JP2006092801A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。 In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.
燃料電池システムの低出力時には、発電出力に比べて補機消費電力が相対的に大きくなり、発電効率が低下することが知られている。特に燃料電池車両等においては、アイドル状態から全負荷まで負荷範囲が広いので、アイドル時に燃料電池の発電を停止させて、二次電池やコンデンサから電力供給すると、燃費性能を向上させることができる。 It is known that when the fuel cell system has a low output, the auxiliary machine power consumption is relatively larger than the power generation output and the power generation efficiency is lowered. Particularly in a fuel cell vehicle or the like, since the load range is wide from an idle state to a full load, fuel consumption performance can be improved by stopping power generation of the fuel cell and supplying power from a secondary battery or a capacitor during idling.
従来のアイドル停止を行う燃料電池システムとしては、モータ回転数、ブレーキ作動状態、蓄電装置の残容量に基いて、発電停止可能なアイドル状態と判断したときに、アイドル停止する燃料電池車両がある(例えば、特許文献1)。
しかしながら上記従来の技術においては、単にアイドル運転時に燃料電池の運転を停止するという構成になっていたため、カソードに供給する空気過剰率(SR)が大となる低負荷領域では、水収支がマイナスとなり、燃料電池システム内の水が不足したり、固体電解質が乾燥して燃料電池の出力電圧が低下するという問題点があった。 However, in the above conventional technique, the fuel cell operation is simply stopped during the idling operation. Therefore, in the low load region where the excess air ratio (SR) supplied to the cathode is large, the water balance becomes negative. However, there is a problem that the water in the fuel cell system is insufficient or the output voltage of the fuel cell is lowered due to drying of the solid electrolyte.
上記従来の問題点を解決するために、本発明は、水素リッチな燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、空気を供給する空気供給手段と、前記燃料ガス及び空気を用いて発電する燃料電池と、燃料電池のカソード出口温度を検出する温度計と、燃料電池の出力電流を検出する電流センサと、燃料電池運転圧と燃料電池に供給する空気流量に基づいて、出力電流毎に水収支管理温度を演算する水収支演算手段と、該水収支演算手段が演算した水収支管理温度に対して前記温度計が検出したカソード出口温度が高温になる場合、且つ前記電流センサが検出した出力電流値が所定値以下の場合に、前記空気供給手段から燃料電池への空気供給を一時停止する制御手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。 In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a fuel gas supply means for supplying a hydrogen-rich fuel gas, an air supply means for supplying air, and a fuel cell that generates electric power using the fuel gas and air. And a thermometer for detecting the cathode outlet temperature of the fuel cell, a current sensor for detecting the output current of the fuel cell, and a water balance management for each output current based on the fuel cell operating pressure and the air flow rate supplied to the fuel cell. A water balance calculating means for calculating a temperature, and an output current value detected by the current sensor when the cathode outlet temperature detected by the thermometer is higher than the water balance management temperature calculated by the water balance calculating means. And a control means for temporarily stopping the air supply from the air supply means to the fuel cell when the value is equal to or less than a predetermined value.
本発明によれば、水収支管理温度よりカソード出口温度が高温になる場合に、空気供給を停止するため、燃料電池からカソード排気により水分が持ち出されることを防止し、固体電解質膜が乾燥して燃料電池の出力電圧が低下することを防止できるという効果がある。 According to the present invention, when the cathode outlet temperature is higher than the water balance management temperature, the air supply is stopped, so that moisture is not taken out from the fuel cell by the cathode exhaust, and the solid electrolyte membrane is dried. There is an effect that the output voltage of the fuel cell can be prevented from decreasing.
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に説明する各実施例は、特に限定されないが燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each embodiment described below is a fuel cell system suitable for a fuel cell vehicle, although not particularly limited thereto.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の構成を示すシステム構成図である。図1において、高圧水素タンク等の水素供給装置3より燃料ガスとしての水素が供給され、水素遮断弁12を経て、水素供給配管14に備える水素調圧弁13で燃料電池システムが運転できる範囲で定められる所定の圧に調整された後、燃料電池スタック(燃料電池本体)1のアノード入口1aへ流入する。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of Embodiment 1 of the fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, hydrogen is supplied as fuel gas from a
燃料電池システムは、燃料電池スタック1のアノード出口1bから排出される水素をアノード入口1aに循環させる水素循環配管16を備え、水素循環配管16にポンプ、エゼクタ等の水素循環装置15を備えている。燃料電池スタック1のアノード入口1aに供給する水素流量を出力電流に相当する反応水素流量より当量比を大きくすることで、複数のセルで構成される燃料電池スタックの各セルに、不足なく燃料水素が供給できるように構成される。
The fuel cell system includes a
コンプレッサ等の空気供給装置2により、空気は圧縮されて昇温するが、図示しない冷却液配管、例えば燃料電池スタック1と共通の冷却液を用いて冷却する冷却器4により、冷却される。この冷却器4の下流で、燃料電池スタック1の上流には、加湿装置5を設け、燃料電池スタック1に供給する空気を加湿する。
The air is compressed and heated by an
加湿装置5には、例えば、燃料電池スタック1のカソード出口1dから排出される排空気中の水分をポリイミドのような水分透過性が高い材料で出来た膜を介してカソード入口1cに供給する空気に移動させる水蒸気交換機能を有する加湿装置を用いる。
In the
加湿装置5の排空気側流路の下流には、空気圧力調整弁6を備え、燃料電池の運転できる範囲に、燃料電池スタック1のカソード圧力が保たれるように調整される。
An air
また燃料電池システムの運転状態を検出するために、カソード入口1cには、カソード入口の空気流量を検出するカソード流量計24,カソード出口1dにはカソード出口のガス温度を検出するカソード出口温度計22、カソード出口のガス圧力を検出するカソード圧力計25がそれぞれ設けられている。
In order to detect the operating state of the fuel cell system, the
また燃料電池システムには、燃料電池スタック1の出力電流を検出する電流計26と、燃料電池スタック1の出力電力の不足分を補う電力補助装置である2次電池28と、2次電池28の充電状態(SOC)を検出するSOC検出器27と、燃料電池スタック1及び/または2次電池28から電力供給される負荷装置29とを備えている。
The fuel cell system includes an
このような燃料電池システムを車輌の動力源等の負荷範囲の広い機器に用いる場合、燃料電池スタック内にある複数のセルが有する複数の流路全てに反応ガスを分配するため、また反応によって発生する水分を電解質膜表面より速やかに排除するために、反応に必要な空気流量に対して、燃料電池スタックに流す必要がある流量の比(以降SRと記述)を図2に示すように、低負荷領域では大きくする必要がある。 When such a fuel cell system is used for a device with a wide load range such as a power source of a vehicle, the reaction gas is distributed to all the plurality of flow paths of the plurality of cells in the fuel cell stack, and is generated by a reaction. As shown in FIG. 2, the ratio of the flow rate that needs to flow through the fuel cell stack to the air flow rate required for the reaction (hereinafter referred to as SR) is low as shown in FIG. It must be increased in the load area.
燃料電池システムの水収支が成立する条件は、下記の式(1)で表せるため、この空気側SRを大きくする低負荷では、水収支は難しくなり、水収支を維持できる燃料電池スタックのカソード出口温度が低くなる。 Since the condition for establishing the water balance of the fuel cell system can be expressed by the following equation (1), the water balance becomes difficult at a low load that increases the air side SR, and the cathode outlet of the fuel cell stack that can maintain the water balance The temperature goes down.
〔数1〕
(コンプレッサ吸入空気中に含まれる水分量)+(加湿水分量)+(反応に伴う生成水)≧(カソード排出空気中に含まれる水分量−加湿装置で回収される水分量) …(1)
よって、
(コンプレッサ吸入空気中に含まれる水分量)+(加湿水分量)+(反応に伴う生成水)≧(加湿装置出口から排出される水分量) …(2)
この中で、
加湿装置出口から排出される水分量∝ カソード排空気流量∝ 空気側SR …(3)
また、高負荷側では、空気流路の圧損が大きくなることから、加湿装置出口の圧力が低くなり、この結果、加湿装置出口から系外へ排出される水分量が大きくなるため、水収支温度は次第に低くなる。
[Equation 1]
(Moisture amount contained in compressor intake air) + (humidified moisture amount) + (generated water accompanying reaction) ≧ (water amount contained in cathode exhaust air−water amount recovered by humidifier) (1)
Therefore,
(Water content contained in compressor intake air) + (humidified water content) + (product water generated by reaction) ≥ (water content discharged from humidifier outlet) (2)
In this,
Moisture amount discharged from humidifier outlet カ ソ ー ド Cathode exhaust air flow rate 空 気 Air side SR… (3)
On the high load side, the pressure loss of the air flow path increases, so the pressure at the outlet of the humidifier decreases, and as a result, the amount of moisture discharged from the humidifier outlet to the outside increases, so the water balance temperature Gradually decreases.
よって、水収支が均衡するカソード出口温度は、図3のグラフの実線で示すような温度特性となり、この実線より高温側では水収支が成立せず、この実線以下の温度で水収支が成立し、水の補給がなくても燃料電池の運転が継続可能となる。 Therefore, the cathode outlet temperature at which the water balance is balanced has a temperature characteristic as shown by the solid line in the graph of FIG. 3, and the water balance is not established at a temperature higher than this solid line, and the water balance is established at a temperature below this solid line. Thus, the fuel cell can be operated without water supply.
図4は、実施例1においてコントローラが行う制御手順を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure performed by the controller in the first embodiment.
まず、ステップ2において、電流計26から燃料電池出力電流値、カソード流量計24から燃料電池カソードガス流量値、カソード圧力計25から燃料電池カソード出口圧力値、SOC検出器27から2次電池SOC値をコントローラ23に読み込む操作を行う。
First, in
ステップ3において、燃料電池出力電流値、燃料電池カソードガス流量値、燃料電池カソード出口圧力値に基づいて、水収支が成立するカソード出口のガス温度の上限温度値(以下、単に水収支管理温度とも呼ぶ)の演算を実施する。この演算は、例えば、燃料電池出力電流値、燃料電池カソードガス流量値、及び燃料電池カソード出口圧力値をパラメータとして、予め実験的に求めた燃料電池システム内で水収支が均衡するカソード出口温度のマップを検索して、水収支管理温度を求めることができる。
In
ステップ4において、ステップ3の演算と並列して、燃料電池カソード出口温度値をコントローラに読み込む。
In step 4, in parallel with the calculation in
ステップ5において、ステップ3において導出された水収支管理温度値と、ステップ4において読み込まれた燃料電池カソード出口温度値とを比較する。
In
ステップ5において、燃料電池カソード出口温度値>水収支管理温度値であるとき、コントローラにて水収支成立と判断して、ステップ7にすすむ。
In
ステップ5において、燃料電池カソード出口温度値≦水収支管理温度値であるとき、ステップ6へ進み、システム運転継続判断を行い、ステップ2にもどる。
In
ステップ7において、燃料電池出力電流値が所定値未満であるか否かを判定する。この所定値は、燃料電池発電を許可する最低電流管理しきい値であり、2次電池が供給可能な電流上限値であらかじめコントローラに記録しておく。 In step 7, it is determined whether or not the fuel cell output current value is less than a predetermined value. This predetermined value is a minimum current management threshold value that permits fuel cell power generation, and is recorded in advance in the controller as a current upper limit value that can be supplied by the secondary battery.
ステップ7の判定で、燃料電池出力電流値が所定値未満であるとき、ステップ9へ進む。ステップ7の判定で、燃料電池出力電流値が所定値以上であるとき、ステップ8へ進み、システム運転継続判断を行う。
If it is determined in step 7 that the fuel cell output current value is less than the predetermined value, the process proceeds to
ステップ9において、ステップ2にて読み込んだ2次電池SOC値がSOC管理下限値を超えているか否かを判定する。
In
ステップ9の判定で、2次電池SOC値がSOC管理下限値を超えている場合、ステップ12以下のアイドルストップを行う。
If the secondary battery SOC value exceeds the SOC management lower limit value in the determination in
ステップ9の判定で、2次電池SOC値がSOC管理下限値を超えていない場合、ステップ10に進み、燃料電池システムの運転を継続すると判断し、ステップ11において、燃料電池スタックの発電電力に2次電池充電分を上積みして2次電池を充電する。
If it is determined in
ステップ12以降では、アイドルストップ中に燃料電池スタックの開放端電圧をおさえることを目的とする操作を実施する。
In
まず、ステップ12において、水素循環ポンプの作動を継続または開始させ、水素循環を行う。循環流量を確保できる時間まで待機してから、ステップ13において、空気供給装置を停止して燃料電池スタックへの空気供給を停止する。
First, in
ステップ14において、水素遮断弁12を閉じて水素供給を停止させる。アノード、カソードともにガス供給を停止できる時間まで待機してから、ステップ15において、燃料電池スタックから電力取り出しを行って、燃料電池電圧を所定の電圧まで降下させるスタック出力電圧制御を行う。ステップ16にてアイドルストップ制御からぬける。
In
尚、アイドルストップ状態から燃料電池システムの運転状態への復帰は、次に示す(1)または(2)の条件が成立したときに、停止していた空気供給装置を稼働させる。 The return from the idle stop state to the operating state of the fuel cell system is performed by operating the stopped air supply device when the following condition (1) or (2) is satisfied.
(1)燃料電池システムへの要求出力が増加し、この要求出力で発電した場合に、冷却水温度から演算されるカソード出口温度が、水収支管理温度以下になることが推定できた場合。 (1) When the required output to the fuel cell system increases and it is estimated that the cathode outlet temperature calculated from the cooling water temperature will be below the water balance management temperature when power is generated with this required output.
(2)冷却水温度が低下し、冷却水温度から演算されるカソード出口温度が、水収支管理温度以下になることが推定できた場合。 (2) The cooling water temperature is lowered, and the cathode outlet temperature calculated from the cooling water temperature can be estimated to be lower than the water balance management temperature.
次に、実施例1の効果について説明する。図2を用いて、運転条件の変化に伴ってアイドルストップへ移行することを確認する。 Next, the effect of Example 1 is demonstrated. With reference to FIG. 2, it is confirmed that the operation shifts to the idle stop according to the change of the operation condition.
まずB点のような定格出力電流の運転状態より燃料電池スタックの出力電流を低下させていくと、点Cに到達する。点Cが水収支管理温度と一致する条件であり、ここよりアイドルストップへ向けて、図5に示す制御がはじまる。 First, when the output current of the fuel cell stack is decreased from the operating state of the rated output current such as point B, point C is reached. The point C is a condition that coincides with the water balance management temperature, and the control shown in FIG. 5 starts toward the idle stop from here.
アイドル点Dでは、カソード出口温度が水収支温度より高く水収支不成立のため、図5に示す制御において、ステップ5よりステップ7へ進む。ステップ7における電流チェック、ステップ9における2次電池SOCチェックを経て、ステップ16に達したのが点Eである。発電停止することにより、スタックの発熱がなくなるので、システム全体の温度が低下することができる。
At the idle point D, since the cathode outlet temperature is higher than the water balance temperature and the water balance is not established, the process proceeds from
また発電停止により、システムの温度が低下して点Fに達したとき、燃料電池のアイドル運転に復帰する。アイドル運転に復帰して点Gに達するとき、水収支管理温度以内にあるので、水収支がプラスとすることができる。 Further, when the temperature of the system decreases and reaches point F due to the stoppage of power generation, the fuel cell is returned to idle operation. When returning to idle operation and reaching point G, the water balance can be positive because it is within the water balance management temperature.
次に、図4のフローチャートを参照して、本実施例の効果を説明する。 Next, the effect of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップ5において、燃料電池スタックのカソード出口温度と水収支管理温度値とを比較して、水収支成立、不成立の判定を行うことで、そのときのスタックの水収支を判定することができる。
In
次にステップ7において、出力電流値と所定電流値とを比較して、高負荷での水収支不成立か、アイドルもしくは低負荷時の水収支不成立かを判断することができる。 Next, in step 7, the output current value is compared with the predetermined current value, and it can be determined whether the water balance is not established at high load or the water balance is not established at idle or low load.
ステップ8では、高負荷での水収支不成立判断をうけて出力制限を行うことによりスタックの発熱を低下させることができる。 In step 8, the heat generation of the stack can be reduced by limiting the output in response to the determination of failure of water balance at high load.
ステップ9では、アイドルもしくは低負荷時の水収支不成立判断をうけて、スタック代替電源である2次電池のSOC値が、アイドル停止中の補機電力を十分にまかなうことができるか判断して、アイドル停止中に電力不足になることを防ぐことができる。
In
ステップ16では、高負荷での水収支不成立判断をうけてアイドルストップを行うことによりスタックの発熱を低下させることができる。
In
次に、本発明の実施例2について説明する。図5は、本発明に係る燃料電池システムの実施例2の構成を説明するシステム構成図である。第1実施例と同様の構成については、説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a system configuration diagram illustrating the configuration of a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The description of the same configuration as in the first embodiment is omitted.
本実施例と実施例1との相違は、本実施例の燃料電池スタックが内部加湿型の燃料電池スタック1で構成され、これに純水を循環させるために、水貯蔵タンク7、水圧送ポンプ8、純水供給配管9、純水回収配管10、水位センサ11が追加されていることである。燃料電池スタック1へ燃料ガス、酸化剤ガスを供給し、負荷取り出しによって発電を行うことに伴って、水圧送ポンプ8を駆動させて循環を開始させる。
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the fuel cell stack of the present embodiment is composed of an internal humidification type fuel cell stack 1, and in order to circulate pure water therethrough, a water storage tank 7, a hydraulic pump 8, a pure
実施例2で示される燃料電池システムの水収支は、下記の式(4)で表せるため、この空気側SRを大きくする低負荷では、水収支は難しくなり、水収支を維持できる燃料電池スタック出口温度が低くなる。 Since the water balance of the fuel cell system shown in the second embodiment can be expressed by the following equation (4), the water balance becomes difficult at a low load where the air side SR is increased, and the fuel cell stack outlet can maintain the water balance. The temperature goes down.
〔数2〕
(コンプレッサ吸入空気中に含まれる水分量)+(加湿水分量)+(反応に伴う生成水)
+ (循環水量) ≧(カソード排出空気中に含まれる水分量) …(4)
この中で、
加湿装置出口から排出される水分量∝ カソード排空気流量∝ 空気側SR …(5)
したがって、水収支がプラスであるとき、水貯蔵タンク7へ生成水が循環されてくるので、水位センサ11の指示値は増加する。
[Equation 2]
(Moisture content in compressor intake air) + (humidified moisture content) + (water produced by reaction)
+ (Circulating water amount) ≧ (Moisture content in cathode exhaust air) (4)
In this,
Moisture amount discharged from humidifier outlet カ ソ ー ド Cathode exhaust air flow rate 側 Air side SR… (5)
Therefore, when the water balance is positive, the generated water is circulated to the water storage tank 7, and the indicated value of the
一方で、水収支がマイナスであるとき、水貯蔵タンク7からの水の持ち出し量が、水貯蔵タンク7へ回収される量に対して多くなり、水位センサ11の指示値は低下する。
On the other hand, when the water balance is negative, the amount of water taken out from the water storage tank 7 increases with respect to the amount collected in the water storage tank 7, and the indicated value of the
そこで、水貯蔵タンク7の容量を大きくし、水位の上下限値の間の容量及び水収支がマイナスであることを許容する時間を増加することができる。 Therefore, the capacity of the water storage tank 7 can be increased to increase the capacity between the upper and lower limits of the water level and the time allowed for the water balance to be negative.
また、実施例2で示される燃料電池システムでは、水収支を直接的に水位センサ11の検出値の変化で判断することができるので、より精度よく水収支を管理することができる。
Further, in the fuel cell system shown in the second embodiment, the water balance can be directly determined by the change in the detection value of the
図6は、実施例2におけるコントローラによる制御手順を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure by the controller in the second embodiment.
まず、ステップ22において、電流計26から燃料電池出力電流値、カソード流量計24から燃料電池カソードガス流量値、カソード圧力計25から燃料電池カソード出口圧力値、SOC検出器27から2次電池SOC値をコントローラ23に読み込む操作を行う。
First, in
ステップ23において、燃料電池出力電流値、燃料電池カソードガス流量値、燃料電池カソード出口圧力値に基づいて、水収支管理温度値の演算を実施する。この演算は、例えば、燃料電池出力電流値、燃料電池カソードガス流量値、及び燃料電池カソード出口圧力値をパラメータとして、予め実験的に求めた燃料電池システム内で水収支が均衡するカソード出口温度のマップを検索して、水収支管理温度を求めることができる。
In
ステップ24において、ステップ23の演算と並列して、燃料電池カソード出口温度値をコントローラに読み込む。
In
ステップ25において、ステップ23において導出された水収支管理温度値と、ステップ24において読み込まれた燃料電池カソード出口温度値とを比較する。
In
ステップ25において、燃料電池カソード出口温度値>水収支管理温度値であるとき、コントローラにて水収支成立と判断して、ステップ27にすすむ。
In
ステップ25において、燃料電池カソード出口温度値≦水収支管理温度値であるとき、ステップ26へ進み、システム運転継続判断を行い、ステップ22にもどる。
In
ステップ26において、水貯蔵タンク7の水位を検知する水位センサ11の検出値をコントローラに読込み、あらかじめ決めてある水貯蔵タンク7の水位下限値と比較して、センサ検出値が水位下限値未満である場合、アイドル停止制御を継続し、ステップ28へすすむ。
In
ステップ28において、燃料電池出力電流値が所定値未満であるか否かを判定する。この所定値は、燃料電池発電を許可する最低電流管理しきい値であり、2次電池が供給可能な電流上限値であらかじめコントローラに記録しておく。
In
ステップ28の判定で、燃料電池出力電流値が所定値未満であるとき、ステップ30へ進む。ステップ28の判定で、燃料電池出力電流値が所定値以上であるとき、ステップ29へ進み、システム運転継続判断を行う。
If it is determined in
ステップ30において、ステップ22にて読み込んだ2次電池SOC値がSOC管理下限値を超えているか否かを判定する。
In step 30, it is determined whether or not the secondary battery SOC value read in
ステップ30の判定で、2次電池SOC値がSOC管理下限値を超えている場合、ステップ33以下のアイドルストップを行う。 If it is determined in step 30 that the secondary battery SOC value exceeds the SOC management lower limit value, an idle stop in step 33 and subsequent steps is performed.
ステップ30の判定で、2次電池SOC値がSOC管理下限値を超えていない場合、ステップ31に進み、燃料電池システムの運転を継続すると判断し、ステップ32において、燃料電池スタックの発電電力に2次電池充電分を上積みして2次電池を充電する。 If it is determined in step 30 that the secondary battery SOC value does not exceed the SOC management lower limit value, the process proceeds to step 31 where it is determined that the operation of the fuel cell system is to be continued. The secondary battery is charged by adding up the secondary battery charge.
ステップ33以降では、アイドルストップ中に燃料電池スタックの開放端電圧をおさえることを目的とする操作を実施する。 In step 33 and subsequent steps, an operation for suppressing the open end voltage of the fuel cell stack during the idling stop is performed.
まず、ステップ33において、水素循環ポンプの作動を継続または開始させ、水素循環を行う。循環流量を確保できる時間まで待機してから、ステップ34において、空気供給装置を停止して燃料電池スタックへの空気供給を停止する。
First, in step 33, the operation of the hydrogen circulation pump is continued or started to perform hydrogen circulation. After waiting until the circulation flow rate can be secured, in
ステップ35において、水素遮断弁12を閉じて水素供給を停止させる。アノード、カソードともにガス供給を停止できる時間まで待機してから、ステップ36において、燃料電池スタックから電力取り出しを行って、燃料電池電圧を所定の電圧まで降下させるスタック出力電圧制御を行う。ステップ37にてアイドルストップ制御からぬける。
In step 35, the
図6のフローチャートについて、その効果を説明する。 The effect is demonstrated about the flowchart of FIG.
実施例2によれば、水位管理温度より低温であると判断した場合でも、水位が下限以下であれば、アイドル停止制御を進めることを特徴とする。 According to the second embodiment, even when it is determined that the temperature is lower than the water level management temperature, if the water level is equal to or lower than the lower limit, the idle stop control is advanced.
スタック発電時間経過により、I−V特性等の燃料電池特性が変化していく。これにより、水収支も変化していき、あらかじめコントローラに内蔵した水収支管理温度曲線と実際にそのときのスタックで水収支が成立する条件とに偏奇が生じて、水収支がマイナスになることも想定される。 As the stack power generation time elapses, fuel cell characteristics such as IV characteristics change. As a result, the water balance also changes, and the water balance management temperature curve built in the controller in advance and the condition that the water balance is actually established in the stack at that time may be uneven, and the water balance may become negative. is assumed.
本実施例によれば、水位センサ値による水位の直接計測により、水収支がマイナスになることがなく、より精度よく水収支を制御することができる。 According to the present embodiment, the water balance can be controlled more accurately by the direct measurement of the water level using the water level sensor value without causing the water balance to become negative.
1:燃料電池スタック
2:空気供給装置
3:水素供給装置
4:冷却器
5:加湿装置
6:空気圧力調整弁
7:水貯蔵タンク
8:水圧送ポンプ
9:純水供給配管
10:純水回収配管
11:水位センサ
12:水素遮断弁
13:水素圧力調整弁
14:水素供給配管
15:水素循環装置
16:水素循環配管
17:パージ弁
20:ラジエータ
21:冷却水ポンプ
22:カソード出口温度計
23:コントローラ
1: Fuel cell stack 2: Air supply device 3: Hydrogen supply device 4: Cooler 5: Humidification device 6: Air pressure adjustment valve 7: Water storage tank 8: Water pressure feed pump 9: Pure water supply pipe 10: Pure water recovery Pipe 11: Water level sensor 12: Hydrogen shutoff valve 13: Hydrogen pressure regulating valve 14: Hydrogen supply pipe 15: Hydrogen circulation device 16: Hydrogen circulation pipe 17: Purge valve 20: Radiator 21: Cooling water pump 22: Cathode outlet thermometer 23 :controller
Claims (6)
空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料ガス及び空気を用いて発電する燃料電池本体と、
燃料電池本体のカソード出口温度を検出する温度計と、
燃料電池本体の出力電流を検出する電流計と、
燃料電池運転圧と燃料電池本体に供給する空気流量に基づいて、出力電流毎に水収支管理温度を演算する水収支演算手段と、
該水収支演算手段が演算した水収支管理温度に対して前記温度計が検出したカソード出口温度が高温になる場合、且つ前記電流センサが検出した出力電流値が所定値以下の場合に、前記空気供給手段から燃料電池本体への空気供給を一時停止する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 Fuel gas supply means for supplying hydrogen-rich fuel gas;
Air supply means for supplying air;
A fuel cell body that generates power using the fuel gas and air;
A thermometer for detecting the cathode outlet temperature of the fuel cell body;
An ammeter that detects the output current of the fuel cell body;
A water balance calculating means for calculating a water balance management temperature for each output current based on the fuel cell operating pressure and the air flow rate supplied to the fuel cell body;
When the cathode outlet temperature detected by the thermometer is higher than the water balance management temperature calculated by the water balance calculating means, and when the output current value detected by the current sensor is less than a predetermined value, the air Control means for temporarily stopping air supply from the supply means to the fuel cell body;
A fuel cell system comprising:
前記制御手段により空気供給を一時停止した時に、前記水素循環装置の稼働を継続させ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 hydrogen circulation device that circulates unused fuel gas discharged from the anode of the fuel cell main body to the anode inlet,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the air supply is temporarily stopped by the control means, the operation of the hydrogen circulation device is continued.
前記空気供給を一時停止する所定電流値は、前記電力補助装置が供給可能な電流以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。 It has a power auxiliary device that supplements the output power of the fuel cell body,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein a predetermined current value for temporarily stopping the air supply is equal to or less than a current that can be supplied by the power auxiliary device.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008047526A1 (en) * | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
JP2008108525A (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-08 | Hitachi Ltd | Polymer electrolyte fuel cell |
JP2008282664A (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Fuel cell power generation system and its control method |
JP2014006973A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2015015193A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
CN112259775A (en) * | 2020-09-01 | 2021-01-22 | 湖北德普电气股份有限公司 | Humidifying gas and cell stack water balance detection device of hydrogen fuel cell test board |
US20210226236A1 (en) * | 2020-01-16 | 2021-07-22 | Subaru Corporation | Fuel cell system, and method of estimating humidity in exhaust gas therefrom |
CN115863712A (en) * | 2022-11-22 | 2023-03-28 | 苏州氢辀新能源科技有限公司 | Water management method and system for fuel cell |
WO2024045656A1 (en) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 中国第一汽车股份有限公司 | Fuel cell system and low-temperature idling control method |
-
2004
- 2004-09-21 JP JP2004273783A patent/JP2006092801A/en not_active Withdrawn
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008047526A1 (en) * | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
KR101083370B1 (en) | 2006-10-18 | 2011-11-14 | 도요타 지도샤(주) | Fuel cell system |
US8221924B2 (en) | 2006-10-18 | 2012-07-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
JP2008108525A (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-08 | Hitachi Ltd | Polymer electrolyte fuel cell |
JP2008282664A (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Fuel cell power generation system and its control method |
JP2014006973A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2015015193A (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
US20210226236A1 (en) * | 2020-01-16 | 2021-07-22 | Subaru Corporation | Fuel cell system, and method of estimating humidity in exhaust gas therefrom |
US11881603B2 (en) * | 2020-01-16 | 2024-01-23 | Subaru Corporation | Fuel cell system, and method of estimating humidity in exhaust gas therefrom |
CN112259775A (en) * | 2020-09-01 | 2021-01-22 | 湖北德普电气股份有限公司 | Humidifying gas and cell stack water balance detection device of hydrogen fuel cell test board |
CN112259775B (en) * | 2020-09-01 | 2021-08-06 | 湖北德普电气股份有限公司 | Humidifying gas and cell stack water balance detection device of hydrogen fuel cell test board |
WO2024045656A1 (en) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 中国第一汽车股份有限公司 | Fuel cell system and low-temperature idling control method |
CN115863712A (en) * | 2022-11-22 | 2023-03-28 | 苏州氢辀新能源科技有限公司 | Water management method and system for fuel cell |
CN115863712B (en) * | 2022-11-22 | 2023-11-28 | 苏州氢辀新能源科技有限公司 | Water management method and system for fuel cell |
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