JP5358947B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5358947B2 JP5358947B2 JP2007340647A JP2007340647A JP5358947B2 JP 5358947 B2 JP5358947 B2 JP 5358947B2 JP 2007340647 A JP2007340647 A JP 2007340647A JP 2007340647 A JP2007340647 A JP 2007340647A JP 5358947 B2 JP5358947 B2 JP 5358947B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- gas
- voltage
- target
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 299
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 327
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 183
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 122
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 20
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 19
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 19
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 52
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 52
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 52
- 230000008569 process Effects 0.000 description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 12
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
Q[NL/min]=(22.4[NL/mol] × 60[sec] × I )/ (F × N × ρ)
ここで、Iは、燃料電池スタック1から取り出す電流[A]であり、ガス用目標電流TGIが対応する。Nは、反応ガス(空気(酸素)または水素)の分子1個を発電反応で消費するときの分子数[個]である。また、Fは、ファラデー定数[C/mol]であり、ρは、供給される反応ガスの濃度である。
図16は、第2の実施形態にかかるガス供給量制御部43の構成を示すブロック図である。第2の実施形態にかかる燃料電池システムが第1の実施形態と相違する点は、ガス供給量制御部43の構成である。なお、第1の実施形態と共通する構成および制御手順については説明は省略し、以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明を行う。
図19は、第3の実施形態にかかるガス供給量制御部43の構成を示すブロック図である。第3の実施形態にかかる燃料電池システムが第1の実施形態と相違する点は、ガス供給量制御部43の構成である。なお、第1の実施形態と共通する構成および制御手順については説明は省略し、以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明を行う。
図22は、第4の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック構成図である。第4の実施形態にかかる燃料電池システムが、第1の実施形態のそれと相違する点は、出力取出装置2の構成およびその配置位置が変更されている点である。なお、第1の実施形態と共通する構成および制御手順については説明は省略し、以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明を行う。
2 出力取出装置
3 駆動モータ
4 バッテリ
6 電流センサ
7 電圧センサ
8 温度センサ
10 燃料タンク
11 水素調圧バルブ
12 水素循環ポンプ
13 パージバルブ
13 水素調圧バルブ
20 コンプレッサ
21 空気調圧バルブ
30 冷却水循環ポンプ
31 ラジエータ
32 ファン
33 三方弁
40 制御部
40a 第1のコントローラ
40b 第2のコントローラ
41 目標出力演算部
42 ガス用電流演算部
43 ガス供給量制御部
43a 目標ガス量演算部
43b 必要ガス量演算部
43c 補正演算部
43d 供給制御部
43e 補正演算部
43f 供給制御部
43g 必要ガス量演算部
43h 補正演算部
43i 目標ガス量演算部
43j 供給制御部
44 出力制御部
Claims (15)
- 燃料電池システムにおいて、
反応ガスが供給されることにより、当該反応ガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から取り出す出力を調整する出力取出手段と、
前記燃料電池の目標出力を演算する出力演算手段と、
前記目標出力に基づいて、前記出力取出手段を介して前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段と、
前記目標出力に基づいて、前記燃料電池に供給するガス制御用の目標電流をガス用目標電流として演算するガス用電流演算手段と、
前記ガス用目標電流に基づいて、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御するガス供給量制御手段と、
前記燃料電池から取り出される電流を検出する電流検出手段と、
前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出手段とを有し、
前記出力制御手段は、前記電圧検出手段において検出される電圧が、当該燃料電池に設定された下限電圧よりも低下しないように、前記燃料電池の出力を制限しており、
前記ガス供給量制御手段は、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達している場合、前記電流検出手段において検出される電流に対応した反応ガスの供給量となるように、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記ガス供給量制御手段は、
前記ガス用目標電流を前記燃料電池から取り出す際に、当該燃料電池に対して供給すべき反応ガスの量を目標ガス量として演算する目標ガス量演算手段と、
前記電流検出手段において検出される電流が前記燃料電池から取り出される際に、当該燃料電池に供給する必要のある反応ガスの量を必要ガス量として演算する必要ガス量演算手段と、
前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達している場合、前記目標ガス量が前記必要ガス量と対応するように、前記目標ガス量を補正して、当該補正結果を補正ガス量として出力する補正演算手段と、
前記目標ガス量に基づいて、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御する供給制御手段とを有し、
