JP4803202B2 - 燃料電池システムの運転制御 - Google Patents
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Description
本発明の燃料電池システムは、
電力を出力する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへの酸素と水素とを含む所定のガスの供給および排出を行う給排気系と、
外部からの要求出力に基づいて、出力目標値を設定し、前記燃料電池スタックを制御する制御部と、
前記出力の履歴を記憶する記憶部と、
前記履歴に基づいて、前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されているか否かを判断し、前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断した場合に、更に、前記要求出力が増加したか否かを判断する判断部と、を備え、
前記制御部は、更に、前記判断部によって前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断され、かつ、前記要求出力が増加したと判断されたときに、前記要求出力の増加率よりも、前記出力目標値の増加率の方が小さくなるように、前記出力目標値を設定することを要旨とする。
A.燃料電池システムの構成:
B.運転制御:
C.異常時制御:
C1.第1参考実施例:
C2.第2参考実施例:
D.実施例(運転制御):
E.参考変形例、および、変形例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの全体構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システムは、モータで駆動する電気車両に、電源として搭載されている。運転者が車両に備えられたアクセルを操作すると、アクセル開度センサ101によって検出された操作量に応じて発電が行われ、その電力によって車両は走行することができる。実施例の燃料電池システムは、車載である必要はなく、据え置き型など種々の構成を採ることが可能である。
燃料電池スタック10で生成された生成水は、燃料電池スタック10の出力状況によって、配管36内で詰まる場合がある。例えば、燃料電池スタック10の出力が低く、生成水の量が少ない状態が長時間継続した場合には、生成水が排出されにくい状態になっている。この状態で、燃料電池スタック10の出力が急激に増加すると、排出される生成水の量も急激に増加する。この条件が成立した場合には、生成水は配管36内に詰まり易くなる。生成水が配管36内に詰まると、先に説明したように、燃料電池スタック10の電解質膜が劣化し、寿命低下を招く。従って、本実施例の燃料電池システムでは、このような寿命低下を抑制するための運転制御を行う。なお、本実施例の燃料電池システムでは、10分間以上継続して出力Pe以下で運転した後に、燃料電池スタック10の出力が急激に増加すると、配管36内に生成水が詰まり易い傾向にあることが既知であるものとする。この10分間という時間や、出力Peは、燃料電池システムによって異なり得る。
C1.第1参考実施例:
図3は、第1参考実施例としての異常時制御の流れを示すフローチャートである。まず、10秒間通常制御を行い(ステップS410)、圧力センサ53の検出信号を読み込み、配管36が詰まっているか否かを判断する(ステップS420)。ここで、10秒間通常制御を行うのは、図2に示したステップS200において、一旦、配管36内が詰まっていると判断されても、10秒程度通常制御を行う間に、配管36の詰まりが解消される場合があるからである。
図4は、第2参考実施例としての異常時制御の流れを示すフローチャートである。本参考実施例では、まず、調圧バルブ27およびコンプレッサ41を制御して、カソードに供給する空気の供給量を増大し(ステップS410a)、10秒間継続する(ステップS420a)。そして、圧力センサ53の検出信号を読み込み、配管36が詰まっているか否かを判断する(ステップS430a)。配管36の詰まりが解消されれば、異常時制御を終了する。解消されなければ、システムダウンする(ステップS440a)。
上記第1および第2参考実施例では、配管36内に生成水が詰まった場合の異常時制御について説明した。本実施例では、配管36内に生成水が詰まることを予測し、回避するための運転制御を行う。なお、本実施例では、制御ユニット100のRAMが燃料電池スタック10の出力の履歴を記憶する機能を有している。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような参考変形例、および、変形例が可能である。
上記第1参考実施例では、異常時制御の際に、配管36の詰まり具合に関わらず、燃料電池スタック10の出力目標値を一律通常制御時の90(%)に制限したが、これに限られない。例えば、配管36内の圧力に応じて制限率を変化させるようにしてもよい。
上記第1参考実施例では、異常時制御の際に、要求出力に対して燃料電池スタック10の出力目標値を一律通常制御時の90(%)に制限したが、通常制御時の出力目標値に無関係に上限値を設定するものとしてもよい。また、出力目標値を要求出力に関わらず固定値にしてもよい。
上記第1および第2参考実施例では、配管36が生成水によって詰まった場合を例に説明したが、これに限られない。燃料電池システムの給排気系におけるいずれかの配管が詰まった場合についても、同様に本発明を適用可能である。この場合、各配管に圧力センサを設け、配管内の圧力に基づいて、配管が詰まっているか否かを判断すればよい。また、配管の詰まりの原因は生成水に限らず、埃などの異物であってもよい。この場合も、本発明を適用することができる。
上記第1および第2参考実施例では、配管内の圧力に基づいて、配管が詰まっているか否かを判断するものとしたが、配管に流量計を設け、ガスの流量に基づいて、判断するものとしてもよい。
上記実施の形態では、第1,2参考実施例、実施例を個別に行うものとしたが、これらを組み合わせて行うようにしてもよい。
20...水素タンク
21...シャットバルブ
22...レギュレータ
23...高圧バルブ
24...低圧バルブ
25...バルブ
26...排出バルブ
27...調圧バルブ
28...逆止弁
31〜33、35〜37...配管
34...排出管
38...ラジエータ
40...フィルタ
41...コンプレッサ
42...加湿器
43...マフラ
44...希釈器
45、46...ポンプ
51、53...圧力センサ
100...制御ユニット
101...アクセル開度センサ
Claims (3)
- 燃料電池システムであって、
電力を出力する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへの酸素と水素とを含む所定のガスの供給および排出を行う給排気系と、
外部からの要求出力に基づいて、出力目標値を設定し、前記燃料電池スタックを制御する制御部と、
前記出力の履歴を記憶する記憶部と、
前記履歴に基づいて、前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されているか否かを判断し、前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断した場合に、更に、前記要求出力が増加したか否かを判断する判断部と、を備え、
前記制御部は、更に、前記判断部によって前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断され、かつ、前記要求出力が増加したと判断されたときに、前記要求出力の増加率よりも、前記出力目標値の増加率の方が小さくなるように、前記出力目標値を設定する、
燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、
前記判断部は、前記履歴に基づいて、前記燃料電池スタックの出力が所定値よりも低い状態が所定時間以上継続した場合に、前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断する、
燃料電池システム。 - 電力を出力する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックへの酸素と水素とを含む所定のガスの供給および排出を行う給排気系と、前記出力の履歴を記憶するための記憶部とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
(a)外部からの要求出力に基づいて、出力目標値を設定し、前記燃料電池スタックを制御する工程と、
(b)前記履歴に基づいて、前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されているか否かを判断する工程と、
(c)前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断した場合に、更に、前記要求出力が増加したか否かを判断する工程と、
(d)前記ガスの流路の詰まりを生じさせる量の生成水が前記燃料電池スタックにおいて生成されていると判断し、かつ、前記要求出力が増加したと判断したときに、前記要求出力の増加率よりも、前記出力目標値の増加率の方が小さくなるように、前記出力目標値を設定する工程と、
を備える制御方法。
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