JP2018014174A - 燃料電池車両の運転方法 - Google Patents

燃料電池車両の運転方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2018014174A
JP2018014174A JP2016141455A JP2016141455A JP2018014174A JP 2018014174 A JP2018014174 A JP 2018014174A JP 2016141455 A JP2016141455 A JP 2016141455A JP 2016141455 A JP2016141455 A JP 2016141455A JP 2018014174 A JP2018014174 A JP 2018014174A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
potential
battery
output
deterioration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016141455A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6310511B2 (ja
Inventor
雅孝 古山
Masataka Furuyama
雅孝 古山
恵子 山崎
Keiko Yamazaki
山崎　　恵子
蒲地　厚志
Atsushi Gamachi
厚志 蒲地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2016141455A priority Critical patent/JP6310511B2/ja
Priority to CN201710578700.2A priority patent/CN107634246B/zh
Priority to US15/653,531 priority patent/US10826092B2/en
Publication of JP2018014174A publication Critical patent/JP2018014174A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6310511B2 publication Critical patent/JP6310511B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04567—Voltage of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

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

Abstract

【課題】簡単な制御で、電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができ、前記電極触媒の劣化を低減させることを目的とする。
【解決手段】燃料電池スタック１８及びバッテリ１４からモータ１６に電力が供給された状態で、前記燃料電池スタック１８の出力電位が、白金酸化還元反応に起因して該燃料電池スタック１８の劣化が促進される電圧領域である劣化促進領域に入った際、発電セル２８から取り出される電力を変動させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池及びバッテリから電力が供給される車両駆動用電動機を備える燃料電池車両の運転方法に関する。
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成されている。通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。
発電セルを構成する電極（アノード電極及びカソード電極）では、発電時の電位条件によって、電極触媒（例えば、白金）が酸化状態と還元状態とに繰り返して変化する場合がある。このため、電極触媒が溶出し易くなり、前記電極触媒の耐久性が低下するという問題がある。
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、二次電池のＳＯＣ（充電率）に比較的に余裕がある場合には、燃料電池の電圧が所定電圧よりも高い電圧となるように、前記燃料電池の出力が制限されている。次いで、二次電池のＳＯＣが小さくなると、燃料電池の出力制限を解除し、モータで必要とされる電力に応じて前記燃料電池の出力が制御されている。
特許第４９７８０１９号公報
しかしながら、上記の燃料電池システムでは、燃料電池は、ＯＣＶ（開回路電圧）から運転が開始されており、一定の電位を下回ると、電極触媒の溶出が惹起されてしまう。しかも、燃料電池の運転開始時は、二次電池からの電力の供給が主体となっており、前記二次電池の容量が低下した段階で、前記燃料電池で発電して充電を行っている。従って、電極触媒の溶出が顕著になるという問題がある。
