JP2007299535A - Fuel cell system and its control method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of avoiding unnecessary opening regulation of a pressure regulating valve at very low temperature; and to provide the control method of the fuel cell system. <P>SOLUTION: A controller (a valve opening control means) 4 closes a pressure regulating valve 3 when a fuel cell 1 is started, a throttle position sensor (an opening detecting means) 5 detects a closing position opening at which the pressure regulating valve 3 does not move when the pressure regulating valve 3 is closed, and when the detected value is a subscribed value or more, the controller 4 decides that the pressure regulating valve 3 is in an operation failure state by freezing, and the pressure regulating valve 3 is kept in a constant opening, or the operation of the fuel cell is prohibited. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関し、特に氷点下等の極低温時に必要以上に駆動が制限されない燃料電池およびその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof, and more particularly, to a fuel cell and a control method thereof in which driving is not restricted more than necessary at extremely low temperatures such as below freezing.
燃料電池は電解質膜を燃料極と酸化剤極によって挟み、燃料極に燃料ガス、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することによって発電を行う。例えば自動車用途においては電解質膜として、一般的には水素イオン導電性を有する高分子固体電解質膜を利用する場合が多い。また、燃料ガスとして水素、酸化剤ガスとして空気を燃料電池に供給すると、以下のような反応が起こる。
燃料極:2H2 → 4H+ + 4e- ・・・式(1)
酸化剤極:O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O ・・・式(2)
したがって燃料電池は副生成物として水しか排出しないため、内燃機関のような二酸化炭素など地球環境に対するダメージを与える物質を放出しないといった利点がある。
A fuel cell generates electricity by sandwiching an electrolyte membrane between a fuel electrode and an oxidant electrode and supplying fuel gas to the fuel electrode and oxidant gas to the oxidant electrode. For example, in an automobile application, a polymer solid electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity is generally often used as an electrolyte membrane. Further, when hydrogen is supplied as the fuel gas and air is supplied as the oxidant gas to the fuel cell, the following reaction occurs.
Fuel electrode: 2H 2 → 4H + + 4e (1)
Oxidant electrode: O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (2)
Therefore, since the fuel cell only discharges water as a by-product, there is an advantage that a substance that damages the global environment such as carbon dioxide as in an internal combustion engine is not released.
このような燃料電池車両用の燃料電池を含む燃料電池システムでは、氷点下以下などの温度条件において一定の時間運転が停止されると、燃料電池システム内に残留した水がバルブやポンプ等で凍結する場合があり、調圧弁(圧力調整弁)を用いた燃料電池システムでは、調圧弁が閉じた状態で凍結したり、調圧弁を閉じたときに氷を噛み込んだりして、調圧弁が正常に作動しなくなったり破損してしまうことがあった。   In such a fuel cell system including a fuel cell for a fuel cell vehicle, water remaining in the fuel cell system is frozen by a valve, a pump, or the like when the operation is stopped for a certain time under a temperature condition such as below freezing point. In a fuel cell system that uses a pressure regulating valve (pressure regulating valve), the pressure regulating valve is normally operated by freezing with the pressure regulating valve closed or by biting ice when the pressure regulating valve is closed. It could not work or could be damaged.
このため、従来の燃料電池車両用の燃料電池システムでは、調圧弁の周辺部等が凍結するかどうかを温度によって判定し、凍結する可能性があると判定された場合には、調圧弁の開度が所定開度以下になるのを禁止したり調圧弁の開度が一定となるようにして、調圧弁が正常に作動しなくなったり破損したりするのを防止していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−311288号公報
For this reason, in a conventional fuel cell system for a fuel cell vehicle, whether or not the periphery of the pressure regulating valve is frozen is determined based on the temperature, and if it is determined that there is a possibility of freezing, the pressure regulating valve is opened. The pressure regulation valve is prevented from becoming inoperable or damaged by prohibiting the pressure from being less than a predetermined opening or by making the opening of the pressure regulating valve constant (for example, patent documents) 1).
JP 2004-31288 A
しかし、従来の燃料電池システムでは(例えば、特許文献1参照)、調圧弁の周辺部等に水分がなければ上記のような不具合が起こらないにもかかわらず、所定温度以下になると開度制限がかかってしまうため、運転圧を上げることができる状態でも不必要に調圧弁の開度が制限され、高圧運転による高出力が出せなくなるという問題点があった。   However, in the conventional fuel cell system (see, for example, Patent Document 1), the opening limit is limited when the temperature falls below a predetermined temperature, even though the above-described problem does not occur if there is no moisture in the periphery of the pressure regulating valve. Therefore, there is a problem that the opening of the pressure regulating valve is unnecessarily limited even in a state where the operating pressure can be increased, and a high output due to high pressure operation cannot be obtained.
また、一般的に温度だけを基準に調圧弁の開度制限を行うと、閾値の温度マージンが必要となるため、調圧弁の周辺部等が実際に凍結していない場合にも開度制限がかかってしまうことがあるという問題点もあった。   In general, limiting the opening of the pressure regulating valve based only on temperature requires a threshold temperature margin, so the opening is limited even when the periphery of the pressure regulating valve is not actually frozen. There was also a problem that it sometimes took.
本発明は、圧力調整弁の周辺部等に水分がなかったり、実際に凍結していないときでも不必要に圧力調整弁の開度制限を行うことを回避することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to a fuel cell system capable of avoiding unnecessarily limiting the opening of a pressure regulating valve even when there is no moisture in the peripheral portion of the pressure regulating valve or when the pressure regulating valve is not actually frozen and its control It aims to provide a method.
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、この燃料電池から排出される未利用の前記酸化剤ガスが流れる流路に設けられ、前記燃料電池の酸化剤極の圧力を調整する圧力調整弁と、この圧力調整弁の開度を検出する開度検出手段と、この開度検出手段が検出した検出値に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する弁開度制御手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記弁開度制御手段は、前記燃料電池が起動されたときに前記圧力調整弁を閉じる動作を行い、この圧力調整弁を閉じる動作が行われたときに前記圧力調整弁が動かなくなったときの閉位置開度を前記開度検出手段により検出して、そのときの検出値が所定値以上である場合に、前記圧力調整弁を一定の開度に維持するか、または前記燃料電池の駆動を禁止することを特徴とするものである。   The fuel cell system according to the present invention is provided in a fuel cell that generates power by reacting a fuel gas and an oxidant gas, and a flow path through which the unused oxidant gas discharged from the fuel cell flows. A pressure adjusting valve for adjusting the pressure of the oxidant electrode of the battery; an opening detecting means for detecting the opening of the pressure adjusting valve; and opening of the pressure adjusting valve based on a detection value detected by the opening detecting means. And a valve opening control means for controlling the degree of opening of the fuel cell system. The valve opening control means performs an operation of closing the pressure adjustment valve when the fuel cell is started. When the opening adjustment means detects the closed position opening when the pressure regulating valve stops operating when the closing operation is performed, and the detected value at that time is a predetermined value or more, the pressure Maintain the regulating valve at a constant opening Or it is characterized in prohibiting the driving of the fuel cell.
本発明に係る燃料電池システムでは、弁開度制御手段が、燃料電池が起動されたときに圧力調整弁を閉じる動作を行い、圧力調整弁が動かなくなったときの閉位置開度を開度検出手段によって検出して、すなわち閉位置確認を実施して、その検出値が所定値以上である場合に、弁開度制御手段が、圧力調整弁が凍結により動作不良の状態にあると判断して、圧力調整弁を一定の開度に維持するか、または前記燃料電池の駆動を禁止する。このため、温度のみを基準とした場合のように、圧力調整弁の周辺部等に水分がなかったり、実際に凍結していないときでも不必要に圧力調整弁の開度制限を行うことを回避することができ、早期から高出力を得ることが可能となる。   In the fuel cell system according to the present invention, the valve opening degree control means performs an operation of closing the pressure regulating valve when the fuel cell is started, and detects the opening degree of the closed position when the pressure regulating valve stops moving. When the detected value is equal to or greater than a predetermined value, the valve opening degree control means determines that the pressure regulating valve is in a malfunctioning state due to freezing. The pressure regulating valve is maintained at a constant opening, or the driving of the fuel cell is prohibited. For this reason, avoiding unnecessary restriction of the opening of the pressure control valve even when there is no water around the pressure control valve or when it is not actually frozen It is possible to obtain a high output from an early stage.
以下、本発明に係る燃料電池システムおよびその制御方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell system and a control method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。本発明に係る燃料電池システムは燃料電池1を備え、この燃料電池1は酸化剤極1aおよび燃料極1bを有する。また図1には図示していないが、燃料電池1の内部には空気(酸化剤ガス)の流れる空気流路、燃料ガスとしての水素が流れる燃料流路、冷却水の流れる冷却水流路や、水素と空気中の酸素を反応させて発電を行うための電解質膜等が設けられている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell 1, and the fuel cell 1 includes an oxidant electrode 1a and a fuel electrode 1b. Although not shown in FIG. 1, an air flow path through which air (oxidant gas) flows, a fuel flow path through which hydrogen as fuel gas flows, a cooling water flow path through which cooling water flows, An electrolyte membrane or the like is provided for generating electricity by reacting hydrogen with oxygen in the air.
コンプレッサ(酸化剤ガス供給手段)2は、燃料電池1の酸化剤極1aに空気を送り込むためのものであり、例えば酸化剤極1aの上流側に設けられている。また、燃料電池1の酸化剤極1aから排出される未利用の空気が流れる流路には、この燃料電池1の酸化剤極1aの圧力を調整するための圧力調整弁3が設けられている。この圧力調整弁3は、例えば電動モータで駆動される構成であり、コントローラ(弁開度制御手段)4からの信号に応じて開度を変更できるようになっている。   The compressor (oxidant gas supply means) 2 is for sending air into the oxidant electrode 1a of the fuel cell 1, and is provided, for example, on the upstream side of the oxidant electrode 1a. Further, a pressure adjusting valve 3 for adjusting the pressure of the oxidant electrode 1 a of the fuel cell 1 is provided in a flow path through which unused air discharged from the oxidant electrode 1 a of the fuel cell 1 flows. . The pressure regulating valve 3 is configured to be driven by, for example, an electric motor, and the opening degree can be changed according to a signal from a controller (valve opening degree control means) 4.
スロットルポジションセンサ(開度検出手段)5は、圧力調整弁3の開度を検出してコントローラ4に送り、コントローラ4は、スロットルポジションセンサ5が検出した検出値に基づいて圧力調整弁3の開度を制御する。温度センサ(温度検出手段)6は、圧力調整弁3の温度を検出するためのものであり、後述する制御に使用される。   A throttle position sensor (opening detection means) 5 detects the opening of the pressure adjustment valve 3 and sends it to the controller 4. The controller 4 opens the pressure adjustment valve 3 based on the detection value detected by the throttle position sensor 5. Control the degree. The temperature sensor (temperature detection means) 6 is for detecting the temperature of the pressure regulating valve 3 and is used for control described later.
酸化剤極1aには、酸化剤極圧力センサ(酸化剤極圧力検出手段)7が設けられており、酸化剤極圧力センサ7は、酸化剤極1aの圧力を検出する。なお本実施形態では、酸化剤極圧力センサ7が酸化剤極1aの内部に設けられているものとするが、例えば酸化剤極圧力センサ7を酸化剤極1aの上流側、または酸化剤極1aと圧力調整弁3の間に設けるようにしてもよい。   The oxidant electrode 1a is provided with an oxidant electrode pressure sensor (oxidant electrode pressure detection means) 7. The oxidant electrode pressure sensor 7 detects the pressure of the oxidant electrode 1a. In this embodiment, the oxidant electrode pressure sensor 7 is provided inside the oxidant electrode 1a. For example, the oxidant electrode pressure sensor 7 is disposed upstream of the oxidant electrode 1a or the oxidant electrode 1a. And the pressure regulating valve 3 may be provided.
酸化剤極圧力センサ7の検出信号はコントローラ4に送られ、この検出信号が所定の目標値となるように圧力調整弁3の開度を制御する。なお、酸化剤極圧力センサ7の検出信号が所定の目標値となるよう圧力調整弁3の開度を制御するために、圧力フィードバック回路(図示せず)を構成することができる。   A detection signal from the oxidant electrode pressure sensor 7 is sent to the controller 4 and the opening degree of the pressure regulating valve 3 is controlled so that the detection signal becomes a predetermined target value. In order to control the opening degree of the pressure regulating valve 3 so that the detection signal of the oxidant electrode pressure sensor 7 becomes a predetermined target value, a pressure feedback circuit (not shown) can be configured.
また圧力調整弁3の近傍には、ヒータ(圧力調整弁加熱手段)8が設けられており、コントローラ4からの指示により圧力調整弁3を加熱するようになっている。   A heater (pressure adjusting valve heating means) 8 is provided in the vicinity of the pressure adjusting valve 3 so as to heat the pressure adjusting valve 3 according to an instruction from the controller 4.
水素タンク9は、燃料ガスである水素を圧縮状態で収容しており、燃料極圧力調整弁(燃料極圧力調整手段)10は、燃料極1bに設けられた燃料極圧力センサ(燃料極圧力検出手段)11の検出信号に基づいてコントローラ4が計算した開度に調整されることで、燃料極1b側の圧力を目標圧力に調整することができる。なお燃料極1b側の圧力を目標圧力に調整するために、フィードバック回路を構成することができる。   The hydrogen tank 9 stores hydrogen, which is a fuel gas, in a compressed state, and a fuel electrode pressure adjusting valve (fuel electrode pressure adjusting means) 10 is a fuel electrode pressure sensor (fuel electrode pressure detection) provided in the fuel electrode 1b. (Means) By adjusting the opening calculated by the controller 4 based on the detection signal of 11, the pressure on the fuel electrode 1b side can be adjusted to the target pressure. Note that a feedback circuit can be configured to adjust the pressure on the fuel electrode 1b side to the target pressure.
二次電池12は、燃料電池1が発電した電力の余剰分等を蓄えるものであり、燃料電池1の発電量が不足している場合などに電力を供給する。電力供給制御コントローラ(電力供給制御手段)13は、二次電池12と燃料電池1から供給される電力を制御するものであり、例えばモータ14で必要な電力を二次電池12から供給したり、燃料電池1からの供給に切り換えたり、燃料電池1で発電された電力を二次電池12へ供給して充電するなどの制御を行う。   The secondary battery 12 stores surplus power generated by the fuel cell 1 and supplies power when the amount of power generated by the fuel cell 1 is insufficient. The power supply control controller (power supply control means) 13 controls the power supplied from the secondary battery 12 and the fuel cell 1. For example, the motor 14 supplies the necessary power from the secondary battery 12. Control is performed such as switching to supply from the fuel cell 1 or supplying the power generated by the fuel cell 1 to the secondary battery 12 for charging.
