JP3883125B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法 - Google Patents
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Description
(1)電気ヒータによる暖機; 燃料電池電気自動車が搭載するバッテリや車庫等に備えられた商用電源により電気ヒータを発熱させ、この熱により燃料電池を暖機する(例えば、特許文献1参照)。
(2)水素燃焼器等による暖機; 燃料電池電気自動車が燃料(原燃料)として搭載する水素やメタノール、ガソリン等を触媒燃焼器等に供給して燃焼させ、この燃焼熱により燃料電池を暖機する(例えば、特許文献2参照)。
(3)燃料電池の自己発熱による暖機; 燃料電池が発電を開始すると水素と酸素の電気化学的な反応により発熱(いわゆる自己発熱)することを利用して燃料電池を暖機する(例えば、特許文献3参照)。
(4)その他の暖機; 蓄熱剤や発熱剤により燃料電池を暖機する(例えば、特許文献4参照)。
また、請求項4に記載の燃料電池システムの停止方法は、高圧水素タンクから放出された水素を、水素供給ラインを介して、1次減圧手段により第1の所定圧に減圧し、さらに第1の所定圧に減圧された水素を2次減圧手段により第2の所定圧に減圧して燃料電池に供給し、前記燃料電池の暖機時に、水素配管を介して、前記水素供給ラインから水素吸蔵合金タンクに前記第1の所定圧の水素を導入して、前記水素吸蔵合金タンクに蓄えられた水素吸蔵合金が発生する熱で前記燃料電池を暖機し、暖機しながら前記燃料電池の運転を開始し、前記燃料電池の暖機後に、前記燃料電池の運転時に発生する熱で前記水素吸蔵合金を加熱し、前記水素配管を介して、前記水素吸蔵合金タンクから前記水素供給ラインに前記第1の所定圧より高圧の水素を放出させる燃料電池システムの停止方法であって、前記燃料電池の暖機途中に、前記燃料電池の運転が停止されたときには、電気ヒータで前記水素吸蔵合金を加熱して、前記水素配管を介して、前記水素吸蔵合金タンクから前記水素供給ラインに水素を放出させ、水素放出終了後に前記電気ヒータを停止することを特徴とする。
請求項2の燃料電池システムでは、冷却液が水素吸蔵合金タンクと燃料電池との双方を流通することにより、温度の高い方から温度の低い方に熱が供給される。
請求項3の燃料電池システムでは、例えば、燃料電池が発電できない低温時にイグニッションスイッチがON状態になると、先ず水素吸蔵合金タンク内の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させ、その際の吸蔵に伴う熱により暖機を行った後に燃料電池の運転を開始する。
また、請求項5に記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項4に記載の燃料電池システムの停止方法において、前記燃料電池の暖機途中に、前記燃料電池の運転が停止されたときには、前記燃料電池と前記水素吸蔵合金タンクとの熱交換を停止することを特徴とする。
請求項5の燃料電池システムの停止方法では、電気ヒータによって、燃料電池と水素吸蔵合金タンクとの間の冷却液全体を加熱する必要がなくなるので、電気エネルギーの消費増大や再生に要する時間の増大を防止できる。
≪原理≫
まず、本発明により燃料電池を暖機する原理を説明する。図1は、暖機原理を説明する模式図である。図2は、一例としてのMH(Metal Hydride:水素吸蔵合金)タンクの内部温度−圧力(内圧)特性図である。図3は、MHタンクに印加される水素の圧力によりMHタンクの内部温度が変化する様子をプロットしたタイムチャートである。尚、図2の摂氏温度の表示は、1000/T(K)による温度表示(アーレニウスプロットによる温度表示)を解りやすくするための目安的なものである。
AB2型合金(ラーベス相合金); TiCr2、(Zr,Ti)(Ni,Mn,V,Fe)2・・
AB5型合金; LaNi5、MnNi5・・
BCC系合金; Ti−V−Cr、Ti
<実施形態の構成>
以下に述べる実施形態では、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に発生する熱で燃料電池を暖機しつつ、燃料電池に水素を供給して発電を行う構成を採っている。図4は、実施形態の燃料電池システムが搭載される車両の一部透視側面図である。図5は、実施形態の燃料電池システムのブロック構成図である。
次に、図6のフローチャートを参照して、本実施形態における燃料電池の始動時制御の手順を詳細に説明する(図5を適宜参照)。
運転者により車両V(図4参照)のイグニッションスイッチ(図示せず)がON状態にされると、制御装置60は、図6に示す始動時制御を実行する。制御装置60は、先ずステップS1で燃料電池システムF1のシステムチェックを行い、システムに異常があると判定した場合(No)にはステップS2の異常時処理へ移行する。ステップS1で異常がないと判定した場合(Yes)、制御装置60は、ステップS3で燃料電池10の温度TFCが暖機要求温度T1(例えば、0℃)より低いか否かを判定し、この判定がNoであればステップS4で通常時始動制御に移行する。尚、燃料電池10の温度TFCは、暖機系30における冷却液の液温TINとしてもよいし、燃料電池10の装置温度を温度センサで検出してその検出結果を用いるようにしてもよい。
次に、燃料電池10の暖機途中あるいは水素吸蔵合金の再生途中に、運転者がイグニッションスイッチをOFF状態にした場合に水素吸蔵合金を再生する制御の手順を述べる。
制御装置60は、前記の始動時制御と並行して、図8にそのフローチャートを示す緊急時再生制御を実行する。この制御は、いわゆる割り込み制御であり、イグニッションスイッチが暖機途中(始動時制御のステップS5〜ステップS9)あるいは再生途中(始動時制御のステップS11あるいはステップS12)にOFF状態にされることによって開始される。
1,10 燃料電池
2 水素供給系,高圧水素タンク
21 高圧水素タンク
23 1次レギュレータ(1次減圧手段)
24 2次レギュレータ(2次減圧手段)
29a〜29f 燃料配管(水素供給ライン)
3 暖機系,MHタンク
31 MHタンク(水素吸蔵合金タンク)
32 第3遮断弁(遮断弁)
36a,36b 水素配管
C1 1次冷却系
Claims (5)
- 高圧の水素を貯蔵する高圧水素タンクと、
前記高圧水素タンクに貯蔵された水素を燃料ガスとして消費する燃料電池と、
前記高圧水素タンクと前記燃料電池とを接続する水素供給ラインと、
前記水素供給ラインに設けられ、前記水素を第1の所定圧に減圧する1次減圧手段と、
前記水素供給ラインにおける前記1次減圧手段の下流側に設けられ、前記第1の所定圧に減圧された水素を第2の所定圧に減圧する2次減圧手段と
を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を蓄えて、前記燃料電池と熱交換可能に接続された水素吸蔵合金タンクと、
前記水素供給ラインにおける前記1次減圧手段と前記2次減圧手段との間に連結され、当該水素供給ラインと前記水素吸蔵合金タンクとの間での水素の移送に供される水素配管と、
さらに前記水素吸蔵合金タンクを加熱する電気ヒータと、
を備え、
前記燃料電池の暖機時に、前記水素配管を介して、前記水素供給ラインから前記水素吸蔵合金タンクに前記第1の所定圧の水素を導入して、前記水素吸蔵合金が発生する熱で前記燃料電池を暖機し、暖機しながら前記燃料電池の運転を開始し、
前記燃料電池の暖機後に、前記燃料電池の運転時に発生する熱で前記水素吸蔵合金を加熱して、前記水素配管を介して、前記水素吸蔵合金タンクから前記水素供給ラインに前記第1の所定圧より高圧の水素を放出させ、
前記燃料電池の暖機途中に、前記燃料電池の運転が停止されたときには、前記電気ヒータで前記水素吸蔵合金を加熱して、前記水素配管を介して、前記水素吸蔵合金タンクから前記水素供給ラインに水素を放出させ、水素放出終了後に前記電気ヒータを停止する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料電池との間の熱交換は、当該燃料電池の冷却に供される冷却液を介して行われることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の暖機は、当該燃料電池の温度が所定温度以下の場合に行われることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
- 高圧水素タンクから放出された水素を、水素供給ラインを介して、1次減圧手段により第1の所定圧に減圧し、さらに第1の所定圧に減圧された水素を2次減圧手段により第2の所定圧に減圧して燃料電池に供給し、
前記燃料電池の暖機時に、水素配管を介して、前記水素供給ラインから水素吸蔵合金タンクに前記第1の所定圧の水素を導入して、前記水素吸蔵合金タンクに蓄えられた水素吸蔵合金が発生する熱で前記燃料電池を暖機し、暖機しながら前記燃料電池の運転を開始し、
前記燃料電池の暖機後に、前記燃料電池の運転時に発生する熱で前記水素吸蔵合金を加熱し、前記水素配管を介して、前記水素吸蔵合金タンクから前記水素供給ラインに前記第1の所定圧より高圧の水素を放出させる燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料電池の暖機途中に、前記燃料電池の運転が停止されたときには、電気ヒータで前記水素吸蔵合金を加熱して、前記水素配管を介して、前記水素吸蔵合金タンクから前記水素供給ラインに水素を放出させ、水素放出終了後に前記電気ヒータを停止することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。 - 前記燃料電池の暖機途中に、前記燃料電池の運転が停止されたときには、前記燃料電池と前記水素吸蔵合金タンクとの熱交換を停止することを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池システムの停止方法。
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