CN108630967B - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

燃料电池系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108630967B
CN108630967B CN201810174094.2A CN201810174094A CN108630967B CN 108630967 B CN108630967 B CN 108630967B CN 201810174094 A CN201810174094 A CN 201810174094A CN 108630967 B CN108630967 B CN 108630967B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
fuel cell
flow path
pressure sensor
control device
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.)
Active
Application number
CN201810174094.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108630967A (zh
Inventor
斋藤拓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN108630967A publication Critical patent/CN108630967A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108630967B publication Critical patent/CN108630967B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04432Pressure differences, e.g. between anode and cathode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664Failure or abnormal function
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664Failure or abnormal function
    • H01M8/04686Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955Shut-off or shut-down of fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using 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)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法,适于在处于调压阀的下游侧的压力传感器的检测值存在异常的情况下实施适当的失效保护。燃料电池系统(3)具备:调压阀(45);燃料气体供给流路(42),具有处于燃料电池(20)与调压阀之间的流路42B及从调压阀经由截止阀(44)到达燃料气体供给源(41)的流路42A;压力传感器(P1),检测流路42B内的燃料气体的压力;以及控制装置(60),连接有截止阀(44)及压力传感器(P1)。在由压力传感器(P1)检测到的压力值异常的情况下,控制装置关闭截止阀(44)并进行流路42B的减压处理,然后,在由压力传感器(P1)检测到的压力值下降了的情况下,判断为调压阀(45)发生故障,另一方面,在由压力传感器(P1)检测到的压力值未下降的情况下,判断为压力传感器(P1)发生故障。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及在从燃料气体供给源至燃料电池的燃料气体供给流路配置有截止阀、调压阀及压力传感器的燃料电池系统。
背景技术
在专利文献1记载的燃料电池系统中,来自氢气瓶的高压的氢通过调压阀降低压力之后向燃料电池供给。向燃料电池的供给氢压力由在调压阀的下游配置的氢压传感器来检测,氢压传感器从定电压调节器接受电压进行驱动。在该燃料电池系统中,在定电压调节器发生了故障时,使燃料电池的输出等停止。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2010-021127号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
在专利文献1中,关于由氢压传感器检测到的压力值变得比调压阀的二次侧设定压力高的情况未进行任何研讨,存在改善的余地。
