JP6809404B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
このような燃料電池システムによれば、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることにより、アノードガス排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、排出弁の開弁時において、インジェクタ上流側の圧力を増加させることでアノードガスの供給速度が増加する。インジェクタの駆動周期は排出弁の閉弁時と開弁時とで一定であるため、インジェクタの噴射期間を短くして、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることができる。その結果、アノードガスの排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、排出弁の開弁時において、インジェクタの駆動本数を増加させることでアノードガスの供給速度が増加する。インジェクタの駆動周期は排出弁の閉弁時と開弁時とで一定であるため、インジェクタの噴射期間を短くして、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることができる。その結果、アノードガスの排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、インジェクタによるアノードガスの噴射期間において燃料電池の発電量を減少させることで、インジェクタ下流側の圧力の上昇速度が増加する。そのため、インジェクタの噴射期間を短くすることができるので、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることができる。その結果、アノードガスの排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、第1期間におけるインジェクタ下流側の圧力降下速度が減少するため第1期間を長くすることができる。そのため、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることができる。その結果、アノードガスの排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、駆動周期を長くすることで第1期間を長くすることができる。アノードガスの噴射停止後圧力センサから取得した圧力値の変動が予め定められた範囲に収まるまでの期間は、駆動周期によらずほぼ一定であるため、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることができる。その結果、アノードガスの排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、インジェクタによる圧力脈動の振幅を大きくすることで、駆動周期を長くして第1期間を長くすることができる。アノードガスの噴射停止後圧力センサから取得した圧力値の変動が予め定められた範囲に収まるまでの期間は、駆動周期によらずほぼ一定であるため、駆動周期に対する第1期間の割合を増加させることができる。その結果、アノードガスの排出量の推定精度を向上させることができる。
この形態によれば、アノードガスポンプによる圧力値の変動を少なくすることができるので、第1期間における圧力降下量をより正確に算出することができる。そのため、アノードガス排出量の推定精度をより向上させることができる。
この形態によれば、圧力降下量に基づいて算出されるアノードガス排出量を正の値とすることができる。そのため、第1期間における圧力降下量をより正確に算出することができるので、アノードガス排出量の推定精度をより向上させることができる。
図1は本発明の一実施形態としての燃料電池システム100の概略構成を示す図である。燃料電池システム100は、例えば、車両に搭載され、運転者からの要求に応じて、車両の動力源となる電力を出力する。
処理1では、制御部90は、レギュレータ52を制御して、排出弁63の開弁期間において、インジェクタ54の一次圧を排出弁63の閉弁期間よりも増加させる。制御部90は、例えば、排出弁63の開弁時又は開弁の直前に、インジェクタ54の一次圧を、排出弁63の閉弁期間中よりも、例えば0.2MPa増加させる。また、制御部90は、駆動周期が、排出弁63の閉弁期間と排出弁63の開弁期間とで同じになるようにインジェクタ54を制御する。
図5は、処理2を実行する燃料電池システム100aを示す図である。燃料電池システム100aは、アノードガス供給系50aが、アノードガス供給流路51の燃料電池スタック20よりも上流側に並列に配置された複数本のインジェクタ54aを備える点で、上述の燃料電池システム100と異なる。処理2では、制御部90aは、駆動周期が、排出弁63の閉弁期間と排出弁63の開弁期間とで同じになるようにインジェクタ54aを制御する。制御部90aは、排出弁63の開弁期間におけるインジェクタ54aの駆動本数を、排出弁63の閉弁期間中よりも増加させる。
処理3では、制御部90は、排出弁63の開弁期間における少なくとも期間Aにおいて、燃料電池スタック20の発電量を、排出弁63の閉弁期間中よりも減少させる。制御部90は、燃料電池スタック20へ供給されるアノードガスの量及びカソードガスの量を排出弁63の開弁期間中と閉弁期間中とで同じ量に維持する。制御部90は、排出弁63の開弁期間中における少なくとも期間Aでは、排出弁63の閉弁期間中よりも電流要求値を減少させ、燃料電池スタック20による発電量を減少させる。制御部90は、排出弁の開弁期間中の期間Aにおける燃料電池スタック20の出力電流値を、閉弁期間中よりも例えば20A(アンペア)減少させる。制御部90は、バッテリー74からの出力により、燃料電池スタック20による発電量の降下分を補う。なお、処理3では、制御部90は、排出弁63の開弁期間中、期間Aに加え、期間Bや期間Cにおいても発電量を減少させてもよい。
処理4では、制御部90は、排出弁63の開弁期間でのC期間において、燃料電池スタック20の発電量を、排出弁63の開弁期間での期間Aと期間Bとの少なくとも一方よりも減少させる。制御部90は、燃料電池スタック20へ供給されるアノードガスの量及びカソードガスの量を期間A〜期間Cで同じ量に維持する。制御部90は、排出弁63の開弁期間中の期間Cでは、期間Aと期間Bの少なくとも一方の期間よりも電流要求値を減少させ、燃料電池スタック20による発電電流を減少させる。制御部90は、排出弁63の開弁期間中の期間Cでは、FC電流値を、期間Aと期間Bの少なくとも一方の期間よりも例えば20A(アンペア)減少させる。制御部90は、バッテリー74からの出力により、燃料電池スタック20による発電量の降下分を補う。
処理5では、制御部90は、駆動周期に対する期間Aの割合を維持したまま、排出弁63の開弁期間におけるインジェクタ54の駆動周期を、排出弁63の閉弁期間中よりも長くする。
処理6では、制御部90は、排出弁63の開弁期間における、インジェクタ54による圧力脈動の振幅が、排出弁63の閉弁期間中よりも大きくなるようにインジェクタ54を制御する。制御部90は、処理6では、例えば、排出弁63の開弁期間において、圧力脈動の振幅を、閉弁期間中における圧力脈動の振幅の1.5倍に制御する。
第2実施形態では、制御部90は、排出弁63の開弁期間中の期間Cにおける圧力降下量の下限値を、0よりも小さい値に補正して、期間Cにおける圧力降下量を補正する。
図14は、圧力センサ59から取得される圧力値と水素ポンプ55の回転数とを示すタイミングチャートである。期間Cにおける破線Padは、水素ポンプ55の回転数が一定である場合に圧力センサ59から取得される圧力値である。
燃料電池システム100、100aは、アノードガス供給流路51の圧力が目標圧力を下回った場合に、インジェクタ54、54aを開弁してアノードガスを噴射させる第2制御部を備えていてもよい。制御部90、90aは、例えば、期間Cにおいて第2制御部によりインジェクタ54の開弁が行われた場合に、第2制御部によるインジェクタ54の開弁によって生じる期間A、期間Bの経過後に、アノードガス排出量推定のための圧力降下量を算出してもよい。このようにすれば、アノードガス排出量の推定精度をより向上させることができる。
20…燃料電池スタック
21…燃料電池
30…カソードガス供給系
31…カソードガス供給流路
32…エアフローメータ
33…コンプレッサ
34…インタークーラ
35…入口弁
36…バイパス流路
37…バイパス弁
40…カソードガス排出系
41…カソードガス排出流路
42…調圧弁
43…マフラ
50、50a…アノードガス供給系
51…アノードガス供給流路
52…レギュレータ
53…リリーフ弁
54、54a…インジェクタ
55…水素ポンプ
56…循環流路
57…水素タンク
58…開閉弁
59…圧力センサ
60…アノードガス排出系
61…アノードガス排出流路
62…気液分離部
63…排出弁
64…排出流路
70…電力系
71…負荷装置
72…インバータ
73…DC−DCコンバータ
74…バッテリー
75…電流センサ
80…冷却水循環系
81…冷却水排出流路
82…ラジエータ
83…冷却水ポンプ
84…冷却水供給流路
90、90a…制御部
100、100a…燃料電池システム
D…下限値
T、T3、T4、T5、T6…駆動周期
Claims (9)
- 燃料電池システムであって、
アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池に供給される前記アノードガスが流れるアノードガス供給流路と、
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池から排出される前記アノードガスが流れるアノードガス排出流路と、
前記アノードガス供給流路に設けられ前記アノードガスを噴射するインジェクタと、
前記アノードガス供給流路の前記インジェクタよりも下流側又は前記アノードガス排出流路に設けられた圧力センサと、
前記アノードガス排出流路に設けられた排出弁と、
前記インジェクタと前記排出弁とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記インジェクタの下流側における前記アノードガス供給流路内の圧力が予め定められた目標圧力を下回らないように、前記インジェクタを制御しており、
前記排出弁の開弁期間中での第1期間であって、前記インジェクタによる前記アノードガスの噴射停止後前記圧力センサから取得した圧力値の変動が予め定められた範囲に収まるまでの期間が経過してから、次回の前記インジェクタによる前記アノードガスの噴射開始までの期間である第1期間における、前記圧力センサから取得した前記圧力値の降下量に基づいて推定される前記アノードガスの排出量が目標排出量に達した場合に、前記排出弁を閉じ、
前記排出弁の開弁期間において、前記インジェクタによる前記アノードガスの供給速度と、前記燃料電池の発電量と、前記インジェクタの噴射開始から次回の噴射開始までの期間である駆動周期と、の少なくとも1つを制御することにより、前記駆動周期に対する前記第1期間の割合を増加させる、
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、
さらに、前記アノードガス供給流路の前記インジェクタよりも上流側に設けられた調圧弁であって、前記調圧弁と前記インジェクタの間の前記アノードガスの圧力を調整する調圧弁を備え、
前記制御部は、
前記駆動周期が、前記排出弁の閉弁期間と前記排出弁の開弁期間とで一定になるように前記インジェクタを制御しており、
前記調圧弁を制御して、前記排出弁の開弁期間において、前記調圧弁と前記インジェクタとの間の前記アノードガス供給流路の圧力を、前記排出弁の閉弁期間中よりも増加させて、前記インジェクタによる前記アノードガスの供給速度を増加させる、燃料電池システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムであって、
さらに、前記アノードガス供給流路の前記燃料電池よりも上流側に並列に配置された複数本の前記インジェクタを備え、
前記制御部は、
前記駆動周期が、前記排出弁の閉弁期間と前記排出弁の開弁期間とで一定になるように前記インジェクタを制御しており、
前記排出弁の開弁期間において、前記インジェクタの駆動本数を前記排出弁の閉弁期間中よりも増加させて、前記インジェクタによる前記アノードガスの供給速度を増加させる、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、
前記制御部は、前記排出弁の開弁期間における少なくとも前記アノードガスの噴射期間において、前記燃料電池の発電量を、前記排出弁の閉弁期間中よりも減少させる、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、
前記制御部は、前記排出弁の開弁期間での前記第1期間において、前記燃料電池の発電量を、前記排出弁の開弁期間での前記インジェクタによる前記アノードガスの噴射期間と、前記アノードガスの噴射停止後前記圧力センサから取得した圧力値の変動が予め定められた範囲に収まるまでの期間と、の少なくとも一方の期間よりも減少させる、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、
前記制御部は、前記駆動周期に対する前記アノードガスの噴射期間の割合を維持したまま、前記排出弁の開弁期間中における前記駆動周期を、前記排出弁の閉弁期間中における前記駆動周期よりも長くする、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、
前記制御部は、前記排出弁の開弁期間において、前記インジェクタによる圧力脈動の振幅である前記インジェクタの下流側における前記アノードガス供給流路内の圧力脈動の振幅が、前記排出弁の閉弁期間中よりも大きくなるように、前記インジェクタの前記駆動周期を制御する、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記アノードガス供給流路の前記インジェクタの下流側の位置と前記アノードガス排出流路とが接続された循環流路と、
前記循環流路に設けられたアノードガスポンプと、を備え、
前記制御部は、さらに、前記アノードガスポンプを制御しており、前記排出弁の開弁期間中、少なくとも前記第1期間において、前記アノードガスポンプの回転数を一定にする、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記アノードガス供給流路の前記インジェクタの下流側の位置と前記アノードガス排出流路とが接続された循環流路と、
前記循環流路に設けられたアノードガスポンプと、を備え、
前記制御部は、前記排出弁の開弁期間中の前記第1期間における前記圧力値の降下量の下限値を、0よりも小さい値に補正して、前記第1期間における前記圧力値の降下量を算出する、燃料電池システム。
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