JP4984392B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、酸化剤ガス供給用のコンプレッサを有する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system having a compressor for supplying an oxidant gas.
従来から、燃料と酸化剤とを供給され発電する燃料電池と、燃料電池に酸化剤としてエアを供給するコンプレッサを有するエア供給システムとを備えた燃料電池装置に適用され、コンプレッサの回転数と指令値との差の絶対値が所定値以上で、所定時間経過した場合には、エア供給システムの故障と判定する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、燃料電池に対する出力要求値が高くなると、コンプレッサの仕事量(効率)が大きくなり、コンプレッサの吐出するガスの温度が上昇する傾向になる。このコンプレッサの吐出ガスの温度が許容限度値を超えると、コンプレッサの下流側、即ち燃料電池(スタック)側にある各部品(例えば、燃料電池自体若しくは加湿モジュール)等にダメージを与えることになる。 By the way, when the required output value for the fuel cell increases, the work (efficiency) of the compressor increases, and the temperature of the gas discharged from the compressor tends to increase. When the temperature of the discharge gas of the compressor exceeds the allowable limit value, each component (for example, the fuel cell itself or the humidification module) on the downstream side of the compressor, that is, the fuel cell (stack) side is damaged.
そこで、本発明は、酸化剤ガス供給用のコンプレッサを有する燃料電池システムにおいて、コンプレッサの吐出ガスの温度を監視することができる構成を低コストで実現することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to realize, at a low cost, a configuration capable of monitoring the temperature of a discharge gas from a compressor in a fuel cell system having a compressor for supplying an oxidant gas.
上記目的を達成するため、本発明によれば、酸化剤ガスを燃料電池に供給するためのコンプレッサを有する燃料電池システムにおいて、前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの圧力の測定値を前記コンプレッサの吸気側の前記酸化剤ガスの圧力の測定値で除した値である前記コンプレッサの圧縮比γと、前記コンプレッサの吸気側の前記酸化剤ガスの温度の測定値Tinと、前記酸化剤ガスの既知の比熱比κと、を用いて、Tin*γ^(κ−1/κ)の式に基づいて前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの温度を算出する吐出温度算出手段を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in a fuel cell system having a compressor for supplying an oxidant gas to a fuel cell, a measured value of the pressure of the oxidant gas on the discharge side of the compressor is obtained. The compression ratio γ of the compressor, which is a value divided by the measured value of the pressure of the oxidant gas on the intake side, the measured value Tin of the temperature of the oxidant gas on the intake side of the compressor, and the oxidant gas A discharge temperature calculation means for calculating the temperature of the oxidant gas on the discharge side of the compressor based on a formula of Tin * γ ^ (κ−1 / κ) using a known specific heat ratio κ. A fuel cell system is provided.
上記構成において前記吐出温度算出手段は、前記Tin*γ^(κ−1/κ)の式に前記コンプレッサの回転数の関数で表される補正係数を乗ずることで、前記算出した前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの前記温度の補正を行ってもよい。In the above-described configuration, the discharge temperature calculation means multiplies the equation of Tin * γ ^ (κ−1 / κ) by a correction coefficient expressed as a function of the rotation speed of the compressor, thereby calculating the calculated discharge of the compressor. The temperature of the oxidant gas on the side may be corrected.
上記構成は、前記算出された前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの前記温度が所定基準値を上回った場合に、システム異常であると判定する異常判定手段を備えてもよい。また、上記構成は、前記補正された前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの前記温度が所定基準値を上回った場合に、システム異常であると判定する異常判定手段を備えてもよい。The above configuration may further include an abnormality determination unit that determines that the system is abnormal when the calculated temperature of the oxidant gas on the discharge side of the compressor exceeds a predetermined reference value. The above configuration may further include an abnormality determination unit that determines that the system is abnormal when the corrected temperature of the oxidant gas on the discharge side of the compressor exceeds a predetermined reference value.
以上の通り本発明によれば、コンプレッサ吐出側に温度を測定する手段を設けることなく吐出温度を算出することができるため、システムを簡素化することができる。それにより、コンプレッサの吐出ガスの温度を監視することができる構成を低コストで実現することができる。 As described above, according to the present invention, since the discharge temperature can be calculated without providing a means for measuring the temperature on the compressor discharge side, the system can be simplified. Thereby, the structure which can monitor the temperature of the discharge gas of a compressor is realizable at low cost.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明による燃料電池システムの一実施例を示す要部構成図である。燃料電池システムは、燃料電池10を備える。燃料電池10は、例えば固体高分子型燃料電池であり、複数の単セル20を積層したスタック構造を有する。尚、単セル20は、電解質膜の両側にアノードとカソードとを有し、アノード及びカソードの外側にはセパレータが設けられる。各単セル20は、一方のアノード側が他方のカソード側と対向するように積層され、各単セル20同士はセパレータを介して離隔される。以下、本発明に関わるカソード側の構成を主に説明していく。
FIG. 1 is a main part configuration diagram showing an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system includes a
燃料電池10の上流側には、空気又は酸化剤を含有するガス(以下、「酸化剤ガス」という)を供給する酸化剤ガス供給システム40が配置される。酸化剤ガスは、エアクリーナー44によりガス中の不純物が除去され、エアコンプレッサ42に供給される。エアコンプレッサ42の前段には、流量センサ45が設けられる。エアコンプレッサ42は、電子制御ユニット41(以下、コンプレッサECU41)により制御され、モータ42aを動力源として、入口側(エアクリーナー44側)から吸気した酸化剤ガスを圧縮して出口側に吐出する。エアコンプレッサ42で圧縮・吐出された酸化剤ガスは、インタークーラー46により冷却され、燃料電池10に供給される。
An oxidant
尚、エアコンプレッサ42の動作により発生する熱は、ラジエータ50を介して外部に放出される。すなわち、ラジエータ50を含む冷却回路には、モータ52により駆動されるポンプ54により、エアコンプレッサ42やインタークーラー46における熱交換のための冷却水が循環される。ラジエータ50は、例えば燃料電池システムが車両に搭載される場合、通常的なラジエータと同様、車両の前部に設けられる。
The heat generated by the operation of the
燃料電池10の入口側からは、酸化剤ガスは、各単セル20に分配・供給され、各単セル20の陽極側で進行する電気化学反応に供される。尚、アノード側では、同様に、燃料ガスが、燃料ガス供給マニホールドを介して各単セル20の燃料ガス流路に分配・供給され、各単セル20の陰極側で進行する電気化学反応に供される。このようにして各単セル20で発生する起電力は、積層体の端部付近に設けられる出力端子(図示せず)を介して取り出される。
From the inlet side of the
燃料電池10の下流側には、調圧弁62を介して排気管60が接続される。調圧弁62と燃料電池10との間には、圧力センサ64が設けられる。調圧弁62は、適切なコントローラ(ECU)により、圧力センサ64の検出値に基づいて、燃料電池10(スタック)内を所定の圧力(制御圧)に調整するように開閉制御される。尚、図1に示す例では、排気管60は、バルブ66を介してエアコンプレッサ42の前段に分岐・接続され、燃料電池10から排出される酸化剤ガスの一部がエアコンプレッサ42の前段で混入されるカソード循環システムが構成されている。この場合、比較的水分の多い排気ガスにより燃料電池10に導入される酸化剤ガスに湿気が付与されるので、インタークーラー46と燃料電池10との間に加湿モジュールを設ける必要がない。但し、本発明は、インタークーラー46と燃料電池10との間に加湿モジュールを設ける構成に対しても適用可能である。
An
燃料電池システムの動作時、コンプレッサECU41は、例えば燃料電池10に対する要求出力値(目標発電量)に応じて、エアコンプレッサ42の仕事量を制御する。エアコンプレッサ42の仕事量が大きいとき、エアコンプレッサ42の吐出される酸化剤ガスの温度(以下、「吐出温度Tout[K]」という)が上昇する。吐出温度Toutが一定限度以上に上昇すると、インタークーラー46にて十分に温度低下させることができず、エアコンプレッサ42の下流側にある各種部品(燃料電池10や加湿モジュール)がダメージを受ける。かかる吐出温度Toutの過度の上昇は、エアコンプレッサ42等になんらかの異常が生じた場合にも起こりうる。
During operation of the fuel cell system, the
以下に説明する各実施例は、かかる課題に新規に着目し、エアコンプレッサ42の下流側に温度センサを設定することなく、既存のセンサ等による測定値を有効に用いて吐出温度Toutを推定演算することで、低コストで、吐出温度Toutの上昇による燃料電池10等へのダメージを効果的に防止するものである。
Each embodiment described below pays new attention to such a problem, and without using a temperature sensor downstream of the
図2は、実施例1に係るコンプレッサECU41の演算部(CPU)で実行されてよい主要処理を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating main processing that may be executed by the calculation unit (CPU) of the
先ず、ステップ100では、コンプレッサECU41は、エアコンプレッサ42の回転数REV(以下、「エアコンプレッサ回転数REV」という)と、エアコンプレッサ42の送気流量V[L/min])と、エアコンプレッサ42の吸気側の酸化剤ガスの温度(以下、「吸気温度Tin[K]」という)と、コンプレッサ吸気側の酸化剤ガスの圧力(以下、「吸気圧力Pin」という)とに基づいて、エアコンプレッサ42に供給される酸化剤ガスの体積流量Fair[NL/min]を求める。
First, in
ここで、エアコンプレッサ42の送気流量Vは、エアコンプレッサ回転数REVとの所定の関係式(典型的な比例式でよい)から求めることができる。エアコンプレッサ回転数REVは、エアコンプレッサ42に設けられ、エアコンプレッサ42の回転数を実測する回転計の測定値が用いられてよい。或いは、エアコンプレッサ42を制御するコンプレッサECU41によるエアコンプレッサ42のモータ42aに対する回転数指示値(目標回転数)に基づく値が用いられてもよい。
Here, the air flow rate V of the
吸気温度Tinは、エアコンプレッサ42の上流側に設けられる温度センサ70による測定値が用いられる。尚、図1に示す温度センサ70は、酸化剤ガス用の供給管の入口(大気側)付近に設けられているが、エアコンプレッサ42より上流側であればいかなる適切な場所に設定されてもよく、例えば、エアコンプレッサ42の直前に設けられてもよい。吸気圧力Pinは、同様に、エアコンプレッサ42の上流側に設けられる圧力センサ72による測定値が用いられる。尚、図1に示す圧力センサ72は、酸化剤ガスの供給管の入口(大気側)付近に設けられているが、エアコンプレッサ42より上流側であればいかなる適切な場所に設定されてもよく、例えば、エアコンプレッサ42の直前に設けられてもよい。体積流量Fairは、エアコンプレッサ42の送気流量Vを、吸気温度Tinと吸気圧力Pinとを用いて気体の状態方程式により標準状態に換算することにより求められる。
As the intake air temperature Tin, a value measured by a
次にステップ110では、コンプレッサECU41は、酸化剤ガスの制御圧からエアコンプレッサ42の吐出側の酸化剤ガスの圧力(以下、「吐出圧力Pout」という)を求める。吐出圧力Poutは、上述の調圧弁62と燃料電池10の間に設けられた圧力センサ64による測定値との所定の関係式から求めることができる。この関係式は、システム特有のものでありえ、マップ形式として予め用意されてよく、コンプレッサECU41のメモリに記憶される。
Next, in step 110, the
続くステップ120では、コンプレッサECU41は、上記各ステップ100と110で計測若しくは算出した各値、すなわち体積流量Fair、吐出圧力Pout、吸気圧力Pin、吸気温度Tin、コンプレッサ効率ηのマップ値から吐出温度Toutを算出する。
In the following step 120, the
ここで、吐出温度Toutは、吸気温度Tin及びコンプレッサ効率ηを用いて次式により求められる。
Tout=Tin/η
但し、η=Wad/W0
ここで、W0[kW]は全断熱圧縮仕事であり、Wadは、理論断熱圧縮仕事である。
理論断熱圧縮仕事Wadは、次式で表される。
Wad=Gc*hc/1000
=Fair*ρair*Cp*ΔTc/60/1000/1000
=Fair*ρair*Cp*Tin*{γ^(κ−1/κ)−1}/60/1000/1000
但し、
Gc[kg/sec]:質量流量
hc[J/kg]:断熱ヘッド
ρair[kg/m3]:酸化剤ガスの密度
Cp[J/kg・K]:酸化剤ガスの比熱
ΔTc[K]:理論温度上昇
κ:酸化剤ガスの比熱比
であり、以上は既知の値である。尚、酸化剤ガスの物性値ρair、κ等は、酸化剤のキャリアガス(空気又は水蒸気)の同物性値を用いて計算されたものが用いられてよく、簡易的に、例えばκは空気の比熱比約1.4が用いられてよい。
Here, the discharge temperature Tout is obtained by the following equation using the intake air temperature Tin and the compressor efficiency η.
Tout = Tin / η
However, η = Wad / W0
Here, W0 [kW] is the total adiabatic compression work, and Wad is the theoretical adiabatic compression work.
The theoretical adiabatic compression work Wad is expressed by the following equation.
Wad = Gc * hc / 1000
= Fair * ρair * Cp * ΔTc / 60/1000/1000
= Fair * ρair * Cp * Tin * {γ ^ (κ-1 / κ) -1} / 60/1000/1000
However,
Gc [kg / sec]: Mass flow rate
hc [J / kg]: Thermal insulation head ρair [kg / m 3 ]: Oxidant gas density
Cp [J / kg · K]: Specific heat of oxidant gas ΔTc [K]: Increase in theoretical temperature κ: Specific heat ratio of oxidant gas, the above are known values. As the physical property values ρair, κ, etc. of the oxidant gas, those calculated using the same physical property value of the carrier gas (air or water vapor) of the oxidant may be used. A specific heat ratio of about 1.4 may be used.
また、γは、エアコンプレッサ42の圧縮比(圧縮率=吐出圧力Pout/吸気圧力Pin)であり、吐出圧力Pout及び吸気圧力Pinの各測定値を用いて求められる。 Further, γ is a compression ratio of the air compressor 42 (compression ratio = discharge pressure Pout / intake pressure Pin), and is obtained by using measured values of the discharge pressure Pout and the intake pressure Pin.
続くステップ130では、コンプレッサECU41は、上記ステップ120で求めた吐出温度Toutが所定の基準値(上限許容値)を上回ったか否かを判定し、否定判定の場合、システムが正常に作動しているとして今回のルーチンが終了される。一方、肯定判定の場合、すなわち吐出温度Toutが所定の基準値を上回った場合、システムに異常が発生したと判断され、吐出温度異常処理ルーチンに移る(ステップ140)。このステップ140では、コンプレッサECU41は、例えばエアコンプレッサ42の出力制限(燃料電池10の出力制限)や作動停止を実現してよい。
In subsequent step 130, the
以上のように本実施例によれば、エアコンプレッサ42の下流側(エアコンプレッサ42の出口側とインタークーラー46との間)に温度センサを設けて、直接的に吐出温度Toutを測定するのではなく、燃料電池システムの制御に必要な各種測定値又は算出値を有効利用して、吐出温度Toutを高精度に推定することができるので、低コストで優れたフェールセーフ機能を実現することができる。
As described above, according to this embodiment, a temperature sensor is not provided directly on the downstream side of the air compressor 42 (between the outlet side of the
尚、本実施例において、エアコンプレッサ42の送気流量Vは、高度の相違(それに伴う外気圧の相違)が補償されるように、コンプレッサ回転数REVと吸気温度Tinの測定値とを変数として、以下のような近似式により線形近似して求めてもよい。
V=a*REV+b
ここで、a,bは、図3に示すように、高度の異なる地点で測定された実験値に適合するように線形近似することで決定される。図3には、平地条件(101.3kPa−abs)における実験値と、高地条件(70kPa−abs)がプロットされている。このように、送気流量Vを求めるための関係式は、平地条件と高地条件の違いにより少なくとも2種類用意されてよい。この場合、例えば燃料電池10が車両のような移動性の高い移動体に搭載される場合であっても、高度の相違が補償されるので、吐出温度Toutの高い精度を維持することができる。
In the present embodiment, the air flow rate V of the
V = a * REV + b
Here, as shown in FIG. 3, a and b are determined by linear approximation so as to match experimental values measured at different points of altitude. In FIG. 3, the experimental value under the flat ground condition (101.3 kPa-abs) and the high ground condition (70 kPa-abs) are plotted. Thus, at least two types of relational expressions for obtaining the air supply flow rate V may be prepared depending on the difference between the flat ground condition and the highland condition. In this case, for example, even when the
以上説明したように、実施例1は酸化剤ガス供給用コンプレッサを有する燃料電池システムであって、酸化剤ガスの体積流量を算出する体積流量算出手段(コンプレッサECU41)と、酸化剤ガスのコンプレッサ吐出圧を算出する吐出圧算出手段(コンプレッサECU41)と、酸化剤ガスのコンプレッサ吸気温度を測定する吸気温度測定手段(70)と、酸化剤ガスのコンプレッサ吸気圧を測定する吸気圧測定手段(72)とを有し、体積流量、吐出圧、吸気温度及び吸気圧より酸化剤ガスのコンプレッサ吐出温度を算出する燃料電池システムである。 As described above, the first embodiment is a fuel cell system having a compressor for supplying an oxidant gas, and includes a volume flow rate calculation means (compressor ECU 41) for calculating the volume flow rate of the oxidant gas and the compressor discharge of the oxidant gas. Discharge pressure calculating means (compressor ECU 41) for calculating the pressure, intake air temperature measuring means (70) for measuring the compressor intake temperature of the oxidant gas, and intake pressure measuring means (72) for measuring the compressor intake pressure of the oxidant gas The fuel cell system calculates the compressor discharge temperature of the oxidant gas from the volume flow rate, the discharge pressure, the intake air temperature, and the intake air pressure.
図4は、実施例2に係るコンプレッサECU41の演算部(CPU)で実行されてよい主要処理を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating main processing that may be executed by the calculation unit (CPU) of the
先ず、ステップ200では、コンプレッサECU41は、エアコンプレッサ42の吸気温度Tin、及び、エアコンプレッサ42の吸気圧力Pinの各測定値を取得する。
First, in
吸気温度Tinは、エアコンプレッサ42の上流側に設けられる温度センサ70による測定値が用いられる。吸気圧力Pinは、同様に、エアコンプレッサ42の上流側に設けられる圧力センサ72による測定値が用いられる。
As the intake air temperature Tin, a value measured by a
次のステップ210では、コンプレッサECU41は、酸化剤ガスの制御圧からエアコンプレッサ42の吐出圧力Poutを求める。吐出圧力Poutは、上述の調圧弁62と燃料電池10の間に設けられた圧力センサ64による測定値との所定の関係式から求めることができる。この関係式は、システム特有のものでありえ、マップ形式として予め用意されてよく、コンプレッサECU41のアクセス可能なメモリに記憶される。
In the next step 210, the
続くステップ220では、コンプレッサECU41は、上記ステップ200,210で取得したエアコンプレッサ42の吸気温度Tin、及び、エアコンプレッサ42の吸気圧力Pinの各測定値から、エアコンプレッサ42の圧縮比γ(=吐出圧力Pout/吸気圧力Pin)を求める。
In the
続くステップ230では、コンプレッサECU41は、上記ステップ200で取得した吸気温度Tin、及び、上記ステップ220で求めたエアコンプレッサ42の圧縮比γを用いて、次の関係式からエアコンプレッサ42の吐出温度Toutを求める。
Tout=Tin*γ^(κ−1/κ)
続くステップ240では、コンプレッサECU41は、上記ステップ230で求めた吐出温度Toutが所定の基準値を上回ったか否かを判定し、否定判定の場合、システムが正常に作動しているとして今回のルーチンが終了される。一方、肯定判定の場合、すなわち吐出温度Toutが所定の基準値を上回った場合、システムに異常が発生したと判断され、吐出温度異常処理ルーチンに移る(ステップ250)。このステップ250では、コンプレッサECU41は、例えばエアコンプレッサ42の出力制限(燃料電池10の出力制限)や作動停止を実現してよい。
In the
Tout = Tin * γ ^ (κ-1 / κ)
In the following step 240, the
以上のように本実施例によれば、上記の実施例1と同様、エアコンプレッサ42の下流側に温度センサを設けて、直接的に吐出温度Toutを測定するのではなく、燃料電池システムの制御に必要な各種測定値又は算出値を有効利用して、吐出温度Toutを高精度に推定することができるので、低コストで優れたフェールセーフ機能を実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, as in the first embodiment, the temperature sensor is not provided directly on the downstream side of the
図5は、実施例3に係るコンプレッサECU41の演算部(CPU)で実行されてよい主要処理を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating main processing that may be executed by the calculation unit (CPU) of the
先ず、ステップ300では、コンプレッサECU41は、エアコンプレッサ回転数REV、エアコンプレッサ42の吸気温度Tin、及び、エアコンプレッサ42の吸気圧力Pinの各測定値を取得する。
First, in step 300, the
エアコンプレッサ回転数REVは、エアコンプレッサ42の回転数を実測する回転計の測定値が用いられてよい。或いは、エアコンプレッサ42を制御するコンプレッサECU41によるエアコンプレッサ42のモータ42aに対する回転数指示値(目標回転数)に基づく値が用いられてもよい。上記各実施例と同様、吸気温度Tinは、エアコンプレッサ42の上流側に設けられる温度センサ70による測定値が用いられる。吸気圧力Pinは、同様に、エアコンプレッサ42の上流側に設けられる圧力センサ72による測定値が用いられる。
As the air compressor rotation speed REV, a measurement value of a tachometer that measures the rotation speed of the
次のステップ310では、コンプレッサECU41は、酸化剤ガスの制御圧からエアコンプレッサ42の吐出圧力Poutを求める。吐出圧力Poutは、上述の調圧弁62と燃料電池10の間に設けられた圧力センサ64による測定値との所定の関係式から求めることができる。この関係式は、システム特有のものでありえ、マップ形式として予め用意されてよく、コンプレッサECU41のアクセス可能なメモリに記憶される。次のステップ320では、コンプレッサECU41は、上記ステップ300,310で取得したエアコンプレッサ42の吸気温度Tin、及び、エアコンプレッサ42の吸気圧力Pinの各測定値から、エアコンプレッサ42の圧縮比γを求める。
In the next step 310, the
続くステップ330では、コンプレッサECU41は、上記ステップ300で取得したエアコンプレッサ回転数REV、吸気温度Tin、及び、上記ステップ320で求めたエアコンプレッサ42の圧縮比γを用いて、次の関係式からエアコンプレッサ42の吐出温度Toutを求める。
Tout=Tin*γ^(κ−1/κ)*α
ここで、αは、エアコンプレッサ42から発生する熱(エアコンプレッサ42の効率により変化)に起因した吐出温度Toutの温度上昇を考慮するために導入された補正係数であり、次のように表される。
α=A*REV+B
A,Bは、図6に示すように、実験により得られるエアコンプレッサ回転数REVと、吐出温度Toutの理論値に対する実測値の比との関係に適合するように線形近似することで決定される。
In the
Tout = Tin * γ ^ (κ-1 / κ) * α
Here, α is a correction coefficient introduced in order to take into account the temperature rise of the discharge temperature Tout caused by the heat generated from the air compressor 42 (changes depending on the efficiency of the air compressor 42), and is expressed as follows. The
α = A * REV + B
As shown in FIG. 6, A and B are determined by linear approximation so as to conform to the relationship between the air compressor rotational speed REV obtained by experiment and the ratio of the measured value to the theoretical value of the discharge temperature Tout. .
続くステップ340では、コンプレッサECU41は、上記ステップ330で求めた吐出温度Toutが所定の基準値を上回ったか否かを判定し、否定判定の場合、システムが正常に作動しているとして今回のルーチンが終了される。一方、肯定判定の場合、すなわち吐出温度Toutが所定の基準値を上回った場合、システムに異常が発生したと判断され、吐出温度異常処理ルーチンに移る(ステップ350)。このステップ350では、コンプレッサECU41は、例えばエアコンプレッサ42の出力制限(燃料電池10の出力制限)や作動停止を実現してよい。
In the following step 340, the
以上のように本実施例によれば、上記の各実施例と同様、エアコンプレッサ42の下流側に温度センサを設けて、直接的に吐出温度Toutを測定するのではなく、燃料電池システムの制御に必要な各種測定値又は算出値を有効利用して、吐出温度Toutを高精度に推定することができるので、低コストで優れたフェールセーフ機能を実現することができる。また、実験により適合された補正係数αにより実際の吐出温度Toutに及ぼすエアコンプレッサ42自身の発生する熱の影響が加味されるので、吐出温度Toutの推定精度が向上する。
As described above, according to this embodiment, a temperature sensor is not provided directly on the downstream side of the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述の実施例では、エアコンプレッサ42の吐出圧力Poutは、酸化剤ガスの制御圧(圧力センサ64による測定値)から求められているが、制御圧を所定の一定値に保つ燃料電池システムにおいては、エアコンプレッサ42の吐出圧力Poutは、当該一定値の制御圧から予め定まる固定値であってもよい。この場合は、圧力センサ64の測定値を用いる必要がなくなる。また、吐出圧力Poutは、例えばエアコンプレッサ42の出口側(エアコンプレッサ42の出口側とインタークーラー46との間)に圧力センサを設定して測定値として取得してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the discharge pressure Pout of the
10 燃料電池
20 単セル
40 酸化剤ガス供給システム
41 コンプレッサECU
42 エアコンプレッサ
42a モータ
44 エアクリーナー
45 流量センサ
46 インタークーラー
50 ラジエータ
52 モータ
54 ポンプ
60 排気管
62 調圧弁
64 圧力センサ
66 バルブ
70 温度センサ
72 圧力センサ
DESCRIPTION OF
42
Claims (4)
前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの圧力の測定値を前記コンプレッサの吸気側の前記酸化剤ガスの圧力の測定値で除した値である前記コンプレッサの圧縮比γと、
前記コンプレッサの吸気側の前記酸化剤ガスの温度の測定値Tinと、
前記酸化剤ガスの既知の比熱比κと、を用いて、Tin*γ^(κ−1/κ)の式に基づいて前記コンプレッサの吐出側の前記酸化剤ガスの温度を算出する吐出温度算出手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system having a compressor for supplying oxidant gas to a fuel cell ,
A compression ratio γ of the compressor, which is a value obtained by dividing a measured value of the pressure of the oxidant gas on the discharge side of the compressor by a measured value of the pressure of the oxidant gas on the intake side of the compressor;
A measured value Tin of the temperature of the oxidant gas on the intake side of the compressor;
Using the known specific heat ratio κ of the oxidant gas, discharge temperature calculation for calculating the temperature of the oxidant gas on the discharge side of the compressor based on the equation of Tin * γ ^ (κ−1 / κ) A fuel cell system comprising means .
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