本发明目的在于提供一种在处于调压阀的下游侧的压力传感器的检测值为异常的情况下,适合于实施适当的失效保护的燃料电池系统及其控制方法。
【用于解决课题的方案】
本发明的一形态的燃料电池系统具备:燃料电池;调压阀,对燃料气体进行减压;燃料气体供给流路,具有处于燃料电池与调压阀之间的第一流路及从调压阀经由截止阀到达燃料气体供给源的第二流路;第一压力传感器,检测第一流路内的燃料气体的压力;及控制装置,截止阀及第一压力传感器连接于所述控制装置,在由第一压力传感器检测到的压力值异常的情况下,控制装置关闭截止阀并进行第一流路的减压处理,然后,在由第一压力传感器检测的压力值下降了的情况下,控制装置判断为调压阀发生故障,另一方面,在由第一压力传感器检测的压力值未下降的情况下,控制装置判断为第一压力传感器发生故障。
本发明的一形态的燃料电池系统的控制方法中,燃料电池系统具备:燃料电池;调压阀,对燃料气体进行减压;燃料气体供给流路,具有处于燃料电池与调压阀之间的第一流路及从调压阀经由截止阀到达燃料气体供给源的第二流路;第一压力传感器,检测第一流路内的燃料气体的压力;及控制装置,截止阀及第一压力传感器连接于所述控制装置,该方法包括通过控制装置执行如下步骤:判断为由第一压力传感器检测到的第一压力值存在异常,然后,关闭截止阀并进行第一流路的减压处理,然后,在由第一压力传感器检测的第二压力值比第一压力值小的情况下,判断为调压阀发生故障,另一方面,在第二压力值不比第一压力值小的情况下,判断为压力传感器发生故障。
根据这样的形态,若处于调压阀的下游侧的第一压力传感器的压力值存在异常,则关闭截止阀。由此,从燃料气体供给源向燃料电池的燃料气体的供给停止。在关闭截止阀并进行了第一流路的减压处理之后,通过第一压力传感器检测第一流路内的燃料气体的压力。由于进行第一流路的减压处理,因此第一流路内的燃料气体的压力应下降。因此,关于由第一压力传感器检测的压力值,在不存在下降的情况下判断为第一压力传感器发生故障,另一方面,在存在下降的情况下判断为调压阀发生故障。这样,在存在上述的异常的情况下,能确定第一压力传感器及调压阀中的哪个发生了故障,因此能够进行与故障部件相适的失效保护控制。
减压处理可以设为与通常相比限制燃料电池的输出的处理。
根据该形态,能够利用燃料电池的发电来进行第一流路的减压处理。
控制装置可以在判断为第一压力传感器发生故障的情况下,解除燃料电池的输出限制。
或者,控制装置可以在判断为第一压力传感器发生故障的情况下,使燃料电池的发电继续。
根据这样的形态,能够抑制在发生了上述的异常的情况下立刻或意外地使燃料电池的发电停止。
控制装置可以在判断为调压阀发生故障的情况下,使燃料电池的发电停止。
燃料电池系统可以是,还具备检测第二流路内的燃料气体的压力的第二压力传感器,控制装置在关闭了截止阀之后,基于由第二压力传感器检测到的压力值来决定燃料电池的输出限制值,并基于该决定的输出限制值来限制燃料电池的输出。
根据该形态,根据第二压力传感器的压力值,能够掌握截止阀与调压阀之间的第二流路内的燃料气体的剩余量。由此,能够以与燃料气体的剩余量对应的输出限制值使燃料电池的发电继续。
控制装置可以对在限制燃料电池的输出的前后通过第二压力传感器检测到的压力值进行比较,其结果确认到第二流路内的压力下降之后,对由第一压力传感器检测的压力值是否发生了下降进行判断。
在调压阀为机械式的阀的情况下,残留于截止阀与调压阀之间的第二流路内的燃料气体通过调压阀向第一流路流动,第二流路与第一流路成为同压。根据上述形态,在确认到这样的流动之后,判定第一压力传感器及调压阀中的哪个发生故障,因此能够进行更可靠的判定。
同样,本发明的另一形态的燃料电池系统可以是,还具备检测第二流路内的燃料气体的压力的第二压力传感器,控制装置在关闭了截止阀之后,通过第二压力传感器来监视第二流路内的压力下降,其结果确认到第二流路内的压力下降之后,对由第一压力传感器检测的压力值是否发生了下降进行判断。
控制装置可以在由第一压力传感器检测到的压力值超过了阈值的情况下,判断为该压力值异常。
根据该形态,能够简易地判断第一压力传感器的压力值的异常的有无。
上述形态的燃料电池系统可以是,还在燃料电池与调压阀之间具备能够对燃料气体进行减压的喷射器,第一流路具有从燃料电池至喷射器的第三流路和从喷射器至调压阀的第四流路,第一压力传感器检测第四流路内的燃料气体的压力。
这种情况下,控制装置可以在关闭了截止阀之后且对由第一压力传感器检测的压力值是否发生了下降进行判断之前,控制喷射器而将第四流路内的燃料气体向第三流路引导。
根据该形态,通过喷射器的控制,在关闭了截止阀之后对第四流路内进行减压。然后,如上所述,通过第一压力传感器检测该第四流路内的燃料气体的压力,通过其压力值的下降的有无,来判断第一压力传感器及调压阀中的哪个发生了故障。
【发明效果】
根据本发明,在处于调压阀的下游侧的压力传感器的检测值异常的情况下,在燃料电池系统中能够实施适当的失效保护。
附图说明
图1是表示实施方式的燃料电池系统的结构的框图。
图2是表示图1的燃料电池系统的控制方法的流程图。
【符号说明】
1…燃料电池车辆,2…牵引电动机,3…燃料电池系统,20…燃料电池30…氧化气体供给系统,31…氧化气体流路,32…氧化废气流路,33…过滤器,34…空气压缩器,35…加湿器,36…节流阀,37…背压调整阀,40…燃料气体供给系统,41…燃料气体供给源,42…燃料气体供给流路,42A…高压流路(第二流路),42B…中压流路(第一流路、第四流路),42C…低压流路(第三流路),43…循环流路,44…截止阀,45…调压阀,46…喷射器,47…过滤器,48…溢流阀,49…溢流阀,50…电力系统,51…DC/DC转换器,52…二次电池,53…牵引逆变器,55…辅机类,60…控制装置,61…CPU,62…存储器,63…输入输出接口,71…气液分离器,72…排气排水阀,73…排气排水流路,75…泵,P1…中压压力传感器(第一压力传感器),P2…高压压力传感器(第二压力传感器),P3…低压压力传感器
具体实施方式
参照附图,说明本发明的优选的实施方式。
如图1所示,燃料电池车辆1具备牵引电动机2及燃料电池系统3。牵引电动机2是例如三相交流电动机,作为燃料电池车辆1的动力源发挥功能。燃料电池系统3具备:通过氢气与氧化气体的电化学反应而进行发电的燃料电池20;将作为氧化气体的空气向燃料电池20的阴极供给的氧化气体供给系统30;将作为燃料气体的氢向燃料电池20的阳极供给的燃料气体供给系统40;对电力的充放电进行控制的电力系统50;以及对系统整体进行综合控制的控制装置60。燃料电池20是例如将多个单电池串联地层叠而成的固体高分子电解质型单电池堆,作为车载电源装置发挥功能。
氧化气体供给系统30具有:向燃料电池20供给的氧化气体流动的氧化气体流路31;和从燃料电池20排出的氧化废气流动的氧化废气流路32。在氧化气体流路31设有经由过滤器33而从大气中取入氧化气体的空气压缩器34;用于对氧化气体进行加湿的加湿器35;以及用于调整氧化气体供给量的节流阀36。在氧化废气流路32设有用于调整氧化气体供给压的背压调整阀37。加湿器35在氧化气体(干气)与氧化废气(湿气)之间进行水分更换,由此对氧化气体进行加湿。需要说明的是,加湿器35也可以省略。
燃料气体供给系统40具有燃料气体供给源41、从燃料气体供给源41向燃料电池20供给的燃料气体流动的燃料气体供给流路42以及用于使从燃料电池20排出的燃料废气向燃料气体供给流路42返回的循环流路43。燃料气体供给源41积存高压的氢,例如35MPa~70MPa的氢。燃料气体供给源41例如由氢罐或储氢合金等构成。或者,燃料气体供给源41也可以设为具备改性器和高压气体罐的结构,该改性器由烃系的燃料生成富氢的改性气体,该高压气体罐将由该改性器生成的改性气体蓄压成高压状态。
在燃料气体供给流路42设有截止阀44、调压阀45及喷射器46。截止阀44进行从燃料气体供给源41通过燃料气体供给流路42向燃料电池20的燃料气体的供给及截止。截止阀44作为燃料气体供给源41的总开关阀发挥功能。调压阀45是将其上游侧压力(一次压)减压成预先设定的二次压的减压阀。调压阀45可采用机械式、电气式及电磁式中任一结构,不过在此采用机械式的结构。例如,机械式的调压阀45采用的是具有将背压室与调压室隔有隔膜地形成的框体,通过背压室内的背压在调压室内将一次压减压成规定的压力而形成为二次压的公知的结构。而且,调压阀45与其上游的过滤器47及下游的溢流阀48进行集合化。溢流阀48平时关闭,在调压阀45与喷射器46之间的配管压成为规定压以上时机械性地工作,将燃料气体向燃料气体供给流路42外放出。
喷射器46是能够高精度地调整向燃料电池20的燃料气体的供给压力及供给流量的开闭阀。喷射器46例如由电磁驱动式构成,具备:具有喷射燃料气体的喷射孔的阀座;由螺线管驱动而对喷射孔进行开闭的阀芯。喷射器46例如利用电磁驱动力以规定的驱动周期驱动阀芯而使其从阀座分离,由此进行上述的调整。喷射器46在燃料气体供给流路42可以设置多个,在此,并列地设置3个。而且,喷射器46在其上游设有过滤器,而且,在其下游设有溢流阀49。溢流阀49平时关闭,在喷射器46与燃料电池20之间的配管压成为规定压以上时机械性地工作,将燃料气体向燃料气体供给流路42外放出。
从燃料气体供给源41向燃料电池20供给的燃料气体由调压阀45及喷射器46来减压。例如,来自燃料气体供给源41的35MPa~70MPa的燃料气体由调压阀45减压成1.5MPa左右,进而,由喷射器46减压成200kPa左右。如果着眼于这样以两级减压的燃料气体的各级的压力的大小,则燃料气体供给流路42被区分为由从燃料气体供给源41经由截止阀44至调压阀45的高压流路42A、从调压阀45至喷射器46的中压流路42B、以及从喷射器46至燃料电池20的低压流路42C构成的流路。在高压流路42A、中压流路42B及低压流路42C分别设有检测对应的各流路内的燃料气体的压力的高压压力传感器P2、中压压力传感器P1及低压压力传感器P3。截止阀44、喷射器46及压力传感器P1、P2、P3与控制装置60连接。需要说明的是,截止阀44打开时,高压压力传感器P2检测的压力成为反映了燃料气体供给源41内的燃料气体的压力的值。
