JP4839697B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
特許文献1、2に従来の燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックを備えている。各単セルは、固体高分子膜型のもの(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cells)であり、イオン交換樹脂からなる電解質膜を燃料極(アノード極、水素極ともいう。)と空気極(カソード極、酸素極ともいう。)とで挟持したものである。また、各単セルは、燃料極に水素ガス等の燃料を供給するための燃料室と、空気極に酸素を含む空気を供給するための空気室とを有している。
また、この種の燃料電池システムは、蓄電装置と負荷装置と制御装置とを備えている。蓄電装置は、燃料電池スタックと並列に接続され、燃料電池スタックから出力された電力を蓄えるものである。負荷装置は、燃料電池スタック及び蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動されるものである。制御装置は、燃料電池スタックとの接続を蓄電装置又は負荷装置に切り換えると共に燃料電池スタックの電流値を制御するものである。 In addition, this type of fuel cell system includes a power storage device, a load device, and a control device. The power storage device is connected in parallel with the fuel cell stack and stores electric power output from the fuel cell stack. The load device is connected to each of the fuel cell stack and the power storage device, and is driven by electric power from at least one. The control device switches the connection with the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls the current value of the fuel cell stack.
このような構成である従来の燃料電池システムは、燃料電池スタックの発電時に、水素ガス等の燃料が各単セルの燃料室に供給され、それと同時に各単セルの空気室に酸素を含む空気が供給される。これにより、各単セルでは、燃料極と空気極との間で燃料と酸素とが反応する。具体的には、燃料極で得られた水素イオンがプロトン(H 3 O + )の形態で水分を含んだ電解質膜中を空気極側に移動し、空気極で空気中の酸素と反応し、水を生成する。一方、燃料極で得られた電子は負荷装置を通って空気極側に移動する。こうした一連の電気化学反応の結果、各単セルにおいて、電力が出力される。その結果、単セルが複数積層された燃料電池スタックは、全体として大きな電力を出力することが可能となっている。 In the conventional fuel cell system having such a configuration, during power generation of the fuel cell stack, fuel such as hydrogen gas is supplied to the fuel chamber of each single cell, and at the same time, air containing oxygen is supplied to the air chamber of each single cell. Supplied. Thereby, in each single cell, a fuel and oxygen react between a fuel electrode and an air electrode. Specifically, hydrogen ions obtained at the fuel electrode move to the air electrode side in the electrolyte membrane containing water in the form of protons ( H 3 O + ), and react with oxygen in the air at the air electrode, Produce water. On the other hand, the electrons obtained at the fuel electrode move to the air electrode side through the load device. As a result of such a series of electrochemical reactions, electric power is output in each single cell. As a result, the fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked can output large electric power as a whole.
そして、この燃料電池システムでは、制御装置が燃料電池スタックから出力された電力を負荷装置に直接供給して負荷装置を駆動する他、制御装置が燃料電池スタックとの接続を蓄電装置に切り換え、燃料電池スタックから出力された電力を蓄電装置に供給して蓄電装置を充電する。また、燃料電池スタックから出力される電力が減少したり、停止したりする場合には、制御装置が負荷装置との接続を蓄電装置に切り換え、蓄電装置から供給される電力によって負荷装置を駆動する。 In this fuel cell system, the control device directly supplies the power output from the fuel cell stack to the load device to drive the load device, and the control device switches the connection with the fuel cell stack to the power storage device, The power output from the battery stack is supplied to the power storage device to charge the power storage device. When the power output from the fuel cell stack decreases or stops, the control device switches the connection with the load device to the power storage device, and drives the load device with the power supplied from the power storage device. .
ところで、この燃料電池システムは、燃料電池スタックの発電時に良好な発電状態を維持するため、各単セルの電解質膜を適度に湿潤させておく必要がある。なぜなら、電解質膜が乾燥してしまうと、燃料室から電解質膜を介して空気室へプロトンが移動することが阻害されることとなり、その結果、単セルの発電能力が低下するからである。そして、その状態が継続すれば、燃料電池スタックに回復困難な性能低下や故障が生じ得るからである。 By the way, in this fuel cell system, it is necessary to appropriately wet the electrolyte membrane of each single cell in order to maintain a good power generation state when the fuel cell stack generates power. This is because when the electrolyte membrane is dried, protons are inhibited from moving from the fuel chamber to the air chamber via the electrolyte membrane, and as a result, the power generation capability of the single cell is reduced. And if that state continues, it is because the performance degradation and failure which cannot be recovered may occur in the fuel cell stack.
このため、特許文献1の燃料電池システムでは、空気室に供給される空気に液体状の水を噴霧することにより、電解質膜を冷却したり、適度に湿潤させるようにしている。特に、燃料電池スタックの温度が上昇する場合には、温度上昇に対する冷却能力が不足し、電解質膜が乾いてしまうという事態(以下、「ドライアップ」という。)が生じ易いため、この燃料電池システムでは、燃料電池スタックの温度を測定し、所定の温度より燃料電池スタックの温度が高い場合にはドライアップが生じ得ると判定し、供給する空気量と水量とを独立して制御して冷却能力を高くする。これにより、この燃料電池システムでは、電解質膜のドライアップの発生を抑制可能としている。
For this reason, in the fuel cell system of
また、特許文献2の燃料電池システムでは、燃料室に供給される燃料及び空気室に供給される空気の湿度を加湿器を用いて高くすることにより、電解質膜を適度に湿潤させるようにしている。特に、この燃料電池システムでは、燃料電池スタックを積層方向に伸縮自在に固定した上で、燃料電池スタックの伸縮量と温度とを測定することによってドライアップが生じていると判定し、加湿器による加湿を強化して冷却能力を高くする。これにより、この燃料電池システムでも、ドライアップを抑制可能としている。
In the fuel cell system of
しかし、上記特許文献1、2の燃料電池システムは、ドライアップを燃料電池スタック全体の温度や伸縮量に基付いてしか判定していない。このため、燃料電池スタックを構成する複数の単セルの内、一つ又は少数の単セルについてドライアップが進行しても、その事態を正確に判定することができない。その結果、この燃料電池システムでは、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することが不十分であった。
However, the fuel cell systems disclosed in
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、燃料電池スタックに時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制可能な燃料電池システムを提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and more accurately determines whether or not the fuel cell stack has a dry-up in which the voltage decreases with time. Providing a fuel cell system capable of suppressing deterioration in durability is an issue to be solved.
請求項1に係る燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧を検出する単セル電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
各該単セル電圧及び電流値を記憶する記憶手段と、
現在の各該単セル電圧と前回の各該単セル電圧とを比較する単セル電圧比較手段と、
いずれかの該単セルについて、現在の該単セル電圧が前回の該単セル電圧より低い場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップ信号を発するドライアップ告知手段と、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発する警告手段とを有することを特徴とする。
The fuel cell system according to
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a fuel cell system comprising: a control device that switches connection to the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device comprises a single cell voltage detecting means for detecting a single cell voltage that is a voltage of each single cell at regular time intervals;
Current value detecting means for detecting the current value of the fuel cell stack at regular intervals;
Storage means for storing each single cell voltage and current value;
A single cell voltage comparison means for comparing each current single cell voltage and each previous single cell voltage;
For any of the single cells, if the current single cell voltage is lower than the previous single cell voltage, if the current current value is less than or equal to the previous current value, dry-up notification means for issuing a dry-up signal;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and has warning means for issuing a warning signal. And
発明者らの試験結果によれば、以下の場合にいずれかの単セルでドライアップが生じたことを判断できる。まず、各単セル電圧と電流値とを一定時間毎に検知し、前回及び現在の個々の単セル電圧を比較する。そして、いずれかの単セルにおいて、前回の単セル電圧よりも現在の単セル電圧の方が低い場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップのおそれがある。その状態が連続しておれば、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップ状態であると正確に判断される。その結果、この燃料電池システムでは、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することが可能になる。 According to the test results of the inventors, it can be determined that dry-up has occurred in any single cell in the following cases. First, each single cell voltage and current value are detected at regular intervals, and the previous and current individual single cell voltages are compared. In any single cell, if the current single cell voltage is lower than the previous single cell voltage, there is a risk of dry-up if the current current value is equal to or less than the previous current value. If the state continues, it is accurately determined that the dry-up state in which the voltage decreases with time . As a result, in this fuel cell system, it is possible to suppress dry-up at the single cell level, and to suppress performance degradation and durability deterioration at the single cell level resulting therefrom.
