電解質膜を備える膜電極接合体を備える燃料電池セルを複数備える。セル集合部１は、空気や酸素等の酸化剤ガス及び水素ガス等の燃料ガスの供給を受けて電力を発生する。
燃料電池セルは、膜電極接合体の燃料極側に燃料ガス流路を、酸化剤極側に酸化剤ガス流路を有する。燃料電池セルの燃料ガス流路と酸化剤ガス流路は、燃料ガスと酸化剤ガスの流れ方向が互いに対向するようにそれぞれ配置されていることが好ましい。燃料ガスと酸化剤ガスの流れ方向を対向させることにより、酸化剤極での電極反応で生じた水が、酸化剤ガスにより酸化剤ガス流路出口付近まで流された後、電解質膜を通じて燃料極側に流れ、当該水が燃料ガスにより燃料ガス流路入口付近から出口付近まで流される、いわゆるカウンターフロー効果が得られ、燃料電池セル内部の水循環を効率よく行い、燃料極側の電解質膜の乾燥を抑制することができるからである。
酸化剤極、燃料極、電解質膜は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
The cell assembly 1 includes a plurality of fuel cells each including an oxidant electrode, a fuel electrode, and a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane sandwiched between the oxidant electrode and the fuel electrode. The cell assembly 1 receives power from an oxidant gas such as air or oxygen and a fuel gas such as hydrogen gas to generate electric power.
The fuel battery cell has a fuel gas channel on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly and an oxidant gas channel on the oxidant electrode side. It is preferable that the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path of the fuel battery cell are respectively disposed so that the flow directions of the fuel gas and the oxidant gas face each other. By making the flow directions of the fuel gas and the oxidant gas face each other, the water generated by the electrode reaction at the oxidant electrode is caused to flow to the vicinity of the oxidant gas channel outlet by the oxidant gas, and then through the electrolyte membrane. The so-called counter flow effect is obtained in which the water flows from the vicinity of the fuel gas flow path to the vicinity of the outlet by the fuel gas, and the water circulation inside the fuel cell is efficiently performed, and the electrolyte membrane on the fuel electrode side is dried. It is because it can suppress.
The oxidant electrode, the fuel electrode, and the electrolyte membrane are not particularly limited, and conventionally known ones can be used.
燃料ガス供給部は、セル集合部１に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置２及び燃料ガス供給流路３を有する。燃料ガス供給装置２としては、例えば、液体水素タンク、圧縮水素タンク等を用いることができる。
燃料ガス排出部は、少なくともセル集合部１から排出される燃料ガスの排出流量を調整する燃料ガス排出弁５を有し、必要に応じ、燃料ガス排出流路４を有する。燃料ガス排出流路４を有することにより、燃料ガス供給部の最大供給流量を向上させることができる。燃料ガス排出部が燃料ガス排出弁５のみで構成される場合、燃料ガス排出弁５はセル集合部１の燃料ガス排出口に直接配置することができる。
なお、燃料電池システム１００は、燃料ガス排出流路４及び燃料ガス供給流路３を連結し、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路及び燃料ガス循環流路上に配置された燃料ガス循環装置を有する燃料ガス循環部が設けられていてもよい。燃料ガス循環装置としては、循環用ポンプ等が挙げられる。
The fuel gas supply unit includes a fuel gas supply device 2 and a fuel gas supply channel 3 for supplying fuel gas to the cell assembly 1. As the fuel gas supply device 2, for example, a liquid hydrogen tank, a compressed hydrogen tank, or the like can be used.
The fuel gas discharge part has at least a fuel gas discharge valve 5 that adjusts the discharge flow rate of the fuel gas discharged from the cell assembly part 1, and has a fuel gas discharge channel 4 as necessary. By having the fuel gas discharge channel 4, the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit can be improved. In the case where the fuel gas discharge part is constituted only by the fuel gas discharge valve 5, the fuel gas discharge valve 5 can be arranged directly at the fuel gas discharge port of the cell assembly part 1.
The fuel cell system 100 includes a fuel gas circulation channel connected to the fuel gas discharge channel 4 and the fuel gas supply channel 3 to circulate the fuel gas, and a fuel gas circulation device disposed on the fuel gas circulation channel. The fuel gas circulation part which has may be provided. Examples of the fuel gas circulation device include a circulation pump.
