JP2021174585A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
この形態によれば、計測電圧値が予め定めた電圧条件を満たした後に電流掃引を行うことで、燃料電池のカソードに酸素を十分に存在させた後に暖機運転を行うことができる。これにより、暖機運転中にカソードにおける酸素が欠乏してポンピング水素が発生する可能性を低減できる。しかもこの形態によれば、遷移期間において、計測電圧値が電圧指令値より低い値である制御開始電圧値になった場合に、待機制御を実行する。計測電圧値が電圧指令値よりも低い値になった場合、カソードに酸素が十分に存在していない。よって、この場合において、電流指令値を一定に維持して計測電圧値が電圧指令値以上の値である許可電圧値となるまで電流指令値を一定に維持することで、カソードの酸素が不足することを抑制できる。これにより、ポンピング水素の発生をより抑制できる。
(2)上記形態において、前記制御部は、前記遷移期間のうち、前記計測電圧値が予め定めた切替電圧値となった時点から前記目標動作点に到達する時点までの切替後期間では、前記目標電流値まで予め定めた割合で前記電流指令値を上昇させる通常電流制御を実行し、前記遷移期間のうち、前記計測電圧値が前記切替電圧値に至るまでの切替前期間では、前記燃料電池スタックの要求発電電力と前記計測電圧値とを用いて前記電流指令値を設定し、設定した前記電流指令値となるように前記電流掃引を行う実電圧制御を実行し、前記通常電流制御を実行している場合において、前記計測電圧値が前記制御開始電圧値になった場合に、前記通常電流制御を中断して前記待機制御を実行し、前記計測電圧値が前記許可電圧値になった場合に、前記電流指令値の変更を許可することで前記待機制御を終了して前記通常電流制御を再開してもよい。
この形態によれば、切替前期間においては、実電圧制御が実行されるので、ポンピング水素の発生を抑制しつつ、要求発電電力と、実際の発電電力とのずれが大きくなることを抑制できる。これにより、二次電池の充放電量が許容量を超える可能性を低減できる。また、切替後期間においては、通常電流制御が実行されるので、過度な電流掃引が実行されることを抑制できる。またこの形態によれば、通常電流制御を実行している場合において、計測電圧値が制御開始電圧値になった場合に、待機制御が実行されることで、カソードの酸素が不足することを抑制できるので、ポンピング水素の発生を抑制できる。
(3)上記形態において、さらに、前記燃料電池スタックによって発電された電力を充放電する二次電池を有し、前記制御部は、前記遷移期間の少なくとも一部において、前記燃料電池スタックの電圧値と電流値とで定まる動作点を移行させる場合に、前記動作点が前記燃料電池スタックの要求発電電力と同じ発電電力を示す前記燃料電池スタックの等パワーライン上となるように、前記電圧指令値と前記電流指令値とを設定してもよい。
この形態によれば、遷移期間において動作点を移行させる場合に、等パワーライン上となるように、電圧指令値と電流指令値とを設定するので、要求発電電力からの燃料電池スタックの発電電力の変動を抑制できる。これにより、燃料電池スタックの発電電力の変動を抑制することで、二次電池の充放電量を一定の範囲内に制御できる。
本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、上記の燃料電池システムの他に、例えば、燃料電池システムの制御方法、制御方法をコンピューターに実行させるためのコンピュータープログラム、コンピュータープログラムを記録した非一過性の記録媒体などの形態で実現することができる。
図1は、燃料電池システム10の概略構成を説明するための図である。燃料電池システム10は、例えば、燃料電池車両12に搭載され、燃料電池車両12の駆動用モータを駆動させるための発電装置として用いられる。燃料電池システム10は、燃料電池スタック116と、燃料ガス給排系50と、酸化剤ガス給排系30と、冷媒循環系70とを備える。
図10は、第2実施形態に燃料電池システム10の始動処理を示すフローチャートである。上記第1実施形態の始動処理(図6)との違いは、ステップS30aである。その他のステップについては第1実施形態と第2実施形態とで同様のステップであるため、同一符号を付すと共に説明を省略する。第2実施形態では、電流掃引が許可される予め定めた電圧条件は、端部側燃料電池セル11eの計測電圧値が予め定めた端部側基準電圧値を越えたという条件である。
C−1.第1の他の実施形態:
上記第1実施形態において、燃料電池システム10は、燃料電池スタック116の一方の端部側からのみ、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を供給したり排出したりしていたが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池システム10は、燃料電池スタック116の一方の端部側から燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を供給し、他方の端部側から燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を排出してもよい。
制御部62は、上記第1実施形態では燃料電池スタック116の総電圧値が電圧条件を満たした場合に電流掃引を開始し、上記第2実施形態では端部側燃料電池セル11eの電圧値が電圧条件を満たす場合に電流掃引を開始していたが限定されるものではない。例えばは、燃料電池スタック116の一方側に位置する燃料電池セル11や、中央に位置する燃料電池セル11の電圧値が電圧条件を満たした場合に、電流掃引を開始してもよい。
上記各実施形態では、制御部62は、遷移期間において、実電圧制御や通常電流制御を実行していたが、これに限定されるものではない。例えば、制御部62は、遷移期間において、待機制御に加え、実電圧制御と通常電流制御のいずれか一方の制御のみを実行してもよいし他の制御を実行してもよい。また、例えば、遷移期間において、電流指令値を一時的に下げる制御が行われてもよい。
上記各実施形態では、図6のステップS10では、制御部62は、外気温センサ38の計測値が予め定めた温度以下である場合に、暖気要求があると判定していたが、これに限定されるものではない。例えば、制御部62は、スタック温度センサ73の計測値が予め定めた温度以下である場合に、暖気要求があると判定してもよい。
Claims (3)
- 燃料電池システムであって、
積層された複数の燃料電池セルであって、アノードとカソードとをそれぞれ有する複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの電圧を計測するための電圧センサと、
前記カソードに酸素を含む酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給系と、
前記アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給系と、
前記燃料電池システムに関する温度を計測する温度センサと、
前記電圧センサが計測した計測電圧値を用いて前記燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムを始動する際に、前記温度センサの計測値が予め定めた温度以下である場合には、
前記燃料電池スタックの電流掃引を開始する前に、前記酸化剤ガス供給系を動作させて前記カソードに前記酸化剤ガスを供給することで、前記燃料電池スタックの電圧を予め定めた電圧条件を満たすまで上昇させ、
前記計測電圧値が前記電圧条件を満たした場合に、前記燃料電池スタックからの電流掃引を開始して、前記燃料電池スタックを昇温させる暖機運転を実行し、
前記制御部は、前記暖機運転を実行する際には、前記電流掃引を開始してから前記暖機運転における目標電圧値と目標電流値とで定まる目標動作点に至るまでの遷移期間において、前記計測電圧値が電圧指令値より低い値である制御開始電圧値になった場合に、電流指令値を一定に維持する待機制御を実行し、前記待機制御の実行中において、前記計測電圧値が前記電圧指令値以上の値である許可電圧値になった場合に、前記電流指令値の変更を許可することで前記待機制御を終了する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記遷移期間のうち、前記計測電圧値が予め定めた切替電圧値となった時点から前記目標動作点に到達する時点までの切替後期間では、前記目標電流値まで予め定めた割合で前記電流指令値を上昇させる通常電流制御を実行し、
前記遷移期間のうち、前記計測電圧値が前記切替電圧値に至るまでの切替前期間では、前記燃料電池スタックの要求発電電力と前記計測電圧値とを用いて前記電流指令値を設定し、設定した前記電流指令値となるように前記電流掃引を行う実電圧制御を実行し、
前記通常電流制御を実行している場合において、前記計測電圧値が前記制御開始電圧値になった場合に、前記通常電流制御を中断して前記待機制御を実行し、前記計測電圧値が前記許可電圧値になった場合に、前記電流指令値の変更を許可することで前記待機制御を終了して前記通常電流制御を再開する、燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池スタックによって発電された電力を充放電する二次電池を有し、
前記制御部は、前記遷移期間の少なくとも一部において、前記燃料電池スタックの電圧値と電流値とで定まる動作点を移行させる場合に、前記動作点が前記燃料電池スタックの要求発電電力と同じ発電電力を示す前記燃料電池スタックの等パワーライン上となるように、前記電圧指令値と前記電流指令値とを設定する、燃料電池システム。
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