JP4967246B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機、或いは家庭用発電機に適用して有効である。
燃料電池システムにおいては、運転終了時に燃料電池内に水分が残存している場合、低温環境下で燃料電池内部の水分が凍結する。このような低温環境下で燃料電池を起動する際、凍結による反応ガス経路の目詰まりあるいは電解質膜への反応ガス(水素および空気)の進行・到達の阻害により、燃料ガスを供給しても電気化学反応が進行せず、燃料電池を起動できないという問題がある。
このような問題を解決するために、燃料電池の発電効率を制御して自己発熱量を制御する燃料電池の運転方法が提案されている(特許文献1)。この方法では、燃料電池の電極間を短絡した状態で燃料電池に供給される反応物(酸化物・還元物)を不足状態にし、電極での過電圧を増やすことで自己発熱量を増やしている。
特表2003−504807号公報
しかしながら、上記特許文献1の構成では、燃料電池の電極間を短絡させた場合に、燃料電池の電流と電圧のコントロールが難しいという問題がある。また、可変抵抗を用いて燃料電池の電流と電圧のコントロールを行うことも考えられるが、発熱量が膨大となるため現実的ではない。
本発明は上記点に鑑み、燃料電池の発電効率を調整して燃料電池の自己発熱量を制御する場合に、燃料電池の電流値、電圧値のコントロールを容易に行うことができるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池(1)と、燃料電池(1)の温度を検出する温度センサ(7)と、燃料電池(1)の発電効率を調整して燃料電池(1)の自己発熱量を調整する発電効率調整手段(2、5、22、23、50)と、燃料電池(1)から電力供給される交流モータ(2、22、42)と、交流モータ(2、22、42)の抵抗値を調整する抵抗値調整手段(5、23)とを備え、発電効率調整手段(2、5、22、23、50)は、温度センサ(7)により検出した燃料電池(1)の温度が所定値を下回ったときに、抵抗値調整手段(5、23)により交流モータ(2、22、42)の抵抗値を変化させ交流モータ(2、22、42)が出力トルクを発生しない値にし、さらに温度センサ(7)により検出した燃料電池(1)の温度に基づいて、燃料電池(1)に供給される酸化剤ガスの供給量を、逆電位を発生させない値に制御することを特徴としている。
このように、燃料電池(1)から電力供給される交流モータ(2、22、42)を可変抵抗として用いることで、燃料電池(1)の発電効率を調整する際、新たな構成を追加することなく燃料電池(1)の出力電流、出力電圧の調整を容易に行うことができる。
また、請求項2に記載の発明のように、抵抗値調整手段(5、23)が交流モータ(2、22、42)に供給される交流電流の位相を変化させることで、交流モータ(2、22、42)の抵抗値を変化させることができる。
また、請求項3に記載の発明のように、交流モータとして走行用モータ(2)を用いることで、走行用モータ(2)を可変抵抗として用いることができる。
また、請求項4に記載の発明のように、交流モータとして補機モータ(22、42)を用いることで、補機モータ(22、42)を可変抵抗として用いることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、交流モータとして走行用モータ(2)および補機モータ(22、42)を用いることで、走行用モータ(2)と補機モータ(22、42)を可変抵抗として用いることができる。
また、請求項6に記載の発明では、燃料電池(1)と並列接続され、燃料電池(1)にて発電した電気エネルギを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギを少なくとも補機モータ(22、42)に供給することができる2次電池(3)と、燃料電池(1)および走行モータ(2)と、2次電池(3)および補機モータ(22、42)とを電気的に開閉可能な開閉手段(9a、9b)とを備えていることを特徴としている。これにより、燃料電池(1)で発電した電流が走行用モータ(2)のみに流れるようにすることができる。
また、請求項7に記載の発明のように、開閉手段(9a、9b)により燃料電池(1)および走行モータ(2)と、2次電池(3)および補機モータ(22、42)とが電気的に分離された場合には、補機モータ(22、42)は2次電池(3)からの電力供給により作動するように構成することができる。
また、請求項8に記載の発明のように、酸化剤ガス供給量調整手段(22、23、50)により燃料電池(1)に供給される酸化剤ガスの供給量を定常運転時より減少させることで、燃料電池(1)の発電効率を低下させることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。本実施形態は、燃料電池システムを、燃料電池を電源として走行する電気自動車(燃料電池車両)に適用したものである。
図1は、本実施形態の燃料電池システムの全体構成を示している。図1に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池(FCスタック)1を備えている。燃料電池1は、車両走行用の走行用モータ2、2次電池3、補機類22、42等の電気機器に電力を供給するように構成されている。燃料電池1では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギーが発生する。
(水素極側) H2→2H++2e-
(酸素極側) 2H++1/2O2+2e-→H2
本実施形態では燃料電池1として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセル100が複数積層されて構成されている。各セル100は、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。
燃料電池1と2次電池3との間は、双方向に電力を伝達可能なDC/DCコンバータ4を介して電気的に接続されている。このDC/DCコンバータ4は、燃料電池1から2次電池3、あるいは2次電池3から燃料電池1への、電力の流れをコントロールするものである。燃料電池1とDC/DCコンバータ4の間には、走行用モータ2に電力供給する第1インバータ5と補機モータ22に電力供給する第2インバータ23とがそれぞれ並列接続されている。
燃料電池1および2次電池3と走行用モータ2との間に第1インバータ5が配置されている。走行用モータ2は発電機としても機能するように構成されており、第1インバータ5により電動機としての機能と発電機としての機能が切り換えられるようになっている。燃料電池1にて発生した直流電力は、第1インバータ5で三相交流電流に変換され走行用モータ2に供給される。
走行用モータ2としては、誘導モータが用いられている。走行用モータ2は、インバータ2からの電力供給を受けて車輪駆動力を発生させ車両を走行させることができる。そして、DC/DCコンバータ4と第1インバータ5の作動により、例えば、急加速時などに急激に大きな電力が必要になった場合には、燃料電池1からだけでなく2次電池3からも走行用モータ2に電力を供給することができる。また、燃料電池1の発電時に余った電力や、走行用モータ2によって回生された電力を、2次電池3に蓄えることができる。
第1インバータ5は、走行用モータ2に供給する交流電流の周波数を任意に変更可能に構成されている。第1インバータ5で交流電流の周波数を変化させることで、走行用モータ2に供給する交流電流の位相を変化させることができ、走行用モータ2の抵抗値を変化させることができる。すなわち、走行用モータ2における磁界と電流の位相を近づけると走行用モータ2の抵抗値が小さくなり、磁界と電流の位相が重なるようにすることで走行用モータ2の抵抗値をゼロに近づけることができる。したがって、走行用モータ2に供給される電流の周波数を調整して電流の位相を変化させることで、走行用モータ2の抵抗値を調整することができ、走行用モータ2を可変抵抗として用いることができる。なお、走行用モータ2が本発明の交流モータに相当し、第1インバータ5が本発明の抵抗値調整手段に相当している。
燃料電池システムには、各セル100の電圧を検出するセルモニタ6と、燃料電池1の温度を検出する温度センサ7と、燃料電池1の発電電流を検出する電流センサ8が設けられている。
図2は、燃料電池1、走行用モータ2、2次電池3、DC/DCコンバータ4、補機モータ22、42等を中心とする回路図である。図2に示すように、燃料電池1とDC/DCコンバータ4とを結ぶ電流経路上には、燃料電池1、走行用モータ2および第1インバータ5からなる走行モータ系統と、2次電池3、補機モータ22、42および第2インバータ23からなる補機モータ系統とを電気的に分離可能な第1スイッチ9a、9bが設けられている。また、第1インバータ5と、燃料電池1、DC/DCコンバータ4および第2インバータ23とを結ぶ電流経路上には、走行用モータ2および第1インバータ5を燃料電池1等から電気的に分離可能な第2スイッチ10a、10bが設けられている。さらに、2次電池3とDC/DCコンバータ4とを結ぶ電流経路上には、2次電池3とDC/DCコンバータ4との間を電気的に開閉可能な第3スイッチ11a、11bが設けられている。なお、第1スイッチ9a、9bが本発明の開閉手段に相当している。