酸化剤ガス供給部は、少なくともセル集合部１に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路７を有し、必要に応じ、酸化剤ガス供給装置６を有する。酸化剤ガス供給装置６としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。
酸化剤ガス排出部は、セル集合部１から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出流路８を有する。
The oxidant gas supply unit has at least an oxidant gas supply channel 7 for supplying an oxidant gas to the cell assembly 1 and, if necessary, an oxidant gas supply device 6. As the oxidant gas supply device 6, for example, an air compressor or the like can be used.
The oxidant gas discharge part has an oxidant gas discharge flow path 8 for discharging the oxidant gas from the cell assembly part 1.
制御部９は、燃料電池システムの制御を行う。制御部９は、セル集合部１、燃料ガス供給装置２、燃料ガス排出弁５と入出力インターフェースを介して接続されている。
制御部９は、燃料電池セルの電気的特性値の測定、要求燃料ガス流量の算出、要求燃料ガス流量と燃料ガス供給部の最大供給流量との差分流量の算出、燃料ガス排出弁５の開閉、燃料ガス供給流量の調整等を行う。
制御部９は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラムや制御データを記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。
The control unit 9 controls the fuel cell system. The control unit 9 is connected to the cell assembly unit 1, the fuel gas supply device 2, and the fuel gas discharge valve 5 via an input / output interface.
The control unit 9 measures the electric characteristic value of the fuel cell, calculates the required fuel gas flow rate, calculates the differential flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, and opens and closes the fuel gas discharge valve 5 Adjust the fuel gas supply flow rate.
The control unit 9 physically includes, for example, an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a ROM (Read Only Memory) that stores control programs and control data processed by the CPU. And a storage device such as a RAM (Random Access Memory) used as various work areas and an input / output interface.
図２は、本発明の燃料電池システムの制御方法の典型例を示したフローチャートである。なお、本発明は、必ずしも本典型例のみに限定されるものではない。
まず、燃料電池セルの燃料極の乾燥の程度と相関する電気的特性値として燃料電池セルの抵抗値を測定し、測定された抵抗値が所定値以上（許容範囲外）か否か判断する。
そして、抵抗値が所定値未満（許容範囲内）である場合には、制御を終了する。一方、測定された抵抗値が所定値以上である場合には、抵抗値を所定値未満にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する。
算出した要求燃料ガス流量が、燃料ガス供給部の最大供給流量以下である場合には、燃料ガス排出弁を閉じた状態で、要求燃料ガス流量以上の流量でセル集合部に燃料ガスを供給する。そして、再度燃料電池セルの抵抗値を測定し、測定された抵抗値が所定値以上か否か判断する。測定された抵抗値が所定値以上である場合には、再度抵抗値を所定値未満にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する。一方、抵抗値が所定値未満である場合には、制御を終了する。
算出した要求燃料ガス流量が、燃料ガス供給部の最大供給流量を超える場合には、要求燃料ガス流量と燃料ガス供給部の最大供給流量との差分流量を算出し、燃料ガス排出弁を開くことによって、差分流量以上の排出流量でセル集合部から燃料ガスを排出する。その後、燃料ガス排出弁を閉じた状態で、セル集合部に燃料ガスを供給する。そして、再度燃料電池セルの抵抗値を測定し、測定された抵抗値が所定値以上か否か判断する。測定された抵抗値が所定値以上である場合には、再度抵抗値を所定値未満にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する。一方、抵抗値が所定値未満である場合には、制御を終了する。
なお、燃料電池システムの一回目の制御の終了後、２回目以降の制御を行う場合の開始時期は、特に限定されず、一回目の制御の終了後間断なく連続して行ってもよいし、一定の時間、間隔をあけて行ってもよい。
FIG. 2 is a flowchart showing a typical example of the control method of the fuel cell system of the present invention. In addition, this invention is not necessarily limited only to this typical example.
First, the resistance value of the fuel cell is measured as an electrical characteristic value that correlates with the degree of drying of the fuel electrode of the fuel cell, and it is determined whether or not the measured resistance value is equal to or greater than a predetermined value (outside the allowable range).
When the resistance value is less than the predetermined value (within the allowable range), the control is terminated. On the other hand, if the measured resistance value is greater than or equal to the predetermined value, the required fuel gas flow rate required to make the resistance value less than the predetermined value is calculated.
When the calculated required fuel gas flow rate is less than or equal to the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the fuel gas is supplied to the cell assembly at a flow rate that is equal to or higher than the required fuel gas flow rate with the fuel gas discharge valve closed. . Then, the resistance value of the fuel cell is measured again, and it is determined whether or not the measured resistance value is a predetermined value or more. If the measured resistance value is greater than or equal to the predetermined value, the required fuel gas flow rate required to make the resistance value less than the predetermined value is calculated again. On the other hand, if the resistance value is less than the predetermined value, the control is terminated.
If the calculated required fuel gas flow rate exceeds the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, calculate the differential flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, and open the fuel gas discharge valve Thus, the fuel gas is discharged from the cell assembly portion at a discharge flow rate equal to or higher than the differential flow rate. Thereafter, the fuel gas is supplied to the cell assembly portion with the fuel gas discharge valve closed. Then, the resistance value of the fuel cell is measured again, and it is determined whether or not the measured resistance value is a predetermined value or more. If the measured resistance value is greater than or equal to the predetermined value, the required fuel gas flow rate required to make the resistance value less than the predetermined value is calculated again. On the other hand, if the resistance value is less than the predetermined value, the control is terminated.
In addition, after the end of the first control of the fuel cell system, the start time when performing the second and subsequent controls is not particularly limited, and may be continuously performed without interruption after the end of the first control, You may carry out at intervals for fixed time.
本発明の燃料電池システムの制御方法は、少なくとも（１）判断工程、（２）算出工程、（３）流量調整工程を有する。
以下、各工程について説明する。
The control method of the fuel cell system of the present invention includes at least (1) a determination step, (2) a calculation step, and (3) a flow rate adjustment step.
Hereinafter, each step will be described.
（１）判断工程
判断工程は、前記燃料電池セルの燃料極の乾燥の程度と相関する電気的特性値を測定し、得られた測定値が、所定値によって定められた許容範囲外であるか否かを判断する工程である。
(1) Determination step The determination step measures an electrical characteristic value that correlates with the degree of drying of the fuel electrode of the fuel cell, and whether the obtained measurement value is outside an allowable range determined by a predetermined value. This is a step of determining whether or not.
燃料電池セルの燃料極の乾燥の程度と相関する電気的特性値としては、燃料電池セルの抵抗値、電圧値、電流値等が挙げられ、抵抗値が好ましい。
燃料電池セルの抵抗値、電圧値、電流値を測定する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。
電気的特性値の所定値及び所定値によって定められた許容範囲は、燃料電池セルの性能等により適宜設定することができる。
Examples of the electrical characteristic value that correlates with the degree of drying of the fuel electrode of the fuel cell include a resistance value, a voltage value, and a current value of the fuel cell, and the resistance value is preferable.
The method for measuring the resistance value, voltage value, and current value of the fuel cell is not particularly limited, and a conventionally known method can be used.
The predetermined value of the electrical characteristic value and the allowable range determined by the predetermined value can be appropriately set depending on the performance of the fuel cell.
（２）算出工程
算出工程は、前記判断工程において前記測定値が、許容範囲外であると判断された場合に、前記測定値を許容範囲内にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する工程である。
(2) Calculation step In the calculation step, when it is determined in the determination step that the measured value is outside the allowable range, a required fuel gas flow rate required to bring the measured value within the allowable range is calculated. It is a process of calculating.
要求燃料ガス流量の算出方法は、特に限定されないが、予め実験等で、電気的特性値と要求燃料ガス流量との関係を示すデータ群を用意し、そのデータ群と測定された電気的特性値とを照合することによって要求燃料ガス流量を算出することが好ましい。
図３は、要求燃料ガス流量と燃料電池セルの抵抗値との関係を示す検量線の一例を示す図である。
図３に示すように、燃料電池セルの抵抗値が増加すると、要求燃料ガス流量は増大する。
The calculation method of the required fuel gas flow rate is not particularly limited, but a data group indicating the relationship between the electrical characteristic value and the required fuel gas flow rate is prepared in advance through experiments or the like, and the data group and the measured electrical characteristic value are measured. It is preferable to calculate the required fuel gas flow rate by comparing
FIG. 3 is a diagram showing an example of a calibration curve showing the relationship between the required fuel gas flow rate and the fuel cell resistance value.
As shown in FIG. 3, when the resistance value of the fuel cell increases, the required fuel gas flow rate increases.
（３）流量調整工程
流量調整工程は、前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量以下である場合に、前記燃料ガス排出弁を閉じた状態で、前記要求燃料ガス流量以上の流量で前記燃料ガスを供給し、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量を超える場合に、前記要求燃料ガス流量と前記最大供給流量との差分流量を算出し、前記燃料ガス排出弁を開くことによって、前記差分流量以上の排出流量で前記燃料ガスを排出する工程である。
(3) Flow rate adjusting step In the flow rate adjusting step, when the required fuel gas flow rate is less than or equal to the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the fuel gas discharge valve is closed and the flow rate is adjusted to be equal to or higher than the required fuel gas flow rate. Supplying the fuel gas at a flow rate;
When the required fuel gas flow rate exceeds the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the difference flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate is calculated, and the fuel gas discharge valve is opened to open the difference This is a step of discharging the fuel gas at a discharge flow rate equal to or higher than the flow rate.
燃料ガスの供給は、連続的、間欠的のいずれの方法で行ってもよいが、瞬間的に大流量で供給して短時間で燃料電池の性能を回復させる観点から間欠的に行うことが好ましい。
燃料ガスの供給流量は、要求燃料ガス流量以上の流量であれば特に限定されない。
燃料ガス供給部の最大供給流量は、燃料ガス供給部に用いる燃料ガス供給装置の種類や大きさ、燃料ガス供給流路の容積、燃料ガス排出部に用いる燃料ガス排出流路の容積等により変動するものであり、燃料電池セルの耐圧限界等を考慮し、適宜設定することができる。
燃料ガスの排出は、連続的、間欠的のいずれの方法で行ってもよいが、燃料ガスを節約する観点、及び、瞬間的に大流量で排出して短時間で燃料電池の性能を回復させる観点から間欠的に行うことが好ましい。
また、燃料ガス排出時は、燃料ガスの供給を行っても行わなくてもよいが、カウンターフロー効果を高める観点から、燃料ガスの供給を行うことが好ましい。
燃料ガスの排出流量は、要求燃料ガス流量と燃料ガス供給部の最大供給流量との差分流量以上の流量であれば特に限定されないが、燃料ガスを節約する観点から差分流量であることが好ましい。
The fuel gas may be supplied continuously or intermittently, but is preferably intermittently supplied from the viewpoint of instantaneously supplying a large flow rate and recovering the performance of the fuel cell in a short time. .
The supply flow rate of the fuel gas is not particularly limited as long as the flow rate is equal to or higher than the required fuel gas flow rate.
The maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit varies depending on the type and size of the fuel gas supply device used for the fuel gas supply unit, the volume of the fuel gas supply channel, the volume of the fuel gas discharge channel used for the fuel gas discharge unit, etc. In view of the pressure limit of the fuel cell, etc., it can be set as appropriate.
The fuel gas may be discharged either continuously or intermittently. However, the fuel gas can be saved, and the fuel cell performance can be restored in a short time by instantaneously discharging at a high flow rate. It is preferable to carry out intermittently from the viewpoint.
Further, when the fuel gas is discharged, the fuel gas may or may not be supplied, but it is preferable to supply the fuel gas from the viewpoint of enhancing the counter flow effect.
The discharge flow rate of the fuel gas is not particularly limited as long as the flow rate is equal to or higher than the differential flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, but is preferably a differential flow rate from the viewpoint of saving fuel gas.
図４は、制御の概要を示すため、要求燃料ガス流量と燃料電池セルの抵抗値との関係が直線で規定された場合の一例を示す図である。実際の関係は実験等によって決定されるのが好ましく、図４の例に限定されない。
図４に示すように、要求燃料ガス流量と燃料電池セルの抵抗値との関係を示す検量線と、測定した燃料電池セルの抵抗値とを照合することにより、測定値が最大供給流量に対応する抵抗値を超えた場合に、要求燃料ガス流量と最大供給流量との差分流量（排出流量）を容易に算出することができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the relationship between the required fuel gas flow rate and the resistance value of the fuel battery cell is defined by a straight line in order to show an outline of control. The actual relationship is preferably determined by experiments or the like, and is not limited to the example of FIG.
As shown in FIG. 4, the measured value corresponds to the maximum supply flow rate by comparing the calibration curve indicating the relationship between the required fuel gas flow rate and the resistance value of the fuel cell and the measured resistance value of the fuel cell. When the resistance value to be exceeded is exceeded, the difference flow rate (discharge flow rate) between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate can be easily calculated.
図５は、燃料電池セルの抵抗値の経時的変化の記録の一例を示した図である。
図５に示すように、燃料電池セルの抵抗値が所定値以上である場合に、燃料ガス排出弁を間欠的に短時間（例えば、０．１〜２．０秒）開くことにより、燃料ガス排出弁を開いた瞬間に燃料電池セルの抵抗値を低下させることができることがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a record of changes over time in the resistance value of the fuel battery cell.
As shown in FIG. 5, when the resistance value of the fuel cell is equal to or higher than a predetermined value, the fuel gas discharge valve is intermittently opened for a short time (for example, 0.1 to 2.0 seconds). It can be seen that the resistance value of the fuel cell can be reduced at the moment when the discharge valve is opened.
１ セル集合部
２ 燃料ガス供給装置
３ 燃料ガス供給流路
４ 燃料ガス排出流路
５ 燃料ガス排出弁
６ 酸化剤ガス供給装置
７ 酸化剤ガス供給流路
８ 酸化剤ガス排出流路
９ 制御部
１００ 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell assembly part 2 Fuel gas supply apparatus 3 Fuel gas supply flow path 4 Fuel gas discharge flow path 5 Fuel gas discharge valve 6 Oxidant gas supply apparatus 7 Oxidant gas supply flow path 8 Oxidant gas discharge flow path 9 Control part 100 Fuel cell system
Claims (1)
前記燃料電池セルの燃料極の乾燥の程度と相関する電気的特性値を測定し、得られた測定値が、所定値によって定められた許容範囲外であるか否かを判断する、判断工程と、
前記判断工程において前記測定値が、許容範囲外であると判断された場合に、前記測定値を許容範囲内にするために必要とされる要求燃料ガス流量を算出する、算出工程と、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量以下である場合に、前記燃料ガス排出弁を閉じた状態で、前記要求燃料ガス流量以上の流量で前記燃料ガスを供給し、
前記要求燃料ガス流量が前記燃料ガス供給部の最大供給流量を超える場合に、前記要求燃料ガス流量と前記最大供給流量との差分流量を算出し、前記燃料ガス排出弁を開くことによって、前記差分流量以上の排出流量で前記燃料ガスを排出する、流量調整工程と、を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A cell assembly having a plurality of fuel cells, a fuel gas supply unit that supplies fuel gas to the cell assembly, and a fuel gas discharge valve that adjusts a discharge flow rate of the fuel gas. In a control method of a fuel cell system comprising a fuel gas discharge unit for discharging
A determination step of measuring an electrical characteristic value that correlates with a degree of drying of the fuel electrode of the fuel cell, and determining whether the obtained measurement value is outside an allowable range determined by a predetermined value; ,
A calculation step of calculating a required fuel gas flow rate required to bring the measurement value within the allowable range when the measurement value is determined to be outside the allowable range in the determination step;
When the required fuel gas flow rate is less than or equal to the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the fuel gas is supplied at a flow rate equal to or higher than the required fuel gas flow rate with the fuel gas discharge valve closed.
When the required fuel gas flow rate exceeds the maximum supply flow rate of the fuel gas supply unit, the difference flow rate between the required fuel gas flow rate and the maximum supply flow rate is calculated, and the fuel gas discharge valve is opened to open the difference And a flow rate adjustment step of discharging the fuel gas at a discharge flow rate equal to or higher than the flow rate.
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2014
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