在此,中压流路42B相当于后述的权利要求书中的“第一流路”或“第四流路”。以下同样,高压流路42A相当于“第二流路”,低压流路42C相当于“第三流路”,中压压力传感器P1相当于“第一压力传感器”,而且,高压压力传感器P2相当于“第二压力传感器”。
在循环流路43经由气液分离器71及排气排水阀72而连接有排气排水流路73。气液分离器71从燃料废气回收水分。排气排水阀72按照来自控制装置60的指令而工作,由此将气液分离器71回收的水分和循环流路43内的包含杂质的燃料废气向外部排出(净化)。而且,在循环流路43设有对循环流路43内的燃料废气进行加压而向低压流路42C侧送出的泵75。在比循环流路43与低压流路42C的合流点靠喷射器46侧处设有低压压力传感器P3。需要说明的是,经由排气排水阀72及排气排水流路73排出的燃料废气例如由图示省略的稀释器稀释而与氧化废气流路32内的氧化废气合流。
电力系统50具备DC/DC转换器51、二次电池52、牵引逆变器53及辅机类55。DC/DC转换器51具有对于从二次电池52供给的直流电压进行升压并向牵引逆变器53输出的功能、对于燃料电池20发电的直流电力或通过再生制动而牵引电动机2回收的再生电力进行降压并向二次电池52充电的功能。通过DC/DC转换器51的上述的功能来控制二次电池52的充放电。而且,通过基于DC/DC转换器51的电压转换控制,来控制燃料电池20的运转点(输出电压、输出电流)。二次电池52作为剩余电力的贮藏源、再生制动时的再生能量贮藏源、与燃料电池车辆1的加速或减速相伴的负载变动时的能量缓冲器发挥功能。作为二次电池52,优选例如镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂二次电池等二次电池。牵引逆变器53例如是以脉冲宽度调制方式来驱动的PWM逆变器,按照来自控制装置60的控制指令,将从燃料电池20或二次电池52输出的直流电压转换成三相交流电压,对牵引电动机2的旋转转矩进行控制。辅机类55是在燃料电池车辆10的各部配置的各电动机(例如,泵类等动力源)、用于驱动这些电动机的逆变器类、以及各种车载辅机类(例如,空气压缩器、喷射器、冷却水循环泵、散热器等)的总称。
控制装置60是具备CPU61、存储器62及输入输出接口63的电子控制单元,例如构成为微型计算机。CPU61是按照控制程序来执行所希望的运算的结构,进行各种处理或控制。存储器62例如具有ROM及RAM。ROM存储由CPU61处理的控制程序或控制数据,RAM主要被使用作为控制处理用的各种作业区域。在输入输出接口63连接有构成燃料电池车辆1的各部的设备、例如空气压缩器34、压力传感器P1~P3、截止阀44、喷射器46、DC/DC转换器51、牵引逆变器53、排气排水阀72、泵75。通过这样的结构,控制装置60接受来自压力传感器P1~P3等各种传感器的输入信号,向各种负载传送指示信号,对燃料电池车辆1的系统整体进行控制。例如,控制装置60对DC/DC转换器51进行控制,调整燃料电池20的输出电压,由此控制燃料电池20的运转点(输出电压、输出电流)。而且,控制装置60在压力传感器P1的检测值存在异常时,确定压力传感器P1及调压阀45中的哪一个发生了故障。
接下来,参照图2,对压力传感器P1的检测值存在异常的情况下的处理进行说明。该处理由控制装置60执行。
首先,在燃料电池系统3的正常运转时,从燃料气体供给源41向燃料电池20供给的燃料气体的压力由压力传感器P1~P3监视。此时,压力传感器P2检测燃料气体供给源41内的压力(例如35MPa~70MPa),压力传感器P1检测由调压阀45减压后的例如1.5MPa左右的压力,压力传感器P3检测由喷射器46减压后的例如200kPa左右的压力。在此,压力传感器P2、P1及P3分别例如只要表示以下的范围内的压力值就设定为正常。
压力传感器P2:1MPa~70MPa
压力传感器P1:1.2MPa~1.6MPa
压力传感器P3:0~300kPa
另外,在这样的设定时,溢流阀48、49机械性地开始工作的规定压力(溢流压力)例如如下设定。
溢流阀48:2MPa
溢流阀49:350kPa
控制装置60基于由压力传感器P1检测到的压力值,来判断中压流路42B内是否发生了压力异常(步骤S10)。具体而言,在由压力传感器P1检测到的压力值超过了阈值的情况下,控制装置60判断为该压力值存在异常(步骤S10:是)。在此,阈值设定得比调压阀45的二次侧设定压力(例如上述的1.5MPa)高。例如,阈值可以设定为比将调压阀45设定为正常的上述的上限值(1.6MPa)大的2MPa。而且,阈值也可以设定为与溢流阀48的溢流压相同。接下来,控制装置60将截止阀44关闭(步骤S11)。由此,将从燃料气体供给源41向燃料气体供给流路42的燃料气体供给截止。而且,控制装置60可以与截止阀44的闭阀同时地使燃料电池车辆1的警告灯点亮。
接下来,控制装置60掌握由压力传感器P2检测到的压力值(步骤S12)。并且,控制装置60基于该掌握的压力值,来决定燃料电池20的输出限制值(步骤S13)。具体而言,基于压力传感器P2的压力值,算出截止阀44与调压阀45之间的高压流路42A内的燃料气体的剩余量,根据该算出的剩余量值来决定燃料电池20的输出限制值。在压力传感器P2的压力值高的情况下,与低的情况下相比,上述的剩余量更多。因此,在压力传感器P2的压力值高的情况下,与低的情况下相比,减弱燃料电池20的输出限制。这是因为,在压力传感器P2的压力值高的情况下,想要快速降低高压流路42A及中压流路42B内的压力的缘故。另一方面,在压力传感器P2的压力值低的情况下,如果快速地使用燃料气体,则成为输出不足,因此增强燃料电池20的输出限制。在决定了燃料电池20的输出限制值之后,控制装置60进行中压流路42B的减压处理(步骤S14)。该减压处理是使燃料电池20发电的处理,但是在此,设为与通常相比限制燃料电池20的输出的处理。即,控制装置60通过DC/DC转换器51的控制,基于上述决定的输出限制值来限制燃料电池20的输出,由此进行中压流路42B的减压处理(步骤S14)。
接下来,控制装置60对喷射器46进行控制,执行对中压流路42B内进一步减压的处理(步骤S15)。例如,控制装置60将1个或多个喷射器46打开或向开方向控制,将中压流路42B内的燃料气体向低压流路42C送入。由此,将中压流路42B内的燃料气体向低压流路42C引导,对中压流路42B内进行减压。当产生该减压时,能促进残留在截止阀44与调压阀45之间的高压流路42A内的燃料气体通过机械式的调压阀45向中压流路42B流动。通过燃料电池20的发电的继续而进一步促进该燃料气体的流动。
在中压减压处理的执行后,控制装置60通过压力传感器P2来监视高压流路42A内的压力下降(步骤S16),在确认到该压力下降之后(步骤S16:是),对由压力传感器P1检测的压力值是否发生了下降进行确认(步骤S17)。这是因为,若不是在确认了高压流路42A内的压力下降发生了之后,即,若不是伴随残留于高压流路42A内的燃料气体通过机械式的调压阀45向中压流路42B流动,而高压流路42A内的压力下降至与中压流路42B内的压力相同为止之后,则无法高精度地判断中压流路42B内的压力下降的有无(压力传感器P1的压力值的下降的有无)。在此,由压力传感器P1检测的压力值发生了下降是指关闭了截止阀44之后的压力传感器P1的压力值(第二压力值)相比关闭截止阀44之前的压力传感器P1的压力值(超过了上述的阈值时的压力值。第一压力值)减小。
在由压力传感器P1检测的压力值发生了下降的情况下(步骤S17:是),控制装置60判断为调压阀45故障(异常)(步骤S18)。这种情况下,控制装置60使燃料电池20的发电停止(步骤S19)。此时,控制装置60也可以通过警告灯的显示等来向燃料电池车辆1的乘员催促调压阀45的检修、更换。
另一方面,在由压力传感器P1检测的压力值未下降的情况下(步骤S17:否),控制装置60判断为压力传感器P1故障(异常)(步骤S20)。这种情况下,控制装置60打开截止阀44并解除燃料电池20的输出限制(步骤S21)。此时,控制装置60可以通过警告灯的显示等来向燃料电池车辆1的乘员催促压力传感器P1的检修、更换。
根据以上说明的实施方式的燃料电池系统3,控制装置60在判断为由压力传感器P1检测到的压力值存在异常的情况下,首先关闭截止阀44并进行中压流路42的减压处理。然后,控制装置60在由压力传感器P1检测到的压力值发生了下降的情况下,判断为调压阀45发生故障,另一方面,在由压力传感器P1检测到的压力值未下降的情况下,判断为压力传感器P1发生故障。这样,能确定压力传感器P1及调压阀45中的哪个发生了故障,因此在由压力传感器P1检测到的压力值存在异常的情况下,能够进行与故障部件相适的失效保护控制。
尤其是即使在判定压力传感器P1及调压阀45中的哪个故障的正当中,也能一边施加输出限制一边继续燃料电池20的发电。因此,能够抑制仅由于压力传感器P1的压力值存在异常而立刻或意外地使燃料电池20的发电停止,能够抑制作为燃料电系统3整体的急剧的输出下降。而且,基于其判定结果而改变燃料电池20的输出,因此能够实施适当的失效保护。具体而言,在调压阀45由于异物堵塞等而发生故障的情况下,基于调压阀45的调压未正常地进行,会从溢流阀48向外部放出燃料气体。因此,控制装置60在判断为调压阀45发生故障的情况下,使燃料电池的20的发电停止(S18、S19)。另一方面,在压力传感器P1由于漂移等而发生故障的情况下,基于调压阀45的调压能正常进行,因此燃料电池系统3处于能够向燃料电池20正常地供给燃料气体的状态。因此,控制装置60在判断为压力传感器P1发生故障的情况下,打开截止阀44并解除燃料电池20的输出限制,使燃料电池20如通常那样发电(S20、S21)。由此,燃料电池车辆1能够继续行驶,因此能够朝向修配场所自行移动。
另外,控制装置60基于在关闭了截止阀44之后检测到的压力传感器P2的压力值来决定燃料电池20的输出限制值,并基于该决定的输出限制值来限制燃料电池20的输出(S12~14)。由此,能够以和截止阀44与调压阀45之间的燃料气体的剩余量对应的输出限制值使燃料电池20的发电继续。
以上说明的实施方式用于使本发明的理解容易,不是用于限定地解释本发明。实施方式具备的各要素以及其配置、材料、条件、形状及尺寸等并非限定为例示的情况而能够适当变更。例如,可以省略喷射器46。或者,可以取代喷射器46而设置另一减压装置(例如调压阀)。而且,在图2中由虚线的框表示的一个以上的处理(步骤S12、S13、S14的一部分、S15、S16、S19、S21)可以适当省略。列举一例的话,可以省略图2的步骤S12及S13,在步骤S14的减压处理中,不限制燃料电池20的输出。这种情况下,减压处理可以通过使通常时(正常运转时)的情况继续来进行燃料电池20的发电。这种情况下,在步骤S21中,只要打开截止阀44而使燃料电池20的发电保持原样地使通常时(正常运转时)的情况继续即可。

Claims (12)

1.一种燃料电池系统,具备:
燃料电池;
调压阀,对燃料气体进行减压;
燃料气体供给流路,具有处于所述燃料电池与所述调压阀之间的第一流路及从所述调压阀经由截止阀到达燃料气体供给源的第二流路;
第一压力传感器,检测所述第一流路内的燃料气体的压力;及
控制装置,所述截止阀及所述第一压力传感器连接于所述控制装置,
在由所述第一压力传感器检测到的压力值异常的情况下,所述控制装置关闭所述截止阀并进行所述第一流路的减压处理,然后,
在由所述第一压力传感器检测的压力值下降了的情况下,所述控制装置判断为所述调压阀发生故障,另一方面,在由所述第一压力传感器检测的压力值未下降的情况下,所述控制装置判断为所述第一压力传感器发生故障。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统,其中,
所述减压处理是与通常相比限制所述燃料电池的输出的处理。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统,其中,
所述控制装置在判断为所述第一压力传感器发生故障的情况下,解除所述燃料电池的输出限制。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统,其中,
所述控制装置在判断为所述第一压力传感器发生故障的情况下,使所述燃料电池的发电继续。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统,其中,
所述控制装置在判断为所述调压阀发生故障的情况下,使所述燃料电池的发电停止。
6.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统,其中,
所述燃料电池系统还具备检测所述第二流路内的燃料气体的压力的第二压力传感器,
所述控制装置在关闭了所述截止阀之后,基于由所述第二压力传感器检测到的压力值来决定所述燃料电池的输出限制值,并基于该决定的输出限制值来限制所述燃料电池的输出。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统,其中,
所述控制装置对在限制所述燃料电池的输出的前后由所述第二压力传感器检测到的压力值进行比较,其结果确认到所述第二流路内的压力下降之后,对由所述第一压力传感器检测的压力值是否发生了下降进行判断。
8.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统,其中,
所述燃料电池系统还具备检测所述第二流路内的燃料气体的压力的第二压力传感器,
所述控制装置在关闭了所述截止阀之后,通过所述第二压力传感器来监视所述第二流路内的压力下降,其结果确认到所述第二流路内的压力下降之后,对由所述第一压力传感器检测的压力值是否发生了下降进行判断。
9.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统,其中,
所述控制装置在由所述第一压力传感器检测到的压力值超过了阈值的情况下,判断为该压力值异常。
10.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统,其中,
所述燃料电池系统还在所述燃料电池与所述调压阀之间具备能够对燃料气体进行减压的喷射器,
所述第一流路具有从所述燃料电池至所述喷射器的第三流路和从所述喷射器至所述调压阀的第四流路,
所述第一压力传感器检测所述第四流路内的燃料气体的压力。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统,其中,
所述控制装置在关闭了所述截止阀之后且对由所述第一压力传感器检测的压力值是否发生了下降进行判断之前,控制所述喷射器而将所述第四流路内的燃料气体向所述第三流路引导。
12.一种燃料电池系统的控制方法,其中,
所述燃料电池系统具备:
燃料电池;
调压阀,对燃料气体进行减压;
燃料气体供给流路,具有处于所述燃料电池与所述调压阀之间的第一流路及从所述调压阀经由截止阀到达燃料气体供给源的第二流路;
第一压力传感器,检测所述第一流路内的燃料气体的压力;及
控制装置,所述截止阀及所述第一压力传感器连接于所述控制装置,
所述方法包括通过所述控制装置执行如下步骤:
判断为由所述第一压力传感器检测到的第一压力值存在异常,
然后,关闭所述截止阀并进行所述第一流路的减压处理,
然后,在由所述第一压力传感器检测的第二压力值比所述第一压力值小的情况下,判断为所述调压阀发生故障,另一方面,在所述第二压力值不比所述第一压力值小的情况下,判断为所述第一压力传感器发生故障。
CN201810174094.2A 2017-03-15 2018-03-02 燃料电池系统及其控制方法 Active CN108630967B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-049591 2017-03-15
JP2017049591A JP6758607B2 (ja) 2017-03-15 2017-03-15 燃料電池システム及びその制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108630967A CN108630967A (zh) 2018-10-09
CN108630967B true CN108630967B (zh) 2021-03-09

Family

ID=63372519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810174094.2A Active CN108630967B (zh) 2017-03-15 2018-03-02 燃料电池系统及其控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10720657B2 (zh)
JP (1) JP6758607B2 (zh)
CN (1) CN108630967B (zh)
DE (1) DE102018100027A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6610904B2 (ja) * 2017-03-15 2019-11-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
CN110112438A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 浙江泓林新能源科技有限公司 一种燃料电池喷轨减压控制方法
JP7163871B2 (ja) * 2019-06-03 2022-11-01 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP2021025623A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 本田技研工業株式会社 高圧容器システム及びその制御方法
KR102681710B1 (ko) * 2019-09-19 2024-07-08 현대자동차주식회사 연료전지차량의 운전 제어 장치 및 그 방법
JP7211341B2 (ja) * 2019-11-11 2023-01-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの異常検知方法
CN113013443B (zh) * 2019-12-20 2022-07-22 未势能源科技有限公司 溢流阀组件、储氢系统和燃料电池车
CN113013449B (zh) * 2019-12-20 2022-07-19 未势能源科技有限公司 气体流场的控制方法、控制装置、燃料电池及交通工具
CN113386564B (zh) * 2020-03-11 2023-03-31 宇通客车股份有限公司 一种燃料电池汽车氢系统及其故障检测方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006236799A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP5158558B2 (ja) 2006-08-14 2013-03-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5134510B2 (ja) 2008-06-10 2013-01-30 本田技研工業株式会社 燃料電池を搭載した移動体及びその制御方法
JP5171423B2 (ja) * 2008-06-19 2013-03-27 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP5421553B2 (ja) * 2008-06-19 2014-02-19 本田技研工業株式会社 高圧ガス供給システム
US8576209B2 (en) 2009-07-07 2013-11-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device
JP5861565B2 (ja) * 2012-06-05 2016-02-16 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
US9127973B2 (en) * 2013-01-31 2015-09-08 GM Global Technology Operations LLC Validation method for pressure sensor signal at electrical controlled high pressure gas storage systems
WO2015053156A1 (ja) * 2013-10-08 2015-04-16 日産自動車株式会社 燃料電池システム
CN104064787B (zh) * 2014-06-17 2016-06-15 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 一种燃料电池备用电源系统用氢气压力控制方法
JP6191577B2 (ja) * 2014-10-24 2017-09-06 トヨタ自動車株式会社 タンク装置と車両および圧力センサーの出力判定方法
JP6610904B2 (ja) * 2017-03-15 2019-11-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018152313A (ja) 2018-09-27
DE102018100027A1 (de) 2018-09-20
US20180269504A1 (en) 2018-09-20
US10720657B2 (en) 2020-07-21
JP6758607B2 (ja) 2020-09-23
CN108630967A (zh) 2018-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108630967B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN108630963B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
KR101811107B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 해당 시스템 내의 유체의 배출 방법
CN107123821B (zh) 压力传感器的异常检测方法及燃料电池系统
US7993789B2 (en) Fuel cell system and gas control method
JP4806953B2 (ja) 燃料電池システムとその運転方法、及び燃料電池車両
JP4993293B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
KR101016396B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이동체
WO2009096229A1 (ja) 燃料電池システム
EP3021397B1 (en) Fuel cell system, and control method for fuel cell system
JP2008130442A (ja) 燃料電池システム
JP5077636B2 (ja) 燃料電池システム
JP4337104B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008084603A (ja) 燃料電池システム及びそのパージ方法
WO2010070881A1 (ja) 燃料電池システム、およびその起動時における開弁動作の制御方法
JP2010262805A (ja) 燃料電池システム
JP2008196596A (ja) 電磁弁
JP5164020B2 (ja) 燃料電池システムおよびその始動方法
JP2021182482A (ja) 燃料電池システム
JP5800279B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant