JP2016134348A - Fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
アノードガスとカソードガスの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギー源として注目されている。このような燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電量の変更に伴って、カソードに供給されるカソードガスの流量を要求発電量に応じた目標流量に制御すると共に、カソードガスの圧力を制御することが知られている。また、カソードガスの圧力の制御方法として、燃料電池の出力とカソードガスの圧力との関係を定めた出力−圧力特性と、燃料電池に要求される要求出力と、に基づいて、カソードガスの圧力を制御する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、燃料電池の運転状況に応じて燃料電池内に水が溜まる場合があることから、燃料電池内に水が溜まっている場合において適正な発電制御を行う方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an anode gas and a cathode gas has attracted attention as an energy source. In a fuel cell system equipped with such a fuel cell, the flow rate of the cathode gas supplied to the cathode is controlled to a target flow rate corresponding to the required power generation amount in accordance with the change in the power generation amount of the fuel cell. It is known to control pressure. In addition, as a method for controlling the pressure of the cathode gas, the pressure of the cathode gas is determined based on the output-pressure characteristic that defines the relationship between the output of the fuel cell and the pressure of the cathode gas and the required output required for the fuel cell. There is known a method for controlling the above (for example, see Patent Document 1). In addition, since water may accumulate in the fuel cell depending on the operating state of the fuel cell, a method for performing appropriate power generation control when water is accumulated in the fuel cell is known (for example, patents). Reference 2).
特許文献1のように、予め定められた出力−圧力特性(動作点MAP)を用いたカソードガスの圧力制御では、実際の燃料電池の状況に対応した制御とはならない場合がある。これは、燃料電池内の水の溜まり具合が、燃料電池の運転状況によって変化するためである。例えば、燃料電池システムが燃料電池自動車などに搭載されている場合では、実際の車両走行状況(例えば運転者の運転の仕方(アクセルペダルの踏込み方など))によって、燃料電池内の水の溜まり具合が変化するためである。 As in Patent Document 1, the cathode gas pressure control using a predetermined output-pressure characteristic (operating point MAP) may not be a control corresponding to the actual state of the fuel cell. This is because the amount of water accumulated in the fuel cell changes depending on the operating state of the fuel cell. For example, when the fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle or the like, depending on the actual vehicle driving conditions (for example, how the driver operates (how to press the accelerator pedal, etc.)) This is because of changes.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃料電池内の水の溜まり具合に応じた条件によって燃料電池を制御することが可能な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 in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of controlling the fuel cell according to conditions according to the amount of water in the fuel cell.
