JP2014063664A - Method of starting fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】パージ弁に開弁故障が発生しても、希釈装置から高濃度の燃料ガスが排出されることを簡単且つ確実に抑制することを可能にする。
【解決手段】燃料電池システム10の起動方法は、酸化剤ガス供給装置14を駆動して、希釈ガスとして酸化剤ガスを希釈ボックス58に導入する希釈ガス導入工程と、前記希釈ガス導入工程が開始された後、燃料ガス供給装置16を駆動して、燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、パージ弁74の故障検知を行うパージ弁故障検知工程と、を有している。
【選択図】図1It is possible to easily and reliably suppress discharge of a high-concentration fuel gas from a dilution device even when a valve opening failure occurs in a purge valve.
A starting method of a fuel cell system includes a dilution gas introduction step of driving an oxidant gas supply device to introduce an oxidant gas as a dilution gas into a dilution box, and the dilution gas introduction step is started. Then, the fuel gas supply device 16 is driven to supply the fuel gas to the fuel cell stack 12, and a purge valve failure detection step for detecting a failure of the purge valve 74 is provided. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池、酸化剤ガス供給装置、燃料ガス供給装置及び希釈装置を備える燃料電池システムの起動方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell, an oxidant gas supply device, a fuel gas supply device, and a starting method of a fuel cell system including a dilution device.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell is a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. It has. This fuel cell is usually used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
燃料電池スタックでは、各燃料電池のカソード側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、各燃料電池のアノード側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とが接続されている。 In the fuel cell stack, an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas to the cathode side of each fuel cell and a fuel gas supply device that supplies a fuel gas to the anode side of each fuel cell are connected.
ここで、燃料電池スタック内に供給された燃料ガスは、未使用の燃料ガスが残存している燃料オフガスとして前記燃料電池スタックから排出される場合が多い。このため、燃料ガス供給装置は、通常、燃料電池スタックの燃料ガス出口連通孔に排出される燃料オフガスを前記燃料電池スタックの燃料ガス入口連通孔に戻すために循環流路を設けている。 Here, the fuel gas supplied into the fuel cell stack is often discharged from the fuel cell stack as a fuel off-gas in which unused fuel gas remains. For this reason, the fuel gas supply device is usually provided with a circulation channel for returning the fuel off-gas discharged to the fuel gas outlet communication hole of the fuel cell stack to the fuel gas inlet communication hole of the fuel cell stack.
従って、燃料オフガス中に残存する未使用の燃料ガスを、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタックに供給することができる。これにより、前記燃料ガスの効率的な使用が図られて、経済的である。 Therefore, the unused fuel gas remaining in the fuel off-gas can be supplied again to the fuel cell stack as the fuel gas. As a result, the fuel gas can be used efficiently and economically.
ところで、循環流路には、発電時に生成された窒素等の不純物ガスや水分が経時的に蓄積されている。このため、この種の不純物を循環流路の外部に排出させる必要があり、前記循環流路には、パージ弁が配置されている。そして、パージ弁を開閉させることにより、循環流路に残存する不純物を希釈装置に排出している。 Incidentally, impurity gases such as nitrogen and moisture generated during power generation are accumulated in the circulation channel over time. For this reason, it is necessary to discharge this type of impurity to the outside of the circulation channel, and a purge valve is disposed in the circulation channel. Then, by opening and closing the purge valve, impurities remaining in the circulation flow path are discharged to the dilution device.
その際、希釈装置には、希釈ガスとして酸化剤ガス(例えば、空気)が導入されている。従って、燃料オフガスは、酸化剤ガスにより希釈され、所定の水素濃度以下に維持された排ガスが、外部に排出されるように構成されている。 At that time, an oxidant gas (for example, air) is introduced into the dilution apparatus as a dilution gas. Therefore, the fuel off gas is diluted with the oxidant gas, and the exhaust gas maintained at a predetermined hydrogen concentration or less is discharged to the outside.
この場合、上記のパージ弁には、循環流路内に溶出した異物等が導入され易い。このため、パージ弁が開弁状態のままで、閉弁することができない(開弁故障)等の故障が発生するおそれがある。 In this case, foreign substances eluted in the circulation channel are easily introduced into the purge valve. For this reason, there is a possibility that a failure such as the purge valve being in an open state and being unable to close (opening failure) may occur.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、燃料電池と、燃料供給源から供給される燃料ガスを前記燃料電池に流すための供給流路と、前記供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、前記可変ガス供給装置を駆動制御する第1制御装置と、前記燃料電池から排出された燃料オフガスを排出弁を介して外部に放出可能なオフガス流路と、前記排出弁を駆動制御する第2制御装置と、前記排出弁の異常発生を検知する異常検知装置と、を備えている。 Thus, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell system, a fuel cell, a supply channel for flowing fuel gas supplied from a fuel supply source to the fuel cell, and a gas state upstream of the supply channel are adjusted and supplied downstream. A variable gas supply device, a first control device for driving and controlling the variable gas supply device, an offgas passage capable of discharging the fuel offgas discharged from the fuel cell to the outside via a discharge valve, and the discharge valve A second control device that controls the driving of the exhaust valve, and an abnormality detection device that detects occurrence of an abnormality of the discharge valve.
そして、異常検知装置は、可変ガス供給装置に対するガス供給指令量を用いて、排出弁が開弁状態から閉弁状態に戻らない開弁異常を検知することを特徴としている。これにより、可変ガス供給装置に対するガス供給指令量を用いて排出弁の開弁異常を検知するので、当該開弁異常を運転中に遅滞なく検知することが可能となる、としている。 The abnormality detection device is characterized by detecting a valve opening abnormality in which the discharge valve does not return from the valve opening state to the valve closing state using the gas supply command amount for the variable gas supply device. Thereby, since the valve opening abnormality of the discharge valve is detected using the gas supply command amount for the variable gas supply device, the valve opening abnormality can be detected without delay during operation.
上記の特許文献1では、可変ガス供給装置であるインジェクタの噴射流量増加量に基づいて、排出弁であるパージ弁の開弁故障を監視している。その際、インジェクタの出口圧力の変動により、パージ弁の故障検知を行っている。このため、起動時に、インジェクタの出口圧力が昇圧されていく際、パージ弁に開弁故障が発生していると、燃料ガス(水素)が目標希釈濃度まで希釈されないおそれがある。 In Patent Document 1 described above, a valve opening failure of a purge valve that is a discharge valve is monitored based on an increase in injection flow rate of an injector that is a variable gas supply device. At that time, the failure of the purge valve is detected based on the fluctuation of the outlet pressure of the injector. For this reason, when the outlet pressure of the injector is increased at the time of startup, if there is a valve opening failure in the purge valve, the fuel gas (hydrogen) may not be diluted to the target dilution concentration.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、パージ弁に開弁故障が発生しても、希釈装置から高濃度の燃料ガスが排出されることを簡単且つ確実に抑制することが可能な燃料電池システムの起動方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and even when a purge valve has failed to open, it is possible to easily and reliably prevent high-concentration fuel gas from being discharged from the dilution device. An object of the present invention is to provide a starting method for a fuel cell system.
本発明は、電解質膜の両側にカソード電極及びアノード電極が設けられる電解質膜・電極構造体を有する燃料電池と、前記燃料電池のカソード側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池のアノード側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスである燃料オフガスがパージ弁を介して導入されるとともに、希釈ガスとして前記酸化剤ガスが導入される希釈装置と、を備える燃料電池システムの起動方法に関するものである。 The present invention provides a fuel cell having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of an electrolyte membrane, an oxidant gas supply device for supplying an oxidant gas to the cathode side of the fuel cell, A fuel gas supply device that supplies fuel gas to the anode side of the fuel cell, a fuel off-gas that is the fuel gas discharged from the fuel cell is introduced through a purge valve, and the oxidant gas is used as a dilution gas. The present invention relates to a starting method of a fuel cell system including a dilution device to be introduced.
この起動方法は、酸化剤ガス供給装置を駆動して、酸化剤ガスを希釈装置に導入する希釈ガス導入工程と、前記希釈ガス導入工程が開始された後、燃料ガス供給装置を駆動して、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、パージ弁の故障検知を行うパージ弁故障検知工程と、を有している。 In this starting method, the oxidant gas supply device is driven to introduce the oxidant gas into the dilution device. After the dilution gas introduction step is started, the fuel gas supply device is driven, A fuel gas supply step of supplying fuel gas to the fuel cell; and a purge valve failure detection step of detecting a failure of the purge valve.
