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公開番号2025057100
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023166767
出願日2023-09-28
発明の名称燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
出願人本田技研工業株式会社
代理人弁理士法人桐朋
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250402BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】緊急停止時にエアコンプレッサのサージ故障状態の有無を検知することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】制御装置26は、燃料電池システム10の異常信号を取得したとき(燃料電池スタック12の緊急停止の必要性が発生したとき)、電源244からエアコンプレッサ112への電力の供給を継続しながらバイパス弁120を開弁する。バイパス弁120が開弁してから所定時間経過後に、電源244からエアコンプレッサ112への電力の供給を停止する。制御装置26は、エアコンプレッサ112への電力の供給を停止する前に、エアコンプレッサ112のサージ故障状態の有無を検知することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスとによって発電する複数の発電セルを備える燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックに酸化剤ガス供給路を介して前記酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサに電力を供給可能な電源と、
前記酸化剤ガス供給路と前記燃料電池スタックの酸化剤ガス排出路とを接続するバイパス流路に設けられるバイパス弁と、
前記燃料電池スタック、前記エアコンプレッサ、前記電源及び前記バイパス弁を制御する制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記燃料電池システムの緊急停止が必要な異常信号を取得する取得部と、
前記取得部が前記異常信号を取得した場合、前記エアコンプレッサへの前記電力の供給を継続しながら前記バイパス弁を開弁し、該バイパス弁の開弁が完了してから前記エアコンプレッサへの前記電力の供給を停止する制御部と、
前記異常信号を取得した場合、前記電力の供給を継続している間に前記エアコンプレッサのサージ故障の有無を判定する判定部と、
を備える燃料電池システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記取得部を通じて前記異常信号を取得した場合、所定時間内に回転数が０となるような減速特性で前記エアコンプレッサの前記回転数を低下させる、
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部による前記バイパス弁の開弁の完了判断は、前記バイパス弁の開弁量に基づいて完了を判断するか、または前記異常信号を検知したときから所定時間経過後に完了と判断する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記サージ故障の有無の判定は少なくとも前記エアコンプレッサの回転数または該回転数に基づいた物理量に基づいて行う、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電セルの電圧を検知するセル電圧センサを備え、
前記取得部が、前記セル電圧センサから前記異常信号を取得する、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
当該燃料電池スタックに加わる衝撃を検知し、衝撃検知信号を出力する衝撃センサを備え、
前記取得部が、前記衝撃センサから、前記衝撃検知信号を前記異常信号として取得する、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
当該燃料電池スタックのカソード流路の燃料ガス濃度を監視する燃料ガス濃度センサを備え、
前記取得部が、前記燃料ガス濃度センサで検知された閾値以上の燃料ガス濃度を前記異常信号として取得する、
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記電源からリレーを介して供給される直流の電圧を有する前記電力を３相交流電流に変換して、前記エアコンプレッサのロータ軸を回転させるステータコイルに供給するインバータを有し、
前記制御部は、
前記取得部を通じて前記異常信号を取得したとき、前記リレーのオン状態を維持し、最速減速特性で前記エアコンプレッサの前記ロータ軸の回転数を低下させると共に、前記バイパス弁を開弁し、該バイパス弁の開弁が完了してから前記リレーを前記オン状態からオフ状態に遷移させる、
燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記酸化剤ガス供給路の圧力を検知する圧力センサをさらに備え、
前記判定部は、前記エアコンプレッサの回転数及び前記圧力センサにより検知された圧力に基づき、前記エアコンプレッサのサージ故障状態の有無を判定する、
燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記エアコンプレッサは、
インペラを有しエアベアリングにより軸支されるロータ軸と、
前記ロータ軸を回転させるステータコイルと、
を備える燃料電池システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギへのアクセスを確保するために、エネルギの効率化に貢献する燃料電池に関する研究開発が行われている。
【０００３】
燃料電池スタックを備えた発電システムを燃料電池システムと称する。燃料電池スタックは、複数の発電セルを備える。各発電セルは、燃料ガス（水素含有ガス）とエアコンプレッサから供給される酸化剤ガス（酸素含有ガス）との電気化学反応により発電する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、エアコンプレッサにサージングが発生した場合、エアコンプレッサを構成するモータの回転数を低下させることによってサージングを解消する技術が開示されている（特許文献１の段落［００５７］）。
【０００５】
特許文献２には、エアコンプレッサにサージングが発生した場合で、負荷要求がないとき、燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給をバイパスするバイパス弁の開度を増加させることでサージングを解消する技術が開示されている（特許文献２の段落［００２６］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００９－７６２４３号公報
特開２０１９－１３３８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池システム用のエアコンプレッサとしては、ターボ式のエアコンプレッサが用いられることがある。ターボ式のエアコンプレッサは、エアベアリング及び両端にインペラを有するロータ軸の前記両端に設けられた過給器を配管で接続し、圧力及び流量を高めている。このターボ式のエアコンプレッサでは、高電圧バッテリから、高電圧リレーを介して供給される高電圧の電力を、インバータを通じて３相交流電流に変換する。この３相交流電流が、３相のステータコイルに供給されることで、前記ロータ軸が回転し、前記エアベアリングにより前記ロータ軸が浮上する。このように、エアコンプレッサは、直流の高電圧を３相交流電流に変換するインバータを通じて駆動される。
【０００８】
ところで、燃料電池システムが大きな衝撃を受けたときなどには、該燃料電池システムを緊急停止するために前記エアコンプレッサを緊急停止する必要がある。従来、この緊急停止時には、前記高電圧リレーを即時にオフ状態とすることで、前記エアコンプレッサを駆動する前記インバータに印加される直流の高電圧の電力の供給を即時に遮断している。
【０００９】
しかしながら、緊急停止時に、前記エアコンプレッサを駆動する前記インバータに印加される高電圧の電力の供給を即時に遮断すると、エアコンプレッサがサージ故障している状態であっても、このサージ故障状態に気づくことができないという課題がある。
【００１０】
この発明は上述した課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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