JP2021128907A - Fuel cell 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.
近年、環境問題に対する取り組みの一環として、低公害車の開発が進められており、その中の一つに燃料電池システムを車載電源とする燃料電池車両がある。燃料電池システムは、電解質膜の一方の面にアノード極を配置し、他方の面にカソード極を配置してなる膜− 電極接合体に反応ガスを供給することで電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池システムは、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高出力密度を有することから、車載電力源としての用途が期待されている。 In recent years, as part of efforts to address environmental issues, the development of low-emission vehicles has been promoted, and one of them is a fuel cell vehicle that uses a fuel cell system as an in-vehicle power source. A fuel cell system causes an electrochemical reaction by supplying a reaction gas to a membrane-electrode assembly in which an anode electrode is arranged on one surface of an electrolyte membrane and a cathode electrode is arranged on the other surface, thereby causing a chemical energy. Is an energy conversion system that converts Among them, the polymer electrolyte electrolyte fuel cell system, which uses a polymer electrolyte membrane as an electrolyte, is expected to be used as an in-vehicle power source because it is low in cost, easy to be compact, and has a high output density. There is.
燃料電池スタックのガスチャンネル内部には、反応ガスの電気化学反応で生じた生成水や反応ガスを加湿するための加湿水などが残留しており、この残留水を放置したまま発電を停止すると、低温環境下では、残留水が凍結してしまい、膜−電極接合体への反応ガスの拡散が妨げられ、低温始動性が低下する。 Inside the gas channel of the fuel cell stack, the generated water generated by the electrochemical reaction of the reaction gas and the humidified water for humidifying the reaction gas remain, and if the power generation is stopped while this residual water is left unattended, In a low temperature environment, the residual water freezes, hindering the diffusion of the reaction gas into the membrane-electrode assembly, and lowering the low temperature startability.
燃料電池スタック内部に残留する水の量(含水量)を適正な範囲に調整したいが、含水量は、運転出力、気温、湿度等によって大きく異なる。すると、掃気によって余分な水分を排出する場合に、もとの含水量に応じて掃気時間が異なってしまい、燃料電池の利用者に違和感を与えていた。特許文献1に開示されたる燃料電池システムは、燃料電池の停止時に水分を掃気する掃気時間が一定になるように、燃料電池スタックに流出入する水収支を定常的に制御している。 I want to adjust the amount of water remaining inside the fuel cell stack (water content) to an appropriate range, but the water content varies greatly depending on the operating output, temperature, humidity, and so on. Then, when excess water is discharged by scavenging, the scavenging time differs depending on the original water content, which gives a feeling of strangeness to the fuel cell user. The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 constantly controls the water balance that flows in and out of the fuel cell stack so that the scavenging time for scavenging water when the fuel cell is stopped is constant.
特許文献1に開示されたる燃料電池システムによると、燃料電池の発電中に定常的に水収支を制御するため、例えば燃料電池の温度を下げるといった時間を要する制御が必要となった場合には、目標の含水量に到達する前に発電を停止する処理に移行してしまうことがあった。また、発電中に水収支を目標値に追従させることを優先すると、発電効率を著しく低下させてしまうことがあった。 According to the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, in order to constantly control the water balance during power generation of the fuel cell, for example, when a time-consuming control such as lowering the temperature of the fuel cell is required, In some cases, the process shifted to stopping power generation before reaching the target water content. In addition, if priority is given to keeping the water balance following the target value during power generation, the power generation efficiency may be significantly reduced.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、燃料電池の発電中に水収支を定常的に制御することなく、発電停止時に燃料電池の含水量を一定時間で目標範囲に到達させる燃料電池システムを提供するものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and the water content of the fuel cell is set within a target range in a fixed time when the power generation is stopped without constantly controlling the water balance during the power generation of the fuel cell. It provides a fuel cell system to reach.
本発明の第1の態様における燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池の含水量を計測する計測部と、燃料電池の掃気ガスを昇温する昇温部と、燃料電池の掃気を制御する制御部とを備え、制御部は、燃料電池による発電を停止する停止処理を開始する場合に、予め設定された掃気時間で含水量が目標範囲に到達するように、計測部で計測された含水量に基づいて掃気ガスの目標温度を決定し、掃気ガスを昇温部で目標温度まで昇温し、昇温した掃気ガスにより掃気を実行する。このように、発電の停止処理を開始する時点での含水量と設定された掃気時間に応じて掃気ガスをどれだけ温めるかを決定し、その適温化された掃気ガスで余分な水分を排出するので、含水量を当該掃気時間で目標範囲に到達させることができる。 The fuel cell system according to the first aspect of the present invention controls the fuel cell, the measuring unit for measuring the water content of the fuel cell, the temperature raising unit for raising the temperature of the scavenging gas of the fuel cell, and the scavenging of the fuel cell. A control unit is provided, and the control unit includes a control unit measured by the measurement unit so that the water content reaches the target range within a preset scavenging time when starting the stop process for stopping the power generation by the fuel cell. The target temperature of the scavenging gas is determined based on the amount of water, the scavenging gas is raised to the target temperature by the temperature raising unit, and the scavenging is executed by the raised scavenging gas. In this way, how much the scavenging gas should be warmed according to the water content at the start of the power generation stop treatment and the set scavenging time is determined, and the excess water is discharged by the scavenging gas that has been adjusted to the appropriate temperature. Therefore, the water content can reach the target range in the scavenging time.
本発明により、燃料電池の発電中に水収支を定常的に制御することなく、発電停止時に燃料電池の含水量を一定時間で目標範囲に到達させる燃料電池システムを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system that allows the water content of a fuel cell to reach a target range in a fixed time when power generation is stopped, without constantly controlling the water balance during power generation of the fuel cell.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the claims is not limited to the following embodiments. Moreover, not all of the configurations described in the embodiments are indispensable as means for solving the problem.
図1は、本実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)を想定するが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。 FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell system according to the present embodiment. In the following description, a fuel cell hybrid vehicle (FCHV) is assumed as an example of a vehicle, but it can also be applied to an electric vehicle or a hybrid vehicle. Further, it can be applied not only to vehicles but also to various moving objects (for example, ships, airplanes, robots, etc.), stationary power supplies, and portable fuel cell systems.
燃料電池システム10は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)の供給を受けて発電する燃料電池スタック20と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック20に供給するための酸化ガス供給系30と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック20に供給するための燃料ガス供給系40と、電力の充放電を制御するための電力系50と、燃料電池スタック20を冷却するための冷却系60と、システム全体を制御するコントローラ(ECU)70とを備えている。
The
燃料電池スタック20は、複数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック20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。燃料電池スタック20全体としては(3)式の起電反応が生じる。
H2→2H++2e-…(1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O…(2)
H2+(1/2)O2→H2O…(3)
The
H 2 → 2H + + 2e - ... (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O ... (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O ... (3)
燃料電池スタック20には、燃料電池スタック20の出力電圧を検出するための電圧センサ71、及び発電電流を検出するための電流センサ72が取り付けられている。
A
酸化ガス供給系30は、燃料電池スタック20のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス通路34と、燃料電池スタック20から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路36とを有している。酸化ガス通路34には、フィルタ31を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ32と、燃料電池スタック20のカソード極へ供給される酸化ガスを加湿するための加湿器33と、酸化ガス供給量を調整するための絞り弁35とが設けられている。酸化オフガス通路36には、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁37と、酸化ガス(ドライガス)と酸化オフガス(ウェットガス)との間で水分交換するための加湿器33とが設けられている。
The oxidation
燃料ガス供給系40は、燃料ガス供給源41と、燃料ガス供給源41から燃料電池スタック20のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路45と、燃料電池スタック20から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路45に帰還させるための循環通路46と、循環通路46内の燃料オフガスを燃料ガス通路45に圧送する循環ポンプ47と、循環通路47に分岐接続される排気排水通路48とを有している。
The fuel
燃料ガス供給源41は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧(例えば、35MPa〜70MPa)の水素ガスを貯留する。遮断弁42を開くと、燃料ガス供給源41から燃料ガス通路45に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータ43やインジェクタ44により、例えば、200kPa程度まで減圧されて、燃料電池スタック20に供給される。なお、燃料ガス供給源41は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。
The fuel
レギュレータ43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り、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。
The
インジェクタ44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を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ44は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。
The
排気排水通路48には、排気排水弁49が配設されている。排気排水弁49は、コントローラ70からの指令によって作動することにより、循環通路46内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁49の開弁により、循環通路46内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。
An
排気排水弁49を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路36を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器(図示せず)によって希釈される。循環ポンプ47は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック20に循環供給する。
The fuel-off gas discharged through the exhaust-
電力系50は、DC/DCコンバータ51、バッテリ52、トラクションインバータ53、トラクションモータ54、補機類55、及びインピーダンス計測装置56を備えている。DC/DCコンバータ51は、バッテリ52から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ53に出力する機能と、燃料電池スタック20が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ54が回収した回生電力を降圧してバッテリ52に充電する機能とを有する。DC/DCコンバータ51のこれらの機能により、バッテリ52の充放電が制御される。また、DC/DCコンバータ51による電圧変換制御により、燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)が制御される。
The
バッテリ52は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ5としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。また、バッテリ52は、燃料電池スタック20の発電停止中において、各検出器へ電力を供給したり、燃料電池を起動させたりするための電力を供給する。
The
トラクションインバータ53は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるPWMインバータであり、コントローラ70からの制御指令に従って、燃料電池スタック20又はバッテリ52から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ54の回転トルクを制御する。トラクションモータ54は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
The
補機類55は、燃料電池システム10内の各部に配置されている各モータ(例えば、ポンプ類などの動力源)や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類(例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど)を総称するものである。
インピーダンス計測装置56は、燃料電池スタック20への電力信号に高周波の交流信号を重畳し、その電圧応答検出することにより高周波インピーダンスを計測する装置である。
The
冷却系60は、燃料電池スタック20内部を循環する冷媒を流すための冷媒通路61、62,63,64、冷媒を圧送するための循環ポンプ65、冷媒と外気との間で熱交換するためのラジエータ66、冷媒の循環経路を切り替えるための三方弁67、及び冷媒温度を検出するための温度センサ74を備えている。暖機運転が完了した後の通常運転時には燃料電池スタック20から流出する冷媒が冷媒通路61,64を流れてラジエータ66にて冷却された後、冷媒通路63を流れて再び燃料電池スタック20に流れ込むように三方弁67が開閉制御される。一方、システム起動直後における暖機運転時には、燃料電池スタック20から流出する冷媒が冷媒通路61,62,63を流れて再び燃料電池スタック20に流れ込むように三方弁67が開閉制御される。なお、本実施形態においては、冷媒として水を採用し、冷却水として循環経路を循環させる。
The
コントローラ70は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インタフェース等を備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム10の各部(酸化ガス供給系30、燃料ガス供給系40、電力系50、及び冷却系60)を制御するための制御手段として機能する。例えば、コントローラ70は、イグニッションスイッチから出力される起動信号IGを受信すると、燃料電池システム10の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ACCや、車速センサから出力される車速信号VCなどを基にシステム全体の要求電力を求める。
The
システム全体の要求電力は、車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には車載補機類(加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等)で消費される電力、車両走行に必要な装置(変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等)で消費される電力、乗員空間内に配設される装置(空調装置、照明器具、及びオーディオ等)で消費される電力などが含まれる。 The required power of the entire system is the total value of the vehicle running power and the auxiliary power. Auxiliary power includes power consumed by in-vehicle auxiliary equipment (humidifier, air compressor, hydrogen pump, cooling water circulation pump, etc.), equipment necessary for vehicle running (transmission, wheel control device, steering device, and suspension). This includes electric power consumed by equipment (devices, etc.), electric power consumed by equipment (air conditioning equipment, lighting equipment, audio, etc.) arranged in the occupant space, and the like.
そして、コントローラ70は、燃料電池スタック20とバッテリ52とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算するとともに、燃料電池スタック20の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系30及び燃料ガス供給系40を制御する。更にコントローラ70は、DC/DCコンバータ51を制御して、燃料電池スタック20の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック20の運転ポイント(出力電圧、出力電流)を制御する。コントローラ70は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、U相、V相、及びW相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ53に出力し、トラクションモータ54の出力トルク、及び回転数を制御する。
Then, the
エアコンプレッサ73は、掃気を実行し、燃料電池スタック20の内部に溜まった水分を酸化オフガス通路36から排出する。このとき、背圧調整弁37は解放される。温度センサ75は、燃料電池スタック20内の温度を検出する。より具体的には、温度センサ75は、燃料電池スタック20内に存在するガスの温度を検出する。
The
図2は、掃気ガスの温度の違いによる含水量の変化を示す図である。横軸は掃気前の時点と掃気後の時点を表し、縦軸は燃料電池スタック20の含水量を表す。点線のグラフは、掃気ガスを低温のままにした場合の変化を示し、実線のグラフは、掃気ガスを一旦温めて高温にした場合の変化を示す。すなわち、掃気前の時点において燃料電池スタック20の含水量が同じであれば、含水量は、同一時間の掃気により、掃気ガスを高温にした方が大きく低下する。本願発明者は、この現象に着目し、実験を重ねることにより、決められた掃気時間で含水量を目標範囲にまで減少させるために、掃気ガスを予め何度まで昇温すべきかの知見を得た。
FIG. 2 is a diagram showing a change in water content due to a difference in the temperature of the scavenging gas. The horizontal axis represents the time point before scavenging and the time point after scavenging, and the vertical axis represents the water content of the
発電を停止する停止処理を開始する場合に決められた掃気時間で含水量を目標範囲にまで減少させるためには、まず、その時点の含水量を計測する。本実施形態においては、高周波インピーダンスを計測し、その結果から燃料電池スタック20の含水量を推定する。
In order to reduce the water content to the target range within the scavenging time determined when starting the stop treatment for stopping power generation, first, the water content at that time is measured. In the present embodiment, the high frequency impedance is measured, and the water content of the
図3は、含水量と高周波インピーダンスの関係を示す図である。横軸は含水量を表し、縦軸は高周波インピーダンスを表す。高周波インピーダンスは、水素イオン移動抵抗と等価である。具体的には、燃料電池スタック20において水素と酸素が反応するためには水素がプロトンとして電解質膜内を移動する必要があるが、水分が少なくなり電解質膜が乾燥し始めると水と共に移動するプロトンが移動しにくくなるので、プロトンの移動抵抗が増加する。計測される高周波インピーダンスは、この移動抵抗を表すことになるので、結果的に電解質膜の乾き具合、すなわち燃料電池スタック20の含水量と一対一に対応する。その関係は、図示するような曲線関数で表される。したがって、計測された高周波インピーダンスをこの関数で変換すれば、計測時点における含水量を推定することができる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the water content and the high frequency impedance. The horizontal axis represents the water content and the vertical axis represents the high frequency impedance. The high frequency impedance is equivalent to the hydrogen ion transfer resistance. Specifically, in order for hydrogen and oxygen to react in the
図4は、掃気時間と含水量の関係を示す図である。横軸は掃気時間を表し、縦軸は含水量を表す。図示するように、燃料電池スタック20には、非発電時における含水量の適正範囲が設定されている。すなわち、含水量が多いと燃料電池スタック20が氷点下の環境下に置かれた場合に凍結してしまい、発電を開始する場合に出力の立ち上がりが著しく低下してしまう。含水量が少なすぎても、プロトンの移動抵抗が大きくなってしまい、やはり出力の立ち上がりが著しく低下してしまう。したがって、氷点下の環境においてもある程度の立ち上がり特性を得られるように、燃料電池スタック20の特性に合わせて含水量の適正範囲が設定されている。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the scavenging time and the water content. The horizontal axis represents the scavenging time, and the vertical axis represents the water content. As shown in the figure, the
発電を停止する停止処理を開始する時点において、含水量がどれだけ適正範囲を超えていても、掃気時間を調整すれば含水量を適正範囲に収束させることは可能である。しかし、燃料電池システム10を利用する利用者は、利用するたびに停止処理時の掃気時間が異なると、違和感を覚えることもある。そこで、本実施形態においては、そのような違和感を生じさせないように、掃気時間を一定時間に設定する。ここでは当該一定時間を50秒とする。
No matter how much the water content exceeds the appropriate range at the time of starting the stop treatment for stopping the power generation, it is possible to converge the water content to the appropriate range by adjusting the scavenging time. However, the user who uses the
停止処理を開始する時点において、含水量が互いに異なる場合であっても(図のaの場合、bの場合、cの場合)、掃気を制御する制御部として機能するコントローラ70は、設定された50秒間の掃気により含水量を適正範囲に収束させる。図示するように、a>b>cであるので、排水すべき水量もこの順に多い。したがって、それぞれの含水量が同じ50秒の掃気時間で適正範囲に到達させるためには、それぞれの掃気ガスの目標温度をTa、Tb、Tcとすると、Ta>Tb>Tcの関係が成立する。なお、具体的なTa、Tb、Tcの値は、燃料電池スタックごとに、実験やシミュレーションを通じて事前に定められる。コントローラ70は、このように事前に定められたルックアップテーブルを参照することにより、インピーダンス計測装置56を用いて推定された含水量に対して、掃気ガスの目標温度Tを決定する。
At the time when the stop processing is started, the
燃料電池スタック20内の掃気ガスを昇温させる手法は、様々な手法を採用し得る。例えば、燃料電池スタック20の発電効率を低下させて、反応ガスの反応熱を多く発生させる手法を採用し得る。コントローラ70は、反応ガスの導入量を調整して発電効率を下げ、反応熱による昇温を温度センサ74により監視することにより、掃気ガスを決定した目標温度Tに到達させる。この場合、発電効率を調整する構成要素は、昇温部としての機能を担う。
As a method for raising the temperature of the scavenging gas in the
あるいは、冷却系60を循環する冷却水の循環量を減らすことにより燃料電池スタック20内の掃気ガスを昇温しても良い。この場合、コントローラ70は、冷却水の循環量を調整して燃料電池スタック20から奪う熱量を低減し、これによる昇温を温度センサ74により監視することにより、掃気ガスを決定した目標温度Tに到達させる。この場合、冷却水の循環量を調整する構成要素は、昇温部としての機能を担う。なお、停止処理を開始する時点における含水量が適正範囲よりも少ない場合には、コントローラ70は、目標とする発電量を増やして反応ガスの反応によって生成する水を増加させる。
Alternatively, the scavenging gas in the
図5は、掃気処理の処理手順を示すフロー図である。コントローラ70は、発電を停止させる場合に、停止処理を実行する。図は、停止処理のうち、コントローラ70が実行する掃気処理の手順を示す。
FIG. 5 is a flow chart showing a processing procedure of the scavenging process. The
コントローラ70は、ステップS101で、燃料電池スタック20の含水量を計測する。具体的には上述のように、インピーダンス計測装置56を介して高周波インピーダンスを測定し、その測定結果を含水量に変換する。コントローラ70は、ステップS102で、計測された含水量が適正範囲に含まれているか否かを判断する。YESの場合(含まれている場合)には、そのまま掃気処理を終了する。なお、この場合、不純物の排出を目的とした短時間の掃気を実行しても良い。
The
ステップS102でNOの場合(含まれていない場合)には、ステップS103へ進み、その含水量が適正範囲より多いか否かを判断する。NOの場合(多くない場合)はステップS104へ進み、YESの場合(多い場合)はステップS105へ進む。ステップS104へ進んだ場合には、上述のように含水量を増加させる処理を行って、掃気処理を終了する。なお、この場合、不純物の排出を目的とした短時間の掃気を実行しても良い。 If NO in step S102 (if not included), the process proceeds to step S103 to determine whether or not the water content is greater than the appropriate range. If NO (not many), the process proceeds to step S104, and if YES (not many), the process proceeds to step S105. When the process proceeds to step S104, the process of increasing the water content is performed as described above, and the scavenging process is completed. In this case, scavenging may be performed for a short time for the purpose of discharging impurities.
ステップS105へ進んだ場合には、コントローラ70は、ステップS101で計測した含水量に応じて掃気ガスの目標温度を決定し、その温度になるまで掃気ガスを温める。目標温度に到達したら、ステップS106へ進み、コントローラ70は、予め設定された掃気時間の間、温められた掃気ガスの掃気を実行する。掃気時間が経過したら、一連の処理を終了する。
When the process proceeds to step S105, the
このように制御された燃料電池システム10であれば、燃料電池の発電中に水収支を定常的に制御しなくても、発電停止時に燃料電池の含水量を一定時間で目標範囲に到達させることができる。また、掃気が実行される場合には、いずれの使用終了時においても掃気時間が一定であるので、利用者が違和感を覚えることは少ない。
With the
次に、燃料電池スタック20の含水量を推定する他の手法を説明する。図6は、冷却水温度と含水量の関係を示す図である。横軸は冷却水の温度を表し、縦軸は燃料電池スタック20の含水量を表す。図示するように、冷却水の温度と含水量は一対一に対応する。したがって、コントローラ70は、温度センサ74の検出結果を取得すれば、当該検出結果を含水量に変換することができる。このような手法を用いれば、上述のように高周波インピーダンスを計測することなく、停止処理の開始時点における燃料電池スタック20の含水量を計測することができる。
Next, another method for estimating the water content of the
図7は、空気極流路の圧力損失と含水量の関係を示す図である。横軸は空気極流路の圧力損失を表し、縦軸は燃料電池スタック20の含水量を表す。図示するように、空気極流路の圧力損失と含水量は一対一に対応する。したがって、コントローラ70は、空気極流路の圧力損失を取得すれば、当該圧力損失を含水量に変換することができる。このような手法を用いれば、上述のように高周波インピーダンスを計測することなく、停止処理の開始時点における燃料電池スタック20の含水量を計測することができる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the pressure loss in the air electrode flow path and the water content. The horizontal axis represents the pressure loss in the air electrode flow path, and the vertical axis represents the water content of the
10…燃料電池システム、20…燃料電池スタック、30…酸化ガス供給系、40…燃料ガス供給系、50…電力系、60…冷却系、70…コントローラ 10 ... Fuel cell system, 20 ... Fuel cell stack, 30 ... Oxidation gas supply system, 40 ... Fuel gas supply system, 50 ... Electric power system, 60 ... Cooling system, 70 ... Controller
Claims (1)
前記燃料電池の含水量を計測する計測部と、
前記燃料電池の掃気ガスを昇温する昇温部と、
前記燃料電池の掃気を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池による発電を停止する停止処理を開始する場合に、予め設定された掃気時間で前記含水量が目標範囲に到達するように、前記計測部で計測された含水量に基づいて前記掃気ガスの目標温度を決定し、前記掃気ガスを前記昇温部で前記目標温度まで昇温し、昇温した前記掃気ガスにより掃気を実行する燃料電池システム。 With fuel cells
A measuring unit that measures the water content of the fuel cell,
A temperature raising unit that raises the temperature of the scavenging gas of the fuel cell,
A control unit that controls scavenging of the fuel cell is provided.
When the control unit starts the stop process for stopping the power generation by the fuel cell, the water content is adjusted to the water content measured by the measurement unit so that the water content reaches the target range within a preset scavenging time. A fuel cell system that determines a target temperature of the scavenging gas based on the above, raises the scavenging gas to the target temperature by the temperature raising unit, and executes scavenging with the raised scavenging gas.
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- 2020-02-17 JP JP2020024374A patent/JP2021128907A/en active Pending
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CN114976115A (en) * | 2022-06-01 | 2022-08-30 | 潍柴动力股份有限公司 | Low-temperature purging method and device for fuel cell engine |
CN114976115B (en) * | 2022-06-01 | 2024-04-16 | 潍柴动力股份有限公司 | Low-temperature purging method and device for fuel cell engine |
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