JP5232451B2 - Control device for fuel cell system - Google Patents
Control device for fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP5232451B2 JP5232451B2 JP2007304408A JP2007304408A JP5232451B2 JP 5232451 B2 JP5232451 B2 JP 5232451B2 JP 2007304408 A JP2007304408 A JP 2007304408A JP 2007304408 A JP2007304408 A JP 2007304408A JP 5232451 B2 JP5232451 B2 JP 5232451B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- gas
- cathode
- temperature
- cell system
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池システムの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a fuel cell system.
従来、例えば固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池を備える燃料電池システムにおいては、固体高分子電解質膜のイオン導電性を保つために、燃料電池に供給される反応ガス（例えば、水素や空気）には加湿装置等によって水（加湿水）が混合されており、さらに、燃料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生成されるため、燃料電池のオフガス、特に酸素極側のオフガスは高湿潤のガスとなっている。
このため、上記従来技術の一例に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出される高湿潤のオフガスによって、オフガスの流路内に配置された各種センサ等に結露が発生する場合があり、この場合には、センサの劣化や破損等が生じる虞がある。特に、上述した固体高分子膜型燃料電池は、通常作動温度が、水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量が多いガスとなって排出されるため、オフガス中の水分が結露しやすいという問題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a fuel cell system including a fuel cell such as a solid polymer membrane fuel cell, a reactive gas (for example, hydrogen or air) supplied to the fuel cell in order to maintain the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane. ) Is mixed with water (humidified water) by a humidifier, etc., and further, reaction product water is generated by an electrochemical reaction when the fuel cell is operated. Therefore, the off-gas of the fuel cell, particularly the off-gas on the oxygen electrode side is It is a highly humid gas.
For this reason, in the fuel cell system according to an example of the above-described prior art, dew condensation may occur in various sensors or the like disposed in the flow path of the off gas due to the highly humid off gas discharged from the fuel cell. In this case, the sensor may be deteriorated or damaged. In particular, since the solid polymer membrane fuel cell described above has a normal operating temperature lower than the vaporization temperature of water, and the offgas is discharged as a gas with a high humidity and a large amount of water, the water in the offgas is discharged. There is a problem of easy condensation.
このような問題に対して、上記従来技術の一例に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池システムの運転停止後に、燃料電池の温度が所定温度以下に低下した場合には、燃料電池システムを自動的に起動し、燃料電池に掃気ガスを供給する燃料電池システムの制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、上記従来技術に係る燃料電池システムの制御方法においては、燃料電池システムの運転停止時であっても、燃料電池の温度を検出する温度センサを作動させる必要があり、この温度センサに加えて、温度センサによる検出タイミングを制御するためのタイマー等での電力消費が嵩むという問題が生じる。
しかも、燃料電池システムの運転停止後に、温度センサから出力される検出値に応じて自動的に掃気が実行されることから、操作者等が予期しないタイミングで掃気に伴う騒音が発生することになり、操作者等が燃料電池システムの挙動に違和感を感じてしまうという問題が生じる。
By the way, in the control method of the fuel cell system according to the above prior art, it is necessary to operate a temperature sensor for detecting the temperature of the fuel cell even when the operation of the fuel cell system is stopped. In addition to this temperature sensor, As a result, there is a problem that power consumption by a timer or the like for controlling the detection timing by the temperature sensor increases.
Moreover, since scavenging is automatically executed according to the detection value output from the temperature sensor after the operation of the fuel cell system is stopped, noise accompanying scavenging is generated at an unexpected timing by an operator or the like. There is a problem that the operator or the like feels uncomfortable with the behavior of the fuel cell system.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、システムの運転停止後の過剰なエネルギー消費を防止しつつ、結露の発生を防止することが可能な燃料電池システムの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a control device for a fuel cell system capable of preventing the occurrence of dew condensation while preventing excessive energy consumption after the system is stopped. And
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る燃料電池システムの制御装置は、水素供給源（例えば、実施の形態での燃料供給装置８）と、酸素供給源（例えば、実施の形態でのＳ／Ｃ出力制御器６および過給機（Ｓ／Ｃ）７）と、前記水素供給源からアノードガスとして水素が供給されるアノード極および前記酸素供給源からカソードガスとして酸素が供給されるカソード極および電解質を有し、前記アノードガスと前記カソードガスとの電気化学反応により発電し、前記アノード極からアノードオフガスを排出し、前記カソード極からカソードオフガスを排出するスタック（例えば、実施の形態での燃料電池２）とを備える燃料電池システム（例えば、実施の形態での燃料電池システム１ａ）であって、前記カソード極から排出された前記カソードオフガスの温度を検出する温度センサ（例えば、実施の形態での温度センサ３４、上流側状態センサ４１）と、前記カソード極から排出された前記カソードオフガスの湿度を検出する湿度センサ（例えば、実施の形態での湿度センサ３５、上流側状態センサ４１）と、前記燃料電池システムの外部温度を検出する外部温度センサ（例えば、実施の形態での外気温センサ１６）と、前記燃料電池システムの運転停止時において、前記各センサから出力される検出値に基づき、前記カソードオフガスの温度が低下した場合に前記カソードオフガスに含まれる水が結露するか否かを判定し、結露すると判定した場合には前記カソードオフガスの湿度を低下させる制御を実行する制御手段（例えば、実施の形態での制御器１０）とを備える。
In order to solve the above problems and achieve the object, a control device for a fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a hydrogen supply source (for example, the
さらに、前記制御手段は、前記カソードオフガスの流路に掃気ガスを流通させる掃気制御を実行する。 Further , the control means executes scavenging control for allowing scavenging gas to flow through the cathode off-gas flow path.
さらに、本発明の第２態様に係る燃料電池システムの制御装置では、前記カソードオフガスを加熱するヒータ（例えば、実施の形態でのヒータ３３）を備え、前記制御手段は、前記ヒータに対する通電制御を実行する。
Furthermore, the control apparatus for a fuel cell system according to the second aspect of the present invention includes a heater for heating the cathode off gas (for example, the
さらに、本発明の第３態様に係る燃料電池システムの制御装置では、前記ヒータは前記カソードオフガスの状態量を検出する状態量センサ（例えば、実施の形態での圧力センサ１５）に具備されている。
Furthermore, in the control apparatus for a fuel cell system according to the third aspect of the present invention, the heater is provided in a state quantity sensor (for example, the
第１態様に係る燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池システムの運転停止時において、カソードオフガスの温度が低下することに伴い飽和水蒸気量が低下したときにカソードオフガスに含まれる水が結露すると判定した場合にのみカソードオフガスの湿度を低下させる制御（湿度低下制御）を実行することから、例えば燃料電池システムの運転停止時毎に過剰な頻度で湿度低下制御を実行してしまうことを防止すると共に、燃料電池システムの運転停止以後の適宜のタイミングでカソードオフガスによって結露が発生してしまうことを防止し、燃料電池システムの運転停止時において湿度低下制御の実行が必要となることを防止することができる。 According to the control device for a fuel cell system according to the first aspect, when the fuel cell system is stopped, water contained in the cathode offgas is condensed when the saturated water vapor amount is reduced as the temperature of the cathode offgas is reduced. Then, control (humidity reduction control) for reducing the humidity of the cathode offgas is executed only when it is determined that the humidity reduction control is prevented from being executed excessively every time the fuel cell system is stopped. In addition, it is possible to prevent dew condensation due to the cathode off gas at an appropriate timing after the fuel cell system is stopped, and to prevent the necessity of performing humidity reduction control when the fuel cell system is stopped. be able to.
さらに、カソードオフガスの湿度を低下させる制御として、例えばカソードオフガスの流路に相対的に乾燥した掃気ガスを流通させる掃気制御を実行することにより、カソードオフガスの湿度を低下させることができる。 Further , as control for reducing the humidity of the cathode offgas, for example, by performing scavenging control for allowing a relatively dry scavenging gas to flow through the cathode offgas flow path, the humidity of the cathode offgas can be reduced.
さらに、第２態様に係る燃料電池システムの制御装置によれば、カソードオフガスの湿度を低下させる制御として、例えばカソードオフガスの温度を直接的あるいは間接的に上昇させるヒータに対する通電制御を実行することにより、カソードオフガスの飽和水蒸気量を増大させて湿度を低下させることができる。 Furthermore, according to the control apparatus for the fuel cell system according to the second aspect, as the control for reducing the humidity of the cathode offgas, for example, by performing energization control on the heater that directly or indirectly increases the temperature of the cathode offgas. The amount of saturated water vapor in the cathode off gas can be increased to lower the humidity.
さらに、第３態様に係る燃料電池システムの制御装置によれば、ヒータはカソードオフガスの状態量を検出する状態センサに具備されていることから、状態センサから出力される検出値に応じて適切な通電制御を行うことができる。 Furthermore, according to the control device for a fuel cell system according to the third aspect, since the heater is provided in the state sensor that detects the state quantity of the cathode off gas, an appropriate value is obtained according to the detection value output from the state sensor. Energization control can be performed.
以下、本発明の燃料電池システムの制御装置の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態による燃料電池システムの制御装置１は、例えば図１に示すように、燃料電池２と、電流制御器３と、蓄電装置４と、負荷５と、Ｓ／Ｃ出力制御器６と、過給機（Ｓ／Ｃ）７と、燃料供給装置８と、出力電流センサ９と、制御器１０と、燃料電池２に接続された各配管１１，１２，１３，１４のうち、酸素極側の出口側配管１４に設けられたヒータ内蔵型圧力センサ（圧力センサ）１５と、外部の温度（例えば、外気温等）を検出する外気温センサ１６とを備えて構成される燃料電池システム１ａを制御するものである。
Embodiments of a control device for a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, for example, the
燃料電池２は、例えば燃料電池車両や電動車両等の電源として車両に搭載されており、固体高分子電解質膜を水素極と酸素極で挟持した電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる図示しない燃料電池セルを多数組積層して構成されている。
燃料電池２の水素極に接続された入口側配管１１には、例えば高圧の水素タンク等を具備する燃料供給装置８から水素ガスを含む燃料ガスが供給され、水素極の触媒電極上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介して酸素極へと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸素極に接続された入口側配管１２には、例えば、酸素などの酸化剤ガスあるいは空気が過給機（Ｓ／Ｃ）７から供給され、この酸素極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、水素極側、酸素極側共に出口側配管１３、１４から反応済みのいわゆるオフガスが系外に排出される。特に、固体高分子電解質型の燃料電池は通常作動温度が水の蒸気化温度よりも低く、オフガスは多湿度で水分量の多いガスとなって排出される。
The fuel cell 2 is mounted on a vehicle as a power source of a fuel cell vehicle or an electric vehicle, for example, and an electrolyte electrode structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a hydrogen electrode and an oxygen electrode is further sandwiched between a pair of separators. A plurality of unillustrated fuel battery cells are stacked.
The
ここで、酸素極側の出口側配管１４には、ヒータ内蔵型圧力センサ（圧力センサ）１５が取り付けられ、この圧力センサ１５により酸素極側の出口側配管１４内のオフガスの圧力を確認できるようになっている。
Here, a heater built-in pressure sensor (pressure sensor) 15 is attached to the
また、過給機７は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池２の酸素極に供給する。
この過給機７を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御器１０から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するＳ／Ｃ出力制御器６によって制御されている。
The supercharger 7 takes in air from the outside of the vehicle, for example, compresses it, and supplies this air as a reaction gas to the oxygen electrode of the fuel cell 2.
The rotational speed of a motor (not shown) for driving the supercharger 7 is based on a control command input from the
燃料電池２から取り出される発電電流（出力電流）は電流制御器３に入力されており、この電流制御器３には、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが互いに直列に接続されて構成されたキャパシタ等からなる蓄電装置４が接続されている。
そして、燃料電池２および電流制御器３と蓄電装置４は、例えば走行用モータ（図示略）と、例えば燃料電池２や蓄電装置４の冷却装置（図示略）や空調装置（図示略）等の各種補機類からなる負荷５と、Ｓ／Ｃ出力制御器６とに対して並列に接続されている。
The generated current (output current) taken out from the fuel cell 2 is input to the current controller 3, and a plurality of capacitor cells, such as electric double layer capacitors and electrolytic capacitors, are connected to each other in series. A power storage device 4 made of a connected capacitor or the like is connected.
The fuel cell 2, the current controller 3, and the power storage device 4 are, for example, a traveling motor (not shown), a cooling device (not shown), an air conditioner (not shown), or the like of the fuel cell 2 or the power storage device 4, for example. It is connected in parallel to a load 5 composed of various auxiliary machines and an S / C output controller 6.
この燃料電池システム１ａにおいて制御器１０は、例えば、車両の運転状態や、燃料電池２の水素極に供給される燃料ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の水素極から排出されるオフガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池２の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池２から取り出される出力電流等に基づき、過給機７から燃料電池２へ供給される空気の流量に対する指令値および燃料供給装置８から燃料電池２へ供給される燃料ガスの流量に対する指令値を出力し、燃料電池２の発電状態を制御する。
このため、制御器１０には、燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を検出する出力電流センサ９から出力される検出信号が入力されている。
さらに、制御器１０は、燃料電池２に対する発電指令（ＦＣ出力指令値）に基づき、電流制御器３により燃料電池２から取り出される出力電流の電流値を制御する。
In this
Therefore, a detection signal output from the output
Further, the
例えば図２に示すように、圧力センサ１５は、フランジ部２２を有するケース２１を備え、フランジ部２２にはボルト２３が挿入されて、出口側配管１４の取付座１４ａに締め付け固定されるようになっている。
For example, as shown in FIG. 2, the
ケース２１の厚さ方向の端面（例えば、下面）には、筒状部２４が設けられ、この筒状部２４は出口側配管１４の貫通孔１４ｂに外側から挿入されている。
筒状部２４の内部はガス圧検出室２５として形成され、ガス圧検出室２５は出口側配管１４内に連通している。
また、筒状部２４の外周面２５Ａにはシール材２６が装着され、出口側配管１４の貫通孔１４ｂの内周壁に密接して気密性を確保している。
A
The inside of the
Further, a
ケース２１内には樹脂で封止された回路基板３０が設けられ、例えば図３に示すように、ガス圧検出室２５内に臨むダイアフラム３１の表面上に配置されたゲージ抵抗３２および平板状のヒータ３３が回路基板３０に接続されている。
A
ヒータ３３は、例えばチタン酸バリウム等からなるＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタであって、このＰＴＣサーミスタを構成するチタン酸バリウムを主成分とする半導体セラミックの材料組成により、任意にキュリー温度を設定することができ、このキュリー温度から電気抵抗が急激に増大するという性質を利用して、ヒータ３３を定温発熱体とすることができる。
つまりＰＴＣサーミスタは、ＰＴＣ素子に電圧が印加されるとジュール熱により自己発熱し、ＰＴＣ素子の温度がキュリー温度を超えると、ＰＴＣ素子の抵抗値は対数的に増大する。これにより、ＰＴＣ素子に通電される電流が減少し、電力の増大が抑制されることから、発熱温度が低下する。そして、ＰＴＣ素子の抵抗値が低下すると、ＰＴＣ素子に通電される電流が増大し、再度、電力が増大することから、発熱温度が増大する。この一連の動作が繰り返されることで、ＰＴＣサーミスタは、自己制御機能を有する定温発熱体として機能する。
The
That is, the PTC thermistor self-heats due to Joule heat when a voltage is applied to the PTC element, and when the temperature of the PTC element exceeds the Curie temperature, the resistance value of the PTC element increases logarithmically. As a result, the current supplied to the PTC element is reduced and the increase in power is suppressed, so that the heat generation temperature is lowered. And if the resistance value of a PTC element falls, since the electric current supplied to a PTC element will increase and electric power will increase again, heat_generation | fever temperature will increase. By repeating this series of operations, the PTC thermistor functions as a constant temperature heating element having a self-control function.
また、ガス圧検出室２５の内部側面２５Ａ上には、ガス圧検出室２５内の温度を検出する温度センサ３４と、ガス圧検出室２５内の湿度を検出する湿度センサ３５とが配置され、各センサ３４，３５はケース２１内の回路基板３０に接続されている。
A
例えば図２に示すように、圧力センサ１５が取り付けられた酸素極側の出口側配管１４において、検査対象ガスの流通方向で圧力センサ１５の取付部位に隣接した上流側の位置で被検出ガスの温度および湿度、つまり圧力センサ１５の上流側のオフガス温度およびオフガス湿度を検出する上流側状態センサ４１が取り付けられている。
上流側状態センサ４１は出口側配管１４に形成された貫通孔１４ｃに基部４２が挿通固定され、先端の検出部４３が出口側配管１４内に挿入されるものである。なお、上流側状態センサ４１の基部４２の外周壁にはシール材４４が取り付けられ、上流側状態センサ４１と貫通孔１４ｃとの間のシール性を確保している。
For example, as shown in FIG. 2, in the
The upstream
制御器１０は、外気温センサ１６と、出口側配管１４に取り付けられた上流側状態センサ４１と、圧力センサ１５内部に設けられたゲージ抵抗３２および温度センサ３４および湿度センサ３５とに接続されると共に、圧力センサ１５のヒータ３３に接続されている。
そして、制御器１０は、燃料電池システム１ａの運転停止時において、各センサ１６，４１，３４，３５から出力される検出値に基づき、酸素極側の出口側配管１４内のカソードオフガスの温度が低下した場合にカソードオフガスに含まれる水が結露するか否かを判定し、結露すると判定した場合にはカソードオフガスの湿度を低下させる制御を実行する
。
The
Then, the
例えば制御器１０は、カソードオフガスの温度、つまり上流側状態センサ４１から出力される圧力センサ１５の上流側のオフガス温度あるいは温度センサ３４から出力されるガス圧検出室２５内の温度が、外気温センサ１６から出力される外気温にほぼ等しい温度まで低下した場合に、結露が発生するか否かを判定する。そして、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり結露が発生する可能性があると判定した場合には、ヒータ３３への通電の実行を開始すると共に、過給機７を駆動して燃料電池２の酸素極およびカソードオフガスの流路（つまり、酸素極側の出口側配管１４）に空気を掃気ガスとして供給する掃気の実行を開始する。
なお、ヒータ３３への通電の実行時には、温度センサ３４から出力される温度検出値が所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｌ／Ｈ）に応じた所定温度範囲内の値となるようにして、ヒータ３３の通電量を制御する。このとき、制御器１０は、例えばヒータ３３へ通電される電流値に対するフィードバック制御や、例えばスイッチング素子のオン／オフ動作等に基づくチョッパ制御（つまり、通電のオン／オフの切替制御）等によってヒータ３３の通電量を制御する。
For example, the
When energizing the
この実施の形態による燃料電池システムの制御装置１は上記構成を備えており、次に、この燃料電池システムの制御装置１の動作、特に、燃料電池システム１ａの運転停止時における動作について説明する。
The
先ず、例えば図４に示すステップＳ０１においては、外気温センサ１６から出力される外気温と、カソードオフガスの温度、例えば上流側状態センサ４１から出力される圧力センサ１５の上流側のオフガス温度と、湿度センサ３５から出力されるガス圧検出室２５内の湿度とを取得する。
そして、ステップＳ０２においては、例えば外気温とガス圧検出室２５内の湿度とに基づき、カソードオフガスの温度が外気温にほぼ等しい温度まで低下した場合に、相対湿度が所定の目標相対湿度（＜１００％）となるために、後述する所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｌ／Ｈ）に応じた所定温度範囲に対して必要とされる湿度の閾値（例えば、所定のヒステリシスを有する閾湿度ＨＹ（Ｌ／Ｈ））を、例えば所定マップに対するマップ検索等により取得する。
First, for example, in step S01 shown in FIG. 4, the outside air temperature output from the outside
In step S02, for example, when the cathode off-gas temperature drops to a temperature substantially equal to the outside air temperature based on the outside air temperature and the humidity in the gas
そして、ステップＳ０３においては、カソードオフガスの温度、つまり上流側状態センサ４１から出力される圧力センサ１５の上流側のオフガス温度が、外気温にほぼ等しい温度まで低下した場合に、結露が発生する可能性が有るか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
そして、ステップＳ０４においては、ヒータ３３への通電の実行を開始すると共に、過給機７を駆動して燃料電池２の酸素極およびカソードオフガスの流路（つまり、酸素極側の出口側配管１４）に空気を掃気ガスとして供給する掃気の実行を開始する。
In step S03, condensation can occur when the cathode offgas temperature, that is, the upstream offgas temperature of the
When the determination result is “NO”, the series of processes is terminated.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 04.
In step S04, the
そして、ステップＳ０５においては、温度センサ３４から出力される検出室内温度、つまりガス圧検出室２５内の温度が所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｌ／Ｈ）のハイ側閾温度ＴＥ（Ｈ）（例えば、０℃以上かつ５℃以下の適宜の値であって、５℃等）よりも高いか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、ヒータ３３への通電電流を減少させる。これにより、ガス圧検出室２５内の温度を低下させることで所望の温度範囲内の目標温度を確保し、過剰な電力の消費を防止している。
In step S05, the detection room temperature output from the
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 07 described later.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 06.
In step S06, the energization current to the
また、ステップＳ０７においては、温度検出値が所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｌ／Ｈ）のロー側閾温度ＴＥ（Ｌ）（例えば、０℃以上かつ５℃以下の適宜の値であって、０℃等）よりも小さいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０９に進む。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０８に進む。
そして、ステップＳ０８においては、ヒータ３３への通電電流を増大させる。これにより、ガス圧検出室２５内の温度を上昇させることで所望の温度範囲内の目標温度を確保し、圧力センサ１５における結露発生の防止をより確実なものとしている。
また、ステップＳ０９においては、この時点でのヒータ３３への通電電流を維持する。
In step S07, the detected temperature is a low threshold temperature TE (L) (for example, an appropriate value between 0 ° C. and 5 ° C.) of the threshold temperature TE (L / H) having a predetermined hysteresis. , 0 ° C., etc.).
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 09 described later.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S08.
In step S08, the energization current to the
In step S09, the energization current to the
そして、ステップＳ１０においては、湿度センサ３５から出力される検出室内湿度、つまりガス圧検出室２５内の湿度が所定のヒステリシスを有する閾湿度ＨＹ（Ｌ／Ｈ）以下であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり検出室内湿度が所定のハイ側閾湿度ＨＹ（Ｈ）よりも高い場合には、上述したステップＳ０５に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり検出室内湿度が所定のロー側閾湿度ＨＹ（Ｌ）以下である場合には、ステップＳ１１に進む。
そして、ステップＳ１１においては、ヒータ３３への通電および掃気の実行を停止し、一連の処理を終了する。
In step S10, it is determined whether or not the detected indoor humidity output from the
If the determination result is “NO”, that is, if the detected indoor humidity is higher than the predetermined high-side threshold humidity HY (H), the process returns to step S05 described above.
On the other hand, if the determination result is “YES”, that is, if the detected indoor humidity is equal to or lower than the predetermined low-side threshold humidity HY (L), the process proceeds to step S11.
In step S11, the energization of the
上述したように、本実施の形態による燃料電池システムの制御装置１によれば、燃料電池システム１ａの運転停止時において、カソードオフガスの温度が低下することに伴い飽和水蒸気量が低下したときにカソードオフガスに含まれる水が結露する可能性があると判定した場合にのみカソードオフガスの湿度を低下させる制御（湿度低下制御）を実行することから、例えば燃料電池システム１ａの運転停止時毎に過剰な頻度で湿度低下制御を実行してしまうことを防止すると共に、燃料電池システム１ａの運転停止以後の適宜のタイミングでカソードオフガスによって結露が発生してしまうことを防止し、燃料電池システム１ａの運転停止時において湿度低下制御の実行が必要となることを防止することができる。
そして、オフガス中の水分がガス圧検出室２５内で凝結するのを防止することができるため、ガス圧検出室２５内において凝結水がダイアフラム３１に接触すること、および、この凝結水が凍結してしまうことを防止することができ、ダイアフラム３１の耐久性を高めることができると共にゲージ抵抗３２による圧力の検出精度を高めることができる。
As described above, according to the
Since the moisture in the off-gas can be prevented from condensing in the gas
しかも、ヒータ３３での過剰なエネルギー消費を防止すると共に、例えばガス圧検出室２５内を乾燥させるための専用のガスを供給する装置を備えることで装置構成が複雑化かつ大型化してしまうことを防止しつつ、ダイアフラム３１での結露の発生、さらには、燃料電池システム１ａの停止後におけるダイアフラム３１での凝結水の凍結に起因する圧力センサ１５の破損、劣化、検出精度の低下を防止することができる。
そして、ヒータ３３のオンの状態ではガス圧検出室２５内の温度が所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｌ／Ｈ）に応じた所定範囲内の値となるようにして、ヒータ３３の通電量を制御することから、ガス圧検出室２５内に流入する被検出ガスによって新たに結露が発生してしまうことを防止することができる。
In addition, while preventing excessive energy consumption in the
When the
なお、上述した実施の形態においては、ステップＳ０４において、カソードオフガスの湿度を低下させる制御として、ヒータ３３への通電および掃気を実行するとしたが、これに限定されず、例えばヒータ３３への通電または掃気の何れか一方のみを実行してもよい。
In the above-described embodiment, energization and scavenging to the
また、上述した実施の形態においては、ステップＳ０３においては、上流側状態センサ４１から出力される圧力センサ１５の上流側のオフガス温度が、外気温にほぼ等しい温度まで低下した場合に、結露が発生する可能性が有るか否かを判定するとしたが、これに限定されず、例えばカソードオフガスの温度として、温度センサ３４から出力されるガス圧検出室２５内の温度が、外気温にほぼ等しい温度まで低下した場合に、結露が発生する可能性が有るか否かを判定してもよい。
In the above-described embodiment, in step S03, condensation occurs when the upstream off-gas temperature of the
なお、上述した実施の形態においては、ステップＳ１０において、湿度センサ３５から出力される湿度検出値、つまりガス圧検出室２５内の湿度が所定のヒステリシスを有する閾湿度ＨＹ（Ｌ／Ｈ）以下であるか否かを判定するとしたが、これに限定されず、上流側状態センサ４１から出力される湿度検出値、つまり圧力センサ１５よりも上流側でのカソードオフガスのオフガス湿度が所定のヒステリシスを有する閾湿度ＨＹ（Ｌ／Ｈ）以下であるか否かを判定してもよい。
In the above-described embodiment, in step S10, the humidity detection value output from the
また、上述した実施の形態においては、ステップＳ０５およびステップＳ０７において、温度センサ３４から出力される検出室内温度、つまりガス圧検出室２５内の温度と、所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｈ／Ｌ）とを比較したが、これに限定されず、例えばヒータ３３に温度センサを備え、この温度センサから出力される温度検出値、つまりヒータ３３の温度あるいはダイアフラム３１の温度と、所定のヒステリシスを有する閾温度ＴＥ（Ｈ／Ｌ）とを比較してもよい。
In the above-described embodiment, in step S05 and step S07, the detection chamber temperature output from the
なお、上述した実施の形態においては、ヒータ３３をＰＴＣサーミスタとしたが、これに限定されず、例えば焼結体ヒータや、例えば薄い板状のステンレスからなるヒータや、例えばニクロム線等の電気抵抗が大きい線状材からなるヒータ等の他のヒータであってもよいし、例えばダイアフラム３１の表面上での導電性の抵抗体の印刷および焼成により形成され、電気回路の一部の導体パターンをなすヒータであってもよい。
In the above-described embodiment, the
また、制御器１０で実行される制御機能を、回路基板３０に実装されるマイクロコンピュータやＩＣ（図示略）等で実行するようにしてもよい。
また、温度センサ３４により検出されるガス圧検出室２５内の温度および湿度センサ３５により検出されるガス圧検出室２５内の相対湿度に基づき、圧力センサ１５の検知感度の変動を補正してもよい。
The control function executed by the
Further, even if the variation in the detection sensitivity of the
なお、上述した実施の形態においては、カソードオフガスの湿度を低下させる制御として、圧力センサ１５に設けられたヒータ３３への通電を開始するとしたが、これに限定されず、他のセンサ、例えば酸素極側の出口側配管１４から水素ガスが排出されていないことを確認するために設けられたガスセンサ等に内蔵されるヒータへの通電を開始してもよい。
In the embodiment described above, energization to the
１ 燃料電池システムの制御装置
１ａ 燃料電池システム
２ 燃料電池（スタック）
６ Ｓ／Ｃ出力制御器（酸素供給源）
７ 過給機（Ｓ／Ｃ）（酸素供給源）
８ 燃料供給装置（水素供給源）
１０ 制御器（制御手段）
１５ 圧力センサ（状態量センサ）
１６ 外気温センサ（外部温度センサ）
３３ ヒータ
３４ 温度センサ
３５ 湿度センサ
４１ 上流側状態センサ（温度センサ、湿度センサ）
DESCRIPTION OF
6 S / C output controller (oxygen supply source)
7 Supercharger (S / C) (Oxygen supply source)
8 Fuel supply system (hydrogen supply source)
10 Controller (control means)
15 Pressure sensor (state quantity sensor)
16 Outside air temperature sensor (external temperature sensor)
33
Claims (3)
前記水素供給源からアノードガスとして水素が供給されるアノード極および前記酸素供給源からカソードガスとして酸素が供給されるカソード極および電解質を有し、前記アノードガスと前記カソードガスとの電気化学反応により発電し、前記アノード極からアノードオフガスを排出し、前記カソード極からカソードオフガスを排出するスタックとを備える燃料電池システムであって、
前記カソード極から排出された前記カソードオフガスの温度を検出する温度センサと、
前記カソード極から排出された前記カソードオフガスの湿度を検出する湿度センサと、
前記燃料電池システムの外部温度を検出する外部温度センサと、
前記燃料電池システムの運転停止時において、前記各センサから出力される検出値に基づき、前記カソードオフガスの温度が外気温まで低下した場合に前記カソードオフガスに含まれる水が結露するか否かを判定し、結露すると判定した場合には、前記カソードオフガスの流路に外気からなる掃気ガスを流通させることによって、前記カソードオフガスの湿度を低下させる制御を実行する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。 A hydrogen source, an oxygen source,
An anode electrode supplied with hydrogen as an anode gas from the hydrogen supply source, a cathode electrode supplied with oxygen as a cathode gas from the oxygen supply source, and an electrolyte, and by an electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas A fuel cell system comprising a stack that generates electric power, discharges anode off-gas from the anode electrode, and discharges cathode off-gas from the cathode electrode,
A temperature sensor for detecting the temperature of the cathode offgas discharged from the cathode electrode;
A humidity sensor for detecting the humidity of the cathode offgas discharged from the cathode electrode;
An external temperature sensor for detecting an external temperature of the fuel cell system;
When operation of the fuel cell system is stopped, based on detection values output from the sensors, it is determined whether or not water contained in the cathode offgas is condensed when the temperature of the cathode offgas is reduced to an outside temperature. When it is determined that condensation occurs, a control means is provided for executing control for reducing the humidity of the cathode offgas by causing a scavenging gas composed of outside air to flow through the flow path of the cathode offgas. Control device for fuel cell system.
前記制御手段は、前記カソードオフガスの湿度を低下させる制御として、前記ヒータに対する通電制御を実行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の制御装置。 A heater for heating the cathode offgas;
2. The control device for a fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit performs energization control on the heater as control for reducing the humidity of the cathode off gas . 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007304408A JP5232451B2 (en) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | Control device for fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007304408A JP5232451B2 (en) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | Control device for fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009129749A JP2009129749A (en) | 2009-06-11 |
| JP5232451B2 true JP5232451B2 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=40820467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007304408A Expired - Fee Related JP5232451B2 (en) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | Control device for fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5232451B2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4868094B1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
| JP6557124B2 (en) * | 2015-11-26 | 2019-08-07 | 株式会社豊田自動織機 | Fuel cell system |
| FR3047612B1 (en) * | 2016-02-05 | 2018-03-16 | Safran Aircraft Engines | FUEL CELL AND ASSOCIATED HEATING SYSTEM |
| JP7363680B2 (en) * | 2020-06-24 | 2023-10-18 | トヨタ自動車株式会社 | fuel cell system |
| EP4207402B1 (en) * | 2021-10-01 | 2024-09-11 | Cummins, Inc. | System and method for controlling and monitoring a fuel cell stack using cathode exhaust humidity |
| CN114441106A (en) * | 2022-01-28 | 2022-05-06 | 上海重塑能源科技有限公司 | Hydrogen concentration sensor with heating function and fuel cell system |
| CN114914487B (en) * | 2022-05-10 | 2024-05-17 | 西安交通大学 | Device and method for measuring air supply humidity of hydrogen fuel cell test bench |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3820992B2 (en) * | 2002-01-08 | 2006-09-13 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system |
| JP3844723B2 (en) * | 2002-08-05 | 2006-11-15 | 本田技研工業株式会社 | Condensation prevention structure for gas sensor |
| JP2006093028A (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system and film drying state estimation method of fuel cell |
-
2007
- 2007-11-26 JP JP2007304408A patent/JP5232451B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009129749A (en) | 2009-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4917111B2 (en) | Operation start method, operation stop method and operation method of heater built-in gas sensor | |
| JP5232451B2 (en) | Control device for fuel cell system | |
| US8168343B2 (en) | Humidification control during shutdown of a fuel cell system | |
| KR101610392B1 (en) | Method for controlling fuel cell system | |
| US8088523B2 (en) | Startup reliability using HFR measurement | |
| WO2018047259A1 (en) | Fuel cell system and method for controlling same | |
| JP2009092587A (en) | Device for controlling gas sensor having built-in heater | |
| CN108390088B (en) | Fuel cell system | |
| JP4973138B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP3746778B2 (en) | Gas sensor control device | |
| JP5186188B2 (en) | Control device for gas sensor with built-in heater | |
| JP2007242449A (en) | Fuel cell system | |
| JP2004061433A (en) | Gas sensor controller and fuel cell system with gas sensor and fuel cell vehicle equipped with gas sensor | |
| JP2005209634A (en) | Control method in operation stop of fuel cell and its device | |
| JP4839694B2 (en) | Fuel cell system | |
| WO2003015203A1 (en) | Operating method of fuel cell and power supply | |
| JP2009193900A (en) | Fuel cell system | |
| CA2942629C (en) | Fuel cell system with wetness control | |
| JP5332089B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR STOPPING FUEL CELL SYSTEM | |
| JP4903116B2 (en) | Control device for pressure sensor with built-in heater | |
| JP2006179199A (en) | Fuel cell system | |
| US20090305088A1 (en) | Modified startup strategy to improve startup reliability after extended off time | |
| JP2006093028A (en) | Fuel cell system and film drying state estimation method of fuel cell | |
| JP2006004819A (en) | Fuel cell system and fuel cell vehicle | |
| JP2007042375A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091127 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120723 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120731 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120925 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130226 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130325 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160329 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |