(57)【要約】【課題】精度良く酸化ガスの供給量を調節する。【解決手段】低負荷運転の要求を検出する検出工程（ステップＳ１）と、低負荷運転時にＦＣスタック２に酸化ガスを供給する供給路３と前記ＦＣスタックから排気ガスを排出する排出路４とをつなぐバイパス路５上に配置されるバイパスバルブ５ａを用いて酸化ガスの供給量を調整する第１の調節工程（ステップＳ２）と、第１の調節工程（ステップＳ２）を行った後に前記スタック電圧が前記所定範囲外である場合に排出路４上に配置される排出バルブ４ａを用いて酸化ガスの供給量を調節する第２の調節工程（ステップＳ４）と、第２の調節工程（ステップＳ４）を行った後に前記スタック電圧が前記所定範囲外である場合に供給路３上に配置される供給バルブ３ａを用いて酸化ガスの供給量を調節する第３の調節工程（ステップＳ６）と、を備える燃料電池の制御方法。【選択図】図１
2020113365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含有する酸化ガスの供給量を調節することによって、ＦＣスタックのスタック電圧を低負荷運転時において所定範囲内とする、燃料電池の制御方法であって、
低負荷運転の要求を検出する検出工程と、
低負荷運転時に、前記ＦＣスタックに前記酸化ガスを供給する供給路と前記ＦＣスタックから排気ガスを排出する排出路とをつなぐバイパス路上に配置されるバイパスバルブ、を用いて、酸化ガスの供給量を調整する第１の調節工程と、
前記第１の調節工程を行った後に前記スタック電圧が前記所定範囲外である場合に、前記排出路上に配置される排出バルブを用いて、酸化ガスの供給量を調節する第２の調節工程と、
前記第２の調節工程を行った後に前記スタック電圧が前記所定範囲外である場合に、前記供給路上に配置される供給バルブを用いて、酸化ガスの供給量を調節する第３の調節工程と、を備える、
燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池が備えるＦＣスタック（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｓｔａｃｋ）は、発電停止時にスタック電圧が所定範囲外となると、触媒が劣化する虞がある。そこで、発電停止時であってもＦＣスタックにおいて微小な発電を継続することによって、スタック電圧を所定範囲内に保つことが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、バイパスバルブを開けた状態に固定しつつ、エアコンプレッサーの駆動及び背圧弁の開閉を調節することによって、酸素を含有する酸化ガスの供給量を調節する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０９６０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、燃料電池の制御方法に関し、以下の課題を見出した。
特許文献１に開示されている技術では、単一のバルブを用いて酸化ガスの供給量を調節している。したがって、酸化ガスの供給量が、バルブの分解能に依存する。そのため、バルブの分解能以下で酸化ガスの供給量を精度良く調節することが困難である。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、精度良く酸化ガスの供給量を調節可能な燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための一態様は、酸素を含有する酸化ガスの供給量を調節することによって、ＦＣスタックのスタック電圧を低負荷運転時において所定範囲内とする、燃料電池の制御方法であって、低負荷運転の要求を検出する検出工程と、低負荷運転時に、前記ＦＣスタックに前記酸化ガスを供給する供給路と前記ＦＣスタックから排気ガスを排出する排出路とをつなぐバイパス路上に配置されるバイパスバルブ、を用いて、酸化ガスの供給量を調整する第１の調節工程と、前記第１の調節工程を行った後に前記スタック電圧が前記所定範囲外である場合に、前記排出路上に配置される排出バルブを用いて、酸化ガスの供給量を調節する第２の調節工程と、前記第２の調節工程を行った後に前記スタック電圧が前記所定範囲外である場合に、前記供給路上に配置される供給バルブを用いて、酸化ガスの供給量を調節する第３の調節工程と、を備える。
【０００８】