警告手段は、少なくとも、制御装置の中で警告信号を発するものであればよい。そうであれば、制御装置が直ちにドライアップ対策等の適切な処置を実施することができる。また、警告手段は、燃料電池システムの使用者その他の外部に対して、直ちにドライアップ状態が生じていることを知らせたり、制御装置がドライアップ対策を実施してもドライアップが解消されない場合に異常を知らせたりするものであってもよい。 The warning means may be anything that emits a warning signal in the control device. If so, the control device can immediately take appropriate measures such as a dry-up countermeasure. The warning means informs the user of the fuel cell system or other outside that the dry-up condition has occurred immediately, or when the dry-up is not resolved even if the control device implements the dry-up measures. An anomaly may be reported.
請求項2に係る燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧を検出する単セル電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
各該単セル電圧の平均である平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、
該平均電圧及び電流値から導いた平均IV特性と予め設定した基準IV特性とを比較するIV特性比較手段と、
該平均IV特性が該基準IV特性より低い場合、ドライアップ信号を発するドライアップ告知手段と、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発する警告手段とを有することを特徴とする。
A fuel cell system according to
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a fuel cell system comprising: a control device that switches connection to the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device comprises a single cell voltage detecting means for detecting a single cell voltage that is a voltage of each single cell at regular time intervals;
Current value detecting means for detecting the current value of the fuel cell stack at regular intervals;
Average voltage calculating means for calculating an average voltage that is an average of the single cell voltages;
IV characteristic comparison means for comparing an average IV characteristic derived from the average voltage and current value and a preset reference IV characteristic;
A dry-up notification means for generating a dry-up signal when the average IV characteristic is lower than the reference IV characteristic;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and has warning means for issuing a warning signal. And
発明者らの試験結果によれば、以下の場合にもいずれかの単セルでドライアップが生じたことを判断できる。まず、各単セル電圧と電流値とを一定時間毎に検知し、各単セル電圧の平均である平均電圧と電流値とから導いた平均IV特性と、予め設定した基準IV特性とを比較する。そして、平均IV特性が基準IV特性より低い場合には、ドライアップのおそれがある。その状態が連続しておれば、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップ状態であると正確に判断される。その結果、この燃料電池システムでは、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することが可能になる。 According to the test results of the inventors, it can be determined that dry-up has occurred in any single cell in the following cases. First, each single cell voltage and current value are detected at regular intervals, and an average IV characteristic derived from an average voltage and current value that is an average of each single cell voltage is compared with a preset reference IV characteristic. . If the average IV characteristic is lower than the reference IV characteristic, there is a risk of dry-up. If the state continues, it is accurately determined that the dry-up state in which the voltage decreases with time . As a result, in this fuel cell system, it is possible to suppress dry-up at the single cell level, and to suppress performance degradation and durability deterioration at the single cell level resulting therefrom.
請求項3に係る燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧を検出する単セル電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
各該単セル電圧及び電流値を記憶する記憶手段と、
全ての該単セルの中で、最も電圧が高い該単セルと最も電圧が低い該単セルとを抽出する抽出手段と、
これら二つの該単セルに係る該単セル電圧に対し、現在の差である現在電圧差と、前回の差である前回電圧差とを比較する単セル電圧比較手段と、
該現在電圧差が該前回電圧差より大きい場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップ信号を発するドライアップ告知手段と、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発する警告手段とを有することを特徴とする。
A fuel cell system according to claim 3 is a fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked, and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a fuel cell system comprising: a control device that switches connection to the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device comprises a single cell voltage detecting means for detecting a single cell voltage that is a voltage of each single cell at regular time intervals;
Current value detecting means for detecting the current value of the fuel cell stack at regular intervals;
Storage means for storing each single cell voltage and current value;
An extracting means for extracting the single cell having the highest voltage and the single cell having the lowest voltage among all the single cells;
A single cell voltage comparing means for comparing a current voltage difference that is a current difference with a previous voltage difference that is a previous difference with respect to the single cell voltage associated with the two single cells;
If the current voltage difference is greater than the previous voltage difference, if the current value is less than or equal to the previous current value, dry-up notification means for issuing a dry-up signal;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and has warning means for issuing a warning signal. And
発明者らの試験結果によれば、以下の場合にもいずれかの単セルでドライアップが生じたことを判断できる。まず、各単セル電圧と電流値とを一定時間毎に検知し、全ての単セルの中で、最も電圧が高い単セルと最も電圧が低い単セルとを抽出し、これら二つの単セルに係る単セル電圧に対し、現在の差である現在電圧差と、前回の差である前回電圧差とを比較する。そして、現在電圧差が前回電圧差より大きい場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップのおそれがある。その状態が連続しておれば、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップ状態であると正確に判断される。その結果、この燃料電池システムでは、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することが可能になる。 According to the test results of the inventors, it can be determined that dry-up has occurred in any single cell in the following cases. First, each single cell voltage and current value are detected at regular intervals, and the single cell with the highest voltage and the single cell with the lowest voltage are extracted from all the single cells. The current voltage difference, which is the current difference, and the previous voltage difference, which is the previous difference, are compared with the single cell voltage. If the current voltage difference is larger than the previous voltage difference, there is a risk of dry-up if the current current value is less than or equal to the previous current value. If the state continues, it is accurately determined that the dry-up state in which the voltage decreases with time . As a result, in this fuel cell system, it is possible to suppress dry-up at the single cell level, and to suppress performance degradation and durability deterioration at the single cell level resulting therefrom.
したがって、請求項1〜3に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックに時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制可能である。
Therefore, the fuel cell system according to
制御装置は、警告信号が発せられた時、燃料電池スタックが冷却されるように燃料電池スタックに供給する空気量を増加させる空気量変更手段を有することが好ましい。この場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップ後の回復動作として、空気量変更手段により燃料電池スタックを迅速に冷却し、そのドライアップの進行を抑制することができるとともに、燃料電池スタックの性能低下及び耐久性劣化を抑制することができる。 The control device preferably has an air amount changing means for increasing the amount of air supplied to the fuel cell stack so that the fuel cell stack is cooled when a warning signal is issued. In this case, as the recovery operation after the dry-up in which the voltage decreases with the passage of time, the fuel cell stack can be quickly cooled by the air amount changing means, and the progress of the dry-up can be suppressed. Performance degradation and durability degradation can be suppressed.
空気量変更手段による空気量の増加の程度に関しては、燃料電池スタックに供給される空気中に噴霧される水の量や、加湿の程度に合わせて、適度に調整することが好ましい。例えば、噴霧された水を適度に含む空気の場合、空気量を増加させると、空気中に噴霧された水が空気室内で効率よく気化するため、燃料電池スタックを潜熱により効果的に冷却することができる。 The degree of increase in the air amount by the air amount changing means is preferably adjusted appropriately in accordance with the amount of water sprayed into the air supplied to the fuel cell stack and the degree of humidification. For example, in the case of air containing moderately sprayed water, increasing the amount of air effectively vaporizes the water sprayed into the air in the air chamber, so the fuel cell stack can be effectively cooled by latent heat. Can do.
