JP3939633B2

JP3939633B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP3939633B2
Application number: JP2002342216A
Authority: JP
Inventors: 健一郎上田; 義一村上; 順司上原; 正規林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004178897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等に用いられる燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガス（以下、水素オフガスという）には未反応の水素ガスが含まれており、これをそのまま放出したのでは燃費が悪化してしまう。そこで、燃費向上のため、この水素オフガスを積極的に循環させ、新鮮な水素ガスと混合して再度燃料電池に供給する燃料電池システムが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、エゼクタ（エゼクタポンプ）を用いて水素オフガスを循環させ、該水素オフガスを再度燃料電池に供給する燃料電池システムが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２１３３５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように水素オフガスの循環を繰り返すと、オフガス内の不純物濃度が上昇して出力低下の虞があるため、燃料電池に供給する水素ガスの量を一時的に増加させて、前記オフガスを燃料電池システム外部に排出する循環流路内ガス排出を行うことが一般的である。
しかしながら、前記循環流路内ガス排出時には、供給される水素ガスの量が増加することによりエゼクタでの圧力損失が大きくなってしまい、アノード側での水素圧力が低下してしまう。これにより、アノードとカソードガス圧力の差（極間差圧）が変動し、燃料電池の性能を維持する上で好ましくないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、反応ガスの循環流路内ガス排出による極間差圧の変動を抑制でき、燃料電池の信頼性を維持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している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明の請求項１に係る発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給されて発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池１）と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路（例えば、後述する実施の形態における水素ガス供給システム２）と、前記燃料電池から排出される燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に戻す燃料オフガス循環流路（例えば、後述する実施の形態における水素オフガス循環流路６）と、前記燃料ガス供給流路に設けられ前記燃料オフガス循環流路の燃料オフガスを燃料ガス供給流路に送り込むエゼクタ（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ９）と、前記燃料オフガス循環流路内のガスを排出する排出弁（例えば、後述する実施の形態における排出弁８）と、前記排出弁を開く循環流路内ガス排出時に、燃料ガスの流量を増加させるとともに、前記エゼクタのノズル径を最大に切り替えて、前記燃料電池内における前記燃料ガスの圧力と前記酸化剤ガスの圧力との差の変動を防ぐ制御手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ１１）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記循環流路内ガス排出時に燃料ガスの流量が増加した場合においても、前記エゼクタのノズル径を最大に切り替えることにより、エゼクタでの圧力損失を低減でき、アノード側での水素圧力の低下を抑えることができるため、アノードとカソードガス圧力の差（極間差圧）の変動を抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。この場合には、前記極間差圧の変動を防いで、燃料電池の信頼性をさらに高めることができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記制御手段による前記エゼクタのノズル径を最大に切り替える制御を、前記循環流路内ガス排出後も所定時間継続することを特徴とする。
この発明によれば、循環流路内ガス排出終了後においても、エゼクタに供給されるガスの流量変動に伴うエゼクタでの圧力損失を低減することができるため、循環流路内ガス排出終了後においても極間差圧の変動を抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、記エゼクタは、径の異なる複数のノズル（例えば、後述する実施の形態におけるノズル１２ａ〜１２ｂ）と、これらのノズルを切り換えて前記燃料ガス供給流路に接続する切換手段（例えば、後述する実施の形態におけるエゼクタ切換弁１０）を備え、前記制御手段による前記エゼクタのノズル径を最大に切り替える制御を、前記複数のノズルのうち最大の径のノズル（例えば、後述する実施の形態におけるノズル１２ａ）に切り換える。
【００１２】
この発明によれば、前記制御手段による前記エゼクタのノズル径を最大に切り替える制御を、前記最大の径のノズルに切り換えることにより行うため、前記エゼクタでの圧力損失を最大限抑えることができ、極間差圧の変動を最大限抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記制御手段は、循環流路内ガス排出終了後所定時間経過するまではエゼクタのノズル径を最大に維持する手段と、循環流路内ガス排出終了後所定時間経過後はエゼクタのノズル径を切り換え前の状態に戻す手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、循環流路内ガス排出中や処理後において、エゼクタでの圧力損失を低減でき、燃料ガスのアノード側での水素圧力の低下を抑えることができるため、極間差圧の変動を抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
