JP5215125B2 - Fuel cell system and method for controlling the system - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池システム及びそのシステムの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system and a method for controlling the system.
燃料(例えば水素ガス)と酸化剤(例えば酸素を含む空気)とが供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料供給源(例えば高圧水素タンク)から供給される燃料を圧力制御弁により所定圧力に減圧して燃料電池のアノード極に供給する。
この種の燃料電池システムでは、燃料電池の保護等の理由から、燃料供給流路上の前記圧力制御弁の上流に流路遮断弁(システム遮断弁)を設けている。この流路遮断弁は、燃料電池システムの停止中は閉弁しており、該システムの起動時に開弁し、運転中は開弁状態を保持するように制御される。
In a fuel cell system including a fuel cell that generates power by being supplied with a fuel (for example, hydrogen gas) and an oxidant (for example, air containing oxygen), the fuel supplied from a fuel supply source (for example, a high-pressure hydrogen tank) is pressurized. The pressure is reduced to a predetermined pressure by the control valve and supplied to the anode electrode of the fuel cell.
In this type of fuel cell system, for reasons such as protection of the fuel cell, a flow path shutoff valve (system shutoff valve) is provided upstream of the pressure control valve on the fuel supply flow path. This flow path shut-off valve is closed when the fuel cell system is stopped, and is opened when the system is started, and is controlled so as to maintain the valve open state during operation.
ところで、前記流路遮断弁の入口側には、燃料供給源から送り出される燃料ガスの高圧が加わるため、流路遮断弁には開弁に必要な駆動力(以下、開弁駆動力という)が小さくて済む、所謂パイロット式の遮断弁が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
このパイロット式の流路遮断弁は、燃料供給流路を開閉するメインバルブと、メインバルブの上流側と下流側をバイパスして接続する先導通路と、先導通路を開閉するパイロットバルブと、を備え、燃料供給流路を開く場合には、最初に、パイロットバルブを開弁駆動して先導通路を開くことによってメインバルブの前後の圧力差を低減し、その状態でメインバルブを開くようになっている。
By the way, since the high pressure of the fuel gas sent from the fuel supply source is applied to the inlet side of the flow path shut-off valve, the flow shut-off valve has a driving force necessary for opening the valve (hereinafter referred to as a valve opening drive force). A so-called pilot-type shut-off valve that is small is used (see, for example, Patent Document 1).
This pilot-type flow path shut-off valve includes a main valve that opens and closes a fuel supply flow path, a leading conduction path that bypasses and connects the upstream side and the downstream side of the main valve, and a pilot valve that opens and closes the leading conduction path. When opening the fuel supply flow path, first, the pilot valve is driven to open and the leading conduction path is opened to reduce the pressure difference before and after the main valve, and the main valve is opened in that state. Yes.
また、一般に、燃料電池システムにおいては、流路遮断弁の開弁故障(例えば、弁体の固着による開弁不良)を検知するための手段が設けられており、流路遮断弁の故障が検知されたときには、燃料ガスの供給が不可能になったと判断して、燃料電池の発電を停止するようになっている。
しかし、流路遮断弁の故障が検出されたときに即時に燃料電池の発電を停止すると、発電要求にまったく対応できなくなり、例えば、燃料電池車両においては、その時点で車両の移動をあきらめざるを得ない。 However, if power generation of the fuel cell is stopped immediately when a failure of the flow path shutoff valve is detected, it will not be possible to respond to the power generation request at all. For example, in a fuel cell vehicle, the movement of the vehicle must be given up at that time. I don't get it.
そこで、この発明は、流路遮断弁が開弁故障であると判定される状況であっても、燃料電池による発電を可及的に継続することのできる燃料電池システム及びそのシステムの制御方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention provides a fuel cell system capable of continuing power generation by a fuel cell as much as possible even in a situation where it is determined that the flow path shut-off valve is a valve opening failure, and a control method for the system. It is something to be offered.
