JP4322040B2 - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents
燃料電池システムおよびその制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4322040B2 JP4322040B2 JP2003116084A JP2003116084A JP4322040B2 JP 4322040 B2 JP4322040 B2 JP 4322040B2 JP 2003116084 A JP2003116084 A JP 2003116084A JP 2003116084 A JP2003116084 A JP 2003116084A JP 4322040 B2 JP4322040 B2 JP 4322040B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- antifreeze
- temperature
- pump
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池システムおよびその制御方法に関し、より詳細には、低温時において燃料電池を所望の動作温度まで迅速に加熱して起動を短時間で行うことのできる燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置した電解質膜(電解質)・電極構造体をセパレータで挟持して構成されている。この種の燃料電池は、所望の電圧を取り出すため、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ積層した燃料電池スタックとして使用される。
【0003】
燃料電池では、アノード電極に対して水素等の燃料ガスを供給する一方、カソード電極に対して酸素を含む空気等の酸化剤ガスを供給し、これらのガスを電気化学的に反応させることで電気エネルギが得られる。この場合、反応に際して生成される水が燃料ガスや酸化剤ガスの通路内で結露すると、所望の量のガスが燃料電池に供給されないため、発電効率が低下してしまう。また、通路内に水が残存した状態で燃料電池を含むシステムが停止された場合において、温度が氷点下まで低下すると、残存する水が凍結して通路を閉塞してしまうため、燃料電池の起動自体が困難な状態となる。
【0004】
そこで、例えば、燃料電池を含むシステムを図7に示すように構成した従来技術が提案されている(特許文献1参照)。この従来技術では、水素ガスH2および空気Airが供給される燃料電池スタック2に対して、燃料電池スタック2の温度を調整するための熱交換媒体である不凍液を循環供給する温度調整回路4を接続している。
【0005】
温度調整回路4は、不凍液を循環させるポンプ6を有する。不凍液は、ポンプ6によって燃焼器8を備えた熱交換器10に供給され、燃焼器8で水素ガスH2および空気Airを燃焼させて得られる熱により加熱された後、燃料電池スタック2に供給される。燃料電池スタック2は、加熱された不凍液により通路内に残存する水が解凍されるとともに所望の動作温度まで加熱され、発電が可能な状態となる。
【0006】
なお、燃料電池スタック2を所望の動作温度(例えば、固体高分子型燃料電池においては、80℃程度)まで加熱するシステム起動時においては、燃料電池スタック2に供給された不凍液がバイパス通路12を介して循環される。一方、燃料電池スタック2が所望の動作温度まで加熱された後、燃料電池スタック2による発電が開始されると、発電により発生する熱によって燃料電池スタック2の温度が上昇するため、バイパス通路12のバルブ14を閉塞し、熱交換器10による加熱を中止し、不凍液をラジエータ16を介して循環させることにより、燃料電池スタック2を所定の動作温度に維持する制御が行われる。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−164233号公報(図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来技術では、燃料電池スタック2の加熱時において不凍液の温度制御を行っていないため、例えば、不凍液の熱交換器10への供給量に対して、燃焼器8に供給される水素ガスH2および空気Airの供給量が多すぎると、燃焼器8で発生した熱によって不凍液の温度が過度に上昇してしまうおそれがある。
【0009】
不凍液は、ある温度以上になると、熱分解してイオンが発生し、導電率が上昇するため、生成された電流の一部が不凍液側に流れると、利用可能な電力が低下してしまうおそれがある。図8は、不凍液の温度T1、T2、T3(T1<T2<T3)と導電率との関係を示したもので、不凍液が温度T3まで加熱された場合、加熱時間の経過に従って導電率が上昇する傾向が現れている。
【0010】
このような問題を回避するため、例えば、不凍液の通路内にイオン交換樹脂を配設し、発生したイオンをイオン交換樹脂によって吸着分離することにより、不凍液の導電率の上昇を回避することが考えられる。しかしながら、イオン交換樹脂の寿命の関係から、定期的なメンテナンスが必要であり、コストアップとなる不具合がある。
【0011】
一方、燃焼器8に対する水素ガスH2および空気Airの供給量を予め制限し、不凍液が過剰に加熱されないようにすることも可能である。しかしながら、反応ガスの供給量を制限すると、不凍液の加熱に要する時間が長くなるため、燃料電池スタック2が所望の動作温度となるまでに長時間を要するという問題が発生する。
【0012】
また、燃料電池スタック2に供給する不凍液の量を多く設定することにより、不凍液の過剰な加熱を回避するとともに、燃料電池スタック2を所望の動作温度まで迅速に加熱することも考えられる。しかしながら、不凍液は、図9に示すように、温度が低くなると、点線で示す水の場合と比較して粘性係数が著しく上昇する特性を有しているため、例えば、低温状態において大量の不凍液を燃料電池スタック2に供給しようとすると、ポンプ6に過大な負荷が掛かってしまう。従って、ポンプ6の寿命が短縮されてしまう問題がある。なお、ポンプ6を過大な負荷で運転するには、多大な消費電力が必要であり、特に、このような燃料電池スタック2を自動車に搭載する場合、バッテリに蓄電した電力を用いて暖機運転を十分に行うことができなくなってしまうおそれがある。
【0013】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、低温時において燃料電池を所望の動作温度まで効率的に加熱することができるとともに、安価で長寿命化を容易に達成することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を調整する不凍液が循環する循環路と、
前記循環路に配設され、前記不凍液を循環させるポンプと、
前記循環路に配設され、前記不凍液を加熱する加熱部と、
前記不凍液の温度を検出する温度検出部と、
前記ポンプの負荷を検出する負荷検出部と、
前記燃料電池の暖機運転時における前記温度を規定値以下の範囲とし、前記加熱部を制御して前記不凍液を加熱させる一方、前記暖機運転時における前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加させる制御部と、
を備えることを特徴とする。
【0015】
請求項1記載の本発明では、特に低温の暖機運転時において、負荷検出部によりポンプの負荷を検出し、負荷を規定値以下の範囲としてポンプを制御し、不凍液の流量を増加させ、循環路から加熱部を介して燃料電池に供給する。一方、温度検出部により不凍液の温度を検出し、温度を規定値以下の範囲として加熱部を制御し、不凍液を加熱する。この場合、ポンプが過負荷状態とならない範囲で、且つ、不凍液が過剰に加熱されない範囲において、十分に加熱された十分な量の不凍液が燃料電池に供給され、燃料電池が効率的に加熱されて動作可能な状態となる。
【0016】
請求項2記載の本発明では、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を調整する不凍液が循環する循環路と、
前記循環路に配設され、前記不凍液を循環させるポンプと、
前記循環路に配設され、前記不凍液を加熱する加熱部と、
前記不凍液の導電率を検出する導電率検出部と、
前記ポンプの負荷を検出する負荷検出部と、
前記燃料電池の暖機運転時における前記導電率を規定値以下の範囲とし、前記加熱部を制御して前記不凍液を加熱させる一方、前記暖機運転時における前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加させる制御部と、
を備えることを特徴とする。
【0017】
請求項2記載の本発明では、請求項1における温度検出部に代えて導電率検出部を用い、不凍液の導電率を導電率検出部により検出し、導電率を規定値以下の範囲として加熱部を制御する。この場合、検出した導電率から不凍液が過剰に加熱されているか否かを判断し、導電率に基づいて加熱部を制御し、不凍液を十分に加熱して燃料電池に供給することができる。
【0018】
請求項3記載の本発明は、請求項1または2記載のシステムにおいて、
前記加熱部は、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを燃焼させることで前記不凍液を加熱する燃焼器を有することを特徴とする。
【0019】
請求項3記載の本発明では、燃料電池に供給する反応ガスを用いて不凍液を加熱することができる。
【0020】
請求項4記載の本発明は、請求項1または2記載のシステムにおいて、
前記加熱部は、前記不凍液を加熱する電気ヒータを有することを特徴とする。
【0021】
請求項5記載の本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池に対して不凍液を循環させ、暖機運転時における前記燃料電池の温度調整を行う燃料電池システムの制御方法において、
前記不凍液の温度を検出するステップと、
前記不凍液を前記燃料電池に供給するポンプの負荷を検出するステップと、
前記温度を規定値以下の範囲として前記不凍液を加熱するステップと、
前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加するステップと、
からなることを特徴とする。
【0022】
請求項6記載の本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池に対して不凍液を循環させ、暖機運転時における前記燃料電池の温度調整を行う燃料電池システムの制御方法において、
前記不凍液の導電率を検出するステップと、
前記不凍液を前記燃料電池に供給するポンプの負荷を検出するステップと、
前記導電率を規定値以下の範囲として前記不凍液を加熱するステップと、
前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加するステップと、
