JP4626176B2 - 燃料電池の制御装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、空気極側だけでなく燃料ガスの供給通路および水素極を含む燃料ガス系において生成水、生成水の氷結物、その他の物質の除去機能を向上させることにある。
このように、上記2つのガス流量調整手段により並列に反応ガスを供給した後、上記2つのガス流量調整手段による反応ガスの供給を停止することにより、ガス供給通路または上記燃料電池内の反応ガスが通過する流路に燃料ガスの脈動を生じさせることができる。なお、以上説明した構成は、可能な限り組み合わせることができる。
おいて生成水、生成水の氷結物、その他の物質の除去機能を向上させることができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池の構成図である。この燃料電池は、燃料電池セル(以下、単にセルと呼ぶ)を含む燃料電池本体1と、燃料電池本体1の水素極側に燃料ガスを供給する燃料タンク4と、燃料タンク4と燃料電池本体1の燃料導入口とを接続する燃料ガス供給通路L1と、燃料ガス供給通路L1上に互いに並列に配置され燃料ガスの供給量を制御する流量制御弁5A、5Bと、燃料電池本体1のガス排出口に接続される燃料排出通路L2と、燃料排出通路L2上に配置され、燃料電池本体1の水素極側で使用されたガス(燃料オフガスと呼ぶ)の排出を制御する排出弁6と、燃料電池本体1または燃料電池本体1に含まれるセルの出力電圧を検出する電圧センサ2と、電圧センサ2の検出値を監視するとともに流量制御弁5A、5Bおよび排出弁6の開閉を制御するECU3(電子制御ユニット)とを有している。なお、図1においては、酸化ガスが供給される空気極側の構成要素は省略されている。
間をずらせて2つの流量制御弁5A、5Bを開閉することで、上記流量の脈動、したがって、ガス供給通路L1および燃料電池本体1内の燃料ガスの流れ、または、燃料ガスの圧力の脈動を抑制できるからである。
例(参考例としての単一弁に対するパルス信号も含む)を示す。
脈動抑制モードでは、流量制御弁5A、5Bに対するパルス信号が互いにずれたタイミングでオン/オフされる。図3の例では、流量制御弁5Aに対するパルス信号は、タイミングT0でオンとなり、タイミングT1でオフとなる。そして、その後、流量制御弁5Bに対するパルス信号がタイミングT3でオンとなり、タイミングT4でオフとなる。そして、このパルス信号に対応するタイミングの駆動信号が開弁時間をずらせて流量制御弁5A、5Bを開閉する。図3および図4のパルス信号により流量制御弁5A、5Bを制御するECU3が本発明のガス流量制御手段に相当する。
以上述べたように、本実施形態の燃料電池によれば、燃料ガスの供給通路L1上に流量制御弁5A、5B等を複数個並列に配置する。そして、燃料ガスの供給時に脈動が必要な場合、図3に示したようなパルス波形により、略同時点で複数の流量制御弁5A、5B等を開閉し、燃料ガスの供給量の変化を大きくする。その結果、この燃料電池は、ガス供給通路L1および燃料電池本体1内の燃料ガスの流れの脈動または圧力の脈動を生じさせる。
ら水素極側に拡散する水蒸気の濃度)等により、燃料ガス供給時の脈動の必要性が判定される。したがって、本燃料電池は、必要なときに燃料ガスの流れまたは圧力を脈動させることができる。また、本燃料電池は、必要のないときに燃料ガスの流れまたは圧力の脈動を低減できる。
図7および図8を参照して本発明の第2実施形態を説明する。上記第1実施形態では、ガス供給通路L1または燃料電池本体1の水素極側(水素極表面、拡散層等)に水、炭素等の物質が堆積していることが検知された場合に、流量制御弁5A、5Bが脈動モードで駆動された。具体的には、流量制御弁5A、5Bは、図3に示したよう略同一のタイミングで開閉された。
また、図8では、流量制御弁5A、5Bが閉弁した後、タイミングT2において、流量制御弁5Cが閉弁している。さらに、図8では、流量制御弁5Dは、流量制御弁5A、5Bとは概ね半周期ずらせたタイミングで開閉している。このような、多様なタイミングで流量制御弁5A−5D等を開閉し、反応ガスを供給することにより、燃料ガスの流量または圧力の適度な脈動を得ることができる。
図9を参照して、本発明の第3実施形態を説明する。上記第1実施形態では、ガス供給通路L1または燃料電池本体1の水素極側(水素極表面、拡散層等)に水、炭素等の物質が堆積していることが検知された場合に、流量制御弁5A、5Bが脈動モードで駆動された。また、第2実施形態では、多様なタイミングの組み合わせにより燃料ガスの供給を脈動させる制御シーケンスの例を示した。本実施形態では、所定時間当たりの燃料ガスの供給量(平均供給量)を維持した上で、短期的に燃料ガス流量を脈動させるECU3の制御処理の例を示す。本実施形態の他の構成および作用は第1実施形態または第2実施形態の場合と同様である。そこで、同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を説明する。また、必要に応じて、図1から図8の図面を参照する。
ス供給通路L1または燃料電池本体1の水素極側(水素極表面、拡散層等)に水、炭素等の物質が堆積していると判定された場合には、脈動モードで流量制御弁5A等を駆動し、堆積していないと判定された場合には、脈動抑制モードで流量制御弁5A等を駆動すればよい。
2 電圧センサ
3 ECU
4 燃料タンク
5A、5B 流量制御弁
6 排出弁
Claims (3)
- 燃料電池に反応ガスを供給するガス供給通路と、
前記ガス供給通路に設けられ互いに並列に反応ガスの通路を構成し、各反応ガスの通路の反応ガスの供給を制御する複数のガス流量制御弁と、
前記ガス供給通路または前記燃料電池内の反応ガスが通過する流路に反応ガスの通過を阻害する物質が堆積していることを検出する検出手段と、
前記検出手段により前記物質の堆積が検出されたときに少なくとも2つ以上の第1所定数の前記ガス流量制御弁により並列に反応ガスを供給した後、前記第1所定数より少ない第2所定数の前記ガス流量制御弁により反応ガスを供給するガス流量制御手段と、を備え、
前記ガス流量制御手段は、前記検出手段により前記物質の堆積が検出されていないときは前記ガス流量制御弁のいずれか2つ以上から開閉時間をずらして燃料電池に反応ガスを供給する燃料電池の制御装置。 - 請求項1に記載の燃料電池の制御装置において、
さらに、所定時間あたりに供給する反応ガス流量を設定する反応ガス流量設定手段を備え、
前記ガス流量制御手段は前記検出手段により前記物質の堆積が検出されたときに前記所定時間のうちの部分区間におけるガス供給量を前記所定時間のうちの前記部分区間以外の区間におけるガス供給量よりも多くして前記所定時間内に前記反応ガス流量を供給する燃料電池の制御装置。 - 請求項1または2に記載の燃料電池の制御装置において、
前記ガス流量制御手段は、前記検出手段により前記物質の堆積が検出されたときに前記複数のガス流量制御弁により並列に反応ガスを供給した後、前記複数のガス流量制御弁による反応ガスの供給を停止し、前記複数のガス流量制御弁による反応ガスの並列供給状態と供給停止状態との組み合わせにより反応ガスを供給する燃料電池の制御装置。
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