JP2003178778A - 燃料電池システム - Google Patents
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池本体の水過多状態を効果的に解消す
る。 【解決手段】 燃料電池本体７に供給する水素ガス、空
気は、それぞれ水素加湿器４ａ、空気加湿器４ｂで加湿
される。水素加湿器バイパス弁５、空気加湿器バイパス
弁１０は、それぞれ水素、空気を加湿器バイパスさせる
ことにより、加湿量を低下させる。ラジエータバイパス
弁１６は、ラジエータ１２を通る冷却水をバイパスさせ
ることにより燃料電池本体７の冷却性能を低下させる。
制御装置１８は、燃料電池本体７の水過多状態を検出し
た場合、まず水素加湿器バイパス弁５、空気加湿器バイ
パス弁１０により、加湿量を低下させ、加湿量低下でも
水過多状態が解消しない場合に、ラジエータバイパス弁
１６、ラジエータファン１５により冷却性能を低下させ
て、水過多状態を解消する。
る。 【解決手段】 燃料電池本体７に供給する水素ガス、空
気は、それぞれ水素加湿器４ａ、空気加湿器４ｂで加湿
される。水素加湿器バイパス弁５、空気加湿器バイパス
弁１０は、それぞれ水素、空気を加湿器バイパスさせる
ことにより、加湿量を低下させる。ラジエータバイパス
弁１６は、ラジエータ１２を通る冷却水をバイパスさせ
ることにより燃料電池本体７の冷却性能を低下させる。
制御装置１８は、燃料電池本体７の水過多状態を検出し
た場合、まず水素加湿器バイパス弁５、空気加湿器バイ
パス弁１０により、加湿量を低下させ、加湿量低下でも
水過多状態が解消しない場合に、ラジエータバイパス弁
１６、ラジエータファン１５により冷却性能を低下させ
て、水過多状態を解消する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に係り、特に燃料電池本体の水過多状態を効果的に解消
することができる燃料電池システムに関する。
に係り、特に燃料電池本体の水過多状態を効果的に解消
することができる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、動作温度が低く、取り扱いの容易
な高分子電解質型燃料電池システムが車両用電源や家庭
用コジェネレーションシステムとして開発されている。
な高分子電解質型燃料電池システムが車両用電源や家庭
用コジェネレーションシステムとして開発されている。
【０００３】高分子電解質型燃料電池システムは、電解
質膜が水分を含んだ状態で水素イオン伝導性を持つた
め、燃料電池本体に供給する燃料ガスや酸化剤ガスを加
湿する必要がある。また高分子電解質膜は、少なくとも
１００℃までの温度範囲では、含水率が高くなればなる
ほどイオン伝導度が増加し、電池の内部抵抗を低減さ
せ、発電効率を高める効果がある。しかしながら供給ガ
スを過度に加湿すると、燃料電池本体内部で結露が発生
し、水滴がガスの流れを阻害すると共に、電極面を水滴
が覆うことによる発電能性能の低下が生じる。
質膜が水分を含んだ状態で水素イオン伝導性を持つた
め、燃料電池本体に供給する燃料ガスや酸化剤ガスを加
湿する必要がある。また高分子電解質膜は、少なくとも
１００℃までの温度範囲では、含水率が高くなればなる
ほどイオン伝導度が増加し、電池の内部抵抗を低減さ
せ、発電効率を高める効果がある。しかしながら供給ガ
スを過度に加湿すると、燃料電池本体内部で結露が発生
し、水滴がガスの流れを阻害すると共に、電極面を水滴
が覆うことによる発電能性能の低下が生じる。
【０００４】このため、特開２００１−１４８２５３号
公報等に開示されているように、水過多状態が発生した
とき、供給ガスの加湿量を低下したり、冷却性能低下に
より燃料電池本体の温度を上昇させ露点を上げるといっ
た対策が知られている。
公報等に開示されているように、水過多状態が発生した
とき、供給ガスの加湿量を低下したり、冷却性能低下に
より燃料電池本体の温度を上昇させ露点を上げるといっ
た対策が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、加湿量低下と、冷却性能低下とをど
のように使い分けるかについては、何ら開示がなく、効
率的な対策を講じることができないという問題点があっ
た。
来技術においては、加湿量低下と、冷却性能低下とをど
のように使い分けるかについては、何ら開示がなく、効
率的な対策を講じることができないという問題点があっ
た。
【０００６】例えば、図３に示すように、供給ガスの加
湿量の低下、即ち加湿器出口における相対湿度の低下
は、酸化剤ガスとしての空気側、或いは燃料ガスとして
の水素側ともに、液水量を低下させる効果が得られる
が、図４に示すように、冷却性能を低下させて温度上昇
させても、水素側の液水量は殆ど低下しないか或いは微
増してしまうことさえある。
湿量の低下、即ち加湿器出口における相対湿度の低下
は、酸化剤ガスとしての空気側、或いは燃料ガスとして
の水素側ともに、液水量を低下させる効果が得られる
が、図４に示すように、冷却性能を低下させて温度上昇
させても、水素側の液水量は殆ど低下しないか或いは微
増してしまうことさえある。
【０００７】以上の問題点に鑑み本発明の目的は、供給
ガスの加湿量低下と冷却性能低下とを適切に組み合わせ
て用いることにより、水過多状態を効果的に解消するこ
とができる燃料電池システムを提供することである。
ガスの加湿量低下と冷却性能低下とを適切に組み合わせ
て用いることにより、水過多状態を効果的に解消するこ
とができる燃料電池システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、燃料電池本体と、該燃料電池本
体に供給する燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方
のガスを加湿する加湿器と、前記燃料電池本体を冷却す
る冷却手段と、該冷却手段の冷却性能を制御する冷却性
能可変手段と、前記燃料電池本体の内部ガス通路が水過
多状態にあるか否かを検出する水過多検出手段と、該水
過多検出手段が水過多状態を検出したとき、前記加湿器
による加湿量を低下させ、加湿量低下でも水過多状態が
解消しない場合には、前記冷却性能可変手段により冷却
性能を低下させる制御を行う制御手段と、を備えたこと
を要旨とする燃料電池システムである。
請求項１記載の発明は、燃料電池本体と、該燃料電池本
体に供給する燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方
のガスを加湿する加湿器と、前記燃料電池本体を冷却す
る冷却手段と、該冷却手段の冷却性能を制御する冷却性
能可変手段と、前記燃料電池本体の内部ガス通路が水過
多状態にあるか否かを検出する水過多検出手段と、該水
過多検出手段が水過多状態を検出したとき、前記加湿器
による加湿量を低下させ、加湿量低下でも水過多状態が
解消しない場合には、前記冷却性能可変手段により冷却
性能を低下させる制御を行う制御手段と、を備えたこと
を要旨とする燃料電池システムである。
【０００９】上記目的を達成するため請求項２記載の発
明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記
冷却性能可変手段は、冷却系の熱を外部へ放出するラジ
エータのバイパス量を可変とする手段であることを要旨
とする。
明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記
冷却性能可変手段は、冷却系の熱を外部へ放出するラジ
エータのバイパス量を可変とする手段であることを要旨
とする。
【００１０】上記目的を達成するため請求項３記載の発
明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記
冷却性能可変手段は、冷却系の熱を外部へ放出するラジ
エータの送風量を可変とする手段であることを要旨とす
る。
明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記
冷却性能可変手段は、冷却系の熱を外部へ放出するラジ
エータの送風量を可変とする手段であることを要旨とす
る。
【００１１】上記目的を達成するため請求項４記載の発
明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の燃
料電池システムにおいて、前記加湿器は、少なくとも酸
化剤ガスを加湿する加湿器であり、前記冷却性能可変手
段による冷却性能低下でも水過多状態が解消しない場合
には、前記加湿器による酸化剤ガスの加湿を停止するこ
とを要旨とする。
明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の燃
料電池システムにおいて、前記加湿器は、少なくとも酸
化剤ガスを加湿する加湿器であり、前記冷却性能可変手
段による冷却性能低下でも水過多状態が解消しない場合
には、前記加湿器による酸化剤ガスの加湿を停止するこ
とを要旨とする。
【００１２】上記目的を達成するため請求項５記載の発
明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃
料電池システムにおいて、前記燃料電池本体からの排気
燃料ガス通路と排気酸化剤ガス通路の少なくとも一方の
排気ガス通路に大気開放弁を備え、前記冷却性能可変手
段による冷却性能低下でも水過多状態が解消しない場合
には、前記大気開放弁を開くことを要旨とする。
明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃
料電池システムにおいて、前記燃料電池本体からの排気
燃料ガス通路と排気酸化剤ガス通路の少なくとも一方の
排気ガス通路に大気開放弁を備え、前記冷却性能可変手
段による冷却性能低下でも水過多状態が解消しない場合
には、前記大気開放弁を開くことを要旨とする。
【００１３】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃料電池
本体と、該燃料電池本体に供給する燃料ガスと酸化剤ガ
スとの少なくとも一方のガスを加湿する加湿器と、前記
燃料電池本体を冷却する冷却手段と、該冷却手段の冷却
性能を制御する冷却性能可変手段と、前記燃料電池本体
の内部ガス通路が水過多状態にあるか否かを検出する水
過多検出手段と、該水過多検出手段が水過多状態を検出
したとき、前記加湿器による加湿量を低下させ、加湿量
低下でも水過多状態が解消しない場合には、前記冷却性
能可変手段により冷却性能を低下させる制御を行う制御
手段と、を備えたことにより、燃料ガス側、酸化剤ガス
側のいずれの側の水過多状態であっても速やかに水過多
を解消することができるとともに、冷却性能低下を必要
最小限とすることで、高温による燃料電池劣化の可能性
を最小限に抑制することができるという効果がある。
本体と、該燃料電池本体に供給する燃料ガスと酸化剤ガ
スとの少なくとも一方のガスを加湿する加湿器と、前記
燃料電池本体を冷却する冷却手段と、該冷却手段の冷却
性能を制御する冷却性能可変手段と、前記燃料電池本体
の内部ガス通路が水過多状態にあるか否かを検出する水
過多検出手段と、該水過多検出手段が水過多状態を検出
したとき、前記加湿器による加湿量を低下させ、加湿量
低下でも水過多状態が解消しない場合には、前記冷却性
能可変手段により冷却性能を低下させる制御を行う制御
手段と、を備えたことにより、燃料ガス側、酸化剤ガス
側のいずれの側の水過多状態であっても速やかに水過多
を解消することができるとともに、冷却性能低下を必要
最小限とすることで、高温による燃料電池劣化の可能性
を最小限に抑制することができるという効果がある。
【００１４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の燃料電池システムにおいて、前記冷却性能可変手段
は、冷却系の熱を外部へ放出するラジエータのバイパス
量を可変とする手段としたので、請求項１記載の発明の
効果に加えて、ラジエータファンの回転数を変更するこ
となくラジエータバイパス量の増加により容易に冷却性
能を低下させることができるようになり、ファンモータ
の耐久性を低下させずに冷却性能を低下させることがで
きるという効果がある。
載の燃料電池システムにおいて、前記冷却性能可変手段
は、冷却系の熱を外部へ放出するラジエータのバイパス
量を可変とする手段としたので、請求項１記載の発明の
効果に加えて、ラジエータファンの回転数を変更するこ
となくラジエータバイパス量の増加により容易に冷却性
能を低下させることができるようになり、ファンモータ
の耐久性を低下させずに冷却性能を低下させることがで
きるという効果がある。
【００１５】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の燃料電池システムにおいて、前記冷却性能可変手段
は、冷却系の熱を外部へ放出するラジエータの送風量を
可変とする手段としたので、請求項１記載の発明の効果
に加えて、ラジエータの送風量の低下によりさらに冷却
性能を低下させることができるという効果がある。
載の燃料電池システムにおいて、前記冷却性能可変手段
は、冷却系の熱を外部へ放出するラジエータの送風量を
可変とする手段としたので、請求項１記載の発明の効果
に加えて、ラジエータの送風量の低下によりさらに冷却
性能を低下させることができるという効果がある。
【００１６】請求項４記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項３のいずれか１項記載の燃料電池システムに
おいて、前記加湿器は、少なくとも酸化剤ガスを加湿す
る加湿器であり、前記冷却性能可変手段による冷却性能
低下でも水過多状態が解消しない場合には、前記加湿器
による酸化剤ガスの加湿を停止するようにしたので、請
求項１ないし請求項３記載の発明の効果に加えて、効果
的に水過多状態を解消することができるという効果があ
る。
いし請求項３のいずれか１項記載の燃料電池システムに
おいて、前記加湿器は、少なくとも酸化剤ガスを加湿す
る加湿器であり、前記冷却性能可変手段による冷却性能
低下でも水過多状態が解消しない場合には、前記加湿器
による酸化剤ガスの加湿を停止するようにしたので、請
求項１ないし請求項３記載の発明の効果に加えて、効果
的に水過多状態を解消することができるという効果があ
る。
【００１７】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４のいずれか１項記載の燃料電池システムに
おいて、前記燃料電池本体からの排気燃料ガス通路と排
気酸化剤ガス通路の少なくとも一方の排気ガス通路に大
気開放弁を備え、前記冷却性能可変手段による冷却性能
低下でも水過多状態が解消しない場合には、前記大気開
放弁を開くようにしたので、ガス供給路から排気ガス通
路を経由して大気へ放出されるガスの勢いで効果的に水
滴を吹き飛ばして水過多を解消することができるという
効果がある。
いし請求項４のいずれか１項記載の燃料電池システムに
おいて、前記燃料電池本体からの排気燃料ガス通路と排
気酸化剤ガス通路の少なくとも一方の排気ガス通路に大
気開放弁を備え、前記冷却性能可変手段による冷却性能
低下でも水過多状態が解消しない場合には、前記大気開
放弁を開くようにしたので、ガス供給路から排気ガス通
路を経由して大気へ放出されるガスの勢いで効果的に水
滴を吹き飛ばして水過多を解消することができるという
効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】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。図１は、本発明に係る燃料
電池システムの一実施形態の構成を示すシステム構成図
である。同図において、燃料電池システムは、燃料とし
ての水素ガスを貯留する高圧水素タンク１と、高圧水素
の所定の圧力に減圧する減圧弁２と、水素がすの流量を
制御する流量制御弁３と、水素ガスを加湿する水素加湿
器４ａと空気を加湿する空気加湿器４ｂからなる加湿器
４と、水素ガスを駆動流として燃料電池本体７からの排
気燃料ガスを再循環させるエゼクタ６と、水素ガス及び
空気により発電する燃料電池本体（スタック）７と、排
気燃料ガス通路を大気へ開放する水素パージ弁８と、酸
化剤ガスとしての空気を取り込んで圧縮するコンプレッ
サ９と、排空気ガス通路を大気へ開放する空気パージ弁
１１と、燃料電池本体７の冷却水の熱を外部へ放出する
ラジエータ１２と、冷却水を圧送する冷却水ポンプ１３
と、冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１４と、ラ
ジエータ１２に送風するラジエータファン１５と、ラジ
エータ１２をバイパスして冷却性能を低下させるラジエ
ータバイパス弁１６と、燃料電池本体７のセル電圧を検
出する電圧センサ１７と、燃料電池システムを制御する
制御装置１８とを備えている。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料
電池システムの一実施形態の構成を示すシステム構成図
である。同図において、燃料電池システムは、燃料とし
ての水素ガスを貯留する高圧水素タンク１と、高圧水素
の所定の圧力に減圧する減圧弁２と、水素がすの流量を
制御する流量制御弁３と、水素ガスを加湿する水素加湿
器４ａと空気を加湿する空気加湿器４ｂからなる加湿器
４と、水素ガスを駆動流として燃料電池本体７からの排
気燃料ガスを再循環させるエゼクタ６と、水素ガス及び
空気により発電する燃料電池本体（スタック）７と、排
気燃料ガス通路を大気へ開放する水素パージ弁８と、酸
化剤ガスとしての空気を取り込んで圧縮するコンプレッ
サ９と、排空気ガス通路を大気へ開放する空気パージ弁
１１と、燃料電池本体７の冷却水の熱を外部へ放出する
ラジエータ１２と、冷却水を圧送する冷却水ポンプ１３
と、冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１４と、ラ
ジエータ１２に送風するラジエータファン１５と、ラジ
エータ１２をバイパスして冷却性能を低下させるラジエ
ータバイパス弁１６と、燃料電池本体７のセル電圧を検
出する電圧センサ１７と、燃料電池システムを制御する
制御装置１８とを備えている。
【００１９】さらに燃料電池システムは、加湿量可変手
段として、水素ガスが水素加湿器４ａを通過する量の少
なくとも一部をバイパスさせて、流量制御弁３から直接
エゼクタ６に供給する水素加湿器バイパス弁５と、コン
プレッサ９で圧縮された空気の空気加湿器４ｂ通過量の
少なくとも一部をバイパスさせて直接燃料電池本体７に
供給する空気加湿器バイパス弁１０とを備えている。
段として、水素ガスが水素加湿器４ａを通過する量の少
なくとも一部をバイパスさせて、流量制御弁３から直接
エゼクタ６に供給する水素加湿器バイパス弁５と、コン
プレッサ９で圧縮された空気の空気加湿器４ｂ通過量の
少なくとも一部をバイパスさせて直接燃料電池本体７に
供給する空気加湿器バイパス弁１０とを備えている。
【００２０】電圧センサ１７と制御装置１８とは、燃料
電池本体７内のガス通路が水過多状態であるか否かを検
出する水過多状態検出手段を構成し、電圧センサ１７が
検出したセル電圧が低下した場合、制御装置１８は水過
多状態であると判断する。
電池本体７内のガス通路が水過多状態であるか否かを検
出する水過多状態検出手段を構成し、電圧センサ１７が
検出したセル電圧が低下した場合、制御装置１８は水過
多状態であると判断する。
【００２１】ラジエータ１２と冷却水ポンプ１３とラジ
エータファン１５とは、燃料電池本体７に設けられた冷
却水経路とラジエータ１２との間に冷却水を循環させる
ことにより燃料電池本体７を冷却する冷却手段である。
エータファン１５とは、燃料電池本体７に設けられた冷
却水経路とラジエータ１２との間に冷却水を循環させる
ことにより燃料電池本体７を冷却する冷却手段である。
【００２２】ラジエータバイパス弁１６は、ラジエータ
１２を通過する冷却水の少なくとも一部をバイパスさせ
るバイパス弁である。ラジエータバイパス弁１６の開度
は、制御装置１８から調節可能となっていて、開度を大
きくした場合は冷却性能が低下し、開度を小さくした場
合には冷却性能が向上するので、ラジエータバイパス弁
１６は、冷却性能可変手段である。また、ラジエータフ
ァン１５は、制御装置１８から回転数を制御可能となっ
ていて、回転数の上下に応じて冷却性能が上下する冷却
性能可変手段である。
１２を通過する冷却水の少なくとも一部をバイパスさせ
るバイパス弁である。ラジエータバイパス弁１６の開度
は、制御装置１８から調節可能となっていて、開度を大
きくした場合は冷却性能が低下し、開度を小さくした場
合には冷却性能が向上するので、ラジエータバイパス弁
１６は、冷却性能可変手段である。また、ラジエータフ
ァン１５は、制御装置１８から回転数を制御可能となっ
ていて、回転数の上下に応じて冷却性能が上下する冷却
性能可変手段である。
【００２３】次に、図２のフローチャートを参照して、
制御装置１８による水過多状態解消の制御を説明する。
制御装置１８による水過多状態解消の制御を説明する。
【００２４】まずステップＳ１０において、電圧センサ
１７が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、
ステップＳ１２でセル電圧が低下したか否かを判定す
る。セル電圧が低下していなければ、何もせずに終了す
る。
１７が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、
ステップＳ１２でセル電圧が低下したか否かを判定す
る。セル電圧が低下していなければ、何もせずに終了す
る。
【００２５】ステップＳ１２の判定で、セル電圧が基準
値より低下していれば、水過多状態と判定し、ステップ
Ｓ１４で加湿量を低下させるために、水素加湿器バイパ
ス弁５及び空気加湿器バイパス弁１０の開度を増加させ
て、加湿器バイパス量を増加させる。尚、図示しない
が、加湿器バイパス量増加中に、スタック全体の出力電
圧である総電圧が低下する等のセルの渇きの兆候が検出
された場合には、加湿器バイパスを中止し、ステップＳ
２２のラジエータバイパス量増加へ移る。
値より低下していれば、水過多状態と判定し、ステップ
Ｓ１４で加湿量を低下させるために、水素加湿器バイパ
ス弁５及び空気加湿器バイパス弁１０の開度を増加させ
て、加湿器バイパス量を増加させる。尚、図示しない
が、加湿器バイパス量増加中に、スタック全体の出力電
圧である総電圧が低下する等のセルの渇きの兆候が検出
された場合には、加湿器バイパスを中止し、ステップＳ
２２のラジエータバイパス量増加へ移る。
【００２６】次いで、ステップＳ１６で電圧センサ１７
が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、ステ
ップＳ１８でセル電圧が回復したか否かを判定する。セ
ル電圧が回復していれば、ステップＳ２０で、水素加湿
器バイパス弁５及び空気加湿器バイパス弁１０の開度を
減少することにより、加湿器バイパス量を減少させて、
終了する。
が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、ステ
ップＳ１８でセル電圧が回復したか否かを判定する。セ
ル電圧が回復していれば、ステップＳ２０で、水素加湿
器バイパス弁５及び空気加湿器バイパス弁１０の開度を
減少することにより、加湿器バイパス量を減少させて、
終了する。
【００２７】ステップＳ１８の判定でセル電圧が回復し
ていなければ、ステップＳ２２で冷却性能を低下させる
ために、ラジエータバイパス弁１６の開度を増加させ
て、ラジエータバイパス量を増加させる。尚、図示しな
いが、ラジエータバイパス量増加中に、冷却水温度セン
サ１４が検出する冷却水燃料電池出口温度が制限値まで
達した場合には、ラジエータバイパスを中止し、ステッ
プＳ３８の空気、水素パージへ移る。
ていなければ、ステップＳ２２で冷却性能を低下させる
ために、ラジエータバイパス弁１６の開度を増加させ
て、ラジエータバイパス量を増加させる。尚、図示しな
いが、ラジエータバイパス量増加中に、冷却水温度セン
サ１４が検出する冷却水燃料電池出口温度が制限値まで
達した場合には、ラジエータバイパスを中止し、ステッ
プＳ３８の空気、水素パージへ移る。
【００２８】次いで、ステップＳ２４で電圧センサ１７
が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、ステ
ップＳ２６でセル電圧が回復したか否かを判定する。セ
ル電圧が回復していれば、ステップＳ２８で、ラジエー
タバイパス弁１６の開度を減少することにより、ラジエ
ータバイパス量を減少させて、終了する。
が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、ステ
ップＳ２６でセル電圧が回復したか否かを判定する。セ
ル電圧が回復していれば、ステップＳ２８で、ラジエー
タバイパス弁１６の開度を減少することにより、ラジエ
ータバイパス量を減少させて、終了する。
【００２９】ステップＳ２６の判定でセル電圧が回復し
ていなければ、ステップＳ３０で冷却性能を低下させる
ために、ラジエータファン１５の回転数を低下させる。
尚、図示しないが、ラジエータファン回転数低下中に、
冷却水温度センサ１４が検出する冷却水燃料電池出口温
度が制限値まで達した場合には、ラジエータファン回転
数低下を中止し、ステップＳ３８の空気、水素パージへ
移る。
ていなければ、ステップＳ３０で冷却性能を低下させる
ために、ラジエータファン１５の回転数を低下させる。
尚、図示しないが、ラジエータファン回転数低下中に、
冷却水温度センサ１４が検出する冷却水燃料電池出口温
度が制限値まで達した場合には、ラジエータファン回転
数低下を中止し、ステップＳ３８の空気、水素パージへ
移る。
【００３０】次いで、ステップＳ３２で電圧センサ１７
が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、ステ
ップＳ３４でセル電圧が回復したか否かを判定する。セ
ル電圧が回復していれば、ステップＳ３６で、ラジエー
タファン１５の回転数を上昇させて、終了する。
が検出したセル電圧値を制御装置１８へ読み込み、ステ
ップＳ３４でセル電圧が回復したか否かを判定する。セ
ル電圧が回復していれば、ステップＳ３６で、ラジエー
タファン１５の回転数を上昇させて、終了する。
【００３１】ステップＳ３４の判定でセル電圧が回復し
ていなければ、ステップＳ３８で水素パージ弁８及び空
気パージ弁１１を短時間開いて、空気及び水素のパージ
を行って、終了する。
ていなければ、ステップＳ３８で水素パージ弁８及び空
気パージ弁１１を短時間開いて、空気及び水素のパージ
を行って、終了する。
【００３２】水過多状態解消のために加湿器バイパスを
最初に行う理由は、外気状態やスタック出力状態によっ
ては、許容されるスタック温度の上げ代が小さく、冷却
性能低下では水詰まりの解消効果が小さい場合が多い為
である。
最初に行う理由は、外気状態やスタック出力状態によっ
ては、許容されるスタック温度の上げ代が小さく、冷却
性能低下では水詰まりの解消効果が小さい場合が多い為
である。
【００３３】また、水素極側の水詰まりによるセル電圧
低下の場合には、冷却性能低下では水詰まり解消効果が
得難いからである。従って、加湿器バイパスを最初に行
い、それでも水詰まりが解消できない場合に冷却性能を
低下させることで、効率的に水詰まりを解消させること
ができる。
低下の場合には、冷却性能低下では水詰まり解消効果が
得難いからである。従って、加湿器バイパスを最初に行
い、それでも水詰まりが解消できない場合に冷却性能を
低下させることで、効率的に水詰まりを解消させること
ができる。
【００３４】この加湿器バイパスは、セル電圧低下時に
空気側、水素側同時に行う。しかし、上記のように加湿
器バイパスは、水過多状態が空気側、水素側のいずれの
側に発生した場合にも効果があるので、どちらか特定し
なくても効果が得られる。
空気側、水素側同時に行う。しかし、上記のように加湿
器バイパスは、水過多状態が空気側、水素側のいずれの
側に発生した場合にも効果があるので、どちらか特定し
なくても効果が得られる。
【００３５】冷却性能可変手段による冷却性能低下とし
て、ラジエータバイパスをラジエータファン回転数低下
より優先させたのは、頻繁にラジエータファンの回転数
を変更することによるファンモータの耐久性劣化を考慮
したためである。
て、ラジエータバイパスをラジエータファン回転数低下
より優先させたのは、頻繁にラジエータファンの回転数
を変更することによるファンモータの耐久性劣化を考慮
したためである。
【００３６】尚、これらの冷却性能可変手段による冷却
性能低下時には、スタック温度、或いはこれに関する温
度を監視し、許容温度まで冷却性能を低下させても水過
多状態（水詰まり）が解消しない場合には、水詰まりが
解消されていなくとも冷却性能の低下を中止し、スタッ
クの劣化を抑制する。
性能低下時には、スタック温度、或いはこれに関する温
度を監視し、許容温度まで冷却性能を低下させても水過
多状態（水詰まり）が解消しない場合には、水詰まりが
解消されていなくとも冷却性能の低下を中止し、スタッ
クの劣化を抑制する。
【００３７】次に、図５のタイムチャートを参照して本
発明の作用効果を説明する。図５は、（ａ）セル電圧、
（ｂ）加湿器バイパス量、（ｃ）冷却水出口温度、
（ｄ）ラジエータバイパス量、（ｅ）ラジエータファン
回転数の時間変化例を示すタイムチャートである。
発明の作用効果を説明する。図５は、（ａ）セル電圧、
（ｂ）加湿器バイパス量、（ｃ）冷却水出口温度、
（ｄ）ラジエータバイパス量、（ｅ）ラジエータファン
回転数の時間変化例を示すタイムチャートである。
【００３８】最初は、セル電圧は正常時電圧。加湿器バ
イパス量は０、冷却水出口温度は通常時温度、ラジエー
タバイパス量は０、ラジエータファン回転数は通常時回
転数で燃料電池を運転しているとする。その後、徐々に
セル電圧が低下し、時刻ｔ１において、水過多状態によ
りセル電圧が電圧低下判別値であるアラームレベルに達
したとする。
イパス量は０、冷却水出口温度は通常時温度、ラジエー
タバイパス量は０、ラジエータファン回転数は通常時回
転数で燃料電池を運転しているとする。その後、徐々に
セル電圧が低下し、時刻ｔ１において、水過多状態によ
りセル電圧が電圧低下判別値であるアラームレベルに達
したとする。
【００３９】これにより、時刻ｔ１から加湿器バイパス
弁を徐々に開き、加湿器バイパス量を順次増加させる。
加湿器バイパス弁を全開にして、加湿器バイパス量を最
大限度まで増加させても、セル電圧が回復しなければ、
次いで時刻ｔ２からラジエータバイパス弁を徐々に開
き、ラジエータバイパス量を順次増加させる。
弁を徐々に開き、加湿器バイパス量を順次増加させる。
加湿器バイパス弁を全開にして、加湿器バイパス量を最
大限度まで増加させても、セル電圧が回復しなければ、
次いで時刻ｔ２からラジエータバイパス弁を徐々に開
き、ラジエータバイパス量を順次増加させる。
【００４０】ラジエータバイパス弁を開くと、冷却性能
が低下するので、時刻ｔ２から冷却水出口温度は通常時
温度から上昇する。時刻ｔ３でラジエータバイパス弁を
全開にして、ラジエータバイパス量を最大限度まで増加
させても、セル電圧が回復しなければ、次いで時刻ｔ４
からラジエータファン回転数を徐々に低下させる。
が低下するので、時刻ｔ２から冷却水出口温度は通常時
温度から上昇する。時刻ｔ３でラジエータバイパス弁を
全開にして、ラジエータバイパス量を最大限度まで増加
させても、セル電圧が回復しなければ、次いで時刻ｔ４
からラジエータファン回転数を徐々に低下させる。
【００４１】時刻ｔ５でセル電圧がアラームレベルを超
えるまで回復すれば、この時のラジエータファン回転数
を維持する。やがて時刻ｔ６で、セル電圧が正常時電圧
に回復したとき、ラジエータファン回転数を徐々に上昇
させ、時刻ｔ７で通常時の回転数に復帰させる。次いで
時刻ｔ８からｔ９にかけて、ラジエータバイパス量を減
少させ、ラジエータバイパス量が０に復帰した後に、最
後に加湿器バイパス量を減少させている。
えるまで回復すれば、この時のラジエータファン回転数
を維持する。やがて時刻ｔ６で、セル電圧が正常時電圧
に回復したとき、ラジエータファン回転数を徐々に上昇
させ、時刻ｔ７で通常時の回転数に復帰させる。次いで
時刻ｔ８からｔ９にかけて、ラジエータバイパス量を減
少させ、ラジエータバイパス量が０に復帰した後に、最
後に加湿器バイパス量を減少させている。
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の
構成を示すシステム構成図である。
構成を示すシステム構成図である。
【図２】実施形態の動作を説明するフローチャートであ
る。
る。
【図３】加湿器出口の相対湿度（加湿量）に対する燃料
電池出口の液水量の例を示すグラフである。
電池出口の液水量の例を示すグラフである。
【図４】燃料電池入口の冷却水温度（冷却性能）に対す
る燃料電池出口の液水量の例を示すグラフである。
る燃料電池出口の液水量の例を示すグラフである。
【図５】実施形態の作用効果を説明するタイムチャート
である。
である。
１…高圧水素タンク
２…減圧弁
３…流量制御弁
４…加湿器
４ａ…水素加湿器
４ｂ…空気加湿器
５…水素加湿器バイパス弁
６…エゼクタ
７…燃料電池本体
８…水素パージ弁
９…コンプレッサ
１０…空気加湿器バイパス弁
１１…空気パージ弁
１２…ラジエータ
１３…冷却水ポンプ
１４…冷却水温度センサ
１５…ラジエータファン
１６…ラジエータバイパス弁
１７…電圧センサ
１８…制御装置
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料電池本体と、 該燃料電池本体に供給する燃料ガスと酸化剤ガスとの少
なくとも一方のガスを加湿する加湿器と、 前記燃料電池本体を冷却する冷却手段と、 該冷却手段の冷却性能を制御する冷却性能可変手段と、 前記燃料電池本体の内部ガス通路が水過多状態にあるか
否かを検出する水過多検出手段と、 該水過多検出手段が水過多状態を検出したとき、前記加
湿器による加湿量を低下させ、加湿量低下でも水過多状
態が解消しない場合には、前記冷却性能可変手段により
冷却性能を低下させる制御を行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記冷却性能可変手段は、冷却系の熱を
外部へ放出するラジエータのバイパス量を可変とする手
段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池シス
テム。 - 【請求項３】 前記冷却性能可変手段は、冷却系の熱を
外部へ放出するラジエータの送風量を可変とする手段で
あることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項４】 前記加湿器は、少なくとも酸化剤ガスを
加湿する加湿器であり、 前記冷却性能可変手段による冷却性能低下でも水過多状
態が解消しない場合には、前記加湿器による酸化剤ガス
の加湿を停止することを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれか１項記載の燃料電池システム。 - 【請求項５】 前記燃料電池本体からの排気燃料ガス通
路と排気酸化剤ガス通路の少なくとも一方の排気ガス通
路に大気開放弁を備え、 前記冷却性能可変手段による冷却性能低下でも水過多状
態が解消しない場合には、前記大気開放弁を開くことを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載
の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001378670A JP2003178778A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001378670A JP2003178778A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003178778A true JP2003178778A (ja) | 2003-06-27 |
Family
ID=19186328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001378670A Pending JP2003178778A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003178778A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340045A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2006032136A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2006155945A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| KR100653672B1 (ko) * | 2005-07-07 | 2006-12-05 | (주)오선텍 | 연료전지의 가스 습도 제어장치 |
| CN100392902C (zh) * | 2004-11-11 | 2008-06-04 | 上海神力科技有限公司 | 可使进入反应的氢气或空气温度与湿度稳定的燃料电池 |
| US7482085B2 (en) | 1996-06-07 | 2009-01-27 | Bdf Ip Holdings Ltd. | Apparatus for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell |
| JP2009140621A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2013045051A1 (de) * | 2011-10-01 | 2013-04-04 | Daimler Ag | Gasstrahlpumpe zur förderung eines hauptgasstroms |
| JP2014044872A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の運転方法 |
| JP2017224575A (ja) * | 2016-06-17 | 2017-12-21 | 三菱自動車工業株式会社 | 燃料電池システム |
| CN113540510A (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
-
2001
- 2001-12-12 JP JP2001378670A patent/JP2003178778A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7482085B2 (en) | 1996-06-07 | 2009-01-27 | Bdf Ip Holdings Ltd. | Apparatus for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell |
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| US9318760B2 (en) | 2012-08-27 | 2016-04-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell and method of operating fuel cell |
| JP2017224575A (ja) * | 2016-06-17 | 2017-12-21 | 三菱自動車工業株式会社 | 燃料電池システム |
| CN113540510A (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050329 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060509 |