図1に戻り、燃料電池システムには、燃料電池1の酸素極側に空気(酸化剤ガス)を供給するための空気供給経路20aと、燃料電池1からの空気を排出するための空気排出経路20bと、燃料電池1の水素極側に水素(燃料ガス)を供給するための水素供給経路30aと、燃料電池1からの未反応水素ガス等を排出するための水素排出経路30bとが設けられている。
空気供給経路20aには、空気圧送用の送風機21が設けられている。この送風機21は補機モータ22によって駆動される。空気排出経路20bには、空気排出経路20bを開閉する空気排出経路開閉弁24が設けられている。燃料電池1に空気を供給する際には、空気排出経路開閉弁24を開弁するとともに、補機モータ22によって送風機21を駆動する。補機としての補機モータ22は、第2インバータ23を介して2次電池3と接続されている。送風機21および補機モータ22は、後述の制御部50とともに、本発明の酸化剤ガス供給制御手段に相当している。
空気供給経路20aと空気排出経路20bには、加湿器25が設けられている。この加湿器25は、燃料電池1から排出される湿った排気空気に含まれる水分を用いて送風機21の吐出後の空気を加湿するものであり、これにより、燃料電池1内の固体高分子電解質膜を水分を含んだ湿潤状態にして、発電運転時における電気化学反応が良好に行われるようにしている。
水素供給経路30aには、水素ガスが充填された水素ボンベ31、燃料電池1に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁32、および水素供給経路30aを開閉する水素供給経路開閉弁33が設けられている。水素排出経路30bには、水素排出経路30bを開閉する水素排出経路開閉弁34が設けられている。なお、水素ボンベ31、水素調圧弁32、水素供給経路開閉弁33は、後述の制御部50とともに、本発明の燃料ガス供給制御手段に相当している。
燃料電池1に水素を供給する際には、水素供給経路開閉弁33を開弁するとともに、水素調圧弁32によって所望の水素圧力に調整する。水素排出経路30bは、運転条件に応じて水素排出経路開閉弁34によって開閉される。水素排出経路30bは、未反応水素ガス、蒸気(あるいは水)、および酸素極から固体高分子電解質膜を通過して混入した窒素、酸素などを排出する。
燃料電池1は発電に伴い熱を生じる。このため、燃料電池システムには、燃料電池1を冷却して作動温度が電気化学反応に適した温度(例えば80℃程度)となるようにする冷却システム40〜44が設けられている。
冷却システムには、燃料電池1に冷却水(熱媒体)を循環させる冷却水経路40、冷却水を循環させるウォータポンプ41、ウォータポンプ41を駆動する補機モータ42、ファン44を備えたラジエータ43が設けられている。燃料電池1で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ43で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ41による流量制御、およびファン44による風量制御で、燃料電池1の冷却量制御を行うことができる。ウォータポンプ用補機モータ42は、図示を省略しているが、送風機用補機モータ22と同様、インバータ23を介して2次電池3と接続されている。
燃料電池システムには、各種制御を行う制御部(ECU)50が設けられている。制御部50は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。制御部50には、各種負荷からの要求電力信号、セルモニタ6からの電圧信号、温度センサ7からの温度信号、および電流センサ8からの電流信号が入力される。また、制御部50は、走行用モータ、2次電池3、DC/DCコンバータ4、第1インバータ5、第1スイッチ9a、9b、第2スイッチ10、補機モータ22、第2インバータ23、空気排出経路開閉弁24、水素調圧弁32、水素供給経路開閉弁33、水素排出経路開閉弁34、補機モータ42、ファン44等に制御信号を出力するように構成されている。