本発明は、燃料電池に要求される要求出力と、前記燃料電池を流れる冷却水の温度毎に定められた、前記燃料電池の出力と前記燃料電池に供給されるカソードガスの流量との関係及び前記燃料電池の出力と前記カソードガスの圧力との関係と、に基づいて、前記カソードガスの流量及び圧力を制御する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの供給路に設けられた圧力センサに基づいて、前記カソードガスの圧力を調整する背圧調整弁と、前記冷却水の温度毎に前記カソードガスの流量と圧力に対する前記背圧調整弁の基準弁開度を定めた基準弁開度特性を記憶する記憶部と、前記冷却水の温度、前記カソードガスの流量、前記カソードガスの圧力、及び前記背圧調整弁の弁開度の実測値を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記冷却水の温度、前記カソードガスの流量、及び前記カソードガスの圧力と、前記記憶部に記憶された前記基準弁開度特性と、を用いて、前記背圧調整弁の基準弁開度を特定する特定部と、前記取得部で取得した前記背圧調整弁の弁開度が前記特定部で特定した基準弁開度に対して所定値よりも大きい場合に、前記燃料電池の出力と前記カソードガスの圧力との前記関係に対して所定の出力に対する圧力を下げる変更を行い、前記取得部で取得した前記背圧調整弁の弁開度が前記特定部で特定した基準弁開度に対して所定値よりも小さい場合に、前記燃料電池の出力と前記カソードガスの圧力との前記関係に対して所定の出力に対する圧力を上げる変更を行う変更部と、を備える燃料電池システムである。 The present invention relates to a required output required for a fuel cell, a relationship between an output of the fuel cell and a flow rate of cathode gas supplied to the fuel cell, which is determined for each temperature of cooling water flowing through the fuel cell, and In the fuel cell system that controls the flow rate and pressure of the cathode gas based on the relationship between the output of the fuel cell and the pressure of the cathode gas, the fuel cell system is provided in a supply path of the cathode gas supplied to the fuel cell. A back pressure adjusting valve for adjusting the pressure of the cathode gas, and a reference valve opening degree of the back pressure adjusting valve with respect to the flow rate and pressure of the cathode gas for each temperature of the cooling water based on the pressure sensor. A storage unit that stores a reference valve opening characteristic; an acquisition unit that acquires an actual measurement value of the cooling water temperature, the cathode gas flow rate, the cathode gas pressure, and the valve opening of the back pressure regulating valve; Using the temperature of the cooling water acquired by the acquisition unit, the flow rate of the cathode gas, and the pressure of the cathode gas, and the reference valve opening characteristic stored in the storage unit, the back pressure adjustment valve When the valve opening of the back pressure regulating valve acquired by the acquiring unit is greater than a predetermined value with respect to the reference valve opening specified by the specifying unit, The change between the output of the fuel cell and the pressure of the cathode gas is performed to lower the pressure with respect to a predetermined output, and the valve opening degree of the back pressure regulating valve acquired by the acquiring unit is specified by the specifying unit. A change unit that changes the relationship between the output of the fuel cell and the pressure of the cathode gas to increase the pressure with respect to a predetermined output when the reference valve opening is smaller than a predetermined value. It is a battery system.
