JP5541188B2 - 燃料電池システム、燃料電池の運転方法 - Google Patents
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Description
電荷担体を伝導させる電解質を有する燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムであって、前記燃料電池に供給される燃料ガスが該燃料電池を通過する際に生じる圧力損失の経時変化について、圧力損失の減少中における下に凸の変曲点を検出する変曲点検出部と、前記変曲点検出部によって前記変曲点が検出された場合、該変曲点の検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥を抑制する乾燥抑制部とを備える燃料電池システム。
適用例1に記載の燃料電池システムであって、前記圧力損失の経時変化について、ピークを検出するピーク検出部を備え、前記乾燥抑制部は、前記ピーク検出部によってピークが検出された場合、該ピークの検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥を抑制し、前記変曲点検出部は、前記乾燥抑制部によってピークの検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥が抑制されている場合に、前記変曲点を検出する燃料電池システム。
適用例2に記載の燃料電池システムであって、前記ピーク検出部によってピークが検出された後に前記変曲点検出部によって前記変曲点が検出されてない場合に、前記ピークの検出時点における前記燃料電池の温度と、現時点における燃料電池の温度との関係が所定条件を満たすか否かを判定するピーク温度条件判定部を備え、前記乾燥抑制部は、前記ピーク温度条件判定部によって前記所定条件が満たされると判定された場合、該判定時点以前よりも弱く前記電解質の乾燥を抑制する燃料電池システム。
適用例1〜3の何れか1つに記載の燃料電池システムであって、前記乾燥抑制部による変曲点の検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥が抑制されている場合に、前記変曲点の検出時点における前記燃料電池の温度と、現時点における燃料電池の温度との関係が所定条件を満たすか否かを判定する変曲点温度条件判定部を備え、前記乾燥抑制部は、前記変曲点温度条件判定部によって前記所定条件が満たされると判定されたとき、該判定時点以前よりも弱く前記電解質の乾燥を抑制する燃料電池システム。
適用例1〜4の何れか1つに記載の燃料電池システムであって、前記乾燥抑制部は、前記変曲点検出部によって変曲点が検出された場合、前記電解質の少なくとも一部において電荷担体の伝導量が減少する状態から、更に乾燥が進むことで前記電解質の少なくとも一部において電荷担体が伝導しなくなる状態に移行したと推定し、該推定に従って前記電解質の乾燥をより強く抑制する燃料電池システム。
[適用例6]
電荷担体を伝導させる電解質を有する燃料電池を用いて発電を行う燃料電池の運転方法であって、前記燃料電池に供給される燃料ガスがその燃料電池を通過する際に生じる圧力損失について、減少中における下に凸の変曲点を検出した場合、該変曲点検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥を抑制する燃料電池の運転方法。
電荷担体を伝導させるために燃料電池に用いられる電解質の乾燥度合い推定方法であって、前記電解質の乾燥度合いが、前記電解質の少なくとも一部において電荷担体の伝導量が減少する状態に当てはまるのか、該状態から更に乾燥が進むことで前記電解質の少なくとも一部において電荷担体が伝導しなくなる状態に当てはまるのかを、前記燃料電池に供給される燃料ガスがその燃料電池を通過する際に生じる圧力損失の経時変化に基づいて推定する電解質の乾燥度合い推定方法。
図示するように、この燃料電池自動車20は、車体22に燃料電池システム30及び燃料電池自動車20の前輪FW駆動用のモーター170を搭載する。この燃料電池システム30は、前輪FW駆動用のモーター170等の原動機に電力を供給するためのものであり、燃料電池100、水素ガス供給系120、空気供給系140、冷却系160、2次電池172及びDC−DCコンバーター174を備える。
制御装置200による上記種々の制御は、対応する処理(プログラム)を実行することによって実現されるわけだが、既知の処理についての説明は省略し、以下、乾燥抑制処理を説明する。乾燥抑制処理は、燃料電池100の一部を構成する電解質膜の乾燥抑制を目的とし、燃料電池システム30による発電が行われている間、制御装置200が主体となって繰り返し実行する処理である。
ステップS10・ステップS50・ステップS90が乾燥抑制部、ステップS20がピーク検出部、ステップS40がピーク温度条件判定部、ステップS60が変曲点検出部、ステップS80が変曲点温度条件判定部、のソフトウェアにそれぞれ対応する。
本発明は、先述した実施形態になんら限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内における種々の形態により実施できる。例えば、実施形態の構成要素の中で付加的なものは、実施形態から省略できる。ここで言う付加的な構成要素とは、実質的に独立している適用例においては特定されていない事項に対応する要素のことである。この他、例えば、以下のような実施形態が考えられる。
・変曲点やピークの検出方法は、種々考えられる。図3(C)や図4(C)に示されたようには圧力の2階差分値が鋭く立ち上がらない場合も考えられる。このような場合は、例えば、圧力の2階差分値について、所定時間範囲の積分値が閾値以上か否かを判定しても良い。
・上記と同様な理由で、乾燥抑制制御のステップS30とステップS40との間に「セル温度が上昇中?」という判定を挿入しても良い。
22…車体
30…燃料電池システム
100…燃料電池
102…電流センサー
110…水素ガスタンク
120…水素ガス供給系
121…水素供給経路
122…水素ガス循環経路
123…放出経路
124…供給用開閉バルブ
125…減圧バルブ
126…水素供給機器
127…水素ガス循環ポンプ
128…水素ガス流量センサー
129…放出用開閉バルブ
130…コンプレッサー
140…空気供給系
141…空気供給経路
143…排出流量調整バルブ
145…加湿装置
147…空気流量センサー
150…ラジエーター
160…冷却系
161…冷却水循環経路
162…バイパス
163…三方流量調整弁
164…冷却水循環ポンプ
166…温度センサー
170…モーター
172…2次電池
174…DC−DCコンバーター
176…容量検出センサー
180…アクセル
190…圧損センサー
200…制御装置
Claims (6)
- 電荷担体を伝導させる電解質を有する燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムであって、
前記燃料電池に供給される燃料ガスが該燃料電池を通過する際に生じる圧力損失の経時変化について、圧力損失の減少中における下に凸の変曲点を検出する変曲点検出部と、
前記変曲点検出部によって前記変曲点が検出された場合、該変曲点の検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥を抑制する乾燥抑制部とを備える
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、
前記圧力損失の経時変化について、ピークを検出するピーク検出部を備え、
前記乾燥抑制部は、前記ピーク検出部によってピークが検出された場合、該ピークの検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥を抑制し、
前記変曲点検出部は、前記乾燥抑制部によってピークの検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥が抑制されている場合に、前記変曲点を検出する
燃料電池システム。 - 請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記ピーク検出部によってピークが検出された後に前記変曲点検出部によって前記変曲点が検出されてない場合に、前記ピークの検出時点における前記燃料電池の温度と、現時点における燃料電池の温度との関係が所定条件を満たすか否かを判定するピーク温度条件判定部を備え、
前記乾燥抑制部は、前記ピーク温度条件判定部によって前記所定条件が満たされると判定された場合、該判定時点以前よりも弱く前記電解質の乾燥を抑制する
燃料電池システム。 - 請求項1〜3の何れか1つに記載の燃料電池システムであって、
前記乾燥抑制部による変曲点の検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥が抑制されている場合に、前記変曲点の検出時点における前記燃料電池の温度と、現時点における燃料電池の温度との関係が所定条件を満たすか否かを判定する変曲点温度条件判定部を備え、
前記乾燥抑制部は、前記変曲点温度条件判定部によって前記所定条件が満たされると判定された場合、該判定時点以前よりも弱く前記電解質の乾燥を抑制する
燃料電池システム。 - 請求項1〜4の何れか1つに記載の燃料電池システムであって、
前記乾燥抑制部は、前記変曲点検出部によって変曲点が検出された場合、前記電解質の少なくとも一部において電荷担体の伝導量が減少する状態から、更に乾燥が進むことで前記電解質の少なくとも一部において電荷担体が伝導しなくなる状態に移行したと推定し、該推定に従って前記電解質の乾燥をより強く抑制する
燃料電池システム。 - 電荷担体を伝導させる電解質を有する燃料電池を用いて発電を行う燃料電池の運転方法であって、
前記燃料電池に供給される燃料ガスがその燃料電池を通過する際に生じる圧力損失について、減少中における下に凸の変曲点を検出した場合、該変曲点検出時点以前よりも強く前記電解質の乾燥を抑制する
燃料電池の運転方法。
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