JP7312283B2 - 燃料電池スタックの劣化判定方法及び燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る燃料電池スタックの劣化判定方法を実施する実施形態に係る燃料電池車両の概略構成説明図である。
次に、基本的には以上のように構成される燃料電池車両10に搭載された燃料電池スタック22の劣化判定方法について、図2の機能ブロック図及び図3のタイムチャートを参照して簡潔的に説明する。
r[%]={1-(Vmean/Vint)}×100 …(1)
ここで、Vmeanは平均出力電圧、Vintは後述する初期出力電圧(図7)である。
次に、実施形態に係る燃料電池スタック22の劣化判定方法及び前記燃料電池スタック22を搭載する燃料電池車両(車両)10の動作の詳細について、図4に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、特に断らない限り、フローチャートによる処理(制御プログラム)を実行するのは制御装置30(のCPU)であるが、これをその都度参照するのは繁雑になるので、必要に応じて参照する。
ここでIbはバッテリ電流、Ioは出力電流、Imはモータ電流、Iaugは補機電流である。モータ電流Imの符号は、力行電流が+、回生電流が-とされる。バッテリ電流Ibの符号は、放電電流が+、充電電流が-である。
上記した実施形態では、燃料電池スタック22のシステム温度(内部温度)として、水温(冷媒出口温度)Twを用いている。しかしながら、これに限らず、計測器であるアノード出口温度センサ130により計測される、燃料電池スタック22からの燃料排ガスであるアノードオフガスの温度(アノード出口温度)Toを用いてもよい。
また、上記実施形態では、出力電流Ioを一定出力電流Iconstに維持した(ステップS3:YES)状態で、計測器(流量センサ96、酸化剤ガス入口圧力センサ106、温度センサ158、インピーダンスセンサ74、大気圧センサ164)の計測値(質量流量Mf、酸化剤ガス入口圧力Pog、水温(冷媒出口温度)Tw、インピーダンスZs、大気圧Pa)が、所定範囲内にある(ステップS5:YES)ときに、出力電圧Voを計測している(ステップS6)。しかしながら、前記一定出力電流Iconstを単一の値ではなく、大小変化させて複数の値として出力電圧Voを計測することにより、より正確にI-V特性の劣化状態を判定することができる。
上記実施形態では、大気圧Paを、燃料電池車両10に設けられた大気圧センサ164により計測して取得している。しかしながら、これに限らない。制御装置30は、例えば、ナビゲーション装置(不図示)を構成するGPSユニット等の衛星測位装置を用いて、自車位置(標高を含む地図上の三次元位置)を把握(検出)する。
上記実施形態では、平均出力電圧Vmeanにより劣化を判定しているが、これに限らず、ステップS6で計測した出力電圧Vo(計測値)に対し、初期のI-V特性で得られる出力電圧Voを基準値として比較することで一定の劣化判定が可能である。
上記実施形態では、劣化判定を行う際の燃料電池スタック22の出力電圧Voの計測値の平均値(平均出力電圧Vmean)の算出は、ステップS7(図4)にて、計測回数が所定回数Nとなる毎に行っている。しかしながら、これに限らず、所定期間、例えば、1ヶ月程度毎等に行うようにしてもよい。
燃料電池スタック22の劣化状態(例えば、図3の下段の劣化率r[%])を、燃料電池車両10のダッシュボード上の表示パネルに表示してユーザに通知してもよく、図示しない通信手段を通じて、ディーラ、メーカ、再販業者等にフィードバックしてもよい。
ここで、上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素には上記実施形態で用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号をつけたものに限定されない。
34…比較器 36…判定器
50…発電セル Io…出力電流
Mf…質量流量(流量) Pog…酸化剤ガス入口圧力(圧力)
To、Tw…温度 Vint…初期出力電圧(基準値)
Vo…出力電圧 Zs…インピーダンス
Claims (8)
- 燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する発電セルが複数積層された固体高分子型の燃料電池スタックの劣化判定方法であって、
供給される前記酸化剤ガスの圧力及び流量、並びに、前記燃料電池スタックの温度、インピーダンス及び出力電流のそれぞれが、所定範囲内にあるか否かを比較し、
前記所定範囲内にある場合、前記燃料電池スタックの出力電圧を計測し、
計測値と基準値とを比較して前記燃料電池スタックの劣化の程度を判定する、
燃料電池スタックの劣化判定方法。 - 請求項1に記載の燃料電池スタックの劣化判定方法において、
さらに、大気圧を取得し、
取得した大気圧が所定範囲内にある場合、前記燃料電池スタックの出力電圧を計測する、
燃料電池スタックの劣化判定方法。 - 請求項1に記載の燃料電池スタックの劣化判定方法において、
前記計測値は、複数回計測された計測値の平均値とする、
燃料電池スタックの劣化判定方法。 - 請求項1に記載の燃料電池スタックの劣化判定方法において、
前記燃料電池スタックは、該燃料電池スタックが発電しながら走行する燃料電池車両に搭載され、該燃料電池車両は蓄電器を備え、
前記燃料電池車両の要求負荷電流に対して前記燃料電池スタックの出力電流が一定となるよう、前記蓄電器の充放電電流を制御した状態で前記燃料電池スタックの出力電圧を計測する、
燃料電池スタックの劣化判定方法。 - 燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する発電セルが複数積層された固体高分子型の燃料電池スタックを搭載する燃料電池車両であって、
供給される前記酸化剤ガスの圧力及び流量、並びに、前記燃料電池スタックの温度、インピーダンス、出力電流及び出力電圧をそれぞれ計測する計測器と、
計測された前記酸化剤ガスの圧力及び流量、並びに、前記燃料電池スタックの温度、インピーダンス及び出力電流が、所定範囲内にあるか否かを比較する比較器と、
前記所定範囲内にある場合、前記計測器により計測される前記燃料電池スタックの出力電圧の計測値と基準値とを比較して前記燃料電池スタックの劣化の程度を判定する判定器と、
を備える燃料電池車両。 - 請求項5に記載の燃料電池車両において、
さらに、大気圧を取得する大気圧取得器を備え、
取得された前記大気圧が所定範囲内にある場合に、前記燃料電池スタックの出力電圧の計測値を取得する、
燃料電池車両。 - 請求項5に記載の燃料電池車両において、
さらに、前記燃料電池車両の要求負荷電流に対して前記燃料電池スタックの出力電流が一定となるよう、蓄電器の充放電電流を制御する電流制御器と、を備え、
前記蓄電器の充放電電流が制御された状態で前記燃料電池スタックの出力電圧を計測する、
燃料電池車両。 - 請求項6に記載の燃料電池車両において、
さらに、前記燃料電池車両の要求負荷電流に対して前記燃料電池スタックの出力電流が一定となるよう、蓄電器の充放電電流を制御する電流制御器と、を備え、
前記蓄電器の充放電電流が制御された状態で前記燃料電池スタックの出力電圧を計測する、
燃料電池車両。
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