上記の課題を解決する請求項1に記載の発明は、燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池(例えば、後述の実施形態における燃料電池1)と、前記燃料電池のアノード極(例えば、後述の実施形態におけるアノード極1A)に燃料を供給する燃料供給源(例えば、後述の実施形態における高圧水素タンク5)と、前記燃料供給源と前記燃料電池のアノード極とを接続する燃料供給流路(例えば、後述の実施形態における燃料供給流路6)と、前記燃料供給流路を開閉するメインバルブ(例えば、後述の実施形態におけるメインバルブ55)の開弁動作に先立って先導通路(例えば、後述の実施形態における貫通孔63)をパイロットバルブ(例えば、後述の実施形態におけるパイロットバルブ56)で開くことにより、前記メインバルブの前後差圧を低減するパイロット式の流路遮断弁(例えば、後述の実施形態における一次遮断弁7)と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記流路遮断弁が開弁指令を受けた後に前記メインバルブが開弁したかどうかを判定するメイン作動判定手段(例えば、後述の実施形態における圧力センサ15および電子制御ユニット20の機能)と、前記メイン作動判定手段により前記メインバルブが開弁していないと判定されたときに、前記パイロットバルブが先導通路を開いているかどうかを判定するパイロット作動判定手段(例えば、後述の実施形態における圧力センサ15および電子制御ユニット20の機能)と、を備え、前記パイロット作動判定手段により前記パイロットバルブが先導通路を開いていると判定されたときには、前記燃料電池による発電を許可することを特徴とする。
これにより、流路遮断弁が開弁指令を受けた後にメインバルブが開弁しない状況においても、パイロットバルブが先導通路を開口する場合には、先導通路を通して燃料電池に流れ込む燃料を用いて発電が行われるようになる。
The invention according to claim 1, which solves the above problem, includes a fuel cell (for example, a fuel cell 1 in an embodiment described later) that is supplied with fuel and an oxidant to generate power, and an anode electrode ( For example, a fuel supply source (for example, a high-
As a result, even in a situation where the main valve does not open after the flow path shutoff valve receives the valve opening command, if the pilot valve opens the leading conduction path, power generation is performed using the fuel flowing into the fuel cell through the leading conduction path. To be done.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池による発電を許可するときには、前記燃料電池に対する発電指示量を制限することを特徴とする。
これにより、供給可能な燃料量を超える過大な発電指示が制限される。
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the fuel cell system according to claim 1, when power generation by the fuel cell is permitted, a power generation instruction amount for the fuel cell is limited.
Thereby, an excessive power generation instruction exceeding the amount of fuel that can be supplied is limited.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池による発電を許可した後に、前記メインバルブの開弁が検出された際には前記燃料電池に対する発電指示量の制限を解除することを特徴とする。
これにより、メインバルブの正常作動の回復とともに、燃料電池の発電が発電要求に応じた通常発電に戻される。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the second aspect, when the opening of the main valve is detected after the power generation by the fuel cell is permitted, the power generation instruction amount for the fuel cell is detected. It is characterized by releasing the restriction.
As a result, the normal operation of the main valve is restored, and the power generation of the fuel cell is returned to the normal power generation according to the power generation request.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記パイロット作動判定手段は、所定時間前記燃料電池による検査用発電を行い、そのときの前記アノード極側の圧力変化を基にして前記パイロットバルブの作動を判定することを特徴とする。
パイロットバルブが先導通路を開いている状況で燃料電池の検査用発電が行われると、その検査用発電の間先導通路を通して燃料がアノード極に供給され続ける。これに対し、パイロットバルブが先導通路を閉じている状況で燃料電池の検査用発電が行われると、燃料の供給が行われないまま残存燃料が消費される。したがって、パイロットバルブが先導通路を閉じているときには、先導通路を開いている場合に比較してアノード極側の圧力変化率が大きくなる。このため、アノード極側の圧力変化を調べることにより、パイロットバルブの作動を判定することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to third aspects, the pilot operation determination means performs power generation for inspection by the fuel cell for a predetermined time, and the The operation of the pilot valve is determined based on a change in pressure on the anode side.
When power generation for inspection of the fuel cell is performed in a state where the pilot valve opens the leading conduction path, fuel continues to be supplied to the anode electrode through the leading conduction path during the power generation for inspection. On the other hand, if power generation for inspection of the fuel cell is performed in a state where the pilot valve closes the leading conduction path, the remaining fuel is consumed without supplying the fuel. Therefore, when the pilot valve closes the first conduction path, the pressure change rate on the anode electrode side becomes larger than when the first conduction path is opened. Therefore, the operation of the pilot valve can be determined by examining the pressure change on the anode side.
