JP6547730B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
この形態によれば、弁調整部は、燃料電池が急速暖機運転中であり、かつ、排気弁が開固着している場合に、要求供給流量の許容範囲内に収まるように、動作開度領域と開度変更率の少なくともいずれかを設定する。これにより、分流割合を精度良く制御できるので、燃料電池の発電量が大きく変動することを抑制できる。
この形態によれば、燃料電池の動作点を電流値が高い側へと変更することで、急速暖機運転によって要求される燃料電池へのカソードガスの供給流量である要求供給流量を増大させることができる。これにより、実際に燃料電池に供給されるカソードガスの流量が多少変動した場合でも、燃料電池の発電量が大きく変動することを抑制できる。
A−1.燃料電池システム20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20の構成を示す説明図である。燃料電池システム20は、移動体の一形態である燃料電池車両200に搭載されており、運転者からの要求に応じて、主に燃料電池車両200の駆動力として用いられる電力を出力する。燃料電池システム20は、燃料電池40と、アノードガス給排系50と、カソードガス給排系60と、冷却系80と、制御部100とを備える。制御部100は、燃料電池システム20の動作を制御する。
図9は、制御部100が実行する処理フローである。図10は、ステップS20の処理フローである。図9に示す処理フローは、例えば、制御部100が排気弁58に対して開状態から閉状態への切り換え指令を行った後に実行される。まず判定部120は、排気弁58が開固着しているか否かを判定する(ステップS12)。判定部120によって排気弁58が開固着していないと判定された場合は、制御部100は処理フローを終了する。判定部120によって排気弁58が開固着していると判定された場合は、制御部100は、燃料電池40が急速暖機運転中であるか否かを判定する(ステップS14)。ステップS14では、例えば、急速暖機運転を実行していることを示す記憶部140に記憶されたフラグによって判定を行う。急速暖機運転中でないと判定された場合は、制御部100は処理フローを終了する。急速暖機運転中であると判定された場合は、発電調整部110は、コンプレッサ604からのカソードガスの吐出量を増大させて、主流路66を流れるカソードガス流量を増大させる(ステップS16)。
上記第1実施形態において制御部100が実行する処理フローにおいて、分流割合Pを精度良く制御できれば他の処理フローであってもよい。以下に処理フローの変形態様について説明する。
図11は、第1変形態様の処理フローである。第1変形態様ではステップS20に代えてステップS20aが実行される点で上記実施形態の処理フローとは異なる。
図12は、第2変形態様の処理フローである。図13は、ステップS273,S283の処理内容を概念的に説明するための図である。第2変形態様ではステップS20に代えてステップS20bが実行される点で上記実施形態の処理フローとは異なる。
図14は、第2実施形態の制御部100が実行する処理フローである。図15は、IV動作点について説明するための図である。図15では、燃料電池システム20の通常運転中のIV動作点と、急速暖機運転中のIV動作点とを示している。
上記実施形態では、燃料電池の構成の一例を示した。しかし、燃料電池の構成は種々の変更が可能であり、例えば、構成要素の追加、削除、変換等を実施可能である。
上記各実施形態によれば、分流弁68および調圧弁69は、弁の駆動源としてステッピングモータを有していたがこれに限定されるものではなく、各種の駆動源を用いてもよい。例えば、駆動源としてDCモータを用いてもよい。この場合において、上記各実施形態において「開度を最小単位で変更」とは、「開度を一駆動単位で変更」することを意味する。
40…燃料電池
41…単セル
43…第1のエンドプレート
44…第2のエンドプレート
50…アノードガス給排系
51…アノードガス供給路
52…減圧弁
53…循環ポンプ
54…アノードガス循環路
55…圧力センサ
56…開閉弁
58…排気弁
59…アノードガス排出路
60…カソードガス給排系
61…カソードガス供給路
63…カソードガス排出路
64…エアフロメーター
65…圧力センサ
66…主流路
67…副流路
68…分流弁
69…調圧弁
72…バイパス路
74…合流排出路
80…冷却系
81…冷却用流路
81a…上流側流路
81b…下流側流路
82…ラジエーター
85…循環ポンプ
86…温度センサ
91…セル電圧計
92…電流計測部
95…FDC
96…二次電池
97…BDC
98…DC/ACインバータ
100…制御部
110…発電調整部
120…判定部
130…弁調整部
140…記憶部
142…分流マップ
144…充放電許容量データ
146…急速暖機運転マップ
200…燃料電池車両
250…負荷
502…燃料タンク
602…フィルター
604…コンプレッサ
682…モータ
684…弁体
692…モータ
694…弁体
Claims (8)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給路と、
前記燃料電池から前記カソードガスを排出するカソードガス排出路と、
前記カソードガス排出路に設けられ、前記燃料電池のカソード側の背圧を調整するための調圧弁と、
前記カソードガス供給路に設けられたコンプレッサと、
前記コンプレッサから吐出された前記カソードガスの一部を、前記燃料電池を迂回させて前記カソードガス排出路に排出するバイパス路と、
前記バイパス路と前記カソードガス供給路との接続部分に設けられ、前記燃料電池に供給される前記カソードガスと前記バイパス路に供給される前記カソードガスの流量比を調整するための分流弁と、
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給路と、
前記燃料電池から前記アノードガスを排出するアノードガス排出路と、
前記アノードガス排出路に設けられ、前記アノードガスを排気するための排気弁と、
前記アノードガス排出路から排出される前記アノードガスと、前記カソードガス排出路から排出される前記カソードガスと、を排出する合流排出路と
燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池の発熱を利用して前記燃料電池を昇温させる急速暖機運転中における、前記燃料電池の発電量を調整する発電調整部と、
前記排気弁が開固着しているか否かを判定する判定部と、
前記急速暖機運転中において、前記排気弁が開固着していると判定された場合に、前記燃料電池に供給する前記カソードガスの流量が前記急速暖機運転によって要求される要求供給流量の許容範囲内に収まるように、前記調圧弁と前記分流弁との少なくとも一方について、制御によって変更可能な開度領域である動作開度領域と、単位時間当たりに変更できる開度の回数である開度変更率と、の少なくともいずれかを設定する弁調整部と、を有する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記弁調整部は、
前記調圧弁の開度を最小単位で変更したときに、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量が許容範囲から外れる場合に、前記許容範囲内に収まる領域に前記調圧弁の動作開度領域を変更し、
前記動作開度領域の変更前における前記調圧弁の開度と、前記動作開度領域の変更後における前記調圧弁の開度とで、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量が変化しないように、前記分流弁の開度を設定する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記弁調整部は、
前記分流弁の開度を最小単位で変更したときに、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量が前記要求供給流量の許容範囲から外れる場合に、前記許容範囲内に収まる領域に前記分流弁の動作開度領域を変更し、
前記動作開度領域の変更前の前記分流弁の開度と、前記動作開度領域の変更後の前記分流弁の開度とで、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量が変化しないように、前記調圧弁の開度を設定する、燃料電池システム。 - 請求項2または請求項3に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池への電力の供給と前記燃料電池によって生じる電力の充電とを行うための二次電池を有し、
前記許容範囲は、前記急速暖機運転によって要求される前記燃料電池の要求発電量と、前記二次電池の充放電許容量とに基づいて設定される、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記弁調整部は、
前記調圧弁の開度を最小単位で変更したときの前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量変化量である第1変化量と、前記分流弁の開度を最小単位で変更したときの前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量変化量である第2変化量とを比較し、前記第1変化量が第2変化量よりも大きい場合は前記調圧弁の開度を一定に設定し、前記第2変化量が前記第1変化量よりも大きい場合は前記分流弁の開度を一定に設定し、
前記要求供給流量の許容範囲内となるように、前記調圧弁と前記分流弁のうちで前記流量変化量が小さい方の弁の開度を制御する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記弁調整部は、
前記調圧弁の開度を最小単位で変更したときに、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量が前記許容範囲から外れる場合であり、かつ、前記分流弁の開度を最小単位で変更したときに、前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量が前記許容範囲から外れる場合に、前記調圧弁と前記分流弁のそれぞれの開度を一定に設定し、
前記発電調整部は、前記要求供給流量の前記許容範囲内となるように、前記コンプレッサから吐出される前記カソードガスの吐出流量を制御する、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記弁調整部は、前記調圧弁の開度を最小単位で変更したときの前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量変化量である第1変化量と、前記分流弁の開度を最小単位で変更したときの前記燃料電池に供給される前記カソードガスの流量変化量である第2変化量とを比較し、前記第1変化量が第2変化量よりも大きい場合は、前記調圧弁の開度変更率を通常時よりも高く設定し、前記第2変化量が前記第1変化量よりも大きい場合は前記分流弁の開度変更率を通常制御時よりも高く設定する、燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給路と、
前記燃料電池から前記カソードガスを排出するカソードガス排出路と、
前記カソードガス排出路に設けられ、前記燃料電池のカソード側の背圧を調整するための調圧弁と、
前記カソードガス供給路に設けられたコンプレッサと、
前記コンプレッサから吐出された前記カソードガスの一部を、前記燃料電池を迂回させて前記カソードガス排出路に排出するバイパス路と、
前記バイパス路と前記カソードガス供給路との接続部分に設けられ、前記燃料電池に供給される前記カソードガスと前記バイパス路に供給される前記カソードガスの流量比を調整するための分流弁と、
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給路と、
前記燃料電池から前記アノードガスを排出するアノードガス排出路と、
前記アノードガス排出路に設けられ、前記アノードガスを排気するための排気弁と、
前記アノードガス排出路から排出される前記アノードガスと、前記カソードガス排出路から排出される前記カソードガスと、を排出する合流排出路と
燃料電池システムの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池の発熱を利用して前記燃料電池を昇温させる急速暖機運転中における、前記燃料電池の発電量を調整する発電調整部と、
前記排気弁が開固着しているか否かを判定する判定部と、を備え、
前記発電調整部は、
前記急速暖機運転中において、前記判定部によって前記排気弁が開固着していると判定された場合に、前記燃料電池の電流値と電圧値とによって特定される前記燃料電池の動作点について、前記排気弁が開固着していないと判定された場合よりも、前記電流値が高い側へと変更する、燃料電池システム。
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