JP5435320B2 - 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
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Description
また、暖機運転に伴って燃料電池内の酸素が不足すると、プロトン(H+)がアノードからカソードにかけて電解質膜内を流れ、カソード側で再び水素ガスが生成される反応が生じる。このとき燃料電池内の温度が0℃以下であると、移動抵抗が高くなり、電圧降下が大きくなってセルの電圧が負電圧になる。この反応は燃料電池こそ破壊しないものの、出力制限運転となるため始動時の応答性、すなわち始動性を悪化させることになる。そのため暖機運転中は、ある程度の負電圧を許容せざるを得ないものの、負電圧が生じている期間中に水素ガスが欠乏した状態が発生した場合には、上記したように燃料電池を破損させるおそれがある。
条件1)前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること;および
条件2)前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
また上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムの制御方法において、燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出するステップと、燃料ガスの供給状態が、次の条件1)〜2)のいずれかに合致するかを判定するステップと、前記条件1)〜2)のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限するステップと、を備える。
条件1)前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること;および
条件2)前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
好適には、燃料電池へ供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、制御部は、圧力検出部により検出された燃料ガスの圧力に基づき上記条件1)を判定する。
図1は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム構成図である。
図1において、燃料電池システム10は、燃料電池20に燃料ガス(水素ガス)を供給するための燃料ガス供給系統4と、燃料電池20に酸化ガス(空気)を供給するための酸化ガス供給系統7と、燃料電池20を冷却するための冷却液供給系統3と燃料電池20からの発電電力を充放電する電力系統9とを備えて構成されている。
H2→2H++2e-・・・(1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O・・・(2)
H2+(1/2)O2→H2O・・・(3)
制御部80は、例えば、CPU(中央処理装置)、RAM、ROM、インターフェイス回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、温度センサ32、36、圧力センサ44、回転数センサ57、73、99からのセンサ信号や電圧センサ97、電流センサ98、イグニッションスイッチ82からの信号を取り込み、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して、水素ポンプ55およびエアコンプレッサ75の回転数を調整し、さらに、各種の弁の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。
燃料ガスの供給状態が暖機運転を継続する所定の条件を満たさない3つの状態を設定するに際して、第1の状態に関しては、圧力センサ44の検出による圧力=低圧水素圧力>しきい値圧力であってこの状態が所定秒数以上継続の場合を正常とし、それ以外の状態を水素調圧値異常とすることができる。第2の状態に関しては、水素ポンプ55の回転数がしきい値回転数以上であって、この状態が所定秒数以上継続するときを正常として、それ以外の状態を水素ポンプ55の回転数異常とすることもできる。第3の状態に関しては、パージ弁60が固着せず、パージの完了前にタイムアウトによる閉弁が所定回数連続して発生している状態を正常とし、それ以外の状態をパージ異常とすることもできる。
Claims (4)
- 燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出する検出部と、
前記燃料ガスの供給状態が、次の条件1)〜2)のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限する制御部と、を備える、
燃料電池システム。
条件1)前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること;および
条件2)前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。 - 前記燃料電池へ供給される燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記制御部は、前記圧力検出部により検出された前記燃料ガスの圧力に基づき前記条件1)を判定する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記駆動部の駆動量を検出する駆動量検出部を備え、
前記制御部は、前記駆動量検出部が検出した駆動量に基づき前記条件2)を判定する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 燃料電池に供給する酸化ガスの供給量を減少させて暖機運転を行う燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池の暖機運転実施の際、燃料ガスの供給状態を検出するステップと、
前記燃料ガスの供給状態が、次の条件1)〜2)のいずれかに合致するかを判定するステップと、
前記条件1)〜2)のいずれかに合致する場合に、前記燃料ガスが欠乏状態であると判定し、暖機運転を禁止するか、または、前記燃料電池の出力を制限するステップと、
を備える、燃料電池システムの制御方法。
条件1)前記燃料ガスの圧力が、当該燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以下であること;および
条件2)前記燃料ガスを供給する駆動部に対する指令駆動量と現実に検出された前記駆動部の駆動量との差分の絶対値が、当該駆動量の不足による前記燃料ガスの欠乏に伴って前記燃料電池に負電圧が生じることを回避可能なしきい値以上であること。
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