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公開番号2025086370
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-09
出願番号2023200283
出願日2023-11-28
発明の名称燃料電池システム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 8/04302 20160101AFI20250602BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】氷点下始動性を向上させることができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムであって、前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、冷却水ポンプと、温度センサと、制御装置と、を備え、前記燃料電池スタックは、積層された複数のセルを有し、前記冷却水ポンプは、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水を循環させ、前記温度センサは、前記燃料電池システムの始動時に外気温を測定し、前記制御装置は、前記複数のセルの劣化度合いを判断し、前記燃料電池システムの氷点下始動時に、前記制御装置は、前記複数のセルの劣化度合いに応じて、前記冷却水ポンプを停止する時間を決定する、燃料電池システム。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、冷却水ポンプと、温度センサと、制御装置と、を備え、
前記燃料電池スタックは、積層された複数のセルを有し、
前記冷却水ポンプは、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水を循環させ、
前記温度センサは、前記燃料電池システムの始動時に外気温を測定し、
前記制御装置は、前記複数のセルの劣化度合いを判断し、
前記燃料電池システムの氷点下始動時に、前記制御装置は、前記複数のセルの劣化度合いに応じて、前記冷却水ポンプを停止する時間を決定する、燃料電池システム。
続きを表示（約 240 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記燃料電池スタックの運転の停止時の前記複数のセルの含水量を推定し、
前記制御装置の決定した前記冷却水ポンプを停止する時間が前記含水量に対応する所定時間を越える場合は、前記制御装置は前記燃料電池スタックの運転の停止時に、推定した前記複数のセルの含水量が所定含水量よりも小さくなるように掃気を行い、
前記所定時間は、前記燃料電池スタックの異常過熱となる前記冷却水ポンプの停止時間である、請求項１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 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１において開示されるような燃料電池（ＦＣ）に関して様々な技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－０３３９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムの氷点下始動時に始動性を向上させる手段として冷却水停止制御がある。冷却水停止時間が長すぎると燃料電池の異常昇温により触媒等が劣化する。冷却水停止時間が短すぎると燃料電池システムの始動性の向上効果が得られず燃料電池システムの始動が不可となる可能性がある。そのため、適切に冷却水停止時間を決定する必要がある。一方、燃料電池を商用適用する場合、燃料電池の使用総時間が長くなるにつれ、触媒層が劣化し、燃料電池システムの氷点下始動性が徐々に低下する。そのため、冷却水停止時間の決定については、燃料電池の劣化度合いを考慮する必要がある。
特許文献１では、氷点下始動時に温度センサ値が所定の温度以下であれば、冷却水ポンプを所定の時間停止することによって、燃料電池内部で生成水が凍結するのを防止する燃料電池システムが開示されている。燃料電池システムの製造時の性能のみを考慮して、冷却水ポンプの停止時間を決めると、燃料電池システムの耐久劣化後には適用できない。また、燃料電池システムの耐久劣化後を考慮して前記停止時間を決めて、燃料電池システムの製造後の初期始動時に前記停止時間を適用すると燃料電池を過熱する可能性がある。
【０００５】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、氷点下始動性を向上させることができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本開示には、以下の態様が含まれる。
＜１＞燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、燃料電池スタックと、冷却水ポンプと、温度センサと、制御装置と、を備え、
前記燃料電池スタックは、積層された複数のセルを有し、
前記冷却水ポンプは、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水を循環させ、
前記温度センサは、前記燃料電池システムの始動時に外気温を測定し、
前記制御装置は、前記複数のセルの劣化度合いを判断し、
前記燃料電池システムの氷点下始動時に、前記制御装置は、前記複数のセルの劣化度合いに応じて、前記冷却水ポンプを停止する時間を決定する、燃料電池システム。
【０００７】
＜２＞前記制御装置は、前記燃料電池スタックの運転の停止時の前記複数のセルの含水量を推定し、
前記制御装置の決定した前記冷却水ポンプを停止する時間が前記含水量に対応する所定時間を越える場合は、前記制御装置は前記燃料電池スタックの運転の停止時に、推定した前記複数のセルの含水量が所定含水量よりも小さくなるように掃気を行い、
前記所定時間は、前記燃料電池スタックの異常過熱となる前記冷却水ポンプの停止時間である、＜１＞に記載の燃料電池システム。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の燃料電池システムは、氷点下始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本開示の燃料電池システムの一例を示すシステム構成図である。
図２は、所定の電圧以下に劣化したセルの枚数と許容生成水量との関係を示すグラフである。
図３は、本開示の燃料電池システムの制御の一例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】
【００１０】
以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴付けない燃料電池システムの一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
本開示において、燃料電池のアノードに供給されるガスは、燃料ガス（アノードガス）であり、燃料電池のカソードに供給されるガスは酸化剤ガス（カソードガス）である。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスであり、酸素、空気（エア）等であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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