図3は、燃料電池1の発電時における電流Iと電圧Vとの関係を示している。図3において、実線が定常運転時のI−V特性を示し、破線で囲んだ部分が水素の化学エネルギーを示している。図3に示す水素のエネルギーのうち、電気エネルギーに変換できない分は熱エネルギーに変換される。したがって、燃料電池1の発電をI−V特性上で制御する場合には、水素のエネルギーのうちI−V特性線より上側が熱エネルギーに変換され、燃料電池1の自己発熱となる。
図3より、燃料電池1の発電効率を低下させると、発生する電気エネルギーが低下する分、発生する熱エネルギーが増大することがわかる。発電効率とは、水素を消費したエネルギーに対する燃料電池1が発電したエネルギーの比率である。燃料電池1を定電流制御した場合には、電圧の低下とともに発電効率が低下する。燃料電池1の発電効率は、反応ガス(水素、酸素)の供給量を定常運転時より減少させたり、燃料電池1の電極間を抵抗を小さくして燃料電池1の電極間の電圧を低下させることで調整することができる。なお、燃料ガス供給制御手段としての補機モータ22、第2インバータ23および制御部50と、交流モータとしての走行用モータ2と、抵抗値調整手段としての第1インバータ5とが本発明の発電効率調整手段に相当している。
また、反応ガスの供給量を減少させて、燃料電池1の電圧をゼロボルト付近に制御した場合、燃料電池セル100に逆電位が生じる場合がある。燃料電池セル100での逆電位の発生を防ぐためには、燃料電池1の発電電流を逆電位が発生しない電流値に制御すればよい。逆電位が発生しない電流値は燃料電池1の温度によって変化するため、逆電位が発生しない電流値を燃料電池1で発電させるのに必要な酸素供給量は、燃料電池1の温度によって変化する。このため、逆電位が発生しない電流を燃料電池1で発電させるのに必要な酸素供給量と、燃料電池1の温度とを予め関連づけたマップ化しておき、燃料電池1の温度に基づいて酸素供給量を決定すればよい。
次に、本実施形態の燃料電池システムの発電効率制御について説明する。図4〜図6は、本実施形態の燃料電池システムの発電効率制御を示すフローチャートであり、制御部50のCPUがROMに格納された制御プログラムにしたがって行う処理を示している。なお、初期状態では第1スイッチ9a、9b、第2スイッチ10a、10b、第3スイッチ11a、11bはすべて閉状態となっている。
図4に示すように、燃料電池システムの起動後、温度センサ16で燃料電池1の温度を検出し、燃料電池温度が第1所定温度t0を下回っているか否かを判定する(S100)。第1所定温度t0は、燃料電池1の暖機運転の必要性を判断するための基準となる温度であり、任意に設定することができる。S100で、燃料電池温度が第1所定温度t0を下回っていると判定された場合には、図5に示す第1発電効率制御を行う(S101)。
第1発電効率制御では、第1スイッチ9a、9bを開状態にする(S200)。これにより、燃料電池1を含む回路が、燃料電池1、走行用モータ2および第1インバータ5からなる走行モータ系統と、2次電池3、補機モータ22および第2インバータ23からなる補機モータ系統とに電気的に分離される。燃料電池1で発電した電力は走行用モータ2に供給され、補機モータ22は2次電池3からの電力供給により作動する。
そして、燃料電池1に水素と空気を供給する(S201、S202)。燃料電池1への水素供給量は、常に燃料電池1における反応可能量以上に保つようにする。これにより、水素不足による電解質膜の劣化を抑制できる。また、燃料電池1の水素と空気を供給開始する前に、第1スイッチ9a、9bを開状態にすることで、これらのスイッチ9a、9bの切り替えを安全に行うことができる。
そして、燃料電池温度が第1所定温度t0を下回っているか否かを判定する(S203)。この結果、燃料電池温度が第1所定温度t0を下回っている場合には(S203:YES)、燃料電池1の電流を検出して電流量がゼロであるか否かを判定する(S204)。この結果、燃料電池1の発電電流がゼロでない場合には、燃料電池1への空気供給制御を行って空気供給量を定常運転時より減少させる(S205)。空気供給量の制御では、逆電位が発生しない電流を燃料電池1で発電させるのに必要な酸素供給量と、燃料電池1の温度とを予め関連づけたマップを用い、燃料電池1の温度に基づいて逆電位が発生しない電流を燃料電池1で発電させることができる空気供給量を決定する。
