粉末状の水素化ホウ素ナトリウムを水素燃料とする燃料電池自動車の開発とその評価

以粉末硼氢化钠为氢燃料的燃料电池汽车的开发与评价

• 批准号: 15J01887
• 负责人: 友田 圭祐
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J01887/
• 关键词: 水素化ホウ素ナトリウム; 水素生成システム; 水素圧制御法; パージ補償制御法; 水素生成速度モデル; 触媒方式の決定; 温度に依存したPIゲイン設定; 複合電力回路制御法

本研究では水素化ホウ素ナトリウム（NaBH4）を水素源とし、車上で水素を生成しながら走行する燃料電池車(STEPSーFCV)を提案している。燃料電池(FC)の保証圧力範囲に供給水素圧力を制御することを目的とし、平成28年度は下記の成果をあげた。①平成27年度において、先行して供給水素圧力モデルと車両モデルとの連成を行い、STEPS－FCVの車速から水素圧力・FCの出力電力・EDLCの出力電力を推定するモデルを既に構築した。また供給水素圧力制御に関して、FCのパージ動作の影響が特に大きい外乱となっている。平成28年度では、この抑制制御法の構築の優先度が高いと判断し、テストコースでの運転試験を取りやめ下記②を実施した。②パージにより排出される水素量と同量の水素を生成できるNaBH4水溶液を、制御器が出力する供給速度に加えて一定時間前の最適なタイミング（最適補償タイミング）で供給することで、パージ動作の外乱を抑制する制御法（パージ補償制御法）を提案した。まず、パージ補償制御法を適用するにあたり最適補償タイミングの導出は必須であるため、水素圧制御法の数値シミュレーションモデルを利用して検討を行う。その結果、最適補償タイミングを導出し、本研究で検討したFCの出力電力が4 kWまでの領域において供給水素圧力を変動抑制可能であることを示した。特にパージ動作の影響が大きくなる高出力の領域において供給水素圧力の変動抑制効果は大きく、提案するパージ補償制御法を用いた水素圧制御法が有用であることを示した。次に、シミュレーションで導出した最適補償タイミングを基に、実験における最適補償タイミングの導出を行い、提案パージ補償制御法の有効性を示した。その結果、最適補償タイミングはシミュレーション結果と近い値を示し、FCの発電電力が大きい領域であればあるほど、供給水素圧力の変動抑制効果が高いことを示した。

In this study, we propose a fuel cell vehicle (STEPS-FCV) based on water element (NaBH4), water element source and water element generation on vehicles. Fuel cell (FC) guaranteed pressure range supply water element pressure control, the purpose of the 28-year record results (1) In 2007, the construction of water supply pressure, vehicle speed, water supply pressure, FC output power and EDLC output power was completed. The influence of the pressure control of the water supply on the operation of FC is particularly important. In 2008, the priority of the construction of the control method was high, and the operation test was selected. (2) To propose a control method for suppressing the external disturbance of the supply of NaBH4 aqueous solution, the output of the controller, and the supply speed before a certain time. The optimal compensation method is applied to the calculation of the optimal compensation value. The results show that the optimal compensation parameters are derived. In this study, the output power of FC is 4 kW, and the power supply voltage variation is suppressed. The influence of special operation on high power supply is shown in the paper. The optimal compensation system is derived from the optimal compensation system, and the effectiveness of the proposed compensation system is demonstrated. The results show that the optimal compensation parameters are different from those of the control parameters, and the FC's power generation capacity is higher than that of the control parameters, and the supply water pressure is higher than that of the control parameters.

项目成果

NaBH4 を水素源とする水素供給システムの反応場の温度変化を考慮した水素圧制御法

以NaBH4为氢源的供氢系统考虑反应场温度变化的氢气压力控制方法

• 发表时间: 2015
• 作者: 内藤友里;友田圭祐;福澤大志;星伸一;友田圭祐，福澤泰志，星伸一，片山昇，内田晃介
• 通讯作者: 友田圭祐，福澤泰志，星伸一，片山昇，内田晃介

Suppression of Pressure Fluctuation at Purge Operation in a Fuel Cell System Fueled by Sodium Borohydride

硼氢化钠燃料电池系统吹扫操作时压力波动的抑制

• DOI: 10.1541/ieejias.137.190
• 发表时间: 2017
• 期刊: IEEJ Transactions on Industry Applications
• 作者: 内藤友里;友田圭祐;福澤泰志;星伸一
• 通讯作者: 星伸一

A Hydrogen Pressure Control Scheme Based on Experimentally-Derived Simulation Model for Hydrogen Generation System

基于实验导出的制氢系统仿真模型的氢气压力控制方案

• DOI: 10.1149/07101.0047ecst
• 发表时间: 2016
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Keisuke Tomoda;Taishi Fukuzawa;Nobukazu Hoshi;Noboru Katayama;Yoshizaki;Keiichi Hirata
• 通讯作者: Keiichi Hirata

NaBH4を水素源とする燃料電池システムにおけるパージによる圧力変動の抑制法

在使用NaBH4作为氢源的燃料电池系统中通过吹扫来抑制压力波动的方法

• 发表时间: 2016
• 作者: 内藤友里;友田圭祐;福澤大志;星伸一
• 通讯作者: 星伸一

Verification of Appropriate Temperature Range of Acid Accelerant in Hydrogen Generation System from NaBH4

NaBH4制氢系统酸促进剂适宜温度范围的验证

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryo Funakawa;TaishiFukuzawa;Keisuke Tomoda;Nobukazu Hoshi;Noboru Katayama;AtsuhiroYoshizaki;Keiishi Hirata
• 通讯作者: Keiishi Hirata