からなることを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、第1実施形態の燃料電池システム20を示す。なお、図1において、二重線で示すラインは、流体の流通路を表し、一重線で示すラインは、電気的な信号線を表すものとする。
【0024】
燃料電池システム20は、燃料ガスである水素ガスH2と酸化剤ガスであるエアAirとが供給されることで負荷電流を生成する燃料電池スタック22を備える。燃料電池スタック22には、水素ガスH2とエアAirとの反応によって発生した熱により加熱された燃料電池スタック22を冷却する一方、低温時において燃料電池スタック22を所望の動作温度まで加熱するための冷媒(熱交換媒体)が循環する循環路24が接続される。
【0025】
循環路24には、燃料電池スタック22の出口側に配設され、燃料電池スタック22で加熱された冷媒を冷却するラジエータ26と、冷媒を循環させるポンプ28と、燃料電池スタック22の入口側に配設され、低温時において冷媒を加熱する熱交換器30とが接続される。また、ラジエータ26には、バルブ32を有し、低温時において冷媒をバイパスさせるバイパス路34が並列に接続される。
【0026】
熱交換器30には、燃焼器36(加熱部)が一体的に配設される。燃焼器36は、バルブ38を介して供給される所定量の水素ガスH2と、コンプレッサ40により供給される所定量のエアAirとを混合して燃焼させ、その反応熱により熱交換器30を介して冷媒を加熱する。なお、燃焼器36に供給する水素ガスH2およびエアAirは、燃料電池スタック22に供給する水素ガスH2およびエアAirをそのまま流用することができる。
【0027】
燃料電池スタック22には、スタック温度を検出する温度センサ42が接続される。また、循環路24の燃料電池スタック22に対する冷媒の入口側には、冷媒温度を検出する温度センサ44(温度検出部)が接続される。
【0028】
ポンプ28は、ポンプ制御部46によって回転数が制御され、バルブ32は、バルブ制御部48によって開閉制御され、バルブ38は、バルブ制御部50によって開度が制御され、コンプレッサ40は、コンプレッサ制御部52によって回転数が制御される。ポンプ制御部46、バルブ制御部48、50およびコンプレッサ制御部52は、冷媒供給制御部58(制御部)によって制御される。
【0029】
また、ポンプ28の負荷は、ポンプ負荷センサ54(負荷検出部)により、ポンプ制御部46からポンプ28に供給される電流値またはポンプ28の回転トルクとして検出され、その検出値が冷媒供給制御部58に供給される。コンプレッサ40の負荷は、コンプレッサ負荷センサ56により、コンプレッサ制御部52からコンプレッサ40に供給される電流値またはコンプレッサ40の回転トルクとして検出され、その検出値が冷媒供給制御部58に供給される。さらに、冷媒供給制御部58には、温度センサ42によって検出されたスタック温度と、温度センサ44によって検出された冷媒温度とが供給される。
【0030】
第1実施形態の燃料電池システム20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、燃料電池スタック22を所望の動作温度まで加熱する暖機運転時の動作について、図2に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0031】
先ず、冷媒供給制御部58は、温度センサ42によって検出したスタック温度が所望の動作温度(燃料電池スタック22が最適な状態で運転できる温度)に達しているか否かを判定する(ステップS1)。燃料電池システム20の環境温度が高く、あるいは、燃料電池スタック22が既に動作温度以上となっている場合、暖機運転を終了し、燃料電池スタック22による発電を開始する。なお、燃料電池スタック22と冷媒との熱交換効率は、極めて高いため、温度センサ42を燃料電池スタック22からの冷媒の出口側に設け、冷媒の温度をスタック温度として検出するようにしてもよい。
【0032】
燃料電池スタック22による発電は、所望の発電量に応じた水素ガスH2およびエアAirを燃料電池スタック22に供給することで行われる。この場合、発電に伴って発生した熱は、循環路24を循環する冷媒によって外部に排出される。すなわち、冷媒供給制御部58は、バルブ制御部48および50を制御してバルブ32、38を閉じ、また、コンプレッサ制御部52を制御してコンプレッサ40の回転を停止させることにより、バイパス路34を閉塞するとともに、燃焼器36による冷媒の加熱を停止する。この状態において、ポンプ制御部46を制御してポンプ28を回転させることにより冷媒が循環し、燃料電池スタック22で発生した熱が冷媒を介してラジエータ26から外部に排出される。
【0033】
一方、燃料電池システム20の環境温度が低く、スタック温度が燃料電池スタック22の動作温度よりも低い場合、冷媒供給制御部58は、バルブ制御部48を制御してバルブ32を開き、循環路24をバイパス路34を経由する経路に設定する。
【0034】
そして、冷媒供給制御部58は、コンプレッサ制御部52を制御して、コンプレッサ40を始動モード初期値で回転させるとともに、バルブ制御部50を制御して、バルブ38をコンプレッサ40の回転数に応じた開度だけ開成する。また、冷媒供給制御部58は、ポンプ制御部46を制御して、ポンプ28を始動モード初期値で回転させる(ステップS2)。この場合、始動モード初期値は、コンプレッサ40およびポンプ28に掛かる負荷が最も少ない値に設定されている。従って、例えば、燃料電池システム20の環境温度が氷点下であり、燃焼器36内で水が凍結してエアAirを燃焼器36に十分供給できない状態であっても、コンプレッサ40に過負荷が掛かるおそれはない。同様に、冷媒の温度が低いために循環路24内の冷媒の粘性係数が大きく(図9参照)、流動抵抗が大きい状態であっても、ポンプ28に過負荷が掛かるおそれはない。
【0035】
燃焼器36は、コンプレッサ40によって供給されたエアAirと、バルブ38によって流量が制御されて供給された水素ガスH2とを触媒上で燃焼させる。なお、燃焼器36での反応熱の温度は、エアAirと水素ガスH2との混合比によって決まる。エアAirの流量に対する水素ガスH2の流量が大きいと、反応熱の温度が高くなる。通常、エアAir/水素ガスH2のモル流量比は、11〜17の範囲とし、反応熱の温度が500〜700℃程度となるように設定する。
【0036】
ポンプ28によって供給された冷媒は、熱交換器30において燃焼器36で発生した熱によって加熱され、次いで、燃料電池スタック22に供給されることにより、燃料電池スタック22を加熱する。
【0037】
コンプレッサ負荷センサ56は、コンプレッサ制御部52からコンプレッサ40に供給される電流値またはコンプレッサ40の回転トルクに基づいて負荷を検出し、冷媒供給制御部58に供給する。冷媒供給制御部58は、検出されたコンプレッサ40の負荷を許容値の上限である規定値と比較し(ステップS3)、規定値以下であると判定した場合、コンプレッサ制御部52を制御し、コンプレッサ40の回転数を増加させる(ステップS4)。また、増加したコンプレッサ40の回転数に応じたバルブ38の開度を演算し(ステップS5)、バルブ制御部50を制御し、バルブ38の開度を増加させる(ステップS6)。この結果、コンプレッサ40の負荷を規定値以下に保持した状態で燃焼器36にエアAirおよび水素ガスH2が供給され、その反応熱によって冷媒が加熱される。
【0038】
また、ステップS3において、コンプレッサ40の負荷が規定値を超過していると判定された場合、冷媒供給制御部58は、バルブ制御部50を制御してバルブ38の開度を減少させるとともに(ステップS7)、コンプレッサ制御部52を制御してコンプレッサ40の回転数を減少させる(ステップS8)。この結果、コンプレッサ40の負荷が規定値以下に維持される。
【0039】
一方、温度センサ44は、燃料電池スタック22に供給される冷媒の温度を検出している。冷媒供給制御部58は、検出された冷媒の温度を許容値の上限である規定温度(規定値)と比較し(ステップS9)、規定温度を超過していると判定された場合、ポンプ負荷センサ54によって検出されたポンプ28の負荷を許容値の上限である規定値と比較する(ステップS10)。比較の結果、規定値以下と判定された場合には、ポンプ28の回転に余裕があるため、ポンプ制御部46を制御してポンプ28の回転数を増加させる(ステップS11)。なお、ポンプ28の回転数を増加させて冷媒の流量を増加させることにより、熱交換器30における冷媒の加熱が抑制される。
【0040】
また、ステップS10において、ポンプ28の負荷が規定値を超過していると判定された場合、冷媒供給制御部58は、バルブ制御部50を制御してバルブ38の開度を減少させるとともに(ステップS12)、コンプレッサ制御部52を制御してコンプレッサ40の回転数を減少させる(ステップS13)。この結果、燃焼器36で生成される反応熱の温度が低下し、冷媒の加熱が抑制される。
【0041】
次いで、冷媒供給制御部58は、温度センサ42によって検出しているスタック温度が所望の動作温度に達しているか否かを判定し(ステップS14)、動作温度以上となっている場合には、コンプレッサ40の回転を停止させるとともにバルブ38を閉成する(ステップS15)。この結果、冷媒の加熱が停止され、暖機運転が終了する。そして、燃料電池スタック22による発電が開始される。
【0042】
図3は、温度センサ42によって検出されたスタック温度T(A)および冷媒流量M(A)の第1実施形態における時間的変化と、冷媒の加熱制御および流量制御を行わない場合であるスタック温度T(B)および冷媒流量M(B)の図7に示す従来技術における時間的変化とを比較したものである。また、図4は、暖機運転の開始時におけるスタック温度T(A)が図3の場合よりも高いときの比較結果である。この場合、第1実施形態では、暖機運転を開始してから時間t1(t2)で所望の動作温度T0に到達しているの対して、従来技術では所望の動作温度T0に到達するまでにかなりの時間t1′(t2′)(t1≪t1′、t2≪t2′)を要している。
【0043】
このように、第1実施形態の燃料電池システム20では、燃焼器36に対してエアAirを供給するコンプレッサ40や、冷媒を循環させるポンプ28に過負荷が掛からない範囲で冷媒が効率的に加熱されるため、燃料電池スタック22の暖機運転を速やかに終了させることができる。
【0044】
図5は、第2実施形態の燃料電池システム60を示す。なお、図1に示す第1実施形態の燃料電池システム20と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【0045】
循環路24には、燃料電池スタック22の入口側に配設され、低温時において冷媒を加熱する電気ヒータ62と、燃料電池スタック22の入口側に配設され、冷媒の導電率を検出する導電率センサ64(導電率検出部)と、燃料電池スタック22の出口側に配設され、冷媒の温度を検出する温度センサ66とが接続される。
【0046】
冷媒供給制御部68(制御部)は、バルブ32を制御するバルブ制御部48を制御するとともに、ポンプ負荷センサ54、導電率センサ64および温度センサ66による検出値に基づき、ポンプ制御部46およびヒータ制御部70を制御する。
【0047】
次に、第2実施形態の燃料電池システム60の燃料電池スタック22を所望の動作温度まで加熱する暖機運転時の動作について、図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0048】
先ず、冷媒供給制御部68は、温度センサ66によって検出している冷媒の温度を燃料電池スタック22のスタック温度と見なし、このスタック温度が所望の動作温度に達しているか否かを判定する(ステップS21)。燃料電池システム60の環境温度が高く、あるいは、燃料電池スタック22が既に動作温度以上となっている場合、暖機運転を終了し、燃料電池スタック22による発電を開始する。
【0049】
一方、燃料電池システム60の環境温度が低く、スタック温度が燃料電池スタック22の動作温度よりも低い場合、冷媒供給制御部68は、バルブ制御部48を制御してバルブ32を開き、循環路24をバイパス路34を経由する経路に設定する。そして、冷媒供給制御部68は、ヒータ制御部70を制御して、電気ヒータ62を始動モード初期値で駆動するとともに、ポンプ制御部46を制御して、ポンプ28を始動モード初期値で回転させる(ステップS22)。
【0050】
次いで、冷媒供給制御部68は、ヒータ制御部70を制御し、電気ヒータ62による発熱量を増加させる(ステップS23)。また、冷媒供給制御部68は、導電率センサ64により検出した冷媒の導電率を許容値の上限である規定値と比較する(ステップS24)。なお、冷媒の導電率は、図8に示すように、冷媒の温度に依存して変動する物理量であるため、冷媒温度に代えて冷媒の流動性や冷媒の状態を検知することができる。
【0051】
導電率が規定値を超過していると判定された場合、ポンプ負荷センサ54によって検出されたポンプ28の負荷を許容値の上限である規定値と比較する(ステップS25)。比較の結果、規定値以下と判定された場合には、ポンプ28の回転に余裕があるため、ポンプ制御部46を制御してポンプ28の回転数を増加させる(ステップS26)。
【0052】
また、ステップS25において、ポンプ28の負荷が規定値を超過していると判定された場合、冷媒供給制御部68は、ヒータ制御部70を制御して電気ヒータ62による発熱量を減少させる(ステップS27)。この結果、冷媒の加熱が抑制される。
【0053】
次いで、冷媒供給制御部68は、温度センサ66によって検出しているスタック温度が所望の動作温度に達しているか否かを判定し(ステップS28)、動作温度以上となっている場合には、電気ヒータ62の駆動を停止させる(ステップS29)。この結果、冷媒の加熱が停止され、暖機運転が終了する。そして、燃料電池スタック22による発電が開始可能な状態となる。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池の暖機運転時において、不凍液を燃料電池に供給するポンプの負荷を検出し、許容範囲内の負荷でポンプを制御して流量を増加させるとともに、前記不凍液を許容範囲内の温度で加熱して燃料電池に供給することにより、燃料電池を所望の動作温度まで効率的に加熱することができる。従って、特に低温の暖機運転時において、燃料電池を迅速に動作開始させることができる。また、不凍液を循環させるポンプが過負荷状態になることがなく、安価で長寿命化を容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図2】第1実施形態における燃料電池システムの暖機運転のフローチャートである。
【図3】第1実施形態における暖機運転でのスタック温度の時間的変化を従来技術と比較した説明図である。
【図4】暖機運転開始時の温度が図3の場合よりも高い場合におけるスタック温度の時間的変化を従来技術と比較した説明図である。
【図5】第2実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図6】第2実施形態における燃料電池システムの暖機運転のフローチャートである。
【図7】従来技術の燃料電池システムの構成図である。
【図8】不凍液の温度と導電率との関係説明図である。
【図9】不凍液の温度と粘性係数との関係説明図である。
【符号の説明】
20、60…燃料電池システム 22…燃料電池スタック
24…循環路 26…ラジエータ
28…ポンプ 30…熱交換器
32、38…バルブ 34…バイパス路
36…燃焼器 40…コンプレッサ
42、44、66…温度センサ 46…ポンプ制御部
48、50…バルブ制御部 52…コンプレッサ制御部
54…ポンプ負荷センサ 56…コンプレッサ負荷センサ
58、68…冷媒供給制御部 62…電気ヒータ
64…導電率センサ 70…ヒータ制御部
Claims (6)
- 燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を調整する不凍液が循環する循環路と、
前記循環路に配設され、前記不凍液を循環させるポンプと、
前記循環路に配設され、前記不凍液を加熱する加熱部と、
前記不凍液の温度を検出する温度検出部と、
前記ポンプの負荷を検出する負荷検出部と、
前記燃料電池の暖機運転時における前記温度を規定値以下の範囲とし、前記加熱部を制御して前記不凍液を加熱させる一方、前記暖機運転時における前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加させる制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を調整する不凍液が循環する循環路と、
前記循環路に配設され、前記不凍液を循環させるポンプと、
前記循環路に配設され、前記不凍液を加熱する加熱部と、
前記不凍液の導電率を検出する導電率検出部と、
前記ポンプの負荷を検出する負荷検出部と、
前記燃料電池の暖機運転時における前記導電率を規定値以下の範囲とし、前記加熱部を制御して前記不凍液を加熱させる一方、前記暖機運転時における前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加させる制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または2記載のシステムにおいて、
前記加熱部は、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを燃焼させることで前記不凍液を加熱する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または2記載のシステムにおいて、
前記加熱部は、前記不凍液を加熱する電気ヒータを有することを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池に対して不凍液を循環させ、暖機運転時における前記燃料電池の温度調整を行う燃料電池システムの制御方法において、
前記不凍液の温度を検出するステップと、
前記不凍液を前記燃料電池に供給するポンプの負荷を検出するステップと、
前記温度を規定値以下の範囲として前記不凍液を加熱するステップと、
前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加するステップと、
からなることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - 燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池に対して不凍液を循環させ、暖機運転時における前記燃料電池の温度調整を行う燃料電池システムの制御方法において、
前記不凍液の導電率を検出するステップと、
前記不凍液を前記燃料電池に供給するポンプの負荷を検出するステップと、
前記導電率を規定値以下の範囲として前記不凍液を加熱するステップと、
前記負荷を規定値以下の範囲とし、前記ポンプを制御して前記不凍液の流量を増加するステップと、
からなることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003116084A JP4322040B2 (ja) | 2003-04-21 | 2003-04-21 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003116084A JP4322040B2 (ja) | 2003-04-21 | 2003-04-21 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004327083A JP2004327083A (ja) | 2004-11-18 |
JP4322040B2 true JP4322040B2 (ja) | 2009-08-26 |
Family
ID=33496441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003116084A Expired - Fee Related JP4322040B2 (ja) | 2003-04-21 | 2003-04-21 | 燃料電池システムおよびその制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4322040B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10249890B2 (en) | 2015-06-19 | 2019-04-02 | Daimler Ag | Method for cold-start of fuel cell stack |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4645210B2 (ja) * | 2005-02-03 | 2011-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | ポンプ装置、冷却システムおよび燃料電池システム |
JP5239113B2 (ja) * | 2005-04-22 | 2013-07-17 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の温度推定装置および燃料電池システム制御装置 |
JP2007280827A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用の温度制御システム |
JP5223271B2 (ja) * | 2007-09-03 | 2013-06-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び冷却媒体流動装置制御方法 |
FR3047844B1 (fr) * | 2016-02-11 | 2018-03-16 | Safran Aircraft Engines | Procede de regulation de la temperature d'une pile a combustible et systeme associe |
JP7342731B2 (ja) * | 2020-02-19 | 2023-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
2003
- 2003-04-21 JP JP2003116084A patent/JP4322040B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10249890B2 (en) | 2015-06-19 | 2019-04-02 | Daimler Ag | Method for cold-start of fuel cell stack |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004327083A (ja) | 2004-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110957503B (zh) | 一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法 | |
KR100513248B1 (ko) | 연료 전지 시스템 및 이 시스템의 정지 방법 | |
US20060147772A1 (en) | Fuel cell system | |
KR101610392B1 (ko) | 연료전지 시스템의 제어 방법 | |
KR20190067629A (ko) | 연료전지 열관리 시스템 및 그 제어방법 | |
US7588845B2 (en) | Advanced control for an electrical heatable wax thermostat in the thermal coolant loop of fuel cell systems | |
JP5074669B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007280827A (ja) | 燃料電池用の温度制御システム | |
JP4894156B2 (ja) | 燃料電池システム | |
CN112290047A (zh) | 燃料电池系统及其运行方法 | |
JP4322040B2 (ja) | 燃料電池システムおよびその制御方法 | |
JP4114459B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2004296351A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007305334A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2009054427A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2005322527A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5287368B2 (ja) | 燃料電池システム | |
KR101394732B1 (ko) | 스택 운전온도 조절이 가능한 연료전지용 열 및 물 관리 시스템 | |
WO2003049221A2 (en) | Fuel cell system | |
JP4984546B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2004296326A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006209994A (ja) | 燃料電池システム | |
JP4578890B2 (ja) | 燃料電池システムの始動方法 | |
US20240063412A1 (en) | Fuel cell system and thermal management method thereof | |
JP4303013B2 (ja) | 燃料電池発電システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051202 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080515 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081014 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081210 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090526 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090602 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120612 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130612 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130612 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140612 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |