JP2008103167A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a pulsation component of injector downstream pressure in a fuel cell system controlling an injector based on the injector downstream pressure. <P>SOLUTION: A fuel cell stack 10 is equipped with an injector 28 adjusting the supply amount of fuel gas to a fuel cell stack 2; a pressure sensor 29 detecting pressure of gas flowing from he injector 28; a circulation pump 24 circulating fuel offgas exhausted from the fuel cell stack 2 to a fuel gas supply passage 22; and a controller 7 applying four-point moving average treatment to a pressure value detected with the pressure sensor and controlling the injector 28 based on the pressure value obtained by the four-point moving average treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池スタックから排気される燃料オフガスを燃料電池スタックに還流させるための循環ポンプを備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a circulation pump for returning a fuel off-gas exhausted from a fuel cell stack to the fuel cell stack.

燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化ガスを膜−電極接合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いる固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車載電源システムとしての用途が期待されている。   A fuel cell system is an energy conversion system that supplies a fuel gas and an oxidizing gas to a membrane-electrode assembly, causes an electrochemical reaction, and converts chemical energy into electrical energy. Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is expected to be used as an in-vehicle power supply system because it is easy to downsize at a low cost and has a high output density. .

燃料電池スタックの燃料極から排気される燃料オフガスには、未反応ガスが含まれており、その未反応ガスを循環ポンプにより燃料電池スタックの燃料極に還流させて再利用する方式が知られている。例えば、特開２００２−２５０２７４号公報には、脈動を実質的に引き起こすことなく、連続して吸引し、一定の圧力及び流量で連続して吐出し得るポンプが提案されている。
特開２００２−２５０２７４号公報 The fuel off-gas exhausted from the fuel electrode of the fuel cell stack contains unreacted gas, and a system for recirculating the unreacted gas to the fuel electrode of the fuel cell stack by a circulation pump is known. Yes. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-250274 proposes a pump that can continuously suck and discharge continuously at a constant pressure and flow rate without causing pulsation substantially.
JP 2002-250274 A

しかし、特開２００２−２５０２７４号公報に開示されているような特殊構造のポンプを用いると、燃料電池システムのコストアップの要因になるので、できるだけ汎用性のあるポンプを用いるのが望ましい。汎用性のあるポンプを用いる場合、ポンプの脈動を信号処理にて除去することになるが、燃料電池システムの特性を考慮し、高精度かつ簡易なフィルタリングが要求される。   However, using a pump having a special structure as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-250274 causes an increase in the cost of the fuel cell system, so it is desirable to use a pump that is as versatile as possible. When a versatile pump is used, pump pulsation is removed by signal processing, but high-precision and simple filtering is required in consideration of the characteristics of the fuel cell system.

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、高精度かつ簡易なフィルタリング機能を有する燃料電池システムを提案することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to propose a fuel cell system having a highly accurate and simple filtering function.

上記の課題を解決するため、本発明に係わる燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタックへ供給される燃料ガスを流すための燃料ガス供給流路と、燃料ガス供給流路の上流側の圧力を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、可変ガス供給装置の下流を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、燃料電池スタックから排気される燃料オフガスを可変ガス供給装置の下流側の燃料ガス供給流路に還流させるための循環ポンプと、圧力検出手段により検出される圧力値を４点移動平均処理するフィルタリング手段と、フィルタリング手段により４点移動平均された圧力値を基に可変ガス供給装置を制御する制御手段と、を備える。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell stack according to the present invention includes a fuel cell stack that generates power by receiving supply of a fuel gas and an oxidizing gas, and a fuel gas supply for flowing the fuel gas supplied to the fuel cell stack. A flow path, a variable gas supply device that adjusts the pressure upstream of the fuel gas supply flow channel and supplies the pressure downstream, a pressure detection means that detects the pressure of the fuel gas flowing downstream of the variable gas supply device, and a fuel A circulation pump for recirculating the fuel off-gas exhausted from the battery stack to the fuel gas supply flow path downstream of the variable gas supply device, and a filtering means for performing a four-point moving average process on the pressure value detected by the pressure detection means; And a control means for controlling the variable gas supply device based on the pressure value that is four-point moving averaged by the filtering means.

循環ポンプの吐出作用により燃料ガス供給流路に還流される燃料オフガスの圧力には、脈動成分が含まれている。フィルタリング手段は、圧力検出手段により検出される圧力値を４点移動平均処理することにより脈動成分を低減し、可変ガス供給装置の制御性能を高めることができる。   A pulsation component is included in the pressure of the fuel off-gas recirculated to the fuel gas supply flow path by the discharge action of the circulation pump. The filtering unit can reduce the pulsation component by performing a four-point moving average process on the pressure value detected by the pressure detection unit, and can improve the control performance of the variable gas supply device.

フィルタリング手段は、圧力不安定期間内に力検出手段が検出した圧力値を、その直前の圧力安定期間内に圧力検出手段が検出した圧力値に置換した上で４点移動平均処理を行う。   The filtering means performs a four-point moving average process after replacing the pressure value detected by the force detection means during the pressure instability period with the pressure value detected by the pressure detection means during the immediately preceding pressure stabilization period.

燃料ガス供給路を流れる燃料ガスの圧力損失等の影響による一時的な圧力変動を可変ガス供給装置の制御に用いないことで、制御性能を高めることができる。ここで、可変ガス供給装置が開閉弁である場合、圧力不安定期間とは、可変ガス供給装置が開弁している期間、及び可変ガス供給装置が閉弁してからの所定時間をいい、圧力安定期間とは、可変ガス供給装置が閉弁している期間（可変ガス供給装置が閉弁してからの所定時間を除く）をいう。   The control performance can be improved by not using the temporary pressure fluctuation due to the pressure loss of the fuel gas flowing through the fuel gas supply path for the control of the variable gas supply device. Here, when the variable gas supply device is an on-off valve, the pressure unstable period means a period during which the variable gas supply device is open, and a predetermined time after the variable gas supply device is closed, The pressure stabilization period refers to a period during which the variable gas supply device is closed (excluding a predetermined time after the variable gas supply device is closed).

本発明の好適な態様において、燃料電池システムは、燃料電池スタックを循環する燃料オフガス及び水分を排気排水するための排気排水弁を更に備え、制御手段は、フィルタリング手段により４点移動平均された圧力値を基に排気排水弁を開閉制御する。   In a preferred aspect of the present invention, the fuel cell system further includes an exhaust drain valve for exhausting and draining the fuel off-gas and water circulating in the fuel cell stack, and the control means is a pressure averaged by four-point moving average by the filtering means. The exhaust drain valve is controlled to open and close based on the value.

フィルタリング手段により脈動成分が低減された燃料ガスの圧力値を基に排気排水弁を開閉制御することで、排気排水弁の制御性能を高めることができる。   By controlling the exhaust drainage valve based on the pressure value of the fuel gas whose pulsation component has been reduced by the filtering means, the control performance of the exhaust drainage valve can be enhanced.

フィルタリング手段は、圧力検出手段が検出する圧力値を、循環ポンプの単位時間あたりの最大吐出回数により定まる最大脈動周波数の２倍以上のサンプリング周期でサンプリングした上で４点移動平均処理を行う。   The filtering means performs a four-point moving average process after sampling the pressure value detected by the pressure detection means at a sampling period that is twice or more the maximum pulsation frequency determined by the maximum number of discharges per unit time of the circulation pump.

標本化定理によれば、原信号（アナログ信号）に含まれる全ての周波数成分を正確にサンプリングするには、原周波数の２倍以上のサンプリング周波数で原信号をサンプリングすることが必要である。   According to the sampling theorem, in order to accurately sample all frequency components included in the original signal (analog signal), it is necessary to sample the original signal at a sampling frequency that is twice or more the original frequency.

可変ガス供給装置として、例えば、インジェクタが好適である。インジェクタとは、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動し、弁座から離隔させることによりガス状態（ガス流量やガス圧力）を調整する電磁駆動式開閉弁である。インジェクタの弁体を駆動して燃料ガスの噴射時期や噴射時間を制御することで、燃料ガスのガス流量やガス圧力を制御できる。   For example, an injector is suitable as the variable gas supply device. An injector is an electromagnetically driven on-off valve that adjusts a gas state (gas flow rate or gas pressure) by driving a valve body directly with an electromagnetic driving force at a predetermined driving cycle and separating it from a valve seat. By controlling the fuel gas injection timing and injection time by driving the injector valve body, the gas flow rate and gas pressure of the fuel gas can be controlled.

本発明によれば、圧力検出手段により検出される圧力値をフィルタリング手段により４点移動平均処理することで燃料ガスの脈動成分を低減し、可変ガス供給装置や排気排水弁の制御性能を高めることができる。   According to the present invention, the pressure value detected by the pressure detection means is subjected to four-point moving average processing by the filtering means, thereby reducing the pulsation component of the fuel gas and improving the control performance of the variable gas supply device and the exhaust drain valve. Can do.

以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係わる燃料電池システム１０のシステム構成を示す。
燃料電池システム１０は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて発電する燃料電池スタック２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池スタック２に冷媒を供給して燃料電池スタック２を冷却する冷媒配管系５と、システムの電力を充放電する電力系６と、システム全体を統括制御するコントローラ７と、を備えている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration of a fuel cell system 10 according to the present embodiment.
The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 2 that generates electric power upon receiving supply of reaction gases (oxidizing gas and fuel gas), an oxidizing gas piping system 3 that supplies air as oxidizing gas to the fuel cell stack 2, and a fuel gas. The fuel gas piping system 4 for supplying the hydrogen gas to the fuel cell stack 2, the refrigerant piping system 5 for supplying the refrigerant to the fuel cell stack 2 and cooling the fuel cell stack 2, and the power for charging and discharging the system power A system 6 and a controller 7 that performs overall control of the entire system are provided.

燃料電池スタック２は、例えば、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、更に空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池スタック２は発電する。燃料電池スタック２には、燃料電池スタック２の出力電流を検出するための電流センサ２ａが取り付けられている。   The fuel cell stack 2 is, for example, a solid polymer electrolyte cell stack formed by stacking a large number of cells in series. The cell has an air electrode on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, a fuel electrode on the other surface, and a pair of separators so as to sandwich the air electrode and the fuel electrode from both sides. . The fuel gas is supplied to the fuel gas flow path of one separator, and the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas flow path of the other separator, and the fuel cell stack 2 generates power by this gas supply. A current sensor 2 a for detecting the output current of the fuel cell stack 2 is attached to the fuel cell stack 2.

酸化ガス配管系３は、燃料電池スタック２の空気極に供給される酸化ガスが流れる空気供給流路１１と、燃料電池スタック２から排出される酸化オフガスが流れる排気流路１２と、を有している。空気供給流路１１には、フィルタ１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。排気流路１２には、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁１６と、酸素ガス（ドライガス）と酸素オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するための加湿器１５とが設けられている。   The oxidizing gas piping system 3 has an air supply passage 11 through which oxidizing gas supplied to the air electrode of the fuel cell stack 2 flows, and an exhaust passage 12 through which oxidizing off-gas discharged from the fuel cell stack 2 flows. ing. The air supply flow path 11 is provided with a compressor 14 that takes in the oxidizing gas via the filter 13 and a humidifier 15 that humidifies the oxidizing gas fed by the compressor 14. The exhaust passage 12 includes a back pressure adjusting valve 16 for adjusting the oxidizing gas supply pressure, and a humidifier 15 for exchanging moisture between oxygen gas (dry gas) and oxygen off gas (wet gas). Is provided.

燃料ガス配管系４は、燃料ガス供給源２１と、燃料ガス供給源２１から燃料電池スタック２の燃料極に供給される燃料ガス（水素ガス）が流れる燃料ガス供給流路２２と、燃料電池スタック２から排出される燃料オフガス（水素オフガス）を燃料ガス供給流路２２の合流点Ａ１に帰還させるための循環流路２３と、循環流路２３内の燃料オフガスを燃料ガス供給流路２２に圧送する循環ポンプ２４と、循環流路２３に分岐接続される排気排水流路２５とを有している。   The fuel gas piping system 4 includes a fuel gas supply source 21, a fuel gas supply passage 22 through which fuel gas (hydrogen gas) supplied from the fuel gas supply source 21 to the fuel electrode of the fuel cell stack 2 flows, and a fuel cell stack. 2 for returning the fuel off-gas (hydrogen off-gas) discharged from 2 to the junction A1 of the fuel gas supply channel 22, and the fuel off-gas in the circulation channel 23 is pumped to the fuel gas supply channel 22 A circulation pump 24 and an exhaust / drain passage 25 branched and connected to the circulation passage 23.

燃料ガス供給源２１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、例えば、３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留する。遮断弁２６を開くと、燃料ガス供給源２１から燃料ガス供給流路２２に水素ガスが流出する。水素ガスは、レギュレータ２７やインジェクタ２８により例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池スタック２に供給される。   The fuel gas supply source 21 is composed of, for example, a high-pressure hydrogen tank or a hydrogen storage alloy, and stores, for example, 35 MPa or 70 MPa of hydrogen gas. When the shutoff valve 26 is opened, hydrogen gas flows out from the fuel gas supply source 21 into the fuel gas supply flow path 22. The hydrogen gas is decompressed to, for example, about 200 kPa by the regulator 27 and the injector 28 and supplied to the fuel cell stack 2.

尚、燃料ガス供給源２１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、から構成してもよい。   The fuel gas supply source 21 includes a reformer that generates hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel, a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state, You may comprise.

燃料ガス供給流路２２には、燃料ガス供給源２１からの燃料ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁２６と、燃料ガスの圧力を調整するレギュレータ２７と、燃料電池スタック２への燃料ガス供給量を制御するインジェクタ２８と、が設けられている。また、インジェクタ２８の下流側であって、燃料ガス供給流路２２と循環流路２３との合流部Ａ１の上流側には、燃料ガス供給流路２２内の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ２９が設けられている。また、インジェクタ２８の上流側には、燃料ガス供給流路２２内の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ（図示せず）と、燃料ガスの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。圧力センサ２９等で検出された燃料ガスのガス状態（圧力、温度など）に係る情報は、インジェクタ２８のフィードバック制御や燃料オフガスのパージ制御に用いられる。   In the fuel gas supply channel 22, a shutoff valve 26 that shuts off or allows the supply of the fuel gas from the fuel gas supply source 21, a regulator 27 that adjusts the pressure of the fuel gas, and a fuel gas supply to the fuel cell stack 2. And an injector 28 for controlling the amount. A pressure sensor that detects the pressure of the fuel gas in the fuel gas supply flow path 22 is located downstream of the injector 28 and upstream of the junction A1 between the fuel gas supply flow path 22 and the circulation flow path 23. 29 is provided. Further, on the upstream side of the injector 28, a pressure sensor (not shown) for detecting the pressure of the fuel gas in the fuel gas supply flow path 22 and a temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the fuel gas are provided. It has been. Information relating to the gas state (pressure, temperature, etc.) of the fuel gas detected by the pressure sensor 29 or the like is used for feedback control of the injector 28 or purge control of the fuel off gas.

レギュレータ２７は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ２７として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。本実施形態においては、図１に示すように、インジェクタ２８の上流側に複数のレギュレータ２７を配置することにより、インジェクタ２８の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ２８の機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ２８の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ２８の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ２８の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ２８の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ２８の応答性の低下を抑制することができる。   The regulator 27 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure. In this embodiment, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure is employed as the regulator 27. The mechanical pressure reducing valve has a structure in which a back pressure chamber and a pressure adjusting chamber are formed with a diaphragm therebetween, and the primary pressure is reduced to a predetermined pressure in the pressure adjusting chamber by the back pressure in the back pressure chamber. Thus, a publicly known configuration for the secondary pressure can be employed. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the upstream pressure of the injector 28 can be effectively reduced by arranging a plurality of regulators 27 on the upstream side of the injector 28. For this reason, the design freedom of the mechanical structure (a valve body, a housing, a flow path, a drive device, etc.) of the injector 28 can be increased. In addition, since the upstream pressure of the injector 28 can be reduced, it is possible to prevent the valve body of the injector 28 from becoming difficult to move due to an increase in the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the injector 28. be able to. Therefore, it is possible to widen the adjustable pressure width of the downstream pressure of the injector 28 and to suppress a decrease in responsiveness of the injector 28.

インジェクタ２８は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ２８は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。   The injector 28 is an electromagnetically driven on-off valve capable of adjusting the gas flow rate and gas pressure by driving the valve body directly with a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. The injector 28 includes a valve seat having an injection hole for injecting gaseous fuel such as fuel gas, a nozzle body for supplying and guiding the gaseous fuel to the injection hole, and an axial direction (gas flow direction) with respect to the nozzle body. And a valve body that is movably accommodated and opens and closes the injection hole.

本実施形態においては、インジェクタ２８の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階に切り替えることができる。コントローラ７から出力される制御信号によってインジェクタ２８のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、燃料ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ２８は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。インジェクタ２８は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ２８のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側（燃料電池スタック２側）に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。   In the present embodiment, the valve body of the injector 28 is driven by a solenoid that is an electromagnetic drive device, and the opening area of the injection hole can be switched in two stages by turning on and off the pulsed excitation current supplied to the solenoid. it can. By controlling the gas injection time and gas injection timing of the injector 28 by the control signal output from the controller 7, the flow rate and pressure of the fuel gas are controlled with high accuracy. The injector 28 directly opens and closes the valve (valve body and valve seat) with an electromagnetic driving force, and has a high responsiveness because its driving cycle can be controlled to a highly responsive region. Injector 28 changes downstream by changing at least one of the opening area (opening) and opening time of the valve provided in the gas flow path of injector 28 in order to supply the required gas flow rate downstream. The gas flow rate (or hydrogen molar concentration) supplied to the side (fuel cell stack 2 side) is adjusted.

尚、インジェクタ２８の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ２８下流に供給されるガス圧力がインジェクタ２８上流のガス圧力よりも減圧されるため、インジェクタ２８を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ２８の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。インジェクタ２８は、燃料ガス供給流路２２の上流側のガス状態（ガス流量、水素モル濃度、ガス圧力）を調整して下流側に供給するものであり、可変ガス供給装置として機能する。   Since the gas flow rate is adjusted by opening and closing the valve body of the injector 28 and the gas pressure supplied downstream of the injector 28 is reduced more than the gas pressure upstream of the injector 28, the injector 28 is controlled by a pressure regulating valve (pressure reducing valve, Regulator). Further, in the present embodiment, a variable pressure control valve capable of changing the pressure adjustment amount (pressure reduction amount) of the upstream gas pressure of the injector 28 so as to match the required pressure within a predetermined pressure range according to the gas requirement. Can also be interpreted. The injector 28 adjusts the gas state (gas flow rate, hydrogen molar concentration, gas pressure) on the upstream side of the fuel gas supply flow path 22 and supplies it to the downstream side, and functions as a variable gas supply device.

尚、本実施形態においては、図１に示すように、燃料ガス供給流路２２と循環流路２３との合流部Ａ１より上流側にインジェクタ２８を配置している。また、図１に破線で示すように、燃料供給源として複数の燃料ガス供給源２１を採用する場合には、各燃料ガス供給源２１から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部Ａ２）よりも下流側にインジェクタ２８を配置するようにする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an injector 28 is disposed on the upstream side of the junction A <b> 1 between the fuel gas supply channel 22 and the circulation channel 23. Further, as shown by a broken line in FIG. 1, when a plurality of fuel gas supply sources 21 are employed as the fuel supply source, a portion where the hydrogen gas supplied from each fuel gas supply source 21 merges (hydrogen gas merge portion) The injector 28 is arranged downstream of A2).

循環流路２３には、気液分離器３０及び排気排水弁（パージ弁）３１を介して、排気排水流路２５が接続されている。気液分離器３０は、燃料オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３１は、コントローラ７からの指令によって作動することにより、気液分離器３０にて回収した水分と、循環流路２３内の不純物を含む燃料オフガスと、を外部に排出（パージ）する。排気排水弁３１の開放により、循環流路２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される燃料オフガス中の水素濃度が上がる。   An exhaust / drain channel 25 is connected to the circulation channel 23 via a gas / liquid separator 30 and an exhaust / drain valve (purge valve) 31. The gas-liquid separator 30 collects moisture from the fuel off gas. The exhaust / drain valve 31 operates according to a command from the controller 7 to discharge (purge) the moisture collected by the gas-liquid separator 30 and the fuel off-gas containing impurities in the circulation passage 23 to the outside. . Opening the exhaust / drain valve 31 reduces the concentration of impurities in the hydrogen off-gas in the circulation passage 23 and increases the hydrogen concentration in the fuel off-gas that is circulated and supplied.

排気排水弁３１及び排気排水流路２５を介して排出される燃料オフガスは、排気流路１２を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプ２４は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック２に循環供給する。燃料ガスの循環系は、燃料ガス供給流路２２の合流点Ａ１の下流側流路と、燃料電池スタック２のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路２３と、によって構成される。   The fuel off-gas discharged through the exhaust / drain valve 31 and the exhaust / drain passage 25 is mixed with the oxidizing off-gas flowing through the exhaust passage 12 and diluted by a diluter (not shown). The circulation pump 24 circulates and supplies the fuel off gas in the circulation system to the fuel cell stack 2 by driving the motor. The fuel gas circulation system is constituted by a downstream flow path at the junction A1 of the fuel gas supply flow path 22, a fuel gas flow path formed in the separator of the fuel cell stack 2, and a circulation flow path 23. .

冷媒配管系５は、燃料電池スタック２内の冷却流路に連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池スタック２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、を有している。冷却ポンプ４２は、冷媒流路４１内の冷媒をモータ駆動により燃料電池スタック２に循環供給する。   The refrigerant piping system 5 includes a refrigerant channel 41 communicating with a cooling channel in the fuel cell stack 2, a cooling pump 42 provided in the refrigerant channel 41, and a radiator that cools the refrigerant discharged from the fuel cell stack 2. 43. The cooling pump 42 circulates and supplies the refrigerant in the refrigerant channel 41 to the fuel cell stack 2 by driving the motor.

電力系６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、及び補機インバータ６５を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２からの直流電圧を昇圧してトラクションインバータ６３に出力する機能と、燃料電池スタック２又はトラクションモータ６４からの直流電圧を降圧してバッテリ６２に充電する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１による電圧変換制御により、燃料電池スタック２の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。   The power system 6 includes a DC / DC converter 61, a battery 62, a traction inverter 63, a traction motor 64, and an auxiliary inverter 65. The DC / DC converter 61 is a DC voltage converter, which boosts the DC voltage from the battery 62 and outputs it to the traction inverter 63, and steps down the DC voltage from the fuel cell stack 2 or the traction motor 64. And a function of charging the battery 62. The charge / discharge of the battery 62 is controlled by these functions of the high-voltage DC / DC converter 61. Further, the operation point (output voltage, output current) of the fuel cell stack 2 is controlled by voltage conversion control by the DC / DC converter 61.

バッテリ６２は、複数のバッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、バッテリコンピュータ（図示せず）の制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能である。   The battery 62 is formed by stacking a plurality of battery cells and using a constant high voltage as a terminal voltage, and can charge surplus power or supply auxiliary power under the control of a battery computer (not shown). is there.

トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。   The traction inverter 63 converts a direct current into a three-phase alternating current and supplies it to the traction motor 64. The traction motor 64 is a three-phase AC motor, for example, and constitutes a power source of the fuel cell vehicle.

補機インバータ６５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）の駆動を制御するインバータ類を総称するものであり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。補機インバータ６５は、例えば、パルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、コントローラ７からの制御指令に従って、燃料電池スタック２又はバッテリ６２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータで発生する回転トルクを制御する。   The auxiliary inverter 65 is a general term for inverters that control driving of motors (for example, power sources such as pumps) disposed in each part of the fuel cell system 10, and direct current is converted into three-phase alternating current. To be supplied to each motor. The auxiliary inverter 65 is, for example, a pulse width modulation type PWM inverter, and converts the DC voltage output from the fuel cell stack 2 or the battery 62 into a three-phase AC voltage in accordance with a control command from the controller 7. The rotational torque generated by the motor is controlled.

コントローラ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部を制御する制御手段として機能する。例えば、コントローラ７は、アクセルペダルの操作量を検出し、加速要求値（例えば、トラクションモータ６４などの負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、燃料電池システム１０内の各種機器の動作を制御する。ここで、負荷装置とは、トラクションモータ６４の他に、燃料電池スタック２を作動させるために必要な補機装置（例えば、コンプレッサ１４、循環ポンプ２４、冷却ポンプ４２などの各モータ類）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御部、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置を総称したものである。   The controller 7 is a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface, and functions as a control unit that controls each unit of the fuel cell system 10. For example, the controller 7 detects the amount of operation of the accelerator pedal, receives control information such as an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as the traction motor 64), and the like, and various devices in the fuel cell system 10 To control the operation. Here, in addition to the traction motor 64, the load device is an auxiliary device required for operating the fuel cell stack 2 (for example, each motor such as the compressor 14, the circulation pump 24, and the cooling pump 42), a vehicle Collective term for power consumption devices including actuators used in various devices (transmission, wheel control unit, steering device, suspension device, etc.), air conditioner (air conditioner), lighting, audio, etc. It is.

図２はインジェクタ制御及び排気排水制御に係わる機能ブロックを示している。
コントローラ７は、電流センサ２ａにより検出した燃料電池スタック２の発電電流値に基づいて、燃料電池スタック２で消費される燃料ガスの流量（以下、「燃料消費量」と称する。）を算出する（燃料消費量算出機能：Ｂ１）。本実施形態においては、発電電流値と燃料消費量との関係を示す特定の演算式を用いて、コントローラ７の演算周期毎に燃料消費量を算出し、更新している。 FIG. 2 shows functional blocks related to injector control and exhaust drainage control.
The controller 7 calculates the flow rate of fuel gas consumed in the fuel cell stack 2 (hereinafter referred to as “fuel consumption”) based on the generated current value of the fuel cell stack 2 detected by the current sensor 2a (hereinafter referred to as “fuel consumption”). Fuel consumption calculation function: B1). In the present embodiment, the fuel consumption is calculated and updated every calculation cycle of the controller 7 using a specific calculation formula indicating the relationship between the generated current value and the fuel consumption.

コントローラ７は、燃料電池スタック２の発電電流値に基づいて、燃料電池スタック２に供給される燃料ガスのインジェクタ２８下流位置における目標圧力値を算出する（目標圧力値算出機能：Ｂ２）とともに、目標パージ量（排気排水弁３１からの燃料オフガスの目標排出量）を算出する（目標パージ量算出機能：Ｂ３）。本実施形態においては、発電電流値と目標圧力値及び目標パージ量との関係を表す特定のマップを用いて、コントローラ７の演算周期毎に目標圧力値及び目標パージ量を算出している。   The controller 7 calculates a target pressure value at the downstream position of the injector 28 of the fuel gas supplied to the fuel cell stack 2 based on the generated current value of the fuel cell stack 2 (target pressure value calculation function: B2) and the target A purge amount (target discharge amount of fuel off-gas from the exhaust / drain valve 31) is calculated (target purge amount calculation function: B3). In the present embodiment, the target pressure value and the target purge amount are calculated for each calculation cycle of the controller 7 using a specific map representing the relationship between the generated current value, the target pressure value, and the target purge amount.

コントローラ７は、算出した目標圧力値と、圧力センサ２９で検出したインジェクタ２８下流位置の圧力値（検出圧力値）と、の偏差を算出する（圧力差算出機能：Ｂ４）。そして、コントローラ７は、算出した偏差を低減させるために燃料消費量に加算される燃料ガス流量（フィードバック補正流量）の値を算出する（補正流量算出機能：Ｂ５）。本実施形態においては、ＰＩ型フィードバック制御則を用いてフィードバック補正流量値を算出している。即ち、コントローラ７は、目標圧力値と検出圧力値との偏差（ｅ）に比例ゲイン（ＫP）を乗じることにより比例型フィードバック補正流量値（比例項：Ｐ＝ＫP×ｅ）を算出するとともに、偏差の積分値（時間積算値：∫（ｅ）ｄｔ）に積分ゲイン（ＫI）を乗じることにより積分型フィードバック補正流量値（積分項：Ｉ＝ＫI×∫（ｅ）ｄｔ）を算出し、これらを加算した値を含むフィードバック補正流量値を算出している。 The controller 7 calculates the deviation between the calculated target pressure value and the pressure value (detected pressure value) at the downstream position of the injector 28 detected by the pressure sensor 29 (pressure difference calculation function: B4). And the controller 7 calculates the value of the fuel gas flow volume (feedback correction flow volume) added to fuel consumption in order to reduce the calculated deviation (correction flow volume calculation function: B5). In the present embodiment, the feedback correction flow rate value is calculated using the PI type feedback control law. That is, the controller 7 calculates a proportional feedback correction flow value (proportional term: P = K P × e) by multiplying the deviation (e) between the target pressure value and the detected pressure value by the proportional gain (K P ). In addition, the integral feedback correction flow rate value (integral term: I = K I × ∫ (e) dt) is obtained by multiplying the integral value of the deviation (time integrated value: ∫ (e) dt) by the integral gain (K I ). The feedback correction flow value including the value obtained by calculating and adding these is calculated.

コントローラ７は、インジェクタ２８上流のガス状態（燃料ガスの圧力及び温度）に基づいて、インジェクタ２８上流の静的流量を算出する（静的流量算出機能：Ｂ６）。本実施形態においては、インジェクタ２８上流側の燃料ガスの圧力及び温度と、静的流量との関係を表す特定の演算式を用いて、コントローラ７の演算周期毎に静的流量を算出して更新する。   The controller 7 calculates a static flow rate upstream of the injector 28 based on the gas state (pressure and temperature of the fuel gas) upstream of the injector 28 (static flow rate calculation function: B6). In the present embodiment, the static flow rate is calculated and updated every calculation cycle of the controller 7 using a specific calculation formula representing the relationship between the pressure and temperature of the fuel gas upstream of the injector 28 and the static flow rate. To do.

コントローラ７は、インジェクタ２８上流のガス状態（燃料ガスの圧力及び温度）及び印加電圧に基づいて、インジェクタ２８の無効噴射時間を算出する（無効噴射時間算出機能：Ｂ７）。ここで無効噴射時間とは、インジェクタ２８がコントローラ７から制御信号を受けてから実際に噴射を開始するまでに要する時間を意味する。本実施形態においては、インジェクタ２８上流側の燃料ガスの圧力及び温度と、印加電圧と、無効噴射時間との関係を表す特定のマップを用いて、コントローラ７の演算周期毎に無効噴射時間を算出して更新する。   The controller 7 calculates the invalid injection time of the injector 28 based on the gas state (pressure and temperature of the fuel gas) upstream of the injector 28 and the applied voltage (invalid injection time calculation function: B7). Here, the invalid injection time means the time required from when the injector 28 receives the control signal from the controller 7 until the actual injection is started. In the present embodiment, the invalid injection time is calculated for each calculation cycle of the controller 7 using a specific map representing the relationship among the pressure and temperature of the fuel gas upstream of the injector 28, the applied voltage, and the invalid injection time. And update.

コントローラ７は、燃料消費量とフィードバック補正流量とを加算してインジェクタ２８の噴射流量を算出し（噴射流量算出機能：Ｂ８）、インジェクタ２８の噴射流量を静的流量で除した値にインジェクタ２８の駆動周期を乗じることにより、インジェクタ２８の基本噴射時間を算出するとともに、この基本噴射時間と無効噴射時間とを加算してインジェクタ２８の総噴射時間を算出する（総噴射時間算出機能：Ｂ９）。   The controller 7 calculates the injection flow rate of the injector 28 by adding the fuel consumption amount and the feedback correction flow rate (injection flow rate calculation function: B8), and sets the injection flow rate of the injector 28 to a value obtained by dividing the injection flow rate of the injector 28 by the static flow rate. By multiplying the drive cycle, the basic injection time of the injector 28 is calculated, and the basic injection time and the invalid injection time are added to calculate the total injection time of the injector 28 (total injection time calculation function: B9).

コントローラ７は、インジェクタ２８の総噴射時間を実現させるための制御信号をインジェクタ２８に出力することにより、インジェクタ２８のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池スタック２に供給される燃料ガスの流量及び圧力を調整する。ここで、駆動周期とは、インジェクタ２８の噴射孔の開閉状態を表す段状（オン・オフ）波形の周期を意味する。本実施形態においては、駆動周期を一定の値に設定している。   The controller 7 outputs a control signal for realizing the total injection time of the injector 28 to the injector 28, thereby controlling the gas injection time and gas injection timing of the injector 28, and the fuel supplied to the fuel cell stack 2. Adjust gas flow and pressure. Here, the drive cycle means a stepped (on / off) waveform cycle representing the open / close state of the injection hole of the injector 28. In the present embodiment, the driving cycle is set to a constant value.

コントローラ７は、インジェクタ２８のフィードバック制御（インジェクタ２８下流位置の圧力値を所定の目標圧力値に追従させるようなインジェクタ２８のガス噴射時間及びガス噴射時期の制御）を行うと同時に、排気排水弁３１の開閉制御を行うことにより、循環流路２３内の水分及び燃料オフガスを排気排水弁３１から外部に排出する。   The controller 7 performs feedback control of the injector 28 (control of the gas injection time and gas injection timing of the injector 28 so that the pressure value at the downstream position of the injector 28 follows a predetermined target pressure value), and at the same time, the exhaust drain valve 31. By performing the opening / closing control, the moisture and fuel off-gas in the circulation flow path 23 are discharged from the exhaust / drain valve 31 to the outside.

この際、コントローラ７は、インジェクタ２８からのガス供給状態の変化に基づいて排気排水弁３１からの燃料オフガスの総排出量（パージ量Ｑ）を算出し（パージ量算出機能：Ｂ１０）、パージ量Ｑが所定の目標パージ量Ｑ0以上であるか否かを判定する（パージ量偏差判定機能：Ｂ２０）。 At this time, the controller 7 calculates the total discharge amount (purge amount Q) of the fuel off-gas from the exhaust drain valve 31 based on the change in the gas supply state from the injector 28 (purge amount calculation function: B10), and the purge amount It is determined whether or not Q is equal to or greater than a predetermined target purge amount Q 0 (purge amount deviation determination function: B20).

そして、コントローラ７は、パージ量Ｑが目標パージ量Ｑ0未満である場合には、排気排水弁３１を開弁し、パージ量Ｑが目標パージ量Ｑ0以上である場合には、排気排水弁３１を閉弁する（パージ制御機能：Ｂ３０）。 The controller 7 opens the exhaust / drain valve 31 when the purge amount Q is less than the target purge amount Q 0 , and the exhaust / drain valve when the purge amount Q is equal to or greater than the target purge amount Q 0. 31 is closed (purge control function: B30).

ここで、パージ量算出機能Ｂ１０の詳細について説明する。
インジェクタ２８のフィードバック制御により、インジェクタ２８下流位置における圧力センサ２９の検出圧力値が目標圧力値に追従している状態において、排気排水弁３１の開弁により循環流路２３から燃料オフガスが排気されると、検出圧力値が一時的に低下する。コントローラ７は、このような燃料オフガスの排出（パージ）に起因する圧力低下分を算出し、この算出した圧力低下分に基づいて、圧力低下分に対応する燃料オフガスの排気量（圧力変化対応流量）を算出する（圧力変化対応流量算出機能：Ｂ１１）。本実施形態においては、パージに起因する圧力低下分と、この圧力低下分に対応する燃料オフガスの排気量との関係を表す特定の演算式を用いて、圧力変化対応流量Ｑ1を算出している。 Details of the purge amount calculation function B10 will be described here.
By the feedback control of the injector 28, the fuel off-gas is exhausted from the circulation passage 23 by opening the exhaust / drain valve 31 in a state where the detected pressure value of the pressure sensor 29 at the downstream position of the injector 28 follows the target pressure value. As a result, the detected pressure value temporarily decreases. The controller 7 calculates a pressure drop due to such fuel off-gas discharge (purge), and based on the calculated pressure drop, the fuel off-gas exhaust amount (pressure change-corresponding flow rate) corresponding to the pressure drop. ) (Pressure change corresponding flow rate calculation function: B11). In the present embodiment, the flow rate Q 1 corresponding to the pressure change is calculated using a specific arithmetic expression representing the relationship between the pressure drop caused by the purge and the amount of fuel off-gas exhaust corresponding to the pressure drop. Yes.

コントローラ７は、燃料オフガスのパージに起因する圧力低下分を補うためのフィードバック補正流量を算出し（補正流量算出機能：Ｂ５）、このフィードバック補正流量のパージ開始時点からの時間積算値を算出する（補正流量積算機能：Ｂ１２）。   The controller 7 calculates a feedback correction flow rate to compensate for the pressure drop due to the purge of the fuel off gas (correction flow rate calculation function: B5), and calculates a time integrated value from the purge start time of this feedback correction flow rate ( Correction flow rate integration function: B12).

そして、コントローラ７は、圧力変化対応流量Ｑ1と、フィードバック補正流量のパージ開始時点からの時間積算値Ｑ2とを加算することにより、排気排水弁３１からの燃料オフガスの総排気量（パージ量Ｑ）を算出する（パージ量算出機能：Ｂ１０）。 Then, the controller 7 adds the pressure change-corresponding flow rate Q 1 and the time integrated value Q 2 from the start point of the purge of the feedback correction flow rate to thereby increase the total exhaust amount (purge amount) of the fuel off-gas from the exhaust drain valve 31. Q) is calculated (purge amount calculation function: B10).

コントローラ７は、圧力センサ２９によって検出した圧力値（検出値）にフィルタリング処理を施し（フィルタリング機能：Ｂ１３）、このフィルタリング処理が施された圧力値に基づいて、インジェクタ２８及び排気排水弁３１を制御する。   The controller 7 performs a filtering process on the pressure value (detected value) detected by the pressure sensor 29 (filtering function: B13), and controls the injector 28 and the exhaust drain valve 31 based on the pressure value subjected to the filtering process. To do.

ここで、図３を参照しながらフィルタリング機能Ｂ１３の詳細について説明を加える。
同図（Ａ）はインジェクタ２８の開閉タイミングを示しており、同図（Ｂ）は圧力センサ２９が検出する圧力値を示している。時刻ｔ１において、インジェクタ２８を開弁すると、配管の圧力損失等の影響により、インジェクタ２８下流のガス圧が急激に上昇し、その後、開弁期間中は、ある程度の脈動はあるものの、略一定の圧力を維持する。そして、時刻ｔ２において、インジェクタ２８を閉弁すると、燃料ガス供給流路２２を伝播する反射波の影響によりガス圧は急激に低下し、時刻ｔ３からは、ある程度の脈動はあるものの、略一定の圧力を維持する。その後の時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６のインジェクタ２８の動作は、前述した時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３のインジェクタ２８の動作と同様なので、その詳細な説明は省略する。 Here, the details of the filtering function B13 will be described with reference to FIG.
FIG. 4A shows the opening / closing timing of the injector 28, and FIG. 4B shows the pressure value detected by the pressure sensor 29. FIG. When the injector 28 is opened at time t1, the gas pressure downstream of the injector 28 suddenly rises due to the influence of pressure loss of the piping, etc. After that, although there is some pulsation during the valve opening period, it is substantially constant. Maintain pressure. Then, when the injector 28 is closed at time t2, the gas pressure rapidly decreases due to the influence of the reflected wave propagating through the fuel gas supply flow path 22. From time t3, there is some pulsation, but it is substantially constant. Maintain pressure. The subsequent operation of the injector 28 at times t4, t5, and t6 is the same as the operation of the injector 28 at times t1, t2, and t3 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

インジェクタ２８の開弁期間中（例えば、時刻ｔ１〜時刻ｔ２，時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、及びインジェクタ２８が閉弁してからの所定時間（例えば、時刻ｔ２〜時刻ｔ３，時刻ｔ５〜時刻ｔ６）は、配管の圧力損失や反射波等の影響によりガス圧の変動が大きく、しかも不安定である。このような一時的な圧力変動を基にインジェクタ２８や排気排水弁３１の制御を実施すると、制御性能が低下する。   During the valve opening period of the injector 28 (for example, time t1 to time t2, time t4 to time t5), and a predetermined time after the injector 28 is closed (for example, time t2 to time t3, time t5 to time t6) The gas pressure is greatly fluctuated due to the pressure loss of the piping, the reflected wave, etc., and is unstable. If the control of the injector 28 and the exhaust / drain valve 31 is performed based on such a temporary pressure fluctuation, the control performance deteriorates.

フィルタリング機能Ｂ１３は、一時的な圧力変動を生じる期間内（以下、圧力不安定期間と称する。）に検出した圧力値をカットし、圧力不安定期間内に検出した圧力値を直前の閉弁期間内（但し、閉弁してからの所定時間を除く。以下、「圧力安定期間」と称する。）の圧力値に置換する。例えば、フィルタリング機能Ｂ１３は、圧力不安定期間内（時刻ｔ４〜時刻ｔ６）に検出した圧力値を、その直前の圧力安定期間内（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）に検出した圧力値に置換する。かかるフィルタ処理により、同図（Ｂ）に示す圧力値は、同図（Ｃ）に示すような圧力値に変換される。   The filtering function B13 cuts the pressure value detected within a period in which temporary pressure fluctuation occurs (hereinafter referred to as a pressure instability period), and the pressure value detected within the pressure instability period is immediately before the valve closing period. The pressure value is replaced with the internal pressure value (excluding a predetermined time after the valve is closed; hereinafter referred to as “pressure stabilization period”). For example, the filtering function B13 replaces the pressure value detected within the pressure instability period (time t4 to time t6) with the pressure value detected within the immediately preceding pressure stabilization period (time t3 to time t4). By such a filtering process, the pressure value shown in FIG. 5B is converted to a pressure value as shown in FIG.

ところで、循環ポンプ２４の吐出作用により、インジェクタ２８下流側のガス圧には脈動が生じている。同図（Ｃ）に示す圧力値には、脈動成分が含まれており、その周波数は、単位時間あたりの循環ポンプ２４の吐出回数に等しい。このような脈動成分を基にインジェクタ２８や排気排水弁３１の制御を実施すると、制御性能が低下する。フィルタリング機能Ｂ１３は、同図（Ｃ）に示す圧力値について、４点移動平均処理を施すことで、脈動成分を低減し、同図（Ｄ）に示すような平滑化された圧力値を得る。例えば、循環ポンプ２４は、一回転あたりＸ回吐出し、運転条件に応じて単位時間あたりにＮ回転〜Ｍ回転するものとすると、脈動周波数は、ＸＮ［Ｈｚ］〜ＸＭ［Ｈｚ］の範囲にある。この周波数範囲内の圧力値を４点移動平均処理するには、最大脈動周波数の２倍以上、即ち、２ＸＭ［Ｈｚ］以上のサンプリング周期で圧力値をサンプリングすることが必要である。   By the way, pulsation is generated in the gas pressure downstream of the injector 28 by the discharge action of the circulation pump 24. The pressure value shown in FIG. 3C includes a pulsation component, and the frequency thereof is equal to the number of discharges of the circulation pump 24 per unit time. When the control of the injector 28 and the exhaust / drain valve 31 is performed based on such a pulsating component, the control performance deteriorates. The filtering function B13 performs a four-point moving average process on the pressure value shown in FIG. 10C to reduce the pulsation component and obtain a smoothed pressure value as shown in FIG. For example, if the circulation pump 24 discharges X times per revolution and rotates N times to M times per unit time according to the operating conditions, the pulsation frequency is in the range of XN [Hz] to XM [Hz]. is there. In order to perform the four-point moving average processing on the pressure value within this frequency range, it is necessary to sample the pressure value at a sampling period of 2 times or more of the maximum pulsation frequency, that is, 2XM [Hz] or more.

このようなフィルタリング機能Ｂ１３により、配管の圧力損失等の影響による一時的な圧力変動を除去するとともに、循環ポンプ２４の吐出作用によるガス圧の脈動を低減できるので、インジェクタ２８や排気排水弁３１をより精密に制御することが可能になる。それ故、循環ポンプ２４として、例えば、ダイアフラム式ポンプなどの汎用性のあるポンプを適用できる。   With such a filtering function B13, temporary pressure fluctuations due to the pressure loss of the piping and the like can be removed, and the pulsation of the gas pressure due to the discharge action of the circulation pump 24 can be reduced. It becomes possible to control more precisely. Therefore, for example, a versatile pump such as a diaphragm pump can be used as the circulation pump 24.

尚、本実施形態に係わる燃料電池システム１０を燃料電池車両の電力源として搭載する例を示したが、燃料電池システム１０を燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）の電力源として搭載してもよい。また、本実施形態に係わる燃料電池システム１０を住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いてもよい。   In addition, although the example which mounts the fuel cell system 10 concerning this embodiment as an electric power source of a fuel cell vehicle was shown, the electric power source of mobile bodies (robot, a ship, an aircraft, etc.) other than a fuel cell vehicle is shown. It may be mounted as. Further, the fuel cell system 10 according to the present embodiment may be used as a power generation facility (stationary power generation system) such as a house or a building.

本実施形態に係わる燃料電池システム１０のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a fuel cell system 10 according to the present embodiment. インジェクタ制御及び排気排水制御に係わる機能ブロック図である。It is a functional block diagram in connection with injector control and exhaust drainage control. 本実施形態に係わるフィルタリング機能の説明図である。It is explanatory drawing of the filtering function concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

２…燃料電池スタック ７…コントローラ １０…燃料電池システム ２４…循環ポンプ ２８…インジェクタ ２９…圧力センサ ３１…排気排水弁 2 ... Fuel cell stack 7 ... Controller 10 ... Fuel cell system 24 ... Circulation pump 28 ... Injector 29 ... Pressure sensor 31 ... Exhaust drain valve

Claims (5)

燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックへ供給される前記燃料ガスを流すための燃料ガス供給流路と、
前記燃料ガス供給流路の上流側の圧力を調整して下流側に供給する可変ガス供給装置と、
前記可変ガス供給装置の下流を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池スタックから排気される燃料オフガスを前記可変ガス供給装置の下流側の前記燃料ガス供給流路に還流させるための循環ポンプと、
前記圧力検出手段により検出される圧力値を４点移動平均処理するフィルタリング手段と、
前記フィルタリング手段により４点移動平均された圧力値を基に前記可変ガス供給装置を制御する制御手段と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell stack that generates power by receiving supply of fuel gas and oxidant gas;
A fuel gas supply channel for flowing the fuel gas supplied to the fuel cell stack;
A variable gas supply device for adjusting the pressure on the upstream side of the fuel gas supply flow path and supplying the pressure to the downstream side;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the fuel gas flowing downstream of the variable gas supply device;
A circulation pump for recirculating fuel off-gas exhausted from the fuel cell stack to the fuel gas supply flow path downstream of the variable gas supply device;
Filtering means for performing a four-point moving average process on the pressure value detected by the pressure detection means;
Control means for controlling the variable gas supply device on the basis of a pressure value that is four-point moving averaged by the filtering means;
A fuel cell system comprising: 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記フィルタリング手段は、圧力不安定期間内に前記圧力検出手段が検出した圧力値をその直前の圧力安定期間内に前記圧力検出手段が検出した圧力値に置換した上で４点移動平均処理を行う、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The filtering means performs a four-point moving average process after replacing the pressure value detected by the pressure detecting means within the pressure instability period with the pressure value detected by the pressure detecting means within the immediately preceding pressure stabilization period. , Fuel cell system. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックを循環する前記燃料オフガス及び水分を排気排水するための排気排水弁を更に備え、
前記制御手段は、前記フィルタリング手段により４点移動平均された前記圧力値を基に前記排気排水弁を開閉制御する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
An exhaust / drain valve for exhausting and draining the fuel off-gas and water circulating through the fuel cell stack;
The control means is a fuel cell system that controls the opening and closing of the exhaust drain valve based on the pressure value averaged by four points by the filtering means. 請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記フィルタリング手段は、前記圧力検出手段が検出する圧力値を、前記循環ポンプの単位時間あたりの最大吐出回数により定まる最大脈動周波数の２倍以上のサンプリング周期でサンプリングした上で４点移動平均処理を行う、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The filtering means samples the pressure value detected by the pressure detecting means at a sampling period that is at least twice the maximum pulsation frequency determined by the maximum number of discharges per unit time of the circulation pump, and then performs a four-point moving average process. Perform a fuel cell system. 請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記可変ガス供給装置は、インジェクタである、燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
The variable gas supply device is a fuel cell system which is an injector.
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