JP7196830B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Description
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの停止指示が入力されたときに、低温条件が成立して、蓄電装置の充電に比較的長い時間を要するときには、低温条件が成立しない場合に比べて目標残存容量の値を小さく設定して充電処理を実行することにより、充電処理の時間を短縮して、システム停止の完了までに要する時間を抑えることができる。さらに、低温条件が成立する場合には、燃料電池の内部に滞留する水分を燃料電池の外部に排出させる程度が大きくなるように、システム停止時に掃気処理を実行することにより、システム停止後に環境温度が低下した場合であっても、燃料電池内で液水が凍結することを抑えることができる。
(2)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記蓄電装置の温度を検出する第1温度センサを備え、前記制御部は、前記蓄電装置の温度が、予め定めた第1基準温度以下であり、且つ、前記蓄電装置の残存容量が、予め定めた基準値以下の場合には、前記低温条件が成立すると判断することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、蓄電装置の残存容量が基準値以下であっても、蓄電装置の温度が第1基準温度以下であれば、システム停止時に、蓄電装置を充電するための目標残存容量の値を小さく設定すると共に、水分を燃料電池の外部に排出させる程度が大きくなるように掃気処理を実行する。そのため、残存容量の値が小さい場合であっても、蓄電装置の充電に起因してシステム停止の完了までに要する時間が長期化することを抑えつつ、燃料電池の凍結を抑制することができる。また、蓄電装置の温度が第1基準温度以下であっても、蓄電装置の残存容量の値が基準値を超えているならば、水分を燃料電池の外部に排出させる程度を抑えて掃気処理を実行する。そのため、システム停止時に掃気処理を実行することによるエネルギ消費を抑えることができる。このようにシステム停止時の残存容量の値が大きいときには、システム停止時に行なう充電処理のための目標残存容量の値を大きく設定しても、充電量が抑えられることにより、蓄電装置の充電に起因してシステム停止の完了までに要する時間が長期化することを抑えることができる。そして、システム停止時の残存容量の値が大きいことにより、システム停止中には、必要に応じて燃料電池の凍結対策を実行することが可能になる。
(3)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池システムの環境温度を検出する第2温度センサを備え、前記制御部は、少なくとも、前記環境温度が、予め定めた第2基準温度以下である場合には、前記低温条件が成立すると判断することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、環境温度が第2基準温度以下のときには、蓄電装置の温度および残存容量にかかわらず、低温条件が成立すると判断する。そのため、システム停止中に燃料電池が凍結する可能性が比較的高いときに、システム停止時に予め掃気処理を行なって、システム停止中には、燃料電池の凍結対策を行なう必要性が生じることを抑えることができる。その結果、燃料電池の凍結を抑制しつつ、燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。
(4)上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池システムの停止中に、前記燃料電池で凍結が生じる可能性が高まる条件として予め定めた凍結条件が成立したときに、前記燃料電池システムを直前に停止した際に前記低温条件が成立すると判断していた場合には、前記低温条件が成立しないと判断していた場合に比べて、前記燃料電池の内部に滞留する水分を前記燃料電池の外部に排出させる程度が小さい停止中掃気処理を実行することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムを直前に停止した際に低温条件が成立しないと判断していた場合には、凍結条件が成立してから停止中掃気処理を実行することによって、燃料電池の凍結を抑えることができる。また、燃料電池システムを直前に停止した際に低温条件が成立すると判断していた場合には、燃料電池の内部に滞留する水分を燃料電池の外部に排出させる程度が大きくなるようにシステム停止時に実行した停止中掃気処理によって、燃料電池の凍結を抑えることができる。
(5)上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池の温度を検出する第3温度センサを備え、前記制御部は、前記燃料電池の温度が、予め定めた第3基準温度以下である場合には、前記凍結条件が成立すると判断することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の温度を用いて、燃料電池で凍結が生じる可能性が高まったことを判断することができる。
本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
(A-1)燃料電池システムの全体構成:
図1は、本開示に係る第1実施形態としての燃料電池システム30を搭載する燃料電池車両20の概略構成を表わすブロック図である。燃料電池車両20は、車体22に、燃料電池100を備える燃料電池システム30に加えて、車両の駆動力を発生する駆動モータ170と、燃料電池車両20を駆動するための電力を供給可能な蓄電装置172と、制御部200と、を搭載する。燃料電池車両20では、燃料電池100および蓄電装置172の各々が単独で、あるいは、燃料電池100および蓄電装置172の双方から同時に、駆動モータ170を含む負荷に対して電力を供給可能となっている。燃料電池100と、駆動モータ170を含む負荷との間は、DC/DCコンバータ104および配線178を介して接続されており、蓄電装置172と、駆動モータ170を含む負荷との間は、DC/DCコンバータ174および配線178を介して接続されている。DC/DCコンバータ104とDC/DCコンバータ174とは、配線178に対して並列に接続されている。
図2は、燃料電池車両20で実行され得る処理の概要を表わす説明図である。燃料電池車両20には、燃料電池システム30の始動および停止に係る指示を使用者が行なうための、図示しない起動スイッチが設けられている。図2では、起動スイッチにおいて燃料電池システム30を始動させるための始動指示が入力されたタイミングを、「ON」と表わし、燃料電池システム30を停止させるための停止指示が入力されたタイミングを、「OFF」と表わしている。以下では、図2に基づいて、燃料電池車両20で実行され得る各処理の内容を順次説明する。
以下では、起動スイッチから停止指示が入力されたときの動作について、さらに詳しく説明する。
図6は、本開示の第2実施形態としての燃料電池システム30の制御部200において、実行される停止時処理ルーチンを表わすフローチャートである。第2実施形態の燃料電池システム30は、第1実施形態の燃料電池システム30と同様の構成を有しており、第1実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。第2実施形態の燃料電池システム30は、図2に示したように、第1実施例と同様に、始動処理、終了処理、および停止中掃気処理を行なう。第2実施形態の燃料電池システム30では、低温条件成立に係る判断の動作が、第1実施形態とは異なっている。
(C1)上記第1実施形態では、第1低温条件を満たすときに低温条件が成立すると判定し、第2実施形態では、第1低温条件と第2低温条件とのうちの少なくとも一方を満たすときに低温条件が成立すると判定しているが、異なる基準で低温条件の成立を判定してもよい。例えば、第2低温条件のみを用いて、蓄電装置172の残存容量の値は低温条件の判定に用いないこととしてもよい。ただし、蓄電装置172の残存容量の値を低温条件の判定に用いない場合には、例えば、冬季に屋内駐車場に燃料電池車両20を駐車する場合には、蓄電装置172の温度が比較的低くても、比較的高い外気温が検出される場合がある。このような場合に、外気温に基づいて通常モード終了処理が選択されると、蓄電装置172の充電に比較的長時間を要する可能性がある。そのため、燃料電池車両20の駐車場所等にかかわらず、燃料電池100の凍結を抑えつつシステム停止時の完了までの時間を抑える効果を得るには、低温条件の判定のために、蓄電装置172の残存容量の値を用いることが望ましい。
Claims (6)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池にガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記燃料電池が発電した電力を蓄電可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置における残存容量を検出する残存容量モニタと、
前記ガス供給部を駆動して前記ガスにより前記燃料電池の内部を掃気する掃気処理と、前記蓄電装置の残存容量を前記燃料電池が発電する電力で補う充電処理と、を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの停止指示が入力されたときに、
前記燃料電池の状態に関わる温度が予め定めた閾値以下であることを含む低温条件が成立するか否かを判定し、
前記低温条件が成立する場合には、前記低温条件が成立しない場合に比べて、前記燃料電池の内部に滞留する水分を前記燃料電池の外部に排出させる程度が大きくなるように、前記掃気処理を実行し、
前記低温条件が成立する場合には、前記低温条件が成立しない場合に比べて、前記蓄電装置の目標残存容量の値を小さく設定して、前記充電処理を実行する
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、さらに、
前記蓄電装置の温度を検出する第1温度センサを備え、
前記制御部は、前記蓄電装置の温度が、予め定めた第1基準温度以下であり、且つ、前記蓄電装置の残存容量が、予め定めた基準値以下の場合には、前記低温条件が成立すると判断する
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、さらに、
前記燃料電池システムの環境温度を検出する第2温度センサを備え、
前記制御部は、前記環境温度が、予め定めた第2基準温度以下である場合には、前記低温条件が成立すると判断する
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、
前記制御部は、前記燃料電池システムの停止中に、前記燃料電池で凍結が生じる可能性が高まる条件として予め定めた凍結条件が成立したときに、
前記燃料電池システムを直前に停止した際に前記低温条件が成立すると判断していた場合には、前記低温条件が成立しないと判断していた場合に比べて、前記燃料電池の内部に滞留する水分を前記燃料電池の外部に排出させる程度が小さい停止中掃気処理を実行する
燃料電池システム。 - 請求項4に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池の温度を検出する第3温度センサを備え、
前記制御部は、前記燃料電池の温度が、予め定めた第3基準温度以下である場合には、前記凍結条件が成立すると判断する
燃料電池システム。 - 燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池にガスを供給するガス供給部と、
少なくとも前記燃料電池が発電した電力を蓄電可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置における残存容量を検出する残存容量モニタと、
を備え、
前記燃料電池システムの停止指示が入力されたときに、
前記燃料電池の状態に関わる温度が予め定めた閾値以下であることを含む低温条件が成立するか否かを判定し、
前記低温条件が成立する場合には、前記低温条件が成立しない場合に比べて、前記燃料電池の内部に滞留する水分を前記燃料電池の外部に排出させる程度が大きくなるように、前記ガス供給部を駆動して前記燃料電池の内部に滞留する水分を前記燃料電池の外部に排出させる掃気処理を実行し、
前記低温条件が成立する場合には、前記低温条件が成立しない場合に比べて、前記蓄電装置の目標残存容量の値を小さく設定して、前記蓄電装置の残存容量を前記燃料電池が発電する電力で補う充電処理を実行する
燃料電池システムの制御方法。
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