JP2005150025A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池に供給して、当該燃料電池を発電させる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that supplies fuel gas and oxidant gas to a fuel cell to generate power.
従来より、下記の特許文献1に記載されているように、水透過型中空糸膜を備えた加湿器(WRD(Water Recovery Device))を燃料電池のガス供給側配管及びガス排出側配管に設けた燃料電池システムが知られている。
Conventionally, as described in
この特許文献1に記載されたシステムでは、加湿器によって、燃料電池から排出される高湿潤状態のガスから燃料電池に向かう低湿潤状態のガスに水分を移動させて、燃料電池の加湿等を行っている。
しかしながら、上述した従来の技術では、燃料電池の発電量が高くなって燃料電池の温度が上昇すると、燃料電池から排出される酸化剤ガスであるカソードオフガスに含まれる水蒸気量が増加して、当該カソードオフガスに含まれる水分を加湿器で回収しきれなくなってしまう。したがって、従来の技術では、カソードオフガスに含まれた状態で外部に捨てられる水分量が増加し、システム全体での水収支が悪化するという問題点があった。 However, in the conventional technology described above, when the amount of power generated by the fuel cell increases and the temperature of the fuel cell rises, the amount of water vapor contained in the cathode offgas, which is the oxidant gas discharged from the fuel cell, increases. Moisture contained in the cathode off gas cannot be completely collected by the humidifier. Therefore, the conventional technique has a problem that the amount of water discarded to the outside in the state of being included in the cathode off gas increases, and the water balance of the entire system is deteriorated.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、外部に排出する水分を抑制して、水収支を良好な状態に保持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress water discharged to the outside and maintain a water balance in a good state. And
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池に要求される出力に応じて、ガス供給手段により、燃料電池に供給する酸化剤ガス圧力及び燃料ガス圧力を制御して、燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する場合に、加湿器により、燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスに含まれる水分を、ガス供給手段により燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる。 In the fuel cell system according to the present invention, the oxidant gas pressure and the fuel gas pressure supplied to the fuel cell are adjusted by the gas supply means according to the output required for the fuel cell that generates power using the fuel gas and the oxidant gas. When fuel gas and oxidant gas are supplied to the fuel cell under control, the moisture contained in the oxidant gas discharged from the oxidant gas outlet of the fuel cell by the humidifier is supplied to the fuel cell by the gas supply means. It moves to the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas inlet.
このとき、本発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガス温度検出手段により燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスの温度を検出し、出力制限手段により、酸化剤ガス温度検出手段により検出された酸化剤ガス温度が高いほど、燃料電池の最大出力を低くする出力制限を行うことにより、上述の課題を解決する。 At this time, the fuel cell system according to the present invention detects the temperature of the oxidant gas discharged from the oxidant gas outlet of the fuel cell by the oxidant gas temperature detection means, and the oxidant gas temperature detection means by the output limiting means. The above-mentioned problem is solved by performing output restriction that lowers the maximum output of the fuel cell as the oxidant gas temperature detected by (1) increases.
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の排出酸化剤ガスの温度が高いほど燃料電池の最大出力を低くするように出力制限を行うので、燃料電池の発熱量を抑制して、燃料電池から加湿器に送られる水分を低減することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、加湿器を通過して外部に排出される水分を抑制することができ、水収支を良好な状態に保持することができる。 According to the fuel cell system of the present invention, the output is limited so that the maximum output of the fuel cell is lowered as the temperature of the exhaust oxidant gas of the fuel cell is higher. The moisture sent from the battery to the humidifier can be reduced. Therefore, according to this fuel cell system, it is possible to suppress moisture that passes through the humidifier and is discharged to the outside, and the water balance can be maintained in a good state.
以下、本発明の第1実施形態〜第3実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
本発明は、例えば図1に示すように構成された第1実施形態に係る燃料電池システムに適用される。
[First Embodiment]
The present invention is applied to the fuel cell system according to the first embodiment configured as shown in FIG. 1, for example.
[燃料電池システムの構成]
この燃料電池システムは、図1に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池本体1を備える。この燃料電池本体1は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成された燃料電池スタック1Aを有する。本例においては、燃料電池スタック1Aが発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを水素極に供給すると共に、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を空気極に供給する燃料電池システムについて説明する。
[Configuration of fuel cell system]
As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell
また、この燃料電池本体1は、後述する純水タンク13に貯蔵された水分を使用して燃料電池スタック1Aに供給される空気を加湿すると共に、燃料電池スタック1Aから排出される空気及び水素ガスに含まれる一部の水分を除去する機構を有し、純水タンク13に凝縮水を送る気液分離器1B(PSS)を備える。この燃料電池本体1は、燃料電池スタック1Aと気液分離器1Bとが一体化されて構成されている。
The
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック1Aの空気極に加湿した空気を供給する空気供給系、燃料電池スタック1Aの水素極に水素ガスを供給する水素供給系、燃料電池スタック1Aに供給する空気を加湿するための純水循環系を備える。このような燃料電池システムは、後述する各部の状態が出力制御回路21に読み込まれ、出力制御回路21及び車両コントローラ22によって制御される。
In this fuel cell system, an air supply system that supplies humidified air to the air electrode of the
空気供給系は、燃料電池本体1の空気入口1aに接続された空気供給配管L1にコンプレッサ2、アフタークーラ3及び膜式加湿器(WRD)4が設けられ、燃料電池本体1の空気出口1bに接続された空気排出配管L2に膜式加湿器4が設けられ、外部排出配管L3に空気圧力調整弁5及びアクチュエータ6が設けられて構成されている。膜式加湿器4は、燃料電池本体1から排出された排出空気に含まれる水分を回収し、当該回収した水分を燃料電池スタック1Aに供給する圧縮空気に移動させる。これにより、膜式加湿器4は、燃料電池スタック1Aに供給する圧縮空気の湿度を高くする。
In the air supply system, a compressor 2, an aftercooler 3 and a membrane humidifier (WRD) 4 are provided in an air supply pipe L1 connected to an
このような空気供給系において、空気は、大気がコンプレッサ2により加圧され、アフタークーラ3で冷却された後に、膜式加湿器4の圧縮空気入口4aに導入される。そして、圧縮空気入口4aに導入された空気は、水分によって加湿された後に圧縮空気出口4bから排出されて気液分離器1Bに送られる。
In such an air supply system, the air is introduced into the
気液分離器1Bは、圧縮空気が供給されると共に、純水供給系を構成する純水循環配管を介して純水タンク13から純水が循環される。この気液分離器1Bは、圧縮空気が供給されると、純水タンク13からの純水によって圧縮空気を加湿して更に湿度を高くして燃料電池スタック1Aに供給する。
The gas-
そして、燃料電池スタック1Aに供給された圧縮空気は、酸素が発電反応に使用され、燃料電池スタック1Aでの発熱によって温度が上昇されて飽和水蒸気量が上昇すると共に、更に湿度が上昇された排出空気として気液分離器1Bに送られる。そして、排出空気は、気液分離器1Bで冷却されることによって温度が低下して飽和水蒸気量が低下する。これにより、気液分離器1Bは、排出空気に含まれる一部の水分が凝縮することにより発生した凝縮水を純水循環配管を介して純水タンク13に回収する。
In the compressed air supplied to the
このように一部の水分が除去された排出空気は、空気出口1b及び空気排出配管L2を介して膜式加湿器4の排出空気入口4cに導入され、膜式加湿器4内で残存した水分が回収されて膜式加湿器4dから外部排出配管L3に排出され、空気圧力調整弁5を介して外部に排出される。
The exhaust air from which part of the moisture has been removed in this way is introduced into the
水素供給系は、燃料電池本体1の水素入口1cに接続された水素供給配管L4に水素タンク7、水素ヒータ8及びエゼクタ9が設けられ、燃料電池本体1の水素出口1dに接続された水素循環配管L5にセパレータタンク10及びエゼクタ9が設けられ、水素ガスを放出するガス排出配管L6にセパレータタンク10、パージ弁11及びアクチュエータ12が設けられて構成されている。
The hydrogen supply system includes a hydrogen tank 7, a
このような水素供給系において、水素ガスは、水素タンク7に貯蔵された状態から水素出口7aを介して、水素ヒータ8の水素入口8aに導入され、水素ヒータ8で燃料電池スタック1Aでの発電に適した温度とされて、水素出口8bから排出されて、エゼクタ9に供給される。このエゼクタ9は、通常、水素ヒータ8からの水素ガスと、燃料電池スタック1Aの水素出口1dからのガスとを混合して、燃料電池スタック1Aの水素入口1cに供給する。ここで、燃料電池スタック1Aの水素出口1dから排出されるガスには、水素のみならず、窒素や水蒸気が含まれる。したがって、この水素供給系は、水素ヒータ8を通過した乾燥状態の水素ガスと、燃料電池スタック1Aを通過して湿潤状態となっているガスとを混合して、加湿した水素ガスを燃料電池スタック1Aに供給する。
In such a hydrogen supply system, hydrogen gas is introduced from the state stored in the hydrogen tank 7 into the hydrogen inlet 8a of the
そして、燃料電池スタック1Aに供給された水素ガスは、水素が発電反応に使用され、燃料電池スタック1Aでの発熱によって温度が上昇されて飽和水蒸気量が上昇すると共に、更に湿度が上昇されて気液分離器1Bに送られる。そして、水素ガスは、気液分離器1Bで冷却されることによって温度が低下して飽和水蒸気量が低下する。これにより、気液分離器1Bは、水素ガスに含まれる一部の水分が凝縮することにより発生した凝縮水を純水循環配管を介して純水タンク13に回収させる。
In the hydrogen gas supplied to the
このように気液分離器1Bを通過した水素ガスは、燃料電池スタック1Aの水素出口1dから排出されて、セパレータタンク10の水素入口10aに送られる。セパレータタンク10は、水素出口1dから送られた水素ガスを冷却することによって凝縮水を発生させて、水素ガスに含まれる一部の水分を回収して、循環ガスとして水素出口10bからエゼクタ9に送る。
Thus, the hydrogen gas that has passed through the gas-
また、この水素供給系は、燃料電池スタック1Aに循環させるガスに水素以外の窒素や水蒸気等の不純物が蓄積した場合などに、パージ弁11を開状態にするようにアクチュエータ12が制御される。これにより、水素供給系は、燃料電池スタック1Aに循環させているガスをセパレータタンク10及びパージ弁11を介して燃焼器やファン等に供給して、外部に排出する。
In this hydrogen supply system, the
更に、純水循環系は、図示しない純水ポンプ等を備え、当該純水ポンプを駆動することにより、純水タンク13に貯蔵した純水を気液分離器1Bの純水入口1eに導入して純水を気液分離器1Bに循環させたり、気液分離器1Bで燃料電池スタック1Aを通過した空気や水素ガスから除去した凝縮水を純水出口1fから純水タンク13に回収する。
Furthermore, the pure water circulation system includes a pure water pump (not shown) and the like, and drives the pure water pump to introduce pure water stored in the
このような燃料電池システムは、気液分離器1B及び膜式加湿器4で十分に空気及び水素ガスに含まれる水分を回収することにより、空気圧力調整弁5を介して外部に破棄する水分を抑制してシステム全体での水収支を良好なものとするために、燃料電池スタック1Aの最大出力値を制限する出力制限処理を出力制御回路21により実行する。なお、出力制御回路21は、この出力制限処理を実行する処理手順を記述したプログラムを内部ROM(Read Only Memory)等に記憶しておき、当該プログラムをCPU(Central Processing Unit)等により実行する。
In such a fuel cell system, the gas /
このように出力制限処理を行うため、燃料電池システムは、出力制御回路21により各部の状態を検出するための各種センサを備える。具体的には、燃料電池システムは、気液分離器1Bと膜式加湿器4とを接続する空気排出配管L2に設けられた空気圧力センサ31及び空気温度センサ32、燃料電池スタック1Aとセパレータタンク10とを接続する水素循環配管L5に設けられた水素温度センサ33、純水タンク13内に設けられた水位レベルセンサ34、燃料電池本体1の発電量(出力)を検出する出力センサ35を備え、出力制御回路21により各種センサ信号を読み込む処理を行う。なお、この出力制限処理の詳細な内容については後述する。
In order to perform the output restriction process in this way, the fuel cell system includes various sensors for detecting the state of each part by the
[出力制限処理]
つぎに、上述したように構成された燃料電池システムにおいて、出力制御回路21によりシステム全体での水収支を良好なものとするために燃料電池スタック1Aの最大出力を制限する出力制限処理の処理手順を図2に示すフローチャートを参照して説明する。
[Output restriction processing]
Next, in the fuel cell system configured as described above, the
この出力制限処理は、燃料電池スタック1Aに要求される発電量に応じて最大出力を設定し、空気圧力及び空気流量、水素圧力及び水素流量を調整して、空気及び水素ガスを燃料電池スタック1Aに供給して発電反応を行わせている場合に、例えば所定期間ごとに実行される。
In this output limiting process, the maximum output is set according to the amount of power generation required for the
先ず、ステップS1においては、出力制御回路21により、空気温度センサ32からのセンサ信号及び出力センサ35からのセンサ信号を読み込んで、燃料電池本体1の排出空気温度及び燃料電池本体1の出力値を検出する。
First, in step S1, the sensor signal from the
次のステップS2においては、出力制御回路21により、ステップS1にて検出した空気温度が、ステップS1にて検出した燃料電池本体1の出力値に応じて変化する水収支成立上限温度よりも高いか否かを判定する。この時、出力制御回路21は、図3に示すような燃料電池スタック1Aの出力と水収支成立上限温度との関係を記述した出力制限テーブルを参照する。
In the next step S2, whether the air temperature detected in step S1 by the
この水収支成立上限温度は、燃料電池スタック1Aの出力値、すなわち燃料電池スタック1Aでの発電量に応じた発熱量によって変化するものである。すなわち、この水収支成立上限温度は、膜式加湿器4から空気圧力調整弁5を介して外部に放出する水分を抑制した状態で、空気圧力調整弁5から排出されている水分が少なく水収支がプラスとなる状態と、空気圧力調整弁5から排出されている水分が多く水収支がマイナスとなる状態との間の空気温度が実験等によって予め求められている。
This water balance establishment upper limit temperature varies depending on the output value of the
これにより、出力制御回路21は、現在の燃料電池本体1の出力値に応じた水収支成立上限温度を求め、現在の空気温度が水収支成立上限温度よりも高くないと判定した場合には、水収支がプラスとなって、排出する純水が多くなく水収支が成立すると判定してステップS1に処理を戻す。一方、出力制御回路21は、現在の空気温度が水収支成立上限温度よりも高いと判定した場合には、排出する純水が多く水収支がマイナスとなってシステム全体で純水が不足する可能性があると判定してステップS3に処理を進める。
Thereby, the
ステップS3においては、出力制御回路21により、空気温度センサ32により検出される燃料電池本体1の排出空気の温度が、水収支成立上限温度よりも低くなるように燃料電池本体1の最大出力を制限する。
In step S3, the
このとき、出力制御回路21では、車両コントローラ22により空気圧力調整弁5の開度を低くして燃料電池スタック1A内の空気圧力や空気流量を低下させる処理や、パージ弁11を開状態にして燃料電池スタック1A内の水素圧力や水素流量を制限する処理を行う。これにより、出力制御回路21では、燃料電池本体1の最大出力を低下させることにより、燃料電池スタック1Aの温度を低下させて、燃料電池本体1の排出空気の温度を低下させる。
At this time, in the
[第1実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池本体1の排出空気の温度が高いほど燃料電池スタック1Aの最大出力値を低くするように出力制限を行うので、燃料電池スタック1Aの発熱量を抑制して、燃料電池スタック1Aから気液分離器1Bに送られる水分を低減することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、膜式加湿器4を通過して、外部に排出される水分を抑制することができ、純水タンク13の貯蔵されている純水の消費量を多くすることなく、水収支の悪化を抑制することができる。また、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック1Aの最大出力を制限することによって、燃料電池スタック1Aの発電反応によって発生する生成水量を低減することができる。
[Effect of the first embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the first embodiment to which the present invention is applied, the maximum output value of the
ここで、上述した燃料電池システムは、燃料電池スタック1Aに要求される出力値によって空気圧力及び空気流量を一義的に制御して燃料電池スタック1Aの出力値を制御しているが、燃料電池スタック1Aの出力値に対して水収支が成立する空気温度の範囲が一義的に決定されることを利用して、システム全体での水収支を確実に成立させることができる。
Here, the fuel cell system described above controls the output value of the
これに対し、LLC等の冷却媒体温度等により燃料電池スタックの最大出力の制限を行う場合には、燃料電池スタックから排出される空気温度と冷却媒体温度との間のずれの影響を考慮に入れる必要があり、燃料電池スタックの出力制限を実行する場合の冷却媒体温度の余裕代を設ける必要がある。したがって、第1実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池本体1の排出空気温度を直接測定して、燃料電池スタック1Aの最大出力の制限を行うことができるので、最大出力の制限を開始する空気温度の余裕代を最小限とする水収支成立上限温度と現在の空気温度とを比較して、出力制限を精度良く且つ必要最小限とすることができる。
On the other hand, when the maximum output of the fuel cell stack is limited by the cooling medium temperature such as LLC, the influence of the deviation between the air temperature discharged from the fuel cell stack and the cooling medium temperature is taken into consideration. It is necessary to provide an allowance for the cooling medium temperature when the output restriction of the fuel cell stack is executed. Therefore, according to the fuel cell system according to the first embodiment, it is possible to directly measure the exhaust air temperature of the fuel cell
[第2実施形態]
つぎに、第2実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の第1実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。また、第2実施形態に係る燃料電池システムは、その構成が第1実施形態と同様であるので、当該説明も省略するものとする。
[Second Embodiment]
Next, a fuel cell system according to a second embodiment will be described. In addition, about the part similar to the above-mentioned 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. Moreover, since the structure of the fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is also omitted.
第2実施形態に係る燃料電池システムは、出力制限処理において、図4及び図6に示すような処理を行うことにより、燃料電池本体1の排出空気温度のみならず、システム全体において水収支に関連する他のパラメータを使用して、燃料電池スタック1Aの最大出力の制限を実行する点で、第1実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。
The fuel cell system according to the second embodiment performs processing as shown in FIGS. 4 and 6 in the output restriction processing, so that not only the exhaust air temperature of the
この出力制限処理は、燃料電池スタック1Aで発電を行わせている時に、例えば所定期間毎に行い、先ず、出力制御回路21は、図4に示すステップS11において、空気温度センサ32からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池本体1の排出空気温度を検出し、ステップS12において、空気圧力センサ31からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池本体1の排出空気圧力を検出する。
This output restriction process is performed, for example, every predetermined period when power generation is performed in the
次のステップS13においては、出力制御回路21により、ステップS11及びステップS12にて検出した空気圧力及び空気温度を用いて、燃料電池本体1の排出空気に含まれる水蒸気量を演算する。このとき、出力制御回路21は、排出空気温度に基づいて飽和水蒸気量を求め、当該飽和水蒸気量の範囲内で空気圧力に基づく水蒸気分圧を求めることで、空気に含まれる水蒸気量を演算する。また、出力制御回路21は、出力センサ35からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池スタック1Aの発電量(電流値)を検出し、当該電流値に対応する燃料電池スタック1Aの生成水量を演算する。そして、出力制御回路21は、燃料電池スタック1A内の生成水量から、空気と共に排出される水蒸気量を減算して得た差分の水分量を、気液分離器1Bによって純水タンク13に回収される水回収水量A(=タンク回収量A)とする。
In the next step S13, the
次のステップS14においては、出力制御回路21により、例えばコンプレッサ2の回転数に基づく燃料電池本体1に供給している空気流量から、予め用意しておいた図5に示すようなマップデータを参照して、膜式加湿器4での水回収量B(=WRD回収量B)を求める。ここで、図5に示すマップデータは、膜式加湿器4に供給される空気流量の増加に伴って、直線的に膜式加湿器4の水回収量が増加するデータが設定されており、燃料電池システムの設計時に実験等によって求められている。
In the next step S14, the map data as shown in FIG. 5 prepared in advance is referred to by the
次のステップS15においては、出力制御回路21により、水素温度センサ33からのセンサ信号を読み込むことにより燃料電池スタック1Aの水素出口1dから排出されるガス温度を検出する。
In the next step S15, the gas temperature discharged from the
次のステップS16においては、出力制御回路21により、ステップS15にて検出した水素ガス温度を用いて燃料電池スタック1Aの水素出口1dから排出されるガスに含まれる水蒸気量を演算し、前回のパージ弁11を開状態とした時刻からの経過時間から、燃料電池スタック1Aの水素出口1dから排出されるガスの水素及び演算した水蒸気以外のガス濃度を求める。ここで、水素以外のガス濃度を求める場合、出力制御回路21は、予め実験等により求めておいたパージ後の経過時間に応じた水素以外のガスの蓄積度合いを示すデータを用いる。そして、出力制御回路21は、水素以外のガス濃度の蓄積量の変化によって、次回にパージ弁11を開状態として水素以外のガスを排出するタイミング及びパージ弁11を開状態とする時間、すなわちガス排出時間を求め、当該排出時間及び演算した水蒸気量から、パージ弁11から排出される水量(=排出水量C)を演算する。
In the next step S16, the
次に、出力制御回路21は、図6に示す出力制限判定処理に移行する。この出力制限処理は、先ずステップS21において、出力制御回路21により、水位レベルセンサ34からのセンサ信号を読み込むことにより現在の純水タンク13の水位を検出し、当該水位が予め設定した規定値以上であるか否かを判定する。そして、出力制御回路21は、水位が規定値以上であると判定した場合には、空気圧力調整弁5を介して排出される水量が多く水収支が成立していない状態であっても燃料電池スタック1Aの出力制限を行わずに処理を終了する。一方、出力制御回路21は、水位が規定値以上ではなく純水タンク13に蓄積している純水量が少ないと判定した場合には、水収支によって出力制限を行うためにステップS22に処理を進める。
Next, the
ステップS22においては、出力制御回路21により、車両コントローラ22により検出している燃料電池システムが搭載された車両の走行状態から、燃料電池スタック1Aの出力制限が可能であるか否かを判定する。そして、出力制御回路21は、出力制限が可能であると判定した場合にはステップS23に処理を進め、出力制限が不可能であると判定した場合にはステップS24に処理を進める。
In step S22, the
ステップS24においては、出力制御回路21により、水収支を成立させる排空気の圧力を求め、ステップS25においては、求めた水収支を成立させる排空気の圧力となるように空気圧力調整弁5の開度を調整して、処理を終了する。ここで、出力制御回路21は、ステップS24において、現在の空気圧力よりも高くするように空気圧力調整弁5を制御する。これにより、出力制御回路21は、空気圧力調整弁5から排出される空気流量を少なくすることにより排出空気と共に排出される水蒸気量を少なくして、純水タンク13内の純水が少なくなることを抑制する。
In step S24, the
一方、出力制御回路21は、ステップS22において出力制限が可能であると判定した場合のステップS23において、ステップS16で演算した排出水量Cが、ステップS13で演算したタンク回収量AとステップS14で演算したWRD回収量Bとを加算した合計水量を上回るか否かを判定することにより、排出される純水量が回収する純水量よりも多く水収支が成立しない状態であるか否かを判定する。そして、出力制御回路21は、水収支が成立しない状態であると判定した場合にはステップS26に処理を進め、水収支が成立しない状態ではないと判定した場合にはステップS27に処理を進める。
On the other hand, in step S23 when the
ステップS27においては、出力制御回路21により、純水タンク13の水位が規定値を越えるまで回復するための出力制限を行うために、燃料電池本体1の排出空気の温度を演算する。このとき、出力制御回路21は、図7に示すように、ステップS23での判定結果ごとに用意された、燃料電池スタック1Aの出力値に応じた、燃料電池本体1の排出空気温度の上限値を示す出力制限テーブルを参照する。そして、出力制御回路21は、出力センサ35から現在の出力値を検出し、当該出力値及びステップS23での判定結果(C<A+B)から、空気温度の上限値を求める。
In step S27, the
一方、ステップS26においては、水収支を成立させるための出力制限を行うために、燃料電池本体1の排出空気温度を演算する。このとき、出力制御回路21は、出力センサ35から現在の出力値を検出し、図7に示すような出力制限テーブルを参照して、出力値及びステップS23での判定結果(C>A+B)応じた、空気温度の上限値を求める。
On the other hand, in step S26, the exhaust air temperature of the fuel cell
更に、出力制御回路21は、ステップS26及びステップS27において、図7に示すような出力制限テーブルを使用せずに、タンク回収量Aが多く、C<A+Bとなる可能性が高いほど空気温度の上限値を高く設定しても良く、WRD回収量Bが多く、C<A+Bとなる可能性が高いほど空気温度の上限値を高く設定しても良く、排出水量Cが多く、C>A+Bとなる可能性が高いほど空気温度の上限値を低く設定しても良い。
Furthermore, in step S26 and step S27, the
更にまた、出力制御回路21は、ステップS26において、排出水量Cから、タンク回収量AとWRD回収量Bとを加算した合計回収量を減算した水量が大きいほど、空気温度の上限値を低く設定しても良い。
Furthermore, in step S26, the
これにより、出力制御回路21は、図8に示すように、現在の空気温度がT1且つ現在の燃料電池スタック1Aの出力値がP1であって、ステップS23で水収支がマイナスであると判定された場合では、図7の「C>A+B」なる特性の上限温度となるような燃料電池スタック1Aの出力値のP2とすることにより、空気温度を現在の空気温度T1より低い上限温度のT2とする。これにより、出力制御回路21は、外部に排出される水分を少なくして、水収支がプラスとなるような燃料電池スタック1Aの最大出力を設定する。
As a result, as shown in FIG. 8, the
このように、ステップS23での判定によって水収支が成立しない状態であると判定した場合には、水収支が成立する場合にステップS27で求めた空気温度の上限値よりも、低い空気温度の上限値を設定することにより、出力制限の度合いを大きくする。 Thus, when it is determined in step S23 that the water balance is not established, the upper limit of the air temperature lower than the upper limit value of the air temperature obtained in step S27 when the water balance is established. Setting the value increases the degree of output restriction.
次のステップS28においては、出力制御回路21により、現在の燃料電池本体1の排出空気温度が、ステップS26又はステップS27で演算した空気温度の上限値を越えているか否かを判定し、越えている場合には演算した空気温度の上限値となるように、燃料電池スタック1Aの最大出力の制限を行う。すなわち、出力制御回路21は、空気温度を低くするように燃料電池スタック1Aの発熱量を低下させることにより、多くの水蒸気が含まれていたガスから凝縮水を取り出して、気液分離器1Bの純水回収量と膜式加湿器4の純水回収量との合計量を、パージ弁11からの排出量と略同量とする。
In the next step S28, the
[第2実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第2実施形態に係る燃料電池システムによれば、図7に示すような出力制限テーブルを使用して、燃料電池スタック1Aの出力が高いほど、燃料電池本体1の排出空気の上限温度を低く設定し、排出空気の温度が上限温度を超えた場合に、燃料電池スタック1Aの最大出力を制限するので、確実に燃料電池スタック1Aの生成水の低減及び燃料電池スタック1Aの発熱量の抑制を行うことができ、外部に排出される水分を少なくして水収支を成立させることができる。
[Effects of Second Embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the second embodiment to which the present invention is applied, the output limit table as shown in FIG. 7 is used, and the higher the output of the
したがって、この燃料電池システムによれば、排出空気の温度のみを判定して出力制限を行う場合に比べて、より正確に必要最小限の出力制限を行うことができ、出力制限と出力制限余裕代を低減することができ、出力制限を行うことによる例えば車両走行に与える影響を低減することができる。 Therefore, according to this fuel cell system, it is possible to perform the necessary minimum output restriction more accurately than in the case where the output restriction is performed by determining only the temperature of the exhaust air, and the output restriction and the output restriction margin are reduced. For example, it is possible to reduce the influence on the vehicle running due to the output restriction.
また、この燃料電池システムによれば、燃料電池本体1の排出空気に含まれる水蒸気量を演算すると共に燃料電池スタック1Aの出力に基づく生成水量を演算し、演算した水蒸気量と生成水量との差分が多いほど、排出空気の上限温度を高く設定するので、より正確に現状の水収支を把握して最大出力の制限を行うことができ、最大出力の低下代を最小限に抑制することができる。
Further, according to this fuel cell system, the amount of water vapor contained in the exhaust air of the fuel cell
更に、この燃料電池システムによれば、燃料電池本体1から排出される水素ガスに含まれる水蒸気量を演算して、当該水蒸気量を用いてパージ弁11から排出される水量を演算し、演算したパージ弁11から排出される水量が多いほど、排出空気の上限温度を低く設定するので、排出空気温度のみを判定して出力制限を行う場合と比較して、更に確実に水収支が成立しているかの判定を行うことができ、より正確に現状の水収支を把握して最大出力の制限を行うことができ、最大出力の低下代を最小限に抑制することができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, the amount of water vapor contained in the hydrogen gas discharged from the
更にまた、この燃料電池システムによれば、膜式加湿器4の水回収量を演算し、当該水回収量が多いほど、燃料電池本体1の排出空気の上限温度を高く設定するので、排出空気温度のみを判定して出力制限を行う場合と比較して、更に確実に水収支が成立しているかの判定を行うことができ、より正確に現状の水収支を把握して最大出力の制限を行うことができ、最大出力の低下代を最小限に抑制することができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, the water recovery amount of the
更にまた、この燃料電池システムによれば、パージ弁11から排出される排出水量Cから、WRD回収量Bとタンク回収量Aとを加算した水量を減算した水量が多いほど、燃料電池本体1の排出空気の上限温度を低く設定するので、システム全体での水排出量と水回収量とに基づいて水収支が成立しているかを判定することができる。また、この燃料電池システムによれば、水収支が成立している場合には、純水タンク13の水位を規定値以上に回復するために出力制限を行って、常に純水を規定値以上に保つことができる一方、水収支が成立していない場合には、水収支が成立している場合よりも出力制限を厳しくして、早急に水収支を回復させることができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, the greater the amount of water obtained by subtracting the amount of water obtained by adding the WRD recovery amount B and the tank recovery amount A from the discharge water amount C discharged from the
更にまた、この燃料電池システムによれば、タンク回収量Aを求めて排出空気温度の上限値を変更して、燃料電池スタック1Aの出力制限を行うので、純水タンク13に回収可能な凝縮水量を正確に把握し、燃料電池本体1の出力制限を行うことによる出力低下代を最小限に制御して、水収支を成立させることができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, the tank recovery amount A is obtained and the upper limit value of the exhaust air temperature is changed to limit the output of the
更にまた、この燃料電池システムによれば、図7に示したように、排出水量Cと、気液分離器1B及び膜式加湿器4での水回収量とを等しくするように出力制限テーブルを変更して出力制限を行うことができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, as shown in FIG. 7, the output limit table is set so that the discharged water amount C is equal to the water recovery amount in the gas-
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両の走行状態によって燃料電池スタック1Aの出力制限が行えない場合に、燃料電池本体1に供給する空気圧力を高くするので、車両走行状態に応じて最大出力の制限を抑制することができ、車両運転性の悪化を最小限とすると共に、空気圧力を上げることにより水収支の悪化を抑制することができる。具体的には、車両コントローラ22により車両が登坂走行等の高負荷走行をしていることが検出され、例えば車両コントローラ22から出力制御回路21に出力制限を禁止する出力制限解除信号が送信され、出力制御回路21による出力制限が行えない場合には、出力制限回路21により運転圧力を増加させることで、出力制限が出来ない運転状況でも、水収支を成立させることができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, when the output of the
更にまた、この燃料電池システムによれば、純水タンク13の水位が高いほど、燃料電池スタック1Aの最大出力を高くする出力制限を行うので、純水タンク13の水位が高い場合には水収支が多少悪化しても純水の枯渇が発生することを利用して、燃料電池スタック1Aに要求される出力を極力実現することができ、更には、純水タンク13の水位が規定値より低くなるまでの期間に出力制限を行う必要が無く、出力制限の頻度を抑制することができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, the higher the water level of the
[第3実施形態]
つぎに、第2実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a fuel cell system according to a second embodiment will be described. Note that parts similar to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第3実施形態に係る燃料電池システムは、概略構成を図9に示すように、車両に搭載されたナビゲーション装置41を備え、当該ナビゲーション装置41からの情報に基づいて、燃料電池スタック1Aの出力値を出力制御回路42によって制御する点で、上述した燃料電池システムとは異なる。このような燃料電池システムは、車両が走行している時に、ナビゲーション装置41で得た情報を出力制御回路42に送信して燃料電池スタック1Aの出力制限を行う。
As shown in FIG. 9, the fuel cell system according to the third embodiment includes a navigation device 41 mounted on a vehicle. Based on information from the navigation device 41, the output of the
この燃料電池システムにおいて、ナビゲーション装置41は、ナビゲーション情報として、車両が現在位置から目的地に到着するまでの今後の走行距離及び走行時間、道路状況、道路勾配、高度、周囲温度、周囲湿度を取得して、出力制御回路42に送信する。
In this fuel cell system, the navigation device 41 acquires, as navigation information, the future travel distance and travel time until the vehicle arrives at the destination from the current position, road conditions, road gradient, altitude, ambient temperature, ambient humidity. Then, it is transmitted to the
この出力制限処理は、図10に示すように、ステップS31において、出力制御回路42により、先ず空気温度センサ32からのセンサ信号及び水位レベルセンサ34からのセンサ信号を読み込むことにより、燃料電池本体1の排出空気温度及び純水タンク13の水位を検出する。そして、出力制御回路42は、前回に検出した純水タンク13の水位と現在の純水タンク13の水位とを比較して、純水の増減を判定し、増加していると判定した場合にはステップS32に処理を進め、減少していると判定した場合にはステップS33に処理を進める。
As shown in FIG. 10, in the output limiting process, in step S31, the
次に、出力制御回路42は、ステップS32において、例えば図7で説明したように、出力制限による燃料電池スタック1Aの出力低下代を小さくすることにより、出力制限を緩くする出力制限テーブルを設定し、ステップS33において、出力制限による燃料電池スタック1Aの出力低下代を大きくすることにより、出力制限を厳しくする出力制限テーブルを設定する。これにより、純水タンク13の水位に応じて、燃料電池本体1の排出空気温度に応じた最大出力を示す出力制限テーブルに変更することで、燃料電池スタック1Aの出力変動を減少させると共に、燃料電池システム内の純水の枯渇を防ぐ。
Next, in step S32, the
具体的に説明すると、出力制御回路42は、初期状態では図11に示すような燃料電池スタック1Aの最大出力特性aに従って、純水タンク13の水位に基づく出力制限を行う。すなわち、出力制御回路42は、限界水位から高くなって規定値に近づくに従って、燃料電池スタック1Aの最大出力を定格出力以下となる範囲で次第に高くし、水位が規定値である場合には燃料電池スタック1Aの最大出力を定格出力以上とする。
Specifically, the
これに対し、ステップS31で水位が増加していると判定した場合には、ステップS32において、図12に示すように、水位が規定値よりも低くても燃料電池スタック1Aの最大出力を定格出力以上とする最大出力特性b、又は、限界水位での燃料電池スタック1Aの最大出力を最大出力特性aよりも高くする最大出力特性cとすることにより、出力制限を緩やかにする。また、ステップS31で水位が減少していると判定した場合には、ステップS33において、図13に示すように、水位が規定値よりも高くても燃料電池スタック1Aの最大出力を定格出力より低くする最大出力特性dとすることにより、出力制限を厳しくする。
On the other hand, when it is determined in step S31 that the water level has increased, in step S32, as shown in FIG. 12, even if the water level is lower than the specified value, the maximum output of the
次に、出力制御回路42は、ステップS34においてナビゲーション装置41からナビゲーション情報を取得し、以降のステップS35〜ステップS50において、ステップS32で最大出力特性b又は最大出力特性c、或いはステップS33で設定した最大出力特性dを変更することにより、出力制限テーブルを変更する処理に移行する。
Next, the
先ずステップS35において、出力制御回路42は、車両が目的地に到着するまでの走行距離が所定値以上か否かを判定することにより残り走行距離が長いか否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、残り走行距離が長いと判定した場合にはステップS37に処理を進め、残り走行距離が長くないと判定した場合には、ステップS36において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。すなわち、出力制御回路42は、現在の最大出力特性が例えば最大出力特性dである場合には、最大出力特性a〜cの何れかの最大出力特性となるように出力制限テーブルを変更する。これにより、残り走行距離が短い場合には、純水タンク13の水位が低くても、走行に影響を与えることなく、且つ出力制限が頻繁に行われることによる出力変動を抑制する。
First, in step S35, the
次に、出力制御回路42は、ステップS37において、車両が目的地に到着するまでの走行時間が所定値以上か否かを判定することにより残り走行時間が長いか否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、残り走行時間が長いと判定した場合にはステップS39に処理を進め、残り走行時間が長くないと判定した場合には、ステップS38において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。これにより、残り走行時間が短い場合には、純水タンク13の水位が低くても走行に影響を与えることなく、且つ出力制限が頻繁に行われることによる出力変動を抑制する。
Next, in step S37, the
次に、出力制御回路42は、ステップS39において、車両が目的地に到着するために走行する道路状況に渋滞が発生しているか否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、渋滞が発生してないと判定した場合にはステップS41に処理を進め、渋滞が発生していると判定した場合には、ステップS40において出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更する。すなわち、出力制御回路42は、現在の最大出力特性が例えば最大出力特性bである場合には、最大出力特性a又は最大出力特性dの何れかの最大出力特性となるように出力制限テーブルを変更する。これにより、残り走行距離が短い場合には、純水タンク13の水位が低くても、走行に影響を与えることなく、且つ出力制限が頻繁に行われることによる出力変動を抑制する。これにより、渋滞が発生している場合には燃料電池スタック1Aに要求される出力変動が頻繁に起きて、純水が枯渇することによる水収支の悪化を防止する。
Next, in step S39, the
次に、出力制御回路42は、ステップS41において、車両が目的地に到着するために走行する道路に急勾配が存在するか否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、急勾配が存在しないと判定した場合にはステップS43に処理を進め、急勾配が存在すると判定した場合には、ステップS42において出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更する。これにより、急勾配が存在する場合には燃料電池スタック1Aに要求される出力が増加すると共に、車両速度の変動が頻繁に起きて、純水が枯渇することによる水収支の悪化を防止する。
Next, in step S41, the
次に、出力制御回路42は、ステップS43において、車両が目的地に到着するために走行する道路が高地であるか否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くなるか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、高地ではないと判定した場合にはステップS45に処理を進め、高地であると判定した場合には、ステップS44において出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更する。これにより、高地を走行する場合には空気濃度が低くシステム全体の電力使用効率が低下することによる熱収支及び水収支の悪化を防止する。
Next, in step S43, the
次に、出力制御回路42は、ステップS45において、車両が目的地に到着するために走行する周囲温度が高いか否か否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くならないか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、周囲温度が高くないと判定した場合にはステップS47に処理を進めて出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更し、周囲温度が高いと判定した場合にはステップS46において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。これにより、周囲温度が高い場合には熱収支及び水収支の悪化が予想されることに対応し、周囲温度が低い場合には熱収支及び水収支に余裕がでることに対応する。
Next, in step S45, the
次に、出力制御回路42は、ステップS48において、車両が目的地に到着するために走行する周囲湿度が高いか否か否かを判定することで、純水タンク13の水位が規定値よりも低くならないか否かを判定する。そして、出力制御回路42は、周囲湿度が高くないと判定した場合にはステップS50に処理を進めて出力制限を厳しくする出力制限テーブルに変更し、周囲湿度が高いと判定した場合にはステップS49において出力制限を緩くする出力制限テーブルに変更する。これにより、周囲湿度が高い場合には熱収支及び水収支の悪化が予想されることに対応し、周囲湿度が低い場合には熱収支及び水収支に余裕がでることに対応する。
Next, in step S48, the
次に、出力制御回路42は、ステップS51において、ステップS31〜ステップS50の処理を行うことにより設定した出力制限テーブルを用いて現在の燃料電池スタック1Aの出力に応じた排出空気の上限温度を求め、現在の燃料電池本体1の排出空気温度が上限温度以上か否かを判定する。そして、出力制御回路42は、現在の排出空気温度が上限温度以上ではないと判定した場合には出力制限を行う必要がないので処理を終了し、現在の排出空気温度が上限温度以上であると判定した場合には、ステップS52において、排出空気温度を上限温度とするように燃料電池スタック1Aの出力制限を行って処理を終了する。
Next, in step S51, the
[第3実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第3実施形態に係る燃料電池システムによれば、車両の残り走行距離に基づいて純水タンク13の水位が所定値より低くなるか否かを予測し、純水タンク13の水位が所定値より低くならないと予測した場合には純水タンク13の水位に基づいて設定した燃料電池スタック1Aの最大出力を高く変更するので、残り走行距離が短い場合には出力制限を緩く変更して、燃料電池スタック1Aに要求される出力を発電させることができる。また、この燃料電池システムによれば、今後の走行距離が長い場合であっても、以降において水収支が悪化しても純水が不足することを抑制することができる。
[Effect of the third embodiment]
As described above in detail, according to the fuel cell system according to the third embodiment to which the present invention is applied, whether or not the water level of the
また、この燃料電池システムによれば、車両の残り走行時間に基づいて純水タンク13の水位が所定値より低くならないと予測した場合には、純水タンク13の水位に基づいて設定した燃料電池スタック1Aの最大出力を高く変更するので、残り走行時間が短い場合には出力制限を緩く変更して、燃料電池スタック1Aに要求される出力を発電させることができる。
Further, according to this fuel cell system, when it is predicted that the water level of the
更に、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路状況から渋滞が予想される場合には、純水タンク13の水位に基づいて設定した燃料電池スタック1Aの最大出力を低く変更するので、出力制限を厳しく変更することにより、渋滞している道路を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、アイドリング運転を行うことによって純水の水位が低くなることに備えて、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。
Further, according to this fuel cell system, when traffic congestion is expected from the road conditions on which the vehicle is traveling, the maximum output of the
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の勾配に基づいて純水タンク13の水位が所定値より低くなると予測した場合には、純水タンク13の水位に基づいて設定した燃料電池スタック1Aの最大出力を低く変更するので、今後に勾配道路を走行した時の燃料電池スタック1Aの出力及び車速、ラジエタへの風量から水収支が悪化すると予測される場合に、出力制限を厳しく変更することにより、勾配道路を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。したがって、この燃料電池システムによれば、純水が枯渇したことによって燃料電池スタック1Aの出力が低下して、登板道路の走行中に車速が低下してしまうことを防止することができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, when the water level of the
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の高度に基づいて純水タンク13の水位が所定値より低くなると予測した場合には、純水タンク13の水位に基づいて設定した燃料電池スタック1Aの最大出力を低く変更するので、高度によって必要とされるコンプレッサ2の消費電力及び電力使用効率を予測して、電力使用効率が下がることにより熱水収支悪化が予測される場合に、出力制限を厳しく変更することにより、高度が高い道路を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。
Furthermore, according to this fuel cell system, when the water level of the
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の周囲温度から熱水収支の悪化が予測される場合は、出力制限を厳しく変更することにより、低温地帯を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。 Furthermore, according to this fuel cell system, when the deterioration of the hot water balance is predicted from the ambient temperature of the road on which the vehicle is traveling, the output limit is strictly changed, so that the pure water before traveling in the low temperature zone is changed. The water level can be kept high, and depletion of pure water in the fuel cell system can be prevented.
更にまた、この燃料電池システムによれば、車両が走行する道路の周囲湿度から熱水収支の悪化が予測される場合は、出力制限を厳しく変更することにより、低湿地帯を走行する前に純水の水位を高くしておくことができ、燃料電池システム内での純水の枯渇を防ぐことができる。 Furthermore, according to this fuel cell system, when the hot water balance is expected to deteriorate due to the ambient humidity of the road on which the vehicle is traveling, the output limit is changed severely, so that the pure water before traveling in the low-humidity zone is changed. The water level can be kept high, and depletion of pure water in the fuel cell system can be prevented.
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1 燃料電池本体
1A 燃料電池スタック
1B 気液分離器
2 コンプレッサ
3 アフタークーラ
4 膜式加湿器
5 空気圧力調整弁
6 アクチュエータ
7 水素タンク
8 水素ヒータ
9 エゼクタ
10 セパレータタンク
11 パージ弁
12 アクチュエータ
13 純水タンク
21 出力制御回路
22 車両コントローラ
31 空気圧力センサ
32 空気温度センサ
33 水素温度センサ
34 水位レベルセンサ
35 出力センサ
41 ナビゲーション装置
42 出力制御回路
L1 空気供給配管
L2 空気排出配管
L3 外部排出配管
L4 水素供給配管
L5 水素循環配管
L6 ガス排出配管
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記燃料電池に要求される出力に応じて前記燃料電池に供給する酸化剤ガス圧力及び燃料ガス圧力を制御して、前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスに含まれる水分を、前記ガス供給手段により前記燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる加湿器と、
前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出手段と、
前記酸化剤ガス温度検出手段により検出された酸化剤ガス温度が高いほど、前記燃料電池の最大出力を低くする出力制限を行う出力制限手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas;
Gas supply means for controlling the oxidant gas pressure and the fuel gas pressure supplied to the fuel cell according to the output required for the fuel cell, and supplying the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell;
A humidifier for moving moisture contained in the oxidant gas discharged from the oxidant gas outlet of the fuel cell to an oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet of the fuel cell by the gas supply means;
Oxidant gas temperature detection means for detecting the temperature of the oxidant gas discharged from the oxidant gas outlet of the fuel cell;
The fuel cell system further comprising: an output limiting unit that performs output limitation that lowers the maximum output of the fuel cell as the oxidant gas temperature detected by the oxidant gas temperature detection unit increases.
前記出力制限手段は、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気量を演算すると共に前記燃料電池の出力に基づく生成水量を演算し、演算した前記水蒸気量と前記生成水量との差分が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を高く設定することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 A water tank for storing water;
The output limiting means calculates the amount of water vapor contained in the oxidant gas discharged from the fuel cell and calculates the amount of generated water based on the output of the fuel cell, and the difference between the calculated amount of water vapor and the amount of generated water 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the upper limit temperature of the oxidant gas discharged from the fuel cell is set to be higher as the amount of gas increases.
前記出力制限手段は、前記燃料電池から排出される燃料ガスに含まれる水蒸気量を演算して、当該水蒸気量を用いて前記パージ弁から排出される水量を演算し、演算した前記パージ弁から排出される水量が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を低く設定することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 A purge valve for discharging a gas containing the fuel gas discharged from the fuel cell;
The output limiting means calculates the amount of water vapor contained in the fuel gas discharged from the fuel cell, calculates the amount of water discharged from the purge valve using the amount of water vapor, and discharges from the calculated purge valve 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the upper limit temperature of the oxidant gas discharged from the fuel cell is set lower as the amount of water to be discharged is larger.
前記燃料電池から排出された前記燃料ガスを含むガスを排出するパージ弁とを更に備え、
前記出力制限手段は、前記燃料電池から排出される燃料ガスに含まれる水蒸気量を演算して当該水蒸気量に基づく前記パージ弁から排出される水量と、前記加湿器によって前記燃料電池の酸化剤ガス出口から排出された酸化剤ガスから前記燃料電池の酸化剤ガス入口に供給される酸化剤ガスに移動させる水回収量と、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気量と前記燃料電池の出力に基づく生成水量との差分であって前記水タンクに回収される凝縮水量とを演算し、前記パージ弁から排出される水量から、前記水回収量と前記凝縮水量とを加算した水量を減算した水量が多いほど、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの上限温度を低く設定することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。 A water tank for storing water;
A purge valve for discharging a gas containing the fuel gas discharged from the fuel cell,
The output limiting means calculates the amount of water vapor contained in the fuel gas discharged from the fuel cell, and the amount of water discharged from the purge valve based on the amount of water vapor, and the oxidant gas of the fuel cell by the humidifier The amount of water recovered from the oxidant gas discharged from the outlet to the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet of the fuel cell, the amount of water vapor contained in the oxidant gas discharged from the fuel cell, and the fuel The amount of water obtained by calculating the amount of condensed water recovered in the water tank, which is a difference from the amount of generated water based on the output of the battery, and adding the amount of recovered water and the amount of condensed water from the amount of water discharged from the purge valve The fuel cell system according to claim 2, wherein the upper limit temperature of the oxidant gas discharged from the fuel cell is set to be lower as the amount of water obtained by subtracting the amount of water is larger.
車両の走行状態によって前記燃料電池の出力の制限が行えない場合に、前記燃料電池に供給する酸化剤ガスの圧力を高くするように前記ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A fuel cell system mounted on a vehicle that travels using the output of the fuel cell,
The gas supply means is controlled to increase the pressure of the oxidant gas supplied to the fuel cell when the output of the fuel cell cannot be limited due to the running state of the vehicle. The fuel cell system described.
前記出力制限手段は、前記水タンクに貯蔵されている水の水位が高いほど、前記燃料電池の最大出力を高く設定して出力制限を行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 A water tank for storing water;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the output limiting unit sets the maximum output of the fuel cell to be higher as the level of water stored in the water tank is higher. .
The output limiting means predicts whether or not the water level of the water tank is lower than a predetermined value based on the ambient temperature or ambient humidity of the road on which the vehicle is traveling, and predicts that the water level of the water tank is lower than the predetermined value. In this case, the fuel cell system according to claim 8, wherein the maximum output of the fuel cell set based on the water level of the water tank is changed to be low.
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