JP5613146B2 - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP5613146B2 JP5613146B2 JP2011284167A JP2011284167A JP5613146B2 JP 5613146 B2 JP5613146 B2 JP 5613146B2 JP 2011284167 A JP2011284167 A JP 2011284167A JP 2011284167 A JP2011284167 A JP 2011284167A JP 5613146 B2 JP5613146 B2 JP 5613146B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel gas
- flow rate
- rate adjusting
- fuel
- injector
- 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 description 118
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 150
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 41
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 35
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 94
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 94
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 4
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04537—Electric variables
- H01M8/04544—Voltage
- H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
また、システム起動時は、不安定状態となり易いので、このように少なくとも大流量の第2流量調整手段を制御することにより、安定状態に早期に移行できる。
図1に示す燃料電池システム100は、図示しない燃料電池車(車両、移動体)に搭載されている。燃料電池車は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車等である。ただし、その他の移動体、例えば、船舶、航空機に搭載された構成でもよい。
燃料電池スタック110は、複数(例えば200〜400枚)の固体高分子型の単セル111が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル111は電気的に直列で接続されている。単セル111は、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)と、これを挟む2枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。MEAは、1価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソード(電極)とを備えている。
O2+4H++4e−→2H2O …(2)
セル電圧モニタ115は、燃料電池スタック110を構成する複数の単セル111毎のセル電圧を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。
アノード系は、水素タンク121(燃料ガス供給源)と、常閉型の遮断弁122と、第1インジェクタ1(第1流量調整手段)と、第2インジェクタ2(第2流量調整手段)と、エゼクタ123と、逆止弁124と、パージ弁125と、圧力センサ126と、を備えている。なお、第1インジェクタ1は小流量噴射用であり、第2インジェクタ2は大流量噴射用である。
遮断弁122は、例えば、ゲート弁をソレノイド(アクチュエータ)で開閉する電磁弁で構成されている。そして、遮断弁122は、ECU160からの指令に従って、開閉するようになっている。
第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2は、ECU160に電子制御されることで、水素を間欠的(断続的)に噴射するものである。
なお、第1インジェクタ1、第2インジェクタ2、遮断弁122や、後記するコンプレッサ131等は、燃料電池スタック110及び/又は後記するバッテリ144を電源としている。
ボディ10は、円筒状の部品であり、中心軸線上に、流路11と、プランジャ室12と、ノズル室13とを有している。流路11は、配管122a(配管122c)からの水素が通流する流路である。プランジャ室12は、流路11の下流端(前側端)から段違いで拡径した空間であって、プランジャ40を摺動自在かつ進退自在に収容する空間である。ノズル室13は、プランジャ室12の前側端から段違いで拡径した空間であって、ノズル60Aを収容する空間である。そして、段違いで拡径した部分に形成される段差部14は、シム70A(シム70B)に当接している。
ソレノイド20及び固定コア30は、ボディ10に内蔵されている。そして、ECU160からの指令に従ってソレノイド20に通電しONされると、固定コア30において磁力が生起し、プランジャ40を吸引するようになっている。なお、プランジャ40は、磁性体で形成されている。
プランジャ40は、略円筒状を呈する部品であって、後側から前側に向かって、プランジャ室12を摺動する基端部41と、基端部41の前側に小径で形成された連結部42と、連結部42の前側に形成された先端部43と、を備えている。すなわち、基端部41及び先端部43は、連結部42を介して連結されている。そして、プランジャ40の中心軸線上には、後側で開口した流路40aが形成されており、水素が流路11から流路40aに流入するようになっている。
ノズル60Aは、円板状の部品であり、ノズル室13に収容されている。なお、ノズル室13を構成するボディ10には、環状であると共に径方向においてばね力を有する爪15が形成されており、爪15はノズル60A(ノズル60B)の前側縁部に当接している。
ただし、このような構成に限定されず、例えば、爪15を含みボディ10に螺設される円筒状のキャップを備え、このキャップとボディ10とでノズル60A(ノズル60B)を挟む構成としてもよい。
シム70A(シム70B)は、リング状を呈する部品であり、ボディ10に対するノズル60A(ノズル60B)の軸方向位置を決めると共に、第1インジェクタ1(第2インジェクタ2)のストローク量を設定する部品である。
一方、第2インジェクタ2については、第1インジェクタ1に対して、ストローク量L22が大きいので、最大作動回数(回/min)は小さくなる。
このようにして、第1インジェクタ1と第2インジェクタ2とは、ノズル60A、60Bと、シム70A、70Bとが異なることで、プランジャ40(駆動部)を含め他の部品が共通であるにも関わらず、小流量と大流量とに構成されている。すなわち、部品の共通化が図られているので、第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2の製造コストが低減されている。
図1に戻って説明を続ける。
エゼクタ123は、新規水素(第1インジェクタ1からの水素)を噴射することで負圧を発生させるノズル123bと、新規水素と前記負圧で吸引された配管124b(燃料オフガス循環流路)のアノードオフガスを混合し、配管123a(アノード流路112)に向けて供給するディフューザ123cと、を備えている。
なお、配管124aには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器(図示しない)が設けられている。
