JP2007220355A - Fuel cell system and low temperature startup method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】低温起動時にコンプレッサを高負荷運転せずに暖機を促進可能にする。
【解決手段】燃料電池システムは、反応ガスを供給されて発電を行う燃料電池1と、燃料電池1への反応ガスの供給圧力を制御する供給圧力制御手段と、燃料電池1の温度を検知する温度センサ23と、温度センサ23で検知した燃料電池1の温度に基づいて低温起動か否かを判定する低温起動判定手段と、前記低温起動判定手段により低温起動と判定されたときに、燃料電池1への反応ガスの供給圧力を常温下での反応ガスの供給圧力よりも低い圧力に変更する低温起動供給圧力変更手段と、を備える。
【選択図】図1It is possible to promote warm-up without operating a compressor at a high load at low temperature startup.
A fuel cell system supplies a reaction gas to generate power, a supply pressure control means for controlling a supply pressure of the reaction gas to the fuel cell, and a temperature of the fuel cell. A temperature sensor 23, a low temperature start determination means for determining whether or not to start at a low temperature based on the temperature of the fuel cell 1 detected by the temperature sensor 23, and a fuel cell when the low temperature start determination means determines that the start is a low temperature Low temperature starting supply pressure changing means for changing the supply pressure of the reaction gas to 1 to a pressure lower than the supply pressure of the reaction gas at room temperature.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、燃料電池システムと燃料電池の低温起動方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell cold start method.
反応ガスの反応により発電を行う燃料電池では、燃料電池内部で水が凍結すると有効発電面積が減少するため、常温時と同じ条件で反応ガスを供給すると常温時よりも水素の消費が減少して発電量が低下する。従来は、この発電量の低下を補うために、燃料電池を氷点下起動する際には、反応ガスの供給圧力を常温起動時よりも増大することにより、水素と酸素の電極への接触量を増大させて発電量を増大し、これと同時に、反応ガスの供給流量を常温起動時よりも増大することにより水の排出性を向上させ、燃料電池の迅速な暖機を図っている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、反応ガスの増量、増圧には、コンプレッサなどの補機を高負荷で運転しなければならず、その場合にこれら補機の騒音が大きくなるなど、商品性を損なう虞がある。
また、燃料電池の発電状態が定常状態になっていないときにコンプレッサなどの補機を高負荷運転するのは、エネルギーマネージメント上、不利である。
そこで、この発明は、低温起動時に補機を高負荷運転しないでも暖機を促進することができる燃料電池システムと燃料電池の低温起動方法を提供するものである。
However, in order to increase or increase the reaction gas, auxiliary equipment such as a compressor must be operated at a high load, and in that case, noise of these auxiliary equipment may increase, which may impair commerciality.
In addition, it is disadvantageous in terms of energy management to operate an auxiliary machine such as a compressor at a high load when the power generation state of the fuel cell is not in a steady state.
Therefore, the present invention provides a fuel cell system and a low temperature start method for a fuel cell that can promote warm-up without operating an auxiliary machine at a high load during low temperature start.
この発明に係る燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項1に係る発明は、反応ガスを供給されて発電を行う燃料電池(例えば、後述する実施例における燃料電池1)と、前記燃料電池への前記反応ガスの供給圧力を制御する供給圧力制御手段(例えば、後述する実施例における圧力制御弁10、レギュレータ16)と、前記燃料電池の状態を検知する状態検知手段(例えば、後述する実施例における温度センサ23)と、前記状態検知手段で検知した燃料電池の状態に基づいて低温起動か否かを判定する低温起動判定手段(例えば、後述する実施例におけるステップS101)と、前記低温起動判定手段により低温起動と判定されたときに、前記燃料電池への前記反応ガスの供給圧力を常温下での前記反応ガスの供給圧力よりも低い圧力に変更する低温起動供給圧力変更手段(例えば、後述する実施例におけるステップS102)と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。
燃料電池は、反応ガスの供給圧力を小さくすると過電圧が大きくなるIV特性を有し、燃料電池の発熱量は過電圧にほぼ比例する。したがって、低温起動時に、常温下における燃料電池への反応ガスの供給圧力よりも低い圧力で燃料電池に反応ガスを供給すると、発電に伴う発熱量を増大させることができる。
The fuel cell system according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The invention according to claim 1 is a fuel cell (for example, a fuel cell 1 in an embodiment described later) that is supplied with a reaction gas to generate power, and a supply pressure control that controls a supply pressure of the reaction gas to the fuel cell. Detected by means (for example,
The fuel cell has an IV characteristic in which the overvoltage increases when the reaction gas supply pressure is reduced, and the amount of heat generated by the fuel cell is substantially proportional to the overvoltage. Therefore, when the reaction gas is supplied to the fuel cell at a lower temperature than the supply pressure of the reaction gas to the fuel cell at normal temperature at low temperature startup, the amount of heat generated by power generation can be increased.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の発明において、前記燃料電池への前記反応ガスの供給流量を制御する供給流量制御手段(例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ7、水素ポンプ27)と、前記低温起動判定手段により低温起動と判定されたときに、前記燃料電池への前記反応ガスの供給流量を常温下での前記反応ガスの供給流量よりも大きい流量に変更する低温起動供給流量変更手段(例えば、後述する実施例におけるステップS102)と、を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、低温起動時に燃料電池内部の水(凍結する前の生成水、および、解凍された水)を確実に吹き飛ばすことができ、水の排出性が向上し、燃料電池内部での再凍結を防止することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the supply flow rate control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell (for example, the compressor 7 and the
By configuring in this way, the water inside the fuel cell (product water before freezing and thawed water before freezing) can be reliably blown off at low temperature startup, improving the water discharge performance, Can be prevented from refreezing.
また、この発明に係る燃料電池の低温起動方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項3に係る発明は、反応ガスを供給されて発電を行う燃料電池(例えば、後述する実施例における燃料電池1)を低温起動するときに、常温時に前記燃料電池に前記反応ガスを供給する圧力よりも低い圧力で前記燃料電池に反応ガスを供給することを特徴とする燃料電池の低温起動方法である。
燃料電池は、反応ガスの供給圧力を小さくすると過電圧が大きくなるIV特性を有し、燃料電池の発熱量は過電圧にほぼ比例する。したがって、低温起動時に、常温下における燃料電池への反応ガスの供給圧力よりも低い圧力で燃料電池に反応ガスを供給すると、発電に伴う発熱量を増大させることができるので燃料電池の自己発熱を促進することができ、燃料電池を迅速に昇温することができる。
Moreover, in the low temperature starting method of the fuel cell according to the present invention, the following means are adopted in order to solve the above problems.
The invention according to claim 3 supplies the reaction gas to the fuel cell at normal temperature when starting a fuel cell (for example, a fuel cell 1 in an embodiment described later) that is supplied with the reaction gas to generate power at a low temperature. A method for starting a fuel cell at a low temperature, comprising supplying a reaction gas to the fuel cell at a pressure lower than a pressure.
The fuel cell has an IV characteristic in which the overvoltage increases when the reaction gas supply pressure is reduced, and the amount of heat generated by the fuel cell is substantially proportional to the overvoltage. Therefore, if the reaction gas is supplied to the fuel cell at a temperature lower than the supply pressure of the reaction gas to the fuel cell at room temperature when starting at a low temperature, the amount of heat generated by the power generation can be increased. The temperature of the fuel cell can be increased rapidly.
請求項1に係る発明によれば、低温起動時に燃料電池の発電に伴う発熱量を増大させることができるので、燃料電池の自己発熱を促進し、燃料電池を迅速に昇温することができる。
請求項2に係る発明によれば、水の排出性が向上し、起動時に燃料電池内部で水が再凍結するのを防止することができる。
請求項3に係る発明によれば、低温起動時に燃料電池の発電に伴う発熱量を増大させることができるので、燃料電池の自己発熱を促進し、燃料電池を迅速に昇温することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the amount of heat generated by the power generation of the fuel cell can be increased at the time of low temperature startup, the self-heating of the fuel cell can be promoted and the temperature of the fuel cell can be raised quickly.
According to the invention which concerns on
According to the third aspect of the present invention, since the amount of heat generated by the power generation of the fuel cell can be increased at the time of low temperature startup, the self-heating of the fuel cell can be promoted and the temperature of the fuel cell can be quickly raised.
以下、この発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池の低温起動方法の実施例を図1から図5の図面を参照して説明する。なお、この実施例における燃料電池システムは燃料電池車両に搭載された態様である。
初めに、この発明に係る燃料電池システムの概略構成を図1を参照して説明する。
燃料電池1は、反応ガスを化学反応させて電力を得るタイプのもので、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており、アノード側の燃料ガス流通路(反応ガス流通路)5に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側の酸化剤ガス流通路(反応ガス流通路)6に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜を透過してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。
Embodiments of a fuel cell system and a fuel cell cold start method according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. Note that the fuel cell system in this embodiment is an embodiment mounted on a fuel cell vehicle.
First, a schematic configuration of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG.
The fuel cell 1 is of a type that obtains electric power by chemically reacting a reaction gas. For example, a plurality of cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of a solid polymer ion exchange membrane or the like between an anode and a cathode from both sides. The fuel gas flow passage (reaction gas flow passage) 5 on the anode side is supplied with hydrogen gas as fuel gas, and the oxidant gas flow passage (reaction gas flow passage) 6 on the cathode side is supplied with oxidant. When air containing oxygen is supplied as a gas, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode move through the solid polymer electrolyte membrane to the cathode, and cause an electrochemical reaction with oxygen at the cathode to generate electricity, Is generated. Part of the generated water generated on the cathode side permeates the solid polymer electrolyte membrane and back diffuses to the anode side, so that the generated water also exists on the anode side.
空気はスーパーチャージャーなどのコンプレッサ7により所定圧力に加圧され、空気供給流路8を通って燃料電池1の酸化剤ガス流通路6に供給される。燃料電池1に供給される空気の流量はコンプレッサ7によって制御され、コンプレッサ7は電子制御装置(ECU)30によって回転数制御される。燃料電池1に供給された空気は発電に供された後、燃料電池1からカソード側の生成水と共に空気排出流路9に排出され、圧力制御弁(供給圧力制御手段)10を介して図示しない排気処理装置へ排出される。燃料電池1に供給される空気の圧力は圧力制御弁10によって制御され、圧力制御弁10はECU30によって開度制御される。圧力制御弁10よりも上流の空気排出流路9には、燃料電池1から排出される空気の圧力を検出するカソード出口圧力センサ24が設けられている。
The air is pressurized to a predetermined pressure by a compressor 7 such as a supercharger and supplied to the oxidant
一方、水素タンク15から供給される水素ガスは水素ガス供給流路17、遮断弁20を流通し、レギュレータ(供給圧力制御手段)16によって所定圧力に減圧され、エゼクタ19を通って燃料電池1の燃料ガス流通路5に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素ガスは、燃料電池1からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス流路18を通り、水素ポンプ27で昇圧された後、エゼクタ19に吸引され、水素タンク15から供給される新鮮な水素ガスと合流し再び燃料電池1の燃料ガス流通路5に供給される。すなわち、燃料電池1から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス流路18、およびエゼクタ19よりも下流の水素ガス供給流路17を通って、燃料電池1を循環する。
On the other hand, the hydrogen gas supplied from the
水素ポンプ27は流量可変型のポンプであり、燃料電池1に供給される水素ガスの流量は水素ポンプ27によって制御され、水素ポンプ27はECU30によって制御される。
また、レギュレータ16は2次側圧力変更装置を備えており、ECU30からの指令によって2次側圧力を変更可能である。この燃料電池システムでは、レギュレータ16の2次側圧力を変更することによって、燃料電池1に供給される水素ガスの圧力を制御することができる。
エゼクタ19よりも下流の水素ガス供給流路17には、燃料電池1に供給される水素ガスの圧力を検出するアノード入口圧力センサ25が設けられている。
The
Further, the
An anode
アノードオフガス流路18には燃料電池1から排出されるアノードオフガスの温度を検出する温度センサ(状態検知手段)23が設けられている。この実施例では、この温度センサ23で検出されるアノードオフガス温度を燃料電池1の内部温度(システム温度)とみなす。
アノードオフガス流路18からは、排出弁21を備えたアノードオフガス排出流路22が分岐している。排出弁21は、燃料電池1を循環する水素ガス中の不純物(水分や窒素等)の濃度が高くなったときなど必要に応じて開いてアノードオフガスを排出する。排出弁21から排出されたアノードオフガスは前記排気処理装置へ排出され、排気処理装置においてアノードオフガスは圧力制御弁10から排出される空気によって希釈される。
温度センサ23、カソード出口圧力センサ24、アノード入口圧力センサ25の出力信号はECU30に入力され、ECU30は、これらセンサ23〜25からの入力信号や要求出力などに基づいて、コンプレッサ7、水素ポンプ27、レギュレータ16の2次側圧力変更装置、圧力制御弁10、排出弁21等を制御する。
The anode off
An anode off-
The output signals of the
ところで、この燃料電池システムでは、低温起動時には、常温下における燃料電池1への反応ガスの供給圧力よりも低い圧力で燃料電池1に反応ガスを供給することによって、燃料電池1の自己発熱を促進し、早期暖機を図っている。
図2に示す燃料電池1のIV特性図を参照してその原理を説明する。
燃料電池1に負荷を接続し電流を流すと、燃料電池1の電圧は開回路電圧から電流の大きさに応じて過電圧分だけ低下し、燃料電池1は発熱する。このときの発熱量は過電圧の大きさにほぼ比例する。
By the way, in this fuel cell system, when starting at a low temperature, the reaction gas is supplied to the fuel cell 1 at a pressure lower than the supply pressure of the reaction gas to the fuel cell 1 at room temperature, thereby promoting self-heating of the fuel cell 1. And we are trying to warm up early.
The principle will be described with reference to the IV characteristic diagram of the fuel cell 1 shown in FIG.
When a load is connected to the fuel cell 1 and a current flows, the voltage of the fuel cell 1 decreases from the open circuit voltage by an overvoltage according to the magnitude of the current, and the fuel cell 1 generates heat. The amount of heat generated at this time is almost proportional to the magnitude of the overvoltage.
図2に示すIV特性図は、燃料電池1に供給する反応ガスの供給圧力(以下、反応ガス供給圧力と略すこともある)だけを変え、反応ガスの供給流量(以下、反応ガス供給流量と略すこともある)など他の条件を同一にして、実験的に求めた結果である。この図において、実線で示す「供給圧力小」のIV特性は、燃料電池1の発電状態が正常な場合において燃料電池1への反応ガス供給圧力を低くしたときのIV特性であり、破線で示す「供給圧力大」のIV特性は、燃料電池1の発電状態が正常な場合において燃料電池1への反応ガス供給圧力を「供給圧力小」のときよりも高くしたときのIV特性である。この実験結果から、燃料電池1に同じ電流値で負荷をかけたときで比較すると、燃料電池1への反応ガス供給圧力が低い場合の方が反応ガス供給圧力が高い場合よりも、過電圧が大きい。例えば、電流値iのとき、「供給圧力小」の場合の過電圧βは「供給圧力大」の場合の過電圧αよりも大きい。 The IV characteristic diagram shown in FIG. 2 changes only the reaction gas supply pressure (hereinafter sometimes abbreviated as the reaction gas supply pressure) supplied to the fuel cell 1, and the reaction gas supply flow rate (hereinafter referred to as the reaction gas supply flow rate). This is a result obtained experimentally under the same conditions as in other cases. In this figure, the IV characteristic of “low supply pressure” indicated by a solid line is an IV characteristic when the reaction gas supply pressure to the fuel cell 1 is lowered when the power generation state of the fuel cell 1 is normal, and is indicated by a broken line. The “supply pressure high” IV characteristic is an IV characteristic when the reaction gas supply pressure to the fuel cell 1 is higher than when the fuel cell 1 is in a normal power generation state than when the “supply pressure is low”. From this experimental result, when the load is applied to the fuel cell 1 with the same current value, the overvoltage is larger when the reaction gas supply pressure to the fuel cell 1 is lower than when the reaction gas supply pressure is high. . For example, at the current value i, the overvoltage β in the case of “low supply pressure” is larger than the overvoltage α in the case of “high supply pressure”.
その結果、前述したように燃料電池1の発熱量は過電圧の大きさに比例するので、燃料電池1に同じ電流値で負荷をかけたときで比較すると、燃料電池1への反応ガス供給圧力が低い場合の方が反応ガス供給圧力が高い場合よりも、燃料電池1の発熱量は大きくなる。
したがって、低温起動時における燃料電池1への反応ガス供給圧力を、常温起動時における反応ガス供給圧力よりも低くすることにより、起動時における燃料電池1の自己発熱量を大きくすることができる。
そこで、この燃料電池システムでは、低温起動時には、常温下での燃料電池1への反応ガス供給圧力よりも低い圧力で燃料電池1に反応ガスを供給することによって、燃料電池1の自己発熱を促進し、燃料電池1を迅速に昇温して、早期に通常の運転状態(常温起動、常温運転)に移行することができるようにした。また、これと同時に、低温起動時には、常温下での燃料電池1への反応ガス供給流量よりも大きい流量で燃料電池1に反応ガスを供給することによって、低温起動時に燃料電池1の内部の水(凍結する前の生成水、および、解凍された水)を確実に吹き飛ばすことができるようにし、水の排出性を向上して、燃料電池1内部で水が再凍結するのを防止するようにした。
As a result, as described above, the amount of heat generated by the fuel cell 1 is proportional to the magnitude of the overvoltage. Therefore, when compared with when the fuel cell 1 is loaded with the same current value, the reaction gas supply pressure to the fuel cell 1 is When the reaction gas supply pressure is low, the amount of heat generated by the fuel cell 1 is larger than when the reaction gas supply pressure is high.
Therefore, by making the reaction gas supply pressure to the fuel cell 1 at the low temperature start-up lower than the reaction gas supply pressure at the normal temperature start-up, the self-heat generation amount of the fuel cell 1 at the start-up can be increased.
Therefore, in this fuel cell system, when starting at a low temperature, the reaction gas is supplied to the fuel cell 1 at a pressure lower than the reaction gas supply pressure to the fuel cell 1 at room temperature, thereby promoting self-heating of the fuel cell 1. In addition, the temperature of the fuel cell 1 can be quickly raised so that the fuel cell 1 can be quickly shifted to a normal operation state (normal temperature start-up, normal temperature operation). At the same time, at the time of low temperature startup, the reaction gas is supplied to the fuel cell 1 at a flow rate larger than the flow rate of supply of the reaction gas to the fuel cell 1 at room temperature. (The generated water before freezing and the thawed water) can be surely blown off, the water discharge performance is improved, and the water is prevented from refreezing inside the fuel cell 1. did.
次に、燃料電池1の起動方法の実施例を図3に示すフローチャートに従って説明する。図3のフローチャートに示す起動制御ルーチンは、イグニッションスイッチ26のON信号入力を開始条件として、ECU30によって実行される。
まず、ステップS101において、温度センサ23で検出した燃料電池1の温度が0゜Cより低い(すなわち、氷点下)か否かを判定する。ステップS101における判定結果が「YES」(0゜Cより低い)である場合は、ステップS102に進み、図4に示す供給圧力マップにおける低温起動用の供給圧力マップ(実線)を参照して要求負荷(要求電流)に応じた反応ガス供給圧力を算出するとともに、図5に示す供給流量マップにおける低温起動用の供給流量マップ(実線)を参照して、要求負荷に応じた反応ガス供給流量を算出する。
Next, an embodiment of a method for starting the fuel cell 1 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. The activation control routine shown in the flowchart of FIG. 3 is executed by the
First, in step S101, it is determined whether or not the temperature of the fuel cell 1 detected by the
なお、燃料電池1に供給する反応ガスには、燃料電池1のアノード側すなわち燃料ガス流通路5に供給する水素ガスと、カソード側すなわち酸化剤ガス流通路6に供給する空気があり、実際には、水素ガス用の供給圧力マップと、水素ガス用の供給流量マップと、空気用の供給圧力マップと、空気用の供給流量マップが存在する。しかしながら、取り出し電流に対する供給圧力の変化の傾向は水素ガス用のマップも空気用のマップも同様であるので、ここでは水素ガス用の供給圧力マップと空気用の供給圧力マップをいずれも図4で示している。また、取り出し電流に対する供給流量の変化の傾向は水素ガス用のマップも空気用のマップも同様であるので、ここでは水素ガス用の供給流量マップと空気用の供給流量マップをいずれも図5で示している。
The reaction gas supplied to the fuel cell 1 includes hydrogen gas supplied to the anode side of the fuel cell 1, that is, the fuel
また、図4の供給圧力マップには、低温起動用の供給圧力マップ(実線)と、常温起動用の供給圧力マップ(破線)と、常温運転用の供給圧力マップ(一点鎖線)が記載されている。いずれの供給圧力マップも取り出し電流が増大するにしたがって反応ガス供給圧力が増大していくが、同じ取り出し電流値の場合で比較すると、常温起動用の供給圧力は常温運転用の供給圧力よりも大きく設定され、低温起動用の供給圧力は常温運転用の供給圧力よりも小さく設定されている。 The supply pressure map in FIG. 4 includes a supply pressure map for low temperature startup (solid line), a supply pressure map for normal temperature startup (broken line), and a supply pressure map for normal temperature operation (dashed line). Yes. In any supply pressure map, the reaction gas supply pressure increases as the extraction current increases. However, when compared with the same extraction current value, the supply pressure for starting at room temperature is higher than the supply pressure for operating at room temperature. The supply pressure for starting at low temperature is set smaller than the supply pressure for normal temperature operation.
図5に示す供給流量マップには、低温起動用の供供給流量マップ(実線)と、常温起動用の供給流量力マップ(破線)と、常温運転用の供給流量マップ(一点鎖線)が記載されている。いずれの供給流量マップも取り出し電流が増大するにしたがって反応ガス供給流量が増大していくが、同じ取り出し電流値の場合で比較すると、常温起動用の供給流量は常温運転用の供給流量よりも大きく設定され、低温起動用の供給流量は常温起動用の供給流量よりも大きく設定されている。なお、低温起動用の供給流量マップは、前記許容取り出し電流の範囲において設定されている。 The supply flow rate map shown in FIG. 5 includes a supply flow rate map for low temperature startup (solid line), a supply flow rate force map for normal temperature startup (broken line), and a supply flow rate map for normal temperature operation (one-dot chain line). ing. In any supply flow map, the reaction gas supply flow rate increases as the extraction current increases. However, when compared with the same extraction current value, the supply flow rate for starting at room temperature is larger than the supply flow rate for normal temperature operation. The supply flow rate for low temperature startup is set to be larger than the supply flow rate for normal temperature startup. The supply flow rate map for cold start is set in the range of the allowable extraction current.
そして、ステップS102の処理を実行した後、ステップS103に進み、低温起動運転制御を実行する。低温起動運転制御では、ステップS102において算出した水素ガスの供給圧力、供給流量を低温起動制御目標値として、この低温起動制御目標値に、燃料電池1の燃料ガス流通路5に供給される水素ガスの供給圧力、供給流量が一致するように、レギュレータ16と水素ポンプ27をフィードバック制御するとともに、ステップS102において算出した空気の供給圧力、供給流量を低温起動制御目標値として、この低温起動制御目標値に、燃料電池1の酸化剤ガス流通路6に供給される空気の供給圧力、供給流量が一致するように、コンプレッサ7と圧力制御弁10をフィードバック制御する。
And after performing the process of step S102, it progresses to step S103 and performs cold start operation control. In the low-temperature start-up operation control, the hydrogen gas supplied to the fuel
ステップS103の処理を実行した後、ステップS104に進み、温度センサ23で検出した燃料電池1の温度が0゜Cより高いか否かを判定する。
ステップS104における判定結果が「NO」(0゜C以下)である場合は、ステップS103に戻って、低温起動運転制御を継続する。
ステップS104における判定結果が「YES」(0゜Cより高い)である場合は、ステップS105に進み、図4に示す供給圧力マップにおける常温起動用の供給圧力マップ(破線)を参照して要求負荷(要求電流)に応じた反応ガス供給圧力を算出するとともに、図5に示す供給流量マップにおける常温起動用の供給流量マップ(破線)を参照して、要求負荷に応じた反応ガス供給流量を算出する。なお、ステップS101における判定結果が「NO」(0゜C以上)である場合は、低温起動運転制御を実行する必要がないので、この場合もステップS105に進んで、常温起動時の反応ガス供給圧力および供給流量を算出する。
After performing the process of step S103, it progresses to step S104 and it is determined whether the temperature of the fuel cell 1 detected with the
If the determination result in step S104 is “NO” (0 ° C. or less), the process returns to step S103 to continue the low temperature start-up operation control.
If the determination result in step S104 is “YES” (higher than 0 ° C.), the process proceeds to step S105, and the required load is referenced with reference to the supply pressure map for starting at room temperature (broken line) in the supply pressure map shown in FIG. Calculate the reaction gas supply pressure according to the required load while calculating the reaction gas supply pressure according to the (required current) and referring to the supply flow map for starting at room temperature (broken line) in the supply flow map shown in FIG. To do. If the determination result in step S101 is “NO” (0 ° C. or higher), it is not necessary to execute the low-temperature start-up operation control. In this case, too, the process proceeds to step S105 to supply the reaction gas at the normal temperature start-up. Calculate pressure and supply flow rate.
次に、ステップS105からステップS106に進み、常温起動運転制御を実行する。常温起動運転制御では、ステップS105において算出した水素ガスの供給圧力、供給流量を常温起動制御目標値として、この常温起動制御目標値に、燃料電池1の燃料ガス流通路5に供給される水素ガスの供給圧力、供給流量が一致するように、レギュレータ16と水素ポンプ27をフィードバック制御するとともに、ステップS105において算出した空気の供給圧力、供給流量を常温起動制御目標値として、この常温起動制御目標値に、燃料電池1の酸化剤ガス流通路6に供給される空気の供給圧力、供給流量が一致するように、コンプレッサ7と圧力制御弁10をフィードバック制御する。
Next, it progresses to step S106 from step S105, and normal temperature starting driving | operation control is performed. In the normal temperature start-up operation control, the hydrogen gas supply pressure and supply flow rate calculated in step S105 are set as the normal temperature start control target value, and the hydrogen gas supplied to the fuel
ステップS106の処理を実行した後、ステップS107に進み、温度センサ23で検出した燃料電池1の温度がT゜Cより高いか否かを判定する。この温度Tは、起動完了を判定する温度であり、予め0゜Cよりも高い所定の温度に設定しておく。なお、起動完了か否かの判定は、その時点における燃料電池1のIV特性に基づいて判定してもよく、例えば、燃料電池1の電圧が、反応ガスの供給条件と取り出し電流に応じて予め設定しておいた所定電圧を越えたか否かによって判定することが可能である。
ステップS107における判定結果が「NO」(T゜C以下)である場合は、ステップS106に戻って、常温起動運転制御を継続する。
ステップS107における判定結果が「YES」(T゜Cより高い)である場合は、ステップS108に進み、図4に示す供給圧力マップにおける常温運転用の供給圧力マップ(一点鎖線)を参照して要求負荷(要求電流)に応じた反応ガス供給圧力を算出するとともに、図5に示す供給流量マップにおける常温運転用の供給流量マップ(一点鎖線)を参照して、要求負荷に応じた反応ガス供給流量を算出する。
After performing the process of step S106, it progresses to step S107 and it is determined whether the temperature of the fuel cell 1 detected with the
If the determination result in step S107 is “NO” (T ° C. or lower), the process returns to step S106 to continue the normal temperature activation operation control.
If the determination result in step S107 is “YES” (higher than T ° C), the process proceeds to step S108, and the request is made with reference to the supply pressure map (one-dot chain line) for normal temperature operation in the supply pressure map shown in FIG. While calculating the reaction gas supply pressure according to the load (required current) and referring to the supply flow map (one-dot chain line) for normal temperature operation in the supply flow map shown in FIG. 5, the reaction gas supply flow according to the required load Is calculated.
次に、ステップS108に進み、常温起動運転制御を実行して、本ルーチンの実行を終了する。常温運転制御では、ステップS108において算出した水素ガスの供給圧力、供給流量を常温運転制御目標値として、この常温運転制御目標値に、燃料電池1の燃料ガス流通路5に供給される水素ガスの供給圧力、供給流量が一致するように、レギュレータ16と水素ポンプ27をフィードバック制御するとともに、ステップS108において算出した空気の供給圧力、供給流量を常温運転制御目標値として、この常温運転制御目標値に、燃料電池1の酸化剤ガス流通路6に供給される空気の供給圧力、供給流量が一致するように、コンプレッサ7と圧力制御弁10をフィードバック制御する。
Next, it progresses to step S108, normal temperature starting operation control is performed, and execution of this routine is complete | finished. In the normal temperature operation control, the supply pressure and supply flow rate of the hydrogen gas calculated in step S108 are set as the normal temperature operation control target values, and the normal temperature operation control target values are set to the hydrogen gas supplied to the fuel
この実施例において、燃料電池1の温度を検出する温度センサ23は、燃料電池1の状態を検知する状態検知手段を構成する。実施例では、燃料電池の温度としてアノードオフガス温度を代用したが、燃料電池から排出される空気の温度を代用してもよいし、燃料電池の温度を直接検出してもよい。
状態検知手段は燃料電池1の温度を検出する温度センサ23に限るものではない。例えば、イグニッションスイッチ26がONされたときに、予め設定したイニシャル流量、イニシャル圧力で反応ガスを燃料電池1に供給して発電を行うとともに燃料電池1に負荷を加え、この負荷に予め設定した電流を流して、そのときに検出された過電圧値(以下、初期過電圧という)に基づいて燃料電池1の状態を検知するようにしてもよく、この場合には、初期過電圧の検出処理によって状態検知手段が構成される。
In this embodiment, the
The state detection means is not limited to the
この実施例において、ECU30がステップS101の処理を実行することにより低温起動判定手段が実現され、ステップS102の処理を実行することにより低温起動供給圧力変更手段および低温起動供給流量変更手段が実現される。
また、この実施例では、常温起動用の供給圧力マップと常温運転用の供給圧力マップを別々に用意したが、これらマップを同一にして兼用してもよく、同様に、常温起動用の供給流量マップと常温運転用の供給流量マップを同一にして兼用してもよい。
さらに、燃料電池システムは車両に搭載されるものに限らず、他の移動体に搭載されてもよいし、固定式であってもよい。
In this embodiment, the
In this embodiment, the supply pressure map for starting at normal temperature and the supply pressure map for operating at normal temperature are prepared separately, but these maps may be used in the same manner, and similarly, the supply flow rate for starting at normal temperature The map and the supply flow rate map for normal temperature operation may be made the same.
Furthermore, the fuel cell system is not limited to being mounted on the vehicle, and may be mounted on another moving body or may be fixed.
1 燃料電池
7 コンプレッサ(供給流量制御手段)
10 圧力制御手段(供給圧力制御手段)
16 レギュレータ(供給圧力制御手段)
23 温度センサ(状態検知手段)
27 水素ポンプ(供給流量制御手段)
1 Fuel cell 7 Compressor (Supply flow control means)
10 Pressure control means (supply pressure control means)
16 Regulator (Supply pressure control means)
23 Temperature sensor (status detection means)
27 Hydrogen pump (supply flow rate control means)
Claims (3)
前記燃料電池への前記反応ガスの供給圧力を制御する供給圧力制御手段と、
前記燃料電池の状態を検知する状態検知手段と、
前記状態検知手段で検知した燃料電池の状態に基づいて低温起動か否かを判定する低温起動判定手段と、
前記低温起動判定手段により低温起動と判定されたときに、前記燃料電池への前記反応ガスの供給圧力を常温下での前記反応ガスの供給圧力よりも低い圧力に変更する低温起動供給圧力変更手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that is supplied with a reaction gas to generate power;
Supply pressure control means for controlling the supply pressure of the reaction gas to the fuel cell;
State detecting means for detecting the state of the fuel cell;
Low temperature start determination means for determining whether or not the low temperature start based on the state of the fuel cell detected by the state detection means;
Low temperature start supply pressure changing means for changing the reaction gas supply pressure to the fuel cell to a pressure lower than the reaction gas supply pressure at room temperature when the low temperature start determination means determines that the start is low temperature. When,
A fuel cell system comprising:
前記低温起動判定手段により低温起動と判定されたときに、前記燃料電池への前記反応ガスの供給流量を常温下での前記反応ガスの供給流量よりも大きい流量に変更する低温起動供給流量変更手段と、
を備え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。 Supply flow rate control means for controlling the supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell;
Low temperature start supply flow rate changing means for changing the supply flow rate of the reaction gas to the fuel cell to a flow rate larger than the supply flow rate of the reaction gas at room temperature when the low temperature start determination means determines that the start is low temperature. When,
The fuel cell system according to claim 1, comprising:
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090136791A1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-05-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
| JP2009224313A (en) * | 2008-02-18 | 2009-10-01 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2015179620A (en) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system, and control method for fuel cell |
| JP2020064782A (en) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system, control method thereof, and program |
| JP2020135956A (en) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
| CN114583211A (en) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 郑州宇通客车股份有限公司 | Fuel cell system and low-temperature starting method thereof |
| CN114665129A (en) * | 2022-04-29 | 2022-06-24 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Hydrogen injector control method and device for low-temperature cold start of fuel cell |
-
2006
- 2006-02-14 JP JP2006036815A patent/JP2007220355A/en not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090136791A1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-05-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
| US8268496B2 (en) | 2007-11-26 | 2012-09-18 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method thereof |
| JP2009224313A (en) * | 2008-02-18 | 2009-10-01 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2015179620A (en) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system, and control method for fuel cell |
| JP2020064782A (en) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system, control method thereof, and program |
| JP2020135956A (en) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
| JP7124751B2 (en) | 2019-02-14 | 2022-08-24 | トヨタ自動車株式会社 | fuel cell system |
| CN114583211A (en) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 郑州宇通客车股份有限公司 | Fuel cell system and low-temperature starting method thereof |
| CN114583211B (en) * | 2020-11-30 | 2023-08-25 | 宇通客车股份有限公司 | Fuel cell system and low-temperature starting method thereof |
| CN114665129A (en) * | 2022-04-29 | 2022-06-24 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Hydrogen injector control method and device for low-temperature cold start of fuel cell |
| CN114665129B (en) * | 2022-04-29 | 2023-10-13 | 北京亿华通科技股份有限公司 | Hydrogen injector control method and device for low-temperature cold start of fuel cell |
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