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公開番号2025115094
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-06
出願番号2024009438
出願日2024-01-25
発明の名称燃料電池システム及びその制御方法
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 8/04303 20160101AFI20250730BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】外部の環境条件が変化した場合であっても、システム内の水素分圧を適正な範囲に維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】燃料電池システム1は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池2と、水素ガスを燃料電池2に供給する水素ガス供給装置4と、燃料電池2に供給される水素ガスの供給量及び供給タイミングを決定する供給制御部61と、大気圧を取得する大気圧取得部(大気圧センサ7)と、を備え、供給制御部61は、燃料電池2の運転が停止されているソーク中に、少なくとも大気圧に応じて決定した供給量及び供給タイミングで、燃料電池2に水素ガスを供給する。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記水素ガスを前記燃料電池に供給する水素ガス供給装置と、
前記燃料電池に供給される前記水素ガスの供給量及び供給タイミングを決定する供給制御部と、
大気圧を取得する大気圧取得部と、を備え、
前記供給制御部は、前記燃料電池の運転が停止されているソーク中に、少なくとも前記大気圧に応じて決定した前記供給量及び前記供給タイミングで、前記燃料電池に前記水素ガスを供給する、
燃料電池システム。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
外気温を取得する外気温取得部を更に備え、
前記供給制御部は、前記ソーク中に、少なくとも前記大気圧及び前記外気温に応じて決定した前記供給タイミングで、前記燃料電池に前記水素ガスを供給する
ことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記供給制御部は、前記ソーク中に、少なくとも前回の水素ガス供給時の前記大気圧及び前記外気温に応じて、次回の前記水素ガスの前記供給量及び前記供給タイミングを決定することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記供給制御部は、前記大気圧が低いほど、前回の水素ガス供給時から次回の水素ガス供給時までの間隔が短くなるように、前記ソーク中の前記水素ガスの前記供給タイミングを決定することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記供給制御部は、前記外気温が低いほど、前回の水素ガス供給時から次回の水素ガス供給時までの間隔が短くなるように、前記ソーク中の前記水素ガスの前記供給タイミングを決定することを特徴とする、請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記供給制御部は、前記大気圧が低いほど、１回の水素ガス供給量が小さくなるように、前記ソーク中の前記水素ガスの前記供給量を決定することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
水素ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、
前記水素ガスを前記燃料電池に供給する水素ガス供給手段と、
前記燃料電池に供給される前記水素ガスの供給量及び供給タイミングを決定する供給制御手段と、
大気圧を取得する大気圧取得手段と、を有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記供給制御手段は、前記燃料電池の運転が停止されているソーク中に、少なくとも前記大気圧に応じて決定した前記供給量及び前記供給タイミングで、前記燃料電池に前記水素ガスを供給する制御を実行する、
燃料電池システムの制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧に応じてソーク中の燃料ガスの供給タイミングや供給量を調整することが可能な燃料電池システム及びその制御方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギー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】
燃料電池により発電を行う燃料電池システムにおいては、燃料電池の運転が停止されるソーク中に、カソード電極の系内に酸素が残存することにより電極が劣化したり、酸素が電解質膜を透過してアノード電極系内の水素と反応して過酸化水素が生成し、これより発生したＯＨラジカルにより電解質膜が劣化したりすることが問題となっている。また、燃料電池の運転再開時に、アノード電極系内に規定値以上の酸素が存在していると、電位が過度に上昇して電極を劣化させてしまうという問題も生じる。
【０００４】
このようなソーク中の残存酸素による問題を抑制するために、ソーク中であっても、所定の期間中、水素ガスを定期的に供給し続け、アノード電極系内の水素分圧を規定値（下限値）以上に保つことで、電解質膜を透過した水素とカソード電極系内の酸素による反応を生じさせて残存酸素を消費させる手法が提案されている。
【０００５】
ソーク中の水素供給は、一定の時間間隔で一定量ずつ行われることが多いが、燃料電池スタック内の物理パラメータに基づき水素の供給タイミングを決定する技術も存在する。例えば特許文献１では、燃料電池スタック内の圧力や温度に基づき水素の供給タイミングを変更する技術や、アノード側の水素濃度に基づき水素を供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
米国特許第８７２２２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来技術では、燃料電池のソーク中の水素供給タイミング及び供給量を決定する際に、燃料電池システムの外部の環境条件は考慮されていない。しかしながら、燃料電池システムの内部における水素分圧の挙動は、システム外部の大気圧や外気温により変化し得るため、こうした外部の環境条件を考慮しない場合、ソーク中のシステム内の水素分圧を適正な範囲に維持することが困難となる場合がある。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、外部の環境条件が変化した場合であっても、システム内の水素分圧を適正な範囲に維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る燃料電池システム１は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、水素ガスを燃料電池に供給する水素ガス供給装置と、燃料電池に供給される水素ガスの供給量及び供給タイミングを決定する供給制御部と、大気圧を取得する大気圧取得部と、を備え、供給制御部は、燃料電池の運転が停止されているソーク中に、少なくとも大気圧に応じて決定した供給量及び供給タイミングで、燃料電池に水素ガスを供給する。
【００１０】
この燃料電池システムにおいては、供給制御部は、燃料電池のソーク中に、少なくとも大気圧に応じて水素ガスの供給量と供給タイミングを決定する。ここで、外部の環境条件の１つである大気圧が燃料電池システム内の水素分圧に与える影響について、図５を参照して説明する。図５は、低地と高地、すなわち大気圧が高い環境条件と大気圧が低い環境条件のそれぞれにおける系内ガス挙動を説明するための図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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