特許ウォッチ

公開番号2025147283
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-07
出願番号2024047486
出願日2024-03-25
発明の名称燃料電池システム
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250930BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料ガスの圧力低下による発電電圧低下を抑制する。
【解決手段】燃料電池システム100は、複数の発電セルを積層して構成された燃料電池スタック1と、燃料電池スタック1に供給される燃料ガスを噴射するインジェクタ5a1～5a3,5bと、燃料電池スタック1に供給される燃料ガスの圧力を検出する検出部6と、インジェクタ5a1～5a3,5bの噴射周期を設定するとともに、噴射周期ごとに燃料ガスを噴射するようにインジェクタ5a1～5a3,5bを制御する制御部10と、を備える。制御部10は、検出部6により検出された圧力と目標圧力との圧力差が所定値以上になると、噴射周期が経過するよりも早期に燃料ガスを噴射するようにインジェクタ5a1～5a3,5bを制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の発電セルを積層して構成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを噴射するインジェクタと、
前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスの圧力を検出する検出部と、
前記インジェクタの噴射周期を設定するとともに、前記噴射周期ごとに前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記検出部により検出された前記圧力と目標圧力との圧力差が所定値以上になると、前記噴射周期が経過するよりも早期に前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御することを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 2,100 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、前記燃料電池スタックの要求発電量に基づいて前記燃料ガスの要求噴射量を算出し、前記検出部により検出された前記圧力と前記要求発電量とに基づいて前記噴射周期を設定し、前記要求噴射量と前記噴射周期とに基づいて前記インジェクタの開弁時間を設定し、前記開弁時間に基づいて前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記インジェクタは、第１インジェクタと、前記第１インジェクタよりも小径の第２インジェクタとを含み、
前記開弁時間は、前記第１インジェクタの第１開弁時間と、前記第２インジェクタの第２開弁時間とを含み、
前記制御部は、前記要求噴射量が所定の閾値以下のとき、前記第１開弁時間よりも前記第２開弁時間を長く設定し、前記要求噴射量が前記閾値より大きいとき、前記第２開弁時間よりも前記第１開弁時間を長く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記第１インジェクタの最小開弁時間に基づいて前記第１開弁時間および前記第２開弁時間を設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記第１開弁時間を前記最小開弁時間に設定するとともに、前記最小開弁時間に基づいて前記第１インジェクタの最小噴射量を算出し、前記要求噴射量と前記最小噴射量との差に基づいて前記第２開弁時間を設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記最小開弁時間に基づいて前記第１インジェクタの最小噴射量を算出し、
前記要求噴射量と前記最小噴射量との差に基づいて前記第２インジェクタの仮開弁時間を設定し、
前記仮開弁時間が前記第２インジェクタの最大開弁時間以下のとき、前記第１開弁時間を前記最小開弁時間に設定するとともに、前記第２開弁時間を前記仮開弁時間に設定し、
前記仮開弁時間が前記最大開弁時間より大きいとき、前記仮開弁時間と前記最大開弁時間との差と、前記最小開弁時間とに基づいて前記第１開弁時間を設定するとともに、前記仮開弁時間と前記最大開弁時間との差と、前記最大開弁時間とに基づいて前記第２開弁時間を設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記最小開弁時間に基づいて前記第１インジェクタの最小噴射量を算出し、
前記要求噴射量と前記最小噴射量との差に基づいて前記第２インジェクタの仮開弁時間を設定し、
前記第２インジェクタの仮開弁時間が前記第２インジェクタの最大開弁時間より大きいとき、前記第２インジェクタの仮開弁時間と前記第２インジェクタの最大開弁時間との差と、前記最小開弁時間とに基づいて前記第１インジェクタの仮開弁時間を設定し、
前記第１インジェクタの仮開弁時間が所定開弁時間以下のとき、前記第１インジェクタと前記第２インジェクタとを用いて前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御し、
前記第１インジェクタの仮開弁時間が前記所定開弁時間より大きいとき、前記第１インジェクタのみを用いて前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項３～７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記第１インジェクタが閉弁状態であることを条件として前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記最小開弁時間に基づいて前記第１インジェクタの最小噴射量を算出し、
前記要求噴射量と前記最小噴射量との差に基づいて前記第２インジェクタの仮開弁時間を設定し、
前記第２インジェクタの仮開弁時間が前記第２インジェクタの最大開弁時間より大きいとき、前記第２インジェクタの仮開弁時間と前記第２インジェクタの最大開弁時間との差と、前記最小開弁時間とに基づいて前記第１インジェクタの仮開弁時間を設定し、
前記燃料電池スタックの発電電流値が所定電流値未満のとき、前記第１インジェクタと前記第２インジェクタとを用いて前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御し、
前記発電電流値が前記所定電流値以上のとき、前記第１インジェクタのみを用いて前記燃料ガスを噴射するように前記インジェクタを制御することを特徴とする燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
車両の駆動源等に燃料電池を用いることで、エネルギ効率の向上に貢献することができる。このような燃料電池に関する技術として、従来、燃料電池の燃料ガスを噴射するインジェクタを制御するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、燃料ガス流路に流入する燃料ガスの目標圧力を所定周期毎に設定し、燃料ガス流路に流入する燃料ガスの圧力を検出し、検出される圧力が目標圧力に近づくように複数のインジェクタの駆動を制御するとともに、システム起動時は、インジェクタの駆動周期を通常制御時よりも短く設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－１０２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように駆動周期を調整したとしても、燃料ガス循環流路から不純物を排出するパージや要求発電量が急増する車両の加速時等、所定の運転状態において、燃料ガスの圧力が目標圧力に対して一時的に低下し、発電電圧が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様である燃料電池システムは、複数の発電セルを積層して構成された燃料電池スタックと、燃料電池スタックに供給される燃料ガスを噴射するインジェクタと、燃料電池スタックに供給される燃料ガスの圧力を検出する検出部と、インジェクタの噴射周期を設定するとともに、噴射周期ごとに燃料ガスを噴射するようにインジェクタを制御する制御部と、を備える。制御部は、検出部により検出された圧力と目標圧力との圧力差が所定値以上になると、噴射周期が経過するよりも早期に燃料ガスを噴射するようにインジェクタを制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃料ガスの圧力低下による発電電圧低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成の一例を概略的に示す図。
図１の大径インジェクタおよび小径インジェクタの噴射順について説明するためのタイムチャート。
パージ時の燃料ガスの圧力低下について説明するためのタイムチャート。
図３Ａに対応する、割込み噴射による圧力低下の抑制について説明するためのタイムチャート。
加速時の燃料ガスの圧力低下について説明するためのタイムチャート。
図４Ａに対応する、割込み噴射による圧力低下の抑制について説明するためのタイムチャート。
図１のＥＣＵにより実行される噴射許可判定処理の一例を示すフローチャート。
大径インジェクタの開弁時でも割込み噴射を許可する場合の燃料ガスの圧力上昇について説明するためのタイムチャート。
大径インジェクタの閉弁を条件として割込み噴射を許可する場合の燃料ガスの圧力上昇について説明するためのタイムチャート。
図１のＥＣＵにより実行される開弁時間設定処理の一例を示すフローチャート。
図１のＥＣＵにより設定される各インジェクタの開弁時間について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１～図８を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００の全体構成の一例を概略的に示す図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、複数の発電セルを積層して構成された燃料電池スタック１と、燃料電池システム１００の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０とを主に備える。燃料電池システム１００は、例えば車両に搭載され、車両駆動用の電力を発生することができる。燃料電池システム１００は、航空機や船舶等の車両以外の移動体、ロボットの他、各種産業機械に搭載することもできる。
【０００９】
燃料電池スタック１の各発電セルは、固体高分子電解質膜の両面に電極（電極触媒層およびガス拡散層等）が設けられた膜電極接合体（ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly））を有する。燃料電池スタック１の各発電セルのアノード電極にはアノード流路２を介して水素を含む燃料ガスが供給され、カソード電極にはカソード流路３を介して酸素を含む空気等の酸化剤ガスが供給される。これにより、各発電セルの電極における電気化学反応が進行し、燃料電池スタック１での発電が行われる。
【００１０】
カソード流路３には、不図示の圧縮機を介して圧縮された空気等の酸化剤ガスが供給される。カソード流路３に供給された酸化剤ガスは、カソード電極で一部が使用された後、酸化剤排ガスとしてカソード流路３から外部に排出される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許