またコントローラ4には、燃料電池システムの準備が完了して所定の条件が整ったときに運転者に運転開始許可を出す運転開始ランプ(運転開始許可出力手段)15が接続されている。   The controller 4 is connected to an operation start lamp (operation start permission output means) 15 that gives the driver permission to start driving when the fuel cell system is ready and predetermined conditions are met.
図2は、圧力調整弁3の周辺部を拡大した拡大断面図である。燃料電池1の酸化剤極1aから排出される未利用の空気が流れる流路に設けられた圧力調整弁3は、例えば温度が20℃程度の状態で閉じられたときには、図2(a)の3Aに示すような完全な閉状態となる。しかし、例えば氷点下等の極低温時に図2(b)に示すような氷塊16が圧力調整弁3の近傍にできているときには、図2(b)の3Bに示すように圧力調整弁3が完全に閉まらない場合がある。本実施形態では、このような場合に例えば図2(a)の3Cに示すようなデフォルト位置に圧力調整弁3を固定する。これは換言すれば、圧力調整弁3を一定の開度に維持するということである。なお本実施形態では、圧力調整弁3が完全な閉状態であるかどうかを判断するのはスロットルポジションセンサ5の感度等から実質的に不可能なため、圧力調整弁3が図2(a)の斜線部Dに示すように微小開度より小さい場合に圧力調整弁3が正常に閉じられていると判断する。また図2(b)の3Bに示すように圧力調整弁3が閉まらない状態では、圧力調整弁3が凍結により動作不良の状態にあると判断する。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in which the peripheral portion of the pressure regulating valve 3 is enlarged. When the pressure regulating valve 3 provided in the flow path through which the unused air discharged from the oxidant electrode 1a of the fuel cell 1 flows is closed at a temperature of about 20 ° C., for example, FIG. A completely closed state as shown in 3A is obtained. However, when the ice block 16 as shown in FIG. 2B is formed in the vicinity of the pressure regulating valve 3 at an extremely low temperature such as below freezing point, the pressure regulating valve 3 is completely closed as shown in 3B of FIG. May not close. In this embodiment, in such a case, for example, the pressure regulating valve 3 is fixed at a default position as shown by 3C in FIG. In other words, this means that the pressure regulating valve 3 is maintained at a constant opening degree. In the present embodiment, it is substantially impossible to determine whether or not the pressure regulating valve 3 is in a completely closed state from the sensitivity of the throttle position sensor 5 or the like, so that the pressure regulating valve 3 is shown in FIG. When the opening is smaller than the minute opening as shown by the hatched portion D, it is determined that the pressure regulating valve 3 is normally closed. 2B, when the pressure regulating valve 3 is not closed, it is determined that the pressure regulating valve 3 is in a malfunctioning state due to freezing.
図3は、本発明の燃料電池システムの制御の流れを示す制御ブロック図である。なお図3に示す各種手段は、例えばコントローラ4や電力供給制御コントローラ13に内蔵されたCPU、ハードディスク等の記憶手段およびこの記憶手段に記憶されたプログラム等と、その他の燃料電池システムの部品から構成・実施されるものとする。   FIG. 3 is a control block diagram showing a control flow of the fuel cell system of the present invention. The various means shown in FIG. 3 are composed of, for example, a CPU incorporated in the controller 4 or the power supply controller 13, a storage means such as a hard disk, a program stored in the storage means, and other components of the fuel cell system.・ It shall be implemented.
まず閉位置確認指示手段20で、閉位置確認を行うタイミングを閉位置確認手段21へ知らせ、その知らせに応じて閉位置確認手段21は圧力調整弁3の閉位置確認を行う。具体的には、コントローラ4が、燃料電池1が起動されたときに圧力調整弁3を閉じる動作を行い、その際、スロットルポジションセンサ5が、圧力調整弁3が動かなくなったときの閉位置開度を検出する。   First, the closed position confirmation instructing means 20 informs the closed position confirmation means 21 of the timing for performing the closed position confirmation, and the closed position confirmation means 21 confirms the closed position of the pressure regulating valve 3 in response to the notification. Specifically, the controller 4 performs an operation of closing the pressure regulating valve 3 when the fuel cell 1 is started. At this time, the throttle position sensor 5 opens the closed position when the pressure regulating valve 3 stops moving. Detect the degree.
その検出値を用いて一定開度運転実施判断手段22は、圧力調整弁3が凍結により動作不良の状態にあるかどうかを判断し、凍結による動作不良であると判断された場合には、一定開度運転手段23で圧力調整弁3の一定開度運転を行うとともに、加熱手段24(ヒータ8)で圧力調整弁3を解凍する。具体的には、圧力調整弁3が凍結により動作不良の状態にあると判断された場合に、圧力調整弁3を一定の開度に維持し、解凍を行う。なお、圧力調整弁3を一定の開度に維持する代わりに、燃料電池1の駆動を禁止するようにしてもよい。また閉位置確認を実行中で空気流量が所定流量以下に制限されているとき(後述する)に高負荷要求があった場合には、二次電池アシスト手段25により二次電池12から電力を供給できるようになっている。   Using the detected value, the constant opening operation execution determination means 22 determines whether or not the pressure regulating valve 3 is in an operation failure state due to freezing. The opening operation means 23 performs a constant opening operation of the pressure adjustment valve 3, and the heating means 24 (heater 8) defrosts the pressure adjustment valve 3. Specifically, when it is determined that the pressure regulating valve 3 is in a malfunctioning state due to freezing, the pressure regulating valve 3 is maintained at a certain opening degree and defrosting is performed. Note that, instead of maintaining the pressure regulating valve 3 at a constant opening, driving of the fuel cell 1 may be prohibited. When a high load request is made when the closed position is being confirmed and the air flow rate is limited to a predetermined flow rate (described later), power is supplied from the secondary battery 12 by the secondary battery assisting means 25. It can be done.
図4は、図3に示した制御ブロック図に示した閉位置確認指示手段20の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing a specific control flow of the closed position confirmation instruction means 20 shown in the control block diagram shown in FIG.
まず、運転者が燃料電池1の起動を指示したときに1となるフラグFSTATが1であるか否かを判定する(ステップ1)。FSTATが1であれば起動が指示された直後であると判断し、圧力調整弁3が凍結状態であることを示すFFREEZEを1として、一旦凍結状態であることとし、さらに圧力調整弁3の閉位置確認を行うための閉位置確認許可フラグFSHUTを1とする。FSHUTは、1で閉位置確認することを示し、0でしないことを示すフラグとなっている。また後述する一定開度運転手段23で使用する空気流量最大値MAXQAを一旦SLMAXQA1に制限する。ここでSLMAXQA1は、この流量を酸化剤極1aに流したとしても酸化剤極1aの圧力が酸化剤極1aと燃料極1bの限界差圧MAXDP(後述する)の2倍以下となる流量であり、例えば実験的に事前に確認して設定する。さらにFSTATをゼロにして以後、次回の起動まで上記の操作を行わないようにする(ステップ2)。ステップ1でFSTATが0であると判定された場合にはステップ2をスキップする。   First, it is determined whether or not a flag FSTAT that is 1 when the driver gives an instruction to start the fuel cell 1 is 1 (step 1). If FSTAT is 1, it is determined that it is immediately after the start is instructed, FFREEZE indicating that the pressure regulating valve 3 is in a frozen state is set to 1, and the pressure regulating valve 3 is closed once. A closed position confirmation permission flag FSHUT for performing position confirmation is set to 1. FSHUT is a flag indicating that the closed position is confirmed with 1 and not with 0. Further, the maximum air flow rate value MAXQA used in the constant opening degree operating means 23 described later is temporarily limited to SLMAXQA1. Here, SLMAXQA1 is a flow rate at which the pressure of the oxidant electrode 1a is less than twice the limit differential pressure MAXDP (described later) between the oxidant electrode 1a and the fuel electrode 1b even if this flow rate is passed through the oxidant electrode 1a. For example, experimentally confirm and set in advance. Further, after the FSTAT is set to zero, the above operation is not performed until the next activation (step 2). If it is determined in step 1 that FSTAT is 0, step 2 is skipped.
次に、運転者に運転開始許可を出すのにあとは閉位置確認を残すのみである場合に1となるフラグFREADY1が1であり、且つ1の場合に凍結状態であることを示すフラグFFREEZEが1であるか否かを判定し(ステップ3)、そうであれば運転者に運転開始を許可する直前に凍結が解除されたか否かを確認するためにFSHUTを1として閉位置確認を行うことを宣言し、且つ空気流量を所定流量以上としないためにコンプレッサ2の回転数最大値MAXNCをSLMAXNC1に制限する(ステップ4)。ここでSLMAXNC1は、閉位置確認のため一瞬圧力調整弁3が完全に閉じた状態になったとしても酸化剤極1aの圧力上昇が急激に起こらず、圧力調整に破綻をきたさないレベルの流量を実験的に求めて決定すればよい。なおステップ4において、コンプレッサ2の回転数最大値MAXNCをSLMAXNC1に制限する代わりに、コンプレッサ2の回転数を0に設定するようにしてもよい。ステップ3においてNoである場合には、ステップ4をスキップする。   Next, the flag FREADY1 which becomes 1 when only the closed position confirmation is left to give the driver permission to start driving is 1, and when it is 1, the flag FFREEZE indicating the frozen state is 1 is determined (step 3), and if so, the closed position is confirmed with FSHUT as 1 in order to confirm whether or not the freezing has been released immediately before permitting the driver to start driving. And the maximum value MAXNC of the compressor 2 is limited to SLMAXNC1 so that the air flow rate does not exceed a predetermined flow rate (step 4). Here, SLMAXNC 1 has a flow rate at a level that does not cause a sudden pressure increase in the oxidizer electrode 1a even if the pressure adjustment valve 3 is completely closed for a moment to confirm the closed position, and does not cause a failure in pressure adjustment. It may be determined experimentally. In step 4, instead of limiting the maximum rotation speed value MAXNC of the compressor 2 to SLMAXNC1, the rotation speed of the compressor 2 may be set to 0. If No in step 3, step 4 is skipped.
次に、前回の閉位置確認から所定時間経過したかを判定する(ステップ5)。閉位置確認の結果、圧力調整弁3が凍結していると判断された場合には、ヒータ8等による解凍が必要なため、ある程度の時間が必要となる。ステップ5を設ける理由は、あまり頻繁に閉位置確認を行っても、その他の制御のための電力を制限してしまうためである。ステップ5において所定時間が経過していないと判断された場合には、処理を終了する。   Next, it is determined whether a predetermined time has elapsed since the previous confirmation of the closed position (step 5). As a result of the confirmation of the closed position, when it is determined that the pressure regulating valve 3 is frozen, thawing by the heater 8 or the like is necessary, so that a certain amount of time is required. The reason for providing step 5 is that even if the closed position is confirmed too frequently, the power for other control is limited. If it is determined in step 5 that the predetermined time has not elapsed, the process is terminated.
ステップ5において前回の閉位置確認から所定時間が経過していると判断された場合には、現在のコンプレッサ2の実回転数NCがSLMAXNC1より小さく閉位置確認を行っても酸化剤極1aの圧力調整に破綻をきたさない状態であり、且つ圧力調整弁3が凍結状態(FFREEZE=1)であるか否かを判断する(ステップ6)。そしてステップ6においてYesの場合には、FSHUTを1として閉位置確認を行うことを宣言し、且つその後に運転条件が変わってコントローラ4から空気流量の増量要求が出たとしても空気流量を所定流量以上としないためにコンプレッサ2の回転数最大値MAXNCをSLMAXNC1に制限する(ステップ7)。ステップ6でNoとなった場合は、現在の運転条件で閉位置確認を行うと酸化剤極1aの圧力が急増して圧力調整に破綻をきたす恐れがあるため、閉位置確認を行わずに処理を終了する。   If it is determined in step 5 that the predetermined time has elapsed since the previous confirmation of the closed position, the actual rotational speed NC of the compressor 2 is smaller than SLMAXNC1, and the pressure of the oxidizer electrode 1a is confirmed even if the closed position is confirmed. It is determined whether or not the adjustment does not fail and whether or not the pressure regulating valve 3 is in a frozen state (FFREEZE = 1) (step 6). In the case of Yes in step 6, FSHUT is set to 1 and it is declared that the closed position confirmation is performed, and the air flow rate is set to the predetermined flow rate even if the operation condition is changed and the controller 4 requests to increase the air flow rate thereafter. In order to avoid this, the maximum value MAXNC of the compressor 2 is limited to SLMAXNC1 (step 7). If No in Step 6, if the closed position is confirmed under the current operating conditions, the pressure of the oxidizer electrode 1a may increase rapidly and the pressure adjustment may be broken. Exit.
図4に示す処理において、ステップ1とステップ2は燃料電池1の起動直後に閉位置確認を行うためのステップであり、ステップ3とステップ4は起動直後に凍結による動作不良があるため、運転開始許可を出す前に閉位置確認を行うステップであり、ステップ5から7は運転開始後も凍結による動作不良がある場合に適切なタイミングで閉位置確認を行うためのステップである。   In the process shown in FIG. 4, step 1 and step 2 are steps for confirming the closed position immediately after the start of the fuel cell 1, and step 3 and step 4 start operation because there is a malfunction due to freezing immediately after the start. Steps 5 to 7 are steps for confirming the closed position at an appropriate timing when there is a malfunction due to freezing even after the start of operation.
図5は、図3に示した制御ブロック図に示した閉位置確認手段21の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing a specific control flow of the closed position confirmation means 21 shown in the control block diagram shown in FIG.
まず、閉位置確認指示手段20で設定される閉位置確認許可フラッグFSHUTが許可(1)か不許可(0)かを判定し(ステップ11)、不許可であればステップ18までスキップし、許可であれば例えば駆動する電流VIを閉側の最大値MAXVIとして最大のトルクで圧力調整弁3を閉じる動作を行う(ステップ12)。   First, it is determined whether the closed position confirmation permission flag FSHUT set by the closed position confirmation instruction means 20 is permitted (1) or not permitted (0) (step 11). If so, for example, the operation of closing the pressure regulating valve 3 with the maximum torque is performed with the driving current VI as the maximum value MAXVI on the closing side (step 12).
そして、スロットルポジションセンサ5の検出値V0が所定の開度SLMINV0を下回っているか否かを判断し(ステップ13)、下回っていれば圧力調整弁3が凍結していないと判断して、凍結状態であることを示すフラグFFREEZEを0として凍結していないことを宣言するとともに、圧力調整弁3が閉位置開度のときの検出値MINVをV0とする(ステップ14)。なおそれ以後の圧力調整弁3の制御は、このMINVに基づいて行われる。ステップ13において、スロットルポジションセンサ5の検出値V0が所定の開度SLMINV0以上である場合には、まだ凍結による動作不良が継続していると判断してステップ14をスキップする。   Then, it is determined whether or not the detected value V0 of the throttle position sensor 5 is below a predetermined opening degree SLMINV0 (step 13), and if it is below, it is determined that the pressure regulating valve 3 is not frozen, and the frozen state The flag FFREEZE indicating that the valve is not frozen is declared, and the detected value MINV when the pressure regulating valve 3 is at the closed position is set to V0 (step 14). The subsequent control of the pressure regulating valve 3 is performed based on this MINV. If the detected value V0 of the throttle position sensor 5 is equal to or greater than the predetermined opening degree SLMINV0 in step 13, it is determined that the operation failure due to freezing still continues and step 14 is skipped.
その後、閉位置確認許可フラグFSHUTを0として閉位置確認を完了したことを宣言するとともに、コンプレッサ2の低回転数制限を解除するためにMAXNCをSLMAXNCに変更する。ここで、SLMAXNC>SLMAXNC1であり、SLMAXNCはコンプレッサ2の危険回転数に対して十分低いが、定格発電が可能な回転数に設定するのが望ましい。さらに圧力調整弁3の駆動電流VIを、通常運転時においてPID制御の結果などから算出される目標電流値TGVIとする(ステップ15)。例えば、圧力調整弁3を一定開度運転とし、その開度がデフォルト位置である場合にはTGVIはゼロとなる。   Thereafter, the closed position confirmation permission flag FSHUT is set to 0 to declare that the closed position confirmation is completed, and MAXNC is changed to SLMAXNC in order to cancel the low rotation speed limitation of the compressor 2. Here, SLMAXNC> SLMAXNC1, and SLMAXNC is sufficiently lower than the dangerous rotational speed of the compressor 2, but it is desirable to set the rotational speed at which rated power generation is possible. Further, the drive current VI of the pressure regulating valve 3 is set to a target current value TGVI calculated from the result of PID control during normal operation (step 15). For example, when the pressure adjustment valve 3 is operated at a constant opening and the opening is the default position, TGVI becomes zero.
次に、FREADY1が1であるか否か、すなわち閉位置確認を行ったか否かを判定し(ステップ16)、FREADY1が1である場合には運転者に運転開始許可を出すことを示すフラグFREADYを1として、運転開始ランプ15を点灯させる(ステップ17)。   Next, it is determined whether or not FREADY1 is 1, that is, whether or not the closed position has been confirmed (step 16). If FREADY1 is 1, a flag FREADY indicating that the driver is permitted to start driving. Is set to 1, the operation start lamp 15 is turned on (step 17).
それから、温度センサ6の出力TEMPVが所定温度SLTEMPVを超えているか否かを判定する(ステップ18)。SLTEMPVは、例えば0℃付近に設定され圧力調整弁3が解凍されているかどうかを判定できる温度となっている。ステップ18において温度センサ6の出力TEMPVが所定温度SLTEMPVを超えていると判定された場合には、解凍が完了したとして凍結状態であることを示すフラグFFREEZEを0とするとともに、圧力調整弁3の閉位置開度のときの検出値を前回検出した検出値OLDMINVとして(ステップ19)処理を終了する。なおステップ19では、MINVをOLDMINVとして解凍の宣言(FFREEZE=0)を行っているが、例えば閉位置確認を再度行って精度の高い圧力調整を行えるようにしてもよい。また、TEMPVは温度センサ6の値であるとしたが、例えば外気温や冷却水の温度、または燃料電池1の起動からの経過時間などのパラメータを用いるようにしてもよい。   Then, it is determined whether or not the output TEMPV of the temperature sensor 6 exceeds a predetermined temperature SLTEMPV (step 18). SLTEMPV is set to, for example, around 0 ° C., and is a temperature at which it can be determined whether or not the pressure regulating valve 3 has been thawed. When it is determined in step 18 that the output TEMPV of the temperature sensor 6 exceeds the predetermined temperature SLTEMPV, the flag FFREEZE indicating that the thawing is completed and the frozen state is set to 0, and the pressure regulating valve 3 The detection value at the closed position opening is set to the detection value OLDMINV detected last time (step 19), and the process is terminated. In step 19, the declaration of thawing (FFREEZE = 0) is performed with MINV as OLDMINV. However, for example, the closed position confirmation may be performed again so that highly accurate pressure adjustment can be performed. Further, although TEMPV is the value of the temperature sensor 6, parameters such as the outside air temperature, the temperature of the cooling water, or the elapsed time since the start of the fuel cell 1 may be used.
図6は、図3に示した制御ブロック図に示した一定開度運転手段23および加熱手段24の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing a specific control flow of the constant opening operation means 23 and the heating means 24 shown in the control block diagram shown in FIG.
まず、FFREEZEが1(凍結による動作不良の状態)か0(正常な動作状態)かを判定し(ステップ21)、1であれば圧力調整弁3を加熱・解凍するためにFHEATERを1としてヒータ8を駆動させる。さらに燃料極1bの圧力の上限MAXHPを、燃料電池1が正常に駆動する燃料極1bと酸化剤極1aの限界差圧MAXDPに制限するとともに、燃料極1bの圧力の目標値TGHPを、酸化剤極圧力センサ7の検出圧力であるAPとする(ステップ22)。   First, it is determined whether FFREEZE is 1 (operational failure due to freezing) or 0 (normal operation state) (step 21). If 1, FHEEATER is set to 1 to heat and defrost the pressure regulating valve 3. 8 is driven. Further, the upper limit MAXHP of the pressure of the fuel electrode 1b is limited to the limit differential pressure MAXDP of the fuel electrode 1b and the oxidant electrode 1a at which the fuel cell 1 is normally driven, and the target value TGHP of the pressure of the fuel electrode 1b is set to the oxidant. AP is the detected pressure of the extreme pressure sensor 7 (step 22).
そして酸化剤極1aの圧力APが、燃料電池1が正常に駆動する燃料極1bと酸化剤極1aの限界差圧MAXDPの2倍から所定量DAP差し引いた値を超えているかどうかを判定し(ステップ23)、超えていれば酸化剤極1aの圧力を低下させるために空気流量最大値MAXQAを所定差分DQAだけ差し引いた値に入れ替える(ステップ24)。MAXQAは、閉位置確認指示手段20によって、燃料電池1が正常に駆動する燃料極1bと酸化剤極1aの限界差圧MAXDPの2倍以下に設定されているが、例えば大きな氷塊等が圧力調整弁3の近傍にあると酸化剤極1aの圧力が上がってしまうためステップ23において再度圧力調整を行うようにしている。なお本実施形態では、空気流量を下げる制御のみを行っているが、下がりすぎた場合は空気流量を上げる制御を行うようにしてもよい。   Then, it is determined whether or not the pressure AP of the oxidant electrode 1a exceeds a value obtained by subtracting a predetermined amount DAP from twice the limit differential pressure MAXDP between the fuel electrode 1b and the oxidant electrode 1a at which the fuel cell 1 is normally driven ( Step 23), if exceeding, the air flow maximum value MAXQA is replaced with a value obtained by subtracting the predetermined difference DQA in order to reduce the pressure of the oxidant electrode 1a (step 24). MAXQA is set to be twice or less the limit differential pressure MAXDP of the fuel electrode 1b and the oxidizer electrode 1a at which the fuel cell 1 is normally driven by the closed position confirmation instruction means 20, but a large ice block or the like is pressure-adjusted, for example. If the pressure is in the vicinity of the valve 3, the pressure of the oxidizer electrode 1 a increases, so that the pressure is adjusted again in step 23. In this embodiment, only control for reducing the air flow rate is performed. However, control for increasing the air flow rate may be performed when the air flow rate is too low.
ステップ21において圧力調整弁3が正常な動作状態にあると判断された場合には、圧力調整弁3の加熱を停止するためにFHEATERを0とする。また燃料極1bの圧力の上限MAXHPを定格出力が取り出せる圧力以上であり、且つ燃料電池1の耐圧限界値以下であるSLMAXHP(>MAXDP)とするとともに、空気流量最大値MAXQAも定格出力の取り出しが可能であり、異常流量以下であるSLMAXQAとすることで低流量制限を解除する(ステップ25)。なお図6には図示していないが、圧力調整弁3が正常な動作状態にあると判断された場合の燃料極1bの圧力目標値TGHPは、酸化剤極1aの圧力にあわせてもよいし、運転者の出力要求に応じた圧力にしてもよい。   When it is determined in step 21 that the pressure regulating valve 3 is in a normal operating state, FHEATER is set to 0 in order to stop the heating of the pressure regulating valve 3. Further, the upper limit MAXHP of the pressure of the fuel electrode 1b is set to SLMAXHP (> MAXDP) which is equal to or higher than the pressure at which the rated output can be taken out and below the pressure limit value of the fuel cell 1, and the maximum output of the air flow MAXQA is taken out of the rated output. The low flow rate restriction is canceled by setting SLMAXQA which is possible and is equal to or less than the abnormal flow rate (step 25). Although not shown in FIG. 6, the target pressure value TGHP of the fuel electrode 1b when it is determined that the pressure regulating valve 3 is in a normal operating state may be adjusted to the pressure of the oxidant electrode 1a. The pressure may be set according to the driver's output request.
図7は、図6に示す制御における酸化剤極1aと燃料極1bの圧力の変化の例を示すグラフである。なお図7において細線は酸化剤極1aの圧力を示し、太線は燃料極1bの圧力を示している。   FIG. 7 is a graph showing an example of changes in pressure of the oxidizer electrode 1a and the fuel electrode 1b in the control shown in FIG. In FIG. 7, the thin line indicates the pressure of the oxidizer electrode 1a, and the thick line indicates the pressure of the fuel electrode 1b.
図7のAの領域では、酸化剤極1aの圧力と燃料極1bの圧力がともに限界差圧MAXDP以下であり、燃料極1bの圧力が酸化剤極1aの圧力と同じとなるように調整されている。しかし図7のBの領域では、酸化剤極1aの圧力が限界差圧MAXDPを超えてしまうため、燃料極1bの圧力は限界差圧MAXDPに制限される。図7のCの領域では、酸化剤極1aの圧力が急激に下がり、燃料極1bの圧力調整が間に合わず追従できなくなっている。しかし図6に示す制御では、燃料極1bの圧力の上限MAXHPを限界差圧MAXDPに制限するとともに、酸化剤極1aの圧力APを限界差圧MAXDPの2倍以下に制限しているため、例えば図7のCの領域のように圧力の急激な変化があったときでも酸化剤極1aと燃料極1bの圧力差が、燃料電池1が正常に駆動する燃料極1bと酸化剤極1aの限界差圧MAXDPを超えることがない。このような制御を行うのは、燃料電池1の運転中の出力要求が急激に低下した場合や、酸化剤極1aにできた氷塊の離脱などによって酸化剤極1aの圧力が急激に低下した場合でも、酸化剤極1aと燃料極1bの圧力差が限界差圧MAXDPを超えないようにし、電解質膜が破れること等を防止するためである。なお、閉位置確認を行う際に酸化剤ガスの流量を制限するのも同様の理由による。   In the area of FIG. 7A, the pressure of the oxidant electrode 1a and the pressure of the fuel electrode 1b are both adjusted to be not more than the limit differential pressure MAXDP, and the pressure of the fuel electrode 1b is adjusted to be the same as the pressure of the oxidant electrode 1a. ing. However, in the region B of FIG. 7, the pressure of the oxidizer electrode 1a exceeds the limit differential pressure MAXDP, so the pressure of the fuel electrode 1b is limited to the limit differential pressure MAXDP. In the region C of FIG. 7, the pressure of the oxidizer electrode 1 a suddenly decreases, and the pressure adjustment of the fuel electrode 1 b is not in time and cannot follow. However, in the control shown in FIG. 6, the upper limit MAXHP of the pressure of the fuel electrode 1b is limited to the limit differential pressure MAXDP, and the pressure AP of the oxidizer electrode 1a is limited to twice or less the limit differential pressure MAXDP. Even when there is a sudden change in pressure as in the region C of FIG. 7, the difference in pressure between the oxidant electrode 1a and the fuel electrode 1b is the limit of the fuel electrode 1b and the oxidant electrode 1a that the fuel cell 1 normally operates. It does not exceed the differential pressure MAXDP. Such control is performed when the output demand during the operation of the fuel cell 1 is suddenly reduced or when the pressure of the oxidant electrode 1a is suddenly lowered due to the detachment of an ice block formed in the oxidant electrode 1a. However, this is to prevent the pressure difference between the oxidant electrode 1a and the fuel electrode 1b from exceeding the limit differential pressure MAXDP and prevent the electrolyte membrane from being broken. For the same reason, the flow rate of the oxidant gas is limited when confirming the closed position.
図8は、図3に示した制御ブロック図に示した二次電池アシスト手段25の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing a specific control flow of the secondary battery assist means 25 shown in the control block diagram shown in FIG.
まず、閉位置確認を実行中(FSHUT=1)であるか否かを判断し(ステップ31)、実行中でなければ二次電池12によるアシストは不要と判断して処理を終了する。ステップ31において閉位置確認を行っていると判断された場合には、例えばモータ14で要求されている出力TGWが所定値SLTGWを超えているか否かを判断する(ステップ32)。ここでSLTGWは、空気流量をSLMAXNC1まで制限しても発電が行える電力付近に設定されている。これにより、現在の出力要求値が燃料電池1だけでまかなえるのか、二次電池12のアシストが必要なのかを判定することが可能となる。出力TGWが所定値SLTGWを超えていなければ、二次電池12のアシストが不要であると判断して処理を終了する。出力TGWが所定値SLTGWを超えていれば、二次電池12のアシスト量BATWを要求されている出力TGWと所定値SLTGWの差として算出するとともに、燃料電池1の発電量をSLTGWとして算出する(ステップ33)。この結果に基づいて電力供給制御コントローラ13は、二次電池12から取り出す電力と燃料電池1から取り出す電力を制御してモータ14を駆動する。   First, it is determined whether or not the confirmation of the closed position is being executed (FSHUT = 1) (step 31). If it is not being executed, it is determined that the assistance by the secondary battery 12 is unnecessary, and the process is terminated. If it is determined in step 31 that the closed position is being confirmed, for example, it is determined whether or not the output TGW requested by the motor 14 exceeds a predetermined value SLTGW (step 32). Here, SLTGW is set in the vicinity of electric power that can generate power even if the air flow rate is limited to SLMAXNC1. As a result, it is possible to determine whether the current output request value can be provided only by the fuel cell 1 or whether the secondary battery 12 needs assistance. If the output TGW does not exceed the predetermined value SLTGW, it is determined that the assist of the secondary battery 12 is unnecessary, and the process is terminated. If the output TGW exceeds the predetermined value SLTGW, the assist amount BATW of the secondary battery 12 is calculated as the difference between the requested output TGW and the predetermined value SLTGW, and the power generation amount of the fuel cell 1 is calculated as SLTGW ( Step 33). Based on this result, the power supply controller 13 drives the motor 14 by controlling the power extracted from the secondary battery 12 and the power extracted from the fuel cell 1.
本実施形態では、コントローラ(弁開度制御手段)4が、燃料電池1が起動されたときに圧力調整弁3を閉じる動作を行い、そのときスロットルポジションセンサ(開度検出手段)5が、圧力調整弁3が動かなくなったときの閉位置開度を検出して、すなわち閉位置確認を実施して、その検出値が所定値以上である場合に、コントローラ4が、圧力調整弁3が凍結により動作不良の状態にあると判断して、圧力調整弁3を一定の開度に維持する。このため、温度のみを基準とした場合のように、圧力調整弁3の周辺部等に水分がなかったり、実際に凍結していないときでも不必要に圧力調整弁3の開度制限を行うことを回避することができ、早期から高出力を得ることが可能となる。   In the present embodiment, the controller (valve opening control means) 4 performs an operation of closing the pressure regulating valve 3 when the fuel cell 1 is started, and at that time, the throttle position sensor (opening detection means) 5 The closed position opening when the regulating valve 3 stops moving is detected, that is, the closed position is confirmed, and when the detected value is equal to or greater than a predetermined value, the controller 4 detects that the pressure regulating valve 3 is frozen. The pressure regulating valve 3 is maintained at a constant opening degree by judging that the operation is in a poor state. For this reason, the opening degree of the pressure regulating valve 3 is unnecessarily limited even when there is no moisture in the periphery of the pressure regulating valve 3 or the like when the temperature alone is used as a reference. Can be avoided, and high output can be obtained from an early stage.
なお本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。例えば、温度センサ6やヒータ8は必ずしも設ける必要はない。また、図4から図6および図8に示した制御内容は例示的なものであり、場合に応じて変更することが可能である。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea. For example, the temperature sensor 6 and the heater 8 are not necessarily provided. The control contents shown in FIGS. 4 to 6 and FIG. 8 are exemplary, and can be changed according to circumstances.
本発明に係る燃料電池システムおよびその制御方法は、氷点下等の極低温時以外における圧力調整弁の動作不良を回避するためにも用いることもできる。   The fuel cell system and its control method according to the present invention can also be used to avoid malfunction of the pressure regulating valve at times other than extremely low temperatures such as below freezing.
本発明に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the fuel cell system which concerns on this invention. 圧力調整弁3の周辺部を拡大した拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view in which a peripheral portion of the pressure regulating valve 3 is enlarged. 本発明の燃料電池システムの制御の流れを示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the flow of control of the fuel cell system of this invention. 図3に示した制御ブロック図に示した閉位置確認指示手段20の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the concrete control of the closed position confirmation instruction | indication means 20 shown in the control block diagram shown in FIG. 図3に示した制御ブロック図に示した閉位置確認手段21の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific control flow of the closed position confirmation means 21 shown in the control block diagram shown in FIG. 図3に示した制御ブロック図に示した一定開度運転手段23および加熱手段24の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific control flow of the fixed opening operation means 23 and the heating means 24 which were shown to the control block diagram shown in FIG. 図6に示す制御における酸化剤極と燃料極の圧力の変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the change of the pressure of an oxidizer electrode and a fuel electrode in the control shown in FIG. 図3に示した制御ブロック図に示した二次電池アシスト手段25の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a specific control flow of secondary battery assist means 25 shown in the control block diagram shown in FIG. 3.
符号の説明Explanation of symbols
1 燃料電池
1a 酸化剤極
1b 燃料極
2 コンプレッサ(酸化剤ガス供給手段)
3 圧力調整弁
4 コントローラ(弁開度制御手段)
5 スロットルポジションセンサ(開度検出手段)
6 温度センサ(温度検出手段)
7 酸化剤極圧力センサ(酸化剤極圧力検出手段)
8 ヒータ(圧力調整弁加熱手段)
9 水素タンク
10 燃料極圧力調整弁(燃料極圧力調整手段)
11 燃料極圧力センサ(燃料極圧力検出手段)
12 二次電池
13 電力供給制御コントローラ(電力供給制御手段)
14 モータ
15 運転開始ランプ(運転開始許可出力手段)
20 閉位置確認指示手段
21 閉位置確認手段
22 一定開度運転実施判断手段
23 一定開度運転手段
24 加熱手段
25 二次電池アシスト手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 1a Oxidant electrode 1b Fuel electrode 2 Compressor (oxidant gas supply means)
3 Pressure adjusting valve 4 Controller (valve opening control means)
5 Throttle position sensor (opening detection means)
6 Temperature sensor (temperature detection means)
7 Oxidant extreme pressure sensor (Oxidant extreme pressure detection means)
8 Heater (Pressure adjusting valve heating means)
9 Hydrogen tank 10 Fuel electrode pressure adjustment valve (Fuel electrode pressure adjustment means)
11 Fuel electrode pressure sensor (Fuel electrode pressure detection means)
12 Secondary battery 13 Power supply control controller (power supply control means)
14 Motor 15 Operation start lamp (Operation start permission output means)
20 Closed position confirmation instructing means 21 Closed position confirmation means 22 Constant opening degree operation execution judging means 23 Constant opening degree operation means 24 Heating means 25 Secondary battery assist means

Claims (11)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、
    この燃料電池から排出される未利用の前記酸化剤ガスが流れる流路に設けられ、前記燃料電池の酸化剤極の圧力を調整する圧力調整弁と、
    この圧力調整弁の開度を検出する開度検出手段と、
    この開度検出手段が検出した検出値に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する弁開度制御手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
    前記弁開度制御手段は、前記燃料電池が起動されたときに前記圧力調整弁を閉じる動作を行い、この圧力調整弁を閉じる動作が行われたときに前記圧力調整弁が動かなくなったときの閉位置開度を前記開度検出手段により検出して、そのときの検出値が所定値以上である場合に、前記圧力調整弁を一定の開度に維持するか、または前記燃料電池の駆動を禁止することを特徴とする燃料電池システム。
    A fuel cell that generates electricity by reacting a fuel gas and an oxidant gas; and
    A pressure regulating valve provided in a flow path through which the unused oxidant gas discharged from the fuel cell flows, and adjusts the pressure of the oxidant electrode of the fuel cell;
    An opening degree detecting means for detecting the opening degree of the pressure regulating valve;
    In a fuel cell system comprising: a valve opening degree control means for controlling the opening degree of the pressure regulating valve based on a detection value detected by the opening degree detection means.
    The valve opening control means performs an operation of closing the pressure adjustment valve when the fuel cell is started, and when the pressure adjustment valve stops operating when the operation of closing the pressure adjustment valve is performed. When the closed position opening degree is detected by the opening degree detecting means and the detected value at that time is a predetermined value or more, the pressure regulating valve is maintained at a constant opening degree or the fuel cell is driven. A fuel cell system that is prohibited.
  2. 前記圧力調整弁を加熱する圧力調整弁加熱手段を備え、この圧力調整弁加熱手段は、前記開度検出手段により検出された検出値が所定値以上である場合に、前記圧力調整弁を加熱することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   Pressure adjusting valve heating means for heating the pressure adjusting valve is provided, and the pressure adjusting valve heating means heats the pressure adjusting valve when the detected value detected by the opening degree detecting means is a predetermined value or more. The fuel cell system according to claim 1.
  3. 前記酸化剤極の圧力を検出する酸化剤極圧力検出手段と、前記燃料電池の燃料極の圧力を検出する燃料極圧力検出手段と、前記燃料極の圧力を調整する燃料極圧力調整手段とを備え、前記開度検出手段により検出された検出値が所定値以上であり、前記圧力調整弁が一定の開度に維持されているときに、前記燃料極圧力調整手段は、前記酸化剤極圧力検出手段および前記燃料極圧力検出手段の検出信号に基づいて、前記燃料極の圧力が前記酸化剤極の圧力と同じになるように前記燃料極の圧力を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   Oxidant electrode pressure detecting means for detecting the pressure of the oxidant electrode; fuel electrode pressure detecting means for detecting the pressure of the fuel electrode of the fuel cell; and fuel electrode pressure adjusting means for adjusting the pressure of the fuel electrode. Provided that when the detected value detected by the opening degree detecting means is a predetermined value or more and the pressure regulating valve is maintained at a constant opening degree, the fuel electrode pressure adjusting means 2. The pressure of the fuel electrode is adjusted so that the pressure of the fuel electrode becomes the same as the pressure of the oxidant electrode based on detection signals of the detection means and the fuel electrode pressure detection means. Or the fuel cell system of 2.
  4. 前記燃料極圧力調整手段は、前記燃料極の圧力が、前記燃料電池が正常に駆動する前記燃料極と前記酸化剤極の限界差圧以内となるように前記燃料極の圧力を調整し、前記弁開度制御手段は、前記酸化剤極の圧力を前記限界差圧の2倍以内となるように前記圧力調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   The fuel electrode pressure adjusting means adjusts the pressure of the fuel electrode so that the pressure of the fuel electrode is within a limit differential pressure between the fuel electrode and the oxidant electrode that normally drive the fuel cell, 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the valve opening control means controls the opening of the pressure regulating valve so that the pressure of the oxidizer electrode is within twice the limit differential pressure. .
  5. 前記圧力調整弁の温度を検出する温度検出手段を備え、前記弁開度制御手段は、前記温度検出手段が前記圧力調整弁の温度を所定温度以上であると検出したときに、前回検出された前記閉位置開度に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   Temperature detecting means for detecting the temperature of the pressure regulating valve; and the valve opening control means is detected last time when the temperature detecting means detects that the temperature of the pressure regulating valve is equal to or higher than a predetermined temperature. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the opening degree of the pressure regulating valve is controlled based on the opening degree of the closed position.
  6. 前記開度検出手段は、前記酸化剤ガスの流量が所定流量以下のときに前記閉位置開度を検出し、前記弁開度制御手段は、検出された前記閉位置開度が所定値よりも小さい場合には、この閉位置開度に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   The opening degree detecting means detects the closed position opening degree when the flow rate of the oxidant gas is not more than a predetermined flow rate, and the valve opening degree control means is configured to detect the closed position opening degree that is less than a predetermined value. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein, when the opening is small, the opening of the pressure regulating valve is controlled based on the opening of the closed position.
  7. 前記燃料電池が発電した電力の一部を蓄える二次電池と、この二次電池と前記燃料電池から供給される電力を制御する電力供給制御手段とを備え、前記弁開度制御手段は、前記閉位置開度の検出を行っている間、前記酸化剤ガスの流量が増えないように前記圧力調整弁の開度を制御し、前記電力供給制御手段は、前記閉位置開度の検出を行っている間、前記二次電池と前記燃料電池から供給される電力を制御することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。   A secondary battery that stores a part of the electric power generated by the fuel cell; and a power supply control unit that controls electric power supplied from the secondary battery and the fuel cell. While detecting the closed position opening, the opening of the pressure regulating valve is controlled so that the flow rate of the oxidant gas does not increase, and the power supply control means detects the closed position opening. 7. The fuel cell system according to claim 6, wherein power supplied from the secondary battery and the fuel cell is controlled during the operation.
  8. 所定の条件が整ったときに運転者に運転開始許可を出す運転開始許可出力手段を備え、前記開度検出手段は、前記運転開始許可出力手段が運転者に運転開始許可を出す所定時間前に前記閉位置開度の検出を行い、前記弁開度制御手段は、検出された前記閉位置開度が所定値よりも小さい場合には、この閉位置開度に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の燃料電池システム。   Driving start permission output means for issuing a driving start permission to the driver when a predetermined condition is satisfied, and the opening degree detecting means is a predetermined time before the driving start permission output means gives the driver a driving start permission. The closed position opening is detected, and the valve opening control means opens the pressure regulating valve based on the closed position opening when the detected closed position opening is smaller than a predetermined value. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the degree is controlled.
  9. 前記弁開度制御手段は、前記閉位置開度の検出を行うときに、前記酸化剤ガスの流量が所定流量以下となるように前記圧力調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム。   The valve opening control means controls the opening of the pressure regulating valve so that the flow rate of the oxidant gas is equal to or lower than a predetermined flow rate when the closed position opening degree is detected. Item 9. The fuel cell system according to Item 8.
  10. 前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段を備え、前記開度検出手段は、前記酸化剤ガス供給手段が停止しているときに前記閉位置開度の検出を行うことを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム。   An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell is provided, and the opening degree detection means detects the closed position opening degree when the oxidant gas supply means is stopped. The fuel cell system according to claim 8.
  11. 燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電を行う燃料電池と、
    この燃料電池から排出される未利用の前記酸化剤ガスが流れる流路に設けられ、前記燃料電池の酸化剤極の圧力を調整する圧力調整弁と、
    この圧力調整弁の開度を検出する開度検出手段と、
    この開度検出手段が検出した検出値に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する弁開度制御手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法において、
    (1)前記燃料電池が起動されたときに、前記弁開度制御手段が前記圧力調整弁を閉じる動作を行うステップと、
    (2)前記開度検出手段が、前記圧力調整弁を閉じる動作が行われたときに前記圧力調整弁が動かなくなったときの閉位置開度を検出するステップと、
    (3)前記ステップ(2)における検出値が所定値以上である場合に、前記弁開度制御手段が、前記圧力調整弁が凍結により動作不良の状態にあると判断して、前記圧力調整弁を一定の開度に維持するか、または前記燃料電池の駆動を禁止するステップと、
    を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
    A fuel cell that generates electricity by reacting a fuel gas and an oxidant gas; and
    A pressure regulating valve provided in a flow path through which the unused oxidant gas discharged from the fuel cell flows, and adjusts the pressure of the oxidant electrode of the fuel cell;
    An opening degree detecting means for detecting the opening degree of the pressure regulating valve;
    In a control method for a fuel cell system, comprising: a valve opening degree control means for controlling the opening degree of the pressure regulating valve based on a detection value detected by the opening degree detection means.
    (1) when the fuel cell is activated, the valve opening control means performs an operation of closing the pressure regulating valve;
    (2) the opening degree detecting means detecting a closed position opening degree when the pressure regulating valve stops moving when an operation of closing the pressure regulating valve is performed;
    (3) When the detected value in the step (2) is equal to or greater than a predetermined value, the valve opening degree control means determines that the pressure regulating valve is in a malfunctioning state due to freezing, and the pressure regulating valve Maintaining a constant opening or prohibiting driving of the fuel cell;
    A control method for a fuel cell system, comprising:
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