JP5103877B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
カソード排ガス中の酸素濃度とカソード排ガスの全圧とから、カソード排ガス中の酸素分圧を取得する排ガス酸素分圧取得手段と、カソード排ガスにおける窒素分圧を取得する排ガス窒素分圧取得手段と、カソード排ガスの全圧から酸素分圧と窒素分圧とを減算して、カソード排ガス中の水蒸気分圧を取得する排ガス水蒸気分圧取得手段と、水蒸気分圧と流量検出手段(24)により検出された空気流量とからカソード排ガスに含まれる水分量を排水量として取得する排水量取得手段と、燃料電池(10)の出力電流に基づいて電気化学反応で生成する生成水量を取得し、生成水量から排水量を減算して燃料電池(10)内部における残留水量を取得する残留水量取得手段と、残留水量取得手段により取得された残留水量に基づいて燃料電池(10)内部における水分状態を診断する水分状態診断手段とを備えることである。
本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図1は本実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、この燃料電池システムは例えば電気自動車に適用される。
(空気極:カソード)2H++1/2O2+2e-→H2O
燃料電池システムには、燃料電池10の出力電流を検出する電流検出手段としての電流センサ12が設けられている。電流センサ12で検出した電流信号は、後述する制御部40に入力されるようになっている。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態では、酸素センサ25を用いることなく、燃料電池10の出力電流に基づいてカソード排ガスの酸素濃度を取得している。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態では、カソード供給ガスの加湿量を考慮して燃料電池10の残留水量を算出している。
Claims (3)
- 酸素と水素を電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池(10)と、
前記燃料電池(10)の出力電流を検出する電流検出手段(12)と、
前記燃料電池(10)のカソード側に供給される空気であるカソード供給ガスの流量を検出する流量検出手段(24)と、
前記燃料電池(10)のカソード側から排出されるカソード排ガス中の酸素濃度を検出する排ガス酸素濃度検出手段(25)と、
前記カソード排ガスの全圧を検出する排ガス圧力検出手段(26)とを備える燃料電池システムであって、
前記排ガス酸素濃度検出手段(25)により検出した前記カソード排ガス中の酸素濃度と前記排ガス圧力検出手段(26)により検出した前記カソード排ガスの全圧とから、前記カソード排ガス中の酸素分圧を取得する排ガス酸素分圧取得手段と、
前記カソード排ガスにおける窒素分圧を取得する排ガス窒素分圧取得手段と、
前記カソード排ガスの全圧から前記酸素分圧と前記窒素分圧とを減算して、前記カソード排ガス中の水蒸気分圧を取得する排ガス水蒸気分圧取得手段と、
前記水蒸気分圧と前記流量検出手段(24)により検出された空気流量とから前記カソード排ガスに含まれる水分量を排水量として取得する排水量取得手段と、
前記燃料電池(10)の出力電流に基づいて前記電気化学反応で生成する生成水量を取得し、前記生成水量から前記排水量を減算して前記燃料電池(10)内部における残留水量を取得する残留水量取得手段と、
前記残留水量取得手段により取得された前記残留水量に基づいて前記燃料電池(10)内部における水分状態を診断する水分状態診断手段と、
前記燃料電池(10)の運転を停止させる際に、前記燃料電池(10)の空気極に乾燥空気を供給するパージ処理を行うパージ手段とを備え、
前記パージ手段は、前記排ガス酸素濃度検出手段により検出したカソード排ガス中の酸素濃度が所定値を下回っている場合に、前記パージ処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。 - 酸素と水素を電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池(10)と、
前記燃料電池(10)の出力電流を検出する電流検出手段(12)と、
前記燃料電池(10)のカソード側に供給される空気の流量を検出する流量検出手段(24)と、
前記カソード排ガスの全圧を検出する圧力検出手段(26)とを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池(10)の出力電流に基づいて前記電気化学反応による消費酸素量を取得し、空気中の酸素量から前記消費酸素量を減算して前記カソード排ガス中の酸素濃度を取得する排ガス酸素濃度取得手段と、
前記排ガス酸素濃度取得手段により取得した前記カソード排ガス中の酸素濃度と前記圧力検出手段(26)により検出した前記カソード排ガスの全圧とから、前記カソード排ガス中の酸素分圧を取得する排ガス酸素分圧取得手段と、
前記カソード排ガスにおける窒素分圧を取得する排ガス窒素分圧取得手段と、
前記カソード排ガスの全圧から前記酸素分圧と前記窒素分圧を減算して水蒸気分圧を取得する排ガス水蒸気分圧取得手段と、
前記水蒸気分圧と前記流量検出手段(24)により検出された空気流量とから前記カソード排ガスに水蒸気として含まれる排水量を取得する排水量取得手段と、
前記燃料電池(10)の出力電流に基づいて前記電気化学反応で生成する生成水量を取得し、前記生成水量から前記排水量を減算して前記燃料電池(10)内部における残留水量を取得する残留水量取得手段と、
前記残留水量取得手段により取得された前記残留水量に基づいて前記燃料電池(10)内部における水分状態を診断する水分状態診断手段と、
前記燃料電池(10)の運転を停止させる際に、前記燃料電池(10)の空気極に乾燥空気を供給するパージ処理を行うパージ手段とを備え、
前記パージ手段は、前記排ガス酸素濃度取得手段により取得したカソード排ガス中の酸素濃度が所定値を下回っている場合に、前記パージ処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記カソード供給ガスを加湿する加湿手段(22)と、
前記加湿手段(22)で加湿された前記カソード供給ガスの酸素濃度を検出する供給ガス酸素濃度検出手段(27)と、
前記加湿手段(22)で加湿された前記カソード供給ガスの全圧を検出する供給ガス圧力検出手段(28)と、
前記供給ガス酸素濃度検出手段(27)により検出した前記カソード供給ガス中の酸素濃度と前記供給ガス圧力検出手段(28)により検出した前記カソード供給ガスの全圧とから、前記カソード供給ガス中の酸素分圧を取得する供給ガス酸素分圧取得手段と、
前記カソード供給ガスにおける窒素分圧を取得する供給ガス窒素分圧取得手段と、
前記カソード供給ガスの全圧から前記酸素分圧と前記窒素分圧とを減算して、前記カソード供給ガス中の水蒸気分圧を取得する供給ガス水蒸気分圧取得手段と、
前記カソード供給ガス中の水蒸気分圧と前記流量検出手段(24)により検出された空気流量とから前記カソード供給ガスに含まれる水分量を加湿量として取得する加湿量取得手段とを備え、
前記残留水量取得手段は、前記生成水量に前記加湿量を加算した値から前記排水量を減算して前記燃料電池(10)内部における残留水量を取得す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。
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