特許ウォッチ

公開番号2025083948
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-02
出願番号2023197646
出願日2023-11-21
発明の名称燃料電池ユニット
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250526BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】第1エアコンプレッサ及び第2エアコンプレッサのうちの一方が故障した場合であっても、第1燃料電池スタック及び第2燃料電池スタックを利用して発電することができる技術を提供する。
【解決手段】燃料電池ユニットは、第1エアコンプレッサと、第1燃料電池スタックと、第1供給配管と、第2エアコンプレッサと、第2燃料電池スタックと、第2供給配管と、接続配管と、開閉弁と、制御装置と、を備えている。制御装置は、第1エアコンプレッサ及び第2エアコンプレッサが正常であると判定する場合に、開閉弁を閉状態で動作させ、第1エアコンプレッサ及び第2エアコンプレッサのうちの一方が正常でないと判定する場合に、開閉弁を開状態で動作させることにより、第1エアコンプレッサ及び第2エアコンプレッサのうちの正常な他方から第1燃料電池スタック及び第2燃料電池スタックへ空気を供給可能である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池ユニットであって、
第１エアコンプレッサと、
第１燃料電池スタックと、
前記第１エアコンプレッサから前記第１燃料電池スタックへ空気を供給する第１供給配管と、
第２エアコンプレッサと、
第２燃料電池スタックと、
前記第２エアコンプレッサから前記第２燃料電池スタックへ空気を供給する第２供給配管と、
前記第１供給配管と前記第２供給配管とを接続する接続配管と、
前記接続配管に設けられている開閉弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第１エアコンプレッサが正常であるのか否か、及び、前記第２エアコンプレッサが正常であるのか否かを判定し、
前記第１エアコンプレッサ及び前記第２エアコンプレッサが正常であると判定する場合に、前記開閉弁を閉状態で動作させ、
前記第１エアコンプレッサ及び前記第２エアコンプレッサのうちの一方が正常でないと判定する場合に、前記開閉弁を開状態で動作させることにより、前記第１エアコンプレッサ及び前記第２エアコンプレッサのうちの正常な他方から前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックへ空気を供給可能である、
燃料電池ユニット。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記制御装置は、
前記第１燃料電池スタックの第１要求出力に基づいて、前記第１燃料電池スタックの第１要求空気量を特定し、
前記第２燃料電池スタックの第２要求出力に基づいて、前記第２燃料電池スタックの第２要求空気量を特定し、
前記第１エアコンプレッサが正常でなく、かつ、前記第２エアコンプレッサが正常であると判定する場合に、
前記第２エアコンプレッサが供給可能な最大空気量から前記第２要求空気量を減算した減算空気量を特定し、
前記減算空気量が前記第１要求空気量以上であると判定する場合に、前記開閉弁を前記開状態で動作させ、
前記減算空気量が前記第１要求空気量未満である場合に、前記開閉弁を前記閉状態で動作させる、請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記第１燃料電池スタックに供給される空気量及び前記第２燃料電池スタックに供給される空気量を調整する流量調整部と、
前記第１燃料電池スタックに供給される第１空気量を検出する第１流量センサと、
前記第２燃料電池スタックに供給される第２空気量を検出する第２流量センサと、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１エアコンプレッサが正常でなく、かつ、前記第２エアコンプレッサが正常であり、かつ、前記減算空気量が前記第１要求空気量以上であると判定する場合に、前記開閉弁を前記開状態で動作させると共に、前記第１燃料電池スタックに供給される前記第１空気量が前記第１要求空気量となり、かつ、前記第２燃料電池スタックに供給される前記第２空気量が前記第２要求空気量となるように、前記第２エアコンプレッサ及び前記流量調整部の動作を制御する、請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記第１燃料電池スタックに供給される空気量及び前記第２燃料電池スタックに供給される空気量を調整する流量調整部と、
前記第１燃料電池スタックに供給される第１空気量を検出する第１流量センサと、
前記第２燃料電池スタックに供給される第２空気量を検出する第２流量センサと、をさらに備え、
前記第１燃料電池スタックの発電特性は、前記第２燃料電池スタックの発電特性よりも大きく、
前記制御装置は、
前記第１エアコンプレッサが正常でなく、かつ、前記第２エアコンプレッサが正常であり、かつ、前記開閉弁が前記開状態で動作している状態において、前記減算空気量が前記第１要求空気量以下となる場合に、前記第１燃料電池スタックに供給される前記第１空気量が前記第２燃料電池スタックに供給される前記第２空気量よりも大きくなるように、前記流量調整部の動作を制御する、請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
前記第１供給配管において、前記第１エアコンプレッサと、前記接続配管が前記第１供給配管に接続される接続部と、の間に設けられている第１逆止弁と、
前記第２供給配管において、前記第２エアコンプレッサと、前記接続配管が前記第２供給配管に接続される接続部と、の間に設けられている第２逆止弁と、
をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池ユニット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、燃料電池ユニットに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、第１エアコンプレッサと、第１燃料電池スタックと、第１エアコンプレッサから第１燃料電池スタックへ空気を供給する第１供給配管と、第２エアコンプレッサと、第２燃料電池スタックと、第２エアコンプレッサから第２燃料電池スタックへ空気を供給する第２供給配管と、第１供給配管と第２供給配管とを接続する接続配管と、接続配管に設けられている開閉弁と、制御装置と、を備える燃料電池ユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－５７４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の燃料電池ユニットにおいて、制御装置は、燃料電池システムの負荷からの要求出力が閾値以下となる場合に、開閉弁を開状態で動作させ、かつ、第１エアコンプレッサを動作させ、かつ、第２エアコンプレッサの動作を停止させる。特許文献１の燃料電池ユニットでは、第１エアコンプレッサ及び第２エアコンプレッサのうちの一方が故障する場合について何ら考慮されていない。
【０００５】
本明細書では、第１エアコンプレッサ及び第２エアコンプレッサのうちの一方が故障した場合であっても、第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックを利用して発電し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の第１の態様では、燃料電池ユニットは、第１エアコンプレッサと、第１燃料電池スタックと、前記第１エアコンプレッサから前記第１燃料電池スタックへ空気を供給する第１供給配管と、第２エアコンプレッサと、第２燃料電池スタックと、前記第２エアコンプレッサから前記第２燃料電池スタックへ空気を供給する第２供給配管と、前記第１供給配管と前記第２供給配管とを接続する接続配管と、前記接続配管に設けられている開閉弁と、制御装置と、を備えてもよい。前記制御装置は、前記第１エアコンプレッサが正常であるのか否か、及び、前記第２エアコンプレッサが正常であるのか否かを判定し、前記第１エアコンプレッサ及び前記第２エアコンプレッサが正常であると判定する場合に、前記開閉弁を閉状態で動作させ、前記第１エアコンプレッサ及び前記第２エアコンプレッサのうちの一方が正常でないと判定する場合に、前記開閉弁を開状態で動作させることにより、前記第１エアコンプレッサ及び前記第２エアコンプレッサのうちの正常な他方から前記第１燃料電池スタック及び前記第２燃料電池スタックへ空気を供給可能であってもよい。
【０００７】
上記の構成によると、制御装置は、第１エアコンプレッサ及び第２エアコンプレッサのうちの一方が正常でないと判定する場合に、開閉弁を開状態で動作させる。この場合、例えば、第１エアコンプレッサが故障した場合に、第２エアコンプレッサから、第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックに空気が供給されるようになる。また、第２エアコンプレッサが故障した場合は、第１エアコンプレッサから、第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックに空気が供給されるようになる。従って、第１エアコンプレッサ及び第２エアコンプレッサのうちの一方が故障した場合であっても、第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックを利用して発電することができる。
【０００８】
第２の態様では、上記第１の態様において、前記制御装置は、前記第１燃料電池スタックの第１要求出力に基づいて、前記第１燃料電池スタックの第１要求空気量を特定し、前記第２燃料電池スタックの第２要求出力に基づいて、前記第２燃料電池スタックの第２要求空気量を特定し、前記第１エアコンプレッサが正常でなく、かつ、前記第２エアコンプレッサが正常であると判定する場合に、前記第２エアコンプレッサが供給可能な最大空気量から前記第２要求空気量を減算した減算空気量を特定し、前記減算空気量が前記第１要求空気量以上である場合に、前記開閉弁を前記開状態で動作させ、前記減算空気量が前記第１要求空気量未満である場合に、前記開閉弁を前記閉状態で動作させてもよい。
【０００９】
減算空気量が第１要求空気量未満である状態において開閉弁を開状態で動作させると、第２空気量が第２要求空気量よりも少なくなり得る。上記の構成によると、第１エアコンプレッサが故障した場合であっても、第２エアコンプレッサに供給される第２空気量が第２要求空気量となるようにすることができる。
【００１０】
第３の態様では、上記第１の態様において、前記燃料電池ユニットは、前記第１燃料電池スタックに供給される空気量及び前記第２燃料電池スタックに供給される空気量を調整する流量調整部と、前記第１燃料電池スタックに供給される第１空気量を検出する第１流量センサと、前記第２燃料電池スタックに供給される第２空気量を検出する第２流量センサと、をさらに備えてもよい。前記制御装置は、前記第１エアコンプレッサが正常でなく、かつ、前記第２エアコンプレッサが正常であり、かつ、前記減算空気量が前記第１要求空気量以上であると判定する場合に、前記開閉弁を前記開状態で動作させると共に、前記第１燃料電池スタックに供給される前記第１空気量が前記第１要求空気量となり、かつ、前記第２燃料電池スタックに供給される前記第２空気量が前記第２要求空気量となるように、前記第２エアコンプレッサ及び前記流量調整部の動作を制御してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許