JP5849579B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
燃料電池は、電解質膜を燃料極としてのアノード電極と酸化剤極としてのカソード電極とで挟んで構成されており、アノード電極に供給される水素を含有するアノードガス及びカソード電極に供給される酸素を含有するカソードガスを用いて発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電気化学反応は、以下の通りである。
カソード電極: 4H++4e−+O2 → 2H2O ・・・(2)
次に、本発明の第2実施形態による燃料電池システム100について説明する。本実施形態の燃料電池システム100は、燃料電池スタック1の内部インピーダンスの虚部成分に基づいて水素濃度を算出する点において、第1実施形態の燃料電池システムと相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図21〜図25を参照して、本発明の第3実施形態による燃料電池システム100について説明する。本実施形態の燃料電池システム100は、交流電流に対する交流電圧の位相遅れの算出の仕方において、第1実施形態の燃料電池システム100と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
1 燃料電池スタック
6 駆動モータ
8 DC/DCコンバータ
10 燃料電池
21 高圧タンク
22 アノードガス供給通路
23 調圧弁
24 圧力センサ
25 アノードガス排出通路
26 バッファタンク
27 パージ通路
28 パージ弁(排出流量調整部)
29 三方弁
60 コントローラ
61 電流センサ
62 電圧センサ
63 アクセルペダルセンサ
71 還流通路
72 循環ポンプ(還流流量調整部)
200 演算部(位相特性算出手段)
S201 出力制御手段
S204,S208 位相特性算出手段
S205,S209 水素濃度算出手段
S301,S302 排出流量制御手段
S401,S402,S501,S502 圧力条件設定手段
S602,S603 還流流量制御手段
Claims (7)
- アノードガスである水素を用いて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力信号が所定周波数を有する交流信号となるように前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段と、
前記燃料電池の出力信号である交流電流及び交流電圧に基づいて、交流電流に対する交流電圧の位相遅れを算出する位相特性算出手段と、
交流電流に対する交流電圧の位相遅れに基づいて、前記燃料電池内の水素濃度を算出する水素濃度算出手段と、を備え、
前記位相特性算出手段は、
前記燃料電池の出力信号である交流電流に基づいて、交流電流の振幅を算出する電流振幅算出部と、
前記燃料電池の出力信号である交流電圧に基づいて、交流電圧の振幅を算出する電圧振幅算出部と、
前記燃料電池の出力信号である交流電流及び交流電圧と、前記電流振幅算出部によって算出された交流電流の振幅とに基づいて、交流電圧の実部成分を算出する電圧実部算出部と、
前記電圧実部算出部によって算出された交流電圧の実部成分と、前記電圧振幅算出部によって算出された交流電圧の振幅とに基づいて、交流電流に対する交流電圧の位相遅れを算出する位相遅れ算出部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記燃料電池から排出された水素を含むアノードオフガスを外部に排出するための排出通路と、
外部に排出されるアノードオフガスの流量を調整する排出流量調整部と、
前記水素濃度算出手段によって算出された水素濃度が低下するほど、アノードオフガスの排出流量が大きくなるように前記排出流量調整部を制御する排出流量制御手段と、をさらに備え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。 - 前記水素濃度算出手段によって算出された水素濃度に基づいて、前記燃料電池に供給する水素の圧力条件を設定する圧力条件設定手段をさらに備え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。
- 前記圧力条件設定手段は、水素濃度が低下するほど前記燃料電池に供給する水素の供給圧力を大きく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。
- 前記圧力条件設定手段は、システム始動時には、水素濃度が低下するほど、前記燃料電池に供給する水素の供給圧力を大きく設定するとともに圧力上昇速度を速く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。
- 前記燃料電池に対する要求出力電流を算出する要求出力電流算出手段をさらに備え、
前記圧力条件設定手段は、システム始動後の発電中には、水素濃度が低下するほど前記燃料電池に供給される水素の供給圧力を大きく設定するとともに、前記要求出力電流に基づいて下限供給圧力からの圧力上昇代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。 - 前記燃料電池から排出された未反応の水素を前記燃料電池のアノードガス供給側に還流するための還流通路と、
還流される水素の流量を調整する還流流量調整部と、
前記水素濃度算出手段によって算出された水素濃度が低下するほど、水素の還流流量が大きくなるように前記還流流量調整部を制御する還流流量制御手段と、をさらに備え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。
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