JP2003288927A - Fuel cell control system - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】改質器の運転制御を容易にし、燃料電池の始動
開始までの待ち時間を短くする。
【解決手段】燃料電池2と改質器3とを有し、改質器3
は、供給される原料を改質反応させることにより改質処
理を行うとともに、原料の改質処理量に応じた燃料流量
の燃料を生成する。燃料電池2は、改質器3から供給さ
れる燃料流量に応じて必要な電力を発電する。改質器3
の運転条件は、燃料流量に応じて設定される改質処理量
に基づき、改質器3の運転パラメータを複数段階に設定
し、この運転パラメータの選択により設定され、この設
定された運転条件に基づいて、燃料の生成制御を行う。
(57) [Summary] To facilitate the operation control of a reformer and shorten the waiting time until the start of starting of a fuel cell. The fuel cell includes a fuel cell and a reformer.
Performs a reforming process by causing a supplied raw material to undergo a reforming reaction, and generates fuel at a fuel flow rate according to the reforming amount of the raw material. The fuel cell 2 generates necessary electric power according to the flow rate of the fuel supplied from the reformer 3. Reformer 3
The operating conditions are set based on the reforming processing amount set in accordance with the fuel flow rate, the operating parameters of the reformer 3 are set in a plurality of stages, and are set by selecting the operating parameters. Based on this, fuel generation control is performed.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電気自動
車の動力源、可搬電源、家庭用電源あるいはビル用電源
などに利用される燃料電池の制御システムに係り、特
に、燃料としての水素ガスを改質反応によって生成する
改質器の運転方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell control system used as, for example, a power source of an electric vehicle, a portable power source, a household power source or a building power source, and more particularly, hydrogen gas as a fuel. The present invention relates to a method of operating a reformer that produces hydrogen by a reforming reaction.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、特開平11−1302号公報に
は、燃料電池における改質器の燃料改質装置が開示され
ている。この燃料改質装置は、メタノールやガソリン、
あるいは、天然ガスなどの炭化水素系の有機物からなる
原料と、水と、空気とが供給される改質器を有する。こ
の改質器内では、原料を高温の触媒上で改質反応させる
ことにより、燃料(水素ガス)が生成される。この場
合、改質器の運転は、原料や空気供給量、あるいは、触
媒温度などの諸条件を設定することにより制御されてい
る。2. Description of the Related Art For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1302 discloses a fuel reformer for a reformer in a fuel cell. This fuel reformer uses methanol, gasoline,
Alternatively, it has a reformer to which a raw material made of a hydrocarbon-based organic substance such as natural gas, water, and air are supplied. In this reformer, a fuel (hydrogen gas) is generated by subjecting the raw material to a reforming reaction on a high temperature catalyst. In this case, the operation of the reformer is controlled by setting various conditions such as the raw material and air supply amount, or the catalyst temperature.
【0003】例えば、原料としてメタノールを用いた場
合には、水によるメタノールの水蒸気改質(吸熱反応)
と、空気によるメタノールの部分酸化改質(発熱反応)
との改質反応が発生し、水素ガスを含んだ改質ガスの生
成が行われる。この改質反応により生成された改質ガス
は、空気と共に燃料電池に供給され、改質ガス中の水素
と空気中の酸素とを化学反応させることにより、電力の
発電が行われる。For example, when methanol is used as a raw material, steam reforming of methanol with water (endothermic reaction)
And partial oxidation reforming of methanol with air (exothermic reaction)
A reforming reaction occurs with the reforming gas and the reforming gas containing hydrogen gas is generated. The reformed gas generated by this reforming reaction is supplied to the fuel cell together with air, and the hydrogen in the reformed gas and the oxygen in the air are chemically reacted to generate electric power.
【0004】改質器による原料の改質方法としては、上
記したように、水蒸気改質法や部分酸化法がある。例え
ば、メタノールの部分酸化法を例にすると、下記の
(1)式で示すような理論式で表される。ところが、メ
タノールの実際の酸化反応としては、下記の(2)式で
示すように、完全酸化が一般的である。また、その他の
メタノールの酸化反応として、下記の(3)式から
(5)式などの部分酸化反応も発生する。As described above, there are steam reforming method and partial oxidation method as the reforming method of the raw material by the reformer. For example, when the partial oxidation method of methanol is taken as an example, it is expressed by a theoretical formula as shown in the following formula (1). However, as the actual oxidation reaction of methanol, complete oxidation is general as shown in the following formula (2). Further, as other oxidation reactions of methanol, partial oxidation reactions such as the following expressions (3) to (5) also occur.
