JP5144152B2 - Discharge system - Google Patents
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Description
本発明は、発電停止後において、燃料電池スタックを放電させる放電システムに関する。 The present invention relates to a discharge system for discharging a fuel cell stack after power generation is stopped.
近年、水素(燃料ガス)がアノードに、酸素(酸化剤ガス)がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC)等の燃料電池の開発が盛んである。燃料電池は、その発電電力によって走行する燃料電池自動車や、家庭用電源など広範囲で適用されつつあり、今後もその適用範囲の拡大が期待されている。 In recent years, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that generates electricity by generating an electrochemical reaction by supplying hydrogen (fuel gas) to the anode and oxygen (oxidant gas) to the cathode, etc. The development of fuel cells is thriving. Fuel cells are being applied in a wide range, such as fuel cell vehicles that run on the power generated by them, and household power supplies.
ところが、このような燃料電池において、その発電停止後に、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)の両側に水素及び空気が存在すると、各単セルにおいて、OCV(Open Circuit Voltage:開回路電圧)が発生する。そうすると、このOCVに基づいて、各単セル内に電流が流れてしまい、このように電流が流れると、単セルが劣化する虞がある。 However, in such a fuel cell, when hydrogen and air are present on both sides of the MEA (Membrane Electrode Assembly) after the power generation is stopped, in each single cell, OCV (Open Circuit Voltage) Will occur. Then, based on this OCV, a current flows in each single cell, and if the current flows in this way, the single cell may be deteriorated.
そこで、このようなOCVの発生を防止するため、発電停止後において、燃料電池スタックを放電させ、内部に残存する水素及び空気を消費し、OCVを低下させる技術が提案されている(特許文献1参照)。 Therefore, in order to prevent the occurrence of such OCV, a technique has been proposed in which the fuel cell stack is discharged after hydrogen generation is stopped, hydrogen and air remaining in the interior are consumed, and OCV is reduced (Patent Document 1). reference).
しかしながら、燃料電池スタックの発電停止後に、燃料電池スタックを単に放電させたのみでは、燃料電池スタック内の水素、空気を完全に消費することができず、放電後にOCVが再び上昇するときがあった。 However, simply by discharging the fuel cell stack after stopping the power generation of the fuel cell stack, hydrogen and air in the fuel cell stack cannot be completely consumed, and the OCV sometimes rises again after the discharge. .
そこで、本発明は、発電停止後に、燃料電池スタックを好適に放電することが可能な放電システムを提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the discharge system which can discharge a fuel cell stack suitably after a power generation stop.
前記課題を解決するための手段として、本発明は、複数の単セルが直列で接続された燃料電池スタックが発電停止した後、当該燃料電池スタックに残存する反応ガスにより生成する電圧を低下させるため、当該燃料電池スタックを放電させる放電手段と、前記燃料電池スタックの発電停止後において、所定のタイミングで、その後の放電量を算出する放電量算出手段と、前記算出された放電電力量と、放電を開始するべき基準となる所定放電量とに基づいて、放電を実行するか否かを判定する放電実行判定手段と、前記放電実行判定手段が放電を実行すると判定した場合、放電を開始するように前記放電手段を制御する開始制御手段と、を備えたことを特徴とする放電システムである。 As means for solving the above-mentioned problem, the present invention reduces the voltage generated by the reaction gas remaining in the fuel cell stack after the power generation of the fuel cell stack in which a plurality of single cells are connected in series is stopped. A discharge means for discharging the fuel cell stack; a discharge amount calculating means for calculating a subsequent discharge amount at a predetermined timing after the power generation of the fuel cell stack is stopped; the calculated discharge power amount; Discharge execution determining means for determining whether or not to perform discharge based on a predetermined discharge amount serving as a reference for starting discharge, and when the discharge execution determining means determines to execute discharge, discharge is started. And a start control means for controlling the discharge means.
このような放電システムによれば、燃料電池スタックの発電停止後において、所定のタイミングで繰り返して、放電量算出手段がその後の放電量を算出する。そして、放電実行判定手段が、この算出された放電量と、予め定められた所定放電量(後記する実施形態では0)とに基づいて、放電を実行するか否かを判定する。次いで、放電実行判定手段が放電を実行すると判定した場合、開始制御手段が放電を開始するように放電手段を制御するので、燃料電池スタックは放電されると共に、これに残存する反応ガスは消費され、単セルの電圧が下がる。 According to such a discharge system, after the power generation of the fuel cell stack is stopped, the discharge amount calculation means calculates the subsequent discharge amount repeatedly at a predetermined timing. Then, the discharge execution determination means determines whether or not to execute discharge based on the calculated discharge amount and a predetermined discharge amount (0 in the embodiment described later). Next, when the discharge execution determination unit determines to execute the discharge, the start control unit controls the discharge unit so as to start the discharge, so that the fuel cell stack is discharged and the remaining reaction gas is consumed. The voltage of the single cell decreases.
すなわち、燃料電池スタックの放電後に、OCV(スタック全体の電圧、単セルの電圧)が再び上昇したとしても、放電量算出手段が、発電停止後において所定のタイミングで継続的に、その後の放電量を算出し、この放電量に基づいて放電の実行判定を行い、そして、この判定結果に基づいて、放電を開始させるので、燃料電池スタックを好適に放電させることができる。 That is, even if the OCV (the voltage of the entire stack, the voltage of a single cell) rises again after the fuel cell stack is discharged, the discharge amount calculation means continuously performs the subsequent discharge amount at a predetermined timing after the power generation is stopped. Is calculated, discharge is determined based on the amount of discharge, and discharge is started based on the determination result, so that the fuel cell stack can be suitably discharged.
前記放電システムにおいて、前記放電量算出手段は、前記燃料電池スタックの発電停止後からの経過時間及び放電回数の少なくとも一方に基づいて、その後の放電量を補正することが好ましい。 In the discharge system, it is preferable that the discharge amount calculation unit corrects the subsequent discharge amount based on at least one of an elapsed time after the power generation stop of the fuel cell stack and the number of discharges.
このような放電システムによれば、放電量算出手段が、燃料電池スタックの発電停止後からの経過時間及び放電回数の少なくとも一方に基づいて、その後の放電量を補正するので、その後の放電量を適切に算出することができる。なお、燃料電池スタックの発電停止後からの経過時間が長くなる場合、放電回数が多くなる場合、その後の放電量が小さくなるように補正することが好ましい。 According to such a discharge system, the discharge amount calculating means corrects the subsequent discharge amount based on at least one of the elapsed time after the power generation stop of the fuel cell stack and the number of discharges. It can be calculated appropriately. In addition, when the elapsed time after the power generation stop of a fuel cell stack becomes long, when the frequency | count of discharge increases, it is preferable to correct | amend so that the subsequent discharge amount may become small.
前記放電システムにおいて、前記放電量算出手段は、前記燃料電池スタックの温度及び湿度の少なくとも一方に基づいて、その後の放電量を補正することが好ましい。 In the discharge system, it is preferable that the discharge amount calculation unit corrects the subsequent discharge amount based on at least one of temperature and humidity of the fuel cell stack.
このような放電システムによれば、放電量算出手段が、燃料電池スタックの温度及び湿度の少なくとも一方に基づいて、その後の放電量を補正するので、その後の放電量を適切に算出することができる。なお、燃料電池スタックの温度及び湿度の少なくとも一方が高くなる場合、その後の放電量が大きくなるように補正することが好ましい。 According to such a discharge system, since the discharge amount calculation means corrects the subsequent discharge amount based on at least one of the temperature and the humidity of the fuel cell stack, the subsequent discharge amount can be appropriately calculated. . In addition, when at least one of the temperature and humidity of the fuel cell stack increases, it is preferable to correct so that the subsequent discharge amount increases.
前記放電システムにおいて、前記放電手段による放電の実行中に、前記単セル又は所定数の単セルの現在の電圧が、所定電圧以下であるか否かを判定する電圧判定手段と、前記現在の電圧が前記所定電圧以下である場合、放電を停止するように前記放電手段を制御する停止制御手段と、を備えたことが好ましい。 In the discharge system, during execution of discharge by the discharge means, voltage determination means for determining whether a current voltage of the single cell or a predetermined number of single cells is equal to or lower than a predetermined voltage, and the current voltage When the voltage is equal to or lower than the predetermined voltage, it is preferable to include stop control means for controlling the discharge means so as to stop discharge.
このような放電システムによれば、電圧判定手段が、放電手段による燃料電池スタックの放電中に、単セル又は所定数の単セルの現在の電圧が、放電を停止するべき所定電圧以下であるか否かを判定する。そして、現在の電圧が所定電圧以下である場合、停止制御手段が、放電を停止するように放電手段を制御するので、燃料電池スタックの放電が停止する。これにより、燃料電池スタックが過放電することを防止できる。 According to such a discharge system, during the discharge of the fuel cell stack by the discharge means, whether the current voltage of the single cell or the predetermined number of single cells is equal to or lower than the predetermined voltage at which the discharge should be stopped. Determine whether or not. When the current voltage is equal to or lower than the predetermined voltage, the stop control unit controls the discharge unit to stop the discharge, so that the discharge of the fuel cell stack is stopped. This can prevent the fuel cell stack from being overdischarged.