本発明によれば、燃料電池内の水の溜まり具合に応じた条件によって燃料電池を制御することができ、効率的な発電が可能となる。 According to the present invention, it is possible to control the fuel cell according to conditions according to the amount of water accumulated in the fuel cell, and efficient power generation becomes possible.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係る燃料電池システム100の概略構成を示す図である。燃料電池システム100は、例えば駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池自動車や電気自動車等に搭載される。燃料電池システム100において、燃料電池10は、アノードに供給される燃料ガス(アノードガス、例えば水素)とカソードに供給される酸化剤ガス(カソードガス、例えば酸素)との電気化学反応によって発電する燃料電池セルを複数積層させた積層体である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a
燃料電池10のアノードには、アノードガス供給流路40を介して、高圧水素を貯蔵した水素タンク42から燃料ガスとしての水素が供給される。アノードガス供給流路40は、例えば管(パイプ)である。なお、水素タンク42の代わりに、例えばアルコール、炭化水素、アルデヒド等を原料とする改質反応によって水素を生成する水素生成装置を用いてもよい。
Hydrogen as fuel gas is supplied to the anode of the
水素タンク42に貯蔵された高圧水素は、水素タンク42の出口に設けられたシャットバルブ44並びにアノードガス供給流路40に配設されたレギュレータ46及びインジェクタ48によって圧力及び供給量が調整されて、燃料電池10のアノードに供給される。アノードガス供給流路40には、アノードガス供給流路40内の圧力を検出するための圧力センサ40Pが設けられている。
The pressure and supply amount of the high-pressure hydrogen stored in the
アノードからの排気ガス(以下、アノードオフガスと称す)は、アノードガス排出流路50に排出される。アノードガス排出流路50は、例えば管(パイプ)である。アノードガス排出流路50に排出された発電で未消費の水素を含むアノードオフガスは、循環流路52を介して、アノードガス供給流路40に再循環されることができる。循環流路52は、例えば管(パイプ)である。なお、アノードオフガスの圧力は、燃料電池10での発電によって水素が消費された結果、比較的低い状態となっている。このため、循環流路52には、アノードオフガスの再循環時にアノードオフガスを加圧するための循環ポンプ54が配設されている。循環ポンプ54には、アノードオフガスの循環流量を検出するための流量センサ54Fが設けられている。
Exhaust gas from the anode (hereinafter referred to as anode off gas) is discharged to the anode
アノードガス排出流路50には、流路56(例えば管(パイプ))が分岐して接続されている。流路56には、パージ弁58が配設されている。パージ弁58が閉じられている間は、発電で未消費の水素を含むアノードオフガスは、循環流路52を介して、再び燃料電池10に供給される。これにより、水素を有効利用することができる。
A flow path 56 (for example, a pipe) is branched and connected to the anode gas
アノードオフガスの再循環中、水素は発電で消費される一方、水素以外の不純物(例えばカソード側からアノード側に透過した窒素など)は消費されずに残留する。このため、アノードオフガス中の不純物濃度は徐々に増大する。このとき、パージ弁58が開弁されると、アノードオフガスは、流路56、76を介して、後述するカソードオフガスと共に、燃料電池システム100の外部に排出される。これにより、アノードオフガス中の不純物濃度を低減させることができる。
During the recirculation of the anode off gas, hydrogen is consumed by power generation, while impurities other than hydrogen (for example, nitrogen permeated from the cathode side to the anode side) remain without being consumed. For this reason, the impurity concentration in the anode off gas gradually increases. At this time, when the