ドライアップ告知手段がドライアップ信号を発しない場合、警告手段は警告信号を解除し、空気量変更手段は、燃料電池スタックに供給する空気量を減少させるものであることが好ましい。この場合、一度、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップ状態になっても、回復動作に移行した後の燃料電池システムを通常の発電状態に復帰させることができる。 When the dry-up notification means does not issue a dry-up signal, the warning means preferably releases the warning signal, and the air amount changing means preferably reduces the amount of air supplied to the fuel cell stack. In this case, the fuel cell system after the transition to the recovery operation can be returned to the normal power generation state even once the dry-up state in which the voltage decreases with time .
制御装置は、警告信号が発せられた時、燃料電池スタックが冷却されるように燃料電池スタックの電流値を制限する電流値制限手段を有することが好ましい。この場合、燃料電池スタックの無理な出力を抑制し、冷却を進行させることができる。 The control device preferably has a current value limiting means for limiting the current value of the fuel cell stack so that the fuel cell stack is cooled when a warning signal is issued. In this case, excessive output of the fuel cell stack can be suppressed and cooling can proceed.
電流値制限手段は、蓄電装置及び負荷装置によって燃料電池スタックの電流値を減少させるものであり得る。この場合、負荷装置は燃料電池スタックの出力の低下を蓄電装置から供給される電力によって補われるので、燃料電池スタックの冷却を進行させつつ、負荷装置の駆動力を低下させない。 The current value limiting means may reduce the current value of the fuel cell stack by the power storage device and the load device. In this case, since the load device compensates the decrease in the output of the fuel cell stack with the electric power supplied from the power storage device, the driving force of the load device is not decreased while the cooling of the fuel cell stack is advanced.
本発明は燃料電池システムの運転方法でもあり得る。第1の燃料電池システムの運転方法は、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムの運転方法において、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧及び前記燃料電池スタックの電流値を検出し、各該単セル電圧及び電流値を記憶した後、
現在の各該単セル電圧と前回の各該単セル電圧とを比較し、
いずれかの該単セルについて、現在の該単セル電圧が前回の該単セル電圧より低い場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップ信号を発し、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発することを特徴とする。
The present invention may also be a method for operating a fuel cell system. The operation method of the first fuel cell system includes a fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked, and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a method of operating a fuel cell system comprising: a control device that controls connection of the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device detects a single cell voltage that is a voltage of each single cell and a current value of the fuel cell stack at regular time intervals, and stores each single cell voltage and current value.
Compare each current single cell voltage with each previous single cell voltage,
For any of the single cells, if the current single cell voltage is lower than the previous single cell voltage, if the current current value is less than or equal to the previous current value, issue a dry-up signal,
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and a warning signal is issued.
第2の燃料電池システムの運転方法は、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムの運転方法において、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧及び前記燃料電池スタックの電流値を検出し、各該単セル電圧の平均である平均電圧を算出した後、
該平均電圧及び電流値から導いた平均IV特性と予め設定した基準IV特性とを比較し、
該平均IV特性が該基準IV特性より低い場合、ドライアップ信号を発し、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発することを特徴とする。
The operation method of the second fuel cell system includes a fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked, and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a method of operating a fuel cell system comprising: a control device that controls connection of the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device detects a single cell voltage that is a voltage of each single cell and a current value of the fuel cell stack at regular time intervals, calculates an average voltage that is an average of the single cell voltages,
Comparing an average IV characteristic derived from the average voltage and current value with a preset reference IV characteristic;
If the average IV characteristic is lower than the reference IV characteristic, issue a dry-up signal;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and a warning signal is issued.
第3の燃料電池システムの運転方法は、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムの運転方法において、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧及び前記燃料電池スタックの電流値を検出し、各該単セル電圧及び電流値を記憶し、
全ての該単セルの中で、最も電圧が高い該単セルと最も電圧が低い該単セルとを抽出した後、
これら二つの該単セルに係る該単セル電圧に対し、現在の差である現在電圧差と、前回の差である前回電圧差とを比較し、
該現在電圧差が該前回電圧差より大きい場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップ信号を発し、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発することを特徴とする。
The operation method of the third fuel cell system includes a fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked, and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack,
In a method of operating a fuel cell system comprising: a control device that controls connection of the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device detects a single cell voltage that is a voltage of each single cell and a current value of the fuel cell stack every predetermined time, and stores each single cell voltage and current value,
After extracting the single cell having the highest voltage and the single cell having the lowest voltage among all the single cells,
Compare the current voltage difference, which is the current difference, with the previous voltage difference, which is the previous difference, with respect to the single cell voltage associated with the two single cells,
If the current voltage difference is greater than the previous voltage difference, if the current current value is less than or equal to the previous current value, issue a dry-up signal,
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and a warning signal is issued.
以下、本発明を具体化した実施例1〜3を図面を参照しつつ説明する。
図1に示す実施例1の燃料電池システム100は、燃料電池スタック1と、蓄電装置2と、負荷装置3と、制御装置4とを備えている。
A
燃料電池スタック1は、図2に示すように、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セル10が複数積層されたものである。単セル10は、固体高分子膜型のもの(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cells)であり、イオン交換樹脂からなる電解質膜11aを燃料極11bと、空気極11cとで挟持したものである。燃料極11bは、電解質膜11aの一面に一体に形成されたカーボンからなり、空気極11cは、電解質膜11aの他面に一体に形成されたカーボンからなる。また、各単セル10は、隣接する他の単セル10との間にセパレータ12を有している。各セパレータ12の燃料極11b側には燃料室12aが形成されており、燃料室12aによって燃料ガスである水素ガスが燃料極11bに供給されるようになっている。他方、各セパレータ12の空気極11c側には空気室12bが形成されており、空気室12bによって酸素を含む空気が空気極11cに供給されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
そして、この燃料電池スタック1は、図1に示すように、他の構成部品とともに組み付けられて、燃料電池システム100を構成する。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池スタック1の燃料室12aに設けられた供給口21a及び排出口21bには、次のような各種の構成部品が接続されて、燃料室12a内への水素ガスの供給及び燃料室12aからの排気水素ガスの排出を実施することが可能とされている。
The following various components are connected to the
供給口21aの最も上流側には水素タンク50があり、水素タンク50と供給口21aとの間には、配管51が設けられている。配管51は、水素タンク50側から、水素元電磁弁61aと、水素供給圧レギュレータ61bと、水素供給電磁弁61cとを有している。
There is a
排出口21bから接続点Bまでには配管52が設けられ、接続点Bからダクト91までには、配管53が設けられている。また、接続点Bから配管51の途中の接続点Aまでには、配管54が設けられている。
A
配管53は、排気水素ガスを排気口21bから排出するための水素排気電磁弁63を有している。配管54は、排気水素ガスを供給口21aから再供給するための水素循環電磁弁64を有している。
The
また、燃料電池スタック1の上方には、空気を取り入れる空気マニホールド42が設けられている。この空気マニホールド42には、フィルタ41aを有する空気吸入ファン41が接続されており、空気室12b内に空気を供給可能とされている。また、空気マニホールド42には、水噴射ノズル99が配設されている。この水噴射ノズル99は、配管98によりレベルゲージ97aが内装された水タンク97と接続されている。配管98は、フィルタ98a及び水直噴ポンプ83を有している。
An
さらに、燃料電池スタック1の下方には、温度センサ90aを有する空気排出経路90と、凝縮器92と、凝縮器ファン93と、排出された空気を空気排出経路90から凝縮器92まで導くダクト91とが設けられて、空気室12b内から空気を排出可能とされている。凝縮器92は、空気と水とを分離することが可能であり、分離された空気を大気に排出するための配管94と、フィルタ94aと、温度センサ94bとを有しているとともに、分離された水を水タンク97に輸送する配管96と、水回収ポンプ82とを有している。
Further, below the
燃料電池スタック1、水素元電磁弁61a、水素供給圧レギュレータ61b、水素供給電磁弁61c、水素排気電磁弁63、及び水素循環電磁弁64は、制御装置4と電気的に接続されて制御可能とされている。また、空気吸入ファン41、レベルゲージ97a、水直噴ポンプ83、温度センサ90a、凝縮器ファン93その他の構成部品も、制御装置4と電気的に接続されて制御可能とされている。
The
次に、蓄電装置2、負荷装置3及び制御装置4について説明する。
Next, the
蓄電装置2は、図1に示すように、燃料電池スタック1と並列に接続され、燃料電池スタック1から出力された電力を蓄えるものである。蓄電装置2としては、キャパシタや二次電池等の一般的な蓄電手段を採用することができる。
As shown in FIG. 1, the
負荷装置3は、燃料電池スタック1及び蓄電装置2とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動されるものである。負荷装置3は、インバータ(図示しない)及び電動モータ(図示しない)を有し、燃料電池システム100が搭載される自動車を走行させることが可能とされている。
The load device 3 is connected to the
制御装置4は、燃料電池スタック1との接続を蓄電装置2又は負荷装置3に切り換えると共に燃料電池スタック1の電流値を制御するものである。
The control device 4 switches the connection with the
具体的には、燃料電池スタック1の燃料極11a側の端子1aには、制御装置4の一部を構成するリレー45a、45d、ダイオード45b及びIPM(Intelligent Power Module)45cが接続されている。
Specifically, relays 45a and 45d, a
リレー45a、45dの連携動作によって、燃料電池スタック1との接続を蓄電装置2又は負荷装置3に切り換えたり、燃料電池スタック1と蓄電装置2及び負荷装置3との接続を切り離したりすることが可能とされている。また、ダイオード45bによって、蓄電装置2から燃料電池スタック1への電流を遮断するようになっている。さらに、IPM45cによって、燃料電池スタック1と蓄電装置2との電力供給の分担を状況に応じて調整し、燃料電池スタック1の電流値を制御することが可能とされている。
By the cooperative operation of the
また、制御装置4は、図3のドライアップ判定ルーチンS101〜S113のプログラムに示すように、単セル電圧検出手段S102、S104、電流値検出手段S103、S105、記憶手段S102〜S105、単セル電圧比較手段S106、ドライアップ告知手段S107、S108、及び警告手段S109、S110を有する。 Further, as shown in the program of the dry-up determination routines S101 to S113 in FIG. 3, the control device 4 includes single cell voltage detection means S102 and S104, current value detection means S103 and S105, storage means S102 to S105, single cell voltage. It has comparison means S106, dry-up notification means S107, S108, and warning means S109, S110.
単セル電圧検出手段S102、S104は、各単セル10に接続された電圧計(図示しない)により、一定時間毎に各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)を検出するものである(p:単セルの総数、m:検知処理実施回数)。
The single cell voltage detection means S102 and S104 are each a single cell voltage Vc1 (m) or Vc2 (m) which is a voltage of each
電流値検出手段S103、S105は、燃料電池スタック1に接続された電流計(図示しない)により、一定時間毎に燃料電池スタック1の電流値Is(m)を検出するものである。
The current value detection means S103, S105 detects the current value Is (m) of the
記憶手段S102〜S105は、測定された各単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)及び電流値Is(m)を記憶するものである。 The storage means S102 to S105 store the measured single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m) and the current value Is (m).
単セル電圧比較手段S106は、現在の各単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)と前回の各単セル電圧Vc1(m−1)、Vc2(m−1)、…、Vcp(m−1)とを各単セル10毎に比較するものである。
The single cell voltage comparison means S106 is configured to calculate the current single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m) and the previous single cell voltages Vc1 (m−1), Vc2 (m−1). ,..., Vcp (m−1) are compared for each
ドライアップ告知手段S107、S108は、いずれかの単セル10(例えば、総数pの単セルのうち、q番目の単セル10)について、現在の単セル電圧Vcq(m)が前回の単セル電圧Vcq(m−1)より低い場合、現在の電流値Is(m)が前回の電流値Is(m−1)以下であれば、ドライアップ信号を発するものである。
The dry-up notification means S107, S108 determines that the current single cell voltage Vcq (m) is the previous single cell voltage for any single cell 10 (for example, the qth
警告手段S109、S110は、ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発するものである。 The warning means S109 and S110 issue a warning signal when it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred when the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more. is there.
さらに、制御装置4は、図4のドライアップ対策ルーチンのプログラムに示すように、空気量変更手段S131〜S134及び電流値制限手段S135を有する。 Furthermore, the control device 4 includes air amount changing means S131 to S134 and a current value limiting means S135 as shown in the dry up countermeasure routine program of FIG.
空気量変更手段S131〜S134は、警告信号が発せられた時、空気吸入ファン41の回転数を増加させて、燃料電池スタック1が冷却されるように燃料電池スタック1に供給する空気量を増加させるものである。空気量変更手段S131〜S134による空気量の増加の程度に関しては、燃料電池スタック1に供給される空気中に水噴射ノズル99から噴霧される水の量に合わせて、適度に調整される。霧状の水を適度に含む空気の場合、空気量を増加させると、空気中に噴霧された水が空気室12b内で効率よく気化するため、燃料電池スタック1を潜熱により効果的に冷却することができる。
The air amount changing means S131 to S134 increase the amount of air supplied to the
また、空気量変更手段S131〜S134は、ドライアップ告知手段S107、S108がドライアップ信号を発しない場合、警告手段S109、S110が警告信号を解除し、燃料電池スタック1に供給する空気量を減少させるようになっている。こうすることにより、一度、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップ状態になっても、回復動作に移行した後の燃料電池システム100を通常の発電状態に復帰させることが可能とされている。
Further, when the dry-up notification means S107 and S108 do not issue a dry-up signal, the air amount changing means S131 to S134 release the warning signal by the warning means S109 and S110 and reduce the amount of air supplied to the
電流値制限手段S135は、警告信号が発せられた時、上述のリレー45a、45d、IPM45c等を制御して、燃料電池スタック1が冷却されるように燃料電池スタック1の電流値を制限するものである。こうすることにより、燃料電池スタック1の無理な出力を抑制し、冷却を進行させることが可能となっている。また、この場合、負荷装置3は燃料電池スタック1の出力の低下を蓄電装置2から供給される電力によって補われるので、負荷装置3の駆動力を低下させないようにすることが可能となっている。
The current value limiting means S135 controls the above-described
このような構成である実施例1の燃料電池システム100は、燃料電池スタック1の発電時に、図2に示すように、水素ガス等の燃料が各単セル10の燃料室12aに供給され、それと同時に各単セル10の空気室12bに酸素を含む空気が供給される。これにより、各単セル10では、燃料極11bと空気極11cとの間で燃料と酸素とが反応する。具体的には、燃料極11bで得られた水素イオンがプロトン(H 3 O + )の形態で水分を含んだ電解質膜11a中を空気極11c側に移動し、空気極11cで空気中の酸素と反応し、水を生成する。一方、燃料極11bで得られた電子は負荷装置3を通って空気極11c側に移動する。こうした一連の電気化学反応の結果、各単セル10において、電力が出力される。その結果、単セル10が複数積層された燃料電池スタック1は、全体として大きな電力を出力することが可能となっている。
In the
この間、図1に示すように、配管51、52、53、54、水素元電磁弁61a、水素供給レギュレータ61b、水素供給電磁弁61c、水素排気電磁弁63及び水素循環電磁弁64によって、水素タンク51から水素ガスが供給口21aに供給されたり、排気水素ガスが排出口21bから供給口21aに再供給されたりする。また、配管52、53と、水素排気電磁弁63とによって、排気水素ガス及び電気化学反応により生成された生成水が燃料室12aの排出口21bから間欠的にダクト91を経て凝縮器92に移送されたりして、電気化学反応を連続的に生じさせる。
During this time, as shown in FIG. 1, a hydrogen tank is provided by piping 51, 52, 53, 54, a hydrogen
また、水タンク97の水が水直噴ポンプ83により圧送されて、水噴射ノズル99から空気マニホールド42内に噴射される。これにより、空気極11c及び電解質膜11aの乾燥が抑制され、適度な湿潤状態とされるとともに、燃料電池スタック1が冷却される。さらに、燃料電池スタック1の空気室12bから排出された水を含む空気は、空気排出経路90からダクト91を経て凝縮器92に移送される。そして、凝縮器92により分離された空気は、配管94から大気に排出され、分離された水は、水回収ポンプ82により水タンク97に回収される。なお、ダクト91を経て凝縮器92に移送された排気水素ガス及び生成水も、同様にして、水素と水とに分離され、水素は空気とともに大気に排出され、水は水タンク97に回収される。
Further, the water in the
このように動作する燃料電池システム100において、制御装置4は、燃料電池スタック1の発電時に、図3に示すプログラムに従って、上述のドライアップ判定ルーチンS101〜S113を実施する。そして、制御装置4は、燃料電池スタック1が時間の経過とともに電圧が低下するドライアップであると判定した場合に警告信号を発する。
In the
つまり、このドライアップ判定ルーチンS101〜S113が実行されると、S101〜S103において、初期設定がなされる。ステップS101では、検知処理実施回数m及びドライアップ信号連続発生回数nが0とされる。S102では、各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(0)、Vc2(0)、…、Vcp(0)が検出され、記憶手段に記憶される。次に、S103では、燃料電池スタック1の電流値Is(0)が検出され、記憶手段に記憶される。
That is, when the dry-up determination routines S101 to S113 are executed, initial settings are made in S101 to S103. In step S101, the detection processing execution number m and the dry-up signal continuous generation number n are set to zero. In S102, single cell voltages Vc1 (0), Vc2 (0),..., Vcp (0), which are voltages of each
そして、S104〜S113において、ドライアップの検知処理が繰り返される。S104では、前回計測から一定時間経過後に各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)が検出され、記憶手段に記憶される。S105では、前回計測から一定時間経過後に燃料電池スタック1の電流値Is(m)が検出され、記憶手段に記憶される。
In S104 to S113, the dry-up detection process is repeated. In S104, the single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m), which are the voltages of the
S106では、現在の各単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)と前回の各単セル電圧Vc1(m−1)、Vc2(m−1)、…、Vcp(m−1)とが各単セル10毎に比較される。その結果、S106において、いずれかの単セル10(例えば、総数pの単セルのうち、q番目の単セル10)について、現在の単セル電圧Vcq(m)が前回の単セル電圧Vcq(m−1)より低い場合、S107において、現在の電流値Is(m)が前回の電流値Is(m−1)以下であれば、S108において、ドライアップ信号が発せられる。この際、連続してドライアップ信号が発生されれば、S108において、ドライアップ信号連続発生回数nが1つ加算される。他方、S106又はS107において、判定式が成立せず、ドライアップ信号の発生が途切れれば、S111において、ドライアップ信号連続発生回数nがリセットされて0となる。
In S106, the current single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m) and the previous single cell voltages Vc1 (m−1), Vc2 (m−1),. m−1) is compared for each
そして、S109において、ドライアップ信号連続発生回数nが基準回数以上である場合には、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、S110において、警告信号が発生され、それによって、燃料電池システム100は、所定の回復動作であるドライアップ対策ルーチンS131〜S135に移行することとなる。
In S109, if the number of consecutive dry-up signal generations n is equal to or greater than the reference number, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with time has elapsed , and a warning signal is generated in S110. As a result, the
他方、S109において、ドライアップ信号連続発生回数nが基準回数より小さい場合には、S112において、検知処理を継続するかどうかが判断され、検知処理を継続する場合には、S113において、検知処理実施回数mが1つ加算されて、S104から再び、検知処理を繰り返すこととなる。 On the other hand, if the number of consecutive dry-up signal occurrences n is smaller than the reference number in S109, it is determined in S112 whether to continue the detection process. If the detection process is continued, the detection process is performed in S113. The count m is incremented by 1, and the detection process is repeated again from S104.
制御装置4は、図4に示すように、ドライアップ対策ルーチンS131〜S135に移行した後、下記の通り、燃料電池システム100の回復動作を実施する。
As shown in FIG. 4, the control device 4 performs the recovery operation of the
S131では、空気吸入ファン41の回転数を増加させて、燃料電池スタック1に供給する空気量を増加させ、水噴射ノズル99から空気中に噴霧された水を空気室12b内で効率よく気化させて潜熱を生じさせることにより、燃料電池スタック1を効果的に冷却する。
In S131, the rotational speed of the air suction fan 41 is increased to increase the amount of air supplied to the
そして、S132では、図3のドライアップ判定ルーチンS101〜S113のプログラムにおけるドライアップ検知処理の結果を参照し、その結果、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが改善されている場合には、S133において燃料電池スタック1に供給する空気量を減少させ、元の空気量に戻す。他方、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが改善されていない場合には、S135に移行する。
In S132, the result of the dry-up detection process in the program of the dry-up determination routines S101 to S113 in FIG. 3 is referred. As a result, when the dry-up in which the voltage decreases with the passage of time is improved, In S133, the amount of air supplied to the
S135では、リレー45a、45d、IPM45c等を制御して、燃料電池スタック1が冷却されるように燃料電池スタック1の電流値を制限する。これにより、燃料電池スタック1の無理な出力を抑制し、冷却を進行させる。また、この際、負荷装置3は燃料電池スタック1の出力の低下を蓄電装置2から供給される電力によって補われるので、負荷装置3の駆動力を低下させない。
In S135, the
さかのぼって、S133において、燃料電池スタック1に供給する空気量を減少させ、元の空気量に戻した後、S134において、再度、図3のドライアップ判定ルーチンS101〜S113のプログラムにおけるドライアップ検知処理の結果を参照し、その結果、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが起きていなければ、そのドライアップが完全に解消されたと判断して、ドライアップ対策を終了する。ここで、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが再度起きていれば、S131に戻り、ドライアップ対策を繰り返すこととなる。
Back in S133, the amount of air supplied to the
このような手順により、実施例1の燃料電池システム100は、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。
By such a procedure, the
次に、上述した実施例1の燃料電池システム100を自動車に搭載した状態で、確認試験を実施した。測定結果を図5に示す。
Next, a confirmation test was performed in a state where the
図5は、各単セル10(単セルの総数p=5)の電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vc5(m)を検出し、時間の経過によって、どのように変化するかを示したグラフである。Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vc5(m)の時間の経過による変化を曲線G1、G2、…G5により示す。燃料電池スタック1から出力される電流は、時間の経過に合わせて、電圧が階段状になるように負荷装置3が指令を出している。このため、各単セル10の電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vc5(m)も、基本的には階段状に減少する傾向を有している。
FIG. 5 shows how voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vc5 (m) of each single cell 10 (total number of single cells p = 5) are detected and how they change over time. It is the graph which showed. The changes over time of Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vc5 (m) are indicated by curves G1, G2,. The current output from the
ここで、例えば、グラフ中の領域Tにおいて、各単セル10のうち、曲線G5に示す単セル10は、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが顕著に生じている状態である。他方、曲線G1に示す単セル10は、そのドライアップが殆ど生じていない状態である。そして、曲線G5から解るように、そのドライアップが生じた単セル10では、時間の経過とともに、電圧が低下する傾向を示す。このため、この測定結果に対して上述のドライアップ判定ルーチンS101〜S113を適用すれば、S106〜S107の判定式が連続して成立することとなり、そのドライアップと判定されることとなる。こうして、実施例1のドライアップ判定ルーチンS101〜S113は、確実に単セルレベルでのドライアップを検知することができるのである。
