JP4773711B2 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP4773711B2
JP4773711B2 JP2004331911A JP2004331911A JP4773711B2 JP 4773711 B2 JP4773711 B2 JP 4773711B2 JP 2004331911 A JP2004331911 A JP 2004331911A JP 2004331911 A JP2004331911 A JP 2004331911A JP 4773711 B2 JP4773711 B2 JP 4773711B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
auxiliary circuit
fuel cell
auxiliary
temperature
compensation
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
Application number
JP2004331911A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006147177A (ja
Inventor
秀和 斉藤
秀晴 内藤
保紀 小谷
稔 魚嶋
大 齊藤
健一郎 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2004331911A priority Critical patent/JP4773711B2/ja
Publication of JP2006147177A publication Critical patent/JP2006147177A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4773711B2 publication Critical patent/JP4773711B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
近年、燃料電池自動車などの電源として、単セルが複数積層してなる燃料電池スタック(燃料電池という場合もある)の開発が盛んである。燃料電池は発電すると、主としてカソード(空気極)側で水が生成する。生成した水の一部は単セルを構成する固体高分子電解質膜(以下電解質膜という)内を拡散し、アノード(燃料極)側に透過する。また、前記電解質膜の湿潤状態を維持するために、加湿した酸化剤ガス(例えば加湿した空気)を、カソード側に供給する方法などが一般に採用されている。
このように、発電により生成した水や加湿により、燃料電池内を流通するガスの含水量は高くなっている。したがって、ガスの温度が低下すると、ガスに含まれていた水が凝縮する。ゆえに、燃料電池が冬季や寒冷地で使用された場合などであって、燃料電池を停止した後に氷点下に曝されると、燃料電池内が凍結してしまう場合がある。
そこで、このような凍結を防止するために、例えば、燃料電池の停止時に、燃料電池内の燃料ガス流路、酸化剤ガス流路に非加湿の空気(掃気ガス)を供給し、掃気(燃料電池内の水の排出および空気パージ)する方法などが採用されている。
ところが、このように掃気ガスを供給すると、燃料電池の燃料ガス流路に、燃料ガスと掃気ガスとが混在する場合が発生する。そうすると、1つの単セルの膜電極接合体(以下、MEA:Membrane Electrode Assembly、膜電極複合体とも称される)のアノード側に、燃料ガスに接触する部分と、掃気ガスに接触する部分とが共存する。その結果として、1つのMEAについて、アノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤ガスが存在する部分(以下、第1MEA部分)と、アノード側に掃気ガス、カソード側に酸化剤ガスが存在する部分(以下、第2MEA部分)とが共存する。
このような場合、第1MEA部分では小さな電位差が発生し、一方、第2MEA部分では電位差が発生しないという現象が生じる。そうすると、前記第1MEA部分で発生した前記小さな電位差を駆動力として、1つのMEA内に擬似的な回路が形成され、前記第2MEA部分に微小電流が流れるときがある。
このように1つのMEA内で、微小ながらも電流が流れると、第2MEA部分の電解質膜、アノード、カソードなどが劣化し、その結果として、燃料電池の寿命が縮まってしまうという問題がある。
そこで、従来、燃料電池スタックの出力端子に、外部負荷とは別に固定抵抗を接続し、燃料ガス流路にガスが混在する場合に発生する電流を、固定抵抗に通流させてディスチャージ(放電)する技術が提案されている(特許文献1参照)。
特開平10−284104号公報(段落番号0010〜0012、図1、図2)
しかしながら、燃料電池の起動スイッチであるイグニッションスイッチ(以下、IGSW)のON/OFFに連動して、起動時のディスチャージ・停止時のディスチャージを必ず実施する設定とすると、例えば、IGSWが連続的にON/OFFされた場合に、固定抵抗の温度が上昇し、最終的に断線などにより故障してしまう。この固定抵抗の故障を防止するために、固定抵抗の容量を大きくする方法が考えられるが、固定抵抗の容量を大きくすると、固定抵抗のかさ及び質量が増加し、燃料電池自動車などに搭載するには不向きとなる。
そこで、本発明は、小さな抵抗でも、燃料電池の起動時または停止時に、好適にディスチャージ可能とする燃料電池システムを提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、助抵抗を有し前記燃料電池の出力端子に接続し、ONされることで前記燃料電池で発生した電流を放電させる補助回路と、前記補助抵抗の温度を検知する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出する前記補助抵抗の温度が所定温度以下である場合に前記補助回路が補償条件内であると判定し、前記温度検出手段の検出する前記補助抵抗の温度が所定温度以下でない場合に前記補助回路が補償条件外であると判定する補償判定手段と、該補償判定手段の判定に基づいて前記補助回路のON/OFFを制御する補助回路制御手段と、備え、当該補助回路制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時に、前記補助回路が補償条件内にある場合に前記補助回路をONして前記電流を放電し、前記補助回路が補償条件外にある場合に前記補助回路をONしないことを特徴とする燃料電池システムである。
ここで、「補助抵抗を有する補助回路」とは、燃料電池の出力端子に接続し、燃料電池の燃料ガス流路に、燃料ガス(水素など)と、掃気ガス(非加湿空気)が混在するために、燃料電池の単セル(MEA)内で発生した電流を燃料電池外に取り出し、ディスチャージ(放電)するための回路である。
また、「燃料電池の起動時」とは、燃料電池を起動するスイッチ(後記する第1実施形態ではIGSW)がONされたときである。
このような燃料電池システムによれば、燃料電池の起動時に、補助回路が補償条件内である場合に、補助回路制御手段が補助回路をONすることによって、燃料電池内で発生した電流が補助回路内を通流することによってディスチャージ(放電)し、燃料電池の劣化を防止することができる。一方、補助回路が補償条件外である場合に、補助回路制御手段が補助回路をONしない(OFFする)ことによって、補助回路に電流が通流せず、補助回路を保護することができる。
したがって、補助回路を構成する補助抵抗が小さくても、補償条件を適宜に設定することによって、補助抵抗を保護すると共に、好適にディスチャージすることができる。
ここで、「燃料電池の停止時」とは、燃料電池を起動するスイッチ(後記する第1実施形態ではIGSW)がOFFされたときである。
このような燃料電池システムによれば、燃料電池の停止時に、補助回路が補償条件内である場合に、補助回路制御手段が補助回路をONすることによって、燃料電池内で発生した電流が補助回路内を通流することによってディスチャージ(放電)し、燃料電池の劣化を防止することができる。一方、補助回路が補償条件外である場合に、補助回路制御手段が補助回路をONしない(OFFする)ことによって、補助回路に電流が通流せず、補助回路を保護することができる。
したがって、補助回路を構成する補助抵抗が小さくても、所定に補償条件を設定することによって、補助抵抗を保護すると共に、好適にディスチャージすることができる。
このような燃料電池システムによれば、補償判定手段は、補助抵抗の温度が所定温度より高い場合に補助回路は補償条件外であると判定し、補助抵抗の温度が所定温度以下である場合に前記補助回路は補償条件内であると判定することができる。
また、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、補助抵抗を有し、前記燃料電池の出力端子に接続し、ONされることで前記燃料電池で発生した電流を放電させる補助回路と、前記補助回路のON/OFF履歴と、前記補助回路のON時における前記補助抵抗の温度上昇率/前記補助回路のOFF時における温度低下率と、を記録する補助回路ON/OFF履歴記憶手段と、前記補助回路の過去のON/OFF履歴と前記補助抵抗の温度上昇率/温度低下率とに基づいて前記補助抵抗の温度を推定し、推定された前記補助抵抗の温度が所定温度以下である場合に前記補助回路が補償条件内であると判定し、推定された前記補助抵抗の温度が所定温度以下でない場合に前記補助回路が補償条件外であると判定する補償判定手段と、当該補償判定手段の判定に基づいて前記補助回路のON/OFFを制御する補助回路制御手段と、を備え、当該補助回路制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時に、前記補助回路が補償条件内にある場合に前記補助回路をONして前記電流を放電し、前記補助回路が補償条件外にある場合に前記補助回路をONしないことを特徴とする燃料電池システムである。
このような燃料電池システムによれば、補償判定手段は、補助回路の過去のON/OFF履歴に基づいて、例えば、補助抵抗の現在の温度を推定し、補助回路が補償条件内であるか否かを判定することができる。
また、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、補助抵抗を有し、前記燃料電池の出力端子に接続し、ONされることで前記燃料電池で発生した電流を放電させる補助回路と、前記補助回路のON回数を記憶する補助回路ON/OFF履歴記憶手段と、過去の所定時間における前記補助回路のON回数が所定回数よりも少ない場合に前記補助回路が補償条件内であると判定し、過去の所定時間における前記補助回路のON回数が所定回数以上である場合に前記補助回路が補償条件外であると判定する補償判定手段と、当該補償判定手段の判定に基づいて前記補助回路のON/OFFを制御する補助回路制御手段と、を備え、当該補助回路制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時に、前記補助回路が補償条件内にある場合に前記補助回路をONして前記電流を放電し、前記補助回路が補償条件外にある場合に前記補助回路をONしないことを特徴とする燃料電池システムである。
本発明によれば、小さな抵抗でも、燃料電池の起動時または停止時に、好適にディスチャージ可能とする燃料電池システムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照して説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
≪第1実施形態≫
第1実施形態に係る燃料電池システムについて、図1から図5を適宜参照して説明する。参照する図面において、図1は、第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図2は、第1実施形態に係る燃料電池システムの起動時の制御を示すフローチャートである。図3は、第1実施形態に係る燃料電池システムの停止時の制御を示すフローチャートである。図4は、第1実施形態に係る燃料電池システムの補助抵抗の温度変化とタイミングチャートである。図5は、第1実施形態に係る燃料電池システムの補助抵抗の温度変化とタイミングチャートである。
≪燃料電池システムの構成≫
図1に示すように、第1実施形態に係る燃料電池システム1は、燃料電池自動車に搭載されたシステムであり、燃料電池自動車の起動時/停止時(燃料電池2の起動時/停止時)に、スイッチ52を適宜にON/OFFすることによって、ティスチャージ(放電)を行うシステムである。
燃料電池システム1は、燃料電池2と、燃料電池2のアノード側に水素ガス(燃料ガス、反応ガス)を供給・排出するアノード系と、燃料電池2のカソード側に加湿空気(酸化剤ガス、反応ガス)または掃気ガス(非加湿空気)を供給・排出するカソード系と、掃気時に掃気ガスをカソード系からアノード系に導く掃気系と、燃料電池2の出力端子に接続した電力消費系と、電力消費系に接続した補助回路50と、温度センサ61と、IGSW62と、これらを制御するECU70(Electronic Control Unit、制御装置)を主に備えている。
<燃料電池>
燃料電池2(燃料電池スタック)は、主として、電解質膜3の両面をアノード(燃料極)およびカソード(空気極)で挟持してなる単セルが、セパレータを介して、複数積層されることで構成されている。セパレータには、電解質膜3の全面に水素ガス(燃料ガス)、加湿空気(酸化剤ガス)を供給するための溝、各単セルに供給するための貫通孔などが複雑に形成されており、これら溝などが燃料ガス流路4、酸化剤ガス流路5として機能している。燃料ガス流路4には水素ガスが流通し、この流通する水素ガスが各アノードに供給されるようになっている。一方、酸化剤ガス流路5には、加湿空気が流通し、この流通する加湿空気が各カソードに供給されるようになっている。
そして、水素ガスが各アノードに、加湿空気が各カソードに供給されると、各アノード・各カソードで電気化学反応が生じて、各単セルで所定の電位差が発生し、この単セルが一般に直列で接続されているため、燃料電池2から大きな電力を取り出し可能となっている。
<アノード系>
アノード系は、燃料電池2のアノード側に配置し、水素ガスを供給・排出する系であり、主に、水素ガスが貯蔵された水素タンク11と、遮断弁12とを備えている。
アノード系の水素ガス供給側を説明すると、遮断弁12は、水素タンク11の出口に一体的に取り付けられている。そして、遮断弁12は、配管12aを介して、下流側の燃料電池2の燃料ガス流路4に接続している。遮断弁12は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71は遮断弁12を適宜に開/閉するようになっている。また、配管12aには、燃料電池2に向かって、所定に減圧するための減圧弁、アノードオフガスを循環させるためのエゼクタ(ともに図示しない)などが設けられている。
したがって、制御部71が遮断弁12を開くと、水素ガスが所定に減圧され、燃料ガス流路4に供給されるようになっている。
次に、アノード系の水素ガス排出側について説明すると、配管12bが燃料ガス流路4に接続しており、燃料電池2のアノード側から排出されたガス(発電時はアノードオフガス、掃気時は掃気ガス)が、配管12bを介して系外(大気中)に排出されるようになっている。また、配管12bは、途中位置で分岐しており、その分岐した部分は、前記エゼクタに接続されている。したがって、アノードオフガスに未反応の水素ガスが含まれる場合、これを水素供給側に戻し、水素ガスが循環するようになっている。
<カソード系>
カソード系は、燃料電池2のカソード側に配置し、主として、空気(通常発電時は加湿空気、掃気時は非加湿空気である掃気ガス)を供給・排出する系であり、ポンプ21(コンプレッサ)を主に備えている。
カソード系の空気供給側について説明すると、ポンプ21は配管21aを介して、下流側の燃料電池2の酸化剤ガス流路5に接続している。ポンプ21は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71はポンプ21の稼動を所望に制御するようになっている。また、配管21aの途中位置には、加湿器(図示しない)が設けられており、発電時は加湿し、掃気時は加湿しないようになっている。
カソード系の空気排出側について説明すると、配管21bが酸化剤ガス流路5に接続しており、燃料電池2のカソード側から排出されたガス(発電時はカソードオフガス、掃気時は掃気ガス)が、配管21bを介して、系外(大気中)に排出されるようになっている。
<掃気系>
掃気系は、燃料電池2の掃気時に、ポンプ21からの掃気ガス(非加湿空気)を、カソード系からアノード系に導く系であり、配管31と開閉弁32を主に備えている。
ここで、「掃気ガス」とは、燃料電池2内の水などを、燃料電池2外に押し出し、燃料電池2内を掃除するための所定圧力のガスであり、例えば、空気、窒素などである。そして、「掃気する」とは掃気ガスを燃料電池2の燃料ガス流路4、酸化剤ガス流路5に導入し、燃料電池2内の水などを、燃料電池2外に押し出すことである。
配管31の一端は前記カソード系の配管21aに連結しており、配管31の他端はアノード系の配管12aに連結している。開閉弁32は、配管31の途中位置に設けられており、配管31内のガスの流通を適宜に遮断可能となっている。また、開閉弁32は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71は開閉弁32を適宜に開/閉するようになっている。
したがって、燃料電池2の掃気時は、開閉弁32を開き、前記加湿器による加湿を停止し、ポンプ21からの掃気ガス(非加湿空気)を、配管21aを介して酸化剤ガス流路5に、配管31、配管12aを介して燃料ガス流路4に、それぞれ供給可能となっている。
一方、燃料電池2の通常の発電時は、開閉弁32は閉じられる。
<電力消費系>
電力消費系は、燃料電池自動車を走行させる走行モータなどの外部負荷41と、メインスイッチ42(リレー)と、電流計43と、電圧計44を主に備えている。外部負荷41は、メインスイッチ42を介して、燃料電池2の出力端子に電気的に接続している。
電流計43は、メインスイッチ42と燃料電池2との間であって、燃料電池2のアノード側端子(マイナス端子)側に配置している。したがって、ディスチャージ時(メインスイッチ42がOFF、スイッチ52がON)において、電流計43が電流を検知しない場合、後記する補助抵抗51が故障(断線)していると判定可能となっている。
また、電流計43は後記するECU70の制御部71と電気的に接続している。したがって、制御部71は、通常の発電時(メインスイッチ42がON、スイッチ52がOFF)は外部負荷41を通流する電流値を、ディスチャージ時には補助抵抗51を通流する電流値を検出したり、前記した補助抵抗51の故障を判定可能となっている。
電圧計44は、燃料電池2の出力端子とメインスイッチ42との間で、外部負荷41と並列となるように配置している。また、電圧計44は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続している。したがって、制御部71は、通常の発電時(メインスイッチ42がON、スイッチ52がOFF)には燃料電池2の端子間電圧を、ディスチャージ時(メインスイッチ42がOFF、スイッチ52がON)には補助抵抗51の電圧を監視可能となっている。
<補助回路>
補助回路50は、燃料ガス流路4に水素ガスと掃気ガスとが混在する場合に、燃料電池2から微小電流を取り出すための回路であり、電流計43とメインスイッチ42との間に、外部負荷41と並列となるように接続している。補助回路50は、補助抵抗51と、スイッチ52(リレー)を主に備えている。
さらに説明すると、スイッチ52の一方側は、電流計43とメインスイッチ42との間の配線に電気的に接続している。スイッチ52の他方側は、補助抵抗51を介して、燃料電池2のカソード側端子(プラス端子)とメインスイッチ42との間の配線に電気的に接続している。
また、補助抵抗51の容量は、ディスチャージするときの電流の大きさに基づいて決定されるが、非常に小さく(例えば200W程度)、且つ、非常に小型であり、かさも小さい。
<温度センサ等>
温度センサ61(温度検知手段)は、補助抵抗51の近傍に設けられており、補助抵抗51の温度(以下、補助抵抗温度T1)を検出可能となっている。また、温度センサ61は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71は、補助抵抗温度T1を監視可能となっている。
IGSW62は、燃料電池自動車および燃料電池システム1の起動スイッチであり、燃料電池自動車の運転席周りに設けられている。IGSW62は、後記するECU70の制御部71と電気的に接続しており、制御部71はIGSW62のON/OFFを監視可能となっている。
<ECU>
ECU70は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路、各種記憶媒体などを含んで構成され、制御部71(補償判定手段、補助回路制御手段)と、補助抵抗データ記憶部72と、クロック73とを主に備えている。
[制御部−補償判定機能]
制御部71の入力側は、温度センサ61と電気的に接続しており、制御部71は補助抵抗温度T1を監視可能となっている。そして、制御部71は、補助抵抗温度T1と、補助抵抗データ記憶部72に記憶された所定温度T0とを比較して、補助回路50が補償条件内であるか否かを判定する機能(補償判定機能)を有している。
また、制御部71の入力側は、IGSW62と接続しており、IGSW62のON/OFFを監視可能となっている。その他、制御部71の入力側は、電力消費系の電流計43と、電圧計44とに接続している。
[制御部−補助回路制御機能]
制御部71の出力側は、補助回路50のスイッチ52と電気的に接続しており、制御部71はスイッチ52の適宜にON/OFFするようになっている。すなわち、制御部71は、補助回路50のON/OFFを制御する機能(補助回路制御機能)を有している。なお、スイッチ52のON/OFFは、補助回路50のON/OFFに相当する。
その他、制御部71の出力側は、アノード系の遮断弁12と、カソード系のポンプ21と、掃気系の開閉弁32とに接続しており、制御部71はこれらを所望に制御可能となっている。
[制御部−補助回路ON時間Δt1計測機能、燃料ガス流路状態判定機能]
制御部71は、クロック73からの時刻に基づいて、補助回路50のON時間(以下、補助回路ON時間Δt1)を計測可能となっている(補助回路ON時間Δt1計測機能)。
また、制御部71は、補助回路ON時間Δt1と、後記する補助抵抗データ記憶部72に記憶された所定時間Δt0とを比較して、燃料電池2の起動時には燃料ガス流路4が水素ガスで満たされたか否か、燃料電池2の停止時には燃料ガス流路4が掃気ガスで満たされたか否かを判定する機能を有している(燃料ガス流路状態判定機能)。
[補助抵抗データ記憶部]
補助抵抗データ記憶部72は、制御部71と電気的に接続しており、制御部71は適宜にアクセス可能となっている。
補助抵抗データ記憶部72には、所定温度T0が記憶されている。所定温度T0とは、補助回路50のスイッチ52のON/OFFの基準となる、予め設定された温度である。さらに説明すると、制御部71は、補助抵抗温度T1が所定温度T0以下である場合にスイッチ52のONを許可し、補助抵抗温度T1が所定温度T0より高い場合にスイッチ52のONを許可しない(OFFする)。言い換えると、所定温度T0より高い温度の補助抵抗51に対してスイッチ52をONすると、補助抵抗51がさらに昇温して断線などにより故障する可能性があるが、基準となる所定温度T0を設定することで、補助抵抗51の故障などは防止される。具体的には、例えば補助抵抗51の容量が200Wの場合、所定温度T0は220℃に設定される。
また、補助抵抗データ記憶部72には、所定時間Δt0が記憶されている。所定時間Δt0とは、燃料電池2の起動時には水素ガスの供給が開始された後、燃料電池2の停止時には掃気ガスの供給が開始された後、燃料ガス流路4が水素ガス、掃気ガスで満たされるまでの時間である。したがって、所定時間Δt0は、燃料電池2の燃料ガス流路4の形状(長さ、幅など)や、水素ガス・掃気ガスの供給圧力などに依存し、予備実験などにより予め求められる。具体的に所定時間ΔT0は、例えば4秒に設定される。
ここで、第1実施形態では、説明を簡単とするため、燃料電池2の起動時に水素ガス供給開始後、燃料ガス流路4が水素ガスで満たされる所定時間Δt0と、燃料電池2の停止時に掃気ガス供給開始後、燃料ガス流路4が掃気ガスで満たされる所定時間Δt0とが、同じである場合について説明する。ただし、これら時間を別々に設定してもよいことは言うまでもない。
[クロック]
クロック73は、常に時刻を刻んでおり、この時刻は制御部71に送られている。
≪燃料電池システム1の制御フロー≫
次に、第1実施形態に係る燃料電池システム1に設定された制御フローについて、図2、図3に示すフローチャートを適宜に参照して説明する。
ここで、ECU70は、IGSW62がONされた場合、図2に示す起動時の制御フローに従って、処理が進むようになっている。また、IGSW62がOFFされた場合、図3に示す停止時の制御フローに従って、処理が進むようになっている。また、IGSW62がONされて、図2に示す起動時の制御フローに従って処理している最中に、IGSW62がOFFされた場合、図2に示す起動時の制御フローに従った処理を停止し、図3に示す停止時の制御フローに切り換えて、処理するようにっている。逆に、図3に示す停止時の制御フローに従って処理している最中に、IGSW62がONされた場合、図2に示す起動時の制御フローに切り換えて、処理するようになっている。
<燃料電池2の起動時(IGSW62のON時)制御フロー>
まず、IGSW62がONされた場合の燃料電池システム1の起動時の制御フローについて、図2を参照して説明する。
IGSW62がONされると、図2に示す「起動時の制御フロー」がスタートする。ここでは、燃料電池システム1の前回の停止の際に、掃気ガスによる掃気が実施され、燃料ガス流路4および酸化剤ガス流路5が掃気ガスで満たされている場合について説明する。
[補助回路の補償判定]
ステップS101Aにおいては、制御部71は、補助回路50が補償条件内であるか否かに係る補償判定を行うようになっている。具体的には、制御部71は、「補助抵抗温度T1が所定温度T0以下(T1≦T0)の場合、補助回路50は補償条件内である」と判定し、「補助抵抗温度T1が所定温度T0より高い(T1>T0)場合、補助回路50は補償条件外である」と、判定するようになっている。
制御部71が「補助抵抗温度T1は所定温度T0以下であり、補助回路50は補償条件内である」と判定した場合(S101A・Yes)、ステップS102に進むようになっている。一方、制御部71が「補助抵抗温度T1は所定温度T0より高く、補助回路50は補償条件外である」と判定した場合(S101A・No)、ステップS109に進むようになっている。
そして、ステップS102、S103A、S104、S105A、S106の順に進むルートが、燃料電池2の起動時にディスチャージを実施するルート(起動時ディスチャージ実施ルート)に相当する。
一方、ステップS109、S110、S111の順に進むルートが、燃料電池2の起動時にディスチャージを実施しないルート(起動時ディスチャージ非実施ルート)に相当する。以下、「起動時ディスチャージ実施ルート」、「起動時ディスチャージ非実施ルート」の順に説明する。
[起動時ディスチャージ実施ルート]
ステップS102においては、制御部71が遮断弁12を開くようになっている。これにより、水素ガスが、水素タンク11から配管12aを介して、燃料電池2の燃料ガス流路4に供給されるようになっている(水素ガス供給開始)。
ステップS103Aにおいては、制御部71が、補助回路50のスイッチ52をONするようになっている(補助回路50のON、起動時ディスチャージの開始)。スイッチ52のONにより、燃料ガス流路4内に水素ガスと掃気ガスとが混在し、燃料電池2を構成する各単セル内で小さな電位差が発生しても、この電位差を駆動力とする電流が、単セル内でなく、外部の補助回路50を通流し、起動時のディスチャージ(放電)されるようになっている。これにより、燃料電池2を構成する各単セルの劣化を防止可能となっている。
また、制御部71は、前記スイッチ52のONを始点として、補助回路ON時間Δt1(=スイッチ52のON時間)を、クロック73からの時刻に基づいて計測するようになっている。
なお、ステップS102とステップS103Aとは、説明の都合上、別ステップに分けたが、略同時に処理される。
また、図2に示す起動時の制御フローに従っての処理中に、図3に示す停止時の制御フローに切り換わったとき、補助回路ON時間Δt1は初期化されるようになっている。停止時の制御フロー(図3)から起動時の制御フロー(図2)に切り換わるときも同様である。
ステップS104においては、制御部71がポンプ21の稼動をONするようになっている。ポンプ21のONにより外気が所定に圧縮され、前記加湿器により加湿された加湿空気が酸化剤ガス流路5に供給されるようになっている。
(燃料ガス流路状態判定)
ステップS105Aにおいては、制御部71は、燃料ガス流路4が水素ガスで満たされたか否かを判定するようになっている。具体的には、制御部71は、「補助回路ON時間Δt1が所定時間Δt0より長い(Δt1>Δt0)場合、水素ガスで満たされた」と判定し、「補助回路ON時間Δt1が所定時間Δt0以下である(Δt1≦Δt0)場合、水素ガスで満たされていない」と判定するようになっている。
制御部71が「補助回路ON時間Δt1は所定時間t0より長く、燃料ガス流路4は水素ガスで満たされている」と判定した場合(S105A・Yes)、ステップS106に進むようになっている。
一方、制御部71が「補助回路ON時間Δt1は所定時間以下であり、燃料ガス流路4は水素ガスで満たされていない」と判定した場合(S105A・No)、ステップS105Aに戻り、補助回路ON時間Δt1が所定時間t0を超えるまで、ステップS105Aの判定を繰り返すようになっている。
ステップS106においては、制御部71は、補助回路50のスイッチ52をOFFするようになっている(補助回路50のOFF)。なお、このスイッチ52のOFFにより、起動時ディスチャージが終了する。
ステップS107においては、制御部71は、メインスイッチ42をONするようになっている。これにより、燃料電池2と外部負荷41とが電気的に接続する。また、制御部71は、電圧計44を介して、燃料電池2の端子電圧をチェックするようになっている。
ステップS108においては、外部負荷41の電力要求に応じて、燃料電池2の発電が開始するようになっている。
そして、エンドに進み、制御部71による燃料電池2の起動時のディスチャージに係る処理は終了する。
[起動時ディスチャージ非実施ルート]
次に、燃料電池2の起動時にディスチャージを実施しないルートについて説明する。
ステップS109においては、制御部71は、補助回路50のスイッチ52をOFFするようになっている(補助回路50のOFF)。具体的に説明すると、後記するように、IGSW62が連続的にON/OFFされ、起動時ディスチャージ、停止時ディスチャージが連続的に繰り返して実施されたため、スイッチ52が継続してONとなり、補助抵抗温度T1が所定温度T0より高くなった場合、スイッチ52をOFFすることで、補助抵抗51が保護されるようになっている。
なお、スイッチ52がOFFの場合、継続してOFFとなる。
ステップS110においては、ステップS102と同様に、制御部71が遮断弁12を開き、水素ガスが燃料ガス流路4に供給されるようになっている。
この場合、前記したように、スイッチ52はOFFされているため、起動時ディスチャージが実施されないが、このように補助抵抗温度T1が上昇する場合は、短時間の間に、スイッチ52が継続してONされた場合と考えられる。
したがって、IGSW62が連続的に繰り返してON/OFFされた場合、そもそも燃料電池2の燃料ガス流路4には掃気ガスが殆ど侵入しておらず、燃料ガス流路4は水素ガスでほぼ満たされているため、前記したような小さな電位差も発生せず、単セル内で電流も流れず、劣化することもないと考えられる。
ステップS111においては、ステップS104と同様に、制御部71がポンプ21の稼動をONし、酸化剤ガス流路5に加湿空気が供給されるようになっている。
その後、ステップS107に進むようになっている。
<燃料電池2の停止時(IGSW23のOFF時)制御フロー>
続いて、IGSW62がOFFされた場合の燃料電池システム1の停止時の制御フローについて、図3を参照して説明する。
IGSW62がOFFされると、図3に示す「停止時の制御フロー」がスタートする。
ステップS201においては、制御部71は、メインスイッチ42をOFFするようになっている。
[補助回路の補償判定]
