JP5880009B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

例えば自動車等の車両に搭載される燃料電池システムは、燃料電池に対して水素等の燃料ガス及び空気等の酸化剤ガスを供給し、これらの電気化学反応により生じた電力を駆動モータ等の負荷に供給する発電システムである。燃料電池に対する燃料ガスの供給は、燃料タンク等の燃料供給源と燃料電池とを配管で接続し、かかる配管を通じて行われる。   For example, a fuel cell system mounted on a vehicle such as an automobile supplies a fuel gas such as hydrogen and an oxidant gas such as air to the fuel cell, and uses the electric power generated by these electrochemical reactions as a load such as a drive motor. It is a power generation system to supply to The fuel gas is supplied to the fuel cell through a pipe connected to a fuel supply source such as a fuel tank and the fuel cell.

燃料電池に供給される燃料ガスの必要流量は、燃料電池が発電する電力に応じて変化する。効率の良い発電を行うためには、負荷の要求電力が大きい場合には燃料電池に供給する燃料ガスの流量を多くし、逆に、負荷の要求電力が小さい場合には燃料電池に供給する燃料ガスの流量を少なくすることが望ましい。このため、燃料供給源と燃料電池とを接続する上記配管には、燃料ガスの流量を調整するための流量調整手段が配置される。   The required flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell changes according to the electric power generated by the fuel cell. In order to perform efficient power generation, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell is increased when the required power of the load is large, and conversely the fuel supplied to the fuel cell when the required power of the load is small. It is desirable to reduce the gas flow rate. For this reason, a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the fuel gas is disposed in the pipe connecting the fuel supply source and the fuel cell.

このような流量調整手段としては、インジェクタが一般に用いられている。インジェクタとは電磁駆動式の開閉弁であって、電流が供給されると弁体が弁座から離隔して流路を開状態とする一方、電流の供給が停止されれば弁体が弁座に当接して流路を閉状態とするものである。このようなインジェクタを用いた燃料電池システムにおいては、インジェクタの弁体に対し、弁座からの離間及び弁座への当接を所定の周期で繰り返すような開閉駆動を行うことで、燃料ガスの供給が行われる。インジェクタを通過する燃料ガスの流量は、上記周期を適宜変更することにより調整される。   As such a flow rate adjusting means, an injector is generally used. The injector is an electromagnetically driven on-off valve. When an electric current is supplied, the valve body is separated from the valve seat to open the flow path, while when the current supply is stopped, the valve body is moved to the valve seat. To close the flow path. In a fuel cell system using such an injector, the valve body of the injector is opened and closed so as to repeat the separation from the valve seat and the contact with the valve seat at a predetermined cycle. Supply is made. The flow rate of the fuel gas passing through the injector is adjusted by appropriately changing the period.

インジェクタを閉状態から開状態とする際には、弁体を電磁力により移動させるための電流をインジェクタに対し供給する必要がある。また、弁体が移動してインジェクタが開状態となった後でも、かかる開状態を維持するために、インジェクタに対する電流の供給を継続する必要がある。   When changing the injector from the closed state to the open state, it is necessary to supply a current for moving the valve body by electromagnetic force to the injector. Further, even after the valve body moves and the injector is opened, it is necessary to continue supplying current to the injector in order to maintain the opened state.

インジェクタを閉状態から開状態にするために必要な電流は、インジェクタを開状態に維持するために必要な電流よりも大きい。従って、インジェクタを開状態とする際には、まず比較的大きな電流(突入電流)を短時間供給して弁体を開状態の位置に移動させ、その後は比較的小さな電流(保持電流)を供給して弁体を開状態の位置に保持することが行われる。突入電流と保持電流とを切り換えることによって、インジェクタの動作に要する電力を低減することができる。   The current required to bring the injector from the closed state to the open state is greater than the current required to keep the injector open. Therefore, when opening the injector, a relatively large current (rush current) is first supplied for a short time to move the valve body to the open position, and thereafter a relatively small current (holding current) is supplied. Thus, the valve body is held in the open position. By switching between the inrush current and the holding current, the power required for the operation of the injector can be reduced.

このため、インジェクタに電流を供給しその動作を制御するための制御部は、比較的大きな電流である突入電流と、突入電流より小さい電流である保持電流とからなる二種類の電流を、適宜切り替えてインジェクタに供給する必要がある。このように、大きさの異なる電流を供給するための制御部の構成としては、以下のような二つの構成が考えられる。   For this reason, the control unit for supplying current to the injector and controlling its operation appropriately switches between two types of current consisting of a rush current that is a relatively large current and a holding current that is a current smaller than the rush current. Need to be supplied to the injector. As described above, the following two configurations are conceivable as the configuration of the control unit for supplying currents having different magnitudes.

第一の構成(以下、チョッパ制御構成と呼ぶ)では、バッテリ等の電源からインジェクタに電流を供給する回路上に、スイッチ等で切り換え可能な二つの電流経路を互いに並列に備える。一方の電流経路には、スイッチング素子と、当該電流経路を流れる電流の大きさを検出するための電流検出部を備える。   In the first configuration (hereinafter referred to as a chopper control configuration), two current paths that can be switched by a switch or the like are provided in parallel on a circuit that supplies current from a power source such as a battery to an injector. One current path includes a switching element and a current detection unit for detecting the magnitude of the current flowing through the current path.

このチョッパ制御構成においては、突入電流を供給する際は、スイッチング素子が配置されていない方の電流経路にスイッチ等を切り替え、電源からインジェクタに対し大きな突入電流を供給する。   In this chopper control configuration, when supplying an inrush current, a switch or the like is switched to a current path where no switching element is arranged, and a large inrush current is supplied from the power source to the injector.

一方、保持電流を供給する際は、スイッチング素子が配置されている方の電流経路にスイッチ等を切り替え、電流検出部が検出した電流が所定の大きさとなるように、適切な周期によりスイッチング素子の開閉動作を高速で繰り返す、所謂チョッパ制御を行う。このような制御を行うことにより、電源からインジェクタに対し比較的小さな保持電流が供給される。   On the other hand, when supplying the holding current, a switch or the like is switched to the current path in which the switching element is arranged, and the switching element is switched at an appropriate cycle so that the current detected by the current detection unit becomes a predetermined magnitude. So-called chopper control is performed in which the opening / closing operation is repeated at high speed. By performing such control, a relatively small holding current is supplied from the power source to the injector.

第二の構成(以下、分圧抵抗構成と呼ぶ)では、バッテリ等の電源からインジェクタに電流を供給する回路上に、スイッチ等で切り換え可能な二つの電流経路を互いに並列に備える。この点は上記のチョッパ制御構成と同様であるが、本構成では、一方の電流経路に、スイッチング素子ではなく分圧抵抗を備えている点が異なっている。   In the second configuration (hereinafter referred to as a voltage dividing resistor configuration), two current paths that can be switched by a switch or the like are provided in parallel with each other on a circuit that supplies current from a power source such as a battery to an injector. This point is the same as the above-described chopper control configuration, but the present configuration is different in that one current path is provided with a voltage dividing resistor instead of a switching element.

この分圧抵抗構成においては、突入電流を供給する際は、分圧抵抗が配置されていない方の電流経路にスイッチ等を切り替え、電源からインジェクタに対し大きな突入電流を供給する。   In this voltage dividing resistor configuration, when supplying an inrush current, a switch or the like is switched to the current path where the voltage dividing resistor is not arranged, and a large inrush current is supplied from the power source to the injector.

一方、保持電流を供給する際は、分圧抵抗が配置されている方の電流経路にスイッチ等を切り替え、この電流経路を通じてインジェクタに電流を供給する。インジェクタに保持電流を供給する回路は、インジェクタと分圧抵抗とが直列に接続された回路となるために、回路全体の抵抗が大きくなる。その結果、電源からインジェクタに対し比較的小さな保持電流が供給される。   On the other hand, when supplying the holding current, a switch or the like is switched to the current path where the voltage dividing resistor is arranged, and the current is supplied to the injector through this current path. Since the circuit that supplies the holding current to the injector is a circuit in which the injector and the voltage dividing resistor are connected in series, the resistance of the entire circuit increases. As a result, a relatively small holding current is supplied from the power source to the injector.

下記特許文献1には、燃料供給源である燃料ガスタンクから燃料電池に燃料ガスを供給する流路に、互いに並列に配置された複数のインジェクタを備えた燃料電池システムが記載されている。このような構成とすることによって、例えば、弁体の開閉駆動を行って燃料ガスを通過させるインジェクタの本数を、要求電力に基づいて適宜変更するような制御を行い、燃料電池に対する燃料ガスの供給量を広い範囲で調整することが可能となっている。従って、下記特許文献1に記載されたような構成の燃料電池システムにおいては、複数のインジェクタの動作を個別に制御するために、複数のインジェクタに対して上記のような制御部をそれぞれ設ける必要がある。   Patent Document 1 described below describes a fuel cell system including a plurality of injectors arranged in parallel with each other in a flow path for supplying fuel gas from a fuel gas tank as a fuel supply source to the fuel cell. By adopting such a configuration, for example, control is performed so that the number of injectors through which the fuel gas is allowed to pass through by opening and closing the valve body is appropriately changed based on the required power, and the fuel gas is supplied to the fuel cell. The amount can be adjusted in a wide range. Therefore, in the fuel cell system having the configuration described in Patent Document 1 below, in order to individually control the operations of the plurality of injectors, it is necessary to provide the control units as described above for the plurality of injectors. is there.

特開2010−054035号公報JP 2010-054035 A

ここで、複数のインジェクタに対して設けられる複数の制御部を上記のようなチョッパ制御構成のものとした場合、以下のような問題が生じる。チョッパ制御構成は、スイッチング素子の高速な開閉動作によってインジェクタに供給する保持電流を制御するものであるが、保持電流にはスイッチング素子の開閉動作による脈動が生じてしまうため、これを除去するためのノイズフィルタ回路を設ける必要がある。ノイズフィルタ回路は、コンデンサ等の多数の部品により構成されるため、制御部が大型化してしまう。   Here, when the plurality of control units provided for the plurality of injectors have the above-described chopper control configuration, the following problem occurs. The chopper control configuration controls the holding current supplied to the injector by the high-speed switching operation of the switching element. However, the pulsation caused by the switching operation of the switching element occurs in the holding current. It is necessary to provide a noise filter circuit. Since the noise filter circuit is composed of a large number of components such as capacitors, the size of the control unit is increased.

インジェクタの個数に応じた複数の制御部により制御装置を構成した場合、上記のような大型化の影響が積算されるため、燃料電池システムにおいて制御装置が占める体積は巨大なものとなってしまう。また、スイッチング素子は動作時に発熱するため、放熱機構を設ける必要があるが、放熱機構を設けることによって更に制御装置が大型化することとなる。これらに加えて、部品点数の増加に伴いコストが増加するという問題も生じる。   When the control device is configured by a plurality of control units corresponding to the number of injectors, the influence of the increase in size as described above is integrated, so that the volume occupied by the control device in the fuel cell system becomes enormous. In addition, since the switching element generates heat during operation, it is necessary to provide a heat dissipation mechanism. However, the provision of the heat dissipation mechanism further increases the size of the control device. In addition to these, there is a problem that the cost increases as the number of parts increases.

そこで、複数のインジェクタに対して設けられる複数の制御部を、チョッパ制御構成ではなく分圧抵抗構成とすることが考えられる。しかし、上記のように、分圧抵抗構成は分圧抵抗によって回路の抵抗を増加させ、インジェクタに小さな保持電流を供給するものであるから、分圧抵抗を電流が通過することによる無駄なエネルギー消費を伴うものである。このため、インジェクタが開状態となっている間、常に無駄なエネルギー消費が生じることとなる。更に、このような無駄なエネルギー消費は複数の制御部それぞれにおいて生じるため、燃料電池システム全体では無視できないエネルギー消費となり、燃料の利用効率を著しく悪化させてしまうこととなる。   Therefore, it is conceivable that the plurality of control units provided for the plurality of injectors have a voltage dividing resistor configuration instead of a chopper control configuration. However, as described above, the voltage dividing resistor configuration increases the resistance of the circuit by the voltage dividing resistor and supplies a small holding current to the injector. Therefore, useless energy consumption due to the current passing through the voltage dividing resistor. It is accompanied by. For this reason, wasteful energy consumption always occurs while the injector is in the open state. Further, such wasteful energy consumption occurs in each of the plurality of control units, so that the energy consumption cannot be ignored in the entire fuel cell system, and the fuel utilization efficiency is remarkably deteriorated.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御装置の大型化を抑え、且つ消費電力の増加を抑制しながら、複数のインジェクタの動作を制御することが可能な燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to control the operation of a plurality of injectors while suppressing an increase in the size of the control device and suppressing an increase in power consumption. It is to provide a fuel cell system.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて、当該燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する流路である第一燃料流路と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する流路であって、前記第一燃料流路とは並列に配置された第二燃料流路と、電流の供給を受けて駆動され、前記第一燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第一インジェクタと、電流の供給を受けて駆動され、前記第二燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第二インジェクタと、前記第一インジェクタに供給される第一電流の大きさを第一所定値とすることで、前記第一燃料流路を開状態に維持する第一制御部と、前記第二インジェクタに供給される第二電流の大きさを第二所定値とすることで、前記第二燃料流路を開状態に維持する第二制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記第一制御部は、前記第一電流の供給源である第一電源部と、前記第一電源部から前記第一インジェクタに前記第一電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第一スイッチ部を有する第一回路と、を有し、前記第一スイッチ部の開閉動作を高速で繰り返すチョッパ制御を行うことにより、前記第一電流の大きさを前記第一所定値とするものである一方、前記第二制御部は、前記第二電流の供給源である第二電源部と、前記第二電源部から前記第二インジェクタに前記第二電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第二スイッチ部と当該回路において前記第二インジェクタと直列に接続された分圧抵抗とを有する第二回路と、を有し、前記第二スイッチ部を閉じて前記第二回路を閉状態とすることによって、前記第二電流の大きさを前記第二所定値とするものであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that receives supply of a fuel gas and an oxidant gas and generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and the fuel cell. A first fuel flow path that is a flow path for supplying the fuel gas, and a flow path for supplying the fuel gas to the fuel cell, the second fuel flow being arranged in parallel with the first fuel flow path A first injector that switches between an open state and a closed state of the first fuel flow path, and a drive that is driven by the current supply to open the second fuel flow path And a second control for maintaining the first fuel flow path in an open state by setting a magnitude of a first current supplied to the first injector to a first predetermined value. And the second injector A second control unit that maintains the second fuel flow path in an open state by setting the magnitude of the second current to be a second predetermined value, the first control unit includes: A first power supply unit that is a supply source of the first current, and a circuit for supplying the first current from the first power supply unit to the first injector, and a first switch unit that switches between opening and closing the circuit A first circuit having a first circuit, and a chopper control that repeats the opening and closing operation of the first switch unit at a high speed, thereby setting the magnitude of the first current to the first predetermined value, The second control unit is a circuit for supplying the second current from the second power supply unit to the second injector, the second power supply unit being a supply source of the second current, In the second switch section that switches opening and closing and the circuit A second circuit having a voltage dividing resistor connected in series with the second injector, and by closing the second switch unit and closing the second circuit, The size is the second predetermined value.

本発明では、互いに並列に配置された燃料ガスの流路である第一燃料流路、及び第二燃料流路を備えており、第一燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第一インジェクタ、及び、第二燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第二インジェクタを備えている。また、これらインジェクタの動作をそれぞれ制御する第一制御部と第二制御部とを備えている。   In the present invention, a first fuel flow path and a second fuel flow path that are fuel gas flow paths arranged in parallel to each other are provided, and the first fuel flow path is switched between an open state and a closed state. An injector and a second injector for switching between an open state and a closed state of the second fuel flow path are provided. Moreover, the 1st control part and the 2nd control part which each control operation | movement of these injectors are provided.

第一制御部は、第一電源部と、第一電源部から第一インジェクタに第一電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第一スイッチ部を有する第一回路とを有する。第一制御部は、第一スイッチ部の開閉動作を高速で繰り返すチョッパ制御を行うことにより、第一インジェクタに流れる第一電流の大きさを第一所定値とし、第一燃料流路を開状態に維持する。すなわち、第一制御部は上述のチョッパ制御構成となっている。   The first control unit is a circuit for supplying a first current from the first power supply unit to the first injector, the first circuit having a first switch unit for switching opening and closing of the circuit Have The first control unit performs chopper control that repeatedly opens and closes the first switch unit at a high speed, thereby setting the first current flowing in the first injector to a first predetermined value and opening the first fuel flow path. To maintain. That is, the first control unit has the above-described chopper control configuration.

第二制御部は、第二電源部と、第二電源部から第二インジェクタに第二電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第二スイッチ部と当該回路において第二インジェクタと直列に接続された分圧抵抗とを有する第二回路とを有する。第二制御部は、第二スイッチ部を閉じて第二回路を閉状態とすることにより、第二インジェクタに流れる第二電流の大きさを第二所定値とし、第二燃料流路を開状態に維持する。すなわち、第二制御部は上述の分圧抵抗構成となっている。   The second control unit is a circuit for supplying a second current from the second power source unit to the second injector from the second power source unit, and a second switch unit for switching opening and closing of the circuit and a second switch unit in the circuit And a second circuit having a voltage dividing resistor connected in series with the injector. The second control unit closes the second switch unit and closes the second circuit, thereby setting the second current flowing in the second injector to a second predetermined value and opening the second fuel flow path. To maintain. That is, the second control unit has the above-described voltage dividing resistor configuration.

すなわち本発明では、チョッパ制御構成である第一制御部によって開状態に維持される第一燃料流路(及び第一インジェクタ)と、分圧抵抗構成である第二制御部によって開状態に維持される第二燃料流路(及び第二インジェクタ)とを有している。二つのインジェクタの動作を全て同じ構成(チョッパ制御構成又は分圧抵抗構成)の制御部によって制御するのではなく、互いに異なる構成の制御部によって制御する。   That is, in the present invention, the first fuel flow path (and the first injector) maintained in the open state by the first control unit having the chopper control configuration and the second control unit having the voltage dividing resistance configuration are maintained in the open state. A second fuel flow path (and a second injector). The operation of the two injectors is not controlled by the control unit having the same configuration (chopper control configuration or voltage dividing resistor configuration), but is controlled by control units having different configurations.

このため、全ての制御部をチョッパ制御構成とした場合に比べて装置を小型化し、更に部品点数を低減することができる。また、全ての制御部を分圧抵抗構成とした場合に比べて、分圧抵抗を電流が通過することによって生じる無駄な消費電力の発生を抑制することとができる。   For this reason, compared with the case where all the control parts are made into a chopper control configuration, the apparatus can be miniaturized and the number of parts can be further reduced. In addition, it is possible to suppress generation of useless power consumption caused by current passing through the voltage dividing resistors, compared to a case where all the control units are configured as voltage dividing resistors.

