JP2004103395A

JP2004103395A - フェール停止制御装置

Info

Publication number: JP2004103395A
Application number: JP2002263732A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Wakabayashi; 若林　計介
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】燃料電池システムの異常停止時に燃料電池システム内の水が凍結する危険がある場合、燃料電池の破損を防ぐため、燃料電池システム内の水を外部に放出するフェール停止制御装置を提供する。
【解決手段】フェール停止制御装置は、燃料電池システムのフェール要因を判定する異常処理部（２００）と、補助電源（３０１）と、燃料電池システムから水の排出が可能な水排出バルブ（３０５）と、を備え、異常処理部はフェール要因に基づき燃料電池システムの発電を停止するとき、燃料電池システム内の水が凍結するか否かを判定し、水が凍結すると判定した場合、補助電源からの電力により水排出バルブを開いて燃料電池システム内の水を排出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムの水凍結を防止するフェール停止制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１４４７４９号公報は燃料電池システムのフェール停止制御についての発明を開示している。
【０００３】
このフェール停止制御は、燃料電池システムに何らかの異常が起きた場合、ガス供給、冷却水循環、電力取り出し等全ての燃料電池システム制御系への電源をＤＯＷＮし、待機状態にする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では、フェール作動時に全電源を落としてしまうので、通常の運転停止制御とは違い、外気温が零度以下でもシステム内の水を排出する事が出来ない。この場合水が凍結しシステム特に燃料電池が破損する可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、外気温が零度以下にあり、燃料電池システムが停止される時、システム内の水が凍結しシステム、特に燃料電池を破損する事がない様に水を外部に放出するフェール停止制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるフェール停止制御装置は、　燃料電池システムの運転状態を検知する異常検知部と、異常検知部が検知する信号に基づきフェール要因を判定する異常処理部と、補助電源と、水排出バルブと、を備え、異常処理部は燃料電池システム内の水が凍結するか否かを判定し、水が凍結すると判定した場合、補助電源からの電力により水排出バルブを開いて燃料電池システム内の水を排出する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によると、フェールで燃料電池システムの制御を停止する際に、燃料電池システム内の水が凍結するおそれのあるとき、水排出バルブのみに通電させる事で、確実にシステム内の水を排出し燃料電池システムを防護する事ができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるフェール停止制御装置の構成を説明するブロック図である。このフェール停止制御装置は、燃料電池システムの異常を検出する異常検知部１００、異常検知部１００から異常信号を受け取り、フェール要因を判定し適切な停止制御を選択する異常処理部２００、及び燃料電池システムの各機器の停止制御を行う異常時停止制御部３００を備える。
【０００９】
異常検知部１００は、セル電圧監視部１０１、圧力センサ１０２、温度センサ１０３、水素リークセンサ１０４、および外気温センサ１０５から構成される。
【００１０】
セル電圧監視部１０１は燃料電池セルの電圧を検出する。圧力センサ１０２は、スタックへ流入流出する燃料ガス、酸化剤（空気）及び冷却水圧力を検知、またはスタック前後や各流体間の差圧を検出する。温度センサ１０３はスタックへ流入流出する燃料ガス、酸化剤（空気）及び冷却水温度を検出する。水素リークセンサ１０４は燃料電池システムの水素漏れを検出する。外気温センサ１０５は外気温を検出する。
【００１１】
異常処理部２００は、異常検知部１００から信号を受け取る異常信号受信部２０１、異常信号に基づいてフェール要因を判定する異常内容判定部２０２、及び異常パターンに応じて各機器の制御を指示する停止方法命令部２０３から構成される。
【００１２】
異常時停止制御部３００は補助電源３０１、燃料電池システムを構成するコンプレッサ等の各機器３０３を制御する燃料電池システム制御部３０２、および燃料電池システムの純水を貯留する水タンクに設けられた水排出バルブ３０５を制御する水排出バルブ制御部３０４から構成される。
【００１３】
また、水タンクには水タンク内の水を手動で排出するための手動水排出バルブ３０６が設けられる。これにより、燃料電池システムの全電源が停止した場合でも、燃料電池システム内の水を排出することができる。
【００１４】
異常処理部２００は異常検知部１００が検出した燃料電池システムの異常判定に必要な信号を受信し、燃料電池システムのフェール要因を判定し、適切な停止方法を選択する。異常時停止制御部３００では選択された停止方法に従い各機器３０３の停止制御を行う。
【００１５】
なお、上述した各部はマイクロコンピュータで構成され、フェール停止制御装置の機能を説明するための仮想的な部であり、物理的に存在する部ではない。
【００１６】
次に、図２〜４を参照して、本発明によるフェール停止制御装置が行う制御手順を説明する。
【００１７】
図２のフローチャートを参照して、燃料電池システムが作動状態にある時、燃料電池システムのフェール判定を行うためのシステムフェール制御を説明する。
【００１８】
まずステップ１で外気温Ｔａｍｂを外気温センサ１０５から読み込む。次にステップ２でセル電圧Ｖｃｅｌｌと水素リーク信号ＬＫをそれぞれセル電圧監視部１０１と水素リークセンサ１０４から読み込む。この読込は異常信号受信部２０１で行われる。次にステップ３でセル電圧Ｖｃｅｌｌが下限値＃Ｖｌｏｗを下回ったか、あるいは水素リーク信号ＬＫが水素リークを検知（＝１）したかを判定する。この判定は異常内容判定部２０２で行われる。判定がＹｅｓの場合、システム内の水の伝導度が増加し、システムがショートする恐れがあり（Ｖｃｅｌｌ低下の場合）、また水素リークが検知された場合は漏出水素を安全に処理するために、ステップ４に進み、システムの全電気系統の停止を指令する。この指令は停止方法命令部２０３で行われる。
【００１９】
この場合、直ちにシステムの全電気系統を停止させる必要があるため、燃料電池システム制御部３０２、水排出バルブ制御部３０４の何れも制御を終了すると共に、ステップ５でフェールモードフラグを１（再起動禁止）に設定する。水タンク内の水が凍結する恐れがある場合、水タンクからの水の排出は、手動水排出バルブ３０６を用いて手動で行われる。
【００２０】
セル電圧Ｖｃｅｌｌと水素リーク検出値ＬＫが何れも異常なしの場合（判定Ｎｏ）、ステップ７において温度Ｔｃｓａ、圧力Ｐｈに基づいたフェール判定を行う。異常信号受信部２０１はステップ６で流体温度Ｔｃｓａ、流体圧力Ｐｈをそれぞれ温度センサ１０３と圧力センサ１０２から読み込み、異常内容判定部２０２はステップ７で温度（且つスタック前後の温度差）Ｔｃｓａが運転可能上限値＃Ｔｍａｘを超えたか、或いは圧力（且つスタック前後及び各流体間の差圧）Ｐｈが運転可能上限値＃Ｐｈｍａｘを超えたかを判定する。
【００２１】
判定Ｙｅｓの場合、停止方法命令部２０３はステップ９に進み、燃料電池システム制御部３０２にシステム停止を指令するが、その前にステップ８で現在のフェールモードフラグが２（即ち前回フェール判定したが再起動は許可した）か否かを判定する。
【００２２】
フェールモードが０（フェール判定していない）の場合（Ｎｏ判定）、ステップ８からステップ１２に進みシステムの停止（全電気系統の停止）を行い、ステップ１３でフェールモードフラグを２に設定する。
【００２３】
フェールモードが既に２だった場合（Ｙｅｓ判定）、ステップ８からステップ９に再起動後再びフェール判定されたということであり、ステップ１２に進み、燃料電池システム制御部３０２は各機器３０３の運転を停止する。
【００２４】
しかしながら、停止方法命令部２０３はステップ１０で水排出バルブ制御部３０４に、水タンクからの水を排出する制御を行う指令を送信する。水排出バルブ制御部３０４は停止方法命令部２０３からの指令を受けて後に詳述する図４に示すような水排出バルブ開制御を行う。水排出バルブ開制御後、ステップ１１でフェールモードフラグは１（再起動禁止）に設定され、システムフェール制御が終了する。
【００２５】
次に図３のフローチャートを参照して燃料電池システムの起動処理の手順を説明する。この起動処理の手順は前回のシステム停止がシステムフェールによるものか否かを判定し、システムの起動許可、不許可を判断する。
【００２６】
まずステップ２１で、燃料電池システムに設けられた図示しないイグニッションスイッチがオンになったことを受けてフェールモードフラグの値が読み取られる。フェールモード＝１の場合は、ステップ２２からステップ２３に進み、再起動が禁止されているので燃料電池システムの始動を禁止する。フェールモードが０または２の場合は（判定Ｎｏ）、ステップ２４に進みシステムは通常の起動処理を開始する。
【００２７】
次に、図４のフローチャートを参照して図２で示すルーチンで使われる水排出バルブ開制御のサブルーチンを説明する。
【００２８】
まずステップ３１で、図２のステップ１で読み込まれた外気温Ｔａｍｂが水が凍結する恐れのある温度＃Ｔｆｒｚを下回っているかを判定する。＃Ｔｆｒｚは０℃か０℃より若干大きい値（例えば４℃）に設定されている。Ｎｏ判定のときは水排出バルブ３０５を開かずに図２のルーチンへ戻る。
【００２９】
判定Ｙｅｓの場合は、ステップ３２に進み、水排出バルブ制御部３０４に含まれる水排出バルブ３０５を開く時間をカウントするためのタイマＴｉｍをリセット（＝０）する。次にステップ３３で水排出バルブ３０５に通電し、水排出バルブ３０５を開とすると共に、タイマＴｉｍのカウントを開始する。水排出バルブ３０５への通電、タイマＴｉｍのカウントのための電力は補助電源３０１から供給される。
【００３０】
ステップ３５でタイマＴｉｍの値がバルブ開時間＃Ｔｄに達したと判定したら、ステップ３５に進み、水排出バルブ制御部３０４は水排出バルブ３０５への通電を終了する。
【００３１】
以下に本実施形態による効果を列挙する。
【００３２】
本実施形態によると、フェールで燃料電池システムの制御を停止する際に、燃料電池システム内の水が凍結するおそれのあるとき、水排出バルブのみに通電させる事で、確実にシステム内の水を排出し燃料電池システムを防護する事ができる。
【００３３】
フェール要因により停止制御を変えることで、再起動が危険な場合の再起動を禁止し、あるいは次の起動を迅速に行う事ができる。
【００３４】
セル電圧が所定値以下に低下した事が原因で、フェールＤＯＷＮした場合、燃料電池システムを再起動するとショートする可能性があるが、その場合は復起可能とせず停止状態を保つために、燃料電池本体を保護する事ができる。
【００３５】
水素洩れが原因でフェールＤＯＷＮした場合、全ての電源をＯＦＦにする事で、洩れた水素に引火するという可能性を無くす事が出来る。
【００３６】
圧力異常、温度異常でフェールＤＯＷＮした場合、なんらかの影響（ノイズ、一時的な温度上昇）で一時的に異常が起きフェールがかかった可能性がある。その場合には復起可能とする事で、必要のない水排出を防ぎ起動までの時間を短縮出来する事が出来る。
【００３７】
温度センサ１０３、圧力センサ１０２の異常で、燃料電池システムがフェールＤＯＷＮし、再度起動後同じ要因でフェールＤＯＷＮした場合には、センサ自体の故障であり、センサ交換によりシステムが回復する可能性がある。その場合は燃料電池システムの制御停止時に、水排出バルブにのみ通電し水を排出する事で、修理時間中にシステム内の水が凍結しシステムが破損する事を防ぐことが出来る。
【００３８】
全電源をフェールＤＯＷＮした場合でも、燃料電池システム内の水を手動で排出する事で、システム、特にスタックを水の凍結から防護する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフェール停止制御装置を説明するブロック構成図である
【図２】本発明によるフェール停止制御装置が実行する異常時停止制御のルーチンを説明するフロー図である。
【図３】本発明によるフェール停止制御装置が実行するシステム起動処理のルーチンを説明するフロー図である。
【図４】本発明によるフェール停止制御装置が実行する水排出バルブ開制御のルーチンを説明するフロー図である。
【符号の説明】
１００　　異常検知部
１０１　　セル電圧監視部
１０２　　圧力センサ−
１０３　　温度センサー
１０４　　水素リークセンサー
２００　　異常処理部
２０１　　異常信号受信部
２０２　　異常内容判定部
２０３　　停止方法命令部
３００　　異常時停止制御部
３０１　　補助電源
３０２　　燃料電池システム制御部
３０４　　水排出バルブ制御部
３０５　　水排出バルブ

Claims

燃料電池システムの異常発生時に、前記燃料電池システムの発電を停止するフェール停止制御装置において、
前記燃料電池システムのフェール要因を判定する異常処理部と、
補助電源と、
燃料電池システムから水の排出が可能な水排出バルブと、を備え、
前記異常処理部はフェール要因に基づき燃料電池システムの発電を停止するとき、前記燃料電池システム内の水が凍結するか否かを判定し、
前記水が凍結すると判定した場合、補助電源からの電力により水排出バルブを開いて前記燃料電池システム内の水を排出する、
ことを特徴とするフェール停止制御装置。
前記フェール要因に基づき、前記水を排出する停止制御と、前記燃料電池システムの全電源を停止して前記燃料電池システムの再起動を許可しない停止制御と、を選択的に切り替えて実行することを特徴とする請求項１に記載のフェール停止制御装置。
前記フェール要因に基づき、前記水を排出する停止制御と、前記燃料電池システムの全電源を停止しても前記燃料電池システムの再起動は許可する停止制御と、を選択的に切り替えて実行することを特徴とする請求項１または２に記載のフェール停止制御装置。
前記異常検知部はセル電圧を検知するセル電圧監視部を備え、前記セル電圧が所定値を下回った場合、前記燃料電池システムの全電源を停止して前記燃料電池システムの再起動を許可しないことを特徴とする請求項２に記載のフェール停止制御装置。
前記異常検知部は水素漏れを検知する水素リークセンサを備え、前記水素漏れを検知した場合、前記燃料電池システムの全電源を停止して前記燃料電池システムの再起動を許可しないことを特徴とする請求項２に記載のフェール停止制御装置。
前記異常検知部は前記燃料電池システムの温度を検知する温度センサと前記燃料電池システムの圧力を検知する圧力センサとを備え、前記フェール要因が温度異常または圧力異常の場合、前記燃料電池システムの全電源を停止しても前記燃料電池システムの再起動は許可することを特徴とする請求項３に記載のフェール停止制御装置。
前記燃料電池システムの再起動の後、同じフェール要因で再度停止した場合、前記補助電源から前記水排出バルブのみに通電して前記水排出バルブを開き、前記燃料電池システム内の水を排出することを特徴とする請求項６に記載のフェール停止制御装置。
前記燃料電池システムの全電源が停止した場合に前記燃料電池システム内の水を排出するための手動水排出バルブを備えることを特徴とする請求項２もしくは３に記載のフェール停止制御装置。