JP4929600B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの停止方法 - Google Patents
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Description
[構成]
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係わる燃料電池システムは、電解質膜と当該電解質膜の両側にそれぞれ沿って配置された燃料極及び酸化剤極とを有する単位電池を複数含む燃料電池スタック1と、少なくとも1以上の単位電池を備えるサブスタックの電圧を測定するサブスタック電圧測定部(サブスタック電圧測定手段)5a、5bと、サブスタック電圧測定部5a、5bから得られたサブスタックの電圧より推定される単位電池の平均電圧が所定値以上である場合に限り燃料電池システムの停止を許可する制御部(制御手段)4と、燃料電池スタック1へ燃料ガスとしての水素ガスを供給及び循環させる水素ガス系ラインと、燃料電池スタック1へ酸化剤ガスとしての空気を供給する空気系ラインと、燃料電池スタック1から取り出す電力を制御する電力制御部2とを有する。
図2のフローチャートを参照して、図1に示した燃料電池システムの停止方法を説明する。
燃料電池システムを起動する際に燃料電池スタック1内の全ての単位電池(セル)の電圧が正常な値を示さない場合、燃料電池システムの出力低下や耐久性の低下につながる危険性がある。従って、次回の起動時に全ての単位電池電圧が正常な値を示すように燃料電池システムを停止する必要がある。単位電池の電圧が正常値を維持しない可能性がある単位電池を含む1つ以上の単位電池から構成されるサブスタック21a、21bの電圧から単位電池の平均電圧を推定し、その平均電圧が所定値以上であることを確認した後に燃料電池システムの停止を可とする。これにより、短時間で精度良く停止操作を行うことができ、次回の起動時は前記サブスタック21a、21bを含む全ての単位電池の電圧が正常値を示した状態で発電を開始することができる。従って、次回の起動性のみならず出力や耐久性の低下を抑制した燃料電池システムの停止方法を提供することができる<請求項1及び9の効果>。
[構成]
図3に示すように、第2の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図1に比べて、以下の点で異なる。
図4のフローチャートを参照して、図3に示した燃料電池システムの停止方法を説明する。
燃料電池システムを起動する際に燃料電池スタック1内の全ての単位電池(セル)の電圧が正常な値を示さない場合、燃料電池システムの出力低下や耐久性の低下につながる危険性がある。従って、次回の起動時に全ての単位電池電圧が正常な値を示すように燃料電池システムを停止する必要がある。単位電池の電圧が正常値を維持しない可能性がある単位電池を含む1つ以上の単位電池から構成されるサブスタック21a、21bの電圧から単位電池の平均電圧を推定し、その平均電圧が所定値以上であることを確認した後に燃料電池システムの停止を可とする。これにより、短時間で精度良く停止操作を行うことができ、次回の起動時は前記サブスタック21a、21bを含む全ての単位電池の電圧が正常値を示した状態で発電を開始することができる。従って、次回の起動性のみならず出力や耐久性の低下を抑制した燃料電池システムの停止方法を提供することができる<請求項1及び9の効果>。
[構成]
図5に示すように、第3の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図3に比べて、以下の点で異なる。
図6のフローチャートを参照して、図5に示した燃料電池システムの停止方法を説明する。
燃料電池システムを起動する際に燃料電池スタック1内の全ての単位電池(セル)の電圧が正常な値を示さない場合、燃料電池システムの出力低下や耐久性の低下につながる危険性がある。従って、次回の起動時に全ての単位電池電圧が正常な値を示すように燃料電池システムを停止する必要がある。単位電池の電圧が正常値を維持しない可能性がある単位電池を含む1つ以上の単位電池から構成されるサブスタック21a、21bの電圧から単位電池の平均電圧を推定し、その平均電圧が所定値以上であることを確認した後に燃料電池システムの停止を可とする。これにより、短時間で精度良く停止操作を行うことができ、次回の起動時は前記サブスタック21a、21bを含む全ての単位電池の電圧が正常値を示した状態で発電を開始することができる。従って、次回の起動性のみならず出力や耐久性の低下を抑制した燃料電池システムの停止方法を提供することができる<請求項1及び9の効果>。
上記のように、本発明は、第1乃至第3の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
2…電力制御部
3…2次電池
4…制御部
5a、5b…サブスタック電圧測定部
6…コンプレッサー
7a、7b、7c、7d…バルブ
8…水素循環ポンプ
9a、9b…エンドプレート
10…空気供給ライン
11…水素供給ライン
12…空気排出ライン
13…水素排出ライン
14…水素循環ライン
15…パージライン
16…水素タンク
17…冷媒供給部
18a、18b…ヒーター
19a、19b…温度センサ
20a、20b…集電板
21a、21b、21c…サブスタック
Claims (14)
- 電解質膜と当該電解質膜の両側にそれぞれ沿って配置された燃料極及び酸化剤極とを有する単位電池を複数含む燃料電池スタックと、
前記単位電池を備えるサブスタックの電圧を測定するサブスタック電圧測定手段と、
前記燃料電池スタックの温度を測定または推定するスタック温度推定手段と、
前記スタック温度推定手段により測定または推定された前記燃料電池スタックの温度が所定温度より低い場合は、前記サブスタック電圧測定手段から得られた前記サブスタックの電圧より前記サブスタックを構成する単位電池の平均電圧を推定し、前記平均電圧が所定値以上である場合に限り燃料電池システムの停止を許可する一方、前記燃料電池スタックの温度が前記所定温度より高い場合は、前記平均電圧が前記所定値以上であるか否かに関わらず燃料電池システムの停止を許可する制御手段と
を有する燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記燃料電池システムのアイドル状態における最低負荷が前記燃料電池スタックに加わっている場合であって、且つ前記単位電池の平均電圧が所定値以上である場合に前記燃料電池システムの停止を許可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。
- 前記サブスタック周辺に配置された前記サブスタックを加熱する加熱手段を更に有し、
前記制御手段は、前記単位電池の平均電圧が所定値に満たない場合に、前記加熱手段を用いて前記サブスタックを加熱し、前記サブスタックを加熱した結果、前記単位電池の平均電圧が所定値以上となった場合に前記燃料電池システムの停止を許可することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 - 前記サブスタックに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスのうち少なくとも何れかの流量を制御するガス流量調整手段を更に有し、
前記制御手段は、前記単位電池の平均電圧が所定値に満たない場合に、前記ガス流量調整手段を用いて前記サブスタックに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスのうち少なくとも何れかの流量を増加させ、前記流量を増加させた結果、前記単位電池の平均電圧が所定値以上となった場合に前記燃料電池システムの停止を許可することを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記加熱手段又は前記ガス流量制御手段は、前記燃料電池スタックを構成する他のサブスタック及び当該他のサブスタックのうち少なくとも何れかで得られた電力により制御されることを特徴とする請求項3又は4記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池スタックを冷却するための冷媒を供給する冷媒供給手段を有し、
前記制御手段は、前記燃料電池システムの停止許可が下りない間は前記料電池スタックへの冷媒の供給を停止することを特徴とする請求項1乃至5何れか1項記載の燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記単位電池の平均電圧が所定値以上である場合、少なくとも前記酸化剤極をパージした後に前記燃料電池システムを停止することを特徴とする請求項1乃至6何れか1項記載の燃料電池システム。
- 電解質膜と当該電解質膜の両側にそれぞれ沿って配置された燃料極及び酸化剤極とを有する単位電池を複数含む燃料電池スタックを有する燃料電池システムの停止方法において、
前記単位電池を備えるサブスタックの電圧を測定するステップと、
前記燃料電池スタックの温度を測定または推定するステップと、
測定または推定された前記燃料電池スタックの温度が所定温度より低い場合は、前記サブスタックの電圧より前記サブスタックを構成する単位電池の平均電圧を推定し、前記平均電圧が所定値以上である場合に限り燃料電池システムの停止を許可する一方、前記燃料電池スタックの温度が前記所定温度より高い場合は、前記平均電圧が前記所定値以上であるか否かに関わらず燃料電池システムの停止を許可するステップと
を備えることを特徴とする燃料電池システムの停止方法。 - 前記燃料電池システムの停止を許可するステップでは、前記燃料電池システムのアイドル状態における最低負荷が前記燃料電池スタックに加わっている場合であって、且つ前記単位電池の平均電圧が所定値以上である場合に前記燃料電池システムの停止を許可することを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システムの停止方法。
- 前記単位電池の平均電圧が所定値に満たない場合に、前記サブスタックを加熱するステップを更に有し、
前記燃料電池システムの停止を許可するステップでは、前記サブスタックを加熱した結果、前記単位電池の平均電圧が所定値以上となった場合に前記燃料電池システムの停止を許可することを特徴とする請求項8又は9に記載の燃料電池システムの停止方法。 - 前記単位電池の平均電圧が所定値に満たない場合に、前記サブスタックに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスのうち少なくとも何れかの流量を増加させるステップを更に有し、
前記燃料電池システムの停止を許可するステップでは、前記流量を増加させた結果、前記単位電池の平均電圧が所定値以上となった場合に前記燃料電池システムの停止を許可することを特徴とする請求項8乃至10何れか1項記載の燃料電池システムの停止方法。 - 前記サブスタックを加熱するステップ又は前記流量を増加させるステップは、前記燃料電池スタックを構成する他のサブスタック及び当該他のサブスタックのうち少なくとも何れかで得られた電力により制御されることを特徴とする請求項10又は11記載の燃料電池システムの停止方法。
- 前記燃料電池システムの停止許可が下りない間は前記料電池スタックへの冷媒の供給を停止するステップを更に有することを特徴とする請求項8乃至12何れか1項記載の燃料電池システムの停止方法。
- 前記単位電池の平均電圧が所定値以上である場合、少なくとも前記酸化剤極をパージした後に前記燃料電池システムを停止するステップを更に有することを特徴とする請求項8乃至13何れか1項記載の燃料電池システムの停止方法。
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