JP4627486B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法 - Google Patents
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Description
具体的には、要求される発電量に基づいて算出された最低限必要な反応ガス量を必要反応ガス量として、この必要反応ガス量に対する燃料電池に供給されている反応ガス量の割合をストイキ比とする。そして、このストイキ比が一定値になるように反応ガスを供給している。
また、例えば、燃料電池による発電が安定している状態における平均ストイキ比よりも高い平均ストイキ比、つまり発電が完全に安定している状態における平均ストイキ比を第1の所定値とする。
これにより、平均ストイキ比が第1の所定値以上になるときは、反応ガスの供給量を低減することで、燃料電池の燃費を向上できる。特に、コンプレッサを用いて燃料電池に反応ガスを供給する場合には、コンプレッサに供給する電力を削減でき、燃料電池の消費電力をさらに低減できる。
また、このとき、ストイキ比が目標値に到達していないときには低下し、ストイキ比が目標値に一致しているときには上昇する平均ストイキ比を算出し、この平均ストイキ比を指標としてストイキ比を変更したので、ストイキ比が頻繁に変更されるのを防いで、燃料電池の発電能力を安定させることができる。
これにより、平均ストイキ比が第2の所定値以下になるのを防止できるから、発電が安定している状態から不安定な状態に移行しつつある場合には、反応ガスの供給量を低減するのを停止して、燃料電池の発電能力を安定させることができる。
そこで、(3)の発明によれば、反応ガス低減手段の作動を停止した後、回復待ち時間経過するまで、反応ガス低減手段の再度の作動を禁止した。これにより、平均ストイキ比が連続して第2の所定値になるのを防止して、発電が不安定になるのを防ぐことができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池10と、この燃料電池10に反応ガスとしての水素ガスや空気を供給する反応ガス供給手段としての供給装置20と、この供給装置20を制御する制御手段としての制御装置30とを有する。
また、燃料電池10には、電流計34が設けられている。
また、燃料電池10のカソード電極側には、エア排出路24が接続され、このエア排出路24の先端には、上述の希釈システム27が接続される。
すなわち、パージ弁261を閉じておき、遮断弁251を適当な開度で開くことにより、水素供給システム22から、水素供給路25を介して、燃料電池10のアノード側に水素ガスを供給する。また、エアコンプレッサ21を駆動させることにより、エア供給路23を介して、燃料電池10のカソード側に空気を供給する。
燃料電池10に供給された水素ガスおよび空気は、発電に供された後、燃料電池10からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路26およびエア排出路24に流入する。このとき、パージ弁261は閉じているので、水素排出路26に流れた水素ガスは、エゼクタ28に還流されて再利用される。
その後、パージ弁261を適当な開度で開くことにより、水素ガス、空気、および残留水が、水素排出路26およびエア排出路24から排出される。なお、希釈システム27により、水素ガスは所定濃度以下に希釈される。
制御装置30は、制御部31と、この制御部31に接続された回復待ちタイマ32、流量計33、および電流計34と、を備える。
流量計33は、エア供給路23に流れる空気の流量を計測して制御部31に送信する。
電流計34は、燃料電池10で発電した電流値を計測して制御部31に送信する。
また、制御部31は、平均ストイキ比算出手段としての平均ストイキ比算出部311と、反応ガス低減手段としての反応ガス低減部312と、反応ガス低減停止手段としての反応ガス低減停止部313と、反応ガス低減禁止手段としての反応ガス低減禁止部314と、を備える。
反応ガス低減部312は、平均ストイキ比が前記第1の所定値1H以上である場合には、ストイキ比が低下するように、燃料電池10に供給する反応ガス量を低減する。
ここで、第1の所定値1Hは、平均ストイキ比が目標値と略等しく、完全に安定状態で発電可能であると判断できる値である。
まず、平均ストイキ比算出部311により、平均ストイキ比を算出する(ST1)。次に、反応ガス低減禁止部314により、回復待ちフラグが“1”であるか否かを判別する(ST2)。なお、回復待ちフラグの初期値は“0”である。この判別が“YES”のときは、後述のST7に移り、この判別が“NO”のときは、反応ガス低減部312により、平均ストイキ比が第1の所定値1H以上であるか否かを判別する(ST3)。
まず、燃料電池の始動後、ストイキ比を目標値に設定すると、時刻t1まで平均ストイキ比が上昇する。このとき、回復待ちフラグは“0”となっている。
この状態では、平均ストイキ比が第2の所定値1L以上であっても、平均ストイキ比が上昇中であるため、反応ガス流量を低減させない。
すると、回復待ちフラグが“1”となり。また、回復待ちタイマをセットし直すことはないので、回復待ちタイマの残り時間が減算され始める。
(1)平均ストイキ比という概念を導入し、この平均ストイキ比が第1の所定値1H以上であると判定した場合には、ストイキ比が低下するよう燃料電池10に供給する反応ガス量を低減した。
これにより、平均ストイキ比が第1の所定値1H以上になるときは、反応ガスの供給量を低減することで、燃料電池10の燃費を向上できる。特に、エアコンプレッサ21を用いて燃料電池10に反応ガスを供給する場合には、エアコンプレッサ21に供給する電力を削減でき、燃料電池10の消費電力をさらに低減できる。
また、このとき、ストイキ比が目標値に到達していないときには低下し、ストイキ比が目標値に一致しているときには上昇する平均ストイキ比を算出し、この平均ストイキ比を指標としてストイキ比を変更したので、ストイキ比が頻繁に変更されるのを防いで、燃料電池10の発電能力を安定させることができる。
例えば、前記実施形態では、制御部31は、現在のストイキ比がそのまま目標値になるように供給装置20を制御したが、これに限らず、現在のストイキ比と目標ストイキ比との比率に基づいて制御してもよい。
10…燃料電池
20…供給装置(反応ガス供給手段)
30…制御装置(制御手段)
311…平均ストイキ比算出部(平均ストイキ比算出手段)
312…反応ガス低減部(反応ガス低減手段)
313…反応ガス低減停止部(反応ガス低減停止手段)
314…反応ガス低減禁止部(反応ガス低減禁止手段)
1H…第1の所定値
1L…第2の所定値
Claims (4)
- 反応ガスの反応により発電する燃料電池と、
当該燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記反応ガス供給手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、必要な発電量に基づく前記燃料電池の必要反応ガス量に対し、前記燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、発電に必要なストイキ比を目標値として算出し、前記ストイキ比が前記目標値になるように前記反応ガス供給手段を制御する反応ガス供給制御手段と、
前記燃料電池による発電の安定性の指標として、前記ストイキ比が前記目標値に到達していないときには低下し、前記ストイキ比が前記目標値に一致しているときには上昇する平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出手段と、
前記燃料電池が完全に安定状態で発電可能であると判断できる平均ストイキ比の値を第1の所定値とし、前記平均ストイキ比が前記第1の所定値以上である場合には、前記ストイキ比が低下するように、前記燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手段と、を有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記反応ガス低減手段が作動しており、かつ、前記平均ストイキ比が前記第1の所定値よりも低い第2の所定値以下まで低下した場合には、前記反応ガス低減手段の作動を停止する反応ガス低減停止手段を有す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。
- 前記制御手段は、前記反応ガス低減停止手段により前記反応ガス低減手段の作動を停止した後、回復待ち時間経過するまで、前記反応ガス低減手段の再度の作動を禁止する反応ガス低減禁止手段を有することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 反応ガスの反応により発電する燃料電池の制御方法であって、
必要な発電量に基づく前記燃料電池の必要反応ガス量に対し、前記燃料電池に供給される反応ガス量をストイキ比とし、発電に必要なストイキ比を目標値として算出し、前記ストイキ比が前記目標値になるように前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手順と、
前記燃料電池による発電の安定性の指標として、前記ストイキ比が前記目標値に到達していないときには低下し、前記ストイキ比が前記目標値に一致しているときには上昇する平均ストイキ比を算出する平均ストイキ比算出手順と、
前記燃料電池が完全に安定状態で発電可能であると判断できる平均ストイキ比の値を第1の所定値とし、前記平均ストイキ比が前記第1の所定値以上である場合には、前記ストイキ比が低下するように、前記燃料電池に供給する反応ガス量を低減する反応ガス低減手順と、を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
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