前記供給制御手段は、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達している場合、前記補正演算手段から出力される補正ガス量に基づいて、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記供給制御手段は、前記補正ガス量と前記必要ガス量とを比較して、値が大きい方のガス量に基づいて、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項2に記載された燃料電池システム。
- 前記ガス供給量制御手段は、
前記ガス用目標電流を前記燃料電池から取り出す際に、当該燃料電池に対して供給すべき反応ガスの量を目標ガス量として演算する目標ガス量演算手段と、
前記電流検出手段において検出される電流が前記燃料電池から取り出される際に、当該燃料電池に供給する必要のある反応ガスの量を必要ガス量として演算する必要ガス量演算手段と、
前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達している場合、前記目標ガス量が前記必要ガス量と対応するように、前記ガス用目標電流を補正して、当該補正結果を補正目標電流として出力する補正演算手段と、
前記目標ガス量に基づいて、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御する供給制御手段とを有し、
前記目標ガス量演算手段は、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達している場合、前記補正演算手段から出力される補正目標電流に基づいて、前記目標ガス量を演算することを特徴とする請求項1に記載された燃料電池システム。 - 前記目標ガス量演算手段は、前記補正目標電流と前記電流検出手段において検出される電流とを比較して、値が大きい方の電流に基づいて、前記目標ガス量を演算することを特徴とする請求項4に記載された燃料電池システム。
- 前記補正演算手段は、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達したことを条件として補正を開始して、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧よりも大きく、かつ、補正量が補正判定値以下となるまで補正を継続して行うことを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
- 前記補正判定値は、補正終了にともなう反応ガスの供給量の増加を考慮して、前記燃料電池の乾燥状態が許容範囲に収まるような条件に設定されることを特徴とする請求項6に記載された燃料電池システム。
- 前記補正判定値は、補正終了にともなう反応ガスの供給量の増加を考慮して、音または振動が許容範囲に収まるような条件に設定されることを特徴とする請求項6に記載された燃料電池システム。
- 前記補正判定値は、ゼロであることを特徴とする請求項6に記載された燃料電池システム。
- 前記補正演算手段は、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧に到達したことを条件として補正を開始して、前記電圧検出手段において検出される電圧が前記下限電圧よりも大きく、かつ、前記目標出力が増加するまで補正を継続して行うことを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
- 前記反応ガスの供給量は、前記反応ガスの流量と、前記反応ガスの圧力とを含み、前記反応ガスの流量にのみ補正結果が反映されることを特徴とする請求項2から10のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
- 前記反応ガスの流量は、前記燃料電池の燃料極に供給される燃料ガスの流量と、前記燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤極ガスの流量とを含み、少なくとも前記酸化剤ガスの流量にのみ補正結果が反映されることを特徴とする請求項11に記載された燃料電池システム。
- 前記出力制御手段は、前記目標出力に基づいて、前記下限電圧以上の範囲で目標電圧を演算することにより、当該目標電圧に基づいて、前記出力取出手段を介して前記燃料電池の電圧を制御しており、
前記電圧検出手段は、前記出力制御手段において演算される目標電圧を読み込むことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 前記電圧検出手段は、前記燃料電池における実際の電圧を検出し、
前記出力制御手段は、前記検出された実際の電圧が下限電圧を下回らないように、前記出力取出手段を介して前記燃料電池の電流を制御することを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載された燃料電池システム。 - 反応ガスが供給されることにより、当該反応ガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池の目標出力を演算する第1のステップと、
前記目標出力に基づいて、前記燃料電池の出力を制御する第2のステップと、
前記目標出力に基づいて、前記燃料電池に供給するガス制御用の目標電流をガス用目標電流として演算する第3のステップと、
前記ガス用目標電流に基づいて、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御する第4のステップと、
前記燃料電池から取り出される電流を検出する第5のステップと、
前記燃料電池の電圧を検出する第6のステップとを有し、
前記第2のステップは、第6のステップにおいて検出される電圧が、前記燃料電池に設定された下限電圧よりも低下しないように、前記燃料電池の出力を制限しており、
前記第4のステップは、第6のステップにおいて検出される電圧が前記下限電圧に到達している場合、前記第5のステップにおいて検出される電流に対応した反応ガスの供給量となるように、前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007340647A JP5358947B2 (ja) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007340647A JP5358947B2 (ja) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013110135A Division JP5585685B2 (ja) | 2013-05-24 | 2013-05-24 | 燃料電池システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009163940A JP2009163940A (ja) | 2009-07-23 |
JP5358947B2 true JP5358947B2 (ja) | 2013-12-04 |
Family
ID=40966354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007340647A Expired - Fee Related JP5358947B2 (ja) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5358947B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013219042A (ja) * | 2013-05-24 | 2013-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110244351A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-06 | Jung-Kurn Park | Operating method of fuel cell system |