初めに、この発明に係る燃料電池システムの実施の形態を図１の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図である。前記燃料電池システムが備える燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなる。
【００１６】
前記燃料電池１には、燃料である水素ガスを供給する水素ガス供給システム２と、酸化剤ガスであるエアを供給するエア供給システム３とが接続されている。水素ガス供給システム２は、例えば高圧で水素を保持する高圧水素タンクを備え、水素ガス供給流路４を介して燃料電池１のアノードに水素を供給する。エア供給システム３は、例えばエアコンプレッサを備えており、エア供給流路５を介して燃料電池１のカソードに酸化剤である空気（エア）を供給する。
【００１７】
これらのシステム２，３から反応ガス（水素、エア）が燃料電池１に供給されると、アノードの反応面（図示せず）に供給された水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソードの方に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。燃料電池１には走行モータなどの負荷（図示せず）が接続されており、該負荷に燃料電池１からの出力（発電電力）が供給される。
【００１８】
燃料電池１に供給された水素ガスは発電に供された後、未反応の水素ガスが水素オフガスとして燃料電池１のアノードから水素オフガス循環流路７に排出される。水素オフガス循環流路７は、前記水素ガス供給流路４に設けられたエゼクタ９の吸込側に接続されている。
前記エゼクタ９は、流体の流れ（この場合は水素ガス）によるエネルギで駆動されるものであり、前記水素オフガス循環流路７の水素オフガスを水素ガス供給流路４に送り込む。
【００１９】
これにより、水素オフガスは、水素ガス供給システム２から供給される新鮮な水素ガスと混合されて、再び燃料電池１のアノードに供給されるようになっている。
【００２０】
また、前記エゼクタ９は、径の異なる複数のノズル１２ａ〜１２ｃを備えている。本実施の形態においては、径の大きさが、ノズル１２ａ、ノズル１２ｂ、ノズル１２ｃの順に小さくなっており、ノズル１２ａの径が最も大きく設定されている。また、ノズル１２ａ〜１２ｃはスライド部材１３に一体的に設けられ、スライド部材１３がスライドすることにより、ノズル１２ａ〜１２ｃのいずれかが水素ガス供給流路４に接続される。そして、前記エゼクタ９の上流側に設けられたエゼクタ切換弁１０により、水素ガス供給流路４に接続されるノズル１２ａ〜１２ｃが切り換えられる。これにより、エゼクタ９に供給されるガス（この場合は水素ガス）の流量が制御される。
【００２１】
また、前記水素オフガス循環流路７は、水素オフガス排出流路６に接続しており、この分岐した水素オフガス排出流路６には排出弁８が設けられている。この排出弁８が閉じられると、水素オフガス循環流路７の水素オフガスはエゼクタ９を介して燃料電池１のアノードに供給される。一方、排出弁８が開かれると、前記水素オフガスは水素オフガス排出流路６から排出弁８を介して燃料電池システムの外部に排出される。
【００２２】
前記水素ガス供給システム２、エア供給システム３、排出弁８、エゼクタ切換弁１０のそれぞれには、制御装置（ＥＣＵ）１１が接続されている。この制御装置１１は、負荷の作動に必要な電力を算出して、この算出した電力に基づいて水素ガス供給システム２、エア供給システム３にそれぞれ制御信号を送信する。これにより、水素ガス供給システム２，エア供給システム３から供給される反応ガスの量が調整され、燃料電池１での発電量が制御される。
【００２３】
また、制御装置１１は、燃料電池１のアノードに供給される水素ガスの水素濃度を検出するセンサ（図示せず）を備え、検出された水素濃度に応じて排出弁８を開くとともに、供給する水素の流量を増加させて不純物を排出する循環流路内ガス排出を行う。加えて、この循環流路内ガス排出に基づいて、前記エゼクタ９のノズル１２ａ〜１２ｃを切り換える制御を行う。これについて図２を用いて説明する。
【００２４】
図２は、図１に示した燃料電池システムにおけるエゼクタ９の切換制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１２に示したように、循環流路内ガス排出中かどうかを判定し、判定結果がＹＥＳであればステップＳ２０に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ１４に進む。ここで、排出弁８が開いているときが循環流路内ガス排出中であり、排出弁８を閉じているときが循環流路内ガス排出を行っていないときである。
【００２５】
ステップＳ２０では、タイマーＴＭに所定値ＴＭ１を設定する。この所定値ＴＭ１は、例えば、循環流路内ガス排出により増加したガス流量が、要求出力に応じて制御される通常のガス流量に移行するまでの時間である。
ステップＳ２２で、エゼクタ９のノズル径を最大に切換・保持を行う。すなわち、エゼクタ９のノズル径が最大でない場合には最大に切り換える。また、ノズル径がすでに最大の場合にはその状態を維持する。この場合には、水素ガス供給流路４に接続されるノズルをノズル１２ａに切換・保持することにより行う。そして、一連の処理を終了する。
【００２６】
このようにしたため、前記循環流路内ガス排出時に水素ガスの流量が増加した場合においても、前記エゼクタ９のノズル径を最大に切り換えて、流量を所定値よりも大きくすることにより、エゼクタ９での圧力損失を低減でき、アノード側での水素圧力の低下を抑えることができるため、アノードとカソードガス圧力の差（極間差圧）の変動を抑制して、燃料電池１の性能を維持することができる。
【００２７】
また、循環流路内ガス排出中でないと判定されたステップＳ１４ではタイマーＴＭが０かどうかの判定を行い、判定結果がＹＥＳであればステップＳ１６に進み、判定結果がＮＯの場合にはステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８の場合にはタイマーＴＭの値を所定値αで減算し、ステップＳ２２の処理に進み、その後一連の処理を終了する。