請求項5に記載の発明は、燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池のアノード極に燃料を供給する燃料供給源と、前記燃料供給源と前記燃料電池のアノード極とを接続する燃料供給流路と、前記燃料供給流路を開閉するメインバルブの開弁動作に先立って先導通路をパイロットバルブで開くことにより、前記メインバルブの前後差圧を低減するパイロット式の流路遮断弁と、を備えた燃料電池システムの制御方法において、前記流路遮断弁が開弁指令を受けた後に前記メインバルブが開弁したかどうかを判定し、前記メインバルブが開弁していないと判定したときに、さらに前記パイロットバルブが開弁しているかどうかを判定し、ここで前記パイロットバルブが開弁していると判定したときには、前記燃料電池による発電を許可することを特徴とする
これにより、流路遮断弁が開弁指令を受けた後にメインバルブが開弁しない状況においても、パイロットバルブが先導通路を開口する場合には、先導通路を通して燃料電池に流れ込む燃料を用いて発電が行われるようになる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power by being supplied with a fuel and an oxidant, a fuel supply source that supplies fuel to an anode electrode of the fuel cell, the fuel supply source, and the fuel cell. A pilot that reduces the differential pressure across the main valve by opening the leading conduction path with a pilot valve prior to the opening operation of the fuel supply passage connecting the anode electrode and the main valve that opens and closes the fuel supply passage. In the control method of a fuel cell system comprising a flow path shutoff valve of the type, it is determined whether the main valve has been opened after the flow path shutoff valve has received a valve opening command, and the main valve is opened. when it is determined that no valve to determine if further or not the pilot valve is open, wherein when said pilot valve is determined to be open is to the fuel cell Thus, even when the main valve does not open after the flow-off valve receives a valve opening command, if the pilot valve opens the first conduction path, Electric power is generated using the fuel flowing into the fuel cell.
請求項1,5に記載の発明によれば、流路遮断弁が開弁指令を受けた後にメインバルブが開弁したかどうかを判定し、メインバルブが開弁していないと判定したときに、パイロットバルブが開弁しているかどうかをさらに判定し、ここでパイロットバルブが開弁していると判定した場合に燃料電池による発電を許可するため、流路遮断弁が開弁故障であると判定される状況であっても、パイロットバルブが先導通路を開口できる場合には先導通路を通る燃料を用いて発電を行うことかでき、その結果、燃料電池による発電継続時間をより拡大することが可能になる。 According to the first and fifth aspects of the present invention, it is determined whether or not the main valve is opened after the flow path shutoff valve receives the valve opening command, and when it is determined that the main valve is not opened. Further, it is determined whether the pilot valve is open, and when it is determined that the pilot valve is open, power generation by the fuel cell is permitted. Even in the situation to be judged, if the pilot valve can open the first conduction path, it is possible to generate power using the fuel passing through the first conduction path, and as a result, the power generation duration time by the fuel cell can be further expanded. It becomes possible.
請求項2に記載の発明によれば、流路遮断弁が故障であると判定される状況下で燃料電池による発電を許可するときには、燃料電池に対する発電指示量を制限するため、燃料が欠乏した状態で発電が行われることによる燃料電池のデメージを未然に防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, when permitting power generation by the fuel cell in a situation where it is determined that the flow path shut-off valve is faulty, the fuel is deficient in order to limit the power generation instruction amount for the fuel cell. It is possible to prevent the fuel cell from being imaged due to power generation in the state.
請求項3に記載の発明によれば、メインバルブの正常作動の回復とともに、燃料電池の発電が発電要求に応じた通常発電に戻されるため、利用者に与える不便を最小限に抑え、商品性を高めることができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、所定時間燃料電池の検査用発電を行い、そのときのアノード極側の圧力変化を基にしてパイロットバルブの作動を判定するため、特別なセンサを用いることなく、アノード極側の圧力を検出する圧力センサを用いてパイロットバルブの作動を確実に判定することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a special sensor is used to perform power generation for inspection of the fuel cell for a predetermined time and determine the operation of the pilot valve based on the pressure change on the anode electrode side at that time. In addition, the operation of the pilot valve can be reliably determined using a pressure sensor that detects the pressure on the anode electrode side.
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態における燃料電池システムは燃料電池車両に搭載された態様である。
図1は、燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池1は、固体高分子電解質膜の両側にアノード極1Aとカソード極1Bが設けられ各電極1A,1Bの外側に反応ガスを供給するためのガス通路が設けられてなるセルを多数積層して構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the fuel cell system in this embodiment is an aspect mounted in the fuel cell vehicle.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system. The fuel cell 1 is formed by laminating a large number of cells each having an anode 1A and a
この燃料電池1は、アノード極1Aに燃料としての水素ガスが供給され、カソード極1Bに酸化剤として酸素を含む空気が供給されて発電を行う。
空気はエアコンプレッサを含むエア供給回路2から燃料電池1のカソード極1Bへと供給される。カソード極1Bに供給された空気は、該空気中の酸素が酸化剤として供された後、燃料電池1からカソードオフガスとして排出され、図示しない圧力制御弁を介して大気に放出される。電子制御ユニット(ECU)20は、燃料電池1に要求されている要求出力(発電要求)に応じて、エア供給回路2のエアコンプレッサを駆動して所定量の空気を燃料電池1に供給するとともに、圧力制御弁を制御してカソード極1Bでの空気の供給圧を所定圧力に調整する。
In the fuel cell 1, hydrogen gas as fuel is supplied to the anode 1A, and air containing oxygen as an oxidant is supplied to the
Air is supplied to the
一方、高圧水素タンク(燃料供給源)5に収容された水素ガスは、高圧水素タンク5に内蔵された図示しない電磁弁から燃料供給流路6に送り出され、一次遮断弁(流路遮断弁)7、二次遮断弁8、レギュレータ9と、図示しないエゼクタを通って燃料電池1のアノード極1Aへと供給される。
On the other hand, the hydrogen gas accommodated in the high-pressure hydrogen tank (fuel supply source) 5 is sent out from a solenoid valve (not shown) built in the high-
一次遮断弁7は高圧水素タンク5に近い位置に設置され、二次遮断弁8はレギュレータ9に近い位置に設置されており、いずれの弁7,8も燃料電池システムの停止中は閉弁状態を保持し、該システムの運転中は基本的に開弁状態を保持するように、ECU20によって開閉制御される。
The primary shut-off
二次遮断弁8は、一次遮断弁7が作動不良となったときに燃料電池1のアノード圧力が瞬時に上昇するのを抑制したり、一次遮断弁7が閉弁不良となったときに燃料電池1に水素ガスが連続供給されて燃料電池1の固体高分子電解質膜が損傷を受けるのを防止する。
The secondary shut-off
一次遮断弁7は電磁駆動型のパイロット式遮断弁で構成されている。
図2は、この一次遮断弁7の具体的な構造を示すものである。
この一次遮断弁7のバルブボディ51は高圧水素タンク5に取り付けられ、バルブボディ51の弁室52はガス入口66部分で高圧水素タンク5の出口に接続されている。弁室52に収容された弁体53は、ステム54によって連結されたメインバルブ55とパイロットバルブ56を備えており、メインバルブ55は、バルブボディ51のガス出口57に連なるメインシート部58に着座離反可能に配置され、パイロットバルブ56は、プランジャ59の先端部に設けられたパイロット室60内にプランジャ59の軸方向へ移動可能に収容されるとともに、パイロット室60に面してプランジャ59に設けられたサブシート部61に着座離反可能に配置されている。なお、ガス出口57は、図1に示す二次遮断弁8側の流路に接続されている。
The primary shut-off
FIG. 2 shows a specific structure of the
The
また、ステム54は、プランジャ59の先端に設けられたスリーブ62を摺動可能に貫通しており、スリーブ62はパイロットバルブ56の移動範囲を規制してパイロットバルブ56がパイロット室60から離脱するのを阻止する。すなわち、パイロットバルブ56がサブシート部61から僅かに離反すると、パイロットバルブ56はスリーブ62に突き当たってそれ以上の移動を阻止される。
The
弁体53には、その軸心に沿ってメインバルブ55からパイロットバルブ56に貫通する貫通孔63が設けられており、パイロットバルブ56がサブシート部61から離反しているときは貫通孔63の両端が開口し、サブシート部61に着座しているときは貫通孔63の一端が閉塞する。
スリーブ62の内周面には軸方向に貫通するガス通路62aが複数設けられており、パイロットバルブ56の外周面には軸方向に貫通するガス通路56aが複数設けられていて、弁室52とパイロット室60は、これらガス通路56a,62aを介して連通している。
The
A plurality of
弁体53は、バルブボディ51とプランジャ59の間に設けられたスプリング64によって、プランジャ59を介して閉弁方向に付勢されている。
プランジャ59は、電磁コイル65への通電により電磁石の力でスプリング64の弾性に抗して可動し、弁体53を開弁方向に移動させる。
図2に示す閉弁状態では、メインバルブ55がメインシート部58に着座し、パイロットバルブ56がサブシート部61に着座し、パイロットバルブ56とスリーブ62との間に軸方向に若干の隙間が開いている。
The