本発明は、この種の課題を解決するものであり、簡単な制御で、電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができ、前記電極触媒の劣化を低減させることが可能な燃料電池車両の運転方法を提供することを目的とする。
本発明は、燃料電池及びバッテリから電力が供給される車両駆動用電動機を備える燃料電池車両の運転方法に関するものである。この運転方法では、燃料電池及びバッテリから車両駆動用電動機に電力が供給された状態で、前記燃料電池の出力電位が劣化促進領域に入った際、前記燃料電池から取り出される電力を制御している。ここで、劣化促進領域とは、白金酸化還元反応に起因して燃料電池の劣化が促進される電圧領域をいう。
また、この運転方法では、燃料電池及びバッテリから車両駆動用電動機に電力を供給することにより、前記燃料電池の出力電位が所定値に至った際、前記燃料電池の出力電位を一定値に維持する工程を有することが好ましい。この運転方法では、バッテリの充電率が所定値よりも低下した際、燃料電池から取り出される電力を変動させる工程を有することが好ましい。
さらに、本発明に係る燃料電池車両の運転方法では、燃料電池及びバッテリから車両駆動用電動機に電力が供給された状態で、前記燃料電池から取り出される電力を増減させる際、劣化促進領域の上限側及び下限側において、前記燃料電池の出力電位を一定値に保持させている。ここで、劣化促進領域とは、白金酸化還元反応に起因して燃料電池の劣化が促進される電圧領域をいう。
本発明によれば、燃料電池の出力電位が劣化促進領域に入った際、前記燃料電池から取り出される電力を制御している。従って、電極触媒が酸化状態に維持されるため、簡単な制御で、前記電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができ、前記電極触媒の劣化を低減させることが可能になる。
また、本発明によれば、燃料電池から取り出される電力を増減させる際、劣化促進領域の上限側及び下限側において、前記燃料電池の出力電位を一定値に保持させている。従って、劣化促進領域を挟んで急激な電位の変動が阻止されるため、簡単な制御で、電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができ、前記電極触媒の劣化を低減させることが可能になる。
本発明の実施形態に係る運転方法が適用される燃料電池車両の概略構成説明図である。 燃料電池スタックを構成する発電セルの出力電位と電極触媒の劣化との関係説明図である。 前記発電セルの電位とバッテリのＳＯＣとの関係を示す説明図である。 第１の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャートである。 前記運転方法を説明するタイムチャートである。 第２の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャートである。 第３の実施形態に係る運転方法を説明するタイムチャートである。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る運転方法が適用される燃料電池車両１０は、例えば、燃料電池電気自動車である。燃料電池車両１０は、燃料電池システム１２、バッテリ１４及びモータ（車両駆動用電動機）１６を備える。バッテリ１４は、二次電池やキャパシタ等を含む。
燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１８、酸化剤ガス供給装置２０、燃料ガス供給装置２２、冷却媒体供給装置２４及び制御装置２６とを備える。酸化剤ガス供給装置２０は、燃料電池スタック１８に酸化剤ガスを供給し、燃料ガス供給装置２２は、前記燃料電池スタック１８に燃料ガスを供給し、冷却媒体供給装置２４は、前記燃料電池スタック１８に冷却媒体を供給する。制御装置２６は、燃料電池システム１２全体の制御を行う。
燃料電池スタック１８は、複数の発電セル２８が積層される。各発電セル２８は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜３０と、前記固体高分子電解質膜３０を挟持するアノード電極３２及びカソード電極３４とを備えるＭＥＡを構成する。固体高分子電解質膜３０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。燃料電池スタック１８の出力（電力）は、モータ１６に供給されるとともに、バッテリ１４に充電可能である。バッテリ１４からモータ１６には、出力（電力）が供給される。
燃料電池スタック１８には、アノード電極３２に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。燃料電池スタック１８には、カソード電極３４に酸化剤ガス（例えば、空気）を供給する酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。燃料電池スタック１８には、各発電セル２８に冷却媒体を流通させる冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。
酸化剤ガス供給装置２０は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ（エアポンプ）４２を備え、前記エアコンプレッサ４２が空気供給流路４４に配設される。空気供給流路４４には、加湿器４６と、バルブ４８を介して前記加湿器４６をバイパスするバイパス流路５０とが設けられる。空気供給流路４４は、燃料電池スタック１８の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。酸化剤ガス出口連通孔３８ｂには、空気排出流路５２が連通する。空気排出流路５２には、背圧制御弁５４が配設されるとともに、前記背圧制御弁５４の下流には、希釈器５６が接続される。
燃料ガス供給装置２２は、高圧水素を貯留する高圧水素タンク５８を備え、前記高圧水素タンク５８は、水素供給流路６０を介して燃料電池スタック１８の燃料ガス入口連通孔３６ａに連通する。水素供給流路６０には、圧力調整用のバルブ６２及びエゼクタ６４が、水素ガス流れ方向に沿って、順次、設けられる。
燃料電池スタック１８の燃料ガス出口連通孔３６ｂには、オフガス流路６６が連通する。オフガス流路６６は、気液分離器６８に接続されるとともに、前記気液分離器６８には、液体成分を排出するドレン流路７０と、気体成分を排出する気体流路７２とが設けられる。気体流路７２は、循環路７４を介してエゼクタ６４に接続される一方、パージ弁７６の開放作用下に、希釈器５６に連通する。ドレン流路７０は、バルブ７８を介して希釈器５６に連通する。
希釈器５６は、燃料電池スタック１８の燃料ガス出口連通孔３６ｂから排出されるオフガス（水素ガスを含有する）と、前記燃料電池スタック１８の酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから排出されるオフガス（酸素を含有する）とを混在させて、水素濃度を規定値以下に希釈する機能を有する。
冷却媒体供給装置２４は、燃料電池スタック１８の冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとに連通し、冷却媒体を循環供給する冷却媒体循環路８０を備える。冷却媒体循環路８０には、冷却媒体入口連通孔４０ａ側に近接して冷却ポンプ８２が配置されるとともに、冷却媒体出口連通孔４０ｂに近接してラジエータ８４が配置される。
発電セル２８には、所定数の電位センサ８６が設けられる。電位センサ８６には、導電ライン８８の一端が接続され、前記導電ライン８８の他端は、電位測定装置９０に接続される。電位測定装置９０には、図示しないが、参照電極に接続された導電ラインが接続される。電位測定装置９０から計測された電位は、制御装置２６に入力される。発電セル２８の電位はスタック全体の値を計測してもよい。
空気供給流路４４、空気排出流路５２、水素供給流路６０及びオフガス流路６６には、それぞれ圧力計９２ａ、９２ｂ、９２ｃ及び９２ｄが配置される。空気供給流路４４及び水素供給流路６０には、湿度計９４ａ、９４ｂが配置される。空気排出流路５２、気体流路７２及び冷却媒体循環路８０には、温度計９６ａ、９６ｂ及び９６ｃが配置される。
このように構成される燃料電池車両１０の動作について、以下に説明する。
酸化剤ガス供給装置２０を構成するエアコンプレッサ４２を介して空気供給流路４４に空気（酸化剤ガス）が送られる。この空気は、加湿器４６を通って加湿された後、又は、バイパス流路５０を通って前記加湿器４６をバイパスした後、燃料電池スタック１８の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。
一方、燃料ガス供給装置２２では、バルブ６２の開放作用下に、高圧水素タンク５８から水素供給流路６０に水素ガス（燃料ガス）が供給される。この水素ガスは、エゼクタ６４を通った後、燃料電池スタック１８の燃料ガス入口連通孔３６ａに供給される。
また、冷却媒体供給装置２４では、冷却ポンプ８２の作用下に、冷却媒体循環路８０から燃料電池スタック１８の冷却媒体入口連通孔４０ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
空気は、酸化剤ガス入口連通孔３８ａから各発電セル２８のカソード電極３４に供給される。一方、水素ガスは、燃料ガス入口連通孔３６ａから各発電セル２８のアノード電極３２に供給される。従って、各発電セル２８では、カソード電極３４に供給される空気と、アノード電極３２に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
次いで、カソード電極３４に供給されて消費された空気は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに排出され、空気排出流路５２を流通して希釈器５６に導入される。同様に、アノード電極３２に供給されて消費された水素ガスは、オフガス（一部が消費された燃料ガス）として燃料ガス出口連通孔３６ｂに排出される。オフガスは、オフガス流路６６から気液分離器６８に導入されて液状水分が除去された後、気体流路７２から循環路７４を介してエゼクタ６４に吸引される。
また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、各発電セル２８を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。冷却媒体は、冷却媒体循環路８０を通ってラジエータ８４により冷却され、さらに冷却ポンプ８２の作用下に、燃料電池スタック１８に循環供給される。
次いで、本発明の第１の実施形態に係る運転方法について、以下に説明する。
まず、図２には、発電セル２８を構成する電極触媒の劣化率と電位（セル電圧）との関係が示されている。低電位である電位Ｖａ（例えば、０．６５Ｖ）〜電位Ｖｂ（例えば、０．７Ｖ）までの間は、電極触媒に含まれる白金の還元反応が進行する還元領域であり、発電セル２８がこの間の電位で発電する場合には、安定している。
電位Ｖｂ〜電位Ｖｃ（例えば０．７９Ｖ）までの間は、白金の酸化と還元とが切り替わる白金酸化還元反応が進行する領域であり、前記白金の溶出が著しく不安定な領域、すなわち、劣化促進領域である。劣化促進領域は、白金酸化還元反応に起因して発電セル２８の劣化が促進される電圧領域であり、この劣化促進領域では、後述するように、劣化抑制モードによる制御が行われる。
電位Ｖｃ〜電位Ｖｄ（例えば、０．９Ｖ）までの間は、白金の酸化反応が進行する領域であり、安定している。電位Ｖｃ〜電位Ｖｄ間は、発電が最も好ましい電圧領域である。
電位Ｖｄ〜電位Ｖｅ（例えば、０．９５Ｖ）までの間は、比較的高電位であるものの、白金の酸化領域であり、比較的安定している。電位Ｖｅ〜ＯＣＶ（開回路電位）である電位Ｖｆまでの間は、白金の酸化領域であるものの、高電位であるため、劣化が進行してしまう。通常発電時は、電位Ｖｂ〜電位Ｖｃ間の領域の使用頻度を下げるように、発電条件を抑制する。
また、図３には、電位域によるバッテリ１４の使用条件が示されている。基本的には、電位が低下すると（電力が高くなると）、バッテリ１４のＳＯＣ（充電率）が低下する。具体的には、高電位である電位Ｖｅ〜電位Ｖｄ間では、バッテリ１４のＳＯＣが７５％になるまで充電が可能である。
電位Ｖｃ〜電位Ｖｄ間では、バッテリ１４のＳＯＣが例えば７０％になるまで充電が可能であり、電位Ｖｂ〜電位Ｖｃ間では、前記バッテリ１４のＳＯＣが例えば５０％になるまで充電が可能である。さらに、電位Ｖａ〜電位Ｖｂ間では、バッテリ１４のＳＯＣが例えば４０％になるまで充電が可能である。そして、電位Ｖｂ〜電位Ｖｃ間では、最小ＳＯＣ（ＳＯＣｍｉｎ）が例えば３０％まで電力出力可能である一方、電位Ｖａ〜電位Ｖｂ間では、最小ＳＯＣ（ＳＯＣｍｉｎ）が例えば１０％まで電力出力可能である。
次に、制御装置２６による運転方法について、図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
燃料電池車両１０は、アイドル状態（停車状態）にあり（ステップＳ１）、運転者が、例えば、アクセルペダル（図示せず）を踏み込むことにより、前記燃料電池車両１０の走行が開始される（ステップＳ２）。なお、アイドル状態から車両発進が行われる場合、燃料電池スタック１８が主体となって前記燃料電池スタック１８から出力されている（ステップＳ３）。
このため、燃料電池スタック１８から補機に電力を供給して前記補機を駆動させており、各発電セル２８は、ＯＣＶ状態になっていない。図５に示すように、発電セル２８は、電位Ｖｅ近傍に維持されており、ＮＥＴ出力は、０である。
ステップＳ４では、燃料電池スタック１８の要求出力（電力）が、基準出力（電位Ｖｃ時の電力）を下回るか否かが判断される。燃料電池スタック１８の要求出力が、基準出力を下回ると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、すなわち、発電セル２８の出力電位が、電位Ｖｃ（中負荷での運転域）を上回る値（電極触媒安定範囲）であると判断されると、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、燃料電池車両１０から燃料電池スタック１８の要求出力がオフされるとともに、ＮＥＴ出力が０になったか否かが判断される。燃料電池車両１０から燃料電池スタック１８の要求出力がオフされていない、又はＮＥＴ出力が０になっていない、と判断されると（ステップＳ５中、ＮＯ）、ステップＳ６に進んで、燃料電池スタック１８からバッテリ１４への充電と燃料電池車両１０への電力供給が行われる。そして、バッテリ１４のＳＯＣが例えば７０％を超えると判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ステップＳ８に進んで、前記バッテリ１４の充電が終了され、ステップＳ４に戻る。
一方、ステップＳ５において、燃料電池車両１０から燃料電池スタック１８の要求出力のパワーがオフされるとともに、ＮＥＴ出力が０となったと判断されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、運転者により、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれたか否かが判断される。ブレーキペダルが踏み込まれたと判断されると（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進んで、回生エネルギによりバッテリ１４の充電が行われる。さらに、燃料電池車両１０が停止され（ステップＳ１１）、前記燃料電池車両１０がアイドル状態に移行することにより（ステップＳ１２）、運転制御が停止される。
また、ステップＳ４において、燃料電池スタック１８の要求出力が、基準出力以上であると判断されると（ステップＳ４中、ＮＯ）、すなわち、発電セル２８の出力電位が、電位Ｖｃ以下の値（劣化促進領域）であると判断されると、ステップＳ１３の劣化抑制モードに進む。劣化抑制モードでは、まず、バッテリ１４のＳＯＣが例えば３０％を上回ると判断されると（ステップＳ１４中、ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進んで、前記バッテリ１４が主体となり燃料電池から残りの電力の供給が行われる。
このため、図５に示すように、燃料電池スタック１８は、一定出力に維持されることにより、発電セル２８の出力電位が電位Ｖｃ近傍に保持されている。その際、不足分の電力は、バッテリ１４から供給される。そして、バッテリ１４のＳＯＣが３０％以下になると（ステップＳ１４中、ＮＯ）、ステップＳ１６に進んで、燃料電池スタック１８が主体となって電力の供給が行われるとともに、前記燃料電池スタック１８は、電位変動モードに移行される。
電位変動モードでは、図５に示すように、燃料電池スタック１８から出力される電力を、要求出力に近づけるように、周期的に上昇させる処理が行われる。出力変動は、０．１秒〜１５秒の間隔で実施される。
次いで、燃料電池スタック１８の要求出力が、基準出力を下回ると判断されると（ステップＳ１７中、ＹＥＳ）、劣化抑制モードが終了されて、上述したステップＳ５以降の処理に進む。
この場合、第１の実施形態では、発電セル２８の出力電位が、劣化促進領域である電位Ｖｂ（例えば、０．７Ｖ）〜電位Ｖｃ（例えば、０．７９Ｖ）間に入った際、出力（電力）を、すなわち、前記発電セル２８の出力電位を、変動させている。従って、電極触媒は、酸化状態に維持されるため、簡単な制御で、前記電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができる。これにより、発電セル２８の劣化を有効に低減させることが可能になるという効果が得られる。
しかも、図５に示すように、燃料電池スタック１８及びバッテリ１４からモータ１６に電力を供給することにより、発電セル２８の出力電位が所定値（例えば、電位Ｖｃ）に至った際、前記発電セル２８の出力電位が一定値（電位Ｖｃ）に維持されている。そして、バッテリ１４のＳＯＣが所定値（例えば、３０％）よりも低下した際、発電セル２８の出力電位を、周期的に変動させている。このため、発電セル２８の劣化を確実に抑制することができる。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャートである。なお、第１の実施形態に係る運転方法を説明するフローチャート（図４参照）と同一の処理については、その詳細な説明は省略する。
第１の実施形態では、特に中負荷での運転域（電位Ｖｂ〜電位Ｖｃ間）を中心に説明したが、第２の実施形態では、高速道路等の高負荷での運転域（電位Ｖａ〜電位Ｖｂ間）を中心に説明する。
燃料電池車両１０では、燃料電池スタック１８の要求出力が、上側基準出力（電位Ｖｃ時の電力）を下回る際、前記燃料電池スタック１８を主体としてバッテリ１４への充電処理が行われる（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０８）。さらに、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１２に沿って、燃料電池車両１０の停止処理が遂行される。
また、燃料電池スタック１８の要求出力が、上側基準出力（電位Ｖｃ）以上である際、劣化抑制モードに移行する（ステップＳ１１３）。この劣化抑制モードでは、バッテリ１４のＳＯＣが３０％を上回る際、バッテリ１４が主体となって電力の供給が行われる（ステップＳ１１４及びステップＳ１１５）。一方、バッテリ１４のＳＯＣが３０％以下になると、燃料電池スタック１８が主体となって電力の供給が行われるとともに、前記燃料電池スタック１８は、電位変動モードに移行される（ステップＳ１１６）。
電位変動モードでは、燃料電池スタック１８の要求出力が、上側基準出力（電位Ｖｃ時の電力）を上回ると判断されると（ステップＳ１１７中、ＮＯ）、ステップＳ１１８に進む。ステップＳ１１８では、燃料電池スタック１８の要求出力が、下側基準出力（電位Ｖｂ時の電力）を上回ると判断されると（ステップＳ１１８中、ＹＥＳ）、すなわち、発電セル２８の出力電位が、電位Ｖｂを下回る値（電極触媒安定範囲）であると判断されると、ステップＳ１１９に進む。
このステップＳ１１９では、燃料電池車両１０は、高速道路等の高負荷運転域で走行しており、燃料電池スタック１８を主体として出力することにより、前記燃料電池車両１０は、パワーモードで運転が遂行される。
燃料電池スタック１８の要求出力が、下側基準出力（電位Ｖｂ時の電力）を下回ると判断されると（ステップＳ１１８中、ＮＯ）、すなわち、発電セル２８の出力電位が、電位Ｖｂを上回る値（劣化促進領域）であると判断されると、ステップＳ１１６に戻る。ステップＳ１１６では、電位Ｖｂの近傍で、電位変動モードが遂行される。
この場合、第２の実施形態では、特に高負荷での運転域において、発電セル２８の出力電位が電位Ｖｂの近傍の値である際、電位変動モードに移行される。この電位変動モードでは、燃料電池スタック１８から出力される電力を、要求出力に近づけるように、周期的に上昇させる処理が行われる。従って、簡単な制御で、電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができ、発電セル２８の劣化を有効に低減させることが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る運転方法を説明するタイムチャートである。
燃料電池車両１０は、アイドル状態であっても、燃料電池スタック１８から出力されており、補機に電力を供給して前記補機を駆動させている。燃料電池車両１０が加速することにより、燃料電池スタック１８から出力される電力が上昇し、発電セル２８の出力電位が、高電位側の電位Ｖｅから電位Ｖｄに、さらに低電位側の電位Ｖｃに向かって低下している。
電位Ｖｃ〜電位Ｖｂ間は、劣化促進領域であり、この劣化促進領域に入る前に、燃料電池スタック１８から出力される電力を一定出力に維持している。これにより、発電セル２８の出力電位は、電位Ｖｃ近傍に保持されている。その際、バッテリ１４から電力を出力させることにより、要求出力に応じた電力の供給が図られる。すなわち、バッテリ１４が主体となる電力の供給が行われている。
そして、バッテリ１４のＳＯＣが、所定値よりも低下した際に、パワーモード（電位Ｖｂ〜電位Ｖａ間）に移行して燃料電池スタック１８から出力するように制御する。ここで、燃料電池スタック１８からの出力に余裕があれば、バッテリ１４には、ＳＯＣが４０％になるまで充電される。
次いで、出力が不要になると、燃料電池スタック１８から取り出される電力が低下される。燃料電池スタック１８から取り出される電力が低下されることにより、発電セル２８の出力電位が上昇する。発電セル２８の出力電位が電位Ｖｂに至る前に、前記発電セル２８の出力電位を一定電位（電位Ｖｂ近傍）に、例えば、０．１秒〜１０秒だけ保持させる。この間、バッテリ１４に充電される。
さらに、燃料電池スタック１８から取り出される電力が低下し、発電セル２８の出力電位が電位Ｖｃに至る前に、前記発電セル２８の出力電位を一定電位（電位Ｖｃ近傍）に、例えば、０．１秒〜１０秒だけ保持させる。この間、バッテリ１４に充電される。続いて、燃料電池スタック１８から取り出される電力が低下し、発電セル２８の出力電位が電位Ｖｄに至る前に、前記発電セル２８の出力電位を一定電位（電位Ｖｄ近傍）に、例えば、０．１秒〜１０秒だけ保持させる。この間、バッテリ１４に充電される。
上記のように、第３の実施形態では、燃料電池スタック１８から取り出される電力を低下させる際、劣化促進領域の上限側（電位Ｖｃ）及び下限側（電位Ｖｂ）において、さらに必要に応じて電位Ｖｄにおいて、発電セル２８の出力電位を、一定の時間だけ一定値に保持させている。なお、発電セル２８の出力電位を一定の時間だけ一定値に保持させる制御は、燃料電池スタック１８から取り出される電力を低下させる際だけでなく、増加させる際にも適用できる。すなわち、燃料電池スタック１８から取り出される電力を増減させる際に適用できる。
従って、発電セル２８では、劣化促進領域を挟んで急激な出力電位の変動が阻止されるため、簡単な制御で、電極触媒の溶出を容易且つ確実に抑制することができる。これにより、電極触媒の劣化を低減させることが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…バッテリ １６…モータ
１８…燃料電池スタック ２０…酸化剤ガス供給装置
２２…燃料ガス供給装置 ２４…冷却媒体供給装置
２６…制御装置 ２８…発電セル
４２…エアコンプレッサ ５８…高圧水素タンク
９０…電位測定装置

Claims (3)

  1. 燃料電池及びバッテリから電力が供給される車両駆動用電動機を備える燃料電池車両の運転方法であって、
    前記燃料電池及び前記バッテリから前記車両駆動用電動機に電力が供給された状態で、前記燃料電池の出力電位が、白金酸化還元反応に起因して該燃料電池の劣化が促進される電圧領域である劣化促進領域に入った際、前記燃料電池から取り出される電力を制御することを特徴とする燃料電池車両の運転方法。
  2. 請求項１記載の運転方法であって、前記燃料電池及び前記バッテリから前記車両駆動用電動機に電力を供給することにより、前記燃料電池の出力電位が所定値に至った際、前記燃料電池の出力電位を一定値に維持する工程と、
    前記バッテリの充電率が所定値よりも低下した際、前記燃料電池から取り出される電力を変動させる工程と、
    を有することを特徴とする燃料電池車両の運転方法。
  3. 燃料電池及びバッテリから電力が供給される車両駆動用電動機を備える燃料電池車両の運転方法であって、
    前記燃料電池及び前記バッテリから前記車両駆動用電動機に電力が供給された状態で、前記燃料電池から取り出される電力を増減させる際、白金酸化還元反応に起因して該燃料電池の劣化が促進される電圧領域である劣化促進領域の上限側及び下限側において、前記燃料電池の出力電位を一定値に保持させることを特徴とする燃料電池車両の運転方法。
JP2016141455A 2016-07-19 2016-07-19 燃料電池車両の運転方法 Active JP6310511B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016141455A JP6310511B2 (ja) 2016-07-19 2016-07-19 燃料電池車両の運転方法
CN201710578700.2A CN107634246B (zh) 2016-07-19 2017-07-14 燃料电池车辆的运转方法
US15/653,531 US10826092B2 (en) 2016-07-19 2017-07-19 Method for operating fuel cell vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016141455A JP6310511B2 (ja) 2016-07-19 2016-07-19 燃料電池車両の運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018014174A true JP2018014174A (ja) 2018-01-25
JP6310511B2 JP6310511B2 (ja) 2018-04-11

Family

ID=60988911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016141455A Active JP6310511B2 (ja) 2016-07-19 2016-07-19 燃料電池車両の運転方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10826092B2 (ja)
JP (1) JP6310511B2 (ja)
CN (1) CN107634246B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019129981A (ja) * 2018-01-30 2019-08-08 株式会社ニューギン 遊技機
CN112776670A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 长城汽车股份有限公司 一种电池控制方法、系统及车辆
WO2022130721A1 (ja) * 2020-12-16 2022-06-23 株式会社豊田中央研究所 燃料電池制御指令装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113352949B (zh) * 2020-03-06 2022-12-23 未势能源科技有限公司 燃料电池车辆的控制方法、系统及燃料电池车辆
JP2022122497A (ja) * 2021-02-10 2022-08-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007220323A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2013062153A (ja) * 2011-09-14 2013-04-04 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両
WO2013065132A1 (ja) * 2011-11-01 2013-05-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の出力制御装置
JP2013164917A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2013168218A1 (ja) * 2012-05-07 2013-11-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01211860A (ja) * 1988-02-18 1989-08-25 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電システムの制御装置
JP5007665B2 (ja) * 2007-02-05 2012-08-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5384543B2 (ja) 2011-03-04 2014-01-08 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP5456723B2 (ja) 2011-06-20 2014-04-02 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及び該システム搭載車両
JP5525001B2 (ja) 2012-04-27 2014-06-18 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007220323A (ja) * 2006-02-14 2007-08-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2013062153A (ja) * 2011-09-14 2013-04-04 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両
WO2013065132A1 (ja) * 2011-11-01 2013-05-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の出力制御装置
JP2013164917A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
WO2013168218A1 (ja) * 2012-05-07 2013-11-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019129981A (ja) * 2018-01-30 2019-08-08 株式会社ニューギン 遊技機
CN112776670A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 长城汽车股份有限公司 一种电池控制方法、系统及车辆
WO2022130721A1 (ja) * 2020-12-16 2022-06-23 株式会社豊田中央研究所 燃料電池制御指令装置
JP2022095107A (ja) * 2020-12-16 2022-06-28 株式会社豊田中央研究所 燃料電池制御指令装置
JP7248004B2 (ja) 2020-12-16 2023-03-29 株式会社豊田中央研究所 燃料電池制御指令装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6310511B2 (ja) 2018-04-11
US10826092B2 (en) 2020-11-03
US20180026283A1 (en) 2018-01-25
CN107634246B (zh) 2020-11-03
CN107634246A (zh) 2018-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5007665B2 (ja) 燃料電池システム
JP6310511B2 (ja) 燃料電池車両の運転方法
JP4591721B2 (ja) 燃料電池システム
US9748590B2 (en) Fuel cell system
EP2192647B1 (en) Fuel cell system
WO2013128610A1 (ja) 燃料電池システム
US20150111122A1 (en) Fuel cell system
JP2010055927A (ja) 燃料電池システム
US9520605B2 (en) Fuel cell system
JP2006236862A (ja) 燃料電池システム及びそれを搭載した車両
JP2009064754A (ja) 燃料電池システム及びその起動方法
JP6225957B2 (ja) 燃料電池システム
JP5725423B2 (ja) 燃料電池システム
JP2014002844A (ja) 燃料電池システム
JP2013171682A (ja) 燃料電池システム及び燃料電池の制御方法
JP5672639B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JPWO2013128610A1 (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171219

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180313

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180316

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6310511

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150