Here, for example, in the region T in the graph, among the
したがって、実施例1の燃料電池システム100は、燃料電池スタック1に時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。
Therefore, the
また、この燃料電池システム100において、制御装置4は、空気量変更手段S131〜S134を有しているので、そのドライアップ後の回復動作として、空気量変更手段S131〜S134により燃料電池スタック1を迅速に冷却し、そのドライアップの進行を抑制することができているとともに、燃料電池スタック1の性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。また、S133で空気量を減少させることにより、そのドライアップが解消した後、燃料電池システム100を通常の発電状態に復帰させることができている。
Further, in the
さらに、制御装置4は、電流値制限手段S135を有していることから、燃料電池スタック1の無理な出力を抑制し、冷却を進行させることができている。また、電流値制限手段S135は、蓄電装置2及び負荷装置3によって燃料電池スタック1の電流値を減少させるものであることから、負荷装置3は燃料電池スタック1の出力の低下を蓄電装置2から供給される電力によって補われるので、燃料電池スタック1の冷却を進行させつつ、負荷装置3の駆動力を低下させないことを実現できている。
Furthermore, since the control device 4 has the current value limiting means S135, the excessive output of the
実施例2の燃料電池システムは、実施例1の燃料電池システム100のドライアップ判定ルーチンS101〜S113に対して、図6に示すドライアップ判定ルーチンS201〜S213が採用されたものである。他の構成は、実施例1の燃料電池システム100と同様であるので、説明は省く。
In the fuel cell system of the second embodiment, the dry-up determination routines S201 to S213 shown in FIG. 6 are adopted with respect to the dry-up determination routines S101 to S113 of the
実施例2の燃料電池システムにおいて、制御装置4は、図6のドライアップ判定ルーチンS201〜S213のプログラムに示すように、単セル電圧検出手段S202、電流値検出手段S203、平均電圧算出手段S204、IV特性比較手段S205、S206、ドライアップ告知手段S208、及び警告手段S209、S210を有する。 In the fuel cell system according to the second embodiment, as shown in the program of the dry-up determination routines S201 to S213 in FIG. 6, the control device 4 includes a single cell voltage detection unit S202, a current value detection unit S203, an average voltage calculation unit S204, IV characteristic comparison means S205, S206, dry-up notification means S208, and warning means S209, S210.
単セル電圧検出手段S202は、各単セル10に接続された電圧計(図示しない)により、一定時間毎に各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)を検出するものである(p:単セルの総数、m:検知処理実施回数)。
The single cell voltage detection means S202 is a single cell voltage Vc1 (m), Vc2 (m),..., Which is a voltage of each
電流値検出手段S204は、燃料電池スタック1に接続された電流計(図示しない)により、一定時間毎に燃料電池スタック1の電流値Is(m)を検出するものである。
The current value detection means S204 detects the current value Is (m) of the
平均電圧算出手段S203は、各単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)の平均である平均電圧VcA(m)を算出するものである。 The average voltage calculation means S203 calculates an average voltage VcA (m) that is an average of the single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m).
IV特性比較手段S205、S206は、図7のグラフに示すように、平均電圧VcA(m)及び電流値Is(m)から導いた平均IV特性Z(Zは、曲線Gc上の点)と予め設定した基準IV特性Gs(Gsは曲線)とを比較するものである。なお、基準IV特性Gsは、燃料電池スタック1の性能試験によって計測されたデータに基づいて、予め設定される。また、曲線Gcは、燃料電池スタック1が時間の経過とともに電圧が低下するドライアップとなった場合のI−V特性の一例である。
As shown in the graph of FIG. 7, the IV characteristic comparison means S205 and S206 are preliminarily calculated with the average IV characteristic Z (Z is a point on the curve Gc) derived from the average voltage VcA (m) and the current value Is (m). The set reference IV characteristic Gs (Gs is a curve) is compared. The reference IV characteristic Gs is set in advance based on data measured by the performance test of the
ドライアップ告知手段S208は、平均IV特性Zが基準IV特性Gsより低い場合、ドライアップ信号を発するものである。 The dry-up notification unit S208 generates a dry-up signal when the average IV characteristic Z is lower than the reference IV characteristic Gs.
警告手段S209、S210は、ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発するものである。 The warning means S209 and S210, when the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, determines that a dry-up in which the voltage decreases with time has occurred, and issues a warning signal. is there.
このような構成である実施例2の燃料電池システムも、自動車に搭載されて、実施例1の燃料電池システム100と同様の作用効果を奏する。
The fuel cell system according to the second embodiment having such a configuration is also mounted on an automobile and has the same effects as the
そして、制御装置4は、燃料電池スタック1の発電時に、図6に示すプログラムに従って、上述のドライアップ判定ルーチンS201〜S213を実施する。そして、制御装置4は、燃料電池スタック1が時間の経過とともに電圧が低下するドライアップであると判定した場合に警告信号を発する。
Then, the control unit 4, when the power generation of the
つまり、このドライアップ判定ルーチンS201〜S213が実行されると、S201において、初期設定として、検知処理実施回数m及びドライアップ信号連続発生回数nが0とされる。 That is, when the dry-up determination routines S201 to S213 are executed, the detection process execution count m and the dry-up signal continuous occurrence count n are set to 0 as initial settings in S201.
そして、S202〜S213において、ドライアップの検知処理が繰り返される。S202では、前回計測から一定時間経過後に各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)が検出される。S203では、前回計測から一定時間経過後に燃料電池スタック1の電流値Is(m)が検出される。S204では、単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)の平均である平均電圧VcA(m)が算出される。そして、S205において、平均電圧VcA(m)と電流値Is(m)とから平均IV特性Zが導き出される。
In S202 to S213, the dry-up detection process is repeated. In S202, single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m), which are voltages of each
S206では、平均IV特性Zと予め設定した基準IV特性Gs(Gsは曲線)とが比較される。その結果、S206において、平均IV特性Zが予め設定した基準IV特性Gsよりも低い場合、S208において、ドライアップ信号が発せられる。この際、連続してドライアップ信号が発生されれば、S208において、ドライアップ信号連続発生回数nが1つ加算される。他方、S206において、判定式が成立せず、ドライアップ信号の発生が途切れれば、S211において、ドライアップ信号連続発生回数nがリセットされて0となる。 In S206, the average IV characteristic Z is compared with a preset reference IV characteristic Gs (Gs is a curve). As a result, if the average IV characteristic Z is lower than the preset reference IV characteristic Gs in S206, a dry-up signal is issued in S208. At this time, if the dry-up signal is continuously generated, the number of consecutive dry-up signal generations n is incremented by 1 in S208. On the other hand, if the determination formula is not satisfied in S206 and the generation of the dry-up signal is interrupted, the number of consecutive dry-up signal generations n is reset to 0 in S211.
そして、S209において、ドライアップ信号連続発生回数nが基準回数以上である場合には、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、S210において、警告信号が発生され、それによって、燃料電池システムは、所定の回復動作であるドライアップ対策ルーチンS131〜S135に移行することとなる。 Then, in S209, when the dry-up signal continuous occurrence number n is equal to or more than the reference number, it is determined that dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and in S210, a warning signal is generated. As a result, the fuel cell system shifts to dry-up countermeasure routines S131 to S135 that are predetermined recovery operations.
他方、S209において、ドライアップ信号連続発生回数nが基準回数より小さい場合には、S212において、検知処理を継続するかどうかが判断され、検知処理を継続する場合には、S213において、検知処理実施回数mが1つ加算されて、S202から再び、検知処理を繰り返すこととなる。 On the other hand, in S209, if the number of consecutive dry-up signals n is smaller than the reference number, it is determined in S212 whether to continue the detection process. If the detection process is continued, the detection process is performed in S213. The number m is incremented by 1, and the detection process is repeated again from S202.
このような手順により、実施例2のの燃料電池システムも、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。 By such a procedure, the fuel cell system of Example 2 can also suppress the dry-up at the single cell level and the performance degradation and durability deterioration at the single cell level resulting therefrom.
したがって、実施例2の燃料電池システムも、実施例1の燃料電池システム100と同様に、燃料電池スタック1に時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。
Therefore, the fuel cell system of the second embodiment also determines more accurately whether or not the
実施例3の燃料電池システムは、実施例1の燃料電池システム100のドライアップ判定ルーチンS101〜S113に対して、図8に示すドライアップ判定ルーチンS301〜S313が採用されたものである。他の構成は、実施例1の燃料電池システム100と同様であるので、説明は省く。
In the fuel cell system of the third embodiment, the dry-up determination routines S301 to S313 shown in FIG. 8 are adopted with respect to the dry-up determination routines S101 to S113 of the
実施例3の燃料電池システムにおいて、制御装置4は、図8のドライアップ判定ルーチンS301〜S313のプログラムに示すように、単セル電圧検出手段S302、S304、電流値検出手段S303、S305、記憶手段S302〜S305、抽出手段S305a、単セル電圧比較手段S306、ドライアップ告知手段S307、S308、及び警告手段S309、S310を有する。 In the fuel cell system according to the third embodiment, as shown in the program of the dry-up determination routines S301 to S313 in FIG. 8, the control device 4 includes single cell voltage detection means S302 and S304, current value detection means S303 and S305, storage means. S302 to S305, extraction means S305a, single cell voltage comparison means S306, dry-up notification means S307 and S308, and warning means S309 and S310.
単セル電圧検出手段S302、S304は、各単セル10に接続された電圧計(図示しない)により、一定時間毎に各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)を検出するものである。
The single cell voltage detection means S302 and S304 are operated by a voltmeter (not shown) connected to each
電流値検出手段S303、S305は、料電池スタック1に接続された電流計(図示しない)により、一定時間毎に燃料電池スタック1の電流値Is(m)を検出するものである。
The current value detection means S303 and S305 are for detecting the current value Is (m) of the
記憶手段S302、S303、S304、S305は、検出された各単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)及び電流値Is(m)を記憶するものである。 The storage means S302, S303, S304, and S305 store the detected single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m) and the current value Is (m).
抽出手段S305aは、全ての単セル10の中で、最も電圧が高い単セル10をXとし、最も電圧が低い単セル10をYとして抽出するものである(X、Yは、総数pの単セルのX番目、及びY番目を示す)。
The extraction unit S305a extracts the
単セル電圧比較手段S306は、これら二つ(つまり、X番目、及びY番目)の単セル10に係る単セル電圧VcX(m)、VcY(m)に対し、現在の差である現在電圧差(VcX(m)−VcY(m))と、前回の差である前回電圧差(VcX(m−1)−VcY(m−1))とを比較するものである。
The single cell voltage comparison means S306 is a current voltage difference that is a current difference with respect to the single cell voltages VcX (m) and VcY (m) related to these two (that is, the Xth and Yth)
ドライアップ告知手段S307、S308は、現在電圧差(VcX(m)−VcY(m))が前回電圧差(VcX(m−1)−VcY(m−1))より大きい場合、現在の電流値Is(m)が前回の電流値Is(m−1)以下であれば、ドライアップ信号を発するものである。 When the current voltage difference (VcX (m) −VcY (m)) is larger than the previous voltage difference (VcX (m−1) −VcY (m−1)), the dry-up notification means S307 and S308 If Is (m) is less than or equal to the previous current value Is (m−1), a dry-up signal is generated.
警告手段S309、S310は、ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発するものである。 The warning means S309 and S310, when a dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, determines that a dry-up in which the voltage decreases with time has occurred, and issues a warning signal. is there.
このような構成である実施例3の燃料電池システムも、自動車に搭載されて、実施例1の燃料電池システム100と同様の作用効果を奏する。
The fuel cell system according to the third embodiment having such a configuration is also mounted on an automobile and exhibits the same operational effects as the
そして、制御装置4は、燃料電池スタック1の発電時に、図8に示すプログラムに従って、上述のドライアップ判定ルーチンS301〜S313を実施する。そして、制御装置4は、燃料電池スタック1が時間の経過とともに電圧が低下するドライアップであると判定した場合に警告信号を発する。
Then, the control device 4 executes the above-described dry-up determination routines S301 to S313 according to the program shown in FIG. 8 when the
つまり、このドライアップ判定ルーチンS301〜S313が実行されると、S301において、初期設定として、検知処理実施回数m及びドライアップ信号連続発生回数nが0とされる。S302では、各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(0)、Vc2(0)、…、Vcp(0)が検出され、記憶手段に記憶される。次に、S303では、燃料電池スタック1の電流値Is(0)が検出され、記憶手段に記憶される。
That is, when the dry-up determination routines S301 to S313 are executed, the detection processing execution count m and the dry-up signal continuous occurrence count n are set to 0 as initial settings in S301. In S302, single cell voltages Vc1 (0), Vc2 (0),..., Vcp (0), which are voltages of each
そして、S304〜S313において、ドライアップの検知処理が繰り返される。S304では、前回計測から一定時間経過後に各単セル10の電圧である単セル電圧Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)が検出され、記憶手段に記憶される。S305では、前回計測から一定時間経過後に燃料電池スタック1の電流値Is(m)が検出さ、記憶手段に記憶される。さらに、S305aでは、全ての単セル10の中で、最も電圧が高い単セル10がXとされ、最も電圧が低い単セル10がYとされて抽出される。
In S304 to S313, the dry-up detection process is repeated. In S304, the single cell voltages Vc1 (m), Vc2 (m),..., Vcp (m), which are voltages of the
S306では、X番目及びY番目の単セル10に係る単セル電圧VcX(m)、VcY(m)に対し、現在の差である現在電圧差(VcX(m)−VcY(m))と、前回の差である前回電圧差(VcX(m−1)−VcY(m−1))とが比較される。その結果、S306において、現在電圧差(VcX(m)−VcY(m))が前回電圧差(VcX(m−1)−VcY(m−1))より大きい場合、S307において、現在の電流値Is(m)が前回の電流値Is(m−1)以下であれば、S308において、ドライアップ信号が発せられる。この際、連続してドライアップ信号が発生されれば、S308において、ドライアップ信号連続発生回数nが1つ加算される。他方、S306又はS307において、判定式が成立せず、ドライアップ信号の発生が途切れれば、S311において、ドライアップ信号連続発生回数nがリセットされて0となる。
In S306, a current voltage difference (VcX (m) −VcY (m)) that is a current difference with respect to the single cell voltages VcX (m) and VcY (m) related to the Xth and Yth
そして、S309において、ドライアップ信号連続発生回数nが基準回数以上である場合には、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、S310において、警告信号が発生され、それによって、燃料電池システムは、所定の回復動作であるドライアップ対策ルーチンS131〜S135に移行することとなる。 Then, in S309, when the dry-up signal continuous occurrence number n is equal to or more than the reference number, it is determined that dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and in S310, a warning signal is generated. As a result, the fuel cell system shifts to dry-up countermeasure routines S131 to S135 that are predetermined recovery operations.
他方、S309において、ドライアップ信号連続発生回数nが基準回数より小さい場合には、S312において、検知処理を継続するかどうかが判断され、検知処理を継続する場合には、S313において、検知処理実施回数mが1つ加算されて、S304から再び、検知処理を繰り返すこととなる。 On the other hand, in S309, if the number n of consecutive dry-up signal occurrences is smaller than the reference number, it is determined in S312 whether to continue the detection process. If the detection process is continued, the detection process is performed in S313. The number m is incremented by 1, and the detection process is repeated again from S304.
このような手順により、実施例3の燃料電池システムも、単セルレベルでのドライアップの抑制並びにそれに起因する単セルレベルでの性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。 By such a procedure, the fuel cell system of Example 3 can also suppress the dry-up at the single cell level and the performance degradation and durability deterioration at the single cell level resulting therefrom.
ここで、実施例1の燃料電池システム100でも説明した図5の測定結果に基づいて、実施例3のドライアップ判定ルーチンS301〜D313の作用を説明する。
Here, the operation of the dry-up determination routines S301 to S313 of the third embodiment will be described based on the measurement result of FIG. 5 described also in the
例えば、グラフ中の領域Tにおいて、各単セル10のうち、曲線G5に示す単セル10は、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが顕著に生じている状態である。他方、曲線G1に示す単セル10は、そのドライアップが殆ど生じていない状態である。そして、曲線G5から解るように、そのドライアップが生じた単セル10では、時間の経過とともに、電圧が低下する傾向を示す。このため、この測定結果に対して上述のドライアップ判定ルーチンS301〜S313を適用すれば、S305aにおいて、曲線G1に示す単セル10が最も電圧が高い単セルとされ、曲線G5に示す単セル10が最も電圧が低い単セルとされて、抽出される。そして、流域Tにおいて、曲線G1が減少していないのに対して、曲線G5が段々と減少していることから、S306、S307の判定式が成立して、そのドライアップと判定されることとなる。こうして、実施例3のドライアップ判定ルーチンS301〜S313も、確実に単セルレベルでのドライアップを検知することができている。
For example, in the region T in the graph, among the
したがって、実施例3の燃料電池システムも、実施例1の燃料電池システム100と同様に、燃料電池スタック1に時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制することができている。
Therefore, the fuel cell system of the third embodiment also determines more accurately whether or not the
以上において、本発明を実施例1〜3に即して説明したが、本発明は上記実施例1〜3に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。 In the above, the present invention has been described with reference to the first to third embodiments. However, the present invention is not limited to the first to third embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.
本発明は燃料電池システムに利用可能である。 The present invention is applicable to a fuel cell system.
10…単セル
1…燃料電池スタック
2…蓄電装置
3…負荷装置
4…制御装置
100…燃料電池システム
Vc1(m)、Vc2(m)、…、Vcp(m)…単セル電圧
S102、S104、S202、S302、S304…単セル電圧検出手段
S103〜S105、S303〜305…記憶手段
S106、S306…単セル電圧比較手段
S107、S108、S208、S307、S308…ドライアップ告知手段
S109、S110、S209、S210、S309、S310…警告手段
S204…平均電圧算出手段
S205、S206…IV特性比較手段
S305a…抽出手段
S131〜S134…空気量変更手段
S135…電流値制限手段
n…ドライアップ信号連続発生回数
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧を検出する単セル電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
各該単セル電圧及び電流値を記憶する記憶手段と、
現在の各該単セル電圧と前回の各該単セル電圧とを比較する単セル電圧比較手段と、
いずれかの該単セルについて、現在の該単セル電圧が前回の該単セル電圧より低い場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップ信号を発するドライアップ告知手段と、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発する警告手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked; and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a fuel cell system comprising: a control device that switches connection to the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device comprises a single cell voltage detecting means for detecting a single cell voltage that is a voltage of each single cell at regular time intervals;
Current value detecting means for detecting the current value of the fuel cell stack at regular intervals;
Storage means for storing each single cell voltage and current value;
A single cell voltage comparison means for comparing each current single cell voltage and each previous single cell voltage;
For any of the single cells, if the current single cell voltage is lower than the previous single cell voltage, if the current current value is less than or equal to the previous current value, dry-up notification means for issuing a dry-up signal;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and has warning means for issuing a warning signal. A fuel cell system.
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧を検出する単セル電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
各該単セル電圧の平均である平均電圧を算出する平均電圧算出手段と、
該平均電圧及び電流値から導いた平均IV特性と予め設定した基準IV特性とを比較するIV特性比較手段と、
該平均IV特性が該基準IV特性より低い場合、ドライアップ信号を発するドライアップ告知手段と、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発する警告手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked; and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a fuel cell system comprising: a control device that switches connection to the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device comprises a single cell voltage detecting means for detecting a single cell voltage that is a voltage of each single cell at regular time intervals;
Current value detecting means for detecting the current value of the fuel cell stack at regular intervals;
Average voltage calculating means for calculating an average voltage that is an average of the single cell voltages;
IV characteristic comparison means for comparing an average IV characteristic derived from the average voltage and current value and a preset reference IV characteristic;
A dry-up notification means for generating a dry-up signal when the average IV characteristic is lower than the reference IV characteristic;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and has warning means for issuing a warning signal. A fuel cell system.
該燃料電池スタックと並列に接続され、該燃料電池スタックから出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池スタック及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池スタックとの接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池スタックの電流値を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記各単セルの電圧である単セル電圧を検出する単セル電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池スタックの電流値を検出する電流値検出手段と、
各該単セル電圧及び電流値を記憶する記憶手段と、
全ての該単セルの中で、最も電圧が高い該単セルと最も電圧が低い該単セルとを抽出する抽出手段と、
これら二つの該単セルに係る該単セル電圧に対し、現在の差である現在電圧差と、前回の差である前回電圧差とを比較する単セル電圧比較手段と、
該現在電圧差が該前回電圧差より大きい場合、現在の電流値が前回の電流値以下であれば、ドライアップ信号を発するドライアップ告知手段と、
該ドライアップ信号が予め定めた基準回数以上連続して発せられた場合、時間の経過とともに電圧が低下するドライアップが生じていると判断して、警告信号を発する警告手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack in which a plurality of single cells that output electric power by reacting fuel and air are stacked; and
A power storage device connected in parallel with the fuel cell stack and storing electric power output from the fuel cell stack;
A load device connected to each of the fuel cell stack and the power storage device and driven by power from at least one of the fuel cell stack and the power storage device;
In a fuel cell system comprising: a control device that switches connection to the fuel cell stack to the power storage device or the load device and controls a current value of the fuel cell stack;
The control device comprises a single cell voltage detecting means for detecting a single cell voltage that is a voltage of each single cell at regular time intervals;
Current value detecting means for detecting the current value of the fuel cell stack at regular intervals;
Storage means for storing each single cell voltage and current value;
An extracting means for extracting the single cell having the highest voltage and the single cell having the lowest voltage among all the single cells;
A single cell voltage comparing means for comparing a current voltage difference that is a current difference with a previous voltage difference that is a previous difference with respect to the single cell voltage associated with the two single cells;
If the current voltage difference is greater than the previous voltage difference, if the current value is less than or equal to the previous current value, dry-up notification means for issuing a dry-up signal;
When the dry-up signal is continuously issued for a predetermined reference number or more, it is determined that a dry-up in which the voltage decreases with the passage of time has occurred, and has warning means for issuing a warning signal. A fuel cell system.
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