JP5217171B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を測定する電流計と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池の出力電流値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力電流値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の出力電流値が所定電流値を超えている状況においては、前記燃料電池の出力電流値が所定電流値以下の状況に比して、前記排気流量の増加または減少の割合を小さくすることを特徴とする。
前記制御手段は、前記燃料電池の出力電流値が前記所定電流値を超えている状況においては、前記排気流量の増加量または減少量を実質的に零とすることを特徴とする。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を測定する電流計と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池の出力電流値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力電流値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力電流値の増加時に、前記制御手段による前記排気流量の増加に加えて該排気流量を所定時間だけ更に増加する増加過渡時制御手段を備えることを特徴とする。
前記増加過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の増加時に、前記排気流量の更なる増加に伴う前記所定時間内での排気量の予想増加量が、該出力電流値の変化率が大きいほど多くなり、該出力電流値の変化率が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする。
前記増加過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の増加時に、前記排気流量の更なる増加に伴う前記所定時間内での排気量の予想増加量が、前記増加の前の出力電流値が小さいほど多くなり、前記増加の前の出力電流値が大きいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする。
前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を推定する不純物量推定手段と、
前記アノード側ガス流路内における不純物質の許容量を算出する許容量算出手段と、を備え、
前記増加過渡時制御手段は、前記出力電流値の増加時、該出力電流値の増加前における前記アノード側ガス流路内の不純物質量が該出力電流値の増加後における前記不純物質許容量よりも多い場合に、前記排気流量の更なる増加に伴う前記所定時間内での排気量の予想増加量が、該不純物質量と該不純物質許容量の差が大きいほど多くなり、該差が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする。
前記不純物量推定手段は、前記電解質膜のクロスリーク量に関連する物理量と、所定基準時刻からの経過時間とに基づいて、前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を求めることを特徴とする。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を測定する電流計と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池の出力電流値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力電流値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力電流値の減少時に、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて、所定時間だけ、該排気流量の更なる減少または該排気の停止を行う減少過渡時制御手段を備えることを特徴とする。
前記減少過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の減少時に、前記排気流量の更なる減少または停止に伴う前記所定時間内での排気量の予想減少量が、該出力電流値の変化率が大きいほど多くなり、該出力電流値の変化率が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする。
前記減少過渡時制御手段は、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて該排気を所定時間だけ停止する場合に、前記排気の停止時間を、前記出力電流値の変化率が大きいほど長くし、該出力電流値の変化率が小さいほど短くすることを特徴とする。
前記減少過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の減少時に、前記排気流量の更なる減少または停止に伴う前記所定時間内での排気量の予想減少量が、前記減少の前の出力電流値が小さいほど多くなり、該減少の前の出力電流値が大きいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする。
前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を推定する不純物量推定手段と、
前記出力電流値に基づいて、前記アノード側ガス流路内における不純物質の許容量を算出する許容量算出手段と、を備え、
前記減少過渡時制御手段は、前記出力電流値の減少時、該出力電流値の減少前における前記アノード側ガス流路内の不純物質量が該出力電流値の減少後における前記不純物質許容量よりも小さい場合に、前記排気流量の更なる減少または停止に伴う前記所定時間内での排気量の予想減少量が、該不純物質量と該不純物質許容量の差が大きいほど多くなり、該差が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする。
前記不純物量推定手段は、前記電解質膜のクロスリーク量に関連する物理量と、所定基準時刻からの経過時間とに基づいて、前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を求めることを特徴とする。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を計測する電流計と、
前記排気機構の動作を制御する制御手段であって、前記燃料電池が所定の高出力域で運転されているときには前記排気モードを選択し、前記燃料電池が前記所定高出力域よりも低出力域で運転されているときには前記閉塞モードを選択する制御手段と、
前記排気モードにおいて、前記出力電流値の増加時に、前記排気機構の排気流量を所定時間だけ増加する増加過渡時制御手段と、
を備えることを特徴とする。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を計測する電流計と、
前記排気機構の動作を制御する制御手段であって、前記燃料電池が所定の高出力域で運転されているときには前記排気モードを選択し、前記燃料電池が前記所定高出力域よりも低出力域で運転されているときには前記閉塞モードを選択する制御手段と、
前記排気モードにおいて、前記出力電流値の減少時に、所定時間だけ、前記排気機構の排気流量の減少または排気の停止を行う減少過渡時制御手段と、
を備えることを特徴とする。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池に対する出力の要求値を取得する要求値取得手段と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池への出力要求値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力要求値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池への出力要求値が所定値を超えている状況においては、前記排気流量の増加量または減少量を実質的に零とすることを特徴とする燃料電池システム。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池に対する出力の要求値を取得する要求値取得手段と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池への出力要求値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力要求値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力要求値の増加時に、前記制御手段による前記排気流量の増加に加えて該排気流量を所定時間だけ更に増加する増加過渡時制御手段を備えることを特徴とする。
内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池に対する出力の要求値を取得する要求値取得手段と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池への出力要求値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力要求値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力要求値の減少時に、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて、所定時間だけ、該排気流量の更なる減少または該排気の停止を行う減少過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。
アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記アノード側ガス流路内の燃料ガスの流速に関連する物理量を計測する計測手段と、
前記排気モードにおいて、前記計測手段の計測値を参照して、前記燃料ガスの流速が大きいほど前記排気機構の排気流量が多くなり、該燃料ガスの流速が小さいほど前記排気機構の排気流量が少なくなるように、該排気機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記燃料ガスの流速の増加時に、前記制御手段による前記排気流量の増加に加えて該排気流量を所定時間だけ更に増加する増加過渡時制御手段を備えることを特徴とする
アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記アノード側ガス流路内の燃料ガスの流速に関連する物理量を計測する計測手段と、
前記排気モードにおいて、前記計測手段の計測値を参照して、前記燃料ガスの流速が大きいほど前記排気機構の排気流量が多くなり、該燃料ガスの流速が小さいほど前記排気機構の排気流量が少なくなるように、該排気機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記燃料ガスの流速の減少時に、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて、所定時間だけ、該排気流量の更なる減少または該排気の停止を行う減少過渡時制御手段を備えることを特徴とする。
さらに、アノード側ガス流路内における不純物質の濃度勾配の変化が殆ど認められなくなる状況か否かを燃料電池の出力電流値によって判定し、当該変化が殆ど認められなくなる所定電流値より低い状態で燃料電池が運転されているときには、排気流量の増加および減少の制御量を少なくすることができる。これにより、アノード側ガス流路内の不純物質の蓄積に起因する燃料電池性能の低下の防止と、系外への燃料ガスの排気流量の抑制とを高次元で両立することができる。
また、第3の発明によれば、アノード側ガス流路の不純物質の分布状態の変化時に、その変化の前後の過渡的な状況に合わせて排気流量を増加することができる。これにより、アノード側ガス流路内の不純物質の蓄積に起因する燃料電池性能の低下の防止をより効果的に行うことができる。
また、第8の発明によれば、アノード側ガス流路の不純物質の分布状態の変化時に、その変化の前後の過渡的な状況に合わせて排気流量を抑制することができる。これにより、系外へ燃料ガスが排気されることを、より効果的に抑制することができる。
また、第16の発明によれば、所定の出力要求値よりも低い出力要求値が燃料電池へと送られている場合には、排気流量を実質的に一定にすることができる。よって、燃料電池性能の低下の防止と、系外への燃料ガスの排気流量の抑制とを高次元で両立することができる。
また、第17の発明によれば、アノード側ガス流路の不純物質の分布状態の変化時に、その変化の前後の過渡的な状況に合わせて排気流量を増加することができる。よって、アノード側ガス流路内の不純物質の蓄積に起因する燃料電池性能の低下の防止をより効果的に行うことができる。
また、第18の発明によれば、アノード側ガス流路の不純物質の分布状態の変化時に、その変化の前後の過渡的な状況に合わせて排気流量を抑制することができる。よって、系外へ燃料ガスが排気されることを、より効果的に抑制することができる。
また、第19の発明によれば、アノード側ガス流路の不純物質の分布状態の変化時に、その変化の前後の過渡的な状況に合わせて排気流量を増加することができる。これにより、アノード側ガス流路内の不純物質の蓄積に起因する燃料電池性能の低下の防止をより効果的に行うことができる。
また、第20の発明によれば、アノード側ガス流路の不純物質の分布状態の変化時に、その変化の前後の過渡的な状況に合わせて排気流量を抑制することができる。これにより、系外へ燃料ガスが排気されることを、より効果的に抑制することができる。
[実施の形態1の構成]
以下、図1を参照して、本発明の実施の形態1の構成について説明する。
以下、図2乃至10を参照して、実施の形態1の燃料電池システムの動作について説明する。以下の説明では、先ず、上述した単位燃料電池内部における不純物質の挙動について述べ、続いて、本実施形態における、当該不純物質の挙動に対応する排気流量制御手法を説明する。
図2は、燃料電池2を構成する単位燃料電池の内部構造と、そこで起きている現象を模式的に示す図である。図2では、本発明の特徴に特に係る部分を示し、集電体やマニホールド等、本発明の特徴以外の部分については図示を省略している。以下、図1とあわせて図2も参照して説明する。
そこで本実施形態では、上述の背反する要求に応えるために、上述した窒素の分布状態(より具体的には、アノード側ガス流路42の下流端部における窒素濃度)に応じて、適切な排気制御を行うこととする。先ず、本実施形態の排気制御の思想について、以下説明する。
先ず、本実施形態における定常時制御について説明する。上述したように、アノード側ガス流路42内(より具体的には、出口付近)の窒素の蓄積量が過剰となると、燃料電池の特性の低下が生じうる。しかしながら、逆に、アノード側ガス流路42に満遍なくある程度の水素濃度が確保され、燃料電池の特性低下に実質的に影響が生じないのであれば、燃料電池内にある程度の窒素が存在することを許容できるとも言うことができる。
次に、本実施形態における、過渡時の排出量制御について説明する。図8は、定常運転時における、アノード側ガス流路42下流側端部の窒素濃度分布である。図8は、所定の低出力電流値と、所定の高出力電流値とについて、それぞれ、窒素濃度分布を計算により求めたものである。定常運転時とは、より具体的には、出力電流値が所定値に保たれて、水素濃度分布が定常状態となった状態を意味している。なお、図8の窒素濃度の100%に対する差が、ほぼ水素濃度に対応している。
図10は、上記の定常時制御と過渡時制御とを共に用いた場合の、燃料電池2の出力変化と、排気弁14の排気流量変化との関係を説明するための図である。図10には、出力変化、定常時制御のみを適用した場合の排気流量変化、過渡時制御と定常時制御を共に用いた場合(以下、「過渡考慮の場合」とも呼称する)の排気流量変化の、3つのグラフが示されている。
以下、図11乃至12を用いて、実施の形態1の燃料電池システムが行う具体的処理を説明する。図11は、実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートであり、実施の形態1の燃料電池システムの運転中に実行されるフローチャートである。
Q1=Q10+Δt×QN ・・・(1)
なお、Q10は、前回のルーチン後におけるアノード側ガス流路42内の残存窒素量である。これにより、現在の時刻におけるアノード側ガス流路42内の窒素量Q1が推定される。
Qs=Q1−QL(i) ・・・(2)
Q1=Q1−Qst×Δt ・・・(3)
Q1=Q1−QS×Δt/TS ・・・(4)
(第1変形例「定常時制御のみ」)
実施の形態1では、定常時制御と過渡時制御とを併用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、定常時制御のみを独立して用いてもよい。
実施の形態1では、定常時制御が、第1定常時制御と第2定常時制御とを含んでいる。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第2定常時制御を行わずに、第1定常時制御のみを行っても良い。また、実施の形態1の定常時制御では、第2定常時制御において、排気流量の変化量を実質的に零とし、排気流量を一定とした。しかしながら、本発明はこれに限られない。第2定常時制御において、第1定常時制御に比して、電流密度に対する排気流量の変化の割合を相対的に小さくすることとしてもよい。
実施の形態1の構成の説明で述べたように、本発明は、ガス流路として多孔質体層を有する燃料電池に限らず、他の種々のガス流路を有する燃料電池に対して用いることができる。なお、本発明の効果は、特に、ガス流路の長さ(単位燃料電池におけるガス流路の入口から出口までの長さ)が短い燃料電池について用いるとより効果的である。これは、図3を用いて述べた水素濃度分布の挙動からも明らかである。
実施の形態1の過渡時制御では、増加過渡時制御において所定時間TSの排気流量増加を行い、減少過渡時制御において所定時間(定数)の排気停止を行っている。これらの過渡時制御による排気流量の制御時間は、例えば、以下述べるような手法を用いて、変数としてもよい。
[実施の形態1との比較]
実施の形態1の定常時制御では、所定出力電流値以下の出力で燃料電池2が運転されている場合には、水素流速に応じた排気流量変化(第1定常時制御)を行っている。そして、所定出力電流値よりも高い出力で燃料電池2が運転される場合には、第1定常時制御と第2定常時制御とを切り替えている。
(定常時制御)
実施の形態1で述べたように、水素の流速が窒素の拡散速度よりも大きければ、膜電極接合体40を透過してきた窒素はアノード側ガス流路42の上流に拡散することなく下流へ流されていくことになる(図3の実線)。一方、水素の流速が窒素の拡散速度よりも小さければ、アノード側ガス流路42の上流まで窒素が拡散していき、図3中に破線で示すような水素濃度分布ができることになる。
実施の形態2では、上記の定常時制御を行うと共に、実施の形態1の過渡時制御を併用することとする。その結果、実施の形態1における第2定常時制御の場合の効果を、実施の形態2においても得ることができる。
実施の形態1では、電流計22の測定値に基づいて、排気流量制御を行った。しかしながら、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池2に対する出力要求値に基づいて、排気流量制御を行うことができる。具体的には、本発明の燃料電池システムが車両に搭載されている場合には、ドライバからの出力要求値に基づいて、実施の形態1の定常時制御及び過渡時制御を行うことができる。なお、ドライバからの出力要求値は、例えば、アクセルペダル等に基づいて取得することができる。
4 高圧水素タンク
6 水素供給管
8 水素調圧弁
10 水素入口弁
12 排気管
14 排気弁
20 ECU(Electronic Control Unit)
22 電流計
24 温度センサ
26 圧力センサ
30 空気供給管
32 空気ポンプ
34 排気管
40 膜電極接合体
42 アノード側ガス流路
44 カソード側ガス流路
50 アクセルペダル
Claims (20)
- 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を測定する電流計と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池の出力電流値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力電流値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の出力電流値が所定電流値を超えている状況においては、前記燃料電池の出力電流値が所定電流値以下の状況に比して、前記排気流量の増加または減少の割合を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記燃料電池の出力電流値が前記所定電流値を超えている状況においては、前記排気流量の増加量または減少量を実質的に零と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。
- 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を測定する電流計と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池の出力電流値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力電流値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力電流値の増加時に、前記制御手段による前記排気流量の増加に加えて該排気流量を所定時間だけ更に増加する増加過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記増加過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の増加時に、前記排気流量の更なる増加に伴う前記所定時間内での排気量の予想増加量が、該出力電流値の変化率が大きいほど多くなり、該出力電流値の変化率が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。
- 前記増加過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の増加時に、前記排気流量の更なる増加に伴う前記所定時間内での排気量の予想増加量が、前記増加の前の出力電流値が小さいほど多くなり、前記増加の前の出力電流値が大きいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする請求項3または4に記載の燃料電池システム。
- 前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を推定する不純物量推定手段と、
前記アノード側ガス流路内における不純物質の許容量を算出する許容量算出手段と、を備え、
前記増加過渡時制御手段は、前記出力電流値の増加時、該出力電流値の増加前における前記アノード側ガス流路内の不純物質量が該出力電流値の増加後における前記不純物質許容量よりも多い場合に、前記排気流量の更なる増加に伴う前記所定時間内での排気量の予想増加量が、該不純物質量と該不純物質許容量の差が大きいほど多くなり、該差が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項記載の燃料電池システム。 - 前記不純物量推定手段は、前記電解質膜のクロスリーク量に関連する物理量と、所定基準時刻からの経過時間とに基づいて、前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を求め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。
- 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を測定する電流計と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池の出力電流値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力電流値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力電流値の減少時に、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて、所定時間だけ、該排気流量の更なる減少または該排気の停止を行う減少過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記減少過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の減少時に、前記排気流量の更なる減少または停止に伴う前記所定時間内での排気量の予想減少量が、該出力電流値の変化率が大きいほど多くなり、該出力電流値の変化率が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御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。
- 前記減少過渡時制御手段は、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて該排気を所定時間だけ停止する場合に、前記排気の停止時間を、前記出力電流値の変化率が大きいほど長くし、該出力電流値の変化率が小さいほど短くすることを特徴とする請求項8または9に記載の燃料電池システム。
- 前記減少過渡時制御手段は、前記燃料電池の出力電流値の減少時に、前記排気流量の更なる減少または停止に伴う前記所定時間内での排気量の予想減少量が、前記減少の前の出力電流値が小さいほど多くなり、該減少の前の出力電流値が大きいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項記載の燃料電池システム。
- 前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を推定する不純物量推定手段と、
前記出力電流値に基づいて、前記アノード側ガス流路内における不純物質の許容量を算出する許容量算出手段と、を備え、
前記減少過渡時制御手段は、前記出力電流値の減少時、該出力電流値の減少前における前記アノード側ガス流路内の不純物質量が該出力電流値の減少後における前記不純物質許容量よりも小さい場合に、前記排気流量の更なる減少または停止に伴う前記所定時間内での排気量の予想減少量が、該不純物質量と該不純物質許容量の差が大きいほど多くなり、該差が小さいほど少なくなるように、前記排気機構を制御することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項記載の燃料電池システム。 - 前記不純物量推定手段は、前記電解質膜のクロスリーク量に関連する物理量と、所定基準時刻からの経過時間とに基づいて、前記アノード側ガス流路内の不純物質の量を求めることを特徴とする請求項12に記載の燃料電池システム。
- 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を計測する電流計と、
前記排気機構の動作を制御する制御手段であって、前記燃料電池が所定の高出力域で運転されているときには前記排気モードを選択し、前記燃料電池が前記所定高出力域よりも低出力域で運転されているときには前記閉塞モードを選択する制御手段と、
前記排気モードにおいて、前記出力電流値の増加時に、前記排気機構の排気流量を所定時間だけ増加する増加過渡時制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池の出力電流値を計測する電流計と、
前記排気機構の動作を制御する制御手段であって、前記燃料電池が所定の高出力域で運転されているときには前記排気モードを選択し、前記燃料電池が前記所定高出力域よりも低出力域で運転されているときには前記閉塞モードを選択する制御手段と、
前記排気モードにおいて、前記出力電流値の減少時に、所定時間だけ、前記排気機構の排気流量の減少または排気の停止を行う減少過渡時制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池に対する出力の要求値を取得する要求値取得手段と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池への出力要求値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力要求値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池への出力要求値が所定値を超えている状況においては、前記排気流量の増加量または減少量を実質的に零とすることを特徴とする燃料電池システム。 - 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池に対する出力の要求値を取得する要求値取得手段と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池への出力要求値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力要求値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力要求値の増加時に、前記制御手段による前記排気流量の増加に加えて該排気流量を所定時間だけ更に増加する増加過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 内部に電解質膜を有し、アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記燃料電池に対する出力の要求値を取得する要求値取得手段と、
前記排気モードにおいて、前記燃料電池への出力要求値が大きいほど前記排気機構の排気流量を多くし、該出力要求値が小さいほど前記排気機構の排気流量を少なくする制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の出力要求値の減少時に、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて、所定時間だけ、該排気流量の更なる減少または該排気の停止を行う減少過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記アノード側ガス流路内の燃料ガスの流速に関連する物理量を計測する計測手段と、
前記排気モードにおいて、前記計測手段の計測値を参照して、前記燃料ガスの流速が大きいほど前記排気機構の排気流量が多くなり、該燃料ガスの流速が小さいほど前記排気機構の排気流量が少なくなるように、該排気機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記燃料ガスの流速の増加時に、前記制御手段による前記排気流量の増加に加えて該排気流量を所定時間だけ更に増加する増加過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - アノードに燃料ガスの供給を受けカソードに空気の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記アノード側のガス流路の下流側端部に接続された排気機構であって、前記アノード側ガス流路内での燃料ガスの消費量に比較して微小量のガスを系外へ排気する排気モードと、前記アノード側ガス流路と系外との連通を遮断する閉塞モードとを択一的に選択可能な排気機構と、
前記アノード側ガス流路内の燃料ガスの流速に関連する物理量を計測する計測手段と、
前記排気モードにおいて、前記計測手段の計測値を参照して、前記燃料ガスの流速が大きいほど前記排気機構の排気流量が多くなり、該燃料ガスの流速が小さいほど前記排気機構の排気流量が少なくなるように、該排気機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記燃料ガスの流速の減少時に、前記制御手段による前記排気流量の減少に加えて、所定時間だけ、該排気流量の更なる減少または該排気の停止を行う減少過渡時制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。
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