CN101611511A - 燃料电池系统 - Google Patents
燃料电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101611511A CN101611511A CNA2008800050357A CN200880005035A CN101611511A CN 101611511 A CN101611511 A CN 101611511A CN A2008800050357 A CNA2008800050357 A CN A2008800050357A CN 200880005035 A CN200880005035 A CN 200880005035A CN 101611511 A CN101611511 A CN 101611511A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- sensor
- situation
- injector
- cell system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 78
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 78
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 37
- 230000009471 action Effects 0.000 description 15
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 15
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04231—Purging of the reactants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
一种燃料电池系统，具有：燃料电池；用于使从燃料供给源供给的燃料气体向燃料电池流动的燃料供给流路；调整燃料供给流路的上游侧的气体状态而向下游侧供给的开关阀；对燃料供给流路的气体状态进行检测的传感器；和基于由传感器检测的检测值来控制开关阀的控制单元，控制单元在传感器陷入异常状态的情况下停止开关阀的开关动作。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
以往，提出并实用了具有接收反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给而进行发电的燃料电池的燃料电池系统。在该燃料电池系统中，一般设有用于使从氢罐等的燃料供给源供给的燃料气体向燃料电池流动的燃料供给流路，在燃料供给流路上设有将来自燃料供给源的燃料气体的供给压力降低到一定的值的调压阀(调节器)。
现在，提出了通过在燃料供给流路上设置改变燃料气体的供给压力的开关阀，从而根据系统的运转状态来改变燃料气体的供给压力的技术方案。另外，近年，提出了在开关阀的上游侧配置压力传感器，基于由该压力传感器检测的检测值来控制开关阀的技术(例如，参照日本特开2005-302563号公报)。如果采用专利文献1记载的技术，则可进行开关阀的故障判断。
发明内容
但是，即使采用日本特开2005-302563号公报所述的技术，在由断路、短路等引起压力传感器陷入异常状态的情况下，不仅不能进行开关阀的故障判断，而且也不能正常控制开关阀。如果产生该情况，担心由开关阀的误动作引起向燃料电池的燃料气体的供给量急速增加或急速减少，妨碍正常的发电。
本发明鉴于该情况，提供一种燃料电池系统，具有改变向燃料电池供给燃料气体的状态的开关阀；和检测用于控制该开关阀的气体状态的传感器，其目的在于抑制由传感器异常引起的燃料电池的发电异常。
为了达成上述目的，本发明的燃料电池系统具有：燃料电池；用于使从燃料供给源供给的燃料气体向燃料电池流动的燃料供给流路；调整该燃料供给流路的上游侧的气体状态而向下游侧供给的开关阀；对燃料供给流路的气体状态进行检测的传感器；和基于由该传感器检测的检测值来控制开关阀的控制单元，控制单元在传感器陷入异常状态的情况下停止开关阀的开关动作。
如果采用该构成，能够抑制由传感器异常引起的开关阀的误动作而造成的向燃料电池供给燃料气体的状态异常。因此，能够抑制燃料电池的发电状态异常，并能够避免向燃料电池的燃料供给量的急速增加而引起燃料电池内部的构成部件恶化的情况。所谓“气体状态”是指由流量、压力、温度、摩尔浓度等表示的气体的状态，特别是包含气体流量及气体压力中的至少一个。
在上述燃料电池系统中，能够采用如下控制单元：在由传感器检测的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值的情况(或由传感器检测的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值且该状态持续了规定时间的情况)下，判断传感器陷入异常状态。
另外，在上述燃料电池系统中，在开关阀的上游侧具有对从燃料供给源供给的燃料气体进行截止的截止阀，能够采用在传感器陷入异常状态的情况下关闭截止阀的控制单元。
如果采用该构成，则能够伴随着传感器异常，关闭开关阀上游侧的截止阀，因此能够抑制开关阀上游侧的燃料气体的压力过度上升，可抑制开关阀的故障。
另外，在上述燃料电池系统中，优选采用如下控制单元：在传感器从异常状态恢复到正常状态的情况下，使开关阀的开关动作重新开始。
如果采用该构成，则能够在传感器从异常状态恢复到正常状态的情况下，使开关阀的开关动作自动地重新开始，从而重新开始向燃料电池的燃料供给。因此，在传感器从异常状态恢复到正常状态的情况下，能够自动地重新开始燃料电池的发电。
另外，在上述燃料电池系统中，能够采用如下控制单元：在由被判断为异常的传感器检测的检测值为规定的下限值以上、规定的上限值以下的情况(或在由判断为处于异常的传感器检测的检测值为规定的下限值以上规定的上限值以下且该状态持续了规定时间的情况)下，判断传感器从异常状态恢复到正常状态。
另外，在上述燃料电池系统中，采用喷射器作为开关阀，并且采用对喷射器的下游侧的燃料气体的压力进行检测的压力传感器作为传感器。
所谓喷射器是电磁驱动式的开关阀，其可通过利用电磁驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯远离阀座来调整气体状态(气体流量、气体压力)。规定的控制部驱动喷射器的阀芯来控制燃料气体的喷射时期、喷射时间，可控制燃料气体的流量、压力。
根据本发明，提供一种燃料电池系统，具有改变向燃料电池供给燃料气体的状态的开关阀和检测用于控制该开关阀的气体状态的传感器，可抑制由传感器异常引起的燃料电池的发电异常。
附图说明
图1是本实施方式的燃料电池系统的构成图。
图2是用于说明图1所示的燃料电池系统的控制装置的控制方式的控制框图。
图3A是表示图1所示的燃料电池系统的二次侧压力传感器的检测值的时程的时间图。
图3B是表示图1所示的燃料电池系统的喷射器的控制动作的一个例子的时间图。
图3C是表示图1所示的燃料电池系统的截止阀的控制动作的一个例子的时间图。
图3D是表示图1所示的燃料电池系统的强制间歇运转动作的一个例子的时间图。
图4是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的流程图。
图5A是表示图1所示的燃料电池系统的二次侧压力传感器的检测值的时程的时间图。
图5B是表示图1所示的燃料电池系统的喷射器的控制动作的其他的例子的时间图。
图6是表示图1所示的燃料电池系统的变形例的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的燃料电池系统1进行说明。在本实施方式中，对将本发明适用于燃料电池车辆的车载发电系统的例子进行了说明。
首先，使用图1～图3D，对本发明的实施方式的燃料电池系统1的构成进行说明。本实施方式的燃料电池系统1如图1所示，具有接收反应气体(氧化气体及燃料气体)的供给而产生电力的燃料电池10，并且具有向燃料电池10供给作为氧化气体的空气的氧化气体配管系统2、向燃料电池10供给作为燃料气体的氢气的氢气配管系统3和集中控制系统整体的控制装置4等。
燃料电池10具有将接收反应气体的供给而发电的单电池层积所需数量而构成的堆叠构造。由燃料电池10产生的电力被供给到PCU(Power Control Unit：功率控制单元)11。PCU11具有配置在燃料电池10和牵引马达12之间的变换器、DC-DC转换器等。另外，在燃料电池10上安装有检测发电中的电流的电流传感器13。
氧化气体配管系统2具有将由加湿器20加湿的氧化气体(空气)供给到燃料电池10的空气供给流路21；将从燃料电池10排出的氧化废气导入到加湿器20的空气排出流路22；和用于从加湿器21向外部导出氧化废气的排气流路23。在空气供给流路21上设有取入大气中的氧化气体而压送到加湿器20的空气压缩机24。
氢气配管系统3具有：作为贮存高压的氢气的燃料供给源的氢罐30；作为用于向燃料电池10供给氢罐30的氢气的燃料供给流路的氢供给流路31；用于使从燃料电池10排出的氢废气返回氢供给流路31的循环流路32。代替氢罐30，也可以采用如下构造作为燃料供给源：从烃类的燃料生成富氢的改性气体的改性器；和使在该改性器生成的改性气体为高压状态而蓄压的高压气体罐。另外，也可以将具有贮氢合金的罐作为燃料供给源采用。
在氢供给流路31上设有如下构造：截止或允许氢气从氢罐30的供给的截止阀33；调整氢气的压力的调节器34；和喷射器35。另外，在喷射器35的上游侧设有检测氢供给流路31内的氢气的压力及温度的一次侧压力传感器41及温度传感器42。另外，在喷射器35的下游侧且在氢供给流路31和循环流路32的汇合部A1的上游侧设有检测氢供给流路31内的氢气压力的二次侧压力传感器43。二次侧压力传感器43相当于本发明的传感器及压力传感器的一个实施方式。
调节器34是将其上游侧压力(一次压力)调压为预先设定的二次压力的装置。在本实施方式中，将对一次压力进行减压的机械式的减压阀作为调节器34采用。作为机械式的减压阀的构成，能够采用如下公知的构成：具有隔着隔膜形成背压室和调压室的壳体，通过背压室内的背压，在调压室内将一次压力减压为规定的压力而作为二次压力。在本实施方式中，如图1所示，通过在喷射器35的上游侧配置两个调节器34，从而能够有效地降低喷射器35的上游侧压力。因此，能够提高喷射器35的机械的构造(阀芯、壳体、流路、驱动装置等)的设计自由度。另外，能够降低喷射器35的上游侧压力，因此能够抑制由喷射器35的上游侧压力和下游侧压力的差压的增大所引起的喷射器35的阀芯难于移动的情况。因此，能够扩大喷射器35的下游侧压力的可变调压幅度，并且能够抑制喷射器35的响应性的降低。
喷射器35是电磁驱动式开关阀，其可通过利用电磁驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯远离阀座来调整气体流量、气体压力。喷射器35具有阀座，其具有喷射氢气等气体燃料的喷射孔，并且具有：喷嘴体，将该气体燃料供给引导到喷射孔；和阀芯，相对该喷嘴体沿轴线方向(气体流动方向)可移动地被收容保持，并开关喷射孔。在本实施方式中，喷射器35的阀芯由作为电磁驱动装置的螺线管驱动，能够通过向该螺线管供电的脉冲状励磁电流的开/关，二级或多级地切换喷射孔的开口面积。由从控制器4输出的控制信号控制喷射器35的气体喷射时间及气体喷射时期，从而高精度地控制氢气的流量及压力。喷射器35是利用电磁驱动力直接开关驱动阀(阀芯及阀座)的构造，该驱动周期可控制到高响应区域，因此具有较高的响应性。
喷射器35为了供给其下游要求的气体流量，变更设于喷射器35的气体流路上的阀芯的开口面积(开度)及开放时间中的至少一个，调整向下游侧(燃料电池10侧)供给的气体流量(或氢摩尔浓度)。由喷射器35的阀芯的开关来调整气体流量，并且向喷射器35下游供给的气体压力比喷射器35上游的气体压力减压，因此能够将喷射器35解释为调压阀(减压阀、调节器)。另外，在本实施方式中，也能够解释为可根据气体要求而在规定的压力范围中以与要求压力一致的方式改变喷射器35的上游气体压力的调压量(减压量)的可变调压阀。
在本实施方式中，如图1所示，在氢供给流路31和循环流路32的汇合部A1上游侧配置喷射器35。另外，如图1虚线所示，在将多个氢罐30用作燃料供给源的情况下，在从各氢罐30供给的氢气汇合的部分(氢气汇合部A2)的下游侧配置喷射器35。
在循环流路32上经由气液分离器36及排气排水阀37连接有排出流路38。气液分离器36用于从氢废气中回收水分。排气排水阀37由来自控制装置4的指令而动作，从而将气液分离器36回收的水分和循环流路32内的含有杂质的氢废气(燃料废气)排出(清除)到外部。另外，在循环流路32上设有将循环流路32内的氢废气加压而向氢供给流路31侧送出的氢泵39。经由排气排水阀37及排出流路38而排出的氢废气在稀释器40中与排气流路23内的氧化废气汇合而被稀释。
控制装置4检测设置在车辆上的加速操作部件(油门等)的操作量，接收加速要求值(例如来自牵引马达12等的负荷装置的要求发电量)等的控制信息，控制系统内的各种设备的动作。作为负荷装置是除了牵引马达12外，还包括如下装置的耗电装置的总称：用于使燃料电池10动作所需的辅机装置(例如空气压缩机24、氢泵39、冷却泵的马达等)；在与车辆的行驶相关的各种装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)中使用的制动器；和乘客空间的空调装置(空调)、照明、音响等的电力消耗装置。
控制装置4由未图示的计算机系统构成。该计算机系统具有CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口及显示器等，通过CPU读入存储于ROM中的各种控制程序并执行，从而实现各种控制动作。
具体而言，控制装置4如图2所示，基于燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测出的燃料电池10的发电时的电流值)，算出在燃料电池10消耗的氢气的量(以下称为“氢消耗量”)(燃料消耗量算出功能：B1)。在本实施方式中，使用表示燃料电池10的电流值和氢消耗量之间的关系的特定的运算式，对于控制装置4的每个运算周期算出氢消耗量并进行更新。
另外，控制装置4基于燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测出的燃料电池10的发电时的电流值)，算出喷射器35下游位置的氢气的目标压力值(向燃料电池10的目标气体供给压力)(目标压力值算出功能：B2)。在本实施方式中，使用表示燃料电池10的发电电流值和目标压力值之间的关系的特定的映射，对于控制装置4的每个运算周期算出配置二次侧压力传感器43的位置处的目标压力值并进行更新。
另外，控制装置4基于算出的目标压力值和由二次侧压力传感器43检测出的喷射器35下游位置的检测压力值之间的偏差而算出反馈校正流量(反馈校正流量算出功能：B3)。反馈校正流量是为了降低目标压力值和检测压力值之间的偏差而加在氢消耗量上的氢气流量。在本实施方式中，使用PI型反馈控制项，对于控制装置4的每个运算周期算出反馈控制校正流量并进行更新。
另外，控制装置4基于喷射器35的上游的气体状态(由一次侧压力传感器41检测出的氢气的压力及由温度传感器42检测出的氢气的温度)算出喷射器35的上游的静态流量(静态流量算出功能：B4)。在本实施方式中，使用表示喷射器35的上游侧的氢气的压力、温度和静态流量之间的关系的特定的运算式，对于控制装置4的每个运算周期算出静态流量并进行更新。
另外，控制装置4基于喷射器35的上游的气体状态(氢气的压力及温度)及外加电压而算出喷射器35的无效喷射时间(无效喷射时间算出功能：B5)。在此，所谓无效喷射时间是指从喷射器35接收来自控制装置4的控制信号到实际开始喷射为止所需的时间。在本实施方式中，使用表示喷射器35的上游侧的氢气的压力、温度、外加电压、无效喷射时间之间的关系的特定的映射，对于控制装置4的每个运算周期算出无效喷射时间并进行更新。
另外，控制装置4通过将氢消耗量和反馈校正流量相加而算出喷射器35的喷射流量(喷射流量算出功能：B6)。并且，控制装置4通过在喷射器35的喷射流量除以静态流量所得的值上乘以喷射器35的驱动周期，从而算出喷射器35的基本喷射时间，并且将该基本喷射时间和无效喷射时间相加而算出喷射器35的总喷射时间(总喷射时间算出功能：B7)。在此，所谓驱动周期是指表示喷射器35的喷射孔的开关状态的段状(开/关)波形的周期。在本实施方式中，由控制装置4将驱动周期设定为一定的值。
并且，控制装置4发出用于实现经过上述的顺序而算出的喷射器35的总喷射时间的控制信号，从而控制喷射器35的气体喷射时间及气体喷射时期，调整向燃料电池10供给的氢气的流量及压力。这样，控制装置4参照由二次侧压力传感器43检测出的喷射器35下游位置的检测压力值来控制喷射器35。
另外，控制装置4在燃料电池10的正常运转中进行二次侧压力传感器43的异常判断，在判断二次侧压力传感器43陷入异常状态的情况下，停止由喷射器35进行的喷射动作(开关动作)而成为全闭状态。具体而言，控制装置4如图3A所示，在由二次侧压力传感器43检测的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值且该状态持续了规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43陷入异常状态，如图3B所示，使喷射器35为全闭状态。即，控制装置4作为本发明的控制单元的一个实施方式起作用。
另外，控制装置4在判断二次侧压力传感器43陷入异常状态的情况下，如图3C所示，关闭设在氢供给流路31上的截止阀33，截止从氢罐30的氢气的供给。由此，能够抑制喷射器35的上游侧压力过度上升。另外，控制装置4在判断二次侧压力传感器43陷入异常状态的情况下，如图3D所示，关闭设在循环流路32上的排气排水阀37并停止氢泵39及空气压缩机24，从正常运转向强制性的间歇运转转移而暂时性地停止发电。
另一方面，控制装置4在上述强制性的间歇运转中，进行二次侧压力传感器43的恢复判断，在判断二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态的情况下，使喷射器35再次运转。具体而言，控制装置4，如图3A所示，在由二次侧压力传感器43检测的检测值为规定的下限值以上、规定的上限值以下，且该状态持续了规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态，如图3B所示，重新开始由喷射器35进行的喷射动作(开关动作)。
另外，控制装置4在判断二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态的情况下，如图3C所示，打开关闭的截止阀33，再次打开从氢罐30的氢气的供给。另外，控制装置4在判断二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态的情况下，如图3D所示，打开设于循环流路32上的排气排水阀37并使氢泵39及空气压缩机24动作，从强制性的间歇运转向正常运转转移而重新开始发电。
接着，使用图4的流程图对本实施方式的燃料电池系统1的运转方法进行说明。
在燃料电池系统1的正常运转时，氢气从氢罐30经由氢供给流路31而被供给到燃料电池10的燃料极，并且加湿调整后的空气经由空气供给流路21而被供给到燃料电池10的氧化极，从而进行发电。此时，由控制装置4运算应从燃料电池10取出的电力(要求电力)，与该发电量对应的量的氢气及空气通过驱动控制喷射器35、空气压缩机24而被供给到燃料电池10内。在本实施方式中，在这样的正常运转时二次侧压力传感器43陷入异常状态的情况下，停止由喷射器35进行的喷射动作，向强制性的间歇运转转移而暂时停止发电。
首先，燃料电池系统1的控制装置4在正常运转中，使用二次侧压力传感器43来检测喷射器35下游侧的氢气的压力值(正常时压力检测工序：S1)。并且，控制装置4判断在正常时压力检测工序S1中的检测值是否低于规定的下限值或超过规定的上限值且判断该状态是否持续了规定的时间T0(异常判断工序：S2)。
控制装置4在异常判断工序S2中，在二次侧压力传感器43的检测值为规定的下限值以上规定的上限值以下的情况，或虽然二次侧压力传感器43的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值但其状态没有持续规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43正常而以该状态结束控制动作。
另一方面，控制装置4在异常判断工序S2中，在二次侧压力传感器43的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值且该状态持续了规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43陷入异常状态，停止由喷射器35进行的喷射动作而成为全闭状态(喷射器停止工序：S3)。控制装置4停止喷射器35，并且关闭设于氢供给流路31上的截止阀33及设于循环流路32上的排气排水阀37，并且停止氢泵39及空气压缩机24，从正常运转向强制性的间歇运转转移而暂时停止发电。
接着，控制装置4在经过喷射器停止工序S3而进行强制性的间歇运转的期间，使用二次侧压力传感器43来检测喷射器35下游侧的氢气的压力值(间歇时压力检测工序：S4)，判断检测值是否为规定的下限值以上规定的上限值以下且该状态是否持续了规定时间T0(恢复判断工序：S5)。
控制装置4在恢复判断工序S5中，在二次侧压力传感器43的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值的情况、或二次侧压力传感器43的检测值虽然为规定的下限值以上规定的上限值以下但其状态没有持续规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43依然处于异常状态，返回喷射器停止工序S3而继续执行控制。
另一方面，控制装置4在恢复判断工序S5中，在二次侧压力传感器43的检测值为规定的下限值以上规定的上线值以下且该状态持续了规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态，重新开始由喷射器35进行的喷射动作(喷射器再次运转工序：S6)。控制装置4使喷射器35再次运转，并且使关闭的截止阀33及排气排水阀37打开，并且使氢泵39及空气压缩机24再次运转，从强制性的间歇运转向正常运转转移而重新开始发电。
在以上说明的实施方式的燃料电池系统1中，能够抑制由二次侧压力传感器43的异常引起的喷射器35的误动作而造成的向燃料电池10的氢气的供给状态变为异常的情况。因此，能够抑制燃料电池10的发电状态变为异常，并且能够避免由向燃料电池10的燃料供给量的急速增大而引起的燃料电池10内部的构成部件恶化这样的情况。
另外，在以上说明的实施方式的燃料电池系统1中，能够伴随着二次侧压力传感器43的异常，关闭喷射器35上游侧的截止阀33，因此能够抑制喷射器35上游侧的氢气的压力过度上升。因此，可抑制喷射器35的故障。
另外，在上述说明的实施方式的燃料电池系统1中，在二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态的情况下，能够自动地重新开始喷射器35的开关动作，再次打开向燃料电池10的燃料供给。因此，在二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态的情况下，能够自动地重新开始由燃料电池10进行的发电。
在以上的实施方式中，例示了在由二次侧压力传感器43检测的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值且该状态持续了规定时间T0的情况下，判断二次侧压力传感器43陷入异常状态，但是异常判断的方法不限于此。例如，如图5A所示，在由二次侧压力传感器43检测的检测值低于规定的下限值或由二次侧压力传感器43检测的检测值超过规定的上限值的情况下，能够立即判断二次侧压力传感器43陷入异常状态，使图5B所示的喷射器35为全闭状态。
另外，在以上的实施方式中，例示了在由二次侧压力传感器43检测的检测值为规定的下限值以上规定的上限值以下且该状态持续了规定时间T0的情况下，判断二次侧传感器43从异常状态恢复到正常状态的例子，但是从异常状态的恢复判断的方法不限于此。例如，如图5A所示，在由二次侧压力传感器43检测的检测值为规定的下限值以上规定的上限值以下的情况下，立即判断二次侧压力传感器43从异常状态恢复到正常状态，如图5B所示，能够重新开始由喷射器35进行的喷射动作。
另外，在以上的实施方式中，例示了在燃料电池系统1的氢气配管系统3中设置循环流路32，但是例如图6所示，也能够在燃料电池10上直接连接排出流路38而废除循环流路32。即使在采用该构成(终端方式)的情况下，也能够在控制装置4进行与上述实施方式相同的二次侧压力传感器43的异常判断，在二次侧压力传感器43陷入异常状态的情况下，能够使喷射器35为全闭状态。
另外，在以上的实施方式中，例示了采用喷射器35作为本发明的开关阀，但是开关阀只要调整供给流路(氢供给流路31)的上游侧的气体状态而向下游侧供给即可，不限于喷射器35。
另外，在以上的实施方式中，例示了在氢供给流路31的喷射器35的下游位置配置二次侧压力传感器43，并控制喷射器35以调整该位置的压力(接近规定的目标压力值)，但是二次侧压力传感器不限于此。例如，能够在燃料电池10的氢气入口附近位置(氢供给流路31上)、燃料电池10的氢气出口附近位置(循环流路32上)、氢泵39的出口附近位置(循环流路32上)配置二次侧压力传感器。在该情况下，预先制作记录二次侧压力传感器的各位置的目标压力值的映射，基于该映射算出反馈校正流量。
另外，在以上的实施方式中，例示了在氢供给流路31上设置截止阀33及调节器34的例子，但是喷射器35作为可变调压阀起作用，并且作为对氢气的供给进行截止的截止阀起作用，因此可以不设置截止阀33、调节器34。因此，如果采用喷射器35则能够省略截止阀33、调节器34，从而系统的小型化及低廉化成为可能。
本发明的燃料系统如以上的实施方式所述，可搭载在燃料电池车辆上，另外，也可搭载在燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、飞机等)上。另外，也可以将本发明的燃料电池系统适用于作为建筑物(住宅、大厦等)用的发电设备的定置用发电系统中。
Claims (8)
1.一种燃料电池系统，具有：
燃料电池；用于使从燃料供给源供给的燃料气体向上述燃料电池流动的燃料供给流路；调整该燃料供给流路的上游侧的气体状态而向下游侧供给的开关阀；对上述燃料供给流路的气体状态进行检测的传感器；和基于由该传感器检测的检测值来控制上述开关阀的控制单元，
上述控制单元在上述传感器陷入异常状态的情况下停止上述开关阀的开关动作。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
上述控制单元在由上述传感器检测的检测值低于规定的下限值的情况下、或超过规定的上限值的情况下，判断上述传感器陷入异常状态。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，
上述控制单元在由上述传感器检测的检测值低于规定的下限值或超过规定的上限值且该状态持续了规定时间的情况下，判断上述传感器陷入异常状态。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的燃料电池系统，
在上述开关阀的上游侧具有对从上述燃料供给源供给的燃料气体进行截止的截止阀，
上述控制单元在上述传感器陷入异常状态的情况下关闭上述截止阀。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的燃料电池系统，
上述控制单元在上述传感器从异常状态恢复到正常状态的情况下，使上述开关阀的开关动作重新开始。
6.如权利要求5所述的燃料电池系统，
上述控制单元在由被判断为异常的上述传感器检测的检测值为规定的下限值以上、规定的上限值以下的情况下，判断上述传感器从异常状态恢复到正常状态。
7.如权利要求5所述的燃料电池系统，
上述控制单元在由被判断为异常的上述传感器检测的检测值为规定的下限值以上、规定的上限值以下且该状态持续了规定时间的情况下，判断上述传感器从异常状态恢复到正常状态。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的燃料电池系统，
上述开关阀是喷射器，
上述传感器是对上述喷射器的下游侧的燃料气体的压力进行检测的压力传感器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP034048/2007 | 2007-02-14 | ||
| JP2007034048A JP4883360B2 (ja) | 2007-02-14 | 2007-02-14 | 燃料電池システム |
| PCT/JP2008/052481 WO2008099905A1 (ja) | 2007-02-14 | 2008-02-07 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101611511A true CN101611511A (zh) | 2009-12-23 |
| CN101611511B CN101611511B (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=39690130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008800050357A Active CN101611511B (zh) | 2007-02-14 | 2008-02-07 | 燃料电池系统 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9028992B2 (zh) |
| JP (1) | JP4883360B2 (zh) |
| CN (1) | CN101611511B (zh) |
| DE (1) | DE112008000393B8 (zh) |
| WO (1) | WO2008099905A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105609827A (zh) * | 2014-11-14 | 2016-05-25 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统及该系统内的流体的排出方法 |
| CN109494387A (zh) * | 2017-09-13 | 2019-03-19 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统和用于燃料电池系统的异常诊断方法 |
| CN112467172A (zh) * | 2019-09-06 | 2021-03-09 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4438854B2 (ja) * | 2007-11-19 | 2010-03-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| KR101679971B1 (ko) * | 2015-05-14 | 2016-11-25 | 현대자동차주식회사 | 연료전지시스템의 공기공급계 고장진단장치 및 그 고장진단방법 |
| JP6485324B2 (ja) * | 2015-11-02 | 2019-03-20 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム用センサの異常検出方法 |
| JP2018120281A (ja) * | 2017-01-23 | 2018-08-02 | 株式会社Ｋｓｆ | 水素流量制御装置 |
| JP6631566B2 (ja) * | 2017-03-09 | 2020-01-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び判定方法 |
| JP6788225B2 (ja) * | 2017-03-22 | 2020-11-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP7189813B2 (ja) * | 2019-03-12 | 2022-12-14 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法 |
| JP2023013188A (ja) * | 2021-07-15 | 2023-01-26 | 株式会社クボタ | 水素供給システム、燃料電池システム及びそれらを備えた作業機 |
| CN114430053B (zh) * | 2022-01-05 | 2024-02-23 | 一汽解放汽车有限公司 | 燃料电池冷启动控制方法、装置、计算机设备和存储介质 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08200143A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-06 | Nippondenso Co Ltd | 圧力センサの故障検出装置 |
| US20030022036A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-30 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell controller self inspection |
| JP3783650B2 (ja) | 2002-04-18 | 2006-06-07 | 日産自動車株式会社 | ガス燃料供給装置 |
| JP2004176114A (ja) * | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Nippon Steel Corp | 高耐食性燃料タンク用防錆鋼板 |
| US7470481B2 (en) * | 2002-09-27 | 2008-12-30 | Kabushikikaisha Equos Research | Fuel cell system |
| JP4254213B2 (ja) * | 2002-11-27 | 2009-04-15 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4202100B2 (ja) | 2002-11-29 | 2008-12-24 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの機能維持方法 |
| JP4147924B2 (ja) * | 2002-12-03 | 2008-09-10 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| DE10351207A1 (de) * | 2003-11-03 | 2005-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Ventil zum Steuern eines Fluids |
| US7087330B2 (en) * | 2004-01-22 | 2006-08-08 | Utc Fuel Cells, Llc | Storing water in substrates for frozen, boot-strap start of fuel cells |
| JP4715103B2 (ja) * | 2004-03-26 | 2011-07-06 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4561155B2 (ja) * | 2004-04-13 | 2010-10-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の制御装置 |
| JP5063110B2 (ja) * | 2004-07-14 | 2012-10-31 | パナソニック株式会社 | 燃料電池発電システム |
| JP5041272B2 (ja) * | 2005-12-12 | 2012-10-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び移動体 |
| JP2007172888A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの制御装置 |
| JP2007286031A (ja) | 2006-03-24 | 2007-11-01 | Nissan Motor Co Ltd | 圧力センサ凍結診断装置 |
| JP5114904B2 (ja) | 2006-09-21 | 2013-01-09 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
2007
- 2007-02-14 JP JP2007034048A patent/JP4883360B2/ja active Active
-
2008
- 2008-02-07 CN CN2008800050357A patent/CN101611511B/zh active Active
- 2008-02-07 US US12/527,107 patent/US9028992B2/en active Active
- 2008-02-07 WO PCT/JP2008/052481 patent/WO2008099905A1/ja active Application Filing
- 2008-02-07 DE DE112008000393T patent/DE112008000393B8/de active Active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105609827A (zh) * | 2014-11-14 | 2016-05-25 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统及该系统内的流体的排出方法 |
| CN105609827B (zh) * | 2014-11-14 | 2018-04-03 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统及该系统内的流体的排出方法 |
| CN109494387A (zh) * | 2017-09-13 | 2019-03-19 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统和用于燃料电池系统的异常诊断方法 |
| CN109494387B (zh) * | 2017-09-13 | 2021-09-28 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统和用于燃料电池系统的异常诊断方法 |
| CN112467172A (zh) * | 2019-09-06 | 2021-03-09 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN112467172B (zh) * | 2019-09-06 | 2024-06-25 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE112008000393T5 (de) | 2009-12-03 |
| US20100098980A1 (en) | 2010-04-22 |
| DE112008000393B4 (de) | 2013-03-14 |
| WO2008099905A1 (ja) | 2008-08-21 |
| DE112008000393B8 (de) | 2013-05-29 |
| JP4883360B2 (ja) | 2012-02-22 |
| JP2008198535A (ja) | 2008-08-28 |
| CN101611511B (zh) | 2012-07-25 |
| US9028992B2 (en) | 2015-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101611511B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101507036B (zh) | 燃料电池系统及开关阀的诊断方法 | |
| CN101529636B (zh) | 燃料电池系统 | |
| EP1966846B1 (en) | Fuel cell system, moving object equipped with fuel cell system, and abnormality judgment method for fuel cell system | |
| CN101868877B (zh) | 燃料电池系统 | |
| EP2276096B1 (en) | Fuel cell system and mobile article | |
| CN101331639B (zh) | 燃料电池系统和移动体 | |
| CN101496209B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101490887B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101790813A (zh) | 燃料电池系统及其控制方法 | |
| CN101675551B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101861671B (zh) | 燃料电池系统 | |
| CN101803090B (zh) | 燃料电池系统 | |
| JP5158558B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4998695B2 (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |