JP7163591B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
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のサブシステム10Aと第2のサブシステム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。なお、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。
B1.第1の他の実施形態
上記実施形態において、シャットバルブ222A,222Bへの開閉の指示は、統合制御部610によって行われているが、これに限定されない。例えば、統合制御部610は、各制御部600A,600Bに開閉の指示を行い、統合制御部610からの指示を受けた各制御部600A,600Bがシャットバルブ222A,222Bに開閉の指示を実行してもよい。
上記実施形態において、第1の制御部600Aが統合制御部610として機能しているが、これに限定されない。例えば、第2の制御部600Bが統合制御部610として機能してもよく。また、第1の制御部600A及び第2の制御部600Bとは別に、統合制御部610が設けられていてもよい。
上記実施形態において、燃料電池システム10は、燃料ガス供給機構300A,300Bにおける異常を検出するための検出部としての圧力センサ350A,350Bを備えているが、これに限定されない。例えば、燃料電池システム10は、燃料ガス供給機構300A,300Bにおける異常を検出するための検出部として、圧力センサ330A,330Bを用いてもよい。また、検出部は、圧力センサに限定されず、異なる種類のセンサであってもよい。例えば、燃料電池システム10は、燃料ガス供給機構300A,300Bにおける燃料ガスの流量を検出する流量計を検出部として有していてもよい。また、検出部は、燃料ガス供給機構300A,300Bにおける異常以外を検出してもよい。例えば、検出部は、酸化剤ガス給排機構400A,400Bの異常を検出するためのセンサ(例えばエアフロメータ)や、燃料電池スタック100A,100Bによる発電量を検出するためのセンサ(例えば電流計や電圧計)であってもよい。この場合であっても、検出部は、サブシステム10A,10Bの異常を検出することができる。
上記実施形態において、非同期制御(ステップS120)が実行されるが、これに限定されない。統合制御部610は、例えば、サブシステム10A,10B間において同期が不可能な場合には、非同期制御(ステップS120)に代えて、フェールセーフモード(ステップS130)を実行してもよい。
上記実施形態において、フェールセーフモードは、燃料電池システム10による発電を停止し、燃料電池車両に搭載された二次電池によって供給される電力を用いて駆動用モータ等を動作させる処理であったが、これに限定されない。例えば、フェールセーフモードは、燃料電池システム10による発電量を予め定めた値以下に制限し、燃料電池システム10への負荷を低減する処理であってもよい。また、フェールセーフモードは、2つのサブシステム10A,10Bのうち一方のみによって発電を行う処理であってもよい。
上記実施形態の第1の制御において、一方の制御部600A,600Bのみが閉弁を指示している場合には、閉弁を指示している制御部600A,600Bを備えたサブシステム10A,10Bに備えられたインジェクタ340A,340Bを閉弁してもよい。この場には、閉弁を指示しているサブシステム10A,10Bにおける発電を停止できる。
上記実施形態において、1システム運転制御(ステップS140)は、燃料電池システム10への要求発電量が一方のサブシステム10A,10Bによって発電可能な量である場合に実行されるが、これに限定されない。例えば、外部から接続されたバッテリへの給電を実行する場合に、1システム運転制御(ステップS140)が実行されてもよい。また例えば、車検や工場における出荷前の検査等のために実行される燃料電池車両の動作確認の為に燃料電池システム10を運転する場合に、1システム運転制御(ステップS140)が実行されてもよい。
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10A,10Bを備えてもよい。この場合には、1システム運転を実行する場合には、3つ以上のサブシステム10A,10Bのうちいずれか1つのサブシステムを用いて発電を行ってもよい。また、同期制御(ステップS110)や非同期制御(ステップS120)を実行する場合には、3つ以上のサブシステム10A,10Bの全てを用いて発電を行ってもよい。
上記実施形態において、燃料電池システム10は、燃料電池システム10の運転を停止する際に、燃料ガス貯蔵機構200A,200B及び燃料ガス供給機構300A,300Bにおける燃料ガスの漏れを検出する処理(漏れ検出処理)を行ってもよい。漏れ検出処理は、例えば、シャットバルブ222A,222B及びインジェクタ340A,340Bを閉弁し、シャットバルブ222A,222Bとインジェクタ340A,340Bとの間に形成される閉鎖空間における圧力値を用いて行われる。この場合には、圧力センサ242A,242Bによって取得される閉鎖空間内の圧力値の変動量が予め定めた閾値を超える場合に、制御部600A,600Bは燃料ガスの漏れがあると判定してもよい。例えば、閉鎖空間内における圧力値が上昇する場合には、シャットバルブ222A,222Bが正常に閉弁していないことによって燃料ガスの漏れが発生しているおそれがある。また例えば、閉鎖空間内における圧力値が低下する場合には、インジェクタ340A,340Bが正常に閉弁していないことによって燃料ガスの漏れが発生しているおそれがある。なお、漏れ検出処理を実行する場合において、1システム運転を実行する際には、漏れ検出を実行しなくてもよい。1システム運転を実行する際に漏れ検出処理を実行しない場合には、例えば、発電を行っていないサブシステム10Bの制御部600Bによる誤判定を抑制できる。制御部600Bにおる誤判定は、例えば、1システム運転が実行されている場合において、第2の制御部600Bがシャットバルブ222Bとインジェクタ340Bとの両方に閉弁を指示している期間において発生し得る。この場合には、第1の制御部600Aによる開閉指示に応じてシャットバルブ222Bが開閉するため、第2の制御部600Bが閉弁を指示しているか否かに拘わらず圧力センサ242Bによって取得される圧力値が変動する。このため、第2の制御部600Bは、燃料ガスの漏れがあると誤って判定する可能性がある。
上記実施形態において、シャットバルブ222A,222Bは、燃料ガス供給流路のうち各供給分岐流路230A,230Bに配置され、高圧タンク210A,210B毎に設けられているが、これに限定されない。例えば、シャットバルブ222A,222Bは、主流路310A,310Bのうち接続流路312の上流側に配置され、各サブシステム10A,10Bに1つ設けられていてもよい。この場合であっても、シャットバルブ222A,222Bは、開閉によって高圧タンク210A,210Bと燃料電池スタック100A,100Bとを連通または非連通に切り替えることができる。
10A,10B…サブシステム
100A,100B…燃料電池スタック
200A,200B…燃料ガス貯蔵機構
210A,210B…高圧タンク
222A,222B…シャットバルブ
230A,230B…供給分岐流路
240A,240B…供給側接続マニホールド
242A,242B…圧力センサ
250A,250B…充填分岐流路
260A,260B…充填側接続マニホールド
262A,262B…圧力センサ
270A,270B…充填流路
280…レセプタクル
300A,300B…燃料ガス供給機構
310A,310B…主流路
312…接続流路
320A,320B…レギュレータ
330A,330B…圧力センサ
340A,340B…インジェクタ
350A,350B…圧力センサ
360A,360B…燃料ガス循環流路
370A,370B…気液分離器
375A,375B…開閉弁
380A,380B…ポンプ
390A,390B…燃料ガス排出流路
400A,400B…酸化剤ガス給排機構
410A,410B…酸化剤ガス供給流路
420A,420B…酸化剤ガス排出流路
430A,430B…バイパス流路
440A,440B…エアコンプレッサ
450A,450B…三方弁
460A,460B…調圧弁
470A,470B…マフラー
500A,500B…冷媒循環機構
510A,510B…ラジエータ
520A,520B…冷媒供給流路
530A,530B…冷媒回収流路
540A,540B…冷媒バイパス流路
560A,560B…三方弁
600A,600B…制御部
610…統合制御部
Claims (2)
- 燃料電池システムであって、
複数のサブシステムと、
前記複数のサブシステムを制御する統合制御部と、を備え、
前記複数のサブシステムは、それぞれ、
燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへと供給される燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、
前記燃料電池スタックと前記高圧タンクとを連通させる燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路に配置されているシャットバルブであって、開閉によって前記燃料電池スタックと前記高圧タンクとを連通又は非連通とするシャットバルブと、
前記統合制御部に対して前記シャットバルブの開閉の指示を行う制御部と、を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、前記複数のサブシステムに備えられた各前記燃料ガス供給流路を互いに連通させる接続流路を有し、
前記統合制御部は、
前記複数のサブシステムによって発電を行う場合には、前記各制御部から開弁を指示された後に前記複数のサブシステムのシャットバルブの開弁を実行し、前記各制御部の全てから閉弁を指示された後に前記複数のサブシステムのシャットバルブの閉弁を実行し、
前記複数のサブシステムのうち1つのサブシステムによって発電を行う場合には、前記発電を行うサブシステムに備えられた前記制御部から開弁を指示された後に前記複数のサブシステムのシャットバルブの開弁を実行し、前記発電を行うサブシステムに備えられた前記制御部から閉弁を指示された後に前記複数のサブシステムのシャットバルブの閉弁を実行する、
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、
前記統合制御部は、
前記複数のサブシステムのそれぞれについて異常が無い場合には、前記複数のサブシステムの間で同期が可能であると判定し、前記複数のサブシステムの少なくとも一つについて異常がある場合には、前記複数のサブシステムの間で同期が不可能であると判定し、
前記複数のサブシステムによって発電を行う場合において、前記同期が可能である場合には同期制御を実行し、前記同期が不可能である場合には非同期制御を実行し、
前記同期制御において、前記複数のサブシステムによって発電を行う場合には、前記各制御部から開弁を指示された後に前記複数のサブシステムのシャットバルブの開弁を実行し、前記各制御部の全てから閉弁を指示された後に前記複数のサブシステムのシャットバルブの閉弁を実行し、
前記非同期制御において、前記複数のサブシステムによって発電を行う場合には、前記各制御部の少なくとも一つから開弁が指示されている場合に、前記複数のサブシステムのシャットバルブの開弁を実行し、前記各制御部から閉弁が指示されている場合に、前記複数のサブシステムのシャットバルブの閉弁を実行する、燃料電池システム。
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