JP4762569B2 - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
そして、セル電圧が低下すると、MEAの固体高分子電解質膜におけるアノード側で生成したプロトン(H+)の導電率が低下するため、アノード側からカソード側へのプロトンの移動による発熱が過大になる。その結果、燃料電池が高温になり、燃料電池を構成する各パーツ(電解質膜、触媒層、セパレータ)の劣化が起こってしまう。
この発明によれば、前記発電不良セルの発生を検出したときに前記電流値の制限を行えない場合であっても、前記燃料電池の発電を停止することで、前記発電不良セルの発熱および他のセルの起電力がかかることによる発熱を無くすことができるため、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。
そして、スタックを構成する一部のセルにおいて、プロトン(H+)の導電率が低下するとともに、他のセルからの起電力がかかり、電圧が通常運転時よりも極度に低下したときには(即ち「発電不良セル」となったときには)、この発電不良セルの電圧は前記セル電圧検出手段で検出可能な電圧以下の電圧となる。このため、前記発電不良セルの測定値は前記一定値となる。一方、前記スタック電圧検出手段により測定されるスタック電圧には、前記発電不良セルにより極度に低下した電圧が反映されている。従って、前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧との差分が第2所定値よりも大きくなったときには、前記発電不良セルが発生していると判定できるとともに、前記セル検出手段で前記一定値を検出したセルまたはセル群(複数のセル)を発電不良セルまたは発電不良セル群と判定することができる。さらに、前記燃料電池の発電を停止することで、前記発電不良セルの発熱および他のセルの起電力がかかることによる発熱を直ちに無くすことができるため、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。このように、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、部品点数やコスト、消費電力を抑制しつつ、セルの発電状態を適切に把握することができ、燃料電池の発電性能を確保することができる。
ここで、第2所定値は、燃料電池の劣化を防ぎ得る値である。すなわち、前記セル電圧の合計と前記スタック電圧との差分が第2所定値以内であれば、発電を許容しうる。そして、発電を可能な限り継続させる意味で、第2所定値は第1所定値と同等か若干大きい値に設定することが好ましい。
この発明によれば、請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池システムを車両に適用することにより、セル電圧の低下のみを検出するセンサを新たに設置することなく、発電不良セルの検出を行うことができるので、必要となるスペースの増大を抑えることができ、コストや消費電力を抑制できるので、燃費増大を防ぐことができる。そして、セルの発電状態を適切に把握することができる。これにより、気温、湿度あるいは要求発電量の単位時間あたりの変動がより大きい車両の運転性能に対する信頼性を向上することができる。
請求項2に係る発明によれば、前記発電不良セルを過度な発熱から防ぎ、前記燃料電池の発電性能を確保することができる。
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。同図に示す燃料電池2は、複数のセル3…3を積層してなるスタック4を、一対のターミナルプレート5、5で挟持してなる構成を備えている。各セル3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る膜電極構造体(MEA)を備え、この膜電極構造体を両側からセパレータで挟持してなる構成を備えている。各セルのアノードに燃料として水素を供給するとともに、カソードに酸化剤として酸素を含むエアを供給すると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電する。
なお、発電の際にはカソード側で水が生成されるとともに、カソード側で生じた生成水の一部が電解質膜を介してアノード側に逆拡散するためアノード側にも生成水が存在する。
また、水素オフガス排出流路11は希釈ボックス(図示せず)に接続され、利用済の水素オフガスを水素オフガス排出流路11から希釈ボックスに排出する。
また、燃料電池2は車両駆動用モータなどの負荷16に電線17を介して接続され、燃料電池2の発電で得られた電力を電線17を介して負荷16に供給する。
まず、ステップS10で、スタック電圧センサ23によりスタック電圧A(=Vs)の検出を行う。次に、ステップS12で、各セル電圧センサ25…25により各セル電圧(Vci)を検出し、これらの合計値B(=ΣVci)を算出する。ついで、ステップS14で、セル電圧の合計値Bとスタック電圧の検出値Aとの差分をとり、この差分が所定値ΔV1以上であるか否かを判定する。この判定結果がYESであればステップS16に進み、判定結果がNOであればステップS10の処理に戻る。
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム1は車両であるので、燃料電池システム1の停止は車両の停止を意味するが、他の手段により走行が可能である場合には、ステップS20の処理を燃料電池2の発電を停止する処理に置き換えてもよい。
2…燃料電池
3…セル
4…スタック
22…電流センサ
23…スタック電圧センサ(スタック電圧検出手段)
24…コントロールユニット
25…セル電圧センサ(セル電圧検出手段)
Claims (6)
- アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、
各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段と、
前記スタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段と、を備え、
前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧と、の差分を算出し、前記合計値が前記スタック電圧に対して第1所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記電流値の制限を行えない場合には、前記燃料電池の発電を停止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。
- アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池と、
各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定して、検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段と、
前記スタックの両端の電圧を測定するスタック電圧検出手段と、を備え、
前記セル電圧検出手段で検出した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、前記スタック電圧検出手段で検出したスタック電圧と、の差分を算出し、前記合計値が前記スタック電圧に対して第2所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池の発電を停止することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池システムは、燃料電池を駆動源とする車両であることを特徴とする請求項1から請求項3に記載の燃料電池システム。
- アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、
検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段を用いて、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定する工程と、
前記スタックの両端の電圧を測定する工程と、
測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧と、の差分を算出し、前記合計値が前記スタック電圧に対して第1所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池に流す電流値を制限する工程と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - アノードガスとカソードガスとから発電を行うセルを積層したスタックを有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、
検出可能な電圧以下の電圧を検出した場合には一定値を測定値として検出するセル電圧検出手段を用いて、各セル毎または複数のセル毎の電圧を測定する工程と、
前記スタックの両端の電圧を測定する工程と、
測定した各セルまたは複数のセルの電圧の合計値と、測定したスタック電圧と、の差分を算出し、前記合計値が前記スタック電圧に対して第2所定値よりも大きくなったときに、前記燃料電池の発電を停止する工程と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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