JP2008112647A - Vehicular fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow flooding of a fuel cell to be eliminated and prevented in running state of vehicles on climbing lanes or other roads. <P>SOLUTION: A vehicular fuel cell system 20 comprises a tilt sensor 30 for detecting inclination of vehicles, a vehicle speed detection means 32 for detection of the vehicle speed to determine the gas flow rate, a fuel cell power generator 60, and a controller 40. The controller 40 includes a memory 52 for storing flooding determination maps and a CPU 41. A flooding determination module 42 on the CPU 41 determines flooding status, especially probability of flooding occurrence by referring to the flooding determination map in accordance with inclination and speed of vehicles, while a flooding prevention startup module 44 starts means for preventing flooding such as increased gas flow rate, increased temperature of fuel cell cooling water, execution of purging, power supply switching and the like in accordance with the flooding determination results. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両用燃料電池システムに係り、特に、車両に搭載される燃料電池のフラッディングを制御する車両用燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a vehicle fuel cell system, and more particularly to a vehicle fuel cell system that controls flooding of a fuel cell mounted on a vehicle.

環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む反応ガス、例えば空気を供給し、電解質膜を通しての電気化学反応によって必要な電力を取り出す。そのとき、カソード側に電気化学反応により水が生成される。   Since there is little impact on the environment, fuel cells are installed in vehicles. In the fuel cell, for example, a fuel gas such as hydrogen is supplied to the anode side of the fuel cell stack, a reaction gas containing oxygen such as air is supplied to the cathode side, and necessary electric power is taken out by an electrochemical reaction through the electrolyte membrane. At that time, water is generated by an electrochemical reaction on the cathode side.

この水がカソードに滞留し、あるいは電解質膜を透してアノード側に滞留すると、ガス拡散層等の電極基材の細孔を閉塞し、ガスの拡散を阻害する。この現象は、フラッディングと呼ばれており、フラッディングが生じると燃料電池の出力が低下するため、その対策が採られる。このように、フラッディングとは、燃料電池を構成する単電池である燃料電池セルに燃料ガスや酸化ガスを流すガス流路、燃料電池セルを構成するガス拡層、各燃料電池セルに流すガス系統をまとめているマニフォールド等の燃料電池内部において、液体として存在する水の量が多い状況を指す。   When this water stays on the cathode or passes through the electrolyte membrane and stays on the anode side, the pores of the electrode base material such as the gas diffusion layer are blocked to inhibit gas diffusion. This phenomenon is called flooding. When flooding occurs, the output of the fuel cell decreases, and measures are taken. As described above, flooding refers to a gas flow path for flowing fuel gas or oxidizing gas to a fuel cell that is a unit cell constituting a fuel cell, a gas expansion that forms the fuel cell, and a gas system that flows to each fuel cell. In a fuel cell such as a manifold, the amount of water present as a liquid is large.

例えば、特許文献1には、燃料電池の出力電圧Eが所定電圧値E1より小さく、インピーダンスZが所定インピーダンス値Z1より小さいときカソードが濡れすぎと判断し、いくつかの方法でカソードの表面に付着した水滴をすばやく吹き飛ばすことが開示されている。ここでは、酸素ガスのバイパス流量を増量すること、循環酸素ガス量を増量すること、排出ガス背圧を下げること、これらの組み合わせが述べられている。   For example, in Patent Document 1, when the output voltage E of the fuel cell is smaller than a predetermined voltage value E1 and the impedance Z is smaller than the predetermined impedance value Z1, it is determined that the cathode is too wet and adheres to the surface of the cathode by several methods. It is disclosed to blow off water droplets quickly. Here, a combination of increasing the bypass flow rate of oxygen gas, increasing the amount of circulating oxygen gas, and lowering the exhaust gas back pressure is described.

特開平7−235324号公報JP 7-235324 A

ところで、車両の走行状態によっては、フラッディングが特に生じやすい場合がある。たとえば、車両が坂道を登るようなときには、燃料電池が傾斜し、重力の影響を受けて生成水が特定の場所に溜まりやすくなり、フラッディングが生じやすくなる。特に、坂道を低速走行するときは、燃料電池の発電があまり行われないので、ガスの流量が少なく、生成水がガスの流れで取り去られることが少なくなり、一層フラッディングが生じやすくなる。このような場合としては、地下の駐車場から地上へ出るとき等が考えられる。   By the way, depending on the running state of the vehicle, flooding may be particularly likely to occur. For example, when the vehicle climbs a hill, the fuel cell tilts, and the generated water tends to accumulate in a specific place due to the influence of gravity, and flooding is likely to occur. In particular, when traveling on a hill at low speed, the fuel cell does not generate much power, so the flow rate of gas is small and the generated water is less removed by the flow of gas, and flooding is more likely to occur. As such a case, it is conceivable to go out from the underground parking lot.

従来技術は、このような登坂路等による車両の走行状態によってフラッディングが生じやすい場合について、その解消策や防止策等について不十分である。   The conventional technology is insufficient in terms of measures for solving or preventing such a case where flooding is likely to occur depending on the traveling state of the vehicle on such an uphill road.

本発明は、登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングを解消または防止することを可能とする車両用燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system for a vehicle that can eliminate or prevent flooding of the fuel cell in a traveling state of the vehicle such as an uphill road.

本発明に係る車両用燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池の傾きまたは車両の傾きを検出する傾斜センサと、燃料電池のガス流量を推定する推定手段と、傾斜センサの検出結果と、推定手段の推定結果とに基づき、予め定めた判定条件に従って、燃料電池のフラッディングの状況を判断する判断手段と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell system for a vehicle according to the present invention includes a tilt sensor that detects a tilt of a fuel cell mounted on a vehicle or a tilt of the vehicle, an estimation unit that estimates a gas flow rate of the fuel cell, a detection result of the tilt sensor, Judgment means for judging the flooding status of the fuel cell according to a predetermined judgment condition based on the estimation result of the estimation means.

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、判断手段の結果に基づき、フラッディング解消・防止手段を起動させる防止起動手段を備えることが好ましい。   Further, the vehicle fuel cell system according to the present invention preferably includes a preventive activation unit that activates the flooding elimination / prevention unit based on the result of the determination unit.

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、フラッディング解消・防止手段は、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を増加させる燃料ガス増量手段であることが好ましい。また、フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の冷却水の温度を上昇させる冷却水温上昇手段であることが好ましい。また、フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の燃料ガスあるいは酸化ガスを用いて水分を吹き飛ばすためのパージを実行させるパージ実行手段であることが好ましい。   In the vehicle fuel cell system according to the present invention, the flooding elimination / prevention means is preferably fuel gas increase means for increasing the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell. The flooding elimination / prevention means is preferably cooling water temperature raising means for raising the temperature of the cooling water for the fuel cell. Further, the flooding elimination / prevention means is preferably purge execution means for executing a purge for blowing off moisture using fuel gas or oxidizing gas of the fuel cell.

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、判断手段の結果に基づき、燃料電池に代わって2次電池の電力で車両を走行させる電源切換手段を備えることが好ましい。   Further, the vehicle fuel cell system according to the present invention preferably includes power supply switching means for causing the vehicle to run with the power of the secondary battery instead of the fuel cell based on the result of the determination means.

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、推定手段は、燃料電池の発電電流に基づいてガス流量を推定することが好ましい。   In the vehicular fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the estimating means estimates the gas flow rate based on the generated current of the fuel cell.

上記構成により、車両用燃料電池システムは、車両または燃料電池の傾きの検出結果と、ガス流量の推定結果とに基づき、予め定めた判定条件に従って、フラッディングの状態を判断する。したがって、登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングの状態を判断できる。   With the above configuration, the vehicular fuel cell system determines the flooding state according to a predetermined determination condition based on the detection result of the inclination of the vehicle or the fuel cell and the estimation result of the gas flow rate. Therefore, it is possible to determine the flooding state of the fuel cell in the traveling state of the vehicle such as an uphill road.

また、フラッディング判断の結果に基づき、フラッディング解消・防止手段を起動させる。したがって、登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングを解消または防止することができる。   Further, the flooding elimination / prevention means is activated based on the result of the flooding determination. Therefore, flooding of the fuel cell can be eliminated or prevented in the traveling state of the vehicle such as an uphill road.

また、燃料ガスの流量を増加させ、あるいは、燃料電池の冷却水の温度を上昇させ、あるいは、燃料ガスあるいは酸化ガスを用いて水分を吹き飛ばすためのパージを実行させる。これにより、燃料電池のフラッディングを解消または予防することができる。   Further, the flow rate of the fuel gas is increased, the temperature of the cooling water of the fuel cell is increased, or the purge for blowing off the moisture using the fuel gas or the oxidizing gas is executed. Thereby, flooding of the fuel cell can be eliminated or prevented.

また、燃料電池に代わって2次電池の電力で車両を走行させるので、フラッディングが解消しなくても車両の走行に支障をきたさない。   Further, since the vehicle is driven by the power of the secondary battery instead of the fuel cell, the vehicle is not hindered even if the flooding is not eliminated.

また、燃料電池の発電電流に基づいてガス流量を推定するので、特別なセンサを要しない。   Further, since the gas flow rate is estimated based on the generated current of the fuel cell, no special sensor is required.

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、燃料電池を車両の前方側に配置するものとして説明するが、燃料電池の車両への搭載方法は、これ以外であってもよい。例えば、車両の中ほどの床下、あるいは車両の後部に燃料電池を配置するものとしてもよい。また、以下では、フラッディングが燃料ガス側で生じるものとして説明するが、酸化ガスの流路においてフラッディングが生じるものとしてもよい。この場合には、フラッディングの解消・防止のための酸化ガスの流量増大やパージは、エアコンプレッサを制御することで実行される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Below, although demonstrated as what arrange | positions a fuel cell to the front side of a vehicle, the mounting method to the vehicle of a fuel cell may be other than this. For example, the fuel cell may be disposed under the floor in the middle of the vehicle or at the rear of the vehicle. In the following description, it is assumed that flooding occurs on the fuel gas side. However, flooding may occur in the oxidizing gas flow path. In this case, the increase or purge of the oxidizing gas flow for eliminating / preventing flooding is performed by controlling the air compressor.

図1は、車両用燃料電池システム20の構成を示す図である。図1には、車両用燃料電池システム20の構成要素ではないが、道路8と車両10が図示されている。車両用燃料電池システム20は、車両10に搭載される燃料電池の運転を実行するシステムで、特に、傾斜している道路8を車両10が走行する場合における燃料電池のフラッディングを解消・防止する機能を有する。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle fuel cell system 20. FIG. 1 shows a road 8 and a vehicle 10 that are not components of the vehicle fuel cell system 20. The vehicle fuel cell system 20 is a system that performs operation of a fuel cell mounted on the vehicle 10, and in particular, a function of eliminating and preventing flooding of the fuel cell when the vehicle 10 travels on an inclined road 8. Have

車両用燃料電池システム20は、車両の傾斜を検出する傾斜センサ30と、燃料電池のガス流量を推定するために車両の速度を検出する車速検出手段32と、燃料電池発電部60と、制御部40とを含んで構成される。制御部40は、CPU41と、車両の傾斜と車速とからフラッディングの状態を判断するためのマップを記憶するための記憶部52と、傾斜センサ30とのインタフェースである傾斜センサI/F(54)と、車速検出手段とのインタフェースである車速I/F(56)とを含む。これらの要素は、相互に内部バスで接続される。かかる制御部40は、車載用コンピュータで構成することができる。制御部40は、燃料電池制御コンピュータとして独立したコンピュータで構成することもでき、他の車載用コンピュータの機能の一部として構成することもできる。例えば、車両がその運行等に関するハイブリッドCPU等を備えるときは、制御部40の機能をハイブリッドCPUの機能の一部として構成してもよい。   The vehicle fuel cell system 20 includes an inclination sensor 30 that detects the inclination of the vehicle, vehicle speed detection means 32 that detects the vehicle speed in order to estimate the gas flow rate of the fuel cell, a fuel cell power generation unit 60, and a control unit. 40. The control unit 40 includes a CPU 41, a storage unit 52 for storing a map for determining a flooding state from the vehicle inclination and vehicle speed, and an inclination sensor I / F (54) that is an interface with the inclination sensor 30. And a vehicle speed I / F (56) which is an interface with the vehicle speed detecting means. These elements are connected to each other by an internal bus. Such a control unit 40 can be configured by an in-vehicle computer. The control unit 40 can be configured as an independent computer as a fuel cell control computer, or can be configured as a part of the function of another in-vehicle computer. For example, when the vehicle includes a hybrid CPU or the like related to its operation or the like, the function of the control unit 40 may be configured as a part of the function of the hybrid CPU.

傾斜センサ30は、車両10の車体に取り付けられ、水平線に対する車体の傾斜角度を検出する機能を有する測定器である。車体の傾斜角度を検出するのは、燃料電池スタックの傾斜を検出するためであるので、傾斜センサを直接燃料電池スタックに取り付けてもよい。傾斜センサ30の傾斜検出方向は、燃料電池スタックの配置方向によって検出する方向が異なるが、一般的には、燃料電池スタックが車両の前後軸に対して平行または直交するとして、車両の前後軸についての傾斜角度を検出する。つまり、車両の進行方向について、車両の前部と後部との間の傾斜角度を検出する。かかる傾斜センサとしては、角度計、水準計等を用いることができる。   The inclination sensor 30 is a measuring instrument that is attached to the vehicle body of the vehicle 10 and has a function of detecting the inclination angle of the vehicle body with respect to the horizon. Since the inclination angle of the vehicle body is detected in order to detect the inclination of the fuel cell stack, the inclination sensor may be directly attached to the fuel cell stack. The detection direction of the inclination of the inclination sensor 30 differs depending on the arrangement direction of the fuel cell stack, but generally, the fuel cell stack is assumed to be parallel or orthogonal to the vehicle front-rear axis, and the vehicle front-rear axis is assumed. The inclination angle of is detected. That is, the inclination angle between the front part and the rear part of the vehicle is detected in the traveling direction of the vehicle. As such an inclination sensor, an angle meter, a level meter or the like can be used.

車速検出手段32は、燃料電池のガス流量を推定するために車両の速度を検出する機能を有するもので、例えば、車両の運行制御に用いる車速センサをそのまま用いることができる。すなわち、車両の速度が低速のときは燃料電池の負荷が軽く、したがってガス流量が少ない。一方、車両の速度が高速のときは燃料電池の負荷が重く、したがってガス流量が多くなる。このようにして、車両速度の検出からガス流量を推定することができる。   The vehicle speed detection means 32 has a function of detecting the speed of the vehicle in order to estimate the gas flow rate of the fuel cell. For example, a vehicle speed sensor used for vehicle operation control can be used as it is. That is, when the vehicle speed is low, the load on the fuel cell is light, and therefore the gas flow rate is small. On the other hand, when the speed of the vehicle is high, the load on the fuel cell is heavy, and therefore the gas flow rate increases. In this way, the gas flow rate can be estimated from the detection of the vehicle speed.

このように、燃料電池のガス流量の推定は、車両の速度の検出に基づいて行うことができる。これ以外にも、燃料ガスの流量の推定は、燃料ガスポンプの動作状態、燃料ガス流路に設けられる燃料ガス供給開閉弁の動作状態、酸化ガスを供給するエアコンプレッサの動作状態、燃料電池の発電電流等の出力状態等に基づいて行うことができる。これらの検出手段に基づいてガス流量を推定する機能を有するものをガス流量推定手段と呼ぶことができる。ガス流量推定手段は、制御部の機能とすることができる。例えば、図1の例では、車速検出手段32に基づいてガス流量を推定する機能を制御部40のCPU41に設けることができる。   Thus, the estimation of the gas flow rate of the fuel cell can be performed based on the detection of the vehicle speed. In addition to this, the estimation of the flow rate of the fuel gas is based on the operating state of the fuel gas pump, the operating state of the fuel gas supply opening / closing valve provided in the fuel gas flow path, the operating state of the air compressor supplying the oxidizing gas, This can be performed based on an output state such as a current. Those having the function of estimating the gas flow rate based on these detection means can be referred to as gas flow rate estimation means. The gas flow rate estimating means can be a function of the control unit. For example, in the example of FIG. 1, a function of estimating the gas flow rate based on the vehicle speed detection unit 32 can be provided in the CPU 41 of the control unit 40.

記憶部52に記憶されるフラッディング判断マップは、燃料電池におけるフラッディング発生の状態を、車両の走行状態に関連付けたデータである。ここでは、特に、車両の傾斜角度θと、車速Vとに関連づけて、フラッディングの状態、特にフラッディング発生の可能性をマップ化して記憶する。すなわち、後述するように、車両が傾斜すると、燃料電池スタックが傾斜し、燃料電池の電気化学反応によって生成された水が、重力と、燃料電池スタックの幾何学的形状等の影響によって、燃料電池スタックの特定の箇所に溜まりやすくなることが起こる。傾斜角度θが大きくなると、その傾向が強くなり、フラッディングが発生しやすくなる。また、車速が低速であると、燃料電池の発電量が少なくなり、燃料ガスあるいは酸化ガスの流量が少なくなって、生成水を外部へ運び出す能力が低下する。車速が低速になるほど、その傾向が強くなり、フラッディングが生じやすくなる。したがって、車両の傾斜角度θと、車速Vとについて、フラッディングの発生可能性を予め求めておき、これを関連付けることで、フラッディング判断マップを作成できる。   The flooding determination map stored in the storage unit 52 is data that associates the state of occurrence of flooding in the fuel cell with the running state of the vehicle. Here, in particular, the flooding state, particularly the possibility of occurrence of flooding, is mapped and stored in association with the vehicle inclination angle θ and the vehicle speed V. That is, as will be described later, when the vehicle tilts, the fuel cell stack tilts, and the water generated by the electrochemical reaction of the fuel cell is affected by gravity, the geometric shape of the fuel cell stack, and the like. It happens that it tends to accumulate in a specific part of the stack. As the inclination angle θ increases, the tendency becomes stronger and flooding is likely to occur. Further, when the vehicle speed is low, the amount of power generated by the fuel cell decreases, the flow rate of the fuel gas or the oxidizing gas decreases, and the ability to carry the generated water to the outside decreases. The lower the vehicle speed, the stronger the tendency and the more likely flooding occurs. Therefore, a flooding determination map can be created by obtaining the possibility of flooding in advance for the vehicle inclination angle θ and the vehicle speed V and associating them with each other.

なお、フラッディング状態には、既にフラッディングが起こっている場合を含むので、既にフラッディングが起こっていて、さらに車両が傾斜する場合等では、さらにフラッディングの程度が強くなることになる。   Since the flooding state includes the case where flooding has already occurred, the degree of flooding is further increased when flooding has already occurred and the vehicle is further inclined.

フラッディング判断マップは、車両の傾斜角度θと、車両速度Vとをパラメータとして、フラッディング発生可能性を数値化し、マップ化したものである。また、マップに代えて、車両の傾斜角度θと、車両速度Vとを検索キーとして、フラッディング発生可能性の数値化データを検索できるデータ構造として記憶することもできる。また、逆に、フラッディング発生可能性の数値を検索キーとして、そのときの傾斜角度θと車速Vを検索することもできる。   The flooding determination map is a map obtained by quantifying the possibility of occurrence of flooding using the vehicle inclination angle θ and the vehicle speed V as parameters. Further, instead of the map, the data can be stored as a data structure that can search for the numerical data of the possibility of flooding using the vehicle inclination angle θ and the vehicle speed V as search keys. Conversely, using the numerical value of the possibility of flooding as a search key, the tilt angle θ and the vehicle speed V at that time can also be searched.

フラッディング発生可能性の数値は、ランク付け数値でもよく、フラッディング発生確率を%で示すものでもよい。たとえば、(傾斜角度θ,車速V)の組合せに対し、フラッディング発生可能性を、0,1,2,3,4,5で評価し、(θ=30°,V=10km)のとき評価=2あるいは発生確率=40%、(θ=30°,V=30km)のとき評価=1あるいは発生確率=20%等として記憶することができる。   The numerical value of the possibility of occurrence of flooding may be a ranking numerical value or may indicate the probability of occurrence of flooding in%. For example, for the combination of (inclination angle θ, vehicle speed V), the possibility of occurrence of flooding is evaluated as 0, 1, 2, 3, 4, 5 and evaluated when (θ = 30 °, V = 10 km) = When 2 or occurrence probability = 40%, (θ = 30 °, V = 30 km), it can be stored as evaluation = 1 or occurrence probability = 20%.

CPU41は、燃料電池発電部60の作動全般を制御する燃料電池運転モジュール50を含む。そして、ここでは特に、車両の傾斜及び車速に基づき、フラッディング判断マップを参照してフラッディングの状態を判断するフラッディング判断モジュール42と、フラッディング判断の結果に基づいて、フラッディング解消・防止手段の起動を行うフラッディング防止起動モジュール44とを含む。フラッディング防止起動モジュール44は、フラッディング状態、特にフラッディング発生可能性に応じて、いくつかの解消・防止手段を選択することができる。具体的には、燃料ガス流量の増大を実行する手段45、燃料電池冷却水温の上昇化を図る手段46、フラッディングの水を吹き飛ばすためのパージ実行手段47、燃料電池から2次電池に電源を切り換える手段48を、フラッディング発生可能性の大きさに応じて起動させる機能を有する。なお、これらの機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する燃料電池運転プログラム、特に、その一部であるフラッディング防止プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。   The CPU 41 includes a fuel cell operation module 50 that controls the overall operation of the fuel cell power generation unit 60. Here, in particular, the flooding determination module 42 that determines the state of flooding by referring to the flooding determination map based on the vehicle inclination and the vehicle speed, and the flooding elimination / prevention means are activated based on the result of the flooding determination. And an anti-flooding activation module 44. The anti-flooding activation module 44 can select several solutions / prevention means depending on the flooding state, particularly the possibility of occurrence of flooding. Specifically, means 45 for increasing the fuel gas flow rate, means 46 for increasing the fuel cell cooling water temperature, purge execution means 47 for blowing off flooding water, and switching the power source from the fuel cell to the secondary battery The means 48 has a function of activating according to the magnitude of the possibility of flooding. These functions can be realized by software. Specifically, the functions can be realized by executing a corresponding fuel cell operation program, in particular, a flooding prevention program as a part thereof. Some of these functions can also be realized by hardware.

図2は、燃料電池発電部60の構成を説明する図である。燃料電池発電部60は、制御部40の燃料電池運転モジュール50の制御の下で、燃料電池スタック22に、燃料ガスである水素と、酸化ガスである加圧空気とを供給し、電池化学反応によって電力を取り出して運転する装置である。燃料電池発電部60によって発電された電力は、制御部40の制御の下にある電力分配部16において、2次電池14からの電力と調整されて、車両のモータ・ジェネレータ等の負荷12に供給される。   FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the fuel cell power generation unit 60. Under the control of the fuel cell operation module 50 of the control unit 40, the fuel cell power generation unit 60 supplies the fuel cell stack 22 with hydrogen, which is a fuel gas, and pressurized air, which is an oxidant gas. It is a device that takes out electric power and operates. The electric power generated by the fuel cell power generation unit 60 is adjusted with the electric power from the secondary battery 14 in the power distribution unit 16 under the control of the control unit 40 and supplied to the load 12 such as a motor / generator of the vehicle. Is done.

燃料電池発電部60は、燃料電池セルが複数積層されて燃料電池スタック22と呼ばれる燃料電池本体及び、燃料電池スタック22のアノード側に配置される水素ガス供給のための各要素と、カソード側に配置される空気供給のための各要素を含んで構成される。   The fuel cell power generation unit 60 includes a fuel cell body called a fuel cell stack 22 in which a plurality of fuel cells are stacked, elements for supplying hydrogen gas arranged on the anode side of the fuel cell stack 22, and a cathode side. It is comprised including each element for the air supply arrange | positioned.

アノード側の水素ガス源62は、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。水素ガス源62は、レギュレータ64に接続される。レギュレータ64は、水素ガス源62からのガスを適当な圧力と流量に調整する機能を有する。レギュレータ64の出力口は燃料電池スタック22のアノード側入口に接続され、適当な圧力と流量に調整された燃料ガスが燃料電池スタック22に供給される。   The anode-side hydrogen gas source 62 is a tank that supplies hydrogen as a fuel gas. The hydrogen gas source 62 is connected to the regulator 64. The regulator 64 has a function of adjusting the gas from the hydrogen gas source 62 to an appropriate pressure and flow rate. The output port of the regulator 64 is connected to the anode side inlet of the fuel cell stack 22, and fuel gas adjusted to an appropriate pressure and flow rate is supplied to the fuel cell stack 22.

燃料電池スタック22のアノード側出口から排出されるガスは、発電で水素が消費されて水素濃度が低くなり、また、MEA(Membrane Electrode Assembly)を通してカソード側の空気の成分である窒素ガスが透過してきて不純物ガス濃度が高くなっている。また、MEAを通して、反応生成物の水も透過してくる。この透過してくる水が過剰になると、フラッディングが生じる。   The gas discharged from the anode side outlet of the fuel cell stack 22 consumes hydrogen during power generation, resulting in a low hydrogen concentration, and nitrogen gas, which is a component of the cathode side air, permeates through the MEA (Mebrane Electrode Assembly). As a result, the impurity gas concentration is high. The reaction product water also permeates through the MEA. When this permeating water becomes excessive, flooding occurs.

燃料電池スタック22のアノード側出口に接続される排気バルブ68は、アノード側出口からの排出ガスの不純物ガス濃度が高まってきたときに、希釈器78に流すためのものである。このときの排気ガスは、窒素の他に反応生成物の水も含む水素ガスである。また、アノード側出口とアノード側入口との間に設けられる循環昇圧器66は、アノード側出口から戻ってくるガスの水素分圧を高めて再びアノード側入口に戻し再利用する機能を有する水素ポンプである。   The exhaust valve 68 connected to the anode side outlet of the fuel cell stack 22 is for flowing into the diluter 78 when the impurity gas concentration of the exhaust gas from the anode side outlet increases. The exhaust gas at this time is a hydrogen gas containing reaction product water in addition to nitrogen. In addition, the circulation booster 66 provided between the anode side outlet and the anode side inlet increases the hydrogen partial pressure of the gas returning from the anode side outlet, and returns to the anode side inlet for reuse again. It is.

カソード側の酸化ガス供給源70は、実際には大気を用いることができる。大気である酸化ガス供給源70に接続されるエアコンプレッサ(ACP)72は、図示されていないモータによって酸化ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。またACP(72)は、制御部60の制御の下で、その回転速度(毎分当りの回転数)を可変して、所定量の酸化ガスを提供する機能を有する。すなわち、酸化ガスの所要流量が大きいときは、モータの回転速度を上げ、逆に酸化ガスの所要流量が小さいときは、モータの回転速度を下げる。このように燃料電池スタック22のカソード側には酸素を含む空気である酸化ガスがACP(72)によって供給される。   The cathode-side oxidizing gas supply source 70 can actually use air. An air compressor (ACP) 72 connected to an oxidizing gas supply source 70 that is the atmosphere is a gas booster that compresses the volume of oxidizing gas by a motor (not shown) to increase its pressure. In addition, the ACP (72) has a function of providing a predetermined amount of oxidizing gas by varying the rotation speed (the number of rotations per minute) under the control of the control unit 60. That is, when the required flow rate of the oxidizing gas is large, the rotational speed of the motor is increased. Conversely, when the required flow rate of the oxidizing gas is small, the rotational speed of the motor is decreased. Thus, the oxidizing gas, which is oxygen-containing air, is supplied to the cathode side of the fuel cell stack 22 by the ACP (72).

加湿器74は、酸化ガスを適度に湿らせ、燃料電池スタック22での燃料電池反応を効率よく行わせる機能を有するものである。加湿器74により適度に湿らせられた酸化ガスは、燃料電池スタック22のカソード側入口に供給され、カソード側出口から排気される。このときに、排気とともに反応生成物である水も排出される。燃料電池スタック22は反応により高温になるので、排出されるガスに含まれる水は水蒸気となっており、この水蒸気が加湿器74に供給され、ACP(72)から供給される酸化ガスを適度に湿らせる。このように、加湿器74は、酸化ガスに水蒸気の水分を適当に与える機能を有するもので、いわゆる中空糸を用いたガス交換器を用いることができる。すなわち、加湿器74は、ACP(72)からの酸化ガスが流れる流路と、水蒸気を含む排出ガスが流れる流路との間でガス交換できる構成となっている。例えば、中空糸の内側流路をACP(72)からの酸化ガスの流路とし、中空糸の外側流路を燃料電池スタック22のカソード側出口からの水蒸気を含む排出ガスの流路とすることで、燃料電池スタック22のカソード側入口への酸化ガスを適度に湿らせることができる。   The humidifier 74 has a function of appropriately moistening the oxidizing gas and efficiently performing the fuel cell reaction in the fuel cell stack 22. The oxidizing gas appropriately moistened by the humidifier 74 is supplied to the cathode side inlet of the fuel cell stack 22 and exhausted from the cathode side outlet. At this time, water as a reaction product is also discharged together with the exhaust. Since the fuel cell stack 22 becomes a high temperature due to the reaction, the water contained in the discharged gas is water vapor, and this water vapor is supplied to the humidifier 74, and the oxidizing gas supplied from the ACP (72) is moderately adjusted. Moisten. Thus, the humidifier 74 has a function of appropriately giving moisture of water vapor to the oxidizing gas, and a gas exchanger using a so-called hollow fiber can be used. That is, the humidifier 74 is configured to be able to exchange gas between a flow path through which the oxidizing gas from the ACP (72) flows and a flow path through which the exhaust gas containing water vapor flows. For example, the hollow fiber inner flow path is used as the oxidizing gas flow path from the ACP (72), and the hollow fiber outer flow path is used as the exhaust gas flow path containing water vapor from the cathode side outlet of the fuel cell stack 22. Thus, the oxidizing gas to the cathode side inlet of the fuel cell stack 22 can be appropriately moistened.

バイパス弁76は、酸化ガスが燃料電池スタック22に供給される入口側流路と、燃料電池スタック22からの排出ガスが流れる出口側流路とを接続して燃料電池スタック22と並列に配置されるバイパス流路に設けられる弁で、主に、排気における水素濃度を希釈するための空気を希釈器78に供給する機能を有する。すなわち、バイパス弁76を開くことで、ACP(72)からの酸化ガスを、燃料電池スタック22へ流れる成分とは別に、燃料電池スタック22を流れずにバイパス流路を経由して、希釈器78に供給することができる。   The bypass valve 76 is arranged in parallel with the fuel cell stack 22 by connecting an inlet side flow channel through which the oxidizing gas is supplied to the fuel cell stack 22 and an outlet side flow channel through which the exhaust gas from the fuel cell stack 22 flows. This valve is provided in the bypass flow path, and mainly has a function of supplying air for diluting the hydrogen concentration in the exhaust gas to the diluter 78. That is, by opening the bypass valve 76, the oxidizing gas from the ACP (72) separates from the component flowing into the fuel cell stack 22 and does not flow through the fuel cell stack 22, but passes through the bypass flow path to the diluter 78. Can be supplied to.

希釈器78は、アノード側の排気バルブ68からの水素混じりの排水、及び、カソード側の水蒸気混じりでさらにMEAを通して漏れてくる水素混じりの排気を集め、適当な水素濃度として外部に排出するためのバッファ容器である。そして、水素濃度が適当な濃度を超えるときは、バイパス弁76を開けることで燃料電池スタック22を経由せずに提供される供給ガスを用いてさらに適度な希釈を行うことができる。   The diluter 78 collects the wastewater containing hydrogen from the exhaust valve 68 on the anode side and the exhaust gas containing hydrogen leaking through the MEA due to the water vapor on the cathode side, and discharges it to the outside as an appropriate hydrogen concentration. It is a buffer container. When the hydrogen concentration exceeds an appropriate concentration, further appropriate dilution can be performed using the supply gas provided without passing through the fuel cell stack 22 by opening the bypass valve 76.

循環ポンプ80は、燃料電池スタック22の温度を、電気化学反応に適した温度とするために、冷却水を循環させるためのものである。冷却水の循環流路には、冷却水と熱交換する熱交換器82が設けられる。熱交換器82としては、ラジエータとヒータとの組み合わせを用いることができる。あるいは、車室空調用の冷媒との間で熱交換する冷媒・水熱交換器を用いてもよい。   The circulation pump 80 is for circulating the cooling water so that the temperature of the fuel cell stack 22 becomes a temperature suitable for the electrochemical reaction. A heat exchanger 82 for exchanging heat with the cooling water is provided in the cooling water circulation passage. As the heat exchanger 82, a combination of a radiator and a heater can be used. Alternatively, a refrigerant / water heat exchanger that exchanges heat with the refrigerant for air conditioning in the passenger compartment may be used.

図3は、燃料電池スタック22の構成を示す図である。燃料電池スタック22は、複数の単電池92を組み合わせて高電圧の電池パックとするものである。例えば、端子電圧が約1.2Vの単電池を約200個直列接続し、これを2組組み合わせて、合計約400個の単電池を用いて、約250Vまたは約500Vの高電圧の電池パックとすることができる。燃料電池スタック22は、複数の単電池92を組み合わるものであるが、これらの単電池92に、燃料ガスと酸化ガスとを供給し、冷却水を循環させるために、マニフォールド90を備える。マニフォールド90には、ガス及び冷却水が出入りするための複数のポート91が設けられる。   FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the fuel cell stack 22. The fuel cell stack 22 combines a plurality of single cells 92 into a high voltage battery pack. For example, about 200 single cells having a terminal voltage of about 1.2V are connected in series, and two sets of these are combined to use a high voltage battery pack of about 250V or about 500V using a total of about 400 single cells. can do. The fuel cell stack 22 is a combination of a plurality of unit cells 92, and includes a manifold 90 for supplying fuel gas and oxidizing gas to these unit cells 92 and circulating cooling water. The manifold 90 is provided with a plurality of ports 91 for gas and cooling water to enter and exit.

図3には、その一部を破断して、燃料電池スタック22を構成する2つの単電池92が図示されている。単電池92は、MEA93と、その両側に設けられるセパレータ94とを含んで構成される。MEA93は、電解質膜の両側に触媒層、ガス拡散層をそれぞれ積層した構成を有する。セパレータ94は、その内部に、燃料ガスの流路と、酸化ガスの流路と、冷却水の流路とが設けられるが、図3においては、その一部である燃料ガスの流路が示されている。水素ガスである燃料ガス96は、マニフォールド90のポートに接続される燃料ガス供給口から、セパレータ94の中に設けられた蛇行流路を通って、やはりマニフォールド90のポートに接続される燃料ガス排出口に向かって流れる。その間に、セパレータ94が接するMEA93に燃料ガスを供給する。   FIG. 3 shows two unit cells 92 constituting a fuel cell stack 22 with a part thereof broken. The unit cell 92 includes an MEA 93 and separators 94 provided on both sides thereof. The MEA 93 has a configuration in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are laminated on both sides of the electrolyte membrane. The separator 94 is provided therein with a fuel gas flow path, an oxidizing gas flow path, and a cooling water flow path. FIG. 3 shows a fuel gas flow path as a part thereof. Has been. The fuel gas 96 that is hydrogen gas is discharged from the fuel gas supply port connected to the port of the manifold 90 through the meandering flow path provided in the separator 94 and is also connected to the port of the manifold 90. It flows toward the exit. Meanwhile, the fuel gas is supplied to the MEA 93 with which the separator 94 is in contact.

燃料ガス96は、セパレータ94を流れるときに、MEA93を介して、カソード側から浸透してくる生成水を含む。この生成水は、セパレータ94を流れてきた燃料ガスと共に燃料ガス排出口から外部に排出されるが、燃料電池スタック22が傾斜していると、重力の影響を受けて、特定の箇所98に溜まりやすくなる。例えば、車両が地下駐車場から地上へ出る際には、低速で、傾斜面を走行することになるが、このときは、車両が傾斜し、燃料電池スタック22が傾斜する。ここで、燃料電池スタック22に積層される各層の2つの単電池について、傾斜の上方側にある一方の単電池においては、重力の影響が生成水の排出に好都合になっており、生成水が溜まりにくいのに対し、傾斜の下方側にある他方の単電池においては、重力の影響が生成水の排出に不都合に働き、排出側の底の特定の箇所98に生成水が溜まりやすくなる。この特定の箇所98においては、いわゆるフラッディングが生じやすくなる。   The fuel gas 96 includes generated water that permeates from the cathode side through the MEA 93 when flowing through the separator 94. The generated water is discharged to the outside together with the fuel gas flowing through the separator 94 from the fuel gas discharge port. However, if the fuel cell stack 22 is inclined, it is collected at a specific location 98 due to the influence of gravity. It becomes easy. For example, when the vehicle leaves the underground parking lot, it travels on an inclined surface at a low speed. At this time, the vehicle tilts and the fuel cell stack 22 tilts. Here, with respect to the two unit cells of each layer stacked on the fuel cell stack 22, in one unit cell on the upper side of the slope, the influence of gravity is favorable for the discharge of the generated water. In the other unit cell on the lower side of the slope, the influence of gravity works unfavorably on the discharge of the generated water, and the generated water tends to collect at a specific portion 98 on the bottom on the discharge side. In this specific portion 98, so-called flooding is likely to occur.

図3においては、燃料電池スタック22が、車両の幅方向を単電池92の積層方向として配置されている。この場合は、上記のように、単電池92の面内においてフラッディングが偏って発生しやすい。すなわち、このような配置の場合は、特に、単電池92の面内におけるフラッディングの状態の分布の診断に好適である。   In FIG. 3, the fuel cell stack 22 is arranged with the width direction of the vehicle as the stacking direction of the unit cells 92. In this case, as described above, flooding is likely to occur unevenly in the plane of the unit cell 92. That is, such an arrangement is particularly suitable for diagnosing the distribution of the flooding state in the plane of the unit cell 92.

燃料電池スタック22の配置は、車両の前後方向を単電池92の積層方向としてもよい。図4はそのような配置において、燃料電池スタック22にフラッディングが生じるときの様子を示す図である。図3と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。ここでは、矢印方向が車両の前後方向を示し、燃料電池スタック22において単電池92の積層方向がこの矢印の方向に沿っている。この場合、車両が傾斜面にあると、燃料電池スタック22が単電池92の積層方向に沿って傾斜する。このとき、各積層のうち、傾斜の上方側の積層にある単電池には生成水が溜まりにくいのに対し、傾斜の下方側の積層にある単電池では、その底部の特定の箇所98において、重力の影響によって生成水が溜まりやすくなる。この特定の箇所98においては、いわゆるフラッディングが生じやすくなる。   The fuel cell stack 22 may be arranged such that the front-rear direction of the vehicle is the stacking direction of the unit cells 92. FIG. 4 is a diagram showing a situation when flooding occurs in the fuel cell stack 22 in such an arrangement. Elements similar to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Here, the arrow direction indicates the front-rear direction of the vehicle, and the stacking direction of the cells 92 in the fuel cell stack 22 is along the direction of the arrow. In this case, when the vehicle is on the inclined surface, the fuel cell stack 22 is inclined along the stacking direction of the unit cells 92. At this time, among the stacks, the unit cells in the stacks on the upper side of the slope are unlikely to collect generated water, whereas in the single cells in the stack on the lower side of the tilt, at a specific portion 98 at the bottom, The generated water tends to accumulate due to the influence of gravity. In this specific portion 98, so-called flooding is likely to occur.

このように、図4においては、燃料電池スタック22の積層方向に沿った各単電池92の間で偏るようにフラッディングが発生しやすい。したがって、このような配置の場合は、特に、各単電池92の間における凝集水の分布、すなわちフラッディングの状態の分布の診断に好適である。   As described above, in FIG. 4, flooding is likely to occur so as to be biased among the single cells 92 along the stacking direction of the fuel cell stack 22. Therefore, such an arrangement is particularly suitable for diagnosing the distribution of the condensed water among the single cells 92, that is, the distribution of the flooding state.

かかる構成の車両用燃料電池システムの作用、特に、制御部40のCPU41における各機能の内容について説明する。最初に、通常の場合の燃料電池発電制御について説明し、次に、フラッディング解消・防止制御について、図5のフローチャートを用いて説明する。   The operation of the vehicular fuel cell system having such a configuration, in particular, the contents of each function in the CPU 41 of the control unit 40 will be described. First, fuel cell power generation control in a normal case will be described, and then flooding elimination / prevention control will be described with reference to the flowchart of FIG.

通常の場合、燃料電池発電部60は、制御部40の燃料電池運転モジュール50の制御の下で、所望の発電を行う。すなわち、車両の運行を制御する車両運行制御部等から、燃料電池の発電量が制御部40に指令されると、制御部40は、その指令された発電量に相当する燃料ガスの圧力と流量とを算出し、また、酸化ガスの圧力と流量とを算出し、それぞれ、レギュレータ64と、ACP(72)とに指令して、所定の燃料ガスと酸化ガスを燃料電池スタック22に供給させる。また、燃料電池スタック22の温度を、冷却水温度等から求めて、電気化学反応に適した温度になるように、冷却水の温度と流量を算出し、循環ポンプ80と熱交換器82とに指令して、所定の冷却水を循環させる。そして、燃料電池スタック22から出力される電力と、負荷12の要求電力とを比較し、電力分配部16に指令し、2次電池14からの電力との間の切換調整を行う。このようにして、燃料電池発電部60の作動が制御され、負荷12に所望の電力が供給される。   In a normal case, the fuel cell power generation unit 60 performs desired power generation under the control of the fuel cell operation module 50 of the control unit 40. That is, when the power generation amount of the fuel cell is commanded to the control unit 40 from a vehicle operation control unit or the like that controls the operation of the vehicle, the control unit 40 selects the fuel gas pressure and flow rate corresponding to the commanded power generation amount. Further, the pressure and flow rate of the oxidizing gas are calculated, and the regulator 64 and the ACP (72) are instructed to supply predetermined fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell stack 22, respectively. Further, the temperature of the fuel cell stack 22 is obtained from the cooling water temperature or the like, and the temperature and flow rate of the cooling water are calculated so as to be suitable for the electrochemical reaction, and the circulation pump 80 and the heat exchanger 82 are connected. Command and circulate the prescribed cooling water. Then, the power output from the fuel cell stack 22 is compared with the required power of the load 12, and the power distribution unit 16 is instructed to perform switching adjustment between the power from the secondary battery 14. In this way, the operation of the fuel cell power generation unit 60 is controlled, and desired power is supplied to the load 12.

図5は、フラッディングの解消または防止のための手順を示すフローチャートである。図5の各手順は、対応する燃料電池運転プログラムの一部を構成するフラッディング防止プログラムの各処理手順に対応する。以下では、図1から図4における符号を用いる。   FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for eliminating or preventing flooding. Each procedure in FIG. 5 corresponds to each processing procedure of the flooding prevention program that constitutes a part of the corresponding fuel cell operation program. In the following, the symbols in FIGS. 1 to 4 are used.

燃料電池のフラッディングを解消・防止する手順の最初は、車両の傾斜角度θと、車速Vの検出である(S10)。傾斜角度θの検出は、車両10に設けられる傾斜センサ30の出力を傾斜センサI/F(54)を介してCPU41が取得することで行われ、車速Vの検出は、車両10に設けられる車速検出手段32の出力を車速I/F(56)を介してCPU41が取得することで行われる。傾斜角度θと車速Vが取得されると、記憶部52に記憶されているフラッディング判断マップを参照し、フラッディングしやすいか否かが判断される(S12)。これらの機能は、制御部40のCPU41におけるフラッディング判断モジュール42によって実行される。   The first step in eliminating / preventing the flooding of the fuel cell is to detect the vehicle inclination angle θ and the vehicle speed V (S10). The inclination angle θ is detected by the CPU 41 acquiring the output of the inclination sensor 30 provided on the vehicle 10 via the inclination sensor I / F (54), and the vehicle speed V is detected on the vehicle speed provided on the vehicle 10. This is done by the CPU 41 obtaining the output of the detection means 32 via the vehicle speed I / F (56). When the inclination angle θ and the vehicle speed V are acquired, it is determined whether flooding is easy with reference to the flooding determination map stored in the storage unit 52 (S12). These functions are executed by the flooding determination module 42 in the CPU 41 of the control unit 40.

フラッディングしやすいか否かの判断は、例えば、検出された(傾斜角度θ,車速V)の組合せを検索キーとしてフラッディング判断マップを検索し、そのフラッディング発生の評価または確率を取得し、予め定めた基準と比較することで行うことができる。例えば、フラッディング発生の評価が2以上のときに、フラッディングしやすいと判断するものと定めるときは、上記の例で、(θ=30°,V=10km)と検出されると、これは、評価=2であるので、フラッディングしやすいと判断される。例えば、(θ=30°,V=30km)と検出されると、評価=1であるので、上記判断基準に従えば、フラッディングしやすいとは判断されない。   For example, whether or not flooding is easy is determined by searching a flooding determination map using a combination of detected (tilt angle θ and vehicle speed V) as a search key, obtaining an evaluation or probability of the occurrence of flooding, and determining in advance. This can be done by comparing with a standard. For example, when it is determined that it is determined that flooding is likely to occur when the evaluation of occurrence of flooding is 2 or more, if (θ = 30 °, V = 10 km) is detected in the above example, this is evaluated. Since = 2, it is determined that flooding is easy. For example, if (θ = 30 °, V = 30 km) is detected, since evaluation = 1, it is not determined that flooding is likely to occur according to the above criteria.

フラッディングしやすいと判断されると、次に、フラッディング発生の評価または発生確率に従って、フラッディング解消・防止手段の起動が実行される(S14からS26)。この機能は、CPU41のフラッディング防止起動モジュール44によって実行される。フラッディング解消・防止手段としては、燃料ガス流量の増大を実行する手段45、燃料電池冷却水温の上昇化を図る手段46、フラッディングの水を吹き飛ばすためのパージ実行手段47、燃料電池から2次電池に電源を切り換える手段48があり、これらは、フラッディング発生の評価または発生確率に応じて、実行が選択される。   If it is determined that flooding is likely to occur, then the flooding elimination / prevention means is activated in accordance with the evaluation or probability of occurrence of flooding (S14 to S26). This function is executed by the flooding prevention activation module 44 of the CPU 41. As the flooding elimination / prevention means, means 45 for increasing the fuel gas flow rate, means 46 for increasing the fuel cell cooling water temperature, purge execution means 47 for blowing off flooding water, and from the fuel cell to the secondary battery There are means 48 for switching the power supply, and these are selected to be executed according to the evaluation or probability of occurrence of flooding.

例えば、フラッディング発生の評価が2のときは、燃料ガス流量の増大を実行する手段45を起動させる(S14)。具体的には、図2において、レギュレータ64に指令を出し、燃料ガスの流量を予め定めた量だけ増量させることで実行される。   For example, when the evaluation of occurrence of flooding is 2, the means 45 for increasing the fuel gas flow rate is activated (S14). Specifically, in FIG. 2, a command is issued to the regulator 64 to increase the flow rate of the fuel gas by a predetermined amount.

フラッディング発生の評価が3のときは、燃料ガス流量増大のみではフラッディング解消・防止に不十分と判断(S16)することができる。この場合には、さらに、燃料電池冷却水温の上昇化を図る手段46を起動させる(S18)。具体的には、循環ポンプ80に指令を出し、循環する水の流量を絞り、これにより冷却水の温度上昇を図る。また、必要に応じ、熱交換器82に指令を出し、冷却水を加熱する。   When the evaluation of occurrence of flooding is 3, it can be determined that the increase in the fuel gas flow rate alone is insufficient for eliminating and preventing flooding (S16). In this case, the means 46 for increasing the fuel cell cooling water temperature is further activated (S18). Specifically, a command is issued to the circulation pump 80 to reduce the flow rate of the circulating water, thereby increasing the temperature of the cooling water. Further, if necessary, a command is issued to the heat exchanger 82 to heat the cooling water.

フラッディング発生の評価が4のときは、(燃料ガス流量増大+燃料電池冷却水温上昇)のみではフラッディング解消・防止に不十分と判断(S20)することができる。この場合には、さらに、フラッディングの水を吹き飛ばすためのパージ実行手段47を起動させる(S22)。具体的には、レギュレータ64に指令を出し、断続的に燃料ガスの流量を増減させ、その変化によって、生成水を吹き飛ばすことを図る。   If the evaluation of occurrence of flooding is 4, it can be determined that only (increase in fuel gas flow rate + increase in fuel cell cooling water temperature) is insufficient for eliminating and preventing flooding (S20). In this case, the purge execution means 47 for blowing off flooding water is further activated (S22). Specifically, a command is issued to the regulator 64, the flow rate of the fuel gas is intermittently increased and decreased, and the generated water is blown off by the change.

フラッディング発生の評価が5のときは、(燃料ガス流量増大+燃料電池冷却水温上昇+パージ)のみではフラッディング解消・防止に不十分と判断(S24)することができる。この場合には、電源切換を実行する(S26)。すなわち、電力分配部16に指令を出し、2次電池14の電力を負荷12に供給することで、車両10運行に支障がないようにする。   If the evaluation of occurrence of flooding is 5, it can be determined that (fuel gas flow rate increase + fuel cell cooling water temperature increase + purge) alone is insufficient for eliminating / preventing flooding (S24). In this case, power supply switching is executed (S26). That is, a command is issued to the power distribution unit 16 so that the power of the secondary battery 14 is supplied to the load 12 so as not to hinder the operation of the vehicle 10.

このように、フラッディング発生の評価に従って、フラッディング解消・防止手段を選択し、適切な処理を実行することができる。フラッディング発生の評価に代えて、フラッディング発生確率に基づいて、フラッディング解消・防止手段を選択するものとしてもよい。   Thus, according to the evaluation of occurrence of flooding, the flooding elimination / prevention means can be selected and appropriate processing can be executed. Instead of evaluating the occurrence of flooding, the flooding elimination / prevention means may be selected based on the flooding occurrence probability.

上記の4つの解消・防止手段の選択順序は、予め定めておくことで、上記以外の選択順序としてもよい。   The selection order of the above four cancellation / prevention means may be determined in advance, and may be a selection order other than the above.

また、端的に、フラッディングしやすいか否かの判断を、0か1とし、フラッディングしやすいと判断するときは、上記4つの解消・防止手段の中から、車両の走行状態に応じて、最も実行しやすいものを選択することとしてもよい。あるいは、4つの解消・防止手段の中から、複数のものを実行するものとしてもよい。   In addition, whether or not it is easy to flood is set to 0 or 1, and when it is determined that flooding is likely to occur, it is most executed according to the running state of the vehicle from among the above four elimination / prevention means. It is good also as selecting what is easy to do. Or it is good also as what performs a several thing out of four cancellation | release / prevention means.

本発明に係る実施の形態において、車両用燃料電池システムの構成を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the structure of the fuel cell system for vehicles. 本発明に係る実施の形態において、燃料電池発電部の構成を説明する図 である。In the embodiment according to the present invention, it is a diagram illustrating the configuration of the fuel cell power generation unit. 本発明に係る実施の形態において、燃料電池スタックの構成を示す図で ある。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a fuel cell stack in the embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施の形態において、燃料電池スタックの別の配置を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows another arrangement | positioning of a fuel cell stack. 本発明に係る実施の形態において、フラッディング解消・防止のための手順 を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure for eliminating / preventing flooding in the embodiment according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

8 道路、10 車両、12 負荷、14 2次電池、16 電力分配部、20 車両用燃料電池システム、22 燃料電池スタック、30 傾斜センサ、32 車速検出手段、40 制御部、41 CPU、42 フラッディング判断モジュール、44 フラッディング防止起動モジュール、45 燃料ガス増量化手段、46 冷却水温上昇化手段、47 パージ実行手段、48 電源切換手段、50 燃料電池運転モジュール、52 記憶部、54 傾斜センサI/F、56 車速I/F、60 燃料電池発電部、62 水素ガス源、64 レギュレータ、66 循環昇圧器、68 排気バルブ、70 酸化ガス供給源、72 ACP、74 加湿器、76 バイパス弁、78 希釈器、80 循環ポンプ、82 熱交換器、90 マニフォールド、91 ポート、92 単電池、93 MEA、94 セパレータ、96 燃料ガス、98 溜まりやすい箇所。   8 road, 10 vehicle, 12 load, 14 secondary battery, 16 power distribution unit, 20 fuel cell system for vehicle, 22 fuel cell stack, 30 tilt sensor, 32 vehicle speed detection means, 40 control unit, 41 CPU, 42 flooding judgment Module, 44 Flooding prevention activation module, 45 Fuel gas increase means, 46 Cooling water temperature increase means, 47 Purge execution means, 48 Power supply switching means, 50 Fuel cell operation module, 52 Storage section, 54 Inclination sensor I / F, 56 Vehicle speed I / F, 60 Fuel cell power generation unit, 62 Hydrogen gas source, 64 Regulator, 66 Circulating booster, 68 Exhaust valve, 70 Oxidizing gas supply source, 72 ACP, 74 Humidifier, 76 Bypass valve, 78 Diluter, 80 Circulation pump, 82 heat exchanger, 90 manifold, 91 ports , 92 Single cell, 93 MEA, 94 Separator, 96 Fuel gas, 98 Easy to collect.

Claims (7)

車両に搭載される燃料電池の傾きまたは車両の傾きを検出する傾斜センサと、
燃料電池のガス流量を推定する推定手段と、
傾斜センサの検出結果と、推定手段の推定結果とに基づき、予め定めた判定条件に従って、燃料電池のフラッディングの状況を判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする車両用燃料電池システム。
An inclination sensor for detecting the inclination of the fuel cell mounted on the vehicle or the inclination of the vehicle;
An estimation means for estimating the gas flow rate of the fuel cell;
A determination means for determining the flooding status of the fuel cell according to a predetermined determination condition based on the detection result of the inclination sensor and the estimation result of the estimation means;
A vehicle fuel cell system comprising:
請求項1に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
判断手段の結果に基づき、フラッディング解消・防止手段を起動させる防止起動手段を備えることを特徴とする車両用燃料電池システム。
The vehicle fuel cell system according to claim 1,
A vehicle fuel cell system comprising: a preventive starting unit that starts a flooding elimination / prevention unit based on a result of the determination unit.
請求項2に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
フラッディング解消・防止手段は、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を増加させる燃料ガス増量手段であることを特徴とする車両用燃料電池システム。
The vehicle fuel cell system according to claim 2,
The vehicle fuel cell system, wherein the flooding elimination / prevention means is a fuel gas increase means for increasing the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell.
請求項2に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の冷却水の温度を上昇させる冷却水温上昇手段であることを特徴とする車両用燃料電池システム。
The vehicle fuel cell system according to claim 2,
The vehicle fuel cell system, wherein the flooding elimination / prevention means is a cooling water temperature raising means for raising the temperature of the cooling water of the fuel cell.
請求項2に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の燃料ガスあるいは酸化ガスを用いて水分を吹き飛ばすためのパージを実行させるパージ実行手段であることを特徴とする車両用燃料電池システム。
The vehicle fuel cell system according to claim 2,
The vehicle fuel cell system according to claim 1, wherein the flooding elimination / prevention means is a purge execution means for executing a purge for blowing off moisture using fuel gas or oxidizing gas of the fuel cell.
請求項1に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
判断手段の結果に基づき、燃料電池に代わって2次電池の電力で車両を走行させる電源切換手段を備えることを特徴とする車両用燃料電池システム。
The vehicle fuel cell system according to claim 1,
A fuel cell system for a vehicle, comprising a power source switching means for driving the vehicle with the power of the secondary battery instead of the fuel cell based on the result of the judging means.
請求項1に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
推定手段は、燃料電池の発電電流に基づいてガス流量を推定することを特徴とする車両用燃料電池システム。
The vehicle fuel cell system according to claim 1,
The estimation means estimates the gas flow rate based on the power generation current of the fuel cell.
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