JP5011733B2 - 燃料電池システム及び燃料電池の加湿状態判定方法 - Google Patents
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Description
図1を参照して、本発明の実施形態に係わる燃料電池システムを説明する。本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池スタック1と、燃料電池スタック1の陽極側に接続された燃料ガス(水素)流路3と、燃料ガス流路3に接続された水素タンク12と、燃料電池スタック1の陰極側に接続された酸化剤ガス(空気)流路4と、酸化剤ガス流路4に接続されたコンプレッサ11および酸化剤ガス流量調整手段5と、燃料電池スタックに接続された電気負荷6と、制御部10とを備える。
セル電圧Vc(n)=VCB(n)−(n’−1)×VA・・・(2)
(ハ)S03において、電圧差算出部15が、S02で求めた平均セル電圧VAと最低セル電圧Vminの差を演算する。S04で、電圧差比較部16が、S03で算出した最低セル電圧Vminから平均セル電圧VAを減算した電圧差と第1の所定値とを比較する。ここで、前記電圧差は、常に負の値となる為前記第1の所定値および以下の各所定値は負の値として設定する。最低セル電圧Vminから平均セル電圧VAを減算した電圧差が第1の所定値以上の場合(S04にてNO)、S05に進み酸化剤ガスの流量を維持して運転を継続する。
第1実施形態では、最低セル電圧Vminから平均セル電圧VAを減算した電圧差が第2の所定値以上となった場合に酸化剤ガスの流量を増加させて、最低セル電圧Vminから平均セル電圧VAを減算した電圧差の変化によって、燃料電池スタック1の加湿状態を判定したが、第2実施形態では、電圧差が第1の所定値より小さくなった場合、酸化剤ガスの流量を減少させ、その後の電圧差の変化から加湿状態を判定するようにしたものである。
図13のフローチャートを用いて、第3実施形態に係わる燃料電池スタックの加湿状態判定方法を説明する。
2 単セル
5 酸化剤ガス流量調整手段(スロットル)
7 セルブロック
8 第1電圧センサ
9 第2電圧センサ
10 制御部
13 平均セル電圧算出部
14 最低セル電圧算出部
15 電圧差算出部
16 電圧差比較部
17 酸化剤ガス流量司令部
18 加湿状態判定部
Claims (13)
- 水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池の加湿状態判定方法であって、
燃料電池スタックを構成する複数の単位セルの平均電圧(平均セル電圧)を演算し、
前記単位セルより出力される電圧の最低値(最低セル電圧)を演算し、
前記最低セル電圧から前記平均セル電圧を減算した電圧差を演算し、
前記電圧差と第1の所定値とを比較し、
前記電圧差と前記第1の所定値との比較結果に基づいて酸化剤ガスの流量を変更し、
前記酸化剤ガスの流量を変更した後、前記電圧差の変化に基づいて、前記燃料電池スタックの加湿状態を判定することを
特徴とする燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記電圧差と第1の所定値との比較結果に基づいて前記酸化剤ガスの流量を変更することは、
前記電圧差と第1の所定値とを比較した結果、
前記電圧差が前記第1の所定値より小さい場合、前記酸化剤ガスの流量を変更し、
前記電圧差が前記第1の所定値以上の場合、前記酸化剤ガスの流量を維持して燃料電池の運転を継続することである
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記酸化剤ガスの流量を変更することは、前記酸化剤ガスの流量を増加することであり、
前記燃料電池スタックの加湿状態を判定することは、
前記酸化剤ガスの流量を増加した後、前記電圧差と前記第1の所定値以下の値である第2の所定値とを比較し、
前記電圧差が前記第2の所定値より大きい場合、
前記燃料電池スタックでは流路に水つまりが生じている(加湿過剰)または前記酸化剤ガスの供給が不足している(酸素不足)と判定し、
前記電圧差が前記第2の所定値以下の場合、
前記燃料電池スタックでは電解質膜が乾燥している(加湿不足)と判定することを
特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記酸化剤ガスの流量を変更することは、前記酸化剤ガスの流量を減少することであり、
前記燃料電池スタックの加湿状態を判定することは、
前記酸化剤ガスの流量を減少した後、前記電圧差と前記第1の所定値以下の値である第3の所定値とを比較し、
前記電圧差が前記第3の所定値より大きい場合、
前記燃料電池では電解質膜が乾燥している(加湿不足)と判定し、
前記電圧差が前記第3の所定値以下で、且つ第3の所定値以下の値である第4の所定値以上となった場合、
前記燃料電池スタックでは流路に水つまりが生じている(加湿過剰)と判定し、
前記電圧差が前記第4の所定値より小さい場合、
前記燃料電池スタックでは酸化剤ガスの供給が不足している(酸素不足)と判定することを
特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記酸化剤ガスの流量を変更する前に、前記燃料電池スタックの温度を測定し、
前記温度が所定温度未満のとき、前記酸化剤ガスの流量を増加し、
前記温度が所定温度以上のとき、前記酸化剤ガスの流量を減少することを
特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記電圧差と第1の所定値との比較結果に基づいて、前記酸化剤ガスの流量を変更することは、
前記電圧差と第1の所定値とを比較した結果、
2回以上、前記電圧差が第1の所定値より小さくなった時に限り、
前記酸化剤ガスの流量を変化させることを
特徴とする請求項1〜5何れか1項記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記酸化剤ガスの流量を変更した後、前記電圧差の変化に基づいて、前記燃料電池スタックの加湿状態を判定することは、
前記酸化剤ガスの流量を変更した後に前記電圧差を2回以上測定し、
前記電圧差の変化に基づいてされる判定結果が、2回以上同じとなった場合に、前記燃料電池スタックの加湿状態を決定することであることを
特徴とする請求項1〜6何れか1項記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記酸化剤ガスの流量を変更する際の変化量は、
燃料電池スタックから取り出す負荷電流が大きいほど、小さくすることを
特徴とする請求項1〜7何れか1項記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記平均セル電圧は、
前記燃料電池スタックの電圧を、前記燃料電池スタックを構成する総セル数で除することにより求められる事を
特徴とする請求項1〜8何れか一項記載の燃料電池の加湿状態判定方法。 - 前記最低セル電圧は、
燃料電池スタックを任意の個数の前記単位セルで分割するセルブロックの電圧(C)と前記平均セル電圧(E)と前記セルブロックを構成するセル数(D)から、下式で演算されるセル電圧(F)の最小値として求められることを
特徴とする請求項1記載の燃料電池の加湿状態判定方法。
F=C−(D−1)× E - 前記セルブロックは、単セルで構成されることを特徴とする請求項10記載の燃料電池の加湿状態判定方法。
- 前記セルブロックは、複数のセルで構成されることを特徴とする請求項10記載の燃料電池の加湿状態判定方法。
- 水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池の加湿状態判定装置であって、
酸化剤ガスの流量を調整する酸化剤ガス流量調整手段と、
制御部とを備え、
前記制御部は、
前記燃料電池スタックを構成する複数の単セルの平均電圧(平均セル電圧)を演算する平均セル電圧算出部と、
前記単セルより出力される電圧の最低値(最低セル電圧)を演算する最低セル電圧算出部と、
前記平均セル電圧と前記最低セル電圧の差を演算する電圧差算出部と、
前記電圧差と第1の所定値とを比較する電圧比較部とを備え、
前記電圧差と前記第1の所定値との比較結果に基づいて酸化剤ガスの流量を変更し、
前記酸化剤ガスの流量を変更した後、前記電圧差の変化に基づいて、前記燃料電池スタックの加湿状態を判定することを
特徴とする燃料電池システム。
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