本発明によれば、発電停止後に、燃料電池スタックを好適に放電することが可能な放電システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a discharge system capable of suitably discharging the fuel cell stack after power generation is stopped.
以下、本発明の一実施形態について、図1から図6を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
≪燃料電池システムの構成≫
図1に示す燃料電池システム1には、本発明に係る放電システムが組み込まれており、図示しない燃料電池自動車(移動体)に搭載されている。
燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、セル電圧モニタ13と、燃料電池スタック10のアノードに対して水素(燃料ガス、反応ガス)を給排するアノード系と、燃料電池スタック10のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス、反応ガス)を給排するカソード系と、燃料電池スタック10の掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガス(非加湿の空気)を導く掃気系と、燃料電池スタック10の発電電力を消費等する電力消費系と、発電停止後に燃料電池スタック10を放電(ディスチャージ)させる放電回路(放電手段)と、IG71(イグニッション)と、これらを電子制御するECU80(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
≪Configuration of fuel cell system≫
A fuel cell system 1 shown in FIG. 1 incorporates a discharge system according to the present invention and is mounted on a fuel cell vehicle (moving body) (not shown).
The fuel cell system 1 includes a
<燃料電池スタック>
燃料電池スタック10は、複数(例えば200〜400枚)の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、MEAと、これを挟む2枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。MEAは、1価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜(固体高分子膜)と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。
<Fuel cell stack>
The
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒(Pt、Ru等)を含んでいる。 The anode and cathode are mainly composed of a conductive porous material such as carbon paper, and contain a catalyst (Pt, Ru, etc.) for causing an electrode reaction in the anode and cathode.
各セパレータには、各MEAの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路11(燃料ガス流路)、カソード流路12(酸化剤ガス流路)として機能している。
そして、アノード流路11を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路12を介して各カソードに空気が供給されると、電極反応が起こり、各単セルでOCVが発生するようになっている。次いで、OCVが所定OCV以上となった状態で、発電要求があり、後記するFCコンタクタ52がONされ、電流が取り出されると、燃料電池スタック10が発電するようになっている。
Each separator is formed with a groove for supplying hydrogen or air to the entire surface of each MEA, and through holes for supplying and discharging hydrogen or air to all single cells. It functions as a channel 11 (fuel gas channel) and a cathode channel 12 (oxidant gas channel).
Then, when hydrogen is supplied to each anode via the anode flow path 11 and air is supplied to each cathode via the
<セル電圧モニタ>
セル電圧モニタ13は、燃料電池スタック10を構成する複数の単セル毎の電圧(セル電圧)を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。
そして、モニタ本体は、所定周期で全単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧を検出し、最低セル電圧V11、平均セル電圧V12を算出するようになっている。また、モニタ本体は、算出した最低セル電圧V11、平均セル電圧V12をECU80に出力するようになっている。
<Cell voltage monitor>
The
The monitor main body scans all single cells at a predetermined cycle, detects the cell voltage of each single cell, and calculates the lowest cell voltage V11 and the average cell voltage V12. The monitor body outputs the calculated minimum cell voltage V11 and average cell voltage V12 to the
<アノード系>
アノード系は、水素タンク21と、遮断弁22と、圧力センサ23と、温度センサ24と、水素センサ25と、湿度センサ26とを備えている。
水素タンク21は、配管21a、遮断弁22、配管22aを介して、アノード流路11の入口に接続されている。そして、ECU80からの指令によって遮断弁22が開かれると、水素が、水素タンク21から、遮断弁22等を経由して、アノード流路11に供給されるようになっている。
アノード流路11の出口は、配管22bに接続されており、アノード流路11から排出されたアノードオフガスは、配管22bを介して、外部に排出されるようになっている。
<Anode system>
The anode system includes a
The
The outlet of the anode flow path 11 is connected to a
圧力センサ23、温度センサ24、水素センサ25及び湿度センサ26は、配管22bに設けられている。
そして、圧力センサ23は、アノード流路11内の圧力を検出し、ECU80に出力するようになっている。ただし、圧力センサ23の位置はこれに限定されず、例えば、配管22aに設けられてもよい。
The pressure sensor 23, the temperature sensor 24, the hydrogen sensor 25, and the humidity sensor 26 are provided in the
The pressure sensor 23 detects the pressure in the anode flow path 11 and outputs it to the
温度センサ24は、配管22b内の温度を、燃料電池スタック10の温度として検出し、ECU80に出力するようになっている。ただし、温度センサ24の位置はこれに限定されず、例えば、配管31bに設けられてもよい。
The temperature sensor 24 detects the temperature in the
水素センサ25は、配管22b内、つまり、アノード流路11内の水素濃度を検出し、ECU80に出力するようになっている。ただし、水素センサ25の位置はこれに限定されず、例えば、配管22aに設けられてもよい。
The hydrogen sensor 25 detects the hydrogen concentration in the
湿度センサ26は、配管22b内、つまり、アノード流路11内の湿度を検出し、ECU80に出力するようになっている。ただし、湿度センサ26の位置はこれに限定されず、例えば、燃料電池スタック10内に組み込まれた構成でもよい。
The humidity sensor 26 detects the humidity in the
<カソード系>
カソード系は、コンプレッサ31を備えている。
コンプレッサ31は、配管31aを介して、カソード流路12の入口に接続されている。そして、ECU80の指令に従ってコンプレッサ31が作動すると、酸素を含む空気が取り込まれ、カソード流路12に供給されるようになっている。
なお、コンプレッサ31は、後記するFCコンタクタ52と負荷51との間において、燃料電池スタック10に対して、負荷51及び高圧バッテリ54と並列で接続されており、燃料電池スタック10の発電電力、及び/又は、高圧バッテリ54の充電電力により作動するようになっている。
<Cathode system>
The cathode system includes a
The
The
また、配管31aには加湿器(図示しない)が設けられており、カソード流路12に供給される空気が適宜に加湿されるようになっている。
Further, the
カソード流路12の出口は、配管31bに接続されており、カソード流路12から排出されたカソードオフガスは、配管31bを介して、外部に排出されるようになっている。
The outlet of the
<掃気系>
掃気系は、発電停止後における燃料電池スタック10の掃気時に、コンプレッサ31からの掃気ガス(非加湿の空気)を、カソード系からアノード系に導く系であり、常閉型の掃気弁41を備えている。
そして、配管31aは、配管41a、掃気弁41、配管41bを介して、配管22aに接続されており、コンプレッサ31が作動したまま、ECU80の指令により掃気弁41が開かれると、コンプレッサ31からの掃気ガスがアノード流路11及びカソード流路12に導入されるようになっている。
<Scavenging system>
The scavenging system is a system that guides the scavenging gas (non-humidified air) from the
The
<電力消費系>
電力消費系は、燃料電池スタック10の発電電力を消費等する系であって、燃料電池自動車の動力源となる走行モータを含む負荷51と、ON/OFFスイッチであるFCコンタクタ52と、電圧センサ53と、電力を充放電可能な高圧バッテリ54とを備えている。
<Power consumption system>
The power consumption system is a system that consumes the generated power of the
負荷51は、FCコンタクタ52を介して、燃料電池スタック10の出力端子に接続されている。そして、燃料電池スタック10に所定のOCVが発生している状態で、負荷51とFCコンタクタ52との間に配置され、燃料電池スタック10の出力を制御する図示しないVCU(Voltage Control Unit)がECU80により適宜に制御されると、燃料電池スタック10が発電するようになっている。
一方、FCコンタクタ52がOFFされると、燃料電池スタック10と負荷51との電気的接続が遮断され、燃料電池スタック10の発電が停止する。なお、ここでは、FCコンタクタ52のOFF時を燃料電池スタック10の発電停止時とする。
The
On the other hand, when the
電圧センサ53は、燃料電池スタック10とFCコンタクタ52との間で、燃料電池スタック10の全体の電圧(スタック電圧)を検出するように配置されると共に、検出したスタック電圧をECU80に出力するようになっている。
The
高圧バッテリ54は、負荷51とFCコンタクタ52と間で、FCコンタクタ52に対して、負荷51と並列で接続されており、燃料電池スタック10の余剰電力を充電したり、燃料電池スタック10をアシストするようになっている。
The
また、負荷51とFCコンタクタ52との間には、高圧電力を降圧するDC/DCコンバータ(図示しない)が接続されている。そして、遮断弁22、ECU80等は、この降圧された電力により作動するようになっている。
Further, a DC / DC converter (not shown) for stepping down the high voltage power is connected between the
<放電回路>
放電回路は、燃料電池スタック10の発電停止後(FCコンタクタ52のOFF後)に、燃料電池スタック10を放電(ディスチャージ)させて、内部に残存する水素及び空気を消費し、スタック電圧及びセル電圧を低下させる回路であり、放電用の抵抗(放電抵抗61、ディスチャージ抵抗)と、ON/OFFスイッチである放電コンタクタ62とを備えている。
<Discharge circuit>
The discharge circuit discharges the
放電抵抗61は、燃料電池スタック10とFCコンタクタ52との間で、燃料電池スタック10に対して、FCコンタクタ52と並列で接続されている。そして、放電コンタクタ62は、放電抵抗を含む並列回路上に配置されると共に、ECU80の指令によりON/OFFされるようになっている。
The
<IG>
IG71は、燃料電池自動車及び燃料電池システム1の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、IG71はECU80と接続されており、ECU80はIG71のON/OFF信号を検知するようになっている。
<IG>
The
<ECU>
ECU80は、燃料電池システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種処理を実行するようになっている。
<ECU>
The
ECU80は、遮断弁22、コンプレッサ31、FCコンタクタ52を適宜に制御して、燃料電池スタック10を発電開始、発電停止させる機能を備えている。また、ECU80は、発電停止後に、掃気弁41を開き、燃料電池スタック10を掃気する機能を備えている。
The
<ECU−放電量算出機能>
また、ECU80(放電量算出手段)は、燃料電池スタック10の発電停止後、所定のタイミングで(詳細には放電停止から所定時間Δtの経過後)、繰り返して、現在のセル電圧(最低セル電圧V11、平均セル電圧V12)、アノード流路の圧力、アノード流路の水素濃度(ガス濃度)、スタック電圧の少なくとも1つと、図3のマップとに基づいて、燃料電池スタック10のその後に放電可能な放電量を算出する機能を備えている。
なお、図3のマップは、事前試験等により求められ、ECU80に予め記憶されている。図3に示すように、セル電圧、アノード流路の圧力、水素濃度、スタック電圧が高くなると、アノード流路11に残存する水素は多いと推定されるので、その後の放電量が大きくなる関係となっている。
<ECU-discharge amount calculation function>
The ECU 80 (discharge amount calculation means) repeatedly repeats the current cell voltage (minimum cell voltage) at a predetermined timing (specifically, after a predetermined time Δt has elapsed since the discharge stop) after the
Note that the map of FIG. 3 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the
さらに、ECU80は、IG71のOFF後の経過時間及び放電回数の少なくとも一方と、図4のマップとに基づいて補正係数Aを算出し、放電量を補正する機能を備えている。
なお、図4のマップは、事前試験等により求められ、ECU80に予め記憶されている。図4に示すように、IG71のOFF後の経過時間が長く、放電回数が大きくなると、アノード流路11に残存する水素が少なくなると推定されるので、補正係数Aが小さくなる関係となっている。
すなわち、残存する水素が少ない場合において、通常に放電させてしまうと、一部の単セルの電圧が逆転し、この単セルの劣化が進んでしまう虞があるが、このように、IG71のOFF後の経過時間が長く、放電回数が大きくなると、放電量が小さくなるように補正される設定とすることで、単セルの劣化を防止できるようになっている。
Furthermore, the
Note that the map of FIG. 4 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the
In other words, when there is little remaining hydrogen, if the battery is normally discharged, the voltage of some of the single cells may be reversed and the deterioration of the single cells may progress. When the subsequent elapsed time is long and the number of discharges is increased, the single cell can be prevented from being deteriorated by setting so as to reduce the discharge amount.
さらにまた、ECU80は、現在の燃料電池スタック10の温度、及び、アノード流路11の湿度の少なくとも一方と、図5のマップとに基づいて補正係数Bを算出し、放電量を補正する機能を備えている。
なお、図5のマップは、事前試験等により求められ、ECU80に予め記憶されている。図5に示すように、燃料電池スタック10の温度が高く、アノード流路11の湿度が高くなると、残存する水素、空気により、単セル内で電流が流れ、単セルが劣化しやすくなると考えられるので、補正係数Bが大きくなる関係となっている。
Furthermore, the
Note that the map of FIG. 5 is obtained by a preliminary test or the like and stored in the
<ECU−放電実行判定機能>
また、ECU80(放電実行判定手段)は、前記したように算出、補正された放電量と、放電を開始するべき基準となる所定放電量である0とを比較して、放電を実行するか否かを判定する機能を備えている。ただし、所定放電量は0に限定されず、例えば0に近い値や、単セルの劣化を抑制できると判断される量に設定することができる。
<ECU—Discharge execution determination function>
Further, the ECU 80 (discharge execution determining means) compares the discharge amount calculated and corrected as described above with 0, which is a predetermined discharge amount serving as a reference for starting discharge, and determines whether or not to execute discharge. It has a function to determine whether. However, the predetermined discharge amount is not limited to 0, and can be set to, for example, a value close to 0 or an amount that can be determined to suppress deterioration of a single cell.
<ECU−開始制御機能、停止制御機能>
さらに、ECU80(開始制御手段)は、前記したように放電を実行すると判定された場合、放電コンタクタ62をONし、燃料電池スタック10の放電を開始させる機能を備えている。
また、ECU80(停止制御手段)は、後記するように最低セル電圧V11が所定電圧V1以下であると判定された場合、放電コンタクタ62をOFFし、燃料電池スタック10の放電を停止させる機能を備えている。
<ECU—start control function, stop control function>
Further, the ECU 80 (start control means) has a function of turning on the
The ECU 80 (stop control means) has a function of turning off the
<ECU−電圧判定機能>
また、ECU80は、燃料電池スタック10の放電中、現在の最低セル電圧V11が所定電圧V1以下であるか否かを判定する機能を備えている。所定電圧V1は、最低セル電圧V11が負となることを防止するため、例えば、0Vに近い電圧に設定される。
<ECU-voltage determination function>
Further, the
≪燃料電池システムの動作及び運転方法≫
次に、図2を参照して、燃料電池システム1の動作を、ECU80に設定されたプログラム(フローチャート)の流れと共に説明する。
なお、IG71がOFFされると、図2のフローチャートに示す処理がスタートする。また、IG71のOFF前(初期状態)において、遮断弁22は開かれ、コンプレッサ31は作動し、FCコンタクタ52はONされており、燃料電池スタック10は発電している。
≪Operation and operation method of fuel cell system≫
Next, with reference to FIG. 2, the operation of the fuel cell system 1 will be described together with the flow of a program (flow chart) set in the
When the
ステップS101において、ECU80は、燃料電池スタック10の発電を停止する。具体的には、ECU80は、遮断弁22を閉じ、FCコンタクタ52をOFFする。なお、コンプレッサ31は作動したままであり、FCコンタクタ52のOFF後は、高圧バッテリ54を電源として作動する。
In step S101, the
ステップS102において、ECU80は、燃料電池スタック10を掃気する。具体的には、ECU80は、コンプレッサ31を作動させたまま、掃気弁41を開き、掃気ガス(非加湿の空気)をアノード流路11及びカソード流路12に導入する。これにより、アノード流路11及びカソード流路12内の水分(水蒸気等)は外部に押し出されると共に、掃気ガス(非加湿の空気)への置換が進む。
その後、例えば、予め定められた掃気時間が経過した場合、ECU80は、コンプレッサ31を停止すると共に、掃気弁41を閉じ、燃料電池スタック10の掃気を終了する。
In step S102, the
Thereafter, for example, when a predetermined scavenging time has elapsed, the
ステップS103において、ECU80は、現在のセル電圧(例えば、平均セル電圧V12)、スタック電圧、アノード流路11内の圧力、水素濃度の少なくとも1つと、図3のマップとに基づいて、燃料電池スタック10がその後に放電可能な放電量(電力量)を、算出する。なお、放電量の単位は、例えば、電力量(Wh)である。
In step S103, the
そして、ECU80は、IG71(FCコンタクタ52)のOFF後の経過時間、及び、放電回数(初回の場合は0回)の少なくも一方と、図4のマップとに基づいて、補正係数Aを算出する。
The
次いで、ECU80は、燃料電池スタック10の温度、及び、アノード流路11の湿度の少なくとも一方と、図5のマップに基づいて、補正係数Bを算出する。
その後、ECU80は、放電量と、補正係数Aと、補正係数Bを乗算して、放電量を補正する。
Next, the
Thereafter, the
ステップS104において、ECU80は、その後、燃料電池スタック10の放電を実行する必要があるか否かを判定する。具体的には、ECU80は、補正後の放電量が0(所定放電量)よりも大きいか否かを判定する。
そして、補正後の放電量が0よりも大きい場合、燃料電池スタック10の放電を実行する必要があると判定し(S104・Yes)、ECU80の処理はステップS105に進む。一方、補正後の放電量が0よりも大きくない場合、燃料電池スタック10の放電を実行する必要がないと判定し(S104・No)、ECU80の処理はステップS108に進む。
In step S104, the
When the corrected discharge amount is larger than 0, it is determined that the
ステップS105において、ECU80は、放電コンタクタ62をONし、燃料電池スタック10の放電(ディスチャージ)を開始する。そうすると、アノード流路11に残存する水素、カソード流路12に残存する空気が消費され、スタック電圧、最低セル電圧V11、平均セル電圧V12が下がる。
In step S105, the
ステップS106において、ECU80は、セル電圧モニタ13から入力される現在の最低セル電圧V11が所定電圧V1以下であるか否かを判定する。
現在の最低セル電圧V11が所定電圧V1以下である場合(S106・Yes)、ECU80の処理は、ステップS107に進む。一方、現在の最低セル電圧V11が所定電圧V1以下でない場合(S106・No)、ECU80の処理はステップS106の判定を繰り返す。
In step S106, the
When the current lowest cell voltage V11 is equal to or lower than the predetermined voltage V1 (S106 / Yes), the process of the
ステップS107において、ECU80は、内部メモリを利用して、放電回数を1回、加算する。
In step S107, the
ステップS108において、ECU80は、放電コンタクタ62をOFFし、燃料電池スタック10の放電を停止する。これにより、最低セル電圧V11が所定電圧V1未満に下がることはなく、単セルの劣化等を防止することができる。
なお、ステップS104の判定がNoの後、ステップS108に進んだ場合、ECU80は、放電コンタクタ62を継続してOFFする。
In step S108, the
If the determination in step S104 is No and then the process proceeds to step S108, the
ステップS109において、ECU80は、内部クロックを利用して、ステップS108の後、所定時間Δtが経過したか否かを判定する。なお、所定時間Δtは事前試験により求められ、ECU80に予め記憶されている。
所定時間Δtが経過した場合(S109・Yes)、ECU80の処理は、ステップS103に進む。一方、所定時間Δt経過していない場合(S109・No)、ECU80の処理は、ステップS109の判定を繰り返す。
この他、所定時間Δtを、ステップS109の判定回数が増加するにつれて、増加させる構成としてもよい。
In step S109, the
If the predetermined time Δt has elapsed (S109: Yes), the processing of the
In addition, it is good also as a structure which increases predetermined time (DELTA) t as the frequency | count of determination of step S109 increases.
所定時間Δtが経過した場合(S109・Yes)、つまり、燃料電池スタック10の発電停止(詳細には放電停止)の後、所定のタイミングで、ECU80は、その後の放電量を再び算出した後(S103)、放電を実行する必要あるか否かを判定し(S104)、必要がある場合(S104・Yes)、放電を開始する(S105)。
When the predetermined time Δt has elapsed (S109 / Yes), that is, after the power generation stop of the fuel cell stack 10 (specifically, the discharge stop), the
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム1によれば、以下の効果を得ることができる。
燃料電池スタック10の放電後も(S108)、ECU80が所定のタイミングで継続的に(S109)、その後の放電量を繰り返して算出し(S103)、算出された放電量に基づいて、放電を実行する必要あるか否かを判定し(S104)、放電を実行する必要があると判定された場合(S104・Yes)、放電を再び開始する(S105)。
すなわち、放電停止後に、OCV(最低セル電圧V11、平均セル電圧V12、スタック電圧等)が上昇したとしても、再び放電することにより、OCVを低下することができる。
≪Effect of fuel cell system≫
According to such a fuel cell system 1, the following effects can be obtained.
Even after the discharge of the fuel cell stack 10 (S108), the
That is, even if the OCV (minimum cell voltage V11, average cell voltage V12, stack voltage, etc.) increases after the discharge is stopped, the OCV can be decreased by discharging again.
また、最低セル電圧V11が所定電圧V1以下である場合(S106・Yes)、放電を停止するので(S108)、燃料電池スタック10及び単セルの過放電による劣化を防止できる。
さらに、その後の放電量は、燃料電池スタック10の発電停止後の経過時間、放電回数、燃料電池スタック10の温度、アノード流路11の湿度に基づいて補正するので、適切に放電量を算出することができる。
Further, when the minimum cell voltage V11 is equal to or lower than the predetermined voltage V1 (S106 / Yes), the discharge is stopped (S108), so that the
Further, the subsequent discharge amount is corrected based on the elapsed time after the power generation stop of the
≪燃料電池システムの一動作例≫
次に、図6を参照して、燃料電池システム1の一動作例を説明する。
IG71がOFFされると、遮断弁22が閉じられ、FCコンタクタ52がOFFされ、燃料電池スタック10の発電が停止し(S101・Yes)、燃料電池スタック10が掃気される(S102)。その後、放電を実行する必要があると判定され(S104・Yes)、放電が開始される(S105)。
そして、最低セル電圧V11が所定電圧V1に到達すると(S106・Yes)、放電は停止される(S108)。
それから、所定時間Δt経過した時に(S109・Yes)、放電する必要があると判定されたため(S104・Yes)、再び放電が開始される(S105)。
≪Example of fuel cell system operation≫
Next, an operation example of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIG.
When the
When the lowest cell voltage V11 reaches the predetermined voltage V1 (S106 / Yes), the discharge is stopped (S108).
Then, when the predetermined time Δt has elapsed (S109 · Yes), it is determined that the discharge needs to be performed (S104 · Yes), and thus the discharge is started again (S105).
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, it can change as follows in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
前記した実施形態では、セル電圧モニタ13は、燃料電池スタック10を構成する複数の単セル毎の電圧(セル電圧)を検出する構成を例示したが、その他に例えば、2つ(所定数)の単セルを一組として、各組毎に電圧を検出し、これを除算することで単セルのセル電圧の算出する構成でもよい。
また、2つ(所定数)の単セルの電圧に基づいて、全組の平均電圧、最低電圧をECU80に出力する構成としてもよい。この場合において、ECU80では、例えば、入力された最低電圧と、組み分けに対応した所定電圧とに基づいて、ステップS106に対応する電圧判定を行えばよい。
In the above-described embodiment, the cell voltage monitor 13 exemplifies the configuration for detecting the voltage (cell voltage) for each of the plurality of single cells constituting the
Moreover, it is good also as a structure which outputs the average voltage of all sets, and the minimum voltage to ECU80 based on the voltage of two (predetermined number) single cells. In this case, the
前記した実施形態では、放電システムが組み込まれた燃料電池システム1が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムに組み込んでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、放電システムを組み込んでもよい。 In the above-described embodiment, the case where the fuel cell system 1 in which the discharge system is incorporated is mounted on a fuel cell vehicle is exemplified. However, for example, the fuel cell system 1 may be incorporated in a fuel cell system mounted on a motorcycle, a train, or a ship. Good. Further, the discharge system may be incorporated in a stationary fuel cell system for home use or a fuel cell system incorporated in a hot water supply system.
1 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
11 アノード流路
12 カソード流路
13 セル電圧モニタ
51 負荷
61 放電抵抗
62 放電コンタクタ
80 ECU
V1 所定電圧
V11 最低セル電圧
V12 平均セル電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
V1 Predetermined voltage V11 Minimum cell voltage V12 Average cell voltage
Claims (3)
前記燃料電池スタックの発電停止後において、所定のタイミングで、その後の放電量を算出する放電量算出手段と、
前記算出された放電電力量と、放電を開始するべき基準となる所定放電量とに基づいて、放電を実行するか否かを判定する放電実行判定手段と、
前記放電実行判定手段が放電を実行すると判定した場合、放電を開始するように前記放電手段を制御する開始制御手段と、
を備え、
前記放電量算出手段は、前記燃料電池スタックの発電停止後からの経過時間及び放電回数の少なくとも一方に基づいて、その後の放電量を補正する
ことを特徴とする放電システム。 Discharge means for discharging the fuel cell stack in order to reduce the voltage generated by the reaction gas remaining in the fuel cell stack after the fuel cell stack in which a plurality of single cells are connected in series is stopped,
A discharge amount calculating means for calculating a subsequent discharge amount at a predetermined timing after stopping the power generation of the fuel cell stack;
Discharge execution determination means for determining whether or not to execute discharge based on the calculated discharge power amount and a predetermined discharge amount serving as a reference for starting discharge;
A start control means for controlling the discharge means to start discharge when the discharge execution determination means determines to execute discharge;
Equipped with a,
The discharge amount calculating means corrects the subsequent discharge amount based on at least one of the elapsed time after the power generation stop of the fuel cell stack and the number of discharges.
Discharge system comprising a call.
前記燃料電池スタックの発電停止後において、所定のタイミングで、その後の放電量を算出する放電量算出手段と、
前記算出された放電電力量と、放電を開始するべき基準となる所定放電量とに基づいて、放電を実行するか否かを判定する放電実行判定手段と、
前記放電実行判定手段が放電を実行すると判定した場合、放電を開始するように前記放電手段を制御する開始制御手段と、
を備え、
前記放電量算出手段は、前記燃料電池スタックの温度及び湿度の少なくとも一方に基づいて、その後の放電量を補正する
ことを特徴とする放電システム。 Discharge means for discharging the fuel cell stack in order to reduce the voltage generated by the reaction gas remaining in the fuel cell stack after the fuel cell stack in which a plurality of single cells are connected in series is stopped,
A discharge amount calculating means for calculating a subsequent discharge amount at a predetermined timing after stopping the power generation of the fuel cell stack;
Discharge execution determination means for determining whether or not to execute discharge based on the calculated discharge power amount and a predetermined discharge amount serving as a reference for starting discharge;
A start control means for controlling the discharge means to start discharge when the discharge execution determination means determines to execute discharge;
Equipped with a,
The discharge amount calculation means corrects the subsequent discharge amount based on at least one of temperature and humidity of the fuel cell stack.
Discharge system comprising a call.
前記現在の電圧が前記所定電圧以下である場合、放電を停止するように前記放電手段を制御する停止制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放電システム。 Voltage determination means for determining whether a current voltage of the single cell or the predetermined number of single cells is equal to or lower than a predetermined voltage during the execution of the discharge by the discharge means;
Stop control means for controlling the discharge means to stop discharge when the current voltage is equal to or lower than the predetermined voltage;
The discharge system according to claim 1 , further comprising:
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