JP6958425B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
(i)前記内圧を取得する圧力センサと、前記内部温度を取得する温度センサ
(ii)前記内圧を取得する圧力センサと、取得した前記内圧を用いて前記内部温度を推定することで取得する温度推定部
(iii)前記内部温度を取得する温度センサと、取得した前記内部温度を用いて前記内圧を推定することで取得する圧力推定部
この形態の燃料電池システムによれば、(i)から(iii)までのいずれか1つの取得部を備える燃料電池システムが提供される。
図1は、第1実施形態に係る燃料電池システム100の概略図である。燃料電池システム100は、燃料電池スタック20と、燃料ガス給排機構50と、酸化剤ガス給排機構60と、冷媒循環機構70と、制御部80と、記憶部82と、報知部84と、を備える。燃料電池システム100は、燃料ガス(アノードガス)と酸化剤ガス(カソードガス)との反応によって発電する。本実施形態において、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。
図5は、第2実施形態における高圧タンク400の模式図である。図5は、高圧タンク400の中心軸CXに沿って切断した際の断面構造を示している。第2実施形態に係る燃料電池システム100において用いられる高圧タンク400は、長手方向における中央部において、樹脂ライナー210と補強層220とが樹脂ライナー210の周方向にわたって接着されている接着部410を有する点で、第1実施形態における高圧タンク200と異なる。以下において、第1実施形態と同様の構成については、同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
C1.第1の他の実施形態
上記実施形態において、燃料電池システム100は、2つの高圧タンク202、204を備えるが、これに限定されない。例えば、燃料電池システム100は、1つの高圧タンクのみを備えてもよく、3つ以上の高圧タンクを備えてもよい。3つ以上の高圧タンクを備えている場合には、報知制御(図4)におけるステップS101では、燃料電池システム100に備えられた全ての高圧タンクの内圧が閾値P1未満である場合に、内圧条件を満たす(ステップS101;Yes)と判定される。また、ステップS102では、燃料電池システム100に備えられた少なくともいずれか1つの高圧タンクの内圧と内部温度とが、境界線Thに到達している場合に、高圧タンクの内圧と内部温度とが基準条件を満たしている(ステップS102:Yes)と判定される。
上記実施形態において、二つの高圧タンク202、204における燃料ガスの消費は、高圧タンク202、204の内圧が同程度になるように調整されているが、これに限定されない。例えば、一方の高圧タンクのみから燃料ガスを消費し、この高圧タンクの燃料ガス残量が一定の量未満になると、この高圧タンクからの燃料ガスの消費を停止し、他方の高圧タンクからの燃料ガスの消費を開始してもよい。この場合には、報知制御(図4)におけるステップS101では、最後に消費される高圧タンクの内圧が閾値P1未満である場合に、内圧条件を満たす(ステップS101;Yes)と判定される。また、ステップS102では、最後に消費される高圧タンクの内圧と内部温度とが、境界線Thに到達している場合に、高圧タンク202、204の内圧と内部温度とが基準条件を満たしている(ステップS102:Yes)と判定される。
上記実施形態において、制御部80は、記憶部82に予め記憶されたデータマップを用いて報知制御を実行しているが、これに限定されない。例えば、記憶部82に予め定められた基準内部温度および基準内圧の組み合わせをリストとして記憶し、制御部80は、内部温度および内圧が記憶されているリストに合致する組み合わせがあるか否かを判定してもよい。この場合には、リストに合致する組み合わせであった場合に、制御部80は、基準条件を満たすと判定してもよい。また例えば、データマップは、記憶部82に記憶されていなくてもよい。この場合には、制御部80は、燃料電池システム100の外部に設けられたサーバ上に記憶されたデータマップを用いて報知制御を実行してもよい。内部温度と内圧とを用いて、樹脂ライナー210の収縮量を算出し、収縮量が予め定めた値を以上になった場合に、報知を実行してもよい。また、データマップは、閾値P1を含んでいてもよい。
上記実施形態において、燃料電池システム100に備えられた高圧タンク202、204は、それぞれ異なる長さLや直径Rを有していてもよい。この場合において、応力発生領域を決定する際には、複数の高圧タンク202、204のうち樹脂ライナー210への応力が最も発生しやすい高圧タンクを基準に用いることが好ましい。例えば、第1実施形態の場合であれば、樹脂ライナー210と補強層220との間に隙間が生じやすい方を基準として用いればよい。また例えば、第2実施形態の場合であれば、接着部410への集中応力が最も発生しやすい、つまり、直径Rが最も小さい高圧タンクを基準とすればよい。この場合には、燃料電池システム100に備えられた高圧タンク202、204が、それぞれ異なる長さLや直径Rを有している場合には、例えば燃料電池システム100を積載した燃料電池車両における高圧タンク202、204の配置の自由度が向上する。
上記実施形態において、燃料電池システム100は、内部温度取得部としての温度センサ93、94と内圧取得部としての圧力センサ91、92とを備えるが、これに限定されない。例えば、燃料電池システム100は、圧力センサ91、92と、内圧を用いて内部温度を推定する温度推定部と、を取得部として備えてもよい。また例えば、燃料電池システム100は、内部温度を用いて内圧を推定する圧力推定部と、内部温度を計測する温度センサ93、94を取得部として備えてもよい。内圧を用いた内部温度の推定および内部温度を用いた内圧の推定には、例えば気体の状態方程式を用いることができる。気体の状態方程式を用いて内圧もしくは内部温度を推定する場合には、高圧タンク200の内部空間216の体積は、内圧や内部空間が変化する場合であっても一定の体積と仮定してもよい。例えば、予め定めた条件(例えば標準状態)における高圧タンク200の内部空間216の体積を気体の状態方程式に当てはめて、内圧もしくは内部温度を推定してもよい。また、この場合において、燃料電池システム100は、燃料ガスの充填量と燃料ガスの消費量とを用いて高圧タンク200内の残存燃料ガス量を推定し、内圧や内部温度の推定に用いてもよい。
上記実施形態において、温度センサ93、94は高圧タンク202、204内に配置され、圧力センサ91、92は燃料ガス供給流路34に備えられているが、これに限定されない。例えば、温度センサ93、94は、燃料ガス供給流路34に備えられ、制御部80は、取得された温度に高圧タンク202、204から排出されてからの温度変化を除去する補正を行うことによって、内部温度を取得してもよい。また例えば、圧力センサ91、92は、高圧タンク202、204内に配置されていてもよい。
上記実施形態において、燃料電池システム100は、高圧タンク202、204の内圧と内部温度とが基準条件を満たしている場合に、報知部84による報知に加えて、発電量を制限する処理を行ってもよい。発電量を制限する処理は、例えば、燃料電池スタック20へと供給される燃料ガスの量を予め定めた量以下に制限することによって行われてもよい。この場合には、燃料電池システム100は、基準条件を満たした後において、燃料ガスの消費速度を低減することができる。これにより、燃料電池システム100は、燃料ガスの消費による高圧タンク200の内圧の低下と内部温度の低下とを低減できる。発電量を制限する処理を実行する場合には、制御部80は、報知部84の動作に加えて、燃料ガス給排機構50の各構成(例えば、レギュレータ44とインジェクタ45と水素ポンプ46との少なくともいずれか1つ)の動作を制御してもよい。なお、燃料電池システム100は、高圧タンク202、204の内圧が内圧条件を満たしている場合においても、発電量を制限する処理を実行してもよい。
上記第2実施形態において、接着部410は、長手方向における中央部に形成されているが、これに限定されない。例えば、長手方向における中央部に加えて、もしくは、代えて、樹脂ライナー210の他の領域において接着されていてもよい。また、接着部410は、樹脂ライナー210と補強層220とが樹脂ライナー210の周方向にわたって接着されているが、これに限定されない。例えば、接着部410は、樹脂ライナー210と補強層220とが樹脂ライナー210の周方向の一部において接着されていてもよい。
30…レセプタクル
32…燃料ガス充填流路
34…燃料ガス供給流路
36…燃料ガス循環流路
44…レギュレータ
45…インジェクタ
46…水素ポンプ
47…気液分離器
48…開閉弁
50…燃料ガス給排機構
60…酸化剤ガス給排機構
70…冷媒循環機構
80…制御部
82…記憶部
84…報知部
91、92…圧力センサ
93、94…温度センサ
100…燃料電池システム
200、202、204…高圧タンク
210…樹脂ライナー
211…円筒部
212、214…ドーム部
216…内部空間
220…補強層
222…第1の口金
224…第2の口金
400…高圧タンク
410…接着部
421、422…主止弁
432、434…開閉弁
Claims (5)
- 燃料ガスを消費して発電を行う燃料電池スタックを有する燃料電池システムであって、
樹脂ライナーと、前記樹脂ライナーの外表面を覆う補強層と、を有し、内部に前記燃料ガスが充填されている高圧タンクと、
前記高圧タンクの内圧と、前記高圧タンクの内部の温度である内部温度と、を取得する取得部と、
前記高圧タンクへの燃料ガスの充填が必要であることを報知する報知部と、
取得した前記内部温度と前記内圧とを用いて、前記報知部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記内部温度及び前記内圧のマップにおいて、前記樹脂ライナーの収縮によって前記樹脂ライナーに付与される応力が前記樹脂ライナーを破損させる可能性があることを示す第1領域と、前記第1領域よりも高温高圧である第2領域とを区画する境界線を設定し、取得した前記内部温度及び前記内圧が前記境界線に到達した場合に、前記報知部に前記燃料ガスの充填が必要であることを報知させる、
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、
取得した前記内圧が予め定められた閾値に到達した場合には、前記境界線に到達したか否かに拘わらず、前記報知部に前記燃料ガスの充填が必要であることの報知を実行させる、燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記樹脂ライナーは、前記樹脂ライナーの長手方向の中央部において前記補強層と接着された接着部を有しており、前記樹脂ライナーの収縮によって前記接着部において前記樹脂ライナーに応力が発生するように構成されている、燃料電池システム。 - 請求項1から請求項3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、
前記取得部は、下記(i)から(iii)までのいずれか1つを有する、燃料電池システム。
(i)前記内圧を取得する圧力センサと、前記内部温度を取得する温度センサ
(ii)前記内圧を取得する圧力センサと、取得した前記内圧を用いて前記内部温度を推定することで取得する温度推定部
(iii)前記内部温度を取得する温度センサと、取得した前記内部温度を用いて前記内圧を推定することで取得する圧力推定部 - 燃料ガスを消費して発電を行う燃料電池スタックと、
樹脂ライナーと、前記樹脂ライナーの外表面を覆う補強層と、を有し、内部に前記燃料ガスが充填されている高圧タンクと、
前記高圧タンクへの燃料ガスの充填が必要であることを報知する報知部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記高圧タンクの内圧と、前記高圧タンクの内部の温度である内部温度と、を取得し、
前記内部温度及び前記内圧のマップにおいて、前記樹脂ライナーの収縮によって前記樹脂ライナーに付与される応力が前記樹脂ライナーを破損させる可能性があることを示す第1領域と、前記第1領域よりも高温高圧である第2領域とを区画する境界線を設定し、取得した前記内部温度及び前記内圧が前記境界線に到達した場合に、前記報知部に前記燃料ガスの充填が必要であることを報知させる、
燃料電池システムの制御方法。
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