JP4811442B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
そこで、本発明の課題は、環境度が使用限度を超えた場合に発電・充電をしないようにすることである。
二次電池と、
水と混合された燃料と、空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池発電部と、
前記燃料電池発電部に燃料と水とを供給する供給部と、
前記燃料電池発電部で生成された電気エネルギーを前記二次電池に充電する充電回路と、
環境度としての環境温度を検出する環境度検出部と、
前記環境度検出部により検出された検出環境度に基づき前記供給部を制御する燃料電池制御部と、を備え、
前記燃料電池制御部は、
前記検出環境度が定格範囲内にあるか否かを判断する第1判断処理を実行するともに、
前記第1判断処理によって前記検出環境度が前記定格範囲内にあると判断した場合に、前記供給部を動作させる充電処理を実行し、前記充電処理の後、所定時間が経過したら再び前記第1判断処理を実行する一方で、
前記第1判断処理によって前記検出環境度が前記定格範囲内にないと判断した場合に、前記第1判断処理の後、所定時間が経過したら再び前記第1判断処理を実行し、さらに、
前記二次電池の充電量を検出して、その検出充電量が、前記燃料電池発電部により発電を開始するのに必要な充電量の下限値よりも大きく且つ前記二次電池に許容された充電量の上限値よりも小さい第1閾値未満である場合に、前記第1判断処理に用いる前記定格範囲を、水の凝固点を超える温度と燃料の沸点よりも低い温度との間の範囲に設定することを特徴とする燃料電池システムが提供される。
好ましくは、前記環境度検出部は温度センサである。
好ましくは、気圧を検出する気圧センサを更に備え、前記燃料電池制御部は、前記気圧に応じた水の凝固点を超える温度と前記気圧に応じた燃料の沸点よりも低い温度との間の範囲を前記定格範囲に設定する。
好ましくは、前記燃料電池システムを内蔵する電子機器を制御する電子機器制御部を更に備え、前記燃料電池制御部は、前記電子機器制御部が停止した状態の場合に、前記検出環境度に基づき前記充電処理を実行する。
図1は、燃料電池システム1の概略構成を示したブロック図である。
この燃料電池システム1は、電子機器の本体に組み込まれたものである。
燃料電池制御部31は例えばCPU、RAM等を有するマイクロコンピュータである。この燃料電池制御部31は、燃料供給器12、水供給器16及び空気供給器18等の制御を行う。
ドライバ46は、燃料電池制御部31の制御信号を増幅して水供給器16に出力し、水供給器16を駆動するものである。
ドライバ48は、燃料電池制御部31の制御信号を増幅して空気供給器18に出力し、空気供給器18を駆動するものである。
さらに、第1の定格範囲の上限値は、燃料の沸点としてもよい。また、第1の定格範囲の上限値は、燃料の種類によって異なる値となる。例えば、燃料にエタノールを用いる場合は、第1の定格範囲の上限値は、エタノールの沸点(78℃)の近傍であり且つエタノールの沸点よりも低い温度である73℃としてもよい。
まず、燃料電池制御部31は、充電回路34を介して二次電池33の充電量を検出し、その検出充電量を第1の所定値及び第2の所定値(但し、第2の所定値は第1の所定値よりも大きい値である。)と比較する(ステップS22)。具体的には、燃料電池制御部31は、二次電池33の端子間電圧を検出して、その検出端子間電圧が所定閾値V1(第1の所定値に対応する。)未満であるか否か、所定閾値V1以上であり且つ所定閾値V2〔V〕(第2の所定値に対応する)未満であるか否か、所定閾値V2以上であるか否かを判断する。ここで、所定閾値V1、所定閾値V2、下限値VL及び上限値VFの関係は、VL<V1<V2<VFである。
このような第2の定格範囲の場合であって燃料温度検出部21又は水温度検出部23が環境度検出部50であるときには、燃料温度検出部21による検出温度が0℃を超え5℃未満の範囲又は50℃を超え60℃未満の範囲であるか否か、水温度検出部23による検出温度が0℃を超え5℃未満の範囲又は50℃を超え60℃未満の範囲であるか否か、又は、燃料温度検出部21による検出温度が50℃を超え60℃未満の範囲であり且つ水温度検出部23による検出温度が0℃を超え5℃未満の範囲であるか否かということについて、燃料電池制御部31が判断することになる。
ここで、燃料電池制御部31の処理が第2判断処理から第1判断処理に移行するに際して、燃料電池制御部31は、第1判断処理に用いる定格範囲を二次電池33の検出充電量に基づいて設定する。二次電池33の充電量が第1の所定値未満である場合、すなわち、二次電池33の端子間電圧が所定閾値V1未満である場合、燃料電池制御部31がステップS23において定格範囲を第1の定格範囲に設定する。また、二次電池33の充電量が第1の所定値以上であり、且つ、第2の所定値未満である場合、すなわち、二次電池33の端子間電圧が所定閾値V1以上であり、且つ、所定閾値V2未満である場合、燃料電池制御部31がステップS24において定格範囲を第2の定格範囲に設定する。
即ち、第一に、ステップS22の第2判断処理において二次電池33の端子間電圧が所定閾値V1未満である(ステップS22:A)と同時に、ステップS23の第1判断処理において第1の環境度検出部50による検出環境度が第1の定格範囲内にある(ステップS23:Yes)ときに、ステップS25の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS20に移行する。また、第二に、ステップS22の第2判断処理において二次電池33の充電量が第1の所定値以上、且つ第2の所定値未満である(ステップS22:B)と同時に、ステップS24の第1判断処理において第2の環境度検出部50による検出環境度が第2の定格範囲内にある(ステップS24:Yes)ときに、ステップS25の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS20に移行する。