ステップ202Aにおいては、起動時のステップS101A(図2参照)と同様に、制御部71は、補助回路50が補償条件内であるか否かに係る補償判定を行うようになっている。
具体的には、制御部71が「補助抵抗温度T1は所定温度T0以下(T1≦T0)であり、補助回路50は補償条件内である」と判定した場合(S202A・Yes)、ステップS203に進むようになっている。一方、制御部71が「補助抵抗温度T1は所定温度T0より高く(T1>T0)、補助回路50は補償条件外である」と判定した場合(S202A・No)、ステップS209に進むようになっている。
そして、ステップS203、S204A、S205、S206A、S207、S208の順に進むルートが、燃料電池2の停止時にディスチャージを実施するルート(停止時ディスチャージ実施ルート)に相当する。
一方、ステップS209、S210、S211、S212の順に進むルートが、燃料電池2の停止時にディスチャージを実施しないルート(停止時ディスチャージ非実施ルート)に相当する。以下、「停止時ディスチャージ実施ルート」、「停止時ディスチャージ非実施ルート」の順に説明する。
[停止時ディスチャージ実施ルート]
ステップS203においては、制御部71が遮断弁12を閉じるようになっている。これにより、水素タンク11から燃料ガス流路4への水素ガスの供給が停止されるようなっている(水素ガス供給停止)。
ステップS204Aにおいては、起動時のステップS103A(図2参照)と同様に、制御部71が、補助回路50のスイッチ52をONするようになっている(補助回路50のON、停止時ディスチャージの開始)。このスイッチ52のONにより、燃料ガス流路4内に水素ガスと掃気ガスとが混在し、燃料電池2を構成する各単セル内で、小さな電位差が発生しても、この電位差に基づく電流が、単セル内でなく、外部の補助回路50を通流し、ディスチャージ(放電)されるようになっている。これにより、燃料電池2を構成する各単セルの劣化を防止可能となっている。
また、制御部71は、前記スイッチ52のONを始点として、補助回路ON時間Δt1(=スイッチ52のON時間)を、クロック73からの時刻に基づいて計測するようになっている。
ステップS205においては、制御部71は、開閉弁32を開くようになっている。これにより、ポンプ21からの掃気ガス(非加湿空気)が、配管21aを介して酸化剤ガス流路5と、配管21a、配管31、開閉弁32、配管12aの一部を介して燃料ガス流路4とに供給され、燃料ガス流路4および酸化剤ガス流路5の掃気が開始されるようになっている(掃気開始)。
(燃料ガス流路状態判定)
ステップS206Aにおいては、制御部71は、燃料ガス流路4が掃気ガスで満たされたか否かを判定するようになっている。具体的には、制御部71は、「補助回路ON時間Δt1が所定時間Δt0より長い(Δt1>Δt0)場合、掃気ガスで満たされた」と判定し、「補助回路ON時間Δt1が所定時間Δt0以下(Δt1≦Δt0)である場合、掃気ガスで満たされていない」と判定するようになっている。
制御部71が「補助回路ON時間Δt1は所定時間Δt0より長く、燃料ガス流路4は掃気ガスで満たされている」と判定した場合(S206A・Yes)、ステップS207に進むようになっている。
一方、制御部71が「補助回路ON時間Δt1は所定時間Δt0以下であり、燃料ガス流路4は掃気ガスで未だ満たされていない」と判定した場合(S206A・No)、ステップS206Aに戻り、補助回路ON時間Δt1が所定時間Δt0を超えるまで、ステップS206Aの判定を繰り返すようになっている。
ステップS207においては、制御部71は、補助回路50のスイッチ52をOFFするようになっている(補助回路50のOFF)。なお、このスイッチ52のOFFにより、停止時ディスチャージが終了する。
ステップS208においては、制御部71は、所定時間の間、掃気した後、ポンプ21をOFFし、開閉弁32を閉じ、掃気を終了するようになっている。
そして、エンドに進み、制御部71による燃料電池2の停止時のディスチャージに係る処理は終了する。
[停止時ディスチャージ非実施ルート]
次に、燃料電池2の停止時にディスチャージを実施しないルートについて説明する。
ステップS209においては、補助回路50のスイッチ52をOFFするようになっている(補助回路50のOFF)。具体的に説明すると、後記するように、IGSW62が連続的にON/OFFされ、起動時ディスチャージ、停止時ディスチャージが連続的に実施されたため、スイッチ52が継続してONとなり、補助抵抗温度T1が所定温度T0より高くなった場合、スイッチ52をOFFすることで、補助抵抗51が保護されるようになっている。なお、スイッチ52がOFFの場合、継続してOFFとなる。
ステップS210においては、ステップS203と同様に、制御部71が遮断弁12を閉じるようになっている。これにより、水素タンク11から燃料ガス流路4への水素ガスの供給は停止されるようなっている(水素ガス供給停止)。
ステップS211においては、ステップS205と同様に、制御部71は、開閉弁32を開き、掃気ガス(非加湿空気)が、ポンプ21から酸化剤ガス流路5と燃料ガス流路4とに供給され、これらの掃気が開始されるようになっている(掃気開始)。
ステップS212においては、ステップS208と同様に、制御部71は、所定時間の間にて掃気した後、掃気を終了するようになっている。その後、エンドに進むようになっている。
≪燃料電池システムの動作≫
続いて、図4、図5に示すグラフおよびタイミングチャートを適宜参照して、燃料電池システム1の動作について説明する。ここでは、氷点(0℃)下条件において、燃料電池システム1を起動・停止する場合について説明する。すなわち、燃料電池2の停止時に、内部が凍結する恐れのあるため掃気する場合について説明する。
<IGSW62が通常通りにON/OFF>
まず、図4に加えて、図2および図3を参照して、IGSW62が通常通りにON/OFFされた場合について説明する。
「A点」でIGSW62がONされると、制御部71が補助回路50の補償判定を行う(S101A)。補助抵抗51は所定温度T0より低い氷点下であるため、補助回路50は補償条件内であると判定される(S101A・Yes)。そして、水素ガスが供給され(S102)、補助回路50がONとなり(S103A)、起動時ディスチャージが開始される。次いで、空気が供給される(S104)。
そして、所定時間Δt0経過後(S105A・Yes)、「B点」で補助回路50はOFFされ(S106)、起動時のディスチャージは終了する。なお、補助回路50がOFFによって、補助抵抗温度T1は徐々に低下する。
次いで、メインスイッチ42がONされ(S107)、外部負荷41の電力要求に対応して、燃料電池2が発電する(S108)。燃料電池2の発電中に、補助抵抗温度T1は、外気温度である氷点下まで低下し(「C点」)、一定となる。
その後、燃料電池2の発電中に、「D点」でIGSW62がOFFされると、制御部71はメインスイッチ42をOFFし(S201)、補償判定を行う(S202A)。この補償判定において、補助抵抗51は所定温度より低い氷点下であるため、補助回路50は補償条件内であると判定される(S202A・Yes)。次いで、水素ガスの供給が停止され(S203)、補助回路50がONとなり(S204A)、停止時ディスチャージが開始される。そして、掃気ガスが供給される(S205)。
そして、所定時間Δt0経過後(S206A・Yes)、「E点」で補助回路50はOFFされ(S207)、停止時ディスチャージが終了する。そして、所定時間Δt0の間にて掃気された後(S208)、終了する。
なお、本実施形態では、補助抵抗51が外気と接触しており、補助回路50がOFFされると、補助抵抗温度T1が外気温度まで低下する場合を想定したが、補助抵抗51の設置場所によっては、外気温度ではなく、その設置場所の周辺温度までしか低下しない。
<IGSW62が連続的にON/OFF>
次に、図5に加えて、図2および図3を参照して、IGSW62が短時間の間に、連続的に繰り返してON/OFFされた場合について説明する。
ここでは、IGSW62の1回目のONに連動して「1回目起動時ディスチャージ」、IGSW62の1回目のOFFに連動して「1回目停止時ディスチャージ」、2回目のONに連動して「2回目起動時ディスチャージ」、2回目のOFFに連動して「2回目停止時ディスチャージ」が実施され、3回目のIGSW62のON時には、補助回路50が補償条件外(補助抵抗温度T1>所定温度T0)であるため、「3回目停止時ディスチャージ」が実施されない場合について説明する。ただし、「補助抵抗温度T1>所定温度T0」となるケースはこれに限定されず、その他のケースであってもよいことは言うまでもない。
[IGSW62が1回目ON−1回目起動時ディスチャージの実施]
「a点」でIGSW62がONされると、前記した通常通りにONされた場合と同様のステップを経て、補助回路50がONされ(S103A)、所定時間Δt0の間、1回目の起動時ディスチャージが行われた後(S105A・Yes)、「b点」で補助回路50がOFFされる(S106)。
[IGSW62が1回目OFF−1回目停止時ディスチャージの実施]
補助回路50のOFF直後、燃料電池2の発電中であって、補助抵抗温度T1の低下中に、「c点」でIGSW62がOFFされると、制御部71は、図2に示す起動時の制御フローから、図3に示す停止時の制御フローに切り換えて制御する。
そうすると、制御部は71は、メインスイッチ42をOFFし(S201)、補償条件内であると判定し(S202A・Yes)、補助回路50がONされ(S204A)、1回目の停止時ディスチャージが実施される。そうすると、補助抵抗温度T1が再び上昇し始める。
[IGSW62が2回目ON−2回目起動時ディスチャージの実施]
そして、1回目の停止時ディスチャージの最中であって、1回目の停止時ディスチャージにおける補助回路50のONから所定時間Δt0が経過する前に、「d点」でIGSW62がONされると、制御部71は、図3に示す停止時の制御フローから、図2に示す起動時の制御フローに切り換えて制御する。
そうすると、制御部71は補償条件内と判定し(S101A・Yes)、補助回路50がONされ(S103A)、2回目の起動時ディスチャージが実施される。したがって、補助回路50が継続してONとなるため、補助抵抗温度T1が継続して上昇する。
[IGSW62が2回目OFF−2回目停止時ディスチャージの実施]
次いで、2回目の起動時ディスチャージの最中に、「e点」でIGSW62がOFFされると、制御部71は、図2に示す起動時の制御フローから、図3に示す停止の制御フローに切り換えて制御する。
そうすると、補助抵抗温度T1が所定温度T0以下であるため、補償判定内であると判定され(S202A・Yes)、補助回路50のONは継続され、2回目の停止時ディスチャージが実施される。したがって、補助抵抗温度T1が継続して上昇する。
[IGSW62が3回目ON−3回目起動時ディスチャージを実施せず]
この後、2回目の停止時ディスチャージの最中に、IGSW62がONされた場合について説明する。なお、IGSW62がONされた時、図5に示すように、補助抵抗温度T1は所定温度T0を超えている。
IGSW62がONされると、制御部71は、図3に示す停止時の制御フローから、図2に示す起動時の制御フローに切り換えて制御する。このとき、補助回路50の補償判定において(S101A)、補助抵抗温度T1が所定温度T0より高いため、補償条件外であると判定され(S101A・No)、補助回路50はOFFされる(S109)。すなわち、3回目の起動時ディスチャージは実施しない。これにより、補助抵抗51の過昇温は防止され、その結果として補助抵抗51の故障は防止される。
また、このようにIGSW62が3回目にONされた時に、補助回路50が補償条件外であるため、3回目の起動時ディスチャージを実施しないが、補助回路50が補償条件外(補助抵抗温度T1>所定温度T0)となるのは、このようにIGSW62が短時間の間に連続的に繰り返してON/OFFされた場合に限られるため、燃料ガス流路4には、水素ガスと掃気ガスとがほとんど混在していないと考えられる。従って、燃料電池2の単セル内で、小さな電位差も発生しておらず、電流も流れないため、電解質膜3などが劣化することもないと考えられる。
このように第1実施形態に係る燃料電池システム1によれば、燃料電池2の燃料ガス流路4に、水素ガスと掃気ガスとが混在しているか否かを考慮しつつ、補助回路50が補償条件内であるか否かを判定するため、補助回路50を構成する補助抵抗51の容量を小さくすることができる。したがって、このような燃料電池システム1は、燃料電池自動車などに容易に搭載することも可能となる。
≪第2実施形態≫
次に、第2実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
≪燃料電池システムの構成≫
第2実施形態に係る燃料電池システムは、補助抵抗温度T1検出する温度センサ61(図1参照)を備えておらず、過去の起動時ディスチャージ、停止時ディスチャージの履歴に基づいて、IGSW62がON/OFFされた時の現在の補助抵抗51の温度を推定し、推定した温度(以下、推定補助抵抗温度T2)と、所定温度T0とを比較して、補助回路50が補償条件内であるか否かを判定する。
また、第2実施形態に係る燃料電池システムは、補助回路50をONする時間を、補助回路50のONにより、補助抵抗51で消費されたエネルギ(以下、補助抵抗消費エネルギJ1)と、予め設定された「所定補助抵抗消費エネルギJ0」との比較に基づいて、燃料ガス流路4が同一のガス(起動時は水素ガス、停止時は掃気ガス)で満たされたか否かを判定する。
<補助抵抗データ記憶部−補助回路ON/OFF履歴記憶手段>
第2実施形態に係る補助抵抗データ記憶部72には、第1実施形態で説明した所定温度T0の他に、起動時・停止時のディスチャージの履歴が記憶される。具体的には、制御部71は、補助回路50のON/OFF(=スイッチ52のON/OFF)に、クロック73からの時刻を関連付けて、補助抵抗データ記憶部72に記憶するようになっている。すなわち、第2実施形態に係る補助抵抗データ記憶部72は、特許請求の範囲における「補助回路ON/OFF履歴記憶手段」として機能している。
また、補助抵抗データ記憶部72には、スイッチ52のON時の補助抵抗51の温度上昇率、スイッチ52のOFF時の補助抵抗51の温度低下率も記憶されている。
さらに、補助抵抗データ記憶部72には、前記「所定補助抵抗消費エネルギJ0」が記憶されている。「所定補助抵抗消費エネルギJ0」とは、燃料電池2の燃料ガス流路4に、異なる種類のガス(水素ガス、掃気ガス)が混在するため、起動時ディスチャージ/停止時ディスチャージを開始した後、燃料ガス流路4が同一のガス(起動時には水素ガス、停止時には掃気ガス)で満たされるまでに、補助抵抗51で消費された電気エネルギである。
≪燃料電池システムの制御フロー≫
次に、第2実施形態に係る燃料電池システムに設定された制御フローについて、図6、図7を参照して説明する。参照する図面において、図6は、第2実施形態に係る燃料電池システムの起動時の制御を示すフローチャートである。図7は、第2実施形態に係る燃料電池システムの停止時の制御を示すフローチャートである。
<燃料電池2の起動時(IGSW62のON時)制御フロー>
まず、燃料電池2の起動時の制御フローについて、図6を参照して説明する。
図6に示すように、第2実施形態に係る起動時の制御フローは、第1実施形態に係る起動時の制御フロー(図2参照)のステップS101Aに代えてステップS101Bを、ステップS103Aに代えてステップS103Bを、ステップS105Aに代えてステップS105Bを含んでいる。
その他のステップの内容は、第1実施形態と同じであるため、ここでの説明は省略する。
[補償判定]
ステップS101Bにおいては、制御部71は、補助抵抗データ記憶部72から、起動時・停止時のディスチャージの履歴、補助抵抗51の温度上昇率/温度低下率を読み出し、推定補助抵抗温度T2(=現在の補助抵抗51の温度)を算出するようになっている。
次いで、制御部71は、推定補助抵抗温度T2と、所定温度T0とを比較し、補助回路50が補償条件内であるか否かを判定するようになっている。具体的には、「推定補助抵抗温度T2が所定温度T0以下(T2≦T0)である場合、補助回路50は補償条件内である」と判定し(S101B・Yes)、「推定補助抵抗温度T2が所定温度T0より高い(T2>T0)場合、補助回路50は補償条件外である」と判定するようになっている(S101B・No)。
ステップS103Bにおいては、ステップS103A(図2参照)と同様に、補助回路50をON(=スイッチ52をON)するようになっている。
ところが、第2実施形態では、補助回路ON時間Δt1を計測せず、前記補助回路50のON後の補助抵抗消費エネルギJ1(補助抵抗51で消費されたエネルギ)を、電流計43から電流値、電圧計44からの電圧値、クロック73からの時刻に基づいて、計測するようになっている。
[燃料ガス流路状態判定]
ステップS105Bにおいては、制御部71は、第1実施形態に係るステップS105A(図2参照)と同様に、燃料ガス流路4が水素ガスで満たされたか否かを判定するようになっている。
ところが、具体的な手法は第1実施形態と異なり、制御部71は、「補助抵抗消費エネルギJ1が所定補助抵抗消費エネルギJ0より大きい(J1>J0)場合に、燃料ガス流路4は水素ガスで満たされた」と判定するようになっている(S105B・Yes)。
一方、「補助抵抗消費エネルギJ1が所定補助抵抗消費エネルギJ0以下(J1≦J0)の場合に、燃料ガス流路4は水素ガスで未だ満たされていない」と判定するようになっている(S105B・No)。
<燃料電池2の停止時(IGSW62のOFF時)制御フロー>
次に、燃料電池2の停止時の制御フローについて、図7を参照して説明する。
図7に示すように、第2実施形態に係る停止時の制御フローは、第1実施形態に係る停止時の制御フロー(図3参照)のステップS202Aに代えてステップS202Bを、ステップS204Aに代えてステップS204Bを、ステップS206Aに代えてステップS206Bを含んでいる。
その他のステップの内容は、第1実施形態と同じであるため、ここでの説明は省略する。
[補償判定]
ステップS202Bにおいては、制御部71は、ステップS101B(図6参照)と同様に、推定補助抵抗温度T2(=推定した現在の補助抵抗51の温度)を算出し、算出した推定補助抵抗温度T2と、所定温度T0とを比較し、補助回路50が補償条件内であるか否かを判定するようになっている。
具体的には、「推定補助抵抗温度T2が所定温度T0以下(T2≦T0)である場合、補助回路50は補償条件内である」と判定し(S202B・Yes)、「推定補助抵抗温度T2が所定温度T0より高い(T2>T0)場合、補助回路50は補償条件外である」と判定するようになっている(S202B・No)。
ステップS204Bにおいては、制御部71は、ステップ103Bと同様に、補助回路50をONし、補助回路50のON後の補助抵抗消費エネルギJ1を計測するようになっている。
[燃料ガス流路状態判定]
ステップS206Bにおいては、制御部71は、燃料ガス流路4が掃気ガスで満たされたか否かを判定するようになっている。
具体的には、制御部71は、「補助抵抗消費エネルギJ1が所定補助抵抗消費エネルギJ0より大きい(J1>J0)場合に、燃料ガス流路4は掃気ガスで満たされた」と判定するようになっている(S206B・Yes)。一方、「補助抵抗消費エネルギJ1が所定補助抵抗消費エネルギJ0以下(J1≦J0)の場合に、燃料ガス流路4は掃気ガスで未だ満たされていない」と判定するようになっている(S206B・No)。
したがって、このような第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、補助抵抗51の温度を検出する温度センサ61を省略することができる。すなわち、燃料電池システムの構成は簡略化され、燃料電池自動車などへの搭載も容易となる。
以上、本発明の好適な各実施形態について一例を説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記各実施形態に係る構成を組み合わせたり、その他に例えば以下のような変更をすることができる。
前記した第2実施形態では、過去の起動時ディスチャージ/停止時ディスチャージの履歴に基づいて、推定補助抵抗温度T2を算出し、推定補助抵抗温度T2と所定温度T0とを比較することで、補助回路50の補償判定を行ったが、単に、過去の所定時間(例えば30分)内に、起動時ディスチャージ/停止時ディスチャージが所定回数(例えば5回)行われた場合、補助回路50は補償条件外であると判定するようにしてもよい。
その他、燃料ガス流路4が、起動時には水素ガスで、停止時には掃気ガスで満たされたか否かの判定(S105A、S206A、S105B、S206B)において、第1実施形態に係る補助回路ON時間Δt1に基づく判定と、第2実施形態に係る補助抵抗消費エネルギJ1に基づく判定とを重複して行って、判定精度を高めるようにしてもよい。
また、前記した第1実施形態では、燃料電池システム1が燃料電池自動車に搭載された場合について説明したが、燃料電池システム1は船舶や航空機に搭載されるものであってもよいし、定置式の家庭用の燃料電池システム1であってもよい。
第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第1実施形態に係る燃料電池システムの起動時の制御を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る燃料電池システムの停止時の制御を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る燃料電池システムの補助抵抗の温度変化とタイミングチャートである。 第1実施形態に係る燃料電池システムの補助抵抗の温度変化とタイミングチャートである。 第2実施形態に係る燃料電池システムの起動時の制御を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る燃料電池システムの停止時の制御を示すフローチャートである。
符号の説明
1 燃料電池システム
2 燃料電池
4 燃料ガス流路
11 水素タンク
12 遮断弁
21 ポンプ
41 外部負荷
42 メインスイッチ
43 電流計
44 電圧計
50 補助回路
51 補助抵抗
52 スイッチ
61 温度センサ(温度検出手段)
62 IGSW(起動スイッチ)
70 ECU
71 制御部(補償判定手段、補助回路制御手段)
72 補助抵抗データ記憶部(補助回路ON/OFF履歴記憶手段)
73 クロック

Claims (3)

  1. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
    助抵抗を有し前記燃料電池の出力端子に接続し、ONされることで前記燃料電池で発生した電流を放電させる補助回路と、
    前記補助抵抗の温度を検知する温度検出手段と、
    前記温度検出手段の検出する前記補助抵抗の温度が所定温度以下である場合に前記補助回路が補償条件内であると判定し、前記温度検出手段の検出する前記補助抵抗の温度が所定温度以下でない場合に前記補助回路が補償条件外であると判定する補償判定手段と、
    該補償判定手段の判定に基づいて前記補助回路のON/OFFを制御する補助回路制御手段と、
    備え、
    当該補助回路制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時に、
    前記補助回路が補償条件内にある場合に前記補助回路をONして前記電流を放電し、前記補助回路が補償条件外にある場合に前記補助回路をONしないことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
    補助抵抗を有し、前記燃料電池の出力端子に接続し、ONされることで前記燃料電池で発生した電流を放電させる補助回路と、
    前記補助回路のON/OFF履歴と、前記補助回路のON時における前記補助抵抗の温度上昇率/前記補助回路のOFF時における温度低下率と、を記録する補助回路ON/OFF履歴記憶手段と、
    前記補助回路の過去のON/OFF履歴と前記補助抵抗の温度上昇率/温度低下率とに基づいて前記補助抵抗の温度を推定し、推定された前記補助抵抗の温度が所定温度以下である場合に前記補助回路が補償条件内であると判定し、推定された前記補助抵抗の温度が所定温度以下でない場合に前記補助回路が補償条件外であると判定する補償判定手段と、
    当該補償判定手段の判定に基づいて前記補助回路のON/OFFを制御する補助回路制御手段と、
    を備え、
    当該補助回路制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時に、
    前記補助回路が補償条件内にある場合に前記補助回路をONして前記電流を放電し、前記補助回路が補償条件外にある場合に前記補助回路をONしないことを特徴とする燃料電池システム。
  3. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
    補助抵抗を有し、前記燃料電池の出力端子に接続し、ONされることで前記燃料電池で発生した電流を放電させる補助回路と、
    前記補助回路のON回数を記憶する補助回路ON/OFF履歴記憶手段と、
    過去の所定時間における前記補助回路のON回数が所定回数よりも少ない場合に前記補助回路が補償条件内であると判定し、過去の所定時間における前記補助回路のON回数が所定回数以上である場合に前記補助回路が補償条件外であると判定する補償判定手段と、
    当該補償判定手段の判定に基づいて前記補助回路のON/OFFを制御する補助回路制御手段と、
    を備え、
    当該補助回路制御手段は、前記燃料電池の起動時又は停止時に、
    前記補助回路が補償条件内にある場合に前記補助回路をONして前記電流を放電し、前記補助回路が補償条件外にある場合に前記補助回路をONしないことを特徴とする燃料電池システム。
JP2004331911A 2004-11-16 2004-11-16 燃料電池システム Expired - Fee Related JP4773711B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004331911A JP4773711B2 (ja) 2004-11-16 2004-11-16 燃料電池システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004331911A JP4773711B2 (ja) 2004-11-16 2004-11-16 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006147177A JP2006147177A (ja) 2006-06-08
JP4773711B2 true JP4773711B2 (ja) 2011-09-14

Family

ID=36626632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004331911A Expired - Fee Related JP4773711B2 (ja) 2004-11-16 2004-11-16 燃料電池システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4773711B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4746593B2 (ja) * 2007-07-20 2011-08-10 本田技研工業株式会社 コンタクタの接続・遮断方法
JP5284126B2 (ja) * 2009-01-27 2013-09-11 本田技研工業株式会社 燃料電池車両
JP5114520B2 (ja) * 2010-03-29 2013-01-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの停止制御方法
JP5722669B2 (ja) * 2011-03-04 2015-05-27 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP5759229B2 (ja) * 2011-04-01 2015-08-05 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
JP6251966B2 (ja) * 2013-03-21 2017-12-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの作動状態確認方法
JP2015072930A (ja) * 2015-01-19 2015-04-16 株式会社東芝 燃料電池システムおよびその運転方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10144334A (ja) * 1996-11-13 1998-05-29 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント及びその起動・停止方法
JP3871960B2 (ja) * 2002-04-26 2007-01-24 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池車両
JP4554151B2 (ja) * 2002-11-29 2010-09-29 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006147177A (ja) 2006-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101321429B1 (ko) 연료전지 시스템, 연료전지 시스템의 정지 방법
JP4644064B2 (ja) 燃料電池システム
US20080145714A1 (en) Fuel Cell System and Related Method
JP5080793B2 (ja) 燃料電池システム
JP5155734B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP5231750B2 (ja) 燃料電池システム
JP4603427B2 (ja) 燃料電池システム
JP5350601B2 (ja) 燃料電池システム
JP5113634B2 (ja) 燃料電池システム
JP5168828B2 (ja) 燃料電池システム
JP4773711B2 (ja) 燃料電池システム
JP4739938B2 (ja) 燃料電池システム
JP4504896B2 (ja) 燃料電池システム
JP4891961B2 (ja) 燃料電池システム
JP4608250B2 (ja) 燃料電池システムおよびその起動方法
EP2224527B1 (en) Fuel cell system and method for controlling the same
JP4764109B2 (ja) 燃料電池システム
JP2009076261A (ja) 燃料電池システム及びその起動方法
JP4608251B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法
JP4309323B2 (ja) 燃料電池の起動方法
JP2007149511A (ja) 燃料電池システム及びその起動方法
JP5097016B2 (ja) 燃料電池システム及び遮断弁の開閉状態判定方法
US7829232B2 (en) Fuel cell system and fuel cell control method
JP4971588B2 (ja) 燃料電池システムおよびその起動方法
JP2005129243A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100701

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100803

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100930

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: 20110621

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: 20110624

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140701

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4773711

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees