JP4543337B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係る燃料電池システム1の構成図である。
燃料電池システム1は、燃料電池自動車(FCHV)、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両100に搭載できる。ただし、燃料電池システム1は、車両100以外の各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボット等)や定置型電源、さらには携帯型燃料電池システムにも適用可能である。
また、制御装置7は、所定のタイミングで燃料電池2の水分状態の診断等を行い、診断結果に基づき燃料電池2の水分制御を行う。詳細は後述するが、本実施形態は燃料電池2が乾燥状態にあると判断され、かつ、燃料電池2の温度が低いと判断された場合に、低効率発電を行うことで燃料電池2の適正な温度制御と適正な水分制御の両方を実現する点に特徴がある。
図2は、燃料電池の出力電流(FC電流)と出力電圧(FC電圧)との関係を示す図であり、通常発電を行った場合を実線で示し、低効率発電を行った場合を点線で示す。なお、横軸はFC電流、縦軸はFC電圧をあらわしている。
ここで、低効率発電とは、燃料電池2に供給される反応ガス(本実施形態では、酸化ガス)が通常発電時に比して少なく、かつ通常発電に比して電力損失が大きい発電をいい、例えばエアストイキ比を1.0付近(理論値)に絞った状態で燃料電池2を運転する(図2の点線部分参照)。このように、電力損失を大きく設定することで、燃料電池2を急速暖機することが可能となる。一方、通常発電の際には、電力損失を抑えて高い発電効率が得られるように、例えばエアストイキ比を2.0以上(理論値)に設定した状態で燃料電池40を運転する(図2の実線部分参照)。
以上から明らかなように、低効率発電を行うことで、燃料電池2の急速暖機を実現するとともに燃料電池2のカソード水収支をプラス(ウエット)状態とすることができる。よって、燃料電池2が乾燥状態にあると判断され、かつ、燃料電池2の温度が低いと判断された場合であっても、低効率発電を行うことで燃料電池2の水分状態および燃料電池2の温度を迅速かつ最適に制御することが可能となる。以下、燃料電池2の水分制御処理について説明する。
まず、制御装置7は、ステップS110において燃料電池2の水分状態を診断すべきタイミング(以下、診断タイミング)が到来したか否かを判断する。なお、以下の例では診断タイミングとしてシステム起動時を想定するが、システム運転中やシステム停止時や間欠運転時など、システム設計などに応じて任意に設定・変更可能である。
上述した第1実施形態では、検知FC温度のみに基づいて低効率発電を許可するか否かを判断したが、これに加えてバッテリ(蓄電器)62の充電状態に基づいて低効率発電を許可するか否かを判断しても良い。図5は、第2実施形態に係る燃料電池システム1’の構成を示す図である。なお、図1に対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
基準SOCメモリ93には、燃料電池2が低効率発電を許可するか否かを判断するための基準SOC値(例えば75%)が格納される。基準SOC値Sthは、予め実験などによって求められる。具体的には、実験などによって低効率発電を許可するか否かを判断するための基準SOC値Sthを求め、これをマップ化して基準SOCメモリ93に格納しておく。
基準バッテリ充電許容パワーメモリ93’には、燃料電池2が低効率発電を許可するか否かを判断するための基準バッテリ充電許容パワー(例えば2.5kW)が格納される。基準バッテリ充電許容パワーWthは、予め実験などによって求められる。具体的には、実験などによって低効率発電を許可するか否かを判断するための基準バッテリ充電許容パワーWthを求め、これをマップ化して基準バッテリ充電許容パワーメモリ93’に格納しておく。
Claims (4)
- 燃料電池が乾燥状態にあるか否かを判断する第1判断手段と、
前記燃料電池が乾燥状態にあると判断された場合、前記燃料電池に供給される反応ガスが通常発電時に比して少なく、かつ、前記通常発電に比して電力損失が大きい低効率発電を許可するか否かを判断する第2判断手段と、
低効率発電を許可すると判断された場合に低効率発電を実行する発電制御手段と
を具備し、
前記通常発電は、高い発電効率が得られるように前記燃料電池に前記反応ガスが潤沢に供給された状態で行われる発電であり、
前記第1判断手段は、前記燃料電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段をさらに備え、測定された前記燃料電池のインピーダンスが、基準インピーダンス以上である場合に、前記燃料電池が乾燥状態にあると判断することを特徴とする燃料電池システム。 - 低効率発電を許可しないと判断された場合に前記燃料電池を冷却する冷却機構をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記第2判断手段は、前記燃料電池の関連温度を測定する関連温度測定手段と基準温度をさらに備え、測定される前記関連温度が前記基準温度以下の場合に前記低効率発電を許可することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
- 電力の充放電を行う蓄電器をさらに備え、
前記第2判断手段は、前記蓄電器のSOC値または充電パワーのいずれかを検知する検知手段をさらに備え、測定される前記関連温度が前記基準温度以下であり、かつ、検知される前記蓄電器のSOC値が基準SOC値以下であるか、または前記蓄電器の充電パワーが基準充電パワー以下である場合に前記低効率発電を許可することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
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