【００２８】
ステップＳ１６の場合には、エゼクタ９のノズル径を通常状態（循環流路内ガス排出以外の状態）に切換・保持を行う。すなわち、エゼクタ９のノズル径が最大に切り換えられていた場合には、要求出力に応じたノズル径（例えばノズル１２ｂ、１２ｃ）に切り換える。また、ノズル径がすでに通常状態の場合にはその状態を維持する。そして、一連の処理を終了する。
【００２９】
このように、循環流路内ガス排出終了後においても、エゼクタ９に供給されるガスの流量変動に伴うエゼクタ９での圧力損失を低減することができるため、循環流路内ガス排出終了後においても極間差圧の変動を抑制して、燃料電池１の性能を維持することができる。
【００３０】
なお、本発明における燃料電池システムは、上述した実施の形態のみに限られるものではない。例えば、上述した実施の形態においては、エゼクタ７は径の異なる複数のノズル１２ａ〜１２ｂを備えたスライド式のものを用いたが、ノズルに絞り機構を備えてノズル径を調整できる電磁弁であってもよい。また、前記燃料電池システムは、燃料電池自動車に好適に用いることができるが、他の用途にも適用することができるのはもちろんである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、エゼクタでの圧力損失を低減でき、燃料ガスのアノード側での水素圧力の低下を抑えることができるため、アノードとカソードガス圧力の差（極間差圧）の変動を抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
【００３２】
請求項２に係る発明によれば、循環流路内ガス排出終了後においても極間差圧の変動を抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
請求項３に係る発明によれば、前記エゼクタでの圧力損失を最大限抑えることができ、極間差圧の変動を最大限抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
請求項４に係る発明によれば、循環流路内ガス排出中や処理後において、極間差圧の変動を抑制して、燃料電池の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムにおけるエゼクタの切換制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１燃料電池
２水素ガス供給システム
３エア供給システム
８排出弁
９エゼクタ
１０エゼクタ切換弁
１１ＥＣＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system used in a fuel cell vehicle or the like.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like includes an anode and a cathode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the anode, and an oxidant gas (for example, oxygen or oxygen) is supplied to the cathode. There is a type in which chemical energy related to the oxidation-reduction reaction of these gases is directly extracted as electric energy.
[0003]
An anode off-gas (hereinafter referred to as hydrogen off-gas) discharged from the anode of the fuel cell contains unreacted hydrogen gas, and if it is released as it is, the fuel efficiency is deteriorated. In order to improve fuel efficiency, a fuel cell system has been proposed in which this hydrogen off-gas is actively circulated, mixed with fresh hydrogen gas, and supplied to the fuel cell again.
[0004]
For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell system that circulates hydrogen off gas using an ejector (ejector pump) and supplies the hydrogen off gas to the fuel cell again.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-213353 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, if the hydrogen off-gas circulation is repeated as described above, the impurity concentration in the off-gas increases and there is a risk that the output will decrease. Therefore, the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell is temporarily increased, and the off-gas is increased. In general, the gas in the circulation passage is discharged to the outside of the fuel cell system.
However, when the gas in the circulation channel is discharged, the amount of hydrogen gas supplied increases, so that the pressure loss in the ejector increases, and the hydrogen pressure on the anode side decreases. As a result, the difference between the anode and cathode gas pressures (differential pressure between the electrodes) fluctuates, which is not preferable for maintaining the performance of the fuel cell.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is capable of suppressing the variation in the differential pressure between the electrodes due to the discharge of the gas in the circulation flow path of the reaction gas and maintaining the reliability of the fuel cell. The purpose is to provide a system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention made to achieve the above object includes a fuel cell (for example, a fuel cell 1 in an embodiment described later) that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power. A fuel gas supply channel (for example, a hydrogen gas supply system 2 in an embodiment described later) for supplying fuel gas to the fuel cell, and a fuel off-gas discharged from the fuel cell are returned to the fuel gas supply channel. A fuel off-gas circulation channel (for example, a hydrogen off-gas circulation channel 6 in an embodiment described later) and an ejector that is provided in the fuel gas supply channel and feeds the fuel off-gas in the fuel off-gas circulation channel into the fuel gas supply channel (For example, an ejector 9 in an embodiment to be described later) and a discharge valve (for example, in an embodiment to be described later) for discharging the gas in the fuel off-gas circulation passage. A discharge valve 8), during the circulation passage gas exhaust opening said discharge valve, with increasing the flow rate of the fuel gas by switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum, the pressure of the fuel gas in the said fuel cell Control means (for example, ECU 11 in an embodiment described later) for preventing a variation in the difference from the pressure of the oxidant gas is provided.
[0009]
According to the present invention, even when the flow rate of the fuel gas increases when the gas in the circulation passage is discharged, the pressure loss in the ejector can be reduced by switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum . Since the decrease in the hydrogen pressure can be suppressed, fluctuations in the difference between the anode and cathode gas pressures (differential pressure between the electrodes) can be suppressed and the performance of the fuel cell can be maintained. In this case, the reliability of the fuel cell can be further improved by preventing fluctuations in the differential pressure between the electrodes.
[0010]
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the control for switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum by the control means is continued for a predetermined time after the gas in the circulation passage is discharged. It is characterized by that.
According to the present invention, the pressure loss in the ejector due to the fluctuation in the flow rate of the gas supplied to the ejector can be reduced even after the exhaust of the gas in the circulation channel is completed. However, it is possible to maintain the performance of the fuel cell by suppressing the fluctuation of the differential pressure between the electrodes.
[0011]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or claim 2, wherein the ejector includes a plurality of nozzles having different diameters (for example, nozzles 12a to 12b in embodiments described later). And a switching means (for example, an ejector switching valve 10 in an embodiment to be described later) for switching these nozzles to connect to the fuel gas supply flow path, and for controlling the nozzle diameter of the ejector to the maximum by the control means. The nozzle of the largest diameter among the plurality of nozzles (for example, the nozzle 12a in the embodiment described later) is switched.
[0012]
According to the present invention, since the control for switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum by the control means is performed by switching to the nozzle having the maximum diameter , the pressure loss in the ejector can be suppressed to the maximum, It is possible to maintain the performance of the fuel cell by suppressing the fluctuation of the differential pressure to the maximum.
[0013]
The invention according to a fourth aspect is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the control means is configured to eject the nozzle of the ejector until a predetermined time elapses after the exhaust of the gas in the circulation passage. And a means for maintaining the diameter at a maximum and a means for returning the nozzle diameter of the ejector to a state before switching after a predetermined time has elapsed after the end of gas discharge in the circulation flow path.
[0014]
According to the present invention, the pressure loss in the ejector can be reduced during the exhaust of the gas in the circulation passage and after the treatment, and the decrease in the hydrogen pressure on the anode side of the fuel gas can be suppressed. It is possible to suppress the fluctuation and maintain the performance of the fuel cell.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawing of FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 1 provided in the fuel cell system is composed of a stack formed by stacking a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between an anode and a cathode from both sides. .
[0016]
The fuel cell 1 is connected to a hydrogen gas supply system 2 that supplies hydrogen gas that is a fuel, and an air supply system 3 that supplies air that is an oxidant gas. The hydrogen gas supply system 2 includes, for example, a high-pressure hydrogen tank that holds hydrogen at a high pressure, and supplies hydrogen to the anode of the fuel cell 1 through the hydrogen gas supply channel 4. The air supply system 3 includes, for example, an air compressor, and supplies air (air) as an oxidant to the cathode of the fuel cell 1 via the air supply flow path 5.
[0017]
When the reaction gas (hydrogen, air) is supplied from these systems 2 and 3 to the fuel cell 1, the hydrogen supplied to the reaction surface (not shown) of the anode is ionized through the solid polymer electrolyte membrane. Move towards the cathode. Electrons generated during this time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. A load (not shown) such as a travel motor is connected to the fuel cell 1, and output (generated power) from the fuel cell 1 is supplied to the load.
[0018]
After the hydrogen gas supplied to the fuel cell 1 is used for power generation, unreacted hydrogen gas is discharged from the anode of the fuel cell 1 to the hydrogen off-gas circulation passage 7 as hydrogen off-gas. The hydrogen off-gas circulation channel 7 is connected to the suction side of an ejector 9 provided in the hydrogen gas supply channel 4.
The ejector 9 is driven by energy from a fluid flow (in this case, hydrogen gas), and feeds the hydrogen off-gas from the hydrogen off-gas circulation passage 7 into the hydrogen gas supply passage 4.
[0019]
Thus, the hydrogen off gas is mixed with fresh hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply system 2 and supplied to the anode of the fuel cell 1 again.
[0020]
The ejector 9 includes a plurality of nozzles 12a to 12c having different diameters. In the present embodiment, the size of the diameter decreases in the order of the nozzle 12a, the nozzle 12b, and the nozzle 12c, and the diameter of the nozzle 12a is set to be the largest. Further, the nozzles 12 a to 12 c are provided integrally with the slide member 13, and any one of the nozzles 12 a to 12 c is connected to the hydrogen gas supply flow path 4 as the slide member 13 slides. The nozzles 12 a to 12 c connected to the hydrogen gas supply flow path 4 are switched by the ejector switching valve 10 provided on the upstream side of the ejector 9. Thereby, the flow rate of the gas (in this case, hydrogen gas) supplied to the ejector 9 is controlled.
[0021]
The hydrogen offgas circulation channel 7 is connected to a hydrogen offgas discharge channel 6, and a discharge valve 8 is provided in the branched hydrogen offgas discharge channel 6. When the discharge valve 8 is closed, the hydrogen offgas in the hydrogen offgas circulation passage 7 is supplied to the anode of the fuel cell 1 through the ejector 9. On the other hand, when the discharge valve 8 is opened, the hydrogen off-gas is discharged from the hydrogen off-gas discharge passage 6 to the outside of the fuel cell system via the discharge valve 8.
[0022]
A control device (ECU) 11 is connected to each of the hydrogen gas supply system 2, the air supply system 3, the discharge valve 8, and the ejector switching valve 10. The control device 11 calculates electric power necessary for the operation of the load, and transmits control signals to the hydrogen gas supply system 2 and the air supply system 3 based on the calculated electric power. Thereby, the amount of the reaction gas supplied from the hydrogen gas supply system 2 and the air supply system 3 is adjusted, and the amount of power generation in the fuel cell 1 is controlled.
[0023]
The control device 11 also includes a sensor (not shown) that detects the hydrogen concentration of the hydrogen gas supplied to the anode of the fuel cell 1, and opens and supplies the discharge valve 8 according to the detected hydrogen concentration. The gas in the circulation channel that discharges impurities by increasing the flow rate of hydrogen is discharged. In addition, control for switching the nozzles 12 a to 12 c of the ejector 9 is performed based on the gas discharge in the circulation flow path. This will be described with reference to FIG.
[0024]
FIG. 2 is a flowchart showing switching control processing of the ejector 9 in the fuel cell system shown in FIG. First, as shown in step S12, it is determined whether the gas in the circulation channel is being discharged. If the determination result is YES, the process proceeds to step S20, and if the determination result is NO, the process proceeds to step S14. Here, when the discharge valve 8 is open, the gas in the circulation channel is being discharged, and when the discharge valve 8 is closed, the gas in the circulation channel is not being discharged.
[0025]
In step S20, a predetermined value TM1 is set in the timer TM. The predetermined value TM1 is, for example, the time until the gas flow rate increased by the gas exhausted from the circulation flow path shifts to a normal gas flow rate controlled according to the required output.
In step S22, the nozzle diameter of the ejector 9 is switched and held to the maximum. That is, when the nozzle diameter of the ejector 9 is not the maximum, it is switched to the maximum. Further, when the nozzle diameter is already maximum, the state is maintained. In this case, the nozzle connected to the hydrogen gas supply channel 4 is switched and held by the nozzle 12a. Then, a series of processing ends.
[0026]
For this reason, even when the flow rate of hydrogen gas increases when the gas in the circulation flow path is discharged, the ejector 9 can change the nozzle diameter of the ejector 9 to the maximum so that the flow rate is larger than a predetermined value. The pressure loss of the fuel cell 1 can be reduced, and the decrease in the hydrogen pressure on the anode side can be suppressed, so that fluctuations in the difference between the anode and cathode gas pressures (electrode pressure difference) are suppressed, and the performance of the fuel cell 1 is maintained. be able to.
[0027]
In step S14 where it is determined that the gas in the circulation channel is not being discharged, it is determined whether or not the timer TM is 0. If the determination result is YES, the process proceeds to step S16, and if the determination result is NO, step S18. Proceed to
In the case of step S18, the value of the timer TM is subtracted by the predetermined value α, the process proceeds to step S22, and then a series of processes is terminated.
[0028]
In the case of step S16, the nozzle diameter of the ejector 9 is switched to and maintained in a normal state (a state other than the circulation channel gas discharge). That is, when the nozzle diameter of the ejector 9 is switched to the maximum, the nozzle diameter is switched to a nozzle diameter (for example, the nozzles 12b and 12c) according to the required output. Further, when the nozzle diameter is already in the normal state, the state is maintained. Then, a series of processing ends.
[0029]
In this way, even after the end of the exhaust of the gas in the circulation channel, the pressure loss in the ejector 9 due to the flow rate fluctuation of the gas supplied to the ejector 9 can be reduced. In addition, it is possible to maintain the performance of the fuel cell 1 by suppressing fluctuations in the differential pressure between the electrodes.
[0030]
The fuel cell system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the ejector 7 is a slide type equipped with a plurality of nozzles 12a to 12b having different diameters. May be. In addition, the fuel cell system can be suitably used for a fuel cell vehicle, but it can of course be applied to other applications.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the pressure loss in the ejector can be reduced, and the decrease in the hydrogen pressure on the anode side of the fuel gas can be suppressed. The performance of the fuel cell can be maintained by suppressing fluctuations in the (electrode pressure difference).
[0032]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to maintain the performance of the fuel cell by suppressing the fluctuation of the differential pressure between the electrodes even after the gas discharge in the circulation channel is finished.
According to the third aspect of the invention, the pressure loss in the ejector can be suppressed to the maximum, the fluctuation of the inter-electrode differential pressure can be suppressed to the maximum, and the performance of the fuel cell can be maintained.
According to the fourth aspect of the present invention, the performance of the fuel cell can be maintained by suppressing fluctuations in the differential pressure between the electrodes during the exhaust of the gas in the circulation passage and after the treatment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an ejector switching control process in the fuel cell system shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Fuel Cell 2 Hydrogen Gas Supply System 3 Air Supply System 8 Discharge Valve 9 Ejector 10 Ejector Switching Valve 11 ECU

Claims

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power;
A fuel gas supply channel for supplying fuel gas to the fuel cell;
A fuel off-gas circulation passage for returning the fuel off-gas discharged from the fuel cell to the fuel gas supply passage;
An ejector that is provided in the fuel gas supply flow path and sends fuel off gas in the fuel off gas circulation flow path to the fuel gas supply flow path;
A discharge valve for discharging the gas in the fuel off-gas circulation channel;
The pressure of the fuel gas and the pressure of the oxidant gas in the fuel cell are increased by increasing the flow rate of the fuel gas and switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum when discharging the gas in the circulation flow path that opens the discharge valve. Control means to prevent fluctuations in the difference between
A fuel cell system comprising:

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control for switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum by the control unit is continued for a predetermined time after the gas in the circulation passage is discharged.

The ejector includes a plurality of nozzles having different diameters, and switching means for switching these nozzles to connect to the fuel gas supply flow path.
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein control for switching the nozzle diameter of the ejector to the maximum by the control unit is performed by switching to a nozzle having the maximum diameter among the plurality of nozzles. .

The control means switches the nozzle diameter of the ejector to the maximum until a predetermined time elapses after the gas discharge in the circulation flow path ends, and switches the nozzle diameter of the ejector after a predetermined time elapses after the gas discharge in the circulation flow path ends. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for returning to a previous state.