JP2018097936A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システム10は、燃料ガスリターン管AL3と酸化ガス排出管CL2との間に配置され、燃料ガスリターン管AL3内のガスを酸化ガス排出管CL2に排出可能な燃料ガス排出弁60と、燃料ガス排出弁60に対する閉弁制御が実行された後に、燃料ガス排出弁60から酸化ガス排出管CL2へと流れる漏れガスの流量に応じて酸化ガス供給装置30により供給されるべき希釈ガス流量を決定する制御装置20を備える。制御装置20は、漏れガスの流量が多くなるに連れて希釈ガス流量を多く決定する。
【選択図】図1
Description
図1は各実施形態に共通して適用可能な燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図2は各実施形態に共通して適用可能な制御装置を示すブロック図である。
図6〜図9を参照して第2の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図6は第2の実施形態に係る燃料電池システムの始動時に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図7は第2の実施形態に係る燃料電池システムにおいて実行される氷点下始動処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図8は図6に示す各処理が実行される際における各制御パラメータおよび検出値の時間変化を示すタイムチャートである。第2の実施形態に係る燃料電池システム10は、4輪車両に搭載されて用いられる。第2の実施形態においては、氷点下始動処理と、氷点下始動処理に続く暖機処理が実行され、希釈ガス流量の決定処理は、氷点下始動処理の一部として実行される。
・氷点下始動処理が終了していない、
・アノード置換処理が完了している、
・暖機処理が開始されていない(実行前)、
・燃料ガス排出弁60に対して閉弁指示が送られている。
(1)第1の変形例:第1および第2の実施形態において、決定された希釈ガス流量を加えた総酸化ガス流量にて酸化ガスが供給されても、燃料ガス濃度センサ54によって検出される燃料ガス濃度が予め定められた基準濃度を超えた場合には、希釈ガス流量を増大させても良い。燃料電池システム10の使用環境がより厳密な排気酸化ガス中の燃料ガス濃度を求める場合や、燃料ガス排出弁60からの漏れガス流量が多く、あるいは、燃料ガス排出弁60の開口率が大きく、燃料電池システム10の外部における燃料ガス濃度が予め定められた基準濃度を超える場合には、更に希釈ガス流量を増大させることにより、酸化ガス排出管CL2における燃料ガス濃度の増大の抑制または防止を図ることができる。なお、燃料ガス濃度に基づく希釈ガス流量の増大処理は、希釈ガス流量決定処理中に、漏れガス流量または開口率に基づいて決定された希釈ガス流量を修正する態様にて実行されてもよい。燃料ガス排出弁60からの漏れガス流量が多い場合には、希釈ガス流量決定処理中であっても燃料ガス濃度センサ54によって検出される燃料ガス濃度が予め定められた基準濃度を超えることがあるからである。
Claims (11)
- 燃料電池システムであって、
酸化ガス供給部と、酸化ガス排出部と、燃料ガス供給部と、燃料ガス排出部とを有する燃料電池と、
酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
前記酸化ガス供給装置と前記酸化ガス供給部とを接続する酸化ガス供給管と、
前記酸化ガス排出部に接続されている酸化ガス排出管と、
前記燃料ガス供給部に接続されている燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス排出部と前記燃料ガス供給管とを接続する燃料ガスリターン管と、
前記燃料ガスリターン管と前記酸化ガス排出管との間に配置され、前記燃料ガスリターン管内のガスを前記酸化ガス排出管に排出可能な燃料ガス排出弁と、
前記燃料ガス排出弁に対する閉弁制御が実行された後に、前記燃料ガス排出弁から前記酸化ガス排出管へと流れる漏れガスの流量に応じて前記酸化ガス供給装置により供給されるべき希釈ガス流量を決定する制御装置であって、前記漏れガスの流量が多くなるに連れて前記希釈ガス流量を多く決定する制御装置と、を備える燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、前記漏れガスの流量を用いて前記燃料ガス排出弁が開弁状態にあると判定した場合に、前記漏れガスの流量に応じて前記希釈ガス流量を決定する、燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料ガス供給管の一部および前記燃料ガスリターン管により形成される燃料ガス循環路における燃料ガスの圧力を検出する圧力計を備え、
前記制御装置は、予め定められた基準燃料ガス圧力値に対する前記圧力計により検出された検出圧力値の比を求め、前記比が小さくなるにつれて前記漏れガスの流量は多くなると推定して、前記希釈ガス流量を多く決定する、燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス排出弁に対する閉弁制御が実行された後であって、前記燃料電池の暖機処理の実行前に、前記燃料ガス循環路における燃料ガス圧力を上昇させて、前記燃料電池を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチな燃料ガス濃度にて稼働させる暖機前処理が実行され、
前記制御装置は、前記暖機前処理の実行中に前記希釈ガス流量を決定する、燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基準燃料ガス圧力値は、前記燃料ガス排出弁が全開の際の前記燃料ガス循環路における前記燃料ガスの圧力値であり、
前記制御装置は、予め定められた期間における前記検出圧力値の変動量と前記基準燃料ガス圧力値の変動量との比である前記燃料ガス排出弁の開口率を算出し、前記開口率が大きくなるにつれて前記漏れガスの流量は多くなると推定して、前記希釈ガス流量を多く決定する、燃料電池システム。 - 請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス排出弁に対する閉弁制御が実行された後であって、前記燃料電池の暖機運転の実行前に、前記燃料ガス循環路における燃料ガス圧力を上昇させて、前記燃料電池を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチな燃料ガス濃度にて稼働させる暖機前処理が実行され、
前記予め定められた期間は、前記暖機前処理の実行期間であり、
前記制御装置は、前記検出圧力値の変動量が閉弁不能判定閾値以上である場合に前記燃料ガス排出弁に閉弁不能状態が生じていると判定する、燃料電池システム。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置はさらに、前記燃料電池の暖機処理時における目標燃料ガス圧力が低くなるにつれて低減させた前記希釈ガス流量を決定する、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池を迂回して、前記酸化ガス供給管と前記酸化ガス排出管とを連通する酸化ガス迂回管と、
前記酸化ガス迂回管に配置され、前記酸化ガスの流れを前記酸化ガス供給部へ向かう第1の流れと、前記酸化ガス排出管へ向かう第2の流れとに、任意の割合で分流可能な分流弁と、を備え、
前記制御装置はさらに、前記酸化ガス供給装置に対して、前記希釈ガス流量による酸化ガスの供給を指示する際に、前記第1の流れに対する前記第2の流れの流量比が減少する弁開度を前記分流弁に対して指示する、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池の外部における燃料ガス濃度を検出する燃料ガス濃度検出器を備え、
前記制御装置はさらに、前記希釈ガス流量による酸化ガスの供給を前記酸化ガス供給装置に指示した後に、前記燃料ガス濃度検出器によって検出された燃料ガス濃度が判定閾値よりも高い場合には、前記希釈ガス流量を更に増大させる、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、前記燃料電池の暖機処理時に、前記決定された希釈ガス流量による酸化ガスの供給を前記酸化ガス供給装置に指示する、燃料電池システム。 - 燃料電池システムの制御方法であって、
燃料電池の燃料ガス排出部と燃料ガス供給管とを接続する燃料ガスリターン管と酸化ガス排出管との間に配置され、燃料ガスリターン管内のガスを酸化ガス排出管に排出可能な燃料ガス排出弁に対する閉弁制御の実行指示を取得し、
前記燃料ガス排出弁から前記酸化ガス排出管へと流れる漏れガスの流量に応じて酸化ガス供給装置により供給されるべき希釈ガス流量を、前記漏れガスの流量が多くなるに連れてを多くなるよう決定すること、を備える燃料電池システムの制御方法。
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