JP5698410B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
特許文献1は、コントローラが、燃料電池自動車のアクセル開度、車速及び空気流量に基づいて、燃料電池に空気を圧送するコンプレッサの目標回転速度を計算して、コンプレッサの回転速度を制御、すなわち燃料電池に供給する空気の量を制御している。たとえば、流量センサで検出される流量検出値が燃料電池の運転状態に基づいて算出される正常範囲内であれば、流量検出値を用いて空気流量のフィードバック制御を行い、流量検出値が正常範囲外へ逸脱したときは、空気流量(コンプレッサ回転速度)のフィードフォワード制御を行っている。
そこで、本発明は、かかる問題を解決して、目標とする流量を適切に供給することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
次に、本発明を実施するための一形態(実施形態)について、添付の図面を参照し、詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム1の全体構成を模式的に示す図である。なお、この燃料電池システムは、電動機により走行する燃料電池車両に、電源として搭載されるものとする。
ちなみに、制御装置40は、エアポンプ21の回転速度の確認を、自身で生成した回転速度指令値により行うものとするが、ホール素子などによる回転速度センサを備えるようにして、この回転速度センサにより確認するようにしてもよい。なお、センサレスで回転を制御する技術が一般的に知られている。また、「酸化剤流れ調整手段」として加湿器バイパス弁23を用いているが、この加湿器バイパス弁23に代えて又は併せて、加湿器22の入口直前や出口直後に弁を設け、これを「酸化剤流れ調整手段」としてもよい。
ちなみに、目標エア圧力は、カソード極12の入口(圧力センサPbの位置)におけるものとする。
このステップS80の処理の後は、ステップS60に移行して、処理を継続する。
次に、第2実施形態を、適宜、図1を参照しつつ、図3の制御のフローチャートに即して説明する。なお、第2実施形態は、図1のシステム構成の燃料電池システムにおいて、加湿器バイパス弁23の開度を加味した制御を行うものである。このため、図3の制御のフローチャートでは、第1実施形態と共通する部分については図2と同じステップ番号を付けて、適宜、説明を省略する。
前記の第2実施形態では、ステップS24において、図3中のマップを参照したが、例えば、調整手段流量配分を制御するデバイス(酸化剤流れ調整手段)が、バイパス配管20bに設置された流量制御弁(加湿器バイパス弁23)である場合、流量制御弁(加湿器バイパス弁23)の開度が所定開度よりも大きく、かつ、エアポンプ21の圧縮比が低くなると予想される場合(流量調整弁の開度を所定開度よりも大きく設定した場合には)、制御手段40が、あらかじめ目標圧力を上げることで、つまり、あらかじめ目標圧力に所定値(第3の所定値)を加えて新たな目標圧力を設定することで、エアポンプ21による目標流量を達成するようにしてもよい。なお、各所定値は、目標流量に実流量を合せるようにして、適切なエアの流量を供給するという目的を達成するために(過大な流量を抑制するために)適宜設定される値である。
次に、第3実施形態について、図5及び図6(適宜、図1)を参照して説明する。なお、第3実施形態は、例えば、図1のシステム構成の燃料電池システムを車両(四輪車、二輪車など)に搭載した燃料電池車両において、燃料電池車両が走行状態から減速して、いわゆる燃料電池10の最小出力を維持するアイドリング状態となる場合(燃料電池10の発電電力を所定低出力状態に設定する場合)、背圧弁24の開度を開方向に制御するものである。つまり、背圧弁24の開度を、走行状態から減速してアイドリング状態に移行する際には、通常走行時に開方向に制御するときよりも大きく変化させる。なお、第1実施形態と共通する部分については図2と同じステップ番号を付して、適宜、説明を省略する。
10 燃料電池
11 アノード極
12 カソード極
20 エア供給系
20a エア供給配管(酸化剤供給路)
20b バイパス配管(加湿器バイパス路)
20c エア排出配管(酸化剤排出路)
21 エアポンプ(酸化剤ポンプ)
22 加湿器
23 加湿器バイパス弁(酸化剤流れ調整手段、流量調整弁)
24 背圧弁(圧力調整手段)
30 水素供給系
31 水素供給システム
40 制御装置(制御手段、回転速度確認手段)
Pb 圧力センサ(圧力検出手段)
Q 実流量検出手段(流量センサ)
Claims (7)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池への酸化剤供給路と、
回転軸がエアベアリングにより軸支されて回転運動により酸化剤ガスを取り込んで送り出すターボ型の酸化剤ポンプと、
前記酸化剤ガスの実流量検出手段と、
前記酸化剤ガスの圧力調整手段と、
前記酸化剤ポンプの回転速度確認手段と、
前記酸化剤ポンプの回転速度が前記エアベアリングによる軸支が可能となる最低回転速度領域にある場合、前記酸化剤ガスの実流量が目標流量より多いときに、前記圧力調整手段を介して前記酸化剤ガスの圧力を高める制御手段と、
前記酸化剤ポンプと前記燃料電池との間に配置された加湿器と、
前記加湿器をバイパスする加湿器バイパス路と、
前記加湿器と前記加湿器バイパス路との酸化剤ガスの流れの割合を調整する酸化剤流れ調整手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記燃料電池への要求電流値から前記目標流量及び目標圧力を設定し、
さらに、前記目標圧力は、前記酸化剤流れ調整手段の調整割合に応じて設定し、
前記実流量が前記目標流量より多いときには、前記設定した目標圧力に第1の所定値を加えて新たな目標圧力を設定する、
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記酸化剤流れ調整手段の調整割合に応じて前記目標圧力を設定する際において、
前記酸化剤流れ調整手段の調整割合と前記目標流量と酸化剤流れ圧力損失との関係に基づき、酸化剤流れ圧力損失値を求め、
前記目標圧力と前記酸化剤流れ圧力損失値との合算値が既定値より小さい場合には、
前記目標圧力に第2の所定値を加えて新たな目標圧力を設定す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。 - 前記目標圧力を、前記酸化剤流れ調整手段の調整割合に応じて設定する場合において、
前記酸化剤流れ調整手段が前記加湿器バイパス路に配置された流量調整弁であって、
制御手段は、
前記流量調整弁の開度を所定開度よりも大きく設定した場合には、
あらかじめ前記目標圧力に所定値を加えて新たな目標圧力を設定することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の燃料電池システム。 - 燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤供給路と、
前記燃料電池から排出される酸化剤オフガスが流れる酸化剤排出路と、
酸化剤ガスを取り込んで送り出す回転式の酸化剤ポンプと、
前記酸化剤ガスの実流量を検出する実流量検出手段と、
前記酸化剤ポンプの回転速度を確認する回転速度確認手段と、
前記酸化剤排出路に配置され、前記燃料電池のカソードに供給される酸化剤ガスの圧力を調整する背圧弁と、
前記背圧弁の開度を開方向に制御した後、前記酸化剤ポンプの回転速度が最低回転速度領域まで低下しても前記実流量が目標流量よりも多い場合、前記背圧弁の開度を閉方向に、前記開方向に制御したときよりも小さな開度で変化するように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。 - 前記酸化剤供給路に配置され、前記カソードに供給される酸化剤ガスの圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記圧力が所定圧力まで上昇した場合、前記背圧弁の開度制御を終了す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。 - 前記制御手段は、前記燃料電池の出力を所定低出力状態に設定する場合、前記背圧弁の開度制御を実行することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の燃料電池システム。
- 前記制御手段は、前記燃料電池の出力が所定低出力状態に維持されている場合、前記背圧弁の開度制御を実行することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の燃料電池システム。
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