カソード系は、コンプレッサ131と、希釈器132と、を備えている。
コンプレッサ131の吐出口は、配管131aを介して、カソード流路113の入口に接続されている。そして、コンプレッサ131は、ECU160の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、配管131aを介して、カソード流路113に供給するようになっている。
なお、配管132aには、ECU160の指令に従って、その背圧(カソード流路113の圧力)を制御する背圧弁(図示しない)が設けられている。
電力制御系は、モータ141と、PDU142(Power Drive Unit)と、電力制御器143と、バッテリ144とを備えている。モータ141は、PDU142、電力制御器143を介して、燃料電池スタック110の出力端子(図示しない)に接続されており、バッテリ144は、電力制御器143に接続されている。すなわち、モータ141とバッテリ144とは、電力制御器143(燃料電池スタック110)に対して並列で接続されている。
IG151は、燃料電池システム100(燃料電池車)の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、IG151はECU160と接続されており、ECU160はIG151のON信号(システム起動信号)、OFF信号(システム停止信号)を検知するようになっている。
ECU160は、燃料電池システム100を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
ECU160は、IG151のON信号(システム起動信号)を検知した場合、遮断弁122を開きアノード流路112に新規水素を供給すると共に、コンプレッサ131を作動させカソード流路113に空気を供給した後、電力制御器143を制御して燃料電池スタック110を発電させるように構成されている。
不安定状態から安定状態に切り替わるタイミングは事前試験等により求められ、ECU160に予め記憶されている。そして、ECU160(安定状態判定手段)は、システム起動時において、IG151のONからの時間と、前記タイミングとに基づいて、不安定状態及び安定状態のいずれであるか判定する機能を備えている。
ECU160は、IG151のOFF信号(システム停止信号)を検知した場合、遮断弁122を閉じ、コンプレッサ131を停止させると共に、電力制御器143を制御し燃料電池スタック110の発電を停止するように構成されている。
ECU160(インジェクタ制御手段)は、第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2をPWM(Pulse Width Modulation)制御する機能を備えている。すなわち、ECU160は、一定の基本時間における第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2に出力する開指令(開時間、ONデューティ)と、閉指令(閉時間、OFFデューティ)との比率を可変することで、各インジェクタからの水素の噴射量(流量)と、アノード流路112に供給される水素の流量(総流量)を制御する機能を備えている(図9〜図11参照)。
ECU160(要求発電量算出手段)は、アクセル開度センサ152から入力されるアクセル開度に基づいて、モータ141(負荷)から燃料電池スタック110に要求される要求発電量を算出する機能を備えている。なお、アクセル開度が大きくなるにつれて、要求発電量が大きくなる関係となっており、このような関係についてのマップは事前試験等により求められ、ECU160に予め記憶されている。
ECU160(必要水素量算出手段)は、要求発電量と図5のマップとに基づいて、燃料電池スタック110が要求発電量で良好に発電するために必要な必要水素流量(L/min)を算出する機能を備えている。すなわち、必要水素流量は、要求発電量で発電させる場合における燃料電池スタック110において、水素が適量となるように、つまり、過不足とならないように設定されている。図5のマップは、事前試験等により求められ、ECU160に予め記憶されている。図5に示すように、要求発電量(アクセル開度)が大きくなるにつれて、必要水素流量が大きくなる関係となっている。
ECU160(第1供給可否判定手段)は、必要水素流量が小流量の第1インジェクタ1のみで供給可能な第1供給可能範囲内であるか否か判定する機能を備えている。第1供給可能範囲の上限値は、例えば、第1インジェクタ1を継続して開いた場合、つまり、第1インジェクタ1へのONデューティを最大、OFFデューティを0とした場合に第1インジェクタ1の噴射する流量に設定されている。第1供給可能範囲の上限値は、第1インジェクタ1の仕様等、例えば、ストローク量L12、噴射孔62Aの内径L13、第1インジェクタ1に入力される水素の圧力に基づいて、事前試験等により求められ、ECU160に予め記憶されている。なお、第1供給可能範囲の下限値は0である。
ECU160(運転状態判定手段)は、IG151がON中であるシステム運転中において、運転状態が定常運転時及び非定常運転時のいずれであるか判定する機能を備えている。
なお、ここでは、定常運転時は、アクセル開度が減少し、燃料電池車が減速している場合も含むものとする。
次に、燃料電池システム100の動作・効果について、図4を参照して説明する。
なお、初期状態として、IG151はONされ、燃料電池スタック110に水素及び空気が供給されており、燃料電池スタック110は発電している。
定常運転時であると判定した場合(S102・Yes)、ECU160の処理はステップS103に進む。一方、定常運転時でないと判定した場合(S102・No)、つまり、非定常運転時であると判定した場合、ECU160の処理はステップS106に進む。
必要水素流量は第1供給可能範囲内であると判定した場合(S103・Yes)、ECU160の処理はステップS104に進む。一方、必要水素流量は第1供給可能範囲内でないと判定した場合(S103・No)、ECU160の処理はステップS106に進む。
ステップS102・Noとなり、ステップS106に進んでいる非定常運転時である場合(例えば、燃料電池車の急加速時、坂道発進時等の過渡時)、ECU160は、ステップS101で算出した必要水素流量となるように、第1インジェクタ1による水素の噴射を基本としつつ、第2インジェクタ2によって水素を適宜に噴射する。すなわち、第2インジェクタ2を適宜に作動させ、水素の供給をアシストする。この場合において、要求発電量の急激な変化にも対応させるべく、第2インジェクタ2の作動頻度を上げるため、第1供給可能範囲の上限値を一時的に下げる構成としてもよい。
ただし、図10に示すように、第1インジェクタ1の作動中に第2インジェクタ2を作動し停止する構成や、図11に示すように、第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2の閉弁時を略同時とする構成としても、技術的範囲に属することは言うまでもない。
ステップS102・Yes、ステップS103・Noとなり、ステップS106に進んでいる定常運転時かつ第1供給可能範囲外である場合(例えば、高速クルージング中)、ECU160は、ステップS101で算出した必要水素流量となるように、第1インジェクタ1による水素の噴射を基本としつつ、第1供給可能範囲を超える水素をアシストするように第2インジェクタ2を作動させる。これにより、燃料電池スタック110に水素が適量で供給され、燃料電池スタック110が良好に発電できる。
なお、第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2の作動タイミングは前記したように同期させることが好ましい。
ステップS102・Yes、ステップS103・Yes、ステップS104・Noとなり、ステップS106に進んでいる不安定状態である場合、ステップS101で算出した必要水素流量となるように、少なくとも大流量の第2インジェクタ2を作動させる。すなわち、第2インジェクタ2を第1インジェクタ1よりも優先して作動させる。これにより、新規水素を大流量でアノード流路112に供給でき、アノード流路112における水素濃度を速やかに上昇させ、水素に速やかに置換でき、不安定状態から安定状態に早期に移行できる。
なお、第1インジェクタ1及び第2インジェクタ2の作動タイミングは前記したように同期させることが好ましい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。
2 第2インジェクタ(第2流量調整手段)
40 プランジャ(第1駆動部、第2駆動部)
60A、60B ノズル
62A、62B 噴射孔
70A、70B シム
100 燃料電池システム
110 燃料電池スタック(燃料電池)
112 アノード流路(燃料ガス流路)
113 カソード流路(酸化剤ガス流路)
121a、122a、122b、123a 配管(燃料ガス供給流路)
122c、122d 配管(バイパス流路)
123 エゼクタ
123b ノズル
124a、124b 配管
141 モータ(負荷)
160 ECU(制御手段、運転時判定手段、必要燃料ガス流量算出手段、第1供給可否判定手段、)
L11、L21 シムの厚さ
L12、L22 ストローク量
L13、L23 噴射孔の内径
Claims (8)
- 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、
前記燃料ガス流路の入口に接続し、前記燃料ガス流路に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス流路の出口と前記燃料ガス供給流路とを接続し、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に戻すことで、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流路の接続点よりも上流の前記燃料ガス供給流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第1流量調整手段と、
前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との接続点に設けられ、前記第1流量調整手段からの燃料ガスをノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で前記燃料ガス循環流路の燃料オフガスを吸引し、燃料ガスと燃料オフガスを混合するエゼクタと、
前記第1流量調整手段よりも上流の前記燃料ガス供給流路と、前記エゼクタよりも下流の前記燃料ガス供給流路とを接続し、燃料ガスが前記第1流量調整手段及び前記エゼクタをバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第2流量調整手段と、
前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段を制御する制御手段と、
前記燃料電池に対する要求発電量が所定変化量範囲内で変動する定常運転時と、要求発電量が前記所定変化量範囲を超えて変動する非定常運転時とのいずれであるか判定する運転時判定手段と、
要求発電量に基づいて必要燃料ガス流量を算出する必要燃料ガス流量算出手段と、
前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量が、前記第1流量調整手段の第1供給可能範囲内であるか否か判定する第1供給可否判定手段と、
を備え、
前記運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、前記第1供給可否判定手段が前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第1供給可能範囲内であると判定したとき、前記制御手段は前記第1流量調整手段のみを制御し、
前記運転時判定手段が定常運転時であると判定した場合において、前記第1供給可否判定手段が前記必要燃料ガス流量算出手段の算出した必要燃料ガス流量は第1供給可能範囲内でないと判定したとき、前記制御手段は必要燃料ガス流量に対応して前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段を制御し、
前記運転時判定手段が非定常運転時であると判定した場合、前記制御手段は必要燃料ガス流量に対応して前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池の発電が安定する安定状態であるか否か判定する安定状態判定手段を備え、
前記安定状態判定手段が安定状態でないと判定した場合、前記制御手段は、前記第1供給可否判定手段の判定結果に関わらず、少なくとも前記第2流量調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段を作動させる場合において、前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段の作動タイミングは同期している
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段を作動させる場合において、前記第1流量調整手段及び前記第2流量調整手段の燃料ガスの噴射開始時は略同時である
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。 - 前記第1流量調整手段は、電子制御式の第1インジェクタである
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記第2流量調整手段は、電子制御式の第2インジェクタである
ことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。 - 前記第1インジェクタの第1駆動部と、前記第2インジェクタの第2駆動部とは、同一の部品であり、
前記第1駆動部の第1ストローク量は、前記第2駆動部の第2ストローク量よりも小さい
ことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。 - 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、
前記燃料ガス流路の入口に接続し、前記燃料ガス流路に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス流路の出口と前記燃料ガス供給流路とを接続し、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを前記燃料ガス供給流路に戻すことで、燃料ガスを循環させる燃料ガス循環流路と、
前記燃料ガス循環流路の接続点よりも上流の前記燃料ガス供給流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第1流量調整手段と、
前記燃料ガス供給流路と前記燃料ガス循環流路との接続点に設けられ、前記第1流量調整手段からの燃料ガスをノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で前記燃料ガス循環流路の燃料オフガスを吸引し、燃料ガスと燃料オフガスを混合するエゼクタと、
前記第1流量調整手段よりも上流の前記燃料ガス供給流路と、前記エゼクタよりも下流の前記燃料ガス供給流路とを接続し、燃料ガスが前記第1流量調整手段及び前記エゼクタをバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、燃料ガスを間欠的に噴射することで燃料ガスの流量を調整する第2流量調整手段と、
前記燃料電池の発電が安定する安定状態であるか否か判定する安定状態判定手段と、
前記安定状態判定手段が安定状態であると判定した場合に前記第1流量調整手段のみを制御し、前記安定状態判定手段が安定状態でないと判定した場合に前記第2流量調整手段を制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011284167A JP5613146B2 (ja) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | 燃料電池システム |
US13/717,703 US9356302B2 (en) | 2011-12-26 | 2012-12-18 | Fuel cell system and method for controlling fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011284167A JP5613146B2 (ja) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | 燃料電池システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013134882A JP2013134882A (ja) | 2013-07-08 |
JP5613146B2 true JP5613146B2 (ja) | 2014-10-22 |
Family
ID=48654878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011284167A Expired - Fee Related JP5613146B2 (ja) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | 燃料電池システム |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9356302B2 (ja) |
JP (1) | JP5613146B2 (ja) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9543600B2 (en) * | 2012-11-21 | 2017-01-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
JP6126967B2 (ja) * | 2012-11-21 | 2017-05-10 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
JP5688067B2 (ja) * | 2012-11-27 | 2015-03-25 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
KR101799220B1 (ko) * | 2013-09-23 | 2017-11-17 | 콘비온 오와이 | 고온 전지 시스템용 재순환 장치 및 방법 |
JP2016118186A (ja) | 2014-12-23 | 2016-06-30 | 愛三工業株式会社 | 燃料供給ユニット |
JP2016207266A (ja) * | 2015-04-15 | 2016-12-08 | 愛三工業株式会社 | 気体燃料供給装置 |
JP6493162B2 (ja) * | 2015-11-05 | 2019-04-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用水素供給装置 |
JP2017147135A (ja) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの制御方法 |
JP6821306B2 (ja) * | 2016-02-24 | 2021-01-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料ガス循環装置 |
JP6734189B2 (ja) * | 2016-12-26 | 2020-08-05 | 京セラ株式会社 | 燃料電池装置および燃料電池装置の制御方法 |
JP7054640B2 (ja) * | 2018-03-22 | 2022-04-14 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
JP7096689B2 (ja) * | 2018-03-28 | 2022-07-06 | 本田技研工業株式会社 | 燃料ガス噴射装置及び燃料電池システム |
EP3806209A4 (en) * | 2018-05-30 | 2021-06-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | FUEL CELL SYSTEM AND ITS OPERATING PROCEDURE |
JP2020087520A (ja) * | 2018-11-15 | 2020-06-04 | 愛三工業株式会社 | 燃料供給装置 |
JP7111008B2 (ja) * | 2019-01-29 | 2022-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP7159929B2 (ja) * | 2019-03-14 | 2022-10-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP7163903B2 (ja) | 2019-12-19 | 2022-11-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及びその掃気方法 |
JP7163904B2 (ja) * | 2019-12-23 | 2022-11-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP7192808B2 (ja) | 2020-01-22 | 2022-12-20 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP2021180148A (ja) * | 2020-05-15 | 2021-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
WO2022271830A1 (en) * | 2021-06-25 | 2022-12-29 | Cummins Inc. | Fuel cell systems and methods for integrating and sizing a recirculation blower and an ejector |
CA3171314A1 (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-10 | Cummins Inc. | Systems and methods to measure or control fuel cell stack excess hydrogen flow using ejector mixing state |
US20230084837A1 (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-16 | Cummins Inc. | Systems and methods to measure or control fuel cell stack excess hydrogen flow using humidity |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5647733A (en) * | 1995-12-01 | 1997-07-15 | Pulsafeeder Inc. | Diaphragm metering pump having modular construction |
US6186254B1 (en) * | 1996-05-29 | 2001-02-13 | Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. | Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle |
JP3620437B2 (ja) * | 2000-11-09 | 2005-02-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
JP3588776B2 (ja) * | 2001-11-09 | 2004-11-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料循環式燃料電池システム |
JP3671898B2 (ja) * | 2001-11-16 | 2005-07-13 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
US7320840B2 (en) | 2003-07-17 | 2008-01-22 | General Motors Corporation | Combination of injector-ejector for fuel cell systems |
JP4559754B2 (ja) * | 2004-03-05 | 2010-10-13 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
US8092943B2 (en) * | 2006-04-19 | 2012-01-10 | Daimler Ag | Fuel cell system with improved fuel recirculation |
JP4396666B2 (ja) * | 2006-07-06 | 2010-01-13 | トヨタ自動車株式会社 | 電源システムおよびそれを備える車両 |
JP2008190336A (ja) * | 2007-02-01 | 2008-08-21 | Toyota Motor Corp | エジェクタ及びこれを備えた燃料電池システム |
JP2009054553A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム及びその制御方法 |
JP5273433B2 (ja) * | 2007-12-13 | 2013-08-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよびインジェクタの作動方法 |
JP5610791B2 (ja) * | 2010-02-26 | 2014-10-22 | 本田技研工業株式会社 | 燃料循環装置 |
-
2011
- 2011-12-26 JP JP2011284167A patent/JP5613146B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-12-18 US US13/717,703 patent/US9356302B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013134882A (ja) | 2013-07-08 |
US20130164641A1 (en) | 2013-06-27 |
US9356302B2 (en) | 2016-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5613146B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP4751463B2 (ja) | 燃料電池システム | |
US9276275B2 (en) | Fuel cell system | |
US20100216045A1 (en) | Fuel cell system and control method thereof | |
US9413021B2 (en) | Fuel cell system and control method of fuel cell system | |
US10573908B2 (en) | Fuel cell system and vehicle equipped with fuel cell | |
US10050292B2 (en) | Method for controlling fuel cell system | |
JP2011129377A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006236862A (ja) | 燃料電池システム及びそれを搭載した車両 | |
JP2014107062A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5858138B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
US9570764B2 (en) | Fuel cell system and method of operating fuel cell system | |
US10230118B2 (en) | Method for controlling fuel cell system | |
JP2014007060A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5596744B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5384140B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 | |
JP5060118B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5384154B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2009283294A (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 | |
JP5319160B2 (ja) | 燃料電池システム | |
US20230290981A1 (en) | Fuel cell system | |
JP5302565B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
US20240243316A1 (en) | Method for regulating the platinum oxide fraction in a fuel cell, and fuel cell system for a motor vehicle | |
JP2009259493A (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
JP4956489B2 (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131009 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131015 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140414 |
|
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: 20140819 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140905 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5613146 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |