JP7159915B2 - 燃料電池システムおよび制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
燃料電池システムであって、
複数のサブシステムを備え、
前記複数のサブシステムのそれぞれは、
アノードとカソードとを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの温度を取得する温度センサと、
前記アノードと前記カソードとの少なくともいずれか一方を掃気する掃気装置と、
前記掃気装置に対して掃気の実行を指示できる制御部と、を備え、
(i)前記サブシステムのうち一つのサブシステムであって、前記燃料電池システムの運転が停止される際の当該サブシステムの前記燃料電池スタックの温度が、前記複数のサブシステムの中で最も低いと特定されたサブシステムの制御部は、当該サブシステムにおける掃気実行の判定と、前記判定に応じて全てのサブシステムに対する掃気実行の指示とを含む掃気制御を実行する、第1動作モードと、
(ii)第2動作モードと、を備え、
前記複数のサブシステムのそれぞれの制御部について、前記第1動作モードにおける前記掃気制御を連続して実行した回数を記録し、
前記第2動作モードは、前記複数のサブシステムのそれぞれの制御部のうち、前記掃気制御を連続して実行した回数が最初に予め定められた回数以上となった制御部である掃気制御部が、前記掃気制御を実行する動作モードである、燃料電池システム。
(2)上記形態の燃料電池システムは、前記燃料電池システムの運転が停止された際に、前記複数のサブシステムのうち、前記燃料電池スタックの温度が最も低いサブシステムの制御部を決定する決定処理を実行する決定部を備え、前記複数のサブシステムの各制御部のうち、前記決定部により決定された制御部が、前記掃気制御を実行してもよい。この形態によれば、停止の度に各サブシステムが用いられる環境が異なる可能性があっても、掃気処理が適切なタイミングで実行されない可能性を低減できる。
(3)上記形態において、決定部は、前記複数のサブシステムのうちのいずれか一つの制御部に設けられていてもよい。この形態によれば、決定部を別途設ける必要がない。
(4)上記形態の燃料電池システムは、前記決定部と前記各サブシステムの前記制御部とがアクセス可能な記憶部を備え、前記決定部は、前記いずれかのサブシステムの制御部が、前記決定処理により継続して決定される条件が満たされたとき、前記制御部がいずれのサブシステムの制御部であるかを特定する情報を前記記憶部に記憶し、前記情報が前記記憶部に記憶されている場合には、前記情報によって特定されるサブシステムの制御部は、継続して前記掃気制御を実行してもよい。この形態によれば、特定する情報が記憶部に記憶されている場合には、特定されるサブシステムの制御部が継続して前記掃気制御を実行できるので、特定された後には停止の際に決定を行う必要がない。したがって、この燃料電池システムでは、停止の際における決定部への負荷や、エネルギーの消費を低減できる。
(5)上記形態において、前記燃料電池システムの運転が停止された際に、前記複数のサブシステムのうち、前記燃料電池スタックの温度が最も低いサブシステムの制御部を特定する特定処理を実行する特定部と、前記特定部と前記各サブシステムの前記制御部とがアクセス可能な記憶部を備え、前記特定部は、前記いずれかのサブシステムの制御部が、前記特定処理により特定される条件が満たされたとき、前記制御部がいずれのサブシステムの制御部であるかを特定する情報を前記記憶部に記憶し、前記情報が前記記憶部に記憶されている場合には、前記情報によって特定されるサブシステムの制御部は、前記掃気制御を実行してもよい。この形態によれば、燃料電池システムは、特定される条件が満たされている場合には、特定された制御部が、掃気制御を行う。したがって、掃気制御を全ての制御部が行う場合と比べて、エネルギーの消費を低減できる。
(6)上記形態において、前記情報が前記記憶部に記憶されていない場合には、前記複数のサブシステムの制御部のそれぞれは、自身が備えられたサブシステムにおける掃気実行の判定と、当該サブシステムの前記掃気装置のみに対する掃気実行の指示と、を実行してもよい。この形態によれば、特定さられる条件が満たされていない場合には、燃料電池システムは、掃気のタイミングを複数のサブシステムのそれぞれで調整できる。
(7)上記形態において、前記複数のサブシステムの制御部は、前記掃気実行の指示の度に、前記掃気実行に関する情報である追加情報を前記記憶部に記憶し、前記特定部は、前記燃料電池スタックの温度と前記追加情報とを用いて、前記特定処理により特定される条件が満たされているか否かの判定を実行してもよい。この形態によれば、燃料電池スタックの温度のみを用いる場合と比べて、特定される条件が満たされたか否かの判定の精度を向上させることができる。
(8)上記形態において、決定部は、前記複数のサブシステムのうちのいずれか一つの制御部に設けられていてもよい。この形態によれば、決定部を別途設ける必要がない。
(9)上記形態において、前記記憶部に記憶された前記情報は、予め定めた条件が成立した場合に消去されてもよい。この形態によれば、特定の後に、環境が変化した場合であっても、掃気処理が適切なタイミングで実行されない可能性を低減できる。
本開示は、上述した燃料電池システム以外の種々の形態で実現可能である。例えば、上述の燃料電池システムの制御方法や燃料電池システムの制御プログラムや燃料電池システムを備える燃料電池車両、船舶、飛行機等の移動体、または、住宅、ビル等の定置設備の形態で実現することができる。
A1.燃料電池システムの概要
図1は、実施形態に係る燃料電池システム10の概略図である。燃料電池システム10は、第1サブシステム10Aと第2サブシステム10Bとを備え、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。2つのサブシステム10A、10Bは、互いに同様の構成を有し、通常の運転状態において、互いに同期された状態で運転されている。燃料電池システム10は、例えば、燃料電池バス等の大型車両(大型自動車)に搭載され、駆動用モータや各種補機を動作させる発電装置として用いられる。本実施形態において、燃料電池システム10は、燃料電池バスである燃料電池車両に搭載されている。なお、燃料電池システム10は、大型自動車に限らず、中型自動車や普通自動車等の大型自動車以外の自動車に搭載されてもよい。また、燃料電池車両は、燃料電池システム10に加えて、燃料電池システム10によって発電された電力を蓄え、蓄えた電力を用いて駆動用モータや各種補機を動作させる二次電池(図示しない)を備える。
第2実施形態に係る燃料電池システム10は、特定処理を実行する点で第1実施形態と異なる。特定処理は、2つのサブシステム10A、10Bのうち温度条件を満たすサブシステムを特定する処理である。また、第2実施形態に係る燃料電池システム10は、特定処理による特定が完了した後には決定処理を実行しない点で、第1実施形態に係る燃料電池システム10と異なる。なお、以下において、第1実施形態と同様の構成及び処理については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第3実施形態に係る燃料電池システム10は、決定処理を行わない点において、上記第2実施形態に係る燃料電池システム10と異なる。また、決定処理を行わないことにより、決定・特定処理や設定処理や掃気処理においても処理の内容が異なる。なお、本実施形態において、特定処理が完了していない場合には、第1制御部600Aと第2制御部600Bとのいずれが掃気制御部であるか示す情報は記憶部640に記憶されていない。
第4実施形態に係る燃料電池システム10は、特定処理において、第1の温度や第2の温度の傾向を示す計数の結果に加えて、追加情報を用いて、特定を行う点において、第3実施形態に係る燃料電池システム10と異なる。
E1.第1の他の実施形態
上記第2から第4実施形態において、燃料電池システム10は、記憶部640に記憶された特定の結果の消去が可能であってもよい。特定の結果の消去は、燃料電池車両の車庫の位置が変更される場合等に、行われてもよい。また、特定の結果の消去は、バッテリクリアが行われた場合に実行されてもよい。バッテリクリアとは、バッテリを燃料電池システム10から電気的に切断し、その後、燃料電池システム10にバッテリを再度接続する処理を言う。バッテリクリアは、例えば、燃料電池車両の検査や修理の際に行われる。特定の結果の消去が可能な場合には、例えば、第2実施形態に係る燃料電池システム10は、特定が完了した後においても、決定処理や特定処理を行うことが可能である。また例えば、第2実施形態に係る燃料電池システム10は、特定が完了した後においても、特定処理を行うことが可能であり、特定が完了する前と同様に、複数の制御部600A、600Bのそれぞれが起動して、実行処理を行うことができる。この場合には、特定の後に、環境が変化する場合であっても、掃気が適切なタイミングで実行されない可能性を低減できる。
上記実施形態において、温度センサ570A、570Bによって取得される温度を燃料電池スタック100A、100Bの温度として用いている。しかし、温度センサ570A、570B以外の温度センサによって取得される温度が燃料電池スタック100A、100Bの温度として用いられてもよい。例えば、外気温センサや燃料電池スタック100A、100Bに接続された流路に配置された温度センサや、燃料電池スタック100A、100Bの温度を直接取得する温度センサを用いてもよい。異なる温度センサを用いる場合には、例えば、燃料電池システム10は、必要に応じて、燃料電池スタック100A、100Bの温度との相関関係に応じて取得された温度を補正してもよい。また例えば、燃料電池システム10は、燃料電池スタック100A、100Bの温度と取得される温度との相関関係に応じて、掃気判定の条件が変更されていてもよい。
上記実施形態において、燃料電池システム10は、2つのサブシステム10A、10B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10は、3つ以上のサブシステムを備えてもよい。3つ以上のサブシステムが備えられている場合には、複数のサブシステムのうちの一つに設けられた制御部がマスタ制御部610として機能する。また、3つ以上のサブシステムが備えられている場合には、燃料電池システム10の運転が停止される際に燃料電池スタックの温度が複数のサブシステムの中で最も低いと特定または決定されたサブシステムの制御部が掃気制御部として機能してもよい。
上記実施形態において、燃料電池システム10は、掃気処理に先立って、冬判定を実行してもよい。冬判定とは、燃料電池システム10が使用される環境が、いわゆる冬期であるか否かを判定する処理である。冬期は、車両を停車した後、例えば夜間などに燃料電池スタック20内の水分が凍結しうる温度になる環境になる期間である。冬判定を実行する場合には、燃料電池システム10は、冬期と判定された場合にのみ、掃気処理を実行してもよい。
上記第1および第2実施形態において、マスタ制御部610は、決定部として決定処理を実行しているが、これに限定されない。例えば、マスタ制御部610は、決定部として機能しなくてもよい。この場合には、マスタ制御部610以外の構成が決定部としての機能を有していてもよい。例えば、制御部600A、600Bとは別に設けられたECUが決定部として機能してもよい。また、第2実施形態において、決定処理と特定処理とは、マスタ制御部610によって実行されているが、これに限定されない。決定処理と特定処理とは、互いに異なる構成によって実行されてもよい。例えば、決定処理はマスタ制御部610によって実行され、特定処理は制御部600A、600Bとは別に設けられたECUによって実行されてもよい。この場合には、決定処理と特定処理とを実行する2つの構成が決定部として機能している。決定処理と特定処理とが互いに異なる構成によって実行されている場合には、特定の後であっても、決定処理が実行されていてもよい。特定の後であっても決定処理が実行されている場合には、決定処理の結果に関わらず、記憶部640に記憶された特定の結果に応じて、掃気制御部が決定されてもよい。
上記実施形態の燃料電池システム10において、3つ以上のサブシステムを備える場合には、3つ以上のサブシステムのうち一部のサブシステムと他のサブシステムとがそれぞれ明らかに環境が異なる位置に配置されている場合がある。例えば、燃料電池システム10を搭載した燃料電池バスにおいて、車両前方と車両後方とに分けて3つ以上のサブシステムが配置されている場合がある。この場合には、3つ以上のサブシステムのうち一部のサブシステムと他のサブシステムとの一方、または、それぞれが、課題を解決する手段における「複数のサブシステム」に相当してもよい。
上記実施形態において、掃気処理は、アノードとカソードとの両方で実行されているが、これに限定されない。例えば、掃気処理は、アノードとカソードとの一方で実行されてもよい。
Claims (4)
- 燃料電池システムであって、
複数のサブシステムを備え、
前記複数のサブシステムのそれぞれは、
アノードとカソードとを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの温度を取得する温度センサと、
前記アノードと前記カソードとの少なくともいずれか一方を掃気する掃気装置と、
前記掃気装置に対して掃気の実行を指示できる制御部と、を備え、
(i)前記サブシステムのうち一つのサブシステムであって、前記燃料電池システムの運転が停止される際の当該サブシステムの前記燃料電池スタックの温度が、前記複数のサブシステムの中で最も低いと特定されたサブシステムの制御部は、当該サブシステムにおける掃気実行の判定と、前記判定に応じて全てのサブシステムに対する掃気実行の指示とを含む掃気制御を実行する、第1動作モードと、
(ii)第2動作モードと、を備え、
前記複数のサブシステムのそれぞれの制御部について、前記第1動作モードにおける前記掃気制御を連続して実行した回数を記録し、
前記第2動作モードは、前記複数のサブシステムのそれぞれの制御部のうち、前記掃気制御を連続して実行した回数が最初に予め定められた回数以上となった制御部である掃気制御部が、前記掃気制御を実行する動作モードである、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、
前記複数のサブシステムは、互いに同様の構成を有する、燃料電池システム。 - 複数のサブシステムであって、アノードとカソードとを有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの温度を取得する温度センサと、前記アノードと前記カソードとの少なくともいずれか一方を掃気する掃気装置と、前記掃気装置に対して掃気の実行を指示できる制御部と、をそれぞれ備える複数のサブシステムを備える燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記サブシステムのうち一つのサブシステムであって、前記燃料電池システムの運転が停止される際の当該サブシステムの前記燃料電池スタックの温度が、前記複数のサブシステムの中で最も低いと特定されたサブシステムの制御部に、当該サブシステムにおける掃気実行の判定と、前記判定に応じて全てのサブシステムに対する掃気実行の指示とを含む掃気制御を実行させる、工程と、
(b)前記複数のサブシステムのそれぞれの制御部について、前記工程(a)における前記掃気制御を連続して実行した回数を記録する工程と、
(c)前記複数のサブシステムのそれぞれの制御部のうち、前記掃気制御を連続して実行した回数が最初に予め定められた回数以上となった制御部である掃気制御部に、前記掃気制御を実行させる工程と、を備える、制御方法。 - 請求項3に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記複数のサブシステムは、互いに同様の構成を有する、燃料電池システムの制御方法。
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