JP2022043854A - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の燃料電池に対する適正な掃気を実行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】燃料電池システムは、複数の発電システム11を備える。発電システム11は、燃料電池スタック21と、エアポンプ23と、温度取得部26と、制御装置12とを備える。温度取得部26は燃料電池スタック21の温度を取得する。エアポンプ23は、制御装置12の制御によって燃料電池スタック21の内部に掃気ガスを導入する。制御装置12は、複数の燃料電池スタック21のいずれかで温度取得部26により取得された温度が第一の閾値T0以下である場合に、複数の燃料電池スタック21のうち温度が第二の閾値TH以下である燃料電池スタック21の各内部にエアポンプ23により掃気ガスを導入する。【選択図】図2
Description
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御装置に関する。
従来、例えば、燃料電池の発電停止後に温度が所定閾値以下になった場合に、エアポンプの起動によって燃料電池の内部に掃気ガスを導入して、燃料電池の内部に残留する水分を外部に排出する燃料電池システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、上記したような燃料電池システムでは、複数の燃料電池を備える場合に各燃料電池の温度変化に応じて適正な掃気を実行することが望まれている。例えば、常に全ての燃料電池に対して一括的に掃気を実行する場合には、一部の燃料電池に対して不要な掃気が行われることによって電力消費が嵩むとともに部品の耐久性が低下するおそれがある。
本発明は、複数の燃料電池スタックに対する適正な掃気を実行することができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック(例えば、実施形態での燃料電池スタック21)と、前記複数の燃料電池スタックの各々の温度を取得する温度取得部(例えば、実施形態での温度取得部26)と、前記複数の燃料電池スタックの各々の内部に掃気ガスを導入する掃気部(例えば、実施形態でのエアポンプ23)と、前記複数の燃料電池スタックのいずれかで前記温度取得部により取得された前記温度が第一の閾値以下である場合に、前記複数の燃料電池スタックのうち前記温度が第二の閾値以下である前記燃料電池スタックの各内部に前記掃気部により前記掃気ガスを導入する制御装置(例えば、実施形態での制御装置12)とを備える。
(1)本発明の一態様に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池スタック(例えば、実施形態での燃料電池スタック21)と、前記複数の燃料電池スタックの各々の温度を取得する温度取得部(例えば、実施形態での温度取得部26)と、前記複数の燃料電池スタックの各々の内部に掃気ガスを導入する掃気部(例えば、実施形態でのエアポンプ23)と、前記複数の燃料電池スタックのいずれかで前記温度取得部により取得された前記温度が第一の閾値以下である場合に、前記複数の燃料電池スタックのうち前記温度が第二の閾値以下である前記燃料電池スタックの各内部に前記掃気部により前記掃気ガスを導入する制御装置(例えば、実施形態での制御装置12)とを備える。
(2)上記(1)に記載の燃料電池システムでは、前記第二の閾値は少なくとも前記第一の閾値よりも高くてもよい。
(3)上記(2)に記載の燃料電池システムでは、前記制御装置は、前記温度が前記第二の閾値より高い前記燃料電池スタックに対する掃気を禁止してもよい。
(4)本発明の一態様に係る燃料電池システムの制御装置は、複数の燃料電池スタック(例えば、実施形態での燃料電池スタック21)と、前記複数の燃料電池スタックの各々の温度を取得する温度取得部(例えば、実施形態での温度取得部26)と、前記複数の燃料電池スタックの各々の内部に掃気ガスを導入する掃気部(例えば、実施形態でのエアポンプ23)とを備える燃料電池システムの制御装置(例えば、実施形態での制御装置12)であって、前記複数の燃料電池スタックのいずれかで前記温度取得部により取得された前記温度が第一の閾値以下である場合に、前記複数の燃料電池スタックのうち前記温度が第二の閾値以下である前記燃料電池スタックの各内部に前記掃気部により前記掃気ガスを導入する。
(5)上記(4)に記載の燃料電池システムの制御装置では、前記第二の閾値は少なくとも前記第一の閾値よりも高くてもよい。
(6)上記(5)に記載の燃料電池システムの制御装置は、前記温度が前記第二の閾値より高い前記燃料電池スタックに対する掃気を禁止してもよい。
上記(1)によれば、温度が第一の閾値以下の燃料電池スタックが存在する場合に温度が第二の閾値以下の燃料電池スタックを連動的に掃気する制御装置を備えることによって、複数の燃料電池スタックに対する適正な掃気を実行することができる。例えば、温度が第一の閾値以下の燃料電池スタックのみを個別的に掃気する場合に比べて、掃気部の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。また、複数の燃料電池スタックの温度監視の頻度が増大することを抑止して、電力消費の増大を抑制することができる。また、例えば、いずれかの燃料電池スタックの温度が第一の閾値以下の場合に、全ての燃料電池スタックを掃気する場合に比べて、一部の燃料電池スタックに対して不要な掃気が行われることを抑制し、電力消費の増大及び部品の耐久性の低下を抑制することができる。
上記(2)の場合、第二の閾値は少なくとも第一の閾値よりも高いことによって、温度が第一の閾値以下の燃料電池スタックに加えて温度が第一の閾値以下に到達し易い燃料電池スタックの掃気を連動的に実行することができる。これにより、各燃料電池スタックに対する掃気部の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。
上記(3)の場合、温度が第二の閾値より高い燃料電池スタックに対する掃気を禁止する制御装置を備えることによって、過剰な掃気の実行によって燃料電池スタックの内部の過剰な乾燥(例えば、固体高分子電解質膜の乾燥等)を抑制することができる。これにより、部品の耐久性の低下を抑制することができる。
上記(4)によれば、複数の燃料電池スタックに対する適正な掃気を実行することができる。例えば、温度が第一の閾値以下の燃料電池スタックのみを個別的に掃気する場合に比べて、掃気部の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。また、複数の燃料電池スタックの温度監視の頻度が増大することを抑止して、電力消費の増大を抑制することができる。また、例えば、いずれかの燃料電池スタックの温度が第一の閾値以下の場合に、全ての燃料電池スタックを掃気する場合に比べて、一部の燃料電池スタックに対して不要な掃気が行われることを抑制し、電力消費の増大及び部品の耐久性の低下を抑制することができる。
上記(5)の場合、温度が第一の閾値以下の燃料電池スタックに加えて温度が第一の閾値以下に到達し易い燃料電池スタックの掃気を連動的に実行することができる。これにより、各燃料電池スタックに対する掃気部の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。
上記(6)の場合、温度が第二の閾値より高い燃料電池スタックに対する過剰な掃気の実行に起因する燃料電池スタックの内部の過剰な乾燥(例えば、固体高分子電解質膜の乾燥等)を抑制することができる。これにより、部品の耐久性の低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10を備える車両1について、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、実施形態での燃料電池システム10を搭載した車両1の構成を模式的に示す図である。図2は、実施形態での燃料電池システム10の各発電システム11の構成を示す図である。
実施形態の燃料電池システム10は、例えばトラック及びバス等の大型の車両1に搭載されている。車両1は、例えば、燃料電池システム10及び蓄電装置等の電源と、電源に接続される走行駆動用等の回転電機とを備える。
実施形態の燃料電池システム10は、例えばトラック及びバス等の大型の車両1に搭載されている。車両1は、例えば、燃料電池システム10及び蓄電装置等の電源と、電源に接続される走行駆動用等の回転電機とを備える。
燃料電池システム10は、複数の発電システム11と、制御装置12とを備える。複数の発電システム11は、例えば、第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)、第3発電システム(FCS3)及び第4発電システム(FCS4)を備える4つの発電システム11である。例えば、4つの発電システム11のうち、第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)及び第3発電システム(FCS3)は、車両1の前方部に互いに近接して配置され、第4発電システム(FCS4)は、他の発電システム11から離れて車両1の後方側に配置されている。
各発電システム11は、燃料電池スタック(FC)21と、燃料タンク22と、エアポンプ(A/P)23と、バルブ機構24と、電力制御部25と、温度取得部26とを備える。なお、複数の発電システム11に対して酸素を含む大気を吸入又は排出する図示しない配管は、吸入側は途中まで共通で各発電システム11に分岐し、排出側は各発電システムに分岐した配管が合流して共通となる構造であってもよいし、吸入側及び排出側が各発電システム11でそれぞれ独立する構造であってもよいし、それらの組み合わせで合ってもよい。
各発電システム11は、燃料電池スタック(FC)21と、燃料タンク22と、エアポンプ(A/P)23と、バルブ機構24と、電力制御部25と、温度取得部26とを備える。なお、複数の発電システム11に対して酸素を含む大気を吸入又は排出する図示しない配管は、吸入側は途中まで共通で各発電システム11に分岐し、排出側は各発電システムに分岐した配管が合流して共通となる構造であってもよいし、吸入側及び排出側が各発電システム11でそれぞれ独立する構造であってもよいし、それらの組み合わせで合ってもよい。
燃料電池スタック21は、例えば、固体高分子形燃料電池である。例えば、固体高分子形燃料電池は、積層された複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの積層体を挟み込む一対のエンドプレートとを備える。燃料電池セルは、電解質電極構造体と、電解質電極構造体を挟み込む一対のセパレータと備える。電解質電極構造体は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟み込む燃料極及び酸素極とを備える。固体高分子電解質膜は、陽イオン交換膜等を備える。燃料極(アノード)は、アノード触媒及びガス拡散層等を備える。酸素極(カソード)は、カソード触媒及びガス拡散層等を備える。
燃料電池スタック21は、燃料タンク22からアノードに供給される燃料ガスと、エアポンプ23からカソードに供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスとの触媒反応によって発電する。
燃料電池スタック21は、燃料タンク22からアノードに供給される燃料ガスと、エアポンプ23からカソードに供給される酸素を含む空気等の酸化剤ガスとの触媒反応によって発電する。
燃料タンク22は、例えば水素等の燃料を貯留する。燃料タンク22は、バルブ機構24を構成する開閉弁24aを介して燃料電池スタック21のアノードに接続されている。燃料タンク22は、燃料を燃料電池スタック21に供給する。開閉弁24aは、制御装置12の制御によって燃料電池スタック21に対する燃料の供給有無及び圧力等を切り替える。
エアポンプ23は、燃料電池スタック21のカソードに接続されている。エアポンプ23は、バルブ機構24を構成する分岐開閉弁24bを介して燃料電池スタック21のアノードに接続されている。分岐開閉弁24bは、エアポンプ23と燃料電池スタック21のカソードとを接続する流路から分岐して燃料電池スタック21のアノードに接続される分岐流路28に配置されている。分岐開閉弁24bは、制御装置12の制御によって分岐流路28での空気の流通有無及び圧力等を切り替える。
エアポンプ23は、車両1の電源から供給される電力によって駆動する。エアポンプ23は、燃料電池システム10の発電時に燃料電池スタック21のカソードに酸化剤ガスとしての空気を供給する。エアポンプ23は、燃料電池システム10の発電停止中の掃気時に燃料電池スタック21のアノード及びカソードの各々に掃気ガスとしての空気を供給する。
エアポンプ23は、車両1の電源から供給される電力によって駆動する。エアポンプ23は、燃料電池システム10の発電時に燃料電池スタック21のカソードに酸化剤ガスとしての空気を供給する。エアポンプ23は、燃料電池システム10の発電停止中の掃気時に燃料電池スタック21のアノード及びカソードの各々に掃気ガスとしての空気を供給する。
バルブ機構24は、例えば、燃料タンク22の開閉弁24a及び分岐流路28の分岐開閉弁24bに加えて、背圧弁24c及び排出弁24dを備える。背圧弁24cは、燃料電池スタック21のカソードの排出流路に配置されている。背圧弁24cは、制御装置12の制御によって燃料電池スタック21のカソードから排出される空気の圧力を切り替える。排出弁24dは、燃料電池スタック21のアノードの排出流路に配置されている。排出弁24dは、制御装置12の制御によって燃料電池スタック21のカソードから排出されるガス(燃料又は掃気ガス)の流通有無等を切り替える。
電力制御部25は、燃料電池スタック21の出力端子に接続されている。電力制御部25は、例えば、少なくとも昇圧の電力変換を行うDC-DCコンバータ等を備える。電力制御部25は、例えば、燃料電池スタック21の発電に起因して入力される電力を昇圧して、昇圧後の電力を出力する。
温度取得部26は、燃料電池スタック21の内部の所定個所の温度を取得する。温度取得部26は、例えば、少なくとも1つの温度センサを備える。少なくとも1つの温度センサは、燃料電池スタック21の内部の所定個所の温度又は内部の所定個所の温度に関連する温度等を検出し、温度の検出信号を出力する。燃料電池スタック21の内部の所定個所は、例えば、アノード及びカソードの各々のガス流路等である。所定個所の温度に関連する温度は、例えば、アノード及びカソードの各々の排出口周辺での排出ガスの温度等である。
制御装置12は、燃料電池システム10の動作を統合的に制御する。
制御装置12は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPUなどのプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)及びタイマーなどの電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。制御装置12の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)などの集積回路であってもよい。
制御装置12は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPUなどのプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)及びタイマーなどの電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。制御装置12の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)などの集積回路であってもよい。
制御装置12は、燃料電池システム10の発電停止及び放置状態において、複数の発電システム11の各々の温度取得部26によって取得された各燃料電池スタック21の内部の所定個所の温度Tに基づいて、各燃料電池スタック21の掃気を制御する。
制御装置12は、例えば、複数の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第一の閾値T0以下である場合に、他の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第二の閾値TH以下であるか否かを判定する。制御装置12は、他の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第二の閾値TH以下である場合、温度Tが第二の閾値TH以下である燃料電池スタック21の各内部に各エアポンプ23によって連動的に掃気ガスを導入する。制御装置12は、他の燃料電池スタック21の温度Tが第二の閾値THよりも高い場合、温度Tが第一の閾値T0以下である燃料電池スタック21の内部にエアポンプ23によって掃気ガスを導入する。ここで、連動的に掃気ガスを導入するにあたっては、第一の閾値T0以下となった燃料電池スタック21と第二の閾値TH以下である燃料電池スタックとが、連続して順番に掃気が実行されてもよいし、同時に掃気が実行されてもよい。
制御装置12は、例えば、複数の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第一の閾値T0以下である場合に、他の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第二の閾値TH以下であるか否かを判定する。制御装置12は、他の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第二の閾値TH以下である場合、温度Tが第二の閾値TH以下である燃料電池スタック21の各内部に各エアポンプ23によって連動的に掃気ガスを導入する。制御装置12は、他の燃料電池スタック21の温度Tが第二の閾値THよりも高い場合、温度Tが第一の閾値T0以下である燃料電池スタック21の内部にエアポンプ23によって掃気ガスを導入する。ここで、連動的に掃気ガスを導入するにあたっては、第一の閾値T0以下となった燃料電池スタック21と第二の閾値TH以下である燃料電池スタックとが、連続して順番に掃気が実行されてもよいし、同時に掃気が実行されてもよい。
第一の閾値T0は、例えば、燃料電池スタック21の内部に残留する水の凍結を抑制するために必要な温度である。第二の閾値THは、少なくとも第一の閾値T0よりも高い。第二の閾値THは、例えば、掃気実行時に燃料電池スタック21の内部の過剰な乾燥(例えば、固体高分子電解質膜の乾燥等)を抑制するために必要な上限温度である。
制御装置12は、燃料電池スタック21のカソードに掃気ガスを導入する場合、エアポンプ23の駆動並びに分岐開閉弁24bの閉及び背圧弁24cの開を制御する。制御装置12は、燃料電池スタック21のアノードに掃気ガスを導入する場合、エアポンプ23の駆動並びに分岐開閉弁24b及び排出弁24dの開を制御する。
以下、実施形態の燃料電池システム10の動作について説明する。
図3は、実施形態での燃料電池システム10の動作を示すフローチャートである。
制御装置12は、以下の一連の処理を、例えば所定周期で繰り返し実行する。
図3は、実施形態での燃料電池システム10の動作を示すフローチャートである。
制御装置12は、以下の一連の処理を、例えば所定周期で繰り返し実行する。
制御装置12は、例えば車両1のイグニッションスイッチのオフ等に起因する燃料電池システム10の発電停止及び放置状態において、以下の一連の処理を実行する。
先ず、制御装置12は、ステップS01において、複数の発電システム11の各々の温度取得部26によって各燃料電池スタック21の内部の所定個所の温度Tを取得させる。
次に、制御装置12は、ステップS02において、複数の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第一の閾値T0以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合、処理をエンドに進める。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置12は処理をステップS03に進める。
先ず、制御装置12は、ステップS01において、複数の発電システム11の各々の温度取得部26によって各燃料電池スタック21の内部の所定個所の温度Tを取得させる。
次に、制御装置12は、ステップS02において、複数の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第一の閾値T0以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合、処理をエンドに進める。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置12は処理をステップS03に進める。
次に、制御装置12は、ステップS03において、他の燃料電池スタック21のいずれかの温度Tが第二の閾値TH以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置12は処理をステップS05に進める。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置12は処理をステップS06に進める。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置12は処理をステップS05に進める。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置12は処理をステップS06に進める。
次に、制御装置12は、ステップS04において、温度Tが第二の閾値TH以下である燃料電池スタック21を有する発電システム11の各エアポンプ23を起動して、各バルブ機構24の制御に応じて各燃料電池スタック21の内部に各エアポンプ23によって掃気ガスを導入する。制御装置12は、温度Tが第一の閾値T0以下である燃料電池スタック21及び温度Tが第二の閾値TH以下である他の燃料電池スタック21の各内部に各エアポンプ23によって連動的に掃気ガスを導入する。
また、制御装置12は、ステップS05において、温度Tが第一の閾値T0以下である燃料電池スタック21を有する発電システム11のエアポンプ23を起動して、バルブ機構24の制御に応じて燃料電池スタック21の内部にエアポンプ23によって掃気ガスを導入する。制御装置12は、温度Tが第二の閾値THよりも高い燃料電池スタック21に対しては、エアポンプ23を駆動せず、燃料電池スタック21の内部に掃気ガスを導入することを禁止する。
次に、制御装置12は、ステップS06において、所定の掃気終了条件が満たされたか否かを判定する。所定の掃気終了条件は、例えば、掃気実行の継続時間が所定時間に到達又は全ての発電システム11の温度Tが第一の閾値T0よりも高い所定温度以上に上昇する等である。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置12はステップS06の判定を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置12は処理をステップS07に進める。
次に、制御装置12は、ステップS07において、各エアポンプ23の駆動停止及びバルブ機構24の制御によって掃気の実行を停止し、処理をエンドに進める。
この判定結果が「NO」の場合、制御装置12はステップS06の判定を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「YES」の場合、制御装置12は処理をステップS07に進める。
次に、制御装置12は、ステップS07において、各エアポンプ23の駆動停止及びバルブ機構24の制御によって掃気の実行を停止し、処理をエンドに進める。
図4は、実施形態での燃料電池システム10の各発電システム11の温度Tとソーク時間の対応関係の一例を示す図である。
図4に示す一例では、燃料電池システム10の発電停止及び放置状態の継続時間であるソーク時間の増大に伴い、複数の発電システム11の各温度Tは低下傾向に変化する。そして、ソーク時間が適宜の時刻taに到達した時点で複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)の温度Tが第一の閾値T0以下となる。この時、複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)から離れて配置されている第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)及び第3発電システム(FCS3)の各温度Tは第二の閾値THよりも高い。これにより、制御装置12は、第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)及び第3発電システム(FCS3)に対する掃気実行を禁止し、第4発電システム(FCS4)に対する掃気を実行する。
図4に示す一例では、燃料電池システム10の発電停止及び放置状態の継続時間であるソーク時間の増大に伴い、複数の発電システム11の各温度Tは低下傾向に変化する。そして、ソーク時間が適宜の時刻taに到達した時点で複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)の温度Tが第一の閾値T0以下となる。この時、複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)から離れて配置されている第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)及び第3発電システム(FCS3)の各温度Tは第二の閾値THよりも高い。これにより、制御装置12は、第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)及び第3発電システム(FCS3)に対する掃気実行を禁止し、第4発電システム(FCS4)に対する掃気を実行する。
図5は、実施形態での燃料電池システム10の各発電システム11の温度Tとソーク時間の対応関係の他の一例を示す図である。
図5に示す一例では、燃料電池システム10の発電停止及び放置状態の継続時間であるソーク時間の増大に伴い、複数の発電システム11の各温度Tは低下傾向に変化する。そして、ソーク時間が適宜の時刻tbに到達した時点で複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)の温度Tが第一の閾値T0以下となる。この時、複数の発電システム11のうち、相対的に第4発電システム(FCS4)から遠くに離れて配置されている第1発電システム(FCS1)及び第2発電システム(FCS2)の各温度Tは第二の閾値THよりも高く、相対的に第4発電システム(FCS4)から近くに離れて配置されている第3発電システム(FCS3)の温度Tは第二の閾値TH以下である。これにより、制御装置12は、第1発電システム(FCS1)及び第2発電システム(FCS2)に対する掃気実行を禁止し、第3発電システム(FCS3)及び第4発電システム(FCS4)に対する掃気を連動的に実行する。このとき、制御装置12による複数の燃料電池スタック21の温度監視の頻度は、温度が高いとき(第一閾値または第二閾値から遠いとき)は温度監視インターバルを長く設定し、温度が低いとき(第一閾値または第二閾値に近いとき)には温度監視インターバルを短く設定してもよい。なお、原則、一の燃料電池スタック21に対しては一のソーク時間内に一度のみ掃気が実行され、通常は一度掃気された燃料電池スタック21は一のソーク時間内には再起動されない。
図5に示す一例では、燃料電池システム10の発電停止及び放置状態の継続時間であるソーク時間の増大に伴い、複数の発電システム11の各温度Tは低下傾向に変化する。そして、ソーク時間が適宜の時刻tbに到達した時点で複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)の温度Tが第一の閾値T0以下となる。この時、複数の発電システム11のうち、相対的に第4発電システム(FCS4)から遠くに離れて配置されている第1発電システム(FCS1)及び第2発電システム(FCS2)の各温度Tは第二の閾値THよりも高く、相対的に第4発電システム(FCS4)から近くに離れて配置されている第3発電システム(FCS3)の温度Tは第二の閾値TH以下である。これにより、制御装置12は、第1発電システム(FCS1)及び第2発電システム(FCS2)に対する掃気実行を禁止し、第3発電システム(FCS3)及び第4発電システム(FCS4)に対する掃気を連動的に実行する。このとき、制御装置12による複数の燃料電池スタック21の温度監視の頻度は、温度が高いとき(第一閾値または第二閾値から遠いとき)は温度監視インターバルを長く設定し、温度が低いとき(第一閾値または第二閾値に近いとき)には温度監視インターバルを短く設定してもよい。なお、原則、一の燃料電池スタック21に対しては一のソーク時間内に一度のみ掃気が実行され、通常は一度掃気された燃料電池スタック21は一のソーク時間内には再起動されない。
上述したように、実施形態の燃料電池システム10は、温度Tが第一の閾値T0以下の燃料電池スタック21が存在する場合に温度Tが第二の閾値TH以下の燃料電池スタック21を連動的に掃気する制御装置12を備えることによって、複数の燃料電池スタック21に対する適正な掃気を実行することができる。
例えば、温度Tが第一の閾値T0以下の燃料電池スタック21のみを個別的に掃気する場合に比べて、エアポンプ23の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。また、複数の燃料電池スタック21の温度監視の頻度が増大することを抑止して、電力消費の増大を抑制することができる。
また、例えば、いずれかの燃料電池スタック21の温度Tが第一の閾値T0以下の場合に、全ての燃料電池スタック21を掃気する場合に比べて、一部の燃料電池スタック21に対して不要な掃気が行われることを抑制し、電力消費の増大及び部品の耐久性の低下を抑制することができる。
例えば、温度Tが第一の閾値T0以下の燃料電池スタック21のみを個別的に掃気する場合に比べて、エアポンプ23の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。また、複数の燃料電池スタック21の温度監視の頻度が増大することを抑止して、電力消費の増大を抑制することができる。
また、例えば、いずれかの燃料電池スタック21の温度Tが第一の閾値T0以下の場合に、全ての燃料電池スタック21を掃気する場合に比べて、一部の燃料電池スタック21に対して不要な掃気が行われることを抑制し、電力消費の増大及び部品の耐久性の低下を抑制することができる。
また、第二の閾値THは少なくとも第一の閾値T0よりも高いことによって、温度Tが第一の閾値T0以下の燃料電池スタック21に加えて温度Tが第一の閾値T0以下に到達し易い燃料電池スタック21の掃気を連動的に実行することができる。これにより、各燃料電池スタック21に対するエアポンプ23の起動及び停止に伴うシステム全体としての商品性の悪化(例えば、騒音及び振動の増大等)を抑制することができる。
また、温度Tが第二の閾値THよりも高い燃料電池スタック21に対する掃気を禁止する制御装置12を備えることによって、過剰な掃気の実行によって燃料電池スタック21の内部の過剰な乾燥(例えば、固体高分子電解質膜の乾燥等)を抑制することができる。これにより、部品の耐久性の低下を抑制することができる。
(変形例)
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
以下、実施形態の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、車両1における複数の発電システム11の一部(例えば、第4発電システム(FCS4))が分散して配置される例について説明したが、これに限定されず、車両1における複数の発電システム11は適宜に配置されてもよい。
図6は、実施形態の変形例での燃料電池システム10を搭載した車両1の構成を模式的に示す図である。図7は、実施形態の変形例での燃料電池システム10の各発電システム11の温度Tとソーク時間の対応関係の他の一例を示す図である。
変形例の燃料電池システム10の4つの発電システム11は、車両1の前方部に互いに近接して配置されている。
図6は、実施形態の変形例での燃料電池システム10を搭載した車両1の構成を模式的に示す図である。図7は、実施形態の変形例での燃料電池システム10の各発電システム11の温度Tとソーク時間の対応関係の他の一例を示す図である。
変形例の燃料電池システム10の4つの発電システム11は、車両1の前方部に互いに近接して配置されている。
図7に示す一例では、燃料電池システム10の発電停止及び放置状態の継続時間であるソーク時間の増大に伴い、複数の発電システム11の各温度Tは低下傾向に変化する。そして、ソーク時間が適宜の時刻tcに到達した時点で複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)の温度Tが第一の閾値T0以下となる。この時、複数の発電システム11のうち第4発電システム(FCS4)に近接して配置されている第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)及び第3発電システム(FCS3)の温度Tは第二の閾値TH以下である。これにより、制御装置12は、第1発電システム(FCS1)、第2発電システム(FCS2)、第3発電システム(FCS3)及び第4発電システム(FCS4)に対する掃気を連動的に実行する。
上述した実施形態では、燃料電池システム10が、燃料電池スタックにおいて発電された電力を走行用の電力又は車載機器の動作用の電力として用いる燃料電池車両に搭載されている例について説明したが、当該システムは、二輪、三輪若しくは四輪等の自動車又は他の移動体(例えば、船舶、飛行体若しくはロボット等)に搭載されてもよく、また、定置型又は可搬型の燃料電池システムに搭載されてもよい。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…車両、10…燃料電池システム、11…発電システム、12…制御装置、21…燃料電池スタック、22…燃料タンク、23…エアポンプ(掃気部)、24…バルブ機構、25…電力制御部、26…温度取得部。
Claims (6)
- 複数の燃料電池スタックと、
前記複数の燃料電池スタックの各々の温度を取得する温度取得部と、
前記複数の燃料電池スタックの各々の内部に掃気ガスを導入する掃気部と、
前記複数の燃料電池スタックのいずれかで前記温度取得部により取得された前記温度が第一の閾値以下である場合に、前記複数の燃料電池スタックのうち前記温度が第二の閾値以下である前記燃料電池スタックの各内部に前記掃気部により前記掃気ガスを導入する制御装置と
を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記第二の閾値は少なくとも前記第一の閾値よりも高い
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記制御装置は、前記温度が前記第二の閾値より高い前記燃料電池スタックに対する掃気を禁止する
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 - 複数の燃料電池スタックと、
前記複数の燃料電池スタックの各々の温度を取得する温度取得部と、
前記複数の燃料電池スタックの各々の内部に掃気ガスを導入する掃気部と
を備える燃料電池システムの制御装置であって、
前記複数の燃料電池スタックのいずれかで前記温度取得部により取得された前記温度が第一の閾値以下である場合に、前記複数の燃料電池スタックのうち前記温度が第二の閾値以下である前記燃料電池スタックの各内部に前記掃気部により前記掃気ガスを導入する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御装置。 - 前記第二の閾値は少なくとも前記第一の閾値よりも高い
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システムの制御装置。 - 前記温度が前記第二の閾値より高い前記燃料電池スタックに対する掃気を禁止する
ことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システムの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020149342A JP2022043854A (ja) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御装置 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2022043854A true JP2022043854A (ja) | 2022-03-16 |
Family
ID=80668682
Family Applications (1)
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JP2020149342A Pending JP2022043854A (ja) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御装置 |
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JP (1) | JP2022043854A (ja) |
Citations (2)
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JP2020092030A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP2020140936A (ja) * | 2019-03-01 | 2020-09-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび制御方法 |
-
2020
- 2020-09-04 JP JP2020149342A patent/JP2022043854A/ja active Pending
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