JP6133473B2 - 燃料電池スタックのシャットダウン方法及びそのための燃料電池システム - Google Patents
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Description
110…燃料源 120…酸素源
140…ポンプ 150…弁
160…制御装置 200…燃料電池スタック
210…燃料電池(セル) 220…アノード
230…カソード 300…負荷
400…ドライブトレイン 500…動力装置
Claims (10)
- 動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法であって、
アノード及び第1反応物質を含む第1源に結合され且つ第1弁が配置されるアノード流路を規定する第1部位と、カソード及び第2反応物質を含む第2源に結合され且つ第2弁が配置されるカソード流路を規定する第2部位と、前記第1部位と前記第2部位との間に位置するプロトン透過性電解質と、をそれぞれ備える複数の燃料電池を含む前記燃料電池スタック内の漏れを検出する工程と、
前記漏れの検出に呼応して、前記第1反応物質の前記アノードへの供給を遮断することにより、前記第1部位内の圧力を低減させる工程と、
端子電圧及び第1部位圧力の少なくとも一方が各所定レベルを下回るまで前記第2部位内の前記第1反応物質及び前記第2反応物質の少なくとも一部の消費を促進させるために、前記第1弁及び第2弁の少なくとも一方を操作することにより前記カソード流路内の不活性流体の濃度を増加させる工程と、
前記第2部位から前記第1部位に前記不活性流体の少なくとも一部を移送する工程と、を含み、
前記第1部位内の圧力を低減させる前記工程は、前記アノード流路内の前記第1弁と前記カソード流路内の前記第2弁との少なくとも一方を操作することを含むことを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記第1弁はブリード弁であり、前記第2弁は背圧弁であり、前記第1弁を操作する前記工程は、前記ブリード弁を通過する前記第1反応物質の少なくとも一部が前記第2部位へ移送されるように、前記ブリード弁を開く工程を含み、前記第2弁を操作する前記工程は、前記第2部位に比して前記第1部位に圧力バイアスをかけて維持するために十分な量だけ前記背圧弁を閉じる工程を含むことを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 請求項1又は2記載の方法において、
端子電圧の前記所定レベルは、約0ボルトであって、前記第1部位圧力の前記所定レベルは、略周囲雰囲気圧力であることを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法において、
前記不活性流体の濃度を増加させる前記工程は、所定の状態が発生した際に実質的に終了し、前記所定の状態とは、前記第1部位圧力が周囲雰囲気圧力を下回るか、又は前記燃料電池スタックの電圧が寄生負荷を駆動するために必要となる値を下回るか、の少なくとも一方であることを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法において、
前記第1部位内の圧力を低減させる前記工程は、さらに、前記燃料電池スタックによって供給される電流を、スタック補助機器を動作させるのに必要な量に実質的に一致するレベルまで低下させる工程を含むことを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法において、
前記スタック内の漏れを検出する前記工程は、少なくとも1つのガス検出センサによって行われ、前記ガス検出センサは、前記燃料電池スタックと流体連通するように配置され、前記圧力を低減する前記工程、前記不活性流体の濃度を増加させる前記工程、及び前記不活性流体を移送する前記工程のうち少なくとも1つの工程が、少なくとも部分的に、前記ガス検出センサと通信する制御装置によって行われることを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法において、
前記スタック内の漏れを検出する前記工程、前記圧力を低減する前記工程、前記不活性流体の濃度を増加させる前記工程、及び前記不活性流体を移送する前記工程は、少なくとも部分的に、少なくとも1つの圧力センサ及び少なくとも1つの温度センサを通じて、前記燃料電池スタックと通信する制御装置によって行われ、且つガス検出センサからの入力無しに行われることを特徴とする動作中に燃料電池スタックをシャットダウンする方法。 - 燃料電池と、
第1反応物質を含む第1源と、
第2反応物質を含む第2源と、
第1部位を前記第1源に流体的に結合するアノード流路と、
第2部位を前記第2源に流体的に結合するカソード流路と、
前記アノード流路及び前記カソード流路の少なくとも一方と流体的に共働する少なくとも1つの流量制御弁と、
前記燃料電池に電気的に結合され、前記燃料電池内に生成される電流が少なくとも部分的に消費可能である負荷と、
前記流量制御弁、前記燃料電池、及び前記負荷の少なくとも1つに結合され、漏れ状態の特定に呼応してシャットダウン命令を与える制御装置と、を含む燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、前記第1部位と、前記第2部位と、前記第1部位と前記第2部位との間に位置するプロトン透過性電解質と、を含み、
前記制御装置は、
前記漏れ状態の証拠(indicia)を受領し、
前記少なくとも1つの流量制御弁を操作することにより、前記第1部位への前記第1反応物質の供給を遮断して前記第1部位内の圧力を低減させ、
前記少なくとも1つの流量制御弁又は他の流量制御弁を操作することにより、前記第2反応物質の消費を増加させ、当該増加した消費が前記カソード流路内に存在する不活性流体の濃度を増加させ、
前記アノード流路及び前記カソード流路の少なくとも一方を通じて、前記第2部位から前記第1部位に前記不活性流体の少なくとも一部を移送する、ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項8記載の燃料電池システムにおいて、
前記漏れ状態は、前記燃料電池と流体連通するように配置される少なくとも1つのセンサによって特定され、前記少なくとも1つのセンサは、圧力及び温度の少なくとも1つを検出することを特徴とする燃料電池システム。 - 動作中の燃料電池スタック内の反応物質の漏れ検出時に、当該燃料電池スタックをシャットダウンする方法であって、
複数の燃料電池と、アノード流路と、カソード流路と、を前記燃料電池スタック内に設ける工程と、
前記アノード流路内に配置される第1弁と、前記カソード流路内に配置される第2弁と、を設ける工程と、
前記燃料電池スタックに結合される制御装置を用いる工程と、を含み、
前記複数の燃料電池は、それぞれ、アノードと、第1反応物質を含む第1反応物質源に前記アノードを流体的に結合する前記アノード流路と、を含む第1部位と、
カソードと、第2反応物質を含む第2反応物質源に前記カソードを流体的に結合する前記カソード流路と、を含む第2部位と、
前記第1部位と前記第2部位との間に位置するプロトン透過性電解質と、を含み、
前記制御装置は、
前記反応物質の漏れの検出に対応する少なくとも1つの信号を受信する工程と、
前記第1部位内の圧力を低減させるために、前記第1弁と前記第2弁との少なくとも一方を操作することにより、前記第1反応物質の前記アノードへの供給を遮断する工程と、
前記第1反応物質及び前記第2反応物質の消費を促進させるために、前記第1弁及び前記第2弁の少なくとも一方を操作する工程と、
端子電圧及び第1部位圧力の少なくとも一方が各所定レベルを下回った後、前記第2部位から前記第1部位に不活性流体の少なくとも一部を移送する工程と、
を行うことを特徴とする、動作中の燃料電池スタック内の反応物質の漏れ検出時に、当該燃料電池スタックをシャットダウンする方法。
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