そして、第1インバータ5により走行用モータ2に印加される交流電流の周波数を調整し、走行用モータ2の抵抗値が小さくようにする(S206)。本実施形態では、第1インバータ5によって、走行用モータ2における磁界と電流の位相が重なるように交流電流の周波数を調整する。これにより、走行用モータ2の抵抗値をゼロに近づけることができ、燃料電池1の電極間を短絡状態とすることができる。このとき走行用モータ2では、車両を走行させることができるトルクが発生しないので、走行用モータ2は回転しない。
以上のように、燃料電池1を短絡させ、空気供給量を減少させることにより、燃料電池1の外部出力電圧をゼロボルト付近にすることができ、燃料電池1の発電効率をゼロ付近に低下させることができる。これにより、燃料電池1の発熱量が増大し、燃料電池1を効率的に昇温させることができる。また、燃料電池1への空気供給量を、燃料電池1で逆電位が発生しない値にすることで、燃料電池1で逆電位が発生することを防止できる。
次に、空気供給を停止し(S207)、燃料電池1の電圧が所定電圧以下であることを確認し(S208)、水素供給を停止する(S209)。その後、第1スイッチ9a、9bを閉状態にする(S210)。このように、燃料電池1の水素と空気の供給停止後、燃料電池1の電圧が所定電圧以下であることを確認してから、第1スイッチ9a、9bを閉状態にすることで、安全にスイッチ9a、9bの切り替えを行うことができる。
以上の第1発電効率制御終了後、図4に戻り、通常運転に移行する(S102)。そして、燃料電池システムの運転停止時に(S103)、温度センサ16で燃料電池1の温度を検出し、燃料電池温度が第2所定温度t1を下回っているか否かを判定する(S104)。第2所定温度t1は、燃料電池1の水分パージを効率的に行うことができるか否かを判断するための基準となる温度であり、任意に設定することができる。S104で、燃料電池温度が第2所定温度t1を下回っていると判定された場合には、図6に示す第2発電効率制御を行う(S105)。
第2発電効率制御では、第1スイッチ9a、9bを開状態にする(S300)。これにより、燃料電池1を含む回路が、燃料電池1、走行用モータ2および第1インバータ5からなる走行モータ系統と、2次電池3、補機モータ22および第2インバータ23からなる補機モータ系統とに電気的に分離される。そして、燃料電池1に水素と空気を供給し(S301、S302)、燃料電池1に冷却水を供給する(S303)。燃料電池1への水素供給量は、常に燃料電池1における反応可能量以上に保つようにする。これにより、水素不足による電解質膜の劣化を抑制できる。また、燃料電池1の水素と空気を供給開始する前に、スイッチ9a、9bの切り替えを行うことで、スイッチ切り替えを安全に行うことができる。
そして、燃料電池温度が第1所定温度t0を下回っているか否かを判定する(S304)。この結果、燃料電池温度が第1所定温度t0を下回っている場合には(S304:YES)、燃料電池1の電流を検出して電流量がゼロであるか否かを判定する(S305)。この結果、燃料電池1の発電電流がゼロでない場合には、燃料電池1への空気供給制御を行って空気供給量を定常運転時より減少させ(S306)、走行用モータ2の周波数を調整し(S307)、冷却水流量を減少させる(S308)。
空気供給制御では、上記S205と同様、逆電位が発生しない電流を燃料電池1で発電させるのに必要な酸素供給量と、燃料電池1の温度とを予め関連づけたマップを用い、燃料電池1の温度に基づいて逆電位が発生しない電流を燃料電池1で発電させることができる空気供給量を決定する。
モータ周波数制御では、上記S206と同様、第1インバータ5により走行用モータ2に印加される交流電流の周波数を調整し、走行用モータ2の抵抗値が小さくようにする。本実施形態では、第1インバータ5によって、走行用モータ2における磁界と電流の位相が重なるように交流電流の周波数を調整する。これにより、走行用モータ2の抵抗値をゼロに近づけることができ、燃料電池1の電極間を短絡状態とすることができる。このとき走行用モータ2では、車両を走行させることができるトルクが発生しないので、走行用モータ2は回転しない。
このように、上記第1発電効率制御と同様、燃料電池1を短絡させ、空気供給量を減少させることにより、外部出力電圧をゼロボルト付近にすることができ、燃料電池1の発電効率をゼロ付近に低下させることができる。さらに冷却水流量を減少させることで、燃料電池1を昇温させやすくすることができる。また、燃料電池1で逆電位が発生することを防止できる。
次に、空気供給を停止し(S309)、燃料電池1の電圧が所定電圧以下であることを確認し(S310)、水素供給を停止する(S311)。その後、第1スイッチ9a、9bを閉状態にする(S312)。このように、燃料電池1の水素と空気の供給停止後、燃料電池1の電圧が所定電圧以下であることを確認してから、スイッチ9a、9bの切り替えを行うことで、スイッチ切り替えを安全に行うことができる。
以上の第2発電効率制御終了後、図4に戻り、燃料電池1内部の残留水分を除去する水分パージを行い(S106)、システムを終了させる。水分パージは、例えば燃料電池1のガス供給経路20a、30aに乾燥したガスを供給することで行うことができる。このように、燃料電池1の温度が高くなった状態で水分パージを行うことで、水分パージに要する時間を短くすることができる。
以上の構成により、低温起動時には、燃料電池1の発電効率を定常運転時より低下させる発電効率制御を行うことで燃料電池1を効率的に昇温させることができる。これにより、燃料電池1が起動できなくなることを防止でき、燃料電池起動後においても電気化学反応による生成水が凍結してしまうことを防止できる。さらに、燃料電池システムを停止する際にも、燃料電池1の温度が低い場合には、燃料電池1の発電効率を定常運転時より低下させる発電効率制御を行うことで、燃料電池1を昇温させることができ、効率的に燃料電池1内部の残留水を除去することができる。これにより、燃料電池システム停止時に燃料電池1内部の水が凍結し、燃料電池1が起動できなくなることを防止できる。
また、燃料電池1の発電効率を低下させる発電効率制御を行う際、第1インバータ5で走行用モータ2への印加電流の周波数を調整して走行用モータ2を可変抵抗として用いることで、新たな構成を追加することなく発電効率制御を行う際の燃料電池1の出力電流および出力電圧の調整を容易に行うことができる。
また、燃料電池1への空気供給量を、逆電位が発生しない電流を燃料電池1で発電させるのに必要な酸素供給量と、燃料電池1の温度とを予め関連づけたマップを用いて決定することで、燃料電池1で逆電位が発生することを防止でき、電解質が劣化してしまうことを防止できる。
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、第1インバータ5で走行用モータ2に供給される交流電流の周波数を調整することで走行用モータ2を可変抵抗として用いたが、これに限らず、走行用モータ2に代えて補機モータ22、42を可変抵抗として用いてもよい。この場合には、第1スイッチ9a、9bを閉状態とし、第2スイッチ10a、10bを開状態とし、第3スイッチ11a、11bを開状態とし、燃料電池10の出力電流が第2インバータ23および補機モータ22、42のみを流れるようにする。そして、第2インバータ23により補機モータ22、42に供給される交流電流の周波数を調整し、補機モータ22、42における磁界と電流の位相が重なるようにすることで、補機モータ22、42の抵抗値をゼロに近づけることができる。
また、走行用モータ2および補機モータ22、42の双方をを可変抵抗として用いてもよい。この場合には、第1スイッチ9a、9bを閉状態とし、第2スイッチ10a、10bを閉状態とし、第3スイッチ11a、11bを開状態とする。そして、第1インバータ5により走行用モータ2に供給される交流電流の周波数を調整し、第2インバータ23により補機モータ22、42に供給される交流電流の周波数を調整する。
また、補機モータ22、42として空調装置用のコンプレッサを作動させるためのモータを用いてもよい。
また、上記実施形態では、第1スイッチ9a、9b、第2スイッチ10a、10b、第3スイッチ11a、11bをそれぞれ一対のスイッチとして構成したが、それぞれ1つのスイッチとして構成することもできる。
上記実施形態の燃料電池システムの概念図である。 上記実施形態の燃料電池、走行用モータ、2次電池、DC/DCコンバータ等を中心とする回路図である。 燃料電池の発電時における電流Iと電圧Vとの関係を示す特性図である。 上記実施形態の燃料電池システムの発電効率制御を示すフローチャートである。 上記実施形態の燃料電池システムの発電効率制御を示すフローチャートである。 上記実施形態の燃料電池システムの発電効率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、2…走行用モータ、3…2次電池、4…DC/DCコンバータ、5…第1インバータ、6…セルモニタ、7…温度センサ、8…電流センサ、9a、9b…第1スイッチ、10a、10b…第2スイッチ、11a、11b…第3スイッチ、22…補機モータ、23…第2インバータ、50…制御部。

Claims (8)

  1. 酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池(1)と、
    前記燃料電池(1)の温度を検出する温度センサ(7)と、
    前記燃料電池(1)の発電効率を調整して前記燃料電池(1)の自己発熱量を調整する発電効率調整手段(2、5、22、23、50)と、
    前記燃料電池(1)から電力供給される交流モータ(2、22、42)と、
    前記交流モータ(2、22、42)の抵抗値を調整する抵抗値調整手段(5、23)とを備え、
    前記発電効率調整手段(2、5、22、23、50)は、前記温度センサ(7)により検出した前記燃料電池(1)の温度が所定値を下回ったときに、前記抵抗値調整手段(5、23)により前記交流モータ(2、22、42)の抵抗値を変化させ、前記交流モータ(2、22、42)が出力トルクを発生しない値にし、さらに前記温度センサ(7)により検出した前記燃料電池(1)の温度に基づいて、前記燃料電池(1)に供給される酸化剤ガスの供給量を、逆電位を発生させない値に制御することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記抵抗値調整手段(5、23)は、前記交流モータ(2、22、42)に供給される交流電流の位相を変化させることで、前記交流モータ(2、22、42)の抵抗値を変化させ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。
  3. 車両を走行させるための走行用モータ(2)と、前記燃料電池(1)を運転するために用いられる補機モータ(22、42)とを備え、前記交流モータは走行用モータ(2)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。
  4. 車両を走行させるための走行用モータ(2)と、前記燃料電池(1)を運転するために用いられる補機モータ(22、42)とを備え、前記交流モータは前記補機モータ(22、42)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。
  5. 車両を走行させるための走行用モータ(2)と、前記燃料電池(1)を運転するために用いられる補機モータ(22、42)とを備え、前記交流モータは前記走行用モータ(2)および前記補機モータ(22、42)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。
  6. 前記燃料電池(1)と並列接続され、前記燃料電池(1)にて発電した電気エネルギを蓄えるとともに、蓄えた電気エネルギを少なくとも前記補機モータ(22、42)に供給することができる2次電池(3)と、
    前記燃料電池(1)および走行モータ(2)と、前記2次電池(3)および前記補機モータ(22、42)とを電気的に開閉可能な開閉手段(9a、9b)とを備えていることを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
  7. 前記開閉手段(9a、9b)により前記燃料電池(1)および走行モータ(2)と、前記2次電池(3)および前記補機モータ(22、42)とが電気的に分離された場合には、前記補機モータ(22、42)は、前記2次電池(3)からの電力供給により作動することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。
  8. 前記発電効率調整手段は、前記燃料電池(1)に供給される酸化剤ガスの供給量を調整する酸化剤ガス供給制御手段(22、23、50)を含んでおり、前記酸化剤ガス供給量調整手段(22、23、50)により前記燃料電池(1)に供給される酸化剤ガスの供給量を定常運転時より減少させることで、前記燃料電池(1)の発電効率を低下させることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
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