JP5744094B2 - 燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る制御方法が適用された燃料電池システム1の構成を模式的に示す図である。先ず、燃料電池システム1全体の構成のうち、主に燃料電池スタック2により発電させるために必要な装置の構成について、図1を参照しながら説明する。
水素貯蔵タンク91には、車両Vに供給するための水素が高圧で貯蔵されている。この水素貯蔵タンク91内の水素は、液体水素を気化したもの、改質装置により原料を改質することで製造されたもの、或いは電解装置によって製造されたものなどを圧縮機で圧縮したものが用いられる。
図3は、システム停止処理における各装置の制御手順を示すタイムチャートである。なお図3は、システムの停止指令後、システム停止処理を行っている間に通信充填の割り込みがなかった場合を示す。
図5では、時刻t0においてシステムの停止指令があった後、時刻t0から停止時充電処理と、冷却処理と、希釈処理とを並行して開始し、その後時刻t1において停止時充電処理が終了したことに伴いEGR停止処理を開始した場合を示す。
時刻t1〜t2の間では圧上げ処理が実行され、これによりアノード圧は、ディスチャージ時目標圧まで昇圧される。圧上げ処理が完了した後、時刻t2からは、EGRディスチャージ処理が開始する。これにより、アノード圧がディスチャージ時目標圧に維持されながら、カソード側に残留する酸素が消費される。
図7では、時刻t0においてシステムの停止指令があった後、時刻t0から停止時充電処理と、冷却処理と、希釈処理とを並行して開始し、その後時刻t1において停止時充電処理が終了したことに伴いEGR停止処理を開始した場合を示す。
図9では、時刻t0においてシステムの停止指令があった後、時刻t0から停止時充電処理と、冷却処理と、希釈処理とを並行して開始し、その後時刻t1において停止時充電処理が終了したことに伴いEGR停止処理を開始した場合を示す。
例えば、上記実施形態では、入口封止弁42aと出口封止弁43aとを備えた燃料電池システム1に本発明の制御方法を適用した例について説明したが、本発明はこれに限らない。これら封止弁を備えないシステムでは、上記EGR停止処理の替わりに、エアコンプレッサから極低流量の空気を供給しながら、アノード圧を上記EGRディスチャージ時目標圧よりも低く維持し、低ストイキ発電を所定時間にわたって行う場合がある。本発明の制御方法は、このような燃料電池システムに対しても適用できる。ただしこの場合、アノード圧はEGRディスチャージ時目標圧よりも低く維持するため、実施例2や3で説明したように、通信充填とこの低ストイキ発電とを並行して行うことは難しいと考えられる。したがって、このような燃料電池システムに本発明を適用する場合、実施例1の割込制御が特に好ましい。
2…スタック(燃料電池)
21…アノード流路
22…カソード流路
3…アノード系
31…水素タンク
311…タンク本体(貯蔵容器)
312…主止弁(開閉弁)
32…水素供給管(燃料ガス供給路、水素循環流路)
33…水素排出管(水素循環流路)
34…水素還流管(水素循環流路)
35…インジェクタ(燃料ガスインジェクタ)
4…カソード系
42…空気供給管(酸素循環流路)
43…空気排出管(酸素循環流路)
45…空気還流管(酸素循環流路)
66…赤外線送信器(送信手段)
IG…イグニッションスイッチ
Claims (6)
- 燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられた開閉弁と、
前記貯蔵容器の状態を示すデータ信号を外部へ送信する送信手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御方法は、
前記燃料電池システムへの停止指令後に、前記開閉弁を開き、前記燃料電池へ燃料ガスを供給し、前記燃料電池による発電及びディスチャージを継続する停止後ディスチャージ工程と、
前記貯蔵容器への燃料ガスの充填指令が出力されたことに応じて、前記貯蔵容器の状態を示すデータ信号を外部の燃料供給源に送信しながら、当該外部の燃料供給源から供給された燃料ガスを前記貯蔵容器に充填する充填工程と、
前記停止後ディスチャージ工程を行っている間に前記充填指令が出力された場合には、前記開閉弁を閉じるとともに前記停止後ディスチャージ工程を中断した後に、前記充填工程を開始する切替工程と、
前記充填工程が完了した後、前記中断した停止後ディスチャージ工程を再開する停止後ディスチャージ再開工程と、を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 - 前記制御方法は、前記停止後ディスチャージ工程とは別の工程であって、前記燃料電池への燃料ガスの供給を伴わないシステム停止処理を前記燃料電池システムへの停止指令後に行う停止処理工程さらに含み、
前記切替工程では、前記停止処理工程と前記停止後ディスチャージ工程とを並行して行っている間に前記充填指令が出力された場合には、前記開閉弁を閉じ、前記充填工程と前記停止処理工程とを並行して行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システムの制御方法。 - 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の燃料ガス排出部と前記燃料ガス供給路とを接続して構成される燃料ガス循環流路と、前記燃料電池の酸化剤ガス導入部と酸化剤ガス排出部とを接続して構成される酸化剤循環流路と、前記燃料ガス循環流路内の圧力を検出する燃料ガス圧検出手段と、をさらに備え、
前記停止後ディスチャージ工程では、前記燃料電池システムの停止指令後に、前記開閉弁を開いた状態で前記燃料ガス循環流路内の燃料ガスを循環させかつ前記酸化剤循環流路内の酸化剤ガスを循環させることによって、前記酸化剤循環流路内の酸素濃度が所定濃度に低下するまで前記燃料電池による発電及びディスチャージを行い、
前記切替工程では、前記開閉弁を閉じた後、前記燃料ガス圧検出手段によって検出された圧力が所定の下限圧力を下回るまでは前記停止後ディスチャージ工程と前記充填工程とを並行して実行し、前記検出された圧力が前記下限圧力を下回った後は前記充填工程が完了するまで前記停止後ディスチャージ工程を中断することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システムの制御方法。 - 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の燃料ガス排出部と前記燃料ガス供給路とを接続して構成される燃料ガス循環流路と、前記燃料電池の酸化剤ガス導入部と酸化剤ガス排出部とを接続して構成される酸化剤循環流路と、前記燃料ガス供給路のうち前記開閉弁より下流側に設けられ、前記貯蔵容器から供給された燃料ガスを前記燃料ガス循環流路内に供給する燃料ガスインジェクタと、をさらに備え、
前記停止後ディスチャージ工程では、前記燃料電池システムの停止指令後に、前記開閉弁を開いた状態で前記燃料ガスインジェクタによって前記燃料ガス循環流路内の圧力を所定の第1圧力に制御しながら前記酸化剤循環流路内の酸化剤ガスを循環させることによって、前記酸化剤循環流路内の酸素濃度が所定濃度に低下するまで前記燃料電池による発電及びディスチャージを行い、
前記切替工程では、前記充填指令が出力された場合には、前記燃料ガスインジェクタによって前記燃料ガス循環流路内の圧力を前記第1圧力より高い第2圧力まで昇圧してから前記開閉弁を閉じ、前記停止後ディスチャージ工程と前記充填工程とを並行して行うことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。 - 前記再開工程では、前記切替工程で閉じた前記開閉弁を再び開き、前記中断した停止後ディスチャージ工程を再開することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。
- 燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
燃料ガスを貯蔵する貯蔵容器と、
前記貯蔵容器と前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路に設けられた開閉弁と、
前記貯蔵容器の状態を示すデータ信号を外部へ送信する送信手段と、
前記燃料電池の燃料ガス排出部と前記燃料ガス供給路とを接続して構成される燃料ガス循環流路と、
前記燃料電池の酸化剤ガス導入部と酸化剤ガス排出部とを接続して構成される酸化剤循環流路と、
前記燃料ガス供給路のうち前記開閉弁より下流側に設けられ、前記貯蔵容器から供給された燃料ガスを前記燃料ガス循環流路内に供給する燃料ガスインジェクタと、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記制御方法は、
前記燃料電池システムへの停止指令後に、前記開閉弁を開き、前記燃料電池へ燃料ガスを供給し、前記燃料電池による発電及びディスチャージを継続する停止後ディスチャージ工程と、
前記貯蔵容器への燃料ガスの充填指令が出力されたことに応じて、前記貯蔵容器の状態を示すデータ信号を外部の燃料供給源に送信しながら、当該外部の燃料供給源から供給された燃料ガスを前記貯蔵容器に充填する充填工程と、
前記停止後ディスチャージ工程を行っている間に前記充填指令が出力された場合には、前記開閉弁を閉じた後に、前記充填工程を開始する切替工程と、を含み、
前記停止後ディスチャージ工程では、前記燃料電池システムの停止指令後に、前記開閉弁を開いた状態で前記燃料ガスインジェクタによって前記燃料ガス循環流路内の圧力を所定の第1圧力に制御しながら前記酸化剤循環流路内の酸化剤ガスを循環させることによって、前記酸化剤循環流路内の酸素濃度が所定濃度に低下するまで前記燃料電池による発電及びディスチャージを行い、
前記切替工程では、前記充填指令が出力された場合には、前記燃料ガスインジェクタによって前記燃料ガス循環流路内の圧力を前記第1圧力より高い第2圧力まで昇圧してから前記開閉弁を閉じ、前記停止後ディスチャージ工程と前記充填工程とを並行して行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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