The
2, the
この閉弁状態においてガス入口66から弁室52に高圧ガスが供給されている場合に、電子制御ユニット20からの開弁指令により電磁コイル65に電流が流れると、電磁石の力によりプランジャ59が図中上方に引き付けられるが、この時点ではメインバルブ55の上流と下流の圧力差が極めて大きく、電磁石にはメインバルブ55をメインシート部58から離反させるだけの力はない。そのため、プランジャ59は、パイロットバルブ56がサブシート部61から離反してスリーブ62に突き当たったところで、一旦停止する。その結果、弁体53の貫通孔63の両端が開口し、弁室52内の高圧のガスが、スリーブ62のガス通路62a、パイロットバルブ56のガス通路56a、パイロット室60、貫通孔63を流通してメインバルブ55の下流側に流れ込む。ここで、ガス出口57に接続された流路が二次遮断弁8(図1参照)によって遮断されていると、メインバルブ55の下流側のガス圧力が徐々に上昇していき、メインバルブ55の上流と下流の圧力差が減少していく。そして、メインバルブ55の上流と下流の圧力差が殆どなくなると、前記電磁石の力で十分にメインバルブ55をメインシート部58から離反させることができるようになり、メインバルブ55が開く。
なお、このパイロット式の一次遮断弁7においては、貫通孔63は、内蔵されたメインバルブ55の開動作に先立ってメインバルブ55の上流側の燃料を下流側に導く先導通路を構成し、パイロットバルブ560は、メインバルブ55の上流側圧力と下流側圧力とが略同一となったときに開弁可能となる。
When high-pressure gas is supplied from the
In the pilot-type
再び、図1に戻ると、二次遮断弁8は、電磁式の遮断弁によって構成されている。ここでは詳細な構造の説明は省略するが、二次遮断弁8は、電子制御ユニット20からの開弁指令を受けて燃料供給流路6のうちの一次遮断弁7とレギュレータ9の間を連通させる。
また、レギュレータ9は、例えば空気式の比例圧力制御弁からなり、エア供給回路2のエアコンプレッサから供給される空気の圧力が信号圧として入力され、レギュレータ9出口の水素ガスの圧力が前記信号圧に応じた所定圧力範囲となるように減圧制御する。
なお、燃料電池システムの停止時はエア供給回路2のエアコンプレッサが停止しており、レギュレータ9への空気の信号圧がほぼ大気圧となるため、レギュレータ9は閉じている。
Returning to FIG. 1 again, the secondary shut-off
The
Note that when the fuel cell system is stopped, the air compressor of the air supply circuit 2 is stopped, and the signal pressure of air to the
燃料電池1のアノード極に供給された水素ガスは、発電に供された後、燃料電池1からアノードオフガスとして図示しないアノードオフガス回収路に排出される。アノードオフガス回収路では、アノードオフガスを昇圧し、エゼクタを介して燃料電池1のアノード極1A側に循環させる。 The hydrogen gas supplied to the anode electrode of the fuel cell 1 is used for power generation and then discharged from the fuel cell 1 as an anode off gas to an anode off gas recovery path (not shown). In the anode off gas recovery path, the anode off gas is pressurized and circulated to the anode 1A side of the fuel cell 1 through the ejector.
また、燃料供給流路6のうちの、一次遮断弁7と二次遮断弁8の間には、その区間での水素ガス圧力を検出するための圧力センサ15(圧力検出手段)が設けられている。圧力センサ15は、二次遮断弁8が開いている状況ではアノード極入口における水素ガス圧力(以下、アノード圧力と称す)を検出する。また、圧力センサ15は検出値に応じた電気信号をECU20に出力する。
Further, a pressure sensor 15 (pressure detecting means) for detecting the hydrogen gas pressure in the section is provided between the
このように構成された燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、車両のイグニッションスイッチをONすることにより、燃料電池システムが起動される。そして、この起動に際しては、最初に高圧水素タンク5内の電磁弁が開かれた後、電子制御ユニット20から一次遮断弁7に開弁指令が出力され、その後に所定時間の遅れをもって二次遮断弁8に開弁指令が出力される。このとき、一次遮断弁7に開弁故障が無ければ、高圧水素タンク5の水素ガスはレギュレータ9を介して燃料電池1のアノード極1Aに供給され、エア供給回路2からカソード極1Bに供給される空気とともに燃料電池1の発電に供される。このときの水素と空気の供給量は、電子制御ユニット20によってアクセルペダル開度等の負荷側の発電要求に応じたものに制御される。
In a fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system configured as described above, the fuel cell system is activated by turning on the ignition switch of the vehicle. When starting this operation, the solenoid valve in the high-
そして、燃料電池システムの起動直後には、一次遮断弁7と二次遮断弁8に開弁指令が出力された後に燃料供給流路6のアノード圧力Pを圧力センサ15によって検出し、電子制御ユニット20が検出したアノード圧力Pに応じて一次遮断弁7の故障状態を判定する。すなわち、一次遮断弁7のメインバルブ55が凍結等によって固着している場合には、パイロットバルブ56が貫通孔63(先導通路)を開いているにしてもアノード圧力Pが充分に昇圧しないため、その場合には一次遮断弁7が故障しているものと判定する。この実施形態においては、圧力センサ15と、その検出値を予め決められた所定値P1と比較する電子制御ユニット20の機能が、メインバルブ55が開弁したかどうかを判定するメイン作動判定手段を構成している。
Immediately after the start of the fuel cell system, a valve opening command is output to the
また、圧力センサ15の検出値を基にして一次遮断弁7が故障しているものと判定されたときには、その後に燃料電池1の検査用発電を短時間行い、圧力センサ15の検出値を基にして検査用発電によるアノード圧力Pの変化率Aを求め、その変化率Aを基にしてさらに一次遮断弁7のパイロットバルブ56の故障状態を判定する。すなわち、パイロットバルブ56が貫通孔63を閉塞したままの場合には、高圧水素タンク5からの水素供給が得られないまま検査用発電が行われるため、アノード極1A側の水素ガスの圧力が急激に減少する。したがって、検査用発電の際にアノード圧力Pの変化率Aの絶対値が所定値A1以上の場合(アノード圧力Pが急激に減少する場合)には、パイロットバルブ56が貫通孔63を閉塞したままである(故障)と判定する(図4参照)。
なお、この実施形態の場合、検査用発電の際にアノード圧力Pを検出する圧力センサ15と、その検出値を基にしてアノード圧力Pの変化率を求め、その変化率Aの絶対値を予め決められた所定値A1と比較する電子制御ユニット20の機能が、パイロットバルブ56が先導通路を開いているかどうかを判定するパイロット作動判定手段を構成している。
If it is determined that the primary shut-off
In the case of this embodiment, the pressure sensor 15 that detects the anode pressure P at the time of power generation for inspection, and the rate of change of the anode pressure P is obtained based on the detected value, and the absolute value of the rate of change A is calculated in advance. The function of the
次に、この燃料電池システムの制御について、図3のフローチャートに従って説明する。図3のフローチャートに示す起動制御ルーチンは電子制御ユニット20によって実行される。
まず、ステップS101において、車両のイングニッションスイッチがONにされると、次のステップS102において、高圧水素タンク5の電磁弁と一次遮断弁7に開弁指令が出力され、さらに若干の時間遅れをもって二次遮断弁8にも開弁指令が出力される。
Next, control of this fuel cell system will be described with reference to the flowchart of FIG. The activation control routine shown in the flowchart of FIG. 3 is executed by the
First, in step S101, when the vehicle ignition switch is turned on, in the next step S102, a valve opening command is output to the electromagnetic valve of the high-
次のステップS103においては、圧力センサ15で検出されたアノード圧力Pが所定値P1よりも小さいかどうか、つまり一次遮断弁7が開弁故障しているかどうかを判定し、YESの場合には、ステップS104に進み、NOの場合には、ステップS105へと進む。NOの場合には、一次遮断弁7に開弁故障がないため、ステップS105においては通常モードでの発電、つまり発電要求に応じた発電が実行される。
In the next step S103, it is determined whether or not the anode pressure P detected by the pressure sensor 15 is smaller than a predetermined value P1, that is, whether or not the primary shut-off
ステップS104においては、検査モードでの発電(検査用発電)が短時間実行される。この検査モードでの発電は、発電指示量が、後述する制限モードでの発電の発電指示量よりも小さく設定されている。
次のステップS106においては、アノード圧力Pの変化率Aの絶対値が所定値A1よりも小さいかどうか、つまり、パイロットバルブ56が開弁故障していないかどうかを判定し、YESの場合(故障していないと判定した場合)には、ステップS107に進み、NOの場合には、ステップS108へと進む。
In step S104, power generation in the inspection mode (power generation for inspection) is executed for a short time. In the power generation in the inspection mode, the power generation instruction amount is set to be smaller than the power generation instruction amount of power generation in the limit mode described later.
In the next step S106, it is determined whether or not the absolute value of the rate of change A of the anode pressure P is smaller than the predetermined value A1, that is, whether or not the
ステップS108に進んだ場合には、パイロットバルブ56も開弁故障しているため、燃料(水素ガス)が欠乏状態であると判断し、一次遮断弁7と二次遮断弁8に閉弁指令(OFF指令)を出力して燃料電池1の発電を停止する。そして、この後、ステップS109に進み、発電を停止する旨をディスプレイ表示や警告音、音声アナウンス等によって運転者に知らせて処理を終了する。
When the routine proceeds to step S108, the
ステップS107に進んだ場合には、パイロットバルブ56が貫通孔63を開いているため、メインバルブ55のみの開弁故障と判断し、発電指示値(発電出力)を制限した制限モードでの発電を行う。このとき、一次遮断弁7と二次遮断弁8には開弁指令(ON指令)の出力を継続する。なお、制限モードでの発電は、貫通孔63を通した燃料供給量の最大値を超えない範囲に発電指示値が制限される。このときエア供給回路2のコンプレッサの回転数も制限される。
また、ステップS107では、さらにメインバルブ55の開弁故障があった旨をメモリ上に記録し、その記録がメンテナンスの際に利用される。
そして、この後にはステップS110に進み、制限モードで発電を行っている旨をディスプレイ表示や警告音、音声アナウンス等によって運転者に知らせる。
When the routine proceeds to step S107, the
In step S107, the fact that there has been a valve opening failure of the
Then, the process proceeds to step S110, and the driver is informed by a display display, a warning sound, a voice announcement, or the like that power generation is being performed in the restriction mode.
次に、ステップS111に進み、アノード圧力Pが所定値P2を超えたかどうかを判定し、YESの場合には、次のステップS112に進み、NOの場合には現状の制御を継続する(待機する)。なお、所定値P2は、一次遮断弁7のメインバルブ55が開弁したときにのみ得られる圧力に設定されている。したがって、メインバルブ55が正常の開弁状態に復帰するまでは、制限モードでの発電が継続される。
ステップS112においては、通常モードでの発電、つまり発電要求に応じた発電が実行される。
Next, the process proceeds to step S111 to determine whether or not the anode pressure P has exceeded a predetermined value P2. If YES, the process proceeds to the next step S112, and if NO, the current control is continued (standby). ). The predetermined value P2 is set to a pressure obtained only when the
In step S112, power generation in the normal mode, that is, power generation according to the power generation request is executed.
以上のように、この燃料電池システムにおいては、一次遮断弁7に開弁指令を出力した後に、一次遮断弁7が実際に開弁していないものと判定されると、その後にさらに一次遮断弁7のパイロットバルブ56が貫通孔63を開いているかどうかを判定し、貫通孔63を開いている場合には、発電指示量を制限した制限モードで燃料電池1による発電を行うため、一次遮断弁7が開弁故障と判定される状況であっても、パイロットバルブ56が正常作動する限りは、最低限の発電を継続することができる。したがって、この燃料電池システムを採用する車両においては、メンテナンスを行える場所までの運転を継続することができる。
As described above, in this fuel cell system, if it is determined that the
また、この燃料電池システムの場合、パイロットバルブ56が正常作動する一次遮断弁7の開弁故障時には、燃料電池1に対する発電指示量を制限して運転が継続されるため、燃料が欠乏した状態で発電が行われることによる燃料電池1の固体高分子電解質膜の劣化を未然に防止することができる。
Further, in the case of this fuel cell system, when the primary shut-off
さらに、この燃料電池システムにおいては、一次遮断弁7の故障判定によって制限モードでの発電に移行した後であっても、メインバルブ55が正常に開弁作動するようになった場合には、通常モードでの発電に即時に戻されるため、運転者に与える不便を最小限に抑え、車両の商品性を高めることができる。
Further, in this fuel cell system, when the
また、この実施形態の場合、アノード圧力を基にして一次遮断弁7の故障が判定された後には検査モードで燃料電池1の発電を行い、そのときのアノード極1A側の圧力変化を基にしてパイロットバルブ56の作動を判定するようにしているため、故障を検知するための特別なセンサを用いることなく、パイロットバルブ56の開弁故障を確実に判定することができる。なお、圧力センサ15は、システム起動時に燃料電池1に圧縮空気を供給するタイミングを決める場合等システムの他の制御においても用いられている。
In the case of this embodiment, after the failure of the primary shut-off
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記の実施形態のように流路遮断弁(一次遮断弁7)の下流側に別の遮断弁(二次遮断弁8)が配置されている場合には、パイロットバルブが正常作動する流路遮断弁の開弁故障時に、制限モードでの発電に移行する前に再度下流側の遮断弁を閉じて流路遮断弁の前後差圧を低くし、それによってメインバルブの開弁を促すようにしても良い。また、制限モードでの発電に移行する前に、パイロットバルブを間欠的に開閉作動させることによってメインバルブの開弁を促すようにしても良い。
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various design change is possible in the range which does not deviate from the summary.
For example, when another shut-off valve (secondary shut-off valve 8) is arranged downstream of the flow path shut-off valve (primary shut-off valve 7) as in the above embodiment, the flow at which the pilot valve operates normally When the road shutoff valve opens, close the shutoff valve on the downstream side again to reduce the differential pressure across the flow shutoff valve before proceeding to power generation in the restricted mode, thereby encouraging the main valve to open. Anyway. Further, before shifting to the power generation in the limit mode, the pilot valve may be intermittently opened and closed to prompt the main valve to open.
1…燃料電池
1A…アノード極
5…高圧水素タンク(燃料供給源)
6…燃料供給流路
7…一次遮断弁(流路遮断弁)
15…圧力センサ(メイン作動判定手段,パイロット作動判定手段)
20…電子制御ユニット(メイン作動判定手段,パイロット作動判定手段)
55…メインバルブ
56…パイロットバルブ
63…貫通孔(先導通路)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 1A ...
6 ... Fuel
15 ... Pressure sensor (main operation determination means, pilot operation determination means)
20 ... Electronic control unit (main operation determination means, pilot operation determination means)
55 ...
Claims (5)
前記燃料電池のアノード極に燃料を供給する燃料供給源と、
前記燃料供給源と前記燃料電池のアノード極とを接続する燃料供給流路と、
前記燃料供給流路を開閉するメインバルブの開弁動作に先立って先導通路をパイロットバルブで開くことにより、前記メインバルブの前後差圧を低減するパイロット式の流路遮断弁と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記流路遮断弁が開弁指令を受けた後に前記メインバルブが開弁したかどうかを判定するメイン作動判定手段と、
前記メイン作動判定手段により前記メインバルブが開弁していないと判定されたときに、前記パイロットバルブが先導通路を開いているかどうかを判定するパイロット作動判定手段と、を備え、
前記パイロット作動判定手段により前記パイロットバルブが先導通路を開いていると判定されたときには、前記燃料電池による発電を許可することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that is supplied with fuel and oxidant to generate electricity;
A fuel supply source for supplying fuel to the anode electrode of the fuel cell;
A fuel supply flow path connecting the fuel supply source and the anode electrode of the fuel cell;
A pilot-type flow path shut-off valve that reduces a differential pressure across the main valve by opening a leading conduction path with the pilot valve prior to opening the main valve that opens and closes the fuel supply flow path;
In a fuel cell system comprising:
Main operation determining means for determining whether or not the main valve is opened after the flow passage shut-off valve receives a valve opening command;
Pilot operation determining means for determining whether or not the pilot valve opens a first conduction path when the main operation determining means determines that the main valve is not opened;
The fuel cell system according to claim 1, wherein when the pilot operation determining means determines that the pilot valve opens the leading conduction path, power generation by the fuel cell is permitted.
前記燃料電池のアノード極に燃料を供給する燃料供給源と、
前記燃料供給源と前記燃料電池のアノード極とを接続する燃料供給流路と、
前記燃料供給流路を開閉するメインバルブの開弁動作に先立って先導通路をパイロットバルブで開くことにより、前記メインバルブの前後差圧を低減するパイロット式の流路遮断弁と、
を備えた燃料電池システムの制御方法において、
前記流路遮断弁が開弁指令を受けた後に前記メインバルブが開弁したかどうかを判定し、
前記メインバルブが開弁していないと判定したときに、さらに前記パイロットバルブが開弁しているかどうかを判定し、
ここで前記パイロットバルブが開弁していると判定したときには、前記燃料電池による発電を許可することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell that is supplied with fuel and oxidant to generate electricity;
A fuel supply source for supplying fuel to the anode electrode of the fuel cell;
A fuel supply flow path connecting the fuel supply source and the anode electrode of the fuel cell;
A pilot-type flow path shut-off valve that reduces a differential pressure across the main valve by opening a leading conduction path with the pilot valve prior to opening the main valve that opens and closes the fuel supply flow path;
In a control method of a fuel cell system comprising:
Determining whether the main valve has opened after the flow path shut-off valve receives a valve opening command;
When it is determined that the main valve is not open, it is further determined whether the pilot valve is open,
Here, when it is determined that the pilot valve is open, power generation by the fuel cell is permitted.
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