また、この始動方法では、パージ弁故障検知工程が終了するまでの間、通常運転時に供給される酸化剤ガスの供給量よりも増量された前記酸化剤ガスを供給することが好ましい。 Further, in this starting method, it is preferable to supply the oxidant gas which is increased from the supply amount of the oxidant gas supplied during the normal operation until the purge valve failure detection step is completed.
さらに、この起動方法では、酸化剤ガス供給装置は、燃料電池をバイパスして希釈装置に酸化剤ガスを供給するバイパス流路を有し、希釈ガス導入工程では、前記酸化剤ガスは、前記バイパス流路を通ることにより、前記燃料電池をバイパスして前記希釈装置に供給されることが好ましい。 Furthermore, in this activation method, the oxidant gas supply device has a bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the oxidant gas to the dilution device. In the dilution gas introduction step, the oxidant gas is The fuel cell is preferably supplied to the diluting device by passing through the flow path.
さらにまた、この起動方法では、燃料電池システムは、蓄電装置を有し、起動方法は、前記蓄電装置の充電量を検知する充電量検知工程と、検知された前記充電量が規定量以下である際、希釈ガス導入工程における希釈ガス目標圧力値及び燃料ガス供給工程における燃料ガス目標圧力値を低減される工程と、を有することが好ましい。 Furthermore, in this activation method, the fuel cell system includes a power storage device, and the activation method includes a charge amount detection step of detecting a charge amount of the power storage device, and the detected charge amount is equal to or less than a specified amount. At this time, it is preferable to include a step of reducing the dilution gas target pressure value in the dilution gas introduction step and the fuel gas target pressure value in the fuel gas supply step.
本発明によれば、燃料電池システムの起動時に、燃料ガスの供給により燃料ガス圧が昇圧される前に、希釈装置への酸化剤ガス(希釈ガス)の導入が開始されている。このため、パージ弁に開弁故障が発生していても、燃料ガスの目標希釈濃度を良好に維持することができる。しかも、パージ弁故障検知工程中、酸化剤ガスが希釈装置に導入されている。従って、パージ弁の開弁故障により、希釈装置に燃料ガスが導入されても、前記燃料ガスを有効に希釈することが可能になる。 According to the present invention, when the fuel cell system is started, before the fuel gas pressure is increased by supplying the fuel gas, the introduction of the oxidant gas (diluted gas) to the diluting device is started. For this reason, even if the valve opening failure has occurred in the purge valve, the target dilution concentration of the fuel gas can be maintained well. Moreover, oxidant gas is introduced into the diluting device during the purge valve failure detection step. Therefore, even if the fuel gas is introduced into the diluting device due to the opening failure of the purge valve, the fuel gas can be effectively diluted.
これにより、パージ弁に開弁故障が発生しても、希釈装置から高濃度の燃料ガスが排出されることを簡単且つ確実に抑制することができる。 As a result, even if a valve opening failure occurs in the purge valve, it is possible to easily and reliably suppress the high-concentration fuel gas from being discharged from the dilution device.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システム10は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両(図示せず)に搭載される車載用燃料電池システムを構成する。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、前記燃料電池スタック12に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、前記燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、前記燃料電池システム10全体の制御を行うコントローラ18とを備える。
The
燃料電池スタック12は、複数の燃料電池20を積層して構成される。各燃料電池20は、例えば、フッ素系電解質膜又は炭化水素系電解質膜からなる固体高分子電解質膜22を、カソード電極24とアノード電極26とで挟持した電解質膜・電極構造体(MEA)28を備える。
The
カソード電極24及びアノード電極26は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金(又はRu等)が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜22の両面に形成される。
The
燃料電池20は、電解質膜・電極構造体28をカソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32で挟持する。カソード側セパレータ30及びアノード側セパレータ32は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。
In the
カソード側セパレータ30と電解質膜・電極構造体28との間には、酸化剤ガス流路34が設けられるとともに、アノード側セパレータ32と前記電解質膜・電極構造体28との間には、燃料ガス流路36が設けられる。
An oxidant
燃料電池スタック12は、複数の燃料電池20の積層方向両端にエンドプレート37a、37bを配置する。エンドプレート37a、37b間には、図示しないが、タイロッドを介して、又は、前記エンドプレート37a、37bを含むケーシング等を介して、積層方向に締め付け荷重が付与される。
In the
エンドプレート37aには、各燃料電池20の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス(以下、空気ともいう)を供給する酸化剤ガス入口マニホールド38a、及び前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口マニホールド38bが設けられる。
The
エンドプレート37bには、各燃料電池20の積層方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガス(以下、水素ガスともいう)を供給する燃料ガス入口マニホールド40a、及び前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口マニホールド40bが設けられる。
The
酸化剤ガス供給装置14は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ50を備え、前記エアポンプ50が空気供給流路52に配設される。空気供給流路52には、供給ガス(供給酸化剤ガス)と排出ガス(排出酸化剤ガス)との間で水分と熱を交換する加湿器54が配設されるとともに、前記空気供給流路52は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口マニホールド38aに連通する。
The oxidant
酸化剤ガス供給装置14は、酸化剤ガス出口マニホールド38bに連通する空気オフガス流路56を備える。空気オフガス流路56は、加湿器54の加湿媒体通路(図示せず)に連通するとともに、この空気オフガス流路56には、エアポンプ50から空気供給流路52を通って燃料電池スタック12に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能な背圧制御弁57が設けられる。空気オフガス流路56は、希釈ボックス(希釈装置)58に接続される。
The oxidant
燃料ガス供給装置16は、高圧水素を貯留する水素タンク60を備え、この水素タンク60は、水素供給流路62を介して燃料電池スタック12の燃料ガス入口マニホールド40aに連通する。
The fuel
水素供給流路62には、減圧弁64、遮断弁66及びエゼクタ68が設けられる。エゼクタ68は、水素タンク60から供給される水素ガスを、水素供給流路62を通って燃料電池スタック12に供給するとともに、前記燃料電池スタック12で使用されなかった未使用の水素ガスを含む燃料オフガスを、循環流路70から吸引して、再度、前記燃料電池スタック12に燃料ガスとして供給する。
The
燃料ガス出口マニホールド40bには、燃料オフガス流路72が連通するとともに、前記燃料オフガス流路72の途上から循環流路70が分岐する。燃料オフガス流路72には、循環流路70の下流にパージ弁74が接続され、前記燃料オフガス流路72が希釈ボックス58に接続される。
The fuel
希釈ボックス58は、内部に燃料オフガスが滞留する空間が形成される一方、空気オフガス流路56は、前記希釈ボックス58内を貫通して配置される。空気オフガス流路56には、希釈ボックス58内に連通する開口部が形成される。空気オフガスが、空気オフガス流路56を流通することにより、希釈ボックス58内に滞留している燃料オフガスが吸引され、前記空気オフガスと混合されて希釈される。
The
このように構成される燃料電池システム10の動作について、第1の実施形態に係る起動方法との関連で、図2に示すタイミングチャートに沿って、以下に説明する。
The operation of the
先ず、燃料電池システム10の起動時には、図示しないイグニッションスイッチ又は燃料電池始動スイッチがオンされる。このスイッチオン信号が、出力された後、遮断弁66の開指令(水素供給指令)がオンされるまでの間に、空気供給指令がオンされる。
First, when the
このため、図1に示すように、酸化剤ガス供給装置14では、エアポンプ50を介して空気供給流路52に空気が送られる。この空気は、加湿器54を通過した後、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口マニホールド38aに供給される。
For this reason, as shown in FIG. 1, in the oxidant
空気は、燃料電池スタック12内の各酸化剤ガス流路34に沿って移動した後、酸化剤ガス出口マニホールド38bから空気オフガス流路56に排出される。排出された空気(空気オフガス)は、加湿器54を通過した後、希釈ボックス58に希釈ガスとして供給される。従って、希釈ボックス58には、希釈ガスが流通しており、この状態で遮断弁66が開弁される。
The air moves along each oxidant
燃料ガス供給装置16では、水素タンク60から導出されて減圧弁64により減圧された水素ガスが、エゼクタ68を通って燃料電池スタック12の燃料ガス入口マニホールド40aに供給される。
In the fuel
この水素ガスは、各燃料ガス流路36に沿って移動し、燃料ガス出口マニホールド40bから燃料オフガス流路72に燃料オフガスとして排出される。燃料オフガスは、循環流路70からエゼクタ68に吸引され、新たな水素ガスとして燃料電池スタック12に供給される。
This hydrogen gas moves along each fuel
燃料電池システム10の始動時には、パージ弁74の故障検知が行われている。そして、パージ弁故障検知完了フラグがオンされることにより、パージ弁74の故障検知が完了する。
When the
一方、燃料電池スタック12では、各電解質膜・電極構造体28において、酸化剤ガス流路34を流通する空気がカソード電極24に供給されるとともに、燃料ガス流路36を流通する水素ガスがアノード電極26に供給される。
On the other hand, in the
これにより、燃料電池スタック12が、図示しない負荷、例えば、走行モータ等に接続されることにより、カソード電極24に供給される空気とアノード電極26に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
As a result, when the
この場合、第1の実施形態では、燃料電池システム10の起動時に、先ず酸化剤ガス供給装置14が駆動されて、希釈ボックス58に希釈ガスとして酸化剤ガスが導入されている。次いで、燃料電池スタック12には、燃料ガス供給装置16から燃料ガスが供給されている。
In this case, in the first embodiment, when the
このため、パージ弁74に開弁故障が発生していても、希釈ボックス58に導入される燃料オフガスは、酸化剤ガスにより十分に希釈されて、目標希釈濃度に良好に維持される。しかも、パージ弁故障検知工程中、酸化剤ガスが希釈ボックス58に導入されている。従って、パージ弁74の開弁故障により、希釈ボックス58に燃料オフガスが導入されても、前記燃料オフガスを良好に希釈することは可能になる。
For this reason, even if a valve opening failure has occurred in the
これにより、パージ弁74に開弁故障が発生していても、希釈ボックス58から高濃度の燃料オフガスが排出されることを、簡単且つ確実に抑制することができるという効果が得られる。
As a result, even if a valve opening failure has occurred in the
なお、第1の実施形態では、希釈ガスである空気の供給指令が、遮断弁66の開指令がオンされる前にオンされている。これに代えて、複数の遮断弁を設ける場合には、イグニッションスイッチ又は燃料電池始動スイッチがオンされた後、全ての遮断弁が開状態になるまでの間に、エア供給指令がオンされる。
In the first embodiment, the supply command for the air that is the dilution gas is turned on before the opening command for the
図3は、本発明の第2の実施形態に係る起動方法を説明するタイミングチャートである。 FIG. 3 is a timing chart for explaining an activation method according to the second embodiment of the present invention.
この第2の実施形態では、イグニッションスイッチ又は燃料電池始動スイッチがオンされた後、遮断弁66の開指令がオンされるまでの間に、空気供給指令が出される。その際、空気供給制御マップとして故障検知マップが設定され、この故障検知マップに基づいて、空気供給量が調整される。
In the second embodiment, the air supply command is issued after the ignition switch or the fuel cell start switch is turned on until the opening command for the
次いで、パージ弁故障検知完了フラグがオンされると、空気供給制御マップは、故障検知マップから通常発電マップに切替られ、この通常発電マップに基づいた空気供給量に調整される。ここで、故障検知マップにより設定される空気供給量は、通常発電マップに設定される空気供給量よりも増量されている。 Next, when the purge valve failure detection completion flag is turned on, the air supply control map is switched from the failure detection map to the normal power generation map, and adjusted to the air supply amount based on this normal power generation map. Here, the air supply amount set by the failure detection map is larger than the air supply amount set by the normal power generation map.
具体的には、故障検知マップの空気供給量は、パージ弁74の故障検知中に、前記パージ弁74の開弁故障により燃料オフガスが希釈ボックス58に導入されても、この燃料オフガスを目標希釈濃度に希釈できる空気供給量に設定される。
More specifically, the air supply amount in the failure detection map is such that even if the fuel offgas is introduced into the
従って、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、希釈ボックス58から高濃度の燃料オフガスが排出されることを可及的に抑制することが可能になる。
Therefore, in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and it is possible to suppress the exhaust of the high concentration fuel off-gas from the
図4は、本発明の第3の実施形態に係る起動方法を説明するタイミングチャートである。 FIG. 4 is a timing chart for explaining an activation method according to the third embodiment of the present invention.
この第3の実施形態では、イグニッションスイッチ又は燃料電池始動スイッチがオンされた後、空気供給指令がオンされて希釈ボックス58に希釈ガスとして空気の供給が開始される。空気供給量は、予め設定された一定量の供給量に維持されている。
In the third embodiment, after the ignition switch or the fuel cell start switch is turned on, the air supply command is turned on, and supply of air as a dilution gas to the
そこで、アノード内圧力の圧力上昇速度が、所定値よりも遅いと判断されると、空気供給量を増大させる処理が行われる。パージ弁74の開弁故障により、希釈ボックス58に比較的多くの燃料オフガスが導入されていると判断されるからである。このため、希釈ボックス58に供給される空気の供給量を増量することにより、水素濃度を低下させることができる。
Accordingly, when it is determined that the pressure increase rate of the anode internal pressure is slower than the predetermined value, a process for increasing the air supply amount is performed. This is because it is determined that a relatively large amount of fuel off-gas is introduced into the
また、燃料電池システム10の起動時に、アノード目標圧力が大きければ、パージ弁74の開弁故障による燃料オフガスの漏れ量が多くなる。従って、図5に示すように、アノード目標圧力が高い程、起動時に要求される空気供給流量を多くするように設定する。空気供給流量の増加は、例えば、エアポンプ50の作動量を多くしたり、背圧制御弁57の開度を制御することにより行われる。
Further, if the anode target pressure is large when the
さらにまた、カソード側の圧力を制御する際に、カソード側とアノード側との圧力差が大きいと、燃料電池スタック12の電解質膜・電極構造体28に圧力差による障害を与えるおそれがある。
Furthermore, when the pressure on the cathode side is controlled, if the pressure difference between the cathode side and the anode side is large, the electrolyte membrane /
そのため、図6に示すように、アノード圧力に応じてカソード目標圧力を設定することにより、電解質膜・電極構造体28の損傷を防止することが可能になる。なお、カソード目標圧力は、アノード圧力に対して所定の圧力幅Sを有している。
Therefore, as shown in FIG. 6, it is possible to prevent damage to the electrolyte membrane /
図7は、本発明の第4の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システム80の概略構成説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a
なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
The same components as those of the
燃料電池システム80では、空気供給流路52及び空気オフガス流路56には、それぞれ加湿器54と燃料電池スタック12との間に位置して遮断弁82a、82bが設けられる。
In the
空気供給流路52には、加湿器54の上流側にバイパス流路84の一端が接続されるとともに、空気オフガス流路56には、前記加湿器54の下流側に位置して前記バイパス流路84の他端が接続される。バイパス流路84には、遮断弁86が設けられる。
One end of a
第4の実施形態では、例えば、遮断弁82a、82bが閉弁されて、燃料電池スタック12のカソード系が密封された状態で、空気供給指令により遮断弁86が開弁される。これにより、エアポンプ50から供給される空気は、バイパス流路84を通って、すなわち、燃料電池スタック12及び加湿器54をバイパスして、希釈ボックス58に供給される。
In the fourth embodiment, for example, the
このように、第4の実施形態では、希釈ガス(空気)が燃料電池スタック12をバイパスして希釈ボックス58に供給されている。このため、圧力損失の減少をはかることができ、少ない空気供給動作量で空気を確実に送ることが可能になる。
Thus, in the fourth embodiment, the dilution gas (air) is supplied to the
しかも、希釈ガス(空気)は、燃料電池スタック12及び加湿器54をバイパスしている。従って、希釈ガスの圧力損失が一層低減され、前記希釈ガスを効率的且つ経済的に供給することが可能になるという効果が得られる。
Moreover, the dilution gas (air) bypasses the
なお、第4の実施形態では、加湿器54を用いているが、この加湿器54を削除した構成においても、対応することができる。
In addition, although the
図8は、本発明の第5の実施形態に係る起動方法が適用される燃料電池システム90の概略構成説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a
なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
The same components as those of the
燃料電池システム90は、例えば、高圧バッテリ等の蓄電装置92を備える。コントローラ18は、蓄電装置92の残量を(充電量)検知しており、検知された前記残量が規定量以下である際、アノード目標圧力を低減させて、希釈ガス導入工程におけるカソード目標圧力値を低減させている。
The
このため、第5の実施形態では、各デバイスの負荷を下げることができ、蓄電装置92の残量が無くなることを阻止することが可能になるという効果が得られる。
For this reason, in the fifth embodiment, it is possible to reduce the load on each device and to prevent the remaining amount of the
なお、本発明では、パージ弁74の開弁故障の検知手法として、アノード圧力の上昇速度に基づく手法の他、種々の手法を採用することができる。
In the present invention, various techniques other than the technique based on the increasing rate of the anode pressure can be adopted as a technique for detecting the valve opening failure of the
10、80、90…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14…酸化剤ガス供給装置 16…燃料ガス供給装置
18…コントローラ 20…燃料電池
22…固体高分子電解質膜 24…カソード電極
26…アノード電極 28…電解質膜・電極構造体
30…カソード側セパレータ 32…アノード側セパレータ
34…酸化剤ガス流路 36…燃料ガス流路
50…エアポンプ 52…空気供給流路
54…加湿器 56…空気オフガス流路
57…背圧制御弁 58…希釈ボックス
60…水素タンク 62…水素供給流路
68…エゼクタ 70…循環流路
72…燃料オフガス流路 74…パージ弁
82a、82b、86…遮断弁 84…バイパス流路
92…蓄電装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記燃料電池のカソード側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池のアノード側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池から排出される前記燃料ガスである燃料オフガスがパージ弁を介して導入されるとともに、希釈ガスとして前記酸化剤ガスが導入される希釈装置と、
を備える燃料電池システムの起動方法であって、
前記酸化剤ガス供給装置を駆動して、前記酸化剤ガスを前記希釈装置に導入する希釈ガス導入工程と、
前記希釈ガス導入工程が開始された後、前記燃料ガス供給装置を駆動して、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、
前記パージ弁の故障検知を行うパージ弁故障検知工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 A fuel cell having an electrolyte membrane / electrode structure in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane;
An oxidant gas supply device for supplying an oxidant gas to the cathode side of the fuel cell;
A fuel gas supply device for supplying fuel gas to the anode side of the fuel cell;
A diluting device in which a fuel off gas, which is the fuel gas discharged from the fuel cell, is introduced through a purge valve, and the oxidant gas is introduced as a diluting gas;
A method for starting a fuel cell system comprising:
A dilution gas introduction step of driving the oxidant gas supply device to introduce the oxidant gas into the dilution device;
A fuel gas supply step of driving the fuel gas supply device and supplying the fuel gas to the fuel cell after the dilution gas introduction step is started;
A purge valve failure detection step of detecting a failure of the purge valve;
A starting method for a fuel cell system, comprising:
前記希釈ガス導入工程では、前記酸化剤ガスは、前記バイパス流路を通ることにより前記燃料電池をバイパスして前記希釈装置に供給されることを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 3. The startup method according to claim 1, wherein the oxidant gas supply device includes a bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the oxidant gas to the dilution device.
In the dilution gas introducing step, the oxidant gas bypasses the fuel cell by passing through the bypass flow path and is supplied to the dilution device.
前記起動方法は、前記蓄電装置の充電量を検知する充電量検知工程と、
検知された前記充電量が規定量以下である際、前記希釈ガス導入工程における希釈ガス目標圧力値及び前記燃料ガス供給工程における燃料ガス目標圧力値を低減される工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。 The start-up method according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system includes a power storage device,
The activation method includes a charge amount detection step of detecting a charge amount of the power storage device;
A step of reducing the target gas pressure value in the dilution gas introduction step and the fuel gas target pressure value in the fuel gas supply step when the detected charge amount is not more than a specified amount;
A starting method for a fuel cell system, comprising:
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JP2018097936A (en) * | 2016-12-08 | 2018-06-21 | トヨタ自動車株式会社 | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM |
CN110774941A (en) * | 2019-11-06 | 2020-02-11 | 行云新能科技(深圳)有限公司 | Control method and control device for hydrogen fuel cell, and computer storage medium |
JP7480213B2 (en) | 2022-03-29 | 2024-05-09 | 本田技研工業株式会社 | Fuel Cell Systems |
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