JP5817670B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明の一形態は、燃料電池システムであって、燃料電池と;前記燃料電池に対してカソードガスを供給する配管である第1の配管と;前記燃料電池に対してカソードガスを供給する配管であって、前記第1の配管より容積の小さい第2の配管と;前記第1の配管または前記第2の配管のいずれか一方から前記カソードガスが前記燃料電池に対して供給されるように、前記二つの配管の切り替えを行う切替部と;前記燃料電池に対する要求出力に応じて前記燃料電池からの出力を増大させる際に、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの背圧を上昇させるように制御する場合に、前記第2の配管によって前記供給が行なわれるように前記切替部を制御する背圧制御を行う制御部と;を備える。このような形態であれば、燃料電池に対する要求出力に応じて燃料電池からの出力を増大させるために背圧を上昇させるように制御する場合に、第1の配管より容積の小さい第2の配管によってカソードガスの供給を行うので、第1の配管によってカソードガスの供給を行う燃料電池システムや第1の配管のみ備える燃料電池システムと比較して、背圧の上昇率(上昇速度)を高めることができる。結果として、カソードガスの供給圧力を高速に上昇させることができる。その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と;前記燃料電池に対してカソードガスを供給する配管である第1の配管と;前記燃料電池に対してカソードガスを供給する配管であって、前記第1の配管より容積の小さい第2の配管と;前記第1の配管または前記第2の配管のいずれか一方から前記カソードガスが前記燃料電池に対して供給されるように、前記二つの配管の切り替えを行う切替部と;前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの背圧を上昇させるように制御する場合に、前記第2の配管によって前記供給が行なわれるように前記切替部を制御する背圧制御を行う制御部と;を備える。この形態の燃料電池システムによれば、背圧を上昇させるように制御する場合に、第1の配管より容積の小さい第2の配管によってカソードガスの供給を行うので、第1の配管によってカソードガスの供給を行う燃料電池システムや第1の配管のみ備える燃料電池システムと比較して、背圧の上昇率(上昇速度)を高めることができる。結果として、カソードガスの供給圧力を高速に上昇させることができる。
(A1)燃料電池の構成:
図1は、本発明の第1実施形態としての燃料電池システム10の構成を説明する説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池によって発電した電力を動力源として走行する燃料電池車両(以下、単に車両とも呼ぶ)に搭載される電源供給システムである。その他、燃料電池システム10を家庭用または商業用の発電システムとして適用するとしてもよい。本説明においては、主に燃料電池システム10におけるガス供給系統について説明するとともに、特にカソードガス供給系統を中心に説明をする。
次に、制御部60が行うカソードガス供給処理について説明する。カソードガス供給処理は、制御部60が、カソードガス供給系統30が備える各機器を制御することによって、燃料電池20に供給されるカソードガスを制御する処理である。図2は、カソードガス供給処理の流れについて説明するフローチャートである。運転者の操作によって車両の電源スイッチ(図示省略)がオンになると、制御部60は、カソードガス供給処理を開始する。制御部60は、カソードガス供給処理を開始すると、コンプレッサ41を動作させて、燃料電池20にカソードガスの供給を行う(ステップS102)。このとき、制御部60は、三方弁43,44を制御し、初期状態として第1切替配管34を用いて燃料電池20にカソードガスを供給する。
カソードガス供給処理における供給配管決定処理(図2:ステップS110)について説明する。後述する第2実施形態における供給配管決定処理と区別をするために、本実施形態における供給配管決定処理を「背圧高応答モード」と呼ぶ。図3は、制御部60が行う供給配管決定処理(背圧高応答モード)の流れを示すフローチャートである。制御部60は、供給配管決定処理を開始すると、カソードガス供給処理の背圧制御(図2:ステップS104)によって、背圧を上昇させる制御(背圧上昇制御)を行うか否かを判断する(ステップS111)。具体的には、背圧弁47を閉制御して背圧を上昇させる制御を行うか否かを判断する。
本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態における燃料電池システム10aは、図3で説明した供給配管決定処理のモード(背圧高応答モード)に加え、さらに、別の供給配管決定処理のモード(フラッディング抑制モード)を備える。制御部60は、これら二つのモードもいずれか一方を排他的に実行する。この二つのモードの切替は車両の運転者が行うとしてもよいし、所定の条件によって自動で切り替えるとしてもよい。
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
(C1)変形例1:
上記実施形態1においては、図3に示す供給配管決定処理(背圧高応答モード)を採用したが、それに限らず他の処理を採用するとしてもよい。図6は、変形例1としての、供給配管決定処理の流れを示すフローチャートである。図示するように、変形例1の供給配管決定処理では、制御部60は、背圧<αで(ステップS132:YES)、かつ、背圧上昇制御による背圧の上昇率が所定値β以下である場合に(ステップS133:YES)、カソードガスを供給する配管を第2切替配管35に決定する。それ以外の場合は(ステップS131:NO、または、ステップS132:NO、または、ステップS133:NO)、制御部60は、カソードガスを供給する配管を第1切替配管34に決定する(ステップS135)。所定値βの値としては、例えば、100kpa/secを採用することができる。
上記実施形態においては、第1切替配管34と第2切替配管35との切り替えは、三方弁2つを用いて行ったが、それに限ることなく、例えば、四方弁1つを用いて切り替えるとしてもよいし、逆止弁2つを用いて切り替えるとしてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
20…燃料電池
30…カソードガス供給系統
32,33,36,37,52,53…配管
34…第1切替配管
35…第2切替配管
41…コンプレッサ
42…流量センサ
43,44…三方弁
45…加湿器
46…圧力センサ
47…背圧弁
50…アノードガス供給系統
51…水素タンク
60…制御部
Claims (2)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に対してカソードガスを供給する配管である第1の配管と、
前記燃料電池に対してカソードガスを供給する配管であって、前記第1の配管より容積の小さい第2の配管と、
前記第1の配管または前記第2の配管のいずれか一方から前記カソードガスが前記燃料電池に対して供給されるように、前記二つの配管の切り替えを行う切替部と、
前記燃料電池に対する要求出力に応じて前記燃料電池からの出力を増大させる際に、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスの背圧を上昇させるように制御する場合に、前記第2の配管によって前記供給が行なわれるように前記切替部を制御する背圧制御を行う制御部と
を備える燃料電池システム。 - 請求項1記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池のフラッディングを検出する検出部を備え、
前記第1の配管は、前記カソードガスの加湿を行った上で前記供給を行う配管であり、
前記第2の配管は、前記カソードガスの加湿を行わずに前記供給を行う配管であり、
前記制御部は、前記背圧制御に換えて、フラッディング抑制制御を行い、
前記フラッディング抑制制御は、前記検出部がフラッディングを検出した場合に、前記切替部を制御して、前記第2の配管によって前記供給が行なわれるようにする制御である
燃料電池システム。
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