燃料電池10のカソードには、酸素を含有した酸化剤ガスとして、圧縮空気が供給される。空気は、エアクリーナ60から吸入され、エアコンプレッサ62によって圧縮され、流路64(例えば管(パイプ))を介して、加湿装置66に導入される。加湿装置66に導入された圧縮空気は、加湿装置66で加湿された後、カソードガス供給流路68から燃料電池10のカソードに供給される。エアコンプレッサ62には、空気の供給流量を検出するための流量センサ62Fが設けられている。カソードガス供給流路68には、カソードガス供給流路68内の圧力を検出するための圧力センサ68Pが設けられている。なお、加湿装置66が設けられていない構成でもよい。
The cathode of the
カソードからの排気ガス(以下、カソードオフガスと称す)は、カソードガス排出流路70(例えば管(パイプ))に排出される。カソードガス排出流路70には、カソードオフガスの圧力を調整するための背圧調整弁72が配設されている。燃料電池10からカソードガス排出流路70に排出した高湿度のカソードオフガスは、加湿装置66に導入されて空気の加湿に利用された後、流路74、76(例えば管(パイプ))を介して、燃料電池システム100の外部に排出される。
Exhaust gas from the cathode (hereinafter referred to as “cathode off gas”) is discharged to a cathode gas discharge channel 70 (for example, a pipe). A back
燃料電池10は、上述した電気化学反応によって発熱する。このため、燃料電池10の温度を発電に適した温度にするために、燃料電池10には冷却水が供給される。冷却水は、ウォーターポンプ80によって、水路82(例えば管(パイプ))を流れ、ラジエーター84によって冷却されて、燃料電池10に供給される。水路82には、ラジエーター84を通さずに冷却水を循環させるためのバイパス水路86(例えば管(パイプ))が接続されている。水路82とバイパス水路86との一方の接続部には、ロータリー弁88が配設されている。ロータリー弁88を切り換えることによって、ラジエーター84を通さずに、水路82及びバイパス水路86を介して、冷却水を循環させることができる。燃料電池10から冷却水が排出される排出部分の水路82には、燃料電池10から排出された冷却水の温度を検出するための温度センサ90が設けられている。燃料電池10に冷却水が供給される供給部分の水路82には、燃料電池10に供給される冷却水の温度を検出するための温度センサ92が設けられている。
The
また、燃料電池10には、セルモニタ32が接続されている。セルモニタ32は、燃料電池10における各燃料電池セルについて、セル電圧、電流、インピーダンス等を検出する。
A cell monitor 32 is connected to the
燃料電池システム100の運転は、制御装置20によって制御される。制御装置20は、内部にCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などを備えるマイクロコンピュータを含んで構成される。制御装置20は、記憶部22(例えばROM)に記憶されたプログラムに従って、システムの運転を制御する。記憶部22には、上記プログラムの他に、燃料電池システム100の制御に用いられる各種マップなども記憶されている。例えば、記憶部22には、冷却水の温度毎に、燃料電池10の出力と燃料電池10に供給されるカソードガスの流量及び圧力との関係を示す出力−流量特性及び出力−圧力特性が記憶されている。また、記憶部22には、冷却水の温度毎に、カソードガスの流量と圧力に対する背圧調整弁72の基準弁開度を定めた基準弁開度特性が記憶されている。なお、基準弁開度特性の詳細については後述する。
The operation of the
制御装置20は、例えば燃料電池10に要求される要求出力や各種センサの出力等に基づいて、背圧調整弁72を含む各種バルブや、循環ポンプ54、ウォーターポンプ80、及びエアコンプレッサ62などを駆動し、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を変更する処理を含む燃料電池システム100の運転を制御する。
The
制御装置20は、出力−圧力特性を変更する処理において、取得部24、特定部26、判断部28、変更部30として機能する。取得部24は、冷却水の温度、カソードガスの流量、カソードガスの圧力、及び背圧調整弁72の弁開度を取得する。特定部26は、取得部24で取得した冷却水の温度、カソードガスの流量、及びカソードガスの圧力と、記憶部22に記憶された基準弁開度特性と、を用いて、背圧調整弁72の基準弁開度を特定する。判断部28は、取得部24で取得した背圧調整弁72の弁開度と特定部26で特定した基準弁開度との差についての判断をする。変更部30は、判断部28での結果に応じて、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を変更する。
The
図2は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性の変更処理の一例を示すフローチャートである。なお、図2においては、カソードガスの流量及び圧力が、燃料電池10に要求される要求出力に応じた流量及び圧力に制御されていることを前提とする。即ち、制御装置20は、燃料電池10に要求される要求出力と、記憶部22に記憶された出力−流量特性、出力−圧力特性、及び基準弁開度特性と、に基づいて、要求出力に応じたカソードガスの流量及び圧力、並びに背圧調整弁72の基準弁開度を特定する。そして、制御装置20は、エアコンプレッサ62を用いてカソードガスの流量を要求出力に応じた流量に制御した後、背圧調整弁72の弁開度を特定した基準弁開度にしてから、圧力センサ68Pに基づいて背圧調整弁72の弁開度を調整して、カソードガスの圧力を要求出力に応じた圧力に制御し終わっていることを前提とする。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a change process of the output-pressure characteristic stored in the
図2のように、制御装置20は、ステップS10において、温度センサ90、流量センサ62F、圧力センサ68Pなどを用いて測定された、冷却水の温度、カソードガスの流量、カソードガスの圧力、及び背圧調整弁72の弁開度の実測値を取得する。
As shown in FIG. 2, in step S10, the
ステップS10の後はステップS12に移行し、制御装置20は、取得した冷却水の温度、カソードガスの流量、及びカソードガスの圧力と、記憶部22に記憶された基準弁開度特性と、を用いて、背圧調整弁72の基準弁開度S0を特定する。
After step S10, the process proceeds to step S12, and the
ここで、背圧調整弁72の基準弁開度S0の特定方法について説明する。図3は、記憶部22に記憶された背圧調整弁72の基準弁開度特性を示す図である。図3のように、基準弁開度特性は、冷却水の温度T毎に(T=T1、T2、T3、・・・)、カソードガスの圧力とカソードガスの流量を軸とした、背圧調整弁72の基準弁開度の特性が示されており(図3では具体的な線は不図示)、カソードガスのある特定の圧力P1、流量F1に対して、1つの基準弁開度S0が定まるようになっている。したがって、制御装置20は、ステップS10で取得した冷却水の温度、カソードガスの流量、及びカソードガスの圧力と、記憶部22に記憶された基準弁開度特性と、を用いることで、基準弁開度S0を特定することができる。
Here, a method for specifying the reference valve opening degree S0 of the back
ステップS14では、制御装置20は、ステップS10で取得した背圧調整弁72の弁開度S1とステップS12で特定した基準弁開度S0との差が所定値αよりも大きいか否かを判断する。即ち、制御装置20は、|弁開度S1−基準弁開度S0|>αを満たすか否かを判断する。このような判断を行う理由を次に説明する。
In step S14, the
制御装置20は、上述のように、燃料電池10に要求される要求出力と記憶部22に記憶された出力−流量特性及び出力−圧力特性とに基づいて、カソードガスの流量及び圧力をエアコンプレッサ62及び背圧調整弁72を用いて制御する。ここで、燃料電池10が運転されると、燃料電池10内(例えばカソードガス流路内など)に水が発生する。燃料電池10内の水の溜まり具合は、燃料電池10の運転状況(例えば燃料電池システム100が燃料電池自動車などに搭載されている場合、運転者の運転の仕方(例えばアクセルペダルの踏込み方))によって変化する。また、燃料電池10内の水の溜まり具合によって、燃料電池10内を流れるカソードガスの圧力損失が変動する。燃料電池10内に水が溜まっているほど、カソードガスの圧力損失は増加する。
As described above, the
上述したように、カソードガスの圧力を燃料電池10に要求される要求出力に応じた圧力にする制御は、背圧調整弁72の弁開度を記憶部22に記憶された基準弁開度特性から特定した基準弁開度にした後、圧力センサ68Pに基づいて背圧調整弁72の弁開度を調整することで行われる。背圧調整弁72の弁開度を基準弁開度にした状態においては、燃料電池10内に水が溜まっているほど、カソードガスの圧力損失の増加によって、圧力センサ68Pで圧力が高めに検出される。このため、制御装置20は、圧力センサ68Pでの圧力を燃料電池10に要求される要求出力に応じた圧力とするために、背圧調整弁72の弁開度を大きくする制御を行う。反対に、燃料電池10内の水の溜まり量が少ない場合には、圧力センサ68Pで圧力が低めに検出されるため、制御装置20は、圧力センサ68Pでの圧力を燃料電池10に要求される要求出力に応じた圧力とするために、背圧調整弁72の弁開度を小さくする制御を行う。このようなことから、ステップS14の判断を行うことで、燃料電池10内の水の溜まり具合を推定することができ、燃料電池10内に生じた水の量が許容範囲内か否かを判断することができる。
As described above, the control for setting the pressure of the cathode gas to the pressure corresponding to the required output required for the
背圧調整弁72の弁開度S1と基準弁開度S0との差が所定値α以下の場合(ステップS14でNoの場合)、ステップS16に移行する。ステップS16では、制御装置20は、燃料電池10内の水の量が許容範囲内であると推定されるため、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を変更しない。
When the difference between the valve opening S1 of the back
一方、背圧調整弁72の弁開度S1と基準弁開度S0との差が所定値αよりも大きい場合(ステップS14でYesの場合)は、ステップS18に移行する。ステップS18では、制御装置20は、背圧調整弁72の弁開度S1と基準弁開度S0との差が所定値αよりも大きい傾向が続いているか否かを判断する。これは、燃料電池10内に生じた水が要因ではなく、偶発的な別の何らかの要因によって、背圧調整弁72の弁開度と基準弁開度との差が所定値よりも大きくなった場合を除外するものである。
On the other hand, when the difference between the valve opening degree S1 of the back
背圧調整弁72の弁開度S1と基準弁開度S0との差が所定値αよりも大きい傾向が続いていない場合(ステップS18でNoの場合)、ステップS16に移行し、制御装置20は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を変更しない。これは、水溜まり以外の別の要因によって、背圧調整弁72の弁開度S1と基準弁開度S0との差が所定値αよりも大きくなったと推定されるためである。
When the difference between the valve opening degree S1 of the back
一方、背圧調整弁72の弁開度S1と基準弁開度S0との差が所定値αよりも大きい傾向が続いている場合(ステップS18でYesの場合)は、ステップS20に移行する。ステップS20に移行すると、制御装置20は、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きいか否かを判断する。即ち、制御装置20は、弁開度S1−基準弁開度S0>αを満たすか否かを判断する。
On the other hand, when the difference between the valve opening degree S1 of the back
背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい場合(ステップS20でYesの場合)、ステップS22に移行する。ステップS22に移行すると、制御装置20は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を、所定の出力に対する圧力が下がるように変更する。これは、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい場合には、燃料電池10は、燃料電池10内に許容範囲よりも多量の水が生じていて、水余りの状態になっていると推定される。このため、カソードガスの圧力を下げて、燃料電池10内からの水の排除を促進させるためである。
When the valve opening degree S1 of the back
一方、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きいものではない場合(ステップS20でNoの場合)、ステップS24に移行する。即ち、ステップS14で|弁開度S1−基準弁開度S0|>αを満たすことを判断していることを踏まえると、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも小さい場合(基準弁開度S0−弁開度S1>αの場合)に、ステップS24に移行する。ステップS24に移行すると、制御装置20は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を、所定の出力に対応する圧力が上がるように変更する。これは、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも小さい場合には、燃料電池10は、燃料電池10内の水の量が許容範囲よりも少なく、乾いた状態になっていると推定される。このため、カソードガスの圧力を上げて、燃料電池10内に水が溜まり易いようにするためである。
On the other hand, if the valve opening degree S1 of the back
以上のように、実施例1によれば、制御装置20は、冷却水の温度と、カソードガスの流量及び圧力と、背圧調整弁72の弁開度と、の実測値を取得し(図2のステップS10)、取得した冷却水の温度、カソードガスの流量及び圧力と、記憶部22に記憶された基準弁開度特性と、を用いて基準弁開度S0を特定する(図2のステップS12)。そして、制御装置20は、取得した背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい場合に、記憶部22に記憶された出力−圧力特性に対して、所定の出力に対する圧力を下げる変更をする(図2のステップS22)。これにより、燃料電池10内に多量の水が発生して水余りの状態になっている場合に、燃料電池10内からの水の排除を促進させることができる。このように、実施例1によれば、燃料電池10内の水の溜まり具合に応じた条件によって燃料電池10を制御することができる。また、水の溜まり具合に応じた条件によって燃料電池10を制御するため、燃料電池10を効率よく発電できる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、実施例1では、制御装置20は、取得した背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも小さい場合に、記憶部22に記憶された出力−圧力特性に対して、所定の出力に対する圧力を上げる変更をする(図2のステップS24)。これにより、燃料電池10内の水の量が少なくて乾いた状態になっている場合に、燃料電池10内に水が溜まり易いようにすることができる。よって、この場合においても、燃料電池10内の水の溜まり具合に応じた条件によって燃料電池10を制御することができる。
Moreover, in Example 1, the
なお、実施例1では、図2のステップ14の判断に用いた所定値と図2のステップS20の判断に用いた所定値とが、同じ値αである場合を例に示したが、それぞれ異なる値の場合でもよい。例えば、ステップS14で用いた所定値よりも、ステップS20で用いた所定値が小さいような場合でもよい。 In the first embodiment, the case where the predetermined value used in the determination in step 14 in FIG. 2 and the predetermined value used in the determination in step S20 in FIG. 2 are the same value α is shown as an example. It may be a value. For example, the predetermined value used in step S20 may be smaller than the predetermined value used in step S14.
実施例2に係る燃料電池システムの構成は、実施例1に燃料電池システム100の図1と同じであるため説明を省略する。なお、実施例2においては、制御装置20の判断部28は、取得部24で取得した背圧調整弁72の弁開度と特定部26で特定した基準弁開度との差についての判断に加えて、燃料電池10の運転状態についての判断も行う。
Since the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the
図4は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性の変更処理の一例を示すフローチャートである。図4のように、制御装置20は、ステップS30において、燃料電池10に要求される要求出力並びに燃料電池10に供給されるカソードガスの流量及び圧力が、予め決まっている運転か否かを判断する。このような運転は、例えば燃料電池システム100が燃料電池自動車などに搭載されている場合では、自動車がアイドリング状態にある場合(例えば信号待ちや渋滞などで停止状態にある場合)などが相当する。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a change process of the output-pressure characteristic stored in the
要求出力並びにカソードガスの流量及び圧力が予め決まっている運転ではない場合(ステップS30でNoの場合)、ステップS32に移行し、制御装置20は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を変更しない。
When the required output and the cathode gas flow rate and pressure are not predetermined operations (No in step S30), the process proceeds to step S32, and the
一方、要求出力並びにカソードガスの流量及び圧力が予め決まっている運転である場合(ステップS30でYesの場合)、ステップS34に移行する。ステップS34では、制御装置20は、温度センサ90、流量センサ62F、圧力センサ68Pなどを用いて測定された、冷却水の温度、カソードガスの流量、カソードガスの圧力、及び背圧調整弁72の弁開度の実測値を取得する。
On the other hand, when the operation is such that the required output and the flow rate and pressure of the cathode gas are determined in advance (Yes in step S30), the process proceeds to step S34. In step S34, the
ステップS34の後はステップS36に移行し、制御装置20は、取得した冷却水の温度、カソードガスの流量、及びカソードガスの圧力と、記憶部22に記憶された背圧調整弁72の基準弁開度特性と、を用いて、背圧調整弁72の基準弁開度S0を特定する。基準弁開度S0の特定方法は、実施例1での方法と同じであるため説明を省略する。
After step S34, the process proceeds to step S36, and the
ステップS38では、制御装置20は、ステップS34で取得した背圧調整弁の弁開度S1がステップS36で特定した基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きいか否かを判断する。即ち、制御装置20は、弁開度S1−基準弁開度S0>αを満たすか否かを判断する。
In step S38, the
背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい場合(ステップS38でYesの場合)、実施例1で説明したように、燃料電池10内に許容範囲よりも多量の水が発生していることが推定される。したがって、この場合は、ステップS40に移行し、制御装置20は、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい傾向が続いているか否かを判断する。これは、実施例1で説明したように、燃料電池10内の水溜まりが要因ではなく、偶発的な別の何らかの要因によって、背圧調整弁72の弁開度が基準弁開度に対して所定値よりも大きくなった場合を除外するものである。
When the valve opening degree S1 of the back
背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい傾向が続いている場合(ステップS40でYesの場合)、ステップS42に移行し、制御装置20は、記憶部22に記憶された出力−圧力特性を、所定の出力に対応する圧力が下がるように変更する。これによりカソードガスの圧力が下がるため、燃料電池10内からの水の排除を促進させることができる。
When the valve opening S1 of the back
一方、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも小さい場合(ステップS38でNoの場合)、燃料電池10内の水の量は許容範囲内であると推定されるため、制御装置20は、ステップS32に移行し、出力−圧力特性を変更しない。また、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい傾向が続いていない場合(ステップS40でNoの場合)、水溜まり以外の別の要因によって所定値αよりも大きくなったと推定されるため、制御装置20は、ステップS32に移行し、出力−圧力特性を変更しない。
On the other hand, when the valve opening S1 of the back
以上のように、実施例2によれば、制御装置20は、まず初めに、燃料電池10に要求される要求出力並びに燃料電池10に供給されるカソードガスの流量及び圧力が予め決まっている運転か否かを判断する(図4のステップS30)。そして、予め決まっている運転と判断された場合、制御装置20は、取得した背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きい場合に、記憶部22に記憶された出力−圧力特性に対して、所定の出力に対する圧力を下げる変更をする(図4のステップS42)。燃料電池10に要求される要求出力並びに燃料電池10に供給されるカソードガスの流量及び圧力が変動する状況下での、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きいか否かの判断は、良好な判断精度が得られない恐れがある。しかしながら、実施例2のように、燃料電池10に要求される要求出力並びに燃料電池10に供給されるカソードガスの流量及び圧力が予め定まっている運転か否かを判断し、予め定まっている運転の場合に、背圧調整弁72の弁開度S1が基準弁開度S0に対して所定値αよりも大きいか否かを判断することで、判断精度を向上させることができる。
As described above, according to the second embodiment, the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 燃料電池
20 制御装置
22 記憶部
24 取得部
26 特定部
28 判断部
30 変更部
40 アノードガス供給流路
50 アノードガス排出流路
54 循環ポンプ
60 エアクリーナ
62 エアコンプレッサ
62F 流量センサ
68 カソードガス供給流路
68P 圧力センサ
70 カソードガス排出流路
72 背圧調整弁
80 ウォーターポンプ
82 水路
84 ラジエーター
90、92 温度センサ
100 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記燃料電池に供給される前記カソードガスの供給路に設けられた圧力センサに基づいて、前記カソードガスの圧力を調整する背圧調整弁と、
前記冷却水の温度毎に前記カソードガスの流量と圧力に対する前記背圧調整弁の基準弁開度を定めた基準弁開度特性を記憶する記憶部と、
前記冷却水の温度、前記カソードガスの流量、前記カソードガスの圧力、及び前記背圧調整弁の弁開度の実測値を取得する取得部と、
前記取得部で取得した前記冷却水の温度、前記カソードガスの流量、及び前記カソードガスの圧力と、前記記憶部に記憶された前記基準弁開度特性と、を用いて、前記背圧調整弁の基準弁開度を特定する特定部と、
前記取得部で取得した前記背圧調整弁の弁開度が前記特定部で特定した基準弁開度に対して所定値よりも大きい場合に、前記燃料電池の出力と前記カソードガスの圧力との前記関係に対して所定の出力に対する圧力を下げる変更を行い、前記取得部で取得した前記背圧調整弁の弁開度が前記特定部で特定した基準弁開度に対して所定値よりも小さい場合に、前記燃料電池の出力と前記カソードガスの圧力との前記関係に対して所定の出力に対する圧力を上げる変更を行う変更部と、を備える燃料電池システム。
The relationship between the required output required for the fuel cell, the output of the fuel cell and the flow rate of the cathode gas supplied to the fuel cell, determined for each temperature of the cooling water flowing through the fuel cell, and the fuel cell In the fuel cell system for controlling the flow rate and pressure of the cathode gas based on the relationship between the output and the pressure of the cathode gas,
A back pressure adjusting valve that adjusts the pressure of the cathode gas based on a pressure sensor provided in a supply path of the cathode gas supplied to the fuel cell;
A storage unit that stores a reference valve opening characteristic that defines a reference valve opening of the back pressure regulating valve with respect to the flow rate and pressure of the cathode gas for each temperature of the cooling water;
An acquisition unit for acquiring an actual measurement value of the cooling water temperature, the flow rate of the cathode gas, the pressure of the cathode gas, and the valve opening of the back pressure regulating valve;
Using the temperature of the cooling water acquired by the acquisition unit, the flow rate of the cathode gas, and the pressure of the cathode gas, and the reference valve opening characteristic stored in the storage unit, the back pressure adjustment valve A specific part for specifying the reference valve opening of
When the valve opening of the back pressure regulating valve acquired by the acquiring unit is larger than a predetermined value with respect to the reference valve opening specified by the specifying unit, the output of the fuel cell and the pressure of the cathode gas A change is made to lower the pressure for a predetermined output with respect to the relationship, and the valve opening degree of the back pressure regulating valve acquired by the acquisition unit is smaller than a predetermined value with respect to the reference valve opening degree specified by the specifying unit A fuel cell system comprising: a change unit configured to change the relationship between the output of the fuel cell and the pressure of the cathode gas to increase a pressure with respect to a predetermined output.
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