まず、燃料電池制御部31は、燃料電池発電部19において発電が行われているか否かを判断する(ステップS31)。具体的には、燃料電池制御部31は、燃料供給器12、水供給器16又は空気供給器18を駆動しているか否かを判断する。燃料供給器12、水供給器16又は空気供給器18が停止している場合には、燃料電池発電部19において発電が行われていないので、燃料電池制御部31の処理がステップS35に移行する(ステップS31:No)。一方、燃料供給器12、水供給器16及び空気供給器18が作動している場合には、燃料電池発電部19において発電が行われているので、燃料電池制御部31の処理がステップS32に移行する(ステップS31:Yes)。
本実施形態の燃料電池システム1の構成は、第1実施形態の燃料電池システム1と同様であるため、詳細な説明を省略する。以下、燃料電池制御部31による処理の流れ及び電子機器の動作等について説明する。
本実施形態の燃料電池システム1の構成は、第1実施形態の燃料電池システム1と同様であるため、詳細な説明を省略する。以下、燃料電池制御部31による処理の流れ及び電子機器の動作等について説明する。
まず、燃料電池制御部31は、記憶部32に記憶されたカウンタNに1を加算する(ステップS90)。なお、カウンタNは正数となり、図9に示す処理が24時間に1回行われるので、カウンタNは日数を表すことになる。具体的には、カウンタNは、以前にステップS96の充電処理が実行された日からの日数、即ち以前の図9の処理で二次電池33の充電量が満たされた日からの日数を表す。
即ち、第一に、ステップS92の第2判断処理において以前に二次電池33の充電量が満たされた日から10日以上である(ステップS92:A)と同時に、ステップS93の第1判断処理において第1の環境度検出部50による検出環境度が第1の定格範囲内にある(ステップS93:Yes)ときに、ステップS96の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS97に移行する。また、第二に、ステップS92の第2判断処理において以前に二次電池33の充電量が満たされた日から5〜9日経過している(ステップS92:B)と同時に、ステップS94の第1判断処理において第2の環境度検出部50による検出環境度が第2の定格範囲内にある(ステップS94:Yes)ときに、ステップS96の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS97に移行する。
また、以前に二次電池33の充電量が満たされた日から5〜9日経過している場合には、自然放電などによって、10日以上経過した場合と比べると低減量は少ないものの、二次電池33の充電量がある程度低減している可能性があるので、現在の環境度が第2の定格範囲内である場合には、充電処理を行う(ステップS92、ステップS94、ステップS96)。これにより、電子機器を動作させることができなくなる可能性が低くなる。
さらに、以前に二次電池33の充電量が満たされた日から4日以下である場合には、自然放電などによる二次電池33の充電量の低減は少ないので、充電処理を行わない(ステップS92:C)。
いずれの場合も、充電のために発電を開始する回数を少なくできる。
以下、変形例について説明する。
上述の第1実施形態において、図3に示されたステップS24では、燃料電池制御部31は、第1の環境度検出部50による検出環境度が第2の定格範囲内にあるか否かを判断する。それに対して、本変形例では、燃料電池制御部31が、環境度履歴の中に、第2の定格範囲内の環境度があるか否かを判断する。
即ち、第一に、ステップS112の第2判断処理において二次電池33の端子間電圧が所定閾値V1未満である(ステップS112:A)と同時に、ステップS113の第1判断処理において第1の環境度検出部50による検出環境度が第1の定格範囲内にある(ステップS113:Yes)ときに、ステップS115の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS110に移行する。また、第二に、ステップS112の第2判断処理において二次電池33の充電量が第1の所定値以上、且つ第2の所定値未満であり(ステップS112:B)、ステップS114の第3判断処理において第2の環境度検出部50による検出環境度のデータ列である蓄積環境度が第2の定格範囲内にあり(ステップS114:Yes)、これと同時にステップS114の第1判断処理において第2の環境度検出部50による検出環境度が第1の定格範囲内にある(ステップS113:Yes)ときに、ステップS25の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS20に移行する。
また、二次電池33の端子間電圧が所定閾値V1以上で所定閾値V2未満であり、且つ、読み込んだ過去所定期間分の検出環境度のデータ列の中に、第2の定格範囲内になるものが含まれる場合には、充電処理において、VFより小さい値であるV3までしか充電しない(ステップS112、ステップS114、ステップS113、ステップS115)。これにより、燃料蓄積部11内の燃料が消耗される量を低減することができる。
上述の第3実施形態において、図9に示されたステップS94では、燃料電池制御部31は、第1の環境度検出部50による検出環境度が第2の定格範囲内にあるか否かを判断する。それに対して、本変形例では、燃料電池制御部31が、環境度履歴の中に、第2の定格範囲内の環境度があるか否かを判断する。
即ち、第一に、ステップS122の第2判断処理において以前に二次電池33の充電量が満たされた日から10日以上である(ステップS122:A)と同時に、ステップS123の第1判断処理において第1の環境度検出部50による検出環境度が第1の定格範囲内にある(ステップS123:Yes)ときに、ステップS126の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS127に移行する。また、第二に、ステップS122の第2判断処理において以前に二次電池33の充電量が満たされた日から5〜9日経過しており(ステップS122:B)、ステップS124の第3判断処理において第2の環境度検出部50による検出環境度のデータ列である蓄積環境度が第2の定格範囲内にあり(ステップS124:Yes)、これと同時にステップS124の第1判断処理において第2の環境度検出部50による検出環境度が第1の定格範囲内にある(ステップS123:Yes)ときに、ステップS126の充電処理を行って、その後燃料電池制御部31の処理がステップS127に移行する。
また、以前に二次電池33の充電量が満たされた日から5〜9日経過している場合には、自然放電などによって、10日以上経過した場合よりも少ない分量だけ、二次電池33の充電量が低減している可能性があるので、過去の環境度が第2の定格範囲内であるかどうかを判定する。そして、過去の環境度が第2の定格範囲内であるときには、現在の環境度が第1の定格範囲内であるかどうかを判定し、現在の環境度が第1の定格範囲内であるときには、充電処理を行う(ステップS122、ステップS124、ステップS123、ステップS126)。これにより、電子機器を動作させることができなくなる可能性が低くなる。
さらに、以前に二次電池33の充電量が満たされた日から4日以下である場合には、自然放電などによる二次電池33の充電量の低減は少ないので、充電処理を行わない(ステップS122:C)。
いずれの場合も、充電のために発電を開始する回数を少なくできる。
また、以前に二次電池33の充電量が満たされた日から5〜9日経過していて、且つ、読み込んだ過去所定期間分の検出環境度のデータ列の中に、第2の定格範囲内になるものが含まれる場合には、充電処理において、VFより小さい値であるV3までしか充電しない(ステップS122、ステップS124、ステップS123、ステップS126)。これにより、燃料蓄積部11内の燃料が消耗される量を低減することができる。
16 水供給器(供給部)
18 空気供給器(供給部)
19 燃料電池発電部
31 燃料電池制御部
32 記憶部
33 二次電池
34 充電回路
50 第1の環境度検出部
51 第2の環境度検出部
Claims (5)
- 二次電池と、
水と混合された燃料と、空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池発電部と、
前記燃料電池発電部に燃料と水とを供給する供給部と、
前記燃料電池発電部で生成された電気エネルギーを前記二次電池に充電する充電回路と、
環境度としての環境温度を検出する環境度検出部と、
前記環境度検出部により検出された検出環境度に基づき前記供給部を制御する燃料電池制御部と、を備え、
前記燃料電池制御部は、
前記検出環境度が定格範囲内にあるか否かを判断する第1判断処理を実行するともに、
前記第1判断処理によって前記検出環境度が前記定格範囲内にあると判断した場合に、前記供給部を動作させる充電処理を実行し、前記充電処理の後、所定時間が経過したら再び前記第1判断処理を実行する一方で、
前記第1判断処理によって前記検出環境度が前記定格範囲内にないと判断した場合に、前記第1判断処理の後、所定時間が経過したら再び前記第1判断処理を実行し、さらに、
前記二次電池の充電量を検出して、その検出充電量が、前記燃料電池発電部により発電を開始するのに必要な充電量の下限値よりも大きく且つ前記二次電池に許容された充電量の上限値よりも小さい第1閾値未満である場合に、前記第1判断処理に用いる前記定格範囲を、水の凝固点を超える温度と燃料の沸点よりも低い温度との間の範囲に設定することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池制御部は、前記二次電池の充電量として前記二次電池の端子間電圧を検出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。
- 前記環境度検出部は温度センサであることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
- 気圧を検出する気圧センサを更に備え、
前記燃料電池制御部は、前記気圧に応じた水の凝固点を超える温度と前記気圧に応じた燃料の沸点よりも低い温度との間の範囲を前記定格範囲に設定することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池システムを内蔵する電子機器を制御する電子機器制御部を更に備え、
前記燃料電池制御部は、前記電子機器制御部が停止した状態の場合に、前記検出環境度に基づき前記充電処理を実行することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
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