また本発明に係る燃料電池システムでは、負荷からの要求電力に基づいて前記燃料電池が発電する電力の大きさを制御するものであって、前記要求電力が所定値以下の場合においては、前記第二インジェクタを常に閉状態とし、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給は前記第一燃料流路のみから行うことも好ましい。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, the amount of electric power generated by the fuel cell is controlled based on the required power from the load, and when the required power is a predetermined value or less, the first It is also preferable that the two injectors are always closed and the fuel gas is supplied to the fuel cell only from the first fuel flow path.

この好ましい態様では、負荷からの要求電力が所定以下の場合においては、第二インジェクタを常に閉状態とし、燃料電池に対する燃料ガスの供給は、第一燃料流路のみから行う。すなわち、燃料電池への燃料ガスの供給は優先的に第一燃料流路から行うこととし、要求電力が所定よりも大きい場合においてのみ、第二燃料流路からの燃料ガスの供給を行う。これにより、第二燃料流路を開状態とする頻度、すなわち、第二インジェクタに保持電流を供給して開状態を保持する頻度が低くなるため、分圧抵抗を電流が通過することにより消費されてしまうエネルギーが低減される。その結果、燃料電池システムにおける燃料の利用効率を更に向上させることができる。   In this preferred embodiment, when the required power from the load is less than or equal to the predetermined value, the second injector is always closed, and the fuel gas is supplied to the fuel cell only from the first fuel flow path. That is, the fuel gas is supplied to the fuel cell preferentially from the first fuel flow path, and the fuel gas is supplied from the second fuel flow path only when the required power is larger than a predetermined value. As a result, the frequency at which the second fuel flow path is opened, that is, the frequency at which the holding current is supplied to the second injector to maintain the open state is reduced, and therefore, the current is consumed when the current passes through the voltage dividing resistor. Energy is reduced. As a result, the fuel utilization efficiency in the fuel cell system can be further improved.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記第一インジェクタを、前記第一燃料流路において互いに並列に接続された状態で複数個備えており、それぞれの前記第一インジェクタに対応した複数個の前記第一制御部を備えていることも好ましい。   The fuel cell system according to the present invention includes a plurality of the first injectors connected in parallel with each other in the first fuel flow path, and a plurality of the first injectors corresponding to the first injectors. It is also preferable to have a first control unit.

この好ましい態様では、互いに並列に接続された第一インジェクタを複数個備えており、それぞれの第一インジェクタの動作を個別に制御することができる。このため、弁体の開閉駆動を行って燃料ガスを通過させる第一インジェクタの本数を、要求電力に基づいて適宜変更するような制御を行い、燃料電池に対する燃料ガスの供給量を広い範囲で調整することができる。   In this preferred embodiment, a plurality of first injectors connected in parallel to each other are provided, and the operation of each first injector can be individually controlled. For this reason, the number of first injectors that allow the fuel gas to pass through by opening and closing the valve body is controlled based on the required power, and the amount of fuel gas supplied to the fuel cell is adjusted over a wide range. can do.

また本発明に係る燃料電池システムでは、前記第二インジェクタを、前記第二燃料流路において互いに並列に接続された状態で複数個備えており、それぞれの前記第二インジェクタに対応した複数個の前記第二制御部を備えていることも好ましい。   The fuel cell system according to the present invention further includes a plurality of the second injectors connected in parallel to each other in the second fuel flow path, and a plurality of the second injectors corresponding to the second injectors. It is also preferable to include a second control unit.

この好ましい態様では、互いに並列に接続された第二インジェクタを複数個備えており、それぞれの第二インジェクタの動作を個別に制御することができる。このため、弁体の開閉駆動を行って燃料ガスを通過させる第二インジェクタの個数を、要求電力に基づいて適宜変更するような制御を行い、燃料電池に対する燃料ガスの供給量を広い範囲で調整することができる。   In this preferred embodiment, a plurality of second injectors connected in parallel to each other are provided, and the operation of each of the second injectors can be individually controlled. For this reason, the number of second injectors that allow the fuel gas to pass through by opening and closing the valve body is appropriately controlled based on the required power, and the amount of fuel gas supplied to the fuel cell is adjusted over a wide range. can do.

本発明によれば、制御装置の大型化を抑え、且つ消費電力の増加を抑制しながら、複数のインジェクタの動作を制御することが可能な燃料電池システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can control operation | movement of a several injector can be provided, suppressing the enlargement of a control apparatus and suppressing the increase in power consumption.

本発明の一実施形態である燃料電池システムの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the fuel cell system which is one Embodiment of this invention. 図1に示した燃料電池システムの、制御装置の一部の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of a part of control apparatus of the fuel cell system shown in FIG. 図1に示した燃料電池システムの、制御装置の一部の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of a part of control apparatus of the fuel cell system shown in FIG. 図1に示した燃料電池システムにおいて、インジェクタに供給される電流の時間変化を示すグラフである。2 is a graph showing a change with time of current supplied to an injector in the fuel cell system shown in FIG. 1. 図1に示した燃料電池システムにおいて、インジェクタに供給される電流の時間変化を示すグラフである。2 is a graph showing a change with time of current supplied to an injector in the fuel cell system shown in FIG. 1.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

図1は、本発明の一実施形態である燃料電池システム10の構成を示す図である。燃料電池システム10は、例えば燃料電池車両に搭載される車載電源システム等として機能するものであり、反応ガス(燃料ガス、酸化剤ガス)の供給を受けて発電する燃料電池スタック20と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池スタック20に供給するための酸化剤ガス供給系30と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック20に供給するための燃料ガス供給系40と、システム全体を統括制御する制御装置CTRとを備えている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 functions as, for example, an in-vehicle power supply system mounted on a fuel cell vehicle, and includes a fuel cell stack 20 that generates power upon receiving a supply of a reaction gas (fuel gas, oxidant gas), an oxidant An oxidant gas supply system 30 for supplying air as gas to the fuel cell stack 20, a fuel gas supply system 40 for supplying hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell stack 20, and overall control of the entire system And a control device CTR.

燃料電池スタック20は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック20では、アノード極において(1)式の酸化反応が生じ、カソード極において(2)式の還元反応が生じる。燃料電池スタック20全体としては(3)式の起電反応が生じる。   The fuel cell stack 20 is a solid polymer electrolyte cell stack formed by stacking a large number of cells in series. In the fuel cell stack 20, the oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode, and the reduction reaction of the equation (2) occurs at the cathode electrode. In the fuel cell stack 20 as a whole, the electromotive reaction of the formula (3) occurs.

H2 → 2H++2e- …(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
H2+(1/2)O2 → H2O …(3)
H2 → 2H ++ 2e- (1)
(1/2) O2 + 2H ++ 2e-> H2O (2)
H2 + (1/2) O2 → H2O (3)

酸化剤ガス供給系30は、燃料電池スタック20のカソード極に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路33と、燃料電池スタック20から排出される酸化剤オフガスが流れる酸化剤オフガス流路34とを有している。酸化剤ガス流路33には、フィルタ31を介して大気中から酸化剤ガスを取り込むエアコンプレッサ32と、燃料電池スタック20への酸化剤ガス供給を遮断するための遮断弁A1とが設けられている。酸化剤オフガス流路34には、燃料電池スタック20からの酸化剤オフガス排出を遮断するための遮断弁A2と、酸化剤ガス供給圧を調整するための背圧調整弁A3とが設けられている。   The oxidant gas supply system 30 includes an oxidant gas flow path 33 through which an oxidant gas supplied to the cathode electrode of the fuel cell stack 20 flows, and an oxidant off gas flow path through which an oxidant off gas discharged from the fuel cell stack 20 flows. 34. The oxidant gas flow path 33 is provided with an air compressor 32 that takes in the oxidant gas from the atmosphere via the filter 31 and a shutoff valve A1 for shutting off the oxidant gas supply to the fuel cell stack 20. Yes. The oxidant off-gas flow path 34 is provided with a shut-off valve A2 for shutting off the oxidant off-gas discharge from the fuel cell stack 20, and a back pressure adjusting valve A3 for adjusting the oxidant gas supply pressure. .

燃料ガス供給系40は、燃料ガス供給源41と、燃料ガス供給源41から燃料電池スタック20のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路43と、燃料電池スタック20から排出される燃料オフガスを燃料ガス流路43に帰還させるための循環流路44と、循環流路44内の燃料オフガスを燃料ガス流路43に圧送する循環ポンプ45と、循環流路44に分岐接続される排気排水流路46とを有している。   The fuel gas supply system 40 is discharged from the fuel gas supply source 41, the fuel gas flow path 43 through which the fuel gas supplied from the fuel gas supply source 41 to the anode electrode of the fuel cell stack 20 flows, and the fuel cell stack 20. A circulation passage 44 for returning the fuel off-gas to the fuel gas passage 43, a circulation pump 45 for pressure-feeding the fuel off-gas in the circulation passage 44 to the fuel gas passage 43, and a branch connection to the circulation passage 44. And an exhaust drainage channel 46.

燃料ガス供給源41は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧(例えば、35MPa乃至70MPa)の水素ガスを貯留する。遮断弁H1を開くと、燃料ガス供給源41から燃料ガス流路43に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータH2やインジェクタINJ1、INJ2、INJ3により、例えば、200kPa程度まで減圧されて、燃料電池スタック20に供給される。尚、燃料ガス供給源41は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。   The fuel gas supply source 41 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores high-pressure (for example, 35 MPa to 70 MPa) hydrogen gas. When the shut-off valve H1 is opened, the fuel gas flows out from the fuel gas supply source 41 into the fuel gas passage 43. The fuel gas is decompressed to, for example, about 200 kPa by the regulator H2 and injectors INJ1, INJ2, and INJ3, and supplied to the fuel cell stack 20. The fuel gas supply source 41 includes a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel, and a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state. It may be configured.

燃料ガス流路43には、燃料ガス供給源41からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための遮断弁H1と、燃料ガスの圧力を調整するレギュレータH2と、燃料電池スタック20への燃料ガス供給量を制御する三つのインジェクタINJ1、INJ2、INJ3と、燃料電池スタック20への燃料ガス供給を遮断するための遮断弁H3と、圧力センサ73、74とが設けられている。   In the fuel gas flow path 43, a shutoff valve H1 for shutting off or permitting the supply of the fuel gas from the fuel gas supply source 41, a regulator H2 for adjusting the pressure of the fuel gas, and a fuel gas to the fuel cell stack 20 are provided. Three injectors INJ1, INJ2, and INJ3 for controlling the supply amount, a shutoff valve H3 for shutting off the fuel gas supply to the fuel cell stack 20, and pressure sensors 73 and 74 are provided.

レギュレータH2は、その上流側圧力(一次圧)を予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の上流側にレギュレータH2を配置することにより、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の機械的構造(弁体、筺体、流路、駆動装置等)の設計自由度を高めることができる。   The regulator H2 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure, and includes, for example, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure. The mechanical pressure reducing valve has a housing in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. It has a configuration for the next pressure. By arranging the regulator H2 on the upstream side of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3, the upstream pressure of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 can be effectively reduced. For this reason, the design freedom of the mechanical structures (valves, housings, flow paths, driving devices, etc.) of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 can be increased.

また、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタINJ1、INJ2、INJ3の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の応答性の低下を抑制することができる。   Further, since the upstream pressure of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 can be reduced, the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 are caused by the increase in the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3. It is possible to prevent the valve body from becoming difficult to move. Therefore, it is possible to widen the adjustable pressure width of the downstream pressure of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3, and it is possible to suppress a decrease in responsiveness of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3.

燃料ガス流路43は、その一部が互いに並列な3つの流路431、432、433に分かれており、流路431、432、433にはその閉状態と開状態とを切り換える電磁弁として、それぞれインジェクタINJ1、INJ2、INJ3が配置されている。インジェクタINJ1、INJ2、INJ3は、いずれも、燃料ガスを噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その燃料ガスを噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向(気体流れ方向)に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。   The fuel gas flow path 43 is divided into three flow paths 431, 432, and 433 that are partially parallel to each other, and the flow paths 431, 432, and 433 are electromagnetic valves that switch between a closed state and an open state. Injectors INJ1, INJ2, and INJ3 are arranged, respectively. Each of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 includes a valve seat having an injection hole for injecting fuel gas, a nozzle body that supplies and guides the fuel gas to the injection hole, and an axial direction (gas) with respect to the nozzle body. And a valve body that is accommodated and held so as to be movable in the flow direction) and opens and closes the injection hole.

インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の弁体は、それぞれ電磁駆動装置であるソレノイドL1、L2、L3により駆動される。ソレノイドL1、L2、L3に制御装置CTRから供給される電流によって、それぞれの噴射孔の開閉を個別に切り替えることができる。例えば、インジェクタINJ1のソレノイドL1に電流が供給されると、弁体が弁座から離隔して噴射孔が開き、流路431が開状態となる。一方、電流の供給が停止されると、弁体が弁座に当接して噴射孔が閉じ、流路431が閉状態となる。   The valve bodies of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 are driven by solenoids L1, L2, and L3, which are electromagnetic driving devices, respectively. The opening and closing of each injection hole can be individually switched by the current supplied from the control device CTR to the solenoids L1, L2, and L3. For example, when a current is supplied to the solenoid L1 of the injector INJ1, the valve body is separated from the valve seat, the injection hole is opened, and the flow path 431 is opened. On the other hand, when the supply of current is stopped, the valve body comes into contact with the valve seat, the injection hole is closed, and the flow path 431 is closed.

制御装置CTRは、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3における上記のような開閉動作を個別に制御する。インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の開閉をそれぞれ所定の周期で繰り返すように制御することで、燃料ガス流路43を通過する燃料ガスの流量を調整する。流路431、432、433を通過する燃料ガスの流量は、それぞれ、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の開閉周期を適宜変更することにより調整される。   The control device CTR individually controls the opening / closing operation as described above in the injectors INJ1, INJ2, and INJ3. The flow rate of the fuel gas passing through the fuel gas flow path 43 is adjusted by controlling the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 to be repeatedly opened and closed at a predetermined cycle. The flow rates of the fuel gas passing through the flow paths 431, 432, and 433 are adjusted by appropriately changing the open / close cycle of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3.

制御装置CTRは、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の上流側における燃料ガスの圧力を圧力センサ73により計測し、下流側における燃料ガスの圧力を圧力センサ74により計測している。制御装置CTRは、これらにより計測された圧力に基づいて、流路431、432、433を通過する燃料ガスの流量が所定の流量となるように、インジェクタINJ1、INJ2、INJ3の開閉周期を決定する。   The control device CTR measures the pressure of the fuel gas on the upstream side of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 with the pressure sensor 73, and measures the pressure of the fuel gas on the downstream side with the pressure sensor 74. The control device CTR determines the opening / closing cycle of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 so that the flow rate of the fuel gas passing through the flow paths 431, 432, and 433 becomes a predetermined flow rate based on the pressure measured by these. .

また、制御装置CTRは、常に三個のインジェクタ全てを通じて燃料ガスを供給するのではなく、要求負荷に応じて、一部のインジェクタを閉状態とするような制御を行う。例えば、要求負荷が小さい場合には、二個のインジェクタを閉状態とし、残り一個のインジェクタを開閉駆動することによって、燃料電池スタック20に供給する燃料ガスの流量を調整する。一方、要求負荷が大きい場合には、三個のインジェクタ全てを開閉駆動することによって、燃料電池スタック20に供給する燃料ガスの流量を調整する。このように、燃料ガスの供給を行うために動作させるインジェクタの個数を適宜変更することにより、燃料ガス流路43を通過する燃料ガスの流量を広い範囲で調整することができる。   Further, the control device CTR does not always supply fuel gas through all three injectors, but performs control such that some of the injectors are closed according to the required load. For example, when the required load is small, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 20 is adjusted by closing the two injectors and opening and closing the remaining one injector. On the other hand, when the required load is large, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 20 is adjusted by opening and closing all three injectors. As described above, the flow rate of the fuel gas passing through the fuel gas flow path 43 can be adjusted in a wide range by appropriately changing the number of injectors operated to supply the fuel gas.

循環流路44には、燃料電池スタック20からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁H4と、循環流路44から分岐する排気排水流路46とが接続されている。排気排水流路46には、排気排水弁H5が配設されている。排気排水弁H5は、制御装置CTRからの指令によって作動することにより、循環流路44内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁H5の開弁により、循環流路44内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。   The circulation passage 44 is connected to a shutoff valve H4 for shutting off the fuel off-gas discharge from the fuel cell stack 20 and an exhaust drainage passage 46 branched from the circulation passage 44. An exhaust / drain valve H5 is disposed in the exhaust / drain passage 46. The exhaust / drain valve H5 is operated according to a command from the control device CTR, and thereby discharges the fuel off-gas containing impurities in the circulation passage 44 and moisture to the outside. By opening the exhaust / drain valve H5, the concentration of impurities in the fuel off-gas in the circulation passage 44 is reduced, and the hydrogen concentration in the fuel off-gas circulating in the circulation system can be increased.

排気排水弁H5を介して排出される燃料オフガスは、酸化剤オフガス流路34を流れる酸化剤オフガスと混合され、希釈器(図示せず)によって希釈される。循環ポンプ45は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック20に循環供給する。   The fuel off-gas discharged through the exhaust / drain valve H5 is mixed with the oxidant off-gas flowing through the oxidant off-gas passage 34 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump 45 circulates and supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell stack 20 by driving the motor.

制御装置CTRは、CPU61、ROM、RAM、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム10の各部を制御する。例えば、制御装置CTRは、燃料電池車両のアクセルセンサから出力されるアクセル開度信号などを基に、負荷からの要求電力を求める。すなわち、制御装置CTRは、要求電力を検知する要求電力検知手段としての機能を備えている。制御装置CTRは、要求電力に基づいて燃料電池スタック20の目標電力を決定し、燃料電池スタック20の発電電力が目標電力に一致するように、酸化剤ガス供給系30及び燃料ガス供給系40を制御する。   The control device CTR is a computer system including a CPU 61, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and controls each part of the fuel cell system 10. For example, the control device CTR obtains the required power from the load based on an accelerator opening signal output from an accelerator sensor of the fuel cell vehicle. That is, the control device CTR has a function as required power detection means for detecting required power. The control device CTR determines the target power of the fuel cell stack 20 based on the required power, and sets the oxidant gas supply system 30 and the fuel gas supply system 40 so that the generated power of the fuel cell stack 20 matches the target power. Control.

次に、制御装置CTRによるインジェクタINJ1、INJ2、INJ3の制御について詳しく説明する。制御装置CTRは、インジェクタINJ1の動作を制御するための第一制御部CTR1と、インジェクタINJ2の動作を制御するための第二制御部CTR2と、インジェクタINJ3の動作を制御するための第三制御部CTR3とを有している。   Next, control of the injectors INJ1, INJ2, and INJ3 by the control device CTR will be described in detail. The control device CTR includes a first control unit CTR1 for controlling the operation of the injector INJ1, a second control unit CTR2 for controlling the operation of the injector INJ2, and a third control unit for controlling the operation of the injector INJ3. CTR3.

先ず、図2を参照しながら、インジェクタINJ1の動作を制御する第一制御部CTR1の構成について説明する。図2は、制御装置CTRの一部の構成を示した図であって、第一制御部CTR1の具体的な構成を示している。図2に示したように、第一制御部CTR1は、CPU61から受ける制御信号に基づいて、インジェクタINJ1のソレノイドL1に対して電流を供給する部分である。   First, the configuration of the first control unit CTR1 that controls the operation of the injector INJ1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a partial configuration of the control device CTR, and illustrates a specific configuration of the first control unit CTR1. As shown in FIG. 2, the first control unit CTR1 is a part that supplies current to the solenoid L1 of the injector INJ1 based on a control signal received from the CPU 61.

第一制御部CTR1は、バッテリに繋がる電流経路であるバッテリラインBAT1を備えており、バッテリラインBAT1からスイッチング素子PF1、ソレノイドL1、スイッチング素子IF1へと繋がる電流経路である第一突入回路と、バッテリラインBAT1からスイッチング素子PF1、ソレノイドL1、スイッチング素子KF1へと繋がる電流経路である第一保持回路とにより構成されている。尚、上記バッテリは所定の電圧を出力する蓄電装置であって、ソレノイドL1に供給される電流の供給源である。   The first control unit CTR1 includes a battery line BAT1 which is a current path connected to the battery, a first inrush circuit which is a current path connected from the battery line BAT1 to the switching element PF1, the solenoid L1, and the switching element IF1, and the battery. A first holding circuit which is a current path connected from the line BAT1 to the switching element PF1, the solenoid L1, and the switching element KF1. The battery is a power storage device that outputs a predetermined voltage, and is a supply source of current supplied to the solenoid L1.

スイッチング素子PF1は、Nチャネル型FET(電界効果トランジスタ)であって、バッテリラインBAT1からソレノイドL1へと繋がる電流経路の開閉を行うために配置されたスイッチング素子である。制御装置CTRは、CPU61からの制御信号を増幅器62で増幅してからスイッチング素子PF1のゲート端子に入力することで、スイッチング素子PF1のゲート/ソース間電圧を変化させ、その開閉を制御する。燃料電池システム10の運転中においては、非常停止時を除き、スイッチング素子PF1は常に閉状態となっている。   The switching element PF1 is an N-channel FET (field effect transistor), and is a switching element arranged to open and close a current path that leads from the battery line BAT1 to the solenoid L1. The control device CTR amplifies the control signal from the CPU 61 by the amplifier 62 and then inputs it to the gate terminal of the switching element PF1, thereby changing the gate-source voltage of the switching element PF1 and controlling its opening and closing. During operation of the fuel cell system 10, the switching element PF1 is always closed except during an emergency stop.

スイッチング素子IF1及びスイッチング素子KF1も、スイッチング素子PF1と同様なNチャネル型FET(電界効果トランジスタ)である。それぞれ、ソレノイドL1と接地部GNDとの間において互いに並列に接続されている。   The switching element IF1 and the switching element KF1 are also N-channel FETs (field effect transistors) similar to the switching element PF1. Each of them is connected in parallel between the solenoid L1 and the ground portion GND.

制御装置CTRは、CPU61からの制御信号を増幅器63で増幅してからスイッチング素子IF1のゲート端子に入力することで、スイッチング素子IF1のゲート/ソース間電圧を変化させ、その開閉を制御する。同様に、制御装置CTRは、CPU61からの制御信号を増幅器64で増幅してからスイッチング素子KF1のゲート端子に入力することで、スイッチング素子KF1のゲート/ソース間電圧を変化させ、その開閉を制御する。   The control device CTR amplifies the control signal from the CPU 61 by the amplifier 63 and then inputs it to the gate terminal of the switching element IF1, thereby changing the gate-source voltage of the switching element IF1 and controlling its opening and closing. Similarly, the control device CTR amplifies the control signal from the CPU 61 by the amplifier 64 and then inputs it to the gate terminal of the switching element KF1, thereby changing the gate-source voltage of the switching element KF1 and controlling its opening and closing. To do.

スイッチング素子KF1と接地部GNDとの間には、電流計測用抵抗IRが配置されている。電流計測用抵抗IRは、その両端が増幅器65に接続されており、電流計測用抵抗IRの両端の電位差(電位降下量)が増幅器65に入力される。増幅器65は、電流計測用抵抗IRの両端における電位差を測定し、この電位差を増幅して得られた信号をCPU61に入力する。かかる電位差は、電流計測用抵抗IRを通過する電流に比例するものであるから、電流計測用抵抗IRと増幅器65とは、ソレノイドL1からスイッチング素子KF1へと流れる電流を計測するための電流計測手段として機能するものである。すなわち、CPU61には、電流計測用抵抗IRを流れる電流の大きさが増幅器65から入力される。   A current measuring resistor IR is disposed between the switching element KF1 and the ground portion GND. Both ends of the current measuring resistor IR are connected to the amplifier 65, and a potential difference (potential drop amount) between both ends of the current measuring resistor IR is input to the amplifier 65. The amplifier 65 measures a potential difference at both ends of the current measurement resistor IR and inputs a signal obtained by amplifying the potential difference to the CPU 61. Since this potential difference is proportional to the current passing through the current measuring resistor IR, the current measuring resistor IR and the amplifier 65 are current measuring means for measuring the current flowing from the solenoid L1 to the switching element KF1. It functions as. That is, the magnitude of the current flowing through the current measurement resistor IR is input to the CPU 61 from the amplifier 65.

インジェクタINJ1が閉状態(流路431が閉状態)のときにおいては、スイッチング素子IF1及びスイッチング素子KF1はいずれも開状態となっている。すなわち、第一突入回路、第一保持回路は、いずれも回路が開いており、ソレノイドL1に電流が流れていない状態となっている。   When the injector INJ1 is in the closed state (the flow path 431 is in the closed state), both the switching element IF1 and the switching element KF1 are in the open state. That is, the first inrush circuit and the first holding circuit are both open, and no current flows through the solenoid L1.

続いて、インジェクタINJ1を閉状態から開状態に切り替えるときにおいては、まずスイッチング素子IF1のみを閉状態とし、第一突入回路を閉じることによって、バッテリラインBAT1からソレノイドL1に電流が供給される。   Subsequently, when the injector INJ1 is switched from the closed state to the open state, first, only the switching element IF1 is closed, and the first inrush circuit is closed, whereby current is supplied from the battery line BAT1 to the solenoid L1.

このとき、ソレノイドL1に供給される電流Iの時間変化を図4に示した。時刻t0においてスイッチング素子IF1が閉状態とされた後、ソレノイドL1のインダクタンスの影響を受けながら、電流Iは時間と共に上昇している。電流Iの大きさがI1を超えると、インジェクタINJ1の弁体が電磁力を受けて駆動され、弁座から離隔した位置へと移動する。このため時刻t1においては、インジェクタINJ1が開状態となり、流路431を通じて燃料ガスが燃料電池スタック20に供給される。   At this time, the time change of the current I supplied to the solenoid L1 is shown in FIG. After the switching element IF1 is closed at time t0, the current I increases with time while being influenced by the inductance of the solenoid L1. When the magnitude of the current I exceeds I1, the valve body of the injector INJ1 is driven by electromagnetic force and moves to a position separated from the valve seat. Therefore, at the time t1, the injector INJ1 is opened, and the fuel gas is supplied to the fuel cell stack 20 through the flow path 431.

その後、時刻t1から時刻t2までの期間において、インジェクタINJ1が開状態に維持されるが、その間にソレノイドL1に供給される電流Iは、I1よりも低い電流(I2)でよい。これは、インジェクタINJ1の弁体を、弁座に当接した位置から離隔した位置まで移動させるためには、静止摩擦力や慣性力に抗するための大きな電磁力が必要となるのに対し、その後、インジェクタINJ1の弁体を弁座から離隔した位置に保持するためには、(弁体の移動を伴わないので)静止摩擦力や慣性力に抗する力は不要であり、必要な電磁力が小さいからである。従って、本実施形態では、時刻t1以降にソレノイドL1に供給される電流をI2にまで低減し、インジェクタINJ1の動作に要する電力を低減している。   Thereafter, in the period from time t1 to time t2, the injector INJ1 is maintained in the open state, but the current I supplied to the solenoid L1 during that period may be a current (I2) lower than I1. This is because, in order to move the valve body of the injector INJ1 from the position in contact with the valve seat to a position separated from the valve seat, a large electromagnetic force is required to resist static frictional force and inertial force. Thereafter, in order to hold the valve body of the injector INJ1 at a position separated from the valve seat, no force against static frictional force or inertial force is required (because the valve body does not move), and the necessary electromagnetic force Is small. Therefore, in this embodiment, the current supplied to the solenoid L1 after time t1 is reduced to I2, and the power required for the operation of the injector INJ1 is reduced.

具体的に説明すると、CPU61は、時刻t1においてスイッチング素子IF1を開くような制御信号を増幅器63に発する。このため、図4のようにソレノイドL1に供給される電流Iは時刻t1から低下し始める。   More specifically, the CPU 61 issues a control signal to the amplifier 63 so as to open the switching element IF1 at time t1. For this reason, as shown in FIG. 4, the current I supplied to the solenoid L1 starts to decrease from time t1.

ここで、電流計測用抵抗IRを流れる電流、すなわちソレノイドL1を流れる電流の大きさは、増幅器65からCPU61に入力されている。CPUはかかる電流の大きさに基づいて、ソレノイドL1に供給される電流Iの大きさがI2に略一致するように、スイッチング素子KF1の動作を制御する。   Here, the current flowing through the current measurement resistor IR, that is, the magnitude of the current flowing through the solenoid L1 is input from the amplifier 65 to the CPU 61. Based on the magnitude of the current, the CPU controls the operation of the switching element KF1 so that the magnitude of the current I supplied to the solenoid L1 substantially matches I2.

電流Iが低下してI2を下回ると、CPU61はスイッチング素子KF1を閉じるような制御信号を増幅器64に発する。第一保持回路が閉じられるため、電流Iが再び増加し始める。その後、電流Iが増加してI2を上回ると、CPU61はスイッチング素子KF1を開くような制御信号を増幅器64に発する。第一保持回路が開かれるため、電流Iが再び減少し始める。このように、スイッチング素子KF1の開閉動作を高速で繰り返す、所謂チョッパ制御が行われるため、図4に示したように、時刻t1から時刻t2までの期間においては、ソレノイドL1に供給される電流Iの大きさはI2に略一致し、I2付近で脈動するような電流となる。尚、本実施形態においては省略しているが、第一制御部CTR1とソレノイドL1との間にコンデンサ等からなるノイズフィルタ回路を設けることにより、かかる脈動を除去することが望ましい。   When the current I decreases and falls below I2, the CPU 61 issues a control signal to the amplifier 64 so as to close the switching element KF1. Since the first holding circuit is closed, the current I begins to increase again. Thereafter, when the current I increases and exceeds I2, the CPU 61 issues a control signal to the amplifier 64 to open the switching element KF1. Since the first holding circuit is opened, the current I begins to decrease again. In this way, so-called chopper control is performed in which the switching operation of the switching element KF1 is repeated at a high speed, so that the current I supplied to the solenoid L1 during the period from time t1 to time t2 as shown in FIG. Is substantially equal to I2 and becomes a current that pulsates in the vicinity of I2. Although omitted in the present embodiment, it is desirable to remove such pulsation by providing a noise filter circuit including a capacitor or the like between the first control unit CTR1 and the solenoid L1.

以上のように、インジェクタINJ1の動作を制御する第一制御部CTR1は、電流Iの供給源であるバッテリ(第一電源部)と、バッテリからインジェクタINJ1に電流Iを供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り換えるスイッチング素子KF1(第一スイッチ部)を有する第一保持回路(第一回路)と、を有している。第一制御部CTR1は、スイッチング素子KF1の開閉動作を高速で繰り返すチョッパ制御を行うことにより、インジェクタINJ1に流れる電流I(第一電流)の大きさをI2(第一所定値)とする機能を有している。   As described above, the first control unit CTR1 that controls the operation of the injector INJ1 is a circuit that supplies the current I to the injector INJ1 from the battery (first power supply unit) that is a supply source of the current I. And a first holding circuit (first circuit) having a switching element KF1 (first switch part) for switching between opening and closing of the circuit. The first control unit CTR1 has a function of setting the magnitude of the current I (first current) flowing through the injector INJ1 to I2 (first predetermined value) by performing chopper control that repeatedly opens and closes the switching element KF1 at high speed. Have.

次に、図3を参照しながら、インジェクタINJ2の動作を制御する第二制御部CTR2の構成について説明する。図3は、制御装置CTRの一部の構成を示した図であって、第二制御部CTR2の具体的な構成を示している。図3に示したように、第二制御部CTR2は、CPU61から受ける制御信号に基づいて、インジェクタINJ2のソレノイドL2に対して電流を供給する部分である。尚、インジェクタINJ3の動作を制御する第三制御部CTR3については、以下に説明する第二制御部CTR2の構成と同一であるため、その説明を省略する。   Next, the configuration of the second control unit CTR2 that controls the operation of the injector INJ2 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a partial configuration of the control device CTR, and illustrates a specific configuration of the second control unit CTR2. As shown in FIG. 3, the second control unit CTR2 is a part that supplies current to the solenoid L2 of the injector INJ2 based on a control signal received from the CPU 61. The third control unit CTR3 that controls the operation of the injector INJ3 is the same as the configuration of the second control unit CTR2 described below, and thus the description thereof is omitted.

第二制御部CTR2は、バッテリに繋がる電流経路であるバッテリラインBAT2を備えており、バッテリラインBAT2からスイッチング素子PF2、ソレノイドL2、スイッチング素子IF2へと繋がる電流経路である第二突入回路と、バッテリラインBAT2からスイッチング素子PF2、ソレノイドL2、分圧抵抗SR、スイッチング素子KF2へと繋がる電流経路である第二保持回路とにより構成されている。尚、上記バッテリは所定の電圧を出力する蓄電装置であって、ソレノイドL2に供給される電流の供給源である。   The second control unit CTR2 includes a battery line BAT2 which is a current path connected to the battery, a second inrush circuit which is a current path connected from the battery line BAT2 to the switching element PF2, the solenoid L2, and the switching element IF2, and the battery. The second holding circuit which is a current path connected from the line BAT2 to the switching element PF2, the solenoid L2, the voltage dividing resistor SR, and the switching element KF2. The battery is a power storage device that outputs a predetermined voltage, and is a source of current supplied to the solenoid L2.

スイッチング素子PF2は、Nチャネル型FET(電界効果トランジスタ)であって、バッテリラインBAT2からソレノイドL2へと繋がる電流経路の開閉を行うために配置されたスイッチング素子である。制御装置CTRは、CPU61からの制御信号を増幅器66で増幅してからスイッチング素子PF2のゲート端子に入力することで、スイッチング素子PF2のゲート/ソース間電圧を変化させ、その開閉を制御する。燃料電池システム10の運転中においては、非常停止時を除き、スイッチング素子PF2は常に閉状態となっている。   The switching element PF2 is an N-channel FET (field effect transistor), and is a switching element arranged to open and close a current path that leads from the battery line BAT2 to the solenoid L2. The control device CTR amplifies the control signal from the CPU 61 with the amplifier 66 and then inputs it to the gate terminal of the switching element PF2, thereby changing the gate-source voltage of the switching element PF2 and controlling its opening and closing. During operation of the fuel cell system 10, the switching element PF2 is always closed except during an emergency stop.

スイッチング素子IF2及びスイッチング素子KF2も、スイッチング素子PF2と同様なNチャネル型FET(電界効果トランジスタ)である。それぞれ、ソレノイドL2と接地部GNDとの間において互いに並列に接続されている。   The switching element IF2 and the switching element KF2 are also N-channel FETs (field effect transistors) similar to the switching element PF2. Each of them is connected in parallel between the solenoid L2 and the ground portion GND.

制御装置CTRは、CPU61からの制御信号を増幅器67で増幅してからスイッチング素子IF2のゲート端子に入力することで、スイッチング素子IF2のゲート/ソース間電圧を変化させ、その開閉を制御する。同様に、制御装置CTRは、CPU61からの制御信号を増幅器68で増幅してからスイッチング素子KF2のゲート端子に入力することで、スイッチング素子KF2のゲート/ソース間電圧を変化させ、その開閉を制御する。   The control device CTR amplifies the control signal from the CPU 61 by the amplifier 67 and then inputs it to the gate terminal of the switching element IF2, thereby changing the gate-source voltage of the switching element IF2 and controlling its opening and closing. Similarly, the control device CTR amplifies the control signal from the CPU 61 by the amplifier 68 and then inputs it to the gate terminal of the switching element KF2, thereby changing the gate-source voltage of the switching element KF2 and controlling its opening and closing. To do.

第二保持回路のうち、ソレノイドL2とスイッチング素子KF2との間には、分圧抵抗SRが配置されている。分圧抵抗SRは、一定の抵抗値を有する電気抵抗であって、第二保持回路において、ソレノイドL2と直列に接続されている。   In the second holding circuit, a voltage dividing resistor SR is disposed between the solenoid L2 and the switching element KF2. The voltage dividing resistor SR is an electric resistor having a constant resistance value, and is connected in series with the solenoid L2 in the second holding circuit.

インジェクタINJ2が閉状態(流路432が閉状態)のときにおいては、スイッチング素子IF2及びスイッチング素子KF2はいずれも開状態となっている。すなわち、第二突入回路、第二保持回路は、いずれも回路が開いており、ソレノイドL2に電流が流れていない状態となっている。   When the injector INJ2 is in the closed state (the flow path 432 is in the closed state), both the switching element IF2 and the switching element KF2 are in the open state. That is, both the second inrush circuit and the second holding circuit are open, and no current flows through the solenoid L2.

続いて、インジェクタINJ2を閉状態から開状態に切り替えるときにおいては、まずスイッチング素子IF2のみを閉状態とし、第二突入回路を閉じることによって、バッテリラインBAT2からソレノイドL2に電流が供給される。   Subsequently, when switching the injector INJ2 from the closed state to the open state, first, only the switching element IF2 is closed, and the second inrush circuit is closed, whereby current is supplied from the battery line BAT2 to the solenoid L2.

このとき、ソレノイドL2に供給される電流Iの時間変化を図5に示した。時刻t0においてスイッチング素子IF2が閉状態とされた後、ソレノイドL2のインダクタンスの影響を受けながら、電流Iは時間と共に上昇している。電流Iの大きさがI1を超えると、インジェクタINJ2の弁体が電磁力を受けて駆動され、弁座から離隔した位置へと移動する。このため時刻t1においては、インジェクタINJ2が開状態となり、流路432を通じて燃料ガスが燃料電池スタック20に供給される。   At this time, the time change of the current I supplied to the solenoid L2 is shown in FIG. After the switching element IF2 is closed at time t0, the current I increases with time while being influenced by the inductance of the solenoid L2. When the magnitude of the current I exceeds I1, the valve body of the injector INJ2 is driven by electromagnetic force and moves to a position separated from the valve seat. Therefore, at the time t1, the injector INJ2 is opened, and the fuel gas is supplied to the fuel cell stack 20 through the flow path 432.

その後、時刻t1から時刻t2までの期間において、インジェクタINJ2が開状態に維持されるが、その間にソレノイドL2に供給される電流Iは、I1よりも低い電流(I2)でよい。これは、インジェクタINJ2の弁体を、弁座に当接した位置から離隔した位置まで移動させるためには、静止摩擦力や慣性力に抗するための大きな電磁力が必要となるのに対し、その後、インジェクタINJ2の弁体を弁座から離隔した位置に保持するためには、(弁体の移動を伴わないので)静止摩擦力や慣性力に抗する力は不要であり、必要な電磁力が小さいからである。従って、本実施形態では、時刻t1以降にソレノイドL2に供給される電流をI2にまで低減し、インジェクタINJ2の動作に要する電力を低減している。   Thereafter, in the period from time t1 to time t2, the injector INJ2 is maintained in the open state, but the current I supplied to the solenoid L2 during that period may be a current (I2) lower than I1. This is because, in order to move the valve body of the injector INJ2 from the position in contact with the valve seat to a position away from the valve seat, a large electromagnetic force is required to resist the static frictional force and inertial force. Thereafter, in order to hold the valve body of the injector INJ2 at a position separated from the valve seat, no force against static frictional force or inertial force is required (because the valve body does not move), and the necessary electromagnetic force Is small. Therefore, in this embodiment, the current supplied to the solenoid L2 after time t1 is reduced to I2, and the power required for the operation of the injector INJ2 is reduced.

具体的に説明すると、CPU61は、時刻t1においてスイッチング素子IF2を開くような制御信号を増幅器67に発する。同時に、スイッチング素子KF2を閉じるような制御信号を増幅器68に発する。すなわち、第二突入回路は開かれ、第二保持回路が閉じられた状態となる。ここで、第二保持回路においては、ソレノイドL2と直列に分圧抵抗SRが配置されている。このため、第二保持回路に沿った電気抵抗は、第二突入回路に沿った電気抵抗よりも大きくなる。その結果、バッテリラインBAT2からソレノイドL2を経由して接地部GNDに流れる電流Iは、時刻t1から低下し始め、I2まで低下する。換言すれば、第二保持回路に定常的に流れる電流Iの大きさがI2となるように、分圧抵抗SRの抵抗値が予め定められている。   More specifically, the CPU 61 issues a control signal for opening the switching element IF2 to the amplifier 67 at time t1. At the same time, a control signal for closing the switching element KF2 is issued to the amplifier 68. That is, the second inrush circuit is opened and the second holding circuit is closed. Here, in the second holding circuit, a voltage dividing resistor SR is arranged in series with the solenoid L2. For this reason, the electrical resistance along the second holding circuit is larger than the electrical resistance along the second inrush circuit. As a result, the current I flowing from the battery line BAT2 through the solenoid L2 to the ground portion GND starts to decrease from time t1 and decreases to I2. In other words, the resistance value of the voltage dividing resistor SR is determined in advance so that the magnitude of the current I that constantly flows through the second holding circuit is I2.

以上のように、インジェクタINJ2の動作を制御する第二制御部CTR2は、電流Iの供給源であるバッテリ(第二電源部)と、バッテリからインジェクタINJ2に電流Iを供給するため回路であって、当該回路の開閉を切り替えるスイッチング素子KF2(第二スイッチ部)と当該回路においてインジェクタINJ2と直列に接続された分圧抵抗SRとを有する第二保持回路(第二回路)と、を有している。第二制御部CTR2は、スイッチング素子KF2を閉じ、第二保持回路を閉状態とすることによって、インジェクタINJ2に流れる電流I(第二電流)の大きさをI2(第二所定値)とする機能を有している。   As described above, the second control unit CTR2 that controls the operation of the injector INJ2 is a circuit for supplying the current I from the battery (second power supply unit) to the injector INJ2 from the battery. A second holding circuit (second circuit) having a switching element KF2 (second switch part) for switching between opening and closing of the circuit and a voltage dividing resistor SR connected in series with the injector INJ2 in the circuit. Yes. The second controller CTR2 has a function of setting the magnitude of the current I (second current) flowing through the injector INJ2 to I2 (second predetermined value) by closing the switching element KF2 and closing the second holding circuit. have.

すなわち、本実施形態に係る燃料電池システム10では、流路を開状態に維持するためにインジェクタに供給する電流を、スイッチング素子KF1の開閉動作を高速で繰り返すことによって所定の値とするような構成(チョッパ制御構成)の第一制御部CTR1を備えている。また、流路を開状態に維持するためにインジェクタに供給する電流を、当該インジェクタと分圧抵抗SRとを直列に繋いだ回路を閉じることによって所定の値とするような構成(分圧抵抗構成)の第二制御部CTR2及び第三制御部CTR3を備えている。   That is, in the fuel cell system 10 according to the present embodiment, the current supplied to the injector for maintaining the flow path in the open state is set to a predetermined value by repeatedly switching the switching element KF1 at high speed. A first control unit CTR1 (chopper control configuration) is provided. Further, the current supplied to the injector for maintaining the flow path in the open state is set to a predetermined value by closing a circuit connecting the injector and the voltage dividing resistor SR in series (voltage dividing resistor configuration). ) Second control unit CTR2 and third control unit CTR3.

このため、全ての制御部をチョッパ制御構成とした場合に比べて制御装置CTRを小型化し、更に部品点数を低減している。また、全ての制御部を分圧抵抗構成とした場合に比べて、分圧抵抗SRを電流が通過することによって生じる無駄な消費電力の発生を抑制している。   For this reason, the control device CTR is downsized and the number of parts is further reduced as compared with the case where all the control units have a chopper control configuration. Further, as compared with a case where all the control units have a voltage dividing resistor configuration, generation of useless power consumption caused by current passing through the voltage dividing resistor SR is suppressed.

先に説明したように、制御装置CTRは、常に三個のインジェクタ全てを通じて燃料ガスを供給するのではなく、要求負荷に応じて、一部のインジェクタを閉状態とするような制御を行う。   As described above, the control device CTR does not always supply fuel gas through all three injectors, but performs control such that some of the injectors are closed according to the required load.

具体的には、要求負荷が第一所定値よりも小さい場合には、インジェクタINJ2及びインジェクタINJ3を常に閉状態とし、インジェクタINJ1が配置された流路431からのみ、燃料電池スタック20に供給する燃料ガスの供給を行う。すなわち、第一制御部CTR1により制御されるインジェクタINJ1からのみ、燃料ガスの供給を行う。   Specifically, when the required load is smaller than the first predetermined value, the injectors INJ2 and INJ3 are always closed, and the fuel supplied to the fuel cell stack 20 only from the flow path 431 in which the injector INJ1 is disposed. Supply gas. That is, the fuel gas is supplied only from the injector INJ1 controlled by the first control unit CTR1.

要求負荷が第一所定値以上で、且つ第二所定値よりも小さい場合には、インジェクタINJ3は常に閉状態のままとし、インジェクタINJ1が配置された流路431、及び、インジェクタINJ2が配置された流路432から、燃料電池スタック20に供給する燃料ガスの供給を行う。また、要求負荷が第二所定値以上の場合には、インジェクタINJ1が配置された流路431、インジェクタINJ2が配置された流路432、及び、インジェクタINJ3が配置された流路433から、燃料電池スタック20に供給する燃料ガスの供給を行う。   When the required load is equal to or greater than the first predetermined value and smaller than the second predetermined value, the injector INJ3 is always kept closed, and the flow path 431 in which the injector INJ1 is disposed and the injector INJ2 are disposed. The fuel gas supplied to the fuel cell stack 20 is supplied from the flow path 432. In addition, when the required load is equal to or greater than the second predetermined value, the fuel cell includes the flow path 431 in which the injector INJ1 is disposed, the flow path 432 in which the injector INJ2 is disposed, and the flow path 433 in which the injector INJ3 is disposed. The fuel gas supplied to the stack 20 is supplied.

このような制御を行うことにより、流路432及び流路433を開状態とする頻度、すなわち、インジェクタINJ2及びインジェクタINJ3に保持電流を供給して開状態を保持する頻度が低くなるため、分圧抵抗SRを電流Iが通過することにより消費されてしまうエネルギーが低減される。その結果、燃料電池システム10における燃料の利用効率が向上している。   By performing such control, the frequency at which the flow path 432 and the flow path 433 are opened, that is, the frequency at which the holding current is supplied to the injector INJ2 and the injector INJ3 to maintain the open state is reduced. Energy consumed by the current I passing through the resistor SR is reduced. As a result, the fuel utilization efficiency in the fuel cell system 10 is improved.

尚、本実施形態では、分圧抵抗構成である制御部(第二制御部CTR2、第三制御部CTR3)により制御されるインジェクタ(インジェクタINJ2、インジェクタINJ3)を、互いに並列に接続された状態で二個備えた例を説明したが、本発明の実施形態としてはこのような態様に限られず、かかるインジェクタを三個以上並列に備えてもよい。   In this embodiment, the injectors (injectors INJ2 and INJ3) controlled by the control units (second control unit CTR2 and third control unit CTR3) having a voltage dividing resistor configuration are connected in parallel to each other. Although the example provided with two was demonstrated, as embodiment of this invention, it is not restricted to such an aspect, You may provide three or more such injectors in parallel.

また、本実施形態では、チョッパ制御構成である制御部(第一制御部CTR1)により制御されるインジェクタ(インジェクタINJ1)を一個のみ備えた例を説明したが、このようなインジェクタ、及びそれに対応した制御部を複数個並列に備える構成としてもよい。燃料ガスを通過させるインジェクタの個数を要求電力に基づいて適宜変更するような制御を行うにあたっては、互いに個別に制御されるインジェクタの個数が多くなる程、燃料電池に対する燃料ガスの供給量をより広い範囲で調整することができる。   Further, in the present embodiment, an example in which only one injector (injector INJ1) controlled by the control unit (first control unit CTR1) having a chopper control configuration is provided has been described. It is good also as a structure provided with two or more control parts in parallel. When performing control to appropriately change the number of injectors through which fuel gas passes based on the required power, the larger the number of injectors that are controlled individually, the wider the amount of fuel gas supplied to the fuel cell. The range can be adjusted.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate. Moreover, each element with which each embodiment mentioned above is provided can be combined as long as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.

10:燃料電池システム
20:燃料電池スタック
30:酸化剤ガス供給系
31:フィルタ
32:エアコンプレッサ
33:酸化剤ガス流路
34:酸化剤オフガス流路
40:燃料ガス供給系
41:燃料ガス供給源
43:燃料ガス流路
431,432,433:流路
44:循環流路
45:循環ポンプ
46:排気排水流路
62,63,64,65,66,67,68:増幅器
73,74:圧力センサ
A1,A2:遮断弁
A3:背圧調整弁
BAT1,BAT2:バッテリライン
CTR:制御装置
CTR1:第一制御部
CTR2:第二制御部
CTR3:第三制御部
GND:接地部
H1,H3,H4:遮断弁
H2:レギュレータ
H5:排気排水弁
IF1,IF2,KF1,KF2,PF1,PF2:スイッチング素子
INJ1,INJ2,INJ3:インジェクタ
IR:電流計測用抵抗
L1,L2:ソレノイド
SR:分圧抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Fuel cell system 20: Fuel cell stack 30: Oxidant gas supply system 31: Filter 32: Air compressor 33: Oxidant gas flow path 34: Oxidant off gas flow path 40: Fuel gas supply system 41: Fuel gas supply source 43: Fuel gas flow path 431, 432, 433: Flow path 44: Circulation flow path 45: Circulation pump 46: Exhaust drainage flow path 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68: Amplifier 73, 74: Pressure sensor A1, A2: shut-off valve A3: back pressure regulating valve BAT1, BAT2: battery line CTR: control device CTR1: first control unit CTR2: second control unit CTR3: third control unit GND: grounding unit H1, H3, H4: Shut-off valve H2: Regulator H5: Exhaust drain valve IF1, IF2, KF1, KF2, PF1, PF2: Switching elements INJ1, INJ2 , INJ3: Injector IR: Resistance for current measurement L1, L2: Solenoid SR: Voltage dividing resistance

Claims (3)

燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて、当該燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する流路である第一燃料流路と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する流路であって、前記第一燃料流路とは並列に配置された第二燃料流路と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する流路であって、前記第二燃料流路とは並列に配置された第三燃料流路と、
電流の供給を受けて駆動され、前記第一燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第一インジェクタと、
電流の供給を受けて駆動され、前記第二燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第二インジェクタと、
電流の供給を受けて駆動され、前記第三燃料流路の開状態と閉状態とを切り換える第三インジェクタと、
前記第一インジェクタに供給される第一電流の大きさを第一所定値とすることで、前記第一燃料流路を開状態に維持する第一制御部と、
前記第二インジェクタに供給される第二電流の大きさを第二所定値とすることで、前記第二燃料流路を開状態に維持する第二制御部と、
前記第三インジェクタに供給される第三電流の大きさを第三所定値とすることで、前記第二燃料流路を開状態に維持する第三制御部と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記第一制御部は、
前記第一電流の供給源である第一電源部と、
前記第一電源部から前記第一インジェクタに前記第一電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第一スイッチ部を有する第一回路と、を有し、
前記第一スイッチ部の開閉動作を高速で繰り返すチョッパ制御を行うことにより、前記第一電流の大きさを前記第一所定値とするものである一方、
前記第二制御部は、
前記第二電流の供給源である第二電源部と、
前記第二電源部から前記第二インジェクタに前記第二電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第二スイッチ部と当該回路において前記第二インジェクタと直列に接続された分圧抵抗とを有する第二回路と、を有し、
前記第二スイッチ部を閉じて前記第二回路を閉状態とすることによって、前記第二電流の大きさを前記第二所定値とするものであり、
前記第三制御部は、
前記第三電流の供給源である第三電源部と、
前記第三電源部から前記第三インジェクタに前記第三電流を供給するための回路であって、当該回路の開閉を切り替える第三スイッチ部と当該回路において前記第三インジェクタと直列に接続された分圧抵抗とを有する第三回路と、を有し、
前記第三スイッチ部を閉じて前記第三回路を閉状態とすることによって、前記第三電流の大きさを前記第三所定値とするものであり、
負荷からの要求電力に基づいて前記燃料電池が発電する電力の大きさを制御するものであって、
前記要求電力が第四所定値よりも小さい場合には、前記第二インジェクタ及び前記第三インジェクタを常に閉状態とし、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給は前記第一燃料流路のみから行い、
前記要求電力が前記第四所定値以上で、且つ第五所定値よりも小さい場合には、前記第三インジェクタを常に閉状態のままとし、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給は前記第一燃料流路及び前記第二燃料流路から行い、
前記要求電力が前記第五所定値以上の場合には、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給は前記第一燃料流路、前記第二燃料流路、及び、前記第三燃料流路から行うことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that receives supply of the fuel gas and the oxidant gas and generates power by an electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidant gas;
A first fuel flow path that is a flow path for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A flow path for supplying the fuel gas to the fuel cell, wherein the second fuel flow path is arranged in parallel with the first fuel flow path;
A flow path for supplying the fuel gas to the fuel cell, wherein the third fuel flow path is arranged in parallel with the second fuel flow path;
A first injector that is driven by receiving a current and switches between an open state and a closed state of the first fuel flow path;
A second injector that is driven by the supply of current and switches between an open state and a closed state of the second fuel flow path;
A third injector that is driven by receiving a current supply and switches between an open state and a closed state of the third fuel flow path;
A first controller that maintains the first fuel flow path in an open state by setting the magnitude of the first current supplied to the first injector to a first predetermined value;
A second control unit that maintains the second fuel flow path in an open state by setting the second current supplied to the second injector to a second predetermined value;
A third control unit that maintains the second fuel flow path in an open state by setting the magnitude of the third current supplied to the third injector to a third predetermined value;
In a fuel cell system comprising:
The first controller is
A first power supply unit that is a supply source of the first current;
A circuit for supplying the first current from the first power supply unit to the first injector, the first circuit having a first switch unit for switching opening and closing of the circuit,
While performing chopper control that repeats the opening and closing operation of the first switch part at high speed, the magnitude of the first current is set to the first predetermined value,
The second controller is
A second power source that is a source of the second current;
A circuit for supplying the second current from the second power supply unit to the second injector, and a second switch unit that switches between opening and closing of the circuit and an amount connected in series with the second injector in the circuit A second circuit having a piezoresistor,
By the closed said second circuit closing said second switching unit state, and are the size of the second current which said second predetermined value,
The third control unit
A third power source that is a source of the third current;
A circuit for supplying the third current from the third power supply unit to the third injector, the third switch unit for switching opening and closing of the circuit, and an amount connected in series with the third injector in the circuit A third circuit having a piezoresistor,
By closing the third switch part and closing the third circuit, the magnitude of the third current is set to the third predetermined value,
Controlling the magnitude of the power generated by the fuel cell based on the required power from the load,
When the required power is smaller than a fourth predetermined value, the second injector and the third injector are always closed, the fuel gas is supplied to the fuel cell only from the first fuel flow path,
When the required power is not less than the fourth predetermined value and smaller than the fifth predetermined value, the third injector is always kept closed, and the fuel gas is supplied to the fuel cell by the first fuel. From the flow path and the second fuel flow path,
When the required power is greater than or equal to the fifth predetermined value, the fuel gas is supplied to the fuel cell from the first fuel channel, the second fuel channel, and the third fuel channel. A fuel cell system.
前記第一インジェクタを、前記第一燃料流路において互いに並列に接続された状態で複数個備えており、それぞれの前記第一インジェクタに対応した複数個の前記第一制御部を備えていることを特徴とする、請求項に記載の燃料電池システム。 A plurality of the first injectors are provided in a state of being connected in parallel to each other in the first fuel flow path, and a plurality of the first control units corresponding to the respective first injectors are provided. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the fuel cell system is characterized. 前記第二インジェクタを、前記第二燃料流路において互いに並列に接続された状態で複数個備えており、それぞれの前記第二インジェクタに対応した複数個の前記第二制御部を備えていることを特徴とする、請求項又は請求項に記載の燃料電池システム。 A plurality of the second injectors are provided in a state of being connected in parallel with each other in the second fuel flow path, and a plurality of the second control units corresponding to the respective second injectors are provided. wherein, the fuel cell system according to claim 1 or claim 2.
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