WO2013099480A1 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
WO2013099480A1
WO2013099480A1 PCT/JP2012/080139 JP2012080139W WO2013099480A1 WO 2013099480 A1 WO2013099480 A1 WO 2013099480A1 JP 2012080139 W JP2012080139 W JP 2012080139W WO 2013099480 A1 WO2013099480 A1 WO 2013099480A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
anode
pressure
anode gas
purge
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/080139
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
池添　圭吾
隼人 筑後
要介 冨田
市川　靖
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to US14/368,038 priority Critical patent/US20150004512A1/en
Priority to JP2013551536A priority patent/JP5741713B2/ja
Priority to EP12861940.0A priority patent/EP2800184A4/en
Priority to CN201280062690.2A priority patent/CN104185919A/zh
Publication of WO2013099480A1 publication Critical patent/WO2013099480A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • JP 2007-517369A is a conventional fuel cell system in which a normally closed solenoid valve is provided in an anode gas supply passage, and a normally open solenoid valve and a buffer tank (recycle tank) are provided in order from the upstream in an anode gas discharge passage.
  • a normally closed solenoid valve is provided in an anode gas supply passage
  • a normally open solenoid valve and a buffer tank are provided in order from the upstream in an anode gas discharge passage.
  • This conventional fuel cell system is an anode gas non-circulation type fuel cell system in which unused anode gas discharged into the anode gas discharge passage is not returned to the anode gas supply passage, and includes a normally closed solenoid valve and a normally open solenoid. By periodically opening and closing the valve, the unused anode gas stored in the buffer tank was made to flow back to the fuel cell stack and reused.
  • the present invention has been made paying attention to such problems, and aims to suppress the occurrence of a portion where the anode gas concentration is locally reduced in the anode gas flow path during the down transition operation. To do.
  • a control valve for controlling the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell and the fuel cell are discharged.
  • a pulsation that increases and fluctuates the pressure of the anode gas downstream from the control valve according to the load of the fuel cell a buffer unit that stores the anode off gas, a purge valve that adjusts the flow rate of the anode off gas discharged from the buffer unit
  • a fuel cell system that increases the opening of the purge valve that is controlled by the control is provided.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. It is II-II sectional drawing of the fuel cell of FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an anode gas non-circulating fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. It is a figure explaining the pulsation driving
  • 6 is a table for setting a lower transient target opening of the purge valve based on a stack load. It is a time chart explaining operation
  • an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas.
  • the electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
  • Anode electrode 2H 2 ⁇ 4H + + 4e ⁇ (1)
  • Cathode electrode 4H + + 4e ⁇ + O 2 ⁇ 2H 2 O (2)
  • the fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
  • FIG. 1 and 2 are diagrams for explaining the configuration of the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the fuel cell 10.
  • FIG. 2 is a II-II cross-sectional view of the fuel cell 10 of FIG.
  • the fuel cell 10 includes an anode separator 12 and a cathode separator 13 arranged on both front and back surfaces of a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 11.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the MEA 11 includes an electrolyte membrane 111, an anode electrode 112, and a cathode electrode 113.
  • the MEA 11 has an anode electrode 112 on one surface of the electrolyte membrane 111 and a cathode electrode 113 on the other surface.
  • the electrolyte membrane 111 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a fluorine-based resin.
  • the electrolyte membrane 111 exhibits good electrical conductivity in a wet state.
  • the anode electrode 112 includes a catalyst layer 112a and a gas diffusion layer 112b.
  • the catalyst layer 112a is in contact with the electrolyte membrane 111.
  • the catalyst layer 112a is formed of carbon black particles carrying platinum or platinum.
  • the gas diffusion layer 112b is provided outside the catalyst layer 112a (on the opposite side of the electrolyte membrane 111) and is in contact with the anode separator 12.
  • the gas diffusion layer 112b is formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, and is formed of, for example, a carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers.
  • the cathode electrode 113 includes a catalyst layer 113a and a gas diffusion layer 113b.
  • the anode separator 12 is in contact with the gas diffusion layer 112b.
  • the anode separator 12 has a plurality of groove-shaped anode gas passages 121 for supplying anode gas to the anode electrode 112 on the side in contact with the gas diffusion layer 112b.
  • the cathode separator 13 is in contact with the gas diffusion layer 113b.
  • the cathode separator 13 has a plurality of groove-like cathode gas flow paths 131 for supplying cathode gas to the cathode electrode 113 on the side in contact with the gas diffusion layer 113b.
  • the anode gas flowing through the anode gas channel 121 and the cathode gas flowing through the cathode gas channel 131 flow in the same direction in parallel with each other. You may make it flow in the opposite direction in parallel with each other.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the anode gas non-circulating fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2, an anode gas supply device 3, and a controller 4.
  • the fuel cell stack 2 is formed by stacking a plurality of fuel cells 10, generates electric power by receiving supply of anode gas and cathode gas, and generates electric power necessary for driving a vehicle (for example, electric power necessary for driving a motor). ).
  • the cathode gas supply / discharge device for supplying and discharging the cathode gas to / from the fuel cell stack 2 and the cooling device for cooling the fuel cell stack 2 are not the main part of the present invention, and are not shown for the sake of easy understanding. did. In this embodiment, air is used as the cathode gas.
  • the anode gas supply device 3 includes a high-pressure tank 31, an anode gas supply passage 32, a pressure regulating valve 33, a pressure sensor 34, an anode gas discharge passage 35, a buffer tank 36, a purge passage 37, and a purge valve 38. .
  • the high pressure tank 31 stores the anode gas supplied to the fuel cell stack 2 in a high pressure state.
  • the anode gas supply passage 32 is a passage for supplying the anode gas discharged from the high-pressure tank 31 to the fuel cell stack 2, and has one end connected to the high-pressure tank 31 and the other end of the fuel cell stack 2. Connected to the anode gas inlet hole 21.
  • the pressure regulating valve 33 is provided in the anode gas supply passage 32.
  • the pressure regulating valve 33 adjusts the anode gas discharged from the high-pressure tank 31 to a desired pressure and supplies it to the fuel cell stack 2.
  • the pressure regulating valve 33 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 4.
  • the pressure sensor 34 is provided in the anode gas supply passage 32 downstream of the pressure regulating valve 33.
  • the pressure sensor 34 detects the pressure of the anode gas flowing through the anode gas supply passage 32 downstream of the pressure regulating valve 33.
  • the pressure of the anode gas detected by the pressure sensor 34 is the pressure of the entire anode system including the anode gas flow paths 121 and the buffer tanks 36 inside the fuel cell stack (hereinafter referred to as “anode pressure”). As a substitute.
  • the anode gas discharge passage 35 has one end connected to the anode gas outlet hole 22 of the fuel cell stack 2 and the other end connected to the upper portion of the buffer tank 36.
  • a mixed gas of excess anode gas that has not been used for the electrode reaction and an inert gas such as nitrogen or water vapor that has cross-leaked from the cathode side to the anode gas channel 121 (hereinafter referred to as a mixed gas). "Anode off gas”) is discharged.
  • the buffer tank 36 temporarily stores the anode off gas flowing through the anode gas discharge passage 35. A part of the water vapor in the anode off gas is condensed in the buffer tank 36 to become liquid water and separated from the anode off gas.
  • One end of the purge passage 37 is connected to the lower part of the buffer tank 36.
  • the other end of the purge passage 37 is an open end.
  • the anode off gas and liquid water stored in the buffer tank 36 are discharged from the opening end to the outside air through the purge passage 37.
  • the purge valve 38 is provided in the purge passage 37.
  • the purge valve 38 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the controller 4. By adjusting the opening degree of the purge valve 38, the amount of anode off-gas discharged from the buffer tank 36 to the outside air via the purge passage 37 is adjusted, and the anode gas concentration in the buffer tank 36 is adjusted to a desired concentration.
  • the controller 4 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • I / O interface input / output interface
  • the controller 4 includes a current sensor 41 that detects the output current of the fuel cell stack 2 and the temperature of cooling water that cools the fuel cell stack 2 (hereinafter referred to as “stack temperature”). Signals for detecting the operating state of the fuel cell system 1, such as the temperature sensor 42 to detect and the accelerator stroke sensor 43 to detect the amount of depression of the accelerator pedal (hereinafter referred to as “accelerator operation amount”) are input.
  • the controller 4 periodically opens and closes the pressure regulating valve 33 based on these input signals, performs pulsation operation to periodically increase and decrease the anode pressure, and adjusts the opening degree of the purge valve 38 from the buffer tank 36.
  • the flow rate of the anode off gas to be discharged is adjusted to maintain the anode gas concentration in the buffer tank 36 at a desired concentration.
  • the fuel cell stack 2 In the case of the anode gas non-circulation type fuel cell system 1, if the anode gas continues to be supplied from the high-pressure tank 31 to the fuel cell stack 2 while the pressure regulating valve 33 is kept open, the fuel cell stack 2 is not discharged. Since the anode off gas including the used anode gas is continuously discharged from the buffer tank 36 through the purge passage 37 to the outside air, it is wasted.
  • the pulsation operation is performed in which the pressure regulating valve 33 is periodically opened and closed to increase and decrease the anode pressure periodically.
  • the anode off gas accumulated in the buffer tank 36 can be caused to flow back to the fuel cell stack 2 when the anode pressure is reduced.
  • the anode gas in the anode off-gas can be reused, so that the amount of the anode gas discharged to the outside air can be reduced and waste can be eliminated.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the pulsation operation during the steady operation in which the operation state of the fuel cell system 1 is constant.
  • the controller 4 calculates the reference pressure and pulsation width of the anode pressure based on the stack load, and sets the upper limit value and the lower limit value of the anode pressure. Then, the anode pressure is periodically increased or decreased in the range of the pulsation width around the reference pressure, and the anode pressure is periodically increased or decreased between the upper limit value and the lower limit value of the set anode pressure.
  • the target output power of the fuel cell stack 2 calculated based on the operation state of the fuel cell system 1 is used as a representative of the stack load, but not limited to this, the output current or the output voltage is used. You may do it.
  • the pressure regulating valve 33 is opened to an opening at which the anode pressure can be increased to at least the upper limit value. In this state, the anode gas is supplied from the high-pressure tank 31 to the fuel cell stack 2 and discharged to the buffer tank 36.
  • the pressure regulating valve 33 When the anode pressure reaches the upper limit at time t2, the pressure regulating valve 33 is fully closed as shown in FIG. 4B, and the supply of the anode gas from the high-pressure tank 31 to the fuel cell stack 2 is stopped. Then, since the anode gas left in the anode gas flow path 121 inside the fuel cell stack is consumed over time due to the electrode reaction of (1) described above, the anode pressure is reduced by the amount of consumption of the anode gas.
  • the pressure in the buffer tank 36 temporarily becomes higher than the pressure in the anode gas flow path 121, so that the anode gas flow path 121 extends from the buffer tank 36.
  • the anode off-gas flows back into.
  • the anode gas left in the anode gas channel 121 and the anode gas in the anode off-gas that has flowed back to the anode gas channel 121 are consumed over time, and the anode pressure further decreases.
  • the pressure regulating valve 33 When the anode pressure reaches the lower limit at time t3, the pressure regulating valve 33 is opened in the same manner as at time t1. When the anode pressure reaches the upper limit again at time t4, the pressure regulating valve 33 is fully closed.
  • the anode gas flow path 121 of the anode gas flow path 121 is changed during the downward transient operation after the operation state of the fuel cell system is changed and the target output power (stack load) of the fuel cell stack is reduced. It has been found that there is a problem that a portion in which the anode gas concentration is locally lower than the others is generated inside. Hereinafter, this problem will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 20 is a time chart showing changes in the anode pressure when the pressure regulating valve 33 is fully closed and the anode pressure is lowered to the lower limit value during the transitional down operation.
  • the upper limit value and the lower limit pressure of the anode pressure corresponding to the decreased target output power are obtained. Is set.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the reason why a portion where the anode gas concentration is locally lower than the others is generated inside the anode gas flow path 121.
  • FIG. 21A is a diagram illustrating the flow of the anode gas and the anode off gas in the anode gas flow path 121 when the pressure regulating valve 33 is fully closed during the down transition operation.
  • FIG. 21 (B) is a diagram showing the concentration distribution of the anode gas in the anode gas flow path 121 as time elapses when the pressure regulating valve 33 is fully closed during the down transition operation.
  • the longer the time during which the pressure regulating valve 33 is fully closed that is, the longer the time required for the anode pressure to reach the lower limit value, the longer the anode gas concentration near the stagnation point.
  • the anode gas concentration in the flow channel the anode gas concentration of the portion is a predetermined concentration. If it is less than, the electrode reaction of (1) and (2) described above is inhibited at that portion and the voltage may turn to a negative voltage, which causes the fuel cell 10 to deteriorate.
  • the opening degree of the purge valve 38 is made larger during the lowered transient operation than during the steady operation, and the rate of decrease of the anode pressure during the lowered transient operation is increased.
  • the time required for the anode pressure to reach the lower limit value during the lowered transition operation can be shortened.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the pulsation operation control according to the present embodiment.
  • the controller 4 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 1.
  • step S1 the controller 4 reads the detection values of the various sensors described above and detects the operating state of the fuel cell system 1.
  • step S2 the controller 4 calculates the target output power of the fuel cell stack 2 based on the operating state of the fuel cell system 1.
  • the target output power basically increases as the accelerator operation amount increases.
  • step S3 the controller 4 calculates a reference pressure and a pulsation width of the anode pressure when performing pulsation operation with the target output power based on the target output power of the fuel cell stack 2, and sets an upper limit value and a lower limit value of the anode pressure. Set.
  • the reference pressure and pulsation width of the anode pressure increase as the target output power increases.
  • step S4 the controller 4 determines whether or not the target output power calculated this time is smaller than the target output power calculated last time. If the target output power calculated this time is smaller than the target output power calculated last time, the controller 4 performs the process of step S7, and otherwise performs the process of step S5.
  • step S5 the controller determines whether or not the down transient operation flag F1 is 1.
  • the down transient operation flag F1 is a flag that is set to 1 until the anode pressure reaches the lower limit value during the down transient operation, and the initial value is set to 0. If the down-transition flag F is 1, the controller performs the process of step S7, and otherwise performs the process of step S6.
  • step S6 the controller performs normal operation processing. Details of the normal operation processing will be described later with reference to FIG.
  • step S7 the controller performs a lowered transient operation process. Details of the lowering transient operation processing will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the normal operation process.
  • step S61 the controller 4 determines whether or not the anode pressure reducing flag F2 is 1.
  • the anode pressure decreasing flag F2 is an initial value of 0, and is set to 1 until the anode pressure reaches the upper limit value and then decreases to the lower limit value. If the anode pressure reducing flag F2 is 0, the controller 4 performs the process of step S62. On the other hand, if the anode pressure reducing flag F2 is 1, the process of step S67 is performed.
  • step S62 the controller 4 sets the opening degree of the pressure regulating valve 33 based on the upper limit value of the anode pressure so that the anode pressure can be increased to at least the upper limit value.
  • step S63 the controller 4 opens the pressure regulating valve 33 to the opening set in step S72.
  • step S64 the controller 4 determines whether or not the anode pressure is equal to or higher than the upper limit value. If the anode pressure is equal to or higher than the upper limit value, the controller 4 performs the process of step S65. On the other hand, if the anode pressure is less than the upper limit value, the process of step S69 is performed.
  • step S65 the controller 4 fully closes the pressure regulating valve 33.
  • step S66 the controller 4 sets the anode pressure reducing flag F2 to 1.
  • step S67 the controller refers to a table of FIG. 7 described later, and based on the stack load, that is, the target output power of the fuel cell stack 2, the target opening of the purge valve 38 during normal operation (hereinafter referred to as “normal target opening”). "Degree”)).
  • step S68 the controller controls the opening degree of the purge valve 38 to the normal target opening degree.
  • step S69 the controller 4 determines whether or not the anode pressure has become equal to or lower than the lower limit value. If the anode pressure is equal to or lower than the lower limit value, the controller 4 performs the process of step S68. On the other hand, if the anode pressure is larger than the lower limit value, the current process is terminated.
  • step S70 the controller 4 sets the anode pressure reducing flag F2 to zero.
  • FIG. 7 is a table for calculating the normal target opening of the purge valve 38 based on the stack load, that is, the target output power of the fuel cell stack 2.
  • the stack load that is, the target output power of the fuel cell stack 2.
  • the anode gas concentration in the buffer tank 36 needs to be increased as the stack load increases.
  • the normal target opening of the purge valve 38 is set so that the amount of nitrogen discharged to the outside of the fuel cell system 1 increases as the stack load increases. That is, the normal target opening of the purge valve 38 is set so that the anode off-gas amount discharged from the buffer tank 36 through the purge passage 37 to the outside of the fuel cell system 11 increases as the stack load increases. .
  • the normal target opening of the purge valve 38 decreases as the stack load increases. However, as the stack load increases, the anode pressure reference pressure increases and the purge valve 38 opening decreases. This is because the amount of anode off-gas discharged to the outside of the fuel cell system 1 increases.
  • the normal target opening of the purge valve 38 corresponding to the stack load is set in advance by experiments or the like so that the anode gas concentration in the buffer tank becomes a desired concentration according to the stack load. These are stored in the controller 4 as a table.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the lowered transient operation processing.
  • step S71 the controller 4 sets the lowering transition flag to 1.
  • step S72 the controller 4 fully closes the pressure regulating valve 33.
  • step S73 the controller 4 refers to a table shown in FIG. 8 to be described later.
  • the stack load that is, the target output power of the fuel cell stack 2
  • the target opening of the purge valve 38 during the lowering transient operation (hereinafter referred to as “lowering transient”). Calculated as “target opening”.
  • step S74 the controller 4 controls the opening degree of the purge valve 38 so as to be the lowered transient target opening degree.
  • step S75 the controller 4 determines whether or not the anode pressure has reached the lower limit value. If the anode pressure has reached the lower limit value, the controller 4 performs the process of step S76, otherwise ends the current process.
  • step S76 the controller 4 sets a down transient operation flag F1 to zero.
  • FIG. 9 is a table for setting the lower transient target opening of the purge valve 38 based on the stack load, that is, the target output power of the fuel cell stack 2.
  • the solid line is the lower transient target opening of the purge valve 38
  • the broken line is the normal target opening of the purge valve 38.
  • the lowering transition target opening of the purge valve 38 is set to be higher than the normal target opening.
  • FIG. 10 is a time chart for explaining the operation of the pulsation operation control according to the present embodiment.
  • the operation when the purge valve 38 is set to the normal target opening during the lowering transient operation is shown by a broken line as a comparative example.
  • step numbers of the flowcharts will be described together.
  • the reference pressure and pulsation width of the anode pressure are calculated according to the decreased target output power, and the anode
  • the upper limit value and the lower limit value of the pressure are set (FIG. 10 (A); S3).
  • the operation enters a transient operation process (Yes in S4, S7), the pressure regulating valve 33 is controlled to be fully closed (FIG. 10B; S72), and purged.
  • the valve 38 is set to the lowered transient target opening (FIG. 10C; S73, S74).
  • the lower transient target opening is set to be larger than the normal target opening (FIG. 10C)
  • the lower transient target opening is lower than that when the purge valve 38 is set to the normal target opening. It is possible to increase the decrease rate of the anode pressure during operation (FIG. 10A).
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of the pulsation operation control according to the present embodiment.
  • the solid line indicates the anode gas flow path 121 during the downward transient operation when the pulsation operation control according to the present embodiment is performed, that is, when the purge valve 38 is set to the transient target opening during the downward transient operation.
  • the concentration distribution of the anode gas is shown as time elapses.
  • the broken line in the anode gas flow path 121 during the downward transient operation when the pulsation operation control according to the present embodiment is not performed that is, when the purge valve 38 is set to the normal target opening degree during the downward transient operation.
  • the concentration distribution of the anode gas is shown as time passes.
  • the time required for the anode pressure to reach the lower limit value can be made shorter than when the purge valve 38 is set to the normal target opening during the lowering transient operation. it can. Therefore, as shown by a solid line in FIG. 11, it is possible to suppress the minimum anode gas concentration in the flow path from falling below a predetermined concentration. Therefore, deterioration of the fuel cell 10 can be suppressed, and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.
  • the opening degree of the purge valve 38 When the opening degree of the purge valve 38 is lowered and set to the transient target opening degree during the downward transition operation, the amount of anode off-gas discharged to the outside of the fuel cell system 1 increases. Since the anode off-gas contains unused anode gas that has not been used in the electrode reaction, the fuel consumption deteriorates as the amount of anode off-gas discharged to the outside of the fuel cell system 1 increases.
  • the accelerator pedal may be stepped on again before the anode pressure reaches the lower limit value during the lowered transient operation. That is, even if the opening degree of the purge valve 38 is set to the normal target opening degree, the accelerator pedal is depressed before the minimum anode gas concentration in the flow path falls below the predetermined concentration, and the lowering transient operation may end. .
  • the opening degree of the purge valve 38 is set after the differential pressure ⁇ P between the anode pressure before the lowered transient operation and the anode pressure during the lowered transient operation becomes larger than the predetermined valve opening switching pressure. It was decided to set the lowering transient target opening. In other words, the opening of the purge valve 38 is lowered and set to the transient target opening after the anode pressure has decreased by the valve opening switching pressure during the lowered transient operation.
  • FIG. 12 is a flowchart for explaining the pulsation operation control according to this embodiment.
  • the controller 44 executes this routine at a predetermined calculation cycle (for example, 10 ms) during operation of the fuel cell system 11. Since the processing from step S1 to step S7 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • step S11 the controller 4 stores the anode pressure detected by the pressure sensor 34.
  • the anode pressure stored in step S11 is the anode pressure when the lowered transient operation is started.
  • the anode pressure memorized in step S11 is referred to as “lowering transition start anode pressure”.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating the down-transition operation process according to this embodiment. Since the processing from step S71 to step S76 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • step S101 the controller 4 calculates a differential pressure ⁇ P between the anode pressure at the start of the lowering transient and the anode pressure during the lowering transient operation.
  • step S102 the controller 4 determines whether or not the differential pressure ⁇ P has become equal to or higher than the valve opening switching pressure. When the differential pressure ⁇ P becomes equal to or higher than the valve opening switching pressure, the controller 4 performs the process of step S73. On the other hand, if the differential pressure ⁇ P is smaller than the valve opening switching pressure, the process of step S103 is performed.
  • step S103 the controller 4 refers to the table of FIG. 7 described above, and calculates the normal target opening based on the stack load.
  • step S104 the controller 4 controls the opening degree of the purge valve 38 to the normal target opening degree.
  • FIG. 14 is a time chart for explaining the operation of the pulsation operation control according to the present embodiment.
  • the operation when the purge valve 38 is set to the normal target opening during the lowering transient operation is indicated by a broken line as a comparative example.
  • step numbers of the flowcharts will be described together.
  • the purge is performed until time t22 when the differential pressure ⁇ P between the anode pressure at the start of lowering transition and the anode pressure during the lowering transient operation becomes the valve opening switching pressure (FIG. 14A).
  • the opening degree of the valve 38 is controlled to the normal target opening degree (FIG. 14C; No in S102, S103, S104).
  • the opening degree of the purge valve 38 is reached. Is controlled to the transient target opening degree (FIG. 14C; Yes in S102, S73, S74).
  • FIG. 15A and 15B show the concentration distribution of the anode gas in the anode gas flow path 121 after the lowered transient operation when the lowered transient operation is performed for the same time, and shows the anode gas concentration in the buffer tank 36 before the lowered transient operation. It is the figure compared according to.
  • FIG. 15A is a diagram when the concentration of the anode gas in the buffer tank 36 before the lowered transient operation is high.
  • FIG. 15B is a diagram when the concentration of the anode gas in the buffer tank 36 before the lowered transient operation is low.
  • the anode gas concentration in the buffer tank 36 is controlled to increase as the stack load increases.
  • valve opening switching pressure when the valve opening switching pressure is set to a fixed value as in the second embodiment, when the anode gas concentration in the buffer tank 36 before the lowered transient operation is low, that is, when the stack load before the lowered transient operation is low.
  • the anode gas concentration in the flow path may fall below a predetermined concentration before the anode pressure reaches the lower limit value.
  • the valve opening switching pressure is changed according to the stack load before the lowered transient operation. Specifically, the valve opening switching pressure was lowered as the stack load before the lowered transient operation was lower.
  • FIG. 16 is a flowchart for explaining the down-transition operation process according to this embodiment. Since the processing from step S71 to step S76 and from step S101 to step S104 is the same as that in the first embodiment and the second embodiment, description thereof is omitted here.
  • step S201 the controller 4 sets the valve opening switching pressure according to the stack load.
  • the valve opening switching pressure is set to be lower as the stack load is lower.
  • the valve opening switching pressure is lowered as the stack load is lower.
  • the opening of the purge valve 38 is lowered and set to the transient target opening after the differential pressure ⁇ P between the anode pressure at the start of the lowering transition and the anode pressure during the lowering transient operation becomes equal to or higher than the valve opening switching pressure.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the purge valve 38 is controlled to be lowered to the transient target opening for a certain period even after the lowered transient operation is started and the anode pressure is lowered to the lower limit value.
  • the difference will be mainly described.
  • FIG. 17 is a graph showing the anode gas concentration in the anode gas flow channel immediately after the end of the lowered transient operation.
  • the anode gas concentration is locally lower than the others at the stagnation point inside the anode gas flow path 121.
  • the pulsation operation is performed in the range of the upper limit value and the lower limit value of the anode pressure set according to the target output power.
  • the opening degree of the purge valve 38 is returned to the normal target opening degree and the pulsation operation is performed.
  • the pulsation operation may be performed with the stagnation point remaining in the anode gas passage 121. If it does so, there exists a possibility that a fuel cell may deteriorate or electric power generation performance may fall.
  • the opening of the purge valve 38 is lowered to the transient target opening until the stagnation point comes out of the anode gas flow path by the pulsation operation after the lowering transient operation is completed. maintain.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating the down-transition operation process according to this embodiment.
  • step S301 the controller 4 determines whether or not the lowered transient target opening degree maintenance flag F3 is set to 1.
  • the initial value of the lowered transient target opening maintenance flag F3 is 0, and after the lowered transient operation is completed, that is, after the anode pressure becomes lower than the lower limit value, the opening of the purge valve 38 is returned to the normal target opening. It is a flag set to 1. If the lowering transition target opening degree maintenance flag is set to 1, the controller 4 performs the process of step S306. On the other hand, if the lowering transient target opening maintenance flag is set to 0, the process of step S71 is performed.
  • step S302 the controller 4 estimates the stagnation point position in the anode gas flow path based on the decrease width of the target output power of the fuel cell stack, and calculates the stagnation point distance.
  • the stagnation point distance is a distance from the outlet side (buffer tank 36 side) of the anode gas flow path to the stagnation point position. As the target output power of the fuel cell stack decreases more greatly, the time for the lowering transient operation becomes longer, so that the stagnation point distance increases.
  • Step S303 the controller 4 determines the time required for the stagnation point position to go out of the anode gas flow path (hereinafter referred to as “purge valve switching time”) based on the stagnation point distance and the target output power of the fuel cell stack. Is calculated).
  • the purge valve switching time increases as the stagnation point distance increases. Further, as the target output power of the fuel cell stack decreases, the force for pushing the anode gas into the buffer tank 36 when the anode pressure is increased during the pulsation operation is weakened, so the purge valve switching time becomes longer.
  • step S304 based on the upper limit value of the anode pressure, the controller 4 sets the opening degree of the pressure regulating valve 33 so that the anode pressure can be increased to at least the upper limit value.
  • step S305 the controller 4 opens the pressure regulating valve 33 to the opening set in step S304.
  • step S306 the controller 4 calculates the elapsed time after the anode pressure becomes lower than the lower limit value. Specifically, the current elapsed time is obtained by adding the calculation cycle to the elapsed time up to the previous time.
  • step S307 the controller 4 determines whether or not the elapsed time after the anode pressure becomes equal to or lower than the lower limit value is equal to or longer than the purge valve switching time.
  • the controller 4 performs the process of step S76 if the elapsed time after the anode pressure becomes equal to or lower than the lower limit is equal to or longer than the purge valve switching time, and otherwise performs the process of step S308.
  • step S308 the controller 4 sets the lowered transient target opening maintenance flag F3 to 1.
  • step S309 the controller 4 sets the lowered transient target opening degree maintenance flag F3 to 0.
  • the opening of the purge valve 38 is lowered and maintained at the transient target opening until the stagnation point position goes out of the anode gas flow path by the pulsation operation after the lowering transient operation is completed. It was decided.
  • the buffer tank 36 is intentionally provided downstream of the fuel cell stack 2, but such a component is not necessarily required.
  • the internal manifold may be regarded as a buffer tank.
  • the lower transient target opening is set so as to be uniformly larger than the normal target opening by a predetermined opening.
  • the lower transient target opening is normally increased stepwise according to the anode pressure during the lower transient operation.
  • the target opening may be changed to a lower transition target opening. That is, the anode off-gas discharge amount may be increased as the anode pressure during the lowered transient operation decreases.
  • the valve opening switching pressure may be decreased as the stack load after the lowered transient operation is higher. This is because when the stack load after the lowering transient operation is high, the difference between the anode pressure at the start of lowering transient and the lower limit value of the anode pressure after the lowering transient operation becomes smaller than the valve opening switching pressure. This is because the purge valve 38 may be lowered during the transient operation and cannot be changed to the transient target opening.
  • the opening of the purge valve 38 is controlled so that the anode gas concentration in the buffer tank 36 becomes a desired concentration according to the stack load.
  • the valve opening switching pressure was changed.
  • the hydrogen concentration in the buffer tank 36 may be detected or estimated, and the valve opening switching pressure may be increased as the anode gas concentration in the buffer tank 36 increases.
  • a concentration sensor may be attached to the buffer tank 36.
  • the buffer is obtained by integrating the amount of nitrogen permeating from the cathode side to the anode side minus the amount of nitrogen discharged to the outside of the fuel cell system 1. What is necessary is just to estimate the anode gas concentration in the tank 36.
  • the amount of nitrogen permeating from the cathode side to the anode side varies depending on the permeability coefficient of the electrolyte membrane and the partial pressure difference between the nitrogen partial pressure in the cathode gas and the nitrogen partial pressure in the anode gas.
  • the permeability coefficient of the electrolyte membrane is a physical property value determined by the material and thickness of the electrolyte membrane, and varies depending on the stack temperature. Accordingly, the permeability coefficient of the electrolyte membrane according to the stack temperature can be calculated in advance by experiments or the like and stored in the controller 4 as a map, so that the permeability coefficient of the electrolyte membrane can be calculated according to the stack temperature.
  • the permeability coefficient of the electrolyte membrane increases as the stack temperature increases.
  • the partial pressure difference between the nitrogen partial pressure in the cathode gas and the nitrogen partial pressure in the anode gas is, for example, an initial value of the nitrogen partial pressure in the cathode gas of 76 [kPa], and an initial value of the nitrogen partial pressure in the anode gas.
  • the local hydrogen concentration drop generated in the anode gas flow path during the down transient operation is increased by increasing the opening of the purge valve 38 that is set according to the power generation state during the down transient operation. Was suppressed.
  • the amount of impurities (mainly nitrogen) entering from the cathode side to the anode side via the MEA 11 is estimated.
  • the amount of impurities depends on the generated current and the humidity of the MEA 11 (internal impedance of the fuel cell).
  • the purge valve 38 is opened every predetermined time (for example, 5 seconds). Impurities are discharged by changing the valve opening time of the purge valve 38 occupying the predetermined time, and the hydrogen concentration in the buffer tank is predetermined. Is maintained at a controlled concentration.
  • the target anode pressure decreases, so the supply of hydrogen by the pressure regulating valve 33 is stopped.
  • the consumption of hydrogen in the anode gas flow path by power generation continues, and the purge valve 38 is opened to discharge the purge flow rate according to the power generation amount.
  • the consumption speed of hydrogen in the anode gas flow path is faster than the discharge speed of the anode off gas by the purge valve 38, the impurities in the buffer tank flow back to the anode gas flow path side, and the anode gas flow path It will develop a local decrease in hydrogen concentration.
  • the valve is opened for a time longer than the opening time of the purge valve 38 for discharging the impurity amount calculated according to the generated current and the humidity of the MEA 11. More optimally, it is desirable that the local decrease in hydrogen concentration in the anode gas flow path be adjusted so that it does not fall below a predetermined concentration even if backflow occurs.
  • the predetermined concentration is determined from the acceptable deterioration of the catalyst in consideration of the product life even when repeated down transitions are performed.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　アノードガス及びカソードガスを燃料電池に供給して発電させる燃料電池システムは、燃料電池に供給するアノードガスの圧力を制御する制御弁と、燃料電池から排出されるアノードオフガスを蓄えるバッファ部と、バッファ部から排出されるアノードオフガスの流量を調節するパージ弁と、制御弁よりも下流のアノードガスの圧力を、燃料電池の負荷に応じて大きくすると共に変動させる脈動運転手段と、燃料電池の負荷に応じて前記パージ弁の開度を制御するパージ手段と、を備え、パージ手段は、燃料電池の負荷が低下する下げ過渡運転時において、燃料電池の負荷に応じて制御される前記パージ弁の開度を大きくする。

Description

燃料電池システム
　本発明は燃料電池システムに関する。
　ＪＰ２００７－５１７３６９Ａには、従来の燃料電池システムとして、アノードガス供給通路に常閉ソレノイド弁を設け、アノードガス排出通路に上流から順に常開ソレノイド弁とバッファタンク（リサイクルタンク）とを設けたものが記載されている。
　この従来の燃料電池システムは、アノードガス排出通路に排出された未使用のアノードガスを、アノードガス供給通路に戻さないアノードガス非循環型の燃料電池システムであり、常閉ソレノイドバルブ及び常開ソレノイドバルブを周期的に開閉することで、バッファタンクに蓄えた未使用のアノードガスを燃料電池スタックに逆流させて再利用していた。
　しかしながら、前述した従来の燃料電池システムでは、燃料電池スタックにかかる負荷（以下「スタック負荷」という。）が低下した後の過渡運転時（以下「下げ過渡運転時」という。）に、バッファタンクからのアノードオフガスの逆流によって、燃料電池スタック内部のアノードガス流路内で局所的にアノードガス濃度が低くなる部分が発生するという問題点が生じることがわかった。
　本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、下げ過渡運転時に、アノードガス流路内で局所的にアノードガス濃度が低くなる部分が発生するのを抑制することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、アノードガス及びカソードガスを燃料電池に供給して発電させる燃料電池システムとして、燃料電池に供給するアノードガスの圧力を制御する制御弁と、燃料電池から排出されるアノードオフガスを蓄えるバッファ部と、バッファ部から排出されるアノードオフガスの流量を調節するパージ弁と、制御弁よりも下流のアノードガスの圧力を、燃料電池の負荷に応じて大きくすると共に変動させる脈動運転手段と、燃料電池の負荷に応じて前記パージ弁の開度を制御するパージ手段と、を備え、パージ手段が、燃料電池の負荷が低下する下げ過渡運転時において、燃料電池の負荷に応じて制御されるパージ弁の開度を大きくする燃料電池システムが提供される。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
本発明の第１実施形態による燃料電池の概略斜視図である。 図１の燃料電池のII-II断面図である。 本発明の第１実施形態によるアノードガス非循環型の燃料電池システムの概略構成図である。 燃料電池システムの運転状態が一定の定常運転時における脈動運転について説明する図である。 本発明の第１実施形態による脈動運転制御について説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態による通常運転処理について説明するフローチャートである。 スタック負荷に基づいてパージ弁の通常目標開度を算出するテーブルである。 本発明の第１実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。 スタック負荷に基づいてパージ弁の下げ過渡目標開度を設定するテーブルである。 本発明の第１実施形態による脈動運転制御の動作について説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による脈動運転制御の効果について説明する図である。 本発明の第２実施形態による脈動運転制御について説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態による脈動運転制御の動作について説明するタイムチャートである。 下げ過渡運転を同じ時間だけ実施した場合の下げ過渡運転後のアノードガス流路内におけるアノードガスの濃度分布を、下げ過渡運転前のバッファタンク内のアノードガス濃度に応じて比較した図である。 下げ過渡運転を同じ時間だけ実施した場合の下げ過渡運転後のアノードガス流路内におけるアノードガスの濃度分布を、下げ過渡運転前のバッファタンク内のアノードガス濃度に応じて比較した図である。 本発明の第３実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。 下げ過渡運転終了直後のアノードガス流路内でのアノードガスの濃度分布を示した図である。 淀み点がアノードガス流路外から出た後のアノードガス流路内でのアノードガスの濃度分布を示した図である。 本発明の第４実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。 下げ過渡運転時に調圧弁を全閉にしてアノード圧を下限値まで低下させた場合のアノード圧の変化を示すタイムチャートである。 アノードガス流路の内部で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生する理由について説明する図である。
　（第１実施形態）
　燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とで挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
　　　アノード電極　：　　２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-         　　…(１)
　　　カソード電極　：　　４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ     …(２)
　この（１）及び（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
　図１及び図２は、本発明の第１実施形態による燃料電池１０の構成について説明する図である。図１は、燃料電池１０の概略斜視図である。図２は、図１の燃料電池１０のII-II断面図である。
　燃料電池１０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という）１１の表裏両面に、アノードセパレータ１２とカソードセパレータ１３とが配置されて構成される。
　ＭＥＡ１１は、電解質膜１１１と、アノード電極１１２と、カソード電極１１３と、を備える。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１１の一方の面にアノード電極１１２を有し、他方の面にカソード電極１１３を有する。
　電解質膜１１１は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜１１１は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
　アノード電極１１２は、触媒層１１２ａとガス拡散層１１２ｂとを備える。触媒層１１２ａは、電解質膜１１１と接する。触媒層１１２ａは、白金又は白金等が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。ガス拡散層１１２ｂは、触媒層１１２ａの外側（電解質膜１１１の反対側）に設けられ、アノードセパレータ１２と接する。ガス拡散層１１２ｂは、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。
　カソード電極１１３もアノード電極１１２と同様に、触媒層１１３ａとガス拡散層１１３ｂとを備える。
　アノードセパレータ１２は、ガス拡散層１１２ｂと接する。アノードセパレータ１２は、ガス拡散層１１２ｂと接する側にアノード電極１１２にアノードガスを供給するための複数の溝状のアノードガス流路１２１を有する。
　カソードセパレータ１３は、ガス拡散層１１３ｂと接する。カソードセパレータ１３は、ガス拡散層１１３ｂと接する側にカソード電極１１３にカソードガスを供給するための複数の溝状のカソードガス流路１３１を有する。
　アノードガス流路１２１を流れるアノードガスと、カソードガス流路１３１を流れるカソードガスとは、互いに平行に同一方向に流れる。互いに平行に逆方向に流れるようにしても良い。
　このような燃料電池１０を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池１０を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
　図３は、本発明の第１実施形態によるアノードガス非循環型の燃料電池システム１の概略構成図である。
　燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、アノードガス供給装置３と、コントローラ４と、を備える。
　燃料電池スタック２は、複数枚の燃料電池１０を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電し、車両の駆動に必要な電力（例えばモータを駆動するために必要な電力）を発電する。
　燃料電池スタック２にカソードガスを供給・排出するカソードガス給排装置、及び燃料電池スタック２を冷却する冷却装置については、本発明の主要部ではないので、理解を容易にするために図示を省略した。本実施形態ではカソードガスとして空気を使用している。
　アノードガス供給装置３は、高圧タンク３１と、アノードガス供給通路３２と、調圧弁３３と、圧力センサ３４と、アノードガス排出通路３５と、バッファタンク３６と、パージ通路３７と、パージ弁３８と、を備える。
　高圧タンク３１は、燃料電池スタック２に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。
　アノードガス供給通路３２は、高圧タンク３１から排出されたアノードガスを燃料電池スタック２に供給するための通路であって、一端部が高圧タンク３１に接続され、他端部が燃料電池スタック２のアノードガス入口孔２１に接続される。
　調圧弁３３は、アノードガス供給通路３２に設けられる。調圧弁３３は、高圧タンク３１から排出されたアノードガスを所望の圧力に調節して燃料電池スタック２に供給する。調圧弁３３は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ４によって制御される。
　圧力センサ３４は、調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２に設けられる。圧力センサ３４は、調圧弁３３よりも下流のアノードガス供給通路３２を流れるアノードガスの圧力を検出する。本実施形態では、この圧力センサ３４で検出したアノードガスの圧力を、燃料電池スタック内部の各アノードガス流路１２１とバッファタンク３６とを含むアノード系全体の圧力（以下「アノード圧」という。）として代用する。
　アノードガス排出通路３５は、一端部が燃料電池スタック２のアノードガス出口孔２２に接続され、他端部がバッファタンク３６の上部に接続される。アノードガス排出通路３５には、電極反応に使用されなかった余剰のアノードガスと、カソード側からアノードガス流路１２１へとクロスリークしてきた窒素や水蒸気などの不活性ガスと、の混合ガス（以下「アノードオフガス」という。）が排出される。
　バッファタンク３６は、アノードガス排出通路３５を通って流れてきたアノードオフガスを一旦蓄える。アノードオフガス中の水蒸気の一部は、バッファタンク３６内で凝縮して液水となり、アノードオフガスから分離される。
　パージ通路３７は、一端部がバッファタンク３６の下部に接続される。パージ通路３７の他端部は、開口端となっている。バッファタンク３６に溜められたアノードオフガス及び液水は、パージ通路３７を通って開口端から外気へ排出される。
　パージ弁３８は、パージ通路３７に設けられる。パージ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調節することができる電磁弁であり、その開度はコントローラ４によって制御される。パージ弁３８の開度を調節することで、バッファタンク３６からパージ通路３７を介して外気へ排出するアノードオフガスの量を調節し、バッファタンク３６内のアノードガス濃度を所望の濃度に調節する。
　コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
　コントローラ４には、前述した圧力センサ３４の他にも、燃料電池スタック２の出力電流を検出する電流センサ４１や燃料電池スタック２を冷却する冷却水の温度（以下「スタック温度」という。）を検出する温度センサ４２、アクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル操作量」という。）を検出するアクセルストロークセンサ４３などの、燃料電池システム１の運転状態を検出するための信号が入力される。
　コントローラ４は、これらの入力信号に基づいて調圧弁３３を周期的に開閉し、アノード圧を周期的に増減圧させる脈動運転を行うとともに、パージ弁３８の開度を調節してバッファタンク３６から排出するアノードオフガスの流量を調節し、バッファタンク３６内のアノードガス濃度を所望の濃度に保つ。
　アノードガス非循環型の燃料電池システム１の場合、調圧弁３３を開いたままにして高圧タンク３１から燃料電池スタック２にアノードガスを供給し続けてしまうと、燃料電池スタック２から排出された未使用のアノードガスを含むアノードオフガスが、バッファタンク３６からパージ通路３７を介して外気へ排出され続けてしまうので無駄となる。
　そこで、本実施形態では調圧弁３３を周期的に開閉し、アノード圧を周期的に増減圧させる脈動運転を行うのである。脈動運転を行うことで、バッファタンク３６に溜めたアノードオフガスを、アノード圧の減圧時に燃料電池スタック２に逆流させることができる。これにより、アノードオフガス中のアノードガスを再利用することができるので、外気へ排出されるアノードガス量を減らすことができ、無駄をなくすことができる。
　以下、図４を参照して脈動運転について説明しつつ、アノード圧の減圧時にバッファタンク３６に溜めたアノードオフガスが燃料電池スタック２に逆流する理由について説明する。
　図４は、燃料電池システム１の運転状態が一定の定常運転時における脈動運転について説明する図である。
　図４（Ａ）に示すように、コントローラ４は、スタック負荷に基づいてアノード圧の基準圧と脈動幅とを算出し、アノード圧の上限値及び下限値を設定する。そして、基準圧を中心として、脈動幅の範囲でアノード圧を周期的に増減圧させて、設定したアノード圧の上限値及び下限値の間でアノード圧を周期的に増減圧させる。本実施形態では、スタック負荷を代表するものとして、燃料電池システム１の運転状態に基づいて算出される燃料電池スタック２の目標出力電力を使用するが、これに限らず出力電流や出力電圧を使用しても良い。
　時刻ｔ１でアノード圧が下限値に達したら、図４（Ｂ）に示すように、少なくともアノード圧を上限値まで増圧させることができる開度まで調圧弁３３を開く。この状態のときは、アノードガスは高圧タンク３１から燃料電池スタック２に供給され、バッファタンク３６へと排出される。
　時刻ｔ２でアノード圧が上限値に達したら、図４（Ｂ）に示すように調圧弁３３を全閉とし、高圧タンク３１から燃料電池スタック２へのアノードガスの供給を停止する。そうすると、前述した（１）の電極反応によって、燃料電池スタック内部のアノードガス流路１２１に残されたアノードガスが時間の経過とともに消費されるので、アノードガスの消費分だけアノード圧が低下する。
　また、アノードガス流路１２１に残されたアノードガスが消費されると、一時的にバッファタンク３６の圧力がアノードガス流路１２１の圧力よりも高くなるので、バッファタンク３６からアノードガス流路１２１へとアノードオフガスが逆流する。その結果、アノードガス流路１２１に残されたアノードガスと、アノードガス流路１２１に逆流したアノードオフガス中のアノードガスが時間の経過とともに消費され、さらにアノード圧が低下する。
　時刻ｔ３でアノード圧が下限値に達したら、時刻ｔ１のときと同様に調圧弁３３が開かれる。そして、時刻ｔ４で再びアノード圧が上限値に達したら、調圧弁３３を全閉とする。
　ここで、このような脈動運転を実施する場合、燃料電池システムの運転状態が変化して燃料電池スタックの目標出力電力（スタック負荷）が低下した後の下げ過渡運転時に、アノードガス流路１２１の内部で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生するという問題点が生じることがわかった。以下、この問題点について図２０及び図２１を参照して説明する。
　図２０は、下げ過渡運転時に調圧弁３３を全閉にしてアノード圧を下限値まで低下させた場合のアノード圧の変化を示すタイムチャートである。
　時刻ｔ３１で、例えばアクセル操作量が減少して燃料電池スタック２の目標出力電力が低下すると、図２０（Ａ）に示すように、低下した目標出力電力に応じたアノード圧の上限値及び下限圧が設定される。
　このとき、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３１で調圧弁３３を全閉にしてアノード圧を下限値まで低下させると（時刻ｔ３２）、アノードガス流路１２１の内部で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生する。この理由について、図２１を参照して説明する。
　図２１は、アノードガス流路１２１の内部で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生する理由について説明する図である。図２１（Ａ）は、下げ過渡運転時に調圧弁３３を全閉にしたときの、アノードガス流路１２１内のアノードガス及びアノードオフガスの流れを示す図である。図２１（Ｂ）は、下げ過渡運転時に調圧弁３３を全閉にしたときの、アノードガス流路１２１内のアノードガスの濃度分布を時間の経過に応じて示した図である。
　図２１（Ａ）に示すように、調圧弁３３が全閉にされると、アノードガス流路１２１に残されたアノードガスは、アノードガスが消費されることで生じる圧力差によって、バッファタンク３６側へと流れる。そして、アノードガス流路１２１に残されたアノードガスが消費されと、一時的にバッファタンク３６の圧力がアノードガス流路１２１の圧力よりも高くなるので、バッファタンク３６側からアノードガス流路１２１へとアノードオフガスが逆流してくる。
　そうすると、アノードガス流路１２１をバッファタンク３６側に流れるアノードガスと、バッファタンク３６側からアノードガス流路１２１へと逆流してきたアノードオフガスと、の合流部において、それぞれのガス流速がゼロとなる淀み点が発生する。
　アノードガス流路１２１内でこのような淀み点が発生してしまうと、前述した（１）の電極反応に使用されないアノードオフガス中の窒素が、時間の経過に応じて淀み点近傍に溜まっていく。その結果、淀み点近傍の窒素濃度が時間の経過に応じて他よりも高くなってしまい、図２１（Ｂ）に示すように、淀み点近傍のアノードガス濃度が時間の経過に応じて他よりも低くなってしまうのである。
　このように、下げ過渡運転時において、調圧弁３３を全閉にしている時間が長くなるほど、つまり、アノード圧が下限値に到達するまでに必要な時間が長くなるほど、淀み点近傍のアノードガス濃度が低くなる。そうすると、アノードガス流路１２１の内部で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生し、その部分のアノードガス濃度（以下「流路内最低アノードガス濃度」という。）が所定濃度を下回ると、その部分で前述した（１）及び（２）の電極反応が阻害されて電圧が負電圧に転じるおそれがあり、燃料電池１０を劣化させる原因となる。
　そこで本実施形態では、下げ過渡運転時には定常運転時よりもパージ弁３８の開度を大きくし、下げ過渡運転時におけるアノード圧の低下速度を速めることとした。これにより、下げ過渡運転時にアノード圧が下限値に到達するまでに必要な時間を短くすることができる。結果として、流路内最低アノードガス濃度が所定濃度を下回るのを抑制できるので、燃料電池１０の劣化を抑制することができる。
　以下、この本実施形態による脈動運転制御について説明する。
　図５は、本実施形態による脈動運転制御について説明するフローチャートである。コントローラ４は、本ルーチンを燃料電池システム１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。
　ステップＳ１において、コントローラ４は、前述した各種センサの検出値を読み込み、燃料電池システム１の運転状態を検出する。
　ステップＳ２において、コントローラ４は、燃料電池システム１の運転状態に基づいて、燃料電池スタック２の目標出力電力を算出する。目標出力電力は、基本的にアクセル操作量が大きいときほど大きくなる。
　ステップＳ３において、コントローラ４は、燃料電池スタック２の目標出力電力に基づいて、その目標出力電力で脈動運転する場合のアノード圧の基準圧及び脈動幅を算出し、アノード圧の上限値及び下限値を設定する。アノード圧の基準圧及び脈動幅は、目標出力電力が大きいときほど大きくなる。
　ステップＳ４において、コントローラ４は、今回算出した目標出力電力が前回算出した目標出力電力よりも小さいか否かを判定する。コントローラ４は、今回算出した目標出力電力が前回算出した目標出力電力よりも小さければステップＳ７の処理を行い、そうでなければステップＳ５の処理を行う。
　ステップＳ５において、コントローラは、下げ過渡運転中フラグＦ１が１か否かを判定する。下げ過渡運転中フラグＦ１は、下げ過渡運転中にアノード圧が下限値に到達するまで１に設定されるフラグであり、初期値は０に設定される。コントローラは、下げ過渡中フラグＦが１であればステップＳ７の処理を行い、そうでなければステップＳ６の処理を行う。
　ステップＳ６において、コントローラは、通常運転処理を実施する。通常運転処理の詳細については図６を参照して後述する。
　ステップＳ７において、コントローラは、下げ過渡運転処理を実施する。下げ過渡運転処理の詳細については図８を参照して後述する。
　図６は、通常運転処理について説明するフローチャートである。
　ステップＳ６１において、コントローラ４は、アノード圧減圧中フラグＦ２が１か否かを判定する。アノード圧減圧中フラグＦ２は初期値が０であり、アノード圧が上限値に達した後、下限値に下がるまで１に設定されるフラグである。コントローラ４は、アノード圧減圧中フラグＦ２が０であればステップＳ６２の処理を行う。一方、アノード圧減圧中フラグＦ２が１であればステップＳ６７の処理を行う。
　ステップＳ６２において、コントローラ４は、アノード圧の上限値に基づいて、少なくともその上限値までアノード圧を上昇させることができるように調圧弁３３の開度を設定する。
　ステップＳ６３において、コントローラ４は、調圧弁３３をステップＳ７２に設定した開度まで開く。
　ステップＳ６４において、コントローラ４は、アノード圧が上限値以上になったか否かを判定する。コントローラ４は、アノード圧が上限値以上になっていれば、ステップＳ６５の処理を行う。一方、アノード圧が上限値未満であれば、ステップＳ６９の処理を行う。
　ステップＳ６５において、コントローラ４は、調圧弁３３を全閉とする。
　ステップＳ６６において、コントローラ４は、アノード圧減圧中フラグＦ２を１に設定する。
　ステップＳ６７において、コントローラは、後述する図７のテーブルを参照し、スタック負荷、すなわち燃料電池スタック２の目標出力電力に基づいて、通常運転中のパージ弁３８の目標開度（以下「通常目標開度」という。）を算出する。
　ステップＳ６８において、コントローラはパージ弁３８の開度を通常目標開度に制御する。
　ステップＳ６９において、コントローラ４は、アノード圧が下限値以下になったか否かを判定する。コントローラ４は、アノード圧が下限値以下になっていれば、ステップＳ６８の処理を行う。一方、アノード圧が下限値より大きければ今回の処理を終了する。
　ステップＳ７０において、コントローラ４は、アノード圧減圧中フラグＦ２を０に設定する。
　図７は、スタック負荷、すなわち燃料電池スタック２の目標出力電力に基づいてパージ弁３８の通常目標開度を算出するテーブルである。ここではまず、パージ弁３８の通常目標開度を設定するときの基本的な考え方について説明した後、図６のテーブルについて説明する。
　燃料電池システム１の運転中は、カソードガス中の窒素が電解質膜を介してアノードガス流路１２１へと透過してくる。したがって、パージ弁３８を全閉にした状態では、バッファタンク３６内の窒素濃度が徐々に高くなり、逆にバッファタンク３６内のアノードガス濃度が徐々に低くなる。
　ここで、スタック負荷が大きくなるほど電極反応によって消費されるアノードガス量が多くなるので、スタック負荷が大きいときほどバッファタンク３６内のアノードガス濃度を高くする必要がある。
　そこで本実施形態では、スタック負荷が大きくなるほど燃料電池システム１の外部へ排出される窒素量が多くなるように、パージ弁３８の通常目標開度を設定している。つまり、スタック負荷が大きくなるほど、バッファタンク３６からパージ通路３７を通って燃料電池システム１１の外部に排出されるアノードオフガス量が多くなるように、パージ弁３８の通常目標開度を設定している。
　図７のテーブルでは、スタック負荷が大きくなるほどパージ弁３８の通常目標開度が小さくなっているが、これはスタック負荷が大きくなるほどアノード圧の基準圧が増加し、パージ弁３８の開度が小さくても燃料電池システム１の外部に排出されるアノードオフガス量が多くなるためである。
　このように、本実施形態では、スタック負荷に応じてバッファタンク内のアノードガス濃度が所望の濃度となるように、予め実験等によってスタック負荷に応じたパージ弁３８の通常目標開度を設定し、それをテーブルとしてコントローラ４に記憶させている。
　図８は、下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。
　ステップＳ７１において、コントローラ４は、下げ過渡中フラグを１に設定する。
　ステップＳ７２において、コントローラ４は、調圧弁３３を全閉とする。
　ステップＳ７３において、コントローラ４は、後述する図８のテーブルを参照し、スタック負荷、すなわち燃料電池スタック２の目標出力電力に基づいて下げ過渡運転中のパージ弁３８の目標開度（以下「下げ過渡目標開度」という。）を算出する。
　ステップＳ７４において、コントローラ４は、下げ過渡目標開度となるように、パージ弁３８の開度を制御する。
　ステップＳ７５において、コントローラ４は、アノード圧が下限値に到達したか否かを判定する。コントローラ４は、アノード圧が下限値に到達していれば、ステップＳ７６の処理を行い、そうでなければ今回の処理を終了する。
　ステップＳ７６において、コントローラ４は、下げ過渡運転中フラグＦ１を０に設定する。
　図９は、スタック負荷、すなわち燃料電池スタック２の目標出力電力に基づいて、パージ弁３８の下げ過渡目標開度を設定するテーブルである。図９において、実線がパージ弁３８の下げ過渡目標開度であり、破線がパージ弁３８の通常目標開度である。
　図９に示すように、パージ弁３８の下げ過渡目標開度は、通常目標開度よりも高くなるように設定される。
　図１０は、本実施形態による脈動運転制御の動作について説明するタイムチャートである。図１０において、下げ過渡運転中にパージ弁３８を通常目標開度に設定した場合の動作を比較例として破線で示した。以下、フローチャートの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
　時刻ｔ１１で燃料電池システム１の運転状態が変化し、燃料電池スタックの目標出力電力（スタック負荷）が低下すると、低下した目標出力電力に応じてアノード圧の基準圧及び脈動幅が算出され、アノード圧の上限値及び下限値が設定される（図１０（Ａ）；Ｓ３）。
　また、燃料電池スタックの目標出力電力が低下したことで下げ過渡運転処理に入り（Ｓ４でＹｅｓ、Ｓ７）、調圧弁３３が全閉に制御されると共に（図１０（Ｂ）；Ｓ７２）、パージ弁３８が下げ過渡目標開度に設定される（図１０（Ｃ）；Ｓ７３、Ｓ７４）。
　このとき、下げ過渡目標開度は通常目標開度よりも大きくなるように設定されているので（図１０（Ｃ））、パージ弁３８を通常目標開度に設定したときと比べて、下げ過渡運転中におけるアノード圧の低下速度を速くすることができる（図１０（Ａ））。
　これにより、アノード圧が下限値に到達するまでに必要な時間を、下げ過渡運転中にパージ弁３８を通常目標開度にしたときよりも短くすることができる。
　図１１は、本実施形態による脈動運転制御の効果について説明する図である。
　図１１において、実線は、本実施形態による脈動運転制御を実施したとき、すなわち下げ過渡運転中にパージ弁３８を下げ過渡目標開度に設定したときの、下げ過渡運中におけるアノードガス流路１２１内のアノードガスの濃度分布を時間の経過に応じて示したものである。一方で破線は、本実施形態による脈動運転制御を実施しなかったとき、すなわち下げ過渡運転中にパージ弁３８を通常目標開度に設定したときの下げ過渡運中におけるアノードガス流路１２１内のアノードガスの濃度分布を時間の経過に応じて示したものである。
　本実施形態による脈動運転制御を実施したときは、アノード圧が下限値に到達するまでに必要な時間を、下げ過渡運転中にパージ弁３８を通常目標開度にしたときよりも短くすることができる。したがって、図１１に実線で示すように、流路内最低アノードガス濃度が所定濃度を下回るのを抑制することができる。よって、燃料電池１０の劣化を抑制することができ、発電効率の低下を抑制することができる。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、下げ過渡運転前のアノード圧と、下げ過渡運転中のアノード圧と、の差圧が所定の弁開度切替圧よりも大きくなってから、パージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に設定する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下の各実施形態では上述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
　下げ過渡運転中にパージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に設定すると、燃料電池システム１の外部に排出されるアノードオフガス量が多くなる。アノードオフガス中には、電極反応で使用されなかった未使用のアノードガスが含まれるため、燃料電池システム１の外部に排出されるアノードオフガス量が多くなるほど燃費が悪化する。
　本実施形態のように燃料電池システム１を車両に搭載する場合には、下げ過渡運転中において、アノード圧が下限値に到達する前にアクセルペダルが再度踏み込まれることがある。つまり、パージ弁３８の開度を通常目標開度に設定していたとしても、流路内最低アノードガス濃度が所定濃度を下回る前にアクセルペダルが踏込まれ、下げ過渡運転が終了する場合がある。
　このような場合に最初からパージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に設定していると、燃料電池システム１の外部に排出されるアノードオフガス量が多くなって燃費が悪化する。
　そこで本実施形態では、下げ過渡運転前のアノード圧と、下げ過渡運転中のアノード圧と、の差圧ΔＰが所定の弁開度切替圧よりも大きくなってから、パージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に設定することとした。つまり、下げ過渡運転中にアノード圧が弁開度切替圧だけ低下してからパージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に設定することとした。
　図１２は、本実施形態による脈動運転制御について説明するフローチャートである。コントローラ４４は、本ルーチンを燃料電池システム１１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。ステップＳ１からステップＳ７の処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
　ステップＳ１１において、コントローラ４は、圧力センサ３４によって検出されたアノード圧を記憶する。このステップＳ１１で記憶されたアノード圧は、下げ過渡運転が開始されたときのアノード圧である。以下では、このステップＳ１１で記憶されたアノード圧のことを「下げ過渡開始時アノード圧」という。
　図１２は、本実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。ステップＳ７１からステップＳ７６の処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
　ステップＳ１０１において、コントローラ４は、下げ過渡開始時アノード圧と、下げ過渡運転中のアノード圧と、の差圧ΔＰを算出する。
　ステップＳ１０２において、コントローラ４は、差圧ΔＰが弁開度切替圧以上になったか否かを判定する。コントローラ４は、差圧ΔＰが弁開度切替圧以上になったときは、ステップＳ７３の処理を行う。一方で、差圧ΔＰが弁開度切替圧よりも小さければは、ステップＳ１０３の処理を行う。
　ステップＳ１０３において、コントローラ４は、前述した図７のテーブルを参照し、スタック負荷に基づいて、通常目標開度を算出する。
　ステップＳ１０４において、コントローラ４は、パージ弁３８の開度を通常目標開度に制御する。
　図１４は、本実施形態による脈動運転制御の動作について説明するタイムチャートである。図１４において、下げ過渡運転中にパージ弁３８を通常目標開度に設定した場合の動作を比較例として破線で示した。以下、フローチャートの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
　時刻ｔ２１で、燃料電池システム１の運転状態が変化し、燃料電池スタックの目標出力電力（スタック負荷）が低下すると、低下した目標出力電力に応じてアノード圧の基準圧及び脈動幅が算出され、アノード圧の上限値及び下限値が設定される（図１４（Ａ）；Ｓ３）。
　また、燃料電池スタックの目標出力電力が低下したことで、下げ過渡開始時アノード圧が記憶されると共に（Ｓ４でＹｅｓ、Ｓ１１）、下げ過渡運転処理に入り（Ｓ７）、調圧弁３３が全閉に制御される（図１４（Ｂ）；Ｓ７２）。
　このとき、本実施形態では、下げ過渡開始時アノード圧と、下げ過渡運転中のアノード圧と、の差圧ΔＰが弁開度切替圧になる時刻ｔ２２までは（図１４（Ａ））、パージ弁３８の開度を通常目標開度に制御する（図１４（Ｃ）；Ｓ１０２でＮｏ、Ｓ１０３、Ｓ１０４）。そして、下げ過渡開始時アノード圧と、下げ過渡運転中のアノード圧と、の差圧ΔＰが弁開度切替圧以上となる時刻ｔ２２以降から（図１４（Ａ））、パージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に制御する（図１４（Ｃ）；Ｓ１０２でＹｅｓ、Ｓ７３、Ｓ７４）。
　これにより、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、下げ過渡運転中に燃料電池システム１から排出される未使用のアノードガス量を少なくすることができるので、燃費の悪化を抑制することができる。
　（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、下げ過渡運転前のスタック負荷が大きいときほど、弁開度切替圧を大きくする点で第２実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
　図１５Ａ及び図１５Ｂは、下げ過渡運転を同じ時間だけ実施した場合の下げ過渡運転後のアノードガス流路１２１内におけるアノードガスの濃度分布を、下げ過渡運転前のバッファタンク３６内のアノードガス濃度に応じて比較した図である。図１５Ａは、下げ過渡運転前のバッファタンク３６内のアノードガス濃度が高いときの図である。図１５Ｂは、下げ過渡運転前のバッファタンク３６内のアノードガス濃度が低いときの図である。
　前述したように、バッファタンク３６内のアノードガス濃度は、スタック負荷が大きいときほど高くなるように制御されている。
　ここで、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、下げ過渡運転を実施している時間が同じ場合、下げ過渡運転開始前のバッファタンク３６内のアノードガス濃度が低いときほど、流路内最低アノードガス濃度は低くなる。
　したがって、第２実施形態のように弁開度切替圧を固定値にすると、下げ過渡運転前のバッファタンク３６内のアノードガス濃度が低い場合、すなわち下げ過渡運転前のスタック負荷が低い場合には、アノード圧が下限値に到達する前に流路内アノードガス濃度が所定濃度を下回ってしまうおそれがある。
　そこで本実施形態では、下げ過渡運転前のスタック負荷に応じて弁開度切替圧を変更することした。具体的には、下げ過渡運転前のスタック負荷が低いときほど、弁開度切替圧を低くすることした。
　図１６は、本実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。ステップＳ７１からステップＳ７６、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理は、第１実施形態及び第２実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
　ステップＳ２０１において、コントローラ４は、スタック負荷に応じて弁開度切替圧を設定する。弁開度切替圧は、スタック負荷が低いときほど低くなるように設定される。
　以上説明した本実施形態によれば、スタック負荷が低いときほど弁開度切替圧を低くした。これにより、下げ過渡開始時アノード圧と、下げ過渡運転中のアノード圧と、の差圧ΔＰが弁開度切替圧以上になってからパージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に設定したとしても、流路内アノードガス濃度が所定濃度を下回るのを抑制することができる。よって、燃費の悪化を抑制しつつ、より確実に燃料電池スタックの劣化を抑制することができる。
　（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、下げ過渡運転が開始されてアノード圧が下限値まで低下した後も、一定期間パージ弁３８を下げ過渡目標開度に制御する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
　図１７は、下げ過渡運転終了直後のアノードガス流路内でのアノードガス濃度を示した図である。
　図１７に示すように、下げ過渡運転終了直後は、アノードガス流路１２１の内部の淀み点で、局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる。そして、この状態から目標出力電力に応じて設定されたアノード圧の上限値及び下限値の範囲で脈動運転が実施される。
　ここで、アノードガス流路１２１の内部で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生している状態でパージ弁３８の開度を通常目標開度に戻して脈動運転を実施すると、淀み点がアノードガス流路１２１の内部に残った状態のまま脈動運転が実施されるおそれがある。そうすると、燃料電池が劣化したり、発電性能が低下するおそれがある。
　そこで本実施形態では、図１８に示すように、下げ過渡運転が終了した後、脈動運転によって淀み点がアノードガス流路外に出るまでは、パージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に維持する。
　図１９は、本実施形態による下げ過渡運転処理について説明するフローチャートである。
　ステップＳ３０１において、コントローラ４は、下げ過渡目標開度維持フラグＦ３が１に設定されているか否かを判定する。下げ過渡目標開度維持フラグＦ３は初期値が０であり、下げ過渡運転が終了した後、すなわちアノード圧が下限値以下になった後、パージ弁３８の開度を通常目標開度に戻すまで１に設定されるフラグである。コントローラ４は、下げ過渡目標開度維持フラグが１に設定されていればステップＳ３０６の処理を行う。一方で、下げ過渡目標開度維持フラグが０に設定されていればステップＳ７１の処理を行う。
　ステップＳ３０２において、コントローラ４は、燃料電池スタックの目標出力電力の低下幅に基づいて、アノードガス流路内での淀み点位置を推定し、淀み点距離を算出する。淀み点距離は、アノードガス流路の出口側（バッファタンク３６側）から淀み点位置までの距離である。燃料電池スタックの目標出力電力の低下幅が大きいときほど、下げ過渡運転の時間が長くなるので、淀み点距離も大きくなる。
　ステップＳ３０３において、コントローラ４は、淀み点距離と、燃料電池スタックの目標出力電力と、に基づいて、淀み点位置がアノードガス流路外に出るまでに必要な時間（以下「パージ弁切替時間」という。）を算出する。パージ弁切替時間は、淀み点距離が大きくなるほど長くなる。また、燃料電池スタックの目標出力電力が小さくなるほど、脈動運転中のアノード圧増圧時にアノードガスをバッファタンク３６内に押し込む力が弱くなるので、パージ弁切替時間は長くなる。
　ステップＳ３０４において、コントローラ４は、アノード圧の上限値に基づいて、少なくともその上限値までアノード圧を上昇させることができるように調圧弁３３の開度を設定する。
　ステップＳ３０５において、コントローラ４は、調圧弁３３をステップＳ３０４で設定した開度まで開く。
　ステップＳ３０６において、コントローラ４は、アノード圧が下限値以下になってからの経過時間を算出する。具体的には、前回までの経過時間に演算周期を足して、今回の経過時間とする。
　ステップＳ３０７において、コントローラ４は、アノード圧が下限値以下になってからの経過時間が、パージ弁切替時間以上になったかを判定する。コントローラ４は、アノード圧が下限値以下になってからの経過時間が、パージ弁切替時間以上になっていれば、ステップＳ７６の処理を行い、そうでなければステップＳ３０８の処理を行う。
　ステップＳ３０８において、コントローラ４は、下げ過渡目標開度維持フラグＦ３を１に設定する。
　ステップＳ３０９において、コントローラ４は、下げ過渡目標開度維持フラグＦ３を０に設定する。
　以上説明した本実施形態によれば、下げ過渡運転が終了した後、脈動運転によって淀み点位置がアノードガス流路外に出るまでは、パージ弁３８の開度を下げ過渡目標開度に維持することとした。
　これにより、アノードガス流路内で局所的にアノードガス濃度が他よりも低くなる部分が発生した状態が続いたまま脈動運転が実施されるのを抑制できる。よって、燃料電池の劣化を抑制できると共に、発電性能の悪化を抑制することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、上記の各実施形態では、燃料電池スタック２の下流に意識的にバッファタンク３６を設けているが、このような部品が必ずしも必要というわけではなく、通常の配管や、燃料電池スタック２の内部マニホールドをバッファタンクとみなしても良い。
　また、上記第１実施形態では、下げ過渡目標開度を通常目標開度に対して一律に所定開度だけ大きくなるように設定したが、下げ過渡運転中のアノード圧に応じて段階的に通常目標開度から下げ過渡目標開度へと変更しても良い。つまり、下げ過渡運転中のアノード圧が低下するにつれて、アノードオフガスの排出量が多くなるようにしても良い。
　これは、アノード圧が高いときは、バッファタンク３６内のアノードガス濃度も高い状態なので、パージ弁３８の開度が小さくても流路内最低アノードガス濃度が所定濃度を下回るおそれが少なくなるからである。これにより、燃料電池システム１の外部に排出されるアノードオフガスの量を少なくすることができるので、燃費を向上させることができる。
　また、上記第２実施形態において、下げ過渡運転後のスタック負荷が高いときほど、弁開度切替圧が小さくなるようにしても良い。これは、下げ過渡運転後のスタック負荷が高いと、下げ過渡開始時アノード圧と、下げ過渡運転後のアノード圧の下限値と、の差圧が弁開度切替圧よりも小さくなって、下げ過渡運転中にパージ弁３８を下げ過渡目標開度に変更できないおそれがあるためである。
　また、上記第３実施形態では、スタック負荷に応じてバッファタンク３６内のアノードガス濃度が所望の濃度となるようにパージ弁３８の開度を制御していることを前提として、スタック負荷に応じて弁開度切替圧を変更していた。しかしながら、バッファタンク３６内の水素濃度を検出又は推定し、バッファタンク３６内のアノードガス濃度が高くなるほど弁開度切替圧が高くなるようにしても良い。
　バッファタンク３６内のアノードガス濃度を検出する場合は、濃度センサをバッファタンク３６に取り付ければ良い。
　バッファタンク３６内のアノードガス濃度を推定する場合は、カソード側からアノード側に透過してくる窒素量から、燃料電池システム１の外部に排出される窒素量を引いたものを積算することでバッファタンク３６内のアノードガス濃度を推定すれば良い。カソード側からアノード側に透過してくる窒素量は、電解質膜の透過係数と、カソードガス中の窒素分圧とアノードガス中の窒素分圧との分圧差と、に応じて変化する。
　ここで、電解質膜の透過係数は、電解質膜の材質や膜厚によって決まる物性値であり、スタック温度によって変化する。したがって、スタック温度に応じた電解質膜の透過係数を予め実験等によって求めてき、マップとしてコントローラ４に記憶させておくことで、スタック温度に応じて電解質膜の透過係数を算出することができる。電解質膜の透過係数は、スタック温度が高いときほど大きくなる。
　一方、カソードガス中の窒素分圧とアノードガス中の窒素分圧との分圧差は、カソードガス中の窒素分圧の初期値を例えば７６［ｋＰａ］、アノードガス中の窒素分圧の初期値を０［ｋＰａ］として、透過窒素量に応じてアノードガス中の窒素分圧を増大させることで算出することができる。
　また、上記実施形態では、下げ過渡運転時には、発電状態に応じて設定されるパージ弁３８の開度を大きくすることで、下げ過渡運転時にアノードガス流路内に発生する局所的な水素濃度低下を抑制していた。
　これに対して、オン・オフのパージ弁３８を利用してパージ制御を実施している場合には、次のようにしても良い。
　まず、カソード側からアノード側にＭＥＡ１１を介して進入する不純物量（主に、窒素）を推定する。不純物量は、発電電流、ＭＥＡ１１の湿度（燃料電池の内部インピーダンス）に依存する。
　次に、推定した不純物量を排出するために必要なパージ弁３８の開弁時間を設定する。
　パージ弁３８の開弁は、所定時間（例えば、５秒）ごとに実施され、所定時間に占めるパージ弁３８の開弁時間を変化させることで不純物を排出し、バッファタンク内の水素濃度を所定の管理濃度に維持するのである。
　ここで、下げ過渡運転が発生した場合は、目標となるアノードの圧力が低下するために、調圧弁３３による水素の供給が停止される。一方で、発電によるアノードガス流路内での水素の消費は継続し、発電量に応じたパージ流量を排出するためにパージ弁３８の開弁が実施される。しかしながら、アノードガス流路内での水素の消費速度は、パージ弁３８によるアノードオフガスの排出速度よりも速いため、バッファタンク内の不純物がアノードガス流路側へと逆流してしまい、アノードガス流路内に局所的な水素濃度低下を発達させることになる。
　そこで、下げ過渡運転が発生した場合は、発電電流、ＭＥＡ１１の湿度に応じて算出される不純物量を排出するためのパージ弁３８の開弁時間よりも長い時間開弁する。より最適には、逆流が生じてもアノードガス流路内の局所的な水素濃度低下が所定濃度を下回らないように調整されることが望ましい。所定濃度は、繰り返しの下げ過渡を実施しても、製品寿命を考慮して許容できる触媒の劣化から定まる。
　本願は、２０１１年１２月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１１－２８８５１７号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

  1. 　アノードガス及びカソードガスを燃料電池に供給して発電させる燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池に供給するアノードガスの圧力を制御する制御弁と、
    　前記燃料電池から排出されるアノードオフガスを蓄えるバッファ部と、
    　前記バッファ部から排出されるアノードオフガスの流量を調節するパージ弁と、
    　前記制御弁よりも下流のアノードガスの圧力を、前記燃料電池の負荷に応じて大きくすると共に変動させる脈動運転手段と、
    　前記燃料電池の負荷に応じて前記パージ弁の開度を制御するパージ手段と、
    を備え、
    　前記パージ手段は、
    　　前記燃料電池の負荷が低下する下げ過渡運転時において、前記燃料電池の負荷に応じて制御される前記パージ弁の開度を大きくする、
    燃料電池システム。
  2. 　前記パージ手段は、
    　　前記下げ過渡運転前の定常運転時におけるアノードガスの圧力と、下げ過渡運転中のアノードガスの圧力と、の差圧が所定圧以上になったときに、前記燃料電池の負荷に応じて制御される前記パージ弁の開度を大きくする、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 　前記パージ手段は、
    　　前記燃料電池の負荷が高いときほど前記バッファ部のアノードガスの濃度が高くなるように前記パージ弁の開度量を制御し、
    　　下げ過渡運転前の定常運転時における前記燃料電池の負荷が高いときほど前記所定圧を大きくする、
    請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 　前記バッファ部のアノードガスの濃度を検出又は推定する手段を備え、
    　前記パージ手段は、
    　　前記バッファ部のアノードガス濃度が高いときほど前記所定圧を大きくする、
    請求項２に記載の燃料電池システム。
  5. 　前記パージ手段は、
    　　下げ過渡運転後の前記燃料電池の負荷が高いときほど前記所定圧を小さくする、
    請求項２に記載の燃料電池システム。
  6. 　前記パージ手段は、
    　　下げ過渡運転中のアノードガスの圧力が低くなるほど、前記燃料電池の負荷に応じて制御される前記パージ弁の開度を大きくする、
    請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  7. 　前記パージ手段は、
    　　下げ過渡運転が終了した後、下げ過渡運転中に前記燃料電池のアノードガス流路内で発生した淀み点がアノードガス流路外に出るまでは、前記燃料電池の負荷に応じて制御される前記パージ弁の開度を大きくする、
    請求項１から請求項６までのいずれか１つに記載の燃料電池システム。
  8. 　アノードガス及びカソードガスを燃料電池に供給して発電させる燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池に供給するアノードガスの圧力を制御する制御弁と、
    　前記燃料電池から排出されるアノードオフガスを蓄えるバッファ部と、
    　前記バッファ部のアノードオフガスを排出するためのパージ弁と、
    　前記制御弁よりも下流のアノードガスの圧力を、前記燃料電池の負荷に応じて大きくすると共に変動させる脈動運転手段と、
    　前記燃料電池の負荷に基づいてパージ流量を算出するパージ流量算出手段と、
    　前記パージ流量に基づいて前記パージ弁の開弁時間を変更するパージ手段と、
    を備え、
    　前記パージ流量算出手段は、
    　　前記燃料電池の負荷が低下する下げ過渡運転時において、前記パージ流量を増加させる、
    燃料電池システム。
PCT/JP2012/080139 2011-12-28 2012-11-21 燃料電池システム WO2013099480A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/368,038 US20150004512A1 (en) 2011-12-28 2012-11-21 Fuel cell system
JP2013551536A JP5741713B2 (ja) 2011-12-28 2012-11-21 燃料電池システム
EP12861940.0A EP2800184A4 (en) 2011-12-28 2012-11-21 FUEL CELL SYSTEM
CN201280062690.2A CN104185919A (zh) 2011-12-28 2012-11-21 燃料电池系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011288517 2011-12-28
JP2011-288517 2011-12-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013099480A1 true WO2013099480A1 (ja) 2013-07-04

Family

ID=48696979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/080139 WO2013099480A1 (ja) 2011-12-28 2012-11-21 燃料電池システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150004512A1 (ja)
EP (1) EP2800184A4 (ja)
JP (1) JP5741713B2 (ja)
CN (1) CN104185919A (ja)
WO (1) WO2013099480A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107078322A (zh) * 2014-10-28 2017-08-18 日产自动车株式会社 燃料电池系统
WO2021251207A1 (ja) * 2020-06-09 2021-12-16 東レ株式会社 燃料電池の運転方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013129553A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
US9080938B2 (en) * 2012-07-27 2015-07-14 GM Global Technology Operations LLC Extremum seeking algorithm in a variable time interval to detect anode pressure sensor stuck failure in a fuel cell system
JP6972941B2 (ja) * 2017-11-09 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
JP7223282B2 (ja) * 2019-12-25 2023-02-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
DE102021112763A1 (de) 2021-05-18 2022-11-24 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Ermitteln der Brennstoffkonzentration in einem Anodenkreislauf, Brennstoffzellenvorrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003109627A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両の制御装置
JP2007517369A (ja) 2003-12-31 2007-06-28 ヌヴェラ・フュエル・セルズ・インコーポレーテッド 燃料電池スタックからの水の安全なパージ
JP2008097966A (ja) * 2006-10-11 2008-04-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、および、その制御方法
JP2009277622A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP2010123501A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8092943B2 (en) * 2006-04-19 2012-01-10 Daimler Ag Fuel cell system with improved fuel recirculation
US9786931B2 (en) * 2008-11-21 2017-10-10 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for controlling same
WO2011004780A1 (ja) * 2009-07-07 2011-01-13 日産自動車株式会社 燃料電池パワープラントの運転制御装置及び運転制御方法
CA2828812A1 (en) * 2011-02-23 2012-08-30 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003109627A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両の制御装置
JP2007517369A (ja) 2003-12-31 2007-06-28 ヌヴェラ・フュエル・セルズ・インコーポレーテッド 燃料電池スタックからの水の安全なパージ
JP2008097966A (ja) * 2006-10-11 2008-04-24 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、および、その制御方法
JP2009277622A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP2010123501A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2800184A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107078322A (zh) * 2014-10-28 2017-08-18 日产自动车株式会社 燃料电池系统
CN107078322B (zh) * 2014-10-28 2021-02-02 日产自动车株式会社 燃料电池系统
WO2021251207A1 (ja) * 2020-06-09 2021-12-16 東レ株式会社 燃料電池の運転方法
JPWO2021251207A1 (ja) * 2020-06-09 2021-12-16
JP7315001B2 (ja) 2020-06-09 2023-07-26 東レ株式会社 燃料電池の運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20150004512A1 (en) 2015-01-01
EP2800184A1 (en) 2014-11-05
CN104185919A (zh) 2014-12-03
JPWO2013099480A1 (ja) 2015-04-30
JP5741713B2 (ja) 2015-07-01
EP2800184A4 (en) 2015-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5741713B2 (ja) 燃料電池システム
JP5704228B2 (ja) 燃料電池システム
JP5737395B2 (ja) 燃料電池システム
JP5858138B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP5804181B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP5915730B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP6052282B2 (ja) 燃料電池システム
WO2013180080A1 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2013182690A (ja) 燃料電池システム
JP2013182688A (ja) 燃料電池システム
JP5673846B2 (ja) 燃料電池システム
JP5871014B2 (ja) 燃料電池システム
JP5509728B2 (ja) 燃料電池システム
JP2014241260A (ja) 燃料電池システム
JP5858137B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP2010003486A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12861940

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14368038

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013551536

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012861940

Country of ref document: EP