JP2018101572A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】故障検知時の燃料電池スタックへの燃料供給不足の発生を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム1のコントローラ30は、燃料電池スタック10への要求電力が所定値未満の場合に複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうちの1本を駆動させる通常モードと、要求電力が所定値以上の場合に複数のインジェクタのうちの2本以上を駆動させる高負荷モードとを実施可能に構成される。コントローラ30は、上記の通常モードの実施可能条件下において、複数のインジェクタ全てに対し1本ずつ駆動指令を出し、駆動指令を出した時点以降に圧力センサ40により測定される圧力が所定の閾値未満の場合、駆動指令により駆動される1本のインジェクタの閉故障を検知する。【選択図】図1

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
特許文献1には、燃料電池スタックに水素(燃料ガス)を供給するための第1のインジェクタ及び第2のインジェクタの開故障を順番に検知する燃料電池システムが記載されている。
特開2014−107062号公報
この種の燃料電池システムでは、低負荷時には複数のインジェクタのうち1本を用い、高負荷時には複数のインジェクタのうちすべてを用いることが想定されている。
ここで、全てのインジェクタが用いられる高負荷時に、低負荷時に駆動されないインジェクタの故障検知を行った場合、低負荷時に駆動されないインジェクタが閉故障であると、高負荷時は燃料消費速度が速いため燃料電池スタックへの燃料供給不足が生じ、燃料電池スタックが劣化する虞がある。
そこで本発明は、故障検知時の燃料電池スタックへの燃料供給不足の発生を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する複数のインジェクタと、前記複数のインジェクタが設けられる燃料供給流路の圧力を測定する圧力測定部と、前記複数のインジェクタの動作を制御する制御部と、前記複数のインジェクタへの駆動指令及び前記圧力測定部により計測される圧力を用いて、前記複数のインジェクタの閉故障を検知する演算部と、を備える。前記制御部は、前記燃料電池スタックへの要求電力が所定値未満の場合に前記複数のインジェクタのうちの1本を駆動させる通常モードと、要求電力が所定値以上の場合に前記複数のインジェクタのうちの2本以上を駆動させる高負荷モードとを実施可能に構成される。前記演算部は、前記制御部による前記通常モードの実施可能条件下において、前記複数のインジェクタ全てに対し1本ずつ駆動指令を出し、駆動指令を出した時点以降に前記圧力測定部により測定される圧力が所定の閾値未満の場合、駆動指令により駆動される1本のインジェクタの閉故障を検知する。
この態様によれば、燃料ガスの消費速度が遅い低負荷時に、複数のインジェクタの全ての閉故障を検知することが可能となるので、故障検知時の燃料電池スタックへの燃料供給不足の発生を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
本発明によれば、故障検知時の燃料電池スタックへの燃料供給不足の発生を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供することができる。
図1は、実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図2は、燃料電池システムにより実施される閉故障検知制御のフローチャートである。
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
まず図1を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム1の構成について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム1は、反応ガス(酸化ガス及び燃料ガス)の供給を受けて電力を発生する燃料電池スタック10(FCスタック)を備えるとともに、燃料電池スタック10に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系、燃料電池スタック10に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系20、システム全体を統合制御するコントローラ30等を備えている。図1には、これらの要素のうち、燃料電池スタック10、水素ガス配管系20、コントローラ30(制御部、演算部)を図示している。
燃料電池スタック10は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。
水素ガス配管系20は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク21と、水素タンク21の水素ガスを燃料電池スタック10に供給するための水素供給流路22(燃料供給流路)と、燃料電池スタック10から排出された水素オフガスを水素供給流路22に戻すための循環流路23と、を備えている。
水素供給流路22には、上流側(水素タンク21側)から下流側(FCスタック10側)の方向に沿って、水素タンク21からの水素ガスの供給を遮断又は許容する主止弁24と、水素ガスの圧力を調整する中圧リリーフ弁25と、並列配置される複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nと、が設けられている。また、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの下流側であって水素供給流路22と循環流路23との合流部の上流側には、水素供給流路22内の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ40(圧力測定部)が設けられている。
中圧リリーフ弁25は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。中圧リリーフ弁25は、例えば一次圧を減圧する機械式の減圧弁(調圧弁、レギュレータ)である。
複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nは、燃料電池スタック10に水素ガスを供給する。複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧等のガス状態を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。コントローラ30から出力される制御信号によって個々のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。
なお、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nは、弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの下流に供給されるガス圧力がインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの上流のガス圧力より減圧される。このため、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nを調圧弁(減圧弁、レギュレータ)と解釈することもできる。
循環流路23には、気液分離器26及び排気排水弁27を介して、排出流路28が接続されている。気液分離器26は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁27は、コントローラ30からの指令によって作動することにより、気液分離器26で回収した水分と、循環流路23内の不純物を含む水素オフガスと、を外部に排出(パージ)するものである。
また、循環流路23には、循環流路23内の水素オフガスを加圧して水素供給流路22側へ送り出す水素ポンプ29が設けられている。
コントローラ30は、燃料電池システム1の動作を制御する。燃料電池システム1が車両に搭載されている場合、コントローラ30は、車両に設けられた加速操作装置(アクセル等)の操作量を検出し、加速要求値(例えば駆動モータ等の負荷装置からの要求発電量)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。
なお、負荷装置とは、駆動モータのほかに、燃料電池スタック10を作動させるために必要な補機装置(例えばコンプレッサ、水素ポンプ29、冷却ポンプのモータ等)、車両の走行に関与する各種装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等)で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置(エアコン)、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。
特に本実施形態では、コントローラ30は、水素供給流路22に並列設置されている複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの動作を制御する制御部としての機能を有する。より詳細には、コントローラ30は、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうち、燃料電池スタック10への要求電力の負荷度合いに応じて駆動させるインジェクタの本数を変更する「インジェクタ駆動制御」を実施することができる。また、コントローラ30は、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのそれぞれについて、閉故障の発生有無を判定して、各インジェクタの閉故障を検知する「閉故障検知制御」を実施する演算部としての機能を有する。ここで「閉故障」とは、例えばインジェクタの弁体が弁座に固着していることなどに起因して、インジェクタが閉状態のままで開状態に遷移させることができない異常のことをいう。
コントローラ30は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上述したコントローラ30の各機能は、ROMに保持されるアプリケーションプログラムをRAMにロードしてCPUで実行することによって、CPUの制御のもとで車両内の各種装置を動作させると共に、RAMやROMにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。なお、コントローラ30は、燃料電池システム1が車両に搭載されている場合には、車両の各種制御を行うECUの一部としても実装することができる。
次に図2を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作について説明する。まず上述したインジェクタ駆動制御及び閉故障検知制御の概要を説明する。
本実施形態の燃料電池システム1においては、低負荷時にインジェクタ駆動電力を低減して燃費を改善する目的で、負荷に応じてインジェクタの駆動本数を変更するインジェクタ駆動制御が実施される。インジェクタ駆動制御では、コントローラ30は、基本的には、燃料電池スタック10への要求電力が所定値未満となる低負荷時(例えば平坦路などの通常走行時)には、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうちの1本のみを駆動させて、燃料電池スタック10への燃料供給量の制御を行う(以下では「通常モード」という)。また、燃料電池スタック10への要求電力が所定値以上となる高負荷時(例えば登坂路などの高負荷走行時)には、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうちの2本以上(例えば全てのインジェクタ)を駆動させて、燃料電池スタック10への燃料供給量の制御を行う(以下では「高負荷モード」という)。なお、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nが3本以上の構成においては、上記の高負荷モードは、2本のインジェクタを用いるモード、3本のインジェクタを用いるモードなど、複数のモードに細分化することもできる。
コントローラ30は、インジェクタ駆動制御において、燃料電池スタック10への要求電力の負荷が減るにつれて、駆動させる複数のインジェクタの数を減少させ、一方、負荷が増えるにつれて、駆動させる複数のインジェクタの数を増加させる、とも言い換えることができる。例えば、要求電力が低負荷領域の場合には図1に示すインジェクタINJ_1のみを作動させ、要求電力が中負荷領域の場合にはインジェクタINJ_1に加えてインジェクタINJ_2も作動させ、高負荷領域の場合にはインジェクタINJ_1及びインジェクタINJ_2に加えてインジェクタINJ_Nも作動させることができる。
ここで、燃料電池システム1の低コスト化及び多様なバリエーション展開を実現するためには、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのそれぞれは、既存のCNG向けインジェクタ等を流用することが好ましい。すなわち、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nは、同程度の噴射性能を有していることが好ましい。
インジェクタ駆動制御において、例えば正常時の燃料電池スタック10では、アノード極において(1)式の酸化反応が生じ、カソード極において(2)式の還元反応が生じる。
AN:2H2 → 4H++4e― ・・・(1)
CA:O2+4H+4e― → 2H2O ・・・(2)
このようなインジェクタ駆動制御において、高負荷時でのみ駆動するインジェクタがある場合(例えば図1のインジェクタINJ_N)、このインジェクタが閉固着などで故障していると、高負荷掃引時(水素消費速度が速い)の際に水素供給不足が発生し燃料電池の性能低下に至る可能性がある。完全水素欠乏時の燃料電池スタック10では、アノード極において(3)式に示すように、触媒担持カーボンが酸化し減少し、触媒が脱落して性能低下を生じる。カソード極において(4)式の還元反応が生じる。
AN:C+2H2O → CO2+4H++4e― ・・・(3)
CA:O2+4H+4e― → 2H2O ・・・(4)
本実施形態では、このような水素供給不足による燃料電池の性能低下を発生させずに、運転中に複数の並列配置されたインジェクタの閉故障検知を行うことができるよう構成されている。具体的には、コントローラ30は、水素消費速度が遅い低負荷時においてのみ(すなわち、上述のインジェクタ駆動制御の通常モードの実施可能条件下において)、閉故障検知制御を実施する。また、閉故障が検知されたインジェクタの動作不良による水素供給不足を回避するため、閉故障検知制御を実施する際には、事前に水素供給圧力(燃料供給圧力)を所定値(例えばコントローラ30により指令可能な上限圧力)に上げておく。また、これらの条件下で、複数のインジェクタを一定時間ごとに交互に動作させてすべてのインジェクタの故障検知を行う。また、個々のインジェクタ駆動時の下流の圧力上昇を監視することで、インジェクタの閉故障有無を検知する。
図2を参照して閉故障検知制御の具体的な処理について説明する。図2のフローチャートに示す処理は、コントローラ30によって、例えば所定周期ごとに実施される。
ステップS1では、燃料電池スタック10のスタック掃引電流が、所定のINJ異常検出可能しきい値未満であるか否かが判定される。INJ異常検出可能しきい値は、例えばインジェクタの1次/2次圧力差による流量特性、通電時間、圧力センサ40の交差、燃料電池スタック10の発電電流値等を考慮して決定することができる。
ステップS1の判定の結果、スタック掃引電流がINJ異常検出可能しきい値未満である場合(ステップS1のYes)には、燃料電池スタック10への要求電力が少ない低負荷運転中であり、インジェクタ駆動制御の通常モードの実施条件下であると判断して、以下に説明する、ステップS2〜S6の閉故障検知制御が実施される。
ステップS2では、目標インジェクタ下流水素圧力が、指令可能な上限圧力に変更される。目標インジェクタ下流水素圧力は、例えば、圧力センサ40により計測可能な、水素供給流路22の複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの下流側の水素ガス圧力の目標値である。ステップS2の処理が完了するとステップS3に進む。
ステップS3では、駆動するインジェクタが、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうち所定の1つのインジェクタINJ_*(*=1〜N)に固定される。この状態が所定時間保持されて、インジェクタINJ_*の下流側圧力が取得される。所定時間経過後は、駆動するインジェクタが、符号の添字を1増加した別のインジェクタINJ_*+1に変更されて、同様に所定時間に亘って下流側圧力が計測される。このインジェクタ変更は、*=Nとなり、すべてのインジェクタが選択されるまで実施される。ステップS3の処理が完了するとステップS4に進む。
ステップS4では、複数のインジェクタのうちのそれぞれのインジェクタINJ_*(*=1〜N)について、インジェクタINJ_*駆動中の下流圧力上昇値が、所定のINJ動作判定しきい値より大きいか否かが判定される。
ステップS4の判定の結果、インジェクタINJ_*駆動中の下流圧力上昇値が、所定のINJ動作判定しきい値より大きい場合(ステップS4のYes)には、ステップS5にて、該当するインジェクタINJ_*は正常に動作していると判定される。
一方、ステップS4の判定の結果、インジェクタINJ_*駆動中の下流圧力上昇値が、所定のINJ動作判定しきい値以下の場合(ステップS4のNo)には、ステップS6にて、該当するインジェクタINJ_*は閉故障であると判定される。これらのステップS4〜S6の判定がすべてのインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nについて行われると、本制御フローを終了する。
また、ステップS1の判定の結果、スタック掃引電流がINJ異常検出可能しきい値以上である場合(ステップS1のNo)には、燃料電池スタック10への要求電力が大きい高負荷運転中であり、インジェクタ駆動制御の高負荷モードの実施条件下であると判断して、ステップS7にてインジェクタの閉故障の検出は不可とされ、閉故障検知制御を実施せずに本制御フローを終了する。
次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の効果について説明する。本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、燃料電池スタック10に燃料ガスを供給する複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nと、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nが設けられる水素供給流路22の圧力を測定する圧力センサ40と、制御部及び演算部の機能を有するコントローラ30と、を備える。制御部の機能とは、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの動作を制御する機能である。演算部の機能とは、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nへの駆動指令及び圧力センサ40により計測される圧力を用いて、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの閉故障を検知する機能である。制御部としてのコントローラ30は、燃料電池スタック10への要求電力が所定値未満の場合に複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうちの1本を駆動させる通常モードと、要求電力が所定値以上の場合に複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nのうちの2本以上を駆動させる高負荷モードとを実施可能に構成される。また、演算部としてのコントローラ30は、上記の通常モードの実施可能条件下において、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_N全てに対し1本ずつ駆動指令を出し、駆動指令を出した時点以降に圧力センサ40により測定される圧力が所定の閾値未満の場合、駆動指令により駆動される1本のインジェクタの閉故障を検知する。
この構成により、燃料ガスとしての水素の消費速度が遅い低負荷時に、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの全ての閉故障を検知することが可能となるので、本実施形態の燃料電池システム1は、閉故障検知制御を実施する故障検知時の燃料電池スタック10への水素供給不足の発生を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態の燃料電池システム1において、演算部としてのコントローラ30は、通常モードの実施可能条件下において、燃料電池スタック10への水素供給圧力を所定値以上(例えば上限圧力)にした後、閉故障の検知を行う。
この構成により、燃料電池スタック10に燃料ガスとしての水素を十分に供給した状態で閉故障を検知することが可能となるので、本実施形態の燃料電池システム1は、より確実に故障検知時の水素供給不足の発生を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
上記実施形態では、水素供給流路22において複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの下流側に圧力センサ40を設け、インジェクタ動作時に圧力センサ40により計測されるインジェクタ下流側圧力の変動を監視して、インジェクタの閉故障を検出する構成を例示したが、閉故障検知制御に用いる水素ガス圧力は水素供給流路22上の他の箇所の圧力を用いることもできる。例えば、複数のインジェクタINJ_1,INJ_2,・・・,INJ_Nの上流側に圧力センサ40を設け、インジェクタ動作時に圧力センサ40により計測されるインジェクタ上流側圧力の変動を監視して、閉故障を検出する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、図1に示すように単一のコントローラ30が制御部及び演算部の機能を併せて有する構成を例示したが、制御部の機能と演算部の機能とを別々の装置に実装する構成とすることもできる。
1…燃料電池システム、10…燃料電池スタック、30…コントローラ(制御部、演算部)、40…圧力センサ(圧力測定部)、INJ_1,INJ_2,・・・,INJ_N…インジェクタ

Claims (2)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する複数のインジェクタと、
    前記複数のインジェクタが設けられる燃料供給流路の圧力を測定する圧力測定部と、
    前記複数のインジェクタの動作を制御する制御部と、
    前記複数のインジェクタへの駆動指令及び前記圧力測定部により計測される圧力を用いて、前記複数のインジェクタの閉故障を検知する演算部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記燃料電池スタックへの要求電力が所定値未満の場合に前記複数のインジェクタのうちの1本を駆動させる通常モードと、要求電力が所定値以上の場合に前記複数のインジェクタのうちの2本以上を駆動させる高負荷モードとを実施可能に構成され、
    前記演算部は、前記制御部による前記通常モードの実施可能条件下において、前記複数のインジェクタ全てに対し1本ずつ駆動指令を出し、駆動指令を出した時点以降に前記圧力測定部により測定される圧力が所定の閾値未満の場合、駆動指令により駆動される1本のインジェクタの閉故障を検知する、
    燃料電池システム。
  2. 前記演算部は、前記制御部による前記通常モードの実施可能条件下において、前記燃料電池スタックへの燃料供給圧力を所定値以上にした後、前記閉故障の検知を行う、
    請求項1に記載の燃料電池システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020149813A (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法
CN112687915A (zh) * 2019-10-18 2021-04-20 本田技研工业株式会社 燃料电池系统
JP7498687B2 (ja) 2021-09-07 2024-06-12 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210063493A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-04 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring a fuel cell
CN112820903B (zh) * 2021-01-28 2023-07-18 重庆凯瑞动力科技有限公司 组合式大流量氢气喷射装置及控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005302563A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置
JP2008130442A (ja) * 2006-11-22 2008-06-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2009146675A (ja) * 2007-12-13 2009-07-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびインジェクタの作動方法
JP2014107062A (ja) * 2012-11-26 2014-06-09 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2014123555A (ja) * 2012-11-21 2014-07-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0837015A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Toshiba Corp 燃料電池発電装置
JP4692869B2 (ja) * 2003-10-24 2011-06-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの異常検出装置
JP4799403B2 (ja) * 2004-03-17 2011-10-26 トヨタ自動車株式会社 流体供給装置およびこれを備えた燃料電池システム
JP2006107998A (ja) * 2004-10-07 2006-04-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4756465B2 (ja) * 2005-12-16 2011-08-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体
JP5120590B2 (ja) * 2006-08-25 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びインジェクタの診断方法
US9231260B2 (en) * 2006-12-07 2016-01-05 GM Global Technology Operations LLC System and method for redistribution of the flow of fuel under faulted conditions in a fuel cell system
JP5172194B2 (ja) * 2007-04-04 2013-03-27 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2013246935A (ja) 2012-05-24 2013-12-09 Honda Motor Co Ltd 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
JP2005302563A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池の制御装置
JP2008130442A (ja) * 2006-11-22 2008-06-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2009146675A (ja) * 2007-12-13 2009-07-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびインジェクタの作動方法
JP2014123555A (ja) * 2012-11-21 2014-07-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2014107062A (ja) * 2012-11-26 2014-06-09 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020149813A (ja) * 2019-03-12 2020-09-17 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法
JP7189813B2 (ja) 2019-03-12 2022-12-14 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法
CN112687915A (zh) * 2019-10-18 2021-04-20 本田技研工业株式会社 燃料电池系统
JP2021068517A (ja) * 2019-10-18 2021-04-30 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US11545680B2 (en) 2019-10-18 2023-01-03 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
CN112687915B (zh) * 2019-10-18 2024-04-30 本田技研工业株式会社 燃料电池系统
JP7498687B2 (ja) 2021-09-07 2024-06-12 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム

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