本発明に係る燃料電池の制御方法は、低負荷運転時に、ＦＣスタックに酸化ガスを供給する供給路とＦＣスタックから排気ガスを排出する排出路とをつなぐバイパス路上に配置されるバイパスバルブ、を用いて、酸化ガスの供給量を調整する第１の調節工程と、第１の調節工程を行った後にスタック電圧が所定範囲外である場合に、排出路上に配置される排出バルブを用いて、酸化ガスの供給量を調節する第２の調節工程と、第２の調節工程を行った後にスタック電圧が所定範囲外である場合に、供給路上に配置される供給バルブを用いて、酸化ガスの供給量を調節する第３の調節工程と、を備える。そのため、配置された各バルブの分解能以下で酸化ガスの供給量を調節することができる。したがって、本発明にかかる燃料電池の制御方法は、精度良く酸化ガスの供給量を調節することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、精度良く酸化ガスの供給量を調節可能な燃料電池の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＦＣスタックにエアを供給するシステムのブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る燃料電池の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１２】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法を実施するＦＣスタックにエアを供給するシステムの構成について説明する。図１は、ＦＣスタックにエアを供給するシステムのブロック図である。
【００１３】
ＦＣスタック２は、複数の燃料電池セルを積層して形成される構造体である。図１に示すように、ＦＣスタック２には、供給路３が接続されている。供給路３は、ＦＣスタック２に接続されていない側の端から酸化ガスを取り込むことができる。酸化ガスは、酸素を含有する気体である。酸化ガスは、例えばエアである。供給路３の途中部には、エアフローメーター６が配置されている。エアフローメーター６は、ガスの流量を計測することができる。エアフローメーター６は、供給路３に取り込まれた酸化ガスの量は、エアフローメーター６において計測される。
【００１４】
エアフローメーター６の下流には、エアコンプレッサー７が配置されている。エアコンプレッサー７は、圧縮機である。供給路３に取り込まれた酸化ガスは、エアコンプレッサー７において圧縮される。エアコンプレッサー７の下流には、インタークーラー８が配置されている。エアコンプレッサー７の駆動は、エアフローメーター６の計測結果に基づいて調節される。
【００１５】
インタークーラー８は、熱交換器である。インタークーラー８は、エアコンプレッサー７において圧縮された酸化ガスを冷却することができる。インタークーラー８の下流には、供給バルブ３ａが配置されている。インタークーラー８において冷却された酸化ガスは、供給バルブ３ａを介してＦＣスタック２に供給される。供給バルブ３ａは、開閉可能なバルブである。供給バルブ３ａの開閉を調節することによって、ＦＣスタック２に供給される酸化ガスの量を調節することができる。
【００１６】
図１に示すように、ＦＣスタック２には、排出路４が接続されている。排出路４は、ＦＣスタック２の排気ガスを、マフラー９を介して外部に排出することができる。排出路４の途中部には、排出バルブ４ａが配置されている。排出バルブ４ａは、開閉可能なバルブである。排出バルブ４ａの開閉を調節することによって、ＦＣスタック２から排出される排気ガスの量を調節することができる。
【００１７】
図１に示すように、バイパス路５は、供給路３と排出路４とを接続する経路である。バイパス路５の一方の端は、供給路３の途中部に接続されている。バイパス路５の一方の端は、インタークーラー８と供給バルブ３ａとの間に接続されている。バイパス路５の他方の端は、排出路４の途中部に接続されている。バイパス路５の他方の端は、排出バルブ４ａとマフラー９との間に接続されている。
【００１８】
バイパス路５の途中部には、バイパスバルブ５ａが配置されている。バイパスバルブ５ａは、開閉可能なバルブである。バイパスバルブ５ａを開けた状態で供給路３を介して酸化ガスを供給すると、酸化ガスの一部がバイパス路５を通って排出路４を介して排気される。つまり、バイパスバルブ５ａの開閉を調節することによって、ＦＣスタック２に供給される酸化ガスの量を調節することができる。
【００１９】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法を示すフローチャートである。本実施の形態に係る燃料電池の制御方法では、まず、検出工程（ステップＳ１）を行う。検出工程（ステップＳ１）では、低負荷運転の要求を検出する。低負荷運転は、例えば、間欠運転、排気水素希釈、及び触媒リフレッシュである。低負荷運転では、酸素供給量の調節を精度良く行う必要がある。
【００２０】
低負荷運転の要求を検出した後、第１の調節工程（ステップＳ２）を行う。第１の調節工程（ステップＳ２）では、バイパスバルブ５ａの開閉を調節し、ＦＣスタック２への酸化ガスの供給量を調節する。第１の調節工程（ステップＳ２）を行うと、ＦＣスタック２の電圧が変化する。そこで、第１の調節工程（ステップＳ２）を行った後に、スタック電圧が所定範囲内であるか否かを判定する工程（ステップＳ３）を行う。ステップＳ３において、スタック電圧が所定範囲内であった場合、燃料電池の制御方法を終了する。
【００２１】
ステップＳ３においてスタック電圧が所定範囲外であった場合、第２の調節工程（ステップＳ４）を行う。第２の調節工程（ステップＳ４）では、排出バルブ４ａを用いてＦＣスタック２への酸化ガスの供給量を調節する。具体的には、スタック電圧が所定範囲よりも大きかった場合、ＦＣスタック２への酸化ガスの供給量が多くなるように排出バルブ４ａの開閉を調節する。スタック電圧が所定範囲よりも小さかった場合、ＦＣスタック２への酸化ガスの供給量が少なくなるように排出バルブ４ａの開閉を調節する。
【００２２】
第２の調節工程（ステップＳ４）を行うと、ＦＣスタック２の電圧が変化する。そこで、第２の調節工程（ステップＳ４）を行った後に、スタック電圧が所定範囲内であるか否かを判定する工程（ステップＳ５）を行う。ステップＳ５において、スタック電圧が所定範囲内であった場合、燃料電池の制御方法を終了する。
【００２３】
ステップＳ５においてスタック電圧が所定範囲外であった場合、第３の調節工程（ステップＳ６）を行う。第３の調節工程（ステップＳ６）では、供給バルブ３ａを用いてＦＣスタック２への酸化ガスの供給量を調節する。本実施の形態に係る燃料電池の制御方法では、上記のステップＳ１〜Ｓ６を行うことによって、低負荷運転時におけるＦＣスタック２への酸化ガスの供給量を精度良く制御することができる。
【００２４】
図１に示すように、供給バルブ３ａ及び排出バルブ４ａは、酸化ガスの流れに対して直列に配置されたバルブである。また、バイパスバルブ５ａは、酸化ガスの流れに対して、供給バルブ３ａ及び排出バルブ４ａと並列に配置されたバルブである。本実施の形態に係る燃料電池の制御方法では、酸化ガスの流れに対して直列に配置されたバルブと並列に配置されたバルブとを用いて、ＦＣスタック２への酸化ガスの供給量を調節している。したがって、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法は、配置された各バルブの分解能以下で酸化ガスの供給量を調節することができる。
【００２５】
本実施の形態に係る燃料電池の制御方法では、ＦＣスタック２への酸化ガスの供給量を精度良く制御することができるため、低負荷運転時におけるスタック電圧を所定範囲内に保つことができる。そのため、例えば間欠運転時にＦＣスタック２内のエアが過少となることを抑制することによって間欠運転解除時における出力の応答性を改善することができる。また、間欠運転時におけるエアの脈動供給を抑制可能であるため、電位変動に起因するＦＣスタック２の劣化を抑制することができる。
【００２６】
さらに、例えば、間欠運転時や排気水素希釈時において、ＦＣスタック２内にエアが過剰に入ることによって発生する余剰電力に起因するＦＣスタック２の劣化を抑制することができる。また、本実施の形態に係る燃料電池の制御方法では、スタック電圧を十分に下げることができるため、触媒リフレッシュを実施することができる。
【００２７】
以上で説明した本実施の形態に係る発明により、精度良く酸化ガスの供給量を調節可能な燃料電池の制御方法を提供することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
２  ＦＣスタック
３  供給路
３ａ  供給バルブ
４  排出路
４ａ  排出バルブ
５  バイパス路
５ａ  バイパスバルブ
６  エアフローメーター
７  エアコンプレッサー
８  インタークーラー
９  マフラー
【図１】
2020113365.tif 000003
【図２】
2020113365.tif 000004