JP4894608B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は本実施形態に係わる燃料電池システム10のシステム構成を示す。
燃料電池システム10は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)の供給を受けて発電する燃料電池スタック20と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック20に供給するための酸化ガス供給系30と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック20に供給するための燃料ガス供給系40と、電力の充放電を制御するための電力系50と、燃料電池スタック20を冷却するための冷却系60と、システム全体を制御する制御ユニット(ECU)90とを備えている。
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
H2+(1/2)O2 → H2O …(3)
セル21は、電解質膜22と、アノード極23と、カソード極24と、セパレータ26,27とから構成されている。アノード極23及びカソード極24は、電解質膜22を両側から挟んでサンドイッチ構造を成す拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータ26,27は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード極23及びカソード極24との間にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成する。セパレータ26には、断面凹状のリブ26aが形成されている。リブ26aにアノード極23が当接することで、リブ26aの開口部は閉塞され、燃料ガス流路が形成される。セパレータ27には、断面凹状のリブ27aが形成されている。リブ27aにカソード極24が当接することで、リブ27aの開口部は閉塞され、酸化ガス流路が形成される。
セル21の等価回路は、R2とCとの並列接続回路にR1が直列接続する回路構成を有している。ここで、R1は電解質膜22の電気抵抗に相当し、R2は活性化過電圧と拡散過電圧とを抵抗換算したものに相当している。Cはアノード電極23と電解質膜22との界面、及びカソード電極24と電解質膜22との界面に形成される電気二重層容量に相当している。この等価回路に所定の周波数を有する正弦波電流を印加した場合、電流の変化に対して電圧の応答が遅れる。
制御ユニット90は、電圧指令部91、交流インピーダンス測定部92、測定メモリ93、掃気実施時間推定部94、及び異常処理部95を備えており、これら各部の協働により掃気制御手段として機能する。
制御ユニット90による燃料電池スタック20の交流インピーダンス計測は、以下の手順により実施される。
(1)電圧指令部91は、所定の直流電圧に正弦波信号を重畳した電圧指令値を生成し、かかる電圧指令値をDC/DCコンバータ51に出力する。
(2)DC/DCコンバータ51は、電圧指令値に基づいて動作し、バッテリ52に蓄電されている直流電力を交流電力に変換して、燃料電池スタック20に正弦波信号を印加する。
(3)交流インピーダンス測定部92は、電圧センサ71によって検出される応答電圧と、電流センサ72によって検出される応答電流とを所定のサンプリングレートでサンプリングし、高速フーリエ変換処理(FFT処理)を行い、応答電圧と応答電流とをそれぞれ実成分と虚成分とに分割し、FFT処理した応答電圧をFFT処理した応答電流で除して交流インピーダンスの実成分と虚成分とを算出し、複素平面上での原点からの距離rと位相角θとを算出する。燃料電池スタック20に印加される正弦波信号の周波数を連続的に変化させながら応答電圧と応答電流を計測することで、燃料電池スタック20の交流インピーダンスを算出することができる。
図6(A)は、イグニッションスイッチのオン/オフ状態を示し、図6(B)は燃料電池スタック20の温度変化速度を示し、図6(C)は交流インピーダンス測定部92に与えられる交流インピーダンス測定指示を示し、図6(D)は測定メモリ93に格納される交流インピーダンスの値を示し、図6(E)は異常フラグを示し、図6(F)は燃料電池スタック20に供給されるエア流量を示している。
時刻t1において掃気処理が開始され、燃料電池スタック20の温度変化速度の絶対値が閾値Vtを下回る時刻t2では、交流インピーダンス測定指示が交流インピーダンス測定部92に与えられる(図7(C))。このとき、何らかの要因(例えばノイズの影響等)により交流インピーダンスを正確に測定できない場合には、異常フラグがオンになり(図7(E))、異常処理部95は、掃気処理を強制終了する(図7(F))。
Claims (4)
- 燃料電池と、
前記燃料電池に掃気ガスを供給する掃気手段と、
掃気開始時点で前記燃料電池の交流インピーダンスを測定するとともに、前記掃気開始時点から所定時間経過する時点で前記燃料電池の交流インピーダンスを測定する交流インピーダンス測定部と、
前記掃気開始時点で測定した交流インピーダンス、前記掃気開始時点から所定時間経過する時点で測定した交流インピーダンス、及び前記所定時間に基づいて掃気実施時間を推定する掃気実施時間推定部と、
前記掃気開始時点から所定時間経過する時点で交流インピーダンスを測定できない異常が発生した場合或いは交流インピーダンスを測定できない状態に陥った場合に掃気処理を強制終了する異常処理部と、
を備える燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記掃気実施時間推定部は、補完関数を用いて前記掃気実施時間を推定する、燃料電池システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記掃気開始時点から前記所定時間経過する時点は、前記燃料電池の温度変化速度の絶対値が所定の閾値未満になる時点である、燃料電池システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記所定時間は、予め定められた一定時間である、燃料電池システム。
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