【0005】[0005]
【化1】(1) 2CH3OH+O2→ 2CO2+4H2
(2) 2CH3OH+3O2→ 2CO2+4H2O
(3) 2CH3OH+O2→ 2CO+2H2O+2H2
(4) 2CH3OH+O2→ CO2+CO+H2O+3
H2
(5) 2CH3OH+2O2→ 2CO2+2H2O+2
H2 (1) 2CH 3 OH + O 2 → 2CO 2 + 4H 2 (2) 2CH 3 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O (3) 2CH 3 OH + O 2 → 2CO + 2H 2 O + 2H 2 (4) 2CH 3 OH + O 2 → CO 2 + CO + H 2 O + 3
H 2 (5) 2CH 3 OH + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O + 2
H 2
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た改質器における酸化反応は、いずれもメタノールと酸
素とによる化学反応であり、原料による反応の選択は不
可能である。しかも、同じ元素を原料にする反応では、
ある特定の反応だけを選択的に起こさせることも容易で
はない。どのような反応が主体的に起こるかは、改質器
によるメタノールの処理量(改質処理量)、空気(酸
素)の供給量、触媒の組成、触媒温度(改質反応温
度)、あるいは圧力といった諸条件を設定することによ
り決定される。このような改質器の運転において、
(1)式で示すような部分酸化をより多く起こさせるた
めには、前記した諸条件を細かく制御する必要がある。However, the above-mentioned oxidation reaction in the reformer is a chemical reaction between methanol and oxygen, and it is impossible to select the reaction depending on the raw materials. Moreover, in the reaction using the same element as the raw material,
It is not easy to selectively cause only a specific reaction. What kind of reaction mainly occurs depends on the amount of methanol treated by the reformer (reforming amount), the amount of air (oxygen) supplied, the composition of the catalyst, the catalyst temperature (reforming reaction temperature), or the pressure. It is decided by setting various conditions such as. In the operation of such a reformer,
In order to cause more partial oxidation as shown in the formula (1), it is necessary to finely control the above-mentioned conditions.
【0007】従来の燃料改質装置における改質器の運転
は、上記諸条件を設定することにより制御されているた
め、運転条件が無限になる可能性がある。この結果、改
質器の運転制御が極めて困難になるとともに、改質時間
の遅れによる燃料電池の始動開始までの待ち時間にも大
きく影響する。Since the operation of the reformer in the conventional fuel reformer is controlled by setting the above-mentioned various conditions, the operating conditions may become infinite. As a result, the operation control of the reformer becomes extremely difficult, and the waiting time until the start of the fuel cell start is greatly affected by the delay in the reforming time.
【0008】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、改質器の運転制御を容易に行う
新規な燃料電池の制御システムを提供することである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a novel fuel cell control system for easily controlling the operation of a reformer.
【0009】また、本発明の別の目的は、改質器による
原料の改質反応で、より多くの燃料を生成するととも
に、改質器から排出される一酸化炭素(CO)等の有害
物の低減化を図ることである。Another object of the present invention is to produce a larger amount of fuel in the reforming reaction of the raw material by the reformer and to emit harmful substances such as carbon monoxide (CO) discharged from the reformer. Is to reduce.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明は、燃料電池の制御システムを提供す
る。この制御システムにおいては、改質器と燃料電池と
を有する。改質器は、供給される原料を改質反応させる
改質処理を行い、原料の改質処理量に応じた燃料流量の
燃料を生成する。燃料電池は、改質器から供給される燃
料流量に応じて必要な電力を発電する。改質器の運転条
件は、燃料流量に応じて設定される改質処理量に基づ
き、改質器の運転パラメータを複数段階に設定し、この
運転パラメータの選択により設定される。制御部は、設
定された運転条件に基づいて、燃料の生成制御を行う。In order to solve the above problems, the present invention provides a control system for a fuel cell. This control system has a reformer and a fuel cell. The reformer performs a reforming process in which the supplied raw material undergoes a reforming reaction to generate a fuel having a fuel flow rate according to the reforming amount of the raw material. The fuel cell generates necessary electric power according to the flow rate of fuel supplied from the reformer. The operating conditions of the reformer are set by setting the operating parameters of the reformer in a plurality of stages based on the reforming processing amount set according to the fuel flow rate and selecting the operating parameters. The control unit controls fuel generation based on the set operating conditions.
【0011】ここで、本発明において、改質器の運転条
件は、運転パラメータの選択的な組み合わせにより設定
することが好ましい。この場合、改質器の運転は、選択
された運転パラメータ毎に交互に行い、設定された運転
条件に平均化することが好ましい。In the present invention, the operating conditions of the reformer are preferably set by selectively combining operating parameters. In this case, it is preferable that the operation of the reformer is alternately performed for each selected operation parameter, and the averaged operation conditions are set.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1は、本実施形態に係る電気自
動車の制御システムのブロック構成図である。この制御
システム1は、電力源としての固体高分子型の燃料電池
2と、この燃料電池2に燃料(水素ガス)を供給する改
質器3とを有する。この改質器3には、燃焼器4が設け
られているとともに、例えば、原料となるメタノールが
収容された原料タンク5と、水が収容された水タンク6
と、空気を送気するコンプレッサ(空気圧縮機)7とが
接続されている。これにより、改質器3内には、原料タ
ンク5からのメタノールと、水タンク6からの水と、コ
ンプレッサ7からの空気とが供給される。すなわち、改
質器3内では、水とメタノールによる水蒸気改質(吸熱
反応)と、空気とメタノールによる部分酸化改質(発熱
反応)との改質反応が発生する。空気とメタノールの部
分酸化改質による発熱反応で発生する熱により、改質器
3内における改質反応温度(触媒反応)が所定の設定温
度まで加熱昇温されるとともに、燃料としての水素ガス
を含んだ改質ガスが生成される。改質器3は、原料タン
ク5から供給されるメタノールを改質反応させる改質処
理を行い、メタノールの改質処理量に応じた燃料流量の
改質ガス(燃料)を生成する。1 is a block diagram of a control system for an electric vehicle according to the present embodiment. The control system 1 includes a solid polymer fuel cell 2 as a power source, and a reformer 3 that supplies fuel (hydrogen gas) to the fuel cell 2. The reformer 3 is provided with a combustor 4 and, for example, a raw material tank 5 containing methanol as a raw material and a water tank 6 containing water.
And a compressor (air compressor) 7 that supplies air. As a result, the reformer 3 is supplied with methanol from the raw material tank 5, water from the water tank 6, and air from the compressor 7. That is, in the reformer 3, a reforming reaction occurs between steam reforming (endothermic reaction) with water and methanol and partial oxidation reforming (exothermic reaction) with air and methanol. The reforming reaction temperature (catalytic reaction) in the reformer 3 is heated to a predetermined set temperature by the heat generated by the exothermic reaction of the partial oxidation reforming of air and methanol, and hydrogen gas as a fuel The contained reformed gas is generated. The reformer 3 performs a reforming process in which the methanol supplied from the raw material tank 5 undergoes a reforming reaction to generate a reformed gas (fuel) having a fuel flow rate according to the reforming amount of methanol.
【0013】改質反応後の高温の改質ガスは、改質器3
から燃料電池2内に、コンプレッサ7からの空気と共に
送気される。このとき、燃料電池2内には、冷却水Wが
循環供給されているとともに、この冷却水Wは、燃料電
池2内に送気された高温の改質ガスを所定の設定温度ま
で冷却している。所定の設定温度に冷却された改質ガス
は、燃料電池2内の図示しないアノード電極およびカソ
ード電極に供給される。これにより、燃料電池2は、改
質器3によって始動制御されて、改質ガス中の水素と空
気中の酸素との化学反応により、電力の発電を行う。燃
料電池2は、改質器3から供給される燃料流量に応じて
必要な電力を発電する。After the reforming reaction, the high-temperature reformed gas is used as the reformer 3
Is sent into the fuel cell 2 together with the air from the compressor 7. At this time, the cooling water W is circulated and supplied into the fuel cell 2, and the cooling water W cools the high temperature reformed gas fed into the fuel cell 2 to a predetermined set temperature. There is. The reformed gas cooled to a predetermined set temperature is supplied to an anode electrode and a cathode electrode (not shown) in the fuel cell 2. As a result, the fuel cell 2 is start-controlled by the reformer 3 to generate electric power by a chemical reaction between hydrogen in the reformed gas and oxygen in the air. The fuel cell 2 generates necessary electric power according to the flow rate of the fuel supplied from the reformer 3.
【0014】また、燃料電池2内に送気された改質ガス
中の水素と空気中の酸素との一部は、改質器3の燃焼器
4内に送気され、原料タンク5から供給されるメタノー
ルとコンプレッサ7から送気される空気と共に燃焼され
る。この燃焼器4における燃焼反応によって生じた熱
は、改質器3内に供給されるメタノールや水を気化し
て、水蒸気改質の吸熱反応による改質ガスの生成を促進
させるために再利用されるとともに、燃焼器4内の燃焼
ガスは、車外に排出される。A part of hydrogen in the reformed gas and oxygen in the air fed into the fuel cell 2 is fed into the combustor 4 of the reformer 3 and supplied from the raw material tank 5. It is combusted together with the generated methanol and the air sent from the compressor 7. The heat generated by the combustion reaction in the combustor 4 is reused in order to vaporize the methanol and water supplied into the reformer 3 and promote the generation of reformed gas by the endothermic reaction of steam reforming. At the same time, the combustion gas in the combustor 4 is discharged outside the vehicle.
【0015】さらに、改質器3から燃料電池2に至る流
路の途上には、濃度センサ8と三方流量制御弁9とが設
けられている。濃度センサ8は、改質ガス中の一酸化炭
素濃度(CO値)および炭化水素濃度(HC値)を検出
する。三方流量制御弁9は、図2に示すように、第1の
バルブ9A,第2のバルブ9B,第3のバルブ9Cをそ
れぞれ有する。Further, a concentration sensor 8 and a three-way flow control valve 9 are provided along the flow path from the reformer 3 to the fuel cell 2. The concentration sensor 8 detects the carbon monoxide concentration (CO value) and the hydrocarbon concentration (HC value) in the reformed gas. As shown in FIG. 2, the three-way flow control valve 9 has a first valve 9A, a second valve 9B, and a third valve 9C, respectively.
【0016】三方流量制御弁9におけるそれぞれのバル
ブ9A,9B,9Cは、後述するように、濃度センサ8
によって検出される改質ガス中のCO値およびHC値に
基づいて、制御装置13によって開閉自在に制御され
る。第1のバルブ9Aが開弁した場合、改質器3からの
改質ガスが燃料電池2内に流量制御されながら供給され
る。第2のバルブ9Bが開弁した場合、改質器3からの
改質ガスが改質器3の燃焼器4内に供給されて燃焼に供
される。そして、第3のバルブ9Cが開弁した場合、改
質器3からの改質ガスが車外に排出される。Each of the valves 9A, 9B and 9C in the three-way flow control valve 9 has a concentration sensor 8 as described later.
Based on the CO value and the HC value in the reformed gas detected by, the control device 13 controls the opening and closing freely. When the first valve 9A is opened, the reformed gas from the reformer 3 is supplied into the fuel cell 2 while controlling the flow rate. When the second valve 9B is opened, the reformed gas from the reformer 3 is supplied into the combustor 4 of the reformer 3 and used for combustion. Then, when the third valve 9C is opened, the reformed gas from the reformer 3 is discharged outside the vehicle.
【0017】一方、燃料電池2で発電された電力は、例
えば、補助電源としての二次電池であるバッテリ10が
接続された電力調整器11を介して駆動モータ12に給
電される。この駆動モータ12は、電力調整器11に接
続された制御装置13の指示に基づいて、車体の駆動輪
14を回転駆動させる。制御装置13には、アクセルペ
ダル等の運転操作部材で構成された駆動操作装置15お
よびイグニッションスイッチ16等が接続されている。
また、濃度センサ8からのセンサ信号と、改質器3内に
設けられた温度センサからのセンサ信号とが制御装置1
3に入力される。この温度センサは、改質反応温度を検
出するためのセンサである。駆動操作装置15は、運転
時における増減速に伴うアクセルペダルの踏込み量(ア
クセル開度)等を制御装置13に対して出力する。電力
調整器11は、制御装置13からの指示に基づいて電力
配分を調整し、増速時および減速時に必要な電力を駆動
モータ12に配分するとともに、改質器3、燃焼器4、
コンプレッサ7といった補機への電力配分を行う。イグ
ニッションスイッチ16は、制御システム1のオン・オ
フを制御装置13に指示し、制御システム1のオンと共
に改質器3の電源スイッチ17をオンにする。なお、駆
動モータ12で消費される走行電力、あるいは、補機に
おける消費電力を賄うのに十分な電力が燃料電池2によ
り得られなかった場合、バッテリ10は、放電して不足
電力を補う。On the other hand, the electric power generated by the fuel cell 2 is supplied to the drive motor 12 via a power regulator 11 to which a battery 10 which is a secondary battery as an auxiliary power source is connected. The drive motor 12 rotationally drives the drive wheels 14 of the vehicle body based on an instruction from the control device 13 connected to the power regulator 11. The control device 13 is connected to a drive operation device 15 including an operation member such as an accelerator pedal, an ignition switch 16 and the like.
Further, the sensor signal from the concentration sensor 8 and the sensor signal from the temperature sensor provided in the reformer 3 are combined into the control device 1.
Input to 3. This temperature sensor is a sensor for detecting the reforming reaction temperature. The drive operation device 15 outputs to the control device 13 the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening degree) and the like accompanying acceleration and deceleration during operation. The power adjuster 11 adjusts the power distribution based on an instruction from the control device 13, distributes the power required for acceleration and deceleration to the drive motor 12, and at the same time, the reformer 3, the combustor 4,
Electric power is distributed to auxiliary equipment such as the compressor 7. The ignition switch 16 instructs the control device 13 to turn on / off the control system 1, and turns on the power switch 17 of the reformer 3 when the control system 1 is turned on. When the fuel cell 2 does not obtain sufficient traveling power consumed by the drive motor 12 or sufficient power consumed by the auxiliary machine, the battery 10 is discharged to compensate for the insufficient power.
【0018】ところで、本実施形態のように、例えば、
負荷応答型の改質器3を備えたものでは、燃料の生成量
がアクセル開度や必要電力量により無限に変化する。し
かも、アクセル開度や必要電力量の負荷変動に対して燃
料の生成量を応答させると、原料であるメタノールの改
質処理量が変動する。このため、改質器3から排出され
る一酸化炭素(CO)等の有害物が増大する恐れがあ
り、環境破壊に繋がる。また、改質器3でより多くの燃
料を効率よく生成するには、そのときの改質反応温度や
圧力などにより、最適な空気の供給量を見出すことが重
要となる。By the way, as in this embodiment, for example,
In the case where the load-responsive reformer 3 is provided, the amount of fuel produced changes infinitely depending on the accelerator opening and the required amount of electric power. Moreover, when the fuel production amount is made to respond to the load variation of the accelerator opening degree or the required electric power amount, the reforming treatment amount of the raw material methanol varies. Therefore, harmful substances such as carbon monoxide (CO) discharged from the reformer 3 may increase, leading to environmental damage. Further, in order to efficiently generate a larger amount of fuel in the reformer 3, it is important to find the optimum air supply amount based on the reforming reaction temperature and pressure at that time.
【0019】そこで、本実施形態においては、原料タン
ク5から供給されるメタノールの供給量に応じた改質器
3のメタノール処理量(改質処理量)を目標値として、
改質器3の運転条件が設定されている。この目標値(メ
タノール処理量)は、改質器3で生成される改質ガスの
生成量(燃料流量)、および、この燃料流量に応じて燃
料電池2で発電される電力量により設定される。Therefore, in the present embodiment, the methanol treatment amount (reformation treatment amount) of the reformer 3 according to the supply amount of methanol supplied from the raw material tank 5 is set as a target value,
The operating conditions of the reformer 3 are set. This target value (methanol processing amount) is set by the amount of reformed gas generated in the reformer 3 (fuel flow rate) and the amount of electric power generated by the fuel cell 2 in accordance with this fuel flow rate. .
【0020】図3は、制御装置13による燃料生成制御
の手順を示すフローチャートである。まず、必要な電
力、すなわち、運転中において駆動モータ12の回転制
御に必要な電力が決定され(ステップ1)、この必要電
力の発電に要する燃料流量が設定される(ステップ
2)。次いで、この燃料流量を生成するために必要なメ
タノール処理量が設定され(ステップ3)、これによ
り、目標値が設定される。この目標値(メタノール処理
量)に基づいて、原料タンク5からのメタノールの供給
制御が行われるとともに(ステップ4)、改質器3の運
転により燃料(改質ガス)が生成される(ステップ
5)。生成された燃料は、燃料電池2に供給され(ステ
ップ6)、発電が開始される(ステップ7)。そして、
燃料電池2への燃料流量が所定の設定流量に達したか否
かが判定される(ステップ8)。このステップ8におい
て、燃料流量が所定の設定流量に達していないと判定さ
れた場合には、ステップ4に進み、改質器3に原料が供
給されて燃料の生成が行われるとともに、燃料電池2へ
の燃料の供給による電力の発電が続けられる。一方、ス
テップ8において、燃料流量が所定の設定流量に達した
と判定された場合には、改質器3の運転が停止され、燃
料の生成を終了する。FIG. 3 is a flow chart showing the procedure of fuel production control by the control device 13. First, the required power, that is, the power required to control the rotation of the drive motor 12 during operation is determined (step 1), and the fuel flow rate required to generate this required power is set (step 2). Then, the methanol throughput required to generate this fuel flow rate is set (step 3), thereby setting the target value. Based on this target value (processed amount of methanol), the supply of methanol from the raw material tank 5 is controlled (step 4), and the fuel (reformed gas) is generated by the operation of the reformer 3 (step 5). ). The generated fuel is supplied to the fuel cell 2 (step 6), and power generation is started (step 7). And
It is determined whether or not the fuel flow rate to the fuel cell 2 has reached a predetermined set flow rate (step 8). When it is determined in step 8 that the fuel flow rate has not reached the predetermined set flow rate, the process proceeds to step 4, in which the raw material is supplied to the reformer 3 to generate the fuel and the fuel cell 2 Generation of electric power continues by supplying fuel to. On the other hand, when it is determined in step 8 that the fuel flow rate has reached the predetermined set flow rate, the operation of the reformer 3 is stopped and the fuel generation is terminated.
【0021】改質器3の運転に関して、まず、燃料流量
に応じて改質処理量を設定し、次に、設定された改質処
理量に基づき、改質器3の運転条件を設定する。改質器
3の運転条件としては、上記目標値(メタノール処理
量)毎に運転パラメータを複数段階に設定し、これらの
運転パラメータを運転条件に基づいて選択するにより、
燃料の生成制御が行われる。Regarding the operation of the reformer 3, first, the reforming processing amount is set according to the fuel flow rate, and then the operating conditions of the reforming device 3 are set based on the set reforming processing amount. As the operating conditions of the reformer 3, by setting the operating parameters in a plurality of stages for each of the above target values (methanol throughput) and selecting these operating parameters based on the operating conditions,
Fuel generation control is performed.
【0022】すなわち、本実施形態では、上述した運転
条件が、改質器3の運転による最高流量の燃料流量に対
して、「95%運転」,「70%運転」,「50%運
転」,「25%運転」,「5%運転」,「0%運転(運
転停止)」などの6段階の運転パラメータに設定されて
いる。例えば、運転条件が「70%運転」の運転パラメ
ータに選択された場合には、改質器3へのメタノールの
供給量および運転時間を調整することにより、目標値
(メタノール処理量)に見合った燃料流量の燃料の生成
制御が行われる。また、例えば、運転条件が「40%運
転」のように、運転パラメータが設定されていない運転
条件では、「50%運転」と「25%運転」との複数の
運転パラメータが選択されて運転される。この場合にお
ける改質器3の運転制御は、それぞれの運転時間を運転
パラメータ毎に交互に調整し、「40%運転」の運転条
件に平均化することにより行う。この結果、改質器3の
運転制御が簡単になるとともに、制御システム全体の軽
量化およびセンサ等の部品点数の削減化が可能になる。
しかも、改質器3の運転条件である目標値(メタノール
処理量)が有限的に設定されているため、改質率を高め
ることが可能になり、燃費の向上が図れる。That is, in the present embodiment, the above-mentioned operating conditions are "95% operation", "70% operation", "50% operation" with respect to the maximum fuel flow rate due to the operation of the reformer 3. It is set to 6 levels of operation parameters such as "25% operation", "5% operation", and "0% operation (operation stop)". For example, when the operating condition is selected as the operating parameter of “70% operation”, the supply amount of methanol to the reformer 3 and the operating time are adjusted to meet the target value (methanol treatment amount). Generation control of fuel at the fuel flow rate is performed. In addition, for example, under the operating condition in which the operating parameter is not set, such as the operating condition is “40% operating”, a plurality of operating parameters of “50% operating” and “25% operating” are selected and operated. It The operation control of the reformer 3 in this case is performed by alternately adjusting each operation time for each operation parameter and averaging the operation conditions to "40% operation". As a result, the operation control of the reformer 3 can be simplified, the weight of the entire control system can be reduced, and the number of parts such as sensors can be reduced.
Moreover, since the target value (methanol treatment amount), which is the operating condition of the reformer 3, is set finitely, the reforming rate can be increased and the fuel consumption can be improved.
【0023】図4は、制御装置13において実行される
三方流量制御弁9の切替制御ルーチンのフローチャート
である。このルーチンは、所定の間隔で繰返し実行さ
れ、各実行サイクルで、その時点で検出されたCO値、
HC値、および改質反応温度が読み込まれる。まず、ス
テップ11では、改質ガス中のCO値が所定の設定値未
満であるか否かが判定される。CO値が所定の設定値よ
りも低い場合には、ステップ12に進み、HC値が所定
の設定値未満であるか否かが判定される。このステップ
12で肯定判定された場合、つまり、HC値が設定値よ
りも低い場合には、ステップ13に進み、改質器3内の
改質反応温度が所定の設定値以上であるか否かが判定さ
れる。FIG. 4 is a flow chart of a switching control routine of the three-way flow control valve 9 executed in the control device 13. This routine is repeatedly executed at predetermined intervals, and in each execution cycle, the CO value detected at that time,
The HC value and the reforming reaction temperature are read. First, in step 11, it is determined whether or not the CO value in the reformed gas is less than a predetermined set value. If the CO value is lower than the predetermined set value, the routine proceeds to step 12, where it is determined whether the HC value is less than the predetermined set value. If an affirmative decision is made in this step 12, that is, if the HC value is lower than the set value, then the processing advances to step 13, and whether the reforming reaction temperature in the reformer 3 is equal to or higher than a predetermined set value. Is determined.
【0024】ステップ13において、改質反応温度が所
定の設定値以上であると判定された場合には、ステップ
14に進み、第1のバルブ9Aを開弁し、本ルーチンを
抜ける。これにより、燃料電池2内には、CO値および
HC値の低い高温の改質ガスが供給されるとともに、電
力の発電が行われる。この結果、燃料電池2内の電極等
の被毒が防止されるとともに、電力の発電効率を高め、
有害ガスが車外へ排出されるのを防ぐ。When it is determined in step 13 that the reforming reaction temperature is equal to or higher than the predetermined set value, the process proceeds to step 14, the first valve 9A is opened, and this routine is exited. As a result, high-temperature reformed gas having a low CO value and a low HC value is supplied into the fuel cell 2 and electric power is generated. As a result, poisoning of the electrodes and the like in the fuel cell 2 is prevented, and the power generation efficiency of electric power is increased,
Prevent harmful gas from being emitted outside the vehicle.
【0025】これに対して、ステップ13において否定
判定された場合、つまり、改質反応温度が設定値よりも
低い場合には、ステップ15に進み、第2のバルブ9B
が開弁し、本ルーチンを抜ける。これにより、改質ガス
が燃焼器4内に供給されるとともに、改質ガスの燃焼に
より、改質器3内の改質反応温度が昇温する。その結
果、改質器3内における原料の改質率が高められ、燃費
の向上を図ることが可能になる。しかも、改質反応温度
の低い改質ガスが燃料電池2内に供給されることがない
ため、燃料電池2内における電力の発電効率の低下が防
止される。On the other hand, if the determination in step 13 is negative, that is, if the reforming reaction temperature is lower than the set value, the process proceeds to step 15 and the second valve 9B is operated.
Opens and exits this routine. As a result, the reformed gas is supplied into the combustor 4, and the reforming reaction temperature in the reformer 3 rises due to the combustion of the reformed gas. As a result, the reforming rate of the raw material in the reformer 3 is increased, and the fuel efficiency can be improved. Moreover, since the reformed gas having a low reforming reaction temperature is not supplied into the fuel cell 2, a decrease in power generation efficiency of electric power in the fuel cell 2 is prevented.
【0026】一方、ステップ11で否定判定された場
合、すなわち、CO値が設定値以上の場合には、ステッ
プ17に進み、第2のバルブ9Bを開弁する。そして、
続くステップ18において、改質器3内の改質反応温度
が所定の設定値以上であるか否かが判定される。このス
テップ18で肯定判定された場合、すなわち、改質反応
温度が所定の設定値以上の場合には、ステップ19に進
み、第3のバルブ9Cを開弁し、本ルーチンを抜ける。
これにより、CO値の高い改質ガスは車外に排出され
る。On the other hand, when a negative determination is made in step 11, that is, when the CO value is equal to or greater than the set value, the process proceeds to step 17, and the second valve 9B is opened. And
In the following step 18, it is determined whether the reforming reaction temperature in the reformer 3 is equal to or higher than a predetermined set value. When the affirmative judgment is made in this step 18, that is, when the reforming reaction temperature is equal to or higher than the predetermined set value, the routine proceeds to step 19, the third valve 9C is opened, and this routine is exited.
As a result, the reformed gas having a high CO value is discharged outside the vehicle.
【0027】これに対して、ステップ18において、改
質反応温度が所定の設定値以上でないと判定された場合
には、第3のバルブ9Cを開弁することなく、本ルーチ
ンを抜ける。これにより、改質ガスが燃焼器4内に供給
され、改質器3内の改質反応温度が昇温し、改質器3内
における原料の改質率が高められるとともに、燃費の向
上が図れる。On the other hand, when it is determined in step 18 that the reforming reaction temperature is not higher than the predetermined set value, this routine is exited without opening the third valve 9C. As a result, the reformed gas is supplied into the combustor 4, the reforming reaction temperature in the reformer 3 rises, the reforming rate of the raw material in the reformer 3 is increased, and the fuel consumption is improved. Can be achieved.
【0028】また、ステップ12において否定判定され
た場合、すなわち、改質ガス中のHC値が設定値以上の
場合には、ステップ16に進む。このステップ16で
は、至急に電力の発電を行う必要があるか否かが判定さ
れる。電力の発電を至急に行う必要がある場合(つまり
緊急運転時)には、ステップ13に進み、上述した手順
と同様な制御が行われる。これに対して、ステップ16
で、至急に電力の発電を行う必要がないと判定された場
合には、ステップ17に進み、第2のバルブ9Bが開弁
し、上述した手順と同様な制御が行われる。If a negative determination is made in step 12, that is, if the HC value in the reformed gas is equal to or greater than the set value, the process proceeds to step 16. In this step 16, it is determined whether or not it is necessary to generate electric power urgently. When it is necessary to urgently generate electric power (that is, during emergency operation), the process proceeds to step 13 and the same control as the above-described procedure is performed. On the other hand, step 16
When it is determined that it is not necessary to generate electric power urgently, the process proceeds to step 17, the second valve 9B is opened, and the same control as the above-described procedure is performed.
【0029】本実施形態によれば、改質器3におけるメ
タノール処理量が燃焼電池2に供給される燃料流量に応
じて設定され、このメタノール処理量に基づき、改質器
3の運転パラメータが複数段階に設定されている。そし
て、これらの運転パラメータの選択により改質器3の運
転条件が設定され、設定された運転条件に基づいて、燃
料である改質ガスの生成制御が行われる。改質器3の運
転は、選択された有限の運転条件の下で段階的に制御す
ることが可能になり、従前のような無限に変化する改質
器3における運転条件と比較し、改質器3の運転制御が
容易になる。その結果、燃料電池2の始動開始までの待
ち時間が短くなるとともに、改質器3の軽量化および小
型化が可能になる。しかも、センサ等の部品点数を削減
化することが可能になるため、コストダウンが図れる。
一方、改質器3内の改質反応温度が所定の設定温度より
も低い改質ガスは、改質器3の燃焼器4内に供給されて
加熱器4の燃焼に供されるため、改質反応温度の昇温に
寄与している。これにより、改質器3における改質率の
向上が図れ、燃費が向上する。しかも、燃料電池2内に
おける電力の発電効率の低下が防止される。According to this embodiment, the amount of methanol to be processed in the reformer 3 is set according to the flow rate of the fuel supplied to the combustion cell 2. Based on the amount of methanol to be processed, the operating parameters of the reformer 3 are plural. It is set in stages. Then, the operating conditions of the reformer 3 are set by selecting these operating parameters, and the generation control of the reformed gas that is the fuel is performed based on the set operating conditions. The operation of the reformer 3 can be controlled stepwise under selected finite operating conditions, and compared with the operating conditions in the reformer 3 that change indefinitely as in the past, The operation control of the container 3 becomes easy. As a result, the waiting time until the start of the fuel cell 2 is shortened, and the reformer 3 can be reduced in weight and size. Moreover, it is possible to reduce the number of parts such as the sensor, so that the cost can be reduced.
On the other hand, the reformed gas whose reforming reaction temperature in the reformer 3 is lower than a predetermined set temperature is supplied to the combustor 4 of the reformer 3 and burned in the heater 4, so that Contributes to the increase of the reaction temperature. As a result, the reforming rate in the reformer 3 can be improved, and the fuel consumption can be improved. Moreover, the reduction of the power generation efficiency of the electric power in the fuel cell 2 is prevented.
【0030】また、本実施形態において、改質器3の運
転条件における目標値(メタノール処理量)を設定する
には、例えば、第1の設定例として、駆動操作装置15
のアクセル開度により設定することが考えられる。ま
た、第2の設定例として、駆動モータ12の使用電力に
より設定してもよい。第3の設定例として、例えば、バ
ッテリ10などの二次電池等における補助電源の残電気
量により設定してもよい。第4の設定例として、例え
ば、補助電源としてキャパシタを用いる場合、キャパシ
タの残電気量により設定してもよい。第5の設定例とし
て、例えば、補助電源として水素キャパシタを用いる場
合、水素キャパシタの水素残量により設定してもよい。
第6の設定例として、駆動モータ12のモータ回転数等
により設定してもよい。第7の設定例として、上述した
第1,第2および第6の設定例を組み合わせて、駆動操
作装置15におけるアクセル開度、駆動モータ12の電
力使用量および駆動モータ12のモータ回転数等の数値
から算出することにより設定してもよい。そして、第8
の設定例として、例えば、駆動操作装置15におけるア
クセル開度、駆動モータ12の電力使用量および駆動モ
ータ12のモータ回転数等により作成されたマップによ
り設定してもよい。Further, in the present embodiment, in order to set the target value (methanol treatment amount) under the operating conditions of the reformer 3, for example, as a first setting example, the drive operating device 15 is used.
It is conceivable to set it according to the accelerator opening degree. In addition, as a second setting example, it may be set by the electric power used by the drive motor 12. As a third setting example, for example, it may be set by the residual electricity amount of the auxiliary power source in the secondary battery such as the battery 10. As a fourth setting example, for example, when a capacitor is used as the auxiliary power supply, the setting may be made according to the remaining electricity amount of the capacitor. As a fifth setting example, for example, when a hydrogen capacitor is used as the auxiliary power supply, the setting may be made according to the remaining amount of hydrogen in the hydrogen capacitor.
As a sixth example of setting, the number of rotations of the drive motor 12 may be set. As a seventh setting example, by combining the above-described first, second and sixth setting examples, the accelerator opening degree in the drive operating device 15, the power usage amount of the drive motor 12, the motor rotation speed of the drive motor 12, etc. You may set by calculating from a numerical value. And the eighth
As an example of the setting of the above, for example, it may be set by a map created from the accelerator opening degree in the drive operation device 15, the amount of electric power used by the drive motor 12, the motor rotation speed of the drive motor 12, and the like.
【0031】上述した改質器3の運転条件における目標
値の各設定例によれば、改質器3におけるメタノール処
理量を連続的に制御するシステムがなくても、運転時に
必要な電力に応じた燃料流量の生成が可能である。しか
も、アクセル開度、駆動モータ12の電力使用量、補助
電源の残電気量や水素キャパシタの残量および駆動モー
タ12のモータ回転数等に十分に対応した燃料流量の生
成が可能である。According to each example of setting the target value under the operating conditions of the reformer 3 described above, even if there is no system for continuously controlling the amount of methanol to be processed in the reformer 3, the amount of power required during operation can be adjusted. It is possible to generate a high fuel flow rate. Moreover, it is possible to generate a fuel flow rate sufficiently corresponding to the accelerator opening, the amount of power used by the drive motor 12, the amount of remaining electricity of the auxiliary power source, the remaining amount of the hydrogen capacitor, the number of rotations of the motor of the drive motor 12, and the like.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、改質
器における原料処理量が燃焼電池に供給される燃料流量
に応じて設定されるとともに、この原料処理量に基づ
き、改質器の運転パラメータを複数段階に設定してい
る。そして、これらの運転パラメータの選択により改質
器の運転条件が設定され、この運転条件に基づいて、燃
料の生成制御が行われている。そのため、改質器の運転
が、選択された有限の運転条件の下で段階的に制御する
ことができる。その結果、改質器の運転制御が容易に行
うことができるとともに、燃料電池の始動開始までの待
ち時間を短くすることができる。As described above, in the present invention, the amount of raw material processed in the reformer is set according to the flow rate of the fuel supplied to the combustion cell, and based on this raw material processed amount, the reformer Operation parameters are set in multiple stages. Then, the operating conditions of the reformer are set by selecting these operating parameters, and the fuel generation control is performed based on these operating conditions. Therefore, the operation of the reformer can be controlled stepwise under the selected finite operating conditions. As a result, the operation control of the reformer can be easily performed, and the waiting time until the start of the fuel cell can be shortened.
【図1】電気自動車の制御システムのブロック構成図FIG. 1 is a block configuration diagram of a control system for an electric vehicle.
【図2】制御部のブロック構成図FIG. 2 is a block configuration diagram of a control unit.
【図3】燃料生成制御の概略的な流れを示すフローチャ
ートFIG. 3 is a flowchart showing a schematic flow of fuel generation control.
【図4】三方流量制御弁の切替制御ルーチンのフローチ
ャートFIG. 4 is a flowchart of a switching control routine for a three-way flow control valve.
1 制御システム 2 燃料電池 3 改質器 4 燃焼器 5 原料タンク 6 水タンク 7 コンプレッサ(空気圧縮機) 8 濃度センサ 9 三方流量制御弁 9A 第1のバルブ 9B 第2のバルブ 9C 第3のバルブ 10 二次電池 11 電力調整器 12 駆動モータ 13 制御装置 14 駆動輪 15 駆動操作装置 16 イグニッションスイッチ 17 改質器の電源スイッチ 1 control system 2 Fuel cell 3 reformer 4 Combustor 5 raw material tank 6 water tank 7 Compressor (air compressor) 8 Concentration sensor 9 Three-way flow control valve 9A First valve 9B Second valve 9C Third valve 10 secondary battery 11 Power regulator 12 Drive motor 13 Control device 14 drive wheels 15 Drive operating device 16 ignition switch 17 Power switch for reformer
Claims (3)
の改質処理量に応じた燃料流量の燃料を生成する改質器
と、 前記改質器から燃料が供給されるとともに、前記燃料流
量に応じて必要な電力を発電する燃料電池と、 前記燃料流量に応じて前記改質処理量を設定し、前記改
質処理量に基づき前記改質器の運転パラメータを複数段
階に設定し、前記運転パラメータの選択により前記改質
器の運転条件を設定するとともに、当該設定した運転条
件に基づいて、前記燃料の生成制御を行う制御部とを有
することを特徴とする燃料電池の制御システム。1. A fuel cell control system comprising: a reformer for performing a reforming process for reforming a supplied raw material to generate a fuel having a fuel flow rate according to the reforming amount of the raw material; A fuel cell that supplies fuel from a quality device and generates necessary electric power according to the fuel flow rate, and the reforming treatment amount is set according to the fuel flow rate, and the reforming treatment amount is set based on the reforming treatment amount. Setting the operating parameters of the quality control device in a plurality of stages, and setting the operating conditions of the reformer by selecting the operating parameters, and based on the operating conditions that have been set, a control unit that performs the fuel generation control, A fuel cell control system having:
ラメータの複数の組み合わせにより設定し、前記改質器
を運転制御することを特徴とする請求項1に記載された
燃料電池の制御システム。2. The fuel cell control system according to claim 1, wherein the control unit sets the operating condition by a plurality of combinations of the operating parameters and controls the operation of the reformer. .
メータ毎に交互に運転制御することにより、前記運転条
件に平均化することを特徴とする請求項2に記載された
燃料電池の制御システム。3. The fuel cell according to claim 2, wherein the controller averages the operating conditions by alternately controlling the reformer for each of the operating parameters. Control system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002091912A JP2003288927A (en) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Fuel cell control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002091912A JP2003288927A (en) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Fuel cell control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003288927A true JP2003288927A (en) | 2003-10-10 |
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ID=29236883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002091912A Pending JP2003288927A (en) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Fuel cell control system |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2003288927A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007131513A (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Samsung Sdi Co Ltd | Reformer and fuel cell system using the same |
CN104485468A (en) * | 2014-12-25 | 2015-04-01 | 苏州华清京昆新能源科技有限公司 | Gasoline type SOFC (solid oxide fuel cell) charging station |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002091912A patent/JP2003288927A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007131513A (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Samsung Sdi Co Ltd | Reformer and fuel cell system using the same |
US7838161B2 (en) | 2005-11-10 | 2010-11-23 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Reformer and fuel cell system using the same |
CN104485468A (en) * | 2014-12-25 | 2015-04-01 | 苏州华清京昆新能源科技有限公司 | Gasoline type SOFC (solid oxide fuel cell) charging station |
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