JP2012142125A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
CN102623726A (zh) * | 2011-01-31 | 2012-08-01 | 扬光绿能股份有限公司 | 燃料电池系统及其控制方法 |
JP5345662B2 (ja) | 2011-09-21 | 2013-11-20 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
JP7434142B2 (ja) | 2020-12-18 | 2024-02-20 | 株式会社東芝 | 燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システム |
CN116936883B (zh) * | 2023-09-14 | 2023-12-08 | 北京英博新能源有限公司 | 燃料电池电堆水温控制系统、方法、设备及介质 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02168571A (ja) * | 1988-08-17 | 1990-06-28 | Tohoku Electric Power Co Inc | 燃料電池発電装置の制御方法 |
JP2924673B2 (ja) * | 1994-11-29 | 1999-07-26 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電システムの運転制御方法 |
JP4649730B2 (ja) * | 2000-11-22 | 2011-03-16 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
JP2002184443A (ja) * | 2000-12-15 | 2002-06-28 | Denso Corp | 燃料電池システム |
JP4085642B2 (ja) * | 2002-02-05 | 2008-05-14 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池システム |
JP4182708B2 (ja) * | 2002-08-29 | 2008-11-19 | トヨタ自動車株式会社 | 電源装置と電源装置の運転方法 |
JP4682572B2 (ja) * | 2004-09-24 | 2011-05-11 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の発電量制御装置 |
-
2007
- 2007-12-28 JP JP2007340647A patent/JP5358947B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013219042A (ja) * | 2013-05-24 | 2013-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009163940A (ja) | 2009-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8927168B2 (en) | Fuel cell system control during low efficiency operation | |
JP5358947B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP4924792B2 (ja) | 燃料電池システム及び移動体 | |
JP5446023B2 (ja) | 燃料電池システム | |
US10141590B2 (en) | Fuel cell system and method of controlling fuel cell system | |
US9843057B2 (en) | Fuel cell system and control method of fuel cell system | |
JP2007220538A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5140960B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007048519A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5109611B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP5013307B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5585685B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP6090451B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
JP5376390B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5210495B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2004355890A (ja) | 燃料電池の制御装置 | |
KR100792723B1 (ko) | 연료전지 시스템 및 그 구동방법 | |
JP2007059348A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法 | |
JP4561048B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5392592B2 (ja) | 燃料電池システム及び不純物濃度推定方法 | |
JP5470818B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5277596B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007165162A (ja) | 燃料電池システム及び移動体 | |
JP2006309976A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006147453A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130117 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130524 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20130531 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130806 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130819 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5358947 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |