JP5030013B2 - 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を示している。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は交流インピーダンスの時間変化を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池スタック20の交流インピーダンスの値を示している。時刻t1は、イグニッションスイッチがオフになるタイミングを示している。時刻t0〜時刻t1では、燃料電池システム10は、発電状態にあり、交流インピーダンス測定部92は、燃料電池スタック20の交流インピーダンスを一定周期間隔で演算し、交流インピーダンスの値を測定メモリ93に格納する。このとき、測定メモリ93に格納される交流インピーダンスの値は、最新の値に逐次更新される。
測定座標(t1,Z1)及び(t2,Z2)を正確に測定できること。 …(1)
Z2>Z1であること。 …(2)
Claims (4)
- 燃料電池と、
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した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した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した時点で測定した交流インピーダンスが前記掃気開始時点で測定した交流インピーダンスより小さい場合に、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、
前記異常処理部は、掃気開始時点で測定した交流インピーダンスの値が正確な値でない場合に、掃気処理を強制終了する、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、
前記異常処理部は、燃料ガス供給系に残留する燃料ガスの圧力が所定値未満のときに、掃気処理を強制終了する、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、
蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄電されている直流電力を交流電力に変換して、交流インピーダンス測定用の交流信号を前記燃料電池に印加する電力変換手段と、
を更に備え、
前記異常処理部は、前記蓄電装置の充電量が所定値未満のときに、掃気処理を強制終了する、燃料電池システム。
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