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公開番号2024175496
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-18
出願番号2023093328
出願日2023-06-06
発明の名称燃料電池システム
出願人株式会社豊田自動織機,トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04302 20160101AFI20241211BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】暖機の失敗を抑制すること。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに接続される第1DC/DCコンバータと、制御部と、を備える。制御部は、燃料電池スタックの残水量を算出する。制御部は、燃料電池スタックの発電量が残水量と相関がある目標暖機発電量となるように、燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を調整する。制御部は、燃料電池スタックの発電量が目標暖機発電量となるように制御を行う際には、残水量が多いほど酸化剤ガスの供給量が少なくなるように制御を行う。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置の下流側に設けられ、前記燃料電池スタックの発電した電力が供給される負荷と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池スタックの残水量を算出し、
前記燃料電池スタックの発電量が前記残水量と相関がある目標暖機発電量となるように、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を調整し、
前記燃料電池スタックの発電量が前記目標暖機発電量となるように制御を行う際には、前記残水量が多いほど前記酸化剤ガスの供給量が少なくなるように制御を行う、燃料電池システム。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記電力変換装置は、昇圧コンバータであり、
前記電力変換装置は、
スイッチング素子と、
前記スイッチング素子に並列接続されるダイオードと、を備え、
前記燃料電池スタックの発電停止時において、前記ダイオードを介して前記燃料電池スタックから前記負荷に電流が流れるように構成される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電量が前記目標暖機発電量となるように制御を行う際には、前記燃料電池スタックの電圧が一定になるように前記電力変換装置を制御する、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムは車両が備えるものであり、
前記制御部は、
前記車両のキーオフ時に、終了掃気時の情報に基づき前記残水量を算出し、
前記車両の次回のキーオン時に、前記終了掃気時の情報に基づき算出された前記残水量を利用して前記燃料電池スタックの発電量が前記目標暖機発電量となるように制御を行う、請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックが発電を行うと、生成水が生じる。燃料電池スタックに生成水が残存した状態で環境温度が氷点下になると、生成水が凍結する場合がある。生成水が凍結すると、燃料電池スタックの化学反応が阻害される。特許文献１に開示の燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの温度を測定する温度センサと、制御装置と、を備える。制御装置は、燃料電池スタックの発電停止時の温度に基づいて燃料電池スタックに残存している生成水の量を推定する。また、制御装置は、燃料電池システムの起動時に燃料電池スタックの暖機を行う。制御装置は、燃料電池スタックに残存している生成水の量、及び燃料電池スタックの温度に基づいて暖機発電電力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－２６７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池スタックを暖機する際には、燃料電池スタックの発電によって新たな生成水が生じる。暖機発電電力によっては、燃料電池スタックの温度が氷点下を超えるまでに、新たに生じた生成水が凍結する場合がある。これにより、燃料電池スタックが発電できなくなることで、暖機が失敗するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに接続される電力変換装置と、前記電力変換装置の下流側に設けられ、前記燃料電池スタックの発電した電力が供給される負荷と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池スタックの残水量を算出し、前記燃料電池スタックの発電量が前記残水量と相関がある目標暖機発電量となるように、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を調整し、前記燃料電池スタックの発電量が前記目標暖機発電量となるように制御を行う際には、前記残水量が多いほど前記酸化剤ガスの供給量が少なくなるように制御を行う。
【０００６】
残水量と目標暖機発電量には相関があるため、残水量に応じた目標暖機発電量が設定される。これにより、暖機の失敗を抑制できる。制御部は、燃料電池スタックの発電量が目標暖機発電量となるように制御を行う際には、残水量が多いほど酸化剤ガスの供給量が少なくなるように制御を行う。燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの量が少ないと、燃料電池スタックが酸素欠乏状態になることで発電の効率が低下する。発電の効率が低下することで、燃料電池スタックの発熱量を増やすことができる。残水量が多いほど酸化剤ガスの供給量を減らすことで、残水量が多いほど、燃料電池スタックの発熱を促すことができる。これにより、暖機の失敗を更に抑制することができる。
【０００７】
上記燃料電池システムについて、前記電力変換装置は、昇圧コンバータであり、前記電力変換装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に並列接続されるダイオードと、を備え、前記燃料電池スタックの発電停止時において、前記ダイオードを介して前記燃料電池スタックから前記負荷に電流が流れるように構成されてもよい。
【０００８】
上記燃料電池システムについて、前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電量が前記目標暖機発電量となるように制御を行う際には、前記燃料電池スタックの電圧が一定になるように前記電力変換装置を制御してもよい。
【０００９】
上記燃料電池システムについて、前記燃料電池システムは車両が備えるものであり、前記制御部は、前記車両のキーオフ時に、終了掃気時の情報に基づき前記残水量を算出し、前記車両の次回のキーオン時に、前記終了掃気時の情報に基づき算出された前記残水量を利用して前記燃料電池スタックの発電量が前記目標暖機発電量となるように制御を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、暖機の失敗を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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