JP7294238B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、燃料電池システム1の概略構成図である。燃料電池システム1は、例えば燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載されるが、車両以外の各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボット等)や定置型電源にも適用可能である。燃料電池システム1は、ECU(Electronic Control Unit)3、FCスタック4、酸化剤ガス供給系10、燃料ガス供給系20を含む。
次に、ECU3が実行する間欠運転について説明する。ECU3は、FCスタック4への電力出力要求がない場合には、FCスタック4の発電を一時的に休止して、バイパス弁15が閉じ調圧弁17が開いたバイパス状態でFCスタック4の開放電圧を所定の目標電圧v1に維持するようにエアコンプレッサ14の駆動を制御する。FCスタック4への電力出力要求がない場合とは、例えば車両が停車中であって、車両用の補機も停止している場合である。FCスタック4の発電の休止は、ECU3が目標電流値をゼロに設定してFCスタック4から掃引される電流値をゼロとなるように、FCスタック4に取り付けられた不図示のDC/DCコンバータを制御すること、又はDC/DCコンバータ内部に設けられたスイッチによりFCスタック4と負荷装置との電気的な接続を遮断することにより実現される。
図3は、ECU3により実行される間欠運転開始前に実行される開放電圧低下処理の一例を示したフローチャートである。本制御は繰り返し実行される。尚、本フローチャートの説明において、電圧センサVsにより検出されるFCスタック4の開放電圧を、開放電圧Vと称して説明する。最初に、FCスタック4への電力出力要求があるか否かが判定される(ステップS1)。ステップS1でYesの場合、本制御は終了する。即ち、FCスタック4の発電が継続され、間欠運転は開始されない場合である。ステップS1でNoの場合、即ち、FCスタック4への電力出力要求がない場合には、FCスタック4は発電休止状態に制御される(ステップS2)。
次に、間欠運転中に実行される開放電圧低下処理について説明する。図7は、ECU3により実行される間欠運転中での開放電圧低下処理の一例を示したフローチャートである。本制御は繰り返し実行される。最初に、間欠運転の実行中であるか否かが判定される(ステップS11)。ステップS11でNoの場合には、本制御は終了する。
図9は、変形例である燃料電池システム1aの概略構成図である。尚、上記実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。酸化剤ガス供給系10aは、上述した上流排出管12a及び下流排出管12bとバイパス管13の代わりに、排出管12c及びバイパス管13aを備えている。バイパス管13aは排出管12cとは直接的には接続されていない。即ち、バイパス管13aの一端は接続部位P1に接続されているが、他端は排出管12cには接続されておらずに外気に晒されている。
上述の実施例及び変形例において、供給状態においてバイパス弁15を全閉した状態を例に説明したが、これに限定されず、FCスタック4に供給される酸化剤ガスの流量に比してバイパス管13を流れる酸化剤ガスの流量が微少となる程度に、バイパス弁15を微少量だけ開いていてもよい。
3 ECU(制御装置)
4 FCスタック(燃料電池)
10 酸化剤ガス供給系
11a 上流供給管
11b 下流供給管
12a 上流排出管
12b 下流排出管
13 バイパス管
14 エアコンプレッサ
15 バイパス弁
17 調圧弁
Vs 電圧センサ
Qs 流量センサ
Rs 回転数センサ
20 燃料ガス供給系
Claims (7)
- 燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサが設けられた上流供給管と、
前記上流供給管と前記燃料電池に接続された下流供給管と、
前記燃料電池に接続され前記燃料電池から酸化剤ガスが排出される上流排出管と、
前記上流排出管に接続された下流排出管と、
一端が前記上流供給管と前記下流供給管が接続した第1接続部位に接続し、他端が前記上流排出管と前記下流排出管が接続した第2接続部位に接続されたバイパス管と、
酸化剤ガスが前記上流供給管及び下流供給管から前記燃料電池に供給されて前記上流排出管及び下流排出管から排出される供給状態と、酸化剤ガスが前記上流供給管から前記バイパス管を通過して前記下流排出管から排出されると共に酸化剤ガスが前記下流供給管及び上流排出管の一方を通過することが規制されるバイパス状態と、に切り替え可能な弁機構と、
前記燃料電池の発電状態と前記エアコンプレッサと前記弁機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
発電休止状態での前記燃料電池の電圧である開放電圧を取得する電圧取得部と、
前記燃料電池への電力出力要求がない場合に、前記燃料電池を前記発電休止状態に制御し前記弁機構により前記供給状態に制御して且つ前記エアコンプレッサを間欠的に駆動することにより、前記開放電圧を目標電圧に維持する間欠運転を実行する間欠運転実行部と、
前記発電休止状態で前記弁機構により前記バイパス状態に制御し且つ前記エアコンプレッサの駆動を停止することにより、前記開放電圧の低下を促す開放電圧低下処理を実行する低下処理実行部と、を有し、
前記間欠運転実行部は、前記開放電圧低下処理の実行中に前記間欠運転の実行条件が成立した場合に前記間欠運転を実行し、
前記実行条件は、前記開放電圧が電圧閾値以下であることを含み、
前記制御装置は、前記燃料電池へ流れる酸化剤ガスの流量に相関する流量相関値を取得する流量取得部を備え、
前記実行条件は、前記流量相関値が流量閾値以下であることを含む、燃料電池システム。 - 燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサが設けられた上流供給管と、
前記上流供給管と前記燃料電池に接続された下流供給管と、
前記燃料電池に接続され前記燃料電池から酸化剤ガスが排出される排出管と、
一端が前記上流供給管と前記下流供給管が接続した接続部位に接続し、他端が外気に晒されたバイパス管と、
酸化剤ガスが前記上流供給管及び下流供給管から前記燃料電池に供給されて前記排出管から排出される供給状態と、酸化剤ガスが前記上流供給管を通過して前記バイパス管から排出されると共に酸化剤ガスが前記下流供給管及び排出管の一方を通過することが規制されるバイパス状態と、に切り替え可能な弁機構と、
前記燃料電池の発電状態と前記エアコンプレッサと前記弁機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
発電休止状態での前記燃料電池の電圧である開放電圧を取得する電圧取得部と、
前記燃料電池への電力出力要求がない場合に、前記燃料電池を前記発電休止状態に制御し前記弁機構により前記供給状態に制御して且つ前記エアコンプレッサを間欠的に駆動することにより、前記開放電圧を目標電圧に維持する間欠運転を実行する間欠運転実行部と、
前記発電休止状態で前記弁機構により前記バイパス状態に制御し且つ前記エアコンプレッサの駆動を停止することにより、前記開放電圧の低下を促す開放電圧低下処理を実行する低下処理実行部と、を有し、
前記間欠運転実行部は、前記開放電圧低下処理の実行中に前記間欠運転の実行条件が成立した場合に前記間欠運転を実行し、
前記実行条件は、前記開放電圧が電圧閾値以下であることを含み、
前記制御装置は、前記燃料電池へ流れる酸化剤ガスの流量に相関する流量相関値を取得する流量取得部を備え、
前記実行条件は、前記流量相関値が流量閾値以下であることを含む、燃料電池システム。 - 前記低下処理実行部は、前記電力出力要求がない場合であって前記間欠運転を開始する前に、前記開放電圧低下処理を実行する、請求項1又は2の燃料電池システム。
- 前記低下処理実行部は、前記間欠運転の実行中に前記開放電圧が前記目標電圧よりも大きい上限電圧以上となった場合に、前記開放電圧低下処理を実行する、請求項1乃至3の何れかの燃料電池システム。
- 前記実行条件は、前記開放電圧が前記電圧閾値以下であり前記流量相関値が前記流量閾値よりも大きく前記開放電圧が前記電圧閾値よりも小さい下限電圧以下であることを含む、請求項1乃至4の何れかの燃料電池システム。
- 前記実行条件は、前記開放電圧が前記電圧閾値以下であり前記流量相関値が前記流量閾値よりも大きく前記開放電圧の低下速度が速度閾値以上であることを含む、請求項1乃至4の何れかの燃料電池システム。
- 前記制御装置は、前記エアコンプレッサの回転数を取得する回転数取得部を備え、
前記実行条件は、前記開放電圧が前記電圧閾値以下であって前記流量相関値が前記流量閾値よりも大きいが前記回転数が回転数閾値以下となったことを含む、請求項1乃至4の何れかの燃料電池システム。
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