JP5525122B2 - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。
以上の燃料電池システムは、要求される発電量に対して、最も高効率で発電できる空気量が予め設定されており、所定の発電量が要求されると、この要求された発電量に応じて予め設定された空気量を燃料電池に供給する。
ところで、燃料電池システムを安定して発電させるために、反応ガス流路内の水素ガスを排出することが行われる（以降、パージと呼ぶ）。このパージされた水素ガスは、反応ガス流路内の空気で希釈されて排出される（例えば特許文献１参照）。
また、燃料電池自動車の燃費を向上するため、アイドル停止により、燃料電池の発電を停止させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、燃料電池自動車の燃費を向上するため、アイドル停止により、燃料電池の発電を停止させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところで、パージ中またはパージ直後に、アイドル停止により燃料電池の停止指令信号が入力された場合、以下の現象が発生する。
図６は、燃料電池の停止指令信号が入力されてから燃料電池が停止するまでのタイミングチャートである。
図６に示すように、アイドル停止により、燃料電池の停止指令信号が入力されると、電流指令値が低下する。その結果、電流が低下して、燃料電池車の車速が低下する。このとき、電流指令値の低下に伴って、発電に必要なエア流量も減少する。
しかしながら、アイドル停止と同時にパージを行うため、パージフラグを立てるので、水素ガスの希釈に必要なエア流量が増加する。
したがって、アイドル停止により発電に必要なエア流量は減少するが、燃料電池システムを速やかに停止するために、パージされた水素ガスの希釈を促進するためのエア流量は増加することになるため、システムに対するエア流量の指令値は、発電に必要なエア流量よりも多くなり、その結果、システムに供給されるエアの無駄が多くなり、発電効率が低くなって、燃費が低下する、という問題があった。
図６は、燃料電池の停止指令信号が入力されてから燃料電池が停止するまでのタイミングチャートである。
図６に示すように、アイドル停止により、燃料電池の停止指令信号が入力されると、電流指令値が低下する。その結果、電流が低下して、燃料電池車の車速が低下する。このとき、電流指令値の低下に伴って、発電に必要なエア流量も減少する。
しかしながら、アイドル停止と同時にパージを行うため、パージフラグを立てるので、水素ガスの希釈に必要なエア流量が増加する。
したがって、アイドル停止により発電に必要なエア流量は減少するが、燃料電池システムを速やかに停止するために、パージされた水素ガスの希釈を促進するためのエア流量は増加することになるため、システムに対するエア流量の指令値は、発電に必要なエア流量よりも多くなり、その結果、システムに供給されるエアの無駄が多くなり、発電効率が低くなって、燃費が低下する、という問題があった。
本発明は、燃費を向上できる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
本発明の燃料電池システムは、水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池（例えば、実施の形態における燃料電池１０）と、前記燃料電池に空気を供給する空気供給手段（例えば、実施の形態におけるエアポンプ２１およびエア供給路４１）と、前記燃料電池に水素供給流路（例えば、実施の形態における水素供給路４３）を介して水素ガスを供給する水素供給手段（例えば、実施の形態における水素タンク２２）と、前記燃料電池から排出された水素ガスを再び前記水素供給流路に導入する水素循環流路（例えば、実施の形態における水素排出路４４および水素還流路４５）と、前記燃料電池から排出された空気が流通する空気排出流路（例えば、実施の形態におけるエア排出路４２）と、前記水素供給流路および前記水素循環流路内の水素ガスを、前記空気排出流路内の空気に合流させるパージ手段（例えば、実施の形態におけるパージ弁４４１）と、前記空気供給手段、前記水素供給手段、および前記パージ手段を制御する制御手段（例えば、実施の形態における制御装置３０）と、を備える燃料電池システム（例えば、実施の形態における燃料電池システム１）であって、前記制御手段は、前記燃料電池の停止信号が入力された場合に、前記パージ手段により前記水素供給流路および前記水素循環流路内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する希釈判定手段（例えば、実施の形態における希釈判定部３１）と、前記希釈判定手段により希釈が完了していないと判定された場合、前記空気供給手段により、前記空気排出流路内の空気流量を増量する空気増量手段（例えば、実施の形態における空気増量部３３）と、当該空気増量手段により増量した空気流量に応じた前記燃料電池の発電量を算出する発電量算出手段（例えば、実施の形態における発電量算出部３４）と、前記発電量算出手段により算出した発電量となるように、前記燃料電池を発電させる燃料電池駆動手段（例えば、実施の形態における燃料電池駆動部３５）と、を備えることを特徴とする。
この発明によれば、アイドル停止のため燃料電池停止の信号が入力され、かつ、パージが実行された場合、まず、水素供給流路および水素循環流路内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。希釈が完了していないと判定された場合、空気排出流路内の空気流量を増量して、パージされた水素ガスの希釈を促進する。同時に、増量した空気流量を算出し、この増量した空気流量に応じた燃料電池の発電量を算出して、この算出した発電量となるように、燃料電池を発電させる。よって、空気を無駄に供給することがなく、燃費の低下を防止できる。
この場合、前記燃料電池で発電した電力を蓄電する蓄電手段（例えば、実施の形態におけるバッテリ１１）をさらに備え、前記制御手段は、前記蓄電手段が蓄電可能であるか否かを判定する蓄電可否判定手段（例えば、実施の形態における蓄電可否判定部３６）をさらに備え、前記蓄電可否判定手段により前記蓄電手段が蓄電可能と判定された場合、前記燃料電池駆動手段で発電された電力を前記蓄電手段に蓄電することが好ましい。
この発明によれば、蓄電手段が蓄電可能と判定された場合、燃料電池で発電された電力を蓄電手段に蓄電する。よって、必要な電力の大小にかかわらず、増量した空気流量に応じて燃料電池を発電させても、不要な電力を蓄電手段に蓄電することで、電力を有効利用できる。
本発明の燃料電池システムの制御方法は、水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に水素供給流路を介して水素ガスを供給する水素供給手段と、前記燃料電池から排出された水素ガスを再び前記水素供給流路に導入する水素循環流路と、前記燃料電池から排出された空気が流通する空気排出流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の停止信号が入力された場合に、前記水素供給流路および前記水素循環流路内の水素ガスを前記空気排出流路内の空気に合流させる希釈処理が完了したか否かを判定し、希釈処理が完了していないと判定した場合、前記燃料電池に空気を供給する空気を増量して、前記空気排出流路内の空気流量を増量し、当該増量した空気流量に応じた前記燃料電池の発電量を算出し、当該算出した発電量となるように、前記燃料電池を発電させることを特徴とする。
この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
本発明によれば、アイドル停止のため燃料電池停止の信号が入力され、かつ、パージが実行された場合、まず、水素供給流路および水素循環流路内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。希釈が完了していないと判定された場合、空気排出流路内の空気流量を増量して、パージされた水素ガスの希釈を促進する。同時に、増量した空気流量を算出し、この増量した空気流量に応じた燃料電池の発電量を算出して、この算出した発電量となるように、燃料電池を発電させる。よって、空気を無駄に供給することがなく、燃費の低下を防止できる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池１０と、この燃料電池１０に水素ガスやエア（空気）を供給する供給装置２０と、電力を蓄電可能な蓄電手段としてのバッテリ１１と、これら燃料電池１０、供給装置２０、およびバッテリ１１を制御する制御手段としての制御装置３０と、を有する。このうち、バッテリ１１および燃料電池１０は、燃料電池車を駆動する駆動モータ１２に接続されている。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、反応ガスを反応させて発電を行う燃料電池１０と、この燃料電池１０に水素ガスやエア（空気）を供給する供給装置２０と、電力を蓄電可能な蓄電手段としてのバッテリ１１と、これら燃料電池１０、供給装置２０、およびバッテリ１１を制御する制御手段としての制御装置３０と、を有する。このうち、バッテリ１１および燃料電池１０は、燃料電池車を駆動する駆動モータ１２に接続されている。
このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。
供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側にエアを供給する空気供給手段としてのエアポンプ２１と、アノード電極側に水素ガスを供給する水素供給手段としての水素タンク２２およびエゼクタ２３と、燃料電池１０から排出されたガスを処理する希釈器２４と、を含んで構成される。
エアポンプ２１は、エア供給路４１を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。エア供給路４１には、このエア供給路４１を流通するエアの流量を測定する流量センサ４１１が設けられている。
燃料電池１０のカソード電極側には、空気排出流路としてのエア排出路４２が接続され、このエア排出路４２は、燃料電池１０で利用されたエアを排出する。エア排出路４２の途中には、上述の希釈器２４が設けられ、さらに、エア排出路４２の希釈器２４よりも燃料電池１０には、背圧弁４２１が設けられる。
水素タンク２２は、水素供給流路としての水素供給路４３を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。上述のエゼクタ２３は、この水素供給路４３に設けられている。水素供給路４３の水素タンク２２とエゼクタ２３との間には、遮断弁４３１が設けられている。この遮断弁４３１は、アイドル停止の場合には、開いた状態が維持される。
水素供給路４３の遮断弁４３１よりも燃料電池１０側には、図示せぬレギュレータが設けられている。このレギュレータは、エア供給路４１の圧力に応じて開度が変化し、これにより、水素供給路４３を流通する水素ガスの圧力を調整する。
燃料電池１０のアノード電極側には、水素循環流路としての水素排出路４４が接続され、この水素排出路４４は、希釈器２４に接続される。この水素排出路４４の先端側には、パージ弁４４１が設けられている。また、水素排出路４４のうちパージ弁４４１よりも燃料電池側では、水素排出路４４が分岐されて水素循環流路としての水素還流路４５となり、この水素還流路４５は、上述のエゼクタ２３に接続されている。
水素排出路４４には、パージ手段としてのパージ弁４４１が設けられている。このパージ弁４４１を開くことにより、水素供給路４３、水素排出路４４、および水素還流路４５内の水素ガスを、希釈器２４において、エア排出路４２内のエアに合流させる。
エゼクタ２３は、水素還流路４５を通して、水素排出路４４に流れた水素ガスを回収し、水素供給路４３に還流する。
燃料電池１０は、電流制限器（ＶＣＵ）１３介して、バッテリ１１および駆動モータ１２に接続されている。また、燃料電池１０には、燃料電池１０で発電した電流値を計測する電流センサ１０１が設けられている。
燃料電池１０で発電された電力は、バッテリ１１および駆動モータ１２に供給される。電流制限器１３は、燃料電池１０からの出力を必要に応じて制限して駆動モータ１２およびバッテリ１１に供給する。
バッテリ１１は、燃料電池１０の出力電圧よりもバッテリ１１の電圧が低い場合には、燃料電池１０で発電した電力を蓄電する。一方、必要に応じて駆動モータ１２に電力を供給し、駆動モータ１２の駆動を補助する。
燃料電池１０で発電された電力は、バッテリ１１および駆動モータ１２に供給される。電流制限器１３は、燃料電池１０からの出力を必要に応じて制限して駆動モータ１２およびバッテリ１１に供給する。
バッテリ１１は、燃料電池１０の出力電圧よりもバッテリ１１の電圧が低い場合には、燃料電池１０で発電した電力を蓄電する。一方、必要に応じて駆動モータ１２に電力を供給し、駆動モータ１２の駆動を補助する。
上述のバッテリ１１、駆動モータ１２、電流制限器１３、エアポンプ２１、背圧弁４２１、遮断弁４３１、およびパージ弁４４１は、制御装置３０により制御される。また、電流センサ１０１および流量センサ４１１は、制御装置３０に接続される。
図２は、制御装置３０のブロック図である。
制御装置３０は、希釈判定手段としての希釈判定部３１と、空気増量可否判定部３２と、空気増量手段としての空気増量部３３と、発電量算出手段としての発電量算出部３４と、燃料電池駆動手段としての燃料電池駆動部３５と、蓄電可否判定手段としての蓄電可否判定部３６と、蓄電実行部３７と、を有する。
制御装置３０は、希釈判定手段としての希釈判定部３１と、空気増量可否判定部３２と、空気増量手段としての空気増量部３３と、発電量算出手段としての発電量算出部３４と、燃料電池駆動手段としての燃料電池駆動部３５と、蓄電可否判定手段としての蓄電可否判定部３６と、蓄電実行部３７と、を有する。
希釈判定部３１は、燃料電池１０の停止信号が入力された場合に、パージ弁４４１により水素供給路４３および水素還流路４５内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。
具体的には、燃料電池１０の停止信号が入力された際に、パージ弁４４１によるパージを開始した直後である場合には、水素ガスの希釈が完了していないと判定する。また、燃料電池１０の停止信号が入力された際に、パージ中あるいはパージが完了した場合には、この前回のパージ完了後の経過時間をタイマで計時したり、濃度センサで水素ガスの濃度を測定したりすることにより、水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。
具体的には、燃料電池１０の停止信号が入力された際に、パージ弁４４１によるパージを開始した直後である場合には、水素ガスの希釈が完了していないと判定する。また、燃料電池１０の停止信号が入力された際に、パージ中あるいはパージが完了した場合には、この前回のパージ完了後の経過時間をタイマで計時したり、濃度センサで水素ガスの濃度を測定したりすることにより、水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。
空気増量可否判定部３２は、希釈判定部３１により希釈が完了していないと判定された場合、水素ガスの希釈に必要なエア流量（以降、希釈用エア流量と呼ぶ）を算出する。また、電流指令値の電流を発電するのに必要なエア流量を算出し、次に、希釈用エア流量が、電流指令値の電流を発電するのに必要なエア流量より大きいか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合には、空気増量部３３を駆動する。
図３は、電流指令値とこの電流指令値に応じたエア流量との関係を示す図である。図３に示すように、電流指令値に応じたエア流量は、電流指令値がゼロから所定値まで増加しても一定であるが、電流指令値がこの所定値を超えると、電流指令値が増加するに従って増加する。
図３中、希釈用エア流量を２点鎖線で示す。希釈用エア流量は、所定値Ａで一定であり、この所定値Ａの希釈用エア流量により発電される電流値は、所定値Ｂとなる。
図３中、希釈用エア流量を２点鎖線で示す。希釈用エア流量は、所定値Ａで一定であり、この所定値Ａの希釈用エア流量により発電される電流値は、所定値Ｂとなる。
空気増量部３３は、エアポンプ２１を駆動して、エア排出路４２のエア流量を増量する。具体的には、流量センサ４１１でエア供給路４１のエア量を監視しながら、供給するエア量を増量することで、希釈用エア流量として決定したエア流量をエア排出路４２に供給する。
発電量算出部３４は、空気増量部３３により増量したエア流量、つまり、希釈用エア流量に応じた燃料電池１０の発電量を算出する。ここでは、上述のように、希釈用エア流量は、所定値Ａであるから、希釈用エア流量により発電される電流値は、所定値Ｂとなる。
燃料電池駆動部３５は、電流センサ１０１で発電量を監視しながら供給装置２０を駆動することで、所定の発電量となるように、燃料電池１０を発電させる。具体的には、電流指令値に関係なく、発電量算出部３４により算出した発電量となるように発電させるか、あるいは、電流指令値を発電量算出部３４により算出した発電量に設定して発電させる。
燃料電池駆動部３５により燃料電池１０を発電させる手順は、以下のようになる。
すなわち、パージ弁４４１を閉じるとともに、遮断弁４３１を開いておく。そして、水素タンク２２から、水素供給路４３を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガス供給する。また、エアポンプ２１を駆動することにより、エア供給路４１を介して、燃料電池１０のカソード側にエアを供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路４４およびエア排出路４２に流入する。パージ弁４４１は閉じているので、水素排出路４４に流れた水素ガスは、水素還流路４５を通ってエゼクタ２３に還流されて、再利用される。
その後、パージ弁４４１および背圧弁４２１を適当な開度で開くことにより、水素ガス、エア、および残留水が、水素排出路４４およびエア排出路４２から希釈器２４に流入する。水素ガスは、希釈器２４においてエアで希釈されて、外部に排出される。
すなわち、パージ弁４４１を閉じるとともに、遮断弁４３１を開いておく。そして、水素タンク２２から、水素供給路４３を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガス供給する。また、エアポンプ２１を駆動することにより、エア供給路４１を介して、燃料電池１０のカソード側にエアを供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水などの残留水と共に、水素排出路４４およびエア排出路４２に流入する。パージ弁４４１は閉じているので、水素排出路４４に流れた水素ガスは、水素還流路４５を通ってエゼクタ２３に還流されて、再利用される。
その後、パージ弁４４１および背圧弁４２１を適当な開度で開くことにより、水素ガス、エア、および残留水が、水素排出路４４およびエア排出路４２から希釈器２４に流入する。水素ガスは、希釈器２４においてエアで希釈されて、外部に排出される。
蓄電可否判定部３６は、バッテリ１１が蓄電可能であるか否かを判定する。
蓄電実行部３７は、蓄電可否判定部３６により蓄電手段が蓄電可能と判定された場合、燃料電池駆動部３５で発電された電力をバッテリ１１に蓄電する。
蓄電実行部３７は、蓄電可否判定部３６により蓄電手段が蓄電可能と判定された場合、燃料電池駆動部３５で発電された電力をバッテリ１１に蓄電する。
燃料電池システム１の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、希釈判定部３１により、まず、パージを開始したか否かを判定し（Ｓ１）、この判定がＹＥＳの場合には、パージを開始直後であるため、水素ガスの希釈が完了していないことは明らかであるから、Ｓ３に移る。
一方、Ｓ１の判定がＮＯの場合には、水素ガスの希釈が完了したか否かを判定し（Ｓ２）、この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ３に移る。
まず、希釈判定部３１により、まず、パージを開始したか否かを判定し（Ｓ１）、この判定がＹＥＳの場合には、パージを開始直後であるため、水素ガスの希釈が完了していないことは明らかであるから、Ｓ３に移る。
一方、Ｓ１の判定がＮＯの場合には、水素ガスの希釈が完了したか否かを判定し（Ｓ２）、この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ３に移る。
Ｓ３では、アイドル停止の要求があるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、アイドル停止により燃料電池１０の停止信号が入力されたにもかかわらず、水素供給路４３および水素還流路４５内の水素ガスの希釈が完了していないため、空気増量可否判定部３２により、希釈用エア流量を所定値Ａとし（Ｓ４）、Ｓ６に移る。
Ｓ２の判定がＹＥＳの場合、および、Ｓ３の判定がＮＯの場合には、水素ガスの希釈が完了したか、あるいは、水素ガスを希釈する必要がないため、希釈用エア流量をゼロとし（Ｓ５）、Ｓ６に移る。
Ｓ６では、空気増量可否判定部３２により、電流指令値に基づいて、当該電流指令値の電流を発電するのに必要なエア流量を算出し、この算出したエア流量よりも希釈用エア流量が大きいか否かを判定する。
この判定がＹＥＳの場合には、蓄電可否判定部３６により、バッテリ１１が充電可能であるか否かを判定し（Ｓ７）、この判定がＹＥＳの場合には、発電量算出部３４により希釈用エア流量に応じた発電量ここでは所定値Ｂを算出し、この所定値Ｂの電流を発電して、蓄電実行部３７によりバッテリ１１に蓄電し（Ｓ８）、Ｓ９に移る。
この判定がＹＥＳの場合には、蓄電可否判定部３６により、バッテリ１１が充電可能であるか否かを判定し（Ｓ７）、この判定がＹＥＳの場合には、発電量算出部３４により希釈用エア流量に応じた発電量ここでは所定値Ｂを算出し、この所定値Ｂの電流を発電して、蓄電実行部３７によりバッテリ１１に蓄電し（Ｓ８）、Ｓ９に移る。
Ｓ９では、希釈判定部３１により、水素ガスの希釈が完了したか否かを判定し、この判定がＮＯの場合には、Ｓ８に戻り、ＹＥＳの場合には、燃料電池１０を停止させる（Ｓ１０）。
Ｓ６の判定がＮＯの場合には、エア流量を増量する必要がないため、電流指令値に従って発電し（Ｓ１１）、Ｓ１２に移る。また、Ｓ７の判定がＮＯの場合には、エア流量を増量して、この増量したエア流量に応じた発電量を発電しても、この発電した電力を蓄電できずに無駄になるため、電流指令値に従って発電し（Ｓ１１）、Ｓ１２に移る。
Ｓ１２では、希釈判定部３１により、水素ガスの希釈が完了したか否かを判定し、この判定がＮＯの場合には、Ｓ１１に戻り、ＹＥＳの場合には、燃料電池１０を停止させる（Ｓ１０）。
図５は、燃料電池の停止指令信号が入力されてから燃料電池が停止するまでのタイミングチャートである。
図５に示すように、アイドル停止により、燃料電池の停止指令信号が入力されると、電流指令値が低下する。その結果、電流が低下して、燃料電池車の車速が低下する。このとき、電流指令値の低下に伴って、発電に必要なエア流量も減少する。
しかしながら、アイドル停止と同時にパージを行うため、パージフラグを立てるので、水素ガスの希釈に必要なエア流量が増加する。
したがって、アイドル停止により発電に必要なエア流量は減少するが、燃料電池システムを速やかに停止するために、パージされた水素ガスの希釈を促進するためのエア流量は増加することになる。そこで、システムに対するエア流量の指令値を希釈に必要なエア流量とし、さらに、このエア流量に応じて電流指令値も上昇させて、システムに供給されるエアに無駄が生じるのを防いでいる。
図５に示すように、アイドル停止により、燃料電池の停止指令信号が入力されると、電流指令値が低下する。その結果、電流が低下して、燃料電池車の車速が低下する。このとき、電流指令値の低下に伴って、発電に必要なエア流量も減少する。
しかしながら、アイドル停止と同時にパージを行うため、パージフラグを立てるので、水素ガスの希釈に必要なエア流量が増加する。
したがって、アイドル停止により発電に必要なエア流量は減少するが、燃料電池システムを速やかに停止するために、パージされた水素ガスの希釈を促進するためのエア流量は増加することになる。そこで、システムに対するエア流量の指令値を希釈に必要なエア流量とし、さらに、このエア流量に応じて電流指令値も上昇させて、システムに供給されるエアに無駄が生じるのを防いでいる。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）アイドル停止のため燃料電池停止の信号が入力され、かつ、パージが実行された場合、まず、水素供給路４３、水素排出路４４、および水素還流路４５内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。希釈が完了していないと判定された場合、エア排出路４２内のエア流量を増量して、パージされた水素ガスの希釈を促進する。同時に、増量したエア流量を算出し、この増量したエア流量に応じた燃料電池１０の発電量を算出して、この算出した発電量となるように、燃料電池１０を発電させる。よって、空気を無駄に供給することがなく、燃費の低下を防止できる。
（１）アイドル停止のため燃料電池停止の信号が入力され、かつ、パージが実行された場合、まず、水素供給路４３、水素排出路４４、および水素還流路４５内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する。希釈が完了していないと判定された場合、エア排出路４２内のエア流量を増量して、パージされた水素ガスの希釈を促進する。同時に、増量したエア流量を算出し、この増量したエア流量に応じた燃料電池１０の発電量を算出して、この算出した発電量となるように、燃料電池１０を発電させる。よって、空気を無駄に供給することがなく、燃費の低下を防止できる。
（２）バッテリ１１が蓄電可能と判定された場合、燃料電池１０で発電された電力をバッテリ１１に蓄電する。よって、必要な電力の大小にかかわらず、増量したエア流量に応じて燃料電池１０を発電させても、不要な電力をバッテリ１１に蓄電することで、電力を有効利用できる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ バッテリ（蓄電手段）
２１ エアポンプ（空気供給手段）
２２ 水素タンク（水素供給手段）
３０ 制御装置（制御手段）
３１ 希釈判定部（希釈判定手段）
３３ 空気増量部（空気増量手段）
３４ 発電量算出部（発電量算出手段）
３５ 燃料電池駆動部（燃料電池駆動手段）
３６ 蓄電可否判定部（蓄電可否判定手段）
４１ エア供給路（空気供給手段）
４２ エア排出路（空気排出流路）
４３ 水素供給路（水素供給流路）
４４ 水素排出路（水素循環流路）
４５ 水素還流路（水素循環流路）
４４１ パージ弁（パージ手段）
１０ 燃料電池
１１ バッテリ（蓄電手段）
２１ エアポンプ（空気供給手段）
２２ 水素タンク（水素供給手段）
３０ 制御装置（制御手段）
３１ 希釈判定部（希釈判定手段）
３３ 空気増量部（空気増量手段）
３４ 発電量算出部（発電量算出手段）
３５ 燃料電池駆動部（燃料電池駆動手段）
３６ 蓄電可否判定部（蓄電可否判定手段）
４１ エア供給路（空気供給手段）
４２ エア排出路（空気排出流路）
４３ 水素供給路（水素供給流路）
４４ 水素排出路（水素循環流路）
４５ 水素還流路（水素循環流路）
４４１ パージ弁（パージ手段）
Claims (4)
- 水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料電池に水素供給流路を介して水素ガスを供給する水素供給手段と、
前記燃料電池から排出された水素ガスを再び前記水素供給流路に導入する水素循環流路と、
前記燃料電池から排出された前記燃料電池で利用された空気が流通する前記燃料電池のカソード電極側に接続された空気排出流路と、
前記水素供給流路および前記水素循環流路内の水素ガスを前記燃料電池のアノード電極側に接続された水素排出路を介して、希釈用空気となる前記空気排出流路内の前記燃料電池から排出された空気に合流させるパージ手段と、
前記空気供給手段、前記水素供給手段、および前記パージ手段を制御する制御手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止信号が入力された場合に、前記パージ手段により前記水素供給流路および前記水素循環流路内の水素ガスの希釈が完了したか否かを判定する希釈判定手段と、
前記希釈判定手段により希釈が完了していないと判定された場合、前記水素ガスの希釈に用いる希釈用空気流量が現在指令されている発電量を発電するのに必要な空気流量よりも大きいか否かを判定する空気増量可否判定手段と、
前記空気増量可否判定手段により前記希釈用空気流量の方が大きいと判定された場合、前記空気供給手段により前記燃料電池に供給される空気流量を増量して、前記燃料電池に供給された空気が前記燃料電池で利用されて前記燃料電池から前記空気排出流路内に排出された前記空気排出流路内の空気流量が前記希釈用空気流量となるように、前記空気流量を増量する空気増量手段と、
当該空気増量手段により増量した空気流量に応じた前記燃料電池の発電量を算出する発電量算出手段と、
前記発電量算出手段により算出した発電量となるように前記燃料電池を発電させる燃料電池駆動手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記空気増量可否判定手段により現在指令されている電流値を発電するのに必要な空気流量の方が大きいと判定された場合、前記空気排出流路内の空気流量を増量せずに、現在指令されている発電量となるように前記燃料電池を発電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。
- 前記燃料電池で発電した電力を蓄電する蓄電手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記蓄電手段が蓄電可能であるか否かを判定する蓄電可否判定手段をさらに備え、
前記蓄電可否判定手段により前記蓄電手段が蓄電可能と判定された場合、前記燃料電池駆動手段で発電された電力を前記蓄電手段に蓄電することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。 - 水素ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池に水素供給流路を介して水素ガスを供給する水素供給手段と、前記燃料電池から排出された水素ガスを再び前記水素供給流路に導入する水素循環流路と、前記燃料電池から排出された前記燃料電池で利用された空気が流通する前記燃料電池のカソード電極側に接続された空気排出流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の停止信号が入力された場合に、前記水素供給流路および前記水素循環流路内の水素ガスを前記燃料電池のアノード電極側に接続された水素排出路を介して、希釈用空気となる前記空気排出流路内の前記燃料電池から排出された空気に合流させる希釈処理が完了したか否かを判定する手順と、
希釈処理が完了していないと判定した場合、前記水素ガスの希釈に用いる希釈用空気流量が現在指令されている発電量を発電するのに必要な空気流量よりも大きいか否かを判定する手順と、
前記希釈用空気流量の方が大きいと判定された場合、前記燃料電池に供給する空気を増量して、前記燃料電池に供給された空気が前記燃料電池で利用されて前記燃料電池から前記空気排出流路内に排出された前記空気排出流路内の空気流量を前記希釈用空気流量とする手順と、
当該増量した空気流量に応じた前記燃料電池の発電量を算出する手順と、
当該算出した発電量となるように、前記燃料電池を発電させる手順と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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